JP2007515291A - シール構造を備えるフィルタエレメントおよびその製造方法 - Google Patents
シール構造を備えるフィルタエレメントおよびその製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
本出願は、2003年12月22日に出願された米国予備出願番号60/532,783号の開示内容の見直しと、補助的な内容を含むものである。この米国予備出願に対して適切な優先権を主張する。米国予備出願番号60/532,783号の完全な開示内容を、本明細書に合体する。
本発明は、取り外し可能または交換可能な、すなわち点検整備可能なエアクリーナのフィルタエレメントまたはカートリッジ部品に関する。他の用途にも可能であるが、以下に記述される発明は、エンジン(例えば、乗り物、建設機器、農業機器、採鉱装置及び発電機系)の吸気濾過に使用されるエアクリーナに特に有効である。本発明は、エアクリーナ用として点検整備可能な点検整備可能なフィルタエレメントまたはカートリッジに提供されるシール構造に特に関係する。本発明は、組立方法および使用方法にも関係する。
本発明によると、空気濾過で使用されるフィルタエレメントまたはカートリッジが提供される。一般に、フィルタエレメントまたはカートリッジは、互いに対向する入口および出口を有する媒体梱包体を備える。媒体梱包体は、濾過されるべき空気の通路に開口するように媒体梱包体の入口端に設けられる1セットの入口縦溝流路であって、媒体梱包体の出口端から全長の10%の距離分が望ましくは閉じられて形成される入口縦溝流路と、媒体梱包体の入口端から全長の10%の距離分が望ましくは閉じられて形成される出口縦溝流路であって、濾過されるべき空気の通路に開口するように媒体梱包体の出口端に設けられる1セットの出口縦溝流路とから形成される。フィルタエレメントまたはカートリッジは、媒体梱包体の第1の入口端および出口端に隣接して配置される先行成型部と、先行成型部が位置する媒体梱包体の第1端部との間の接続部または境界をシールする第1部位とフィルタエレメントが使用のためにインストールされると、フィルタエレメント(または、カートリッジ)との間でエアクリーナのシールを形成する位置に設けられる第2部位とを形成するシール材料の追加成型部とをさらに備える。追加成型部の第1部位と第2部位は互いに一体成型され、使用上で便利な構成となる。
I.一般的事項
本発明は、エアクリーナ組立体で使用可能なフィルタエレメント(あるいは、カートリッジとも呼ばれる)に関連する。一般に、好適なフィルタエレメントは以下の構成を備える。(a) フィルタエレメントの媒体は、第1の波形シート媒体を第2のシート媒体(通常、平坦な媒体または完全に平坦な媒体)に固定されたシングルフェーサと、(b) このシングルフェーサが組合せられて巻き上げられるか、積み重ねられることで媒体構造が作られ、濾過媒体の入口端部面で開口し、濾過媒体の出口端部面またはその近く(典型的には、縦溝流路の全長の10%の距離分が望ましくは閉じられた)で閉じられた複数の入口縦溝流路と、濾過媒体の出口端部面で開口し、濾過媒体の入口端部面またはその近く(典型的には、縦溝流路の全長の10%の距離分が望ましくは閉じられた)で閉じられた複数の出口縦溝流路とを備える。これらの媒体構造は、周知であり、例えば米国特許第5,820, 646号、第5,772,883号、第5,902,364号、第5,792,247号、第6,190,432号、第6,350,291号に記載されているのでここに参考のために記載する。上記の構成の媒体は、Z型濾過媒体と呼ばれ、媒体梱包体は、このZ型濾過媒体から形成される。このようなZ型濾過媒体梱包体およびここに記載する媒体の特徴は、対向する端面の間では濾過前の空気が閉じ込められる閉じた流路が形成されることである。
一般に、参照数字の1(図1)は、本発明による点検整備可能なフィルタエレメント(時としてカートリッジとも呼ぶ)を指している。図示されたフィルタエレメント1は、エアクリーナシール構成3をその上に置いたZ型濾過梱包体2を有している。
先ず、図7に着目する。図7は、点検整備可能なフィルタエレメント(またはカートリッジ)101の側面図である。フィルタエレメント101はZ型濾過媒体梱包体102と、シール構成103を備える。フィルタエレメント101は、さらにオプションのエンドピース104をシール構成103が位置する端部102aに対向する媒体梱包体の端部102bに備えている。
