ナノ繊維マトリクスを含む拡張複合ろ過材及び方法
細繊維を担持する拡張された基材媒体を含み、細繊維は拡張された基材媒体と共に引き伸ばされ、それにより、ダスト保持容量を改善し、圧力損失の増大を緩やかにするように構成された、複合フィルタ媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くフィルタ媒体（ろ過材）に関し、特に、拡張された基材（ｅｘｐａｎｄｅｄ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）及び拡張された基材上に担持された細繊維（ｆｉｎｅ ｆｉｂｅｒｓ）を備える複合フィルタ媒体（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｉｌｔｅｒ ｍｅｄｉａ）及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体流れ及び気体流れ（例えば、空気流れ）等の流体流れは、その流体の流れの中に混入した、望ましくないことが多い汚染物質である微粒子（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｓ）を運ぶことがしばしばである。通常は、フィルタを用いて、流体流れから微粒子の一部又はすべてを除去している。
【０００３】
静電紡糸プロセス（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）を用いて形成された細繊維を含むフィルタ媒体も知られている。かかる従来技術には、米国特許５，６７２，３９９号「フィルタ材料構成及び方法」、米国特許公開２００７／０１６３２１７号「セルロース／ポリアミド複合体」、米国仮特許出願６０／９８９，２１８号「フィルタ媒体、１００ナノメートル未満の細繊維及び方法」、米国仮特許出願６１／０４７，４５９号「積層されたナノ繊維フィルタ媒体」、米国仮特許出願６１／０４７，４５５号「２構成要素（Ｂｉ−Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）ナノ繊維層を有するフィルタ媒体」が含まれる。これらの開示の全体は、参照により本明細書に組み込まれる。これらの先行技術文献に示されるように、ナノ繊維は共通して予め形成されて完成されたろ過媒体（ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｄｉａ）（ろ過材）の基材上に載置（ｌａｉｄ）（積層）される。
【０００４】
本発明は、細繊維を含む改良されたフィルタ媒体を提供する。本発明のこれらの利点及び他の利点、並びに更なる本発明の特徴は、本明細書に提示する本発明の説明から明らかになるであろう。
【発明の概要】
【０００５】
特定の実施の形態による最も好ましい電界紡糸ナノ繊維等の、基材媒体（基材としての媒体（ろ過材））上に載置された細繊維は、細繊維を堆積させた後にその基材媒体の厚さを改変する等の基材媒体の改変（ｍｏｄｉｆｙｉｎｇ）によって、載置後に再配向（ｒｅｏｒｉｅｎｔ）させることができる。例えば、（カレンダ加工（圧延加工）した媒体等の）少なくとも部分的に圧縮された基材媒体は拡張（ｅｘｐａｎｄ）させることができ、そのとき、より大きな直径の繊維はより小さな直径の繊維を担持し、そのため細繊維層を拡張させる。この結果として、いくつかの利点である、ナノ繊維のより大きな体積カバレッジ（体積被覆率）（拡張によりナノ繊維が拡がって（ｏｐｅｎ ｕｐ）、３次元マトリクス（３Ｄ ｍａｔｒｉｘ）へと拡張することができ、同一の坪量（ｂａｓｉｓ ｗｅｉｇｈｔ）の用途のためにより大きな体積を被覆する）、拡張に起因する圧力損失（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ）の低減、及び／又は圧力損失が生じる際のより緩やかな圧力損失の増大を含む、複数の利点を導くことができる。加えて、ナノ繊維又は他のかかる細繊維層の波状の（Ｕｎｄｕｌａｔｉｎｇ）（起伏した）３次元的な特徴は、ダスト保持容量を大幅に増大させる。これは、従来のシステムの場合のように単に平坦なものとは異なって、はるかに大きな体積保持領域（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｈｏｌｄｉｎｇ ａｒｅａ）を有する波状の表面を効率的に形成するものであると考えられる。このように、ナノ繊維層の有効な体積領域を増大することができる。
【０００６】
一の実施の形態では、基材は、高融点構成要素及び低融点構成要素を含む２構成要素スクリム（ｂｉ−ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｓｃｒｉｍ）（２構成要素粗目布）である。細繊維は電界紡糸（ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎ）されたポリマーナノ繊維である。高融点構成要素及び電界紡糸されたポリマーナノ繊維は、低融点構成要素よりも高い溶融温度を有する。２構成要素スクリムは非拡張状態及び拡張状態を有し、拡張された２構成要素スクリムは、非拡張状態を超える厚さを有する。例えば、非拡張状態のスクリムは、予め形成してカレンダ加工（圧延加工）することができるか、これにより、又はさもなければ、繊維が結合によって偏倚された状態の位置に保たれ、それにより互いに保持し合うことで、少なくとも部分的に圧縮することができる（大きな直径の繊維相互の結合はこれらの大きな直径の複数の繊維を適所に保持する）。一の実施の形態では、細繊維を担持する非拡張状態の２構成要素スクリムは加熱によって拡張され、低融点構成要素は溶融又は軟化して細繊維と結合する。また、この加熱の間に、基材のより大きな直径の繊維は少なくとも部分的に圧縮された状態から解放され、摺動可能となり、少なくとも部分的に圧縮されていない拡張状態に向かう（例えば、初期状態であるスクリムの形成前の非圧縮状態に向かう）等の、より自然な状態に向かって戻るように移動する。加熱の間に、はるかに小さな直径の細繊維を担持する２構成要素スクリムの大きな直径の繊維は弛緩して再配向され、細繊維は拡張する２構成要素スクリムと共に拡張する。製造される複合フィルタ媒体は波状の表面及び拡張された厚さを有し、細繊維に、従来のナノ繊維載置（積層）技法の場合の平面的な特徴だけでなく、３次元マトリクス構成をも付加する。拡張されたフィルタ媒体（拡張されたろ過材）は、ダスト保持容量が向上され、ダスト負荷に対する圧力損失の増大を緩やかとし、及び／又は初期の圧力損失をより低くすることができる。
【０００７】
本発明の一の態様では、フィルタ媒体を製造する方法が提供される。方法は、第１の厚さを有する基材の表面上に細繊維を堆積させるステップであって、細繊維の平均直径は１マイクロメートル未満である、基材の表面上に細繊維を堆積させるステップと、細繊維を担持する基材を第１の厚さを超える第２の厚さまで拡張するステップとを含む。
【０００８】
本発明の他の態様では、平均繊維直径が１マイクロメートル未満の細繊維を担持する、平均繊維直径が１マイクロメートルを超える第１の繊維の基材を備えるフィルタ媒体を提供する。基材は波状の表面を有し、細繊維は波状の表面を有する第１の繊維と共に３次元マトリクスに組み込まれる。
【０００９】
本発明の他の態様、目的及び利点は、添付図面を併せ見れば、以下の詳細な説明により更に明らかになるであろう。
【００１０】
本明細書に組み入れられ、本明細書の一部を形成する添付図面は、本発明の複数の態様を例示し、記述と共に、本発明の原理の説明に資する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一の実施の形態による基材媒体に担持された細繊維を備える波状の表面を有する拡張された複合フィルタ媒体を模式的に示す断面図である。
【００１２】
【図２】図２は、略平坦な表面を有する非拡張状態の図１に示す複合フィルタ媒体を模式的に示す断面図である。
【００１３】
【図３】図３は、本発明の一の実施の形態による基材媒体を構成する繊維である同心に設けられた鞘／芯（ｓｈｅａｔｈ／ｃｏｒｅ）型の２構成要素繊維の模式図である。
【００１４】
【図４】図４は、本発明の一の実施の形態による基材媒体を構成する繊維である偏心して設けられた鞘／芯型の２構成要素繊維の模式図である。
【００１５】
【図５】図５は、本発明の一の実施の形態による基材媒体を構成する繊維である並列（ｓｉｄｅ−ｂｙ−ｓｉｄｅ）型の２構成要素繊維の模式図である。
【００１６】
【図６】図６は、本発明の一の実施の形態による基材媒体を構成する繊維であるパイ楔（ｐｉｅ‐ｗｅｄｇｅ）型の２構成要素繊維の模式図である。
【００１７】
【図７】図７は、本発明の一の実施の形態による基材媒体を構成する繊維である中空パイ楔（ｈｏｌｌｏｗ ｐｉｅ ｗｅｄｇｅ）型の２構成要素繊維の模式図である。
【００１８】
【図８】図８は、本発明の一の実施の形態による基材媒体を構成する繊維である島／海（ｉｓｌａｎｄｓ／ｓｅａ）型の２構成要素繊維の模式図である。
【００１９】
【図９】図９は、本発明の一の実施の形態による基材媒体を構成する繊維である三つ葉（ｔｒｉｌｏｂａｌ）型の２構成要素繊維の模式図である。
【００２０】
【図１０】図１０は、本発明の一の実施の形態による基材媒体を構成する繊維である端部（ｔｉｐｐｅｄ）型の２構成要素繊維の模式図である。
【００２１】
【図１１】図１１は、本発明の一の実施の形態による非拡張状態の複合フィルタ媒体を模式的に示す断面図である。
【００２２】
【図１２】図１２は、本発明の一の実施の形態による拡張状態の図１１に示す複合フィルタ媒体を模式的に示す断面図である。
【００２３】
【図１３】図１３は、本発明の別の実施の形態による拡張された複合フィルタ媒体を模式的に示す断面図である。
【００２４】
【図１４】図１４は、本発明の一の実施の形態による拡張された複合フィルタ媒体を製造するためのシステムの模式図である。
【００２５】
【図１５Ａ】図１５Ａは、図１に示す拡張された複合フィルタ媒体の基材媒体の表面近傍の２構成要素繊維及び細繊維を３００倍に拡大して示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。
【００２６】
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、図１に示す拡張された複合フィルタ媒体の基材媒体の表面近傍の２構成要素繊維及び細繊維を１，０００倍に拡大して示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。
【００２７】
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、図１に示す拡張された複合フィルタ媒体の基材媒体の表面近傍の２構成要素繊維及び細繊維を２，０００倍に拡大して示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。
【００２８】
【図１５Ｄ】図１５Ｄは、図１に示す拡張された複合フィルタ媒体の基材媒体の表面近傍の２構成要素繊維及び細繊維を１０，０００倍に拡大して示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。
【００２９】
【図１６】図１６は、本発明の他の実施の形態による拡張された複合フィルタ媒体を製造するためのシステムの模式図である。
【００３０】
【図１７】図１７は、本発明の一の実施の形態による拡張された複合フィルタ媒体及び他の２つの従来のフィルタ媒体のＭＦＰ効率試験結果のグラフを示す図である。
【００３１】
【図１８】図１８は、図１７に示す拡張された複合フィルタ媒体及び他の２つの従来のフィルタ媒体の試験期間２００分にわたるＭＦＰダスト保持試験結果のグラフを示す図である。
【００３２】
【図１９】図１９は、図１７に示す拡張された複合フィルタ媒体及び他の２つの従来のフィルタ媒体の試験期間６５０分にわたるＭＦＰダスト保持試験結果のグラフを示す図である。
【００３３】
【図２０】図２０は、本発明の一の実施の形態による加熱拡張前のスクリムの形態に形成された非拡張の基材媒体を１２０倍に拡大して示す光学顕微鏡画像を示す図である。
【００３４】
【図２１】図２１は、本発明の一の実施の形態による図１２に示す拡張された複合媒体のような、互いに対面する細繊維層で合わせて積層された２層の細繊維で覆われた基材媒体を含む拡張された複合媒体を１２０倍に拡大して示す光学顕微鏡画像を示す図である。
【００３５】
【図２２】図２２は、本発明の一の実施の形態による拡張された複合フィルタ媒体をひだ加工して形成されたひだ付きのフィルタ媒体を含むひだ付きのフィルタエレメントの斜視図である。
【００３６】
【図２３】図２３は、本発明の一の実施の形態による拡張された複合フィルタ媒体で形成されたひだ付きのフィルタ媒体を含むひだ付きのフィルタエレメントの斜視図である。
【００３７】
【図２４】図２４は、本発明の一の実施の形態による細繊維が相互に対面するように合わせて積層された細繊維で覆われた２層の媒体を含む複合フィルタ媒体を２，５００倍に拡大して示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。
【００３８】
【図２５】図２５は、本発明の一の実施の形態による拡張された複合フィルタ媒体で形成されたひだ付きのフィルタ媒体を含むパネルフィルタの斜視図である。
【００３９】
【図２６】図２６は、本発明の一の実施の形態による互いに対面する細繊維を合わせて積層された細繊維で覆われた２層の媒体を含む拡張された複合フィルタ媒体を製造するためのシステムの模式図である。
【００４０】
【図２７】図２７は、本発明の一の実施の形態による細繊維で覆われた２層の媒体、及び細繊維の各層と合わさるように複数の（前記２層の）媒体の間に挟まれて設けられた、もう１つの媒体の層を含む拡張された複合フィルタ媒体を製造するためのシステムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明は、ある好ましい実施の形態と関連付けて説明されるが、それら実施の形態に限定する意図はない。反対に、意図するところは、全ての代替物、変形、及び均等物を、特許請求の範囲に定義されているように本発明の精神と範囲の内に含まれるものとして、カバーすることである。
【００４２】
図１は、本発明の一の実施の形態による複合フィルタ媒体１０を模式的に示す断面図である。図示のように、複合フィルタ媒体（複合ろ過材）１０は、基材媒体（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｍｅｄｉａ）（基材ろ過材）１２と基材媒体１２の表面１６に沿って担持される細繊維（ｆｉｎｅ ｆｉｂｅｒｓ）１４とを備える。複合フィルタ媒体１０は基材媒体１２の拡張によって形成される波状の表面（ｕｎｄｕｌａｔｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）（起伏を有する表面）１８を有する（図１では極めて模式的にしか図示されない）。
【００４３】
図１に示す拡張された（ｅｘｐａｎｄｅｄ）複合フィルタ媒体１０を形成するために、図２に示すように、圧縮された媒体（ｃｏｍｐａｃｔｅｄ ｍｅｄｉａ）及び少なくとも部分的に圧縮された媒体が用いられる。図２は、拡張前の非拡張状態（ｕｎｅｘｐａｎｄｅｄ ｓｔａｔｅ）の図１に示す複合フィルタ媒体１０の模式的な断面図であり、そこでは、また、拡張前の堆積された細繊維１４を見ることができる。図示のように、複合フィルタ媒体１０は拡張前の略平坦な表面２０を有し、細繊維１４は略平坦な層を形成する。非拡張状態の基材媒体１２は厚さｔ´を有する。複合フィルタ媒体１０を拡張させる場合、基材媒体１２の厚さは図１に示すようにｔまで拡大し、表面が弛緩（ｒｅｌａｘ）して図１に示す波状の表面１８を形成する。いくつかの実施の形態では、厚さｔは元の厚さの少なくとも１．５倍以上に、より好ましくは約２倍もしくは３倍又はそれ以上に増大し得る。
【００４４】
一の実施の形態では、フィルタ媒体１０の拡張は熱処理を通して達成されるが、溶剤スプレー（基材のみに対して部分的に可溶性を有する）等の他の弛緩剤、又は他のプロセシング（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）（処理）を弛緩のために用いることができる。例えば、非拡張状態のスクリム（ｓｃｒｉｍ）（粗目布）は、予め形成してカレンダ加工（圧延加工）することができるか、さもなければ、繊維が結合によって偏倚された状態の位置に保たれ、それにより互いに保持し合うことで、少なくとも部分的に圧縮することができる（大きな直径の繊維と大きな直径の繊維との結合はこれらの大きな直径の複数の繊維を適所に保持する）。一の実施の形態では、細繊維を担持する非拡張の２構成要素スクリムは加熱によって拡張され、低融点構成要素は溶融又は軟化して細繊維と結合する。また、この加熱の間に、基材のより大きな直径の繊維は少なくとも部分的に圧縮された状態から解放され、摺動可能となり、少なくとも部分的に圧縮されていない拡張状態（ｅｘｐａｎｄｅｄ ｓｔａｔｅ）に向かう（例えば、初期状態であるスクリムの形成前の非圧縮状態（ｕｎｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｓｔａｔｅ）に向かう）等の、より自然な状態に向かって戻るように移動する。特定の好ましい実施の形態では、熱処理の間に基材媒体１２の繊維は弛緩及び再配向（ｒｅｏｒｉｅｎｔ）して繊維間の平均距離を増大させる。このように、基材媒体１２は拡張し、基材媒体１２の厚さは増大し、基材媒体１２の表面は平坦な特徴とは異なって、起伏を有する（ｕｎｄｕｌａｔｅｄ）ようになる。更に、基材媒体１２の表面近傍の繊維が弛緩及び再配向するにつれて、これらの繊維によって担持される細繊維１４はこれらの繊維と共に移動して再配向される。このように、細繊維１４はより大きな直径の繊維と共に引き伸ばされ、押され、引かれる。
【００４５】
拡大した厚さ及び波状の表面を有する複合フィルタ媒体が、本発明の実施の形態に従って、全体的に説明されたが、その利点のいくつかについて、複合フィルタ媒体の更なる詳細及び他の実施の形態を説明する前に考察する。
【００４６】
フィルタ媒体（ろ過材）の特性に影響を与えるいくつかの因子を挙げることができる。フィルタ又はろ過の能力（容量）（ｃａｐａｃｉｔｙ）は、フィルタがその整備（ｓｅｒｖｉｃｅ）までの寿命の間に捕捉する微粒子の量である。概して、より高いフィルタの能力（フィルタ容量）はより長いフィルタ寿命を提供し、それはフィルタの交換又は整備の頻度を減少させることができる。所望の流体流れに対する制限（ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）があまりにも高くなる（したがって圧力損失が増大する）とき、フィルタ能力（フィルタ容量）は多くの場合に圧力損失又は制限に関係し、フィルタは所望の量の流体流れを可能とするために交換することが求められる。圧力損失は、流体流れに対してフィルタ媒体により生ずる抵抗に関する。圧力損失は、媒体の汚れた側から清浄な側への圧力差である。概して、抵抗が大きくなるほど、所与の流量（ｆｌｏｗ ｒａｔｅ）に対して必要とされるエネルギはより大きくなり、及び／又は圧力損失はより高くなる。したがって、他のすべての条件が等しい場合、圧力損失が低いフィルタが好ましい。フィルタ効率は、フィルタ媒体によって流体流れから除去される微粒子の割合であり、通常は特定の微粒子サイズ（単独サイズ又はサイズの範囲）に対して与えられる。大抵の場合、流体流れからより多くの微粒子を除去することが望ましいのは勿論であるが、同時に流体流れを過度に制限しないことが望ましい。フィルタ寿命は、フィルタが、過大な圧力損失又は吹き抜け（ｂｌｏｗ−ｔｈｒｏｕｇｈｓ）（素通り）のために交換又は整備が必要になるまでの持続期間である。
【００４７】
本発明の実施の形態による複合フィルタ媒体は、拡張プロセス（プロセシング）を経ていない非拡張のフィルタ媒体と比較するとき、より大きなフィルタ媒体の体積を提供する拡大した厚さ及び波状の表面を有する。これは特に表面負荷型の層と考えられるナノ繊維層１４に関して、この領域を本質的に平面から波状に（起伏を有するように）拡張させることによって、有効体積領域（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ａｒｅａ）を増大させる。こうして、拡張することにより、より多くの微粒子を増大したフィルタ媒体の体積の全体にわたって捕捉することができる。更に前述のように、基材媒体の繊維及び基材媒体の繊維上に担持される細繊維は拡張プロセスの間に再配向される。かかる繊維の再配向により、流体流れに対する抵抗が小さくなり、微粒子をより効率的に捕捉するための改善されたフィルタ媒体の微細孔構造（ｐｏｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）を生成することができる。それはまた、ナノ繊維の再配向により抵抗を大きくすることなく、ナノ繊維のより高いカバレッジレベル（被覆率の程度）を実現することを可能とする。したがって、拡張された複合フィルタ媒体は、非拡張状態の複合フィルタ媒体と比較したとき、圧力損失を同レベルに維持しながらろ過効率を改善するか、又は同じろ過効率を維持しながら圧力損失を低くすることができる。このため、拡大した厚さ及び波状の表面を有する複合フィルタ媒体は、ダスト保持容量の増大、圧力損失及び／又は制限の低減、及び／又はより長いフィルタ寿命の実現によって、ろ過品質（ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ）を改善することができる。
【００４８】
図１及び図２に戻って複合フィルタ媒体１０の更に詳細な構成について以下に説明する。基材媒体１２は、任意の適切な多孔質材料で形成することができる。好ましくは、基材媒体１２は、複数構成要素フィルタ媒体から形成される。
【００４９】
本明細書では、「複数構成要素フィルタ媒体（ｍｕｌｔｉ‐ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｆｉｌｔｅｒ ｍｅｄｉａ）」、「複数構成要素媒体（ｍｕｌｔｉ‐ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｍｅｄｉａ）」、及び他の同様の用語は、少なくとも２種類の異なる材料を含むフィルタ媒体を指すものとして同義に用いられる。例えば、複数構成要素フィルタ媒体は、第１の材料から形成された繊維及び第２の材料から形成された繊維を含むことができる。ここで、第１の材料及び第２の材料は異なる材料である。あるいは、複数構成要素フィルタ媒体は、以下に詳細に説明するように、第１の材料から形成された芯（ｃｏｒｅ）及び第２の材料から形成された鞘（ｓｈｅａｔｈ）を含む複数の繊維等、少なくとも２種類の異なる材料を含む複数の繊維から形成することができる。２種類の異なる材料を含む複数構成要素フィルタ媒体は、本明細書において「２構成要素フィルタ媒体（ｂｉ‐ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｆｉｌｔｅｒ ｍｅｄｉａ）」「２構成要素媒体（ｂｉ‐ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｍｅｄｉａ）」、及び類似の用語で呼ばれる。
