(57)【要約】  炭化水素流体のろ過用途における使用のための自己洗浄ろ過媒体は、自己洗浄ろ過媒体の上流側の第一層と下流側の第二層とを有する。第一層は５０〜１０００ｎｍ（０．０５〜１ミクロン）の直径と少なくとも１ｇｓｍの坪量とを有するポリエーテルスルホンナノファイバーからなる。第二層はろ過用途に適した不織布基材である。自己洗浄ろ過媒体は、燃料のろ過用にはＩＳＯ  １９４３８に従い、油のろ過用にはＩＳＯ  ４５４８−１２に従って前記自己洗浄ろ過媒体が試験された際に、４ミクロンの粒子について少なくとも６ｍｇ／ｃｍ２のダスト保持容量と、９０％超のろ過効率とを示す。第二層がガラスファイバーを含む場合、燃料のろ過用にはＩＳＯ  １９４３８に従い、油のろ過用にはＩＳＯ  ４５４８−１２に従って前記自己洗浄ろ過媒体が試験された際に、４ミクロンの粒子について、自己洗浄ろ過媒体は少なくとも１０ｍｇ／ｃｍ２のダスト保持容量と、９９％超のろ過効率とを有する。自己洗浄ろ過媒体は、平板がＩＳＯ  １６３３２に従って試験された際における少なくとも９９％の燃料―水分離効率と、媒体試験用ダスト及び７０ｋＰａの圧力降下を用いてＩＳＯ  １９４３８及びＩＳＯ  ４５４８−１２に従って燃料及び油で試験された場合における少なくとも９０分の寿命とも有する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素流体のろ過用途における使用のための自己洗浄ろ過媒体であって、
前記自己洗浄ろ過媒体の上流側の第一層であって、前記第一層は５０〜１０００ｎｍ（０．０５〜１ミクロン）の直径と１ｇｓｍ超の坪量とを有するポリエーテルスルホンナノファイバーを備える、第一層と、
前記自己洗浄ろ過媒体の下流側の第二層であって、前記第二層は不織布基材を備える、第二層と、を備え、
前記自己洗浄ろ過媒体は、燃料のろ過用にはＩＳＯ  １９４３８に従い、油のろ過用にはＩＳＯ  ４５４８−１２に従って前記自己洗浄ろ過媒体が試験された際に、４ミクロンの粒子について少なくとも６ｍｇ／ｃｍ２のダスト保持容量と、９０％超の燃料ろ過効率とを有する、自己洗浄ろ過媒体。
【請求項２】
前記第一層は、３００〜７００ｎｍの直径を有するナノファイバーを備える、請求項１に記載の自己洗浄ろ過媒体。
【請求項３】
前記第一層は、３００〜５００ｎｍの直径を有するナノファイバーを備える、請求項２に記載の自己洗浄ろ過媒体。
【請求項４】
前記第一層は１〜５ｇｓｍの坪量を有する、請求項１に記載の自己洗浄ろ過媒体。
【請求項５】
前記第一層は２〜３ｇｓｍの坪量を有する、請求項４に記載の自己洗浄ろ過媒体。
【請求項６】
前記第一層の前記ナノファイバーは前記第二層上に直接電気紡糸されている、請求項１に記載の自己洗浄ろ過媒体。
【請求項７】
前記ナノファイバーは、ポリエーテルスルホンと接着剤との電気紡糸された混合物を備える、請求項１に記載の自己洗浄ろ過媒体。
【請求項８】
前記第一層を電気紡糸する前に、１％〜５％の量で前記接着剤が前記ポリエーテルスルホンと混合される、請求項７に記載の自己洗浄ろ過媒体。
【請求項９】
前記第二層の前記不織布基材は、８０〜１００％のセルロースファイバーと０〜２０％のガラスマイクロファイバーとを備える湿式不織布である、請求項１に記載の自己洗浄ろ過媒体。
【請求項１０】
前記湿式不織布が、前記湿式不織布の重量の１０〜２５％の重量に適用された樹脂を更に備える、請求項９に記載の自己洗浄ろ過媒体。
【請求項１１】
前記第二層は３〜２０％のガラスマイクロファイバーを備える、請求項９に記載の自己洗浄ろ過媒体。
【請求項１２】
前記自己洗浄ろ過媒体が、フィルタ要素がＩＳＯ  １９４３８に従って試験された場合には４ミクロンの粒子について９９％超の燃料ろ過効率を有し、フィルタ要素がＩＳＯ  ４５４８−１２に従って試験された場合には４ミクロンの粒子について９９％超の油ろ過効率を有する、請求項１１に記載の自己洗浄ろ過媒体。
【請求項１３】
前記自己洗浄ろ過媒体の平板がＩＳＯ  １６３３２に従って試験された際に、前記自己洗浄ろ過媒体が少なくとも９９％の燃料―水分離効率を有する、請求項１に記載の自己洗浄ろ過媒体。
【請求項１４】
ＩＳＯ  １９４３８に従って燃料で試験された場合と、媒体試験用ダスト及び７０ｋＰａの圧力降下を用いてＩＳＯ  ４５４８−１２に従って油で試験された場合に、前記自己洗浄ろ過媒体が少なくとも９０分の寿命を有する、請求項１に記載の自己洗浄ろ過媒体。
【請求項１５】
請求項１に記載の媒体を備える、フィルタ要素。
【請求項１６】
炭化水素流体から粒子をろ過する方法であって、
自己洗浄ろ過媒体の上流側の第一層であって、前記第一層は５０〜１０００ｎｍ（０．０５〜１ミクロン）の直径と１ｇｓｍ超の坪量とを有するポリエーテルスルホンナノファイバーを備える第一層と、前記自己洗浄ろ過媒体の下流の第二層であって、前記第二層は不織布基材を備える第二層とを備える自己洗浄ろ過媒体を有するフィルタ要素に前記炭化水素流体を通過させるステップと、
前記第一層の表面上に十分な粒子が蓄積した際に、前記フィルタ要素の底にケーキが集められるように前記ケーキが前記第一層の表面からはがれ落ちるように、前記炭化水素流体中の粒子をケーキとして前記第一層の表面上に集めるステップと、を備える方法。
