JP2024503568A - フィルタエレメント及びフィルタエレメントを製造する方法 - Google Patents

フィルタエレメント及びフィルタエレメントを製造する方法 Download PDF

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バート カトゥーア，
マシジス ヴァーストラーテ，
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ドナルドソン カンパニー，インコーポレイティド
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Abstract

本開示は、フィルタメディアパックと、少なくともシェル部材を含む支持機構とを含むフィルタエレメントであって、シェル部材の部分は、フィルタメディアパックの円周面に熱溶接される、フィルタエレメントに関する。本開示は、そのようなフィルタエレメントを製造する方法であって、支持機構のシェル部材の少なくとも部分を加熱することと、シェル部材をフィルタメディアパックの円周面の周囲に配置することと、シェル部材の加熱された円周方向部分をフィルタメディアパックの円周面に押し当てることと、シェル部材の円周方向部分が冷めることを可能にすることとを含む方法に更に関する。

Description

本出願は、２０２２年１月２７日にＰＣＴ国際出願として出願されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０２１年１月２７日に出願された欧州特許出願公開第２１１５３８２８．５号明細書に対する優先権を主張するものである。
本開示は、フィルタエレメント及びフィルタエレメントを製造する方法に関し、より具体的には、フィルタメディアパックと、フィルタメディアパックに取り付けられた支持機構とを含むフィルタエレメントに関する。本開示は、フィルタメディアパックが、流体流入面から反対側の流体出口面まで長手方向に延びる円周面を含む、フィルタエレメントに関する。
流体を濾過するフィルタエレメントは、フィルタカートリッジとも呼ばれ、広範な濾過用途に使用される。流体は、液体又は気体（例えば、空気を含む）であり得る。
フィルタエレメントは、一般に、一定の時間間隔において又は濾過性能が臨界閾値レベルを下回ったとき、フィルタシステムのハウジングから取り外されて交換される要素である。
フィルタエレメントは、フィルタメディアを含むフィルタメディアパックを含み、フィルタメディアは、流体がフィルタメディアを通して流れるときに汚染物質を除去する。一般的に使用される市販のフィルタメディアは、例えば、ひだ付きメディア又は溝付きメディアである。溝付きメディアは、Ｚフィルタメディアとも呼ばれる。
典型的には、いわゆるストレートスルーフローフィルタ構成の場合、フィルタメディアパックの範囲は、長手方向に延びる円周面と、流体流入面と、反対側の流体流出面とによって定められる。
フィルタメディアパックは、フィルタシステムのハウジングに挿入されるものであるため、フィルタメディアパックに追加の要素（一般に支持機構）を取り付けることにより、フィルタシステムのハウジングに挿入可能なフィルタエレメントが形成される。
支持機構は、例えば、フィルタシステムのハウジングに対してシールするシール部材を含むシール機構であり得る。実際、フィルタエレメントが適正に動作するために、フィルタメディアパックが挿入されるハウジングに対してフィルタメディアパックが適正にシールされることが必須である。
フィルタメディアパック及びフィルタメディアパックに取り付けられる支持機構（例えば、シール機構）を含むフィルタエレメントを製造するための様々な製造方法が提案されている。
米国特許第７，３９６，３７６号明細書では、溝付きフィルタメディアパック及び発泡ポリウレタン（ＰＵ）シール機構を含むフィルタエレメントが開示されている。製造プロセス中、フィルタメディアパックは、補強フレーム要素とともに型内に配置される。その後、型にＰＵが充填され、立ち上がりプロセスを経て、発泡ＰＵのいわゆるオーバモールドが形成される。補強フレーム要素は、シール部材に強度を与え、且つフィルタメディアパックの不規則形状も補償する。
米国特許第７，６７４，３０８号明細書では、溝付きフィルタメディアを含むフィルタエレメントが提案されており、フィルタメディアパックは、プラスチックシェルによって囲まれる。このようなフィルタエレメント構成では、フィルタメディアパックは、接着剤でシェルに固定され、ＰＵシール部材は、プラスチックシェルを完全に包囲するように配置される。
しかしながら、ＰＵシール機構は、温度が高くなり得る（例えば、約８０℃を上回り得る）環境にあまり適さないという欠点がある。更に、発泡ＰＵの製造プロセスに起因して、フィルタエレメントは、常に見た目がよいとは限らない。
更に、フィルタメディアパックの入口面又は出口面に結合された端部キャップの形態のシール機構は、流体流をある程度妨げる可能性がある。
従って、ロバストであり且つコスト効率のよいフィルタエレメント、特にフィルタメディアパックが、対向する流体流入面及び流体流出面を含むフィルタエレメントを提供するために、フィルタエレメントの製造プロセスには改善の余地がある。
本開示の目的は、流体を濾過するための、ロバストであり且つコスト効率のよいフィルタエレメント、より具体的には、フィルタメディアパックが、対向する流体流入面及び流体流出面を含むフィルタエレメントを提供することである。本開示の更なる目的は、そのようなフィルタエレメントをコスト効率よく製造する方法を提供することである。
本開示は、添付の独立請求項において定義される。従属請求項は、有利な実施形態を定義する。
本開示の第１の態様によれば、フィルタメディアパック及び支持機構を含むフィルタエレメントが提供される。フィルタメディアパックは、流体流入面から反対側の流体流出面まで長手方向に延びる円周面を含み、支持機構は、長手方向に延びるシェル部材を含み、シェル部材は、フィルタメディアパックの円周面の少なくとも一部を包囲している。本開示によるフィルタエレメントは、シェル部材の少なくとも部分がフィルタメディアパックの円周面に熱溶接されることを特徴とする。
熱溶接を用いて支持機構のシェル部材をフィルタメディアパックの円周面に直接取り付けることにより、接着剤又は他の粘着剤が不要であり、ロバストなフィルタエレメントが得られる。
実施形態では、フィルタメディアパックは、フィルタ材料のコイル状の層を含む。
実施形態では、フィルタメディアパックは、フィルタ材料のコイル状の層を含み、フィルタメディアパックの円周面は、フィルタ材料のコイル状の層の外側層の外側表面である。換言すると、シェル部材の部分がフィルタメディアパックの材料に直接熱溶接される。典型的には、フィルタ材料は、セルロース繊維、合成繊維又は両方の組み合わせを含む。
実施形態では、フィルタメディアパックの円周面は、フィルタメディアパックのフィルタ材料の周囲に巻き付けられたプラスチックラップによって形成される。
実施形態では、フィルタメディアパックは、フィルタ材料のコイル状の層を含み、コイル状の層の外側層は、プラスチックラップによって覆われ、プラスチックラップの外側表面は、フィルタメディアパックの円周面を形成している。
実施形態では、フィルタメディアパックは、フィルタ材料のコイル状の層を含み、コイル状の層の外側層の少なくとも部分がプラスチックラップによって覆われる。従って、これらの実施形態では、フィルタメディアパックの円周面の少なくとも部分がプラスチックラップを含む。これらの実施形態では、シェル部材の熱溶接される部分は、フィルタメディアパックの円周面の、プラスチックラップを含んでいる部分に熱溶接される。
実施形態では、フィルタメディアパックの円周面の少なくとも部分がプラスチックラップで形成され、シェル部材の熱溶接される部分がプラスチックラップに熱溶接される。
実施形態では、シェル部材の熱溶接される部分は、シェル部材と、フィルタメディアパックの円周面との間に円周方向漏れ止め接合部を形成する円周方向部分である。
実施形態では、漏れ止め接合部の輪郭は、円形の形状を有し、他の実施形態では、漏れ止め接合部の輪郭は、非円形の形状を有する。実施形態では、漏れ止め接合部の輪郭は、円形の形状を有し、及び円周方向漏れ止め接合部は、流体流入面から離間され、且つ流体流出面から離間され、ここで、ＳＩＮ＞０．０５×Ｈ且つＳＯＵＴ＞０．０５×Ｈであり、好ましくはＳＩＮ＞０．１０×Ｈ且つＳＯＵＴ＞０．１０×Ｈであり、式中、ＳＩＮ及びＳＯＵＴは、長手方向に沿って測定される、それぞれ漏れ止め接合部と流入面及び流出面との間の分離距離であり、Ｈは、長手方向に沿って測定される、流入面と流出面との間のフィルタメディアパック高さである。
実施形態では、シェル部材又は少なくともシェル部材の、フィルタメディアパックの円周面に熱溶接される部分は、熱可塑性材料で作られる。好ましくは、熱可塑性材料は、以下の材料：アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリスチレン若しくはポリ塩化ビニルのいずれか又はこれらの混合物及び組み合わせである。
実施形態では、シェル部材又は少なくともシェル部材の、フィルタメディアパックの円周面に熱溶接される部分は、構造強度がより高い材料（例えば、ガラス繊維）が添加された熱可塑性材料で作られる。これにより、シェル部材のフィルタメディアパックへの熱溶接が容易になり得る。
実施形態では、シェル部材の熱可塑性材料は、ガラス繊維若しくは鉱物又はこれらの組み合わせを更に含む。
実施形態では、支持機構は、例えば、シール機構である。これらの実施形態では、シェル部材又はシェル部材の少なくとも一部は、フィルタシステムのハウジングに対してフィルタエレメントをシールするためのシール部材を支持するためのシールキャリアを形成している。シールキャリアは、シール部材を支持するためのシールフレームとして解釈される。
支持機構がシール機構である実施形態では、シェル部材と、フィルタメディアパックの円周面との間に円周方向漏れ止め接合部を設けることにより、漏れ止め接合部の下流の更なるシール部材が不要である。下流は、本明細書では、流体流入面から流体流出面への流れ方向に対して定義される。従って、本開示による実施形態では、フィルタエレメントは、漏れ止め接合部の下流にシール部材を含まない。
支持機構が、シール部材を含むシール機構である実施形態では、漏れ止め接合部は、動作時、濾過された流体が未濾過流体と混合されないように、シール機構のシール部材と平行にシール作用をもたらすように構成される。
実施形態では、支持機構は、成形された一体構造のシール機構であって、シェル部材を含み、且つフィルタシステムのハウジングに対してフィルタエレメントをシールするためのシール部材を更に含む成形された一体構造のシール機構である。これらの実施形態では、シェル部材は、シール部材のためのシールキャリアとして解釈され得る。
実施形態では、シール部材は、第１の材料を含み、及びシェル部材又は少なくともシェル部材の、フィルタメディアパックの円周面に溶接される部分は、第２の材料を含み、第２の材料は、第１の材料と異なる。好ましくは、これらの実施形態では、第１の材料のガラス転移温度は、第２の材料のガラス転移温度を上回る。
成形された一体構造のシール機構は、例えば、二成分射出成形又はより一般的には多成分射出成形製造プロセスによって得られる。有利には、多成分射出成形製造プロセスを熱溶接製造プロセスと組み合わせることにより、コスト効率の高い方法でロバストなフィルタエレメントが得られる。実際、最初に二成分射出成形製造プロセスでシールとシールキャリアとを結合させ、更に熱溶接製造プロセスでシールキャリアをフィルタメディアパックに結合させることにより、粘着剤を使用せずにフィルタメディアパックに直接結合された一体構造のシール機構が得られる。
実施形態では、シール部材は、以下のリストの材料：ゴム、熱可塑性エラストマー、熱硬化性エラストマー、熱可塑性加硫物のいずれか又はこれらの混合物若しくは組み合わせで作られるか又は少なくとも部分的に作られる。
実施形態では、シール部材又はシール部材は、以下のリストの熱可塑性エラストマー：ポリアミド熱可塑性エラストマー、コポリエステル熱可塑性エラストマー、オレフィン熱可塑性エラストマー、スチレン熱可塑性エラストマー、ウレタン熱可塑性エラストマー若しくは動的に加硫された熱可塑性エラストマーのいずれか又はこれらの混合物若しくは組み合わせで作られるか又は少なくとも部分的に作られる。
熱溶接の結果として、シェル部材の、フィルタメディアパックの円周面に熱溶接される外側表面は、痕跡又は圧痕を含む。痕跡又は圧痕は、熱溶接が実施された場所を視覚的に示す。従って、シェル部材上の痕跡又は圧痕は、溶接痕又は溶接圧痕として解釈される。
実施形態では、シェル部材の、フィルタメディアパックの円周面に熱溶接される外側表面は、円周方向痕を含む。
実施形態では、シェル部材の外側表面は、円周方向の面取りされた形状を有する円周方向痕を含む。別の実施形態では、シェル部材の外側表面は、Ｖ字形又は二重Ｖ字形の円周方向痕を含む。
実施形態では、シェル部材の、フィルタメディアパックの円周面に熱溶接される外側表面は、１つ以上の個別の圧痕を含む。圧痕は、例えば、ノッチ、切り込み、凹部、分割線又は部分的分割線であり得る。
別の実施形態では、シェル部材の外側表面は、円周方向痕及び１つ以上の個別の圧痕の両方を含む。
本開示の第２の態様によれば、流体流入面から反対側の流体流出面まで長手方向に延びる円周面を有するフィルタメディアパックを含むフィルタエレメントを製造する方法が提供される。本方法は、
・フィルタメディアパックの円周面又は円周面の少なくとも一部を包囲するように構成されたシェル部材を含む支持機構を提供することと、
・シェル部材の少なくとも部分を加熱することと、
・シェル部材をフィルタメディアパックの円周面の周囲に配置することと、
・シェル部材の加熱された部分又はシェル部材の加熱された部分の少なくとも一部をフィルタメディアパックの円周面に押し当てることと、
・シェル部材の円周方向部分が冷めることを可能にすることと
を含む。
本開示の方法による実施形態では、加熱された部分は、シェル部材の円周方向部分であり、それにより、シェル部材の加熱された部分をフィルタメディアパックの円周面に押し当てると、シェル部材と、フィルタメディアパックの円周面との間の円周方向間隔は、封止される。
シェル部材の部分の加熱は、シェル部材をフィルタメディアパックの円周面の周囲に配置する前に実施されるか、又は代わりに、シェル部材の部分の加熱は、シェル部材をフィルタメディアパックの円周面の周囲に配置した後に実施される。