【００５０】
一の好ましい実施の形態では、基材媒体１２は、異なる融点を有する２種類の異なる材料を含む２構成要素繊維で形成される。細繊維及びかかる複数構成要素繊維で形成された基材媒体を備える複合フィルタ媒体は、本願出願人に譲渡されている国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０９／５０３９２号の「ナノ繊維が取り付けられた複数構成要素フィルタ媒体」に記載されており、その開示の全体を参照により本明細書に組み込む。
【００５１】
本実施の形態では、基材１２の２構成要素繊維の一の構成要素は他の構成要素よりもより低い融点を有する。この低融点構成要素は、ポリプロピレン、ポリエチレン又はポリエステル等の任意の適切なポリマーとすることができる。他の構成要素は、低融点構成要素よりも高い融点を有するポリマー、あるいはガラス及び／又はセルロース等の他の適切な繊維材料であってもよい。繊維を圧縮して、特定の厚さを有する媒体又はスクリムのウェブの形態で基材媒体１２を形成することが好ましい。
【００５２】
一の実施の形態では、基材媒体１２は、高融点ポリマー構成要素及び低融点ポリマー構成要素を含む２構成要素繊維で形成されるスクリムである。例えば、２構成要素は高融点ポリエステル及び低融点ポリエステルを含み、そのうちの一方は他方よりも高い溶融温度を有する。図３は、一の実施の形態による２構成要素繊維２２の模式図である。図示のように、２構成要素繊維２２は、同心に設けられた鞘／芯（ｓｈｅａｔｈ／ｃｏｒｅ）型であり、芯２４は高融点ポリマー構成要素で形成され、鞘２６は低融点ポリマー構成要素で形成される。
【００５３】
この高融点ポリマー構成要素は、低融点ポリマー構成要素よりも高い溶融温度を有するポリマーから形成される。適切な高融点ポリマーには、ポリエステル及びポリアミドが含まれるが、それらに限定されない。適切な低融点ポリマーには、ポリプロピレン、ポリエチレン、コポリエステル、又は選択された高温で溶融するポリマーよりも低い溶融温度を有する任意の他の適切なポリマーが含まれる。例えば、２構成要素繊維は、ポリエステルの芯及びポリプロピレンの鞘で形成されてもよい。本実施の形態では、２構成要素繊維は２種類の異なるタイプのポリエステルから形成され、一方の融点は他方の融点よりも高い。
【００５４】
基材媒体１２の繊維は細繊維１４の平均繊維直径よりも大きな平均繊維直径を有するように形成される。好ましくは、基材媒体１２の繊維は、約１マイクロメートル超、より好ましくは５マイクロメートル超の平均繊維直径を有する。一の実施の形態では、基材媒体１２の繊維の平均直径は約１マイクロメートル乃至約４０マイクロメートルである。非拡張状態では、例えば、カレンダ加工ローラのセットによって、粗繊維は圧縮され、約０．０５ｍｍ乃至１．０ｍｍ、好ましくは、約０．１ｍｍ乃至０．５ｍｍの厚さを有する基材媒体１２を形成する。かかる２構成要素繊維の基材媒体１２は、細繊維１４に要求される構造的支持を提供することができる。基材媒体１２として用いるために適した様々な厚さの２構成要素スクリムは、米国テネシー州ＲｏｇｅｒｓｖｉｌｌｅのＨＤＫ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．又は他のフィルタ媒体供給者から市販により入手することができる。したがって、基材は、この用意された２構成媒体で予め形成したものとすることができる。
【００５５】
他のタイプの２構成要素繊維を、他の実施の形態で基材媒体１２を形成するために用いるものとしてもよい。種々のタイプの２構成要素繊維のいくつかの例を図４乃至図１０に模式的に示す。芯３０及び鞘３２を備える偏心して設けられた鞘／芯型の２構成要素繊維２８を図４に示す。この繊維は、同心に設けられた鞘／芯繊維２２と同様であるが、芯３０は中心からずらして設けられる。これら２種類のポリマー構成要素の収縮率（ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｒａｔｅｓ）が異なることにより、繊維は、加熱されると螺旋状に渦を巻く。これにより、他の場合であれば平坦な繊維が、加熱下では縮れて（ｃｒｉｍｐ）かさ高になる（ｂｕｌｋ）ことができ、その結果、異なる繊維再配置（ｆｉｂｅｒ ｒｅｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）、拡張、及び／又は表面の起伏（ｕｎｄｕｌａｔｉｏｎ）が生じる。
【００５６】
図５は、第１のポリマー構成要素３６及び第２のポリマー構成要素３８を含む並列（ｓｉｄｅ‐ｂｙ‐ｓｉｄｅ）型の２構成要素繊維３４の模式図である。用途に応じて、第１のポリマー構成要素の融点は、第２のポリマー構成要素の融点より高くても低くてもよい。これは、偏心して設けられた鞘／芯繊維の更なる拡張であり、両ポリマーは繊維表面の一部を占めるように設けられる。適切なポリマーの選択により、この繊維は、偏心して設けられた鞘／芯繊維２８よりも高いレベルの潜在的な縮れを展開させることができる。
【００５７】
図６は、パイ楔（ｐｉｅ ｗｅｄｇｅ）型の２構成要素繊維４０の模式図である。パイ楔繊維４０は、第１のポリマー構成要素４２及び第２のポリマー構成要素４４で形成された複数の隣接し合う楔（ウェッジ）を備える。各第１のポリマー構成要素４２はどちらの側面上にも第２のポリマー構成要素４４を有する。第１のポリマー構成要素４２は第２のポリマー構成要素４４よりもより高い又はより低い融点を有することができる。これらの繊維は、機械的撹拌（典型的には、液流交絡（ｈｙｄｒｏｅｎｔａｎｇｌｉｎｇ））により複数の構成要素楔へと分割されて、フィルタ媒体中に０．１乃至０．２デニール（１．１１１×１０−５ｇ／ｍ乃至２．２２２×１０−５ｇ／ｍ）のマイクロ繊維をもたらすように設計される。
【００５８】
図７は、第１のポリマー楔４８及び第２のポリマー楔５０を備える中空パイ楔（ｈｏｌｌｏｗ ｐｉｅ ｗｅｄｇｅ）型の２構成要素繊維４６の模式図である。ここでも、用途に応じて、第１のポリマー楔４８は第２のポリマー楔５０よりもより高い又はより低い融点を有するポリマーで形成することができる。中空パイ楔繊維４６は、パイ楔繊維４０に類似するが、中空中心５２の中心部を有し、これにより、楔の内側の先端部同士の接合が防止され、したがって分割が比較的容易となる。
【００５９】
図８は、島／海（ｉｓｌａｎｄｓ／ｓｅａ）型の２構成要素繊維５４の模式図である。この繊維は、「ペパローニピザ」構成ともいうことができ、第１のポリマー構成要素５６はペパローニピザに例えるとペパローニに当たり、第２のポリマー構成要素５８はペパローニピザに例えるとチーズに当たる。いくつかの実施の形態では、第１のポリマー構成要素５６は、第２のポリマー構成要素５８よりも高い融点のポリマーで形成されるか、又は第２のポリマー構成要素５８は可溶性ポリマーで形成される。かかる実施の形態では、この繊維により、後に溶融又は分解されてしまう低融点ポリマー又は可溶性ポリマー５８のマトリクス中に高融点ポリマー５６の多数の細いストランド（ｓｔｒａｎｄｓ）（より糸）を配置することが可能となる。これにより、細いマイクロ繊維で設けられた媒体を製造することが可能となる。なぜならば、これらの繊維は、個々の「ペパローニ」としてよりも「ピザ」の形態でプロセシングすることの方が容易だからである。ステープル繊維（ｓｔａｐｌｅ ｆｉｂｅｒｓ）（繊維の束）が各ピザ上の３７個のペパローニからできるので、約０．０４デニール（約４．４４４×１０−６ｇ／ｍ）（直径約２マイクロメートル）又は更に細い繊維を生産することができる。
【００６０】
２構成要素繊維を様々な形に形成してもよい。例えば、２構成要素繊維は、前述の２構成要素繊維のような断面が円形の円筒形でなくてもよい。図９及び図１０は、複数の不規則な形を有する２構成要素繊維の複数の例を示す。これらの繊維は円形断面を有していないが、各繊維は本発明における意味（ｃｏｎｔｅｘｔ）において直径を有している。非円形断面を有する繊維の直径は繊維の外周から測定される。図９は、３つ葉（ｔｒｉｌｏｂａｌ）型の２構成要素繊維６０、６２の模式図である。３つ葉繊維６０、６２の各々は、第１のポリマー構成要素６４、６６及び第２のポリマー構成要素６８、７０を備える。３つ葉繊維６０、６２の各々は、その直径７２、７４によって測定される。いくつかの実施の形態では、第１のポリマー構成要素６４、６６は第２のポリマー構成要素６８、７０よりもより高い又はより低い融点を有するポリマーで形成される。
【００６１】
図１０は、端部（ｔｉｐｐｅｄ）型の２構成要素繊維７８、８０の模式図である。繊維７８は第１のポリマー中央部８２と第２のポリマー端部８４とを有する３つ葉端部型の２構成要素繊維である。繊維８０は、第１のポリマー中央部８６と第２のポリマー端部８８とを有する十字端部型の２構成要素繊維である。好ましくは、第１のポリマー中央部８２、８６は第２のポリマー端部８４、８８よりも高い融点を有するポリマーで形成される。
【００６２】
細繊維１４は、基材媒体１２上にそれらが形成されたままに堆積することができる。代替として、細繊維１４を媒体ウェブ（布状の媒体）として別途用意してから、基材媒体１２と共に積層してもよい。細繊維１４は、多様な繊維直径を有する繊維を備えることができるが、好ましくは、細繊維１４は、非常に細い繊維直径を有するナノ繊維とする。かかる細繊維１４は、電界紡糸プロセス又は他の適切なプロセスにより形成することができる。一の実施の形態では、細繊維１４は、約１マイクロメートル未満、好ましくは０．５マイクロメートル未満、より好ましくは０．０１乃至０．３マイクロメートルの平均繊維直径を有する電界紡糸ナノ繊維とする。かかる小直径の細繊維は、フィルタの全体的な固体性（中実性）を著しく増大させることなく、より多数の繊維を一緒に詰め込むことができ、これにより、圧力損失を増大させることなく、ろ過効率を向上させることができる。
【００６３】
細繊維１４を様々な適切なポリマー材料で形成してもよい。一の実施の形態では、細繊維１４は、電界紡糸によりナイロン（登録商標）‐６（ポリアミド‐６、本明細書においては「ＰＡ‐６」とも呼ぶ）から形成することができ、電界紡糸される細繊維１４は基材媒体１２上に直接堆積されるが、任意のポリマーを用いることができる。熱による拡張（熱拡張）の間の細繊維の破壊（ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）を回避するために、細繊維１４は、２構成要素繊維の低融点ポリマーよりも高い溶融温度を有する材料で形成される。本実施の形態では、基材媒体１２は、高融点ポリエステルの芯及び低融点ポリエステルの鞘を有する２構成要素ステープル繊維で形成されたスクリムである。２構成要素ステープル繊維をカレンダ加工ローラのセットの間で圧縮して、スクリムのウェブ（布状のスクリム）を形成する。基材媒体１２と細繊維１４との間の結合には、溶剤結合、加圧結合及び／又は熱結合を含めることができる。一の実施の形態では、図１５Ａ乃至図１５Ｄに示すように、低融点の材料を用いて基材のより粗い繊維に細繊維を結合することができる。このように、より粗い基材繊維が弛緩プロセス（プロセシング）により用いられ、摺動する場合、より粗い基材繊維は、それに結合されるより繊細な細繊維を担持する。
【００６４】
図２に示すように、拡張前の複合フィルタ媒体１０は、厚みｔ´と実質的に平坦な表面２０を有する。この非拡張の複合フィルタ媒体１０を、例えば５分間華氏２５０度（摂氏１２１．１１度（異なる単位間の換算値であって有効数字の表示を意図しない。以下換算値については同じ。））で熱処理すると、基材媒体１２の圧縮された繊維は弛緩及び再配向され、それによって基材媒体１２を拡張させる。その結果、基材媒体１２の厚さはｔまで拡大し、図２に示す実質的に平坦な表面２０は弛緩して、図１に示す波状の表面１８を形成する。商業的に入手可能な基材／スクリムの一般的な平面の性質とは異なって、波状の表面が不規則であることは理解されるであろう。実際、フィルタ媒体のロールは典型的には、多くの媒体が通常はそのように設けられているように、概して平らな特徴を有して、媒体の予め巻かれたロールの状態で入荷される。基材媒体１２の表面近傍のより粗い基材繊維が弛緩及び再配向されるにつれて、これらの繊維によって担持される細繊維１４も共に移動し、波状の表面の繊維と共に引き伸ばされ、３次元マトリクスに組み込まれる。更に、２構成要素繊維の低融点ポリエステルは熱処理の間に溶融又は軟化して隣接する細繊維が低融点ポリエステル中へ埋め込まれることを可能とし、２構成要素繊維と細繊維１４との間の結合を強化する。
【００６５】
一の実施の形態では、基材媒体１２は、約１乃至４０マイクロメートルの平均繊維直径及び約０．５乃至１５オンス／平方ヤード（約１６．９５３ｇ／ｍ２乃至１４，０８５ｇ／ｍ２）の坪量を有する複数構成要素繊維スクリムで形成される。細繊維１４は、約０．０１乃至０．５マイクロメートルの平均繊維直径を有し、約０．０１２ｇ／ｍ２乃至０．０２５ｇ／ｍ２の細繊維カバレッジを有する。本実施の形態では、拡張された複合フィルタ媒体１０は、約１００乃至２００ＣＦＭ（約２．８３２ｍ３／分乃至５．６６３ｍ３／分）のフレーザ透過性（Ｆｒａｚｉｅｒ透過性）、ＭＥＲＶ１１−１６等級のＭＦＰ効率、及び水柱圧約１．５インチ（約３８．１ｍｍ）の最終的な圧力損失で約４００ｍｇ／１００ｃｍ２乃至６００ｍｇ／１００ｃｍ２のＭＦＰダスト保持重量を有する。
【００６６】
図１１及び図１２は、本発明の別の実施の形態による複合フィルタ媒体９０を示す図である。複合フィルタ媒体９０は、図２に示す複合フィルタ媒体１０の基材媒体１２及び細繊維１４に加えて媒体９２及び細繊維９３を備える。図示のように、複合フィルタ媒体９０の細繊維１４及び９３は、基材媒体１２と媒体９２との間に挟まれて設けられる。媒体９２及び基材媒体１２は、同じスクリム又はフィルタ媒体、もしくは異なるスクリム又はフィルタ媒体で形成することができる。複合フィルタ媒体９０は、例えば、図２に示す複合フィルタ媒体１０の２つの層を細繊維が互いに向かい合うように積層し、基材媒体層を拡張させることによって構築することができ、細繊維は隣接する基材媒体と共に再配向される。
【００６７】
一の実施の形態では、基材媒体１２は、前述の実施の形態に記載した低融点ポリエステル／高融点ポリエステルの２構成要素繊維で形成されたスクリムである。細繊維１４は、基材媒体１２上に堆積させた電界紡糸されたナイロン（登録商標）‐６のナノ繊維である。同様に、媒体９２には、細繊維９３を形成する電界紡糸されたナイロン（登録商標）‐６のナノ繊維を堆積させる。細繊維１４を堆積させた基材媒体１２と細繊維９３を堆積させた媒体９２を、細繊維１４及び細繊維９３が互いに対面して向かい合うように合わせて積層して、図１１に示す複合フィルタ媒体９０を形成する。本実施の形態では、媒体９２は基材媒体１２に用いた同じスクリムで形成される。細繊維１４及び細繊維９３は、同一の細繊維カバレッジレベル（被覆率の程度）又は異なる細繊維カバレッジレベルを有してもよい。例えば、細繊維１４は、約０．００５ｇ／ｍ２乃至０．０３０ｇ／ｍ２の、好ましくは約０．０１２ｇ／ｍ２乃至０．０２５ｇ／ｍ２の細繊維カバレッジレベルを有する。同様に、細繊維９３は、約０．００５ｇ／ｍ２乃至０．０３０ｇ／ｍ２の、好ましくは約０．０１２ｇ／ｍ２乃至０．０２５ｇ／ｍ２の細繊維カバレッジレベルを有する。このため積層したとき、細繊維１４、９３の２つの層は、約０．０１０ｇ／ｍ２乃至０．０６０ｇ／ｍ２の、好ましくは約０．０２４ｇ／ｍ２乃至０．０５０ｇ／ｍ２の細繊維カバレッジレベルを有することができる。オプションとして（追加するか否かは任意に）、複合フィルタ媒体９０をローラのセットを用いて圧縮して、層１２、１４、９３、９２の間の結合を促進することができる。図１１に示すように、非拡張の複合フィルタ媒体９０は実質的に平坦な表面９４と厚さｔ´´を有する。次いで、前述の実施の形態と同様に非拡張の複合フィルタ媒体９０を熱処理する。熱処理は、２構成要素繊維の低融点構成要素の溶融温度で、又はその付近で行うことができる。本実施の形態では、非拡張の複合フィルタ媒体９０は、低融点ポリエステルの溶融温度まで、又はその付近まで加熱される。
【００６８】
図１２に示すように、熱処理の間に、基材媒体１２及び媒体９２の２構成要素繊維は弛緩及び再配向されて、ｔ´´´まで複合フィルタ媒体９０の厚さを拡大させて波状の表面９６を形成する。基材媒体１２の２構成要素繊維が弛緩及び再配向されるにつれて、細繊維１４も基材媒体１２の隣接する２構成要素繊維と共に移動する。同様に媒体９２の２構成要素繊維が弛緩及び再配向されるにつれて、細繊維９３も媒体９２の隣接する２構成要素繊維と共に移動する。
【００６９】
非拡張の複合フィルタ媒体又は他の従来のフィルタ媒体と比較したとき、拡大した厚さ及び波状の表面を有するかかる複合フィルタ媒体９０は、優れたダスト保持能力及び減少した圧力損失を有し得る。更に、弛緩を介したフィルタ媒体の拡張によるフィルタ媒体の体積の増大は、拡張された複合フィルタ媒体９０（図１２参照）を、改善されたダスト保持容量及び減少した圧力損失を有する深さフィルタ媒体（Ｄｅｐｔｈ ｆｉｌｔｅｒ ｍｅｄｉａｓ）（深さを有するろ過材）として良好に適合させ、より多くの微粒子を複合フィルタ媒体９０の増大した体積の全体にわたって捕捉することができ、細繊維層はその大部分で不当に制限することなく最大の微粒子捕捉効率を設定することができる。
【００７０】
図１１及び図１２は模式図であるが、図２０、図２１は、１２０倍の倍率で撮影された基材媒体及び拡張された複合フィルタ媒体の実際の光学顕微鏡画像を示す図である。図２０は、細繊維の堆積及び拡張の前の、図１１に示す基材媒体１２及び媒体９２等の基材媒体の光学顕微鏡画像である。図２１は拡張された複合フィルタ媒体の光学顕微鏡画像であり、２つの図２０に示す媒体のサンプルに細繊維を堆積させて積層し、図１２に示す拡張された複合フィルタ媒体９０のように、２つの媒体のサンプル上の細繊維が互いに対面して向かい合うように設ける。図２１に示す複合フィルタ媒体は細繊維を含むが、この拡大画像では、媒体層の粗い繊維しか見ることができない。細繊維ははるかに小さく、より粗い繊維によって担持され、それは、拡大レベル２，５００倍で撮影された複合フィルタ媒体の走査電子顕微鏡画像である図２４を参照して見ることができる。図２４では、一の媒体層を覆う細繊維に画像の焦点が合わせられ、他の媒体層を覆う細繊維は画像の焦点から外れている。細繊維で覆われた２層の媒体層は、細繊維が互いに対面して向かい合うように積層され、熱拡張されることにより複合フィルタ媒体を形成する。
【００７１】
深さフィルタ媒体（深さを有するろ過材）は実質的に体積又は深さの全体に微粒子を填装（ｌｏａｄ）し、したがって深さ媒体は、フィルタの寿命を通して表面填装システムと比較したとき、より大きな重量及び体積の微粒子を填装することができる。しかし通常は、深さ媒体の構成は効率に関する難点を有する。これほどまで保持容量を高めるために、多くの場合、固体性（中実性）の低い媒体を用いることを選ぶ。これは、一部の微粒子がより容易に通過する可能性がある大きな孔サイズをもたらす。本発明の実施の形態による拡張された複合フィルタ媒体は、拡張した媒体及び細繊維を介して同じ低いレベルの圧力損失を維持しながら、優れたダスト保持能力及びろ過効率を提供することができる。
【００７２】
他の実施の形態では、拡張された複合フィルタ媒体は、細繊維の多重層（複数の層）及び多重フィルタ層（複数のフィルタ層）を含むことができる。図１３は、３層のフィルタ層１２、９２、１０４の間に挟まれて設けられた２層の細繊維層１６、１０２を備える本発明の実施の形態による複合フィルタ媒体１００を示す。フィルタ層１２、９２、１０４は、前述の実施の形態の低融点ポリエステル／高融点ポリエステルの２構成要素繊維スクリムと同じフィルタ媒体又はスクリムで形成することができる。代替として、フィルタ層１２、９２、１０４は、所望のフィルタ媒体の特性に応じて異なるフィルタ媒体又はスクリムで形成することができる。異なるフィルタ媒体又はスクリムを用いてフィルタ層１２、９２、１０４を形成する場合、拡張の間、フィルタ層１２、９２、１０４の繊維を異なるように弛緩及び再配向させることができる。そのため、フィルタ層１２、９２、１０４は異なるように拡張することができる。例えば、フィルタ層１２及び９２の厚さを２倍に増大させ、フィルタ層１０４の厚さは増大させないか又は非常にわずかに増大させるように設けることもできる。
【００７３】
更に、細繊維層１６、１０２は同じ量の細繊維又は異なる量の細繊維を含むことができる。フィルタ層１２、９２、１０４の材料及び細繊維層１６、１０２の細繊維の量を選択して、勾配を有する深さ媒体を生成することができる。例えば、フィルタ層１２、９２、１０４は、前述の実施の形態の基材媒体１２及びフィルタ層９２に用いられた２構成要素スクリムに類似する２構成要素繊維スクリムで形成することができる。しかし、フィルタ層１０４の２構成要素繊維スクリムは、フィルタ層９２のために選択されたスクリムよりも、より小さな固体密度（ｓｏｌｉｄ ｄｅｎｓｉｔｙ）を有することができ、それによってより低いろ過効率とすることができる。更に、基材媒体１２のために選択されるスクリムは、フィルタ層９２に用いられるスクリムよりも大きな固体密度を有することができる。その上、細繊維層１６を細繊維層１０２よりも多くの細繊維を含むように形成することができる。例えば、細繊維層１０２を約０．０１５ｇ／ｍ２でＰＡ‐６の電界紡糸細繊維を含むように形成することができ、一方で、細繊維層１６を約０．０２５ｇ／ｍ２でＰＡ‐６の電界紡糸細繊維を含むように形成する。多様な実施の形態の細繊維層（複数の細繊維層）の各々のナノ繊維カバレッジレベルは、約０．００５ｇ／ｍ２乃至０．０３０ｇ／ｍ２に設けることが好ましく、約０．０１２ｇ／ｍ２乃至０．０２５ｇ／ｍ２に設けることが更に好ましい。堆積／被覆後の起伏を有する（波状の）３次元マトリクスへの繊維の再配向により、不当な制限又は圧力損失の問題を引き起こすことなく、はるかに多くの細繊維を堆積させる（より大きな細繊維カバレッジ又は坪量とする）ことができ、実際にはその不当な制限又は圧力損失の問題を引き起こすこととは逆に、拡張の結果、より大きな有効体積領域が得られることが理解されるであろう。かかる勾配を有する複合フィルタ媒体１００は、複合フィルタ媒体１００の厚さの全体にわたってより多くのダスト微粒子が填装されることを可能とする。
【００７４】
一の実施の形態では、非拡張状態の複合フィルタ媒体１００は、約０．００５インチ（０．１２７ｍｍ）の厚さを有する２構成要素繊維スクリムで形成されるフィルタ層１２、９２、１０４、及び約０．０１９ｇ／ｍ２のカバレッジレベルで電界紡糸されたＰＡ‐６ナノ繊維を備える細繊維層１６、１０２を含む。非拡張の複合フィルタ媒体１００は約０．０１５インチ（０．３８１ｍｍ）の全体の厚さを有する。熱拡張後に、フィルタ層１２、９２、１０４の各々の厚さは、約２倍乃至３倍又は更に大きく増大させることができ、それによって０．０３０インチ（０．７６２ｍｍ）又は０．０４５インチ（１．１４３ｍｍ）以上の全体の厚さを有する拡張された複合フィルタ媒体１００を実現する。
