(57)【要約】  フィルターは、長手方向に延びる中空の中心部により内径が画定されている長手方向軸を有する。フィルターは、長手方向軸から半径方向に外向きに弧状に延びるフィンガーを有する。フィンガーは、長手方向軸の近くに基端及び長手方向軸から離れた先端に外縁を有する。フィルターの外径は、フィンガーの外縁により画定される。フィルターは、焼結多孔質成形熱可塑性材料、又は標準フィルターよりも剛性の高いフィルターが得られる別の材料から形成される。フィンガーは、中に汚染物を捕捉するようなサイズになっているスロットを間に形成するように互いから所定のほぼ一定の距離だけ離れている。
2007501709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向軸と、
長手方向に延びる中空の中心部により画定される内径と、
第１の端と、
第２の端と、
前記長手方向軸から半径方向に弧状に延びるとともに、前記長手方向軸の近くに基端、及び前記長手方向軸から離れた先端に外縁を有するフィンガーと、
該フィンガーの前記外縁により画定される外径と
を含むフィルターであって、
焼結多孔質成形熱可塑性材料から形成され、
該フィンガーが、中の汚染物を捕捉するようなサイズのスロットを間に形成するように互いから所定の実質的に一定の距離だけ離れている、フィルター。
【請求項２】
抗菌剤又は抗ウイルス剤をさらに含む、請求項１に記載のフィルター。
【請求項３】
前記フィンガーが、互いから実質的に均一に離れている、請求項１に記載のフィルター。
【請求項４】
前記フィンガーが、約０．０８８ｃｍ離れている、請求項１に記載のフィルター。
【請求項５】
前記フィンガーの前記基端が、少なくとも約０．０７６２ｃｍの内側の曲率半径を有する、請求項１に記載のフィルター。
【請求項６】
前記フィンガーの前記基端が、少なくとも約０．３３０ｃｍの外側の曲率半径を有する、請求項１に記載のフィルター。
【請求項７】
前記フィンガーの前記外縁が、少なくとも約０．１２７ｃｍの内側の曲率半径を有する、請求項１に記載のフィルター。
【請求項８】
前記フィンガーの前記外縁が、少なくとも約０．３８１ｃｍの外側の曲率半径を有する、請求項１に記載のフィルター。
【請求項９】
前記フィンガーが、滑らかな面、蛇行面、又はテクスチャ加工面、又は隆起面のうち１つを有する、請求項１に記載のフィルター。
【請求項１０】
前記フィンガー及び前記間隔が、該フィルターの長手方向断面を中心に実質的に対称である、請求項１に記載のフィルター。
【請求項１１】
前記フィルターの一端と結合される少なくとも１つの端部キャップをさらに備える、請求項１に記載のフィルター。
【請求項１２】
前記フィルターの前記第１の端及び前記第２の端のうち少なくとも一方をシールするガスケットをさらに備える、請求項１に記載のフィルター。
【請求項１３】
前記長手方向に延びる中空の中心部の内部コアを必要とせずに汚染物を濾過するのに十分なサイズであり、十分に剛性である、請求項１に記載のフィルター。
【請求項１４】
前記焼結多孔質成形熱可塑性のフィルターが、少なくとも約１μの細孔サイズを有する、請求項１に記載のフィルター。
【請求項１５】
前記焼結多孔質成形熱可塑性のフィルターが、多くとも約５００μの細孔サイズを有する、請求項１に記載のフィルター。
【請求項１６】
前記フィルターが、少なくとも約３０％の孔隙率を有する、請求項１に記載のフィルター。
【請求項１７】
前記フィルターが、多くとも約９０％の孔隙率を有する、請求項１に記載のフィルター。
【請求項１８】
前記フィルターが、前記スロットが増大量の汚染物を捕捉するサイズに拡張するように可撓性である、請求項１に記載のフィルター。
【請求項１９】
互いに積み重ねられる２つ以上のフィルターをさらに備える、請求項１に記載のフィルター。
【請求項２０】
前記第１の端が、閉じられているか、又は部分的に閉じられており、前記第２の端が、開いているか、又はフランジ付きである、請求項１に記載のフィルター。
【請求項２１】
前記フィルターに組み込まれて耐圧性を高める支持リングをさらに備える、請求項１に記載のフィルター。
【請求項２２】
前記フィルターが、珪藻土フィルターであるような構成と寸法を有する、請求項１に記載のフィルター。
【請求項２３】
前記フィルターが、焼結金属、焼結セラミック、スチールメッシュ、網状金属、不織材料、又はバイコンポーネント材料、連続材料及び短繊維媒体から成る群から選択される材料から形成される、請求項１に記載のフィルター。
【請求項２４】
前記フィンガーが、内部スロットを画定する、請求項１に記載のフィルター。
【請求項２５】
前記内部スロットが、少なくとも約０．２５４ｃｍの幅を有する、請求項２４に記載のフィルター。
【請求項２６】
該フィルターが、押出成形工程又は引抜成形工程を用いて形成される、請求項１に記載のフィルター。
【請求項２７】
型内で焼結するのに適した熱可塑性粒子を用意し、
前記型内で前記熱可塑性粒子を焼結し、焼結多孔質熱可塑性フィルターを形成することを含む、フィルターを製造する方法であって、
前記フィルターが、
内径を有する中空の中心部と、
前記内径から半径方向に弧状に延び、中に汚染物を捕捉することが可能なスロットを間に画定するように隣り合ったフィンガーから離れているフィンガーと
を備える、方法。
【請求項２８】
熱可塑性粒子を極低温で粉砕し、焼結用の様々なサイズの粒子を調製することをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
熱可塑性粒子を水中カット造粒し、焼結用の熱可塑性粒子を調製することをさらに含む
、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
コアを前記中空の中心部に挿入することをさらに含み、前記コアは、前記スロットのサイズが大きくなるように前記フィルターの内径よりも大きい、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、汚染物又は他の粒子を濾去する流体フィルターに関する。より詳細には、本発明は、高い濾過能力を有する流体フィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
