JP2008542001A - フィルタカートリッジ及びその組立方法 - Google Patents

Abstract

フィルタカートリッジは、ポートを有する一体型ハウジングと、該ハウジング内に配置された濾過要素とを含む。濾過要素は、コヒーレントフィルタブロックであり、該フィルタブロックは、ポートよりも大きな断面寸法であることができるが、必ずしもそうとは限らない。一実施形態では、濾過要素は、中空の内部の形状に同形であるが濾過要素と内表面との間に隙間を画定するように中空の内部よりもわずかに小さいコヒーレントフィルタブロックである。フィルタカートリッジを組み立てる一方法は、中空の内部と少なくとも１つのポートとを有するハウジングを準備する工程と、ポートを通じて粒状材料を中空の内部に導入する工程と、中空材料内の粒状材料をコヒーレントフィルタブロックへと転換させる工程とを含む。フィルタカートリッジを組み立てる他の方法は、コヒーレントフィルタブロックの形態をした濾過要素を準備する工程と、該濾過要素の周りにハウジングをオーバーモールドする工程とを含む。

Description

本発明は、一般にフィルタカートリッジに関し、より詳細には一体化された濾過要素を有する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、通常、構造ハウジング内に配置された多孔質濾過要素を含む。そのようなフィルタでは、未濾過の流体が、入口ポートを通ってハウジングに入り、該流体から汚染物質又は他の不純物を除去する濾過要素を通り抜ける。濾過された流体は、出口ポートを通って排出される。フィルタカートリッジには、ハウジングの一端にある単一ポートに組み合わされた入口と出口とを通常有する、いわゆる「クイックチェンジ」カートリッジと、入口及び出口ポートがハウジングの両端に配置されたインラインカートリッジとが含まれる。流体の流れがしばしば加圧されるので、これらのポートは、通常、Ｏリングなどによって封止される。したがって、大きな開口部ほど封止するのが困難である（シールが大きいほど所与の圧力でそのシールが受ける力が大きくなる）ので、小さなポートを準備することが望ましい。したがって、ポートは、通常、濾過要素を収めたハウジングの内部よりも断面寸法が小さい。

粉末状活性炭、活性アルミナ、シリカ、ゼオライトなどの粒状濾材のベッドを濾過要素として使用することが知られている。（本明細書で使用するとき、用語「粒状」は、分かれた状態のあらゆる材料、すなわち、質量分離することなく容易に移動してそれらの相対位置を変化させる、一般的に流動可能な分離した粒子を含む材料を包含することが意図されている。用語「粒子」は、何かの比較的小さい別個のあらゆる部分若しくは小片を指しており、グレイン、顆粒、粒子、ペレット、繊維などがそれに含まれる。）粒状濾材は、小さなポートを通じてハウジング内部に注ぎ込むことができる。好適な材料を追加して、濾材が半圧密配置で保持されるように濾材を軽く圧縮することができる。しかし、粒状濾材内では凝集（cohesion）がほとんど又は全く存在しないので、そのようなフィルタシステムは、濾材粒子の再分配及びチャネリングを起こす可能性がある（すなわち、濾液が、均一な流量分布ではなく選択的な流路で粒状材料のベッド内を流れる）。これは、濾過の質の低下をまねく虞がある。また、疎な濾材を使用するフィルタシステムも、低い濾過効率に悩まされる虞がある。

これらの欠点に対する一般的な解決策は、通常は加熱によって融合される、好適な接着剤若しくは結合剤を使用し、成形されて又は押し出されて安定な形状にされる圧密濾材の出現であった。ポリマー焼結の進歩により、粒状濾材と粉末状ポリマーとの混合物を単純な金型内にゆっくり分注し、規定の期間にわたって規定の温度に加熱してコヒーレントの自己支持型多孔質マトリックスを形成することによって、好適な濾過要素を作り出すことができるようになった。通常「フィルタブロック」と呼ばれる、そのような安定な形状の濾過要素は、チャネリングすることなくすべての濾液を常に曲がりくねった経路に進ませるのが非常に得意であり、非常に小さく均一な多孔性をもつように作製して小さなミクロン範囲での濾過効率を改善することができる。

残念なことに、フィルタブロックは、剛性形状であるので、小さなフィルタハウジングポートを通じて設置することができず、構造ハウジング内にそれらを設置するには大きな開口部を必要とする。したがって、最新技術は、フィルタブロックを収めた第１の構成要素と、第１の構成要素を閉じる第２の構成要素とを含む、ツーピースのハウジングアセンブリである。この配置では、第１の構成要素（しばしば、「カン（can）」若しくは「サンプ（sump）」と呼ばれる）は、初めに、コヒーレントフィルタブロックを設置できるようにするための十分に大きな開口部を準備しなければならない。第１の構成要素は、一般に、一端が閉じられ、フィルタブロックがそれを通じて挿入される大きな開口部を準備するためにもう一端が開口した、概ね円筒形のバレルとして構成される。フィルタブロックは、次いで、大きな開口部に被せ置かれて第１の構成要素に（溶接又は螺合連結などによって）取り付けられた、第２の構成要素（しばしば「キャップ」若しくは「ヘッド」と呼ばれる）によって閉囲される。

そのようなフィルタカートリッジは、卓越した性能を提供するが、ツーピースの設計は、材料、製作、及び組立コストを増大させる虞がある。

したがって、現在のフィルタカートリッジよりも製造が容易で、より費用効果の高いフィルタカートリッジがあれば望ましい。さらに、フィルタブロックを形成する金属製の金型をなくし、その代わりに一体型のフィルタハウジング自体を用いてブロックを直接的に形成することが望ましい。

前述の必要は、本発明によって満たされ、本発明は、一実施形態では、ポートを有する一体型ハウジングと、該ハウジング内に配置された濾過要素とを含むフィルタカートリッジを準備する。濾過要素は、コヒーレントフィルタブロックであり、該フィルタブロックは、ポートよりも大きな断面寸法であることができるが、必ずしもそうとは限らない。

他の実施形態では、本発明には、中空の内部と少なくとも１つのポートとを有するハウジングを準備する工程と、ポートを通じて粒状材料を中空の内部に導入する工程と、中空材料内の粒状材料をコヒーレントフィルタブロックへと転換させる工程とを含む、フィルタカートリッジを組み立てる方法が含まれる。

他の実施形態では、本発明には、コヒーレントフィルタブロックの形態をした濾過要素を準備する工程と、該濾過要素の周りにハウジングをオーバーモールドする工程とを含む、フィルタカートリッジを組み立てる方法が含まれる。

他の実施形態では、本発明は、コヒーレントフィルタブロックの形態をした濾過要素と、該濾過要素の周りのオーバーモールドされたハウジングとを含む、フィルタカートリッジを準備する。

他の実施形態は、中空の内部を画定する内表面を有する一体型ハウジングと、該ハウジング内に配置された濾過要素とを含む、フィルタカートリッジを準備する。濾過要素は、中空の内部の形状に同形であるが濾過要素と内表面との間に隙間を画定するように中空の内部よりもわずかに小さいコヒーレントフィルタブロックである。

他の実施形態では、本発明には、ポートと中空の内部を画定する内表面とを含むハウジングを有する、フィルタカートリッジが含まれる。フィルタカートリッジは、さらに、中空の内部に配置されたステムを有する流量分配管を含む。濾過要素は、ステム上に据え付けられる。濾過要素は、中空の内部の形状に同形であるが濾過要素と内表面との間に隙間を画定するように中空の内部よりもわずかに小さいコヒーレントフィルタブロックである。

他の実施形態では、本発明には、少なくとも１つのポートと中空の内部を画定する内表面とを有するハウジングを準備する工程と、ポートを通じて粒状材料を中空の内部に導入する工程とを含む、フィルタカートリッジを組み立てる方法が含まれる。粒状材料は、加工中に収縮するように配合される。粒状材料は、中空の内部の形状に同形であるが濾過要素と内表面との間に隙間を画定するように中空の内部よりもわずかに小さいコヒーレントフィルタブロックへと転換するように加工される。

本発明および従来技術に優る本発明の利点は、以下の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲を添付図面に即して読めば、より容易に理解される。

本発明の代表的な実施形態には、ハウジングと、該ハウジング内に収められた濾過要素とを有するフィルタカートリッジが含まれる。ハウジングは、濾過要素を保持する中空の内部を画定し、内部と流体連通する、流体の進入及び／又は放出をもたらすための少なくとも１つのポートを有する。ポートは、通常、ハウジング内部よりも断面が小さいが、必ずしもそうとは限らない。本発明の一実施形態では、濾過要素は、ハウジング内部で形成されて熱的に固められたコヒーレントフィルタブロックである。すなわち、ハウジングは、成形されたフィルタブロックを形成する金型の役割を果たす。これは、ポートを通じて好適な粒状材料をハウジング内部に分注することによって実施される。材料は、粒状の性質であるので、小さなポートを容易に通り抜ける。ハウジング内部が所望の高さまで満たされたら、粒状材料は、焼結によってコヒーレントフィルタブロックへと転換される。本明細書で使用するとき、「焼結」は、圧力の有無を問わず、熱を使用して離散粒子を溶融させてコヒーレントの半永久的構造にするプロセスを指す。より具体的には、粒状材料は、粒子の少なくともいくつかの表面の分子が隣接粒子の表面の分子と混ざり合うのに十分に流動的となり、したがって隣接粒子間に結合を形成する温度まで加熱される。粒子間に残っているスペースは、孔隙を形成する。粒状材料は、所望の程度の結合が生じるまで焼結温度に維持される。粒状材料をフィルタブロックへと転換させる他の可能なプロセスとしては、電子ビーム加工、ＵＶ加工、湿気硬化化学反応、高周波電磁誘導、及び触媒加工が挙げられるが、これらに限定されない。

