JP2013086093A - ひだ付きフィルターカートリッジの製造方法及び金型 - Google Patents

Abstract

【課題】成形された底部エンドキャップ上の水平に延びる棚をもたないひだ付きフィルターカートリッジを迅速に製造するための改良された方法を提供する。
【解決手段】ひだ付きフィルター１０２を金型上に配置し、重合性ポッティングコンパウンドをひだ付きフィルター１０２の内部キャビティーに加えることにより、ひだ付きフィルターカートリッジ１００を製造する方法が開示されている。ポッティングコンパウンドが、金型の上面の、ひだで包囲される部分を覆うようにする。ポッティングコンパウンドは重合が完了した後にポリウレタンを形成するように選択される。
【選択図】図１

Description

本明細書に開示される主題は、ひだ（プリーツ）付きフィルターカートリッジを製造するための方法及び金型に関し、より具体的には、かかるカートリッジの成形された底部エンドキャップを製造する方法に関する。

従来のひだ付きフィルターカートリッジは、２つの成形されたエンドキャップ（すなわち、頂部エンドキャップ及び底部エンドキャップ）の間に配置されたひだ付きフィルターを含んでいる。これらのひだ付きフィルターは、食品、医薬、及びエネルギー産業において気体から微粒子を除去することを含めて様々な用途で使用されている。使用の際には、気体（例えば空気）をひだ付きフィルターの表面の上に通して、存在し得る微粒子（例えば、塵埃、ミルクダスト（milk dust）、炭塵、花粉、微生物、例えば酵母、カビ及び細菌）を捕捉する。最初、これらの微粒子はひだ付きフィルターの表面上に捕捉される。時間がたつと、微粒子は成形された底部エンドキャップの水平に延びる棚（ledge）の上に蓄積し得る。この蓄積は、重力による微粒子の漂流の結果、又は捕捉された粒子がパルスジェット洗浄中に除去される結果として起こり得る。幾つかの用途において、成形された底部エンドキャップの水平に延びる棚上の微粒子の蓄積は、利用可能なろ過面積を低減するか又は汚染若しくは燃焼のリスクを増大することによってろ過プロセスの効力に影響を与え得る。

成形された底部エンドキャップ上の水平に延びる棚をもたない良質のひだ付きフィルターカートリッジを製造するのは困難である。かかるカートリッジを製造する従来技術の方法では二液型のエポキシ樹脂を使用するが、これらにはある種の製造上の問題が伴い、そのため商業規模での使用が妨げられる。

成形された底部エンドキャップ上の水平に延びる棚をもたないひだ付きフィルターカートリッジを迅速に製造するための改良された方法を提供する必要がある。

以上の議論は、単に一般的な背景情報を提供したものであり、本発明の範囲を決定する際に使われるべきではない。

本明細書には、ひだ付きフィルターを金型に入れ、ひだ付きフィルターの内部キャビティーに重合性ポッティング（注型封止）コンパウンドを加えることにより、ひだ付きフィルターカートリッジを製造するための方法及び金型が開示される。ポッティングコンパウンドは、金型の上面の、ひだで包囲される部分を覆うことができる。このポッティングコンパウンドは、重合が完了した後にポリウレタン底部エンドキャップを形成するように選択される。

本方法の開示された幾つかの実施形態の実施の際に実現され得る１つの利点は、ポリウレタンは通常二液型のエポキシ樹脂より速く硬化することである。この迅速な硬化によって、ひだ付きフィルターを通るポリウレタンの透過が最小になり、ひだ付きフィルターの周囲から漏れるポリウレタンの量が最小になり、成形された底部エンドキャップ上の水平に延びる棚が低減するか又は排除される。また、この成形プロセスは充分に速いので、商業生産に充分な速さでひだ付きフィルターカートリッジを生産することが可能である。

