JP4860630B2 - エアフィルタ用のギャザー付きフィルター媒体およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンおよび圧縮機等の機械類に供給される吸気をフィルターするために使用されるタイプのフィルタを含む、液状またはガス状の流体の流れから粒子状物質を除去する流体フィルタに関する。

エンジン吸気から粒子状物質をフィルターするために使用されるタイプのフィルタには、業界ではしばしば溝付きフィルター媒体と呼ばれる折れ曲がりパターンに形成される１つ以上の多孔性フィルター材料の層を含むものもある。かかるフィルタのために一般に使用される多孔性フィルター材料の一タイプは、０．１５２４〜０．２０３２ｍｍ（０．００６〜０．００８インチ）の範囲の厚さを有するボール紙または紙状の材料である。この材料は、多少の剛度（こわさ）があり、材料が引き裂けたり破損したりすることを防止する特別な仕掛けがなければ、容易に曲げたり、成形したりできない。例えば、０．３０４８〜０．４５７２ｍｍ（０．０１２〜０．０１８インチ）の範囲のように、より大きな厚さを有するこのタイプの媒体を使用することが望ましいが、かかる厚手の媒体は、かかる剛度のある材料をコンパクトな折れ曲がり形状へ成形する際の本質的な困難さのゆえに、過去には使用されなかった。

過去には、かかる溝付きフィルター媒体は、折れ曲がりを形成するプロセスの間に多孔性フィルター材料が少なくとも局所的に圧縮されることを必要とするか、結果として生ずる、プロセスによって形成されるのが典型的であった。多孔性フィルター媒体の圧縮は、媒体の圧縮なしで折れ曲がり形状に形成される場合にあり得たであろうものよりも溝付きフィルター媒体のフィルター効率および粒子保持能力を低下させるため、望ましくない。破損または引裂きの問題が解決され得たとしても、過去におけるかかる圧縮の度合いおよびその不可避性は、厚手の媒体を使用することで達成される利点を本質的に打ち消してしまう。

折れ曲がり媒体を形成するために広く利用されていた１つの先行アプローチでは、多孔性フィルター材料は、相互噛合いする波状表面を有する１対のローラの間に波形加工機を介して送り込まれ、当該ローラはフィルター媒体を挟んでプリーツをつけ、概ね自立する折れ曲がり形状にフィルター媒体を圧縮して永続的に変形させ、波形が拘束されるかどうかに無関係にフィルター媒体が波形加工の結果として折れ曲がり形状を維持できるようにする。Ｗａｇｎｅｒ他の米国特許出願２００３／０１２１８４５ Ａ１号が、かかるアプローチを開示している。

波形加工は、一般に、波形加工の前に多孔性フィルター材料をその厚さの２５〜４０パーセントを圧縮し、結果として、特に波形加工の前の媒体が０．１５２４〜０．２０３２ｍｍ（０．００６〜０．００８インチ）の範囲の厚さを有する場合に、効率および効果を大きく低下させる。エアフィルタにしばしば使用されるタイプの紙状のフィルター媒体は、自立する波形製品を得るために波形加工プロセスの間、多孔性フィルター媒体を水噴霧、蒸気および熱に曝露することもまた一般に必要である。これらの追加の処理要件は、波形フィルター媒体の製造に好ましくないコストおよび複雑さを付加し、波形加工の間のフィルター媒体の圧縮を悪化させる。

溝付きフィルター媒体を形成するために広く利用されていたもう１つの先行アプローチでは、多孔性材料は、波形加工するのではなく、まず隆起を有する１対のシリンダまたは歯付きベルトの間に多孔性媒体のシートを送り込み、当該シリンダまたはベルトが、多孔性材料を周期的な間隔を置いて局所的に圧縮し、それにより材料に折り目を付けるか刻み目を付けることによって、プリーツ付けされている。次いで、刻み目を付けられた材料は、刻み目を付けられた媒体を刻み目でプリーツ付き形状に折り畳ませる折り畳み機構を介して送り込まれる。かかるプリーツ付き形状は、通常波形媒体のように自立せず、表面シートに接合されるか、サポート構造に固定され得るまで、離間機構によりプリーツが等間隔に拘束され離間されている必要がある。シルバーソン（Ｓｉｖｅｒｓｓｏｎ）への米国特許４，７９８，５７５号および４，９７６，６７７号、ウェンツ（Ｗｅｎｚ）への米国特許５，３８９，１７５号、およびチェ（Ｃｈｏｉ）等への米国特許６，０２２，３０５号が、かかるプリーツ加工方法およびプリーツ付きフィルター媒体を開示している。プリーツを自立する形態にすることが所望される場合には、波形フィルター媒体に関する上述のものと同様、多孔性媒体に噴霧される液体と、それに続いて加えられる加熱冷却が、利用されることもある。

