JP2003531720A - フィルターカートリッジおよびフィルターカートリッジを製造する方法 - Google Patents

フィルターカートリッジおよびフィルターカートリッジを製造する方法

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、相対的にフラットな支持部材（５５）を備えるフィルターを提供する。それらは、複数のナイフシール（５４、５６）または従来のエッジシール、そしてその間に多孔で繊維質の濾過物質（５８）が配置され、およびそのようなフィルターを製造する方法を有していても良い。前記濾過物質も、自立型の非レンズ状フィルトレーション構造を提供して、相対的にフラットであっても良い。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、フィルターおよびそのようなフィルターを製造するための方法を提
供する。本発明は、永久的な、または再使用可能なハウジング内で使用するため
の、使い捨ての多孔繊維質フィルターおよび多孔繊維質フィルターを製造する方
法に関する。
【０００２】 （背景技術） 流体からの微細サイズの粒子および汚染物質のフィルトレーションは、それを
通して汚染物質流体が通過される種々の多孔フィルター濾過物質の使用により達
成されている。特別な関心があるのは、蛋白質、モノクロナル抗体および他のそ
のような生物薬剤学物質の製造に使用される生物学的培養液である。関心の他の
範囲は、ワインの製造のためのぶどうの果汁のフィルトレーション、種々の他の
果汁およびビールのフィルトレーションにある。
【０００３】 フィルターとして機能させるために、前記濾過物質は、流体、典型的には水ま
たは水ベースの流体に、前記濾過物質を通過させると同時に粒子汚染物質を保留
することを、可能としなければならない。この汚染物質の保留は、フィルトレー
ションの異なる別個のメカニズムのオペレーションを通して達成される。第１は
、単純なメカニカルなストレイニングであり、第２は、動電学的な粒子捕捉およ
び吸着である。他のメカニズムも、汚染物質の保留により小さな役割を果たすか
もしれない。
【０００４】 メカニカルなストレイニングにおいて、粒子は、それ自体よりも小さな孔を通
過しようとしたときに、物理的なトラップによって除去される。動電学的な捕捉
においては、粒子は、フィルター内の面に衝突して、短期の吸引力によって該面
上に保留される。
【０００５】 このフィルトレーション／クラリフィケーションステップのための従来のデバ
イスは、天然のファイバーおよび／または、ポリエチレン、ポリプロピレンのご
とき熱可塑性ファイバーのような、合成のファイバーの混合物、並びにセルロー
ス、セルロースアセテートのごときセルロース誘導体、レーヨン、コットン、木
材パルプおよび珪藻土、二酸化ケイ素、炭素、タルク、パーライト、モレキュラ
ーシーブ、粘土等、およびその混合物のような１つ以上のフィルターまたはフィ
ルトレーション補助物、のような天然のファイバーで形成される、一連の多孔パ
ッドを使用することである。米国特許第２，７８８，９０１号明細書、米国特許
第３，１５８，５３２号明細書、および米国特許第４，３０５，７８２号明細書
を参照されたい。動電学的な捕捉メカニズムを拡張するために、種々の荷電モデ
ィファイアーの使用が、シート組成物のゼータ電位を制御し且つ前記デバイスの
性能を最大化するために提案されてきている。ほとんどの自然的に生起する汚染
物質面は、使用される流体のｐＨにおいて陰イオンであるので、典型的には、そ
れらは陽イオンのモディファイアーである。米国特許第４，３０５，７８２号明
細書、米国特許第４，００７，１１３号明細書、米国特許第４，００７，１１４
号明細書および米国特許第５，０８５，７８４号明細書を参照されたい。
【０００６】 フィルターは、中央支持デバイスの外側面に取り付けられている多孔濾過物質
マットとともに支持されたセルとして作られている。支持されたセルは、前記放
射状のリブの中心から種々の円周において一連の空隙を存したリングによって相
互に保持される一連の放射状に延びる凸面状に形成されたリブにより形成される
（両凸）レンズ状の支持構造上に形成されている。米国特許第４，７０４，２０
７号明細書および米国特許第４，７８３，２６２号明細書を参照されたい。リブ
の間の空隙は、それを通って前記フィルター濾過物質を流通する流体が収集され
且つさらなる使用のために前記コアに送られるチャンネルを形成する。前記リン
グは、流体の流れが最小限のみに妨げられるようにして配列される。典型的には
、隣接するリングは、流れが一つのリング上に且つそれから他のものの下方にな
るようにして、リブの対向する側面上に形成される。
【０００７】 前記セルは、単独でまたはグループをなして使用されるかもしれない米国特許
第２，７８８，９０１号明細書および米国特許第５，０８５，７８４号明細書を
参照されたい。典型的には、フィルターセルは、ハウジング内の中央コア上に積
み重ねられた（通常、グループあたり１６個から２０個の）グループの形で使用
される。フィルターされるべき流体は、ハウジングの底部または底部に近接した
側部に入り、それが収集される場所であるコアへ流体を指向させるレンズ状支持
構造へフィルター濾過物質を通って流れ、そしてハウジングの底部または側部に
おいてアウトレットを通ってハウジングから排出される。
【０００８】 現行製品の設計については、いくつかの問題が存在する。
【０００９】 レンズ状設計は、かさばり且つ大量の空間を占有し、そしてそれによってパッ
キング濃度または与えられた容積内に収容され得るフィルター材料の量を低減す
る。このことは、商用計測デバイスが、まさに大きく、且つそれらの中に多量の
オープン領域を有することを、典型的に意味する。典型的には、所望のフィルト
レーション物質を提供するための一連のこれらレンズ状デバイスを収容する一連
のハウジングを使用しなければならない。このことは、高価であり、製造領域に
