プリーツ付きの位置合せされたウェブフィルタ
折り畳みプリーツの列を有しかつ熱可塑性ファイバーを含有する不織フィルトレーションウェブを含むフィルタ要素であって、ファイバーの過半数がプリーツの列方向に対して９０°±２０°で位置合せされているフィルタ要素。フィルタ要素は、かかる不織ウェブにプリーツの列を形成し、ウェブを所望のサイズおよび形状に切断することにより作成することができる。フィルタ要素は、改善された機械的およびフィルトレーション特性を提供することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェブ形成の方向にファイバー位置合せがなされたプリーツフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
メルトブローン不織繊維状ウェブは、フィルトレーション（例えば、平坦ウェブおよびプリーツフィルタ）、絶縁、詰め物およびテキスタイル代替品をはじめとする様々な目的で用いられている。メルトブローン不織繊維状ウェブに関する参考文献としては、特許文献１（ウェバー（Ｗｅｂｅｒ）ら）、特許文献２（マクアミッシュ（ＭｃＡｍｉｓｈ）ら）、特許文献３（ミリガン（Ｍｉｌｌｉｇａｎ）ら）、特許文献４（メイヤー（Ｍｅｙｅｒ）ら）、特許文献５（シャムボー（Ｓｈａｍｂａｕｇｈ））、特許文献６（へイン（Ｈａｙｎｅｓ）ら）、特許文献７（アレン（Ａｌｌｅｎ）ら）、特許文献８（ラウ（Ｌａｕ）ら）、特許文献９（チェノウェス（Ｃｈｅｎｏｗｅｔｈ）ら）、特許文献１０（アダム（Ａｄａｍ）ら）が挙げられる。プリーツフィルタに関する参考文献としては、特許文献１１（トンプソン（Ｔｈｏｍｐｓｏｎ））、特許文献１２（バチンスキー（Ｂａｃｈｉｎｓｋｉ））、特許文献１３（ミッドキフ（Ｍｉｄｋｉｆｆ）ら）、特許文献１４（マーフィーＪｒ（Ｍｕｒｐｈｙ，Ｊｒ））、特許文献１５（サンデ（Ｓｕｎｄｅｔ）ら、‘０１１）、特許文献１６（サンデ（Ｓｕｎｄｅｔ）ら‘１００）、特許文献１７（サンデ（Ｓｕｎｄｅｔ）ら‘０９０）、特許文献１８（サンデ（Ｓｕｎｄｅｔ）ら‘０９１）が挙げられる。
【特許文献１】米国特許第３，９５９，４２１号明細書
【特許文献２】米国特許第４，６２２，２５９号明細書
【特許文献３】米国特許第５，０７５，０６８号明細書
【特許文献４】米国特許第５，１４１，６９９号明細書
【特許文献５】米国特許第５，４０５，５５９号明細書
【特許文献６】米国特許第５，６５２，０４８号明細書
【特許文献７】米国特許第５，６６５，２７８号明細書
【特許文献８】米国特許第５，６６７，７４９号明細書
【特許文献９】米国特許第５，７７２，９４８号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，８１１，１７８号明細書
【特許文献１１】米国特許第４，５４７，９５０号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，２４０，４７９号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，７０９，７３５号明細書
【特許文献１４】米国特許第５，８２０，６４５号明細書
【特許文献１５】米国特許第６，５２１，０１１ Ｂ１号明細書
【特許文献１６】Ｄ４４９，１００Ｓ号明細書
【特許文献１７】米国特許出願公開第２００３／００８９０９０ Ａ１号明細書
【特許文献１８】米国特許出願公開第２００３／００８９０９１ Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
不織ウェブ製造には、典型的には、移動するコレクタ表面へのファイバーの付着が含まれる。おそらく、部分的にこの動きの結果として、集められたウェブは、僅かの程度の機械方向におけるファイバーの位置合せ、および機械および交差方向にある程度の異方性物理特性（例えば、引張り強度）を示す。しかしながら、不織ウェブ製造業者は、バランスが良く略異方性物理特性を有する製品を製造する努力をしている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
我々は、機械方向の通常のファイバー位置合せをはるかに超えた不織ウェブを形成し、得られたウェブを機械方向に略交差するプリーツを有するプリーツフィルトレーション媒体へと形成することにより、改善された機械特性または改善されたフィルトレーション性能を備えたフィルタを得ることができることを見出した。本発明は、一態様において、過半数がプリーツの列方向に対して９０°±２０°で位置合せされている熱可塑性ファイバーの不織フィルトレーションウェブを含む折り畳みプリーツの列を有するフィルタ要素を提供する。
【０００５】
本発明は、他の態様において、熱可塑性ファイバーを含む不織フィルトレーションウェブにプリーツの列を形成する工程であって、ファイバーの過半数が列方向に対して９０°±２０°で位置合せされている工程と、プリーツフィルタ要素を所望のサイズおよび形状に切断する工程とを含むプリーツフィルタ要素を製造する方法を提供する。
【０００６】
本発明のこれらおよびその他の態様は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、上記の概要は、権利請求される対象の制限としては解釈されないものとし、権利請求される対象は、手続きの遂行中に補正されるであろう添付の特許請求の範囲によってのみ定義される。
【０００７】
様々な図面において同じ参照符号は同じ構成要素を示している。図面中の構成要素の縮尺は合っていない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
「不織ウェブ」という語句は、繊維の交絡またはポイントボンディングにより特徴付けられる繊維状ウェブのことを指す。
【０００９】
「フィルトレーションウェブ」という語句は、平均粒子直径が１０μｍを超える粒子を、０．５ｍ／秒の面速度で、約５０ｍｍＨ２Ｏ以下の初期圧力降下で気流の流れから少なくとも除去可能な多孔性ウェブのことを指す。
【００１０】
「フィラメントをファイバーへと減衰する」という語句は、フィラメントのセグメントが長く小さな直径のセグメントへと変換されることを指す。
【００１１】
「メルトブロー」という用語は、複数のオリフィスを通してファイバー形成材料を押し出して、フィラメントを形成し、一方、フィラメントを空気またはその他減衰流体と接触させて、フィラメントをファイバーへと減衰した後、減衰したファイバーの層を集めることにより不織ウェブを形成する方法のことを指す。
【００１２】
「メルトブローンウェブ」という語句は、メルトブローを用いて作成された不織ウェブのことを指す。
【００１３】
「不織ダイ」という語句は、メルトブローンに用いるダイのことを指す。
【００１４】
「メルトブローンファイバー」および「ブローンマイクロファイバー」という語句は、メルトブローを用いて作成されたファイバーのことを指す。
【００１５】
メルトブローンウェブ、またはメルトブローンウェブ形成のためのメルトブロー装置に関して用いるとき、「機械方向」という語句は、ウェブ製造の面内方向のことを指す。
【００１６】
メルトブロー装置またはメルトブローウェブに関して用いるとき、「交差方向」という語句は、機械方向に垂直な面内方向のことを指す。
【００１７】
プリーツフィルタ要素に関して用いる「列方向」という語句は、平行な鋭い端部のあるしわを備えた折り畳み構造を有するフィルタ要素においてプリーツリッジおよび谷に略平行で、平行で略平滑な起伏を備えた波形構造を有するフィルタ要素においてプリーツ頂部および基部領域に略平行な方向のことを指す。
【００１８】
「自立形」という用語は、ウェブに関して用いるとき、大きく引裂かれたり、破断することなく、ドレープ付与でき取扱いの容易な十分な干渉性および強度を有するウェブのことを、プリーツフィルタに関して用いるときは、強制空気換気システムで生じる空気圧を受けるときに過度に壊れたり曲がらないよう十分な剛性を有するフィルタのことを指す。
【００１９】
様々なポリマーを用いて開示された位置合せされたファイバーウェブを作成してよい。代表的なポリマーは、熱可塑性で押し出し可能なものであり、メルトブロー装置を用いて処理でき、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはポリブチレンのようなポリオレフィン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレートのようなポリエステルおよび当業者に知られたその他材料が挙げられる。ポリオレフィンが特に好ましい。
【００２０】
所望であれば、様々な吸着剤粒子を不織ウェブに加えることができる。吸着剤粒子の代表例は、米国特許第３，９７１，３７３号明細書（ブラウン（Ｂｒａｕｎ）、米国特許第４，４２９，００１号明細書（コルピン（Ｋｏｌｐｉｎ）ら）および米国特許第６，１０２，０３９号明細書（スプリンゲット（Ｓｐｒｉｎｇｅｔｔ）ら）に開示されている。活性炭素およびアルミナが特に好ましい吸着剤粒子である。吸着剤粒子の混合物を用いて、例えば、気体の混合物を吸収することができる。ただし、実際には、気体の混合物を処理するには、個々の層に別個の吸着剤粒子を用いる多層プリーツフィルタを製造する方が良い。
【００２１】
様々な一次および二次流体の流れを用いて、開示されたフィルトレーションウェブを作成してもよい。両方の目的について空気が特に便利な流体である。本明細書の残りでは、空気の使用について述べてあり、必要に応じて、「一次空気」または「二次冷却空気」と呼んでいることがある。当業者であれば、後述する操作パラメータを適宜修正して、その他の流体（例えば、二酸化炭素、窒素または水）を容易に用いることができる。
【００２２】
図１に、メルトブロー装置１０の概略側面図を示す。溶融ポリマーは、メルトブローダイ１２へ入口１４を通して入り、ダイキャビティ１６を通過する。ダイ先端１８の小さなオリフィス（図１には図示せず）によって、ダイ１２を出る際、溶融ポリマーがフィラメント２２を形成する。入口２０を通して供給される一次空気は、フィラメント２２に衝突して、それらをファイバー２４へと減衰する。ファイバー２４は、平坦なコレクタ２６に達すると不織ウェブ２８を形成し、不織ウェブ２８は好適なテークアップ装置（図１には図示せず）により、ウェブ形成方向（すなわち、機械方向）３０にコレクタ２６から引っ張ることができる。コレクタ２６までの途中で、ウェブ２８の幅にわたって配列されたダクト３２へ供給される二次冷却空気がフィラメントまたはファイバーと衝突して、ファイバーを前後に、おおむね機械方向に前後に振動させる。得られたウェブ２８に集められたファイバーは、二次冷却空気を供給しなかった場合よりも良好に機械方向に位置合せされる。ウェブの機械方向および交差方向の機械的特性（すなわち、機械方向および交差方向の剛性および引っ張り強度）はまた、二次冷却空気供給をしない場合よりも大きな異方性も示す。
【００２３】
高速写真を用いて側部（または交差方向）から見ると、ファイバー２４はコレクタ２６に「ペイントブラシ」のやり方で配置される。コレクタで測定すると、振動は非常に大きな機械方向振幅を有し、すなわち、ダイからコレクタの距離（「ＤＣＤ」）の１／４を超え、場合によってはＤＣＤの半分を超える。かかるペイントブラシ付着を行うにはいくつかの操作条件が特に望ましい。例えば、振動を規則的に生じさせる、コレクタまでの途中の振幅を増やす、二次冷却空気出口からコレクタまでの距離より少ない１つの完全なサイクルの波長とする。二次冷却空気出口からコレクタまでの距離は、あまり長くないのが好ましい。ファイバーは、場合によっては、コレクタまでの途中のピーク機械方向変位でホイップ状の動作を示し、コレクタへ向かって常に動くよりも、メルトブローダイに向かって瞬間的に動く。明らかなファイバー破断が、かかるホイップ状動作が生じたように見える場合がある。
【００２４】
ピンセットを用いて、集められたウェブからばらばらの長さ（例えば、約１〜約１０ｃｍ、往々にしてこれより短い、または長いファイバーと共に）でファイバーをけば立てる（ｔｅａｓｅ）こともできた。通常、ファイバーは、一般的に、ファイバー同士のボンディングによって、またはファイバー内交絡によってウェブに拘束されているため、従来の不織ウェブからファイバー（またはかかる長さのファイバー）を除去することは極めて難しい。
【００２５】
ウェブ２８は、そのままプリーツ加工する、または更に処理することもできる。熱処理（例えば、アニール）を用いてウェブを剛化させるのが好ましい。しかしながら、ファイバーは破断する傾向があり、ウェブのファイバー内ボンディングまたは交絡が増大するため、熱処理は、ファイバーをウェブからけば立てにくくする。好ましいアニール時間および温度は、用いるポリマーファイバーをはじめとする様々な因子に応じて異なる。一般的な指針として、約１０分間未満、約１００℃からポリマー融点までのアニール時間および温度が好ましい。
【００２６】
真空をオリフィス３４を通して任意でひいて、ウェブ２８の固化を補助することができる。過度の高密度化（例えば、カレンダ加工を用いた）は、ウェブのフィルトレーション機能を破壊する恐れがある。米国特許第５，４９６，５０７号明細書（アンガジュバンド（Ａｎｇａｄｊｉｖａｎｄ）ら）に開示されているようにファイバーを水と接触させることによって、米国特許第４，５８８，５３７号明細書（クラッセ（Ｋｌａｓｓｅ）ら）に開示されているようにコロナ処理することによって、例えば、米国特許第５，９０８，５９８号明細書（ルソー（Ｒｏｕｓｓｅａｕ）ら）に開示されているようにヒドロチャージすることによって、または米国特許第４，７９８，８５０号明細書（ブラウン（Ｂｒｏｗｎ））に開示されているように摩擦帯電によって、ファイバーに電荷を付与することができる。添加剤を、ファイバーに含めて、ウェブのフィルトレーション性能、機械的特性、エージング特性、表面特性またはその他当該の特徴を促進させてもよい。代表的な添加剤としては、フィラー、核生成剤（例えば、ミリケンケミカル（Ｍｉｌｌｉｋｅｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）より市販されているミラッド（ＭＩＬＬＡＤ）（商標）３９８８ジベンジリデンソルビトール）、ＵＶ安定剤（例えば、チバスペシャルティケミカルズ（Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）より市販されているチマソーブ（ＣＨＩＭＡＳＳＯＲＢ）（商標）９４４）、硬化開始剤、剛化剤（例えば、ポリ（４−メチル−１−ペンテン））、表面活性剤および表面処理剤（米国特許第６，３９８，８４７ Ｂ１号明細書、同第６，３９７，４５８ Ｂ１号明細書および同第６，４０９，８０６ Ｂ１号明細書（ジョーンズ（Ｊｏｎｅｓ）ら）に記載されている、油霧環境におけるフィルトレーション性能を改善するためのフッ素原子処理）が挙げられる。かかる添加剤の種類および量は当業者には明白であろう。