その結果、ハウジング内部の形状に同形の多孔質フィルタブロックが得られる。ポートを通じて（粒状状態の間に）ハウジング内部に導入されたフィルタブロックは、ポートよりも大きな寸法を有するコヒーレント構造である。

一実施形態では、粒状材料は、転換プロセスの間に収縮するように配合される。この特性によって、粒状材料を、充填の間にハウジングの内部形状に同形にさせ、次いで、ハウジングの内表面にくっつかない又は結合しないように設計できる、より小さな要素へと収縮させることができる。この結果、濾過要素とハウジングの内表面との間に、濾液の流路を準備するほぼ環状のスペースが得られる。この設計の利点は、衝撃、取扱い、又は流体圧に起因したハウジング壁の曲がりから濾過要素を完全に切り離すことができることである。さらに、ハウジング内部より小さいものの、濾過要素は、依然としてポートよりも大きい寸法を有することができる。換言すれば、濾過要素は、ポートを通じて（粒状状態の間に）ハウジング内部に導入されたが、ポートよりも大きなコヒーレント構造となる。

フィルタブロックを形成する金型としてハウジングを使用すると、高価な金属製金型の必要をなくすことによって製造コストが削減される。これは、また、金型を加熱及び冷却するのに使用されるエネルギーの量、並びに金属製金型に必要なメンテナンスを大幅に削減する。

この配置によって、ハウジングを、組立品になるように互いに構造的に取り付けられた２つ以上の構成要素の代わりに、一体型の構造にすることができる。一体型ハウジングの使用は、多部品の組立品に比べてコスト削減を可能にする。一体型のポリマーハウジングは、吹込み成形又はガス若しくは水アシストによる射出成形を含め、いずれか好適なプロセスによって製作することができる。吹込み成形は、一般に、射出成形よりも高速で費用がかからない。吹込み成形は、また、ポリマー鎖を引き伸ばして整列させ、その結果、射出成形に比べてより強くより頑丈な材料特性を生み出す。いずれのプロセスも、プラスチックボトルによく似た、連結端のところに望ましいスロート若しくはポートサイズよりも大きな寸法を有する内部を備えた中空容器を作り出すことができる。或いは、ハウジングを金属製とし、キャスティング法又はスピン成形によって製作することもできる。また、一体型構造がコストの利益をもたらすが、ハウジングを、代替的に、射出成形又はキャスティングによって形成されたパーツのツーピースより成る（若しくはそれ以上の）組立品として作り出すこともできる。フィルタブロックを形成する金型としてハウジングを使用すると、高価な金属製金型の必要をなくすことによって製造コストが削減される。これは、また、金型を加熱及び冷却するのに使用されるエネルギーの量、並びに金属製金型に必要なメンテナンスを大幅に削減する。

フィルタブロックになる粒状材料は、ポリエチレン（特に、超高分子量ポリエチレン及び架橋ポリエチレン）、ポリエステル、エポキシ、炭素、セラミックス、繊維、酸化物などを含めた様々な材料のうちの１つ以上を含むことができる。粒状材料は、好ましくは濾材と結合剤との混合物を含むことができるが、必ずしも含むとは限らない。濾材は、これらに限定するものではないが、粉末状又は粒状活性炭、珪藻土、パーライト、活性アルミナ、シリカ、イオン交換樹脂、流紋岩（ryholites）、及びゼオライトを含め、多孔質マトリックスの役割を果たすいくつかの種類の吸着性材料の１つであることができる。濾材は、また、ポリエチレン及びポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ナイロン、及びポリエステルを含めた、天然繊維、人造繊維、並びに特定のプラスチック粉末など、非吸着性材料を含むこともできる。これらのポリマーは、また、溶融されたときに流動する傾向を低減するために、部分的に又は完全に架橋した状態になるように処理することができる。

考えられる結合剤としては、加熱されると軟化して溶融し、その後冷却されると再び硬化するという特性を有する、ポリオレフィンなどの熱可塑性ポリマーが挙げられる。特に好適な１つの結合剤は、非常に低いメルトフローインデックスを有する超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）である。非常に低いメルトフローインデックスは、加工中にポリマーが液体となり、流動して、活性な濾過部位をコーティングするのを防ぎ、その代わりにポリマーが良好に２点間結合するのに十分なだけの粘着性となるので、望ましい可能性がある。メルトフローインデックスが非常に低いポリマーは、ポリマーを液化させることなく広い温度範囲に加熱することができる。吸着性濾材とともに高いメルトフローインデックスを有する結合剤を使用すると、吸着材料の活性部位のブラインディングを引き起こす虞がある。超高分子量ポリエチレンと活性炭などの吸着性濾材とを組み合わせて使用して作り出されるフィルタブロックは、高い吸着性及び非常に多孔質の構造を獲得する。結合剤として使用できる他の熱可塑性ポリマーとしては、エチレンビニルアセテート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエステル、及びナイロンが挙げられる。また、熱硬化性ポリマーも結合剤として使用することができる。濾材と結合剤との混合物に代わる代替方法として、粒状材料を完全にポリマーから構成することもできる。この場合、得られる濾過要素は、微粒子フィルタである。

ここで、同一の参照番号が様々な図を通して同じ要素を示す諸図面を参照すると、図１〜４は、本発明の一実施形態にしたがって構築されたフィルタカートリッジ１０を示す。フィルタカートリッジ１０は、ハウジング１２と、ハウジング１２内に配置された濾過要素１４と、濾過要素１４内の一部を延びる流量分配管１６とを含む。この実施形態では、ハウジング１２は、中空の内部と中央長手軸とを有するほぼ円筒形の細長い本体１８を含む、ボトル状の一体型構造である。本体１８は、一端が閉じられており、もう一端に形成された開口した首部２０を有する。首部２０は、中空の内部への流体連通をもたらすポート２２を画定する。ポート２２は、その封止を容易にするために本体１８よりも断面寸法が小さいものとして示されている。ただし、代替的にポート２２が本体１８と断面寸法の等しいものであることもできることに留意すべきである。直径上で対向する１対の肩状部２４が、首部２０の外表面上に形成される。肩状部２４は、フィルタカートリッジを濾過システム内に連結する対応する構造と相互作用するように設計される。ハウジング１２は、いずれか好適な材料から作製することができ、多くの用途に特に好適な１つの材料は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）である。

濾過要素１４は、ハウジング１２の内部で形成されて熱的に固められた、コヒーレントフィルタブロック（例えば、粒状濾材と結合剤とのマトリックス）である。濾過要素１４は、ハウジング１２の底部から首部２０のすぐ下の地点までハウジング内部を満たし、ハウジング内部のほぼ円筒形の形状に同形となる。したがって、濾過要素１４は、ここに示される実施形態ではポート２２よりも断面寸法が大きい。ここに示される実施形態では、濾過要素１４は、ハウジング１２内に長手方向に位置決めされた３つの相異なる部分を含む。第１の部分２６は、ハウジング内部の最上部分（すなわち、首部２０の最も近く）に配置され、第２の部分２８は、第１の部分２６の下に配置され、第３の部分３０は、ハウジング内部の底で第２の部分２８の下（すなわち、首部２０から最も遠く）に配置される。第１の部分２６は、粒子の除去に有効で、詰まる可能性が低い、比較的隙間の多い多孔性を有する。第１の部分２６に好適な濾材材料としては、前述したＵＨＭＷＰＥなどの適切な結合剤と組み合わされる、セルロース、綿、木部繊維が挙げられる。第１の部分２６に好適な他の濾材材料としては、粉末状並びに粒状の炭素及びポリエチレン若しくはポリプロピレン繊維、粉末、及び顆粒が挙げられる。第１の部分２６には、深層濾過用に設計された層状構造（段階的密度）を与えることができる。第２の部分２８は、さほど隙間の多くない多孔性を有し、また、好ましくは、ＵＨＭＷＰＥなどの適切な結合剤と組み合わされる、より細かい濾材（活性炭若しくは炭素ブレンドなど）を含む。３つの部分のうち最も短い軸方向長さを占める第３の部分３０は、最も大きく最も隙間の多い多孔性を有し、濾液をその中でまっすぐに流れさせて流量分配管１６に到達させるように設計されており、これについては以下でより詳細に説明する。第３の部分３０に好適な濾材材料としては、ＵＨＭＷＰＥなどの適切な結合剤と組み合わされる、砂、珪藻土、および疎なポリマーペレットが挙げられる。本明細書に記載の３つの部分をもつ濾過要素は、この実施形態で使用できる濾過要素の一例にすぎず、他の多くの構成が可能である。

