JP2010531731A - ろ過用媒体パック、フィルタエレメント、および方法 - Google Patents

ろ過用媒体パック、フィルタエレメント、および方法 Download PDF

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Abstract

【発明の要約】
単一フェーサ媒体の複数の層を持つろ過用媒体パックを提供する。単一フェーサ媒体の層は、ひだ付きシートと、対面シートと、ひだ付きシートと対面シートとの間に伸びていて、かつろ過用媒体パックの第1面からろ過用媒体パックの第2面まで伸びている縦溝流路長を持つ複数の縦溝流路とを含む。流体がろ過用媒体パックの第1面または第2面のうちの1つの面に流入し、ろ過用媒体パックの第1面または第2面のうちの他の面に流出する流体の通過が、媒体を貫通して流体をろ過するように、複数の縦溝流路の第1部分は、流入しようとするろ過されていない流体に対して閉じていて、複数の縦溝流路の第2部分は、流出しようとするろ過されていない流体に対して閉じている。一般的に使用されるZ型媒体パックと比べて増加したろ過媒体を持つろ過用媒体パックを提供することができる。ろ過のために利用可能なろ過用媒体の量を増加させるための技術は、縦溝流路の密度を増加させること、マスキングを抑ること、縦溝流路の幅対高さの比を調整すること、縦溝流路の密度を増加させること、縦溝流路の形状を調整すること、およびプラグの長さを減少することを含む。また、初期圧力損失を抑えながら性能を向上させる技術を提供する。ろ過用媒体パックを含むフィルタエレメントを提供する。フィルタエレメントは、ろ過用媒体パックの周囲の周囲に伸びているシール部材を含む。ろ過用媒体パックを製造する方法とろ過用媒体パックを使用する方法を提供する。

Description

本発明は、流体をろ過するために使用できるろ過用媒体パックとフィルタエレメントに関する。本発明は、さらに、ろ過用媒体パックの製造方法および使用方法に関する。
関連出願への相互参照
本出願は、米国以外の全ての国を指定国とする出願人である米国国内企業であるドナルドソン会社と、米国のみを指定国とする出願人である米国人のグレイ J.ロックリッツとミング オウヤングと、インド人のアニタ M.マシィユの名において、国際特許出願として2008年6月26日に出願されたものであり、2007年6月26日に米国特許庁に出願された米国仮特許出願第60/937,162号の優先権を主張するものである。米国仮特許出願第60/937,162号の全体の開示は本明細書にその全体が合体される。
背景技術
空気や液体などの流体は、その中に汚染物質を含む。多くの例では、流体から汚染物質の少しまたは全てをろ過することは好ましい。例えば、動力車または発電装置のエンジンへの空気流、ガスタービンシステムへのガス流れ、および様々な燃焼炉への空気流は、その中にろ過すべき粒子状汚染物質を含む。また、エンジン潤滑油システム、液圧システム、冷却システムまたは燃料システムの液体流は、ろ過すべき汚染物質を含み得る。そのようなシステムに対して、選択された汚染物質を流体から除去する(または流体中のレベルを低減する)ことは好ましい。汚染物質削減のためにさまざまな流体フィルタ(空気あるいは液体フィルタ)構成物が開発されてきた。しかしながら、一般に、継続的な改良が求められる。
一般に、Z型媒体は、流体がろ過媒体エレメントの第1面の縦溝流路(flute)に入って、ろ過媒体エレメントの第2面の縦溝流路から出る縦溝流路付きろ過媒体エレメントの一種である。一般に、Z型媒体の複数面は媒体の対向する端部に提供される。流体は、1つの面上の開いている縦溝流路を通って入り、他の面の開いている縦溝流路を通って出る。第1面と第2面との間のいくつかのポイントで、流体は、1つの縦溝流路から別の縦溝流路を通過してろ過される。
Z型媒体の初期形態は、媒体パックの特徴が段ボール箱業界で採用されたので、しばしば波形媒体(corrugated media)と呼ばれていた。しかしながら、段ボール箱板は、一般に、積載物を運ぶように設計されている。従って、縦溝流路の設計は、段ボール箱業界の規格と大きさから離れる方向に変更して、改良された媒体性能を提供することができる。
米国特許第5,562,825号 米国特許第5,049,326号 米国特許第4,925,561号 国際特許出願公開第97/40918号
Z型媒体の縦溝流路の形態を変更するために様々な開示がなされた。例えば、米国特許第5,562,825号は、(波形側部を持つ)狭いV字形の出口縦溝流路に隣接する(断面が)半円形状の入口縦溝流路を利用する波形パターンを記載する(米国特許第5,562,825号の図1と図3参照)。松本他の米国特許第5,049,326号では、複数の半管を有する別のシートに取付けられた複数の半管を持つシートによって画定される、(断面が)円状または管状の複数の縦溝流路が、平行でまっすぐな縦溝流路を持って示されている。米国特許第5,049,326号の図2が参照される。石井他の米国特許第4,925,561号(図1)は、矩形断面を持つように折り曲げられている縦溝流路を示し、その縦溝流路は、長さ方向にテーパ状となっている。国際特許出願公開第97/40918号(図1)では、(隣接するカーブした凸状と凹状の谷(トラフ)から)カーブした波形パターンを持ちかつ長さ方向にテーパ状となっている複数の縦溝流路または平行な波形物が示されている。また、国際特許出願公開第97/40918号では、カーブした波状パターンを持つが、異なる大きさの複数の尾根(リッジ)と谷(トラフ)を持つ縦溝流路が示されている。
本発明に基づくろ過用媒体パックを提供する。ろ過用媒体パックは、単一フェーサ媒体の複数の層を含む。単一フェーサ媒体の層は、ひだ付きシートと、対面シートと、ひだ付きシートおよび対面シートの間に伸びている複数の縦溝流路とを有する。単一フェーサ媒体の層は、ろ過用媒体パックの第1面からろ過用媒体パックの第2面まで伸びている縦溝流路長を持つ。ろ過用媒体パックは、ろ過用媒体パックの第1面または第2面のうちの1つの面に流入し、ろ過用媒体パックの第1面または第2面のうちの他の面に流出する流体が、媒体を通過して流体をろ過するように、流入しようとするろ過されていない流体に対して閉じている複数の縦溝流路の第1部分と、流出するろ過されていない流体に対して閉じている複数の縦溝流路の第2部分とを含む。ろ過用媒体パックは、所望であれば、Z型媒体パックとして特徴付けることができ、ろ過されていない流体が入口部の縦溝流路を通ってろ過用媒体パックに流入し、出口部の縦溝流路を通って流出するように、入口部の縦溝流路と出口部の縦溝流路とを持って提供することができる。しかしながら、ろ過用媒体パックの複数の縦溝流路は、入口部の縦溝流路と出口部の縦溝流路として特徴付けられる必要はないことを理解すべきである。
ろ過用媒体パックの性能は、いくつかの設計基準から選択することによって、変更または修正することができる。用語「性能」は、一般に、寿命の増加、充填容量の増加、圧力損失の減少、流量の増加、大きさや体積の縮小などのうちの少なくとも1つを示す。例えば、ろ過用媒体パックは、現在の利用可能なZ型媒体パックと比べて性能を高める特別な応用のために設計することができる。性能を高めることは、例えば、マスキング、縦溝流路の幅対高さの比、縦溝流路の長さ、縦溝流路の密度、縦溝流路の形状、プラグ長さの低減、縦溝流路のテーパ形状、および縦溝流路の非対称な体積のうちの1つまたはそれ以上を制御することによって得られる。これらの技術を単独あるいは組合せて使用することにより、所望の特性を持つろ過用媒体パックを提供することができる。
出願人は、ろ過用媒体パックの追加の設計特性を制御すると、ろ過用媒体パックの性能の向上の程度を改善することができることを見出した。例えば、ろ過用媒体パックの性能は、マスキング、縦溝流路の幅対高さの比、縦溝流路の長さ、縦溝流路の密度、縦溝流路の形状、プラグ長さ、縦溝流路のテーパ形状、縦溝流路の非対称な体積などの一つの設計基準を調整することによって、標準の媒体パック、例えば、規格Bの縦溝流路媒体に対して向上することができる。さらに、出願人は、追加の設計基準を制御した結果として、性能を高めることができることを見い出した。
実施例では、ろ過用媒体パックは、5インチ未満の縦溝流路の平均長さを持つ複数の縦溝流路を持つように制御することができ、かつ、下記式による縦溝流路の密度(ρ)が、少なくとも35.0流路/インチ2を示すように制御することができる。
ρ=チェンネルの数(開いたおよび閉じたチャンネル)/(2×Z型媒体パックの断面積)
ここで、チェンネルの数は、計数されたものであり、Z型媒体パックの断面積は、測定されたものである。さらに、ろ過用媒体パックは、
(i)複数の縦溝流路の第1部分あるいは複数の縦溝流路の第2部分のうちの少なくとも1つは、7mm未満の平均プラグ長さでプラグ(栓)をすることにより閉じているか、
(ii)2.5より大きい縦溝流路の幅対高さの比か、
(iii)0.4未満の縦溝流路の幅対高さの比か、
のうちの少なくとも1つを示すことができる。
ろ過用媒体パックの代替の実施例では、ろ過用媒体パックは、少なくとも35.0流路/インチ2の縦溝流路の密度を持ち、かつ媒体パックの一方の側の体積が媒体パックの他方の側の体積よりも少なくとも10%だけ大きいような、非対称な体積の構成物を持つことができる。
ろ過用媒体パックの別の代替の構成物では、ろ過用媒体パックは、約4インチより大きい縦溝流路の平均長さと、2.5より大きい縦溝流路の幅対高さの比か、あるいは0.4未満の縦溝流路の幅対高さの比と、媒体パックの一方の側の体積が媒体パックの他方の側の体積よりも少なくとも10%だけ大きいような非対称な体積の構成物と、を持つことができる。
本発明による別の代替のろ過用媒体パックでは、ろ過用媒体パックは、約8インチより大きい縦溝流路の平均長さと、2.5より大きい縦溝流路の幅対高さの比か、あるいは0.4未満の縦溝流路の幅対高さの比と、媒体パックの一方の側の体積が媒体パックの他方の側の体積よりも少なくとも10%だけ大きいような非対称な体積の構成物と、を持つことができる。
ろ過用媒体パックの性能は、縦溝流路の形状を制御することによって向上させることができる。例えば、ひだ付き媒体は、隣接するピーク間で縦溝流路の一部に沿って伸びている少なくとも1つの***部(リッジ)を持つことができる。この縦溝流路の形状は「低接触」と呼ぶことができる。ひだ付きシートは、隣接するピーク間で縦溝流路の長さの一部の長さに沿って伸びている少なくとも2つの***部(リッジ)を含むことができる。この縦溝流路の形状を「ゼロ歪み」または「Y字」形状と呼ぶことができる。ひだ付きシートは、内部ピークと外部ピークとの間で縦溝流路の長さの少なくとも50%の長さに沿って伸びている、1つまたは2つまたはそれ以上の***部(リッジ)の繰り返しパターンを提供するように構成することができる。繰り返しパターンは、すべての隣接するピーク間で、2つごとの繰り返しピーク間で、3つごとの繰り返しピーク間で、または4つごとの繰り返しピーク間など全ての繰り返しピークより少ないいくつかの繰り返しパターン間で、提供されることができる。ひだ付き媒体のいくつかの部分は、隣接するピーク間に伸びている***部(リッジ)を含む必要はない。
ろ過用媒体パックを含むフィルタエレメントを提供することができる。フィルタエレメントは、媒体パックの周辺部の周囲に伸びているシール部材を含む。シール部材は、半径方向に伸びる方向でハウジング表面と係合してシールするように構成されたシール面を含むことができる。あるいはまた、シール部材は、軸方向に伸びる方向でハウジング表面と係合してシールするように構成されたシール面を含むことができる。シール部材は、ろ過用媒体パックに直接、または(シール支持材などの別の構造を介して)間接的に取り付けることができる。
ろ過用媒体パックを製造する方法を提供する。この方法は、ろ過用媒体パックを形成するために、単一フェーサ媒体の複数の層を積層するか、または巻き付ける工程を含むことができる。
流体をろ過する方法を提供する。この方法は、ろ過用媒体パックの第1面または第2面のうちの1つの面に流体を供給し、ろ過用媒体パックの第1面または第2面のうちの他方の面から流体を回収する工程を含むことができる。
ろ過用媒体パックでろ過することができる流体は、ガス状物質と液体物質とを含む。ろ過できる例示のガス状物質は、空気を含む。ろ過できる例示の液体物質は、水、油、燃料、および加圧流体を含む。
先行技術による例示のZ型フィルタ媒体の概略を示す部分斜視図である。 図1で示された先行技術の媒体の一部の部分拡大断面図である。 様々な波形形状の媒体の定義を示す概略図である。 幅対高さの比を示す媒体の一部の概略を示す部分拡大断面図である。 本発明による媒体の一部の概略を示す部分拡大断面図である。 図5aのろ過用媒体を巻いた媒体パックの端部を示す図である。 図6で示されるろ過媒体に詰まったダストを示す斜視図であり、ひだ付きシートの一部を剥がしてダストケーキを示す図である。 図5bの媒体のテーパ状のひだ付きシートを示す斜視図である。 図5bと5cのテーパ状の媒体のいくつかの場所の断面図である。 本発明の非対称な媒体の一部の概略を示す部分拡大断面図である。 インバータホイールと接触した後で、縦溝流路を閉じる折り曲げホイールと接触する前の縦溝流路の断面図である。 図11の線12-12に沿って得られる縦溝流路の断面図である。 図11の線13-13に沿って得られる縦溝流路の断面図である。 折り曲げホイールと接触した後の縦溝流路の断面図である。 図14の線15-15に沿って得られる縦溝流路の断面図である。 図14の線16-16に沿って得られる縦溝流路の断面図である。 図14の線17-17に沿って得られる縦溝流路の断面図である。 図14で図示される折り曲げられた縦溝流路の端面図である。 本発明の空気ろ過用媒体パックを含むフィルタエレメントを含むことができる例示のエアクリーナの断面図である。 本発明の空気ろ過用媒体パックを含むフィルタエレメントの部分断面図である。 本発明の空気ろ過用媒体パックを含むフィルタエレメントの斜視図である。 本発明の空気ろ過用媒体パックを含むフィルタエレメントの斜視図である。 図22のフィルタエレメントの下部からの斜視図である。 図22と図23のフィルタエレメントのセンサー板の側面図である。 本発明の空気ろ過用媒体パックを含むフィルタ構成物の部分断面図である。 本発明の空気ろ過用媒体パックを含むフィルタエレメントを含むエアクリーナの部分断面図である。 本発明の空気ろ過用媒体パックを含む例示のフィルタエレメントの斜視図である。 本発明の空気ろ過用媒体パックを含む例示のフィルタエレメントの斜視図である。
ひだ付フィルタ媒体
ひだ付フィルタ媒体(fluted filter media)は、さまざまな方法で流体フィルタ構造物を提供するために使用することができる。よく知られた1つの形態は、Z型フィルタ構造物である。本明細書で使用する用語「Z型フィルタ構造物(z-filter construction)」または「Z型フィルタ媒体(z-filter media)」は、フィルタ構造物を指すことを意味する。この構造物では、波形に加工した、折り曲げた、ひだ付きの、または、別の方法で形成されたフィルタ縦溝流路のうちの1つの縦溝流路が、媒体を通過する流体流れの長手方向のフィルタの縦溝流路を画定するために使用されることを意味する。この流体は、媒体の流入端部と流出端部(または、流れ面)の間で縦溝流路に沿って流れる。Z型フィルタ媒体のいくつかの実施例は、米国特許第5,820,646号、米国特許第5,772,883号、米国特許第5,902,364号、米国特許第5,792,247号、米国特許第5,895,574号、米国特許第6,210,469号、米国特許第6,190,432、米国特許第6,350,296号、米国特許第6,179,890号、米国特許第6,235,195号、意匠第399,944号、意匠第428,128号、意匠第396,098号、意匠第398,046号、意匠第437,401号で提供される。これら15の引用文献は、引用により本明細書に合体する。
ろ過用媒体パックによってろ過することができる流体は、ガス状物質と液体物質とを含む。ろ過することができる例示のガス状物質は、空気を含む。ろ過することができる例示の液体物質は、水、油、燃料、および加圧流体を含む。ろ過用媒体パックによってろ過されるべき好ましい種類の流体は空気を含む。多くの説明は、一般に、空気をろ過することに向けられる。しかしながら、ろ過用媒体パックが他のガス状物質と他の液体物質をろ過するために使用することができることを理解すべきである。
ある種類のZ型フィルタ媒体は、互いに結合された2つの特定の媒体コンポーネントを使用して媒体構造物を形成する。2つのコンポーネントとは、(1)ひだ(例えば、波形)付き媒体シート(fluted media sheet)と(2)対面媒体シート(facing media sheet)である。対面媒体シートは通常は波形でない。しかしながら、対面媒体シートは、例えば、2005年8月25日に発行され、引用により本明細書に合体される国際特許出願公開第2005/077487号に記載されたように、縦溝流路方向に垂直な波形であり得るる。あるいはまた、対面媒体シートは、ひだ(例えば、波形)付き媒体シートであり得る。縦溝流路または波形物は、ひだ付き媒体シートと一直線上に、あるいはある角度で並んでいてもよい。対面媒体シートは、ひだ付きか、または波形であり得えるが、ひだ付きや波形でない形態で提供することもできる。そのような形態は、平らなシートを含むことができる。対面媒体シートが縦溝流路でない場合、ひだ付き媒体でないあるいはひだ付きシートでないと呼ばれる。
2つの媒体コンポーネントを使用するZ型フィルタ媒体の種類は、媒体構造物を形成するために互いに結合される。ここで、2つのコンポーネントは、ひだ付き媒体シートと対面媒体シートは、「単一フェーサ媒体(single facer media、single faced media)」と呼ぶことができる。あるZ型フィルタ媒体構成物では、単一フェーサ媒体(ひだ付き媒体シートと対面媒体シート)は、平行な入口と出口の縦溝流路を有する媒体を画定するために使用することができる。いくつかの例では、ひだ付きシートとひだ付でないシートとは、互い固定された後に、渦巻状に巻いてZ型フィルタ媒体構造物を形成する。このような構造物は、例えば、引用により本明細書に合体される米国特許第6,235,195号と同6,179,890号に記述されている。その他のいくつかの構造物では、平らな媒体に固定されたひだ付き媒体の非渦巻状に巻いていない部分を互いに積層して、フィルタ構造物を形成する。この例は、引用により本明細書に合体される米国特許第5,820,646号の図11に記述されている。一般に、Z型フィルタ媒体を渦巻状に巻いた構成物を渦巻状構成物と呼び、Z型フィルタ媒体を積層した構成物を積層構成物と呼ぶ。渦巻状に巻いた構成物かまたは積層した構成物を持つフィルタエレメントを供給することができる。
