JP5787940B2 - エアフィルタカートリッジおよびエアクリーナ - Google Patents

Description

本発明は、米国特許法第119条(e)に基づいて2004年3月24日に予備出願番号第60/556,113号として出願された内容に基づく。この予備出願番号第60/556,113号を本願発明に合体する。
本発明は、液体や気体などの流体の濾過のために用いられるフィルタ構成に関する。本発明は、特に、直線的な流れを有するフィルタカートリッジと、安全フィルタと、このようなフィルタを備える組立体と、予備クリーナと、フィルタカートリッジの使用方法および組立体に関する。

直線的な流れのフィルタ(フィルタエレメントまたはフィルタカートリッジ)は、気体や液体などの流体の濾過を行う様々なシステムで使用されている。直線的な流れのフィルタは、入口面(または端部)と、反対に配置される出口面（または端部）を通常備えているる。濾過を行う間、濾過されるべき流体が入口面からフィルタ内に入り、一方向に流れて、出口面から出るときに同じ方向に流れる。通常直線的な流れのフィルタは使用のためにハウジング内に設置される。フィルタは一区切りの使用期間経過後に、フィルタの洗浄または新品に交換する点検整備が必要となる。また使用中にフィルタ構造内を通る流体の流れが適切に確実に濾過されるように、シール構造をフィルタとハウジングの一部の間に配置する必要がある。

直線的な流れのフィルタと、それらの組立体およびそれらの使用方法の改善が望まれている。

国際公開第03/10258号パンフレット 国際公開第03/08464号パンフレット 米国特許第4,242,115号 米国特許第4,746,340号 国際公開第89/01818号パンフレット 米国特許第5,820,646号 米国特許第5,895,574号 国際公開第97/40918号パンフレット 米国意匠特許第396,098号 米国特許第6,190,432号明細書 米国意匠特許第450,827号 米国特許第6,235,195号明細書 米国意匠特許第437,402号 米国意匠特許第450,828号 米国特許第6,350,291号明細書

本発明によればフィルタエレメントまたはフィルタカートリッジが提供される。フィルタエレメントまたはフィルタカートリッジは、直線的な流れ構造の濾材積層体を一般的に備える。フィルタエレメントまたはフィルタカートリッジは、シールガスケットを備える。

特定の形式のエアフィルタカートリッジが本発明において重要となる。

一般に、エアフィルタカートリッジは、濾材積層体と、この濾材積層体を囲む部分を有し、ハウジングに対する支持部を形成したプリフォームと、シールとを備える。一般に、シールは、シール支持部に取り付けられプリフォームをハウジングに対してシールする第1のシール部と、濾材積層体を囲みプリフォームを濾材積層体に対してシールする第2のシール部と、を含む。望ましくは、第2のシール部は、第1のシール部と一体的に構成（成形）される。また、望ましくは、第1のシール部は、そこを通過する複数の開口を含み、第1のシール部は、開口を通過するシール素材を含み、このシール素材によりプリフォームに機械的に固定される。

本発明による特定の技術によれば、特にコイル状の濾材積層体がプリフォームの内部に配置される。プリフォームは、外側の側壁の外殻と、濾材積層体に対して部分的に突出する芯材の端部の格子とを含む。上記の構成によれば、コイル状の濾材積層体がプリフォームに挿入されることで、芯材が濾材積層体に押し入れられることになる。図示されるように芯材は、濾材積層体を通り完全に突き抜けるのではなく、通常望ましくは、濾材積層体の長手方向に75%未満、通常60%未満挿入される。芯材が挿入されない濾材積層体の反対側の端面には芯材が設けられない。プリフォームを濾材積層体に固定するための望ましい固定方法は上述したようなものがある。

このようなフィルタカートリッジを準備する方法が提供される。

種々の用途のための種々のフィルタカートリッジに本発明の特徴、技術と動作原理が適用可能となる。添付の各図において、上述した本発明の原理による望ましいフィルタカートリッジの特徴点の残りの部分のシステムの特徴点は、2003年4月3日に出願された（2002年4月4日に出願の米国出願第60/370,438号と、2003年11月12日に出願の米国出願第60/426,071号と、2003年4月2日に出願の米国出願第10/405,432号の4つの優先権主張で出願された）PCT出願第US03/10258号に記載されているので、これら4つの出願内容を本出願に合体する。

ここで、さまざまな特徴点、構造および技術が提供されるが、これらはエアクリーナ構造に効果的に組み入れることができる。特定の技術上の特徴点を有効に利用できる。特に望ましい構造について提供される。しかしながら、すべてのフィルタエレメントまたは組立体が本発明の利益と利点を得るために、すべての有利な特徴点を必ずしも備える必要はない。個々の特徴点、技術および利点を選択的に組み合わせた様々な代替構造を構成することができる。

は、本発明によるエアクリーナ構造を側方から見た外観斜視図である。 は、図1のエアクリーナ構造の予備クリーナと、主要フィルタと、安全フィルタが見えるように図示した外観斜視図である。 は、エアクリーナ構造の予備クリーナの組立体の部分を図示した立体分解図である。 は、図1のエアクリーナ構造の入口の端面図である。 は、図1に図示されたエアクリーナ構造を、図3の線4-4に沿って破断して図示したエアクリーナの横断面図である。 は、図2の主要フィルタカートリッジで使用される濾材積層体を、模式図的に図示した透視図である。 は、図2で図示された主要フィルタカートリッジをその入口面に向けて見た平面図である。 は、図6の主要フィルタカートリッジを図6の線7-7に沿って破断して図示した横断面図である。 は、図6、図7に表現された主要フィルタカートリッジの側面図である。 は、ハウジング部品の構造部材と主要フィルタカートリッジとの間に取り付けられたガスケットの相互作用を破断して図示した拡大図である。 は、図6〜図7Aのフィルタカートリッジを形成するために使用可能なプリフォームの外観斜視図である。 は、図9で図示されたプリフォームの端面図であって、プリフォームの図9の参照数字の61で図示された面から見た図である。 は、図9Aにおいて線9B-9Bに沿って破断して図示した横断面図である。 は、図9Bにおいて線9C-9Cに沿って破断して図示した横断面図である。 は、図6〜図7Aに図示されたフィルタカートリッジのハウジングシール構造を形成するために型内に媒体梱包体が置かれ、図9のプリフォームをセットした様子を図示した横断面図である。 は、図10の構造を線1OA-1OAに沿って部分的に破断して図示した横断面図である。 は、図2で表現されたエアクリーナ構造に使用可能な安全フィルタの外観斜視図である。 は、図11で表現された安全フィルタの縦横断面図である。 は、図11の安全フィルタの端面図である。 は、図11に表現された安全フィルタの側面図である。 は、様々な形状に定義される縦溝流路の模式図である。 は、第2の実施形態の立体分解図である。 は、図10に表現されたプリフォームの代替構成を図示した類似型の構造の横断面図である。

A.概要
一般に、ここに記載される本発明の原理は、点検整備可能なフィルタカートリッジにとり望ましい特徴点となる。このフィルタカートリッジは、さまざまな構造を備えることで、代表的には空気濾過のための主要フィルタカートリッジとして使用することができる。ここで、この文脈で「点検整備可能」の用語は、フィルタカートリッジが一区切りの使用期間経過後に、エアクリーナから取り除かれるかまたは取り替えられるフィルタカートリッジであることを意味する。また、「主要」の用語は、ほこりまたは他の汚染物質の大部分がエアクリーナ中の濾材を通り抜けるときに、捕捉されるフィルタカートリッジであることを意味する。

一般に、ここに記載されるフィルタカートリッジの特徴点、技術および原理は、さまざまな組立体と構造に適用することができる。図示される特定の構造は、例えば2段階式エアクリーナとして使用可能なフィルタカートリッジであり、このエアクリーナは上記のPCT公表番号第WO03/08464号に記述されている。このため、このエアクリーナの他の一般的な特徴について詳細に記述する。総合的なエアクリーナの望ましい構成に対して、本発明のフィルタカートリッジを使用することでさらに機能アップを図ることができる。

B.図1〜図4に図示された組立体の検討
ここに記述される技術は、流体の濾過装置に概ね適用することができる。一般に、本技術が適用される技術分野としては、液体濾過装置と気体濾過装置の2つのタイプがある。図示された実施形態は、特にエアクリーナ(すなわち、一種の気体濾過装置)であり、この特徴はこの文脈で記述されることとなる。液体濾過装置または他の気体濾過装置に関する原理と技術の適用可能性については、後述の説明から明らかになるであろう。

