KR19990023033A - 필터 및 필터를 제조하는 방법 - Google Patents

필터 및 필터를 제조하는 방법 Download PDF

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KR19990023033A
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adsorbent
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KR1019970709503A
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English (en)
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커크 에이 스크네이더
헨리 제이 3세 드래스너
앨런 엘 리브렌즈
가츄시 이소가와
폴 엘 코제틴
스탠리 비 3세 밀러
Original Assignee
노르만 시이 린넬/기에르츠 제임스 알
도널드선 컴파니 인코포레이티드
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Abstract

필터는 유기 증기 흡착층, 제 1미립자 제거층, 및 제 2미립자 제거층을 포함하도록 제공된다. 상기 유기 증기 흡착층은 저항없이 에어 또는 가스가 흘러가도록 다공성의 흡착성 비드들을 포함하며, 상기 다공들의 효력에 의해 증가된 표면적을 제공한다. 상기 미립자 제거층은 정전하 매체 및/또는 폴리테트라플르오르에칠렌으로부터 만들어질 수 있다. 상기 필터는 약 10 보다 큰 메리트 수와 유기 증기들을 영구적으로 흡착하는 용적을 가질 수 있으며, 상기 메리트 수는 10.5 ft./min.의 속도를 갖는 에어 흐름에 0.3μm 사이즈를 갖는 입자들에 대해, 및 0.5 인치 H2O의 프래지어 투과율에 대해 결정되는 프랙셔널 효율에 기초하여 계산된다.

Description

필터 및 필터를 제조하는 방법
하드 디스크 드라이브는 마그네틱 재료로 코팅된 강성의(Inflexible) 원반(Platter)이 매우 빠르게 회전되도록 동봉되어 있다. 자성의 리드/라이트(Read/Write) 헤드는 에어 쿠션하에서 디스크 위에 단지 수 미크론으로 떠(Flies) 있다. 하드 디스크 드라이브에 고 효율을 제공하기 위해서는, 디스크에 접촉됨이 없이 가능한 한 상기 디스크에 밀접하게 헤드를 위치시키는 것이 바람직하다.
미립자 및 가스 상태의 오염 물질들이 하드 디스크 드라이브의 효율과 수명을 감소시키도록 작용하는 것은 알려져 왔다. 하드 디스크 드라이브내의 통상적인 오염원은 의도적이든 아니든 누출과, 어떤 오염물들을 포함하는 제조 환경과, 하드 디스크 드라이브에 통합되어 미립자 및 가스들을 방출하는 재료들을 포함한다. 유기 증기(Organic vapor)들은 예를 들면, 온도가 150。F 를 초과하게 될 때, 정상적인 작동 조건중에 하드 디스크 드라이브내에 발생될 수 있다는 것은 특별한 중요성이 있다. 그런 온도는 더운 날 자동차의 트렁크 안에 단순히 컴퓨터를 남겨 놓음으로서 달성될 수 있다.
순환 필터는 오염물들을 제거하기 위해 하드 디스크 드라이브내에 사용되어져 왔다. 그런 필터들은 미립자 오염물들을 제거하는데 효과적이었다. 그러나, 순환 필터들은 유기 증기를 제거하는데 적합하지 않은데, 상기 순환 필터들은 유기 증기들을 영구적으로 흡수하는 용적을 갖고 있지 않기 때문이다. 증대된 유기 증기를 제거하기 위하여, 순환 필터들에 활성 탄소를 포함시키는 것이 제안되어져 왔다. 미립자 또는 섬유의 형태로 활성 탄소는 유기 증기들을 흡수할 수 있다. 그러나, 상기 활성 탄소를 포함하는 필터들의 투과율은 떨어지고(Sacrificed) 있다. 상기 결과는 필터에 대해 전반적인 낮은 효율을 발생시킨다.
다른 문제는 활성 탄소 미립자들 또는 섬유들이 필터 매체를 빠져나가, 상기 하드 디스크 드라이브 동봉물을 오염시킨다는 것이다. 탄소 이탈을 제어하려는 앞서의 시도들은 수지 또는 에폭시들로 필터의 에지부를 코팅하는 것과, 상기 필터 에지부들을 실링하는 추가적인 재료 및/또는 기계적인 클램프들을 이용하는 것을 포함한다. 이들 시도는 탄소 이탈을 제어하도록 돕기는 하지만, 탄소 이탈을 더욱 감소시키는 것이 바람직할 것이다.
본 발명은 필터 및 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다. 더 상세하게는, 필터는 하드 디스크 드라이브 동봉 상태에서 순환 필터로서 사용된다.
도 1은 본 발명에 따른 필터를 포함하는 하드 디스크 드라이브의 일부분을 도시하는 개략도.
도 2는 상기 도 1에 도시된 필터를 도시하는 부분 횡단면도.
도 3은 예 4로부터 순환 필터들에 대한 하드 디스크 드라이브의 화학적 정화 비교를 도시하는 그래프.
도 4는 예 4로부터 순환 필터들에 대해 하드 디스크 드라이브의 미립자 정화 비교를 도시하는 그래프.
