特表 2023-541712 本質的に安定した貫流多孔質フィルタ要素、及びそのようなフィルタ要素の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-03

(54)【発明の名称】本質的に安定した貫流多孔質フィルタ要素、及びそのようなフィルタ要素の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 39/16 20060101AFI20230926BHJP

   B01D 46/30 20060101ALI20230926BHJP

   B01D 46/24 20060101ALI20230926BHJP

【ＦＩ】

B01D39/16 Z

B01D39/16 E

B01D46/30 Z

B01D46/24 Z

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023518447

(86)(22)【出願日】2021-08-04

(85)【翻訳文提出日】2023-05-18

(86)【国際出願番号】 EP2021071814

(87)【国際公開番号】W WO2022063470

(87)【国際公開日】2022-03-31

(31)【優先権主張番号】102020124689.7

(32)【優先日】2020-09-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】506195893

【氏名又は名称】ヘルディング ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング フィルターテヒニーク

(74)【代理人】

【識別番号】100154612

【弁理士】

【氏名又は名称】今井 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】ヘルディング ウルス

(72)【発明者】

【氏名】ハーイェク シュテファン

(72)【発明者】

【氏名】ラーベ ユリアン

【テーマコード（参考）】

4D019

4D058

【Ｆターム（参考）】

4D019AA01

4D019BA01

4D019BA03

4D019BA04

4D019BA05

4D019BA06

4D019BA13

4D019BB07

4D019BB10

4D019BB12

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4D019BD02

4D019CB06

4D058JA02

4D058JA51

4D058JB03

4D058JB04

4D058JB05

4D058JB06

4D058JB14

4D058JB28

4D058JB29

4D058JB39

(57)【要約】

ガス流から異物をろ過するための本質的に安定した貫流多孔質フィルタ要素であって、プラスチック製のフィルタ本体を備え、流入側及び反対側の流出側を有し、流入側に表面ろ過層が形成され、フィルタ本体は、付加製造プロセスで製造された三次元支持構造を有し、支持構造は、ガスが流入側から流出側に流れることができる複数のキャビティを有し、表面ろ過層は、三次元支持構造のキャビティを少なくとも部分的に充填している。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス流から異物をろ過するための本質的に安定した貫流多孔質フィルタ要素（１）であって、
プラスチック製で、流入側（８）及び反対側の流出側（９）を有し、前記流入側（８）に表面ろ過層（１４）が形成されたフィルタ本体（２）を備え、
前記フィルタ本体（２）は、付加製造プロセスで製造され、ガスが前記流入側（８）から前記流出側（９）に流れることができる複数のキャビティ（２６）を有する三次元支持構造（２３）を備え、
前記表面ろ過層（１４）は、前記三次元支持構造（２３）の前記キャビティ（２６）を少なくとも部分的に充填していることを特徴とする、フィルタ要素（１）。

【請求項2】

前記三次元支持構造（２３）は、前記流入側（８）に向かって開いたケージ構造を有することを特徴とする、請求項１に記載のフィルタ要素（１）。

【請求項3】

前記三次元支持構造（２３）は、バスケット状、カップ状又は漏斗状のキャビティ（２６）を形成し、各々は底部側及び反対側の開放側を有し、前記開放側は前記流入側（８）に面することを特徴とする、請求項１又は２に記載のフィルタ要素（１）。

【請求項4】

前記バスケット状、カップ状又は漏斗状のキャビティ（２６）は、それぞれ、前記底部側を前記開放側に接続する側面境界を有し、隣接するバスケット状、カップ状又は漏斗状のキャビティ（２６）が互いに連通する開口部を有することを特徴とする、請求項３に記載のフィルタ要素（１）。

【請求項5】

それぞれのキャビティ（２６）の前記開放側は、前方開口部（２６．１）を有し、及び前記底部側及び／又は側面境界は後方開口部を有し、
前記開放側から前記底部側への直交投影において、前記底部側及び／又は前記側面境界の複数の後方開口部が、前記開放側の前方開口部（２６．１）によって規定される領域内に配置されていることを特徴とする、請求項３又は４に記載のフィルタ要素（１）。

【請求項6】

それぞれのキャビティ（２６）の前記開放側は、１つのみの開口部（２６．１）を有することを特徴とする、請求項３乃至５のいずれか一項に記載のフィルタ要素（１）。

【請求項7】

前記フィルタ本体（２）は、その流入側（８）と流出側（９）の間に延びる厚さ方向を規定し、前記表面ろ過層（１４）は、前記表面ろ過層（１４）の厚さの少なくとも１０％にわたって、特に厚さの少なくとも２５％にわたって、特に厚さの少なくとも５０％にわたって、特に厚さの２５％から１００％の間で、特に厚さの５０％から７５％の間で、前記三次元支持構造（２３）のキャビティ（２６）を充填していることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のフィルタ要素（１）。

【請求項8】

前記フィルタ本体（２）は、その流入側（８）と流出側（９）の間に延びる厚さ方向を規定し、前記表面ろ過層（１４）は、前記三次元支持構造（２３）の厚さの少なくとも１０％にわたって、特に厚さの少なくとも２５％にわたって、特に厚さの少なくとも５０％にわたって、特に厚さの２５％から１００％の間で、特に厚さの５０％から７５％の間で、前記三次元支持構造（２３）のキャビティ（２６）を充填していることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のフィルタ要素（１）。

【請求項9】

前記表面ろ過層（１４）は、前記三次元支持構造（２３）のキャビティ（２６）を少なくとも部分的に、特にその大部分、特に実質的に完全に充填する第１層（２７）を含むことを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のフィルタ要素（１）。

【請求項10】

前記表面ろ過層（１４）は、前記流入側（８）から前記第１層（２７）に適用される少なくとも１つの第２層（２８）を含み、
特に前記第２層（２８）は、前記フィルタ本体（２）の前記流入側（８）に表面を形成することを特徴とする、請求項９に記載のフィルタ要素（１）。

【請求項11】

前記第２層（２８）は、前記第１層（２７）の間隙を少なくとも部分的に占有することを特徴とする、請求項１０に記載のフィルタ要素（１）。

【請求項12】

前記第１層（２７）及び前記第２層（２８）は、異なる孔径を有し、
特に、前記第１層（２７）の孔径は、前記第２層（２８）の孔径よりも大きいことを特徴とする、請求項１０又は１１に記載のフィルタ要素（１）。

【請求項13】

いずれの場合も、前記第２層（２８）は、ＰＥ、ＰＴＦＥ、ＳｉＯ_２、特に中空ガラス、固体ガラス、発泡ガラス又は砂、ＰＰＳ、酸化アルミニウム、又はそれら材料の少なくとも２つの混合物の粒子を含むことを特徴とする、請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載のフィルタ要素（１）。

【請求項14】

前記表面ろ過層（１４）は、少なくとも部分的にコーティングとして形成され、しかしいずれの場合も、前記第１層及び第２層（２７、２８）は、特に液体堆積、スプレー、刷毛塗り、浸漬コーティング、ベーキング、及び／又は熱溶射プロセス、特に火炎溶射によってコーティングとして形成されることを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のフィルタ要素（１）。

【請求項15】

前記三次元支持構造（２３）は、ノード（２５）で互いに接続されたロッド（２４．１、２４．２）を具備するトラス状の構成を有することを特徴とする、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のフィルタ要素（１）。

【請求項16】

前記三次元支持構造（２３）は、少なくとも２つの格子層（２３．１、２３．２、２３．３）を形成する格子状構造を備え、その内の一方の格子層（２３．１）は前記流入側（８）に面し、特に前記流入側（８）を規定し、他方の格子層（２３．２）は前記流出側（９）に面し、前記格子層（２３．１、２３．２、２３．３）はロッド（２４．３）又はウェブによって互いに接続されていることを特徴とする、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のフィルタ要素（１）。

【請求項17】

前記一方の及び／又は前記他方の格子層（２３．１、２３．２、２３．３）は、ノード（２５）で相互接続され、開口部（２６．１）を規定するロッド（２４．１、２４．２）を具備する構成を有することを特徴とする、請求項１６に記載のフィルタ要素（１）。

【請求項18】

前記一方の及び／又は前記他方の格子層（２３．１、２３．２、２３．３）は、規則的な格子構造を含むことを特徴とする、請求項１６又は１７に記載のフィルタ要素（１）。

【請求項19】

前記少なくとも２つの格子層（２３．１、２３．２、２３．３）は、前記２つの格子層（２３．１、２３．２、２３．３）の一方の開口部（２６．１）が、前記２つの格子層（２３．１、２３．２、２３．３）の他方の開口部（２６．１）からオフセットするように配置されていることを特徴とする、請求項１６乃至１８のいずれか一項に記載のフィルタ要素（１）。

【請求項20】

前記三次元支持構造（２３）は、前記フィルタ本体（２）の前記流入側（８）と前記流出側（９）の間の流れ方向において前後に並ぶ３つの格子層（２３．１、２３．２、２３．３）を含み、中央格子層（２３．３）の開口部（２６．１）が、他の２つの格子層（２３．１、２３．２）の開口部（２６．１）からオフセットして配置されていることを特徴とする、請求項１６乃至１９のいずれか一項に記載のフィルタ要素（１）。

【請求項21】

前記三次元支持構造（２３）は、前記フィルタ本体（２）の前記流入側（８）と前記流出側（９）の間の流れ方向において前後に並ぶ３つの格子層（２３．１、２３．２、２３．３）を含み、他の２つの格子層（２３．１、２３．２）の開口部（２６．１）が、一致して配置されていることを特徴とする、請求項１６乃至２０のいずれか一項に記載のフィルタ要素（１）。

【請求項22】

前記一方の、前記他方の、及び／又は前記中央格子層（２３．１、２３．２、２３．３）の開口部（２６．１）は、三角形、四角形、特に正方形、長方形、菱形又は平行四辺形、多角形、円形及び／又は楕円形であることを特徴とする、請求項１６乃至２１のいずれか一項に記載のフィルタ要素（１）。

【請求項23】

２つの隣接する格子層をそれぞれ接続する前記ウェブ又は前記ロッドは、前記２つの格子層のノードからオフセットして配置されることを特徴とする、請求項１６乃至２２のいずれか一項に記載のフィルタ要素（１）。

【請求項24】

前記フィルタ本体（２）は、三次元母孔構造（４０）を更に含み、前記三次元支持構造（２３）は、前記三次元母孔構造（４０）の流入側（４１）に配置されることを特徴とする、請求項１乃至２３のいずれか一項に記載のフィルタ要素（１）。

【請求項25】

前記三次元母孔構造（４０）は、前記三次元支持構造（２３）よりも大きな孔径を有することを特徴とする、請求項２４に記載のフィルタ要素（１）。

【請求項26】

前記フィルタ要素（１）は中空体として形成され、
前記フィルタ本体（２）の前記流入側（８）は前記中空体の外側に配置され、前記フィルタ本体（２）の前記流出側（９）は前記中空体の内側に配置されることを特徴とする、請求項１乃至２５のいずれか一項に記載のフィルタ要素（１）。

【請求項27】

ガス流から異物をろ過するための本質的に安定した貫流多孔質フィルタ要素（１）の製造方法であって、
フィルタ本体（２）が、プラスチックで形成され、流入側（８）及び反対側の流出側（９）を有する製造方法において、
三次元支持構造（２３）に複数のキャビティ（２６）が形成され、当該キャビティ（２６）を通ってガスが前記流入側（８）から前記流出側（９）に流れることができるように、付加製造プロセスによって前記三次元支持構造（２３）を製造するステップと、
前記三次元支持構造（２３）の前記キャビティ（２６）を部分的に充填することにより、表面ろ過層（１４）を形成するステップと、を備え、
前記三次元支持構造（２３）は、プラスチック材料を含むことを特徴とする、製造方法。