【請求項１７】
燃料のろ過用にはＩＳＯ  １９４３８に従って、油のろ過用にはＩＳＯ  ４５４８−１２に従って前記自己洗浄ろ過媒体が試験された際に、前記自己洗浄ろ過媒体は、４ミクロンの粒子について少なくとも６ｍｇ／ｃｍ２のダスト保持容量と、９０％超の燃料ろ過効率とを有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記自己洗浄ろ過媒体の前記第一層は、３００〜７００ｎｍの直径と１〜５ｇｓｍの坪量とを有するナノファイバーによって構成される、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本願は２０１５年８月２２日に出願された米国仮特許出願６２／２０８，６５９からの優先権を主張し、参照により本願に取り込まれる。
【０００２】
本開示は全般的に自己洗浄フィルタに関連し、より詳細には、高いろ過効率、高いダスト保持容量、及び長い稼働寿命を示す炭化水素流体のろ過用の自己洗浄ろ過媒体及びフィルタ要素に関連する。
【背景技術】
【０００３】
ガソリン及びディーゼル燃料並びに油圧油及び潤滑油等の炭化水素流体をろ過するために使用されるフィルタ要素は、典型的には、密封容器内に収容されたろ過媒体を有する。この容器は少なくとも一つの吸入ポートと少なくとも一つの排出ポートを有し、両方ともろ過媒体と流体連結しており、吸入ポートに流入する炭化水素流体は、排出ポートを通って容器を出る前に、ろ過媒体を通過する。ろ過プロセス中、固体粒子がろ過媒体中又はその上流表面上に収集されるように、加圧下で流体をろ過媒体に通すことによって炭化水素流体から固体粒子が除去され、これはろ過媒体を横断する圧力の好ましくない低下を引き起こすことがある。上流表面は、ろ過媒体を通って流れる前に流体が接触する第一表面である。圧力と、ろ過媒体を通る流れとを維持するために、収集された固体粒子は、従って、除去される必要があり、ろ過媒体を除去又は置換せず、かつろ過媒体を通る流体の流れを中断しないことが好ましい。高効率で固体粒子を除去することができるろ過媒体は、ガラスファイバーをしばしば含む。
【０００４】
自己洗浄フィルタは、ろ過媒体に物理的に接触する必要なくろ過媒体から固体粒子を自動的に除去するフィルタのタイプである。様々なタイプのろ過に使用されてきたいくつかのタイプの自己洗浄フィルタがある。そのようなフィルタは、モニタと、フィルタ手段内から固体粒子を除去するための可動吸引手段又はろ過媒体の上流表面から固体粒子を押出し、その後フィルタから固体粒子を洗い流すための空気のジェットパルス等の物を操作するコントローラとを典型的には利用する。これらのタイプの自己洗浄フィルタは複雑であり、費用が高く、炭化水素流体のろ過用途には効果的でない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、高いろ過効率、高いダスト保持容量、及び長い稼働寿命を有する炭化水素流体のろ過用途における使用のための改善された自己洗浄ろ過媒体及びフィルタ要素の必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的並びに他の目的は、ナノファイバー層と直接接触及び流体接触している、支持層の上流側のポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）ナノファイバー層からなる自己洗浄ろ過媒体によって達成される。支持層は、セルロース、合成繊維（合成ファイバー）又はそれらの混合物の不織布基材を含む、炭化水素流体のろ過用途に適した任意の材料であり得る。本願に開示された自己洗浄ろ過媒体は以下の有利なろ過特性によって特徴づけられる：（ｉ）ＴＡＰＰＩ  Ｔ４８９  ｏｍ−９２で測定された剛性が少なくとも７０００ｍｇである、（ｉｉ）ＡＳＴＭ  ３１６−０３によって測定された細孔径が約５〜約３０μｍである、（ｉｉｉ）燃料のろ過用にはＩＳＯ  １９４３８に従い、油（オイル）のろ過用にはＩＳＯ  ４５４８−１２に従って、フィルタ要素として自己洗浄ろ過媒体が試験された際に、４ミクロンの粒子について、ダスト保持容量が少なくとも６ｍｇ／ｃｍ２であり、好ましくは少なくとも８ｍｇ／ｃｍ２であり、ろ過効率が９０％超であり、好ましくは９４％超であり、更に好ましくは、ガラスファイバーを含む実施形態において、燃料のろ過用にはＩＳＯ  １９４３８に従い、油のろ過用にはＩＳＯ  ４５４８−１２に従って、フィルタ要素として自己洗浄ろ過媒体が試験された際に、４ミクロンの粒子について、ダスト保持容量が少なくとも１０ｍｇ／ｃｍ２であり、ろ過効率が９９％超である、（ｉｖ）ＩＳＯ  １６３３２に従って平板が試験された際に、燃料−水分離効率が少なくとも９９％である、（ｖ）媒体試験用ダスト及び７０ｋＰａの圧力降下を用いるフィルタ要素としてＩＳＯ  １９４３８に従って燃料で試験された場合と、媒体試験用ダスト及び７０ｋＰａの圧力降下を用いるフィルタ要素としてＩＳＯ  ４５４８−１２に従って油で試験された場合における、少なくとも１：３０時間（９０分）、好ましくは１：５０時間（１１０分）の寿命。
【０００７】
