(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルタ・エレメントの中心軸を画定する円筒形コアの回りに巻き付けたろ材及び拡散媒体の交互の層と、前記交互の層が、前記フィルタ・エレメントの半径方向最内層から半径方向最外層へ延在し、前記拡散媒体が、メッシュ材料の連続縦方向シートにより画定され、前記ろ材が、メッシュ材料の前記連続縦方向シートの長さに沿って配列されるフィルタ材料の少なくとも１枚のシートにより画定され、前記ろ材及び拡散媒体の前記交互の層が、半径方向外側の前処理用層を有する第１ろ過セクションと中間前処理用層を有する第２ろ過セクションと半径方向内側の処理用層を有する第３ろ過セクションとを備える、前記円筒形コアを取り囲む３つの個別の半径方向に配置された複数層ろ過セクションを画定し、前記半径方向外側の前処理用層及び前記中間前処理用層が、前記フィルタ・エレメントの前記半径方向最外側層から前記半径方向最内側層への半径方向間隔の３分の２を画定し；
ここで、
ａ）前記半径方向外側の前処理用層中の前記フィルタ材料が、半径方向に延在するバイパス開口を形成する多くの孔を備えることと；
ｂ）前記中間前処理用層中の前記フィルタ材料が、前記半径方向外側の前処理用層の孔あきシートよりも少ない数の、半径方向に延在するバイパス開口を形成する、孔を備えることと；
ｃ）前記半径方向内側の処理用層中の前記フィルタ材料が、孔あきでないことと；
を包含するスパイラルに巻かれたフィルタ・エレメント。
【請求項２】
フィルタ・エレメントの中心軸を画定する円筒形コアの回りに巻き付けたろ材及び拡散媒体の交互の層と、前記交互の層が、前記フィルタ・エレメントの半径方向最内層から半径方向最外層へ延在し、前記拡散媒体が、メッシュ材料の連続縦方向シートにより画定され、前記ろ材が、メッシュ材料の前記連続縦方向シートの長さに沿って配列されるフィルタ材料の複数の個別のシートにより画定され、前記ろ材及び拡散媒体の前記交互の層が、半径方向外側の前処理用層を有する第１ろ過セクションと中間前処理用層を有する第２ろ過セクションと半径方向内側の処理用層を有する第３ろ過セクションとを備える、３つの個別の半径方向に配置された複数層ろ過セクションを画定し；
ここで、
ａ）前記半径方向外側の前処理用層が、半径方向に延在するバイパス開口を形成する多くの孔を有する前記フィルタ材料の少なくとも１枚の孔あきシートを備えることと；
ｂ）前記中間前処理用層が、前記半径方向外側の前処理用層の孔あきシートよりも少ない数の、半径方向に延在するバイパス開口を形成する、孔を有する前記フィルタ材料の少なくとも１枚の孔あきシートを備えることと；
ｃ）前記半径方向内側の処理用層が、前記フィルタ材料の少なくとも１枚の孔あきでないシートを備えることと；
を包含するスパイラルに巻かれたフィルタ・エレメント。
【請求項３】
フィルタ・エレメントの中心軸を画定する円筒形コアの回りに巻き付けたろ材及び拡散媒体の交互の層と、前記交互の層が、前記フィルタ・エレメントの半径方向最内層から半径方向最外層へ延在し、前記拡散媒体が、２つの面を有するメッシュ材料の連続縦方向シートにより画定され、前記ろ材が、メッシュ材料の前記連続縦方向シートの長さに沿って配列されるフィルタ材料の複数の個別のシートにより画定され、前記ろ材及び拡散媒体の前記交互の層が、半径方向外側の前処理用層を有する第１ろ過セクションと中間前処理用層を有する第２ろ過セクションと半径方向内側の処理用層を有する第３ろ過セクションとを備える、３つの個別の半径方向に配置された複数層ろ過セクションを画定し；
ここで、
ａ）前記半径方向外側の前処理用層が、それぞれ半径方向に延在するバイパス開口を形成する多くの孔を有する、前記フィルタ材料の２枚の孔あきシートを備えることと；
ｂ）前記中間前処理用層が、それぞれ前記半径方向外側の前処理用層の孔あきシートよりも少ない数の、半径方向に延在するバイパス開口を形成する、孔を有する前記フィルタ材料の２枚の孔あきシートを備えることと；
ｃ）前記半径方向内側の処理用層が、前記フィルタ材料の２枚の孔あきでないシートを備えることと；
を包含するスパイラルに巻かれたフィルタ・エレメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願との関係）
本願は１９９８年１０月５日に出願した米国仮特許出願６０／１０３，２３３の優先権を主張しており、仮出願での開示は参考例としてここに組み込まれている。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、概ね、フィルタ（以下、フィルターともいう。）、フィルターの製造方法及び流体のろ過方法に関する。
【０００３】
より詳細には、本発明は非ろ過拡散媒体とろ材の層を交互に有するフィルターに関する。ろ材の一部の層はバイパス開口を備え、一方残りの層はバイパス開口を備えていないのでそれらはフィルターの処理用層として作用する。本発明によるフィルターは、ろ材全面への流体の改良された分配と、圧力低下の減少と、フィルター寿命の改良とを、ろ過粒度を低減させることなく提供することが見出されている。
