濾過材およびその濾過材を用いた水処理装置ならびにその濾過材の製造方法
【課題】捕捉できる異物の大きさに幅を持たせて濾過性能を向上させることのできる濾過材およびその濾過材を用いた水処理装置ならびにその濾過材の製造方法を得る。
【解決手段】多数の気孔２が相互に連通するように形成されて流体の通過を許容する濾過材１であって、気孔２の孔径ｄを、通過する流体の上流側から下流側に向かって徐々に小さくなるようにした。
【解決手段】多数の気孔２が相互に連通するように形成されて流体の通過を許容する濾過材１であって、気孔２の孔径ｄを、通過する流体の上流側から下流側に向かって徐々に小さくなるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、濾過材およびその濾過材を用いた水処理装置ならびにその濾過材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水処理装置として、スポンジフィルター（濾過材）をプレフィルターとして用い、水中の大きな異物を捕捉できるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１０３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、フィルターとして利用されるスポンジは、全体に亘ってほぼ均一な気泡径となる気孔を相互に連通させた三次元の網目構造に形成されるのが一般的である。
【０００５】
そのため、水（流体）がスポンジフィルターに流入した際に流入側の気孔で捕捉できない異物は、そのまま流出側の気孔から漏出していた。
【０００６】
すなわち、従来のスポンジフィルターでは、捕捉される異物の大きさが限られていた。
【０００７】
そこで、本発明は、捕捉できる異物の大きさに幅を持たせて濾過性能を向上させることのできる濾過材およびその濾過材を用いた水処理装置ならびにその濾過材の製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明にあっては、多数の気孔が相互に連通するように形成されて流体の通過を許容する濾過材であって、前記気孔の孔径を、通過する流体の上流側から下流側に向かって徐々に小さくしたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明にあっては、請求項１に記載の濾過材を用いてフィルターユニットを構成し、当該フィルターユニットを水の浄化経路に配置したことを特徴とする水処理装置である。
【００１０】
請求項３の発明にあっては、濾過材の製造方法であって、溶融した熱可塑性樹脂と、粒子径の異なる孔形成粒子と、を混合して第１の混合溶液を作る混合工程と、成形用型に前記第１の混合溶液を流し込み、当該成形用型を回転させることで、遠心力の作用方向に前記孔形成粒子を粒径順に配列させる遠心力付加工程と、前記孔形成粒子を粒径順に配列させた状態で、前記熱可塑性樹脂を前記成形用型内で冷却させて固化させる成形工程と、冷却後に前記熱可塑性樹脂を脱型し、前記孔形成粒子の除去溶媒で洗浄する洗浄工程と、洗浄により前記熱可塑性樹脂に付着した前記除去溶媒を除去する乾燥工程と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明にあっては、濾過材の製造方法であって、第１溶媒に溶解させた第１溶媒溶解性樹脂と、当該第１溶媒溶解性樹脂を架橋する架橋剤と、第１溶媒に不溶性の粒子径の異なる孔形成粒子と、を混合して第２の混合溶液を作る混合工程と、成形用型に前記第２の混合溶液を流し込み、当該成形用型を回転させることで、遠心力の作用方向に前記孔形成粒子を粒径順に配列させる遠心力付加工程と、前記孔形成粒子を粒径順に配列させた状態で、前記成形用型内において前記第１溶媒溶解性樹脂に架橋反応を起こさせる架橋工程と、架橋反応後に前記第１溶媒溶解性樹脂を脱型し、前記孔形成粒子を溶解させる除去溶媒で洗浄する洗浄工程と、洗浄により前記第１溶媒溶解性樹脂に付着した前記除去溶媒を除去する乾燥工程と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明にあっては、濾過材の製造方法であって、第２溶媒に溶解させた第２溶媒溶解性樹脂と、第２溶媒に不溶性の粒子径の異なる孔形成粒子と、を混合して第３の混合溶液を作る混合工程と、成形用型に前記第３の混合溶液を流し込み、当該成形用型を回転させることで、遠心力の作用方向に前記孔形成粒子を粒径順に配列させる遠心力付加工程と、前記孔形成粒子を粒径順に配列させた状態で、前記第２溶媒溶解性樹脂を凍結乾燥する凍結乾燥工程と、凍結乾燥した前記第２溶媒溶解性樹脂を脱型し、当該第２溶媒溶解性樹脂を架橋する架橋剤を溶解させた第３溶媒の溶液中に浸漬させて架橋反応を起こさせる架橋工程と、架橋反応を終えた前記第２溶媒溶解性樹脂を、前記孔形成粒子を溶解させる除去溶媒で洗浄する洗浄工程と、洗浄により前記第２溶媒溶解性樹脂に付着した前記除去溶媒を除去する乾燥工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、相互に連通するように形成された多数の気孔の孔径が、上流側から下流側に向かって徐々に小さくなっているため、上流側の気孔では捕捉できなかった異物を下流側の気孔で捕捉できるようになる。このように、請求項１の発明によれば、捕捉できる異物の大きさに幅を持たせることができ、濾過材の濾過性能を向上させることができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、多数の気孔の孔径が上流側から下流側に向かって徐々に小さくなる濾過材を用いてフィルターユニットを形成し、当該フィルターユニットを水の浄化経路に配置することで水処理装置を構成した。そのため、大きさに幅のある異物をフィルターユニットの濾過材によって捕捉できるようになり、水の浄化性能を向上させることができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、混合工程で作った熱可塑性樹脂の第１の混合溶液に含まれた粒子径の異なる孔形成粒子を、遠心力付加工程によって粒径順に配列させることができる。その後、冷却工程によって熱可塑性樹脂を固化させるとともに、洗浄工程にて孔形成粒子を除去し、乾燥工程にて乾燥させることで、孔径を徐々に変化させた濾過材を容易に形成することができる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、混合工程で第１溶媒溶解性樹脂に架橋剤を混合して作った第２の混合溶液に含まれた粒子径の異なる孔形成粒子を、遠心力付加工程によって粒径順に配列させることができる。その後、架橋工程によって第１溶媒溶解性樹脂に架橋反応を起こさせ、洗浄工程にて架橋させた第１溶媒溶解性樹脂から孔形成粒子を除去し、乾燥工程にて乾燥させることで、孔径を徐々に変化させた濾過材を容易に形成することができる。
【００１７】
請求項５の発明によれば、混合工程で作った第３の混合溶液に含まれた粒子径の異なる孔形成粒子を、遠心力付加工程によって粒径順に配列させることができる。その後、凍結乾燥工程にて第２溶媒溶解性樹脂を凍結乾燥し、架橋工程にて凍結乾燥状態にある第２溶媒溶解性樹脂を第３溶媒の溶液中に浸漬させて架橋反応を起こさせる。その後、洗浄工程にて孔形成粒子を除去し、乾燥工程にて乾燥させることで、孔径を徐々に変化させた濾過材を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態にかかる濾過材を模式的に示す図であって、（ａ）は濾過材全体の断面斜視図、（ｂ）は（ａ）中のＡ部を拡大した断面図である。
【図２】図２は、図１に示す濾過材の変形例を模式的に示す断面斜視図である。
【図３】図３は、図１に示す濾過材を用いた水処理装置を模式的に示す説明図である。
【図４】図４は、図３に示す水処理装置に組み込まれるフィルターユニットを模式的に示す断面図である。
【図５】図５は、図１に示す濾過材の第１の製造工程を（ａ）から（ｅ）に順を追って模式的に示す斜視図である。
【図６】図６は、図１に示す濾過材の第２の製造工程を（ａ）から（ｅ）に順を追って模式的に示す斜視図である。