使用中に、自己洗浄ろ過媒体の上流表面上に固体粒子はケーキを形成する。しかし、自己洗浄ろ過媒体の上流表面上のＰＥＳナノファイバー層の低汚染表面特性によって、ケーキが媒体からはがれ落ちる又は自己洗浄することを引き起こす。燃料又は油と共に試験されると自己洗浄ろ過媒体は比較的高い初期ろ過効率及び持続したろ過効率を示し、燃料ろ過及び油ろ過の両方中の自己洗浄ろ過媒体の寿命は本願に開示されたナノファイバー層なしの媒体の使用寿命の約二倍に延長される。
【０００８】
本開示の一態様によれば、炭化水素流体のろ過用途における使用のための自己洗浄ろ過媒体は、自己洗浄ろ過媒体の上流側の第一層と、ろ過媒体の下流側の第二層とを備える。第一層は５０〜１０００ｎｍ（０．０５〜１ミクロン）、好ましくは３００〜７００ｎｍ、より好ましくは３００〜５００ｎｍの直径を有し、少なくとも１ｇｓｍ、好ましくは１〜５ｇｓｍ、更に好ましくは２〜３ｇｓｍの坪量に、第二層上に直接電気紡糸されたポリエーテルスルホンナノファイバーを備える。第二層は、セルロースファイバーと任意でガラスマイクロファイバーとからなる湿式不織布（ｗｅｔ  ｌａｉｄ  ｎｏｎｗｏｖｅｎ）を備える。
【０００９】
本開示の別の態様では、炭化水素流体のろ過用のフィルタ要素は、上述した自己洗浄ろ過媒体を備える。
【００１０】
本開示のまた別の態様では、炭化水素流体から固体粒子をろ過する方法が提供され、それは、自己洗浄ろ過媒体の上流側の第一層であって、５０〜１０００ｎｍ（０．０５〜１ミクロン）の直径と、１ｇｓｍ超の坪量とを有するポリエーテルスルホンナノファイバーを備える第一層と、自己洗浄ろ過媒の下流側の第二層であって、不織布基材を備える第二層とを備える自己洗浄ろ過媒体を有するフィルタ要素に炭化水素流体を通過させるステップと、第一層の表面上のケーキとして炭化水素流体中の粒子を収集するステップとを含み、第一層の表面上に十分な粒子が蓄積した場合に、フィルタ要素の底にケーキが集められるように、ケーキが第一層の表面からはがれ落ちる。
【００１１】
本開示における様々な実施形態の他の目的、特徴、及び利点は、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明で説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】五ステップで自己洗浄効果を示す自己洗浄フィルタの説明を示す図である。
【図２】基材上にナノファイバー層を電気紡糸するための装置の説明を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の詳細な説明及び添付の図１及び２において、本開示の全般的な原理を描写するために、炭化水素流体フィルタを参照しつつ自己洗浄ろ過媒体１０の様々な実施形態が記述される。例示的な実施形態の、他の類似の用途若しくは環境において及び／又は他の類似若しくは同等な変形とともに本開示が実施され得ることを当業者であれば認識するであろう。例えば、開示された自己洗浄ろ過媒体１０は、油から水を、そして燃料から水を分離するために使用され得る。本開示の分野における当業者に共通して知られている、それらの方法、手順、構成要素、又は機能は、本願では詳細に記述されないことに注意されたい。
【００１４】
本願で使用される限り、数値の文脈における用語「約」は、特定の値が＋／−１０％変更され得ることを意味する。範囲の端点について、修飾語「約」は、下端が１０％減少されてよく、上端が１０％増加されてよいことを好ましくは意味する。本願で開示された各数値または数値範囲は絶対値であり得ることが企図されてもおり、即ち、修飾語「約」は削除され得る。
【００１５】
図１を参照すると、本願で記述される密封容器内に収容されたろ過媒体を有する種類の、炭化水素流体フィルタ等のフィルタ要素１２内に配置されて自己洗浄ろ過媒体１０が示されている。ろ過プロセスの様々なステップ又は段階での部分概略図においてフィルタ要素１２が示されている。図１の左のステップ１は、自己洗浄ろ過媒体１０の上流表面１８に向かう矢印Ａの方向に流れる、炭化水素流体等の流体１６内の粒子１４を有する自己洗浄ろ過媒体１０を示す。ステップ２及び３において、粒子１４は自己洗浄ろ過媒体１０の上流表面１８上に徐々に集まり、積み重なって粒子のケーキ２０を形成する。ステップ４及び５では、自己洗浄ろ過媒体１０の上流表面１８から粒子のケーキ２０がはがれ落ちる十分な重さに粒子のケーキ２０が最終的に到達し、フィルタ要素１２の底領域２２に重力の作用で積もり、そこでそれはフィルタ要素１２から除去され得る。この自己洗浄又は表面ろ過のプロセスは効率を高め、自己洗浄ろ過媒体１０及びフィルタ要素１２の耐用年数を延ばす。
【００１６】
自己洗浄ろ過媒体１０は、支持層２８の上流側２６上のポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）ナノファイバーからなるナノファイバー層２４を備え、支持層２８はナノファイバー層２４と直接接触及び流体接触しており、約１００〜２５０ｇｓｍの範囲の坪量を有する。所望の高いろ過効率、高いダスト保持容量、及び長い稼働寿命の特性を達成するために自己洗浄ろ過媒体１０のいずれ側上にも一切他の層は必要ない。特定の用途のために追加的な構造を自己洗浄ろ過媒体１０が必要とする場合、金網又はろ過用途に適した他の構造材料等の追加的な構造層が、支持層２８の下流表面上に配置されてよい。他の用途において、流体１６が自己洗浄ろ過媒体１０でろ過される前に、流体１６中の比較的大きな粒子を捕獲するための前置フィルタを使用することが望ましいことがある。そのような前置フィルタは、本願で開示された自己洗浄の特徴と干渉しないように、ナノファイバー層２４の上流表面１８から少し上流に（そして上流表面１８と接触せずに）配置されるべきである。