필터는 본 발명에 의해 제공된다. 필터는 미립자 흡수 매체층 및 유기 증기 흡수 매체층을 포함한다. 바람직하게, 필터는 약 10 이상의 큰 메리트 수(Figure of merit; FOM) 및 유기 증기들을 영구적으로 흡수하는 용적을 갖는다. 상기 메리트 수는 10.5ft./min.(5.25cm/sec)의 속도를 갖는 에어 흐름으로 0.3μm 사이즈를 갖는 입자들에 대해, 및 물(H2O) 0.5 인치(12.7mm)로 프래지어 투과율에 대해 결정되는 프랙셔널(Fractional) 효율에 근거하여 계산된다.
상기 필터는 다공성의 흡착성 비드(Bead)를 포함하는 유기 증기 흡수층과, 상기 유기 증기 흡수층의 일측부에 제 1미립자 제거층과, 상기 유기 증기 흡수층의 타측부에 제 2미립자 제거층을 포함할 수 있다. 상기 다공성의 흡착성 비드들은 거의 저항없이 에어가 통과되면서, 유기 증기들을 흡수하기 위해 증가된 표면적을 제공하는 구멍들을 구비하는 활성 탄소 비드들이 될 수 있다. 상기 미립자 제거층들은 정전기적 매체 및/또는 폴리테트라-플르오르에칠렌(PolyTetra-FluoroEthylene; PTFE)으로 만들어질 수 있다.
에어 흐름으로부터 미립자들 및 유기 증기들을 제거하는데 사용을 위한 필터를 마련하는 방법이 본 발명에 의해 제공된다. 상기 방법은 약 10 이상의 큰 메리트 수와 유기 증기 흡수 용적을 제공하게 될 필터 재료들을 제공하는 공정을 포함한다. 상기 다공성 비드들은 트리메틸펜탄(TriMethylPentane;TMP) 및 하이드로진 설파이드(Hydrogen sulfide)를 흡수할 수 있다.
산성 가스들을 흡착하기 위해 다공성 비드들을 흡착제(Impregnant)에 흡착시키는 방법이 본 발명에 의해 제공된다. 상기 공정은 흡착제와 솔벤트의 용해를 제공하기 위해 솔벤트에 흡착제를 용해시키는 공정과, 상기 다공성 비드들을 코팅하도록 용해를 허락하는 용액에 다공성 비드들을 담그는 것과, 상기 솔벤트를 증발시키기 위해 상기 코팅된 다공성 비드들을 건조시키는 것을 포함한다. 바람직하게, 상기 솔벤트는 물을 증류시키며, 상기 흡착제는 칼슘 카보네이트(Carbonate), 칼륨 카보네이트, 나트륨 카보네이트 및 혼합물들로 구성되는 군(Group)으로부터 선택된다.
본 발명의 상세한 설명
본 발명의 바람직한 실시예가 도면들에 참조로 상세하게 기술되어 있으며, 참조 번호들은 몇가지 보기들을 통해 부품들 및 조립체들을 나타내고 있다. 바람직한 실시예의 참조는 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 여기에 첨부된 청구의 범위에 의해서만 제한된다.
도 1 및 도 2를 참조로 하여, 본 발명에 따른 필터는 참조 번호 10으로서 기술되어 있다. 상기 필터(10)는 하드 디스크 드라이브 동봉물의 내부에 순환 필터로서 사용되고 있는 것을 나타내고 있으며, 순환 필터로서 또는 더욱 편리하게 필터로서 언급되고 있다. 도시된 본 발명의 실시예에서, 상기 필터는 베개의(Pillowy) 형태를 갖는 필터들을 기술하는 것을 의미하며, 필터의 구성 요소들이 빠져 나가지 않도록 에지부들에 실링이 이루어지는 베개 필터 (Pillow filter)의 형태로서 언급되고 있다. 다음의 설명으로부터 알 수 있는 것처럼, 본 발명의 필터는 관 모양의, 주머니 같은, 등등의 것과 같이 다른 구조들 또는 형태들을 가질 수 있다.
상기 필터가 하드 디스크 드라이브의 순환 필터로서 기능할 수 있는 것은 본 발명의 바람직한 실시예이다. 필터는 하드 디스크 드라이브의 순환 필터로서 특히 잇점이 있는데, 상기 필터는 필터의 양단에 걸리는 낮은 압력 강하와, 하드 디스크 드라이브 내의 환경으로부터 미립자 및 가스 상태의 오염물들을 여과시키는 높은 등급을 갖기 때문이다. 물론, 본 발명의 필터는 이들 특성이 바람직해지는 다른 많은 적용들에 사용될 수 있다.
디스크(14)가 반시계 방향으로 회전하게 될 때, 에어와 가스들의 흐름은 같은 방향으로 흐르거나 순환을 발생시키며, 화살표들로 나타내진다. 상기 에어 흐름을 횡단하는 필터(10)의 기술적 배치로서, 문헌에 숙련된 기술은 오염물들을 제거하기 위해 하드 디스크 드라이브(12)의 작동 동안 필터링 효과를 제공하는 에어 흐름의 잇점을 이용할 수 있게 됨으로서 성능 강화에 의한 에어 정화를 제공할 수 있게 된다. 본 발명의 문맥에서, 오염물들의 제거에 대한 참조는 여과되어지는 에어 흐름의 정화에 대해 언급하고 있는 것을 알게 될 것이다. 바람직한 실시예로, 하드 디스크 드라이브 동봉물에 정화되어지는 흐름은 에어 흐름이라는 것이 믿어지게 된다. 그러나, 다른 가스들 또는 액체의 흐름은 본 발명의 필터에 의해서 정화되어질 수 있다는 것이 알려지게 될 것이다. 필터에 의해 액체 또는 가스의 흐름으로부터 오염물들의 제거는 상기 필터내에 오염물들을 가두는 것으로서 언급될 수 있다.