【００２７】
完成したウェブは、様々な有効ファイバー直径（「ＥＦＤ」）サイズ、秤量および剛性（ポリマー体積対ウェブ体積の比）値を有する。好ましいＥＦＤは約８〜約２５、より好ましくは約１０〜約２５μｍである。好ましい秤量は約５０〜約１００ｇ／ｍ２である。好ましい剛性値は約５〜約１５％である。
【００２８】
開示されたウェブは、実質的に機械方向（運動方向またはウェブ形成の方向）ファイバー位置合せがなされている。ポリプロピレンウェブからできたプリーツフィルタの一般的な指針として、ファイバーの約５５〜約９０％、より好ましくは約７０〜約８５％が、列方向に対して９０°±２０°で位置合せされているのが好ましい。その他のポリマー材料でできたウェブについては、この数字はこれより低くても高くてもよい。例えば、ポリエチレンテレフタレートでできたプリーツフィルタの一般的な指針として、ファイバーの好ましくは約５１〜約８０％、より好ましくは約６０〜約８０％が、列方向に対して９０°±２０°で位置合せされているのが好ましい。ナイロンウェブからできたプリーツフィルタの一般的な指針として、ファイバーの約５１〜約７０％が、列方向に対して９０°±２０°で位置合せされているのが好ましい。非常に高度に位置合せされたウェブ、例えば、列方向に対して９０°±２０°で位置合せされた少なくとも８０％の集められたファイバーを有するウェブを形成することができる。
【００２９】
開示されたウェブは、１つ以上の異方性機械的特性を有する。ある部類の好ましいウェブは、５０ｍｍゲージ長さを用いた、前記列方向に交差する方向における面内引張り強度対列方向における引張り強度の少なくとも２：１の比、より好ましくは少なくとも３：１の比を有する。他の部類の好ましいウェブは、列方向に交差する方向における面内テーバー剛度対列方向におけるテーバー剛度の少なくとも２：１の比、より好ましくは少なくとも２．２：１の比を有する。
【００３０】
開示されたメルトブロー装置を構築し、開示された位置合せファイバーウェブを提供しない条件下、またはフィルトレーションにはあまり向かない弱いウェブを提供する条件下でそれを操作することが可能である。例えば、不十分な二次冷却空気を用いる場合には、上述した振動は生じず、ファイバーは、機械方向に実質的に位置合せされない。過剰に高い冷却速度だと、ファイバー内ボンディングおよび交絡が少なく、フィルトレーション性能は改善されているが、剛度やプリーツ付与性といった機械的特性が非常に減じた、嵩高いウェブが得られる。このように、ある質量流量または体積の範囲内の二次冷却空気を用いるのが好ましい。ポリプロピレンおよび周囲温度より低く冷却した二次空気を用いて作成したウェブの一例として、押し出されたポリマー１グラム当たり約５００〜約２０００グラムの二次冷却空気の比率が好ましく、二次冷却空気出口速度は約１５〜約６０ｍ／秒である。これらの範囲は、用いたメルトブローダイおよびポリマー、目標とする秤量、目標とするウェブ剛性、ならびにファイバー位置合せおよび機械的特性異方性の目標とする範囲のような因子に基づいて経験的に調整する必要がある。二次冷却空気の脈動も用いてよいが、必要とは思われない。むしろ、所望の最終特性を有する集められたウェブを提供する定常状態値より上方または下方に、二次冷却気流を単に調整するのが良いと考えられる。
【００３１】
図２に、コレクタ２６の上から見た概略図を示す。ダイ１２はコレクタ２６の前縁近くに配置されているが、ウェブ２８の特性を変えるために、位置３６のような位置までダウンウェブに移動することができる。かかる再配置によって、例えば、テーバー剛度の減じたウェブが提供される。平坦なコレクタの代わりに、従来の円柱状コレクタ表面を用いる場合には、ファイバーが機械方向に実質的に位置合せされたウェブを得るのがより困難となるのが通常であり、ウェブのテーバー剛度は低くなる。二次冷却空気出口からコレクタまでの過剰なＤＣＤ長さまたは過剰な距離もまた、例えば、コレクタまでの途中の振動が増えすぎたり、ファイバー減衰が過剰となったり、ファイバーの破断が過剰となるため好ましくない。
【００３２】
図１および２に示すような装置を用いてメルトブローを行うやり方に関する更なる詳細は当業者にはよく知られている。
【００３３】
不織フィルトレーション媒体は、所望であれば、様々な技術を用いて更に剛化することができる。例えば、米国特許第５，２４０，４７９号明細書（バヒンスキー（Ｂａｃｈｉｎｓｋｉ）に記載されているように、接着剤を用いて、フィルトレーション媒体の層をラミネートすることができる。フィルタ媒体はまた、例えば、米国特許第５，７０９，７３５号明細書（ミッドキフ（Ｍｉｄｋｉｆｆ）ら）に記載された通りにして、コンジュゲートファイバーを用いて作成することもできる。不織フィルトレーション媒体に関する更なる詳細についてはまた、その開示内容がここに参考文献として援用される、同日出願の位置合せファイバーウェブ（ＡＬＩＧＮＥＤ ＦＩＢＥＲ ＷＥＢ）という表題の同時係属米国特許出願第（特許弁護士名簿番号第５８２１４ＵＳ００２）にも見出すことができる。
【００３４】
図７に、プリーツ１０２の列を有するプリーツフィルタ媒体１００を示す。列は、交差方向に位置合せされており、ウェブ１００中の実質的に位置合せされたファイバーは、列方向に対して９０°±２０°、すなわち、機械方向に対して±２０°で位置合せされている。図８に、プリーツフィルタ媒体１００およびフィルタ１１４を提供するために枠１１２に装着された膨張金属サポート１１０を示す。剛度を増大したプリーツ媒体１００および列方向に交差する実質的に機械方向のファイバー位置合せは両方とも、プリーツ媒体１００の高フィルタ面速度でのプリーツ変形に対する抵抗の増大に寄与するものと考えられる。
【００３５】
図１０に、開示されたプリーツフィルタを製造する装置１２０を示す。位置合せしたフィルトレーション媒体１２２は、一般的に連続ロール１２４に提供される。媒体１２２に、スリット加工ステーション１２６で所望の幅にスリットを入れてもよい。媒体１２２は、任意で、加熱ステーション１２８で予熱して、アニールを行う、または装置へ入れ、通過させながら、ウェブ１２２をより可撓性としてもよい。図示した実施形態において、加熱ステーション１２８は赤外線ヒーターである。
【００３６】
プリーツフィルタの一実施形態において、強化部材１３０は媒体１２２の背面１３２の位置１３４に適用される。背面１３２（または後述する前面１６４）を挙げたのは、説明のためのみであり、完成したプリーツフィルタの必要な気流配向を示すものではない。例えば、強化部材１３０は気流の上流または下流に配置してもよい。強化部材１３０は、例えば、機械方向１３６に配向された１つ以上の連続ストリップとして、機械方向１３６に交差して配向された別々の強化部材として、または当業者によく知られた他の構成で、様々な位置に適用してよい。強化部材１３０は、接着ボンディング、サーマルボンディング、溶剤ボンディングまたは超音波ボンディングのような様々な技術を用いて媒体１２２にボンドしてよい。本実施形態において、位置１３４は、プリーツ折り畳みステーション１４０でのプリーツ加工前、媒体１２２にギザを入れるロータリスコアプリーツ加工機１３８および強化部材１３０から上流である。赤外線ヒーター１４２を、プリーツ１４４の熱硬化のために任意で提供してもよい。プリーツ１４４を、アキュムレータ１４６に保持し、プリーツスペーシング装置１４８へと進め、プリーツ１４４を所望のプリーツスペースで保持する。プリーツ形成およびプリーツスペーシングは、米国特許第４，７９８，５７５号明細書（シバーソン（Ｓｉｖｅｒｓｓｏｎ）‘５７５）、同第４，９７６，６７７号明細書（シバーソン（Ｓｉｖｅｒｓｓｏｎ）‘６７７）および同第５，３８９，１７５号明細書（ウェンツ（Ｗｅｎｚ））に開示されているような様々な方法により行ってよい。
【００３７】
得られるプリーツフィルタ媒体１００を、プリーツスペーシング装置１４８で所望のプリーツスペーシングへと膨張させる。１つ以上の細長い平坦な強化ストリップ１６２を任意で、ステーション１６８でフィルタ前面１６４に沿ってプリーツ先端に適用して、プリーツスペーシングを維持してもよい。強化ストリップ１６２は、接着ボンディング、サーマルボンディング、溶剤ボンディングまたは超音波ボンディングのような様々な技術によりプリーツ先端にボンドしてもよく、更なる寸法安定性をプリーツ１４４に与えることができる。プリーツフィルタ媒体１００および任意の強化ストリップ１６２は、所望のサイズおよび形状に切断することができる。プリーツフィルタ媒体１００は、枠構造のある、またはないフィルトレーション用途、または永久または再使用可能な枠へのインサートとして用いてもよい。
【００３８】
他の実施形態において、全前面１６４を実質的に超えて延在するスクリム１６２を用いてもよい。スクリム１６２をプリーツ先端にボンドして、更なる寸法安定性をプリーツフィルタ媒体１００に与えてもよい。
【００３９】
更に他の実施形態において、１つ以上の細長い平坦な強化ストリップ１６６を任意で、ステーション１６８でプリーツフィルタ媒体１００の背面１３２にボンドしてもよい。更なる実施形態において、強化ストリップ１６６を強化部材１３０に、強化ストリップ１６２に対向させて配置して、サンデ（Ｓｕｎｄｅｔ）らの‘０１１の図６に示すようなトラス構造を形成してもよい。
【００４０】
プリーツフィルタ媒体１００が周囲枠なしで形成される実施形態において、プリーツフィルタ１７２は切断ステーション１８６の後システム１２０を出る。
【００４１】
枠のあるフィルタ実施形態において、枠材料１８０の連続ストリップを、機械方向１３６と平行にプリーツフィルタ媒体１００の側端に適用してもよい。ホットメルト接着剤のような接着剤を、ステーション１８７で枠材料１８０から形成されたＵ形チャネルの第１のフランジに適用してもよい。プリーツ１４４の端部をシールする接着剤をステーション１８８で適用してもよい。接着剤をステーション１９０でＵ形チャネルの第２のフランジに適用してもよい。枠材料１８０をステーション１９４でＵ形構成に曲げてもよい。Ｕ形チャネルの端部は、プリーツフィルタ媒体１００の前面１６４および背面１３２に部分的に延在させてもよい。プリーツフィルタ媒体１００のエンドレスウェブおよび取り付けた枠材料１８０を含むアセンブリをステーション１８６で所望の長さまで切断してもよい。プリーツフィルタ媒体１００および強化ストリップ１６２は、枠材料１８０に適用する前のサイズまで切断してもよい。
【００４２】
プリーツフィルタ媒体１００および側部枠部材１９２は、位置１９１で９０°回転させて、ステーション１９８で端部枠部材１９６を適用し、枠のあるプリーツフィルタ１７４を形成させてもよい。枠のあるプリーツフィルタ１７４は、米国特許第５，７８２，９４４号明細書（ジャスティス（Ｊｕｓｔｉｃｅ））に開示されているように、周囲の重なった部分のあるプリーツフィルタ媒体１００の第１および第２の面１３２、１６４にそれぞれ配置された２つのボックス構造として部材１９２、１９６を構成することにより形成してもよい。他の実施形態において、枠部材１９２、１９６は、枠のあるプリーツフィルタ１７４周囲に折り畳まれる片側ダイカット枠として構成することができる。
【００４３】
プリーツフィルタ１７２、１７４は、一般的に好適なパッケージングに囲まれている。一般的なＨＶＡＣ用途について、プリーツスペースは一般的に、２５．４センチメートル（１インチ）当たり約３〜約６プリーツである。プリーツ深さおよびフィルタ厚さは、一般的に、約２５センチメートル〜約１０２センチメートル（１インチ〜４インチ）である。フィルタ長さおよび幅は、一般的に約３０．５センチメートル×３０．５センチメートル（１２インチ×１２インチ）から約５０．８センチメートル×１２２センチメートル（２０インチ×４８インチ）である。
【００４４】
プリーツフィルタ製造に関する更なる詳細は、上述したサンデ（Ｓｕｎｄｅｔ）らの‘０１１特許にあり、当業者によく知られている。
【００４５】
開示されたプリーツフィルタは、換気（例えば、炉およびクリーンルームフィルタ）、汚染防止（例えば、バグフィルタ）、液体処理（例えば、水フィルタ）、対人保護（例えば、給気保護スーツ）および当業者によく知られたその他用途をはじめとする様々な用途に用いてよい。
【００４６】
以下の実施例を参照して本発明をさらに説明するがこれらに限定されるものではない。特に断りのない限り、部およびパーセンテージはすべて重量基準である。いくつかの測定を次の通りにして実施した。
【００４７】
有効ファイバー直径
有効幾何ファイバー直径は、ディビス（Ｄａｖｉｅｓ）Ｃ．Ｎ．、「空気を含んだ粉じんおよび粒子の分離（Ｔｈｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｉｒｂｏｒｎｅ Ｄｕｓｔ ａｎｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）、機械技術学会（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）、ロンドン（Ｌｏｎｄｏｎ）、会報（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ）１Ｂ、１９５２年に規定された方法により評価された。