【００１７】
自己洗浄ろ過媒体１０は平坦構成のフィルタ要素１２へと組み立てられてよく（図面に示されたように）、又は、自己洗浄ろ過媒体１０はフィルタ要素１２内の組み立てに先行してひだを付けられるか波形にされてよい。波形（「溝」（ｇｒｏｏｖｅｓ）又は「溝切り」（ｇｒｏｏｖｉｎｇ）と交換可能に使用される）は、流れ方向で（好ましくは樹脂を染み込ませた）媒体に加えられ、最終的なフィルタ要素中のひだ付き媒体のための支持を提供する。
【００１８】
支持層２８は、ナノファイバーでコートされ得る炭化水素流体のろ過用途用に適した任意の支持材料でよく、約７５〜２００ｇｓｍの範囲の、より好ましくは約１００〜１７５ｇｓｍの範囲の坪量を有する、セルロース、合成繊維、又はその組み合わせの不織布基材であることが好ましい。本願で使用される限り、用語「不織布」は、摩擦、凝集、又は接着によって結合された指向性又はランダムに配向されたファイバーの製造されたシート又はウェブを意味し、例えばスパンボンド式不織布及び湿式不織布を含む。繊維はステープル又は連続的又はその場で形成されてよく、天然又は人口の材料でよい。セルロースファイバーは北部針葉樹さらしクラフトパルプ（ＮＢＳＫ：Ｎｏｒｔｈｅｒｎ  ｂｌｅａｃｈｅｄ  ｓｏｆｔｗｏｏｄ  ｋｒａｆｔ  ｐｕｌｐ）、南部針葉樹さらしクラフトパルプ（ＳＢＳＫ：Ｓｏｕｔｈｅｒｎ  ｂｌｅａｃｈｅｄ  ｓｏｆｔｗｏｏｄ  ｋｒａｆｔ  ｐｕｌｐ）、及びユーカリパルプ等の広葉樹パルプ等の天然に存在するセルロース材料を備える。合成繊維は、熱可塑性ファイバー（ポリエーテルスルホン、ポリエステル、ＰＥＴ、ポリアミド、ポリフッ化ビニリデン等）、ガラスファイバー、及び再生セルロースを含むがこれらに限定されない人工のファイバーである。好ましくは、合成ファイバーは高温、１５０℃以上で、寸法安定性がある。
【００１９】
好ましい実施形態において、支持層２８は、従来の製紙用機器を用いた湿式であり、支持層２８の合計重量に基づいて８０〜１００重量％のセルロースファイバーと０〜２０重量％のガラスファイバーとを備える不織布基材である。ガソリンのろ過に特に適したいくつかの実施形態では、支持層２８はガラスファイバーを実質的に含まず（０％）、ディーゼル燃料のろ過に特に適した他の実施形態では、支持層２８は２０重量％までのガラスファイバーを備え、好ましくは１５〜２０％である。セルロースファイバーは、支持層２８の合計重量に基づいて約２５〜７５重量％の針葉樹ファイバー及び／又は約７５〜２５重量％の広葉樹ファイバーを含んでよい。例示的な針葉樹ファイバーは、マーセル法で処理されたサザンパインファイバー等のマーセル処理されたサザンパインから得られたファイバー、又は「ＨＰＺファイバー」、又はＢｒｕｎｓｗｉｃｋ  ｐｉｎｅ等の南部針葉樹さらしクラフトを含む。例示的な広葉樹ファイバーはユーカリから得られたファイバーを含む。
【００２０】
樹脂は支持層２８の重量の約１０〜２５％、より好ましくは約１５〜２０％に適用され、溶媒は除去される。本願で開示された自己洗浄ろ過媒体１０の様々な実施形態で有用な樹脂は、フェノール樹脂、アクリル樹脂、及びエポキシ樹脂を含む。樹脂は、支持層２８の片側又は両側に、当技術分野で知られた任意の手段によって適用又はコートされ得る。自己洗浄ろ過媒体１０の物理特性は、それに樹脂が染み込まされ、乾燥された後（ＳＤ）、並びにそれに樹脂が染み込まされ、乾燥及び硬化された後（ＳＤＣ）に評価されてよい。乾燥ステップは、樹脂を架橋することなく溶媒を除去する。
【００２１】
ナノファイバー層２４は、少なくとも０．５ｇｓｍ、好ましくは少なくとも１．０ｇｓｍの重量に、より好ましくは１〜５ｇｓｍ、１．５〜３．０ｇｓｍ、更に好ましくは２〜３ｇｓｍの範囲の重量に支持層２８の上流側２６に直接電気紡糸されたナノファイバーを備える。自己洗浄ろ過媒体１０が波形にされる実施形態では、自己洗浄ろ過媒体１０の支持層２８は、波形にされた支持層２８上にナノファイバー層２４を直接紡糸する前に波形にされる。ナノファイバーは１マイクロメートル（μｍ）又は１０００ナノメートル（ｎｍ）未満の、特に５０〜１０００ｎｍ（０．０５〜１．０μｍ）の直径を有するファイバーである。自己洗浄ろ過媒体１０中のナノファイバーは、３００〜７００ｎｍの直径、好ましくは３００〜５００ｎｍの直径を有するポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）を備えることが好ましい。ナノファイバー形成電気紡糸材料の組成は、ポリエーテルスルホンと接着剤とを含むことが好ましく、接着剤はポリエーテルスルホンと混和性の化合物として共押し出しされる、即ち電気紡糸前に一緒に混合されるか、ナノファイバーが形成されるのと同時に接着剤が適用されるように同時的に電気紡糸されることができる。接着剤は、ジイソシアネート等の、ナノファイバー層２４のナノファイバーを支持層２８に保持するのを補助する化学的化合物である。ナノファイバー形成電気紡糸材料の組成物の合計重量に基づいて、接着剤は約１〜５重量％の量で使用され、ＰＥＳは約９５〜約９９重量％の量で使用される。自己洗浄ろ過媒体の好ましい実施形態において、支持層２８へのナノファイバー層２４の接着を容易にするために要求される追加的な接着剤はない。他の実施形態において、特にナノファイバー層２４の坪量が５ｇｓｍより大きい実施形態では、追加的な接着剤が支持層２８上に直接適用されてよい。
