JP2018519987A - メルトブローデプスフィルタ要素と、それを作製する方法および機械 - Google Patents

Abstract

管状デプスフィルタ要素は、１つ以上の同心帯域を有する。各帯域は、メルトブローフィラメントの層を含む。追加のフィラメントが、要素の奥行を通して揺動し、各々の揺動によってフィラメントの奥行の一部を通って横断するが、複数の揺動にわたって要素の奥行の実質的にすべてを通って横断する。横断フィラメントは、好ましくは、要素の外側に向かって偏っている。デプスフィルタ要素は、回転するマンドレル上にフィラメントを吹き付けることによって作製されることができる。同心帯域のフィラメントは、マンドレルの長さに沿って間隔をあけられた固定ノズルから吹き付けられる。横断フィラメントは、マンドレルに対して、横方向に移動するか、または複合運動を有するノズルアセンブリから吹き付けられる。例えば、ノズルアセンブリは、ノズルアセンブリの空気減衰器がノズルアセンブリの残部に対して揺動する一方で、マンドレルに対して揺動してもよい。

Description

本明細書は、デプスフィルタ要素、メルトブロー媒体、およびそれらを作製する方法に関する。

下記背景の論述は、以下で論述されるいかなることも、共通の一般的知識または引用可能な従来技術であるということを認識するものではない。

デプスフィルタは、濾過媒体の深さの全体にわたって粒子を保持する。そのうちの１つは、メルトブローまたはスパンボンドフィラメントの不織媒体である種々の媒体を、デプスフィルタを構成するために使用することができる。デプスフィルタは、最大の孔サイズを有する層が、通常、上流の層を形成し、最小の孔サイズを有する層が、通常、下流の層を形成する、複数の層（または、帯域）を有する場合がある。これは、粒子を、濾過媒体の深さの全体にわたってではなく、むしろ、主として上流の分離層上またはその付近でのサイズ排除によって保持する、あるいはスクリーンフィルタと呼ばれる、表面フィルタとは対照的である。表面フィルタは、その定格の絶対粒子サイズより小さい粒子に多少のデプス濾過（depth filtration）を供給する場合があるが、デプス濾過の量は、表面フィルタの厚みの不足、および上流の分離層の背後のいかなる層もできる限り透過性にしたいとの要望によって制限される。デプスフィルタは、典型的には少なくとも５ｍｍ、より多くの場合には少なくとも１０ｍｍである、デプスフィルタの実質厚みによって表面フィルタと区別される場合がある。また、表面フィルタは、典型的に、その表面積を最大にするように折り曲げられるか、またはひだが付けられる一方で、デプスフィルタは、典型的には、その体積を最大にするように滑らかな内外周面を備える構成にてもたらされる。

カートリッジフィルタ装置は、ハウジング内に配置される、１つ以上の取り外し可能または交換可能なカートリッジを有する。典型的なカートリッジは、カートリッジをハウジングに接続するように適合された、端部キャップまたは他の固定具を備えたフィルタ要素を有する。一部のカートリッジは掃除できる場合があるが、典型的には、それらの耐用年数の終わりに廃棄される。デプスフィルタ要素は、フィルタが閉塞前に保持し得る固体粒子の重量によって測定される、その汚れ保持容量（ＤＨＣ）に従って格付けされる場合がある。要素の耐用年数は、デプスフィルタカートリッジ越しの指定最大圧力降下量に達するまで指定条件下で要素が作動し得る時間として測定される。要素の耐用年数は、そのＤＨＣ、または粒子が蓄積されていくにつれて加えられる圧力に耐えるその機械的な能力によって、制限される場合がある。他の定格の基準には、指定されたサイズの粒子を除去する際の要素の効率、および要素の清浄水圧力降下量が含まれる。例えば、除去効率の定格は、指定されたミクロンサイズ以上の粒子の９０％の除去、または指定されたミクロンサイズ以上の粒子の「絶対的な」（９９％を意味する）除去として指定される場合がある。

２００６年１月１７日に発行されたＡｕｎｅらの米国特許第６，９８６，４２７号には、デプスフィルタ要素に有用なメルトブロー不織媒体が記載されている。媒体は、管状構造体の円錐形の端部側に複数のメルトブローフィラメントを向けることによって作製される。管状構造体は、スピンしているマンドレル上で回転する。管状構造体がマンドレルの長さ方向に沿ってフィラメント吹き付け領域から引き出される一方で、材料がその円錐形の端部へと追加されるにつれて管状構造体の長さが増大する。様々なフィラメントが、円錐の異なる部分で方向付けられ、フィラメントは、円錐の長さ方向に沿って１つ以上の特性において変化する場合がある。これにより、１つ以上の特性において対応する変化を備えた管状要素の同心環状帯域が生み出される。１つ以上の他のメルトブローフィラメントが、媒体を強固にすべく、要素の奥行を貫通し、複数の帯域を横切るフィラメントを追加するように、円錐の全長にわたって適用される場合がある。

米国特許第６，９８６，４２７号と共通の優先権基礎出願を共有する米国特許第６，９３８，７８１号には、本質的に連続的なメルトブローポリマーフィラメントの円筒形の塊と、この塊を貫通する本質的に連続的な横断メルトブローポリマーフィラメントとを含む不織デプスフィルタ要素が記載されている。円筒形の塊は、奥行の範囲、縦の範囲、および円周の範囲を有する。円筒形の塊のフィラメントは、縦および円周の範囲に概略的に配向され、複数の同心帯域を形成する。横断フィラメントは、円筒形の塊の周りに円周の範囲に延在し、円筒形の塊の２つ以上の帯域の実質的に全厚さにわたって奥行の範囲で半径方向に延在する一方で、円筒形の塊の長さの相当な部分にわたって縦の範囲において延在する。

上述の特許に従って作製されたポリプロピレン製デプスフィルタ要素は、商標Z.PLEXと組み合せてGE Water and Process Technologies社によって販売されている。これらの要素は、約１インチ（２５ｍｍ）の内径、および約２インチ（５１ｍｍ）〜２．７５インチ（７０ｍｍ）の外径を有する。それらは、多くの水濾過用途で使用される。

２０１４年１１月５日にGeneral Electric Companyによって出願された国際出願番号第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０６４１２５号には、別のデプスフィルタ要素が記載されている。この要素のフィラメントのうちの１つは、隣接する吹き付けパターンの少なくとも５０％と重複するように、隣接する吹き付けパターンに向けて傾斜された吹き付けパターンにて形成される。これらのフィルタは、大型の形態、例えば、約３インチ（７６ｍｍ）の内径、および約６．５インチ（１６５ｍｍ）の外径で作製される場合がある。

米国特許第６，９８６，４２７号明細書 米国特許第６，９３８，７８１号明細書 国際公開第２０１５／０６９７６５号（国際出願番号第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０６４１２５号）

以下の概要は、読者を、後に続く詳細な説明へと導くように意図されており、請求される発明を限定または定義しようとするものではない。請求される発明は、後述の要素またはステップの一部の組み合せであるか、または本明細書の他の部分に記載される要素またはステップを含む場合がある。

本明細書は、１つ以上、好ましくは、３つ以上の同心帯域を有するデプスフィルタ要素を説明する。各帯域は、本質的に連続なメルトブローフィラメントを含む。追加のフィラメントが、要素の奥行を通って往復運動する。追加のフィラメントは、可変直径の螺旋体を画定する。横断フィラメントの質量は、好ましくは、１つ以上の外側の同心帯域に向かって偏っている。