【００４８】
光学／目視ウェブ特性
ウェブの全体の目視外観を、８ｍｍ×１４ｍｍの拡大ウィンドウを有する電荷結合素子カメラを備えたツァイスインスツルメンツ（Ｚｅｉｓｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）解剖顕微鏡を用いて評価した。
【００４９】
テーバー剛度
型番１５０−Ｂテーバー（ＴＡＢＥＲ）（商標）剛度計（テーバーインダストリーズ（Ｔａｂｅｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）より市販）を用いてウェブ剛度を評価した。３．８ｃｍ×３．８ｃｍ正方形片を、鋭いレーザー刃を用いてウェブから慎重に切り取ってファイバー溶融を防ぎ、３〜４個の試料を用いて１５°試料を曲げて機械および交差方向の剛度を評価により求めた。
【００５０】
応力−歪み
型番５５４４インストロン（ＩＮＳＴＯＮ）（商標）万能試験機（インストロン社（Ｉｎｓｔｒｏｎ Ｃｏｒｐ．）より市販）応力−歪み（または負荷対伸び）を測定した。２．５ｃｍ×６．３ｃｍの矩形片を、鋭いレーザー刃を用いてウェブから切断し、６〜１０個の試料、５０ｍｍ初期ジョー分離および３ｃｍ／分の伸張速度を用いて、最大力および最大時伸びを評価して求めた。
【００５１】
フィルトレーション品質係数
ＴＳＩ（商標）型番８１３０高速自動フィルタ試験機（ＴＳＩ社（ＴＳＩ Ｉｎｃ．）より市販）および４２．５Ｌ／分で流れるジオクチルフタレート（「ＤＯＰ」）チャレンジエーロゾルを用いてフィルトレーション品質係数（ＱＦ）を求めた。較正した光度計をフィルタ入口および出口で用いて、ＤＯＰ濃度およびフィルタを通る％ＤＯＰ透過率を測定した。ＭＫＳ圧力変換器（ＭＫＳインスツルメンツ（ＭＫＳ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）より市販）を用いてフィルタの圧力降下（ΔＰ、ｍｍＨ２Ｏ）を測定した。式：
【数１】
を用いてＱＦを計算した。様々な時間後のＱＦ対ＤＯＰチャレンジ合計質量をプロットした曲線としてＱＦ値を記録した。しかしながら、初期ＱＦ値は、通常、全体の性能の信頼性のある指標を与え、初期のＱＦ値が高いとより良好なフィルトレーション性能を示しており、初期のＱＦ値が低いとフィルトレーション性能の減少を示す。初期フィルトレーション品質係数ＱＦは、好ましくは少なくとも約０．６（１０〜７００ｎｍのサイズ範囲で、７ｃｍ／秒の面速度で移動する１００ｐｐｍジオクチルフタレート粒子を用いて）、より好ましくは少なくとも約０．８、最も好ましくは少なくとも約１である。
【００５２】
フィルトレーション性能
アシュレ（ＡＳＨＲＡＥ）規格５２．２「粒子サイズによる除去効率についての一般換気エアクリーニング装置の試験方法（Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ Ａｉｒ−Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ Ｒｅｍｏｖａｌ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｂｙ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｉｚｅ）」に従ってフィルトレーション性能を評価した。アシュレ（ＡＳＨＲＡＥ）規格は、気流に分散した実験室生成塩化カリウム粒子を含有する試験エーロゾルのフィルトレーションを評価するものである。粒子カウンタにより、フィルタから上流および下流の１２サイズ範囲の粒子を測定しカウントする。その結果を、様々なサイズ範囲における粒子についての最低複合効率値として記録することができる。最低複合効率値は、フィルタに２５．４ｍｍＨ２Ｏの最終圧力降下を負荷するため、最低パーセント粒子保持率（当該のサイズ範囲についての下流粒子カウント／上流粒子カウント×１００）に対応している。増分のダスト負荷レベルで一組の粒子サイズ除去効率性能曲線も作成し、初期の清浄性能曲線を用いて、各サイズ範囲における最低性能を表す複合曲線を形成してもよい。複合曲線の点を平均し、平均を用いてフィルタの最低効率報告値を求める。
【実施例】
【００５３】
実施例１〜３および比較例１
ポリプロピレンウェブ
図１に示すように構成した二次空気冷却システムおよび平床コレクタを追加して、従来の２０．５ｃｍ幅のメルトブロー装置を修正した。従来のブローンマイクロファイバープロセスでは、二次冷却空気は用いず、ウェブは多孔性ドラムのような丸めた表面に集める。修正した装置を用いて、ファイバーが機械方向によく位置合せされたメルトブローンポリプロピレンウェブを作成した。二次空気冷却システムは、メルトブローダイ先端の下約６ｃｍに配置された２つの対向する水平配置の幅７６ｃｍ×高さ５１ｃｍの空気出口を用いて、空気出口から様々な速度で（または全くなしで）１２〜１３℃の冷却気流を分配した。平床コレクタは、床の下に位置する真空収集システムを用いた。メルトブローダイは、コレクタの前縁に位置していた。フィナ（ＦＩＮＡ）（商標）タイプ３９６０ポリプロピレン（フィナオイル・アンド・ケミカル社（Ｆｉｎａ Ｏｉｌ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．）より市販）を、２６５℃で操作される押出し機中で溶融し、９．１ｋｇ／ｈｒでメルトブローダイへ供給した。抵抗加熱器を用いてダイを約２６５℃に維持し、４．２ｍ３／分で流れる３００℃の一次空気を供給した。ＤＣＤを調整して、３２．５Ｌ／分のフローレートで０．５ｍｍＨ２Ｏ圧力降下のウェブを提供した。二次冷却空気を用いて作成したウェブについては、ＤＣＤは約２０ｃｍであった。二次冷却空気を用いずに作成したウェブについては、ＤＣＤは約３４ｃｍであった。コレクタ真空を調整して、８〜９％の剛性を有するウェブを提供した。５０または３５ｍ／秒出口速度で二次冷却空気を用いて作成したウェブについて、コレクタ真空は３２５０Ｎ／ｍ２、１７ｍ／秒出口速度で二次冷却空気を用いて作成したウェブについては５０００Ｎ／ｍ２、二次冷却空気を用いずに作成したウェブについてはゼロであった。集められたウェブの秤量は８０ｇ／ｍ２、１９μｍＥＦＤであった。ウェブを、米国特許第４，５８８，５３７号明細書（クラッセ（Ｋｌａｓｓｅ）ら）に開示されているようにコロナ処理し、米国特許第５，９０８，５９８号明細書（ルソー（Ｒｏｕｓｓｅａｕ）ら）に開示されているようにヒドロチャージして、機械的特性およびフィルトレーション品質係数ＱＦを評価して求めた。ウェブをまた１２６℃で５分間熱処理して、再評価し、機械的特性を求めた。
【００５４】
以下の表１に示してあるのは、実施例番号または比較例番号、二次空気速度および質量流量比、ファイバーカウントおよびファイバー位置合せデータおよび各ウェブについてのフィルトレーション品質係数ＱＦである。以下の表２に示してあるのは、各ウェブについての機械方向（「ＭＤ」）および交差方向（「ＴＤ」）テーバー剛度および引張り強度値、ならびにＭＤ対ＴＤテーバー剛度および引張り強度の比である。以下の表３に示してあるのは、熱処理済みウェブについてのＭＤおよびＴＤテーバー剛度および引張り強度値、ならびにＭＤ対ＴＤテーバー剛度および引張り強度の比である。
【００５５】
【表１】
【００５６】
【表２】
【００５７】
【表３】
【００５８】
表１に示す通り、二次冷却空気を用いて作成したウェブは、二次冷却空気なしで作成したウェブよりも非常に優れた機械方向ファイバー位置合せがなされていた。これを更に図３〜６に示す。実施例１〜３および比較例１のファイバーの数および配向（０°の機械方向に対した度数）をそれぞれ示す極性「レーダー」プロットである。機械方向に対して０°で配向されたファイバーは１８０°で配向されるとも言われるため、プロットは元の周囲で反射する対称ローブを有している。例えば、図３は、１２本のファイバーが機械方向に対して０°で配向されたもの、９本のファイバーが−１０°で配向されたもの、８本のファイバーが＋１０°で配向されたもの、６本のファイバーが−２０°で配向されたもの等を示している。図３〜５に、開示されたウェブが、図６にプロットした二次冷却空気なしで作成したウェブよりもかなり機械方向配向が大きかったことが示されている。更なる比較で、ラウ（Ｌａｕ）らの‘７４９特許に示した図４のウェブを評価して、ファイバー配向およびファイバーカウントを求めたところ、機械方向の±２０°以内で配向されているファイバーは僅か５０％であることが分かった。
【００５９】
図３〜５のプロットは、ウェブのコレクタ側でない方に配置された湿潤流体の挙動を反射している。好適な湿潤流体（観察しやすいよう着色してあるのが好ましい）を滴下する場合には、レーダーローブ形に略対応する長だ円形パターンでウェブへ広がる傾向があるため、ファイバー配向の主な方向およびウェブ形成の便利な指標となる。湿潤流体を比較例１のウェブに配置すると、膨張する円形パターンで、ある程度均一に外側に広がる傾向がある。
【００６０】
表１にはまた、二次冷却空気体積の増加につれて、フィルトレーション品質係数ＱＦが増加してから僅かに減少したことが示されている。
【００６１】
二次空気を用いて作成したウェブは、機械方向に略位置合せされた目視可能な細溝、全体が平滑で光沢があり、やや毛羽立った表面、および従来のブローンマイクロファイバーウェブに通常ある節を多少を有しているか、または節はなかった。長さ約２〜５ｃｍのファイバーを、ピンセットを用いてウェブからけば立てることができた。二次冷却空気なしで作成したウェブは、丸いコレクタに集められた標準的なブローンマイクロファイバーウェブと見た目が似ていた。比較的短い（１ｃｍ未満）の個々のファイバーをある程度、ピンセットを用いてウェブから除去することができたが、非常に困難であった。
【００６２】
表２に示す通り、二次冷却空気を用いて作成したウェブは、二次冷却空気なしで作成したウェブよりもより異方性のテーバー剛度を有していた。より体積の大きな二次冷却空気を用いて作成したウェブはまた、二次冷却空気なしで作成したウェブよりもより異方性の引張り強度も有していた。
【００６３】
表３に示す通り、熱処理を用いてウェブ剛度および引張り強度を増加させることができた。いくつかのウェブについて、ＭＤ：ＴＤ特性比を用いて測定された通り、ウェブの全体的な機械的異方性を大幅に変えることなくこれを行うことができた。
【００６４】
実施例４〜６
ＥＦＤの小さなウェブ
実施例１の方法を用いて、３．４ｍ３／分で流れる３００℃の一次空気、二次冷却空気、および秤量が８０ｇ／ｍ２、剛度が８〜９％、有効ファイバー直径が実施例１で得られたよりも小さい、集められたウェブを与えるよう調整されたコレクタ真空を用いて、メルトブローンポリプロピレンウェブを作成した。以下の表４に示してあるのは、実施例番号、二次空気速度および質量流量比、有効ファイバー直径、および得られたウェブについてのファイバーカウントおよびファイバー位置合せデータである。
【００６５】
【表４】
【００６６】
表４に示す通り、実質的に機械方向ファイバー位置合せのなされたウェブは、様々な有効ファイバー直径で作成することができた。
【００６７】
実施例７〜１０および比較例２および３
ＰＥＴおよびナイロンウェブ
実施例１の方法を用いて、ポリエチレンテレフタレート（「ＰＥＴ」）およびナイロン（ウルトラミッド（ＵＬＴＲＡＭＩＤ）（商標）ＢＳ−４００Ｎナイロン、ＢＡＳＦ社（ＢＡＳＦ Ｃｏｒｐ．）より市販）により、２．９ｍ３／分で流れる３５０℃の一次空気および任意で二次冷却空気を用いて不織ウェブを作成した。１２．７ｃｍＤＣＤを用いてＰＥＴウェブを作成し、１６．５ｃｍＤＣＤを用いてナイロンウェブを作成した。集められたＰＥＴウェブの秤量は８５ｇ／ｍ２、５〜６％の剛度および１６μｍＥＦＤであった。集められたナイロンウェブの秤量は７０ｇ／ｍ２、５〜６％の剛度および１７〜１８μｍＥＦＤであった。以下の表５に示してあるのは、実施例番号または比較例番号、二次空気速度および質量流量比、用いたポリマー、ならびに得られたウェブについてのファイバーカウントおよびファイバー位置合せデータである。
【００６８】
【表５】
【００６９】
表５に示す通り、実質的に機械方向ファイバー位置合せのなされたウェブは、様々なポリマーを用いて作成することができた。
【００７０】
実施例１１
添加剤
添加剤ポリ（４−メチル−１−ペンテン）を１．５％添加して実施例２を繰り返した。これにより、フィルトレーション品質係数ＱＦが添加剤なしの１．５から添加剤ありの１．７に増加した。
【００７１】
実施例１２
添加剤
添加剤ポリ（４−メチル−１−ペンテン）を１．５％添加、およびチマソーブ（ＣＨＩＭＡＳＳＯＲＢ）９４４ヒンダードアミン光安定化剤を０．５％添加して実施例１１を繰り返した。ウェブはヒドロチャージしたが、コロナ処理はしなかった。フィルトレーション品質係数ＱＦは２．５であり、二次冷却空気を用いずに作成された従来の未処理のポリプロピレンブローンマイクロファイバーからできたウェブを用いて得られたものの２倍であった。
【００７２】
実施例１３および比較例４
経時のＱＦ評価
実施例１の方法を用いて、１７７０二次冷却空気：ポリマー質量流量比で流れる二次冷却空気あり、およびなしでメルトブローンポリプロピレンウェブを作成し、コロナ処理、ハイドロチャージして評価し、フィルトレーション品質係数ＱＦを求めた。ウェブの秤量は８５ｇ／ｍ２、１９〜２１μｍＥＦＤ、４２．５Ｌ／分での圧力降下０．４〜０．５ｍｍＨ２Ｏであった。以下の表６に示してあるのは、二次冷却空気あり（実施例１３）およびなし（比較例４）で作成したウェブについての様々な累積ＤＯＰ露光レベル後のＱＦ係数である。
【００７３】
【表６】
【００７４】
表６に示す通り、二次冷却空気を用いて作成し、実質的に機械方向ファイバー位置合せのなされたウェブは、二次冷却空気なしで作成し、ファイバー位置合せの少ないウェブよりも非常に優れたフィルトレーション性能を与えた。
【００７５】
実施例１４および１５および比較例５〜７
プリーツ炉フィルタ
