(57)【要約】フィルター（１４）は交互のフィルター媒体（１６）と拡散媒体（２０）とを備えている。このフィルターはフィルター媒体上への流体の最適な分配、低減された圧力低下及び向上したフィルター寿命とをろ過率を低下させることなく提供する。拡散媒体（２０）は第１高さ寸法と第１幅寸法を有する第１長手通路（２８）を形成する離隔した実質的平行索（２６）の第１面と、第２高さ寸法と第２幅寸法を有する第２長手通路（３２）を形成する離隔した実質的平行索（３０）の第２面とを備えている。拡散媒体の第２面の索（３０）は第１面の索（２６）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（３４）を形成している。第１、第２長手通路は横向開口の上記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。フィルター媒体の層の少なくとも一部はバイパス孔（１８）を備え、その部分は少なくとも１個の予め制限されたフィルター媒体層を形成している。
2004500229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルターであって：
ａ）　フィルター媒体と拡散媒体との交互の層と；
ｂ）　拡散媒体が
第１高さ寸法と第１幅寸法を有する第１長手通路を形成する離隔した実質的平行索の第１面と、
第２高さ寸法と第２幅寸法を有する第２長手通路を形成する離隔した実質的平行索の第２面とを備え、第２面の索は第１面の索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形成し、
第１、第２長手通路は横向開口の上記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；かつ
ｃ）　フィルター媒体の層の少なくとも一つはバイパス孔を備えた１個の予め制限されたフィルター媒体層を形成している、構成を包含したフィルター。
【請求項２】
フィルター媒体の予め制限された層がフィルターの最外側層からフィルターの最内側層へと延びている、請求項１のフィルター。
【請求項３】
フィルター媒体の予め制限された層がフィルターの最外側層からフィルターの最内側層へと最外側層と最内側層の間の距離の約５０％と８５％の間で延びている、請求項２のフィルター。
【請求項４】
フィルター媒体の予め制限された層が最外側層と最内側層の間の距離の約６６％延びている、請求項３のフィルター。
【請求項５】
フィルター媒体の予め制限された層のバイパス孔が最外側層から最内側層へと延びる孔により形成されている、請求項１のフィルター。
【請求項６】
拡散媒体が押出し成型された２面網を包含している、請求項１のフィルター。
【請求項７】
拡散媒体が熱可塑材で作られている、請求項６のフィルター。
【請求項８】
拡散媒体がポリプロピレンで作られている、請求項７のフィルター。
【請求項９】
拡散媒体がナイロンで作られている、請求項７のフィルター。
【請求項１０】
拡散媒体がフッ素重合体で作られている、請求項７のフィルター。
【請求項１１】
拡散媒体がポリエステルで作られている、請求項７のフィルター。
【請求項１２】
フィルター媒体が不織繊維の繊維質塊を包含している、請求項１のフィルター。
【請求項１３】
不織繊維の繊維質塊が溶着されている、請求項１２のフィルター。
【請求項１４】
フィルター媒体が熱可塑材で作られている、請求項１２のフィルター。
【請求項１５】
フィルター媒体がポリプロピレンで作られている、請求項１４のフィルター。
【請求項１６】
フィルター媒体がナイロンで作られている、請求項１４のフィルター。
【請求項１７】
フィルター媒体がフッ素重合体で作られている、請求項１４のフィルター。
【請求項１８】
フィルター媒体がポリエステルで作られている、請求項１４のフィルター。
【請求項１９】
フィルター媒体の少なくとも一部がカレンダーに掛けられている、請求項１２のフィルター。
【請求項２０】
フィルター媒体が実質的に均一な孔径を備えている、請求項１２のフィルター。
【請求項２１】
フィルター媒体が実質的に一定の繊維寸法を備えている、請求項１２のフィルター。
【請求項２２】
フィルター媒体が多孔性膜を包含している、請求項１のフィルター。
【請求項２３】
多孔性膜フィルター媒体がナイロンである、請求項２２のフィルター。
【請求項２４】
フィルター媒体がウエット積層紙を包含している、請求項１のフィルター。
【請求項２５】
請求項１のフィルターであって：
拡散媒体が１枚のシートで構成され；
フィルター媒体が少なくとも１枚のシートで構成され；かつ
拡散媒体のシート及びフィルター媒体の少なくとも１枚のシートが巻かれている、フィルター。
【請求項２６】
フィルター媒体の少なくとも１枚のシートがフィルターの最外側層近傍で穿孔されて予め制限された媒体層を構成し、穿孔がバイパス孔を包含している、請求項２５のフィルター。
【請求項２７】
フィルター媒体の少なくとも１枚のシートがフィルターの最内側層近傍の非穿孔制限層を包含している、請求項２５のフィルター。
【請求項２８】
フィルター媒体の少なくとも１枚のシートが拡散媒体のシートと巻かれる前に積層される２枚の非穿孔シートを備えている、請求項２５のフィルター。
【請求項２９】
積層される非穿孔シートが異なる平均孔径を備えている、請求項２８のフィルター。
【請求項３０】
フィルター媒体の少なくとも１枚のシートが穿孔数の異なるフィルター媒体の複数のシートを備え、穿孔シートがフィルター媒体の予め制限された層を形成しかつ穿孔がバイパス孔を包含している、請求項２５のフィルター。
【請求項３１】
フィルター媒体と拡散媒体が回りに巻かれる細長い、多孔コアーを更に包含している、請求項１のフィルター。
【請求項３２】
拡散媒体がコアーに一端の固着された１枚のシートを包含し、コアーが拡散媒体で少なくとも１回は巻かれている、請求項３１のフィルター。
【請求項３３】
複数の予め制限された層が設けられかつ更にバイパス孔の数が上記複数の予め制限された層の少なくとも２個の間で異なっている、請求項１のフィルター。
【請求項３４】
横向開口の側部寸法の少ない値と第１、第２通路の高さ寸法の最大値との比が１．５：１より大きい、請求項１のフィルター。
【請求項３５】
上記比が約４：１である、請求項３４のフィルター。
【請求項３６】
流体量のろ過方法であって：
流体量の一部をフィルター媒体の少なくとも１個の予め制限された層を横に通過させ、流体量の残りを予め制限された層の少なくとも１個のバイパス孔を横に通過させ；
流体量を横向開口と長手通路を有する拡散媒体を通して再度混合させかつ通過させ、長手通路が横向開口の何れの寸法より小さい少なくとも１個の寸法を備え；かつ
流体の全量をフィルター媒体の少なくとも１個の制限された層を通して横向きに流す、方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願との関係）
本件出願は１９９８年１０月５日に出願した米国予備特許出願６０／１０３，２３３に対して優先権を主張しており、予備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、フィルター、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、本発明は非フィルター拡散媒体とフィルター媒体の層を交互に有するフィルターに関する。フィルター媒体の層の一部はバイパス孔を備え、一方残りの層はバイパス孔を備えていないのでそれらはフィルターのためには制限された層として作用する。本発明によるフィルターはフィルター媒体上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、ろ過率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閉塞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細長い、筒状の、穿孔されたコアーを備え、コアーは底部フィルター媒体で巻かれている。代表的な底部フィルター媒体は不織の、多孔性の、溶射シート又はポリプロピレンミクロ繊維の複数のシートである。底部フィルター媒体は均一孔構造又は傾斜付き又はテーパー付き構造とされることができ、これにより底部フィルター媒体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。底部フィルター媒体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、多くの底部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、底部内のフィルター媒体の複数層の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）。底部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、その結果はフィルター媒体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れ率の能力となる。そのようなフィルターは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】