상기 필터(10)는 지지 부재들 또는 프레임(15)에 의해서 하드 디스크 드라이브 동봉물(12)내에 위치 고정된다. 프레임은 상기 필터의 주위에 제공될 수 있으며, 상기 동봉물로부터 분리될 수 있다. 바람직하다면, 상기 필터는 프레임에 용접되거나 제 위치에 끼워 맞춤 될 수 있다.
도 2를 참조로 하면, 상기 필터(10)의 부분 횡단면도가 도시되어 있다. 필터(10)는 유기 증기 제거층(16)과 미립자 제거층(18,20)들을 포함한다. 상기 유기 증기 제거층(16)은 어떤 유기 증기 오염물들의 영구적인 제거를 제공할 수 있으며, 상기 미립자 제거층(18,20)들은 어떤 미립자 오염물들의 영구적인 제거를 제공할 수 있다. 영구적인 제거는 미립자 적용을 위한 정상적인 작동 조건 동안 필터로부터 이탈되어 나오지 않는(Not released) 오염물들의 제거 또는 가둠에 관해 언급하고 있다는 것이 이해될 것이다. 하드 디스크 드라이브 동봉물(12)내에 사용되는 필터(10)의 케이스에서, 하드 디스크 드라이브 동봉물(12)내의 환경으로부터 어떤 미립자 및 증기 오염물들의 영구적인 제거는 이들 오염물이 정상적인 작동 조건 동안에 에어의 흐름측으로 이탈되어 나오지 않는다는 사실을 나타내주고 있다. 예를 들면, 정상적이지 않은 조건 동안에, 유기 증기 제거층의 온도가 정상적인 작동 온도 이상으로 가열될 때, 상기 유기 증기 제거층의 온도는 유기 증기를 상기 유기 증기 제거층의 밖으로 내보낼 수 있다.
바람직하다면, 유기 증기 제거층(16)은 미립자 오염물 제거에 대한 몇 가지 등급을 제공할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 그러나, 상기 미립자 제거층(18,20)들은 일반적으로 영구적인 유기 증기 제거에 대해 대비하지 못하고 있다. 이런 이유는 미립자 제거층(18,20)들을 만드는 재료들이 유기 증기 오염물의 영구적인 제거를 달성하는데 물리적으로 역할을 하지 못한다는 것이다. 유기 증기들이 이들 층에 달라붙는다 할 지라도, 유기 증기들은 하드 디스크 드라이브의 정상적인 작동 동안 통상적으로 이탈되어 나올 수 있다.
면포(Scrim)(22,24)는 필터(10)의 구성 요소들이 하드 디스크 드라이브 동봉물(12)의 환경내로 이탈되는 것을 방지하도록 제공된다. 상기 면포(22,24)는 압력 강하를 최소화시키는 충분한 구멍을 구비해야할 것이지만, 그와 동시에, 필터(10)의 구성 요소들을 포함한다. 예를 들면, 만일 미립자 제거층들이 섬유성의 짜지 않은(Non-woven) 재료로 이루어진다면, 상기 면포는 섬유들이 이탈되는 것을 억제시키는(Discourage)데 충분해질 것이다. 면포는 만일 그(면포)들이 필터의 구성 요소들을 이탈로부터 방지하거나 억제시키는데 필요하지 않다면, 상기 필터로부터 생략될 수 있다. 본 발명에 따른 필터는 면포없이도 유기 증기 및 미립자 오염물 제거 특성을 갖도록 제공될 수 있다는 것이 알려질 수 있어야 할 것이다.
본 발명에 따른 제작을 위한 필터링 매체의 개발 및 방법들이 다른 순환 필터들과 더불어 시험되는 동안 이루어진 다수의 관찰들에 일부 기초를 두고 있다. 특히, 많은 종래 기술의 순환 필터들에 관련된 문제는 순환 필터들이 어떤 오염물들의 충분한 제거를 제공하지 못하거나 순환 필터들이 환경을 충분히 정화하는데 무력함을 발생시키는 불충분한 투과율을 제공한다는 것이 관측된다. 만일 순환 필터의 투과율이 너무 낮게 된다면, 상기 필터는 필터라기 보다는 오히려 벽과 같이 작동되려는 경향이 있다. 순환 필터들이, 움직이는 에어의 흐름에 배치됨에 의해 일반적으로 수동적으로 기능하기 때문에, 낮은 투과율은 필터를 통해서라기 보다는 오히려 에어를 주변으로 흐르도록 촉진시키려는 경향이 있게 될 것이다. 그 결과로, 에어를 정화시키는 것은 더 오래 걸릴 것이다.
출원인들은 에어 흐름의 충분한 정화를 제공하는 순환 필터의 능력과 메리트 수(FOM)라 불리는 계산 특성의 사이에 중요한 관계를 발견했다. 그에 따라서, 필터 또는 필터 매체의 FOM은 순환 필터내에 필터 또는 필터 매체의 유용성을 평가하도록 계산된다. 상기 FOM은 개방 또는 폐쇄된 순환계, 및 룸 에어 클리너들, 자동차 실내 에어 클리너 및 유사한 것 등을 포함하여, 다른 적용들을 위한 필터 또는 필터 매체의 유용성을 평가하도록 사용될 수 있다는 것이 알려져야할 것이다. 본 발명의 기술을 목적하기 위해, 필터 매체는 전체 필터 또는 일부 부품 또는 필터의 층이 될 수 있다.
