JPH0636843B2

JPH0636843B2 - フィルタ装置

Info

Publication number: JPH0636843B2
Application number: JP2035046A
Authority: JP
Inventors: スタファン・ビー・リンナーステン
Original assignee: Pall Corp
Current assignee: Pall Corp
Priority date: 1989-02-15
Filing date: 1990-02-15
Publication date: 1994-05-18
Anticipated expiration: 2009-05-18
Also published as: CA1339960C; EP0589538A1; EP0383525A1; DE69033336D1; GB9003242D0; JPH02277514A; DE69033336T2; EP0383525B1; DE69008214D1; GB2228213B; GB2228213A; EP0589538B1; DE69008214T2

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、フィルタ装置、詳細には空気のような気体か
らエアロゾル（煙霧質）を含む粒子を除去するように設
計されたフィルタに関する。

従来の技術輸送及び産業における最近の傾向は、環境からの汚染物
質を除去する手段としての空気濾過に関する需要に力点
が置かれている。新しい商業航空機における空気の再循
環の割合が増加することにより、航空作業員の作業環境
における空気媒介される細菌及びビールスの増加レベル
に関する関心が増加した。

生存能力のある微生物がエアロゾル内に存在可能で、空
気循環システムを通って空気により移送されることによ
り拡散され得ることは十分確立された知識である。これ
ら微生物はかなりの期間、空気に媒介されて生存可能で
ある。この生存期間は微生物の種類及び環境の湿度によ
り決定される。かなりの割合のエアロゾル内の微生物が
旅客機の商業的飛行を通して生存するということは十分
予想できる。

任意の応用例における空気濾過の必要について考察する
と、どのようにエアーのフィルタが作用し、どのように
それが検査され、定格が決定されるかにつき作業知識を
有することは有用であろう。エアフィルタは通常は0.01
ミクロン以上の粒子を濾過処理しなければならない。参
考に述べれば、１ミクロンは0.000039インチであり、肉
眼で見ることのできる最小の粒子は40ミクロンである。
通常のビールス及び最少の煙草の粒子は0.01ミクロンの
寸法である。

フィルタにより気流から粒子が除去される３つのメカニ
ズムは、直接の遮断、慣性的衝突(inertial impactio
n)、及び拡散性遮断である。

直接の遮断は最も単純かつ最も容易に理解されるメカニ
ズムである。フィルタ媒体は繊維マトリックスからな
り、形成された開口部あるいは穴を空気が通過する。空
気中の粒子が該穴おより大きければ、該穴において直接
の遮断により除去される。

フィルタは又、慣性的衝突によってフィルタの穴よりも
大きい粒子を除去することもできる。空気がフィルタ媒
体の個々の繊維の周囲を流れる時に、より高い密度の粒
子は空気の流れからそれて繊維に衝突する。衝突した粒
子は例えばファンデルワールスの力のような力により繊
維に接着し、なお空気の流れの力を受けている。より大
きな粒子はより高い衝撃の可能性を有しているが、同時
に接着力に打ち勝ち、粒子を繊維から引き剥そうとす
る、より大きな空気力学的力を受ける。

実際には、異る粒子密度及び強い流量のせいで生ずるか
なりの変化により、およそ0.5 ミクロン以上及び２〜10
ミクロン以下の粒子は衝突し、繊維表面に保持される。
0.3 〜0.5 ミクロンより小さい直径の粒子は繊維に衝突
せず、このメカニズムにより効率的に除去されない。

気体の分子はランダムな方向に一定の運動をしている。
気体中に浮遊する非常に小さい粒子は運動する分子が衝
突してランダムな運動を行う。そのような運動は「ブラ
ウン運動」と称される。

ブラウン運動は、より大きな粒子について前述した慣性
的効果とは全く異る方式で、小さい粒子を気流からそら
す。これらのランダムな粒子の脱線により、拡散性衝突
と称するメカニズムにより、個々のフィルタ繊維上に粒
子が集まる。実際には、およそ0.1.〜 0.3ミクロンの粒
子がこのメカニズムにより効率的に除去される。

すべての気体フィルタは、ある程度この３つのメカニズ
ム、直接遮断、慣性的衝突、及び拡散性遮断のすべてを
組み合せている。通常のフィルタの除去効率が粒子寸法
の関数として測定される場合、およそ0.3 ミクロンの直
径の粒子に対しては最低の効率が、それより大きいもの
と小さいものについては、より大きな効率が観察され
る。この行動は以下の要因から生ずる。

１．拡散性遮断により、およそ0.1 ミクロン以下の粒子
が多く除去されるが、それより大きな粒子に対しては急
速に減少する。

２．0.5 ミクロンを下まわる粒子の慣性的衝突による除
去の効率は低い。これは0.1 ミクロンを超える粒子の拡
散性遮断の減少と組み合せにより、0.3 ミクロンについ
て最低の効率となる。一般的に、効率は0.2 〜0.4 ミク
ロンで最低である。

