JP4961433B2 - フィルタ装置から延在する管状の封止カラーを補強する方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン又はコンプレッサの吸気口に進入する粉塵を伴う空気等の流体からの粒子状物質の濾過に関し、より詳細には、フィルタと、フィルタ外部の流体供給システムとの接合部分にシールを提供することに関する。

エンジン又はエアコンプレッサの吸気等における特定の用途において、粒子状物質が損傷を与えるのを防ぎ、及びエンジン又はコンプレッサの長寿命化を促進するために、吸気から粉塵、すす、砂や他の粒子状物質を除去するある種の濾過装置を設けることは長い間の慣例であった。かかる濾過装置はしばしば、未濾過空気吸気口と、エンジン又はコンプレッサの吸気口と動作可能に連結された清浄空気排気口とを有する管状のハウジングを備える。また、かかる濾過装置は通常、空気が濾過装置の未濾過空気吸気口と清浄空気排気口の間を移動する際に通過しなければならない濾過媒体により形成されるフィルタパックを有するフィルタカートリッジを含んでいる。

また、かかるフィルタ装置は通常、フィルタカートリッジが予め決められた使用期間の後、清掃又は交換のために取り外すことができるように構成されている。例えば、ドゥングス（Ｄｕｎｇｓ）他による米国特許第５，７３０，７６９号は、未濾過空気吸気口と清浄空気排気口とを備える円筒状のハウジングを有し、清浄空気排気口はハウジングの軸方向端面と実質的に同軸に設置されている、内燃機関の燃焼空気を清浄するためのエアフィルタを開示している。清浄空気排気口において、延長チューブがハウジングの内部に延在している。フィルタインサートは、その端面に径方向のパッキンを含み、パッキンは、清浄空気排気口における中心筒の上へスライドするよう構成されている。フィルタインサートの反対の端面は閉じている。径方向のパッキンは、径方向に自在に移動可能な封止ビードを備えている。

しかし、経験により分かることは、ドゥングス（Ｄｕｎｇｓ）による教示にもあるような径方向に自在に移動可能な封止ビードは、ある種の用途において適切なシールを提供しないことである。この用途とは特に、フィルタカートリッジの両側に比較的高い圧力差がある場合にシステムを作動させなければならない用途、すなわち、フィルタカートリッジの清掃又は交換期間が長期に亘ることによりフィルタカートリッジの濾過媒体の汚れがひどくなり、フィルタカートリッジの両側に高い圧力差が生じるような用途である。自在に移動可能な径方向シールの漏れは、シールの直径が大きくなり、フィルタカートリッジのフロー容量が増えるにつれ、より頻繁に起こる傾向があることが経験により分かっている。

フロー容量が増加したフィルタの使用に、より適するシール構造であって、なおも径方向にある程度の圧縮性を有するシール構造を提供する試みにおいて、モルガン（Ｍｏｒｇａｎ）他による米国特許第６，１４９，７００号及び第６，３０６，１９３号等に示されるいくつかの従来のフィルタ要素は、延在する外側ライナーを提供しており、このライナーは、フィルタ要素をフィルタハウジングに設置する際、フィルタ要素の軸方向の端部の弾性圧縮材料のエンドキャップの一部が外側ライナー及びフロー管の間で径方向に保持され、前記の間で径方向に圧縮されるよう、襞のある濾過媒体の外襞の山を囲んでいる。モルガン（Ｍｏｒｇａｎ）の’７００号特許及び’１９３号特許に求められるような外側ライナーを追加することにより、例えば、フィルタ要素の製造や使用済みのフィルタ要素の廃棄がより複雑かつ高コストなものとなり、望ましくない。モルガン（Ｍｏｒｇａｎ）特許はまた、外側ライナーは広げた金網、すなわちスクリーン、又は穴のあいた金属から作られると開示している。かかる金属要素の使用は、設計上、および／または政府規制の要求上、焼却可能であるべきフィルタ要素において、特に望ましくない。