【０００４】
（背景技術の検討）
一般に、フィルター組立体は流体、即ち液体又はガスから汚染物質を取り除くために使用される。そのようなフィルター組立体は、例えば、ポリエチレン製造のような化学品及び炭化水素用装置、食物及び飲料用装置、配電板製造のような電子用装置、高品質スプレー塗装のようなコーテイング装置、及び製紙のような工業用装置に使用される。多くのフィルター組立体はフィルターハウジング内に保持される筒状フィルターカートリッジを備えている。フィルターハウジングはフィルターカートリッジが着座する溜部と、溜部内のフィルターカートリッジを封止するための頭部とを備え、これによりハウジングは液密な圧力容器として作用する。フィルター頭部は溜部とフィルターカートリッジ間の入口と、筒状フィルターカートリッジと整合する出口とを備えている。汚染された流体は入口を通してフィルターハウジング内に圧入され、かつフィルターカートリッジを通して半径方向内方へ送られてろ過された流体ができ、その流体は出口を通してフィルターハウジングから出る。
【０００５】
通常、そのようなフィルターカートリッジは、深層ろ材の層を巻きつけた細長い、筒状の、穿孔されたコアーを備える。代表的な深層ろ材は、ポリプロピレンミクロ繊維の不織の、多孔性の、メルトブローされた単数の又は複数のシートである。深層ろ材は均一孔構造又は傾斜付き又はテーパー付き孔構造とされることができ、これにより深層ろ材の孔サイズは流体の流れ方向に、即ちフィルターの外から内へ減少する。深層ろ材は又異なる直径の繊維を備え得る。
【０００６】
しかしながら、テーパー付き孔構造及び／又は異なる繊維直径の構造を備えていても、多くの深層フィルターが実際は"低領域用"面フィルターとして作用することが見出されており、深層ろ材の複数層の１個又は２個のみが過負荷を受けかつ使用後に汚染物質により詰まらされ、一方では残りの層が比較的にきれいに保持される（これらが一般的に観察されることは注目されるべきであり、その理由は特定のフィルターの性能がろ過される流体中の汚染物質の粒子サイズ及び分散度合に依存するからである）。深層フィルターカートリッジが表面フィルターに似ておりかつ最初の１個の層内で汚染物質を集めると、その結果はろ材上への流体の非効率的な分配、フィルター通過流体によるより高い圧力低下及びフィルターによるより低い流量の能力となる。そのようなフィルターの有効寿命はより短くなりやすく、従ってよりしばしば取り替えなければならなくなる。
【０００７】
深層フィルターカートリッジの各種構造が、改良された性能の提供を目指して数年にわたり提案されかつ／又は使用されてきた。例えば、ジョンソンに対する米国特許第４，８６３，６０２号明細書は１個のフィルター要素を示しており、その要素は可撓性を備え、流体透過性フィルター材料の複数の層であって、それらの内の少なくとも１個の層が流体の通過し得る１個の開口を備えている層と、可撓性を備え、流体透過性を備え、実質的に非ろ過性搬送用材料の１個の層と、ろ過材料の多数層の上流側に配置された可撓性を有する前ろ過材料の１個の層とを備え、これにより"流体から実質的に全ての粒子をろ過し、それらの粒子はさもなくば搬送材料中に貯溜されるが、より小さい粒子は搬送材料中には顕著にはろ過されない"。
【０００８】
ドローリに対する米国特許第５，１７４，８９５号明細書及び第５，０１５，３７９号明細書は少なくとも１個の巻かれたフィルターストリップで特徴付けられるフィルター要素を開示しており、フィルターストリップは第１、第２の衝合端部を備えている。ドローリのフィルター要素は長いフィルター寿命を提供する一方で流速の最適な増加に失敗している。背景技術の追加のフィルター構造はジョンソンに対する米国特許第４，８７７，５２６号明細書；デジン他に対する米国特許第４，８８２，０５６号明細書；クック他に対する米国特許第５，４６８，３８２号明細書；及びバーボーザ他に対する米国特許第５，５９１，３３５号明細書に開示されている。
【０００９】
当業界では各種の構造が知られてはいるが、ろ材上への流体の改良された分配と、低い圧力低下及び長い寿命とを、ろ過粒度を低下させることなくかつ製造及び使用に対して経済的に提供し得るフィルターカートリッジへの要望が残されている。
【００１０】
（発明の概要）
汚染された流体をろ過するためのフィルターが開示されている。好ましいフィルターはろ材と拡散媒体の交互の層を備え、ろ材の層の少なくとも一部はバイパス開口を備えて前処理用ろ材層として作用する。
【００１１】