【００７５】
拡張された複合フィルタ媒体の他の構成は、ダスト保持及び圧力損失の特性を最適化するための他のろ過用途に有益であり得る。他の実施の形態では、拡張された複合フィルタ媒体は、様々な順序で構成される３層を超えるフィルタ層及び２層を超える細繊維層を含むことができる。
【００７６】
加えて、細繊維の再配向をもたらす媒体の拡張後に、次いで、拡張された複合フィルタ媒体は、溝付きのフィルタやひだ付きのフィルタ又は類似の典型的なフィルタエレメント構成のようなギャザー加工された構成を有するフィルタエレメントに編成することができる。かかるギャザーを伴うフィルタ構成は、端部キャップ、フレーム及び同種の部材を有する、並びに多くの場合、参照により本明細書に援用される特許のいくつかにおいて示されるような環状の密閉ガスケットを有する、円筒形又は楕円形のエレメントの形態に設けられてもよい。この媒体は、また、かかるフィルタエレメント内に組み込むことができる。更に、拡張された複合フィルタ媒体にひだ加工して、パネルフィルタに用いることができる。
【００７７】
図２２は、本発明の一の実施の形態による円筒形の芯３０４の周りに巻き付けられたひだ付きのフィルタ媒体３０２、及び各端部に取り付けられた端部キャップ３０６、３０８を含む、ひだ付きのフィルタエレメント３００を示す。ひだ付きのフィルタ媒体３０２は、図１、図１２及び図１３に示す拡張されたフィルタ媒体のような波状の表面を有する拡張された複合フィルタ媒体をひだ加工することによって形成することができる。かかる溝付きのフィルタエレメントは、本願出願人に譲渡された米国特許４，１８４，９６６号に開示されており、この教示及び開示は、本明細書の開示と矛盾しない範囲でその全体を参照により本明細書に組み込む。
【００７８】
図２３は、本発明の別の実施の形態による溝付きのフィルタエレメント３２０を示す図である。溝付きのフィルタエレメントは、フレーム３２４、フィルタ媒体密閉部材（シール）３２６、環状の密閉部材３２８、及び溝付きのフィルタ媒体３３０を含む。溝付きのフィルタ媒体３３０は共にしっかりと合わされる面シートと複雑屈曲シートとを含み、中央フレーム３３２の周りに巻き付けられて、一方の面の近傍が閉鎖された第１の溝及び他方の面の近傍が閉鎖された第２の溝を含む複数の溝３３４を画成する。本実施の形態では、面シート及び／又は複雑屈曲シートは、図１、図１２及び図１３に示す拡張された複合フィルタ媒体のような波状の表面を有する拡張された複合フィルタ媒体から形成することができる。かかる溝付きのフィルタエレメントは、本願出願人に譲渡された米国特許公開２００９−０３２０４２４号「取付フィルタフレーム及び取付フィルタフレームを有する溝付きのフィルタ」に開示されており、この教示及び開示は、本明細書の開示と矛盾しない範囲でその全体を参照により本明細書に組み込む。
【００７９】
図２５は本発明の実施の形態によるパネルフィルタ３５０を示す図である。フィルタ媒体３５２は、図１２に示す拡張された複合フィルタ媒体９０のような拡張された複合フィルタ媒体を備える。拡張された複合フィルタ媒体をひだ加工してフィルタ媒体３５２を形成し、フレーム３５４で囲んでパネルフィルタ３５０を形成する。
【００８０】
本発明に従う拡張された複合フィルタ媒体の別の実施の形態を説明したが、拡張された複合フィルタ媒体を形成する方法を以下に説明する。
【００８１】
図１４は拡張された複合フィルタ媒体を製造する代表的なプロセスを模式的に示し、前述の実施の形態のいずれもを本発明の加工の実施の形態に従って生成することができる。システム２００は、巻出しステーション２０２、電界紡糸ステーション２０４、熱処理ステーション２０６及び巻戻しステーション２０８を含む。
【００８２】
システム２００において、スクリム２１０のロールは巻出しステーション２０２から巻き出される。一の実施の形態では、スクリム２１０のロールは、高融点ポリエステルの芯／低融点ポリエステルの鞘の２構成要素ステープル繊維で形成され、カレンダ加工ローラのセットを介して既に圧縮されて、所望の厚さ及び固体性（中実性）を有するスクリム２１０のロールとして形成されている。ウェブ（ｗｅｂ）（布）状に形成されたスクリム２１２は電界紡糸ステーション２０４に向かってマシン方向２１４に移動する。電界紡糸ステーション２０４において、細繊維２１６はスクリム２１２のウェブ上に形成及び堆積され、複合フィルタ媒体２１８を形成する。次いで、複合フィルタ媒体２１８は熱処理ステーション２０６に入り、そこで複合フィルタ媒体２１８は低融点ポリエステルの溶融温度まで、又はその付近まで加熱される。熱処理の間、複合フィルタ媒体２１８は弛緩及び拡張して、拡張された複合フィルタ媒体２２０を形成し、巻戻しステーション２０８で巻き戻される。スクリム２１２のウェブと細繊維２１６との間の結合も熱処理の間に強化される。システム２００の各構成要素については以下で詳細に述べる。
【００８３】
スクリムを、システム２００の上流プロセス（連続１ラインプロセスの一部又は断続２ラインプロセスのいずれか）で形成してもよく、又はＨＤＫ等の適切な供給者又はＨ＆Ｖ若しくはＡｈｌｓｔｒｏｍ等の他の適切な媒体供給者又は同様の供給者からロール形態で購入してもよい。スクリムを、前述の図３乃至図１０に示す２構成要素繊維等の様々な適切な材料から形成することができる。代替として、媒体は、圧縮されて溶剤結合又は熱結合等により定位置に保持される（成形される）他の単一構成要素媒体（ｓｉｎｇｌｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｍｅｄｉａ）であってもよい。例えば２構成要素の場合、同心に設けられた鞘／芯型の２構成要素繊維を、芯として高融点ポリエステルを用い、鞘として低融点ポリエステルを用いて同時押出成形（ｃｏｅｘｔｒｕｄｅ）してもよい。そして、かかる２構成要素繊維を、スクリム又はフィルタ媒体を形成するために用いることができる。一の実施の形態では、２構成要素繊維を、ステープル繊維（ｓｔａｐｌｅ ｆｉｂｅｒｓ）（ステープルファイバ）（（短く）切断した繊維）として用いることにより、従来の乾式積層プロセス又は空気積層プロセスによって複数構成要素フィルタ媒体又はスクリムを形成する。このプロセスで用いられるステープル繊維は比較的短く不連続なものであるが、従来の装置で扱うためには十分な長さである。２構成要素繊維の複数の包装（ｂａｌｅｓ）は、シュート供給（ｃｈｕｔｅ ｆｅｅｄ）を経由して供給され、カーディング装置（ｃａｒｄｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）で個々の繊維に分離されてから、繊維ウェブへと空気積層（ａｉｒ ｌａｉｄ）される（この繊維ウェブ自体は、本開示においては基材と見ることができる）。次に、繊維ウェブを、カレンダローラのセットを用いて圧縮し、スクリムロール２１０を形成する（このスクリムロール２１０は基材としても見ることができる）。追加するか否かは任意に、繊維ウェブをカレンダ加工ローラのセットに入れる前に加熱してもよい。本実施の形態のスクリム２１０は、高融点構成要素及び低融点構成要素を含む２構成要素繊維を備えるため、２構成要素フィルタ媒体とも呼ばれる。いくつかの実施の形態では、繊維ウェブをカレンダリング（圧延加工）する前に折り畳んで、より厚い２構成要素フィルタ媒体を形成する。
【００８４】
別の実施の形態では、ポリエステル繊維等の高融点ポリマー繊維を備えるウェブ、及びポリプロピレン繊維等の低融点ポリマー繊維を備えるウェブを分離して形成し、共に積層することにより、２構成要素フィルタ媒体又はスクリムのロールを形成することができる。かかる実施の形態では、細繊維２１６は、スクリム２１２の低融点側に堆積される。この実施の形態では、低融点ウェブは、低融点構成要素が加熱及び溶融されたときに高融点ウェブの表面を塞がないように、高融点ウェブよりも実質的に薄く設けられる。
【００８５】
他の実施の形態では、２構成要素繊維スクリムは、溶融ブロープロセス（ｍｅｌｔ ｂｌｏｗｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）により形成することができる。例えば、溶融ポリエステル及び溶融ポリプロピレンが、加熱された高速空気を伴って押出し及び引抜き成形されることで粗繊維を形成することができる。この繊維は、移動中の網（ｓｃｒｅｅｎ）上にウェブとして収集されることにより２構成要素スクリム２１０を形成することができる。
【００８６】
また、複数構成要素繊維フィルタ媒体又はスクリムは、少なくとも２種類の異なるポリマー材料を用いてスパンボンド（ｓｐｕｎ−ｂｏｎｄｅｄ）（紡糸接着）されてもよい。典型的なスパンボンドプロセスでは、溶融ポリマー材料が複数の押出成型開口（ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｏｒｉｆｉｃｅｓ）を通過することにより複数糸紡糸工程（ｍｕｌｔｉｆｉｌａｍｅｎｔａｒｙ ｓｐｉｎｌｉｎｅ）が形成される。この複数糸紡糸工程では、その引張り強さを高めるために引き抜かれ、固体化を生じさせる急冷ゾーンを通過させられて、移動する網（ｓｃｒｅｅｎ）等の支持体の上に集められる。スパンボンドプロセスは溶融ブロープロセスに類似するが、溶融ブローによる繊維はスパンボンドによる繊維よりもより細いのが通常である。
【００８７】
更に他の実施の形態では、複数構成要素フィルタ媒体は湿式積層（ｗｅｔ−ｌａｉｄ）される。湿式積層プロセスでは、高融点繊維及び低融点繊維が搬送ベルト上に分散され、これらの繊維は、湿った状態にある間に均一なウェブへと広げられる。湿式積層操作では、典型的には１／４乃至３／４インチ（６．３５ｍｍ乃至１９．０５ｍｍ）の長さの繊維が用いられるが、繊維が硬かったり太かったりする場合には時として、より長い繊維を用いる。多様な実施の形態による前述の繊維は、圧縮されることにより、所望の厚さを有するスクリム２１０又はフィルタ媒体を形成する。
【００８８】
再び図１４を参照して説明する。スクリムのウェブ（布）２１２は、細繊維２１６が形成されてスクリムのウェブ２１２の上に堆積する、電界紡糸ステーション２０４に入る。電界紡糸ステーション２０４において、細繊維２１６は、電界紡糸セル２２２から電界紡糸され、スクリムウェブ２１２の上に堆積する。システム２００の電界紡糸プロセスは、本願出願人に譲渡された米国特許公開２００９／０１９９７１７号の「１００ナノメートル未満の細繊維及び方法」に開示されている電界紡糸プロセスと実質的に同様とすることができ、その開示の全体を参照により本明細書に組み込む。代替として、ノズルバンク（ｎｏｚｚｌｅ ｂａｎｋｓ）又は他の電界紡糸設備を用いて細繊維を形成することもできる。このような代替としての電界紡糸装置又はセル２２２のチェーン電極の経路変更により、繊維を所望の配向に堆積させることが可能となる（例えば、繊維は上方向に紡糸されていることが示されているが、粗繊維を搬送するコンベヤ上へ繊維を下方向、水平方向、又は対角方向に紡糸することも可能である）。
【００８９】
この電界紡糸プロセスは、ナノ繊維としても知られる小直径の合成繊維を生産する。静電紡糸の基本プロセスは、高電圧勾配等の強電界が存在する中での、溶融ポリマーの流れ又はポリマー溶液の流れへの静電荷の導入を伴う。電界紡糸セル２２２においてポリマー流体へ静電荷を導入することにより、荷電流体噴流（荷電流体ジェット）が形成される。この荷電噴流は、静電界中で加速して細くなり、接地コレクタ（ｇｒｏｕｎｄ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）の方向に引き付けられる。かかるプロセスにおいては、ポリマー流体の粘弾性力により、この噴流は安定化し、小直径の糸（ｆｉｌａｍｅｎｔｓ）が形成される。繊維の平均直径は、静電紡糸セル２２２の設計及びポリマー溶液の配合により制御することができる。
【００９０】
細繊維を形成するために用いるポリマー溶液は、様々なポリマー材料及び溶剤を含むことができる。例示のポリマー材料には、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリオレフィン、ポリアセタール、ポリエステル、セルロースエーテル、ポリアルキレンスルフィド、ポリアリレンオキシド、ポリスルホン、変性ポリスルホンポリマー及びポリビニルアルコール、ポリアミド、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデンが含まれる。静電紡糸用のポリマー溶液を作るための溶剤には、酢酸、ギ酸、ｍ−クレゾール、トリフルオロエタノール、ヘキサフルオロイソプロパノール塩化溶剤、アルコール、水、エタノール、イソプロパノール、アセトン、及びＮ−メチルピロリドン、並びにメタノールが含まれてもよい。この溶剤とポリマーは、所与の溶剤及び／又は溶剤混合物（両方とも「溶剤」と呼ぶ場合がある）中のポリマーの十分な可溶性に基づいて、適切に用いるために組み合わせることができる。例えば、ギ酸をナイロン（登録商標）‐６としても広く知られるポリアミドに対して選択してもよい。細繊維の電界紡糸に関する更なる詳細については前述の特許を参照することができる。
【００９１】
システム２００において、高電圧差を生じさせる高電圧を供給することにより、電界紡糸セル２２２内の電極と真空コレクタコンベヤ（ｖａｃｕｕｍ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ ｃｏｎｖｅｙｏｒ）２２４との間に静電界が生成される。図１４に示すように、細繊維２１６が形成される複数の電界紡糸セル２２２を設けてもよい。電界紡糸セル２２２の電極で形成された細繊維２１６は、静電界により与えられる力によって真空コレクタコンベヤ２２４の方向に引かれる。また、真空コレクタコンベヤ２２４は、スクリムのウェブ２１２を保持し、機械方向２１４にスクリムのウェブ２１２を移送する。この構成では、スクリムのウェブ２１２は、細繊維２１６がスクリムのウェブ２１２上に堆積するように電界紡糸セル２２２と真空コレクタコンベヤ２２４との間に配置される。スクリムのウェブ２１２が一方の表面上の低融点構成要素と他方の表面上の高融点構成要素とを含む複数構成要素フィルタ媒体である実施の形態では、複数構成要素スクリム２１２は、複数構成要素スクリムの低融点構成要素表面が電界紡糸セル２２２に対面するように、電界紡糸セル２２２と真空コレクタコンベヤ２２４との間に配置される。
【００９２】
一の実施の形態では、電界紡糸セル２２２は、ポリアミド‐６（ＰＡ‐６）と、２／３の酢酸及び１／３のギ酸からなる適切な溶剤とを含むポリマー溶液を収容する。かかる溶剤において、酢酸及びギ酸は共に、ＰＡ‐６を溶解するための溶解剤として機能し、酢酸は、ポリマー溶液の導電性及び表面張力を制御する。電界紡糸セル２２２は、ＰＡ‐６から形成される細繊維を生成し、この細繊維は、スクリムのウェブ２１２の表面上に堆積される。細繊維２１６がスクリムのウェブ２１２の表面に堆積されると共に、いくらかの細繊維２１６は、電界紡糸セル２２２に対面するスクリムの表面近傍の粗繊維と交絡（ｅｎｔａｎｇｌｅ）する。いくらかの細繊維２１６が、スクリムの表面近傍のいくらかの繊維と交絡するときに、電界紡糸プロセスからの細繊維２１６内に残留するいくらかの溶剤は、細繊維２１６とスクリムのウェブ２１２の繊維との間に溶剤結合を生じさせることができる。溶剤結合の効果を得るために、スクリムのウェブ２１２の繊維は可溶性を有すること、又は少なくとも細繊維内の溶剤に反応することが求められる。電界紡糸ステーション２０４で形成された複合フィルタ媒体２１８の断面図は図２に示す非拡張の複合フィルタ媒体１０に類似するものとして見ることができる。
【００９３】
電界紡糸ステーション２０４を出ると、複合フィルタ媒体２１８は拡張プロセスに進む。本実施の形態では、複合フィルタ媒体２１８の拡張は熱処理ステーション２０６で達成される。熱処理ステーション２０６は、対流オーブン（ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ ｏｖｅｎ）等の任意の好適な従来のオーブン、又は赤外線オーブン（ｉｎｆｒａｒｅｄ ｏｖｅｎ）等の他の好適なタイプの加熱機構を利用する加熱装置とすることができる。スクリム２１２が高融点／低融点の２構成要素繊維を備える場合、複合フィルタ媒体２１８は、２構成要素繊維の低融点ポリマー構成要素の溶融温度まで、又はその付近まで加熱される。スクリム２１２の２構成要素繊維が低融点ポリマー構成要素の溶融温度まで又はその付近まで加熱されるにつれて２構成要素繊維は弛緩及び再配置（ｒｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）される。図４に示す偏心して設けられた鞘／芯型の２構成要素繊維等の２構成要素繊維のいくらかは、熱処理を行ったとき、様々な方向に渦を巻き及びねじれ得る。更に、スクリムの形成の間に、例えばカレンダ加工ローラのセットを介して合わせて圧縮された２構成要素繊維は、熱が圧縮力を解放して２構成要素繊維を再配置させて繊維間の平均距離を増大させると共に除圧される。そのようにして、スクリム２１２のウェブはその厚みが増して波打って、波状の表面を形成する。
【００９４】
更に、細繊維２１６を担持する表面近傍の２構成要素繊維が移動して再配向されるにつれて、細繊維２１６も２構成要素繊維と共に移動する。前述のように、細繊維２１６はスクリム２１２のウェブの表面上に堆積され、いくらか（一部）の細繊維２１６は、スクリム２１２のウェブの表面近傍の２構成要素繊維と接触するようになり、溶剤結合により結合され得る。２構成要素繊維の外側の低融点ポリマー構成要素が軟化又は溶融し、細繊維２１６を埋め込むにつれて、２構成要素繊維と細繊維２１６との間の結合は熱処理の間に強化される。熱処理中は、複合フィルタ媒体２１８は、低融点構成要素のガラス転移温度を少なくとも上回るまで、より好ましくは低融点構成要素の溶融温度又はその付近まで、加熱される。例えば、複合フィルタ媒体２１８は、２構成要素繊維の外側の低融点ポリエステル層が溶融し、ＰＡ‐６から形成された細繊維２１６と結合するように、低融点ポリエステルの融点まで又はその付近まで加熱される。かかる実施の形態では、ＰＡ‐６及び高融点ポリエステルの溶融温度は、低融点ポリエステルの溶融温度よりも著しく高いので、ＰＡ‐６細繊維２１６及び２構成要素繊維の高融点ポリエステルの芯は溶融しない。最も低い溶融温度を有する低融点ポリエステルは溶融又は軟化し、隣接するＰＡ‐６細繊維２１６は、この軟化又は溶融した低融点ポリエステル内に埋め込まれ、それにより細繊維２１６とスクリムのウェブ２１２とが共に結合される。したがって、低融点ポリエステルは、２構成要素繊維スクリム２１２と細繊維２１６との間の結合剤として機能する。
【００９５】
図１５Ａ乃至図１５Ｄはスクリム２１２の２構成要素繊維及びスクリムのウェブ２１２の表面近傍の細繊維２１６を多様な倍率で示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。図１５Ａ及び図１５Ｂの３００倍及び１，ＯＯＯ倍で示すＳＥＭ画像に見られるように、スクリムウェブ２１２上に堆積した細繊維２１６は、スクリム２１２の表面近傍に位置するより粗い２構成要素繊維の間の蜘蛛の巣状の繊維構造を形成する。より高い倍率で得られたＳＥＭ画像（２，０００倍の図１５Ｃ及び１０，０００倍の図１５Ｄ）は、細繊維２１６と２構成要素繊維との間の結合を示す。図１５Ｄに鮮明に示すように、細繊維２１６は、２構成要素繊維の低融点ポリエステル表面に埋め込まれている。
【００９６】
２構成要素繊維が熱処理の間に弛緩及び再配向されるにつれて、２構成要素繊維の表面上に埋め込まれた細繊維２１６は２構成要素繊維と共に移動する。２構成要素繊維が加熱されるにつれて、２構成要素繊維は異なる方向に渦を巻いたり、ねじれたり、移動したりし得る。細繊維２１６を担持する２構成要素繊維の一部（いくらか）は、外側に向かって移動して表面を拡張させることができ、一方、細繊維２１６を担持する２構成要素繊維の他の一部（いくらか）は、元の表面位置に留まるか又は反対方向である内側に向かって移動することができる。そのようにして、複合フィルタ媒体２１８の実質的に平坦な表面は熱処理の間に繊維が配向するにつれて波状になる。更に、スクリム２１２の表面位置に堆積していた細繊維２１６は２構成要素繊維と共に移動するにつれて引き伸ばされ、それによって、複合フィルタ媒体２１８が熱処理の間に拡張するにつれて、細繊維２１６がスクリム２１２のウェブへ組み込まれる深さが増大する。２構成要素繊維及び細繊維２１６の再配向は、拡張された複合フィルタ媒体２１８の全体の微細孔構造も改善することができる。したがって、拡張による固体比率の減少（同じ量の繊維で体積が増加する）及び拡張された複合フィルタ媒体２１８の微細孔構造の改善は、フィルタ能力（フィルタ容量）を向上させ、及び圧力損失の増大を緩やかにする。拡張された複合フィルタ媒体２２０は、波状の表面及び拡大された厚さを有する図１に示す拡張された複合フィルタ媒体に類似してもよい。
【００９７】
いくつかの実施の形態では、拡張された複合フィルタ媒体２２０は、熱処理ステーションの下流でローラのセットを通してプロセシングしてもよい。少量の圧力を拡張された複合フィルタ媒体２２０に印加して細繊維２１６と基質スクリム２１２との間の接着を促進することができ、及び／又は所望の厚さまで複合フィルタ媒体２２０の厚さをわずかに減少させることができる。しかしながら、拡張された複合フィルタ媒体２２０は、ローラのセットを通しても熱処理による波状の表面及び拡大された厚さを実質的に保持する。
【００９８】
図１６は、本発明の別の実施の形態による拡張された複合フィルタ媒体を製造するためのシステム２３０の模式図である。システム２３０は、基材２３６の形成のための装置２３２、フィルタ層２３８の形成のための装置２３４、電界紡糸ステーション２４０、ローラ２４２のセット、熱処理ステーション２４４及び巻戻しステーション２５２を含む。
【００９９】
基材媒体２３６及びフィルタ層２３８は様々な好適な材料及び方法で形成することができる。更に、基材媒体２３６及びフィルタ層２３８は、同じフィルタ媒体又はスクリム、もしくは異なるフィルタ媒体又はスクリムから形成することができる。
【０１００】
一の実施の形態では、基材媒体２３６及びフィルタ層２３８は同じ２構成要素繊維スクリムから形成される。本実施の形態では、高融点ポリエステルの芯及び低融点ポリエステルの鞘を備える２構成要素ステープル繊維は、基材媒体形成装置２３２及びフィルタ層形成装置２３４で所望の厚さ及び幅を有するスクリムのウェブとして形成される。
【０１０１】
２構成要素繊維スクリムを備える基材媒体２３６は電界紡糸ステーション２４０に入り、ＰＡ‐６ナノ繊維２５４は、図１４に示す電界紡糸ステーション２０４について説明した形態で基材媒体２３６の表面上に形成及び堆積される。次いで細繊維２５４を担持する基材媒体２３６は、ローラ２４２のセットを介してフィルタ層２３８と共に積層される。図示のように、フィルタ層２３８は、複合フィルタ媒体２４６の細繊維が堆積された側の上に積層される。ローラ２４２のセットは、細繊維２５４と基材媒体２３６との間の結合及び細繊維２５４とフィルタ層２３８との間の結合を可能とする所望の量の圧力を印加することができる。ローラ２４２のセットを出た複合フィルタ媒体２４８は、図１１に示す非拡張の複合フィルタ媒体９０と類似するものとして見ることができる。