実施形態では、シェル部材の加熱された部分は、シェル部材の円周方向エッジに対応し、シェル部材の加熱された部分又はシェル部材の加熱された部分の少なくとも一部をフィルタメディアパックの円周面に押し当てることは、
・フィルタメディアパックの円周面を囲むように構成された面取りされた円周方向エッジを含む治具要素を提供することと、
・治具要素の面取りされた円周方向エッジがフィルタメディアパックの円周面を囲み、且つ長手方向にシェル部材の円周方向エッジに向かって面しているように、治具要素をフィルタメディアパックに対して配置することと、
・治具要素の面取りされたエッジがシェル部材の加熱された円周方向エッジに押し当てられ、及び加熱された円周方向エッジの少なくとも部分がフィルタメディアパックの円周面に向かって案内され、且つそれによりシェル部材とフィルタメディアパックの円周面との間の円周方向間隔を埋めるまで、シェル部材を治具要素に対して相対的に長手方向に移動させることと
を含む。
別の実施形態では、シェル部材の加熱された部分又は加熱された部分の少なくとも一部をフィルタメディアパックの円周面に押し当てることは、
・複数の板を、板が前記長手軸に対して垂直であるようにシェル部材の周囲に配置することと、
・板のエッジ部分がシェル部材の加熱された円周方向部分に押し当てられているように、複数の板を移動させることと
を含む。
本開示のこれら及び更なる態様を、例示として以下の添付図面を参照してより詳細に説明する。
対向する流入面及び流出面を有するフィルタメディアパックの一実施形態の等角図を概略的に示す。 長円形状を有するフィルタメディアパックの一実施形態の等角図を概略的に示す。 溝付きフィルタメディアの層の断面図を概略的に示す。 本開示によるフィルタエレメントの例の断面図を概略的に示す。 本開示によるフィルタエレメントの例の断面図を概略的に示す。 本開示によるフィルタエレメントの例の断面図を概略的に示す。 本開示によるフィルタエレメントの例の断面図を概略的に示す。 本開示によるフィルタエレメントの例の断面図を概略的に示す。 本開示によるフィルタエレメントの例の断面図を概略的に示す。 本開示によるフィルタエレメントの例の断面図を概略的に示す。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタメディアパックは、円柱形状を有する。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタメディアパックは、円柱形状を有する。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタメディアパックは、円柱形状を有する。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、上面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタメディアパックは、長円形状を有する。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、上面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタメディアパックは、長円形状を有する。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、上面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタメディアパックは、長円形状を有する。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、上面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、シェル要素の２つの円周方向部分は、フィルタメディアパックに溶接される。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、上面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、シェル要素の２つの円周方向部分は、フィルタメディアパックに溶接される。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、上面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、シェル要素の２つの円周方向部分は、フィルタメディアパックに溶接される。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、シェル部材は、円形ではない円周方向溶接痕を含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、シェル部材は、円形ではない円周方向溶接痕を含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、シェル部材は、円形ではない円周方向溶接痕を含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図、拡大等角図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、シェル部材は、面取りされた形状及び１つ以上の分割線を有する溶接痕を含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図、拡大等角図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、シェル部材は、面取りされた形状及び１つ以上の分割線を有する溶接痕を含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図、拡大等角図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、シェル部材は、面取りされた形状及び１つ以上の分割線を有する溶接痕を含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図、拡大等角図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、シェル部材は、面取りされた形状及び１つ以上の分割線を有する溶接痕を含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、シェル部材は、Ｖ字形の溶接痕を含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、シェル部材は、Ｖ字形の溶接痕を含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、シェル部材は、Ｖ字形の溶接痕を含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、上面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、シェル部材の第１の部分は、シェル部材の第２の部分に溶接される。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、上面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、シェル部材の第１の部分は、シェル部材の第２の部分に溶接される。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、上面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、シェル部材の第１の部分は、シェル部材の第２の部分に溶接される。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、上面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、シェル部材は、二重のＶ字形の溶接痕を含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、上面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、シェル部材は、二重のＶ字形の溶接痕を含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、上面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、シェル部材は、二重のＶ字形の溶接痕を含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタエレメントの支持機構は、フィルタメディアパックの流動面のエッジ部分を覆うフランジを含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタエレメントの支持機構は、フィルタメディアパックの流動面のエッジ部分を覆うフランジを含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタエレメントの支持機構は、フィルタメディアパックの流動面のエッジ部分を覆うフランジを含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタエレメントの支持機構は、フランジ部材と、フィルタメディアパックの流動面のエッジ部分と結合された４つのノッチとを含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタエレメントの支持機構は、フランジ部材と、フィルタメディアパックの流動面のエッジ部分と結合された４つのノッチとを含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタエレメントの支持機構は、フランジ部材と、フィルタメディアパックの流動面のエッジ部分と結合された４つのノッチとを含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタエレメントの支持機構は、テレスコープ防止部材を含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタエレメントの支持機構は、テレスコープ防止部材を含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタエレメントの支持機構は、テレスコープ防止部材を含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタエレメントの支持機構は、長手方向に延びるカラー部材を有するフランジを含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタエレメントの支持機構は、長手方向に延びるカラー部材を有するフランジを含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタエレメントの支持機構は、長手方向に延びるカラー部材を有するフランジを含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタエレメントは、第１の支持機構及び第２の支持機構を含み、これらは、それぞれフィルタメディアパックの第１の端部及び第２の端部に溶接される。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタエレメントは、第１の支持機構及び第２の支持機構を含み、これらは、それぞれフィルタメディアパックの第１の端部及び第２の端部に溶接される。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタエレメントは、第１の支持機構及び第２の支持機構を含み、これらは、それぞれフィルタメディアパックの第１の端部及び第２の端部に溶接される。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタエレメントは、第１の支持機構及び第２の支持機構を含み、これらは、それぞれフィルタメディアパックの第１の端部及び第２の端部に溶接され、第１の支持機構は、シール部材を含み、第２の支持機構は、ハンドルを含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタエレメントは、第１の支持機構及び第２の支持機構を含み、これらは、それぞれフィルタメディアパックの第１の端部及び第２の端部に溶接され、第１の支持機構は、シール部材を含み、第２の支持機構は、ハンドルを含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタエレメントは、第１の支持機構及び第２の支持機構を含み、これらは、それぞれフィルタメディアパックの第１の端部及び第２の端部に溶接され、第１の支持機構は、シール部材を含み、第２の支持機構は、ハンドルを含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタメディアパックは、プラスチックラップを含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタメディアパックは、プラスチックラップを含む。 本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部をそれぞれ示し、フィルタメディアパックは、プラスチックラップを含む。 本開示による製造方法の例示的実施形態を概略的に示す。 本開示による製造方法の例示的実施形態を概略的に示す。 本開示による製造方法の例示的実施形態を概略的に示す。 本開示による製造方法の例示的実施形態を概略的に示す。 本開示による製造方法の例示的実施形態を概略的に示す。 本開示による製造方法の例示的実施形態を概略的に示す。 本開示によるフィルタエレメント製造方法を示し、この方法では、熱溶接プロセス中に摺動板が使用される。 本開示によるフィルタエレメント製造方法を示し、この方法では、熱溶接プロセス中に摺動板が使用される。 本開示によるフィルタエレメント製造方法を示し、この方法では、熱溶接プロセス中に摺動板が使用される。 本開示によるフィルタエレメント製造方法を示し、この方法では、熱溶接プロセス中に摺動板が使用される。 本開示によるフィルタエレメント製造方法を示し、この方法では、熱溶接プロセス中に摺動板が使用される。 フィルタエレメント製造方法を示し、この方法では、シェル部材の第１の部分がシェル部材の第２の部分に溶接される。 フィルタエレメント製造方法を示し、この方法では、シェル部材の第１の部分がシェル部材の第２の部分に溶接される。 フィルタエレメント製造方法を示し、この方法では、シェル部材の第１の部分がシェル部材の第２の部分に溶接される。 フィルタエレメント製造方法を示し、この方法では、シェル部材の第１の部分がシェル部材の第２の部分に溶接される。 本開示による溶接プロセスの一部を概略的に示し、４つのローラは、フィルタメディアパックの周囲を回転するように構成される。 シェル部材及びフランジ部材を含んでフィルタメディアパック用端部キャップを形成する支持機構の実施形態の断面図を示す。 シェル部材及びフランジ部材を含んでフィルタメディアパック用端部キャップを形成する支持機構の実施形態の断面図を示す。
