(57)【要約】本発明は、流路濾過媒体アレイと吸着粒子濾過媒体とを含む、流体を濾過するための組合せフィルタであって、流路濾過媒体アレイが第１の面と第２の面とを有し、少なくとも１つの構造化フィルム層と第２の層とによって形成され、構造化フィルム層が、その第１の面と第２の面の少なくとも一方の面が少なくとも部分的に流路を形成する第１の面と第２の面とを有し、および流路を形成する面の少なくとも一部分にわたって高いアスペクト比の構造を有し、また流路層の第２の層あるいはさらなる層を備える第２のフィルム層が、アレイの流路を介した流体経路を少なくとも部分的に画定し、フィルム層が静電気的に帯電され、第１の面を通して開口する複数の入口と、アレイの第２の面を通して開口する複数の出口とを画定し、吸着粒子濾過媒体が吸着粒子プリーツ層を備え、炭素濾過媒体が流路濾過媒体アレイの面に隣接している、組合せフィルタを提供する。
2004523337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路濾過媒体アレイと吸着粒子濾過媒体とを含む、流体を濾過するための組合せフィルタであって、
前記流路濾過媒体アレイが第１の面と第２の面とを有し、少なくとも１つの構造化フィルム層と第２の層とによって形成され、前記構造化フィルム層が、その第１の面と第２の面の少なくとも一方の面が少なくとも部分的に流路を形成する前記第１の面と第２の面とを有し、および前記流路を形成する面の少なくとも一部分にわたって高いアスペクト比の構造を有し、かつ前記流路層の第２の層あるいはさらなる層を備える第２のフィルム層が、前記アレイの流路を介した流体経路を少なくとも部分的に画定し、前記フィルム層が静電気的に帯電され、前記第１の面を通して開口する複数の入口と、前記アレイの第２の面を通して開口する複数の出口とを画定し、
前記吸着粒子濾過媒体が吸着粒子プリーツ層を備え、前記炭素濾過媒体が前記流路濾過媒体アレイの面に隣接している、組合せフィルタ。
【請求項２】
前記吸着粒子濾過媒体が、前記流路濾過媒体アレイの第２の面に隣接している、請求項１に記載の組合せフィルタ。
【請求項３】
前記吸着粒子濾過媒体が、網の上に埋め込まれた吸着粒子を含む、請求項１に記載の組合せフィルタ。
【請求項４】
前記吸着粒子濾過媒体が２つのスクリム層をさらに含み、前記網が前記スクリム層の間に配置される、請求項３に記載の組合せフィルタ。
【請求項５】
前記炭素濾過媒体のプリーツの高さが５ｍｍ〜３０ｍｍである、請求項１に記載の組合せフィルタ。
【請求項６】
前記流路フィルタ媒体アレイが８〜３５ｍｍの厚さを有する、請求項１に記載の組合せフィルタ。
【請求項７】
前記組合せフィルタが、前記吸着粒子濾過媒体および前記流路濾過媒体アレイの対向端部で接着された少なくとも２つのストリップをさらに含む、請求項１に記載の組合せフィルタ。
【請求項８】
前記吸着粒子濾過媒体と前記流路濾過媒体アレイとが、それらの周縁のフレームによって囲まれる、請求項１に記載の組合せフィルタ。
【請求項９】
前記ストリップまたは前記フレームが発泡体を備える、請求項７に記載の組合せフィルタ。
【請求項１０】
前記吸着粒子濾過媒体の前記吸着粒子が活性炭粒子を含む、請求項１に記載の組合せフィルタ。
【請求項１１】
請求項１に記載の組合せフィルタを前記流体が通過するようにさせることを含む、流体の濾過方法。
【請求項１２】
前記流体が気体状流体である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記流体が、最初に前記流路濾過媒体を、次に前記吸着粒子濾過媒体を通過する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
客室を備え、かつ請求項１に記載の組合せフィルタを含み、すなわち前記客室に入る空気を濾過する車両。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、流体、特に気体を濾過するための、特に、車両の客室内に流入する空気を濾過するための組合せフィルタシステムに関する。
【０００２】
発明の背景
車両の客室内に流入する空気を濾過するための組合せフィルタシステムが、公知である。このようなフィルタシステムは、吸収剤フィルタ媒体付きの微粒子フィルタ媒体を備える。
【０００３】
例えば、ＷＯ９５／２６８０２は、プリーツ付きのエレクトレット帯電繊維／不織布フィルタ媒体および活性炭粒子パッドを備える組合せフィルタシステムを開示している。活性炭粒子パッドはパッドの厚さと炭素量に応じて優れた気体効率および／または気体能力を示すが、このような活性炭粒子パッドの適用は大きな圧力低下を引き起こす。車両キャビンのフィルタシステムにとって、大きな圧力低下は望ましくない。
【０００４】
ＥＰ３８３２３６は、エレクトレット帯電繊維の不織布層で共にプリーツ加工された吸着粒子層を開示している。このような組合せフィルタの圧力低下は許容し得るが、その寿命は限定され、すなわちフィルタの頻繁な交換が必要である。
【０００５】
したがって、組合せフィルタをさらに改善すること、特に、このようなフィルタの圧力低下を許容し難いレベルに上げることなく、このようなフィルタの寿命を増すことが望ましい。また、車両内で使用するために、フィルタは自動車産業に存在する安全規則を満たすように設計すべきことが好ましい。さらに、組合せフィルタは、同一または改良されたフィルタ性能を有するべきことが好ましい。さらに、費用効率が高くかつ容易な方法で組合せフィルタを製造でき、またこのような車両の客室に入る気体状流体を濾過するために、車両内に容易かつ有効に取り付けできることが好ましい。
【０００６】
発明の概要