波形加工媒体の場合と同様に、プリーツ付き媒体においても、刻み目を付けることは、多孔性媒体の厚さを望ましくなく低下させ、それによりフィルターの効果および効率を低下させる。また、プリーツ付き媒体に対して順に刻み目を付け、成形し、離間し、噴霧し、加熱冷却するために必要な機構は、プリーツ付き媒体を製造するための複雑さおよびコストを増大させ、好ましくない。

従って、改良されたフィルター媒体を提供すると共に、かかる改良された媒体を製造する装置および方法を提供することが好ましい。また、かかる改良されたフィルター媒体を組み込んでいる改良されたフィルター装置を提供することもまた、好ましい。

本発明は、多孔性フィルター材料のギャザー付きシートを含むフィルター媒体を、かかる多孔性フィルター材料のギャザー付きシートを製造する装置および方法と共に提供し、かかるギャザー付き多孔性フィルター材料を組み込んで改良したフィルター装置も提供する。過去に行われていたような波形加工またはプリーツ加工により折れ曲がりを形成するのではなく、多孔性フィルター材料にギャザーを付けることで、フィルター媒体をほとんどあるいは全く圧縮することなしに所望の折れ曲がり形状を得られ、結果として、フィルターの効率および効果が改良され、更には、製造の複雑さおよびコストが削減される。本発明によれば、ギャザー付き媒体を形成するプロセスの間、多孔性媒体を熱、蒸気または液体噴霧に曝露したり浸漬したりすることもまた通常は不要である。本発明は、過去に使用され得たものよりも相当に厚い多孔性材料が、媒体を形成するために使用されることを許容する。

本発明の１つの形態では、多孔性材料のギャザー付きシートを有するフィルター媒体が提供される。ギャザー付きシートにおける多孔性材料の厚さは、ギャザー成形前の多孔性シートの厚さと同じであってもよい。また、フィルター媒体は、多孔性材料のギャザー付きシートをギャザー付き状態で維持するため、ギャザー付きシートに取付けられる表面シートを備えていてもよい。

本発明に従うフィルター装置は、多孔性フィルター材料のギャザー付きシートを含むフィルター媒体の１つ以上の層を有する。フィルター装置は、フィルターアセンブリへの取付けに適するが、フィルターアセンブリを含まない、フィルターカートリッジを備えていてもよい。かかるフィルターカートリッジは、ギャザー付き媒体のコイルを備えてもよい。

本発明によるフィルター装置は、代替的に、それに対してフィルターカートリッジを取付けられるようになされるフィルターアセンブリと、多孔性フィルター材料のギャザー付きシートを備えるフィルター媒体の１つ以上の層を含むフィルターカートリッジの形態を採ってもよい。フィルターカートリッジは、かかるフィルター装置では、ギャザー付き多孔性フィルター材料のコイルを備えてもよい。

本発明による装置および方法は、装置の第１および第２ギャザー成形ローラそれぞれはそこから半径方向に延在する複数の周方向に離間した突起を有するその外周を含んでおり、第１および第２ギャザー成形ローラの間に多孔性フィルター材料のシートを送り込むことで、多孔性フィルター材料のギャザー付きシートを有するフィルター媒体を形成することを含む。第１および第２のギャザー成形ローラは、一方のギャザー成形ローラの突起が他方のギャザー成形ローラの隣接突起の間に配設されるよう、互いに離間してタイミング合わせされる関係で回転可能に取付けられ、第１および第２のギャザー成形ローラの間に送り込まれると多孔性フィルター材料のシートにギャザーが形成される。第１および第２のギャザー成形ローラの突起および外周は、多孔性材料のシートが第１ギャザー成形ローラの外周または突起のいかなる部分と第２ギャザー成形ローラの外周または突起のいかなる部分との間でも圧縮されないよう、構成され、互いに離間される。

本発明による装置および方法は、シートのギャザー付き部分がギャザー成形ローラの間を通過した後、ギャザー成形ローラの一方の隣接突起の間におけるスペース内に多孔性フィルター材料のシートのギャザー付き部分のギャザーを拘束してもよく、多孔性フィルター材料のギャザー付きシートに表面シートの取付けを提供してもよい。

本発明の他の態様、目的および利点は、以下の詳細な説明および添付図面から明らかになろう。

本発明を特定の好適な実施の形態と関連付けて説明するが、これらの実施の形態に限定する意図はない。反対に、付帯する請求項により画定されるように、本発明の精神および範囲内に含まれるように、全ての代替、改変、および均等物を包含することを意図する。

図１は、エアフィルタのために典型的に使用されるタイプの比較的剛度のある紙状の多孔性フィルター材料のギャザー付きシート１２を含むフィルター媒体１０の形態における本発明の第１の例示的な実施の形態を示している。かかる比較的剛度のある紙状の多孔性フィルター材料は、ケンタッキー州マディソンビル（Ｍａｄｉｓｏｎｖｉｌｌｅ， Ｋｅｎｔｕｃｋｙ）のアールストロム・エンジン・フィルとレーション社（Ａｈｌｓｔｒｏｍ Ｅｎｇｉｎｅ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ， ＬＬＣ）を含むサプライヤから種々の厚さで入手可能である。具体的には、アールストロム（Ａｈｌｓｔｒｏｍ）部品番号１９Ｎ−１または２３Ｎ−３のようにアールストロムによって市販されているフィルター材料あるいは以下に作表されるものと同様な物理的な特徴を有するその他のフィルター材料が、本発明に従って、エンジン吸気のために使用されるタイプの典型的なエアフィルタに使用される本発明の実施の形態を提供する際に有効に使用され得るものと企図されている。

