繊維媒体並びにその形成方法及び装置
勾配を有する領域を有する不織ウェブ及びフィルタ媒体が記載され、繊維の濃度又は特性が、領域の一方の側面から領域の他方の側面にかけて変化する。一実施形態において、装置は、各々が繊維を含む第１及び第２のフローストリームの１つ又は複数の供給源より下流にある混合隔壁を備える。混合隔壁は、２つのフローストリームの間の流体連通を可能にする１個又は複数の開口を画定する。装置は、１つ又は複数の供給源より下流に位置し、少なくとも組み合わされたフローストリームを受け入れ、組み合わされたフローストリームから繊維を捕集して不織ウェブを形成するように設計された受入領域も備える。一実施形態において、方法は、フローストリームの１つ又は複数の供給源の近位及び下流に位置する受入領域に繊維を捕集することを含み、受入領域は、供給源から吐出されたフローストリームを受け入れ、繊維を捕集することにより湿潤層を形成するように設計される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、米国を除く全ての指定国については米国籍企業Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．の出願人名義で、並びに米国についてのみは、米国市民であるＧｕｐｔａ Ｈｅｍａｎｔ ｐｈ．Ｄ．及び米国市民であるＢｒａｄ Ｅ．Ｋａｈｌｂａｕｇｈの出願人名義で、ＰＣＴ国際特許出願として２０１０年１月２８日に出願されたものであり、２００９年１月２８日に出願された米国仮特許出願第６１／１４７，８６１号明細書、及び２０１０年１月２７日に出願された米国特許出願第１２／６９４，９１３号明細書及び２０１０年１月２７日に出願された米国特許出願第１２／６９４，９３５号明細書に対する優先権を主張し、それらの内容は参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本発明は、媒体内に制御可能な特性を含む不織媒体である。媒体（ｍｅｄｉｕｍ）（複数形、媒体（ｍｅｄｉａ））という用語は、変化させることのできる又は制御された構造及び物理的特性を有する繊維で作製されたウェブを指す。かかる材料は、ろ過製品及び処理に使用することができる。この分野はまた、媒体又はウェブを形成するための方法又は処理又は装置にも関する。媒体（ｍｅｄｉｕｍ）（複数形、媒体（ｍｅｄｉａ））という用語は、変化させることのできる又は制御された構造及び物理的特性を有する繊維で作製されたウェブを指す。
【背景技術】
【０００３】
不織繊維ウェブ又は媒体は、長年、ろ過を含む多くの最終用途向けに製造されている。かかる不織材料は、エアレイド、スパンボンディング、メルトボンディング及び製紙技法を含む様々な手順によって作製することができる。これらの製造技法を用いて多様な用途、特性又は性能水準を有する広く利用可能な一群の媒体を製造するには、繊維及び他の成分について広範囲の組成が必要となり、及び多くの場合に複数のプロセス工程が必要となる。広範囲の用途を満足するように機能することのできる一連の媒体を得るため、多数の組成及び多工程の製造技法が利用されている。こうした複雑さからコストが高くなり、製品の提供における柔軟性が低下している。様々な媒体組成及び製造手順が必要とされるなかでの複雑さの低減が実質的に求められている。この技術の一つの目標は、単一又はより少数の原材料及び単一又はより少数のプロセス工程を用いて広範な媒体を作製可能とすることである。
【０００４】
媒体は、いくつかあるろ過のなかでも特に、液体及び空気ろ過、並びに粉塵及びミストろ過を含め、様々な用途を有する。かかる媒体はまた、層状に重ねて層状媒体構造にすることもできる。層状構造は、層ごとの変化に起因する勾配を有し得る。繊維媒体に勾配を形成しようとする試みの多くは、ろ過用途を対象として行われてきた。しかしながら、そうしたフィルタ媒体の先行技術の開示されている技法は、様々な特性を有する単一又は複数の成分のウェブの層を単に互いに重ねて置いたものか、又は形成中若しくは形成後に互いに縫い合わせるか、若しくはその他の方法で結合したものである。層の形成中又は形成後に異なる層を互いに結合しても、特性又は材料の有用な連続勾配はもたらされない。最終製品には、層間に明確な検知し得る界面が存在することになる。用途によっては、繊維媒体の形成におけるかかる界面によって起こるフロー抵抗の増加を回避することが極めて望ましい。例えば、空気中浮遊粒子状物質又は液体粒子状物質のろ過では、フィルタエレメントの層間の界面は、多くの場合に捕捉された粒子状物質及び汚染物質が蓄積するところである。フィルタ媒体内ではなく、界面の層間に多くの粒子が蓄積すると、フィルタ寿命が短くなり得る。
【０００５】
ニードリング及び水流交絡などの他の製造方法によって層の混合を改善することができるが、しかしそれらの方法では、フィルタ媒体が典型的にはより大きい細孔径を含むことが多く、直径２０ミクロン（μ）未満の粒子に対する除去効率の低下を招く。また、ニードリング及び水流交絡された構造は、比較的厚く、坪量が大きい材料であることが多く、フィルタに使用することのできる媒体量が制限される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
フィルタ媒体の形態をとることのできる多面的な不織ウェブ類、適合させることのできる形成プロセス及び広範なウェブ又は媒体を作製可能な機械が開示される。平面状の繊維ウェブ又は媒体は、厚さ及び幅を画定する第１の表面と第２の表面とを有することができる。媒体は、勾配を有する領域を含むことができる。かかる勾配は、繊維の濃度、特性、特徴、又は他の構成要素が表面間又は縁端間で変化する媒体を有することにより形成される。媒体の勾配領域は媒体全体を含んでもよく、又は媒体の一部分を含む領域を含んでもよい。媒体は、勾配領域内に繊維濃度の連続的な変化が存在することにより特徴付けられる。媒体は、少なくとも１ミクロンの直径を有する第１の繊維と、多くとも６ミクロンの直径を有する第２の繊維とを含む少なくとも１つの領域を有し、ここで第１の繊維は直径が第２の繊維より大きく、第２の繊維は、第２の繊維の濃度が領域にわたり一方の表面から他方の表面に至る方向に増加するように、領域において濃度が変化する。領域は勾配を含むことができ、従って媒体の繊維組成が領域において異なり、領域にわたり一方の表面から他方の表面に至る方向に変化する。かかるフィルタ媒体は、厚さを画定する第１の表面と第２の表面とを有することができ、媒体は、その厚さに少なくとも１つの領域を含み、領域は、ポリエステル繊維と、少なくとも０．３ミクロンの直径を有するスペーサー繊維と、多くとも１５ミクロンの直径を有する効率繊維とを含み、ここでポリエステル繊維は領域において濃度が実質的に変化せず、スペーサー繊維は、スペーサー繊維の濃度が領域にわたり一方の表面から他方の表面に至る方向に増加するように、領域において濃度が変化する。
【０００７】
かかるウェブは、１〜４０ミクロンの範囲をとり得る直径を有する繊維と、０．５ミクロン〜約６ミクロンの範囲をとり得る直径を有する第２の繊維とを含むことができる。本発明の勾配において、勾配は媒体内に存在してもよく、ｚ寸法において（すなわち）媒体の厚さを通じて、勾配がいずれかの方向に増加するように広がることができる。同様に、勾配はクロスマシン（すなわち）ｘ寸法において、勾配がいずれかの方向に増加するように増加することができる。フィルタ媒体は、幅を画定する第１の縁端と第２の縁端とを有することができ、各縁端は媒体のマシン方向と平行であり、媒体は、第１の繊維と第２の繊維とを含む第１の領域を含み、ここで第２の繊維は、第２の繊維の濃度が第１の縁端から第２の縁端にかけて増加するように、第１の領域において濃度が変化する。
【０００８】
媒体は、典型的には、媒体の形成における接着結合層又は別個の層間にある任意の他のかかる移行層などの、フロー抵抗を増加させ得る部分が媒体に存在しないことを特徴とする。勾配を有する平面状繊維構造を含む不織ウェブもまた作製することができる。
【０００９】
本発明の媒体は、気体又は液体を含む様々な流体材料からの粒子状物質の除去を目的として様々な用途に使用することができる。さらに、本発明のろ過媒体は、フラット媒体、プリーツ媒体、フラットパネルフィルタ、円筒形スピンオンフィルタ、ｚ媒体プリーツフィルタ及び勾配が有用な特性を提供する他の実施形態を含む様々なフィルタエレメントタイプで使用される。
【００１０】
本発明の一実施形態において、不織ウェブの作製装置が記載される。装置は、繊維を含む第１の流体フローストリームと繊維を含む第２の流体フローストリームとを吐出するように構成された１つ又は複数の供給源を備える。この装置はまた、１つ又は複数の供給源より下流にある混合隔壁も備え、この混合隔壁は、１つ又は複数の供給源からの第１のフローストリームと第２のフローストリームとの間に位置決めされる。混合隔壁は、２つのフローストリームの間の流体連通を可能にする１個又は複数の開口を画定する。本装置はまた、１つ又は複数の供給源より下流に位置し、且つ少なくとも組み合わされたフローストリームを受け入れ、組み合わされたフローストリームから繊維を捕集することにより不織ウェブを形成するように設計された受入領域も備える。
【００１１】
別の実施形態において、本装置は、繊維を含む第１の流体フローストリームを吐出するように構成された第１の供給源と、繊維を含む第２の流体フローストリームを吐出するように構成された第２の供給源と、第１及び第２の供給源より下流にある混合隔壁とを備える。混合隔壁は、第１のフローストリームと第２のフローストリームとの間に位置決めされ、第１のフローストリームと第２のフローストリームとの間の流体連通及び混合を可能にする２個以上の開口を混合隔壁に画定する。本装置は、第１及び第２の供給源より下流に位置し、且つ少なくとも組み合わされたフローストリームを受け入れ、組み合わされたフローストリームを捕集することにより不織ウェブを形成するように設計された受入領域を備える。
【００１２】
さらに別の実施形態において、不織ウェブの作製装置は、繊維を含む第１の液体フローストリームを吐出するように設計された供給源と、供給源より下流にある混合隔壁であって、混合隔壁における１個又は複数の開口を含む混合隔壁と、供給源より下流に位置し、且つフローストリームを受け入れ、フローストリームから繊維を捕集することにより不織ウェブを形成するように設計された受入領域とを備える。
【００１３】
装置を使用した不織ウェブの作製方法が記載される。本方法は、第１の供給源から第１の流体ストリームを吐出するステップを含み、ここで流体ストリームは繊維を含む。本装置は、第１の供給源より下流にある混合隔壁を有し、混合隔壁は第１の供給源からの２つの流路の間に位置決めされる。流路は混合隔壁により分離され、混合隔壁は、少なくとも１つの流路から別の流路への流体連通を可能にする１個又は複数の開口を混合隔壁に画定する。本方法は、供給源の近位及び下流に位置する受入領域に繊維を捕集するステップをさらに含む。受入領域は、供給源から吐出されたフローストリームを受け入れ、且つ繊維を捕集することにより湿潤層を形成するように設計される。本方法のさらなるステップは、湿潤層を乾燥させて不織ウェブを形成するステップである。
【００１４】
本明細書に記載される別の実施形態において、不織ウェブの作製方法が、供給源からファーニッシュ（ｆｕｒｎｉｓｈ）を提供するステップであって、ファーニッシュが少なくとも第１の繊維を含むステップと、不織ウェブの作製装置からファーニッシュのストリームを吐出するステップとを含む。装置は、ストリームの供給源より下流にある混合隔壁を有し、混合隔壁は、ストリームの少なくとも一部分の通過を可能にする少なくとも１個の開口を画定する。本方法は、開口を通過する繊維を、供給源より下流に位置する受入領域に捕集するステップと、残りの繊維を混合隔壁の下流部分において受入領域に捕集するステップと、湿潤層を乾燥させて不織ウェブを形成するステップとをさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】不織ウェブの作製装置の実施形態の概略部分断面図である。
【図２】不織ウェブの作製装置の別の実施形態の概略部分断面図である。
【図３】混合隔壁の例示的構成の上面図である。
【図４】混合隔壁の例示的構成の上面図である。
【図５】混合隔壁の例示的構成の上面図である。
【図６】混合隔壁の例示的構成の上面図である。
【図７】混合隔壁の例示的構成の上面図である。
【図８】混合隔壁の例示的構成の上面図である。
【図９】媒体においてＸ方向の勾配を完成する混合隔壁の等角図である。
【図１０】図９の混合隔壁の上面図である。
【図１１】図９の混合隔壁の側面図である。
【図１２】媒体においてＸ方向の勾配を完成する扇形混合隔壁の上面図である。
【図１３】混合隔壁のさらなる例示的構成の上面図である。
【図１４】混合隔壁のさらなる例示的構成の上面図である。
【図１５】混合隔壁のさらなる例示的構成の上面図である。
【図１６】例示的勾配媒体の性能を示すグラフである。
【図１７】例示的勾配媒体の性能を示すグラフである。
【図１８】例示的勾配媒体の性能を示すグラフである。
【図１９】例示的勾配媒体の性能を示すグラフである。
【図２０】異なる混合隔壁構成で作られた不織ウェブの走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）像である。
【図２１】異なる混合隔壁構成で作られた不織ウェブの走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）像である。
【図２２】異なる混合隔壁構成で作られた不織ウェブの走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）像である。
【図２３】異なる混合隔壁構成で作られた不織ウェブの走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）像である。
【図２４】ある混合隔壁構成により作られた不織ウェブの断面のＳＥＭ像を示し、種々の領域を示す。
【図２５】図２４の媒体の領域のナトリウム含有量のグラフである。
【図２６】図２５及び図２４に関する媒体の生成に使用された４つの異なる混合隔壁構成の上面図である。
【図２７】中実の隔壁を使用して生成された媒体の１３個の領域を示す。
【図２８】開口を備える混合隔壁を使用して生成された勾配媒体の１３個の領域を示す。
【図２９】スロット付き混合隔壁により作製された勾配材料の、従来の二層ラミネート媒体との、及び中実の隔壁により作製された二層媒体との比較であり、表１８に示される。
【図３０】勾配媒体及び非勾配媒体のフーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）スペクトル情報である。
【図３１】勾配媒体及び非勾配媒体のフーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）スペクトル情報である。
【図３２】非勾配媒体及び勾配媒体の電子顕微鏡写真像である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
概して図１−図３２では、関連がある場合には、ｘ寸法、ｙ寸法及びｚ寸法が示される。
【００１７】
フィルタ媒体として使用することのできる不織ウェブが本明細書に記載され、ウェブは第１の繊維と第２の繊維とを含み、及びウェブは、ウェブの何らかの組成、繊維形態又は特性に変化がある領域を含み、且つ変化のない非勾配領域を含むことができる。かかる領域は、上流又は下流のいずれに配置されてもよい。第１の繊維は少なくとも１ミクロンの直径を有し、第２の繊維は多くとも５ミクロンの直径を有することができる。領域は厚さの一部分を含むことができ、厚さの１０％又はそれ以上であってよい。一例において、第２の繊維の濃度がウェブの厚さにわたり変化する。別の例において、第２の繊維の濃度がウェブの幅又は長さにわたり変化する。かかるウェブは、２つ以上の第１の不織不変領域又は２つ以上の第２の勾配領域のいずれかを有することができる。媒体は、定濃度のポリエステル繊維とスペーサー繊維と効率繊維とを含む厚さの第２の領域を有することができる。
【００１８】
ここでウェブの特性の変化についての他の多くの例をさらに記載する。また、ここでは、かかるウェブを作製するための装置及び方法についても記載する。
【００１９】
一実施形態において、厚さを画定する第１の表面と第２の表面とを有するフィルタ媒体を作製することができ、媒体は厚さに少なくとも１つの領域を含み、領域は、ポリエステル繊維と、少なくとも０．３ミクロンの直径を有するスペーサー繊維と、多くとも１５ミクロンの直径を有する効率繊維とを含み、ここでポリエステル繊維は領域において濃度が実質的に変化せず、スペーサー繊維は、スペーサー繊維の濃度が領域にわたり一方の表面から他方の表面に至る方向に増加するように、領域において濃度が変化する。媒体は、３０〜８５ｗｔ％のポリエステル繊維と、２〜４５ｗｔ％のスペーサー繊維と、１０〜７０ｗｔ％の効率繊維とを含む。ポリエステル繊維は二成分繊維を含むことができ；スペーサー繊維はガラス繊維を含むことができ；効率繊維はガラス繊維を含むことができる。スペーサー繊維は単相ポリエステル繊維を含むことができる。
【００２０】
別の実施形態において、幅を画定する第１の縁端と第２の縁端とを有するフィルタ媒体を作製することができ、各縁端は媒体のマシン方向と平行である。媒体は、第１の繊維と第２の繊維とを含む第１の領域を含み、第２の繊維は、第２の繊維の濃度が第１の縁端から第２の縁端にかけて増加するように、第１の領域において濃度が変化する。フィルタ媒体の幅は、定濃度の第１の繊維と第２の繊維とを含む厚さの第２の領域を含むことができる。フィルタ媒体は、厚さを画定する第１の表面と第２の表面とを有することができ、媒体は、勾配を含む第２の領域を含み、第２の領域において第２の繊維は、第２の繊維の濃度が領域にわたり一方の表面から他方の表面に至る方向に増加するように、第２の領域において濃度が変化する。フィルタ媒体において、第２の領域は、媒体の厚さの一部分にわたることができる。フィルタ媒体において、第１の繊維は第１の繊維組成を有し、第２の繊維は、第１の繊維組成と異なる第２の繊維組成を有することができる。フィルタ媒体において、第１の繊維は直径が第２の繊維より大きくてもよい。フィルタ媒体において、幅の中心領域を作製することができ、第２の繊維の濃度はこの中心領域で最も高い。フィルタ媒体において、フィルタ媒体は第１の縁端に隣接した第１の縁端領域と、第２の縁端に隣接した第２の縁端領域とを含み、第２の繊維の濃度は、第２の縁端領域と比べて第１の縁端領域においてより高い。
【００２１】
Ｉ．勾配媒体の必要性及び利点
特定の組成又は特徴に変化又は勾配を有する繊維媒体は、多くの状況で有用である。本開示の技術の実質的な利点の一つは、単一のファーニッシュ組成又は少数からなる一組のファーニッシュからウェットレイド媒体に広範囲の特性及び性能を作り出す能力である。第２の、しかし重要な利点は、単一のウェットレイド媒体形成プロセスを用いてこの広い範囲にわたる製品を生産する能力である。媒体は、形成されると、さらなる処理も追加の層もなしに優れた性能特徴を有する。以下のデータで確認することができるとおり、単一のファーニッシュを使用して、製品寿命が長い広範囲の効率を作り出すことができる。これらの特性は、本発明のウェットレイド法で形成された勾配材料に生じる。効率の変化とは、利点を提供する細孔径の変化を含意する。例えば、細孔径勾配を有する媒体は、いくつかある用途のなかでも特に、粒子状物質のろ過に有利である。フィルタの上流部分における細孔径勾配は、汚染物質を最上流層又は界面に詰まらせるのではなく、媒体の深さを通じて堆積させることにより、フィルタの寿命を延ばすことができる。加えて、制御可能且つ予測可能な勾配特徴、例えば、繊維の化学的性質、繊維径、架橋又は融合又は結合機能性、バインダー又はサイズ剤の存在、微粒子の存在などを有する繊維媒体が、多くの各種用途において有利である。かかる勾配は、ろ過用途で用いられる場合、汚染物質の除去及び貯留における性能の亢進をもたらす。材料の勾配及びその関連属性は、繊維媒体の厚さを通じて、或いは繊維媒体シートのクロスウェブ幅又は長さなどの別の寸法にわたって提供される場合に有利である。
【００２２】
ＩＩ．媒体、装置及び方法の一実施形態の説明
本明細書に記載される技術を用いて、不織布における操作され制御されたウェブ構造を、ウェットレイド法を用いて作製することができ、ここで不織ウェブは、繊維、特性、又は他のろ過に関する一面が、ウェブの第１の表面からウェブの第２の表面に至る方向、又はウェブの第１の縁端からウェブの第２の縁端に至る方向、又はその双方の方向に制御されて変化する領域を有する。操作されたウェブは、従来の１つ又は複数の不織布又は織布ウェブ領域の１つ又は複数を、フィルタ特性の操作された変化を有する本明細書に記載される実施形態に係る１つ又は複数の不織ウェブの１つ又は複数の領域と組み合わせて、ウェットレイド技法を用いて作製することができる。
【００２３】
媒体、方法及び装置のさらなる考察についての背景を提供するため、多くの追加的な異なる実施形態が本明細書で後述されることを認識したうえで、いくつかの特定の実施形態を簡潔に説明する。一実施形態において、かかる媒体は、第１の流体フローストリームと第２の流体フローストリームとを有する装置を使用して作製することができ、各フローストリームは少なくとも１種類の繊維を含む。かかる装置の一例が、図１に示される。この特定の例では、装置１００は第１のフローストリーム１０４の第１の供給源１０２と第２のフローストリーム１０８の第２の供給源１０６とを備える。装置は、混合隔壁１１０と呼ばれる混合隔壁構造であって、そこに開口１１２を画定する構造を使用して、２つのフローストリームの制御された混合を得るように設計及び構成される。混合隔壁はまた、混合ラメラと称することもできる。
【００２４】
第１のフローストリーム１０４は、混合隔壁の下側に位置決めされる受入領域１１４上に流れ、一方、第２のフローストリームは混合隔壁１１０の上面上に流れる。第２のフローストリームの一部は開口１１２を通過して受入領域１１４に至り、従って第１のフローストリーム１０４と第２のフローストリーム１０８との間に混合が起こる。第１のフローストリーム１０４が第１の繊維タイプを含み、及び第２のフローストリーム１０８が第２の繊維タイプを含む実施形態では、得られる不織ウェブは、ウェブの厚さにわたる第２の繊維タイプの勾配分布を有し、ここで第２の繊維タイプの濃度は、図１におけるウェブの向きを用いれば、底面から上面に向かうにつれ低くなる。
【００２５】
図１の装置は、いくつかの点で製紙型の装置と同様であり得る。先行技術における製紙機械は、中実で、且つ２つのフローストリームの混合を最小限しか許容しない隔壁構造を有することが知られている。本発明の混合隔壁構造は、フローストリームの所望のレベル及び配置の混合を得るため少なくとも２つのフローストリームと協働する様々な幾何形状の孔を備えて適合される。混合隔壁は、１個の開口、２個の開口又はそれより多い開口を有することができる。さらに本明細書で詳細に考察するとおり、混合隔壁の開口の形状及び向きによってウェブに特定の勾配構造を実現することが可能となる。
【００２６】
一実施形態において、媒体は、ろ過特性のための成形性、剛性、引張り強さ、低圧縮性、及び機械的安定性；高い粒子状物質負荷容量、使用中の低い圧力損失、並びにろ過流体、例えば、ガス、ミスト、又は液体における使用に好適な細孔径及び効率を有する複合不織ウェットレイド媒体に関する。一実施形態のろ過媒体はウェットレイドであり、ランダムに配向された媒体繊維の配列から構成される。
【００２７】
ＩＩＩ．界面境界なし
混合隔壁を使用したかかる方法によって得られる繊維ウェブは、繊維特徴の勾配があって、且つ特定の繊維の濃度に変化があるが、しかし２つ以上の別個の層は有しない領域を有することができる。この領域は、媒体の厚さ又は幅の全体であっても、又は媒体の厚さ又は幅の一部分であってもよい。ウェブは、記載されるとおりの勾配領域と、繊維又はフィルタ特徴の変化を最小限しか有しない不変領域とを有することができる。繊維ウェブは、２つ以上の別個の層間に確かに界面を有する他の構造に存在するフロー上の欠点がない勾配を有することができる。互いに接合された２つ以上の別個の層を有する他の構造では、ラミネートされた層、ラミネート用接着剤又は任意の２つ以上の層間を分断する界面であり得る界面境界が存在する。例えば、ウェットレイド法において勾配形成用孔あき混合隔壁装置を使用することにより、ウェットレイド媒体の製造においてウェブ形成を制御し、こうしたタイプの別個の界面を回避することが可能である。得られる媒体は、比較的薄く、同時にプリーツ又は他のろ過構造に形成するのに十分な機械的強度を維持するものであり得る。
【００２８】
ＶＩ．主な用語の定義
本特許出願の目的上、用語「ウェブ」は、約０．０５ｍｍから、それより大きい不確定の又は任意の厚さまでの厚さを有するシート状又は平面状の構造を指す。この厚さ寸法は、０．５ｍｍ〜２ｃｍ、０．８ｍｍ〜１ｃｍ又は１ｍｍ〜５ｍｍであってよい。さらに、本特許出願の目的上、用語「ウェブ」は、約２．００ｃｍから不確定の又は任意の幅までの範囲をとることのできる幅を有するシート状又は平面状の構造を指す。長さは不確定の又は任意の長さであってよい。かかるウェブは、柔軟性を有し、機械加工可能で、プリーツ加工可能で、及びその他の方法でフィルタエレメント又はフィルタ構造に形成することが可能である。ウェブは勾配領域を有することができ、また不変領域も有することができる。
【００２９】
本開示の目的上、用語「繊維」は、平均値又は中央値の繊維サイズ又は特徴の周りに（典型的には、実質的に正規分布又はガウス分布で）分布している繊維サイズ又は繊維特徴の範囲内に全ての繊維が含まれるような、組成的に関連性を有する多数の繊維を示す。
【００３０】
用語「フィルタ媒体（ｍｅｄｉａ）」又は「フィルタ媒体（ｍｅｄｉｕｍ）」は、この用語が本開示で使用されるとき、フィルタ構造として少なくとも最小限度の有用性があり、且つ従来の製紙ウェットレイド法で作製された従来の紙、コート用紙又は新聞用紙などのように実質的に不透過層でないように少なくとも最小限の透過性及び多孔性を有する層に関する。
【００３１】
本開示の目的上、用語「勾配」は、ウェブの何らかの特性が、ウェブの少なくとも一領域において、又はウェブにおいて、典型的にはｘ又はｚ方向に変化することを示す。変化はウェブの第１の表面から第２の表面にかけて、又は第１の縁端から第２の縁端にかけて現れることができる。勾配は、物理的特性の勾配であっても、又は化学的特性の勾配であってもよい。媒体は、透過率、細孔径、繊維径、繊維長、効率、固体度（ｓｏｌｉｄｉｔｙ）、湿潤性、耐化学性及び耐温度性からなる群の少なくとも１つの勾配を有することができる。かかる勾配においては、繊維サイズが変化してもよく、繊維濃度が変化してもよく、又は任意の他の組成に関する一面が変化してもよい。さらに、勾配は、細孔径、透過率、固体度及び効率などの媒体の何らかのフィルタ特性が第１の表面から第２の表面にかけて変化し得ることを示すことができる。勾配の別の例は、特定の繊維タイプの濃度の第１の表面から第２の表面にかけての、又は第１の縁端から第２の縁端にかけての変化である。湿潤性、耐化学性、機械的強度及び耐温度性の勾配は、ウェブが、異なる繊維化学を有する繊維の繊維濃度勾配を有する場合に、実現することができる。組成又は特性のかかる変化は、線形勾配分布で現れても、又は非線形勾配分布で現れてもよい。ウェブ又は媒体における繊維の組成又は濃度勾配のいずれも、上流、下流等、媒体における任意の方向に、線形的にも、又は非線形的にも変化することができる。
【００３２】
用語「領域」は、厚さがウェブの全厚より小さいか、又は幅がウェブの全幅より小さい、ウェブの任意に選択された部分を示す。かかる領域はいかなる層、界面又は他の構造によっても画定されず、ウェブにおいてその領域に隣接又は近接する繊維等の同様の領域と比較するためだけに任意に選択される。本開示では、領域は別個の層ではない。かかる領域の例は、図２４、図２７及び図２８に見ることができる。領域においては、第１及び第２の繊維は組成が異なる繊維のブレンドを含むことができ、勾配によって特徴付けられる領域は、媒体の厚さの一部分である。
【００３３】
用語「繊維特徴」は、組成、密度、表面処理、繊維における材料の配列、繊維形態、例えば、直径、長さ、アスペクト比、クリンプ度、断面形状、バルク密度、サイズ分布又はサイズ分散等を含めた、繊維の任意の側面を含む。
【００３４】
用語「繊維形態」は、繊維の形状、形態又は構造を意味する。特定の繊維形態の例としては、ツイスト、クリンプ、ラウンド、リボン様、ストレート又はコイル状が挙げられる。例えば、円形断面を有する繊維は、リボン様形状の繊維とは異なる形態を有する。
【００３５】
用語「繊維サイズ」は形態の一部であって、長さと直径との比である「アスペクト比」を含み、及び「直径」は、繊維の円形断面の直径か、又は繊維の非円形断面の最大断面寸法のいずれかを指す。
【００３６】
本開示の目的上、用語「混合隔壁」は、フローストリームを少なくとも受入範囲と分離し、しかし隔壁に、フローストリームと受入範囲との間での制御された混合程度を提供する開放された範囲を提供することができる機械的バリアを指す。
【００３７】
混合隔壁において、用語「スロット」は、第１の寸法が第２の寸法より著しく大きい、例えば長さが幅より著しく大きい開口を指す。本開示の目的上、「繊維」が参照される。この参照は、繊維源に関するものであることが理解されるべきである。繊維源は、典型的には繊維製品であり、ここでは多数の繊維が同様の組成、直径及び長さ又はアスペクト比を有する。例えば、開示される二成分繊維、ガラス繊維、ポリエステル及び他の繊維タイプは、実質的に同様の繊維を多数有して大量に提供される。かかる繊維は、本発明の媒体又はウェブを形成する目的上、典型的には水相などの液体中に分散される。
【００３８】
用語「足場」繊維は、本発明の文脈では、媒体に機械的強度及び安定性を提供する実質的に定濃度の繊維を意味する。足場繊維の例は、硬化させた二成分繊維、又は硬化層中の繊維と樹脂との組み合わせである。一実施形態において、足場繊維は二成分繊維を含み、第１の繊維及び第２の繊維の双方が、独立してガラス繊維又はポリエステル繊維を含む。別の実施形態において、足場繊維はセルロース系繊維を含み、第１の繊維及び第２の繊維の双方が、独立してガラス繊維又はポリエステル繊維を含む。
【００３９】
用語「スペーサー」繊維は、本発明の媒体の文脈では、媒体の足場繊維に分散させることのできる繊維を意味し、ここでスペーサー繊維は勾配を形成することができ、且つ直径が効率繊維より大きい。
【００４０】
用語「効率」繊維は、本発明の文脈では、勾配を形成することができ、且つ足場繊維又はスペーサー繊維との組み合わせで、細孔径効率を媒体に提供する繊維を意味する。本発明の媒体は、足場繊維、スペーサー繊維及び効率繊維とは別の、さらに追加的な繊維の１つを有することができる。
【００４１】
用語「繊維組成」は、繊維材料の配列を含めた、繊維及び１つ又は複数の繊維材料の化学的性質を意味する。かかる性質は有機的なものであっても、又は無機的なものであってもよい。有機繊維は、典型的には本質上ポリマー又はバイオポリマーである。第１の繊維又は第２の繊維（又は足場繊維若しくはスペーサー繊維は、ガラス、セルロース、麻、アバカス（ａｂａｃｕｓ）、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ハロゲン化ポリマー、ポリウレタン、又はそれらの組み合わせを含む繊維から選択される繊維であってもよい。無機繊維は、ガラス、金属及び他の非有機炭素源材料で作製される。
【００４２】
用語「デプス媒体」又は「デプス負荷媒体」は、ろ過される粒子状物質がデプス媒体の厚さ又はｚ寸法にわたって捕獲及び維持されるフィルタ媒体に関する。実際には、粒子状物質の一部はデプス媒体の表面に蓄積し得るが、デプス媒体の特色は、デプス媒体の厚さの範囲内に粒子状物質を蓄積して保持する能力である。かかる媒体は、典型的には実質的なろ過特性を有する領域を含む。多くの用途、特に比較的高い流量が関わる用途において、デプス媒体を使用することができる。デプス媒体は、一般に、その多孔性、密度又は固体含有率に関して定義される。例えば、２〜３％の固体度の媒体は、全体積の約２〜３％が繊維材料（固体）を含むように繊維が配列され、残りは空気又は気体間隙であるデプス媒体マットであり得る。デプス媒体の定義に有用な別のパラメータは、繊維径である。パーセント固体度を一定に保ち、しかし繊維径（サイズ）を小さくすると、細孔径は小さくなる；すなわちフィルタは効率が高くなり、小粒子をより効果的に捕捉し得る。典型的な従来のデプス媒体フィルタは、比較的一定の（又は一様な）密度の媒体、すなわちデプス媒体の固体度がその厚さにわたって実質的に一定に保たれているシステムである。デプス媒体において、第２の繊維は、第１の上流表面から第２の下流表面にかけて増加することができる。かかる媒体は、負荷領域と効率領域とを含むことができる。
【００４３】
この文脈で「実質的に一定」とは、濃度又は密度などの特性がある場合に、媒体の深さにわたってはその比較的小さい変動しか認められないことを意味する。かかる変動は、例えば、フィルタ媒体が位置決めされている容器によって外側係合面が僅かに圧迫されることにより生じ得る。かかる変動は、例えば、製造過程におけるばらつきによって引き起こされるウェブにおける繊維の僅かではあるが本質的な高密化又は低密化により生じ得る。一般に、デプス媒体構成は、実質的にその体積又は深さを通じた粒子状材料の負荷を提供するように設計することができる。従って、かかる構成は、表面負荷システムと比べて、全フィルタ寿命が経過するまでにより多量の粒子状材料を負荷するように設計することができる。しかしながら、実質的な負荷には固形分が比較的低度の媒体が望ましいため、一般にかかる構成は効率が代償となる。例えば、媒体は、足場、スペーサー又は効率繊維が一様に又は実質的に一定であるように結合された領域である領域を有することができる。結合された領域における第１の繊維は、濃度が一様又は実質的に一定である。
【００４４】
本開示の目的上、用語「表面媒体」又は「表面負荷媒体」は、粒子状物質の大部分がフィルタ媒体の表面に蓄積し、媒体層の厚さの範囲内には粒子状物質がほとんど又は全く見られないフィルタ媒体を指す。多くの場合、表面負荷は、媒体層への粒子状物質の侵入に対するバリアとして働く表面上に形成された細繊維層を使用することにより得られる。
【００４５】
本開示の目的上、用語「細孔径」は、媒体内で繊維材料により形成された間隙を指す。媒体の細孔径は、媒体の電子写真を調べることにより推定することができる。媒体の平均細孔径はまた、Ｐｏｒｏｕｓ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｃ．（Ｉｔｈａｃａ、ＮＹ）から型番ＡＰＰ １２００ ＡＥＸＳＣとして入手可能なキャピラリーフローポロメーターを使用して計算することもできる。
【００４６】
本開示の目的上、用語「結合繊維」は、本発明の媒体又はウェブの形成において、繊維材料が隣接する繊維材料と結合を形成することを示す。かかる結合は、結合系として働く二成分繊維の可融性外側層などの、繊維の固有の特性を利用して形成することができる。或いは、本発明のウェブ又は媒体の繊維材料は、典型的にはバインダー樹脂の水性分散体の形態で提供される別個の樹脂性バインダーを使用して結合することができる。或いは、本発明の繊維はまた、架橋試薬を使用して架橋させ、高温結合により、又は繊維に繊維同士の結合を生じさせることのできる任意の他の結合法により、電子ビーム又は繊維間結合を生じさせることのできる他のエネルギー放射を使用して結合することもできる。
【００４７】
「二成分繊維」は、ある融点を有する少なくとも１つの繊維部分と、より低い融点を有する第２の熱可塑性部分とを有する熱可塑性材料から形成された繊維を意味する。これらの繊維部分の物理的構成は、典型的にはサイド・バイ・サイド構造又はシース−コア構造である。サイド・バイ・サイド構造では、２つの樹脂が典型的にはサイド・バイ・サイド構造で接続された形態で押出しされる。また、先端がより低い融点のポリマーを有するローブ形繊維を使用することもできる。二成分繊維は、フィルタ媒体の３０〜８０ｗｔ．％であってもよい。
【００４８】
本明細書で使用されるとき、用語「供給源」は、起点、例えば繊維を含む流体フローストリームの起点である。供給源の一例はノズルである。別の例はヘッドボックスである。
【００４９】
「ヘッドボックス」は、幅にわたって実質的に一様なファーニッシュフローを送り込むように構成された機器である。ある場合には、ヘッドボックス内の圧力は、ポンプ及び制御装置によって維持される。例えば、エアパッド付きヘッドボックスは、ファーニッシュの上側にある空隙を圧力の制御手段として使用する。ある場合には、ヘッドボックスはまた整流ロールも備え、それらは中に大きな穴を備えるシリンダであり、エアパッド付きヘッドボックス内で低速で回転してファーニッシュの分配を補助する。液圧式ヘッドボックスでは、一群の管、拡張した範囲、及びフロー方向の変化によってファーニッシュの再分配及びフロックの破壊を実現する。
【００５０】
「ファーニッシュ」は、本明細書でこの用語が使用されるとき、繊維と液体とのブレンドである。一実施形態において、液体は水を含む。一実施形態において、液体は水であり、ファーニッシュは水性ファーニッシュである。
【００５１】
「マシン方向」は、ウェブを生産する装置などの装置内を通じてウェブが移動する方向である。また、マシン方向は、材料のウェブの最長寸法の方向でもある。
【００５２】
「クロスウェブ方向」は、マシン方向に垂直な方向である。
【００５３】
「ｘ方向」及び「ｙ方向」は、繊維媒体ウェブのそれぞれ幅及び長さを定義し、及び「ｚ方向」は繊維媒体の厚さ又は深さを定義する。本明細書で使用されるとき、ｘ方向はクロスウェブ方向と同じであり、ｙ方向はマシン方向と同じである。
【００５４】
「下流」は、本明細書でこの用語が使用されるとき、ウェブを形成する装置において少なくとも１つのフローストリームが流れる方向にある。本明細書において第１の成分が第２の成分の下流にあると記載されるとき、それは、第１の成分の少なくとも一部分が第２の成分の全体の下流にあることを意味する。第１の成分が第２の成分の下流にあるとしても、第１の成分と第２の成分との一部分は重なり合ってよい。
【００５５】
ＩＶ．媒体の詳細な説明
ａ．媒体における種々の勾配タイプ
勾配は、ウェブのｘ方向、ｙ方向又はｚ方向のいずれかに生成され得る。ここでは、そうした異なる勾配タイプを生成するために使用される特定の混合隔壁構造についてさらに考察する。勾配はまた、これらの平面の組み合わせで生成されてもよい。勾配は、少なくとも２つの繊維の相対的な分布を調整することにより完成される。少なくとも２つの繊維は、組成、長さ、直径、アスペクト比、形態又はそれらの組み合わせなどの異なる物理的特性を有することによって互いに異なり得る。例えば２つの繊維は、第１のガラス繊維が０．８ミクロンの平均直径を有し、且つ第２のガラス繊維が５ミクロンの平均直径を有するなど、直径が異なってもよい。
【００５６】
勾配を形成する少なくとも２つの繊維は、異なる化学組成、コーティング処理、又はその双方を有することによって互いに異なり得る。例えば、第１の繊維がガラス繊維である一方、第２の繊維がセルロース系繊維であってもよい。
【００５７】
本明細書に記載される不織ウェブは、例えば、細孔径、架橋密度、透過率、平均繊維サイズ、材料密度、固体度、効率、液体流動性、湿潤性、繊維表面化学、表面化学、又はそれらの組み合わせの勾配を定義することができる。ウェブはまた、繊維、バインダー、樹脂、粒子状物質、架橋剤などを含む材料に比例して勾配を有するように製造することもできる。ここまで少なくとも２つの繊維について考察したが、本発明の多くの実施形態は、３、４、５、６種又はそれ以上の繊維タイプを含む。第２、第３、及び第４の繊維タイプの濃度はウェブの一部分にわたって変化させることが可能である。
【００５８】
ｂ．勾配領域と不変領域とを備える媒体
本明細書に記載される実施形態の媒体は、勾配特徴を有することができる。本発明の一態様において、媒体は２つ以上の領域を有することができる。第１の領域は、上記に定義及び考察されるとおりの確定された勾配を備える媒体の厚さの一部分を含むことができる。他の領域は、勾配か、又はいかなる重要な勾配特徴も実質的に存在しない不変媒体特徴かのいずれかを有する媒体の厚さの別の部分を含むことができる。かかる媒体は、本発明の方法及び機械を用いて、機械によって放出される繊維から形成される層が、不変媒体を含む第１の領域と勾配媒体を含む第２の領域とを備えるかかる媒体を形成するような機械設定により形成することができる。媒体は、ラミネート構造及び接着剤又は領域間に一切の顕著な界面が実質的に存在しないように作製することができる。媒体には、少なくとも約３０ｗｔ％且つ多くとも約７０ｗｔ％の二成分繊維と、ポリエステル繊維又はガラス繊維を含む少なくとも約３０ｗｔ％且つ多くとも約７０ｗｔ％の第２の繊維とがあり、ここで第２の繊維の濃度は、第１の表面から第２の表面にかけて増加する連続勾配となるよう形成される。大部分、領域の繊維は特徴が同様であってもよく、又は実質的に異なってもよい。例えば、不変領域が、セルロース系繊維、ポリエステル繊維、又は混合セルロース系合成繊維の領域を含み、一方、勾配領域が二成分繊維若しくはガラス繊維、又は本開示の他の場所に開示される他の繊維若しくは繊維の混合を含んでもよい。
【００５９】
機械設定に応じて、本発明の方法における領域の形成は、典型的には形成用ワイヤ上に湿潤層を形成し、次に液体を除去することで、さらなる乾燥及び他の処理に繊維層を残すことより行われる。最終的な乾燥した媒体において、領域は様々な厚さを有することができる。かかる媒体は、約０．３ｍｍ〜５ｍｍ、０．４ｍｍ〜３ｍｍ、０．５ｍｍ〜１ｍｍ、少なくとも０．０５ｍｍ又はそれより大きい範囲の厚さを有することができる。かかる媒体は、媒体の厚さの約１％〜約９０％の範囲であってよい勾配領域の層を有することができる。或いは、勾配層の厚さは、媒体の厚さの約５％〜約９５％を含むことができる。本発明の媒体の勾配のさらに別の態様は、勾配が媒体の厚さの１０％〜８０％である媒体を含む。本発明のなおさらに別の実施形態は、勾配層の厚さが媒体全体の厚さの約２０％〜約８０％である媒体を含む。同様に、媒体は不変領域を含むことができ、不変領域は媒体の厚さの１％より大きく、媒体の厚さの５％より大きく、媒体の厚さの１０％より大きく、又は媒体の厚さの２０％より大きい。
【００６０】
一実施形態において、勾配領域の下部におけるある繊維の濃度は、勾配領域の上部における当該繊維の濃度より少なくとも１０％高い。別の実施形態において、勾配領域の下部におけるある繊維の濃度は、勾配領域の上部における当該繊維の濃度より少なくとも１５％高い。別の実施形態において、勾配領域の下部におけるある繊維の濃度は、勾配領域の上部における当該繊維の濃度より少なくとも２０％高い。
【００６１】
媒体に不変領域と勾配領域とを有することで、数多くの機能を果たすことができる。一実施形態において、勾配層は、小粒子を捕捉する初期上流層として働くことができ、それにより媒体の寿命が長くなる。本発明のなお別の実施形態は、不変領域が、特定の粒径で効率的に動作するように設計されたフィルタ特徴を有する上流層である媒体に関する。かかる実施形態では、次に不変領域は、特定の粒径の実質的な量を媒体から除去することで、勾配媒体が他の粒径を除去する補助として働くことができ、それによりフィルタ寿命が長くなる。理解され得るとおり、様々な異なる用途において特定の流体層から特定の粒子タイプをろ過する目的に対し、不変層と勾配領域との使用を操作することができる。
【００６２】
ｃ．繊維の例
繊維は、様々な組成、直径及びアスペクト比であってよい。不織ウェブに勾配を形成するための本明細書に記載される概念は、ウェブを作るために使用される特定の繊維ストックとは無関係である。繊維の組成上のアイデンティティについて、当業者はあらゆる繊維を有用と判断し得る。かかる繊維は、通常は有機製品又は無機製品のいずれかから処理される。特定の用途の勾配要件により、繊維、又は繊維の組み合わせの選択をより好適なものとし得る。勾配媒体の繊維は、二成分、ガラス、セルロース、麻、アバカス、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ハロゲン化ポリマー、ポリウレタン、アクリル又はそれらの組み合わせを含んでもよい。