好ましくはプラスチック若しくは金属などの剛性又は半剛性材料で作製される流量分配管１６は、ハウジング１２の内側に同軸に位置決めされ、戻り流路を準備するように濾過要素１４の長さを通って延びる細い管部３２を含む。管部３２は、閉じた第１の端部と、開口した第２の端部とを有する。第１の端部は、ハウジング１２の閉じた底部に非常に接近した、又は閉じた底部と接触する、テーパした先端部３４を画定する。いくつもの開口部３６が、先端部３４に隣接した管壁を貫いて形成され、管部３２の周囲に離隔して配置される。開口部３６は、濾過要素１４内を流れる濾液が管部３２へと流れ込めるようにする。好ましくは、開口部３６は、それらが濾過要素１４の比較的多孔性の高い第３の部分３０内にくるように、先端部３４の十分近くに軸方向に位置決めされる。

管部３２の開口した第２の端部は、濾過要素１４を超えて、ポート２２に隣接して位置決めされる。円筒形のカップ部３８が、ポート２２内に配置されるように第２の端部に同心円状に形成される。カップ部３８は、管部３２よりも大きな直径を有し、ポート２２の内側に位置決めされる。環状フランジ４０が、カップ部３８の上縁部に形成される。フランジ４０は、円形の外縁部を有しており、該外縁部は、その外縁部が首部２０の内表面にぴったり当接するようにポート２２の直径にほぼ等しい外径を画定する。「ヘッドスペース」（すなわち、フランジ４０よりも上に位置するポート２２の部分）とハウジング１２の内部との間の流体連通を可能にするために、いくつもの穴４２がフランジ４０に形成される。穴４２は、好ましくは、「毛細管穴」の役割を果たすように、またそれによって設置場所から取り出されたときのフィルタカートリッジ１０からのこぼれを低減するように、数が多く、サイズが小さい。直径上で対向する１対の肩状部４４が、カップ部３８にすぐ隣接したところでフランジ４０上に形成される。肩状部４４は、フィルタカートリッジ１０を濾過システム内の対合する出口チュービングと連結するように設計される。肩状部４４は、任意のマニホールド又はコネクタに嵌合するように、必要に応じて、内ねじ山若しくは外ねじ山、つまみ（lugs）、耳部、又はバヨネットを有するように構成することができる。

この配置によって、濾液は、ポート２２を通ってフィルタカートリッジ１０に進入し、フランジ穴４２（図３で最もよくわかる）を通ってハウジング１２の内部へと流れ込む。次いで、濾液は、多孔質の濾過要素１４を通って、より具体的には、順に濾過要素１４の第１の部分２６、第２の部分２８、及び第３の部分３０を通って軸方向に流れる。こうして濾過された濾液は、次いで、流量分配管１６の底部近くの開口部３６を通り抜け、管部３２及びカップ部３８内を上方に流れ、ポート２２を通じてフィルタカートリッジ１０から出る。この実施形態では、マニホールドは、「カップ」を封止するＯリングを有する、同軸依存の雄型×雄型（coaxial depending male x male）である。

フィルタカートリッジ１０を組み立てるプロセスは、ハウジング１２を作り出すことから始まる。ハウジング１２は、ハウジング１２がプラスチック材料製である場合には吹込み成形、延伸吹込み成形（例えば、米国特許第５，７３５，４２０号（ナカマキ（Nakamaki）ら、１９９８年４月７日発行）に記載のプロセスを参照）、又はガス若しくは水アシストによる射出成形、並びにハウジング１２が金属若しくは類似の材料製である場合にはキャスティング又はスピン成形など、様々な技術によって製作することができる。

次に、選択された粒状材料の所定の量が、ポート２２を通じてハウジング１２の内部に導入される。前述したように、コヒーレントフィルタブロックへと転換されることになる粒状材料は、好ましくは粒状濾材と結合剤との混合物を含むことができるが、必ずしも含むとは限らない。結合剤は、通常、粒状濾材と乾式混合することのできる粒状形態のポリマー又はポリマーを主体とする物質である。ここに示される実施形態では、濾過要素１４の３つの部分２６、２８、及び３０を作り出すために、粒状材料の３つの形態が使用される。例えば、初めに非常に隙間の多い第３の部分３０を作り上げるために、砂、珪藻土、及び疎なポリマーペレットなどの粒状濾材と適切な結合剤との混合物を含む粒状材料が、ハウジング１２に導入される。底部の層には、必要に応じて結合剤を用いても用いなくてもよい。一部の用途では、この層をコヒーレントにしないことが望ましい場合がある。次いで、第２の部分２８を作り上げるために、活性炭若しくは炭素ブレンドなどの粒状濾材と適切な結合剤との混合物を含む別の粒状材料が、ハウジング１２内の最初に装填された粒状材料の上に導入される。最後に、隙間のある第１の部分２６を作り上げるために、セルロース、綿、及び木部繊維などの粒状濾材と適切な結合剤との混合物を含むさらに別の粒状材料が、ハウジング１２内の２番目に導入された粒状材料の上に導入される。粒状材料は、集合的に首部２０の高さ又は首部２０に近い高さまでハウジング１２を満たす。

ハウジング１２に粒状材料を装填する前の任意の工程として、ハウジング１２の内側表面を、静電気ダストなどの好適な下塗り材料の層でコーティングすることができる。下塗り層は、ポート２２を通じて内側表面上にスプレーすることができる。その後の処理の際には、下塗り層自体がハウジング１２及び濾過要素１４に結合して、最終製品におけるこれら２つの要素間の適切な接合を確保する。

ハウジング内部が所望の高さまで粒状材料で満たされた後、流量分配管１６が、ハウジング１２内に同軸に位置決めされるようにポート２２を通じてハウジング１２に挿入される。これは、初めに、先端部３４がハウジング１２の閉じた底部に非常に接近した、又は閉じた底部と接触する所望の場所にくるまで、流量分配管１６の先端部を粒状材料内に押し込むことによって達成される。流量分配管１６は、管部３２がハウジング内部に同軸に位置決めされ、且つフランジ４０がポート２２内に同軸に位置決めされるような位置にある。

流量分配管１６が適正な位置にある状態で、粒状材料がコヒーレントフィルタブロックへと転換するときに所望の多孔度が達成されるように確保するために、粒状材料を、任意に、圧縮する又は「押し固める（pack）」ことができる。粒状材料を圧縮する可能な技術としては、充填されたハウジング１２を振動させること、又は充填されたハウジング１２をその軸に沿って若しくは径方向に遠心回転で回転させることが挙げられる。或いは、拡張型ブラダー（expanding bladder）をハウジング１２に挿入して材料を圧縮することもできる。粒状材料をラム（ram）によって圧縮することができるが、これは、ポート２２が狭く、また流量分配管１６が存在するので、困難である。

他の任意工程は、ハウジング内部を空気圧によって加圧することである。これは、粒状濾材の圧密に関してはほとんど影響を及ぼさないが、ハウジング１２を拡張させる傾向にあり、加圧用途向けのフィルタカートリッジを組み立てる際に有用である。具体的には、材料の装填及び焼結工程の間に適切な圧力を加えることは、加圧用途で使用する間にハウジング１２が起こす拡張を真似ることになる。ゆえに、粒状材料は、拡張したハウジングのサイズに同形となり、その結果、焼結後に濾過要素１４は、また、拡張したハウジングのサイズにも対応することになる。ハウジング１２は、本質的に「予加圧」される。これは、使用時の圧力下でのハウジング１２の拡張を回避し、またそのような拡張が原因で発達する虞のあるハウジングの内壁と濾過要素１４との間の望ましくない隙間を回避することになる。

次の工程は、コヒーレントフィルタブロックの形態をした完成濾過要素１４を作り出すように粒状材料を焼結することである。この方法では、ハウジング１２は、濾過要素１４を形成する金型の役割を果たす。焼結は、粒状材料を、結合剤粒子の表面の分子が隣接粒子の表面の分子と混ざり合うのに十分に流動的となり、したがって隣接粒子間に結合を形成する温度（「焼結温度」と呼ばれる）まで加熱することによって引き起こされる。ポリマー結合剤の場合、焼結温度は、通常、ポリマーのビカー軟化温度（ＶＳＴ）である。ハウジング１２及び結合剤に使用される材料は、熱的に適合性があるものとすべきである。すなわち、ハウジング１２は、結合剤材料の焼結温度にさらされたときに構造的完全性を失わない材料から選択されるべきである。粒状材料は、所望の程度の結合が生じるまで焼結温度に維持され、その後、集合体全体が冷却される。加熱の持続時間は、選択された材料及び濾過要素のサイズを含めたいくつもの変数によって決まる。