一般に図1のフィルタエレメント1に対応する図6のフィルタエレメント101にかかわる組立工程は以下の通りである。
一般に、フィルタエレメントの対向する端部に設けられるオプションのスキッドスカートは、成型前または成型後に設けられる。一般に、センタープラグが媒体中で使用される場合には、上記の成型工程の前に先行成型されるであろう。しかしながら、いくつかの事例では追加成型部と同時にセンタープラグを成型することができる。この後者の場合には、ウレタンが適切に配分されるように金型または他の構成の部分が提供されることが必要となるであろう。
図1に関する上記の記載ではスキッドスカート30がオプション部品であると述べた。この部品は図17と図18に図示されている。
上記のような構成では、ポリウレタン樹脂から高い発泡性と、非常に軟質の成型端部キャップシール構成が提供される。一般に、主要な条件としてはキャップシール構成により強健なシールが提供できるようになり、取り付けおよび取り外し時の耐久性を確保できる化学物質であるが挙げられる。一般に、このような特性は、素材の有するシール範囲が低密度であり、比較的に低い圧縮負荷で圧縮され、かつ圧縮永久ひずみが最適であることを意味する。
1) ベースポリエーテル ポリヨル(polyol)=500〜15,000
2) デオロス(Diols)= 0〜10,000
3) トリオロス(Triols)=500-15, 000
(b) 平均機能
1) 全体系=1.5〜3.2
(c)ヒロドキシル(Hydroxyl)番号
1) 全体系=100-300
(d) 触媒
1) アミン=空気製品 0.1〜3.0 PPH
(e) 界面活性剤
1)全体系=0.1〜2.0 PPH
(f)水分
1) 全体系=0.2〜0.5 %
(g) 顔料/染料
1) 全体系=1〜5%のカーボンブラック
(h)発泡剤
1) 水
I3050Uイソシアナトは以下の通りである。
(b)粘性、25度Cで600〜800CPS
(c)濃度、25度Cで1.5g/立方cm
(d)初期沸騰点、5mmHgで-190度C
(e)蒸気圧 25度Cで0.0002Hg
(f)外観、無色の液体
(g) フラッシュポイント(デンスキー マーチン(Densky-Martins)閉じたカップ)
200度C
ここで、一般的な事項としてハウジングシールをその一部に成型できる樹脂としては、少なくとも10ポンド/立方フィート(0.16グラム/cc)の成型密度で硬化する素材が望ましく、また軽負荷用途には5ポンド/立方フィート(0.08グラム/cc)の素材が良い。一方で、素材は上記のように約22ポンド/立方フィート(0.35グラム/cc)以下の密度、望ましくはこの値よりも以下で硬化する素材が良いであろう。
一般に、上記構成で使用可能な媒体梱包体は、Z型濾過材梱包体から形成される媒体2、102である。このような媒体梱包体は、さまざまな交互の縦溝流路の形状とシールタイプが使用できることを図示した。
縦溝流路を有した媒体を、種々の流体濾過構成で使用することができる。良く知られた一つが、Z型濾過構造である。ここで、「Z型濾過構造」とは、個々の波形または溝形に折り重ねられるかまたは別の方法で形成されたフィルタ縦溝流路を有する媒体を備え、流体の流れのために縦溝流路を入口および出口に交互に形成したものを意味する。このような媒体の対向する入口および出口に縦溝流路を長手方向に形成したZ型濾過材に関するいくつかの事例は、米国特許第5,820,646号、第5,772,883号、第5,902,364号、第5,792,247号、第5,895,574号、第6,210,469号、第6,190,432号、第6,350,296号、第6,179,890号、米国公開第6,235,195号、米国公開第399,944号、米国公開第428,128号、米国公開第396,098号、米国公開第398,046号、米国公開第437,401号の以上の15つの公報に記載されているので、ここにこれらを合体する。1つのタイプのZ型濾過材であって、結合する2つの特定の媒体の部品を利用する媒体構造の2つの部品は以下の通りである。