３．0.5 ミクロンを超えて２〜20ミクロンまでは、慣性
的衝突及び接着が高く、除去効率は増加する。

４．２〜10ミクロンの範囲を超える寸法においては、通
常のフィルタ媒体は直接遮断によりほぼ100 ％の除去効
率を提供する。

所定のフィルタ媒体の除去効率は粒子寸法、流速、及び
媒体の厚さ、を含むいくつかの変数による。粒子寸法の
効果は議論されるところである。要約すると、所定フィ
ルム媒体及び流通条件に対して、効率が最低となるいく
つかの最もよく貫通する粒子寸法があることが言える。
最もよく貫通する寸法の粒子よりも大きいか小さいかの
粒子寸法において、より効率が高い。

粒子除去に関する流速の効果は濾過機構により異る。流
速が増大すると、空気の流れから粒子をそらせる慣性的
効果が増加するため、粒子の捕捉が増加する。このメカ
ニズムの効果はより小さい粒子寸法の範囲へ拡張される
べきである。拡散性遮断が除去機構を支配している、非
常に小さい粒子寸法の範囲では、流速が増加すると除去
効果が減少する。フィルタ媒体内部での滞留時間が減少
すると、ランダム運動による遮断の可能性が減少する。
フィルタ媒体を通過する流速の増加の正味の効果は最低
効率を減少させ、最もよく貫通する粒子の寸法を減少さ
せる。

所定の粒子寸法に対するフィルタ媒体の除去効果は、フ
ィルタ媒体の厚さを増やすと増加する。例えば、あるフ
ィルタ媒体は0.3 ミクロンの粒子90％除去する、つまり
流入した粒子の10％が通過する。媒体の層を追加する
と、該層は残りの10％の90％を除去する、つまり全体の
１％のみが通過する。２層のフィルタの全体効率は99％
となる。更に層を追加すると、効率は99.9％、99.99％
・・・となる。層を厚くするのと同様の効果が、フィル
タ媒体を１層でなく、複数層にすることによっても達成
される。空気濾過に対しては、0.3 ミクロンの粒子に対
しては、十分な厚さを有するフィルタ媒体を製造するこ
とにより、0.3 ミクロンの数倍の穴を有するフィルタ媒
体を使用して、非常に高い効率が達成可能である。

フィルタ媒体の穴を小さくすることによっても、高い効
率を達成することができる。より小さい穴寸法により、
すべての粒子寸法に対し、３つのメカニズムすべてが作
用して除去の可能性を増加する。

同様の変数が流れ抵抗あるいはフィルタ媒体にかかる圧
力降下に影響する。流速を増し及び／又はフィルタ媒体
の厚さを増すと、フィルタ媒体の穴寸法を減少させると
同様に、フィルタ媒体にかかる圧力降下が増大する。フ
ィルタにかかる許容される圧力降下は、殆どの吹気(blo
w air)システムにおいて制約されているため、これら変
数のすべて及びその正味効果は特定の応用事例において
フィルタを設計し選択する場合に考察しなければならな
い。

高効率の空気フィルタの性能は一般に該フィルタにより
除去された粒子の％により報告される。上述の議論か
ら、報告された効率は粒子寸法及び流速に関係している
としなければならない、ということがわかる。フィルタ
媒体を定格づけ、仕様明細を述べる場合、検査には通常
は流速が選択される。この速度はフィルタ組立体に使用
される範囲内でなければならない。完成したフィルタに
対しては、効率は通常、フィルタの全面にかかる平均速
度に関連するフィルタの定格流速で報告される。

理想的には、フィルタの除去効率は粒子寸法の連続する
関数として報告される。特定の寸法のエアロゾルを発生
させ、測定することが困難な場合は、この検査は費用が
かかる。他の検査方法は、最もよく貫通する粒子寸法に
対する最低の効率を測定し報告することである。この検
査方法は、HEPA（高効率粒子気体）により選定(deisgna
ted)されたフィルタ等級を定義するために採用されてき
た。HEPAの条件は高効率空気フィルタを選定するために
使用されることが多いが、これは特に、0.3 ミクロンの
単分散ジオクチルフタレート（ＤＯＰ）の粒子に対し、
99.97 ％の最低効率を有する空気フィルタとして定義さ
れている。0.3 ミクロンの粒子寸法は、それが上述のよ
うなこの方式のフィルタに対する最もよく貫通する粒子
寸法として一般に受け入れられている範囲にあるため、
選択された。

フィルタの効率を記述する最も明確な方法は特定の粒子
寸法あるいはエアロゾルに対する除去効果率を述べるこ
とである。HEPAフィルタに対して特定された検査エアロ
ゾルは単分散ジオクシルフタレート（ＤＯＰ）である。
このエアロゾルな、温度的に発生したＤＯＰと称される
ことがあるが、熱により発生した上記を濃縮することに
より形成される。発生したエアロゾルは0.3 ミクロンの
平均寸法を有する。フィルタ検査においては、該エアロ
ゾルの濃度は、前方光散乱技術(forward light scatter
ing techniques)を使用して、フィルタの上流及び下流
の両方で測定される。

現場検査及び漏れ検査及びいくつかの性能検査は、多拡
散あるいは異成分ＤＯＰエアロゾルを使用して実行され
る。このエアロゾルは、ＤＯＰオイル槽に配置した特に
指定したノズルを通して圧縮空気を通過させることによ
り発生する。発生したエアロゾルは、平均0.7 ミクロ
ン、0.3 ミクロン以下から、3.0ミクロンまでの粒子寸
法範囲のエアロゾルを含む。

