JP6167154B2 - Ｈｅｐａ効率および臭気制御のためのフィルター媒体構築物 - Google Patents

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Description

［関連出願の相互参照］
本願は、２０１０年７月２２日に、米国国内企業であるＤｏｎａｌｄｓｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．（米国を除く全ての国の指定についての出願人）および米国民であるＫｉｒｉｔ Ｐａｔｅｌ（米国のみの指定についての出願人）の名において、ＰＣＴ国際特許出願として出願されるものであり、２００９年７月２２日に出願された米国仮特許出願第６１／２２７，７８４号に対する優先権を主張しており、この仮特許出願の内容は、参照により本明細書に援用される。
本発明は、一般に、積層フィルター媒体に関する。
アレルギー患者および呼吸状態の患者は、多くの場合、空気中の粒状物質に感受性である。真空掃除機および空気清浄器濾過デバイスは、家庭および職場における粒状物質を除去しようとするものであり、こうした粒子を捕捉するためのフィルターを必要とする。そのようなフィルターがなければ、真空掃除機は、粒状物質をただ空気中に戻して再循環させるだけであろう。工業用集塵装置は、規制上の要件がますます厳しくなってきているため、ますます小さい粒子をより高い割合でプロセス空気流から除去することが求められている。ガスタービン吸気濾過システムもまた、多数の非常に小さい粒子を、そうした粒子の存在がタービンブレードに修復不可能な損傷を与え得るため、除去しなければならない。環境の清潔さ、その居住者の健康、工業プロセスの効率、産業設備の保全、および生活の全体的な美しさには、サブミクロンの粒状物質が空気流からフィルターによって直ちに除去される必要がある。
そのようなシステムを通過する空気流からのサブミクロン微粒子の除去を達成するために、慣性分離器は、ただ粒状物質の経路に物理的障壁を設け、次いで粒状物質を衝突させて空気流から捕集瓶に入れるだけであることが多い。ペーパーバッグ集塵器は、袋形態の紙濾過器技術に基づくフィルターにすぎない。そのようなペーパーバッグは、空気流から微粒子を分離するために、典型的には、ただ空気流を横切って取り付けられているだけである。
より新しいフィルターは、捕集フィルターまたは平板もしくは円筒形カートリッジを備えて設計されてきている。これらの用途では、ＨＥＰＡ濾過材が使用されている。定義上、ＨＥＰＡフィルターは、直径０．３μｍ以上の空中浮揚の粒子の少なくとも９９．９７％を除去するものである。それらの一般的な信頼性および高いレベルの性能ゆえに、ＨＥＰＡフィルターは、放射性物質、アスベスト、鉛、ベリリウム、および他の有毒な微粒子の放出を最小限に抑えるために使用されることが多い。真空掃除機において、ＨＥＰＡフィルターは、空気汚染制御のために使用される。多くの場合、ＨＥＰＡ構造物は、発泡ＰＴＦＥ（ｅＰＴＦＥ）層をフィルター構築物においてメルトブロー繊維の層と合わせて含むか、またはセルロース濾紙層をフィルター構築物においてメルトブロー繊維の層と合わせて含む。これらの構造物は、多くの場合、フィルターを叩くことによって、または圧縮空気流を用いてフィルターから濾過ケークもしくは微粒子を吹き飛ばすことによって清浄にされる。
より新しいフィルターの濾過効率および清浄性は重要である。これらのフィルターは、ダストおよび汚れを除去し得なければならないが、フィルターに損傷を与えることなく容易に清浄にし得なければならない。多くの場合、ダストおよび汚れを取り除くためにフィルターで硬い物体を叩くことによって汚れたフィルターを清浄にすることは、フィルター媒体が故障する原因となり得るか、または多層要素が離層する原因となり得、その結果、フィルター構造物を通るダストおよび汚れの経路の形成により、フィルターが機能しなくなる原因となり得る。別の故障モードは、微細なダスト粒子がフィルター媒体の奥まったところに捕捉される場合に生じ、ダストが典型的なフィルター清浄機構によっては取り除かれ得ないようになり、その結果、真空力が減少し、フィルター寿命が短くなってしまう。
真空掃除機バッグにおいて微細繊維層を用いるダストフィルター真空掃除機技術の一例は、Ｅｍｉｇらの特許文献１である。発泡ＰＴＦＥを用いる湿式／乾式真空掃除機におけるフィルターカートリッジの一例は、Ｓｃａｎｌｏｎらの特許文献２である。スクリム化（ｓｃｒｉｍｍｅｄ）ＨＥＰＡ媒体などのフィルター材料は、多くの場合、高い効率を有するが、多くの場合、耐用年数が短く、水曝露により劣化し得る。