ある代表的な実施形態では、ひだ付きフィルターカートリッジを製造する方法が開示される。この方法は、ひだ付きフィルターのボトムエンドを金型のエラストマー表面上に載せ、下向の力をかけてシールを確立する工程を含んでいる。重合性ポッティングコンパウンドを内部キャビティーに加え、金型のエラストマー表面のうち、内部キャビティーの一部であるひだ間の空間を含めてひだで包囲される部分が覆われるようにする。ポッティングコンパウンドを重合させてポリウレタンの底部エンドキャップを形成した後、金型から取り出す。

別の代表的な実施形態では、ひだ付きフィルターカートリッジの底部エンドキャップを形成するための金型が開示され、この金型はエラストマー表面の上面を有するベースを含んでいる。

上記した本発明の簡単な説明は、１以上の例証となる実施形態に従って本明細書に開示される主題の簡潔な概観を提供するだけのものであり、特許請求の範囲を解釈する指針となるものではなく、また特許請求の範囲によってのみ定義される本発明の範囲を規定若しくは制限するものではない。この簡単な説明は、以下の詳細な説明にさらに記載される概念の具体的な選択を簡略化された形態で導入するために提供されている。この簡単な説明は、本発明の鍵となる重要な特徴又は必須の特徴を確認するためのものではなく、また本発明の範囲を決定する際に補助として使用されることを意図したものでもない。本発明は、背景技術に記載した欠点のいずれか又は全てを解決する実施に限定されない。

本発明の特徴が理解できるように、幾つかの実施形態を参照して本発明を詳細に記載し得、その実施形態の幾つかは添付の図面に図示されている。しかし、これらの図面は本発明の幾つかの実施形態のみを図解したものであり、従ってその範囲を限定するものとは考えられないことに留意されたい。本発明の範囲は他の同等に有効な実施形態を包含する。図面は必ずしも一定の縮尺で描かれておらず、一般に幾つかの実施形態の発明の特徴を例証するように強調されている。図面において、様々な図を通して類似の部分を示すために類似の数字が使用されている。従って、本発明をさらに良く理解するために、図面に関連して以下の詳細な説明を参照することができる。

図１は、代表的なひだ付きフィルターカートリッジの頂部透視図である。 図２は、図１の代表的なひだ付きフィルターカートリッジの底部透視図であり、成形された底部エンドキャップを図解するためにひだ付きフィルターの一部分が切り落とされている。 図３は、成形された底部エンドキャップの一部分の底部透視図である。 図４は、ひだ付きフィルターカートリッジを製造する代表的な方法の流れ図である。 図５は、底部エンドキャップを製造するための代表的な金型の断面図である。 図６は、図５の代表的な金型の使用中の様子を示す図である。 図７は、図１のひだ付きフィルターカートリッジの代表的な成形された頂部エンドキャップの透視図である。

図１は、代表的なひだ付きフィルターカートリッジ１００の頂部透視図である。ひだ付きフィルターカートリッジ１００は、ボトムエンド１０４とトップエンド１０６を有する細長いひだ付きフィルター１０２を有している。ひだ付きフィルター１０２のトップエンド１０６は頂部エンドキャップ１０８を有する。外部支持ストラップ１１０がひだ付きフィルター１０２の周囲を包囲しており、このフィルター１０２はあらゆる適切な材料で形成することができる。一実施形態では、ひだ付きフィルター１０２は二成分ポリエステル繊維から製造された２６０グラム／平方メートルのスパンボンド不織材料で形成される。他の適切な繊維材料としては、ポリ−ｐ−フェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、アラミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）又はガラス繊維がある。不織構築物も適している。不織構築物の例には、ニードルパンチフェルト、カードサーモボンド（carded thermobond）、又はハイドロエンタングルドウェブ（hydroentangled web）がある。一実施形態では、これらの構築体は、樹脂又は熱カレンダー加工を用いて硬化させられる。別の実施形態では、エキスパンデッドＰＴＦＥ（ｅＰＴＦＥ）膜がひだ付きフィルター１０２内に積層される。ひだ付きフィルター１０２のボトムエンド１０４は、図１の透視図では見えないが図２では見える底部エンドキャップを有している。