発明が解決しようとする課題最近、フィルタの設計にはかなりの革新がある。最初
は、フィルタは「目づまり」になる前の限定されたダー
ト能力を有する表面フィルタにすぎなかった。これらは
フィルタを通って空気を通すのにかなりの圧力を必要と
した。圧力は目づまり効果のせいで使用によりかなり増
加した。もちろん、圧力が増加すると、フィルタの破壊
を生じ、そうでない場合でも、運転に費用がかかり騒音
も大きい強力な推進モータを必要とした。

それに加えて、該フィルタ自体も、仕事量の増加はフィ
ルタの表面積を増加させることによってのみ増加したの
で、その容積が増大した。

ファイバーマトリックスフィルタの発展により、これは
デプスフィルタと称されるが、フィルタのダート能力が
飛躍的に増加した。該フィルタの効用と使用方法は詳細
に議論された。

２番目の大きな発展は、粒子を含む空気が所与のユニッ
ト寸法に対し、はるかに大きなフィルタ表面積に接触す
るように、フィルタ媒体が折畳まれたフィルタ組立体の
製造にあった。ある装置においてはこのアイデアが採用
され、更に空気の流れに対しフィルタ表面が増加するよ
うに次に折畳まれた波状シートフィルタが提供されてき
た。

最も必要の多い濾過の応用例は航空機の客室の空気の濾
過である。該フィルタ用の設計仕様はフィルタにかかる
圧力降下が非常に低く、つまり、空気の通過に対する抵
抗が低く、濾過効率が高く、非常に使用期間が長いこと
が要求される。低い効率でもよければ、圧力降下の低い
フィルタを提供することは容易である。しかしながら、
要求はそうではない。それにもかかわらず、空気循環シ
ステムに対する騒音及び動力の要求を減少するように、
低い圧力降下は非常に重要である。その上、比較的ダー
トの多い空気を再循環することは受け入れがたい。

航空機の機内の空気の濾過は、濾過すべき空気がじゅう
たん、シート生地、客の衣服、などにより非常に繊維素
材が多いため、非常に困難である。これら繊維はフィル
タの上流表面に集まりやすく、フィルタにかかる圧力降
下のためにフィルタの表面をつまらせる傾向がある。従
来のフィルタにより、そのような繊維性の物質を除去す
るために、プレフィルタを取り付けることが必要である
ことが多い。このため更に保守の問題が生ずる、つま
り、技師は目づまりしたプレフィルタを交換するが、フ
ィルタ自体のダート処理能力が限度に到達しそうである
ことがわからない。その結果、２度の保守の必要が短時
間に発生する。

課題を解決するための手段本発明は、使用効率及び寿命を犠牲にすることなく、フ
ィルタにかかる圧力降下が予想外に小さい特別の設計特
徴を有する高効率空気フィルタに関する。これは、フィ
ルタにかかる圧力降下が非常に低い、非常にコンパクト
な形態の高効率濾過と寸法の安定性とを有するようにフ
ィルタが製造できることが発見されたことにより可能と
なった。この新しい発見により、航空機の設計者の最も
要求する標準に適合する高効率空気フィルタの設計と同
時に、空気で運ばれる繊維を遮断するためのプレフィル
タを排除することが可能となった。

本発明は、ミクロプリーツ(micropleat)の多孔性シート
であり、このミクロプリーツは臨界半径(critical radi
us)よりも大きくない折り曲げ半径を有し、該ミクロプ
リーツシートはマクロプリーツ(macropleat)に形成され
ている。

本発明はまた、ミクロプリーツ付多孔性シートと、ミク
ロプリーツの頂部にわたって配置した少なくとも１本の
接着材ストリップとからなるフィルタであり、該ミクロ
プリーツシートはマクロプリーツに形成されている。

本発明の好ましい実施例は流入側面から流出側面への流
路を形成するフレームを含み、そこに該プリーツ付シー
トが流路にまたがり該フレーム内に配置されている。他
の好ましい実施例は0.254〜0.381 mmの間の臨界半径を
有し、ミクロプリーツの軸線に対し垂直なミクロプリー
ツの頂部に平行に設けた複数の接着材ストリップを有す
ることができ、あるいは該ミクロプリーツの軸線に平行
な軸線を有するマクロプリーツを有してもよい。それに
加えて、好ましい実施例は、デプスフィルタ材料あるい
は多孔性のウエブ材料に支持された多孔性シートを含
む。

本発明は更に、多孔性シート内にミクロプリーツを形成
し、ミクロプリーツシートを安定させるように、ミクロ
プリーツシートの少なくとも１つの表面にあるミクロプ
リーツの頂部に熱溶融接着材の流れを設け、該ミクロプ
リーツシートを連続するマクロプリーツに形成する段階
からなる、フィルタを製造する方法を提供する。

この方法の好ましい実施例は、該接着材を該マクロプリ
ーツを形成する前に接着材を設け、あるいはミクロプリ
ーツシートに沿って所定の間隔を置いて接着材ストリッ
プを溶かしてミクロプリーツの軸線に平行な軸線を有す
るマクロプリーツを形成する段階を含んでもよい。

