JP4907871B2 - 耐氷結水フィルタ - Google Patents

Description

(関連出願)
本出願はその全体が参照によってここに取り入れられる、２００２年１１月２０日に出願された米国仮特許出願第６０／４２７，７７０号の優先権の利益を請求する。

(発明の分野)
本発明は、一般に利用時点水ろ過製品の分野に関する。特に、本発明は氷結条件にさらされたとき、本体が破裂に耐える方法で構成される冷蔵庫で使用する交換可能なフィルタ・カートリッジに関する。

(発明の背景)
今日販売される多くの冷蔵庫で見出せる共通の特徴は飲料水分配器および製氷機の双方にろ過水を供給できる水ろ過装置である。大部分の用途において、これらのろ過装置は清浄器で得られる原水から塩素と粒子状物質とを除去し、水および氷の味を良好にする能力があるろ材を使用する。

これらのろ過装置を設計するとき、重要な設計上の考察点はフィルタが占有するスペースの大きさである。これはフィルタの占めるスペースのために冷蔵庫内で利用可能な食料品保管スペースを減少することになる。水ろ過装置に割り当てるスペースを減少させる１つの方法は交換可能なフィルタ・カートリッジを使用することである。典型的には、この交換可能なフィルタ・カートリッジは１回につき未使用フィルタとの交換が必要になる前の何か月かを持ちこたえる十分なろ過能力を有する。

以前の冷蔵庫用水ろ過装置設計はハウス接続部とフィルタとの前にソレノイド作動隔離弁を組み込むことで水フィルタを保護する手段を備えていた。この隔離弁はろ過水を給水する間だけ開き、この結果、フィルタに構造故障が発生した場合に水が流れ続ける可能性を取り除くことができる。装置の煩雑さを除き、コストを下げる努力がなされた中で、冷蔵庫製造は隔離弁を省略し、高圧力でフィルタを運転する方法を追及した。ソレノイド作動隔離弁を交換する１つの方法はろ過装置自身に閉止手段を組み込むことである。この閉止手段の一例はフィルタ・カートリッジを取り外すとき、水供給系統を閉じる、マニホールドに装着するばね式弁である。

ろ過装置からフィルタ・カートリッジを取り外すときにはフィルタ閉止手段が有効であるとしても、これらの閉止手段はフィルタ・カートリッジに構造故障が発生したときには閉止手段がマニホールドとなお係合したまま、有効に機能しない。仮に、冷蔵庫が隔離弁を欠いて使用されたならば、水は故障したフィルタ・カートリッジに流れ続け、フィルタ・カートリッジから外部に流出する。このような水漏れは冷蔵庫周囲の床板に損傷を与える可能性がある。フィルタ・カートリッジが構造故障を起こす１つの場合とはフィルタ・カートリッジ内で停滞している水が固体として氷結するときである。水から氷へと変化すると、水は膨張し、フィルタ・ハウジングの亀裂や破裂を引き起こす。

現在のフィルタ・カートリッジ設計は耐疲労性、耐化学性、低コスト、低クリープ性および低毒性のために従来からの剛性ポリオレフィン・ポリマー、通常、未変性のタルク添加ポリプロピレンを利用する。これらの材料は残念ながら氷結域内の温度で脆くなる、ガラス転移温度を持つ傾向がある。材料が脆くなるのに加えて、在来のポリプロピレン樹脂はガラス転移温度以上になる条件では、約５−３０％の限界伸び率を有する。この氷結温度付近での限界のある弾性と脆性との兼ね合いにより氷結条件を免れねばならない、冷蔵庫水フィルタ・カートリッジで使用するのに申し分のないポリマーと比べて使用できるポリプロピレンはより少数になる。

本発明は耐氷結フィルタ・カートリッジ組み立て体であり、フィルタ・ハウジングと、ろ材とを備え、次の構成要素リストから選ばれた少なくとも１つの構成要素を有するフィルタ・カートリッジを備える。

氷結現象の間、破裂するのではなくむしろフィルタ・ハウジングの伸びを可能にする、伸びおよびガラス転移特性を有する高弾性ポリオレフィン・ポリマーで形成されるフィルタ・ハウジング、
フィルタ・カートリッジの内部に配置され、内部に封入された一定の量の空気を有するスリーブ、
氷結で生じる膨張応力に耐えるため十分に大きい隔壁厚さを有する、在来の剛性ポリオレフィンで形成されるフィルタ・ハウジング。