アールストロム１９Ｎ−１のフィルター媒体
１００％のセルロース繊維
坪量＝２７８．７０９１ｍ^２（３０００平方フィート）につき３１．７５１４７Ｋｇ（７０ポンド）
平坦シートの厚さ＝０．３６８３ｍｍ（１４．５ミル）
溝付きシートの厚さ＝０．４５７２ｍｍ（１８ミル）
フレージャー（Ｆｒａｚｉｅｒ）値 ０．３１１５〜０．５３８０ｍ^３／分（１１〜１９ＣＦＭ）、好ましくは０．３９６４ｍ^３／分（１４ＣＦＭ）
ＳＤガーレー剛度＝３０００ｍｇ

アールストロム２３Ｎ−３のフィルター媒体
１００％のセルロース繊維
坪量＝２７８．７０９１ｍ^２（３０００平方フィート）につき２４．９４７５８Ｋｇ（５５ポンド）
平坦シートの厚さ＝０．３３０２ｍｍ（１３ミル）
溝無しシート
フレージャー値 ０．３１１５〜０．５３８０ｍ^３／分（１１〜１９ＣＦＭ）
ＳＤガーレー剛度＝１３００ｍｇ

アールストロム１９Ｎ−１製品は、ゴミ保持能力を向上させるべく媒体に切り込まれる小さな溝を備えて利用可能である。これらの溝は、１巻きのフィルター媒体の長さにわたって走るものであり、下記の説明から明らかになるように、結果として好ましいのであるが、必然的にではなく、本発明に従う媒体のギャザー付きシートにおけるギャザーの山部および谷部の方向に対して垂直に方向付けされる。

本明細書において使用されるように、「ギャザー付き」という用語は、多孔性フィルター材料が圧縮をほとんどまたは全く経験しないのが好ましく、何れにしても、先行の波形付きまたはプリーツ付きフィルター媒体を形成するために典型的に必要だったものよりも実質的に少ない圧縮を経験するような様式で、主として回転するギャザー成形ローラから延在する一連の突起に被せて多孔性材料のシートを引っ張ることによって、多孔性材料のシートが、最終的な起伏形態または折れ曲がり形態に導かれることを意味するよう意図されている。多孔性フィルター媒体のギャザー付きシートの起伏形態が、以下でより詳細に記載される様式で一連の突起に被せて材料のシートを引っ張ることによって提供されるので、多孔性材料のシートは、ギャザー成形前の厚さｔと、全体を通じて実質的に均一でありギャザー成形前の多孔性材料の厚さｔに実質的に等しいものでもあるギャザー成形後の厚さｔとを有する。

当業者は、本文において詳細に開示されるその全ての例示的な実施の形態を含む本発明の様々な実施の形態が、第１の実施の形態に関して記載されるタイプの比較的剛度のある紙状の多孔性フィルター材料のギャザー付きシートを含むフィルター媒体を含んでいてもよいと認識するであろう。また、当業者は、フィルター材料が先行のフィルター媒体の場合のようにプリーツ加工または波形加工されるのではなく、本発明に従ってギャザー成形されるので、本発明は、エアフィルタのために典型的に使用されるタイプの比較的剛度のある紙状の多孔性フィルター材料が先行の成形方法よりも効率的かつ効果的な様式で起伏または折れ曲がりフィルター媒体を形成するために利用できることを認識するであろう。

図２の拡大断面図に示すように、ギャザー付きシート１２は、複数の連続的な隣接ギャザー１４を形成し、交互の山部２０および谷部２２を形成するよう丸い湾曲部１８によって接合される実質的に真直な側壁１６を備えた略Ｖ字形状の断面をそれぞれに有する。フィルター媒体１０の例示的な実施の形態のギャザー１４で形成される山部２０および谷部２２は、実質的に等しい大きさで、等しく離間されているが、本発明のその他の実施の形態においては、これは必ずしも必要ではない。

図１および図２に示すように、例示的な実施の形態のフィルター媒体１０は、ギャザー付きシート１２に取付けられ、多孔性フィルター材料のギャザー付きシート１２をギャザー付き状態で保持する表面シート２４を含む。表面シート２４は、図１に示すように、ギャザー付きシート１２および表面シート２４の接合部に塗布される接着剤２６のビードによる等、所定の適切な様式でギャザー付きシート１２に取付けられてもよい。フィルター媒体１０の例示的な実施の形態では、表面シート２４もまた、多孔性フィルター材料で形成される。