拡散媒体は、間隔をおいて離れて配置され実質的に平行なストランドの第１面を備えて第１長手通路を画定している。この長手通路は１個の高さ寸法と１個の幅寸法を有する。拡散媒体は更に間隔をおいて離れて配置された実質的平行ストランドの第２面を備えて第２長手通路を画定している。この第２長手通路も１個の高さ寸法と１個の幅寸法を有する。拡散媒体の第２面のストランドは第１面のストランドに対して非並行に向けてあるため第１、第２面が側部寸法を有する横向開口を画定している。これらの横向開口は側部寸法を画定している。第１、第２長手通路は横向開口の側部寸法の何れよりも小さい少なくとも１個の寸法を備えている。
【００１２】
ここに開示されたタイプのフィルターは内部に収容されたろ材上への優れた流体分散と、ろ材の最適用途を明らかにしている。本発明によるフィルターは、従って、向上した寿命とより低い圧力低下を、ろ過粒度の低下を伴うことなく備えており、よりコスト効率的なろ過を提供する。
【００１３】
本発明によるフィルターは広い商業的用途における汚染流体のろ過方法に使用し得る。そのようなフィルター及びろ過方法は以下により詳細に記載される。
【００１４】
本発明が属する分野の通常の知識を有する者に、記載されかつ請求されたようなフィルターを如何に構成するかの理解を提供するために、本発明によるフィルターが添付図面に関連して以下に詳細に記載される。
【００１５】
（発明を実施するための最良の形態）
図１から図５を参照にすると、本発明の開示によるフィルターカートリッジ１０は、伸長多孔性剛直コアー１２を包含し、該コアーは多数の開口３６及びコアー１２に同軸上に設けられた伸長中空フィルター１４を有する。環状エンドキャップ３８は、汚染流体がフィルター１４を迂回することを防ぐためにフィルターの端部に接合される。
【００１６】
フィルター１４は、少なくとも１枚のろ材１６と１枚の非ろ過拡散媒体２０を備え、ろ材１６の少なくとも１部分が、バイパス開口１８を備える。ろ材１６及び拡散媒体２０のシートは、巻きつけられるか或いは、渦巻き状に巻かれ、ろ材及び拡散媒体の交互のフィルター層を形成し、該媒体はフィルター１４の最内側層２２から最外側層２４に延びている。好ましい実施例において、拡散媒体２０は、最外側層２４で媒体自身に接合され、フィルター１４が輸送、処理及び使用されている間、ほどけたり或いは解かれたりすることを防ぐ。このように、拡散媒体２０は、フィルター１４の最外側層２４を画定する。
【００１７】
１．拡散媒体
拡散媒体２０は、図３の矢印ｆ１、ｆ２で示されるように、長手通路２８を画定し、間隔をおいて離れて配置された平行ストランド２６の第１面、及び長手通路３２を画定し、間隔をおいて離れて配置された平行ストランド３０の第２面を包含する。第２面のストランド３０は、第１面のストランド２６と平行にならないような方向を取るので、第１面及び第２面が横向開口３４を画定する。好ましい実施例において、ストランド２６は、実質的にストランド３０に直角である。長手通路２８、３２は、好ましくは、横向開口３４の最小寸法と比較すると、少なくとも１寸法は小さい。特に、図４に最も示されるように、長手通路２８、３２の高さｈは、好ましくは、横向開口３４の長さ又は幅よりも小さい。
【００１８】
拡散媒体２０の長手通路２８、３２は、流体を流路ｆ１、ｆ２を通って、ろ過される流体を分配することで、拡散媒体２０は、ろ材１６の最内側層とコアー１２の間、並びに／或いはろ材の隣接層の間のフィルター１４内の長手又は円周方向及び／又は軸方向の、汚染された流体の流れを許容すると共に、助長する。上記長手流は、フィルターカートリッジ１０を横切る圧力低下を最小にすると共にろ過作用を分散させることを助長する。拡散媒体２０は、好ましくは、コアー１２とろ材１６の最内側層の間に配置され、開口１８からコアー１２への流体の通過を助成する。好ましい実施例において、コアー１２内の開口を通って出る前に、流れを収集する領域を提供するために、コアー１２は複数の拡散媒体２０層によって囲まれる。ろ材１６の隣接層の間の拡散媒体２０を配置することによって、同様に汚染物質を負荷するための各層内の使用ろ材表面面積を最大化し、これにより圧力低下を低減し、ろ材用法を最適化してフィルター耐用期間を延ばす。
【００１９】
好ましい実施例において、拡散媒体２０の横向開口３４及び長手通路２８、３２の寸法は、汚染流体からろ過されるどのような汚染物質よりも実質的に大きくなるように、故意に選択される。結果として、拡散媒体２０は、フィルターとしては作用しない。拡散媒体２０が、汚染物質を捕らえるためのフィルターとして作用せず、また該フィルターとして用いられないので、拡散媒体は実質的にフィルター１４を横切る圧力低下の一因にはならず、実際に汚染流体のための妨げられない流路ｆ１、ｆ２を備えることで、圧力低下を最小限にする。更に、拡散媒体２０は、構造上の剛直性を備え、損傷からろ材１６を保護する。フィルター１４は、好ましくは拡散媒体２０の余分な外側層を備えており、これによりフィルター１４に対する支持及び保護を加える。
【００２０】