【請求項28】

前記三次元支持構造（２３）が前記付加製造プロセスによって製造される際、前記流入側（８）に向かって開いたケージ構造が形成されることを特徴とする、請求項２７に記載の方法。

【請求項29】

前記付加製造プロセスによる前記三次元支持構造（２３）の製造中に、バスケット状、カップ状又は漏斗状のキャビティ（２６）が形成され、各々は底部側及び反対の開放側を有し、前記開放側は前記流入側（８）に面することを特徴とする、請求項２７又は２８に記載の方法。

【請求項30】

前記バスケット状、カップ状又は漏斗状のキャビティ（２６）の各々に対して、側面境界が形成され、当該側面境界は、前記底部側を前記開放側に接続し、前記バスケット状、カップ状又は漏斗状のキャビティ（２６）の隣接するものが互いに連通する開口部を有することを特徴とする、請求項２９に記載の方法。

【請求項31】

それぞれのキャビティ（２６）の前記開放側に、前方開口部（２６．１）が形成され、前記底部側及び／又は側面境界に、後方開口部が形成され、
前記開放側から前記底部側への直交投影において、前記底部側及び／又は前記側面境界の複数の後方開口部が、前記開放側の前方開口部（２６．１）によって規定される領域内に位置することを特徴とする、請求項２９又は３０に記載の方法。

【請求項32】

それぞれのキャビティ（２６）の前記開放側に、１つのみの開口部（２６．１）が形成されることを特徴とする、請求項２９乃至３１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項33】

前記支持構造（２３）の複数のキャビティ（２６）に材料を埋め込み、前記表面ろ過層（１４）の第１層（２７）を形成するステップを備え、前記第１層のための前記材料の大半は、前記三次元支持構造（２３）の複数のキャビティ（２６）を充填することを特徴とする、請求項２７乃至３２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項34】

前記第１層（２７）に、少なくとも１つの第２層（２８）を適用するステップを備え、特に、前記第２層（２８）は、前記フィルタ本体（２）の前記流入側（８）に表面ろ過層（１４）を形成することを特徴とする、請求項３３に記載の方法。

【請求項35】

前記表面ろ過層（１４）は、コーティングとして、特に液体堆積、スプレー、刷毛塗り、浸漬コーティング、ベーキング、及び／又は熱溶射プロセス、特に火炎溶射によって形成されることを特徴とする、請求項２７乃至３４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項36】

付加製造プロセス、特にレーザ焼結又はステレオリソグラフィによる前記三次元支持構造（２３）の製造中に、トラス状の構成が、ノード（２５）で互いに接続されたロッド（２４．１、２４．２、２４．３）又はウェブで形成されることを特徴とする、請求項２７乃至３５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項37】

前記三次元支持構造（２３）の製造中に、少なくとも２つの格子層（２３．１、２３．２、２３．３）を形成する格子状構造が形成され、一方の格子層（２３．１）は前記流入側（８）を規定し、他方の格子層（２３．２）は前記流出側（９）に面し、
前記格子層（２３．１、２３．２、２３．３）は、ロッド（２４．３）又はウェブによって相互接続されることを特徴とする、請求項２７乃至３６のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガス流から異物をろ過するための本質的に安定した貫流多孔質フィルタ要素に関する。さらに、本発明は、ガス流から異物をろ過するための本質的に安定した貫流多孔質フィルタ要素の製造方法にも関する。

【背景技術】

【0002】

このようなフィルタ要素は、自動車産業、化学産業、食品産業、建築材料の製造など、さまざまな産業分野の工場及びプラントで使用されている。

【0003】

これまで、そのようなフィルタ要素のフィルタ本体は、焼結され、その後、例えばスプレーコーティングの形で表面ろ過層が設けられていた。そのプロセスの性質上、フィルタ本体は通常、複数の部品で製造され、それらを結合して１つのフィルタ本体を形成する。焼結プロセスは、本質的に安定したフィルタ要素を大量に生産できるが、例えば、使用できるプラスチックやフィルタ本体及び／又は表面ろ過層の構造に関して、特定の制約がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、これらの制約を受けない、多孔質フィルタ本体と、フィルタ本体の流入側に形成された表面ろ過層とを備える、ガス流から異物をろ過するための本質的に安定した貫流多孔質フィルタ要素を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明によれば、固有の安定性を有し、そこを通過する流れを許容する多孔性であるフィルタ要素、すなわち、ガス流から異物をろ過するための本質的に安定した貫流多孔質フィルタ要素が提案され、プラスチック製で、流入側及び反対側の流出側を有し、流入側に表面ろ過層が形成されたフィルタ本体を備える。フィルタ本体は、付加製造プロセスで製造され、ガスが流入側から流出側へ流れることができる複数のキャビティを有する三次元支持構造を備える。表面ろ過層は、三次元支持構造のキャビティを少なくとも部分的に充填している。

【0006】

さらに、本発明によれば、ガス流から異物をろ過するための本質的に安定した貫流多孔質フィルタ要素の製造方法であって、フィルタ本体がプラスチックで形成され、流入側及び反対側の流出側を有する製造方法が提案される。この方法は、少なくとも以下のステップ：三次元支持構造に複数のキャビティが形成され、そのキャビティを通ってガスが流入側から流出側に流れることができるように、付加製造プロセスによって三次元支持構造を製造するステップと、三次元支持構造のキャビティをコーティング材料で部分的に充填することにより、表面ろ過層を形成する。

【0007】

三次元支持構造は、付加製造プロセスによって、特にレーザ焼結、ステレオリソグラフィ（光造形法）、特にＵＶベースのステレオリソグラフィ又は低力ステレオリソグラフィ、ＤＬＰ、バインダ噴射、粒子噴射、又はＦＤＭによって製造される。これらのプロセスのそれぞれは、結果として得られる三次元支持構造の特徴的な構造をもたらし、該当する場合は、同じ方法、特に三次元支持構造と同じ製造プロセスで製造されるフィルタ本体の他の部分の特徴的な構造をもたらす。

【0008】

付加製造プロセスにより、フィルタ本体は、従来のプロセスによって課せられる制限を受けることなく、それぞれの所望の形状及び強度や剛性などの機械的特性を有して製造することができる。付加製造は、三次元支持構造をフィルタ本体と一緒に製造する可能性も提供する。付加製造プロセスでは、製造する部品の形状を指定する金型又は型枠が不要であり、代わりにデジタル３Ｄ設計データに基づいてコンピュータ制御で部品を生成する。このようにして、任意のサイズと形状のフィルタ要素を単一のプロセスで、特に一体型のフィルタ本体を用いて製造することができ、該当する場合、フィルタ本体、接続要素、及び表面ろ過層の少なくとも一部、又は別個の製造プロセスで適用された表面ろ過層を接着するための部品が一体となった、すなわち一体で製造される態様であっても製造することができる。フィルタ本体及びそのような部品は、それらが異なる形状を有していたり、又はフィルタ本体又は個々の部品が作られる材料に関して違いがあったりしても、１回の印刷プロセスで製造することができる。付加製造プロセスを用いて製造されたフィルタ要素は、特に、付加製造プロセスを用いて製造されたフィルタ本体、及び該当する場合に追加部品が、通常、鋳造プロセスを用いて実現できない形状を有するという事実によって認識することができる。付加的に製造された部品には、例えば、キャビティ又はアンダーカット及び突起があるからである。

【0009】

三次元支持構造は、運転中に典型的に予想されるような（例えば、部分的に研磨性の異物粒子を含む生ガスの強い流入の結果として、及び／又は繰り返し洗浄サイクル中の圧力パルスの適用による）大きな負荷にあっても、表面ろ過層とフィルタ本体との間の恒久的に耐久性のある結合を可能にする。三次元支持構造は、表面ろ過層の粒子（これは、特に、以下でより詳細に説明する表面ろ過層の第１層の粒子に当てはまる）が、表面ろ過層が適用されたときに支持構造内にくさび状に食い込むことができるように形成されている。キャビティは、ガスが流れることができる支持構造体内の自由空間である。この場合、キャビティは支持構造体自体によって形成される。三次元支持構造は、付加製造プロセスで製造されるため、特に、いわゆるパラメトリックに制御された細孔の構成を有するキャビティを有することができる。この用語は、付加製造プロセスによって三次元支持構造に形成されるキャビティ又は孔が、キャビティを有する対応する三次元支持構造を製造するために、サイズ及び形状を具体的に調整できることを表すことを意図している。

【0010】

また、支持構造体は、フィルタ要素の製造工程における安定性も確保する。特に、付加製造によって製造された支持構造は、硬化及び後処理前のフィルタ要素のグリーンコンパクトの安定性を向上させる。

【0011】

フィルタ本体の流入側は、異物を含んだガス流がフィルタ動作中にフィルタ要素に到達し、表面ろ過層を貫通する側を示す。また、フィルタ本体の下流側は、異物を除去したガス流がフィルタ要素から排出される側を示す。したがって、フィルタ要素の設置状態において、流入側はフィルタシステムの生ガス空間に向けられ、フィルタ本体の流出側はフィルタシステムの清浄ガス空間に向けられる。

【0012】

プラスチック製のフィルタ本体は、フィルタ本体が主成分としてプラスチックを有する場合に得られる。プラスチックの主成分に加えて、他の成分が、例えば添加剤又は充填剤の形態で、フィルタ本体に存在してもよい。そのようなさらなる構成要素がプラスチックであるか、非プラスチック材料を有するかは重要ではない。フィルタ本体の製造のためのプラスチックは、１つのポリマー材料から、又はいくつかのポリマー材料から（例えば、ポリマーブレンド又は混合ポリマーの形態で）形成することができる。以下において、例えばフィルタ本体及び／又はフィルタ要素に関連してプラスチックの組成が言及される場合、これは常に、プラスチックが１つのポリマー材料のみから形成され得る、又はいくつかのポリマー材料から形成され得るという意味で理解されるべきである。ポリマー材料という用語は一般的な用語として理解されるべきであり、同じ種類のモノマーから構成されるホモポリマーと、ブロックコポリマーなどのコポリマー及び異なる種類のモノマーから構成される他のポリマーの両方を含むことを意図している。

【0013】

付加製造されたフィルタ要素は、非常に高い精度で製造することができるため、後工程がほとんど、又は全く必要ない。幅広い形状とサイズのフィルタ要素もこの方法で製造することができる。

【0014】

可能な実施形態及びさらなる発展は、従属請求項に記載されており、以下において説明される。これらの実施形態及びさらなる展開は、本発明によるフィルタ要素及び本発明による製造方法の両方を指すことが明示的に意図されている。これらが互いの代替物であることが個々の態様について明示的に示されていない限り、それぞれ説明された実施形態及びさらなる実施形態は、所望により互いに組み合わせできることが理解される。

【0015】

特に、三次元支持構造は、流入側に向かって開口しているケージ構造を備えてもよい。特に、このようなケージ構造は、表面ろ過層を形成するための材料が個々のキャビティに収容されるように設計されてもよい。キャビティはそれぞれ一種のケージを形成し、それぞれのキャビティに収容された材料は、ケージを取り囲む三次元支持構造によって保持される。特にケージ構造は、表面ろ過層を形成するための材料が、三次元支持構造の製造後にそれぞれのケージに導入されるように設計されている。表面ろ過層を形成するための材料は、少なくとも三次元支持構造のキャビティに導入されるときに、粒子状であることができる。そして、ケージ構造は、それぞれの場合にキャビティに導入された粒子がケージ構造によって保持されるように設計され、それによって、いずれの場合にも、キャビティに導入された材料の大部分がそこに残り、キャビティの底部側又は側面境界を通ってさらに輸送されない。ケージ構造内の粒子の保持を補助するために、接着剤などの接着システムを使用することができる。キャビティ内の材料の保持は、表面ろ過層を形成するための材料が、キャビティ内の材料の粒子が互いに結合して凝集体を形成するような構成を有し、及び／又はキャビティ内に導入されるという事実によってさらに強化され得る。このような凝集体は、いくつかの隣接するキャビティにまたがって延びることがよくあり、したがって、ケージ構造のキャビティにおける表面ろ過層用の材料の特に良好な固定につながるブリッジ構造を形成することができる。

