(57)【要約】【課題】二次元モールドで形成した実質的に平面的な中間ウェブ製品を三次元の最終製品に成形するために従来必要とされた処理装置の必要性を解消する。【解決手段】発泡スラリーの形成、三次元モールドを有する有孔部材１２８上への該スラリー１１６の投与、および有孔部材を通してスラリーから泡を除去し、ウェブを乾燥させることによる実質的に平面形でない三次元形状のウェブ１４３の成形を含む繊維または特定材料から不織ウェブを製造する方法。この方法は、自動車用の襞付きの流体および空気フィルタ２１、襞付きの加熱および／または空調フィルタ、成形された呼吸用マスク・フィルタ、およびバクテリア用フィルタを含む広汎のさまざまな製品、クリーニング・モップ・ヘッドに嵌まるように成形されたモップ・ワイパー形状のような超吸収性の中間層を有する積層クリーニング用製品、および他の製品の製造に使用できる。【選択図】図７
2008291419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）三次元の非平面的な底型部材を用意する段階、
（ｂ）少なくとも液体、空気および繊維で作られた発泡スラリーを作る段階、
（ｃ）前記底型部材内に発泡スラリーを導入する段階、
（ｄ）前記底型部材を通して、泡形態の液体と空気を排出する段階、および
（ｅ）三次元形状を有する繊維ウェブ製品を形成するために、前記底型部材上に、前記繊維を層状に沈殿形成させる段階を含む、三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項２】
前記段階（ｅ）の後に繊維ウェブ製品をモールド成形する段階（ｆ）を更に含む請求項１に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項３】
前記段階（ｅ）の後に前記繊維ウェブ製品を熱モールド成形する段階を更に含む請求項１に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項４】
前記発泡スラリーの複数層を作るために、前記段階（ａ）〜（ｅ）の作業が反復して行なわれる請求項１に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項５】
前記発泡スラリーの複数層を作るために、前記段階（ａ）〜（ｆ）の作業が反復して行なわれる請求項２または請求項３に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項６】
繊維ウェブをフィルタ部材に形成するために適する樹脂またはラテックスを繊維ウェブ製品に含浸させる段階を更に含む請求項３に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項７】
前記段階（ｃ）との関係において、コンベヤを用いて前記発泡スラリーを移動させる段階を更に含む請求項１に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項８】
前記段階（ｃ）〜（ｅ）が連続処理である請求項１に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項９】
前記段階（ｃ）〜（ｅ）が連続式機械によって実行される請求項１に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項１０】
前記連続式機械が複数の底型を有する請求項９に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項１１】
前記モールド成形段階（ｆ）が複数の底型を有する連続式機械によって実行される請求項２または請求項３に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項１２】
前記連続式機械が複数の上型を有する請求項１０または請求項１１に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項１３】
前記複数の上型および前記複数の底型が補完的である請求項１２に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項１４】
前記段階（ｃ）〜（ｅ）がバッチ処理として実行される請求項１に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項１５】
前記段階（ｃ）〜（ｅ）がバッチ処理式機械を用いて実行される請求項１に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項１６】
前記バッチ処理式機械が少なくとも一つの底型を含むトラフを有する請求項１５に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項１７】