おける額面以上であるかもしれない付加的なフロア空間を必要としている。
【００１０】 前記レンズ状の設計は、微小サイズにおいて作成することが困難であり、そし
てそれゆえ研究室スケールからパイロットスケールへ、さらに製造スケールへと
線形的に拡大縮小することができるデバイスは、入手可能ではない。
【００１１】 加えて、レンズ状設計は、大きく、重くそしてプラスティックの大きな単一の
モールドされた部品により形成される。それらは、レンズ状設計が故意に濾過物
質の流体流の下流に多くの空間があるように作られていることにおいて大きい。
それらは、それらが、（特に濡れているときに）濾過物質だけでなく支持部材（
しばしば、スパイダーと称される）との両者の荷重を支持し、そして使用中ひず
みおよびたわみの量を制限するために、強化される必要があるので、重い。米国
特許第４，７８３，２６２号公報を参照されたい。大きなプラスティックモール
ドされた部品で形成されているので、加圧下および／または（それらの使用にお
いてしばしば遭遇する）より高い温度にあるときに、それらはねじれ且つひずむ
傾向にある。モールドされたプラスティックは、モールドされたプラスティック
部品に共通であるような、組み込まれた応力を有し、且つこれらの応力は、特に
、付加的な熱および／または圧力がかけられたときに、独立したフィルターエレ
メント（またはセル）および隣接するセルに接触させるセルムーブメントのひね
りおよび屈曲を生じさせて、プラスティック支持部材を屈曲させ且つねじり、そ
して流れの制限を生じさせ且つ不完全なフィルトレーションに導く濾過物質をひ
ずませおよび／またはひび割れさせる。
【００１２】 所望されることは、フィルターのパッキング濃度を拡張し、且つ線型的に拡大
縮小可能な設計である。本発明は、そのようなデバイスおよびそのようなデバイ
スを製造する方法を提供するものである。
【００１３】 （発明の概要） 本発明は、１つまたはそれより多い相対的にフラットまたは非レンズ状支持部
材、および前記支持部材上に配置され且つ全ての流体が、フィルターに対するア
ウトレットに到着する前に多孔性濾過物質を通過しなければならないように相対
的にフラットな支持部材によって液密にシールされた１層またはそれより多層の
多孔濾過物質を備える非レンズ状フィルターを提供する。本発明の一つの実施の
形態においては、前記支持部材は、中心配置された、双方向性スクリーンのよう
な相対的にフラットな構造を備えている。本発明の他の実施の形態においては、
前記支持部材は、一連の交互の相対的にフラットな支持部材であり、第１に、そ
の内側エッジ上のナイフシールを有し、第２に、前記濾過物質と前記アウトレッ
トとの間に、前記デバイスに対する液密シールを確立させるようにその外側エッ
ジ上に設けられたナイフシールを有しており、その結果、全ての流体は、アウト
レットに到着する前に前記濾過物質を通過しなければならない。
【００１４】 本発明は、フィルターを製造する方法を提供し、該方法は、サンドイッチを作
成すべく、内側ナイフシールを含むインレット支持部材と外側ナイフシールを含
むアウトレット支持部材との間に１層またはそれより多層の深さ濾過物質層を挿
入することと、ナイフシールと濾過物質の交差個所に液密シールを作成するのに
充分な圧力を、前記サンドイッチにかけることと、前記シールが液密に維持され
て、且つ全ての流体が前記アウトレットに到達する前に前記濾過物質を通過する
ように、相互間に関して前記サンドイッチの構成要素の位置を固定することとを
有する。
【００１５】 本発明の目的は、いわゆるカプセルフィルターを含む使い捨てフィルターに使
用するのに適するフィルターを提供することにある。
【００１６】 本発明の目的は、多重層を含み、濾過物質の高さにおける変動性を適応させる
ことが可能なフィルターを製造するコスト効率の良い方法を提供することにある
。
【００１７】 本発明の他の目的は、永久ハウジングに使用するのに適する一連の１つまたは
それより多くのフィルターエレメントを提供することにある。
【００１８】 （特定の実施の形態の説明） 図１Ａは、従来技術に従った大規模応用のための多孔繊維質濾過物質のフィル
ターディスクを示している。このデバイスにおいては、レンズ状（両凸）支持デ
ィスク５の反対の面３、４に取り付けられる２層の繊維質濾過物質１、２がある
。支持ディスク５は、中央開口６を有して形成され、そこからいくつかの支持ア
ーム７が外向きに且つ放射状に延びている。一連のスペーサー８は、前記アーム
から延び、そして濾過物質層１、２を支持する。アーム７とスペーサー８との間
のスペースは、中央開口６と流体連通しているチャンネル９を形成する。前記多
孔濾過物質およびアームの外側周縁は、該デバイスの外側エッジに対する一体化
された流体密シールを提供するエッジ１０によりシールされる。それゆえ、前記
チャンネルに入る全ての流体は、中央開口６に到達する前に多孔濾過物質１、２
の層およびチャンネル９を通過することによってそうしなければならない。
【００１９】 図１Ｂは、典型的な小規模デバイスを示している。ここでは、カットディスク
または一連のディスク列（図示せず）としての濾過物質２０は、上側ハウジング
ハーフ２１および下側ハウジングハーフ２２の間でシールされる。上側ハウジン
グ２１は、インレット２３を、そして下側ハウジング２２はアウトレット２４を
それぞれ有する。ハウジング２１および２２および濾過物質２０のエッジは、全
ての流体がアウトレット２４に到着する前に濾過物質２０を通過しなければなら
ないようにするため、オーバーモールディング２５または他のそのようなシール
によりシールされる。
【００２０】 研究室で使用されるであろうような、本発明の小規模の実施の形態は、パイロ
ットスケールにおけるプロセスにおいて、そしてもしもそうすることが所望され
るならば大規模プロセスにおいてさえも、内側シールおよび流体を受け入れるた