図面は、正しい縮尺で描かれておらず、均整もとれていない。一般に、図面では、同一の構成要素は、同一の参照符号で示される。
特定の実施形態に関して本開示を説明するが、それらの実施形態は、本開示を例示するものであり、限定するものと解釈されるべきではない。当業者であれば理解されるように、本開示は、具体的に図示及び／又は説明されたものによって限定されず、本開示の全体的な教示に照らして代替実施形態又は修正実施形態が開発され得る。示された図面は、概略的なものに過ぎず、非限定的である。
「含む」という動詞及びその各活用の使用は、述べられた要素以外の要素の存在を排除しない。ある要素の前に付く冠詞「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」又は「その」の使用は、そのような要素が複数存在することを排除しない。
更に、本明細書及び特許請求項における第１の、第２の等の用語は、類似要素を区別するために使用されるものであり、時間的、空間的、順位付け又は他の任意の様式で順序を示すものでは必ずしもない。当然のことながら、そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書に記載の本開示の実施形態は、本明細書に記載又は図示の順序と異なる順序でも動作可能である。
本明細書を通しての「一実施形態」又は「一実施形態」への参照は、その実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造又は特性が本開示の１つ以上の実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書全体の様々な箇所での「一実施形態では」又は「一実施形態では」という語句の出現は、必ずしも全て同じ実施形態を参照するわけではないが、参照する可能性がある。更に、その特定の特徴、構造又は特性は、当業者であれば本開示から明らかなように、１つ以上の実施形態において任意の適切な様式で組み合わされ得る。
「好ましい」及び「好ましくは」という語は、特定の状況下で特定の利点をもたらし得る本発明の実施形態を参照する。但し、同じ状況下又は他の状況下で他の実施形態も好ましい場合がある。更に、１つ以上の好ましい実施形態の記載は、他の実施形態が有用でないことを意味するものではなく、他の実施形態を本発明の範囲から排除するものではない。
フィルタメディアパック
図１ａ及び図１ｂを参照すると、本開示によるフィルタエレメントを形成するのに適したフィルタメディアパック１０の実施形態の例が示されている。図示のように、フィルタメディアパック１０の範囲は、長手方向Ｚに延びる円周面１５と、流体流入面１１と、反対側の流体流出面１２とによって定められる。一般的には、流体流入面及び流体流出面は、長手方向Ｚに垂直である。
フィルタメディアパック１０は、様々な幾何学的形状で作られ得、本開示は、いかなる特定のフィルタメディアパックの幾何学的形状にも限定されない。例えば、フィルタメディアパックは、図１ａに示したような円柱形状であり得、その場合、円周面１５の断面は、長手方向に垂直な平面を有し、円形である。別の実施形態では、円周面１５の断面は、長手方向に垂直な平面を有し、図１ｂに示したように長円形又はレーストラック形状であり、更に別の実施形態では、断面形状は、角が丸い正方形又は長方形である。幾つかの実施形態では、フィルタメディアパックは、円錐形状であり得る。
図１ａの矢印は、入口及び出口での流体の流体流方向を示す。図１ａ及び図１ｂに示したようなフィルタメディアパック構成は、ストレートスルーフロー構成とも呼ばれる。フィルタメディアパックの第１の端部にある流入面から、フィルタメディアパックの反対側の端部にある流出面への流れ方向に流体がフィルタメディアパックを横断する際、フィルタメディアは、流体の濾過を実施する。
一般に、フィルタメディアは、比較的軟質の材料、典型的には不織繊維材料（例えば、セルロース繊維、合成繊維又は両方の組み合わせ）であり、多くの場合に樹脂を含有し、ときに別の材料で処理される。
幾つかの実施形態では、フィルタメディアは、湿式設置メディアを含み得る。幾つかの実施形態では、フィルタメディアは、乾式成形メディア又は乾式設置メディアを含み得る。フィルタメディアは、当業者によって選択される材料（例えば、ポリマー、繊維、バインダ及び添加物を含む）の任意の適切な組み合わせを含み得る。
例示的実施形態では、フィルタメディアは、主にセルロース繊維を含む湿式設置不織フィルタメディアを含み得る。
別の例示的実施形態では、フィルタメディアは、セルロース繊維及び合成繊維を含む湿式設置不織フィルタメディアを含み得、フィルタメディアは、最大で１０％又は最大で２０％の合成繊維を含む。
更に別の例示的実施形態では、フィルタメディアは、スパンボンド合成繊維を含む乾式設置メディアを含み得る。スパンボンド合成繊維の例としてポリエステル繊維がある。
更なる例示的実施形態では、フィルタメディアは、合成繊維を含む多層乾式設置メディアを含み得る。これらのメディアのそれぞれは、上述のように、追加のバインダ及び／又は添加物を含み得る。添加化合物は機能性を追加することが可能であり、機能性は、難燃性、疎油性及び／又は疎水性を含み、これらに限定されない。
好ましい実施形態では、フィルタメディアパックは、Ｚフィルタメディアとも呼ばれる溝付きフィルタメディアを含む。市販のＺフィルタメディアの一例は、Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｉｎｃ．製であり、Ｐｏｗｅｒｃｏｒｅ（商標）という名称で知られている。
実施形態では、フィルタメディアは、フィルタ材料のコイル状の層で形成され得る。
実施形態では、フィルタ材料のコイル状の層によってフィルタメディアパックが得られ、この場合、フィルタメディアパックの外側円周面１５は、コイル状のフィルタメディアの外側層の表面によって形成される。
実施形態では、フィルタメディアは、溝付きフィルタ材料のコイル状の層で形成され得、これらのコイル状の層のそれぞれは、長手方向Ｚに実質的に平行な向きの入口溝及び出口溝を含む。溝付きフィルタ材料層をコイル状にすることによってフィルタメディアパックが形成され、この場合、フィルタメディアパックの外側円周面１５は、コイル状の溝付きフィルタメディアの外側層の表面によって形成される。
フィルタ材料のコイル状の層を含む更なる実施形態では、コイル状のフィルタ材料の外側層の少なくとも部分がプラスチックラップによって覆われる。プラスチックラップは、保護用カバーとして解釈される。このように、フィルタメディアパックの円周面の少なくとも部分がプラスチックラップで形成される。プラスチックラップは、例えば、フィルタ材料の外側層に接着剤で接着され得るか、又はプラスチックラップは、接着テープであり得る。実施形態では、後に詳述するように、プラスチックラップは、フィルタ材料のコイル状の層の外側層に熱溶接され得る。
溝付きフィルタ材料のコイル状の層を含む実施形態では、コイル状の溝付き材料の層のそれぞれは、一連の入口溝及び一連の出口溝を含む。一連の入口溝は、フィルタ本体の軸方向入口側が未濾過流体を受け入れるために開いており、フィルタ本体の軸方向出口側が閉じている。一方、一連の出口溝は、軸方向入口側が閉じており、軸方向出口側が、濾過された流体がフィルタ本体から出ることを可能にするために開いている。このようにして、流体は、Ｚ形状の軌道で軸方向入口側から軸方向出口側に流れることを強制される。
コイル状のＺフィルタメディアを含む溝付きフィルタメディア及び溝付きフィルタメディアを含むフィルタメディアパックの例は、米国特許第６，３５０，２９１号明細書及び同第７，３９６，３７６号明細書並びに欧州特許出願公開第３６８０００２号明細書に開示されている。
図２に概略的に示すように、一構造タイプのコイル状のＺフィルタメディアは、２つのシートを使用してフィルタメディア層５を形成し、第１のシート５ａが波形であり、外装シートとも呼ばれる第２のシート５ｂ（非波形）に固定される。このタイプのメディアは、ロール構造で使用されると、典型的には自らに巻き付く。コイル状の層が、波形シートを非波形シートで固定することによって形成された層である実施形態では、フィルタメディアパックの外側円周面１５は、フィルタメディアのコイル状の層の外側層の非波形シートの外側表面である。
米国特許第６，３５０，２９１号明細書及び同第７，３９６，３７６号明細書に詳述されているように、Ｚフィルタメディアに関して、「コイル状」は、溝付きフィルタメディアのストリップをコイル状にして、フィルタメディアパックにすることによって形成されたフィルタメディアパックを意味することを意図する。
フィルタエレメント
図３ａ～図１８ｃを参照すると、本開示によるフィルタエレメント１の実施形態の様々な例が示されている。図３ａ～図３ｇは、断面がフィルタエレメント１の長手軸Ｚを含むフィルタエレメント１の断面図である。図４ａ～図１８ｃは、本開示によるフィルタエレメントの例の等角図、側面図、上面図及び長手軸Ｚを含む断面図の組み合わせを示す。
これらの図に示すように、フィルタエレメント１は、フィルタメディアパック１０に加えて、シェル部材２５を含む支持機構２０を含み、シェル部材２５は、長手方向に延びて、フィルタメディアパックの円周面１５の少なくとも一部を取り囲んでいる。これらの実施形態の共通点として、支持機構２０がフィルタメディアパックに取り付けられるように、シェル部材の部分２５ａがフィルタメディアパックの円周面１５に熱溶接される。従って、支持機構２０をフィルタメディアパック１０に取り付けるための粘着剤又は接着剤が不要である。図３ａ～図１１ｃでは、シェル部材の少なくとも部分２５ａがフィルタメディアパック１０の円周面１５に熱溶接される場所を破線の円で概略的に示す。
実施形態では、シェル部材２５の熱溶接される部分２５ａは、円周方向部分である。換言すると、これらの実施形態では、熱溶接の結果として円周方向溶接シームが形成される。このように、シェル部材の円周方向部分を溶接することにより、シェル部材２５と、フィルタメディアパックの円周面１５との間に円周方向漏れ止め接合部が形成される。例えば、支持機構がシール機構である実施形態では、熱溶接される部分２５ａは、円周方向部分である。このようにして、フィルタメディアパックへの支持機構２０の高信頼性の半径方向漏れ止め取り付けは、接着剤を使用することなく、且つ流体流入面１１から流体流出面１２への流体流を妨げることなく達成される。
円周方向漏れ止め接合部は、シール接合部として解釈される。換言すると、動作時、流体は、フィルタメディアパックを横断することによってのみ流入面から流出面まで流れることが可能であり、シェル部材２５と、フィルタメディアパックの円周面との間に流れ込み得ない。
支持機構が、シール部材２９を含むシール機構である実施形態では、漏れ止め接合部は、動作時、濾過された流体が未濾過流体と混合されないように、シール機構のシール部材と平行にシール作用をもたらすように構成される。
支持機構がシール機構２０である、本開示によるフィルタエレメントの実施形態では、フィルタエレメントは、フィルタシステムのハウジングに対してシールするために更なるシール部材がフィルタメディアパックの円周面１５に結合されない。これらのフィルタエレメント実施形態では、フィルタシステムのハウジングに対してシールするためのフィルタエレメントのシール部材は、シール機構２０のシール部材のみである。本開示によるシール機構２０については、後に詳述する。
支持機構がシール機構２０である、本開示によるフィルタエレメントの実施形態では、フィルタエレメント１は、円周方向漏れ止め接合部より下流に更なるシール部材を含まない。下流は、流入面から流出面への流れ方向に対して定義される。
別の実施形態では、シェル部材２５の熱溶接される部分２５ａは、必ずしも円周方向部分ではない。実際、幾つかの実施形態では、溶接は、シェル部材上の幾つかの離散的なスポット又は場所でのみ実施可能である。例えば、支持機構がテレスコープ防止部材又はハンドル支持用支持構造である場合、漏れ止め接合部が不要であり、従って、これらの実施形態では、離散的なスポットでの熱溶接のみで支持機構をフィルタメディアパックに取り付けるのに十分であり得る。
図４ａ～図４ｃを参照すると、本開示によるフィルタエレメントの一実施形態の等角図、側面図及び断面投影図の一部が示されており、ここで、フィルタメディアパックは、円柱形状を有する。図４ｃでは、図４ｂに示した断面Ａの投影図の一部を示し、シェル部材の部分２５ａがフィルタメディアパックの円周面１５に溶接される場所を破線の円で概略的に示す。この例では、支持機構２０は、シール機構であり、これは、シェル部材２５に加えて、シール部材２９を更に含む。図４ｃでは、支持機構２０は、一点鎖線で囲まれる。
図５ａ～図５ｃを参照すると、本開示によるフィルタエレメントの等角図、上面図及び断面投影図の一部が示されており、ここで、フィルタメディアパックは、長円形状を有する。図５ｃでは、図５ｂに示した断面Ｃの投影図の一部を示す。図５ｃでは、支持機構２０は、一点鎖線で囲まれる。この例では、支持機構２０は、やはりシール機構であり、これは、シェル部材２５に加えて、シール部材２９を更に含む。シェル部材の円周方向部分２５ａが溶接される場所を破線の円で概略的に示す。
