JP2016182595A - 濾過剤、当該濾過剤の製造方法および当該濾過剤を有する濾過処理用部材 - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗力を向上させた少なくとも一つのナノ繊維層を有する折り畳み可能な濾過剤を提供する。【解決手段】第１の媒質層２と第２の媒質層３を備え、濾過剤を通過する濾液の意図された流れ方向６に沿って見た場合に、第２の媒質層３は、第１の媒質層２よりも下流側に設けられ、第１の媒質層２は、ナノ繊維材によりナノ繊維層として形成され、第２の媒質層３は、６０ｇ／ｍ２を上回る平均表面重量を有する支持層として形成され、濾過剤の第１の媒質層２は、濾液の流入面側において第１の領域４を有し、第２の媒質層３に対向する流出面側において第２の領域５を有し、第１の領域４におけるナノ繊維材は、第２の領域５におけるナノ繊維材よりも細い繊維径を有する濾過剤。【選択図】図１

Description

本発明は、流体を濾過処理する（より具体的には、液体を濾過処理する）ための濾過剤と関係し、さらには、そのような濾過剤を有する濾過処理用部材と関係する。また、本発明は、特にエロージョン・フィルタとして用いられるそのような濾過剤を製造するための方法と関係する。

表面が相当程度にきめの粗い支持層の上にナノ繊維層を積層する構造が知られている。きめ細かい繊維層を支持層の上に積層する技術は、そのような積層材により濾過処理を行う際だけでなく、ナノ繊維層を折り畳むなどのように繊維層を加工処理する際においても、きめの細かい繊維材の層を安定化させることを目的として用いられる。

深層濾過を行うための要件に適合した濾過媒質を設計する際には、積層構造となるような設計が用いられる。一般的に、そのような構造の濾過媒質では、濾液が流れる方向に沿ってみた場合、表面のきめが細かい方の繊維層よりも前方に表面のきめが粗い方の繊維層が配置される。その結果として、濾過媒質の深さ方向に沿って濾液中の微粒子が断片的に分離される機能を実現することを意図している。その目的は、濾過媒質に加わる濾過負荷量を可能な限り一定とし、それによって、濾液中の微粒子を濾し取るために利用可能な濾過媒質中の細孔容積を最適に使用できるようにすることである。例えば、特許文献１は、繊維層を形成する繊維の直径に勾配変化を持たせたナノ繊維層構造を開示している。しかしながら、特許文献１記載の発明では、繊維の直径は、濾液が流れる方向に沿って小さくなってゆく。

不織繊維から形成される濾過剤を用いたエロージョン・フィルタ部材は、特許文献２に開示されている。以下、本発明の権利範囲に属するエロージョン・フィルタの設計について後述する際には、特許文献２記載のエロージョン・フィルタ部材の設計を参照しながら説明を行う。使用される濾過剤の設計においては、セルロース製の支持層の上に積層されたナノ繊維層が含まれている。

欧州特許出願ＥＰ２ ２２２ ３８５号公報 欧州特許出願ＥＰ１ ７６４ １４４号公報 欧州特許出願ＥＰ２ ３９８ ６３３号公報 ドイツ特許出願ＤＥ１０ ２００９ ０５７ ４３８号公報 ドイツ特許出願ＤＥ１０ ２００９ ０４３ ２７３号公報

本発明の目的は、特許文献２記載の技術を基礎として出発し、抵抗力を向上させた少なくとも一つのナノ繊維層を有する折り畳み可能な濾過剤を実現する技術を提供することである。本発明の上記目的は、請求項１記載の技術的特徴を有する発明に従って構成される濾過剤の働きによって達成される。

本発明に従って構成される濾過剤は、第１の媒質層と第２の媒質層を備え、
濾過剤を通過する濾液の意図された流れ方向に沿って見た場合に、前記第２の媒質層は、前記第１の媒質層よりも下流側に設けられ、
前記第１の媒質層は、ナノ繊維材によりナノ繊維層として形成され、
前記第２の媒質層は、６０ｇ／ｍ^２を上回る平均表面重量を有する支持層として形成される、
ことを特徴とする。

本発明に係る濾過剤の第１の媒質層は、濾液の流入面側において第１の領域を有し、第２の媒質層に対向する流出面側において、第２の領域を有する。前記第１の領域におけるナノ繊維材は、前記第２の領域におけるナノ繊維材よりも細い繊維径を有する。