상기 메리트 수는 이 이후로 더욱 충분히 토의될 것이며, 메리트 수 프라임(FOM')이라 불리는 다른 특성과 유사하다. FOM'은 자체 저항에 의해 나눠지는 매체의 프랙셔널 효율(Fractional efficiency)로서 정의된다. 상기 메리트 수 프라임을 기술하는 방정식은:
FOM' = 프랙셔널 효율 / 저항......(1)
이다. 상기 프랙셔널 효율은 특정의 에어 흐름 속도에서 매체를 통해 통과되는 에어로부터 제거되는 특정 사이즈의 입자들의 파편(Fraction) 또는 백분율이다. 출원인들은 0.3μm의 입자 사이즈와 10.5ft./min.(5.25cm/sec)의 에어 흐름 속도에 기초하여 프랙셔널 효율을 결정하는 것이 편리하다는 것을 알았다. 상기 0.3μm의 입자 사이즈는 0.3μm과 0.4μm사이의 입자 분포를 실제적으로 나타낸다는 것이 이해될 것이다. 저항은 에어 흐름 속도의 기능으로서 필터에 대한 압력 강하의 기울기이다. 편리를 위해, 선택된 단위들은 압력 강하에 대한 물의 인치와 에어 흐름 속도에 대한 분당 피트(Feet per minute)이다. 저항에 대한 단위는 수 인치의 H2O/ft./min.이다.
주어진 필터 매체에 대한 저항은 달성되기 어렵기 때문에, 프래지어 투과율(Frazier permeability)은 편리한 대체용으로서 사용된다. 상기 프래지어 투과율은 1/2인치의 물압력(0.5 H2O)으로 매체를 통과하는 리니어 에어 흐름 속도이다. 상기 메리트 수(FOM)는:
FOM = 프랙셔널 효율 × 2 × 프래지어 투과율......(2)
이다. 상기 프래지어 투과율은 특정한 에어 흐름 속도 또는 용량 측정의 흐름율로 물의 인치(H2O) 단위로서 압력 강하(ΔP)에 대한 측정을 계산한다. 상기 프래지어 투과율은 에어 흐름 속도에 0.5배를 곱한후 압력 강하로 나눔으로서 평가된다. 상기 용량 측정의 흐름율은 체적의 면적으로 나눔으로서 에어 흐름 속도로 전환될 수 있으며, 상기 에어 흐름 속도는 분당 피트(ft./min.)로 전환되어야 한다는 것이 인식되어야 할 것이다.
순환 필터들을 위해서, 가능한 한 높은 FOM을 제공하는 것이 바람직하다. 높은 FOM은 순환 에어의 흐름에 위치되는 필터를 위한 중요한 높은 투과율과 상응한다. 바람직하게, 상기 필터는 약 10 이상, 더 바람직하게는 약 60 이상, 더욱더 바람직하게는 약 150 이상의 FOM값을 갖는다. 일반적으로, 상기 FOM은 약 50 및 250의 사이에, 더 바람직하게는 약 150 및 200의 사이에 존재해야할 것이다.
본 발명의 중요한 특징은 특정한 적용을 위한 필터를 제작하기 위해 FOM특성을 이용하는 것이다. 몇 가지 층들을 가지면서, 조립되지 않은 필터를 위한 FOM을 계산하기 위하여, 상기 프랙셔널 효율은 개개의 층들에 대한 전체의 통과로서 계산될 수 있다. 상기 전체 프래지어 투과율은 각각의 층에 대한 프래지어 투과율의 역수들의 종합에 대한 역수이다. 상기 종합 FOM은 2를 곱한 전체 프래지어 투과율로서 곱해지는 전체의 통과이다.
필터링 매체의 용적은 유기 증기들을 영구적으로 흡수하는 매체의 성능에 관해 언급하고 있다. 필터링 매체의 용적은 2,2,4-트리메틸펜탄(TMP), 또는 특별한 환경에서 오염물로서 작용하는 어떤 다른 유기 증기와 같은, 특정의 유기 화학 오염물을 영구적으로 흡수하는 성능에 관해 표현될 수 있다. 하드 디스크 드라이브에서, 유기 증기들은 특별히 우려되는데, 상기 유기 증기들이 하드 디스크 드라이브에 준비되어 사용되는 접착제, 플라스틱, 등등으로부터 정상적인 작동 조건에서 발생될 수 있기 때문이다.
바람직하게, 상기 유기 증기 제거층(16)은 유기 증기를 흡수할 수 있는 다공성의 흡착성 비드들의 층이다. 상기 비드들이 거의 저항없이 에어 또는 다른 가스 또는 액체를 통과시키는 경로에 배치될 수 있도록 허락하는 사이즈를 갖는다는 것이 본 발명의 잇점이다. 상기 비드들은 짠 또는 짜지 않은 재료, 또는 좀더 무작위의 배치로 함께 위치시키는 것과 같이 기질(Substrate)에 순서대로 배열될 수 있다. 추가로, 상기 다공들은 가스 또는 액체에 더욱 접촉되게 하기 위하여 제공되는 표면적을 증가시킨다. 사실, 다공의 흡착성 비드들은 입자의 활성 탄소 이상으로 단위 중량당 더 큰 표면적을 제공할 수 있는 반면에, 상기 에어 흐름에 아주 적은 저항을 제공하게 된다.