【０１０２】
次いで複合フィルタ媒体２４８は熱処理ステーション２４４に入る。熱処理ステーション２４４において、複合フィルタ媒体２４８は、２構成要素繊維の低融点ポリエステル構成要素の融点まで、又はその付近まで加熱される。基材媒体２３６及びフィルタ層２３８の２構成要素繊維は、図１４に示す実施の形態に関して説明したように、弛緩及び再配向される。前述のように、細繊維２５４も２構成要素繊維と共に再配向される。熱処理ステーション２４４を出た拡張された複合フィルタ媒体２５０は、図１２に示す拡張された複合フィルタ媒体に類似するものとして見ることができる。拡張された複合フィルタ媒体２５０は拡大された厚さ及び波状の表面を有する。最終的に、拡張された複合フィルタ媒体２５０は巻戻しステーション２５２でロールへと巻き付けられる。いくつかの実施の形態では、拡張された複合フィルタ媒体２５０は、熱処理ステーションの下流でローラのセットを通してプロセシングしてもよい。少量の圧力を拡張された複合フィルタ媒体２５０に印加して異なる複数の層の間の接着を促進することができ、及び／又は所望の厚さまで複合フィルタ媒体２５０の厚さをわずかに減少させることができる。しかしながら、拡張された複合フィルタ媒体２５０は、ローラのセットを通しても熱処理による波状の表面及び拡大された厚さを実質的に保持する。
【０１０３】
図２６は、本発明の別の実施の形態による拡張された複合フィルタ媒体を製造するためのシステム４００の模式図である。システム４００は２つの巻出しステーション４０２、４０４、オーブン４０６、及び巻戻しステーション４０８を含む。基材媒体４１４及び細繊維４１８を含む、細繊維で被覆された媒体４１０のロールは、細繊維で被覆された媒体４１２の細繊維４２０に対面して向かい合う細繊維４１８と共に巻出しステーション４０２から巻き出される。基材媒体４１６及び細繊維４２０を含む細繊維で被覆された媒体４１２のロールは、細繊維４１８に対面して向かい合う細繊維４２０と共に巻出しステーション４０４から巻き出される。細繊維４１８、４２０は、図１４に示すシステム２００で説明される電界紡糸のような電界紡糸法によって基材媒体４１４及び４１６上に堆積される。本実施の形態では、細繊維４１８、４２０は、前述の実施の形態に記載した電界紡糸されたナイロン（登録商標）‐６のナノ繊維である。基材媒体４１４、４１６は、前述の実施の形態に記載した高融点ポリエステル／低融点ポリエステル繊維を含む２構成要素繊維スクリムを備える。
【０１０４】
２層の細繊維で被覆された媒体４１０、４１２は、ローラ４２２のセットの間で共に積層され、複数の層４１４、４１８、４２０、４１６の間の接着を可能とするために圧力が印加される。いつくかの実施の形態では、ローラ４２２のセットは、複数の層４１４、４１８、４２０、４１６の間の接着を強化するために加熱されてもよい。積層された複合フィルタ媒体４２４は、オーブン４０６に入る前は、図１１に示す非拡張の複合フィルタ媒体９０と類似するものとして見ることができる。複合フィルタ媒体４２４はオーブン４０６に入る。オーブン内で、複合フィルタ媒体４２４は、低融点ポリエステルの融点まで、又はその付近まで加熱され、基材媒体４１４、４１６は前述の実施の形態に記載したように拡張する。基材媒体４１４が拡張するにつれて、基材媒体４１４の粗い２構成要素繊維によって担持される細繊維４１８も３次元マトリクスへと移動及び再配向される。同様に、基材４１６が拡張するにつれて、基材媒体４１６の粗い２構成要素繊維によって担持される細繊維４２０は３次元マトリクスへと移動及び再配向される。更に、複合フィルタ媒体４２４が加熱されるにつれて、層４１４、４１８、４２０、４１６の間で熱結合を生じて接着を可能とすることができる。オーブン４０６での熱拡張の後に、拡張された複合フィルタ媒体４２６は、図１２に示す拡張された複合フィルタ媒体９０に類似するものとして見ることができ、細繊維層４１８、４２０は互いに対面して向かい合うように積層される。拡張された複合フィルタ媒体４２６は巻戻しステーション４０８でロールへと巻き付けられる。
【０１０５】
図２７は、本発明の更に他の実施の形態による拡張された複合フィルタ媒体を製造するためのシステム４３０の模式図である。システム４３０は３つの巻出しステーション４３２、４３４、４３６、オーブン４３８、及び巻戻しステーション４４０を含む。基材媒体４４８及び細繊維４５２を含む細繊維で被覆された媒体４４２のロールは、細繊維で被覆された媒体４４４のロールの基材媒体４５０に対面して向かい合う細繊維４５２と共に巻出しステーション４３２から巻き出される。基材層４５０及び細繊維４５４を含む細繊維で被覆された媒体４４４のロールは、細繊維４５２に対面して向かい合う基材層４５０と共に巻出しステーション４３４から巻き出される。細繊維で被覆された媒体４４２及び細繊維で被覆された媒体４４４は、ローラ４５６のセットの間で積層され、圧力が印加されて層４４８、４５２、４５０、４５４の間の接着を可能とする。ローラ４５６のセットを加熱して、熱結合により層４４８、４５２、４５０、４５４の間の接着を可能とすることができる。媒体４４６のロールは巻出しステーション４３６から巻き出され、ローラ４５８のセットを介して細繊維４５４の上に積層される。更なる圧力をローラ４５８のセットによって印加して層の間の積層を可能とすることができる。ローラ４５８のセットを加熱して、層４４８、４５２、４５０、４５４、４４６の間の接着を可能とすることもできる。
【０１０６】
細繊維４５２、４５４は、図１４に示すシステム２００で説明される電界紡糸のような電界紡糸法によって基材媒体４４８及び４５０上に堆積される。本実施の形態では、細繊維４５２、４５４は、前述の実施の形態に記載した電界紡糸されたナイロン（登録商標）‐６のナノ繊維である。基材媒体４４８、４５０及び媒体４４６は、前述の実施の形態に記載した高融点ポリエステル／低融点ポリエステル繊維を含む２構成要素繊維スクリムを備える。媒体４４６、４４８、４５０の３つの層、及び細繊維４５２、４５４の２つの層を含む、拡張された複合フィルタ媒体４６０は、オーブン４３８に入り、複合フィルタ媒体４６０は前述の実施の形態に記載したように熱により拡張する。複合フィルタ媒体４６０がオーブン４３８内で加熱されるにつれて、層４４８、４５２、４５０、４５４、４４６の間で熱結合を生じて接着を改善することができる。オーブン４３８を出た後の拡張された複合フィルタ媒体４６２は、図１３に示す拡張された複合フィルタ媒体１００に類似するものとして見ることができる。拡張された複合フィルタ媒体４６２は巻戻しステーション４４０でロールへと巻き付けられる。
【実施例】
【０１０７】
［実施例及び試験結果］
【０１０８】
図１３に示す本発明の一の実施の形態による拡張された複合フィルタ媒体１００の試験サンプルを実験室で製作した。１．２５ＯＳＹ（４２．３８３ｇ／ｍ２）の坪量を有する高融点ポリエステルの芯と低融点ポリエステルの鞘とを備える２構成要素繊維スクリムを、基材媒体１２、フィルタ層９２及びフィルタ層１０４に用いた。
【０１０９】
細繊維は、電界紡糸プロセスにより、ＰＡ‐６を含むポリマー溶液から形成した。ＰＡ‐６ナノ繊維は、約０．０１９ｇ／ｍ２のカバレッジレベルで２構成要素繊維スクリム上に形成及び堆積された。かかる細繊維を担持する２層の２構成要素繊維スクリム及び被覆されていない２構成要素繊維スクリムは、図１３に示すように細繊維が２構成要素繊維スクリム層の間に挟まれて設けられるように合わせて積層された。次いで、複合フィルタ媒体の試験サンプルを華氏約２５０度（摂氏約１２１．１１度）で約５分間オーブン内で加熱した。
【０１１０】
サンプルは効率（ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）及びダスト保持容量について試験され、サンプルの試験結果は市場で入手可能な他の比較し得るフィルタ媒体の結果と比較された。ＭＦＰダスト保持試験についての試験条件は、１４０ｍｇ／ｍ３の濃度でのＩＳＯ試験用微細ダスト、１００ｃｍ２のサンプルサイズ、面速度１０ｃｍ／ｓであった。ＭＦＰ効率試験についての試験条件は、７０ｍｇ／ｍ３の濃度でのＩＳＯ試験用微細ダスト、１００ｃｍ２のサンプルサイズ、面速度２０ｃｍ／ｓであった。図１７乃至図１９は、Ｌｙｄａｌｌ Ｉｎｃ．を通して入手可能な２つの比較可能なフィルタ媒体（Ｌｙｄａｌｌ ＭＥＲＶ１４等級 ＳＣ８１００及びＬｙｄａｌｌ ＭＥＲＶ１１等級 ＳＣ８１１０）と比較した、複合試験サンプルの効率及びダスト保持の試験結果を示す。
【０１１１】
図１７に示すように、複合媒体試験サンプル（ＣＬＣ媒体）は効率試験においてＬｙｄａｌｌ ＳＣ８１１０よりも優れており、Ｌｙｄａｌｌ ＳＣ８１００に非常に近い結果であった。しかしながら、複合媒体試験サンプル（ＣＬＣ媒体サンプル１及びＣＬＣ媒体サンプル２）は、ダスト保持試験においてはるかに優れており、図１８及び図１９に示すように全試験期間にわたってより低い圧力損失を示した。
【０１１２】
本明細書中で引用する公報、特許出願及び特許を含む全ての文献は、各文献を個々に、具体的に示し、引用して組み込むかのように、又、その全体を本明細書に記載するかのように、引用して組み込まれる。
【０１１３】
本発明の説明に関連して（特に以下の請求項に関連して）用いられる名詞及び同様な指示語の使用は、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、単数及び複数の両方に及ぶものと解釈される。語句「備える」、「有する」、「含む」及び「包含する」は、特に断りのない限り、オープンエンドターム（即ち「〜を含むが限らない」という意味）として解釈される。本明細書中の数値範囲の具陳は、本明細書中で特に指摘しない限り、単にその範囲内に該当する各値を個々に言及するための略記法としての役割を果たすことだけを意図しており、各値は、本明細書中で個々に列挙されたかのように、明細書に組み込まれる。本明細書中で説明される全ての方法は、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、あらゆる適切な順番で行うことができる。本明細書中で使用するあらゆる例又は例示的な言い回し（例えば「等」）は、特に主張しない限り、単に本発明をよりよく説明することだけを意図し、本発明の範囲に対する制限を設けるものではない。明細書中のいかなる言い回しも、請求項に記載されていない要素を、本発明の実施に不可欠であるものとして示すものとは解釈されないものとする。
【０１１４】
本明細書中では、本発明を実施するため本発明者が知っている最良の形態を含め、本発明の好ましい実施の形態について説明している。当業者にとっては、上記説明を読めば、これらの好ましい実施の形態の変形が明らかとなろう。本発明者は、熟練者が適宜このような変形を適用することを期待しており、本明細書中で具体的に説明される以外の方法で本発明が実施されることを予定している。従って本発明は、準拠法で許されているように、本明細書に添付された請求項に記載の内容の修正及び均等物を全て含む。更に、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、全ての変形における上記要素のいずれの組み合わせも本発明に包含される。
【符号の説明】
【０１１５】
１０ 拡張された複合フィルタ媒体
１２ 基材媒体
１４ 細繊維
１６ 表面
１８ 波状の表面（起伏を有する表面）
２０ 略平坦な表面
２２ ２構成要素繊維（同心型）
２４ 芯
２６ 鞘
２８ ２構成要素繊維（偏心型）
３０ 芯
３２ 鞘
３４ ２構成要素繊維（並列型）
３６ 第１のポリマー構成要素
３８ 第２のポリマー構成要素
４０ ２構成要素繊維（パイ楔型）
４２ 第１のポリマー構成要素
４４ 第２のポリマー構成要素
４６ ２構成要素繊維（中空パイ楔型）
４８ 第１のポリマー楔
５０ 第２のポリマー楔
５２ 中空中心
５４ ２構成要素繊維（島／海型）
５６ 第１のポリマー構成要素
５８ 第２のポリマー構成要素
６０ ２構成要素繊維（３つ葉型）
６２ ２構成要素繊維（３つ葉型）
６４ 第１のポリマー構成要素
６６ 第１のポリマー構成要素
６８ 第２のポリマー構成要素
７０ 第２のポリマー構成要素
７２ 直径
７４ 直径
７８ ２構成要素繊維（３つ葉端部型）
８０ ２構成要素繊維（十字端部型）
８２ 第１のポリマー中央部
８４ 第２のポリマー端部
８６ 第１のポリマー中央部
８８ 第２のポリマー端部
９０ 複合フィルタ媒体
９２ 媒体
９３ 細繊維
９４ 略平坦な表面
９６ 波状の表面
１００ 複合フィルタ媒体
１０２ 細繊維層
１０４ フィルタ媒体層
２００ システム
２０２ 巻出しステーション
２０４ 電界紡糸ステーション
２０６ 熱処理ステーション（オーブン）
２０８ 巻戻しステーション
２１０ スクリムロール
２１２ スクリム
２１４ マシン方向
２１６ 細繊維
２１８ 複合フィルタ媒体
２２０ 拡張された複合フィルタ媒体
２２２ 電界紡糸セル
２２４ 真空コレクタコンベヤ
２３０ システム
２３２ 基材媒体形成装置
２３４ フィルタ層形成装置
２３６ 基材媒体
２３８ フィルタ層
２４０ 電界紡糸ステーション
２４２ ローラ
２４４ 熱処理ステーション
２４８ 複合フィルタ媒体
２５０ 拡張された複合フィルタ媒体
２５２ 巻戻しステーション
２５４ 細繊維
３００ ひだ付きのフィルタエレメント
３０２ ひだ付きのフィルタ媒体
３０４ 円筒型の芯
３０６ 端部キャップ
３０８ 端部キャップ
３２０ 溝付きのフィルタエレメント
３２４ フレーム
３２６ フィルタ媒体密閉部材
３２８ 環状の密閉部材
３３０ 溝付きのフィルタ媒体
３３２ 中央フレーム
３３４ 複数の溝
３５０ パネルフィルタ
３５２ フィルタ媒体
３５４ フレーム
４００ システム
４０２ 巻出しステーション
４０４ 巻出しステーション
４０６ オーブン
４０８ 巻戻しステーション
４１０ 細繊維で被覆された媒体
４１２ 細繊維で被覆された媒体
４１４ 基材媒体
４１６ 基材媒体
４１８ 細繊維
４２０ 細繊維
４２２ ローラ
４２４ 複合フィルタ媒体
４２６ 拡張された複合フィルタ媒体
４３０ システム
４３２ 巻出しステーション
４３４ 巻出しステーション
４３６ 巻出しステーション
４３８ オーブン
４４０ 巻戻しステーション
４４２ 細繊維で被覆された媒体
４４４ 細繊維で被覆された媒体
４４６ 媒体
４４８ 基材媒体
４５０ 基材媒体
４５２ 細繊維
４５４ 細繊維
４５６ ローラ
４５８ ローラ
４６０ 拡張された複合フィルタ媒体
４６２ 拡張された複合フィルタ媒体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くフィルタ媒体（ろ過材）に関し、特に、拡張された基材（ｅｘｐａｎｄｅｄ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）及び拡張された基材上に担持された細繊維（ｆｉｎｅ ｆｉｂｅｒｓ）を備える複合フィルタ媒体（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｉｌｔｅｒ ｍｅｄｉａ）及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体流れ及び気体流れ（例えば、空気流れ）等の流体流れは、その流体の流れの中に混入した、望ましくないことが多い汚染物質である微粒子（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｓ）を運ぶことがしばしばである。通常は、フィルタを用いて、流体流れから微粒子の一部又はすべてを除去している。
【０００３】
静電紡糸プロセス（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）を用いて形成された細繊維を含むフィルタ媒体も知られている。かかる従来技術には、米国特許５，６７２，３９９号「フィルタ材料構成及び方法」、米国特許公開２００７／０１６３２１７号「セルロース／ポリアミド複合体」、米国仮特許出願６０／９８９，２１８号「フィルタ媒体、１００ナノメートル未満の細繊維及び方法」、米国仮特許出願６１／０４７，４５９号「積層されたナノ繊維フィルタ媒体」、米国仮特許出願６１／０４７，４５５号「２構成要素（Ｂｉ−Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）ナノ繊維層を有するフィルタ媒体」が含まれる。これらの開示の全体は、参照により本明細書に組み込まれる。これらの先行技術文献に示されるように、ナノ繊維は共通して予め形成されて完成されたろ過媒体（ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｄｉａ）（ろ過材）の基材上に載置（ｌａｉｄ）（積層）される。
【０００４】
本発明は、細繊維を含む改良されたフィルタ媒体を提供する。本発明のこれらの利点及び他の利点、並びに更なる本発明の特徴は、本明細書に提示する本発明の説明から明らかになるであろう。
【発明の概要】
【０００５】
特定の実施の形態による最も好ましい電界紡糸ナノ繊維等の、基材媒体（基材としての媒体（ろ過材））上に載置された細繊維は、細繊維を堆積させた後にその基材媒体の厚さを改変する等の基材媒体の改変（ｍｏｄｉｆｙｉｎｇ）によって、載置後に再配向（ｒｅｏｒｉｅｎｔ）させることができる。例えば、（カレンダ加工（圧延加工）した媒体等の）少なくとも部分的に圧縮された基材媒体は拡張（ｅｘｐａｎｄ）させることができ、そのとき、より大きな直径の繊維はより小さな直径の繊維を担持し、そのため細繊維層を拡張させる。この結果として、いくつかの利点である、ナノ繊維のより大きな体積カバレッジ（体積被覆率）（拡張によりナノ繊維が拡がって（ｏｐｅｎ ｕｐ）、３次元マトリクス（３Ｄ ｍａｔｒｉｘ）へと拡張することができ、同一の坪量（ｂａｓｉｓ ｗｅｉｇｈｔ）の用途のためにより大きな体積を被覆する）、拡張に起因する圧力損失（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ）の低減、及び／又は圧力損失が生じる際のより緩やかな圧力損失の増大を含む、複数の利点を導くことができる。加えて、ナノ繊維又は他のかかる細繊維層の波状の（Ｕｎｄｕｌａｔｉｎｇ）（起伏した）３次元的な特徴は、ダスト保持容量を大幅に増大させる。これは、従来のシステムの場合のように単に平坦なものとは異なって、はるかに大きな体積保持領域（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｈｏｌｄｉｎｇ ａｒｅａ）を有する波状の表面を効率的に形成するものであると考えられる。このように、ナノ繊維層の有効な体積領域を増大することができる。
【０００６】
一の実施の形態では、基材は、高融点構成要素及び低融点構成要素を含む２構成要素スクリム（ｂｉ−ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｓｃｒｉｍ）（２構成要素粗目布）である。細繊維は電界紡糸（ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎ）されたポリマーナノ繊維である。高融点構成要素及び電界紡糸されたポリマーナノ繊維は、低融点構成要素よりも高い溶融温度を有する。２構成要素スクリムは非拡張状態及び拡張状態を有し、拡張された２構成要素スクリムは、非拡張状態を超える厚さを有する。例えば、非拡張状態のスクリムは、予め形成してカレンダ加工（圧延加工）することができるか、これにより、又はさもなければ、繊維が結合によって偏倚された状態の位置に保たれ、それにより互いに保持し合うことで、少なくとも部分的に圧縮することができる（大きな直径の繊維相互の結合はこれらの大きな直径の複数の繊維を適所に保持する）。一の実施の形態では、細繊維を担持する非拡張状態の２構成要素スクリムは加熱によって拡張され、低融点構成要素は溶融又は軟化して細繊維と結合する。また、この加熱の間に、基材のより大きな直径の繊維は少なくとも部分的に圧縮された状態から解放され、摺動可能となり、少なくとも部分的に圧縮されていない拡張状態に向かう（例えば、初期状態であるスクリムの形成前の非圧縮状態に向かう）等の、より自然な状態に向かって戻るように移動する。加熱の間に、はるかに小さな直径の細繊維を担持する２構成要素スクリムの大きな直径の繊維は弛緩して再配向され、細繊維は拡張する２構成要素スクリムと共に拡張する。製造される複合フィルタ媒体は波状の表面及び拡張された厚さを有し、細繊維に、従来のナノ繊維載置（積層）技法の場合の平面的な特徴だけでなく、３次元マトリクス構成をも付加する。拡張されたフィルタ媒体（拡張されたろ過材）は、ダスト保持容量が向上され、ダスト負荷に対する圧力損失の増大を緩やかとし、及び／又は初期の圧力損失をより低くすることができる。
【０００７】
本発明の一の態様では、フィルタ媒体を製造する方法が提供される。方法は、第１の厚さを有する基材の表面上に細繊維を堆積させるステップであって、細繊維の平均直径は１マイクロメートル未満である、基材の表面上に細繊維を堆積させるステップと、細繊維を担持する基材を第１の厚さを超える第２の厚さまで拡張するステップとを含む。
【０００８】
本発明の他の態様では、平均繊維直径が１マイクロメートル未満の細繊維を担持する、平均繊維直径が１マイクロメートルを超える第１の繊維の基材を備えるフィルタ媒体を提供する。基材は波状の表面を有し、細繊維は波状の表面を有する第１の繊維と共に３次元マトリクスに組み込まれる。
【０００９】
本発明の他の態様、目的及び利点は、添付図面を併せ見れば、以下の詳細な説明により更に明らかになるであろう。
【００１０】
本明細書に組み入れられ、本明細書の一部を形成する添付図面は、本発明の複数の態様を例示し、記述と共に、本発明の原理の説明に資する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一の実施の形態による基材媒体に担持された細繊維を備える波状の表面を有する拡張された複合フィルタ媒体を模式的に示す断面図である。
【００１２】
【図２】図２は、略平坦な表面を有する非拡張状態の図１に示す複合フィルタ媒体を模式的に示す断面図である。
【００１３】
【図３】図３は、本発明の一の実施の形態による基材媒体を構成する繊維である同心に設けられた鞘／芯（ｓｈｅａｔｈ／ｃｏｒｅ）型の２構成要素繊維の模式図である。
【００１４】
【図４】図４は、本発明の一の実施の形態による基材媒体を構成する繊維である偏心して設けられた鞘／芯型の２構成要素繊維の模式図である。
【００１５】
【図５】図５は、本発明の一の実施の形態による基材媒体を構成する繊維である並列（ｓｉｄｅ−ｂｙ−ｓｉｄｅ）型の２構成要素繊維の模式図である。
【００１６】
【図６】図６は、本発明の一の実施の形態による基材媒体を構成する繊維であるパイ楔（ｐｉｅ‐ｗｅｄｇｅ）型の２構成要素繊維の模式図である。
【００１７】
【図７】図７は、本発明の一の実施の形態による基材媒体を構成する繊維である中空パイ楔（ｈｏｌｌｏｗ ｐｉｅ ｗｅｄｇｅ）型の２構成要素繊維の模式図である。