シェル部材をフィルタメディアパックに溶接することは、単一の円周方向部分２５ａをフィルタメディアパックに溶接することに限定されない。幾つかの実施形態では、シェル部材の２つ以上の円周方向部分がフィルタメディアパックに溶接される。例えば、図３ｅ～図３ｇに概略的に示すように、２つの円周方向部分２５ａ及び２５ｂがフィルタメディアパックの円周面１５に溶接される。２つ以上の円周方向部分を溶接することにより、フィルタエレメントをよりロバストにすることが可能である。図６ａ～図６ｃを参照すると、フィルタエレメントの等角図、上面図及び断面Ｃの投影図の一部が示されており、ここで、シェル要素の２つの円周方向部分２５ａ及び２５ｂは、フィルタメディアパックに溶接される。図６ｃでは、シェル部材２５の２つの円周方向部分２５ａ及び２５ｂがフィルタメディアパックの円周面１５に溶接される場所を２つの破線の円で概略的に示す。図６ｃでは、支持機構２０は、一点鎖線で囲まれる。
図３ｄ及び図３ｇを参照すると、シェル部材２５は、フィルタメディアパックの円周面１５を完全に包囲する。即ち、シェル部材は、流体流入面１１から反対側の流体流出面１２まで延びて、フィルタメディアパックのための保護カバーを形成する。別の実施形態では、図３ａ～図３ｃに示した例と同様に、シェル部材２５は、フィルタメディアパックの一部のみを包囲する。
図１０ａ～図１０ｃを参照すると、フィルタエレメントの等角図、上面図及び断面Ｂの投影図の一部が示されており、ここで、シェル部材の第１の部分２６は、シェル部材の第２の部分２７に溶接される。この２つのシェル部分２６及び２７がシェル部材２５を形成する。図１０ｃでは、図１０ｂに示した断面Ｂの断面図を示す。図１０ｃの破線の円が概略的に示すのは、第１のシェル部分と第２のシェル部分とが互いに溶接されるのみならず、同時にシェル部材の部分２５ａがフィルタメディアパックの円周面１５に溶接される場所でもある。この実施形態に適用される溶接方法については、後に詳述する。
シェル部材の円周方向部分２５ａがフィルタメディアパック１０の円周面１５に溶接される厳密な場所は、実施形態ごとに異なり得る。例えば、図３ａに概略的に示すように、溶接は、フィルタメディアパックの中程で実施される。別の実施形態では、図３ｄに示すように、溶接は、フィルタメディアパックの流体流入面寄り又は流体流出面寄りで実施される。
図３ａ～図３ｂに概略的に示すように、シェル部材２５と、フィルタメディアパックの円周面１５との間で円周方向溶接部分が円周方向漏れ止め接合部を形成する実施形態では、円周方向漏れ止め接合部は、円形である。換言すると、長手方向Ｚに沿って測定される、漏れ止め接合部と流入面との間の分離距離は、その距離の測定の起点となる漏れ止め接合部上の場所に無関係に同じである。
図３ａ～図３ｄに示した参照符号ＳＩＮ及び／又はＳＯＵＴは、長手方向Ｚに沿って測定される、それぞれ漏れ止め接合部と流入面１１及び流出面１２との間の分離距離に対応する。例えば、図３ａに示すように、溶接がフィルタメディアパックの中程で実施される場合、ＳＩＮ＝ＳＯＵＴである。パラメータＳＩＮ及び／又はＳＯＵＴは、流入面及び流出面を基準として溶接実施場所を識別することを可能にする。即ち、これらのパラメータは、溶接シームの場所を画定する。
実施形態では、円周方向漏れ止め接合部は、流体流入面１１から離間され、且つ前記流体流出面１２から離間され、ここで、ＳＩＮ＞０．０５×Ｈ且つＳＯＵＴ＞０．０５×Ｈであり、式中、Ｈは、図３ａに示すように、長手方向Ｚに沿って測定される、流入面と流出面との間のフィルタメディアパック高さである。別の実施形態では、ＳＩＮ＞０．１０×Ｈ且つＳＯＵＴ＞０．１０×Ｈである。
実施形態では、シェル部材の、フィルタメディアパックの円周面に溶接される部分２５ａは、必ずしも円形部分ではない。従って、円周方向漏れ止め接合部を形成する円周方向溶接部分は、必ずしも円形ではない。図７ａ～図７ｃを参照すると、本開示によるフィルタエレメントの一例の等角図、側面図及び断面Ａの投影図の一部が示されている。図７ａ及び図７ｂに示すように、シェル部材の溶接される部分２５ａは、円形ではない。従って、シェル部材の外側表面の目に見える溶接痕も円形ではない。図７ａ～図７ｃに示した実施形態では、シール部材２９も円形ではなく、シェル部材の溶接される部分２５ａは、シール部材２９の形状をたどる。図７ｃでは、支持機構２０は、一点鎖線で囲まれる。
実施形態では、図７ｂに示すように、長手方向Ｚに沿って測定される、流体流入面１１から円周方向漏れ止め接合部までの分離距離は、フィルタメディアパック上の漏れ止め接合部のアジマス角位置の関数として変化し、好ましくは、分離距離は、最小分離距離Ｓｍｉｎと最大分離距離Ｓｍａｘとの間で変化する。
実施形態では、図３ａに示すように、シェル部材の、フィルタメディアパックの円周面１５に溶接される円周方向部分２５ａは、シェル部材の円周方向エッジに対応する。別の実施形態では、シェル部材の溶接される円周方向部分２５ａは、図３ｃに概略的に示した例と同様に、シェル部材の中央部分である。別の実施形態では、シェル部材の円周方向面全体がフィルタメディアパックに溶接される。
概して、溶接プロセスの結果として、シェル部材２５の外側表面に痕跡及び／又は１つ以上の圧痕が見えており、これは、シェル部材のいずれの箇所又はいずれの部分２５ａがフィルタメディアパックの円周面に溶接されるかを示すものである。観察される具体的な痕跡又は圧痕は、製造プロセス中にシェル部材をフィルタメディアパックに溶接するために使用されたツールに依存し、これについては、後に詳述する。従って、それらの痕跡又は圧痕は、溶接痕又は溶接圧痕として解釈され得る。
実施形態では、溶接痕５０は、シェル部材２５の外側表面を全体的に包囲する。別の実施形態では、溶接痕５０は、シェル部材２５の外側表面の一部のみを包囲する。
実施形態では、シェル部材の、フィルタメディアパックの円周面１５に熱溶接される外側表面は、１つ以上の個別の圧痕を含む。
別の実施形態では、シェル部材の、フィルタメディアパックの円周面１５に熱溶接される外側表面は、例えば、図５ｃ、図６ｃ、図７ｃ、図８ｄ、図９ｃ、図１０ｃ及び図１１ｃに示すように、円周方向痕５０又は部分的円周方向痕を含む。
実施形態では、シェル部材の外側表面は、溝を形成するＶ字形又はＵ字形の痕跡を含む。
別の実施形態では、例えば、図５ｃ、図６ｃ、図７ｃ及び図８ｄでは、シェル部材の、フィルタメディアパックの円周面１５に溶接される部分は、シェル部材２５の端部部分であるが、それらの図に示すように、溶接プロセスの結果である痕跡５０の形状は、面取りされた円周方向エッジである。
図９ａ～図９ｃを参照すると、本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部が示されている。図９ｃでは、図９ｂに示した断面Ａの投影図の一部を示す。図９ｃでは、シェル部材２５の円周方向部分２５ａがフィルタメディアパックの円周面１５に溶接される場所を破線の円で示す。図示のように、シェル部材２５の外側表面の溶接痕５０の形状は、単一のＶ字形である。
図１１ａ～図１１ｃを参照すると、本開示によるフィルタエレメントの等角図、上面図及び断面投影図の一部が示されている。図１１ｃでは、図１１ｂに示した断面Ｂの投影図の一部を示す。図１１ｃでは、シェル部材２５の円周方向部分２５ａがフィルタメディアパックの円周面１５に溶接される場所を破線の円で示す。図示のように、シェル部材２５の外側表面の溶接痕５０の形状は、二重のＶ字形である。
図１２ａ～図１２ｃを参照すると、本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部が示されており、ここで、フィルタエレメントの支持機構２０は、シェル部材２５及びシール部材２９に加えて、フランジ部材２４を更に含む。図１２ｃでは、図１２ｂに示した断面Ａの投影図の一部を示す。図１２ｃでは、支持機構２０は、一点鎖線で囲まれ、破線の円は、シェル部材２５の円周方向部分２５ａがフィルタメディアパック１０の円周面１５に溶接される場所を示す。図示のように、フランジ部材２４は、フィルタメディアパックの流動面のエッジ部分の一部を覆う。これにより、フィルタメディアパックがよりロバストになる。実施形態では、図１２ｃに示したフランジ部材２４は、（例えば、プリクリーナ又はカバーシールに対してシールするための）シールを受けることが可能である。
シェル部材２５及びフランジ部材２４を含む支持機構２０は、端部キャップと呼ばれることもある。図２３ａ及び図２３ｂを参照すると、シェル部材２５及びフランジ部材２４を含んで端部キャップを形成する支持機構２０の部分の実施形態の２つの例が示されている。
図１３ａ～図１３ｃを参照すると、本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部が示されており、ここで、フィルタエレメントの支持機構２０は、フランジ部材２４と、フィルタメディアパックの流動面のエッジ部分と結合された４つのノッチ２３とを更に含む。図１３ｃでは、支持機構２０は、一点鎖線で囲まれる。ノッチ２３は、フィルタエレメントをよりロバストにする。このようにして、（例えば、パックを軽く叩いてほこりを取る保守プロセス中に）流入面が保護される。
図１４ａ～図１４ｃを参照すると、本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部が示されており、ここで、フィルタエレメントの支持機構２０は、テレスコープ防止部材２２を更に含む。図１４ｃでは、テレスコープ防止部材２２を含む支持機構２０は、一点鎖線で囲まれる。テレスコープ防止部材２２は、コイル状の層を長手方向Ｚに移動させないように構成される。図１４ａに示すように、テレスコープ防止部材は、フィルタメディアパックの流動面に取り付けられた１つ以上のリブを含む。
図１５ａ～図１５ｃを参照すると、本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部が示されており、ここで、フィルタエレメントの支持機構は、長手方向Ｚに延びるカラー部材を有するフランジ２４を更に含む。
フィルタメディアパックがフィルタメディアのコイル状の層を含む場合、フィルタメディアパックの円周面は、フィルタメディアのコイル状の層の外側層の外側表面であり、従って、シェル部材の円周方向部分２５ａは、熱溶接により、フィルタメディアの外側層の外側表面に直接取り付けられる。換言すると、フィルタメディアパックに支持機構を取り付ける前にフィルタメディアを追加のプラスチックケーシングで更に囲むことが不要である。
実施形態では、フィルタメディアパックは、フィルタメディアを保護するプラスチックラップを含み、これらの実施形態では、プラスチックラップの外側表面がフィルタメディアパック１０の円周面１５を形成する。フィルタメディアを取り巻くプラスチックラップは、フィルタエレメントをよりロバストにする。
実施形態では、フィルタメディアパックは、フィルタ材料のコイル状の層５を含み、コイル状の層の外側層がプラスチックラップ１３によって覆われる。これらの実施形態では、プラスチックラップ１３の外側表面がフィルタメディアパック１０の円周面１５を形成する。
プラスチックラップを含む実施形態では、プラスチックラップは、フィルタ材料に接着される。別の実施形態では、プラスチックラップは、後に詳述するように、フィルタ材料に溶接される。
図１８ａ～図１８ｃを参照すると、本開示によるフィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部が示されており、ここで、フィルタメディアパック１０は、フィルタ材料を取り巻くプラスチックラップ１３を含み、プラスチックラップの外側表面は、フィルタメディアパックの円周面１５を形成する。
実施形態では、シェル部材又は少なくともシェル部材の、フィルタメディアパックに溶接される円周方向部分２５ａは、熱可塑性材料で作られる。その材料は、以下の非限定的なリストの材料：アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）若しくはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）のいずれか又はこれらの混合物及び組み合わせを含み得る。
幾つかの実施形態では、シェル部材又は少なくともシェル部材の円周方向部分２５ａの材料は、ガラス繊維若しくは鉱物又はこれらの組み合わせを更に含み得る。ポリアミドの例として、ポリアミド６（ＰＡ６）及びポリアミド６６（ＰＡ６６）がある。この材料は、加えて又は代わりに、熱溶接に適する他の任意の材料を含み得る。
シェル部材２５又は少なくともシェル部材の円周方向部分２５ａがポリプロピレンを含む実施形態では、シェル部材又は少なくともシェル部材の円周方向部分は、ポリプロピレンランダムコポリマー（例えば、ＤｕＰｕｒｅ（登録商標）ＱＲ ５０ ＡＶ（ＤＵＣＯＲ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ、ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ）又はＤｕＰｕｒｅ（登録商標）ＱＲ ７６ ＡＶ（ＤＵＣＯＲ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ、ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ）がある）、異相コポリマー添加剤を含むランダムポリプロピレン（例えば、ＣＡＰＩＬＥＮＥ（登録商標）ＣＬ ５０ Ｅ（Ｃａｒｍｅｌ Ｏｌｅｆｉｎｓ，Ｌｔｄ．、Ｉｓｒａｅｌ）がある）又はＰｏｌｙｓｔｏｎｅ（登録商標）Ｐ Ｈｏｍｏｐｏｌｙｍｅｒ（Ｒｏｅｃｈｌｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｌａｓｔｉｃｓ、Ｇｅｒｍａｎｙ）を含み得る。
幾つかの実施形態では、シェル部材を形成し、且つ／又はシェル部材の円周方向部分を形成するための材料又は材料の組み合わせは、材料の所望のショア硬度に基づいて選択され得る。
幾つかの実施形態では、シェル部材又は少なくともシェル部材の円周方向部分は、少なくとも５０、少なくとも６０、少なくとも７０、少なくとも８０又は少なくとも９０のショアＡ値を有する。
幾つかの実施形態では、シェル部材又は少なくともシェル部材の円周方向部分は、最大で８０、最大で９０、最大で９５又は最大で１００のショアＡ値を有する。
例示的実施形態では、シェル部材又は少なくともシェル部材の円周方向部分は、６０～１００の範囲のショアＡ値を有する。
別の例示的実施形態では、シェル部材及び／又はシェル部材の円周方向部分は、７０～１００の範囲のショアＡ値を有する。
更に別の例示的実施形態では、シェル部材又は少なくともシェル部材の円周方向部分は、８０～１００の範囲のショアＡ値を有する。