図1において参照番号1は、エアクリーナ構造を示す。図示された特定のエアクリーナ1は2段階式エアクリーナであり、ハウジング2と、送風出口ダクト3およびほこりのエジェクタ4を備える。一般に、エアクリーナ構造1は、後述する点検整備可能な(主要)フィルタカートリッジ(要素)と、オプションとして点検整備可能な安全(二次)フィルタカートリッジ(要素)とをハウジング2の中に備えている。ここで、「主要」なフィルタカートリッジまたは要素として用いた用語は、空気流路を流れる空気が組立体の中の濾材を通過するときに、ほとんどの濾過が行われるように構成されたフィルタカートリッジまたは要素を意味する。この事例で「濾過する」とは、濾材を通る流体の流れからほこりなどの粒子の捕捉が行われることを意味する。「点検整備可能」の意味は、定期的に取り出され交換されるように構成されたフィルタカートリッジに対して適用される。(つまり、1つのフィルタカートリッジを取り外し、他のフィルタカートリッジを装填することで点検整備できるようになる。）安全カートリッジまたは二次カートリッジ(または要素)は、エアクリーナ組立体1が、例えば主要フィルタカートリッジが故障した場合に、主要フィルタカートリッジを点検整備する間に、装填された状態にされることで、設備全体の下流側の部品を保護する目的で使用される。

ここで、上記のように特定のエアクリーナ1は、2段階式エアクリーナであることを述べた。これは、予備クリーナ段階が、点検整備される主要フィルタカートリッジの上流側に存在することを意味する。このような構成である結果、主要フィルタカートリッジに空気が到達する前に、ほこりか他の汚染物質の第一段階の濾過を行う設備が提供されることとなる。一般に、上流側の部品構成としては、濾材を通る空気の濾過を行うように作動するものではなく、遠心分離によるサイクロン構成または遠心性の手法を使用する予備クリーナが挙げられる。

引き続き図1を参照すると、この事例では、2段階式エアクリーナ1は予備クリーナ部分8を形成したカバー7を有しており、主要エアクリーナ部9を備えている。図示される特定のハウジング2は、接続部または領域11においてカバー7と、主要エアクリーナ部9との間が接続されるように構成されている。ハウジング接続部11では、内面に受け入れられたフィルタカートリッジへのアクセスおよび点検整備を行えるように、カバー7と主要エアクリーナ部9を開くかまたは互いに切り離すことができる。ここで、部分9を含む主要フィルタカートリッジに対して、ハウジングカバー7を回動するか、または別の事例において取り外す工程のことを、点検整備のために内部に収容されたフィルタエレメント構成部品に対してアクセスする工程、または例えば点検整備のためにエアクリーナ1を「開く」工程と呼ぶ。

濾過されるべき空気は、通常エアクリーナ組立体1の入口端部12から内部の流路中に導入されてから、予備クリーナ8内の個々のサイクロンか遠心分離機13に入る。参照番号13で図示された使用可能な形式の粒子分離装置は、米国特許第4,242,115号および米国特許第4,746,340号における形式のもの、あるいは種々の形式が使用可能であるので、本明細書に両方を合体する。

図示された特定の予備クリーナ8は、多くの利点をもたらすことができる。粒子分離装置13の中では、ほこりの第一段階分離または予備掃除が起こり、この段階で切り離されるほこりは、特に予備クリーナ8からほこりのエジェクタ4を通し、エジェクタチューブ14とエジェクタバルブ15を通して外部に排出される。当然ながら、予備クリーナ8で行われる工程は、上記の媒体に流体を通す濾過工程とは異なり、予備クリーナでほこりの分離が遠心力またはサイクロンの工程で行われる。図示される特定の予備クリーナ8については以下に詳述する。

多くの個々のサイクロンか遠心分離機13を使用する予備クリーナ13の代替手段として、2003年10月17日に出願された米国予備出願第60/512,109号に記載された予備クリーナ構造を使用することができる。この米国予備出願第60/512,109号の記載内容を本発明に合体する。

次に予備クリーナ8を通過した空気は主要エアクリーナ部9に向かうことで、(a)以下の章Cで記述されるように、内面に受け入れられた主要フィルタカートリッジを通り、(b)次に（任意に設けられる）安全フィルタ(以下のDで記述する)を通り、最後に清浄大気領域に向けてエアクリーナダクト3を介してエアクリーナ1の外部に流れる。この結果、ダクト3の下流に設けられた、例えば内燃機関かターボ過給機のエンジンまたはかなる設備の空気取り入れ口に対して浄化後の空気を送ることができる。

図1と図2を参照すると、カバー7は支持部材16とオーバーセンター留め具17により主要エアクリーナ部9上に通常固定される。複数のオーバーセンター留め具17が一旦解除されると、カバー7は回動されることでハウジング2の主要エアクリーナ部9（または、予備クリーナ8）に対して開くことができる。換言すれば、カバー7を開くことで完全に分離できるシステムを構成することができる。(図2Aでは、オーバーセンター留め具は図示されていないが、それらのマウント17aは図示されている)。

図1を参照すると、組立体1は例えばボルトを使用して取付パッド19を介して様々な機械部分に固定することができる。一般にエアクリーナ1には、ほこりの射出を容易にするためにエジェクタチューブ14とほこりのエジェクタ15とが下向きに取り付けるであろう。これらの取付パッド19は、図示される位置に固定される。これらの取付パッドの型式と固定位置は、エジェクタチューブ14とほこりのエジェクタ15が下向き方向となるようにエアクリーナ1が取り付けられるように設備に応じて設定されるであろう。エジェクタチューブ14の予備クリーナ8の周辺の相対位置は、エアクリーナ1が使用中にいかに取り付けられるかで決定される。図示される特定の位置によれば、予備クリーナ8の(反対側の)より細長い湾曲端部8aの1つの下方に固定することが、側面8bの1つに固定するよりも本発明に従って原理を使用する場合には都合がよい。

引き続き図1を参照して、エアクリーナ1は従来と同じように使用するために圧力インジケータ3aとコネクタ3bを出口3の近傍に備えるであろう。例えば、コネクタ3bは、クランク室ベンチレーション・システムへ濾過後の空気流を提供することができる。

引き続き図1を参照して、出口3は固定式の出口である。この代替構成も可能である。これに関しては、代替具体的構成例のエアクリーナ400の分解組立体図が図示された図16に着目して述べる。エアクリーナ400は予備クリーナ401と、主要なフィルタエレメント402と、オプションの安全要素403と、ハウジング部分404および出口405を備える。出口405は、スナップフィット部406とリング407とから構成され、旋回または回動自在に設けられる。この構成から、出口端部408がさまざまな方向に指示できるので、ハウジング405をそれの中心に位置させることができる。

他の部品401、402、403と404は他の構成で記述されるのと同じ部品である。

次に、図4に着目すると、本図は図3の線4-4に沿って破断して断片的に図示した断面図である。図4を参照すると、内面に受け入れられた主要フィルタカートリッジ22のクリーナ部分9が図示されており、オプションの内面的に受け入れられた安全フィルタ20と予備クリーナ8とが図示されている。

C.望ましい主要フィルタカートリッジの構成
図2を参照すると、フィルタカートリッジ22は直線的な流れが可能となるように構成されている。ここで、「直線的な流れ」の用語の意味は、濾過を行うためにフィルタカートリッジ22に流入する流体は入口端部または表面23から第1の方向でフィルタカートリッジ22の濾材積層体26中に流入し、同じ方向に流れて反対の出口端部か表面24から流出することを意味する。上記の「直線的な流れ」の特徴は、ひだをつけられた濾材から形成された筒状のフィルタ表面に向けて空気が流入され、約90回転された後に濾過後の空気を（例えば開口から）外部に流出させるように構成された流れシステムであって、例えば1989年3月9日に公開されたPCT公表第WO89/01818号のシステムとは特に異なる。

フィルタカートリッジ22であって、外側の側壁または表面25を備えた濾材積層体26は、入口の端部または表面23から流入した気体流中から微粒子などを濾過し、出口端部または表面24から流出する気体流がきれいな状態(すなわち、ばいじんを含まない)になるように機能する。図2から分かるように、フィルタカートリッジ22は、フィルタカートリッジ22が装填されるハウジング2の一部との間で気体流の漏出を防止するためのガスケットまたはシール28を備えている。望ましいシール28は、直線的な流れ構造またはカートリッジ22の全体に渡り外側の側壁25の周囲に完全に拡張するように設けられると良い。