図２は、図１の代表的なひだ付きフィルターカートリッジ１００の底部透視図を示しており、ひだ付きフィルター１０２の一部分が切り落とされて成形された底部エンドキャップ２００を図解している。成形された底部エンドキャップ２００はポリウレタンから形成されており、これはひだ付きフィルター１０２の範囲内でひだ付きフィルター１０２のひだ２０２の間に存在する。ポリウレタンから成形された底部エンドキャップ２００はひだ付きフィルター１０２の外周から外へ延び出ていない。

図３は、成形された底部エンドキャップ２００の一部分の底部透視図であり、ひだ２０２によって周囲を囲まれたひだ付きフィルター１０２を図解している。ひだ２０２のギザギザの周辺はひだ付きフィルター１０２の内部キャビティー６１０（図６参照）の周囲を画定している。ポリウレタンの底部エンドキャップ２００は、内部キャビティー６１０のひだ２０２の間の部分を含めてひだ付きフィルター１０２の内部キャビティー６１０を覆っている。ひだ２０２間の、内部キャビティー６１０の一部ではない空間３０２はポリウレタンを含んでいない。

図４は、ひだ付きフィルターカートリッジ１００を製造する代表的な方法４００の流れ図である。工程４０２で、ろ過媒体を所定の大きさに切断し、折り畳んでひだを形成し、輪状にまとめて円筒を形成し、合わせ目をシールしてひだ付きフィルター１０２を創成する。工程４０４で、内部支持コア６０４（図６参照）をひだ付きフィルター１０２の内部キャビティー６１０内に挿入してひだ付きフィルター１０２の構造保全を提供する。成形された底部エンドキャップ２００を形成するのに使用するポッティングコンパウンド６００がひだ２０２間を流動するのを妨害しない限り、様々な支持コアを使用し得る。一実施形態では、支持コア６０４はワイヤーフレームであり、ポッティングコンパウンド６００はそのフレームの間を通過する。別の実施形態では、支持コア６０４は、ポッティングコンパウンド６００をひだ２０２の間に通すための通路を備えた円筒状の管である。

工程４０６で、外部支持ストラップ１１０を形成する。一実施形態では、外部支持ストラップ１１０は押出によって形成される。外部支持ストラップ１１０はひだ付きフィルター１０２の外径を囲み、ひだ付きフィルター１０２を支持コア６０４に対して保持する。工程４０８で、ひだ付きフィルター１０２のボトムエンド１０４を金型５００内に挿入する。図５は、底部エンドキャップ２００を製造するための代表的な金型５００の断面図である。金型５００は円形のベース５０２と鉛直の側壁５０４とを有しており、これはあらゆる適切な材料（例えば、アルミニウム）から形成され得る。金型５００はまた円形のエラストマー表面５０６も含んでいる。

工程４０９において、ひだ付きフィルター１０２が金型５００内に挿入された後、下向の力６０６をひだ付きフィルター１０２のトップエンド１０６にかけて、ひだ付きフィルター１０２のボトムエンド１０４をエラストマー表面５０６（最小のショア硬さを有する）に突き当たらせる。一実施形態では、ショアＡ硬さは０〜２０である。別の実施形態では、ショア００硬さは１０〜６０である。一実施形態では、かけられる下向の力６０６は、エラストマー表面５０６が変形して液密のシールを形成するのに充分な大きさである。一実施形態では下向の力は手作業で加えることができ、別の実施形態では下向の力は水力学により動力を供給されるプレートによってかけることができる。