［発明の背景］
流体（液体及びガス）用のフィルターが当該技術分野で知られている。例えば、フィルターは、空気濾過システム、水濾過システム、浄水システム等のようなシステムにおいて一般的によく用いられる。フィルターの特定の一用途は、プール及び温泉等の親水施設（recreational water)等にある。
【０００３】
少なくとも２つの形式のフィルターが既知である。第１の形式のフィルターは、交換可能なフィルターが一般的にコアに取り付けられ、濾過システムに配置されているカートリッジ式フィルターである。交換可能なフィルターは通常、多孔質の、汚染物及び／又は他の粒子（便宜上、以下では「汚染物」とするが、これに限定することを意図しない）を濾過システムに流さないようにするが流体は通すようなサイズになっている細孔を有する比較的軟質の材料から形成されている。しかしながら、汚染物及び粒子は通常、かかるフィルターにこびりつく（embedded）ため、フィルターは定期的に交換されねばならない。
【０００４】
第２の形式のフィルターは、粉体が付着する、ナイロンメッシュに類似の支持格子を有する珪藻土（「ＤＥ」）フィルターである。粉体は、濾過作業が行われる均一のケーキ状構造を形成する。しかしながら、支持格子は比較的脆性であり、寿命が限られている。さらに、このような支持格子システムアセンブリは複雑であるため、組み立てが比較的困難である。
【０００５】
一般的に、カートリッジ式フィルターは、長手方向に折り畳まれた部分又はプリーツが半径方向に外向きに延びる、長手方向に実質的に開口した中心部を有する、円筒部材である。複数のプリーツは一般的に、シリンダを画定する管状コアの周りに配されている。横断面で見ると、プリーツは概して、フィルターのコアからフィルターの外周へ半径方向に外向きに延びている。従来のプリーツは、フィルターの内径（コア）からフィルターの外径（外周）へ直線状に延びている。直線プリーツの欠点は、フィルター産業の標準化により、フィルター本体の寸法全体が制限され、直線プリーツのサイズをフィルター本体の寸法よりも大きくすることができないことである。したがって、濾過能力及び効果が限られる。
【０００６】
標準的なカートリッジ式フィルターの効果は一般に、フィルターの表面積に応じて決まる（function）ため、プリーツは、中心コアから外周へ弧状に延びるように変更されている。このため、内径及び外径間の各プリーツの有効長が長くなることができる。各プリーツの長さが長くなることにより、フィルターの表面積が増大する。
【０００７】
標準的なカートリッジ式フィルターでは、典型的なフィルターの効果を高めるために、従来から、フィルター本体内の空間容積を無駄なスペースとして着目してきた。フィルター本体の、開口した中心コアと外周との間の容積をフィルター材料で１００％埋める手法が試みられてきた。さらに、プリーツの昇降アームとの間の各プリーツの曲率が、各プリーツの遠位端及び近位端における空間容積を減らすように変更されて来た。プリーツはまた、２つの隣り合ったプリーツ間の空間容積が最小となるよう互いに接触するように設計
されている。隣り合ったプリーツは多くの場合、互いに密接するように隣のプリーツのすぐ横に位置する。プリーツの曲率は通常、フィルター全体の空間容積がほぼゼロ近くに減るように変更される。
【０００８】
しかしながら、従来のシステムにはいくつかの欠点がある。プリーツが密接しているため、フィルターに入る大きな粒子はいずれも付着する又は捕捉される特定の場所がない。そのため、大きな粒子が予測せぬ望ましくない場所にとどまることになり、デッドスペースをつくり得るため、フィルターの適正な機能の妨げとなる。さらに、プリーツが密接しているため、フィルターに入る汚染物はいずれもプリーツ間のスペース内にとどまったままとなり、完全に除去することができない。したがって、フィルターは、完全には洗浄可能（cleanable：クリーニング可能）ではなく、再使用可能な寿命が非常に限られている。フィルターはまた、比較的脆性であるため、洗浄、強度のブラシがけ、又は高圧での逆洗を行うことができない。そのため、フィルターは、汚染したら処分せねばならない。
【０００９】
Porex Porous Products Group（Fairburn, Georgia）は、好ましくは焼結多孔質材料から形成される成形フィルター部材を形成することによって上記のフィルターを改善している。これらのフィルターを形成するのに用いる焼結多孔質材料は、より耐久性のある組成を呈するため、フィルターをより効果的に洗浄し、長期間にわたり再使用することを可能にする。例えば、焼結多孔質材料は、フィルターを繰り返し逆洗及び洗浄することを可能にする。逆洗は、フィルター全体にわたって通常の流れ方向とは逆の方向に清浄な流体（clean fluid）を流すことである。逆流により、フィルターが以前に捕捉した粒子を取り除くことで、後の使用のためにフィルターが洗浄される。さらに、焼結多孔質材料は主として組成が均一であるため、フィルターの流れが特定の方向に限られない。濾過される物質は、外側から内側へ、また、内側から外側へ流れることができる。
【００１０】
さらに、焼結多孔質材料フィルターは、上述した第１の形式のフィルターよりも剛性であり、Ｐｏｒｅｘフィルターは、特定の形態及び構造を提供するのに中心コアも外側ケージも必要としない。焼結多孔質材料は、中心コア及び外側ケージを用いることに頼らずとも、或る形状及び構造になるように形成されることが可能である。さらに、成形により、フィルターを単一部品として形成することができ、そのため、部品が最小限となり、製造及び組み立てが単純となる。
【００１１】