本発明は、流路濾過媒体アレイと吸着粒子濾過媒体とを含む、流体を濾過するための組合せフィルタであって、前記流路濾過媒体アレイが第１の面と第２の面とを有し、少なくとも１つの構造化フィルム層と第２の層とによって形成され、前記構造化フィルム層が、その第１の面と第２の面の少なくとも一方の面が少なくとも部分的に流路を形成する前記第１の面と第２の面とを有し、および前記流路を形成する面の少なくとも一部分にわたって高いアスペクト比の構造を有し、かつ前記流路層の第２の層あるいはさらなる層を備える第２のフィルム層が、前記アレイの流路を介した流体路を少なくとも部分的に画定し、前記フィルム層が静電気的に帯電され、前記第１の面を通して開口する複数の入口と、前記アレイの第２の面を通して開口する複数の出口とを画定し、前記吸着粒子濾過媒体が吸着粒子プリーツ層を備え、前記炭素濾過媒体が前記流路濾過媒体アレイの面に隣接している組合せフィルタを提供する。
【０００７】
本発明による組合せフィルタは有利に小さな圧力低下を示す。さらに、フィルタ寿命の間の負荷に伴う本発明による組合せフィルタの圧力低下の強まりは、比較的平坦であり、したがって、それに応じて長い寿命および高い容量を有する。
【０００８】
発明の好適な実施態様の詳細な説明
本発明は、流路濾過媒体アレイと吸着粒子濾過媒体とを備える流体を濾過するための組合せ濾過媒体システムを提供する。
【０００９】
組合せフィルタの吸着粒子濾過媒体はプリーツ加工され、２つのスクリム層の間に好ましくは保持される。スクリム層材料は、織または不織の任意の公知の補強スクリムであり得る。コストおよび開放性の程度に関して、不織スクリムが一般的に好ましい。スクリム材料はまた、重合体であることが好ましい。不織材料のスクリムは、一般に、バインダ繊維等を例えば熱エンボス加工、カレンダ、音波接合することによって引張特性を高めるように処理される。典型的なスクリム材料はスパンボンドポリプロピレン不織ウェブであろう。吸着粒子層は網構造によってさらに補強してもよい。したがって、特に好適な実施態様では、吸着粒子濾過媒体は、２つのスクリム層の間に保持された網で補強された吸着粒子層を含む。
【００１０】
吸着粒子濾過媒体の吸着粒子層は、一般に、１ｍｍ〜５ｍｍ、好ましくは１．５〜３ｍｍの厚さを有する。組合せフィルタの吸着粒子濾過媒体は、一般に静電気的に帯電されない。吸着粒子濾過媒体の吸着粒子プリーツ層は、一般に、５〜３０ｍｍ、好ましくは１０〜２０ｍｍのプリーツ高さを有し、また一般に、１センチ当たり０．５〜４のプリーツ、好ましくは１センチ当たり０．７５〜２．５のプリーツのプリーツ密度を有する。
【００１１】
吸着粒子濾過媒体の吸着粒子は、望ましくない気体または臭いのような望ましくない物質を流体流から取り除くことができる任意の公知の活性吸着粒子であり得る。本発明に使用するための吸着粒子は、活性炭粒子、合成ポリマー吸着剤、活性化樹指およびゼオライトを含む。一般に、粒子は、０．０１〜２ｍｍ、好ましくは、０．０５〜１ｍｍのサイズを有する。粒子は、バインダで共に接合してもよい。好ましくは、本発明に使用される吸着粒子は活性炭粒子である。
【００１２】
組合せフィルタは、一般に、流路濾過媒体の下流側に配置された吸着粒子濾過媒体を有し、すなわち濾過されるべき流体は、最初に流路濾過媒体を、その後に吸着粒子濾過媒体を通過する。
【００１３】
組合せフィルタの流路濾過媒体アレイは、ハニカム構造に配列されて流体流路を形成する帯電起伏状フィルムから構成されることが好ましい。流路濾過媒体アレイはまた、複数のフィルム層を備え、その少なくともあるものは、その少なくとも１つの面の表面領域に延在するリブ、ステム、フィブリル、または他の別個の隆起部のような高アスペクト比構造を有する。
【００１４】
フィルム層は流路濾過媒体アレイに構成され、フィルム層の起伏によって、アレイの面を通した流体路への複数の入口開口部が画定される。この流体路は、キャップフィルム層を有する単一の起伏状フィルム層によって、または隣接した起伏状フィルム層によって画定し得る。さらに、流体路は、流動抵抗のあるフィルタ層を流体が必ずしも通過することなく、流体の流体路への進入および通過を可能にする出口開口部を有する。流体路、したがって流路濾過媒体アレイの開口部は、起伏状フィルム層により少なくとも部分的に形成される１つ以上の流路によって画定される。流路は、起伏状フィルム層の先端部または隆起部によって形成され、その形状は、隣接するフィルム層と共に流路濾過媒体アレイを通した流体路を形成するように配置される限り任意であり得る。例えば、流路は、反復する隆起部によって形成される別個のチャネル、または先端部構造によって形成される相互連結チャネルであり得る。流路はまた、別の起伏状フィルム層と共に流体路を形成する隔離チャネル（例えば、先端部または隆起部で囲まれた閉じた谷部）であり得る（例えば、隣接する起伏状フィルム層の谷部をオフセットして、濾過媒体アレイを通した連続的な蛇行路を形成する場合）。
【００１５】
別個のまたは相互に連結された、流路濾過媒体アレイの隣接する複数の流路（例えば、共通の起伏状フィルム層を共有する一列に整列された一連の流路）は、単一の起伏状フィルム層により形成される一連の先端部または隆起部によって画定されることが好ましい。これらの隣接する流路が流路層を画定する。起伏状フィルム層の先端部または隆起部は、平坦なまたは起伏状のキャップ層によって安定させるかまたは分離し得る。キャップ層は、起伏状フィルム層の一方の面の先端部または隆起部と係合または接触する層である。起伏状フィルム層の反対面の先端部または隆起部も、キャップ層に接合できるかまたは接触し得る。キャップ層は、起伏状フィルム層の全体または一部のみを覆い得る。キャップ層が平坦なフィルム層である場合、キャップフィルム層および関連の起伏状フィルム層は、フィルムキャップ層と接触または係合している起伏状フィルム層の隣接する先端部または隆起部の間に流体路を画定する。
【００１６】