さらに後述するように、望ましい構造によれば、外側の側壁か表面25が先行成型部品(望ましくは、先行成型されたプラスチック部品またはプリフォーム25aとして形成されることで、(a)濾材積層体26がその中に配置され、(b)濾材積層体26が密封され、(c)ハウジング28がシールをするように固定される。このプリフォーム25aについては、図6〜図7Aの説明と図9〜図9Cにおいて参照番号60として詳細に後述する。プリフォーム25aを「外殻」または「要素ハウジング」とも呼ぶが、エアクリーナハウジング2とは異なることを理解すべきである。使用に当たっては、濾材を固定するために図示のように配置される特定のプリフォーム25aは、図8に関連して後述するように、第1のシール部28を有するエアクリーナハウジング2の内部に濾材積層体26を位置するように設けられる。

エアクリーナ構造1の主要要素22として使用可能な望ましい濾材積層体26は、以下に述べるように一種の濾材を使用した「Z型濾材」または「Z型濾材」と呼ばれる。この濾材積層体は、面シートに固定される溝を付けた濾材(通常、波形かひだをつけられた)の溝付きシートを備える。濾材または面シートは溝を付けない非波形シートである。他の事例では、溝付きシートの縦溝流路に対して垂直方向に延びる溝を有するシートが使用されることがあるが、例えば2004年2月10日に出願された米国予備出願第60/543,702号、2004年2月11日に出願された米国予備出願第60/543,804号の各開示内容を本明細書に合体することとする。

一般に、濾材積層体は、1組の縦(軸方向の)の縦溝流路か波形か縦溝流路を形成した片側の濾材と、もう1組の縦(軸方向の)の縦溝流路または溝を付けた反対側の濾材とを配列して形成される。ここで、縦溝流路の定義に関連して用いた「軸方向」の用語は、濾材積層体26の互いに対向する表面23、24の間において縦溝流路が拡張される方向を意味する。

濾過動作中は、1組の縦溝流路の内の一つの縦溝流路が入口の縦溝流路として機能して、濾過される空気の通路となるように濾材積層体の入口の端部で開口し、濾材積層体の出口の端部で閉口または折り畳まれた入口縦溝流路の第1の組を備えている。同様に、濾過されるべき空気の通路を、濾材積層体の出口の端部または端部近傍で閉口または折り畳み、濾過後の空気を濾材積層体の出口の端部から出すように開口した出口縦溝流路の第2の組とを備えている。濾過動作中は、空気は開口を通過して濾材積層体26の入口の流れ面23の端部の内部に入り、空気はフィルタカートリッジ22の上流側の表面の開口した入口の縦溝流路となる濾材積層体26を通過する。空気は入口の縦溝流路の閉じた端から流れることはできず、空気は濾材を通り出口の縦溝流路に通り抜けなければならなくなる。次に、濾過後の空気は出口の縦溝流路の開口端部を通して、濾材積層体26の出口の流れ面24から外部に流れる。

種々の外周形状を有するフィルタカートリッジ22の外側の周辺構成を使用することができる。図示される特定の構造によれば「長円形」である。ここで、「長円形」として用いた用語は、外周面の横断面であって縦溝流路の拡張方向に対して垂直、または軸方向に破断した横断面が円形ではない構成であることを意味する。(もちろん、ここに記述した技術は円形の周辺形状、横断面形状を有するフィルタにも適用することができる。)
さまざまな長円形として、例えば楕円形と競馬場の走路形状が挙げられる。一般に、長円形は対向する2つの曲線部と、これらの曲線部の端部から延びる直線部とを備えるとして特徴付けることができる。すなわち、「走路形状」は、一般に2つの平行な直線部と、これらから延びる2つの曲線部とを備える。楕円形は、平行な直線部にわずかな反りが通常設けられ、左右対称形状となる曲線部を備える。

図示された特定のフィルタカートリッジ22によれば、一般に外側のプリフォームまたは外殻25aの横断面と濾材積層体26の双方が長円形であることが以下の説明から明瞭になる。通常、長円形構成の端部(横断面の形状）は、半円形となる。

図5を参照して、一般に濾材積層体26は波形シート47である縦溝流路に固定される面シート46から形成された二層構造45から作られる。濾材積層体は通常コイル状構造であり、面シート46が外側になり波形シート47が内側になるようにして外側に向けて巻き付けられる。図5に図示された特定の濾材積層体26によれば、面シート46は平らなシートであり縦溝流路を形成しない形状である。この代替構成として、いくつかの事例では溝付シート47の縦溝流路に対する直交方向に波形を形成したシートを使用することもできる。

また、面シート46に固定される溝付シート47とから形成される二層構造45の片部材を、適切なシール材である棒状接着剤を介在させて、積み重ねることで積層構造にした濾材積層体を形成することができる。このような構造体は、一般に「濾材積層体」と呼ばれる。ここに記述される原理は、このような積層構造体にも適用可能であるが、以下の説明ではコイル状構造の実施形態に限定して述べる。

一般に、溝付シート47の片側面上に第1の組の縦溝流路49が形成され、その反対側の第2の面50上に第2の組の縦溝流路51が形成される。図5の縁部53が図2の入口表面23に対応し、図2の縁部54は出口表面24に対応するであろう。図5において、二点鎖線はそれ自体の周りに二層に巻き付けられる二層構造45であることを図示している。また、実線はコイル状にされた二層部分の外側を解いた様子を図示している。

使用に当たっては、縦溝流路49の第1の組が縁部54に隣接した部分で閉じられ、縦溝流路51の第2の組が反対の縁部53に隣接した部分で閉じられる。ここで、縦溝流路が縁部で「閉じられる」とは、縁部に沿ってシールされること、縁部から区分されるかまたは縁部の近くで閉塞されることを意味する。また、「閉じられる」とは縦溝流路が適用されるシール材によってシールされることで、上記のように流体の通過を防止し、濾過媒体で濾過し隣接する縦溝流路に流れるようにすることを意味する。このシールのためには、さまざまな技術を使用することができる。通常?シール材が使用される。溝付シート47と面シート46の片の間で連続シール材片として適用することができる。縦溝流路は一方または双方の端部の近くを折り曲げることで閉じることができる。シール材を使用せずに閉じる別の技術を適用することができる。縦溝流路の端部をシールする技術は、2003年1月31日に出願されたPCT/US03/02799号と、2003年3月18日に出願された米国予備出願第60/455,643号と、2003年4月25日に出願された第60/466,026号と、2003年5月2日に出願された第60/467,521号であって、2004年3月17日に名称「コイル状Z-濾材又は濾材の閉じた縦溝流路と製品」として出願されたPCT出願であり、メール番号#EV408495263米国として出願したものであるので、これらを本明細書に合体する。

図2と図5を見ると濾材積層体26がどのように機能するのかが明らかとなろう。一般に、第1の組の縦溝流路49は入口の表面23で開いている結果、入口の縦溝流路を構成することになる。また各縦溝流路の反対側の出口面54はシール材または同様の部材で閉じられる。以上の構成から、入口の縁部53から第1の組の縦溝流路49の縦溝流路に入る空気は入口の縦溝流路から漏れ出るように濾材積層体26を通り抜けなければならなくなる。このように媒体を通る途中で濾過作用が起こり、次に気流はシール材53の下流側となる(出口)の第2の組の縦溝流路51中に入る。縦溝流路51の出口の組の縦溝流路は縁部54で開いている結果、濾過後の流体の流れは濾材積層体26から外部に流れ出ることができる。一般に、このタイプの構造は濾材積層体として特徴付けられる。一般に、濾材積層体は多くの縦溝流路を備え、濾過される空気の通路となるように濾材積層体の入口の端部の近くで開口し、濾材積層体の出口の端部の近くで閉じた入口縦溝流路の組と、濾過されるべき空気の通路を、濾材積層体の出口の端部または端部近傍で閉口し、濾過後の空気を濾材積層体の出口の端部から出すように開口した出口縦溝流路の組とを備える。入口および出口流れ表面は平面である必要はないが、図4と図7で示されるような典型的なタイプは平面である。

濾材積層体26としては、さまざまな波形とサイズを利用することができる。これらの事例は、直線的な縦溝流路(縦溝流路は互いに平行で形状が変化しない)が、一方端から他端まで連続形成されるもの、縦溝流路の他端が潰されることで閉じられるもの、そしてテーパ状縦溝流路(そこでは隣接している出口縦溝流路が同じ方向へ広くなり、入口縦溝流路が細細りとなり一点に集中する)を有するものなどがある。使用可能な濾材積層体構成に関するいくつかの事例は以下通りである。

1.標準の縦溝流路については、米国特許第5,820,646号と米国特許第5,895,574号に図示されている。

2.テーパ状縦溝流路であって、縦溝流路の端部が潰されて閉じられることで形状に変化がある縦溝流路は、1997年11月6日に発行されたPCT公表第WO97/40918号に記述されている。