コロナ処理およびヒドロチャージした実施例２のウェブ、コロナ処理およびヒドロチャージした比較例１のウェブおよびアキュエア（ＡＣＣＵＡＩＲ）（商標）コロナ処理スパンボンドポリエチレン／ポリプロピレンツインファイバーウェブ（秤量７１ｇ／ｍ２、約２０μｍＥＦＤ、キンバリークラーク社（Ｋｉｍｂｅｒｌｙ Ｃｌａｒｋ Ｃｏｒｐ．）より市販）の試料を、図７に示すプリーツ媒体１００のようなプリーツ１０２を有する５０．８ｃｍ×６３．５ｃｍ×２．１ｃｍ高さのフィルタ要素へと形成した。プリーツ１０２は、折り畳みが交差方向と位置合せされ、長さ寸法に添って８７プリーツ（１３．８プリーツ／１０ｃｍ）となるように構成した。プリーツ媒体１００を、サポート１１０のような膨張金属サポート間に挟んで糊付けし、図８に示す枠１１２のようなボール紙枠に装着して、フィルタ１１４のような枠のあるフィルタを形成した。アシュレ（ＡＳＨＲＡＥ）規格５２．２「粒子サイズによる除去効率についての一般換気エアクリーニング装置の試験方法（Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ Ａｉｒ−Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ Ｒｅｍｏｖａｌ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｂｙ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｉｚｅ）」に従って１．５ｍ／秒の面速度で、仕上がったフィルタのフィルトレーション性能を評価した。以下の表７に記した結果に、０．３〜１μｍ、１〜３μｍおよび３〜１０μｍのサイズ範囲の粒子について最低複合効率値が示されている。表７にはまた、評価完了後の合計フィルタ重量増加（フィルタにより捕捉された合計微粒子重量）も記されている。高い最低複合効率および合計フィルタ重量増加値は、良好なフィルトレーション、長い耐用年数または良好なフィルトレーションと長い耐用年数の両方に対応している。
【００７６】
【表７】
【００７７】
表７に示す通り、二次冷却空気を用いて作成し、実質的に機械方向ファイバー位置合せ（実施例１４および１５）のなされた、コロナ処理した、またはコロナ処理およびヒドロチャージしたメルトブローン不織ウェブは、二次冷却空気なしで作成し、ファイバー位置合せの少ないその他は同様のメルトブローン不織ウェブ（比較例５および６）よりも、１ｍｍＨ２Ｏ圧力降下ではるかに良好な最低複合効率を与えた。実施例１４および実施例１５のウェブはまた、市販のスパンボンド不織ウェブ（比較例７）に匹敵または良好な最低複合効率を有していた。実施例１４および実施例１５のウェブは、比較例５〜７のウェブよりも良好な粒子捕捉（合計フィルタ重量増加値が高いことにより裏付けられる通り）であった。
【００７８】
実施例１６〜１８および比較例８
プリーツ炉フィルタ圧力降下対面速度評価
実施例１４および１５の方法を用いて、メルトブローン位置合せファイバーポリプロピレンウェブをコロナ処理およびヒドロチャージしたが、熱処理はしなかった。このウェブは１．７ＭＤのテーバー剛度値を有しており、実施例１６のウェブとして以下に規定されている。コロナ処理、ヒドロチャージおよび熱処理を用いて剛性のウェブを作成した。このウェブは２．２ＭＤのテーバー剛度値を有しており、実施例１７のウェブとして以下に規定されている。添加剤ポリ（４−メチル−１−ペンテン）を１．５％添加し、コロナ処理、ヒドロチャージおよび熱処理して更に剛性のウェブを作成した。このウェブは３．７ＭＤのテーバー剛度値を有しており、実施例１８のウェブとして以下に規定されている。実施例１６〜１８のウェブ、アキュエア（ＡＣＣＵＡＩＲ）コロナ処理スパンボンドポリエチレン／ポリプロピレンツインファイバーウェブ（２．１ＭＤテーバー剛度および比較例８のウェブとして以下に規定）の試料を、図７に示すプリーツ媒体１００のようなプリーツ１０２を有する３０ｃｍ×２７ｃｍ×２．１ｃｍ高さのフィルタ要素へと形成した。フィルタは長さ寸法に添って１３．８プリーツ／１０ｃｍ有しており、図８のサポート１１０のような膨張金属サポート間に挟まれ糊付けされていた。一連の操作において、かかるフィルタを、透明側のプレートによって、プリーツ端部が撮影できるプレキシガラス（ＰＬＥＸＩＧＬＡＳ）（商標）プラスチック枠に装着した。枠側のプレートは、フィルトレーション媒体端部に接触していたが、プリーツの動きは可能であった。枠を真空テーブルの上に装着し、下方に向けられたボックス型ファンからの空気に曝した。フィルタ圧力降下が、約１．５ｍ／秒面速度で約０．３５ｉｎ（０．９ｃｍ）の水に達するまで、ＳＡＥファイン試験ダストとタルクの５０：５０混合物で作成した合成ダストを気流に散在させることによりフィルタに負荷をかけた。これは、実質的に自然の負荷レベルをシミュレートするものである。以下の表８に示してあるのは、フィルタについての説明、ＭＤテーバー剛度値および合計フィルタ重量増加値である。
【００７９】
【表８】
【００８０】
次に、フィルタを、風速計を備えたダクトに装着し、水約０．２ｉｎ．（０．５ｃｍ）と水１．２ｉｎ．（３ｃｍ）との間の圧力降下を生じさせるのに十分な速度で流れる空気に曝した。実施例１６（１．７ＭＤテーバー剛度）フィルタは、著しいプリーツ変形を示し始め、０．３５ｉｎ（０．９ｃｍ）の圧力降下でプリーツをフィルタ空気入口側に留めることにより顕在化した。実施例１７（２．２ＭＤテーバー剛度）および比較例８のフィルタは、０．５ｉｎ（１．３ｃｍ）の圧力降下で著しいプリーツ変形を示し始めた。実施例１８（３．７ＭＤテーバー剛度）のフィルタは、１．２ｉｎ（３ｃｍ）の圧力降下で著しいプリーツ変形は示さなかった。図９に、実施例１６（曲線１１６）、実施例１７（曲線１１７）、実施例１８（曲線１１８）および比較例８（曲線１１９）のフィルタについての圧力降下（水のインチでの）対風速計読取り値（基準単位での）のプロットを示す。図９に示す通り、実施例１８のフィルタは、気流が増えるにつれて、圧力降下の直線的な増加を示したが、他の試験したフィルタは、気流が増えるにつれて、プリーツ変形により示されるように非直線的な応答を示した。
【００８１】
本発明の様々な修正および変更は、本発明から逸脱することなく当業者に明白であろう。本発明は、説明の目的でここに規定されたものに限定されないものとする。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】機械方向に実質的に位置合せされたファイバーを有する不織ウェブを作成するためのメルトブロー装置の概略側面図である。
【図２】図１の装置に用いる真空コレクタの上から見た図である。
【図３】ファイバー位置合せを示すレーダープロットである。
【図４】ファイバー位置合せを示すレーダープロットである。
【図５】ファイバー位置合せを示すレーダープロットである。
【図６】ファイバー位置合せを示すレーダープロットである。
【図７】プリーツフィルトレーション媒体の斜視図である。
【図８】枠に装着したプリーツフィルタの部分断面斜視図である。
【図９】フィルタ圧力降下対気流速度を示すグラフである。
【図１０】開示されたプリーツフィルタを製造する装置の概略図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェブ形成の方向にファイバー位置合せがなされたプリーツフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
メルトブローン不織繊維状ウェブは、フィルトレーション（例えば、平坦ウェブおよびプリーツフィルタ）、絶縁、詰め物およびテキスタイル代替品をはじめとする様々な目的で用いられている。メルトブローン不織繊維状ウェブに関する参考文献としては、特許文献１（ウェバー（Ｗｅｂｅｒ）ら）、特許文献２（マクアミッシュ（ＭｃＡｍｉｓｈ）ら）、特許文献３（ミリガン（Ｍｉｌｌｉｇａｎ）ら）、特許文献４（メイヤー（Ｍｅｙｅｒ）ら）、特許文献５（シャムボー（Ｓｈａｍｂａｕｇｈ））、特許文献６（へイン（Ｈａｙｎｅｓ）ら）、特許文献７（アレン（Ａｌｌｅｎ）ら）、特許文献８（ラウ（Ｌａｕ）ら）、特許文献９（チェノウェス（Ｃｈｅｎｏｗｅｔｈ）ら）、特許文献１０（アダム（Ａｄａｍ）ら）が挙げられる。プリーツフィルタに関する参考文献としては、特許文献１１（トンプソン（Ｔｈｏｍｐｓｏｎ））、特許文献１２（バチンスキー（Ｂａｃｈｉｎｓｋｉ））、特許文献１３（ミッドキフ（Ｍｉｄｋｉｆｆ）ら）、特許文献１４（マーフィーＪｒ（Ｍｕｒｐｈｙ，Ｊｒ））、特許文献１５（サンデ（Ｓｕｎｄｅｔ）ら、‘０１１）、特許文献１６（サンデ（Ｓｕｎｄｅｔ）ら‘１００）、特許文献１７（サンデ（Ｓｕｎｄｅｔ）ら‘０９０）、特許文献１８（サンデ（Ｓｕｎｄｅｔ）ら‘０９１）が挙げられる。
【特許文献１】米国特許第３，９５９，４２１号明細書
【特許文献２】米国特許第４，６２２，２５９号明細書
【特許文献３】米国特許第５，０７５，０６８号明細書
【特許文献４】米国特許第５，１４１，６９９号明細書
【特許文献５】米国特許第５，４０５，５５９号明細書
【特許文献６】米国特許第５，６５２，０４８号明細書
【特許文献７】米国特許第５，６６５，２７８号明細書
【特許文献８】米国特許第５，６６７，７４９号明細書
【特許文献９】米国特許第５，７７２，９４８号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，８１１，１７８号明細書
【特許文献１１】米国特許第４，５４７，９５０号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，２４０，４７９号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，７０９，７３５号明細書
【特許文献１４】米国特許第５，８２０，６４５号明細書
【特許文献１５】米国特許第６，５２１，０１１ Ｂ１号明細書
【特許文献１６】Ｄ４４９，１００Ｓ号明細書
【特許文献１７】米国特許出願公開第２００３／００８９０９０ Ａ１号明細書
【特許文献１８】米国特許出願公開第２００３／００８９０９１ Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
不織ウェブ製造には、典型的には、移動するコレクタ表面へのファイバーの付着が含まれる。おそらく、部分的にこの動きの結果として、集められたウェブは、僅かの程度の機械方向におけるファイバーの位置合せ、および機械および交差方向にある程度の異方性物理特性（例えば、引張り強度）を示す。しかしながら、不織ウェブ製造業者は、バランスが良く略異方性物理特性を有する製品を製造する努力をしている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
我々は、機械方向の通常のファイバー位置合せをはるかに超えた不織ウェブを形成し、得られたウェブを機械方向に略交差するプリーツを有するプリーツフィルトレーション媒体へと形成することにより、改善された機械特性または改善されたフィルトレーション性能を備えたフィルタを得ることができることを見出した。本発明は、一態様において、過半数がプリーツの列方向に対して９０°±２０°で位置合せされている熱可塑性ファイバーの不織フィルトレーションウェブを含む折り畳みプリーツの列を有するフィルタ要素を提供する。
【０００５】
本発明は、他の態様において、熱可塑性ファイバーを含む不織フィルトレーションウェブにプリーツの列を形成する工程であって、ファイバーの過半数が列方向に対して９０°±２０°で位置合せされている工程と、プリーツフィルタ要素を所望のサイズおよび形状に切断する工程とを含むプリーツフィルタ要素を製造する方法を提供する。
【０００６】
本発明のこれらおよびその他の態様は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、上記の概要は、権利請求される対象の制限としては解釈されないものとし、権利請求される対象は、手続きの遂行中に補正されるであろう添付の特許請求の範囲によってのみ定義される。
【０００７】
様々な図面において同じ参照符号は同じ構成要素を示している。図面中の構成要素の縮尺は合っていない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
「不織ウェブ」という語句は、繊維の交絡またはポイントボンディングにより特徴付けられる繊維状ウェブのことを指す。
【０００９】
「フィルトレーションウェブ」という語句は、平均粒子直径が１０μｍを超える粒子を、０．５ｍ／秒の面速度で、約５０ｍｍＨ２Ｏ以下の初期圧力降下で気流の流れから少なくとも除去可能な多孔性ウェブのことを指す。
【００１０】
「フィラメントをファイバーへと減衰する」という語句は、フィラメントのセグメントが長く小さな直径のセグメントへと変換されることを指す。
【００１１】
「メルトブロー」という用語は、複数のオリフィスを通してファイバー形成材料を押し出して、フィラメントを形成し、一方、フィラメントを空気またはその他減衰流体と接触させて、フィラメントをファイバーへと減衰した後、減衰したファイバーの層を集めることにより不織ウェブを形成する方法のことを指す。
【００１２】
「メルトブローンウェブ」という語句は、メルトブローを用いて作成された不織ウェブのことを指す。
【００１３】
「不織ダイ」という語句は、メルトブローンに用いるダイのことを指す。
【００１４】
「メルトブローンファイバー」および「ブローンマイクロファイバー」という語句は、メルトブローを用いて作成されたファイバーのことを指す。
【００１５】
メルトブローンウェブ、またはメルトブローンウェブ形成のためのメルトブロー装置に関して用いるとき、「機械方向」という語句は、ウェブ製造の面内方向のことを指す。
【００１６】
メルトブロー装置またはメルトブローウェブに関して用いるとき、「交差方向」という語句は、機械方向に垂直な面内方向のことを指す。
【００１７】
プリーツフィルタ要素に関して用いる「列方向」という語句は、平行な鋭い端部のあるしわを備えた折り畳み構造を有するフィルタ要素においてプリーツリッジおよび谷に略平行で、平行で略平滑な起伏を備えた波形構造を有するフィルタ要素においてプリーツ頂部および基部領域に略平行な方向のことを指す。