また、本明細書は、デプスフィルタ要素を作製する方法を説明する。メルトブローフィラメントは、回転しているマンドレル上に吹き付けられる。一組のフィラメントが、マンドレルに対して位置が固定される１つ以上のノズルから吹き付けられる。別のフィラメントが、マンドレルに対して、横方向に移動するか、または複合運動を有する、ノズルアセンブリから吹き付けられる。複合運動の一例において、ノズルアセンブリは、ノズルアセンブリの一部が、ノズルアセンブリの残部に対して揺動する一方で、マンドレルに対して揺動する。マンドレルに対する揺動の周波数は、好ましくは、ノズルアセンブリに対する揺動の周波数より小さい。マンドレルに対するノズルアセンブリの横方向の動きは、要素の奥行の少なくとも一部を横断する吹き付けパターンを生み出す。複合運動は、１つの揺動では要素の奥行の一部を横断するが、複数の揺動で要素の奥行のより多くの部分、好ましくは、そのすべてを横断する吹き付けパターンを生み出す。

一例において、横断フィラメントは、マンドレルに対して前後方向に並進するノズルアセンブリから生み出される。ノズルアセンブリの減衰器は、ノズルアセンブリの残部に対して揺動する。ノズルアセンブリは、好ましくは、その並進の端で停留する。

その右側から撮影されたデプスフィルタカートリッジの写真。 その左側から撮影した図１のデプスフィルタカートリッジの写真。 形成されているときの図１のデプスフィルタカートリッジの概略の端面図。 図１のデプスフィルタカートリッジを作製するための機械の概略図。

本明細書および特許請求の範囲の全体にわたってここで使用される近似の言い回しは、それが関連する基本機能に変更をもたらすことなく変化するであろう任意の量を修飾するために適用される場合がある。したがって、「約」などの１つ以上の用語で修飾された値は、指定された厳密な値に限定されるものではない。一部の例において、近似の言い回しは、その値を測定する計器の精度に対応する場合がある。範囲の限界は、組み合せられ、および／または入れ替えられる場合があり、そのような範囲およびすべてのより細分された範囲は、文脈または言い回しによってそうでないことが示されない限り、本明細書に含まれる。動作の例を除き、またはそうでないと示される場合を除き、材料やプロセス条件などの量に関する、本明細書および特許請求の範囲において使用されるすべての数字または表現は、すべての例において用語「約」によって修飾されていると理解されるべきである。

「任意選択の」または「好ましい」および同様の用語は、後に記載される事象または状況が、生じる場合も、生じない場合もあること、または後に特定される材料が、存在する場合も、存在しない場合もあること、および説明が、当該事象または状況が生じるか、もしくは当該材料が存在する場合の例と、当該事象または状況が生じないか、もしくは当該材料が存在しない場合の例とを含むことを意味する。用語「場合がある（may）」は、存在する場合も、存在しない場合もある状況を示すために使用される。

本明細書で使用される、用語「を備える（comprises）」、「を備えている（comprising）」、「を含む（includes）」、「を含んでいる（including）」、「を有する（has）」、「を有している（having）」、またはそれらのあらゆる他の変化形は、非排他的な包含を網羅することが意図される。例えば、要素の一覧を備えるプロセス、方法、物品、または装置は、必ずしもそれらの要素だけに限定されず、明示的には列挙されていないか、もしくはそのようなプロセス、方法、物品、または装置に本来備わっている他の要素を含む場合がある。単数形「a」、「an」、および「the」は、文脈がそうでないことを明確に指示しない限り、複数の対象を含む。

本明細書に記載されたデプスフィルタ要素は、既存のフィルタ要素の有用な代替品を提供する。デプスフィルタ要素は、例えば、少なくとも２．０インチ（２５ｍｍ）、任意選択で、少なくとも４．５インチ（１１４ｍｍ）の外径を有する場合がある。例示的なフィルタ要素は、回転しているマンドレル上で形成されているときにフィルタ要素上に吹き付けられるメルトブロー横断フィラメントで作製される。横断フィラメントは、フィラメントを円錐形状の吹き付け領域内に分散させる空気減衰式（air-attenuated）ノズルで生成される。減衰器は、円錐形状の吹き付け領域が、フィルタが形成されている長さの一部にわたって揺動するように旋回する。また、ノズルは、吹き付け領域によって網羅される距離をさらに拡大させるようにマンドレルの長さに対して左右に往復運動する。同様の距離を網羅するために、より幅広の円弧にわたって揺動するように適合された、ポリマーノズルおよび減衰器に対して、往復運動ノズルは、より多くの横断フィラメントの塊をフィルタ要素の外側に向けて配置するとみられている。この効果は、要素の外側に対応するその移動のわきまたはその付近で、それが不釣り合いな量の時間を過ごすように、ノズルを往復運動させることによって高められ得る。

理論によって限定される意図はないが、本発明の発明者は、揺動するが横方向に固定された横断フィラメントの吹き付けパターンが、最適以下の横断フィラメントの質量をフィルタの外側の帯域にもたらす傾向があると考える。これは、大径と厚い壁とを備えたフィルタ要素においてより顕著になる。フィルタを形成する間に横断フィラメントのノズルをマンドレルに対して横方向に移動させることで、比較的より多くの横断フィラメントの質量を１つ以上の外側の帯域に位置づけることが可能となる。これは、フィルタの１つ以上の外側の帯域の構造を硬くし、それらの帯域において開いた空隙が崩壊するのを回避するのに役立つと考えられる。また、マンドレルに対するノズルの低い周波数の横方向の揺動自体は、要素の耐用期間および汚れ保持容量について有益な効果を有するように思える。また、この揺動は、内側から外側への流れの条件の場合においては、内径の帯域に片寄るであろう。

図１および２を参照すると、デプスフィルタカートリッジ１０は、管状デプスフィルタ要素１２と、左側端部キャップ１４と、右側端部キャップ１６とを有する。「左側」および「右側」の語は任意であり、本説明において、単に図中の向きにあるときのカートリッジ１０を説明するための手段を提供するためだけに用いられるであろう。また、カートリッジ１０またはその一部は、（カートリッジの左側と右側との間の線に平行な縦の範囲において測定される）長さ、（縦の範囲に垂直な円に沿った円周の範囲において測定される）円周、または（円周の範囲に垂直な半径の範囲において測定される）奥行を有するものとして説明される場合もある。

端部キャップ１４、１６は、熱可塑性材料で作製される場合があり、好ましくは、デプスフィルタ要素１２の端部と密閉部を形成するよう、デプスフィルタ要素１２の各々の端部に熱的に接合される。あるいは、端部キャップ１４、１６は、接着剤によって、または当該技術において既知の他の手段によってデプスフィルタ要素１２へと接合される場合がある。端部キャップ１４、１６は、デプスフィルタ要素１２の外側をデプスフィルタ要素１２の中空な中心部から流体的に隔離する。好ましくは、多孔性のコア管（不可視）が、デプスフィルタ要素１２の中空な中心部を貫通し、端部キャップ１４、１６へと取り付けられ密閉される。