前記モールド成形段階（ｆ）が、少なくとも一つの底型を有するバッチ処理式機械を用いて実行される請求項２または請求項３に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項１８】
前記バッチ処理式機械が、少なくとも一つの上型を含むインサートを有する請求項１６または請求項１７に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項１９】
前記少なくとも一つの上型および前記少なくとも一つの底型が補完的である請求項１８に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項２０】
前記型に発泡スラリーの複数層を付与した後に、該発泡スラリーの複数層上に上型を配置する請求項４または請求項５に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項２１】
泡の各層が前記型内に配置された後に、前記発泡スラリーから幾分かの泡が前記型を通して除去される請求項２０に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項２２】
泡の全ての層が配置された後に、前記発泡スラリーから前記型を通して泡が除去される請求項２０または請求項２１に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項２３】
前記段階（ｆ）の前記熱モールド成形が、前記繊維ウェブ製品に熱および圧力を加えることによって実行される請求項３に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項２４】
前記圧力が、ブロワーまたは圧力型によって加えられる請求項２３に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項２５】
前記発泡スラリーが繊維の他に粒子を含む請求項１に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項２６】
前記発泡スラリーが界面活性剤を含む請求項１に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項２７】
樹脂またはラテックスを前記繊維ウェブ製品に含浸させる段階を更に含む請求項８に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項２８】
前記繊維ウェブ製品に含浸せしめられた樹脂またはラテックスを硬化させる段階を更に含む請求項６または請求項２７に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項２９】
泡内の繊維または粒子が熱可塑性繊維または熱可塑性粒子を含む請求項１または請求項２５に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項３０】
前記段階（ｆ）の前記熱モールド成形が、熱可塑性の繊維または粒子を溶融させることで前記繊維ウェブ製品に結合させ、強度およびその他の特性を前記繊維ウェブ製品に与える請求項３または請求項２９に記載され三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項３１】
前記繊維ウェブ製品が溝を含む三次元形状を有する請求項１に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【請求項３２】
前記繊維ウェブ製品が溝および襞を含む三次元形状を有する請求項１に記載された三次元形状を有するフィルタ用繊維ウェブ製品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特別な原料を使用して不織ウェブ（web）を製造するため、および特別な最終製品を製造するための発泡処理の使用に関するものである。発泡処理は、基本的には米国特許第３７１６４４９号、同第３８７１９５２号および同第３９３８７８２号（それらの開示内容を本明細書に援用する）、および１９９７年９月４日付で出願された米国特許出願第０８／９２３９００号（代理人の整理番号３０−４４１）および１９９８年６月１７日付で出願された米国特許出願第０９／０９８４５８号（代理人の整理番号３０−４６７）に記載されている処理と同じであり、それらの全開示内容を本明細書に援用する。
【背景技術】
【０００２】