米国特許第６，３９５，０４６号明細書 米国特許第５，７８３，０８６号明細書
より小さい圧力低下およびより高い効率を維持しながら臭気を除去するのに適したフィルター媒体構築物の必要性が依然としてある。さらに、ＨＥＰＡ効率、臭気制御、および抗微生物処理を単一の媒体で提供して、カートリッジ媒体中でのカビの生育を制御するフィルター媒体構築物の必要性が存在する。
本発明は、一般に、改善された臭気制御および濾過のための多層ＨＥＰＡフィルター媒体に関する。本発明は、改善された臭気制御のための多層抗微生物ｅＰＴＦＥ ＨＥＰＡフィルター媒体を提供する。この媒体は、特に、真空掃除機の空気濾過カートリッジ用途のために設計されているが、これは、様々な他の濾過システムにも使用され得る。そのようなシステムとしては、空気清浄器濾過、住宅および工業用建物の中央空気濾過（ＨＶＡＣ）、クリーンルーム、ならびに超小型電子デバイスが挙げられるが、これらに限定されない。
当該フィルター媒体構築物は、上流側媒体層と、二成分ポリエチレン／ポリエチレンテレフタレート（ＰＥ／ＰＥＴ）層と、ベース層との少なくとも３層を典型的に含む。１つの実施形態において、ＰＴＦＥが、上流側媒体層に使用される。別の実施形態において、上流側媒体層に使用されるＰＦＴＥは、発泡ＰＴＦＥ（ｅＰＴＦＥ）である。ｅＰＴＦＥフィルム層は、ＨＥＰＡ効率およびＨＥＰＡ効率での最小限の圧力低下を伴う軽打清浄性（ｔａｐ ｃｌｅａｎａｂｉｌｉｔｙ）をはじめとする、濾過媒体にとって重要な利点をいくつも提供する。１つの実施形態において、二成分層は、不織布ポリエチレン／ポリエチレンテレフタレート（ＰＥ／ＰＥＴ）を含む。特定の実施形態において、ベース層は、活性炭を含む。
本概要は、本願の教示のうちのいくつかの概説であって、本主題の排他的または包括的な扱いを意図するものではない。さらなる詳細は、詳細な説明および添付の特許請求の範囲において見出される。他の態様は、以下の詳細な説明を読み、理解し、その一部を構成する図面を考慮することによって当業者に明らかとなるであろうが、これらはそれぞれ、限定的な意味で解釈されるべきではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの法的均等物により規定される。
本発明は、以下の図面と関連付けて、より完全に理解され得る。
本発明に従うフィルター構築物の概略正面透視図である。 本発明の１つの実施形態に従う多層フィルター媒体の横断面図である。 図２に示されたフィルター媒体の走査電子顕微鏡マイクログラフである。 本発明の１つの実施形態に従う多層フィルター媒体の横断面図である。 本発明の１つの実施形態に従う多層フィルター媒体の横断面図である。 本発明の１つの実施形態に従う多層フィルター媒体の横断面図である。 本発明の１つの実施形態に従う多層フィルター媒体の横断面図である。 本発明に従って作製された媒体をアンモニアでチャレンジしたガス排出試験（ｏｆｆ−ｇａｓｓｉｎｇ ｔｅｓｔ）を行った試験結果を示している。 本発明に従って作製された媒体をＨ２Ｓでチャレンジしたガス排出試験を行った試験結果を示している。 本発明の１つの実施形態において使用される媒体の２つの異なる試料についての分別効率を示している。
本発明は、様々な改変および代替形態が可能であるが、その特定のものが、例として、図面によって示されており、詳細に説明されることになる。しかしながら、本発明は、説明された特定の実施形態に限定されないことが理解されるべきである。それどころか、本発明は、本発明の精神および範囲の内に入る改変物、均等物、および代替物を対象として含むことを意図するものである。
汎用の真空掃除機および湿式／乾式真空掃除機システムの市場は、ここ数年の間に、真空掃除機およびそのフィルターに対して一層高い性能基準を課すようになってきている。こうしたデバイスは、住宅、駐車場、地階、店舗、庭、および様々な産業環境におけるしばしば厳しいこともある湿潤または乾燥環境から真空掃除機によって得られた流れから、ますます小さい粒子をますます高い割合で除去することが求められている。この要求の高まりは、健康の改善、アレルギーの低減、清浄性の改善、周囲粒子総数の低減の必要性、ならびに住宅、店舗および産業環境に関する他の要件を満たすものである。