本発明はさらに耐氷結フィルタ・カートリッジ組み立て体を形成する方法である。

(発明の要約)
本発明のフィルタ・カートリッジは多様な技術を用いてフィルタ・カートリッジ内の圧力吸収要素を含む、望ましい特性を有し、および／または氷結で生じる応力に耐えるため隔壁強度を増大する、ポリマーを取り入れることによって氷結現象中に発生する故障に耐えることができる。一様相において、本発明は耐氷結水フィルタに関する。この耐氷結水フィルタの実施例は、たとえばここに十分に記述される水フィルタを備える。さらに、本発明は耐氷結水フィルタの使用および耐氷結水フィルタを製造する方法に関する。

第１の実施例において、フィルタ・ハウジングは破裂するのではなくむしろ氷結現象の間、フィルタ・ハウジングの伸びを可能にする、伸びおよびガラス転移特性を有するポリマーで製作される。ポリオレフィン化学における進歩は強度と弾性との望ましい特性を組み合わせたポリマーを誕生させた。メタロセン修飾ポリプロピレンまたはポリエチレン・ポリマーおよびコポリマーのような多様な高弾性ポリオレフィンはＡＳＴＭ Ｄ６３８試験方法で測定したとき、在来のポリオレフィンに備わる５−３０％付近の標準伸び率に対して８００％超の限界伸び率を備えて開発された。同様に、ダウ・ケミカルのダウレックス（Ｄｏｗｌｅｘ：登録商標）のような低密度ポリエチレン・ポリマーを使用することができる。ダウレックス（登録商標）は７５０％超の限界伸び率を有する。また、エクワスターのアラソン（Ａｌａｔｈｏｎ：登録商標）のような高密度ポリエチレン・ポリマーを使用することができる。アラソン（登録商標）は１，９００％超の限界伸び率を有する。これらの弾性ポリオレフィン・ポリマーは７００％超の限界伸び率を有するが、１００％超の限界伸び率を有する、他の弾性ポリオレフィン・ポリマーもまた在来のポリオレフィンに代えて使用することができる。選ばれたポリマーにかかわらず、これらの高弾性ポリオレフィンは少なからぬ強度、高弾性、低クリープ性および低コストという、特性を共有する。これらの高弾性ポリオレフィン・ポリマーは氷結現象を免れる適当な強度と弾性とを付与しながら、薄い隔壁を有するフィルタ・ハウジングを製作するために使用することができる。

この実施例の変形例において、フィルタ・ハウジングは複数のポリマーを備えることができる。弾性ポリオレフィンは弾性および強度特性に基づいてハウジング用ポリマーとして選択され、一方、境界キャップ用ポリマーは強度および剛性特性を得るために選ばれる。

別の実施例において、製造中に一定の量の空気がフィルタ・カートリッジの内部に封入される。この封入空気は独立気泡フォームまたは非破裂気泡ラップの形態で存在している。氷結現象の間、この封入空気はカートリッジ・ハウジングに対して外側に膨張するのではなくむしろ氷が封入空気を圧縮して内側に膨らむことを可能にする。カートリッジ・ハウジングに対する外側への膨張量が減少するので、この設計はカートリッジ・ハウジングの隔壁厚さを減少することができる。

代替的実施例において、上述した実施例は望ましい弾性および強度特性を有するポリマーからなるフィルタ・ハウジングをもたらすためカートリッジ・フィルタの内部容積に空気を封入する方法を取り入れながら、組み合わせることができる。

別の代替的実施例において、カートリッジ・フィルタはフィルタ・ハウジング自身に非改良標準ポリオレフィン構造、典型的には未変性のタルク添加ポリオレフィンを用いて設計することができる。ろ材は氷結のために有効である随伴水量を減少するため厚さ全体を通じて小さい多孔率を有するろ材が選択される。非改良ポリプロピレンの本来の特性にかかわらず、フィルタ・カートリッジはこの減少した水量の氷結で生じる膨張応力に耐えるため十分に大きい隔壁厚さを用いて構成される。