本発明に従って構成される濾過剤は、比較的低い濾過圧損失により優れた濾過処理効果を達成可能な一方で、非常にきめ細かいナノ繊維材を使用しているにもかかわらず、機械力学的作用に対する物理的抵抗力と腐食性のある化学物質に対する化学的抵抗力を有している。

本発明に関して技術的に一層優れた実施形態は、従属請求項に対応する発明の主題として記載されている。特に優れた濾過処理効果を達成しようとするならば、上述した第１の領域において、より細い繊維径を有する非常に数多くのナノ繊維を用いることが好適である。従って、この実施形態では、上述した第１の領域を形成するナノ繊維の７５％より多くが上述した第２の領域を形成するナノ繊維と比べて細い繊維径を有するようにすることが好適である。

例えば、特許文献３に開示されているように、多層構造として設計され、層と層の間にナノ繊維材を緩く挟み込むように配置した構造を有する濾過剤は周知である。しかしながら、このような構造の濾過剤を長期間使用するにつれて、これらのナノ繊維同士が徐々に絡み合ってゆき、その結果として、ナノ繊維層において繊維径が深さ方向に勾配変化を有するような構造が徐々に失われてゆく。従って、第２領域を形成するナノ繊維材の上面に第１の領域を形成するナノ繊維材を積層する構造を形成することが好適であり、その際、第２領域のナノ繊維材の上に第１領域のナノ繊維材を積層する処理を電子的紡織法によって行うことが特に好適である。第１の領域を形成するナノ繊維材は、主として形状噛み合わせ効果および／または表面相互作用の結果として、第２の領域を形成するナノ繊維材の上に接着される。好適には、第１の領域のナノ繊維材と第２の領域のナノ繊維材とを一層接着させるための追加的な働きが第２の領域上に配置された接着促進剤を使用することによって達成される。その結果として、接着状態を補強するための追加的で優れた効果が達成される。

第１の領域は、平均の繊維径が５０ｎｍ〜４００ｎｍの数値範囲内、好適には、５０ｎｍ〜２５０ｎｍの数値範囲内、さらに好適には、５０ｎｍ〜１５０ｎｍの数値範囲内であるナノ繊維によって形成されていてもよい。このような非常にきめ細かいナノ繊維を使用することにより、濾過処理における最適な挙動特性が実現可能となる。第１の領域を形成するナノ繊維は好適には電子的紡織法を使用して生成されてもよい。

第２の領域は、平均の繊維径が１５０ｎｍ〜１０００ｎｍの数値範囲内、好適には、１５０ｎｍ〜５００ｎｍの数値範囲内、さらに好適には、１５０ｎｍ〜２９９ｎｍの数値範囲内であるナノ繊維によって形成されていてもよい。このように幾分きめの粗いナノ繊維は、第１の領域を形成するナノ繊維材を支持する支持層として働き、第１の領域を形成する繊維材の抵抗力を強化し、濾過すべき流体の適切な濾過処理の実現に寄与する。第２の領域を形成するナノ繊維は好適には電子的紡織法を使用して生成されてもよい。他の製造方法を用いて製造された繊維複合体（例えば、スパンボンド処理しただけの不織繊維材）と比べると、電子的紡織法は、特に繊維径が小さい場合において、以下の点で技術的優位性を有する。すなわち、実効的な積層構造部分を従来より薄く設計し、繊維層内の繊維径や細孔径に比して繊維層の展伸面積を従来より小さくすることが実現可能となる。

具体的には、好適な一実施形態において、第１の領域および／または第２の領域を形成するナノ繊維材は、一体成型された従来より軽いナノ繊維材であり、（例えば、複合繊維材や引き裂き繊維材のような）濾過剤の中に特性がより均一となるように織り込まれることが可能である。

具体的には、好適な一実施形態において、第１の媒質層を形成する全てのナノ繊維は、電子的紡織法を用いて製造されてもよい。

具体的には、好適な一実施形態において、第１の領域を形成するナノ繊維材および第２の領域を形成するナノ繊維材は、相手と相互に接触している接触面上に蜘蛛の巣状に配置されるようにしてもよい。さらに、好適な一実施形態において、第１の領域および／または第２の領域を形成するナノ繊維は、実質的に円形の断面を有するようにしてもよい。具体的には、これにより、より画一的な特性を実現することが可能となる。何故なら、個々の繊維の変位（特に回転方向の変位）は、濾液の流れ方向を横切る個々の繊維の断面を大きくは変化させないからである。