通常は、ひだ付きシートと対面シートの組み合わせ(例えば、単一フェーサ媒体)を、対面シートを外に向けた状態で渦巻状に巻いた媒体パックを形成する。渦巻状に巻く技術は、その内容が引用により本明細書に合体される2004年9月30日に出願された国際特許出願第2004/082795号に記載されている。渦巻状に巻いた構成物は、通常は、対面シートの一部を媒体パックの外部表面として持つ。所望であれば、単一フェーサ媒体は、ひだ付きシートが媒体パックの外部表面を形成するように渦巻状に巻くことができる。
媒体の構造を示すために本明細書で使用する用語「波形に加工された(corrugated)」は、2本の波形ローラの間で、すなわち、2つのローラの間でニップまたはバイトに媒体を通過して得られるひだ付き構造(flute structure)を指すことを意味する。各波形ロールは、媒体に波形状の効果を起こするのに適した表面特性を有する。用語「波形(corrugation)」は、波形ローラ間のバイトに媒体を通過させない技術で形成された縦溝流路は指さない。しかしながら、用語「波形に加工された」は、波形を形成した後に、例えば2004年1月22日に国際公開され本明細書に引用により合体される国際出願公開第2004/007054号に記述されるような折り曲げ技術によって、媒体が更に修正または変形される場合にも適用されることを意味する。
波形加工された媒体は、ひだ付き媒体の1つの特定の形態である。ひだ付き媒体(fluted media)は、媒体を横切って延びるそれぞれの縦溝流路(例えば、波形加工、折り曲げ加工またはひだ付けによって形成される)を持つ媒体である。ひだ付き媒体は、所望の縦溝流路の形状を提供することができるいかなる技術によっても提供することができる。波形加工は、特定の大きさを持つ縦溝流路を成形するのに有用な技術であり得る。縦溝流路の高さ(ピーク間の高さ)を増加させることが好ましい場合、波形加工技術は実用的でなく、媒体を折り曲げるかまたはひだをつけることが好ましい。一般に、媒体にひだを付けることは、媒体を折り曲げた結果として得られる。一般にひだ付けによって縦溝流路を形成することは、微細なひだ付けと呼ぶことができる。ひだを付けるために媒体を折り曲げる例示の技術は、ひだを付けるために刻み目を入れるまたは圧力を用いることを含む。
Z型フィルタ媒体を使用するフィルタエレメントまたはフィルタカートリッジ形状はときどき「真っ直ぐに通過する流れの形状(straight through flow configuration)」またはこの変形と呼ぶ。一般にこの文脈において、点検整備可能なフィルタエレメントは、流れがフィルタカートリッジにほぼ同一のまっすぐに流れる方向で流入および流出する、対向する流入端部(または面)と流出端部(または面)とを一般的に持つことを意味する。用語「真っ直ぐに通過する流れの形状」は、この定義に対して、媒体パックの最も外側に巻き付けられた対面媒体を通過する空気流を無視する。いくつかの例では、各流入端部と各流出端部のそれぞれは、一般に平らまたは平面であり、2つは互いに平行である。しかしながら、これからの変形、例えば、いくつかの応用において平らでない面もまた使用可能である。さらに、対抗する流入面と流出面の特徴は、流入面と流出面が平行であることを必要としない。所望であれば、互いに平行な流入面と流出面を提供することができる。あるいはまた、流入面と流出面は、流入面と流出面とが平行でないような互いにある角度で提供することができる。さらに、平らでない面は非平行な面であり得る。
真っ直ぐに通過する流れの構造物は、例えば、米国特許第6,039,778号に示される円筒状のひだ付きフィルタカートリッジとは対照的なものである。ここでは、流れは、一般に、点検整備可能なフィルタカートリッジを通過するときに実質的に旋回する。すなわち、米国特許第6,039,778号のフィルタの前進する流れシステムでは、流れは、円筒状の側面を通って円筒状のフィルタカートリッジの内部に入り、次に、旋回して端面を通って外に流れる。逆に流れるシステムでは、流量は、端面を通して点検可能な筒状のカートリッジに入り、次に、旋回して、筒状のフィルターカートリッジの側部を通って出る。そのような逆に流れるシステムの実施例は、米国特許第5,613,992号に示されている。
フィルタエレメントあるいはフィルターカートリッジは、点検可能なフィルタエレメントあるいはフィルターカートリッジと呼ぶことができる。この文脈において、用語「点検可能」は、対応するエアクリーナから定期的に取り外して、取り替えられるフィルターカートリッジを含む媒体を言うことを意味する。点検可能なフィルタエレメントかまたはフィルターカートリッジを含むエアクリーナは、フィルタエレメントかまたはフィルターカートリッジの取り外しと交換ができるように構成されている。一般に、エアクリーナは、ハウジングとアクセスカバーを含み、アクセスカバーは、使用したフィルタエレメントの取り外しと、新しいまたは洗浄された(再生された)フィルタエレメントの挿入のために提供される。
本明細書で使用するとき、用語「Z型媒体構造物(Z-filter media construction)」とその変形は、フィルタ媒体を通過するろ過流路無しに、空気が1つの流れ面から別の流れ面まで流れるを禁じるような適切なシールを持つ、ひだ付き媒体シートと、対面シートを含む単一フェーサ媒体か、および/または、渦巻きか、積層か、または他の方法で、縦溝流路の三次元的ネットワークに形成された単一フェーサ媒体か、および/または、単一フェーサ媒体を含むフィルタ構成物か、および/または、(折り曲げ、またはひだ付けにより)縦溝流路の三次元的ネットワークに形成されたひだ付き媒体のうちのいずれか、または、全てを指すことを意味する。媒体の一方の側(側面)に流入するろ過されていない空気が、媒体の他方の側(側面)から媒体を出るろ過された空気流の一部として流出することを防ぐために、適切な縦溝流路の封止構成物を提供することは好ましい。多くの構造物において、Z型媒体構造物は、入口および出口の縦溝流路のネットワークを形成するように構成されており、そこでは、入口縦溝流路は、入口面に隣接する領域で開き、出口面に隣接する領域で閉じており、出口縦溝流路は、入口面に隣接して閉じており、出口面に隣接して開いている。しかしながら、代替のZ型媒体構成物は可能である。例えば、2006年5月4日に公開されたバルドウィンフィルタ会社の米国特許第2006/0091084A1号が参照される。その構成物もまた、ろ過されていない空気の流れが、媒体パックを通過するのを妨げるためのシール構成物と、対向する流れ面の間に延びている縦溝流路と、を有している。本発明のZ型フィルタ媒体構造物では、接着剤または密封剤は、縦溝流路を閉じて、ろ過されていない空気が、媒体の1つの面から媒体の他の面に流れるのを防ぐための適切なシール構成物を提供するために使用することができる。プラグ(栓)、媒体の折り曲げまたは媒体の押しつぶしは、ろ過されていない空気の流れが媒体の一方の側(面)から媒体の他方の側(面)に流れるのを防ぐための縦溝流路の封止物を提供するための技術として使用することができる。
代替のZ型フィルタ構成物は、ひだ付き媒体シートを利用することで提供できる。例えば、流入面と流出面で封止物を形成するためにひだ付き媒体シートを折り曲げることができる。この種類の構成物の実施例は、例えば、AAF−マックウェイ社への米国特許出願第2006/0151383号およびフリートガード社の国際特許出願公開第2006/13271号に見ることができる。それらは、縦溝流路の方向に垂直に折り目を付けるかまたは曲げて、縦溝流路の端部をシールすることを記載している。
図1を参照すると、Z型フィルタ媒体として使用可能な例示の媒体1が示される。媒体1は先行技術の媒体を代表しているが、媒体1を説明するために用いられる用語の多くは、また本発明の媒体の一部もまた説明することができる。媒体1はひだ付(実施例では波形)シート3と対面シート4から形成される。一般に、ひだ付波形シート3は、一般に、通常の、カーブした、波状パターンの縦溝流路または波形7を持つものとして本明細書で特徴付けられる一般的な種類のものである。この文脈で用語「波状パターン(wave pattern)」は、谷(トラフ)7bと山(ヒル)7aとが交互にくる縦溝流路あるいは波形パターンを指すことを意味する。この文脈で用語「規則的(regular)」は、谷(トラフ)と山(ヒル)(7b,7a)の組がほぼ同じ繰り返しの波形(または、縦溝流路)形状とサイズで交互に形成されることを指すことを意味する。(また、一般に規則的な構造において、各谷(トラフ)7bは、実質的に各山(ヒル)7aの逆形状である。)従って、用語「規則的」は、波形(または縦溝流路)パターンが、縦溝流路の長さの少なくとも70%に沿って実質的に変わらない波形形状と大きさで、繰り返す組(隣接した谷(トラフ)と山(ヒル))をもつ谷(トラフ)と山(ヒル)を持つことを意味する。この文脈で用語「実質的(substantial)」は、縦溝シート3を形成する媒体シートが可撓性であることによるわずかな変動とは異なり、波形加工シートあるいはひだ付きシートを形成するために使用されるプロセスまたは型での違いから得られる変更を言う。繰り返しパターンの特徴に関して、フィルタ構造物に、等しい数の谷(トラフ)と山(ヒル)とが必ずしも存在することを意味するものではない。例えば、媒体1は、谷(トラフ)と山(ヒル)とを含む1組の間で、あるいは、谷(トラフ)と山(ヒル)を含む1組に部分的にそって終端とすることができる。(例えば、図1で断片的に図示される媒体1は、8つの完全な山(ヒル)7aと7つの完全な谷(トラフ)7bとを備える。)また、対向する縦溝流路の端部(谷(トラフ)と山(ヒル)の端部)は、互いに異なり得る。このような端部での変動は、特に述べない限り、これらの定義において無視される。すなわち、縦溝流路の端部における変動が、上記の定義によって保護されることを意味するものである。
ひだ付フィルタ媒体の文脈において、特に、例示の媒体1において、山(ヒル)7aと谷(トラフ)7bとはピークとして特徴付けることができる。すなわち、山(ヒル)7aの最高点はピークとして特徴付けられるし、谷(トラフ)7bの最低点はピークとして特徴付けられる。ひだ付きシート(fluted sheet)3と対面シート(facing sheet)4の組合せを単一フェーサ媒体(single facer media)5という。谷(トラフ)7bに形成されるピークは、単一フェーサ媒体5の対面シート3に面しているので内部ピークと呼ぶ。山(ヒル)7aに形成されるピークは、単一フェーサ媒体5を形成する対面シート3から離れる方向の外部ピークとして特徴付けられる。単一フェーサ媒体5に対して、ひだ付きシート3は、内部ピーク7bの繰り返しと、対面シート4から離れる方向の外部ピーク7aの繰り返しを含む。
用語「規則的(regular)」が縦溝流路を特徴付けるために使用される場合、「テーパ状」と考えることができる媒体を特徴付けることを意図しない。一般に、テーパ状は縦溝流路の長さに沿って縦溝流路の大きさの減少あるいは増加をいう。一般に、テーパ状媒体は、媒体の第1端部から媒体の第2端部に大きさが縮小する第1の縦溝流路のセット、および媒体の第1端部から媒体の第2端部に大きさが増加する第2の縦溝流路のセットをいう。一般に、テーパ状のパターンは規則的なパターンであると考えられていない。しかしながら、Z型媒体は、縦溝流路の長さに沿って規則的と考えられる領域と、規則的でないと考えられる領域を含むことができることを理解すべきである。例えば、縦溝流路の第1セットは、縦溝流路の長さの、例えば、1/4〜3/4の距離に沿って規則的と考えられ、そして次に、縦溝流路の長さの残りの量は、テーパ状であるため規則的でないと考えられる。別の可能な縦溝流路の構成物は、例えば、縦溝流路が第1面から予め選択された領域までテーパ状となっており、次に、縦溝流路が第2の予め決められた領域まで規則的であり、次に、縦溝流路が第2面までテーパ状となっている、テーパ状−規則的−テーパ状の構成物を持つことができる。別の代替の構成物は、規則的−テーパ状−規則的または、規則的−テーパ状構成物として提供することができる。所望に応じて様々な代替構成物を構成することができる。
Z型媒体の文脈において、一般に、2つの種類の「非対称」がある。1つの種類の非対称は、面積の非対称と言い、別の種類の非対称は、体積の非対称と言う。一般に、面積の非対称は、縦溝流路の断面積の非対称を示し、テーパ状の縦溝流路によって示すことができる。例えば、面積の非対称は、縦溝流路の長さに沿ってある位置の縦溝流路の面積が、縦溝流路の長さに沿った別の位置の縦溝流路の面積と異なる場合に存在する。縦溝流路の面積は、ひだ付きシートと対面シートとの間の面積をいう。テーパ状の縦溝流路は、面積の非対称であり、媒体パックの第1位置(例えば、端部)から第2位置(例えば、端部)まで大きさの減少を示すか、または、媒体パックの第1位置(例えば、端部)から第2位置(例えば、端部)まで大きさの増加を示す。この非対称(面積の非対称)は、テーパーから生じる一種の非対称であり、その結果、この種類の非対称を有する媒体は、規則的でないと言うことができる。別の種類の非対称は、体積の非対称と言い、さらに詳細に説明する。体積の非対称は、媒体パック中の汚れた側部の体積と清浄な側部の体積との差をいう。体積の非対称を示す媒体は、波状パターンが規則的であるなら規則的として特徴付けることができ、波状パターンが規則的でないなら規則的でないとして特徴付けられる。
縦溝流路の少なくとも一部がろ過されていない空気の通路に対して閉じているZ型媒体は、接着剤または密封材によるプラグ(栓)を提供する以外の技術によって提供することができる。例えば、縦溝流路の端部は、封止物(closure)を提供するために折り曲げるかまたは押しつぶすことができる。縦溝流路を閉じるための規則的でかつ一貫した折り目パターンを提供する1つの技術は、「ダーツ付け(darting)」と呼ぶことができる。ダーツ付けの縦溝流路またはダーツ付けは、一般に、縦溝流路の封止物を言い、そこでは、封止物は、押しつぶしによって生じるというよりもむしろ、封止物を提供するために、対面シートに向かって縦溝流路を折りたたむために規則的な折り目パターンを生成するように縦溝流路を折り曲げることによって、生じる。ダーツ付けは、一般に、縦溝流路の封止物が一般に一貫して制御されているような、縦溝流路の一部を折りたたんで縦溝流路の端部を閉じるシステマティックなアプローチを含む。例えば、米国特許出願第2006/0163150号A1は、縦溝流路の端部でダーツ付けの構成物を持つ縦溝流路を開示する。ダーツ付けの構成物は、利点を提供することができる。例えば、シールするのに必要な密封材の量を低減する、シール効果に対する安全性を増加する、縦溝流路のダーツ付け端部上で好ましい流れパターンを提供することができる。Z型媒体は、ダーツ付け端部を含む縦溝流路を含むことができ、米国特許出願第2006/0163150号A1の全ての開示は、引用により本明細書に合体される。縦溝流路の端部のダーツの存在は、媒体を非規則的にさせないことが理解される。
「カーブした(curved)」波状パターンを特徴付ける文脈において、用語「カーブした」は、媒体に提供される折りたたまれた、あるいは、折り目を付けられた形状の結果ではなく、むしろ各山(ヒル)7aの頂点と各谷(トラフ)7bの底部が半曲カーブに沿って形成されるパターンを言うことを意味する。代替手段は可能であるが、そのようなZ型フィルタ媒体の典型的な半径は、少なくとも0.25mmであり、通常は、3mmを超えない。上の定義において波形加工されていない媒体もまた、使用可能である。例えば、「カーブした」と考えられないような十分鋭い半径を持つピークを提供することは好ましい。一般に、半径は、0.25mm未満、または0.20mm未満であるならば、***部(リッジ)または底部は、曲げられた、折りたたまれた、または折り目を付けられたとして特徴付けられる。マスキングを抑えるために、ナイフエッジを持つピークを提供することは好ましい。ピークでナイフエッジを提供する能力は、媒体を形成するために使用される装置、媒体自身、および媒体がさらされる条件によって制限することができる。例えば、媒体を裂くまたは引き裂かないようにすることは好ましい。従って、ピークを形成するためにナイフエッジを使用することは、ナイフエッジが媒体中に切り傷あるいは裂け目を引き起こす場合には、好ましくない。また、媒体は、裂くまたは引き裂かずに、十分なカーブでないピークを提供するには、軽過ぎるまたは重過ぎる場合がある。また、処理中の空気の湿度は、ピークを形成するとき、急な半径を形成するのを補助することができる。
図1に示すひだ付き波形シート3の特定の規則的にカーブした波形パターンの更なる特徴は、曲率が反転する遷移領域が、各谷(トラフ)7bと隣接する各山(ヒル)7aの間のほぼ中点30で、縦溝流路7の長さの大部分に沿って、配置されることである。たとえば、図1の裏側または裏面3aを見ると、谷(トラフ)7bは凹形領域にあり、山(ヒル)7aは凸形領域にある。もちろん、前側または前面3bに向かってみると、裏側3aの谷(トラフ)は山(ヒル)を形成し、裏側3aの山(ヒル)7aは谷(トラフ)を形成する。いくつかの例では、領域30は、点の代わりに、部分30の端部で曲率が反転する真っ直ぐなセグメント30であってもよい。領域30が真っ直ぐなセグメントとして提供される場合、例えば、図1で示される波形パターンは、山(ヒル)7aでのカーブと、領域30での直線セグメントと、谷(トラフ)7bでのカーブの繰り返しパターンにより、「弓形−真っ直ぐ−弓形」として特徴付けることができる。