先行技術のフィルター媒体は、濾過装置および方法における割り当てられた役割において適切な性能を有してきた。しかしながら、これらの媒体は全て、様々な問題を抱えている。現在のところ、フィルター技術は臭気制御を提供してはいるものの、改善された臭気制御が望まれている。湿ったフィルターは、しばしばフィルター上での好ましくないカビおよび白カビの生育を促進する。このカビが、延いてはカビ胞子を生成し、これが、空気に汚染を加え得る。さらに、典型的に、住居または他の非工業用途に対して所望の効率を達成し得るフィルターは、その用途にとっては大きすぎるフィルター媒体を横切る圧力低下をもたらすことが多い。
本発明は、改善された臭気制御のための多層抗微生物ｅＰＴＦＥ ＨＥＰＡフィルター媒体を提供する。この媒体は、特に、真空掃除機の空気濾過カートリッジ用途のために設計されているが、これは、様々な他の濾過システムにも使用され得る。そのようなシステムとしては、空気清浄器濾過、住宅および工業用建物の中央空気濾過（ＨＶＡＣ）、クリーンルーム、ならびに超小型電子デバイスが挙げられるが、これらに限定されない。
フィルター構築物
図１を参照すると、実施例実施形態のフィルター媒体構築物１０は、上流側媒体層２０と、二成分（ＰＥ／ＰＥＴ）層３０と、ベース層４０との少なくとも３層を含む。使用において、気流は、上流側媒体層２０から出発し、二成分層３０を通過し、ベース層４０を通って出る。
１つの実施形態において、ＰＴＦＥが、上流側媒体層２０に使用される。１つの典型的な実施形態において、上流側媒体層２０に使用されるＰＦＴＥは、発泡ＰＴＦＥ（ｅＰＴＦＥ）である。ｅＰＴＦＥフィルム層は、任意選択的なＨＥＰＡ効率およびＨＥＰＡ効率での最小限の圧力低下を伴う軽打清浄性をはじめとする、濾過媒体にとって重要な利点をいくつも提供する。ＨＥＰＡ効率は、０．３マイクロメートル粒子で最低９９．９７％として定義される（米国基準）。
１つの実施形態において、ベース層４０は、活性炭層を含み、上流側媒体層２０は、ｅＰＴＦＥである。別の実施形態において、活性炭層は、最低４５％の活性炭を含む。ｅＰＴＦＥ濾過層は、熱および圧力下でローメルト二成分層３０を用いてカーボンベースの媒体と結合される。
図２は、上流側媒体層２０がｅＰＴＦＥフィルムを含み、二成分層３０が不織布ＰＥ／ＰＥＴであり、ベース層４０が活性炭を含む、本発明の１つの実施形態を示している。二成分層３０は、抗微生物物質で処理され得る。図２に示されるように、二成分層３０はまた、代替的に、ローメルト接着剤ウェブを用いても形成され得る。さらに、ベース層活性炭が、抗微生物物質で処理され得る。図３は、図２に示されたフィルター媒体の走査電子顕微鏡マイクログラフを示している。
１つの実施形態において、図４に示されるように、ベース層４０は、活性炭およびナノ繊維を含み、上流側媒体層２０は、ＰＴＦＥである。
１つの実施形態において、図５に示されるように、ベース層４０は、カーボン粒子を含むメルトブロー媒体であり、上流側媒体層２０は、ＰＴＦＥである。
１つの実施形態において、図６に示されるように、ベース層４０は、カーボン粒子を含む、粒子多配合（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｌａｄｅｎ）メルトブローナノ繊維であり、上流側媒体層２０は、ＰＴＦＥである。
１つの実施形態において、ベース層４０は、カーボン粒子をさらに含有する粒子多配合メルトブロー材料であり、上流側媒体層２０は、Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．（Ｂｌｏｏｍｉｎｇｔｏｎ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）によって作り出されたナノ繊維である。この実施形態は、図７に示される。１つの実施形態において、このナノ繊維は、片面がコーティングされ得る。別の実施形態において、このナノ繊維は、両面がコーティングされ得る。種々の実施形態において、ナノ繊維媒体は、他の媒体（例えば、カーボン配合メルトブロー媒体）と一緒にひだ折りされ（ｃｏ−ｐｌｅａｔｅｄ）得る。
例示的材料