好適には、第１の媒質層を形成するナノ繊維のうち、７５％よりも多くのナノ繊維はポリアミド製であってもよく、特に、１００％のナノ繊維はポリアミド製であってもよい。ポリアミド製のナノ繊維は、時間的にもコスト的にも効率の良い方法で製造することが可能である。

第１の媒質層は、好適には、２０ｇ／ｍ^２よりも小さい表面重量を有し、より好適には、１０ｇ／ｍ^２よりも小さい表面重量を有し、さらに好適には、１ｇ／ｍ^２よりも小さい表面重量を有する。従って、本発明に係る濾過剤は、例えば、濾過圧損失を可能な限り低く抑えながら、同時に高い分離性能を達成し、また、材料コストを低く抑えながら全体として充分な安定性を実現することができる。

さらに、本発明に係る好適なナノ繊維材または本発明に係るナノ繊維材の中に織り込むことができる繊維材は、ポリオレフィン、ポリアセテート、ポリエステル、繊維素エステル、セルロース・エーテル、硫化ポリアルキレン、酸化ポリアルキレン、ポリスルホンおよび／またはこれらの物質の混合物で形成されたものであってもよい。特に、上述したポリマー物質群の中で、上述したナノ繊維の素材として好適な物質は、様々な加水分解度（８７％〜９９．５％程度）における交差結合された形態の又は交差結合されていない形態のポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリメチル・メタクリレート（加えて、アクリル樹脂）、スチレン樹脂および／または上述したポリマー物質群を合成して得られる共重合体（ＡＢＢＡ型のブロック共重合体を備えるもの）、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニル・アルコールなどを含む。

ナノ繊維材の平均的な繊維径は、第１の領域から第２の領域に向かうにつれて、少なくとも１．５倍〜５．０倍の増加率で徐々に増加してゆくが、好適には、１．５倍〜３．０倍の増加率で徐々に増加してゆくのが好ましい。これは、第１の領域と第２の領域に含まれる繊維の総数と関係している。当然ながら、第１の領域内における個々の繊維の太さは第２の領域内における個々の繊維の太さよりも細い。しかしながら、第２の領域内に配された全ての繊維と比べると、第１の領域内に配された全ての繊維について平均した繊維径は、上述した増加率に従って徐々に太くなってゆく。

好適な実施形態では、第２の媒質層（すなわち、支持層）は、溶融吹き出し成型された又はスパンボンド処理された繊維層として形成されてもよく、または溶融吹き出し処理された繊維層又は撚り合わされた不織繊維の層として形成されてもよい。不織繊維材は、流体（特に液体）を濾過処理するのに有用であることが実証されている。この点、第２の媒質層を形成する繊維の少なくとも５０％（さらに好適には、少なくとも７５％）はポリエステルおよび／またはポリプロピレンで形成されていてもよい。また、代替的な実施形態では、第２の媒質層は、セルロース系素材に基づく繊維層として形成されていてもよい。

第２の媒質層は、特に抵抗力を有する繊維材で形成されているのが理想的である。従って、技術的に優位性のある実施形態では、第２の媒質層を形成する繊維材は、３μｍを上回る平均繊維径を有していてもよい。

本発明に係る濾過処理用部材は、本発明に係る濾過剤を有しており、当該濾過処理用部材における当該濾過剤は折り畳まれた状態である。特に、好適な実施形態では、このような濾過処理用部材は、円形の本体部から形成されるようにしてもよく、当該濾過処理用部材は、２つの端部密封材を有しており、当該２つの端部密封材の間には当該濾過剤によって形成された（具体的には、当該濾過剤によって周囲を取り囲まれている）円形の本体部が位置している。当然ながら、当該濾過処理用部材は、プラスチックや金属を鋳造して形成される円筒形の支持用筐体などのような追加の構成部材をさらに有していてもよい。

具体的には、好適な実施形態において、当該円形の本体部は、星型となるように形成されてもよい。代替的な実施形態では、当該円形の本体部は、特許文献４に開示されるような形状となるように形成されてもよく、本発明の権利範囲に属する濾過処理用部材の形状と設計に関して、特許文献４の開示内容の全体が参照される。

特に、当該濾過処理用部材は、フィルタ・カートリッジとして形成されてもよい。水、油脂または燃料などのような液体を濾過処理するために使用されてもよい。当該濾過処理用部材の具体的な用途としては、エロージョン機械内において当該濾過処理用部材自体をエロージョン・フィルタとして用いる場合がある。