図1に示される、特別に規則的なカーブした波形パターンのひだ付き波形シート3の特徴は、個々の波形が概ね真っ直ぐであることである。この文脈で、「真っ直ぐ」とは、端部8と端部9間の長さの少なくとも50%、好ましくは70%(通常は少なくとも80%)にわたって、山(ヒル)7aと谷(トラフ)7bの断面形状が実質的に変化しないことを意味する。図1で示される波形パターンに関する用語「真っ直ぐ」は、引用により本明細書に合体される2003年6月12日に公開された国際特許出願公開第97/40918号および同第03/47722号の図1に記載された波形加工された媒体のテーパ状の縦溝流路のパターンと部分的に異なっている。例えば、国際特許出願公開第97/40918号の図1のテーパ状の縦溝流路は、波形加工された波パターンではあるが、本明細書で使用されている用語のような「規則的な」パターンあるいは真っ直ぐな縦溝流路のパターンではない。
本明細書の図1を参照すると、上記参照したように、媒体1は対向する第1端部8と第2端部9とを持つ。図示された例示に対して、媒体1が渦巻きにより媒体パックに形成されるとき、通常、第2端部9が媒体パックの入口端部を形成し、第1端部8が媒体パックの出口端部を形成するが、ある応用では逆の配置もまた可能である。
図示された例において、隣接する端部8には、密封材が、この例では密封材のビーズ10の形態でひだ付き波形シート3と対面シート4とを一緒にシールする。密封材のビーズ10は、ひだ付き波形シート3と対面シート4との間のビーズであり、単一フェーサ1を形成するので、時には「単一フェーサビーズ」と呼ばれる。密封材のビーズ10は、端部8に隣接する各縦溝流路11の空気通路を閉じてシールする。
図示された例において、密封材は、この例では密封材のビーズ14の形態で、隣接する端部9に供給される。密封材のビーズ14は、通常は、端部9に隣接してそこを通るろ過されていない流体の通路に対して、縦溝流路15を閉じる。密封材のビーズ14は、通常は、波形加工されたシート3を内部に向けた状態で、媒体1がそれ自身の周囲に渦巻状に巻かれている場合に適用される。したがって、密封材のビーズ14は、対面シート4の裏面17と、ひだ付き波形シート3の側面18との間でシールを形成する。細長片1を渦巻きにして渦巻状媒体パックにするときに、密封材のビーズ14を通常適用するので、密封材のビーズ14は、ときどき「渦巻ビーズ」という。渦巻きの代わりに、媒体2が細長片に切断され積層される場合には、密封材のビーズ14は、「積層ビーズ」と呼ばれる。
図1を参照すると、例えば、渦巻きまたは積層によって媒体パック中に組み込まれると、媒体1は以下のように作動することができる。最初に、空気は矢印12の方向で端部9に隣接する開いた縦溝流路11に入る。端部8は密封材のビーズ10によって閉じているので、空気は、矢印13で示される方向に媒体を通過する。次に、空気は、媒体パックの端部8に隣接した縦溝流路15の開いた端部15aを通る通路によって媒体パックから外に出る。もちろん、上記と逆方向の空気流れとすることもできる。
より一般的な用語において、Z型フィルタ媒体は、対面フィルタ媒体に固定され、対向する第1と第2の流れ面の間で延びている媒体パックの複数の縦溝流路中に構成されたひだ付きフィルタ媒体を有するものとして特徴付けることができる。密封材またはシール構成物は、第1の上流端部で空気が入ってくる縦溝流路が、媒体を通過するろ過通路を用いずに下流の流れ面または端部から媒体パックを出ないことを確実にするように、媒体パック内に提供されている。言い換えると、Z型フィルタ媒体は、流入面と流出面との間で、通常は密封材構成物または他の構成物によってそこを通るろ過されていない空気の通路が閉じられる。この追加の代替の特徴は、空気をろ過するために空気が媒体パックの第1面と第2面のうちの一方の面の中に入り、第1面と第2面のうちの他方の面から外に出るように、縦溝流路の第1部分は、ろ過されていない空気が縦溝流路の第1部分に流れ込むのを防ぐように閉じられるかまたはシールされ、かつ、縦溝流路の第2部分は、ろ過されていない空気が縦溝流路の第2部分から外に流れ出るのを防ぐように閉じられるかまたはシールされることである。
本明細書の図1に示された特定の構造に対し、平行な波形7a、7bは、端部8から端部9まで、通常は、媒体を真っ直ぐに完全に横切る。真っ直ぐな縦溝流路または波形構成物は、選択された位置、特に端部で、変形または折り曲げることができる。この縦溝流路の端部での封止の変形は、通常は、上記の「規則的に」「カーブした」「波パターン」の定義から外れる。
一般に、フィルタ媒体は、相対的に柔軟な材料、通常は、(セルロースファイバ、合成ファイバまたは両方の)不織布ファイバ質材料であり、しばしば樹脂を含み、時には追加の材料で処理される。したがって、フィルタ媒体は、容認できないような媒体損傷を受けずに、例えば、波形加工されたパターンなどの種々の縦溝流路に加工または構成できる。また更に、媒体パックは、容認できないような媒体損傷を受けずに、使用のために渦巻状に巻く、あるいは他の使用形状に容易にすることができる。もちろん、フィルタ媒体は、使用中に、所望の縦溝流路(例えば、波形加工された)構造を維持するような性質を持ち得る。
波形加工または縦溝流路の形成工程では、非弾性変形が媒体に生じる。これによって、媒体が元の形状に戻ることを防ぐ。しかしながら、この工程で張力が解放されると、縦溝流路あるいは波形形状は、スプリングバックを起こし、伸びと曲がり部分の少なくとも一部が回復しやすい。対面シートは、時には、縦溝シートにおけるスプリング・バックを禁じるために、ひだ付きシート(または、波状シート)に鋲で留められる。
また、通常は、媒体は、樹脂を含む。波形状形成工程で、媒体は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。樹脂が次に冷却されると、樹脂は縦溝流路の形状を維持するように作用する。
波形シート3、対面シート4またはその両方の媒体は、例えば、参照として本明細書に合体される米国特許第6,955,755号、同第6,673,136号、同第7,270,693に記載されているように、その一側面または両側面上に、微細なファイバ材料を提供できる。一般に、ファインファイバは重合体のファインファイバ(マイクロファイバとナノファイバ)と呼ばれ、ろ過性能を向上するための媒体を提供できる。媒体上にファインファイバが存在する結果として、所望のろ過性を獲得しかつ重量や厚みを低減した媒体を提供することは可能でありまたは好ましい。従って、媒体上にファインファイバが存在すると、ろ過特性を高める、より軽い媒体を提供できる、またはその両方を提供できる。ファインファイバとして特徴付けられるファイバは、約0.001μm〜約10μm、約0.005μm〜約5μm、または約0.01μm〜約0.5μmの直径を持つことができる。ナノファイバは、200nmまたは0.2μm未満の直径を有するファイバをいう。マイクロファイバは、0.2μmより大きいが10μmより大きくない直径を有するファイバをいう。ファインファイバを形成するために使用できる例示の物質は、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニル・アルコール重合体、ナイロン6、ナイロン4,6、ナイロン6,6、ナイロン6,10など様々なナイロンを含む共重合体、それらの共重合体、ポリ塩化ビニル、PVDC(ポリ二塩化ビニル)、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、PMMA(ポリメタクリル酸メチル)、PVDF、ポリアミド、およびそれらの混合物を含む。
更に、図1を参照すると、波形状シート3と対面シート4との間に配置されて、2つを一緒に固定しているタックビーズ20が示されている。タックビーズ20は、例えば、接着剤の不連続な線であり得る。また、タックビーズ20は、媒体シートを一緒に溶接した点でもあり得る。
上記から、図示された例示の波形シート3は、通常は、2つが接する谷(トラフ)または山(ヒル)に沿って対面シートに連続的に固定されていない。従って、空気は、媒体を通過する通路無しに、隣接する入口の複数の縦溝流路の間と、交互の隣接する出口の複数の縦溝流路との間を流れることができる。しかしながら、入口面で縦溝流路中に入った空気は、少なくとも1つのろ過する媒体シートを通過せずに出口縦溝流路から出ることができない。
次に、図2に着目すると、ひだ付(この例では、規則的な、曲げられた、波形パターン)シート43と、波形加工されていない平らな対面シート44とを使用するZ型フィルタ媒体構造40が示される。点50と点51の間の距離D1は、与えられた縦溝流路53の下にある領域52中の対面する媒体44の範囲を画定する。点50と点51は、ひだ付きシート43の内部ピーク46,48の中央点として提供される。さらに、点45はひだ付きシート43の外部ピーク49の中央点として特徴付けられる。距離D1は、媒体構成物40の周期的長さまたはインターバルを画定する。距離D2は、同じ距離D1上で、縦溝流路53に対する弓形の媒体長さを画定し、縦溝流路53の形状によるD1より当然長い。先行技術によるひだ付きフィルタの応用において使用される通常の規則的な形状の媒体では、D2の長さのD1に対する比は、通常は、1.2〜2.0の範囲内である。エアーフィルタの共通の例示構成物では、D2は、D1の約1.25〜1.35倍の構成物を有する。そのような媒体は、例えば、通常のカーブした波形パターンを持つドナルドソン社のPowercore(登録商標)Zフィルタ構造物において商業的に使用されている。ここでD2/D1比は、時として媒体に対する縦溝流路/平坦部比(flute/flat ratio)、または媒体しぼり(media draw)として特徴付けられる。
縦溝流路の高さJは、平らな対面シート44からひだ付きシート43の最高点までの距離である。すなわち、縦溝流路の高さJはひだ付きシート43の繰り返しのピーク57とピーク58の間の外側の高度差である。縦溝流路の高さJは、縦溝シートの厚さを考慮に入れる。ピーク57(対面シート44に面しているピーク)を内部ピークと呼び、ピーク58(対面シート44から離れる方向のピーク)を外部ピークと呼ぶ。距離D1、D2、およびJは、図2に示された特定のひだ付き媒体構成物に適用されるが、これらの距離はひだ付き媒体の他の構成物に適用することができ、そこでは、D1は縦溝流路の周期長さまたは所定の縦溝流路の下方の平らな媒体の距離を指し、D2は、下方ピークから下方ピークまでのひだ付き媒体の長さを指し、Jは縦溝流路の高さをいう。
別の計測はうねり長さ(cord length CL)と呼ばれる。うねり長さはピーク57の中点50からピーク58の中点45までの直線距離をいう。媒体厚さが距離値に影響を与えるので、媒体厚さと特別な距離測定の始点または終点の決定は、距離値に影響する。例えば、うねり長さ(CL)は、距離が内部ピークの底部から外部ピークの底部まで測定されるかどうかに依存して、または、距離が内部ピークの底部から外部ピークの頂部まで測定されるかどうかに依存して、異なる値を持ち得る。距離におけるこの差は、媒体厚さが距離測定に影響を与えるかの例である。媒体厚さの影響を最小にするために、うねり長さに対する計測は、媒体中の中点で決定される。うねり長さCLと媒体長さD2の間の関係は、媒体うねり率として特徴付けられる。媒体うねり率(media cord percentage)は、
媒体うねり率=((1/2)D2−CL)×100/CL
の式によって決定できる。
段ボール業界では、様々な規格の縦溝流路が定められている。例えば、規格Eの縦溝流路、規格Xの縦溝流路、規格Bの縦溝流路、規格Cの縦溝流路、および規格Aの縦溝流路などである。図3は、以下の表Aとの組み合わせて、これらの縦溝流路の定義を提供する。
本特許の譲受人であるドナルドソン株式会社(DCI)社は、様々なZフィルタ構成物内における規格Aと規格Bの縦溝流路の変形を使用してきた。ドナルドソン株式会社の規格Bの縦溝流路は、約3.6%の媒体うねり率を有する。ドナルドソン株式会社の規格Aの縦溝流路は、約6.3%の媒体うねり率を有する。さまざまな縦溝流路は、また、表Aおよび図3で画定される。図2は、ひだ付きシート43として規格Bの縦溝流路を使用するZ型フィルタ媒体構造物40を示している。
一般に、段ボール箱業界からの規格の縦溝流路の形状は、波形状媒体の波形状または概略波形状を画定するために使用できる。縦溝流路の構成物またはろ過性能を高める構造物を提供することによって、フィルタ媒体の性能を改善することがきる。段ボール業界では、縦溝流路の大きさまたは波形の幾何形状は、荷重を処理するのに適した構造を提供するように選択される。段ボール業界における縦溝流路の幾何学的形状は規格Aまたは規格Bの縦溝流路の形状を発展させた。そのような縦溝流路の構成物は荷重を取り扱うのに好ましいが、ろ過性能は、縦溝流路の幾何学形状を変更することによって高めることができる。ろ過性能を改良する技術は、一般に、ろ過性能を改良し、かつ選択されたろ過条件下でろ過性能を改良する幾何学形状と外形を選択することを含む。ろ過性能を改良するために変更できる例示の縦溝流路の幾何学形状と外形は、縦溝流路のマスキング、縦溝流路の形状、縦溝流路の幅対高さの比、縦溝流路の非対称性を含む。縦溝流路の幾何学形状と外形の広い選択の点から、縦溝流路のエレメントは、様々な縦溝流路の幾何学形状と外形の点からろ過性能を改良するために、所望のフィルタエレメントの幾何学形状と外形を持って構成することができる。
マスキング
Z型媒体の文脈において、マスキングは、ひだ付きシートと対面シートとの間の近接領域を指し、この領域では、実質的に圧力差が不足し、フィルタ媒体を使用するとき、有用なフィルタ媒体の不足をもたらす。一般に、マスキングされた媒体は、フィルタ媒体のろ過性能を実質的に高めるためには有用ではない。従って、マスキングを低減することにより、ろ過に利用できるフィルタ媒体量を増加し、フィルタ媒体の容量を増加し、フィルタ媒体のスループットを増加し、フィルタ媒体の圧力損失を低減することは好ましいし、これらのいくつかまたは全部を行うことは、好ましい。
図2に示されるようなピークで広い円弧を有するパターンに配置されたひだ付きシートの場合に、ひだ付きシートと対面シートとの接触領域の最も近くに一般にろ過に有用でないフィルタ媒体のかなり大きな領域が存在する。ひだ付きシートと対面シートとの間の接触点またはピークの円弧を(例えば、より鋭角の接点を提供して)減少させることによって、マスキングを抑えることができる。マスキングは、一般に、媒体が(例えば、空気ろ過の間に)加圧下にあるとき媒体ゆがみを考慮する。かなり大きい半径は、ひだ付き媒体の多くが対面シートに向かう方向へのゆがみをもたらす。鋭角ピークまたは接点(例えば、小さい半径)を提供することによって、マスキングを抑ることができる。
ひだ付きシートと対面シートとの間で接触する円弧を減少する試みがなされた。例えば、Winter他の米国特許第6,953,124号が参照される。円弧を減少させる例は、図4aに示され、そこでは、ひだ付きシート70は、比較的鋭いピークで対面シート72および対面シート73と接触する、すなわち、ひだ付きシート70中の接点74と接点75と接触する。図1に示されているカーブした波形パターンなどのカーブした波形パターンは、一般に、少なくとも0.25mmのピーク半径、通常は3mmを超えないピーク半径を有するひだ付きシートを提供する。比較的鋭いピークまたは接点は、0.25mm未満の半径を有するピークとして特徴付けられる。好ましくは、約0.20mm未満の半径を有する比較的鋭いピークまたは接点を提供できる。さらに、約0.15mm未満、および好ましくは約0.10mm未満の半径を有するピークを提供することによって、マスキングを抑えられる。半径を持たないまたは約0mmの半径を本質的に有するピークを提供できる。比較的鋭いピークまたは接点を示すひだ付き媒体を提供する例示の技術は、比較的急なエッジを提供するために充分な方法でひだ付き媒体を圧印加工する、曲げる、折り曲げる、または折り目を付けることを含む。鋭いエッジを提供する能力は、媒体自身の組成物、圧印加工する、曲げる、折り曲げる、または折り目を付けるために使用される処理装置を含む多くの因子に依存することが理解される。一般に、比較的急な接点を提供する能力は、媒体の重さと、媒体の引き裂きまたは切断に対する抵抗を有するファイバを含むかどうかに依存する。一般に、曲げる、折り曲げる、または折り目を付ける間に媒体パックを切断しないことが好ましい。
マスキングを抑えるためにピーク(内部ピークまたは外部ピーク)の半径を減少させることが好ましいが、ピークのすべてがマスキングを減少させるために減少した半径を有する必要はない。マスキングを低減することとろ過性能を高めることは、比較的鋭いピークまたは接点を持ついくつかのピーク(例えば、少なくとも20%)を提供することによって実現することができる。また、媒体の設計によって、低減した半径を持つ外部ピークを提供するか、または低減した半径を持つ内部ピークを提供するか、または低減した半径を持つ外部ピークと内部ピークの両方を提供することにより、十分にマスキングを減少させることができる。
媒体の表面積の増加
ろ過性能は、ろ過に利用可能なフィルタ媒体量を増加させることによって高めることができる。マスキングを低減することは、ろ過に利用可能な媒体表面積を増加させる技術であると考えられる。
ここで図4aを参照すると、ひだ付きシート70は、正三角形に類似する断面積を有する縦溝流路を提供すると考えられる。媒体が可撓性であるので、ろ過中に圧力が媒体にかかると、ひだ付きシート70がゆがむことが予想される。さらに、図2のひだ付きシート43は、三角形形状に類似する縦溝流路を有すると考えられる。一般に、縦溝流路が正三角形に類似するひだ付き媒体では、他の縦溝流路設計と比べてろ過に利用可能な媒体量は最も少なく、そこでは、周期長さまたはインターバルD1は互いに増加または減少する、あるいは縦溝流路の高さJは増加または低下する。
ここで、図4bと4cを参照すると、図4bはひだ付きシート80が対面シート82と対面シート83との間で伸びている媒体を示す。図4cは、ひだ付きシート90が対面シート92と対面93との間で伸びている媒体を示す。ひだ付きシート80は、図4aに示されるひだ付きシート70より長い縦溝流路の周期D1を有する。ひだ付きシート80は、図4aで示される媒体構成物と比べて縦溝流路の高さJに対して比較的長い周期D1を持って提供される。ここで、図4cを参照すると、ひだ付きシート90は、図4aのひだ付きシート70より短い縦溝流路周期を有する。ひだ付きシート90は、図4aに示される媒体構成物と比べて周期D1に対して比較的大きい縦溝流路の高さJを有する。
ひだ付き媒体の構成物は、縦溝流路の幅対高さの比(flute width height ratio)で特徴付けられる。縦溝流路の幅対高さの比は、縦溝流路の周期長さ(幅)D1の縦溝流路の高さJに対する比である。縦溝流路の幅対高さの比は、