用語「マクロプリーツ」はここでは好ましくは少なくと
も5.1 cm（２インチ）の深さを有するプリーツに、「ミ
クロプリーツ」は好ましくは2.54cm（１インチ）以下の
深さを有するプリーツを称するのに使用される。ミクロ
プリーツとマクロプリーツの両方を有する任意の特定の
構造においては、マクロプリーツの深さはミクロプリー
ツのそれの少なくとも６倍またはそれ以上、好ましくは
少なくとも８倍の深さである。

本発明を実施する高効率フィルタの設計は、使用される
場合に、フィルタにかかる圧力降下を最少にする。これ
がどのように達成されるかを理解することは、フィルタ
にかかる全体の圧力降下(P_t)の形成に関する要素を理解
することである。これはいくつかの要素の総計であるこ
とがわかっている。

P_m−フィルタ媒体の性質（空間部分、容積、ファイバー
寸法等）と空気の流速に依存する媒体の圧力降下 P_d−ダート因子。フィルタ内にダートが堆積するにつれ
て、空気の流路をつまらせ、あるいはそれの寸法を縮小
して、それ自体の抵抗を流れに与える。

P_g−フィルタ媒体の造形に依存する造形因子、例えば、
フィルタ媒体がＶプリーツに形成されている場合のプリ
ーツの幅。

P_e−排出因子。空気が出口マニフォルド内の狭い個々の
通路を通って排出される場合、拡張とそれに続く圧力降
下がある。

P_c−部分的にミクロプリーツの数量、寸法、及び形状に
依存する形状因子。

現在では、P_cはミクロプリーツの「曲げ半径」("R")に
厳密に依存していることがわかっている。該曲げ半径は
フィルタ媒体内のミクロプリーツの１つの根本の内側表
面に一致する円弧を基礎に描くことのできる想像上の円
形の半径である。実際に、他の変数がすべて一定である
場合は、P_cは(K-R)³に反比例する。ただしＫは定数であ
る。ここでＲ以外の設計及び検査条件がすべて一定に保
たれ、グラフが全圧力降下P_tがプロットされる場合は、
その結果は第２図に示されているグラフと類似の形状で
ある。このグラフは湾曲点「Ｘ」を有し、その点におけ
る「Ｒ」の値は「臨界半径」として定義される。該臨界
半径を超えると、全圧力降下は急速に増大する。それを
超えない範囲では、比較的安定した圧力降下が見られ
る。かくて、他の設計因子がすべて一定に保たれている
場合は、フィルタにかかる圧力降下をできるだけ低くす
るための要点は、ミクロプリーツが該臨界半径よりも小
さい曲げ半径を有することである。

臨界半径の実際の寸法は、上述のような因子の数に依存
するが、好ましいミクロプリーツ及びマクロプリーツの
構造に対しては、ほぼ0.38mm（0.0015インチ）以下であ
り、より実用的には0.025 mm（0.01インチン）以下であ
る。

該エアフィルタ任意の適当な、多孔性の重合膜を含む多
孔性シートからなる。好ましい実施例においては、エア
フィルタは様々なデプスフィルタであり、そのため、粒
子状物体がシート内の繊維により形成された曲がりくね
った通路に沿って通過する間に捕捉される、繊維性のシ
ートからなる。

デプスフィルタ自体は厚さ0.76mm（0.03インチ）まで
の、好ましくは0.25mm（0.01インチ）から0.51mm（0.02
インチ）までの、例えば0.38mm（0.015 インチ）のシー
トの形状をしている。この層はミクロプリーツに形成さ
れ、つまり、反復するＶ字形の構造が押し付けられてい
る。ミクロプリーツの深さは（これはプリーツの山から
谷までを連結する想像上のラインの間の垂直距離であ
る）シートの厚さの10〜100 倍が好ましい。そのため一
般に、これは、この深さが0.254 cm（0.1 インチから2.
54cm（1.0 インチ）までであることを意味するけれど
も、0.89cm（0.35インチ）のような、0.76cm（0.3 イン
チ）から 1.3cm（0.5 インチ）であることが好ましい。
そのため、該ミクロプリーツは非常に浅いことが好まし
い。

シート内のミクロプリーツの谷の曲げ半径は、例えば0.
13cm（0.005 インチ）のような、0.25cm（0.01インチ）
より小さいことが好ましい。明らかに、理論上よりも実
用上、該半径の小さい方の限度に関する制約がある。し
かしながら重要なことは、臨界半径以上の曲げ半径を超
えて、フィルタに生ずる圧力降下は、最も予期しない方
式でかなり上昇するということである。これは第１図に
示されたグラフを参照して描かれている（後述する）。

本発明を実施したフィルタは、その構造モードの結果と
して、特別の寸法的安定性を有する。例えば、デプスフ
ィルタシートがミクロプリーツに形成された後、熱可塑
性のポリマのストリップがミクロプリーツ付シートの
（使用中の）上流側にあるミクロプリーツの山を超えて
直線状に置かれ、セットされる。この扱いは他側面でも
反復されることが好ましい。