デプスフィルタカートリッジ１０は、典型的には、示されていないハウジングまたは外殻に挿入された後に使用される。ハウジングは、１つまたは２つ以上のカートリッジ１０を保持する場合がある。外側から内への濾過モードでは、濾過されるべき供給水は、入り口を通過して、ハウジングの内側とカートリッジ１０の外側とによって画定されるプレナムへと流れる。次いで、供給水は、デプスフィルタ要素１２を通って流れ、濾過された水が、デプスフィルタ要素１２の中空な中心部またはコア管に集まる。端部キャップ１４、１６の一方または両方は、ハウジングの出口に接続される、濾過された水のための開口を有する。示されるカートリッジ１０において、左側端部キャップ１４は、ハウジングの出口につながるアダプタ１８および密閉部２０を含む。密閉部２０は、アダプタ１８の溝に位置づけられるＯリングである。あるいは、密閉部２０は、平面環状ガスケットを、単純な穴の形態であるアダプタ１８の周囲に備えるように溝にエラストマ材料を入れ込むことによって、または当該技術において既知の他の手段によって形成される場合がある。あるいは、デプスフィルタカートリッジ１０は、上述の水の流れを逆にすることによって内側から外への濾過モードで使用される場合がある。この場合、内側及び外側の表面間の要素１２の構造における違いは、好ましくは、逆にされる。

図３を参照すると、デプスフィルタ要素１２は、その奥行にわたって複数の媒体層または帯域２２を備える。好ましくは、帯域は、デプスフィルタ要素１２の外面２４から内面２６へと保持サイズ（所与の効率で除去される粒子サイズ）が減少する。このように、大きな粒子が、外面２４の付近に保持され、供給がデプスフィルタ要素１２を内方へと通過するにつれて、次第により小さな粒子が保持されるであろう。帯域２２は、図説を容易にするためにその間の明瞭な線で示されているが、実際には、帯域２２の間に、より緩やかな遷移または遷移領域がある場合がある。示されるように、５つの帯域２２が好ましいが、より多くの、またはより少ない帯域があるであろう。図１および２のデプスフィルタ要素１２において、その５つの帯域２２の各々は、フィラメント径および保持サイズのどちらも内面２６に向かうにつれて減少する、異なるフィラメント径および保持サイズを有する。任意選択で、２つ以上の帯域２２が、同じフィラメント径または保持サイズを有する場合があるが、好ましくは、全体としてのデプスフィルタ要素１２に関して内面２６に向かうにつれての保持サイズの全体的な減少をもたらす。

図１および２の例において、デプスフィルタ要素１２は、約６．５インチの外径および約３インチの内径を有する。カートリッジ１０の長さは、４０インチの公称長さに相当する約３８インチである。アダプタ１８は、他の好適な接続具も使用される場合があるが、標準的なタイプ２２６の接続具である。カートリッジ１０の寸法も、変化する場合がある。例えば、外径が、より大きいか、またはより小さい場合があり、好ましくは、３インチ〜９インチ、または４．５インチ〜７インチの範囲である。長さも、より長いか、またはより短い場合があり、例えば、公称６０インチのカートリッジが作製される場合もある。任意選択で、表面フィルタが、参照により援用される国際公開第２０１２／０３４０２８号に記載された方法で、デプスフィルタ要素１２の内側に備えられる場合がある。この場合、表面フィルタは、例えば、約１．１インチ〜３インチの間の外径を有するコア管上に置かれ、約２インチ〜４．５インチの間の内側の表面フィルタの外径まで延在する場合がある。

図１および２のカートリッジ１０は、ポリプロピレン（ＰＰ）製のデプスフィルタ要素１２と、デプスフィルタ要素１２に熱溶着されるＰＰ製の端部キャップ１４、１６とで作製されている。他の選択では、端部キャップ１４、１６は、ＡＢＳなどの別のポリマーから作製され、接着剤で要素１２に付着されるであろう。デプスフィルタ要素１２を形成するのに有用な他の材料には、例えば、ポリエチレンなどの他のポリオレフィン、セルロース、ポリアミド、ポリエステル、および鉱物繊維が含まれる。多数の材料が、単一のカートリッジ１０で使用される場合がある。

デプスフィルタ要素１２は、各帯域２２が、１つ以上の本質的に連続的なポリマーフィラメントから形成される塊である、メルトブロー媒体で作製される場合がある。図４に関係して後述されるように、各帯域２２は、メルトブローフィラメントの送達システムから供給されるポリマーで作製される。無作為の断絶の可能性を免れないが、各帯域２２は、単一の本質的に連続なフィラメントから作製される。帯域２２を構成するフィラメントは、主として、縦および円周の方向に延在する。好ましくは、デプスフィルタ要素１２は、１つ以上の複数帯域のフィラメント３２をさらに備える。複数帯域のフィラメント３２は、２つ以上の帯域２２の間、好ましくは、すべての帯域２２の間を奥行の範囲に延在する本質的に連続なポリマーフィラメントである。図３において（ならびに、図１および２のカートリッジにおいて）、複数帯域のフィラメント３２は、米国特許第６，９３８，７８１号および第６，９８６，４２７号に記載されるように、静止フィラメント２８と、横断フィラメントとも呼ばれるＺフィラメント３０とを含む。

図３は、形成されているときの要素１２の端面図である。図４に関係してさらに記載されるように、帯域２２を構成するフィラメントは、縦方向に隔置された位置から、形成されているデプスフィルタ要素１２の回転している円錐形の端部に吹き付けられることによって層ごとに塊へと築き上げられる。要素１２が回転するにつれて、フィラメントの新しい層が、プレスロールの接触ライン１１で既存の層に押し付けられる。したがって、要素１２の端部は、略円錐形であるが、実際は、典型的なねじに見られる直角ではなく、要素１２の縦軸に対して浅い角度でその平面内の半径の線を備える螺旋体またはねじである。複数帯域のフィラメント３２が、形成されているデプスフィルタ要素１２の回転している端部に同様に吹き付けられるが、それらのフィラメント３２は、複数の帯域２２を横切って縦方向に延在するパターンにて吹き付けられる。そのため、複数帯域のフィラメント３２は、帯域２２を構成する螺旋体の連続する回転の間に置かれる。複数帯域のフィラメント３２は、基本的に、いかなる特定の帯域２２の形成の原因となるものではない。複数帯域のフィラメント３２は、合計しても、各帯域におけるフィラメントの質量のうちの５０％未満しかもたらさない。

複数帯域のフィラメント３２は、とりわけ、繊維間の結合を改善し、他のフィラメントの機械的な構造に連結要素をもたらす。理論によって限定される意図はないが、複数帯域のフィラメント３２は、帯域２２内のフィラメントの層を高く上げるように機能し、それにより要素１２の空隙体積を増加させる場合がある。複数帯域のフィラメント３２は、帯域２２内のフィラメントの層の間に置かれ、それにより帯域２２の崩壊を回避するのに役立つ場合がある。

１つ以上の静止フィラメント２８の質量は、最も内側の１つ以上の帯域２２において、少なくとも単位体積当たりにおいて、好ましくは絶対基準においても、最高である。１つ以上の静止フィラメント２８の直径は、最も内側の帯域２２で使用されるフィラメントの直径とほぼ同じか、それよりも大きい場合がある。静止フィラメント２８は、小さな粒子の保持をもたらすために内側の帯域２２で使用される小さなフィラメント径に鑑みてさもなければ圧縮時に弱くなりかねない内側の帯域２２を強固にする。