本発明に係る濾過処理用部材がエロージョン・フィルタとして使用される文脈においては、第１の媒質層におけるそれぞれの領域を形成する繊維の平均繊維径は、濾過されるべき媒質における粒子スペクトルと整合するようにしてもよい。その結果、下層の繊維層への流体の流通が遮断されることを防止するという意味において最適な繊維固化物が形成される。本発明に係る濾過処理用部材に関するこのような文脈では、当該濾過処理用部材が本発明に従いエロージョン・フィルタとして使用されるならば、当該濾過処理用部材は、空気フィルタとして使用される場合よりも高い力学的負荷に耐えなくてはならない。

その問題とは別に、第１の媒質層は、ナノ繊維で形成された３つ以上の領域を有していてもよい。この場合、当該領域を形成するナノ繊維の平均繊維径は、好適には、濾液の流入面側から第２の媒質層に面した側へと徐々に増加してゆき、一つの領域から他の領域へと増加してゆくようにするようにするのが好ましい。

本発明はさらに濾過剤の製造方法と関係し、特に液体を濾過処理するための濾過剤を製造するための方法と関係し、
当該濾過剤は、第１の媒質層と第２の媒質層を備え、濾過剤を通過する濾液の意図された流れ方向に沿って見た場合に、前記第２の媒質層は、前記第１の媒質層よりも下流側に設けられ、前記第１の媒質層は、ナノ繊維材によりナノ繊維層として形成され、前記第２の媒質層は、６０ｇ／ｍ^２を上回る平均表面重量を有する支持層として形成され、
前記支持層の上に前記ナノ繊維層が積層される形で前記支持層が設けられ、前記ナノ繊維層は、少なくとも第１の領域と第２の領域を備え、前記第１の領域は、前記第２の媒質層と対向する向きに配置され、前記第１の領域を形成するナノ繊維は、前記第２の領域を形成するナノ繊維よりも平均の繊維径が小さいことを特徴とする。この文脈において、ナノ繊維製の第１の領域および／または第２の領域は、電子的紡織法を使用して製造されるのが好ましい。

本発明のさらなる技術的優位性は、本明細書に添付された図面を参照しながら以下の発明の詳細な説明を読むことにより明らかとなるであろう。本明細書に添付した図面、発明の詳細な説明および特許請求の範囲は、互いに組み合わせて実施可能な数多くの様々な技術的特徴を含んでいる。当該技術分野における当業者はさらに、目的に応じてこれらの技術的特徴に個別的に着目しながらこれらの技術的特徴を組み合わせてさらなる有用な組み合わせを形成することが可能である。以下において簡単に説明する図面は、単に具体例を例示するものであり、本発明の権利範囲を限定するような意味に解釈すべきではない。

本発明の例示的な実施形態に従って構成され、２つの媒質層を有する濾過剤の概略図である。 本発明の公的な実施形態に従い、エロージョン・フィルタとして構成された濾過処理用部材の概略図である。 本発明の公的な実施形態に従い、エロージョン・フィルタとして構成された濾過処理用部材の概略図である。

図１は、本発明に従って構成される濾過剤１の例示的な一実施形態を示す。図１を参照すると、この濾過剤１は、２つの媒質層２および３を有しており、２つの媒質層のうちの一方である媒質層２は、上面領域４と底面領域５に分割されて構成されている。この濾過剤１は、流体を濾過処理するために使用されてもよい。この濾過剤１の好適な用途の一つは、液体から粒子を除去する処理のための粒子フィルタとしてこの濾過剤１を使用することである。

用語「濾過剤」は、流体を濾過処理するための構造材と関係する。この文脈においては、濾過残留物に加え、濾液および不純物が除去された流体は濾過剤の表面上において又は濾過剤の媒質内において形成される。具体的には、好適な場合として、濾過残留物としての粒子は、濾過剤によって濾液である流体から濾し取られ、その結果、流体の中から除去される。濾過剤の実現方法に依存して、粒子やその他の不純物は、濾過処理すべき流体から完全に濾し取られる場合もあれば、部分的にしか濾し取られない場合もある。

この濾過剤１は、濾過処理用部材の一部として設けられてもよい。当該濾過処理用部材は、例えば、機械類やプラント設備類における取り換え可能な構造部分であってもよい。そのような取り換え可能な構造部分の一例は、例えば、フィルタ・カートリッジなどである。もしも、濾過剤が濾過残留物の堆積により目詰まりを起こしたならば、当該濾過剤を含むフィルタ・カートリッジは取り換えることができ、その際、フィルタ・カートリッジの取り換え作業により機械全体の動作状態が影響を受けることはない。