ミクロプリーツを形成した後、デプスフィルタはミクロ
プリーツの軸線に平行な軸線に沿ってマクロプリーツに
形成される。かくて、ミクロプリーツの形状を示す断面
図はマクロプリーツの形状をも示す。マクロプリーツの
底部及び頂部も、ミクロプリーツを伸ばして形成され、
マクロプリーツの底部の方が広いことは本発明の好まし
い特徴である。かくて、該フィルタシートが連続するＶ
からなる各２つの面を示すと言える場合は（ここではミ
クロプリーツは無視する）シートの流入側のＶは流出側
のＶの足よりも広く分離されている。この構造はかなり
寿命を延長することがわかっている。しかしながら、可
能な限り最も低い圧力降下が望まれるところでは、Ｖの
間の間隔は流出側が流入側よりも長いか対称的であるこ
ともあり得る。

第１図は、フィルタシート内のミクロプリーツの１つの
図式的断面図である。「Ａ」で示された寸法はデプス
（深さ）と称される。「Ｐ」で示される寸法はピッチで
ある。フィルタシートの効率にとって最も重要な寸法は
「Ｒ」で示された寸法である。示されているように、
「Ｒ」は「曲げ半径」、つまりシート内のミクロプリー
ツの谷に対応する円弧を有する想像上の円形の半径であ
る。４番目の寸法は「Ｄ」で示され、シートの厚さであ
る。

第２図は、１つの座標がP_t、つまり本発明を実施する特
定の（清潔な）フィルタの流入面と流出面との間の圧力
降下のグラフであり、およそ1.8米／分（６フィート／
分）のフィルタ媒体位を通る気流の平均速度による。P_t
は水柱のインチで測定される。他の座標はインチで測定
されたシート内のミクロプリーツの曲げ半径である。見
てわかるように、一定の曲げ半径、つまり臨界半径を超
えると、P_tは急激に増加する。本発明のフィルタシート
内のミクロプリーツの曲げ半径が臨界半径よりも大きく
ないことが好ましいということはこの理由による。

第３図は、マクロプリーツがその上に形成される前の本
発明に従ったミクロプリーツに形成された高効率エアフ
ィルタの実施例の好ましい形状の図式的概略図である。
ミクロプリーツの頂部の間の間隔は非常に誇張されてい
る。熱溶媒接着材のストリップ（「Ｓ」）はミクロプリ
ーツの軸線に対し垂直にミクロプリーツの上部表面に使
用される。類似のストリップが示されているようにシー
トの反対側に使用されている。この新規な扱いは、使用
中にミクロプリーツを保持するのに役立つ。

第４図は、Ｖ字形のマクロプリーツに形成された、ミク
ロプリーツのフィルタを示す本発明の実施例のフィルタ
の図式的断面図である。図面においては気流が上方から
来ており、注意すべきは、最初に気流に接触する（流入
側）にあるマクロプリーツの頂部の間の間隔が下流側
（流出側）よりも大きい側面上にあることである。実際
に、これは本発明を実施するフィルタの利点である。

第４図及び第５図（切り取った場所に断面を示した概略
図）においては、フレームが流入、流出、及び不浸透性
の側壁を有する矩形のフレーム部材１からなり、該フレ
ームのミクロプリーツ及びマクロプリーツの繊維性のデ
プスフィルタ媒体２を保持し、内側に曲がったフレーム
縁部材３上に載置されている。追加の支持が支持部材４
により提供され、該支持部４は該フレーム部材の内側に
まがった縁３上に載置されたフィルタの流出面の寸法の
シートを備えており、そこに切り込まれたスロット５を
有し、前記スロットが流出側上のフィルタのマクロプリ
ーツの上向きのＶの下側に位置している。

実施例ここで本発明は図面に記載されたものに対応する好まし
い実施例を参照して説明される。同時に本発明のフィル
タの実施例を製造する方法についても説明される。

好ましいフィルタにおいては、からみあったガラス繊維
のデプスフィルタシートをつむいで接着したナイロンの
連続するフィラメントの多孔性のウエブ上に支持されて
いる。該フィルタシート及びウエブの組み合せの厚さは
0.38mm（0.015 インチ）である。この複合シートはミク
ロプリーツに形成され、その曲げ半径は0.25mm（0.01イ
ンチ）であり、深さは0.93cm（0365 インチ）である。
ミクロプリーツが製造されるにつれて、ミクロプリーツ
の頂部を連結する連続するストリップ内で固化するよう
に、熱可塑性溶融接着材がミクロプリーツの軸線に垂直
に間隔を置いた直線内にある上流側（使用中の）に配置
される。この方法でミクロプリーツが安定し、それによ
りシートが更にその構造がまいあがったりねじれたりし
ないで、扱えるようになり、プリーツのついたシートは
使用中のねじれに対し更に強くなる。熱溶融の流れはミ
クロプリーツに形成されたシートの下流面にも同様の方
式で応用されることが好ましい。

ミクロプリーツ形成されたシートは次に隔置され、加熱
されたワイヤを通過し、ミクロプリーツの軸線にほぼ平
行にマクロプリーツの軸線に従い、ミクロプリーツに形
成されたシートを間隔を置いてＶ字形のマクロプリーツ
に形成するために、接着剤のストリップを溶かす。この
溶けた部分により、その点のマクロプリーツが曲げら
れ、マクロプリーツの頂部を形成する（あるいは考察す
る側によっては谷になる）。マクロプリーツの平行な列
はシートに形成され、ミクロプリーツを形成されマクロ
プリーツを形成されたシートは適当な形状に切断され
る。