焼結多孔質材料のさらに別の利点は、細孔サイズを所望に応じて変更することができる点である。焼結材料の細孔サイズは、焼結前の最初の出発粒子のサイズ及び形状に応じて決まる。出発粒子のサイズ及び形状に基づいて細孔サイズを調整及び確定することは、Yaoに対し発行された米国特許第６，５５１，６０８号、米国特許出願公開２００３−００６２３１１−Ａ１、及び係属中の米国特許出願第０９／３７５，３８３号（これらはそれぞれ、全体が参照により本明細書に援用される）において説明されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、複数のサイズの汚染物を除去するための均一な表面、高い濾過能力、及び有効な耐用寿命を有するフィルターを形成することが望ましい。さらに、汚染物を捕捉する能力が高められているフィルターを形成すること、及び、フィルターを逆洗して汚染物を一掃する（clean off）ことでフィルターを再使用することができるフィルターを形成することが望ましい。また、表面は、デッドスペースをつくらず、且つ適正なフィルター機能を阻止せずに、汚染物を表面上に保持するように構成されることが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
［発明の概要］
本発明は、汚染物を濾液から濾過するような構成と寸法を有するフィルターを提供する。本発明のフィルターは、表面積を増大させること等により、汚染物を濾過する容量及び能力（capacity and capability）が高められている。表面積の増大は、半径方向に外向きに且つ弧状に延び、隣り合ったフィンガーから所定距離のところに位置する長手方向の複数のフィンガーにより達成される。さらに、フィルターの構造により、濾過された汚染物は、フィルターが高い濾過能力を維持するように制御及び対処される。また、フィルターは、実質的に対称に汚染物を捕捉するような構成と寸法を有する複数のスペースを提供することで、フィルターに、濾液を濾過する効果がなくなるほど高濃度の汚染物で過度に汚染される部分がないようにする。
【００１４】
本発明の原理によれば、濾過のための表面積が増大されているフィルターは、半径方向に外向きに形成又は成形されている、周に沿って湾曲した複数の部分（以下「フィンガー」）を有するフィルターの形状になるように材料を成形することによって形成される。このような構成では、フィンガーの湾曲形状により、フィンガーの長さ（フィルターの内径の基部からフィルターの外径の縁にかけてのフィンガーの長さ）が、直線状に半径方向に外向きに延びるフィンガーによって得られるであろうよりも長くなるため、濾過のための表面積が増大する。したがって、本発明のフィルターのフィンガーにより、直線状に半径方向に外向きに延びるフィンガーによって呈される表面積よりも高い濾過能力が可能となる。さらに、フィンガー間のスペース又はスロットは、直線状のフィンガー付き（fingered）フィルターにおけるよりも大きい。したがって、フィルターのスロットは、汚染物を保持する能力が直線状のフィンガー付きフィルターよりも高い。
【００１５】
フィルターは、例えばブラシがけ又は逆洗（例えばホースを用いて水又は別の洗浄媒体でフィルターを洗う）によりフィルターを容易に洗浄することができるように、比較的剛性な、又は耐久性のある材料から形成されることが好ましい。さらに、フィルターの剛性により、所望であれば、フィルターをコアなしで用いることが可能である。
【００１６】
本発明のフィルターを形成するのに用いる材料は、所望のフィルター形状になるように成形される焼結多孔質材料であることが好ましい。このような材料により、多孔質材料粉体の外面的形態を制御すること等によって、フィルター材料の孔隙率を制御することが可能となる。
【００１７】
フィルターのフィンガーは、フィンガー（以下「スロット」）間のスペースが特定のサイズの汚染物を捕捉するように構成されている間隔で互いから離れていることが好ましい。また、フィンガーはほぼ一定の距離で互いから離れているため、フィルターが捕捉した汚染物を容易に一掃することができ、フィルターを再使用することができる。
【００１８】
本発明のフィルター材料は幾分可撓性があるため、フィンガーは、濾過システムに配置されたときに広がることが可能である。したがって、汚染物を保持する能力をさらに大きくするようにスロットはさらに拡張することができる。
【００１９】
本発明のこれら及び他の特徴並びに利点は、本発明の以下の詳細な説明から容易に明らかとなり、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲に記載されている。
【００２０】
詳細な説明は、添付の図面とともによりよく理解されるであろう。添付の図面では、同じ符号は同じ要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
［発明の詳細な説明］
図１によれば、本発明のフィルター１００は、長手方向軸１１４を有する中空の中心部
１１２を有して構成されることが好ましい。通常、フィルター１００は、概ね円筒形状になるように形成される。フィルターのフィンガー１１６は、中空の中心部１１２からフィルター１００の外周へ半径方向に且つ弧状に外向きに長手方向に延びている。中空の中心部１１２は内径を画定し、フィルターフィンガー１１６の外周は外径を画定している。本発明のフィルター１００は、好ましくは、フィルター１００の中空の中心部１１２からフィルター１００の外周への流れ、また、フィルター１００の外周からフィルター１００の中空の中心部１１２への流れを可能にする。
【００２２】
本発明の原理によれば、フィンガー１１６の長さは、フィルター１００のいかなるサイズ制限（例えば、フィルター全体の内径及び外径の制限等）にも影響を与えることなく、フィンガー１１６に丸みを付ける（radiusing）か、又はフィンガー１１６を周方向に湾曲させることによって増大することができる。フィンガー１１６は、汚染物が保持され得る表面積を増大させるように丸みを付けられ、それにより、フィルター全体の寸法は一定に維持しつつ、より多量の汚染物の保持を可能にすること等によってフィルター１００の濾過能力を増大させる。フィンガーのサイズが大きくなることは、フィルター１００の機械的強度を全体的に高める働きもなし得る。例えば、フィンガー１１６の長さは、汚染物に対する支持壁としての、又は濾過助剤のための支持格子としての役割を果たし得る。さらに、フィンガー１１６に丸みを付けることによって、フィルター１００が構造上より強くなるため、支持のための内部コア又はケージ（図示せず）の必要性を低減し、さらにはなくすことができる。しかしながら、コアが必要とされる状況又は用途では、フィンガー１１６の丸み付けにより、コアがスロット拡張材（expander）として効果的に使用され、さらに、フィルター１００により制御される汚染物の量を増大させる。したがって、フィンガー１１６の曲率半径は、上記の利点のいずれかを最大にするように選択され得る。当業者に理解され得るように、曲率半径の選択は、フィルター１００の材料、フィルター１００が用いられる環境、又は他の関連する考慮事項により影響を受け得る。フィンガー１１６の曲率半径は、概ね１．３０７インチ（３．３２ｃｍ）とすることができることが意図される。
