(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生来的に安定した多孔性支持体（４）と、濾過されるべき流体のために上記支持体の流入表面に存し上記支持体（４）よりも微細な孔を有した支持体繊維コーティング（６）とを有するフィルター要素にして、上記繊維コーティング（６）は部分的に繊維／繊維結合によって、部分的に繊維／支持体結合によって支持体（４）に結合しているフィルター要素（２）において、
（ａ）上記繊維コーティング（６）は、支持体（４）の平均的な孔のサイズより大きな長さを有した第１繊維（１０）と、繊維コーティング（６）の細かな有孔性乃至多孔度を生じるように上記第１繊維（１０）の長さよりも明らかに短い長さを有した第２繊維（１２）とを有し、
（ｂ−１）上記第１繊維（１０）が第１繊維コーティング層として施与され、この第１繊維コーティング層に第２繊維（１２）が第２コーティング層として施与されるか、若しくは
（ｂ−２）上記第１繊維（１０）と第２繊維（１２）とが混合状態で施与され、
（ｃ）上記繊維（１０，１２）は、セラミック繊維、ガラス繊維、合成有機繊維又は天然繊維であり、繊維（１０，１２）が互いに、そして支持体（４）に接着剤によって結合されていることを特徴とするフィルター要素。
【請求項２】
複数の繊維コーティング層が支持体（４）から離れるにつれて増大する有孔性乃至多孔度の細かさを伴って施与されることを特徴とする請求項１に記載のフィルター要素。
【請求項３】
きめの細かい粒子（１６）からなるコーティング層が繊維コーティング（６）の外側に施与されることを特徴とする請求項１又は２に記載のフィルター要素。
【請求項４】
支持体（４）が焼結されたプラスチック粒子（８）から形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のフィルター要素。
【発明の詳細な説明】
本発明は、生来的に安定な多孔性支持体と、濾過されるべき流体のための当該支持体の流入表面上に位置し当該支持体よりも微細な孔を有した支持体の繊維コーティングを有するフィルター要素に関するものであり、繊維コーティングは部分的に繊維／繊維結合によって、また部分的に繊維／支持体結合によって支持体に結合している。
このタイプの公知のフィルター要素において（WO 87/01610）、繊維コーティングは支持体の平均的な孔のサイズよりも著しく長い繊維と、当該繊維コーティングに分布し繊維に結合したきめの細かい粒子とからなる。しかしながら、本発明との関連における研究において、繊維コーティングがかなり密であるか厚い場合（これによってフィルター要素を通って流れる際に濾過されるべき媒体が受ける圧力損失は増加する）にのみ、高い濾過能を有するそのようなフィルター要素を作ることが可能であることが見いだされた。
本発明は、所望の特別な程度の優れた濾過能とフィルター要素を通過する濾過されるべき媒体に対する低い圧力損失との良好な折衷によって特徴づけられる上記タイプのフィルター要素を備える課題を基礎とする。更にそのようなフィルター要素を製造するための方法も供されることとなる。
この課題に対する幾つかの解決策が以下に記載される。
本発明の第一の解釈に従えば、フィルター要素は、繊維コーティングが支持体の平均的な孔のサイズより長い長さを有した第１繊維と、繊維コーティングの細かな有孔性を生じるために第１繊維の長さよりも明らかに短い長さを有した第２繊維とを有することを特徴とする。
このことによって、第１繊維の間のスペースを短めの第２繊維で満たす又は覆う原理が実現化する。
第１繊維は一般的に支持体の平均的な孔のサイズよりも明らかに長い、とりわけ支持体の平均孔サイズの２倍以上の長さを有する。第２繊維は一般的に支持体の平均的な孔のサイズよりも短い、とりわけ支持体の平均孔サイズの半分以下の長さを有する。繊維コーティングは好ましくは、（重量部で測定して）第１繊維よりも多くの第２繊維を含み、第２繊維の第１繊維に対する重量比は特に好ましくは２：１よりも大きい。第１繊維と第２繊維は好ましくは同じ材料からなる繊維であり、及び／又はほぼ同じ径クラスの繊維である。第１繊維が繊維コーティングの１０重量％よりも僅かであることでしばしば足りる。
