(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体を有するフィルタエレメントであって、
（ｉ）前記媒体は管状のシート状基体を含み、前記媒体は、第１端部と対向する第２端部とを有し、前記管状のシート状基体は、前記第１端部から前記第２端部まで延びている長さを有する複数のひだを有し、
（ii）前記媒体は、前記管状のシート状基体によって囲まれているフィルタ内部を有し、前記フィルタ内部は、一端が開いており、
（iii）前記管状のシート状基体は、少なくとも部分的に単一の層で覆われたフラジール透過度試験による透過度が少なくとも１メートル／分である透過性の粗製繊維媒体の１つの層を含み、前記単一の層が、６０℃（１４０°Ｆ）の空気および相対湿度１００％の試験条件に１６時間の試験時間の間だけ試験暴露された後に、ファイバの３０％以上がろ過目的のために変化しないで保持されるような０．０１〜０．５ミクロン直径の前記ファイバを含む、電界紡糸されたポリマーから形成されるファインファイバを含み、前記ファイバは、架橋または未架橋形態の付加ポリマー、縮合ポリマー、及びそれらの混合物からなるグループから選択されるポリマー組成物を含み、前記付加ポリマーは、ポリオレフィン、ポリアセタール、ポロエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコールから選択され、前記縮合ポリマーは、ポリアミド、ポリエステル、セルロースエーテル、ポリアルキレンスルフィド、ポリアリーレンオキシド、ポリスルホンおよびそれらの混合物から選択され、
（ａ）前記ポリマー組成物は、前記付加ポリマーおよび２〜２５重量％の添加剤から成り、前記添加剤は、５００〜３０００の分子量と芳香族性とを有する樹脂系材料であり、前記添加剤は前記付加ポリマーに混和性である、または、
（ｂ）前記ポリマー組成物は、前記縮合ポリマーおよび２〜２５重量％の添加剤から成り、前記添加剤は、５００〜３０００の分子量と芳香族性とを有する樹脂系材料であり、前記添加剤は前記縮合ポリマーに混和性である、または、
（ｃ）前記ポリマー組成物は、前記付加ポリマー、前記縮合ポリマーおよび２〜２５重量％の添加剤から成り、前記添加剤は、５００〜３０００の分子量と芳香族性とを有する樹脂系材料であり、前記添加剤は前記付加ポリマーおよび前記縮合ポリマーに混和性であることを特徴とするフィルタエレメント。
【請求項２】
前記媒体は、第１エンド・キャップおよび第２エンド・キャップを有し、
（ｉ）前記媒体が、前記媒体の前記第１端部で前記第１エンド・キャップに固定され、
（ii）前記媒体が、前記媒体の前記第２端部で前記第２エンド・キャップに固定され、
（iii）前記第１エンド・キャップおよび第２エンド・キャプの少なくとも一方が、半径方向に向いたシール部分を含み、前記半径方向に向いたシール部分が、前記媒体に向かう方向に圧縮可能なポリウレタン材料を含むことを特徴とする請求項１に記載のフィルタエレメント。
【請求項３】
前記ポリマーから形成されるファインファイバが、ポリオレフィン、ポリアセタール、アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリハロゲン化ビニルポリマー、ポリハロゲン化ビニリデン、または、ポリビニルアルコールポリマーを含む付加ポリマーを含むことを特徴とする請求項１に記載のフィルタエレメント。
【請求項４】
前記ポリマーから形成されるファインファイバが、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエステルまたは、ポリスルホンを含む縮合ポリマーを含むことを特徴とする請求項１に記載のフィルタエレメント。
【請求項５】
前記ポリマーから形成されるファインファイバが、ポリマーのブレンドを含むことを特徴とする請求項１に記載のフィルタエレメント。
【請求項６】
前記ポリアミドのポリマーが、分子量またはモノマー組成が異なっている第２のナイロンのポリマーと結合されていることを特徴とする請求項４に記載のフィルタエレメント。
【請求項７】
前記ポリマーから形成されるファインファイバが、１〜４０重量％の架橋剤で架橋されていることを特徴とする請求項１に記載のフィルタエレメント。
【請求項８】
エンジン吸入空気流量が少なくとも０．０８５ｍ3／分（３ｃｆｍ）のレートであるエンジンを含み、前記エンジン吸入空気を濾過するよう構成されかつ配置されているエアクリーナを有するシステムであって、
前記エアクリーナが、ハウジングと、その内部に動作可能に配置された第１のフィルタエレメントとを含み、
前記第１のフィルタエレメントが、請求項１に記載のフィルタエレメントを含むことを特徴とするシステム。
【請求項９】
流体圧縮器を含み、圧縮器吸入空気を濾過するよう構成されかつ配置されているエアクリーナを有するシステムであって、
前記エアクリーナが、ハウジングと、その内部に動作可能に配置されている第１のフィルタエレメントとを含み、前記第１のフィルタエレメントが、請求項１に記載のフィルタエレメントを有することを特徴とするシステム。
【請求項１０】
（ａ）前記システムは、エンジン吸入空気流量が少なくとも１４．１６ｍ3／分（５００ｃｆｍ）のレートであるエンジンを含み、
（ｂ）前記第１のフィルタエレメントは、空気流量１６．９９ｍ3／分（６００ｃｆｍ）までのレートで評価された場合に、圧力低下が水中で７．６２ｃｍ（３インチ）以下の初期制約となるような大きさに構成されていることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ポリマーから形成されるファインファイバが、ナイロン６、ナイロン６６またはそれらの混合物から成るポリアミドを含むことを特徴とする請求項１に記載のフィルタエレメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、フィルタ装置およびフィルター方法に関する。より詳細には、本発明は、気体流の流れ、例えば空気の流れから粒子状物質を取り除く（濾過する）ための装置に関する。また本発明は、気体流の流れから粒子状物質を望ましい状態で除去するための方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
本願は、米国内の企業であり米国に居所を有するＤｏｎａｌｄｓｏｎ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．の名義で、米国を除く全ての国を指定国として２００１年８月１０日にＰＣＴ国際特許出願として出願されたものであり、かつ２０００年９月５日出願の米国出願第６０／２３０，１３８号および２００１年５月３１日出願の米国出願第０９／８７１，５８２号に基づく優先権を主張するものである。
【０００３】
本発明は、本発明の譲受人であるミネソタ州ミネアポリスのＤｏｎａｌｄｓｏｎ  Ｃｏｍｐａｎｙ  Ｉｎｃ．が現在開発中のものである。この開示内容は、米国特許：Ｂ２  ４，７２０，２９２；意匠４１６，３０８；第５，６１３，９９２号；第４，０２０，７８３号；および第５，１１２，３７２号に一部関連して継続的に技術開発されたものに関する。前述の文章で明らかにされた特許のそれぞれも、ミネソタ州ミネアポリスのＤｏｎａｌｄｓｏｎ，Ｉｎｃ．が所有するものであり、それぞれの完全な開示を参照により本明細書に組み込む。
【０００４】
本発明は、熱、湿度、反応性物質、および機械的応力に対する環境安定性を高めた状態で製造することができるポリマー材料およびファイバにも関する。そのような材料は、安定性および強度が高められたマイクロファイバやナノファイバ材料などのファインファイバを形成する際に使用することができる。ファイバのサイズが小さくなるにつれ、材料の残存性が徐々に大きい問題になりつつある。そのようなファインファイバは様々な適用例で有用である。ある適用例では、このファインファイバ技術を使用してフィルタ構造を作製することができる。記述される技法は、フィルタ媒体（メディア：ｍｅｄｉａ／ｍｅｄｉｕｍ）中に１つまたは複数のファインファイバ層を有する構造に関する。構造、組成物およびファイバのサイズは、性質および残存性の組合せに対して選択される。
【０００５】
（発明の背景）
気体の流れは、その中にしばしば粒子状物質を含む。多くの場合、気体流の流れから粒子状物質の一部または全てを除去することが、必要不可欠である。例えば、モータ作動式車両または発電機器用エンジンへの空気吸入の流れ、ガスタービンに向けられた気体の流れ、および様々な燃焼炉への空気の流れは、しばしば粒子状物質を含む。粒子状物質は、動作機器にかなりの損傷を与える可能性がある。微粒子は、エンジン、タービン、炉、またはその他の機器の上流で、気体流から除去することが好ましい。
【０００６】
その他の場合、生成ガスまたは排出ガスは、例えば、粉砕、化学的処理、焼結、塗装を含めたプロセスによって発生する粒子状物質を含有する可能性がある。そのような気体を、様々な下流機器を通しかつ／または大気中に向けることができ、またはそのようにすべき前に、これらの流れから粒子状物質を十分に除去することが重要である。
【０００７】
本発明は、構造内のフィルタエレメント、および改善されたフィルタ技術に関する。また本発明は、ファイバ、マイクロファイバ、ナノファイバ、ファイバ・ウェブ、繊維状マット、膜やコーティング、被膜などの透過性構造の形成を含んだ様々な関連する適用例で使用することが可能な、性質が改善されたポリマー組成物に関する。本発明のポリマー材料は、湿度、熱、空気流、化学物質、および機械的応力または衝撃によるフィルター構造および方法への悪影響に対する耐性を、様々な物理的形状または形態をとるポリマー材料に与えることが可能な物理的性質を有する組成物である。
【０００８】
不織布ファインファイバフィルタ媒体（メディア：ｍｅｄｉａ／ｍｅｄｉｕｍ）の形成には、ガラス繊維、金属、セラミックス、および広範囲にわたるポリマー組成物を含む様々な材料が使用されている。直径が小さいマイクロファイバおよびナノファイバの製造には、様々な技法が使用されている。ある方法は、材料を、溶融材料として、または後で蒸発させる溶液中に溶かした状態で、微細な毛細管（キャピラリ）または開口に通すことを含む。ファイバは、ナイロンなど合成繊維の製造に一般的な「紡糸口金」を使用することによって形成することもできる。静電紡糸も知られている。そのような技法は、皮下針、ノズル、キャピラリ、または可動エミッタの使用を含む。これらの構造によれば、後で高電圧静電場によって収集ゾーンに引き付けられるポリマー溶液が得られる。材料がエミッタから引き離され、静電ゾーン内で加速するにつれ、ファイバは非常に細くなり、溶媒蒸発によってファイバ構造に形成することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
フィルタ媒体にはより厳しい用途が考えられるので、３７．８℃（１００°Ｆ）から１２１．１℃（２５０°Ｆ）、最高１４８．９℃（３００°Ｆ）までの高温、１０％〜９０％、最高１００％ＲＨまでの高湿度、気体と液体の両方が高流量で、ミクロンおよびサブミクロンの微粒子（約０．０１ミクロンから１０ミクロンを超える範囲）を濾過し、研磨性および非研磨性で反応性および非反応性の微粒子を流体の流れから除去するという過酷な条件に耐えられるように、著しく改善された材料が必要である。
【００１０】
したがって、高温・高湿度で流量が大きく前記ミクロンおよびサブミクロンの粒状物質を含む流れを濾過するために、改善された性質をもたらすポリマー材料、ミクロファイバおよびナノファイバ材料とフィルタ構造が、非常に求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（発明の概要）
本明細書では、エアクリーナ装置の設計および適用に関する一般的な技法が提供される。この技法は、好ましいフィルタエレメントの設計、ならびに好ましい適用およびフィルター方法を含む。
【００１２】
一般に好ましい適用例は、バリア媒体、典型的にはひだ（ｐｌｅａｔ）付き媒体とファインファイバとをエア・フィルタ内で有利に利用することに関する。
【００１３】
フィルタ媒体は、少なくともマイクロファイバまたはナノファイバ・ウェブ層を基体材料と組み合わせたものを、機械的に安定なフィルタ構造内に含む。これらの層は一緒になって、気体や液体などの流体がフィルタ媒体を通過する場合に最小の流動限界で、粒子捕捉度の高い優れたフィルター効率を提供する。基体は、内層の上流、下流、または内部の流体の流れの中に位置決めすることができる。様々な産業において近年では、かなりの関心が、濾過のためにフィルタ媒体を使用することに向けられており、すなわち気体などの流体、またはある特定の場合には液体などの流体から、望ましくない粒子を除去することに関心が向けられている。一般的なフィルタープロセスでは、空気の流れまたはその他の気体状の流れを含めた流体から、あるいは作動液や潤滑油、燃料、水の流れ、その他の流体などの液体の流れから、微粒子を除去する。そのようなフィルタープロセスでは、マイクロファイバおよび基体材料の機械的な強度、化学的物理的な安定性を必要とする。フィルタ媒体は、広範囲にわたる温度条件、湿度、機械的振動および衝撃、流体の流れに含まれる反応性および非反応性、研磨性または非研磨性の微粒子に曝される可能性がある。さらに、フィルタ媒体は、このフィルタ媒体を逆圧パルスに曝すという自己清浄能力（流体の流れが短時間逆向きになって、微粒子の表面コーティングを除去する）、またはフィルタ媒体の表面から、包含される微粒子を除去することが可能なその他のクリーニング機構を、しばしば必要とする。そのような逆クリーニングは大幅な改善をもたらすことができ、（すなわち）パルス・クリーニング後の圧力低下を小さくすることができる。一般に、粒子捕捉効率はパルス・クリーニング後に改善されないが、パルス・クリーニングによって圧力低下が小さくなり、フィルター動作のためのエネルギーが節約される。そのようなフィルタは、しばしば保守のため取り外して水性または非水性のクリーニング用組成物でクリーニングすることができる。このような媒体は、ファインファイバを紡糸し、次いでマイクロファイバの層、ウェブ、または格子状ウェブを多孔質基体上に形成することによって、しばしば製造される。紡糸プロセスでは、ファイバが、ファイバ同士の間で物理的な結合を形成し、層を絡み合った状態にしまたは一体化させて、層にファイバ・マットを固定することができる。次いでそのような材料を基体に結合させて、カートリッジや平らなディスク、キャニスタ、パネル、バッグ、ポーチなどの所望のフィルタ態様に作製することができる。そのような構造内では、媒体を実質的にひだ状にし、ロール状にし、または別の方法で支持構造上に位置決めすることができる。
【００１４】
本明細書で述べるフィルタ装置は、機器用エンクロージャ、車両客室（キャビン）の換気装置、キャビン用エア・フィルタ、オンロードおよびオフロード用エンジン、圧縮器などの工業設備、およびその他関連する適用例も含めた広く様々な適用例で使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のファインファイバを生成するための、典型的な静電エミッタ駆動装置を示す図である。
【図２】ファインファイバをフィルタ基体上に導入し、さらに図１に示されるファインファイバ形成技術に導くのに使用される装置を示す図である。
【図３】小さい粒子状物質、すなわち２および５ミクロンの粒子状物質と比較した、支持材料の典型的な内部構造を示す図および本発明のファインファイバ材料を示す別の図である。
【図４】、
【図５】、
【図６】、
【図７】、
【図８】、
【図９】、
【図１０】、
【図１１】実施例１３に関する分析ＥＳＣＡスペクトルを示す図である。
【図１２】実施例５から得られた本発明の０．２３および０．４５マイクロファイバ材料の安定性を示す図である。
【図１３】、
【図１４】、
【図１５】、
【図１６】非変性ナイロンコポリマー溶媒可溶性ポリアミドと比較した場合の、実施例５および６の材料の、改善された温度および湿度安定性を示す図である。
【図１７】、
【図１８】、
【図１９】、
【図１９Ａ】熱処理してから添加剤に結合させた２つのコポリマー、ナイロンホモポリマーとナイロンコポリマーのブレンドが、２つの別個のポリマー材料の区別可能な特徴を示さずに、架橋しまたは別の方法で化学的に接合された単一相であることがわかる、単一成分材料を形成することを示す図である。
【図２０】吸気システムを備えたエンジンとエアクリーナを内部に有するシステムの概略図である。
【図２１】第１フィルタエレメントおよびそこに取り付けられた安全フィルタエレメントの概略断面図であり、その両方が、図２０に示されるようなエンジン・システムと共に使用される空気流チューブに取り付けられている状態を示す図である。
【図２２】図２１に示される第１フィルタエレメントの破断側面図である。
【図２３】図２１に示されるエンド・キャップおよび第１フィルタエレメントのシール部分の拡大概略破断断面図である。
【図２４】図２１に示される安全エレメントの破断側面図である。
【図２５】図２０に示されるエンジン・システムと共に利用することができる別のエアクリーナの側面図である。
【図２６】図２５に示されるハウジングおよび第１フィルタエレメントを含むエアクリーナの概略分解側面図である。
【図２７】図２５の線８−８に沿って得られたエアクリーナ・ハウジング内に動作可能に設置された第１フィルタエレメントの拡大断面図である。
【図２８】図２５の線９−９に沿って得られたエアクリーナ・ハウジング内に動作可能に設置された第１フィルタエレメントの別の部分の拡大断面図である。
【図２９】図２０に示されるエンジン・システムと共に利用することが可能な別のエアクリーナの側面を、一部破断し一部断面で表した図である。
【図３０】図２０に示されるエンジン・システムと共に利用することが可能な別のエアクリーナの、一部断面で表した破断側面図である。
【図３１】図３０に示されるエアクリーナの一部破断端面図である。
【図３２】図２０に示されるエンジン・システムと共に使用することが可能なパネル・フィルタエレメントの側面図である。
【図３３】図３２に示されるパネル・フィルタの平面図である。
【図３４】吸気システムを備えた流体圧縮器および第１フィルタエレメントを内部に有するシステムの概略図である。
【図３５】エア・フィルタ装置を一部破断した状態で示す平面図である。
【図３６】図３７のエア・フィルタ装置で利用されるフィルタ・アセンブリ（Ｖパック）の斜視図である。
【図３７】図３６の線２０−２０に沿って得られたフィルタ・アセンブリの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
Ａ．マイクロファイバまたはファインファイバのポリマー材料
本発明は、改善されたポリマー材料を提供する。このポリマーは、その物理的化学的安定性が改善されている。直径が２００ナノメートル〜１０ミクロンのポリマー・ファインファイバ（マイクロファイバおよびナノファイバ）は、有用な製品形態に作製することができる（例えば基体上に形成される場合）。ナノファイバは、直径が２００ナノメートル未満、すなわち０．２ミクロン未満のファイバである。マイクロファイバは、直径が０．２ミクロンよりも大きいが１０ミクロン以下のファイバである。このファインファイバは、改善された多層のミクロフィルター媒体構造の形に形成することができる。本発明のファインファイバ層は、ランダム分布したファインファイバを含み、これらが結合することにより格子状ネットを形成することができる。
【００１７】
フィルター性能は、主として、微粒子の通過をファインファイバが妨害する結果得られる。剛性、強度、ひだ性という構造上の性質は、ファインファイバが接着する基体によって得られる。ファインファイバが絡み合った状態の網状組織は、重要な特徴として、マイクロファイバまたはナノファイバの形をとったファインファイバと、そのファイバ間にある比較的小さい開口、オリフィス、またはスペースを有する。そのようなファイバ間のスペースは、典型的な場合、約０．０１ミクロンから約２５ミクロンに及び、またはしばしば約０．１ミクロンから約１０ミクロンに及ぶ。
【００１８】
フィルタ製品は、基体上に形成されたファインファイバ層を含む。合成、天然の供給源から得られたファイバ（例えばポリエステル層およびセルロース層）は細く、基体として適切に選択されるものである。このファインファイバは、ファインファイバに基体を加えたフィルタ媒体全体の厚さを、１ミクロン未満の厚さだけ増大させる。使用中、フィルタは、流入する微粒子がファインファイバ層を通過するのを防ぐことができ、捕捉された粒子による表面負荷が大きくなる。ダストまたはその他の流入する微粒子を含む粒子は、ファインファイバ表面にダスト・ケーキを素早く形成し、微粒子を除去する初期効率および全体効率を高いレベルに維持する。粒径が約０．０１〜約１ミクロンの比較的微細な汚染物質の場合であっても、ファインファイバを含むフィルタ媒体のダスト容量は非常に高い。
【００１９】