縦溝流路の幅対高さの比=D1/J
の式で表わされる。縦溝流路の周期長さ(幅)D1や縦溝流路の高さJなどの測定距離は、平均がフィルタ媒体のために各縦溝流路の端部から20%以内で縦溝流路の長さに沿ってフィルタ媒体の平均値として特徴付けられる。従って、距離は、縦溝流路の端部から離れて測定できる。縦溝流路の端部は、通常は、密封材または封止を有する。縦溝流路の封止で計算された縦溝流路の幅対高さの比は、ろ過が行われているところの縦溝流路の幅対高さの比を必ずしも表すものではない。従って、縦溝流路の幅対高さの比の測定は、縦溝流路が端部近くで閉じている場合、縦溝流路の封止の影響を除去するために、縦溝流路の端部付近の縦溝流路の長さの20%を除いた縦溝流路の全長さの平均値として提供される。「規則的な」媒体では、縦溝流路の周期長さ(幅)D1と縦溝流路の高さJが、縦溝流路の長さに沿って比較的一定になると予想される。比較的一定であることによって、縦溝流路の幅対高さの比は、縦溝流路の封止設計が、幅対高さの比に影響を与える場合、各端部での20%の長さを除いた縦溝流路の全長さの約10%以内で変動することができることを意味する。さらに、テーパ状の縦溝流路を有する媒体などの規則的でない媒体の場合に、縦溝流路の幅対高さの比は、縦溝流路の全長さにわたって変動するかほぼ同じままで残り得る。理論的な正三角形状から離れた縦溝流路の形状を調整することによって、ろ過に利用可能な与えられた体積中の媒体量を増加することができる。従って、少なくとも約2.2、少なくとも約2.5、少なくとも2.7、または少なくとも3.0の縦溝流路の幅対高さの比を有する縦溝流路は、ろ過に利用可能な媒体の表面積を増加させることができる。さらに、約0.45未満、約0.40未満、約0.37未満、または約0.33未満の縦溝流路の幅対高さの比を有する縦溝流路の設計を提供することにより、ろ過に利用可能な媒体面積の増加を提供できる。一般に、正三角形の形状を持っている理論上の縦溝流路は、約1.6の縦溝流路の幅対高さの比を示す。
ろ過に利用可能なろ過用媒体の量を増加させるための別の技術は、媒体パックの縦溝流路の密度を増加させることを含む。縦溝流路の密度は、ろ過用媒体パック中のろ過媒体の断面積当たりの縦溝流路の数に関する。縦溝流路の密度は、縦溝流路の高さJ、縦溝流路の周期D1、および媒体の厚さTを含む、多くの因子に依存する。縦溝流路の密度は、媒体パックの縦溝流路の密度としてまたは単一フェーサの縦溝流路の密度として特徴付けることができる。フィルタエレメントに対する媒体パックの縦溝流路の密度(ρ)を計算する式は、
ρ=チェンネルの数(開いたおよび閉じたチャンネル)/(2×Z型媒体パックの断面積)
である。フィルタエレメントの縦溝流路の密度は、フィルタエレメントの断面で開いているチャンネルと閉じているチャンネルを含むチェンネルの数を計数し、かつチェンネルの数を決定した位置でのフィルタエレメントの断面積の2倍の数で計数を割ることによって計算することができる。一般に、縦溝流路の密度は、流入面から流出面まで(または、逆も同様に)、フィルタエレメントの長さに沿って比較的一定であることが予想される。Z型媒体の断面は、(渦巻または積層)媒体の断面積を言い、フィルタエレメントの断面積を言うわけではないことを理解すべきである。フィルタエレメントは、ハウジングに係合するシース(さや)あるいはシールを持っても良い。ハウジングは、媒体の断面積より大きい断面積を持つフィルタエレメントを提供する。また、媒体の断面積は、有効面積と言う。すなわち、媒体をコアまたはマンドレルの周囲に巻く場合、コアまたはマンドレルの断面積は、Z型媒体パックの断面積の一部でない。また、チェンネルの数は、有効面積のチェンネルの数を言う。
単一フェーサ媒体の縦溝流路の密度(ρ)の計算のための代替式は、
ρ=1/((J+T)×D1)
である。単一フェーサ媒体あたりの縦溝流路の密度の方程式では、Jは縦溝流路の高さ、D1は縦溝流路の周期長さ、Tはひだ付きシートの厚さである。この代替式は、単一フェーサ媒体の縦溝流路の密度を計算するための方程式と呼ぶことができる。単一フェーサ媒体縦溝流路の密度は、単一フェーサ媒体の構成に基づいて決定される。対照的に、媒体パックの縦溝流路の密度は、組み立てられた媒体パックに基づいて決定される。
理論的には、媒体パック縦溝流路の密度と単一フェーサ媒体の縦溝流路の密度は、同様の結果を提供すべきである。しかしながら、媒体パック縦溝流路の密度と単一フェーサ媒体縦溝流路の密度が異なる結果を提供するような方法で媒体パックを構成することは、可能である。
図2と図3に示され、表1で特徴付けられた規格Bの縦溝流路は、約34流路/インチ2の縦溝流路の密度(媒体パック縦溝流路の密度と単一フェーサ媒体縦溝密度)を持つ渦巻状ろ過用媒体を提供する。規格Bの縦溝流路から形成された媒体パックは、約34流路/インチ2の平均縦溝流路の密度を持つものとして特徴付けることができる。別の方法で述べられない場合、縦溝流路の密度(媒体パック縦溝流路の密度または単一フェーサ媒体縦溝流路の密度として表現されるか否かに関係なく)は、媒体パックのの平均密度であると考えることができる。したがって、縦溝流路の密度は、時には、縦溝流路の密度として、時には、平均縦溝流路の密度として呼ばれる。一般に、平均縦溝流路の密度を増加させることは、規格Bの媒体パックに対する縦溝流路の密度よりも大きな縦溝流路の密度を持つ媒体パックを提供することを言う。例えば、増加した縦溝流路の密度は、35.0流路/インチ2より大きい縦溝流路の密度を持つ媒体パックに対して言うことができる。約36流路/インチ2より大きな縦溝流路の密度、約38流路/インチ2より大きな縦溝流路の密度、約40流路/インチ2より大きな縦溝流路の密度、45流路/インチ2より大きな縦溝流路の密度、または約50流路/インチ2より大きな縦溝流路の密度を持つ媒体パックを提供することができる。圧力損失あるいはそこを通って流れる抵抗の低減を提供するために、(規格Bの媒体と比較して)減少した縦溝流路の密度を持つ媒体パックを提供することができる。例えば、34.0流路/インチ2未満の縦溝流路の密度、約30流路/インチ2未満の縦溝流路の密度、または約25流路/インチ2未満の縦溝流路の密度を持つ媒体パックを提供することができる。一般に、増加した縦溝流路の密度を持つ媒体を提供することは、媒体の体積内の媒体表面積を増加させる傾向があり、したがって、ろ過用媒体の充填容量を高める傾向を持つ。従って、媒体の縦溝流路の密度を増加させると、媒体の充填容量を高めるという効果を持つことができる。しかしながら、媒体の縦溝流路の密度を増加させることは、他の因子が一定であると仮定すると、圧力損失を増加させるという影響をもたらし得る。また、ろ過用媒体の縦溝流路の密度を減少させることにより、初期の圧力損失を減少するという効果を持つことができる。
ろ過用媒体の縦溝流路の密度を増加させることは、縦溝流路の高さ(J)または縦溝流路の周期長さ(D1)または両方を下げるという効果がある。その結果として、縦溝流路の大きさ(縦溝流路の大きさは、縦溝流路の断面積を言う)は、縦溝流路の密度の増加とともに減少する傾向がある。その結果として、縦溝流路の大きさを小さくすると、ろ過用媒体を通る圧力損失が増加する影響を持つ。一般に、媒体を通る圧力損失について言うとき、媒体の第2面で測定された圧力に対して媒体の第1面で決定される圧力差を言う。ここで、第1面と第2面は、一般に縦溝流路の対向端部で提供される。所望の圧力損失を保持しながら、比較的高い縦溝流路の密度を持つろ過用媒体を供給するために、縦溝流路の長さを減らすことができる。縦溝流路の長さは、ろ過用媒体の第1面からろ過用媒体の第2面までの距離を言う。燃焼機関用空気をろ過するため使用可能なろ過用媒体の場合、短い長さの縦溝流路は、約5インチ未満の縦溝流路(例えば、約1インチ〜約5インチ、または約2インチ〜約4インチ)の縦溝流路を持つものとして特徴付けることができる。中程度の長さの縦溝流路は、約5インチ〜約8インチの長さを持つものとして特徴付けることができる。長い長さの縦溝流路は、約8インチより長い縦溝流路(例えば、約8インチ〜約12インチ)を持つものとしてを特徴付けることができる。
縦溝流路の形状
媒体パック内でろ過用に利用可能なろ過用媒体の量を増加させるための別の技術は、表1で説明されたような規格の縦溝流路の設計と比較して、ろ過用に利用可能なろ過用媒体の量を増加させる縦溝流路の形状を選択することを含む。ろ過用に利用可能なろ過用媒体の量を増加させる縦溝流路の形状を提供する1つの技術は、隣接するピーク間でリッジを形成することである。上記説明したように、隣接する複数のピークは、内部ピークと外部ピークとして特徴づけられ、内部ピークと外部ピークは、ピークが対面シートに向かう方向に面しているか、あるいは対面シートから離れる方向に面しているかどうかに依存する。図5a〜図5cにろ過性能を高めるための例示の縦溝流路の形状を示す。図5aに示す縦溝流路の形状は、「低接触(low contact)」縦溝流路の形状と呼ぶことができる。図5bと図5cに示された縦溝流路の形状は、「ゼロ歪(zero strain)」と呼ぶことができる。一般に、「低接触」は、規格Aと規格Bのひだ付き媒体と比べてひだ付きシートと対面シートとの間の接触(例えば、マスキング)の量を減少させて、対面媒体シート間のひだ付き媒体シートの量を増やす能力をいう。「ゼロ歪み」の名は、媒体上に好ましくないレベルの歪みを導入しないことにより、縦溝流路の長さに沿ってテーパ状にする縦溝流路の形状の能力をいう。一般に、媒体中の好ましくないレベルの歪み(または、伸張)は、媒体に亀裂を生じるひずみ量、または、より高いレベルの歪みに耐えられる特別な媒体を使用するひずみ量をいう。一般に、約12%より大きい歪みに耐えられる媒体は、通常は、歪みの高いレベルに耐えられる特別な媒体と考えられ、約12%までの歪みに耐えられる媒体よりも高価である。ゼロ歪みのひだ付きシートは、さらに、ひだ付きシートと対面シートとの間での接触を減少する(例えば、マスキングを抑える)ようにすることができる。
ここで、図5a〜5cを参照すると、媒体110は、対面シート111と対面シート113の間にひだ付きシート112を含み、媒体120は、対面シート121と対面シート123の間にひだ付きシート122を含み、媒体140は、対面シート141と対面シート143との間にひだ付きシート142を含む。ひだ付きシート112と対面シート113との組合せを単一フェーサ媒体117と呼び、ひだ付きシート122と対面シート123との組合せを単一フェーサ媒体137と呼び、ひだ付きシート142と対面シート143の組合せを単一フェーサ媒体147と呼ぶ。単一フェーサ媒体117、137、または147を渦巻かまたは積層する場合、積層媒体では対面シート111、121、または141は、別の単一フェーサ媒体から、渦巻状媒体では同じ単一フェーサ媒体から提供される。
媒体110、120、および140は、空気などの流体を洗浄するためのフィルタエレメントを供給するように配置することができる。フィルタエレメントは、渦巻状エレメントまたは積層エレメントとして配置することができる。一般に、渦巻状エレメントは、渦巻状構造物を提供するために巻き付けるひだ付き媒体シートと対面媒体シートとを含む。丸い形状、ほぼ丸い形状、または競馬場の形状によって特徴付けられる形状を持つ渦巻状構成物を提供することができる。一般に、積層構造物は、対面媒体シートに接着したひだ付き媒体シートを含む媒体の交互層を含む。図5a〜5cに示される媒体110、120、および140は、低接触とゼロ歪みの形状のひだ付きシートの断面形状を示すために、媒体を横切って得られる断面図である。縦溝流路の長さに並んで伸びている断面形状を提供することができることが理解される。また、縦溝流路は、媒体がZ型媒体として機能するようにシールすることができる。所望であれば、接着剤あるいは密封剤としてシールを提供することができる。
図5aでは、距離D1は、内部ピーク114の中点から外部ピーク116の中点まで測定される。各周期長さD1に対してまたは媒体の長さD2に沿って2つの***部(リッジ)118を持つひだ付き媒体110を示す。縦溝流路の長さの少なくとも一部に沿って伸びる2つの***部(リッジ)118が提供される。一般に、各***部(リッジ)118は、ひだ付き媒体の比較的平らな部分118aが、ひだ付き媒体の比較的急な部分118bと接触する一般領域として特徴付ることができる。***部(リッジ)(例えば、ピークでないリッジ)は、異なる傾斜の媒体部分の間の交線と考えることができる。***部(リッジ)は、その位置で媒体を変形することにより形成することができる。媒体に圧力をかけて、***部(リッジ)で媒体を変形することができる。媒体は、媒体に圧力をかけて***部(リッジ)で媒体を変形させることができる。***部(リッジ)を形成する技術は、圧印加工、折り目付け、曲げ、折り曲げを含む。好ましくは、***部(リッジ)は、媒体に圧力をかける波形加工工程の間に圧印加工して、波形ロールが***部(リッジ)を形成することができる。ひだ付きシートと単一スペーサの媒体を形成するための例示の技術は、2008年2月4日に出願された米国特許庁に出願された米国特許出願第61/025999号に記載されている。米国特許出願第61/025999号の開示全体は、引用により本明細書中に合体される。ピークは、***部(リッジ)と呼ぶことができることが理解される。しかしながら、この開示の文脈では、「***部(リッジ)」は、***部(リッジ)が明確にピーク間に提供される場合、「ピークでない***部(リッジ)」を言うことを理解することができる。
例示のひだ付きシート112に対して、ひだ付き媒体の比較的平らな部分118aは、外部ピーク115と***部(リッジ)118の間に伸びているひだ付き媒体の一部として図5aに見ることができる。外部ピーク115から***部(リッジ)118までのひだ付き媒体の比較的平らな部分118aの平均角度は、45°未満として特徴付けることができ、対面シート113に対して約30°未満で提供することができる。内部ピーク116から***部(リッジ)118に伸びている媒体のその一部としてひだ付き媒体の比較的急な部分118bを特徴付けることができる。ひだ付き媒体の比較的急な部分118bは、内部ピーク116から***部(リッジ)118まで伸びている媒体の一部として特徴付けることができる。一般に、ひだ付き媒体の比較的急な部分118bの角度は、内部ピーク116と***部(リッジ)118の間に伸びているとして特徴付けられる場合、45°より大きく、対面シート113に対して約60°より大きい。ひだ付き媒体の比較的平らな部分118aとひだ付き媒体の比較的急な部分118bの間の角度差により、***部(リッジ)118の存在を特徴付けることができる。ひだ付き媒体の比較的平らな部分118aの角度と、ひだ付き媒体の比較的急な部分118bの角度は、媒体部分の端部ポイントを形成するポイント間の平均角度として決定でき、この角度は対面シートから測定することができることが理解することができる。
***部(リッジ)118は、ひだ付き媒体12の形成の間に、圧印加工、折り目付け、曲げ、または折り曲げによって、ひだ付きシート112の長さに沿って、提供することができる。ひだ付き媒体112を形成する工程の間に***部(リッジ)118を付ける工程を設けることは好ましいが、必ずしも必要ではない。例えば、***部(リッジ)118は、熱処理、湿気処理またはその組合せによって付けることができる。さらに、***部(リッジ)118は、圧印加工する、折り目を付ける、曲げる、または折り重ねることにより、***部(リッジ)を付ける追加工程無しに、***部(リッジ)を形成することができる。また、***部(リッジ)118を特徴付けるときに、ひだ付きシートの外部ピーク115、119と、ひだ付きシートの内部ピーク116、114とを混同しないことである。***部(リッジ)の存在を特徴付ける方法として、一般により平らな部分118aと一般により急な部分118bの特徴をあげることができる。一般に、より平らな部分118aとより急な部分118bとは曲線を示すと予想される。すなわち、より平らな部分118aと、より急な部分118bとは、特に、空気流などの流体がろ過中に媒体を通る場合は、完全に平らではないと予想される。それにもかかわらず、媒体の角度は、***部(リッジ)から対応する隣接するピークまで測定して、媒体のその一部の平均角度を提供することができる。
図5aで示される媒体形状を低接触の形状(low contact shape)と呼ぶ。一般に、低接触の形状は、ひだ付きシート112と対面シート111の間の比較的低い接触領域を言う。***部(リッジ)118を出現させることにより、ピーク115、119のマスキングを低減することを補助する。***部(リッジ)118は、ひだ付きシート112を変形することにより出現し、その結果、ピーク115、119で媒体の内部応力を減少させる。***部(リッジ)118がないと、ひだ付きシート112中にある量の内部張力が存在し、ピーク115、119でより大きい半径が形成され、それによりマスキングを増加させる。その結果として、***部(リッジ)118の存在は、隣接するピーク間(例えば、ピーク115、114)に存在する媒体の量を増加させるのを助けるとともに、***部(リッジ)がないときに、ピークで媒体を伸ばすかまたは平らにするひだ付きシート112内の張力を、ある程度まで軽減することによりピーク(例えば、ピーク115)半径を減少させるのを助ける。
目視によって***部(リッジ)118の存在を検出することができる。図6は、ひだ付き媒体が低接触形状を持つものとして特徴付けることができるフィルタエレメントの端部の写真である。ひだ付き媒体の端部を見ても低接触の形状が存在することは、特に、明確でないが、フィルタエレメントに切り込みを入れることにより、縦溝流路の長さに沿って伸びている***部(リッジ)の存在を見ることができる。さらに、図7の写真によって示される技術によって、***部(リッジ)が存在することを確認することができる。図7では、フィルタエレメントは、ダストが詰まっており、ひだ付きシートが対面シートから剥ぎ取られたひだ付き媒体上の***部(リッジ)に対応する***部(リッジ)を持つダストケーキを見ることができる。一般に、ダストケーキ上の***部(リッジ)は、異なる平均角度を持つダスト表面の別の部分と交差する平均角度を持つダスト表面の一部を反映している。ダスト表面のケーキの2つの部分の交点は、***部(リッジ)を形成する。縦溝流路を満たすために媒体を充填するのに使用して縦溝流路中にダストケーキを提供するダストは、ISOのファインテストダストとして特徴付けることができる。