濾過剤１を構成する２つの媒質層２と３は、濾液が流れる方向６に沿って見た場合に、互いの端面同士が接するように重ねて積層される。濾過剤１を構成する２つの媒質層２と３における濾液の流入面７および／または流出面８の上に積層させる形で追加の媒質層が設けられてもよい。流入面７および／または流出面８の上に積層させる形で設けられる追加の媒質層は、例えば、格子間隔の広い格子構造を有する網状部材であってもよく、そのような網状部材は、２つの媒質層２と３を一体的に担持する追加的な手段として設けることができる。その他の形態の媒質層もまた適宜想到することが可能である。

第１の媒質層２は、不織繊維により形成されたナノ繊維材である。用語「ナノ繊維」とは着目する区間における平均的な繊維径が１ナノメートル〜１０００ナノメートルの範囲内である複数の繊維を指して言うものとする。設計上の好適な一例においては、第１の媒質層２を形成する繊維の９０％より多くはナノ繊維である。特に、好適な実施形態では、媒質層２に含まれる繊維のうち、９５％より多くの（より好適には９９％より多くの）繊維はナノ繊維である。

第１の媒質層２は、濾過剤１を構成する２つの媒質層２と３のうち、濾液が流入する流入面７の側に設けられた媒質層である。第１の媒質層２は、平均繊維径が様々に異なるナノ繊維から形成されている。平均繊維径が相対的に小さいきめ細かいナノ繊維が第１の媒質層２の流入面７に近い領域に存在する一方で、平均繊維径が相対的に大きいきめの粗いナノ繊維は、第１の媒質層２が第２の媒質層３と接続している方の側に存在する。

深さ方向に沿って見た場合の第１の媒質層２の高さ全体のうち上面から少なくとも１０％を占める領域は第１の領域４と呼ばれ、第１の領域４には、平均の繊維径が５０ｎｍ〜４００ｎｍ、好適には５０ｎｍ〜２５０ｎｍ、さらに好適には、５０ｎｍ〜１５０ｎｍの数値範囲内のきめ細かいナノ繊維から成るナノ繊維材が設けられている。深さ方向に沿って見た場合の第１の媒質層２の高さ全体のうち底面から少なくとも１０％を占める領域は第２の領域５と呼ばれ、第２の領域５には、平均の繊維径が１５０ｎｍ〜１０００ｎｍ、好適には５０ｎｍ〜２５０ｎｍの数値範囲内のきめの粗いナノ繊維から成るナノ繊維材が設けられている。

第１の領域４を形成する繊維材は、第２の領域５を形成する繊維材よりも細い平均繊維径を有する。ここで言う平均繊維径とは、個々の繊維を上方から見た断面形状により決定される値であってもよく、そのようにすることで、全ての繊維について上方から見た断面形状から繊維径を決定してもよく、さらに、当該決定された複数の繊維径の平均値として平均繊維径を決定するようにしてもよい。特に、好適な実施形態では、平均繊維径は、特許文献５に開示された方法に従って検出するようにしてもよく、特許文献５の開示内容全体は、本発明の権利範囲内に組み込まれる形で参照される。

領域４および５を形成するナノ繊維は溶融吹き出し成型法または電子的紡織法を用いて製造されてもよい。溶融吹き出し成型法または電子的紡織法を用いて極細のナノ繊維を製造するシステムの製造業者にとっては、そのようなシステムにより製造された繊維の均一性が最も重要な品質評価基準となる。当該システムの購入者は、予め定められた繊維径となるように少ないバラつきで充分高精度に繊維を製造するための再現可能な方法で繊維を製造することが可能となる。その結果、例えば、事前に定められた方法で上述した平均繊維径を有するナノ繊維を製造することが可能となり、そのように製造された繊維を上下に積層させて層構造となるように構成することが可能となる。従って、第１の媒質層２は、複数の副層部分が上下に（例えば、接着結合手段を用いずに緩く接合される形で）積み重ねられた多層構造として形成することも可能である。

代替的な実施形態では、第１の領域４および第２の領域５を形成するナノ繊維は、好適には、湿式レイアップ成型法により実現することが可能である。複数の副層部分を設ける場合には、複数の副層部分同士の間の境界を成す過渡領域が徐々に形成されてゆくようにすることが可能であり、当該過渡領域においては、きめの細かいナノ繊維ときめの粗いナノ繊維とが混在している。その結果、第１の領域４と第２の領域５の間において、複数の副層部分同士は互いに一体化されることになる。