本明細書に開示するポリマー材料は、熱、湿度、高流量、逆パルス・クリーニング、動作上の摩耗、サブミクロン微粒子、使用中のフィルタのクリーニング、およびその他の厳しい条件による望ましくない影響に対する耐性が大幅に改善されている。改善されたマイクロファイバおよびナノファイバの性能は、これらマイクロファイバおよびナノファイバを形成するポリマー材料の性質を改善した結果得られたものである。さらに、本発明の改善されたポリマー材料を使用する本発明のフィルタ媒体は、より高い効率、より低い流量制限、研磨性微粒子の存在下での高耐久力（応力に関連しまたは環境に関連したもの）、ばらばらのファイバまたはフィブリルがない滑らかな外面を含めたいくつかの有利な特徴を提供する。フィルタ材料の全体構造は、全体的により薄い媒体を提供し、単位体積当たりの媒体面積が改善され、媒体を通過する速度が低下し、媒体効率が向上し、流量制限が低下する。ファインファイバはポリマー材料またはポリマーと添加剤とから製造できる。本発明の好ましい一形態は、第１のポリマーと、これとは異なる第２のポリマー（ポリマーのタイプ、分子量、または物理的性質が異なる）であって、高温で調製されまたは処理されたものを含むポリマー・ブレンドである。ポリマー・ブレンドは、反応させて単一の化学種に形成することができ、またはアニール・プロセスによって物理的に結合（ｃｏｍｂｉｎｅｄ）させ、それによってブレンド済みの組成物にすることができる。アニールとは、結晶化度や応力緩和、配向などの、物理的変化を意味する。示差走査熱量計分析によって単一のポリマー材料であることが明らかにされるように、好ましい材料を化学的に反応させて単一のポリマー種にする。そのような材料は、好ましい添加剤材料と合わせた場合、疎油性、疎水性、または高温多湿の厳しい動作条件に接触させたときにその他の関連する改善された安定性をもたらす添加剤の表面コーティングを、マイクロファイバの表面に形成することができる。このクラスの材料のファインファイバは、直径が約０．０１から５ミクロンでよい。そのようなマイクロファイバは、部分的にポリマー表面に溶解しまたはポリマー表面とアロイ状態になり、あるいはその両方の状態になる、添加剤材料の別個の層または添加剤材料の外部コーティングを含んだ滑らかな表面を有することができる。ブレンド・ポリマー系で使用される好ましい材料には、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６−１０、ナイロン（６−６６−６１０）コポリマー、およびその他の直線状の、一般に脂肪族のナイロン組成物が含まれる。好ましいナイロンコポリマー樹脂（ＳＶＰ−６５１）の分子量を、末端基滴定により分析した（Ｊ．Ｅ．ＷａｌｚおよびＧ．Ｂ．Ｔａｙｌｏｒ、ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｗｅｉｇｈｔ  ｏｆ  ｎｙｌｏｎ、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．Ｖｏｌ．１９、Ｎｕｍｂｅｒ  ７、第４４８〜４５０ページ（１９４７））。数平均分子量（Ｍｎ）は、２１，５００から２４，８００の間であった。組成物を、３成分ナイロン、すなわちナイロン６が約４５％、ナイロン６６が約２０％、ナイロン６１０が約２５％の溶融温度の状態図によって評価した（第２８６ページ、���ｙｌｏｎ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ、Ｍｅｌｖｉｎ  Ｋｏｈａｎ編、Ｈａｎｓｅｒ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ（１９９５））。報告されたＳＶＰ６５１樹脂の物理的性質は、以下の通りである。
【００２０】
【表１】
0005706358.tif 000002
【００２１】
そのようなポリマー系には、加水分解の程度が８７〜９９．９＋％のポリビニルアルコールを使用することができる。これらは物理的または化学的薬剤によって架橋していることが好ましい。またこれらＰＶＯＨポリマーは、相当な量の疎油性および疎水性の添加材料に架橋して結合していることが最も好ましい。
【００２２】
本発明の別の好ましい形態は、ファイバの寿命または動作上の性質が改善されるよう、添加剤組成物に結合した単一のポリマー材料を含む。本発明のこの態様に有用な好ましいポリマーには、凝集ポリマーと、ナイロン・ポリマー、ナイロン・ポリマーなどの添加剤ポリマー、ポリ塩化ビニリデンポリマー、ポリフッ化ビニリデンポリマー、ポリビニルアルコールポリマーの両方が含まれ、特に、疎油性および疎水性が高い添加剤と合わせた場合にはこれら列挙された材料が含まれ、添加剤材料がファインファイバの表面をコーティングして形成されているマイクロファイバまたはナノファイバを得ることができる。この場合も、同様のナイロン、同様のポリ塩化ビニルポリマーのブレンド、ポリ塩化ビニリデンポリマーのブレンドが、本発明では有用である。さらに、異なるポリマーのポリマー・ブレンドまたはアロイも本発明により企図される。この点に関しては、相溶性あるポリマーの混合物が、本発明のマイクロファイバ材料を形成する際に有用である。フッ素系界面活性剤、非イオン性界面活性剤、低分子量樹脂（例えば）分子量が約３０００未満の第３級ブチルフェノール樹脂などの添加剤組成物を使用することができる。この樹脂は、メチレン架橋基が存在しない状態でフェノール核同士がオリゴマー結合していることを特徴とする。ヒドロキシル基および第３ブチル基の位置は、その環の周りにランダムに位置決めすることができる。フェノール核同士の結合は常にヒドロキシル基の隣で生じ、ランダムではない。同様に、ポリマー材料は、ビスフェノールＡから形成されたアルコール可溶性の非直線状ポリマー樹脂と組み合わせることができる。そのような材料は、アルキレン基やメチレン基などのいかなる架橋基も存在しない状態で芳香族環と芳香族環を直接結び付けるオリゴマー結合を使用して形成される点が、上述の第３級ブチルフェノール樹脂と同様である。
【００２３】
本発明の特に好ましい材料は、寸法が約０．００１〜１０ミクロンのマイクロファイバ材料を含む。好ましいファイバのサイズは、０．０５ミクロン〜０．５ミクロンの範囲である。最終用途およびパルス・クリーナまたはクリーニングの選択肢に応じ、ファイバは、０．０１〜２ミクロンのファイバ、０．００５〜５ミクロンのファイバ、または０．１〜１０ミクロンのファイバから選択することができる。そのような好ましいサイズのファイバは、優れたフィルタ機能をもたらし、逆パルス・クリーニングおよびその他の態様を容易にする。本発明の非常に好ましいポリマー系は、セルロース系基体に接触したときに、その基体にしっかりと結合して逆パルス・クリーニングおよびその他の機械的応力による層剥離に耐えることができるようその基体に十分な強度で接着するような、接着特性を有する。そのような形態では、ポリマー材料は、フィルタ構造上で逆方向であること以外は典型的なフィルター条件に実質上等しいパルス・クリーン入力を受けながら、基体に取着されたままでなければならない。そのような接着は、ファイバが基体に接触するときのファイバ形成時の溶媒効果により、または基体上のファイバを熱または圧力で後処理することにより、行うことができる。しかしポリマー特性は、水素結合のような特定の化学的相互作用、Ｔｇよりも高くまたは低い温度で生じるポリマーと基体との接触、添加剤を含むポリマー形成などの接着性を決定する際に、重要な役割を果たすと考えられる。接着時に溶媒または水蒸気で可塑化したポリマーは、接着性を増大させることができる。
【００２４】
本発明の重要な態様は、フィルタ構造に形成されたそのようなマイクロファイバまたはナノファイバ材料を有効利用できることである。そのような構造では、本発明のファインファイバ材料をフィルタ基体上に形成して接着させる。スパン・ボンデッド・ファブリック、合成繊維の不織布、セルロース系、合成、およびガラス繊維のブレンドから作製された不織布、ガラス不織および織布、押し出されかつ穴があけられた材料のようなプラスチック・スクリーン、有機ポリマーのＵＦおよびＭＦ膜など、天然繊維および合成繊維の基体を使用することができる。流れの中に懸濁しまたは混入した微粒子をその流れから除去するため、シート状基体またはセルロース系不織ウェブを、空気の流れまたは液体の流れを含めた流体の流れの中に配置されるフィルタ構造に形成することができる。フィルタ材料の形状および構造は、設計技術者いかんによる。形成後のフィルタエレメントの１つの重要なパラメータは、熱、湿度、またはその両方の影響に対する抵抗性である。本発明のフィルタ媒体の一態様は、長時間にわたる温水への浸漬に耐えられるかどうか、試験をすることである。浸漬試験は、ファインファイバが高温多湿の条件に耐えられるかどうか、また、強力なクリーニング用界面活性剤および強アルカリ性材料をかなりの割合で含有する可能性のある水溶液中でのフィルタエレメントのクリーニングに耐えられるかどうかに関し、価値ある情報を提供することができる。本発明のファインファイバ材料は、活性フィルタ構成エレメントとして基体の表面に形成されたファインファイバを少なくとも５０％保ちながら、温水への浸漬に耐えられることが好ましい。少なくとも５０％のファインファイバが保たれることによって、フィルター能力を失うことなく、または背圧を増大させることなく、十分なファイバ効率を維持することができる。少なくとも７５％保たれることが、最も好ましい。
【００２５】
本発明のマイクロファイバまたはナノファイバを含有する層を構成するファインファイバは、ファイバでよく、直径は約０．００１〜１０ミクロン、好ましくは０．０５〜０．５ミクロンでよい。典型的なファインファイバフィルター層の厚さはファイバ直径の約１〜１００倍に及び、その坪量は約０．０１〜２４０μｇ・ｃｍ−２に及ぶ。
【００２６】
空気や気体の流れなどの流体の流れは、その内部にしばしば粒子状物質を含有する。粒子状物質の一部または全ては、流体の流れから除去する必要がある。例えば、モータ作動式車両の客室（キャビン）への吸気流、コンピュータ・ディスク・ドライブ内の空気、ＨＶＡＣの空気、フィルタ・バッグ、バリア用布地、織布を使用したクリーン・ルームの換気および施工、モータ作動式車両用エンジンまたは発電装置への空気、ガスタービンに向けられた気体の流れ、様々な燃焼炉への空気の流れは、その内部にしばしば粒子状物質を含んでいる。キャビンのエア・フィルタの場合、乗客が快適であるように、かつ／または美的な観点から、粒子状物質を除去することが望ましい。エンジン、ガスタービン、および燃焼炉への空気および気体の吸入流に関しては、微粒子によって、関係する様々な機構の内部の仕組みにかなりの損傷が生じる可能性があるので、粒子状物質を除去する必要がある。その他の場合、工業プロセスまたはエンジンからの生成ガスまたは排ガスは、その内部に粒子状物質を含有する可能性がある。そのようなガスは、様々な下流装置を通して大気中に排出することができ、または排出すべきであるが、その前に、これらの流れから粒子状物質を実質上除去することが望ましいと考えられる。
【００２７】
エア・フィルタ設計の基本原理および問題のいくつかの一般的な理解は、以下のタイプのフィルタ媒体、すなわち表面負荷媒体と深さ媒体を考えることによって、理解することができる。これらのタイプの媒体のそれぞれは十分に研究されており、それぞれ広く利用されている。これらに関するある特定の原理が、例えば米国特許第５，０８２，４７６号、第５，２３８，４７４号、および第５，３６４，４５６号に記載されている。これら３つの特許の完全な開示を、参照により本明細書に組み込む。
【００２８】
フィルタの「寿命」は、一般に、フィルタを横切る選択された限界の圧力低下によって定められる。フィルタを横切る圧力増大は、その適用例またはデザインに応じて定められたレベルでの寿命を規定する。この圧力増大は負荷がかかることによって生じるので、システムの効率が等しい場合、より長い寿命であることは一般により高い能力に直接関連する。効率とは、媒体が微粒子を通過させるのではなくて捕捉する傾向をいう。一般に、気体流の流れから微粒子を除去する際のフィルタ媒体の効率が高いほど、概してフィルタ媒体はより素早く「寿命」圧力差に近付くことになる（他の変数は一定に保たれると仮定する）。本願で、「フィルタ目的のため変化しない」という文言は、選択された適用例に必要とされるように、流体の流れから微粒子を除去するのに十分な効率が維持されることを指す。
【００２９】
ポリマー材料は、不織布および織布、ファイバおよびマイクロファイバに作製されてきた。ポリマー材料は、製品の安定性に必要とされる物理的な性質を提供する。これらの材料は、日光、湿度、高温、またはその他のネガティブな環境上の影響のもと、その寸法が大幅に変化してはならず、分子量が低下してはならず、可撓性が低下してはならず、あるいは応力亀裂または物理的劣化が生じてはならない。本発明は、環境内の光などの電磁放射線の入射、熱、湿度、およびその他の物理的な問題に直面した場合に物理的性質を維持することができる、改善されたポリマー材料に関する。
【００３０】
本発明のポリマー組成物に使用することができるポリマー材料には、付加重合体（付加ポリマー）材料と縮合重合体（縮合ポリマー）の材料の両方が含まれ、例えばポリオレフィンやポリアセタール、ポリアミド、ポリエステル、セルロースエーテルおよびエステル、ポリアルキレンスルフィド、ポリアリーレンオキシド、ポリスルホン、変性ポリスルホンポリマー、およびこれらの混合などが含まれる。これらの一般的なクラスに包含される好ましい材料には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ（塩化ビニル）、ポリメチルメタクリレート（およびその他のアクリル樹脂）、ポリスチレン、およびこれらのコポリマー（ＡＢＡタイプのブロックコポリマーを含む）、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリ（塩化ビニリデン）、様々な程度に加水分解した（８７％〜９９．５％）ポリビニルアルコールであって、架橋した形および架橋していない形のものが含まれる。好ましい付加重合体は、ガラス状になる傾向がある（Ｔｇが室温よりも高い）。これは、ポリ塩化ビニルおよびポリメチルメタクリレート、ポリスチレンポリマーの組成物またはアロイの場合に生じ、ポリフッ化ビニリデンおよびポリビニルアルコール材料の場合には結晶化度が低くなる。ポリアミド縮合重合体の１つのクラスは、ナイロン材料である。「ナイロン」という用語は、全ての長鎖合成ポリアミドの総称である。一般にナイロンという呼称には、出発材料がＣ６ジアミンおよびＣ６の２価の酸であることを示すナイロン６，６のように、一連の番号が含まれる（第１の桁はＣ６ジアミンを示し、第２の桁はＣ６ジカルボン酸を示す）。別のナイロンは、少量の水の存在下でε−（Ｃ６）カプロラクタム（または他のＣ６〜１２ラクタム）を縮重合することによって作製することができる。この反応によって、直線状ポリアミドであるナイロン６（環状ラクタムから形成され、ε−アミノカプロン酸とも呼ばれる）が形成される。さらに、ナイロンコポリマーも考えられる。コポリマーは、様々なジアミン化合物、様々な２価の酸の化合物、および様々な環状ラクタム構造を反応混合物で結合させ、次いでポリアミド構造中にランダムに位置決めされたモノマー材料でナイロンを形成することによって、作製することができる。例えばナイロン６，６−６，１０の材料は、ヘキサメチレンジアミンと、Ｃ６およびＣ１０の２価の酸のブレンドから製造されたナイロンである。ナイロン６−６，６−６，１０は、ε−アミノカプロン酸と、ヘキサメチレンジアミンと、Ｃ６およびＣ１０の２価の酸の材料のブレンドから製造されたナイロンである。
【００３１】
ブロックコポリマーは、本発明のプロセスにおいても有用である。そのようなコポリマーでは、物質を膨潤させる溶媒の選択が重要である。選択される溶媒は、両方のブロックを溶媒に溶解させるようなものである。一例は、ＡＢＡ（スチレン−ＥＰ−スチレン）ポリマーまたはＡＢ（スチレン−ＥＰ）ポリマーを塩化メチレン溶媒に溶解させたものである。１つの成分が溶媒に溶解しない場合、ゲルが形成される。そのようなブロックコポリマーの例として、Ｋｒａｔｏｎ（登録商標）タイプのスチレン−ｂ−ブタジエン、スチレン−ｂ−水素化ブタジエン（エチレンプロピレン）、Ｐｅｂａｘ（登録商標）タイプのｅ−カプロラクタム−ｂ−エチレンオキシド、Ｓｙｍｐａｔｅｘ（登録商標）のポリエステル−ｂ−エチレンオキシド、エチレンオキシドとイソシアネートのポリウレタンがある。
【００３２】
付加重合体、例えばポリフッ化ビニリデンやシンジオタクチックポリスチレン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンのコポリマー、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニルと、非晶質付加重合体、例えばポリ（アクリロニトリル）と、そのアクリル酸およびメタクリレートとのコポリマー、ポリスチレン、ポリ（塩化ビニル）、およびその様々なコポリマー、ポリ（メチルメタクリレート）、およびその様々なコポリマーは、低圧および低温で可溶であるので、比較的容易に溶液紡糸することができる。しかし、ポリエチレンやポリプロピレンのような高度に結晶化したポリマーは、それらを溶液紡糸する場合には高温高圧の溶媒を必要とする。したがって、ポリエチレンおよびポリプロピレンの溶液紡糸は非常に困難である。電界溶液紡糸（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｓｐｉｎｉｎｇ）は、ナノファイバおよびマイクロファイバを作製する一方法である。
【００３３】
本発明者等は、ポリマー混合物、アロイ形態中に、または架橋した化学結合構造中に２種以上のポリマー材料を含むポリマー組成物を形成することの相当な利点も見出した。本発明者等は、そのようなポリマー組成物がポリマーの属性を変えることによって物理的性質を改善すると考え、例えば、ポリマー鎖の柔軟性または鎖の移動性が改善され、全体的な分子量が増加し、ポリマー材料の網状組織の形成により強化されると考えている。
【００３４】
この概念の一実施形態では、有益な性質を得るために、２つの関連するポリマー材料をブレンドすることができる。例えば、高分子量のポリ塩化ビニルを低分子量のポリ塩化ビニルとブレンドすることができる。同様に、高分子量のナイロン材料を低分子量のナイロン材料とブレンドすることができる。さらに、一般的なポリマーの種類の中でも異なる種類のものをブレンドすることができる。例えば高分子量のスチレン材料を、低分子量の耐衝撃性（ｈｉｇｈ  ｉｍｐａｃｔ）ポリスチレンとブレンドすることができる。ナイロン６の材料は、ナイロン６；６，６；６，１０コポリマーなどのナイロンコポリマーとブレンドすることができる。さらに、８７％が加水分解したポリビニルアルコールのように、加水分解の程度が低いポリビニルアルコールは、加水分解の程度が９８％から９９．９％の間、またはそれ以上の、完全にまたは高度に加水分解したポリビニルアルコールとブレンドすることができる。混合物中のこれらの材料の全ては、適切な架橋機構を使用して架橋することができる。ナイロンは、アミド結合中の窒素原子と反応する架橋剤を使用して、架橋することができる。ポリビニルアルコール材料は、モノアルデヒドなど、例えばホルムアルデヒドや、尿素、メラミンホルムアルデヒド樹脂およびその類似体、ホウ酸、およびその他の無機化合物、ジアルデヒド、２価の酸、ウレタン、エポキシ、およびその他の既知の架橋剤など、ヒドロキシル反応性材料を使用して架橋することができる。架橋技術は十分に知られており理解されている現象であって、架橋試薬が反応してポリマー鎖同士の間に共有結合を形成し、それによって、分子量、耐薬品性、全体強度、機械的劣化に対する抵抗力が大幅に改善されるものである。
【００３５】
本発明者等は、添加された材料が、ファインファイバの形をとるポリマー材料の性質を著しく改善することを見出した。熱、湿度、衝撃、機械的応力の影響、およびその他の負の環境の影響に対する抵抗力は、添加された材料を存在させることによって著しく改善することができる。本発明者等は、本発明のマイクロファイバ材料を加工しながら、添加された材料が疎油性および疎水性を改善することができ、材料の化学的安定性の改善を助けることができるようになることを見出した。本発明者等は、これら疎油性および疎水性の添加剤が保護層コーティング、融蝕性表面を形成し、またはその表面から若干の深さまで浸透してポリマー材料の性質を改善するので、これらの添加剤を存在させることによって、マイクロファイバの形をとる本発明のファインファイバの性質が改善されると考えている。本発明者等は、これらの材料の重要な特徴は、非常に疎水性の高い基であって好ましくは疎油性も有することができる疎水基が存在することであると考える。疎水性が非常に高い基には、フルオロカーボン基、疎水性炭化水素界面活性剤またはブロック、および実質上の炭化水素オリゴマー組成物が含まれる。これらの材料は、一般にポリマーとの物理的な結合または会合が得られるように、ポリマー材料に対して相溶性の傾向がある分子の一部を有する組成物に製造されるが、疎水性または疎油性が非常に高い基は、添加剤がポリマーと会合する結果、その表面に保護表面層を形成し、またはポリマー表面層とのアロイまたは混合物を形成するようになる。添加剤は、ファイバ上で合計１重量％〜２５重量％の量で使用することができる。添加剤のレベルが１０％の０．２ミクロンのファイバでは、添加剤が表面に向かって移行した場合、表面の厚さが５０Å程度になるよう計算される。移行は、バルク材料中で疎油性または疎水性の基が非相溶性であることにより生じると考えられる。５０Åの厚さは、保護コーティングに妥当な厚さであると考えられる。直径０．００５ミクロンのファイバでは、５０Åの厚さは２０質量％に相当する。厚さ２ミクロンのファイバでは、５０Åの厚さは２質量％に相当する。添加剤材料は、約２〜２５重量％の量で使用されることが好ましい。有用な表面の厚さは、１０Å〜１５０Åの範囲でよい。