図１に示すように、フィルター媒体１０の一方の縁２８に沿った、ギャザー１４の山部２０と表面シート２４との間のスペースは、それらの中にシール剤３０を配設せしめ、それにより、ギャザー１４の密閉部分３２を形成し、密閉部分３２を介する流体の流れを阻止する。フィルター媒体１０の例示的な実施の形態では、この密閉部分はフィルター媒体１０の一方の縁２８全体にわたって延在し、縁２８に沿った山部２０の全てを介する流れを阻止する。

図３から図５は、本発明に従うギャザー付きフィルター媒体のコイル３５（図３）を含むフィルターカートリッジ３４の形態における本発明の第２の例示的な実施の形態を示している。第２の例示的な実施の形態では、図１および図２に関して上述したように、図３に示すフィルター媒体もまた、ギャザー付きフィルター媒体１０である。しかし本発明に従うフィルターカートリッジのその他の実施の形態では、ギャザー付きフィルター媒体のその他の形態もまた使用できることは理解されよう。また、ギャザー付きフィルター媒体は、本発明に従うフィルターカートリッジのその他の実施の形態では、巻回される必要がなく、ギャザー付きフィルター媒体の層を積み重ねるか、さもなければ貼り合せる等の他の様式でも形成できることは理解されよう。

図３から図５に示すように、フィルターカートリッジ３４の例示的な実施の形態は、中心心棒３６の回りにギャザー付きフィルター媒体１０を巻回することで形成される。図４に示すように、ギャザー付きフィルター媒体１０が心棒３６に巻回されると、シール剤３８の第２のビードはギャザー付きフィルター媒体１０の第２縁４０に沿って谷部２２の中に塗布される。図１に示すように、ギャザー付きフィルター媒体１０が巻回されると、媒体１０の後続の各層１５の表面シート２４’は、ギャザー付きフィルター媒体１０の先行して巻回された層１３の山部２０の頂部に被せて順に巻回される。上述のごとく、シール剤３０の第１ビードは、ギャザー付きフィルター媒体１０の一方の縁２８において、ギャザー付きフィルター媒体１０の表面シート２４および山部２０によって画定される流れ領域を閉鎖する。シール剤３８の第２ビードは、ギャザー付きフィルター媒体１０の他方の縁４０において、ギャザー付きフィルター媒体１０の表面シート２４および谷部２２によって境界される流れ領域を閉鎖する。

この構造によって、フィルターカートリッジ３４の一方の端４２は巻回されたギャザー付きフィルター媒体１０の第１縁２８によって形成され、フィルターカートリッジ３４の他方の端４４は巻回されたギャザー付きフィルター媒体１０の第２縁４０によって形成される。その結果、フィルターカートリッジ３４の一方の端４２では、表面シート２４および谷部２２によって形成された空気通路は、図１の流入矢印４６に示すように、空気流を受入れるために開放していて、山部２０によって形成される空気通路はシール剤３０の第１ビードによって阻止される。しかしながら、フィルターカートリッジ１０の他端４４では、媒体１０の後続の層１５の表面シート２４’および媒体１０の先行する層１３の谷部２２によって形成された空気通路は、シール剤３８の第２ビーズによって阻止され、山部２０および表面シート２４によって先行する層１３の中に形成される空気通路は、図１の流出矢印４８に示すように、流れを許容するよう開放している。図１の交差矢印５０に示すように、空気流は、フィルターカートリッジ３４の中を流れるためには、ギャザー付きフィルター媒体１０のギャザー１４を通過しなければならない。

図５に示すように、フィルターカートリッジ３４の例示的な実施の形態は、フィルターカートリッジ３４の一端４２に固定されるボルト締めリング５２をも含む。シール支持リング５４は、フィルターカートリッジ３４の他端４４に固定されて、弾力シール５６を支持する。ボルト締めリング５２、シール支持リング５４および弾力シール５６が提供され、フィルターカートリッジ３４をフィルターアセンブリに取付けるようにする。

しかしながら、フィルターカートリッジ３４の形態における本発明に従うフィルター装置の第１の例示的な実施の形態は、フィルターアセンブリを含むものではなく、添付請求項で画定されるように、本発明に従うフィルターカートリッジのみを含むフィルター装置に対して意図的に限定されていることは、当該技術に理解されよう。

また、本発明に従うフィルターカートリッジのみを含むフィルター装置の他の実施の形態では、フィルターカートリッジのかかる実施の形態の構造は、本明細書中に開示されるフィルターカートリッジ３４の例示的な実施の形態とはかなり異なっていてもよいことも理解されよう。例えば、カートリッジ３４は、楕円形、正方形または長方形のようなその他の形状を有してもよい。いくつかの実施の形態では、本発明に従うフィルターカートリッジは、本明細書中に開示されるフィルターカートリッジ３４の例示的な実施の形態のボルト締めリング５２、シール支持リング５４および弾力シール５６等の取付けおよび密閉の機構なしに、本発明に従うギャザー付き多孔性フィルター媒体から形成される巻回式か、または他の様式の積層式の構造のみを含んでいてもよい。巻回式構造が使用される場合、中心心棒３６が取り除かれてもよく、その巻回は、波形フィルター媒体を有するフィルタのために過去に使用されていたものと類似の様式で、ギャザー付きフィルター媒体１０の中央の押し潰された部分を中心として行われてもよい。フィルターカートリッジ３４の例示的な実施の形態に関して開示されたもの以外の、フィルターアセンブリに対してフィルターカートリッジを取付けるのに適する多くの配列が、他の実施の形態において使用されてもよい。