したがって、上記に論じた従来のシール方法及び装置の一つ以上の欠点を克服する、フィルタ装置におけるシールを補強する改良方法及び改良装置を提供することが望ましい。また、かかる改良方法及び改良装置を、本発明が実施されるフィルタ装置を通して、フロー容量の増加を導く形態で実施することが望ましい。

本発明は、管状の封止カラーの少なくとも一部分の外周の変化に対して抵抗するため、補強要素を管状の封止カラー内に埋め込む又は実質的に包囲することにより、フィルタカートリッジから延在する管状の封止カラーを補強する改良方法及び改良装置を提供する。補強要素を管状の封止カラー内に埋め込むことにより、高流量および管状の封止カラーの両側の圧力差を処理可能な形態で、しかもフィルタカートリッジの取り付け及び取り外しを容易にする、径方向に作用するシールが提供される。

本発明の一つの形態において、管状の封止カラーであって、フィルタカートリッジから当該フィルタカートリッジの取り付け軸の回りに延在し、取り付け軸の回りの管状の封止カラーの外周を画定する弾性材料の本体を有する管状の封止カラーは、管状の封止カラーの少なくとも一部分の外周の取り付け軸の回りの変化に対して抵抗するための、管状の封止カラー本体に埋め込まれた補強要素を有する。

実質的に管状の封止カラーは弾性的に圧縮可能な発泡材料から形成されてもよく、補強要素は実質的に非圧縮性の材料から形成されてもよい。補強要素が取り付け軸の回りで補強要素の外周を画定している場合、管状の封止カラーはプラスチック発泡材から形成されてもよく、補強要素は補強要素の外周の取り付け軸の回りの変化に対して実質的に抵抗できる材料から形成されてもよい。補強要素はプラスチック材料、又は他の容易に焼却可能な材料から形成されてもよい。補強要素の各部分の断面積を選択的に減少させることにより、外周の取り付け軸の回りの変化に対する補強要素の抵抗力が調節可能となる。

管状の封止カラーは、当該管状の封止カラーの少なくとも一部分の外周の変化に対して抵抗可能な弾性材料から形成されてもよく、補強要素は、補強要素の外周の取り付け軸の回りの変化に対して弾性材料より大きな抵抗力を有するように構成されてもよい。

本発明のある形態では、管状の封止カラーの本体の弾性材料は補強要素を封止カラーの本体内に固定するのに用いられてもよい。管状の封止カラーの本体の弾性材料の一部分が貫通して延在するために、補強要素に開口を設けてもよい。

本発明のある形態では、補強要素は、取り付け軸の回りに配置された実質的に管状のリングとして構成されてもよい。実質的に管状のリングは内部に割れ目を含んでいてもよい。本発明による実質的に管状のリングは、ある部分の断面構成に一つ以上の変化を含んでいてもよい。補強要素の一つ以上の選択されたエリアを貫通して延在する一つ以上の開口を設けることにより、管状のリングの断面エリアを、その一つ以上の選択されたエリアで減少させてもよい。

本発明は様々な形態で実施可能であり、例えば管状の封止カラーを補強する方法、本発明による管状の封止カラーを有するフィルタ装置、又は本発明によるフィルタカートリッジとして実施される。

本発明の他の態様、目的及び利点は、以下に記す発明の説明を添付の図面と共に参照することにより明らかとなろう。

本発明はいくつかの好ましい実施の形態に関連して説明されているが、これらの実施の形態に限定する意図は無い。反対に、意図していることは全ての代替、変更及び等価物が添付の請求の範囲に規定されている本発明の精神と範囲内に含まれることである。

図１は本発明によるフィルタ装置の第１の実施の形態を示し、フィルタカートリッジ１００の形態をとっている。フィルタカートリッジ１００の実施の形態は通常、直円シリンダの形態をとっており、直円シリンダは、閉端キャップ１０４により軸方向の一端が閉じられた実質的な管状を形成する、略管状のメディアパック１０２を有し、フィルタカートリッジ１００の中心線にほぼ沿って延在する挿入軸１０８の回りに、反対側の軸方向の端部から延在する管状の封止カラー１０６を有する。