【００３６】
本発明のポリマー材料と組み合わせて使用することができるオリゴマー添加剤には、フッ素系化学物質、非イオン性界面活性剤、および低分子量の樹脂またはオリゴマーを含む、分子量が約５００〜約５０００、好ましくは約５００〜約３０００のオリゴマーが含まれる。本発明で有用なフッ素系有機（ｆｌｕｏｒｏ−ｏｒｇａｎｉｃ）湿潤剤は、式
Ｒｆ−Ｇ
で表される有機分子であり、ただしＲｆはフルオロ脂肪族ラジカルであり、Ｇは、カチオン基、アニオン基、非イオン性基、または両性基など、少なくとも１個の親水基を含有する基である。非イオン性材料が好ましい。Ｒｆは、少なくとも２個の炭素原子を含有する、フッ素化した１価の脂肪族有機ラジカルである。これは、飽和パーフルオロ脂肪族の１価の有機ラジカルであることが好ましい。しかし、水素原子または塩素原子を、骨格鎖上に置換基として存在させることができる。多数の炭素原子を含有するラジカルは十分に機能することができるが、大きいラジカルの場合、通常は骨格鎖が短い場合に可能であるよりもフッ素を十分に利用できないので、約２０個以下の炭素原子を含有することが好ましい。Ｒｆは、炭素原子を約２〜８個含有することが好ましい。
【００３７】
本発明で使用されるフッ素系有機剤に使用可能なカチオン基には、アミンまたは第４級アンモニウムカチオン基であって、酸素を含まず（例えば−ＮＨ２）または酸素を含有する（例えばアミンオキシド）ことができるものが含まれる。そのようなアミンおよび第４級アンモニウムカチオン親水基は、式−ＮＨ２、−（ＮＨ３）Ｘ、−（ＮＨ（Ｒ２）２）Ｘ、−（ＮＨ（Ｒ２）３）Ｘ、または−Ｎ（Ｒ２）２→Ｏで表すことができ、ただしｘは、ハロゲン化物、水酸化物、スルフェート、重硫酸塩、またはカルボキシレートなどのアニオン性対イオンであり、Ｒ２はＨまたはＣ１〜１８アルキル基であり、各Ｒ２は他のＲ２基と同じかまたは異なるものにすることができる。Ｒ２はＨまたはＣ１〜１６アルキル基であり、Ｘはハロゲン化物、水酸化物、または重硫酸塩であることが好ましい。
【００３８】
本発明で使用されるフッ素系有機湿潤剤に使用可能なアニオン基には、イオン化によってアニオンラジカルになることができる基が含まれる。アニオン基は、−ＣＯＯＭ、−ＳＯ３Ｍ、−ＯＳＯ３Ｍ、−ＰＯ３ＨＭ、−ＯＰＯ３Ｍ２、または−ＯＰＯ３ＨＭなどの式を有することができ、ただしＭはＨ、金属イオン、（ＮＲ１４）＋、または（ＳＲ１４）＋であり、各Ｒ１は独立にＨ、あるいは置換されまたは置換されていないＣ１〜Ｃ６アルキルである。Ｍは、Ｎａ＋またはＫ＋であることが好ましい。本発明で使用されるフッ素系有機湿潤剤の好ましいアニオン基は、式−ＣＯＯＭまたは−ＳＯ３Ｍを有する。アニオン性のフッ素系有機湿潤剤の基は、一般に、エチレン不飽和モノカルボン酸およびジカルボン酸モノマーであってそこにフルオロカーボン側基が結合しているモノマーから製造されるアニオン性ポリマー材料を含む。そのような材料には、３Ｍ社から得られるＦＣ−４３０およびＦＣ−４３１と呼ばれる界面活性剤が含まれる。
【００３９】
本発明で使用されるフッ素系有機湿潤剤に使用可能な両性基には、上記定義された少なくとも１個のカチオン基と、上記定義された少なくとも１個のアニオン基を含有する基が含まれる。
【００４０】
本発明で使用されるフッ素系有機湿潤剤に使用可能な非イオン性基には、親水性であるが農業で通常使用されるｐＨ条件下ではイオン化しない基が含まれる。非イオン性基は、−Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２）ｘＯＨであってｘが１より大きいものや、−ＳＯ２ＮＨ２、−ＳＯ２ＮＨＣＨ２ＣＨ２ＯＨ、−ＳＯ２Ｎ（ＣＨ２ＣＨ２Ｈ）２、−ＣＯＮＨ２、−ＣＯＮＨＣＨ２ＣＨ２ＯＨ、または−ＣＯＮ（ＣＨ２ＣＨ２ＯＨ）２などの式を有するものでよい。そのような材料の例には、以下の構造の材料が含まれる。
【００４１】
Ｆ（ＣＦ２ＣＦ２）ｎ−ＣＨ２ＣＨ２Ｏ−（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｍ−Ｈ
ただしｎは２〜８であり、ｍは０〜２０である。
【００４２】
その他のフッ素系有機湿潤剤には、例えば米国特許第２，７６４，６０２号、第２，７６４，６０３号、第３，１４７，０６４号、および第４，０６９，１５８号に記載されているカチオン性フルオロケミカルが含まれる。そのような両性フッ素系有機湿潤剤には、例えば米国特許第２，７６４，６０２号、第４，０４２，５２２号、第４，０６９，１５８号、第４，０６９，２４４号、第４，０９０，９６７号、第４，１６１，５９０号、および第４，１６１，６０２号に記載されている両性フルオロケミカルが含まれる。そのようなアニオン性フッ素系有機湿潤剤には、例えば米国特許第２，８０３，６５６号、第３，２５５，１３１号、第３，４５０，７５５号、および第４，０９０，９６７号に記載されているアニオン性フルオロケミカルが含まれる。
【００４３】
そのような材料の例には、ｄｕＰｏｎｔ  Ｚｏｎｙｌ  ＦＳＮおよびｄｕＰｏｎｔ  Ｚｏｎｙｌ  ＦＳＯ非イオン性界面活性剤がある。本発明のポリマーに使用することができる添加剤の別の態様には、一般構造が
ＣＦ３（ＣＸ２）ｎ−アクリレート
であり、ただしＸが独立して−Ｆまたは−ＣＦ３、ｎが１〜７である、３ＭのＳｃｏｔｃｈｇａｒｄ材料などの低分子量フルオロカーボンアクリレート材料が含まれる。
【００４４】
さらに、低級アルコールエトキシレート、脂肪酸エトキシレート、ノニルフェノールエトキシレートなどを含む非イオン性炭化水素界面活性剤も、本発明の添加剤材料として使用することができる。このような材料の例には、Ｔｒｉｔｏｎ  Ｘ−１００およびＴｒｉｔｏｎ  Ｎ−１０１が含まれる。
【００４５】
本発明の組成物の添加剤材料として使用するのに役立つ材料は、第３級ブチルフェノールオリゴマーである。そのような材料は、分子量が比較的低い芳香族フェノール樹脂になる傾向がある。そのような樹脂は、酵素酸化カップリングによって調製されたフェノールポリマーである。メチレン架橋が存在しないと、独自の化学的物理的な安定性が得られる。これらのフェノール樹脂は、様々なアミンおよびエポキシと架橋することができ、様々なポリマー材料に対して相溶性がある。これらの材料は一般に、フェノール基および芳香族基を有するメチレン架橋基が存在しない繰返しモチーフのフェノール材料を特徴とする、以下の構造式によって例示される。
【００４６】
【化１】
0005706358.tif 000003
【００４７】
上式で、ｎは２〜２０である。これらフェノール材料の例には、Ｅｎｚｏ−ＢＰＡ、Ｅｎｚｏ−ＢＰＡ／フェノール、Ｅｎｚｏ−ＴＢＰ、Ｅｎｚｏ−ＣＯＰ、およびその他関連するフェノール類が含まれ、これらはオハイオ州ＣｏｌｕｍｂｕｓのＥｎｚｙｍｏｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｃ．から得られた。
【００４８】
極めて広く様々な繊維状フィルタ媒体が種々の用途のため存在することを理解されたい。本発明で述べる耐久性あるナノファイバおよびマイクロファイバは、媒体のいずれかに付加することができる。本発明で述べるファイバは、これら既存の媒体のファイバ構成エレメントの代わりに使用することもでき、その直径が小さいので性能が改善されるという利点が得られ（効率が高まり、かつ／または圧力低下が減少する）、それと共に耐久性がより向上したことが示される。
【００４９】
ポリマーナノファイバおよびマイクロファイバが知られているが、これらは表面積と体積の比が非常に大きいので、機械的応力に対して脆弱であり、また化学的劣化を受け易く、そのためこれらファイバの用途には非常に制約があった。本発明で述べるファイバは、これらの制約に対処するものであり、したがって非常に広く様々なフィルター、織物、膜、およびその他多様な適用例で使用可能になる。
【００５０】
（図面の詳細な説明）
このユニットのマイクロファイバまたはナノファイバは、静電紡糸プロセスによって形成することができる。ファイバの形成に適切な装置を図１に示す。この装置は、ファインファイバ形成ポリマー溶液が入っているリザーバ８０と、ポンプ８１と、ポリマー溶液が送出される回転式放出装置またはエミッタ４０を含む。エミッタ４０は一般に、回転ユニオン４１と、複数のオフセット・ホール４４を含む回転部分４２と、前面部分および回転ユニオンを接続するシャフト４３とからなる。回転ユニオン４１によって、ポリマー溶液は、中空シャフト４３を通して前面部分４２に導入される。ホール４４は、前面部分４２の周辺の周りに間隔を空けて配置されている。あるいは、回転部分４２を、リザーバ８０およびポンプ８１によって供給されたポリマーのリザーバに浸漬することができる。次いで回転部分４２はリザーバからポリマー溶液を得、その部分が電場内で回転するにつれ、溶液の小滴が静電場によって、以下に論じる収集媒体７０に向けて加速される。
【００５１】
エミッタ４０に面するように、しかしそこから間隔を空けて、略平面グリッド６０が配置されており、その表面には収集媒体７０（すなわち基体または結合基体）が位置決めされている。空気は、このグリッドを通して引き込むことができる。収集媒体７０は、グリッド６０の両端に隣接して位置決めされたローラ７１および７２の周りを通過する。エミッタ４０とグリッド６０の間では、適切な静電圧電源６１と、それぞれがグリッド６０およびエミッタ４０に接続される接続６２および６３とによって、高圧静電電位が維持される。
【００５２】
使用中、ポリマー溶液は、リザーバ８０から回転ユニオン４１またはリザーバに送出される。前面部分４２は回転するが、このとき液体はホール４４から出ていき、またはリザーバから引き上げられ、エミッタの外縁からグリッド６０上に位置決めされている収集媒体７０に向かって移動する。具体的には、グリッド６０とエミッタ４０との間の静電電位によって材料に電荷が与えられ、そこから液体が細いファイバとして放出されてグリッド６０に向かって引き出される。溶融状態のポリマーの場合、溶媒は、ファイバがグリッド６０に飛ばされる間にファイバから蒸発する。ファインファイバは、グリッド６０で最初に出会った基体ファイバに結合する。静電場の強度は、エミッタから収集気体７０へと加速されるにつれて、ポリマー材料が確実に得られるように選択されるが、この加速は、材料を非常に細いマイクロファイバまたはナノファイバ構造にするのに十分なものである。収集媒体の前進速度を速め、または遅くすることによって、放出されたファイバを形成媒体上に多かれ少なかれ成膜させることができ、それによって、その媒体上に成膜した各層の厚さを制御することが可能になる。回転部分４２は、様々な有益な位置を有することができる。回転部分４２は、回転平面内に、すなわちその平面が収集媒体７０の表面に垂直になるように、または任意のどのような角度でも位置決めされるように、回転平面内に配置することができる。回転媒体は、平行な向きに平行に、またはその向きからわずかにずれた状態で、位置決めすることができる。
【００５３】
図２は、シート状基体または媒体上にファインファイバ層を形成するためのプロセスおよび装置の概略図である。図２で、シート状基体は、ステーション２０で巻き解かれる。次いでシート状基体２０ａをスプライシング・ステーション２１に向け、そこで複数の長さの基体を、連続動作のためにスプライスすることができる。連続した長さのシート状基体を、図１の紡糸技術を含むファインファイバ技術ステーション２２に向け、そこで紡糸装置によりファインファイバを形成し、そのファインファイバを、シート状基体上のフィルター層に重ねる。形成ゾーン２２内でファインファイバ層をシート状基体上に形成した後、ファインファイバ層および基体を、熱処理ステーション２３に向け、適切な処理を行う。次いでシート状の基体およびファインファイバ層を、効率モニタ２４で試験し（プロセスおよびモニタに関しては、本明細書に参照により特別に組み込んだ米国特許第５，２０３，２０１号を参照）、必要に応じてニップ・ステーション２５でニップ処理する。次いでシート状基体およびファインファイバ層を適切な巻きステーションに送り、そこで適切なスピンドルに巻き付けて、さらに処理２６および２７を行う。
【００５４】
図３は、典型的なセルロース媒体の細孔径および典型的なファインファイバ構造での細孔径に対する、直径が約２ミクロンと約５ミクロンの典型的なダスト粒子の関係を示す、走査電子顕微鏡写真である。図３Ａでは、典型的な粒子径よりもかなり大きく示されている細孔径を有するセルロース媒体３３中に、２ミクロン粒子３１および５ミクロン粒子３２があることを示している。これとは全く対照的に、図３Ｂでは、２ミクロン粒子はファイバ・ウェブ３５のファイバ間の典型的な開口にほぼ等しいかそれよりも大きく見えるが、５ミクロン粒子３２は、ファインファイバ・ウェブ３５の開口のいずれよりも大きく見える。
【００５５】
本発明者等は、格納または最終用途への輸送におけるフィルタが極端な環境条件に曝される可能性があることを見出した。サウジアラビアの砂漠でのフィルタは、６５．６℃（１５０°Ｆ）以上ほどに高い温度に曝さらされる可能性がある。インドネシアまたは米国の湾岸に設置されたフィルタは、９０％ＲＨを超える高い湿度および３７．８℃（１００°Ｆ）という温度に曝される可能性がある。または、それらのフィルタは雨に曝される可能性がある。本発明者等は、自動車やトラック、バス、トラクタなどの移動機器および建設用機器のフード下で使用されるフィルタが、高温（８２℃〜１３７．８℃（１８０°Ｆ〜２８０°Ｆ））、高相対湿度、およびその他の化学的環境に曝される可能性があることを見出した。正常に動作する場合、フィルタ温度は一般に周囲温度である。この温度条件は、機器またはエンジンが異常に動作し、あるいは最大出力でまたは最大出力付近で使用され、次いで停止させる場合に最も過酷である。本発明者等は、過酷な条件下でのマイクロファイバ系の残存性を評価する試験方法を開発した。フィルタ媒体サンプルを温水（６０℃（１４０°Ｆ））中に５分間浸し、または高湿、高温、および空気流に曝す。
【００５６】
Ｂ．エアクリーナの設計に関する一般的原理
本明細書で、「エアクリーナ」という用語は、空気流の流れから粒子状物質が除去されるように機能するシステムを指すのに使用される。「エア・フィルタ」という用語は、内部に微粒子を含む空気をフィルタ媒体に通すことによって除去を行うシステムを指す。「フィルタ媒体」または「媒体」という用語は、内部を空気が通過し、それに伴って媒体中または媒体上に粒子が堆積する（ｄｅｐｏｓｉｔｅ）材料または材料の集合体を指す。「表面負荷媒体」または「バリア媒体」という用語は、空気が媒体を通過するときに、粒子状物質が、媒体の深さ方向に入り込んで堆積するのとは対照的に、主に媒体の表面に堆積してフィルタ・ケーキを形成するシステムを指す。
【００５７】
「フィルタエレメント」という用語は、内部にフィルタ媒体を含むエアクリーナの一部を指すものである。一般にフィルタエレメントは、取外し可能かつ交換可能な、すなわち保守可能なエアクリーナの一部として設計される。すなわちフィルタ媒体はフィルタエレメントによって支持され、エアクリーナの残りの部分から分離可能であり、その結果、目詰まりしまたは部分的に目詰まりしたフィルタエレメントを取り外して、新しい、またはクリーニング済みのフィルタエレメントに交換することにより、定期的にエアクリーナを元の状態に戻すことができるようになる。エアクリーナは、取外しおよび交換を手で行うことができるように設計することが好ましい。「目詰まりした」という用語またはその変形例は、十分な時間稼動した結果、かなりの量の捕捉粒子または微粒子を上部に含有するエアクリーナ、例えば重量が少なくとも５％増加したエアクリーナを意味するものである。多くの場合、フィルタエレメントは、正常動作中そこに詰まった微粒子が原因となって、当初の重量の２倍かまたは３倍（またはそれ以上）にその重量が増加する。本発明のフィルタの基体上に形成されたファインファイバ層は、フィルター性能とファイバ位置の両方に関し、実質上均一であるべきである。実質上均一である、とは、ファイバが基体を十分にコーティングし、その結果、コーティングされた基体全体にわたって少なくともいくらか測定可能なフィルター効率を有することを意味する。ファイバの付加量を広く様々にすることによって、適切な濾過を行うことができる。したがってファインファイバ層は、ファイバコーティング範囲、坪量、層の厚さ、またはその他のファイバ付加量測定値を様々に変えることができ、それでも本発明の範囲内に十分包含される。ファインファイバの付加量が比較的少ない場合であっても、フィルタ構造全体の効率を高めることができる。
【００５８】
本明細書で、ある場合には、「オンロード」エレメントおよび「オフロード」エレメントと言う。一般に、オンロードとオフロードでのエレメント設計および使用に関する典型的な相違は、「安全エレメント」が存在するかどうかに関係する。より具体的には、多くの場合、オフロード・フィルタエレメントは安全エレメントに関連して利用される。順方向流動装置の場合、安全エレメントは一般に、使用中に「第１」エレメントの内部に位置決めされた円筒形エレメントである。この場合、かつ同様の場合、「第１」という用語は、正常な使用において粒子収集の大部分を行うエレメントを指すものとする。このエレメントは一般に、安全エレメントが含まれる場合にはより「上流の」エレメントになる。本明細書で「エレメント」という用語を使用するとき、安全エレメントが含まれる場合には第１エレメントを指している。安全エレメントは、一般に「安全」という用語を使用することによって、特別に述べられる。
【００５９】
フィルタの技術分野で、エレメントは、それが「軽量」、「中量」、または「重量」級の適用例に向けて構成されているかどうかに関してしばしば言及される。オンロードの場合、関連する車両の作動マイル数の点から見ると、その仕様は一般に、エレメントの最小期待寿命に関する。典型的な軽量向け適用例またはエレメントは、少なくとも３２，１８０ｋｍ（２０，０００マイル）、典型的な場合には少なくとも４８，２７０ｋｍ（３０，０００マイル）、効果的に作動するよう構成され配置される。中量エレメントは、一般に、平均で少なくとも６４，３６０ｋｍ（４０，０００マイル）、典型的な場合には少なくとも８０，４５０ｋｍ（５０，０００マイル）作動するよう構成され配置されるものである。重量エレメントは、少なくとも約１４４，８１０ｋｍ（約９０，０００マイル）、典型的な場合には１６０，９００ｋｍ（１００，０００）マイル以上作動するよう構成され配置されるエレメントである。当然ながら、特徴付けは流動的である。例えば１２８，７２０ｋｍ（８０，０００マイル）用に設計されたエレメントは、場合によっては重量エレメントとして分類することができる。
【００６０】
オフロードエレメントも一般に、軽量、中量、または重量エレメントとして特徴付けられる。しかしオフデューティ仕様の場合、その定義は一般に、フィルタエレメント変更前の、期待使用時間に関する。一般に、オフロードで使用される軽量エレメントは、交換することなく少なくとも約９０時間、典型的な場合には少なくとも１００時間の期待動作時間に関して構成され配置されるエレメントであり、中量エレメントは一般に、交換することなく少なくとも約２２５時間、典型的な場合には少なくとも２５０時間、野外で作動させるために構成され配置され、重量エレメントは一般に、交換することなく少なくとも約４５０時間、典型的な場合には少なくとも５００時間、野外で使用されるよう構成され配置されるエレメントである。この場合も、流動的である。
【００６１】
一般に、エアクリーナ・システムの性能に関する仕様は、関係するエンジンの相手先商標による製造会社（ＯＥＭ）、および／または関係するトラックまたはその他の機器のＯＥＭの好みによって作成される。広く様々な仕様を含むことができるが、その主なものの１つは以下の通りである。
【００６２】
１．エンジン吸気要求（定格流量）
２．初期制限
３．初期効率
４．平均または全体の動作制限
５．全体効率
６．フィルタ耐用寿命
エンジン吸気要求は、エンジン・サイズ、すなわち最大、完全、または「レートされた（定格）（ｒａｔｅｄ）」負荷での排気量およびｒｐｍの関数である。一般にこれは、排気量と定格ｒｐｍとの積であり、体積効率によって、またターボ効率やダクト効率などを反映するファクタによって修正されたものである。一般にこれは、定格動作中または完全負荷がかけられている間にエンジンまたはその他の関係するシステムによって必要とされる、単位時間当たりの空気の体積の測定値である。吸気要求はｒｐｍに応じて様々に変わるが、吸気要件は、多くの典型的なトラック用エンジンの場合、定格ｒｐｍ、しばしば１８００ｒｐｍまたは２１００ｒｐｍで定義される。本明細書でこのことは、「定格空気流」として、または同様の用語によって特徴付けられる。フィルタは、エンジン出力が約２〜８ＨＰである小型エンジンの吸気適用例からの、０．０２８〜０．０８５ｍ3／分(１〜３ｃｆｍ（ＨＰ当たり約０．０２８ｍ3／分(約１ｃｆｍ）)程度の少ない空気流に曝すことができる。大型エンジンは、１．４２〜２．８３3／分（５０〜１００ｃｆｍ）、しばしば２．８３〜２２．６４ｍ3／分(１００〜８００ｃｆｍ)という吸入空気流を消費する。一般にフィルタは、故障することなく少なくとも定格量以上の流れが可能になるように、レートされなければならない。その他の適用例では一般に、本明細書で特徴付けられる原理は、例えば約１．４２ｍ3／分(約５０立方フィート／分（ｃｆｍ）から２８３ｍ3／分(１０，０００ｃｆｍ)までの範囲内のものも含め、広範囲に及ぶ定格または要求量で動作するよう指定されたシステムと共に使用される、エアクリーナ装置に適用することができる。そのような機器には、例えば、自動車用エンジン、ピックアップ・トラックおよびスポーツ・ユーティリティ・ビークル用エンジン、小型トラックおよび配達車両用エンジン、バス、長距離輸送用トラック、農業用機器（例えばトラクタ）、建設用機器、採掘用機器、船舶用エンジン、様々な発電機用エンジン、また、ある場合には、ガスタービンおよび空気圧縮器が含まれる。