【００２２】
ポリエーテルスルホンは琥珀色の透明なアモルファス熱可塑性物質であり、主成分として硫黄を有する。−５０℃から２２０℃の温度範囲にわたって、それは素晴らしい寸法安定性と良好な機械特性とを有し、従って、それは典型的には基材を１８０〜１９０℃に加熱するひだ付けプロセスを耐えることができる。ポリエーテルスルホンは良好な対化学性も有するので、溶媒と、ガソリン、石油、アルコール、エンジン、及びトランスミッションオイル等の化学薬品とに露出される用途で使用され得り、疎水性を有する上流表面１８を有する自己洗浄ろ過媒体１０を提供し、それは上流表面１８上で水が更に玉のようになることを可能にするので、燃料／水における水除去や油／水分離の用途にそれは有用である。
【００２３】
図２は、支持層２８上に直接ナノファイバー３２をノズル型溶媒電気紡糸して本願に開示された自己洗浄ろ過媒体１０を形成するための装置３０の概要図を示す。電気紡糸プロセスにおいて、高電圧ＤＣ電源３４から溶液中のポリマーに高電圧が適用され、ナノファイバー３２及びナノファイバー層２４を形成する。ポンプ３６はポリマー溶液をスピナレット３８へと投入し、スピナレット３８内のポリマー溶液に高電圧が適用される。スピナレット３８のチップ４０で保留された溶液の液滴に電荷が増大する。電荷が溶液の表面張力を乗り越えると、液滴は伸長し、テイラーコーン４２を形成する。最終的に、溶液はジェットとしてテイラーコーン４２のチップから出て、電気的に接地された支持層２８へと空気を通って移動する。移動中、溶媒が蒸発し、ナノファイバー３２を残す。ナノファイバー３２は高い長さと直径の比を有し、これは単位質量当たりの非常に大きな表面積を提供する。ナノファイバー３２は、約１．７メートルの製造幅で前述の電気紡糸プロセスを用いて約１５〜２０メートル／分の速度で製造されてよい。
【００２４】
本願に開示された自己洗浄ろ過媒体１０は以下の有利なろ過特性によって特徴づけられる：（ｉ）ＴＡＰＰＩ  Ｔ４８９  ｏｍ−９２で測定された剛性が少なくとも７０００ｍｇである、（ｉｉ）ＡＳＴＭ  ３１６−０３によって測定された細孔径が約５〜約３０μｍである、（ｉｉｉ）燃料のろ過用にはＩＳＯ  １９４３８に従い、油（オイル）のろ過用にはＩＳＯ  ４５４８−１２に従って、フィルタ要素として自己洗浄ろ過媒体が試験された際に、４ミクロンの粒子について、ダスト保持容量が少なくとも６ｍｇ／ｃｍ２であり、好ましくは少なくとも８ｍｇ／ｃｍ２であり、ろ過効率が９０％超であり、好ましくは９４％超であり、更に好ましくは、ガラスファイバーを含む実施形態において、燃料のろ過用にはＩＳＯ  １９４３８に従い、油のろ過用にはＩＳＯ  ４５４８−１２に従って、フィルタ要素として自己洗浄ろ過媒体が試験された際に、４ミクロンの粒子について、ダスト保持容量が少なくとも１０ｍｇ／ｃｍ２であり、ろ過効率が９９％超である、（ｉｖ）ＩＳＯ  １６３３２に従って平板が試験された際に、燃料−水分離効率が少なくとも９９％である、（ｖ）媒体試験用ダスト及び７０ｋＰａの圧力降下を用いてＩＳＯ  １９４３８に従って燃料で試験された場合と、媒体試験用ダスト及び７０ｋＰａの圧力降下を用いてＩＳＯ  ４５４８−１２に従って油で試験された場合における、少なくとも１：３０時間（９０分）、好ましくは１：５０時間（１１０分）の寿命。
【００２５】
［実施例］
以下の比較例は自己洗浄ろ過媒体１０の改善特性を実証する。実施例１、２Ａ、及び２Ｂはガラスファイバーを一切使用せずに配合され、実施例３〜６はガラスファイバーを用いて配合された。
【００２６】
［実施例１］
支持層２８は２８．５％の北部針葉樹さらしクラフト（ＮＢＳＫ）と、７１．４％の１０５ｇｓｍの坪量を有するユーカリパルプと、０．３６ｍｍ（４ミル）の平板キャリパとを備える１００％セルロース湿式不織布である。支持層２８は、染み込まされた支持層２８の坪量（ＳＤ）が約１２８ｇｓｍであり、坪量（ＳＤＣ）が約１２３ｇｓｍであるように、１７％のフェノール樹脂（Ｋａｎｇｎａｍ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社からのＫＣ  ２５４０Ｒ等）と０．２％の湿式強度添加剤とで染み込まされる。この支持層２８のファイバーの重量は、支持層２８の重量の８３％である。この例では、ナノファイバー層２４は存在しない。
【００２７】
［実施例２Ａ及び２Ｂ］