発泡処理は、通常、均一厚さの平面的な形状体、すなわち二次元形状体を形成するためにウェブ形成時に使用される。本発明によれば、一つ以上の泡の層からウェブを形成するときに三次元モールド（型）を使用することで三次元形状体が形成される。三次元モールド（例えば、ワイヤーメッシュ・モールド）を使用すれば、モールドに投与され、製品を作る繊維または粒子を含む泡から、例えば襞または溝の付いたフィルタ製品を直接に形成することができる。発泡処理および本明細書に開示する三次元モールドを使用すれば、広汎な製品を製造することができる。例えば、自動車用の襞のある流体フィルタおよび空気フィルタ、襞のある加熱および／または空調（ＨＶＡＣ）フィルタ、成形された呼吸用マスク・フィルタおよびバクテリア・フィルタを含む広汎のさまざまなフィルタ製品、クリーニング・モップ・ヘッドに嵌まるように成形されたモップ・ワイパーのような超吸収性の中間層を有する積層クリーニング用製品、および他の製品を製造するために、三次元モールドおよび発泡処理は有用である。
【０００３】
本発明は、二次元の平面モールドおよび発泡処理を使用して作られる二次元の平面的なウェブに襞および溝を形成するためにこれまで使用されてきた引き続く機械的な襞付け段階または縮充（ｍｉｌｌｉｎｇ）段階を省略するために、使用することができる。特に本発明は、形成後に三次元の平面的な形状の製品に形成するために溝や他の形状に機械的に切削する従来技術の工程を、発泡処理を使用することで不要にする。本発明は、二次元モールドで形成した実質的に平面的な中間ウェブ製品を三次元の最終製品に成形するためにこれまで必要とされた処理装置の必要性を解消する。本発明は、特に自動車に適用される襞および溝のあるフィルタ紙の製造に使用するのに特に適している。
【０００４】
ウェブを製造する発泡処理は、粒子、または、例えば短く切断した繊維、合成繊維材料、機械処理したセルロースの木材パルプまたは化学処理したセルロースの木材パルプから得た繊維などの繊維、または他のウェブ材料を使用してウェブ製品を製造するのに使用される。発泡処理を使用することで、さまざまな繊維、粒子、または繊維および粒子の組合わせから、三次元の非平面形のウェブを製造することが可能になる。
【０００５】
本発明の一つの応用例は、特に自動車に使用する襞および溝の付いたフィルタ紙の製造である。４０〜５０数年前に自動車に使用され始めたフィルタ紙は、今日では内燃機関を備えた全ての自動車の標準装備品となっている。今日、フィルタ紙の応用例は次の等級種別、すなわち自動車の空気用、オイル用、過酷環境下の空気用（ＨＤＡ）、燃料媒体用、および室内の空気用に分類される。自動車空気媒体／フィルタ紙は空気と共にエンジンに侵入する粒状物質を捕捉するように設計されている。ＨＤＡフィルタ紙は同じ機能を有するが、空気中に多量の塵を有する一層過酷な環境用に設計されている（例えば、土工機械など）。オイル媒体／フィルタ紙はエンジンに流入するオイルの流れから粒状物質を除去するように設計されている。燃料媒体／フィルタ紙はエンジンに吸入される前のガソリンまたはディーゼル燃料から粒状物質を濾過して除去するように設計されている。室内空気媒体／フィルタ紙は乗員が乗車する室または区画に侵入する前に外部からの粒状物質を捕捉するように設計されている。それらのフィルタ紙には他の応用例もある。
【０００６】
自動車用フィルタ紙は湿式工程に従ってこれまで製造されてきており、これは１９００年代の初期に遡る。湿式工程では、繊維はパルパー内で撹乱されて破断される。その後、繊維は液体スラリとしてデフレーカ（ｄｅｆｌａｋｅｒｓ）および精砕機を通して抄紙機へ圧送される。デフレーカおよび精砕機は繊維を散乱させて結合強度を生じる良好な表面を与える。抄紙機での主要部材は湿潤部（ウエット・エンド）および乾燥部（ドライ・エンド）である。パルパーと湿潤部との間において、湿潤状態および乾燥状態での強度を増大する各種の化学薬品も添加される。湿潤部はヘッドボックスおよび脱水用部材を含む。典型的にヘッドボックスは平坦な長網抄紙機、傾斜ワイヤー、または円筒形の有孔（ｆｏｒａｍｉｎｏｕｓ）部材を有する。脱水部材はスラリーから水を吸出し、可動ワイヤー（有孔部材）上で大体０．０５％の繊維粘稠度から２５％の繊維粘稠度まで脱水する。湿潤部の後、媒体は乾燥部へ進む。その目的はフィルタ媒体を２５％から約９８〜９９％の繊維粘稠度になるまで乾燥させることにある。
【０００７】
ここで、フィルタ媒体は同じ抄紙機にて「オンライン」で含浸されるか、巻上げられて別の含浸機により「オフライン」で含浸される。含浸処理の目的は、媒体を樹脂またはラテックス（熱硬化性または熱可塑性）で完全に飽和させ、これによりその媒体に最終的な機械的強度を与えるとともに、媒体をフィルタに変化させ得るようにすることである。この含浸処理は基本的に含浸ユニットを含み、それに続いて乾燥器が配置される。含浸ユニットはサイズ・プレス、ロール・コーター（ｒｏｌｌ  ｃｏａｔｅｒ）、カーテン・コーターなどとされ、乾燥器は何れかの接触／非接触式のものとすることができる。媒体が約０〜１５％の含水率に達すると、オイルおよびＨＤＡの形式のものは溝を形成されて、機械の方向に連続したＳ形状が与えられる。この形式の媒体に溝を形成することは全体的な濾過面積を増大し、またその媒体に襞を付けてフィルタ部材を組み立てるとき、順次に形成される襞を離して保持する助けをなす。