【００６３】
合成繊維と天然繊維との組み合わせ、及び処理された繊維と未処理繊維との組み合わせを含む繊維の組み合わせを、複合材において好適に使用することができる。
【００６４】
セルロース、セルロース系繊維又は混合セルロース／合成繊維は、複合材媒体の基本成分であり得る。セルロース系繊維は別個の層であっても、又は足場繊維若しくはスペーサー繊維であってもよく、及び少なくとも約２０ミクロン且つ多くとも約３０ミクロンの直径を有することができる。他の供給源からも入手可能であるが、セルロース系繊維は主に木材パルプから誘導される。本発明での使用に好適な木材パルプ繊維は、クラフト法及び亜硫酸法などの公知の化学的方法により、続く漂白を伴い又は伴わず得ることができる。パルプ繊維はまた、サーモメカニカル法、ケミサーモメカニカル法、又はそれらの組み合わせによって処理することもできる。好ましいパルプ繊維はケミカル法によって生産される。砕木繊維、再生又は二次木材パルプ繊維、並びにさらし及び未さらし木材パルプ繊維を使用することができる。針葉樹及び広葉樹を使用することができる。木材パルプ繊維の選択の詳細は当業者に周知されている。これらの繊維は数多くの企業から市販されている。木材パルプ繊維はまた、本発明において使用する前に前処理することもできる。この前処理は、物理的又は化学的処理、例えば他の繊維タイプと組み合わせたり、繊維を蒸気にかけたりすることなど、又は化学的処理、例えば、様々な架橋剤のいずれか１つを使用してセルロース繊維を架橋することなどを含み得る。架橋は繊維かさ高及び弾性を高める。
【００６５】
合成繊維としては、ポリマー繊維、例えば、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール（様々な加水分解度のもの）、ポリ酢酸ビニル繊維が挙げられ、これもまた複合材に使用することができる。好適な合成繊維としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、及びレーヨン繊維が挙げられる。他の好適な合成繊維としては、熱可塑性ポリマーから作製されたもの、熱可塑性ポリマーで被覆されたセルロース系材料及び他の繊維、及び成分の少なくとも１つが熱可塑性ポリマーを含む多成分繊維が挙げられる。単一成分繊維及び多成分繊維は、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、及び他の従来の熱可塑性繊維材料から製造することができる。
【００６６】
限定として解釈されてはならないが、繊維の前処理の例は、繊維の表面化学を修飾する界面活性剤又は他の液体の適用を含む。他の前処理は、抗菌剤、色素、染料及び高密度化剤又は軟化剤の取り込みを含む。熱可塑性及び熱硬化性樹脂などの他の化学物質で前処理された繊維もまた使用され得る。前処理の組み合わせもまた用いられ得る。同様の処理を、前処理プロセスにおける複合材の形成後に適用することもできる。
【００６７】
ウェブの繊維として使用することのできるガラス繊維媒体及び二成分繊維媒体が、２００７年１２月１８日に発行された米国特許第７，３０９，３７２号明細書（全体として参照により本明細書に援用される）に開示されている。ウェブの繊維として使用することのできるガラス繊維媒体及び二成分繊維媒体のさらなる例が、２００６年５月１１日に公開された米国特許出願公開第２００６／００９６９３２号明細書（同様に全体として参照により本明細書に援用される）に開示されている。
【００６８】
本明細書に記載されるウェブの製造には、相当な割合のガラス繊維を使用することができる。ガラス繊維は媒体の約３０〜７０ｗｔ．％を含むことができる。ガラス繊維は細孔径の制御を提供し、及び媒体において他の繊維と連係することで、大きい流量、高い能力、大きい効率及び高い湿潤強度の媒体が得られる。用語のガラス繊維「供給源」は、他と明確に区別される原材料として利用可能な平均直径及び長さ又はアスペクト比によって特徴付けられる定義された組成の多数の繊維のガラス繊維製品を意味する。好適なガラス繊維供給源は、例えば、Ｓｕｍｍｅｒｖｉｌｌｅ、Ｓｏｕｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ、米国を所在地とするＬａｕｓｃｈａ Ｆｉｂｅｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌから、５ミクロンの直径を有するＢ５０Ｒ、１ミクロンの直径を有するＢ０１０Ｆ、又は０．８ミクロンの直径を有するＢ０８Ｆとして市販されている。同様の繊維が他の販売業者からも利用可能である。
【００６９】
「二成分繊維」は、ある融点を有する少なくとも１つの繊維部分と、それより低い融点を有する第２の熱可塑性部分とを有する熱可塑性材料から形成された繊維を意味する。これらの繊維部分の物理的構成は、典型的にはサイド・バイ・サイド構造又はシース−コア構造である。サイド・バイ・サイド構造では、２つの樹脂が、典型的にはサイド・バイ・サイド構造で接続された形態で押出される。シース−コア構造では、より低い融点を有する材料がシースを形成する。また、先端がより低い融点のポリマーを有するローブ形繊維を使用することも可能である。
【００７０】
二成分（シース／コア又はサイド・バイ・サイド）繊維のポリマーは、異なる熱可塑性材料、例えば、ポリオレフィン、例えばポリエチレンシースが、コア、例えばポリエステルより低い温度で溶融するポリオレフィン／ポリエステル（シース／コア）二成分繊維などから構成されてもよい。典型的な熱可塑性ポリマーとしては、ポリオレフィン、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、及びそれらの共重合体、及びポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルが挙げられる。具体的な例は、ＤｕＰｏｎｔから入手可能な２７１Ｐとして知られるポリエステル二成分繊維である。他の繊維としては、Ｆｉｂｅｒ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｃｉｔｙ、Ｔｅｎｎｅｓｓｅｅ）から入手可能なＦＩＴ２０１、日本の株式会社クラレから入手可能なＫｕｒａｒａｙ Ｎ７２０、及び日本のユニチカ株式会社から入手可能なＵｎｉｔｉｋａ ４０８０、及び同様の材料が挙げられる。他の繊維としては、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化酢酸ビニル、ポリビニルブチラール、アクリル樹脂、例えばポリアクリレート、及びポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリアミド、すなわちナイロン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリウレタン、セルロース系樹脂、すなわち硝酸セルロース、酢酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、エチルセルロース等、上記の材料のいずれかの共重合体、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、Ｋｒａｔｏｎゴムなどが挙げられる。第１の繊維又は足場繊維は、各々が独立してポリエステル又はポリオレフィンを含むコアとシェルとを含む二成分繊維を含むことができる。
【００７１】
これらのポリマーは全て、最初の溶融が完了するとシースが架橋するという特徴を示す。これは、適用温度が典型的にはシース溶融温度を上回る液体用途には重要である。
【００７２】
不織媒体は、多数の親水性、疎水性、親油性、及び疎油性のいずれもの繊維から作製される二次繊維を含むことができる。これらの繊維は、他の繊維と協働することにより、機械的に安定な、しかし強力で透過性を有するろ過媒体を形成し、このろ過媒体は、流体材料が通過する機械的応力に耐えることができ、且つ使用中、粒子状物質の負荷を維持することができる。二次繊維は、典型的には約０．１〜約５０ミクロンの範囲であってもよい直径を有する一成分繊維であり、自然界に存在する綿、亜麻、羊毛、様々なセルロース系及びタンパク質性天然繊維、レーヨン、アクリル、アラミド、ナイロン、ポリオレフィン、ポリエステル繊維を含む合成繊維を含め、様々な材料から作製することができる。二次繊維のあるタイプは、他の成分と協働して材料をシート状に結合するバインダー繊維である。二次繊維の別のタイプは、他の成分と協働して乾燥及び湿潤条件下の材料の引張り強さ及び破裂強さを増加させる構造繊維である。加えて、バインダー繊維は、ＰＴＦＥ、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコールなどのポリマーから作製された繊維を含むことができる。二次繊維はまた、炭素／グラファイト繊維、金属繊維、セラミック繊維及びそれらの組み合わせなどの無機繊維も含むことができる。導電性繊維の（例えば）炭素繊維又はアルミニウム、ステンレス鋼、銅等を含む金属繊維は、媒体に電気的勾配を提供することができる。環境上及び製造上問題となるため、製造及び使用中に化学的及び機械的に安定な繊維が好ましい。かかる繊維はいずれも、異なる直径の繊維のブレンドを含むことができる。
【００７３】
ｄ．バインダー樹脂の選択肢
バインダー樹脂を使用することで、足場繊維及び他の繊維、典型的には二成分繊維が存在しない場合におけるセルロース系繊維、ポリエステル繊維又はガラス繊維などを結合して機械的に安定した媒体とすることを補助することができる。かかるバインダー樹脂材料は乾燥粉末又は溶媒系として使用することができるが、しかし典型的にはビニル熱可塑性樹脂の水性分散体（ラテックス又は数多くのラチスのうちの一つ）である。バインダーとして使用される樹脂は、媒体に直接添加されて分散体を作製する水溶性又は分散性ポリマーの形態であってもよく、又は媒体の形成後に加えられる熱によりバインダーとして活性化されるアラミド及びガラス繊維と混ぜ合わされた樹脂材料の熱可塑性バインダー繊維の形態であってもよい。樹脂としては、セルロース系材料、酢酸ビニル材料、塩化ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアセチル樹脂、アクリル樹脂、メタクリル酸樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレン酢酸ビニル共重合体樹脂、熱硬化性樹脂、例えば、尿素フェノール、尿素ホルムアルデヒド、メラミン、エポキシ、ポリウレタン、硬化性不飽和ポリエステル樹脂、多環芳香族樹脂、レソルシノール樹脂及び同様のエラストマー樹脂が挙げられる。水溶性又は分散性バインダーポリマーに好ましい材料は、概して、アクリル樹脂、メタクリル酸樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリ尿素、ポリウレタン、メラミンホルムアルデヒド樹脂、ポリエステル及びアルキド樹脂などの水溶性又は水分散性熱硬化性樹脂であり、具体的には、媒体作製業界で一般的に使用されている水溶性アクリル樹脂、メタクリル酸樹脂、ポリアミド樹脂である。かかるバインダー樹脂は、典型的には繊維を被覆し、最終的な不織マトリックスにおいて繊維同士を接着する。十分な樹脂をファーニッシュに添加することで、シート、媒体、又はフィルタ材料に形成された細孔のフィルムオーバー（ｆｉｌｍ ｏｖｅｒ）を発生させることなく繊維を完全に被覆することができる。樹脂は、エラストマー、熱硬化性樹脂、ゲル、ビーズ、ペレット、フレーク、粒子、又はナノ構造であってよく、及び媒体作製中にファーニッシュに添加しても、又は形成後に媒体に加えられてもよい。
【００７４】
各不織構造において三次元不織繊維ウェブを一体に結合するために使用される、又は追加的な接着剤として使用されるラテックスバインダーは、当該技術分野において公知の様々なラテックス接着剤から選択することができる。当業者は、結合するセルロース系繊維のタイプに応じて具体的なラテックス接着剤を選択することができる。ラテックス接着剤は、噴霧又は発泡などの公知の技法により適用され得る。概して、最初に１５〜２５％の固形分を有するラテックス接着剤が使用される。分散体は、繊維を分散させた後にバインダー材料を添加するか、又はバインダー材料を分散させた後に繊維を添加することにより作製することができる。分散体はまた、繊維の分散体をバインダー材料の分散体と組み合わせることにより作製することもできる。分散体中の全繊維の濃度は、分散体の総重量を基準として０．０１〜５又は０．００５〜２重量％の範囲であってよい。分散体中のバインダー材料の濃度は、繊維の総重量を基準として１０〜５０重量％の範囲であってよい。サイズ剤、充填剤、着色剤、歩留り向上剤、代替資源由来の再生繊維、バインダー、接着剤、架橋剤、粒子、抗菌剤、繊維、樹脂、粒子、小分子有機又は無機材料、又はそれらの任意の混合物を、分散体に含めることができる。
【００７５】
ｅ．選択的結合用コーティング
選択的結合用コーティング又は元素とは、相手材料を選択的に結合する部分を指す。かかるコーティング又は元素は、標的相手材料を繊維に選択的に付着又は捕捉させるのに有用である。
【００７６】
かかるコーティング又は元素として有用な部分の例としては、生化学的、有機化学的又は無機化学的分子種が挙げられ、天然的、合成的又は組換え的方法によって誘導することができる。かかる部分としては、例えば、吸収剤、吸着剤、ポリマー、セルロース系材料、並びに巨大分子、例えば、ポリペプチド、核酸、炭水化物及び脂質が挙げられる。かかるコーティングはまた、フィルタ加工中に流体ストリームに対して可溶性又は不溶性の成分と反応することができる反応性化学コーティングを含むこともできる。かかるコーティングは、小分子又は大分子とポリマーコーティング材料との双方を含むことができる。かかるコーティングは、繊維の表面上で化学反応を達成するために繊維成分上に堆積されても、又はそれに対して接着されてもよい。
【００７７】
繊維に付着させることができ、且つ標的相手材料と選択的な結合性を示す他のかかるコーティング又は元素は、当該技術分野において公知であり、本明細書に提供される教示及び指針をふまえて本発明の機器、装置又は方法において用いることができる。
【００７８】
ｆ．化学反応性粒子状物質
本明細書に記載される実施形態の媒体中には、化学反応性粒子状物質を分散させることができる。
【００７９】
本発明の粒子状物質は、有機材料及び無機材料及び混成物のいずれからも作製することができる。粒子状物質としては、活性炭素などの炭素粒子、イオン交換樹脂／ビーズ、ゼオライト粒子、珪藻土、活性アルミナなどのアルミナ粒子、ポリマー粒子、例えば、スチレン単量体、及び市販の超吸収剤粒子などの吸収剤粒子を挙げることができる。有機粒子状物質は、発泡又はその他のポリスチレン又はスチレン共重合体、ナイロン又はナイロン共重合体、ポリオレフィンポリマー、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン、オレフィン共重合体、プロピレンオレフィン共重合体、アクリルポリマー及びポリメチルメタクリレートを含む共重合体、及びポリアクリロニトリルから作製することができる。さらに、粒子状物質はセルロース系材料及びセルロース誘導体ビーズを含むことができる。かかるビーズは、セルロース、又はメチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースなどのセルロース誘導体から製造することができる。さらに、粒子状物質は、珪藻土、ゼオライト、タルク、クレー、シリケート、溶融二酸化ケイ素、ガラスビーズ、セラミックビーズ、金属粒子状物質、金属酸化物等を含むことができる。本発明の粒子状物質はまた、所定の長さ及び直径を有する反応性の吸収剤又は吸着剤繊維様構造を含むこともできる。添加剤の他の例は、反応性コーティングを有する粒子である。
【００８０】
粒子は、繊維マット内の異なる層中にあり得る。勾配媒体の最終的な特性に役立つ粒子状物質、繊維、樹脂、又はそれらの任意の混合物は、勾配媒体を作製又は仕上げ加工するプロセスの間のいずれの時点で分散体に添加されてもよい。
【００８１】
ｅ．添加剤
サイズ剤、充填剤、着色剤、歩留り向上剤、代替資源由来の再生繊維、バインダー、接着剤、架橋剤、粒子、又は抗菌剤の添加剤は、水性分散体に添加されてもよい。
【００８２】
ｆ．媒体における界面構造の欠如
先行技術では、第１の層を第２の層と別に形成し、次に層を組み合わせることによって特定の構造が作製されるため、得られる媒体の厚さにわたり媒体特徴が段階的に変化する結果となっていた。かかる組み合わせは、典型的には層間の界面の形成を伴う。かかる界面は、時に、個別にラミネートされたシートとしては繊維がラミネーション前のシートともはや同じ物理的状態にない押し潰された繊維によって特徴付けられる層間の領域を含む。他の界面は、層を結合する接着剤を含む。本明細書に記載される不織ウェブの実施形態の多くでは、押し潰された層界面及び接着剤層界面を含むかかる界面の影響は不織ウェブに存在しない。
【００８３】
本明細書に記載される媒体の一実施形態は、繊維ウェブ内のｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向などにいかなる境界又はバリアも存在しないことによって特徴付けられる。
【００８４】
Ｖ．方法及び装置の詳細な説明
本発明の技術の実質的な利点は、１つの、又は限られた一組のファーニッシュと、一段階ウェットレイド法とを用いて広範囲の有用な特性を有する一連の媒体が得られることである。
【００８５】
ａ．方法
ある実施形態では、本発明はシングルパスウェットレイド法を利用して繊維マットの寸法の範囲内に勾配を生成する。シングルパスとは、勾配媒体を作成する一プロダクションランの間に、領域における繊維の混合及び１つ又は複数の混合ファーニッシュの堆積が１回のみ行われることを意味する。勾配を増進させるためにそれ以上の処理が行われることはない。混合隔壁装置を使用するシングルパス法は、媒体内に識別し得る又は検知し得る界面のない勾配媒体を提供する。媒体内の勾配は、上部から下部にかけて、又は媒体の厚さにわたり規定することができる。それに代えて又は加えて、媒体内の勾配は、媒体の長さ又は幅寸法にわたり規定されてもよい。
【００８６】
一実施形態において、不織ウェブの作製方法は、第１の供給源から第１の流体ストリームを吐出するステップを含み、ここで流体ストリームは繊維を含む。この方法で使用される装置は、第１の供給源より下流にある混合隔壁を有し、混合隔壁は第１の供給源からの２つの流路の間に位置決めされる。流路は混合隔壁によって分離され、混合隔壁は、少なくとも１つの流路から別の流路への流体連通を可能にする１個又は複数の開口を混合隔壁に画定する。本方法は、供給源の近位及び下流に位置する受入領域に繊維を捕集するステップをさらに含む。受入領域は、供給源から吐出されたフローストリームを受け入れ、繊維を捕集することにより湿潤層を形成するように設計される。本方法のさらなるステップは、湿潤層を乾燥させて不織ウェブを形成するステップである。
【００８７】
別の実施形態において、不織ウェブの作製方法は、供給源からファーニッシュを提供するステップであって、ファーニッシュが少なくとも第１の繊維を含むステップと、不織ウェブの作製装置からファーニッシュのストリームを吐出するステップとを含む。装置は、ストリームの供給源より下流にある混合隔壁を有し、混合隔壁は、ストリームの少なくとも一部分の通過を可能にする少なくとも１個の開口を画定する。本方法は、開口を通過する繊維を、供給源より下流に位置する受入領域に捕集するステップと、残りの繊維を混合隔壁の下流部分において受入領域に捕集するステップと、湿潤層を乾燥させて不織ウェブを形成するステップとをさらに含む。
【００８８】
ｂ．混合隔壁の一般的原理
一実施形態において、混合隔壁は、傾斜型製紙機械又は本明細書でさらに考察する他の機械などの改良された紙漉機に関連して使用される。混合隔壁は水平面上に位置決めすることも、又は下向き若しくは上向きの傾斜面上に位置決めすることもできる。ファーニッシュは、機械において供給源を出ると、形成ゾーン又は受入領域に進む。ファーニッシュは、少なくとも最初は混合隔壁によって分離される。本発明の混合隔壁は、その表面にスロット又は開口を有する。
【００８９】
本発明の混合隔壁装置を使用して形成される勾配媒体は、供給源から供給されたファーニッシュが移動時に局所的に制御された形で混合される結果である。混合隔壁の設計については多くの異なる選択肢がある。例えば、混合隔壁の始点における開口がより大きいか、又はより多数あると、ファーニッシュが最も多く水を保持しているときにより多くの混合が生じ得る。混合隔壁の終点における開口がより大きいか、又はより多数あると、液体がより多く除去された後に混合が起こる。ファーニッシュ中に存在する材料及び所望の最終的な特性に応じて、媒体形成プロセスの早い段階でより多く混合するか、又は媒体形成プロセスの後半で繊維をより多く混合することで、勾配繊維媒体の最終的な構成に利点が提供され得る。
【００９０】
本発明の装置及び方法を使用して２つより多いファーニッシュを用いると、３つ以上の繊維勾配を形成することができる。さらに、１つ又は１つより多い混合隔壁が用いられてもよい。クロスウェブに変化する混合隔壁の開口パターンを選択することにより、媒体形成中に混合をクロスウェブに変化させ得ることは理解されるであろう。本発明の機械及び混合隔壁が、この変化及び制御を容易且つ効率的に提供することは理解されるであろう。勾配媒体が、混合隔壁に対する１回のパス又は適用で形成され得ることは理解されるであろう。識別可能な別個の界面を持たず、しかし制御可能な化学的又は物理的特性は有する勾配材料、例えば繊維媒体が、本発明の装置及び方法を用いて形成され得ることは理解されるであろう。例えば変化させ得る繊維サイズの濃度又は比率が、特定の勾配媒体全体にわたる細孔密度の増加又は減少をもたらすことは理解されるであろう。このように形成された繊維媒体は、有利には多種多様な用途に用いられ得る。
【００９１】
一実施形態において、混合隔壁は不織ウェブの作製装置に用いられ、ここで装置は、繊維を含む第１の流体フローストリームと、同様に繊維を含む第２の流体フローストリームとを吐出するように構成された１つ又は複数の供給源を含む。混合隔壁は、１つ又は複数の供給源の下流、且つ第１のフローストリームと第２のフローストリームとの間に位置決めされる。混合隔壁は、２つのフローストリームの間の流体連通を可能にする１個又は複数の開口を画定する。装置はまた、１つ又は複数の供給源より下流に位置し、且つ少なくとも組み合わされたフローストリームを受け入れ、組み合わされたフローストリームから繊維を捕集することにより不織ウェブを形成するように設計された受入領域も含む。
【００９２】
別の実施形態において、混合隔壁は、繊維を含む第１の流体フローストリームを吐出するように構成された第１の供給源と、同様に繊維を含む第２の流体フローストリームを吐出するように構成された第２の供給源とを含む装置に含まれる。混合隔壁は第１及び第２の供給源より下流にあり、第１のフローストリームと第２のフローストリームとの間に位置決めされ、及び第１のフローストリームと第２のフローストリームとの間の流体連通及び混合を可能にする２個以上の開口を混合隔壁に画定する。装置はまた、第１及び第２の供給源より下流に位置し、且つ少なくとも組み合わされたフローストリームを受け入れ、組み合わされたフローストリームを捕集することにより不織ウェブを形成するように設計された受入領域も含む。
【００９３】
さらに別の実施形態において、不織ウェブの作製装置は、繊維を含む第１の液体フローストリームを吐出するように設計された供給源と、供給源より下流にある混合隔壁であって、混合隔壁における１個又は複数の開口を含む混合隔壁と、供給源より下流に位置し、且つフローストリームを受け入れ、フローストリームから繊維を捕集することにより不織ウェブを形成するように設計された受入領域とを含む。
【００９４】
ここで、さらなる具体的な実施形態を記載する。
【００９５】
ｃ．２つのフローストリームを含む実施形態（図１）
先に考察したとおり、図１は、２つの供給源１０２、１０６と混合隔壁１１０とを備える改良された傾斜型製紙装置又は機械１００に沿った概略断面図を示す。異なる装置の実施形態を図２に関連して考察し、図２は、１つの供給源を備える改良された傾斜型製紙機械２００の概略図である。
【００９６】
供給源１０２、１０６は、ヘッドボックスとして構成することができる。ヘッドボックスは、幅にわたる実質的に一様なファーニッシュフローを送り込むように構成された機器である。
【００９７】
混合隔壁は、機械の排水部全体に及び、且つ機械のサイドレールに連結するように設計することができる。混合隔壁は受入領域の全幅にわたり延在することができる。
【００９８】
図１の傾斜型製紙機械は、供給源１０２、１０６から離れるほうにフローストリーム１０４、１０８を搬送する２本の送液管１１５、１１６を含む。図１は、上下に位置決めされた２個の供給源を示す。しかしながら、装置１００は１、２、３個又はそれより多く積み重ねられた供給源、他の供給源に送液する供給源、混合隔壁の遠位端でマシン方向にずらして配置された供給源、及び混合隔壁の遠位端でクロスウェブ方向にずらして配置された供給源を含むことができる。単一の供給源構成の場合、供給源は、２つのフローストリームを提供するためファーニッシュを分離し得る内部隔壁を含み得る。
【００９９】
送液管１１５、１１６には、フローストリームの動きを促進するようにいくらか角度が付与され得る。図１の実施形態では、送液管１１５、１１６には下向きの角度が付与されている。混合隔壁１１０は、上側送液管１１６の遠位端に存在する。混合隔壁には、生産される勾配媒体に応じて下向き又は上向きの角度が付与され得る。混合隔壁１１０は開口１１２を画定し、開口１１２については本明細書でさらに説明する。混合隔壁は、供給源に最も近い近位端１２２と、供給源から遠く離れた遠位端１２４とを有する。
【０１００】
図１の実施形態では、開口１１２は、ワイヤガイド１１８の上側にある混合隔壁１１０の一部分に画定される。しかしながら、他の実施形態において、混合隔壁は、２つのフローストリーム１１５と１１６との間など、装置のより上流部分に開口を画定する。
【０１０１】
下側送液管１１５の遠位端において、第１のフローストリーム１０４は、当該技術分野において公知のローラ（図示せず）に巻き取られるワイヤガイド１１８上に移送される。ワイヤガイドにおいて、第１のフローストリーム１０４のファーニッシュは受入領域１１４に入る。第２のフローストリーム１０８のファーニッシュの一部は、開口１１２の寸法によって可能な限りに従い開口１１２を通じて受入領域１１４に下りる。結果として、第２のフローストリーム１０８は受入領域１１４内で第１のフローストリーム１０４と混合され、混和される。
【０１０２】
混合隔壁開口１１２の寸法及び位置は、第１のフローストリームと第２のフローストリームとの混合のタイミング及びレベルに大きい影響を有し得る。一実施形態において、第２のフローストリーム１０８の第１の部分が第１の開口を通過し、第２のフローストリームの第２の部分が第２の開口を通過し、及び第２のフローストリームの第３の部分が第３の開口を通過し、及び以下同様に通過して、第２のフローストリームのあらゆる残り部分は混合隔壁の遠位端１２４を越えて受入領域１１４に至る。
【０１０３】
十分に希薄な第１及び第２のファーニッシュは、受入領域の混合部分内での２つのフローストリームからの繊維の混合を促進する。ファーニッシュ中では、繊維は水などの流体及び添加剤中に分散している。一実施形態において、ファーニッシュの一方又は双方が水性ファーニッシュである。ある実施形態では、ファーニッシュ中の繊維の重量パーセント（ｗｔ．％）は、約０．０１〜１ｗｔ．％の範囲であり得る。ある実施形態では、ファーニッシュ中の繊維の重量％は、約０．０１〜０．１ｗｔ．％の範囲であり得る。ある実施形態では、ファーニッシュ中の繊維の重量％は、約０．０３〜０．０９ｗｔ．％の範囲であり得る。ある実施形態では、水溶液中の繊維の重量％は、０．０２〜０．０５ｗｔ．％の範囲であり得る。一実施形態において、フローストリームの少なくとも一方は、１リットル当たり約２０グラム未満の繊維の繊維濃度を有するファーニッシュである。
【０１０４】
水、又は他の溶媒及び添加剤は、受入領域１１４の下方にある排水ボックス１３０に捕集される。水及び溶媒１３２の捕集は、過剰な流体を受入領域から抜き出すため、重力、真空抽出又は他の乾燥手段により補助されてもよい。繊維のさらなる互いの混合及び混和が、排水ボックス１３０に加えられる真空などの流体捕集手段に応じて起こり得る。例えば、受入領域からの流体の真空抽出レベルをより強くすることにより、両面性とも称される、媒体が両側面間に違いを有する可能性がより高くなり得る。また、排水ボックスを選択的に閉鎖又は遮断することによるなどして水の除去程度を低減した範囲では、２つのフローストリームの互いの混合が高まる結果となり得る。さらには、第１のフローストリーム１０４のファーニッシュを混合隔壁の開口１１２に上向きに通過させる背圧を生成し、第２のフローストリーム１０８とより高度に混合することができる。
【０１０５】
改良された傾斜型製紙機械１００は上部囲壁１５２を備えても、又は開放された構成（図示せず）であってもよい。
【０１０６】
供給源１０２、１０６及び送液管１１５、１１６は全て、極めて希薄の繊維スラリーを繊維媒体に形成するように設計された機械であるＤｅｌｔａｆｏｒｍｅｒ（商標）機（Ｇｌｅｎｓ Ｆａｌｌｓ Ｉｎｔｅｒｗｅｂ，Ｉｎｃ．（Ｓｏｕｔｈ Ｇｌｅｎｓ Ｆａｌｌｓ、ＮＹ）から入手可能）などのハイドロフォーマ機械１５４の一部であってもよい。
【０１０７】
ｄ．単一供給源とふるい状混合隔壁とによる方法（図２）
図２は、連続勾配媒体を形成するための装置２００の別の実施形態を示し、ここではワンステップウェットレイド法においてファーニッシュの単一供給源が混合隔壁と組み合わせて使用される。供給源又はヘッドボックス２０２は、少なくとも２つの異なる繊維、例えば異なる繊維サイズ又は異なる化学組成の繊維を含むファーニッシュの第１のフローストリーム２０４を提供する。第１のフローストリームは送液管２１１を介して混合隔壁２１０に提供される。混合隔壁は開口２１２を含む。一実施形態において、混合隔壁は開口を含まない開始部分２１６と、開口２１２を備える第２の部分２２０とを有する。混合隔壁は、供給源に最も近い近位端２２２と、供給源から最も遠い遠位端２２４とを有する。混合隔壁２１０における開口２１２のサイズは、ファーニッシュ中の異なる繊維サイズを選択、すなわち篩別するように構成される。第１のフローストリームの一部は混合隔壁の開口を通過し、ワイヤガイド２１４上に堆積する。排水ボックス２３０が重力又は他の抽出手段により水及び他の溶媒を捕集し、又は抽出する。第１のフローストリーム２０４の篩別されなかった部分２３２は、プロセスの終わり２３４に、しかし後処理の前に、勾配媒体上に堆積する。
【０１０８】
図２の装置は上部囲壁２３４を含んでも、又は開放された構成を含んでもよい。図２の装置及び方法の実施形態は、異なる繊維タイプ、混合隔壁の実施形態、ファーニッシュ濃度に関する本明細書に記載される変形例のいずれとも、共に使用することができる。
【０１０９】
ｅ．混合隔壁構成
混合隔壁及びその開口は、いかなる幾何形状を有してもよい。一例はスロット付き混合隔壁である。一実施形態において、混合隔壁は、クロスウェブ方向又はクロスフロー方向のスロットである矩形開口を画定する。これらの矩形スロットは、一実施形態においてクロスウェブ幅全体にわたり延在することができる。別の実施形態において、混合隔壁は、下流方向又はマシン方向のスロットを画定する。孔又はスロットは幅が変化するものであってもよい。例えば、スロットはダウンウェブ方向に幅が増加してもよく、又はスロットはクロスウェブ方向に幅が増加してもよい。スロットは、ダウンウェブ方向に間隔を変化させてもよい。他の実施形態において、スロットはクロスウェブ方向にウェブの片側から他方の側まで続く。他の実施形態において、スロットは、ウェブの一部のみにわたり片側から他方の側まで続く。他の実施形態において、スロットはダウンウェブ方向に、混合隔壁の近位端から遠位端まで続く。例えば、スロットは、ファーニッシュが供給源を離れるに従いたどるフローの経路と平行であってもよい。混合隔壁にはスロット設計又は配列の組み合わせが使用されてもよい。
【０１１０】
他の実施形態において、混合隔壁はスロットではない開放された範囲、例えばクロスウェブ方向に片側から他方の側まで延在しない開放された範囲を画定する。かかる実施形態において、混合隔壁の開放された範囲は、別個の穴又は穿孔である。他の実施形態において、開口は、混合隔壁にある直径数インチの大きい丸い穴である。実施形態において、穴は円形、楕円形、直線形、三角形、又は他の何らかの形状である。詳細な一実施形態において、開口は、複数の別個の円形開口である。いくつかの実施形態において、開口は混合隔壁にわたって規則的に離間される。他の実施形態において、開口は、混合隔壁にわたって不規則又はランダムに離間される。
【０１１１】
混合隔壁に開放された範囲を組み込む目的は、例えば、あるファーニッシュリザーバから繊維を供給し、第２のファーニッシュリザーバからの繊維と制御された比率で混合することである。ファーニッシュの混合比率は、混合隔壁の長さに沿った開放された範囲の大きさ及び位置を変化させることにより制御される。例えば、開放された範囲が大きいほどファーニッシュの混合が増し、及び逆も同様である。混合隔壁の長さに沿ったこれらの開放された範囲の位置によって、勾配繊維マットを形成する間のファーニッシュストリームの混合の深さが決定される。
【０１１２】
混合隔壁内における開放された範囲の分布、形状、及びサイズに関して、本発明の多くの変形例があり得る。それらの変形例のいくつかは、例えば、１）面積が漸進的に増加／減少する矩形スロット、２）一定の面積の矩形スロット、３）様々な形状及び位置の様々な数のスロット、４）混合隔壁基材の開始部のみに限定されたスロットを備える多孔質の混合隔壁、５）混合隔壁基材の最終部のみに限定されたスロットを備える多孔質の混合隔壁、６）中間部のみに限定されたスロットを備える多孔質の混合隔壁、又は７）スロット又は開放された範囲の任意の他の組み合わせである。混合隔壁は長さが変化するものであってもよい。
【０１１３】
混合隔壁の２つの特定の可変要素は、混合隔壁内の開放された範囲の大きさ及び開放された範囲の位置である。これらの可変要素により、繊維マットを作り出す混合ファーニッシュの堆積が制御される。混合量は、混合隔壁の寸法に対する混合隔壁の開放された範囲により制御される。異なるファーニッシュ組成の混合が起こる領域は、混合隔壁装置における１つ若しくは複数の開口又は１つ若しくは複数のスロットの位置により決定される。開口のサイズは、受入領域内での繊維の混合量を決定する。開口の位置、すなわち混合隔壁の遠位端寄りか、又は近位端寄りかにより、勾配媒体の繊維マット内の領域におけるファーニッシュの混合の深さが決定される。スロット又は開口のパターンは、混合隔壁の基材材料、例えば金属又はプラスチックの単一部品に形成されてもよい。或いは、スロット又は開口のパターンは、異なる幾何形状材料の多数の部品により形成されてもよい。これらの部品は金属又はプラスチックから製造され、混合隔壁の基材を形成し得る。概して、混合隔壁装置における開放された範囲の量は、ファーニッシュリザーバにより供給される繊維間の混合量に正比例する。
【０１１４】
別の実施形態において、混合隔壁は、混合隔壁のダウンウェブ方向に延在する１個又は複数の開口により画定される１個又は複数の開口を含む。１個又は複数の開口は、混合隔壁部品の第１の下方ウェブ縁端から混合隔壁装置の上方ウェブ縁端まで延在することができる。材料部品間にある開口スロットのこの位置は、生産される勾配媒体の求められる最終的な化学的及び物理的パラメータに応じてダウンウェブにいくつか反復して続き得る。従って、１個又は複数の開口は、異なる幅、異なる長さ、異なる向き、異なる間隔、又はそれらの組み合わせを含む複数の開口を含み得る。詳細な一実施形態において、混合隔壁は、第１の寸法を有する少なくとも第１の開口と、第２の異なる寸法を有する少なくとも第２の開口とを画定する。
【０１１５】
一実施形態において、混合隔壁は、混合隔壁のクロスウェブ方向に延在する１個又は複数の開口を含む。混合隔壁の部品は装置の各側面まで延在する。１個又は複数の開口は、混合隔壁部品の第１のクロスウェブ縁端から混合隔壁の第２のクロスウェブ縁端まで延在する。混合隔壁部品の部品間にある開口のこの位置は、生産される勾配媒体の求められる最終的な化学的及び物理的パラメータに応じてクロスウェブにいくつか反復して続き得る。従って、１個又は複数の開口は、異なる幅、異なる長さ、異なる向き、異なる間隔、又はそれらの組み合わせを含む複数の開口を含み得る。
【０１１６】
一実施形態において、混合隔壁は、混合隔壁のダウンウェブ方向に延在する１つ又は複数の穴又は穿孔により画定される１個又は複数の開口を含む。穴又は穿孔は、微視的サイズから巨視的サイズまであり得る。１つ又は複数の穴又は穿孔は、混合隔壁の第１の下方ウェブ縁端から混合隔壁の第２の下方ウェブ縁端まで延在する。穴又は穿孔のこの位置及び頻度は、生産される勾配媒体の最終的な化学的及び物理的パラメータに応じてダウンウェブにいくつか反復して続き得る。従って、１つ又は複数の穴又は穿孔は、異なるサイズ、異なる位置、異なる頻度、異なる間隔、又はそれらの組み合わせを含む複数の穴又は穿孔を含む。
【０１１７】
混合隔壁は、混合隔壁のクロスウェブ方向に延在する１つ又は複数の穴又は穿孔により画定される１個又は複数の開口を含む。穴又は穿孔のこの位置及び頻度は、生産される勾配媒体の最終的な化学的及び物理的パラメータに応じてクロスウェブにいくつか反復して続き得る。従って、１つ又は複数の穴又は穿孔は、異なるサイズ、異なる位置、異なる頻度、異なる間隔、又はそれらの組み合わせを含む複数の穴又は穿孔を含む。
【０１１８】
一実施形態において、混合隔壁のマシン方向の寸法は少なくとも約２９．９７２ｃｍ（１１．８インチ）且つ多くとも約１４９．８６ｃｍ（５９インチ）であり、一方、別の実施形態においてそれは少なくとも約７０．１０４ｃｍ（２７．６インチ）且つ多くとも約１１９．３８ｃｍ（４７インチ）である。
【０１１９】
詳細な一実施形態において、混合隔壁は少なくとも３個且つ多くとも８個のスロットを画定し、ここで各スロットは、独立して約１〜２０ｃｍの幅を有する。
【０１２０】
別の実施形態において、混合隔壁は、着脱可能な矩形部分間に画定された矩形開口を画定する。別の特定の実施形態において、混合隔壁は、５個以上の着脱可能な矩形部品により間に画定された５個の矩形開口を画定し、ここで部品の幅は各々約１．５ｃｍ〜１５ｃｍ（０．６インチ〜５．９インチ）及び開口の幅は各々約０．５ｃｍ〜１０ｃｍ（０．２インチ〜３．９インチ）である。
【０１２１】
一実施形態において、混合隔壁の１個又は複数の開口は、混合隔壁の総面積の少なくとも５％且つ多くとも７０％、又は混合隔壁の総面積の少なくとも１０％且つ多くとも３０％を占める。
【０１２２】
媒体にｘ勾配を完成する混合隔壁の一実施形態において、混合隔壁は、混合隔壁を２つの半体に分割するマシン方向の中心軸を有し、一方の半体は他方の半体と同じではない。いくつかの実施形態において、一方の半体には開口がなく、他方の半体は１個又は複数の開口を画定する。ｘ勾配を完成する別の混合隔壁において、混合隔壁は第１の外縁端と第２の外縁端とを有し、ここで第１及び第２の外縁端はマシン方向と平行であり、混合隔壁は、第１の外縁端に最も近いマシン方向幅が第２の外縁端に最も近いマシン方向幅より小さくなるようにマシン方向幅が変化する第１の開口を画定する。ｘ勾配を完成する実施形態の別の例において、混合隔壁は、開口を含まない第１の縁端部分と、開口を含まない第２の縁端部分とを有する。第１及び第２の縁端部分は、各々、下流側クロスウェブ縁端から上流側クロスウェブ縁端まで延在する。混合隔壁は、第１の縁端部分と第２の縁端部分との間に中心部分をさらに含み、中心部分に１個又は複数の開口が画定される。
【０１２３】
ｆ．図３−図８に示される混合隔壁の例
混合隔壁の開口の様々な構成が図３−図８に示され、図３−図８は混合隔壁の上面図である。図３−図８の各混合隔壁は異なる構成の開口を有する。各混合隔壁は、側縁端と第１の終縁端と第２の終縁端とを有する。混合隔壁の側縁端は、機械の左側壁及び右側壁（図示せず）に取り付け可能である。図３−図８において、矢印３０５はダウンウェブ方向を示し、一方、矢印３０７はクロスウェブ方向を示す。図３は、クロスウェブ方向に離間された実質的に等しい矩形範囲の７個のクロスウェブスロット型開口３０２を有する混合隔壁３００を示す。３個のスロット３０２が互いに均等に離間され、及び混合隔壁の異なる部分において、４個のスロット３０２が互いに均等に離間されている。混合隔壁３００は、第１の縁端に隣接するオフセット部分３０４を含み、ここには開口は存在しない。
【０１２４】
図４は、６つの異なるサイズを有する８個の異なるクロスウェブ矩形開口３１０を有する混合隔壁３０８を示す。図５は、各々が他と比べて異なる面積を有する４個のダウンウェブ矩形開口３１４を有する混合隔壁３１２を示す。開口のサイズは、混合隔壁３１２をクロスウェブ方向にかけて移るに従い増加する。
【０１２５】
図３−図５に示される混合隔壁３００、３０８及び３１２は、矩形開口を提供するように離間された個別の矩形部品から組み立てることができる。
【０１２６】
図６は、円形開口３１８を有する混合隔壁３１６を示す。混合隔壁３１６には３つの異なるサイズの円形開口が存在し、ここで開口のサイズはダウンウェブ方向に増加する。図７は、クロスウェブ方向により長く、且つ混合隔壁の全幅には延在しない矩形開口３２２を有する混合隔壁３２０を示す。矩形開口のサイズはダウンウェブ方向に増加する。図８は、ダウンウェブ方向に長く、且つダウンウェブ方向に拡がる４つの等しい楔型開口３２８を有する混合隔壁３２６を示す。図６−図８は、開口が提供された基材材料の単一部品から形成され得る混合隔壁３１６、３２０及び３２６を示す。
【０１２７】
各隔壁構成は、２つのフローストリームの実施形態において２つのフローストリーム間に起こる混合に異なる効果を有する。いくつかの混合隔壁の例では、開口のサイズ又は形状の変化はダウンウェブ方向に現れる。開口が混合隔壁の近位端、すなわち上流端に位置決めされると、開口によりファーニッシュをウェブの下部の方で混合することが可能となる。混合隔壁の遠位端すなわち下流端にある開口は、ウェブの上部により近いところでのファーニッシュの混合をもたらす。開口のサイズ又は面積により、ウェブの深さの範囲内におけるファーニッシュの混合比率が制御される。例えば、開口が小さいほど２つのファーニッシュの混合は減り、開口が大きいほど２つのファーニッシュの混合は増す。
【０１２８】
図３−図８に示される混合隔壁は、ウェブの厚さ方向すなわちｚ方向の勾配を提供するように構成される。媒体又はウェブにおいて、第１の表面及び第２の表面は、０．２〜２０ｍｍ又は０．５〜２０ｍｍの範囲の媒体の厚さを画定し、領域の部分は０．１ｍｍより大きい。
【０１２９】
図５の混合隔壁は、同様にウェブのクロスウェブ方向に勾配を提供するように構成された一例である。様々な実施形態において、同じ混合隔壁に対し異なる組み合わせの開口形状、例えば矩形又は円形が使用され得る。
【０１３０】
ｇ．媒体にＸ勾配を生じさせる混合隔壁の例
図９は、媒体にＸ方向の勾配を完成する混合隔壁２１００の等角図であり、一方、図１０は混合隔壁２１００の上面図であり、図１１は側面図である。混合隔壁２１００は、媒体の厚さにおいても、及び媒体のＸ方向すなわちクロスマシン方向にわたっても勾配を作り出す。厚さにおける勾配は、クロスウェブ寸法の中心領域に現れる。開放された範囲２１０２が混合隔壁２１００により画定される。矩形の開放された範囲２１０２は、クロスウェブ方向における混合隔壁の中心部に存在し、混合隔壁のマシン方向に沿ってずらして配置されている。