底部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号及び第５，０１５，３７９号は少なくとも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；デジン他に対する米国特許第４，８８２，０５６号；クック他に対する米国特許第５，４６８，３８２号；及びバーボーザ他に対する米国特許第５，５９１，３３５号に開示されている。
【０００９】
当業界では各種の構造が知られてはいるが、フィルター媒体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、ろ過率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フィルター媒体と拡散媒体の交互の層を備え、フィルター媒体の層の少なくとも一部はバイパス孔を備えて予め制限されたフィルター媒体層として作用する。
【００１１】
拡散媒体は離隔した実質的平行索の第１面を備えて第１長手通路を形成している。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。拡散媒体は更に離隔した実質的平行索の第２面を備えて第２長手通路を形成している。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。拡散媒体の索の第２面は第１面の索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形成している。これらの横向開口は側部寸法を形成している。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フィルター媒体上への優れた流体分散と、フィルター媒体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、ろ過率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枚のフィルター媒体１６を包含し、バイパス孔１８を包含するフィルター媒体１６の少なくとも１部分及び１枚の非濾過拡散媒体２０を備える。フィルター媒体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、フィルター媒体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１４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を形成する離隔平行索２６の第１面、及び長手通路３２を形成する離隔平行索３０の第２面を包含する。第２面の索３０は、第１面の索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を形成する。好ましい実施例において、索２６は、実質的に索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寸法が小さい。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、フィルター媒体１６の最内側層とコアー１２の間、並びに／或いはフィルター媒体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とフィルターカートリッジ１６の最内側層の間に配置され、開口３６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。フィルター媒体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フィルター媒体表面面積を最大化し、これにより圧力低下を低減し、フィルター媒体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、損傷からフィルター媒体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（１８０°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、又は熱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、３０／１０００インチ（３０ミル）の厚さ、二方向索（１７ミル索サイズ）、１インチに対して１２索、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．）で製造される商標プラスティネット（Ｐｌａｓｔｉｎｅｔ）、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．）で製造される商標ナルテックス（Ｎａｌｔｅｘ）で入手可能である。第１面の索２６は、第２面の索３０に対して横向きに配置されているため、２面は、約０．０６６インチの側部寸法を有する概ね正方形又はダイアモンド形の横向開口を形成する。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、正方形の横向開口３４がカートリッジ１０の端部４０、４２の間でダイアモンドを形成し、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．フィルター媒体
本発明の開示の好ましい実施例によると、フィルター媒体１６は、好ましくは、底部フィルター型であり、汚染物質は、該媒体の外側面上にとは逆に該媒体内で捕らえられる。好ましい底部フィルター媒体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、例えば溶射され、スパンボンドされ、すかれ、又は水圧でからまされる。低い温度でのろ過用（つまり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、又は溶解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、使用に適したフィルター媒体は、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（Ｚｅｔａｐｒｅ）として入手可能な鋳造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、使用に適した他のフィルター媒体は、ガラス又はセルロースのような原料で作られる湿った簀の目紙を含む。適切な塗った積層フィルター媒体の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である。織布材料もまた、本発明の開示により、フィルター媒体として組み込まれ得る。
【００２５】
