JP2013508143A - エンボス加工された流体濾過素子 - Google Patents
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Abstract
平坦な濾過材を折曲して、実質的に隣接する複数のシート壁と各シート壁の２つの隣接する折目の間に配置される平坦面とを形成し、エンボス加工によりシート壁にエンボス部を形成した濾過材を備え、エンボス部は、第１のエンボス列と第２のエンボス列とを備え、第１のエンボス列は、濾過材の中央に配置されて細長い突出エンボス部と、細長い突出エンボス部の各末端に配置されかつ少なくとも１つが窪む遠位エンボス部とを有し、第２のエンボス列は、第１のエンボス列から平行に離間しかつ一方が窪み、他方が突出する２つの細長いエンボス部を有する流体濾過素子。該流体濾過素子の製法。
【選択図】図３
【選択図】図３
Description
本発明は、流体濾過素子及びその製法に関する。
流体濾過素子（流体フィルタエレメント）は、流体力学装置及び空気調和技術を含む様々な技術分野で公知の流体濾過器（流体フィルタ）に広く使用されている。一定の流入流量断面の流体濾過素子に屈曲形状、ジグザク構造、襞構造又は皺構造等の波形構造を付与すれば、濾過面積を実質的に増大することができる。襞構造の皺状壁面を互いに固定しかつ互いに支持する異なる種々の濾過設計形態が開発された。平坦な濾過材にエンボス（型押し又は凹凸）加工を施して形成した窪み又は凹部を折曲時に互い接触させて所定の形状を支持する濾過材は、公知である。
従来の前記流体濾過素子では、折曲加工時に、折り曲げられた濾過材壁の複数のエンボス部を単純に互いに重ね、箱又はフレーム内に強制的に押し込んで外側を固定する「折畳みパッケージ」の一種として濾過素子を最終的に形成した。特に単純な前記流体濾過素子は、変動圧力負荷を生じない使用領域で使用期間の初期に確実かつ十分に所期の機能を発揮すると言えるが、特に、流体駆動機械に使用するとき、付着した塵埃粒子又は塵埃負荷に伴い、ある程度塵埃が充満すると、安定性に重大な問題が発生することが判明した。
多くの前記問題を解決するために、エルピーディー・テクノロジーズ社に譲渡された上記特許文献１に開示される濾過素子は、実質的に（ほぼ）隣り合う複数の壁部を形成して折り曲げられかつエンボス加工された平坦な濾過材と、隣り合う壁部の隣接するエンボス部を連結する接着材とを備え、各壁部は、壁部の片側から延伸する第１のエンボス部と、第１のエンボス部に隣接しかつ壁部の他方の片側から延伸する第２のエンボス部とを有する。ほぼ一定の高さに接着材を形成することが望ましい。引用により特許文献１の全内容を本明細書の一部とする。
本発明の主目的は、濾過材の連続する面が異なる方向の２つの面に折れるときの折目の回転中心となる折線を除去するエンボス部を形成した濾過材を提供することにある。
本発明の他の目的は、ほぼ隣り合う複数のシート壁を形成して折り曲げられかつエンボス加工された平坦な濾過材を有する流体濾過素子を提供することにあり、各シート壁は、隣接する２つの折曲線間で平坦な面を形成し、シート壁は、第１及び第２のエンボス列を備え、第１のエンボス列は、中央に配置された細長い突出エンボス部と、突出エンボス部の各端部に形成される遠位エンボス部とを備え、少なくとも１つの遠位エンボス部は、窪み、第２のエンボス列は、第１のエンボス列から離間してかつ平行に配置され、第２のエンボス列は、２つの細長いエンボス部を有し、一方の細長いエンボス部は、窪み、他方の細長いエンボス部は、突出する。
本発明の別の目的は、流体濾過素子の製法を提供することにあり、この製法は、平坦な濾過材を準備する工程と、交互に配置される第１のエンボス列と第２のエンボス列とを有しほぼ平行に配置される複数のエンボス部を濾過材に形成し、中央に配置される細長い突出エンボス部と、突出エンボス部の各端部に配置されて少なくとも１つが窪み遠位エンボス部とを第１のエンボス列に形成し、第１のエンボス列に対し離間しかつ平行に第２のエンボス列を形成し、細長い窪みエンボス部と細長い突出エンボス部の２つを第２のエンボス列に形成する工程と、エンボス部の少なくとも一部に接着材を貼着（適用し付着）する工程と、第１のエンボス列と第２のエンボス列とを交互に配置しかつ隣り合うシート壁のエンボスを接着材で互いに接着して濾過材のシート壁を形成し、濾過材をジグザク形（パターン）に折り曲げる工程とを含む。