これらの実施例の両方において、支持層２８は実施例１と同じであるが、これらの例示的な自己洗浄ろ過媒体１０は支持層２８に直接電気紡糸されたポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）のナノファイバーのナノファイバー層２４を有する。ＰＥＳナノファイバー層２４は約２．５ｇｓｍの坪量を有するので、自己洗浄ろ過媒体１０は１３０ｇｓｍの合計坪量（ＳＤ）及び１２５ｇｓｍの坪量（ＳＤＣ）を有する。実施例２Ａのナノファイバーは約５００〜７００ｎｍの範囲の直径を有し、実施例２Ｂのナノファイバーは３００〜５００ｎｍの範囲の直径を有する。従って、実施例２Ａの平板キャリパは約０．３８ｍｍ（１５ミル）であり、実施例２Ｂの平板キャリパは約０．３９ｍｍである。これらの自己洗浄ろ過媒体１０中のファイバーの重量は自己洗浄ろ過媒体１０の重量の８３％である。ナノファイバー層２４と支持層２８との間に追加的な接着剤はない。
【００２８】
［実施例３］
支持層２８は、４３％のＮＢＳＫパルプと、１２．４％の南部針葉樹さらしクラフト（ＳＢＳＫ）パルプと、２９％の混合広葉樹パルプ（５７％のオーク／４３％のアカシア）と、１５．６％のガラスファイバー（ＬａｕｓｃｈａからのＣ−０４−Ｆｉ等）とを備え、１５５ｇｓｍの坪量、０．５８ｍｍ（２３ミル）の平板キャリパを有する湿式不織布である。支持層２８は、１６％のフェノール樹脂（Ｋａｎｇｎａｍ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社からのＫＣ  ２５４０Ｒ等）と、樹脂の重量の２．３％の量及び自己洗浄ろ過媒体１０の重量の０．４％の撥水剤と、支持層２８の重量の３％の量の湿式強度添加剤とが染み込まされる。染み込まされ乾燥された（ＳＤ）支持層２８の坪量は１８８ｇｓｍであり、染み込まされ乾燥され硬化された（ＳＤＣ）支持層２８の坪量は１８０ｇｓｍである。支持層２８中のファイバーの重量は支持層２８の重量の約８４．４％である。この実施例では、ナノファイバー層２４はない。
【００２９】
［実施例４］
この実施例の支持層２８は実施例３と同じであるが、支持層２８上に直接電気紡糸されたポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）ナノファイバーのナノファイバー層２８を有する。ナノファイバー層２４中のナノファイバーは５００〜７００ｎｍの範囲の直径を有する。ＰＥＳナノファイバー層２４は、この実施例の自己洗浄ろ過媒体１０が１９０ｇｓｍの合計坪量（ＳＤ）、１８２ｇｓｍの合計坪量（ＳＤＣ）、及び０．５８ｍｍ（２３ミル）のキャリパを有するように、約２．５ｇｓｍの坪量を有する。この自己洗浄ろ過媒体１０中のファイバーの重量は自己洗浄ろ過媒体１０の重量の約８４．４％である。この実施例ではナノファイバー層２４と支持層２８との間に追加的な接着剤はない。
【００３０】
［実施例５］
この実施例の支持層２８は、３４．４％の混合針葉樹パルプと、５０％の混合広葉樹パルプと、１５．６％のガラスファイバー（ＬａｕｓｃｈａからのＣ−０４−Ｆｉ等）とを備え、１６８ｇｓｍの坪量、０．５６ｍｍの平板キャリパを有する湿式不織布である。支持層２８は、１８％のフェノール樹脂（Ｋａｎｇｎａｍ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社からのＫＣ  ２５４０Ｒ等）と、樹脂の重量の２．３％の量の撥水剤と、支持層２８の重量の３％の量の湿式強度添加剤とが染み込まされる。染み込まされ乾燥された（ＳＤ）支持層２８の坪量は２０８ｇｓｍであり、染み込まされ乾燥され硬化された（ＳＤＣ）支持層２８の坪量は２００ｇｓｍである。支持層２８中のファイバーの重量は支持層２８の重量の約８４．４％である。この実施例では、ナノファイバー層２４はない。
【００３１】
［実施例６］
この実施例の支持層２８は実施例５と同じであるが、支持層２８上に直接電気紡糸されたポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）ナノファイバーのナノファイバー層２４を有する。ナノファイバー層中のナノファイバーは３００〜５００ｎｍの範囲の直径を有する。ＰＥＳナノファイバー層２４は、この実施例の自己洗浄ろ過媒体１０が２１０ｇｓｍの合計坪量（ＳＤ）、２０１ｇｓｍの合計坪量（ＳＤＣ）、及び０．５４ｍｍのキャリパを有するように、約２．５ｇｓｍの坪量を有する。この自己洗浄ろ過媒体１０中のファイバーの重量は自己洗浄ろ過媒体１０の重量の約８４．４％である。この実施例ではナノファイバー層２４と支持層２８との間に追加的な接着剤はない。
【００３２】
表１及び表２は、上流ナノファイバー層２４がない支持層２８（実施例１、３、５）と比較した例示的な自己洗浄ろ過媒体１０（実施例２Ａ、２Ｂ、４、６）の特性を示す。
【００３３】
【表１】
2018531791.tif 000002
【００３４】
【表２】
2018531791.tif 000003
【００３５】
［試験方法］
表１及び表２に示された特性は以下の試験方法に従って決定された。
【００３６】
［坪量］
坪量はＴＡＰＰＩ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔ  ４１０  ｏｍ−０２に従って測定され、グラム／平方メートル（ｇｓｍ）で報告された。
【００３７】
［キャリパ又は厚さ］