本発明は、様々な材料を用いて構築され得る。定義上ＨＥＰＡフィルターは直径０．３μｍの空中浮揚の粒子の少なくとも９９．９７％を除去するものであるから、ＨＥＰＡ濾過材が好ましい。しかしながら、フィルターの構築物であることから、本発明のフィルターを構築するために使用される出発材料がＨＥＰＡ効率ではなくても、フィルター媒体構築物全体はＨＥＰＡ効率となり得る。１つの実施形態において、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が、上流側媒体層に使用される。発泡ＰＴＦＥ（ｅＰＴＦＥ）もまた、本発明において利用され得る。典型的に、ｅＰＴＦＥ媒体は、非常に大きい圧力低下および適度のＨＥＰＡ効率を有している。
代替的に、図７に示されるように、上流側媒体層２０は、ナノ繊維（例えば、Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．（Ｂｌｏｏｍｉｎｇｔｏｎ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）によって作り出されたナノ繊維）を含み得る。こうしたナノ繊維は、中程度の濾過効率を有する低コストの選択肢を提供する。こうしたナノ繊維の例として、メルトブローカーボン媒体と一緒にひだ折りされたまたは結合された、片面がコーティングされたものおよび両面がコーティングされたものが挙げられる。メルトブローカーボン媒体は、様々な商業的供給源（例えば、Ｈｏｌｌｉｎｇｓｗｏｒｔｈ ａｎｄ Ｖｏｓｅ（Ｅａｓｔ Ｗａｌｐｏｌｅ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ））から入手可能である。
１つの実施形態において、二成分層３０は、ポリエチレン／ポリエチレンテレフタレート（ＰＥ／ＰＥＴ）を含み得る。別の実施形態において、二成分層３０は、ローメルト接着剤ウェブを含み得る。
１つの実施形態において、ベース層４０は、活性炭を含む。１つの好ましい実施形態において、ベース層４０は、最低４５％の活性炭を含む。ベース層は、抗微生物処理を行うかまたは行わずに製造され得る。代替的に、ベース層４０は、活性炭とともにナノ繊維を含む。本願において、ナノ繊維は多機能目的を有しており、ｅＰＴＦＥフィルムから脱出した空中浮揚の汚染物質を捕捉するのに役立つことに加え、ナノ繊維は、ＰＴＦＥフィルムのみが使用される場合よりも、全体的な圧力低下を小さくする。したがって、こうした材料の使用により、出発ＰＴＦＥフィルムがＨＥＰＡ効率である必要はなくなる。
別の実施形態において、ベース媒体４０は、カーボン粒子を含んだメルトブロー媒体を含む。カーボン粒子を含んだメルトブロー媒体は、２つの目的に役立つ。これは、臭気制御を助けるだけでなく、ｅＰＴＦＥフィルム層を脱出した空中浮揚の汚染物質を捕捉するのにも役立つ。さらに、全体的な圧力低下はＰＴＦＥフィルムのみが使用される場合よりも小さくなるので、出発ＰＴＦＥフィルムは、ＨＥＰＡ効率である必要はない。
さらに別の実施形態において、ベース媒体４０は、ナノ繊維を含んだカーボン粒子多配合メルトブロー媒体を含む。そのような材料は、より小さい圧力低下およびより高い効率を有するとともに、臭気を除去するのに適している。この実施形態の出発ＰＴＦＥフィルムは、ＨＥＰＡ効率である必要はない。
ベース媒体４０に使用され得る１つの例示的な材料は、Ｌｙｄａｌｌ，Ｉｎｃ．（Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ）によって開発された２種一体型（２−ｉｎ−１）カーボン支持体である。そのような材料の一例は、Ｌｙｄａｌｌ，Ｉｎｃ．（Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ）によって開発されたＣ−６８０ ＡｃｔｉＰｕｒｅ（登録商標）媒体である。このＡｃｔｉＰｕｒｅ（登録商標）媒体は、不織布材料および活性炭を含む。
Ｉｎｔｅｒｂａｓｉｃ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｉｎｃ．（ＩＢＲ）が、媒体に対し、効率試験およびガス排出試験を行った。これを、図８Ａおよび８Ｂに示す。これらの試験は、真空掃除機の臭気制御のためにＩＢＲが開発した試験である。ガス排出試験に関して、媒体は、アンモニアおよびＨ２Ｓでチャレンジされた。
図８Ａは、静的条件下での充填された真空掃除機フィルターからのガス排出を測定するために媒体をアンモニアでチャレンジしたガス排出試験を行った試験結果を示している。ガス排出試験において用いられた汚染物質は、２００ｐｐｍ（体積）のアンモニアで飽和させた５０ｇのＩＥＣ ６０３１２試験用家庭ダストであった。この試験は、華氏７０度にて、相対湿度４８％および気圧７３６ｍｍＨｇで行った。試験された媒体試料は、ポケット状に成形された１２インチ×１２インチ（３０．４８センチメートル×３０．４８センチメートル）のフラットシート媒体であり、これに５０グラムのダストを充填した。
