JP2005532159A - フィルタカートリッジ - Google Patents

Abstract

湾曲縁部１４と縞状を呈する側壁１６とが接合することによって内側へ向けて先端が尖るように形成される共有壁部１５において、ふた底１１が、湾曲縁部１４に沿って周壁方向に延びる側壁１６に接合するフィルタカートリッジである。

Description

本発明は、フィルタカートリッジに関する。

フィルタカートリッジは、フィルタデバイスの部材、特に水フィルタであって、耐圧性を有する外部容器内に交換可能な部材として挿入される。フィルタカートリッジの外郭は、濾過される流体によりカートリッジ壁に作用される圧力に耐え得るように、実質的に外部容器の内郭に対応する形状を呈する。したがって、フィルタカートリッジの底壁および側壁は、耐圧性を有するように設計される必要がない。しかしながら、通常、カートリッジのふたと外部容器のふたとの間には凹みが介在するため、上記特徴は、カートリッジふたに応じて異なる。上記の凹みは、ふたがカートリッジ容器内に挿入されてカートリッジ容器の壁の内側に固定されることによって形成され得る。これにより、カートリッジふたの側壁が、カートリッジ容器の底壁から上方へ突出する。この種の形態におけるカートリッジのふたは、ふたに作用する圧力に対して耐圧性を有するだけでなく、漏れを防止するように圧力に対抗し得るカートリッジ容器上に固定されるふたとして機能することが求められる。

例えば、独国特許発明ＤＥ１９９ ５８ ６４９．７号明細書において述べられているように、ふた底は、その周囲において上方に突出するように設けられる側壁に対して直角に屈曲するように形成される。内圧により上方に向かう力がふた底へ作用することにより、ふた底は膨らむように変形し、その結果、引き伸ばされる。これにより、側壁上に放射状に向かう力が作用して、側壁にたわみを生じさせ、また側壁とふた底との接合部に内側に向かう力が作用して、接合部にひび割れを生じさせ得る。

フィルタデバイスの作動中においてカートリッジやカートリッジのふたに作用する多くの圧力衝撃によって、長期に渡る漏れが引き起こされ、フィルタカートリッジの全てを交換する必要が生じ得る。

現在、この問題を解決することのできる方法は存在しない。

独国実用新案第ＤＥ２９７ １５ ５０４ Ｕ１号明細書に示される公知の空気正常エレメントのケーシングは、さまざまな圧力条件下において安定性を維持するものと知られている。現在の技術に関するかぎり、従来の公知文献において述べられているようなエアフィルタのハウジングにおいて、ハウジングの上部は外側へ膨らむ形状を呈する。それとは対照的に、上記の文献において、ハウジングの上部を内側へ膨らむように形成することによって、空気の脈動が比較的に堅固な境界領域において弱められることが提案されている。しかしながら、ふた部分は、どのようにケーシング内に固定されるのか、あるいは、ケーシングの一構成要素であるのかが明らかでない。

欧州特許第ＥＰ０ ８６１ ６８２ Ｂ１号明細書において、フィルタケーシングが取り外されたときにはほとんど吸引作用を生じさせず、さらにフィルタケーシングが取り付けられたときにはフィルタケーシングの内部へほとんど空気を流入させない機能を発揮するフィルタケーシングのふたが記述されている。当該ふたは着脱可能なふたであり、その底部は全体として湾曲縁部のないわずかに膨らんだ形状を呈している。また、ふたの周囲に沿ってマントル状を呈する側壁が設けられ、かかる側壁はふたの周囲に対応する形状を呈し、底の両側において縦方向に延伸している。したがってふたは下方が開口する状態のボウル（お椀）状を呈する。その側壁の下側に雄ねじが設けられて、フィルタハウジングの雌ねじと螺合して固定手段として機能することにより、ふたがケーシングに固定される。側壁の外側に位置する雄ねじの上方には、周方向に止め輪溝が形成され、そこへＯリングがシール材として配置される。さらに、止め輪溝の下方に配置されるふたの一点に、縦方向と交差するように放射状に延伸する開口が存在する。かかる開口を介して、ボウル状を呈するふたの内側が外側と連結される。