【００１８】
【図８】図８は、本発明の一の実施の形態による基材媒体を構成する繊維である島／海（ｉｓｌａｎｄｓ／ｓｅａ）型の２構成要素繊維の模式図である。
【００１９】
【図９】図９は、本発明の一の実施の形態による基材媒体を構成する繊維である三つ葉（ｔｒｉｌｏｂａｌ）型の２構成要素繊維の模式図である。
【００２０】
【図１０】図１０は、本発明の一の実施の形態による基材媒体を構成する繊維である端部（ｔｉｐｐｅｄ）型の２構成要素繊維の模式図である。
【００２１】
【図１１】図１１は、本発明の一の実施の形態による非拡張状態の複合フィルタ媒体を模式的に示す断面図である。
【００２２】
【図１２】図１２は、本発明の一の実施の形態による拡張状態の図１１に示す複合フィルタ媒体を模式的に示す断面図である。
【００２３】
【図１３】図１３は、本発明の別の実施の形態による拡張された複合フィルタ媒体を模式的に示す断面図である。
【００２４】
【図１４】図１４は、本発明の一の実施の形態による拡張された複合フィルタ媒体を製造するためのシステムの模式図である。
【００２５】
【図１５Ａ】図１５Ａは、図１に示す拡張された複合フィルタ媒体の基材媒体の表面近傍の２構成要素繊維及び細繊維を３００倍に拡大して示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。
【００２６】
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、図１に示す拡張された複合フィルタ媒体の基材媒体の表面近傍の２構成要素繊維及び細繊維を１，０００倍に拡大して示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。
【００２７】
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、図１に示す拡張された複合フィルタ媒体の基材媒体の表面近傍の２構成要素繊維及び細繊維を２，０００倍に拡大して示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。
【００２８】
【図１５Ｄ】図１５Ｄは、図１に示す拡張された複合フィルタ媒体の基材媒体の表面近傍の２構成要素繊維及び細繊維を１０，０００倍に拡大して示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。
【００２９】
【図１６】図１６は、本発明の他の実施の形態による拡張された複合フィルタ媒体を製造するためのシステムの模式図である。
【００３０】
【図１７】図１７は、本発明の一の実施の形態による拡張された複合フィルタ媒体及び他の２つの従来のフィルタ媒体のＭＦＰ効率試験結果のグラフを示す図である。
【００３１】
【図１８】図１８は、図１７に示す拡張された複合フィルタ媒体及び他の２つの従来のフィルタ媒体の試験期間２００分にわたるＭＦＰダスト保持試験結果のグラフを示す図である。
【００３２】
【図１９】図１９は、図１７に示す拡張された複合フィルタ媒体及び他の２つの従来のフィルタ媒体の試験期間６５０分にわたるＭＦＰダスト保持試験結果のグラフを示す図である。
【００３３】
【図２０】図２０は、本発明の一の実施の形態による加熱拡張前のスクリムの形態に形成された非拡張の基材媒体を１２０倍に拡大して示す光学顕微鏡画像を示す図である。
【００３４】
【図２１】図２１は、本発明の一の実施の形態による図１２に示す拡張された複合媒体のような、互いに対面する細繊維層で合わせて積層された２層の細繊維で覆われた基材媒体を含む拡張された複合媒体を１２０倍に拡大して示す光学顕微鏡画像を示す図である。
【００３５】
【図２２】図２２は、本発明の一の実施の形態による拡張された複合フィルタ媒体をひだ加工して形成されたひだ付きのフィルタ媒体を含むひだ付きのフィルタエレメントの斜視図である。
【００３６】
【図２３】図２３は、本発明の一の実施の形態による拡張された複合フィルタ媒体で形成されたひだ付きのフィルタ媒体を含むひだ付きのフィルタエレメントの斜視図である。
【００３７】
【図２４】図２４は、本発明の一の実施の形態による細繊維が相互に対面するように合わせて積層された細繊維で覆われた２層の媒体を含む複合フィルタ媒体を２，５００倍に拡大して示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。
【００３８】
【図２５】図２５は、本発明の一の実施の形態による拡張された複合フィルタ媒体で形成されたひだ付きのフィルタ媒体を含むパネルフィルタの斜視図である。
【００３９】
【図２６】図２６は、本発明の一の実施の形態による互いに対面する細繊維を合わせて積層された細繊維で覆われた２層の媒体を含む拡張された複合フィルタ媒体を製造するためのシステムの模式図である。
【００４０】
【図２７】図２７は、本発明の一の実施の形態による細繊維で覆われた２層の媒体、及び細繊維の各層と合わさるように複数の（前記２層の）媒体の間に挟まれて設けられた、もう１つの媒体の層を含む拡張された複合フィルタ媒体を製造するためのシステムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明は、ある好ましい実施の形態と関連付けて説明されるが、それら実施の形態に限定する意図はない。反対に、意図するところは、全ての代替物、変形、及び均等物を、特許請求の範囲に定義されているように本発明の精神と範囲の内に含まれるものとして、カバーすることである。
【００４２】
図１は、本発明の一の実施の形態による複合フィルタ媒体１０を模式的に示す断面図である。図示のように、複合フィルタ媒体（複合ろ過材）１０は、基材媒体（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｍｅｄｉａ）（基材ろ過材）１２と基材媒体１２の表面１６に沿って担持される細繊維（ｆｉｎｅ ｆｉｂｅｒｓ）１４とを備える。複合フィルタ媒体１０は基材媒体１２の拡張によって形成される波状の表面（ｕｎｄｕｌａｔｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）（起伏を有する表面）１８を有する（図１では極めて模式的にしか図示されない）。
【００４３】
図１に示す拡張された（ｅｘｐａｎｄｅｄ）複合フィルタ媒体１０を形成するために、図２に示すように、圧縮された媒体（ｃｏｍｐａｃｔｅｄ ｍｅｄｉａ）及び少なくとも部分的に圧縮された媒体が用いられる。図２は、拡張前の非拡張状態（ｕｎｅｘｐａｎｄｅｄ ｓｔａｔｅ）の図１に示す複合フィルタ媒体１０の模式的な断面図であり、そこでは、また、拡張前の堆積された細繊維１４を見ることができる。図示のように、複合フィルタ媒体１０は拡張前の略平坦な表面２０を有し、細繊維１４は略平坦な層を形成する。非拡張状態の基材媒体１２は厚さｔ´を有する。複合フィルタ媒体１０を拡張させる場合、基材媒体１２の厚さは図１に示すようにｔまで拡大し、表面が弛緩（ｒｅｌａｘ）して図１に示す波状の表面１８を形成する。いくつかの実施の形態では、厚さｔは元の厚さの少なくとも１．５倍以上に、より好ましくは約２倍もしくは３倍又はそれ以上に増大し得る。
【００４４】
一の実施の形態では、フィルタ媒体１０の拡張は熱処理を通して達成されるが、溶剤スプレー（基材のみに対して部分的に可溶性を有する）等の他の弛緩剤、又は他のプロセシング（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）（処理）を弛緩のために用いることができる。例えば、非拡張状態のスクリム（ｓｃｒｉｍ）（粗目布）は、予め形成してカレンダ加工（圧延加工）することができるか、さもなければ、繊維が結合によって偏倚された状態の位置に保たれ、それにより互いに保持し合うことで、少なくとも部分的に圧縮することができる（大きな直径の繊維と大きな直径の繊維との結合はこれらの大きな直径の複数の繊維を適所に保持する）。一の実施の形態では、細繊維を担持する非拡張の２構成要素スクリムは加熱によって拡張され、低融点構成要素は溶融又は軟化して細繊維と結合する。また、この加熱の間に、基材のより大きな直径の繊維は少なくとも部分的に圧縮された状態から解放され、摺動可能となり、少なくとも部分的に圧縮されていない拡張状態（ｅｘｐａｎｄｅｄ ｓｔａｔｅ）に向かう（例えば、初期状態であるスクリムの形成前の非圧縮状態（ｕｎｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｓｔａｔｅ）に向かう）等の、より自然な状態に向かって戻るように移動する。特定の好ましい実施の形態では、熱処理の間に基材媒体１２の繊維は弛緩及び再配向（ｒｅｏｒｉｅｎｔ）して繊維間の平均距離を増大させる。このように、基材媒体１２は拡張し、基材媒体１２の厚さは増大し、基材媒体１２の表面は平坦な特徴とは異なって、起伏を有する（ｕｎｄｕｌａｔｅｄ）ようになる。更に、基材媒体１２の表面近傍の繊維が弛緩及び再配向するにつれて、これらの繊維によって担持される細繊維１４はこれらの繊維と共に移動して再配向される。このように、細繊維１４はより大きな直径の繊維と共に引き伸ばされ、押され、引かれる。
【００４５】
拡大した厚さ及び波状の表面を有する複合フィルタ媒体が、本発明の実施の形態に従って、全体的に説明されたが、その利点のいくつかについて、複合フィルタ媒体の更なる詳細及び他の実施の形態を説明する前に考察する。
【００４６】
フィルタ媒体（ろ過材）の特性に影響を与えるいくつかの因子を挙げることができる。フィルタ又はろ過の能力（容量）（ｃａｐａｃｉｔｙ）は、フィルタがその整備（ｓｅｒｖｉｃｅ）までの寿命の間に捕捉する微粒子の量である。概して、より高いフィルタの能力（フィルタ容量）はより長いフィルタ寿命を提供し、それはフィルタの交換又は整備の頻度を減少させることができる。所望の流体流れに対する制限（ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）があまりにも高くなる（したがって圧力損失が増大する）とき、フィルタ能力（フィルタ容量）は多くの場合に圧力損失又は制限に関係し、フィルタは所望の量の流体流れを可能とするために交換することが求められる。圧力損失は、流体流れに対してフィルタ媒体により生ずる抵抗に関する。圧力損失は、媒体の汚れた側から清浄な側への圧力差である。概して、抵抗が大きくなるほど、所与の流量（ｆｌｏｗ ｒａｔｅ）に対して必要とされるエネルギはより大きくなり、及び／又は圧力損失はより高くなる。したがって、他のすべての条件が等しい場合、圧力損失が低いフィルタが好ましい。フィルタ効率は、フィルタ媒体によって流体流れから除去される微粒子の割合であり、通常は特定の微粒子サイズ（単独サイズ又はサイズの範囲）に対して与えられる。大抵の場合、流体流れからより多くの微粒子を除去することが望ましいのは勿論であるが、同時に流体流れを過度に制限しないことが望ましい。フィルタ寿命は、フィルタが、過大な圧力損失又は吹き抜け（ｂｌｏｗ−ｔｈｒｏｕｇｈｓ）（素通り）のために交換又は整備が必要になるまでの持続期間である。
【００４７】
本発明の実施の形態による複合フィルタ媒体は、拡張プロセス（プロセシング）を経ていない非拡張のフィルタ媒体と比較するとき、より大きなフィルタ媒体の体積を提供する拡大した厚さ及び波状の表面を有する。これは特に表面負荷型の層と考えられるナノ繊維層１４に関して、この領域を本質的に平面から波状に（起伏を有するように）拡張させることによって、有効体積領域（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ａｒｅａ）を増大させる。こうして、拡張することにより、より多くの微粒子を増大したフィルタ媒体の体積の全体にわたって捕捉することができる。更に前述のように、基材媒体の繊維及び基材媒体の繊維上に担持される細繊維は拡張プロセスの間に再配向される。かかる繊維の再配向により、流体流れに対する抵抗が小さくなり、微粒子をより効率的に捕捉するための改善されたフィルタ媒体の微細孔構造（ｐｏｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）を生成することができる。それはまた、ナノ繊維の再配向により抵抗を大きくすることなく、ナノ繊維のより高いカバレッジレベル（被覆率の程度）を実現することを可能とする。したがって、拡張された複合フィルタ媒体は、非拡張状態の複合フィルタ媒体と比較したとき、圧力損失を同レベルに維持しながらろ過効率を改善するか、又は同じろ過効率を維持しながら圧力損失を低くすることができる。このため、拡大した厚さ及び波状の表面を有する複合フィルタ媒体は、ダスト保持容量の増大、圧力損失及び／又は制限の低減、及び／又はより長いフィルタ寿命の実現によって、ろ過品質（ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ）を改善することができる。
【００４８】
図１及び図２に戻って複合フィルタ媒体１０の更に詳細な構成について以下に説明する。基材媒体１２は、任意の適切な多孔質材料で形成することができる。好ましくは、基材媒体１２は、複数構成要素フィルタ媒体から形成される。
【００４９】
本明細書では、「複数構成要素フィルタ媒体（ｍｕｌｔｉ‐ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｆｉｌｔｅｒ ｍｅｄｉａ）」、「複数構成要素媒体（ｍｕｌｔｉ‐ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｍｅｄｉａ）」、及び他の同様の用語は、少なくとも２種類の異なる材料を含むフィルタ媒体を指すものとして同義に用いられる。例えば、複数構成要素フィルタ媒体は、第１の材料から形成された繊維及び第２の材料から形成された繊維を含むことができる。ここで、第１の材料及び第２の材料は異なる材料である。あるいは、複数構成要素フィルタ媒体は、以下に詳細に説明するように、第１の材料から形成された芯（ｃｏｒｅ）及び第２の材料から形成された鞘（ｓｈｅａｔｈ）を含む複数の繊維等、少なくとも２種類の異なる材料を含む複数の繊維から形成することができる。２種類の異なる材料を含む複数構成要素フィルタ媒体は、本明細書において「２構成要素フィルタ媒体（ｂｉ‐ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｆｉｌｔｅｒ ｍｅｄｉａ）」「２構成要素媒体（ｂｉ‐ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｍｅｄｉａ）」、及び類似の用語で呼ばれる。
【００５０】
一の好ましい実施の形態では、基材媒体１２は、異なる融点を有する２種類の異なる材料を含む２構成要素繊維で形成される。細繊維及びかかる複数構成要素繊維で形成された基材媒体を備える複合フィルタ媒体は、本願出願人に譲渡されている国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０９／５０３９２号の「ナノ繊維が取り付けられた複数構成要素フィルタ媒体」に記載されており、その開示の全体を参照により本明細書に組み込む。
【００５１】
本実施の形態では、基材１２の２構成要素繊維の一の構成要素は他の構成要素よりもより低い融点を有する。この低融点構成要素は、ポリプロピレン、ポリエチレン又はポリエステル等の任意の適切なポリマーとすることができる。他の構成要素は、低融点構成要素よりも高い融点を有するポリマー、あるいはガラス及び／又はセルロース等の他の適切な繊維材料であってもよい。繊維を圧縮して、特定の厚さを有する媒体又はスクリムのウェブの形態で基材媒体１２を形成することが好ましい。
【００５２】
一の実施の形態では、基材媒体１２は、高融点ポリマー構成要素及び低融点ポリマー構成要素を含む２構成要素繊維で形成されるスクリムである。例えば、２構成要素は高融点ポリエステル及び低融点ポリエステルを含み、そのうちの一方は他方よりも高い溶融温度を有する。図３は、一の実施の形態による２構成要素繊維２２の模式図である。図示のように、２構成要素繊維２２は、同心に設けられた鞘／芯（ｓｈｅａｔｈ／ｃｏｒｅ）型であり、芯２４は高融点ポリマー構成要素で形成され、鞘２６は低融点ポリマー構成要素で形成される。
【００５３】
この高融点ポリマー構成要素は、低融点ポリマー構成要素よりも高い溶融温度を有するポリマーから形成される。適切な高融点ポリマーには、ポリエステル及びポリアミドが含まれるが、それらに限定されない。適切な低融点ポリマーには、ポリプロピレン、ポリエチレン、コポリエステル、又は選択された高温で溶融するポリマーよりも低い溶融温度を有する任意の他の適切なポリマーが含まれる。例えば、２構成要素繊維は、ポリエステルの芯及びポリプロピレンの鞘で形成されてもよい。本実施の形態では、２構成要素繊維は２種類の異なるタイプのポリエステルから形成され、一方の融点は他方の融点よりも高い。
【００５４】
基材媒体１２の繊維は細繊維１４の平均繊維直径よりも大きな平均繊維直径を有するように形成される。好ましくは、基材媒体１２の繊維は、約１マイクロメートル超、より好ましくは５マイクロメートル超の平均繊維直径を有する。一の実施の形態では、基材媒体１２の繊維の平均直径は約１マイクロメートル乃至約４０マイクロメートルである。非拡張状態では、例えば、カレンダ加工ローラのセットによって、粗繊維は圧縮され、約０．０５ｍｍ乃至１．０ｍｍ、好ましくは、約０．１ｍｍ乃至０．５ｍｍの厚さを有する基材媒体１２を形成する。かかる２構成要素繊維の基材媒体１２は、細繊維１４に要求される構造的支持を提供することができる。基材媒体１２として用いるために適した様々な厚さの２構成要素スクリムは、米国テネシー州ＲｏｇｅｒｓｖｉｌｌｅのＨＤＫ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．又は他のフィルタ媒体供給者から市販により入手することができる。したがって、基材は、この用意された２構成媒体で予め形成したものとすることができる。
【００５５】
他のタイプの２構成要素繊維を、他の実施の形態で基材媒体１２を形成するために用いるものとしてもよい。種々のタイプの２構成要素繊維のいくつかの例を図４乃至図１０に模式的に示す。芯３０及び鞘３２を備える偏心して設けられた鞘／芯型の２構成要素繊維２８を図４に示す。この繊維は、同心に設けられた鞘／芯繊維２２と同様であるが、芯３０は中心からずらして設けられる。これら２種類のポリマー構成要素の収縮率（ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｒａｔｅｓ）が異なることにより、繊維は、加熱されると螺旋状に渦を巻く。これにより、他の場合であれば平坦な繊維が、加熱下では縮れて（ｃｒｉｍｐ）かさ高になる（ｂｕｌｋ）ことができ、その結果、異なる繊維再配置（ｆｉｂｅｒ ｒｅｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）、拡張、及び／又は表面の起伏（ｕｎｄｕｌａｔｉｏｎ）が生じる。
【００５６】
図５は、第１のポリマー構成要素３６及び第２のポリマー構成要素３８を含む並列（ｓｉｄｅ‐ｂｙ‐ｓｉｄｅ）型の２構成要素繊維３４の模式図である。用途に応じて、第１のポリマー構成要素の融点は、第２のポリマー構成要素の融点より高くても低くてもよい。これは、偏心して設けられた鞘／芯繊維の更なる拡張であり、両ポリマーは繊維表面の一部を占めるように設けられる。適切なポリマーの選択により、この繊維は、偏心して設けられた鞘／芯繊維２８よりも高いレベルの潜在的な縮れを展開させることができる。
【００５７】
図６は、パイ楔（ｐｉｅ ｗｅｄｇｅ）型の２構成要素繊維４０の模式図である。パイ楔繊維４０は、第１のポリマー構成要素４２及び第２のポリマー構成要素４４で形成された複数の隣接し合う楔（ウェッジ）を備える。各第１のポリマー構成要素４２はどちらの側面上にも第２のポリマー構成要素４４を有する。第１のポリマー構成要素４２は第２のポリマー構成要素４４よりもより高い又はより低い融点を有することができる。これらの繊維は、機械的撹拌（典型的には、液流交絡（ｈｙｄｒｏｅｎｔａｎｇｌｉｎｇ））により複数の構成要素楔へと分割されて、フィルタ媒体中に０．１乃至０．２デニール（１．１１１×１０−５ｇ／ｍ乃至２．２２２×１０−５ｇ／ｍ）のマイクロ繊維をもたらすように設計される。
【００５８】
図７は、第１のポリマー楔４８及び第２のポリマー楔５０を備える中空パイ楔（ｈｏｌｌｏｗ ｐｉｅ ｗｅｄｇｅ）型の２構成要素繊維４６の模式図である。ここでも、用途に応じて、第１のポリマー楔４８は第２のポリマー楔５０よりもより高い又はより低い融点を有するポリマーで形成することができる。中空パイ楔繊維４６は、パイ楔繊維４０に類似するが、中空中心５２の中心部を有し、これにより、楔の内側の先端部同士の接合が防止され、したがって分割が比較的容易となる。
【００５９】
図８は、島／海（ｉｓｌａｎｄｓ／ｓｅａ）型の２構成要素繊維５４の模式図である。この繊維は、「ペパローニピザ」構成ともいうことができ、第１のポリマー構成要素５６はペパローニピザに例えるとペパローニに当たり、第２のポリマー構成要素５８はペパローニピザに例えるとチーズに当たる。いくつかの実施の形態では、第１のポリマー構成要素５６は、第２のポリマー構成要素５８よりも高い融点のポリマーで形成されるか、又は第２のポリマー構成要素５８は可溶性ポリマーで形成される。かかる実施の形態では、この繊維により、後に溶融又は分解されてしまう低融点ポリマー又は可溶性ポリマー５８のマトリクス中に高融点ポリマー５６の多数の細いストランド（ｓｔｒａｎｄｓ）（より糸）を配置することが可能となる。これにより、細いマイクロ繊維で設けられた媒体を製造することが可能となる。なぜならば、これらの繊維は、個々の「ペパローニ」としてよりも「ピザ」の形態でプロセシングすることの方が容易だからである。ステープル繊維（ｓｔａｐｌｅ ｆｉｂｅｒｓ）（繊維の束）が各ピザ上の３７個のペパローニからできるので、約０．０４デニール（約４．４４４×１０−６ｇ／ｍ）（直径約２マイクロメートル）又は更に細い繊維を生産することができる。
【００６０】
２構成要素繊維を様々な形に形成してもよい。例えば、２構成要素繊維は、前述の２構成要素繊維のような断面が円形の円筒形でなくてもよい。図９及び図１０は、複数の不規則な形を有する２構成要素繊維の複数の例を示す。これらの繊維は円形断面を有していないが、各繊維は本発明における意味（ｃｏｎｔｅｘｔ）において直径を有している。非円形断面を有する繊維の直径は繊維の外周から測定される。図９は、３つ葉（ｔｒｉｌｏｂａｌ）型の２構成要素繊維６０、６２の模式図である。３つ葉繊維６０、６２の各々は、第１のポリマー構成要素６４、６６及び第２のポリマー構成要素６８、７０を備える。３つ葉繊維６０、６２の各々は、その直径７２、７４によって測定される。いくつかの実施の形態では、第１のポリマー構成要素６４、６６は第２のポリマー構成要素６８、７０よりもより高い又はより低い融点を有するポリマーで形成される。
【００６１】