以上より、第１の媒質層２の設計構造は、繊維径に関して深さ方向に沿った勾配変化を有する設計構造となっており、ナノ繊維の繊維径の平均値は、濾液の流れ方向６に沿って徐々に増加してゆく。本発明に特有の観点で見た場合の「繊維径の勾配変化」とは、一定の増加率に従う勾配変化を意味するだけでなく、好適な実施形態として、一定ではない増加率に従う勾配変化を意味することも可能であり、特に、濾液の流れ方向６に沿って離散的な階段状に繊維径が増加する勾配変化であってもよい。平均繊維径のこの勾配変化は、第１の領域４および第２の領域５をそれぞれ形成するナノ繊維の総数と関連して、第１の領域４から第２の領域５へと向かうにつれて、１．５倍〜５．０倍の増加率で（より好適には、１．５倍〜３．０倍の増加率で）増加するものであってもよい。

ここで言う第１の媒質層２の平均表面重量は、好適には１ｇ／ｍ^２より小さいことが好ましい。

第１の媒質層２を形成するナノ繊維は、第１の領域４および第２の領域５ではそれぞれ異なる素材から製造されるようにしてもよい。しかしながら、本発明に係る特定の好適な変形実施例では、第１の媒質層２を形成するナノ繊維は、全て同一の素材から形成されるようにしてもよく、特に、好適には、ナノ繊維はポリアミド系の繊維であってもよい。

好適には、第１の媒質層２を形成するナノ繊維は、電子的紡織法を用いて製造されるようにすることもまた可能であり、その結果、ナノ繊維により形成される層構造全体がこの製造方法を用いて実現されるようにすることが可能である。

第１の領域４を形成するナノ繊維を積層してゆく過程において、それらの積層されたナノ繊維は、形状噛み合わせ作用および／または表面相互作用の結果として第２の領域５を形成するナノ繊維に接着される。

第１の媒質層２と第２の媒質層３との間の接合態様は、所望の態様となるように選択することが可能である。従って、本発明に係る好適な一変形実施例では、第１の媒質層２は、第２の媒質層３の端面上に単に積層されるようにしてもよい。

代替的で好適な一変形実施例では、２つの媒質層２および３の間に接着促進剤９が供給される。この変形実施例では、第２の媒質層３の上に配された接着促進剤９を用いて、第２の領域５を形成するナノ繊維に加えて、第１の領域４を形成するナノ繊維にも追加的な接着効果が達成される。その結果、技術的に優れた追加的な接着補強効果が達成される。接着促進剤９としては、多種多様な物質が使用されてもよい。好適な接着促進剤９としては、アクリルおよび／またはポリウレタンに基づくものを使用してもよく、特に散布する形で塗布されるようにしてもよい。これらの接着促進剤９は比較的低い温度で乾くので、これらの接着促進剤９を用いることは特に好適である。

好適な一実施形態において、第１の領域４を形成するナノ繊維および第２の領域５を形成するナノ繊維は、相手と相互に接触している接触面上に蜘蛛の巣状に配置されるようにしてもよく、任意付加的に、接着促進剤９を接合手段として第２の媒質層３と接着されるようにしてもよい。

第２の媒質層３は、不織繊維を素材として形成された支持層部分である。この支持層部分は、例えば、溶融吹き出し成型処理された不織繊維材またはスパンボンド成型処理された不織繊維として形成されてもよい。好適には、第２の媒質層３の平均表面重量は、６０ｇ／ｍ^２を上回ることが好ましい。平均表面重量の適切な値の決定は、紙製の媒質層に関しては、ＤＩＮ／ＥＮ ＩＳＯ５３６に従って実施され、不織繊維材を素材とする媒質層に関しては、ＤＩＮ／ＥＮ ２９０７３−１に従って実施される。従って、支持層部分の平均表面重量は、不織繊維を素材とするナノ繊維材の平均表面重量の少なくとも６０倍だけ大きい。

第２の媒質層３を形成するナノ繊維の繊維径の平均値は、３μｍよりも大きい。好適には、第２の媒質層３を形成するナノ繊維は、ポリエステル製および／またはポリプロピレン製の繊維であってもよい。さらに、第２の媒質層３を形成するナノ繊維として、セルロース系の素材で形成された繊維を用いるようにしてもよい。