【0016】

ケージ状構造を形成するために、三次元支持構造は、特に、バスケット状、カップ状又は漏斗状のキャビティを形成することができ、各々は、底部側及び反対側の開放側を有する。この場合、開放側は流入側に面することができるので、表面ろ過層を形成するための材料は、開放側を通してケージ構造内に容易に導入することができる。

【0017】

バスケット状、カップ状又は漏斗状のキャビティは、それぞれ、例えば側壁の態様で、底部側を開放側に接続し、バスケット状、カップ状又は漏斗状のキャビティの隣接するものが互いに連絡する開口部を有する側面境界を有することができる。このような側面境界によって、表面ろ過層を形成する材料の粒子の横方向への動きは、これら粒子のキャビティからの「脱落」及び流出側及び／又は流入側の方向へのさらなる輸送が効果的に抑制される程度まで、遮断され、又は少なくとも妨げられ及び／又は誘導され得る。しかし、側面境界に形成された開口部を通じて、表面ろ過層用の材料の粒子は、それでもなお、隣接するキャビティにわたって互いに結合し、したがって、複数の隣接するキャビティにわたって延びる凝集体又はブリッジ（橋梁）構造を形成し得る。このようにして、三次元支持構造における表面ろ過層の材料の確実な固定が形成される。

【0018】

特に、それぞれのキャビティの開放側は前方開口部を有し、それぞれのキャビティの底部側及び／又は側面境界は後方開口部を有することができる。この点で、開放側から底部側への直交投影において、底部側及び／又は側面境界の複数の後方開口部が、開放側の前方開口部によって規定される領域内に配置されていると有利である。特に、三次元支持構造の表面と直交する方向に視線を向けて流入側から三次元支持構造を見たときに、直交投影が得られる。このとき、流入側に形成された前方開口部と、その後方のそれぞれの前方開口部内に位置し、流出側寄りに配置された開口部が見える。これらの後方開口部は、キャビティの底部側を規定する構造物やキャビティの側面境界を形成する構造物など、対応する流出側に位置する三次元支持構造物の構造物によって規定される。しかし、前述の直交投影では、それぞれの後方開口部のうち、流入側の前方開口部の領域内にある部分のみが見えることになる。ここで、流入側の前方開口部の面積に対して、さらに流出側の後方開口部のこの部分の投影面積を考えることにする。前方開口部を直交方向に覗くと、通常、一見小さく見える複数の後方開口部が見えることになる。例えば、後方開口部は、実際には、開放側のそれぞれの前方開口部よりも小さくなっている場合がある。この場合、後方開口部は、前方開口部に対して任意の方法で配置することができる。後方開口部、特に、流出側にさらに向かうケージ構造のキャビティの底部側の後部開口部も、開放側のそれぞれの前方開口部と同じかそれ以上に大きくすることができる。しかし、この場合、後方開口部は、開放側の前方開口部に対して横方向にオフセットして配置されるべきであり、これにより、前述の投影において、すなわち、開放側の前方開口部を通して流入側から見たときに、少なくとも部分的にいくつかの後方開口部を常に見ることができる。

【0019】

特に、三次元支持構造のそれぞれのキャビティの開放側は、１つの前方開口部のみを有することができる。したがって、この構成では、各ケージ構造は、流入側に面する正確に１つの前方開口部と関連付けられ、それを通して表面ろ過層を形成するための材料をケージ構造内に受け入れることができる。

【0020】

フィルタ本体は、その流入側と流出側の間に延びる厚さ方向を規定し得る。そして、表面ろ過層は、例えば、表面ろ過層の厚さの少なくとも１０％にわたって、特に表面ろ過層の厚さの少なくとも２５％にわたって、特に表面ろ過層の厚さの少なくとも５０％にわたって、特に表面ろ過層の厚さの２５％から１００％の間で、特に表面ろ過層の厚さの５０％から７５％の間で、三次元支持構造のキャビティを充填することができる。これにより、表面ろ過層とフィルタ本体、特に三次元支持構造との有利な接続又は結合が可能になる。三次元支持構造のキャビティに埋め込まれた表面ろ過層の割合が大きいほど、表面ろ過層と支持構造との間の結合はより耐久性がある。

【0021】

例えば、表面ろ過層は、三次元支持構造の厚さの少なくとも１０％にわたって、特に三次元支持構造の厚さの少なくとも２５％にわたって、特に三次元支持構造の厚さの少なくとも５０％にわたって、特に三次元支持構造の厚さの２５％から１００％の間で、特に三次元支持構造の厚さの５０％から７５％の間で、三次元支持構造のキャビティを充填することができる。これにより、表面ろ過層とフィルタ本体、特に三次元支持構造との有利な接着が可能になる。表面ろ過層が支持構造体の中に入っているほど、表面ろ過層と支持構造体との間の結合はより耐久性がある。極端な場合、三次元支持構造のキャビティは、三次元支持構造の全厚さにわたって表面ろ過層からの材料で充填することができる。そうすると、三次元支持構造によって形成されるキャビティの実質的にすべてが、表面ろ過層の材料で満たされることになる。したがって、特に、三次元支持構造のうち表面ろ過層の材料で充填された部分が、三次元支持構造及び／又は表面ろ過層の大部分を占めるような場合では、三次元支持構造は、表面ろ過層の一部とみなすこともできる。

【0022】

表面ろ過層の材料の構成によって、表面ろ過層の材料による三次元支持構造のキャビティの平均的な充填の程度が異なることがある。また、表面ろ過層用材料が塗布される塗布方法影響する可能性がある。例えば、三次元支持構造のキャビティに導入されたコーティング材料の個々の粒子間に凝集物を形成する強い傾向があるコーティング材料又はコーティングプロセスでは、粒子の凝集によって複数の隣接するキャビティにわたって存在するブリッジ構造が形成されるため、中程度の充填レベル、特に５０％以下又は約３０から５０％でコーティング材料の強い固定を検知することが既に可能である。液体ベースのものなど、他のコーティング材料又はプロセスでは、三次元支持構造におけるコーティング材料の所望の固定を達成するために、少なくとも５０％、少なくとも７５％、最大１００％などの、より高い充填レベルが必要とされるであろう。

【0023】

先の実施形態によれば、表面ろ過層は、フィルタ本体と一体的又は一体に形成され得る。これは、特に三次元支持構造に関するものであり、この三次元支持構造は、フィルタ本体と同じ付加プロセス及び同じ印刷プロセスで製造することができる。この意味で、フィルタ本体及び表面ろ過層は一体で製造されることになる。これにより、必要な工程数を減らし、製造コストを下げることができる。フィルタ本体と表面ろ過層の間の凝集力も、特に、フィルタ本体と表面ろ過層の構成、特にフィルタ本体の支持構造又は「母孔構造」と三次元支持構造が、わずかに又は全く異なるだけである場合に、特に良好である。特に、フィルタ本体の支持構造と三次元支持構造とは、同じ材料で作ることができる。

【0024】

さらに、表面ろ過層が、少なくとも部分的に、特にその大部分において、三次元支持構造のキャビティを充填する第１層を含むとすることが提案される。第１層は、実質的に三次元支持構造の充填層を形成する。「大部分において」という表示は、第１層の質量を指すことを意図しており、すなわち、フィルタ要素の表面積あたり、支持構造のキャビティを充填する第１層の部分（その質量に対して）は、キャビティの外で三次元支持構造に適用される第１層の部分よりも大きい。特に、第１層は、その質量の少なくとも３０％、特に少なくとも６５％、特に少なくとも７５％、特に少なくとも８５％、特に少なくとも９５％が、三次元支持構造のキャビティを満たしている。このように、第１層は、三次元支持構造における表面ろ過層の良好な固定、ひいてはフィルタ本体への固定を提供する。良好な固定にもかかわらず、この三次元支持構造の第１層の材料による充填は、非常に多孔質であることができるので、フィルタ要素を流れるときの流れ抵抗は、許容範囲内にとどまる。

【0025】

表面ろ過層は、流入側から第１層に適用される少なくとも第２層を有することができる。これは、例えば、第２層がフィルタ本体の流入側の表面を形成するように行うことができる。しかし、第２層に加えて、第１層、場合によっては三次元支持構造自体も、フィルタ本体の流入側の表面の形成に寄与していることも考えられる。第１層は、少なくとも第２層のための基礎と考えることができる。少なくとも第２層により、フィルタ本体に入る前にガス流からどの異物をろ過するか、特に対応する大きさの異物をろ過するかを容易に調整又は設定することができる。適用可能であれば、少なくとも第２層は、互いに重なった複数の層を含むこともでき、それぞれの層は、フィルタ本体の流入側で、フィルタ動作中のガス流の流れ方向においてガス流が最初に流れる面を形成する。第２層は、該当する場合は第１層と一緒に、ほとんどの部分で適切な表面ろ過層を形成する。さらなる実施形態では、第２層は、第１層の一部、さらには三次元支持構造の一部とともに、フィルタ本体の流入側における表面を形成することができる。

【0026】

第１層と第２層は、異なる孔径を有することができる。この場合、第１層の孔径は、第２層の孔径よりも大きくすることができる。これにより、フィルタ要素を通るガス流の圧力損失が減少するが、これは、流入側の表面ろ過層の比較的小さな厚さのみが、非常に低い気孔率（多孔性）を有する必要があるためである。この低い気孔率の厚さは主に第２層によって決まり、該当する場合、第１層及び／又は三次元支持構造と協働して決まる。三次元支持構造の気孔率は、その安定性に影響を与えることなく非常に大きくすることができる。ここで、付加製造プロセスの利点が最適に利用され得る。第１層は、比較的粗粒の材料から形成することができ、三次元支持構造が第１層の材料で充填されても、流れ抵抗は低いままであり、ガス流がフィルタ要素を通過する際に生じる大きな圧力損失は生じない。流れ抵抗は、第２材料が位置する表面ろ過層の部分によって本質的に決定される。この部分の厚さは非常に小さくすることができ、その結果、全体として低い流路抵抗となる。

【0027】

このような構成では、異物の大部分が表面ろ過層の表面に蓄積され、ガス流の流れ方向に対してフィルタ要素の深層部に浸透することがないため、フィルタ要素の洗浄を容易に行うこともできる。フィルタ要素を洗浄した後、フィルタ要素のフィルタ品質は、このように短時間で改善することができる。

【0028】

表面ろ過層は、第１層と第２層とがそれらの間に移行領域を形成し、第２層の材料が第１層の粒子間の間隙に浸透し、それを少なくとも部分的に充填するように形成することができる。これにより、特に表面ろ過層の第１層と第２層との間に強固な凝集がもたらされる。

【0029】

表面ろ過層は、フィルタ本体の表面を形成してもよく、その表面は、いくつかの実施形態では、三次元支持構造の協力によっても、第１層と第２層とによって形成される。これにより、フィルタ本体の表面に異物が残るため、フィルタ本体の洗浄を効果的に行うことができる。

【0030】

少なくとも第２層は、支持構造の厚さの最大５０％、特に厚さの最大２５％、特に厚さの最大５％、特に厚さの最大１％にわたって、第１層に付着するか、第１層及び三次元支持構造のキャビティを充填する流入側の表面を形成し得る。