図19に図示された波形縦溝流路シート403用の規則的に曲げられて形成される波形パターンの追加的な特性として、互いに隣接した谷溝と尾根との間の中間点430で、各縦溝流路407の長さの大部分に沿って反りが逆転することがある。図19に図示されるように、谷溝407bは凹形の領域であり尾根407aは凸状領域である。もちろん、前側または面403bからに向かって見ると、谷溝407bの側面403aが尾根を形成し、尾根407aの表面403aが谷溝を形成する。(また別の事例では、領域430は、点ではなく、直線的な部分430が逆転する逆点端部となるかもしれない。)
図19に図示された波形の縦溝流路シート403用の規則的に曲げられて形成される波形パターンの追加的な特性として、個々の流路が直線的であることがある。ここで、「直線的」の流路とは、尾根407aと谷溝407bが断面形状が長手方向に少なくとも70%(通常、少なくとも80%)に端部408と409の間で実質的に変化しないことを意味する。図19において、「直線的」とは、国際公開番号WO 97/40918と2003年6月12日に公開されたPCT公開WO 03/47722の図1で記述される波形の媒体のテーパ状の縦溝流路と一部識別可能であるのでこれらを引用することでここに合体する。
図22において、図19で使用される媒体片401に対応する媒体ストリップを製造するための製造工程に関する1つの事例が図示されている。一般に、面シート464と、縦溝流路468を有するように溝付けされた(波形)シート466が互いに合体され、それらの間に粘着性の棒状シール材470が配置されてから、媒体ウエブ469が形成される。この粘着性の棒状シール材470により、図19のシングルフェーサ用の棒状シール材410が形成される。オプションの潰し工程は、ステーション471で行われ、ウエブの中間において潰された中心部位472を形成する。Z型濾過材またはZ媒体片474を棒状シール材470に沿って475の部位で切断または切り裂かれることで、Z型濾過媒体の二枚のZ型濾過媒体片476、477が得られるが、各片はそれぞれシール材(シングルフェーサ棒状シール材)の片が波形シートと面シートとの間で拡張した縁部を備える。もしも、オプションの押し潰し(ダート)工程が使用される場合には、シール材(シングルフェーサ棒状シール材)の片となる縁部において押し潰された縦溝流路の組が存在することになるだろう。
依然として図22を参照して、図示の工程によれば、面シート464が押し潰し工程のステーション471に送り出される様子が図示されている。面シートは、ロール506として格納されており、次にZ型濾過媒体474を形成するように波形シート466に指示される。波形シート466と面シート464は粘着剤または他の方法(例えば、超音波溶着による)によって互いに固定される。
ここに記述される原理と構成は。さまざまなシステムで使用可能である。一つの特定のシステムが、図25で参照番号の650で図式的に表現されている。図25において、例えば50〜2000cfm(すなわち、1.4〜57立方メートル/分)の気流が必要となるエンジン653を備えた乗り物652aなどの設備652が図式的に図示されている。代替手段も可能であるが、例えば設備652は、バス、高速道路走行用トラック、オフロード車、トラクタ、軽負荷または普通トラック、ボートなどの船舶が含まれる。エンジン653は燃料を燃焼して設備652を駆動する。図25において、気流は領域655からエアホーンを介してエンジン653に引き込まれた状態が図示されている。オプションのターボ656はエンジン653のエアホーンに加給を行うためのものであり二点鎖線で図示されている。この代替構成も可能であるが、ターボ656はエアクリーナ660の下流側に位置している。
使用可能な中心芯材113は、図9に関連して述べたように栓体で充満される。これは、図26において図示されている。図26において、図9の媒体梱包体102の断片的な部分が図示されている。図26を参照して媒体梱包体102が巻き付けられるときに芯材113が中心に置かれる。この中心芯材113は、濾過前の気流が通過しないようにシールを施す必要がある。このシールは芯材自体または栓体721によって行われる。栓体721に対して、媒体梱包体102を形成するために巻き付けられるシングルフェーサ片のリード端部を固定するためのシール材が置かれる。
Claims (22)
- (a) 入口およびこれに対向する出口とを含む媒体梱包体であって、前記媒体梱包体は、