ここで図５及び６を参照すると、本発明の他の実施形態にしたがって構築されたフィルタカートリッジ５０が示されている。フィルタカートリッジ５０は、中空の内部を有するハウジング５２と、中空の内部の中に配置された濾過要素５４とを含む。ハウジング５２は、中空の内部を画定するほぼ円筒形の細長い本体５６を含む、ボトル状の一体型構造である。本体５６は、一端が閉じられており、もう一端に形成された開口した首部５８を有する。首部５８は、中空の内部への流体連通をもたらすポート６０を画定する。ポート６０は、中空の内部及び濾過要素５４よりも断面寸法が小さいが、代替的にポート６０及び濾過要素５４を断面寸法の等しいものとすることもできる。濾過要素５４は、前述の濾過材料など、いずれか好適な材料で、又は材料の組み合わせで作製される、コヒーレントフィルタブロックである。前述の実施形態とは異なり、濾過要素５４は、ハウジング内部では形成されず、熱的に固められない。その代わりに、濾過要素５４は、初めに、いずれか既知の技術又は将来開発される技術によって別個に形成される。次いで、ハウジング５２が、より詳細に後述する方法で、オーバーモールドされたシェルとして濾過要素５４の周りに形成される。この結果、ポート６０よりも断面寸法の大きいコヒーレントブロック濾過要素５４が収められた一体型ハウジング５２を有するフィルタカートリッジ５０が得られる。

一実施形態では、濾過要素５４は、それを貫いて形成された中心ボア６２を有する円筒形の炭素ブロックである。第１のエンドキャップ６４が、首部５８に最も近い濾過要素５４の端部に被せて配置され、第２のエンドキャップ６５が、濾過要素５４のもう一端に被せて配置される。第１のエンドキャップ６４は、丸い環状の基部６６と、基部６６の第１の（上側の）側部から外に向かって延びる直立した管部６８とを含む。基部６６は、その第２の側部から外に向かって（すなわち、管部６８とは反対の方向に）延びる、その外周部の外側リム７０を有する。外側リム７０は、濾過要素５４の上に嵌合し、且つ第１のエンドキャップ６４を濾過要素５４に対して位置決めするように、円筒形の濾過要素５４よりも直径がわずかに大きい。濾液が自由に通る空間を準備するために、基部６６の第２の側部に形成された隆起部７２が、基部６６を濾過要素５４の端部から離隔させる。管部６８は、首部５８の内側に配置され、中心ボア６２と軸方向に位置合わせされる。少なくとも１つの入口穴７４（図６には２つ示されている）が、管部６８の側壁に形成され、首部５８内に形成された対応する入口穴７６と位置合わせされる。中心管７８が、管部６８内に同軸に配置され、中心ボア６２内に短い距離だけ延びる下部を含む。中心管７８の直径は、それらの間に環状の流入路を画定するように、管部６８の内径よりも小さい。中心管７８の内側の通路は、流出路を画定する。

フィルタカートリッジ５０は、任意に、濾過要素５４とハウジング５２との間に配置されるように濾過要素５４の周囲に巻き付けられた（図７参照）ネット８０を含むことができる。ネット８０によって作り出されるスペースは、濾液を濾過要素５４の外表面上に流れさせる、外側の流路を画定する。ハウジング５２をオーバーモールドする間に溶融プラスチックがネット８０によって画定される流路へと流れ込むのを防ぐために、保護シート８２がネット８０の周りに巻き付けられる。或いは、ネット８０を省略することもできる。

作業時には、濾液が、入口穴７４及び７６を通じてフィルタカートリッジ５０に入り、管部６８と中心管７８との間に画定される環状の流入路内を流れ、エンドキャップ基部６６と濾過要素５４の端部との間のスペースに到達する。そこから、濾液は、軸方向に濾過要素５４へと流れ込み、ネット８０によって画定される外側の流路を通り、その後、図６に矢印によって描かれるように濾過要素５４へと流れ込む。濾液は、濾過要素５４内を通って中心ボア６２に到達する。（ネット８０が省略される場合、濾液すべてが濾過要素５４の上端を通って軸方向に濾過要素５４に入り、濾過要素５４内を流れて中心ボア６２に到達する。）こうして濾過された濾液は、ボア６２を通って上方に流れて中心管７８に到達し、ポート６０を通じてフィルタカートリッジ５０から出る。

フィルタカートリッジ５０を組み立てるプロセスは、コヒーレントブロック濾過要素５４を別個に形成することを含む。濾過要素５４は、現在知られているプロセス又は将来開発されるプロセスを含め、いずれか好適な技術を使用して形成することができる。次に、中心管７８の一端が中心ボア６２内に延びた状態で、第１のエンドキャップ６４及び中心管７８が、濾過要素５４の一端に被せて位置決めされる。第２のエンドキャップ６５は、濾過要素５４のもう一端に被せて位置決めされる。使用される場合、ネット８０及び保護シート８２が、濾過要素５４の外表面の周りに巻き付けられる。次いで、この組立品が、図８に示されるように射出成形ツール８３内に置かれる。成形ツール８３は、組立品とツール空洞８４との間に隙間８５を与えるようにツール空洞８４内で組立品を支持する側部アクションピン８６及び８７を含む。組立品がツール空洞８４内に置かれる（例えば、ロボットアームによって）ときには、第１の側部アクションピン８６が動いて第１のエンドキャップ６４及び中心管７８と係合し、第２の側部アクションピン８７が動いて第２のエンドキャップ６５の中心に形成されたポケットと係合する。次いで、射出成形ツール８３の２つの半体が閉じられ、射出サイクルが始まる。ツール８３は、空洞８４内に入口ポート７４の面に当接する隆起表面を含んでいて、プラスチックがこれらのポート７４を塞がないよう確保している。次いで、溶融プラスチックが、隙間８５を満たすようにツール空洞８４に注入される。隙間８５がほぼ満たされたときに、ただしプラスチックが固化する前に、第２の側部アクションピン８７が引っ込められ、引っ込められたピン８７によって作り出された空隙がプラスチックで満たされる。プラスチックは、組立品を包み込み、それによって、ハウジング５２となるオーバーモールドされたシェルを形成する。オーバーモールドされたシェルは、フィルタ要素の外側表面に結合される。ハウジング５２の底部のくぼみは、ピン８７が停止する場所である。シェルが冷却された後、ツール８３が開けられ、側部アクションピン８６及び８７が完全に引っ込められて、フィルタカートリッジ５０を取り外せるようになる。

ハウジング５２は、いずれか好適な材料から作製することができ、多くの用途に特に好適な１つの材料は、ポリプロピレンである。エンドキャップ６４、６５及び保護シート８２は、好ましくはハウジング材料と熱的に適合性のある材料で作製される。すなわち、これらの要素は、オーバーモールド工程の間に溶融プラスチック材料の成形温度に耐える材料製とすべきである。好適な材料としては、ポリプロピレンと熱的に適合性のある、アクリロニトリル−ブタジエンスチレン及びポリカーボネートが挙げられる。

ここで図２２を参照すると、本発明の他の実施形態にしたがって構築されたフィルタカートリッジ４００が示されている。フィルタカートリッジ４００は、中空の内部を有するハウジング４０２と、中空の内部の中に配置された濾過要素４０４とを含む。ハウジング４０２は、中空の内部を画定するほぼ円筒形の細長い本体４０６を含む、ボトル状の一体型構造である。本体４０６は、一端が閉じられており、もう一端に形成された開口した首部４０８を有する。首部４０８は、中空の内部への流体連通をもたらすポート４１０を画定する。ポート４１０は、中空の内部及び濾過要素４０４よりも断面寸法が小さいが、代替的にポート４１０及び濾過要素４０４を断面寸法の等しいものとすることもできる。濾過要素４０４は、前述の濾過材料など、いずれか好適な材料で、又は材料の組み合わせで作製される、コヒーレントフィルタブロックである。前述の実施形態と同様に、濾過要素４０４は、初めに、いずれか既知の技術又は将来開発される技術によって別個に形成される。次いで、ハウジング４０２が、より詳細に後述する方法で、オーバーモールドされたシェルとして濾過要素４０４の周りに形成される。この結果、ポート４１０よりも断面寸法の大きいコヒーレントブロック濾過要素４０４が収められた一体型ハウジング４０２を有するフィルタカートリッジ４００が得られる。

この実施形態では、濾過要素４０４は、炭素ブロックの長さの一部分内に形成された中心ボア４１２と入口ボア４１４とを有する円筒形の炭素ブロックである。エンドキャップ４１６は、首部４０８に最も近い濾過要素４０４の端部に被せて配置される。エンドキャップ４１６は、丸い環状の基部４１８と、基部４１８の第１の（上側の）側部から外に向かって延びる直立した管部４２０とを含む。基部４１８は、その第２の側部から外に向かって（すなわち、管部４２０とは反対の方向に）延びる、その外周部の外側リム４２２を有する。外側リム４２２は、濾過要素４０４の上に嵌合し、且つエンドキャップ４１６を濾過要素４０４に対して位置決めするように、円筒形の濾過要素４０４よりも直径がわずかに大きい。濾液が自由に通る空間を準備するために、基部４１８の第２の側部に形成された隆起部４２４が、基部４１８を濾過要素４０４の端部から離隔させる。入口ボア４１４は、基部４１８の第２の側部から延びる。管部４２０は、首部４０８の内側に配置され、中心ボア４１２と軸方向に位置合わせされる。少なくとも１つの入口穴４２６（図２２には２つ示されている）が、管部４２０の側壁に形成され、首部４０８内に形成された対応する入口穴４２８と位置合わせされる。中心管４３０が、管部４２０内に同軸に配置され、中心ボア４１２内に短い距離だけ延びる下部を含む。中心管４３０の直径は、それらの間に環状の流入路を画定するように、管部４２０の内径よりも小さい。中心管４３０の内側の通路は、流出路を画定する。