【００６３】
エアクリーナの全体効率は、一般に、使用中にエアクリーナに入りかつエアクリーナに保持される、「フィルター可能」な固形分の量を反映する。これは典型的な場合、正常使用中にエアクリーナに入ってエアクリーナにより保持される固形分の、重量パーセンテージで表される。これは、ＳＡＥ規格を使用することによって多くのシステムに関し評価されかつ報告されているが、その技法は一般に、米国特許第５，４２３，８９２号の第２５欄、第６０行から第２６欄、第５９行、第２７欄第１〜４０行に特徴付けられている。使用される典型的な規格はＳＡＥ  Ｊ７２６であり、参照により本明細書に組み込む。
【００６４】
効率に関しては、エンジン製造業者および／または機器製造業者の仕様書は多くの場合様々になり、全体的な動作に関する効率要求（ＳＡＥ  Ｊ７２６または実地試験に基づき）は、しばしば９９．５％以上、典型的な場合には９９．８％以上に設定される。空気流要求量が１４．１５ｍ3／分(５００ｃｆｍ)以上の典型的な車両エンジンでは、全体平均が９９．８％以上の仕様が珍しくない。
【００６５】
初期効率は、フィルタが最初に稼動し始めたときの測定可能な効率である。米国特許第５，４２３，８９２号の第２７欄、第１〜４０行で述べたように、特に従来のひだ付きペーパ（バリア・タイプまたは表面負荷）フィルタの場合、初期効率は、一般に使用中の全体平均効率よりもかなり低い。これは、動作中のそのようなフィルタの表面に「ダスト・ケーキ」または汚染物質が蓄積し、それによってフィルタの効率が高まるからである。初期効率も、エンジン製造業者および／または車両製造業者によってしばしば指定される。空気流需要量が１４．１５ｍ3／分(５００ｃｆｍ)以上の典型的な車両エンジンでは、９８％以上（典型的な場合には９８．５％以上）の仕様が一般的である。
【００６６】
制約は、動作中のエアクリーナまたはエアクリーナ・システムを横切る圧力差である。この制約の原因として、空気が通り抜けるフィルタ媒体、空気が通り抜けるダクト・サイズ、また、構造上の特徴であって、空気がエアクリーナを通ってエンジンに入るときに空気がそこに向かいまたはその周りを通る、構造上の特徴がある。エアクリーナに関し、初期制約限界は、しばしば仕様の一部であり、エンジン製造業者および／または機器製造業者が要求するものである。この初期制約は、清浄なエア・フィルタを内部に備えるシステムが稼動し始めてかなりの負荷が生じる前に、エアクリーナを横切る測定される圧力差と考えられる。典型的な場合、任意の所与のシステムに関する仕様には、最大初期制約要件がある。
【００６７】
一般に、エンジンおよび機器製造業者は、エアクリーナ効率が最大制約までの仕様を備えた機器を設計する。米国特許第５，４２３，８９２号第２欄第１９〜２９行、および第６欄第４７行、第７欄第３行に報告されるように、制限制約は、典型的なトラック用エンジンの場合、水中で約５０．８〜７６．２ｃｍ（約２０〜３０インチ）、しばしば水中で約６３．５ｃｍ（約２５インチ）の圧力低下であり、自動車用内燃機関の場合、水中で約５０．８〜６３．５ｃｍ（約２０〜２５インチ）であり、ガスタービンの場合、典型的には水中で約約１２．７ｃｍ（５インチ）であり、工業用換気システムの場合、典型的には水中で約７．６２ｃｍ（約３インチ）の圧力低下である。
【００６８】
一般に、前述のセクションで特徴付けられた仕様のタイプに適合するようシステムを開発するためのエアクリーナの設計に関する主要な変数のいくつかは、以下の通りである。
【００６９】
１．フィルタ媒体のタイプ、幾何形状、および効率
２．エアクリーナの形状および構造
３．フィルタエレメントのサイズ
例えば、従来のセルロースフィルタ媒体または同様の媒体は、一般に「バリア」フィルタである。一例はペーパ媒体である。一般に、そのような媒体の動作は表面負荷によるものであり、すなわち空気が媒体を通りぬけるときに媒体の表面がバリアまたは篩として働くことによるものであり、粒子状物質がそこを通過するのを妨げる。そのうち、ダスト・ケーキが媒体の表面に蓄積し、媒体効率が高まる。一般に、ファイバ構造の「耐密性」または「多孔性」がシステムの効率を、特に初期効率を決定する。そのうち、フィルタ・ケーキが効率に影響を与える（効率を高める）。
【００７０】
一般にそのような媒体は、しばしばその透過性によって定義されまたは指定される。媒体の透過性試験は、米国特許第５，６７２，３９９号の第１９欄第２７〜３９行において一般に特徴付けられている。一般に、記載されている材料、媒体、または複合体の平らなシート全体にわたって１．２７ｃｍ（０．５０インチ）の水の制約を引き起こすような媒体の面速度（空気）が必要とされる。本明細書で使用される透過性は、例えばメリーランド州ゲイダースバーグのＦｒａｚｉｅｒ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  Ｃｏ．，Ｉｎｃ．から入手可能なフレージャー透過性テスタを使用して、参照により本明細書に組み込むＡＳＴＭ  Ｄ７３７に準拠したフレージャー透過性試験によって、または若干類似の試験によって評価する。
【００７１】
Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ  Ｃｏｍｐａｎｙ製の、定格空気流ファイバが１４．１５ｍ3／分(５００ｃｆｍ)以上であるトラック用の多くのタイプのエンジン・フィルタに使用されるセルロース・ファイバの透過性は、透過性が約４．５７ｍ/分（約１５ｆｐｍ）未満、典型的な場合には約３．９６ｍ/分（約１３ｆｐｍ）の媒体である。一般にエンジンフィルタの市場では、そのような機器の場合、透過性の値が約７．６２ｍ/分（約２５ｆｐｍ）未満、典型的な場合には３．０５〜７．６２ｍ/分（１０〜２５ｆｐｍ）の範囲内のどれかである様々なバリア媒体（ひだ付き媒体）が、様々なエレメントの製造業者によって広く利用されている。
【００７２】
媒体の幾何形状に関し、一般にバリア・フィルタの場合に好ましい幾何形状は、典型的にはひだ付きの円筒形パターンである。そのような円筒形パターンは、製造が比較的簡単明瞭であり、従来のフィルタ製造技法を使用し、保守が比較的容易であるので、一般に好ましい。表面負荷媒体にひだを付けることによって、所与の体積内に位置決めされた表面積が増大する。一般に、そのような媒体の位置決めに関する主なパラメータは、ひだの深さと、典型的な場合にはひだ付き媒体シリンダの内径に沿った２．５４ｃｍ（１インチ）当たりのひだの数として測定されるひだの密度と、円筒形の長さまたはひだの長さである。一般に、媒体のひだの深さ、ひだの長さ、およびひだの密度の選択に関する主要なファクタは、特にバリア装置の場合、任意の所与の適用例または状況に必要な全表面積である。
【００７３】
効率に関し、その原理は、含まれる媒体のタイプに応じて様々である。例えば、セルロース・ファイバまたは同様のバリア媒体は一般に、総合的な多孔性または透過性を変えることによって、効率に対して変化する。米国特許第５，４２３，８９２号および第５，６７２，３９９号で述べるように、バリア媒体の効率は、場合によっては媒体に油を塗ることによって、またその他の場合には、媒体の表面に比較的微細なファイバ、すなわち典型的には５ミクロン未満のファイバであって、たいていの場合にはサブミクロン・サイズ（平均）のファイバの成膜を、媒体の表面に付着させることによって変更することができる。繊維状の深さ媒体構成、例えば米国特許第５，４２３、８９２号で述べるようなドライ・レイド繊維状媒体に関しては、効率に関する変数として、媒体の中実性パーセント、関係する構成内に媒体がどの程度圧縮されたか、全体の厚さまたは深さ、およびファイバ・サイズが含まれる。
【００７４】
現在市場に出ている多くのエンジン・エアクリーナ装置の場合、エレメントとハウジングとをシールする一般的な２種類のシール装置のうち、少なくとも一方が使用されている。これらの１つはラジアル（半径方向：ｒａｄｉａｌｌｙ）シール装置である。ラジアル・シール（半径方向シール）装置の様々な構成が知られており、（１）ミネソタ州ミネアポリスのＤｏｎａｌｄｓｏｎ  ＣｏｍｐａｎｙからＤｏｎａｌｄｓｏｎ商標ＲａｄｉａｌＳｅａｌ（登録商標）として入手可能な形のものであって、一般に、参照により本明細書に組み込まれる欧州特許０３２９６５９Ｂ１に記載され特徴付けられているもの、（２）ＭａｎｎおよびＨｕｍｍｅｌによるドイツ特許第４，２４１，５８６号、および１９９４年５月８日公開の対応（英語）公開南アフリカ文書第９３／０９１２９号であって、参照により本明細書に組み込まれるものに記載されているタイプ、および（３）参照により本明細書に組み込まれるＦｌｅｅｔｇｕａｒｄによる米国特許第５，５５６，４４０号、第１０欄第５３〜６７行および図２６に特徴付けられているタイプが含まれる。一般に、ラジアル・シール装置では、シールは、エレメントがシールされるチューブを中心として半径方向に向けられた力により形成される。
【００７５】
シール装置の別の一般的なタイプは、一般に「アクシアル（軸方向：ａｘｉａｌ）」と呼ばれる。アクシアル（軸方向）・システムは、例えば米国特許第３，０７８，６５０号、第３，４４８，９２８号、第４，２０，７８３号、第４，６４７，３７３号、および第５，５６２，７４６号に示されており、そのそれぞれを参照により本明細書に組み込む。一般に、そのような装置でのシール力は、円筒形エア・フィルタエレメントの長軸に沿った方向に向けられるが、この力は、エア・フィルタの端面と、エア・フィルタが内部に位置決めされるハウジングの表面との間のガスケットの圧縮によって得られ、このときシールは、空気流アパーチャまたはチューブを中心とした円周方向に向けられた状態（またはそのアパーチャまたはチューブに外接する状態）になる。
【００７６】
Ｃ．典型的なシステム；エンジン吸気口
図２０に、システムの概略を１２０で一般的に示す。システム２０は、システムのタイプの一例であり、本明細書で述べるエアクリーナの装置および構造が使用可能である。図２０には、何らかの定格空気流要求量が規定されたエンジン１２２を有する車両などの機器１２１が、概略的に示されている。機器１２１には、バス、長距離輸送用トラック、オフロード車両、トラクタ、またはモータ・ボートなどの船舶の適用例を含めることができる。エンジン１２２は、空気、燃料の混合物を使用することによって、機器１２１に動力を供給する。図２０は、空気流が吸気領域１２３からエンジン１２２内に引き込まれる状態を示す。任意選択のターボ１２４が想像線で示されており、任意選択でエンジン１２２への吸気を増大させる。エンジン１２２およびターボ１２４の上流には、媒体１２６を有するエアクリーナ１２５がある。一般に、動作中、空気は矢印１２７に沿ってエアクリーナ１２５に引き込まれ、媒体１２６に入る。そこでは、空気から粒子および汚染物質が除去される。清浄になった空気は矢印１２８に沿って下流に流れ、吸気口１２３に入る。そこから空気はエンジン１２２に流入し、機器１２１に動力を供給する。
【００７７】
エンジン・システムでは、エンジンの動作中、かつ動力の設定、負荷、外部周囲温度、およびその他の変数の条件に応じて、フード下の温度は一般に少なくとも２６．７℃〜４８．９℃（８０°Ｆ〜１２０°Ｆ）であり、しばしば６０℃〜１０４．４℃（１４０°Ｆ〜２２０°Ｆ）の範囲内である。正常動作の場合、フィルタはしばしば周囲温度近くになるが、空気流が少ない期間、またはその他の非標準的な動作期間中は、温度が１０４．４℃（２２０°Ｆ）以上に達する可能性がある。そのような温度は、フィルタエレメントの動作効率に悪影響を及ぼす可能性がある。排ガス規制によってエンジン排気の制限が強化され、さらに温度を上昇させることになる。以下に述べるように、フィルタ媒体を、バリア媒体と少なくとも単一の「ファインファイバ」層、場合によっては複数の「ファインファイバ」層との複合体の形に構成することによって、フィルタエレメントの性能（特に動作効率）を、そのような媒体複合体で構成されていない従来技術のフィルタエレメントよりも向上させることができる。
【００７８】
Ｄ．エアクリーナの例
次に図２１〜２４を参照すると、第１フィルタエレメント１３２および安全エレメント１３４を含む、エアクリーナ１３０の第１の実施形態が示されている。図２１〜２４に示される特定の実施形態では、エアクリーナ１３０は、半径方向に向けられたシールを用いてシールするよう構成されたエアクリーナのタイプである。
【００７９】
まず第１エレメント１３２を見ると、図２２は、第１エレメント１３２の側面図を示している。図示される第１エレメント１３２は、対向する第１および第２のエンド（端部）・キャップ１３６、１３８と、外部支持チューブまたはライナ１４０と、空気を濾過するための媒体１４２とを含んでいる。媒体１４２は、対向する第１および第２端部１４３、１４４を有する。媒体１４２の第１端部１４３では、第１のエンド・キャップ１３６が媒体１４２に固定され、同様に、媒体１４２の第２端部１４４は第２のエンド・キャップ１３８に固定されている。典型的な装置の場合、第１および第２のエンド・キャップ１３６、１３８は、ポリウレタン・フォームなどの圧縮性材料から成形される。そのような装置では、ポリウレタン・フォーム中に媒体を注封し、その後ポリウレタン材料を硬化することによって、媒体１４２を第１および第２のエンド・キャップ１３６、１３８に結合させる。第１および第２のエンド・キャップ１３６、１３８に関するある材料の例について、以下にさらに述べる。
【００８０】
好ましい装置では、媒体１４２はひだ付き構造１４６を含む。「ひだ付き構造」とは、媒体１４２が、通常は媒体１４２に関して均一に分布された一連のまたは複数の折り目またはひだを有することを意味する。
【００８１】
次に図２１を参照すると、ひだ付き構造１４６が好ましくはチューブの形をとり、好ましくは円筒形で、開放フィルタ内部１４８を画定することがわかる。第１フィルタエレメント１３２は、エアクリーナ出口チューブ１５２と共にシール１５０を形成し、それによって、空気が媒体１４２を迂回して直接出口チューブを通って流出するのを阻止する。
【００８２】
ここで、第１フィルタエレメント１３２の動作の一般的な原理を理解することができる。一般に、濾過される空気は媒体１４２を通って外部環境から開放内部１４８へと流れる。媒体１４２は、空気の流れから粒子状物質を除去するよう動作する。そこから空気は安全エレメント１３４を通って、安全エレメントの開放内部１５４へと流れる。次いで清浄な空気は、出口チューブ１５２により形成されたフロー・コンジット１５６を通ってエアクリーナ１３０を出る。第１フィルタエレメント１３２と出口チューブ１５２との間のシール１５０は、濾過されていない空気が媒体１４２を迂回して直接フロー・コンジット１５６内を流れるのを防止する。安全エレメント１３４と出口チューブ１５２との間のシール１５８は、空気が安全エレメント１３４を迂回するのを防止する。これについて以下にさらに述べる。
【００８３】
次に図２３を参照すると、シール１５０を得るために、第１のエンド・キャップ１３６に関して好ましい形状が利用される。特に、エンド・キャップ１３６は、軸方向部分１６０と半径方向部分１６２を含む。半径方向部分１６２はエンド・キャップ開口１６４に外接しているが、これは開放フィルタ内部１４８に対して空気流を介し連通しているものである。半径方向部分１６２は、シール部分１６６としても機能する。シール部分１６６は、これを手の圧力（３４．５ｋｇ（７６ポンド）未満）で締め付けて媒体１４２のほうに撓めることができるように、圧縮性材料から作製される。シール部分１６６は、エンド・キャップの軸方向部分１６０から内部１４８に向かってその厚さが増大するステップ付き構造１６８の形をとることが好ましい。特に、ステップ付き構造１６８は、断面の厚さが増大する３つのステップ１６９、１７０、１７１を含む。このステップ付き構造１６８により、第１エレメント１３２を出口チューブ１５２に取り付けるときに、第１エレメント１３２がより容易に出口チューブ１５２に嵌め込まれるようになる。適正に取り付けることにより、シール部分１６６は、出口チューブ１５２と共にシール１５０を、特にラジアル・シール１７２を形成する。ラジアル・シール１７２は、出口チューブ１５２と内部支持チューブまたはライナ１７４との間にあってそれらに接するシール部分６６の圧縮によって形成される。内部支持ライナ１７４は、第１および第２のエンド・キャップ１３６、１３８の間に延在し、通常はそれらの内部に注封されて、そこに結合する。内部支持チューブ１７４は、通常は、外部ライナ１４０と同様に構成される。したがって、このチューブは多孔質で通気性があり、エキスパンデッド・メタルから構成することができる。
【００８４】
ラジアル・シール１６２は、米国特許第４，７２０，２９２号Ｂ２に詳細に記載されており、参照により本明細書に組み込む。
【００８５】
第２のエンド・キャップ１３８は、図２２および２３に示される実施形態では閉じたエンド・キャップである。「閉じた」という用語は、第２のエンド・キャップ１３８が全体にわたって中実であり、流体がその内部を流れるアパーチャを画定しないことを意味する。
【００８６】
シール部分１６６、好ましくは第１のエンド・キャップ１３６全体は、圧縮性材料、好ましくはポリウレタン、より好ましくはポリウレタン・フォーム（発泡ポリウレタン）によって形成される。ある使用可能な実施形態では、その材料は、成形したそのままの状態での密度が１６．３８ｃｍ3（１立方インチ）当たり６．３６〜９．９９ｋｇ（１４〜２２ポンド）のポリウレタン・フォームを含む。ラジアル・シール１７２を適正に機能させるには、第１エレメント１３２を出口チューブ１５２に取り付けるときに、シール部分１６６をかなり圧縮させる必要がある。多くの好ましい構造では、シール部分の最も厚い部分１７１において、その厚さの約１５％から４０％の間（しばしば約２０〜３３％）で圧縮され、そのようにすることによって、エレメント１３２に約３６．３２ｋｇ（約８０ポンド）以下、好ましくは３４．０５ｋｇ（７５ポンド）以下、一般には２２．７〜３１．７８ｋｇ（５０〜７０ポンド）の力を手で加えて取り付けることにより得られたシールであっても、強力で堅固なシールを得ることができる。シール部分１６６に使用可能な材料は、米国特許第５，６１３，９９２号に記載されており、参照により本明細書に組み込む。
【００８７】
次に図２２および媒体１４２を見ると、上述のように、エンジン・システム１２０に使用する場合のエアクリーナ１３０は、２６．７℃〜１０４．４℃（８０°Ｆから２２０°Ｆ）程度の温度にかけられる可能性がある。媒体１４２は、従来技術のエアクリーナに比べて全体効率が高まるように設計することができる。一般に、媒体１４２は、基体上にファインファイバが成膜した複合体として構成される。図示される特定の実施形態では、基体１８０は、ひだ付き構造１４６に構成される。多くのエンジン・システム１２０で、基体１８０は、ペーパ媒体またはセルロースを含む。
【００８８】
基体１８０に関して特に好ましい特徴は、透過性であることである。エンジン・システム１２０と共に利用される実施形態では、そこにいかなる処理もせずまたはそこにファインファイバを成膜させる前のその透過度が、１分当たり少なくとも２．４４ｍ（８フィート）、典型的にかつ好ましくは、１分当たり少なくとも約３．６６ｍ（約１２フィート）、最も好ましくは、１分当たり４．２７ｍ（１４フィート）から１分当たり９１．４４ｍ（３００フィート）の範囲内であるペーパ媒体が好ましい。セルロール媒体では、その坪量が２２．７〜３６．３２ｋｇ（５０〜８０ポンド）／２７．８７ｍ2（３００フィート2）で厚さが０．０２５〜０．０４６ｃｍ（０．０１０〜０．０１８インチ）のものを使用することが好ましい。
【００８９】
媒体複合体は、エンジン・システム１２０の高温条件下での効率を高めるため、ファインファイバの処理、成膜、またはコーティングを含む。
【００９０】
次に図２４を見ると、安全エレメント１３４が示されている。安全エレメント１３４は、対向する第１および第２のエンド・キャップ１９０、１９２と、外部支持チューブまたはライナ１９４と、第１のエンド・キャップ１９０と第２のエンド・キャップ１９２との間に延在してそれらに結合する媒体１９６とを含む。媒体１９６は、開放内部１５４を画定する管状または円筒形状のひだ付き構造１９８として示されている。
【００９１】