図１０は、端部（ｔｉｐｐｅｄ）型の２構成要素繊維７８、８０の模式図である。繊維７８は第１のポリマー中央部８２と第２のポリマー端部８４とを有する３つ葉端部型の２構成要素繊維である。繊維８０は、第１のポリマー中央部８６と第２のポリマー端部８８とを有する十字端部型の２構成要素繊維である。好ましくは、第１のポリマー中央部８２、８６は第２のポリマー端部８４、８８よりも高い融点を有するポリマーで形成される。
【００６２】
細繊維１４は、基材媒体１２上にそれらが形成されたままに堆積することができる。代替として、細繊維１４を媒体ウェブ（布状の媒体）として別途用意してから、基材媒体１２と共に積層してもよい。細繊維１４は、多様な繊維直径を有する繊維を備えることができるが、好ましくは、細繊維１４は、非常に細い繊維直径を有するナノ繊維とする。かかる細繊維１４は、電界紡糸プロセス又は他の適切なプロセスにより形成することができる。一の実施の形態では、細繊維１４は、約１マイクロメートル未満、好ましくは０．５マイクロメートル未満、より好ましくは０．０１乃至０．３マイクロメートルの平均繊維直径を有する電界紡糸ナノ繊維とする。かかる小直径の細繊維は、フィルタの全体的な固体性（中実性）を著しく増大させることなく、より多数の繊維を一緒に詰め込むことができ、これにより、圧力損失を増大させることなく、ろ過効率を向上させることができる。
【００６３】
細繊維１４を様々な適切なポリマー材料で形成してもよい。一の実施の形態では、細繊維１４は、電界紡糸によりナイロン（登録商標）‐６（ポリアミド‐６、本明細書においては「ＰＡ‐６」とも呼ぶ）から形成することができ、電界紡糸される細繊維１４は基材媒体１２上に直接堆積されるが、任意のポリマーを用いることができる。熱による拡張（熱拡張）の間の細繊維の破壊（ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）を回避するために、細繊維１４は、２構成要素繊維の低融点ポリマーよりも高い溶融温度を有する材料で形成される。本実施の形態では、基材媒体１２は、高融点ポリエステルの芯及び低融点ポリエステルの鞘を有する２構成要素ステープル繊維で形成されたスクリムである。２構成要素ステープル繊維をカレンダ加工ローラのセットの間で圧縮して、スクリムのウェブ（布状のスクリム）を形成する。基材媒体１２と細繊維１４との間の結合には、溶剤結合、加圧結合及び／又は熱結合を含めることができる。一の実施の形態では、図１５Ａ乃至図１５Ｄに示すように、低融点の材料を用いて基材のより粗い繊維に細繊維を結合することができる。このように、より粗い基材繊維が弛緩プロセス（プロセシング）により用いられ、摺動する場合、より粗い基材繊維は、それに結合されるより繊細な細繊維を担持する。
【００６４】
図２に示すように、拡張前の複合フィルタ媒体１０は、厚みｔ´と実質的に平坦な表面２０を有する。この非拡張の複合フィルタ媒体１０を、例えば５分間華氏２５０度（摂氏１２１．１１度（異なる単位間の換算値であって有効数字の表示を意図しない。以下換算値については同じ。））で熱処理すると、基材媒体１２の圧縮された繊維は弛緩及び再配向され、それによって基材媒体１２を拡張させる。その結果、基材媒体１２の厚さはｔまで拡大し、図２に示す実質的に平坦な表面２０は弛緩して、図１に示す波状の表面１８を形成する。商業的に入手可能な基材／スクリムの一般的な平面の性質とは異なって、波状の表面が不規則であることは理解されるであろう。実際、フィルタ媒体のロールは典型的には、多くの媒体が通常はそのように設けられているように、概して平らな特徴を有して、媒体の予め巻かれたロールの状態で入荷される。基材媒体１２の表面近傍のより粗い基材繊維が弛緩及び再配向されるにつれて、これらの繊維によって担持される細繊維１４も共に移動し、波状の表面の繊維と共に引き伸ばされ、３次元マトリクスに組み込まれる。更に、２構成要素繊維の低融点ポリエステルは熱処理の間に溶融又は軟化して隣接する細繊維が低融点ポリエステル中へ埋め込まれることを可能とし、２構成要素繊維と細繊維１４との間の結合を強化する。
【００６５】
一の実施の形態では、基材媒体１２は、約１乃至４０マイクロメートルの平均繊維直径及び約０．５乃至１５オンス／平方ヤード（約１６．９５３ｇ／ｍ２乃至１４，０８５ｇ／ｍ２）の坪量を有する複数構成要素繊維スクリムで形成される。細繊維１４は、約０．０１乃至０．５マイクロメートルの平均繊維直径を有し、約０．０１２ｇ／ｍ２乃至０．０２５ｇ／ｍ２の細繊維カバレッジを有する。本実施の形態では、拡張された複合フィルタ媒体１０は、約１００乃至２００ＣＦＭ（約２．８３２ｍ３／分乃至５．６６３ｍ３／分）のフレーザ透過性（Ｆｒａｚｉｅｒ透過性）、ＭＥＲＶ１１−１６等級のＭＦＰ効率、及び水柱圧約１．５インチ（約３８．１ｍｍ）の最終的な圧力損失で約４００ｍｇ／１００ｃｍ２乃至６００ｍｇ／１００ｃｍ２のＭＦＰダスト保持重量を有する。
【００６６】
図１１及び図１２は、本発明の別の実施の形態による複合フィルタ媒体９０を示す図である。複合フィルタ媒体９０は、図２に示す複合フィルタ媒体１０の基材媒体１２及び細繊維１４に加えて媒体９２及び細繊維９３を備える。図示のように、複合フィルタ媒体９０の細繊維１４及び９３は、基材媒体１２と媒体９２との間に挟まれて設けられる。媒体９２及び基材媒体１２は、同じスクリム又はフィルタ媒体、もしくは異なるスクリム又はフィルタ媒体で形成することができる。複合フィルタ媒体９０は、例えば、図２に示す複合フィルタ媒体１０の２つの層を細繊維が互いに向かい合うように積層し、基材媒体層を拡張させることによって構築することができ、細繊維は隣接する基材媒体と共に再配向される。
【００６７】
一の実施の形態では、基材媒体１２は、前述の実施の形態に記載した低融点ポリエステル／高融点ポリエステルの２構成要素繊維で形成されたスクリムである。細繊維１４は、基材媒体１２上に堆積させた電界紡糸されたナイロン（登録商標）‐６のナノ繊維である。同様に、媒体９２には、細繊維９３を形成する電界紡糸されたナイロン（登録商標）‐６のナノ繊維を堆積させる。細繊維１４を堆積させた基材媒体１２と細繊維９３を堆積させた媒体９２を、細繊維１４及び細繊維９３が互いに対面して向かい合うように合わせて積層して、図１１に示す複合フィルタ媒体９０を形成する。本実施の形態では、媒体９２は基材媒体１２に用いた同じスクリムで形成される。細繊維１４及び細繊維９３は、同一の細繊維カバレッジレベル（被覆率の程度）又は異なる細繊維カバレッジレベルを有してもよい。例えば、細繊維１４は、約０．００５ｇ／ｍ２乃至０．０３０ｇ／ｍ２の、好ましくは約０．０１２ｇ／ｍ２乃至０．０２５ｇ／ｍ２の細繊維カバレッジレベルを有する。同様に、細繊維９３は、約０．００５ｇ／ｍ２乃至０．０３０ｇ／ｍ２の、好ましくは約０．０１２ｇ／ｍ２乃至０．０２５ｇ／ｍ２の細繊維カバレッジレベルを有する。このため積層したとき、細繊維１４、９３の２つの層は、約０．０１０ｇ／ｍ２乃至０．０６０ｇ／ｍ２の、好ましくは約０．０２４ｇ／ｍ２乃至０．０５０ｇ／ｍ２の細繊維カバレッジレベルを有することができる。オプションとして（追加するか否かは任意に）、複合フィルタ媒体９０をローラのセットを用いて圧縮して、層１２、１４、９３、９２の間の結合を促進することができる。図１１に示すように、非拡張の複合フィルタ媒体９０は実質的に平坦な表面９４と厚さｔ´´を有する。次いで、前述の実施の形態と同様に非拡張の複合フィルタ媒体９０を熱処理する。熱処理は、２構成要素繊維の低融点構成要素の溶融温度で、又はその付近で行うことができる。本実施の形態では、非拡張の複合フィルタ媒体９０は、低融点ポリエステルの溶融温度まで、又はその付近まで加熱される。
【００６８】
図１２に示すように、熱処理の間に、基材媒体１２及び媒体９２の２構成要素繊維は弛緩及び再配向されて、ｔ´´´まで複合フィルタ媒体９０の厚さを拡大させて波状の表面９６を形成する。基材媒体１２の２構成要素繊維が弛緩及び再配向されるにつれて、細繊維１４も基材媒体１２の隣接する２構成要素繊維と共に移動する。同様に媒体９２の２構成要素繊維が弛緩及び再配向されるにつれて、細繊維９３も媒体９２の隣接する２構成要素繊維と共に移動する。
【００６９】
非拡張の複合フィルタ媒体又は他の従来のフィルタ媒体と比較したとき、拡大した厚さ及び波状の表面を有するかかる複合フィルタ媒体９０は、優れたダスト保持能力及び減少した圧力損失を有し得る。更に、弛緩を介したフィルタ媒体の拡張によるフィルタ媒体の体積の増大は、拡張された複合フィルタ媒体９０（図１２参照）を、改善されたダスト保持容量及び減少した圧力損失を有する深さフィルタ媒体（Ｄｅｐｔｈ ｆｉｌｔｅｒ ｍｅｄｉａｓ）（深さを有するろ過材）として良好に適合させ、より多くの微粒子を複合フィルタ媒体９０の増大した体積の全体にわたって捕捉することができ、細繊維層はその大部分で不当に制限することなく最大の微粒子捕捉効率を設定することができる。
【００７０】
図１１及び図１２は模式図であるが、図２０、図２１は、１２０倍の倍率で撮影された基材媒体及び拡張された複合フィルタ媒体の実際の光学顕微鏡画像を示す図である。図２０は、細繊維の堆積及び拡張の前の、図１１に示す基材媒体１２及び媒体９２等の基材媒体の光学顕微鏡画像である。図２１は拡張された複合フィルタ媒体の光学顕微鏡画像であり、２つの図２０に示す媒体のサンプルに細繊維を堆積させて積層し、図１２に示す拡張された複合フィルタ媒体９０のように、２つの媒体のサンプル上の細繊維が互いに対面して向かい合うように設ける。図２１に示す複合フィルタ媒体は細繊維を含むが、この拡大画像では、媒体層の粗い繊維しか見ることができない。細繊維ははるかに小さく、より粗い繊維によって担持され、それは、拡大レベル２，５００倍で撮影された複合フィルタ媒体の走査電子顕微鏡画像である図２４を参照して見ることができる。図２４では、一の媒体層を覆う細繊維に画像の焦点が合わせられ、他の媒体層を覆う細繊維は画像の焦点から外れている。細繊維で覆われた２層の媒体層は、細繊維が互いに対面して向かい合うように積層され、熱拡張されることにより複合フィルタ媒体を形成する。
【００７１】
深さフィルタ媒体（深さを有するろ過材）は実質的に体積又は深さの全体に微粒子を填装（ｌｏａｄ）し、したがって深さ媒体は、フィルタの寿命を通して表面填装システムと比較したとき、より大きな重量及び体積の微粒子を填装することができる。しかし通常は、深さ媒体の構成は効率に関する難点を有する。これほどまで保持容量を高めるために、多くの場合、固体性（中実性）の低い媒体を用いることを選ぶ。これは、一部の微粒子がより容易に通過する可能性がある大きな孔サイズをもたらす。本発明の実施の形態による拡張された複合フィルタ媒体は、拡張した媒体及び細繊維を介して同じ低いレベルの圧力損失を維持しながら、優れたダスト保持能力及びろ過効率を提供することができる。
【００７２】
他の実施の形態では、拡張された複合フィルタ媒体は、細繊維の多重層（複数の層）及び多重フィルタ層（複数のフィルタ層）を含むことができる。図１３は、３層のフィルタ層１２、９２、１０４の間に挟まれて設けられた２層の細繊維層１６、１０２を備える本発明の実施の形態による複合フィルタ媒体１００を示す。フィルタ層１２、９２、１０４は、前述の実施の形態の低融点ポリエステル／高融点ポリエステルの２構成要素繊維スクリムと同じフィルタ媒体又はスクリムで形成することができる。代替として、フィルタ層１２、９２、１０４は、所望のフィルタ媒体の特性に応じて異なるフィルタ媒体又はスクリムで形成することができる。異なるフィルタ媒体又はスクリムを用いてフィルタ層１２、９２、１０４を形成する場合、拡張の間、フィルタ層１２、９２、１０４の繊維を異なるように弛緩及び再配向させることができる。そのため、フィルタ層１２、９２、１０４は異なるように拡張することができる。例えば、フィルタ層１２及び９２の厚さを２倍に増大させ、フィルタ層１０４の厚さは増大させないか又は非常にわずかに増大させるように設けることもできる。
【００７３】
更に、細繊維層１６、１０２は同じ量の細繊維又は異なる量の細繊維を含むことができる。フィルタ層１２、９２、１０４の材料及び細繊維層１６、１０２の細繊維の量を選択して、勾配を有する深さ媒体を生成することができる。例えば、フィルタ層１２、９２、１０４は、前述の実施の形態の基材媒体１２及びフィルタ層９２に用いられた２構成要素スクリムに類似する２構成要素繊維スクリムで形成することができる。しかし、フィルタ層１０４の２構成要素繊維スクリムは、フィルタ層９２のために選択されたスクリムよりも、より小さな固体密度（ｓｏｌｉｄ ｄｅｎｓｉｔｙ）を有することができ、それによってより低いろ過効率とすることができる。更に、基材媒体１２のために選択されるスクリムは、フィルタ層９２に用いられるスクリムよりも大きな固体密度を有することができる。その上、細繊維層１６を細繊維層１０２よりも多くの細繊維を含むように形成することができる。例えば、細繊維層１０２を約０．０１５ｇ／ｍ２でＰＡ‐６の電界紡糸細繊維を含むように形成することができ、一方で、細繊維層１６を約０．０２５ｇ／ｍ２でＰＡ‐６の電界紡糸細繊維を含むように形成する。多様な実施の形態の細繊維層（複数の細繊維層）の各々のナノ繊維カバレッジレベルは、約０．００５ｇ／ｍ２乃至０．０３０ｇ／ｍ２に設けることが好ましく、約０．０１２ｇ／ｍ２乃至０．０２５ｇ／ｍ２に設けることが更に好ましい。堆積／被覆後の起伏を有する（波状の）３次元マトリクスへの繊維の再配向により、不当な制限又は圧力損失の問題を引き起こすことなく、はるかに多くの細繊維を堆積させる（より大きな細繊維カバレッジ又は坪量とする）ことができ、実際にはその不当な制限又は圧力損失の問題を引き起こすこととは逆に、拡張の結果、より大きな有効体積領域が得られることが理解されるであろう。かかる勾配を有する複合フィルタ媒体１００は、複合フィルタ媒体１００の厚さの全体にわたってより多くのダスト微粒子が填装されることを可能とする。
【００７４】
一の実施の形態では、非拡張状態の複合フィルタ媒体１００は、約０．００５インチ（０．１２７ｍｍ）の厚さを有する２構成要素繊維スクリムで形成されるフィルタ層１２、９２、１０４、及び約０．０１９ｇ／ｍ２のカバレッジレベルで電界紡糸されたＰＡ‐６ナノ繊維を備える細繊維層１６、１０２を含む。非拡張の複合フィルタ媒体１００は約０．０１５インチ（０．３８１ｍｍ）の全体の厚さを有する。熱拡張後に、フィルタ層１２、９２、１０４の各々の厚さは、約２倍乃至３倍又は更に大きく増大させることができ、それによって０．０３０インチ（０．７６２ｍｍ）又は０．０４５インチ（１．１４３ｍｍ）以上の全体の厚さを有する拡張された複合フィルタ媒体１００を実現する。
【００７５】
拡張された複合フィルタ媒体の他の構成は、ダスト保持及び圧力損失の特性を最適化するための他のろ過用途に有益であり得る。他の実施の形態では、拡張された複合フィルタ媒体は、様々な順序で構成される３層を超えるフィルタ層及び２層を超える細繊維層を含むことができる。
【００７６】
加えて、細繊維の再配向をもたらす媒体の拡張後に、次いで、拡張された複合フィルタ媒体は、溝付きのフィルタやひだ付きのフィルタ又は類似の典型的なフィルタエレメント構成のようなギャザー加工された構成を有するフィルタエレメントに編成することができる。かかるギャザーを伴うフィルタ構成は、端部キャップ、フレーム及び同種の部材を有する、並びに多くの場合、参照により本明細書に援用される特許のいくつかにおいて示されるような環状の密閉ガスケットを有する、円筒形又は楕円形のエレメントの形態に設けられてもよい。この媒体は、また、かかるフィルタエレメント内に組み込むことができる。更に、拡張された複合フィルタ媒体にひだ加工して、パネルフィルタに用いることができる。
【００７７】
図２２は、本発明の一の実施の形態による円筒形の芯３０４の周りに巻き付けられたひだ付きのフィルタ媒体３０２、及び各端部に取り付けられた端部キャップ３０６、３０８を含む、ひだ付きのフィルタエレメント３００を示す。ひだ付きのフィルタ媒体３０２は、図１、図１２及び図１３に示す拡張されたフィルタ媒体のような波状の表面を有する拡張された複合フィルタ媒体をひだ加工することによって形成することができる。かかる溝付きのフィルタエレメントは、本願出願人に譲渡された米国特許４，１８４，９６６号に開示されており、この教示及び開示は、本明細書の開示と矛盾しない範囲でその全体を参照により本明細書に組み込む。
【００７８】
図２３は、本発明の別の実施の形態による溝付きのフィルタエレメント３２０を示す図である。溝付きのフィルタエレメントは、フレーム３２４、フィルタ媒体密閉部材（シール）３２６、環状の密閉部材３２８、及び溝付きのフィルタ媒体３３０を含む。溝付きのフィルタ媒体３３０は共にしっかりと合わされる面シートと複雑屈曲シートとを含み、中央フレーム３３２の周りに巻き付けられて、一方の面の近傍が閉鎖された第１の溝及び他方の面の近傍が閉鎖された第２の溝を含む複数の溝３３４を画成する。本実施の形態では、面シート及び／又は複雑屈曲シートは、図１、図１２及び図１３に示す拡張された複合フィルタ媒体のような波状の表面を有する拡張された複合フィルタ媒体から形成することができる。かかる溝付きのフィルタエレメントは、本願出願人に譲渡された米国特許公開２００９−０３２０４２４号「取付フィルタフレーム及び取付フィルタフレームを有する溝付きのフィルタ」に開示されており、この教示及び開示は、本明細書の開示と矛盾しない範囲でその全体を参照により本明細書に組み込む。
【００７９】
図２５は本発明の実施の形態によるパネルフィルタ３５０を示す図である。フィルタ媒体３５２は、図１２に示す拡張された複合フィルタ媒体９０のような拡張された複合フィルタ媒体を備える。拡張された複合フィルタ媒体をひだ加工してフィルタ媒体３５２を形成し、フレーム３５４で囲んでパネルフィルタ３５０を形成する。
【００８０】
本発明に従う拡張された複合フィルタ媒体の別の実施の形態を説明したが、拡張された複合フィルタ媒体を形成する方法を以下に説明する。
【００８１】
図１４は拡張された複合フィルタ媒体を製造する代表的なプロセスを模式的に示し、前述の実施の形態のいずれもを本発明の加工の実施の形態に従って生成することができる。システム２００は、巻出しステーション２０２、電界紡糸ステーション２０４、熱処理ステーション２０６及び巻戻しステーション２０８を含む。
【００８２】
システム２００において、スクリム２１０のロールは巻出しステーション２０２から巻き出される。一の実施の形態では、スクリム２１０のロールは、高融点ポリエステルの芯／低融点ポリエステルの鞘の２構成要素ステープル繊維で形成され、カレンダ加工ローラのセットを介して既に圧縮されて、所望の厚さ及び固体性（中実性）を有するスクリム２１０のロールとして形成されている。ウェブ（ｗｅｂ）（布）状に形成されたスクリム２１２は電界紡糸ステーション２０４に向かってマシン方向２１４に移動する。電界紡糸ステーション２０４において、細繊維２１６はスクリム２１２のウェブ上に形成及び堆積され、複合フィルタ媒体２１８を形成する。次いで、複合フィルタ媒体２１８は熱処理ステーション２０６に入り、そこで複合フィルタ媒体２１８は低融点ポリエステルの溶融温度まで、又はその付近まで加熱される。熱処理の間、複合フィルタ媒体２１８は弛緩及び拡張して、拡張された複合フィルタ媒体２２０を形成し、巻戻しステーション２０８で巻き戻される。スクリム２１２のウェブと細繊維２１６との間の結合も熱処理の間に強化される。システム２００の各構成要素については以下で詳細に述べる。
【００８３】
スクリムを、システム２００の上流プロセス（連続１ラインプロセスの一部又は断続２ラインプロセスのいずれか）で形成してもよく、又はＨＤＫ等の適切な供給者又はＨ＆Ｖ若しくはＡｈｌｓｔｒｏｍ等の他の適切な媒体供給者又は同様の供給者からロール形態で購入してもよい。スクリムを、前述の図３乃至図１０に示す２構成要素繊維等の様々な適切な材料から形成することができる。代替として、媒体は、圧縮されて溶剤結合又は熱結合等により定位置に保持される（成形される）他の単一構成要素媒体（ｓｉｎｇｌｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｍｅｄｉａ）であってもよい。例えば２構成要素の場合、同心に設けられた鞘／芯型の２構成要素繊維を、芯として高融点ポリエステルを用い、鞘として低融点ポリエステルを用いて同時押出成形（ｃｏｅｘｔｒｕｄｅ）してもよい。そして、かかる２構成要素繊維を、スクリム又はフィルタ媒体を形成するために用いることができる。一の実施の形態では、２構成要素繊維を、ステープル繊維（ｓｔａｐｌｅ ｆｉｂｅｒｓ）（ステープルファイバ）（（短く）切断した繊維）として用いることにより、従来の乾式積層プロセス又は空気積層プロセスによって複数構成要素フィルタ媒体又はスクリムを形成する。このプロセスで用いられるステープル繊維は比較的短く不連続なものであるが、従来の装置で扱うためには十分な長さである。２構成要素繊維の複数の包装（ｂａｌｅｓ）は、シュート供給（ｃｈｕｔｅ ｆｅｅｄ）を経由して供給され、カーディング装置（ｃａｒｄｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）で個々の繊維に分離されてから、繊維ウェブへと空気積層（ａｉｒ ｌａｉｄ）される（この繊維ウェブ自体は、本開示においては基材と見ることができる）。次に、繊維ウェブを、カレンダローラのセットを用いて圧縮し、スクリムロール２１０を形成する（このスクリムロール２１０は基材としても見ることができる）。追加するか否かは任意に、繊維ウェブをカレンダ加工ローラのセットに入れる前に加熱してもよい。本実施の形態のスクリム２１０は、高融点構成要素及び低融点構成要素を含む２構成要素繊維を備えるため、２構成要素フィルタ媒体とも呼ばれる。いくつかの実施の形態では、繊維ウェブをカレンダリング（圧延加工）する前に折り畳んで、より厚い２構成要素フィルタ媒体を形成する。
【００８４】
別の実施の形態では、ポリエステル繊維等の高融点ポリマー繊維を備えるウェブ、及びポリプロピレン繊維等の低融点ポリマー繊維を備えるウェブを分離して形成し、共に積層することにより、２構成要素フィルタ媒体又はスクリムのロールを形成することができる。かかる実施の形態では、細繊維２１６は、スクリム２１２の低融点側に堆積される。この実施の形態では、低融点ウェブは、低融点構成要素が加熱及び溶融されたときに高融点ウェブの表面を塞がないように、高融点ウェブよりも実質的に薄く設けられる。
【００８５】
他の実施の形態では、２構成要素繊維スクリムは、溶融ブロープロセス（ｍｅｌｔ ｂｌｏｗｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）により形成することができる。例えば、溶融ポリエステル及び溶融ポリプロピレンが、加熱された高速空気を伴って押出し及び引抜き成形されることで粗繊維を形成することができる。この繊維は、移動中の網（ｓｃｒｅｅｎ）上にウェブとして収集されることにより２構成要素スクリム２１０を形成することができる。
【００８６】