拡散媒体２０は、実施されるろ過用として温度及び流体に融和性のある、適切な材料で作られる。好ましくは、拡散媒体２０は、適切な熱可塑性物質から作られる。例えば、より低い温度でのろ過用（つまり８２．２℃（１８０°Ｆ）より下）において、熱可塑性物質は、ポリプロピレンを包含し得るが、より高い温度での適用（８２．２℃（１８０°Ｆ）より上）又は異なる流体との化学的融和性を要求する場合は、熱可塑性物質は、ナイロン、ポリエステル、又は溶融処理可能なフッ素重合体を包含し得る。
【００２１】
拡散媒体２０は、好ましくは、０．７６２ｍｍ（３０／１０００インチ（３０ミル））の厚さの、２つの面を有するストランド配向の（０．４３２ｍｍ（１７ミル）ストランドサイズ）、２．５４ｃｍ（１インチ）に対して１２本のストランドの、ポリプロピレン押出成形されたネットを包含する。上記ネットは、例えば、デラウェア州、ミドルトンの、アプライド  エクトルージョン  テクノロジーズ  インク（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ．）で製造されるプラスティネット（Ｐｌａｓｔｉｎｅｔ（登録商標））、又はテキサス州、オースチンのナイル  プラスチック  インク（Ｎａｌｌｅ Ｐｌａｓｔｉｃ， Ｉｎ．）で製造されるナルテックス（Ｎａｌｔｅｘ（登録商標））で入手可能である。第１面のストランド２６は、第２面のストランド３０に対して横向きに配置されているため、２つの面は、約１．６８ｍｍ（０．０６６インチ）の側部寸法を有する概ね角形又はダイアモンド形の横向開口３４を画定する。したがって、好ましい拡散媒体２０では、横向開口３４側部の寸法対横向通路２８、３２の高さの比率（以下側部対高さ比）が略６６：１７又は３．９：１を示す。更に、拡散媒体２０のシートは、角形の横向開口３４がカートリッジ１０の端部４０、４２の間でダイアモンドを画定し、管状フィルター上に流れを好適に分配するように、方向付けられている。
【００２２】
代替のネットの寸法は、本発明の開示に基づいて用いられ得る。しかしながら、好ましい実施例において、拡散媒体２０が、フィルターとして作用しないことを確実にするため、側部対高さ比率は、約１．５：１より大きく、好ましくは３：１より大きい。上述のように、本発明の開示による好ましい拡散媒体２０では約４：１の側部対高さ比率を示す。
【００２３】
２．ろ材
本発明の開示の好ましい実施例によると、ろ材１６は、好ましくは、深層フィルター型であり、汚染物質は、ろ材の外側面上にとは逆にろ材内で捕らえられる。好ましい深層ろ材１６は、１またはそれより多いシートの不織熱可塑性マイクロファイバから構成される。不織熱可塑性マイクロファイバは、例えばメルトブローされ、スパンボンドされ、カーディングされ、又はハイドロエンタングルされる。低い温度でのろ過用（つまり８２．２℃（１８０°Ｆ）より下）において、熱可塑性物質は、例えばポリプロピレンを包含するのに対して、より高い温度のろ過適用（つまり８２．２℃（１８０°Ｆ）より上）又は他の流体の化学的融和性において、熱可塑性物質は、例えばナイロン、ポリエステル、又は溶融処理可能なフッ素重合体を包含する。
【００２４】
更に、本発明の開示による、使用に適したろ材は、コネティカット州、メリデンのキューノ インコーポレイティッド（ＣＵＮＯ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）のゼタポア（Ｚｅｔａｐｏｒｅ（登録商標））として入手可能な流延されたナイロン多孔性膜のような多孔性膜を含む。本発明の開示による、使用に適した他のろ材は、ガラス又はセルロースのような原料で作られる湿式紙を含む。適切な湿式ろ材の１例は、コネティカット州、メリデンのキューノ  インコーポレイディッド（ＣＵＮＯ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）から入手可能なＴＳＭ（登録商標）である。織布材料もまた、本発明の開示により、ろ材として組み込まれ得る。
【００２５】
ろ材１６は、好ましくは、拡散媒体上に直接メルトブローされずに、個別のシート形状で準備されるので、シートが、フィルター１４に組み込まれる前に検査可能である。深層ろ材１６の個別シートを用いることにより、ろ材の品質管理検査が単純化し、各フィルターカートリッジ１０の物理的特性をさらに堅実にし得る。深層ろ材１６の物理的特性の堅実性を制御する機能は、鮮明で、しっかりと画定され、除去効率を最適制御する特有の機能と得られたフィルターカートリッジ１０の汚れ容量を提供する。しかしながら、本発明の開示によるフィルターには、ろ材の単一の連続したシートが提供され得ることを理解するべきである。
【００２６】
本発明の開示の好ましい実施例によると、ろ材１６の多孔度は、フィルター１４の内側層２２と外側層２４の間で一定である。それに代わって、ろ材１６は、例えば、先細又は傾斜孔構造を有するフィルターのような、フィルターの最外側層２４と最内側層２２の間で変化する多孔度を備えられ得る。もし、好まれるならば、ろ材１６は、メルトブローされた、不織ポリプロピレンマイクロファイバを包含し、孔サイズ及び／又はファイバ直径形状寸法は、一定であるか或いはフィルターの最外側層２４と最内側層２２の間で変化する。比較的均一な孔サイズ及びファイバ形状寸法を有する深層ろ材１６は、図４及び図５に示されるが、縮小孔サイズを有するろ材１７は、図６に示されている。深層ろ材のシートは、例えばカレンダー掛けしたり、圧縮して、処理可能であり、所望のろ過結果を達成するためにろ材の多孔度を用いることが所望される種々の場合に、その多孔度を変化させることが可能である。