【０１３１】
混合隔壁２１００を２つのファーニッシュ供給源と共に使用して不織ウェブを形成するとき、上部供給源のファーニッシュの繊維成分は、不織ウェブにおける媒体の中心部にのみ存在し得る。また、中心部では、上部供給源の成分がウェブの厚さにわたって組成勾配を形成し、ここで上部ファーニッシュの繊維のより多くがウェブの上面に存在し、この繊維の濃度は徐々に低下し、従ってウェブの反対側の底面に存在するその繊維はより少ない。
【０１３２】
上部供給源にのみ青色トレーサー繊維を使用し、混合隔壁２１００を使用して不織ウェブを形成した。青色繊維は得られた不織ウェブの中心の一部に見られた。また、青色繊維はウェブの上側及び下側の双方にも見られたが、下側より上側により集中していた。
【０１３３】
混合隔壁２１００は、金属の単一部品を機械加工することによるか、又はプラスチックの単一部品からなど多くの異なる方法で形成することができる。図９−図２３の実施形態において、混合隔壁はいくつかの異なる部品を使用して形成される。図１０で最も良く分かるとおり、２つの側部矩形部品２１０４及び２１０６が、混合隔壁の中心においてそれらの間に開放された矩形部があるように位置決めされる。側部矩形部品２１０４、２１０６は中実でいかなる開口も含まないため、混合隔壁２１００の側部は中実でいかなる開口も含まない。第１の側部矩形部品２１０４は第１のマシン方向縁端２１０８から、同様にマシン方向である内縁端２１０９まで延在する。第１の側部矩形部品２１０４はまた、下流クロスウェブ終縁端２１１２から上流クロスウェブ終縁端２１１４まで延在する。第２の側部矩形部品２１０６も同様の形状であり、内縁端２１１１まで延在する。同様の矩形部品２１１６が、開口２１０２を画定する間隔を置いて側部部品２１０４、２１０６上に配置される。
【０１３４】
混合隔壁２１００はまた、図１１において最も良く分かる垂直突出部２１１８も有する。垂直突出部２１１８は、２つの側部部品２１０４、２１０６の内縁端２１０９、２１１１から下方に延在する。混合隔壁の垂直突出部があるため、上部供給源からのファーニッシュはより直線的な経路で受入領域に向かって送り込まれ、上部ファーニッシュの着地点は、垂直部分２１１８がない場合と比べてより予測性が高くなる。一実施形態において、混合隔壁は混合隔壁２１００と同様であるが、垂直隔壁を有しない。本明細書に記載される他の混合隔壁構成が、下方に受入領域に向かって延在する垂直部分を有することもまた可能である。垂直部分はまた、垂直面と角度をなして延在してもよい。
【０１３５】
図９の混合隔壁２１００において、開放された範囲２１０２は、混合隔壁の幅の中心に画定されている矩形の開放された範囲である。図９と同様の他の実施形態においては、ｘ方向により緩やかな勾配が形成され、ここでは開放された範囲の部分がｘ方向により緩やかに変化する。例えば、マシン方向縁端２１０８、２１１０に向かって先細りになっている単一の又は一連のダイヤモンド型開口。混合隔壁構成の他の多くの例が、得られる媒体においてより緩やかなｘ勾配を形成する。
【０１３６】
図１２は、媒体においてＸ方向の勾配を完成し、且つ不織ウェブの厚さにおける勾配も完成する扇形混合隔壁２４００の上面図である。混合隔壁２４００は、混合隔壁の片側に存在する開口２４０２を画定する。混合隔壁２４００は、受入範囲の他方の半分を遮断して、上部ファーニッシュを受入領域のその部分に堆積させない側部矩形部品２４０６を含む。混合隔壁２４００はまた、クロスウェブ方向に延在するいくつかのより小さい矩形部品２４０４も含む。部品２４０４は扇形の配置で位置決めされ、従って画定される開口２４０２は楔型である。結果として、上部供給源からのファーニッシュは、中心の方と比べて不織ウェブの外縁端の近傍により多く堆積する。
【０１３７】
ｈ．ウェットレイド法及び機器に関するさらなる詳細
ウェットレイド加工の一実施形態において、勾配媒体は、繊維材料と水性媒体中における必要に応じた他の成分との分散体を含む水性ファーニッシュから作製される。分散体の水性液体は概して水であるが、ｐＨ調整材料、界面活性剤、脱泡剤、難燃剤、粘度調整剤、媒体処理剤、着色剤などの様々な他の材料を含んでもよい。水性液体は、通常、スクリーン又はその他の分散した固体を保持して液体を通過させる有孔支持体上に分散体を誘導することによって分散体から排水され、湿潤媒体組成物がもたらされる。湿潤組成物は、支持体上に形成されると、通常、真空又は他の圧力による力によってさらに脱水され、残りの液体を蒸発させることによってさらに乾燥される。液体を取り除く選択肢としては、重力排水機器、１つ又は複数の真空機器、１つ又は複数のテーブルロール、真空フォイル、真空ロール、又はそれらの組み合わせが挙げられる。装置は、受入領域の近位及び下流に乾燥部を含むことができる。乾燥部の選択肢としては、乾燥缶部、１つ又は複数の赤外線ヒータ、１つ又は複数の紫外線ヒータ、スルーエアドライヤ、搬送ワイヤ、コンベヤ、又はそれらの組み合わせが挙げられる。
【０１３８】
液体の除去後、適切な場合には、熱可塑性繊維、樹脂又は形成された材料の他の部分の何らかの部分を溶融させることによりサーマルボンディングが行われ得る。樹脂硬化工程を含め、様々な実施形態において他の後処理手順もまた可能である。プレス成形、熱処理及び添加剤処理が、ワイヤからの捕集前に行われ得る後処理の例である。ワイヤから捕集した後、繊維マットの乾燥及びカレンダリングなどのさらなる処理が仕上げプロセスにおいて実行されてもよい。
【０１３９】
本明細書に記載される混合隔壁を含むように改良することのできる一つの具体的な機械はＤｅｌｔａｆｏｒｍｅｒ（商標）機（Ｇｌｅｎｓ Ｆａｌｌｓ Ｉｎｔｅｒｗｅｂ，Ｉｎｃ．（Ｓｏｕｔｈ Ｇｌｅｎｓ Ｆａｌｌｓ、ＮＹ）から入手可能）であり、これは、極めて希薄の繊維スラリーを繊維媒体に形成するように設計された機械である。かかる機械が有用であるのは、例えばウェットレイド法に繊維長が比較的長い無機繊維又は有機繊維を使用する場合であり、なぜなら、多量の水を使用して繊維を分散させて、それらの繊維がファーニッシュ中で互いに絡まないようにしなければならないためである。ウェットレイド法における長繊維とは、典型的には、長さが４ｍｍより長い、５〜１０ｍｍ及びそれ以上の範囲であり得る繊維を意味する。ナイロン繊維、ポリエステル繊維（Ｄａｃｒｏｎ（登録商標））、再生セルロース（レーヨン）繊維、アクリル繊維（Ｏｒｌｏｎ（登録商標））、綿繊維、ポリオレフィン繊維（すなわち、ポリプロピレン、ポリエチレン、それらの共重合体など）、ガラス繊維、及びアバカ（マニラ麻）繊維が、有利にはかかる改良された傾斜型製紙機械を使用して繊維媒体に形成される繊維の例である。
【０１４０】
Ｄｅｌｔａｆｏｒｍｅｒ（商標）機は、ワイヤ部が傾斜して設置され、スラリーがヘッドボックスを出ると、それを重力に逆らって上方に押し流す点で従来のフォードリニア型抄紙機とは異なる。傾斜により希薄溶液のフローパターンが安定し、希薄溶液の排水の制御が促進される。複数の画室を備えた真空フォーミングボックスが排水の制御を補助する。これらの改良により、希薄スラリーを、従来のフォードリニア設計と比較してウェブにわたる特性の一様性が向上した繊維媒体に形成する手段が提供される。図１においては、括弧１５４の下にある構成要素が、Ｄｅｌｔａｆｏｒｍｅｒ（商標）機の一部となる構成要素である。
【０１４１】
本明細書に記載されるとおりの勾配ウェブを作製するための装置のいくつかの実施形態には、４つの主要部：ウェット部（図１及び図２に示される）、プレス部、ドライヤ部及びカレンダリング部がある。
【０１４２】
ウェット部の一実施形態においては、繊維と流体との混合物が、別個のファーニッシュ作製プロセスの後にファーニッシュとして提供される。ファーニッシュは、媒体形成プロセスの次の工程に送る前に添加剤と混合することができる。別の実施形態においては、乾燥した繊維及び流体をウェット部の一部であり得るリファイナに送り込むことにより、乾燥した繊維を使用してファーニッシュを作製することができる。リファイナにおいて、繊維は回転しているリファイナディスク上でバー間において高圧パルスを受ける。これにより乾燥した繊維が解され、さらにそれらの繊維がリファイナに提供される水などの流体中に分散される。この段階で洗浄及び脱気も行われ得る。
【０１４３】
ファーニッシュの作製が完了した後、ヘッドボックスなどの、フローストリームの供給源である構造にファーニッシュを入れることができる。供給源構造はファーニッシュを幅にわたり分散させて、それを動いているワイヤメッシュコンベヤ上に開口からジェットを用いて負荷する。本明細書に記載されるいくつかの実施形態において、装置には２つの供給源又は２つのヘッドボックスが含まれる。勾配媒体の提供には異なるヘッドボックス構成が有用である。ある構成では、上部ヘッドボックスと下部ヘッドボックスとが互いの真上・真下に重ねられる。他の構成では、上部ヘッドボックスと下部ヘッドボックスとがいくらかずらして配置される。上部ヘッドボックスがさらにマシン方向下方にあり、一方下部ヘッドボックスが上流にあってもよい。
【０１４４】
一実施形態において、ジェットは水又は空気などの、ファーニッシュを押し進め、動かし、又は推進する流体である。ジェット中で流動することによって一部の繊維に整列が生じ、これは、ジェットとワイヤメッシュコンベヤとの間の速度差を調整することによって部分的に制御することができる。ワイヤは前進駆動ロール、又はブレストロールの周りに、ヘッドボックスの下側から、ファーニッシュが加えられるヘッドボックスを越えて、及び一般にフォーミングボードと称されるものの上へと回転する。
【０１４５】
フォーミングボードは本発明の混合隔壁と共に機能する。ファーニッシュが平らに均されるとともに、水の除去に備えて繊維の整列が調整され得る。プロセスラインのさらに下方で、排水ボックス（排水部とも称される）が真空で又は真空なしに、媒体から液体を除去する。ワイヤメッシュコンベヤの終端近くで、クーチロールと称されることの多い別のロールが、ライン中のそれより前に存在する真空より高い真空力である真空によって残りの液体を除去する。
【０１４６】
ＶＩＩ．勾配媒体についてのフィルタ用途の例
本明細書に記載される媒体は、界面又は接着剤層を含むことなく、ある領域にわたり特性の勾配を有するように作製することができ、完全に作製された後の媒体は、他の従来のフィルタ構造と共に組み立ててフィルタ複合材層又はフィルタユニットを作製することができる。媒体は、膜、セルロース系媒体、ガラス媒体、合成媒体、スクリム又はエキスパンドメタル支持体であり得る基層と共に組み立てることができる。勾配を有する媒体は、従来の媒体などの他の多くのタイプの媒体と併せて使用して、フィルタ性能又は寿命を向上させることができる。
【０１４７】
孔あき構造を使用して、流体の影響下、媒体を通過する圧力下に媒体を支持することができる。本発明のフィルタ構造はまた、孔あき構造の追加の層、高透過率の機械的に安定なスクリムなどのスクリム、及び別個の負荷層などの追加のろ過層と組み合わせることもできる。一実施形態において、かかる多領域媒体の組み合わせは、一般に非水性液体のろ過に用いられるフィルタカートリッジに格納される。
【０１４８】
ＶＩＩＩ．媒体における勾配度の評価
本発明に記載される方法により生産された媒体における勾配度を評価する一つの方法では、媒体が異なる切片に分けられ、それらの切片が走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）を使用して比較される。基本的な概念は、勾配構造を有する単一層シートを取り、その厚さを、元の勾配構造の見かけを反映する異なる特性を有し得る複数のシートに分けることである。得られる媒体は、勾配媒体内の界面又は境界の存在又は不在について調べることができる。調査対象となる別の特徴は、例えば粗い多孔性から微細な多孔性に至る、媒体特徴の変化の平滑度である。必須ではないが、ファーニッシュ供給源の一方に着色したトレース繊維を加えることが可能であり、次に得られた媒体においてそれらの着色繊維の分布を調べることができる。例えば、着色繊維は、上部ヘッドボックスから吐出されるファーニッシュに加えられてもよい。
【０１４９】
勾配媒体が作られた後、しかし媒体がオーブンで硬化される前、切片化するための試料が抜き取られる。クライオミクロトーム分析を使用して勾配媒体の構造を分析することができる。エチレングリコールなどの充填材料を使用して、媒体が凍結する前にそれを飽和させる。薄い凍結切片を繊維マットからスライスし、繊維サイズ又は多孔性などの勾配構造について顕微鏡で分析する。次に各切片の特性を比較することができるように、各切片のＳＥＭを撮る。切片化したもののかかるＳＥＭを図２７−図２８に見ることができ、これらについてはここでさらに説明する。
【０１５０】
また、媒体は、Ｌｉｂｅｒｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｒｏｓｃｏｅ、ＩＬ）から入手可能なＢｅｌｏｉｔ Ｓｈｅｅｔ Ｓｐｌｉｔｔｅｒを使用して切片化することも可能である。Ｂｅｌｏｉｔ Ｓｈｅｅｔ Ｓｐｌｉｔｔｅｒは、例えば紙及び厚紙にける組成及び構造の横方向分布の分析用に特別に設計された精密機器である。湿潤試料が、ステンレス鋼スプリットロールのニップに導入される。これらのロールは３２°Ｆ（０℃）未満の温度点まで冷却される。試料は内側からニップが外に向かう側に裂離される。裂離の内側面は、スプリットロールによって生じる前進しているアイスフロントによって凍結されていない領域に現れる。裂離された切片がロールから取り外される。次に２つの半体が各々さらに裂離され、最終的に４つの媒体切片のセットとなる。Ｂｅｌｏｉｔ Ｓｈｅｅｔ Ｓｐｌｉｔｔｅｒを使用するためには、試料は湿潤している必要がある。
【０１５１】
裂離された切片は、効率試験機又は色度計を使用して分析することができる。また、ＳＥＭは各切片について作成することができ、従って種々の切片の繊維構成及び媒体特徴の違いを観察することができる。色度計は、着色したトレース繊維を生産に使用した場合にのみ使用することができる。
【０１５２】
着色繊維は一方の供給源にのみ添加されるため、当該の切片中に存在する着色繊維の量によってシートにおける濃淡レベルが示される。切片を色度計で試験して繊維の混合量を定量化してもよい。また、効率試験機、例えば分別効率試験機を使用して媒体の切片を分析することも可能である。
【０１５３】
媒体における勾配の分析に使用することのできる別の技法は、フーリエ赤外フーリエ変換赤外（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｉｎｆｒａｒｅｄ（ＦＴＩＲ））分光分析である。ある繊維が上部ヘッドボックスにのみ使用される場合、当該繊維の固有のＦＴＩＲスペクトルを使用して、媒体がその両側で当該の特定の繊維の濃度に違いを有することを示すことができる。２つの同様の又は異なる繊維が最部及び最下部ヘッドボックスにのみ使用される場合、それらの繊維の固有のＦＴＩＲスペクトルを使用して、媒体がその両側で繊維の組成又は濃度のいずれかに違いを有することを示すことができる。
【０１５４】
用いることのできるさらに別の技法は、エネルギー分散Ｘ線分光法（ＥＤＳ）であり、これは試料の元素分析又は化学的特性決定に使用される分析技法である。分光法のタイプとしては、電磁放射と物質との間の相互作用による試料の検査に頼るものであり、荷電粒子の衝突に応答してその物質により放射されるＸ線が分析される。その特性決定能力は、主として、各元素が、元素の原子構造に特徴的なＸ線の互いの一意的な識別を可能にする固有の原子構造を有するという基本原理によるものである。トレース元素を繊維構造に埋め込み、ＥＤＳ特性決定で定量化することができる。本願では、領域にわたり繊維の組成に違いがある場合に媒体における勾配が示され得るとともに、その組成の違いはＥＤＳを使用して明らかとなる。
【０１５５】
ここで、試験方法に関するさらなる詳細、具体な実施例及びそれらの実施例の分析結果について考察する。
【実施例】
【０１５６】
ＩＸ．実施例
ファーニッシュを調合し、少なくとも１つの勾配特性を有する不織ウェブを生成した。表１は、ファーニッシュ調合物の組成に関する情報を示す。表１に掲載したファーニッシュの例には以下の種々の繊維を使用した。ここでは各繊維の略称を括弧書きで提供する。
１．２７１Ｐとして知られるポリエステル二成分繊維、繊維長６ｍｍ及び２．２デニール、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ Ｎｅｍｏｕｒｓ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ ＤＥ）から入手可能（２７１Ｐ）。２７１Ｐの平均繊維径は約１３ミクロンである。
２．Ｌａｕｓｃｈａ Ｆｉｂｅｒ Ｉｎｔｌ．（Ｓｕｍｍｅｒｖｉｌｌｅ、ＳＣ）からのガラス繊維、様々な長さ及び繊維径５ミクロン（Ｂ５０Ｒ）、繊維径１ミクロン（Ｂ１０Ｆ）、繊維径０．８ミクロン（Ｂ０８Ｆ）、及び繊維径０．６ミクロン（Ｂ０６Ｆ）。
３．青色ポリエステル繊維、長さ６ｍｍ及び１．５デニール、Ｍｉｎｉｆｉｂｅｒｓ，Ｉｎｃ．（Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｃｉｔｙ、ＴＥ）から入手可能（青色ＰＥＴ）。
４．ポリエステル繊維（Ｐ１４５）、Ｂａｒｎｅｔ ＵＳＡ（Ａｒｃａｄｉａ、Ｓｏｕｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ）から入手可能。
５．４９．５％のポリエチレンテレフタレート、４７％のコポリエステル及び２．５％のポリエチレン共重合体からなるポリエステル／コポリエステル混合物で作製された二成分ショートカット繊維（ＢＩ−ＣＯ）。かかる繊維の一例は、日本国大阪府の帝人ファイバー株式会社から入手可能なＴＪ０４ＢＮ ＳＤ２．２Ｘ５である。
【０１５７】
これらの実施例では、硫酸を添加してｐＨを約３．０に調整し、繊維を水性懸濁液中に分散させた。本例の勾配媒体の作製に使用したファーニッシュの水性懸濁液中の繊維含有量は、約０．０３％（ｗｔ．％）であった。分散した繊維を含有するファーニッシュは、後に使用するためそれぞれのマシンチェスト（貯蔵タンク）に保管した。媒体の製造中、ファーニッシュストリームは、適切な希薄濃度にした後、それぞれのヘッドボックスに送給した。
【０１５８】
【表１】
【０１５９】
ａ．実施例の機械設定
勾配媒体の形成中に調整される機械に関する他の変数としては、パルパーのコンシステンシー、開始混合隔壁の傾斜角度、機械の傾斜角度、混合隔壁延長部の傾斜角度、坪量、機械の速度、ヒール部高さ、ファーニッシュ流量、ヘッドボックス流量、ヘッドボックスのコンシステンシー、及び排水ボックス捕集量が挙げられる。表２は、混合隔壁装置からの勾配媒体の生産に使用される設定についての指針を提供する。得られる勾配媒体は、例えば、カレンダリング、熱又はその他の当該技術分野において周知の方法及び機器により後処理することにより、完成品の勾配繊維マットを提供してもよい。
【０１６０】
【表２】
【０１６１】
表２は、本発明に記載される方法に係る不織媒体についての実施例１〜４の作成に使用した機械設定を提供する。実施例１〜４の各々におけるファーニッシュの双方のｐＨは３．２５に調整した。上部ヘッドボックスストック流量及び下部ヘッドボックスストック流量は、ストックファーニッシュがそれぞれ上部及び下部ヘッドボックスに入ったときの、その流量をリットル毎分で示す。上部ヘッドボックス流量及び下部ヘッドボックス流量は、希薄水がそれぞれ上部及び下部ヘッドボックスに入ったときの、その流量をリットル毎分で示す。
【０１６２】
受入領域から流体を取り除く真空の付与に関連するいくつかの設定が提供される。図１を参照して上記に考察されるとおり、受入領域１１４は、ワイヤガイド１１８から排水される水を受け入れる排水ボックス１３０を含み得る。フラットボックスとも称されるこれらの排水ボックスは、真空を加えるように構成され得る。実施例の生成に使用される装置では、１０個の排水ボックス１３０があり、各々がワイヤガイド下の水平距離約２５．４ｃｍ（１０インチ）から排水を受け入れることが可能である。表２は、水の送給における１０個の排水ボックスの各々についての真空設定、並びに実施例１〜４の生産時に最初の６個の排水ボックスの各々に許容されたリットル毎分単位の排水流量を提供する。表２はまた、最初の６個の排水ボックスの各々について開放された排水バルブのパーセンテージについての設定も特定する。
【０１６３】
真空及び排水設定は、不織媒体に形成される勾配に対して大きい影響を有し得る。排水が低速なほど、及び真空がそれほど又は全くかかっていないと、２つのファーニッシュの間の混合は増し得る。排水が高速なほど、及び設定真空度がより高いほど、２つのファーニッシュ間の混合は低下し得る。
【０１６４】
表２はまた、度数単位による傾斜ワイヤガイド１１８の角度、並びにフィート毎分単位による傾斜ワイヤガイドの速度である機械の速度も特定する。
【０１６５】
ｂ．実施例で使用した混合隔壁
実施例１〜４の作製に使用した傾斜型製紙機械は、図１３−図１５に示されるとおりのスロット設計を備える混合隔壁を有した。混合隔壁の寸法が表３、表４及び表５に示される。各実施例における機械の運転設定は、上記に考察されるとおり表２に示される。
【０１６６】
図１３は、実施例１及び実施例２として上記に記載したファーニッシュ組成から媒体を作成するために使用した混合隔壁の９種の異なる構成を示す。これらの混合隔壁は、複数の等しいサイズのスラットを画定するように位置決めされた矩形部品を使用して形成した。図１３の９種の混合隔壁構成１６００の寸法が、以下の表３に示される。矢印１６０１はマシン方向を示す。ここで図１３を参照すると、各混合隔壁１６００は上流端１６０２と下流端１６０４とを有し、これらは図１３において代表例に印される。図１３の各混合隔壁１６００は、矩形部品１６０７間に画定される複数のスロット１６０６を含む。表３には、インチ及びセンチメートル単位による各スロット１６０６又は開口の幅、並びにスロット１６０６の総数を記載する。混合隔壁のいくつかは上流端１６０２にスロットオフセット部分１６０８を有し、これは、上流端と第１のスロット１６０６との間の、いかなる開口も含まない混合隔壁の一部分である。表３はまた、各混合隔壁の無効範囲のパーセンテージも掲載し、ここで無効範囲１６１０は、下流端１６０４に隣接した、いかなる開口も含まず中実である混合隔壁の一部である。表３はまた、矩形部品１６０７の幅も掲載する。
【０１６７】
【表３】
【０１６８】
図１３に示される混合隔壁の実施形態のいくつかにおいて、構成４及び７のように、混合隔壁はスロットオフセット範囲を有し、且つ無効範囲を有しない。いくつかの構成において、構成２及び５のように、混合隔壁はスロットオフセット範囲を有しないが、無効範囲は有する。いくつかの構成において、構成１及び６のように、混合隔壁は無効範囲もスロットオフセット範囲も有さず、これらの構成では、一様なサイズの矩形部品１６０７の配置が混合隔壁を構成する。いくつかの構成において、構成３、８及び９のように、混合隔壁は無効範囲及びスロットオフセット範囲の双方を有する。
【０１６９】
図１４は、実施例３のとおりの上記に記載されるファーニッシュ組成から媒体を作成するために使用した混合隔壁の１３種の異なる構成を示し、ここで媒体は、上部ファーニッシュ供給源にポリエステル二成分繊維と５ミクロンの直径を有するガラス繊維とを含んだ。下部ファーニッシュ供給源は、主として二成分繊維と０．８ミクロンガラス繊維であった。
【０１７０】
図１４に示される各混合隔壁は、複数の等しいサイズのスラットを画定するように位置決めされた矩形部品を使用して形成した。混合隔壁１６００の特徴は、図１３と同じ参照番号を使用して符号を付している。
【０１７１】
表４は、図１４の１３種の混合隔壁構成の寸法を示し、スロットオフセット１６０８、混合隔壁の上流端１６０２から最終スロットの終端までの距離、平均スロット幅及び平均部品幅を含む。
【０１７２】
【表４】
【０１７３】
図１５は、実施例４のとおりの上記に記載されるファーニッシュ組成から媒体を作成するために使用した混合隔壁の６種の異なる構成を示し、ここで青色ＰＥＴ繊維が上部ファーニッシュ供給源に含まれた。
【０１７４】
図１５に示される各混合隔壁は長さが１１１．７６ｃｍ（４４インチ）であったとともに、スラットを画定するように位置決めされた矩形部品１６０７を使用して形成したが、スラットはマシン方向１６０１にサイズが増加する。混合隔壁１６００の特徴は、図１３と同じ参照番号を使用して符号を付している。
【０１７５】
表５は、図１５の６種の混合隔壁構成の寸法を示し、スロットオフセット１６０８、混合隔壁の長さ、スロット幅及び部品幅を含む。
【０１７６】
【表５】
【０１７７】
効率試験
液体ろ過において、ベータ試験（β試験）は、フィルタの品質及びフィルタ性能を評価する一般的な業界標準である。ベータ試験評価は、標準方法である「精密フィルタエレメントのろ過性能のマルチパス評価方法（Ｍｕｌｔｉｐａｓｓ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａ Ｆｉｎｅ Ｆｉｌｔｅｒ Ｅｌｅｍｅｎｔ）」（ＩＳＯ １６８９９：１９９９年）から導かれる。ベータ試験は、下流の流体清浄度を上流の流体清浄度と比較するベータ比を提供する。フィルタを試験するため、粒子カウンタにより、既知の容積の流体についての上流粒子のサイズ及び量、並びに既知の容積の流体についてのフィルタの下流にある粒子のサイズ及び量が正確に計測される。規定の粒径における上流の粒子カウントを下流の粒子カウントで除した比が、ベータ比である。このときの捕捉効率は（（β−１）／β×１００であるため、フィルタの効率はベータ比から直接計算することができる。この式を用いると、ベータ比が２であれば、それは５０％の％効率を意味することが分かる。
【０１７８】
具体的なベータ比に対応する効率評価の例は以下のとおりである：
【０１７９】
【表６】
【０１８０】
ベータ比を使用してフィルタを比較する場合は注意を払わなければならない。ベータ比は、流量、温度又は圧力の変化などの実際の動作条件を考慮しない。さらに、ベータ比はフィルタ粒子状物質の負荷容量の指標とはならない。ベータ比はまた、時間の経過に伴う安定性又は性能についても明らかにしない。
【０１８１】
上記に記載される実施例１〜４に従い作製した媒体を使用してベータ効率試験を実施した。フィルタ媒体例の上流の流体ストリームに既知の粒子サイズ分布を有する試験粒子を導入した。試験粒子を含有する流体は、フィルタ媒体にかかる圧力が３２０ｋＰａに達するまでマルチパスでフィルタ媒体を通じて循環させた。試験全体を通じて下流流体及び上流流体の粒子計測を行った。フィルタ媒体を計量して、フィルタエレメントに対する１平方メートル当たりのグラム数による負荷量を決定した。下流流体中の粒子を調べることにより、フィルタ媒体が２００のベータ比すなわち９９．５％の効率評価を実現することができたミクロン単位による粒径を決定した。決定された粒径は、ミクロン単位によるβ２００と称される。
【０１８２】
β２００粒径について別の方法で説明すると、β２００粒径は、媒体に対して当該のサイズ又はそれより大きい２００個の粒子を負荷したときに、媒体を通り抜ける粒子が１個のみであるような粒径である。しかしながら、本開示では、この用語は特定の意味を有する。本明細書で使用されるとき、この用語は、制御された試験条件下でフィルタに既知の濃度の広範囲にわたる試験粒径を負荷する試験を参照する。下流流体の試験粒子含有量が計測され、各粒径についてβが計算される。この試験においてβ２００＝５μは、２００の比を達成する最小の粒子が５μであることを意味する。
【０１８３】
実施例１〜４に従い作成した媒体について、図１６−図１９に示すβ２００データを作成した。概して、本発明の媒体の特性を制御する能力はこれらの図に示される。それぞれの図中にデータを示す媒体試料は全て、同じファーニッシュ配合を用いて作成したものであり、実質的に同じ坪量、厚さ及び繊維組成を有するが、しかし混合隔壁構成は様々なものを使用して作製した。効率及び負荷容量に認められる性能の違いは、主として、異なる混合隔壁構成を使用して制御された勾配構造に起因した。これらの試験については、所与の圧力損失、最大３２０ｋＰａに対して媒体の効率及び容量の双方を制御することができる。実質的に同じファーニッシュ配合、坪量、厚さ及び繊維組成を有する非勾配媒体試料は、同じ試験条件下でいかなる実質的な効率又は負荷容量の違いも示さないものと予想され得る。典型的には、単一のファーニッシュ配合で作成される媒体試料は、同じ性能を有することになる。しかしながら、本明細書に記載される勾配技術を用いると、異なる性能特徴を有するが、しかし全て同じファーニッシュ配合に由来する媒体試料が生成された。これらの実施例における性能の違いは、媒体における繊維組成の勾配を変化させることにより実現されたもので、勾配を変化させること自体は、異なる混合隔壁構成を使用することにより達成された。
【０１８４】
図１６では、β２００を制御された形で５ミクロンから１５ミクロンまで変化させた。試料の勾配構造の違いにより、負荷容量は１００ｇ／ｍ２から１８０ｇ／ｍ２まで変化した。図１７に見られる６０ｌｂ／３０００ｆｔ２（９７．７４ｇ／ｍ２）の勾配媒体についてのβ２００試験の結果は、所与の効率に対して容量を制御できることを示している。この例では、β２００は約５ミクロンに制御された（平均粒径５ミクロン以上の粒子２００個につき１個のみが媒体を通過する）。試料の勾配構造の違いにより、負荷容量は１１０ｇ／ｍ２から１５０ｇ／ｍ２まで変化した。図１８は、５ミクロン粒子のβ２００による媒体についての追加的なデータを示し、ここでは細孔径の制御性が向上したとともに試料の負荷容量が１１０ｇ／ｍ２から１５０ｇ／ｍ２まで変化し、従って、効率を維持しながら負荷量を変化させることができることが示された。図１９では、より粗いフィルタ媒体試料を作製し、ここでβ２００を制御された形で８から１３まで変化させ、その結果負荷容量は１２０ｇ／ｍ２から２００ｇ／ｍ２まで変化した。
【０１８５】
実施例１
坪量４０ｌｂ／３０００ｆｔ２（６５．１６ｇ／ｍ２）の実施例１用の勾配媒体を、勾配媒体を作製するための表１に記載されるとおりの手順を使用して作成した。実施例１の勾配媒体試料は、同じファーニッシュ配合を使用して、しかし図１３の９種の異なる混合隔壁構成を使用して作成した。混合隔壁の違いがなければ、同じ配合で作られた全ての媒体試料が同じ、又は極めて類似した性能を有するものと予想される。しかしながら、図１６に見られるβ２００試験の結果は、所与の圧力損失に対して効率及び容量の双方を制御できることを示している。図１６では、β２００を制御された形で５ミクロンから１５ミクロンまで変化させた。試料の勾配構造の違いにより、負荷容量は１００ｇ／ｍ２から１８０ｇ／ｍ２まで変化した。図１６は、１７個の異なる勾配媒体試料に関する１７個のデータ点を含む。実施例１の１７個の勾配媒体試料にいくつか対があるのは、混合隔壁構成が同じであることに起因している。
【０１８６】
実施例２
実施例２用の勾配媒体を実施例１と同じファーニッシュ調合により、ただし６０ｌｂ／３０００ｆｔ２（９７．７４ｇ／ｍ２）の坪量で、勾配媒体を作製するための表１に記載されるとおりの手順を使用して、及び図１３の９種の異なる混合隔壁構成を使用して作成した。図１７に見られる６０ｌｂ／３０００ｆｔ２（９７．７４ｇ／ｍ２）勾配媒体に対するβ２００試験の結果は、所与の効率に対して容量を制御できることを示している。図１７のデータ点により表される試料の各々は、同じ媒体配合及び坪量で作成した。従って、これらの媒体試料は同じ性能を有するものと予想され得る。しかしながら、混合隔壁構造の違い、従って試験した媒体の勾配構造の違いに起因して、異なる性能が観察された。この例では、β２００は約５ミクロンに制御された。試料の勾配構造の違いにより、負荷容量は１１０ｇ／ｍ２から１５０ｇ／ｍ２まで変化した。ここでもまた、実施例２の勾配媒体試料にいくつか対があるのは、混合隔壁構成が同じであることに起因している。
【０１８７】
実施例３
図１８は、５ミクロン粒子のβ２００による媒体についての追加的なデータを示し、ここでは細孔径の制御性が向上したとともに試料の負荷容量が１１０ｇ／ｍ２から１５０ｇ／ｍ２まで変化し、効率を維持しながら負荷量を変化させることができることが示された。６０ｌｂ／３０００ｆｔ２（９７．７４ｇ／ｍ２）の坪量で、勾配媒体を作製するための表１に記載されるとおりの手順を使用して、及び図１４の混合隔壁構成を使用して、実施例３用の勾配媒体を作成した。６０ｌｂ／３０００ｆｔ２（９７．７４ｇ／ｍ２）の勾配媒体についてのβ２００試験の結果は、所与の効率に対して容量を制御できることを示している。
【０１８８】
図１８のデータ点により表される試料の各々は、同じ媒体配合及び坪量で作成した。従って、これらの媒体試料は同じ性能を有するものと予想され得る。しかしながら、混合隔壁構造の違い、従って試験した媒体の勾配構造の違いに起因して、異なる性能が観察された。
【０１８９】
実施例４
図１９では、より粗いフィルタ媒体試料を作製し、ここではβ２００を制御された形で８から１３まで変化させ、その結果負荷容量は１２０ｇ／ｍ２から２００ｇ／ｍ２まで変化した。勾配媒体を作製するための表１に記載されるとおりの手順を使用して、５０ｌｂ／３０００ｆｔ２（８１．４５ｇ／ｍ２）の実施例４用の勾配媒体も作成した。図１３に見られるもののうちの一つなどの混合隔壁設計が用いられる。図１９に見られる５０ｌｂ／３０００ｆｔ２（８１．４５ｇ／ｍ２）の勾配媒体についてのβ２００試験の結果は、所与の容量に対して効率を制御できることを示している。この例では、１０ミクロン粒子のβ２００値による媒体試料において勾配の利点を認めることができる。試験結果は、同じβ２００効率を維持しながら汚染物質の負荷量を５０％も増加させることができる（１２０ｇ／ｍ２から１８０ｇ／ｍ２に増加）ことを示している。
【０１９０】
図１９のデータ点により表される試料の各々は、同じ媒体配合及び坪量で作成した。従って、これらの媒体試料は同じ性能を有するものと予想され得る。しかしながら、混合隔壁構造の違い、従って試験した媒体の勾配構造の違いに起因して、異なる性能が観察された。
【０１９１】
実施例５
表１の実施例５に記載されるファーニッシュを使用して、しかし隔壁については、媒体において異なる勾配程度を達成するため異なる構成を使用して、図２０−図２３のＳＥＭ像（断面）を作成した。混合隔壁における開口がないもの、又は異なるスロット配列及び面積を使用して、繊維タイプの種々のグレード又はブレンドを生じさせた。各ＳＥＭ像は、実施例５により作成したあるグレードの勾配媒体を示す。媒体の深さ又は厚さに沿った異なる位置における繊維分布の違いを、異なるグレードにおいて明確に見ることができる。
【０１９２】
図２０は、いかなる開口又はスロットも含まない隔壁を使用して生成した。図２０には２つの層を見ることができる。一方の層４０は効率層と称することができ、第２の層４５は容量層と表現することができる。図２０では、界面又は境界を検知することが可能である。
【０１９３】
図２１は３個のスロットを備える混合隔壁を使用して生成した。図１０の媒体は、個別の界面又は境界がないように混成された繊維組成を有する。
【０１９４】
図２２及び図２３では、図１３において６又は７の番号が付された、４個又は５個のスロットを有する混合隔壁と同様の混合隔壁を使用した。ここでも、媒体は、認識可能又は検知可能な界面がないように混成された繊維組成を有する。
【０１９５】
実施例５についてのＸ線分散分光法データ
図２４及び図２５は、上部ヘッドボックスからの大径ガラス繊維が媒体領域を通じた勾配を形成することを示す実験及び結果の説明図である。図２４は、作成した媒体の１つの断面のＳＥＭを示し、勾配を計測するために使用した、媒体の厚さ全体にわたる領域１〜１０の選択を示す。図２５は勾配分析の結果を示す。
【０１９６】
実施例５のファーニッシュを使用して、混合隔壁に異なる構成を用いた多数の勾配媒体を形成した。この単一のファーニッシュ配合を、図２６に示される種々の混合隔壁と組み合わせて使用して、媒体の勾配を作製した。勾配の性質及び媒体ごとの勾配の違いを推定するため、大径ガラス繊維のナトリウム含有量を計測した。層のナトリウム含有量を計測した。上部ファーニッシュ中のＢ５０大径ガラス繊維は約１０％のナトリウムを含有し、一方、下部ファーニッシュ中のＢ０８ガラス繊維のナトリウム含有量は０．６％未満である。結果として、各領域のナトリウム濃度は、大径ガラス繊維濃度のおおまかな指標となる。ナトリウム濃度を、Ｘ線分散分光法（ＥＤＳ）により従来の機械及び方法を使用して計測した。
【０１９７】
図２４は、図２６に示される混合隔壁の１つを使用して形成された実施例５の媒体層２６００の断面のＳＥＭであり、１０個の領域に分けている。領域は、媒体のワイヤ側２６０２から媒体のフェルト側２６０４にかけて順次経過する。領域１は媒体のワイヤ側２６０２にあり、ここで領域１０はフェルト側２６０４である。これらの領域は、その位置について領域におけるガラス繊維の濃度を分析するため選択した。
【０１９８】
各領域は約５０〜１００ミクロンの厚さである。領域１０にはガラス繊維を含む大径繊維が多く見られ、一方、領域２にはガラス繊維を含む小径繊維が多く見られる。領域２には、一部の大径ガラス繊維が見える。領域１から領域１０に、媒体のフェルト側に向かって移ると、大径ガラス繊維の数が増えていくことが分かる。
【０１９９】
図２５は、図２６に示されるとおりの４つの異なる混合隔壁を使用して同じファーニッシュの組み合わせから作製した４つの異なる媒体の分析の結果を示す。媒体の各々は、データにおいて実証されるとおり、異なる大径ガラス繊維勾配を有する。全ての勾配材料において、大径ガラス繊維濃度勾配は下部又はワイヤ側領域から増加し、及び領域が領域１から領域１０へと、（すなわち）ワイヤ側からフェルト側へと経るに従い増加する。媒体Ａでは、ナトリウム濃度は領域２まで増加せず、及び媒体Ｄでは、ナトリウム濃度は領域３まで増加しないことに留意されたい。媒体Ｂ及び媒体Ｃでは、ナトリウムは領域１で増加する。このデータはまた、ナトリウム濃度が、媒体Ｂについては領域４の後に、及び媒体Ｃ及び媒体Ｄについては領域６の後に実験誤差の範囲内でレベルが降下するように見えることを示しているように見える。ナトリウム含有量の実験誤差は、約０．２〜０．５ｗｔ．％である。媒体Ａについては、グラフは、ナトリウム濃度の継続的な増加又は領域８の後のいくらかの最小限のレベル降下のいずれかを示しているように見える。全体的には、これらのデータは、媒体のワイヤ側又はフェルト側のいずれかにおいて、混合隔壁の選択によって勾配形成及び非勾配不変領域の生成の双方を制御できることを示しているように思われる。
【０２００】
図２６は、混合隔壁の構成Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを示す。構成の各々において、規則的な一連の矩形部品が示され、これらは液体を混合する連通のための一連の位置を画定し、混合隔壁を形成するフレームに配置される。各構成において、矩形部品は、構造を通じた流体連通の開口を置いて規定の間隔で配置される。
【０２０１】
図２６の全ての構成において、混合隔壁には８個の矩形開口が画定され、混合隔壁における最初の矩形部品が最後の矩形部品と対になっている。最初の矩形部品は約８．８９ｃｍ（３．５インチ）の幅を有し、一方、最後の矩形部品は約１１．４３ｃｍ（４．５インチ）の幅を有する。構成Ｃ及びＤについては、２５．４ｃｍ（１０インチ）のスロットオフセットが存在する。構成Ａについては、中間の矩形部品は約９．６５２ｃｍ（３．８インチ）幅であり、約１．３７１６ｃｍ（０．５４インチ）幅のスロットを画定する。構成Ｂについては、中間の矩形部品は約７．７２１６ｃｍ（３．０４インチ）幅であり、約３．４０３６ｃｍ（１．３４インチ）幅のスロットを画定する。構成Ｃについては、中間の矩形部品は約６．５７８６ｃｍ（２．５９インチ）幅であり、約１．３７１６ｃｍ（０．５４インチ）幅のスロットを画定する。構成Ｄについては、中間の矩形部品は約４．５４６６ｃｍ（１．７９インチ）幅であり、約３．４０３６ｃｍ（１．３４インチ）幅のスロットを画定する。
【０２０２】
実施例６
上部ヘッドボックスから送り込まれる２つの異なるサイズのガラス繊維、すなわち二成分繊維と青色繊維とを含む以下の表７に示す成分を使用して、水性ファーニッシュ組成を作製する。セルロースファーニッシュ組成を下部ヘッドボックスから送り込む。勾配媒体は、別個のヘッドボックスからの２つのファーニッシュのフローを混合することにより形成される。
【０２０３】
【表７】
【０２０４】
表８は、実施例７の勾配媒体の形成に使用した機械パラメータを示す。
【０２０５】
【表８−１】
【０２０６】
【表８−２】
【０２０７】
【表８−３】
【０２０８】
【表８−４】
【０２０９】
上記にパラメータを掲載する機械設定は、表２に関連して上記に定義及び考察されるものと同じ設定である。表頭は、中実の隔壁又は異なる構成の混合隔壁若しくはラメラのいずれかを使用した異なるランに対応する。項目名１〜６の列は、５種の異なる混合隔壁構成と共に使用した機械設定に対応する。試験２−Ｇ、３−Ｋ及び４−Ｈについては、矩形部品は均等に離間して、混合隔壁に等しいサイズの開口を画定した。「前進」という項目名のランは、下流方向に移ると徐々に大きくなるスロットを有する混合隔壁で実施した。「逆進」という項目名のランは、下流方向に徐々に小さくなるスロットを有する混合隔壁で実施した。
【０２１０】
勾配媒体は、先述の勾配分析及びβ２００手順を用いて分析される。スロット付き混合隔壁についての勾配分析及びβ２００の結果は、勾配媒体特徴と整合していた。媒体の上部から媒体の下部にかけて識別可能な界面は存在しない。媒体の上部から媒体の下部にかけて多孔性の滑らかな勾配がある。
【０２１１】
実施例７
前述の実施例の手順及び装置を使用して、カエデセルロース繊維とカバセルロース繊維とを含むセルロース系媒体を作製し、ここでは上部ヘッドボックスファーニッシュが乾燥率１００％のカエデパルプを含み、下部ヘッドボックスファーニッシュが乾燥率（ｄｒａｙ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ）１００％のカバパルプを含んだ。シートの総重量は８０ｌｂ／３０００ｆｔ２（１３０．３２ｇ／ｍ２）であり、２つの所与のパルプは均等に分けられた。
【０２１２】
この例の勾配は繊維組成である。勾配媒体は、先述の勾配分析及びβ２００手順を用いて分析される。勾配分析及びβ２００の結果は勾配媒体特徴と整合している。媒体の上部から媒体の下部まで識別可能な界面は存在しない。媒体の上部から媒体の下部にかけて多孔性の滑らかな勾配がある。
【０２１３】
実施例８
図２７及び図２８は異なる媒体構造のＳＥＭであり、各々は、媒体をエチレングリコールに浸漬して冷却した後、クライオミクロトーム（ｃｙｒｏ−ｍｉｃｒｏｔｏｍｅ）を使用して媒体厚さにわたり１３個の切片に分けたものである。図２７及び図２８に示される双方の媒体とも、一つの媒体配合のみを使用して調製した。媒体配合及び隔壁構成に関する情報は表９〜表１０に示される。
【０２１４】
【表９】
【０２１５】
中実混合隔壁の場合、下部スラリーが最初に排水され、従って初めに下部スラリーからの繊維が溜まり、その後その上に上部スラリーが重なるため、上部スラリーと下部スラリーとの間に混合は起こらないことに留意されたい。結果として、作成されるシートは明確に区別される２つの層状構造を有し、勾配構造は有しない。しかしながら、上部及び下部ヘッドボックスに同じファーニッシュ配合を使用して、しかし開口を有する混合隔壁によると、上部スラリーと下部スラリーとの間に繊維の混合が起こり、結果として勾配構造がもたらされる。図２７及び図２８の双方において、媒体は表１０に提供される配合を使用して作成される。図２７及び図２８において、最初のＳＥＭ１が各スライドにおける媒体の上部を示し、一方、最後のＳＥＭ１３が厚さに沿った媒体の下部切片を示す。シートの全坪量は５０ｌｂ／３０００ｆｔ２（８１．４５ｇ／ｍ２）であり、そのうち２５ｌｂ／３０００ｆｔ２（４０．７３ｇ／ｍ２）がファーニッシュ１によりもたらされ、残り（２５ｌｂ／３０００ｆｔ２）（４０．７３ｇ／ｍ２）がファーニッシュ２によりもたらされたことに留意されたい。