めの１つまたはそれより多くのインレットを含む第１の支持部材と、外側シール
を含み且つカートリッジのためのアウトレットと流体連通している第２の支持部
材と、前記支持部材間に配置された濾過物質とを備えるフィルターデバイスを提
供する。この実施の形態において、内側および外側シールはナイフエッジシール
であることが好ましい。
【００２１】 さらなる実施の形態において、第２の支持部材はエンドキャップである。好ま
しくは、第１の支持部材は、濾過物質の２つの独立した層の間にサンドイッチさ
れ、前記第１の支持部材ナイフシールは、前記濾過物質に接触している。
【００２２】 この設計の好ましい実施の形態においては、前記フィルターは、濾過物質の多
重の層を含んでいる。そのような、多重の層は異なる材料であっても良い。濾過
物質の３つの異なるグレード、珪藻土（ＤＥ）、セルロースバインダー（ＣＥ）
、および炭素、が、本発明のためのもっと有用な深さ濾過物質として考慮される
。そのような濾過物質の各々は、異なる孔サイズ範囲を有しており、多種多様の
異なるカートリッジが本発明から作られ得る。ＤＥは、少なくとも１２個の孔サ
イズレンジ、ＣＥは、少なくとも８個の孔サイズレンジおよびカーボンは少なく
とも４個の孔サイズレンジを有している。これらの濾過物質は、マサチューセッ
ツ、ベッドフォード（Ｂｅｄｆｏｒｄ， Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）のミリ
ポアコーポレーション（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入
手することができる「ミリスタークプラス（商標）」（ＭＩＬＬＩＳＴＡＫ＋）
のような種々のソースから得ることができる。ウィスコンシン（Ｗｉｓｃｏｎｓ
ｉｎ）のワウパカ（Ｗａｕｐａｃａ）のフィルターマテリアル（Ｆｉｌｔｅｒ
Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）からも本発明のデバイスに適する濾過物質の広いアレイを
作成することができる。
【００２３】 本発明に従った小規模デバイスの好ましい実施の形態は、第１の支持部材／濾
過物質のサンドイッチは、さらに２つの第２の支持部材の間にさらにサンドイッ
チされ、そして前記第２の支持部材ナイフシールは前記濾過物質に接触している
。以下に詳細に説明される図２は、濾過物質のそのような多重積層の一例を提供
する。
【００２４】 ナイフシールをそれらの最大の効果が得られるまで使用するために、それらは
濾過物質内に部分的に押し込まれるべきである。このアクションは、実質的に、
シール近傍の濾過物質を通る流体の流れをブロックする。本発明は、ナイフシー
ルに、流れが所望通りとなるように、濾過物質内への圧力を維持するための押圧
部を提供する。代わりに、濾過物質の外部表面および／または内部表面を接着し
、あるいはネットまたはクランプまたはバンド（図示されていない）を用いて、
内部および／または外部表面をどちらも保持することができるが、小規模デバイ
スにおいては、押圧部はその各端部のキャップに固定されたロッドであることが
好ましい。さらに好ましくは、ロッドは、濾液を受け入れるべく設計されたキャ
ビティ内に配置される。大規模デバイスにおいては、内部表面および外部表面の
両者が結合されていることが好ましい。圧縮および所望の空隙を維持するために
、内部のロッドおよびバンド、クランプ、ネットまたは外部の粘着性バンドの組
み合わせを使用しても良い。
【００２５】 第１の実施の形態の本発明は、フィルターカートリッジを製造する方法も提供
し、該方法は、サンドイッチを作成すべく、内側ナイフシールを含むインレット
支持部材と外側ナイフシールを含むアウトレット支持部材との間に１層またはそ
れより多層の濾過物質層を挿入することと、ナイフシールと濾過物質の交差個所
にシールを作成するのに充分な圧力を、前記サンドイッチにかけることと、前記
シールが維持されるように、相互間に関して前記サンドイッチの構成要素の位置
を固定することとを有する。
【００２６】 好ましくは、印加される圧力の大きさは、予め設定される。発明者は、種々の
材料について適切な圧力を決定した。該圧力は、トルクレンチまたはロードセル
によって計測され得る。表１は、フィルター材料から入手可能な種々の材料の積
み重ね圧力および対応する高さを提供している。
【表１】
【００２７】 表１を用いれば、予め設定した圧力の選択においてフィルター材料の特性を考
慮することができる。
【００２８】 構成要素を一緒に固定することは本実施の形態の重要な考察であるので、好ま
しくは、この実施の形態は、第１および第２のエンドキャップの間のアッセンブ
ルされた構成要素サンドイッチ（支持部材および濾過物質層）を挿入し、前記第
１のエンドキャップは、ロッドがそこに固定された第１の端部を有し、前記サン
ドイッチ上にナイフシールを濾過物質内に設定するのに充分な力を作用させ、そ
して第２のロッド端部を第２のエンドキャップに固定することによって実施され
る。
【００２９】 本発明の好ましい実施の形態において、ロッドは、カートリッジ内においてキ
ャビティを横切る。図３Ａおよび図３Ｂに提供されるようなインレット支持部材
およびアウトレット支持部材は、前記カートリッジの中央を通してロッドを横切
らせるように配慮させ得ることに留意されたい。この中央キャビティも、濾液の
ためコンジットとしても作用させる。
【００３０】 本発明の好ましい実施の形態においては、前記第２のエンドキャップは、前記
第２の端部を受け入れるように設計され、適切な力が前記サンドイッチ上に作用
された後に、ロッドがそこに固定される開口を有する。好ましい実施の形態にお
いては、前記ロッドは、接着によってそこに固定される。他の実施の形態におい
ては、前記開口および前記ロッドは、ねじすじを含み、前記ロッドは、そこに螺
装されることにより前記開口に固定される。
【００３１】 この発明のフィルターは、好ましくは、１つまたは複数の濾過物質を備え、各