【0031】

特に、三次元支持構造の孔径は、１００μｍから２０００μｍの間とすることができる。表面ろ過層の第２層の孔径は、特に０．１μｍから２０μｍの間とすることができ、表面ろ過層の第１層の孔径は、特に１μｍから２００μｍの間とすることができる。孔径は、第１層又は第２層が粒状材料からなり、粒状材料の間に孔が形成される場合に、対応する層又は構造体の表面上に生じる平均孔径を表す。孔径は、特に細孔測定装置で確認及び測定することができる。ここ又は以下で「孔（細孔）」又は「孔径」が言及される場合、この用語は一般的に理解されるべきであり、あらゆる種類の孔、開口部、キャビティ、開放微細構造、又は他の固体の構造が、流体に対する透過性が生じるように構造化されているその他構造を含むことを意図している。例えば、一部の付加製造プロセスでは、「ボクセル」（ボクセルとは、３次元空間をアドレス指定するために、３次元空間を基本体積要素に離散的に分割する場合の基本体積要素を意味し、２次元物体における「ピクセル」に類似する）の標的選択及び定義により、このようにして作成された物体（フィルタ要素、フィルタ本体、表面ろ過層、特に三次元支持構造）に従来の方法で製造された焼結多孔体の従来の意味での孔と同じ機能を提供する開放微細構造を意図的に作成できる。

【0032】

孔径は、例えばＴＯＰＡＳ社のキャピラリーフローポロメータＰＳＭ１６５を用いて測定することができる。測定の動作原理を以下に説明する。媒体に流体が流れると、圧力損失が生じるが、これは孔径分布に大きく影響される。流れに対する抵抗は、流れ試験によってのみ決定できる。有効圧力差と結果として生じる体積流量の関係が測定される。顕微鏡画像とそれに対応する評価といった他の方法に加えて、圧力をかけて体積流を測定することによっても、孔径を決定することができる。この測定の動作原理は、液体が孔から追い出されるため、液体で満たされた孔は特定の圧力でのみ気体を透過可能とするという点にある。孔の開口圧力（バブルポイント）は、液体の表面張力と孔の直径に依存する。孔が小さいほど高い圧力が必要である。実際の材料には必ず孔径の分布があるので、それまで液体で満たされていた孔が気体を透過するようになる圧力は、最も大きな孔の開口圧力に相当する。さらに圧力を上げると、圧力差と体積流の経過から孔径の分布が推測できる。

【0033】

いずれにしても、第２層は、ＰＥ、ＰＴＦＥ、ＳｉＯ_２、例えばマイクロガラス、中空ガラス、発泡ガラス、固体ガラス又は砂、ＰＰＳ、酸化アルミニウム、又は上記材料の少なくとも２つの混合物を含むことができる。特に、第２層は、上記材料を粒子状で含むことができる。これにより、表面ろ過層の良好な洗浄が可能となる。さらに、表面ろ過層は、殺菌効果を有することもできる。

【0034】

表面ろ過層は、少なくとも部分的にコーティングとして形成することができるが、いずれの場合も、第１及び第２層は、特に、液体堆積、スプレー、刷毛塗り、浸漬コーティング、ベーキング（焼成）及び／又は火炎溶射などの熱溶射プロセスによって、コーティングとして形成することができる。これにより、良好なろ過性能を可能にするのに適した均一な表面ろ過層が得られる。また、コーティングは迅速かつ容易に行うことができる。さらに、表面ろ過層をフィルタ本体に塗布する方法として、すでに実績のある方法を使用することができる。一般に、表面ろ過層の材料（特に第１層の材料）による三次元支持構造のキャビティの充填度合いは、液体又は懸濁液に基づくコーティングプロセスから得られるコーティングの方が、火炎溶射などの溶射プロセスから得られるコーティング、又は他の溶射プロセスから得られるコーティングよりも高くなる。その理由は、後者のプロセスでは、表面ろ過層の形成に考慮されている材料が、三次元支持構造の異なるキャビティに収容された粒子間に架橋を形成できるからである。この結果、三次元支持構造のキャビティの体積の約３０％という比較的低い充填レベルであっても、第１層の材料が良好に固定されることになる。

【0035】

三次元支持構造は、ノードで互いに接続されたロッドを有する骨組み（フレームワーク）状又はトラス状の構成を有することができる。トラス状の構成とは、複数のロッドがノードで互いに接続され、それ故、三次元支持構造は固有の安定性を有し、追加の構造物なしで存続できることを意味すると理解される。高い空隙率を有する良好な固有の安定性に加えて、トラス状設計の利点は、形成されたキャビティが三次元支持構造においてほぼ均一な分布を有し得ることである。これにより、耐久性のある表面ろ過層を効率的に製造することができる。トラス構造は、その耐荷重に比べて、自重や固有重量が小さい。三次元支持構造は、例えば、周期的な最小表面、特に三周期的な最小表面によって製造することも可能である。より一般的には、三次元支持構造は、骨形成性又は多孔性構造から形成することもできる。流体が流れるための利用可能な空間は、特に大きくすることができる。

【0036】

三次元支持構造は、少なくとも２つの格子層を形成する格子状構造を有することができ、そのうちの一方の格子層は流入側に面し、特に流入側を規定し、他方の格子層は流出側に面する。格子層は、ロッド又はウェブによって互いに接続することができる。２つの格子層は、フィルタ要素を通過する際のガス流の流れ方向において、前後に配置される。流入側に面する格子層は、表面ろ過層の第１層及び場合によっては第２層を除いて、さらなる構造が形成されず、したがって、フィルタ表面の位置が三次元支持構造の流入側によって規定されるという意味において、流入側を規定することができる。２つの格子層は、又は、設けられている場合、さらなる格子層が、互いに実質的に平行に配向されてもよく、ここで、互いに実質的に平行とは、プラス／マイナス１０°の互いに対する傾きも含むものとする。格子状構造により、特にキャビティの形状及びサイズに関して、均一なキャビティを実現することができ、このキャビティは、表面ろ過層、特にその粒子で容易かつ迅速に充填することができる。少なくとも２つの格子層を互いに接続するロッド又はウェブは、流入側及び／又は流出側に対して横方向に、フィルタ要素を通過する際のガス流の方向に実質的に延びる。２つの格子層の間には、追加の格子層が設けられていてもよい。合計３つの格子層を有する三次元支持構造の構成が特に好ましい。この場合、流入側を規定する１つの格子層と流出側に面する他の格子層との間に、さらなる格子層が存在する。表面ろ過層は、少なくとも部分的に、２つの格子層の間の中間空間を満たす。これにより、表面ろ過層は、支持構造体に強固かつ耐久性をもって接着することができる。

【0037】

一方及び／又は他方の格子層は、ノードで互いに接続され、開口部を規定するロッドを具備する構成を有することができる。この構成は、それぞれの格子層の複数の少なくとも３つの隣接するロッド、特に４つの隣接するロッドがそれぞれ格子層の開口部を囲む格子構造を定義する。より高次の多角形によって開口部が規定された配置も考えられる。次に、それぞれの格子層の複数のｎ個の隣接するロッドは、それぞれ格子層の１つの開口部を囲む。

【0038】

一方及び／又は他方の格子層は、規則的な格子構造を有することができる。「規則的な格子構造」という表現は、それぞれの格子層の開口部及びロッドの配置が、互い及び／又は開口部に対するロッドの反復的な構成を有する規則的なパターンを有するという意味で理解されたい。特に、それぞれの格子層のロッドの構成は、次に、規則的な開口部を定義する。例えば、格子層のすべての開口部は、同じサイズ及び／又は同じ形状を有することができる。また、より大きな第１開口部及びより小さな第２、第３などの開口部が設けられ、第１、第２、第３などの開口部の配置が規則的なパターンを定義してもよい。規則的な格子構造の利点は、一方では安定性であり、規則的な格子構造において開口部がほぼ均一な分布を有することである。これにより、耐久性のある表面ろ過層を効率的に製造することができる。

【0039】

少なくとも２つの格子層は、２つの格子層のうちの一方の開口部が、２つの格子層のうちの他方の開口部からオフセットされるように配置され得る。これにより、表面ろ過層、特に表面ろ過層の粒子をキャビティに効率よく充填することができる。

【0040】

三次元支持構造は、フィルタ本体の流入側と流出側の間の流れ方向において、前後に並ぶ３つの格子層を含み得る。中央格子層の開口部は、他の２つの格子層の開口部からオフセットすることができる。特に、格子層はそれぞれ、ロッド及び開口部の構成が同じである。これにより、表面ろ過層、特に表面ろ過層の粒子でキャビティを効率的に充填することができる。

【0041】

三次元支持構造は、フィルタ本体の流入側と流出側の間の流れ方向において、前後に配置された３つの格子層を含み得る。２つの外側の格子層の開口部は、互いに一致するように配置され得る。特に、格子層は、それぞれ、ロッド及び開口部の同一の構成を有することができる。一致とは、フィルタ動作におけるガス流の流れ方向に対して一致する（合同である）と理解されるべきである。

【0042】

一方の、他方の、及び／又は中央格子層の開口部は、三角形、四角形、特に正方形、長方形、斜方形又は菱形又は平行四辺形、多角形、円形及び／又は楕円形であってよい。

【0043】

隣接する２つの格子層をそれぞれ接続するウェブ又はロッドそれぞれ、２つの格子層のノードからオフセットして配置することができる。特に、２つの隣接するノード間の中央に配置することができる。これは、２つの隣接する格子層を接続するウェブ又はロッドが、２つのノード間のセクション、特に中央で、両方の格子層上で開始することを意味する。このようにして、２つの隣接する格子層の間にケージ構造が形成され、これらは、表面ろ過層の粒子、特に第１層の粒子を特に格子層の平面を横切る方向の動きに対して保持するのに好適である。ケージ構造自体は、ガス流を妨げないように、できるだけ小さな表面積を有する。このような配置は、例えば、２つの格子層が、一方の格子層のノードが他方の格子層の開口部の中心に位置するようにオフセットされている場合に有利である。直交投影では、一方の格子層のノードは、他方の格子層の開口部の中心に位置する。この場合、２つの格子層を互いに接続するロッド又はウェブは、２つの格子平面に対して直交してもよく、それぞれの格子層の平面に位置し、それぞれの格子層の隣接するノードを接続するロッド又はウェブの中心から開始してもよい。

【0044】

また、隣接する２つの格子層をそれぞれ接続するロッド又はウェブが、一方の格子層のノードに配置され、それぞれの他方の格子層のノードからオフセットされていることも考えられる。これは、ウェブ又はロッドは、一方の格子層のノードから始まり、それぞれの他方の格子層の２つのノードの間のセクションで終端することを意味する。例えば、ウェブ又はロッドは、流入側に位置する格子層のノードから始まるが、中央格子層の２つのノードの間のセクションで終端することができる。同様に、ウェブ又はロッドは、流出側に位置する格子層のノードから始まり、中央格子層の２つのノードの間のセクションで終端することができる。このように、隣接する２つの格子層の間にも、それぞれのケージ構造が形成され、表面ろ過層の粒子、特に第１層の粒子を保持するのによく適している。

【0045】

格子層という用語は、特に、第１方向に延びるいくつかの互いに平行に配向したウェブ又はロッドと、第２方向に延びるいくつかの他の互いに平行に配向したウェブ又はロッドを有する層を表している。第１方向と第２方向は、互いに対して角度があり、特に９０°の角度である。このようにして、ウェブ又はロッドは、一緒になって格子又はネットを形成する。第１方向に延びるウェブ又はロッドが、第２方向に延びるウェブ又はロッドと交差する部分は、ノードを形成する。２つのノードの間には、対応するウェブ又はロッドが途切れることなく伸びている部分がある。