本発明の別の解釈に従えば、フィルター要素は、繊維コーティングに分布したきめの細かい粒子が、繊維ときめの細かい粒子の合計重量を基礎として３０重量％以下で、好ましくは２０重量％以下で、さらに好ましくは１０重量％以下で、最も好ましくは０〜３重量％で含まれる。
これは、繊維コーティングに分布したきめの細かい粒子の比率が非常に著しく減り、極端な場合にはゼロかゼロに近いゆえに、関連の従来技術（WO 87/01610）と反対の方向に方向に指向している。優れた濾過能の所望の程度はそれ故に本質的に繊維によって備えられ、繊維コーティングに分布したきめの細かい粒子によらない。
本発明は多数の材料からなるフィルター要素で実現化する。支持体に関する限り、プラスチック又は合成樹脂材料、セラミック材料及び金属材料が特に指摘される。多孔性の支持体を効果的に製造するために、上記材料の粒子を焼結することができ、あるいは他の結合メカニズムによって、例えば接合剤を用いてこれら粒子を相互結合することができる。繊維材料に関する限り、セラミック繊維が好ましく、とりわけ珪酸アルミニウムからなるセラミック繊維が好ましい。しかしながら同様に他の繊維、例えばガラス繊維、天然繊維、合成有機繊維等を用いることも可能である。繊維／繊維結合及び繊維／支持体結合を生じるために、多数の可能性があり、とりわけ、焼結、接着剤や結合剤を用いること等がある。
第１繊維は好ましくは第１繊維コーティング層として適用され、第２繊維はこれに対して第２コーティング層として適用される。この場合において、第２繊維はしばしば部分的に第１繊維コーティング層の第１繊維の間のスペースを通り、その結果、仕上がり状態においてもはや第１及び第２繊維コーティング層の間に明確な境界がなくなる。択一的に、第１繊維と第２繊維を１段階で互いに混合して施与することも可能である。
複数の繊維コーティング層は好ましくは支持体から離れるにつれて増大する有孔性の細かさを伴って適用される。フィルター要素のこのようなデザインは第１繊維コーティング層と第２繊維コーティング層を有し上記段落で述べられた繊維コーティングによって同様に実現化される。しかしながら、問題のデザインの可能性は、（第１及び第２繊維を有し、１層の共通コーティング層か連続的に施与された２層のコーティング層である）第１繊維コーティングへの微細な有孔性を有した少なくとも１種の別の繊維コーティング層を施与することに向けられている。これは好ましくは第１繊維コーティングにおけるよりも短めで及び／又は薄めの繊維を用いて、任意に異なる材料からなる繊維を用いてもなされる。少なくとも１種の別の繊維コーティング層は普通はもはや第１繊維及び第２繊維を有する必要がなく、その下に位置した第１繊維コーティングは、当該少なくとも１種の別の繊維コーティング層を施与するために理想的なベースである。
本発明の好ましい実施の形態において、フィルター要素は繊維コーティングの外側にきめの細かい粒子からなるコーティング層を有する。これら粒子は好ましくはこのコーティング層が本質的にフィルター要素の優れた濾過能を決定するほどに小さい。きめの細かい粒子としては材料に広い選択の幅があり、特にプラスチック粒子か無機粒子でありうる。特に好ましい選択は以下により明確に記載される。きめの細かい粒子は、支持体粒子と繊維コーティングの結合のために上記したように繊維／繊維結合か繊維／支持体結合によって互いに結合され、また繊維コーティングに結合される。
きめの細かい粒子からなるコーティング層の繊維コーティングへの施与は一方で本発明の上記解釈の好ましい展開であるおとが指摘される。他方、第１繊維及び第２繊維の存在なしに及び／又は繊維コーティングに分布したきめの細かい粒子の比率を最小にすることなしに都合良く実現しうる独立の発明でもある。
接着剤が繊維施与の前に施与されるならば、施与された繊維は当該接着剤によって支持体に固着する。他方、繊維は或る相互凝集性に向かう傾向を有し、接着剤がない場合でも一時的に支持体に固着するので、その後に接着剤を施与することも可能である。
繊維が湿った状態で仮に施与されることも、多くの場合で特に有効である。液体中の繊維分散乃至懸濁の施与の特に適する簡単なやり方は、支持体に噴霧し、散布し、ローラで延ばし、又は分散液乃至懸濁液中に当該支持体を漬けることである。