第１のエンド・キャップ１９０は、開放エンド・キャップとして構成され、このキャップは、開放内部１５４に気体流を介して連通する空気流コンジット１０２を画定する。第２のエンド・キャップ１９２は、中実な、または閉じたエンド・キャップとして示されている。安全エレメント１３４は、任意選択で、第１および第２のエンド・キャップ１９０、１９２の間、また媒体１９６と開放内部１５４との間に延在する、内部支持チューブまたはライナを含んでよい。
【００９２】
第１のエンド・キャップ１９０はその上部に、軟質の圧縮可能な材料で作製されたリング１０４であって、出口チューブ１５２内に嵌め込まれて使用中にチューブ１５２の内面１０６に接した状態でシールするよう構成され配置されたリング１０４を含む。安全エレメント１３４は、取り付けられたときに第１エレメント１３２の下に嵌合するよう寸法決めされ構成されることが好ましい（図２１参照）。リング１０４は、シール部分１６６に関して既に述べたように、それと同じポリウレタン・フォームで構成されることが好ましい。ラジアル・シール１０８は、媒体１９６と出口チューブ１５２の間のリング１０４の材料の圧縮によって形成される。
【００９３】
多くの好ましい装置で、媒体９６は、セルロース基体およびファインファイバ層を含んだ複合体を含む。ひだ付き構造９８のセルロース基体をファインファイバで処理するによって、動作温度が２６．７℃（８０°Ｆ）から６０℃（１４０°Ｆ）よりも高いエンジン・システム１２０などの環境で利用するときに、制約を過度に増やすことなく動作効率を高めまたは耐用寿命を延ばす助けをする。
【００９４】
次に、図２５〜２８の実施形態に注目されたい。図２５〜２８には、エンジン・システム１２０と共に使用可能な別のエアクリーナ１１５が示されている。セクションＨで述べた好ましい媒体装置を除いて、エアクリーナ１１５の一般的な構造および幾何形状が米国特許第５，６１３，９９２号に記載されており、本明細書に参照により組み込む。
【００９５】
エアクリーナ１１５は、一般に「逆フロー」エアクリーナと呼ばれるタイプである。「逆フロー」という用語は、濾過される空気が一般にフィルタエレメントの内部に入り、そのエレメントを通して外側に向かって流れ、エアクリーナのハウジングとエレメントとの間のボリューム内に入り、次いでエンジン吸気口１２３内に向けられることを意味する。
【００９６】
図２５では、エアクリーナ１１５を側面図によって示している。エアクリーナ１１５は、ハウジング１１６を含む。ハウジング１１６は、一般に、吸気フード１１８とカン１２０を含む。カン１２０は、出口チューブ１２２を含む。出口チューブ１２２は、アパーチャを画定し、清浄化された空気をハウジング１１６から吸気領域２３に向ける。
【００９７】
図２６に、エアクリーナ１１５の分解組立て図を示す。フィルタエレメント１２４は、ハウジング１１６から取り外した状態が示されている。フィルタエレメント１２４は、対向する第１および第２のエンド・キャップ１２６、１２８と、第１および第２のエンド・キャップ１２６、１２８の間に延在する外部ライナ１３０と、やはり第１および第２のエンド・キャップ１２６、１２８の間に延在する内部ライナ１３２（図２７）と、媒体１３４（図２７）とを含む。一般に、フィルタエレメント１２４はハウジング１１６から取外し可能であり交換可能である。図２６に、ファスナ１３６、１３８を示す。図２６を参照すると、吸気フード１１８は、ファスナ１３６、１３８を切り離すことによってカン１２０から取り外すことができることがわかる。吸気フード１１８をカン１２０から取り外すと、フィルタエレメント１２４に触れることができるようになる。次いでフィルタエレメント１２４を掴んでカン１２０から取り外すことが可能である。次いで交換フィルタエレメントを取り付けて、エアクリーナ１１５を一新することができる。
【００９８】
好ましい実施形態において、媒体１３４は管状の形、通常は円筒形の、ひだ付き構造１４０の形をとる。ひだ付き構造１４０は、開放フィルタ内部１４２を画定する（図２７および２８）。媒体は、高温（６０℃（１４０°Ｆ）よりも高い）条件に合わせて作製することが好ましい。
【００９９】
次に図２７および２８を参照すると、フィルタエレメント１２４がカン１２０内にどのようにシールされるかがわかる。図２７では、第１のエンド・キャップ１２６が、圧縮性で可撓性のシール部分１４４を含む。シール部分１４４は、エンド・キャップ１２６の半径方向内側の部分にある。空気入口フード１１８をエレメント１２４上に取り付けるとき、フード１１８の入口チューブ１４６がシール部分１４４に押し付けられ、エンド・キャップ１２６の材料が内部ライナ１３２に対して圧縮される。このため、入口チューブ１４６と内部ライナ１４２の間にラジアル・シール１４８が形成される。実際に、ラジアル・シール１４８が形成される構造および手法は、図２１〜２３の実施形態のシール部分６６とラジアル・シール７２に類似している。シール部分１４４は、シール部分６６に関して既に述べたものと同じポリウレタン・フォームから構成されることが好ましい。
【０１００】
図２８には、外部ライナ１３０とカン１２０の壁部１５２との間にかつそれらに接するように別のラジアル・シール１５０を形成する、底部エンド・キャップ１２８が示されている。この場合、ラジアル・シール１５０は外側に向けられ、安全エレメント３４がラジアル・シール１０８を形成する手法に若干類似する。図２６では、エンド・キャップ１２８が、シール部分１５６に沿ってステップ付き構造１５４を含むことがわかるが、これはエンド・キャップ１２８の外部ラジアル部分に対応するものである。シール部分１５６は、フィルタエレメント１２４を動作可能にカン１２０および壁部１５２内に取り付けるときに、撓んで圧縮される。特に、シール部分１５６は、外部ライナ１３０と壁部１５２の間でかつそれらに接して圧縮し、その結果、ラジアル・シール１５０が形成される。好ましいエンド・キャップ材料には、シール部分１４４およびシール部分６６に関して既に述べたものと同じポリウレタン・フォームが含まれる。
【０１０１】
図２８では、第２のエンド・キャップ１２８がアパーチャ１５８を画定することもわかる。アパーチャ１５８は、中心に位置付けられることが好ましい。アパーチャ１５８によって、フィルタ内部１４２に収集される水分の排水が可能になる。エンド・キャップ１２８は、内部ライナ１３２から中心アパーチャ１５８まで傾斜を付けることによって、漏斗状の面１６０を形成する。この漏斗状の面１６０は、収集された水分をアパーチャ１５８に向けてフィルタエレメント１２４の外部に出すのに役立つ。定期的に、栓１６２をカン１２０から取り外して、皿部１６４内に収集された水分を排水することができる。
【０１０２】
次に図２９に注意を向けると、エアクリーナ１７０の別の実施形態が示されている。エアクリーナ１７０は、エンジン・システム２０で使用可能である。構造および幾何形状は、一般に、米国特許第４，０２０，７８３号に記載されており、これを参照により本明細書に組み込む。
【０１０３】
エアクリーナ１７０は、一般にアクシアル・シール・エアクリーナと呼ばれるタイプのものである。エアクリーナ１７０は、本体１７４および取外し可能なカバー１７６を有するハウジング１７２を含む。カバー１７６は、クランプ装置１７８を緩めることによって、本体１７４から選択的に取り外すことができる。この結果、取外し可能で交換可能なフィルタエレメント１８０を露出させ、そのエレメントに触れることができるようになる。本体１７４は、側面または接線方向の入口チューブ１８２と、出口チューブ１８４を含む。エンジン吸気口２３に流れる前に清浄化される汚れた空気は、入口チューブ１８２内を流れ、フィルタエレメント１８０を通って、出口チューブ１８４から出る。
【０１０４】
フィルタエレメント１８０は、第１および第２のエンド・キャップ１８６、１８８と、第１および第２のエンド・キャップ１８６、１８８の間に延在する内部および外部ライナ１９０、１９２と、第１および第２のエンド・キャップ１８６、１８８に結合された媒体１９４を含む。
【０１０５】
媒体１９４は、管状、好ましくは円筒形のひだ付き構造１９６として示されている。ひだ付き構造１９６の媒体用の特定の材料は、エンジン・システム２０などの高温環境での動作に対応できるよう作製される。
【０１０６】
この実施形態で、第１および第２のエンド・キャップ１８６、１８８は板金で構成される。第１のエンド・キャップ１８６は、軸方向に向いたシール部材１９８を支持する。エアクリーナ１７０は、ボルト２０４および蝶ナット２０６を含んだヨーク構造２０２を含む。蝶ナット２０６はボルト２０４を中心として回転することができ、軸方向に向いた力を、本体１７４の端部壁２０８とシール部材１９８との間に引き起こして、第１のエンド・キャップ１８６と本体１７４の壁部２０８との間にかつそれらに接した状態でアクシアル・シール２１０を形成することができる。
【０１０７】
エアクリーナ１７０は、その内部に動作可能に取り付けられた安全エレメント２１２も含む。ハウジング１７２のその他の特徴は、入口チューブ１８２を通して吸入された空気を逸らすために、バッフル部材２１４を含む。
【０１０８】
動作中、濾過される空気は入口チューブ１８２内を流れ、バッフル部材２１４によって逸らされて、ハウジング１７２内に渦を巻きながら流入する。渦動作によって、より重い塵粒が重力によって底部カバー１７６に降下する。次いで清浄化される空気は媒体１９４内を流れ、開放フィルタ内部２１６内に入る。次いで空気は安全エレメント２１２内を流れ、多孔質ヨーク構造２０２内を流れ、その後、出口チューブ１８４を通って最終的には外に出て行く。次いで清浄化された空気は、エンジン１２２の吸気口１２３などの吸気口に向けられる。
【０１０９】
図３０および３１には、エンジン・システム１２０に使用可能な別のエアクリーナ２２０が示されている。エアクリーナ２２０の構造および幾何形状は、米国特許第５，１１２，３７２号および米国特許第４，３５０，５０９号に記載されており、これらを本明細書に参照により組み込む。
【０１１０】
エアクリーナ２２０は、好ましくはフィルタエレメント２２４に一体化したハウジング２２２を含む。したがってフィルタエレメント２２４は、ハウジング２２２に一体化した第１および第２のエンド・キャップ２２６、２２８を含む。フィルタエレメント２２４は、第１および第２のエンド・キャップ２２６、２２８に固定されてそれらの間に延在する媒体２３０を含む。媒体２３０は、管状、好ましくは円筒形の、ひだ付き構造２３２であって、開放フィルタ内部２３４を画定するものを含む。ひだ付き構造２３２は、高温適用例に特に適合された、以下に述べるような媒体配合物から作製することが好ましい。
【０１１１】
エアクリーナ２２０は、開放内部２３４内に向いた共鳴器２３６も含む。
【０１１２】
図３１は、エアクリーナ２２０の端面図である。エアクリーナ２２０に吸気供給源を設けるため、少なくとも１つのアパーチャがエンド・キャップ２２６、２２８の一方に形成されている。図３１に示される特定のものには、複数のアパーチャ２３８が第１のエンド・キャップ２２６によって画定され、その結果、空気がエアクリーナ２２０に入って、ハウジングの壁部２４２と媒体２３０との間のボリューム２４０を占有するようになる。
【０１１３】
出口チューブ２４４は第１のエンド・キャップ２２６から突出し、清浄化された空気はエアクリーナ２２０から出ることが可能になる。
【０１１４】
動作中、濾過される空気はアパーチャ２３８を通ってエアクリーナ２２０に入り、ボリューム２４０に流入する。次いで空気はひだ付き構造２３２内を流れ、開放フィルタ内部２３４に流入する。音は共鳴器２３６によって減衰され、清浄化された空気は出口チューブ２４４を通ってエアクリーナ２２０から出る。そこから空気は、システム２０の吸気領域２３などの吸気口に向かう。
【０１１５】
フィルタエレメントの別の実施形態を、図３２および３３に示す。この実施形態では、フィルタエレメント２５０はパネル・フィルタ２５２の形をとる。パネル・フィルタエレメント２５２は、ひだ付き構造２５６の形の媒体２５４含む。図３２および３３を見てわかるように、ひだ付き構造２５６は、一般に、複数のひだ２５８を備えたフラット・パネルを形成する。
【０１１６】
パネル・フィルタ構造２５２は、共同するハウジングと共にシールを形成するために、外周ガスケット部材２６０を有する。
【０１１７】
媒体２５４は、エンジン・システム２０など高温条件下での動作用に特に開発された媒体構造を含む。特に開発された媒体２５４を備えたパネル・フィルタエレメント２５２も、流体圧縮器などのシステムで使用可能である。
【０１１８】
Ｅ．典型的なシステム；流体圧縮器
図３４に、流体圧縮器を２６５で概略的に示す。流体圧縮器２６５は、フィルタエレメント２７０を備えたエアクリーナ２６８を含む。１つの使用可能なフィルタエレメント２７０は、パネル・フィルタ構造２５２である（図３２および３３）。流体圧縮器２６５は、シリンダ２７６を介して従来の手法によりピストン部材を駆動させるための、クランクシャフト２７４およびピストン連接棒を包封する、フレーム２７２を含む。シリンダ２７６の最上部と圧縮器のヘッド２８０との間には、弁板２７８が挟まれている。一般に圧縮器２６５は、当業者に周知の往復ピストン・タイプの圧縮器である。圧縮される空気は、矢印２８２で示される方向で圧縮器２６５に入る。空気はエアクリーナ２６８内を流れ、そこでフィルタエレメント２７０によって微粒子が除去される。次いで清浄化された空気はヘッド２８０に流入し、圧縮器２６５が作動して空気を圧縮する。
【０１１９】
圧縮器２６５は、高温環境（６０℃（１４０°Ｆ）よりも高い）でときどき使用される。
【０１２０】
Ｆ．典型的な媒体サイズ
本明細書で述べるフィルタエレメントでは、それぞれがひだ付き構造を含むことが好ましい。これらのタイプの適用例では、ひだの長さは少なくとも１５．２４ｃｍ（６インチ）、１２７ｃｍ（５０インチ）以下であり、２０．３〜１０１．６ｃｍ（８〜４０インチ）でよい。ひだの深さは、通常、少なくとも１．２７ｃｍ（０．５インチ）、３０．４８ｃｍ（１２インチ）以下であり、２．５４〜１５．２４ｃｍ（１〜６インチ）でよい。
【０１２１】
管状構造の場合、ひだ付き構造の外径は、通常、少なくとも１０．１６ｃｍ（４インチ）、１２７ｃｍ（５０インチ）以下であり、典型的には１５．２４〜７６．２ｃｍ（６〜３０インチ）でよい。
【０１２２】
パネル・フィルタ構造の場合、通常は少なくともひだが４０個、２００個以下のひだであり、典型的には５０〜１００個のひだである。
【０１２３】
Ｇ．典型的なシステム；ガスタービンを備えたタンク
図３５、３６、および３７に、Ｍｌタンク・フィルタを示す。Ｍｌタンクはガスタービンによって動力が供給される。タービン・エンジンは、一般に、装甲板の下に位置付けられる。ガスタービン・エンジンは、作動させるのに大量の周囲空気を必要とする。周囲空気は、その内部に存在する粒子状物質を除去するために、ガスタービン・エンジンに向けられる前に濾過されるべきである。タンクは、タービン・エンジン用に空気を取り込むための吸気口を含む。タンクは、装甲板の下にエアクリーナを含む。タンクは、エアクリーナから粒子状物質を排気するための掃気用出口も含む。
【０１２４】
Ｈ．タンク用エアクリーナの実施例
図３５、３６、および３７には、タンクで使用可能な一例であるエアクリーナ３３０が示されている。エアクリーナ３３０は、フィルタ・ハウジング３３４内に位置決めされた複数のフィルタエレメント３３２を含む。図示される特定の装置の場合、各フィルタエレメント３３２は、Ｖ字形媒体３３６を含む。図示されるものでは、ハウジング３３４は、使用中および組立て中に、その内部に３つのＶ字形媒体３３６が動作可能に受容されるよう寸法決めされるが、これらのパックは並行して、しかし間隔を空けた状態で配置されるものである。
【０１２５】
セクションＨで以下に述べる好ましい媒体の開発品を除き、エアクリーナ３３０は、タンク用のシステムと共に米国特許第５，５７５，８２６号に記載されており、これを本明細書に参照により組み込む。さらに、以下のセクションＨで論じる好ましい媒体の開発品以外に、Ｖ字形媒体３３６のそれぞれが米国特許第４，３６４，７５１号に記載されており、これを参照により本明細書に組み込む。
【０１２６】
図３５、３６、および３７を参照すると、各媒体３３６は、エンド・キャップ３４０、３４１を備えたフレーム３３８を含む。図示される実施形態では、各Ｖ字形媒体３３６が２つのパネル３４２、３４３を含み、これらはＶ字形の形状に配置されて、それらの間に内部チャネルまたはスペース３４５が位置決めされた状態になっている。利用される装置の場合、各内部スペース３４５は、内部バッフル３４６、３４７によって３つの区画に分割されている。
【０１２７】
パネル３４２、３４３は、それぞれがひだ付きフィルタ媒体３４８によって塞がれている。ひだ付き媒体３４８は、ファインファイバで処理されたセルロース媒体を含む。このタイプの媒体は、タンクが曝されるような高温環境でのエアクリーナ３３０の効率を高める助けをする。
【０１２８】
図３５、３６、および３７では、フィルタ・ハウジング３３４が、入口３５０および出口３５２を含んでいる。３つの媒体３３６のそれぞれは、ハウジング３３４内で、並行に配置されていることがわかる。仕切り３５４は、汚れた空気側３５６と清浄な空気側３５７とを分離するための面であって、そこに媒体３３６のそれぞれがシールされる面を提供する。特に、媒体３３６のそれぞれは、仕切り３５４に対して圧縮されるガスケット３５８を含み、空気流が、汚れた側３５６から媒体３４８を迂回して清浄な側３５７に直接流入するのを阻止する助けをする。仕切り３５４は、清浄化した空気がボリュームまたはスペース３４５から清浄な空気の側３５７に流れることができるように、空気流アパーチャ３６０を含む。
【０１２９】
Ｖ字形媒体３３６の動作は、一般に以下の通りである。空気が、ハウジング３３４の入口３５２を通してエアクリーナ３３０に入る。空気はパネル３４２、３４３に入り、内部スペース３４５に向けられる。粒子状物質はパネル３４２、３４３の外面（内部スペース３４５には接していないパネルの側面または表面）に残り、または蓄積されつつあるフィルタ・ケーキ上に残る。濾過された空気が内部ボリューム３４５を満たし、この空気がポートまたはアパーチャ３６０内を流れて、清浄な空気の側３５７に流入する。そこから、空気は出口３５２を通って外に流出し、ガスタービンに向けられる。
【０１３０】
エアクリーナ３３０は、クリーニング用のパルス・ジェット・システムも含む。一般にそのようなシステムは、フィルタパネル３４２、３４３を通して逆方向に向けられた、選択された空気ジェット・パルスを提供する。本明細書で逆方向とは、周囲空気をフィルター中に、パルス・ジェットが正常な空気流（すなわち濾過される空気流）とは反対の方向に向いていることを意味する。図示される装置の場合、この方向は、スペース３４５内に向けられて、最終的には空気をパネル３４２、３４３に通した後にひだ付き媒体３４８の表面から外側へと向けるパルス・ジェットと同じ方向と考えられる。
【０１３１】
図３５では、パルス・ジェット・クリーニング・システムが、スタンド・パイプ３６２に接続された３つの弁３６０を含むが、これらは、圧縮された空気に対して空気流を介して連絡しているものである。弁３６０のそれぞれはディフューザ・ノズル３６４に接続するが、これらのノズルは、チャンバまたはスペース３４５の中心に向けられるように位置決めされている。
【０１３２】
定期的に、パルス・ジェット弁３６０の全てまたは選択された１つを開いて、空気パルスまたは空気ジェットを、Ｖ字形媒体３３６の内部スペース３４５の関連部分に放出することができる。このジェット・パルスによって、埃や塵などがパネル３４２、３４３の外に勢い良く流されるようになる。粒子状物質は、そこから勢い良く流されるパネルをじかに取り巻く領域に、分散するようになる。
【０１３３】
Ｉ．好ましい媒体の開発
本明細書で述べるフィルタエレメントのそれぞれに関し、媒体は、少なくとも部分的に不織布ファイバ層で処理され、またはコーティングされ、または覆われた基体を含んだ媒体複合体を含む。
【０１３４】
本発明の、マイクロファイバまたはナノファイバを含んだ層を構成するファインファイバは、ファイバでよく、またその直径は、約０．００１〜１０ミクロン、好ましくは０．０５〜０．５ミクロンでよい。ある特定の適用例では、ファイバは、０．００１〜２ミクロン、０．０１〜５ミクロン、さらに０．０５〜１０ミクロンに寸法決めすることができる。典型的なファインファイバフィルター層の厚さは、坪量が約０．０１〜２４０マイクログラム／ｃｍ２のファイバ直径の約１〜１００倍の範囲に及ぶ。
【０１３５】
空気や気体の流れなどの流体の流れは、しばしばその内部に粒子状物質を含む。流体の流れから粒子状物質の一部または全てを除去することが必要である。例えば、モータ作動式車両のキャビンへの吸気流、コンピュータ・ディスク・ドライブ内の空気、ＨＶＡＣ空気、クリーン・ルームの換気、さらに、フィルタ・バッグ、バリア用ファブリック、織布を使用した適用例、モータ作動式車両用エンジンまたは発電機器への空気、ガスタービンに向けられた気体の流れ、様々な燃焼炉への空気の流れは、しばしばその内部に粒子状物質を含む。キャビンのエア・フィルタの場合、乗客が快適であるように、かつ／または美的な観点から、粒子状物質を除去することが望ましい。エンジン、ガスタービン・および燃焼炉への空気および気体を取り込む流れに関しては、微粒子によって相当なダメージが、関係する様々な機構の内部の仕組みに生じる可能性があるので、粒子状物質を除去することが望ましい。その他の場合では、工業プロセスまたはエンジンからの生成気体または排出気体が、その内部に粒子状物質を含有する可能性がある。そのような気体を様々な下流機器を通して大気に放出させることができ、または放出させるべきであるその前に、これらの流れから粒子状物質を実質上除去することが望ましいと考えられる。