ショアＡ値は、例えば、ＡＳＴＭ Ｄ２２４０－１５ｅ１、名称「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ｒｕｂｂｅｒ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ－Ｄｕｒｏｍｅｔｅｒ Ｈａｒｄｎｅｓｓ」に記載のように決定される。
支持機構の例
本開示による実施形態では、支持機構２０は、シール機構である。これらの実施形態では、シェル部材２５又は少なくともシェル部材２５の一部は、シール部材を支持するためのシールキャリアを形成している。シールキャリアは、シール部材を支持するためのシールフレームとして解釈される。
支持機構がシール機構である実施形態では、シール部材は、例えば、シールキャリア上に取り外し可能に配置可能なガスケットであり得る。
好ましい実施形態では、支持機構２０は、シェル部材２５に加えて、シール部材も含む成形された一体構造のシール機構である。これらの好ましい実施形態では、シェル部材２５又は少なくともシェル部材の部分は、シール部材のためのシールキャリアを形成する。シール部材及びシールキャリアを含むそのような成形された一体構造のシール機構は、フィルタエレメントがフィルタシステムのハウジング内に動作可能に配置されるとき、濾過された流体を未濾過流体から切り離すように構成される。
例えば、図４ｃ、図５ｃ、図６ｃ、図７ｃ、図８ｄ及び図９ｃに示した支持機構２０の実施形態は、シェル部材２５及びシール部材２９を含む成形された一体構造のシール機構であり得る。これらの図では、支持機構２０は、一点鎖線で囲まれる。
支持機構が、成形された一体構造のシール機構である実施形態では、シール部材及びシールキャリアは、それぞれ第１及び第２の材料で作られ、第２の材料は、第１の材料と異なる。シール部材は、典型的には、軟らかい材料で成形され、シールキャリアは、典型的には、硬い材料で成形される。それらの材料のそれぞれの例については、本明細書で詳述する。シールキャリアのための第１の材料の例については、既に述べており、シェル部材２５について示した材料の例に対応する。
成形された一体構造のシール機構を有する幾つかの実施形態では、シール部材及び／又はシールキャリアは、２つ以上の材料で作られ得る。
実施形態では、シール部材は、以下の非限定的なリストの材料：不飽和ゴム若しくは飽和ゴムを含むゴム、熱可塑性エラストマー、熱硬化性エラストマー、熱可塑性加硫物のいずれか又はこれらの混合物若しくは組み合わせで作られ得る。熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）の例として、ポリアミドＴＰＥ、コポリエステルＴＰＥ、オレフィンＴＰＥ、スチレンＴＰＥ、ウレタンＴＰＥ若しくは動的に加硫されたＴＰＥ又はこれらの混合物若しくは組み合わせがある。
幾つかの実施形態では、シール部材を形成する材料は、結果として得られるシールの所望のショア硬度に基づいて選択され得る。幾つかの実施形態では、シール部材は、少なくとも２５、少なくとも３０、少なくとも３５、少なくとも４０、少なくとも４５、少なくとも５０、少なくとも５５又は少なくとも６０のショアＡ値を有する。
幾つかの実施形態では、シール部材は、最大で４０、最大で４５、最大で５０、最大で５５、最大で６０、最大で６５、最大で７０、最大で７５、最大で８０、最大で８５又は最大で９０のショアＡ値を有する。
例示的実施形態では、シール部材は、３０～９０の範囲のショアＡ値を有する。
別の例示的実施形態では、シール部材は、４０～７０の範囲のショアＡ値を有する。
更に別の例示的実施形態では、シール部材は、５０～７０の範囲のショアＡ値を有する。
幾つかの実施形態では、ショアＡ値は、ＡＳＴＭ Ｄ２２４０－１５ｅ１、名称「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ｒｕｂｂｅｒ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ－Ｄｕｒｏｍｅｔｅｒ Ｈａｒｄｎｅｓｓ」に記載のように決定される。シールキャリアのショアＡ値の決定は、フィルタエレメントが完全に形成された状態で、即ちシールがシールキャリアに結合された後且つシールキャリアがフィルタメディアパックに熱溶接された後に行われることが好ましい。
米国特許出願公開第２００９／０３２０４２４号明細書では、フィルタエレメントと流体ハウジングとの間を未濾過流体が通ることを防ぐための、フィルタエレメントとフィルタハウジングとの間の境界面を形成するシール部材に軟質ウレタンフォームを使用することを教示しているが、それと異なり、本明細書に開示のシール部材は、本明細書で詳述する多材料射出成形製造プロセスによって形成される。更に、米国特許出願公開第２００９／０３２０４２４号明細書では、シール部材のショアＡ値が２５未満であることを教示している。更に、シール部材が、米国特許出願公開第２００９／０３２０４２４号明細書に記載のウレタンシール部材ではなく、本明細書に記載の熱可塑性ポリマーを含む場合、製造及び使用の両面で利点を得ることができる。硬化させる必要があるウレタンシール部材と異なり、多材料射出成形製造プロセスによって熱可塑性ポリマーから形成されるシール部材は、硬化を必要としないため、製造プロセスの効率が高まる。更に、多材料射出成形製造プロセスによって形成されるシール部材は、ウレタンシール部材に比べて高い温度で（例えば、１４０℃まで）安定していることが可能であり（ウレタンシール部材は、典型的には、約８０℃までのみ安定である）、これによりフィルタエレメントが高温条件に曝される幾つかの使用中の安定性がより高まり得る。例えば、エンジン区画内に設置された幾つかのフィルタエレメントは、動作中、８０℃を超える（例えば、９０℃までの）温度に曝される可能性がある。
不飽和ゴムの例として、天然ポリイソプレン（例えば、シス－１，４－ポリイソプレン天然ゴム（ＮＲ）及びトランス－１，４－ポリイソプレンガッタパーチャがある）、合成ポリイソプレン（イソプレンゴム（ＩＲ）とも呼ばれる）、ポリブタジエン（ブタジエンゴム（ＢＲ）とも呼ばれる）、クロロプレンゴム（ＣＲ）（例えば、ポリクロロプレン、ネオプレン、バイプレン等がある）、ブチルゴム（イソブチレン－イソプレン（ＩＩＲ）とも呼ばれる）、ハロゲン化ブチルゴム（クロロブチルゴム（ＣＩＩＲ）及びブロモブチルゴム（ＢＩＩＲ）がある）、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ、ブナＮ又はアクリロニトリルブタジエンゴムとも呼ばれる）、水素化ニトリルブタジエンゴム（ＨＮＢＲ）（例えば、Ｔｈｅｒｂａｎ及びＺｅｔｐｏｌがある）がある。
飽和ゴムの例として、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ）（エチレン及びプロピレンのコポリマー）、エチレンプロピレンジエン（ＥＰＤＭ）ゴム（エチレン、プロピレン及びジエン成分のターポリマー）、エピクロロヒドリンゴム（ＥＣＯ）、ポリアクリルゴム（ＡＣＭ、ＡＢＲ）、シリコーンゴム（ＳＩ、Ｑ、ＶＭＱ）、フルオロシリコーンゴム（ＦＶＭＱ）、フルオロエラストマーのＦＫＭファミリ及びＦＥＰＭファミリ（例えば、ＶＩＴＯＮ、ＴＥＣＮＯＦＬＯＮ、ＦＬＵＯＲＥＬ、ＡＦＬＡＳ及びＤＡＩ－ＥＬがある）、ペルフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）（例えば、ＴＥＣＮＯＦＬＯＮ ＰＦＲ、ＫＡＬＲＥＺ、ＣＨＥＭＲＡＺ、ＰＥＲＬＡＳＴがある）、ポリエーテルブロックアミド（ＰＥＢＡ）、クロロスルホン化ポリエチレン（ＣＳＭ）（例えば、ＨＹＰＡＬＯＮがある）及びエチレン－ビニルアセテート（ＥＶＡ）がある。
ポリアミドＴＰＥの例として、エーテル結合及びエステル結合の両方を有するソフトセグメントを含むポリアミドＴＰＥ（ＴＰＡ－ＥＥ）、ポリエステルソフトセグメントを含むポリアミドＴＰＥ（ＴＰＡ－ＥＳ）若しくはポリエーテルソフトセグメントを含むポリアミドＴＰＥ（ＴＰＡ－ＥＴ）又はこれらの混合物若しくは組み合わせがある。市販のポリアミドＴＰＥの例として、ＰＥＢＡＸ（登録商標）及びＶＥＳＴＡＭＩＤ（登録商標）Ｅがある。
コポリエステルＴＰＥの例として、エーテル結合及びエステル結合の両方を有するソフトセグメントを含むコポリエステルＴＰＥ（ＴＰＣ－ＥＥ）、ポリエステルソフトセグメントを含むコポリエステルＴＰＥ（ＴＰＣ－ＥＳ）若しくはポリエーテルソフトセグメントを含むコポリエステルＴＰＥ（ＴＰＣ－ＥＴ）又はこれらの混合物若しくは組み合わせがある。市販のコポリエステルＴＰＥの例として、ＡＲＮＩＴＥＬ（登録商標）、ＨＹＴＲＥＬ（登録商標）、ＰＩＢＩＦＬＥＸ（登録商標）及びＲＩＴＥＦＬＥＸ（登録商標）がある。
オレフィンＴＰＥの例として、ポリオレフィンと従来のゴムとのブレンド（ＴＰＯ）があり、このブレンド内のゴム相には架橋がほとんど又は全くない。市販のオレフィンＴＰＥの例として、ＡＰＩＧＯ（登録商標）及びＥＮＦＬＥＸ－Ｏ（登録商標）がある。
スチレンＴＰＥの例として、スチレン及びブタジエンのブロックコポリマー（ＴＰＳ－ＳＢＳ）、ポリスチレン－ポリ（エチレン－ブチレン）－ポリスチレン（ＴＰＳ－ＳＥＢＳ）、ポリスチレン－ポリ（エチレン－プロピレン）－ポリスチレン（ＴＰＳ－ＳＥＰＳ）若しくはスチレン及びイソプレンのブロックコポリマー（ＴＰＳ－ＳＩＳ）又はこれらの混合物若しくは組み合わせがある。市販のスチレンＴＰＥの例として、ＳＯＦＰＲＥＮＥ（登録商標）、ＥＬＡＳＴＲＯＮ（登録商標）、ＫＲＡＴＯＮ（商標）、ＬＡＰＲＥＮＥ（登録商標）及びＴＨＥＲＭＯＬＡＳＴ（登録商標）がある。
ウレタンＴＰＥの例として、芳香族ハードセグメント及びポリエステルソフトセグメントを含むウレタンＴＰＥ（ＴＰＵ－ＡＲＥＳ）、芳香族ハードセグメント及びポリエーテルソフトセグメントを含むウレタンＴＰＥ（ＴＰＵ－ＡＲＥＴ）、芳香族ハードセグメント並びにエステル結合及びエーテル結合を有するソフトセグメントを含むウレタンＴＰＥ（ＴＰＵ－ＡＲＥＥ）、芳香族ハードセグメント及びポリカーボネートソフトセグメントを含むウレタンＴＰＥ（ＴＰＵ－ＡＲＣＥ）、芳香族ハードセグメント及びポリカプロラクトンソフトセグメントを含むウレタンＴＰＥ（ＴＰＵ－ＡＲＣＬ）、脂肪族ハードセグメント及びポリエステルソフトセグメントを含むウレタンＴＰＥ（ＴＰＵ－ＡＬＥＳ）若しくは脂肪族ハードセグメント及びポリエーテルソフトセグメントを含むウレタンＴＰＥ（ＴＰＵ－ＡＬＥＴ）又はこれらの混合物若しくは組み合わせがある。市販のウレタンＴＰＥの例として、ＤＥＳＭＯＰＡＮ（登録商標）、ＥＬＡＳＴＯＬＬＡＮ（登録商標）及びＳＯＦＰＵＲ（登録商標）がある。
動的に加硫されたＴＰＥの例として、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）ゴムと、連続ポリプロピレン相中にＥＰＤＭ相が高度に架橋されて微細分散しているポリプロピレンとの組み合わせ（ＴＰＶ－ＥＰＤＭ＋ＰＰ）、アクリロニトリル－ブタジエンゴム（ＮＢＲ）と、連続ポリプロピレン相中にＮＢＲ相が高度に架橋されて微細分散しているポリプロピレンとの組み合わせ（ＴＰＶ－（ＮＢＲ＋ＰＰ））、天然ゴム（ＮＲ）と、連続ポリプロピレン相中にＮＲ相が高度に架橋されて微細分散しているポリプロピレンとの組み合わせ、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）と、連続ポリプロピレン相中にＥＮＲ相が高度に架橋されて微細分散しているポリプロピレンとの組み合わせ（ＴＰＶ－（ＥＮＲ＋ＰＰ））若しくはブチルゴム（イソブチレン－イソプレン（ＩＩＲ）とも呼ばれる）と、連続ポリプロピレン相中にブチルゴム相が高度に架橋されて微細分散しているポリプロピレンとの組み合わせ（ＴＰＶ－（ＩＩＲ＋ＰＰ））又はこれらの混合物若しくは組み合わせがある。市販の動的に加硫されたＴＰＥの例として、ＤＲＹＦＬＥＸ（登録商標）、ＥＬＡＳＴＲＯＮ（登録商標）、ＳＡＮＴＯＰＲＥＮＥ（商標）、ＳＡＲＬＩＮＫ（登録商標）、ＦＯＲＰＲＥＮＥ（登録商標）及びＴＨＥＲＭＯＬＡＳＴ（登録商標）がある。例示的実施形態では、シールとして、Ｔｅｋｎｏｒ Ａｐｅｘ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｐａｗｔｕｃｋｅｔ、Ｒｈｏｄｅ Ｉｓｌａｎｄ）製の動的に加硫されたＴＰＥであるＳＡＲＬＩＮＫ（登録商標）ＴＰＶ ４１５５Ｂ０３があり得る。
幾つかの実施形態において好適であり得る他の市販のＴＰＥとして、ＢＥＲＧＡＦＬＥＸ（商標）がある。
しかしながら、本開示によるフィルタメディアパックに溶接される支持機構は、シール機構に限定されない。実施形態では、支持機構は、例えば、コイル状の層が長手方向Ｚに移動することを抑制するように構成されたテレスコープ防止部材である。
別の実施形態では、フィルタメディアパックに溶接される支持機構は、フィルタメディアパックを運ぶための１つ以上のハンドルを含む支持構造である。
実施形態では、フィルタエレメント１は、第１の支持機構２０ａ及び第２の支持機構２０ｂを含み、第１及び第２の支持機構は、フィルタメディアパックの円周面に熱溶接される。第１及び第２の支持機構は、それぞれフィルタメディアパックの第１及び第２の端部に位置し得る。第１の支持要素は、例えば、シール機構であり得、第２の支持機構は、例えば、テレスコープ防止部材であり得る。
図１６ａ～図１６ｃを参照すると、フィルタエレメントの等角図、側面図及び断面投影図の一部が示されており、ここで、フィルタエレメント１は、第１の支持機構２０ａ及び第２の支持機構２０ｂを含み、これらは、それぞれフィルタメディアパックの第１の端部及び第２の端部に溶接される。２つの破線の円は、それぞれ第１の支持機構２０ａのシェル部材２５の第１の部分２５ａ及び第２の支持機構のシェル部材２５の第２の部分２５ｂがフィルタメディアパックの円周面１５に溶接される場所を示す。この実施形態では、第１の支持機構２０ａは、シール機構であり、これは、シェル部材２５に加えて、シール部材２９を更に含む。第２の支持機構２０ｂは、シェル部材２５に加えて、フランジ部材２４を更に含む。
図１７ａ～図１７ｃを参照すると、第１の支持機構２０ａ及び第２の支持機構２０ｂを含むフィルタエレメント１の実施形態の別の例が示されている。この実施形態は、図１６ａ～図１６ｃに示した実施形態と同様であるが、異なる点として、この実施形態では、第２の支持機構２０ｂは、１つ以上のハンドル２１（この例では２つのハンドル）を含む。これらのハンドルにより、フィルタエレメントを運ぶことが可能になり、ハウジング内へのフィルタエレメントの設置が容易になる。この実施形態では、第２の支持機構２０ｂは、フランジ部材２４を更に含み、ハンドル２１は、図１７ａに示したようにフランジ部材に取り付けられ得る。