管状の封止カラー１０６はポリウレタンフォーム等の弾性材料から形成された本体１１０を有する。封止カラー１０６の本体１１０の、内部径方向シール形成面１１２は、挿入軸１０８の回りに封止カラー１０６の外周を画定している。

管状の封止カラー１０６はまた、管状の封止カラー１０６の本体１１０内に実質的に埋め込まれた補強要素１１４を含み、補強要素１１４は実質的に管状の封止カラー１０６の本体１１０内に封入されている。管状の封止カラー１０６は弾性発泡材料から形成されているにも関わらず、管状の封止カラー１０６は元来、管状の封止カラー１０６の内部径方向シール形成面１１２、及び管状の封止カラー１０６の本体１１０の内部面１１２と補強要素１１４の径方向内部面との間に位置する管状の封止カラー１０６の一部分１１６の、外周の変化に対するいくらかの抵抗力を有している。実施の形態では、補強要素１１４は、の管状の封止カラー１０６の本体１１０の一部分１１６の外周の挿入軸１０８の回りの変化に対して、補強要素１１４が存在しないならば本体の一部分１１６が有するであろう抵抗力より大きな抵抗力を有する材料から形成されている。その結果、図２に示すように、排出管１１８が図３に示すように管状の封止カラー１０６に動作可能に結合されると、補強要素１１４は、管状の封止カラー１０６が、補強要素１１４が管状の封止カラー１０６の本体１１０内に埋め込まれていないならば起こるであろう程度まで外周方向に膨張してしまうのを防ぐ。

補強要素１１４が管状の封止カラー１０６の本体１１０の外周の膨張を制限する度合いは、管状の封止カラー１０６の本体１１０の望ましい補強レベルを提供するため、実施の形態の設計及び製造に際して選択的に調節可能である。例えば、本発明のある形態では、管状の封止カラー１０６の本体１１０の内側面１１２により画定された外周の膨張に対して大変高い抵抗力を提供するために、補強要素１１４を例えば鋼鉄、アルミニウム、もしくは真ちゅう等の金属材料、又は硬質プラスチックから形成することが望ましい。本発明の他の実施の形態では、補強要素１１４の材料に、例えばポリプロピレン等のある程度の弾力性のある材料を使用することが望ましい。

補強要素１１４によりもたらされる補強の度合いは、例えば図１に示すように、補強要素１１４に穴１２０を開けることにより、補強要素１１４のある選択されたエリアにおいて断面エリアを局所的に減らすことにより更に調節可能である。かかる断面エリアの削減は、例えば、管状の封止カラー１０６の本体１１０を補強要素１１４の周りに形成するのに使用される型内で、補強要素１１４の形状および位置を保持できるような厚さの補強要素１１４の使用が望ましい場合に有益である。ある局所的なエリアにおいて補強要素１１４の肉厚を選択的に削減することにより、より厚い肉厚の補強要素が使用可能となり、管状の封止カラー１０６の本体１１０内に補強要素１１４を埋め込むのを容易にする望ましい構造的強度を提供し、しかも補強要素１１４の外周の変化に対する抵抗力が、補強要素の断面積が外周全体に亘って一定である場合に達成されるであろう抵抗力より少なくなる。逆に言えば、補強要素１１４が、管状の封止カラー１０６の本体１１０に補強要素１１４を埋め込むプロセスが行われる間、補強要素１１４が薄すぎてその形状及び／又は位置を保持できないような厚さ、すなわち外周の変化に関する望ましいレベルの抑制、を必要とするであろう場合、ある選択されたエリアにおいて補強要素１１４の厚さを局所的に削減可能であるということは、補強要素１１４が本体１１０に埋め込まれる際に容易に取り扱える程度に厚みを通常有し、しかも補強要素１１４と管状の封止カラー１０６の外周の変化に対して望ましい程度の抵抗力を提供するということである。