々は同一または異なるミクロン保留サイズを有する。フィルターを形成するため
に有用な代表的濾過物質は、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフ
ィン、マサチューセッツ、ベッドフォード（Ｂｅｄｆｏｒｄ， Ｍａｓｓａｃｈ
ｕｓｅｔｔｓ）のミリポアコーポレーション（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｃｏｒｐｏ
ｒａｔｉｏｎ）から「ミリスタークプラス（商標）フィルター」（ＭＩＬＬＩＳ
ＴＡＫ＋）というブランド名の下で、およびウィスコンシン（Ｗｉｓｃｏｎｓｉ
ｎ）のワウパカ（Ｗａｕｐａｃａ）の「フィルター材料」（Ｆｉｌｔｅｒ Ｍａ
ｔｅｒｉａｌｓ）から入手可能であるようなセルロース／珪藻土あるいはシリカ
混合物を含むセルロースのファイバー、並びにセルロースアセテートのようなセ
ルロース誘導体、コットン（木綿）、ポリアミド、ポリエステル、ファイバーガ
ラス、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ＰＦＡ、ＭＦＡおよびＦＥＰ
またはそれと同様のもののようなフルオロポリマーを含む。セルロース濾過物質
またはセルロース合成物濾過物質は、「ミリスタークプラス（商標）フィルター
」（ＭＩＬＬＩＳＴＡＫ＋）のように好ましい。これらの材料およびそれらのそ
れらを作る方法は、（紙作りと同様な）ウェットプロセスまたはドライプロセス
が、前記技術において良く知られている。そのような濾過物質を作る例として米
国特許第５，９２８，５８８号明細書、米国特許第４，００７，１１３号明細書
、および米国特許第４，００７，１１４号明細書を参照されたい。
【００３２】 類似した材料が、カートリッジの構造的部分のために適切である。好ましくは
、前記エンドキャップ、支持部材およびロッドは、ポリプロピレンから作られる
。これらの応用に使用するために熱可塑性に限らず他の材料も含めることができ
るが、他のポリオレフィンのようなもの、超高分子量ポリエチレンのようなもの
、ポリオレフィン；ナイロン；ＰＴＦＥ樹脂、ＰＦＡ、ＰＶＤＦ、ＥＣＴＦＥ、
および他のフッ素化樹脂のコーポリマーまたはターポリマー、特に、ペルフルオ
リネイテッド（ｐｅｒｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ）熱可塑性樹脂；ポリカーボネー
ト；メタロセン抽出ポリマー；ポリスルフォン；ポリエーテルスルフォン、ポリ
アリルスルフォン、またはポリフェニールスルフォンのような修正ポリスルフォ
ン；あらゆるガラスまたは他の強化プラスティック；またはステンレス鋼、アル
ミニウム、銅、青銅、真鍮、ニッケル、クロームまたはチタンまたはそれらの合
金または混合物のような金属を含む。
【００３３】 フィルターは、１つまたはそれより多くの層のパッド、シート、またはディス
ク（以下、単に「シート」と称する）から、フィルターの上流のハウジング内の
オープンボリュームのような方法で、ハウジング内で該シートを積み重ねること
によって、形成され得る。フィルターシートまたはフィルターシート群は、フィ
ルターの一部のミクロン保留特性がハウジングの長さに沿って変化するように、
同一の孔サイズまたは変動する孔サイズを持ち得る。異なるタイプの濾過物質の
使用を促進するため多重層の積み重ねられた材料がインレット支持部材の両側に
配置され得るであろう。
【００３４】 図２を参照すると、インレット流４９は、本発明のカートリッジを収容してい
るハウジング内に流れ込む。フィルターされるべき流体は、インレット支持部材
５５およびいずれの側にも配置される２つの層の濾過物質５８によって作られる
インレットフローチャンネル５２を通って流れる。インレットナイフシール５６
は、濾液キャビティ６１への流れを防止するので、流体は、フィルトレーション
のために深さ濾過物質５８を通して押し進められる。流路６０は、濾液が深さ濾
過物質５８を離れた後、アウトレット支持ナイフシール５４は、濾液の逆流をど
のように防止するかを提供する。ロッド６２は、エンドキャップ６４に固定され
、そしてアウトレットエンドキャップ６６は、濾液がカートリッジおよびハウジ
ングを脱出することを許容するパーフォレーション（図示されていない）を含ん
でいる。
【００３５】 ナブ６５は、製造プロセスの遺物であり、必要ではない。ロッド６２は、アウ
トレットエンドキャップ６６に固定される。エンドキャップ６６は、アウトレッ
ト５０の近傍でハウジング５１にシールされ、アウトレット５０に入った全ての
流体は、最初に濾過物質５８を通過しなければならない。図２において、ガスケ
ット６７でシールされることによって示されている。ハウジング５１の部分への
エンドキャップ６６の接着のような他の手段、異なるガスケットの構成および配
置の使用および前記技術において良く知られているようなカートリッジ設計のた
めの他のシール構成が、使用されても良い。前記カートリッジの構成要素は、そ
れから図２に矛盾しないようなやり方でアッセンブルされる。それから、表１に
準じて、材料および所望される高さに依存して、所望の圧力が達成されるまで、
エンドキャップ６４上に力が作用される。ロッド６２は、それからエンドキャッ
プ６４に接着され、過剰ロッドが切除されてナブ６５を作成する。
【００３６】 図３Ｂは、インレット支持部材５３の上面図を提供し、図３Ａはアウトレット
支持部材５５の上面図を提供する。両方の支持部材は、濾過物質層の分離および
支持を促進するリブ５７を提供する。これらのリブは、レンズ状の設計ではない
が、相対的にフラットまたはプレーナーな設計である。リブ５７は、断面におい
て、円形、正方形または多角形であっても良い。分離は、チャンネルを提供し、
それを通って濾過物質を通過する流体が該デバイスのアウトレットに達するであ
ろう。インレット支持部材は、内側ナイフシール５６および１つまたはそれより