다공의 흡착성 비드들의 바람직한 층은 폴리에스테르가 짜여진 기질에 부착되는 활성 탄소 비드들로서 제공된다. 바람직하게, 다공의 흡착성 비드들은 0.6mm의 평균 직경과, 20옹스트롬(angstrom) 보다는 적은 구멍 사이즈와, 415mgs/in2의 기초 중량과; 300ft./min.의 프래지어 투과율을 갖는다. 본 발명의 유기 증기 제거층에 사용되는 다공성의 흡착성 비드들은 여기에 참조로 병합된 미국 특허 번호 5,209,887의 기술에 따라 제작될 수 있다. 특히, 상기 비드들은 유기 증기들의 제거를 위해 바람직한 FOM 및 용적을 제공하는데 충분한 사이즈를 가질 것이다. 상기 비드들은 정화되는 흐름측으로 상기 비드들의 누출이 최소화되도록 충분히 커야하며, 바람직한 두께 요구들 및 유기 증기 흡착성 용적을 갖는 필터를 제공하도록 충분히 작아야할 것이다. 비드들의 예시적 사이즈는 0.3mm-1mm의 범위내에서 존재할 수 있다. 상기 다공성 비드들의 평균 구멍 사이즈는, 제거될 수 있는 특정의 유기 증기들의 바람직한 흡착을 제공하는데 충분해야할 것이다. 구멍 사이즈들의 바람직한 범위는 약 20 옹스트롬 보다는 적을 수 있다. 415mgs의 탄소로부터 형성되는 비드들은 73.0mgs H2O/inch2의 용적을 제공할 수 있다는 것이 알려졌다.
유기 증기들의 충분한 영구적인 흡착 및 바람직한 메리트 수를 제공할 수 있는 어떤 다른 재료가 유기 증기 제거층으로서 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 영구적인 유기 증기 흡착을 위한 다공성 비드들을 제공할 수 있는 예시적 재료들은 실리카, 분자 체(Sieve) 재료들, 이온 교환 재료들, 규조토 및 그 밖의 것들을 포함한다는 것이 믿어진다. 건조제(Dessicant) 재료는 만일 상기 건조제 재료가 물을 제거하도록 하는 것이 바람직하다면, 필터에 추가적으로 포함될 수 있다. 예시적인 건조제 재료들은 실리카 및 분자 체 재료들을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 유기 증기 제거층(16)은 증대된 산성 가스를 제거하는 화학 물질로 가득차게 된다. 산성 가스를 제거하는 흡착제(Impregnants) 능(ability)을 평가하는데 사용될 수 있는 예시적인 화학 물질들은 황화 수소(H2S), 염화 수소(HCl), 염소(Cl2) 및 그 밖의 것들을 포함한다. 산성 가스들이 하드 디스크 드라이브내에 발생될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
흡착성(Impregnated) 탄소 비드들은 솔벤트에 흡착제를 용해시킴으로서 준비된다. 상기 솔벤트는 상당한 잔류량을 제공함이 없이 흡착 및 증발되어 흡수되는 능력에 기초하여 선택될 수 있다. 본 발명에 사용을 위한 바람직한 솔벤트는 증류된 물이다. 흡착제가 용해되기만 한다면, 상기 다공성 비드들은 흡착제에 대한 특정 레벨의 흡착이 발생되기 까지는 그 속에 적셔져 있다. 일반적으로, 적셔져 있는(Immersion) 시간은 상기 확인된 비드들에 대해 약 3분이 될 수 있다. 상기 비드들이 바람직한 정도로까지 한번 흡착된다면, 상기 비드들은 꺼내지게 되며 오븐에서 건조된다. 상기 비드들을 위해서, 오븐은 10 내지 20분간 약 180。C의 온도에 이를 수 있다.
일반적으로, 산성 가스의 바람직한 제거를 제공하기 위해 충분한 흡착제를 구비하는 것은 상기 다공성 비드들을 위해 바람직하다. 상기 확인된 비드들을 위해서, 상기 흡착제는 중량으로 약 3%의 흡착 내용물과 통상적으로 일치한다. 흡착 내용물의 상한선은 솔벤트속의 흡착제에 대한 포화점에 관련될 수 있으며, 하한선은 산성 가스 제거의 특정량을 제공하도록 결정될 수 있다. 일반적으로, 흡착제의 범위는 중량으로 1% 내지 2%, 더 바람직하게는 중량으로 2% 내지 5%가 될 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 예시적인 흡착제는 포타시움(Potassium) 카보네이트, 소디움(Sodium) 카보네이트, 칼슘(Calcium) 카보네이트 및 그 밖의 것들을 포함한다.