次にこの形状がフレーム部材内に配置され、周囲の空気
がフィルタ媒体を通らないためにフィルタを密閉するよ
うに、テープあるいは溶接、あるいはその他の適当な手
段によりフレームの縁に沿って積極的に密閉することが
好ましい。前記フレームは縁の支持を提供し、追加され
た剛性が、流出側にあるマクロプリーツの谷に対応する
ように配置されたスロットを除いて、流出側を閉鎖する
プレートにより、フィルタの流出側に提供される。前記
プレートにあるリブは、該スロットを形成するが、内側
にせり出てマクロプリーツの頂部を配置し、プリーツを
開いた状態に保持する支持手段を提供する。

第４図に描かれている実施例においては、リブ支持手段
とマクロプリーツ分離とは、流入側から見えるように、
マクロプリーツの頂部の間の開口部の幅が、流出側にあ
る対応する頂部の開口部の幅1.5 倍であるようになって
いる。これにより、目がつまり交換しなければならない
前のフィルタのダート能力がかなり増加することがわか
っている。しかしながら、このマクロプリーツの分離は
本質的な特徴ではなく、流入側の流出側に対する開口部
の比率は、応用あるいは所望の実行パラメータにより、
およそ１：２から２：１までが好ましい。例えば、最初
の目的が、最初であるが使用中にフィルタにかかる圧力
降下を最少にすることであるならば（つまり「清浄圧力
降下」）、間隔は対称的であるか、あるいは流出側より
も大きくすることができる。しかしながら、これは寿命
の短縮を生ずることが多い。

デプスフィルタを製造する材料は通常は厳密なものでは
なく、ポリエステル、ナイロン、ポリプロピレン、及び
その他のポリオレフィンなどの重合繊維が使用可能であ
る。それに加えて、グラスファイバあるいは、一定のポ
リアミドのようなＶ−０の定格のUL-94 を有するファイ
バーのような無機質のファイバーは、フィルタのコンポ
ネントの可燃性が問題となるような場所では特に望まし
いことが多い。本発明のフィルタの基本的な使用目的は
航空機の客室のエアフィルタであり、そのような状況に
おいては、デプスフィルタを製造するために不燃性のグ
ラスファイバーを使用することが特に望ましい。

空気浄化用に設計されたフィルタは、一般的に0.3 ミク
ロンＤＯＰエアロゾルの少なくとも90％以上、例えば95
〜99.9％除去する効率の定格を有すべきである。

客室フィルタのような多くの応用例に対し、cm当りのミ
クロプリーツを最大にして、そのため濾過に使用可能な
表面を最大にするように、該フィルタはできるだけ薄
く、一貫して強度及び濾過効率を保持するものでなけれ
ばならない。しかしながら、非常に薄いフィルタでは、
フィルタの製造中の構造的一体性を保持することは困難
である。この理由で、独立の構造的一体性を有する薄い
多孔性のウエブ上にフィルタを支えることが利益であ
る。該ウエブは適当な材料の織布あるいは不織布でよ
い。しかしながら、これらはその指定された支持ロール
に関しできるだけ薄いことが必要である。好ましいウエ
ブは組み合せ構造にかかる圧力降下を、例えば10％以下
にできるように、できるだけ圧力降下の生じないもので
あることが好ましい。特に適当なウエブは厚さが薄くて
も引っ張り強度が大きく、不燃性の材料である。そのよ
うなウエブは、登録商標「セレックス」により市販され
ているような、紡いで(spun-bonded)連続したナイロン
フィラメント材料を備えている。

デプスフィルタのミクロプリーツへの形成は、ギアロー
ルの間を通過させ、あるいはシートの対向する両面で作
動する往復部材を使用するような通常の手段により達成
される。上述のようなミクロプリーツは、デプスフィル
タの厚さに対し10〜100 倍、好ましくはおよそ24〜26倍
の深さを有することが好ましい。デプスフィルタの厚さ
は0.25mmから0.76mm（0.01インチから0.03インチ）、好
ましくは0.25mmから0.51mm（0.01インチから0.02イン
チ）である。多孔性支持ウエブが使用されるところで
は、組み合せの厚さは同様にこれらの範囲になければな
らない。

これらの浅いミクロプリーツが最終的構造を破壊に対し
より堅固かつ抵抗力あるものにする。これらは又、より
深いミクロプリーツが使用される場合よりも該プリーツ
がかさばらないため、シートの所与の長さ内に形成され
るべきマクロプリーツの量を増大することを可能とす
る。

圧力がかかると外側に曲がることにより変形する可能性
があるミクロプリーツの対向する側面の長さを短くする
ように、浅いミクロプリーツが好ましい。これはミクロ
プリーツの流出側にある通路を圧縮し、シートにかかる
圧力降下の増大に導く。これらの側面の長さが短いと、
変形を生ずる抵抗が大きくなる。しかしながら、この短
縮は又、フィルタの使用可能な表面積が減少するため、
該短縮は大きすぎてはいけない。