【００１８】
「自立形」という用語は、ウェブに関して用いるとき、大きく引裂かれたり、破断することなく、ドレープ付与でき取扱いの容易な十分な干渉性および強度を有するウェブのことを、プリーツフィルタに関して用いるときは、強制空気換気システムで生じる空気圧を受けるときに過度に壊れたり曲がらないよう十分な剛性を有するフィルタのことを指す。
【００１９】
様々なポリマーを用いて開示された位置合せされたファイバーウェブを作成してよい。代表的なポリマーは、熱可塑性で押し出し可能なものであり、メルトブロー装置を用いて処理でき、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはポリブチレンのようなポリオレフィン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレートのようなポリエステルおよび当業者に知られたその他材料が挙げられる。ポリオレフィンが特に好ましい。
【００２０】
所望であれば、様々な吸着剤粒子を不織ウェブに加えることができる。吸着剤粒子の代表例は、米国特許第３，９７１，３７３号明細書（ブラウン（Ｂｒａｕｎ）、米国特許第４，４２９，００１号明細書（コルピン（Ｋｏｌｐｉｎ）ら）および米国特許第６，１０２，０３９号明細書（スプリンゲット（Ｓｐｒｉｎｇｅｔｔ）ら）に開示されている。活性炭素およびアルミナが特に好ましい吸着剤粒子である。吸着剤粒子の混合物を用いて、例えば、気体の混合物を吸収することができる。ただし、実際には、気体の混合物を処理するには、個々の層に別個の吸着剤粒子を用いる多層プリーツフィルタを製造する方が良い。
【００２１】
様々な一次および二次流体の流れを用いて、開示されたフィルトレーションウェブを作成してもよい。両方の目的について空気が特に便利な流体である。本明細書の残りでは、空気の使用について述べてあり、必要に応じて、「一次空気」または「二次冷却空気」と呼んでいることがある。当業者であれば、後述する操作パラメータを適宜修正して、その他の流体（例えば、二酸化炭素、窒素または水）を容易に用いることができる。
【００２２】
図１に、メルトブロー装置１０の概略側面図を示す。溶融ポリマーは、メルトブローダイ１２へ入口１４を通して入り、ダイキャビティ１６を通過する。ダイ先端１８の小さなオリフィス（図１には図示せず）によって、ダイ１２を出る際、溶融ポリマーがフィラメント２２を形成する。入口２０を通して供給される一次空気は、フィラメント２２に衝突して、それらをファイバー２４へと減衰する。ファイバー２４は、平坦なコレクタ２６に達すると不織ウェブ２８を形成し、不織ウェブ２８は好適なテークアップ装置（図１には図示せず）により、ウェブ形成方向（すなわち、機械方向）３０にコレクタ２６から引っ張ることができる。コレクタ２６までの途中で、ウェブ２８の幅にわたって配列されたダクト３２へ供給される二次冷却空気がフィラメントまたはファイバーと衝突して、ファイバーを前後に、おおむね機械方向に前後に振動させる。得られたウェブ２８に集められたファイバーは、二次冷却空気を供給しなかった場合よりも良好に機械方向に位置合せされる。ウェブの機械方向および交差方向の機械的特性（すなわち、機械方向および交差方向の剛性および引っ張り強度）はまた、二次冷却空気供給をしない場合よりも大きな異方性も示す。
【００２３】
高速写真を用いて側部（または交差方向）から見ると、ファイバー２４はコレクタ２６に「ペイントブラシ」のやり方で配置される。コレクタで測定すると、振動は非常に大きな機械方向振幅を有し、すなわち、ダイからコレクタの距離（「ＤＣＤ」）の１／４を超え、場合によってはＤＣＤの半分を超える。かかるペイントブラシ付着を行うにはいくつかの操作条件が特に望ましい。例えば、振動を規則的に生じさせる、コレクタまでの途中の振幅を増やす、二次冷却空気出口からコレクタまでの距離より少ない１つの完全なサイクルの波長とする。二次冷却空気出口からコレクタまでの距離は、あまり長くないのが好ましい。ファイバーは、場合によっては、コレクタまでの途中のピーク機械方向変位でホイップ状の動作を示し、コレクタへ向かって常に動くよりも、メルトブローダイに向かって瞬間的に動く。明らかなファイバー破断が、かかるホイップ状動作が生じたように見える場合がある。
【００２４】
ピンセットを用いて、集められたウェブからばらばらの長さ（例えば、約１〜約１０ｃｍ、往々にしてこれより短い、または長いファイバーと共に）でファイバーをけば立てる（ｔｅａｓｅ）こともできた。通常、ファイバーは、一般的に、ファイバー同士のボンディングによって、またはファイバー内交絡によってウェブに拘束されているため、従来の不織ウェブからファイバー（またはかかる長さのファイバー）を除去することは極めて難しい。
【００２５】
ウェブ２８は、そのままプリーツ加工する、または更に処理することもできる。熱処理（例えば、アニール）を用いてウェブを剛化させるのが好ましい。しかしながら、ファイバーは破断する傾向があり、ウェブのファイバー内ボンディングまたは交絡が増大するため、熱処理は、ファイバーをウェブからけば立てにくくする。好ましいアニール時間および温度は、用いるポリマーファイバーをはじめとする様々な因子に応じて異なる。一般的な指針として、約１０分間未満、約１００℃からポリマー融点までのアニール時間および温度が好ましい。
【００２６】
真空をオリフィス３４を通して任意でひいて、ウェブ２８の固化を補助することができる。過度の高密度化（例えば、カレンダ加工を用いた）は、ウェブのフィルトレーション機能を破壊する恐れがある。米国特許第５，４９６，５０７号明細書（アンガジュバンド（Ａｎｇａｄｊｉｖａｎｄ）ら）に開示されているようにファイバーを水と接触させることによって、米国特許第４，５８８，５３７号明細書（クラッセ（Ｋｌａｓｓｅ）ら）に開示されているようにコロナ処理することによって、例えば、米国特許第５，９０８，５９８号明細書（ルソー（Ｒｏｕｓｓｅａｕ）ら）に開示されているようにヒドロチャージすることによって、または米国特許第４，７９８，８５０号明細書（ブラウン（Ｂｒｏｗｎ））に開示されているように摩擦帯電によって、ファイバーに電荷を付与することができる。添加剤を、ファイバーに含めて、ウェブのフィルトレーション性能、機械的特性、エージング特性、表面特性またはその他当該の特徴を促進させてもよい。代表的な添加剤としては、フィラー、核生成剤（例えば、ミリケンケミカル（Ｍｉｌｌｉｋｅｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）より市販されているミラッド（ＭＩＬＬＡＤ）（商標）３９８８ジベンジリデンソルビトール）、ＵＶ安定剤（例えば、チバスペシャルティケミカルズ（Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）より市販されているチマソーブ（ＣＨＩＭＡＳＳＯＲＢ）（商標）９４４）、硬化開始剤、剛化剤（例えば、ポリ（４−メチル−１−ペンテン））、表面活性剤および表面処理剤（米国特許第６，３９８，８４７ Ｂ１号明細書、同第６，３９７，４５８ Ｂ１号明細書および同第６，４０９，８０６ Ｂ１号明細書（ジョーンズ（Ｊｏｎｅｓ）ら）に記載されている、油霧環境におけるフィルトレーション性能を改善するためのフッ素原子処理）が挙げられる。かかる添加剤の種類および量は当業者には明白であろう。
【００２７】
完成したウェブは、様々な有効ファイバー直径（「ＥＦＤ」）サイズ、秤量および剛性（ポリマー体積対ウェブ体積の比）値を有する。好ましいＥＦＤは約８〜約２５、より好ましくは約１０〜約２５μｍである。好ましい秤量は約５０〜約１００ｇ／ｍ２である。好ましい剛性値は約５〜約１５％である。
【００２８】
開示されたウェブは、実質的に機械方向（運動方向またはウェブ形成の方向）ファイバー位置合せがなされている。ポリプロピレンウェブからできたプリーツフィルタの一般的な指針として、ファイバーの約５５〜約９０％、より好ましくは約７０〜約８５％が、列方向に対して９０°±２０°で位置合せされているのが好ましい。その他のポリマー材料でできたウェブについては、この数字はこれより低くても高くてもよい。例えば、ポリエチレンテレフタレートでできたプリーツフィルタの一般的な指針として、ファイバーの好ましくは約５１〜約８０％、より好ましくは約６０〜約８０％が、列方向に対して９０°±２０°で位置合せされているのが好ましい。ナイロンウェブからできたプリーツフィルタの一般的な指針として、ファイバーの約５１〜約７０％が、列方向に対して９０°±２０°で位置合せされているのが好ましい。非常に高度に位置合せされたウェブ、例えば、列方向に対して９０°±２０°で位置合せされた少なくとも８０％の集められたファイバーを有するウェブを形成することができる。
【００２９】
開示されたウェブは、１つ以上の異方性機械的特性を有する。ある部類の好ましいウェブは、５０ｍｍゲージ長さを用いた、前記列方向に交差する方向における面内引張り強度対列方向における引張り強度の少なくとも２：１の比、より好ましくは少なくとも３：１の比を有する。他の部類の好ましいウェブは、列方向に交差する方向における面内テーバー剛度対列方向におけるテーバー剛度の少なくとも２：１の比、より好ましくは少なくとも２．２：１の比を有する。
【００３０】
開示されたメルトブロー装置を構築し、開示された位置合せファイバーウェブを提供しない条件下、またはフィルトレーションにはあまり向かない弱いウェブを提供する条件下でそれを操作することが可能である。例えば、不十分な二次冷却空気を用いる場合には、上述した振動は生じず、ファイバーは、機械方向に実質的に位置合せされない。過剰に高い冷却速度だと、ファイバー内ボンディングおよび交絡が少なく、フィルトレーション性能は改善されているが、剛度やプリーツ付与性といった機械的特性が非常に減じた、嵩高いウェブが得られる。このように、ある質量流量または体積の範囲内の二次冷却空気を用いるのが好ましい。ポリプロピレンおよび周囲温度より低く冷却した二次空気を用いて作成したウェブの一例として、押し出されたポリマー１グラム当たり約５００〜約２０００グラムの二次冷却空気の比率が好ましく、二次冷却空気出口速度は約１５〜約６０ｍ／秒である。これらの範囲は、用いたメルトブローダイおよびポリマー、目標とする秤量、目標とするウェブ剛性、ならびにファイバー位置合せおよび機械的特性異方性の目標とする範囲のような因子に基づいて経験的に調整する必要がある。二次冷却空気の脈動も用いてよいが、必要とは思われない。むしろ、所望の最終特性を有する集められたウェブを提供する定常状態値より上方または下方に、二次冷却気流を単に調整するのが良いと考えられる。
【００３１】
図２に、コレクタ２６の上から見た概略図を示す。ダイ１２はコレクタ２６の前縁近くに配置されているが、ウェブ２８の特性を変えるために、位置３６のような位置までダウンウェブに移動することができる。かかる再配置によって、例えば、テーバー剛度の減じたウェブが提供される。平坦なコレクタの代わりに、従来の円柱状コレクタ表面を用いる場合には、ファイバーが機械方向に実質的に位置合せされたウェブを得るのがより困難となるのが通常であり、ウェブのテーバー剛度は低くなる。二次冷却空気出口からコレクタまでの過剰なＤＣＤ長さまたは過剰な距離もまた、例えば、コレクタまでの途中の振動が増えすぎたり、ファイバー減衰が過剰となったり、ファイバーの破断が過剰となるため好ましくない。
【００３２】
図１および２に示すような装置を用いてメルトブローを行うやり方に関する更なる詳細は当業者にはよく知られている。
【００３３】
不織フィルトレーション媒体は、所望であれば、様々な技術を用いて更に剛化することができる。例えば、米国特許第５，２４０，４７９号明細書（バヒンスキー（Ｂａｃｈｉｎｓｋｉ）に記載されているように、接着剤を用いて、フィルトレーション媒体の層をラミネートすることができる。フィルタ媒体はまた、例えば、米国特許第５，７０９，７３５号明細書（ミッドキフ（Ｍｉｄｋｉｆｆ）ら）に記載された通りにして、コンジュゲートファイバーを用いて作成することもできる。不織フィルトレーション媒体に関する更なる詳細についてはまた、その開示内容がここに参考文献として援用される、同日出願の位置合せファイバーウェブ（ＡＬＩＧＮＥＤ ＦＩＢＥＲ ＷＥＢ）という表題の同時係属米国特許出願第（特許弁護士名簿番号第５８２１４ＵＳ００２）にも見出すことができる。
【００３４】
図７に、プリーツ１０２の列を有するプリーツフィルタ媒体１００を示す。列は、交差方向に位置合せされており、ウェブ１００中の実質的に位置合せされたファイバーは、列方向に対して９０°±２０°、すなわち、機械方向に対して±２０°で位置合せされている。図８に、プリーツフィルタ媒体１００およびフィルタ１１４を提供するために枠１１２に装着された膨張金属サポート１１０を示す。剛度を増大したプリーツ媒体１００および列方向に交差する実質的に機械方向のファイバー位置合せは両方とも、プリーツ媒体１００の高フィルタ面速度でのプリーツ変形に対する抵抗の増大に寄与するものと考えられる。
【００３５】
図１０に、開示されたプリーツフィルタを製造する装置１２０を示す。位置合せしたフィルトレーション媒体１２２は、一般的に連続ロール１２４に提供される。媒体１２２に、スリット加工ステーション１２６で所望の幅にスリットを入れてもよい。媒体１２２は、任意で、加熱ステーション１２８で予熱して、アニールを行う、または装置へ入れ、通過させながら、ウェブ１２２をより可撓性としてもよい。図示した実施形態において、加熱ステーション１２８は赤外線ヒーターである。
【００３６】