【００２７】
３．バイパス開口
本発明の開示の好ましい実施例によると、深層ろ材１６の１部分は、間隔をおいて離れて配置された複数のバイパス開口１８を包含している。好ましくは、バイパス開口１８は、フィルター１４の最外側層２４から最内側層２２までの全体半径方向距離の５０パーセントと８５パーセントの間（５０％−８５％）に等しい距離だけ、深層ろ材１６の最外側層２４から延びている。最も好ましくは、バイパス開口１８は、フィルター１４の最外側層２４から最内側層２２までの半径方向距離の約６６パーセント、つまり２／３にまで延びている。
【００２８】
好ましい実施例によれば、コアー１２に最も近いろ材１６は、バイパス開口を備えていないので、流体のすべてが、内側層を通過しなければならない。このように、ろ材１６の最内側層は、フィルター１４の処理用層として作用するので、フィルター１４は処理用層の粒子保持性能に基づいて等級が定められる。同様に、バイパス開口１８を有するろ材１６の外側層も、前処理用層として作用する。
【００２９】
しかしながら、もしフィルターカートリッジ１０がフィルターアッセンブリ内で用いられ、汚染流体が半径方向外側、つまりフィルターカートリッジ１０を通って流体流の方向が記載の実施例に対して反対に流れるようにすれば、バイパス開口１８は、深層ろ材１６の最内側層から、フィルター１４の最内側層２２と最外側層２４の間の全体の半径方向距離の約５０から約８５パーセント（５０％−８５％）の半径方向距離まで延びるように備えられる。上記のように配置されると、ろ材１６の内側層は、前処理用層として作用するが、外側層は処理用層として作用する。
【００３０】
本発明の開示によるフィルターは、添付図面に示される渦巻き状設計に限定されない。本発明の開示の特有の要素、つまり本明細書で開示され、クレームされるフィルター及び拡散媒体の交互の層は、プリーツフィルターカートリッジ又はフィルターバッグのような他のフィルター構造で用いられ得る。
【００３１】
バイパス開口１８は、予め定められたパターンで均一に間隔をおいて離れて配置されており、概ね円形開口として備えられることがある。しかしながら、開口１８の外形及び相対的サイズは、変化可能であり、例えば、サイズが変化する円形孔及び伸長スロットが考えられ、その組合せも考えられる。開口１８も又、ろ材１６内のスリット、カット、又は穿孔として備えられ、予め定められた圧力差異がフィルターカートリッジ１０を横切って生じるまで、上記スリット、カット又は穿孔が完全には開かないように設計され得ている。更に、複数のバイパス開口は、多くの異なったパターンで備えられ、例えば、直線上に配列されたり、斜めに配置されたり、又はランダムに配置され、該パターンは、ろ材１６の層それぞれで変化し得る。
【００３２】
流体流が半径方向内側に向くようにフィルターカートリッジ１０が動作している間、汚染流体又はガスが、拡散媒体２０の最外側層内の横向開口３４を通って横向き即ち半径方向内側に通過する。汚染流体又はガスは、その後、ろ材１６の最外側層と接触する。ろ材１６の最外側層又はろ材内のバイパス開口１８を即座に通過しない汚染流体又はガスは、長手方向に向かい、つまり、流れに対する相対的抵抗力に依存するが、実質的に拡散媒体２０の長手通路２８、３２を通って、ろ材１６の最外側層に対して平行に流れる。
【００３３】
ろ材１６の非処理用層の各々において、バイパス開口１８は、流体の１部分が、特定層のろ材を通過する代わりにバイパス開口を通過することを許容する。ろ材の非処理用層のうちの１つを通過した後、バイパス開口１８を通過した流体及びろ材１６を通過した流体は、ろ材１６の次の層によってろ過される前に、拡散媒体２０内で再混合されると共に、拡散媒体２０内で拡散される。したがって、バイパス開口１８は、全ての利用可能なろ材１６を用いるようにし、フィルター１４を通る圧力低下を低減することを助ける。好ましくは、バイパス開口１８は、ろ材１６の非処理用層の均一な汚染物質の負荷を可能にする。
【００３４】
４．機能
上述方法におけるろ材１６、拡散媒体２０及びバイパス開口１８の組合せによると、ろ過粒度を低減することなしに、同時ろ過容量の増加とフィルターカートリッジ１０を横切る圧力低下を最小限にする相乗効果とを有することがわかった。上記相乗効果は、以下のテスト結果によって立証される：
・バイパス開口なしのろ材とともに非ろ過拡散媒体を用いるフィルターカートリッジ（"テストカートリッジ１"）は、非ろ過拡散媒体もバイパス開口もなしの"コントロール"フィルターカートリッジより約２倍のろ過寿命を示した。