図６は、多孔性フィルター材料のギャザー付きシートを含むフィルター媒体６６の１つ以上の層を有するフィルターカートリッジ６４を取付けるようにするフィルターハウジング６０およびブーツ６２の形態のフィルターアセンブリ５９を含む、フィルター装置５８の形態における、本発明の第３の例示的な実施の形態を示している。フィルターカートリッジ６４は、上述した本発明の第２の例示的な実施の形態のフィルターカートリッジ５４と同じように、ギャザー付き多孔性フィルター材料のコイルを含んでいる。フィルター装置がフィルターカートリッジ１０のみを包含し、カートリッジがそれに取付けられるようにされるフィルターアセンブリを含まない本発明の第２の例示的な実施の形態とは対照的に、本発明の第３の例示的な実施の形態は、フィルターカートリッジ６４と、ハウジング６０およびブーツ６２によって形成されるフィルターアセンブリ５９との両者を含んでいる。また、第３の例示的な実施の形態のフィルター装置５８は、フィルターカートリッジ６４の下流における空気流経路のあるポイントにおいてフィルターハウジング６０の中に取付けられる安全フィルタ６８も含んでいることに、留意されたい。

図７から図１２は、多孔性フィルター材料７６のギャザー付きシート７４を含むフィルター媒体７２を形成するギャザー成形装置７０の形態における本発明の第４の例示的な実施の形態を示している。図７に示すように、ギャザー成形装置７０は、ギャザー成形ローラ７８、８０の外周８２、８４から半径方向外向きに延在する複数の周方向離間突起８６、８８を有するその外周８２、８４をそれぞれに含む第１ギャザー成形ローラ７８と第２ギャザー成形ローラ８０とを含んでいる。

図７および図８に示すように、第１および第２ギャザー成形ローラ７８、８０は、第２ギャザー成形ローラ８０の突起８８が第１ギャザー成形ローラ７８の隣接突起８６の間に配設され、逆もまた同様に配設されるよう、互いに離間してタイミング合わせされる関係で回転可能にフレーム８１の中に取付けられ、第１および第２のギャザー成形ローラ７８、８０の間に送り込まれるときに多孔性フィルター材料７６のシートにギャザー９０を形成する。第１および第２のギャザー成形ローラ７８、８０の突起８６、８８および外周８２、８４は、多孔性フィルター材料７６のシートが第１ギャザー成形ローラ７８の外周８２または突起８６のいかなる部分と第２ギャザー成形ローラ８０の外周８４または突起８８のいかなる部分との間で圧縮されることがないように、構成されて互いに離間される。具体的には、ギャザー成形ローラ７８、８０は、多孔性フィルター材料７６の厚さ「ｔ」がギャザー成形ローラ７８、８０の何れか一方の突起８６、８８または外周８２、８４とギャザー成形ローラ７８、８０の他方の外周８４、８２または突起８８、８６との間で圧縮されることがないように、構成されて互いに離間される。

本明細書中で説明した本発明の例示的な実施の形態では、多孔性フィルター材料７６の厚さは、０．１５２４ｍｍから０．５０８ｍｍ（０．００６から０．０２０インチ）の範囲内に納まり、多くの用途のための好ましい厚さは０．３５５６ｍｍ（０．０１４インチ）であると企図されている。しかしながら、他の実施の形態では、０．１５２４ｍｍから０．５０８ｍｍ（０．００６から０．０２０インチ）の上記範囲より大きいかまたは小さい厚さを有する多孔性媒体が使用されてもよく、厚さｔの実際の選定はフィルター媒体の用途および所望性能に依存する。

図７から図１２に示すように、ギャザー成形装置７０は、ギャザー９０が第１および第２のギャザー成形ローラ７８、８０の間におけるシート７６の通過によって形成された後、シート７６をギャザー付き状態で維持するようにする１対のガイド９２も含んでいる。図１０に示すように、第１および第２のギャザー成形ローラ７８、８０の両者に関して、隣接突起および当該隣接突起に接合するギャザー成形ローラの外周の一部が、隣接突起の間のスペースを画定する。例えば、図１０に示すように、第２ギャザー成形ローラ８０からの隣接突起８８と、第２ギャザー成形ローラ８０の外周８４の一部とが、隣接突起８８の間におけるスペース９４（破線で示される）を画定する。ガイド９２は、シート７６のギャザー付き部分９６がギャザー成形ローラ７８、８０の間を通過した後、第２ギャザー成形ローラ８０の隣接突起８８の間におけるスペース９４の中において多孔性フィルター材料７６のシートのギャザー付き部分９６のギャザー９０を（図７に示すように）拘束する。