【０２１６】
【表１０】
【０２１７】
図２７及び図２８は、媒体の１３個の切片の各々のＳＥＭを示す。本明細書に記載される勾配技術がない場合、同じ上部及び下部ファーニッシュ配合から作成される２つの媒体が、その厚さ全体を通じて同様の構造を有し得ることが典型的となる。しかしながら、図２７と図２８との間には、媒体全体にわたる構造の違いが見られる。スロット付き混合隔壁により作製された図２８については、フレームについて１から検討を始めると、初めのフレームは多数の大径繊維を示し、一方、後の方のフレームはより多くの小径繊維を示す。特に図２７（勾配媒体なし）と図２８（勾配媒体）との間で切片４、５及び６を比較すると、２つの構造間における構成繊維の分布の違いが明らかである。図２７では、媒体の切片は一つの特定の繊維タイプ（大径又は小径のいずれか）が極めて豊富であり、中間で小径の繊維タイプに急激に移行する。しかしながら、図２８では、移行はそれほど鮮明でなく、異なる繊維タイプ間の混合量もより高い。例えば、図２７及び図２８における対応する切片４、５及び６を比較することにより、勾配構造（図２８）ではより多量の混合が起こり、中実の隔壁（図２７）で作成された媒体では混合は比較的少ししか、又は全く起こらなかったことが容易に分かる。
【０２１８】
また、図２７及び図２８の媒体は異なる形で機能した。図２７の非勾配媒体は、β２００について５ミクロンの効率性能で上記に記載したとおり試験したとき、１平方メートル当たり１６０グラムの汚染負荷量を達成している。対照的に、図２７のように上部及び下部ファーニッシュに配合を使用して作成することによる図２８の勾配媒体は、β２００試験について５ミクロンの効率性能で上記に記載したとおり試験したとき、１平方メートル当たり２３０のグラムの汚染負荷量を達成した。同じ効率での負荷性能のこの実質的な向上は、スロット付き混合隔壁によって媒体全体にわたり実現された勾配によるものである。
【０２１９】
実施例９
表１１に示されるファーニッシュ及び表３の混合隔壁構成を使用して媒体を調製した。２つの異なる坪量：４０及び６０ｌｂ／３０００ｆｔ２（６５．１６ｇ／ｍ２）及び（９７．７４ｇ／ｍ２）を有する媒体を調製した。
【０２２０】
【表１１】
【０２２１】
これらの仕様に従い形成して得られた媒体をベータ効率について試験した。結果を表１２に示す。
【０２２２】
【表１２】
【０２２３】
このデータは、許容可能な負荷及び圧力損失特性を有する特定の最終用途に合わせて調整することのできる広範囲の効率結果（５ミクロン粒子についてβ７５〜β２００）を得る能力を示している。
【０２２４】
【表１３】
【０２２５】
表１３の参照番号１〜１５の材料は、表１４に含まれるファーニッシュ配合を使用し、媒体の厚さ全体を通じて勾配を形成するようスロット付き混合隔壁を使用して作製される。各シートの全坪量は、５０ｌｂ／３０００ｆｔ２（８１．４５ｇ／ｍ２）であり、そのうち２５ｌｂ／３０００ｆｔ２（４０．７３ｇ／ｍ２）はファーニッシュ１によりもたらされ、残り（２５ｌｂ／３０００ｆｔ２）（４０．７３ｇ／ｍ２）はファーニッシュ２によりもたらされた。
【０２２６】
しかしながら、比較例Ａの材料は、２つの層を別個に形成し、次にラミネート加工により接合した二層媒体である。比較例Ａの材料の２つの別個の層の作成に使用したファーニッシュは、青色ＰＥＴ繊維を含まないことを除き、２つの別個のヘッドボックスに対するファーニッシュ配合と極めて類似している。比較例Ｂの材料は、表１４のファーニッシュにより、但し２つのフローストリーム間に中実混合隔壁を用いて作製した。２つの従来の材料の比較例Ａ及び比較例Ｂとの勾配材料の比較を表１３及び図２９に示す。これらのデータは、優れたβ２００を維持しながら寿命が長い（３２０ｋＰａにおける負荷がより大きい）本発明の様々な実施形態を作製できることを示している。
【０２２７】
【表１４】
【０２２８】
実施例１１についてのＦＴＩＲデータ
図３０及び図３１は、二成分媒体のフーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）スペクトルである。図３０は、ファーニッシュの単一層をワイヤガイド上に載せるために使用される単一のヘッドボックスを有する機器を使用して形成された媒体のスペクトルである。図３０の媒体を形成するためのファーニッシュは、二成分繊維と、１ミクロンより細いガラス繊維と、ポリエステル繊維とを含んだ。図３１は、図１に示されるものと同様の機器及びスロット付き混合隔壁により形成した勾配媒体のスペクトルである。ここで表１４は、図３１に示される媒体を形成するための上部及び下部ヘッドボックスのファーニッシュ内容を示す。
【０２２９】
図３０は、非勾配二成分／ガラスフィルタ媒体のＦＴＩＲスペクトルである。かかる媒体において、二成分媒体の作製に使用される種々の繊維の濃度は全体にわたり本質的に一定のままであり、媒体を形成する影響から生じる変化はほとんどない。図３０のスペクトルの作成においては、従来のＦＴＩＲスペクトル機器を使用して媒体シートの両側のＦＴＩＲスペクトルを測った。図は２つのスペクトルを示す。スペクトルＡは媒体の第１の側面であり、一方、スペクトルＢは媒体の反対側の側面である。図を簡単に調べることで容易に判断され得るとおり、図Ａのスペクトルと図Ｂのスペクトルとは実質的に重なっており、特に、媒体のポリエステル材料に由来する約１７００ｃｍ−１の波長におけるカルボニル特性ピークの範囲で重なっている。スペクトルＡからスペクトルＢに至るポリエステルのカルボニルピークの類似性は、媒体の双方の表面におけるポリエステル繊維の濃度が類似しており、数パーセントを大きく上回るような差異はないことを示している。
【０２３０】
図３１は、本発明の勾配媒体の両側面のＦＴＩＲスペクトルを示す。約１７００ｃｍ−１の波長における各スペクトルのポリエステルのカルボニル特性ピークに見ることができるとおり、スペクトルＡのカルボニルピークは、スペクトルＢのポリエステルのカルボニルピークより実質的に高い。これは、媒体の片側のポリエステルの濃度（スペクトルＡ）が、媒体の反対側のポリエステルの濃度（スペクトルＢ）より実質的に高いことを示している。これは、媒体の第１の側面におけるポリエステル繊維の濃度について、媒体の第２の側面と比較したときに実質的に違いがあることの明らかな証拠である。この計測技法は、媒体の表面における、又は媒体の表面約４〜５ミクロンの範囲内のポリエステル繊維の濃度の計測に限られる。
【０２３１】
実施例及びデータ及び機械情報を簡単に考察すると、上部ヘッドボックス及び下部ヘッドボックスからの繊維分散体を組み合わせることによりファーニッシュが作製されることは明らかである。これらの繊維分散体は上部及び下部ヘッドボックスから送られ、混合隔壁の作用により組み合わされる。
【０２３２】
実施例のファーニッシュにおいて、二成分繊維は足場繊維を含み、ガラス繊維及びポリエステル繊維がスペーサー繊維である。より小径のガラス繊維が効率繊維である。実施例のファーニッシュに見ることができるとおり、典型的には各ファーニッシュの二成分含有量は比較的一定であり、それにより混合隔壁を通過した後の組み合わされた水性ファーニッシュは実質的に同じで比較的一定した二成分繊維濃度を得て、媒体における構造上の完全性を形成する。上部ヘッドボックスには、関連する大きい比率の大径スペーサー繊維、典型的にはポリエステル繊維又はガラス繊維又は双方の繊維の混合物がある。また、下部ヘッドボックスには小径の効率繊維があることにも留意されたい。上部ヘッドボックスからのファーニッシュは混合隔壁の作用によって、最低限、下部ヘッドボックスからのファーニッシュと混和されるため、層がウェットレイド法でワイヤ上に形成されると、及びその後層がさらに処理されると、スペーサー繊維の濃度が形成された層の厚さを通じて変化するように、上部ヘッドボックスからの大径スペーサー繊維の濃度が濃度の勾配を形成する。ファーニッシュの流量及び圧力に応じて、混合隔壁及びその構成、小径の効率繊維もまた、２つのファーニッシュが層を形成する前に混和されると勾配を形成することができる。
【０２３３】
ファーニッシュを調べると分かるとおり、ウェットレイド法においてワイヤ上に形成された後の層組成は、二成分繊維の濃度が層全体にわたり比較的一定している。スペーサー繊維がポリエステル繊維又はガラス繊維又はその双方の組み合わせを含む場合、スペーサー繊維が層の領域内に又は層全体にわたり勾配を形成し得る。層の一領域又は層全体にわたる小径の効率繊維は濃度が比較的一定であってもよく、又は一方の表面から他方の表面にかけて濃度が変化してもよい。表１２のファーニッシュから作製された層は、比較的一定した濃度の二成分繊維を層全体の約５０％含み得る。スペーサー繊維のＢ５０ガラス繊維は合計で全繊維含有量の約２５％を含み、勾配を形成し得る。小径の効率ガラス繊維は繊維含有量全体の約２５％を含み、及び濃度が一定であっても、又はバックフロー及び圧力に応じて層内に勾配を形成してもよい。本発明者らは、層を加熱し、硬化させ、乾燥させて保管した後、二成分繊維は層に対して機械的完全性を提供する傾向があり、一方、スペーサー繊維及び効率繊維は二成分層を通じて分布し、層が繊維の熱結合を達成すると足場繊維によってその場に保持されることを見出した。サイズ、透過率及び他の繊維特性に対する効率は、スペーサー繊維及び効率繊維が存在することにより実質的に得られる。繊維は一体となって働き、有効な効率的透過性を有する繊維特性を形成する繊維の内部ネットワークを提供する。媒体の様々な実施形態において使用することのできる繊維の各タイプの範囲を表１５に示す。
【０２３４】
【表１５】
【０２３５】
Ｘ勾配の例及び勾配データ
Ｘ方向に特定の繊維濃度の勾配を有し、またＺ方向にも特定の繊維濃度の勾配を有する媒体を調製した。これらのＸ方向勾配媒体は、表１６に示されるファーニッシュ配合を使用して、及び図９−図１１の混合隔壁２１００及び図１２の混合隔壁２４００を使用して調製した。
【０２３６】
混合隔壁２１００を２つのファーニッシュ供給源と共に使用して不織ウェブが形成されるとき、上部供給源のファーニッシュの繊維成分、例えば青色ＰＥＴ及び０．６ミクロンＢ０６繊維は、主に不織ウェブにおいて媒体の中心部に存在することが予想される。また、中心部には、上部供給源の成分がウェブの厚さを通じて組成勾配を形成し、上部ファーニッシュの繊維がウェブの上面により多く存在し、その繊維の濃度が徐々に低下して、従ってウェブの反対側の底面に存在するその繊維がより少ないことが予想される。
【０２３７】
上部供給源にのみ青色トレーサー繊維を使用して、混合隔壁２１００を使用して不織ウェブを形成した。青色繊維は、得られた不織ウェブの中心の一切片に見られた。また、青色繊維はウェブの上側及び下側の双方に見られたが、下側より上側に一層集中していた。
【０２３８】
図１２の混合隔壁２４００が表１６における２つのファーニッシュと共に使用されるとき、部品２４０６の下側にあるウェブの部分は、上部ヘッドボックスにのみ存在する繊維を多く含まないことが予想される。また、部品２４０６によって被覆されないウェブの一部はＸ方向に勾配を有し、上部ヘッドボックスからの繊維の濃度が、開口がより大きい外縁端に向かって増加することも予想される。また、部品２４０６によって被覆されるウェブの一部はＺ方向に勾配を有し、上部ヘッドボックスからの繊維の濃度がウェブの上面に向かって増加することも予想される。これらの予想のいずれも、得られた媒体においてより高濃度の青色繊維が見られることに基づき正しいことが観察された。
【０２３９】
上部及び下部ヘッドボックスに同じファーニッシュ配合を使用しながら、しかし異なる混合隔壁構成を使用することで異なる媒体構造が作成されることが、混合隔壁構成を媒体構造の操作に使用することができるという概念のさらなる裏付けとなる。
【０２４０】
走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）を使用して非勾配媒体の媒体構造を勾配媒体と比較した。図３２は、非勾配媒体３２００のＳＥＭ及び勾配媒体３２０２の別のＳＥＭを示す。媒体３２００は、中実混合隔壁を使用して、及び表１６に示されるファーニッシュ配合を使用して作製したものであり、ここで上部ファーニッシュは二成分繊維と、ポリエステル繊維と、５ミクロンガラス繊維と、０．６ミクロンガラス繊維とを含む。下部ファーニッシュは、カバパルプ由来のセルロース繊維のみを含む。媒体３２００のＳＥＭにより観察することができるとおり、ヘッドボックスからのファーニッシュ間に本質的に混合はなく、従って媒体は明確に異なる層を有する。２つの層間に界面が見える。媒体３２００では、セルロース系繊維が下部セルロース層３２０６を形成し、これはガラス繊維と二成分繊維とポリエステル繊維とを有する上部層３２０８の形成とは明確に異なる。電子顕微鏡写真で上部層３２０８はセルロース層３２０６の上側に示される。セルロース層３２０６に実質的な濃度のガラス繊維は見られず、セルロース層３２０６は実質的にガラス繊維を含まない。
【０２４１】
媒体３２０２は、表１６に示される上部及び下部ファーニッシュ配合を使用して、スロット付き混合隔壁を使用して作製した勾配フィルタ媒体である。特に、図９−図１１に示されるとおりのスロット付き混合隔壁を使用して勾配フィルタ媒体３２０２を生成した。従ってフィルタ媒体３２０２はＸ方向の勾配を有するとともに、Ｚ方向にも勾配構造を得る。顕微鏡写真３２０２に示される部分は、媒体のクロスウェブ方向における中心に位置するｚ寸法勾配を有する媒体の一部分を表す。ＳＥＭ３２０２は、媒体全体を通じたガラス繊維の実質的な分布を示し、及びガラス繊維との組み合わせのセルロース系繊維の一部の分布を示す。媒体３２０２の上部領域３２１０には、下部領域３２１２と比べてより多くのガラス繊維が目視可能な形で存在する。それと際立って対照的に、媒体３２００は、非勾配セルロース層３２０６に結合された従来の非勾配二成分ガラス媒体層３２０８の明確に区別される層を有する。ＳＥＭ３２００では界面は目視でき、二成分ガラス媒体領域とセルロース層との間の明確且つ顕著な変化である。かかる界面によって２つの層間の界面におけるフローに対する実質的な抵抗が生じる。さらにセルロース層の平均細孔径は、従来の二成分ガラス媒体の平均細孔径より小さい。これにより界面要素がさらに導入され、二成分ガラス層を通過してセルロース層に至る流体フローに対する抵抗が実質的に増加する。
【０２４２】
それと際立って対照的に、媒体３２０２は、材料の細孔径が一方の表面から他方の表面にかけて連続的に変化し、その変化が漸進的で制御される勾配材料である。
【０２４３】
【表１６】
【０２４４】
本発明者らは、ｘ勾配混合隔壁を使用して、繊維の濃度がマシン方向にかけて変化し、フラジール通気度の勾配がもたらされるようなｘ勾配を有する媒体を形成している。フラジール通気度試験は専用の試験装置及び方法を使用する。一般に媒体の通気度は、媒体のいかなる点においても、少なくとも１メートル／分（ｍ３−ｍ−２−分−１としても知られる）の、典型的には及び好ましくは約２〜９００メートル／分の通気度を呈しなければならない。フラジール通気度のｘ勾配を有する媒体において、通気度が一方の縁端から他方の縁端まで計測されるとき、通気度は変化しなければならない。図１２の混合隔壁を使用して媒体が作製された一実施形態において、通気度は一方の縁端から他方の縁端にかけて増加又は減少する。別の実施形態において、通気度勾配は、縁端と比べて媒体の中心の通気度が増加又は低下し、縁端は同じ又は同様の通気度を有するように変化を呈することができる。図９のｘ勾配混合隔壁により作製されたある媒体において、縁端の通気度は、１３．１〜１７．１ｆｐｍ（４２．９７〜５６．１メートル／分）の範囲で計測され、中心の通気度は２９．４ｆｐｍ（９６．４６メートル／分）であった。図１２のｘ勾配混合隔壁により作製された別の媒体において、部品２４０６により被覆された縁端近傍の通気度は１０．２ｆｐｍ（３３．４６メートル／分）であり、一方、部品２４０６により被覆されなかった縁端近傍の通気度は１２．４ｆｐｍ（４０．６９メートル／分）であった。
【０２４５】
上記の明細書、例及びデータにより、本発明の組成物の製造及び使用の完全な説明が提供される。本発明の範囲から逸脱することなく本発明の多くの実施形態を作製することができるため、本発明は、以下に添付される特許請求の範囲にある。
【技術分野】
【０００１】
本願は、米国を除く全ての指定国については米国籍企業Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．の出願人名義で、並びに米国についてのみは、米国市民であるＧｕｐｔａ Ｈｅｍａｎｔ ｐｈ．Ｄ．及び米国市民であるＢｒａｄ Ｅ．Ｋａｈｌｂａｕｇｈの出願人名義で、ＰＣＴ国際特許出願として２０１０年１月２８日に出願されたものであり、２００９年１月２８日に出願された米国仮特許出願第６１／１４７，８６１号明細書、及び２０１０年１月２７日に出願された米国特許出願第１２／６９４，９１３号明細書及び２０１０年１月２７日に出願された米国特許出願第１２／６９４，９３５号明細書に対する優先権を主張し、それらの内容は参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本発明は、媒体内に制御可能な特性を含む不織媒体である。媒体（ｍｅｄｉｕｍ）（複数形、媒体（ｍｅｄｉａ））という用語は、変化させることのできる又は制御された構造及び物理的特性を有する繊維で作製されたウェブを指す。かかる材料は、ろ過製品及び処理に使用することができる。この分野はまた、媒体又はウェブを形成するための方法又は処理又は装置にも関する。媒体（ｍｅｄｉｕｍ）（複数形、媒体（ｍｅｄｉａ））という用語は、変化させることのできる又は制御された構造及び物理的特性を有する繊維で作製されたウェブを指す。
【背景技術】
【０００３】
不織繊維ウェブ又は媒体は、長年、ろ過を含む多くの最終用途向けに製造されている。かかる不織材料は、エアレイド、スパンボンディング、メルトボンディング及び製紙技法を含む様々な手順によって作製することができる。これらの製造技法を用いて多様な用途、特性又は性能水準を有する広く利用可能な一群の媒体を製造するには、繊維及び他の成分について広範囲の組成が必要となり、及び多くの場合に複数のプロセス工程が必要となる。広範囲の用途を満足するように機能することのできる一連の媒体を得るため、多数の組成及び多工程の製造技法が利用されている。こうした複雑さからコストが高くなり、製品の提供における柔軟性が低下している。様々な媒体組成及び製造手順が必要とされるなかでの複雑さの低減が実質的に求められている。この技術の一つの目標は、単一又はより少数の原材料及び単一又はより少数のプロセス工程を用いて広範な媒体を作製可能とすることである。
【０００４】
媒体は、いくつかあるろ過のなかでも特に、液体及び空気ろ過、並びに粉塵及びミストろ過を含め、様々な用途を有する。かかる媒体はまた、層状に重ねて層状媒体構造にすることもできる。層状構造は、層ごとの変化に起因する勾配を有し得る。繊維媒体に勾配を形成しようとする試みの多くは、ろ過用途を対象として行われてきた。しかしながら、そうしたフィルタ媒体の先行技術の開示されている技法は、様々な特性を有する単一又は複数の成分のウェブの層を単に互いに重ねて置いたものか、又は形成中若しくは形成後に互いに縫い合わせるか、若しくはその他の方法で結合したものである。層の形成中又は形成後に異なる層を互いに結合しても、特性又は材料の有用な連続勾配はもたらされない。最終製品には、層間に明確な検知し得る界面が存在することになる。用途によっては、繊維媒体の形成におけるかかる界面によって起こるフロー抵抗の増加を回避することが極めて望ましい。例えば、空気中浮遊粒子状物質又は液体粒子状物質のろ過では、フィルタエレメントの層間の界面は、多くの場合に捕捉された粒子状物質及び汚染物質が蓄積するところである。フィルタ媒体内ではなく、界面の層間に多くの粒子が蓄積すると、フィルタ寿命が短くなり得る。
【０００５】
ニードリング及び水流交絡などの他の製造方法によって層の混合を改善することができるが、しかしそれらの方法では、フィルタ媒体が典型的にはより大きい細孔径を含むことが多く、直径２０ミクロン（μ）未満の粒子に対する除去効率の低下を招く。また、ニードリング及び水流交絡された構造は、比較的厚く、坪量が大きい材料であることが多く、フィルタに使用することのできる媒体量が制限される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
フィルタ媒体の形態をとることのできる多面的な不織ウェブ類、適合させることのできる形成プロセス及び広範なウェブ又は媒体を作製可能な機械が開示される。平面状の繊維ウェブ又は媒体は、厚さ及び幅を画定する第１の表面と第２の表面とを有することができる。媒体は、勾配を有する領域を含むことができる。かかる勾配は、繊維の濃度、特性、特徴、又は他の構成要素が表面間又は縁端間で変化する媒体を有することにより形成される。媒体の勾配領域は媒体全体を含んでもよく、又は媒体の一部分を含む領域を含んでもよい。媒体は、勾配領域内に繊維濃度の連続的な変化が存在することにより特徴付けられる。媒体は、少なくとも１ミクロンの直径を有する第１の繊維と、多くとも６ミクロンの直径を有する第２の繊維とを含む少なくとも１つの領域を有し、ここで第１の繊維は直径が第２の繊維より大きく、第２の繊維は、第２の繊維の濃度が領域にわたり一方の表面から他方の表面に至る方向に増加するように、領域において濃度が変化する。領域は勾配を含むことができ、従って媒体の繊維組成が領域において異なり、領域にわたり一方の表面から他方の表面に至る方向に変化する。かかるフィルタ媒体は、厚さを画定する第１の表面と第２の表面とを有することができ、媒体は、その厚さに少なくとも１つの領域を含み、領域は、ポリエステル繊維と、少なくとも０．３ミクロンの直径を有するスペーサー繊維と、多くとも１５ミクロンの直径を有する効率繊維とを含み、ここでポリエステル繊維は領域において濃度が実質的に変化せず、スペーサー繊維は、スペーサー繊維の濃度が領域にわたり一方の表面から他方の表面に至る方向に増加するように、領域において濃度が変化する。
【０００７】
かかるウェブは、１〜４０ミクロンの範囲をとり得る直径を有する繊維と、０．５ミクロン〜約６ミクロンの範囲をとり得る直径を有する第２の繊維とを含むことができる。本発明の勾配において、勾配は媒体内に存在してもよく、ｚ寸法において（すなわち）媒体の厚さを通じて、勾配がいずれかの方向に増加するように広がることができる。同様に、勾配はクロスマシン（すなわち）ｘ寸法において、勾配がいずれかの方向に増加するように増加することができる。フィルタ媒体は、幅を画定する第１の縁端と第２の縁端とを有することができ、各縁端は媒体のマシン方向と平行であり、媒体は、第１の繊維と第２の繊維とを含む第１の領域を含み、ここで第２の繊維は、第２の繊維の濃度が第１の縁端から第２の縁端にかけて増加するように、第１の領域において濃度が変化する。
【０００８】
媒体は、典型的には、媒体の形成における接着結合層又は別個の層間にある任意の他のかかる移行層などの、フロー抵抗を増加させ得る部分が媒体に存在しないことを特徴とする。勾配を有する平面状繊維構造を含む不織ウェブもまた作製することができる。
【０００９】
本発明の媒体は、気体又は液体を含む様々な流体材料からの粒子状物質の除去を目的として様々な用途に使用することができる。さらに、本発明のろ過媒体は、フラット媒体、プリーツ媒体、フラットパネルフィルタ、円筒形スピンオンフィルタ、ｚ媒体プリーツフィルタ及び勾配が有用な特性を提供する他の実施形態を含む様々なフィルタエレメントタイプで使用される。
【００１０】
本発明の一実施形態において、不織ウェブの作製装置が記載される。装置は、繊維を含む第１の流体フローストリームと繊維を含む第２の流体フローストリームとを吐出するように構成された１つ又は複数の供給源を備える。この装置はまた、１つ又は複数の供給源より下流にある混合隔壁も備え、この混合隔壁は、１つ又は複数の供給源からの第１のフローストリームと第２のフローストリームとの間に位置決めされる。混合隔壁は、２つのフローストリームの間の流体連通を可能にする１個又は複数の開口を画定する。本装置はまた、１つ又は複数の供給源より下流に位置し、且つ少なくとも組み合わされたフローストリームを受け入れ、組み合わされたフローストリームから繊維を捕集することにより不織ウェブを形成するように設計された受入領域も備える。
【００１１】
別の実施形態において、本装置は、繊維を含む第１の流体フローストリームを吐出するように構成された第１の供給源と、繊維を含む第２の流体フローストリームを吐出するように構成された第２の供給源と、第１及び第２の供給源より下流にある混合隔壁とを備える。混合隔壁は、第１のフローストリームと第２のフローストリームとの間に位置決めされ、第１のフローストリームと第２のフローストリームとの間の流体連通及び混合を可能にする２個以上の開口を混合隔壁に画定する。本装置は、第１及び第２の供給源より下流に位置し、且つ少なくとも組み合わされたフローストリームを受け入れ、組み合わされたフローストリームを捕集することにより不織ウェブを形成するように設計された受入領域を備える。
【００１２】
さらに別の実施形態において、不織ウェブの作製装置は、繊維を含む第１の液体フローストリームを吐出するように設計された供給源と、供給源より下流にある混合隔壁であって、混合隔壁における１個又は複数の開口を含む混合隔壁と、供給源より下流に位置し、且つフローストリームを受け入れ、フローストリームから繊維を捕集することにより不織ウェブを形成するように設計された受入領域とを備える。
【００１３】
装置を使用した不織ウェブの作製方法が記載される。本方法は、第１の供給源から第１の流体ストリームを吐出するステップを含み、ここで流体ストリームは繊維を含む。本装置は、第１の供給源より下流にある混合隔壁を有し、混合隔壁は第１の供給源からの２つの流路の間に位置決めされる。流路は混合隔壁により分離され、混合隔壁は、少なくとも１つの流路から別の流路への流体連通を可能にする１個又は複数の開口を混合隔壁に画定する。本方法は、供給源の近位及び下流に位置する受入領域に繊維を捕集するステップをさらに含む。受入領域は、供給源から吐出されたフローストリームを受け入れ、且つ繊維を捕集することにより湿潤層を形成するように設計される。本方法のさらなるステップは、湿潤層を乾燥させて不織ウェブを形成するステップである。
【００１４】
本明細書に記載される別の実施形態において、不織ウェブの作製方法が、供給源からファーニッシュ（ｆｕｒｎｉｓｈ）を提供するステップであって、ファーニッシュが少なくとも第１の繊維を含むステップと、不織ウェブの作製装置からファーニッシュのストリームを吐出するステップとを含む。装置は、ストリームの供給源より下流にある混合隔壁を有し、混合隔壁は、ストリームの少なくとも一部分の通過を可能にする少なくとも１個の開口を画定する。本方法は、開口を通過する繊維を、供給源より下流に位置する受入領域に捕集するステップと、残りの繊維を混合隔壁の下流部分において受入領域に捕集するステップと、湿潤層を乾燥させて不織ウェブを形成するステップとをさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】不織ウェブの作製装置の実施形態の概略部分断面図である。
【図２】不織ウェブの作製装置の別の実施形態の概略部分断面図である。
【図３】混合隔壁の例示的構成の上面図である。
【図４】混合隔壁の例示的構成の上面図である。
【図５】混合隔壁の例示的構成の上面図である。
【図６】混合隔壁の例示的構成の上面図である。
【図７】混合隔壁の例示的構成の上面図である。
【図８】混合隔壁の例示的構成の上面図である。
【図９】媒体においてＸ方向の勾配を完成する混合隔壁の等角図である。
【図１０】図９の混合隔壁の上面図である。
【図１１】図９の混合隔壁の側面図である。
【図１２】媒体においてＸ方向の勾配を完成する扇形混合隔壁の上面図である。
【図１３】混合隔壁のさらなる例示的構成の上面図である。
【図１４】混合隔壁のさらなる例示的構成の上面図である。
【図１５】混合隔壁のさらなる例示的構成の上面図である。
【図１６】例示的勾配媒体の性能を示すグラフである。
【図１７】例示的勾配媒体の性能を示すグラフである。
【図１８】例示的勾配媒体の性能を示すグラフである。
【図１９】例示的勾配媒体の性能を示すグラフである。
【図２０】異なる混合隔壁構成で作られた不織ウェブの走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）像である。
【図２１】異なる混合隔壁構成で作られた不織ウェブの走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）像である。
【図２２】異なる混合隔壁構成で作られた不織ウェブの走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）像である。
【図２３】異なる混合隔壁構成で作られた不織ウェブの走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）像である。
【図２４】ある混合隔壁構成により作られた不織ウェブの断面のＳＥＭ像を示し、種々の領域を示す。
【図２５】図２４の媒体の領域のナトリウム含有量のグラフである。
【図２６】図２５及び図２４に関する媒体の生成に使用された４つの異なる混合隔壁構成の上面図である。
【図２７】中実の隔壁を使用して生成された媒体の１３個の領域を示す。
【図２８】開口を備える混合隔壁を使用して生成された勾配媒体の１３個の領域を示す。
【図２９】スロット付き混合隔壁により作製された勾配材料の、従来の二層ラミネート媒体との、及び中実の隔壁により作製された二層媒体との比較であり、表１８に示される。
【図３０】勾配媒体及び非勾配媒体のフーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）スペクトル情報である。
【図３１】勾配媒体及び非勾配媒体のフーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）スペクトル情報である。
【図３２】非勾配媒体及び勾配媒体の電子顕微鏡写真像である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
概して図１−図３２では、関連がある場合には、ｘ寸法、ｙ寸法及びｚ寸法が示される。
【００１７】
フィルタ媒体として使用することのできる不織ウェブが本明細書に記載され、ウェブは第１の繊維と第２の繊維とを含み、及びウェブは、ウェブの何らかの組成、繊維形態又は特性に変化がある領域を含み、且つ変化のない非勾配領域を含むことができる。かかる領域は、上流又は下流のいずれに配置されてもよい。第１の繊維は少なくとも１ミクロンの直径を有し、第２の繊維は多くとも５ミクロンの直径を有することができる。領域は厚さの一部分を含むことができ、厚さの１０％又はそれ以上であってよい。一例において、第２の繊維の濃度がウェブの厚さにわたり変化する。別の例において、第２の繊維の濃度がウェブの幅又は長さにわたり変化する。かかるウェブは、２つ以上の第１の不織不変領域又は２つ以上の第２の勾配領域のいずれかを有することができる。媒体は、定濃度のポリエステル繊維とスペーサー繊維と効率繊維とを含む厚さの第２の領域を有することができる。
【００１８】
ここでウェブの特性の変化についての他の多くの例をさらに記載する。また、ここでは、かかるウェブを作製するための装置及び方法についても記載する。
【００１９】
一実施形態において、厚さを画定する第１の表面と第２の表面とを有するフィルタ媒体を作製することができ、媒体は厚さに少なくとも１つの領域を含み、領域は、ポリエステル繊維と、少なくとも０．３ミクロンの直径を有するスペーサー繊維と、多くとも１５ミクロンの直径を有する効率繊維とを含み、ここでポリエステル繊維は領域において濃度が実質的に変化せず、スペーサー繊維は、スペーサー繊維の濃度が領域にわたり一方の表面から他方の表面に至る方向に増加するように、領域において濃度が変化する。媒体は、３０〜８５ｗｔ％のポリエステル繊維と、２〜４５ｗｔ％のスペーサー繊維と、１０〜７０ｗｔ％の効率繊維とを含む。ポリエステル繊維は二成分繊維を含むことができ；スペーサー繊維はガラス繊維を含むことができ；効率繊維はガラス繊維を含むことができる。スペーサー繊維は単相ポリエステル繊維を含むことができる。
【００２０】
別の実施形態において、幅を画定する第１の縁端と第２の縁端とを有するフィルタ媒体を作製することができ、各縁端は媒体のマシン方向と平行である。媒体は、第１の繊維と第２の繊維とを含む第１の領域を含み、第２の繊維は、第２の繊維の濃度が第１の縁端から第２の縁端にかけて増加するように、第１の領域において濃度が変化する。フィルタ媒体の幅は、定濃度の第１の繊維と第２の繊維とを含む厚さの第２の領域を含むことができる。フィルタ媒体は、厚さを画定する第１の表面と第２の表面とを有することができ、媒体は、勾配を含む第２の領域を含み、第２の領域において第２の繊維は、第２の繊維の濃度が領域にわたり一方の表面から他方の表面に至る方向に増加するように、第２の領域において濃度が変化する。フィルタ媒体において、第２の領域は、媒体の厚さの一部分にわたることができる。フィルタ媒体において、第１の繊維は第１の繊維組成を有し、第２の繊維は、第１の繊維組成と異なる第２の繊維組成を有することができる。フィルタ媒体において、第１の繊維は直径が第２の繊維より大きくてもよい。フィルタ媒体において、幅の中心領域を作製することができ、第２の繊維の濃度はこの中心領域で最も高い。フィルタ媒体において、フィルタ媒体は第１の縁端に隣接した第１の縁端領域と、第２の縁端に隣接した第２の縁端領域とを含み、第２の繊維の濃度は、第２の縁端領域と比べて第１の縁端領域においてより高い。
【００２１】
Ｉ．勾配媒体の必要性及び利点
特定の組成又は特徴に変化又は勾配を有する繊維媒体は、多くの状況で有用である。本開示の技術の実質的な利点の一つは、単一のファーニッシュ組成又は少数からなる一組のファーニッシュからウェットレイド媒体に広範囲の特性及び性能を作り出す能力である。第２の、しかし重要な利点は、単一のウェットレイド媒体形成プロセスを用いてこの広い範囲にわたる製品を生産する能力である。媒体は、形成されると、さらなる処理も追加の層もなしに優れた性能特徴を有する。以下のデータで確認することができるとおり、単一のファーニッシュを使用して、製品寿命が長い広範囲の効率を作り出すことができる。これらの特性は、本発明のウェットレイド法で形成された勾配材料に生じる。効率の変化とは、利点を提供する細孔径の変化を含意する。例えば、細孔径勾配を有する媒体は、いくつかある用途のなかでも特に、粒子状物質のろ過に有利である。フィルタの上流部分における細孔径勾配は、汚染物質を最上流層又は界面に詰まらせるのではなく、媒体の深さを通じて堆積させることにより、フィルタの寿命を延ばすことができる。加えて、制御可能且つ予測可能な勾配特徴、例えば、繊維の化学的性質、繊維径、架橋又は融合又は結合機能性、バインダー又はサイズ剤の存在、微粒子の存在などを有する繊維媒体が、多くの各種用途において有利である。かかる勾配は、ろ過用途で用いられる場合、汚染物質の除去及び貯留における性能の亢進をもたらす。材料の勾配及びその関連属性は、繊維媒体の厚さを通じて、或いは繊維媒体シートのクロスウェブ幅又は長さなどの別の寸法にわたって提供される場合に有利である。
【００２２】
ＩＩ．媒体、装置及び方法の一実施形態の説明
本明細書に記載される技術を用いて、不織布における操作され制御されたウェブ構造を、ウェットレイド法を用いて作製することができ、ここで不織ウェブは、繊維、特性、又は他のろ過に関する一面が、ウェブの第１の表面からウェブの第２の表面に至る方向、又はウェブの第１の縁端からウェブの第２の縁端に至る方向、又はその双方の方向に制御されて変化する領域を有する。操作されたウェブは、従来の１つ又は複数の不織布又は織布ウェブ領域の１つ又は複数を、フィルタ特性の操作された変化を有する本明細書に記載される実施形態に係る１つ又は複数の不織ウェブの１つ又は複数の領域と組み合わせて、ウェットレイド技法を用いて作製することができる。
【００２３】
媒体、方法及び装置のさらなる考察についての背景を提供するため、多くの追加的な異なる実施形態が本明細書で後述されることを認識したうえで、いくつかの特定の実施形態を簡潔に説明する。一実施形態において、かかる媒体は、第１の流体フローストリームと第２の流体フローストリームとを有する装置を使用して作製することができ、各フローストリームは少なくとも１種類の繊維を含む。かかる装置の一例が、図１に示される。この特定の例では、装置１００は第１のフローストリーム１０４の第１の供給源１０２と第２のフローストリーム１０８の第２の供給源１０６とを備える。装置は、混合隔壁１１０と呼ばれる混合隔壁構造であって、そこに開口１１２を画定する構造を使用して、２つのフローストリームの制御された混合を得るように設計及び構成される。混合隔壁はまた、混合ラメラと称することもできる。
【００２４】
第１のフローストリーム１０４は、混合隔壁の下側に位置決めされる受入領域１１４上に流れ、一方、第２のフローストリームは混合隔壁１１０の上面上に流れる。第２のフローストリームの一部は開口１１２を通過して受入領域１１４に至り、従って第１のフローストリーム１０４と第２のフローストリーム１０８との間に混合が起こる。第１のフローストリーム１０４が第１の繊維タイプを含み、及び第２のフローストリーム１０８が第２の繊維タイプを含む実施形態では、得られる不織ウェブは、ウェブの厚さにわたる第２の繊維タイプの勾配分布を有し、ここで第２の繊維タイプの濃度は、図１におけるウェブの向きを用いれば、底面から上面に向かうにつれ低くなる。
【００２５】
図１の装置は、いくつかの点で製紙型の装置と同様であり得る。先行技術における製紙機械は、中実で、且つ２つのフローストリームの混合を最小限しか許容しない隔壁構造を有することが知られている。本発明の混合隔壁構造は、フローストリームの所望のレベル及び配置の混合を得るため少なくとも２つのフローストリームと協働する様々な幾何形状の孔を備えて適合される。混合隔壁は、１個の開口、２個の開口又はそれより多い開口を有することができる。さらに本明細書で詳細に考察するとおり、混合隔壁の開口の形状及び向きによってウェブに特定の勾配構造を実現することが可能となる。
【００２６】
一実施形態において、媒体は、ろ過特性のための成形性、剛性、引張り強さ、低圧縮性、及び機械的安定性；高い粒子状物質負荷容量、使用中の低い圧力損失、並びにろ過流体、例えば、ガス、ミスト、又は液体における使用に好適な細孔径及び効率を有する複合不織ウェットレイド媒体に関する。一実施形態のろ過媒体はウェットレイドであり、ランダムに配向された媒体繊維の配列から構成される。
【００２７】
ＩＩＩ．界面境界なし
混合隔壁を使用したかかる方法によって得られる繊維ウェブは、繊維特徴の勾配があって、且つ特定の繊維の濃度に変化があるが、しかし２つ以上の別個の層は有しない領域を有することができる。この領域は、媒体の厚さ又は幅の全体であっても、又は媒体の厚さ又は幅の一部分であってもよい。ウェブは、記載されるとおりの勾配領域と、繊維又はフィルタ特徴の変化を最小限しか有しない不変領域とを有することができる。繊維ウェブは、２つ以上の別個の層間に確かに界面を有する他の構造に存在するフロー上の欠点がない勾配を有することができる。互いに接合された２つ以上の別個の層を有する他の構造では、ラミネートされた層、ラミネート用接着剤又は任意の２つ以上の層間を分断する界面であり得る界面境界が存在する。例えば、ウェットレイド法において勾配形成用孔あき混合隔壁装置を使用することにより、ウェットレイド媒体の製造においてウェブ形成を制御し、こうしたタイプの別個の界面を回避することが可能である。得られる媒体は、比較的薄く、同時にプリーツ又は他のろ過構造に形成するのに十分な機械的強度を維持するものであり得る。
【００２８】
ＶＩ．主な用語の定義
本特許出願の目的上、用語「ウェブ」は、約０．０５ｍｍから、それより大きい不確定の又は任意の厚さまでの厚さを有するシート状又は平面状の構造を指す。この厚さ寸法は、０．５ｍｍ〜２ｃｍ、０．８ｍｍ〜１ｃｍ又は１ｍｍ〜５ｍｍであってよい。さらに、本特許出願の目的上、用語「ウェブ」は、約２．００ｃｍから不確定の又は任意の幅までの範囲をとることのできる幅を有するシート状又は平面状の構造を指す。長さは不確定の又は任意の長さであってよい。かかるウェブは、柔軟性を有し、機械加工可能で、プリーツ加工可能で、及びその他の方法でフィルタエレメント又はフィルタ構造に形成することが可能である。ウェブは勾配領域を有することができ、また不変領域も有することができる。
【００２９】
本開示の目的上、用語「繊維」は、平均値又は中央値の繊維サイズ又は特徴の周りに（典型的には、実質的に正規分布又はガウス分布で）分布している繊維サイズ又は繊維特徴の範囲内に全ての繊維が含まれるような、組成的に関連性を有する多数の繊維を示す。
【００３０】
用語「フィルタ媒体（ｍｅｄｉａ）」又は「フィルタ媒体（ｍｅｄｉｕｍ）」は、この用語が本開示で使用されるとき、フィルタ構造として少なくとも最小限度の有用性があり、且つ従来の製紙ウェットレイド法で作製された従来の紙、コート用紙又は新聞用紙などのように実質的に不透過層でないように少なくとも最小限の透過性及び多孔性を有する層に関する。
【００３１】
本開示の目的上、用語「勾配」は、ウェブの何らかの特性が、ウェブの少なくとも一領域において、又はウェブにおいて、典型的にはｘ又はｚ方向に変化することを示す。変化はウェブの第１の表面から第２の表面にかけて、又は第１の縁端から第２の縁端にかけて現れることができる。勾配は、物理的特性の勾配であっても、又は化学的特性の勾配であってもよい。媒体は、透過率、細孔径、繊維径、繊維長、効率、固体度（ｓｏｌｉｄｉｔｙ）、湿潤性、耐化学性及び耐温度性からなる群の少なくとも１つの勾配を有することができる。かかる勾配においては、繊維サイズが変化してもよく、繊維濃度が変化してもよく、又は任意の他の組成に関する一面が変化してもよい。さらに、勾配は、細孔径、透過率、固体度及び効率などの媒体の何らかのフィルタ特性が第１の表面から第２の表面にかけて変化し得ることを示すことができる。勾配の別の例は、特定の繊維タイプの濃度の第１の表面から第２の表面にかけての、又は第１の縁端から第２の縁端にかけての変化である。湿潤性、耐化学性、機械的強度及び耐温度性の勾配は、ウェブが、異なる繊維化学を有する繊維の繊維濃度勾配を有する場合に、実現することができる。組成又は特性のかかる変化は、線形勾配分布で現れても、又は非線形勾配分布で現れてもよい。ウェブ又は媒体における繊維の組成又は濃度勾配のいずれも、上流、下流等、媒体における任意の方向に、線形的にも、又は非線形的にも変化することができる。
【００３２】
用語「領域」は、厚さがウェブの全厚より小さいか、又は幅がウェブの全幅より小さい、ウェブの任意に選択された部分を示す。かかる領域はいかなる層、界面又は他の構造によっても画定されず、ウェブにおいてその領域に隣接又は近接する繊維等の同様の領域と比較するためだけに任意に選択される。本開示では、領域は別個の層ではない。かかる領域の例は、図２４、図２７及び図２８に見ることができる。領域においては、第１及び第２の繊維は組成が異なる繊維のブレンドを含むことができ、勾配によって特徴付けられる領域は、媒体の厚さの一部分である。
【００３３】
用語「繊維特徴」は、組成、密度、表面処理、繊維における材料の配列、繊維形態、例えば、直径、長さ、アスペクト比、クリンプ度、断面形状、バルク密度、サイズ分布又はサイズ分散等を含めた、繊維の任意の側面を含む。
【００３４】
用語「繊維形態」は、繊維の形状、形態又は構造を意味する。特定の繊維形態の例としては、ツイスト、クリンプ、ラウンド、リボン様、ストレート又はコイル状が挙げられる。例えば、円形断面を有する繊維は、リボン様形状の繊維とは異なる形態を有する。
【００３５】
用語「繊維サイズ」は形態の一部であって、長さと直径との比である「アスペクト比」を含み、及び「直径」は、繊維の円形断面の直径か、又は繊維の非円形断面の最大断面寸法のいずれかを指す。