添付図面について本発明の好適な実施の形態を以下詳細に説明する。
特許文献１によるエンボス加工した濾過材の側面図
エンボス加工して折目折線上に中間エンボス部を設けた濾過材の側面図
図２の濾過材の上面斜視図
本発明によるエンボス加工された濾過材の上面斜視図
本発明による濾過材の側面図（図４ａ〜図４ｃ）
本発明による濾過素子の実施の形態の流体流動方向に平行な平面でかつ濾過材の平面に直角な面の断面で第１のエンボス列を示す断面図
本発明による濾過素子の実施の形態の流体流動方向に平行な平面でかつ濾過材の平面に直角な面の断面で第１のエンボス列を示す断面図
本発明の濾過素子の実施の形態による流体の流動方向に平行でかつ濾過材の平面に直角な面の断面で示す第２のエンボス列の断面図
濾過材のエンボス部の変形例を示す断面図
濾過材のエンボス部の変形例を示す断面図
濾過材のエンボス部の変形例を示す平面図
エンボス加工した本発明の濾過材の平面図
エンボス加工した濾過媒体の伸縮（アコーディオン）動作を示す略示図
複数の中間エンボス部を有する本発明の濾過媒体の平面図
複数の中間エンボス部と、無エンボス部を表わす傾斜直線とを示す本発明の濾過媒体の平面図
複数の中間エンボス部上の接着材領域を示す本発明の濾過媒体の平面図
本実施の形態は、折目折線を削減するエンボス部を有する濾過材を示す。エンボス部、即ち、周知技術による何らかの手段により濾過材上に窪みが形成される。本発明の一目的は、標準の中間エンボス部を削減して、エンボス加工される濾紙の表面積を減少し、流体の不均一流動特性（空力特性）を改善し、折目の変形を阻止して濾過材内の圧力降下を低減することにある。
図１は、特許文献１による濾過材4の壁と濾過材4に形成されるエンボス部1の構造とを示す。図８は、図１に示すシート壁を折り曲げて一連の複数のシート壁に形成した側面図を示す。図１は、互いに平行な複数の列に配列した一連の複数のエンボス部1を設けた平坦な濾過材4を示し、各エンボス部1は、濾過材4の一方の片面から突出する第１のエンボス部と、濾過材4の他方の片面から突出する第２のエンボス部とを有し、全体としてほぼ平坦に形成される。濾過材4に所望の外形構造を形成するのに適するエンボス加工用ローラ又は他の装置を使用して、前記エンボス部を濾過材4に好適に形成できる。濾過材の使用時に、濾過材4に圧力が加わると、濾過材4の一方の片面から他方の片面に向ってエンボス部1を形成した位置上の折線2に沿って濾過材4が屈曲し始める。このため、エンボス部1を有するシート壁が矢印5方向に屈曲する。折線2のため、濾過材4に完全な折目を形成することが極めて困難となり、形状の不安定な濾過材4となる。また、折線2に沿って濾過材4が屈曲すると、濾過材4を通過する流体の圧力が増大して、濾過材4内の流体不均一流動（空力特性の劣化）を招来する欠点がある。
図２、図２ａ及び図９は、中間エンボス部3を設けた濾過材4を示す。図９は、中間エンボス部3の位置を示す折り曲げられた一連の複数のシート壁の側面図である。また、図２及び図２ａは、シート壁にエンボス部1と中間エンボス部3とを設けた濾過材4を示す。複数のエンボス部1間に交互に中間エンボス部3が配置される。図２ａに示すように、中間エンボス部3を配置すると、濾過材4の剛性が増加して、折目の折線2に沿う濾過材4の折曲又は屈曲を抑制して、不都合な前記特性（圧力降下）の発生を防止できる。中間エンボス部、即ち窪み3により、図１の折線2に沿う濾過材4のシート壁の剛性が強化されるが、追加されるエンボス部により濾過器の製造費が増加すると共に、濾過器の有効濾過面積が減少する。
図３は、エンボス部10,10a,12,14,14aの本発明による好適な配列を示す。細長い突出エンボス部12を濾過材4の中央に配置すると共に、細長い突出エンボス部12の各端部に遠位エンボス部10,10aを配置した第１のエンボス列10,10a,12を図３に示す。第１のエンボス列に形成される少なくとも１つの遠位エンボス部10aは、突出エンボス部10,12とは反対側に濾過材4のシート面から延伸して窪む。エンボス部10,12,10aから横方向に離間する位置に細長い２つのエンボス部14,14aを有する第２のエンボス列も形成される。エンボス部の突出部と窪み部とを交互に設けると、窪むエンボス部と突出エンボス部との間の形状変化位置を回避して、従来の構造に見られる折線2の発生を防止することができる。細長いエンボス部14aの少なくとも１つは、窪む。