・上記拡散媒体なしの、ろ材とバイパス開口を用いるフィルターカートリッジ（"テストカートリッジ２"）は、コントロールフィルターカートリッジよりも長いろ過寿命を示さない。
・約４：１の側部対高さ比率を有する非ろ過拡散媒体２０と、最外側層から最内側層までの放射線上距離の約２／３まで延びる、比較的均一なバイパス開口１８とを用いる本発明の開示によるフィルターカートリッジ（"テストカートリッジ３"）は、コントロールフィルターカートリッジのろ過寿命の３から４倍を示した。
・テストカートリッジ３で記載したように非ろ過拡散媒体２０及びバイパス開口１８の両方を用いると共に、バイパス開口１８の数がフィルターの外側直径に向って増加している、本発明の開示によるフィルターカートリッジ１０（"テストカートリッジ４"）は、コントロールフィルターカートリッジのろ過寿命の４から５倍を示す。
・テストカートリッジ４は、非ろ過拡散媒体及びバイパス開口の両方を用いるフィルターカートリッジの寿命の２．５から３倍を示し、そこではバイパス開口の数がフィルターの外側直径に向って増加し、拡散媒体がジョウジア州、ロズウェルのキンバリ−クラーク  コーポレーション（Ｋｉｍｂｅｒｌｙ−Ｃｌａｒｋ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）のパワーロフト（ＰＯＷＥＲＬＯＦＴ（登録商標））として入手可能なポリオレフィンスパンボンドウェブを包含する。
【００３５】
テストカートリッジ３及び４の上述した優れた機能は、視察によって確認される。テスト後のテストカートリッジ３を切開すると、ろ材１６は、フィルター１４の約５０パーセント（５０％）の最外側層２４からの放射状深さに汚染物質が負荷されることを示した。比較すれば、テストカートリッジ１ではろ材の最外側層のみに汚染物質が負荷されていることを示した。したがって、テストカートリッジ３と４に記載されたように、拡散媒体２０とバイパス開口１８の組合せは、相乗効果をもたらし、該相乗効果は、非ろ過拡散媒体又はバイパス開口のいずれかを有するが両方は有しない、テストカートリッジ１及び２の機能に基づいては予想されなかった。
【００３６】
テスト手順は、０．００３７９ｍ3（１ガロン）の水当たり約０．３９から約１．０グラムの間の汚染物質を含む０．０１１４ｍ3（３ガロン）の水を１分間に流す流量で単一通過テストを包含している。２つの標準的な汚染物質が用いられ、それは：０−３０μｍの汚染物質（ミネソタ州、バーンズビルのパウダー  テクノロジー  インクで入手可能なＩＳＯ、ＣＯＡＲＳＥ，Ａ．Ｔ．Ｄ．１２１０３−１、Ａ４）及び０−１０μｍの汚染物質（パウダー  テクノロジー  インクで入手可能な公称０−１０μｍのＡ．Ｔ．Ｄ．である）。テストされたフィルターカートリッジのすべては、約６．３５ｃｍ（２．５インチ）の外側直径を有し、約２５．４ｃｍ（１０インチ）の長さであった。テストの目的でフィルターの寿命は、テストされるフィルター内に汚染物質が負荷されることで、フィルターを横切る圧力低下がゲージ圧１３８ｋＰａ（２０ｐｓｉｇ）まで増加するように促される汚染物質の量として定義される。
【００３７】
５．実施例
本発明の開示によって作られた追加的でかつ典型的なフィルターは、以下に記載される。しかしながら、上記典型的なフィルターは、本発明の技術によって作られ得る単なるフィルター実例にすぎず、それらに限定されるものではない。
【００３８】
実施例Ｉ
図７を参照にすると、本発明の開示による典型的フィルター４８が示される。フィルター４８は、０．７６２ｍｍ（３０／１０００インチ（３０ミル））の２つの面を有するストランド配向（０．４３２ｍｍ（１７ミル）ストランドサイズ）で、２．５４ｃｍ（１インチ）当たり１２ストランドのポリプロピレン押出成形ネットを含む１枚の連続シートの拡散媒体２０を備える。上記拡散媒体の側部対高さ比率は略４：１である。メルトブローされた、不織ポリプロピレンマイクロファイバを包含するフィルター材料は、複数の個別シート１６ａ、１６ｂ、１６ｃで備えられる。ろ材の複数のシート１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、実質的に等しく、一貫した孔サイズ及びファイバ外形を示す。図示されるように、シート１６ａ、１６ｂ、１６ｃの端部は重なっている。しかしながら、拡散材料２０のしっかりと巻きつけられたシートはろ材の重なり端部の間を適切に密封するので、該シート１６ａ、１６ｂ、１６ｃの重なり端部は、密封されたり接着されたりしない。
【００３９】
深層フィルター材料の内側（コアー１２に対して）シート１６ａは、バイパス開口を有さないが、フィルター材料の外側シート１６ｂ、１６ｃは、バイパス開口１８を有する（非穿孔処理用層１６ａの端部のみを重ねる必要があることに留意されるべきである）。フィルター材料の最外側シート１６ｃは、好ましくは中間シート１６ｂより多くのバイパス開口１８を備えている。
【００４０】