【0046】

少なくとも２つの格子層は、細孔構造を定義する。細孔構造は、特に１μｍから１００００μｍの間、特に１００μｍから２０００μｍの間の細孔径を有する。細孔径は、細孔に収容できる粒子（特に円形粒子）の最大径を示す。２つの格子層は、パラメトリック細孔、すなわち、少なくとも２つの格子層の互いに対する配置によって形成される細孔を生成する。したがって、格子層の細孔は、ランダムに配置されるのではなく、パラメトリックに制御される。例えばランダマイザーを用いて細孔の意図的なランダム性を生じさせ、このようにして形成された一見ランダムに見える細孔でさえもパラメトリックに作成することも可能である。これは、不規則な分布にうまく対処できる印刷プロセスが使用される場合に有利である。例えば、ステレオリソグラフィ、粒子噴射、溶融堆積造形では、ＣＡＤで定義された細孔構造がそのまま材料に実装される。粉体ベッドで粉体を溶かしたり結合させたりするプロセス（選択的レーザ焼結、選択的レーザービーム溶融、バインダ噴射）では、細孔構造を固形物として描くのではなく、ＣＡＤ上でレーザーパスや結合点を作成することが望ましいとされる。そして、材料の粒径の不規則な構造とともに、あるパラメータ範囲に制御された不規則性が、付加製造基体の実際の細孔を形成する。細孔を規定するウェブは、それ自体が多孔質であることもある。

【0047】

フィルタ本体は、以下において「母孔構造」とも称される三次元ベース構造をさらに含んでいてもよい。三次元支持構造は、母孔構造体の流入側に配置される。母孔構造は、三次元支持構造とは異なる構造を有し、母孔構造は、特に、三次元支持構造よりも大きな開口部又は孔を有する。表面ろ過層は、母孔構造とは反対側を向いている三次元支持構造の側に配置される。母孔構造は、フィルタ要素にさらなる安定性を与える。また、母孔構造は、支持構造によって旋回させられたガス流がフィルタ要素を離れる前に落ち着くことを可能にする。

【0048】

三次元母孔構造は、三次元支持構造よりも大きな孔径を有してもよい。フィルタ本体は、特に三次元支持構造及び場合により母孔構造のための主成分として紫外線架橋性熱硬化性ポリマー材料を含んでもよい。主成分は、ポリエチレン、ポリスルホン又はポリフェニレンサルファイド、ポリアミド、例えばレーザ焼結におけるナイロン、又はポリアクチド、又はこれらの材料の混合物を含み得る。

【0049】

母孔構造及び三次元支持構造は、付加製造プロセス、特に３Ｄ印刷プロセスで製造することができる。特に、両方の構造は、同じ付加製造プロセスで製造することができる。これにより、フィルタ本体、ひいてはフィルタ要素を迅速に製造することができる。

【0050】

母孔構造及び三次元支持構造は両方とも、固体材料から、又は多孔質材料から形成することも可能である。

【0051】

母孔構造は、例えば、母孔構造がフィルタ本体の輪郭を確立及び／又は規定するのに対し、三次元支持構造はフィルタ本体のこの輪郭に従って、表面ろ過層との接続を確立するという点で三次元支持構造とは区別することができる。

【0052】

また、必要に応じて、母孔構造は、付加製造プロセスを用いずに製造することも可能であることに留意されたい。しかし、その場合、付加製造プロセスによって達成可能な利点は活用されないであろう。

【0053】

フィルタ本体は、フィルタ要素ヘッド又はフィルタ要素フットのような追加部品をフィルタ本体に形成するように、又はそのような追加部品をフィルタ本体に取り付けるように構成された三次元支持構造をさらに含むことができる。このような三次元支持構造は、母孔構造を形成することもでき、又は母孔構造がこのような三次元支持構造を形成することができる。

【0054】

フィルタ本体は、主成分とは異なる少なくとも１つの追加成分を含んでもよく、追加成分は、特に繊維、特にステープル繊維、又は充填プラスチックを含む。追加成分は、帯電防止特性、導電特性、抗菌特性、防カビ特性、難燃特性のうちの少なくとも１つの特性を有することができる。

【0055】

フィルタ要素は、中空体として設計することができ、フィルタ本体の流入側が中空体の外側に位置し、フィルタ本体の流出側が中空体の内側に位置している。フィルタ本体の断面において、フィルタ要素は、円筒形、もみの木形、ラメラ形、又は多角形とすることができる。このような断面は、フィルタ要素に十分な固有の安定性を提供しながら、フィルタ本体の流入側に可能な限り大きな表面積を形成するのによく適している。

【0056】

フィルタ要素は、さらに、箱状の形状、特に細長い箱状の形状を有していてもよい。その箱は、箱の長辺と幅辺とによってそれぞれ形成された２つの対向する幅の広い側壁を有してもよい。箱の端面では、奥行き方向に延びる２つの幅狭の壁が、２つの幅の広い側壁を接続している。細長いとは、フィルタ要素の長手方向の延長が幅方向の延長より著しく大きいことを意味する。いずれにせよ、箱の奥行き方向の延長は、長手方向及び幅方向の延長よりも著しく小さい。

【0057】

フィルタ要素は、中空フィルタ本体を開放端で閉じるためのフィルタヘッド及び／又はフィルタフットをさらに含んでいてもよい。特に、フィルタフット及び／又はフィルタヘッドは、フィルタ要素の本質的な安定性を向上させるように形成されてもよい。例えば、フィルタ要素は、フィルタヘッド及び／又はフィルタフット上に保持又は支持され得る。

【0058】

特に、これに関して、フィルタヘッドがフィルタ要素の第１端に配置され、フィルタフットが第１端とは反対側のフィルタ要素の第２端に配置される配置が、考えられる。

【0059】

特にフィルタヘッド及び／又はフィルタフットは、基体と一体的に又は一体的に形成することができる。これは特に、フィルタヘッド及び／又はフィルタフットが基体と同じ付加プロセスで形成されることを表現することを意図している。このような一体型設計は、通常弱点となる接合部を回避することにより、フィルタ要素全体の安定性を向上させることができる。さらに、製造中のプロセス段階、可能なリツールなどを回避することができる。フィルタヘッド及び／又はフィルタフットは、フィルタ本体と同じポリマー材料から形成することができる。しかし、フィルタヘッド及び／又はフィルタフットは、一般に、非多孔質である。もちろん、フィルタヘッド及び／又はフィルタフットは、それぞれの特別に適合したポリマー材料から形成することもできる。

【0060】

フィルタ本体及び場合により表面ろ過層は、主成分として熱可塑性ポリマー材料、特にポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクチド（ＰＬＡ）又はこれらに基づく熱可塑性混合ポリマーを含んでもよい。主成分は通常、追加成分よりも全組成に占める割合が大きく、フィルタ本体及び場合により表面ろ過層は、複数の主成分を有していてもよく、主成分は混合ポリマーであってもよい。ポリビニルアルコールの添加は、多くのポリビニルアルコールが水に容易に溶けるため、孔構造を作るために特に使用することができ、したがって、フィルタ本体又は表面ろ過層の材料にポリビニルアルコールを組み込み、その後、それを水で処理することによってキャビティを形成することができる。また、水を加えることで、狙いを定めて孔構造を形成することができる。このアプローチにより、細孔構造、特に細孔径を適切に調整することができる。

【0061】

フィルタ本体及び場合により表面ろ過層は、主成分として熱硬化性ポリマー材料、特にエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂又はこれらに基づく混合ポリマーを含んでもよい。特に、ステレオリソグラフィやレーザ焼結に適したポリマー材料を使用することができる。

【0062】

熱硬化性ポリマー材料を主成分とする場合、特に、フィルタ本体又は表面ろ過層が紫外線（ＵＶ）架橋性熱硬化性ポリマー材料、例えばエポキシアクリレートを主成分として含むことが考えられる。あるいは、熱によって架橋するポリマー材料、及び／又は湿潤環境下で架橋するポリマー材料が考えられる。

【0063】

フィルタ本体及び場合により表面ろ過層は、１つ又は複数の主成分に加えて、主成分とは異なる少なくとも１つの追加成分をさらに含んでもよい。

【0064】

好適な追加成分には、繊維、特にステープル繊維又は短繊維が含まれる。繊維は、強度を高める役割を果たし、例えば、特にガラス繊維、セラミック繊維、又はアラミドのようなプラスチック繊維として提供され得る。繊維は、例えば、炭素繊維であってもよい。また、天然繊維も可能である。このような繊維の混合物や、いわゆる充填プラスチック（プラスチックコンパウンド）の使用も可能である。

【0065】

充填プラスチック又はコンパウンドは、特定のプロセスでいわゆる添加物（フィラー、添加剤、繊維など）を加え、それらの特性を特別に適応できるようにした加工プラスチックである。

【0066】

フィルタ要素（フィルタ本体及び場合によっては表面ろ過層）は、帯電防止特性を有する追加成分を有することもできる。このような追加成分の例として、煤粒子が挙げられる。

【0067】

さらに別の実施形態では、追加成分として、例えば、銀、又は電子を導入した、いわゆるドープされたプラスチック粒子からなる導電性粒子を含んでもよい。

【0068】

他の可能な追加成分は、抗菌特性を有してもよい。この目的のために、銀、銅、又は酸化チタン（Ｔ_ｉＯ_２）が考えられる。

【0069】

さらに他の考えられる追加成分は、殺菌性を有することができる。これにより、フィルタ本体及び／又は表面ろ過層における真菌の発生を抑制することができる。このような追加成分は、例えば、銅であってもよい。

【0070】

また、追加成分が難燃性を有すると有利であることが判明している。これにより、フィルタ本体及び場合によっては表面ろ過層の可燃性を低下させることができる。これは、可燃性粉塵のろ過に関連して特に有利である。このような成分は、例えば、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）又はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）をベースとするプラスチックであってよい。アルミニウム三水和物（ＡＴＨ）、水酸化マグネシウム、有機臭素化合物又は層状珪酸塩をベースとする成分も可能である。

【0071】

付加製造プロセスでは、フラクタルな表面構造を製造することができる。これにより、フィルタ要素の所定の寸法に対して、ろ過に利用できる表面積を非常に効率的に増やすことができる。表面ろ過層の洗浄を容易にするロータス効果が生じるように、表面ろ過層の表面を形成することも可能である。

【0072】

特に、フィルタ要素は、光重合に基づく付加製造プロセスで製造されるフィルタ本体を含んでいてもよい。この目的には、連続的な液体界面製造方法が特に適している。連続液体界面製造法は、他の三次元製造法の顕著な層ごとの構造とは対照的に、所定の位置で硬化するポリマー溶液から部品を連続的に引き出すため、他の三次元製造法と比較して部品の製造速度が速いという利点を有している。

【0073】

他の付加製造プロセスも、ここで提案するフィルタ要素の製造に適している。選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）又は選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）では、レーザを選択的に照射することにより、粉末状出発材料から空間構造を製造し、それぞれの照射体積で粉末状出発材料の実質的に点状の焼結が行われるようにする。レーザは、粉末状出発材料の層全体に照射され、粉末状出発材料の焼結が層内で行われる位置でのみ意図的に活性化される。こうして、フィルタ本体と、場合によっては表面ろ過層が、層ごとに構築される。レーザービームの効果により、従来の焼結では製造できなかったアンダーカットなど、あらゆる三次元形状を製造することができる。また、レーザービームを適切に調整することで、孔構造を容易に制御することができる。別の適切な付加製造プロセスは、いわゆるバインダ噴射であり、粉末状出発材料を、層内の選択された位置でバインダに結合させ、フィルタ本体と、場合によっては表面ろ過層を製造する。バインダ噴射プロセスでは、通常、粉末又は粒状の層を高さ調節可能なテーブル上に適用し、フィルタ本体又は表面ろ過層の孔壁を形成する層の位置にバインダによって結合させる。このため、通常のインクジェットプリンタと同様に、インクの代わりにバインダを塗布するプリントヘッドが使用される。

【0074】

本発明を以下に図面を参照しながらより詳細に説明するが、それらは単に例示的なものとして理解されるべきである。図面は模式的なものであり、縮尺はなく、本発明の理解に不可欠な特徴のみを示している。当業者には周知のように、さらなる特徴が存在し得ることが理解される。図面において、同様の参照数字は、それぞれ同一又は対応する要素を示す。