【００２３】
図３に示すように、フィルター１００のフィンガーの長さが長くなることにより、直線状のスロット付きフィルター（図示せず）のスロット長に比して、フィンガー１１６間のスロット３００のスロット間隔３０２も大きくなる。したがって、濾過能力がさらに増大する。さらに、スロット間隔３０２が大きくなるため、以前に可能であったよりもより多くの量の粒子をフィルター１００によって捕捉することができる。スロット３００が大きくなるほど、内部に捕捉又は保持されることが可能な粒子の数が増えることが理解されるであろう。また、スロット３００の大きなサイズ及び固有の形状により、洗浄等のためのスロットに対するアクセス性も高まることが可能となる。使用の際、隣り合った個々のフィンガー１１６間の所定のスロット間隔３０２は、特定の用途に合わせたフィルター１００の所望の濾過能力により選択される。スロット間隔３０２を選択するのに用いるいくつかの基準は、フィルター１００が用いられる環境に応じて決まる。このようないくつかの基準としては、濾過される流体中の汚染物の負荷（contaminant load）等が挙げられるがこれに限定されない。例えば、濾過すべき流体中の汚染物の負荷が高いほど、汚染物の負荷を制御するのにフィンガー１１６間に必要とされるスロット間隔３０２が大きくなる。スロット間隔３０２は、フィンガー１１６の厚さに最小約０．６０〜最大約２．０を乗じたものに等しくなるように選択されることができることが意図される。この乗数は、上述したような濾過すべき流体中の汚染物の負荷等を含めた因数により求められる。意図する一実施形態では、フィンガー１１６間のスロット間隔３０２は、約０．０３５インチ（０．０８８ｃｍ）である。
【００２４】
本発明のフィルター１００の材料は、幾分可撓性があることが好ましい。したがって、フィンガー１１６は、実質的に一定の距離で離れているが、特定の濾過システムに配置さ
れたときに広がることが可能である。フィルター１００は可撓性であるため、例えばフィルター１００の内径よりも大きい外径を有するコア（図示せず）をフィルター１００に嵌め込むことができる。その結果、スロット３００のサイズが拡張することで、スロット３００が汚染物を捕捉及び保持する能力が高まる。また、これにより、フィルター１００がより洗浄しやすくなる。したがって、このような拡張が可能であることにより、現用のフィルターよりも、さらにいっそう濾過能力と濾過可能性が高くなる。さらに、コアを挿入する場合、フィルター１００は、珪藻土フィルターでは支持格子として使用する能力が高まるため、珪藻土部材をフィルター１００の表面に別個に且つ均一に用いることができる。
【００２５】
本発明のフィルター１００は、成形部材として形成されることが好ましい。したがって、フィルター１００は、所望であれば、単品部材として形成されることができ、そのため、製造が単純となる。さらに、フィルター１００を単品部材として形成することにより、フィルター１００自体の組み立ても単純となる。さらに、単品フィルターは、濾過システムに組み立てることが多部品フィルターよりも簡単である。
【００２６】
フィルター１００を成形することにより、フィルター１００を種々の形状、形態、サイズ等に形成することも可能となる。したがって、フィルター１００の所望の形態が成形工程により容易に達成され、所望の構造を達成する（例えば成形品のフィンガー１１６を湾曲させる）さらなる製造ステップがほぼ必要ない。
【００２７】
フィルター１００が成形されるため、フィンガー１１６の形状及び形態をより制御することができる。さらに、材料の２つ以上の端を接合する継ぎ目のないようにフィルター１００をひと続きに構成することも好ましい。例えば、フィルター１００の洗浄及び／又は取り扱いを容易にするために外縁に丸みを付けたフィンガー１１６を設けることも望ましい場合がある。フィンガー１１６の外縁に丸みを付けることにより、フィルター１００を離型することも容易となる。フィンガー１１６の外縁に丸みを付けることはまた、汚染物粒子が洗浄されない可能性がある箇所をなくし、それにより、フィルター１００の表面積全体が効果的に洗浄されるようにすることができる。付加的に又は代替的に、基部に丸みの付いているスロット３００を設けることが望ましい場合がある。基部に丸みの付いているスロットにより、洗浄性の向上等、従来技術のスロットに比して種々の利点が可能となる。また、スロット３００の基部に丸みを付ける場合、粒子は、スロットの基部に捕捉される傾向が低くなる。
【００２８】
フィルター１００の形成の際、各フィンガー１１６は、各フィンガー１１６が個々のフィンガー１１６を形成するように自身でループをつくると、内側すなわち近位端および外周すなわち遠位端が弧状になる。フィンガー１１６の近位端及び遠位端における各ループ形成又は弧形成は、フィンガー１１６が所定のスロット間隔３０２で互いに離れるように所定の最小半径を有して構成される。最小曲率半径が必要とされ、この最小曲率半径は、フローダイナミクスの最適化、洗浄の容易性、濾過助剤の予めのコーティング、逆洗の際の汚染物の除去、製造の際の離型の最適化等が挙げられるがこれらに限定されない因子により定められる。他の因子は、フィルター１００の表面積全体の効果的な洗浄を妨げてしまう鋭い縁又は角がないように形成されることを含む。フィンガー１１６の近位端における弧又はループは、少なくとも約０．０３インチ（０．０７６ｃｍ）の内側半径及び少なくとも約０．１３０インチ（０．０３３０ｃｍ）の外側半径を有する。フィンガー１１６の遠位端におけるスロットは、少なくとも約０．０５０インチ（０．１２７ｃｍ）の内側半径及び少なくとも約０．１５０インチ（０．３８１インチ）の外側半径を有する。フィンガー１１６の近位端すなわち基端及び遠位端における最大曲率半径は、いかなる値にも拘束されない。最大値は、フィルター１００での特定の用途又は使用により定められる。最小値を設定する基準は概して値の範囲の上限では適用可能でないことが当業者に理解さ