当業者であれば、補強要素１１４の材料及び形状の選択は通常、フィルタカートリッジ１００に望ましい流量及び圧力の能力を提供するため、与えられた用途における、本発明による管状の封止カラー１０６により発生する排出管１１８に対する望ましい径方向の力に主に基づいてなされることが理解されるであろう。しかし他の要因もまた、補強要素１１４の材料の選択に影響を与える。例えば、本発明によるフィルタカートリッジ１００が実質的に完全に焼却可能であることが望ましい場合、補強要素１１４に金属材料ではなくプラスチック等の焼却可能な材料が使用されることが望ましい及び／又は必要となる。

当業者であれば、本発明による補強要素は、実質的に管状であるが、図１から図３に示す上述の補強要素１１４といくぶん、或いはかなり異なる様々な代替の形状に構成され得ることが理解されるであろう。例えば、図４に示す代替の実施の形態であるフィルタカートリッジ２００において、補強要素２０２はいくぶん切頭された円錐形をしており、外側の端部２０４における外周を有し、この外周は補強要素２０２がフィルタカートリッジ２００のフィルタパック２０８に取り付けられる内部端２０６における外周より大きい。この配置により、図示しない排出管が最初に管状の封止カラー２１４の先端に係合する際、第２実施の形態のフィルタカートリッジ２００の管状の封止カラー２１４の本体２１２の部分２１０の外周の変化に対する抵抗力は、先端において減少し、よって排出管がフィルタパック２０８の方向へ管状の封止カラー２１４内に更に挿入されるに従って、本体２１２の部分２１０の外周の変化に対する抵抗力を増加させながら、排出管と管状の封止カラー２１４の初期の係合を容易にする。

本発明による補強要素は本発明を実施する際にほとんど無制限に様々な形状をとることができる。例えば図５に示すように、補強要素３０２は第３実施の形態であるフィルタカートリッジ３００において曲線状の断面輪郭を有している。図６に示すように、本発明による補強要素は、本発明の第４実施の形態であるフィルタカートリッジ４００において複数の部材４０２、４０４により形成されてもよい。封止カラーの外周の変化に対する抵抗力を徐々に増加させるため、実質的に互いに同軸に配置された複数の補強要素も使用可能である。

本発明による補強要素１１４は、波形や圧痕の形成、或いは外周に沿った断面形状の他の変形等の、外周の変化に対する抵抗力を調節する他の手段を、補強要素の外周の変化に対して望ましい抵抗力を提供するために含んでいてもよい。かかる変化は外周に沿って均一に分布されていても、局所的に形成されていてもよい。特に本発明の管状の封止カラーが、例えば競技トラックの形状のような非円形や、矩形を有している場合、発明の与えられた用途に特に良く適合した管状の封止カラーの全体的な性能を達成するために、補強要素の構成を局所的に改変することが望ましい。

本発明のある実施の形態では、管状の封止カラーの本体を形成する弾性材料は補強要素を管状の封止カラーの本体内に固定するのに利用される。本体と補強要素を形成するのに使用される材料のいくつかの組み合わせについては、本体の弾性材料と補強要素を形成するのに使用される材料との間に天然の接着力が生じることがある。他の実施の形態では、封止カラーの本体の弾性材料の一部又は複数の部分が貫通して延在するため、図１に示す穴１２０のような一つ以上の開口が補強要素に設けられてもよい。

本明細書に開示された及び図１に示した実施の形態では実質的に直円シリンダの形状をとっているが、当業者は本発明がフィルタ装置、及び競技トラックの形状や矩形のような他の断面形状を有するフィルタカートリッジにおいても効果的に実施され得ることを理解するであろう。