キャップ層は、吸収剤または微粒子フィルタのような機能層、あるいは一連の安定化フィラメントまたは強化不織布のような安定化層であり得る。図８は、起伏状フィルム層４０の先端部４４の安定化フィラメント４２に結合された個々のステム状構造体４６を有する起伏状フィルム層４０を示している。流路濾過媒体アレイとして有用であるためには、図８の実施態様をキャップフィルム層または別の起伏状フィルム層のような別のフィルム層に接合する必要があろう。フィラメント層４２にさらなる起伏状フィルム層を接合する場合、流体路は、隣接する２つの起伏状フィルム層の２つの流路層から形成される。
【００１７】
起伏状フィルム層１０によって画定される流路層２０の隣接する流路、例えば１４と１６は、図５に示したものとすべて同一でもよく、あるいは図９に示したものと異なってもよい。図９では、流路層２０の隣接流路２４と２６は、高さは同じであるが幅が異なる別個の流路である。図５では、流路層２０の隣接流路１４と１６は、同一の高さと幅を有する別個の流路である。製造性については、起伏状フィルム層の流路を形成する先端部または隆起部のすべてまたは少なくとも主要部分の高さは、実質的に同じでなければならない。さらに、濾過媒体アレイ３０の隣接する各流路層２０の形状は、同一（図６に示すように）の流路形状でもよく、あるいは異なってもよい。流路濾過媒体アレイの隣接する流路層からなる流路はまた、整列しても（例えば図６に示すように）、オフセットしてもよく（図７のように互いに斜めに）、あるいはこれらの組み合わせであり得る。流路濾過媒体アレイの上に重なる隣接する流路層は、一般に、流路を相互連結、分離、または分離して隔離（すなわち、起伏状フィルム層全体を横切って延在しない）できる単一の起伏状フィルム層から形成される。起伏状フィルム層全体を横切って延在する流路では、これらのチャネルは直線状または曲線状に延在することができる。上に重なる隣接する流路層からなる流路は、実質的に平行に整列されることが好ましいが（図６）、拡散角度または収束角度で整列し得る。図１０に示したような円筒状に配列された流路層によって、流路濾過媒体アレイが形成されるならば、これらの流路層は、中央軸線６４を中心としてつる巻き状または螺旋状に整列して構成された任意のキャップ層６２を有する起伏状フィルム層６０から形成することができる。起伏状フィルム層は、製造時の安定性のために一方のキャップ層６２に接合され、他方のキャップ層６２ａと摩擦接触することが好ましい。
【００１８】
複数対の起伏状フィルム層は互いに対面し、対面するこれらの層は、図７に示したようにそれぞれの先端部で互いに係合するか、あるいは図５、図６および図１０に示したように１つ以上のキャップ層で分離し得る。起伏状フィルム層３１が図７に示したように介在フィルム層なしに接触する場合、流体路は、隣接して交差する流路、例えば起伏状フィルム層３１の３４と３５の間をジグザグに進む。
【００１９】
これらの流路により、流路濾過媒体アレイを通した制御されかつ整然とした流体流路が提供される。濾過用に利用できる表面積は、流路の利用可能な表面積と、流路濾過媒体アレイ内のこれらの流路の数および長さとによって決定される。言い換えれば、流路の長さ、チャネル形状、および個別層の表面積のような個別の濾過媒体層の特徴によって決定される。
【００２０】
起伏状フィルム層によって提供される流路の単層は、本発明による機能的な流路濾過媒体アレイを構成し得るが、多数の上に重なる流路層により機能的な流路濾過媒体アレイを形成することが好ましい。積層の起伏状構造化フィルム層から形成された流路濾過媒体アレイにより、不織布フィルタウェブの孔寸法の変動および全体的に不揃いのない整然としたまたは巧みに設計された機械的に安定な多孔質構造が提供される。気孔サイズの任意の変動および不規則性は、組合せフィルタが目的とする濾過に対する最終的なニーズに基づき計画かつ制御される。その結果、流体流が流路濾過媒体アレイの流路を通過するときに、流体流に均一な処理が施され、かくしてその濾過効率が高められる。一般に、流路を形成する起伏状フィルム層は、構造的に安定した形状を形成する流路濾過媒体を補強し、この媒体を多数の自己支持構造に形成することができる。
【００２１】
流路を圧搾または閉鎖することなく、流路濾過媒体アレイを様々な形状に適合させるか、あるいは対象物に配置することができる。起伏状フィルムは、取り付けられた任意のキャップ層または他の層に関連して起伏状にしつつ、静電気的に帯電される。これらの層状の帯電起伏状フィルムの特徴は、Ｔｒｅｋ  Ｉｎｃ．，Ｍｅｄｉｎａ，ニューヨーク州（ＮＹ）から入手可能なＡｕｔｏ  Ｂｉ−Ｐｏｌａｒ  ＥＳＶＭモデル３４１のような静電表面電圧計（ＥＳＶＭ）によって、フィルム表面から約１ｃｍの距離で測定された少なくとも＋／−１．５ＫＶ、好ましくは少なくとも＋／−１０ＫＶの表面電圧である。この静電荷は、長時間にわたり持続する電荷を呈する誘電体材料片であるエレクトレットを含んでもよい。帯電可能なエレクトレット材料には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）およびポリプロピレンのような非極性ポリマーが含まれる。一般に、エレクトレットの正味帯電量は０または０に近く、その電場は電荷の分離によるものであり、正味の電荷によっては発生されない。材料および処理を適切に選択することにより、外向きの静電場を発生するように、エレクトレットを構成することができる。このようなエレクトレットは、永久磁石の静電類似体と見なすことができる。
【００２２】
誘電体材料を帯電するために、いくつかの方法が一般に使用されており、その任意の方法を用いて、流路濾過媒体アレイに使用される起伏状フィルム層または他の層を帯電し得る。その方法には、コロナ放電、帯電した電場の存在下の材料の加熱および冷却、接触帯電、ウェブの帯電粒子噴霧、およびウォータジェットまたは水滴流による表面の湿潤または衝突が含まれる。さらに、表面の帯電性は、ブレンド材料または帯電促進添加剤の使用により強めることが可能である。充電方法の例は、ｖａｎ  Ｔｕｒｎｈｏｕｔらへの米国特許第ＲＥ３０，７８２号、ｖａｎ  Ｔｕｒｎｈｏｕｔらへの米国特許第ＲＥ３１，２８５号、Ａｎｇａｄｊｉｖａｎｄらへの米国特許第５，４９６，５０７号、Ｊｏｎｅｓらへの米国特許第５，４７２，４８１号、Ｋｕｂｉｋらへの米国特許第４，２１５，６８２号、Ｎｉｓｈｉｕｒａらへの米国特許第５，０５７，７１０号、およびＮａｋａｏへの米国特許第４，５９２，８１５号に開示されている。