１つ以上のＺフィラメント３０は、形成されているデプスフィルタ要素１２の螺旋体の端部で螺旋を横切って前後に横断するパターンにて吹き付けられる。この螺旋の直径が揺動する。この揺動の周波数は、説明の目的のために図３においてかなり誇張されている。Ｚフィラメント３０は、複合の動き、例えば、相対的に低周波の揺動に重ね合わせられる相対的に高周波の揺動を伴って送達システムから生み出される。高周波の揺動は、好ましくは、マンドレルの回転周波数の少なくとも３倍である。示されている例においては、高周波の揺動は、マンドレルの回転周波数の６倍であり、６つの大きな頂点が生み出されている。より小さく、より頻繁な頂点（frequent apexes）は、吹き付けノズルの端部で空気減衰によって生み出されるいくぶん無作為なパターンの単なる比喩的な説明である。６つの大きな頂点に戻って参照すると、低周波の揺動は、大きな頂点を半径方向に外方および内方へと移動させ、図３が円錐または螺旋体の端面図であることを考慮すると、大きな頂点も１つの頂点から別の頂点まで長手方向に移動することを意味する。図３に示されるように、低周波の揺動の大きさは、高周波の揺動の大きさより小さい場合がある。しかしながら、低周波の揺動の見かけ上の周波数は、結果として生じる動きをより見やすくするために図３においてかなり誇張されている。好ましくは、低周波の揺動は、マンドレルの回転周波数の１０分の１以下である。換言すれば、外面２４付近から内面２６へ向かい、そして外面２４に向けて戻る、Ｚフィラメント３０の揺動の動きは、図３に示されるように１つだけではなく、要素１２の１０以上の層にわたって生じる場合がある。また、低周波の揺動は、不規則である場合があり、特に、デプスフィルタ要素１２の外側に向けて片寄っている場合がある。

静止フィラメント２８および帯域２２を構成するフィラメントは、円周の範囲において一様な密度を有する一方で、Ｚフィラメント３０は、円周方向に集中させられる（すなわち、より高い密度の領域と、より低い密度の領域とを有する）フィラメントの塊をもたらす。それにより、Ｚフィラメント３０は、全体としてのデプスフィルタ要素１２の密度を大きく増加させることなく、複数の帯域２２、好ましくは、すべての帯域２２を耐圧縮（compression resistant）領域によって結合させる。１つ以上のＺフィラメント３０の質量は、好ましくは、デプスフィルタ要素１２の質量の２〜２０％の間である。任意選択で、Ｚフィラメント３０の単位体積当たりの密度は、内側の帯域２２において、これらの帯域をさらに強くするためにより高い場合がある。例えば、Ｚフィラメント３０は、最も内側の帯域２２Ａにおいてフィラメントの質量の約２５％、最も外側の帯域２２Ｅにおいてフィラメントの質量の約５％を構成する場合がある。しかしながら、等しい帯域厚さを想定すると、最も外側の帯域２２Ｅは、最も内側の帯域２２Ａよりも大きな体積を有する。外側の帯域の崩壊を回避するために、外側から内への流動経路で使用される４．５インチ（１１４ｍｍ）以上の外径を備えた要素１２において特に、最も外側の帯域２２ＥにおけるＺフィラメント３０の質量は、好ましくは、最も内側の帯域２２ＡにおけるＺフィラメント３０の塊と等しいか、またはそれより高い。

図３に示されるように、示されているデプスフィルタ要素１２は、最も内側の帯域から最も外側の帯域まで帯域２２Ａ〜帯域２２Ｅとして標記された５つの帯域２２を有する。これらの帯域２２は、それぞれ第１〜第５の帯域２２と呼ばれる場合もある。外側または第５の帯域２２Ｅは、自立部分３２および重複部分３４を含む。重複部分３４は、少なくとも１つの他の帯域２２の少なくとも５０％を通して延在する。例えば、図３における重複部分３４は、第４の帯域２２Ｄの全体を横切り、部分的に第３の帯域２２Ｃへと延在するが、重複を少なくすることも可能である。任意選択で、好ましくはないが、自立部分３２が省略される場合がある。５つを超える、または５つ未満の帯域２２を備えるデプスフィルタ要素１２においては、最後の帯域は、第５の帯域２２について上述したように作製される。

図３には示されないが、好ましくは、代替的に外殻または外殻形成繊維と呼ばれる結合繊維の薄い層が、米国特許第６，９３８，７８１号および第６，９８６，４２７号に記載されるように、最も外側の帯域２２上に追加される。結合繊維は、緩いフィラメントの輪の出現を減らし、デプスフィルタ要素１２の外側の表面に保護ケージをもたらす。これらの結合繊維は、冷却時に収縮する場合もあり、それにより、デプスフィルタ要素１２の有効表面積を増加させる粗さがもたらされる。

図は円筒形のフィルタを指し示しているが、同じ原理が、平坦なシートまたは平面状の製品に適用される場合がある。そのような平坦な製品は、平坦なテーブルに沿って、テーブルの幅を横切って揺動するフィラメント吹き付け器によって、または大型の円柱形のマンドレル上に作製されたデプスフィルタ要素を、材料のシートを得るために長さに沿って切断して生み出される場合がある。

図４は、管状デプスフィルタ媒体を不定の長さへと連続的に作製するためのシステム１１０を示している。そして、媒体は、所望の長さの複数の個々のデプスフィルタ要素１２へと切断され得る。このシステムは、例えば米国特許第６，９３８，７８１号の図５など、米国特許第６，９３８，７８１号および第６，９８６，４２７号に記載されたシステムに似ているが、Ｚフィラメント３０を生み出すように任意選択の第５の帯域２２および横方向に往復運動するノズルアセンブリ１１７を備えるフィラメント送達システムが追加されている。

システム１１０は、供給源（図示せず）から熱可塑性ポリマー材料が供給される、モータ駆動のねじ式の押し出し器１１２を含む。ポリプロピレンが好ましいが、ポリエステル、ナイロン（商標）、またはポリウレタンなどの他の材料もフィラメントのうちの一部またはすべてについて使用される場合がある。押し出し器１１２において、ポリマー材料は、溶融状態へと加熱され、その時点において計量され、加熱された送達ライン１１４へと運ばれる。材料は、２つのフィラメント送達システム１１６および１１８へと運ばれる。あるいは、それらのフィラメント送達システム１１６および１１８の各々は、別個の材料運搬システムを有するであろう。

フィラメント送達システム１１６は、５つのノズル１２７、１２８、１２９、２１６、および２１７の各々について、加熱された送達ライン１１４から溶融したポリマー材料を受け取り、それをヒータブロック１２２へと圧送する、モータ駆動の歯車式の容積型計量ポンプ１２０を含む。計量ポンプ１２０を駆動するモータ１２４の速度、したがって計量ポンプ１２０によって計量される材料の流量は、適切なコントローラ１２６によって電子的に制御される。モータ１２４およびコントローラ１２６は、図を簡単にするためにノズル１２７についてのみ示されるが、典型的にはノズル１２８、１２９、２１６、および２１７の各々にも１つずつ備えられることになる。