ここで図5aを参照すると、ひだ付きシート112は、距離D2の間に2つの***部(リッジ)118を含む。ここで、距離D2は、ピークの中点114からピーク116の中点までのひだ付きシート112の長さをいい、***部(リッジ)はピーク114、115、116、または119ではない。ピーク114、116は、内部ピークと呼び、ピーク115、119は、外部ピークと呼ぶが、これらのピークは、追加的に対面シートのピークとして特徴付けることができる。一般に、媒体は、渦巻きまたは積層などの異なる構成で配置され、縦溝流路は、内向きと外向きの特徴が、対面シートのピークとしてピークの特徴を使用するときに無視することができるように、特に、配置されると考えることができる。用語「内向きと外向き(internal and external)」の使用は、図に示されかつ単一フェーサ媒体の一部として提供されるような縦溝流路を説明する時に都合がよい。
各長さD2に沿って2つの***部(リッジ)118を持つひだ付きシート112を提供することができる。所望であれば、各周期長さD2に沿って1つの***部(リッジ)を持つひだ付きシート112を提供することができる。また、いくつかの周期が少なくとも1つの***部(リッジ)を示す、いくつかの周期が2つの***部(リッジ)を示す、およびいくつかの周期は***部(リッジ)が無い、またはそれらの組合せの構成物を提供することができる。ひだ付きシートは、***部(リッジ)の繰り返しパターンを持つものとして提供することができる。***部(リッジ)の繰り返しパターンは、波状パターンが***部(リッジ)の1つのパターンを示すことを意味する。***部(リッジ)のパターンは、隣接するピークごと、1つおきに隣接するピークごと、または、3つおきに隣接するピークごとのパターンであり、または***部(リッジ)の繰り返しパターンを示すような媒体の波形パターンを理解することができる変形のパターンである。
***部(リッジ)の存在の特徴は、***部(リッジ)が縦溝流路の長さに沿って存在することを意味すると理解すべきである。一般に、***部(リッジ)は、縦溝流路の長さ方向に沿って充分な長さで提供されて、所望の性能を持つ媒体を提供する。***部(リッジ)が縦溝流路の全長に伸びている場合に、例えば、縦溝流路の端部の影響により、***部(リッジ)は、縦溝流路の全長に伸びていない可能性がある。この例の影響は、縦溝流路の端部における縦溝流路の封止物(例えば、ダーツ)およびプラグ(栓)の存在を含んでいる。好ましくは、***部(リッジ)は、縦溝流路の長さの少なくとも20%の長さだけ伸びている。一例として、***部(リッジ)は、縦溝流路の長さの少なくとも30%の長さ、縦溝流路の長さの少なくとも40%の長さ、縦溝流路の長さの少なくとも50%の長さ、縦溝流路の長さの少なくとも60%の長さ、または縦溝流路の長さの少なくとも80%の長さだけ伸びている。縦溝流路の端部は、何らかの方法で閉じていてもよく、封止物により、媒体パックを1面から見ると、***部(リッジ)の存在を検出できるまたはできないかもしれない。従って、縦溝流路の長さに沿って伸びている***部(リッジ)の存在の特徴は、***部(リッジ)が縦溝流路の全長に沿って伸びていなければならないことを意味するものではない。また、***部(リッジ)は、縦溝流路の端部で検出されないかもしれない。ここで図6の写真を注目すると、***部(リッジ)の存在は縦溝流路の端部からある距離だけ入った媒体中に検出することができるので、縦溝流路の端部で、***部(リッジ)の存在を検出することは難しい。
ここで図5bを参照すると、ひだ付き媒体120は、対面シート121、123の間に提供されるひだ付きシート122を含む。ひだ付きシート122は、内部ピーク124と外部ピーク125の間に少なくとも2つの***部(リッジ)128、129を含む。長さD2に沿って、ひだ付きシート122は、4つの***部(リッジ)128、129を含む。媒体の一つの周期長さは、4つの***部(リッジ)を含む。***部(リッジ)128、129は、対面シートピークと呼ばれるピーク124、125、または126ではないことが理解される。ひだ付きシート122は、隣接ピーク(例えば、ピーク125、126)間に2つの***部(リッジ)128、129を持つように提供することができる。また、ひだ付きシート122は、隣接するピーク間に1つの***部(リッジ)がある、または***部(リッジ)がないようにすることができる。隣接するピーク間に2つの***部(リッジ)がある必要はない。もしも隣接するピーク間に予め決められた間隔で***部(リッジ)の代替物を持つことが好ましい場合には、ピーク間に***部(リッジ)がなくてもよい。
***部(リッジ)128は、ひだ付き媒体の比較的平らな部分128aがひだ付き媒体の比較的急な部分128bと結合する領域として特徴付けられる。一般に、ひだ付き媒体の比較的平らな部分128aは、***部(リッジ)128と129の間で対面シート123に対して測定される角度が、一般に、45°未満、好ましくは約30°未満の角度を持つものとして特徴付けられる。ひだ付き媒体の比較的急な部分128bは、ピーク126から***部(リッジ)128で、対面シート123に対して測定される角度が、一般に、45°以上、好ましくは約30°以上の角度を持つものとして特徴付けられる。***部(リッジ)129は、ひだ付き媒体の比較的平らな部分129aとひだ付き媒体の比較的急な部分129bの交差する結果として提供される。一般に、ひだ付き媒体の比較的平らな部分129aは、***部(リッジ)128から***部(リッジ)129まで伸びている媒体の一部の角度に対応している。一般に、ひだ付き媒体の比較的平らな部分129aは、45°未満、好ましくは約30°未満の傾斜を有するものとして特徴付けられる。ひだ付き媒体の比較的急な部分129bは、***部(リッジ)129とピーク125の間に伸びている媒体の一部として特徴付けられ、***部(リッジ)129とピーク125の間で、対面シート123に対してある角度を持つものとして特徴付けられる。一般に、ひだ付き媒体の比較的急な部分129bは、45°以上、好ましくは約60°以上の角度を持つものとして特徴付けられる。
ここで、図5cを参照すると、ひだ付き媒体140は、対面シート141、143の間に提供されるひだ付きシート142を含む。ひだ付きシート142は内部ピーク144と外部ピーク145との間で少なくとも2つの***部(リッジ)148、149を含む。長さD2に沿って、媒体140は4つの***部(リッジ)148、149を含む。一つの媒体の周期長さは4つの***部(リッジ)を含む。***部(リッジ)148と149は、ピーク144と145でないことが理解される。媒体140は、隣接するピーク(例えば、ピーク144と145)の間に2つの***部(リッジ)148、149があるように提供される。さらに、ひだ付きシート140は、他の隣接しているピーク間で、1つの***部(リッジ)、2つの***部(リッジ)が提供される、または***部(リッジ)無しで提供される。各隣接するピーク間で、2つの***部(リッジ)があるという必要性は全くない。隣接するピーク間を予め決められた間隔で、***部(リッジ)の代替物を持つことが好ましい場合、ピーク間に***部(リッジ)がないことがあり得る。一般に、縦溝流路のパターンが繰り返しかつ隣接するピーク間で***部(リッジ)の存在を含む縦溝流路のパターンを提供することができる。
***部(リッジ)148、149は、ひだ付きシートの比較的平らな部分がひだ付きシートの比較的急な部分と結合する領域として特徴付けることができる。***部(リッジ)148の場合、ひだ付きシートの比較的平らな部分148aは、ひだ付きシートの比較的急な部分148bと結合する。***部(リッジ)149の場合、ひだ付きシートの比較的平らな部分149aは、ひだ付きシートの比較的急な部分149bと結合する。ひだ付き媒体の比較的急な部分は、対面シート143に対して媒体の一部として測定される場合、45°以上、好ましくは約60°以上の角度を持つものとして特徴付けることができる。比較的平らな部分は、対面シート143に対して媒体の一部に対して45°未満、好ましくは約30°未満の傾斜を有するものとして特徴付けることができる。
ひだ付きシート142の巻き付け角度は、ひだ付きシート122の巻き付け角度より少ないので、ひだ付きシート142はひだ付きシート122を調整するより有利であると考えられる。一般に、巻き付け角度は、ひだ付け工程で媒体を回転する角度の合計をいう。ひだ付き媒体シート142の場合、媒体は、ひだ付きシート122と比較してひだ付けの間の巻き付けは少ない。その結果、ひだ付きシート142を形成するためのひだ付けにおいて、媒体に要求される引張り強度は、ひだ付きシート122と比べて低いものである。
ひだ付きシート112、122、142は、ピークからピークまで比較的対称なものとして示される。すなわち、ひだ付きシート112、122、142に対し、縦溝流路は、隣接するピーク間で同じ数の***部(リッジ)を持って繰り返す。隣接するピークは、ひだ付き媒の体長さに沿って互いに並んでいるピークをいう。例えば、ひだ付きシート112に対して、ピーク114とピーク115は、隣接するピークと考えられる。しかしながら、媒体の周期は、隣接するピーク間で同じ数の***部(リッジ)を持つ必要はない。この場合の媒体は、非対称的であると特徴付けられる。すなわち、周期の1つの半分の上に***部(リッジ)を有し、周期のもう1つの半分の上に***部(リッジ)を持たない媒体を調整することができる。
ひだ付き媒体の隣接するピーク間に単一の***部(リッジ)または複数の***部(リッジ)を提供することによって、規格Aや規格Bの縦溝流路などの先行技術媒体に対して距離D2を増加させることができる。1つの***部(リッジ)または複数の***部(リッジ)が存在すると、例えば、規格Aや規格Bの縦溝流路と比べてろ過に利用可能なより多くの媒体を有するフィルタ媒体を提供することが可能である。前に説明された媒体うねり率の測定は、隣接するピーク間に提供された媒体量を特徴付けるために使用することができる。長さD2は、ひだ付きシート112、122、142の周期に対して、ひだ付きシート112、122、142の長さとして画定される。ひだ付きシート112の場合、距離D2は、下側ピーク114から下側ピーク116までのひだ付きシートの長さである。この距離は、2つの***部(リッジ)118を含む。ひだ付きシート122の場合、下側ピーク124から下側ピーク126までの長さD2は、ひだ付きシート122の距離である。この距離は少なくとも4つの***部(リッジ)128、129を含む。一つまたはそれ以上の***部(リッジ)を隣接するピーク間に提供することにより、隣接するピーク間での増加するフィルタ媒体の量は、媒体うねり率によって特徴付けることができる。前に説明したように、規格Bおよび規格Aの縦溝流路は、通常は、それぞれ約3.6%と約6.3%の媒体うねり率を示す。一般に、図5aに示される縦溝流路設計などの低接触の縦溝流路は約6.2%〜約8.2%までの媒体うねり率を示すことができる。好ましくは、縦溝流路は、5.2%より大きく、好ましくは、6.5%より大きい媒体うねり率を示す。図5bと図5cに示される縦溝流路設計では、約7.0%〜約16%の媒体うねり率を提供できる。所望であれば、媒体うねり%が約6.3%より大きい、または約8.3%より大きい媒体うねり率を示す縦溝流路を持つ媒体パックを提供することができる。
図5bと図5cのフィルタ媒体120と140では、追加の利点として、媒体中に歪みを生み出さずに縦溝流路の長さに沿って縦溝流路をテーパ状にする能力を提供する。これにより、図5bと図5cで示される縦溝流路の形状は、ゼロ歪みの縦溝流路の形状という。ここで図8と図9aを参照すると、テーパ状構成物のひだ付きシート122を示す。図9aに、外形122aから外形122dまでテーパ状になっているひだ付きシート122を示す。テーパ状にした結果として、ひだ付き媒体シートは、122bと122cとして示される外形を含む。ひだ付き媒体が122aから122dまでテーパ状となると、***部(リッジ)128、129は、下側ピーク126に近づき、上側ピーク125から離れる方向に動く。従って、ひだ付き媒体122が122aから122dまでテーパ状となると、ひだ付きシート122と対面シート123との間の断面積は減少する。この断面積の減少に対応して、ひだ付きシート122によって形成される対応する縦溝流路と上側ピーク125に接触する対面シートは、断面積が増加する。さらに、テーパが122aと122dで示される端部外形に向かって移動すると、***部(リッジ)が一緒に合体するかまたは互いから識別可能でなくなる傾向となることがわかる。122aで示される外形は、低接触形状により似る傾向がある。さらに、ひだ付き媒体が122dから122aまでテーパ状となると、***部(リッジ)128と***部(リッジ)129は上側ピーク125に近づくことがわかる。テーパ状でゼロ歪の形状の場合、ひだ付きシートは、縦溝流路の長さの少なくとも30%、好ましくは、少なくとも50%を超える長さまで隣接するピーク間の複数の縦溝流路を持つものとして特徴付けることができる。
ひだ付きシート122が***部(リッジ)128、129を含むフィルタ媒体120を使用する利点は、過度の歪みを生み出すことなく縦溝流路をテーパ状にする能力と、12%以上の歪みを示さないフィルタ媒体を使用する能力である。一般に、歪みは、
歪み=((D2max−D2min)/D2min)×100
の式で特徴付けられる。D2minは、媒体がほぐれたまたは歪みがないときの媒体距離を言い、D2maxは裂ける直前の歪みのときの媒体距離を言う。亀裂無しで最大約12%の歪み量に耐えることができるろ過用媒体は、ろ過産業で比較的一般的に使用されている。一般的に使用されるフィルタ媒体は、セルロースベースのものとして特徴付ることができる。媒体が耐えることができる歪み量を増加させるために、合成ファイバを媒体に追加することができる。その結果として、12%以上の歪み量に耐えられる媒体を使用することは、比較的高価となる。従って、媒体の歪みを最小にし、かつ12%より多い歪み量を可能にする、高価な媒体を使用せずに、縦溝流路をテーパー状とする縦溝流路の構成物を利用することは、好ましい。
ここで図9bを参照すると、図5cのひだ付きシート142は、位置142aから位置142bまで、そして次に位置142cまで伸びるテーパ状の構成物として示される。縦溝流路が、より小さい断面領域(ひだ付きシート142と対面シート143の間の領域)までテーパ状となるので、***部(リッジ)148、149は、ピーク145に向かって移動する。逆もまたいえる。すなわち、縦溝流路の断面領域が増加するので、***部(リッジ)148、149は、ピーク144に向かって移動する。
図5a〜5cに例示された縦溝流路の形状は、規格Aと規格Bの縦溝流路と比べてピークでマスクされる媒体領域が減少するのを補助する。さらに、図5a〜5cに例示される形状は、規格Aと規格Bの縦溝流路と比べてろ過に利用可能な媒体量が増加するのを補助する。図5aでは、対面シート113からひだ付き媒体112を見ると、***部(リッジ)118が凹形である縦溝流路を提供することができることが理解される。対面シート111の斜視図から、***部(リッジ)118は、凸形を有する縦溝流路を提供することが理解される。ここで、図5bを参照すると、***部(リッジ)128、129は、ピークから隣接するピークまでひだ付き媒体122のどちらの側からも凹形と凸状の両方を提供するこができることがわかる。縦溝流路は、***部(リッジ)の存在からみて、実際に凹状または凸状でないことを理解することができる。従って、***部(リッジ)は曲面に遷移部かまたは不連続部を提供する。***部(リッジ)の存在を特徴付ける別の方法は、不連続が存在しない規格の縦溝流路Aと規格Bの媒体の曲部で不連続部を観測することである。また、図5a〜5cと図9a〜9bで示された縦溝流路の形状は、いくらか誇張されていることを理解すべきである。すなわち、ひだ付き媒体を形成した後に、媒体は、ある程度、垂れさがるかまたは曲がるように媒体中に記憶されるかまたは変形するであろう。また、媒体を通過する流体(例えば、空気)へ適用すると、媒体は歪む。その結果として、この記載の基づいて調整された実際の媒体は、図5a〜5cと図9a〜9bで示された図に沿って必ずしも正確に従うものではない。
所望であれば、図5a〜5cに示される単一フェーサ媒体構成物は、逆にすることができる。例えば、単一フェーサ媒体117は、ひだ付きシート112と対面シート113とを含む。所望であれば、単一フェーサ媒体は、ひだ付きシート112と対面シート111を含むように構成することができる。所望であれば、同様に、図5bと図5cに示される単一フェーサ媒体を逆にすることができる。図5a〜5cに示される単一フェーサ媒体の特徴は、本発明を説明するために提供することができる。単一フェーサ媒体が図5a〜5cで示されるのと本質的に反対の方法で対面シートにひだ付きシートを結合することによって調整できることを理解することができる。すなわち、ひだ付きシートに縦溝流路を付ける工程の後に、ひだ付きシートは、ひだ付きシートのどちらかの側部に対面シートを結合することができる。
縦溝流路の体積の非対称
縦溝流路の体積の非対称は、上流側の体積と下流側の体積の間で、フィルタエレメントあるいはフィルターカートリッジ内の体積差をいう。上流側の体積は、ろ過されていない流体(例えば、空気)を受け入れる媒体の体積をいい、下流側の体積は、ろ過された流体(例えば、空気)を受け入れる媒体の体積をいう。フィルタエレメントは、汚れた側と清浄な側とを持つものとしてさらに特徴付けることができる。一般に、フィルタ媒体の汚れた側は、ろ過されていない流体を受け入れる媒体の体積をいう。清浄な側は、汚れた側からろ過通路を通過するろ過された流体を受け入れる媒体の体積をいう。清浄な側あるいは下流側の体積より大きい汚れた側あるいは上流側の体積を有する媒体を提供することが好ましい場合がある。空気をろ過する場合、空気中の微粒子は汚れた側で堆積し、それにより、フィルタ媒体の容量は、汚れた側の体積によって決定されることが観測される。体積の非対称を提供することによって、汚れた空気を受け取るのに利用可能な媒体の体積を増加させ、それにより、媒体パック容量を増加させることは可能である。