シート１６ｂ、１６ｃ内のバイパス開口１８は、拡散媒体２０及びろ材１６ａ、１６ｂ、１６ｃのシートを巻きつけるか又は渦巻き状にする前に、シート１６ｂ、１６ｃに穿孔することで形成される。特に、シート１６ｂは、約３．９７ｍｍ（５／３２インチ）の直径を有する円形穿孔を備え、該穿孔は約３０．５ｍｍ（１．２インチ）の間隔で直線列上に配置され、該列は約（１．２インチ）の間隔で配列され、間隔をおいて離れて配置される。シート１６ｃは、約３．９７ｍｍ（５／３２インチ）の直径を有する円形穿孔を備え、該穿孔は約３０．５ｍｍ（１．２インチ）の間隔で直線列で配置され、該列は互い違いに配置され、約１５．２ｍｍ（０．６インチ）の間隔をおいて離れて配置される。要するに、シート１６ｃはシート１６ｂよりほぼ２倍の数の穿孔を含む。一般的にいえば、約２μｍと約７０μｍの間の等級の、５０．８乃至６３．５ｍｍ（２乃至２．５インチ）の外側直径フィルターにおいて、開口１８が各シート１６ｃの面積の約２．５パーセントを費やし、各シート１６ｂの面積の１．２５パーセントを費やす。
【００４１】
拡散媒体２０のシートの第１端部は、例えば熱接合を用いてコアー１２に固定され、該シートは、コアーの周りに巻きつけられ、拡散媒体の第１又は最内側層を作り出す。拡散媒体２０のシート及びろ材１６ａ、１６ｂ、１６ｃのシートは、その後最内側層の周りで渦巻き状に巻かれる。拡散媒体２０の該シートは、ろ材１６ａ、１６ｂ、１６ｃのシートより長いため、拡散媒体のシートは、ろ材の周りの最外側層を形成する。拡散媒体２０の最外側層は、その後、例えば熱接合を用いて、拡散媒体の隣接層に固定されるので、フィルターはきつくしっかりと巻きつけられる。驚くことに、きつく該層を巻きつけることは、除去効率或いはフィルター４８のダート・キャパシティに影響しない。
【００４２】
実施例ＩＩ：
図８を参照すると、本発明の開示によるフィルター５０の第２実施例が示される。フィルター５０は、０．７６２ｍｍ（３０／１０００インチ（３０ミル））で、２つの面を有するストランド配向（０．４３２ｍｍ（１７ミル）ストランドサイズ）、２．５４ｃｍ（１インチ）当たり１２ストランドの、ポリプレピレン押出成形ネットを包含する拡散媒体２０の単一連続シートを含む。拡散媒体２０の側部対高さ比率は、略４：１である。メルトブローされた、不織ポリプレピレンマイクロファイバを包含するフィルター材料は、複数の個別シート１６ａ、１６ｂ、１６ｃ内に備えられる。
【００４３】
ろ材１６ａ、１６ｂ、１６ｃのシートは、実質的に等しく、一貫した孔サイズ及びファイバー外形を示す。シート１６ａは、バイパス開口を有していないが、外側シート１６ｂ、１６ｃはバイパス開口１８を有する。フィルター材料の最外側層１６ｃは、好ましくは、中間シート１６ｂより多いバイパス開口１８を備える。最も好ましくは、シート１６ｂ、１６ｃは、図７の対応シートに実質的に類似した方法で、穿孔される。
【００４４】
シート１６ｄは、メルトブローされた不織ポリプロピレンマイクロファイバを包含し、該マイクロファイバは、カレンダー掛けされる、つまり２つのローラーの間で圧縮される。カレンダー掛けされる前に、シート１６ｄは、シート１６ａ、１６ｂ、１６ｃに対した実質的に同一なファイバ外形寸法を有する。ファイバの寸法に影響を与える程度までカレンダー掛けする工程において、ファイバが、シート１６ｄの面で、より大きな寸法になる。結果として、カレンダー掛けされた後、シート１６ｄは、シート１６ａ、１６ｂ、１６ｃと比較すると、縮小された孔直径を有する。
【００４５】
図示されるように、フィルター５０が渦巻き状に巻かれる前に、シート１６ａは、シート１６ｂ周辺でシート１６ｂ下に配置される。渦巻き状に巻かれた後、フィルター５０は、以下を含む：１）縮小された孔サイズを有するろ材の内側層（最内側シート１６ｄ）、２）相対的に小さいサイズと大きいサイズの間を互い違いする孔サイズを有するろ材（シート１６ａと１６ｄの上に重ねられた）の中間層、及び３）相対的に大きな孔サイズを有するろ材（シート１６ｂ及び１６ｃ）の外側層。
【００４６】
実施例ＩＩＩ：
図９を参照すると、本発明の開示によるもう１つのフィルターカートリッジ７０が示される。フィルターカートリッジ７０は、図７のフィルターカートリッジ１６と類似しており、同一要素は同一参照符号を有する。フィルターカートリッジ７０は、ろ材７４及び拡散媒体７６の互い違いの層を有するフィルター７２を含む。
【００４７】
ろ材７４は、最外側層８０からフィルターの最内側層８２に向って延びる孔７８から形成されるバイパス開口を有する。連続孔７８は各々、フィルター７２内で均一な深さにまで延びる。好ましくは、孔７８はフィルター７２の最外側層８０から最内側層までの放射距離の約５０パーセントと８５パーセント（５０％−８５％）の間まで連続して延びる。より好ましくは、バイパス開口７８の各々は、上記放射距離の約６６パーセント（６６％）にまで連続して延びる。フィルターカートリッジ７０のろ材は、フィルターの最内側層８２に向って最外側層８０から連続して延びるが、フィルター７２内で不均一な深さで延びる孔によって形成されるバイパス開口を備える。