フィルター媒体１６は、好ましくは、拡散媒体上に直接溶けて吹き飛ばされるのと反対に、分離シート形状で備えられるので、シートをフィルター１４に組み込まれる前に調べら得る。底部フィルター媒体１６の分離シートを用いることにより、フィルター媒体の品質制御調査が単純化し、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。底部フィルター媒体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は、フィルター媒体の単一の連続したシートを備え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、フィルター媒体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、フィルター媒体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、フィルター媒体１６は、溶けて吹き飛ばされた、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／又はファイバ直径外形は、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多形を有する底部フィルター媒体１６は、図４及び図５に示されるが、縮小孔サイズを有するフィルター媒体１７は、図６に示されている。底部フィルター媒体のシート又は、例えばカレンダーされたり、圧縮されたりして、処理可能であり、その多孔度を一定に変化させて、フィルター媒体孔を用いることが所望されれる種々の場合に、所望なろ過結果を得られるようにする。
【００２７】
３．バイパス孔
本発明の開示の好ましい実施例によると、底部フィルター媒体１６の１部分は、複数の離隔バイパス孔１８を包含している。好ましくは、バイパス孔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、底部フィルター媒体１６の最外側層２４から延びている。最も好ましくは、バイパス孔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に最も近いフィルター媒体１６は、バイパス孔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、フィルター媒体１６の最内側層は、フィルター１４の制限層として作用するので、フィルター１４は制限層の粒子保持性能に基づいて作られる。同様に、バイパス孔１８を有するフィルター媒体１６の外側層も、予制限層として作用する。
【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、バイパス孔１８は、底部フィルター媒体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、フィルター媒体１６の内側層は、予制限層として作用するが、外側層は制限層として作用する。
【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】
バイパス孔１８は、所定パターンで均一に離隔されており、概ね円形開口として備えられる。しかしながら、孔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。孔１８も又、フィルター媒体１６内のスリット、カット、又は穿孔として備えられ、所定の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開かないように設計され得ている。更に、複数のバイパス孔は、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、又はふぞろいに配置され、該パターンは、フィルター媒体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、フィルター媒体１６の最外側層と接触する。フィルター媒体１６の最外側層又はフィルター媒体内のバイパス孔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、フィルター媒体１６の最外側層に対して平行に流れる。
【００３３】
フィルター媒体１６の非制限層の各々において、バイパス孔１８は、特定層のフィルター媒体を通過する代わりに、流体の１部分が通過することを許容する。フィルター媒体の非制限層のうちの１つを通過した後、バイパス孔１８を通過する流体及びフィルター媒体１６を通過する流体は、フィルター媒体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、バイパス孔１８は、全ての利用可能なフィルター媒体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、バイパス孔１８は、フィルター媒体１６の非制限層の均一な汚染物質の負荷を可能にする。
【００３４】
４．機能
上述方法におけるフィルター媒体１６、拡散媒体２０及びバイパス孔１８の組合せによると、ろ過比率を低減することなしに、同時ろ過容量の増加及び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：
・バイパス孔なしの、フィルター媒体とともに非制限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、非ろ過拡散媒体又はバイパス孔なしの“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、フィルター媒体とバイパス孔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２倍の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、及び再外側層から再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孔１８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、バイパス孔１８の数がフィルターの外側直径に向って増加しており、非ろ過拡散媒体２０及びバイパス孔１８の両方を用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孔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、そこではバイパス孔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）の登録商標パワーロフト（ＰＯＷＥＲＬＯＦＴ）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、フィルター媒体１６は、フィルター１４の約５０パーセント（５０％）の最外側層２４から放射状深さに汚染物質が付加されることを示した。比較すれば、テストカートリッジ１ではフィルター媒体の最外側層のみがに汚染物質が負荷されいることを示した。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とバイパス孔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孔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】
テスト手続は、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３ガロンの水を１分間に流す流率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：０−３０ミクロンの汚染物質（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０−１０ミクロンの汚染物質（パウダー　テクノロジー　インクで入手可能な公称０−１０ミクロンの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２．５インチの外側直径を有し、約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２０ｐｓｉｄ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４７が示される。フィルター４８は、３０／１０００インチ（３０ミル）を包含する拡散媒体２０の単一連続シートを含み、該シートは２次元索方向（１７ミル索サイズ）、１インチ当たり１２索のポリプロピレン押出成形ネットを含む。上記拡散媒体の側部対高さ比率は略４：１である。溶けて吹き飛ばされ、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物質は、複数の分離シート１６ａ、１６ｂ、１６ｃ内に備えられる。フィルター媒体の複数のシート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の端部は重複する。しかしながら、拡散物質２０のしっかりと巻きつけられたシートはフィルター媒体の重複端部の間を適切に密封するので、該シート１６ａ、１６ｂ、１６ｃの重複端部は、密封されたり接着されたりしない。