多いインレットチャンネル開口５２を提供する。アウトレット支持部材５５は、
外側ナイフシール５４を提供する。両支持部材は、濾液の流れを許容するための
中央開口５８を提供する。
【００３７】 図４は、大規模または生産フィルトレーションのための本発明の好ましい実施
の形態を示す。このデバイスにおいて、１層またはそれより多層の繊維質濾過物
質１２１があり、２層が示され、中央支持部材および支持層１２４の反対面１２
２、１２３に取り付けられている。この層１２４は、従来技術のレンズ状支持デ
ィスクとは異なっている。それは、スクリーン、好ましくは双方向スクリーン、
あるいはその面全体に一連の孔が形成されまたは図３Ａおよび図３Ｂにおいて上
述されたような放射状に突出するディックを有するプラスティックまたは金属の
シートのような物質の穿孔されたシートのような相対的にフラットな支持部材で
ある。もしも望むならば、穿孔されたシートを使用するときは、濾過物質から前
記デバイスのアウトレットへの流体の容易な流れに必要とされる間隔を作るため
のいくつかの波形または分離したスタンドオフまたはシートへのスペーサーポイ
ントを加えても良い。代わりに、アウトレットと流体連通している中央のチャン
ネルと共にフラットな（非レンズ状の）支持部材を形成すべく逆の層に面してい
る一方または両方の層の表面に形成されたスペーサーポイントまたはスタンドオ
フを有する２層の穿孔されたシート使用することができる。
【００３８】 大規模デバイスは、典型的には、下側または底部にインレットそして中央の中
空シャフトを通るアウトレットを含む金属、好ましくは３１６ステンレス鋼ハウ
ジングのようなステンレス鋼の中に収容されている。フィルターは、全体の積み
重ねのサブシリーズとして、個別にまたは中央シャフト上の全体の積み重ねとし
てアッセンブルされる。良く知られたそのような大規模ハウジングの例として米
国特許第５，０８５，７８０号明細書を参照されたい。
【００３９】 図４に示される実施の形態において、好ましい双方向性スクリーンの使用が示
されている。支持部材１２４内に中央開口１２５が形成されている。上側支持層
１２７および下側支持層１２８の間にスペース１２６が中央開口１２５と流体連
通しているチャンネルを形成している。多孔濾過物質１２１の外側周縁と支持層
１２４は、前記デバイスの外側エッジに対して一体化流体密シールを提供するエ
ッジ１３０によってシールされている。オプション的に、そして好ましくは、デ
ィスク１３１が支持層１２４と中央開口１２５のまわりの繊維質濾過物質１２１
の最下流層との間に挿入される。アッセンブリの内側エッジが濾過物質の内側周
辺のまわりに液密のシールを形成すべく圧縮されるので、このディスク１３１は
、支持層１２４内への濾過物質１２１のいかなる崩壊をも防止する。それゆえ、
コアに入る全ての流体は、多孔濾過物質の層および支持層を通過することによっ
て、そうされなければならない。
【００４０】 代わりに、中央開口１２５へその適正位置を維持させるためにディスク１３１
をインジェクションモールドまたは接着しても良い。他の実施の形態は、それを
適正位置に鋳込むことによる濾過物質の形成のようにそれを多孔濾過物質内に一
体化することである。
【００４１】 図５は、図４の実施の形態の支持層１２４として有用な材料を示している。そ
れは、平行ストリップの下側層１３４に固定された平行ストリップの上側層１３
３を有する双方向性スクリーン１３２であり、上側層１３３のストリップは、下
側層１３４のストリップの方向に対してある角度をなすように配列されるように
している。第１の層１３３のストリップは、第２の層１３４のストリップの約５
°と１７５°との間の角度に配置される。好ましくは、第１の層１３３のストリ
ップは、第２の層１３４のストリップの約３０°と１５０°との間、さらに好ま
しくは第２の層１３４のストリップの約６０°と１２０°との間の角度に配置さ
れる。
【００４２】 図６は、図４の支持層１２４の代替的実施の形態を示している。この実施の形
態において、支持構造１２４の一つの層１３５は、中央部分からフラット（非レ
ンズ状）ストリップで放射状に形成され、それらが前記層の中心からより遠くな
るように変動し且つ漸次大きな直径となる一連の同心リングとして他の層１３６
は、放射状層１３５の一面または両面に交差する。代わりに、他の層は、図７に
層１３７として示されている通りの平行ストリップとして形成されても良い。
【００４３】 支持層の形状は、それが自己支持的フラット（非レンズ状）で且つ濾過物質と
使用中の中央開口の間の流体通路を維持することができる限り、厳密なものでは
ない。
【００４４】 スクリーニング、特に双方向性スクリーニングは、その高い流速および強度、
低コストおよび材料を簡単に購入できる可能性、およびレンズ状リブおよび接続
アークのような特別にモールド成型された構成要素を必要としないために、好ま
しい。これらのスクリーンは、互いの上部に形成される２層のストリップを有し
ている。図５に示されるように、それらは、１つの層のストリップが他の層の上
方および下方に編み込まないという点で、従来のスクリーンとは相違する。双方
向性スクリーニングは、テキサス、オースティン（Ａｕｓｔｉｎ，Ｔｅｘａｓ）
の「ユー・エス・ネッティング・インク（ＵＳ Ｎｅｔｔｉｎｇ．Ｉｎｃ）」の
「ディー・ビー・エー・ナルテックス（ｄｂａ Ｎａｌｔｅｘ）」を含む種々の
ソースから入手可能である。従来のスクリーニング（そこでは１つの層が他の層
の上方および下方に織り込まれる）は、流れおよび強度が要求されたレベルに対
応するものが提供された場合に使用され得る。
【００４５】 好ましい双方向スクリーンは、厚みが約０．０４６インチ（０．１１７ｍｍ）
から約０．２インチ（５．０８ｍｍ）のストリップを使用するであろう。層は、
好ましくは過去のレンズ状デバイスよりもフラットな材料の使用によって生じる
スペースの利点を失うことなしに、所望の流れおよび強度特性を提供するのに充