工程４１０で、重合性ポッティングコンパウンド６００を内部キャビティー６１０に加える。ポッティングコンパウンド６００の成分は、重合後ポリウレタンが形成されるように選択される。一実施形態では、ポッティングコンパウンド６００はイソシアネートモノマー及びヒドロキシルモノマーを含む。１つのかかる実施形態では、軟質ポリウレタンはポリエチレングリコール（ＰＥＧ）のような可撓性の二官能性ヒドロキシルモノマーを選択することによって形成される。ポリウレタンは熱可塑性または熱硬化性のポリウレタンであり得る。適切な熱硬化性ポリウレタンの例には、ＭＣＰＵ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＬＬＣ（Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇ、ＫＳ）から入手可能な材料１３８４Ａがある。適切な熱可塑性ポリウレタンの例としては、Ｌｕｂｒｉｚｏｌ（Ｗｉｃｋｌｉｆｆｅ、Ｏｈｉｏ）製のＰｅｌｌｅｔｈａｎｅブランドポリマーがある。一実施形態におて、硬化したポリウレタン成形底部エンドキャップのショアＡ硬さは２０〜８０である。別の実施形態では、ショアＡ硬さは８０より大きい。幾つかの実施形態では、ポッティングコンパウンド６００は架橋剤を含む。

工程４０９でひだ付きフィルター１０２のボトムエンド１０４とエラストマー表面５０６との間に形成される液密のシールは、ポッティングコンパウンド６００がひだ付きフィルター１０２の内部キャビティー６１０の外へ漏れ出すのを防ぐ。幾つかの実施形態では、エラストマー表面５０６の組成は、工程４１０でポリウレタンが硬化した後ひだ付きフィルターカートリッジ１００及び成形された底部エンドキャップ２００の取り出しを容易にするために剥離剤として機能するように選択される。噴霧剤（spraying agent）を使用して、硬化した後のひだ付きフィルターカートリッジ１００の取り出しを容易にすることもできる。エラストマー表面５０６に適したエラストマーの例としてシリコーンエラストマーがある。図５に示した実施形態で、エラストマー表面５０６は、鉛直の側壁５０４内の溝に挿入された棚５０８によって正しい位置に保持される。金型５００のエラストマー表面５０６は幅５１２を有する隆起部５１０を含んでいる。一実施形態では、隆起部の幅５１２は、金型の内径５１４の大きさの少なくとも５０％である。別の実施形態では、隆起部幅５１２は金型内径５１４の大きさの少なくとも７５％である。さらに別の実施形態では、隆起部幅５１２は金型内径５１４の大きさの少なくとも８５％である。この隆起部５１０は幾つかの機能を果たし、そのうちの１つは、工程４１０において重合性ポッティングコンパウンド６００をひだ２０２の方に導くことである。一実施形態では、隆起部５１０は円形であり、その高さは、隆起部５１０の中心で最大であり、中心からの距離が増大する（すなわち隆起部５１０の端に近づく）につれて次第に減少する。隆起部５１０は工程４１０の間支持コア６０４に対して中心となり得る。この形状のため、工程４１０において、ひだ２０２間の領域へのポッティングコンパウンド６００の流れが容易になる。さらに、隆起部５１０が存在すると、成形された底部エンドキャップ２００を創成するのに必要とされるポッティングコンパウンド６００の量が低減し、その結果硬化プロセスが速くなる。

図５の代表的な金型５００の使用中の様子を描いた図６において、ひだ付きフィルター１０２の内部キャビティー６１０を図説するのに役立つように窓６０８がひだ付きフィルター１０２内に示されている。ポッティングコンパウンド６００は、ノズル６０２を用いてひだ付きフィルターの内部キャビティー６１０中に注入され、その後エラストマー表面５０６の、ひだ２０２によって周囲を囲まれる部分を覆うことになる。充分な容量のポッティングコンパウンド６００を用いて、ひだ付きフィルター１０２の内部キャビティー６１０を所定の深さまで満たす。例えば、一実施形態では、ポッティングコンパウンド６００は約０．５ｃｍ〜約１０ｃｍ又はこの範囲内のあらゆる深さまで充填される。