フィルタカートリッジ４００は、任意に、濾過要素４０４とハウジング４０２との間に配置されるように濾過要素４０４の周囲に巻き付けられた（図６及び７参照）ネット（図示せず）を含むことができる。

作業時には、濾液が、入口穴４２６及び４２８を通じてフィルタカートリッジ４００に入り、管部４２０と中心管４３０との間に画定される環状の流入路内を流れ、エンドキャップ基部４１８と濾過要素４０４の端部との間のスペースに到達する。そこから、濾液は、濾過要素４０４の入口ボア４１４へと流れ込み、ネット４３２によって画定される外側の流路を通り、その後、図２２に矢印によって描かれるように濾過要素４０４へと流れ込む。流量は、軸方向流から径方向流になるものとして記述することができる。濾液は、濾過要素４０４内を通って中心ボア４１２に到達する。（ネットが省略される場合、濾液すべてが入口ボア４１４の上端を通って入口ボア４１４を経て濾過要素４０４に入り、濾過要素４０４内を流れて中心ボア４１２に到達する。）こうして濾過された濾液は、ボア４１２を通って上方に流れて中心管４３０に到達し、ポート４１０を通じてフィルタカートリッジ４００から出る。

フィルタカートリッジ４００を組み立てるプロセスは、コヒーレントブロック濾過要素４０４を別個に形成することを含む。濾過要素４０４は、現在知られているプロセス又は将来開発されるプロセスを含め、いずれか好適な技術を使用して形成することができる。入口ボア４１４は、当該技術分野において既知のいずれかの方法によって濾過要素内に形成されてよい。入口ボア４１４は、ブロック形成プロセスの間にピンを挿入し、次いでピンを除去して入口ボア４１４を形成することによって、ブロック内に形成されてよい。ボア４１４は、また、ドリリング若しくはミリングなどのいずれかのボーリング技術を使用してブロック内に機械加工されてもよい。次に、中心管４３０の一端が中心ボア４１２内に延びた状態で、第１のエンドキャップ４１６及び中心管４３０が、濾過要素４０４の一端に被せて位置決めされる。使用される場合、ネット（図示せず）及び保護シート（図示せず）が、濾過要素４０４の外表面の周りに巻き付けられる。次いで、この組立品が、図８に示されるように射出成形ツール８３内に置かれる。成形ツール８３は、組立品とツール空洞８４との間に隙間８５を与えるようにツール空洞８４内で組立品を支持する側部アクションピン８６及び８７を含む。組立品がツール空洞８４内に置かれる（例えば、ロボットアームによって）ときには、第１の側部アクションピン８６が動いて第１のエンドキャップ４１６及び中心管４３０と係合し、第２の側部アクションピン８７が動いてブロックの中心に形成されたポケットと係合する。次いで、射出成形ツール８３の２つの半体が閉じられ、射出サイクルが始まる。ツール８３は、空洞８４内に入口ポート４２６の面に当接する隆起表面を含んでいて、プラスチックがこれらのポート４２６を塞がないように確保している。次いで、溶融プラスチックが、隙間８５を満たすようにツール空洞８４に注入される。隙間８５がほぼ満たされたときに、ただしプラスチックが固化する前に、第２の側部アクションピン８７が引っ込められ、引っ込められたピン８７によって作り出された空隙がプラスチックで満たされる。プラスチックは、組立品を包み込み、それによって、ハウジング４０２となるオーバーモールドされたシェルを形成する。ハウジング４０２の底部のくぼみは、ピン８７が停止する場所である。シェルが冷却された後、ツール８３が開けられ、側部アクションピン８６及び８７が完全に引っ込められて、フィルタカートリッジ４００を取り外せるようになる。

前述の実施形態と同様に、ハウジング４０２は、いずれか好適な材料から作製することができ、多くの用途に特に好適な１つの材料は、ポリプロピレンである。エンドキャップ４１６及び保護シート４３４は、好ましくはハウジング材料と熱的に適合性のある材料で作製される。すなわち、これらの要素は、オーバーモールド工程の間に溶融プラスチック材料の成形温度に耐える材料製とすべきである。好適な材料としては、ポリプロピレンと熱的に適合性のある、アクリロニトリル−ブタジエンスチレン及びポリカーボネートが挙げられる。

図９及び１０は、オーバーモールドされたハウジングを有するフィルタカートリッジ９０の他の実施形態を示す。この場合、フィルタカートリッジ９０は、ハウジング９２と、ハウジング９２の中空の内部の中に配置された濾過要素９４とを有するインライン型カートリッジである。ハウジング９２は、一端に形成された第１の開口部９６と、反対側の端部に形成された第２の開口部９８とを有するほぼ円筒形の本体を含む一体型構造である。濾過要素９４は、いずれか好適な材料で、又は材料の組み合わせで作製される、コヒーレントフィルタブロックである。

一実施形態では、濾過要素９４は、中実の円筒形炭素ブロックである。エンドキャップ１００が濾過要素９４の各端部に被せて配置される。両方のエンドキャップ１００は、丸い環状の基部１０２と、基部１０２の第１の側部から外に向かって延びる直立した管部１０４とを含む。各基部１０２は、その第２の側部から外に向かって（すなわち、管部１０４とは反対の方向に）延びる、その外周部の外側リム１０６を有する。各外側リム１０６は、濾過要素９４のそれぞれの端部上に嵌合するように、円筒形の濾過要素９４よりも直径がわずかに大きい。各エンドキャップ１００は、外側リム１０６の足のところで基部１０２上に形成された環状の肩状部１０８を含む。いずれの場合にも、肩状部１０８は、濾過要素９４のそれぞれの端部に当接して、基部１０２を濾過要素９４の端部から離隔させ、濾液が自由に通る空間を準備する。フィルタカートリッジは、任意に、濾過要素とハウジングとの間に配置されるように濾過要素の周囲に巻き付けられた、前述のネットを含むことができる。

各管部１０４は、ハウジング９２に形成された開口部９６及び９８のうち対応するものを通って延びる。すなわち、管部１０４の一方は、第１の開口部９６内を延びて入口ポートを画定し、管部１０４の他方は、第２の開口部９８内を延びて出口ポートを画定する。これらの入口及び出口ポートは、好ましくはハウジング内部及び濾過要素９４よりも断面寸法が小さいが、必ずしも小さいとは限らない。複数のガセット１１０が、各管部１０４の周りに設けられる。

作業時には、濾液が、入口ポートを通じてフィルタカートリッジ９０に入り、エンドキャップ基部１０２と濾過要素９４の端部との間のスペースへと流れ込む。そこから、濾液が、濾過要素９４を通って軸方向に流れ、第２のエンドキャップ基部１０２と濾過要素９４のもう一端との間のスペースに到達する。こうして濾過された濾液は、出口ポートを通じてフィルタカートリッジ９０から出る。

フィルタカートリッジ９０を組み立てるプロセスは、コヒーレントブロック濾過要素９４を別個に形成することを含む。濾過要素９４は、現在知られているプロセス又は将来開発されるプロセスを含め、いずれか好適な技術を使用して形成することができる。次に、エンドキャップ１００が濾過要素９４の各端部に被せて位置決めされる。次いで、この組立品が、図１１に示されるように射出成形ツール１１４のツール空洞１１２内に置かれる。エンドキャップ管部１０４の遠位端は、ツール空洞１１２に隣接してツール１１４内に形成された、適切な形状の陥凹部１１６内に置かれる。次いで、エンドキャップ管部１０４の遠位端は、射出成形ツール１１４の２つの半体間で挟持される。ゆえに、組立品は、組立品とツール空洞１１４との間に隙間を与えるようにツール空洞１１４内で支持される。

次いで、溶融プラスチックが、隙間を満たすようにツール空洞１１４に注入される。プラスチックは、組立品を包み込み（ツール半体間で挟持されたエンドキャップ管部１０４の部分は除く）、それによってハウジング９２となるオーバーモールドされたシェルを形成する。シェルが冷却された後、フィルタカートリッジ９０は、射出成形ツール１１４から取り外される。ハウジング９２は、ポリプロピレンなど、いずれか好適な材料から作製することができる。エンドキャップ１００は、好ましくはハウジング材料と熱的に適合性のある材料で作製される。すなわち、これらのエンドキャップ１００は、オーバーモールド工程の間に溶融プラスチック材料の成形温度に耐える材料から作製すべきである。好適な材料としては、ポリプロピレンと熱的に適合性のある、アクリロニトリル−ブタジエンスチレン及びポリカーボネートが挙げられる。