【０００８】
含浸処理の後、包装されて取引先へ発送される前に、媒体は各種のスリット幅のシートにするためにスリットを形成される。取引先の現場では、媒体は通常の襞付け機械で機械的に襞を付けられ、そのフィルタ紙を内蔵したフィルタ部材に組み立てられる前に、媒体に最終的な物理的形状が与えられる。媒体の両端部がどのようにして密着され、媒体がどのようにしてさらに重合化され、またどの特徴が特に重要なのかは、使用者および最終的な適用例によって決まり、それらの詳細は従来通りである。
【０００９】
米国特許出願第０９／０９８４５８号の工程は、発泡処理によりフィルタ紙の平面的なシートの製造を論じており、その後引き続いてシートに溝および襞を形成して実際のフィルタ材料が形成される。本発明は、それ自体に溝が形成されるか襞が形成され、または溝と襞とが形成されているモールドによってフィルタ紙を形成する。モールド成形工程から抜出されたウェブ製品に襞を付ける段階、溝を形成する段階、または三次元形状を与える他の機械的な段階を引き続き実施する必要性は全くない。
【００１０】
繊維または粒子を含む泡から製品を形成することは、湿式工程において有利となる。例えば、フィルタ紙は湿式工程を使用して製造されてきた。この工程では、懸濁液中の繊維が溝のあるモールド（型）へ導入される。液体スラリーの深さは比較的浅い。繊維懸濁液を導入した直後にスラリーの表面が下型の頂部よりも低い位置へ降下し、繊維スラリーから水が除去されることを防止するための、モールドの下側からの吸引を可能にする密封シールが損なわれる。このシールが損なわれると、吸引力は主として懸濁繊維の接触していない型部分に作用することになる。その結果、型底部における繊維の成形が遅くなり、最適な状態でなくなる。さらに、型の頂部の方が底部よりも少量の繊維しか集められないことになる。何故なら、液体スラリー中の繊維は沈殿して型底部に集中する傾向を有するからである。逆に、本明細書で開示される発泡処理は、三次元モールド内にそれぞれ比較的深い泡の層を形成する一つ以上の泡の層を形成する。泡が深いことにより、泡の上面が下面型の表面の極大高さ位置よりも低い位置へ降下することはほとんどない。さらに、下側に位置する底型の形状に合うように泡の上面を成形するために上型が使用されるので、下型の頂点位置が泡の層を完全に突き抜けて突出することが防止される。
【００１１】
幾つかの異なる層、材料、基材、またはそれらの組合わせを使用してフィルタ紙が製造される場合には、他の問題が湿式工程によって生じる。希薄な懸濁液の先行の一つの層（または複数の層）の上に導入されるならば、引き続く層は溝の底部にある先行層によって繊維の向きを定める傾向を有する。これは、最終製品の厚さを不均等にしてしまい、このことはさらにフィルタ性能を低下させてしまう。発泡処理は、それぞれ異なる繊維または粒子の粘稠度を有する異なる泡を層状に形成するのに一層適している。泡の層は、しばしば望まれることであるが、一貫性のない繊維の向きを保持する傾向を示す。これに代えて、泡内の繊維を泡噴出ノズルからの流動方向に平行に向けることができる。ノズルから型内へ泡を垂直方向に噴出することにより、型内に付与される泡内のほぼ垂直な繊維の向き保存することが可能である。最終ウェブ製品における垂直な繊維の向きは比較的厚いウェブおよび比較的多孔質のウェブを形成するのに有利である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このような従来技術の湿式の発泡処理においては、一方で湿式処理による成形で生じる、また他方で発泡処理においてフィルタ紙に襞および溝を別々に形成することで生じる潜在的な問題がある。第一に、処理段階数が増大すれば高い製造費用が生じる。幾つかの処理段階を一つに組合わせると、全体の処理は短くなり、従って安価となる。第二に、形成したフィルタ紙に対する機械的な変形は、最終製品の耐久性を低下させる。襞および溝を形成するための平面的なフィルタ紙の折曲げは、折曲げ箇所に応力を生じて、この応力が急激な劣化を通して最終製品の品質を低下させる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、三次元フィルタのような三次元製品として泡を成形して乾燥させるために型を使用する、泡によるウェブ製造処理である。この製品は、泡を一回付与して形成される単一層、または幾つかの異なる泡の層で形成された積層体とされる。最も簡単な説明では、泡は空気、水、界面活性剤、および繊維または粒子からなるスラリーで構成される。繊維、粒子、または繊維および粒子の組合せの形式は、製造する製品によって決まる。例えば、泡内の繊維は平均で０．０５ｍｍ（ミリメートル）以下の長さの短く切断された繊維とされる。繊維または粒子は、三次元モールド内に泡が付与されるときにその型に追従するようになされる。型に泡が付与されると、水および空気（さまざまに異なる直径を有する気泡として泡内に存在する）は型を通して排出され、抜取られて再使用される。泡から与えられる繊維または粒子が型に付与されてウェブ製品を形成する。繊維または粒子は型上で乾燥され、完成した三次元製品が型から取出される。このウェブ製品は泡から与えられる繊維および粒子の組合わせにより、または全てを繊維によって、形成されることができる。