れるであろう。例えば、大きな曲率半径により、一般に洗浄、逆洗、離型、フィルターのコーティング等が阻止又は制限されることはない。
【００２９】
代替的な一実施形態では、フィンガー１１６の近位端における弧又はループの曲率半径は、フィンガー１１６の遠位端における弧又はループの曲率半径とは異なり得る。フィンガー１１６の近位端及び遠位端における曲率半径が様々であることにより、特定の濾過用途に合わせてスロット３００のサイズを変えることができる。さらに、フィンガー１１６の近位端及び遠位端における異なる曲率半径により、様々な形状及び角度のスロット３００及びフィンガー１１６がもたらされる。これにより、フィルター１００のサイズ及び構造がさらに様々となり、各種の用途に対応するようになっている。
【００３０】
各フィンガー１１６は内部スロット１２０も画定する。内部スロット１２０は、フィンガー１１６の半径方向に延びる両側間に画定される。内部スロット１２０のサイズ及び間隔は、濾過用途に必要とされるフローダイナミクスによって少なくとも部分的に確定される。内部スロット１２０は、洗浄及び逆洗を容易にするようなサイズでありそのように離れ、フィルター１００を洗浄及び再使用することができるようになっている。さらに、内部スロット１２０の幅１２２は、フィルター１００の壁厚に少なくともほぼ等しい。内部スロット１２０は、少なくとも約０．１０インチ（０．２５４ｃｍ）の幅１２２を有することができるように意図されている。最小値を設定する基準は概して値の範囲の上限では適用可能でないことが当業者に理解されるであろう。例えば、大きな内部スロット幅により、洗浄、逆洗、離型、フィルターのコーティング等が阻止又は制限されることはない。
【００３１】
図２に示すように、成形により、フィルター１００を従来技術におけるような多層媒体としてではなく単一層として形成することもできる。多層フィルターの層中又は層間に汚染物が入り込むと、汚染物は多くの場合、捕捉されてしまい、除去することができない。したがって、多層フィルターは概して、洗浄及び再使用しにくい。本発明のフィルター１００は、好ましくは単一層材料から形成される。したがって、フィルター１００は、捕捉された汚染物を逆洗により洗浄することができるため、洗浄可能であるとともに再使用可能である。さらに、フィルター１００は単一層で構成されるため、フィンガー１１６の曲率には制限がほとんどない。フィルター１００の濾過、支持、及び排水能力は、フィンガー１１６が成形される構造（形状）によって阻止されないが、従来技術では、多くの構造において排水及び濾過能力が損なわれてしまうため、多層フィルターの構造は限られていた。
【００３２】
フィルター１００の様々な特徴に対する様々な変更は、フィルター１００を成形することによって容易に達成され得る。例えば、所要であれば、フィンガー１１６の長さ（フィルター１００の内径におけるフィンガー１１６の基部から、フィルター１００の外径におけるフィンガー１１６の自由端までを測定）は所望に応じて容易に変えることができる（例えば、フィンガー１１６は、様々な長さを有し得る）。代替的に又は付加的に、フィンガー１１６の表面２００又はフィルター１００のスロット３００（図２を参照）を所望のテクスチャ加工等を組み込むように変更することができる。例えば、フィンガー１１６の表面２００は、隆起を有することができるか、又は蛇行溝又はスロットを有することができる。また、各フィンガー１１６は、長手方向又は半径方向に蛇行形状又は螺旋形状を有することができる。さらに、フィルター１００全体の外面は所望に応じて容易に変更することができる。例えば、フィルタ１００の表面２００をテクスチャ加工してもよい。さらに、隣り合った個々のフィンガー１１６は隣のフィンガーと接触しないため、各フィンガー１１６の表面２００は、マイクロフィンガー（図示せず）を有することができる。マイクロフィンガーが、フィルター１００に固定され、使用されると、汚染物粒子を適所に捕捉しておく際に役立つことができる。フィンガー１１６の表面２００に対する変更により、フィルター１００の表面積全体も増大し、そのため、フィルター１００の効果も高まる
。
【００３３】
焼結多孔質材料の特性は、製造に用いる粒子の平均サイズ及び分布並びに粒子の平均的な形状に応じて決まることができる。本発明の一実施形態では、熱可塑性粒子は、ほぼ球状である。この形状により、ある種の利点がもたらされる。まず、型内に粒子を効率的に入れやすくなる。次に、実質的に球状の、特に滑らかな縁を有する粒子は、十分に規定された温度範囲にわたって均一に焼結して、所望の機械的特性及び孔隙率を有する最終製品を提供する傾向がある。通常、細孔サイズは、約５μｍ〜最大約５００μｍが好適であるが、それよりも小さいか又は大きい細孔サイズも可能である。例えば、細隙サイズは、約１μもの小ささから約５００μもの大きさとすることができ、孔隙率は、約３０％もの低さから約９０％もの高さとすることができる。細孔サイズ及び孔隙率の選択は当業者には自明であり、工程及び／又は選択される出発材料に応じて決まる。
【００３４】
フィルター１００を形成するのに用いる材料は、抗菌作用、塩素還元等のような機能特性を有して作られることができる。フィルター１００の材料は、材料中又は材料上に抗菌処理加工（treatments）を施すこと等によって抗菌性であるように処理することができる。かかる処理は、フィルター内又はフィルター上での細菌増殖に一般によく見られる問題に対処するとともにこの問題を解消する。
【００３５】
いくつかの好適な抗ウイルス剤又は抗菌剤は、Yaoに対する米国特許第６，５５１，６０８号に開示されており、その開示は本明細書中に援用される。抗ウイルス剤又は抗菌剤には、フェノール及び塩素化フェノール化合物、レソルシノール及びその誘導体、ビスフェノール化合物、安息香酸エステル、ハロゲン化カルバニリド、重合体抗菌剤、チアゾリン、トリクロロメチルチオイミド、天然抗菌剤、金属塩、多種多様な抗生物質、及びそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。好ましい抗ウイルス剤又は抗菌剤には、２，４，４’−トリクロロ−２’−ヒドロキシ−ジフェニルエーテル、３−（４−クロロフェニル）−１−（３，４−ジクロロフェニル）尿素、ポリ（塩酸イミノイミドカルボニルイミノイミドカルボニルイミノヘキサメチレン）、銀イオン、塩、それらの混合物等が挙げられるが、これらに限定されない。