図１２を参照すると、オーバーモールドされたハウジングを有するインラインフィルタカートリッジ１２０の異なる実施形態が示されている。フィルタカートリッジ１２０は、ハウジング１２２と、ハウジング１２２の中空の内部の中に配置された濾過要素１２４とを含む。ハウジング１２２は、一端に形成された入口ポート１２６と、反対側の端部に形成された出口ポート１２８とを有するほぼ円筒形の本体を含む一体型構造である。ポート１２６及び１２８は、ハウジング１２２の内部への流体連通をもたらす。濾過要素１２４は、いずれか好適な材料で、又は材料の組み合わせで作製される、コヒーレントフィルタブロックである。

一実施形態では、濾過要素１２４は、中実の円筒形炭素ブロックである。エンドキャップ１３０が濾過要素１２４の各端部に被せて配置される。両方のエンドキャップ１３０は、中央の開口部と、その外周部の周りにその片側から外に向かって延びる外側リム１３４とを有する、丸い環状基部１３２を含む。中央開口部は、入口ポート１２６及び出口ポート１２８のうち対応するものと位置合わせされる。各外側リム１３４は、濾過要素１２４のそれぞれの端部の上に嵌合するように、円筒形の濾過要素１２４よりも直径がわずかに大きい。環状のノッチ１３６が、濾過要素１２４の両端の外縁部に形成される。外側リム１３４は、それぞれのノッチ１３６内で受けられて、基部１３２を濾過要素１２４の端部から離隔させ、濾液が自由に通る空間を準備する。収縮包装などの保護シート１３８を、任意で、濾過要素１２４の周囲及びエンドキャップ１３０の一部分の周りに巻き付けることができる。保護シート１３８は、使用される場合、ハウジング１２２をオーバーモールドする間に濾過要素１２４及びエンドキャップ１３０を合わせて保持するのに役立つ。或いは、ハウジング１２２をオーバーモールドする間に溶融プラスチックがいくらか濾過要素の孔隙に流れ込み、それによって濾液が濾過要素１２４を迂回する可能性がないことを確保するように、保護シート１３８が省略される。フィルタカートリッジは、任意に、濾過要素とハウジングとの間に配置されるように濾過要素の周囲に巻き付けられた、前述のネットを含むことができる。

作業時には、濾液が、入口ポート１２６を通じてフィルタカートリッジ１２０に入り、エンドキャップ基部１３２と濾過要素１２４の第１の端部との間のスペースへと流れ込む。そこから、濾液が、濾過要素１２４を通って軸方向に流れ、第２のエンドキャップ基部１３２と濾過要素１２４のもう一端との間のスペースに到達する。こうして濾過された濾液は、出口ポート１２８を通じてフィルタカートリッジ１２０から出る。

フィルタカートリッジ１２０を組み立てるプロセスは、コヒーレントブロック濾過要素１２４を別個に形成することを含む。濾過要素１２４は、現在知られているプロセス又は将来開発されるプロセスを含め、いずれか好適な技術を使用して形成することができる。次に、エンドキャップ１３０が濾過要素１２４の各端部に被せて位置決めされ、保護シート１３８（使用される場合）が濾過要素１２４及びエンドキャップ１３０の周りに巻き付けられる。次いで、この組立品が、図１３に示されるように射出成形ツール１４４のツール空洞１４２内に置かれる。成形ツール１４４は、組立品とツール空洞１４２との間に隙間１４６を与えるようにツール空洞１４２内で組立品を支持する２つの側部アクションピン１４０を含む。側部アクションピン１４５が移動してそれぞれのエンドキャップ１３０と係合し、射出成形ツール１４４の２つの半体が閉じる。

次いで、溶融プラスチックが、隙間１４６を満たすようにツール空洞１４２に注入される。プラスチックは、組立品を包み込み、それによって、ハウジング１２２となるオーバーモールドされたシェルを形成する。シェルが冷却された後、射出成形ツール１４４が開けられ、フィルタカートリッジ１２０を取り外すことができるように側部アクションピン１４５が引っ込められる。ハウジング１２２は、ポリプロピレンなど、いずれか好適な材料から作製することができる。エンドキャップ１３０及び保護シート１３８（使用される場合）は、好ましくはハウジング材料と熱的に適合性のある材料で作製される。すなわち、これらのエンドキャップ１３０及び保護シート１３８（使用される場合）は、オーバーモールド工程の間に溶融プラスチック材料の成形温度に耐える材料で作製すべきである。好適な材料としては、ポリプロピレンと熱的に適合性のある、アクリロニトリル−ブタジエンスチレン及びポリカーボネートが挙げられる。

以上の諸実施例で示した中実炭素ブロックに代わる代替方法として、他の多くの濾過要素構成を使用することができる。例えば、図１４は、オーバーモールドされたハウジング１５２と、ハウジング１５２の中空の内部の中に配置された濾過要素１５４とを有する、インラインフィルタカートリッジ１５０を示す。ハウジング１５２は、入口ポート１５６と出口ポート１５８とを含む。エンドキャップ１５９が濾過要素１５４の各端部に被せて配置される。濾過要素１５４は、第１のブロック１６０と第２のブロック１６２とを含む、２つの部分から成る要素である。第１のブロック１６０は、ほぼ円筒形の外表面と、一端に形成された、ブロック１６０を貫く道程の大部分を延びるテーパしたボアとを有する。第２のブロック１６２は、全体的に円筒状の形状を形成するように２つのブロック１６０及び１６２を合わせて具合よく配置できるように、第１のブロック１６０のテーパしたボアに合致する円錐形又はテーパした外表面を有する。テーパしたボア１６４が第２のブロック１６２のもう一端に形成される。「プレフィルタ」の役割を果たす第１のブロック１６０は、比較的高い多孔性を有し、微粒子の除去に使用される。第２のブロック１６２は、炭素又は類似の吸着性材料で作製され、化学的還元に使用される。フィルタカートリッジは、任意に、濾過要素とハウジングとの間に配置されるように濾過要素の周囲に巻き付けられた、前述のネットを含むことができる。

この配置によって、濾液は、入口ポート１５６を通じてフィルタカートリッジ１５０に入る。濾液は、濾過要素１５４内を軸方向に流れ、初めに第１のブロック１６０内を通って第２のブロック１６２に達し、次いでボア１６４に到達する。そこから、こうして濾過された濾液が、出口ポート１５８を通じてフィルタカートリッジ１５０から出る。

図１５は、他の代替構成を有する、オーバーモールドされたハウジング１７２と濾過要素１７４とを含むインラインフィルタカートリッジ１７０の一実施形態を示す。ハウジング１７２は、入口ポート１７６と出口ポート１７８とを含む。フィルタカートリッジ１７０は、前述の諸実施形態の平らなエンドキャップとは対照的に、ドーム形のエンドキャップ１８０を有する。濾過要素１７４は、前述した２つの部分から成る濾過要素の変形形態である。濾過要素１７４は、全体的に円筒状の形状を形成するように合わせて具合よく配置される、第１のブロック１８２と第２のブロック１８４とを含む。この場合、第２のブロック１８４は、第１のブロック１８２の一端に形成された一致する階段状のボア内で受けられる、階段状の外表面を有する。ボア１８６が第２のブロック１８４のもう一端に形成される。以上と同様に、第１のブロック１８２は、比較的高い多孔性を有し、微粒子の除去に使用され、第２のブロック１８４は、炭素又は類似の吸着性材料で作製され、化学的還元に使用される。使用中、濾液は、入口ポート１７６を通じてフィルタカートリッジ１７０に入る。濾液は、濾過要素１７４内を軸方向に流れ、初めに第１のブロック１８２内を通り、次いで第２のブロック１６２に達し、次いでボア１８６に到達する。そこから、こうして濾過された濾液が、出口ポート１７８を通じてフィルタカートリッジ１７０から出る。フィルタカートリッジは、任意に、濾過要素とハウジングとの間に配置されるように濾過要素の周囲に巻き付けられた、前述のネットを含むことができる。

図１６は、他の代替構成を有する、オーバーモールドされたハウジング１９２と濾過要素１９４とを含むインラインフィルタカートリッジ１９０を示す。ハウジング１９２は、入口ポート１９６と出口ポート１９８とを含む。エンドキャップ２００が濾過要素１９４の各端部に被せて配置される。濾過要素１９４は、一連の入口ボア２０２と、中央の出口ボア２０４とを有する円筒形ブロックを含む。入口ボアは、入口ポート１９６に隣接した濾過要素１９４の端部に形成され、ブロックを貫く道程の大部分を延びる。中央の出口ボア２０２は、出口ポート１９８に隣接した濾過要素１９４の端部に形成され、ブロックを貫く道程の大部分を延びる。入口ボア２０４は、中央に位置する出口ボア２０４の周りに離隔して配置される。作業時には、濾液が、入口ポート１９６を通じてフィルタカートリッジ１９０に入り、第１のエンドキャップ２００と濾過要素１９４の端部との間のスペースへと流れ込む。そこから、濾液は、入口ボア２０２に流れ込み、濾過要素１９４を通り抜けて、中央の出口ボア２０４に到達する。そこから、こうして濾過された濾液が、出口ポート１９８を通じてフィルタカートリッジ１９０から出る。流体の流量は、軸方向流から径方向流になるものとして記述することができる。また、代替的なブロック構成をクイックチェンジ型のフィルタカートリッジとともに使用することもできる。フィルタカートリッジは、任意に、濾過要素とハウジングとの間に配置されるように濾過要素の周囲に巻き付けられた、前述のネットを含むことができる。