【図７】図７は、図１に示す濾過材の第２の製造工程を（ａ）から（ｆ）に順を追って模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２０】
本実施形態にかかるフィルター（濾過材）１は、図１および図２に示すように、多数の気孔２（図２参照）が相互に連通するように、ほぼ全体に亘って形成されており、連通した気孔２によって流体（たとえば、水）の通過が許容されている。そして、通過する流体に混入された異物を気孔２によって除去するようになっている。
【００２１】
本実施形態では、フィルター１は、図１に示すように、中心軸に沿って流体を導出する中心通路３を形成した所定厚みＴの円筒状に形成されており、流体は、円筒状のフィルター１の外周から流入して肉厚内部を通過したのち中心通路３へと流出し、当該中心通路３を伝って外方に送給されるようになっている。
【００２２】
さらに、本実施形態では、気孔２は、図２に示すように、当該気孔２の孔径ｄが、通過する流体の上流側から下流側、すなわち、円筒状のフィルター１の外周から内周に向かって徐々に小さくなるように形成されている。そして、それら多数の気孔２が相互に連通したオープンセル構造をしている。すなわち、本実施形態にかかるフィルター１は、円筒状のフィルター１の外周から内周に向かって孔径ｄが徐々に小さくなる気孔２を相互に連通させた三次元の網目構造に形成されている。なお、気孔２の孔径ｄが徐々に小さくなるように配列する方法については後述する。
【００２３】
本実施形態にかかるフィルター１を用いて水（流体）を濾過する場合、濾過しようとする水は、フィルター１の外周面からフィルター１の内部に導入され、フィルター１内部のオープンセル構造を構成する三次元網目構造の分岐および集合する連通孔２ｃを通過して中心側へと移動して中心通路３へと至る。なお、連通孔２ｃは、連通する気孔２の孔径ｄが大きければ大きくなり、連通する気孔２の孔径ｄが小さければ小さくなる。
【００２４】
このとき、流体中に混入している異物のうち、気孔２や連通孔２ｃよりも大きい異物が捕捉される。本実施形態では、気孔２の孔径ｄは、通過する流体の上流側から下流側に向かって徐々に小さくなっており、これに伴いオープンセル構造を成す連通孔２ｃも上流側から下流側に向かって徐々に小さくなるため、流体が通過する過程で、粒径の大きい異物だけでなく粒径が小さい異物も捕捉される。なお、異物を捕捉した気孔２や連通孔２ｃは閉塞されるが、連通孔２ｃはフィルター１の内部全域に亘って分岐および集合を繰り返しているため、閉塞箇所を迂回する別の気孔２や連通孔２ｃを介して流体が流れるため、フィルター１による濾過は継続的に行われる。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態にかかるフィルター（濾過材）１は、相互に連通するように形成された多数の気孔２の孔径ｄが上流側から下流側に向かって徐々に小さくなっている。そのため、上流側の気孔２（連通孔２ｃを含む）を通過した粒径の小さい異物を、下流側の気孔２で捕捉できるようになる。すなわち、捕捉できる異物の大きさに幅を持たせることができるようになり、フィルター１の濾過性能を向上させることができる。また、本実施形態では、フィルター１の内部に形成された気孔２を広い範囲に亘って有効に利用することができるため、多量の異物を捕捉できるようになり、この点からも濾過性能をさらに向上させることができる。さらに、気孔２の孔径ｄを上流側から下流側に向けて徐々に小さくすることで、最小孔径の気孔（下流側の気孔２の孔径）２が全体に亘ってほぼ均一に分布しているフィルターと比較して、通水抵抗を減少させることができる。したがって、本実施形態にかかるフィルター１によれば、濾過速度の低下を抑制しつつ濾過性能を向上させることができるようになるという利点もある。
【００２６】
ところで、本実施形態のフィルター１は、円筒状に形成して外周から内周の中心通路３に向かって流体を通過させる場合を説明したが、これとは逆に、中心通路３から外周に向かって流体が通過するように構成することもできる。この場合、気孔２の孔径ｄは、フィルター１の内周から外周に向かって徐々に小さくなる。
【００２７】
また、本実施形態のフィルター１をスポンジ状に形成した場合は、構成する材料によっては柔軟性が高くなりすぎて、変形しやすくなってしまう場合がある。そこで、フィルターとして効率良く利用するため、図２に示すように、中心通路３の内周にメッシュ状の補強筒４を取り付けるようにしてもよい。こうすれば、フィルター１の変形が抑制され濾過性能を高めることができる。
【００２８】
さらに、上記補強筒４に限ることなく、円筒状フィルター１の内周面側または外周面側に多孔質の硬質の円筒（図示せず）を配置することにより、フィルター１の変形抑制効果をより一層高めることも可能である。
【００２９】
次に、上述したフィルター１を用いた水処理装置１０について説明する。
【００３０】
この水処理装置１０は、図２に示すフィルター１を用いてフィルターユニット１１を構成し、当該フィルターユニット１１を水の浄化経路としての浄化主通路１２に配置することにより構成されている。
【００３１】
フィルターユニット１１は、スポンジ状のフィルター１を収納するハウジング１１ａを有しており、このハウジング１１ａは、両端がエンドプレート１１ｂ、１１ｃで閉塞された円筒形を成している。そして、ハウジング１１ａの内側にフィルター１が同軸上に配置されている。フィルター１の両端は遮蔽板１ａ、１ｂで閉止されるとともに、中心通路３の内周には、多孔質材で形成されて補強部材を兼ねる集水管１ｃが取り付けられている。
【００３２】
水流入側（図４中下方）のエンドプレート１１ｂの中心部には、吸水管１１ｄが接続されており、給水口１１ｅが形成されている。また、水流出側（図４中上方）のエンドプレート１１ｃの中心部には、吐出管１１ｆが接続されており、吐出口１１ｇが形成されている。
【００３３】
給水口１１ｅのハウジング１１ａ内側には、吸水管１１ｄから導入した水を外周方向に案内する給水口カバー１１ｈが設けられている。そして、この給水口カバー１１ｈの突出端部を一方の遮蔽板１ａの凹部１ｄに嵌合させることで、フィルター１の給水側の位置決めがなされている。
【００３４】
また、他方の遮蔽板１ｂの中心部には集水管１ｃに連通する中心口１ｅが形成されている。そして、この中心口１ｅに吐出管１１ｆの延長部１１ｉを嵌合させることで、フィルター１の吐出側の位置決めがなされている。さらに、延長部１１ｉと中心口１ｅとの間は、シール材１ｆによって密封されている。
【００３５】
このように、フィルター１全体をハウジング１１ａに固定することで、ハウジング１１ａ内でフィルター１が移動したり変形したりするのを抑制している。
【００３６】
そして、給水口１１ｅからフィルターユニット１１内に流入した水は、フィルター１の外周とハウジング１１ａの内周との間に廻り込んだのち、フィルター１の外周から内周へと通過し、濾過された水が集水管１ｃに集められ、吐出口１１ｇから吐出される。
【００３７】
なお、フィルターユニット１１は、上述した構造に限ることなく、たとえば、給水口１１ｅおよび吐出口１１ｇをエンドプレート１１ｂ、１１ｃに分配して設けずに、同一のプレート１１ｂまたは１１ｃやハウジング１１ａの側面に設けてもよい。この場合、ハウジング１１ａ内部の空気を排出するために、吐出口１１ｇをハウジング１１ａの上面近傍に設けるのが好適である。
【００３８】
水処理装置１０の浄化主通路１２は、図３に示すように、図示せぬ水道配管などに給水弁１３を介して接続されており、その浄化主通路１２には、上流側（給水弁１３の配置側）から下流側に向かって順に、フィルターユニット１１、活性炭フィルターユニット１４および膜フィルターユニット１５が直列に配置されている。そして、フィルターユニット１１と活性炭フィルターユニット１４との間に、昇圧ポンプ１６が配置されるとともに、その下流側に逆止弁１７が配置されている。そして、膜フィルターユニット１５の下流側に圧力センサ１８が配置されている。
【００３９】
フィルターユニット１１は、上述したようにスポンジ状のフィルター１によって水に混入した異物を捕捉して除去するものであり、このフィルターユニット１１を比較的大きめの異物を捕捉して除去するプレフィルターとして用いている。
【００４０】