プリーツフィルタの一実施形態において、強化部材１３０は媒体１２２の背面１３２の位置１３４に適用される。背面１３２（または後述する前面１６４）を挙げたのは、説明のためのみであり、完成したプリーツフィルタの必要な気流配向を示すものではない。例えば、強化部材１３０は気流の上流または下流に配置してもよい。強化部材１３０は、例えば、機械方向１３６に配向された１つ以上の連続ストリップとして、機械方向１３６に交差して配向された別々の強化部材として、または当業者によく知られた他の構成で、様々な位置に適用してよい。強化部材１３０は、接着ボンディング、サーマルボンディング、溶剤ボンディングまたは超音波ボンディングのような様々な技術を用いて媒体１２２にボンドしてよい。本実施形態において、位置１３４は、プリーツ折り畳みステーション１４０でのプリーツ加工前、媒体１２２にギザを入れるロータリスコアプリーツ加工機１３８および強化部材１３０から上流である。赤外線ヒーター１４２を、プリーツ１４４の熱硬化のために任意で提供してもよい。プリーツ１４４を、アキュムレータ１４６に保持し、プリーツスペーシング装置１４８へと進め、プリーツ１４４を所望のプリーツスペースで保持する。プリーツ形成およびプリーツスペーシングは、米国特許第４，７９８，５７５号明細書（シバーソン（Ｓｉｖｅｒｓｓｏｎ）‘５７５）、同第４，９７６，６７７号明細書（シバーソン（Ｓｉｖｅｒｓｓｏｎ）‘６７７）および同第５，３８９，１７５号明細書（ウェンツ（Ｗｅｎｚ））に開示されているような様々な方法により行ってよい。
【００３７】
得られるプリーツフィルタ媒体１００を、プリーツスペーシング装置１４８で所望のプリーツスペーシングへと膨張させる。１つ以上の細長い平坦な強化ストリップ１６２を任意で、ステーション１６８でフィルタ前面１６４に沿ってプリーツ先端に適用して、プリーツスペーシングを維持してもよい。強化ストリップ１６２は、接着ボンディング、サーマルボンディング、溶剤ボンディングまたは超音波ボンディングのような様々な技術によりプリーツ先端にボンドしてもよく、更なる寸法安定性をプリーツ１４４に与えることができる。プリーツフィルタ媒体１００および任意の強化ストリップ１６２は、所望のサイズおよび形状に切断することができる。プリーツフィルタ媒体１００は、枠構造のある、またはないフィルトレーション用途、または永久または再使用可能な枠へのインサートとして用いてもよい。
【００３８】
他の実施形態において、全前面１６４を実質的に超えて延在するスクリム１６２を用いてもよい。スクリム１６２をプリーツ先端にボンドして、更なる寸法安定性をプリーツフィルタ媒体１００に与えてもよい。
【００３９】
更に他の実施形態において、１つ以上の細長い平坦な強化ストリップ１６６を任意で、ステーション１６８でプリーツフィルタ媒体１００の背面１３２にボンドしてもよい。更なる実施形態において、強化ストリップ１６６を強化部材１３０に、強化ストリップ１６２に対向させて配置して、サンデ（Ｓｕｎｄｅｔ）らの‘０１１の図６に示すようなトラス構造を形成してもよい。
【００４０】
プリーツフィルタ媒体１００が周囲枠なしで形成される実施形態において、プリーツフィルタ１７２は切断ステーション１８６の後システム１２０を出る。
【００４１】
枠のあるフィルタ実施形態において、枠材料１８０の連続ストリップを、機械方向１３６と平行にプリーツフィルタ媒体１００の側端に適用してもよい。ホットメルト接着剤のような接着剤を、ステーション１８７で枠材料１８０から形成されたＵ形チャネルの第１のフランジに適用してもよい。プリーツ１４４の端部をシールする接着剤をステーション１８８で適用してもよい。接着剤をステーション１９０でＵ形チャネルの第２のフランジに適用してもよい。枠材料１８０をステーション１９４でＵ形構成に曲げてもよい。Ｕ形チャネルの端部は、プリーツフィルタ媒体１００の前面１６４および背面１３２に部分的に延在させてもよい。プリーツフィルタ媒体１００のエンドレスウェブおよび取り付けた枠材料１８０を含むアセンブリをステーション１８６で所望の長さまで切断してもよい。プリーツフィルタ媒体１００および強化ストリップ１６２は、枠材料１８０に適用する前のサイズまで切断してもよい。
【００４２】
プリーツフィルタ媒体１００および側部枠部材１９２は、位置１９１で９０°回転させて、ステーション１９８で端部枠部材１９６を適用し、枠のあるプリーツフィルタ１７４を形成させてもよい。枠のあるプリーツフィルタ１７４は、米国特許第５，７８２，９４４号明細書（ジャスティス（Ｊｕｓｔｉｃｅ））に開示されているように、周囲の重なった部分のあるプリーツフィルタ媒体１００の第１および第２の面１３２、１６４にそれぞれ配置された２つのボックス構造として部材１９２、１９６を構成することにより形成してもよい。他の実施形態において、枠部材１９２、１９６は、枠のあるプリーツフィルタ１７４周囲に折り畳まれる片側ダイカット枠として構成することができる。
【００４３】
プリーツフィルタ１７２、１７４は、一般的に好適なパッケージングに囲まれている。一般的なＨＶＡＣ用途について、プリーツスペースは一般的に、２５．４センチメートル（１インチ）当たり約３〜約６プリーツである。プリーツ深さおよびフィルタ厚さは、一般的に、約２５センチメートル〜約１０２センチメートル（１インチ〜４インチ）である。フィルタ長さおよび幅は、一般的に約３０．５センチメートル×３０．５センチメートル（１２インチ×１２インチ）から約５０．８センチメートル×１２２センチメートル（２０インチ×４８インチ）である。
【００４４】
プリーツフィルタ製造に関する更なる詳細は、上述したサンデ（Ｓｕｎｄｅｔ）らの‘０１１特許にあり、当業者によく知られている。
【００４５】
開示されたプリーツフィルタは、換気（例えば、炉およびクリーンルームフィルタ）、汚染防止（例えば、バグフィルタ）、液体処理（例えば、水フィルタ）、対人保護（例えば、給気保護スーツ）および当業者によく知られたその他用途をはじめとする様々な用途に用いてよい。
【００４６】
以下の実施例を参照して本発明をさらに説明するがこれらに限定されるものではない。特に断りのない限り、部およびパーセンテージはすべて重量基準である。いくつかの測定を次の通りにして実施した。
【００４７】
有効ファイバー直径
有効幾何ファイバー直径は、ディビス（Ｄａｖｉｅｓ）Ｃ．Ｎ．、「空気を含んだ粉じんおよび粒子の分離（Ｔｈｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｉｒｂｏｒｎｅ Ｄｕｓｔ ａｎｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）、機械技術学会（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）、ロンドン（Ｌｏｎｄｏｎ）、会報（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ）１Ｂ、１９５２年に規定された方法により評価された。
【００４８】
光学／目視ウェブ特性
ウェブの全体の目視外観を、８ｍｍ×１４ｍｍの拡大ウィンドウを有する電荷結合素子カメラを備えたツァイスインスツルメンツ（Ｚｅｉｓｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）解剖顕微鏡を用いて評価した。
【００４９】
テーバー剛度
型番１５０−Ｂテーバー（ＴＡＢＥＲ）（商標）剛度計（テーバーインダストリーズ（Ｔａｂｅｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）より市販）を用いてウェブ剛度を評価した。３．８ｃｍ×３．８ｃｍ正方形片を、鋭いレーザー刃を用いてウェブから慎重に切り取ってファイバー溶融を防ぎ、３〜４個の試料を用いて１５°試料を曲げて機械および交差方向の剛度を評価により求めた。
【００５０】
応力−歪み
型番５５４４インストロン（ＩＮＳＴＯＮ）（商標）万能試験機（インストロン社（Ｉｎｓｔｒｏｎ Ｃｏｒｐ．）より市販）応力−歪み（または負荷対伸び）を測定した。２．５ｃｍ×６．３ｃｍの矩形片を、鋭いレーザー刃を用いてウェブから切断し、６〜１０個の試料、５０ｍｍ初期ジョー分離および３ｃｍ／分の伸張速度を用いて、最大力および最大時伸びを評価して求めた。
【００５１】
フィルトレーション品質係数
ＴＳＩ（商標）型番８１３０高速自動フィルタ試験機（ＴＳＩ社（ＴＳＩ Ｉｎｃ．）より市販）および４２．５Ｌ／分で流れるジオクチルフタレート（「ＤＯＰ」）チャレンジエーロゾルを用いてフィルトレーション品質係数（ＱＦ）を求めた。較正した光度計をフィルタ入口および出口で用いて、ＤＯＰ濃度およびフィルタを通る％ＤＯＰ透過率を測定した。ＭＫＳ圧力変換器（ＭＫＳインスツルメンツ（ＭＫＳ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）より市販）を用いてフィルタの圧力降下（ΔＰ、ｍｍＨ２Ｏ）を測定した。式：
【数１】
を用いてＱＦを計算した。様々な時間後のＱＦ対ＤＯＰチャレンジ合計質量をプロットした曲線としてＱＦ値を記録した。しかしながら、初期ＱＦ値は、通常、全体の性能の信頼性のある指標を与え、初期のＱＦ値が高いとより良好なフィルトレーション性能を示しており、初期のＱＦ値が低いとフィルトレーション性能の減少を示す。初期フィルトレーション品質係数ＱＦは、好ましくは少なくとも約０．６（１０〜７００ｎｍのサイズ範囲で、７ｃｍ／秒の面速度で移動する１００ｐｐｍジオクチルフタレート粒子を用いて）、より好ましくは少なくとも約０．８、最も好ましくは少なくとも約１である。
【００５２】
フィルトレーション性能
アシュレ（ＡＳＨＲＡＥ）規格５２．２「粒子サイズによる除去効率についての一般換気エアクリーニング装置の試験方法（Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ Ａｉｒ−Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ Ｒｅｍｏｖａｌ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｂｙ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｉｚｅ）」に従ってフィルトレーション性能を評価した。アシュレ（ＡＳＨＲＡＥ）規格は、気流に分散した実験室生成塩化カリウム粒子を含有する試験エーロゾルのフィルトレーションを評価するものである。粒子カウンタにより、フィルタから上流および下流の１２サイズ範囲の粒子を測定しカウントする。その結果を、様々なサイズ範囲における粒子についての最低複合効率値として記録することができる。最低複合効率値は、フィルタに２５．４ｍｍＨ２Ｏの最終圧力降下を負荷するため、最低パーセント粒子保持率（当該のサイズ範囲についての下流粒子カウント／上流粒子カウント×１００）に対応している。増分のダスト負荷レベルで一組の粒子サイズ除去効率性能曲線も作成し、初期の清浄性能曲線を用いて、各サイズ範囲における最低性能を表す複合曲線を形成してもよい。複合曲線の点を平均し、平均を用いてフィルタの最低効率報告値を求める。
【実施例】
【００５３】
実施例１〜３および比較例１
ポリプロピレンウェブ
図１に示すように構成した二次空気冷却システムおよび平床コレクタを追加して、従来の２０．５ｃｍ幅のメルトブロー装置を修正した。従来のブローンマイクロファイバープロセスでは、二次冷却空気は用いず、ウェブは多孔性ドラムのような丸めた表面に集める。修正した装置を用いて、ファイバーが機械方向によく位置合せされたメルトブローンポリプロピレンウェブを作成した。二次空気冷却システムは、メルトブローダイ先端の下約６ｃｍに配置された２つの対向する水平配置の幅７６ｃｍ×高さ５１ｃｍの空気出口を用いて、空気出口から様々な速度で（または全くなしで）１２〜１３℃の冷却気流を分配した。平床コレクタは、床の下に位置する真空収集システムを用いた。メルトブローダイは、コレクタの前縁に位置していた。フィナ（ＦＩＮＡ）（商標）タイプ３９６０ポリプロピレン（フィナオイル・アンド・ケミカル社（Ｆｉｎａ Ｏｉｌ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．）より市販）を、２６５℃で操作される押出し機中で溶融し、９．１ｋｇ／ｈｒでメルトブローダイへ供給した。抵抗加熱器を用いてダイを約２６５℃に維持し、４．２ｍ３／分で流れる３００℃の一次空気を供給した。ＤＣＤを調整して、３２．５Ｌ／分のフローレートで０．５ｍｍＨ２Ｏ圧力降下のウェブを提供した。二次冷却空気を用いて作成したウェブについては、ＤＣＤは約２０ｃｍであった。二次冷却空気を用いずに作成したウェブについては、ＤＣＤは約３４ｃｍであった。コレクタ真空を調整して、８〜９％の剛性を有するウェブを提供した。５０または３５ｍ／秒出口速度で二次冷却空気を用いて作成したウェブについて、コレクタ真空は３２５０Ｎ／ｍ２、１７ｍ／秒出口速度で二次冷却空気を用いて作成したウェブについては５０００Ｎ／ｍ２、二次冷却空気を用いずに作成したウェブについてはゼロであった。集められたウェブの秤量は８０ｇ／ｍ２、１９μｍＥＦＤであった。ウェブを、米国特許第４，５８８，５３７号明細書（クラッセ（Ｋｌａｓｓｅ）ら）に開示されているようにコロナ処理し、米国特許第５，９０８，５９８号明細書（ルソー（Ｒｏｕｓｓｅａｕ）ら）に開示されているようにヒドロチャージして、機械的特性およびフィルトレーション品質係数ＱＦを評価して求めた。ウェブをまた１２６℃で５分間熱処理して、再評価し、機械的特性を求めた。
【００５４】
以下の表１に示してあるのは、実施例番号または比較例番号、二次空気速度および質量流量比、ファイバーカウントおよびファイバー位置合せデータおよび各ウェブについてのフィルトレーション品質係数ＱＦである。以下の表２に示してあるのは、各ウェブについての機械方向（「ＭＤ」）および交差方向（「ＴＤ」）テーバー剛度および引張り強度値、ならびにＭＤ対ＴＤテーバー剛度および引張り強度の比である。以下の表３に示してあるのは、熱処理済みウェブについてのＭＤおよびＴＤテーバー剛度および引張り強度値、ならびにＭＤ対ＴＤテーバー剛度および引張り強度の比である。
【００５５】
【表１】
【００５６】
【表２】
【００５７】
【表３】
【００５８】