【図面の簡単な説明】

【0075】

【図1】フィルタヘッド及びフィルタフットを備える、本発明によるフィルタ要素の一実施形態を示す図である。

【図2】図１においてＩＩ－ＩＩで示される位置における、フィルタ要素を通る断面の中央部分を示す図である。

【図3】図２の断面図の拡大断面図である。

【図4】図２の実施形態の三次元支持構造の拡大斜視図である。

【図5】本発明によるフィルタ要素を製造するための例示的な方法を示す図である。

【図6】本発明によるフィルタ要素の例示的な製造方法を示す概略図である。

【図7】本発明によるフィルタ要素の他の可能な製造方法を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0076】

個々の例示的な実施形態の特徴は、技術的に実現可能である限り、他の例示的な実施形態でも実現可能である。したがって、以下においてその都度個別に指摘されないとしても、これらは交換可能である。

【0077】

図１は、プラスチック製のフィルタ本体２を有するフィルタ要素１を示す。フィルタ本体は、付加製造プロセスによってポリマー材料から作られる。フィルタ要素１は、箱状の形状、特に狭い箱の形状を有し、その長手方向（図１では、ｘ方向）及び幅方向（図１では、ｙ方向）の伸長は、深さ方向（図１では、ｚ方向）よりも著しく大きい。特に、フィルタ要素の長手方向及び／又は幅方向の伸長は、深さ方向の伸長の少なくとも２倍、さらには少なくとも５倍、さらには少なくとも１０倍の大きさである。フィルタ要素は、長手方向ｘと幅方向ｙとでほぼ同じ寸法を有してもよい。所望により、フィルタ要素は、長手方向ｘよりも幅方向ｙでいくらか小さくてもよいが、いずれにしても、幅方向ｙの伸長は、深さ方向ｚの伸長よりも著しく大きい。

【0078】

さらに、フィルタ要素１は、フィルタヘッド３とフィルタフット４とを有し、フィルタヘッド３は、フィルタ要素１の第１側面５上の端部に配置され、フィルタフット４は、第１側面５とは反対のフィルタ要素１の第２側面６上の端部に配置される。図１に示すフィルタ要素１の実施形態は、フィルタ装置（詳細には図示されていない）の一部分である縁に配置された隔壁７に保持され、フィルタ装置の流入側８を流出側９から分離している。生ガス側とも称される流入側８は、異物を含んだガス流、いわゆる生ガスがフィルタ要素１に衝突する側に相当し、清浄ガス側とも称される流出側９は、異物を除去したガス、いわゆる清浄ガスが流出する側に相当する。したがって、フィルタ要素１は、流入側と流出側とを有する。

【0079】

フィルタ要素１は、縁に配置された隔壁７に「横方向に」固定されたフィルタヘッド３を有し、すなわちそれは、隔壁７からｘ方向に延びている。図１は、フィルタ要素１のいわゆる清浄流体側の設置を示しており、ｙ方向に両側でフィルタ本体２を越えて突出し、フィルタフット４に向けられたフィルタヘッド３の側面が、流出側９で隔壁７に取り付けられ、フィルタ要素１のフィルタ本体２が、隔壁７の開口を通って突き出ている。フィルタヘッド３と隔壁７との間にはシール１０が見え、流入側８と流出側９との間をシールする役割を果たす。これにより、フィルタ要素１を「清浄な」流出側９から交換することができる。ここに例示した例示的な実施形態では、フィルタフット４は、フィルタ本体２の一端を閉鎖して、清浄流体がフィルタヘッド３を通ってフィルタ本体２から出るようにする。

【0080】

あるいは、フィルタ要素１のいわゆる原料ガス側の設置も考えられ、その場合、フィルタヘッド３は、その側面がフィルタフット４から離れるように向けられた状態で、流入側８から隔壁７に固定される。したがって、フィルタ要素１は、流入側８を介して取り付け、及び取り外しされる。

【0081】

もちろん、フィルタ要素１を横方向ではなく、吊り下げ式に固定することも考えられる。そして、隔壁７は、例えば、下部流入側８と上部流出側９との間の中間床の態様で、フィルタ装置内に横方向に、好ましくは水平方向に設けられる。また、このフィルタ要素１の吊り下げ設置位置において、フィルタ要素１の清浄ガス側設置又は生ガス側設置のいずれかを備えることができる。

【0082】

フィルタ本体２は、多孔質、特に貫流多孔質構造からなり、これは異なる方法で形成することができる。例示的な実施形態が図３に示されている。貫流多孔質構造は、凝集体（coherent body）を形成する構造と理解されるが、しかしフィルタ本体２の流入側８からフィルタ本体２の流出側９まで貫流多孔質であり、すなわちガスの通過に対して透過性である本体（この場合、フィルタ本体２）である。

【0083】

さらに、本発明によるフィルタ要素１のフィルタ本体２も本質的に安定しており、これは、例えば図１に示すように、フィルタ本体２がその長手方向の一端（フィルタヘッド）のみで保持されるか、さもなければ、フィルタフットにおいて追加の支持構造によって長手方向に間隔を空けたその両端部で保持される場合に、それ自体で自重を支えることができるほど強固な本体構造を形成することを意味している。しかし、フィルタ本体２を越えて、フィルタ要素１は、フィルタ本体２と同じ材料で作られた、さらなる骨格又は支持構造を有さない。さらなる実施形態では、フィルタ要素は、フィルタ本体２に挿入可能なバネなどの追加の構造体を有することができる。

【0084】

そのようなフィルタ要素１は、例えば、排気ガスを浄化するための大規模な工業プラントで使用され、１ｃｍから５ｍ、特に５ｃｍから３ｍの長さと、０．５５ｃｍから２００ｃｍ、特に１ｃｍから１００ｃｍの幅と、０．５ｃｍから５０ｃｍ、特に１ｃｍから２５ｃｍの深さとを有する。フィルタ要素は、０．００１５ｍ^２から２５ｍ^２までの流体の流れに関してろ過に使用可能な断面積を有することができる。表面ろ過層が、突起／窪み、表面粗さ、フラクタル幾何学、又は他の方法で構造化された表面によって適切に構造化されている場合、表面ろ過に実際に利用できる表面積は、この断面積よりもはるかに大きくすることができる。

【0085】

図２は、図１の線ＩＩ－ＩＩの長さに沿った、縁から離れた中央部におけるフィルタ本体２の断面輪郭を示す。フィルタ本体２は中空体として形成され、ここに示す例では、もみの木状の断面１１を有していることがわかる。しかし、円形、円筒形、又は多角形の断面領域も考えられる。

【0086】

もみの木状のデザインは、例えば、フィルタ要素１のほぼ同等の容積を有する滑らかな立方体の断面積と比較して、流入側８（外側）に位置するより大きな表面積を形成し、それ故そこに到達する生ガスのろ過に効果的であるため、特に適している。流出側９は、中空体の内部に位置する。フィルタ要素のフィルタ本体を通過した後、浄化されたガスは、断面に対してほぼ直交してフィルタヘッドに流れる。

【0087】

もみの木状の断面１１は、ある間隔で連続した中間壁１２を有し、この中間壁１２は、内部の中空空間又はキャビティを複数の小さな中空室１３に分割していることがわかる。中間壁１２は、フィルタ本体２の安定性を確保する役割を果たし、その数は、所望の安定性に応じて選択することができる。フィルタ本体２が十分な固有の安定性を有する場合には、中間壁１２を設けることを省略することも可能である。

【0088】

生ガスから異物をろ過するために、フィルタ本体２は、図３に模式的かつ例示的に示すように、その流入側８に表面ろ過層１４を備えている。

【0089】

表面ろ過層１４は、主要なフィルタ部材を形成している。ろ過される異物（粒子）は、表面ろ過層の表面の小さな孔径により捕捉される。そのような物質は、フィルタ本体２の内部に全く浸透しないか、又はごくわずかしか浸透せず、フィルタ本体２は、主に清浄流体が通過可能な、生ガス側（流入側８）と清浄ガス側（流出側９）との間の分離部材として機能する。

【0090】

表面ろ過層１４は、フィルタ本体２と同様に多孔質構造を有し、フィルタ本体２の流入側８に配置されるか、又は流入側のフィルタ本体２に部分的に配置される。表面ろ過層１４における平均孔径は、フィルタ本体２の平均孔径よりも著しく小さい。表面ろ過層１４における平均孔径は、生ガスからろ過される異物が表面ろ過層１４を通過できず、流入側の同表面に堆積するように選択される。

【0091】

フィルタ本体２は、表面ろ過層１４の外側の領域では、約１００μｍから２０００μｍの平均孔径を有することができるが、表面ろ過層１４が形成されている領域のフィルタ本体は、より小さい平均孔径、多くの場合、０．１μｍから２００μｍの範囲内の孔径を有する。

【0092】

少なくとも三次元支持構造２３は、以下でより詳細に説明するが、表面ろ過層１４のフィルタ本体２への堅固な接続を保証し、また、付加的に製造される。しかし、フィルタ要素１のさらなる構成要素、例えば、多孔質ベース構造を形成する母孔構造４０、フィルタヘッド３及び／又はフィルタフット４などのさらなる構成要素のための支持構造、ならびにフィルタヘッド３及び／又はフィルタフット４も添加的に製造することができる。

【0093】

付加製造プロセスとは、デジタル３Ｄ設計データに基づいて、材料を堆積させることにより、部品を層ごとに構築するプロセスであると理解される。一般的な用語では、付加製造プロセスは３Ｄプリントプロセスとも呼ばれる。既知の付加製造プロセスは、例えば、ステレオリソグラフィ、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）、バインダジェット又は溶融層モデリング／製造（ＦＬＭ）である。

【0094】

付加製造プロセスは、従来の製造方法では製造できないアンダーカット、キャビティ、オーバーラップなどの複雑な形状の製造に特に適している。

【0095】

図３は、多層構造又は多相構造を具備するフィルタ本体２を有するフィルタ要素１の例示的な実施形態を示す。フィルタ本体２の構造は、支持構造を有する。支持構造は、フィルタ要素１又はフィルタ本体２に固有の安定性を与え、ガス流が比較的低い圧力損失でフィルタ本体２を通って流れることができるように十分に多孔質であるように設計される。支持構造の流入側において、フィルタ本体２の構造は、「母孔構造（mother pore structure）」と呼ばれる基本構造４０を有する。母孔構造４０は、粗孔の、ガス透過性構成で形成されているが、それにもかかわらず本質的に安定しており、すなわち追加の支持要素の助けなしにそれ自体又は固有の重量を支えることができる。この粗孔構成は、フィルタ本体２の他の層又は相と比較して、特に表面ろ過層１４と比較して、より大きな孔径を有する。母孔構造４０は、トラス構造又は骨組み（フレームワーク）構造として形成され、これはフィルタ本体２に、低い固有重量を有する基本的な安定性を与える。

【0096】

骨組み構造は一例とみなされるべきであり、可能な限り低い固有重量及び／又は可能な限り低い流動抵抗を備える良好な固有安定性を有する他の構造、例えばバイオニック（生体工学の）構造も考えられる。支持構造はさらに、フィルタヘッドやフィルタフットのようなフィルタ本体２の対応する部分に追加の構成要素を形成するか、又はそのような構成要素をフィルタ本体２に取り付けるように設計される。

【0097】

図３において母孔構造４０の右側に配置される母孔構造４０の流入側４１には、トラス構造又は骨組み構造として設計された三次元支持構造２３が配置されている。母孔構造４０とともにフィルタ本体２と同様に、支持構造２３は、付加製造によって製造された構成要素である。付加製造により、支持構造２３は、個々の支持構造構成要素間に比較的大きなキャビティ２６を有し、なおかつ、安定したフィルタ層を形成するために、特に表面ろ過層１４との安定かつ永久的な接続を提供するために十分な安定性を提供することができる。本実施形態では、これは、ガス流の流れ方向に前後に配置された３つの格子層２３．１、２３．３、２３．２を含む格子状構造を有する支持構造２３により達成される。