上流側の体積と下流側の体積との差が10%以上ある場合に、縦溝流路の体積が非対称なフィルタ媒体が存在する。縦溝流路の体積の非対称を持つろ過用媒体は、非対称な体積の構成物を持つ媒体パックと呼ぶことができる。縦溝流路の体積の非対称は、
体積の非対称=(体積上流−体積下流)×100/体積下流
によって表現できる。好ましくは、体積の非対称を示す媒体は、約10%以上、約20%以上、30%以上、および、好ましくは、約50%以上の体積の非対称を示す。縦溝流路の体積の非対称に対する例示の範囲は、約30%〜約250%、および約50%〜約200%を含む。一般に、上流側の体積が下流側の体積より大きいことは好ましい。あるいはまた、下流側の体積に対して上流側の体積を最小にするのが好ましい状況がある。例えば、安全エレメントの場合には、媒体が満杯となり破壊が上流側フィルタエレメント中で起こったことを指示するものとして、比較的素早く流れを止めるように、比較的低い上流側の体積を有する安全エレメントを提供することが好ましい。
体積の非対称は、縦溝流路の断面を示す写真から縦溝流路の断面積を測定することによって計算することができる。縦溝流路が通常パターンを形成する場合、この計測は縦溝流路の体積の非対称をもたらす。縦溝流路が通常でない場合(例えば、テーパ状の場合)、媒体をいくつかに分けて、内挿法または外挿法を使用して縦溝流路の体積の非対称を計算することができる。
縦溝流路の設計は、ろ過機能を向上する縦溝流路の非対称を供給するように調整することができる。一般に、縦溝流路の非対称は、上流側の体積と下流側の体積が異なるように、狭いピークと広いアーチ形の谷(トラフ)または逆の形状を有する縦溝流路をいう。対称形状の縦溝流路の例は、ワグナー他の米国特許出願公開第2003/0121845号によって提供される。米国特許出願公開第2003/0121845号の開示は引用により本明細書に合体される。
ここで、図10aと10bを参照すると、非対称の縦溝流路の体積は、フィルタ媒体150、160に示される。ここで、図10aと図10bは、例えば、通常のテーパ状でない縦溝流路媒体の断面図である。フィルタ媒体150は、対面シート154、155の間にひだ付きシート152を示す。ひだ付きシート152は、ひだ付きシート152と対面シート155によって画定される体積よりもひだ付きシート152と対面シート154の間でより大きい体積を提供するように構成されている。上流側の体積または汚れた側の体積を最大にすることが好ましい場合、得られるひだ付きシート152と対面シート154の間の領域によって画定される体積は、上流側の体積、または、汚れた側の体積として提供することができる。縦溝流路フィルタ媒体160は、対面シート164と対面シート165の間にひだ付きシート162を示す。ひだ付きシートは、ひだ付きシート162と対面シート165の間でより大きい体積を提供するように構成されている。所望であれば、縦溝流路シート162と対面シート165の間の領域は、上流側の体積あるいは汚れた側の体積として特徴付けることができる。
非対称な体積の構成物を持つろ過用媒体は、通常の縦溝流路あるいはテーパ状の縦溝流路の存在から得ることができる。また、比較的に対称のテーパ状の縦溝流路を持つ媒体(例えば、それぞれの方向に比較的同じ程度にテーパ状になっている縦溝流路)は、非対称な体積の構成物でない媒体(10%未満の非対称の体積)を提供することができる。従って、テーパ状の縦溝流路が存在するあるいは存在しないことは、非対称な体積の構成物が存在するまたは存在しないことを暗示しないし、意味もしない。通常の縦溝流路の構成物(例えば、テーパ状でない)を持つ媒体は、非対称な体積の構成物であるかもしれないし、そうでないかもしれない。
媒体パック中の縦溝流路が通常の縦溝流路とテーパ状の縦溝流路の両方である媒体パックを提供することができる。例えば、縦溝流路の長さに沿って、長さの一部がテーパ状の縦溝流路であり、長さの一部が通常の縦溝流路であるような縦溝流路を提供することができる。例示の構成物は、例えば、縦溝流路が1面から予め決められた位置までテーパ状であり、次に、別の予め決められた位置まで通常の形状であり、次に、テーパ状であるような、テーパ状−まっすぐ−テーパ状の構成物を含む。テーパ状−まっすぐ−テーパ状の構成物の存在は、非対称の体積を供給するのを補助するために使用することができ、かつ充填と圧力損失を取り扱うのを補助するために使用することができる。
ダーツ付き縦溝流路
図11〜18は、カーブした波形パターンを持つ縦溝流路の端部を閉じる(封止)技術を例示する。この技術はダーツ付けと呼ばれ、縦溝流路をダーツ付ける一般的な技術は、2006年7月27日に発行された米国特許出願公開第2006/0163150号に記載されている。米国特許出願公開第2006/0163150号の全体は、引用により本明細書に合体される。
本発明に基づくフィルタ媒体で縦溝流路を封止するために使用できる例示のダーツ付け技術は、図11〜図18に示されている。図11〜18に提供されるダーツ付け技術は、先行技術媒体の内容を示すが、このダーツ付け技術は、本発明に基づくひだ付き媒体に適用できる。例えば、図5a〜5cで示されるひだ付き媒体は、図11〜18に示される技術によりダーツ付けできる。
一般に、ダーツ付けは、ひだ付きシート204を対面シート206に固定するために単一フェーサビーズ190を用いた後で、封止するために行われる。一般に、米国特許出願公開第2006/0163150号に記載されているように、刻み目を付けるまたはダーツを付けるホイールは、図11〜13に示される縦溝流路200を形成するのに使用でき、折り曲げホイールは、図14〜18に示されている縦溝流路200を形成するために使用することができる。図11〜13に示されているように、ダーツ付きホイールは、刻み目を付けるまたは逆さにすることにより上側ピーク204の部分202を変形させる。用語「逆にする(inverting)」とその変形により、上側ピーク204に刻み目を付けるまたは対面シート206に向かう方向の内側に曲げることを意味する。図12はダーツ付けホイールによって生み出される逆部210の中央に沿った断面図である。逆部210は、ダーツ付け工程の結果として生み出される1組のピーク212、214の間である。ピーク212、214は、一緒に縦溝流路のダブルピーク216を形成する。縦溝流路のダブルピーク216のピーク212,214は、逆にする前の上側ピーク204の高さより短い高さである。図13は、ダーツ付けホイールと係合せず、それにより変形されていない縦溝流路200の部分で縦溝流路200の断面を示す。図13でわかるように、縦溝流路200の部分は元の形状を保持する。
図12に示された縦溝流路のダブルピーク216は、本質的に対称である1組のピーク212、214を形成するために、上側ピーク204のインデンティング(へこみ)を示すが、ダーツ付けの正確な位置は中心から外れてもよいことを理解すべきである。インデンティングまたはダーツ付けホイールのタイミングと媒体の柔軟性の結果として、ピーク212,214は、異なる大きさを持ってもよいし、ピーク212,214の相対的な大きさは、縦溝流路から縦溝流路へ媒体を通して変更することができる。
ここで、図14〜18に注目する。図14〜18は、折り曲げホイールと係合した後のダーツ付け部198の部分を示す。図18は断面図でダーツ付け部198の端面図を特に示している。折り目構成物218は、4つの折り目221a、221b、221c、221dを持つダーツ付き縦溝流路(darted flute)220を形成することが理解できる。折り目構成物218は、対面シート64に固定される平らな第1層222を含む。第2層224は第1層222に対して押し付けられて示される。第2層224は好ましくは第1層222の対向する外側端部を折り曲げて形成される。
また図18を参照すると、2つの折り返しまたは折り目221a、221bは、一般に「上側の、内側に向けられた」折り返しまたは折り目と本明細書で呼ぶ。この文脈で、用語「上側」は、折り目220が図11の方向で見るとき、折り目が全体の折り目220の上側にあることを意味する。用語「内側に向けられた」は、各折り目221a、折り目221bの折り目ラインがもう片方の方向に向けられることを意味する。
また図18を参照すると、2つの折り返しまたは折り目221a、221bは、一般に「上側の、内側に向けられた」折り返しまたは折り目と本明細書で呼ぶ。この文脈で、用語「上側」は、折り目220が図11の方向で見るとき、折り目が全体の折り目220の上側にあることを意味する。用語「内側に向けられた」は、各折り目221a、折り目221bの折り目ラインがもう片方の方向に向けられることを意味する。
この文脈で使われる用語「上側」と「下側」は、図18の配向において、特に折り目220をいう。すなわち、折り目120が使用のために実際の製品中に配向される場合、別の方向を示すことを意味しない。
図18の特徴とレビューに基づいて、この開示において図18による好ましい通常の折り目構成物218は、少なくとも2つの「上側の内側に向かう折り目」を含む構成物であると考えられる。これらの内側に向かう折り目はユニークであり、折り曲げが隣接する縦溝流路上にかなりの食い込みを引き起こさない総合的な構成物を提供するのを補助する。これらの2つの折り目は、折り目の先端212、214から図18の互いに向う方向からの部分をもたらす。
また、第3層228は、第2層224に対して押しつけられているのがわかる。第3層228は、第3層228の対抗する内側端部230から折り曲げられて形成される。ある好ましい実施例では、対面シート206は、折り目構成物218から対向する端部に沿ってひだ付きシート196に固定される。
折り目の構成物218を見る別の方法は、波形シート196のピーク204と谷(トラフ)205を交互にする幾何学的形状に関する。第1層222は逆さのピーク210を含む。第2層224は、好ましい構成物では、逆さのピーク210に対して折り曲げられる方向に折り曲げられるダブルピーク216に対応する。第2層224に対応する逆さピーク210とダブルピーク216は***部(リッジ)204の反対側の谷(トラフ)205の外側にあることに注意すべきである。図示された実施例において、2つピーク216の折り曲げられた端部230、231から伸びている第3層がある。
図15〜17は異なる部分の縦溝流路200の形状を示している。図17は縦溝流路200の変形していない部分を示している。逆さのピーク210が対面シート206(図18)に係合しているところからもう存在しない点(図17)まで伸びている逆さピーク210を図15と図16で見ることができる。図15と図16では、逆さピーク210は対面シート206から異なる長さで間隔をあけて配置されている。
図18に示される縦溝流路の封止(閉鎖)は、比較的対称のピーク212、214を形成するために、上側ピーク204のダーツ付けから得られる封止を示すが、上側のピーク204のインデンティングが中心から外れた位置で起こる場合、得られる封止が異なるように見えることを理解すべきである。得られる封止は、図18に示される封止ほど対称的でないかもしれない。折り目構成物は、折り目の先端の1つだけが折り重なるようにして提供してもよい。
図11〜18に基づくダーツを提供するために使用する工程は、「中央の刻み目付け(center identing)」、「逆さ中央(center inverting)」、「中央のダーツ付け(center darting)」または「中央の変形(center deformation)」と呼ばれる。また、この文脈で用語「中央」によって、刻み目またはダーツ付けホイールに係合した刻み目または逆さピークが関連する上側ピーク80の頂点または中央で起こることを意味する。変形または刻み目は、***部(リッジ)の中央から3mm以内で起こる限り、通常は、本明細書では中央の刻み目と考えられる。ダーツ付けの文脈において、用語「折り目(crease)」「折り目(fold)」、または「折り目ライン」は、媒体の部分間を密封剤または接着剤と共にまたは無しに媒体パックを折り曲げることによって形成される端部を示すことを意味する。
図11〜18の内容で説明された封止技術は、図18で示されるような縦溝流路の封止をもたらすることができるが、ダーツ付けの間、媒体の柔軟性と媒体の移動速度の結果により、刻み目の工程は、波形シート196の頂点またはピークで正確に起こらない可能性がある。その結果として、折り目の先端212、214は、対称として示されない。実際、折り目の先端212、214の1つは、片方のチップが折り曲げられる間、いくらか平らにされる。また、ある縦溝流路設計では、刻み目工程をスキップすることが好ましい。例えば、縦溝流路は、十分に小さい高さ(J)を持ち、縦溝流路は、刻み目を入れる工程を必要とせずに繰り返し折り目パターンを提供するために加圧されて閉じることができる。
プラグ長さと縦溝流路の高さ
Z型媒体は、媒体の入口面から出口面まで伸びている縦溝流路を有するものとして特徴付けられる。縦溝流路の第1部分は入口縦溝流路として特徴付けられ、縦溝流路の第2部分は出口縦溝流路として特徴付けられる。入口縦溝流路は、出口面またはその近くでプラグ(栓)またはシールとともに提供される。また、出口縦溝流路は入口面またはその近くでプラグまたはシールとともに提供される。もちろん、この構成物の代替手段は可能である。例えば、シールまたはプラグは、入口面または出口面上にまたは隣接して提供する必要はない。シールまたはプラグは、所望ならば、入口面または出口面から離れた方向に提供することができる。シールまたはプラグとして熱溶融接着剤を使用する場合、プラグは、規格Bの縦溝流路では、通常は、少なくとも約12mmの長さを有する。プラグ長さは、エレメントの表面からプラグの内側表面まで測定して得ることができる。出願人は、プラグ長さを減少することによって、充填容量の増加、低い初期圧力損失、ろ過のために使用することができる表面積の増加、ろ過用エレメントのために必要となる媒体の量の低減、またはそれらの組合せを含むフィルタ媒体の好ましい特性を提供することが可能であることを見いだした。約10mm未満、好ましくは約8mm未満、約7mm未満、より好ましくは約6mm未満であるプラグ長さを提供することは好ましい。プラグ長さを減少させることは、縦溝流路の長さが比較的短いような状況(例えば、約5インチ未満の縦溝流路の長さ)に対して、性能を増加することができる。比較的長い縦溝流路の長さ(例えば、8インチより大きい)のプラグ長さを減少することは、より短い縦溝流路の長さを持つ媒体のプラグ長さを減少することと比較すると、性能を高めるために有効でないかもしれない。より短い長さの縦溝流路、例えば、約5インチ(例えば、約2インチ〜約4インチ)未満の長さを持つ縦溝流路に対し、プラグ長さを約7mm未満あるいは約6mm未満まで減少させると、性能を高めることができる。プラグ長さは、平均プラグ長さと呼ぶことができ、第1の複数の縦溝流路をシールしているプラグの平均プラグ長さとして、または、第2の複数の縦溝流路をシールしているプラグの平均プラグ長さまたは両方として測定することができる。すなわち、平均プラグ長さは、媒体パックの面の1つまたはその近くに存在するプラグを減少することができる。平均プラグ長さが、媒体パック内の全てのシールに対して平均プラグ長さであるという必要性はない。すなわち、縦溝流路の第1部分の平均プラグ長さは、縦溝流路の第2部分の平均プラグ長さと異なることができる。所望であれば、平均プラグ長さは、シールの全て(例えば、複数の第1縦溝流路と複数の第2縦溝流路)の平均プラグ長さとして提供することができる。
プラグ長さを低減するための例示の技術は、対面シートにひだ付きシートを保持する密封材または接着剤を含む単一フェーサのエッジをトリミングしてプラグ長さを減少することである。すなわち、製造の間の単一フェーサの幅は、単一フェーサの幅がプラグの長さを減少するためにトリミングするという理解で、必要より長くすることができる。さらに、プラグ長さは、媒体の1面か両面をトリミングすることによって減少することができる。プラグ長さを低減するための代替技術は、短い長さを持つシールまたはプラグを提供するために増粘剤または高粘度の密封剤を使用することである。
得られるろ過用媒体に対する所望の縦溝流路の高さまたは大きさに依存して、縦溝流路の高さ(J)を選択することができる。ろ過用媒体の使用条件は、所望の縦溝流路の高さ(J)の選択に依存することができる。本発明の媒体を使用するフィルタエレメントを、汎用フィルタエレメントの代用品として使用する場合、例えば、規格Bの縦溝流縦溝流路では、高さJは、約0.075インチ〜約0.150インチであり得る。本発明の媒体を使用するフィルタエレメントを、汎用フィルタエレメントの代用品として使用する場合、例えば、規格Aの縦溝流縦溝流路では、高さJは、約0.15インチ〜約0.25インチであり得る。
例示の媒体の定義
空気ろ過用の応用に対して、特に、内燃機関の空気流をろ過するために、Z型媒体を有用に使用する場合、ろ過用媒体の定義は、ろ過用媒体がダストを充填する容量を最大にするか、圧力損失を最小にするか、または容量と圧力損失の両方を好ましいレベルにするかに依存しながら、選択することができる。ダスト充填容量は、ろ過用媒体の寿命すなわち使用期間と言うことができる。時には、ろ過用媒体を取り替える前に、所望の寿命期間を示すことができるろ過用媒体を設計することは、好ましいことである。あるいはまた、ある状況下では、所望の圧力損失の範囲内で作動することができるろ過用媒体を設計することは、より好ましいかもしれない。ろ過用媒体に対する様々な定義を選択することは、特別な環境と特別なエアクリーナに対する過用媒体を定義するための柔軟性が提供される。さらに、ろ過用媒体の様々な定義を選択することにより、特別の環境に適合するようなエアクリーナを設計する際の柔軟性を持たせることが可能となる。
以下に記載する例示のろ過用媒体は、前に「低接触」あるいは「ゼロ歪み」として説明した縦溝流路の形状を持つものと持たないものを供給することができる。ひだ付き媒体のピーク間に1つまたは複数の尾根(リッジ)を提供することはろ過用媒体の必要要件ではないが、性能を高めるために当てにすることができる。
第1の例示のろ過用媒体は、ダストの充填容量を最大にするように、選択することができる。縦溝流路の密度は、規格Bの縦溝流路媒体から調製されたフィルタ媒体の縦溝流路の密度よりも大きいように選択することができる。例えば、少なくとも約35.0流路/インチ2の縦溝流路の密度を持つフィルタ媒体を提供することができる。ここで、縦溝流路の密度は、