上述のように、例えば図２３ａ及び図２３ｂに示したように、支持機構２０は、シェル部材２５に加えて、フランジ部材２４を更に含むことが可能である。そのような支持機構２０は、フィルタメディアパックのための端部キャップを形成する。
図２３ａに示した実施形態では、シェル部材２５は、直線のシェル部材であり、その直線のシェル部材の端部部分２５ａは、シェル部材の、フィルタメディアパックに熱溶接される部分である。シェル部材２５は、例えば、中空円筒の形状であり、シェル部材の内径は、フィルタメディアパックの円周面１５の外径より大きいように選択され、それにより、製造プロセスにおいて、後述のように、シェル部材２５の溶接される部分２５ａを加熱した後、シェル部材２５がフィルタメディアパック１０の上を滑ることが可能である。
図２３ｂに示した別の実施形態では、シェル部材２５は、完全に直線のシェル部材ではない。図２３ｂに示したように、シェル部材２５は、面取りされた部分２５ｃを含み、この面取りされた部分は、長手方向Ｚに対して角度αで（例えば、３０°の角度で）面取りされる。シェル部材２５に面取りされた部分２５ｃを設けることにより、シェル部材の内側寸法（例えば、内径）を、図２３ｂに示したように長手方向に変化させることが可能である。図２３ｂに示した実施形態では、シェル部材は、第１の部分、例えば第１の内径Ｄ１を有する第１の円筒部分と、第２の部分、例えば第１の円筒部分の内径Ｄ１より大きい内径Ｄ２を有する第２の円筒部分とを含む。より大きい内径Ｄ２を有する第２の部分は、シェル部材の端部部分であり、シェル部材２５の、フィルタメディアパックに溶接される部分２５ａである。換言すると、面取りされた部分２５ｃを設けることにより、シェル部材の端部部分、即ちシェル部材の、フィルタメディアパックに溶接される部分２５ａの内側寸法を大きくすることが可能になる。シェル部材の端部部分２５ａの内側寸法（例えば、内径）がより大きいことにより、後に詳述するシェル部材がフィルタメディアパックの上を滑る製造プロセスが容易になる。
フィルタエレメントを製造する方法
本開示では、フィルタメディアパック１０を含むフィルタエレメント１を製造する方法を更に記述する。フィルタメディアパック１０は、流体流入面１１から反対側の流体流出面１２まで長手方向Ｚに延びる円周面１５を有する。本製造方法では、フィルタメディアパック１０の円周面１５に支持機構２０が溶接される。上述のように、支持機構は、例えば、シール部材を支持するためのシールキャリアであり得るか、又は支持機構は、シールキャリア及びシール部材を含む成形された一体構造のシール機構であり得る。
本開示による方法は、フィルタメディアパックの円周面１５又は円周面１５の少なくとも一部を包囲するように構成されたシェル部材２５を含む支持機構２０を提供することと、シェル部材２５の少なくとも部分２５ａを加熱することと、シェル部材２５をフィルタメディアパックの円周面１５の周囲に配置することと、シェル部材の加熱された部分２５ａ又はシェル部材の加熱された部分の少なくとも一部をフィルタメディアパックの円周面１５に押し当てることと、シェル部材の円周方向部分２５ａが冷めることを可能にすることとを含む。
熱溶接は、プラスチック溶接、熱溶融、接触ボンディング又は直接ボンディングとも呼ばれる。
一般的には、最初に、溶接される円周方向部分を加熱し、次にその円周方向部分をフィルタメディアパックの円周面に押し当てることにより、円周方向部分の分子と、フィルタメディアパックの外側表面の分子とが絡み合い、冷めると互いに付着する。このようにして、フィルタメディアパックの円周面と支持機構との間の安定したほぼ気密の取り付けが達成可能である。当業者であれば、安定的な取り付けを達成するための処理温度及び冷却時間等のパラメータを最適化するであろう。
シェル部材の溶接される部分２５ａが円周方向部分である実施形態では、シェル部材の加熱された部分２５ａをフィルタメディアパックの円周面１５に押し当てると、シェル部材２５と、フィルタメディアパックの円周面１５との間の円周方向間隔が封止される。実際、シェル部材２５がフィルタメディアパックの円周面１５の周囲に配置される場合、シェル部材２５と、フィルタメディアパックの円周面１５との間に常に円周方向間隔１９が存在する。
図１９ａ～図１９ｆを参照すると、本開示によるフィルタエレメントの製造方法の例示的実施形態が概略的に示されている。
図１９ａに示すように、フィルタメディアパックの円周面１５に取り付ける必要がある支持機構２０が提供され、支持機構２０は、少なくともシェル部材２５を含む。この例示的実施形態では、支持機構２０は、シール部材のための支持フレームを形成するシェル部材２５以外の他の構成要素を含まない。加熱ツールとして熱板３０が提供され、フィルタメディアパックの円周面１５を囲むように構成された面取りされた治具４０が提供される。図１９ａに示した面取りされた治具４０は、フィルタメディアパックの周囲に配置され得、面取りされたエッジ４０ａを含む中空体である。
図１９ｂに示す実施形態では、シェル部材の溶接される円周方向部分２５ａは、シェル部材２５の円周方向エッジに対応する。これらの実施形態では、熱板を、シェル部材２５の円周方向エッジ２５ａが熱板３０と接触し、加熱するように支持機構の下に配置することにより、シェル部材２５の円周方向エッジが熱板３０で加熱される。
図１９ｂに更に示すように、面取りされた治具４０は、治具要素の面取りされた円周方向エッジ４０ａがフィルタメディアパックの円周面１５を囲み、且つ長手方向Ｚにシェル部材の円周方向エッジ２５ａに向かって面しているようにフィルタメディアパック１０に対して配置される。
図１９ｃに示すように、所定の加熱時間が経過すると熱板３０が取り外され、シェル部材２５が長手方向Ｚに沿ってフィルタメディアパックの円周面１５の周囲に配置されて、シェル部材の、少なくとも溶接される円周方向部分２５ａがフィルタメディアパックの円周面を囲む。図１９ｃの長手方向の黒矢印は、シェル部材２５を移動させる方向を示す。
換言すると、図１９ｄ及び図１９ｅに更に示すように、シェル部材２５は、治具要素の面取りされたエッジがシェル部材の加熱された円周方向エッジに押し当てられるまで、治具要素４０に対して相対的に長手方向Ｚに移動される。結果として、加熱された円周方向エッジの少なくとも部分がフィルタメディアパックの円周面に向かって案内され、且つそれによりシェル部材とフィルタメディアパック１０の円周面１５との間の円周方向間隔１９を埋める。
図１９ｅに更に示すように、治具要素の面取りされたエッジがシェル部材の加熱された円周方向エッジ２５ａに押し当てられると、図１９ｅで長手方向Ｚに垂直な２つの矢印で示すように、半径方向の力が発生する。
シェル部材の円周方向部分２５ａが冷めることを可能にする冷却時間の経過後、図１９ｆに示すように、治具要素４０がフィルタメディアパックから取り外されて、フィルタエレメント１の製造方法が完結する。図１９ｆでは、シェル部材の部分２５ａがフィルタメディアパックの円周面１５に溶接される場所を破線の円で示す。
幾つかの実施形態では、面取りされたエッジを２つ含む治具要素が使用される。これにより、漏れ止め接合部を２つ（例えば、シェル部材２５の各端に１つずつ）作成することが可能になる。
支持機構２０が、取り外し可能シール（例えば、ガスケット等）を支持するように構成されたシールキャリアである実施形態では、シールキャリアをフィルタメディアパックに溶接してからシールキャリアにシール部材を載せ得る。代わりに、シール部材をシールキャリアに載せてから溶接プロセスを開始し得る。
シェル部材の円周方向部分を加熱するために、熱板加熱方式以外の任意の適切な加熱方式が用いられ得る。
他の適用可能な加熱方式として、例えば、赤外線加熱、高温ガス加熱、レーザビームによる加熱、スピン溶接技術による加熱、鏡加熱、振動加熱及び摩擦加熱がある。幾つかの実施形態では、シェル部材の円周方向部分を加熱するために、異なる加熱方式の組み合わせが用いられ得る。
図１９ｂに示すように、シェル部材の円周方向部分２５ａを加熱するために例えば熱板３０が使用される実施形態では、シェル部材の円周方向部分２５ａの加熱が実施されてから、支持機構のシェル部材２５がフィルタメディアパックの円周面１５の周囲に配置される。
別の加熱方式（例えば、レーザビームによる加熱又は熱風による加熱等）が用いられる別の実施形態では、支持機構のシェル部材２５がフィルタメディアパックの円周面１５の周囲に配置されてから、シェル部材の円周方向部分２５ａの加熱が実施され得る。
上述のように、幾つかの実施形態では、フィルタメディアパック１０は、フィルタ材料を保護してフィルタエレメントをよりロバストにするためのプラスチックラップを含む。これらの実施形態では、プラスチックラップの外側表面がフィルタメディアパックの円周面１５を形成するか、又はフィルタメディアパックの円周面１５の少なくとも部分がプラスチックラップの外側表面で形成される。
フィルタメディアパックがプラスチックラップを含む実施形態では、フィルタエレメントの製造方法は、プラスチックラップをフィルタ材料の周囲に巻き付けるステップを含む。フィルタ材料のコイル状の層を含む実施形態では、プラスチックラップは、コイル状のフィルタ材料の外側層に巻き付けられる。
実施形態では、プラスチックラップは、フィルタ材料に接着される。別の実施形態では、プラスチックラップは、フィルタ材料の外側表面に直接巻き付けられることが可能な粘着テープである。従って、プラスチックラップが接着される場合又は代わりに粘着テープが使用される場合、プラスチックラップの巻き付けが実施されてから、フィルタメディアパックに支持機構を溶接するための上述の熱溶接プロセスが適用される。
別の実施形態では、プラスチックラップがフィルタ材料の外側表面に溶接される（例えば、フィルタ材料のコイル状の層の外側層に溶接される）。これらの実施形態では、プラスチックラップをフィルタ材料の周囲に巻き付けた後、上述のように、フィルタメディアパックに支持機構を熱溶接すると、同時にラップがフィルタ材料に溶接される。一般的には、これらの実施形態では、本方法は、プラスチックラップを加熱すること又はプラスチックラップの少なくとも部分を加熱することを含む。
シェル部材の円周方向部分の加熱は、概ね円周方向部分が変形可能になり、円周方向部分が所定の処理温度に達するまで行われる。
熱溶接に必要な処理温度は、シェル部材として選択される具体的な材料及び／又はシェル部材の円周方向部分として選択される材料によって異なる。「処理温度」は、フィルタメディアパックに取り付けられることを意図されたシェル部材の円周方向部分が変形可能になる温度である。処理温度は、シェル部材の、加熱される円周方向部分の温度を測定することによって測定される。
好ましい処理温度は、当業者により、シェル部材及び／又はシェル部材の円周方向部分の材料特性を参照して選択され得る。
処理温度は、フィルタメディアパックに取り付けられることを意図されたシェル部材を形成する材料及び／又はそのシェル部材の円周方向部分を形成する材料のガラス転移温度を上回ることが好ましい。
幾つかの実施形態では、処理温度は、少なくとも１００℃、少なくとも１２５℃、少なくとも１５０℃、少なくとも１７５℃又は少なくとも２００℃であり得る。幾つかの実施形態では、処理温度は、最大で２００℃、最大で２２５℃、最大で２５０℃、最大で３００℃、最大で３２５℃又は最大で３５０℃であり得る。例示的実施形態では、処理温度は、１００℃～３００℃の範囲であり得る。別の例示的実施形態では、処理温度は、１５０℃～３００℃の範囲であり得る。更に別の例示的実施形態では、処理温度は、２００℃～３００℃の範囲であり得る。
材料又は材料の組み合わせがポリマー画分をアモルファス状態の単一相として含む（例えば、ポリスチレン（ＰＳ）又はポリカーボネート（ＰＣ）を含む）場合、材料のガラス転移温度は、ＡＳＴＭ Ｄ３４１８－９９、名称「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ ｂｙ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ」に従って示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を用いて決定される中間点温度（Ｔｍｇ）として解釈される。中間点温度（Ｔｍｇ）がガラス転移温度（Ｔｇ）の表現として使用されるのは、ガラス転移点が実際には温度範囲であるためである。ＤＳＣを実施するために任意の適切な計測器が使用され得るが、例示的実施形態では、ＤＳＣ３＋（Ｍｅｔｔｌｅｒ－Ｔｏｌｅｄｏ ＡＧ、Ｓｃｈｗｅｒｚｅｎｂａｃｈ、Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）及びＦＲＳ ６＋センサが使用され得る。
１つ以上の材料が、単一ポリマー相（例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）又はポリエチレン（ＰＥ）を含む）より多くを示す半結晶ポリマー材料又は他の任意の材料を含む場合、材料のガラス転移温度は、弾性係数（Ｇ'）及び損失係数（Ｇ''）を、０℃からポリマーが溶融状態である温度までの温度に対してプロットした場合にＧ'とＧ''とが交差する最終温度として定義される。Ｇ'及びＧ''は、ＡＳＴＭ Ｄ４０９２－０１、名称「ｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｐｌａｓｔｉｃｓ：Ｄｙｎａｍｉｃ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ」に従って定義される。ｔａｎ δの上昇により、溶融流れゾーンに向かって移行中のシステムを特徴化し得る。本明細書では、Ｇ'及びＧ''の決定は、ＡＳＴＭ Ｄ４４４０－１５、名称「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｐｌａｓｔｉｃｓ：Ｄｙｎａｍｉｃ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ Ｍｅｌｔ Ｒｈｅｏｌｏｇｙ」に従って温度掃引動的機械分析（ＤＭＡ）を用い、機械的分光計を使用して強制一定振幅固定周波数せん断振動を測定することにより行われ、これについては、ＡＳＴＭ Ｄ４０６５－１２、名称「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ Ｐｌａｓｔｉｃｓ：Ｄｙｎａｍｉｃ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ：Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｐｏｒｔ ｏｆ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ」に詳述されている。任意の適切な動的機械分析器が使用され得るが、例示的実施形態では、Ｑ８００（ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、Ｎｅｗ Ｃａｓｔｌｅ、ＤＥ）が使用され得る。