상기 미립자 제거층들은 특정의 여과 작용을 위해 통상적으로 사용될 수 있는 어떤 재료로 만들어질 수 있으며, 바람직한 FOM 및 미립자 제거를 제공하는 어떤 두께를 가질 수 있다. 바람직하게, 각각의 층의 두께는 약 0.1mm 내지 약 5mm의 사이에, 더 바람직하게는 약 0.15mm 내지 약 1.0mm의 사이에, 더 바람직하게는 약 0.20mm 내지 약 0.25mm의 사이에 존재하게 될 것이다. 바람직하게, 상기 미립자 제거층들은 테프론과 같은 정전하 매체, 또는 폴리머 매체로 만들어진다. 바람직한 정전하 매체는 단일값이 아닌 71이하 또는 99이상(10.5 ft./min. 에어 흐름시 테스트, 0.3-0.4 미크론 입자들)으로 평균 76%-94%의 폼블린(Fomblin) 효율과, 283 ft./min.-476 ft./min.의 투과율과; 0.036 인치-0.061 인치의 두께와; 그리고 48-75 lbs./3000ft2의 기초 중량을 갖는, 영구적인 전기 전위를 나타내는 50%의 폴리프로필렌 및 50%의 모다클릭(Modacrylic)의 혼합 섬유 매체이다. 예시적인 폴리머 매체는 최소 98.0%의 폼블린 효율(찰린지 용액은 프레온이 함유된 50%의 폼블린이다.)과; 최소 평균 15.0 ft./min.의 프래지어 투과율(11.0 ft./min. 보다는 큰 모든 기록들)과; 5 가지 샘플들 이상의 평균 7000psi 보다 적은 인장 강도를 갖는 테프론 섬유막 필터 매체이다.
다음의 예들은 본 발명을 실시하기 위해 현재 심사숙고중인 바람직한 실시예들에 대해 설명하고 있으며, 제한적으로 고려되어서는 않된다.
실시예 1- 순환 필터의 예비
본 발명의 필터(10)는 층(16,18,20,22 및 24)들을 조합하며, 브란슨(Branson) 900 또는 800과 같은 초음파 용접기를 이용하여 에지부들을 실링함으로서 예비될 수 있다. 상기 유기 증기 제거층은 스틸 룰(Rule) 다이를 이용하여 절단될 수 있다.
미국 특허 출원 번호 08/017,812는 필터 매체로부터 탄소 이탈을 방지시키는 것 이라는 명칭으로 1993년 2월 16일자로 미국 특허 상표청에 출원되었으며, 1993년 8월 17일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 08/107,539의 계속출원이며, 본 발명에 따른 필터들을 예비하는데 적용할 수 있는, 필터의 에지부들을 용접하는 방법을 설명하고 있다. 본 특허 출원의 기술들은 참조로 여기에 병합되었다.
실시예 2- 다공성의 탄소 비드들을 흡착시키는 것
K2CO3의 30%(중량/중량) 용액은 10리터의 증류액에 K2CO3의 3000그램을 천천히 혼합함으로서 준비된다. 용액은 액체가 투명해질 때 완전해진다.
다공의 흡착성 비드들은 활성 탄소로 만들어지며, 0.6mm의 평균 직경과, 20 옹스트롬 보다 적은 구멍 사이즈와, 415 mgs/in2의 기초 중량과; 및 300 ft./min.의 프래지어 투과율을 갖는다. 짜여진 폴리에스테르 기질에 부착되는 것은 비드들의 구멍들이 포화될 때 까지, 1 내지 3분 동안 용액에 담겨진다. 그에 따라서, 상기 포화된 비드들은 10 내지 20 분 동안 약 180。C의 온도로 오븐에서 건조된다. 상기 결과의 비드들은 K2CO3의 약 3% 중량을 함유한다.
실시예 3 - 정적 가스 테스트
절차
순환 필터들은 개개의 플라스틱 봉투들로 제공된다. 상기 봉투들은 필터 형태로 라벨이 붙어 있다. 상기 필터들 자체는 라벨이 붙어 있지 않다. 상기 필터들은 단지 집게(Forceps)들로 처리된다.
상기 필터들은 최근에 눈금이 정해진 스케일에 의하면 거의 0.1mg의 중량에 이르며, 중량은 도달된 중량으로서 기록된다. 필터들은 에어로부터 습기의 흡착으로 인한 변화들을 얻기 쉬우면서도, 평가하는데 사용할 수 있는 추가적인 기초 라인을 제공한다. 중량을 잴 때 실험실의 상대 습도는 기록되었다. 각각의 필터는 중량이 재어진후, 작으면서도, 넓은 마우쓰 글라스 자(Mouth glass jar)(3.3cm 직경× 4.0cm 높이)에 놓여지며, 식별 명칭 및/또는 번호가 상기 마우쓰 글라스 자에 쓰여진다. 상기 필터들은 주변의 습기 조건들에 계속적인 건조 및 재 평형의 둘 다를 위해 대기중에 더욱 노출되도록 상기 마우쓰 글라스 자들로 보내진다. 상기 필터들이 대기중에 사용되지 않거나(상기 마우쓰 글라스 자의 뚜껑으로 덮여져서), 활동적으로 건조되거나 평형상태에 있게 될 때, 필터들은 어떤 에어로 운반되는 미립자 오염물로부터 보호될 수 있도록 길게 늘어진 상태로 위치되는 커버로 상기 마우쓰 글라스 자들을 덮어 보관하게 될 것이다.
상기 마우쓰 글라스 자들의 모두는 바닥측 무수물의 활동성 실리카 겔을 포함하는 진공 건조기(Desiccator)에 놓여진다. 실리카 겔을 나타내는, 블루(Blue)가 사용될 수 있으며, 상기 블루는 완전히 블루(건조된 표시)이어야 하며, 레드(Red)(젖은 표시)가 아니다. 에어는 진공 펌프로서 건조기로부터 제거되며, 견본품들은 12시간 이상 동안 건조되도록 허락된다.