【００３６】
フィルター１００の材料は、例えば廃水処理濾過又は金属を加工するのに潤滑剤を使用する金属仕上げ工場で望ましいような、疎水性又は疎油性となるよう代替的に又は付加的に処理され得るので、削り屑はスロット３００に容易に捕らえられ、潤滑剤はフィルター材料の疎油性によって保持される。したがって、油及び金属削り屑を続いて洗い出すことができ、フィルター１００は再使用できる。フィルターが使用される環境によって決まるような、任意の他の望ましい機能的な特性が与えられ得る。一般的な従来技術のフィルターで必要とされるようなコーティングは、本発明のフィルター１００には必要ないが、異なる表面特性が望まれる場合はコーティングを使用してもよい。例えば、フィルター１００の所望の用途により要求される場合、フィルター１００の親水性又は疎水性を高めるコーティングを施すことができ、例えばフルオロポリマーコーティングを用いて放出特性を高めることができる。
【００３７】
本発明のフィルター材料は、好ましくは焼結多孔熱可塑性基質である。多孔熱可塑性基質として使用できるいくつかの好適な原料は、Yaoに対する米国特許第６，５５１，６０８号及び係属中の米国特許出願公開第２００３−００６２３１１−Ａ１に開示されており、両者は全体が参照により本明細書に援用される。本発明のフィルター１００の形成に用いるのに好適な熱可塑性材料としては、ｐｖｄｆ及びｐｔｆｅのようなフルオロポリマー類の他に、ポリオレフィン類、ナイロン類、ポリカーボネート類、ポリ（エーテルスルホン）類及びそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。好ましい熱可塑性材料はポリオレフィンである。好適なポリオレフィンの例としては、酢酸ビニルエチレン、
アクリル酸メチルエチレン、ポリエチレン類、ポリプロピレン類、エチレン−プロピレンゴム類、エチレン−プロピレンジエンゴム類、ポリ（１−ブテン）、ポリスチレン、ポリ（２−ブテン）、ポリ（１−ペンテン）、ポリ（２−ペンテン）、ポリ（３−メチル−１−ペンテン）、ポリ（４−メチル−１−ペンテン）、１，２−ポリ−１，３−ブタジエン、１，４−ポリ−１，３−ブダジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、ポリ（酢酸ビニル）、ポリ（塩化ビニリデン）及びそれらの混合物並びに誘導体が挙げられるが、これらに限定されない。好ましいポリオレフィンはポリエチレンである。好適なポリエチレンの例としては、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン及びそれらの誘導体が挙げられるが、これらに限定されない。代替的な実施形態では、フィルター材料はまた、押出成形又は引抜成形工程を用いて、焼結金属、スチールメッシュ、網状金属、セラミック材料、不織材料、バイコンポーネント(bi-component)材料、連続(continuous)材料又は短繊維媒体(staple fiber media)から構成されるか、又は形成され得る。当業者には、後に述べる材料及び／又は工程から本明細書中に記載されるフィルターを製造することが理解されよう。
【００３８】
好ましくは、フィルター１００は焼結多孔材料から成形される。本発明の一実施形態によると、型に焼結多孔材料粉末を充填し、粉末粒子を加熱によって融合させて、フィルター１００の完成材料を型の形に形成する。このような成形工程により、任意の所望の形状、形態又は寸法のフィルターが、ひと続きのつながった多孔材料片から容易に形成され得る。
【００３９】
本発明に用いるのに適したポリオレフィンの例としては、酢酸ビニルエチレン（ＥＶＡ）、アクリル酸メチルエチレン（ＥＭＡ）、ポリエチレン（例えば、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）等が挙げられるがこれらに限定されない）、ポリプロピレン、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、ポリ（１−ブテン）、ポリスチレン、ポリ（２−ブテン）、ポリ（１−ペンテン）、ポリ（２−ペンテン）、ポリ（３−メチル−１−ペンテン）、ポリ（４−メチル−１−ペンテン）、１，２−ポリ−１，３−ブタジエン、１，４−ポリ−１，３−ブダジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、ポリ（酢酸ビニル）、ポリ（塩化ビニリデン）並びにそれらの混合物及び誘導体が挙げられるが、これらに限定されない。
【００４０】
本発明の多孔熱可塑性材料は、例えば潤滑剤、着色剤、充填剤及びそれらの混合物のような材料をさらに含むことができるが、これらに限定されない。好適な充填剤の例としては、カーボンブラック、セルロース繊維粉末、ケイ質充填剤、ポリエチレン繊維及び単繊維、並びにそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【００４１】
本明細書中で述べた以外の焼結可能な熱可塑性材料も本発明において用いることができる。当業者は十分に認識しているように、焼結すべき熱可塑性材料の能力は、メルトフローインデックス（ＭＦＩ）から求めることができる。個々の熱可塑性材料のメルトフローインデックスは、既知であるか、又は当業者に既知の方法によって容易に求めることができる。例えば、Tinius Olsen Testing Machine Company（Willow Grove Pa）製の押出成形プラストメータ（extrusion plastometer）を用いることができる。本発明の使用に適した熱可塑性材料のＭＦＩは、特定の多孔質熱可塑性材料及び／又は当該材料を調製するのに用いる方法に応じて決まる。しかしながら、概して、本発明の材料及び方法における使用に適した熱可塑性材料のＭＦＩは、約０〜約１５である。個々の熱可塑性材料が焼結する温度（すなわちそれらの焼結温度）も既知であるか、又は、熱機械分析及び動的機械的熱分析が挙げられるがこれらに限定されない通常の方法により容易に求めることができる。