【0098】

図４は、三次元支持構造２３の基本構造を示す斜視図である。図３の断面図のための断面平面の位置は、図４にも示されているが、表面ろ過層１４の第１層２７及び第２層２８も母孔構造４０も、分かり易くするために図４には図示されていないことが理解される。三次元支持構造２３は、支持構造２３の流入側を形成し、フィルタ本体２の流入側を規定する第１格子層２３．１と、支持構造２３の流出側を形成し、フィルタ本体２の流出側に面する第２格子層２３．２と、流れ方向において第１格子層２３．１と第２格子層２３．の間に中間層をなす第３格子層２３．３を備える。キャビティ２６は、格子層２３．１から２３．３の間及び内部に形成されている。第１格子層２３．１は前方格子層、第２格子層２３．２は後方格子層、第３格子層２３．３は中央格子層とも呼ばれる。

【0099】

格子層２３．１から２３．３は、互いに実質的に平行に整列される。互いに対して１０°までのずれは、同様に実質的に平行とみなされるべきである。格子層２３．１から２３．３は、ガス流Ｇが実質的に法線方向から前方格子層２３．１に衝突し、その後方格子層２３．１、２３．２、２３．３をこの順序で通過するように配置される。格子層２３．１から２３．３はそれぞれ、ノード２５で互いに接続されたロッド２４．１及び２４．２で形成される。

【0100】

ロッド２４．１及び２４．２は、それぞれの格子層２３．１、２３．２、２３．３の平面内に延び、すなわち、ガス流が格子層２３．１から２３．３を通過するときのその流れ方向に対して横方向に（特に直交して）延びる。格子層２３．１から２３．３の各々は、第１方向に延びる互いに平行な第１ロッド２４．１の組と、第２方向に伸び、第１ロッドの組と交差する互いに平行な第２ロッド２４．２のさらなる組とによって形成されている。本実施形態では、第２方向は、第１方向とほぼ直交している。第１及び第２ロッド２４．１及び２４．２は、共に開口部２６．１を規定する（分かり易くするため、図４ではこれらの開口部２６．１のうちの１つだけに参照符号が付与されている）。開口部２６．１の各々は、２つの隣接する第１ロッド２４．１及び２つの隣接する第２ロッド２４．２によって、これらの第１及び第２ロッド２４．１、２４．２の結果として生じる４つの交差点の間に形成されている。この交差点は、ノード２５とも呼ばれる。３つの格子層２３．１、２３．２、２３．３のそれぞれについて、開口部２６．１は、ガス流が対応する格子層２３．１から２３．３を通過できる、いわゆるパラメトリックに制御された細孔を形成する。特に、互いに平行に整列された２つの隣接するロッド２４．１及び互いに平行に整列された２つの隣接するロッド２４．２は、それらの間に開口部２６．１のそれぞれの１つを形成する。このようにして形成された開口部２６．１は、図４において四角形、特に正方形の形状を有する。あるいは、開口部２６．１は、三角形、正方形、長方形、菱形又は斜方形、平行四辺形、多角形、円形又は楕円形であってもよい。開口部２６．１の代替の実施形態では、対応する格子層は、複数のロッド又はロッドの複数の組の対応する異なる配置を有してもよい。これらは一緒に接合されて、例えばハニカム（六角形）開口部２６．１のような複数の角を有するそれぞれの開口部２６．１を画定する。開口部２６．１はまた、対応する格子層内で異なる形状、例えば交互の五角形と六角形を有してもよい。

【0101】

格子層２３．１から２３．３は、格子層接続ロッドとも呼ばれる第３ロッド２４．３によって相互に連結される。これらの格子層接続ロッド２４．３は、それぞれの格子層２３．１、２３．３又は２３．２、２３．３の平面を横切る方向に延び、これらを連結する。特に、格子層接続ロッド２４．３は、それぞれの格子層２３．１、２３．３又は２３．２、２３．３の平面と直交する方向に延び、これらを連結する。図示の実施形態では、前方格子層２３．１及び中央格子層２３．３は、後方格子層２３．２及びセンター格子層２３．３の互いに対する距離と同じ距離を有する。また、格子層２３．１から２３．３の間の距離が相互に異なること、すなわち、格子層２３．１及び２３．３の間の距離が、格子層２３．２及び２３．３の間の距離と異なることも可能である。図示の実施形態では、格子層接続ロッド２４．３は、ガス流Ｇの流れ方向に実質的に沿って整列している。

【0102】

流入側の前方格子層２３．１に関して、格子層接続ロッド２４．３は、ノード２５からオフセットして配置される。また、隣接する中央格子層２３．３に関しても、格子層接続ロッド２４．３は、それぞれのノード２５からオフセットして配置される。これは、例えば、格子層接続ロッド２４．３のそれぞれの１つの一端（前端）が、２つのノード２５の間（より正確には、２つのノード２５の中間）の区間で、前方格子層２３．１の第１ロッド２４．１の１つから開始する一方、格子層接続ロッド２４．３の他端（後端）は、中央格子層２３．３の第２ロッド２４．２のうちの１つの、２つのノード２５の間（より正確には、２つのノード２５の中間）の区間で終端するということ意味する。同じことが格子層接続ロッド２４．３にも当てはまり、その一端は、前方格子層２３．１の２つのノード２５の間（より正確には、２つのノード２５の中間）の区間で、第２ロッド２４．２の１つから開始し、その他端（後端）は、中央格子層２３．３の第１ロッド２４．１のうちの１つの２つのノード２５の間（より正確には、２つのノード２５の中間）の区間で終端する。このように、格子層接続ロッド２４．３はそれぞれ、ノード２５に位置しない領域（より正確には、２つのノード２５の間の中間に位置する）で、１つの格子層２１．１の第１ロッド２４．１を隣接する格子層２４．３の第２ロッド２４．２に接続する。

【0103】

この配置により、キャビティ２６は、互いの間にかご状の構造、いわゆるパラメトリックに制御された細孔を形成する。同じことが、後方格子層２３．２を中央格子層２３．３に接続する格子層接続ロッド２４．３にも当てはまる。

【0104】

連結棒２４．３の異なる向きも可能であり、例えばガス流Ｇの流れ方向に対して傾斜している。前方格子層２３．１に対する中央格子層２３．３の相応に異なるオフセットを伴って、図に示されていない配置も考えられるが、この場合、前方格子層２３．に対して、連結棒２４．３は、ノード２５に配置される。流入側の１では、格子層接続ロッド２４．３がノード２５に配置され、隣接する中央格子層２３．３との関係では、格子層接続ロッド２４．３がそれぞれのノード２５に対してオフセットして配置される。そして、格子層接続ロッド２４．３の一端（前端）は、ロッド２４．１が前方格子層２３．１のロッド２４．２と交差するそれぞれのノード２５の一つで終端し、格子層接続ロッド２４．３の他端（後端）は、第３（中央又は中間）格子層２３．３のロッド２４．１又はロッド２４．２の一つでノード２５の隣接する２つのものの間で終端するであろう。したがって、格子層接続ロッド２４．３は、次に、ノード２５に位置しない領域において、前方格子層２１．１のノード２５を中央格子層２４．３のロッド２４．１又は２４．２に接続するであろう。また、このような配置により、キャビティ２６は、互いの間に籠状の構造、いわゆるパラメトリック制御孔を形成する。同じことが、後方格子層２３．２を中央格子層２３．３に接続する格子層接続ロッド２４．３にも当てはまる。流出側の後方格子層２３．２に関しては、格子層接続ロッド２４．３はノード２５に配置される。しかし、隣接する第２（中央）格子層２３．３に関しては、格子層接続ロッド２４．３は、それぞれのノード２５からオフセットして配置されている。

【0105】

例示的な実施形態では、格子層２３．１から２３．３はそれぞれ、同一の規則的な格子構造を有し、これは、それぞれの格子層２３．１から２３．３の開口部２６．１及びロッド２４．１、２４．２の配置が、互いに及び／又は開口部２６．１に対するロッド２４．１、２４．の繰り返しの構成による規則的パターンを有することを意味する。

【0106】

例示的な実施形態では、前方格子層２３．１及び後方格子層２３．２は、互いに対して一致して配置され、中央格子層２３．３は、格子層２３．１及び２３．２からオフセットして配置される。特に、前方格子層２３．１及び後方格子層２３．２の開口部２６．１がガス流の流れ方向に対して互いに整列され、中央格子層２３．３の開口部２６．１が、ガス流の流れ方向に対して横方向に、特に流れ方向に対して直交する方向にオフセットされ、中央格子層２３．３のロッド２４．１及び２４．２が、それぞれ格子層２３．１及び２３．２の開口部２６．１の後ろ及び前で流れの方向に見ることができる。図示の実施形態では、中央格子層２２．３の前方及び後方の格子層２３．１、２３．２からのオフセットは、中央格子層２３．３のノード２５が前方及び後方の格子層２３．１、２３．２の開口部２６．１の中心と正確に整列するように選択される。このようにして、格子層２３．１、２３．２、２３．３を相互に接続する第３ロッド２４．３は、格子層２３．１、２３．２、２３．３の平面に対して直交させることができる。３つの格子層２３．１、２３．２、２３．３はそれぞれ同じ規則的な格子構造を有するが、他の２つの格子層２３．１、２３．２に対する中央格子層２３．３のオフセットは、格子層２３．１、２３．２、２３．３によって規定される多孔質構造（三次元支持構造２３）を通る際、ガス流に対して一種の障害をもたらす。

【0107】

このようにして、３つの格子層２３．１、２３．２、２３．３の非常に単純な幾何学的形状で、それ故わずかな費用で、三次元支持構造２３のキャビティ２６．１に、特に前方格子層２３．１と中央格子層２３．３との間のキャビティ２６．１に表面ろ過層１４を形成するための材料を埋め込み、ガス流Ｇの流れの方向へのさらなる輸送に対してそこに保持するのに極めて適したケージ構造を形成することが可能である。

【0108】

３つの格子層２３．１から２３．３は、単なる例示的な実施形態として説明される。また、支持構造に２つの格子層のみを使用することも、３つ以上の格子層を使用することも可能である。

【0109】

格子層２３．１、２３．２、２３．３のそれぞれの１つ内のロッド２４．１、２４．２の間、及び格子層２３．１から２３．３と格子層接続ロッド２４．３の間にキャビティ２６が形成されており、これらのキャビティ２６は、立体的に見ると、ガス流Ｇがキャビティ２６を通って流入側８から流出側９まで流れ得るように互いに連結されている。前方格子層２３．１と中央格子層２３．３との間のキャビティ２６には、表面ろ過層１４が配置されている。表面ろ過層１４は、第１種２７．１の粒子がそこに埋め込まれるように、第１種２７．１の粒子をキャビティ２６に導入及び受容することによって形成される。第１種２７．１の粒子によるキャビティ２６の充填は、１μｍから２００μｍの間の孔径を有する第１層２７が形成されるように達成される。例えば、第１種２７．１の粒子は、２５μｍから２００μｍの粒径を有し得る。例示的な実施形態では、第１種２７．１の粒子は、主に、前方格子層２３．１と中央格子層２３．３の間のキャビティ２６に収容される。この点で、第１種２７．１のいくつかの粒子は、それぞれキャビティ２６の１つを占め、部分的に凝集体を形成し、場合によっては隣接するキャビティ２６に収容される第１種２７．１の粒子での凝集体さえ形成する。こうして三次元支持構造２３と第１種２７．１の粒子との相互作用によって形成される第１表面ろ過層２７は、三次元支持構造２３自体よりも小さな孔径を有する。第１表面ろ過層２７は、さらなる層、特に第２表面ろ過層２８又はさらに別の表面ろ過層を適用できる基礎（基盤）を形成する。