【００３６】
本開示の目的上、用語「混合隔壁」は、フローストリームを少なくとも受入範囲と分離し、しかし隔壁に、フローストリームと受入範囲との間での制御された混合程度を提供する開放された範囲を提供することができる機械的バリアを指す。
【００３７】
混合隔壁において、用語「スロット」は、第１の寸法が第２の寸法より著しく大きい、例えば長さが幅より著しく大きい開口を指す。本開示の目的上、「繊維」が参照される。この参照は、繊維源に関するものであることが理解されるべきである。繊維源は、典型的には繊維製品であり、ここでは多数の繊維が同様の組成、直径及び長さ又はアスペクト比を有する。例えば、開示される二成分繊維、ガラス繊維、ポリエステル及び他の繊維タイプは、実質的に同様の繊維を多数有して大量に提供される。かかる繊維は、本発明の媒体又はウェブを形成する目的上、典型的には水相などの液体中に分散される。
【００３８】
用語「足場」繊維は、本発明の文脈では、媒体に機械的強度及び安定性を提供する実質的に定濃度の繊維を意味する。足場繊維の例は、硬化させた二成分繊維、又は硬化層中の繊維と樹脂との組み合わせである。一実施形態において、足場繊維は二成分繊維を含み、第１の繊維及び第２の繊維の双方が、独立してガラス繊維又はポリエステル繊維を含む。別の実施形態において、足場繊維はセルロース系繊維を含み、第１の繊維及び第２の繊維の双方が、独立してガラス繊維又はポリエステル繊維を含む。
【００３９】
用語「スペーサー」繊維は、本発明の媒体の文脈では、媒体の足場繊維に分散させることのできる繊維を意味し、ここでスペーサー繊維は勾配を形成することができ、且つ直径が効率繊維より大きい。
【００４０】
用語「効率」繊維は、本発明の文脈では、勾配を形成することができ、且つ足場繊維又はスペーサー繊維との組み合わせで、細孔径効率を媒体に提供する繊維を意味する。本発明の媒体は、足場繊維、スペーサー繊維及び効率繊維とは別の、さらに追加的な繊維の１つを有することができる。
【００４１】
用語「繊維組成」は、繊維材料の配列を含めた、繊維及び１つ又は複数の繊維材料の化学的性質を意味する。かかる性質は有機的なものであっても、又は無機的なものであってもよい。有機繊維は、典型的には本質上ポリマー又はバイオポリマーである。第１の繊維又は第２の繊維（又は足場繊維若しくはスペーサー繊維は、ガラス、セルロース、麻、アバカス（ａｂａｃｕｓ）、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ハロゲン化ポリマー、ポリウレタン、又はそれらの組み合わせを含む繊維から選択される繊維であってもよい。無機繊維は、ガラス、金属及び他の非有機炭素源材料で作製される。
【００４２】
用語「デプス媒体」又は「デプス負荷媒体」は、ろ過される粒子状物質がデプス媒体の厚さ又はｚ寸法にわたって捕獲及び維持されるフィルタ媒体に関する。実際には、粒子状物質の一部はデプス媒体の表面に蓄積し得るが、デプス媒体の特色は、デプス媒体の厚さの範囲内に粒子状物質を蓄積して保持する能力である。かかる媒体は、典型的には実質的なろ過特性を有する領域を含む。多くの用途、特に比較的高い流量が関わる用途において、デプス媒体を使用することができる。デプス媒体は、一般に、その多孔性、密度又は固体含有率に関して定義される。例えば、２〜３％の固体度の媒体は、全体積の約２〜３％が繊維材料（固体）を含むように繊維が配列され、残りは空気又は気体間隙であるデプス媒体マットであり得る。デプス媒体の定義に有用な別のパラメータは、繊維径である。パーセント固体度を一定に保ち、しかし繊維径（サイズ）を小さくすると、細孔径は小さくなる；すなわちフィルタは効率が高くなり、小粒子をより効果的に捕捉し得る。典型的な従来のデプス媒体フィルタは、比較的一定の（又は一様な）密度の媒体、すなわちデプス媒体の固体度がその厚さにわたって実質的に一定に保たれているシステムである。デプス媒体において、第２の繊維は、第１の上流表面から第２の下流表面にかけて増加することができる。かかる媒体は、負荷領域と効率領域とを含むことができる。
【００４３】
この文脈で「実質的に一定」とは、濃度又は密度などの特性がある場合に、媒体の深さにわたってはその比較的小さい変動しか認められないことを意味する。かかる変動は、例えば、フィルタ媒体が位置決めされている容器によって外側係合面が僅かに圧迫されることにより生じ得る。かかる変動は、例えば、製造過程におけるばらつきによって引き起こされるウェブにおける繊維の僅かではあるが本質的な高密化又は低密化により生じ得る。一般に、デプス媒体構成は、実質的にその体積又は深さを通じた粒子状材料の負荷を提供するように設計することができる。従って、かかる構成は、表面負荷システムと比べて、全フィルタ寿命が経過するまでにより多量の粒子状材料を負荷するように設計することができる。しかしながら、実質的な負荷には固形分が比較的低度の媒体が望ましいため、一般にかかる構成は効率が代償となる。例えば、媒体は、足場、スペーサー又は効率繊維が一様に又は実質的に一定であるように結合された領域である領域を有することができる。結合された領域における第１の繊維は、濃度が一様又は実質的に一定である。
【００４４】
本開示の目的上、用語「表面媒体」又は「表面負荷媒体」は、粒子状物質の大部分がフィルタ媒体の表面に蓄積し、媒体層の厚さの範囲内には粒子状物質がほとんど又は全く見られないフィルタ媒体を指す。多くの場合、表面負荷は、媒体層への粒子状物質の侵入に対するバリアとして働く表面上に形成された細繊維層を使用することにより得られる。
【００４５】
本開示の目的上、用語「細孔径」は、媒体内で繊維材料により形成された間隙を指す。媒体の細孔径は、媒体の電子写真を調べることにより推定することができる。媒体の平均細孔径はまた、Ｐｏｒｏｕｓ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｃ．（Ｉｔｈａｃａ、ＮＹ）から型番ＡＰＰ １２００ ＡＥＸＳＣとして入手可能なキャピラリーフローポロメーターを使用して計算することもできる。
【００４６】
本開示の目的上、用語「結合繊維」は、本発明の媒体又はウェブの形成において、繊維材料が隣接する繊維材料と結合を形成することを示す。かかる結合は、結合系として働く二成分繊維の可融性外側層などの、繊維の固有の特性を利用して形成することができる。或いは、本発明のウェブ又は媒体の繊維材料は、典型的にはバインダー樹脂の水性分散体の形態で提供される別個の樹脂性バインダーを使用して結合することができる。或いは、本発明の繊維はまた、架橋試薬を使用して架橋させ、高温結合により、又は繊維に繊維同士の結合を生じさせることのできる任意の他の結合法により、電子ビーム又は繊維間結合を生じさせることのできる他のエネルギー放射を使用して結合することもできる。
【００４７】
「二成分繊維」は、ある融点を有する少なくとも１つの繊維部分と、より低い融点を有する第２の熱可塑性部分とを有する熱可塑性材料から形成された繊維を意味する。これらの繊維部分の物理的構成は、典型的にはサイド・バイ・サイド構造又はシース−コア構造である。サイド・バイ・サイド構造では、２つの樹脂が典型的にはサイド・バイ・サイド構造で接続された形態で押出しされる。また、先端がより低い融点のポリマーを有するローブ形繊維を使用することもできる。二成分繊維は、フィルタ媒体の３０〜８０ｗｔ．％であってもよい。
【００４８】
本明細書で使用されるとき、用語「供給源」は、起点、例えば繊維を含む流体フローストリームの起点である。供給源の一例はノズルである。別の例はヘッドボックスである。
【００４９】
「ヘッドボックス」は、幅にわたって実質的に一様なファーニッシュフローを送り込むように構成された機器である。ある場合には、ヘッドボックス内の圧力は、ポンプ及び制御装置によって維持される。例えば、エアパッド付きヘッドボックスは、ファーニッシュの上側にある空隙を圧力の制御手段として使用する。ある場合には、ヘッドボックスはまた整流ロールも備え、それらは中に大きな穴を備えるシリンダであり、エアパッド付きヘッドボックス内で低速で回転してファーニッシュの分配を補助する。液圧式ヘッドボックスでは、一群の管、拡張した範囲、及びフロー方向の変化によってファーニッシュの再分配及びフロックの破壊を実現する。
【００５０】
「ファーニッシュ」は、本明細書でこの用語が使用されるとき、繊維と液体とのブレンドである。一実施形態において、液体は水を含む。一実施形態において、液体は水であり、ファーニッシュは水性ファーニッシュである。
【００５１】
「マシン方向」は、ウェブを生産する装置などの装置内を通じてウェブが移動する方向である。また、マシン方向は、材料のウェブの最長寸法の方向でもある。
【００５２】
「クロスウェブ方向」は、マシン方向に垂直な方向である。
【００５３】
「ｘ方向」及び「ｙ方向」は、繊維媒体ウェブのそれぞれ幅及び長さを定義し、及び「ｚ方向」は繊維媒体の厚さ又は深さを定義する。本明細書で使用されるとき、ｘ方向はクロスウェブ方向と同じであり、ｙ方向はマシン方向と同じである。
【００５４】
「下流」は、本明細書でこの用語が使用されるとき、ウェブを形成する装置において少なくとも１つのフローストリームが流れる方向にある。本明細書において第１の成分が第２の成分の下流にあると記載されるとき、それは、第１の成分の少なくとも一部分が第２の成分の全体の下流にあることを意味する。第１の成分が第２の成分の下流にあるとしても、第１の成分と第２の成分との一部分は重なり合ってよい。
【００５５】
ＩＶ．媒体の詳細な説明
ａ．媒体における種々の勾配タイプ
勾配は、ウェブのｘ方向、ｙ方向又はｚ方向のいずれかに生成され得る。ここでは、そうした異なる勾配タイプを生成するために使用される特定の混合隔壁構造についてさらに考察する。勾配はまた、これらの平面の組み合わせで生成されてもよい。勾配は、少なくとも２つの繊維の相対的な分布を調整することにより完成される。少なくとも２つの繊維は、組成、長さ、直径、アスペクト比、形態又はそれらの組み合わせなどの異なる物理的特性を有することによって互いに異なり得る。例えば２つの繊維は、第１のガラス繊維が０．８ミクロンの平均直径を有し、且つ第２のガラス繊維が５ミクロンの平均直径を有するなど、直径が異なってもよい。
【００５６】
勾配を形成する少なくとも２つの繊維は、異なる化学組成、コーティング処理、又はその双方を有することによって互いに異なり得る。例えば、第１の繊維がガラス繊維である一方、第２の繊維がセルロース系繊維であってもよい。
【００５７】
本明細書に記載される不織ウェブは、例えば、細孔径、架橋密度、透過率、平均繊維サイズ、材料密度、固体度、効率、液体流動性、湿潤性、繊維表面化学、表面化学、又はそれらの組み合わせの勾配を定義することができる。ウェブはまた、繊維、バインダー、樹脂、粒子状物質、架橋剤などを含む材料に比例して勾配を有するように製造することもできる。ここまで少なくとも２つの繊維について考察したが、本発明の多くの実施形態は、３、４、５、６種又はそれ以上の繊維タイプを含む。第２、第３、及び第４の繊維タイプの濃度はウェブの一部分にわたって変化させることが可能である。
【００５８】
ｂ．勾配領域と不変領域とを備える媒体
本明細書に記載される実施形態の媒体は、勾配特徴を有することができる。本発明の一態様において、媒体は２つ以上の領域を有することができる。第１の領域は、上記に定義及び考察されるとおりの確定された勾配を備える媒体の厚さの一部分を含むことができる。他の領域は、勾配か、又はいかなる重要な勾配特徴も実質的に存在しない不変媒体特徴かのいずれかを有する媒体の厚さの別の部分を含むことができる。かかる媒体は、本発明の方法及び機械を用いて、機械によって放出される繊維から形成される層が、不変媒体を含む第１の領域と勾配媒体を含む第２の領域とを備えるかかる媒体を形成するような機械設定により形成することができる。媒体は、ラミネート構造及び接着剤又は領域間に一切の顕著な界面が実質的に存在しないように作製することができる。媒体には、少なくとも約３０ｗｔ％且つ多くとも約７０ｗｔ％の二成分繊維と、ポリエステル繊維又はガラス繊維を含む少なくとも約３０ｗｔ％且つ多くとも約７０ｗｔ％の第２の繊維とがあり、ここで第２の繊維の濃度は、第１の表面から第２の表面にかけて増加する連続勾配となるよう形成される。大部分、領域の繊維は特徴が同様であってもよく、又は実質的に異なってもよい。例えば、不変領域が、セルロース系繊維、ポリエステル繊維、又は混合セルロース系合成繊維の領域を含み、一方、勾配領域が二成分繊維若しくはガラス繊維、又は本開示の他の場所に開示される他の繊維若しくは繊維の混合を含んでもよい。
【００５９】
機械設定に応じて、本発明の方法における領域の形成は、典型的には形成用ワイヤ上に湿潤層を形成し、次に液体を除去することで、さらなる乾燥及び他の処理に繊維層を残すことより行われる。最終的な乾燥した媒体において、領域は様々な厚さを有することができる。かかる媒体は、約０．３ｍｍ〜５ｍｍ、０．４ｍｍ〜３ｍｍ、０．５ｍｍ〜１ｍｍ、少なくとも０．０５ｍｍ又はそれより大きい範囲の厚さを有することができる。かかる媒体は、媒体の厚さの約１％〜約９０％の範囲であってよい勾配領域の層を有することができる。或いは、勾配層の厚さは、媒体の厚さの約５％〜約９５％を含むことができる。本発明の媒体の勾配のさらに別の態様は、勾配が媒体の厚さの１０％〜８０％である媒体を含む。本発明のなおさらに別の実施形態は、勾配層の厚さが媒体全体の厚さの約２０％〜約８０％である媒体を含む。同様に、媒体は不変領域を含むことができ、不変領域は媒体の厚さの１％より大きく、媒体の厚さの５％より大きく、媒体の厚さの１０％より大きく、又は媒体の厚さの２０％より大きい。
【００６０】
一実施形態において、勾配領域の下部におけるある繊維の濃度は、勾配領域の上部における当該繊維の濃度より少なくとも１０％高い。別の実施形態において、勾配領域の下部におけるある繊維の濃度は、勾配領域の上部における当該繊維の濃度より少なくとも１５％高い。別の実施形態において、勾配領域の下部におけるある繊維の濃度は、勾配領域の上部における当該繊維の濃度より少なくとも２０％高い。
【００６１】
媒体に不変領域と勾配領域とを有することで、数多くの機能を果たすことができる。一実施形態において、勾配層は、小粒子を捕捉する初期上流層として働くことができ、それにより媒体の寿命が長くなる。本発明のなお別の実施形態は、不変領域が、特定の粒径で効率的に動作するように設計されたフィルタ特徴を有する上流層である媒体に関する。かかる実施形態では、次に不変領域は、特定の粒径の実質的な量を媒体から除去することで、勾配媒体が他の粒径を除去する補助として働くことができ、それによりフィルタ寿命が長くなる。理解され得るとおり、様々な異なる用途において特定の流体層から特定の粒子タイプをろ過する目的に対し、不変層と勾配領域との使用を操作することができる。
【００６２】
ｃ．繊維の例
繊維は、様々な組成、直径及びアスペクト比であってよい。不織ウェブに勾配を形成するための本明細書に記載される概念は、ウェブを作るために使用される特定の繊維ストックとは無関係である。繊維の組成上のアイデンティティについて、当業者はあらゆる繊維を有用と判断し得る。かかる繊維は、通常は有機製品又は無機製品のいずれかから処理される。特定の用途の勾配要件により、繊維、又は繊維の組み合わせの選択をより好適なものとし得る。勾配媒体の繊維は、二成分、ガラス、セルロース、麻、アバカス、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ハロゲン化ポリマー、ポリウレタン、アクリル又はそれらの組み合わせを含んでもよい。
【００６３】
合成繊維と天然繊維との組み合わせ、及び処理された繊維と未処理繊維との組み合わせを含む繊維の組み合わせを、複合材において好適に使用することができる。
【００６４】
セルロース、セルロース系繊維又は混合セルロース／合成繊維は、複合材媒体の基本成分であり得る。セルロース系繊維は別個の層であっても、又は足場繊維若しくはスペーサー繊維であってもよく、及び少なくとも約２０ミクロン且つ多くとも約３０ミクロンの直径を有することができる。他の供給源からも入手可能であるが、セルロース系繊維は主に木材パルプから誘導される。本発明での使用に好適な木材パルプ繊維は、クラフト法及び亜硫酸法などの公知の化学的方法により、続く漂白を伴い又は伴わず得ることができる。パルプ繊維はまた、サーモメカニカル法、ケミサーモメカニカル法、又はそれらの組み合わせによって処理することもできる。好ましいパルプ繊維はケミカル法によって生産される。砕木繊維、再生又は二次木材パルプ繊維、並びにさらし及び未さらし木材パルプ繊維を使用することができる。針葉樹及び広葉樹を使用することができる。木材パルプ繊維の選択の詳細は当業者に周知されている。これらの繊維は数多くの企業から市販されている。木材パルプ繊維はまた、本発明において使用する前に前処理することもできる。この前処理は、物理的又は化学的処理、例えば他の繊維タイプと組み合わせたり、繊維を蒸気にかけたりすることなど、又は化学的処理、例えば、様々な架橋剤のいずれか１つを使用してセルロース繊維を架橋することなどを含み得る。架橋は繊維かさ高及び弾性を高める。
【００６５】
合成繊維としては、ポリマー繊維、例えば、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール（様々な加水分解度のもの）、ポリ酢酸ビニル繊維が挙げられ、これもまた複合材に使用することができる。好適な合成繊維としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、及びレーヨン繊維が挙げられる。他の好適な合成繊維としては、熱可塑性ポリマーから作製されたもの、熱可塑性ポリマーで被覆されたセルロース系材料及び他の繊維、及び成分の少なくとも１つが熱可塑性ポリマーを含む多成分繊維が挙げられる。単一成分繊維及び多成分繊維は、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、及び他の従来の熱可塑性繊維材料から製造することができる。
【００６６】
限定として解釈されてはならないが、繊維の前処理の例は、繊維の表面化学を修飾する界面活性剤又は他の液体の適用を含む。他の前処理は、抗菌剤、色素、染料及び高密度化剤又は軟化剤の取り込みを含む。熱可塑性及び熱硬化性樹脂などの他の化学物質で前処理された繊維もまた使用され得る。前処理の組み合わせもまた用いられ得る。同様の処理を、前処理プロセスにおける複合材の形成後に適用することもできる。
【００６７】
ウェブの繊維として使用することのできるガラス繊維媒体及び二成分繊維媒体が、２００７年１２月１８日に発行された米国特許第７，３０９，３７２号明細書（全体として参照により本明細書に援用される）に開示されている。ウェブの繊維として使用することのできるガラス繊維媒体及び二成分繊維媒体のさらなる例が、２００６年５月１１日に公開された米国特許出願公開第２００６／００９６９３２号明細書（同様に全体として参照により本明細書に援用される）に開示されている。
【００６８】
本明細書に記載されるウェブの製造には、相当な割合のガラス繊維を使用することができる。ガラス繊維は媒体の約３０〜７０ｗｔ．％を含むことができる。ガラス繊維は細孔径の制御を提供し、及び媒体において他の繊維と連係することで、大きい流量、高い能力、大きい効率及び高い湿潤強度の媒体が得られる。用語のガラス繊維「供給源」は、他と明確に区別される原材料として利用可能な平均直径及び長さ又はアスペクト比によって特徴付けられる定義された組成の多数の繊維のガラス繊維製品を意味する。好適なガラス繊維供給源は、例えば、Ｓｕｍｍｅｒｖｉｌｌｅ、Ｓｏｕｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ、米国を所在地とするＬａｕｓｃｈａ Ｆｉｂｅｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌから、５ミクロンの直径を有するＢ５０Ｒ、１ミクロンの直径を有するＢ０１０Ｆ、又は０．８ミクロンの直径を有するＢ０８Ｆとして市販されている。同様の繊維が他の販売業者からも利用可能である。
【００６９】
「二成分繊維」は、ある融点を有する少なくとも１つの繊維部分と、それより低い融点を有する第２の熱可塑性部分とを有する熱可塑性材料から形成された繊維を意味する。これらの繊維部分の物理的構成は、典型的にはサイド・バイ・サイド構造又はシース−コア構造である。サイド・バイ・サイド構造では、２つの樹脂が、典型的にはサイド・バイ・サイド構造で接続された形態で押出される。シース−コア構造では、より低い融点を有する材料がシースを形成する。また、先端がより低い融点のポリマーを有するローブ形繊維を使用することも可能である。
【００７０】
二成分（シース／コア又はサイド・バイ・サイド）繊維のポリマーは、異なる熱可塑性材料、例えば、ポリオレフィン、例えばポリエチレンシースが、コア、例えばポリエステルより低い温度で溶融するポリオレフィン／ポリエステル（シース／コア）二成分繊維などから構成されてもよい。典型的な熱可塑性ポリマーとしては、ポリオレフィン、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、及びそれらの共重合体、及びポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルが挙げられる。具体的な例は、ＤｕＰｏｎｔから入手可能な２７１Ｐとして知られるポリエステル二成分繊維である。他の繊維としては、Ｆｉｂｅｒ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｃｉｔｙ、Ｔｅｎｎｅｓｓｅｅ）から入手可能なＦＩＴ２０１、日本の株式会社クラレから入手可能なＫｕｒａｒａｙ Ｎ７２０、及び日本のユニチカ株式会社から入手可能なＵｎｉｔｉｋａ ４０８０、及び同様の材料が挙げられる。他の繊維としては、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化酢酸ビニル、ポリビニルブチラール、アクリル樹脂、例えばポリアクリレート、及びポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリアミド、すなわちナイロン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリウレタン、セルロース系樹脂、すなわち硝酸セルロース、酢酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、エチルセルロース等、上記の材料のいずれかの共重合体、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、Ｋｒａｔｏｎゴムなどが挙げられる。第１の繊維又は足場繊維は、各々が独立してポリエステル又はポリオレフィンを含むコアとシェルとを含む二成分繊維を含むことができる。
【００７１】
これらのポリマーは全て、最初の溶融が完了するとシースが架橋するという特徴を示す。これは、適用温度が典型的にはシース溶融温度を上回る液体用途には重要である。
【００７２】
不織媒体は、多数の親水性、疎水性、親油性、及び疎油性のいずれもの繊維から作製される二次繊維を含むことができる。これらの繊維は、他の繊維と協働することにより、機械的に安定な、しかし強力で透過性を有するろ過媒体を形成し、このろ過媒体は、流体材料が通過する機械的応力に耐えることができ、且つ使用中、粒子状物質の負荷を維持することができる。二次繊維は、典型的には約０．１〜約５０ミクロンの範囲であってもよい直径を有する一成分繊維であり、自然界に存在する綿、亜麻、羊毛、様々なセルロース系及びタンパク質性天然繊維、レーヨン、アクリル、アラミド、ナイロン、ポリオレフィン、ポリエステル繊維を含む合成繊維を含め、様々な材料から作製することができる。二次繊維のあるタイプは、他の成分と協働して材料をシート状に結合するバインダー繊維である。二次繊維の別のタイプは、他の成分と協働して乾燥及び湿潤条件下の材料の引張り強さ及び破裂強さを増加させる構造繊維である。加えて、バインダー繊維は、ＰＴＦＥ、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコールなどのポリマーから作製された繊維を含むことができる。二次繊維はまた、炭素／グラファイト繊維、金属繊維、セラミック繊維及びそれらの組み合わせなどの無機繊維も含むことができる。導電性繊維の（例えば）炭素繊維又はアルミニウム、ステンレス鋼、銅等を含む金属繊維は、媒体に電気的勾配を提供することができる。環境上及び製造上問題となるため、製造及び使用中に化学的及び機械的に安定な繊維が好ましい。かかる繊維はいずれも、異なる直径の繊維のブレンドを含むことができる。
【００７３】
ｄ．バインダー樹脂の選択肢
バインダー樹脂を使用することで、足場繊維及び他の繊維、典型的には二成分繊維が存在しない場合におけるセルロース系繊維、ポリエステル繊維又はガラス繊維などを結合して機械的に安定した媒体とすることを補助することができる。かかるバインダー樹脂材料は乾燥粉末又は溶媒系として使用することができるが、しかし典型的にはビニル熱可塑性樹脂の水性分散体（ラテックス又は数多くのラチスのうちの一つ）である。バインダーとして使用される樹脂は、媒体に直接添加されて分散体を作製する水溶性又は分散性ポリマーの形態であってもよく、又は媒体の形成後に加えられる熱によりバインダーとして活性化されるアラミド及びガラス繊維と混ぜ合わされた樹脂材料の熱可塑性バインダー繊維の形態であってもよい。樹脂としては、セルロース系材料、酢酸ビニル材料、塩化ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアセチル樹脂、アクリル樹脂、メタクリル酸樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレン酢酸ビニル共重合体樹脂、熱硬化性樹脂、例えば、尿素フェノール、尿素ホルムアルデヒド、メラミン、エポキシ、ポリウレタン、硬化性不飽和ポリエステル樹脂、多環芳香族樹脂、レソルシノール樹脂及び同様のエラストマー樹脂が挙げられる。水溶性又は分散性バインダーポリマーに好ましい材料は、概して、アクリル樹脂、メタクリル酸樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリ尿素、ポリウレタン、メラミンホルムアルデヒド樹脂、ポリエステル及びアルキド樹脂などの水溶性又は水分散性熱硬化性樹脂であり、具体的には、媒体作製業界で一般的に使用されている水溶性アクリル樹脂、メタクリル酸樹脂、ポリアミド樹脂である。かかるバインダー樹脂は、典型的には繊維を被覆し、最終的な不織マトリックスにおいて繊維同士を接着する。十分な樹脂をファーニッシュに添加することで、シート、媒体、又はフィルタ材料に形成された細孔のフィルムオーバー（ｆｉｌｍ ｏｖｅｒ）を発生させることなく繊維を完全に被覆することができる。樹脂は、エラストマー、熱硬化性樹脂、ゲル、ビーズ、ペレット、フレーク、粒子、又はナノ構造であってよく、及び媒体作製中にファーニッシュに添加しても、又は形成後に媒体に加えられてもよい。
【００７４】
各不織構造において三次元不織繊維ウェブを一体に結合するために使用される、又は追加的な接着剤として使用されるラテックスバインダーは、当該技術分野において公知の様々なラテックス接着剤から選択することができる。当業者は、結合するセルロース系繊維のタイプに応じて具体的なラテックス接着剤を選択することができる。ラテックス接着剤は、噴霧又は発泡などの公知の技法により適用され得る。概して、最初に１５〜２５％の固形分を有するラテックス接着剤が使用される。分散体は、繊維を分散させた後にバインダー材料を添加するか、又はバインダー材料を分散させた後に繊維を添加することにより作製することができる。分散体はまた、繊維の分散体をバインダー材料の分散体と組み合わせることにより作製することもできる。分散体中の全繊維の濃度は、分散体の総重量を基準として０．０１〜５又は０．００５〜２重量％の範囲であってよい。分散体中のバインダー材料の濃度は、繊維の総重量を基準として１０〜５０重量％の範囲であってよい。サイズ剤、充填剤、着色剤、歩留り向上剤、代替資源由来の再生繊維、バインダー、接着剤、架橋剤、粒子、抗菌剤、繊維、樹脂、粒子、小分子有機又は無機材料、又はそれらの任意の混合物を、分散体に含めることができる。
【００７５】
ｅ．選択的結合用コーティング
選択的結合用コーティング又は元素とは、相手材料を選択的に結合する部分を指す。かかるコーティング又は元素は、標的相手材料を繊維に選択的に付着又は捕捉させるのに有用である。
【００７６】
かかるコーティング又は元素として有用な部分の例としては、生化学的、有機化学的又は無機化学的分子種が挙げられ、天然的、合成的又は組換え的方法によって誘導することができる。かかる部分としては、例えば、吸収剤、吸着剤、ポリマー、セルロース系材料、並びに巨大分子、例えば、ポリペプチド、核酸、炭水化物及び脂質が挙げられる。かかるコーティングはまた、フィルタ加工中に流体ストリームに対して可溶性又は不溶性の成分と反応することができる反応性化学コーティングを含むこともできる。かかるコーティングは、小分子又は大分子とポリマーコーティング材料との双方を含むことができる。かかるコーティングは、繊維の表面上で化学反応を達成するために繊維成分上に堆積されても、又はそれに対して接着されてもよい。
【００７７】
繊維に付着させることができ、且つ標的相手材料と選択的な結合性を示す他のかかるコーティング又は元素は、当該技術分野において公知であり、本明細書に提供される教示及び指針をふまえて本発明の機器、装置又は方法において用いることができる。
【００７８】
ｆ．化学反応性粒子状物質
本明細書に記載される実施形態の媒体中には、化学反応性粒子状物質を分散させることができる。
【００７９】
本発明の粒子状物質は、有機材料及び無機材料及び混成物のいずれからも作製することができる。粒子状物質としては、活性炭素などの炭素粒子、イオン交換樹脂／ビーズ、ゼオライト粒子、珪藻土、活性アルミナなどのアルミナ粒子、ポリマー粒子、例えば、スチレン単量体、及び市販の超吸収剤粒子などの吸収剤粒子を挙げることができる。有機粒子状物質は、発泡又はその他のポリスチレン又はスチレン共重合体、ナイロン又はナイロン共重合体、ポリオレフィンポリマー、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン、オレフィン共重合体、プロピレンオレフィン共重合体、アクリルポリマー及びポリメチルメタクリレートを含む共重合体、及びポリアクリロニトリルから作製することができる。さらに、粒子状物質はセルロース系材料及びセルロース誘導体ビーズを含むことができる。かかるビーズは、セルロース、又はメチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースなどのセルロース誘導体から製造することができる。さらに、粒子状物質は、珪藻土、ゼオライト、タルク、クレー、シリケート、溶融二酸化ケイ素、ガラスビーズ、セラミックビーズ、金属粒子状物質、金属酸化物等を含むことができる。本発明の粒子状物質はまた、所定の長さ及び直径を有する反応性の吸収剤又は吸着剤繊維様構造を含むこともできる。添加剤の他の例は、反応性コーティングを有する粒子である。
【００８０】
粒子は、繊維マット内の異なる層中にあり得る。勾配媒体の最終的な特性に役立つ粒子状物質、繊維、樹脂、又はそれらの任意の混合物は、勾配媒体を作製又は仕上げ加工するプロセスの間のいずれの時点で分散体に添加されてもよい。
【００８１】
ｅ．添加剤
サイズ剤、充填剤、着色剤、歩留り向上剤、代替資源由来の再生繊維、バインダー、接着剤、架橋剤、粒子、又は抗菌剤の添加剤は、水性分散体に添加されてもよい。
【００８２】
ｆ．媒体における界面構造の欠如
先行技術では、第１の層を第２の層と別に形成し、次に層を組み合わせることによって特定の構造が作製されるため、得られる媒体の厚さにわたり媒体特徴が段階的に変化する結果となっていた。かかる組み合わせは、典型的には層間の界面の形成を伴う。かかる界面は、時に、個別にラミネートされたシートとしては繊維がラミネーション前のシートともはや同じ物理的状態にない押し潰された繊維によって特徴付けられる層間の領域を含む。他の界面は、層を結合する接着剤を含む。本明細書に記載される不織ウェブの実施形態の多くでは、押し潰された層界面及び接着剤層界面を含むかかる界面の影響は不織ウェブに存在しない。
【００８３】
本明細書に記載される媒体の一実施形態は、繊維ウェブ内のｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向などにいかなる境界又はバリアも存在しないことによって特徴付けられる。
【００８４】
Ｖ．方法及び装置の詳細な説明
本発明の技術の実質的な利点は、１つの、又は限られた一組のファーニッシュと、一段階ウェットレイド法とを用いて広範囲の有用な特性を有する一連の媒体が得られることである。
【００８５】
ａ．方法
ある実施形態では、本発明はシングルパスウェットレイド法を利用して繊維マットの寸法の範囲内に勾配を生成する。シングルパスとは、勾配媒体を作成する一プロダクションランの間に、領域における繊維の混合及び１つ又は複数の混合ファーニッシュの堆積が１回のみ行われることを意味する。勾配を増進させるためにそれ以上の処理が行われることはない。混合隔壁装置を使用するシングルパス法は、媒体内に識別し得る又は検知し得る界面のない勾配媒体を提供する。媒体内の勾配は、上部から下部にかけて、又は媒体の厚さにわたり規定することができる。それに代えて又は加えて、媒体内の勾配は、媒体の長さ又は幅寸法にわたり規定されてもよい。
【００８６】
一実施形態において、不織ウェブの作製方法は、第１の供給源から第１の流体ストリームを吐出するステップを含み、ここで流体ストリームは繊維を含む。この方法で使用される装置は、第１の供給源より下流にある混合隔壁を有し、混合隔壁は第１の供給源からの２つの流路の間に位置決めされる。流路は混合隔壁によって分離され、混合隔壁は、少なくとも１つの流路から別の流路への流体連通を可能にする１個又は複数の開口を混合隔壁に画定する。本方法は、供給源の近位及び下流に位置する受入領域に繊維を捕集するステップをさらに含む。受入領域は、供給源から吐出されたフローストリームを受け入れ、繊維を捕集することにより湿潤層を形成するように設計される。本方法のさらなるステップは、湿潤層を乾燥させて不織ウェブを形成するステップである。
【００８７】
別の実施形態において、不織ウェブの作製方法は、供給源からファーニッシュを提供するステップであって、ファーニッシュが少なくとも第１の繊維を含むステップと、不織ウェブの作製装置からファーニッシュのストリームを吐出するステップとを含む。装置は、ストリームの供給源より下流にある混合隔壁を有し、混合隔壁は、ストリームの少なくとも一部分の通過を可能にする少なくとも１個の開口を画定する。本方法は、開口を通過する繊維を、供給源より下流に位置する受入領域に捕集するステップと、残りの繊維を混合隔壁の下流部分において受入領域に捕集するステップと、湿潤層を乾燥させて不織ウェブを形成するステップとをさらに含む。
【００８８】
ｂ．混合隔壁の一般的原理
一実施形態において、混合隔壁は、傾斜型製紙機械又は本明細書でさらに考察する他の機械などの改良された紙漉機に関連して使用される。混合隔壁は水平面上に位置決めすることも、又は下向き若しくは上向きの傾斜面上に位置決めすることもできる。ファーニッシュは、機械において供給源を出ると、形成ゾーン又は受入領域に進む。ファーニッシュは、少なくとも最初は混合隔壁によって分離される。本発明の混合隔壁は、その表面にスロット又は開口を有する。
【００８９】
本発明の混合隔壁装置を使用して形成される勾配媒体は、供給源から供給されたファーニッシュが移動時に局所的に制御された形で混合される結果である。混合隔壁の設計については多くの異なる選択肢がある。例えば、混合隔壁の始点における開口がより大きいか、又はより多数あると、ファーニッシュが最も多く水を保持しているときにより多くの混合が生じ得る。混合隔壁の終点における開口がより大きいか、又はより多数あると、液体がより多く除去された後に混合が起こる。ファーニッシュ中に存在する材料及び所望の最終的な特性に応じて、媒体形成プロセスの早い段階でより多く混合するか、又は媒体形成プロセスの後半で繊維をより多く混合することで、勾配繊維媒体の最終的な構成に利点が提供され得る。
【００９０】
本発明の装置及び方法を使用して２つより多いファーニッシュを用いると、３つ以上の繊維勾配を形成することができる。さらに、１つ又は１つより多い混合隔壁が用いられてもよい。クロスウェブに変化する混合隔壁の開口パターンを選択することにより、媒体形成中に混合をクロスウェブに変化させ得ることは理解されるであろう。本発明の機械及び混合隔壁が、この変化及び制御を容易且つ効率的に提供することは理解されるであろう。勾配媒体が、混合隔壁に対する１回のパス又は適用で形成され得ることは理解されるであろう。識別可能な別個の界面を持たず、しかし制御可能な化学的又は物理的特性は有する勾配材料、例えば繊維媒体が、本発明の装置及び方法を用いて形成され得ることは理解されるであろう。例えば変化させ得る繊維サイズの濃度又は比率が、特定の勾配媒体全体にわたる細孔密度の増加又は減少をもたらすことは理解されるであろう。このように形成された繊維媒体は、有利には多種多様な用途に用いられ得る。
【００９１】
一実施形態において、混合隔壁は不織ウェブの作製装置に用いられ、ここで装置は、繊維を含む第１の流体フローストリームと、同様に繊維を含む第２の流体フローストリームとを吐出するように構成された１つ又は複数の供給源を含む。混合隔壁は、１つ又は複数の供給源の下流、且つ第１のフローストリームと第２のフローストリームとの間に位置決めされる。混合隔壁は、２つのフローストリームの間の流体連通を可能にする１個又は複数の開口を画定する。装置はまた、１つ又は複数の供給源より下流に位置し、且つ少なくとも組み合わされたフローストリームを受け入れ、組み合わされたフローストリームから繊維を捕集することにより不織ウェブを形成するように設計された受入領域も含む。
【００９２】
別の実施形態において、混合隔壁は、繊維を含む第１の流体フローストリームを吐出するように構成された第１の供給源と、同様に繊維を含む第２の流体フローストリームを吐出するように構成された第２の供給源とを含む装置に含まれる。混合隔壁は第１及び第２の供給源より下流にあり、第１のフローストリームと第２のフローストリームとの間に位置決めされ、及び第１のフローストリームと第２のフローストリームとの間の流体連通及び混合を可能にする２個以上の開口を混合隔壁に画定する。装置はまた、第１及び第２の供給源より下流に位置し、且つ少なくとも組み合わされたフローストリームを受け入れ、組み合わされたフローストリームを捕集することにより不織ウェブを形成するように設計された受入領域も含む。
【００９３】
さらに別の実施形態において、不織ウェブの作製装置は、繊維を含む第１の液体フローストリームを吐出するように設計された供給源と、供給源より下流にある混合隔壁であって、混合隔壁における１個又は複数の開口を含む混合隔壁と、供給源より下流に位置し、且つフローストリームを受け入れ、フローストリームから繊維を捕集することにより不織ウェブを形成するように設計された受入領域とを含む。
【００９４】
ここで、さらなる具体的な実施形態を記載する。
【００９５】
ｃ．２つのフローストリームを含む実施形態（図１）
先に考察したとおり、図１は、２つの供給源１０２、１０６と混合隔壁１１０とを備える改良された傾斜型製紙装置又は機械１００に沿った概略断面図を示す。異なる装置の実施形態を図２に関連して考察し、図２は、１つの供給源を備える改良された傾斜型製紙機械２００の概略図である。
【００９６】
供給源１０２、１０６は、ヘッドボックスとして構成することができる。ヘッドボックスは、幅にわたる実質的に一様なファーニッシュフローを送り込むように構成された機器である。
【００９７】
混合隔壁は、機械の排水部全体に及び、且つ機械のサイドレールに連結するように設計することができる。混合隔壁は受入領域の全幅にわたり延在することができる。
【００９８】
図１の傾斜型製紙機械は、供給源１０２、１０６から離れるほうにフローストリーム１０４、１０８を搬送する２本の送液管１１５、１１６を含む。図１は、上下に位置決めされた２個の供給源を示す。しかしながら、装置１００は１、２、３個又はそれより多く積み重ねられた供給源、他の供給源に送液する供給源、混合隔壁の遠位端でマシン方向にずらして配置された供給源、及び混合隔壁の遠位端でクロスウェブ方向にずらして配置された供給源を含むことができる。単一の供給源構成の場合、供給源は、２つのフローストリームを提供するためファーニッシュを分離し得る内部隔壁を含み得る。
【００９９】
送液管１１５、１１６には、フローストリームの動きを促進するようにいくらか角度が付与され得る。図１の実施形態では、送液管１１５、１１６には下向きの角度が付与されている。混合隔壁１１０は、上側送液管１１６の遠位端に存在する。混合隔壁には、生産される勾配媒体に応じて下向き又は上向きの角度が付与され得る。混合隔壁１１０は開口１１２を画定し、開口１１２については本明細書でさらに説明する。混合隔壁は、供給源に最も近い近位端１２２と、供給源から遠く離れた遠位端１２４とを有する。
【０１００】
図１の実施形態では、開口１１２は、ワイヤガイド１１８の上側にある混合隔壁１１０の一部分に画定される。しかしながら、他の実施形態において、混合隔壁は、２つのフローストリーム１１５と１１６との間など、装置のより上流部分に開口を画定する。
【０１０１】
下側送液管１１５の遠位端において、第１のフローストリーム１０４は、当該技術分野において公知のローラ（図示せず）に巻き取られるワイヤガイド１１８上に移送される。ワイヤガイドにおいて、第１のフローストリーム１０４のファーニッシュは受入領域１１４に入る。第２のフローストリーム１０８のファーニッシュの一部は、開口１１２の寸法によって可能な限りに従い開口１１２を通じて受入領域１１４に下りる。結果として、第２のフローストリーム１０８は受入領域１１４内で第１のフローストリーム１０４と混合され、混和される。
【０１０２】
混合隔壁開口１１２の寸法及び位置は、第１のフローストリームと第２のフローストリームとの混合のタイミング及びレベルに大きい影響を有し得る。一実施形態において、第２のフローストリーム１０８の第１の部分が第１の開口を通過し、第２のフローストリームの第２の部分が第２の開口を通過し、及び第２のフローストリームの第３の部分が第３の開口を通過し、及び以下同様に通過して、第２のフローストリームのあらゆる残り部分は混合隔壁の遠位端１２４を越えて受入領域１１４に至る。
【０１０３】
十分に希薄な第１及び第２のファーニッシュは、受入領域の混合部分内での２つのフローストリームからの繊維の混合を促進する。ファーニッシュ中では、繊維は水などの流体及び添加剤中に分散している。一実施形態において、ファーニッシュの一方又は双方が水性ファーニッシュである。ある実施形態では、ファーニッシュ中の繊維の重量パーセント（ｗｔ．％）は、約０．０１〜１ｗｔ．％の範囲であり得る。ある実施形態では、ファーニッシュ中の繊維の重量％は、約０．０１〜０．１ｗｔ．％の範囲であり得る。ある実施形態では、ファーニッシュ中の繊維の重量％は、約０．０３〜０．０９ｗｔ．％の範囲であり得る。ある実施形態では、水溶液中の繊維の重量％は、０．０２〜０．０５ｗｔ．％の範囲であり得る。一実施形態において、フローストリームの少なくとも一方は、１リットル当たり約２０グラム未満の繊維の繊維濃度を有するファーニッシュである。
【０１０４】