活性炭フィルターユニット１４は、活性炭フィルターが収納されており、水に溶解した成分、特に異味や異臭、あるいは、トリハロメタンをはじめとしたハロゲン化炭素を除去するものである。また、活性炭フィルターの内部に重金属を除去するための重金属除去剤を混入し、当該重金属除去剤に鉛などの有害重金属を吸着させて除去できるようにしてもよい。また、活性炭フィルターで水中の残留塩素を分解除去することで、下流側に細菌が繁殖し易くなるが、これを防止するために、活性炭フィルターユニット１４に銀などの抗菌性を有する金属を含む抗菌剤を混合するようにしてもよい。
【００４１】
膜フィルターユニット１５は、ＮＦ膜、ＲＯ膜などの逆浸透膜やＵＦ膜、ＭＦ膜などの濾過膜が用いられており、この膜フィルターユニット１５には、濃縮水を排出する排出管１５ａが設けられている。そして、膜フィルターユニット１５を透過または通過した水は、浄化主通路１２の下流側末端から外部に吐出される。この浄化主通路１２の下流側末端は、蛇口等に接続されており、この蛇口等を介して処理水が供給されるようになっている。
【００４２】
逆止弁１７は、昇圧ポンプ１６が停止した場合、または給水弁１３が閉じたとき、さらには上水配管の水圧が所定圧以下に低下した場合に、活性炭フィルターユニット１４を含む下流側からの残圧によって水が逆流するのを防止するものである。この逆止弁１７を設けることで、フィルターユニット１１内に滞留したり堆積したりしていた異物が、図示せぬ水道配管などに逆流してしまうのが防止される。
【００４３】
なお、膜フィルターユニット１５下流側の浄化主通路１２内が所定圧以上に昇圧した場合に、圧力センサ１８から昇圧ポンプ１６や給水弁１３を制御する図示せぬ制御ユニットに信号を送り、昇圧ポンプ１６を停止するとともに、給水弁１３を閉じるように構成してもよい。こうすれば、浄化主通路１２の内部の異常な昇圧による水漏れや破損を防止できるようになる。
【００４４】
さらに、浄化主通路１２等に水質センサを設け、水質異常時に給水を停止するように構成することも可能である。
【００４５】
また、水処理装置１０を筺体に収納固定して、当該筺体を処理水使用箇所近傍に設置できるように構成し、使用者の利便性向上を図るようにしてもよい。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態にかかる水処理装置１０によれば、フィルター１を用いたフィルターユニット１１を浄化主通路１２に配置したため、フィルターユニット１１に設けたフィルター１によって大きさに幅のある多量の異物を捕捉できるようになる。その結果、浄化主通路１２を通過する水の浄化性能を向上させることができる。このフィルターユニット１１を用いることで、孔径の異なる複数のフィルターを用いる必要がなくなり、水処理装置１０の小型化を図ることができる。
【００４７】
次に、フィルター１の製造方法を説明する。
【００４８】
上述したフィルター１は、図５の（ａ）〜（ｅ）に示す工程（第１の製造工程）を経て製造することができる。
【００４９】
まず、溶融した熱可塑性樹脂Ｒ１と粒子径の異なる孔形成粒子Ｐとを攪拌装置Ｓで混合して第１の混合溶液Ｂ１を作る（混合工程）。
【００５０】
具体的には、熱可塑性樹脂Ｒ１を溶融温度異常に加熱して液状とし、この液状樹脂Ｒ１に樹脂の加熱温度で溶融あるいは破壊しない所定の粒子径分布幅を有する孔形成粒子Ｐを混合させる。なお、熱可塑性樹脂Ｒ１としては、たとえば、一般に使用されるビニル系樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、フェノール系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂など幅広い樹脂を用いることが可能である。また、孔形成粒子Ｐは、炭酸カルシウムなどの無機系粒子が適当である。このとき、液状樹脂とほぼ同一密度のものを用いれば、より短時間で均一な混合が可能となる。
【００５１】
また、混合工程では、孔形成粒子Ｐを液状の熱可塑性樹脂Ｒ１内に均一に分散させることを目的としているため、均一な層流よりも乱流で混合させるほうが好ましい。
【００５２】
なお、液状の熱可塑性樹脂Ｒ１と孔形成粒子Ｐとの体積比は、１：（１〜１５）、好ましくは、１：（５〜１０）である。
【００５３】
次に、成形用型Ｍに第１の混合溶液Ｂ１を流し込み、その成形用型Ｍを回転させることで、遠心力の作用方向（径方向）に孔形成粒子Ｐを粒径順に配列させる（遠心力付加工程）。
【００５４】
具体的には、混合工程にて均一に混合された液状の熱可塑性樹脂Ｒ１と孔形成粒子Ｐとの第１の混合溶液Ｂ１を、ほぼ円筒形の成形用型Ｍに充填し、それを密封した状態で中心軸Ｍｃを中心に回転させる。このとき、孔形成粒子Ｐに作用する遠心力により粒径が大きい孔形成粒子Ｐは、中心軸Ｍｃから遠ざかる方向に移動して成形用型Ｍの外周側に多く集まり、粒径が小さい孔形成粒子Ｐは内周側に多く集まる。そのときの回転数および回転時間は、使用する孔形成粒子Ｐと液状の熱可塑性樹脂Ｒ１の密度により調節することができる。また、使用する孔形成粒子Ｐの粒径分布を予め調節しておけば、遠心力で配置される孔形成粒子Ｐの大きさの分布を所望の状態とすることができる。
【００５５】
たとえば、孔形成粒子Ｐの粒径分布を分散の大きい１つのモード径を有する粒子を用いれば、最内周から最外周まで緩やかな粒径変化の分布とすることができる。また、モード径が著しく異なり、粒径分布が重複しない範囲にある２種類の同一材質の孔形成粒子を混合して、同様の遠心力付加工程を経ると、内周側から外周側に向かって拡大する孔径が、途中から急に拡大する孔径ギャップ層を設けることができる。このような孔径分布のフィルターを、粗大な異物が多い流体を濾過する際に用いるとより効果的に濾過することができる。なお、粒径が小さい孔形成粒子Ｐの比重を粒径が大きい孔形成粒子Ｐよりも大きくすれば、粒径が大きい孔形成粒子Ｐを内周側に、粒径が小さい孔形成粒子Ｐを外周側に多く集めることができる。
【００５６】
そして、孔形成粒子Ｐを粒径順に配列させた状態で、成形用型Ｍ内で熱可塑性樹脂Ｒ１を冷却させて固化させる（成形工程）。具体的には、第１の混合溶液Ｂ１を成形用型Ｍに充填した状態で、その成形用型Ｍを、熱可塑性樹脂Ｒ１が十分に固化するまで冷却する。
【００５７】
そして、冷却後に熱可塑性樹脂Ｒ１を脱型した後、孔形成粒子Ｐの除去溶媒Ｅで洗浄する（洗浄工程）。具体的には、樹脂に対しては微溶解性または不溶解性の除去溶媒Ｅで孔形成粒子Ｐのみを溶解して除去する。
【００５８】
最後に、洗浄により熱可塑性樹脂に付着した除去溶媒Ｅを除去する（乾燥工程）ことで、図１に示すフィルター１が製造される。
【００５９】
以上述べた第１の製造工程でフィルター１を製造する際は、フィルター１の素材である樹脂が熱可塑性であること、孔形成粒子Ｐが目的のフィルター孔径を満足する粒度分布であること、孔形成粒子Ｐの溶解性が高く、かつ、樹脂の溶解性が非常に低い溶媒を使用することが望ましい。また、孔形成粒子Ｐの比重を樹脂の比重に近くするのが好ましい。
【００６０】
この第１の製造工程によれば、混合工程で作った熱可塑性樹脂Ｒ１の第１の混合溶液Ｂ１に含まれた粒子径の異なる孔形成粒子Ｐを、遠心力付加工程によって粒径順に配列させることができる。その後、冷却工程によって熱可塑性樹脂Ｒ１を固化させるとともに、洗浄工程にて孔形成粒子Ｐを除去し、乾燥工程にて乾燥させることで、孔径を徐々に変化させたフィルター１を容易に形成することができる。これにより、フィルター１の生産性を高めて安価なフィルター１を提供することができるようになる。
【００６１】
また、上述したフィルター１は、図６（ａ）〜（ｅ）に示す工程（第２の製造工程）を経て製造することもできる。
【００６２】
まず、第１溶媒Ｄ１に溶解させた第１溶媒溶解性樹脂Ｒ２と、その第１溶媒溶解性樹脂Ｒ２を架橋する架橋剤Ｃと、第１溶媒Ｄ１に不溶性の粒子径の異なる孔形成粒子Ｐと、を混合して第２の混合溶液Ｂ２を作る（混合工程）。具体的には、第１溶媒溶解性樹脂Ｒ２に水溶性樹脂を用いて第１溶媒Ｄ１は水とするとともに、架橋剤Ｃに水溶性架橋剤を用い、水溶性樹脂を高濃度で水に溶解し、そこに水溶性架橋剤を同時に混入させる。このときの架橋剤と樹脂の比率で最終のフィルター１の架橋密度が決定される。この比率は、目的に応じて適宜に設定される。
【００６３】
そして、上記水溶液に水不溶性の粒子径の異なる孔形成粒子Ｐを混合して第２の混合溶液Ｂ２を作る。水不溶性の孔形成粒子Ｐは、たとえば、ワックスなどの飽和炭化水素を界面活性剤などでエマルジョン状態にしたものでもよく、液状のエマルジョンでもよい。また、水に溶解しない溶媒に溶解可能な水不溶性樹脂粒でもよい。