自己洗浄ろ過媒体１０のキャリパ又は厚さはＴｈｗｉｎｇ  Ａｌｂｅｒｔ  ８９−１００厚さ測定器を用いてＴＡＰＰＩ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔ  ４１１  ｏｍ−０５に従って決定された。
【００３８】
波形深さは、媒体の平板のキャリパと、媒体を波形にした後の板の厚さとの差である。
【００３９】
［通気率］
自己洗浄ろ過媒体１０の通気率又は「通気性」は、Ｔｅｘｔｅｓｔ  ＡＧ（ＦＸ３３００モデル）を用いて０．５インチ（２．７ｍｍ）の水差でＴＡＰＰＩ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔ  ２５１  ｃｍ−８５（「Ａｉｒ  Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｐｏｒｏｕｓ  Ｐａｐｅｒ」、Ｆａｂｒｉｃ  ａｎｄ  Ｐｕｌｐ  Ｈａｎｄｓｈｅｅｔｓ）に従って測定され、毎分当たりの、１平方フィートの試料面積当たりの立方フィートの空気の流速として報告され（ｃｆｍ／ｓｆ）、ｃｆｍと言及される場合がある。通気性は、気孔率、フレーザー（Ｆｒａｚｉｅｒ）又はテクストテスト（Ｔｅｘｔｅｓｔ）とも呼ばれる。
【００４０】
［破裂強度］
湿潤及び乾燥破裂強度はＴＡＰＰＩ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔ  ４０３  ｏｍ−２２（「Ｂｕｒｓｔｉｎｇ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  ｏｆ  Ｐａｐｅｒ」）に従って測定され、ｋｇｆ／ｃｍ２で報告された。
【００４１】
自己洗浄ろ過媒体１０の剛性は、ガーレー剛軟度試験機ＭＯＤ  ４１７１Ｄ（Ｇｕｒｌｅｙ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）を用いてＴＡＰＰＩ  Ｔ  ４８９  ｏｍ−９２に従って決定された。
【００４２】
［細孔径］
自己洗浄ろ過媒体１０内の細孔の寸法は、Ｐｏｒｏｍｅｔｅｒ  Ｇ３シリーズ（Ｑｕａｎｔａｃｈｒｏｍｅ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）を利用してＡＳＴＭ  ３１６−０３（２０１１）に従ったバブルポイント法を用いて決定され、ミクロン（μｍ）で報告された。
【００４３】
［ダスト保持容量／効率］
燃料ろ過用のＩＳＯ  １９４３８に従ったマルチパス試験台（Ｂｏｎａｖｉｓｔａ  Ｂ２３−０４）システムを用いて、自己洗浄ろ過媒体１０のＤＨＣ及び粒子除去効率が得られた。ＩＳＯ  １９４３８は、一定流速の試験液体に供された内燃エンジン用の燃料フィルタの性能を評価するための、連続的な汚染物質注入を伴い、オンライン粒子カウント法を用いた、マルチパスろ過試験を特定している。試験手順は、フィルタの汚染物質容量、その微粒子除去特性、及び差圧を決定する。マルチパスシステムを用いた潤滑油ろ過用のＩＳＯ  ４５４８−１２に続いて、油圧オイル用のＤＨＣ及び粒子除去効率が自己洗浄ろ過媒体１０について決定された。ＩＳＯ  ４５４８−１２は、内燃エンジン用の全開流量潤滑油フィルタの性能を測定するための標準試験手順を確立し、内燃エンジン用の全開流量潤滑油フィルタの性能を評価するための、連続的な汚染物質注入を伴い、オンライン粒子カウント法を用いた、マルチパスろ過試験を特定する。試験手順は、フィルタの汚染物質容量、その微粒子除去特性、及び差圧を決定する。燃料及びオイルの両方の微粒子除去について、自己洗浄ろ過媒体１０は、２Ｌ／分の試験フロー、２５０ｍＬ／分の粒子注入フロー、２５ｍｇ／ＬのＢＵＧＬ（基本上流重量レベル、Ｂａｓｉｃ  Ｕｐｓｔｒｅａｍ  Ｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ  Ｌｅｖｅｌ）（ＩＳＯ  媒体試験用ダスト）、７０ｋＰａの圧力降下、及び１００３ｃｍ２のフィルタ試験面積（５８ひだ×２、高さ１３ｍｍ、幅６６．５ｍｍ）のフィルタ要素として試験される。
【００４４】
燃料フィルタ水分離効率は、ＩＳＯ  １６３３２に従ってマルチパス水分離試験台（ＧＭＮ  ＦＷＴＢ−２０−６）システムを用いて分析され、９０分間にわたる平均水分離効率として報告された。ＩＳＯ／ＴＳ  １６３３２：２００６は、細かく又は粗く分散した未溶解水を燃料から分離する燃料フィルタの能力を評価するための、連続的な水注入を伴い、オフライン水濃度測定法を用いた、燃料／水分離試験を特定する。これは水滴（６０μｍのＤ５０）を伴う０．５２Ｌ／分における平板に対して行われた。自己洗浄ろ過媒体１０は、炭化水素流体のろ過用途用の未処理媒体よりも向上した粒子ろ過と、比較的長い使用寿命とを示す。自己洗浄ろ過媒体１０は未処理媒体と比べてダスト保持容量の実質的な増大も示し、燃料システムに対する良好な燃料水分離を示す。ガラスファイバーを有さずに支持層２８上に直接電気紡糸されたＰＥＳナノファイバー層２４を有する自己洗浄ろ過媒体１０（実施例２Ａ及び２Ｂ）は、ガラスファイバーを含むろ過媒体と同様の効率と、支持層２８自身のダスト保持容量と比べて約二倍のダスト保持容量とを有する。
【００４５】