ここで再び、同一の参照番号が様々な図を通して同じ要素を示す諸図面を参照すると、図１７〜１９は、本発明の他の実施形態にしたがって構築されたフィルタカートリッジ３００を示す。フィルタカートリッジ３００は、ハウジング３０２と、ハウジング３０２内に配置された濾過要素３０４と、ハウジング３０２内で濾過要素３０４を支持する流量分配管３０６とを含む。この実施形態では、ハウジング３０２は、中空の内部を画定する内表面と中央長手軸とを有するほぼ円筒形の細長い本体３０８を含む、ボトル状の一体型構造である。本体３０８は、一端が閉じられており、もう一端に形成された開口した首部３１０を有する。首部３１０は、中空の内部への流体連通をもたらすポート３１２を画定する。ポート３１２は、その封止を容易にするために本体３０８よりも断面寸法が小さいものとして示されている。ただし、代替的にポート３１２が本体３０８と断面寸法の等しいものであることもできることに留意すべきである。直径上で対向する２つの肩状部３１４が、首部３１０の外表面上に形成される。肩状部３１４は、フィルタカートリッジを濾過システム内に連結する対応する構造と相互作用するように設計される。ハウジング３０２は、いずれか好適な材料から作製することができ、多くの用途に特に好適な１つの材料は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）である。

濾過要素３０４は、ハウジング３０２の内部で形成されて固められた、コヒーレントフィルタブロック（例えば、粒状濾材と結合剤とのマトリックス）である。濾過要素３０４は、ハウジング内部のほぼ円筒状の形状に同形であるが濾過要素３０４とハウジング３０２の内表面との間にほぼ環状の隙間若しくはスペース３１６を画定するようにハウジング内部よりもわずかに小さい。ここに示される実施形態では、濾過要素３０４は、ハウジング３０２の底部から首部３１０のすぐ下の地点までハウジング内部をほぼ満たし、ポート３１２よりも断面寸法が大きい。本明細書に記載の濾過要素は、この実施形態で使用できる濾過要素の一例にすぎず、他の多くの構成が可能である。

好ましくはプラスチック若しくは金属などの剛性又は半剛性材料で作製される流量分配管３０６は、ハウジング３０２の内側に同軸に位置決めされる。ここに示される実施形態では、流量分配管３０６は、細い管部又はステム３１８と、円筒形のカップ部３２０とを含む。濾過要素３０４は、濾過要素３０４内に同軸に延びるステム３１８に据え付けられる。ステム３１８は、閉じた第１の端部と、開口した第２の端部とを有する。第１の端部は、濾過要素３０４の底部の近くに配置されたテーパした先端を画定する。いくつもの長手方向スロット３２２が、ステム壁を貫いて形成される。スロット３２２は、ステム３１８の周囲に離隔して配置され、ステムの長さの大部分にわたって延びる。ゆえに、ステム３１８は、濾過要素３０４と接触するその表面積の大部分にわたって多孔質である。スロット３２２は、濾過要素３０４内を流れる濾液が、濾過された濾液のための回収器の機能を果たすステム３１８へと流れ込めるようにする。

ステム３１８の開口した第２の端部は、濾過要素３０４を過ぎて、ポート３１２に隣接して位置決めされる。円筒形のカップ部３２０は、ポート３１２内に配置されるように第２の端部に同心円状に形成される。カップ部３２０は、ステム３１８よりも大きな直径を有し、ポート３１２の内側に位置決めされる。環状フランジ３２４が、カップ部３２０の上縁部に形成される。フランジ３２４は、円形の外縁部を有しており、該外縁部は、その外縁部が首部３１０の内表面にぴったり当接するようにポート３１２の直径にほぼ等しい外径を画定する。「ヘッドスペース」（すなわち、フランジ３２４よりも上に位置するポート３１２の部分）とハウジング３０２の内部との間の流体連通を可能にするために、いくつもの穴３２６がフランジ３２４に形成される。穴３２６は、好ましくは、「毛細管穴」の役割を果たすように、またそれによって設置場所から取り出されたときのフィルタカートリッジ３００からのこぼれを低減するように、数が多く、サイズが小さい。ゆえに、カップ部３２０及びフランジ３２４は、流入流量と流出流量とを隔てるための封止面の働きをする。直径上で対向する２つの肩状部３２８が、カップ部３２０にすぐ隣接したところでフランジ３２４上に形成される。肩状部３２８は、フィルタカートリッジ３００を濾過システム内の対合する出口チュービングと連結するように設計される。内部カップ部３２０は、対合するマニホールドエラストマーシールとともに封止表面を準備する働きをする。カップ部３２０は、マニホールドへと漏れることなく、濾過された流体を運ぶためのストローによく似た作用をする。ポート３１２及びカップ部３２０のいずれも、対合するマニホールドとともにＯリングシールを有しており、その際、カップ部のＯリングは、入口と出口との間を封止し、ポートＯリングは、ハウジングを入口に対して封止する。

図２１及び２２で最もよくわかるように、流量分配管３０６は、ステム３１８に被せて位置決めされた多孔質スリーブ３３０を含む。スリーブ３３０は、ステム３１８の上にぴったり嵌合してスロット３２２を覆うようなサイズのシリンダになるように形成された、スクリーン材料又は透過性膜で作製される。ゆえに、スリーブ３３０は、コヒーレントフィルタブロックへと転換する前に粒状材料がステム３１８に進入するのを防ぎ、また同時に濾液が濾過要素３０４からステム３１８へと進むための流体流路を準備する。

作業時には、濾液は、ポート３１２を通ってフィルタカートリッジ３００に進入し、フランジ穴３２６（図１９で最もよくわかる）を通ってハウジング３０２の内部へと流れ込む。濾液は、濾過要素３０４とハウジング３０２の内表面との間の隙間３１６を完全に満たし、次いで濾過要素３０４の充満した外側に浸透する。濾液は、多孔質の濾過要素３０４内をステム３１８に向かって内側に（すなわち、ほぼ径方向に）流れ、スリーブ３３０及びスロット３２２を通り抜け、ステム３１８内で回収される。こうして濾過された濾液は、ステム３１８を通って上方に流れてカップ部３２０に到達し、ポート３１２を通じてフィルタカートリッジ３００から出る。

フィルタカートリッジ３００を組み立てるプロセスは、ハウジング３０２を作り出すことから始まる。ハウジング３０２は、吹込み成形、延伸吹込み成形（例えば、米国特許第５，７３５，４２０号（ナカマキ（Nakamaki）ら、１９９８年４月７日発行）に記載のプロセスを参照）、又はガス若しくは水アシストによる射出成形など、様々な技術によってプラスチック材料から製作することができる。或いは、ハウジング３０２を、キャスティング、スピン成形、鍛造、延伸などの技術を使用して、金属又は類似の材料から作製することもできる。

次に、選択された粒状材料の所定の量が、ポート３１２を通じてハウジング３０２の内部に導入される。前述したように、コヒーレントフィルタブロックへと転換されることになる粒状材料は、好ましくは粒状濾材と結合剤との混合物を含むことができるが、必ずしも含むとは限らない。結合剤は、通常、粒状濾材と乾式混合することのできる粒状形態のポリマー又はポリマーを主体とする物質である。代替的に、粒状材料を、完全にポリマー材料から構成することもできる。粒状材料は、その後の加工中に収縮するように配合される。すなわち、ポリエチレン（特に、超高分子量ポリエチレン）などの好適な成分の適正な量を選択することによって、粒状材料は、収縮して、所望のサイズ及び形状を有する完成した濾過要素３０４を作り出すことになる。すなわち、ハウジング内部のほぼ円筒状の形状に同形であるが、隙間３１６を画定するようにハウジング内部よりもわずかに小さいサイズ及び形状である。収縮率は、好ましくは、材料、加工、及び温度に応じて約１〜１０％の範囲にある。一例として、内径５．１ｃｍ（２．００インチ）を有するハウジング３０２の場合の収縮率５％は、各側部に径方向の隙間０．１３ｃｍ（０．０５０インチ）をもつ４．８ｃｍ（１．９０インチ）の濾過要素直径をもたらすことになる。

ハウジング内部が所望の高さまで粒状材料で満たされた後、流量分配管３０６が、ハウジング３０２内に同軸に位置決めされるようにポート３１２を通じてハウジング３０２に挿入される。これは、初めに、ステム３１８のテーパ端がハウジング３０２の閉じた底部の近くにある所望の場所にくるまで、流量分配管３０６の先端部を粒状材料内に押し込むことによって達成される。流量分配管３０６は、ステム３１８がハウジング内部に同軸に位置決めされ、且つフランジ３４がポート３１２内に同軸に位置決めされるような位置にある。