（図面の詳細な説明）
図１に氷結条件に長くさらした結果として生じる、商業的に利用できる住宅向きのフィルタ・カートリッジ１００が表わされる。商業的に利用できる大部分の典型的なフィルタ・カートリッジと同様にフィルタ・カートリッジ１００は在来の剛性で未変性のタルク添加ポロプロピレン・ポリマーから製作される。フィルタ・カートリッジ１００は一般に円筒状カートリッジ・ハウジング１０２とカートリッジ・ヘッド１０４とからなる。フィルタ・カートリッジ１００は筋違い端部１０６と係合端部１０８とで両端が形成される。カートリッジ・ヘッド１０４は水分配マニホールドと結ぶ、挿入傾斜路として描かれた相互接続部材１１０を備える。筋違い端部１０６は水分配マニホールドに取り付けあるいはそこから取り外すときに使用する突出掴み部１１２を備える。フィルタ・カートリッジ１００の長手方向に沿って直線状に延びる割れ目１１４がフィルタ・カートリッジ１００の表面に明白に見られる。割れ目１１４は実際の使用の中で氷結条件に長くさらした結果として生じる、在来のポリオレフィン・ポリマーで構成したフィルタ・カートリッジ１００の故障態様を表わす。割れ目１１４は液層にある水から氷が形成される間に生じる膨張応力でフィルタ・カートリッジ１００に破裂が生じて引き起こされる。

図２−図４は耐氷結フィルタ・カートリッジ１１６の実施例を表わす。
フィルタ・カートリッジ１１６はカートリッジ・ヘッド１１８と弾性カートリッジ・ハウジング１２０とを備える。カートリッジ・ハウジング１２０は、好ましくは、両者の間の伸び率値だけでなく、少なくとも約１００％超および幾つかの実施例では約７００％超の限界伸び率を有する高弾性ポリオレフィン・ポリマーで構成される。これに適するポリオレフィン・ポリマーの例はメタロセン修飾ポリプロピレンおよびポリエチレン、低密度ポリエチレンならびに高密度ポリエチレンを含む。好ましくは、カートリッジ・ヘッド１１８はカートリッジ・ハウジング１２０と同じ改良ポリオレフィン・ポリマーから構成される。これに代わるものでは、カートリッジ・ヘッド１１８はカートリッジ・ハウジング１２０の弾性ポリオレフィン・ポリマーとの使用中の折り合いが付く結合特性を呈する、他のポリオレフィン・ポリマーで構成してもよい。一般に、カートリッジ・ヘッド１１８とカートリッジ・ハウジング１２０とは、これに限られないが、射出成形法、圧縮成形法および押し出し成形法を含む、多様な成形方法を用いて形成される。カートリッジ・ヘッド１１８とカートリッジ・ハウジング１２０とは、好ましくは同じポリマーあるいは代替的には同等の性質のポリマーを備えるので、多様な結合方法がフィルタ・カートリッジ１１６を構成するために使用することができる。カートリッジ・ヘッド１１８とカートリッジ・ハウジング１２０とを接合する方法は、これに限られないが、回転溶接法、ホット・プレート法、電磁放射線加熱法、音波溶接法、接着剤接合法、レーザ溶接法およびこれらのいずれかの組み合わせを含む。一般に、カートリッジ・ヘッド１１８は挿入端部１２１と接合端部１２２とを備える。挿入端部１２１は挿入面１２４と挿入フランジ１２６とを備える。接合端部１２２は接合部材１２８を備える。カートリッジ・ヘッド１１９はまた中心入口孔１３０と複数の出口孔１３２とを備える。カートリッジ・ハウジング１２０は密閉端部１３４と、開放端部１３６と、内部空間１３８と、カートリッジ壁１４０と、シール面１４２とを備える。