本発明に係る濾過剤は、気体および液体のいずれを濾過処理するためにも使用可能である。しかしながら、液体を濾過処理する過程において当該液体から粒子を濾し取る粒子フィルタとして当該濾過剤を使用することは技術的に特に効果が優れている。液体の濾過処理においては、気体の濾過処理と比べて高い流体圧が作用することに起因して、濾過剤の安定性に関して特別の要求条件が課される。従って、このような要求条件の下では、濾過剤の力学的な安定性が強化されていることは特に必要とされる。ナノ繊維製の網状部材のように非常に細い繊維で作られた支持層部分は、充分な厚みを持った層として形成されている場合にのみ自身に作用する流体圧に耐えることができる。流体が繊維製の充填物の中を透過する場合に生じる濾過圧損失は、繊維製の充填物で形成された層の表面積と厚みが増すのに応じて増加するので、安定性は有ってもその分だけ厚みが大きい極細繊維製の支持層は、非経済的な濾過圧損失を被ることになる。従って、いずれの場合であっても、ナノ繊維材は、相対的にきめの粗い繊維から形成された搬送構造材によって安定化が図られる。

第１の媒質層２は、第２の媒質層３の上に単に積層するようにしてもよい。しかしながら、２つの媒質層２および３は、複数の異なる接続箇所において又は層構造の端部に沿って接着されたり（例えば、超音波式溶接法などを用いて）溶接接合されたりしてもよい。

繊維径に関して勾配変化を有する設計構造とは別に、ナノ繊維製の媒質層の設計構造は、個々の濾過処理用途に固有の要求条件および搬送素材と整合するようにしてもよい。例えば、ナノ繊維製の媒質層が第２の媒質層３のように相対的に開放多孔質であり、スパンボンド成型処理され、不織繊維を素材とする場合を考える。その場合、ナノ繊維製の媒質層の底面に位置する第２の領域５を形成する繊維層の設計構造は、搬送素材として溶融吹き出し成型処理された不織繊維材を用いる場合と比べて強度が大きくなるように選択される。

経験則に基づくならば、厚みが大きい繊維材は、薄い繊維材と比べて、力学的にも化学的にも強い抵抗力を持っている。ナノ繊維製の媒質層を製造する過程における主たる技術的困難性は、これらの厚みの薄い繊維材が充分な安定性を確実に有するようにすることである。ナノ繊維製の第１の媒質層２の底面に存在する第２の領域５により厚みの大きい繊維材を配置することにより、支持点の個数が増加したことに起因して、第１の媒質層２の抵抗力を強化することが実現可能となる。

繊維径に関して勾配変化を有する設計構造をナノ繊維製の媒質層の設計構造として採用した結果、第２の媒質層３の構造は、相対的にきめの粗い細孔構造を有するように選択されることが可能となり、その結果、製造コストに関してコスト効率が向上する。また、搬送素材又は支持層部分をナノ繊維製の支持層および極細繊維製の支持層で覆う処理工程は、電子的紡織法を使用した単一の処理工程として実施されてもよい。

図２ａおよび図２ｂは、図１に示す例示的な実施形態に従い、ヒダ部分を有する濾過剤１を備える濾過処理用部材１０の複数の変形実施例を示している。ここで、濾過剤１は、円形の本体部を形成するために星形に成形されたヒダ部分を有しており、当該円形の本体部の両端部は、第１の端部密封材１１と第２の端部密封材１２によって終端されている。これら２つの端部密封材１１と１２は、濾過処理システムの筐体内部に濾過処理用部材１０を収容し、固定し、さらには封入するために用いられている。濾過剤１を含む円形の本体部の外周縁上において、濾過剤１の支持層部分の長手方向に対して並行に延びる折り畳まれた状態の端部が見て取れる一方で、当該支持層の横断線方向は、それとは直角に伸びている。濾過処理用部材１０を通って濾過される流体の流れ方向１３は、濾過剤１を備える円形の本体部の外側から内側へ向けて半径方向に向いており、濾過処理された後の流体は、濾過処理用部材１０の中心軸に沿って流れ、濾過処理用部材１０の排出口から排出される。このような例示的実施形態においては、濾過処理用部材１０は、例えば、エロージョン機械におけるエロージョン・フィルタとして使用されてもよく、液体内から粒子を除去するため（特に、水溶液中から水性の溶質を濾し取るために）使用されてもよい。

個的な実施形態では、第１の媒質層２の第１の領域４を構成するナノ繊維によって形成される表面において使用されるポリマー素材の単位面積当たりの使用量は、第１の媒質層２の第２の領域５を構成するナノ繊維によって形成される表面において単位面積あたりに使用されるポリマー素材の使用量の２０％〜５０００％の範囲内としてもよい。