【０１３６】
エア・フィルタ設計の基本的な原理および問題のいくつかの一般的な意味解釈は、以下のタイプのフィルタ媒体を考慮することによって、すなわち表面負荷媒体、および深さ媒体を考慮することによって、理解することができる。これらのタイプの媒体はいずれも十分に研究されており、それぞれ広く利用されている。それらに関するある特定の原理は、例えば米国特許第５，０８２，４７６号、第５，２３８，４７４号、および第５，３６４，４５６号に記載されている。これら３つの特許の完全な開示を参照により本明細書に組み込む。
【０１３７】
フィルタの「寿命」は、典型的な場合、フィルタを横切る選択された限界圧力低下によって定められる。フィルタを横切る圧力の増大が、その適用例または設計用として定められたレベルでの寿命を定める。この圧力の増大は負荷の結果なので、効率が等しいシステムの場合には、容量が大きくなるほどそれに伴って直接寿命が長くなる。効率は、微粒子を通過させるのではなく微粒子を捕捉する媒体の傾向である。典型的な場合、気体流の流れから微粒子を除去するときにフィルタ媒体が効率的であるほど、一般にフィルタ媒体はより速く「寿命」圧力差に近付くことが明らかである（その他の変数が一定に保たれると仮定する）。
【０１３８】
ペーパ・フィルタエレメントは、広く使用されている形の表面負荷媒体である。一般にペーパエレメントは、粒子状物質を含んだ気体の流れを横断するように配向させたセルロース、合成、またはその他のファイバの稠密マットを含む。ペーパは一般に、気体流を透過させるように構成され、また、十分微細な細孔径および適切な多孔率を有するようにも構成されて、選択されたサイズよりも大きい粒子がその細孔内を通過することができないように構成されている。気体（流体）がフィルタ・ペーパを通過するとき、フィルタ・ペーパの上流側は、拡散および妨害によって、選択されたサイズの粒子が気体（流体）の流れから捕捉され、保持されるように動作する。粒子は、フィルタ・ペーパの上流側にダスト・ケーキとして収集される。時間と共に、ダスト・ケーキもフィルタとして動作しはじめ、効率が高まる。これは、時として「シーズニング」と呼ばれ、すなわち初期効率よりも効率が高くなることをいう。
【０１３９】
上述のような単純なフィルタ設計には、少なくとも２つのタイプの問題が生じる。第１に、比較的単純な欠陥、すなわちペーパの破れが生じて、システムの故障に繋がる。第２に、粒子状物質が、薄いダスト・ケーキまたは層としてフィルタの上流側に急速に蓄積され、圧力低下を増大させる。ペーパ・フィルタなど、表面負荷フィルタ・システムの「寿命」を延ばすために、様々な方法が利用されている。１つの方法は、気体流の流れに直面する媒体の表面積が、平らでひだの無い構造に比べて増大するように、媒体をひだ付き構造にすることである。これはフィルタの寿命を延ばすが、それでもかなり限りのあるものである。そのため表面負荷媒体は、主に、フィルタ媒体を通る速度が比較的遅い適用例、一般には１分当たり約６．１〜９．１４ｍ（約２０〜３０フィート）以下であり、典型的には１分当たり約３．０５ｍ（約１０フィート）程度以下である適用例に、その用途を見出した。本明細書で「速度」という用語は、媒体を通る平均速度である（すなわち媒体面積当たりの流量）。
【０１４０】
一般に、空気の流速がひだ付きペーパ媒体を通して増大するにつれ、フィルタ寿命は速度の二乗に比例して短くなる。したがって、ひだ付きペーパの表面負荷フィルタ・システムを、相当な空気流を必要とするシステム用の微粒子フィルタとして使用する場合、フィルタ媒体は比較的大きい表面積を持つことが必要である。例えば、長距離輸送用ディーゼル・トラックの典型的な円筒形ひだ付きペーパ・フィルタエレメントは、その直径が約２２．８６〜３８．１ｃｍ（約９〜１５インチ）、長さが３０．４８〜６０．９６ｃｍ（１２〜２４インチ）、ひだの深さが約２．５４〜５．０８ｃｍ（約１〜２インチ）である。したがって媒体のフィルター表面積（片側）は、典型的な場合、約２．７８〜２７．８７ｍ2（３０〜３００平方フィート）である。
【０１４１】
特に比較的高い流量を伴う多くの適用例では、時には一般に「深さ」媒体と呼ばれる代替のタイプのフィルタ媒体を使用する。典型的な深さ媒体は、比較的厚く絡まった繊維状材料を含む。深さ媒体は、一般に、その多孔率、密度、または固形分パーセントという用語によって定義される。例えば中実度２〜３％の媒体は、全体積の約２〜３％が繊維状材料（固形分）を含み、残りは空気または気体のスペースとなるように配置されたファイバの、深さ媒体マットと考えられる。
【０１４２】
深さ媒体を定義するための別の有用なパラメータは、ファイバ直径である。中実度パーセントが一定に保たれるがファイバ直径（サイズ）が小さくなる場合、細孔径またはファイバ間スペースは小さくなり、すなわちフィルタはより効率的になり、より効果的により小さい粒子を捕捉することになる。
【０１４３】
典型的な従来の深さ媒体フィルタは、深く、比較的一定の（または均一な）密度の媒体であり、すなわち、深さ媒体の中実度がその厚み全体を通して実質上一定に保たれる系である。本明細書で「実質上一定」とは、密度のばらつきが、たとえあるとしても媒体の深さ全体を通して比較的ごくわずかであることが見出されることを意味する。そのようなばらつきは、例えば、内部にフィルタ媒体が位置決めされている容器によって、外部係合面がわずかに圧縮されることにより生じる可能性がある。
【０１４４】
勾配密度深さ媒体装置が開発されている。そのような装置のいくつかは、例えば米国特許第４，０８２，４７６号、第５，２３８，４７４号、および第５，３６４，４５６号に記載されている。一般に、深さ媒体装置は、実質上その体積または深さ全体にわたって粒子状物質が「詰め込まれる（ｌｏａｄｉｎｇ）」ように設計することができる。したがってそのような装置は、フィルタがその寿命に達したときに、表面負荷システムに比べてより大量の粒子状物質が詰め込まれるよう設計することができる。しかし、一般にそのような装置の場合、相当な詰込みが生じるようにするには、中実度が比較的低い媒体が望まれるので、効率が犠牲になっていた。十分な効率およびより長い寿命が得られるように、上述の特許に記載されているような勾配密度システムを設計した。ある場合には、表面負荷媒体を、そのような装置で「研磨」フィルタとして利用する。
【０１４５】
本発明によるフィルタ媒体構造は、第１の面を有する透過性の粗製繊維媒体または基体の第１の層を含む。ファインファイバ媒体の第１の層は、透過性の粗製繊維媒体の第１の層の、第１の面に固定される。透過性の粗製繊維状材料の第１の層は、平均直径が少なくとも１０ミクロン、典型的にかつ好ましくは約１２（または１４）〜３０ミクロンのファイバを含むことが好ましい。また、透過性の粗製繊維状材料の第１の層は、坪量が約２００グラム／メートル２、好ましくは約０．５０〜１５０ｇ／ｍ２、最も好ましくは少なくとも８ｇ／ｍ２の媒体を含むことが好ましい。透過性の粗製繊維状媒体の第１の層は、厚さが少なくとも０．００１２７ｃｍ（０．０００５インチ）（１２ミクロン）、典型的には厚さが０．００１５２〜０．０５１ｃｍ（０．０００６〜０．０２インチ）（１５〜５００ミクロン）、好ましくは厚さが約０．００２５４〜０．０７６ｃｍ（約０．００１〜０．０３０インチ）（２５〜８００ミクロン）であることが好ましい。
【０１４６】
好ましい装置では、透過性の粗製繊維状材料の第１の層は、残りの構造とは別にフラジール透過度試験によって評価した場合、透過度が少なくとも１メートル／分、典型的にかつ好ましくは約２〜９００メートル／分であることを示す材料を含む。本明細書で効率について述べる場合、それは他に特に指定しない限り、本明細書で述べたようにＡＳＴＭ−１２１５−８９に従って、０．７８μの単分散ポリスチレン球状粒子を用いて２０ｆｐｍ（６．１メートル／分）で測定した場合の効率を意味するものである。
【０１４７】
透過性の粗製繊維媒体層の第１の面に固定されたファインファイバ材料層は、ナノファイバおよびマイクロファバ媒体の層であって、ファイバの平均ファイバ直径が約２〜１０ミクロン以下、一般にかつ好ましくは約５ミクロン以下、典型的にかつ好ましくは、直径が０．５ミクロンより小さく約０．０５〜０．５ミクロンの範囲内の少なくともいくつかのファイバの層であることが好ましい。また、透過性の粗製繊維状材料の第１の層の第１の面に固定されたファインファイバ材料の第１の層は、全体の厚さが約３０ミクロン以下であることが好ましく、より好ましくは２０ミクロン以下、最も好ましくは約１０ミクロン以下であり、典型的にかつ好ましくはその厚さが、層のファインファイバ平均直径の約１〜８倍の範囲（より好ましくは５倍以下）である。
【０１４８】
本発明によるある特定の好ましい装置は、フィルタ構造全体において一般的に定義されたフィルタ媒体を含む。そのような用途に向けたいくつかの好ましい装置は、円筒形のひだ付きの構成に配置された媒体を含み、そのひだは、ほぼ長手方向に延在し、すなわち円筒形パターンの縦軸と同じ方向に延びている。そのような装置では、従来のフィルタと同様に、媒体をエンド・キャップに埋め込むことができる。そのような装置は、典型的な従来の目的で、望むなら上流ライナおよび下流ライナを含んでよい。
【０１４９】
いくつかの適用例では、全体的なフィルター性能または寿命を改善するために、本発明による媒体を、その他のタイプの媒体、例えば従来の媒体と併せて使用することができる。例えば、本発明による媒体を従来の媒体に積層することができ、スタック状の装置で利用することができ、あるいは、従来の媒体の１つまたは複数の領域を含んだ媒体構造に組み込むことができる（一体化フィーチャ）。これは、良好な負荷を目的として、そのような媒体の上流で使用することができ、かつ／または高効率研磨フィルタとして、従来の媒体の下流で使用することができる。
【０１５０】
本発明によるある特定の装置も、液体フィルタ・システム、すなわち濾過される粒子状物質が液体に含まれるフィルタ・システムで利用することができる。また、本発明によるある特定の装置は、ミスト・コレクタ、例えば空気から微細なミストを取り除く（濾過する）ための装置で使用することができる。
【０１５１】
本発明によれば、濾過をするための方法が提供される。この方法は、一般に、濾過を行うのに有利になるように、既述の媒体を利用することを含む。以下の記述および実施例からわかるように、本発明による媒体は、比較的効率的なシステムで比較的長い寿命が有利に得られるように、特に構成され組み立てられる。
【０１５２】
様々なフィルタ設計が、フィルタ材料と共に使用されるフィルタ構造の様々な態様を開示し請求する特許に示されている。Ｅｎｇｅｌ他の米国特許第４，７２０，２９２号は、略円筒形フィルタエレメント設計を有するフィルタ・アセンブリ用のラジアル・シール設計を開示しているが、このフィルタエレメントは、円筒形の半径方向内側に向いた面を有する比較的軟らかいゴム状のエンド・キャップによって、シールされる。Ｋａｈｌｂａｕｇｈ他の米国特許第５，０８２，４７６号は、ひだ付き構成エレメントが本発明のマイクロファイバ材料に結合されたフォーム基体を含む深さ媒体を使用するフィルタ設計を開示する。Ｓｔｉｆｅｌｍａｎ他の米国特許第５，１０４，５３７号は、液体媒体を濾過するのに有用なフィルタ構造に関する。液体は、フィルタ・ハウジング内に閉じ込められ、フィルタの外部を通過して内部環状コアに入り、次いで構造内に戻って有効利用される。そのようなフィルタは、作動液を濾過するのに非常に有用である。Ｅｎｇｅｌ他の米国特許第５，６１３，９９２号は、典型的なディーゼル・エンジン吸気フィルタ構造を示す。この構造は、混入水分を含有しても含有しなくてもよいハウジングの外面から空気を得る。空気はフィルタを通過し、一方、水分はハウジングの底部に移動して、ハウジングから排出することができる。Ｇｉｌｌｉｎｇｈａｍ他の米国特許第５，８２０，６４６号はＺフィルタ構造を開示するが、この構造は、適正なフィルター性能を得るために、「Ｚ」形通路のフィルタ媒体の少なくとも１つの層に流体の流れを通す必要がある、プラグされた通路を含んだ特定のひだ付きフィルタ設計を使用するものである。ひだ付きＺ形態様に形成されたフィルタ媒体は、本発明のファインファイバ媒体を含むことができる。Ｇｌｅｎ他の米国特許第５，８５３，４４２号は、本発明のファインファイバ構造を含むことができるフィルタエレメントを有するバッグ・ハウス構造を開示する。Ｂｅｒｋｈｏｅｌ他の米国特許第５，９５４，８４９号は、加工中の製品が環境内の空気に著しいダスト負荷を発生させた後、典型的な場合にはダスト負荷が大きい空気を処理して空気の流れからダストを取り除く（濾過する）のに有用な、集塵器構造を示す。最後に、Ｇｉｌｌｉｎｇｈａｍの米国意匠特許第４２５，１８９号は、Ｚフィルタ設計を使用したパネル・フィルタを開示する。
【０１５３】
本発明のポリマー材料、マイクロファイバおよびナノファイバの両方を含む本発明のファインファイバ材料、そして本発明のファインファイバ材料で作製された有用なフィルタ構造の構成の様々な態様に関する前述の概略的な説明により、本発明の作用に関する概略的な技術的原理が理解されよう。以下に述べる特定の例示的な材料は、本発明のファインファイバ材料の形成に使用することができる材料の例であり、以下の材料は、最良の形態であることを開示する。これらの例示的な材料を、以下の特徴およびプロセス条件を念頭において製造した。直径が１０ミクロン未満という小さいファイバの電界紡糸は、ポリマー・ジェットを非常に微細なフィラメントに延伸するための引張り力として働く強電場からの静電力を使用して行われる。電界紡糸プロセスではポリマー・メルトを使用することができるが、１ミクロンよりも小さいファイバは、ポリマー溶液から最も良く作製される。ポリマー塊が下に引っ張られてより小さい直径になるにつれ、溶媒が蒸発し、それがファイバ・サイズの縮小に寄与する。溶媒の選択は、いくつかの理由で極めて重要である。溶媒の乾燥が速すぎると、ファイバは平らに、かつ直径が大きくなりがちである。溶媒の乾燥が遅すぎると、溶媒は、形成されたファイバを再び溶解することになる。したがって、乾燥速度とファイバ形成とを一致させることが極めて重要である。生成速度が速いと、大量の排気流が可燃性雰囲気を妨げる助けをし、火災の危険性が減少する。可燃性ではない溶媒が有用である。生成環境では、処理用機器を時折クリーニングする必要がある。安全な低毒性溶媒では、作業者が有害な化学物質に曝されるのを最小限に抑えられる。静電紡糸は、エミッタ当たりの流量１．５ｍｌ／分、目標距離２０．３２ｃｍ（８インチ）、エミッタ電圧８８ｋＶ、エミッタｒｐｍ２００、および相対湿度４５％で行うことができる。
【０１５４】
ポリマー系の選択は、所与の適用例にとって重要である。パルス・クリーニングの適用例の場合、極めて薄いマイクロファイバ層は、圧力損失を最小限に抑えるのを助けることができ、粒子の捕捉および放出のための外面を提供することができる。直径が２ミクロン未満、好ましくは直径が０．３ミクロン未満の薄いファイバ層が好ましい。マイクロファイバまたはナノファイバと、このマイクロファイバまたはナノファイバが成膜している基体とが良好に接着することが重要である。フィルタを、基体と、マイクロファイバおよびナノファイバの薄い層との複合体で作製する場合、そのような複合体は、自己清浄式適用例での優れたフィルタ媒体を作製する。逆パルスにより表面をクリーニングすることによって、フィルタ媒体は繰返し新しい状態に戻る。基体に対する接着力が不十分なファインファイバは、表面に大きい力がかかると、フィルタの内部から基体を通ってマイクロファイバに達する逆パルスによって層剥離する。したがって、マイクロファイバ間の良好な凝集と、基体ファイバと電界紡糸ファイバとの接着は、首尾良く使用するために極めて重要である。
【０１５５】
上述の要件を満たす製品は、種々のポリマー材料から作製されたファイバを使用することによって得ることができる。接着性が良好な小さいファイバは、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコールのようなポリマーと、ナイロン６やナイロン４，６、ナイロン６，６、ナイロン６，１０などの様々なナイロンを含むポリマーおよびコポリマーと、これらのコポリマーから作製することができる。優れたファイバは、ＰＶＤＦから作製することができるが、十分に小さいファイバ直径にするには塩素化溶媒が必要である。ナイロン６、ナイロン６６、およびナイロン６，１０は、電界紡糸することができる。しかし、ギ酸やｍ−クレゾール、トリフルオロエタノール、ヘキサフルオロイソプロパノールなどの溶媒は、取扱いが難しく、または非常に高価である。好ましい溶媒には、その毒性が低いことから、水、エタノール、イソプロパノール、アセトン、およびＮ−メチルピロリドンが含まれる。そのような溶媒系に対して相溶性を有するポリマーについて、広く評価した。本発明者等は、ＰＶＣ、ＰＶＤＣ、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ＰＭＭＡ、ＰＶＤＦから作製されたファイバが、構造上の性質を得るために追加の接着手段を必要とすることを見出した。また本発明者等は、ポリマーが水、エタノール、イソプロパノール、アセトン、メタノール、およびこれらの混合物に溶解して首尾良くファイバに形成される場合、そのファイバは、基体に対して優れた接着性を有し、それによって、自己清浄式適用例での優れたフィルタ媒体が作製されることを見出した。逆エア・パルスまたはツイストを介した自己清浄は、フィルタ媒体を非常に高いダスト濃度で使用する場合に有用である。アルコール可溶性ポリアミドおよびポリ（ビニルアルコール）から得られたファイバは、そのような適用例において首尾良く使用されてきた。アルコール可溶性ポリアミドの例には、ＨｅｎｋｅｌのＭａｃｒｏｍｅｌｔ  ６２３８、６２３９、および６９００と、ｄｕＰｏｎｔのＥｌｖａｍｉｄｅ  ８０６１および８０６３と、Ｓｈａｋｅｓｐｅａｒｅ  Ｍｏｎｏｆｉｌａｍｅｎｔ  ＣｏｍｐａｎｙのＳＶＰ  ６３７および６５１が含まれる。アルコール可溶性ポリアミドの別の群は、タイプ８ナイロン、アルコキシアルキル変性ナイロン６６（参照、第４４７ページ、Ｎｙｌｏｎ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ  ｈａｎｄｂｏｏｋ、Ｍｅｌｖｉｎ  Ｋｏｈａｎ編、Ｈａｎｓｅｒ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、１９９５）である。ポリ（ビニルアルコール）の例には、（株）クラレ（日本）のＰＶＡ−２１７、２２４と、Ａｉｒ  Ｐｒｏｄｉｃｔｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＣｏｍｐａｎｙのＶｉｎｏｌ  ５４０が含まれる。
【０１５６】
（実験）
以下の材料を、以下の電界紡糸プロセス条件を使用して生成した。
【０１５７】
以下の材料を、回転エミッタ・システムまたはキャピラリ・ニードル・システムを使用して紡糸した。いずれも実質上同じ繊維性材料を生成することがわかった。
【０１５８】
流量は、エミッタ当たり１．５ｍｉｌ／分、目標距離２０．３２ｃｍ（８インチ）、エミッタ電圧８８ｋＶ、相対湿度４５％、回転エミッタ３５ｒｐｍであった。
【０１５９】
実施例１：
ファイバのサイズの効果
ファインファイバ・サンプルをナイロン６、６６、６１０のコポリマーから調製し、ナイロンコポリマー樹脂（ＳＶＰ−６５１）の分子量について、末端基滴定により分析をした（Ｊ．Ｅ．ＷａｌｚおよびＧ．Ｂ．Ｔａｙｌｏｒ、ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｗｅｉｇｈｔ  ｏｆ  ｎｙｌｏｎ、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．Ｖｏｌ．１９、Ｎｕｍｂｅｒ  ７、第４４８〜４５０ページ（１９４７））。数平均分子量は、２１，５００から２４，８００の間であった。組成物は、３成分ナイロン、すなわちナイロン６  約４５％、ナイロン６６  約２０％、およびナイロン６１０  約２５％の溶融温度の状態図によって推定した（第２８６ページ、Ｎｙｌｏｎ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ、Ｍｅｌｖｉｎ  Ｋｏｈａｎ編、Ｈａｎｓｅｒ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ（１９９５））。報告されたＳＶＰ  ６５１樹脂の物理的性質は、以下の通りであり、
【０１６０】
【表２】
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【０１６１】