加熱手段（図示せず）を介して独立して加熱される各ヒータブロック１２２には、ノズル１２７、１２８、１２９、２１６、および２１７のうちの１つへとつながる内部通路が備えられる。加熱手段、したがってヒータブロック１２２内のポリマー材料の温度は、温度制御部１３０によって制御される。各ノズル１２７、１２８、１２９、２１６、および２１７は、そのサイズが、所望のフィラメントのサイズまたは直径を達成する助けになるように所望のとおりに選択される場合がある、オリフィスを含む。各ノズル１２７、１２８、１２９、２１６、および２１７へと供給される溶融した材料は、細流にてそれぞれのオリフィスを出る。好ましくは、オリフィスのサイズは、ノズル１２７が最小のオリフィスを有し、ノズル２１７が最大のオリフィスを有するように、ノズル１２７、１２８、１２９、２１６、および２１７において図４の右側から左側へと大きくなる。

各ノズル１２７、１２８、１２９、２１６、および２１７には、複数のガスまたは空気ジェットを備える減衰機構１３１、１３２、１３３、２１８、および２１９が結びつけられる。減衰機構１３１、１３２、１３３、２１８、および２１９から流出するガスは、当該技術において既知のやり方でポリマーのフィラメントを形成するように、ノズル１２７、１２８、１２９、２１６、および２１７から出る溶融した材料の細流を減衰させるように機能する。したがって、減衰機構１３１、１３２、１３３、２１８、および２１９は、参照により本明細書に援用されるＬｉｎによる米国特許第４，１７３，４４３号に記載されるものを含む、当該技術において既知の任意の設計である場合がある。

減衰機構１３１、１３２、１３３、２１８、および２１９は、任意選択のガスヒータ１３４およびガス供給源１３６に結びつけられる。ガス供給源１３６は、導管１３８ならびに適切な弁および調整器を介してガスをヒータ１３４へと供給する。ヒータ１３４の温度は、温度制御部１４０によって所望の温度へと上げられるか、または下げられる。次いで、ガスは、ヒータ１３４から導管１４２を通って減衰機構１３１へと供給される。減衰機構１３１、１３２、１３３、２１８、および２１９は、共通の供給源からガスが供給される場合があるか、あるいは別々に制御されるガス供給源が、各減衰機構１３１、１３２、１３３、２１８、および２１９について利用される場合がある。共通のガス供給の場合、典型的には、各減衰機構１３１、１３２、１３３、２１８、２１９が異なる流量で空気を受けることができるように、流量制御弁（図示せず）が備えられる。

フィラメント送達システム１１８は、フィラメント送達システム１１８が、システム１１６において使用されるノズルのうちの１つ以上によって生み出されるフィラメントと積極的に混ざり合うようにフィラメントを送達する点を除き、上述のシステム１１６と実質的に同様である。フィラメント送達システム１１８は、ポリマー押し出しノズル１４４、ヒータブロック１４６、および減衰器１５４を含む、ノズルアセンブリ１１７を有する。ヒータブロック１４６は、独立して駆動される容積型計量ポンプ１４８と、モータ１５０とに接続される。ヒータブロック１４６には、温度制御部１５２が備えられる。加圧されたガスが、ガス供給源１５６から導管１５８を介して減衰機構１５４へと通される。送達システム１１６と同様に、システム１１８における減衰器は、示されていない任意選択のガスヒータと結びつけられ得る。別々のフィラメント送達システム１１６および１１８を備えることで、システム１１６およびシステム１１８の各々の部分によって生み出されるポリマーのフィラメントの別々の制御および製造が可能になる。

フィラメント送達システム１１８は、ノズル１４４によって生み出されるフィラメントの吹き付けパターンの複合運動を生み出す、ノズルアセンブリ１１７の複合運動を備えるように構成される。示される一例において、減衰器１５４は、それがヒータブロック１４６に対して旋回し得るようにブラケット１９９に載置される。減衰器１５４は、減衰器１５４を揺動させるように構成された掃引機構１９８に接続される。ノズルアセンブリ１１７は、ヒータブロック１４６を通って横方向（マンドレル１７６に対して左右）に往復する運動機構４０６に接続される。複合運動をもたらす他の手段も使用されるであろう。例えば、１つの代案では、旋回するヒータブロック１４６、ならびにノズル１４４および減衰器１５４が使用される。しかしながら、ヒータブロック１４６を迅速に旋回させることは、ヒータブロック１４６のより大きな質量のため、減衰器１５４よりも難しいであろう。別の代案では、横方向の往復運動機構４０６は、ノズルアセンブリ１１７が並進するのではなく、円弧にわたって前後に移動するように、遠方の旋回点を有する旋回機構と置換されるかもしれない。一般に、ノズルアセンブリ１１７の運動は横方向のみである必要はなく、マンドレル１７６の長さに対する左右の動きに加えて、マンドレル１７６に対する上下の動き、マンドレル１７６に向かう、またはそれから離れる動き、およびマンドレル１７６に対する一定の角度での回転のうちの１つ以上も含むであろう。

送達システム１１６および１１８は、ノズル１２７、１２８、１２９、２１６、２１７、１４４、２２４、ならびに減衰機構１３１、１３２、１３３、２１８、２１９、１５４、および２２６のそれぞれからフィラメント収集装置１７４へと向けられた末広がりのパターン１６６、１６８、１７０、２２０、２２１、１７２Ａ、および２２８に分布する、分離した本質的に連続なポリマーフィラメントの細流を生み出す。好ましくは、各パターンのフィラメントが、それぞれの隣接するパターンのフィラメントと連結し、一体化された管状フィラメントの塊がもたらされるように、隣接するフィラメントパターン１６６、１６８、１７０、および２２０にある程度の重複がある。さらに、フィラメントパターン２２１は、パターン２２０の少なくとも半分、任意選択で、パターン２２０の少なくとも８５％またはパターン２２０のすべてと、ことによるとパターン１７０の一部とも重複する。フィラメント収集装置１７４は、駆動モータ１７８から延在する、代替的にマンドレルと呼ばれる、中央の回転可能な収集装置１７６を含む。軸棒１８１の周りに回転するプレスローラ１８０は、マンドレル１７６の近くに、間を空けて、配設される。完成したフィルタ要素１２は、不可視であるが、図４に示される収集装置１７６の左側にあるであろう収集装置１７６の開放端から取り外される。

動作中、細流１６６、１６８、１７０、２２０、および２２１の本質的に連続なポリマーフィラメントが、末広がりのパターンにて回転しているマンドレル１７６へと向けられ、その上に収集される。マンドレル１７６が示されているが、大径のドラムなどの他の収集装置も使用される場合があることが企図されている。同時に、本質的に連続なフィラメントまたは繊維細流は、細流１６６の遠方の縁１８２と細流２２１の遠方の縁１８４との間を全体的に広がり、細流１６６、１６８、１７０、２２０、および２２１によって敷設されたフィラメントの層を横断する複合フィラメントパターン１７２に従って向けられる。回転しているプレスローラ１８０は、回転しているマンドレル１７６上に蓄積したフィラメントに係合する。充分なフィラメントがマンドレル１７６上に築き上げられるにつれて、プレスローラ１８０は、不織のフィラメントの塊または繊維構造体１８６を、不定の長さの連続的なフィラメントの塊１８６を生み出すように、マンドレル１７６の軸（開口）端から矢印１８８の方向に押す。フィラメントの塊１８６は、セグメントごとに切断されて、要素１２を生み出す。フィラメントの塊１８６は、半径の範囲、縦の範囲、および円周の範囲を有する。フィラメント収集装置１７４の全体は、参照により本明細書に援用される、Ｌｉｎによる米国特許第４，２４０，８６４号に記載されるそれと同様である場合がある。