以上の各開示（米国特許第5,820,646号と米国特許第5,895,574号、およびPCT公表第WO97/40918号)を本明細書に合体する。

一般に、濾材積層体26がコイル状の濾材積層体である場合には、巻く工程は「シングルフェーサ」シール材であって、棒状接着剤を2つの間に介在させ溝付シート47が面シート46に固定された濾材片を用いる。このように溝付シート47と面シート46との間に設けられる接着剤をール材は47に塗布されるシングルフェーサ用棒状接着剤と呼ぶ。接着後の濾材組合せ45は、面シート46が外側に向けられたコイル状濾材を形成するようにそれ自体に巻き付けられ、そしてシングルフェーサ用棒状接着剤から反対側となる縦溝流路の反対の端部に隣接したシール材の第2の棒状接着剤が設けられる。第2の棒状接着剤は巻き付け用棒状接着剤と呼ばれる。その理由は、(a)一般に巻付用棒状接着剤は、濾材組合せ45を巻きつける直前に塗布され、(b)そしてシール機能が巻き付け後に提供されることによる。

濾材積層体26が巻付用棒状接着剤をその上に塗布した濾材組合せ45を巻き付けて形成される媒体である場合には、一般に巻付用棒状接着剤の領域は巻き付け中心に配置される。この領域で濾材を圧縮することができ、巻付用棒状接着剤の反対側をシールするように効果的に合体することができる。この構成は、例えば2003年5月2日に出願された米国予備出願第60/467,521号に記述されているので本明細書に合体する。また、上記の位置にウレタン素材を効果的に使用することができることもこの予備出願第60/467,521号に記載されている。この第60/467,521号は、2004年3月17日に名称「コイル状Z-濾材又は濾材の閉じた縦溝流路と製品」として出願されたPCT出願であり、メール番号#EV408495263米国として出願したものであるので、これを本明細書に合体する。

図7のフィルタカートリッジ22の濾材積層体26は、出口表面24に隣接して巻付用棒状接着剤が位置しており、入口の表面23に隣接してシングルフェーサ棒状接着剤が位置している。芯材57は、出口端部24に隣接して濾材積層体26に突出して設けられている。巻付用棒状接着剤が隣接している表面23は、この芯材57を挿入するための位置としては不都合となる。またこのタイプの構造によれば、濾材積層体26と芯材57との間における出口表面24の近傍をシールする必要がなくなる。

一般に濾材積層体26がコイル状である場合には、濾材組合せ45のコイルの内側に媒体のリード端が存在する。完全にこのリード端を媒体組合せ45に対してシールするためには、巻きつけ前にシール材を予め塗布すると良い。別の構造では、巻付用棒状接着剤が端部23の近くに存在するために中央部分から入口端部23に隣接した濾材積層体26を閉じることでこの位置でのシールを不要にすることができる。

同様に、濾材積層体26の外側にはコイル状濾材積層体の濾材組合せ45のリード端が存在する。ポリウレタンやホットメルトシール剤などの様々なシール剤により必要に応じてリート端のシールをすることができる。別の事例では、表面23の巻付用棒状接着剤に隣接した領域において、濾材組合せ45のリード端の一部と重なるように後述するシール28を設けることでシールがはみ出ないようにできる。

シングルフェーサ用棒状接着剤と巻付用棒状接着剤で使用されるシール材は同じものかまたは異なる場合があり、さまざまなシール材素材を使用することができる。通常発泡ポリウレタンなどのホットメルトシール材か発泡シール材が使用されるだろう。濾材積層体に関連したシール材は上記の米国予備出願第60/467,521号に記述されている。

巻付用棒状接着剤でより十分なシール状態が入口端部23に提供されない場合には、濾材積層体26の中央部分に追加のシール材が塗布されることになる。この点についても米国予備出願第60/467,521号に記述されている。

ここで、濾材構造を「溝付けする」とは、二つの溝付けロールの間に濾材を通過させることで縦溝流路を得ること、すなわち最適な溝付け形状をその外周面に備えた二つのロールの間で濾材を挟むか噛み合わせることを意味する。この溝付けは、上記の折り重ねられる縦溝流路を意味せず、二つの溝付けロールの間に濾材を通過させる工程を含まない別の方法で形成されることは意味しない。しかしながら「溝付けする」は、溝付け後の濾材がさらに修正または変形されることは含み、PCT出願第/US03/02799号に記載されるように例えば折り重ねられることも含むことから、本明細書に合体する。

溝付けされた濾材は、特定の形状の縦溝流路濾材である。この溝付けされた濾材は、個々の縦溝流路(例えば、溝付けによって形成されるかまたは折り重ねて構成される)が拡張された濾材である。

一般に図5に図示されるように波形シート47は、縦溝流路か溝付け形状部が定期的に曲がった波形パターンを有している。この「波形パターン」は、縦溝流路の交互の尾根と谷を言う。「規則的」は、尾根と谷の組が一般に同じ形状とサイズで交互に繰り返していることを意味する。(また通常各谷は尾根の逆形状のものである) この「規則的」は、波形状のサイズと形状が変更されず繰り返し形成され、縦溝流路のパターンの各組の谷と尾根が形成され、縦溝流路の長さの少なくとも70%に沿って(隣接している谷と尾根)形成されることを意味する。「実質的」は、濾材シートがフレキシブルであることに起因して起こる多少の変動とは対称的に、波形パターンの縦溝流路を作成する工程での変動から生じる変更度合いを意味する。繰り返される波形パターンの特徴は、ずべてのフィルタ構成で等しい数の尾根と谷が必ず存在することを意味しない。例えば、尾根と谷を備える1組の間、または尾根と谷を備える1組の間で濾材を部分的に終えることもできる。また谷と尾根の終端は互いと異なるように形成される場合もある。このような終端は波形パターンの定義から無視される。

溝付け波形パターンの「曲げられた」の特徴に関して、この「曲げられた」は、折り目を付けた形ではなくむしろそれぞれの尾根の頂点とそれぞれの谷の底が所定半径の曲面に沿って形成されるパターンを有することを意味する。このような濾材積層体のための典型的な半径は少なくとも0.25mmであり通常3mmであるだろう。

図5に図示された波形シート47の定期的に曲がった波形パターンの追加的な特性として、各谷と隣接している尾根の間の中間点において、縦溝流路の長さ方向に沿う反りが逆になる遷移領域が存在する。

図5の個々の定期的に曲がった波形パターンを有する縦溝流路を備える波形シートの特性は直線的である。この「直線的」は、谷の反対の縁部53、54の間でその横断面形状が少なくとも70%、通常長さの少なくとも80%実質的に変化しないことを意味する。図5に図示される「直線的」な波形パターンは、WO97/40918の図1を参照して記述されるテーパ状縦溝流路とは一部異なるので、ここにWO97/40918の記述内容を合体する。WO97/40918の図1のテーパ状縦溝流路は「規則的」なパターンあるいは直線的な縦溝流路ではない。

一般に図5に図示される特定の構造では、平行な波形パターンは縁部53から縁部54の間で完全に直線的である。この直線的な縦溝流路または溝付け形状部を特定の位置である、特に終端で変形または折り重ねることができる。縦溝流路の終端での変更は、上記の定義である「規則的」、「曲げられた」、「波形パターン」の各定義から外れる。

一般に、濾材は比較的に可撓性を有する材料である、非織布、繊維質材料(セルロース繊維、合成繊維または両方)であって、樹脂を通常含み、追加素材を含む素材から作られる。したがって、この素材を折り重ねることができ、波形パターンを損傷なしで構成できる。また、素材を容易に巻き付かせることができ、また使用のために容認できない媒体損傷なしで構成することができる。使用期間中は、波形パターンまたは折り重ねられた構成をもちろん維持することができる。

溝付けの工程では弾力性で元の形状に戻ることのない変形状態が濾材に引き起こされる。すなわち、この工程では媒体が戻ることがないようにする。しかしながら、この工程で外力が解除されると、縦溝流路か溝付け部がスプリング・バックされて変形された伸び部分と曲がり部分の一部だけが残る状態となるであろう。面シートが、このスプリング・バックを禁止するために溝付シートに固定される。

また一般に濾材は樹脂を含んでいる。上記の溝付けの工程の間に濾材を樹脂のガラス転移点以上の温度に加熱することができる。この後、樹脂が冷えるときに溝を付けた形状を維持する一助となるであろう。

一般に、これらの技術の両方が波形の濾材の構成に実際に使用されることが知られている。

Z型フィルタ構成に関する課題として個々の縦溝流路の端部をいかに閉じるかが挙げられる。通常シール材か粘着剤が閉端をシールする目的で使用される。上記の記載から明らかなように、特にテーパ状縦溝流路とは対照的に直線的縦溝流路を使用する典型的な濾材積層体によれば、上流の終端と下流の終端の双方に大きいシール材表面積(体積)が必要となる。これらの各終端位置での高品質のシール状態を得ることは媒体構造にとってかなり重要である。大きなシール材体積と領域が以上の点で問題となる。