ポッティングコンパウンド６００を重合させてポリウレタン底部エンドキャップ２００を形成させる。有利なことに、ポリウレタンは、他の慣用のポリマー（例えば、通例硬化するのに数時間を必要とする二液型エポキシ樹脂）と比較して速く重合する。従って、ポリウレタンを用いることによって多くのプロセス問題が排除される。例えば、ポリウレタンの速い重合のため、ひだ付きフィルター１０２を介したポッティングコンパウン６００の拡散、並びに吸い上げ作用によるひだ付きフィルター１０２の濡れが最小になる。また、ポリウレタンの速い重合のため、ひだ２０２により囲まれている部分から外への樹脂の漏れが最小になる。一実施形態では、得られるポリウレタンは２０〜８０のショアＡ硬さをもっている。２０〜８０の範囲外のショアＡ硬さを有するポリウレタンも使用し得る。ポリウレタンの硬化が完了したら、ひだ付きフィルター１０２を金型５００から取り出す。

工程４１２で、第２の金型（図には示してない）を重合性樹脂で満たす。一実施形態では、この重合性樹脂はポッティングコンパウンド６００である。別の実施形態では、重合性樹脂はポッティングコンパウンド６００の組成と異なる組成を有する。工程４１４の間、ひだ付きフィルター１０２のトップエンド１０６をこの第２の金型内に挿入し、一定の硬化時間の後取り出す。このようにして、頂部エンドキャップ１０８が形成される。図７は、図１のひだ付きフィルターカートリッジ１００の代表的な成形された頂部エンドキャップ１０８の透視図である。この成形された頂部エンドキャップ１０８の形状及び構成は個々の具体的なカートリッジの設計に応じて変化する。

以上の詳細な説明では例を用いて、最良の態様を含めて本発明を開示し、またデバイス又はシステムを製造し使用し、かつあらゆる組み込まれた方法を実施することを含めて当業者が本発明を実施できるようにした。本発明の特許可能な範囲は特許請求の範囲により規定され、かつ当業者には自明のその他の例を含み得る。かかるその他の例は、特許請求の範囲に記載の文言と異ならない構造要素を有するか、又は特許請求の範囲に記載の文言と実質的に異ならない等価な構造要素を含む場合、特許請求の範囲内に含まれるものである。

１００ − ひだ付きフィルターカートリッジ
１０２ − ひだ付きフィルター
１０４ − ボトムエンド
１０６ − トップエンド
１０８ − 頂部エンドキャップ
１１０ − 支持ストラップ
２００ − 底部エンドキャップ
２０２ − ひだ
３０２ − 空間
４００ − 方法
４０２ − 媒体を形成する工程
４０４ − コアを挿入する工程
４０６ − 支持ストラップを形成する工程
４０８ − フィルターを底部金型に入れる工程
４０９ − 下向の力をかける工程
４１０ − ポッティングコンパウンドを注入する工程
４１２ − 頂部金型を満たす工程
４１４ − フィルターを頂部金型内に入れる工程
５００ − 金型
５０２ − ベース
５０４ − 鉛直の側壁
５０６ − エラストマー表面
５０８ − 棚
５１０ − 隆起部
５１２ − 隆起部幅
５１４ − 金型内径
６００ − ポッティングコンパウンド
６０２ − ノズル
６０４ − 支持コア
６０６ − 下向の力
６０８ − 窓
６１０ − 内部キャビティー

Claims (20)