Claims (15)

1. 第１の媒質層と第２の媒質層を備える濾過剤であって、
   前記濾過剤を通過する濾液の意図された流れ方向に沿って見た場合に、前記第２の媒質層は、前記第１の媒質層よりも下流側に設けられ、
   前記第１の媒質層は、ナノ繊維材によりナノ繊維層として形成され、
   前記第２の媒質層は、６０ｇ／ｍ^２を上回る平均表面重量を有する支持層として形成され、
   前記濾過剤の第１の媒質層は、濾液の流入面側において第１の領域を有し、前記第２の媒質層に対向する流出面側において第２の領域を有し、前記第１の領域におけるナノ繊維材は、前記第２の領域におけるナノ繊維材よりも細い繊維径を有する、ことを特徴とする濾過剤。
2. 前記第１の領域を形成するナノ繊維の７５％より多くが前記第２の領域を形成するナノ繊維と比べて細い繊維径を有する、ことを特徴とする請求項１記載の濾過剤。
3. 前記第１の領域を形成するナノ繊維材および／または前記第２の領域を形成するナノ繊維材は、電子的紡織法を用いて互いに端面が接するように積層される、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の濾過剤。
4. 前記第１の領域は、平均の繊維径が５０ｎｍ〜４００ｎｍの数値範囲内、好適には、５０ｎｍ〜２５０ｎｍの数値範囲内、さらに好適には、５０ｎｍ〜１５０ｎｍの数値範囲内であるナノ繊維によって形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の濾過剤。
5. 前記第２の領域は、平均の繊維径が１５０ｎｍ〜１０００ｎｍの数値範囲内、好適には、１５０ｎｍ〜５００ｎｍの数値範囲内、さらに好適には、１５０ｎｍ〜２９９ｎｍの数値範囲内であるナノ繊維によって形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の濾過剤。
6. ナノ繊維材の平均的な繊維径は、第１の領域から第２の領域に向かうにつれて、少なくとも１．５倍〜５．０倍の増加率で徐々に増加してゆき、好適には、１．５倍〜３．０倍の増加率で徐々に増加してゆく、ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の濾過剤。
7. 前記第１の媒質層を形成するナノ繊維のうち、７５％よりも多くのナノ繊維はポリアミド製である、ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の濾過剤。
8. 前記第１の媒質層は、２０ｇ／ｍ^２よりも小さい表面重量を有し、好適には、１０ｇ／ｍ^２よりも小さい表面重量を有し、さらに好適には、１ｇ／ｍ^２よりも小さい表面重量を有する、ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の濾過剤。
9. 前記第２の媒質層は、溶融吹き出し成型処理された層構造またはスパンボンド成型処理された層構造として形成される、ことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の濾過剤。
10. 前記第２の媒質層を形成する繊維の少なくとも５０％、さらに好適には、少なくとも７５％はポリエステルおよび／またはポリプロピレンで形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の濾過剤。
11. 前記第２の媒質層を形成する繊維材は、３μｍを上回る平均繊維径を有している、ことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の濾過剤。
12. 請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の濾過剤を有する濾過処理用部材であって、
    前記濾過処理用部材は、折り畳み加工され、円形の本体部の一部として形成され、
    前記濾過処理用部材は、前記濾過剤によって取り囲まれる形で形成される前記円形の本体部を間に挟んで設けられた２つの端部密封材を有する、ことを特徴とする、濾過処理用部材。
13. 請求項１２記載の濾過処理用部材または請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の濾過剤を水、油脂または燃料を含む液体を濾過処理するために又は放電エロージョン機械の絶縁材として使用する、
    ことを特徴とする濾過処理用部材または濾過剤の使用方法。
14. 請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載され、液体濾過用のフィルタとして用いられる濾過剤の製造方法であって、
    前記支持層の上に前記ナノ繊維層が積層される形で前記支持層が設けられ、前記ナノ繊維層は、少なくとも第１の領域と第２の領域を備え、
    前記第１の領域は、前記第２の媒質層と対向する向きに配置され、前記第１の領域を形成するナノ繊維は、前記第２の領域を形成するナノ繊維よりも平均の繊維径が小さい、
    ことを特徴とする製造方法。
15. ナノ繊維製の前記第１の領域および／または前記第２の領域は、電子的紡織法を使用して製造されることを特徴とする、請求項１４記載の製造方法。