用語「接着剤」は本発明にしたがって非常に広範囲な意味に理解されるべきことが指摘される。それはフィルター要素の操作にとって十分なほどしっかりと繊維を互いに及び支持体に固着する全ての材料を含んでおり、とりわけ狭い意味での接着剤、既述の結合を生じうるプラスチック乃至合成樹脂、炭酸水ガラスのような有機乃至無機結合剤である。本発明に係るフィルター要素を製造する方法は択一的に他の繊維／繊維及び繊維／支持体の結合メカニズムを用いることができ、とりわけ焼結を用いることができることがはっきりと指摘される。明らかに接着剤又は結合剤は、繊維間の機能的に必要な孔乃至流通路がシールされないような量において選択され使用される。
上記のように、複数の繊維コーティング層が好ましくは支持層から離れるにつれて増大する有孔性の細かさを伴って施与され、通常は連続的に施与される。繊維コーティング層の各々は既述の発明に係る方法の１つによって施与されうる。
きめの細かい粒子からなるこのコーティング層に関する更なる情報乃至知識は既に提供されている。
本発明の更なる実施の形態において、きめの細かい粒子からなるコーティング層は、フィルター要素の故意の操作使用における流体の流れから出た濾過されるべき粒子を使用して施与される。破砕工場での操作中に生じる岩石ほこり（ロックダスト）を除去するために本発明に係るフィルター要素を用いるとするならば、この岩石ほこりを利用することができ、本発明に係るフィルター要素を製造する際に、きめの細かい粒子のコーティング層を製造するために、当該岩石ほこりは例えばどのようなフィルターを用いても濾し出される。
本発明の更なる実施の形態において、支持体の流入表面から離れ当該支持体を通る吸引空気の流れを用いて、繊維及び／又はきめの細かい粒子が施与される。この吸引空気の流れは繊維及び／又はきめの細かい粒子を、特にこれらが繊維コーティングを形成すべき箇所へ導く。
吸引空気の流れを用いることによって、吸引空気の流れが支持体を通過した後に当該流れ中の浮遊連行される異物粒子の濃度及び／又はサイズを検出する好都合な可能性がもたらされ、この検出にしたがって、特に支持体後に含まれる異物粒子の濃度及び／又はサイズが或る限界値を下回ると直ちに、繊維及び／又はきめの細かい粒子の施与が終了する。それ故に例えば問題とするフィルター要素を定める濾過作業に応じて寸法を合わせ、分離の細かさ又は分離効率をあたかも備えたフィルター要素を製造可能である。支持体後の異物粒子の濃度が検出されるならば、フィルター要素への流入前の浮遊連行された異物粒子の検出濃度と較べることも可能である。
とりわけ好ましい可能性としては、フィルター要素の所定の操作使用において流体の流れから出て濾過されるべき粒子を使用して、きめの細かい粒子からなるコーティング層を施与するときに、浮遊連行された異物粒子の濃度及び／又はサイズの検出を行うことである。これによって、（求められる分離の細かさが確実に達成されるが不必要に高くなく）寸法を合わせて分離の細かさを有したフィルター要素に対する完全な様式がもたらされ、それによって過度の圧力損失を有したフィルター要素の製造が回避される。きめの細かい粒子のコーティング層に用いられる粒子がフィルター要素の所定の操作使用における流体の流れから出て濾過されるべき粒子であるならば、必要な厚みとなった時点で正確にコーティング層の施与を止めるので、浮遊連行された異物粒子の濃度及び／又はサイズの検出の点で完全に正しい。
上記段落で概略的に述べられた原理は、きめの細かい粒子のコーティング層の繊維コーティングへの施与にまさる重要性を有し、きめの細かい粒子のコーティング層の下で支持体上に繊維コーティングが存するか否かにかかわらず、実現しうることが指摘される。
支持体後後に浮遊連行された異物粒子の濃度及び／又はサイズを検出する代わりに、あるいはこれに加えて、コーティングを作り上げる間、フィルター要素を通過する際に吸引空気の流れが受ける圧力損失を検出することができる。この圧力損失はコーティングプロセスがどの程度まで進行したか、あるいは十分な濾過効率で繊維コーティングを製造したか否かの間接的な測定である。
繊維を施与する前に支持体の流入表面に、好ましくはカーボンブラックからなる帯電防止コーティングを施与しうる。帯電防止粒子は特に分散物乃至懸濁物として施与されうる。帯電防止粒子の結合のために、当該粒子は繊維の結合で述べられたと同じことが当てはまる。