【００２３】
さらに、例えば、一方の面に高圧が印加された金属化表面または層を有するフィルムを使用することによって、１つ以上の層に有効荷電を付与することができたであろう。このことは、本発明において起伏状の層に隣接してこのような金属化層を追加するか、あるいは金属コーティングを層に適用することによって達成し得る。次に、このような金属化層を含む流路濾過媒体層を電圧源に接触させて装着して、金属化媒体層内を流れる電流を得ることができる。有効荷電の例は、Ｉｎｃｕｌｅｔへの米国特許第５，４０５，４３４号に開示されている。
【００２４】
利用可能な他の処理形態は、フィルム層の撥油性および撥油性を向上し、かつ油性エアロゾルの濾過性能を高めることができる材料添加または材料被覆の形態のフルオロケミカル添加剤を使用することである。このような添加剤の例は、Ｊｏｎｅｓらへの米国特許第５，４７２，４８１号、Ｃｒａｔｅｒらへの米国特許第５，０９９，０２６号、およびＣｒａｔｅｒらへの米国特許第５，０２５，０５２号に見られる。
【００２５】
本発明に使用する構造化フィルム層の形成に有用なポリマーには、ポリエチレンおよびポリエチレンコポリマーのようなポリオレフィン、ポリプロピレンおよびポリプロピレンコポリマー、ポリフッ化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ｄｉｆｌｏｕｒｉｄｅ）（ＰＶＤＦ）、およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が含まれるがこれらに限定されない。他のポリマー材料は、アセテート、セルロースエーテル、ポリビニルアルコール、多糖類、ポリエステル、ポリアミド、ポリ（塩化ビニル）、ポリウレタン、ポリウレア、ポリカーボネート、およびポリスチレンを含む。構造化フィルム層は、アクリレートまたはエポキシ樹脂のような硬化性樹脂材料をキャストし、また熱、ＵＶまたは電子ビーム放射線に曝露することによって、化学的に促進されたフリーラジカル経路を通して硬化することができる。構造化フィルム層は、帯電可能なポリマー材料、すなわち誘電体ポリマー、およびポリオレフィンまたはポリスチレンのようなブレンドで形成することが好ましい。
【００２６】
ポリマーブレンドを含むポリマー材料は、可塑化活性剤または抗菌剤を溶融ブレンドすることによって改質することができる。フィルタ層の表面改質は、蒸着または電離線を用いた官能基部分の共有グラフト結合により実現可能である。例えば、電離線によるモノマのポリプロピレンへのグラフト重合に関する方法および技術は、米国特許第４，９５０，５４９号および第５，０７８，９２５号に開示されている。ポリマーは、ポリマー構造化層に様々な特性を付与する添加剤を含有してもよい。
【００２７】
起伏状フィルム層およびキャップフィルム層は、一方の面または両面に画定された構造化面を有することが可能である。好適な実施態様の起伏状フィルムおよび／またはキャップフィルム層に使用される高アスペクト比の構造体では、最小直径または幅に対する高さ比は０．１を超え、好ましくは理論的に０．５を無限に超え、構造体の高さは少なくとも約２０ミクロン、好ましくは少なくとも５０ミクロンである。高アスペクト比の構造体の高さが２０００ミクロンを超える場合、フィルムの取扱いが難しくなる可能性があり、構造体の高さは１０００ミクロン未満であることが好ましい。構造体の高さは、常に、流路の高さの少なくとも約５０％以下、好ましくは２０％以下である。図１〜図４および図１１に示したように、フィルム層１の構造体の形状は、直立のステムまたは突起部、例えばピラミッド、キューブコーナー、Ｊフック、キノコ形ヘッド等、連続または断続的隆起部、例えば、介在チャネル５を有する長方形３またはＶ字形隆起部２、あるいはこれらの組み合わせであることが可能である。キノコ形ヘッド突起部４６が図１１のフィルム支持体４０に図示されている。これらの突起部は、規則的、ランダムまたは断続的であり得るか、あるいは隆起部のような他の構造と組み合わせることができる。この隆起構造体は、規則的、ランダムに断続的であり得るか、互いに平行に延在できるか、あるいは交差または交差しない角度を付け得るか、あるいは入れ子式隆起部４または突起部のような隆起部の間の他の構造体と組み合わせることができる。一般に、高アスペクト比の構造体は、フィルム１の全体または一部領域のみにわたって延在することができる。フィルム領域に構造体がある場合、この構造体により、対応する平坦フィルムよりも少なくとも５０％大きな、好ましくは少なくとも１００％大きな、一般に最高１０００％大きな表面積が提供される。好適な実施態様では、高アスペクト比の構造体は、起伏状フィルム層の起伏部に対してある角度で、好ましくは図５と図６に示したような八角形をなす角度（９０°）で、起伏状フィルム層の大部分を横切って延在する連続的または断続的隆起部である。これにより、流路アセンブリ（図５）および濾過媒体アレイ（図６）の起伏状フィルム層の機械的安定性が強化される。隆起部は、一般に、起伏部に対して約５〜１７５°、好ましくは４５〜１３５°の角度を付けることができ、一般に、隆起部は、起伏状フィルムの相当の曲線部分にわたって延在すればよい。
【００２８】
この構造化面は、両方ともＭａｒａｎｔｉｃらへの米国特許第５，０６９，４０４号および第５，１３３，５１６号、Ｂｅｎｓｏｎらへの米国特許第５，６９１，８４６号、Ｊｏｈｎｓｔｏｎらへの米国特許第５，５１４，１２０号、Ｎｏｒｅｅｎらへの米国特許第５，１５８，０３０号、Ｌｕらへの米国特許第５，１７５，０３０号、Ｂａｒｂｅｒへの米国特許第４，６６８，５５８号、Ｆｉｓｈｅｒへの米国特許第４，７７５，３１０号、Ｅｒｂへの米国特許３，５９４，８６３号、またはＭｅｌｂｙｅらへの米国特許５，０７７，８７０号に開示されている方法のような、構造化フィルムを形成する周知の任意の方法を用いて製造できる。これらの方法は、その全体が本明細書に援用されている。