図７に示すように、第１ギャザー成形ローラ７８は第１ギャザー成形ローラ７８の軸９８を中心として回転可能であり、第２ギャザー成形ローラ８０は第２ギャザー成形ローラ８０の軸１００を中心として回転可能であり、第１および第２ギャザー成形ローラ７８、８０のそれぞれの軸９８、１００は、互いに平行に方向付けされ（すなわち、図７の紙面に対して垂直に出入りするように延在し）、第１および第２ギャザー成形ローラ７８、８０の軸９８、１００に略直交して延在する共通のセンターライン１０２によって交差される。

第１および第２のギャザー成形ローラは、図７に示すように、それぞれの軸を中心として反対方向に回転可能であり、それぞれのギャザー成形ローラ７８、８０の突起８６、８８は、他のギャザー成形ローラ８０、７８の隣接突起８８、８６の間のスペースの中へ延在し、図７に示すように、共通のセンターライン１０２に関する送込み側１０６および送出し側１０８を有するギャザー成形ゾーン１０４を画定する。第１および第２の両者のギャザー成形ローラ７８、８０の突起８６、８８は、第１および第２のギャザー成形ローラ７８、８０が、図７に示すように、それぞれの軸９８、１００を中心として反対方向に回転するとき、送込み側１０６からギャザー成形ゾーン１０４に入り、送出し側１０８からギャザー成形ゾーン１０４を出て行く。

図７および図１０に示すように、第１および第２のギャザー成形ローラ７８、８０の突起８６、８８は、それぞれにその末端部を画定し、第１および第２のギャザー成形ローラ７８、８０のそれぞれの突起８６、８８の末端部が、第１および第２のそれぞれのギャザー成形ローラ７８、８０の最大半径Ｒ１をそれぞれに画定する。ギャザー成形装置７０の例示的な実施の形態では、第１および第２のギャザー成形ローラは、同一であり、従って、同一の最大半径Ｒ１を有するが、本発明の他の実施の形態では、これが必ずしも必要ではないことに留意されたい。

ガイド９２は、第２ギャザー成形ローラ８０の送出し側１０８に主として配設され、かつ第２ギャザー成形ローラ８０の軸１００に中心配置される半径Ｒ２を有するガイド９２の略Ｃ字形状の案内面１１０をそれぞれに画定し、案内面９２の半径Ｒ２（図７および図１０を参照）は、多孔性フィルター材料７６のシートの厚さｔをプラスした第２ギャザー成形ローラ８０の最大半径Ｒ１と実質的に一致する。ギャザー成形装置７０の例示的な実施の形態では、案内面９２の半径Ｒ２は、多孔性フィルター材料７６の厚さｔが案内面１１０によって圧縮されないことを確実とするため、隙間間隔（図示せず）も含んでいる。

図９および図１０において最良にわかるように、装置７０の例示的な実施の形態では、多孔性フィルター材料７６のギャザー付きシート７４を含むフィルター媒体７２を形成するため、第１ギャザー成形ローラ７８は、ガイド９２の一部を受入れるために周方向に方向付けされる一対の溝１１２をそこに画定する。図７および図１０において最良にわかるように、ガイド９２は、送出し側１０８からギャザー成形ゾーン１０４まで共通のセンターライン１０２を超えて延在するその前縁１１４をそれぞれに画定する。ガイド９２は、図７および図１１において最良にわかるように、共通のセンターライン１０２の送出し側１０８に配設されるその後縁１１６もそれぞれ含んでいる。

多孔性フィルター材料７６のギャザー付きシート７４を含むフィルター媒体７２を形成するギャザー成形装置７０の例示的な実施の形態では、案内面１１０は、第２ギャザー成形ロール８０の回りの実質的な中間まで延在し、第２ギャザー成形ロール８０と案内面１１０との間にギャザーを拘束する。しかし、他の実施の形態では、案内面１１０は、装置７０の例示的な実施の形態のものより短いか、または長くてもよい。

図７および図１１において最良にわかるように、成形装置７０の例示的な実施の形態は、第２案内面ローラ１１８によって形成される第２案内面１１７と第２静止案内面１１９とを更に含み、それらは、第２ギャザー成形ローラ８０からのギャザー付きフィルター媒体７６を受入れるためガイド９２の案内面１１０の後縁１１６に隣接して位置決めされる。第２案内面１１７は、表面シート１２０の厚さｔ２をプラスした多孔性フィルター材料７６の厚さｔと実質的に等しい間隔だけ、第２ギャザー成形ローラ８０における突起８８の末端部から離間され、表面シート１２０は、多孔性フィルター材料７６のギャザー付きシート７４に対して接合され、フィルター媒体７２の一部を形成し、かつシート７４をギャザー付き状態で保持する