また、複数構成要素繊維フィルタ媒体又はスクリムは、少なくとも２種類の異なるポリマー材料を用いてスパンボンド（ｓｐｕｎ−ｂｏｎｄｅｄ）（紡糸接着）されてもよい。典型的なスパンボンドプロセスでは、溶融ポリマー材料が複数の押出成型開口（ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｏｒｉｆｉｃｅｓ）を通過することにより複数糸紡糸工程（ｍｕｌｔｉｆｉｌａｍｅｎｔａｒｙ ｓｐｉｎｌｉｎｅ）が形成される。この複数糸紡糸工程では、その引張り強さを高めるために引き抜かれ、固体化を生じさせる急冷ゾーンを通過させられて、移動する網（ｓｃｒｅｅｎ）等の支持体の上に集められる。スパンボンドプロセスは溶融ブロープロセスに類似するが、溶融ブローによる繊維はスパンボンドによる繊維よりもより細いのが通常である。
【００８７】
更に他の実施の形態では、複数構成要素フィルタ媒体は湿式積層（ｗｅｔ−ｌａｉｄ）される。湿式積層プロセスでは、高融点繊維及び低融点繊維が搬送ベルト上に分散され、これらの繊維は、湿った状態にある間に均一なウェブへと広げられる。湿式積層操作では、典型的には１／４乃至３／４インチ（６．３５ｍｍ乃至１９．０５ｍｍ）の長さの繊維が用いられるが、繊維が硬かったり太かったりする場合には時として、より長い繊維を用いる。多様な実施の形態による前述の繊維は、圧縮されることにより、所望の厚さを有するスクリム２１０又はフィルタ媒体を形成する。
【００８８】
再び図１４を参照して説明する。スクリムのウェブ（布）２１２は、細繊維２１６が形成されてスクリムのウェブ２１２の上に堆積する、電界紡糸ステーション２０４に入る。電界紡糸ステーション２０４において、細繊維２１６は、電界紡糸セル２２２から電界紡糸され、スクリムウェブ２１２の上に堆積する。システム２００の電界紡糸プロセスは、本願出願人に譲渡された米国特許公開２００９／０１９９７１７号の「１００ナノメートル未満の細繊維及び方法」に開示されている電界紡糸プロセスと実質的に同様とすることができ、その開示の全体を参照により本明細書に組み込む。代替として、ノズルバンク（ｎｏｚｚｌｅ ｂａｎｋｓ）又は他の電界紡糸設備を用いて細繊維を形成することもできる。このような代替としての電界紡糸装置又はセル２２２のチェーン電極の経路変更により、繊維を所望の配向に堆積させることが可能となる（例えば、繊維は上方向に紡糸されていることが示されているが、粗繊維を搬送するコンベヤ上へ繊維を下方向、水平方向、又は対角方向に紡糸することも可能である）。
【００８９】
この電界紡糸プロセスは、ナノ繊維としても知られる小直径の合成繊維を生産する。静電紡糸の基本プロセスは、高電圧勾配等の強電界が存在する中での、溶融ポリマーの流れ又はポリマー溶液の流れへの静電荷の導入を伴う。電界紡糸セル２２２においてポリマー流体へ静電荷を導入することにより、荷電流体噴流（荷電流体ジェット）が形成される。この荷電噴流は、静電界中で加速して細くなり、接地コレクタ（ｇｒｏｕｎｄ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）の方向に引き付けられる。かかるプロセスにおいては、ポリマー流体の粘弾性力により、この噴流は安定化し、小直径の糸（ｆｉｌａｍｅｎｔｓ）が形成される。繊維の平均直径は、静電紡糸セル２２２の設計及びポリマー溶液の配合により制御することができる。
【００９０】
細繊維を形成するために用いるポリマー溶液は、様々なポリマー材料及び溶剤を含むことができる。例示のポリマー材料には、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリオレフィン、ポリアセタール、ポリエステル、セルロースエーテル、ポリアルキレンスルフィド、ポリアリレンオキシド、ポリスルホン、変性ポリスルホンポリマー及びポリビニルアルコール、ポリアミド、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデンが含まれる。静電紡糸用のポリマー溶液を作るための溶剤には、酢酸、ギ酸、ｍ−クレゾール、トリフルオロエタノール、ヘキサフルオロイソプロパノール塩化溶剤、アルコール、水、エタノール、イソプロパノール、アセトン、及びＮ−メチルピロリドン、並びにメタノールが含まれてもよい。この溶剤とポリマーは、所与の溶剤及び／又は溶剤混合物（両方とも「溶剤」と呼ぶ場合がある）中のポリマーの十分な可溶性に基づいて、適切に用いるために組み合わせることができる。例えば、ギ酸をナイロン（登録商標）‐６としても広く知られるポリアミドに対して選択してもよい。細繊維の電界紡糸に関する更なる詳細については前述の特許を参照することができる。
【００９１】
システム２００において、高電圧差を生じさせる高電圧を供給することにより、電界紡糸セル２２２内の電極と真空コレクタコンベヤ（ｖａｃｕｕｍ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ ｃｏｎｖｅｙｏｒ）２２４との間に静電界が生成される。図１４に示すように、細繊維２１６が形成される複数の電界紡糸セル２２２を設けてもよい。電界紡糸セル２２２の電極で形成された細繊維２１６は、静電界により与えられる力によって真空コレクタコンベヤ２２４の方向に引かれる。また、真空コレクタコンベヤ２２４は、スクリムのウェブ２１２を保持し、機械方向２１４にスクリムのウェブ２１２を移送する。この構成では、スクリムのウェブ２１２は、細繊維２１６がスクリムのウェブ２１２上に堆積するように電界紡糸セル２２２と真空コレクタコンベヤ２２４との間に配置される。スクリムのウェブ２１２が一方の表面上の低融点構成要素と他方の表面上の高融点構成要素とを含む複数構成要素フィルタ媒体である実施の形態では、複数構成要素スクリム２１２は、複数構成要素スクリムの低融点構成要素表面が電界紡糸セル２２２に対面するように、電界紡糸セル２２２と真空コレクタコンベヤ２２４との間に配置される。
【００９２】
一の実施の形態では、電界紡糸セル２２２は、ポリアミド‐６（ＰＡ‐６）と、２／３の酢酸及び１／３のギ酸からなる適切な溶剤とを含むポリマー溶液を収容する。かかる溶剤において、酢酸及びギ酸は共に、ＰＡ‐６を溶解するための溶解剤として機能し、酢酸は、ポリマー溶液の導電性及び表面張力を制御する。電界紡糸セル２２２は、ＰＡ‐６から形成される細繊維を生成し、この細繊維は、スクリムのウェブ２１２の表面上に堆積される。細繊維２１６がスクリムのウェブ２１２の表面に堆積されると共に、いくらかの細繊維２１６は、電界紡糸セル２２２に対面するスクリムの表面近傍の粗繊維と交絡（ｅｎｔａｎｇｌｅ）する。いくらかの細繊維２１６が、スクリムの表面近傍のいくらかの繊維と交絡するときに、電界紡糸プロセスからの細繊維２１６内に残留するいくらかの溶剤は、細繊維２１６とスクリムのウェブ２１２の繊維との間に溶剤結合を生じさせることができる。溶剤結合の効果を得るために、スクリムのウェブ２１２の繊維は可溶性を有すること、又は少なくとも細繊維内の溶剤に反応することが求められる。電界紡糸ステーション２０４で形成された複合フィルタ媒体２１８の断面図は図２に示す非拡張の複合フィルタ媒体１０に類似するものとして見ることができる。
【００９３】
電界紡糸ステーション２０４を出ると、複合フィルタ媒体２１８は拡張プロセスに進む。本実施の形態では、複合フィルタ媒体２１８の拡張は熱処理ステーション２０６で達成される。熱処理ステーション２０６は、対流オーブン（ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ ｏｖｅｎ）等の任意の好適な従来のオーブン、又は赤外線オーブン（ｉｎｆｒａｒｅｄ ｏｖｅｎ）等の他の好適なタイプの加熱機構を利用する加熱装置とすることができる。スクリム２１２が高融点／低融点の２構成要素繊維を備える場合、複合フィルタ媒体２１８は、２構成要素繊維の低融点ポリマー構成要素の溶融温度まで、又はその付近まで加熱される。スクリム２１２の２構成要素繊維が低融点ポリマー構成要素の溶融温度まで又はその付近まで加熱されるにつれて２構成要素繊維は弛緩及び再配置（ｒｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）される。図４に示す偏心して設けられた鞘／芯型の２構成要素繊維等の２構成要素繊維のいくらかは、熱処理を行ったとき、様々な方向に渦を巻き及びねじれ得る。更に、スクリムの形成の間に、例えばカレンダ加工ローラのセットを介して合わせて圧縮された２構成要素繊維は、熱が圧縮力を解放して２構成要素繊維を再配置させて繊維間の平均距離を増大させると共に除圧される。そのようにして、スクリム２１２のウェブはその厚みが増して波打って、波状の表面を形成する。
【００９４】
更に、細繊維２１６を担持する表面近傍の２構成要素繊維が移動して再配向されるにつれて、細繊維２１６も２構成要素繊維と共に移動する。前述のように、細繊維２１６はスクリム２１２のウェブの表面上に堆積され、いくらか（一部）の細繊維２１６は、スクリム２１２のウェブの表面近傍の２構成要素繊維と接触するようになり、溶剤結合により結合され得る。２構成要素繊維の外側の低融点ポリマー構成要素が軟化又は溶融し、細繊維２１６を埋め込むにつれて、２構成要素繊維と細繊維２１６との間の結合は熱処理の間に強化される。熱処理中は、複合フィルタ媒体２１８は、低融点構成要素のガラス転移温度を少なくとも上回るまで、より好ましくは低融点構成要素の溶融温度又はその付近まで、加熱される。例えば、複合フィルタ媒体２１８は、２構成要素繊維の外側の低融点ポリエステル層が溶融し、ＰＡ‐６から形成された細繊維２１６と結合するように、低融点ポリエステルの融点まで又はその付近まで加熱される。かかる実施の形態では、ＰＡ‐６及び高融点ポリエステルの溶融温度は、低融点ポリエステルの溶融温度よりも著しく高いので、ＰＡ‐６細繊維２１６及び２構成要素繊維の高融点ポリエステルの芯は溶融しない。最も低い溶融温度を有する低融点ポリエステルは溶融又は軟化し、隣接するＰＡ‐６細繊維２１６は、この軟化又は溶融した低融点ポリエステル内に埋め込まれ、それにより細繊維２１６とスクリムのウェブ２１２とが共に結合される。したがって、低融点ポリエステルは、２構成要素繊維スクリム２１２と細繊維２１６との間の結合剤として機能する。
【００９５】
図１５Ａ乃至図１５Ｄはスクリム２１２の２構成要素繊維及びスクリムのウェブ２１２の表面近傍の細繊維２１６を多様な倍率で示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。図１５Ａ及び図１５Ｂの３００倍及び１，ＯＯＯ倍で示すＳＥＭ画像に見られるように、スクリムウェブ２１２上に堆積した細繊維２１６は、スクリム２１２の表面近傍に位置するより粗い２構成要素繊維の間の蜘蛛の巣状の繊維構造を形成する。より高い倍率で得られたＳＥＭ画像（２，０００倍の図１５Ｃ及び１０，０００倍の図１５Ｄ）は、細繊維２１６と２構成要素繊維との間の結合を示す。図１５Ｄに鮮明に示すように、細繊維２１６は、２構成要素繊維の低融点ポリエステル表面に埋め込まれている。
【００９６】
２構成要素繊維が熱処理の間に弛緩及び再配向されるにつれて、２構成要素繊維の表面上に埋め込まれた細繊維２１６は２構成要素繊維と共に移動する。２構成要素繊維が加熱されるにつれて、２構成要素繊維は異なる方向に渦を巻いたり、ねじれたり、移動したりし得る。細繊維２１６を担持する２構成要素繊維の一部（いくらか）は、外側に向かって移動して表面を拡張させることができ、一方、細繊維２１６を担持する２構成要素繊維の他の一部（いくらか）は、元の表面位置に留まるか又は反対方向である内側に向かって移動することができる。そのようにして、複合フィルタ媒体２１８の実質的に平坦な表面は熱処理の間に繊維が配向するにつれて波状になる。更に、スクリム２１２の表面位置に堆積していた細繊維２１６は２構成要素繊維と共に移動するにつれて引き伸ばされ、それによって、複合フィルタ媒体２１８が熱処理の間に拡張するにつれて、細繊維２１６がスクリム２１２のウェブへ組み込まれる深さが増大する。２構成要素繊維及び細繊維２１６の再配向は、拡張された複合フィルタ媒体２１８の全体の微細孔構造も改善することができる。したがって、拡張による固体比率の減少（同じ量の繊維で体積が増加する）及び拡張された複合フィルタ媒体２１８の微細孔構造の改善は、フィルタ能力（フィルタ容量）を向上させ、及び圧力損失の増大を緩やかにする。拡張された複合フィルタ媒体２２０は、波状の表面及び拡大された厚さを有する図１に示す拡張された複合フィルタ媒体に類似してもよい。
【００９７】
いくつかの実施の形態では、拡張された複合フィルタ媒体２２０は、熱処理ステーションの下流でローラのセットを通してプロセシングしてもよい。少量の圧力を拡張された複合フィルタ媒体２２０に印加して細繊維２１６と基質スクリム２１２との間の接着を促進することができ、及び／又は所望の厚さまで複合フィルタ媒体２２０の厚さをわずかに減少させることができる。しかしながら、拡張された複合フィルタ媒体２２０は、ローラのセットを通しても熱処理による波状の表面及び拡大された厚さを実質的に保持する。
【００９８】
図１６は、本発明の別の実施の形態による拡張された複合フィルタ媒体を製造するためのシステム２３０の模式図である。システム２３０は、基材２３６の形成のための装置２３２、フィルタ層２３８の形成のための装置２３４、電界紡糸ステーション２４０、ローラ２４２のセット、熱処理ステーション２４４及び巻戻しステーション２５２を含む。
【００９９】
基材媒体２３６及びフィルタ層２３８は様々な好適な材料及び方法で形成することができる。更に、基材媒体２３６及びフィルタ層２３８は、同じフィルタ媒体又はスクリム、もしくは異なるフィルタ媒体又はスクリムから形成することができる。
【０１００】
一の実施の形態では、基材媒体２３６及びフィルタ層２３８は同じ２構成要素繊維スクリムから形成される。本実施の形態では、高融点ポリエステルの芯及び低融点ポリエステルの鞘を備える２構成要素ステープル繊維は、基材媒体形成装置２３２及びフィルタ層形成装置２３４で所望の厚さ及び幅を有するスクリムのウェブとして形成される。
【０１０１】
２構成要素繊維スクリムを備える基材媒体２３６は電界紡糸ステーション２４０に入り、ＰＡ‐６ナノ繊維２５４は、図１４に示す電界紡糸ステーション２０４について説明した形態で基材媒体２３６の表面上に形成及び堆積される。次いで細繊維２５４を担持する基材媒体２３６は、ローラ２４２のセットを介してフィルタ層２３８と共に積層される。図示のように、フィルタ層２３８は、複合フィルタ媒体２４６の細繊維が堆積された側の上に積層される。ローラ２４２のセットは、細繊維２５４と基材媒体２３６との間の結合及び細繊維２５４とフィルタ層２３８との間の結合を可能とする所望の量の圧力を印加することができる。ローラ２４２のセットを出た複合フィルタ媒体２４８は、図１１に示す非拡張の複合フィルタ媒体９０と類似するものとして見ることができる。
【０１０２】
次いで複合フィルタ媒体２４８は熱処理ステーション２４４に入る。熱処理ステーション２４４において、複合フィルタ媒体２４８は、２構成要素繊維の低融点ポリエステル構成要素の融点まで、又はその付近まで加熱される。基材媒体２３６及びフィルタ層２３８の２構成要素繊維は、図１４に示す実施の形態に関して説明したように、弛緩及び再配向される。前述のように、細繊維２５４も２構成要素繊維と共に再配向される。熱処理ステーション２４４を出た拡張された複合フィルタ媒体２５０は、図１２に示す拡張された複合フィルタ媒体に類似するものとして見ることができる。拡張された複合フィルタ媒体２５０は拡大された厚さ及び波状の表面を有する。最終的に、拡張された複合フィルタ媒体２５０は巻戻しステーション２５２でロールへと巻き付けられる。いくつかの実施の形態では、拡張された複合フィルタ媒体２５０は、熱処理ステーションの下流でローラのセットを通してプロセシングしてもよい。少量の圧力を拡張された複合フィルタ媒体２５０に印加して異なる複数の層の間の接着を促進することができ、及び／又は所望の厚さまで複合フィルタ媒体２５０の厚さをわずかに減少させることができる。しかしながら、拡張された複合フィルタ媒体２５０は、ローラのセットを通しても熱処理による波状の表面及び拡大された厚さを実質的に保持する。
【０１０３】
図２６は、本発明の別の実施の形態による拡張された複合フィルタ媒体を製造するためのシステム４００の模式図である。システム４００は２つの巻出しステーション４０２、４０４、オーブン４０６、及び巻戻しステーション４０８を含む。基材媒体４１４及び細繊維４１８を含む、細繊維で被覆された媒体４１０のロールは、細繊維で被覆された媒体４１２の細繊維４２０に対面して向かい合う細繊維４１８と共に巻出しステーション４０２から巻き出される。基材媒体４１６及び細繊維４２０を含む細繊維で被覆された媒体４１２のロールは、細繊維４１８に対面して向かい合う細繊維４２０と共に巻出しステーション４０４から巻き出される。細繊維４１８、４２０は、図１４に示すシステム２００で説明される電界紡糸のような電界紡糸法によって基材媒体４１４及び４１６上に堆積される。本実施の形態では、細繊維４１８、４２０は、前述の実施の形態に記載した電界紡糸されたナイロン（登録商標）‐６のナノ繊維である。基材媒体４１４、４１６は、前述の実施の形態に記載した高融点ポリエステル／低融点ポリエステル繊維を含む２構成要素繊維スクリムを備える。
【０１０４】
２層の細繊維で被覆された媒体４１０、４１２は、ローラ４２２のセットの間で共に積層され、複数の層４１４、４１８、４２０、４１６の間の接着を可能とするために圧力が印加される。いつくかの実施の形態では、ローラ４２２のセットは、複数の層４１４、４１８、４２０、４１６の間の接着を強化するために加熱されてもよい。積層された複合フィルタ媒体４２４は、オーブン４０６に入る前は、図１１に示す非拡張の複合フィルタ媒体９０と類似するものとして見ることができる。複合フィルタ媒体４２４はオーブン４０６に入る。オーブン内で、複合フィルタ媒体４２４は、低融点ポリエステルの融点まで、又はその付近まで加熱され、基材媒体４１４、４１６は前述の実施の形態に記載したように拡張する。基材媒体４１４が拡張するにつれて、基材媒体４１４の粗い２構成要素繊維によって担持される細繊維４１８も３次元マトリクスへと移動及び再配向される。同様に、基材４１６が拡張するにつれて、基材媒体４１６の粗い２構成要素繊維によって担持される細繊維４２０は３次元マトリクスへと移動及び再配向される。更に、複合フィルタ媒体４２４が加熱されるにつれて、層４１４、４１８、４２０、４１６の間で熱結合を生じて接着を可能とすることができる。オーブン４０６での熱拡張の後に、拡張された複合フィルタ媒体４２６は、図１２に示す拡張された複合フィルタ媒体９０に類似するものとして見ることができ、細繊維層４１８、４２０は互いに対面して向かい合うように積層される。拡張された複合フィルタ媒体４２６は巻戻しステーション４０８でロールへと巻き付けられる。
【０１０５】
図２７は、本発明の更に他の実施の形態による拡張された複合フィルタ媒体を製造するためのシステム４３０の模式図である。システム４３０は３つの巻出しステーション４３２、４３４、４３６、オーブン４３８、及び巻戻しステーション４４０を含む。基材媒体４４８及び細繊維４５２を含む細繊維で被覆された媒体４４２のロールは、細繊維で被覆された媒体４４４のロールの基材媒体４５０に対面して向かい合う細繊維４５２と共に巻出しステーション４３２から巻き出される。基材層４５０及び細繊維４５４を含む細繊維で被覆された媒体４４４のロールは、細繊維４５２に対面して向かい合う基材層４５０と共に巻出しステーション４３４から巻き出される。細繊維で被覆された媒体４４２及び細繊維で被覆された媒体４４４は、ローラ４５６のセットの間で積層され、圧力が印加されて層４４８、４５２、４５０、４５４の間の接着を可能とする。ローラ４５６のセットを加熱して、熱結合により層４４８、４５２、４５０、４５４の間の接着を可能とすることができる。媒体４４６のロールは巻出しステーション４３６から巻き出され、ローラ４５８のセットを介して細繊維４５４の上に積層される。更なる圧力をローラ４５８のセットによって印加して層の間の積層を可能とすることができる。ローラ４５８のセットを加熱して、層４４８、４５２、４５０、４５４、４４６の間の接着を可能とすることもできる。
【０１０６】
細繊維４５２、４５４は、図１４に示すシステム２００で説明される電界紡糸のような電界紡糸法によって基材媒体４４８及び４５０上に堆積される。本実施の形態では、細繊維４５２、４５４は、前述の実施の形態に記載した電界紡糸されたナイロン（登録商標）‐６のナノ繊維である。基材媒体４４８、４５０及び媒体４４６は、前述の実施の形態に記載した高融点ポリエステル／低融点ポリエステル繊維を含む２構成要素繊維スクリムを備える。媒体４４６、４４８、４５０の３つの層、及び細繊維４５２、４５４の２つの層を含む、拡張された複合フィルタ媒体４６０は、オーブン４３８に入り、複合フィルタ媒体４６０は前述の実施の形態に記載したように熱により拡張する。複合フィルタ媒体４６０がオーブン４３８内で加熱されるにつれて、層４４８、４５２、４５０、４５４、４４６の間で熱結合を生じて接着を改善することができる。オーブン４３８を出た後の拡張された複合フィルタ媒体４６２は、図１３に示す拡張された複合フィルタ媒体１００に類似するものとして見ることができる。拡張された複合フィルタ媒体４６２は巻戻しステーション４４０でロールへと巻き付けられる。
【実施例】
【０１０７】
［実施例及び試験結果］
【０１０８】
図１３に示す本発明の一の実施の形態による拡張された複合フィルタ媒体１００の試験サンプルを実験室で製作した。１．２５ＯＳＹ（４２．３８３ｇ／ｍ２）の坪量を有する高融点ポリエステルの芯と低融点ポリエステルの鞘とを備える２構成要素繊維スクリムを、基材媒体１２、フィルタ層９２及びフィルタ層１０４に用いた。
【０１０９】
細繊維は、電界紡糸プロセスにより、ＰＡ‐６を含むポリマー溶液から形成した。ＰＡ‐６ナノ繊維は、約０．０１９ｇ／ｍ２のカバレッジレベルで２構成要素繊維スクリム上に形成及び堆積された。かかる細繊維を担持する２層の２構成要素繊維スクリム及び被覆されていない２構成要素繊維スクリムは、図１３に示すように細繊維が２構成要素繊維スクリム層の間に挟まれて設けられるように合わせて積層された。次いで、複合フィルタ媒体の試験サンプルを華氏約２５０度（摂氏約１２１．１１度）で約５分間オーブン内で加熱した。
【０１１０】
サンプルは効率（ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）及びダスト保持容量について試験され、サンプルの試験結果は市場で入手可能な他の比較し得るフィルタ媒体の結果と比較された。ＭＦＰダスト保持試験についての試験条件は、１４０ｍｇ／ｍ３の濃度でのＩＳＯ試験用微細ダスト、１００ｃｍ２のサンプルサイズ、面速度１０ｃｍ／ｓであった。ＭＦＰ効率試験についての試験条件は、７０ｍｇ／ｍ３の濃度でのＩＳＯ試験用微細ダスト、１００ｃｍ２のサンプルサイズ、面速度２０ｃｍ／ｓであった。図１７乃至図１９は、Ｌｙｄａｌｌ Ｉｎｃ．を通して入手可能な２つの比較可能なフィルタ媒体（Ｌｙｄａｌｌ ＭＥＲＶ１４等級 ＳＣ８１００及びＬｙｄａｌｌ ＭＥＲＶ１１等級 ＳＣ８１１０）と比較した、複合試験サンプルの効率及びダスト保持の試験結果を示す。
【０１１１】