【００４８】
カートリッジ７０を製造する方法は、拡散媒体７６のシート及びろ材７４のシートを、最内側層と最外側層８２、８０の間を延びる互い違いな層へと巻きつけるか又は渦巻状に巻き、フィルター内の複数のバイパス開口７８を作るために、最外側層から最内側層に向って層を突き通す工程を概ね包含している。該バイパス開口は、スチールピンのような１又はそれより多い伸長した、幅狭な、鋭い器具で、フィルター７０の最外側層８０を突き通すことで作られる。例えば複数の平行スチールピンは、平らな基部上に設けられると共に、フィルターカートリッジ７０は、単にスパイク上に押されてバイパス開口を作るためにさし通される。
【００４９】
実施例ＩＶ：
図１０を参照すると、本発明の開示による更にもう１つのカートリッジ１１０が図示される（フィルターカートリッジ１１０は、エンドキャップと共には示されていない；これは当業者に即座に明らかである）。フィルターカートリッジ１１０は、図７のフィルターカートリッジ７０と類似しており、同じ要素は、同一参照符号を有する。フィルターカートリッジ１１０は、コアー１２の周りに巻き上げられる拡散媒体２０の単一連続シート及びろ材１６ａの少なくとも１枚のシートを有するフィルターを備えている。フィルター１１０は又、ろ材１１４とフィルターの外側直径の間にある拡散媒体２０のシート内に巻き上げられるろ材１１４のストリップを含む。ストリップ１１４は、バイパス開口１１６を包含する間隔を作るために、離れて配置される。
【００５０】
図示されるように、ろ材１１４のストリップはコアー１２に対して長手方向に配置されるが、該ストリップはコアーに対して斜方向のように、他の方向に向けられ得る。ストリップ１１４は、互いに等しく間隔をおいて離れて配置されているため、結果として得られるバイパス間隔１１６は実質的に等しい大きさになる。それに代わって、ストリップは、結果として得られるバイパス間隔が、例えば夫々のフィルターの外側直径に向って大きくなるように、間隔があけられる。図１０に開示される型のフィルターカートリッジ１１０が、図７に開示されるフィルターカートリッジ１０によってもたらされるのと同じ改良型性能ををもたらす。
【００５１】
目下のところ開示されたフィルターカートリッジは、以下を含むが、それらに限定されない種々の最終用途で用いられ、該最終用途は、ポリプロピレン製造のような化学品、炭化水素適用、食品及び飲料品適用、回路基板構築のような電子適用、高品質スプレーペンイトのような被覆適用、並びに製紙製造のような工業的適用等である。本明細書に開示されるフィルターの例は、円筒形断面を有する伸長チューブであるが、本発明の開示によるフィルターは、正方形、楕円形、或いは卵形断面を有する伸長チューブのような、他の適切な形状でもたらされる。
【００５２】
本発明の開示によるフィルター及び方法は、提供された特定の実施例を伴って、前述の明細書に詳細に記載されてきた。しかしながら、上記例は、限定的というよりむしろ、傑出しているので、本発明の開示によるフィルター及び方法は、示された特定の例に限定されると解釈されるべきでない。更に、修正及び変更は、以下に示される本発明の開示の概念から逸れることなく、当業者によって典型的フィルターになされ得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ここに開示されたタイプのフィルターカートリッジの等角側／端面斜視図である。
【図２】  図１の２−２線に沿うフィルターカートリッジの拡大断面図である。
【図３】  図１のフィルターカートリッジの非ろ過拡散層及び非処理用フィルター層の拡大等角斜視図である。
【図４】  図１のフィルターカートリッジの拡散層及び非処理用フィルター層の図３の４−４線に沿う断面図である。
【図５】  図１のフィルターカートリッジの拡散層及び非処理用フィルター層の図３の５−５線に沿う断面図である。
【図６】  図１のフィルターカートリッジに使用するための拡散層及び別のフィルター層の、図４と同様な断面図である。
【図７】  図１に示されているタイプのフィルターカートリッジを形成するためにコアー上に巻かれる非ろ過拡散媒体の連続シートとろ材のシートの平面図である。
【図８】  本発明による別のフィルターカートリッジを形成するためにコアー上に巻かれる前の非ろ過拡散媒体の連続シートとろ材のシートの等角分解組立図である。
【図９】  本発明によるフィルターカートリッジの図２と同様な断面図である。
【図１０】  本発明による別のフィルターカートリッジを形成するためにコアー上に巻かれる非ろ過拡散媒体の連続シート、ろ材のシート、及びろ材の離隔ストリップの等角図である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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