각각의 필터는 거의 0.1mg의 중량에 이르며, 중량은 예비-테스트 건조 중량으로서 기록된다. 이 중량 검사는 중량 검사에 앞서 건조기 밖의 에어에 필터를 노출시키는 시간을 최소화시켜 가능한 한 빨리 행해져야 한다.
상기 개구된 넓은 마우쓰 글라스 자들속의 필터들은 대기중에 습기와 함께 재평형될 수 있도록 최소 8시간 동안 대기중에 노출되어 있게 된다. 이렇게 하는 이유는 실제 테스트하는 동안, 상기 필터들이 대기중에 노출될 것이며, 그러므로서, 대기중의 습기와 함께 평형을 이루게 되는 것이다. 중량 유지 데이터는 중요성이 있으며, 실험하는 동안 흡수되는 습기량의 측정을 부분적으로 행한 것이 아니기 때문에, 상기 필터들은 실험의 시작과 끝의 둘 다에서 또는 양쪽의 시간동안에 주변의 대기에 평형 상태로 완전히 건조되어야 할 것이다. 이 실험에서, 중량은 각각의 필터에 대한 양쪽 조건들로 보고된다.
테스트
상기 테스트는 분리되며, 개구된 넓은 마우쓰 자에 테스트되어지는 각각의 필터들을 위치시킴으로서 수행된다. 상기 마우쓰 자들은 건조제를 포함하지 않는 크고, 깨끗한 진공 건조기에 위치되며, 상기 마우쓰 자들은 큰 시계 유리로 덮여진다. 상기 그라운드 유리 결합물들의 모두는 고품질의 실리콘 그리스로 발라진다. 상기 진공 건조기로부터의 에어는 진공 펌프로서 제거된다. 테스트 가스는 테프론 관 제작을 이용하여 진공 건조기에 연결된다. 상기 진공 건조기는 더 이상의 진공이 없을 때 까지 테스트 가스로 채워진다. 필터들은 2시간 동안 테스트 가스의 포화 대기에서 견디게 된다. 그리고 나서, 건조기의 뚜껑은 제거되며, 테스트 가스는 후드(Hood)의 밖으로 환기되어 나간다. 가능한 한 안전하게, 상기 필터들은 2시간 후의 중량으로서 중량 검사되며 기록된다. 테스트는 상기 중량이 두 개의 연속적인 측정 동안 변함없거나 2시간 노출의 3회가 완성될 때 까지 반복된다.
가스 실험의 모두로부터 견본들의 모두는 진공 건조기에 진공 펌프를 위치시켜서, 위에 기술된 절차에 따라 12시간 이상 동안 건조시킨다. 몇 가지 필터들은 다른 것들 보다 오랫동안 주변에 안착시켜 오고 있지만, 동시에 상기 견본품들의 모두를 건조시키는 것을 제외하고는 상기 후 - 테스트 건조 중량을 얻는 실제적인 방법은 없다. 상기 바람직한 필터들의 모두는 중량 검사되며, 상기 중량은 후 - 테스트 건조 중량으로서 기록된다.
실시예 4 - 화학적 정화 시간 테스트
하드 디스크 드라이브 동봉물은 125ml/min의 에어 흐름을 제공받는다. 값은 2,2,4-트리메틸펜탄(TMP)을 바이패스시키도록 설정되며, 디스크를 통해 흐른다. 상기 하드 디스크 드라이브의 압력은 측정가능하며, 지속적이될 것이다. 가스 색층 분석기(Chromatograph)/ 불꽃 이온화 탐지기(GC/FID) 신호는 감지되며, 기초 라인 값들은 주지되어 있다. 에어는 확산 바이얼(Vial)(TMP 함유)을 갖고 있는 25。C의 열 교환기를 통해서 흐름이 유발되며, 하드 디스크 드라이브를 경유하여, 상기 FID에 의해서 탐지되게 된다. 시스템은 50 ppm TMP로 평형 상태에 이르도록 허락된다. 상기 GC/FID 데이터 이득(Acquisition)은 시작된다. 50 ppm TMP 농축 투입이 기록된후에, 흐름은 있지 않아야할 곳의 하드 디스크 드라이브를 통해 재 방향설정된다. 3분후에, 하드 디스크 드라이브를 통한 농축은 12 ppm TMP에서 안정화되도록 허락된다. TMP 없는 에어는 하드 디스크 드라이브를 통해 재 방향설정된다. 테스트는 상기 FID 로부터의 신호가 기초 라인 신호에 도달할 때 까지 계속된다.
4개의 필터들이 테스트되었다. 제 1필터는 탄소를 함유하여 정전하적 이었으며; 제 2필터는 탄소를 함유하는 PTFE이 였으며; 제 3필터는 정전하적이었으며; 그리고 제 4필터는 PTFE였으며; 그리고 4번째는 흡착된 탄소를 함유하여 정전하적이었다.