好ましいフィルタにおいては、支持されたデプスフィル
タシート内に１cmあたり5.7 本（14.5ミクロプリーツ／
インチ）のミクロプリーツを有し、厚さは全体で0.38mm
（0.015 インチ）であり、臨界半径（及び、そのため、
曲げ半径の上部限度）は0.25mm（0.01インチ）であると
判明した。一般に、本発明に従った好ましいフィルタ構
造においては、ミクロプリーツの曲げ半径は0.38mm（0.
015 インチ）以下、例えば0.13mm〜0.25mm（0.005 イン
チ〜0.01インチ）である。

上述のように、ミクロプリーツの安定性はミクロプリー
ツの頂部に沿ってそしてミクロプリーツの軸線に対し垂
直に間隔を置いた熱溶融重合体ストリップの流れを配置
することにより支援することが好ましい。該ストリップ
は、この目的を達成するために幅広く、あるいは近接し
て隔置されている必要はなく、およそストリップの幅は
1.5 mm〜2.54mm（0.06インチ〜 0.1インチ）であり、間
隔は5.08cm（２インチ）であることが適当であり、特に
ミクロプリーツのシートの両方の表面に使用される場合
はそうである。

使用されるホットメルトポリマーは、化学反応あるいは
溶融温度のためにデプスフィルタの構造を破壊するよう
なものであってはならないことを除いては、それほど厳
密なものではない。多くの使用に対して、ポリアミドの
ような不燃性の重合体が必要とされる。

一旦ミクロプリーツがデプスフィルタシートに形成され
ると、そして好ましくは接着材のストリップで安定され
ると、次に該シートはＶ字形のマクロプリーツに形成さ
れる。マクロプリーツは、フィルタが配置されるべきフ
ィルタフレームの最終寸法と同じ深さにできる。しかし
ながら、通常はマクロプリーツは7.6 cm（３インチ）〜
30.5cm（12インチ）であり、好ましくは10.2cm（４イン
チ）〜20.3 cm（８インチ）である。マクロプリーツの
隣接する頂部の間の間隔は通常はマクロプリーツの深さ
により異るが、2.54cm（１インチ）以下のデプスプリー
ツに対しては7.6 cm（３インチ）、浅いマクロプリーツ
に対しては0.51cm〜 2.0cm（0.2 インチ〜0.8 インチ）
である。マクロプリーツはミクロプリーツの軸線にほぼ
平行な軸線に沿って形成されている。

複数の熱溶融接着材のストリップが使用されているとこ
ろでは、マクロプリーツが形成される点で該ストリップ
が再び溶かされる必要がある。これによりミクロプリー
ツがその地点でなめらかになり、所望の形状に形成され
る。一般に、マクロプリーツの頂部は平坦で、それが現
れる表面の幅によりその幅が決定される。使用中に流入
表面を提供する表面上では、その幅は対向する（流出側
の）表面にあるものより狭いことが多い。その結果は流
入側の構造にいくらか現れ、ダート能力を増加させる。
一般的に、平坦な頂部の幅は、ミクロプリーツの深さの
２〜３倍が好ましく、流出側の頂部の幅はミクロプリー
ツの深さの2.5 〜３倍であること、そして、流入側のそ
れはミクロプリーツの深さの２〜2.5 倍であることが好
ましい。

ミクロプリーツ及びマクロプリーツの形成されたフィル
タの使用においては、フレーム部材に保持することが便
利である。それに加えて、フレーム内に物理的に保持す
ることにより、該フィルタがその内部に密閉され、フィ
ルタ媒体の周囲の通路（通り抜けと反対の）の通りを防
ぐことが好ましい。

フィルタに対し特別の支持を提供するために、少なくと
も流出面で、その面の頂部を支持するように設けられた
支持部材を配置することが好ましい。この支持部材はフ
ィルタブレーキの流出口に配置されたプレートであり、
フィルタのその表面にある頂部と谷とに対応したスロッ
トとリブとが設けられている。使用中は、リブはフィル
タの流出側の頂部を支え、圧力の動揺により生じ得る変
形の傾向に対しフィルタを支持する。

該フィルタは、液体あるいは気体の流れの濾過のための
使用に幅広い潜在的可能性を有する。しかしながら、長
寿命、プレフィルタの排除、高いダート能力、コンパク
ト構造は、該フィルタを特に非産業的環境における空気
の濾過に応用するのに適している。航空機の客室のよう
な空気の再循環を必要とする環境に特に適している。航
空機の客室、あるいはその他の環境の再循環される空気
を浄化するための、本発明を実施するフィルタの使用
は、本発明の好ましい視点である。

本発明の態様は次の通りである。

１．ミクロプリーツ付多孔性シートからなるフィルタに
おいて、ミクロプリーツが臨界半径を超えない曲げ半径
を有し、前記ミクロプリーツ付シートをマクロプリーツ
へと形成したフィルタ。

２．ミクロプリーツ付多孔性シートと前記ミクロプリー
ツの頂部にわたって配置された少なくとも１本の接着材
ストリップとからなるフィルタにおいて、前記ミクロプ
リーツ付シートをマクロプリーツへと形成したフィル
タ。