次に、図5に着目すると、規則的に曲げられた波形パターンの波形シート47と、面シート46を使用する濾材積層体26が図示されている。本図において、距離D1は、波形の縦溝流路の下方で面する面濾材46の拡張領域を示している。距離D2は、波形のアーチ形の媒体に沿う距離であり縦溝流路を形成するとともに、波形の縦溝流路に沿うことから距離D2は、距離D1よりも大きい。一般に、溝付けされた濾過用で使用される典型的な規則的な濾材によれば、距離D2は、距離D1の少なくとも1.2倍に設定されるであろう。従来からの特定のエアフィルタ構成によれば、距離D1の1.2〜2.0倍の範囲内に通常距離D2が設定され、距離D2が1.25〜1.35×距離D1になるであろう。このような濾材はドナルドソン社の商標登録名「パワーコア」としてZ型濾材構成として販売されている。この特徴は、縦溝/平坦比または媒体が波形(縦溝流路)である比率であるD2/D1比として特徴付けられることになるであろう。

一方、段ボール製造業によれば、様々な標準の縦溝流路が定義されている。例えば、標準のE段縦溝、標準のX縦溝、標準のB縦溝、標準のC縦溝および標準のA段縦溝である。添付の図15には、表Aと付属してこれらの縦溝に関する定義が規定されている。

本発明の出願人であるドナルドソン(DCI)株式会社では、種々のタイプのZ型フィルタ構成において、標準のA段縦溝、標準のB縦溝の変形構成を使用している。これらの縦溝（流路）は表Aと図15に規定されている。

もちろん、段ボール箱業界では、縦溝を他の方法で定義することも知られている。

一般に、波形の濾材を得るために溝付け形状に加工するために、段ボール箱業界で用いられている標準の縦溝形成工程をそのまま使用することができる。上記のDCIのB段の縦溝とDCIのA段の縦溝と、ダンボール業界での業界基準Aおよび標準Bとの間では共通する特徴がある。

再び図2を参照して、望ましい(主要)フィルタカートリッジ22は点検整備可能である。この「点検整備可能」は、エアクリーナ組立体1からフィルタカートリッジ22を取り除くことができ、清浄にするか、または新品に交換されることを意味する。典型的なシステムでは、点検整備作業によりフィルタエレメント22は、定期的に新しいカートリッジに取り替えられる。

図7の望ましい特定のフィルタカートリッジ22は、プリフォーム(核)25aと、濾材積層体26と、中央部品または芯材57と受容部58と格子59とシール（ガスケット部材）28を備える。(格子59は図2を参照して容易に理解できる) 所望のシール28が、濾材積層体26を完全に囲むように通常配置され、濾材積層体26の流れ面23と流れ面24とを互いに分離する。図示の特定の構造ではシール28は濾材積層体26を完全に囲むように配置され、プリフォーム25aで取り付けられることになる。図示される特定の所望の構造によれば、シール28はシール素材が入口面23から15mm以下、望ましくは8mm以下の距離に配置されることになるが、代替構成も可能である。

また、図面において直線的な流れの濾材積層体26が断面で模式図で図示されている。すなわち縦溝流路の詳細については表現されていない。縦溝流路の詳細に関しては、図5以外には図示されていない。上述したように、さまざまな形状の縦溝流路を使用することができる。Z型濾過エレメントと、このエレメントの両側の終端については、米国意匠第396,098号、米国特許第6,190,432号、米国意匠第450,827号、米国特許第6,235,195号、米国意匠第437,402と第450,828号の各図面に示されているのでこれら6つの特許および意匠をここに合体する。

図6と図7の断面図を特に参照すると、領域26aが濾材積層体26の破断図として図示されており図7となっている。領域26bは断面線7-7(図6)の領域であって、巻き付けられた濾材積層体26の層の間に位置しており、溝付き面が26bで図示されている。図7と同様の断面は、図6の破断線がコイル状層の中心領域を通る直交方向にある場合にも得られる。

以下に述べるように、芯材57は巻き付けられた濾材の層を切り離すために位置決めされ、各層は面シートに固定された溝付シートから形成される。

図6〜図7Aを参照して、望ましいプリフォーム(外殻)25aと、芯材57と、受容部58と、格子59とが一体的に構成された具体的な構成例が図示されている。ここで「一体的」とは、識別可能な個々の部品を損傷なしで切り離すことはできないことを意味する。これら個々の部品は所望のプリフォーム60を構成する。カートリッジ22が組み立てられる前に、プリフォーム60が準備される。カートリッジ22は成型金型中に濾材積層体26とプリフォーム60とをセットし、シール28を成形するシール素材を適所に注入し硬化させることで完成される。これについては以下に詳細に述べる。

引き続き図6〜図7Aを参照して、プリフォーム60はポリプロピレンなどから成型された塑性体を含む。使用可能な素材に関する事例としては25%のガラスと10%の雲母を含有したポリプロピレンである、サーモフィル（Thermofil)ポリプロピレンやアデル（Adell）ポリプロピレンなどが挙げられる。

図9〜図9Cを参照して、プリフォーム60は間に側壁63を形成した反対側の端部61、62を含む。端部61に隣接して側壁63には外へ向かう傾斜部64と、半径方向に外面的に指示され、図9Bに図示したリップ65aをその上に設けたたシール支持部65を備えている。リップ65aにはそれを通してシール素材が通過する図9Aに図示した開口66が以下で記述される目的で設けられている。一般にシール支持部65は、プリフォーム60の縦軸67から半径方向の外面的に指示されることから、図9Bに図示された形状になるであろう。

以下に図10、図10Aの説明に関連して述べるように、傾斜部64はシール素材が組立作業中に間に流れることができる空間部となる。望ましくは図9Cに図示した外側の縁部64aにかけて傾斜部64が十分に外面的に広げられてシール素材の注入時に漏洩しないようにして組立作業を容易にすると良い。

領域67と68の間において、側壁63は下向きにやや先細り（内部に向けて)に形成されて、型からの分離を容易にしている。

望ましい代替構成も可能であるが、側壁63はその長手方向に沿って不浸透性である。シール28と組み合わせで側壁63の代替構成も可能であるが、濾材積層体26の長手方向に渡り延設されることになる。

端部62において、格子構造59が開口70を横切るように設けられる。格子構造59には、さまざまな形状があるかもしれない。特定の形状(図9A)によれば、平行なピース72と、中心で交差しているピース73と対角線上で交差しているピース74を備える。一般に格子構造59は図7に図示したように濾材積層体の出口面24を支えるように配置される。この格子構造59により、濾材が望遠鏡のように延び出てしまうテレスコープ現象を防止できる。

中央で交差しているピース73は、中央の空洞の受容部75を連続形成しており、図7の成形受容部58を形成している。受容部75の外側面は望ましくは縦横比(図9Aの上の外部の長さLに対する外部の幅Wの縦横比)である少なくとも3：１を備え、望ましくは5:1、あるいは6:1〜10:1の範囲に設定される。通常は外部の幅W(図9A)がおよそ65%以下で、望ましくは濾材積層体の長手方向の50%以下になる。

図9Bと図9Cを参照して、望ましくは受容部75は、受容部75と中実の中央の刃78とその上の中央芯材76の一部を備える。また望ましくは区画部79を、受容部75を2つのサイド75a、75bに分割するように受容部75(図9B)に提供すると良い。望ましくは各辺は縁部80から内部に少なくとも10mm、望ましくは35mm分端部81まで拡張すると良い。各辺の典型的な深さは約15mmから28mmのオーダーとなるだろう。望ましくは各辺の形が図9Bに示される形状であると良い。

図6と図7を参照して、受容部75の外側の表面はコイル状濾材積層体26に突出する芯材を備える。通常、濾材積層体26がコイル状媒体として巻き付けられ、その後に受容部75が挿入される。すなわち濾材積層体の典型的な組立体によれば、所定の位置で芯材76に対して巻き付けられることはないであろう。むしろ濾材積層体26は最初にコイル状に組み立てられ、次に端部61を通してプリフォーム60の内部60aに挿入され、刃57(78)が層間に押し入れられて芯材75が所定位置に誘導されることになる。図9Bに図示されるように幾分か三角形と相対的に薄い刃78により上記の組立作業が容易となる。