分に厚い構成要素から作られるべきである。
【００４６】 構造の与えられたエリア内における開口の数は、広く変化させ得るが、低圧力
差における良好な流れを発生し、それ自体およびその上に載置される濾過物質の
支えとなるのに充分でなければならない。典型的には、それらは、約３ｍｍから
３ｍｍずつ約１５ｍｍまで（約１５ｍｍまで）の開口を持つであろう。概して、
与えられたエリアあたりの開口カウント数が高いほど、開口が小さく、流れに対
する抵抗が大きくそして強度が大きくなる。逆に、与えられたエリアあたりの開
口数が低いほど、開口のサイズが大きく、そして流れが大きく且つスクリーンに
よって小さな強度が課せられるようになる。正しいサイズのスクリーンを選択す
るにはこれらの要素を単にバランスさせることが必要である。
【００４７】 ２つの層の間の選択された角度に依存して、正方形または（ダイヤモンドのデ
ザインのような）多角形状のいずれかを得るであろう。加えて、各層のストリッ
プの間の間隔が等しいか異なっているかによって、正方形、長方形または他の多
角形状を形成することもできる。
【００４８】 もしも、１層よりも多層の多孔濾過物質が使用されるならば、それらは、互い
におよび／または非レンズ状支持構造上に投影されても良い。それらは、グルー
プとして配列され、且つエッジシール、クランプのような圧縮シールまたはナイ
フエッジおよび前記技術において良く知られた他の手段による単位として一緒に
シールされても良い。
【００４９】 図８は、本発明に従った２つの隣接するディスクの断面図を示している。図４
におけるのと同一の構成要素が図８で使用される限り、それらは同一の参照番号
が与えられている。この実施の形態において、ディスク１４０とディスク１４１
は、ディスクの外側エッジ１３０の近傍または一連の支持部材１４２を有してい
る。図示のように、これらの支持部材１４２は、両ディスク１４０および１４１
の外側エッジ上に形成されたナブであり、もしも望むならばそれらは各ディスク
の唯一つのエッジ上にのみ形成されうるが、このエッジは好ましくは、フィルタ
ーアッセンブリ全体を通して同一であることが好ましい。
【００５０】 図９は、本発明に従った２つの隣接するディスクの断面図における代替的な実
施の形態を示している。図４に用いられたのと同一の構成要素が図９で使用され
る限り、それらは同一の参照番号が与えられている。図８の支持部材１４２の代
わりに、各ディスクの中央支持層１２４を形成するのに用いられたのと同じ材料
の分離された支持層１４３を使用する。この支持層１４３は、ディスク間を流体
が流れ且つ各ディスクの両面１２２、１２３上の繊維質濾過物質１２１の全ての
表面領域をアクセスし得るように、隣接するディスク間にスペースまたは相対的
に一定の距離を形成して、各ディスクの外側エッジ１３０から中央開口１２５へ
延びる。
【００５１】 本発明のデバイスは、従来技術のデバイスよりも与えられたエリアについて著
しく大きな容量を有する。例えば、本発明の大規模デバイスにおいて、現在のレ
ンズ状製品の２倍の容量を容易に達成し得る。典型的には、レンズ状製品の約２
から約５倍の容量を得ることができる。このことは、支持部材によって使用され
るスペースにおける低減およびそのエリアにかさばるレンズ状支持部材に代えて
付加的なフィルター濾過物質を加える能力に起因している。
【００５２】 加えて、デバイスは、規模にかかわらず同一の基本構成を持っているので、デ
バイスが与えられたプロセスにおいてどのようになるかをそれが検査された規模
が研究所スケール、パイロットスケールまたはフル製品スケールのいずれである
かにかかわらず理解することが可能な線型的に拡大縮小可能なデバイスを作るこ
とができる。
【００５３】 さらに、レンズ状支持部材は、モールドされており、レンズ状構造における応
力下でのモールドに起因して、高い使用圧力または温度において、ひずむ傾向に
ある。このことは、支持部材に、隣接するフィルターの接触により、ひずみおよ
び屈曲、濾過物質の崩壊、および流れの減小、そしてそれによるデバイスのエリ
アにおける流れの閉止を生ずる。本デバイスの支持部材は、モールド成型で作っ
た場合であっても、応力を呈することはない。何故なら、レンズ状デバイスと比
較してその相対的高さがはるかに小さく、またレンズ状設計と比較してかなり小
さな強度しか有していず、従ってレンズ状設計で生じていた全フィルター構造の
変形を起こしえないからである。
【００５４】 さらに、重要なことに、一連の独立のフィルターから構成される本発明のシス
テムは、自己支持される。すなわち、各フィルターは、（もしも使用されていれ
ば）外側エッジのナブまたは隣接するフィルター間に挿入される流れ供給デバイ
スを介して他に結合する。フィルターはフラットに保たれ且つ互いに隣接して載
置され、流体の必要な上流の流れが供給デバイスにより濾過物質に入っていくの
を可能にしている。このことは、現行のレンズ状設計では予期していなかったよ
うな、自己支持をデバイスにさせる。加えて、相対的にフラットで自己支持の設
計により、現行のレンズ状設計で生じたよりも、膨張、ひずみ、濾過物質の崩壊
が少なくなる。各フィルターは次のフィルターおよび流れ供給デバイスに対して
図９の双方向性スクリーンのように、フラットに載置され、それらの間に挿入さ
れるので、全システムの荷重は、それが生じ得る濾過物質の膨張のレベルをコン
トロールする。加えて、論じたようにフィルターは、ねじれない、そしてそのこ
とは濾過物質の崩壊およびひずみの発生が除去される。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 図１Ａは、従来技術に従ったデバイスの断面図である。
【図１Ｂ】 図１Ｂは、従来技術に従ったデバイスの断面図である。
【図２】 図２は、本発明の一つの実施の形態に従ったフィルターの断面図である。
【図３Ａ】 図３Ａは、アウトレット支持部材の上面図である。