水、又は他の溶媒及び添加剤は、受入領域１１４の下方にある排水ボックス１３０に捕集される。水及び溶媒１３２の捕集は、過剰な流体を受入領域から抜き出すため、重力、真空抽出又は他の乾燥手段により補助されてもよい。繊維のさらなる互いの混合及び混和が、排水ボックス１３０に加えられる真空などの流体捕集手段に応じて起こり得る。例えば、受入領域からの流体の真空抽出レベルをより強くすることにより、両面性とも称される、媒体が両側面間に違いを有する可能性がより高くなり得る。また、排水ボックスを選択的に閉鎖又は遮断することによるなどして水の除去程度を低減した範囲では、２つのフローストリームの互いの混合が高まる結果となり得る。さらには、第１のフローストリーム１０４のファーニッシュを混合隔壁の開口１１２に上向きに通過させる背圧を生成し、第２のフローストリーム１０８とより高度に混合することができる。
【０１０５】
改良された傾斜型製紙機械１００は上部囲壁１５２を備えても、又は開放された構成（図示せず）であってもよい。
【０１０６】
供給源１０２、１０６及び送液管１１５、１１６は全て、極めて希薄の繊維スラリーを繊維媒体に形成するように設計された機械であるＤｅｌｔａｆｏｒｍｅｒ（商標）機（Ｇｌｅｎｓ Ｆａｌｌｓ Ｉｎｔｅｒｗｅｂ，Ｉｎｃ．（Ｓｏｕｔｈ Ｇｌｅｎｓ Ｆａｌｌｓ、ＮＹ）から入手可能）などのハイドロフォーマ機械１５４の一部であってもよい。
【０１０７】
ｄ．単一供給源とふるい状混合隔壁とによる方法（図２）
図２は、連続勾配媒体を形成するための装置２００の別の実施形態を示し、ここではワンステップウェットレイド法においてファーニッシュの単一供給源が混合隔壁と組み合わせて使用される。供給源又はヘッドボックス２０２は、少なくとも２つの異なる繊維、例えば異なる繊維サイズ又は異なる化学組成の繊維を含むファーニッシュの第１のフローストリーム２０４を提供する。第１のフローストリームは送液管２１１を介して混合隔壁２１０に提供される。混合隔壁は開口２１２を含む。一実施形態において、混合隔壁は開口を含まない開始部分２１６と、開口２１２を備える第２の部分２２０とを有する。混合隔壁は、供給源に最も近い近位端２２２と、供給源から最も遠い遠位端２２４とを有する。混合隔壁２１０における開口２１２のサイズは、ファーニッシュ中の異なる繊維サイズを選択、すなわち篩別するように構成される。第１のフローストリームの一部は混合隔壁の開口を通過し、ワイヤガイド２１４上に堆積する。排水ボックス２３０が重力又は他の抽出手段により水及び他の溶媒を捕集し、又は抽出する。第１のフローストリーム２０４の篩別されなかった部分２３２は、プロセスの終わり２３４に、しかし後処理の前に、勾配媒体上に堆積する。
【０１０８】
図２の装置は上部囲壁２３４を含んでも、又は開放された構成を含んでもよい。図２の装置及び方法の実施形態は、異なる繊維タイプ、混合隔壁の実施形態、ファーニッシュ濃度に関する本明細書に記載される変形例のいずれとも、共に使用することができる。
【０１０９】
ｅ．混合隔壁構成
混合隔壁及びその開口は、いかなる幾何形状を有してもよい。一例はスロット付き混合隔壁である。一実施形態において、混合隔壁は、クロスウェブ方向又はクロスフロー方向のスロットである矩形開口を画定する。これらの矩形スロットは、一実施形態においてクロスウェブ幅全体にわたり延在することができる。別の実施形態において、混合隔壁は、下流方向又はマシン方向のスロットを画定する。孔又はスロットは幅が変化するものであってもよい。例えば、スロットはダウンウェブ方向に幅が増加してもよく、又はスロットはクロスウェブ方向に幅が増加してもよい。スロットは、ダウンウェブ方向に間隔を変化させてもよい。他の実施形態において、スロットはクロスウェブ方向にウェブの片側から他方の側まで続く。他の実施形態において、スロットは、ウェブの一部のみにわたり片側から他方の側まで続く。他の実施形態において、スロットはダウンウェブ方向に、混合隔壁の近位端から遠位端まで続く。例えば、スロットは、ファーニッシュが供給源を離れるに従いたどるフローの経路と平行であってもよい。混合隔壁にはスロット設計又は配列の組み合わせが使用されてもよい。
【０１１０】
他の実施形態において、混合隔壁はスロットではない開放された範囲、例えばクロスウェブ方向に片側から他方の側まで延在しない開放された範囲を画定する。かかる実施形態において、混合隔壁の開放された範囲は、別個の穴又は穿孔である。他の実施形態において、開口は、混合隔壁にある直径数インチの大きい丸い穴である。実施形態において、穴は円形、楕円形、直線形、三角形、又は他の何らかの形状である。詳細な一実施形態において、開口は、複数の別個の円形開口である。いくつかの実施形態において、開口は混合隔壁にわたって規則的に離間される。他の実施形態において、開口は、混合隔壁にわたって不規則又はランダムに離間される。
【０１１１】
混合隔壁に開放された範囲を組み込む目的は、例えば、あるファーニッシュリザーバから繊維を供給し、第２のファーニッシュリザーバからの繊維と制御された比率で混合することである。ファーニッシュの混合比率は、混合隔壁の長さに沿った開放された範囲の大きさ及び位置を変化させることにより制御される。例えば、開放された範囲が大きいほどファーニッシュの混合が増し、及び逆も同様である。混合隔壁の長さに沿ったこれらの開放された範囲の位置によって、勾配繊維マットを形成する間のファーニッシュストリームの混合の深さが決定される。
【０１１２】
混合隔壁内における開放された範囲の分布、形状、及びサイズに関して、本発明の多くの変形例があり得る。それらの変形例のいくつかは、例えば、１）面積が漸進的に増加／減少する矩形スロット、２）一定の面積の矩形スロット、３）様々な形状及び位置の様々な数のスロット、４）混合隔壁基材の開始部のみに限定されたスロットを備える多孔質の混合隔壁、５）混合隔壁基材の最終部のみに限定されたスロットを備える多孔質の混合隔壁、６）中間部のみに限定されたスロットを備える多孔質の混合隔壁、又は７）スロット又は開放された範囲の任意の他の組み合わせである。混合隔壁は長さが変化するものであってもよい。
【０１１３】
混合隔壁の２つの特定の可変要素は、混合隔壁内の開放された範囲の大きさ及び開放された範囲の位置である。これらの可変要素により、繊維マットを作り出す混合ファーニッシュの堆積が制御される。混合量は、混合隔壁の寸法に対する混合隔壁の開放された範囲により制御される。異なるファーニッシュ組成の混合が起こる領域は、混合隔壁装置における１つ若しくは複数の開口又は１つ若しくは複数のスロットの位置により決定される。開口のサイズは、受入領域内での繊維の混合量を決定する。開口の位置、すなわち混合隔壁の遠位端寄りか、又は近位端寄りかにより、勾配媒体の繊維マット内の領域におけるファーニッシュの混合の深さが決定される。スロット又は開口のパターンは、混合隔壁の基材材料、例えば金属又はプラスチックの単一部品に形成されてもよい。或いは、スロット又は開口のパターンは、異なる幾何形状材料の多数の部品により形成されてもよい。これらの部品は金属又はプラスチックから製造され、混合隔壁の基材を形成し得る。概して、混合隔壁装置における開放された範囲の量は、ファーニッシュリザーバにより供給される繊維間の混合量に正比例する。
【０１１４】
別の実施形態において、混合隔壁は、混合隔壁のダウンウェブ方向に延在する１個又は複数の開口により画定される１個又は複数の開口を含む。１個又は複数の開口は、混合隔壁部品の第１の下方ウェブ縁端から混合隔壁装置の上方ウェブ縁端まで延在することができる。材料部品間にある開口スロットのこの位置は、生産される勾配媒体の求められる最終的な化学的及び物理的パラメータに応じてダウンウェブにいくつか反復して続き得る。従って、１個又は複数の開口は、異なる幅、異なる長さ、異なる向き、異なる間隔、又はそれらの組み合わせを含む複数の開口を含み得る。詳細な一実施形態において、混合隔壁は、第１の寸法を有する少なくとも第１の開口と、第２の異なる寸法を有する少なくとも第２の開口とを画定する。
【０１１５】
一実施形態において、混合隔壁は、混合隔壁のクロスウェブ方向に延在する１個又は複数の開口を含む。混合隔壁の部品は装置の各側面まで延在する。１個又は複数の開口は、混合隔壁部品の第１のクロスウェブ縁端から混合隔壁の第２のクロスウェブ縁端まで延在する。混合隔壁部品の部品間にある開口のこの位置は、生産される勾配媒体の求められる最終的な化学的及び物理的パラメータに応じてクロスウェブにいくつか反復して続き得る。従って、１個又は複数の開口は、異なる幅、異なる長さ、異なる向き、異なる間隔、又はそれらの組み合わせを含む複数の開口を含み得る。
【０１１６】
一実施形態において、混合隔壁は、混合隔壁のダウンウェブ方向に延在する１つ又は複数の穴又は穿孔により画定される１個又は複数の開口を含む。穴又は穿孔は、微視的サイズから巨視的サイズまであり得る。１つ又は複数の穴又は穿孔は、混合隔壁の第１の下方ウェブ縁端から混合隔壁の第２の下方ウェブ縁端まで延在する。穴又は穿孔のこの位置及び頻度は、生産される勾配媒体の最終的な化学的及び物理的パラメータに応じてダウンウェブにいくつか反復して続き得る。従って、１つ又は複数の穴又は穿孔は、異なるサイズ、異なる位置、異なる頻度、異なる間隔、又はそれらの組み合わせを含む複数の穴又は穿孔を含む。
【０１１７】
混合隔壁は、混合隔壁のクロスウェブ方向に延在する１つ又は複数の穴又は穿孔により画定される１個又は複数の開口を含む。穴又は穿孔のこの位置及び頻度は、生産される勾配媒体の最終的な化学的及び物理的パラメータに応じてクロスウェブにいくつか反復して続き得る。従って、１つ又は複数の穴又は穿孔は、異なるサイズ、異なる位置、異なる頻度、異なる間隔、又はそれらの組み合わせを含む複数の穴又は穿孔を含む。
【０１１８】
一実施形態において、混合隔壁のマシン方向の寸法は少なくとも約２９．９７２ｃｍ（１１．８インチ）且つ多くとも約１４９．８６ｃｍ（５９インチ）であり、一方、別の実施形態においてそれは少なくとも約７０．１０４ｃｍ（２７．６インチ）且つ多くとも約１１９．３８ｃｍ（４７インチ）である。
【０１１９】
詳細な一実施形態において、混合隔壁は少なくとも３個且つ多くとも８個のスロットを画定し、ここで各スロットは、独立して約１〜２０ｃｍの幅を有する。
【０１２０】
別の実施形態において、混合隔壁は、着脱可能な矩形部分間に画定された矩形開口を画定する。別の特定の実施形態において、混合隔壁は、５個以上の着脱可能な矩形部品により間に画定された５個の矩形開口を画定し、ここで部品の幅は各々約１．５ｃｍ〜１５ｃｍ（０．６インチ〜５．９インチ）及び開口の幅は各々約０．５ｃｍ〜１０ｃｍ（０．２インチ〜３．９インチ）である。
【０１２１】
一実施形態において、混合隔壁の１個又は複数の開口は、混合隔壁の総面積の少なくとも５％且つ多くとも７０％、又は混合隔壁の総面積の少なくとも１０％且つ多くとも３０％を占める。
【０１２２】
媒体にｘ勾配を完成する混合隔壁の一実施形態において、混合隔壁は、混合隔壁を２つの半体に分割するマシン方向の中心軸を有し、一方の半体は他方の半体と同じではない。いくつかの実施形態において、一方の半体には開口がなく、他方の半体は１個又は複数の開口を画定する。ｘ勾配を完成する別の混合隔壁において、混合隔壁は第１の外縁端と第２の外縁端とを有し、ここで第１及び第２の外縁端はマシン方向と平行であり、混合隔壁は、第１の外縁端に最も近いマシン方向幅が第２の外縁端に最も近いマシン方向幅より小さくなるようにマシン方向幅が変化する第１の開口を画定する。ｘ勾配を完成する実施形態の別の例において、混合隔壁は、開口を含まない第１の縁端部分と、開口を含まない第２の縁端部分とを有する。第１及び第２の縁端部分は、各々、下流側クロスウェブ縁端から上流側クロスウェブ縁端まで延在する。混合隔壁は、第１の縁端部分と第２の縁端部分との間に中心部分をさらに含み、中心部分に１個又は複数の開口が画定される。
【０１２３】
ｆ．図３−図８に示される混合隔壁の例
混合隔壁の開口の様々な構成が図３−図８に示され、図３−図８は混合隔壁の上面図である。図３−図８の各混合隔壁は異なる構成の開口を有する。各混合隔壁は、側縁端と第１の終縁端と第２の終縁端とを有する。混合隔壁の側縁端は、機械の左側壁及び右側壁（図示せず）に取り付け可能である。図３−図８において、矢印３０５はダウンウェブ方向を示し、一方、矢印３０７はクロスウェブ方向を示す。図３は、クロスウェブ方向に離間された実質的に等しい矩形範囲の７個のクロスウェブスロット型開口３０２を有する混合隔壁３００を示す。３個のスロット３０２が互いに均等に離間され、及び混合隔壁の異なる部分において、４個のスロット３０２が互いに均等に離間されている。混合隔壁３００は、第１の縁端に隣接するオフセット部分３０４を含み、ここには開口は存在しない。
【０１２４】
図４は、６つの異なるサイズを有する８個の異なるクロスウェブ矩形開口３１０を有する混合隔壁３０８を示す。図５は、各々が他と比べて異なる面積を有する４個のダウンウェブ矩形開口３１４を有する混合隔壁３１２を示す。開口のサイズは、混合隔壁３１２をクロスウェブ方向にかけて移るに従い増加する。
【０１２５】
図３−図５に示される混合隔壁３００、３０８及び３１２は、矩形開口を提供するように離間された個別の矩形部品から組み立てることができる。
【０１２６】
図６は、円形開口３１８を有する混合隔壁３１６を示す。混合隔壁３１６には３つの異なるサイズの円形開口が存在し、ここで開口のサイズはダウンウェブ方向に増加する。図７は、クロスウェブ方向により長く、且つ混合隔壁の全幅には延在しない矩形開口３２２を有する混合隔壁３２０を示す。矩形開口のサイズはダウンウェブ方向に増加する。図８は、ダウンウェブ方向に長く、且つダウンウェブ方向に拡がる４つの等しい楔型開口３２８を有する混合隔壁３２６を示す。図６−図８は、開口が提供された基材材料の単一部品から形成され得る混合隔壁３１６、３２０及び３２６を示す。
【０１２７】
各隔壁構成は、２つのフローストリームの実施形態において２つのフローストリーム間に起こる混合に異なる効果を有する。いくつかの混合隔壁の例では、開口のサイズ又は形状の変化はダウンウェブ方向に現れる。開口が混合隔壁の近位端、すなわち上流端に位置決めされると、開口によりファーニッシュをウェブの下部の方で混合することが可能となる。混合隔壁の遠位端すなわち下流端にある開口は、ウェブの上部により近いところでのファーニッシュの混合をもたらす。開口のサイズ又は面積により、ウェブの深さの範囲内におけるファーニッシュの混合比率が制御される。例えば、開口が小さいほど２つのファーニッシュの混合は減り、開口が大きいほど２つのファーニッシュの混合は増す。
【０１２８】
図３−図８に示される混合隔壁は、ウェブの厚さ方向すなわちｚ方向の勾配を提供するように構成される。媒体又はウェブにおいて、第１の表面及び第２の表面は、０．２〜２０ｍｍ又は０．５〜２０ｍｍの範囲の媒体の厚さを画定し、領域の部分は０．１ｍｍより大きい。
【０１２９】
図５の混合隔壁は、同様にウェブのクロスウェブ方向に勾配を提供するように構成された一例である。様々な実施形態において、同じ混合隔壁に対し異なる組み合わせの開口形状、例えば矩形又は円形が使用され得る。
【０１３０】
ｇ．媒体にＸ勾配を生じさせる混合隔壁の例
図９は、媒体にＸ方向の勾配を完成する混合隔壁２１００の等角図であり、一方、図１０は混合隔壁２１００の上面図であり、図１１は側面図である。混合隔壁２１００は、媒体の厚さにおいても、及び媒体のＸ方向すなわちクロスマシン方向にわたっても勾配を作り出す。厚さにおける勾配は、クロスウェブ寸法の中心領域に現れる。開放された範囲２１０２が混合隔壁２１００により画定される。矩形の開放された範囲２１０２は、クロスウェブ方向における混合隔壁の中心部に存在し、混合隔壁のマシン方向に沿ってずらして配置されている。
【０１３１】
混合隔壁２１００を２つのファーニッシュ供給源と共に使用して不織ウェブを形成するとき、上部供給源のファーニッシュの繊維成分は、不織ウェブにおける媒体の中心部にのみ存在し得る。また、中心部では、上部供給源の成分がウェブの厚さにわたって組成勾配を形成し、ここで上部ファーニッシュの繊維のより多くがウェブの上面に存在し、この繊維の濃度は徐々に低下し、従ってウェブの反対側の底面に存在するその繊維はより少ない。
【０１３２】
上部供給源にのみ青色トレーサー繊維を使用し、混合隔壁２１００を使用して不織ウェブを形成した。青色繊維は得られた不織ウェブの中心の一部に見られた。また、青色繊維はウェブの上側及び下側の双方にも見られたが、下側より上側により集中していた。
【０１３３】
混合隔壁２１００は、金属の単一部品を機械加工することによるか、又はプラスチックの単一部品からなど多くの異なる方法で形成することができる。図９−図２３の実施形態において、混合隔壁はいくつかの異なる部品を使用して形成される。図１０で最も良く分かるとおり、２つの側部矩形部品２１０４及び２１０６が、混合隔壁の中心においてそれらの間に開放された矩形部があるように位置決めされる。側部矩形部品２１０４、２１０６は中実でいかなる開口も含まないため、混合隔壁２１００の側部は中実でいかなる開口も含まない。第１の側部矩形部品２１０４は第１のマシン方向縁端２１０８から、同様にマシン方向である内縁端２１０９まで延在する。第１の側部矩形部品２１０４はまた、下流クロスウェブ終縁端２１１２から上流クロスウェブ終縁端２１１４まで延在する。第２の側部矩形部品２１０６も同様の形状であり、内縁端２１１１まで延在する。同様の矩形部品２１１６が、開口２１０２を画定する間隔を置いて側部部品２１０４、２１０６上に配置される。
【０１３４】
混合隔壁２１００はまた、図１１において最も良く分かる垂直突出部２１１８も有する。垂直突出部２１１８は、２つの側部部品２１０４、２１０６の内縁端２１０９、２１１１から下方に延在する。混合隔壁の垂直突出部があるため、上部供給源からのファーニッシュはより直線的な経路で受入領域に向かって送り込まれ、上部ファーニッシュの着地点は、垂直部分２１１８がない場合と比べてより予測性が高くなる。一実施形態において、混合隔壁は混合隔壁２１００と同様であるが、垂直隔壁を有しない。本明細書に記載される他の混合隔壁構成が、下方に受入領域に向かって延在する垂直部分を有することもまた可能である。垂直部分はまた、垂直面と角度をなして延在してもよい。
【０１３５】
図９の混合隔壁２１００において、開放された範囲２１０２は、混合隔壁の幅の中心に画定されている矩形の開放された範囲である。図９と同様の他の実施形態においては、ｘ方向により緩やかな勾配が形成され、ここでは開放された範囲の部分がｘ方向により緩やかに変化する。例えば、マシン方向縁端２１０８、２１１０に向かって先細りになっている単一の又は一連のダイヤモンド型開口。混合隔壁構成の他の多くの例が、得られる媒体においてより緩やかなｘ勾配を形成する。
【０１３６】
図１２は、媒体においてＸ方向の勾配を完成し、且つ不織ウェブの厚さにおける勾配も完成する扇形混合隔壁２４００の上面図である。混合隔壁２４００は、混合隔壁の片側に存在する開口２４０２を画定する。混合隔壁２４００は、受入範囲の他方の半分を遮断して、上部ファーニッシュを受入領域のその部分に堆積させない側部矩形部品２４０６を含む。混合隔壁２４００はまた、クロスウェブ方向に延在するいくつかのより小さい矩形部品２４０４も含む。部品２４０４は扇形の配置で位置決めされ、従って画定される開口２４０２は楔型である。結果として、上部供給源からのファーニッシュは、中心の方と比べて不織ウェブの外縁端の近傍により多く堆積する。
【０１３７】
ｈ．ウェットレイド法及び機器に関するさらなる詳細
ウェットレイド加工の一実施形態において、勾配媒体は、繊維材料と水性媒体中における必要に応じた他の成分との分散体を含む水性ファーニッシュから作製される。分散体の水性液体は概して水であるが、ｐＨ調整材料、界面活性剤、脱泡剤、難燃剤、粘度調整剤、媒体処理剤、着色剤などの様々な他の材料を含んでもよい。水性液体は、通常、スクリーン又はその他の分散した固体を保持して液体を通過させる有孔支持体上に分散体を誘導することによって分散体から排水され、湿潤媒体組成物がもたらされる。湿潤組成物は、支持体上に形成されると、通常、真空又は他の圧力による力によってさらに脱水され、残りの液体を蒸発させることによってさらに乾燥される。液体を取り除く選択肢としては、重力排水機器、１つ又は複数の真空機器、１つ又は複数のテーブルロール、真空フォイル、真空ロール、又はそれらの組み合わせが挙げられる。装置は、受入領域の近位及び下流に乾燥部を含むことができる。乾燥部の選択肢としては、乾燥缶部、１つ又は複数の赤外線ヒータ、１つ又は複数の紫外線ヒータ、スルーエアドライヤ、搬送ワイヤ、コンベヤ、又はそれらの組み合わせが挙げられる。
【０１３８】
液体の除去後、適切な場合には、熱可塑性繊維、樹脂又は形成された材料の他の部分の何らかの部分を溶融させることによりサーマルボンディングが行われ得る。樹脂硬化工程を含め、様々な実施形態において他の後処理手順もまた可能である。プレス成形、熱処理及び添加剤処理が、ワイヤからの捕集前に行われ得る後処理の例である。ワイヤから捕集した後、繊維マットの乾燥及びカレンダリングなどのさらなる処理が仕上げプロセスにおいて実行されてもよい。
【０１３９】
本明細書に記載される混合隔壁を含むように改良することのできる一つの具体的な機械はＤｅｌｔａｆｏｒｍｅｒ（商標）機（Ｇｌｅｎｓ Ｆａｌｌｓ Ｉｎｔｅｒｗｅｂ，Ｉｎｃ．（Ｓｏｕｔｈ Ｇｌｅｎｓ Ｆａｌｌｓ、ＮＹ）から入手可能）であり、これは、極めて希薄の繊維スラリーを繊維媒体に形成するように設計された機械である。かかる機械が有用であるのは、例えばウェットレイド法に繊維長が比較的長い無機繊維又は有機繊維を使用する場合であり、なぜなら、多量の水を使用して繊維を分散させて、それらの繊維がファーニッシュ中で互いに絡まないようにしなければならないためである。ウェットレイド法における長繊維とは、典型的には、長さが４ｍｍより長い、５〜１０ｍｍ及びそれ以上の範囲であり得る繊維を意味する。ナイロン繊維、ポリエステル繊維（Ｄａｃｒｏｎ（登録商標））、再生セルロース（レーヨン）繊維、アクリル繊維（Ｏｒｌｏｎ（登録商標））、綿繊維、ポリオレフィン繊維（すなわち、ポリプロピレン、ポリエチレン、それらの共重合体など）、ガラス繊維、及びアバカ（マニラ麻）繊維が、有利にはかかる改良された傾斜型製紙機械を使用して繊維媒体に形成される繊維の例である。
【０１４０】
Ｄｅｌｔａｆｏｒｍｅｒ（商標）機は、ワイヤ部が傾斜して設置され、スラリーがヘッドボックスを出ると、それを重力に逆らって上方に押し流す点で従来のフォードリニア型抄紙機とは異なる。傾斜により希薄溶液のフローパターンが安定し、希薄溶液の排水の制御が促進される。複数の画室を備えた真空フォーミングボックスが排水の制御を補助する。これらの改良により、希薄スラリーを、従来のフォードリニア設計と比較してウェブにわたる特性の一様性が向上した繊維媒体に形成する手段が提供される。図１においては、括弧１５４の下にある構成要素が、Ｄｅｌｔａｆｏｒｍｅｒ（商標）機の一部となる構成要素である。
【０１４１】
本明細書に記載されるとおりの勾配ウェブを作製するための装置のいくつかの実施形態には、４つの主要部：ウェット部（図１及び図２に示される）、プレス部、ドライヤ部及びカレンダリング部がある。
【０１４２】
ウェット部の一実施形態においては、繊維と流体との混合物が、別個のファーニッシュ作製プロセスの後にファーニッシュとして提供される。ファーニッシュは、媒体形成プロセスの次の工程に送る前に添加剤と混合することができる。別の実施形態においては、乾燥した繊維及び流体をウェット部の一部であり得るリファイナに送り込むことにより、乾燥した繊維を使用してファーニッシュを作製することができる。リファイナにおいて、繊維は回転しているリファイナディスク上でバー間において高圧パルスを受ける。これにより乾燥した繊維が解され、さらにそれらの繊維がリファイナに提供される水などの流体中に分散される。この段階で洗浄及び脱気も行われ得る。
【０１４３】
ファーニッシュの作製が完了した後、ヘッドボックスなどの、フローストリームの供給源である構造にファーニッシュを入れることができる。供給源構造はファーニッシュを幅にわたり分散させて、それを動いているワイヤメッシュコンベヤ上に開口からジェットを用いて負荷する。本明細書に記載されるいくつかの実施形態において、装置には２つの供給源又は２つのヘッドボックスが含まれる。勾配媒体の提供には異なるヘッドボックス構成が有用である。ある構成では、上部ヘッドボックスと下部ヘッドボックスとが互いの真上・真下に重ねられる。他の構成では、上部ヘッドボックスと下部ヘッドボックスとがいくらかずらして配置される。上部ヘッドボックスがさらにマシン方向下方にあり、一方下部ヘッドボックスが上流にあってもよい。
【０１４４】
一実施形態において、ジェットは水又は空気などの、ファーニッシュを押し進め、動かし、又は推進する流体である。ジェット中で流動することによって一部の繊維に整列が生じ、これは、ジェットとワイヤメッシュコンベヤとの間の速度差を調整することによって部分的に制御することができる。ワイヤは前進駆動ロール、又はブレストロールの周りに、ヘッドボックスの下側から、ファーニッシュが加えられるヘッドボックスを越えて、及び一般にフォーミングボードと称されるものの上へと回転する。
【０１４５】
フォーミングボードは本発明の混合隔壁と共に機能する。ファーニッシュが平らに均されるとともに、水の除去に備えて繊維の整列が調整され得る。プロセスラインのさらに下方で、排水ボックス（排水部とも称される）が真空で又は真空なしに、媒体から液体を除去する。ワイヤメッシュコンベヤの終端近くで、クーチロールと称されることの多い別のロールが、ライン中のそれより前に存在する真空より高い真空力である真空によって残りの液体を除去する。
【０１４６】
ＶＩＩ．勾配媒体についてのフィルタ用途の例
本明細書に記載される媒体は、界面又は接着剤層を含むことなく、ある領域にわたり特性の勾配を有するように作製することができ、完全に作製された後の媒体は、他の従来のフィルタ構造と共に組み立ててフィルタ複合材層又はフィルタユニットを作製することができる。媒体は、膜、セルロース系媒体、ガラス媒体、合成媒体、スクリム又はエキスパンドメタル支持体であり得る基層と共に組み立てることができる。勾配を有する媒体は、従来の媒体などの他の多くのタイプの媒体と併せて使用して、フィルタ性能又は寿命を向上させることができる。
【０１４７】
孔あき構造を使用して、流体の影響下、媒体を通過する圧力下に媒体を支持することができる。本発明のフィルタ構造はまた、孔あき構造の追加の層、高透過率の機械的に安定なスクリムなどのスクリム、及び別個の負荷層などの追加のろ過層と組み合わせることもできる。一実施形態において、かかる多領域媒体の組み合わせは、一般に非水性液体のろ過に用いられるフィルタカートリッジに格納される。
【０１４８】
ＶＩＩＩ．媒体における勾配度の評価
本発明に記載される方法により生産された媒体における勾配度を評価する一つの方法では、媒体が異なる切片に分けられ、それらの切片が走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）を使用して比較される。基本的な概念は、勾配構造を有する単一層シートを取り、その厚さを、元の勾配構造の見かけを反映する異なる特性を有し得る複数のシートに分けることである。得られる媒体は、勾配媒体内の界面又は境界の存在又は不在について調べることができる。調査対象となる別の特徴は、例えば粗い多孔性から微細な多孔性に至る、媒体特徴の変化の平滑度である。必須ではないが、ファーニッシュ供給源の一方に着色したトレース繊維を加えることが可能であり、次に得られた媒体においてそれらの着色繊維の分布を調べることができる。例えば、着色繊維は、上部ヘッドボックスから吐出されるファーニッシュに加えられてもよい。
【０１４９】
勾配媒体が作られた後、しかし媒体がオーブンで硬化される前、切片化するための試料が抜き取られる。クライオミクロトーム分析を使用して勾配媒体の構造を分析することができる。エチレングリコールなどの充填材料を使用して、媒体が凍結する前にそれを飽和させる。薄い凍結切片を繊維マットからスライスし、繊維サイズ又は多孔性などの勾配構造について顕微鏡で分析する。次に各切片の特性を比較することができるように、各切片のＳＥＭを撮る。切片化したもののかかるＳＥＭを図２７−図２８に見ることができ、これらについてはここでさらに説明する。
【０１５０】
また、媒体は、Ｌｉｂｅｒｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｒｏｓｃｏｅ、ＩＬ）から入手可能なＢｅｌｏｉｔ Ｓｈｅｅｔ Ｓｐｌｉｔｔｅｒを使用して切片化することも可能である。Ｂｅｌｏｉｔ Ｓｈｅｅｔ Ｓｐｌｉｔｔｅｒは、例えば紙及び厚紙にける組成及び構造の横方向分布の分析用に特別に設計された精密機器である。湿潤試料が、ステンレス鋼スプリットロールのニップに導入される。これらのロールは３２°Ｆ（０℃）未満の温度点まで冷却される。試料は内側からニップが外に向かう側に裂離される。裂離の内側面は、スプリットロールによって生じる前進しているアイスフロントによって凍結されていない領域に現れる。裂離された切片がロールから取り外される。次に２つの半体が各々さらに裂離され、最終的に４つの媒体切片のセットとなる。Ｂｅｌｏｉｔ Ｓｈｅｅｔ Ｓｐｌｉｔｔｅｒを使用するためには、試料は湿潤している必要がある。
【０１５１】
裂離された切片は、効率試験機又は色度計を使用して分析することができる。また、ＳＥＭは各切片について作成することができ、従って種々の切片の繊維構成及び媒体特徴の違いを観察することができる。色度計は、着色したトレース繊維を生産に使用した場合にのみ使用することができる。
【０１５２】
着色繊維は一方の供給源にのみ添加されるため、当該の切片中に存在する着色繊維の量によってシートにおける濃淡レベルが示される。切片を色度計で試験して繊維の混合量を定量化してもよい。また、効率試験機、例えば分別効率試験機を使用して媒体の切片を分析することも可能である。
【０１５３】
媒体における勾配の分析に使用することのできる別の技法は、フーリエ赤外フーリエ変換赤外（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｉｎｆｒａｒｅｄ（ＦＴＩＲ））分光分析である。ある繊維が上部ヘッドボックスにのみ使用される場合、当該繊維の固有のＦＴＩＲスペクトルを使用して、媒体がその両側で当該の特定の繊維の濃度に違いを有することを示すことができる。２つの同様の又は異なる繊維が最部及び最下部ヘッドボックスにのみ使用される場合、それらの繊維の固有のＦＴＩＲスペクトルを使用して、媒体がその両側で繊維の組成又は濃度のいずれかに違いを有することを示すことができる。
【０１５４】
用いることのできるさらに別の技法は、エネルギー分散Ｘ線分光法（ＥＤＳ）であり、これは試料の元素分析又は化学的特性決定に使用される分析技法である。分光法のタイプとしては、電磁放射と物質との間の相互作用による試料の検査に頼るものであり、荷電粒子の衝突に応答してその物質により放射されるＸ線が分析される。その特性決定能力は、主として、各元素が、元素の原子構造に特徴的なＸ線の互いの一意的な識別を可能にする固有の原子構造を有するという基本原理によるものである。トレース元素を繊維構造に埋め込み、ＥＤＳ特性決定で定量化することができる。本願では、領域にわたり繊維の組成に違いがある場合に媒体における勾配が示され得るとともに、その組成の違いはＥＤＳを使用して明らかとなる。
【０１５５】
ここで、試験方法に関するさらなる詳細、具体な実施例及びそれらの実施例の分析結果について考察する。
【実施例】
【０１５６】
ＩＸ．実施例
ファーニッシュを調合し、少なくとも１つの勾配特性を有する不織ウェブを生成した。表１は、ファーニッシュ調合物の組成に関する情報を示す。表１に掲載したファーニッシュの例には以下の種々の繊維を使用した。ここでは各繊維の略称を括弧書きで提供する。
１．２７１Ｐとして知られるポリエステル二成分繊維、繊維長６ｍｍ及び２．２デニール、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ Ｎｅｍｏｕｒｓ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ ＤＥ）から入手可能（２７１Ｐ）。２７１Ｐの平均繊維径は約１３ミクロンである。
２．Ｌａｕｓｃｈａ Ｆｉｂｅｒ Ｉｎｔｌ．（Ｓｕｍｍｅｒｖｉｌｌｅ、ＳＣ）からのガラス繊維、様々な長さ及び繊維径５ミクロン（Ｂ５０Ｒ）、繊維径１ミクロン（Ｂ１０Ｆ）、繊維径０．８ミクロン（Ｂ０８Ｆ）、及び繊維径０．６ミクロン（Ｂ０６Ｆ）。
３．青色ポリエステル繊維、長さ６ｍｍ及び１．５デニール、Ｍｉｎｉｆｉｂｅｒｓ，Ｉｎｃ．（Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｃｉｔｙ、ＴＥ）から入手可能（青色ＰＥＴ）。
４．ポリエステル繊維（Ｐ１４５）、Ｂａｒｎｅｔ ＵＳＡ（Ａｒｃａｄｉａ、Ｓｏｕｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ）から入手可能。
５．４９．５％のポリエチレンテレフタレート、４７％のコポリエステル及び２．５％のポリエチレン共重合体からなるポリエステル／コポリエステル混合物で作製された二成分ショートカット繊維（ＢＩ−ＣＯ）。かかる繊維の一例は、日本国大阪府の帝人ファイバー株式会社から入手可能なＴＪ０４ＢＮ ＳＤ２．２Ｘ５である。
【０１５７】
これらの実施例では、硫酸を添加してｐＨを約３．０に調整し、繊維を水性懸濁液中に分散させた。本例の勾配媒体の作製に使用したファーニッシュの水性懸濁液中の繊維含有量は、約０．０３％（ｗｔ．％）であった。分散した繊維を含有するファーニッシュは、後に使用するためそれぞれのマシンチェスト（貯蔵タンク）に保管した。媒体の製造中、ファーニッシュストリームは、適切な希薄濃度にした後、それぞれのヘッドボックスに送給した。
【０１５８】
【表１】
【０１５９】
ａ．実施例の機械設定
勾配媒体の形成中に調整される機械に関する他の変数としては、パルパーのコンシステンシー、開始混合隔壁の傾斜角度、機械の傾斜角度、混合隔壁延長部の傾斜角度、坪量、機械の速度、ヒール部高さ、ファーニッシュ流量、ヘッドボックス流量、ヘッドボックスのコンシステンシー、及び排水ボックス捕集量が挙げられる。表２は、混合隔壁装置からの勾配媒体の生産に使用される設定についての指針を提供する。得られる勾配媒体は、例えば、カレンダリング、熱又はその他の当該技術分野において周知の方法及び機器により後処理することにより、完成品の勾配繊維マットを提供してもよい。
【０１６０】
【表２】
【０１６１】
表２は、本発明に記載される方法に係る不織媒体についての実施例１〜４の作成に使用した機械設定を提供する。実施例１〜４の各々におけるファーニッシュの双方のｐＨは３．２５に調整した。上部ヘッドボックスストック流量及び下部ヘッドボックスストック流量は、ストックファーニッシュがそれぞれ上部及び下部ヘッドボックスに入ったときの、その流量をリットル毎分で示す。上部ヘッドボックス流量及び下部ヘッドボックス流量は、希薄水がそれぞれ上部及び下部ヘッドボックスに入ったときの、その流量をリットル毎分で示す。
【０１６２】
受入領域から流体を取り除く真空の付与に関連するいくつかの設定が提供される。図１を参照して上記に考察されるとおり、受入領域１１４は、ワイヤガイド１１８から排水される水を受け入れる排水ボックス１３０を含み得る。フラットボックスとも称されるこれらの排水ボックスは、真空を加えるように構成され得る。実施例の生成に使用される装置では、１０個の排水ボックス１３０があり、各々がワイヤガイド下の水平距離約２５．４ｃｍ（１０インチ）から排水を受け入れることが可能である。表２は、水の送給における１０個の排水ボックスの各々についての真空設定、並びに実施例１〜４の生産時に最初の６個の排水ボックスの各々に許容されたリットル毎分単位の排水流量を提供する。表２はまた、最初の６個の排水ボックスの各々について開放された排水バルブのパーセンテージについての設定も特定する。
【０１６３】
真空及び排水設定は、不織媒体に形成される勾配に対して大きい影響を有し得る。排水が低速なほど、及び真空がそれほど又は全くかかっていないと、２つのファーニッシュの間の混合は増し得る。排水が高速なほど、及び設定真空度がより高いほど、２つのファーニッシュ間の混合は低下し得る。
【０１６４】
表２はまた、度数単位による傾斜ワイヤガイド１１８の角度、並びにフィート毎分単位による傾斜ワイヤガイドの速度である機械の速度も特定する。
【０１６５】
ｂ．実施例で使用した混合隔壁
実施例１〜４の作製に使用した傾斜型製紙機械は、図１３−図１５に示されるとおりのスロット設計を備える混合隔壁を有した。混合隔壁の寸法が表３、表４及び表５に示される。各実施例における機械の運転設定は、上記に考察されるとおり表２に示される。
【０１６６】
図１３は、実施例１及び実施例２として上記に記載したファーニッシュ組成から媒体を作成するために使用した混合隔壁の９種の異なる構成を示す。これらの混合隔壁は、複数の等しいサイズのスラットを画定するように位置決めされた矩形部品を使用して形成した。図１３の９種の混合隔壁構成１６００の寸法が、以下の表３に示される。矢印１６０１はマシン方向を示す。ここで図１３を参照すると、各混合隔壁１６００は上流端１６０２と下流端１６０４とを有し、これらは図１３において代表例に印される。図１３の各混合隔壁１６００は、矩形部品１６０７間に画定される複数のスロット１６０６を含む。表３には、インチ及びセンチメートル単位による各スロット１６０６又は開口の幅、並びにスロット１６０６の総数を記載する。混合隔壁のいくつかは上流端１６０２にスロットオフセット部分１６０８を有し、これは、上流端と第１のスロット１６０６との間の、いかなる開口も含まない混合隔壁の一部分である。表３はまた、各混合隔壁の無効範囲のパーセンテージも掲載し、ここで無効範囲１６１０は、下流端１６０４に隣接した、いかなる開口も含まず中実である混合隔壁の一部である。表３はまた、矩形部品１６０７の幅も掲載する。
【０１６７】
【表３】
【０１６８】
図１３に示される混合隔壁の実施形態のいくつかにおいて、構成４及び７のように、混合隔壁はスロットオフセット範囲を有し、且つ無効範囲を有しない。いくつかの構成において、構成２及び５のように、混合隔壁はスロットオフセット範囲を有しないが、無効範囲は有する。いくつかの構成において、構成１及び６のように、混合隔壁は無効範囲もスロットオフセット範囲も有さず、これらの構成では、一様なサイズの矩形部品１６０７の配置が混合隔壁を構成する。いくつかの構成において、構成３、８及び９のように、混合隔壁は無効範囲及びスロットオフセット範囲の双方を有する。
【０１６９】
図１４は、実施例３のとおりの上記に記載されるファーニッシュ組成から媒体を作成するために使用した混合隔壁の１３種の異なる構成を示し、ここで媒体は、上部ファーニッシュ供給源にポリエステル二成分繊維と５ミクロンの直径を有するガラス繊維とを含んだ。下部ファーニッシュ供給源は、主として二成分繊維と０．８ミクロンガラス繊維であった。
【０１７０】
図１４に示される各混合隔壁は、複数の等しいサイズのスラットを画定するように位置決めされた矩形部品を使用して形成した。混合隔壁１６００の特徴は、図１３と同じ参照番号を使用して符号を付している。
【０１７１】
表４は、図１４の１３種の混合隔壁構成の寸法を示し、スロットオフセット１６０８、混合隔壁の上流端１６０２から最終スロットの終端までの距離、平均スロット幅及び平均部品幅を含む。
【０１７２】
【表４】
【０１７３】
図１５は、実施例４のとおりの上記に記載されるファーニッシュ組成から媒体を作成するために使用した混合隔壁の６種の異なる構成を示し、ここで青色ＰＥＴ繊維が上部ファーニッシュ供給源に含まれた。
【０１７４】
図１５に示される各混合隔壁は長さが１１１．７６ｃｍ（４４インチ）であったとともに、スラットを画定するように位置決めされた矩形部品１６０７を使用して形成したが、スラットはマシン方向１６０１にサイズが増加する。混合隔壁１６００の特徴は、図１３と同じ参照番号を使用して符号を付している。
【０１７５】
表５は、図１５の６種の混合隔壁構成の寸法を示し、スロットオフセット１６０８、混合隔壁の長さ、スロット幅及び部品幅を含む。
【０１７６】
【表５】
【０１７７】
効率試験
液体ろ過において、ベータ試験（β試験）は、フィルタの品質及びフィルタ性能を評価する一般的な業界標準である。ベータ試験評価は、標準方法である「精密フィルタエレメントのろ過性能のマルチパス評価方法（Ｍｕｌｔｉｐａｓｓ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａ Ｆｉｎｅ Ｆｉｌｔｅｒ Ｅｌｅｍｅｎｔ）」（ＩＳＯ １６８９９：１９９９年）から導かれる。ベータ試験は、下流の流体清浄度を上流の流体清浄度と比較するベータ比を提供する。フィルタを試験するため、粒子カウンタにより、既知の容積の流体についての上流粒子のサイズ及び量、並びに既知の容積の流体についてのフィルタの下流にある粒子のサイズ及び量が正確に計測される。規定の粒径における上流の粒子カウントを下流の粒子カウントで除した比が、ベータ比である。このときの捕捉効率は（（β−１）／β×１００であるため、フィルタの効率はベータ比から直接計算することができる。この式を用いると、ベータ比が２であれば、それは５０％の％効率を意味することが分かる。
【０１７８】
具体的なベータ比に対応する効率評価の例は以下のとおりである：
【０１７９】
【表６】
【０１８０】
ベータ比を使用してフィルタを比較する場合は注意を払わなければならない。ベータ比は、流量、温度又は圧力の変化などの実際の動作条件を考慮しない。さらに、ベータ比はフィルタ粒子状物質の負荷容量の指標とはならない。ベータ比はまた、時間の経過に伴う安定性又は性能についても明らかにしない。
【０１８１】
上記に記載される実施例１〜４に従い作製した媒体を使用してベータ効率試験を実施した。フィルタ媒体例の上流の流体ストリームに既知の粒子サイズ分布を有する試験粒子を導入した。試験粒子を含有する流体は、フィルタ媒体にかかる圧力が３２０ｋＰａに達するまでマルチパスでフィルタ媒体を通じて循環させた。試験全体を通じて下流流体及び上流流体の粒子計測を行った。フィルタ媒体を計量して、フィルタエレメントに対する１平方メートル当たりのグラム数による負荷量を決定した。下流流体中の粒子を調べることにより、フィルタ媒体が２００のベータ比すなわち９９．５％の効率評価を実現することができたミクロン単位による粒径を決定した。決定された粒径は、ミクロン単位によるβ２００と称される。
【０１８２】
β２００粒径について別の方法で説明すると、β２００粒径は、媒体に対して当該のサイズ又はそれより大きい２００個の粒子を負荷したときに、媒体を通り抜ける粒子が１個のみであるような粒径である。しかしながら、本開示では、この用語は特定の意味を有する。本明細書で使用されるとき、この用語は、制御された試験条件下でフィルタに既知の濃度の広範囲にわたる試験粒径を負荷する試験を参照する。下流流体の試験粒子含有量が計測され、各粒径についてβが計算される。この試験においてβ２００＝５μは、２００の比を達成する最小の粒子が５μであることを意味する。
【０１８３】
実施例１〜４に従い作成した媒体について、図１６−図１９に示すβ２００データを作成した。概して、本発明の媒体の特性を制御する能力はこれらの図に示される。それぞれの図中にデータを示す媒体試料は全て、同じファーニッシュ配合を用いて作成したものであり、実質的に同じ坪量、厚さ及び繊維組成を有するが、しかし混合隔壁構成は様々なものを使用して作製した。効率及び負荷容量に認められる性能の違いは、主として、異なる混合隔壁構成を使用して制御された勾配構造に起因した。これらの試験については、所与の圧力損失、最大３２０ｋＰａに対して媒体の効率及び容量の双方を制御することができる。実質的に同じファーニッシュ配合、坪量、厚さ及び繊維組成を有する非勾配媒体試料は、同じ試験条件下でいかなる実質的な効率又は負荷容量の違いも示さないものと予想され得る。典型的には、単一のファーニッシュ配合で作成される媒体試料は、同じ性能を有することになる。しかしながら、本明細書に記載される勾配技術を用いると、異なる性能特徴を有するが、しかし全て同じファーニッシュ配合に由来する媒体試料が生成された。これらの実施例における性能の違いは、媒体における繊維組成の勾配を変化させることにより実現されたもので、勾配を変化させること自体は、異なる混合隔壁構成を使用することにより達成された。