ふたは、比較的厚い部材から製造されて全体的にわずかに外側へ膨らむことにより、フィルタハウジングに過度の圧力が作動時において作用したときでも、ふたは充分な耐圧性を有する。ふたの側壁がカートリッジ容器の壁と雄ねじを介して如何ようにも連結されるので、側壁に所定の弾性が確実に確保され、この弾性が側壁の上部において付加的なシーリングとして機能するため漏れが生じない。

本発明の目的は、ふたがしっかりと固定され、フィルタカートリッジの耐用期間を延ばすことである。

上記の目的は、湾曲縁部と縞状を呈する側壁とが接合することによって内側へ向けて先端が尖るように形成される共有壁部において、ふた底が、湾曲縁部に沿って周壁方向へ側壁に接合するフィルタカートリッジによって解決される。

本発明は、内圧によりふた底に作用する力Ｆ_Ｄは共有壁部に作用する引張力Ｆ_Ｚを生じさせるが、縁部が湾曲することによって、引張力Ｆ_Ｚの主成分は側壁に平行な方向へ方向付けられ、内側へ方向付けられる引張力Ｆ_Ｚの側壁に対して垂直な力成分は最小限にとどめられるという知見に基づくものである。これにより、周壁に固定される側壁の領域において側壁および周壁に沿う引張力のみが作用し、この結果、固定領域の下側端部において剪断破壊の危険性が最小化する。

湾曲縁部を設けることの他の利点は、内圧によりふたに作用する力が、縁領域において弱められるだけでなく、シーリング力として利用され得ることである。側壁とふた底の湾曲縁部とがフィルタカートリッジの内部において共有壁部を形成することから、内圧により共有壁部に作用する力成分Ｆは放射状に外側へ向けられて、その結果、共有壁部はカートリッジ容器の周壁に押圧される。従って、共有壁部が側壁の下側に位置する壁として形成されることが好ましい。

概して、固定領域の下側端部における周壁の重要領域で負荷が顕著に低減されることによって、漏れが当該領域において効果的に防止され、フィルタカートリッジの耐用期間は主にフィルタ材の消費のみに依存することとなる。

好ましくは、側壁は、湾曲縁部に接線方向において連結される。好ましくは、側壁は、湾曲縁部に対応する形状を呈する。

引張力のうち内側へ向く力成分は側壁および周壁に作用するが、側壁が湾曲縁部に接線方向において接合されることによって、さらに低減される。ふたの外側において、くさび状を呈するリング空間が端部領域に形成される。湾曲壁部は、縞状を呈する側壁の内側端部にまで延伸することが好ましい。

湾曲縁部の曲率半径が大きいことが、力分布の面から好ましいが、その最大寸法はカートリッジ容器の寸法に基づいて設定される。湾曲縁部の平均曲率半径Ｒは、好ましくは周壁の厚さＳの３倍以上の長さを有し、さらに好ましくは厚さＳの５倍以上の長さを有する。

湾曲縁部は、８０°から１００°の範囲内における角度αで湾曲することが好ましい。ここで、αは、曲率半径Ｒを定める角度を示す。湾曲縁部は、共有壁部の領域の一方の端部において実質的に鉛直である部分を有し、他方の端部において実質的に水平であるふた底部と接合される。角度αが８０°から１００°の範囲を設定されることによって、周壁はカートリッジ容器の底壁に対して傾斜することとなる。
例えば、カートリッジ容器が上方へ円錐状に延伸する場合には、角度αは９０°から１００°の範囲内に設定されることが好ましい。