【００１４】
三次元モールドに対する泡の導入は、水を使用した処理で経験されている問題の発生を防止するために、注意深く行われる。それらの問題は、一部は防止できる。何故なら、泡の粘稠度が１％〜１０％（超吸収性の繊維を含む泡では２０％とすることができる）で、従来の水を使用した処理におけるスラリーの典型的に０．０１％〜０．５％の粘稠度よりも高いからである。粘稠度が高い結果として、発泡処理の使用は厚い製品、例えば厚いフィルタ紙または厚い紙層を一段階で形成できるようになる。液体を使用する処理でこれよりも高い粘稠度が使用されると、ウェブ成形が行われる前に繊維が凝集して集塊を形成する傾向を示す。集塊は最終製品の品質を低下させる。何故なら、これと関連して厚さおよびフィルタ紙の他の特性の変動を生じ、これがさらに同一製品内での濾過能力の変化を生じるからである。
【００１５】
さらに、泡は液体を使用する処理よりも格段に少ない液体しか必要とせず、水の使用量を大幅に減少させる。水使用量の減少は、型の下流側へ液体を運ぶために必要な設備のサイズを減少させる。泡を型から排出した後、その泡は実質的に再使用することができる。一般に、再使用する泡が他の型に付与される前に、その泡には繊維および粒子のみが、また恐らく界面活性剤が加えられる。
【００１６】
一実施例では、泡が１つの底型に導入された後、補完形の上型がその上に配置される。上型は実質的に底型の逆の形であり、上型の隆起部は底型の溝内に実質的に嵌り込む。同様に、上型の溝は底型の隆起部のまわりに実質的に嵌り込む。上型は、底型の頂部が泡で覆われてシールされることを保証するために使用できる。泡が底型の頂部の上に残されていることを保証することはシールの喪失を防止し、上述した吸引による関連した問題の発生を防止する。さらに、上型は泡に圧力を加えるために使用でき、泡の頂面に対する圧力を高めてフィルタ層からの泡の除去を助成する。
【００１７】
フィルタ層が実質的に形成された後、上型は取外され、フィルタ紙は乾燥段階へ進められるか、他の泡の層が付与される段階へ進められる。実質的に同じ泡材料を上述した方法で新たなヘッドボックスを使用して付与できるが、異なる泡材料を付与することもできる。例えば三つまたは四つの層とされる追加層が形成層の上に付与される。与えられる層数は最終製品に望まれる特性によって一部は決定される。
【００１８】
他の実施例では、製造機はバッチ式機械であり、各バッチが少なくとも一つの底型を含む。各バッチには、例えば５列５行に底型を収容したトラフが備えられる。所望量の泡がヘッドボックスを使用してトラフ内の底型の上に付与された後、上型の個数と一致した数のインサートが泡の頂部に配置される。このトラフおよびインサートは製造ラインを下方へ移動し、空になったトラフは新たなバッチ処理を開始する。
【００１９】
他の実施例では、製造機は連続式の機械であり、有孔部材とも呼ばれる移動ワイヤーおよびローラー・システムに底型および上型は組付けられる。底型を移動させるワイヤーは繰返し使用される底型を含み、底型が例えば横方向または回転方向に移動するとき、新たな底型がヘッドボックスに対して露出される。バッチ処理と同様に、ヘッドボックスは底型を移動させるワイヤーに取付けられている底型に泡を付与する。その後、上型ベルトに取付けられている補完形をした上型が、対応する泡を収容した底型の頂部に配置される。
【００２０】
他の実施例では、層が形成された後に型が開かれる。上述した例の一つに類似した工程が行われ、他の層が形成される。これに代えて、新たに形成された一つの層、または複数の層は乾燥処理を助成するためにブロー乾燥炉または同様装置を通して移動される。
【００２１】
さらに他の実施例では、上型が泡の頂部に配置されるよりも前に、複数の個別な泡の層が底型に付与される。それぞれの泡の層が付与された後、頂部に上型を配置しないで幾分かの泡が底型を通して引出される。幾分かの泡の除去は、泡が型内での正当な高さ位置を保持することおよび全体の処理時間を短縮することの両方を保証する。これに代えて、泡の除去は全ての層が付与された後に行える。この実施例では、泡の高さが底型の高さよりも低いときに上型が有用となる。そのような状況では、上型が無ければ、下型の頂部が泡を貫いて延在して泡に空隙が形成されてしまうとシールが喪失されてしまう。上型は、泡を下型内へ押圧することで泡に空隙が生じることを防止し、下型内で泡を分配し、泡の層が均等な厚さを保持することを保証する。上型はまた、典型的にはワイヤー・メッシュの下型および上型を通して泡を押圧する圧力を加えて泡を良好に排出するので有利である。