より明確には、受容部75の内側の端部75c(図9Bと図9C)から拡張されて軸方向に延びた中央の刃構造78が核25aに設けられる。望ましくは刃78は領域75c、78bの間で厚さ3.0mm未満の中実の三角形の刃78aであり、領域75c、78bの間で刃78aの厚さ2mm未満である。通常、領域75cに隣接した刃78は、厚さおよそ2mmであり、刃厚(例えば1.3mm)で先細りになるチップ78bではおよそ1.0〜1.5mmである。このように比較的薄く中実の刃78を備えることで受容部75の周りに濾材積層体26を押し込む作業が容易になる。望ましくは刃78は受容部75の反対側の丸いチップ78aが三角形であると良い。

望ましくは刃構成78は出口端部24から濾材積層体の長手方向の少なくとも30%、通常は少なくとも40%の距離分が内部に突出するように構成される。望ましくは刃78は、濾材積層体の長手方向の75%を超えないよう通常は長手方向の60%となるように設けられ、濾材積層体26の対向する端部の表面23から刃78の端部が離れるように設けられる。

図17はプリフォーム360の代替構成を備えたフィルタカートリッジ22を図示している。図17における特定の構成によればフィルタエレメント22は後述する成型構造397を備える。フィルタカートリッジ22は横断面図で図示されており代替構成の中央の翼または刃構成が分かる。刃378は濾材積層体26を外殻325aに押し込む作業を容易にする形状を備える。望ましくは刃378は丸いチップか頂点378bが三角形である。

図17の刃378は、頂点378bが中央の軸67からオフセットされている点で図9bに図示した刃78と異なる。すなわち頂点378bが軸67の側方から離れている。図9の等辺の外観を有する二等辺三角形とは異なり、刃378は直角三角形の一般的な形状を有している。一般に刃378は上記の刃78と同じ厚さと媒体26に潜入する高さ寸法を有している。刃378はその頂点378bが中央の縦軸67からオフセットするように形成されているので、濾材積層体26を構成する層の間に刃378を押し入れることが容易になる。頂点378bが中央の縦軸67からオフセットされる場合には、刃378はコイル状の濾材積層体26の巻き付け部により近い層の間に入ることになる。コイル状の濾材積層体の中心では媒体26の層はぎっしり詰められているが、中心から離れると層はさほどでもないので濾材の層間に余裕があるので刃378を差込み易くなる。

次に図7に着目すると、プリフォーム60のリップまたはフランジ65(すなわち、シール支持部)に対して固定されるシール構成28が図示されている。この様子は図8の部分断面図にも図示されている。

図8を参照すると、シール28は直にリップまたはシール支持部65に成形されることが分かる。さらに、この位置でシール28の一体成型部90が、濾材積層体26のシール面91と、プリフォーム25aおよび濾材積層体26とが一体成型されることで成形される。望ましくはシール面91は濾材積層体26の面シート46に直接形成され濾材積層体26を完全に取り囲むと良い。望ましくはシール面91は、濾材積層体26の流れ表面であって、この事例では入口面23に隣接した部位から始まると良い。望ましくはシール28は、流れ表面まで延設されないと良い。

図8を参照してシール28はハウジング2の軸方向に挟持されるシールである。特にハウジングの部分7、9の間でハウジング延長部分9a、7aの間で挟持されることが分かる。通常シール28の厚み部分は図示のようにセットされることで圧縮されるように構成される。シール28の望ましい素材としては泡状のポリウレタンなどの発泡されたシール材素材を使用でき、ポリウレタンは強いシール圧縮力を得ることができる。使用可能なポリウレタンシール素材は、米国第6,350,291号と2002年3月28日に米国出願された出願番号第10/112,097号に記述されるものが挙げられるのでこれらをここに合体するが、代替構成も可能であることは言うまでもない。

上記のようにシール28は軸方向のピンチシール(または軸方向のシール)である。この構成は、比較的に平たんな対向する表面28a、28bまたは対向する表面で尾根または溝を備えるようにして構成できる。半径方向シールを含む、代替構成のシールを使用できる。

一般に表面28a、28bはシール状態に維持するためのシール係合領域になるので、この部分でハウジングが係合される。

図10、図10A、図17および以下の説明の参照することで、上記のシール係合構造を構成するための方法を理解することができる。図10において、濾材積層体26はプリフォーム60の内部60aへ差込まれている様子が図示されている。ここで、濾材積層体26の層間に芯材76が位置されて成形型内にセットされていることが分かるであろう。

組立体95は、外殻60と濾材積層体26を備え、成型構造97中に配置されて図示されている。成形構造97はモールドベース98と、キャビティ100を形成したカバー99を備える。キャビティ100はシール28の成形のための空間部を備える。シール28は,組立体95がベース98で位置決めされ、カバー99が適所にセットされ、キャビティ100に硬化可能な樹脂を注入して成形される。成形工程において、発泡ウレタン(望ましくは硬化の間、体積が少なくとも20%、通常少なくとも40%、あるいは50-100%ほど増加する)が使用されるだろう。

樹脂硬化の前に成形型のカバー99は所定位置にセットされる。成形型のカバーは、シール28の一部を成形する。成形工程では樹脂はキャビティ100内に充満されるように液面が上昇されることになるだろう。この液面上昇は、図9Aに図示した開口66を通る流れをシール支持部65にもたらすだろう。開口66を通る流れにより、シール28は硬化後に開口66に残される一部の樹脂により機械的にシール支持部65に固定されることとなる。

硬化後のシール28の一部で直に濾材積層体面26aがシールされ、また樹脂がこの領域で直接濾材積層体に連絡するシール領域100が成形される。濾材積層体の端部の表面23に流入する硬化前の樹脂の流れは、キャビティ100に形成されることで、濾材積層体26に係合するように形成された傾斜領域102によって防がれる。必要ならば、この位置で板状に延びることを禁止するために、この領域で成形型によって濾材積層体26を鋏むことができ、またはチキソトロピー棒状接着剤を濾材積層体26とベース98の間で塗布しても良い。

図10Aにおいて、プリフォーム60はその傾斜部表面64(図9B)が130の位置で濾材積層体26に対して上方に向かう対角面を形成している。この対角面のスロープは濾材積層体に向かって樹脂を向け、成形工程の間この位置で空気が混入すること禁止する一助となる。

図17は望ましいタイプのシール構造を作り出す代替方法を図示している。図17において、濾材積層体26はプリフォーム360の内部360aに挿入されている様子が図示されている。外殻360と濾材積層体26を備える組立体395が成形構造397中に配置されている状態が図示されている。成形構造397がベース398とキャビティ400をその間に形成したカバー399とを備える。この具体的構成例例ではキャビティ400は樹脂401で充満されて図示されている。キャビティ400はシール28の成形を行うために設けられる。シール28は組立体395がベース398中に位置決めされた後にカバー399が適所にセットされ、キャビティ400中に硬化可能な樹脂を注入することによって形成される。この工程で、発泡ウレタンが使用されるであろう。発泡ウレタンは望ましくは硬化の間、体積が少なくとも20%、通常少なくとも40%、あるいは50-100%ほど増加するであろう。

樹脂硬化の前に成形型のカバー399がベース398上の所定位置にセットされるであろう。成形のカバー399はシール28の一部を成形する。成形工程の間、注入された樹脂の液面がキャビティ400内で上昇するであろう。この液面の上昇に伴い、ハウジングシール支持部65(図9a)の開口66を通って樹脂が流れることになる。樹脂硬化後に、これらの開口66を通って流れたシール28の残された樹脂の一部により機械的にシール支持部65にシールが固定されるだろう。

このようにして本発明によるシール28(図8)の構造であって、使用中においてハウジングのシールをする対向する表面（第1のシール部）28a、28bと、シール部28aと一体成形される部分（第2のシール部）28cとが効果的にシール部に提供される結果、直接濾材積層体26の周りのシールがプリフォーム60、360(または外殻25a)とともに効果的にシール部として提供されることになる。これらのシール部(28a、28b、28c)は望ましくは一体成形されるように一度の樹脂注入工程で成形されると良い。ここで、「一体成形」とは、望ましくは領域28a、28b、28cが同じ樹脂が同じように硬化して得られる状態を意味し、これらの間が分離せずに成形されることを意味する。この一体成形によれば組立体を得るための複数のシール成形が不要となる。

図8を参照してシール28の望ましい断面形状は、表面28aから上方に向けて指示され(端部23に向かう)るとともに対向する部分28eを有した部分28dであって、傾斜部表面64と媒体26の間の領域を充填するように構成されると良い。リップ65の反対側に位置する領域28aと28bは望ましくは傾斜部28fをそれらの間に延設すると良い。

傾斜角度Aは、望ましくは濾材積層体26と傾斜部表面64の間で鋭角となり、その角度範囲が30度から60度、より望ましくは55度、あるいは35度から55度に設定される。