【００３９】
底部フィルター物質の内側（コアー１２に対して）シート１６ａは、バイパス孔を有さないが、フィルター物質の外側シート１６ｂ、１６ｃは、バイパス孔１８を有する（非穿孔制限層１６ａの端部のみが重複する必要があることに留意されるべきである）。フィルター物質の最外側シート１６ｃは、好ましくは中間シート１６ｂより多くのバイパス孔１８を備えている。
【００４０】
シート１６ｂ、１６ｃ内のバイパス孔１８は、拡散媒体２０のシート及びフィルター媒体１６ａ、１６ｂ、１６ｃ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５／３２インチの直径を有する円形穿孔を備え、該穿孔は約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、離隔される。シート１６ｃは、約５／３２インチの直径を有する円形穿孔を備え、該穿孔は約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０．６インチの間隔で離隔される。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。概ね、約２ミクロンと約７０ミクロンの間とみなされる、２．５インチの外側直径フィルターにおいて、孔１８が各シート１６ｃの範囲の約２．５パーセントを費やし、各シート１６ｂの範囲の１．２５パーセントを費やす。
【００４１】
拡散媒体２０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のシート及びフィルター媒体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、フィルター媒体１６ａ、１６ｂ、１６ｃのシートより長いため、拡散媒体のシートは、フィルター媒体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の泥吸収力に影響しない。
【００４２】
実施例ＩＩ：
図８を参照にすると、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、３０／１０００インチ（３０ミル）で、２次元索方向（１７ミル索サイズ）、１インチ当たり１２索の、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。溶射され、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物質は、複数の分離シート１６ａ、１６ｂ、１６ｃ内に備えられる。
【００４３】
フィルター媒体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、バイパス孔を有していないが、外側シート１６ｂ、１６ｃはバイパス孔１８を有する。フィルター物質の最外側層１６ｃは、好ましくは、中間シート１６ｂより多いバイパス孔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、溶射され、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を有する。カレンダー工程において、ファイバの寸法に影響を与える程まで、ファイバがシート１６ｄの面でより大きな寸法をとる。結果として、カレンダーされた後、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フィルター媒体の内側層（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フィルター媒体（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フィルター媒体（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、フィルター媒体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】
フィルター媒体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孔を有する。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、バイパス孔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のフィルター媒体は、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孔を備える。
【００４８】
カートリッジ７０を製造する方法は、拡散媒体７６のシート及びフィルター媒体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孔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。該バイパス孔は、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孔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、拡散媒体２０の単一連続シート及びコアー１２の周りに巻き上げられるフィルター媒体１６ａの少なくとも１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、フィルター媒体１４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たフィルター媒体１１４のストリップを含む。ストリップ１１４は、バイパス孔１１６を包含する間隔を作るために、離隔される。
【００５０】
図示されるように、フィルター媒体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、互いに等しく離隔されているため、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的、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制限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制限フィルター層の図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制限フィルター層の図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フィルター媒体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フィルター媒体のシートの拡大等角斜視図である。
【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、フィルター媒体のシート、及びフィルター媒体の離隔ストリップの等角斜視図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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2004500229.tif 000038