【図３Ｂ】 図３Ｂは、インレット支持部材の上面図である。
【図４】 図４は、本発明の大規模の実施の形態を断面で示している。
【図５】 図５は、選択された支持部材の平面図を示している。
【図６】 図６は、前記支持部材の代替的な設計を示している。
【図７】 図７は、前記支持部材の代替的な設計を示している。
【図８】 図８は、本発明に従った一連のデバイスの断面図を示している。
【図９】 図９は、本発明の他の実施の形態に従った一連のデバイスの断面図を示してい
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ペリーラ，ブライアン アメリカ合衆国、ニユー・ハンプシヤー・ 03079、セーレム、フレイザー・ドライ ブ・20 (72)発明者 メツシング，ジヤツク アメリカ合衆国、マサチユーセツツ・ 01469、タウンゼンド、プロクター・ロー ド・30 (72)発明者 プロールクス，ステイーブン アメリカ合衆国、マサチユーセツツ・ 01719、ボツクスボロー、リバテイ・スク エア・ロード・59 (72)発明者 レンガネイス，ナレン アメリカ合衆国、マサチユーセツツ・ 01803、バーリントン、ビーコン・ストリ ート・25、アパートメント・７・ビー

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多孔繊維質非レンズ状フィルターデバイスであって、 少なくとも一つの相対的にフラットな多孔の支持部材と、 流体を受け入れるためのインレットと、 前記デバイスから流体を吐出するためのアウトレットと、 前記支持部材の少なくとも一側に近接して配置される１層以上の多孔繊維質フ
    ィルトレーション濾過物質層と、 前記アウトレットに入る全ての流体が、最初に前記濾過物質を通過した後にそ
    うするように、前記アウトレットに近接して前記濾過物質と前記支持部材の間に
    形成される第１のシール、および前記インレットに近接して前記濾過物質と前記
    支持部材の間に形成される第２のシールと、 を具備するデバイス。
  2. 【請求項２】 フィルターカートリッジであって、 内側のナイフシールおよび液体を受け入れるためのインレットを含む少なくと
    も１つの第１の支持部材と、 外側のナイフシールを含み且つ前記カートリッジについてアウトレットと流体
    連通している少なくとも１つの第２の支持部材と、 前記支持部材間に配置される濾過物質と、 を具備するカートリッジ。
  3. 【請求項３】 前記第２の支持部材は、エンドキャップである請求項２に記
    載の深さフィルター。
  4. 【請求項４】 前記第１の支持部材は、深さ濾過物質の間にサンドイッチさ
    れており、前記第１の支持部材ナイフシールは前記深さ濾過物質を接触させてい
    る請求項２に記載のフィルター。
  5. 【請求項５】 前記濾過物質は、多重の層を含んでいる請求項２に記載のフ
    ィルター。
  6. 【請求項６】 前記第１の支持部材／濾過物質サンドイッチは、さらに２つ
    の第２の支持部材と前記濾過物質を接触させる前記第２の支持部材ナイフシール
    との間にサンドイッチされている請求項２に記載のフィルター。
  7. 【請求項７】 プレスをさらに具備し、前記プレスは、前記ナイフシールを
    、前記シールに近接する前記深さ濾過物質を通る流体の流れを実質的にブロック
    するのに充分なように前記深さ濾過物質内へ押し込むように配置される請求項２
    に記載のフィルター。
  8. 【請求項８】 前記プレスは、キャップの両端に固定されるロッドを含む請
    求項７に記載のフィルター。
  9. 【請求項９】 前記ロッドは、濾液を受け入れるべく設計されたキャビティ
    内に配置される請求項８に記載のフィルター。
  10. 【請求項１０】 フィルターカートリッジを製造する方法であって、 サンドイッチを作成すべく、内側ナイフシールを含むインレット支持部材と外
    側ナイフシールを含むアウトレット支持部材との間に１層以上の多孔繊維質濾過
    物質層を挿入することと、 ナイフシールと濾過物質の交差個所にシールを作成するのに充分な圧力を、前
    記サンドイッチにかけることと、 前記シールが維持されるように、相互間に関して前記サンドイッチの構成要素
    の位置を固定することと、 を有する方法。
  11. 【請求項１１】 印加される圧力の大きさは、予め設定されている請求項１
    ０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記濾過物質の性質は、予め設定された圧力の選定におい
    て考慮される請求項１０に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 相互間に関しての前記サンドイッチの構成要素の位置は、
    次の方法、すなわち、 第１および第２のエンドキャップの間に前記サンドイッチを挿入し、そして前
    記第１のエンドキャップは、ロッドの第１の端部をそこに固定していることと、 前記ナイフシールを前記濾過物質内にセットするのに充分な力を、前記サンド
    イッチに、作用させることと、 前記第２のロッドの端部を前記第２のエンドキャップに固定することと、 によって固定される請求項１０に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記ロッドは、前記カートリッジ内のキャビティを横切っ
    ている請求項１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記第２のエンドキャップは、前記第２の端部を受け入れ
    るべく設計された開口を有し、且つ前記ロッドは、適切な力が前記サンドイッチ
    上に作用させられた後にそこに固定される請求項１３に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記ロッドは、接着によってそこに固定されている請求項