【0110】

第２表面ろ過層２８は、第１表面ろ過層２７に流入側から適用される。第２表面ろ過層２８は、流入側８においてフィルタ要素１の表面を形成する。図示の実施形態では、表面は、第２表面ろ過層２８によって排他的に、少なくとも大部分が排他的に形成されている。第２表面ろ過層２８は、実質的に三次元支持構造２３及び第１表面ろ過層２７上に配置され、外側に向かって後者を覆っている。本実施形態では、第２表面ろ過層２８は、第２種２８．１の複数の粒子（０．１μｍ以上２０μｍ以下の粒径を有する）で構成され、第２表面ろ過層２８は０．１μｍ以上２０μｍ以下の孔径を有する。第２表面ろ過層２８の孔径は、したがって、第１表面ろ過層２７の孔径よりも小さく、また、ガス流の流れ方向に続く層又は構造よりも小さい。粒子２８．１のサイズにより、粒子２８．１は、第１表面ろ過層２７に形成された細孔に沈降し、また表面ろ過層２７の表面を少なくとも部分的に覆うことができる。表面ろ過層２７及び２８の細孔は、ガス流がその中を流れることができるように、互いに対して配置される。第２表面ろ過層２８の小さな孔径のために、この表面ろ過層２８を含むフィルタ要素１は、良好かつ効果的に洗浄することができる。

【0111】

さらなる実施形態では、第２表面ろ過層２８が、第１表面ろ過層２７及び場合によっては三次元支持構造２３も外側に向けて完全には覆わない構成も考えられる。そのような実施形態では、第１種の粒子２７．１及び場合によっては三次元支持構造２３の一部も外部に露出する。このように、フィルタ要素１の表面は、第１表面ろ過層２７及び場合によっては三次元支持構造２３とも協働する第２表面ろ過層２８によって形成されている。

【0112】

運転中、表面ろ過層１４上に増え続ける異物が蓄積し、フィルタケーキを形成し、その厚さは時間とともに増加し、表面ろ過層１４の細孔を徐々に塞ぐ。これにより、フィルタ要素１を通過するガスの流れが損なわれるため、表面ろ過層１４を時々洗浄する必要がある。従来、これは通常、清浄流体側からフィルタ要素１に印加される圧縮空気パルスによって行われる。フィルタ要素１の運転中にこれを行えるようにするには、例えば、フィルタ要素に圧縮空気パルスを与えて、圧力サージを発生させ、フィルタ要素１を通してフィルタ要素１にフィルタケーキとして付着した異物に伝達させ、堆積した異物が表面ろ過層１４から落ちるようにして、細孔をクリーニングして再び「空」の状態にすれば良い。

【0113】

図５は、本質的に安定した貫流多孔質フィルタ要素１を製造する方法のフロー図を示す。まず、第１ステップ７０において、付加製造プロセスを用いて支持構造体が製造される。次いで、第２ステップ７２において、母孔構造４０をこの支持構造体に適用することができる。続いて、第３ステップ７４において、同じ付加製造プロセスを用いて、三次元支持構造２３を母孔構造４０上に配置することができる。この工程では、キャビティ２６が三次元支持構造２３に形成される。

【0114】

本明細書で別々に説明した、支持構造を形成するステップ（ステップ７０）、母孔構造４０を形成するステップ（ステップ７２）、及び三次元支持構造２３を形成するステップ（ステップ７４）は、例えば３Ｄプリンタを使用して３つの構造すべてを同時に印刷することによって、単一の付加製造プロセスで実施することも可能である。

【0115】

これに続いてステップ７６では、三次元支持構造２３のキャビティ２６を第１種の粒子２７．１で部分的に充填して第１表面ろ過層２７を形成することにより、表面ろ過層を形成する。例示的な実施形態では、粒子２７．１は主に、格子層２３．１と格子層２３．３との間に形成されたキャビティ２６を充填する。ステップ７８では、第２表面ろ過層２８が第１表面ろ過層２７上に堆積され、粒子２８．１が粒子２７．１間に形成された中間空間を部分的に充填する。第２表面ろ過層２８は、第１表面ろ過層上に多孔質表面を形成し、これは、フィルタ本体２全体で最も小さい孔径を有する。

【0116】

付加製造プロセスを用いて、例示的な方法全体を実施することが可能である。表面ろ過層は、例えば、材料勾配（ＳＬＳ、ＳＬＭ、バインダ噴射）、結合剤（バインダ）又はポリマー中の添加剤（ＦＤＭ、ＳＬＡ、バインダ噴射）、ＣＡＤからのボクセル（粒子噴射、バインダ噴射、マルチジェット融合）、マシンパス及びレーザ走査速度（ＳＬＳ、ＳＬＭ）を介して実現することができる。さらなる例示的な実施形態では、ステップ７０から７４は、付加製造プロセスを用いて実施することができ、ステップ７６及び７８は、冒頭で説明したタイプの１つ又は複数のコーティングプロセスを用いて実施することができる。

【0117】

図６及び図７は、フィルタ要素１を製造するため、又は少なくともフィルタ本体２を製造するための、２つの可能な付加製造プロセスを概略的に示す。

【0118】

図６は、「ボトムアップ」原理による例示的なプロセスを示しており、これは、製造される部品が「ボトム」から「トップ」へと構築されることを意味している。模式的に示された製造方法は、以下のように進行する。キャリアプレート１０１とも呼ぶことができる下降可能な床１０１が、容器１００内に配置される。このキャリアプレート１０１に、例えば顆粒又は粉末としてのプラスチック粒子１０３が、例えば投与補助具１０２によって所定の投与量で適用される。

【0119】

次に、接着剤、溶媒（複数可）、及び／又は水の混合物１０４を、例えば投与補助装置１０５によって所定の場所に選択的に適用し、そこでプラスチック粒子１０３を互いに結合し、こうして製造される部品の第１層を形成する。投与補助装置１０５は、例えば、印刷ヘッド（インクジェット）として設計することができる。

【0120】

次のステップでは、キャリアプレート１０１が下降され、この手順が繰り返される。これは、製造される部品が完全に製造されるまで行われる。その後、付着していないプラスチック粒子１０３を取り除き、混合物１０４に含まれる水及び／又は溶媒を蒸発させ、多孔質体を形成できる。

【0121】

また、水及び／又は溶媒を使用する代わりに、多孔性を作るために、最終的に部品から洗い流すことができる易溶性樹脂を使用することも考えられる。

【0122】

このようなプロセスは、バインダジェットプロセスとも呼ばれる。

【0123】

また、接着剤混合物の代わりに、純粋な接着剤（すなわち、溶剤及び／又は水を添加せず、易溶性樹脂を添加しない接着剤）を使用することも考えられる。この接着剤は、投与補助装置１０５により、個々の場所に選択的に塗布され、それらを互いに接着させる。

【0124】

「ボトムアップ」原理に従って動作する別のプロセスは、前述の選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）である。この方法では、レーザが粉末状の出発材料の層を横切って通過し、その層の所定の位置で選択的に粉末出発材料の焼結を達成する。

【0125】

図７は、「トップダウン」原理による例示的なプロセスを模式的に示しており、これは、製造される部品が「上（トップ）」から「下（ボトム）」へと構築されることを意味する。図７は、いわゆる「連続液体界面製造」プロセスを例として示している。連続液体界面製造プロセスは、ステレオリソグラフィ（光造形法）プロセスであり、製造される部品が連続的に構築される点で、他の多くの既知の付加製造プロセスとは異なる。

【0126】

従来の付加製造プロセスは、通常、いわゆる二次元印刷プロセスで行われる。二次元印刷プロセスとは、製造される部品の（薄い）層が作成されることを意味し、このプロセスを頻繁に繰り返すことにより、製造される三次元部品が層ごとに作成される。

【0127】

原則的に、連続液体界面製造プロセスは以下のように進行する。液体ポリマー１０７、例えば感光性合成樹脂が、トラフ状のプラットフォーム１０６上に適用される。プラットフォーム１０６の床１０８は、紫外線（ＵＶ光）に対して少なくとも部分的に透明である。プラットフォーム１０６の下に、ＵＶ光用の光源１０９、例えばプロジェクタが配置されており、この光源は１つ又は複数のＵＶ光ビーム１１０を放出する。これらは、直接に、又は、例えばミラー１１１による偏向によって床１０８を通して、液体ポリマーに向けられ、液体ポリマーが硬化する領域に正確に集束される。

【0128】

さらに、連続液体界面製造プロセスのセットアップは、プラットフォーム１０６に垂直な方向に移動可能な可動キャリアプレート１１２を有する。したがって、キャリアプレート１１２を連続的に移動させることにより、プラットフォーム１０６から出発して製造される部品は、液体ポリマー１０７が流入できるように、液体ポリマー１０７からゆっくりと引き出される。こうして、製造されたばかりの部品１１３の最後の層とプラットフォーム１０６は、常に液体ポリマー１０７で覆われたままであり、ＵＶ光１１０によってさらに硬化することができる。

【0129】

液体ポリマー１０７の下には、酸素透過膜が取り付けられており、これにより、液体のままである遷移相、いわゆる「デッドゾーン」１１４が形成され、液体ポリマー１０７がプラットフォーム１０６の床１０８に堆積してそこで硬化、例えば重合することを防ぐ。酸素透過膜の代わりに、酸素以外の硬化抑制剤、又は重合抑制剤を透過する他の半透過性膜も考えられ得る。

【0130】

したがって、「連続液体界面製造」プロセスは、連続印刷プロセスを表しており、これにより、製造方法は、部品を層ごとに製造する他のプロセスよりも大幅に短縮される。

【0131】

プラスチックの製造に使用されるポリマー材料の選択と組成は、製造方法に直接関係し、その逆もまた然りである。

【0132】

したがって、フィルタ本体２は、熱可塑性ポリマー材料を主成分として含んでいてもよい。この材料には、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などがあり、これらもこれまでフィルタ本体の材料として使用されてきた。しかし、他の熱可塑性ポリマー、例えばポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクチド（ＰＬＡ）又はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、又は熱可塑性混合ポリマーも考えられる。特に、「エンジニアリング熱可塑性プラスチック」又は「高性能熱可塑性プラスチック」として分類される熱可塑性プラスチックポリマーが考えられる。

【0133】

フィルタ要素１が有するべき動作条件及びその結果として要求される特性に応じて、熱可塑性ポリマー材料の代わりに熱硬化性ポリマー材料を使用することも可能である。熱硬化性ポリマー材料としては、特に、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂などが挙げられる。ここでも、熱硬化性ポリマー材料をベースとした混合ポリマーが考えられる。熱硬化性ポリマー材料と熱可塑性ポリマー材料の主な違いは、熱硬化性の場合、ポリマー材料が硬化し、その結果、これらははるかに強く架橋され、したがってもはや溶融できないことである。このため、原則としてクラックが発生する確率が高くなる。

【0134】

ＵＶ架橋ポリマー材料は、連続液体界面製造プロセスのような連続付加製造プロセスに特に適している。また、ＵＶ光放射を、光スペクトルの他の特定の放射、例えば赤外光放射（ＩＲ光放射）で置き換えることも考えられる。この場合、ＩＲ光放射によって硬化、すなわち架橋するポリマー材料が選択されることになる。

【符号の説明】

【0135】

１ フィルタ要素
２ フィルタ本体
３ フィルタヘッド
４ フィルタフット
５ 第１側面
６ 第２側面
７ 隔壁
８ 流入側
９ 流出側
１０ シール
１１ 断面
１２ 中間壁
１３ 中空室
１４ 表面ろ過層
２３ 三次元支持構造
２５ ノード
２６ キャビティ
２７ 第１層
２８ 第２層
４０ 母孔構造（基本構造）
４１ 流入側
１００ 容器
１０１ キャリアプレート（床）
１０２ 投与補助具
１０３ プラスチック粒子
１０４ 混合物
１０５ 投与補助装置
１０６ プラットフォーム
１０７ 液体ポリマー
１０８ 床
１０９ 光源
１１０ ＵＶ光
１１１ ミラー
１１２ キャリアプレート
１１３ 部品
Ｇ ガス流
ｘ 長手方向
ｙ 幅方向
ｚ 深さ方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】