図５−図８において、耐氷結フィルタ・カートリッジ１４４の代替的実施例が表わされる。フィルタ・カートリッジ１４４は弾性カートリッジ・ハウジング１４６と剛性カートリッジ・ヘッド１４８とを備える。カートリッジ・ハウジング１４６は両者の間の伸び率値だけでなく、少なくとも約１００％超および幾つかの実施例では約７００％超の限界伸び率を有する高弾性ポリオレフィン・ポリマーで構成される。これに適するポリオレフィン・ポリマーの例はメタロセン修飾ポリプロピレンおよびポリエチレン、低密度ポリエチレンならびに高密度ポリエチレンを含む。カートリッジ・ヘッド１４８はポリプロピレンのような在来の剛性ポリオレフィン・ポリマーから構成される。一般に、カートリッジ・ヘッド１４８とカートリッジ・ハウジング１４６とは、これに限られないが、射出成形法、圧縮成形法および押し出し成形法を含む、多様な成形方法を用いて形成される。この実施例では、カートリッジ・ハウジング１４６は密閉端部１５０と、開放端部１５２と、内部空間１５４と、カートリッジ壁１５６と、シール面１５８とを備える。一般に、ろ材１５９は内部空間１５４内に配置される。開放端部１５２には内壁面１６２に沿って周方向溝１６０が配置される。周方向溝１６０は内壁面１６２から突出する複数の成形凸部１６４を備える。これらの図に示されるように、内壁面１６２の成形凸部１６４に挿入結合リング１６６が固く取り付けられる。結合リング１６６は剛性カートリッジ・ヘッド１４８と同じポリオレフィン・ポリマーから構成されるが、剛性カートリッジ・ヘッド１４８と接合できる、カートリッジ・ハウジング１４６を構成するポリマー以外のいずれかのポリマーで構成してもよい。たとえば、他の嵌め込み成形技術を使用できるとしても、カートリッジ・ハウジング１４６を形成するとき、カートリッジ・ハウジング１４６成形用金型に結合リング１６６を置き、予め成形することができる。接合方法は、これに限られないが、回転溶接法、ホット・プレート法、電磁放射線加熱法、音波溶接法、接着剤接合法、レーザ溶接法またはこれらのいずれかの組み合わせを含む。一般に、カートリッジ・ヘッド１４８は挿入端部１６８と接合端部１７０とを備える。挿入端部１６８は挿入面１７２と挿入フランジ１７４とを備える。接合端部１７０は接合部材１７６を備える。カートリッジ・ヘッド１４８はまた中心入口孔１７８と複数の出口孔１８０とを備える。これに代わるものでは、弾性カートリッジ・ハウジング１４６のポリマーが剛性カートリッジ・ヘッド１４８に相応に接合できる場合、カートリッジ・ハウジング１４６は挿入結合リング１６６に相当する構造物を一体に備えるようにしてもよい。この代替的実施例では、構造物は２つの材料成分とするのではなく、カートリッジ・ハウジング１４６の材料が均質である点を除いて図５−図８に示されるように構成される。

図９−図１６に耐氷結フィルタ・カートリッジ１８４の別の代替的実施例が表わされる。フィルタ・カートリッジ１８４は弾性カートリッジ・ハウジング１８６と剛性カートリッジ・ヘッド１８８とを備える。カートリッジ・ハウジング１８６は両者の間の伸び率値だけでなく、少なくとも約１００％超および幾つかの実施例では約７００％超の限界伸び率を有する高弾性ポリオレフィン・ポリマーで構成される。これに適するポリオレフィン・ポリマーの例はメタロセン修飾ポリプロピレンおよびポリエチレン、低密度ポリエチレンならびに高密度ポリエチレンを含む。カートリッジ・ヘッド１８８はポリプロピレンのような在来の剛性ポリオレフィン・ポリマーで構成される。一般に、カートリッジ・ヘッド１８８とカートリッジ・ハウジング１８６とは、これに限られないが、射出成形法、圧縮成形法および押し出し成形法を含む、多様な成形方法を用いて形成される。この実施例では、カートリッジ・ハウジング１４６は密閉端部１９０と、開放端部１９２と、内部空間１９４と、カートリッジ壁１９６とを備える。一般に、ろ材１９８は内部空間９４内に配置される。開放端部１９２は案内面２００と、外壁面２０４周りに形成される周方向外部ねじ２０２とを備える。カートリッジ・ヘッド１８８は挿入端部２０６と接合端部２０８とを備える。挿入端部２０６は挿入壁２１０を備える。挿入壁２１０は開放端部１９２よりも僅かに大きい直径を有する。挿入壁２１０は内部ねじ２１４を備えた内面２１２を備える。挿入端部２０６はまた挿入ストッパ２１６を備える。接合端部２０８は接合部材２１８を備える。カートリッジ・ヘッド１８８はまた中心孔２２０と、複数の出口孔２２２と中心入口孔２２０を取り囲む凹所２２３とを備える。カートリッジ・ヘッド１８８とカートリッジ・ハウジング１８６とが取り付けられたとき、隙間２２４が保たれる。