図４ａび図４ｂは、第１のエンボス列1-a及び第２のエンボス列1-bをそれぞれ示す。濾過器構造に濾過材を折曲すると、第１のエンボス列1-a及び第２のエンボス列1-bは、濾過材に沿って互いに平行に延伸し、各エンボス部の突出部と窪み部とが重なり合うので、図１の濾過材4に見られる折線の形成を防止できる。
図５及び図６は、エンボス部14,14aを設けた本発明の濾過器の一部を示す。本発明に使用する濾過媒体20は、濾過羊毛繊維（フィルタフリース）又は不織布等の材料から形成され、ガラス繊維、合成樹脂繊維等の材料から通常製造される。２つの折曲縁部30,32間に濾過媒体20のシート壁40を形成し、エンボス部14,14aを単一の平面内に好適に形成し、図５及び図６に示す「Ｖ」型に濾過媒体20を折曲しかつ、隣接するシート壁40のエンボス部14,14aに対してほぼ平行にかつ等間隔にエンボス部14,14aを配置して、エンボス部14,14aの平面をシート壁40の平面に向って形成することが好ましい。
エンボス部14,14aの領域の両側に熱溶解性の接着糸32が取り付けられる。図５及び図６に示す状態に濾過媒体20を折り曲げると、熱溶解性の接着糸32は、一体に結合して、相互に接続される接着支持部が形成される。接着糸32の固化後、互いに隣接する折曲シート壁40は、接着糸32の接着支持部により、両側から適所に強固にそれぞれ固定され、従来の構造より実質的に強度が改善される。
図７は、エンボス部10,12,10aを設けた本発明によるフィルタの一部を示す。本発明で使用する濾過媒体20は、濾過羊毛繊維（フィルタフリース）又は不織布等の材料から形成され、ガラス繊維、合成樹脂繊維等から通常製造される。２つの折曲縁部30,32間に濾過媒体20のシート壁40を形成し、単一の平面内に好適に形成されるエンボス部10,10a,12をシート壁40の平面に相対して配置するのが好ましく、図７に示す「Ｖ」型に濾過媒体20を折曲しかつ、隣接するシート壁40のエンボス部10,10a,12に対してほぼ平行にかつ等間隔にエンボス部10,10a,12を配置して、エンボス部10,10a,12の平面をシート壁40の平面に向って形成することが好ましい。
エンボス部10a領域のみの両側と、エンボス部10及び12とに同時に熱溶解性の接着糸34が貼着される。図７に示す状態に濾過媒体20を折り曲げると、熱溶解性の接着糸34は、一体に結合して、相互に連結される接着支持部が形成される。熱溶解性の接着糸34の固化後、互いに隣接する折曲シート壁40は、接着糸34の接着支持部により、両側から適所に強固にそれぞれ固定され、従来の構造より実質的に強度が改善される。
濾過材4の不都合な伸縮（アコーディオン）動作（引張力又は圧縮力により蛇腹状に伸縮する動作）を図１２に示す。伸縮動作は、濾過材4の折目が変形し、変形折目（不完全Ｖ形状）に流体の不均一流動（不良空気力学）による濾過器の圧力降下を増加する原因となる。図１２は、エンボス部が横に拡張されるときに発生する不良屈曲状態を示す。長さｘは、エンボス部の理想的な断面形態を示す。図１０の断面F12を参照されたい。空気流が濾過媒体20を通過するとき、圧力が増大して、長さｙに示すように、エンボス部が横に拡張し始める。折目が形成された濾過媒体20は、平坦になり始め、折曲状態の維持に対する抵抗力を失う。濾過媒体20に対する圧力が増大し続けると、長さｘ＋ｙに示すように、エンボス部の形状が崩壊する。エンボス部が拡張し形状が崩壊すると、図１２第３に示すように、折目も拡張して形状が崩壊する。本発明では、複数の中間エンボス部により、エンボス部の横方向拡張を抑制する濾過材の平坦なエンボスの無い無エンボス部を残しながら、無エンボス部により、エンボス部の横方向拡張を抑制することができる。要するに、折目とエンボス部の拡張を防止するエンボスの無い斜線領域（無エンボス部）（図１１）を濾過媒体に形成し配置することが好ましい。
本発明で利用するエンボス部の形態により、図１に示す濾過材4での折線2の発生と、図１２に示す濾過材4の伸縮動作とを同時に除去し抑制することができる。図５〜図７は、図３及び図１１に示すように、折り曲げられかつ接着された濾過器の濾過媒体20の幾何学的形態を示す。複数の窪みを設ける形態により、濾過媒体20の非エンボス部に所望の斜線40を形成して、水平の折線2を除去し抑制することができる。濾過媒体20に非エンボス部とエンボス部とを形成する形態により、濾過材4の伸縮作用を低減し、濾過材4の内部に空気を圧送できるように複数のエンボス部を互いに重ねて、濾過媒体20を支持することができる。