シェル部材の加熱された円周方向部分をフィルタメディアパックに押し当てるために、上述の面取りされたエッジを有する治具要素以外の様々な手法が適用され得る。本方法は、シェル部材の加熱された円周方向部分をフィルタメディアパックの円周面１５に押し当てることに関して、いかなる特定の手法にも限定されない。
実施形態では、シェル部材の加熱された円周方向部分をフィルタメディアパック１０の円周面１５に押し当てるために、長手軸Ｚに対して垂直な複数の板を使用する。
図２０ａ～図２０ｅを参照すると、溶接プロセスの一例が示されており、ここで、シェル部材の加熱された円周方向部分２５ａをフィルタメディアパックの円周面１５に押し当てるために複数の板６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄを使用する。図２０ａに示すように、複数の板６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄは、板が長手軸Ｚに対して垂直であるようにシェル部材２５の周囲に配置される。図２０ｂ～図２０ｅに更に示すように、それらの板のエッジ部分がシェル部材２５の加熱された円周方向部分２５ａに押し当てられているように、複数の板を移動させることにより、シェル部材２５の加熱された円周方向部分２５ａがフィルタメディアパック１０の円周面１５に押し当てられる。
実施形態では、板６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄのエッジ部分の輪郭形状は、フィルタメディアパックの円周面１５の輪郭形状と一致するように構成される。
図２０ａ～図２０ｅに示した実施形態では、２組の板は、長手方向Ｚに垂直な面内で引き出し位置から引き込み位置に向かって摺動するように構成される。引き出し位置は、図２０ａ及び図２０ｂに示されている一方、引き込み位置は、図２０ｃ及び図２０ｄに示されている。この実施形態では、第１の組の板は、第１の軸に沿って可動な２つの板６０ａ、６０ｂを含み、第２の組の板６０ｃ、６０ｄは、第１の軸に垂直な第２の軸に沿って可動である。図２０ｂの黒矢印は、各板が引き出し位置から引き込み位置に移動する際の移動方向を示し、図２０ｄの黒矢印は、各板が引き込み位置から引き出し位置に移動する際の移動方向を示す。更に、これらの２組の板は、シェル部材の円周方向部分１５に対して軸方向に配置されて、板を引き込み位置に向かって摺動させると、板のエッジ部分がシェル部材２５の溶接される円周方向部分２５ａに接触するように構成される。従って、２組の板を引き出し位置から引き込み位置に向かって摺動させることにより、板のエッジ部分がシェル部材の加熱された円周方向部分に押し当てられて、加熱された円周方向部分の少なくとも部分がフィルタメディアパックの円周面に向かって案内される。それにより、シェル部材と円周面との間の円周方向間隔が埋められる。
図２０ｅでは、図２０ｄに示した断面Ｂの投影図の一部を示す。図２０ｅでは、板６０ｂが支持機構２０のシェル部材２５の部分２５ａに押し当てられる様子が示されている。
図２０ｅに示すように、フィルタメディアパックの円周面に押し当てられる板のエッジは、ナイフエッジを有し、結果として、シェル部材の外側表面の溶接痕５０は、Ｖ字形である。また、図９ｃに示した実施形態では、支持機構２０のシェル部材２５は、ナイフエッジを有する摺動板を使用してフィルタメディアパックに溶接される。
図８ａ～図８ｄを参照すると、フィルタエレメントの別の例の等角図、側面図、拡大等角図及び断面投影図の一部が示されており、ここで、摺動板により溶接が実施される。この例では、シェル部材をフィルタメディアパックに溶接するために使用される摺動板のエッジは、面取りされた形状を有する。従って、シェル部材の外側表面の溶接痕は、円周方向の面取りされた形状を有する。更に、図８ｃに示すように、溶接プロセス中に使用された２つの摺動板の境界部分に起因する分割線２８又は部分的分割線が見える。４つの板が使用された場合、シェル部材の外側表面に４つの分割線２８又は部分的分割線が見える。これらの分割線２８又は部分的分割線は、溶接圧痕として解釈され得る。
別の実施形態では、複数の板は、アイリスダイヤフラムを形成し、これは、溶接プロセス中にシェル部材の部分をフィルタメディアパックに押し当てることに板が使用される別の例である。これらの実施形態では、シェル部材の円周方向部分の加熱後、開位置にあるアイリスダイヤフラムが支持機構２０のシェル部材２５の周囲に配置される。その後、アイリスダイヤフラムが閉じて、アイリスダイヤフラムの板のエッジは、シェル部材の溶接される円周方向部分２５ａに押し当てられる。
別の実施形態では、シェル部材の円周方向部分２５ａの加熱後、１つ以上のローラは、シェル部材の円周方向部分の周囲を転がりながら半径方向の力をかけて、シェル部材の加熱された部分をフィルタメディアパック１０の円周面１５に押し当てるように構成される。
図２２を参照すると、本開示による熱溶接プロセスの一例が概略的に示されており、ここで、４つのローラ６５は、フィルタメディアパック１０の周囲を回転して、シェル部材２５の加熱された円周方向部分２５ａをフィルタメディアパックの円周面に押し当てる。図２２に示したこの実施形態では、フィルタメディアパック１０は、静止したままであり、ローラ６５は、それぞれの回転軸を中心に回転しながらフィルタメディアパックの周囲を移動する。図２２の実線矢印は、各ローラの、それぞれの回転軸を中心とする回転方向を概略的に示し、点線矢印は、各ローラがそれぞれの回転軸を中心に回転しながらフィルタメディアパックの周囲を移動する方向を示す。別の実施形態では、フィルタメディアパック１０は、ローラが静止している状態で回転するように構成される。
上述のように、図１０ａ～図１０ｃに示した幾つかの実施形態では、支持機構２０のシェル部材２５は、互いに溶接された第１のシェル部分２６及び第２のシェル部分２７を含む。更に、第１及び第２のシェル部分を互いに溶接すると、同時にシェル部材の部分２５ａもフィルタメディアパックの円周面１５に溶接される方法を図２１ａ～図２１ｄに示す。この実施形態では、第１のシェル部分２６は、図２１ｄに示すように、面取りされた円周方向エッジ２６ａを有する。第２のシェル部分２７は、図２１ｂに示すように、フィルタメディアパック１０の周囲に配置される。溶接プロセス中、第１の部分２６の面取りされた円周方向エッジ２６ａと第２のシェル部分２７のエッジとが加熱され、次に、第１及び第２のシェル部分は、第１のシェル部分２６の面取りされたエッジ２６ａが第２のシェル部分のエッジに押し当てられるまで長手方向Ｚに移動される。第１及び第２の部分の移動方向を図２１ｂ及び図２１ｃに２つの黒矢印で示す。このようにして、第１及び第２のシェル部分が互いに溶接され、同時にシェル部材とフィルタメディアパックの円周面１５との間に内側プラスチックシームが形成されて、漏れ止め接続が得られる。
図１０ｃでは、シェル部材２５の円周方向部分２５ａがフィルタメディアパックの円周面１５に溶接される熱溶接場所を破線の円で示す。この実施形態では、熱溶接場所は、シェル部材２５を形成する第１のシェル部分２６と第２のシェル部分２７との境界部分にある。
第１のシェル部材を第２のシェル部材に溶接することによってシェル部材が形成される別の実施形態では、第１のシェル部分２６及び第２のシェル部分２７の両方のエッジが面取りされる。別の実施形態では、第１のシェル部分２６のエッジが面取りされず、第２のシェル部分２７のエッジのみが面取りされる。
一体構造のシール機構を成形及び溶接する方法
実施形態では、上述のように、支持機構は、成形された一体構造のシール機構であり、シェル部材及びシール部材は、多材料射出成形製造プロセスによって同時に成形される。これらの実施形態では、支持機構のシェル部材がシール部材のためのシールキャリアを形成するか、又はシェル部材の少なくとも一部がシール部材のためのシールキャリアを形成する。
フィルタメディアパックは、多材料射出成形に必要な高温に曝されると、ダメージを受けて、結果として効率が低下する可能性があるため、シール機構を成形するための多材料射出成形プロセスは、シール機構をフィルタメディアパックに熱溶接する前に実施されることが好ましい。
多材料射出成形製造プロセスが溶接プロセス前に実施されると、支持機構をフィルタメディアパックに溶接する溶接プロセス中にシェル部材の円周方向部分の加熱を実施する時点で、支持機構２０は、既にシール部材を含んでいる。
多材料射出成形は、異なる２つ以上の材料を成形して１つの一体構造部品にするプロセスである。多材料射出成形は、例えば、多成分射出成形を含み得、これは、共射出成形、マルチショット射出成形及びオーバモールドとも呼ばれる。多材料射出成形プロセスでは、少なくとも第１の材料及び第２の材料が使用され、シール部材は、少なくとも第１の材料を含み、シールキャリアは、少なくとも第２の材料を含む。幾つかの実施形態では、多材料射出成形製造プロセスは、２つの材料のみを成形することを含み得るが、別の実施形態では３つ以上の材料が使用され得る。
多材料射出成形製造プロセスにより、成形された一体構造のシール機構を形成することには、様々な入れ替えが想定され得る。例えば、多材料射出成形製造プロセスが２つの材料を含む場合、異なる２つの材料を１つの型に射出することにより、成形された一体構造のシール機構が成形され得る。このようにして、異なる２つの材料領域を有する成形された一体構造のシール機構が得られる。この異なる２つの材料は、同時に１つの型に射出され得る（これは、典型的には、多成分射出成形又は共射出成形と呼ばれる）か、又は順に１つの型に射出され得る（これは、典型的には、マルチショット射出成形と呼ばれる）。例示的実施形態では、２つの成分として異なる２つのタイプのポリマーが使用され得、一方のポリマーがシール部材を形成し、他方のポリマーがシールキャリア又はシールキャリアの部分を形成する。本明細書では、シール部材及びシールキャリアに使用可能な様々な材料及び材料の組み合わせの更なる例を更に説明する。
加えて又は代わりに、オーバモールドを用いて、成形された一体構造のシール機構が成形され得、この場合、１つの材料の層の上に別の材料の層が重ねられる。オーバモールドを用いて、シール部材若しくはシール部材の部分又はシールキャリア若しくはシールキャリアの部分が形成される場合、オーバモールドは、射出成形製造プロセスにより実施される。オーバモールドは、ポリウレタンシール又はチキソトロピーシールにより実施され得るが、そのような実施形態は、射出成形製造プロセスを用いて実施されるオーバモールドではない。
幾つかの実施形態では、シール機構は、第１の材料及び第２の材料と異なる第３の材料を含む第３の要素を含み得る。第３の要素は、シール部材及びシールキャリアに加えて、シール機構に含まれ得るか、又は第３の要素は、例えば、シールキャリアの部分（例えば、フィルタメディアパックに熱溶接されないシールキャリアの部分のみを形成し得る。これは、例えば、シェル部材の、フィルタメディアパックに溶接されない部分であり得る。そのような実施形態では、三成分射出成形製造プロセスを用いてシール機構が形成され得る。代わりに、二成分射出成形製造プロセスを用いてシール機構の部分が形成され得、オーバモールドは、シール機構のそれ以外の部分を形成するために用いられ得る。
多材料射出成形を用いることにより、シール部材及びシールキャリアの形成及び／又は接合を、硬化型接着剤を使用せずに行うことが可能である。硬化型接着剤を使用する場合、硬化させる時間が必要であり、そのため、製造時間が長くなる。従って、多材料射出成形を用いることでフィルタエレメントの生産時間を短縮することが可能である。更に、ポリウレタン等の硬化型接着剤の代わりに多材料射出成形を用いることにより、シール部材の安定性及び寸法安定性が向上し、それにより使用中の漏れのリスクが少なくなり、シール部材の配置及び方向付けに関して構成及びジオメトリの可能性が増える。
支持機構が、成形された一体構造のシール機構である実施形態では、支持機構をフィルタメディアパックに溶接する際の好ましい処理温度は、当業者により、シール部材を形成する材料のガラス転移温度、フィルタメディアパックに取り付けられるシェル部材及び／又はシェル部材の円周方向部分を形成する材料のガラス転移温度、シェル部材の円周方向部分の加熱に適用される加熱方法並びにシール機構の構成を参照して選択され得る。
幾つかの実施形態では、シール部材の形成に使用される第１の材料（又は材料の組み合わせ）のガラス転移温度は、シェル部材の形成及び／又はシェル部材の円周方向部分の形成に使用される第２の材料（又は材料の組み合わせ）のガラス転移温度を上回り得る。このように、熱溶接製造プロセス中にシェル部材又はシェル部材の円周方向部分が加熱され、処理温度が第２の材料のガラス転移温度を上回ると、シール部材が変形しにくくなる。
シール部材の材料と、シールキャリアの材料のガラス転移温度との差は、当業者により、シール機構のジオメトリ、使用される熱源及び処理温度に基づいて選択され得る。幾つかの実施形態では、処理温度は、第２の材料のガラス転移温度を少なくとも５℃、少なくとも１０℃、少なくとも１５℃、少なくとも２０℃、少なくとも２５℃、少なくとも３０℃、少なくとも３５℃、少なくとも４０℃、少なくとも４５℃又は少なくとも５０℃上回り得る。幾つかの実施形態では、処理温度は、第２の材料のガラス転移温度を最大で５０℃、最大で７５℃、最大で１００℃、最大で１２５℃、最大で１５０℃、最大で１７５℃又は最大で２００℃上回り得る。
１ フィルタエレメント
５ フィルタ材料の層
５ａ 第１の波形シート
５ｂ 第２の非波形シート
１０ フィルタメディアパック
１１ 流体流入面
１２ 流体流出面
１３ プラスチックラップ
１５ フィルタメディアパックの円周面
１９ 間隔
２０、２０ａ、２０ｂ 支持機構
２１ ハンドル
２２ テレスコープ防止部材
２３ ノッチ
２４ フランジ部材
２５ シェル部材
２５ａ、２５ｂ シェル部材の溶接される部分
２５ｃ シェル部材の面取りされた部分
２６ シェル部材の第１の部分
２６ａ、４０ａ 面取りされたエッジ
２７ シェル部材の第２の部分
２８ 分割線