図１７および図１８は耐氷結フィルタ・カートリッジ２２６の代替的実施例を表わす。フィルタ・カートリッジ２２６はカートリッジ・ハウジング２２８と、圧縮スリーブ２３０と、ろ材２３２と、カートリッジ・ヘッド２３４とからなる。一般に、カートリッジ・ヘッド２３４とカートリッジ・ハウジング２２８とは、これに限られないが、射出成形法、圧縮成形法および押し出し成形法を含む、多様な成形方法を用いて形成される。カートリッジ・ハウジング２２８は密閉端部２３６、開放端部２３８および内壁２４０で形成される、一般に円筒状の形態を有する。圧縮スリーブ２３０は内側スリーブ壁２４２および外側スリーブ壁２４４によって形成される、一般に円筒状の形態を有する。内側スリーブ壁２４２は内部空間２４６を形成する。内側スリーブ壁２４２と外側スリーブ壁２４４とは気密エア・ポケット２４８を形成する。気密エア・ポケット２４８には、たとえば独立気泡フォームまたは適する非破裂気泡ラップの形態で存在している封入空気を備える。ろ材２３２は末端部２５０、基部２５２、外側ろ材壁２５４、内側ろ材壁２５６および連続流通孔２５８によって形成される、一般に円筒状の形態を有する。カートリッジ・ヘッド２３４は突出境界片２６０と、中心入口孔２６２と、複数の出口孔２６４と、カラー２８８とを備える。

図１９および図２０は耐氷結フィルタ・カートリッジ２６８の別の代替的実施例を表わす。フィルタ・カートリッジ２６８はカートリッジ・ハウジング２７０と、ろ材２７２と、カートリッジ・ヘッド２７４とを備える。一般に、カートリッジ・ヘッド２７４とカートリッジ・ハウジング２７０とは、これに限られないが、射出成形法、圧縮成形法および押し出し成形法を含む、多様な成形方法を用いて形成される。カートリッジ・ハウジング２７０は密閉端部２７６、開放端部２７８および隔壁２８０で形成される、円筒状の形態を有する。隔壁２８０は内壁面２８４と外壁面２８６とで形成される壁厚さ２８２を有する。好ましくは、壁厚さ２８２は約３．１８ｍｍ（１／８インチ）から約１２．７ｍｍ（１／２インチ）の範囲から選ばれる。内壁面２８４、密閉端部２７６および開放端部２７８は内部空間２８８を形成する。ろ材２７２は末端部２９０、基部２９２、外側ろ材壁２９４、内側ろ材壁２９６および連続流通孔２９８で形成される、一般に円筒状の形態を有する。カートリッジ・ヘッド２７４は突出境界片３００と、中心入口孔３０２と、複数の出口孔３０４と、カラー３０６とを備える。

図２−図４に表わされた第１の実施例において、フィルタ・カートリッジ１１６は内部空間１３８内に装着されたろ材（図示せず）を備える。このろ材はろ材１５９と外観および構成がたぶん類似している。ろ材はカートリッジ・ヘッド１１８を弾性カートリッジ・ハウジング１２０に完全に取り付けることで所定の位置に保持される。挿入面１２４は挿入フランジ１２６がシール面１４２と接するまで内部空間１３８に挿入される。挿入フランジ１２６とシール面１４２とはフィルタ・カートリッジ１１６組み立て体を完成するため完全に接合される。実際には、フィルタ・カートリッジ１１６のカートリッジ・ヘッド１１８はフィルタ・マニホールド（図示せず）に相互接続することが可能である。