直径０．２３ミクロンおよび０．４５ミクロンのファイバが生成された。サンプルを室温の水に浸し、空気乾燥し、その効率を測定した。図１２のグラフからわかるように、ファイバが大きいほど劣化にかかる時間は長く、劣化のレベルは低かった。ある特定に理論に拘泥するものではないが、表面／体積の比がより大きい、より小さいファイバが、環境の作用に起因して劣化し易くなるようである。しかし、より大きいファイバは効率的なフィルタ媒体を形成しない。
【０１６２】
実施例２：
ナイロン・ファイバとフェノール樹脂およびエポキシ樹脂との架橋
ファイバの耐薬品性を改善するため、ナイロン・ファイバの化学的架橋を試みた。既述のコポリアミド（ナイロン６、６６、６１０）を、Ｇｅｏｒｇｉａ  Ｐａｃｉｆｉｃ  ５１３７であるフェノール樹脂と混合し、紡糸してファイバにした。ナイロン：フェノール樹脂の比、およびそのブレンドの溶融温度を以下に示す。
【０１６３】
【表３】
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【０１６４】
このブレンドからは、比較可能なファイバを生成することができた。５０：５０のブレンドは、熱を介して繊維性構造が破壊されたので架橋することができなかった。６５：３５のブレンドを９０℃よりも低い温度で１２時間加熱することにより、得られたファイバの耐薬品性が改善され、その結果、アルコールに溶解しにくくなった。ポリアミドとエポキシ樹脂、例えばＳｈｅｌｌのＥｐｏｎ  ８２８やＥｐｉ―Ｒｅｚ５１０などとのブレンドを使用することができる。
【０１６５】
実施例３：
フッ素系添加剤（Ｓｃｏｔｃｈｇａｒｄ（登録商標））撥水剤による表面改質  ３Ｍ社のアルコール混和性Ｓｃｏｔｃｈｇａｒｄ（登録商標）ＦＣ−４３０および４３１をポリアミドに添加した後、紡糸した。添加量は固形分１０％であった。Ｓｃｏｔｃｈｇａｒｄの添加は、ファイバ形成を妨げなかった。ＴＨＣベンチでは、Ｓｃｏｔｃｈｇａｒｄ状の高分子量撥水剤による仕上げによって、耐水性が改善されなかったことを示す。Ｓｃｏｔｃｈｇａｒｄを添加したサンプルを、製造業者から示されるように、１４８．９℃（３００°Ｆ）で１０分間加熱した。
【０１６６】
実施例４：
カップリング剤による改質
ポリマー・フィルムを、Ｋｅｎｒｉｃｈ  Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．のチタニウム系カップリング剤と共にポリアミドから成膜した。このカップリング剤には、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート（ＫＲＴＴＳ）、ネオペンチル（ジアリル）オキシトリ（ジオクチル）フォスファトチタネート（ＬＩＣＡ１２）、ネオペンチル（ジアリル）オキシ、トリ（Ｎ−エチレンジアミノ）エチルジルコネート（ＮＺ４４）が含まれる。成膜フィルムを沸騰水に浸した。カップリング剤を含まない対照サンプルはその強度をすぐに失ったが、カップリング剤を添加したサンプルは、その形を最長１０分間維持した。これらのカップリング剤を添加したサンプルを紡糸してファイバにした（０．２ミクロンファイバ）。
【０１６７】
実施例５：
低分子量ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノールポリマーによる改質
分子量が４００〜１１００の範囲のｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノールのオリゴマーを、オハイオ州コロンバスのＥｎｚｙｍｏｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌから購入した。これら低分子量ポリマーを、エタノール、イソプロパノール、ブタノールなどの低級アルコールに溶解した。これらのポリマーを既述のコポリアミドに添加し、悪い結果をもたらすことなく０．２ミクロンのファイバに電界紡糸した。一部のポリマーおよび添加剤は電界紡糸プロセスを妨げる。実施例２で述べた従来のフェノール樹脂とは異なり、本発明者等は、この群のポリマーがファイバ形成プロセスを妨害しないことを見出した。
【０１６８】
本発明者等は、グラフに見られるように、この群の添加剤が、ファインファイバを湿潤環境から守ることを見出した。図１３及び１４は、オリゴマーが、６０℃（１４０°Ｆ）および１００％の相対湿度で非常に良好な保護をもたらすことを示し、その性能は、７１．１℃（１６０°Ｆ）で非常に良くないことを示している。この添加剤を、使用されるポリマーの５％から１５％の量で添加した。本発明者等は、それらの添加剤が、ファイバが６０℃（１４０°Ｆ）で高い湿度に曝されるのを等しく効果的に防止することを見出した。また本発明者等は、ファイバを短時間１５０℃に曝すことによって、性能が高められることを見出した。
【０１６９】
表１は、添加量１０％のポリアミド・ファイバの、温度および時間暴露の影響を示す。
【０１７０】
【表４】
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【０１７１】
これは驚くべき結果であった。この種類の添加剤に関しては、耐水性の劇的な向上が見られた。この群の添加剤がどのように働くかを理解するため、ファインファイバ・マットをＥＳＣＡと呼ばれる表面分析技法で分析した。表１に示される添加量１０％のサンプルを、ミネソタ大学でＥＳＣＡを用いて分析したが、その結果を表２に示す。
【０１７２】
【表５】
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【０１７３】
初めに、添加剤の表面濃度がバルク濃度の２倍よりも高いことを見出したことは理屈に合わないと思われた。しかし本発明者等は、このことを、添加剤の分子量によって説明することができると考える。約６００という添加剤の分子量は、主体となるファイバ形成ポリマーの分子量よりも非常に小さい。添加剤はサイズがより小さいので、蒸発する溶媒分子に合わせて移動することができる。したがって、添加剤の表面濃度をより高くすることができる。さらに処理することによって、保護添加剤の表面濃度が増大する。しかし、１０分間、１５０℃に曝すと、濃度は増大しなかった。これは、長鎖ポリマーが動き回るための時間があるので、コポリアミドとオリゴマー分子の２成分混合が生じていることを示すと考えられる。この分析により教示されることは、後処理の時間および温度を適正に選択することによって性能を高めることができるが、暴露が長すぎると悪影響が生じる可能性がある、ということである。
【０１７４】
さらに、飛行時間ＳＩＭＳと呼ばれる技法を使用して、このような添加剤を含んだマイクロファイバの表面について試験をした。この技法は、対象物に電子を衝突させることを含み、その表面から何が来るかを観察する。添加剤を含まないサンプルは、電子を衝突させると有機窒素種が取れることを示す。これは、ポリアミド種が取れることを示している。また、ナトリウムやシリコーンなど、少量の不純物が存在することも示している。熱処理をしない、添加剤を含むサンプル（表面の添加剤濃度２３％）は、大部分を占める種がｔ−ブチル断片であることを示し、小さいがはっきりとしたポリアミドのピークが観察される。また、質量差１４８ａｍｕで高い質量ピークも観察され、これはｔ−ブチルフェノールに相当する。１５０℃で１０分間処理したサンプル（ＥＳＣＡ分析による表面添加剤濃度５０％）の場合、検査によって、その大部分をｔ−ブチル断片が占め、存在するとしても、ポリアミドを示す非常に小さいピークが示されるだけである。これは、ｔ−ブチルフェノールおよびそのポリマー全体に関連するピークを示していない。またこれは、Ｃ２Ｈ３Ｏ断片に関連するピークも示している。
【０１７５】
飛行時間ＳＩＭＳ分析は、剥き出しのポリアミド・ファイバが、イオン衝撃によって、露出したポリマー鎖から破断した窒素断片を放出し、表面に汚染物質が生じることを示している。熱処理をしない添加剤はコーティングが不完全であることを示すが、これは、添加剤が表面の一部を覆わないことを示している。ｔ−ブチルオリゴマーは、表面上に緩く組織化される。イオン・ビームがその表面にぶつかると、分子全体が不安定なｔ−ブチル断片と共に取れる可能性がある。熱処理した添加剤は、表面の完全なコーティングを促進させる。さらに分子は、ｔ−ブチルや、あるいはＣＨ＝ＣＨ−ＯＨなど、不安定な断片のみが外れて、ｔ−ブチルフェノールの分子全体は外れないように、緊密に配置される。ＥＳＣＡと飛行時間ＳＩＭＳは、表面の異なる深さを見る。ＥＳＣＡは、１００オングストロームまでのより深い面を見るが、飛行時間ＳＩＭＳは、１０オングストロームの深さだけを見る。これらの分析は一致する。
【０１７６】
実施例６：
表面コーティングされたインターポリマーの開発
コーティングおよび接着剤の適用例に向けた可溶性および架橋可能な樹脂を調製するために、初めにタイプ８ナイロンを開発した。このタイプのポリマーは、酸の存在下、ポリマー６６とホルムアルデヒドおよびアルコールとの反応によって形成する（参考文献  Ｃａｉｒｎｓ，Ｔ．Ｌ．；Ｆｏｓｔｅｒ，Ｈ．Ｄ．；Ｌａｒｃｈｅｒ，Ａ．Ｗ．；Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ，Ａ．Ｋ．；Ｓｃｈｅｒｅｉｂｅｒ，Ｒ．Ｓ．  Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９４９、７１、６５１）。このタイプのポリマーは、電界紡糸することができ、架橋することができる。しかし、このポリマーからのファイバ形成はコポリアミドよりも劣り、架橋しにくくなる可能性がある。
【０１７７】
タイプ８ナイロンを調製するため、３７．８５リットル（１０ガロン）の高圧反応器に以下の比で投入した。
【０１７８】
【表６】
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【０１７９】
次いで反応器に窒素を流し、加圧下で、少なくとも１３５℃に加熱した。所望の温度に達したら、少量の酸を触媒として添加した。酸性触媒には、トリフルオロ酢酸、ギ酸、トルエンスルホン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フタル酸、無水フタル酸、リン酸、クエン酸、およびこれらの混合物が含まれる。Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）ポリマーも触媒として使用することができる。触媒を添加した後、反応を最長３０分間進行させる。粘性の均質ポリマー溶液をこの段階で形成する。指定された反応時間が経過した後、高圧容器の内容物を、メタノール、水、水酸化アンモニウムや水酸化ナトリウムなどの塩基が入っている浴に移して、反応を抑止する。溶液を十分に急冷した後、その溶液を脱イオン水中に沈殿させる。綿毛状のポリマー顆粒が形成される。次いでポリマー顆粒を遠心分離し、真空乾燥する。このポリマーは、水が様々な割合で含まれるメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、およびこれらの混合物に溶解する。これらは異なるアルコールのブレンドにも溶解する。
【０１８０】
このように形成されたアルコキシアルキル変性タイプ８ポリアミドは、エタノール／水の混合物に溶解する。ポリマー溶液は、Ｂａｒｒｉｓの米国特許第４，６５０，５１６号に記載した手法で電界紡糸される。ポリマー溶液の粘度は、時間と共に増大する傾向がある。ポリマーの粘度は、ファイバのサイズを決定する際に大きな影響を与えることが、一般に知られている。そのため、商用規模の連続生産において、そのプロセスを制御することが困難である。さらに、同じ条件下で、タイプ８ポリアミドはコポリアミドほど効率的にマイクロファイバを形成しない。しかし、トルエンスルホン酸や無水マレイン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、クエン酸、アスコルビン酸などの酸性触媒を添加して溶液を調製し、ファイバ形成後にファイバ・マットを慎重に熱処理する場合、得られるファイバは非常に良好な耐薬品性を有する（図１３）。架橋段階中は、繊維性構造が破壊されないように注意を払わなければならない。
【０１８１】
本発明者等は、タイプ８ポリアミド（ポリマーＢ）とアルコール可溶性コポリアミドとをブレンドする場合に驚くべき結果を見出した。アルコキシアルキル変性ポリアミド６６  ３０重量％を、ＳＶＰ  ６３７または６５１（ポリマーＡ）、Ｅｌｖａｍｉｄｅ  ８０６１などのアルコール可溶性コポリアミドに代えることによって、相乗効果があることを見出した。ブレンドのファイバ形成は、いずれかの成分単独の場合よりも効率的である。エタノールに浸漬し、フィルター効率を測定することによって、９８％よりも良好なフィルター効率が保持されることが示され、ＴＨＣベンチ試験では、タイプ８ポリアミド単独の場合に匹敵する結果を示す。このタイプのブレンドは、効率的なファイバ形成およびコポリアミドの優れたフィルター特性の利点を、架橋したタイプ８ポリアミドの優れた耐薬品性の利点と共に得ることができることを示す。アルコール浸漬試験は、非架橋性コポリアミドが架橋に寄与してフィルター効率９８％が維持されることを、強く示している。
【０１８２】
ポリマーＡおよびＢのブレンドのＤＳＣ（図１７〜１９ａ参照）は、２５０℃に加熱された後、ポリマーＡ単独でのＤＳＣと区別できなくなっており、（完全に架橋された状態で）明確な溶融温度を示さない。このことは、ポリマーＡおよびＢのブレンドが、ポリマーＢがポリマーＡと架橋したことによって、完全に一体化されたポリマーになっていることを強く示している。これは、完全に新しい種類のポリアミドである。
【０１８３】
同様に、ポリ（エチレンテレフタレート）とポリ（ブチレンテレフタレート）とのメルトブレンドは、同様の性質を持つ。どちらかの成分の溶融温度よりも高い温度で溶融処理を行う間、エステル基の交換が引き起こされ、ＰＥＴとＰＢＴのインターポリマーが形成される。さらに、本発明者等の架橋温度はいずれかの単一成分よりも低い。そのような基の交換がこの低い温度で生じるとは予想され難い。したがって本発明者等は、タイプＡとタイプＢのポリアミドの溶液ブレンドと、いずれかの成分の融点よりも低い温度での架橋によって、新しい種類のポリアミドを見出したと考える。
【０１８４】
本発明者等は、ｔ−ブチルフェノールオリゴマー（添加剤７）１０重量％を添加し、架橋温度に必要な温度で熱処理した場合、さらに良好な結果が得られることを見出した。本発明者等は、ｔ−ブチルフェノールオリゴマーのヒドロキシル官能基が、タイプ８ナイロンの官能基との反応に寄与する可能性があると理論付けた。本発明者等が見出したことは、この成分系では、ファイバ形成が良好であり、高温高湿に対する耐性が改善され、ファインファイバ層の表面に疎水性がもたらされるということである。
【０１８５】
ポリマーＡとポリマーＢの混合物サンプル（サンプル６Ａ）、ポリマーＡ、ポリマーＢ、および添加剤の混合物サンプル（サンプル６Ｂ）を調製した。次いで電界紡糸プロセスによってファイバを形成し、ファイバ・マットを１４８．９℃（３００°Ｆ）に１０分間暴露し、ＥＳＣＡ表面分析によって表面組成を評価した。
【０１８６】
表はサンプル６Ａおよび６ＢのＥＳＣＡ分析を示す。
【０１８７】
【表７】
0005706358.tif 000009
【０１８８】
ＥＳＣＡは、水素濃度以外の表面組成に関する情報を提供する。ＥＳＣＡは、炭素、窒素、および酸素に関する情報を提供する。添加剤７は窒素を含有しないので、窒素濃度を比較することによって、窒素含有ポリアミドと窒素を含有しない添加剤との比を推定することができる。追加の定量的情報は、５３５ｅＶから５２７ｅＶの間の結合エネルギーのＯ  １ｓ  スペクトルを試験することによって、入手可能である。Ｃ＝Ｏ結合は、５３１ｅＶ付近の結合エネルギーを有し、Ｃ−Ｏ結合は、５３３ｅＶ付近の結合エネルギーを有する。これら２つのピークのピーク高さを比較することによって、ポリアミドの相対的な濃度を推定することができ、大部分を占めるのがＣ＝Ｏ基であり、追加としてＣ−Ｏ基だけ存在する。ポリマーＢは変性によりＣ−Ｏ結合を有し、架橋すると、Ｃ−Ｏ濃度は低下することになる。ＥＳＣＡはそのような反応が実際に生じたことを確認し、Ｃ−Ｏ結合が相対的に減少したこを示している（図４は、熱処理していないポリマーＡとポリマーＢの混合ファイバに関し、図５は、ポリマーＡとポリマーＢの熱処理済み混合ファイバに関する）。添加剤７の分子が表面に存在する場合、Ｃ−Ｏ結合がより多いと予想することができる。これは実際に、図６および７に見られるようなケースである（図６は、ポリマーＡ、ポリマーＢ、および添加剤７の紡糸状態の混合ファイバに関する。図７は、ポリマーＡ、ポリマーＢ、および添加剤７の熱処理済み混合ファイバに関する）。図６は、実施例７に関してＣ−Ｏ結合の濃度が増大することを示す。これらの調査結果は、図８から図１１までのＸＰＳ多重スペクトルに基づく表面濃度に一致している。
【０１８９】
ｔ−ブチルオリゴマー分子はファインファイバの表面に向かって移行し、約５０Åの疎水性コーティングを形成することが明らかである。タイプ８ナイロンは−ＣＨ２ＯＨや−ＣＨ２ＯＣＨ３などの官能基を有し、これらは本発明者等が、ｔ−ブチルフェノールの−ＯＨ基と反応すると予想したものである。このため本発明者等は、より少ないオリゴマー分子がファイバ表面に見られると予想した。本発明者等は、自らの仮説が正しくなく、インターポリマーの表面に薄いコーティングがあることを見出した。
【０１９０】
サンプル６Ａ、６Ｂおよびセクション５で述べたサンプルの繰返しを、７１．１℃（１６０°Ｆ）、１００％ＲＨのＴＨＣベンチにかけた。前述のセクションでは、サンプルを６０℃（１４０°Ｆ）および１００％ＲＨに暴露した。このような条件下、ｔ−ブチルフェノールは、ターポリマーコポリアミドが劣化するのを防止した。しかし、１００％ＲＦで温度が７１．１℃（１６０°Ｆ）まで上昇すると、ｔ−ブチルフェノールオリゴマーは、下に在るターポリマーコポリアミドファイバを十分に保護することができない。これらのサンプルについて、７１．１℃（１６０°Ｆ）、１００％ＲＨで比較した。
【０１９１】
【表８】
0005706358.tif 000010
【０１９２】
表は、サンプル６Ｂが、高温高湿への暴露を防止するのに役立つことを示している。
【０１９３】
より著しい相違は、ファイバ・マット上の水滴に曝したときに見られる。ＤＩ水の小滴をサンプル６Ａの表面に置くと、その水滴はすぐファイバ・マット全体に広がり、基体ペーパまで濡らす。一方サンプル６Ｂの表面に水滴を置くと、水滴はビーズを形成し、マット表面上に広がらない。ｐ−ｔ−ブチルフェノールのオリゴマーを添加することによって、サンプル１６の表面が疎水性になるよう改質した。このタイプの製品は、水滴がサンプル６Ｂのファインファイバの表層を通り抜けないので、ウォータ・ミスト・エリミネータとして使用することができる。
【０１９４】
サンプル６Ａ、６Ｂおよびセクション５の繰返しサンプルを、温度を１５４．４℃（３１０°Ｆ）に設定した炉内に置いた。表は、サンプル６Ａおよび６Ｂの両方が無傷のままであり、セクション５のサンプルはひどい損傷を受けたことを示している。
【０１９５】
【表９】
0005706358.tif 000011
【０１９６】
ポリマーＡのみにオリゴマーを添加すると、ファインファイバ層の耐熱性が向上するが、添加剤７を添加した場合には、高温暴露に対してはっきりした効果がない。
【０１９７】
ターポリマーコポリアミド、アルコキシアルキル変性ナイロン６６、およびｔ−ブチルフェノールのオリゴマーの混合物は、ターポリマーコポリアミドとｔ−ブチルフェノールオリゴマーの混合物、またはターポリマーコポリアミドとアルコキシアルキル変性ナイロン６６の混合物よりも、製造の際の生産性を改善した状態で過酷な環境下のファインファイバを助けるのにより優れた製品を提供することが、明らかに示された。これら２成分の混合物も、単一成分系より改善されている。
【０１９８】
実施例７：
ポリアミドとビスフェノールＡポリマーの相溶性ブレンド
新しい種類のポリマーは、フェノール環の酸化カップリングによって調製することができる（Ｐｅｃｏｒａ，Ａ；Ｃｙｒｕｓ，Ｗ．  米国特許第４，９００，６７１号（１９９０）およびＰｅｃｏｒａ，Ａ；Ｃｙｒｕｓ，Ｗ．；Ｊｏｈｎｓｏｎ，Ｍ．  米国特許第５，１５３，２９８号（１９９２））。特に興味深いのは、Ｅｎｚｙｍｏｌ  Ｃｏｒｐ．から販売されているＢｉｓｐｈｅｎｏｌ  Ａ（ビスフェノールＡ）で作製したポリマーである。大豆ペルオキシダーゼの触媒作用によるビスフェノールＡの酸化は、ビスフェノールＡの２つの−ＯＨ基のどちらの側からも開始することができる。直線状の、ビスフェノールＡをベースとしたポリカーボネートとは異なり、このタイプのビスフェノールＡポリマーは、高度に枝分かれしたポリマーを形成する。このポリマーは高度に枝分かれする性質を持つので、ポリマー・ブレンドの粘度を低くすることができる。
【０１９９】