탄소에 관한 위의 참조는 0.6mm의 평균 직경과, 20- 40옹스트롬의 구멍 사이즈와, 415mgs/in2.의 기초 중량과; 그리고 300ft./min,의 프래지어 투과율을 갖는 다공성의 흡착성 비드들에 대해 언급하고 있다. 흡착된 탄소에 관한 참조는 K2CO3의 중량으로 3%를 함유하는 위의 탄소에 관해 언급하고 있다. 정전하적에 대한 참조는 영구적인 전기 전위를 나타내며, 단일값이 아닌 71이하 또는 99이상(10.5 ft./min. 에어 흐름시 테스트, 0.3-0.4 미크론 입자들)으로 평균 76%-94%의 폼블린(Fomblin) 효율과; 283 ft./min.-476 ft./min.의 투과율과; 0.036 인치-0.061 인치의 두께와; 그리고 48-75 lbs./3000ft2의 기초 중량을 갖는, 50%의 폴리프로필렌 및 50%의 모다클릭(Modacrylic)의 혼합 섬유 매체에 관해 언급하고 있다. 상기 PTFE는 최소 98.0%의 폼블린 효율(찰린지 용액은 프레온이 함유된 50%의 폼블린이다.)과; 최소 평균 15.0ft./min.의 프래지어 투과율(11.0ft./min. 보다는 큰 모든 기록들)과; 그리고 5가지 샘플들 이상으로 평균 7000psi보다 적은 인장 강도를 갖는 테프론 섬유막 필터 매체에 대해 언급하고 있다.
4 가지 샘플들에 대한 테스트의 결과는 도 3에 제공되어 있다.
유사한 테스트가 미립자들에 대해 수행되었으며, 그 결과는 도 4에 제공되어 있다.
이와 같이 본 발명의 필터 및 필터를 제조하는 방법은 하드 디스크 드라이브 동봉물 내의 에어 흐름으로부터 미립자들 및 유기 증기들을 효과적으로 제거할 수 있게 됨은 물론, 상기 필터를 제대로 만들 수 있는 방법들을 제공하게 된다.

Claims (13)

  1. 필터에 있어서,
    미립자를 흡착하는 매체층과,
    유기 증기를 흡착하는 매체층과,
    10 보다는 큰 메리트 수(FOM) 및 유기 증기를 영구적으로 흡착하는 용적을 갖는 필터로서,
    상기 메리트 수(FOM)는 10.5ft./min.의 속도를 갖는 에어 흐름에 0.3μm의 사이즈를 갖는 입자들에 대해, 및 0.5인치의 H2O 에서의 프래지어 투과율(Frazier permeability)에 대해 결정되는 프랙셔널 효율에 기초하여 계산되는 것을 특징으로 하는 필터.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 미립자를 흡착하는 매체층은 정전하적 매체를 포함하는 것을 측징으로 하는 필터.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 유기 증기를 흡착하는 매체층은 다공성의 흡착성 비드들을 포함하는 것을 특징으로 하는 필터.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 필터는 하드 디스크 드라이브내에 사용을 위한 순환 필터인 것을 특징으로 하는 필터.
  5. 필터에 있어서,
    (a) 다공성의 흡착성 비드들을 포함하는 유기 증기 흡착층과;
    상기 유기 증기 흡착층은 에어가 흐르도록 허락하는 제 1측부와, 상기 유기 증기 흡착층의 밖으로 에어가 흐르도록 허락하는 대향측 제 2측부를 구비하며,
    (b) 상기 유기 증기 흡착층의 제 1측부에 제 1미립자 제거층과; 그리고
    (c) 상기 유기 증기 흡착층의 제 2측부에 제 2미립자 제거층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 필터.
  6. 제 5항에 있어서, (d) 상기 제 1미립자 제거층에 제공되는 제 1면포와; 그리고
    (e) 상기 제 2미립자 제거층에 제공되는 제 2면포로 이루어지는 것을 특징으로 하는 필터.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 제 1,2미립자 제거층들은 각각 정전하적 매체와, 폴리테트라플르오르에칠렌 매체, 그리고 그들에 대한 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 제 1,2미립자 제거층들은 그들간에 상호 상기 유기 증기 흡착층을 둘러싸도록 함께 실링되는 것을 특징으로 하는 필터.
  9. 에어 흐름으로부터 미립자들과 유기 증기들을 제거하는데 사용되는 필터를 예비하는 방법에 있어서,
    (a) 약 10 및 유기 증기 흡착 용적 보다 큰 메리트 수를 제공하게 될 필터 재료들을 제공하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 필터를 예비하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 필터 재료들을 제공하는 공정은 트리메칠펜탄 및 하드로진 설파이드를 영구적으로 흡착시킬 수 있는 다공성의 비드들을 포함하는 것을 특징으로 하는 필터를 예비하는 방법.
  11. 산성 가스들을 흡착하는 흡착제에 다공성의 비드들을 포화시키는 방법에 있어서,
    (a) 흡착제와 솔벤트의 용해를 제공하는 솔벤트에 흡착제를 용해시키는 것과;
    (b) 상기 다공성의 비드들을 코팅시키도록 용해를 허락하는 용액에 다공성의 비드들을 담그는 것과;
    (c) 상기 솔벤트를 증발시키기 위해 상기 코팅된 다공성 비드들을 건조시키는 것의 공정을 포함하는 다공성의 비드들을 포화시키는 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 솔벤트는 증류수인 것을 특징으로 하는 다공성의 비드들을 포화시키는 방법.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 흡착제는 칼슘 카보네이트, 포타시움 카보네이트, 소디움 카보네이트, 및 그들에 대한 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 다공성의 비드들을 포화시키는 방법.
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