【０１８４】
図１６では、β２００を制御された形で５ミクロンから１５ミクロンまで変化させた。試料の勾配構造の違いにより、負荷容量は１００ｇ／ｍ２から１８０ｇ／ｍ２まで変化した。図１７に見られる６０ｌｂ／３０００ｆｔ２（９７．７４ｇ／ｍ２）の勾配媒体についてのβ２００試験の結果は、所与の効率に対して容量を制御できることを示している。この例では、β２００は約５ミクロンに制御された（平均粒径５ミクロン以上の粒子２００個につき１個のみが媒体を通過する）。試料の勾配構造の違いにより、負荷容量は１１０ｇ／ｍ２から１５０ｇ／ｍ２まで変化した。図１８は、５ミクロン粒子のβ２００による媒体についての追加的なデータを示し、ここでは細孔径の制御性が向上したとともに試料の負荷容量が１１０ｇ／ｍ２から１５０ｇ／ｍ２まで変化し、従って、効率を維持しながら負荷量を変化させることができることが示された。図１９では、より粗いフィルタ媒体試料を作製し、ここでβ２００を制御された形で８から１３まで変化させ、その結果負荷容量は１２０ｇ／ｍ２から２００ｇ／ｍ２まで変化した。
【０１８５】
実施例１
坪量４０ｌｂ／３０００ｆｔ２（６５．１６ｇ／ｍ２）の実施例１用の勾配媒体を、勾配媒体を作製するための表１に記載されるとおりの手順を使用して作成した。実施例１の勾配媒体試料は、同じファーニッシュ配合を使用して、しかし図１３の９種の異なる混合隔壁構成を使用して作成した。混合隔壁の違いがなければ、同じ配合で作られた全ての媒体試料が同じ、又は極めて類似した性能を有するものと予想される。しかしながら、図１６に見られるβ２００試験の結果は、所与の圧力損失に対して効率及び容量の双方を制御できることを示している。図１６では、β２００を制御された形で５ミクロンから１５ミクロンまで変化させた。試料の勾配構造の違いにより、負荷容量は１００ｇ／ｍ２から１８０ｇ／ｍ２まで変化した。図１６は、１７個の異なる勾配媒体試料に関する１７個のデータ点を含む。実施例１の１７個の勾配媒体試料にいくつか対があるのは、混合隔壁構成が同じであることに起因している。
【０１８６】
実施例２
実施例２用の勾配媒体を実施例１と同じファーニッシュ調合により、ただし６０ｌｂ／３０００ｆｔ２（９７．７４ｇ／ｍ２）の坪量で、勾配媒体を作製するための表１に記載されるとおりの手順を使用して、及び図１３の９種の異なる混合隔壁構成を使用して作成した。図１７に見られる６０ｌｂ／３０００ｆｔ２（９７．７４ｇ／ｍ２）勾配媒体に対するβ２００試験の結果は、所与の効率に対して容量を制御できることを示している。図１７のデータ点により表される試料の各々は、同じ媒体配合及び坪量で作成した。従って、これらの媒体試料は同じ性能を有するものと予想され得る。しかしながら、混合隔壁構造の違い、従って試験した媒体の勾配構造の違いに起因して、異なる性能が観察された。この例では、β２００は約５ミクロンに制御された。試料の勾配構造の違いにより、負荷容量は１１０ｇ／ｍ２から１５０ｇ／ｍ２まで変化した。ここでもまた、実施例２の勾配媒体試料にいくつか対があるのは、混合隔壁構成が同じであることに起因している。
【０１８７】
実施例３
図１８は、５ミクロン粒子のβ２００による媒体についての追加的なデータを示し、ここでは細孔径の制御性が向上したとともに試料の負荷容量が１１０ｇ／ｍ２から１５０ｇ／ｍ２まで変化し、効率を維持しながら負荷量を変化させることができることが示された。６０ｌｂ／３０００ｆｔ２（９７．７４ｇ／ｍ２）の坪量で、勾配媒体を作製するための表１に記載されるとおりの手順を使用して、及び図１４の混合隔壁構成を使用して、実施例３用の勾配媒体を作成した。６０ｌｂ／３０００ｆｔ２（９７．７４ｇ／ｍ２）の勾配媒体についてのβ２００試験の結果は、所与の効率に対して容量を制御できることを示している。
【０１８８】
図１８のデータ点により表される試料の各々は、同じ媒体配合及び坪量で作成した。従って、これらの媒体試料は同じ性能を有するものと予想され得る。しかしながら、混合隔壁構造の違い、従って試験した媒体の勾配構造の違いに起因して、異なる性能が観察された。
【０１８９】
実施例４
図１９では、より粗いフィルタ媒体試料を作製し、ここではβ２００を制御された形で８から１３まで変化させ、その結果負荷容量は１２０ｇ／ｍ２から２００ｇ／ｍ２まで変化した。勾配媒体を作製するための表１に記載されるとおりの手順を使用して、５０ｌｂ／３０００ｆｔ２（８１．４５ｇ／ｍ２）の実施例４用の勾配媒体も作成した。図１３に見られるもののうちの一つなどの混合隔壁設計が用いられる。図１９に見られる５０ｌｂ／３０００ｆｔ２（８１．４５ｇ／ｍ２）の勾配媒体についてのβ２００試験の結果は、所与の容量に対して効率を制御できることを示している。この例では、１０ミクロン粒子のβ２００値による媒体試料において勾配の利点を認めることができる。試験結果は、同じβ２００効率を維持しながら汚染物質の負荷量を５０％も増加させることができる（１２０ｇ／ｍ２から１８０ｇ／ｍ２に増加）ことを示している。
【０１９０】
図１９のデータ点により表される試料の各々は、同じ媒体配合及び坪量で作成した。従って、これらの媒体試料は同じ性能を有するものと予想され得る。しかしながら、混合隔壁構造の違い、従って試験した媒体の勾配構造の違いに起因して、異なる性能が観察された。
【０１９１】
実施例５
表１の実施例５に記載されるファーニッシュを使用して、しかし隔壁については、媒体において異なる勾配程度を達成するため異なる構成を使用して、図２０−図２３のＳＥＭ像（断面）を作成した。混合隔壁における開口がないもの、又は異なるスロット配列及び面積を使用して、繊維タイプの種々のグレード又はブレンドを生じさせた。各ＳＥＭ像は、実施例５により作成したあるグレードの勾配媒体を示す。媒体の深さ又は厚さに沿った異なる位置における繊維分布の違いを、異なるグレードにおいて明確に見ることができる。
【０１９２】
図２０は、いかなる開口又はスロットも含まない隔壁を使用して生成した。図２０には２つの層を見ることができる。一方の層４０は効率層と称することができ、第２の層４５は容量層と表現することができる。図２０では、界面又は境界を検知することが可能である。
【０１９３】
図２１は３個のスロットを備える混合隔壁を使用して生成した。図１０の媒体は、個別の界面又は境界がないように混成された繊維組成を有する。
【０１９４】
図２２及び図２３では、図１３において６又は７の番号が付された、４個又は５個のスロットを有する混合隔壁と同様の混合隔壁を使用した。ここでも、媒体は、認識可能又は検知可能な界面がないように混成された繊維組成を有する。
【０１９５】
実施例５についてのＸ線分散分光法データ
図２４及び図２５は、上部ヘッドボックスからの大径ガラス繊維が媒体領域を通じた勾配を形成することを示す実験及び結果の説明図である。図２４は、作成した媒体の１つの断面のＳＥＭを示し、勾配を計測するために使用した、媒体の厚さ全体にわたる領域１〜１０の選択を示す。図２５は勾配分析の結果を示す。
【０１９６】
実施例５のファーニッシュを使用して、混合隔壁に異なる構成を用いた多数の勾配媒体を形成した。この単一のファーニッシュ配合を、図２６に示される種々の混合隔壁と組み合わせて使用して、媒体の勾配を作製した。勾配の性質及び媒体ごとの勾配の違いを推定するため、大径ガラス繊維のナトリウム含有量を計測した。層のナトリウム含有量を計測した。上部ファーニッシュ中のＢ５０大径ガラス繊維は約１０％のナトリウムを含有し、一方、下部ファーニッシュ中のＢ０８ガラス繊維のナトリウム含有量は０．６％未満である。結果として、各領域のナトリウム濃度は、大径ガラス繊維濃度のおおまかな指標となる。ナトリウム濃度を、Ｘ線分散分光法（ＥＤＳ）により従来の機械及び方法を使用して計測した。
【０１９７】
図２４は、図２６に示される混合隔壁の１つを使用して形成された実施例５の媒体層２６００の断面のＳＥＭであり、１０個の領域に分けている。領域は、媒体のワイヤ側２６０２から媒体のフェルト側２６０４にかけて順次経過する。領域１は媒体のワイヤ側２６０２にあり、ここで領域１０はフェルト側２６０４である。これらの領域は、その位置について領域におけるガラス繊維の濃度を分析するため選択した。
【０１９８】
各領域は約５０〜１００ミクロンの厚さである。領域１０にはガラス繊維を含む大径繊維が多く見られ、一方、領域２にはガラス繊維を含む小径繊維が多く見られる。領域２には、一部の大径ガラス繊維が見える。領域１から領域１０に、媒体のフェルト側に向かって移ると、大径ガラス繊維の数が増えていくことが分かる。
【０１９９】
図２５は、図２６に示されるとおりの４つの異なる混合隔壁を使用して同じファーニッシュの組み合わせから作製した４つの異なる媒体の分析の結果を示す。媒体の各々は、データにおいて実証されるとおり、異なる大径ガラス繊維勾配を有する。全ての勾配材料において、大径ガラス繊維濃度勾配は下部又はワイヤ側領域から増加し、及び領域が領域１から領域１０へと、（すなわち）ワイヤ側からフェルト側へと経るに従い増加する。媒体Ａでは、ナトリウム濃度は領域２まで増加せず、及び媒体Ｄでは、ナトリウム濃度は領域３まで増加しないことに留意されたい。媒体Ｂ及び媒体Ｃでは、ナトリウムは領域１で増加する。このデータはまた、ナトリウム濃度が、媒体Ｂについては領域４の後に、及び媒体Ｃ及び媒体Ｄについては領域６の後に実験誤差の範囲内でレベルが降下するように見えることを示しているように見える。ナトリウム含有量の実験誤差は、約０．２〜０．５ｗｔ．％である。媒体Ａについては、グラフは、ナトリウム濃度の継続的な増加又は領域８の後のいくらかの最小限のレベル降下のいずれかを示しているように見える。全体的には、これらのデータは、媒体のワイヤ側又はフェルト側のいずれかにおいて、混合隔壁の選択によって勾配形成及び非勾配不変領域の生成の双方を制御できることを示しているように思われる。
【０２００】
図２６は、混合隔壁の構成Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを示す。構成の各々において、規則的な一連の矩形部品が示され、これらは液体を混合する連通のための一連の位置を画定し、混合隔壁を形成するフレームに配置される。各構成において、矩形部品は、構造を通じた流体連通の開口を置いて規定の間隔で配置される。
【０２０１】
図２６の全ての構成において、混合隔壁には８個の矩形開口が画定され、混合隔壁における最初の矩形部品が最後の矩形部品と対になっている。最初の矩形部品は約８．８９ｃｍ（３．５インチ）の幅を有し、一方、最後の矩形部品は約１１．４３ｃｍ（４．５インチ）の幅を有する。構成Ｃ及びＤについては、２５．４ｃｍ（１０インチ）のスロットオフセットが存在する。構成Ａについては、中間の矩形部品は約９．６５２ｃｍ（３．８インチ）幅であり、約１．３７１６ｃｍ（０．５４インチ）幅のスロットを画定する。構成Ｂについては、中間の矩形部品は約７．７２１６ｃｍ（３．０４インチ）幅であり、約３．４０３６ｃｍ（１．３４インチ）幅のスロットを画定する。構成Ｃについては、中間の矩形部品は約６．５７８６ｃｍ（２．５９インチ）幅であり、約１．３７１６ｃｍ（０．５４インチ）幅のスロットを画定する。構成Ｄについては、中間の矩形部品は約４．５４６６ｃｍ（１．７９インチ）幅であり、約３．４０３６ｃｍ（１．３４インチ）幅のスロットを画定する。
【０２０２】
実施例６
上部ヘッドボックスから送り込まれる２つの異なるサイズのガラス繊維、すなわち二成分繊維と青色繊維とを含む以下の表７に示す成分を使用して、水性ファーニッシュ組成を作製する。セルロースファーニッシュ組成を下部ヘッドボックスから送り込む。勾配媒体は、別個のヘッドボックスからの２つのファーニッシュのフローを混合することにより形成される。
【０２０３】
【表７】
【０２０４】
表８は、実施例７の勾配媒体の形成に使用した機械パラメータを示す。
【０２０５】
【表８−１】
【０２０６】
【表８−２】
【０２０７】
【表８−３】
【０２０８】
【表８−４】
【０２０９】
上記にパラメータを掲載する機械設定は、表２に関連して上記に定義及び考察されるものと同じ設定である。表頭は、中実の隔壁又は異なる構成の混合隔壁若しくはラメラのいずれかを使用した異なるランに対応する。項目名１〜６の列は、５種の異なる混合隔壁構成と共に使用した機械設定に対応する。試験２−Ｇ、３−Ｋ及び４−Ｈについては、矩形部品は均等に離間して、混合隔壁に等しいサイズの開口を画定した。「前進」という項目名のランは、下流方向に移ると徐々に大きくなるスロットを有する混合隔壁で実施した。「逆進」という項目名のランは、下流方向に徐々に小さくなるスロットを有する混合隔壁で実施した。
【０２１０】
勾配媒体は、先述の勾配分析及びβ２００手順を用いて分析される。スロット付き混合隔壁についての勾配分析及びβ２００の結果は、勾配媒体特徴と整合していた。媒体の上部から媒体の下部にかけて識別可能な界面は存在しない。媒体の上部から媒体の下部にかけて多孔性の滑らかな勾配がある。
【０２１１】
実施例７
前述の実施例の手順及び装置を使用して、カエデセルロース繊維とカバセルロース繊維とを含むセルロース系媒体を作製し、ここでは上部ヘッドボックスファーニッシュが乾燥率１００％のカエデパルプを含み、下部ヘッドボックスファーニッシュが乾燥率（ｄｒａｙ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ）１００％のカバパルプを含んだ。シートの総重量は８０ｌｂ／３０００ｆｔ２（１３０．３２ｇ／ｍ２）であり、２つの所与のパルプは均等に分けられた。
【０２１２】
この例の勾配は繊維組成である。勾配媒体は、先述の勾配分析及びβ２００手順を用いて分析される。勾配分析及びβ２００の結果は勾配媒体特徴と整合している。媒体の上部から媒体の下部まで識別可能な界面は存在しない。媒体の上部から媒体の下部にかけて多孔性の滑らかな勾配がある。
【０２１３】
実施例８
図２７及び図２８は異なる媒体構造のＳＥＭであり、各々は、媒体をエチレングリコールに浸漬して冷却した後、クライオミクロトーム（ｃｙｒｏ−ｍｉｃｒｏｔｏｍｅ）を使用して媒体厚さにわたり１３個の切片に分けたものである。図２７及び図２８に示される双方の媒体とも、一つの媒体配合のみを使用して調製した。媒体配合及び隔壁構成に関する情報は表９〜表１０に示される。
【０２１４】
【表９】
【０２１５】
中実混合隔壁の場合、下部スラリーが最初に排水され、従って初めに下部スラリーからの繊維が溜まり、その後その上に上部スラリーが重なるため、上部スラリーと下部スラリーとの間に混合は起こらないことに留意されたい。結果として、作成されるシートは明確に区別される２つの層状構造を有し、勾配構造は有しない。しかしながら、上部及び下部ヘッドボックスに同じファーニッシュ配合を使用して、しかし開口を有する混合隔壁によると、上部スラリーと下部スラリーとの間に繊維の混合が起こり、結果として勾配構造がもたらされる。図２７及び図２８の双方において、媒体は表１０に提供される配合を使用して作成される。図２７及び図２８において、最初のＳＥＭ１が各スライドにおける媒体の上部を示し、一方、最後のＳＥＭ１３が厚さに沿った媒体の下部切片を示す。シートの全坪量は５０ｌｂ／３０００ｆｔ２（８１．４５ｇ／ｍ２）であり、そのうち２５ｌｂ／３０００ｆｔ２（４０．７３ｇ／ｍ２）がファーニッシュ１によりもたらされ、残り（２５ｌｂ／３０００ｆｔ２）（４０．７３ｇ／ｍ２）がファーニッシュ２によりもたらされたことに留意されたい。
【０２１６】
【表１０】
【０２１７】
図２７及び図２８は、媒体の１３個の切片の各々のＳＥＭを示す。本明細書に記載される勾配技術がない場合、同じ上部及び下部ファーニッシュ配合から作成される２つの媒体が、その厚さ全体を通じて同様の構造を有し得ることが典型的となる。しかしながら、図２７と図２８との間には、媒体全体にわたる構造の違いが見られる。スロット付き混合隔壁により作製された図２８については、フレームについて１から検討を始めると、初めのフレームは多数の大径繊維を示し、一方、後の方のフレームはより多くの小径繊維を示す。特に図２７（勾配媒体なし）と図２８（勾配媒体）との間で切片４、５及び６を比較すると、２つの構造間における構成繊維の分布の違いが明らかである。図２７では、媒体の切片は一つの特定の繊維タイプ（大径又は小径のいずれか）が極めて豊富であり、中間で小径の繊維タイプに急激に移行する。しかしながら、図２８では、移行はそれほど鮮明でなく、異なる繊維タイプ間の混合量もより高い。例えば、図２７及び図２８における対応する切片４、５及び６を比較することにより、勾配構造（図２８）ではより多量の混合が起こり、中実の隔壁（図２７）で作成された媒体では混合は比較的少ししか、又は全く起こらなかったことが容易に分かる。
【０２１８】
また、図２７及び図２８の媒体は異なる形で機能した。図２７の非勾配媒体は、β２００について５ミクロンの効率性能で上記に記載したとおり試験したとき、１平方メートル当たり１６０グラムの汚染負荷量を達成している。対照的に、図２７のように上部及び下部ファーニッシュに配合を使用して作成することによる図２８の勾配媒体は、β２００試験について５ミクロンの効率性能で上記に記載したとおり試験したとき、１平方メートル当たり２３０のグラムの汚染負荷量を達成した。同じ効率での負荷性能のこの実質的な向上は、スロット付き混合隔壁によって媒体全体にわたり実現された勾配によるものである。
【０２１９】
実施例９
表１１に示されるファーニッシュ及び表３の混合隔壁構成を使用して媒体を調製した。２つの異なる坪量：４０及び６０ｌｂ／３０００ｆｔ２（６５．１６ｇ／ｍ２）及び（９７．７４ｇ／ｍ２）を有する媒体を調製した。
【０２２０】
【表１１】
【０２２１】
これらの仕様に従い形成して得られた媒体をベータ効率について試験した。結果を表１２に示す。
【０２２２】
【表１２】
【０２２３】
このデータは、許容可能な負荷及び圧力損失特性を有する特定の最終用途に合わせて調整することのできる広範囲の効率結果（５ミクロン粒子についてβ７５〜β２００）を得る能力を示している。
【０２２４】
【表１３】
【０２２５】
表１３の参照番号１〜１５の材料は、表１４に含まれるファーニッシュ配合を使用し、媒体の厚さ全体を通じて勾配を形成するようスロット付き混合隔壁を使用して作製される。各シートの全坪量は、５０ｌｂ／３０００ｆｔ２（８１．４５ｇ／ｍ２）であり、そのうち２５ｌｂ／３０００ｆｔ２（４０．７３ｇ／ｍ２）はファーニッシュ１によりもたらされ、残り（２５ｌｂ／３０００ｆｔ２）（４０．７３ｇ／ｍ２）はファーニッシュ２によりもたらされた。
【０２２６】
しかしながら、比較例Ａの材料は、２つの層を別個に形成し、次にラミネート加工により接合した二層媒体である。比較例Ａの材料の２つの別個の層の作成に使用したファーニッシュは、青色ＰＥＴ繊維を含まないことを除き、２つの別個のヘッドボックスに対するファーニッシュ配合と極めて類似している。比較例Ｂの材料は、表１４のファーニッシュにより、但し２つのフローストリーム間に中実混合隔壁を用いて作製した。２つの従来の材料の比較例Ａ及び比較例Ｂとの勾配材料の比較を表１３及び図２９に示す。これらのデータは、優れたβ２００を維持しながら寿命が長い（３２０ｋＰａにおける負荷がより大きい）本発明の様々な実施形態を作製できることを示している。
【０２２７】
【表１４】
【０２２８】
実施例１１についてのＦＴＩＲデータ
図３０及び図３１は、二成分媒体のフーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）スペクトルである。図３０は、ファーニッシュの単一層をワイヤガイド上に載せるために使用される単一のヘッドボックスを有する機器を使用して形成された媒体のスペクトルである。図３０の媒体を形成するためのファーニッシュは、二成分繊維と、１ミクロンより細いガラス繊維と、ポリエステル繊維とを含んだ。図３１は、図１に示されるものと同様の機器及びスロット付き混合隔壁により形成した勾配媒体のスペクトルである。ここで表１４は、図３１に示される媒体を形成するための上部及び下部ヘッドボックスのファーニッシュ内容を示す。
【０２２９】
図３０は、非勾配二成分／ガラスフィルタ媒体のＦＴＩＲスペクトルである。かかる媒体において、二成分媒体の作製に使用される種々の繊維の濃度は全体にわたり本質的に一定のままであり、媒体を形成する影響から生じる変化はほとんどない。図３０のスペクトルの作成においては、従来のＦＴＩＲスペクトル機器を使用して媒体シートの両側のＦＴＩＲスペクトルを測った。図は２つのスペクトルを示す。スペクトルＡは媒体の第１の側面であり、一方、スペクトルＢは媒体の反対側の側面である。図を簡単に調べることで容易に判断され得るとおり、図Ａのスペクトルと図Ｂのスペクトルとは実質的に重なっており、特に、媒体のポリエステル材料に由来する約１７００ｃｍ−１の波長におけるカルボニル特性ピークの範囲で重なっている。スペクトルＡからスペクトルＢに至るポリエステルのカルボニルピークの類似性は、媒体の双方の表面におけるポリエステル繊維の濃度が類似しており、数パーセントを大きく上回るような差異はないことを示している。
【０２３０】
図３１は、本発明の勾配媒体の両側面のＦＴＩＲスペクトルを示す。約１７００ｃｍ−１の波長における各スペクトルのポリエステルのカルボニル特性ピークに見ることができるとおり、スペクトルＡのカルボニルピークは、スペクトルＢのポリエステルのカルボニルピークより実質的に高い。これは、媒体の片側のポリエステルの濃度（スペクトルＡ）が、媒体の反対側のポリエステルの濃度（スペクトルＢ）より実質的に高いことを示している。これは、媒体の第１の側面におけるポリエステル繊維の濃度について、媒体の第２の側面と比較したときに実質的に違いがあることの明らかな証拠である。この計測技法は、媒体の表面における、又は媒体の表面約４〜５ミクロンの範囲内のポリエステル繊維の濃度の計測に限られる。
【０２３１】
実施例及びデータ及び機械情報を簡単に考察すると、上部ヘッドボックス及び下部ヘッドボックスからの繊維分散体を組み合わせることによりファーニッシュが作製されることは明らかである。これらの繊維分散体は上部及び下部ヘッドボックスから送られ、混合隔壁の作用により組み合わされる。
【０２３２】
実施例のファーニッシュにおいて、二成分繊維は足場繊維を含み、ガラス繊維及びポリエステル繊維がスペーサー繊維である。より小径のガラス繊維が効率繊維である。実施例のファーニッシュに見ることができるとおり、典型的には各ファーニッシュの二成分含有量は比較的一定であり、それにより混合隔壁を通過した後の組み合わされた水性ファーニッシュは実質的に同じで比較的一定した二成分繊維濃度を得て、媒体における構造上の完全性を形成する。上部ヘッドボックスには、関連する大きい比率の大径スペーサー繊維、典型的にはポリエステル繊維又はガラス繊維又は双方の繊維の混合物がある。また、下部ヘッドボックスには小径の効率繊維があることにも留意されたい。上部ヘッドボックスからのファーニッシュは混合隔壁の作用によって、最低限、下部ヘッドボックスからのファーニッシュと混和されるため、層がウェットレイド法でワイヤ上に形成されると、及びその後層がさらに処理されると、スペーサー繊維の濃度が形成された層の厚さを通じて変化するように、上部ヘッドボックスからの大径スペーサー繊維の濃度が濃度の勾配を形成する。ファーニッシュの流量及び圧力に応じて、混合隔壁及びその構成、小径の効率繊維もまた、２つのファーニッシュが層を形成する前に混和されると勾配を形成することができる。
【０２３３】
ファーニッシュを調べると分かるとおり、ウェットレイド法においてワイヤ上に形成された後の層組成は、二成分繊維の濃度が層全体にわたり比較的一定している。スペーサー繊維がポリエステル繊維又はガラス繊維又はその双方の組み合わせを含む場合、スペーサー繊維が層の領域内に又は層全体にわたり勾配を形成し得る。層の一領域又は層全体にわたる小径の効率繊維は濃度が比較的一定であってもよく、又は一方の表面から他方の表面にかけて濃度が変化してもよい。表１２のファーニッシュから作製された層は、比較的一定した濃度の二成分繊維を層全体の約５０％含み得る。スペーサー繊維のＢ５０ガラス繊維は合計で全繊維含有量の約２５％を含み、勾配を形成し得る。小径の効率ガラス繊維は繊維含有量全体の約２５％を含み、及び濃度が一定であっても、又はバックフロー及び圧力に応じて層内に勾配を形成してもよい。本発明者らは、層を加熱し、硬化させ、乾燥させて保管した後、二成分繊維は層に対して機械的完全性を提供する傾向があり、一方、スペーサー繊維及び効率繊維は二成分層を通じて分布し、層が繊維の熱結合を達成すると足場繊維によってその場に保持されることを見出した。サイズ、透過率及び他の繊維特性に対する効率は、スペーサー繊維及び効率繊維が存在することにより実質的に得られる。繊維は一体となって働き、有効な効率的透過性を有する繊維特性を形成する繊維の内部ネットワークを提供する。媒体の様々な実施形態において使用することのできる繊維の各タイプの範囲を表１５に示す。
【０２３４】
【表１５】
【０２３５】
Ｘ勾配の例及び勾配データ
Ｘ方向に特定の繊維濃度の勾配を有し、またＺ方向にも特定の繊維濃度の勾配を有する媒体を調製した。これらのＸ方向勾配媒体は、表１６に示されるファーニッシュ配合を使用して、及び図９−図１１の混合隔壁２１００及び図１２の混合隔壁２４００を使用して調製した。
【０２３６】
混合隔壁２１００を２つのファーニッシュ供給源と共に使用して不織ウェブが形成されるとき、上部供給源のファーニッシュの繊維成分、例えば青色ＰＥＴ及び０．６ミクロンＢ０６繊維は、主に不織ウェブにおいて媒体の中心部に存在することが予想される。また、中心部には、上部供給源の成分がウェブの厚さを通じて組成勾配を形成し、上部ファーニッシュの繊維がウェブの上面により多く存在し、その繊維の濃度が徐々に低下して、従ってウェブの反対側の底面に存在するその繊維がより少ないことが予想される。
【０２３７】
上部供給源にのみ青色トレーサー繊維を使用して、混合隔壁２１００を使用して不織ウェブを形成した。青色繊維は、得られた不織ウェブの中心の一切片に見られた。また、青色繊維はウェブの上側及び下側の双方に見られたが、下側より上側に一層集中していた。
【０２３８】
図１２の混合隔壁２４００が表１６における２つのファーニッシュと共に使用されるとき、部品２４０６の下側にあるウェブの部分は、上部ヘッドボックスにのみ存在する繊維を多く含まないことが予想される。また、部品２４０６によって被覆されないウェブの一部はＸ方向に勾配を有し、上部ヘッドボックスからの繊維の濃度が、開口がより大きい外縁端に向かって増加することも予想される。また、部品２４０６によって被覆されるウェブの一部はＺ方向に勾配を有し、上部ヘッドボックスからの繊維の濃度がウェブの上面に向かって増加することも予想される。これらの予想のいずれも、得られた媒体においてより高濃度の青色繊維が見られることに基づき正しいことが観察された。
【０２３９】
上部及び下部ヘッドボックスに同じファーニッシュ配合を使用しながら、しかし異なる混合隔壁構成を使用することで異なる媒体構造が作成されることが、混合隔壁構成を媒体構造の操作に使用することができるという概念のさらなる裏付けとなる。
【０２４０】
走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）を使用して非勾配媒体の媒体構造を勾配媒体と比較した。図３２は、非勾配媒体３２００のＳＥＭ及び勾配媒体３２０２の別のＳＥＭを示す。媒体３２００は、中実混合隔壁を使用して、及び表１６に示されるファーニッシュ配合を使用して作製したものであり、ここで上部ファーニッシュは二成分繊維と、ポリエステル繊維と、５ミクロンガラス繊維と、０．６ミクロンガラス繊維とを含む。下部ファーニッシュは、カバパルプ由来のセルロース繊維のみを含む。媒体３２００のＳＥＭにより観察することができるとおり、ヘッドボックスからのファーニッシュ間に本質的に混合はなく、従って媒体は明確に異なる層を有する。２つの層間に界面が見える。媒体３２００では、セルロース系繊維が下部セルロース層３２０６を形成し、これはガラス繊維と二成分繊維とポリエステル繊維とを有する上部層３２０８の形成とは明確に異なる。電子顕微鏡写真で上部層３２０８はセルロース層３２０６の上側に示される。セルロース層３２０６に実質的な濃度のガラス繊維は見られず、セルロース層３２０６は実質的にガラス繊維を含まない。
【０２４１】
媒体３２０２は、表１６に示される上部及び下部ファーニッシュ配合を使用して、スロット付き混合隔壁を使用して作製した勾配フィルタ媒体である。特に、図９−図１１に示されるとおりのスロット付き混合隔壁を使用して勾配フィルタ媒体３２０２を生成した。従ってフィルタ媒体３２０２はＸ方向の勾配を有するとともに、Ｚ方向にも勾配構造を得る。顕微鏡写真３２０２に示される部分は、媒体のクロスウェブ方向における中心に位置するｚ寸法勾配を有する媒体の一部分を表す。ＳＥＭ３２０２は、媒体全体を通じたガラス繊維の実質的な分布を示し、及びガラス繊維との組み合わせのセルロース系繊維の一部の分布を示す。媒体３２０２の上部領域３２１０には、下部領域３２１２と比べてより多くのガラス繊維が目視可能な形で存在する。それと際立って対照的に、媒体３２００は、非勾配セルロース層３２０６に結合された従来の非勾配二成分ガラス媒体層３２０８の明確に区別される層を有する。ＳＥＭ３２００では界面は目視でき、二成分ガラス媒体領域とセルロース層との間の明確且つ顕著な変化である。かかる界面によって２つの層間の界面におけるフローに対する実質的な抵抗が生じる。さらにセルロース層の平均細孔径は、従来の二成分ガラス媒体の平均細孔径より小さい。これにより界面要素がさらに導入され、二成分ガラス層を通過してセルロース層に至る流体フローに対する抵抗が実質的に増加する。
【０２４２】
それと際立って対照的に、媒体３２０２は、材料の細孔径が一方の表面から他方の表面にかけて連続的に変化し、その変化が漸進的で制御される勾配材料である。
【０２４３】
【表１６】
【０２４４】
本発明者らは、ｘ勾配混合隔壁を使用して、繊維の濃度がマシン方向にかけて変化し、フラジール通気度の勾配がもたらされるようなｘ勾配を有する媒体を形成している。フラジール通気度試験は専用の試験装置及び方法を使用する。一般に媒体の通気度は、媒体のいかなる点においても、少なくとも１メートル／分（ｍ３−ｍ−２−分−１としても知られる）の、典型的には及び好ましくは約２〜９００メートル／分の通気度を呈しなければならない。フラジール通気度のｘ勾配を有する媒体において、通気度が一方の縁端から他方の縁端まで計測されるとき、通気度は変化しなければならない。図１２の混合隔壁を使用して媒体が作製された一実施形態において、通気度は一方の縁端から他方の縁端にかけて増加又は減少する。別の実施形態において、通気度勾配は、縁端と比べて媒体の中心の通気度が増加又は低下し、縁端は同じ又は同様の通気度を有するように変化を呈することができる。図９のｘ勾配混合隔壁により作製されたある媒体において、縁端の通気度は、１３．１〜１７．１ｆｐｍ（４２．９７〜５６．１メートル／分）の範囲で計測され、中心の通気度は２９．４ｆｐｍ（９６．４６メートル／分）であった。図１２のｘ勾配混合隔壁により作製された別の媒体において、部品２４０６により被覆された縁端近傍の通気度は１０．２ｆｐｍ（３３．４６メートル／分）であり、一方、部品２４０６により被覆されなかった縁端近傍の通気度は１２．４ｆｐｍ（４０．６９メートル／分）であった。
【０２４５】
上記の明細書、例及びデータにより、本発明の組成物の製造及び使用の完全な説明が提供される。本発明の範囲から逸脱することなく本発明の多くの実施形態を作製することができるため、本発明は、以下に添付される特許請求の範囲にある。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不織ウェブであって、前記ウェブが第１の表面と第２の表面とを有する平面状繊維構造を含み、前記繊維構造が、実質的に一様な繊維分布を有する第１の不織領域と、少なくとも１ミクロンの直径を有する第１の繊維と多くとも６ミクロンの直径を有する第２の繊維とを含む第２の不織領域とを含み、前記第２の繊維は、前記第２の繊維の濃度が前記第２の領域にわたり前記第１の表面から前記第２の表面に至る方向に増加するように、第２の不織領域において濃度が変化し、前記第１の繊維は第１の繊維特徴群を有し、且つ前記第２の繊維は第２の異なる繊維特徴群を有する、ウェブ。
【請求項２】
前記第２の繊維が異なる直径の繊維のブレンドを含む、請求項１に記載のウェブ。
【請求項３】
前記ウェブにおける繊維濃度のあらゆる変化が線形変化である、請求項１に記載のウェブ。
【請求項４】
前記第１の不織領域が２つ以上ある、請求項１に記載のウェブ。
【請求項５】
前記第２の不織領域が２つ以上ある、請求項１に記載のウェブ。
【請求項６】
前記ウェブがフィルタ媒体を含み、前記媒体が、空気、水性流体、又は潤滑剤若しくは油圧油をろ過するように適合されたウェットレイド媒体の第１の繊維である、請求項１に記載のウェブ。
【請求項７】
前記フィルタ媒体が、ＩＳＯ １６８８９に基づく計測に従い３２０ｋＰａ以上の圧力損失まで負荷したとき試験粒子５ミクロン以上に対して２００より高いβを有する、請求項７３に記載のフィルタ媒体。
【請求項８】
前記第２の不織領域の一部分が、前記媒体の前記厚さの１０％より大きい厚さを含む、請求項２に記載のフィルタ媒体。
【請求項９】
前記第１の表面を前記第２の表面と比較すると、繊維濃度又は繊維組成に違いを示す、請求項６に記載の媒体。
【請求項１０】
前記第１の不織領域が上流領域である、請求項６に記載のウェブ。
【請求項１１】
前記第２の不織領域が上流領域である、請求項６に記載のウェブ。
【請求項１２】
前記ウェブがデプス媒体であり、前記第２の繊維が前記上流表面から前記下流表面にかけて増加する、請求項６に記載のウェブ。
【請求項１３】
前記ウェブが負荷領域と効率領域とを含む、請求項１に記載のウェブ。
【請求項１４】
前記第２の繊維の濃度が前記上流表面から前記下流表面にかけて非線形的に増加する、請求項１に記載のウェブ。
【請求項１５】
不織ウェブの作製装置であって、
ａ）繊維を含む第１の流体フローストリームを吐出するように構成された第１の供給源と、
ｂ）繊維を含む第２の流体フローストリームを吐出するように構成された第２の供給源と、
ｃ）前記第１及び第２の供給源より下流にある混合隔壁であって、前記第１のフローストリームと前記第２のフローストリームとの間に位置決めされ、前記第１のフローストリームと前記第２のフローストリームとの間の流体連通及び混合を可能にする２個以上の開口を前記混合隔壁に画定する混合隔壁と、
ｄ）前記第１及び第２の供給源より下流に位置し、且つ少なくとも組み合わされたフローストリームを受け入れ、前記組み合わされたフローストリームを捕集することにより不織ウェブを形成するように設計された受入領域と、
を含む装置。
【請求項１６】
前記２個以上の開口が、前記混合隔壁のクロスウェブ方向に延在する１個又は複数の矩形開口を含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記２個以上のスロットの各々が、異なる幅、異なる長さ、前記フローストリームに対する異なる向き、前記混合部分の終端からの異なる間隔、又はそのような側面の１つ又は複数の組み合わせを含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記開口が、前記混合隔壁の第１のクロスウェブ縁端から前記混合隔壁の第２のクロスウェブ縁端まで延在する２個以上のスロットを含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】
装置を使用する不織ウェブの作製方法であって、
ｉ）第１の供給源から第１の流体ストリームを吐出するステップであって、前記流体ストリームが繊維を含み、前記装置が前記第１の供給源より下流にある混合隔壁を含み、前記混合隔壁が前記第１の供給源からの２つの流路の間に位置決めされ、前記流路が前記混合隔壁によって分離され、前記混合隔壁が、少なくとも１つの流路から別の流路への流体連通を可能にする１個又は複数の開口を前記混合隔壁に画定する、ステップと、
ｉｉ）前記供給源の近位及び下流に位置する受入領域に繊維を捕集するステップであって、前記受入領域が、前記供給源から吐出された前記フローストリームを受け入れ、且つ前記繊維を捕集することにより湿潤層を形成するように設計される、ステップと、
ｉｉｉ）前記湿潤層を乾燥させて前記不織ウェブを形成するステップと、
を含む方法。
【請求項２０】
前記湿潤層から流体を除去するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記湿潤層に熱を加えるステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記フローストリームの少なくとも一方が、水性スラリー１リットル当たりの繊維が約２０グラム未満の繊維濃度を有する１つ又は複数の繊維の水性スラリーを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記混合隔壁が、前記２つの流路間の双方向流体連通を可能にする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
第２の供給源から第２の流体ストリームを吐出するステップであって、前記流体ストリームが繊維を含み、前記第１の流体ストリームの一部が前記混合隔壁を通じて流れ、前記受入領域にある前記第２の流体ストリーム上に至るステップ
をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の流体ストリームが少なくとも第１の繊維を含み、前記第２の流体ストリームが少なくとも第２の繊維を含み、前記第２の繊維が前記第１の繊維と異なる繊維特徴を有する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１の繊維がガラス繊維であり、前記第２の繊維がコアとシェルとを含む二成分繊維である、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記混合隔壁が、前記混合隔壁を２つの半体に分割するマシン方向の中心軸を有し、一方の半体が他方の半体と同じではない、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
一方の半体が開口を有さず、他方の半体が前記複数の開口を画定する、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記開口が、前記混合隔壁の第１のクロスウェブ縁端から前記混合隔壁の第２のクロスウェブ縁端まで延在する２個以上のスロットを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
前記１個又は複数の開口が、前記混合隔壁のクロスウェブ方向に延在する１個又は複数の矩形開口を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３１】
厚さを画定する第１の表面と第２の表面とを有するフィルタ媒体であって、前記媒体が勾配を含む領域を含み、前記領域が少なくとも１ミクロンの直径を有する第１の繊維と、多くとも６ミクロンの直径を有する第２の繊維とを含み、前記第１の繊維は直径が前記第２の繊維より大きく、前記第２の繊維は、前記第２の繊維の濃度が前記領域にわたり一方の表面から他方の表面に至る方向に増加するように、前記領域において濃度が変化する、フィルタ媒体。
【請求項３２】
厚さを画定する第１の表面と第２の表面とを有するフィルタ媒体であって、前記媒体が勾配を含む領域を含み、前記領域が第１の繊維組成を有する第１の繊維と、前記第１の繊維組成と異なる第２の繊維組成を有する第２の繊維とを含み、前記第２の繊維は、前記第２の繊維の濃度が前記領域にわたり一方の表面から他方の表面に至る方向に増加するように、前記領域において濃度が変化する、フィルタ媒体。
【請求項３３】
前記第１の繊維が少なくとも１ミクロンの直径を有し、第２の繊維が多くとも５ミクロンの直径を有する、請求項３１又は３２に記載の媒体。
【請求項３４】
前記領域が前記媒体の前記厚さの一部分に及ぶ、請求項３１又は３２に記載のフィルタ媒体。
【請求項３５】
前記領域の前記一部分が、前記媒体の前記厚さの１０％より大きい厚さを含む、請求項３１又は３２に記載のフィルタ媒体。
【請求項３６】
前記媒体がウェットレイド媒体の第１の繊維であり、前記第１の繊維が、前記フィルタ媒体の少なくとも３０ｗｔ％且つ多くとも８０ｗｔ％の量の二成分繊維を含む、請求項３１又は３２に記載のフィルタ媒体。
【請求項３７】
前記第２の繊維が、前記フィルタ媒体の最小３０ｗｔ％且つ多くとも７０ｗｔ％の量のガラス繊維又はポリエステル繊維を含む、請求項３１又は３２に記載のフィルタ媒体。
【請求項３８】
前記媒体厚さが、定濃度の前記第１の繊維と前記第２の繊維とを含む前記厚さの第２の領域を含む、請求項３１又は３２に記載のフィルタ媒体。
【請求項３９】
空気、水性流体、又は潤滑剤若しくは油圧油をろ過するように適合された、請求項３１又は３２に記載のフィルタ媒体であって、二成分繊維を含む少なくとも約３０ｗｔ％且つ多くとも約７０ｗｔ％の第１の繊維と、少なくとも約３０ｗｔ％且つ多くとも約７０ｗｔ％のガラス繊維又はポリエステル繊維とがあり、ガラス繊維又はポリエステル繊維の濃度が、前記第１の表面から前記第２の表面にかけて増加する連続勾配で形成される、媒体。
【請求項４０】
前記第１の繊維が、各々が独立してポリエステル又はポリオレフィンを含むコアとシェルとを含む二成分繊維を含む、請求項３１又は３２に記載の媒体。
【請求項４１】
前記第１の表面と前記第２の表面とが０．５〜２０ｍｍの範囲の前記媒体の前記厚さを画定し、前記領域の前記一部分が０．１ｍｍより大きい、請求項３４に記載の媒体。
【請求項４２】
前記媒体がデプス媒体であり、前記第２の繊維が第１の上流表面から第２の下流表面にかけて増加する、請求項３１又は３２に記載の媒体。
【請求項４３】
前記媒体が負荷領域と効率領域とを含む、請求項３１又は３２に記載の媒体。
【請求項４４】
前記媒体が、膜、セルロース系媒体、合成媒体、スクリム又はエキスパンドメタル支持体を含む基層と組み合わされる、請求項３１又は３２に記載の媒体。
【請求項４５】
前記媒体中のあらゆる勾配が非線形である、請求項３１又は３２に記載の媒体。
【請求項４６】
前記第２の繊維の濃度が前記上流表面から前記下流表面にかけて非線形的に増加する、請求項３１又は３２に記載の媒体。
【請求項４７】
前記媒体が、透過率、細孔径、繊維径、繊維長、効率及び固体度からなる群の少なくとも１つの勾配を有する、請求項３１又は３２に記載の媒体。
【請求項４８】
前記媒体が、湿潤性、耐化学性、及び耐温度性からなる群の少なくとも１つの勾配を有する、請求項３１又は３２に記載の媒体。
【請求項４９】
前記媒体が一様な結合繊維領域をさらに含む、請求項３１又は３２に記載のフィルタ媒体。
【請求項５０】
前記結合領域の前記第１の繊維が一様な濃度である、請求項４９に記載の媒体。
【請求項５１】
前記媒体が１つ又は複数の追加的な繊維を含む、請求項３１又は３２に記載の媒体。
【請求項５２】
前記第１の繊維がセルロース系繊維を含み、前記第２の繊維がガラス繊維を含む、請求項３１又は３２に記載のフィルタ媒体。
【請求項５３】
前記第１の表面を前記第２の表面と比較すると、繊維濃度又は繊維組成に違いを示す、請求項３１又は３２に記載の媒体。
【請求項５４】
第１の表面と第２の表面とを有するフィルタ媒体であって、前記媒体が足場繊維と、少なくとも１ミクロンの直径を有する第１の繊維と、多くとも６ミクロンの直径を有する第２の繊維とを含み、前記媒体が、前記第１の繊維又は前記第２の繊維のいずれかの濃度の勾配によって特徴付けられる領域を有し；及び前記媒体がラミネート加工層を含まず、且つラミネート用接着剤を含まず、前記第１の繊維が第１の繊維特徴群を有し、前記第２の繊維が第２の異なる繊維特徴群を有する、フィルタ媒体。
【請求項５５】
前記媒体がウェットレイド媒体であり、前記足場繊維が二成分繊維を含み、前記第１及び第２の繊維の双方がガラス繊維を含む、請求項５４に記載のフィルタ媒体。
【請求項５６】