また、本発明の管状の封止カラーは、フィルタカートリッジの軸方向端部に配置される必要は無いということも理解されるであろう。例えば本発明のある形態では、補強要素を有する本発明の管状の封止カラーは、例えばフィルタ要素から径方向に外側に延在していてもよい。かかる場合、管状の封止カラーにより管状の封止カラーが沿って移動する取り付け軸が画定され、管状の封止カラーが取り付け管の外側又は内側にスライドし、或いは逆に、取り付け管が取り付け軸に沿って、封止カラーの外側又は内側に移動する。

本明細書に開示及び例示された本発明の実施の形態は、排気口の接続において管状の封止カラーを有しているが、本発明は他の実施の形態において、吸気口の接続においても効果的に使用される。

当業者はさらに、本明細書に開示された全ての実施の形態は特に、内部に取り付け管を収納するのに適した径方向の内側面を有する管状の封止カラーを示しているが、本発明の他の実施の形態において、管状の封止カラーと取り付け管のそれぞれの配置を逆にして、管状の封止カラーの径方向の外側面が取り付け管の内側面に係合できるようにしてもよい。

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期し、本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。

本明細書に引用されて本明細書の一部をなす添付の図面は、本発明のいくつかの態様を例示し、発明の記載と共に、本発明の主要部を説明している。図面において、以下のことが例示される。
図１は、フィルタカートリッジの形態である本発明の第１の実施の形態を示す、一部断面斜視図である。 図２は、図１に示すフィルタカートリッジの実施の形態の封止カラーの一部分を示す、拡大部分断面図であり、封止カラーが排出管と係合する直前の状態を示す。 図３は、図１に示すフィルタカートリッジの実施の形態の封止カラーの一部分を示す、拡大部分断面図であり、排出管と封止カラーが互いに完全に係合している状態を示す。 図４は、図１から図３の実施の形態に示された種類の封止カラー本体内に埋め込まれた補強要素の代替の構成を示す、断面図である。 図５は、図１から図３の実施の形態に示された種類の封止カラー本体内に埋め込まれた補強要素の代替の構成を示す、断面図である。 図６は、図１から図３の実施の形態に示された種類の封止カラー本体内に埋め込まれた補強要素の代替の構成を示す、断面図である。

Claims (2)

1. フィルタカートリッジを備え；
   前記フィルタカートリッジは、前記フィルタカートリッジの取り付け軸を画定し、フィルタ要素と、前記フィルタカートリッジの前記取り付け軸の回りに前記フィルタカートリッジから延在する管状の封止カラーとを含み；
   前記管状の封止カラーは、前記取り付け軸の回りの前記管状の封止カラーの外周を画定する弾性材料の本体を有し；
   前記管状の封止カラーはまた、前記管状の封止カラーの少なくとも一部分の外周の前記取り付け軸の回りの変化に対して抵抗するよう、前記管状の封止カラーの前記本体に埋め込まれた補強要素を有し；
   前記実質的に管状の封止カラーは、弾性的に圧縮可能な発泡材料から形成され、
   前記補強要素は、実質的に非圧縮性の材料から形成され；
   前記補強要素は、前記取り付け軸の回りに前記補強要素の外周を画定し、
   前記管状の封止カラーは、プラスチック発泡材料から形成され、
   前記補強要素は、前記補強要素の外周の前記取り付け軸の回りの変化に対して実質的に抵抗する材料から形成され；
   前記補強要素は、切頭された管状の円錐形、または曲線状の断面輪郭を有し；
   前記補強要素の外周は、第１の端部における第１の外周と、前記第１の端部の前記取り付け軸方向の反対側であって前記フィルタカートリッジ側に配置され、前記第１の端部より半径方向さらに内側に配置された第２の端部における第２の外周とを有する；
   装置。
2. 前記管状の封止カラーは、前記管状の封止カラーの少なくとも一部分の外周の変化に対して抵抗する能力を有する弾性材料から形成され、
   前記補強要素が形成される材料は、前記補強要素の外周の前記取り付け軸の回りの変化に対して抵抗するための能力が前記弾性材料より高く；
   前記補強要素は、前記弾性材料の各部分が貫通して延在するための開口を前記補正要素内に含む；
   請求項１に記載の装置。

Images