JP3790803B2 - プリーツ付きフィルタ組立体 - Google Patents
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Description
本発明は、フィルタのハウジングと、流体、特に空気から微粒子物質を濾過するためのプリーツ付きフィルタとに関するものである。
ジグザグ形状にプリーツを付けた繊維状不織布濾材を利用する既知フィルタは数多く存在する。この濾材形状は、比較的小さな断面積で優れた濾過効率と処理量とを提供するという点が好ましい。
プリーツ付きフィルタの構造完全性は、通常、フィルタ材料以外の補強部材によって提供される。例えば、米国特許第3,793,813号明細書は、繊維状フィルタ材に含むボール紙のフレームの使用を開示している。当該技術分野においては、例えば、米国特許第3,853,529号明細書に記載されているようなワイヤ支持体、および米国特許第5,376,218号、同第5,240,479号、同第5,306,321号、ならびにPCT出願第93/11849号明細書に記載されているポリマー補強材料も採用されている。より太いワイヤメッシュ支持体などを除き、一般にこのような補強構成要素の折曲げ線部は、フィルタ材料のプリーツ間隔を維持でいるほどしっかりしておらず、付加的な外部支持体が必要であった。広く利用されている方法は、米国特許第5,397,632号と同第5,398,767号明細書に開示されているように、硬質なフィルタフレームの側壁にプリーツ付きフィルタの側面縁部を接着固定するというものである。しかしながら、米国特許第3,692,184号で開示されている、プリーツ構造の上端部に沿ったストリップ上に設けられる接着性ビード、ならびに米国特許第3,397,518号明細書に開示されているような接着性ビードを含む別の方法によってプリーツの間隔を維持することが提案されている。
米国特許第5,306,321号明細書では、プリーツ付きフィルタの上端部にへこみを形成することによってプリーツ間隔が保持され、へこみは「プリーツロック(pleatloc)」タイプの窪みを形成する。これらの窪みは互いに接触しあい、それによりプリーツ付きフィルタの各面が完全に接触するのを防止するとともに、プリーツの間隔も保持する。
米国特許第5,167,740号明細書では、熱可塑性フィルタ素材の一部と網状体とが治具の向こうに延在するようにポリマー補強網状体ともにフィルタ素材を治具に入れることによってジグザグフィルタのプリーツ間隔が維持される。この延在するフィルタと網状体素材は、次に、治具の中にあるときに熱プラテンで強打される。これにより熱可塑性フィルタ素材と網状体が溶融して、硬質の溶融熱可塑性素材の連続側面パネルを形成する。溶融側面パネルは依然としてプリーツ付きフィルタ素材と連続して連結されているので、フィルタ素材のプリーツ間隔は所定位置に固定される。
プリーツ間隔を保持する機械的手段として、ジグザグ歯タイプの要素などがある。米国特許第3,793,813号明細書では、2個のジグザグ形状のリブが、フィルタハウジングの2個の対向側面に沿って配置される。ボール紙のフレームの中の硬質なプリーツ付きフィルタは、リブによってフィルタのプリーツ間隔が保持されるようにリブ上に乗る。米国特許第4,547,950号明細書では、プリーツ付きフィルタの下流の面に2個の先細コームが取付けられており、そこでコームの歯は一部が上流プリーツ構造の中に延びている。コームの歯は、ジグザグ状フィルタの1つの面の複数プリーツを間隔をあけて配列する。濾材はエアフローによって反対面の歯に押しつけられ、それによって、その面のプリーツ間隔が保持される。前述の両特許明細書において、濾材は、到来するエアフローによって歯の谷間に押し込まれる。当該方法の問題は、非使用時(すなわち、製造時、取付時、出荷時等)に反対面に押し付けられていないと、濾材が簡単に外れ落ちてしまうことである。