【００２９】
起伏状フィルム層には、少なくとも一方の面の少なくとも５０％にわたって、好ましくは少なくとも９０％にわたって、高アスペクト比の構造体を設けることが好ましい。キャップ層または他の機能フィルム層も、これらの高アスペクト比の構造化フィルムで形成することができる。一般に、流路全体の表面積の１０〜１００％、好ましくは４０〜１００％は構造化表面によって形成されなければならない。
【００３０】
本発明の流路濾過媒体アレイは、層が形成される所望の材料を起点とする。１つ以上の必要な厚さを有するこれらの材料の適切なシートは、所望の高アスペクト比の表面を有するように形成され、またこれらのフィルム層の少なくとも１つには起伏が付けられ、この起伏状フィルムは、別のキャップ層、起伏状層等に結合されることによって安定されて、流路を形成する。流路濾過媒体アレイを形成する流路層、例えば起伏状フィルム層およびキャップ層は、共に接合されるか、機械的に収容されるか、さもなければ安定した流路濾過媒体アレイに保持することが可能である。起伏状フィルムおよびキャップ層は、米国特許第５，２５６，２３１号（フィルム層を波形層に押出接合する）または米国特許第５，２５６，２３１号（先端部を接着剤または超音波により下層に接合する）に開示されているように、あるいは入口および／または出口開口部を形成する外縁部を溶融接着することによって、共に接合し得る。図５に示すように、起伏状構造フィルム１０を、起伏状フィルム層１０の一方の面１３上の先端部１２で平坦な構造キャップフィルム層１１に結合する。次に、これらの流路層２０の１つ以上が重ね合わせられるか、さもなければ層状にされ、また所定のパターンまたは関係で方向付けられ、任意に層１５（図５Ａ）を追加して適切な容積の流路層２０を図６に示した流路濾過媒体アレイ３０内に形成する。次に、スライスまたは他の方法により、得られた容積の流路層２０を所望の厚さおよび形状の流路濾過媒体アレイに転換する。上述のような任意の所望の処理を製造工程の適切な段階において適用することが可能である。
【００３１】
流路濾過媒体アレイ３０は、アレイを熱線でスライスすることによって、その最終形状に形成することが好ましい。熱線は、最終フィルタ形状が切断されるときにそれぞれの層を共に融合する。層のこの融合は最終フィルタの１つ以上の最も外側の面にある。したがって、流路濾過媒体アレイ３０の隣接層の少なくともいくつかは、熱線による切断前に共に接合する必要はない。熱線カッタ速度を調整して、それぞれの層の溶融または融合の程度を決めることができる。例えば、熱線速度を変更して融合領域の高低を形成し得る。長方形、曲線形状、楕円形等を含む無数の可能な形状のフィルタを形成するために、熱線は真っ直ぐであるかまたは曲げ得る。また、フィルタを切断または分離せずに、熱線を使用して流路濾過媒体アレイのそれぞれの層を融合し得る。例えば、部片を熱線のいずれかの側に共に維持しつつ、熱線により流路濾過媒体アレイを切断して、層を共に融合し得る。部片は冷却するときに共に再融合し、安定した流路濾過媒体アレイを形成する。
【００３２】
本発明の好適な実施態様は、２００ミクロン未満、好ましくは１００ミクロン未満〜約５ミクロンの厚さ９を有する薄い可撓性ポリマーフィルムを使用する。より厚いフィルムが可能であるが、一般に、濾過性能または機械的安定性に対する追加の利点なしに圧力低下を強める。同様に、他の層の厚さは、好ましくは２００ミクロン未満、最も好ましくは１００ミクロン未満である。一般に、流路濾過媒体アレイを形成する層の厚さは、累積して入口または出口開口部の流路濾過媒体アレイの断面積の５０％未満が、好ましくは１０％未満が層材料によって形成されるようなものである。断面積の残部は、入口開口部または出口開口部を形成する。起伏状フィルムの先端部または隆起部は、一般に、約１ｍｍ、好ましくは少なくとも１．２ｍｍ、最も好ましくは少なくとも１．５ｍｍの最小高さを有する。先端部または隆起部が約１０ｍｍよりも大きいならば、構造は不安定になり、また非常に長い、例えば１００ｃｍ以上の流路濾過媒体アレイは別として効率はかなり低く、先端部または隆起部は６ｍｍ以下であることが好ましい。流路は、一般に、流路の長さに沿って少なくとも約１ｍｍ２、好ましくは少なくとも２ｍｍ２の平均断面積を有し、この場合、好ましくは最小断面積は、少なくとも０．２ｍｍ２、好ましくは少なくとも０．５ｍｍ２である。最大断面積は、必要とする相対濾過効率によって決定され、一般に、約１ｃｍ２以下、好ましくは約０．５ｃｍ２以下である。
【００３３】
流路の形状は、起伏状フィルム層および上に重なる層のキャップ層または、隣接して取り付けられた起伏状フィルム層の起伏によって画定される。一般に、流路はベル形状、三角形、長方形または不規則形状のような任意の適切な形状であり得る。単一の流路層からなる流路は、起伏状フィルム層にわたって略平行かつ連続的であることが好ましい。しかしながら、隣接した流路層上のこの種類の流路は、互いに角度をつけ得る。また、特定の流路層からなるこれらの流路は、流路濾過媒体アレイの入口開口面または出口開口面に対し角度をつけて延在できる。
【００３４】
流路濾過媒体アレイでは、アレイの第１の面から第２の面の厚さは８〜３５ｍｍであることが好ましい。厚さが８ｍｍ未満の場合、自動車の既存の安全規則に適合し得ないことが確認されている。サイズが３５ｍｍを超える場合、組合せフィルタは、組合せフィルタのために設けられた自動車内のハウジングに容易に収納し得るには嵩張りすぎる。
【００３５】