【００６４】
次に、成形用型Ｍに第２の混合溶液Ｂ２を流し込んでその成形用型Ｍを回転し、遠心力の作用方向に孔形成粒子Ｐを粒径順に配列させ（遠心力付加工程）、孔形成粒子Ｐを粒径順に配列させた状態で成形用型Ｍ内において第１溶媒溶解性樹脂Ｒ２に架橋反応を起こさせる（架橋工程）。すなわち、成形用型Ｍに入れた第２の混合溶液Ｂ２を回転して孔形成粒子Ｐに遠心力を作用させると、水中に分散した孔形成粒子Ｐは、遠心力により外周から内周に向かって粒子径の大きさに応じた分散状態となる。この状態で加熱して架橋剤Ｃにより樹脂鎖間の架橋反応を起こさせ、樹脂の構造を安定なものに変化させて固化させる。
【００６５】
そして、架橋反応後に第１溶媒溶解性樹脂Ｒ２を脱型した後、孔形成粒子Ｐを溶解させる除去溶媒Ｅで洗浄する（洗浄工程）。具体的には、成形用型Ｍから取出して、孔形成粒子Ｐのみを溶解させる除去溶媒Ｅで洗浄する。このとき、同時に残留する架橋剤Ｃも洗浄できることが好ましいが、残留の虞がある場合は、後で別に架橋剤洗浄工程を設けてもよい。
【００６６】
最後に、洗浄により第１溶媒溶解性樹脂Ｒ２に付着した除去溶媒Ｅを除去する（乾燥工程）ことにより、フィルター１を製造する。
【００６７】
このように、第２の製造工程によっても、上記第１の製造工程と同様に、気孔２の孔径を徐々に変化させたフィルター１を容易に形成することができるとともに、フィルター１の生産性を高めて安価な製品を提供することができる。
【００６８】
さらに、第２の製造工程では、基材となる樹脂が水溶性であるものを架橋することでフィルター１を得ている。したがって、第２の製造工程で製造されたフィルター１は、素材自体が親水性であるため、水用のフィルター１としては有用である。すなわち、第２の製造工程で製造されたフィルター１を水用のフィルターとして用いれば、親水化材などをコーティングする必要がなくなる。このように、第２の製造工程によれば、透水性が高く、かつ、目的の孔径の多孔質材とすることができるため、異物捕捉性能の高いフィルター１を得ることができる。
【００６９】
また、上述したフィルター１は、図７（ａ）〜（ｆ）に示す工程（第３の製造工程）を経て製造することもできる。
【００７０】
まず、第２溶媒Ｄ２に溶解させた第２溶媒溶解性樹脂Ｒ３と、第２溶媒Ｄ２に不溶性の粒子径の異なる孔形成粒子Ｐと、を混合して第３の混合溶液Ｂ３を作る（混合工程）。
【００７１】
次に、成形用型Ｍに第３の混合溶液Ｂ３を流し込んでその成形用型Ｍを回転し、遠心力の作用方向に孔形成粒子Ｐを粒径順に配列させる（遠心力付加工程）。
【００７２】
そして、孔形成粒子Ｐを粒径順に配列させた状態で第２溶媒溶解性樹脂Ｒ３を凍結乾燥し（凍結乾燥工程）、凍結乾燥した第２溶媒溶解性樹脂Ｒ３を脱型した後、その第２溶媒溶解性樹脂Ｒ３を架橋する架橋剤Ｃを溶解させた第３溶媒Ｄ３の溶液中に浸漬して架橋反応を起こさせる（架橋工程）。
【００７３】
そして、架橋反応を終えた第２溶媒溶解性樹脂Ｒ３を、孔形成粒子Ｐを溶解させる除去溶媒Ｅで洗浄し（洗浄工程）、洗浄により第２溶媒溶解性樹脂Ｒ３に付着した除去溶媒Ｅを除去する（乾燥工程）ことで、フィルター１を製造する。
【００７４】
このように、第３の製造工程によっても、上記第１の製造工程と同様に、気孔２の孔径を徐々に変化させたフィルター１を容易に形成することができるとともに、フィルター１の生産性を高めて安価な製品を提供することができる。
【００７５】
さらに、第３の製造工程によれば、遠心力により外周から内周に向かって孔形成粒子Ｐが粒径の大きさの順に配列された状態にある第３の混合溶液Ｂ３を凍結乾燥させている。したがって、形状そのままで内部の水が気化して徐々に抜けていくため、フィルター１の気孔２の孔径が徐々に変化した状態のまま架橋剤Ｃの溶液中で架橋反応させることができ、より緻密な架橋構造を得ることができる。
【００７６】
また、第３の製造工程によれば、架橋反応直前に架橋剤を添加できるため、架橋剤Ｃの反応性が高い状態で架橋させることができる。したがって、溶媒の樹脂からの蒸発時の収縮などの変化を起こし難くなり、溶媒Ｄ２と孔形成粒子Ｐを含んだ状態のフィルター構成樹脂（第２溶媒溶解性樹脂Ｒ３）が粒子径分布の配列を乱すのを抑制することができるため、目的とする孔径をより正確に構成させることができる。
【００７７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。
【００７８】
例えば、濾過材は、円筒状に限ることなく、平板状やブロック状など、任意の形状とすることができる。なお、平板状やブロック状の濾過材を製造する際には、上述の円筒状の濾過剤を切断することで製造することが可能である。また、粒径ごとに比重の異なる孔形成粒子を用い、それぞれの孔形成粒子の沈降速度の相違を利用して、気孔の粒径が上流側から下流側に向かって徐々に小さくなる平板状やブロック状の濾過材を製造するようにしてもよい。
【００７９】
また、水処理装置は、少なくともフィルターユニットが浄化主通路に配置されていればよい。
【符号の説明】
【００８０】
１ フィルター（濾過材）
２ 気孔
１０ 水処理装置
１１ フィルターユニット
１２ 浄化主通路（浄化経路）
ｄ 孔径
Ｒ１ 熱可塑性樹脂
Ｒ２ 第１溶媒溶解性樹脂
Ｒ３ 第２溶媒溶解性樹脂
Ｐ 孔形成粒子
Ｂ１ 第１の混合溶液
Ｂ２ 第２の混合溶液
Ｂ３ 第３の混合溶液
Ｍ 成形用型
Ｅ 除去溶媒
Ｄ１ 第１溶媒
Ｄ２ 第２溶媒
Ｄ３ 第３溶媒
Ｃ 架橋剤
【技術分野】
【０００１】
本発明は、濾過材およびその濾過材を用いた水処理装置ならびにその濾過材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水処理装置として、スポンジフィルター（濾過材）をプレフィルターとして用い、水中の大きな異物を捕捉できるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１０３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、フィルターとして利用されるスポンジは、全体に亘ってほぼ均一な気泡径となる気孔を相互に連通させた三次元の網目構造に形成されるのが一般的である。
【０００５】
そのため、水（流体）がスポンジフィルターに流入した際に流入側の気孔で捕捉できない異物は、そのまま流出側の気孔から漏出していた。
【０００６】
すなわち、従来のスポンジフィルターでは、捕捉される異物の大きさが限られていた。
【０００７】
そこで、本発明は、捕捉できる異物の大きさに幅を持たせて濾過性能を向上させることのできる濾過材およびその濾過材を用いた水処理装置ならびにその濾過材の製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明にあっては、多数の気孔が相互に連通するように形成されて流体の通過を許容する濾過材であって、前記気孔の孔径を、通過する流体の上流側から下流側に向かって徐々に小さくしたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明にあっては、請求項１に記載の濾過材を用いてフィルターユニットを構成し、当該フィルターユニットを水の浄化経路に配置したことを特徴とする水処理装置である。
【００１０】