既述された方法は主に上記されたように本発明に係るフィルター要素を製造するために供されるが、一方で本体を支持するフィルター要素上に他の繊維コーティングを製造するためにも供されうることが指摘される。
本発明に係るフィルター要素は、特に製造機械での製造部における空気の汚れ除去の際、及び方法段階でガス及び空気のファイン濾過のために先ず意図されるが、液体を濾過するためにも用いられうる。適当な材料が選択されるならば、燃焼排ガスのような高温ガスや高温液体を濾過することもできる。
本発明に係るフィルター要素で、典型的な支持体の平均孔サイズは、１０〜１００μｍの範囲にあり、典型的な繊維径は０．５〜８μｍの範囲にある。繊維コーティングの本発明に係る形成は、支持体の開口孔が流入表面上で確実に架橋され、冒頭に概略したように、同時にコーティングが非常に細かい孔サイズで形成されうるので、支持体の比較的大きな平均孔サイズで作動することを可能とすることが指摘される。その結果として、支持体を非常に低い流れ抵抗で用いることができることとなる。要求されるように、５μｍ以上のサイズの異物粒子を、好ましくは２μｍ以上のサイズの異物粒子を、最も好ましくは０．５μｍ以上のサイズの異物粒子をほとんど完全に濾し出す本発明に係るフィルター要素を製造可能である。
本発明は図面に概略的に示された例に関して以下でよりしっかりと説明される。ここで、図１はフィルター要素の詳細な横断面を示し、切断面はフィルター要素の流体表面に対して直角である。図２は、矢印IIの方向から見た図１のフィルター要素の一部の平面図であり、第２繊維及び粒子コーティング層の施与前で第１繊維を施与した状態を示している。
概略的に示されたフィルター要素２は、図１の右側にある濾過されるべき流体のために流入表面に繊維コーティング６を備えた支持体４を有している。支持体４は互いに焼結されたポリエチレン粒子８からなり、例えば３０μｍの平均孔サイズを有した多孔性支持体４となる。支持体４を製造するために、超高分子ポリエチレン粒子と中位分子ポリエチレン粒子を混ぜることによって業界で公知のやり方で作業することができる。焼結プロセスにおいて、低位分子ポリエチレン粒子はかなりな程度まで溶け始め、高分子ポリエチレン粒子８のための連結骨格を形成し、当該高分子ポリエチレンもまた焼結プロセスを通して互いに連結する。
繊維コーティング６は支持体４の平均孔サイズよりも著しく長い長さを有した第１繊維１０を有する。この長さで第１繊維は１０は流入サイドで支持体４の開口孔を架橋する。更に、概略的に示された著しく短い長さの第２繊維１２が、第１繊維１０の間の自由空間を占めて存在し、フィルター要素２の所定の濾過機能に依存する厚みを有する繊維コーティング層を形成する。繊維１０，１２は接着剤により互いに結合し、また流入サイドで外部ポリエチレン粒子に結合する。接着剤は完成状態のフィルター要素において僅かな体積しか占めないので、図面上には現れていない。多数の例の僅か１つに言及するために、市販の接着剤MOWILITH（ヘキストＡＧの登録商標）、即ち、ビニルアセテート、エチレン及び塩化ビニルの共重合体の水性分散液を用いることができる：
２０重量％の繊維乃至粒子
６重量％のMOWILITH
７４重量％の水
繊維コーティング６に、比較的少ないきめの細かい粒子１４が分布する。
きめの細かい粒子１６、例えば岩石ほこりからなるコーティング層が繊維コーティング６の外側に施与される。粒子１６は同じく接着剤で互いに結合し、繊維コーティング６に接着する。
繊維１０，１２及び／又は粒子１６が液体に分散乃至浮遊して施与されるならば、好ましくは当該液体に受け入れられる分散接着剤が用いられる。
図２は第１繊維１０を施与し第２繊維１２を施与する前のフィルター要素の繊維コーティングの状態を示すものである。第２繊維１２がその後に施与されると、当該繊維は第１繊維１０の間の図２に認められる空間を占め、図１に示された繊維コーティング層６を形成する。
きめの細かい粒子１６からなるコーティング層があるならば、繊維コーティング６によって第１繊維１０と第２繊維１２からなることが必要である。
【図１】
0003804026.tif 000002
【図２】
0003804026.tif 000003