流路濾過媒体アレイおよび吸着粒子濾過媒体は、従来の任意の方法で組合せフィルタ内に形成し得る。例えば、吸着粒子濾過媒体は、プリーツ付きの吸着粒子濾過媒体のプリーツ先端を流路濾過媒体アレイに接着することによって、流路濾過媒体に接着し得る。しかしながら、流路濾過媒体アレイおよび吸着粒子濾過媒体は、組合せフィルタの２つの対向端部に沿って１対のストリップによって共に保持されることが好ましい。このようなストリップは、流路濾過媒体アレイおよび吸着粒子濾過媒体の端部に接着でき、これによって、両方を組合せフィルタ内で共に保持する。このようなストリップは、例えばプラスチックのような任意の材料から製造でき、また剛性ならびに可撓性または圧縮性であり得る。特定の実施態様によれば、ストリップは、例えば発泡体または不織布のストリップのように可撓性かつ圧縮性であり得る。このようなストリップの使用は、組合せフィルタが収納されるハウジングに対しシールとしても機能し得る利点を有する。
【００３６】
特に好適な実施態様によれば、流路濾過媒体および吸着粒子濾過媒体は、組合せフィルタの周縁にフレームを設けることによって共に保持される。このようなフレームは、流路濾過媒体および吸着粒子濾過媒体の端部に接着されることが好ましい。フレームは剛性であることができ、プラスチックまたは他の任意の適切な材料から製造し得る。フレームは、フレームならびにシールとして機能できる可撓性かつ圧縮性の材料から構成されることが好ましい。このような材料は、例えば発泡体および不織布材料を含む。流路濾過媒体アレイの剛性および安定性のため、フレームは剛性である必要はなく、発泡体のような著しく可撓性材料もフレームとして使用できる。
【００３７】
図１２は組合せフィルタの実施態様を示している。本図から理解できるように、組合せフィルタ２００は、発泡体から製造されまた流路濾過媒体アレイ２０２および吸着粒子濾過媒体２０３の端部に接着されるフレーム部分２０１を含む。図１３から理解できるように、吸着粒子濾過媒体２０３はプリーツ加工され、また網２１１によって支持される吸着微粒子２１０を含む。吸着粒子層はスクリム２１２の２つの層の間に保持される。図１２に戻って、特に当該図面に示した拡大部分Ａを参照すると、流路濾過媒体アレイは、静電気的に帯電されまた起伏状フィルム層２０４の少なくとも１つの面に構造化される積層の起伏状フィルム層から構成されることが理解できる。起伏状フィルム層２０４は、一方の面２０５から反対面２０６に延在する流路を画定する。使用時、面２０５は入口を画定し、また面２０６は、炭素濾過媒体２０３が設けられる出口を画定する。したがって、濾過されない流体は面２０６に入り、最初に流路濾過媒体アレイを移動し、次に炭素濾過媒体２０３を流れる。
【００３８】
本発明の組合せフィルタは、車両、特に自動車に使用するために、このような車両の客室に入る空気を濾過するために特に好適である。
【００３９】
以下の実施例は、本発明をさらに説明するために意図されるが、本発明を実施例に限定することを意図するものではない。
【００４０】
実施例
本発明を、以下の実施例および試験結果によってさらに説明する。
【００４１】
実施例１
次の方法を用いて、組合せフィルタの流路濾過媒体アレイを製造した。標準押出技術を用いて、ミクロ溝表面を有するキャスティングロールの上に樹脂を押し出すことにより、構造化フィルム内にポリプロピレン樹脂を形成した。得られたキャストフィルムは、第１の平滑な主面と、キャスティングロールから長手方向に配列される連続した特徴部を有する第２の構造化された主面とを有していた。フィルム上のこの特徴部は、均等な間隔の第１の構造体と、絡み合う第２の構造体とから構成された。第１の構造体は１５０ミクロンの間隔であり、また約５°の側壁傾斜を有する基部において、高さ約７５ミクロン、幅約８０ミクロン（高さ／幅の比率は約１）の略長方形の断面を有していた。基部において高さ２５ミクロン、幅２６ミクロン（高さ／幅の比率は約１）の略長方形の断面を有する３つの第２の構造体を、第１の構造体の間に２６ミクロン間隔で均等に離間して配置した。これらの特徴部が延在する基部フィルム層の厚さは５０ミクロンであった。
【００４２】
第１の層の構造化フィルムに波形を付けて起伏形状にし、その弓形先端部において第２の構造化フィルムに取り付けて流路積層アセンブリを形成した。本方法は、一般に、第１の構造化フィルムを起伏状シートに形成する工程と、離間した略平行の固定部分から同一方向に突出する弓形部分を前記フィルムが有するように前記フィルムを形成する工程と、前記起伏状フィルムの離間した略平行の固定部分を第２の構造化フィルム支持層に接合する工程であって、前記起伏状フィルムの弓形部分が支持層から突出する工程とを含む。本方法は、軸線を各々が有し、かつ円周方向に離間して略軸方向に延在すると共に軸線周縁の周囲にありまた前記軸線周縁を画定する複数の隆起部を含む、第１および第２の加熱された波形部材またはローラを提供することによって実行され、隆起部は外面を有し、かつ他の波形部材の隆起部の部分噛合関係で収容するように構成された隆起部の間の空間を画定する。第１の構造化フィルムは、波形部材を逆回転しつつ噛合隆起部の間に供給される。
【００４３】
このようにして構成された波形成形装置では、波形部材の相互噛合する歯を構造化フィルムが５．３ｒｐｍの転動速度で通過するときに、構造フィルムを上方波形部材のギヤ歯の中に圧縮して、その間に保持した。第１のフィルムを上方波形部材の歯に位置合わせしつつ、第２の構造化フィルムをロールの周縁に配置し、上方波形部材の歯に保持された層に超音波溶接した。超音波ホーンにより支承されるようにした台座として歯の表面を使用することによって、波形部材の歯の頂面の第１および第２のフィルムの間で溶接を実行した。このようにして形成された波形流路は高さ１．８ｍｍ、基部幅は２．５ｍｍであった。
【００４４】