それ以外の米国特許では、プリーツ付きフィルタの片面だけの歯タイプ支持構造の代わりに、相互に噛み合う2個の歯構造が使用される。この相互に噛み合う歯は、米国特許第2,058,669号明細書、同第4,177,050号明細書、および同第3,873,288号明細書に開示されているように、プリーツ付きフィルタの対向面上にあり、それによってジグザグ形状の濾材を、対向する歯要素間に挟持する。これにより、濾材が外れ落ちるという問題は回避されるが、対向する歯要素が噛み合う部分の濾材の性能が失われる。最初の2件の特許では、フィルタの中央本体部に沿って複数の相互に噛み合う歯要素が設けられているが、‘050号特許では、対向する歯は完全には噛み合わされない。これは、濾材が過度に圧縮されるのを防いでフィルタの性能損失を最小化するためである。米国特許第3,873,288号明細書では、対向する相互に噛み合う歯が、噛み合う歯要素間の濾材を十分に圧縮するが、歯要素はハウジング等も形成し、歯の周縁だけが噛み合って濾材を圧縮する。
発明の開示
本発明は、ジグザグ状にプリーツが付けられた濾材とフィルタフレームとを具備するフィルタ組立体において、前記フィルタフレームは、2個の連続する外部側壁と2個の内部側壁とを有し、対応する内部側壁と外部側壁とが、連続する流体不透過性スペーサ要素によって互いに分離され、前記内部側壁は、複数の直立する三角形のプリーツ安定化要素を有し、該プリーツ安定化要素の第1側壁が、頂部から該プリーツ安定化要素の第2側壁セグメントに向かって外方へのテーパを有し、個々の該プリーツ安定化要素の隣接する2個の該第2側壁セグメントがプリーツ折り山部保持ギャップを形成し、前記プリーツ安定化要素は、前記濾材の一表面に係合して該濾材の第1のプリーツ折り山部を支持する形状を有し、前記プリーツ折り山部保持ギャップは、前記濾材の第2のプリーツ折り山部が該プリーツ折り山部保持ギャップの中で部分的に圧縮されるように、該濾材の前記一表面に摩擦係合して該第2のプリーツ折り山部を保持する形状を有し、前記連続する流体不透過性スペーサ要素は、前記プリーツ折り山部保持ギャップの下流側にあること、を特徴とするフィルタ組立体を提供する。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明によるフィルタフレームの第1実施例の斜視図である。
図2は、図1のフィルタフレームの、線2−2についての断面図である。
図3は、図1のフィルタフレームの、線3−3についての断面図である。
図4は、図2において、フィルタフレームにジグザグ状濾材を挿入した状態の断面図である。
図5は、本発明のフィルタフレームのプリーツ安定化要素の破断断面図である。
図6は、本発明のフィルタフレームのプリーツ安定化要素の第2実施例の破断断面図である。
図7は、本発明による第2実施例のフィルタフレームを形成するのに使用されるブランクの平面図である。
図8は、本発明による第3の実施例のフィルタフレームの斜視図である。
図9は、本発明のフィルタフレームに使用できるプリーツ付け可能な濾材の側面図である。
図10は、本発明のフィルフレームで使用されるフィルタハウジングの破断断面図である。
図11は、本発明による第4の実施例のフィルタフレームの斜視図である。
発明を実施するための最良の形態
図1は、外部端壁14と15および外部側壁12と13を備えた本発明のフィルタフレームの斜視図である。2枚の外部側壁12と13から間隔をおいて配置されているのは、プリーツ安定化要素20であり、プリーツ安定化要素20は、フィルタの各プリーツ形状の略三角形の構造となっている。2枚の外部端壁14と15から間隔をおいて配置されているのは、末端プリーツを保持する内部端壁16である。内部端壁16は、外部側壁14と15から間隔をあけて配置されていて、図2のように末端プリーツ保持(嵌合)ギャップ18を形成する。末端フィルタプリーツを末端プリーツ保持ギャップ18に挿入しやすくするために、内部端壁16はテーパを有していることが好ましい。