表１に示す通り、二次冷却空気を用いて作成したウェブは、二次冷却空気なしで作成したウェブよりも非常に優れた機械方向ファイバー位置合せがなされていた。これを更に図３〜６に示す。実施例１〜３および比較例１のファイバーの数および配向（０°の機械方向に対した度数）をそれぞれ示す極性「レーダー」プロットである。機械方向に対して０°で配向されたファイバーは１８０°で配向されるとも言われるため、プロットは元の周囲で反射する対称ローブを有している。例えば、図３は、１２本のファイバーが機械方向に対して０°で配向されたもの、９本のファイバーが−１０°で配向されたもの、８本のファイバーが＋１０°で配向されたもの、６本のファイバーが−２０°で配向されたもの等を示している。図３〜５に、開示されたウェブが、図６にプロットした二次冷却空気なしで作成したウェブよりもかなり機械方向配向が大きかったことが示されている。更なる比較で、ラウ（Ｌａｕ）らの‘７４９特許に示した図４のウェブを評価して、ファイバー配向およびファイバーカウントを求めたところ、機械方向の±２０°以内で配向されているファイバーは僅か５０％であることが分かった。
【００５９】
図３〜５のプロットは、ウェブのコレクタ側でない方に配置された湿潤流体の挙動を反射している。好適な湿潤流体（観察しやすいよう着色してあるのが好ましい）を滴下する場合には、レーダーローブ形に略対応する長だ円形パターンでウェブへ広がる傾向があるため、ファイバー配向の主な方向およびウェブ形成の便利な指標となる。湿潤流体を比較例１のウェブに配置すると、膨張する円形パターンで、ある程度均一に外側に広がる傾向がある。
【００６０】
表１にはまた、二次冷却空気体積の増加につれて、フィルトレーション品質係数ＱＦが増加してから僅かに減少したことが示されている。
【００６１】
二次空気を用いて作成したウェブは、機械方向に略位置合せされた目視可能な細溝、全体が平滑で光沢があり、やや毛羽立った表面、および従来のブローンマイクロファイバーウェブに通常ある節を多少を有しているか、または節はなかった。長さ約２〜５ｃｍのファイバーを、ピンセットを用いてウェブからけば立てることができた。二次冷却空気なしで作成したウェブは、丸いコレクタに集められた標準的なブローンマイクロファイバーウェブと見た目が似ていた。比較的短い（１ｃｍ未満）の個々のファイバーをある程度、ピンセットを用いてウェブから除去することができたが、非常に困難であった。
【００６２】
表２に示す通り、二次冷却空気を用いて作成したウェブは、二次冷却空気なしで作成したウェブよりもより異方性のテーバー剛度を有していた。より体積の大きな二次冷却空気を用いて作成したウェブはまた、二次冷却空気なしで作成したウェブよりもより異方性の引張り強度も有していた。
【００６３】
表３に示す通り、熱処理を用いてウェブ剛度および引張り強度を増加させることができた。いくつかのウェブについて、ＭＤ：ＴＤ特性比を用いて測定された通り、ウェブの全体的な機械的異方性を大幅に変えることなくこれを行うことができた。
【００６４】
実施例４〜６
ＥＦＤの小さなウェブ
実施例１の方法を用いて、３．４ｍ３／分で流れる３００℃の一次空気、二次冷却空気、および秤量が８０ｇ／ｍ２、剛度が８〜９％、有効ファイバー直径が実施例１で得られたよりも小さい、集められたウェブを与えるよう調整されたコレクタ真空を用いて、メルトブローンポリプロピレンウェブを作成した。以下の表４に示してあるのは、実施例番号、二次空気速度および質量流量比、有効ファイバー直径、および得られたウェブについてのファイバーカウントおよびファイバー位置合せデータである。
【００６５】
【表４】
【００６６】
表４に示す通り、実質的に機械方向ファイバー位置合せのなされたウェブは、様々な有効ファイバー直径で作成することができた。
【００６７】
実施例７〜１０および比較例２および３
ＰＥＴおよびナイロンウェブ
実施例１の方法を用いて、ポリエチレンテレフタレート（「ＰＥＴ」）およびナイロン（ウルトラミッド（ＵＬＴＲＡＭＩＤ）（商標）ＢＳ−４００Ｎナイロン、ＢＡＳＦ社（ＢＡＳＦ Ｃｏｒｐ．）より市販）により、２．９ｍ３／分で流れる３５０℃の一次空気および任意で二次冷却空気を用いて不織ウェブを作成した。１２．７ｃｍＤＣＤを用いてＰＥＴウェブを作成し、１６．５ｃｍＤＣＤを用いてナイロンウェブを作成した。集められたＰＥＴウェブの秤量は８５ｇ／ｍ２、５〜６％の剛度および１６μｍＥＦＤであった。集められたナイロンウェブの秤量は７０ｇ／ｍ２、５〜６％の剛度および１７〜１８μｍＥＦＤであった。以下の表５に示してあるのは、実施例番号または比較例番号、二次空気速度および質量流量比、用いたポリマー、ならびに得られたウェブについてのファイバーカウントおよびファイバー位置合せデータである。
【００６８】
【表５】
【００６９】
表５に示す通り、実質的に機械方向ファイバー位置合せのなされたウェブは、様々なポリマーを用いて作成することができた。
【００７０】
実施例１１
添加剤
添加剤ポリ（４−メチル−１−ペンテン）を１．５％添加して実施例２を繰り返した。これにより、フィルトレーション品質係数ＱＦが添加剤なしの１．５から添加剤ありの１．７に増加した。
【００７１】
実施例１２
添加剤
添加剤ポリ（４−メチル−１−ペンテン）を１．５％添加、およびチマソーブ（ＣＨＩＭＡＳＳＯＲＢ）９４４ヒンダードアミン光安定化剤を０．５％添加して実施例１１を繰り返した。ウェブはヒドロチャージしたが、コロナ処理はしなかった。フィルトレーション品質係数ＱＦは２．５であり、二次冷却空気を用いずに作成された従来の未処理のポリプロピレンブローンマイクロファイバーからできたウェブを用いて得られたものの２倍であった。
【００７２】
実施例１３および比較例４
経時のＱＦ評価
実施例１の方法を用いて、１７７０二次冷却空気：ポリマー質量流量比で流れる二次冷却空気あり、およびなしでメルトブローンポリプロピレンウェブを作成し、コロナ処理、ハイドロチャージして評価し、フィルトレーション品質係数ＱＦを求めた。ウェブの秤量は８５ｇ／ｍ２、１９〜２１μｍＥＦＤ、４２．５Ｌ／分での圧力降下０．４〜０．５ｍｍＨ２Ｏであった。以下の表６に示してあるのは、二次冷却空気あり（実施例１３）およびなし（比較例４）で作成したウェブについての様々な累積ＤＯＰ露光レベル後のＱＦ係数である。
【００７３】
【表６】
【００７４】
表６に示す通り、二次冷却空気を用いて作成し、実質的に機械方向ファイバー位置合せのなされたウェブは、二次冷却空気なしで作成し、ファイバー位置合せの少ないウェブよりも非常に優れたフィルトレーション性能を与えた。
【００７５】
実施例１４および１５および比較例５〜７
プリーツ炉フィルタ
コロナ処理およびヒドロチャージした実施例２のウェブ、コロナ処理およびヒドロチャージした比較例１のウェブおよびアキュエア（ＡＣＣＵＡＩＲ）（商標）コロナ処理スパンボンドポリエチレン／ポリプロピレンツインファイバーウェブ（秤量７１ｇ／ｍ２、約２０μｍＥＦＤ、キンバリークラーク社（Ｋｉｍｂｅｒｌｙ Ｃｌａｒｋ Ｃｏｒｐ．）より市販）の試料を、図７に示すプリーツ媒体１００のようなプリーツ１０２を有する５０．８ｃｍ×６３．５ｃｍ×２．１ｃｍ高さのフィルタ要素へと形成した。プリーツ１０２は、折り畳みが交差方向と位置合せされ、長さ寸法に添って８７プリーツ（１３．８プリーツ／１０ｃｍ）となるように構成した。プリーツ媒体１００を、サポート１１０のような膨張金属サポート間に挟んで糊付けし、図８に示す枠１１２のようなボール紙枠に装着して、フィルタ１１４のような枠のあるフィルタを形成した。アシュレ（ＡＳＨＲＡＥ）規格５２．２「粒子サイズによる除去効率についての一般換気エアクリーニング装置の試験方法（Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ Ａｉｒ−Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ Ｒｅｍｏｖａｌ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｂｙ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｉｚｅ）」に従って１．５ｍ／秒の面速度で、仕上がったフィルタのフィルトレーション性能を評価した。以下の表７に記した結果に、０．３〜１μｍ、１〜３μｍおよび３〜１０μｍのサイズ範囲の粒子について最低複合効率値が示されている。表７にはまた、評価完了後の合計フィルタ重量増加（フィルタにより捕捉された合計微粒子重量）も記されている。高い最低複合効率および合計フィルタ重量増加値は、良好なフィルトレーション、長い耐用年数または良好なフィルトレーションと長い耐用年数の両方に対応している。
【００７６】
【表７】
【００７７】
表７に示す通り、二次冷却空気を用いて作成し、実質的に機械方向ファイバー位置合せ（実施例１４および１５）のなされた、コロナ処理した、またはコロナ処理およびヒドロチャージしたメルトブローン不織ウェブは、二次冷却空気なしで作成し、ファイバー位置合せの少ないその他は同様のメルトブローン不織ウェブ（比較例５および６）よりも、１ｍｍＨ２Ｏ圧力降下ではるかに良好な最低複合効率を与えた。実施例１４および実施例１５のウェブはまた、市販のスパンボンド不織ウェブ（比較例７）に匹敵または良好な最低複合効率を有していた。実施例１４および実施例１５のウェブは、比較例５〜７のウェブよりも良好な粒子捕捉（合計フィルタ重量増加値が高いことにより裏付けられる通り）であった。
【００７８】
実施例１６〜１８および比較例８
プリーツ炉フィルタ圧力降下対面速度評価
実施例１４および１５の方法を用いて、メルトブローン位置合せファイバーポリプロピレンウェブをコロナ処理およびヒドロチャージしたが、熱処理はしなかった。このウェブは１．７ＭＤのテーバー剛度値を有しており、実施例１６のウェブとして以下に規定されている。コロナ処理、ヒドロチャージおよび熱処理を用いて剛性のウェブを作成した。このウェブは２．２ＭＤのテーバー剛度値を有しており、実施例１７のウェブとして以下に規定されている。添加剤ポリ（４−メチル−１−ペンテン）を１．５％添加し、コロナ処理、ヒドロチャージおよび熱処理して更に剛性のウェブを作成した。このウェブは３．７ＭＤのテーバー剛度値を有しており、実施例１８のウェブとして以下に規定されている。実施例１６〜１８のウェブ、アキュエア（ＡＣＣＵＡＩＲ）コロナ処理スパンボンドポリエチレン／ポリプロピレンツインファイバーウェブ（２．１ＭＤテーバー剛度および比較例８のウェブとして以下に規定）の試料を、図７に示すプリーツ媒体１００のようなプリーツ１０２を有する３０ｃｍ×２７ｃｍ×２．１ｃｍ高さのフィルタ要素へと形成した。フィルタは長さ寸法に添って１３．８プリーツ／１０ｃｍ有しており、図８のサポート１１０のような膨張金属サポート間に挟まれ糊付けされていた。一連の操作において、かかるフィルタを、透明側のプレートによって、プリーツ端部が撮影できるプレキシガラス（ＰＬＥＸＩＧＬＡＳ）（商標）プラスチック枠に装着した。枠側のプレートは、フィルトレーション媒体端部に接触していたが、プリーツの動きは可能であった。枠を真空テーブルの上に装着し、下方に向けられたボックス型ファンからの空気に曝した。フィルタ圧力降下が、約１．５ｍ／秒面速度で約０．３５ｉｎ（０．９ｃｍ）の水に達するまで、ＳＡＥファイン試験ダストとタルクの５０：５０混合物で作成した合成ダストを気流に散在させることによりフィルタに負荷をかけた。これは、実質的に自然の負荷レベルをシミュレートするものである。以下の表８に示してあるのは、フィルタについての説明、ＭＤテーバー剛度値および合計フィルタ重量増加値である。
【００７９】
【表８】
【００８０】
次に、フィルタを、風速計を備えたダクトに装着し、水約０．２ｉｎ．（０．５ｃｍ）と水１．２ｉｎ．（３ｃｍ）との間の圧力降下を生じさせるのに十分な速度で流れる空気に曝した。実施例１６（１．７ＭＤテーバー剛度）フィルタは、著しいプリーツ変形を示し始め、０．３５ｉｎ（０．９ｃｍ）の圧力降下でプリーツをフィルタ空気入口側に留めることにより顕在化した。実施例１７（２．２ＭＤテーバー剛度）および比較例８のフィルタは、０．５ｉｎ（１．３ｃｍ）の圧力降下で著しいプリーツ変形を示し始めた。実施例１８（３．７ＭＤテーバー剛度）のフィルタは、１．２ｉｎ（３ｃｍ）の圧力降下で著しいプリーツ変形は示さなかった。図９に、実施例１６（曲線１１６）、実施例１７（曲線１１７）、実施例１８（曲線１１８）および比較例８（曲線１１９）のフィルタについての圧力降下（水のインチでの）対風速計読取り値（基準単位での）のプロットを示す。図９に示す通り、実施例１８のフィルタは、気流が増えるにつれて、圧力降下の直線的な増加を示したが、他の試験したフィルタは、気流が増えるにつれて、プリーツ変形により示されるように非直線的な応答を示した。
【００８１】
本発明の様々な修正および変更は、本発明から逸脱することなく当業者に明白であろう。本発明は、説明の目的でここに規定されたものに限定されないものとする。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】機械方向に実質的に位置合せされたファイバーを有する不織ウェブを作成するためのメルトブロー装置の概略側面図である。
【図２】図１の装置に用いる真空コレクタの上から見た図である。
【図３】ファイバー位置合せを示すレーダープロットである。
【図４】ファイバー位置合せを示すレーダープロットである。
【図５】ファイバー位置合せを示すレーダープロットである。
【図６】ファイバー位置合せを示すレーダープロットである。
【図７】プリーツフィルトレーション媒体の斜視図である。
【図８】枠に装着したプリーツフィルタの部分断面斜視図である。
【図９】フィルタ圧力降下対気流速度を示すグラフである。
【図１０】開示されたプリーツフィルタを製造する装置の概略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
折り畳みプリーツの列を有しかつ熱可塑性ファイバーを含有する不織フィルタウェブを含むフィルタ要素であって、前記ファイバーの過半数が前記プリーツの列方向に対して９０°±２０°で位置合せされているフィルタ要素。
【請求項２】