米国特許第３，９９８，９１６（ｖａｎ  Ｔｕｒｎｈｏｕｔ）号に一般に記載されている方法を用いて、格子式充電器の高電圧場に暴露することにより、流路層アセンブリをエレクトレット帯電した。層を互いの頂部に積層することによって、濾過媒体アレイを帯電流路層アセンブリから形成し、流路壁部が、フィルタ媒体アレイの入口開口面（９０°の入射角）によって画定される面と９０°の角度を形成するように、すべての流路層内のチャネルを平行整列に維持した。積層体を熱線により切断することによって、安定した濾過媒体アレイ構造体に濾過媒体アレイ積層体を変換して、深さ１０ｍｍのフィルタを製造した。濾過媒体アレイの入口または出口開口部を閉塞しないように、熱線によって誘発される溶融量および溶融樹脂の塗布量を慎重に制御した。所望のフィルタ深さを形成することに加えて、流路層アセンブリの前面および後面を共に融合して、安定した濾過媒体アレイを形成することにより、熱線の切断加工を用いて最終アセンブリを安定させて、頑丈で耐へこみ性の構造体を形成した。組合せフィルタシステムのために、２５５×１９０ｍｍの外部寸法を有するアレイを形成した。
【００４５】
組合せフィルタの第２の構成要素、すなわち吸着粒子濾過媒体を次の方法で確立した。活性炭粒子を網状構造体に取り付けた吸着粒子層を使用した。この網は、ポリプロピレンまたは同様の材料からなるストランドから組み立てられ、網が活性炭粒子と同一の色を有するように黒色の顔料が混合された。網は特定の３次元構造体を有しており、正方形の網状組織が形成されるように、ストランドの間の約７ｍｍの距離に垂直に配列した直径０．２ｍｍのストランドから基部構造体を形成した。この第１の層の上に、第２の層を第１の構造体の一方の側面に取り付け、また第２のストランドが元の構造体の各正方形の内部で約１ｍｍの距離にあるように同一の直径の第２のストランドを配列して、構造全体が０．４ｍｍの厚さを得るようにした。このことを複数の追加工程で、好ましくは３〜４回続け、この場合、各工程でより狭い正方形を元の正方形の上方に形成した。すべての工程において、追加の層を基本構造体の同一側面の以前の層の上に配置した。このようにして、３次元構造体を形成した。好適な実施態様では、ストランド数は、一方向において他の垂直方向と比較してより多かった。全厚約１．８ｍｍのこの３次元網状構造体の上に、０．３〜０．８ｍｍのサイズ分布を有する活性炭粒子を付与した。好ましくはポリウレタン基の樹脂を利用して、個別のストランドならびに炭素粒子を構造全体に接着した。この結果、約２ｍｍの厚さおよび５５０ｇ／ｍ２の坪量を有する網および活性炭粒子を含み、また網および活性炭についてのみ４００ｇ／ｍ２の坪量を含む全体の層が得られた。ほとんど目に見えないように網状構造体を覆う比較的高密度の粒子構成が形成されるように、粒子を接着した。
【００４６】
さらに、坪量１５ｇ／ｍ２のスパンボンドポリプロピレン不織布ウェブからなるスクリム材料を使用した。３次元網を有する吸着粒子層を、図１３から理解できるようにスクリム材料の２つの層の間に配置した。３つの層を積層する前に、好ましくはポリウレタン基の接着剤でスクリム層を被覆することによって、スクリム層を吸着粒子層に付与した。
【００４７】
次に、全寸が２５５×１９０ｍｍで、２０ｍｍのプリーツ高さを得るように、上述の吸着粒子濾過媒体を周知の方法でプリーツ加工した。この結果、１ｃｍ当たり約１．２プリーツの距離を有する３０のプリーツが得られた。これによって、総面積０．２２ｍ２の活性炭材料が提供された。
【００４８】
次に、全厚３０ｍｍの形状が得られるように、厚さ１０ｍｍの流路濾過媒体アレイを厚さ２０ｍｍの吸着粒子濾過媒体の上に配置した。次に、この形状をフレーム内に配置した。このフレームでは、高さ３０ｍｍ、厚さ６ｍｍの閉セルポリウレタン発泡体を使用した。発泡体の一方の面において、両面接着剤テープにライナを適用し、その後ライナを取り除いた。次に、接着剤層を有する発泡体を流路濾過媒体アレイおよび吸着粒子濾過媒体の形状に適用して、フレームを形成するようにした。４つの側面の各々のために、フレームを４つの異なる部分から形成したが、あるいはまた、円周全体の長さを有する単一ストリップの発泡体も使用し得る。発泡体の適用により、また流路濾過媒体アレイの剛性の故に、２つの濾過媒体を互いに直接接着することなく、安定した形状が得られた。同時に、このフレームは組合せフィルタ全体のシール機能も引き受けることができる。
【００４９】
比較例
比較例は、流路濾過媒体アレイの代わりに従来のエレクトレットフィルタ層を用いたプリーツ付きの構造であった。４層のラミネートを形成し、引き続きプリーツ加工した。微粒子フィルタとして次のものを使用した。実施例１で使用したスクリム層と同様のスクリム層を使用したが、このスクリム層は、多重に熱接合されまたランダムに配列される繊維から公知の方法で製造される不織布スパンボンド材料を含んでいた。この不織布スパンボンド材料の坪量は１０ｇ／ｍ２であった。スパンボンドウェブと、断面が１０×４０ミクロンの典型的な寸法の静電気的に帯電された誘電性のフィブリル化繊維またはスプリット繊維からなるエレクトレットフィルタ材料の不織布材料とを結合した。この不織布材料の坪量は約４０ｇ／ｍ２であった。このエレクトレットフィルタ層用の材料として、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ，Ｍｉｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙによって３Ｍ  Ｆｉｌｔｒｅｔｅ（登録商標）の名称で流通されている製品を使用できる。
【００５０】
他の２つの層は、実施例１の２つの層と、すなわちポリウレタン基の接着剤を用いて同一の方法でスクリム層が付与された厚さ２ｍｍの上述のような吸着粒子層と実際に同一であった。次に、２つの形状、すなわち、追加スクリム層を一方の側面に有するエレクトレットフィルタ層と、そのスクリム層を他方の側面に有する吸着粒子層とを共にラミネートして、接着剤を使用することなくエレクトレットフィルタ層が吸着粒子層と直接接触するようにした。したがって、２つのスクリム層は構造全体の２つの外面にあった。