2枚の外部側壁12と13および内部側壁2は、図1のようにまっすぐにすることも可能であるし、アーチ型や曲線形状に形成することも可能である。端壁(14、15、16)は、まっすぐで並行であることが好ましい。内部側壁2には複数のプリーツ安定化要素20が設けられており、図2のように、隣接するプリーツ安定化要素20間にプリーツ受入れギャップ21が形成されている。プリーツ受入れギャップ21は、プリーツ折り山部保持ギャップ22で終端する。
プリーツ折り山部保持ギャップ22は、フィルタフレーム11と濾材1を備えたフィルタ10を記載する図4に図示されているように、プリーツ折り山部保持ギャップ22が濾材1の第2のプリーツ折り山部4の外面と摩擦係合するようなサイズおよび形状のものである。反対側の濾材1の第1のプリーツ折り山部5は、その内面(第2のプリーツ折り山部4の外面と同じ側の濾材表面)で、プリーツ安定化要素20の頂部27の輪郭に沿う。
プリーツ安定化要素20は、図5に示されるように、ほぼ滑らかな側壁28を備えた頂部27から、プリーツ折り山部保持ギャップ22まで、次第に先細りになっている。頂部27の曲率半径は、濾材の順応性によって異なり、より順応性があるフィルタよりも、より硬い媒体の方が大きな曲率半径を要するが、通常は濾材が、濾材とプリーツ安定化要素20との間に間隙を形成することなく折り山部をたどることができるような曲率半径とする。同様に、側壁28のテーパは、険しい角度や構造を全く持たず、側壁28と濾材1の間に間隙を形成することなく側壁をたどれるように平らであることが好ましい。プリーツ安定化要素20の側壁28は、角度20〜55度、好ましくは30〜45度の略テーパを形成する。側壁28の末端部において、2個の隣接するプリーツ安定化要素20は、2個の隣接する側壁セグメント25によりプリーツ折り山部保持ギャップ22を形成する。側壁セグメント25は、約0〜10度、好ましくは0〜5度の角度でテーパを有している。製造はより困難であるが、側壁セグメント25は、外側に広げる(すなわち、上端部29から底部30に向かって広くする)ことも可能であるし、側壁沿いにセグメントごとに別々の角度で先細にすることも可能である。プリーツ保持ギャップの最小幅23は、ジグザグ状にプリーツが付けられたフィルタのプリーツ折り山部において、濾材および補剛要素の非圧縮時の厚さの概ね90〜10%であり、好ましくは80〜20%である。最小幅23は、ギャップ23の幅の少なくとも3倍、好ましくは5倍の伸長部24の上方に存在する。プリーツ折り山部保持ギャップ22内の第2のプリーツ折り山部4に関する上記した伸長部および幅百分率により、プリーツ折り山部保持ギャップ22から濾材を取り外すのに必要な力の量が決まる。その他の要因として、濾材プリーツ折り山部4とプリーツ折り山部保持ギャップ側壁25との間の相対摩擦係数、プリーツ折り山部保持ギャップ22の深さと厚さ、および濾材をプリーツ折り山部保持ギャップ22に挿入する方法などがある。
プリーツ折り山部保持ギャップ22の側壁25’は、図6のように、側壁25’と濾材1との間の摩擦係合を向上するために側壁表面に凹凸を施したり粗くしたりした摩擦係合面を有することができる。濾材1との摩擦係合を高める摩擦係合面として、摩擦係数の高い表面または天然もしくは合成ゴムを基剤とするコーティングなどの接着剤コーティングを備えた側壁25を提供することも適している。
末端プリーツ保持ギャップ18を設ける場合、プリーツ付き濾材の末端プリーツと摩擦係合するように設計することもできる。
プリーツ折り山部保持ギャップ22の下流では、内部および外部側壁と端壁とがスペーサ17により接続されている。濾過されていない流体または空気が内部および外部側壁と端壁との間を通過できないように、スペーサ17は連続していることが好ましい。あるいは、内外の側壁および端壁の間の空間は、プリーツ付き濾材をプリーツ折り山部保持ギャップ22と末端プリーツ保持ギャップ18とに妨げられることなく挿入できるように、一切の構造物が無い状態とする。プリーツ折り山部保持ギャップ22に挿入されると、濾材1はかなりしっかりするので、プリーツ付き濾材が不用意に外れ落ちることなく従来通りに取り扱える。しかしながら、濾材1は永久保持されるのではないので、必要時および交換時には容易に取り外すことができる。