ノズル１２７、１２８、１２９、２１６、および２１７は、好ましくはマンドレル１７６に対して平行から約０〜１５度ずらされる共通の軸１９０に沿って長手方向に整列される。各ノズル１２７、１２８、１２９、２１６、および２１７は、軸１９２、１９４、１９６、１９３、および１９５をそれぞれ画定するオリフィスを含む。軸１９２、１９４、１９６、および１９３は、好ましくは、軸１９０に対して垂直であり、マンドレル１７６に対して垂直から約０〜１５度ずらされる。軸１９２、１９４、１９６、１９３、および１９５は、一般に、それぞれのノズルのオリフィスを出る溶融したポリマーの流れの軸に一致する。この向きが、マンドレル１７６へと向けられている末広がりのフィラメントパターン１６６、１６８、１７０、２２０、および２２１をもたらす。フィラメントパターン２２１は、好ましくは、フィラメントパターン２２１の、フィラメントパターン２２０との、かつ任意選択でフィラメントパターン１７０との重複をもたらすうえで助けとなるように、フィラメントパターン１７０に向けて内方へと傾けられる。フィラメントパターン２２１は、好ましくは、ノズル２１７を内方へと傾けることによって傾けられる。任意選択で、減衰器２１９も内方へと傾けられ得る。

非限定的な一例として、フィラメントパターン１６６、１６８、１７０、２２０、および２２１のポリマーフィラメントは、約２８０℃〜約４００℃の温度に加熱されたポリプロピレンを、ノズルのオリフィスを出る溶融したポリマーの細流を覆って毎分約１０〜２０標準立方フィート（standard cubic feet per minute）の流量で約２５℃の温度の外気を通しつつ、ノズルごとに毎時約５〜２０ポンドの流量で押し出すことによって生み出される場合がある。マンドレル１７６は、２００〜６００ｒｐｍで回転する場合がある。

複合フィラメントパターン１７２は、減衰されたパターン１７２Ａ、高周波のパターン１７２Ｂ、および低周波のパターン１７２Ｃからなる。減衰されたパターン１７２Ａは、減衰器１５４からの空気噴流によって吹き出されるときに、フィラメントのいくぶん無作為な動きによって生成される略円錐のパターンである。高周波のパターン１７２Ｂは、それがマンドレル１７６における主要なパターンの縁１８２と１８４との間の距離の約５０％〜８５％の距離を横切る掃引であるように、減衰されたパターン１７２Ａを旋回することによって作り出される。高周波のパターン１７２Ｂの全体が、マンドレル１７６における縁１８２と１８４との間の全距離を概ね網羅する複合フィラメントパターン１７２の全体を作り出すように、低周波のパターン１７２Ｃに従って左右に移動する。複合フィラメントパターン１７２は、複合フィラメントパターン１７２が、プレスローラ１８０へと直接吹き付けられることなくノズル１４４からマンドレル１７６へと進行し、形成されているフィラメントの塊１８６に到達するように、プレスロール１８０の上方または下方の位置に位置するノズルアセンブリ１１７から生じる。

サーボ駆動の掃引機構１９８は、減衰されたパターン１７２Ａが、高周波のパターン１７２Ｂに従ってフィラメントの塊１８６の縦の範囲に沿って前後に横断するように、減衰機構１５４をある角度で前後に掃引させる。パターン１７２Ａが掃引ごとに繊維のパターン１６６、１６８、１７０、２２０、および２２１のうちの２つ以上を横断し、横方向に往復運動しながら掃引を継続するため、主要なパターンの縁１８２と１８４との間に延在する全部の敷設パターンにわたって、本質的に連続なポリマーフィラメントが堆積される。

好ましい実施形態では、掃引機構１９８は、カムとフォロワとからなる機構を備えたサーボ駆動モータを備える。例えば、ＡＣ／ＤＣ駆動の機械的なクランクとプッシュロッドとからなる機構などの他の適切な装置も、容認される。好ましい実施形態では、マンドレル１７６は、毎分２００〜６００回転（ＲＰＭ）、好ましくは、２４０〜４００回転で回転する一方で、掃引機構１９８は、毎分約８００〜１２００の揺動で作動する。

掃引機構１９８は、ノズル１４４および減衰器１５４の基部としても機能するヒータブロック１４６に載置される。ヒータブロック１４６は、トラック４００に載置され、その上で摺動するキャリッジ４０８に取り付けられる。トラック４００は、好ましくは、マンドレル１７６に対して概して平行である。空気圧シリンダ４０２は、ヒータブロック１４６を、例えば、毎分約１〜２０の揺動でトラック４００に沿って前後に並進させる。任意選択で、ヒータブロック１４６は、パターンの縁１８４に向けて、最大４５度、ポイントノズル１４４に対して傾けられる場合がある。任意選択で、空気圧シリンダ４０２は、ノズル１４４が右側に戻る前にノズル１４４の最も左側の位置で、例えば、１〜３秒、留まるように操作される場合がある。最も右側の位置での停留は、もしあれば、好ましくは、０．５秒未満である。その両端間を移動するとき、ノズルアセンブリ１１７は概して一定の速度を有する。任意選択で、ノズルアセンブリ１１７は、サーボまたは他の機構によって往復運動する場合があり、また、非直線的な運動を有する場合がある。別の選択では、ノズルアセンブリは、横方向に移動するのではなく円弧にわたって揺れ動く場合がある。

好ましくは、複合フィラメントパターン１７２の繊維は、それがフィラメントパターン１６６、１６８、１７０、２２０、および２２１の繊維に接触するときは依然として比較的液体である。外皮または外殻が複合フィラメントパターン１７２の繊維上にまだ完全には形成されていないため、それは、接触時にフィラメントパターン１６６、１６８、１７０、２２０、および２２１の繊維に瞬時に付着する。しかしながら、フィラメントパターン１６６、１６８、１７０、２２０、および２２１の繊維の溶融を避けるために、複合フィラメントパターン１７２の繊維のある程度の減衰（attenuation）または冷却が必要である。

非限定的な一例として、複合フィラメントパターン１７２のポリマーフィラメントは、本発明のデプスフィルタにおいて、約２８０℃〜約４００℃の温度に加熱されたポリプロピレンを毎時約８ポンドの流量で約０．０１６インチのオリフィスサイズを有するノズルに通し、ノズルのオリフィスを出る溶融したポリマーの細流を覆って毎分約７標準立方フィートの流量で約２５℃の温度の外気を通すことによって生成される。他の適切なパラメータの組み合せも、使用される場合がある。

蓄積したフィラメントの塊１８６が、マンドレル１７６上に生み出される。一実施形態では、プレスローラ１８０は、ニップ２００をマンドレル１７６に接触させた状態でマンドレル１７６に対して一定の角度に向けられる。非限定的な一例として、プレスローラ１８０の外側の表面２０２は、マンドレル１７６に対して約１〜１０度だけ角度がずらされる。一実施形態では、ニップ２００は、フィラメントパターン１６６の縁１８２の近くでマンドレル１７６に接触する。プレスローラ１８０の角度付きの配置ゆえに、収集されたフィラメントの塊１８６におけるフィラメントの圧縮は、プレスローラ１８０の長さに沿って変化する。これは、半径の範囲において変化する密度勾配を有し、フィラメントパターン１６６のフィラメントの密度が、一般的に、外側のフィラメントパターンからなるフィラメントの塊よりも大きいフィラメントの塊をもたらす。