【００５１】
次に、上述したのと本質的に同一の方法でこの形状をプリーツ加工して、合計２０のプリーツが得られる２８ｍｍのプリーツ高さと２５５×１９０ｍｍの全寸とを形成し、活性材料の総面積が、実施例１の総面積０．２２ｍ２に匹敵する０．２１ｍ２になるようにした。好ましくは射出成形工程によって、プリーツ付きの形状をフレーム内に配置した。
【００５２】
上述のサンプルフィルタについて、次の比較測定を行った。
【００５３】
試験規格ＤＩＮ７１４６０、第１部に従って効率を測定した。効率の測定は次のように行われる。ＤＩＮ  ＩＳＯ５０１１による試験ダスト「粗い（ｃｏａｒｓｅ）」をＤＩＮ７１４６０の§４．４に従って導入する。試験すべきフィルタを通して進入する前後に、このダストを粒子カウンタで測定する。粒子カウンタは、少なくとも０．５〜１５ミクロンの範囲の異なる粒度の粒子を測定する能力を有する。次に、この粒子範囲内の比率はパーセントによる効率である。ＤＩＮ７１４６０、§１−４．４．２によるすべての規定を考慮した。試験すべきフィルタのサイズと形状が、異なる実施例について上述したようなサイズと形状と同一であることが特に重要である。さらに、比較例と比べて実施例１の捕捉ダストを測定した。同様に本例では、試験規格ＤＩＮ７１４６０、第１部に従って試験を行った。次のように測定を行った。捕捉ダストの測定、特に§６．３に関連するＤＩＮ７１４６０、第１部のすべての規定を考慮した。それぞれ２５、５０、７５および１００Ｐａの所定速度で、最初から圧力低下が大きくなるまで測定を実施した。試験の前後にフィルタの重さを量った。計量についてもＤＩＮ  ＩＳＯ５０１１を適用した。
【００５４】
試験規格ＤＩＮ７１４６０、第２部に従ってガス効率を測定した。試験されるフィルタは、付属書Ａ、図Ａ．１に従って試験装置に挿入される。本例では、試験材料、すなわちＮ−ブタン、ＳＯ２またはトルエンを気体状でシステムに導入する。フィルタを通過する前後に温度を測定し、試験材料の濃度を測定する。同時に、圧力低下を測定する。フィルタ内に進入する前の試験材料の濃度はＣ１であり、フィルタを通過した後の対応する濃度はＣ２である。これは、試験材料がフィルタ（Ｃ２（ｔ））を通過している時間の関数であり、一方、フィルタを通して進入する前の試験材料の濃度は、時間に対し一定である。次に、次式によって効率が決定される。
Ｅ（ｔ）＝（１−Ｃ２（ｔ）：Ｃ１）・１００％
フィルタに試験材料が典型的に充填される際、効率は時間と共に低下する。実務的な理由のため、試験を開始して、フィルタが試験材料を吸着し始めた直後（これは０分後のガス効率を意味する）に異なるガス効率を指示し、また５分後のガス効率を指示することが十分であることが実証されている。さらに、流速を考慮しなければならず、また実務的な理由のためそれぞれ２２５ｍ３／時および４５０ｍ３／時の２つの速度を採用した。
【００５５】
再現性を保証するために、これらの試験を多数のサンプルで実施した。この結果は表１と表２に見ることができる。表１は実施例１と比較例との比較を示している。それぞれ２２５ｍ３／時および４５０ｍ３／時の異なる流速における圧力低下は、比較例と較べて実施例１の方がわずかに優れていることを示している。さらに、ＤＩＮ７１４６０、第１部による部分効率、およびＤＩＮ７１４６０、第２部によるガス効率は、これらの値が比較例の値をわずかに下回ることを示している。比較例および実施例１について得られた値のすべては許容範囲にある。
【００５６】
しかしながら、表２から理解できるように、本発明によるフィルタ（実施例１）はダスト収集能力を実質的に改善している。したがって、フィルタを交換しなければならない点における１００Ｐａの圧力低下の強まりにおいて、比較例は１５ｇのダストを収集したにすぎず、これに対し、本発明のサンプルは、圧力低下を３５Ｐａ強めただけで４０ｇのダストを収集することができた。したがって、本発明によるフィルタは、比較サンプルよりも実質的により長い寿命を有するであろう。
【００５７】
【表１】
表１
2004523337.tif 000003
【００５８】
【表２】
表２
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【図面の簡単な説明】
【図１】流路濾過媒体アレイの形成に有用な第１の構造化フィルムの側面図である。
【図２】流路濾過媒体アレイの形成に有用な第２の構造化フィルムの側面図である。
【図３】流路濾過媒体アレイの形成に有用な第３の構造化フィルムの側面図である。
【図４】流路濾過媒体アレイの形成に有用な第４の構造化フィルムの側面図である。
【図５】起伏状フィルムおよび平坦キャップフィルム層アセンプリの斜視図である。
【図５Ａ】起伏状フィルムおよび平坦キャップフィルム層アセンプリの斜視図である。
【図６】図５のアセンプリから形成された流路濾過媒体アレイの第１の実施態様の斜視図である。
【図７】流路濾過媒体アレイの第２の実施態様の斜視図である。
【図８】ストランドの安定化層を有する起伏状フィルム層の斜視図である。
【図９】流路アセンブリを形成する平坦フィルムキャップ層を有する起伏状フィルム層の斜視図である。
【図１０】流路濾過媒体の第３の実施態様の側面図である。
【図１１】流路濾過媒体アレイの形成に有用な第４の構造化フィルムの斜視図である。
【図１２】組合せフィルタの概略図である。
【図１３】プリーツ付きの吸着粒子濾過媒体の概略および拡大図である。
【国際公開パンフレット】
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2004523337.tif 000006
2004523337.tif 000007
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【国際調査報告】
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