図５−図８に表わされた代替的実施例において、フィルタ・カートリッジ１４４は内部空間１５４に装着されるろ材１５９を備える。ろ材１５９は、これに限られないが、深層ろ材、絶対ろ材、活性炭ろ材、イオン交換ろ材およびこれらの組み合わせを含む、多様なろ材を備えることができる。ろ材１５９は剛性カートリッジ・ヘッド１４８を弾性カートリッジ・ハウジング１４６に完全に取り付けることで所定の位置に保持することができる。剛性カートリッジ・ヘッド１４８と弾性カートリッジ・ハウジング１４６とが異なるポリマーで構成されるので、標準的な取り付け方法は適用できない。取り付けを促進するために結合リング１６６を周方向溝１６０に挿入して成形する。成形凸部１６４は結合リング１６６と弾性カートリッジ・ハウジング１４６との結合を促進する。結合リング１６６は剛性カートリッジ・ヘッド１４８に結合できる、いずれかのポリマーを使用することも可能であるが、剛性カートリッジ・ヘッド１４８と同じポリマーで構成する。挿入面１７２は挿入フランジ１７４がシール面１５８と接するまで内部空間１５４に挿入する。剛性カートリッジ・ヘッド１４８と弾性カートリッジ・ハウジング１４６とはフィルタ・カートリッジ１４４組み立て体を完成するため完全に結合される。先に議論したように、弾性カートリッジ・ハウジング１４６は同じ結合方法を用いて剛性カートリッジ・ヘッド１４８に結合できる、挿入結合リング１６６に相当する構造物を一体に備えてもよい。

図９−図１６に表わされた別の代替的実施例において、フィルタ・カートリッジ１８４は内部空間１９４に装着されるろ材１９８を備える。ろ材１９８は、これに限られないが、深層ろ材、絶対ろ材、活性炭ろ材、イオン交換ろ材およびこれらの組み合わせを含む、多様なろ材を備えることができる。ろ材１９８は剛性カートリッジ・ヘッド１８８を弾性カートリッジ・ハウジング１８６に完全に取り付けることで所定の位置に保持される。案内面２００は外部ねじ２０２が内部ねじ２１４と接するまで挿入端部２０６に位置決めされる。剛性カートリッジ・ヘッド１８８と弾性カートリッジ・ハウジング１８６とはその後内側ねじ２１４と外側ねじ２０２とによって回転可能に相互結合される。好ましくは、剛性カートリッジ・ヘッド１８８を弾性カートリッジ・ハウジング１８６にねじで固着する前に溶融にかわ剤またはエポキシ樹脂のような他の適当な接着剤を凹部２２３に注入する。溶融にかわ剤または接着剤はフィルタ・カートリッジ１８２を完成するため、好ましくは、内部ねじ２１４と外部ねじ２０２とを結合して剛性カートリッジ・ヘッド１８８を弾性カートリッジ・ハウジング１８６に完全に結合するのに役立つ。剛性カートリッジ・ヘッド１８８と弾性カートリッジ・ハウジング１８６との結合に加えて、水漏れを防ぐため溶融にかわ剤または接着剤を隙間２２４に充填し、ガスケットまたはシール材として働くようにする。

図１７−図１８に表わされた別の代替的実施例において、外側スリーブ壁２２４と内側スリーブ壁２４０とが接するように、フィルタ・カートリッジ２２６は圧縮スリーブ２３０をカートリッジ・ハウジング２２８の開放端部２３８に置いて組み立てられる。次いで、ろ材２３２を圧縮スリーブ２３０のスリーブ空間２４６に置く。ろ材２２６は、これに限られないが、深層ろ材、絶対ろ材、活性炭ろ材、イオン交換ろ材およびこれらの組み合わせを含む、多様なろ材を備えることができる。ろ材２２６はカートリッジ・ヘッド２３４をカートリッジ・ハウジング２２８に完全に取り付けることで所定の位置に保持される。突出境界片２６０はろ材２２６の流通孔２５８に境界片２６０を挿入するように位置決めされる。カラー２６６はカートリッジ・ハウジング２２８の開放端部２３８に挿入し、カートリッジ・ヘッド２３４とカートリッジ・ハウジング２２８との結合を容易にする。結合方法は、これに限られないが、回転溶接法、ホット・プレート法、電磁放射線加熱法、音波溶接法、接着剤接合法、レーザ溶接法またはこれらのいずれかの組み合わせを含む、いずれかの適する方法が採用される。