前記ファイバーの約５５〜約９０％が前記列方向に対して９０°±２０°で位置合せされている、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項３】
集められた前記ファイバーの約７０〜約８５％が前記列に対して９０°±２０°で位置合せされている、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項４】
長さが約２〜５ｃｍのファイバーを前記ウェブからけば立てることができる、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項５】
前記ファイバーの平均有効ファイバー直径が約８〜約２５μｍである、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項６】
前記ウェブが、５０ｍｍゲージ長さを用いた、前記列方向に交差する方向における面内引張り強度対前記列方向における引張り強度の少なくとも２：１の比を有する、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項７】
前記ウェブが、５０ｍｍゲージ長さを用いた、前記列方向に交差する方向における面内引張り強度対前記列方向における引張り強度の少なくとも４：１の比を有する、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項８】
前記ウェブが、前記列方向に交差する方向における面内テーバー剛度対前記列方向におけるテーバー剛度の少なくとも２：１の比を有する、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項９】
前記ウェブが、前記列方向に交差する方向における面内テーバー剛度対前記列方向におけるテーバー剛度の少なくとも２．２：１の比を有する、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項１０】
前記ウェブの主面が、前記列方向に交差する個々のファイバーの実質的な位置合せに対応する細溝を示す、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項１１】
前記ウェブに配置された湿潤流体が、前記列方向に交差して優先的に吸い上げられる、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項１２】
前記ウェブがアニールされている、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項１３】
前記ウェブがコロナ処理またはハイドロチャージされている、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項１４】
熱可塑性ファイバーを含む不織フィルトレーションウェブにプリーツの列を形成する工程であって、前記ファイバーの過半数が前記プリーツの列方向に対して９０°±２０°で位置合せされている工程と、
プリーツフィルタ要素を所望のサイズおよび形状に切断する工程と
を含むプリーツフィルタ要素を製造する方法。
【請求項１５】
前記ファイバーの約５５〜約９０％が前記列方向に対して９０°±２０°で位置合せされている、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
集められた前記ファイバーの約７０〜約８５％が前記列方向に対して９０°±２０°で位置合せされている、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
長さが約２〜５ｃｍのファイバーを前記ウェブからけば立てることができる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記ファイバーの平均有効ファイバー直径が約８〜約２５μｍである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記ウェブが、５０ｍｍゲージ長さを用いた、前記列方向に交差する方向における面内引張り強度対前記列方向における引張り強度の少なくとも２：１の比を有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
７ｃｍ／秒の面速度で移動する１０〜７００ｎｍのサイズ範囲を有する１００ｐｐｍのジオクチルフタレート粒子を用いた前記ウェブのフィルトレーション品質係数ＱＦが少なくとも約０．６である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ウェブが、５０ｍｍゲージ長さを用いた、前記列方向に交差する方向における面内引張り強度対前記列方向における引張り強度の少なくとも４：１の比を有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
前記ウェブが、前記列方向に交差する方向における面内テーバー剛度対前記列方向におけるテーバー剛度の少なくとも２：１の比を有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
前記ウェブが、前記列方向に交差する方向における面内テーバー剛度対前記列方向におけるテーバー剛度の少なくとも２．２：１の比を有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項２４】
前記ウェブの主面が、前記列方向に交差する個々のファイバーの実質的な位置合せに対応する細溝を示す、請求項１４に記載の方法。
【請求項２５】
前記ウェブに配置された湿潤流体が、前記列方向に交差して優先的に吸い上げられる、請求項１４に記載の方法。
【請求項２６】
前記ウェブがアニールされている、請求項１４に記載の方法。
【請求項２７】
前記ウェブがコロナ処理またはハイドロチャージされている、請求項１４に記載の方法。
【請求項２８】
７ｃｍ／秒の面速度で移動する１０〜７００ｎｍのサイズ範囲を有する１０ｐｐｍのジオクチルフタレート粒子を用いた前記ウェブのフィルトレーション品質係数ＱＦが少なくとも約０．６である、請求項２０に記載の方法。
【請求項１】
折り畳みプリーツの列を有しかつ熱可塑性ファイバーを含有する不織フィルタウェブを含むフィルタ要素であって、前記ファイバーの過半数が前記プリーツの列方向に対して９０°±２０°で位置合せされているフィルタ要素。
【請求項２】
前記ファイバーの約５５〜約９０％が前記列方向に対して９０°±２０°で位置合せされている、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項３】
集められた前記ファイバーの約７０〜約８５％が前記列に対して９０°±２０°で位置合せされている、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項４】
長さが約２〜５ｃｍのファイバーを前記ウェブからけば立てることができる、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項５】
前記ファイバーの平均有効ファイバー直径が約８〜約２５μｍである、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項６】
前記ウェブが、５０ｍｍゲージ長さを用いた、前記列方向に交差する方向における面内引張り強度対前記列方向における引張り強度の少なくとも２：１の比を有する、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項７】
前記ウェブが、５０ｍｍゲージ長さを用いた、前記列方向に交差する方向における面内引張り強度対前記列方向における引張り強度の少なくとも４：１の比を有する、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項８】
前記ウェブが、前記列方向に交差する方向における面内テーバー剛度対前記列方向におけるテーバー剛度の少なくとも２：１の比を有する、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項９】
前記ウェブが、前記列方向に交差する方向における面内テーバー剛度対前記列方向におけるテーバー剛度の少なくとも２．２：１の比を有する、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項１０】
前記ウェブの主面が、前記列方向に交差する個々のファイバーの実質的な位置合せに対応する細溝を示す、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項１１】
前記ウェブに配置された湿潤流体が、前記列方向に交差して優先的に吸い上げられる、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項１２】
前記ウェブがアニールされている、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項１３】
前記ウェブがコロナ処理またはハイドロチャージされている、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項１４】
熱可塑性ファイバーを含む不織フィルトレーションウェブにプリーツの列を形成する工程であって、前記ファイバーの過半数が前記プリーツの列方向に対して９０°±２０°で位置合せされている工程と、
プリーツフィルタ要素を所望のサイズおよび形状に切断する工程と
を含むプリーツフィルタ要素を製造する方法。
【請求項１５】
前記ファイバーの約５５〜約９０％が前記列方向に対して９０°±２０°で位置合せされている、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
集められた前記ファイバーの約７０〜約８５％が前記列方向に対して９０°±２０°で位置合せされている、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
長さが約２〜５ｃｍのファイバーを前記ウェブからけば立てることができる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記ファイバーの平均有効ファイバー直径が約８〜約２５μｍである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記ウェブが、５０ｍｍゲージ長さを用いた、前記列方向に交差する方向における面内引張り強度対前記列方向における引張り強度の少なくとも２：１の比を有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
７ｃｍ／秒の面速度で移動する１０〜７００ｎｍのサイズ範囲を有する１００ｐｐｍのジオクチルフタレート粒子を用いた前記ウェブのフィルトレーション品質係数ＱＦが少なくとも約０．６である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ウェブが、５０ｍｍゲージ長さを用いた、前記列方向に交差する方向における面内引張り強度対前記列方向における引張り強度の少なくとも４：１の比を有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
前記ウェブが、前記列方向に交差する方向における面内テーバー剛度対前記列方向におけるテーバー剛度の少なくとも２：１の比を有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
前記ウェブが、前記列方向に交差する方向における面内テーバー剛度対前記列方向におけるテーバー剛度の少なくとも２．２：１の比を有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項２４】
前記ウェブの主面が、前記列方向に交差する個々のファイバーの実質的な位置合せに対応する細溝を示す、請求項１４に記載の方法。
【請求項２５】
前記ウェブに配置された湿潤流体が、前記列方向に交差して優先的に吸い上げられる、請求項１４に記載の方法。
【請求項２６】
前記ウェブがアニールされている、請求項１４に記載の方法。
【請求項２７】
前記ウェブがコロナ処理またはハイドロチャージされている、請求項１４に記載の方法。
【請求項２８】
７ｃｍ／秒の面速度で移動する１０〜７００ｎｍのサイズ範囲を有する１０ｐｐｍのジオクチルフタレート粒子を用いた前記ウェブのフィルトレーション品質係数ＱＦが少なくとも約０．６である、請求項２０に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２００７−５３１６１７（Ｐ２００７−５３１６１７Ａ）
【公表日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５０６１９６（Ｐ２００７−５０６１９６）
【出願日】平成１７年３月８日（２００５．３．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／００７５３８
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１０２４９７
【国際公開日】平成１７年１１月３日（２００５．１１．３）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月８日（２００５．３．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／００７５３８
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１０２４９７
【国際公開日】平成１７年１１月３日（２００５．１１．３）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】
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