フィラメントパターン１６６、１６８、１７０、２２０、および２２１からの繊維は、繊維の複数の層からなるフィラメントの塊１８６を築き上げるように、マンドレル１７６上に連続的に形成される材料の略二次元のマットまたは層を形成する。これらの繊維は、Ｘ−Ｙ平面、もしくは長手および円周（または、横）の範囲に敷設されていると説明され得る。繊維が層ごとに築き上げられるにつれ、繊維は半径または深さの範囲を生み出す。複合フィラメントパターン１７２は、マンドレル１７６の回転と組み合わさって、ノズル１４４からの繊維を、フィラメントパターン１６６、１６８、１７０、２２０、および２２１によって生み出される帯域を通って半径方向に延在する「ｚ」方向の繊維として塊１８６へと一体化させる。フィラメントパターン１６６、１６８、１７０、２２０、および２２１は、図３に示される帯域２２を生み出す。図３のＺフィラメント３０は、複合フィラメントパターン１７２によって生み出される。Ｚフィラメント３０は、好ましくは、デプスフィルタ要素１２の回転の約１２０度以下の間に帯域２２の２つ以上の内側から外側へ、そして再び内側へ、および、デプスフィルタ要素１２の約１０回以上の回転（３６００度以上の回転）の間に帯域２２のすべてにわたる連続的なやり方で配置される。

システム１１０は、好ましくは、フィラメント送達システム２１４が、好ましくは、システム１１６において使用されるノズルのうちの１つ以上によって生み出されるフィラメントと混ざり合うようなやり方でフィラメントを送達する手段を含む点を除いて、上述のシステム１１６のそれと実質的に同様であるフィラメント送達システム２１４をさらに含む。フィラメント送達システム２１４は、１つ以上のポリマー押し出しノズルを含む場合がある。一実施形態は、フィラメントパターン１６６、１６８、１７０、２２０、および２２１、ならびにフィラメントパターン１７２のうちの少なくとも一部と混ざり合うパターンにてフィラメントの塊１８６と接触するフィラメントパターンまたは細流２２８を送達するようにマンドレル１７６に対して鋭角に配置された、減衰器２２６を備えた１つのノズル２２４を使用する。

具体的には、システム２１４は、ヒータブロック２３０と、独立して駆動される容積型計量ポンプ２３２と、モータ２３４とを備える。ヒータブロック２３０は、ノズル２２４および温度制御部２３６を備える。また、システム２１４は、ノズル２２４に結びつけられた減衰機構２２６を備える。加圧されたガスが、ガス供給源２３８から導管２４０を介して減衰機構２２６へと通される。送達システム１１６と同様に、減衰器２２６は、図示されていない任意選択のガスヒータと結びつけられ得る。別個のフィラメント送達システム１１８および２１４を備えることで、フィラメント送達システム１１８および２１４の各々が、フィラメントの塊１８６を半径、またはｚの範囲において横断するフィラメントを生み出すものの、各々のシステム１１８および２１４によって生み出されるポリマーのフィラメントの別個の制御および製造が可能になる。一実施形態では、フィラメント送達システム２１４の材料の供給源は、送達ライン１１４を介した押し出し器１１２であるが、別の実施形態では、フィラメント送達システム１１６、１１８、および２１４において使用されるものに代わる材料を供給するために、システム２１４の材料源は別個である。

送達システム２１４は、末広がりのパターン２２８に分布し、ノズル２２４および減衰機構２２６からフィラメント収集装置１７４へと向けられた、分離した本質的に連続的なポリマーフィラメントの細流を生み出す。動作の際、フィラメントパターン２２８は、末広がりのパターンで、回転しているマンドレル１７６へと向けられる。一実施形態では、フィラメントパターン２２８は、細流１６６の遠方の縁１８２と細流２２１の遠方の縁１８４との間の距離に及ぶ。代替の実施形態では、フィラメントパターン２２８は、遠方の縁１８２と１８４との間の距離には及ばないが、例えば、フィラメントパターン２２８によって網羅される距離が、各々の主要なフィラメントの細流１６６、１６８、１７０、２２０、および２２１に個々によって網羅される距離よりも長い、フィラメントの塊１８６の形成している層のかなりの部分を網羅する。好ましくは、フィラメントパターン２２８によって網羅される距離は、２つ以上の隣接する主要なフィラメントの細流１６６、１６８、１７０、２２０、および２２１によって網羅される距離よりも長い。一実施形態では、ノズル２２４は、マンドレル１７６に対して約１０度〜約２０度の鋭角に配置される。図３における静止フィラメント２８が、吹き付けパターン２２８のフィラメントに相当する。

外殻形成フィラメント送達システム２２２は、外殻形成フィラメント送達システム２２２が、好ましくは、フィラメントの塊１８６の外部の円柱形の表面上に比較的滑らかな外側の外殻帯域を生み出すように構成および配置される点を除き、上述のシステム１１６と実質的に同様である。外殻形成フィラメント送達システム２２２は、好ましくは、フィラメント送達システム１１６とは相対的に異なる位置、ポリマー処理量、および空気減衰設定を使用する。システム１１６と比べ、ノズル２４４は、好ましくは、マンドレル１７６のより近くに配置され、より少ないポリマー処理量を使用し、加えて、減衰機構２４６は、より少ない空気減衰を使用する。システム１１６と同様に、外殻形成フィラメント送達システム２２２は、ヒータブロック２４８と、計量ポンプ２５０と、モータ２５２と、温度制御部２５４と、ガス供給源２５６と、導管２５８とを含む。非限定的な一例として、フィラメントパターン２６２のポリマーフィラメントは、約２４０℃〜約３２５℃の間の温度へと加熱されたポリプロピレンを、毎時約１ポンドの流量で約０．０１６インチのオリフィスサイズを有するノズル２４４を通して押し出し、ノズルのオリフィスを出る溶融したポリマーの細流を覆って毎分約１．５標準立方フィートの流量で約２５℃の温度の外気を通すことによって生み出される。

ノズル２４４は、好ましくは、それによって生み出されるフィラメントが、フィラメントパターン２２１によって形成される外側の帯域２２ｅ上に堆積されるように配置される。この構成は、外殻の繊維と外側の帯域２２ｅの繊維との間のいくらかの結合を含む、相当の繊維対繊維の結合を備えた非常に浅い帯域または外殻を生み出す。外殻の繊維対繊維の結合は、仕上がったデプスフィルタ要素１２の表面上の緩んだ繊維の存在を本質的に排除し、もたらされるデプスフィルタ要素１２の表面積を著しく増加させる。

実例の要素は、複合運動を有する、Ｚフィラメントのノズルアセンブリで作製された。要素は、３インチ（７６ｍｍ）の内径、および６．５インチ（１６５ｍｍ）の外径を有した。要素は、２２インチ（５６０ｍｍ）の幅の吹き付けパターンを集合的に生み出した５つの固定ノズルによって生み出された５つの同心帯域を有した。Ｚフィラメントのノズルは、約１０〜１５度の幅の吹き付けパターンを生み出した減衰器を有した。Ｚフィラメントの減衰器は、毎分１２００サイクルの速さで揺動した。マンドレルは、毎分回転数４００で回転した。Ｚフィラメントの減衰器の揺動は、マンドレルにおいて約１６インチ（４１０ｍｍ）の幅の吹き付けパターンを生み出した。Ｚフィラメントのノズルは、マンドレルの自由端（図４の左側）に向けて傾けられるが、ノズルが依然として固定ノズルの吹き付けパターンのほぼ中央に向けられているようにマンドレルの自由端から離れるようにずらされているヒータブロックに載置される。ノズルアセンブリは、毎分約５．５〜６サイクルの速さで約６インチ（１５０ｍｍ）の距離にわたって往復運動する。ノズルアセンブリは、その移動の、マンドレルの自由端に最も近い側で約１〜２秒停留する。