ρ=チェンネルの数(開いたおよび閉じたチャンネル)/(2×Z型媒体パック断面積)
で計算することができる。チェンネルの数は、媒体の断面でかつ媒体の断面積を決定する位置での縦溝流路を計数することにより決定される。好ましくは、縦溝流路の密度は、45流路/インチ2、あるいは約50流路/インチ2であり得る。縦溝流路の密度の増加により引き起こされる圧力損失を抑えるために、縦溝流路の長さを減少することができる。例えば、5インチ未満の縦溝流路の長さを持つ媒体を提供することができる。縦溝流路の長さが比較的短い場合、ろ過に利用可能な媒体量を増加させるために、比較的短いプラグ長さを提供することができる。例えば、約7mm未満、好ましくは、約6mm未満の長さを持つプラグを提供することができる。さらに、媒体の縦溝流路の非対称な体積を調整することができる。例えば、媒体の縦溝流路の非対称な体積は、上流側の体積が下流側の体積よりも少なくとも10%だけ大きいようにすることができる。好ましくは、縦溝流路の非対称な体積は、30%より大きい、好ましくは、50%より大きいものであり得る。少なくとも約2.7、好ましくは、少なくとも約3.0の縦溝流路の幅対高さの比を持つひだ付き媒体を提供することができる。
第2の例示の媒体は、所望の長寿命を提供するために、選択することができる。第2の例示の媒体は、中くらいの縦溝流路の長さを持つことができる。例えば、縦溝流路の長さは、約5インチ〜約8インチであり得る。第2の例示の媒体は、テーパなしで提供することができ、かつ、ほぼ規格B媒体の縦溝流路の密度である約34流路/インチ2の縦溝流路の密度を持つものを提供することができる。第2の例示の媒体は、約2.7より大きく、好ましくは、約3.0より大きい縦溝流路の幅対高さの比を持つものを提供することができる。さらに、第2の例示の媒体は、20%より大きい、好ましくは、30%より大きい縦溝流路の非対称な体積を持つものを提供することができる。
第3の例示のろ過用媒体は、媒体が所望の低い圧力損失を示すようなものを提供することができる。第3の例示のろ過用媒体は、約34流路/インチ2未満、好ましくは、約25流路/インチ2未満の比較的低い縦溝流路の密度を持つことができる。さらに、媒体の縦溝流路の長さは、中位の長さまたは長い長さであり得る、少なくとも約5インチの長さを持つことができる、約6インチ〜約12インチの長さを持つことができる。縦溝流路が非対称な体積を持つまたは持たない第3の例示のろ過用媒体を提供することができる。縦溝流路の非対称な体積を提供するとき、媒体は約30%より大きい、または約70%より大きい縦溝流路の非対称な体積を持つことができる。縦溝流路は、テーパ状としてまたは非テーパ状として提供することができる。
第4の例示のろ過用媒体は、所望レベルのダスト充填容量と所望の圧力損失とのバランスを供給することができる。比較的長い縦溝流路を持つ第4の例示のろ過用媒体を供給することができる。例えば、媒体の縦溝流路の長さは、約8インチ〜約12インチであり得る。テーパ状であるなしにかかわらず第4の例示のろ過用媒体を供給することができる。
フィルタエレメント
ここで、図19〜図28を参照して、ろ過用媒体パックを含むフィルタエレメントを説明する。ろ過用媒体パックは、本明細書に記載された媒体パックの特徴に基づいておよび例示の媒体の定義に基づいて提供することができる。本明細書に特徴付けらたような媒体を受け入れるために図19〜図28で図示されたフィルタエレメントをどのようにも変更することができることが理解される。例えば、巻き付けまたは積層した媒体を提供することができる、記載されたような縦溝流路の長さと縦溝流路の密度を持つ媒体を提供することができる。さらに、図19〜図28で図示されるフィルタエレメントは、一般に、空気をろ過するために使用することができるので、空気のろ過用エレメントとして特徴付けられる。
ろ過用媒体パックは、例えば、その開示が引用により本明細書に合体される米国特許第6,350,291号、米国特許出願第2005/0166561号、および国際特許出願公開第2007/056589号に記載されたように、半径方向シールを含むフィルタエレメントの一部として供給できる。例えば、図19を参照すると、フィルタエレメント300は、単一フェーサ媒体を巻いた媒体パック302として提供することができ、かつ、第1面304と第2面306を含むろ過媒体パック301を含むことができる。フレーム308は、媒体パック310の第1端部上に提供され、第1面304を超えて伸びることができる。また、フレーム308は、第1面304を超えて伸びる周辺部312と支持材314に階段または減少部を含むことができる。シール部材316は支持材314上に提供される。フィルタエレメント301がハウジング320中に挿入されると、シール部材316は、ハウジングシール表面322に係合してシールを提供し、ろ過されていない空気が空気ろ過用媒体パック300を迂回しないようにする。シール部材316は、半径方向にハウジングシール表面322と係合してシールを提供するシール表面317を含むので、半径方向シールとして特徴付けすることができる。さらに、フレーム308は、媒体パックのクロスブレースあるいは支持体構造物324を含む。支持体構造物324は、フレーム308を支え、空気ろ過用媒体パック300のはめ込みを減少するように補助することができる。アクセスカバー324は、ハウジング320中でフィルタエレメント300の囲いを提供することができる。
ろ過用媒体パックは、半径方向シール構成物上に変形を持つフィルタエレメントの一部として供給することができる。図20に示されるように、シール330は、フレーム332を媒体パック334に保持するのを補助することができる。図19に示されるように、フレーム308は媒体パック301に接着剤で取付けることができる。図20に示されるように、フレーム332は、第1面336に隣接して提供され、シール330は、追加の接着剤を使用せずに、媒体パック334上に支持材332を保持するように提供することができる。シール330は、第1端部340で媒体パック334の外部表面上にかつシール支持材338の両側に沿って伸びている、オーバモールドシールとして特徴付けることができる。
ろ過用媒体パックは、その全体の開示が引用により本明細書中に合体される米国特許第6,235,195号によるフィルタエレメントの一部として提供することができる。ここで図21を参照すると、フィルタエレメント350は、長方形または競馬場の形状と、媒体パックの外部に外接する端部に取り付けられた軸方向のピンチシール354とを持つ、巻き付けられた媒体パック352を含む。示される軸方向ピンチシール354は、媒体パックの第1面356と第2面358の間に提供される。軸方向ピンチシール354は、基部360とフランジ部362とを含む。基部360は媒体パックへの取り付けのために提供することができる。フランジ部362は、2つの表面の間にはさまれてシールを形成する。表面の1つは、フィルタエレメント350を含むハウジングの表面であり得る。さらに、フランジ部362をはさむ他の構造は、ハウジング中に提供されるアクセスカバーあるいは別の構造であり、ろ過されていない空気が媒体パックを迂回せずに媒体パックを通過するようにシールを維持するのを助ける。フィルタエレメント350は、第1面356から軸方向に延びているハンドル364を含むことができる。所望であれば、第2面358から軸方向に伸びているハンドルを提供することができる。ハンドル364は、人がハウジングからフィルタエレメント350を引きだすかまたは取り外すのを可能にする。
ここで図22〜24を参照すると、フィルタエレメントは参照番号400で示される。フィルタエレメント400は、巻き付けた媒体パック402、ハンドル構成物404、およびシール構成物406を含む。フィルタエレメントの構造物の詳細は、米国特許第6,348,084号に記載され、その全体の開示は引用により本明細書に合体する。前に記載した単一フェーサ媒体は、フィルタエレメント400を調製するために使用することができる。
ハンドル構成物404は、中央ボード408、ハンドル410、およびフック構造物412を含む。単一フェーサ媒体は、ハンドル410が媒体パック402の第1面414から軸方向に伸びるように、中央ボード408の周囲に巻き付けられている。フック構成物412は、媒体パック402の第2面416から伸びている。ハンドル410は、オペレータがハウジングからフィルタエレメント400を取り外すのを可能にする。フック構造物412は、クロスブレースまたは支持体構造物420への取り付け具を提供する。フック構造物412は、クロスブレースまたは支持体構造物420と係合するフック部材422、424を含む。クロスブレースまたは支持体構造物420は、第2面426から伸びかつシール支持体部材432を含むシール支持体構造物430の一部として提供することができる。シール434は、フィルタエレメント400とハウジングの間にシールを供給するために、シール支持材部材432上に提供することができる。シールが半径方向の対面シール面436とハウジングシール面の接触の結果としてシーリングを提供する場合、シール434は、半径方向シールとして特徴付けることができる。
ろ過用媒体パックは、その全体の開示が引用により本明細書中に合体される米国特許第6,348,085号に示されるガスタービンシステムの一部として提供することができる。例示のガスタービン用ろ過エレメントは、図25の参照番号450で示される。フィルタエレメント450は、第1フィルタエレメント452と第2フィルタエレメント454とを含み得る。第2フィルタエレメント454は、安全フィルタエレメントと呼ばれる。メイン・フィルタエレメント452は、前に本明細書で記載されたようにろ過用媒体パックとして提供することができる。ろ過用媒体パックは、単一フェーサ媒体を巻き付けた結果として、または、単一フェーサ媒体の積層の結果として、提供することができる。第1フィルタエレメント452と第2フィルタエレメント454は、スリーブ部材460中に固定される。スリーブ部材460は、シール464を含むフランジ462を含む。取り付け時に、フィルタエレメント450は、ろ過されていない空気がフィルタエレメント450を迂回しないように十分なシールを提供するように、シール464が十分なシールを提供するように、支持材466に隣接してかつ適所にクランプ200によってフランジ462とシール464が支えられるように提供することができる。
ろ過用媒体パックを利用することができる別のフィルタエレメントは、その全体の開示が引用により本明細書に合体される米国特許第6,610,126号に記載されている。ここで、図26を参照すると、フィルタエレメント500は、ろ過媒体パック502、半径方向シール構成物504、およびダストシール構成物506を含む。フィルタエレメント500は、エアクリーナハウジング510中に提供され、フィルタエレメント500の下流に、安全または二次フィルタエレメント512を含むことができる。また、アクセスカバー514はエアクリーナハウジング510を囲むために提供することができる。エアクリーナハウジング510とアクセスカバー514は、ダストシール構成物506がピンチシールとして特徴付けられるようにダストシール構成物506をはさむことができる。
ろ過用媒体パックは、その開示が引用により本明細書に合体される国際特許出願公開第2006/076479号と国際特許出願公開第2006/076456号に基づく積層媒体パックとして提供することができる。ここで図27を参照すると、フィルタエレメントは、積層されブロック化された媒体パック602を含む参照番号600で示される。積層されブロック化された媒体パック602は、長方形または直角(標準)の平行四辺形媒体パックとして特徴付けることができる。媒体パック602の対向する端部をシールするために、側部パネル604、606が配置される。側部パネル604、606は、それぞれ積層された単一フェーサ媒体の先端部と末端部を閉じる。媒体パック602は、対抗する流れ面610と流れ面612を持つ。流れ面610と流れ面612との間に流路が提供されず、空気が媒体パック602の媒体を通過してろ過される必要がないことが指摘される。周辺部の周囲ハウジングシールリング614は、空気フィルタエレメント600中に配置される。図示された特定のシールリング614は、軸方向ピンチシールリングである。所望であれば、保護シートまたはパネルを媒体パック表面620と622上に提供することができる。
ろ過用媒体パックは、その全体の開示が引用により本明細書中に合体される国際特許出願公開第2007/133635号に基づく積層媒体パック構成物として提供することができる。ここで、図28を参照すると、フィルタエレメントは参照番号650で示される。フィルタエレメント650は、第1入口面、この場合、入口面654と、対抗する第2出口面、この場合、出口面656を有する積層Z型フィルタ媒体構成物652を含む。さらに、フィルタエレメント650は、上側側部660と、下側側部662と、対向する側部端部664と側部端部666とを含む。一般に、積層Z型媒体パック構成物652は、対面シートに固定されたひだ付きシートを含む単一フェーサ媒体の細長片の1つまたはそれ以上の積層体を含む。細長片は、傾いた配置で提供することができる。細長片は、入口面654と出口面656との間に縦溝流路が伸びた状態で構成される。図示されたフィルタエレメント650は、2つの積層された媒体パック部670と媒体パック部672を含む積層されたZ型フィルタ媒体パック構成物を含む。シール部材680は媒体パック中に成形加工することができる。
例示の図19〜28を考慮すると、空気ろ過用媒体パックは、増強された性能を提供し、次に様々なハウジング構成物中で使用できるフィルタエレメントを形成するために、様々な構成物に提供できることが理解される。
実施例
様々な縦溝流路設計を含む媒体を持つフィルタエレメントは、フィルタ媒体性能のモデリングソフトウェアを使用して比較された。フィルタエレメントは、この実施例示のために製造されて試験されなかった。代わりに、フィルタエレメントとフィルタエレメントコンポーネントの寸法、フィルタエレメントとフィルタエレメントコンポーネントの性質と特徴、使用条件、およびろ過される空気の特徴がフィルタ媒体の性能をモデル化するコンピュータプログラムに入力された。フィルタ媒体性能のモデリングソフトウェアは、実際のドナルドソン会社のフィルタ媒体のテストランに基づいて確認された。コンピュータソフトウェアのモデリングの結果は、約10%以内の誤差を有すると予想される。異なるフィルタ媒体設計の代替物を評価する目的のために、約10%以内の誤差値は、モデリングソフトウェアがいろいろな設計オプションを評価できるのに十分低いものであると信じられている。コンピュータモデリングソフトウェアのために、選択されたダストは、SAEとして特徴付けられる。
表2〜表8は、フィルタエレメントの特徴とコンピュータで得られる結果を含む。表では、フィルタ媒体の性能モデルソフトウェアを使用して評価されたエレメントの大きさが特定される。エレメントの大きさは、エレメントの総合的な大きさを言う。
各表で特徴付けられたフィルタエレメントは、最後に特定された寸法に対応する深さまたは縦溝流路の長さを有する積層されたエレメントである。例えば、表2(a)では、エレメントは、縦溝流路の長さが5インチであり、8インチ×12インチの大きさである。エレメント1に対し、縦溝流路種類は規格Bとして特徴付けられる。エレメント2、3では、エレメントの体積を比較的一定に保ちながら、エレメントの形状を変えた。エレメント4から始まる縦溝流路種類は、規格Bと考えることができず、弓形−フラット−弓形として特徴付けられる。弓形−フラット−弓形は、一般に、ひだ付きシートの内部ピークと外部ピークを形成する弓形、内部ピークと外部ピークを接続する媒体の比較的平らな部分を持つ縦溝流路の形状を示している。エレメント17〜19に対して、縦溝流路種類は低接触として特徴付けることができる。低接触の形状は、一般に、図5(a)で示される。
表2〜8のフィルタエレメントは、縦溝流路の密度、非対称な体積、縦溝流路の幅/高さ比、縦溝流路の高さ、縦溝流路のピッチ、プラグの長さ、および媒体の厚さによって、さらに特徴付けられる。この情報の結果として、コンピュータモデリングソフトウェアは、初期の圧力損失、12インチ水柱圧力損失までのSAE微細充填、体積、および要求された媒体面積について計算する。これらの値は、媒体を通る規定流量に対して決定される。さらに、表は、基準フィルタとの比較を含んでいる。一般に、表に対する基準フィルタは、その表の第1に記載されたエレメントを示す。その結果として、性能変化は、設計変更の結果として、異なるエレメント間で評価することができる。
表2〜表8のデータによって示される一般的な教示は、フィルタエレメントの設計における多くの変更によって実質的に性能を向上させることができるということである。さらに、1つの変更は、複数の変更と比べて大きな改良を提供するというわけではない。
上記の明細書、実施例、およびデータは、本発明のフィルタ媒体およびフィルタエレメントの製造および使用について完全な記載を供給する。本発明の多くの実施例は、本発明の趣旨と範囲から逸脱せずに成することができるので、本発明は、本明細書の以下に添付した特許請求の範囲にある。

Claims (64)

  1. ろ過用媒体パックであって、
    (a)ひだ付きシートと、対面シートと、前記ひだ付きシートと前記対面シートとの間に伸びていてかつ前記ろ過用媒体パックの第1面から前記ろ過用媒体パックの第2面まで伸びている縦溝流路長を持っている複数の縦溝流路と、を含む単一フェーサ媒体の複数の層と、
    (b)前記ろ過用媒体パックの前記第1面または前記第2面のうちの1つの面へ流入し、前記ろ過用媒体パックの前記第1面または前記第2面のうちの他の面へ流出する流体が、媒体を通過して前記流体をろ過するように、前記複数の縦溝流路の第1部分に流入しようとするろ過されていない流体に対して閉じている前記複数の縦溝流路の第1部分と、前記複数の縦溝流路の第2部分から流出しようとするろ過されていない流体に対して閉じている前記複数の縦溝流路の第2部分と、
    を有し、
    (c)前記複数の縦溝流路は、5インチ未満の縦溝流路の平均長さを持ち、
    (d)前記ろ過用媒体パックは、下記式による縦溝流路の密度(ρ)が、少なくとも35.0流路/インチ2を示し、
    ρ=チェンネルの数(開いたおよび閉じたチャンネル)/(2×Z型媒体パックの断面積)