請求項３の発明にあっては、濾過材の製造方法であって、溶融した熱可塑性樹脂と、粒子径の異なる孔形成粒子と、を混合して第１の混合溶液を作る混合工程と、成形用型に前記第１の混合溶液を流し込み、当該成形用型を回転させることで、遠心力の作用方向に前記孔形成粒子を粒径順に配列させる遠心力付加工程と、前記孔形成粒子を粒径順に配列させた状態で、前記熱可塑性樹脂を前記成形用型内で冷却させて固化させる成形工程と、冷却後に前記熱可塑性樹脂を脱型し、前記孔形成粒子の除去溶媒で洗浄する洗浄工程と、洗浄により前記熱可塑性樹脂に付着した前記除去溶媒を除去する乾燥工程と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明にあっては、濾過材の製造方法であって、第１溶媒に溶解させた第１溶媒溶解性樹脂と、当該第１溶媒溶解性樹脂を架橋する架橋剤と、第１溶媒に不溶性の粒子径の異なる孔形成粒子と、を混合して第２の混合溶液を作る混合工程と、成形用型に前記第２の混合溶液を流し込み、当該成形用型を回転させることで、遠心力の作用方向に前記孔形成粒子を粒径順に配列させる遠心力付加工程と、前記孔形成粒子を粒径順に配列させた状態で、前記成形用型内において前記第１溶媒溶解性樹脂に架橋反応を起こさせる架橋工程と、架橋反応後に前記第１溶媒溶解性樹脂を脱型し、前記孔形成粒子を溶解させる除去溶媒で洗浄する洗浄工程と、洗浄により前記第１溶媒溶解性樹脂に付着した前記除去溶媒を除去する乾燥工程と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明にあっては、濾過材の製造方法であって、第２溶媒に溶解させた第２溶媒溶解性樹脂と、第２溶媒に不溶性の粒子径の異なる孔形成粒子と、を混合して第３の混合溶液を作る混合工程と、成形用型に前記第３の混合溶液を流し込み、当該成形用型を回転させることで、遠心力の作用方向に前記孔形成粒子を粒径順に配列させる遠心力付加工程と、前記孔形成粒子を粒径順に配列させた状態で、前記第２溶媒溶解性樹脂を凍結乾燥する凍結乾燥工程と、凍結乾燥した前記第２溶媒溶解性樹脂を脱型し、当該第２溶媒溶解性樹脂を架橋する架橋剤を溶解させた第３溶媒の溶液中に浸漬させて架橋反応を起こさせる架橋工程と、架橋反応を終えた前記第２溶媒溶解性樹脂を、前記孔形成粒子を溶解させる除去溶媒で洗浄する洗浄工程と、洗浄により前記第２溶媒溶解性樹脂に付着した前記除去溶媒を除去する乾燥工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、相互に連通するように形成された多数の気孔の孔径が、上流側から下流側に向かって徐々に小さくなっているため、上流側の気孔では捕捉できなかった異物を下流側の気孔で捕捉できるようになる。このように、請求項１の発明によれば、捕捉できる異物の大きさに幅を持たせることができ、濾過材の濾過性能を向上させることができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、多数の気孔の孔径が上流側から下流側に向かって徐々に小さくなる濾過材を用いてフィルターユニットを形成し、当該フィルターユニットを水の浄化経路に配置することで水処理装置を構成した。そのため、大きさに幅のある異物をフィルターユニットの濾過材によって捕捉できるようになり、水の浄化性能を向上させることができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、混合工程で作った熱可塑性樹脂の第１の混合溶液に含まれた粒子径の異なる孔形成粒子を、遠心力付加工程によって粒径順に配列させることができる。その後、冷却工程によって熱可塑性樹脂を固化させるとともに、洗浄工程にて孔形成粒子を除去し、乾燥工程にて乾燥させることで、孔径を徐々に変化させた濾過材を容易に形成することができる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、混合工程で第１溶媒溶解性樹脂に架橋剤を混合して作った第２の混合溶液に含まれた粒子径の異なる孔形成粒子を、遠心力付加工程によって粒径順に配列させることができる。その後、架橋工程によって第１溶媒溶解性樹脂に架橋反応を起こさせ、洗浄工程にて架橋させた第１溶媒溶解性樹脂から孔形成粒子を除去し、乾燥工程にて乾燥させることで、孔径を徐々に変化させた濾過材を容易に形成することができる。
【００１７】
請求項５の発明によれば、混合工程で作った第３の混合溶液に含まれた粒子径の異なる孔形成粒子を、遠心力付加工程によって粒径順に配列させることができる。その後、凍結乾燥工程にて第２溶媒溶解性樹脂を凍結乾燥し、架橋工程にて凍結乾燥状態にある第２溶媒溶解性樹脂を第３溶媒の溶液中に浸漬させて架橋反応を起こさせる。その後、洗浄工程にて孔形成粒子を除去し、乾燥工程にて乾燥させることで、孔径を徐々に変化させた濾過材を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態にかかる濾過材を模式的に示す図であって、（ａ）は濾過材全体の断面斜視図、（ｂ）は（ａ）中のＡ部を拡大した断面図である。
【図２】図２は、図１に示す濾過材の変形例を模式的に示す断面斜視図である。
【図３】図３は、図１に示す濾過材を用いた水処理装置を模式的に示す説明図である。
【図４】図４は、図３に示す水処理装置に組み込まれるフィルターユニットを模式的に示す断面図である。
【図５】図５は、図１に示す濾過材の第１の製造工程を（ａ）から（ｅ）に順を追って模式的に示す斜視図である。
【図６】図６は、図１に示す濾過材の第２の製造工程を（ａ）から（ｅ）に順を追って模式的に示す斜視図である。
【図７】図７は、図１に示す濾過材の第２の製造工程を（ａ）から（ｆ）に順を追って模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２０】
本実施形態にかかるフィルター（濾過材）１は、図１および図２に示すように、多数の気孔２（図２参照）が相互に連通するように、ほぼ全体に亘って形成されており、連通した気孔２によって流体（たとえば、水）の通過が許容されている。そして、通過する流体に混入された異物を気孔２によって除去するようになっている。
【００２１】
本実施形態では、フィルター１は、図１に示すように、中心軸に沿って流体を導出する中心通路３を形成した所定厚みＴの円筒状に形成されており、流体は、円筒状のフィルター１の外周から流入して肉厚内部を通過したのち中心通路３へと流出し、当該中心通路３を伝って外方に送給されるようになっている。
【００２２】
さらに、本実施形態では、気孔２は、図２に示すように、当該気孔２の孔径ｄが、通過する流体の上流側から下流側、すなわち、円筒状のフィルター１の外周から内周に向かって徐々に小さくなるように形成されている。そして、それら多数の気孔２が相互に連通したオープンセル構造をしている。すなわち、本実施形態にかかるフィルター１は、円筒状のフィルター１の外周から内周に向かって孔径ｄが徐々に小さくなる気孔２を相互に連通させた三次元の網目構造に形成されている。なお、気孔２の孔径ｄが徐々に小さくなるように配列する方法については後述する。
【００２３】
本実施形態にかかるフィルター１を用いて水（流体）を濾過する場合、濾過しようとする水は、フィルター１の外周面からフィルター１の内部に導入され、フィルター１内部のオープンセル構造を構成する三次元網目構造の分岐および集合する連通孔２ｃを通過して中心側へと移動して中心通路３へと至る。なお、連通孔２ｃは、連通する気孔２の孔径ｄが大きければ大きくなり、連通する気孔２の孔径ｄが小さければ小さくなる。
【００２４】
このとき、流体中に混入している異物のうち、気孔２や連通孔２ｃよりも大きい異物が捕捉される。本実施形態では、気孔２の孔径ｄは、通過する流体の上流側から下流側に向かって徐々に小さくなっており、これに伴いオープンセル構造を成す連通孔２ｃも上流側から下流側に向かって徐々に小さくなるため、流体が通過する過程で、粒径の大きい異物だけでなく粒径が小さい異物も捕捉される。なお、異物を捕捉した気孔２や連通孔２ｃは閉塞されるが、連通孔２ｃはフィルター１の内部全域に亘って分岐および集合を繰り返しているため、閉塞箇所を迂回する別の気孔２や連通孔２ｃを介して流体が流れるため、フィルター１による濾過は継続的に行われる。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態にかかるフィルター（濾過材）１は、相互に連通するように形成された多数の気孔２の孔径ｄが上流側から下流側に向かって徐々に小さくなっている。そのため、上流側の気孔２（連通孔２ｃを含む）を通過した粒径の小さい異物を、下流側の気孔２で捕捉できるようになる。すなわち、捕捉できる異物の大きさに幅を持たせることができるようになり、フィルター１の濾過性能を向上させることができる。また、本実施形態では、フィルター１の内部に形成された気孔２を広い範囲に亘って有効に利用することができるため、多量の異物を捕捉できるようになり、この点からも濾過性能をさらに向上させることができる。さらに、気孔２の孔径ｄを上流側から下流側に向けて徐々に小さくすることで、最小孔径の気孔（下流側の気孔２の孔径）２が全体に亘ってほぼ均一に分布しているフィルターと比較して、通水抵抗を減少させることができる。したがって、本実施形態にかかるフィルター１によれば、濾過速度の低下を抑制しつつ濾過性能を向上させることができるようになるという利点もある。