上記の成形工程は2003年12月22日に出願された米国予備出願番号第60/532,783号に記述されているので、ここに合体する。図8で図示されるシール構造を備えるためにこの予備出願で記載された技術のいくつかを適用することができる。ここで、本発明の図8に図示された特定のシール構造の配置位置と形状のうち、プリフォームの配置位置が予備出願のものと本質的に全く異なっている。さらにハウジングがどのように係合または噛み合わせられるかに関しては予備出願の形式のものと本質的に異なっている。

さまざまなサイズと形状となるように濾材積層体を作ることができるが、図示された特定の構成であって使用可能な濾材積層体によれば、少なくとも140mmの長手方向の全長と、横断面の長軸方向の190mmと、短軸方向の110mmを有する典型的な濾材として形成される。

図8を参照して、濾材積層体26とシール28の間のインタフェース面は、濾材積層体26の端面から少なくとも4mm、通常5〜15mm分の距離の範囲となる。このインタフェース面により濾材積層体26とシール28との間に良好な係合面が提供されることになる。さらに、例えば濾材組立体1に振動が伝わるようにインストールされる設備では潜在的に濾材を傷つけることになるが、振動の影響を低減するように機能するシールが濾材積層体26のこの位置に提供されることになる。すなわちシール28の防振機能により使用の間フィルタカートリッジ22の完全性が確保される。

C.使用可能な安全フィルタの検討
次に、図11〜図14を参照すると使用可能な安全フィルタ20の実施形態が図示されている。望ましいシステムでは安全フィルタ20は主要なフィルタカートリッジ22が故障した場合に、主要なフィルタカートリッジ22を通過するゴミから下流のコンポーネントを保護するために主要なフィルタカートリッジ22の下流にゴミを含む空気が流れないようにエアクリーナ1を構成すると良い。加えて、安全フィルタ20は図4に図示したように清浄大気領域32に位置することから、エアクリーナ1を点検している間にエンジンを保護する一助となる。

安全フィルタ20には主要なフィルタカートリッジ22の外周面に合致する外周面170が一般的に形成される。図示される具体的構成例では、安全フィルタ20は長円形であるが円形など他の形状であっても良い。図示される特定の長円形によれば、1組の対向する曲線部174、175に夫々連続する1組の直線部172、173を備える。

図示の具体的構成例では安全フィルタ20は剛体の構造的なフレーム178を含む。フレーム178の一部をスカートかバンド180として形成している。バンド180は濾材184の内部の領域を囲む。濾材184にはさまざまなタイプのものを利用できる。図示される構成では濾材184はひだ付け加工（プリーツ加工）されており、図11のプリーツ185は互いに平行に形成され直線端部172、173に達するようにして濾材184にひだをつけるように形成されている。例えば1インチあたり少なくとも2つのプリーツ、通常1インチあたり3〜8のプリーツを形成したプリーツ密度が使用できる。図11において、プリーツ186、187の2つの領域がどのように存在するのかが分かる。第1のプリーツ領域186が第2のプリーツ領域187から安全フィルタ20を二分するフレーム178の区分188により切り離されている。2等分割する壁188は、曲線部の端部174、175の間で安全フィルタ20に沿って縦方向に拡張される。

望ましい具体的構成例では、安全フィルタ20は少なくとも人間の手の一部を収容する大きさを有するハンドル190を含む。人間の手の一部を収容できる「大きさ」を備えるハンドル190とは、安全フィルタ20の操作を行うために少なくとも手の一部(指または指先）を、ハンドルと安全フィルタ20のハンドル構造の残っている部分に入れる大きさを有することを意味する。

図示される具体的構成例では安全フィルタ20はフレーム178から突出形成されたハンドル190を含む。望ましい具体的構成例によればハンドル190は区分188から一体的に拡張される。さまざまなハンドル構造190が使用可能である。図示されるハンドル190は、フレーム部材189から拡張される少なくとも一つの突起192を備える。突起192はノブ、リング、拡張部などを含む様々な構成を採用することができる。図示される突起192は図12の中空部196を形成したアーム194を備える。望ましい具体的構成例によれば中空部196は完全にアーム194を貫通すると良い。

特定の望ましい具体的構成例では、ハンドル190は2番目の突起198を含む。2番目の突起198は、さまざまな形状または構成を採用することができる。図示される突起198は、アーム202における突起192と同じ形状を有する中空204(図12)を備える。

望ましい具体的構成例では中空196、204の大きさは、エアクリーナ1に対して安全フィルタを着脱できるように人間が手に手袋をはめた指に対応できるように設定される。例えば、中空196、204はその横面積が少なくとも2平方cm、通常4〜100平方cmに設定される。突起192、198は、図12のランド206と区分189によって互いに切り離されている。

望ましい用途としては、図4を見て分かるように、ランド206と内側の側207、208によって定義されるそれぞれの突起192、198の間の部分205に芯材57のセンタリング構造79の頂点152(図7)が収容するように構成されると良い。このような望ましい用途によれば、突起192、198は、エアクリーナ1内の適所において主要フィルタカートリッジ22を動作可能に指向させるのを助けるためのガイド212、214(図12)として機能できる。このためガイド212、214はエアクリーナ1の中心位置にフィルタカートリッジ22を置くことができる大きさに設定できる。

引き続き図11〜図14を参照して、望ましい安全フィルタ20によれば、安全フィルタ20とハウジング2のエアクリーナ部分9との間でシール220(図4)を形成するシール部材218を含む。図示される構成によれば、シール部材218はバンド180の全体周囲のバンド180に固定されている。図示される構成では、シール部材218はバンド180から半径方向外側に放射状に指示されたシール221(図4)を、ハウジング2のエアクリーナ部分9の内面の表面120の間においてバンド180上に形成している。

使用可能な濾材184は多くの異なったタイプの従来からの濾過材が含まれる。これらはセルロース、合成繊維、これらの様々な混合体が含まれる。一つの使用可能な便利な濾材は70±4.0lb./3,000平方フィート(114±6.5g/平方m)の重さ、0.032±0.003インチ(0.81±0.08mm)の厚み、165±20フィート/分(50.3±6.1m/分)のフレーザー（Frazier）導磁性、100±8ミクロンの空隙寸法、19.8±6.6ｌb./インチ(9.0±3kg/インチ)の乾燥張力と、20±5psi(138±34kPa)の耐破裂力を備える合成/グラスファイバー混合体が挙げられる。

D.使用可能な予備クリーナ構造の検討
図2〜図4において、望ましい予備クリーナ部分8が図示されている。ここで、多くの異なる従来構成の予備クリーナを主要フィルタエレメント22の上流に配置することで、図示される特定の予備クリーナ8を効果的に使用することができる。

上記のように予備クリーナ8は、図2Aに図示した複数の遠心分離機チューブ13を含んでいる。それぞれの遠心分離機チューブ13は、対向する端部229、230の間で先細りする形状を備えた外側の実質的に筒状の壁228を備えている。端部229の直径は、端部230より小さい。端部229は端部230の上流に配置される。壁228の中には、図3に図示した羽根または曲がった刃234を備えた渦発生部232が配置されている。壁228はその下流の端部230において、図2Aの出口管236を形成している。

上記の遠心分離機チューブ13の夫々は、図2Aに図示した上流のじゃま板238中に収容される。じゃま板238は、遠心分離機チューブ13の上流の端部229を受ける大きさの複数の開口を備える。また遠心分離機チューブの夫々の上流の端部229には図2Aのスロット244中に受け取られるタブ242(図3)が設けられており、開口240の一部を形成している。このタブ/開口の構成によって、遠心分離機チューブ13の夫々の出口管236がほこり射出チューブ4に向かうインデックス構造246(図3)を構成している。

図示される予備クリーナ8は、さらにチューブ228の中に収容される図4に示した複数の抽出チューブ250を含んでいる。望ましい構成によれば、それぞれの抽出チューブ250は、カバー7と一体成形されると良い。このような望ましい具体的構成例として、カバー7は側壁252と、チューブ14と、下流のじゃま板254と各抽出チューブ250とを一体成形した一つの部品として構成される。

予備クリーナ8を組み立てるために、各チューブ228がじゃま板238の対応する開口240に挿入される。各チューブ228のタブを対応する溝244に対して揃えるようにセットすることで、出口管236がエジェクタチューブ4に確実に向かうようにして上記のインデックス構造246が機能するようにしている。各チューブ228を有したじゃま板238の上流側は、予備クリーナ8の残る部分に向けられるように配置される。各チューブ228の各端部230は、対応する抽出チューブ250の向けられ、じゃま板238がスナップ嵌合などによって側壁252に対して固定される。