図１９および図２０に表わされた別の代替的実施例において、フィルタ・カートリッジ２６８は末端部２９０を密閉端部２７６に近づけるようにろ材２７２をカートリッジ・ハウジング２７０の開放端部２７８に置いて組み立てられる。ろ材２７２は、これに限られないが、深層ろ材、絶対ろ材、活性炭ろ材、イオン交換ろ材およびこれらの組み合わせを含む、多様なろ材を備えることができる。好ましくは、ろ材２７２は随伴水量を減少するため小さい内部多孔率を有するように製作される。ろ材２７２はカートリッジ・ヘッド２７４をカートリッジ・ハウジング２７０に取り付けることで所定の位置に保持することができる。カラー３０６は開放端部２７８に挿入し、入口孔３０２と流通孔２９８とが同心になるように位置決めされる。カートリッジ・ヘッド２７４は、これに限られないが、回転溶接法、ホット・プレート法、電磁放射線加熱法、音波溶接法、接着剤接合法、レーザ溶接法またはこれらのいずれかの組み合わせを含む、いずれかの適する方法によってカートリッジ・ハウジング２７０に結合される。

実際には、本発明のカートリッジ形フィルタは冷蔵庫のような用途で用いられる水ろ過装置と共に使用される。代表的なろ過装置の例は“低流出形交換可能な水フィルタ組み立て体”の名称が与えられた米国特許出願番号第09/918,316号および“新分離形交換可能な水フィルタ組み立て体”の名称が与えられた米国特許出願番号第10/202,290号明細書だけでなく、米国特許第5,753,107号、第6,027,644号、第6,193,884号明細書に開示される。これらの明細書の開示はその全体が参照によってここに取り入れられる。一般に、未処理原水は水供給源（図示せず）から水マニホールド（図示せず）に流動する。原水は水マニホールドからフィルタ・カートリッジに向かう。このフィルタ・カートリッジは上述した実施例のいずれかである。未処理原水はフィルタ・カートリッジに流れ、ろ材を通過し、フィルタ・カートリッジを出てろ過水を分配するマニホールドに達し、各利用点に流動する。ろ過水が使用されないとき、フィルタ・カートリッジの開通している容積が水で満たされる。フィルタ・カートリッジが氷結条件にさらされたならば、水は氷結し始め、膨張が始まる。水は氷へと変化すると、外方向に膨張し、フィルタ・カートリッジが膨張応力にさらされる。

フィルタ・カートリッジ１１６が膨張応力にさらされたとき、弾性カートリッジ・ハウジング１２０は割れ目１１４のような故障を免れ、破裂しないで伸長し、膨張し、変形し始める。カートリッジ・ハウジング１２０が高い限界伸び率を有する高弾性ポリオレフィン・ポリマーから構成されるので、フィルタ・カートリッジ１１６の一体性が維持される。

フィルタ・カートリッジ１４４が膨張応力にさらされたとき、弾性カートリッジ・ハウジング１４６は割れ目１１４のような故障を免れ、破裂しないで伸長し、膨張し、変形し始める。カートリッジ・ハウジング１４４が高い限界伸び率を有する高弾性ポリオレフィン・ポリマーから構成されるので、フィルタ・カートリッジ１４４の一体性が維持される。また、剛性カートリッジ・ヘッド１４８の強度により剛性カートリッジ・ヘッド１４８が伸長し、膨張し、変形するのを防ぐことができる。剛性カートリッジ・ヘッド１４８は物理的形状を維持することでマニホールドに取り付けられたまま、カートリッジ・ヘッドが反り、マニホールドから引き離されることで生じる、どのような水漏れも取り除くことができる。

フィルタ・カートリッジ２２６の装着前、圧縮スリーブ２３０は大気圧のみにさらされる。いったんフィルタ・カートリッジ２２６が装着されると、圧縮スリーブ２３０は系統圧力にさらされ、圧縮スリーブ２３０の状態が１次圧縮状態になる。氷結条件にさらされたとき、氷で生じた膨張応力が圧縮スリーブ２３０を膨張させ、エア・ポケット２４８を２次圧縮状態に圧縮する。この膨張はカートリッジ・ハウジング２２８が膨張で生じる全ての力を受けないようにエア・ポケット２４８を圧縮するので、カートリッジ・ハウジング２２８は破裂圧力を上回る膨張力をまともに受けない。圧縮スリーブ２３０の厚さおよび封入空気量を含む、物理的特性はカートリッジ・ハウジング２２８の隔壁厚さ、幾何学的形状またはポリー成分に応じて調整するため変更することができる。