【００２２】
他の実施例では、泡の層を付与する合間の時間的な大きな遅れを伴わずに、迅速な手順で型内に泡の層が付与される。例えば、これは多数のヘッドボックスを使用して行うことができ、各ヘッドボックスは独自の特性を有する異なる泡を付与する。これに代えて、これは独自の特性を有する庫となる泡を付与することの可能な一つのヘッドボックスを使用して行える。第二の実施例では、独自の泡の層は順次に付与されるが、同じヘッドボックスが全ての層に関して使用される。
【００２３】
本発明を使用することには多数の利点があり、また以下は利益の一部のリストである。第一に、この処理は比較的高速であり、活性炭、脱臭物質、塩、超吸収性製品などのデリケートまたは反応性の物質が特性を劣化したり全く喪失することなく使用できる。第二に、この処理はバッチ式または連続式の機械のいずれでも作動でき、設備またはプラントの設計に融通性を与える。第三に、この処理は異なる層を混ぜることなく複数の層を付与する能力を与える。第四に、この処理は成形後のフィルタ紙の溝形成または襞付けの必要性を無くす。この紙は成形後に折曲げられないので、フィルタ層が破断する危険は最小限に止められる。第五に、この処理は合成繊維、機械処理した木材パルプまたは化学処理した木材パルプのようないずれの短い繊維、例えば５０ｍｍ未満の繊維に有用である。
【００２４】
本発明の処理は成形フィルタのために使用される熱成形技術の全般に関して有利である。熱成形はフィルタ部材を成形するための注型成形後の処理である。熱成形処理は、同一型を使用してフィルタ部材が成形され、繊維を含む泡が三次元の繊維部材として凝固される本発明では必要ない。さらに、本発明の処理で使用される泡は、熱成形を伴う処理と典型的に組合わされた湿式または乾式の繊維処理で得られるよりも均一性に優れたフィルタ製品を製造する。しかしながら、熱成形は、型から取出した本発明により製造されたウェブ製品に対して使用することができる。
【００２５】
本発明はフィルタ紙の製造に関して説明したが、本発明は泡を使用する他の三次元の製品の製造に使用することができる。本発明は、添付図面に関して考えるときに当業者に明白となるであろう他の利点を与える。
【００２６】
図１はオンライン工程でフィルタ紙を製造するために泡を使用した従来技術の処理を示す模式図である。先ず最初に、ウェブは符号１０で示すように泡の生じる処理を使用して形成されており、移動する有孔コンベヤ部材に接触するように空気、水、界面活性剤および繊維からなるスラリーが移動された後、コンベヤ部材を通してスラリーから泡が除去されて、不織ウェブが形成される。繊維は５０ミリメートル以下の長さの短く切断された繊維とされる。繊維は合成材料、機械処理した木材パルプ、化学処理した木材パルプおよび他の繊維材料から形成することができる。乾燥段階および他の従来行われている段階も発泡処理において実施することができる。
【００２７】
図１の残る段階は水を使用した処理に適用することができ、符号１１で示す箇所においてウェブの特性を向上させるために樹脂またはラテックスを含浸させ、また望まれるならば符号１２で示すように従来の溝形成が行われる。段階１０，１１および１２はウェブ製造装置において典型的に行われている。従来の襞付け段階１３および樹脂硬化段階１４は、実際のフィルタ紙が作られる場所、また恐らく従来のキャニスタ（容器）に取付けられる場所で行われる。オフラインにおいても図１に示したのと同じ工程が行われ、含浸および溝形成は泡を生じるウェブ形成（図示せず）が行われる場所から離れた装置において行われる。
【００２８】
図２は、本発明により製造されたフィルタ紙を使用して作られる自動車用の三次元フィルタ２０を模式的に簡単に図解している。このフィルタ紙２１は発泡処理により製造されており、従来の溝２２および従来の襞２３が模式的に示されている。襞付および溝の形成されたフィルタ紙２１は後に適当なキャニスタ２４内に配置される。キャニスタ２４内にフィルタ紙２１を位置決めする機構、およびキャニスタの詳細は、そのキャニスタ内にフィルタ紙２１が取付けられる方法を含めて従来から知られている方法であり、その適用例または使用者の特別な好みに応じて決まる。
【実施例１】
【００２９】