以上のように構成される予備クリーナ8は以下の通りに動作する。粒子状物質を含む気体流は上流側の端部229を介して各チューブ13に流入する。この気体は渦ジェネレータ232により回転状態が引き起こされる。この気体流の回転で粒子状物質に遠心力が作用する。粒子状物質は気体より重いので壁228に向かって移動する。

粒子状物質は出口管236から一部の気体流とともに外部に排出される一方で、残りの気体流は抽出チューブ250を介して下流に流入する。抽出チューブ250からの気体流は、主要なフィルタエレメント22の上流の流れ面23に直面する。このようにして出口管236から噴出される粒子状物質は重力作用で下方に向かい射出チューブ4を通り、射出バルブ15を通して外部に排出される。

E.方法
一般的に、上記のような直線的な流れ構造を備えたフィルタエレメントをシールするための方法が提供されることとなる。一般的に望ましい方法によれば、図示されるようにカバーと一次エアクリーナ部分の夫々のフランジを対向させるように位置決めし、シール(エレメントに設けられた)に対して係合させ、軸方向にシールを圧縮することでシール状態に維持される。

直線的な流れ構造を有したフィルタカートリッジをシールをするガスケットを取り付けるための方法が、上述したように提供される。一例の方法によれば、カートリッジのハウジングシールを形成するのと同じシール素材を注入することでプリフォームと濾材積層体とを同時にシールすることが挙げられる。

気体を浄化する目的で、各フィルタ(20、22)がエアクリーナ1の中に装填されることになろう。予備クリーナを含むカバー8は、ハウジング2のエアクリーナ部分9から取り外される状態になると、安全フィルタ20が残る状態になる。この安全フィルタ20は、中空部196、204内に指先を通すように設けられたハンドル190を握ることによって操作される。そして、安全フィルタ20はエアクリーナ部分9の開端を介して配置され、部位32の中に装填される。安全フィルタ20とエアクリーナ部分9の間で半径方向シール221を形成するために上記のガスケット220は、安全フィルタ20と壁9との間で圧縮される。

次に、図4を参照して、主要なフィルタカートリッジ22が提供される。この主要フィルタカートリッジ22は、その下流の端部24が最初にエアクリーナ部分9の開端を通して置かれる。主要フィルタカートリッジ22の受容部75は、これが受け入れられるようにガイド212、214に対して揃えられる。中央の芯材57には特に図４に図示したように受容部のポケット164、167が設けられており、これらの内部にガイド212、214を受け入れる。芯材57のセンタリング構造152は、エアクリーナ部分9の中の主要フィルタ22を正しく位置決めして中心に置く状態にするためにガイド212、214と係合する。

以上のようにして主要フィルタカートリッジ22は中心に位置決めされ、ガスケット28がエアクリーナ部分9のフランジ371上に位置する。次に予備クリーナ部分7がエアクリーナ部分9の上に位置決めされて、フランジ370がガスケット28の上に静止する状態にする。続いて、オーバーセンター留め金17が操作されて、軸方向の力を接合部11で発生させ、ハウジングの予備クリーナ部分7とハウジングのエアクリーナ部分9の間でガスケット28を圧縮させ軸方向シールを形成する。フランジ370は、シール28の外側の輪状の部分28fを覆うために、図8の周囲の拡張370aを含む。

空気を浄化するために、大気は遠心チューブ13を介して予備クリーナ7内に流入される。渦ジェネレータ232は流入した大気流を回転させるので、粒子状物質を壁228に向かって移動させる。そして粒子状物質はほこりのエジェクタチューブ14を通して重力で下方に移動され出口管236を介して排出される。このようにして予備浄化された空気は、抽出チューブ250を通り、主要なフィルタエレメント22の流れ面23を通過する。濾材積層体26は空気中の粒子材料をさらに取り除く。このようにして浄化された空気流れは、出口の流れ面24を流れ出る。次に、オプションの安全フィルタ20の媒体184を通り、出口管3を通る浄化後の空気流となる。この空気流は、下流の設備である内燃機関などに流れる。

一区切り使用期間後に、エアクリーナ1は点検整備が必要となるであろう。エアクリーナ1の点検整備作業を行うために、予備クリーナ部分7がハウジング2のエアクリーナ部分9から取り外される。この作業は、上記の留め金を解除することによって行われる。留め金17が解除されることで、シールガスケット28によって形成された軸方向シールが解除される。この結果、主要フィルタカートリッジ22の上流の表面が露出される。次に、フィルタカートリッジ22は握られてエアクリーナ部分9から取り除かれ、主要フィルタカートリッジ22を廃棄処分するかまたは再度使用可能にリサイクルする。ここで、多くの場合において、安全フィルタ20は浄化空気が通過するので交換不要となるが、主要フィルタカートリッジ22は交換が必要となることが理解されよう。

安全フィルタ20が取り替えられる場合には、2番目の新しい安全フィルタフィルタ20が初期の設置位置となるように上記のようにハウジング2に挿入される。次に新しい主要フィルタカートリッジ22が上記のように準備され、エアクリーナ部分9の中に装着されることとなる。予備クリーナ部分8はエアクリーナ部分9の上に置かれて軸方向シールがガスケット28により形成される。

Claims (13)

1. エアフィルタカートリッジであって、
   （ａ）前記エアフィルタカートリッジは、入口端部とその反対側の出口端部と前記入口端部および前記出口端部の間に延びる軸方向長さとを有する濾材積層体を備え、
   （ｂ）前記エアフィルタカートリッジは、前記濾材積層体を囲む側壁部分とハウジングシール支持部とを有するプリフォームを備え、前記濾材積層体は、前記プリフォーム内に固定され、前記プリフォームは、前記プリフォーム内に複数の開口を含み、前記複数の開口は、前記濾材積層体を取り囲むように配置され、
   （ｃ）前記エアフィルタカートリッジは、前記ハウジングシール支持部に固定されるハウジングシール部を含むハウジングシールを備え、
   （ｄ）前記エアフィルタカートリッジは、前記濾材積層体を囲み、前記プリフォームを前記濾材積層体に直接シールする濾材積層体シール部を備え、
   （ｅ）前記濾材積層体は、対向し合う1対の辺が、対向し合う1対の湾曲した端部によって接続されている断面を有する、
   ことを特徴とするエアフィルタカートリッジ。
2. （ａ）前記濾材積層体は、面シートに結合された溝付きシートを含むＺ形の濾材積層体がコイル状にされたものであることを特徴とする請求項１に記載のエアフィルタカートリッジ。
3. （ａ）前記プリフォームは、第１の端部を有し、
   （ｉ）半径方向外方に向かう部分と、
   （ｉｉ）側壁部と、
   （ｉｉｉ）前記側壁部と、前記半径方向外方に向かう部分との間の傾斜部と、を備える、ことを特徴とする請求項１または２に記載のエアフィルタカートリッジ。
4. （ａ）前記濾材積層体シール部は、前記傾斜部と前記濾材積層体との間にシール素材を含むことを特徴とする請求項３に記載のエアフィルタカートリッジ。
5. （ａ）前記プリフォームの前記傾斜部は、前記濾材積層体に対して角度範囲が３０度から６０度となるように延びていることを特徴とする請求項３又は４に記載のエアフィルタカートリッジ。
6. （ａ）前記ハウジングシール部は、軸方向シール部を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のエアフィルタカートリッジ。
7. （ａ）前記ハウジングシール部のハウジングをシールする表面は、前記入口端部の第１の流れ面から１５ｍｍ以下の距離だけ離れて配置されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のエアフィルタカートリッジ。
8. （ａ）前記濾材積層体は、対向する２つの曲線部とこれらの曲線部の端部から延びる直線部とを備える長円形状を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のエアフィルタカートリッジ。
9. （ａ）前記濾材積層体は、前記入口端部の第１の流れ面の近傍の巻かれた接着材ビードにより閉鎖されてシールされた中心部を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のエアフィルタカートリッジ。
10. （ａ）前記濾材積層体は、少なくとも１４０ｍｍの軸方向長さを有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のエアフィルタカートリッジ。
11. （ａ）前記濾材積層体は、少なくとも１９０ｍｍの長軸と、少なくとも１１０ｍｍの短軸を有する横断面を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のエアフィルタカートリッジ。
12. エアクリーナであって、
    （ａ）前記エアクリーナは、主要なフィルタカートリッジの上流に配置された予備クリーナを含むハウジングを備え、前記主要なフィルタカートリッジは、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のエアフィルタカートリッジを含む、ことを特徴とするエアクリーナ。
13. （ａ）前記予備クリーナは、複数の遠心分離機を含む、ことを特徴とする請求項１２に記載のエアクリーナ。

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