    １５に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記開口および前記ロッドは、ねじすじを含み、且つ前記
    ロッドは、そこにねじ込まれることによって、前記開口に固定される請求項１５
    に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 非レンズ状支持層と、前記支持層の両側の上流の１層以上
    の相対的にフラットな多孔繊維質濾過物質層と、前記支持層に入る前に流体が前
    記濾過物質を通過しなければならないようにする前記濾過物質および支持層との
    間の内側シールと、前記支持層に達する全ての流体が前記支持層に入る前に最初
    に前記濾過物質を通過しなければならず且つ前記支持層が前記フィルターの出口
    に流体連通するように液体シールを形成すべく前記濾過物質および支持層にまた
    がって形成される外側シールと、を具備するフィルター。
  19. 【請求項１９】 前記支持層は、双方向性スクリーン、多孔金属シートおよ
    び多孔プラスティックシートからなるグループから選択される請求項１８に記載
    のフィルター。
  20. 【請求項２０】 前記支持層は、１層以上の双方向性スクリーン層により形
    成されている請求項１８に記載のフィルター。
  21. 【請求項２１】 前記ハウジングの内部へのアクセスを提供するための取り
    外し可能な部材を有するハウジングと、その内部へインレットおよびそこからの
    アウトレットと、フィルトレーションのために流体がそれを通して通過する複数
    のフィルターセルにより形成されるアッセンブリであって、前記各セルは、そこ
    を通る流体の通路のための中央開口、および空間をあけて分離され且つ前記中央
    開口から放射状に発散して前記各セルの上側および下側面を画定するフィルトレ
    ーション濾過物質の１以上の対向するディスクを有する、ものと、前記各セルに
    外接する外周エッジとを具備し、セルの前記中央開口は、対向する第１および第
    ２の端部を有する前記アッセンブリのオープン中央コアを画定すべく隣接して並
    置され、前記第１の端部は、前記ハウジングの前記アウトレットに結合され、前
    記第２端部は閉じられ、各セルは、相対的にフラットな中央支持層および前記中
    央支持層の両側の上流の１層以上の多孔繊維質濾過物質層から形成されているフ
    ィルトレーションシステム。
  22. 【請求項２２】 前記中央支持層は、１層以上の双方向性スクリーン層によ
    り形成されている請求項２１に記載のシステム。
  23. 【請求項２３】 インレットおよびアウトレットと流体連通している多孔フ
    ラット支持部材と、前記支持部材の上流側に取り付けられる１以上の多孔繊維質
    濾過物質とを具備し、１層以上の繊維質層は、前記インレットから流入する全て
    の流体が、前記支持部材およびアウトレットに達する前に前記繊維質層を通過し
    なければならないように、シールされるフィルター。
  24. 【請求項２４】 インレットおよびアウトレットを有するハウジングと、２
    層の支持アーム層からなる多孔コアであって、第１の層が一連の並列支持アーム
    を有し且つ第２の層が一連の並列支持アームを有し、前記第１の層の前記支持ア
    ームは前記第２の層の前記アームに対して５°と１７５°との間の角度を有する
    ものと、前記支持部材の第１および第２の面に取り付けられた１以上の多孔繊維
    質濾過物質とを有するフィルター。
  25. 【請求項２５】 １層以上の双方向性スクリーン層で形成される中央支持層
    と、前記中央支持層の両面の上流の１層以上の相対的にフラットな多孔繊維質濾
    過物質層と、前記中央層に入る前に流体が前記濾過物質を通過しなければならな
    いようにする前記濾過物質と前記中央層との間の内側シールと、前記中央支持層
    に到達する全ての流体が前記中央層に入る前に最初に前記濾過物質を通過するよ
    うに液体シールを形成すべく前記濾過物質と前記中央層との間にまたがって形成
    された外側シールとを具備し、且つ前記中央層は前記フィルターの出口と流体連
    通している多孔フィルター。
  26. 【請求項２６】 前記支持層は、双方向性スクリーン、多孔金属シートおよ
    び多孔プラスティックシートからなるグループから選択される請求項２５に記載
    のフィルター。
  27. 【請求項２７】 前記支持層は、１層以上の双方向性スクリーン層により形
    成されている請求項２５に記載のフィルター。
  28. 【請求項２８】 前記支持層は、１層以上の双方向性スクリーンにより形成
    されるものであって、前記スクリーンは、第１の層が、第２の層に対して５°と
    １７５°との間の角度である２つの層により形成されている請求項２５に記載の
    フィルター。
  29. 【請求項２９】 前記支持層は、１層以上の双方向性スクリーンにより形成
    されるものであって、前記スクリーンは、第１の層が一連の放射状アームにより
    形成され且つ第２の層が一連の平行線型アームにより形成される２つの層により
    形成されている請求項２５に記載のフィルター。
  30. 【請求項３０】 前記支持層は、１層以上の双方向性スクリーンにより形成
    されるものであって、前記スクリーンは、第１の層が一連の放射状アームにより
    形成され且つ第２の層が一連の間隔があけられた同心リングにより形成される２
    つの層により形成されている請求項２５に記載のフィルター。
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