    ここで、前記チェンネルの数は計数されたものであり、前記Z型媒体パックの断面積は測定されたものであることを特徴とするろ過用媒体パック。
  2. 前記ひだ付きシートは、
    前記対面シートに面している繰り返しの内部ピークと、
    前記対面シートから離れる方向の繰り返しの外部ピークと、
    内部ピークと隣接する外部ピークとの間で前記縦溝流路長の少なくとも50%の長さに沿って伸びている少なくとも1つの***部(リッジ)を持つパターンと、
    を有することを特徴とする請求項1に記載のろ過用媒体パック。
  3. 前記ひだ付きシートは、内部ピークと隣接する外部ピークとの間で前記縦溝流路長の少なくとも50%の長さに沿って伸びている少なくとも2つの***部(リッジ)を持つパターンを有することを特徴とする請求項2に記載のろ過用媒体パック。
  4. 少なくとも2つの***部(リッジ)が、内部ピークと隣接する外部ピークとの間のパターンに提供されることを特徴とする請求項2に記載のろ過用媒体パック。
  5. 前記ろ過用媒体パックは、少なくとも約40流路/インチ2の縦溝流路の密度を示すことを特徴とする請求項1に記載のろ過用媒体パック。
  6. 前記複数の縦溝流路の第1部分が、密封材のビーズによってシールされ、前記複数の縦溝流路の第2部分が、密封材のビーズによってシールされていることを特徴とする請求項1に記載のろ過用媒体パック。
  7. 前記複数の縦溝流路の第1部分または前記複数の縦溝流路の第2部分のうちの少なくとも1つをシールする前記密封材のビーズは、約7mm未満の平均プラグ長さを持つことを特徴とする請求項6に記載のろ過用媒体パック。
  8. 前記単一フェーサ媒体の複数の層は、渦巻状の構成物で提供されることを特徴とする請求項1に記載のろ過用媒体パック。
  9. 前記単一フェーサ媒体の複数の層は、積層された構成物で提供されることを特徴とする請求項1に記載のろ過用媒体パック。
  10. 前記ろ過用媒体パックは、前記ろ過用媒体パックの一方の側の体積が、前記ろ過用媒体パックの他方の側の体積よりも少なくとも10%だけ大きいような、非対称な体積の構成物であることを特徴とする請求項1に記載のろ過用媒体パック。
  11. 前記縦溝流路の幅対高さの比は、2.5より大きいことを特徴とする請求項1に記載のろ過用媒体パック。
  12. 前記縦溝流路の幅対高さの比は、0.4未満であることを特徴とする請求項1に記載のろ過用媒体パック。
  13. 前記縦溝流路の平均長さは、約2インチ〜約4インチであることを特徴とする請求項1に記載のろ過用媒体パック。
  14. 前記縦溝流路は、非規則性の配置によって提供されることを特徴とする請求項1に記載のろ過用媒体パック。
  15. 請求項1に記載のろ過用媒体パックと、
    前記ろ過用媒体パックの周辺部の周囲に伸びているシール部材と、
    を含むことを特徴とするフィルタエレメント。
  16. ろ過用媒体パックであって、
    (a)ひだ付きシートと、対面シートと、前記ひだ付きシートと前記対面シートとの間に伸びていてかつ前記ろ過用媒体パックの第1面から前記ろ過用媒体パックの第2面まで伸びている縦溝流路長を持っている複数の縦溝流路と、を含む単一フェーサ媒体の複数の層と、
    (b)前記ろ過用媒体パックの前記第1面または前記第2面のうちの1つの面へ流入し、前記ろ過用媒体パックの前記第1面または前記第2面のうちの他の面へ流出する流体が、媒体を通過して前記流体をろ過するように、前記複数の縦溝流路の第1部分に流入しようとするろ過されていない流体に対して閉じている前記複数の縦溝流路の第1部分と、前記複数の縦溝流路の第2部分から流出しようとするろ過されていない流体に対して閉じている前記複数の縦溝流路の第2部分と、
    を有し、
    (c)前記ろ過用媒体パックは、下記式による縦溝流路の密度(ρ)が少なくとも35.0流路/インチ2を示し、
    ρ=チェンネルの数(開いたおよび閉じたチャンネル)/(2×Z型媒体パックの断面積)
    ここで、前記チェンネルの数は計数されたものであり、前記Z型媒体パックの断面積は測定されたものであり、
    (d)前記ろ過用媒体パックは、前記ろ過用媒体パックの一方の側の体積が、前記ろ過用媒体パックの他方の側の体積よりも少なくとも10%だけ大きいような、非対称な体積の構成物であることを特徴とするろ過用媒体パック。
  17. 前記ひだ付きシートは、
    前記対面シートに面している繰り返しの内部ピークと、
    前記対面シートから離れる方向の繰り返しの外部ピークと、
    内部ピークと隣接する外部ピークとの間で前記縦溝流路長の少なくとも50%の長さに沿って伸びている少なくとも1つの***部(リッジ)を持つパターンと、
    を有することを特徴とする請求項16記載のろ過用媒体パック。
  18. 前記ひだ付きシートは、内部ピークと隣接する外部ピークとの間で前記縦溝流路長の少なくとも50%の長さに沿って伸びている少なくとも2つの***部(リッジ)を持つパターンとを有することを特徴とする請求項17に記載のろ過用媒体パック。
  19. 少なくとも2つの***部(リッジ)が、内部ピークと隣接する外部ピークとの間のパターンに提供されることを特徴とする請求項17に記載のろ過用媒体パック。
  20. 前記ろ過用媒体パックは、少なくとも約40流路/インチ2の縦溝流路の密度を示すことを特徴とする請求項16に記載のろ過用媒体パック。
  21. 前記複数の縦溝流路の第1部分が、密封材のビーズによってシールされ、前記複数の縦溝流路の第2部分が、密封材のビーズによってシールされていることを特徴とする請求項16に記載のろ過用媒体パック。
  22. 前記複数の縦溝流路の第1部分または前記複数の縦溝流路の第2部分のうちの少なくとも1つをシールする前記密封材のビーズは、約7mm未満の平均プラグ長さを持つことを特徴とする請求項21に記載のろ過用媒体パック。
  23. 前記単一フェーサ媒体の複数の層は、渦巻状の構成物で提供されることを特徴とする請求項16に記載のろ過用媒体パック。
  24. 前記単一フェーサ媒体の複数の層は、積層された構成物で提供されることを特徴とする請求項16記載のろ過用媒体パック。
  25. 前記ろ過用媒体パックは、前記ろ過用媒体パックの一方の側の体積が、前記ろ過用媒体パックの他方の側の体積よりも少なくとも50%だけ大きいような、非対称な体積の構成物であることを特徴とする請求項16に記載のろ過用媒体パック。
  26. 請求項16に記載のろ過用媒体パックと、
    前記ろ過用媒体パックの周辺部の周囲に伸びているシール部材と、
    を含むことを特徴とするフィルタエレメント。
  27. ろ過用媒体パックであって、
    (a)ひだ付きシートと、対面シートと、前記ひだ付きシートと前記対面シートとの間に伸びていてかつ前記ろ過用媒体パックの第1面から前記ろ過用媒体パックの第2面まで伸びている縦溝流路長を持っている複数の縦溝流路と、を含む単一フェーサ媒体の複数の層と、
    (b)前記ろ過用媒体パックの前記第1面または前記第2面のうちの1つの面へ流入し、前記ろ過用媒体パックの前記第1面または前記第2面のうちの他の面へ流出する流体が、媒体を通過して前記流体をろ過するように、前記複数の縦溝流路の第1部分に流入しようとするろ過されていない流体に対して閉じている前記複数の縦溝流路の第1部分と、前記複数の縦溝流路の第2部分から流出しようとするろ過されていない流体に対して閉じている前記複数の縦溝流路の第2部分と、
    を有し、
    (c)前記ろ過用媒体パックは、約8インチより大きい縦溝流路の平均長さを持ち、
    (d)前記ろ過用媒体パックは、34流路/インチ2の縦溝流路の密度(ρ)を持ち、
    (e)前記ろ過用媒体パックは、6.3%より大きい平均媒体うねり%を持ち、
    (f)前記ろ過用媒体パックは、前記ろ過用媒体パックの一方の側の体積が、前記ろ過用媒体パックの他方の側の体積よりも少なくとも10%だけ大きいような非対称な体積の構成物であることを特徴とするろ過用媒体パック。
  28. 前記ひだ付きシートは、
    前記対面シートに面している繰り返しの内部ピークと、
    前記対面シートから離れる方向の繰り返しの外部ピークと、
    内部ピークと隣接する外部ピークとの間で前記縦溝流路長の少なくとも50%に沿って伸びている少なくとも1つの***部(リッジ)を持つパターンと、
    を有することを特徴とする請求項27に記載のろ過用媒体パック。
  29. 前記ひだ付きシートは、内部ピークと隣接する外部ピークとの間で前記縦溝流路長の少なくとも50%の長さに沿って伸びている少なくとも2つの***部(リッジ)を持つパターンを有することを特徴とする請求項28に記載のろ過用媒体パック。
  30. 少なくとも2つの***部(リッジ)が、内部ピークと隣接する外部ピークとの間のパターンに提供されることを特徴とする請求項28に記載のろ過用媒体パック。
  31. 前記ろ過用媒体パックは、2.5より大きい縦溝流路の幅対高さの比と、0.4未満の縦溝流路の幅対高さの比とを持つことを特徴とする請求項27に記載のろ過用媒体パック。
  32. 前記ろ過用媒体パックは、25流路/インチ2未満の平均縦溝流路の密度を持つことを特徴とする請求項27に記載のろ過用媒体パック。
  33. 前記ろ過用媒体パックは、6.3%より大きい平均媒体うねり%を持つことを特徴とする請求項27に記載のろ過用媒体パック。
  34. 請求項27に記載のろ過用媒体パックと、
    前記ろ過用媒体パックの周辺部の周囲に伸びているシール部材と、
    を含むことを特徴とするフィルタエレメント。
  35. ろ過用媒体パックを製造する方法であって、
    (a)単一フェーサ媒体の複数の層を積層してまたは巻いて、ろ過用媒体パックを形成する工程を有し、
    前記単一フェーサ媒体の複数の層は、
    (i)ひだ付きシートと、対面シートと、前記ひだ付きシートと前記対面シートとの間に伸びていてかつ前記ろ過用媒体パックの第1面から前記ろ過用媒体パックの第2面まで伸びている縦溝流路長を持っている複数の縦溝流路と、
    (ii)前記ろ過用媒体パックの前記第1面または前記第2面のうちの1つの面へ流入し、前記ろ過用媒体パックの前記第1面または前記第2面のうちの他の面へ流出する流体が、媒体を通過して前記流体をろ過するように、前記複数の縦溝流路の第1部分に流入しようとするろ過されていない流体に対して閉じている前記複数の縦溝流路の第1部分と、前記複数の縦溝流路の第2部分から流出しようとするろ過されていない流体に対して閉じている前記複数の縦溝流路の第2部分と、を有し、
    (iii)前記複数の縦溝流路は、5インチ未満の縦溝流路の平均長さを持ち、
    (iv)前記ろ過用媒体パックは、下記式による縦溝流路の密度(ρ)が少なくとも35.0流路/インチ2を示し、
    ρ=チェンネルの数(開いたおよび閉じたチャンネル)/(2×Z型媒体パックの断面積)
    前記チェンネルの数は計数され、前記Z型媒体パックの断面積は測定されたものであることを特徴とするろ過用媒体パックを製造する方法。
  36. 前記ひだ付きシートは、
    前記対面シートに面している繰り返しの内部ピークと、
    前記対面シートから離れる方向の繰り返しの外部ピークと、
    内部ピークと隣接する外部ピークとの間で前記縦溝流路長の少なくとも50%の長さに沿って伸びている少なくとも1つの***部(リッジ)を持つパターンと、
    を有することを特徴とする請求項35に記載のろ過用媒体パックを製造する方法。
  37. 前記ひだ付きシートは、内部ピークと隣接する外部ピークとの間で前記縦溝流路長の少なくとも50%の長さに沿って伸びている少なくとも2つの***部(リッジ)を持つパターンを有することを特徴とする請求項36に記載のろ過用媒体パックの製造方法。
  38. 少なくとも2つの***部(リッジ)が、内部ピークと隣接する外部ピークとの間のパターンに提供されることを特徴とする請求項36に記載のろ過用媒体パックの製造方法。
  39. 前記ろ過用媒体パックは、少なくとも約40流路/インチ2の縦溝流路の密度を示すことを特徴とする請求項35に記載のろ過用媒体パックの製造方法。
  40. 前記複数の縦溝流路の第1部分が、密封材のビーズによってシールされ、前記複数の縦溝流路の第2部分が、密封材のビーズによってシールされていることを特徴とする請求項35に記載のろ過用媒体パックの製造方法。
  41. 前記複数の縦溝流路の第1部分または前記複数の縦溝流路の第2部分のうちの少なくとも1つをシールする前記密封材のビーズは、約7mm未満の平均プラグ長さを持つことを特徴とする請求項35に記載のろ過用媒体パックの製造方法。
  42. 前記単一フェーサ媒体の複数の層は、渦巻状の構成物で提供されることを特徴とする請求項35に記載のろ過用媒体パックの製造方法。
  43. 前記単一フェーサ媒体の複数の層は、積層された構成物で提供されることを特徴とする請求項35に記載のろ過用媒体パックの製造方法。
  44. 前記ろ過用媒体パックは、前記ろ過用媒体パックの一方の側の体積が、前記ろ過用媒体パックの他方の側の体積よりも少なくとも10%だけ大きいような、非対称な体積の構成物であることを特徴とする請求項35に記載のろ過用媒体パックの製造方法。
  45. 前記縦溝流路の幅対高さの比は、2.5より大きいことを特徴とする請求項35に記載のろ過用媒体パックの製造方法。
  46. 前記縦溝流路の幅対高さの比は、0.4未満であることを特徴とする請求項35に記載のろ過用媒体パックの製造方法。
  47. 前記縦溝流路の平均長さは、約2インチ〜約4インチであることを特徴とする請求項35に記載のろ過用媒体パックの製造方法。
  48. 前記縦溝流路は、非規則性の配置によって提供されることを特徴とする請求項35に記載のろ過用媒体パックの製造方法。
  49. 前記ろ過用媒体パックの周辺部の周囲に伸びているシール部材を提供する工程をさらに含むことを特徴とする請求項35に記載のろ過用媒体パックを製造する方法。
  50. 流体をろ過する方法であって、
    (a)媒体パックの第1面に前記流体を供給し、前記媒体パックの第2面からろ過した流体を取り出す工程を有し、
    前記単一フェーサ媒体の複数の層は、
    (i)ひだ付きシートと、対面シートと、前記ひだ付きシートと前記対面シートとの間に伸びていて、かつ前記媒体パックの第1面から前記媒体パックの第2面まで伸びている縦溝流路長を持っている複数の縦溝流路と、
    (ii)流体が、前記媒体パックの前記第1面または前記第2面のうちの1つの面へ流入し、前記媒体パックの前記第1面または前記第2面のうちの他の面へ流出する流体の通過が、媒体を通過して前記流体をろ過するように、前記複数の縦溝流路の第1部分に流入しようとするろ過されていない流体に対して閉じている前記複数の縦溝流路の第1部分と、前記複数の縦溝流路の第2部分から流出しようとするろ過されていない流体に対して閉じている前記複数の縦溝流路の第2部分と、を有し、
    (iii)前記複数の縦溝流路は、5インチ未満の縦溝流路の平均長さを持ち、
    (iv)前記ろ過用媒体パックは、下記式による縦溝流路の密度(ρ)が少なくとも35.0流路/インチ2を示し、
    ρ=チェンネルの数(開いたおよび閉じたチャンネル/(2×Z型媒体パックの断面積)
    ここで、前記チェンネルの数は計数されたものであり、前記Z型媒体パックの断面積は測定されたものであることを特徴とする流体をろ過する方法。
  51. 前記ひだ付きシートは、
    前記対面シートに面している繰り返しの内部ピークと、
    前記対面シートから離れる方向の繰り返しの外部ピークと、
    内部ピークと隣接する外部ピークとの間で前記縦溝流路長の少なくとも50%の長さに沿って伸びている少なくとも1つの***部(リッジ)を持つパターンと、
    を有することを特徴とする請求項50に記載の流体をろ過する方法。
  52. 前記ひだ付きシートは、内部ピークと隣接する外部ピークとの間で前記縦溝流路長の少なくとも50%の長さに沿って伸びている少なくとも2つの***部(リッジ)を持つパターンを有することを特徴とする請求項51に記載の流体をろ過する方法。
  53. 少なくとも2つの***部(リッジ)が、内部ピークと隣接する外部ピークとの間のパターンに提供されることを特徴とする請求項51に記載の流体をろ過する方法。
  54. 前記ろ過用媒体パックは、少なくとも約40流路/インチ2の縦溝流路の密度を示すことを特徴とする請求項50に記載の流体をろ過する方法。
  55. 前記複数の縦溝流路の第1部分が、密封材のビーズによってシールされ、前記複数の縦溝流路の第2部分が、密封材のビーズによってシールされていることを特徴とする請求項50に記載の流体をろ過する方法。
  56. 前記複数の縦溝流路の第1部分または前記複数の縦溝流路の第2部分のうちの少なくとも1つをシールする前記密封材のビーズは、約7mm未満の平均プラグ長さを持つことを特徴とする請求項50に記載の流体をろ過する方法。
  57. 前記単一フェーサ媒体の複数の層は、渦巻状の構成物で提供されることを特徴とする請求項50に記載の流体をろ過する方法。
  58. 前記単一フェーサ媒体の複数の層は、積層された構成物で提供されることを特徴とする請求項50に記載の流体をろ過する方法。
  59. 前記ろ過用媒体パックは、前記ろ過用媒体パックの一方の側の体積が、前記ろ過用媒体パックの他方の側の体積よりも少なくとも10%だけ大きいような、非対称な体積の構成物であることを特徴とする請求項50に記載の流体をろ過する方法。
  60. 前記縦溝流路の幅対高さの比は、2.5より大きいことを特徴とする請求項50に記載の流体をろ過する方法。
  61. 前記縦溝流路の幅対高さの比は、0.4未満であることを特徴とする請求項50に記載の流体をろ過する方法。
  62. 前記縦溝流路の平均長さは、約2インチ〜約4インチであることを特徴とする請求項50に記載の流体をろ過する方法。
  63. 前記縦溝流路は、非規則性の配置によって提供されることを特徴とする請求項50に記載の流体をろ過する方法。
  64. 前記ろ過用媒体パックは、前記ろ過用媒体パックの周辺部の周囲に伸びているシール部材を含むことを特徴とする請求項50に記載の流体をろ過する方法。
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