当然ながら、本開示の原理を実施するための様々な実施形態の上記記述を考慮して、多くの他の変更及び変形が考えられ得る。例えば、限定することなく、樹脂、支持層２８の坪量及び組成、並びに支持層２８に追加された樹脂の量が変更され得る。そのような変更及び変形の全てが、以下の特許請求の範囲で規定されるように、本開示の精神及び範囲内であるとみなされることが意図される。
【図１】
2018531791.tif 000004
【図２】
2018531791.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月24日(2018.4.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素流体のろ過用途における使用のための自己洗浄ろ過媒体を備えるフィルタ要素であって、前記自己洗浄ろ過媒体は、
前記自己洗浄ろ過媒体の上流側の第一層であって、前記第一層は５０〜１０００ｎｍ（０．０５〜１ミクロン）の直径と１ｇｓｍ超の坪量とを有するポリエーテルスルホンナノファイバーを備える、第一層と、
前記自己洗浄ろ過媒体の下流側の第二層であって、前記第二層は不織布基材を備える、第二層と、を備え、
前記自己洗浄ろ過媒体は、燃料のろ過用にはＩＳＯ  １９４３８に従い、油のろ過用にはＩＳＯ  ４５４８−１２に従って前記自己洗浄ろ過媒体が試験された際に、４ミクロンの粒子について少なくとも６ｍｇ／ｃｍ２のダスト保持容量と、９０％超の燃料ろ過効率とを有する、フィルタ要素。
【請求項２】
前記第一層は、３００〜７００ｎｍの直径を有するナノファイバーを備える、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項３】
前記第一層は、３００〜５００ｎｍの直径を有するナノファイバーを備える、請求項２に記載のフィルタ要素。
【請求項４】
前記第一層は１〜５ｇｓｍの坪量を有する、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項５】
前記第一層は２〜３ｇｓｍの坪量を有する、請求項４に記載のフィルタ要素。
【請求項６】
前記第一層の前記ナノファイバーは前記第二層上に電気紡糸されている、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項７】
前記ナノファイバーは、ポリエーテルスルホンと接着剤との電気紡糸された混合物を備える、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項８】
前記第一層を電気紡糸する前に、１％〜５％の量で前記接着剤が前記ポリエーテルスルホンと混合される、請求項７に記載のフィルタ要素。
【請求項９】
前記第二層の前記不織布基材は、８０〜１００％のセルロースファイバーと０〜２０％のガラスマイクロファイバーとを備える湿式不織布である、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項１０】
前記湿式不織布が、前記湿式不織布の重量の１０〜２５％の重量に適用された樹脂を更に備える、請求項９に記載のフィルタ要素。
【請求項１１】
前記第二層は３〜２０％のガラスマイクロファイバーを備える、請求項９に記載のフィルタ要素。
【請求項１２】
前記自己洗浄ろ過媒体が、フィルタ要素がＩＳＯ  １９４３８に従って試験された場合には４ミクロンの粒子について９９％超の燃料ろ過効率を有し、且つ／又は、フィルタ要素がＩＳＯ  ４５４８−１２に従って試験された場合には４ミクロンの粒子について９９％超の油ろ過効率を有する、請求項１１に記載のフィルタ要素。
【請求項１３】
前記自己洗浄ろ過媒体の平板がＩＳＯ  １６３３２に従って試験された際に、前記自己洗浄ろ過媒体が少なくとも９９％の燃料―水分離効率を有する、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項１４】
ＩＳＯ  １９４３８に従って燃料で試験された場合と、媒体試験用ダスト及び７０ｋＰａの圧力降下を用いてＩＳＯ  ４５４８−１２に従って油で試験された場合に、前記自己洗浄ろ過媒体が少なくとも９０分の寿命を有する、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項１５】
ガソリン、石油、アルコール、エンジン、及びトランスミッションオイルに対して化学的耐性を有する、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項１６】
炭化水素流体から粒子をろ過する方法であって、
請求項１から１５のいずれか一項に記載の前記フィルタ要素に前記炭化水素流体を通過させるステップと、
前記第一層の表面上に十分な粒子が蓄積した際に、前記フィルタ要素の底にケーキが集められるように前記ケーキが前記第一層の表面からはがれ落ちるように、前記炭化水素流体中の粒子をケーキとして前記第一層の表面上に集めるステップと、を備える方法。
【請求項１７】
前記自己洗浄ろ過媒体の前記第一層は、３００〜７００ｎｍの直径と１〜５ｇｓｍの坪量とを有するナノファイバーによって構成される、請求項１６に記載の方法。
【国際調査報告】
2018531791.tif 000006
2018531791.tif 000007
2018531791.tif 000008