３．前記臨界半径が0.254mm（0.01インチ）〜0.381mm
（0.015インチ）の範囲にある上記第１項に記載のフィ
ルタ。

４．前記多孔性シートの両面にミクロプリーツの頂部に
わたって配置された少なくとも１つの接着材ストリップ
を備えてなる上記第２項に記載のフィルタ。

５．前記ミクロプリーツの軸線に対し垂直に、ミクロプ
リーツの頂部にわたって平行に設けた複数の接着材スト
リップを備えてなる上記第２項あるいは４項に記載のフ
ィルタ。

６．前記接着材が熱可塑性の重合体からなる上記第２、
４、あるいは５項に記載のフィルタ。

７．前記ミクロプリーツの軸線がマクロプリーツの軸線
に対しほぼ平行である上記第１から６項までのいずれか
の項に記載のフィルタ。

８．前記多孔性シートがデプスフィルタ材料からなる上
記第１から７項までのいずれかの項に記載のフィルタ。

９．前記多孔性シートが0.762mm（0.03インチ）以下の
厚さを有する上記第１から８項までのいずれかの項に記
載のフィルタ。

10．前記多孔性シートが多孔性のウェブ材料上に支持さ
れている上記第１から９項までのいずれかの項に記載の
フィルタ。

11．前記多孔性シートが樹脂含浸グラスファイバーから
なる上記第１から10項までのいずれかの項に記載のフィ
ルタ。

12．流入側の隣接するマクロプリーツの間の間隔が流出
側の隣接するマクロプリーツの間の間隔よりも大きい上
記第１から11項までのいずれかの項に記載のフィルタ。

13．流入側から流出側までの流路を定めるフレームをさ
らに含み、前記プリーツ付シートが前記流路にまたがる
フレーム内部に配置されている上記第１から12項までの
いずれかの項に記載のフィルタ。

14．前記プリーツを形成されたシートが前記フレームに
対し完全に密閉されている上記第13項に記載のフィル
タ。

15．フィルタを製造する方法において、 (a) 多孔性シートにミクロプリーツを形成し、 (b) ミクロプリーツ付シートを安定させるために、前
記ミクロプリーツ付シートの少なくとも１つの表面にあ
るミクロプリーツの頂部に熱溶融接着材の流れを形成
し、そして (c) 前記ミクロプリーツ付シートを連続するマクロプ
リーツに形成する上記各工程からなるフィルタを製造す
る方法。

16．熱溶融接着材の流れを形成する方法が、前記接着材
をセットする段階を含み、前記連続するマクロプリーツ
を形成する方法が、前記ミクロプリーツ付シートに沿っ
て所定の間隔で前記接着材ストリップを溶融して前記ミ
クロプリーツの軸線に平行な軸線を有する連続するマク
ロプリーツを形成させる段階を含む上記第15項に記載の
方法。

【図面の簡単な説明】

第１図は、フィルタシート内のミクロプリーツの１つの
図式的断面図、第２図は、１つの座標がP_t、つまり本発明を実施する特
定の（清潔な）フィルタの流入面と流出面との間の圧力
降下のグラフ、第３図は、マクロプリーツがその上に形成される前の本
発明に従ったミクロプリーツに形成された高効率エアフ
ィルタの実施例の好ましい形状の図式的概略図、第４図は、Ｖ字形のマクロプリーツに形成された、ミク
ロプリーツのフィルタを示す本発明の実施例のフィルタ
の図式的断面図、第５図は、本発明を実施したフィルタ組立体の概略図。１……フレーム部材、２……デプスフィルタ媒体、３……内側に曲がった縁部材、４……支持部材、５……スロット。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ミクロプリーツ付多孔性シートからなるフ
ィルタにおいて、ミクロプリーツが臨界半径を超えない
曲げ半径を有し、前記ミクロプリーツ付シートをマクロ
プリーツへと形成したフィルタ。
【請求項２】ミクロプリーツ付多孔性シートと前記ミク
ロプリーツの頂部にわたって配置された少なくとも１本
の接着材ストリップとからなるフィルタにおいて、前記
ミクロプリーツ付シートをマクロプリーツへと形成した
フィルタ。
【請求項３】前記臨界半径が0.254mm（0.01インチ）〜
0.381mm(0.015インチ)の範囲にある請求項１に記載のフ
ィルタ。
【請求項４】フィルタを製造する方法において、 (a) 多孔性シートにミクロプリーツを形成し、 (b) ミクロプリーツ付シートを安定させるために、前
記ミクロプリーツ付シートの少なくとも１つの表面にあ
るミクロプリーツの頂部に熱溶融接着材の流れを形成
し、そして (c) 前記ミクロプリーツ付シートを連続するマクロプ
リーツに形成する上記各工程からなるフィルタを製造す
る方法。
【請求項５】熱溶融接着材の流れを形成する方法が、前
記接着材をセットする段階を含み、前記連続するマクロ
プリーツを形成する方法が、前記ミクロプリーツ付シー
トに沿って所定の間隔で前記接着材ストリップを溶融し
て前記ミクロプリーツの軸線に平行な軸線を有する連続
するマクロプリーツを形成させる段階を含む請求項４に
記載の方法。