好ましい形態において、側壁は上部壁部を有し、当該上部壁部は共有壁部から少なくともふた底の高さまで上方へ向けて延伸する。一方では、縞状を呈する側壁を支持する領域が増加され、他方では、ふたに固定され得るバックアップリングを支持する領域が形成される。加えて、この上部壁部は、把持手段によりふたを把持および支持し得て、カートリッジが挿入されている間、カートリッジ壁上に固定される。

カートリッジふたと外側容器のふたとの間にバックアップリングが設けられることによって、カートリッジふたの内側に作用する圧力がバックアップリングを介して外側容器のふたへ実質的に伝達されるため、カートリッジふたは、より薄い厚さに設計され得る。ふたとフィルタカートリッジは使用後において廃棄されなくてはならないが、バックアップリングは再利用できるため、ふた材のコストが節約され得る。

好ましくは、バックアップリングの底の輪郭は、ふたの外郭に対して実質的に対応する形状を呈するように設けられる。これにより、圧縮力が作用したときに、ふたがバックアップリングを支持することが可能となる。

非圧力下において、バックアップリングは、くさび状を呈するリング領域へ完全には挿入されない。スリット状を呈する空間が、バックアップリングと、共有壁部に隣接する湾曲縁部の少なくとも一部との間に存在することが好ましい。このスリット状を呈する空間は、湾曲縁部の水平な端部にまで延伸され得る。上述したバックアップリングの底の輪郭をふたの外郭に対して実質的に対応する形状に設けるにあたって、このスリット状を呈する空間が形成されることが考慮される。

このような空間を設けることについて利点がある。ふたの外側の領域が加圧されたときにふたの外側領域がバックアップリングの下側と摩擦を生じ、これゆえ、最終的にふたは損傷を受け得る。この場合、ふたの縁領域すなわちくさび状を呈するリング領域において、不利なノッチ効果を生じさせる。大きな圧力が加圧されることにより、ふた材は降伏点に達し得る。上記のような状況にふた材がさらされたとしても、上記の空間が設けられていれば、塑性変形は回避され得る。これは、極度の圧力下にさらされるときでも、ふたの下側の全ての領域が支持を得られることに基づく。

ふたは、例えば接着や溶接によって、カートリッジ容器の周壁に取り付けられ得る。しかしながら、側壁が周壁に精度よく溶接されるために、レーザ溶接が用いられることが好ましい。これにより、共有壁部の少なくとも一部が、カートリッジ容器の周壁にレーザ溶接される。適当な安定性を得るにあたって、側壁の全幅が、カートリッジ容器の周壁に溶接されることを要しない。溶接される領域は、共有壁部の下側端部にまで延伸することが好ましい。

レーザ溶接を適用するために、カートリッジ容器はレーザ光を透過し得る材料により形成され、ふたの側壁はレーザ光を吸収し得る材料により形成される。カートリッジのふたの側壁は、レーザ光のみを吸収する材料により形成されることが適当である。

本発明の典型的な実施形態は、図を参照して詳細に説明される。

示される図は、以下の通りである
図１は、フィルタカートリッジの斜視図である。

図２ａ，２ｂは、Ｘ部分の拡大図である。

図３は、バックアップリングが設けられたフィルタカートリッジ上部の拡大図である。

図４は、図３に示すＹ部分の拡大詳細図である。

図１において、フィルタカートリッジ１の縦断面上に、カートリッジ容器６、底壁２、周壁３、および開口境界４が配置されることが示されている。フィルタカートリッジのフィルタ材は、図示されていない。本実施形態において、周壁３は円錐面形状を呈する。また周壁は円筒状にも形成され得る。

カートリッジふた１０は、カートリッジ容器の内部に開口境界４とクリアランスを有するように挿入される。カートリッジふた１０は、ふた底１１を有する。ふた底１１は、中心領域を除き実質的に水平である中央部１２と、湾曲縁部１４とを有する。図２ａおよび図２ｂを用いてより詳細に説明する。