【００４２】
焼結すべき多孔質材料を形成するのに用いる粒子は、当該技術分野で既知のいくつかの工程によって形成することができる。かかる工程の１つは極低温粉砕である。極低温粉砕は、様々なサイズの熱可塑性粒子を調製するのに用いることができる。しかしながら極低温粉砕では、製造する粒子のサイズがほとんど制御されないため、この技法を用いて形成される粉体は、焼結すべき粒子が所望の平均サイズ及びサイズ分布を有することを保証するためにスクリーニングされ得る。
【００４３】
水中カット造粒(underwater pelletizing)もまた、焼結に適した熱可塑性粒子を形成するのに用いることができる。通常、約３６μＭを超える直径を有する粒子の製造に限定されるが、水中カット造粒により、いくつかの利点が提供される。まず、多くの場合に、製造される粒子の平均サイズの精密な制御が行われることで、追加的なスクリーニング過程の必要性がなくなり、また、廃棄材料の量も減る。水中カット造粒の第二の利点は、本明細書中でさらに後述するが、水中カット造粒により、粒子の形状を有意に制御することが可能となることである。
【００４４】
水中カット造粒は、例えば、Yaoによる米国特許第６，５５１，６０８号、及び２００２年８月２３付けで出願された米国特許公開出願第２００３−００６２３１１号、すなわち第１０／２２６，２３５号に記載されており、これらは両者とも全体が参照により本明細書中に援用される。水中カット造粒を用いての熱可塑性粒子の形成には通常、押出機、溶融ポンプ、水中カット造粒機（underwater pelletizer：水中ペレタイザー）、及び乾燥機が必要とされる。熱可塑性樹脂を押出機又は溶融ポンプに投入し、半溶融するまで加熱する。次に半溶融材料をダイ(die)から押し出す。材料がダイから出ると、少なくとも１つの回転ブレードで複数の片（本明細書では、「プレ粒子」と呼ぶ）になるようにカットする。押出し速度及び回転ブレード（複数可）の速度により、プレ粒子から形成される粒子の形状が決まり、ダイ孔の直径により、それら粒子の平均サイズが決まる。水、又はプレ粒子を冷却する速度を増大させることが可能な他の液体又はガスが、カットブレード（複数可）上を流れ、カットチャンバ内を流れる。これにより、カット材料（すなわちプレ粒子）が凝結して粒子となり、次いで、これら粒子を、冷却剤（例えば水）から分離し、乾燥させ、保持容器内に押し出す。
【００４５】
水中カット造粒により製造される粒子の平均サイズは、厳密に制御され、熱可塑性材料に応じて直径を約０．０１４インチ（３５．６μＭ）〜約０．１２５インチ（３１８μＭ）の範囲とすることができる。平均粒子サイズは、単にダイを変えることによって調整することができ、ダイのサイズが大きいほど、それに比例してより大きな粒子を得ることができる。粒子の平均的な形状は、押出し速度及び工程に用いる水の温度を操作することによって最適化することができる。
【００４６】
上記工程及び材料から得られるフィルターにより、所要であればコア（図示せず）なしに用いることができるように十分に剛性なフィルターが形成される。コアはフィルター１００全体にわたる濾液の流れを制限する可能性があるため、コアを用いない場合は、より高い流量が得られる。したがって、コアを用いない場合は、フィルター１００全体にわたる圧力低下がより少なくなる。また、多くの従来技術のフィルターにおいて必要とされるケージも、フィルター１００には必要とされない。よって、フィルターシステムに必要とされる部品が少なくて済み、そのため、コストが下がるとともに組み立てが単純となる。さらに、フィルター１００での使用には、支持領域又は排水領域は必要とされない。さらに、支持層、コア、及びケージがないことは、汚染物が間に捕捉され得る層がフィルター１００にはないことを意味する。フィルター材料に層がないことにより、シーミング又はシールを必要とする層がないため、寿命が長くなり、組み立てが容易となり、故障が少ないといったことがもたらされる。さらに、層がないことにより、フィルター１００は、強度の逆洗及び再使用が可能となる。
【００４７】
端部キャップ（図示せず）を、フィルター１００の長手方向端に配置して、外側ハウジング（図示せず）又はフィルター１００自体に取り付け、それにより、フィルターの端を端部キャップでシールするか、又はハウジングを端部キャップでシールすることができる。各種の端部キャップを用いることができる。例えば、典型的なプラスチゾル端部キャップ(Plastisol end caps)、射出成形端部キャップ等をフィルター１００にヒートシールしてもよく、又はホットメルト端部キャップ(hot melt end caps)を用いてもよい。端部キャップの使用は通常、用いるシール技法に応じて決まることを理解されたい。用いることができる従来のいくつかのシール技法としては、端部キャップとフィルター１００及び／又はハウジングとの間にガスケットを有することが挙げられる。ガスケットは、濾液が多孔質フィルター１００を通ることで汚染物を濾去するように、圧力がかかったときに部品間にしっかりとした密閉を形成する。端部キャップについての別のシール技法は、スピン溶接である。スピン溶接は、Reel他に対する米国特許第５，８７１，６４５号に開示されており、その全体は参照により本明細書中に援用される。スピン溶接は、端部キャップの一部が、当該部分が溶接されるべき部品に隣接して延伸される技法である。溶接すべき部分は接触する。溶接すべき部分が互いに対し回転すると、熱が発生して部品を互いに溶接する。端部キャップをシールする他の方法としては、熱シール、接着剤によるシール等が挙げられる。代替的な一実施形態では、本発明のフィルター１００が比較的剛性であることにより、フィルター１００を端部キャップなしで用いることができる。２つの開いた端を有するフィルターをガスケットによりシールすることができる。図４は、カートリッジ式フィルターが、フィルター１００とともに単一部品として成形された、閉じられている、又は部分的に閉じられている１つの端４１０を有する、追加的な一実施形態を示す。