図３は本発明の一実施例を模式的に示す。段階３０は、段階１０で使用される型が実質的に平面型であるのに対して、段階３０でウェブ形成に使用される型が三次元モールド、例えばワイヤー・フレーム型であること以外は、図１の段階１０と同じである。好ましい実施例では、この型は溝および襞を含む。ウェブ形成時にこれらの処理段階を実施することは、従来技術の工程で必要とされたようにウェブ形成後にそれらの段階を実施する必要性を無くす。他の従来の処理段階は、泡を使用して溝および襞のあるウェブを形成した後に実施できる。乾燥段階３１および加熱段階３２は、型から泡を排出させた後に、型上の繊維および粒子を乾燥および／または加熱するのに使用される。泡を発生させるとき、泡内に幾分かの熱可塑性の繊維または粒子が加えられて、それらが工程の後で熱処理されるようになされる。モールド成形した製品の加熱時に、熱可塑性の繊維または粒子は溶融または融解されて製品に強度および他の望ましい特性を与えることができる。この種の処理は熱モールド成形と呼ばれている。さらに、ウェブの特性を向上させるために与えられる通常の樹脂またはラテックスは、工程段階３３で加えられる。段階３０，３１，３２および３３はウェブ製造装置で典型的に実施されるが、樹脂硬化段階３４は実際のフィルタ紙が作られる場所、また恐らく従来のキャニスタに取付けられる場所で典型的に行われる。
【実施例２】
【００３０】
本発明の実施例が図４Ａ、図４Ｂ、図５および図６に模式的に示されており、それらの図面では同じ部分に同じ符号が付されている。図４Ａおよび図４Ｂは泡を使用した溝および襞のあるウェブの形成のためのバッチ処理を示している。図４Ａに示されるように、下型に泡が充填された後、図４Ｂに示されるように上型に支援されて型から泡を排出させる。図５はバッチ処理に使用される単一型を含むトラフ（箱）を示している。図６は溝および襞の両方を有する個別の底型の一つを示している。
【００３１】
図４Ａおよび図４Ｂに示されるように、トラフ１０２は有孔型部材、例えば所望の製品形状（図示せず）に合致した形状を有する三次元のワイヤー・メッシュ、上に配置される。各トラフ１０２の下側には吸引アタッチメント１０６が配置され、この吸引アタッチメント１０６は各型１０４の底部および吸引ライン１０８に取付けられる。吸引アタッチメント１０６はウェブ形成時に各型１０４から泡を排出させるために備えられるのに対し、吸引ライン１０８はトラフ１０２内の全ての型１０４から集められた泡を排出するために備えられる。図４Ａおよび図４Ｂをさらに参照すれば、ヘッドボックス１１４、例えば型に垂直な泡ノズルがトラフ１０２内の各型１０４（図４Ａおよび図４Ｂに示されていない）に泡１１６を付与する。泡内の繊維は、ヘッドボックスからトラフ１０２へ流れるときに一貫性のない向きを一般に有している。ウェブ製品を支える構造を形成するためには、この一貫性のない繊維の向きが望ましい。これに代えてヘッドボックス・ノズルは、泡内の繊維がノズルを通る流路に平行な向きとなるように選択することができる。ノズルがトラフ１０２内に泡を垂直に付与するならば、繊維は一般にトラフ内、およびウェブ製品内で垂直に配向される。このような繊維の垂直配向はウェブ製品の厚さおよび多孔性を得るために望ましい。
【００３２】
泡が下型に付与された後、上型インサート１１８が型１０４内の泡１１６の頂部に配置される。インサート１１８は、底型１０４の補完形状をした型形状を有しており、底型１０４の上部におけるシールが保持される。上型インサート１１８およびトラフ１０２は泡のまわりにシールを形成する。シールを保持することにより、ウェブ形成時に底型１０４の幾つかの部分に対する吸引の喪失を生じることなく吸引ライン１０８が泡を取除けるようになされる。インサート１１８は吸引アタッチメント１０６を通しての過剰な泡の除去を強制するために幾分かの圧力を加えることができる。インサート１１８は、泡の上面に空気圧力を加えて泡を底型に良好に追従させるように強制するために、ブロワー出力を含むことができる。さらに、別の吸引ラインが上型を通して泡を吸引して上型のワイヤー・メッシュを通る泡を抜取ることができる。
【００３３】
トラフ１０２は多数の底型１０４を含むことができる。例えば、図５は５行１２０および５列１２２の底型１０４を示している。この例では、２５個の底型がある。しかしながら、この実施例は少なくとも一つの型１０４を有し、トラフ１０２の何れかの有限な個数の型１０４を有することができる。図６は模式的に一つの下面型１０４を示している。上型インサート１１８は各底型１０４に対応する上型を有する。吸引アタッチメント１０６は型１０４の下型に位置し、この吸引アタッチメント１０６は型１０４と吸引ライン１０８との間の仲介をなす（吸引アタッチメント１０６は図５および図６ではパイプまたは同種の装置部材として、また図４Ａ、図４Ｂ、図７ではボックスとして示されている）。さらに、型１０４の三次元特性として襞１２６および溝１２４が示されている。しかしながら、本発明の範囲は溝や襞を含む形状および形態だけに限られない。底型１０４は溝１２４および襞１２６を有しているので、この製品は後で溝１２４および襞１２６を付加しなくても三次元の形態を有している。