図２ａにおいて、Ｘ部は拡大して詳細に図示されている。水平な中央部１２は湾曲縁部１４を介して周壁３の方向へ接合されることが把握される。縁部１４は、フィルタカートリッジの内部へ延伸し、側壁１６と鉛直方向に接合して共有壁部１５を形成する。側壁１６は、上部の側壁部１７と、下部の側壁部１８とを有し、下部の側壁部１８が、共有壁部１５として一体化される。この共有壁部１５は、下方に位置する先のとがった先端へ向けてテーパが付けられている。

湾曲縁部１４は、強く曲げられて鉛直方向に延伸する。すなわち、側壁１６は、湾曲縁部１４の接線方向に沿うように形成される。側壁１６は、周壁３にほとんど平行に延伸する。

湾曲縁部１４の曲率半径Ｒの長さは、周壁３の厚さＳのおよそ７倍である。Ｒはまた平均曲率半径であり得ることから、角度αは曲率半径Ｒによって定められる領域を示す。湾曲縁部１４は、およそ９０°の角度αで湾曲する。

周壁３は、円錐面形状を呈するように形成され得て、図示しない底壁と鈍角に交差する。

上部の壁部１７は、水平な中央部１２が配置された位置よりも上方へ延伸する。これにより、くさび状を呈するリング領域５が、上部の壁部１７と湾曲縁部１４との間に形成される。くさび状を呈するリング領域５は鋭角な角度に湾曲して、当該角度は好ましくは４０°〜５０°の範囲内である。

共有壁部１５は、領域１９において周壁３と、主にレーザ溶接により溶接される。ふたの直径は、好ましくは余裕分の長さを有するように形成される。これにより、共有壁部１５は、前記溶接の間、周壁３を押圧する。この押圧は、レーザ溶接において均一な溶接が図られるために好ましい。領域１９は、共有壁部１５の下側の先端部から上方へ延伸するが、この領域１９は、周壁下部１８の全幅分の長さの幅を有しない。

例えば、内圧によって生じる力の方向は、例えば、矢印Ｆである。内圧が共有壁部１５上に作用し、これにより、特に溶接部１９において付加的な密閉力が発揮されることが把握される。

図２ｂは、図２ａに対応する図であり、内側から作用される力Ｆ_Ｄによって膨らまされたふたを破線によって示す。中央部１２および湾曲縁部１４は、上方へ押圧され、位置１２’，１４’へ変位される。これにより、引張力Ｆｚが生じ、引張力Ｆｚの主成分Ｆ_ＺＨが側壁１６と平行な共有壁部１５内に伝達される。これにより、微小な内側へ向く力が溶接部１９へ作用する。このため、溶接部の下方端部における周壁３の予めダメージを被った重要部位において、圧力衝撃が作用する条件下における剪断破壊の危険性が減少される。

図３において、図１および図２に示すバックアップリング２０を備えたフィルタカートリッジが図示されている。ふた１０の全体が図示され、ふた１０は中心部においてチューブ１３と連結される。バックアップリング２０は、リング開口２７をその中心部に備える。これにより、チューブ１３は上方から支障なく接続され得る。

バックアップリング２０は、複数の放射状の補強リブ２１を有する。各補強リブ２１は、底部に形成される共通のバックアップリング底２２および外側の境界領域に形成されるバックアップ壁２６を介して互いに接合される。バックアップリング底２２の輪郭は、ふた１０の外側の輪郭にほぼ対応するように設計される。これにより、バックアップリング２０の側壁２６は、側壁１６にぴったりと適合する。

図４において、Ｙ部分が拡大されて詳細に図示される。スリット状を呈するリング領域３０が、湾曲縁部１４の上方に位置するくさび状を呈するリング領域、特にふた１０の湾曲縁部１４における上側部分１４’’の上方の領域において形成される。これにより、バックアップリング底２２においてテーパが付けられた湾曲底部２４の先端部２５は、リング領域５まで完全に延伸せず、バックアップリング底２２の湾曲部２４は、湾曲縁部１４と比較して、短い曲率半径を有する。以上のように、バックアップリング底２２の湾曲部２４と湾曲縁部１４とが異なる曲率半径を有することによって、バックアップリング底２２の水平部２３は、ふた底の水平な中央部１２にぴったりと適合する。