(i) 濾過される空気の通路となるように前記媒体梱包体の入口の端部で開口し、前記媒体梱包体の出口の端部で閉口した入口縦溝流路の組と、
(ii) 濾過されるべき空気の通路を、前記媒体梱包体の出口の端部または端部近傍で閉口し、濾過後の空気を前記媒体梱包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、
(iii) 前記媒体梱包体は、濾過前の空気の流れが前記入口の端部の内部に入らないようにし、前記対向する出口から濾過されずに外部に出るようにし、
(b) 前記媒体梱包体の前記入口および前記出口の第1の端部に隣接して配置される先行成型部であって、
(i) 前記先行成型部は、前記媒体梱包体の前記入口および前記出口の前記第1の端部から外面的に突出形成されるハウジングシール支持部を有し、
(c) 気密材料から成型される追加成型部であって、前記追加成型部は、
(i) 前記先行成型部が位置する前記媒体梱包体の前記第1の端部と、前記先行成型部との間の境界のシールを行う第1の部分と、
(ii) フィルタエレメントとエアクリーナとの間で半径方向シールが提供されるように、半径方向に指向されるシール部位を有したエアクリーナシールとなる位置に設けられる第2の部分と、を備え、
(iii) 前記追加成型部の前記第1の部分と前記第2の部分とは互いに一体成型される、ことを特徴とするフィルタエレメント。 - (a) 前記媒体梱包体は外側の側壁を有するコイル状梱包体であり、
(b) 前記先行成型部のいかなる一部も前記媒体梱包体の外側の側壁から拡張せず、
(c) 前記追加成型部は、前記媒体梱包体の第1の端部から少なくとも5mmの距離分に渡り前記側壁に拡張されることを特徴とする請求項1に記載のフィルタエレメント。 - (a) 前記追加成型部は、発泡ポリウレタンを含むことを特徴とする請求項1または2に記載のフィルタエレメント。
- (a) 前記先行成型部は、前記媒体梱包体の前記出口の端部に隣接して配置されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のフィルタエレメント。
- (a) 前記先行成型部は、前記ハウジングシール支持部から半径方向に外面的に指示されたスカート部分を含み、
(i) 前記ハウジングシール支持部と前記スカート部分は互いに一体成型され、
(ii) 前記ハウジングシール支持部から半径方向に外面的に指示された前記スカート部分は、前記先行成型部と前記媒体梱包体との境界において、最も外側に位置する外側縁部を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のフィルタエレメント。 - (a) 半径方向に外面的に指示された前記スカート部分は、角度20〜70度の範囲で前記媒体梱包体から拡張されることを特徴とする請求項5に記載のフィルタエレメント。
- (a) 前記先行成型部は、一体成型される媒体表面クロス部材をさらに含むことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のフィルタエレメント。
- (a) 前記先行成型部は、成型されるナイロン製部品を含むことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のフィルタエレメント。
- (a) 前記媒体梱包体は、楕円形の横断面形状を備えることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項1に記載のフィルタエレメント。
- (a) 前記媒体梱包体は、2つの対向する湾曲面と、2つの対向する直線面とを有する競技場走路の横断面形状を備えることを特徴とする請求項9に記載のフィルタエレメント。
- (a) 媒体梱包体は、円形の横断面を備えることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項1に記載のフィルタエレメント。
- (a) 前記媒体梱包体は、シール材片で外側の末端が固定されることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載のフィルタエレメント。
- (a) 前記シール材片は、前記媒体梱包体の前記出口の前記端部から少なくとも4mm分離れて、前記追加成型部の下方の位置で終わることを特徴とする請求項12に記載のフィルタエレメント。