図1〜図4の実施例は、ポリプロピレンのようなポリオレフィンポリマーなどの成形可能な熱可塑性材料から形成される、成形構造体であることが好ましい。図7の第2実施例では、硬質もしくは半硬質の変形可能な材料を、外部側壁フラップ34と35および外部端壁フラップ32と33とを備えた平坦な予備フレームに形成する。内部側壁フラップ42には、プリーツ安定化要素40が設けられている。内部端壁フラップ36も設けられている。フィルタフレームを形成するには、内部および外部側壁フラップ(34、35および42)と端壁フラップ(32、33および36)とを、好ましくは予め形成されている折り線に沿って、上方向に折り曲げる。外部側壁フラップと端壁フラップ(32、33、34、および35)は、加熱結合、超音波溶接、接着剤、クリップ等の従来手段によってその角部が連結される。あるいは、角部に、溝形継手、スナップ構造体等の嵌合構造体を設けることも可能である。スペーサ要素37により、側壁と端壁との間に流体を通さない空間が提供される。図7の予備フレーム要素は、図1の実施例に対して成形することによって、もしくは、ファイバーボード、ボール紙、金属板材、プラスチック板材等、成形不可能だが変形可能な材料から非成形工程(例えば、打抜加工、型切断)によって形成できる。
図8に、第3の実施例のフィルタフレーム51を示す。この円形フィルタフレーム51は、外部側壁54と55および内部側壁52を、図1〜図4の実施例のように備えているが、しかしながら、これら側壁は環状体を形成する端部を有しない。図1〜図4に従って、内部側壁52にはプリーツ安定化要素50が設けられている。但し、濾材の末端プリーツ端部は、にかわ付け、加熱結合、超音波溶接、機械的クリップ、縫製等によって連結される必要がある。2つの側壁部は連結要素53によって分離される。連結要素53はロッドとして図示されているが、プリーツ付き濾材を通って流体が通過できる解放領域を提供される限り、どのような適応形状にすることも可能である。側壁は、環状体を形成しているように図示されているが、他の形状も可能である。
図10に、フィルタハウジング内にある、本発明の最初の2つの実施例のような本発明のフィルタ10のフィルタフレーム11を示す。フィルタハウジング3は、プリーツ安定化要素20の頂部27の周辺で濾材1に係合するように、フィルタフレーム内に突出するリップ構造7を有することが好ましい。これにより、濾材1をフィルタフレーム11に固定するのを助ける。
図11は、図1に記載されているようなフィルタフレーム66を形成する第3の方法である。フィルタフレーム66は可撓性部材から形成されるが、この可撓性部材は、通常は、変形時に弾性回復特性を有し、リビングヒンジを形成する熱可塑性ポリマー可撓性部材である。そのような可撓性熱可塑性ポリマー材料は、ポリプロピレンでもある。外部側壁62と63とは、フレーム66が図11に記載されているアーチ型に弾性変形できるよう、好ましくはリビングヒンジに沿って、水平に折り曲げられる。内部側壁61は、隣接するまたはほぼ隣接するスペーサ要素により、プリーツ安定化要素60が離れてアーチを形成できるように、プリーツ保持ギャップ72が下に延びた状態で直立している。このようにギャップ72が広がって、プリーツ付き濾材1のプリーツ折り山部4がプリーツ折り山部保持ギャップ72に挿入しやすくなる。濾材プリーツ折り山部4が挿入されると、フィルタフレーム66にかかっている変形力が解除され、それによってフレームがもとの形状に戻り、プリーツ折り山部保持ギャップ72が狭くなって、プリーツ付きフィルタのプリーツ折り山部を把持する。次に、外部側壁62と63は外側端壁64と65に連結して、図7の実施例について説明したように、濾材をプリーツ保持ギャップに確実に固定するとともにフィルタフレームを剛直なものにすることができる。