フィンガー１１６の端は、内部スロット１２０内のいかなる流体もフィルター障壁４１５を横断してフィルター１００を出ねばならないように閉じられている。したがって、流体流の方向に応じて、フィルター１００の外部のいかなる流体も、フィルター障壁４５１を横断して内部スロット１２０に入らねばならない。フィルター１００のもう一方の端はフランジ４２０を有し、フィルター１００をフィルターハウジング（図示せず）に対し直接シールするようになっている。フランジ４２０により、フィルター１００を単品成形カートリッジとすることができるため、フィルターを形成するのに他の部品が必要なく、したがって、フィルターユニットの効率よい製造及び組み立てが容易となる。フランジ４２０は、フィンガー１１６の外面の材料とひと続きのものとすることができる。フランジ４２０は、フィルター１００と同じ外径を有することができるか、又はフィルター１００の外径よりも大きく直径を画定することができる。これにより、他のすべての部品、又は一般的なカートリッジフィルターに付随する二次的な工程が事実上なくなる。なくなるこのような部品及び／又は二次的な工程としては、端部キャップ、ガスケット、及び二次的な作業が挙げられるが、これらに限��されない。
【００４８】
本発明のフィルター１００は、水、溶媒、空気等の任意の流体（すなわち、液体及びガス）に対し用いることができる。本発明の一実施形態によれば、フィルター１００は、工業用水又は親水用フィルター及び都市用（municipal）フィルターに用いることができる。例えば、本発明の原理に従って形成されたフィルターを用いて、他の粒子（例えば砂）を水から除去してから、飲料水のために脱塩することができる。さらに、代替的な一実施形態では、フィルター１００を実験室で用いて、溶液から汚染微生物を濾過することができる。
【００４９】
上述したように、本発明のフィルター１００は、比較的剛性であるため、珪藻土フィルター（フィルター１００とほぼ同じ外観を有し得る）での基板又は支持媒体として用いることができる。例えば、本発明のフィルター１００は、所望の基板構造になるように成形され、予めコーティングされ、又は珪藻土フィルター等では支持格子として用いられることができる。このような使用は、焼結多孔質材料の均一な構造及び細孔サイズにより有利
となる。媒体の奥行き又は厚さにより、珪藻土フィルターに一般的によく見られる問題である、システムの始動時の滲み出し（bleed-through）が防止される。さらに、フィルターは、耐久性があり、多孔質熱可塑性材料から構成されるため、脆弱なメッシュから成る従来の珪藻土支持格子とは異なり、強度に逆洗及び洗浄することができることで、長期間再使用可能とすることができる。
【００５０】
図５は、両方の流れ方向において、又は、形成にさらなる耐性又は剛性を必要とする他の用途の場合に、１つ又は複数の支持リング５１０をフィルター１００に成形してフィルター１００にさらなる耐高圧性を与える別の実施形態を示す。支持リング５１０は、フィルター１００と同じ多孔質材料から構成されることが好ましい。支持リング５１０は、フィルター１００の、さらなる支持を必要とする領域の内部スロット及び／又は外部スロットに位置することができる。代替的に、支持リング５１０は、射出成形され、フィンガー１１６の上及び／又はその内側を下方に摺動し、特定の用途に合わせて適正に配置される。
【００５１】
代替的な実施形態では、フィンガー１１６の数は様々とすることができ、特定の用途において満たすべき濾過パラメータに応じて決まる。例えば、１つの螺旋状スロット（図示せず）を生成するために、半径方向に外向きに螺旋状に延びる単一のフィンガー１１６とすることができる。別の実施形態では、図に示すように、半径方向に外向きに延びて複数のスロット３００を形成する複数のフィンガー１１６があってもよい。したがって、当業者に理解されるように、フィンガー１１６の曲率半径は、フィンガー数、濾過材料の厚さ、フィンガーの端の曲率半径、スロットのサイズ、フィルターの全寸等が挙げられるがこれらに限定されない複数の因子に応じて決まる。
【００５２】
上記の説明及び図面により本発明の実施形態を示したが、添付の特許請求の範囲に定義された本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、本発明に様々な追加、変更、及び置換を行うことができることが理解されよう。特に、本発明は、本発明の精神又は本質的な特徴から逸脱しない限り、他の特定の形態、構造、配置、及び比率で、他の要素、材料、及び部品を用いて具現されることができることは当業者には明らかであろう。当業者は、本発明が、本発明の原理から逸脱しない限り、特定の環境及び動作要件に特に適合する、本発明の実施に用いられる構造、配置、比率、材料、及び部品他の多くの変更とともに用いることができることを理解するであろう。したがって、ここに開示されている実施形態は、すべての点において例示として見なされるべきであり、限定と見なされるべきではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により示されるのであって、上記説明に限定されるものではない。カートリッジ又はカートリッジの部品は、意図した用途に基づきより大きい又はより小さいものに作ることができる。さらに、複数のカートリッジをともに積み重ねて表面積をより大きくすることで、より多くの能力を得ることができる。また、複数のスタックの複数のカートリッジを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態によるフィルターの斜視図である。
【図２】図１によるフィルターの、部分的に切り欠かれた斜視図である。
【図３】図１によるフィルターの端面図である。
【図４】本発明の別の実施形態によるフィルターの、長手方向の部分断面図である。
【図５】本発明のさらに別の実施形態によるフィルターの長手方向の部分断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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