フィルタ・カートリッジ２６８が氷結条件にさらされたとき、カートリッジ・ハウジング２７０の内部に存在する水量は、好ましくは、氷の膨張がフィルタ・カートリッジ２６８に過剰な伸び、膨張、変形を生じさせないように十分少なくする。随伴水の容量を少なくしているろ材２７２を使用することによって氷結のために有効である水量を少なくすることができる。また、隔壁厚さ２８２は水が氷に変化して起こる膨張応力に耐えるのに十分な厚さにする。

本発明の多様な実施例の利点が説明されたが、これらの実施例が容易に組み合わせられ、多くの耐氷結フィルタ・カートリッジの実施例がなし遂げられることは当業者には明らかである。

図１は破裂したフィルタ・カートリッジの斜視図である。 図２は耐氷結フィルタ・カートリッジの拡大斜視図である。 図３は図２の耐氷結フィルタ・カートリッジの端部を示す斜視図である。 図４は図２の耐氷結フィルタ・カートリッジの端部を断面で示す斜視図である。 図５は耐氷結フィルタ・カートリッジの実施例の拡大斜視図である。 図６は図５のフィルタ・カートリッジ用カートリッジ・ハウジングの断面で示す斜視図である。 図７は図５のフィルタ・カートリッジ用カートリッジ・ハウジングの断面で示す斜視図である。 図８は図５のフィルタ・カートリッジの断面で示す側面図である。 図９は耐氷結フィルタ・カートリッジの実施例の拡大斜視図である。 図１０は図９のフィルタ・カートリッジの側面図である。 図１１は図９のフィルタ・カートリッジ用カートリッジ・ヘッドの上面の斜視図である。 図１２は図９のフィルタ・カートリッジ用カートリッジ・ヘッドの底面の斜視図である。 図１３は図９のフィルタ・カートリッジ用カートリッジ・ハウジングの斜視図である。 図１４は図９のフィルタ・カートリッジ用カートリッジ・ハウジングの側面図である。 図１５は図９のフィルタ・カートリッジ用カートリッジ・ハウジングの断面で示す側面図である。 図１６は図９のフィルタ・カートリッジ用カートリッジ・ハウジングの断面で示す側面図である。 図１７は耐氷結フィルタ・カートリッジの実施例の拡大斜視図である。 図１８は図１７のフィルタ・カートリッジの断面で示す側面図である。 図１９は耐氷結フィルタ・カートリッジの実施例の側面図である。 図２０は図１９のフィルタ・カートリッジの断面で示す側面図である。

Claims (4)

1. フィルタ・カートリッジであって、
   弾性カートリッジ・ハウジングと；
   前記弾性カートリッジ・ハウジングの内部に配置されたろ材と；
   前記弾性カートリッジ・ハウジングの一端部に固着されると共に接合部材を備えて、前記フィルタ・カートリッジがフィルタ・マニホールドから離脱するのを阻止する剛性カートリッジ・ヘッドと；
   系統圧力下の水により満たされる前記フィルタ・カートリッジ内部の開放空間と；からなり、
   前記弾性カートリッジ・ハウジングが、水の氷結に伴い変形し始めると共に水が氷結している間に変形するが破裂しない第１材料からなり、前記第１材料の一体性が、氷結後にも維持され；
   前記剛性カートリッジ・ヘッドが、系統圧力下及び氷結の間、その物理的形状を維持する第２材料からなり、ここで、前記剛性カートリッジ・ヘッドが、氷結後にも前記弾性カートリッジ・ハウジングに固定されている、ことを特徴とする、フィルタ・カートリッジ。
2. 前記第１材料が、メタロセン修飾ポリプロピレン、またはメタロセン修飾ポリエチレンもしくはそれらの組合せのいずれか一つからなることを特徴とする、請求項１に記載のフィルタ・カートリッジ。
3. 前記第１材料が、少なくとも１００パーセントの極限伸び率を有し、かつ前記第２材料が、５から３０パーセントの範囲の極限伸び率を有することを特徴とする、請求項１に記載のフィルタ・カートリッジ。
4. 前記ろ材が、水で満たされ氷結した後に前記第１材料の一体性を維持するために必要である空間よりも小さい空間に前記開放空間を制限する程度の、小さな多孔率で構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のフィルタ・カートリッジ。

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