濾材1(図9)は、広く使用されているプリーツ付け可能なフィルタウェブ8またはフィルタウェブ積層体から形成できる。適したフィルタウェブまたは積層体として、少なくとも1枚の繊維状不織布または織布ウェブが含まれる。フィルタウェブもしくは積層体8は、フィルタの効率を高めるためにエレクトレット電荷を備える不織布ウェブで形成されることが好ましい。フィルタウェブまたは積層体8がプリーツ形成時に十分に安定でない場合には、プリーツを形成し易い1つ以上の要素9を設けることができる。これらのプリーツ付け可能要素は、変形可能な金属または変形可能な(例えば、熱で)熱可塑性網状体で構成できる。プリーツ付け可能要素9は、一般に、濾過特性を備えず、圧力降下耐性がほとんどない。全般的に、フィルタウェブ8またはフィルタウェブ積層体と、プリーツ付け可能要素9とは、濾材が少なくとも10%、好ましくは20〜80%まで圧縮されたときに、圧縮された濾材1が、プリーツ保持ギャップ22を形成する側壁セグメント25を加圧し、濾材がフィルタフレーム11から外れるのを防止するような弾性回復力を呈するように、弾性的な圧縮が可能でなくてはならない。
Claims (8)
- ジグザグ状にプリーツが付けられた濾材とフィルタフレームとを具備するフィルタ組立体において、
前記フィルタフレームは、2個の連続する外部側壁と2個の内部側壁とを有し、対応する内部側壁と外部側壁とが、連続する流体不透過性スペーサ要素によって互いに分離され、
前記内部側壁は、複数の直立する三角形のプリーツ安定化要素を有し、該プリーツ安定化要素の第1側壁が、頂部から該プリーツ安定化要素の第2側壁セグメントに向かって外方へのテーパを有し、個々の該プリーツ安定化要素の隣接する2個の該第2側壁セグメントがプリーツ折り山部保持ギャップを形成し、
前記プリーツ安定化要素は、前記濾材の一表面に係合して該濾材の第1のプリーツ折り山部を支持する形状を有し、
前記プリーツ折り山部保持ギャップは、前記濾材の第2のプリーツ折り山部が該プリーツ折り山部保持ギャップの中で部分的に圧縮されるように、該濾材の前記一表面に摩擦係合して該第2のプリーツ折り山部を保持する形状を有し、
前記連続する流体不透過性スペーサ要素は、前記プリーツ折り山部保持ギャップの下流側にあること、
を特徴とするフィルタ組立体。 - 前記プリーツ安定化要素の前記第1側壁は、22〜55度の角度のテーパを有する、請求項1に記載のフィルタ組立体。
- 前記プリーツ安定化要素の前記第2側壁セグメントは、10度未満の角度のテーパを有する、請求項1又は2に記載のフィルタ組立体。
- 前記プリーツ折り山部保持ギャップは、該プリーツ折り山部保持ギャップの幅の少なくとも3倍の長さの伸長部を有し、該幅は、該伸長部において、前記第2のプリーツ折り山部における前記濾材の非圧縮時厚さの90〜10%である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のフィルタ組立体。
- 前記幅は、前記第2のプリーツ折り山部における前記濾材の非圧縮時厚さの80〜20%である、請求項4に記載のフィルタ組立体。
- 前記フィルタフレームは、前記流体不透過性スペーサ要素によって連結される内部端壁と外部端壁との対を更に2対備え、各対を成す該内部端壁と該外部端壁とが末端プリーツ嵌合ギャップを形成し、該流体不透過性スペーサ要素が該末端プリーツ嵌合ギャップの下流側にある、請求項1〜5のいずれか1項に記載のフィルタ組立体。
- 前記外部端壁と前記外部側壁とが、それぞれの端部で接着手段により相互に連結される、請求項6に記載のフィルタ組立体。
- 前記フィルタフレームは可撓性部材であり、前記プリーツ折り山部保持ギャップが、前記流体不透過性スペーサ要素に近接する下方へ延びて、該フィルタフレームの弾性変形を可能にし、前記外部端壁と前記外部側壁とが互いに連結されずに、該プリーツ折り山部保持ギャップの拡幅を可能にして、該プリーツ折り山部保持ギャップへの前記濾材の前記第2のプリーツ折り山部の挿入を容易にする、請求項7に記載のフィルタ組立体。
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