フィルタカートリッジの斜視図である。 Ｘ部分の拡大図である。 Ｘ部分の拡大図である。 バックアップリングが設けられたフィルタカートリッジ上部の拡大図である。 図３に示すＹ部分の拡大詳細図である。

Claims (15)

1. フィルタカートリッジであって、
   底壁（２）、周壁（３）、およびふた底（１１）およびその周囲に沿って周壁（３）の内側にぴったりと適合するように形成される縞状を呈する側壁（１６）が設けられてカートリッジ容器を密封することが可能なふた（１０）を備え、フィルタ材を収容するカートリッジ容器を有し、
   前記ふた底（１１）は、内側へ湾曲する湾曲縁部（１４）に沿って周壁（３）方向へ前記側壁（１６）に接合し、
   前記湾曲縁部（１４）と縞状を呈する前記側壁（１６）とは、互いに適合する形状で接合することにより、内側へ向けてテーパが付けられた共有壁部（１５）を形成することを特徴とするフィルタカートリッジ。
2. 前記側壁（１６）は、前記湾曲縁部（１４）に接線方向において接合されることを特徴とする請求項１に記載のフィルタカートリッジ。
3. 前記共有壁部（１５）は、前記側壁（１６）の下側の壁部（１８）を形成することを特徴とする請求項１または２に記載のフィルタカートリッジ。
4. 前記湾曲縁部（１４）は、縞状を呈する前記側壁（１６）の内側の端部へ向けて延伸することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のフィルタカートリッジ。
5. 前記湾曲縁部（１４）の平均曲率半径Ｒの長さは、前記カートリッジ容器（６）の周壁（３）の厚さＳの５倍以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のフィルタカートリッジ。
6. 前記湾曲縁部（１４）は、８０°以上１００°以内の角度で湾曲することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のフィルタカートリッジ。
7. 前記側壁（１６）は、前記共有壁部（１５）から少なくともふた底（１１）の高さまで上方へ向けて延伸することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のフィルタカートリッジ。
8. 側壁（１６）における上側の壁部（１７）の外表面と湾曲縁部（１４）の外表面との間に
   くさび状を呈するリング領域（５）を有することを特徴とする請求項７に記載のフィルタカートリッジ。
9. 前記ふた（１０）上に配置されるバックアップリング（２０）をさらに有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載のフィルタカートリッジ。
10. 少なくとも、前記バックアップリング（２０）の底の外郭は、前記ふた（１０）の外郭に対応する形状に形成されることを特徴とする請求項９に記載のフィルタカートリッジ。
11. 前記バックアップリング（２０）は、前記くさび状を呈するリング領域の内部に完全に挿入されないことを特徴とする請求項９または１０に記載のフィルタカートリッジ。
12. 前記バックアップリング（２０）と、前記共有壁部（１５）との境界に位置する湾曲縁部（１４）の部分（１４’）との間に、スリット状の空間（３０）が形成されることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１つに記載のフィルタカートリッジ。
13. 少なくとも、前記共有壁部（１５）の一つの部分（１９）は、前記周壁（３）とレーザ溶接されることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１つに記載のフィルタカートリッジ。
14. 少なくとも、前記部分（１９）は、前記周壁（１３）と接着あるいは溶接されることを特徴とする請求項１３に記載のフィルタカートリッジ。
15. 前記カートリッジ容器（６）はレーザ光を透過し得る材料により形成され、少なくとも前記ふた（１０）の側壁（１６）はレーザ光を吸収し得る材料により形成されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１つに記載のフィルタカートリッジ。

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