前記媒体が、空気、水性流体、又は潤滑剤若しくは油圧油をろ過するように適合され、前記足場繊維が二成分繊維を含み、前記第１及び第２の繊維がポリエステル繊維を含む、請求項５４に記載のフィルタ媒体。
【請求項５７】
前記足場繊維がセルロース系繊維を含み、前記第１及び第２の繊維がガラス繊維を含む、請求項５４に記載のフィルタ媒体。
【請求項５８】
前記第１及び第２の繊維が、組成が異なる繊維のブレンドを含み、及び勾配によって特徴付けられる前記領域が前記媒体の前記厚さの一部分である、請求項５４に記載のフィルタ媒体。
【請求項５９】
勾配によって特徴付けられる前記領域が、前記媒体の前記厚さの１０％より大きい厚さを含む、請求項５８に記載のフィルタ媒体。
【請求項６０】
前記第１の表面と前記第２の表面とが、０．５〜２０ｍｍの範囲の前記媒体の前記厚さを画定し、前記領域の前記一部分が０．１ｍｍより大きい、請求項５４に記載の媒体。
【請求項６１】
前記フィルタ媒体が、ＩＳＯ １６８８９に基づく計測に従い３２０ｋＰａ以上の圧力損失まで負荷したとき試験粒子５ミクロン以上に対して２００より高いβを有する、請求項５４に記載のフィルタ媒体。
【請求項６２】
少なくとも１つの領域が、約３０ｗｔ％〜８０ｗｔ％の第１の繊維と、少なくとも約０．６ミクロン且つ多くとも約５ミクロンの直径を有する少なくとも約２０ｗｔ％且つ多くとも約７０ｗｔ％の第２の繊維とのブレンドを含む、請求項５４に記載のフィルタ媒体。
【請求項６３】
前記第２の繊維が、少なくとも約２０ミクロン且つ多くとも約３０ミクロンの直径を有するセルロース系繊維を含む、請求項５４に記載のフィルタ媒体。
【請求項６４】
前記ガラス繊維が、およそ少なくとも約０．５ミクロンの直径を有する第１のガラス繊維と、少なくとも約２ミクロン且つ多くとも約５ミクロンの直径を有する第２のガラス繊維とのブレンドを含む、請求項５４に記載のフィルタ媒体。
【請求項６５】
前記媒体が、細孔径又は繊維径の非線形勾配である勾配を有する、請求項５４に記載のフィルタ媒体。
【請求項６６】
前記勾配が、前記繊維サイズ又は前記繊維濃度が前記第１の表面から前記第２の表面にかけて線形的に増加するようなフィルタ組成を含む、請求項５４に記載のフィルタ媒体。
【請求項６７】
少なくとも１つの領域が、樹脂と結合された第１の繊維を含む、請求項５４に記載の媒体。
【請求項６８】
前記樹脂と結合された繊維がセルロース系繊維を含む、請求項６７に記載の媒体。
【請求項６９】
前記樹脂と結合された繊維がポリエステル繊維を含む、請求項６７に記載の媒体。
【請求項７０】
樹脂、架橋剤又はそれらの組み合わせから選択される添加剤をさらに含む、請求項５４に記載の媒体。
【請求項７１】
前記樹脂が、バインダー樹脂、エラストマー、熱硬化性樹脂、ゲル、ビーズ、ペレット、フレーク、粒子、又はナノ構造を含む、請求項６７に記載の媒体。
【請求項７２】
前記第１の繊維及び前記第２の繊維が、ガラス、セルロース、麻、アバカス、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ハロゲン化ポリマー、ポリウレタン、又はそれらの組み合わせを含む繊維から選択される、請求項５４に記載の媒体。
【請求項７３】
前記第２の繊維が、セルロース系繊維、合成繊維、又はそれらのブレンドを含む、請求項５４に記載のフィルタ媒体。
【請求項７４】
厚さを画定する第１の表面と第２の表面とを有するフィルタ媒体であって、前記媒体が前記厚さに少なくとも１つの領域を含み、前記領域が、ポリエステル繊維と、少なくとも０．３ミクロンの直径を有するスペーサー繊維と、多くとも１５ミクロンの直径を有する効率繊維とを含み、前記ポリエステル繊維は前記領域において濃度が実質的に変化せず、前記スペーサー繊維は、前記スペーサー繊維の濃度が前記領域にわたり一方の表面から他方の表面に至る方向に増加するように、前記領域において濃度が変化する、媒体。
【請求項７５】
前記ポリエステル繊維が二成分繊維を含む、請求項７４に記載の媒体。
【請求項７６】
前記スペーサー繊維がガラス繊維を含む、請求項７４に記載の媒体。
【請求項７７】
前記効率繊維がガラス繊維を含む、請求項７４に記載の媒体。
【請求項７８】
前記スペーサー繊維が単相ポリエステル繊維を含む、請求項７４に記載の媒体。
【請求項７９】
前記フィルタ媒体が、ＩＳＯ １６８８９に基づく計測に従い３２０ｋＰａ以上の圧力損失まで負荷したとき試験粒子５ミクロン以上に対して２００より高いβを有する、請求項３１、３２又は７４に記載の媒体。
【請求項８０】
前記効率繊維の濃度が一方の表面から他方の表面にかけて増加し、空気、水性流体、又は潤滑剤若しくは油圧油をろ過するように適合される、請求項７４に記載の媒体。
【請求項８１】
前記媒体が、３０〜８５ｗｔ％のポリエステル繊維と、２〜４５ｗｔ％のスペーサー繊維と、１０〜７０ｗｔ％の効率繊維とを含むウェットレイド媒体である、請求項７４に記載の媒体。
【請求項８２】
前記媒体が、定濃度の前記ポリエステル繊維と前記スペーサー繊維と前記効率繊維とを含む前記厚さの第２の領域を含む、請求項７４に記載のフィルタ媒体。
【請求項８３】
前記第１の表面を前記第２の表面と比較すると、繊維濃度又は繊維組成に１０％の違いを示す、請求項３１、３２、５４又は７４に記載の媒体。
【請求項８４】
幅を画定する第１の縁端と第２の縁端とを有するフィルタ媒体であって、各縁端は前記媒体のマシン方向と平行であり、前記媒体が、第１の繊維と第２の繊維とを含む第１の領域を含み、前記第２の繊維は、前記第２の繊維の濃度が前記第１の縁端から前記第２の縁端にかけて増加するように、前記第１の領域において濃度が変化する、フィルタ媒体。
【請求項８５】
前記媒体の幅が、定濃度の前記第１の繊維と前記第２の繊維とを含む前記厚さの第２の領域を含む、請求項８４に記載のフィルタ媒体。
【請求項８６】
厚さを画定する第１の表面と第２の表面とを有する請求項８４に記載のフィルタ媒体であって、前記媒体が、勾配を含む第２の領域を含み、前記第２の領域において前記第２の繊維は、前記第２の繊維の濃度が前記領域にわたり一方の表面から他方の表面に至る方向に増加するように、前記第２の領域において濃度が変化する、フィルタ媒体。
【請求項８７】
前記第２の領域が前記媒体の前記厚さの一部分にわたる、請求項８６に記載のフィルタ媒体。
【請求項８８】
前記第１の繊維が第１の繊維組成を有し、前記第２の繊維が、前記第１の繊維組成と異なる第２の繊維組成を有する、請求項８４に記載のフィルタ媒体。
【請求項８９】
前記第１の繊維は直径が前記第２の繊維より大きい、請求項８４に記載のフィルタ媒体。
【請求項９０】
前記フィルタ媒体が前記幅の中心領域を含み、前記第２の繊維の濃度が前記中心領域において最も高い、請求項８４に記載のフィルタ媒体。
【請求項９１】
前記フィルタ媒体が、前記第１の縁端に隣接した第１の縁端領域と、前記第２の縁端に隣接した第２の縁端領域とを含み、前記第２の繊維の濃度が、前記第１の縁端領域において前記第２の縁端領域におけるより高い、請求項８４に記載のフィルタ媒体。
【請求項９２】
不織ウェブの作製装置であって、
ａ）繊維を含む第１の流体フローストリームと繊維を含む第２の流体フローストリームとを吐出するように構成された１つ又は複数の供給源と、
ｂ）前記１つ又は複数の供給源より下流にある混合隔壁であって、前記１つ又は複数の供給源からの前記第１のフローストリームと前記第２のフローストリームとの間に位置決めされ、前記２つのフローストリームの間の流体連通を可能にする１個又は複数の開口を前記混合隔壁に画定する混合隔壁と、
ｃ）前記１つ又は複数の供給源より下流に位置し、且つ少なくとも組み合わされたフローストリームを受け入れ、前記組み合わされたフローストリームから繊維を捕集することにより不織ウェブを形成するように設計された受入領域と、
を含む装置。
【請求項９３】
前記混合隔壁が水平面に対して傾斜している、請求項１５又は９２に記載の装置。
【請求項９４】
前記混合隔壁が２個以上の開口を画定する、請求項９２に記載の装置。
【請求項９５】
前記２個以上の開口が、前記混合隔壁のクロスウェブ方向に延在する２個以上の矩形開口を含む、請求項９４に記載の装置。
【請求項９６】
前記１個又は複数の矩形開口が、クロスウェブ方向に前記混合隔壁にわたって完全に延在する、請求項１６又は９４に記載の装置。
【請求項９７】
前記開口が、前記混合隔壁の第１のクロスウェブ縁端から前記混合隔壁の第２のクロスウェブ縁端まで延在する２個以上のスロットを含む、請求項９２に記載の装置。
【請求項９８】
前記２個以上のスロットの各々が、異なる幅、異なる長さ、前記フローストリームに対する異なる向き、前記混合部分の終端からの異なる間隔、又はそのような側面の１つ又は複数の組み合わせを含む、請求項９４に記載の装置。
【請求項９９】
前記混合隔壁の前記マシン方向における寸法が、少なくとも約０．３メートル（１１．８インチ）且つ多くとも約１．５メートル（５９インチ）である、請求項９４に記載の装置。
【請求項１００】
前記混合隔壁が、少なくとも３個のスロット且つ多くとも８個のスロットをさらに含み、各スロットが独立して少なくとも１ｃｍ且つ多くとも２０ｃｍの幅を有する、請求項１５又は９７に記載の装置。
【請求項１０１】
前記スロットが矩形であり、複数の着脱可能な矩形部品によって画定される、請求項１００に記載の装置。
【請求項１０２】
前記混合隔壁が、５個以上の着脱可能な矩形部材によって画定される５個の矩形開口を含み、前記部材の幅の各々が約１．５ｃｍ〜１５ｃｍ（０．６インチ〜５．９インチ）であり、前記開口の幅の各々が約０．５ｃｍ〜１０ｃｍ（０．２インチ〜３．９インチ）である、請求項１５又は９２に記載の装置。
【請求項１０３】
前記１個又は複数の開口が、前記混合隔壁のマシン方向に延在する１個又は複数のスロットを含む、請求項９２に記載の装置。
【請求項１０４】
前記１個又は複数の開口が、複数の別個の円形開口を含む、請求項１５又は９２に記載の装置。
【請求項１０５】
前記混合隔壁が、第１の寸法を有する少なくとも第１の開口と、第２の異なる寸法を有する少なくとも第２の開口とを画定する、請求項１５又は９２に記載の装置。
【請求項１０６】
前記混合隔壁の前記１個又は複数の開口が、前記混合隔壁の総面積の少なくとも５％且つ多くとも７０％を占める、請求項１５又は９２に記載の装置。
【請求項１０７】
前記混合隔壁の前記１個又は複数の開口が、前記混合隔壁の総面積の少なくとも１０％且つ多くとも３０％を占める、請求項１５又は９２に記載の装置。
【請求項１０８】
前記混合隔壁が、前記混合隔壁を２つの半体に分割する前記マシン方向の中心軸を有し、一方の半体が他方の半体と同じではない、請求項１５又は９２に記載の装置。
【請求項１０９】
一方の半体が開口を有さず、他方の半体が前記複数の開口を画定する、請求項１０８に記載の装置。
【請求項１１０】
前記混合隔壁が第１の外縁端と第２の外縁端とを有し、前記第１及び第２の外縁端は前記マシン方向と平行であり、前記混合隔壁が、前記第１の外縁端に最も近い前記マシン方向幅が前記第２の外縁端に最も近い前記マシン方向幅より小さくなるようにマシン方向幅に変化する第１の開口を画定する、請求項１０８に記載の装置。
【請求項１１１】
前記混合隔壁が、開口を含まない第１の縁端部分と、開口を含まない第２の縁端部分とを含み、前記第１及び第２の縁端部分の各々が、下流クロスウェブ縁端から上流クロスウェブ縁端まで延在し、前記混合隔壁が前記第１の縁端部分と前記第２の縁端部分との間に中心部分をさらに含み、前記開口が前記中心部分に画定される、請求項１５又は９２に記載の装置。
【請求項１１２】
前記受入領域が、前記フローストリームから液体を除去するための機器をさらに含む、請求項１５又は９２に記載の装置。
【請求項１１３】
前記流体を除去するための機器が、１つ又は複数の重力排水機器、１つ又は複数の真空機器、１つ又は複数のテーブルロール、真空フォイル、真空ロール、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１１２に記載の装置。
【請求項１１４】
前記受入領域の近位及び下流に乾燥部をさらに含む、請求項１５又は９２に記載の装置であって、前記乾燥部が、乾燥缶部、１つ又は複数の赤外線ヒータ、１つ又は複数の紫外線ヒータ、スルーエアドライヤ、搬送ワイヤ、コンベヤ、又はそれらの組み合わせを含む、装置。
【請求項１１５】
２つの供給源を含む請求項９２に記載の装置であって、第１の供給源が前記第１のフローストリームを生じさせ、第２の供給源が前記第２のフローストリームを生じさせる、装置。
【請求項１１６】
前記第１のフローストリームが第１の繊維タイプを含み、前記第２のフローストリームが第２の繊維タイプを含み、各繊維タイプが他方と異なる少なくとも１つの繊維特徴を有する、請求項９２に記載の装置。
【請求項１１７】
前記１つ又は複数の供給源がヘッドボックス及びノズルからなる群から選択される、請求項１５又は９２に記載の装置。
【請求項１１８】
前記混合隔壁が、前記混合隔壁の上流縁端に隣接するオフセット部分を含み、前記オフセット部分には開口がない、請求項１５又は９２に記載の装置。
【請求項１１９】
前記流体フローストリームが液体フローストリームである、請求項１５又は９２に記載の装置。
【請求項１２０】
前記流体フローストリームが水性フローストリームである、請求項１５又は９２に記載の装置。
【請求項１２１】
不織ウェブの作製装置であって、
ａ）繊維を含む第１の液体フローストリームを吐出するように設計された供給源と、
ｂ）前記供給源より下流にある混合隔壁であって、前記混合隔壁に１個又は複数の開口を含む混合隔壁と、
ｃ）前記供給源より下流に位置し、且つ前記フローストリームを受け入れ、前記フローストリームから繊維を捕集することにより不織ウェブを形成するように設計された受入領域と、
を含む装置。
【請求項１２２】
前記混合隔壁の少なくとも１個の開口が、前記第１のフローストリームの第１の部分のみの通過を可能にするように構成され、前記第１のフローストリームの残りの部分は前記第１の開口より下流の前記混合隔壁上に流れる、請求項１２１に記載の装置。
【請求項１２３】
前記第１の流体フローストリームが少なくとも２種の繊維タイプの混合物を含み、各繊維タイプが他方と異なる少なくとも１つの繊維特徴を有する、請求項１２１に記載の装置。
【請求項１２４】
不織ウェブの作製方法であって、
ｉ）供給源からファーニッシュを提供するステップであって、前記ファーニッシュが少なくとも第１の繊維を含む、ステップと、
ｉｉ）不織ウェブの作製装置から前記ファーニッシュのストリームを吐出するステップであって、前記装置が前記ストリームの供給源より下流にある混合隔壁を含み、前記混合隔壁が、前記ストリームの少なくとも一部分の通過を可能にするように構成された少なくとも１個の開口を前記混合隔壁に含む、ステップと、
ｉｉｉ）前記供給源より下流に位置する前記受入領域に、前記少なくとも１個の開口を通過する繊維を捕集するステップと、
ｉｖ）残りの繊維を前記混合隔壁の下流部分において前記受入領域に捕集するステップと、
ｉｖ）前記湿潤層を乾燥させて前記不織ウェブを形成するステップと、
を含む方法。
【請求項１】
不織ウェブであって、前記ウェブが第１の表面と第２の表面とを有する平面状繊維構造を含み、前記繊維構造が、実質的に一様な繊維分布を有する第１の不織領域と、少なくとも１ミクロンの直径を有する第１の繊維と多くとも６ミクロンの直径を有する第２の繊維とを含む第２の不織領域とを含み、前記第２の繊維は、前記第２の繊維の濃度が前記第２の領域にわたり前記第１の表面から前記第２の表面に至る方向に増加するように、第２の不織領域において濃度が変化し、前記第１の繊維は第１の繊維特徴群を有し、且つ前記第２の繊維は第２の異なる繊維特徴群を有する、ウェブ。
【請求項２】
前記第２の繊維が異なる直径の繊維のブレンドを含む、請求項１に記載のウェブ。
【請求項３】
前記ウェブにおける繊維濃度のあらゆる変化が線形変化である、請求項１に記載のウェブ。
【請求項４】
前記第１の不織領域が２つ以上ある、請求項１に記載のウェブ。
【請求項５】
前記第２の不織領域が２つ以上ある、請求項１に記載のウェブ。
【請求項６】
前記ウェブがフィルタ媒体を含み、前記媒体が、空気、水性流体、又は潤滑剤若しくは油圧油をろ過するように適合されたウェットレイド媒体の第１の繊維である、請求項１に記載のウェブ。
【請求項７】
前記フィルタ媒体が、ＩＳＯ １６８８９に基づく計測に従い３２０ｋＰａ以上の圧力損失まで負荷したとき試験粒子５ミクロン以上に対して２００より高いβを有する、請求項７３に記載のフィルタ媒体。
【請求項８】
前記第２の不織領域の一部分が、前記媒体の前記厚さの１０％より大きい厚さを含む、請求項２に記載のフィルタ媒体。
【請求項９】
前記第１の表面を前記第２の表面と比較すると、繊維濃度又は繊維組成に違いを示す、請求項６に記載の媒体。
【請求項１０】
前記第１の不織領域が上流領域である、請求項６に記載のウェブ。
【請求項１１】
前記第２の不織領域が上流領域である、請求項６に記載のウェブ。
【請求項１２】
前記ウェブがデプス媒体であり、前記第２の繊維が前記上流表面から前記下流表面にかけて増加する、請求項６に記載のウェブ。
【請求項１３】
前記ウェブが負荷領域と効率領域とを含む、請求項１に記載のウェブ。
【請求項１４】
前記第２の繊維の濃度が前記上流表面から前記下流表面にかけて非線形的に増加する、請求項１に記載のウェブ。
【請求項１５】
不織ウェブの作製装置であって、
ａ）繊維を含む第１の流体フローストリームを吐出するように構成された第１の供給源と、
ｂ）繊維を含む第２の流体フローストリームを吐出するように構成された第２の供給源と、
ｃ）前記第１及び第２の供給源より下流にある混合隔壁であって、前記第１のフローストリームと前記第２のフローストリームとの間に位置決めされ、前記第１のフローストリームと前記第２のフローストリームとの間の流体連通及び混合を可能にする２個以上の開口を前記混合隔壁に画定する混合隔壁と、
ｄ）前記第１及び第２の供給源より下流に位置し、且つ少なくとも組み合わされたフローストリームを受け入れ、前記組み合わされたフローストリームを捕集することにより不織ウェブを形成するように設計された受入領域と、
を含む装置。
【請求項１６】
前記２個以上の開口が、前記混合隔壁のクロスウェブ方向に延在する１個又は複数の矩形開口を含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記２個以上のスロットの各々が、異なる幅、異なる長さ、前記フローストリームに対する異なる向き、前記混合部分の終端からの異なる間隔、又はそのような側面の１つ又は複数の組み合わせを含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記開口が、前記混合隔壁の第１のクロスウェブ縁端から前記混合隔壁の第２のクロスウェブ縁端まで延在する２個以上のスロットを含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】
装置を使用する不織ウェブの作製方法であって、
ｉ）第１の供給源から第１の流体ストリームを吐出するステップであって、前記流体ストリームが繊維を含み、前記装置が前記第１の供給源より下流にある混合隔壁を含み、前記混合隔壁が前記第１の供給源からの２つの流路の間に位置決めされ、前記流路が前記混合隔壁によって分離され、前記混合隔壁が、少なくとも１つの流路から別の流路への流体連通を可能にする１個又は複数の開口を前記混合隔壁に画定する、ステップと、
ｉｉ）前記供給源の近位及び下流に位置する受入領域に繊維を捕集するステップであって、前記受入領域が、前記供給源から吐出された前記フローストリームを受け入れ、且つ前記繊維を捕集することにより湿潤層を形成するように設計される、ステップと、
ｉｉｉ）前記湿潤層を乾燥させて前記不織ウェブを形成するステップと、
を含む方法。
【請求項２０】
前記湿潤層から流体を除去するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記湿潤層に熱を加えるステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記フローストリームの少なくとも一方が、水性スラリー１リットル当たりの繊維が約２０グラム未満の繊維濃度を有する１つ又は複数の繊維の水性スラリーを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記混合隔壁が、前記２つの流路間の双方向流体連通を可能にする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
第２の供給源から第２の流体ストリームを吐出するステップであって、前記流体ストリームが繊維を含み、前記第１の流体ストリームの一部が前記混合隔壁を通じて流れ、前記受入領域にある前記第２の流体ストリーム上に至るステップ
をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の流体ストリームが少なくとも第１の繊維を含み、前記第２の流体ストリームが少なくとも第２の繊維を含み、前記第２の繊維が前記第１の繊維と異なる繊維特徴を有する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１の繊維がガラス繊維であり、前記第２の繊維がコアとシェルとを含む二成分繊維である、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記混合隔壁が、前記混合隔壁を２つの半体に分割するマシン方向の中心軸を有し、一方の半体が他方の半体と同じではない、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
一方の半体が開口を有さず、他方の半体が前記複数の開口を画定する、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記開口が、前記混合隔壁の第１のクロスウェブ縁端から前記混合隔壁の第２のクロスウェブ縁端まで延在する２個以上のスロットを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
前記１個又は複数の開口が、前記混合隔壁のクロスウェブ方向に延在する１個又は複数の矩形開口を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３１】
厚さを画定する第１の表面と第２の表面とを有するフィルタ媒体であって、前記媒体が勾配を含む領域を含み、前記領域が少なくとも１ミクロンの直径を有する第１の繊維と、多くとも６ミクロンの直径を有する第２の繊維とを含み、前記第１の繊維は直径が前記第２の繊維より大きく、前記第２の繊維は、前記第２の繊維の濃度が前記領域にわたり一方の表面から他方の表面に至る方向に増加するように、前記領域において濃度が変化する、フィルタ媒体。
【請求項３２】
厚さを画定する第１の表面と第２の表面とを有するフィルタ媒体であって、前記媒体が勾配を含む領域を含み、前記領域が第１の繊維組成を有する第１の繊維と、前記第１の繊維組成と異なる第２の繊維組成を有する第２の繊維とを含み、前記第２の繊維は、前記第２の繊維の濃度が前記領域にわたり一方の表面から他方の表面に至る方向に増加するように、前記領域において濃度が変化する、フィルタ媒体。
【請求項３３】
前記第１の繊維が少なくとも１ミクロンの直径を有し、第２の繊維が多くとも５ミクロンの直径を有する、請求項３１又は３２に記載の媒体。
【請求項３４】
前記領域が前記媒体の前記厚さの一部分に及ぶ、請求項３１又は３２に記載のフィルタ媒体。
【請求項３５】
前記領域の前記一部分が、前記媒体の前記厚さの１０％より大きい厚さを含む、請求項３１又は３２に記載のフィルタ媒体。
【請求項３６】
前記媒体がウェットレイド媒体の第１の繊維であり、前記第１の繊維が、前記フィルタ媒体の少なくとも３０ｗｔ％且つ多くとも８０ｗｔ％の量の二成分繊維を含む、請求項３１又は３２に記載のフィルタ媒体。
【請求項３７】
前記第２の繊維が、前記フィルタ媒体の最小３０ｗｔ％且つ多くとも７０ｗｔ％の量のガラス繊維又はポリエステル繊維を含む、請求項３１又は３２に記載のフィルタ媒体。
【請求項３８】
前記媒体厚さが、定濃度の前記第１の繊維と前記第２の繊維とを含む前記厚さの第２の領域を含む、請求項３１又は３２に記載のフィルタ媒体。
【請求項３９】
空気、水性流体、又は潤滑剤若しくは油圧油をろ過するように適合された、請求項３１又は３２に記載のフィルタ媒体であって、二成分繊維を含む少なくとも約３０ｗｔ％且つ多くとも約７０ｗｔ％の第１の繊維と、少なくとも約３０ｗｔ％且つ多くとも約７０ｗｔ％のガラス繊維又はポリエステル繊維とがあり、ガラス繊維又はポリエステル繊維の濃度が、前記第１の表面から前記第２の表面にかけて増加する連続勾配で形成される、媒体。
【請求項４０】
前記第１の繊維が、各々が独立してポリエステル又はポリオレフィンを含むコアとシェルとを含む二成分繊維を含む、請求項３１又は３２に記載の媒体。
【請求項４１】
前記第１の表面と前記第２の表面とが０．５〜２０ｍｍの範囲の前記媒体の前記厚さを画定し、前記領域の前記一部分が０．１ｍｍより大きい、請求項３４に記載の媒体。
【請求項４２】
前記媒体がデプス媒体であり、前記第２の繊維が第１の上流表面から第２の下流表面にかけて増加する、請求項３１又は３２に記載の媒体。
【請求項４３】
前記媒体が負荷領域と効率領域とを含む、請求項３１又は３２に記載の媒体。
【請求項４４】
前記媒体が、膜、セルロース系媒体、合成媒体、スクリム又はエキスパンドメタル支持体を含む基層と組み合わされる、請求項３１又は３２に記載の媒体。
【請求項４５】
前記媒体中のあらゆる勾配が非線形である、請求項３１又は３２に記載の媒体。
【請求項４６】
前記第２の繊維の濃度が前記上流表面から前記下流表面にかけて非線形的に増加する、請求項３１又は３２に記載の媒体。
【請求項４７】
前記媒体が、透過率、細孔径、繊維径、繊維長、効率及び固体度からなる群の少なくとも１つの勾配を有する、請求項３１又は３２に記載の媒体。
【請求項４８】
前記媒体が、湿潤性、耐化学性、及び耐温度性からなる群の少なくとも１つの勾配を有する、請求項３１又は３２に記載の媒体。
【請求項４９】
前記媒体が一様な結合繊維領域をさらに含む、請求項３１又は３２に記載のフィルタ媒体。
【請求項５０】
前記結合領域の前記第１の繊維が一様な濃度である、請求項４９に記載の媒体。
【請求項５１】
前記媒体が１つ又は複数の追加的な繊維を含む、請求項３１又は３２に記載の媒体。
【請求項５２】
前記第１の繊維がセルロース系繊維を含み、前記第２の繊維がガラス繊維を含む、請求項３１又は３２に記載のフィルタ媒体。
【請求項５３】
前記第１の表面を前記第２の表面と比較すると、繊維濃度又は繊維組成に違いを示す、請求項３１又は３２に記載の媒体。
【請求項５４】
第１の表面と第２の表面とを有するフィルタ媒体であって、前記媒体が足場繊維と、少なくとも１ミクロンの直径を有する第１の繊維と、多くとも６ミクロンの直径を有する第２の繊維とを含み、前記媒体が、前記第１の繊維又は前記第２の繊維のいずれかの濃度の勾配によって特徴付けられる領域を有し；及び前記媒体がラミネート加工層を含まず、且つラミネート用接着剤を含まず、前記第１の繊維が第１の繊維特徴群を有し、前記第２の繊維が第２の異なる繊維特徴群を有する、フィルタ媒体。
【請求項５５】
前記媒体がウェットレイド媒体であり、前記足場繊維が二成分繊維を含み、前記第１及び第２の繊維の双方がガラス繊維を含む、請求項５４に記載のフィルタ媒体。
【請求項５６】
前記媒体が、空気、水性流体、又は潤滑剤若しくは油圧油をろ過するように適合され、前記足場繊維が二成分繊維を含み、前記第１及び第２の繊維がポリエステル繊維を含む、請求項５４に記載のフィルタ媒体。
【請求項５７】
前記足場繊維がセルロース系繊維を含み、前記第１及び第２の繊維がガラス繊維を含む、請求項５４に記載のフィルタ媒体。
【請求項５８】
前記第１及び第２の繊維が、組成が異なる繊維のブレンドを含み、及び勾配によって特徴付けられる前記領域が前記媒体の前記厚さの一部分である、請求項５４に記載のフィルタ媒体。
【請求項５９】
勾配によって特徴付けられる前記領域が、前記媒体の前記厚さの１０％より大きい厚さを含む、請求項５８に記載のフィルタ媒体。
【請求項６０】
前記第１の表面と前記第２の表面とが、０．５〜２０ｍｍの範囲の前記媒体の前記厚さを画定し、前記領域の前記一部分が０．１ｍｍより大きい、請求項５４に記載の媒体。
【請求項６１】
前記フィルタ媒体が、ＩＳＯ １６８８９に基づく計測に従い３２０ｋＰａ以上の圧力損失まで負荷したとき試験粒子５ミクロン以上に対して２００より高いβを有する、請求項５４に記載のフィルタ媒体。
【請求項６２】
少なくとも１つの領域が、約３０ｗｔ％〜８０ｗｔ％の第１の繊維と、少なくとも約０．６ミクロン且つ多くとも約５ミクロンの直径を有する少なくとも約２０ｗｔ％且つ多くとも約７０ｗｔ％の第２の繊維とのブレンドを含む、請求項５４に記載のフィルタ媒体。
【請求項６３】
前記第２の繊維が、少なくとも約２０ミクロン且つ多くとも約３０ミクロンの直径を有するセルロース系繊維を含む、請求項５４に記載のフィルタ媒体。
【請求項６４】
前記ガラス繊維が、およそ少なくとも約０．５ミクロンの直径を有する第１のガラス繊維と、少なくとも約２ミクロン且つ多くとも約５ミクロンの直径を有する第２のガラス繊維とのブレンドを含む、請求項５４に記載のフィルタ媒体。
【請求項６５】
前記媒体が、細孔径又は繊維径の非線形勾配である勾配を有する、請求項５４に記載のフィルタ媒体。
【請求項６６】
前記勾配が、前記繊維サイズ又は前記繊維濃度が前記第１の表面から前記第２の表面にかけて線形的に増加するようなフィルタ組成を含む、請求項５４に記載のフィルタ媒体。
【請求項６７】
少なくとも１つの領域が、樹脂と結合された第１の繊維を含む、請求項５４に記載の媒体。
【請求項６８】
前記樹脂と結合された繊維がセルロース系繊維を含む、請求項６７に記載の媒体。
【請求項６９】
前記樹脂と結合された繊維がポリエステル繊維を含む、請求項６７に記載の媒体。
【請求項７０】
樹脂、架橋剤又はそれらの組み合わせから選択される添加剤をさらに含む、請求項５４に記載の媒体。
【請求項７１】
前記樹脂が、バインダー樹脂、エラストマー、熱硬化性樹脂、ゲル、ビーズ、ペレット、フレーク、粒子、又はナノ構造を含む、請求項６７に記載の媒体。
【請求項７２】
前記第１の繊維及び前記第２の繊維が、ガラス、セルロース、麻、アバカス、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ハロゲン化ポリマー、ポリウレタン、又はそれらの組み合わせを含む繊維から選択される、請求項５４に記載の媒体。
【請求項７３】
前記第２の繊維が、セルロース系繊維、合成繊維、又はそれらのブレンドを含む、請求項５４に記載のフィルタ媒体。
【請求項７４】
厚さを画定する第１の表面と第２の表面とを有するフィルタ媒体であって、前記媒体が前記厚さに少なくとも１つの領域を含み、前記領域が、ポリエステル繊維と、少なくとも０．３ミクロンの直径を有するスペーサー繊維と、多くとも１５ミクロンの直径を有する効率繊維とを含み、前記ポリエステル繊維は前記領域において濃度が実質的に変化せず、前記スペーサー繊維は、前記スペーサー繊維の濃度が前記領域にわたり一方の表面から他方の表面に至る方向に増加するように、前記領域において濃度が変化する、媒体。
【請求項７５】
前記ポリエステル繊維が二成分繊維を含む、請求項７４に記載の媒体。
【請求項７６】
前記スペーサー繊維がガラス繊維を含む、請求項７４に記載の媒体。
【請求項７７】
前記効率繊維がガラス繊維を含む、請求項７４に記載の媒体。
【請求項７８】
前記スペーサー繊維が単相ポリエステル繊維を含む、請求項７４に記載の媒体。
【請求項７９】
前記フィルタ媒体が、ＩＳＯ １６８８９に基づく計測に従い３２０ｋＰａ以上の圧力損失まで負荷したとき試験粒子５ミクロン以上に対して２００より高いβを有する、請求項３１、３２又は７４に記載の媒体。
【請求項８０】
前記効率繊維の濃度が一方の表面から他方の表面にかけて増加し、空気、水性流体、又は潤滑剤若しくは油圧油をろ過するように適合される、請求項７４に記載の媒体。
【請求項８１】
前記媒体が、３０〜８５ｗｔ％のポリエステル繊維と、２〜４５ｗｔ％のスペーサー繊維と、１０〜７０ｗｔ％の効率繊維とを含むウェットレイド媒体である、請求項７４に記載の媒体。
【請求項８２】
前記媒体が、定濃度の前記ポリエステル繊維と前記スペーサー繊維と前記効率繊維とを含む前記厚さの第２の領域を含む、請求項７４に記載のフィルタ媒体。
【請求項８３】
前記第１の表面を前記第２の表面と比較すると、繊維濃度又は繊維組成に１０％の違いを示す、請求項３１、３２、５４又は７４に記載の媒体。
【請求項８４】
幅を画定する第１の縁端と第２の縁端とを有するフィルタ媒体であって、各縁端は前記媒体のマシン方向と平行であり、前記媒体が、第１の繊維と第２の繊維とを含む第１の領域を含み、前記第２の繊維は、前記第２の繊維の濃度が前記第１の縁端から前記第２の縁端にかけて増加するように、前記第１の領域において濃度が変化する、フィルタ媒体。
【請求項８５】
前記媒体の幅が、定濃度の前記第１の繊維と前記第２の繊維とを含む前記厚さの第２の領域を含む、請求項８４に記載のフィルタ媒体。
【請求項８６】
厚さを画定する第１の表面と第２の表面とを有する請求項８４に記載のフィルタ媒体であって、前記媒体が、勾配を含む第２の領域を含み、前記第２の領域において前記第２の繊維は、前記第２の繊維の濃度が前記領域にわたり一方の表面から他方の表面に至る方向に増加するように、前記第２の領域において濃度が変化する、フィルタ媒体。
【請求項８７】
前記第２の領域が前記媒体の前記厚さの一部分にわたる、請求項８６に記載のフィルタ媒体。
【請求項８８】
前記第１の繊維が第１の繊維組成を有し、前記第２の繊維が、前記第１の繊維組成と異なる第２の繊維組成を有する、請求項８４に記載のフィルタ媒体。
【請求項８９】
前記第１の繊維は直径が前記第２の繊維より大きい、請求項８４に記載のフィルタ媒体。
【請求項９０】
前記フィルタ媒体が前記幅の中心領域を含み、前記第２の繊維の濃度が前記中心領域において最も高い、請求項８４に記載のフィルタ媒体。
【請求項９１】
前記フィルタ媒体が、前記第１の縁端に隣接した第１の縁端領域と、前記第２の縁端に隣接した第２の縁端領域とを含み、前記第２の繊維の濃度が、前記第１の縁端領域において前記第２の縁端領域におけるより高い、請求項８４に記載のフィルタ媒体。
【請求項９２】
不織ウェブの作製装置であって、
ａ）繊維を含む第１の流体フローストリームと繊維を含む第２の流体フローストリームとを吐出するように構成された１つ又は複数の供給源と、
ｂ）前記１つ又は複数の供給源より下流にある混合隔壁であって、前記１つ又は複数の供給源からの前記第１のフローストリームと前記第２のフローストリームとの間に位置決めされ、前記２つのフローストリームの間の流体連通を可能にする１個又は複数の開口を前記混合隔壁に画定する混合隔壁と、
ｃ）前記１つ又は複数の供給源より下流に位置し、且つ少なくとも組み合わされたフローストリームを受け入れ、前記組み合わされたフローストリームから繊維を捕集することにより不織ウェブを形成するように設計された受入領域と、
を含む装置。
【請求項９３】
前記混合隔壁が水平面に対して傾斜している、請求項１５又は９２に記載の装置。
【請求項９４】
前記混合隔壁が２個以上の開口を画定する、請求項９２に記載の装置。
【請求項９５】
前記２個以上の開口が、前記混合隔壁のクロスウェブ方向に延在する２個以上の矩形開口を含む、請求項９４に記載の装置。
【請求項９６】
前記１個又は複数の矩形開口が、クロスウェブ方向に前記混合隔壁にわたって完全に延在する、請求項１６又は９４に記載の装置。
【請求項９７】
前記開口が、前記混合隔壁の第１のクロスウェブ縁端から前記混合隔壁の第２のクロスウェブ縁端まで延在する２個以上のスロットを含む、請求項９２に記載の装置。
【請求項９８】
前記２個以上のスロットの各々が、異なる幅、異なる長さ、前記フローストリームに対する異なる向き、前記混合部分の終端からの異なる間隔、又はそのような側面の１つ又は複数の組み合わせを含む、請求項９４に記載の装置。
【請求項９９】
前記混合隔壁の前記マシン方向における寸法が、少なくとも約０．３メートル（１１．８インチ）且つ多くとも約１．５メートル（５９インチ）である、請求項９４に記載の装置。
【請求項１００】
前記混合隔壁が、少なくとも３個のスロット且つ多くとも８個のスロットをさらに含み、各スロットが独立して少なくとも１ｃｍ且つ多くとも２０ｃｍの幅を有する、請求項１５又は９７に記載の装置。
【請求項１０１】
前記スロットが矩形であり、複数の着脱可能な矩形部品によって画定される、請求項１００に記載の装置。
【請求項１０２】
前記混合隔壁が、５個以上の着脱可能な矩形部材によって画定される５個の矩形開口を含み、前記部材の幅の各々が約１．５ｃｍ〜１５ｃｍ（０．６インチ〜５．９インチ）であり、前記開口の幅の各々が約０．５ｃｍ〜１０ｃｍ（０．２インチ〜３．９インチ）である、請求項１５又は９２に記載の装置。
【請求項１０３】
前記１個又は複数の開口が、前記混合隔壁のマシン方向に延在する１個又は複数のスロットを含む、請求項９２に記載の装置。
【請求項１０４】
前記１個又は複数の開口が、複数の別個の円形開口を含む、請求項１５又は９２に記載の装置。
【請求項１０５】
前記混合隔壁が、第１の寸法を有する少なくとも第１の開口と、第２の異なる寸法を有する少なくとも第２の開口とを画定する、請求項１５又は９２に記載の装置。
【請求項１０６】
前記混合隔壁の前記１個又は複数の開口が、前記混合隔壁の総面積の少なくとも５％且つ多くとも７０％を占める、請求項１５又は９２に記載の装置。
【請求項１０７】
前記混合隔壁の前記１個又は複数の開口が、前記混合隔壁の総面積の少なくとも１０％且つ多くとも３０％を占める、請求項１５又は９２に記載の装置。
【請求項１０８】
前記混合隔壁が、前記混合隔壁を２つの半体に分割する前記マシン方向の中心軸を有し、一方の半体が他方の半体と同じではない、請求項１５又は９２に記載の装置。
【請求項１０９】
一方の半体が開口を有さず、他方の半体が前記複数の開口を画定する、請求項１０８に記載の装置。
【請求項１１０】
前記混合隔壁が第１の外縁端と第２の外縁端とを有し、前記第１及び第２の外縁端は前記マシン方向と平行であり、前記混合隔壁が、前記第１の外縁端に最も近い前記マシン方向幅が前記第２の外縁端に最も近い前記マシン方向幅より小さくなるようにマシン方向幅に変化する第１の開口を画定する、請求項１０８に記載の装置。
【請求項１１１】
前記混合隔壁が、開口を含まない第１の縁端部分と、開口を含まない第２の縁端部分とを含み、前記第１及び第２の縁端部分の各々が、下流クロスウェブ縁端から上流クロスウェブ縁端まで延在し、前記混合隔壁が前記第１の縁端部分と前記第２の縁端部分との間に中心部分をさらに含み、前記開口が前記中心部分に画定される、請求項１５又は９２に記載の装置。
【請求項１１２】
前記受入領域が、前記フローストリームから液体を除去するための機器をさらに含む、請求項１５又は９２に記載の装置。
【請求項１１３】
前記流体を除去するための機器が、１つ又は複数の重力排水機器、１つ又は複数の真空機器、１つ又は複数のテーブルロール、真空フォイル、真空ロール、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１１２に記載の装置。
【請求項１１４】
前記受入領域の近位及び下流に乾燥部をさらに含む、請求項１５又は９２に記載の装置であって、前記乾燥部が、乾燥缶部、１つ又は複数の赤外線ヒータ、１つ又は複数の紫外線ヒータ、スルーエアドライヤ、搬送ワイヤ、コンベヤ、又はそれらの組み合わせを含む、装置。
【請求項１１５】
２つの供給源を含む請求項９２に記載の装置であって、第１の供給源が前記第１のフローストリームを生じさせ、第２の供給源が前記第２のフローストリームを生じさせる、装置。
【請求項１１６】
前記第１のフローストリームが第１の繊維タイプを含み、前記第２のフローストリームが第２の繊維タイプを含み、各繊維タイプが他方と異なる少なくとも１つの繊維特徴を有する、請求項９２に記載の装置。
【請求項１１７】
前記１つ又は複数の供給源がヘッドボックス及びノズルからなる群から選択される、請求項１５又は９２に記載の装置。
【請求項１１８】
前記混合隔壁が、前記混合隔壁の上流縁端に隣接するオフセット部分を含み、前記オフセット部分には開口がない、請求項１５又は９２に記載の装置。
【請求項１１９】
前記流体フローストリームが液体フローストリームである、請求項１５又は９２に記載の装置。
【請求項１２０】
前記流体フローストリームが水性フローストリームである、請求項１５又は９２に記載の装置。
【請求項１２１】
不織ウェブの作製装置であって、
ａ）繊維を含む第１の液体フローストリームを吐出するように設計された供給源と、
ｂ）前記供給源より下流にある混合隔壁であって、前記混合隔壁に１個又は複数の開口を含む混合隔壁と、
ｃ）前記供給源より下流に位置し、且つ前記フローストリームを受け入れ、前記フローストリームから繊維を捕集することにより不織ウェブを形成するように設計された受入領域と、
を含む装置。
【請求項１２２】
前記混合隔壁の少なくとも１個の開口が、前記第１のフローストリームの第１の部分のみの通過を可能にするように構成され、前記第１のフローストリームの残りの部分は前記第１の開口より下流の前記混合隔壁上に流れる、請求項１２１に記載の装置。
【請求項１２３】
前記第１の流体フローストリームが少なくとも２種の繊維タイプの混合物を含み、各繊維タイプが他方と異なる少なくとも１つの繊維特徴を有する、請求項１２１に記載の装置。
【請求項１２４】
不織ウェブの作製方法であって、
ｉ）供給源からファーニッシュを提供するステップであって、前記ファーニッシュが少なくとも第１の繊維を含む、ステップと、
ｉｉ）不織ウェブの作製装置から前記ファーニッシュのストリームを吐出するステップであって、前記装置が前記ストリームの供給源より下流にある混合隔壁を含み、前記混合隔壁が、前記ストリームの少なくとも一部分の通過を可能にするように構成された少なくとも１個の開口を前記混合隔壁に含む、ステップと、
ｉｉｉ）前記供給源より下流に位置する前記受入領域に、前記少なくとも１個の開口を通過する繊維を捕集するステップと、
ｉｖ）残りの繊維を前記混合隔壁の下流部分において前記受入領域に捕集するステップと、
ｉｖ）前記湿潤層を乾燥させて前記不織ウェブを形成するステップと、
を含む方法。
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図２７】
【図２８】
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図２７】
【図２８】
【公表番号】特表２０１２−５１６３９９（Ｐ２０１２−５１６３９９Ａ）
【公表日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４８３０４（Ｐ２０１１−５４８３０４）
【出願日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２２４２７
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０８８４０３
【国際公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【出願人】（５９１１６３２１４）ドナルドソン カンパニー，インコーポレイティド (96)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２２４２７
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０８８４０３
【国際公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【出願人】（５９１１６３２１４）ドナルドソン カンパニー，インコーポレイティド (96)
【Ｆターム（参考）】
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