【実施例３】
【００３４】
図７は、連続処理工程により泡を使用した溝および襞のあるウェブ成形を行う他の実施例を模式的に示している。図４Ａ、図４Ｂ、図５および図６と同様に、図７において同じ部分は同じ符号が付されている。一連の個別の底型１０４は有孔コンベヤ部材１２８に取付けて示されている。コンベヤ部材１２８はローラー１３０のまわりを時計方向に回転しており、装置の連続作動を可能にしている。コンベヤ（有孔）部材１２８は空の底型１０４をヘッドボックス１１４の下型へ移動するとき、ヘッドボックス１１４はそれらの底型１０４の中に泡１１６を付与する。吸引アタッチメント１０６が底型１０４に取付けられており、工程の間に吸引ライン１０８が過剰の泡を除去する。コンベヤ（有孔）部材１２８は泡１１６を収容している充填済みの底型１０４を、その底型１０４と補完形状の上型１３６の一つと接触させるように移動させる。上型１３６はベルト１３２に取付けられており、ローラー１３４のまわりを反時計方向に回転している。
【００３５】
上型が取出されて底型１０４内のウェブ製品がドライヤー１３８およびヒーター１４０で乾燥されるとき、コンベヤ部材１２８は底型１０４を連続移動させる。フィルタ製品１４３を抜出すために空気ブロワー１４２が底型１０４を通して空気を圧送する。ヒーター１４０は、不可欠ではないが、型内に存在する間の三次元製品を加熱モールド成形するために使用される。熱モールド成形に関して、製品を形成するのに使用された泡は熱可塑性の繊維または材料、いわゆる結合剤を含むことができる。泡が型内に注入され、完成製品は既に熱可塑性の繊維または粒子を含んでいることになる。製品がヒーター１４０を通過するとき、それらの繊維または粒子は製品内で溶融または融解されて、モールド成形後の製品に強度および他の特性を与える。さらに、熱モールド成形段階は熱処理に加えて圧力による処理も含み、この圧力による処理はブロワーまたは特別に設計された圧力型によって実施される。
【００３６】
多数のヘッドボックスが例示のヘッドボックス１１４に組込まれ、そのヘッドボックス１１４は製造時に一つ以上の泡層を付与することができる。多数の泡層が繊維フィルタ部材１４３を製造するのに使用され、各層は異なる繊維材料または異なる繊維密度を有することができる。さらに、ウェブ成形の最終段階まで、例えば泡層の高さが底型の高さよりも低いときには、インサート１１８および上型１３６はそれぞれトラフ１０２および底型１０４に配置される必要はない。さらに、インサート１１８をトラフ１０２に配置するか、上型１３６を底型１０４上に配置する前に泡１１６の多数の層が付与される。さらに、吸引ライン１０８を通して除去する泡の量およびタイミング、すなわち処理箇所、は変化されることができる。例えば、泡１１６の多数の層が付与されるならば、全ての泡の層が付与されるまで泡の除去は行われない。さらに、底型１０４は溝１２４を含むだけ、すなわち襞１２６がないようにされることができ、従って製品は実質的に平面状であることから多少の変化されることができる。これに代えて、底型１０４は泡のある状態でのウェブ成形に使用されるいずれの三次元形状とすることもできる。
【００３７】
上型の大半の単純な実施例は、例えばプラスチックまたはゴム製の薄膜で、一層／複数層の泡の頂部に挿入されるということを理解すべきである。この薄膜の唯一の目的は、型内に一定した真空状態を保持するために、底型の頂部が大気に曝されることを防止することである。
【００３８】
本発明は、最も実用的で好ましい実施例であると現在考えられているものに関して記載されたが、本発明はその開示した実施例に限定されることはなく、逆に特許請求の範囲に記載した精神および範囲に含まれる各種の変更および等価構造を包含することが意図されることを理解しなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】フィルタ紙を製造するための従来技術の方法の模式図である。
【図２】本発明によるフィルタ紙を使用した自動車用フィルタの模式図である。
【図３】フィルタ紙を製造するための方法の模式図である。
【図４】フィルタ紙を製造するための装置の模式図である。
【図５】複数の底型を含むトラフの模式図である。
【図６】底型の模式図である。
【図７】フィルタ紙を製造するための装置の模式図である。
【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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【図６】
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【図７】
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