上述の構造により、第２ギャザー成形ローラ８０は、多孔性フィルター材料７６のギャザー付きシート７２を第２案内面１１７上に所定の送出し速度で供給するようにされ、ギャザー成形装置７０は、表面シート１２０を多孔性フィルター材料７６のギャザー付きシート７２の送出し速度と実質的に一致する速度で第２案内面１１７上に供給するようにする表面シート供給器１２２も更に備えている。

図７に示すように、多孔性フィルター材料７６のギャザー付きシート７４を含むフィルター媒体７２を形成するギャザー成形装置７０の例示的な実施の形態は、接着剤供給器１２４およびシール剤供給器１２６の両者も更に含んでいる。接着剤供給器１２４は、表面シート１２０と多孔性フィルター材料７６のギャザー付きシート７２との接合部に接着剤を供給するようになされ、表面シート１２０およびギャザー付きシート７２を互いに結合させる。シール剤供給器１２６は、多孔性フィルター材料７６のギャザー付きシート７２上にシール剤１２８を供給するようになされ、図１２に示すように、その密閉部分１３０を形成する。

また、ギャザー成形装置７０の例示的な実施の形態では、図７に示すように、多孔性フィルター材料７６は、第１ギャザー成形ローラ７８の回りに巻回され、それが第１ギャザー成形ローラ７８の突起８６の末端部を横断して摺動するようにすることで、ギャザー成形ゾーン１０４の中に送り込まれることが分かるであろう。ギャザー成形のため、ギャザー成形ゾーン１０４の中に入る多孔性材料７６は、突起８６、８８の末端部の周辺先端速度よりも早い速度で、第１および第２の両者のギャザー成形ローラ７８、８０の突起８６、８８の末端部を横断して摺動すると認識されるであろう。ギャザー成形ゾーン１０４の中に入る多孔性材料７６のこの摺動運動は、多孔性フィルター材料７６の圧縮を引き起こさない仕方で多孔性材料７６のギャザー成形を容易にする。第１ギャザー成形ローラ７８の突起８６の末端部の回りに多孔性材料７６を供給することもまた、多孔性フィルター材料７６に適切な張力を維持することを容易にするので、ギャザー成形される際に材料７６における過度な引っ張りのために圧縮が発生することがない。

このように、当業者は、本発明が先行の波形加工および／またはプリーツ加工式のフィルター媒体に優る多数の利点と、それらを製造するために使用される装置および方法とを提供するものであると認識するであろう。本発明の多くの実施の形態における、特に１つの利点は、本発明のギャザー付き媒体が先行の波形加工およびプリーツ加工式の媒体のように折れ曲がりの形成を容易にするために多孔性媒体を熱、蒸気、液体噴霧または浸漬に曝露する必要なしに形成され得るということである。

また、当業者は、本発明が幾つかの例示的な実施の形態に関連して本文で説明されたが、本発明の多くの他の実施の形態もまた実行可能であることを認識するであろう。

例えば、本文において説明した装置および方法の例示的な実施の形態の全てがギャザー付き媒体に焦点を置いていたが、本発明に従う媒体を形成する装置および方法は、ある程度の圧縮が生じるポイントまでギャザー成形ローラの要素の間の隙間を単純に削減することで、多孔性媒体がある度合いの圧縮を有する他のタイプの折れ曲がりフィルター媒体を形成するようにもなされ得ると認識されるであろう。また、圧縮が許容される場合には媒体の効果および効率の幾分かが失われるが、当業者は、本発明に従って、折れ曲がりを形成し、形成された折れ曲がりを好ましい間隔で案内して拘束する方法および装置が、従来利用可能であった方法および装置より顕著に簡単であると認識するであろう。

また、本文において説明した例示的な実施の形態または装置および方法の全てが、ギャザー付き媒体の反対側の縁３０、４０に配設されるシール剤３２、３８の第１および第２のビーズを有するギャザー付き媒体に焦点を置いてきたが、本発明に従って媒体を形成する装置および方法は、本出願と並行して出願されている米国特許出願１０／９７９，４５３において開示されたように、中間のシール剤を有する他のタイプの折れ曲がりフィルター媒体を形成するようになされ得るものであると認識され、当該出願は、本明細書中に引用して組み込まれる。

本発明の説明の文脈で（特に特許請求の範囲の文脈で）用いられる名詞及び同様な指示語の使用は、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、単数および複数の両方に及ぶものと解釈される。語句「備える」、「有する」、「含む」および「包含する」は、特に断りのない限り、オープンエンドターム（すなわち「〜を含むが限定しない」という意味）として解釈される。本明細書中の数値範囲の具陳は、本明細書中で特に指摘しない限り、単にその範囲内に該当する各値を個々に言及するための略記法としての役割を果たすことだけを意図しており、各値は、本明細書中で個々に列挙されるかのように、明細書に組み込まれる。本明細書中で説明されるすべての方法は、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、あらゆる適切な順番で行うことができる。本明細書中で使用するあらゆる例または例示的な言い回し（例えば「など」）は、特に主張しない限り、単に本発明をよりよく説明することだけを意図し、本発明の範囲に対する制限を設けるものではない。明細書中の如何なる言い回しも、本発明の実施に不可欠である、特許請求の範囲に記載されていない要素を示すものとは解釈されないものとする。