本発明者等は、このタイプのビスフェノールＡポリマーとポリアミドを溶液ブレンドできることを見出した。ナイロンに関して報告されたハンセンの溶解度パラメータは、１８．６である（第３１７ページ、Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ  ａｎｄ  ｏｔｈｅｒ  ｃｏｈｅｓｉｏｎ  ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ、Ａ．Ｂａｒｔｏｎ編、ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ、Ｂｏｃａ  Ｒａｔｏｎ  Ｆｌｏｒｉｄａ、１９８５）。溶解度パラメータを計算する場合（第６１ページ、Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ）、計算された溶解度パラメータは２８．０である。溶解パラメータに差があるので、双方が互いに対して混和性であると予想することができない。しかし本発明者等は、双方が完全に混和性を有し、予期しない性質をもたらすことを見出した。
【０２００】
エタノール溶液中に、分子量３，０００のビスフェノールＡとコポリアミドが５０：５０のブレンドを形成した。溶液中の全濃度は１０％であった。コポリアミド単独では、ファイバ直径が０．２ミクロンになった。ブレンドの場合、約１ミクロンのファイバの厚い層になった。分子量７，０００のビスフェノールＡは、コポリアミドと共にあるときには安定でなく、沈殿する傾向がある。
【０２０１】
５０：５０のブレンドのＤＳＣは、溶融温度が不十分であることを示す。コポリアミドの溶融温度は約１５０℃であり、ビスフェノールＡ樹脂はＴｇが約１００のガラス状ポリマーである。このブレンドは、明確な溶融が不十分であることを示す。ファイバ・マットを１００℃に暴露すると、ファイバ・マットは消失する。このブレンドは、上限使用温度があまり高くなく、圧力低下が低い必要がある場合に、優れたフィルタ媒体を作製すると考えられる。このポリマー系は、妥当な手法で架橋することができなかった。
【０２０２】
実施例８：
ビスフェノールＡの、ブレンドにおける溶媒および固体としての２重の役割
ビスフェノールＡポリマー・ブレンドの驚くべき特徴とは、溶液の形態の場合にはビスフェノールＡポリマーが溶媒のように振る舞い、固体の形態ではそのポリマーが固体として機能することである。本発明者等は、ビスフェノールＡポリマーの２重の役割が、全く固有のものであることを見出した。
【０２０３】
下記の配合を行った。
【０２０４】
【表１０】
0005706358.tif 000012
【０２０５】
このブレンドの粘度は、ブルックフィールド粘度計によれば０．３２６ｍＰａ・ｓ（３２．６センチポアズ）であった。全ポリマー濃度は１９．２％であった。１９．２％でのポリマーＢの粘度は２ｍＰａ・ｓ（２００センチポアズ）を超える。同様の溶媒中、１２％ポリマーＢ単独での粘度は、約０．６ｍＰａ・ｓ（約６０センチポアズ）である。これは、溶液全体の粘度が予想よりも低いので、ビスフェノールＡ樹脂が溶媒のように振る舞う明らかな例である。得られるファイバの直径は０．１５７ミクロンであった。ポリマーＢのみがファイバの配合に寄与したなら、予想されるファイバのサイズは０．１ミクロン未満になる。言い換えれば、ポリマーＣがファイバの配合に寄与したのである。このように、成分が劇的な２重の役割をする、他のどのようなケースも知られていない。サンプルをエタノールに浸漬した後、フィルター効率およびファイバ・サイズを測定した。アルコール浸漬後、８５．６％というフィルター効率が保持され、ファイバ・サイズに変化はなかった。これは、ポリマーＣが、ポリマー固体のように架橋動作に寄与したことを示している。
【０２０６】
別のポリマー溶液を以下の手法で調製した。
【０２０７】
【表１１】
0005706358.tif 000013
【０２０８】
このブレンドの粘度は０．９０２ｍＰａ・ｓ（９０．２センチポアズ）であった。これは、固体２４％の場合、非常に低い粘度である。これは、ポリマーＣが、溶液中では溶媒のように振る舞うことも示している。しかし、電界紡糸を行ってファイバにする場合、ファイバ直径は０．４３８ミクロンになる。ポリマーＢ単独の１５％溶液は、約０．２ミクロンのファイバを生成すると考えられる。最終の状態では、ポリマーＣが寄与することによってファイバ・サイズが大きくなる。やはりこの例でも、このタイプの枝分かれポリマーが溶液中では溶媒として働き、最終の状態では固体として働くことを示している。エタノール溶液に浸漬した後、７７．９％というフィルター効率が保持され、ファイバ・サイズに変化はなかった。
【０２０９】
実施例９：
架橋されたポリアミド／ビスフェノールＡポリマー・ブレンドの開発
樹脂、アルコール、および水を合わせ、６０℃で２時間撹拌することによって、３つの異なるサンプルを調製した。溶液を室温に冷却し、触媒を溶液に添加して、その混合物をさらに１５分間撹拌した。その後、溶液の粘度を測定し、紡糸してファイバにした。
【０２１０】
下記の表はこれらの例を示す。
【０２１１】
【表１２】
0005706358.tif 000014
【０２１２】
本発明者等は、このブレンドがファイバを効率的に生成し、ポリマーＡ配合に比べてファイバの質量が約５０％多くなることを見出した。さらに、得られるポリマー・マイクロファイバは、耐薬品性がより高いファイバを生成する。アルコール浸漬後、本質的に架橋可能なポリマーが固体組成物のわずか４４％であっても、これらのファイバから作製されたフィルタは９０％よりも高いフィルター効率を維持し、ファイバ直径に変化はなかった。このコポリアミド、アルコキシアルキル変性ナイロン６６、およびビスフェノールＡの３成分ポリマー組成物は、優れたファイバを形成する、化学的に耐久力のある材料を生成する。
【０２１３】
実施例１０：
ナイロン６６とナイロン４６の、アルコキシアルキル変性コポリマー
１０ガロン高圧反応器で以下の反応を行い、得られたポリマーについて分析した。反応温度に達した後、触媒を添加して１５分間反応させた。その後、ポリマー溶液を急冷し、沈殿させ、洗浄して乾燥させた。
【０２１４】
【表１３】
0005706358.tif 000015
【０２１５】
ナイロン４６およびナイロン６６で形成したポリマーのＤＳＣは、変性ナイロン４６の溶融温度（２４１℃）または変性ナイロン６６の溶融温度（２１０℃）よりも低い、ブロードな単一の溶融温度を示す。これは、反応中に、両方の成分がポリマー鎖に沿ってランダムに分布することを示す。したがって、アルコキシアルキル変性により、ナイロン４６とナイロン６６のランダムコポリマーが得られたと考えられる。これらのポリマーはアルコールに溶解し、また、アルコールと水の混合物に溶解する。
【０２１６】
【表１４】
0005706358.tif 000016
【０２１７】
両方とも結晶化度が高く、共通のアルコールに溶解しない。出所：Ｍｏｄｅｒｎ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  １９９８。
【０２１８】
実施例１１：
コポリアミドとアルコキシ変性ナイロン４６／６６コポリマーのインターポリマーの開発、および電界紡糸ファイバの形成
実験１０Ｂおよび１０Ｄのサンプルを、上述の方法によってファイバに作製した。アルコキシアルキル変性ナイロン４６／６６（ポリマーＤ）のみを首尾良く電界紡糸した。ポリマーＤとポリマーＡをブレンドすることによって、下記の表に見られるようにポリマーＤの架橋性を犠牲にすることなく、より効率的にファイバを形成することができ、より大きいファイバを作製することができるという追加の利益を得ることができる。
【０２１９】
【表１５】
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【０２２０】
ファイバ質量比を、（ファイバの全長×断面積）によって計算した。保持効率保持は、フィルタ・サンプルをエタノールに浸漬して測定した。ファイバ・サイズは、アルコール浸漬によって変化しなかった。
【０２２１】
実施例１２：
架橋電界紡糸ＰＶＡ
ＰＶＡ粉末を、Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから購入した。この粉末を、水、またはエタノールと水が５０／５０の混合物に溶解した。これらを架橋剤およびトルエンスルホン酸触媒と混合して、電界紡糸した。得られたファイバ・マットを１５０℃の炉内で１０分間架橋し、その後、ＴＨＣベンチにかけた。
【０２２２】
【表１６】
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【０２２３】
実施例１３
従来のセルロース・エア・フィルタ媒体を基体として使用した。この基体の坪量は、２７８．７ｍ2（３０００平方フィート）当たり３０．４ｋｇ（６７ポンド）であり、フレージャー透過率は、水の圧力低下が１．２７ｃｍ（０．５インチ）で１分当たり４．８８ｍ（１６フィート）であり、厚さが０．０２５４ｃｍ（０．０１２インチ）であり、ＬＥＦＳ効率が４１．６％であった。実施例１のファインファイバ層を、０．２ミクロンの公称ファイバ直径について述べたプロセスを使用して、表面に付加した。得られた複合体のＬＥＦＳ効率は６３．７％であった。１００％相対湿度で６０℃（１４０°Ｆ）の空気に１時間暴露した後、基体のみのサンプルを冷却して乾燥した結果、そのＬＥＦＳ効率は３６．５％であった。１００％相対湿度で６０℃（１４０°Ｆ）の空気に１時間暴露した後、複合体サンプルを冷却して乾燥した結果、そのＬＥＦＳ効率は３９．７％であった。記述した数式を使用すると、１時間暴露した後に保持されるファインファイバ層の効率は１３％であり、保持される有効なファインファイバの数は１１％であった。
【０２２４】
実施例１４
従来のセルロース・エア・フィルタ媒体を基体として使用した。この基体の坪量は、２７８．７ｍ2（３０００平方フィート）当たり３０．４ｋｇ（６７ポンド）であり、フレージャー透過率は、水の圧力低下が１．２７ｃｍ（０．５インチ）で１分当たり４．８８ｍ（１６フィート）であり、厚さが０．０２５４ｃｍ（０．０１２インチ）であり、ＬＥＦＳ効率が４１．６％であった。実施例５のファインファイバ層を、０．２ミクロンの公称ファイバ直径について述べたプロセスを使用して、表面に付加した。得られた複合体のＬＥＦＳ効率は９６．０％であった。１００％相対湿度で７１．１℃（１６０°Ｆ）の空気に３時間暴露した後、基体のみのサンプルを冷却して乾燥した結果、そのＬＥＦＳ効率は３５．３％であった。１００％相対湿度で７１．１℃（１６０°Ｆ）の空気に３時間暴露した後、複合体サンプルを冷却して乾燥した結果、そのＬＥＦＳ効率は６８．０％であった。記述した数式を使用すると、３時間暴露した後に保持されるのファインファイバ層の効率は５８％であり、保持される有効なファインファイバの数は２９％であった。
【０２２５】
実施例１５
従来のセルロース・エア・フィルタ媒体を基体として使用した。この基体の坪量は、２７８．７ｍ2（３０００平方フィート）当たり３０．４ｋｇ（６７ポンド）であり、フレージャー透過率は、水の圧力低下が１．２７ｃｍ（０．５インチ）で１分当たり４．８８ｍ（１６フィート）であり、厚さが０．０２５４ｃｍ（０．０１２インチ）であり、ＬＥＦＳ効率が４１．６％であった。実施例６で述べたポリマーＡとポリマーＢのブレンドのファインファイバ層を、０．２ミクロンの公称ファイバ直径について述べたプロセスを使用して、表面に付加した。得られた複合体のＬＥＦＳ効率は９２．９％であった。１００％相対湿度で７１．１℃（１６０°Ｆ）の空気に３時間暴露した後、基体のみのサンプルを冷却して乾燥した結果、そのＬＥＦＳ効率は３５．３％であった。１００％相対湿度で７１．１℃（１６０°Ｆ）の空気に３時間暴露した後、複合体サンプルを冷却して乾燥した結果、そのＬＥＦＳ効率は８６．０％であった。記述した数式を使用すると、３時間暴露した後に保持されるのファインファイバ層の効率は９６％であり、保持される有効なファインファイバの数は８９％であった。
【０２２６】
実施例１６
従来のセルロース・エア・フィルタ媒体を基体として使用した。この基体の坪量は、２７８．７ｍ2（３０００平方フィート）当たり３０．４ｋｇ（６７ポンド）であり、フレージャー透過率は、水の圧力低下が１．２７ｃｍ（００．５インチ）で１分当たり４．８８ｍ（１６フィート）であり、厚さが０．０２５４ｃｍ（０．０１２インチ）であり、ＬＥＦＳ効率が４１．６％であった。実施例６で述べたポリマーＡ、ポリマーＢ、ｔ−ブチルフェノールオリゴマーのファインファイバ層を、０．２ミクロンの公称ファイバ直径について述べたプロセスを使用して、表面に付加した。得られた複合体のＬＥＦＳ効率は９０．４％であった。１００％相対湿度で７１．１℃（１６０°Ｆ）の空気に３時間暴露した後、基体のみのサンプルを冷却して乾燥した結果、そのＬＥＦＳ効率は３５．３％であった。１００％相対湿度で７１．１℃（１６０°Ｆ）の空気に３時間暴露した後、複合体サンプルを冷却して乾燥した結果、そのＬＥＦＳ効率は８７．３％であった。記述した数式を使用すると、３時間暴露した後に保持されるファインファイバ層の効率は９７％であり、保持される有効なファインファイバの数は９２％であった。
【０２２７】
実施例１７
従来のセルロース・エア・フィルタ媒体を基体として使用した。この基体の坪量は、２７８．７ｍ2（３０００平方フィート）当たり３０．４ｋｇ（６７ポンド）であり、フレージャー透過率は、水の圧力低下が１．２７ｃｍ（０．５インチ）で１分当たり４．８８ｍ（１６フィート）であり、厚さが０．０２５４ｃｍ（０．０１２インチ）であり、ＬＥＦＳ効率が４１．６％であった。実施例１２で架橋したＰＶＡとポリアクリル酸のファインファイバ層を、０．２ミクロンの公称ファイバ直径について述べたプロセスを使用して、表面に付加した。得られた複合体のＬＥＦＳ効率は９２．９％であった。１００％相対湿度で７１．１℃（１６０°Ｆ）の空気に２時間暴露した後、基体のみのサンプルを冷却して乾燥した結果、そのＬＥＦＳ効率は３５．３％であった。１００％相対湿度で７１．１℃（１６０°Ｆ）の空気に２時間暴露した後、複合体サンプルを冷却して乾燥した結果、そのＬＥＦＳ効率は８３．１％であった。記述した数式を使用すると、２時間暴露した後に保持されるファインファイバ層の効率は８９％であり、保持される有効なファインファイバの数は７６％であった。
【０２２８】
実施例１８
以下のフィルタ媒体を、実施例１〜１７で述べた方法により作製した。
【０２２９】
【表１７】
0005706358.tif 000019
【０２３０】
【表１８】
0005706358.tif 000020
【０２３１】
【表１９】
0005706358.tif 000021
【０２３２】
媒体は、平らな、波形の、ひだ付きの、波形かつひだ付きの状態で、フラットシート、ひだ付きフラット・パネル、ひだ付きラウンド・フィルタ、およびＺｅｅフィルタに使用した。
【０２３３】
試験方法
温水浸漬試験
構造内に有効かつ機能的に保持されるファインファイバの数を測定する際の、フィルター効率の使用には、ＳＥＭ評価などその他の可能な方法に勝るいくつかの利点がある。
【０２３４】
フィルター測定では、ＳＥＭ顕微鏡写真に見られるわずかな面積（通常、０．００６４ｃｍ2（０．０００１平方インチ）未満）よりも良好な平均を得る、数平方インチの媒体を評価する。
【０２３５】
フィルター測定では、構造内で機能的であり続けるファイバの数を定量する。変化した構造内にそのまま残されるが凝集しまたは別の態様で存在するこれらのファイバは、その測定された有効性および機能性に関してのみ含まれる。
【０２３６】
それにもかかわらず、フィルター効率が容易に測定されない繊維性構造では、残されたファイバのパーセントを測定するためにその他の方法を使用することができ、５０％保持基準に照らして評価することができる。
【０２３７】
説明：この試験は、フィルタ媒体の防湿性を加速的に示すものである。この試験は、ＬＥＦＳ試験ベンチを使用して、水中に浸漬したときのフィルタ媒体性能の変化を測定する。水温は、極めて重要なパラメータであり、検査中の媒体の残存性履歴、試験時間を最小限に抑えたいという要望、媒体のタイプを識別する試験能力に基づいて選択される。典型的な水温は、２１．１℃（７０°Ｆ）、６０℃（１４０°Ｆ）、または７１．１℃（１６０°Ｆ）である。
【０２３８】
手順：
直径１０．１６ｃｍ（４インチ）のサンプルを媒体から切り取る。６．１ｍ／分（２０ＦＰＭ）で動作するＬＥＦＳ（ＬＥＦＳ試験の説明に関しては、ＡＳＴＭ規格Ｆ１２１５−８９参照）ベンチで、０．８μｍラテックス球を試験用汚染物質として使用して、試験片の粒子捕捉効率を計算する。次いでサンプルを、蒸留水中に５分間沈める（典型的な場合、６０℃（１４０°Ｆ））。次いでサンプルを乾燥ラック上に置き、室温で乾燥させる（典型的な場合、一晩）。サンプルが乾燥したら、初期計算を行った場合と同じ条件を使用して、ＬＥＦＳベンチ上で効率を再試験する。
【０２３９】
ファインファイバを含まないファインファイバ基体に関し、前のステップを繰り返す。
【０２４０】
上述の情報から、ファインファイバのみに起因する効率成分と、水による損傷に起因する効率損失を、計算することができる。ファインファイバによる損失効率が決定されると、保持される効率の量を計算することができる。
【０２４１】
計算：
ファインファイバ層の効率：
Ｅｉ＝初期複合体効率；
Ｅｓ＝初期基体効率；
Ｆｅ＝ファインファイバ層
Ｆｅ＝１−ＥＸＰ（Ｌｎ（１−Ｅｉ）−Ｌｎ（１−Ｅｘ））
保持されるファインファイバ層効率：
Ｆｉ＝初期ファインファイバ層効率；
Ｆｘ＝浸漬後のファインファイバ層効率；
Ｆｒ＝保持されるファインファイバ
Ｆｒ＝Ｆｘ／Ｆｉ
有効な機能性を備えた状態で保持されるファインファイバのパーセンテージも、
％＝ｌｏｇ（１−Ｆｘ）／ｌｏｇ（１−Ｆｉ）
によって計算することができる。
【０２４２】
合格／不合格基準：＞５０％効率保持
ほとんどの工業用パルス・クリーニング・フィルタへの適用例において、フィルタは、少なくとも５０％のファインファイバ効率が保持される場合、十分に機能すると考えられる。
【０２４３】
ＴＨＣベンチ（温度、湿度）
説明：このベンチの目的は、動的流動条件下での高温高湿の影響に対するファインファイバ媒体の抵抗力を評価することである。試験は、工業用フィルターの適用例、ガスタービン吸気口の適用例、または高荷重エンジンの空気取入れ環境の極端な作動条件をシミュレートすることを目的とする。間隔をおいて、サンプルを取り出し、乾燥させ、ＬＥＦＳ試験を行う。このシステムはたいていの場合、高温高湿条件を刺激するために使用されるが、温／冷乾燥状態を刺激するためにも使用することができる。
【０２４４】
温度  −３５〜１９８．８℃（−３１〜３９０°Ｆ）
湿度  ０〜１００％ＲＨ（１００％ＲＨの場合に最高温度は７１．１℃（１６０°Ｆ）であり、この条件での最長連続所要時間は１６時間である）
流量  ０．３０４８〜１０．６７ｍ／分（１〜３５ＦＰＭ）
手順：
直径１０．１６ｃｍ（４インチ）のサンプルを媒体から切り取る。
【０２４５】
６．１ｍ／分（２０ＦＰＭ）で動作するＬＥＦＳベンチで、０．８μｍラテックス球を試験用汚染物質として使用して、試験片の粒子捕捉効率を計算する。次いでサンプルを、ＴＨＣ媒体チャックに挿入する。試験時間は、試験条件に応じて数分から数日にすることができる。次いでサンプルを乾燥ラック上に置き、室温で乾燥させる（典型的な場合、一晩）。サンプルが乾燥したら、初期計算を行った場合と同じ条件を使用して、ＬＥＦＳベンチ上で効率を再試験する。ファインファイバを含まないファインファイバ基体に関し、前のステップを繰り返す。上述の情報から、ファインファイバのみに起因する効率成分と、アルコールによる損傷に起因する効率損失を、計算することができる。ファインファイバによる損失効率が決定されると、保持される効率の量を計算することができる。
【０２４６】
合格／不合格基準：＞５０％効率保持
ほとんどの工業用パルス・クリーニング・フィルタへの適用例において、フィルタは、少なくとも５０％のファインファイバ効率が保持される場合、十分に機能すると考えられる。
【０２４７】
アルコール（エタノール）浸漬試験
説明：この試験は、室温のエタノールに浸漬したときのフィルタ媒体性能の変化を測定するために、ＬＥＦＳ試験ベンチを使用する。
【０２４８】
手順：
直径１０．１６ｃｍ（４インチ）のサンプルを媒体から切り取る。６．１ｍ／分（２０ＦＰＭ）で動作するＬＥＦＳベンチで、０．８μｍラテックス球を試験用汚染物質として使用して、試験片の粒子捕捉効率を計算する。次いでサンプルを、アルコール中に１分間沈める。
【０２４９】
次いでサンプルを乾燥ラック上に置き、室温で乾燥させる（典型的な場合、一晩）。サンプルが乾燥したら、初期計算を行った場合と同じ条件を使用して、ＬＥＦＳベンチ上で効率を再試験する。ファインファイバを含まないファインファイバ基体に関し、前のステップを繰り返す。上述の情報から、ファインファイバのみに起因する効率成分と、アルコールによる損傷に起因する効率損失を、計算することができる。ファインファイバによる損失効率が決定されると、保持される効率の量を計算することができる。
【０２５０】
合格／不合格基準：＞５０％効率保持
上述の仕様、実施例、およびデータは、本発明を説明するものである。しかし、開示された本発明に関し、多くの変形例および実施形態を提示することができる。本発明は、上述の特許請求の範囲において具体化される。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図１９Ａ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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