【００２６】
ところで、本実施形態のフィルター１は、円筒状に形成して外周から内周の中心通路３に向かって流体を通過させる場合を説明したが、これとは逆に、中心通路３から外周に向かって流体が通過するように構成することもできる。この場合、気孔２の孔径ｄは、フィルター１の内周から外周に向かって徐々に小さくなる。
【００２７】
また、本実施形態のフィルター１をスポンジ状に形成した場合は、構成する材料によっては柔軟性が高くなりすぎて、変形しやすくなってしまう場合がある。そこで、フィルターとして効率良く利用するため、図２に示すように、中心通路３の内周にメッシュ状の補強筒４を取り付けるようにしてもよい。こうすれば、フィルター１の変形が抑制され濾過性能を高めることができる。
【００２８】
さらに、上記補強筒４に限ることなく、円筒状フィルター１の内周面側または外周面側に多孔質の硬質の円筒（図示せず）を配置することにより、フィルター１の変形抑制効果をより一層高めることも可能である。
【００２９】
次に、上述したフィルター１を用いた水処理装置１０について説明する。
【００３０】
この水処理装置１０は、図２に示すフィルター１を用いてフィルターユニット１１を構成し、当該フィルターユニット１１を水の浄化経路としての浄化主通路１２に配置することにより構成されている。
【００３１】
フィルターユニット１１は、スポンジ状のフィルター１を収納するハウジング１１ａを有しており、このハウジング１１ａは、両端がエンドプレート１１ｂ、１１ｃで閉塞された円筒形を成している。そして、ハウジング１１ａの内側にフィルター１が同軸上に配置されている。フィルター１の両端は遮蔽板１ａ、１ｂで閉止されるとともに、中心通路３の内周には、多孔質材で形成されて補強部材を兼ねる集水管１ｃが取り付けられている。
【００３２】
水流入側（図４中下方）のエンドプレート１１ｂの中心部には、吸水管１１ｄが接続されており、給水口１１ｅが形成されている。また、水流出側（図４中上方）のエンドプレート１１ｃの中心部には、吐出管１１ｆが接続されており、吐出口１１ｇが形成されている。
【００３３】
給水口１１ｅのハウジング１１ａ内側には、吸水管１１ｄから導入した水を外周方向に案内する給水口カバー１１ｈが設けられている。そして、この給水口カバー１１ｈの突出端部を一方の遮蔽板１ａの凹部１ｄに嵌合させることで、フィルター１の給水側の位置決めがなされている。
【００３４】
また、他方の遮蔽板１ｂの中心部には集水管１ｃに連通する中心口１ｅが形成されている。そして、この中心口１ｅに吐出管１１ｆの延長部１１ｉを嵌合させることで、フィルター１の吐出側の位置決めがなされている。さらに、延長部１１ｉと中心口１ｅとの間は、シール材１ｆによって密封されている。
【００３５】
このように、フィルター１全体をハウジング１１ａに固定することで、ハウジング１１ａ内でフィルター１が移動したり変形したりするのを抑制している。
【００３６】
そして、給水口１１ｅからフィルターユニット１１内に流入した水は、フィルター１の外周とハウジング１１ａの内周との間に廻り込んだのち、フィルター１の外周から内周へと通過し、濾過された水が集水管１ｃに集められ、吐出口１１ｇから吐出される。
【００３７】
なお、フィルターユニット１１は、上述した構造に限ることなく、たとえば、給水口１１ｅおよび吐出口１１ｇをエンドプレート１１ｂ、１１ｃに分配して設けずに、同一のプレート１１ｂまたは１１ｃやハウジング１１ａの側面に設けてもよい。この場合、ハウジング１１ａ内部の空気を排出するために、吐出口１１ｇをハウジング１１ａの上面近傍に設けるのが好適である。
【００３８】
水処理装置１０の浄化主通路１２は、図３に示すように、図示せぬ水道配管などに給水弁１３を介して接続されており、その浄化主通路１２には、上流側（給水弁１３の配置側）から下流側に向かって順に、フィルターユニット１１、活性炭フィルターユニット１４および膜フィルターユニット１５が直列に配置されている。そして、フィルターユニット１１と活性炭フィルターユニット１４との間に、昇圧ポンプ１６が配置されるとともに、その下流側に逆止弁１７が配置されている。そして、膜フィルターユニット１５の下流側に圧力センサ１８が配置されている。
【００３９】
フィルターユニット１１は、上述したようにスポンジ状のフィルター１によって水に混入した異物を捕捉して除去するものであり、このフィルターユニット１１を比較的大きめの異物を捕捉して除去するプレフィルターとして用いている。
【００４０】
活性炭フィルターユニット１４は、活性炭フィルターが収納されており、水に溶解した成分、特に異味や異臭、あるいは、トリハロメタンをはじめとしたハロゲン化炭素を除去するものである。また、活性炭フィルターの内部に重金属を除去するための重金属除去剤を混入し、当該重金属除去剤に鉛などの有害重金属を吸着させて除去できるようにしてもよい。また、活性炭フィルターで水中の残留塩素を分解除去することで、下流側に細菌が繁殖し易くなるが、これを防止するために、活性炭フィルターユニット１４に銀などの抗菌性を有する金属を含む抗菌剤を混合するようにしてもよい。
【００４１】
膜フィルターユニット１５は、ＮＦ膜、ＲＯ膜などの逆浸透膜やＵＦ膜、ＭＦ膜などの濾過膜が用いられており、この膜フィルターユニット１５には、濃縮水を排出する排出管１５ａが設けられている。そして、膜フィルターユニット１５を透過または通過した水は、浄化主通路１２の下流側末端から外部に吐出される。この浄化主通路１２の下流側末端は、蛇口等に接続されており、この蛇口等を介して処理水が供給されるようになっている。
【００４２】
逆止弁１７は、昇圧ポンプ１６が停止した場合、または給水弁１３が閉じたとき、さらには上水配管の水圧が所定圧以下に低下した場合に、活性炭フィルターユニット１４を含む下流側からの残圧によって水が逆流するのを防止するものである。この逆止弁１７を設けることで、フィルターユニット１１内に滞留したり堆積したりしていた異物が、図示せぬ水道配管などに逆流してしまうのが防止される。
【００４３】
なお、膜フィルターユニット１５下流側の浄化主通路１２内が所定圧以上に昇圧した場合に、圧力センサ１８から昇圧ポンプ１６や給水弁１３を制御する図示せぬ制御ユニットに信号を送り、昇圧ポンプ１６を停止するとともに、給水弁１３を閉じるように構成してもよい。こうすれば、浄化主通路１２の内部の異常な昇圧による水漏れや破損を防止できるようになる。
【００４４】
さらに、浄化主通路１２等に水質センサを設け、水質異常時に給水を停止するように構成することも可能である。
【００４５】
また、水処理装置１０を筺体に収納固定して、当該筺体を処理水使用箇所近傍に設置できるように構成し、使用者の利便性向上を図るようにしてもよい。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態にかかる水処理装置１０によれば、フィルター１を用いたフィルターユニット１１を浄化主通路１２に配置したため、フィルターユニット１１に設けたフィルター１によって大きさに幅のある多量の異物を捕捉できるようになる。その結果、浄化主通路１２を通過する水の浄化性能を向上させることができる。このフィルターユニット１１を用いることで、孔径の異なる複数のフィルターを用いる必要がなくなり、水処理装置１０の小型化を図ることができる。
【００４７】
次に、フィルター１の製造方法を説明する。
【００４８】
上述したフィルター１は、図５の（ａ）〜（ｅ）に示す工程（第１の製造工程）を経て製造することができる。
【００４９】
まず、溶融した熱可塑性樹脂Ｒ１と粒子径の異なる孔形成粒子Ｐとを攪拌装置Ｓで混合して第１の混合溶液Ｂ１を作る（混合工程）。
【００５０】
具体的には、熱可塑性樹脂Ｒ１を溶融温度異常に加熱して液状とし、この液状樹脂Ｒ１に樹脂の加熱温度で溶融あるいは破壊しない所定の粒子径分布幅を有する孔形成粒子Ｐを混合させる。なお、熱可塑性樹脂Ｒ１としては、たとえば、一般に使用されるビニル系樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、フェノール系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂など幅広い樹脂を用いることが可能である。また、孔形成粒子Ｐは、炭酸カルシウムなどの無機系粒子が適当である。このとき、液状樹脂とほぼ同一密度のものを用いれば、より短時間で均一な混合が可能となる。