本明細書中では、発明を実施するため本発明者が知っている最良の形態を含め、本発明の好ましい実施の形態について説明している。当業者にとっては、上記説明を読んだ上で、これらの好ましい実施の形態の変形が明らかとなろう。本発明者は、熟練者がこのような変形を適宜用いるであろうことを予測し、発明が本明細書中で具体的に説明される以外の方法で実施されることを意図している。従って本発明は、準拠法で許されているように、本明細書に添付された請求項に記載の主題の修正および均等物をすべて含む。さらに、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、すべての考えられる変形における上記要素のいずれの組合せも本発明に包含される。

図１は、多孔性フィルター材料のギャザー付きシートを含むフィルター媒体の形態における本発明の第１の例示的な実施の形態の斜視図である。 図２は、図１の第１の例示的な実施の形態のフィルター媒体の拡大断面図である。 図３は、本発明によるギャザー付きフィルター媒体のコイルの斜視図である。 図４は、図３のフィルター材料のコイルを構築する方法を示す斜視図である。 図５は、フィルターアセンブリへの取付けに適するが、フィルターアセンブリを含まない、フィルターカートリッジの形態における本発明の第２の例示的な実施の形態の断面図である。 図６は、フィルターアセンブリとフィルターアセンブリに取付けられるフィルターカートリッジとを含む本発明によるフィルターカートリッジの形態における本発明の第３の例示的な実施の形態の断面図である。 図７は、多孔性フィルター材料のギャザー付きシートを含むフィルター媒体を形成する装置の形態における本発明の第４の実施の形態の側面概略図である。 図８は、図７および図９において示した領域に沿った、図７の装置の各部分の拡大側面図である。 図９は、図７の装置の上面図である。 図１０は、図７および図９において示した領域に沿った、図７の装置の各部分の拡大側面図である。 図１１は、図７および図９において示した領域に沿った、図７の装置の各部分の拡大側面図である。 図１２は、図７および図９において示した領域に沿った、図７の装置の各部分の拡大側面図である。

Claims (2)

1. 多孔性フィルター材料のギャザー付きシートを含むフィルター媒体を形成する方法であって：
   装置の第１および第２のギャザー成形ローラの間に多孔性フィルター材料のシートを送り込む工程を備え、
   前記第１および第２のギャザー成形ローラはそれぞれ外周を含み、前記外周は半径方向に延在する複数の周方向に離間した突起であって、前記第１および第２のギャザー成形ローラの半径方向の断面が丸い先端を有する突起を有し、
   前記第１および第２のギャザー成形ローラは、前記第１および第２のギャザー成形ローラの間に送り込まれる際に前記多孔性フィルター材料のシートに、刻み目を付け当該刻み目でプリーツ形状に折り畳むプリーツ加工をせずに、交互の山部および谷部を形成する丸い湾曲部によって接合される真直な側壁を備えたギャザーを形成するため、一方の前記ギャザー成形ローラの突起が他方の前記ギャザー成形ローラの隣接した突起の間に配設されるよう、互いに離間して前記一方のギャザー成形ローラの回転が前記他方のギャザー成形ローラの回転とタイミング合わせされる関係で回転可能に取付けられ、
   前記第１および第２のギャザー成形ローラの突起および外周は、前記多孔性フィルター材料のシートが前記第１のギャザー成形ローラの突起のいかなる部分と前記第２のギャザー成形ローラの突起のいかなる部分との間でも圧縮されないよう構成され、互いに離間され；
   前記多孔性フィルター材料のギャザー付きシートのギャザー付き部分が前記ギャザー成形ローラの間を通過した後、前記ギャザー成形ローラの一方の隣接した突起の間のスペース内に前記多孔性フィルター材料のギャザー付きシートのギャザー付き部分の前記ギャザーを拘束する工程を更に備え；
   前記多孔性フィルター材料のギャザー付きシートに表面シートを取付ける工程を更に備え；
   前記それぞれのギャザー成形ローラの前記突起が前記他方のギャザー成形ローラの溝の底に接触せず、そして前記突起が前記多孔性フィルター材料のシートの前記プリーツ加工をしないように構成され；
   前記隣接した突起の間に溝が画定された；
   方法。
2. 前記多孔性フィルター材料のギャザー付きシートの前記ギャザー付き部分が前記ギャザー成形ローラの間を通過した後、前記ギャザー成形ローラの一方の隣接した突起の間における前記スペース内に前記多孔性フィルター材料のギャザー付きシートの前記ギャザー付き部分の前記ギャザーを拘束する工程と；
   前記多孔性フィルター材料のギャザー付きシートの密閉部分を形成するため、前記多孔性フィルター材料のギャザー付きシートの部分の上にシール剤を供給するようになされたシール剤を供給する工程とを備える；
   請求項１に記載の方法。

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