流量分配管３０６が適正な位置にある状態で、粒状材料がコヒーレントフィルタブロックへと転換するときに所望の多孔度が達成されるように確保するために、粒状材料を、任意に、圧縮する又は「押し固める（pack）」ことができる。粒状材料を圧縮する可能な技術としては、充填されたハウジング３０２を振動させること、又は充填されたハウジング３０２を遠心回転させることが挙げられる。或いは、拡張型ブラダー（expanding bladder）をハウジング３０２に挿入して材料を圧縮することもできる。粒状材料をラム（ram）によって圧縮することができるが、これは、ポート３１２が狭く、また流量分配管３０６が存在するので、困難である。

次の工程は、コヒーレントフィルタブロックの形態をした完成濾過要素３０４を作り出すように粒状材料を加工することである。この方法では、ハウジング３０２は、濾過要素３０４を形成する金型の役割を果たす。大きな金属製の金型の代わりにハウジング３０２を金型として用いると、製造及びエネルギーの大幅な節約が実現される。前述のように、焼結は、粒状材料を加工するための一手法である。この場合、焼結は、粒状材料を、結合剤粒子の表面の分子が隣接粒子の表面の分子と混ざり合うのに十分に流動的となり、したがって隣接粒子間に結合を形成する温度（「焼結温度」と呼ばれる）まで加熱することによって引き起こされる。ポリマー結合剤の場合、焼結温度は、最低でもポリマーのビカー軟化温度（ＶＳＴ）であり、それを超えることができる。ハウジング３０２及び結合剤に使用される材料は、熱的に適合性があるものとすべきである。すなわち、ハウジング３０２は、結合剤材料の焼結温度にさらされたときに構造的完全性を失わない材料から選択されるべきである。粒状材料は、所望の程度の結合が生じるまで焼結温度に維持され、その後、集合体全体が冷却される。加熱の持続時間は、選択された材料及び濾過要素のサイズを含めたいくつもの変数によって決まる。加熱及び冷却プロセスの間に、濾過要素３０４は、収縮し、それ自体がステム３１８に結合する。ステム３１８は、該ステムへの濾過要素３０４の結合を強化するために非平坦化（textured）する（粗面処理された表面又は小さな突出部などを設ける）ことができる。或いは、ステムを、結合剤との化学結合に適した材料から作製することもできる。

本発明の特定の諸実施形態を記載したが、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本発明の諸実施形態に様々な修正を加えることができることが当業者には明らかである。

本発明とみなされる主題は、本明細書の結論部分で特に指摘され明確に請求される。しかし、本発明は、以下の説明を添付図面の諸図と併せて参照することによって最もよく理解することができる。

本発明の一実施形態によるフィルタカートリッジの斜視図。 図１のフィルタカートリッジの側面図。 図２の線Ａ−Ａに沿ったフィルタカートリッジの断面図。 図１のフィルタカートリッジの分解図。 本発明の他の実施形態によるフィルタカートリッジの斜視図。 図５のフィルタカートリッジの長手方向断面図。 ネットで包まれた濾過要素の斜視図。 図５のフィルタカートリッジを作り出す射出成形ツールの側断面図。 本発明のさらに他の実施形態によるフィルタカートリッジの部分切欠斜視図。 図９のフィルタカートリッジの長手方向断面図。 図９のフィルタカートリッジを作り出す射出成形ツールの分解図。 本発明のさらに他の実施形態によるフィルタカートリッジの長手方向断面図。 図１２のフィルタカートリッジを作り出す射出成形ツールの側断面図。 代替的な濾過要素構成を有するフィルタカートリッジの長手方向断面図である。 他の代替的な濾過要素構成を有するフィルタカートリッジの長手方向断面図。 さらに他の代替的な濾過要素構成を有するフィルタカートリッジの長手方向断面図。 本発明の一実施形態によるフィルタカートリッジの斜視図。 図１７のフィルタカートリッジの側面図。 図１８の線３−３に沿ったフィルタカートリッジの断面図。 本発明のフィルタカートリッジの一実施形態で使用するための流量分配管の分解図。 本発明のフィルタカートリッジの一実施形態で使用するための完全な流量分配管。 図５のフィルタカートリッジの他の実施形態の長手方向断面図。

Claims (30)

1. フィルタカートリッジであって、
   中空の内部を画定する内表面を有する一体型ハウジングと、
   前記ハウジング内に配置された濾過要素と、を含み、
   前記濾過要素が、前記中空の内部の形状に同形であるが前記濾過要素と前記内表面との間に隙間を画定するように前記中空の内部よりもわずかに小さいコヒーレントフィルタブロックである、フィルタカートリッジ。
2. フィルタカートリッジであって、
   ポートと中空の内部を画定する内表面とを有するハウジングと、
   前記中空の内部に配置されたステムを有する流量分配管と、
   前記ステム上に据え付けられた濾過要素と、を含み、
   前記濾過要素が、前記中空の内部の形状に同形であるが前記濾過要素と前記内表面との間に隙間を画定するように前記中空の内部よりもわずかに小さいコヒーレントフィルタブロックである、フィルタカートリッジ。
3. 前記濾過要素が、粒状材料から形成されて固められる、請求項１又は２のいずれか１項
   に記載のフィルタカートリッジ。
4. 前記粒状材料が、濾材と結合剤とを含む、請求項３に記載のフィルタカートリッジ。
5. 前記粒状材料が、加工中に収縮するように配合される、請求項３に記載のフィルタカートリッジ。
6. 前記ハウジングが、ポートを含む、請求項１又は２のいずれか１項に記載のフィルタカートリッジ。
7. 前記濾過要素が、前記ポートよりも断面寸法が大きい、請求項６に記載のフィルタカートリッジ。
8. 前記ハウジングが、吹込み成形される、請求項６に記載のフィルタカートリッジ。
9. 前記ハウジング内で前記濾過要素を支持する流量分配管を含む、請求項１又は２のいずれか１項に記載のフィルタカートリッジ。
10. 前記ステムが、多孔質である、請求項２に記載のフィルタカートリッジ。
11. 前記ステムが、前記ステムの中に形成されたいくつもの開孔部を有しており、前記流量分配管が、前記ステムを覆って位置決めされた多孔質スリーブを含む、請求項１０に記載のフィルタカートリッジ。
12. フィルタカートリッジの組立方法であって、
    少なくとも１つのポートと中空の内部を画定する内表面とを有するハウジングを準備することと、
    加工中に収縮するように配合された粒状材料を前記ポートを通じて前記中空の内部に導入することと、
    前記中空の内部の形状に同形であるが前記濾過要素と前記内表面との間に隙間を画定するように前記中空の内部よりもわずかに小さいコヒーレントフィルタブロックへと前記粒状材料を転換させるために、前記粒状材料を加工することと、を含む方法。
13. フィルタカートリッジの組立方法であって、
    少なくとも１つのポートと中空の内部を画定する内表面とを有するハウジングを準備することと、
    加工中に収縮するように配合された粒状材料を前記ポートを通じて前記中空の内部に導入することと、
    前記粒状材料を前記中空の内部の形状に同形のコヒーレントフィルタブロックへと転換させるために、前記粒状材料を加工することと、を含む方法。
14. 前記粒状材料を加工することが、前記粒状材料を焼結させることを含む、請求項１２又は１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記ハウジングが、一体型構造である、請求項１２又は１３のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記フィルタブロックが、前記ポートよりも断面寸法が大きい、請求項１５に記載の方法。
17. 前記ハウジングが、吹込み成形される、請求項１２又は１３のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記粒状材料が、濾材と結合剤との混合物である、請求項１２又は１３のいずれか１項に記載の方法。
19. 流量分配管の一部分が前記粒状材料内を延びるように、前記粒状材料の加工前に前記流量分配管を前記ハウジングに挿入することを含む、請求項１２又は１３のいずれか１項に記載の方法。
20. 前記粒状材料の加工前に前記粒状材料の圧縮を含む、請求項１２又は１３のいずれか１項に記載の方法。
21. フィルタカートリッジであって、
    内表面を有するオーバーモールドされた一体型ハウジングと、
    前記ハウジング内に配置された濾過要素と、を含み、
    前記濾過要素が、前記中空の内部の形状に同形のフィルタブロックである、フィルタカートリッジ。
22. 前記濾過要素が、コヒーレントフィルタブロックである、請求項２１に記載のフィルタカートリッジ。
23. 前記濾過要素が、多段式フィルタブロックである、請求項２１に記載のフィルタカートリッジ。
24. 前記ハウジングが、少なくとも１つのポートを含む、請求項２１に記載のフィルタカートリッジ。
25. 前記ポート及び入口穴が、いずれも濾過カートリッジの同じ一端にある、請求項２４に記載の濾過カートリッジ。
26. ハウジングの両端に入口穴と出口ポートとを有する、請求項２１に記載のフィルタカートリッジ。
27. 前記ハウジングが、射出成形される、請求項２５に記載のフィルタカートリッジ。
28. 濾過要素が、少なくとも１つの入口ボアを有する、請求項２１に記載の濾過カートリッジ。
29. 前記濾過要素が、ポートと流体連通する中心ボアを有する、請求項２１に記載の濾過カートリッジ。
30. 前記ハウジングが、前記濾過要素と流体連通して前記ハウジング内に配置される第２の出口ポートを有する、請求項２６に記載のフィルタカートリッジ。

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