【００５１】
また、混合工程では、孔形成粒子Ｐを液状の熱可塑性樹脂Ｒ１内に均一に分散させることを目的としているため、均一な層流よりも乱流で混合させるほうが好ましい。
【００５２】
なお、液状の熱可塑性樹脂Ｒ１と孔形成粒子Ｐとの体積比は、１：（１〜１５）、好ましくは、１：（５〜１０）である。
【００５３】
次に、成形用型Ｍに第１の混合溶液Ｂ１を流し込み、その成形用型Ｍを回転させることで、遠心力の作用方向（径方向）に孔形成粒子Ｐを粒径順に配列させる（遠心力付加工程）。
【００５４】
具体的には、混合工程にて均一に混合された液状の熱可塑性樹脂Ｒ１と孔形成粒子Ｐとの第１の混合溶液Ｂ１を、ほぼ円筒形の成形用型Ｍに充填し、それを密封した状態で中心軸Ｍｃを中心に回転させる。このとき、孔形成粒子Ｐに作用する遠心力により粒径が大きい孔形成粒子Ｐは、中心軸Ｍｃから遠ざかる方向に移動して成形用型Ｍの外周側に多く集まり、粒径が小さい孔形成粒子Ｐは内周側に多く集まる。そのときの回転数および回転時間は、使用する孔形成粒子Ｐと液状の熱可塑性樹脂Ｒ１の密度により調節することができる。また、使用する孔形成粒子Ｐの粒径分布を予め調節しておけば、遠心力で配置される孔形成粒子Ｐの大きさの分布を所望の状態とすることができる。
【００５５】
たとえば、孔形成粒子Ｐの粒径分布を分散の大きい１つのモード径を有する粒子を用いれば、最内周から最外周まで緩やかな粒径変化の分布とすることができる。また、モード径が著しく異なり、粒径分布が重複しない範囲にある２種類の同一材質の孔形成粒子を混合して、同様の遠心力付加工程を経ると、内周側から外周側に向かって拡大する孔径が、途中から急に拡大する孔径ギャップ層を設けることができる。このような孔径分布のフィルターを、粗大な異物が多い流体を濾過する際に用いるとより効果的に濾過することができる。なお、粒径が小さい孔形成粒子Ｐの比重を粒径が大きい孔形成粒子Ｐよりも大きくすれば、粒径が大きい孔形成粒子Ｐを内周側に、粒径が小さい孔形成粒子Ｐを外周側に多く集めることができる。
【００５６】
そして、孔形成粒子Ｐを粒径順に配列させた状態で、成形用型Ｍ内で熱可塑性樹脂Ｒ１を冷却させて固化させる（成形工程）。具体的には、第１の混合溶液Ｂ１を成形用型Ｍに充填した状態で、その成形用型Ｍを、熱可塑性樹脂Ｒ１が十分に固化するまで冷却する。
【００５７】
そして、冷却後に熱可塑性樹脂Ｒ１を脱型した後、孔形成粒子Ｐの除去溶媒Ｅで洗浄する（洗浄工程）。具体的には、樹脂に対しては微溶解性または不溶解性の除去溶媒Ｅで孔形成粒子Ｐのみを溶解して除去する。
【００５８】
最後に、洗浄により熱可塑性樹脂に付着した除去溶媒Ｅを除去する（乾燥工程）ことで、図１に示すフィルター１が製造される。
【００５９】
以上述べた第１の製造工程でフィルター１を製造する際は、フィルター１の素材である樹脂が熱可塑性であること、孔形成粒子Ｐが目的のフィルター孔径を満足する粒度分布であること、孔形成粒子Ｐの溶解性が高く、かつ、樹脂の溶解性が非常に低い溶媒を使用することが望ましい。また、孔形成粒子Ｐの比重を樹脂の比重に近くするのが好ましい。
【００６０】
この第１の製造工程によれば、混合工程で作った熱可塑性樹脂Ｒ１の第１の混合溶液Ｂ１に含まれた粒子径の異なる孔形成粒子Ｐを、遠心力付加工程によって粒径順に配列させることができる。その後、冷却工程によって熱可塑性樹脂Ｒ１を固化させるとともに、洗浄工程にて孔形成粒子Ｐを除去し、乾燥工程にて乾燥させることで、孔径を徐々に変化させたフィルター１を容易に形成することができる。これにより、フィルター１の生産性を高めて安価なフィルター１を提供することができるようになる。
【００６１】
また、上述したフィルター１は、図６（ａ）〜（ｅ）に示す工程（第２の製造工程）を経て製造することもできる。
【００６２】
まず、第１溶媒Ｄ１に溶解させた第１溶媒溶解性樹脂Ｒ２と、その第１溶媒溶解性樹脂Ｒ２を架橋する架橋剤Ｃと、第１溶媒Ｄ１に不溶性の粒子径の異なる孔形成粒子Ｐと、を混合して第２の混合溶液Ｂ２を作る（混合工程）。具体的には、第１溶媒溶解性樹脂Ｒ２に水溶性樹脂を用いて第１溶媒Ｄ１は水とするとともに、架橋剤Ｃに水溶性架橋剤を用い、水溶性樹脂を高濃度で水に溶解し、そこに水溶性架橋剤を同時に混入させる。このときの架橋剤と樹脂の比率で最終のフィルター１の架橋密度が決定される。この比率は、目的に応じて適宜に設定される。
【００６３】
そして、上記水溶液に水不溶性の粒子径の異なる孔形成粒子Ｐを混合して第２の混合溶液Ｂ２を作る。水不溶性の孔形成粒子Ｐは、たとえば、ワックスなどの飽和炭化水素を界面活性剤などでエマルジョン状態にしたものでもよく、液状のエマルジョンでもよい。また、水に溶解しない溶媒に溶解可能な水不溶性樹脂粒でもよい。
【００６４】
次に、成形用型Ｍに第２の混合溶液Ｂ２を流し込んでその成形用型Ｍを回転し、遠心力の作用方向に孔形成粒子Ｐを粒径順に配列させ（遠心力付加工程）、孔形成粒子Ｐを粒径順に配列させた状態で成形用型Ｍ内において第１溶媒溶解性樹脂Ｒ２に架橋反応を起こさせる（架橋工程）。すなわち、成形用型Ｍに入れた第２の混合溶液Ｂ２を回転して孔形成粒子Ｐに遠心力を作用させると、水中に分散した孔形成粒子Ｐは、遠心力により外周から内周に向かって粒子径の大きさに応じた分散状態となる。この状態で加熱して架橋剤Ｃにより樹脂鎖間の架橋反応を起こさせ、樹脂の構造を安定なものに変化させて固化させる。
【００６５】
そして、架橋反応後に第１溶媒溶解性樹脂Ｒ２を脱型した後、孔形成粒子Ｐを溶解させる除去溶媒Ｅで洗浄する（洗浄工程）。具体的には、成形用型Ｍから取出して、孔形成粒子Ｐのみを溶解させる除去溶媒Ｅで洗浄する。このとき、同時に残留する架橋剤Ｃも洗浄できることが好ましいが、残留の虞がある場合は、後で別に架橋剤洗浄工程を設けてもよい。
【００６６】
最後に、洗浄により第１溶媒溶解性樹脂Ｒ２に付着した除去溶媒Ｅを除去する（乾燥工程）ことにより、フィルター１を製造する。
【００６７】
このように、第２の製造工程によっても、上記第１の製造工程と同様に、気孔２の孔径を徐々に変化させたフィルター１を容易に形成することができるとともに、フィルター１の生産性を高めて安価な製品を提供することができる。
【００６８】
さらに、第２の製造工程では、基材となる樹脂が水溶性であるものを架橋することでフィルター１を得ている。したがって、第２の製造工程で製造されたフィルター１は、素材自体が親水性であるため、水用のフィルター１としては有用である。すなわち、第２の製造工程で製造されたフィルター１を水用のフィルターとして用いれば、親水化材などをコーティングする必要がなくなる。このように、第２の製造工程によれば、透水性が高く、かつ、目的の孔径の多孔質材とすることができるため、異物捕捉性能の高いフィルター１を得ることができる。
【００６９】
また、上述したフィルター１は、図７（ａ）〜（ｆ）に示す工程（第３の製造工程）を経て製造することもできる。
【００７０】
まず、第２溶媒Ｄ２に溶解させた第２溶媒溶解性樹脂Ｒ３と、第２溶媒Ｄ２に不溶性の粒子径の異なる孔形成粒子Ｐと、を混合して第３の混合溶液Ｂ３を作る（混合工程）。
【００７１】
次に、成形用型Ｍに第３の混合溶液Ｂ３を流し込んでその成形用型Ｍを回転し、遠心力の作用方向に孔形成粒子Ｐを粒径順に配列させる（遠心力付加工程）。
【００７２】
そして、孔形成粒子Ｐを粒径順に配列させた状態で第２溶媒溶解性樹脂Ｒ３を凍結乾燥し（凍結乾燥工程）、凍結乾燥した第２溶媒溶解性樹脂Ｒ３を脱型した後、その第２溶媒溶解性樹脂Ｒ３を架橋する架橋剤Ｃを溶解させた第３溶媒Ｄ３の溶液中に浸漬して架橋反応を起こさせる（架橋工程）。
【００７３】
そして、架橋反応を終えた第２溶媒溶解性樹脂Ｒ３を、孔形成粒子Ｐを溶解させる除去溶媒Ｅで洗浄し（洗浄工程）、洗浄により第２溶媒溶解性樹脂Ｒ３に付着した除去溶媒Ｅを除去する（乾燥工程）ことで、フィルター１を製造する。
【００７４】
このように、第３の製造工程によっても、上記第１の製造工程と同様に、気孔２の孔径を徐々に変化させたフィルター１を容易に形成することができるとともに、フィルター１の生産性を高めて安価な製品を提供することができる。