同じ内径および外径、ならびにフィラメントの全質量の代替の要素が、ａ）Ｚフィラメントの減衰器を揺動させるが、その運動範囲のほぼ中間で固定されたＺフィラメントのノズルアセンブリを往復運動させないことによって、およびｂ）Ｚフィラメントのノズルアセンブリを往復運動させるが、Ｚフィラメントの減衰器のノズルを揺動させないことによって、作製された。

複合したノズルアセンブリの運動を伴った実例の要素と、代替の要素が、本質的に同一の条件下で試験された。要素の粉砕または他の変形の視覚的形跡はなく、また実例の要素の耐用期間を通じて濾液濁度の変更によって示される粉砕の形跡もなかった。しかしながら、代替の要素の両方が、それらの耐用期間の末期ごろに粉砕および濾液濁度の増加の視覚的形跡があった。減衰器の揺動のみを伴った第１の代替の要素は、実例の要素のわずか４０％の耐用期間と、実例の要素の汚れ保持容量のわずか５２％を有した。ノズルアセンブリの並進のみを伴った第２の代替の要素は、実例の要素の５５％の耐用期間と、実例の要素の汚れ保持容量の７５％を有した。

別の例において、２つのより小さな要素が、複合運動を有するＺフィラメントのノズルアセンブリで作製された。これらの要素は、１インチ（２５ｍｍ）の内径、および２．５インチ（６４ｍｍ）の外径を有した。要素は、４つの固定ノズルによって生み出された４つの同心帯域を有した。Ｚフィラメントのノズルは、上述のように全体的に揺動し、往復運動した。一実例では、広角の揺動が使用され、別の実例では、狭角の揺動が使用された。同じ内径および外径、ならびにフィラメントの全質量の代替の要素が、Ｚフィラメントの減衰器を揺動するが、Ｚフィラメントのノズルアセンブリを往復運動させないことによって作製された。複合したノズルアセンブリの運動を伴って作製された実例の要素と、代替の要素が、本質的に同一の条件下で試験された。代替の要素の耐用期間は、６１分である。狭角の揺動を伴った実例の要素の耐用期間は、６８分である。広角の揺動を伴った実例の要素の耐用期間は、８２分である。

米国特許第６，３５８，４１７号、第６，９１６，３９５号、第６，９３８，７８１号、および第６，９８６，４２７号が、参照により本明細書に援用される。国際公開第２０１２／０３４０２８号が、参照により本明細書に援用される。国際出願番号第ＰＣＴ／ＣＡ２０１４／０６４１２５号が、参照により本明細書に援用される。

本発明の開示を助け、本発明を実施可能にするために、本発明の１つ以上の実施形態を、図面を参照して、この詳細な説明において説明した。しかしながら、本発明は、特許請求の範囲によって定められ、特許請求の範囲をこれらの特定の例または実施形態に限定することは意図されていない。特許請求の範囲は、代替、改良、および均等物を含む場合がある。

Claims (23)

1. デプスフィルタ要素（１２）であって、
   層に堆積される１つ以上の静止フィラメント（２８）と、
   前記層を横断する横断フィラメント（３０）と、
   を備え、
   前記横断フィラメントが、螺旋に対して横断し、前記螺旋が可変直径を有する、デプスフィルタ要素（１２）。
2. 前記横断フィラメントの質量が、前記要素の外側に向かって偏っている、請求項１に記載の要素。
3. 前記横断フィラメントが、揺動の経路に従い、前記横断フィラメントが、１つの揺動において前記要素の奥行の一部を横断するが、複数の揺動にわたって前記要素の本質的に全奥行を通して横断する、請求項１または２に記載の要素。
4. 前記螺旋の一部において、前記螺旋の直径が、概して一定の割合で変化する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の要素。
5. 前記螺旋の一部において、前記螺旋の直径が、一定である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の要素。
6. 層に堆積される各静止フィラメント（２８）が、螺旋体の形態で堆積される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の要素。
7. 層に堆積される複数の静止フィラメント（２８）を有し、これらフィラメントのそれぞれが、同心円の帯域（２２）の組の１つを形成する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の要素。
8. 外側の帯域のフィラメントが、その他の帯域の少なくとも５０％を通って、別の帯域のフィラメントと重複する、交差する、または混ざり合う、請求項７に記載の要素。
9. ４つ以上の同心円の帯域、または５つ以上の同心円の帯域を有する、請求項７または８に記載の要素。
10. ２．０インチ以上、任意選択で、４．５インチ以上の外径を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の要素。
11. デプスフィルタ要素を作製する方法であって、
    １つ以上のメルトブロー固定フィラメント（２８）を、回転しているマンドレル（１７６）に向けて、１つ以上の固定ノズル（１２７、１２８、１２９、２１６、２１７）から吹き付けるステップと、
    少なくとも１つの横断フィラメント（３０）を、前記マンドレルに向けて、前記マンドレルに対して、左右に移動するか、もしくは複合運動で移動するか、またはそれらの両方であるノズルアセンブリ（１１７）から吹き付けるステップと、
    を含む、方法。
12. 前記マンドレルの長さに沿って間隔をあけられた、３つ以上の固定ノズルがある、請求項１１に記載の方法。
13. 前記固定ノズルのうちの１つ以上からの吹き付けパターン（１６６、１６８、１７０、２２０、２２１）が、隣接する固定ノズルの吹き付けパターンの少なくとも５０％と重複する、請求項１２に記載の方法。
14. 少なくとも１つの固定ノズルが、別の固定ノズルに対してある角度で整列される、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記ノズルアセンブリが、前記マンドレルの前記長さに対して並進する、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記ノズルアセンブリが、前記マンドレルに対して複合運動で移動する、請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記複合運動が、高周波の運動と、低周波の運動とを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記ノズルアセンブリの前記運動が、前記マンドレルの開放端に向かって偏っている、請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記ノズルアセンブリが、前記マンドレルの開放端近くで停留する、請求項１８に記載の方法。
20. デプスフィルタ要素を作製するための機械であって、
    回転可能なマンドレル（１７６）と、
    メルトスパンフィラメントを前記マンドレルに向けて吹き付けるように構成されている、１つ以上の固定ノズル（１２７、１２８、１２９、２１６、２１７）と、
    プレスローラ（１８０）と、
    前記マンドレルに対して移動する、ノズルアセンブリ（１１７）と、
    を備える機械。
21. 前記ノズルアセンブリが、前記マンドレルに対して並進する、請求項２０に記載の機械。
22. 前記ノズルアセンブリが、移動する減衰器（１５４）を備える、請求項２０または２１に記載の機械。
23. 前記ノズルアセンブリが、前記減衰器が前記ノズルアセンブリの残部に対して移動するよりも少ない頻度で、前記マンドレルに対して移動する、請求項２２に記載の機械。

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