図１７に示すように、複合媒体試験サンプル（ＣＬＣ媒体）は効率試験においてＬｙｄａｌｌ ＳＣ８１１０よりも優れており、Ｌｙｄａｌｌ ＳＣ８１００に非常に近い結果であった。しかしながら、複合媒体試験サンプル（ＣＬＣ媒体サンプル１及びＣＬＣ媒体サンプル２）は、ダスト保持試験においてはるかに優れており、図１８及び図１９に示すように全試験期間にわたってより低い圧力損失を示した。
【０１１２】
本明細書中で引用する公報、特許出願及び特許を含む全ての文献は、各文献を個々に、具体的に示し、引用して組み込むかのように、又、その全体を本明細書に記載するかのように、引用して組み込まれる。
【０１１３】
本発明の説明に関連して（特に以下の請求項に関連して）用いられる名詞及び同様な指示語の使用は、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、単数及び複数の両方に及ぶものと解釈される。語句「備える」、「有する」、「含む」及び「包含する」は、特に断りのない限り、オープンエンドターム（即ち「〜を含むが限らない」という意味）として解釈される。本明細書中の数値範囲の具陳は、本明細書中で特に指摘しない限り、単にその範囲内に該当する各値を個々に言及するための略記法としての役割を果たすことだけを意図しており、各値は、本明細書中で個々に列挙されたかのように、明細書に組み込まれる。本明細書中で説明される全ての方法は、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、あらゆる適切な順番で行うことができる。本明細書中で使用するあらゆる例又は例示的な言い回し（例えば「等」）は、特に主張しない限り、単に本発明をよりよく説明することだけを意図し、本発明の範囲に対する制限を設けるものではない。明細書中のいかなる言い回しも、請求項に記載されていない要素を、本発明の実施に不可欠であるものとして示すものとは解釈されないものとする。
【０１１４】
本明細書中では、本発明を実施するため本発明者が知っている最良の形態を含め、本発明の好ましい実施の形態について説明している。当業者にとっては、上記説明を読めば、これらの好ましい実施の形態の変形が明らかとなろう。本発明者は、熟練者が適宜このような変形を適用することを期待しており、本明細書中で具体的に説明される以外の方法で本発明が実施されることを予定している。従って本発明は、準拠法で許されているように、本明細書に添付された請求項に記載の内容の修正及び均等物を全て含む。更に、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、全ての変形における上記要素のいずれの組み合わせも本発明に包含される。
【符号の説明】
【０１１５】
１０ 拡張された複合フィルタ媒体
１２ 基材媒体
１４ 細繊維
１６ 表面
１８ 波状の表面（起伏を有する表面）
２０ 略平坦な表面
２２ ２構成要素繊維（同心型）
２４ 芯
２６ 鞘
２８ ２構成要素繊維（偏心型）
３０ 芯
３２ 鞘
３４ ２構成要素繊維（並列型）
３６ 第１のポリマー構成要素
３８ 第２のポリマー構成要素
４０ ２構成要素繊維（パイ楔型）
４２ 第１のポリマー構成要素
４４ 第２のポリマー構成要素
４６ ２構成要素繊維（中空パイ楔型）
４８ 第１のポリマー楔
５０ 第２のポリマー楔
５２ 中空中心
５４ ２構成要素繊維（島／海型）
５６ 第１のポリマー構成要素
５８ 第２のポリマー構成要素
６０ ２構成要素繊維（３つ葉型）
６２ ２構成要素繊維（３つ葉型）
６４ 第１のポリマー構成要素
６６ 第１のポリマー構成要素
６８ 第２のポリマー構成要素
７０ 第２のポリマー構成要素
７２ 直径
７４ 直径
７８ ２構成要素繊維（３つ葉端部型）
８０ ２構成要素繊維（十字端部型）
８２ 第１のポリマー中央部
８４ 第２のポリマー端部
８６ 第１のポリマー中央部
８８ 第２のポリマー端部
９０ 複合フィルタ媒体
９２ 媒体
９３ 細繊維
９４ 略平坦な表面
９６ 波状の表面
１００ 複合フィルタ媒体
１０２ 細繊維層
１０４ フィルタ媒体層
２００ システム
２０２ 巻出しステーション
２０４ 電界紡糸ステーション
２０６ 熱処理ステーション（オーブン）
２０８ 巻戻しステーション
２１０ スクリムロール
２１２ スクリム
２１４ マシン方向
２１６ 細繊維
２１８ 複合フィルタ媒体
２２０ 拡張された複合フィルタ媒体
２２２ 電界紡糸セル
２２４ 真空コレクタコンベヤ
２３０ システム
２３２ 基材媒体形成装置
２３４ フィルタ層形成装置
２３６ 基材媒体
２３８ フィルタ層
２４０ 電界紡糸ステーション
２４２ ローラ
２４４ 熱処理ステーション
２４８ 複合フィルタ媒体
２５０ 拡張された複合フィルタ媒体
２５２ 巻戻しステーション
２５４ 細繊維
３００ ひだ付きのフィルタエレメント
３０２ ひだ付きのフィルタ媒体
３０４ 円筒型の芯
３０６ 端部キャップ
３０８ 端部キャップ
３２０ 溝付きのフィルタエレメント
３２４ フレーム
３２６ フィルタ媒体密閉部材
３２８ 環状の密閉部材
３３０ 溝付きのフィルタ媒体
３３２ 中央フレーム
３３４ 複数の溝
３５０ パネルフィルタ
３５２ フィルタ媒体
３５４ フレーム
４００ システム
４０２ 巻出しステーション
４０４ 巻出しステーション
４０６ オーブン
４０８ 巻戻しステーション
４１０ 細繊維で被覆された媒体
４１２ 細繊維で被覆された媒体
４１４ 基材媒体
４１６ 基材媒体
４１８ 細繊維
４２０ 細繊維
４２２ ローラ
４２４ 複合フィルタ媒体
４２６ 拡張された複合フィルタ媒体
４３０ システム
４３２ 巻出しステーション
４３４ 巻出しステーション
４３６ 巻出しステーション
４３８ オーブン
４４０ 巻戻しステーション
４４２ 細繊維で被覆された媒体
４４４ 細繊維で被覆された媒体
４４６ 媒体
４４８ 基材媒体
４５０ 基材媒体
４５２ 細繊維
４５４ 細繊維
４５６ ローラ
４５８ ローラ
４６０ 拡張された複合フィルタ媒体
４６２ 拡張された複合フィルタ媒体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の厚さを有する基材の表面上に細繊維を堆積させるステップであって、前記細繊維の平均直径は１マイクロメートル未満である、基材の表面上に細繊維を堆積させるステップと；
前記細繊維を担持する前記基材を前記第１の厚さを超える第２の厚さまで拡張させるステップとを備える；
フィルタ媒体を製造する方法。
【請求項２】
低融点ポリマー構成要素及び高融点ポリマー構成要素を有する複数構成要素繊維を圧縮して前記第１の厚さを有する前記基材を形成するステップを更に備える、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記細繊維を堆積させるステップは、前記細繊維を電界紡糸するステップと、前記基材の表面上へ前記細繊維を直接堆積させるステップとを有し、前記細繊維の一部は前記基材の表面近傍の前記複数構成要素繊維の一部に取り付けられるように構成された、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記細繊維を電界紡糸するステップは、前記基材の表面上に前記細繊維を堆積させて約０．０１２ｇ／ｍ２乃至０．０２５ｇ／ｍ２の細繊維カバレッジを得るステップを有する、
請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記拡張させるステップは、前記フィルタ媒体を加熱するステップを有し、前記フィルタ媒体を加熱するステップは、前記基材の前記複数構成要素繊維が弛緩及び再配向され、それにより前記第２の厚さまで前記基材を拡張させ、前記複数構成要素繊維の波状の表面を形成するように構成され、前記細繊維が前記細繊維を担持する前記複数構成要素繊維と共に移動するにつれて前記細繊維は引き伸ばされ、前記細繊維が前記波状の表面の複数構成要素繊維と共に３次元マトリクスに組み込まれるように構成された、
請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記加熱するステップは、前記低融点ポリマー構成要素の略溶融温度まで前記フィルタ媒体を加熱するステップを有し、前記低融点ポリマー構成要素の略溶融温度まで前記フィルタ媒体を加熱するステップは、前記低融点ポリマー構成要素が溶融又は軟化し、前記細繊維の一部が前記溶融又は軟化した低融点ポリマー構成要素中に埋め込まれるように構成された、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記拡張後に、前記第２の厚さが前記第１の厚さの少なくとも１．５倍の厚さとなるように構成された、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記拡張後に、前記第２の厚さが前記第１の厚さの少なくとも２倍の厚さとなるように構成された、
請求項１に記載の方法。
【請求項９】
フィルタ層を積層するステップであって、前記細繊維が前記基材と前記フィルタ層との間に挟まれるように積層する、フィルタ層を積層するステップを更に備え、前記基材、前記細繊維及び前記フィルタ層を有する前記フィルタ媒体が加熱されて前記基材及び前記フィルタ層が拡張し、前記細繊維が引き伸ばされるように構成された、
請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記細繊維の各層が複数の前記基材の間又は前記基材とフィルタ層との間に挟まれるように、前記細繊維及び前記フィルタ層を担持する前記基材の多重層を積層するステップを更に備え、前記積層された多重層は加熱されて前記複数の基材及び前記フィルタ層が拡張し、前記細繊維が引き伸ばされて前記複数の基材の波状の表面内に組み込まれるように構成された、
請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
１マイクロメートル未満の平均繊維直径を有する細繊維を担持する平均繊維直径が１マイクロメートルを超える繊維で形成された基材を備え、前記基材は波状の表面を有し、前記細繊維は前記波状の表面の前記基材を形成する繊維と共に３次元マトリクスに組み込まれるように構成された、
フィルタ媒体。
【請求項１２】
前記基材は複数構成要素繊維を有する拡張されたスクリムであり、前記基材を形成する複数構成要素繊維の前記波状の表面は、平坦な表面及び前記拡張されたスクリムよりも薄い厚さを有する初期状態である非拡張状態の前記スクリムから前記拡張されたスクリムへの前記拡張により形成された、
請求項１１に記載のフィルタ媒体。
【請求項１３】
前記複数構成要素繊維は第１の構成要素及び第２の構成要素を含み、前記第１の構成要素は前記第２の構成要素よりも高い溶融温度を有し、前記細繊維は前記第２の構成要素を介して前記波状の表面を有する前記複数構成要素繊維に取り付けられた、
請求項１２に記載のフィルタ媒体。
【請求項１４】
前記第１の構成要素は高融点ポリエステルで形成され、前記第２の構成要素は低融点ポリエステルで形成され、前記細繊維は電界紡糸されたポリアミドのナノ繊維で形成された、
請求項１３に記載のフィルタ媒体。
【請求項１５】
前記スクリムは前記初期状態である非拡張状態の表面位置又はその近傍に前記細繊維を担持し、前記複数構成要素繊維は前記拡張されたスクリム内で再配向されて前記複数構成要素繊維が前記細繊維を担持すると共に引き伸ばし、前記細繊維が前記非拡張状態の前記表面位置を越えて前記拡張されたスクリム内のより深くまで組み込まれて設けられた、
請求項１２に記載のフィルタ媒体。
【請求項１６】
前記拡張されたスクリムを備えるフィルタ媒体は、前記初期状態である非拡張状態のスクリムを備えるフィルタ媒体よりも高いダスト保持容量を有し、かつ圧力損失の増大が緩やかである、
請求項１５に記載のフィルタ媒体。
【請求項１７】
スクリムを更に備え、前記細繊維は前記基材と前記スクリムとの間に積層された、
請求項１１に記載のフィルタ媒体。
【請求項１８】
前記フィルタ媒体は前記細繊維を担持する複数の前記基材の層を備え、スクリムを更に備え、前記細繊維の各層は前記複数の基材の層の間又は前記基材と前記スクリムとの間に挟まれて設けられた、
請求項１１に記載のフィルタ媒体。
【請求項１９】
前記基材の各層は複数構成要素繊維を有する複数構成要素スクリムで形成され、前記複数構成要素繊維は高融点構成要素及び低融点構成要素を含み；前記細繊維は電界紡糸ポリマーナノ繊維から形成され；前記電界紡糸ポリマーナノ繊維及び前記高融点構成要素は前記低融点構成要素よりも高い溶融温度を有し；前記複数構成要素スクリムは加熱により非拡張状態から拡張し；前記低融点構成要素は前記加熱の間に溶融又は軟化して前記細繊維と結合し；前記複数構成要素スクリムが前記拡張するにつれて前記細繊維が引き伸ばされて設けられた、
請求項１８に記載のフィルタ媒体。
【請求項２０】
前記基材は、約１乃至４０マイクロメートルの平均繊維直径及び約１６．９５３ｇ／ｍ２乃至１４，０８５ｇ／ｍ２（約０．５乃至１５オンス／平方ヤード）の坪量を有する複数構成要素繊維スクリムで形成され；前記細繊維は、約０．０１乃至０．５マイクロメートルの平均繊維直径を有し；前記細繊維の層の各々は、約０．０１２ｇ／ｍ２乃至０．０２５ｇ／ｍ２の細繊維カバレッジを有し；前記フィルタ媒体は、約２．８３２ｍ３／分乃至５．６６３ｍ３／分（約１００乃至２００ＣＦＭ）のフレーザ透過性、及び水柱圧約３８．１ｍｍ（約１．５インチ）の最終的な圧力損失で約４００ｍｇ／１００ｃｍ２乃至６００ｍｇ／１００ｃｍ２のＭＦＰダスト保持重量を有する、
請求項１１に記載のフィルタ媒体。
【請求項１】
第１の厚さを有する基材の表面上に細繊維を堆積させるステップであって、前記細繊維の平均直径は１マイクロメートル未満である、基材の表面上に細繊維を堆積させるステップと；
前記細繊維を担持する前記基材を前記第１の厚さを超える第２の厚さまで拡張させるステップとを備える；
フィルタ媒体を製造する方法。
【請求項２】
低融点ポリマー構成要素及び高融点ポリマー構成要素を有する複数構成要素繊維を圧縮して前記第１の厚さを有する前記基材を形成するステップを更に備える、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記細繊維を堆積させるステップは、前記細繊維を電界紡糸するステップと、前記基材の表面上へ前記細繊維を直接堆積させるステップとを有し、前記細繊維の一部は前記基材の表面近傍の前記複数構成要素繊維の一部に取り付けられるように構成された、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記細繊維を電界紡糸するステップは、前記基材の表面上に前記細繊維を堆積させて約０．０１２ｇ／ｍ２乃至０．０２５ｇ／ｍ２の細繊維カバレッジを得るステップを有する、
請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記拡張させるステップは、前記フィルタ媒体を加熱するステップを有し、前記フィルタ媒体を加熱するステップは、前記基材の前記複数構成要素繊維が弛緩及び再配向され、それにより前記第２の厚さまで前記基材を拡張させ、前記複数構成要素繊維の波状の表面を形成するように構成され、前記細繊維が前記細繊維を担持する前記複数構成要素繊維と共に移動するにつれて前記細繊維は引き伸ばされ、前記細繊維が前記波状の表面の複数構成要素繊維と共に３次元マトリクスに組み込まれるように構成された、
請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記加熱するステップは、前記低融点ポリマー構成要素の略溶融温度まで前記フィルタ媒体を加熱するステップを有し、前記低融点ポリマー構成要素の略溶融温度まで前記フィルタ媒体を加熱するステップは、前記低融点ポリマー構成要素が溶融又は軟化し、前記細繊維の一部が前記溶融又は軟化した低融点ポリマー構成要素中に埋め込まれるように構成された、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記拡張後に、前記第２の厚さが前記第１の厚さの少なくとも１．５倍の厚さとなるように構成された、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記拡張後に、前記第２の厚さが前記第１の厚さの少なくとも２倍の厚さとなるように構成された、
請求項１に記載の方法。
【請求項９】
フィルタ層を積層するステップであって、前記細繊維が前記基材と前記フィルタ層との間に挟まれるように積層する、フィルタ層を積層するステップを更に備え、前記基材、前記細繊維及び前記フィルタ層を有する前記フィルタ媒体が加熱されて前記基材及び前記フィルタ層が拡張し、前記細繊維が引き伸ばされるように構成された、
請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記細繊維の各層が複数の前記基材の間又は前記基材とフィルタ層との間に挟まれるように、前記細繊維及び前記フィルタ層を担持する前記基材の多重層を積層するステップを更に備え、前記積層された多重層は加熱されて前記複数の基材及び前記フィルタ層が拡張し、前記細繊維が引き伸ばされて前記複数の基材の波状の表面内に組み込まれるように構成された、
請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
１マイクロメートル未満の平均繊維直径を有する細繊維を担持する平均繊維直径が１マイクロメートルを超える繊維で形成された基材を備え、前記基材は波状の表面を有し、前記細繊維は前記波状の表面の前記基材を形成する繊維と共に３次元マトリクスに組み込まれるように構成された、
フィルタ媒体。
【請求項１２】
前記基材は複数構成要素繊維を有する拡張されたスクリムであり、前記基材を形成する複数構成要素繊維の前記波状の表面は、平坦な表面及び前記拡張されたスクリムよりも薄い厚さを有する初期状態である非拡張状態の前記スクリムから前記拡張されたスクリムへの前記拡張により形成された、
請求項１１に記載のフィルタ媒体。
【請求項１３】
前記複数構成要素繊維は第１の構成要素及び第２の構成要素を含み、前記第１の構成要素は前記第２の構成要素よりも高い溶融温度を有し、前記細繊維は前記第２の構成要素を介して前記波状の表面を有する前記複数構成要素繊維に取り付けられた、
請求項１２に記載のフィルタ媒体。
【請求項１４】
前記第１の構成要素は高融点ポリエステルで形成され、前記第２の構成要素は低融点ポリエステルで形成され、前記細繊維は電界紡糸されたポリアミドのナノ繊維で形成された、
請求項１３に記載のフィルタ媒体。
【請求項１５】
前記スクリムは前記初期状態である非拡張状態の表面位置又はその近傍に前記細繊維を担持し、前記複数構成要素繊維は前記拡張されたスクリム内で再配向されて前記複数構成要素繊維が前記細繊維を担持すると共に引き伸ばし、前記細繊維が前記非拡張状態の前記表面位置を越えて前記拡張されたスクリム内のより深くまで組み込まれて設けられた、
請求項１２に記載のフィルタ媒体。
【請求項１６】
前記拡張されたスクリムを備えるフィルタ媒体は、前記初期状態である非拡張状態のスクリムを備えるフィルタ媒体よりも高いダスト保持容量を有し、かつ圧力損失の増大が緩やかである、
請求項１５に記載のフィルタ媒体。
【請求項１７】
スクリムを更に備え、前記細繊維は前記基材と前記スクリムとの間に積層された、
請求項１１に記載のフィルタ媒体。
【請求項１８】
前記フィルタ媒体は前記細繊維を担持する複数の前記基材の層を備え、スクリムを更に備え、前記細繊維の各層は前記複数の基材の層の間又は前記基材と前記スクリムとの間に挟まれて設けられた、
請求項１１に記載のフィルタ媒体。
【請求項１９】
前記基材の各層は複数構成要素繊維を有する複数構成要素スクリムで形成され、前記複数構成要素繊維は高融点構成要素及び低融点構成要素を含み；前記細繊維は電界紡糸ポリマーナノ繊維から形成され；前記電界紡糸ポリマーナノ繊維及び前記高融点構成要素は前記低融点構成要素よりも高い溶融温度を有し；前記複数構成要素スクリムは加熱により非拡張状態から拡張し；前記低融点構成要素は前記加熱の間に溶融又は軟化して前記細繊維と結合し；前記複数構成要素スクリムが前記拡張するにつれて前記細繊維が引き伸ばされて設けられた、
請求項１８に記載のフィルタ媒体。
【請求項２０】
前記基材は、約１乃至４０マイクロメートルの平均繊維直径及び約１６．９５３ｇ／ｍ２乃至１４，０８５ｇ／ｍ２（約０．５乃至１５オンス／平方ヤード）の坪量を有する複数構成要素繊維スクリムで形成され；前記細繊維は、約０．０１乃至０．５マイクロメートルの平均繊維直径を有し；前記細繊維の層の各々は、約０．０１２ｇ／ｍ２乃至０．０２５ｇ／ｍ２の細繊維カバレッジを有し；前記フィルタ媒体は、約２．８３２ｍ３／分乃至５．６６３ｍ３／分（約１００乃至２００ＣＦＭ）のフレーザ透過性、及び水柱圧約３８．１ｍｍ（約１．５インチ）の最終的な圧力損失で約４００ｍｇ／１００ｃｍ２乃至６００ｍｇ／１００ｃｍ２のＭＦＰダスト保持重量を有する、
請求項１１に記載のフィルタ媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１５Ｄ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１５Ｄ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公表番号】特表２０１３−５２１１０７（Ｐ２０１３−５２１１０７Ａ）
【公表日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５５５１５０（Ｐ２０１２−５５５１５０）
【出願日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２６０９３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１０６５３７
【国際公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【出願人】（５１０１３５９３５）クラーコア インコーポレーテッド (5)
【氏名又は名称原語表記】ＣＬＡＲＣＯＲ Ｉｎｃ．
【住所又は居所原語表記】８４０ Ｃｒｅｓｃｅｎｔ Ｃｅｎｔｒｅ Ｄｒｉｖｅ， Ｓｕｉｔｅ ６００， Ｆｒａｎｋｌｉｎ， Ｔｅｎｎｅｓｓｅｅ ３７０６７ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２６０９３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１０６５３７
【国際公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【出願人】（５１０１３５９３５）クラーコア インコーポレーテッド (5)
【氏名又は名称原語表記】ＣＬＡＲＣＯＲ Ｉｎｃ．
【住所又は居所原語表記】８４０ Ｃｒｅｓｃｅｎｔ Ｃｅｎｔｒｅ Ｄｒｉｖｅ， Ｓｕｉｔｅ ６００， Ｆｒａｎｋｌｉｎ， Ｔｅｎｎｅｓｓｅｅ ３７０６７ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
【Ｆターム（参考）】
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