２９ シール部材
３０ 熱板
４０ 面取りされた治具
５０ 円周方向痕
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ 摺動板
６５ ローラ

Claims (32)

  1. ・流体流入面（１１）から反対側の流体流出面（１２）まで長手方向（Ｚ）に延びる円周面（１５）を含むフィルタメディアパック（１０）と、
    ・前記長手方向（Ｚ）に延びるシェル部材（２５）を含む支持機構（２０）であって、前記シェル部材（２５）は、前記フィルタメディアパックの前記円周面（１５）の少なくとも一部を包囲している、支持機構（２０）と
    を含むフィルタエレメント（１）において、前記シェル部材（２５）の少なくとも部分（２５ａ）は、前記フィルタメディアパックの前記円周面（１５）に熱溶接されることを特徴とするフィルタエレメント（１）。
  2. 前記フィルタメディアパックは、フィルタ材料のコイル状の層（５）を含み、前記フィルタメディアパックの前記円周面（１５）は、前記フィルタ材料のコイル状の層の外側層の外側表面である、請求項１に記載のフィルタエレメント。
  3. 前記フィルタメディアパックは、フィルタ材料のコイル状の層（５）を含み、前記コイル状の層の外側層は、プラスチックラップ（１３）によって覆われ、前記プラスチックラップ（１３）の外側表面は、前記フィルタメディアパック（１０）の前記円周面（１５）を形成している、請求項１に記載のフィルタエレメント。
  4. 前記フィルタ材料は、セルロース繊維、合成繊維又は両方の組み合わせを含む、請求項２又は３に記載のフィルタエレメント。
  5. 前記フィルタメディアパック（１０）は、溝付きフィルタメディアを含み、好ましくは、溝は、第１の波形シート（５ａ）を第２の非波形シート（５ｂ）に固定することによって形成される、請求項１～４のいずれか一項に記載のフィルタエレメント。
  6. 前記シェル部材（２５）の前記熱溶接される部分（２５ａ）は、前記シェル部材（２５）と、前記フィルタメディアパックの前記円周面（１５）との間に円周方向漏れ止め接合部を形成する円周方向部分である、請求項１～５のいずれか一項に記載のフィルタエレメント。
  7. 前記シェル部材（２５）の外側表面は、円周方向溶接痕（５０）、部分的円周方向溶接痕、１つ以上の個別の溶接圧痕（２８）又は１つ以上の個別の溶接圧痕と円周方向溶接痕又は部分的円周方向溶接痕との組み合わせを含む、請求項１～６のいずれか一項に記載のフィルタエレメント。
  8. 前記シェル部材の前記部分（２５ａ）の前記熱溶接は、前記シェル部材（２５）の溶接される前記部分（２５ａ）を加熱することと、前記加熱された部分又は前記加熱された部分の少なくとも一部を前記フィルタメディアパックの前記円周面（１５）に押し当てることと、前記シェル部材の前記加熱された部分が冷めることを可能にすることとを含む、請求項１～７のいずれか一項に記載のフィルタエレメント。
  9. 流体流入面（１１）から反対側の流体流出面（１２）まで長手方向（Ｚ）に延びる円周面（１５）を有するフィルタメディアパック（１０）を含むフィルタエレメントを製造する方法であって、
    ・前記フィルタメディアパックの前記円周面（１５）又は前記円周面（１５）の少なくとも一部を包囲するように構成されたシェル部材（２５）を含む支持機構（２０）を提供することと、
    ・前記シェル部材（２５）の少なくとも部分（２５ａ）を加熱することと、
    ・前記シェル部材（２５）を前記フィルタメディアパックの前記円周面（１５）の周囲に配置することと、
    ・前記シェル部材の前記加熱された部分（２５ａ）又は前記シェル部材の前記加熱された部分の少なくとも一部を前記フィルタメディアパックの前記円周面（１５）に押し当てることと、
    ・前記シェル部材の前記円周方向部分（２５ａ）が冷めることを可能にすることと
    を含む方法。
  10. 前記シェル部材の前記部分（２５ａ）の前記加熱は、前記シェル部材を前記フィルタメディアパックの前記円周面（１５）の周囲に配置する前に実施されるか、又は代わりに、前記シェル部材の前記部分（２５ａ）の前記加熱は、前記シェル部材を前記フィルタメディアパックの前記円周面（１５）の周囲に配置した後に実施される、請求項９に記載の方法。
  11. 前記加熱された部分（２５ａ）は、前記シェル部材の円周方向部分であり、それにより、前記シェル部材の前記加熱された部分（２５ａ）を前記フィルタメディアパックの前記円周面（１５）に押し当てると、前記シェル部材（２５）と、前記フィルタメディアパックの前記円周面（１５）との間の円周方向間隔は、封止される、請求項９又は１０に記載の方法。
  12. 前記シェル部材の前記加熱された部分（２５ａ）は、前記シェル部材（２５）の円周方向エッジに対応し、前記シェル部材の前記加熱された部分（２５ａ）又は前記シェル部材の前記加熱された部分の少なくとも一部を前記フィルタメディアパックの前記円周面（１５）に前記押し当てることは、
    ・前記フィルタメディアパック（１０）の前記円周面（１５）を囲むように構成された面取りされた円周方向エッジを含む治具要素（４０）を提供することと、
    ・前記治具要素の前記面取りされた円周方向エッジが前記フィルタメディアパックの前記円周面（１５）を囲み、且つ前記長手方向（Ｚ）に前記シェル部材の前記円周方向エッジ（２５ａ）に向かって面しているように、前記治具要素（４０）を前記フィルタメディアパック（１０）に対して配置することと、
    ・前記治具要素の前記面取りされたエッジが前記シェル部材の前記加熱された円周方向エッジに押し当てられ、及び前記加熱された円周方向エッジの少なくとも部分が前記フィルタメディアパックの前記円周面に向かって案内され、且つそれにより前記シェル部材と前記フィルタメディアパックの前記円周面との間の前記円周方向間隔を埋めるまで、前記シェル部材（２５）を前記治具要素（４０）に対して相対的に前記長手方向（Ｚ）に移動させることと
    を含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記シェル部材（２５）又は少なくとも前記シェル部材の、前記フィルタメディアパックの前記円周面（１５）に熱溶接される前記部分（２５ａ）は、熱可塑性材料で作られ、好ましくは、前記熱可塑性材料は、以下のリストの材料：アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリスチレン若しくはポリ塩化ビニルのいずれか又はこれらの混合物若しくは組み合わせである、請求項１～８のいずれか一項に記載のフィルタエレメント又は請求項９～１２のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記支持機構（２０）は、シール機構であり、前記シェル部材（２５）又は前記シェル部材（２５）の少なくとも一部は、フィルタシステムのハウジングに対して前記フィルタエレメントをシールするためのシール部材を支持するためのシールキャリアを形成している、請求項１～８のいずれか一項に記載のフィルタエレメント、又は請求項１３に記載のフィルタエレメント、又は請求項９～１３のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記支持機構（２０）は、成形された一体構造のシール機構であって、前記シェル部材を含み、且つフィルタシステムのハウジングに対して前記フィルタエレメントをシールするためのシール部材（２９）を更に含む成形された一体構造のシール機構であり、前記シェル部材（２５）又は前記シェル部材の少なくとも一部は、前記シール部材（２９）のためのシールキャリアを形成している、請求項１～８のいずれか一項に記載のフィルタエレメント、又は請求項１３に記載のフィルタエレメント、又は請求項８～１３のいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記シール部材は、第１の材料を含み、及び前記シェル部材又は少なくとも前記シェル部材の、前記フィルタメディアパックの前記円周面に溶接される前記部分は、第２の材料を含み、前記第２の材料は、前記第１の材料と異なり、好ましくは、前記第１の材料のガラス転移温度は、前記第２の材料のガラス転移温度を上回る、請求項１５に記載のフィルタエレメント又は請求項１５に記載の方法。
  17. 前記シール部材は、以下のリストの材料：ゴム、熱可塑性エラストマー、熱硬化性エラストマー、熱可塑性加硫物のいずれか又はこれらの混合物若しくは組み合わせで作られるか又は少なくとも部分的に作られる、請求項１５若しくは１６に記載のフィルタエレメント又は請求項１５若しくは１６に記載の方法。
  18. 前記シール部材は、以下のリストの熱可塑性エラストマー：ポリアミド熱可塑性エラストマー、コポリエステル熱可塑性エラストマー、オレフィン熱可塑性エラストマー、スチレン熱可塑性エラストマー、ウレタン熱可塑性エラストマー若しくは動的に加硫された熱可塑性エラストマーのいずれか又はこれらの混合物若しくは組み合わせで作られるか又は少なくとも部分的に作られる、請求項１５若しくは１６に記載のフィルタエレメント又は請求項１５若しくは１６に記載の方法。
  19. 前記シール部材は、少なくとも２５、少なくとも３０、少なくとも３５、少なくとも４０、少なくとも４５、少なくとも５０、少なくとも５５又は少なくとも６０のショアＡ値を有し、及び／又は
    前記シール部材は、最大で４０、最大で４５、最大で５０、最大で５５、最大で６０、最大で６５、最大で７０、最大で７５、最大で８０、最大で８５又は最大で９０のショアＡ値を有する、請求項１５～１８のいずれか一項に記載のフィルタエレメント又は請求項１５～１８のいずれか一項に記載の方法。
  20. 前記シェル部材（２５）又は少なくとも前記シェル部材の、前記フィルタメディアパックの前記円周面（１５）に熱溶接される前記部分（２５ａ）は、少なくとも５０、少なくとも６０、少なくとも７０、少なくとも８０又は少なくとも９０のショアＡ値を有し、及び／又は
    前記シェル部材（２５）又は少なくとも前記シェル部材の、前記フィルタメディアパックの前記円周面（１５）に熱溶接される前記部分（２５ａ）は、最大で８０、最大で９０、最大で９５又は最大で１００のショアＡ値を有する、請求項１～８のいずれか一項に記載のフィルタエレメント又は請求項９～１２のいずれか一項に記載の方法。
  21. 前記シェル部材（２５）又は少なくとも前記シェル部材の、前記フィルタメディアパックの前記円周面（１５）に熱溶接される前記部分（２５ａ）は、少なくとも１０、少なくとも１５、少なくとも２０、少なくとも２５又は少なくとも３０のショアＤ値を有し、及び／又は
    前記シェル部材（２５）又は少なくとも前記シェル部材の、前記フィルタメディアパックの前記円周面（１５）に熱溶接される前記部分（２５ａ）は、最大で８０、最大で９０、最大で９５又は最大で１００のショアＤ値を有する、請求項１～８のいずれか一項に記載のフィルタエレメント又は請求項９～１２のいずれか一項に記載の方法。
  22. 前記漏れ止め接合部は、動作時、濾過された流体が未濾過流体と混合されないように、前記シール部材（２９）と平行にシール作用をもたらすように構成される、請求項１４又は１５に記載のフィルタエレメント。
  23. 前記円周方向漏れ止め接合部は、非円形の輪郭形状を有する、請求項６に記載のフィルタエレメント。
  24. 前記長手方向（Ｚ）に沿って測定される、前記流体流入面（１１）から前記円周方向漏れ止め接合部までの分離距離は、前記フィルタメディアパック上の前記漏れ止め接合部のアジマス角位置の関数として変化し、好ましくは、前記分離距離は、最小分離距離（Ｓｍｉｎ）と最大分離距離（Ｓｍａｘ）との間で変化する、請求項６又は２３に記載のフィルタエレメント。
  25. 前記円周方向漏れ止め接合部は、前記流体流入面（１１）から離間され、且つ前記流体流出面（１２）から離間され、ここで、
    ＳＩＮ＞０．０５×Ｈ且つＳＯＵＴ＞０．０５×Ｈであり、
    好ましくはＳＩＮ＞０．１０×Ｈ且つＳＯＵＴ＞０．１０×Ｈであり、
    式中、ＳＩＮ及びＳＯＵＴは、前記長手方向（Ｚ）に沿って測定される、それぞれ前記漏れ止め接合部と前記流入面及び前記流出面との間の分離距離であり、Ｈは、前記長手方向（Ｚ）に沿って測定される、前記流入面と前記流出面との間のフィルタメディアパック高さである、請求項６に記載のフィルタエレメント。
  26. 前記円周面（１５）は、前記フィルタメディアパックのフィルタ材料の周囲に巻き付けられたプラスチックラップ（１３）によって形成される、請求項１に記載のフィルタエレメント又は請求項８に記載の方法。
  27. 前記フィルタメディアパックは、フィルタ材料のコイル状の層を含み、前記コイル状の層の外側層は、プラスチックラップによって少なくとも部分的に覆われ、及び前記シェル部材（２５）の前記熱溶接される部分（２５ａ）は、前記フィルタメディアパックの前記円周面（１５）の、前記プラスチックラップを含んでいる部分に熱溶接される、請求項１に記載のフィルタエレメント又は請求項８に記載の方法。
  28. 前記フィルタメディアパックは、フィルタ材料のコイル状の層（５）を含む、請求項１に記載のフィルタエレメント。
  29. 前記シェル部材の前記加熱された部分（２５ａ）又は前記加熱された部分の少なくとも一部を前記フィルタメディアパックの前記円周面（１５）に前記押し当てることは、
    ・複数の板（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ）を、前記板が前記長手軸（Ｚ）に対して垂直であるように前記シェル部材（２５）の周囲に配置することと、
    ・前記板のエッジ部分が前記シェル部材（２５）の前記加熱された円周方向部分（２５ａ）に押し当てられているように、前記複数の板を移動させることと
    を含む、請求項１１に記載の方法。
  30. 前記円周方向エッジの加熱は、
    ・熱板（３０）を、前記シェル部材の前記円周方向エッジが前記熱板（３０）と接触し、且つ加熱するように前記シェル部材の下に配置すること
    を含む、請求項１２に記載の方法。
  31. 前記支持機構（２０）は、テレスコープ防止部材を含む、請求項１～８のいずれか一項に記載のフィルタエレメント又は請求項９若しくは１０に記載の方法。
  32. 前記熱可塑性材料は、ガラス繊維、鉱物又はこれらの組み合わせを更に含む、請求項１３に記載のフィルタエレメント又は方法。
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