図８Ｂは、静的条件下での充填された真空掃除機フィルターからのガス排出を測定するために媒体をアンモニアでチャレンジしたガス排出試験を行った試験結果を示している。ガス排出試験において使用された汚染物質は、この試験では、２００ｐｐｍ（体積）のＨ２Ｓで飽和させた５０ｇのＩＥＣ ６０３１２試験用家庭ダストであった。この試験は、華氏７１度にて、相対湿度４７％および気圧７３９ｍｍＨｇで行った。試験された媒体試料は、ポケット状に成形された１２インチ×１２インチ（３０．４８センチメートル×３０．４８センチメートル）のフラットシート媒体であり、これに５０グラムのダストを充填した。
図９に示されたベース媒体４０における使用のための別の例示的な材料は、その媒体の２つの異なる試料についてのこの材料の分別効率を示す。
さらに、フィルター媒体１０は、微細な微粒子を除去する効率を改善するためおよび他の目的のために任意の数の方法で処理され得る。例えば、１つ以上の微細繊維層を有するセルロース媒体または当業者に知られた他の種類の媒体が使用され得るのと同様に、静電処理された媒体が使用され得る。フィルター媒体１０はまた、フィルター上でのカビの生育を防止するために、抗微生物物質で処理され得る。抗ウイルス剤または抗菌剤もまた、感染性因子の個体数を減少させるためにフィルター媒体１０を処理するのに使用され得る。
本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、内容が明らかに別のことを指示しない限り、複数への言及を包含するということに留意されたい。また、用語「または（ｏｒ）」は、内容が明らかに別のことを指示しない限り、一般に、「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」を包含する意味で使用されるということにも留意されたい。
本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、語句「構成される（ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ）」は、特定の仕事を遂行するかまたは特定の構成を採用するように構築または構成されるシステム、装置、または他の構造物を記載するということにも留意されたい。語句「構成される」は、他の類似の語句（例えば、「配置される（ａｒｒａｎｇｅｄ）」、「配置され、構成される」、「構築され（ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ）、配置される」、「構築される」、「製造され（ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ）、配置される」など）と交換可能に使用され得る。
本明細書中の文献および特許出願は全て、本発明が関わる当業者のレベルを示すものである。全ての文献および特許出願は、各個々の文献または特許出願が具体的かつ個別的に参照により示された場合と同じ程度に参照により本明細書に援用される。
本願は、本主題の改造物または変形物を対象として含むことが意図されている。上記の記載は、例示することが意図されるものであり、限定することが意図されるものではないことが理解されるべきである。本主題の範囲は、添付の特許請求の範囲を、当該特許請求の範囲が権利を有する均等物の全範囲とともに参照して決定されるべきである。

Claims (3)

  1. ナノ繊維を含み、上流側に配置される上流側媒体層と、
    二つの成分を含む二成分層であって、前記二成分層の二つの成分は、ポリエチレンとポリエチレンテレフタレートであり、前記二成分層は不織布として構成される、前記二成分層と、
    活性炭を含むベース媒体層と
    を含み、
    上流側媒体層は、二成分層によりベース媒体層に結合され、
    上流側媒体層、二成分層およびベース媒体層を含む層全体としてＨＥＰＡ効率である、多層フィルター媒体構築物。
  2. 前記上流側媒体層が、非ＨＥＰＡ効率である、請求項１に記載のフィルター媒体構築物。
  3. 前記上流側媒体層が、ＰＴＦＥを含む、請求項１に記載のフィルター媒体構築物。
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