1. ひだ付きフィルターのボトムエンドと共にシールを形成するエラストマー表面を有する金型を使用してひだ付きフィルターカートリッジを製造するための方法であって、
   内部キャビティーを画定するひだを有するひだ付きフィルターのボトムエンドを金型のエラストマー表面上に配置する工程と、
   ひだ付きフィルターのトップエンドに下向の力をかけて、ひだ付きフィルターが金型のエラストマー表面と共にシールを確立するようにさせる工程と、
   重合後にポリウレタンを形成するように選択された重合性ポッティングコンパウンドを内部キャビティーに加え、内部キャビティーの一部であるひだの間の空間を含めて、ポッティングコンパウンドが、金型のエラストマー表面の、ひだで包囲された部分を覆うようにさせる工程と、
   ポッティングコンパウンドを重合させてポリウレタン底部エンドキャップを形成させる工程と、
   ポリウレタン底部エンドキャップを金型から取り出す工程と
   を含む方法。
2. さらに、ひだ付きフィルターの周囲を包囲する外部支持ストラップを形成する工程を含む、請求項１記載の方法。
3. 外部支持ストラップが押出により形成される、請求項２記載の方法。
4. 重合性ポッティングコンパウンドを加える工程で、内部キャビティーを約０．５ｃｍ〜約１０ｃｍの深さに満たす量のポッティングコンパウンドが加えられる、請求項１記載の方法。
5. ポッティングコンパウンドがイソシアネートモノマー及びヒドロキシルモノマーを含む、請求項１記載の方法。
6. エラストマー表面がシリコーンエラストマーからなる、請求項１記載の方法。
7. エラストマー表面が０〜２０のショアＡ硬さを有する、請求項１記載の方法。
8. ひだ付きフィルターのトップエンドに下向の力をかける工程で、エラストマー表面がひだ付きフィルターのボトムエンドのひだによって変形させられてシールを確立する、請求項１記載の方法。
9. さらに、
   重合性樹脂を第２の金型に加える工程と、
   ひだ付きフィルターのトップエンドを重合性樹脂内に配置する工程と、
   重合性樹脂を硬化させて頂部エンドキャップを形成する工程と、
   頂部エンドキャップを第２の金型から取り出す工程
   を含む、請求項１記載の方法。
10. 重合性樹脂が重合後にポリウレタンを形成するように選択される、請求項９記載の方法。
11. エラストマー表面がエラストマー表面上に隆起部を含む、請求項１記載の方法。
12. さらに、支持コアをひだ付きフィルター内に挿入する工程を含む、請求項１記載の方法。
13. ポッティングコンパウンドが重合後に熱可塑性のポリウレタンを形成するように選択される、請求項１記載の方法。
14. ひだ付きフィルターカートリッジの底部エンドキャップを形成するための金型であって、
    上面を有するベースと、
    ベースの上面上に位置するエラストマー表面と
    を含む金型。
15. エラストマー表面がシリコーンエラストマーからなる、請求項１４記載の金型。
16. ベースがアルミニウムからなる、請求項１４記載の金型。
17. さらに、ベースの上面から延びる鉛直の側壁を含む、請求項１４記載の金型。
18. エラストマー表面がさらに、鉛直の側壁内の溝に挿入された棚を含む、請求項１７記載の金型。
19. エラストマー表面がさらに、その中心で最大であり、その中心からの距離が増大するにつれて高さが減少する高さを有する隆起部を含む、請求項１４記載の金型。
20. ひだ付きフィルターのボトムエンドと共にシールを形成するためのエラストマー表面をもつ金型を用いる方法で製造されるひだ付きフィルターカートリッジであって、上記方法が、
    内部キャビティーを画定するひだを有するひだ付きフィルターのボトムエンドをボトムエンドを金型のエラストマー表面上に配置し、
    ひだ付きフィルターのトップエンドに下向の力をかけて、ひだ付きフィルターが金型のエラストマー表面と共にシールを確立するようにさせ、
    重合後にポリウレタンを形成するように選択された重合性ポッティングコンパウンドを内部キャビティーに加え、内部キャビティーの一部であるひだ間の空間を含めて、金型のエラストマー表面の、ひだで包囲された部分をポッティングコンパウンドが覆うようにさせ、
    ポッティングコンパウンドを重合させてポリウレタン底部エンドキャップを形成させ、
    ポリウレタン底部エンドキャップを金型から取り出す
    工程を含む、ひだ付きフィルターカートリッジ。