- (a) 前記媒体梱包体の前記出口の前記端部に隣接して、前記入口縦溝流路の端部が棒状シール材によって閉口されることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載のフィルタエレメント。
- (a) 前記媒体梱包体の前記出口の前記端部に隣接して、前記入口縦溝流路の端部がシングルフェーサの棒状シール材によって閉口されることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載のフィルタエレメント。
- (a) 前記媒体梱包体の前記出口の前記端部に隣接して、前記入口縦溝流路の端部が折り畳みによって閉口されることを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載のフィルタエレメント。
- (a) 前記媒体梱包体の前記入口の前記端部に隣接して、前記出口縦溝流路はワインダー棒状シール材によって閉口されることを特徴とする請求項1乃至16のいずれか1項に記載のフィルタエレメント。
- (a) 前記媒体梱包体は、シングルフェーサの最も外側の包装部を含み、
(b) 前記追加成型部の残り部分と一体成型される発泡ウレタンの成型部分は、前記出口表面に隣接してシングルフェーサの最も外側の前記包装部中、または開口された前記出口縦溝流路の前記出口端を閉じるように位置決めされることを特徴とする請求項1乃至17のいずれか1項に記載のフィルタエレメント。 - (a) 前記先行成型部は、前記媒体梱包体の前記出口表面に向けられるリブ構成をその上に形成したことを特徴とする請求項1乃至18のいずれか1項に記載のフィルタエレメント。
- 請求項1乃至19のいずれか1項に記載のフィルタエレメントを成型する方法であって、前記方法は、
(a) 金型の貯液部の中に、硬化前の発泡ウレタンを配置する工程と、
(b) 前記金型において、前記媒体梱包体の端部と前記先行成型部との位置決めを行い、前記金型の一部が、前記媒体梱包体の端から少なくとも5mm分離れた位置で押し付けられる工程と、
(c) 前記硬化前の発泡ウレタンが、前記先行成型部の周りで前記追加成型部を形成するように上昇され、硬化され前記媒体梱包体と前記先行成型部との境界を覆う工程とを備えることを特徴とする方法。 - (a) 前記媒体梱包体の前記出口縦溝流路まで、前記追加成型部を成型するように前記発泡ウレタンの一部の上昇を許可することを特徴とする請求項20に記載の方法。
- (a) エアクリーナハウジングと、
(b) 点検整備可能なフィルタエレメントとを備え、
(i) 入口およびこれに対向する出口とを含む媒体梱包体であって、前記媒体梱包体は、 (A) 濾過される空気の通路となるように前記媒体梱包体の入口の端部で開口し、前記媒体梱包体の出口の端部で閉じた入口縦溝流路の組と、
(B) 濾過されるべき空気の通路を、前記媒体梱包体の出口の端部または端部近傍で閉口し、濾過後の空気を前記媒体梱包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、
(C) 前記媒体梱包体は、濾過前の空気の流れが前記入口の端部の内部に入らないようにし、前記対向する出口から濾過されずに外部に出るようにし、
(ii) 前記媒体梱包体の前記入口および前記出口の第1の端部に隣接して配置される先行成型部であって、
(A) 前記先行成型部は、前記媒体梱包体の前記入口および前記出口の前記第1の端部から外面的に突出形成されるハウジングシール支持部を有し、
(iii) 気密材料から成型される追加成型部であって、前記追加成型部は、
(A) 前記先行成型部が位置する前記媒体梱包体の前記第1の端部と、前記先行成型部との間の境界のシールを行う第1の部分と、
(B) フィルタエレメントとエアクリーナとの間で半径方向シールが提供されるように、半径方向に指向されるシール部位を有したエアクリーナシールとなる位置に設けられる第2の部分と、を備え、
(C)前記追加成型部の前記第1の部分と前記第2の部分とは互いに一体成型され、
(c) 前記追加成型部の前記第2の部分と前記エアクリーナの間の半径のシールによって取り外し可能に前記エアクリーナにシールされることを特徴とするエアクリーナ。
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