【００７５】
さらに、第３の製造工程によれば、遠心力により外周から内周に向かって孔形成粒子Ｐが粒径の大きさの順に配列された状態にある第３の混合溶液Ｂ３を凍結乾燥させている。したがって、形状そのままで内部の水が気化して徐々に抜けていくため、フィルター１の気孔２の孔径が徐々に変化した状態のまま架橋剤Ｃの溶液中で架橋反応させることができ、より緻密な架橋構造を得ることができる。
【００７６】
また、第３の製造工程によれば、架橋反応直前に架橋剤を添加できるため、架橋剤Ｃの反応性が高い状態で架橋させることができる。したがって、溶媒の樹脂からの蒸発時の収縮などの変化を起こし難くなり、溶媒Ｄ２と孔形成粒子Ｐを含んだ状態のフィルター構成樹脂（第２溶媒溶解性樹脂Ｒ３）が粒子径分布の配列を乱すのを抑制することができるため、目的とする孔径をより正確に構成させることができる。
【００７７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。
【００７８】
例えば、濾過材は、円筒状に限ることなく、平板状やブロック状など、任意の形状とすることができる。なお、平板状やブロック状の濾過材を製造する際には、上述の円筒状の濾過剤を切断することで製造することが可能である。また、粒径ごとに比重の異なる孔形成粒子を用い、それぞれの孔形成粒子の沈降速度の相違を利用して、気孔の粒径が上流側から下流側に向かって徐々に小さくなる平板状やブロック状の濾過材を製造するようにしてもよい。
【００７９】
また、水処理装置は、少なくともフィルターユニットが浄化主通路に配置されていればよい。
【符号の説明】
【００８０】
１ フィルター（濾過材）
２ 気孔
１０ 水処理装置
１１ フィルターユニット
１２ 浄化主通路（浄化経路）
ｄ 孔径
Ｒ１ 熱可塑性樹脂
Ｒ２ 第１溶媒溶解性樹脂
Ｒ３ 第２溶媒溶解性樹脂
Ｐ 孔形成粒子
Ｂ１ 第１の混合溶液
Ｂ２ 第２の混合溶液
Ｂ３ 第３の混合溶液
Ｍ 成形用型
Ｅ 除去溶媒
Ｄ１ 第１溶媒
Ｄ２ 第２溶媒
Ｄ３ 第３溶媒
Ｃ 架橋剤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の気孔が相互に連通するように形成されて流体の通過を許容する濾過材であって、前記気孔の孔径を、通過する流体の上流側から下流側に向かって徐々に小さくしたことを特徴とする濾過材。
【請求項２】
請求項１に記載の濾過材を用いてフィルターユニットを構成し、当該フィルターユニットを水の浄化経路に配置したことを特徴とする水処理装置。
【請求項３】
溶融した熱可塑性樹脂と、粒子径の異なる孔形成粒子と、を混合して第１の混合溶液を作る混合工程と、
成形用型に前記第１の混合溶液を流し込み、当該成形用型を回転させることで、遠心力の作用方向に前記孔形成粒子を粒径順に配列させる遠心力付加工程と、
前記孔形成粒子を粒径順に配列させた状態で、前記熱可塑性樹脂を前記成形用型内で冷却させて固化させる成形工程と、
冷却後に前記熱可塑性樹脂を脱型し、前記孔形成粒子の除去溶媒で洗浄する洗浄工程と、
洗浄により前記熱可塑性樹脂に付着した前記除去溶媒を除去する乾燥工程と、を備えることを特徴とする濾過材の製造方法。
【請求項４】
第１溶媒に溶解させた第１溶媒溶解性樹脂と、当該第１溶媒溶解性樹脂を架橋する架橋剤と、第１溶媒に不溶性の粒子径の異なる孔形成粒子と、を混合して第２の混合溶液を作る混合工程と、
成形用型に前記第２の混合溶液を流し込み、当該成形用型を回転させることで、遠心力の作用方向に前記孔形成粒子を粒径順に配列させる遠心力付加工程と、
前記孔形成粒子を粒径順に配列させた状態で、前記成形用型内において前記第１溶媒溶解性樹脂に架橋反応を起こさせる架橋工程と、
架橋反応後に前記第１溶媒溶解性樹脂を脱型し、前記孔形成粒子を溶解させる除去溶媒で洗浄する洗浄工程と、
洗浄により前記第１溶媒溶解性樹脂に付着した前記除去溶媒を除去する乾燥工程と、を備えることを特徴とする濾過材の製造方法。
【請求項５】
第２溶媒に溶解させた第２溶媒溶解性樹脂と、第２溶媒に不溶性の粒子径の異なる孔形成粒子と、を混合して第３の混合溶液を作る混合工程と、
成形用型に前記第３の混合溶液を流し込み、当該成形用型を回転させることで、遠心力の作用方向に前記孔形成粒子を粒径順に配列させる遠心力付加工程と、
前記孔形成粒子を粒径順に配列させた状態で、前記第２溶媒溶解性樹脂を凍結乾燥する凍結乾燥工程と、
凍結乾燥した前記第２溶媒溶解性樹脂を脱型し、当該第２溶媒溶解性樹脂を架橋する架橋剤を溶解させた第３溶媒の溶液中に浸漬させて架橋反応を起こさせる架橋工程と、
架橋反応を終えた前記第２溶媒溶解性樹脂を、前記孔形成粒子を溶解させる除去溶媒で洗浄する洗浄工程と、
洗浄により前記第２溶媒溶解性樹脂に付着した前記除去溶媒を除去する乾燥工程と、を備えることを特徴とする濾過材の製造方法。
【請求項１】
多数の気孔が相互に連通するように形成されて流体の通過を許容する濾過材であって、前記気孔の孔径を、通過する流体の上流側から下流側に向かって徐々に小さくしたことを特徴とする濾過材。
【請求項２】
請求項１に記載の濾過材を用いてフィルターユニットを構成し、当該フィルターユニットを水の浄化経路に配置したことを特徴とする水処理装置。
【請求項３】
溶融した熱可塑性樹脂と、粒子径の異なる孔形成粒子と、を混合して第１の混合溶液を作る混合工程と、
成形用型に前記第１の混合溶液を流し込み、当該成形用型を回転させることで、遠心力の作用方向に前記孔形成粒子を粒径順に配列させる遠心力付加工程と、
前記孔形成粒子を粒径順に配列させた状態で、前記熱可塑性樹脂を前記成形用型内で冷却させて固化させる成形工程と、
冷却後に前記熱可塑性樹脂を脱型し、前記孔形成粒子の除去溶媒で洗浄する洗浄工程と、
洗浄により前記熱可塑性樹脂に付着した前記除去溶媒を除去する乾燥工程と、を備えることを特徴とする濾過材の製造方法。
【請求項４】
第１溶媒に溶解させた第１溶媒溶解性樹脂と、当該第１溶媒溶解性樹脂を架橋する架橋剤と、第１溶媒に不溶性の粒子径の異なる孔形成粒子と、を混合して第２の混合溶液を作る混合工程と、
成形用型に前記第２の混合溶液を流し込み、当該成形用型を回転させることで、遠心力の作用方向に前記孔形成粒子を粒径順に配列させる遠心力付加工程と、
前記孔形成粒子を粒径順に配列させた状態で、前記成形用型内において前記第１溶媒溶解性樹脂に架橋反応を起こさせる架橋工程と、
架橋反応後に前記第１溶媒溶解性樹脂を脱型し、前記孔形成粒子を溶解させる除去溶媒で洗浄する洗浄工程と、
洗浄により前記第１溶媒溶解性樹脂に付着した前記除去溶媒を除去する乾燥工程と、を備えることを特徴とする濾過材の製造方法。
【請求項５】
第２溶媒に溶解させた第２溶媒溶解性樹脂と、第２溶媒に不溶性の粒子径の異なる孔形成粒子と、を混合して第３の混合溶液を作る混合工程と、
成形用型に前記第３の混合溶液を流し込み、当該成形用型を回転させることで、遠心力の作用方向に前記孔形成粒子を粒径順に配列させる遠心力付加工程と、
前記孔形成粒子を粒径順に配列させた状態で、前記第２溶媒溶解性樹脂を凍結乾燥する凍結乾燥工程と、
凍結乾燥した前記第２溶媒溶解性樹脂を脱型し、当該第２溶媒溶解性樹脂を架橋する架橋剤を溶解させた第３溶媒の溶液中に浸漬させて架橋反応を起こさせる架橋工程と、
架橋反応を終えた前記第２溶媒溶解性樹脂を、前記孔形成粒子を溶解させる除去溶媒で洗浄する洗浄工程と、
洗浄により前記第２溶媒溶解性樹脂に付着した前記除去溶媒を除去する乾燥工程と、を備えることを特徴とする濾過材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１５２４９０（Ｐ２０１１−１５２４９０Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３９４６（Ｐ２０１０−１３９４６）
【出願日】平成２２年１月２６日（２０１０．１．２６）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２６日（２０１０．１．２６）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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