図１１に示すように、主中間エンボス部12は、斜線40の上方と下方との両方に配置される。中間エンボス部12は、二重の作用・機能を生ずる。エンボス部12は、折目状の濾過媒体20を極力直線状に保持すると同時に、濾過媒体20の伸縮作用を最小限に抑制する作用・機能があり、濾過装置内を所定の圧力に維持することができる。斜線40は、濾過媒体20を通過する流体の圧力降下を減少させて、濾過装置を通る流体の流動圧力及び動圧抵抗を一層減少する作用・機能がある。図３〜図７に示す現行の形態により、濾過媒体20のシート壁の変形に起因する圧力降下を低減して、濾過器の所望の流量特性を維持することができる。
図５〜図７は、濾過媒体20の折目30を示し、折目30は、図３及び図１１に例示するエンボス部に対し横にかつ濾過材4の折曲縁部に沿って延伸する。エンボス列1-a,1-bの好適な幾何学的配置により、折り曲げ時に、第１のエンボス部1-aが互いに向き合うと同時に、第２のエンボス部1-bも互いに向き合う利点がある。エンボス列1-aとエンボス列1-bとを互いにほぼ平行に配置すると、エンボス列1-aとエンボス列1-bに対し、接着材を一定流量で容易に貼着させることができ、これにより、本発明に必要なように、単位長さ当りの接着材の量又は高さを一定にすることができる。
図１３は、突出する（凸状）エンボス部（＋表示）と、窪む（凹状）エンボス部（−表示）及びそれらの組み合わせたエンボス部とを含む複数の中間エンボス部を有する本発明の濾過媒体を示す。中間エンボス部数の増加により、濾過材の強度が向上（増大）し、これにより、濾過材に作用する流体圧力、例えば空気圧力に起因するシート壁の屈曲を減少できることが判明した。
図１４は、複数の中間エンボス部を備える濾過媒体に形成される非エンボス部の複数の直線状傾斜線を示す。図示のように、非エンボス部の交差する斜線は、シート壁にトラス補強構造（菱形トラス構造）を与えて、エンボス部の伸縮又は拡張を防止することができる。
図１５は、複数の中間エンボス部を有する濾過媒体上に接着材を配置した構造を示す。
本明細書に詳記し図面に明示した説明は、本発明を実行する最良の形態を単に示すに過ぎず、本実施の形態では、形状、大きさ、部材の配置及び動作の詳細を変更することができ、本開示を前記説明に限定されないことを理解すべきである。むしろ、本明細書及び図面の開示は、図面に明示しかつ特許請求の範囲に記載する本発明の精神及び範囲を逸脱しない実施の形態の全変更を包含する。
(1)・・エンボス部、 (1-a)・・第１のエンボス列、 (1-b)・・第２のエンボス列、 (2)・・折線、 (3)・・中間エンボス部、 (4)・・濾過材、 (10,10a,12,14,14a)・・エンボス部、 (10,10a)・・遠位エンボス部、 (12)・・細長い突出エンボス部、 (14,14a)・・細長いエンボス部、 (20)・・濾過媒体、 (30)・・折目、 (30,32)・・折曲縁部、 (32)・・接着糸、 (40)・・シート壁、
Claims (14)
- 平坦な濾過材を折曲して、実質的に隣接する複数のシート壁と各シート壁の２つの隣接する折目の間に配置される平坦面とを形成し、エンボス加工によりシート壁にエンボス部を形成した濾過材を備え、
エンボス部は、第１のエンボス列と第２のエンボス列とを備え、
第１のエンボス列は、濾過材の中央に配置されて細長い突出エンボス部と、細長い突出エンボス部の各末端に配置されかつ少なくとも１つが窪む遠位エンボス部とを有し、
第２のエンボス列は、第１のエンボス列から平行に離間しかつ一方が窪み、他方が突出する２つの細長いエンボス部を有することを特徴とする流体濾過素子。 - 濾過材の中央に配置される突出エンボス部と各遠位エンボス部との間に複数の空間を第１のエンボス列に沿って形成し、
２つの細長いエンボス部の間に単一の空間を第２のエンボス列に沿って形成し、
第１のエンボス列の複数の空間は、濾過材の異なる面に形成されて互いに整合しない請求項１に記載の流体濾過素子。 - 実質的に均等に離間して複数の第２のエンボス部を配置した請求項１に記載の流体濾過素子。
- 複数のシート壁の各々は、少なくとも２つの折目を有する壁縁部を有する請求項１に記載の流体濾過素子。
- 第１のエンボス列と第２のエンボス列とを交互に形成した請求項１に記載の流体濾過素子。
- 第１のエンボス列と第２のエンボス列は、直線状に傾斜する無エンボス部を濾過材に形成した請求項１に記載の流体濾過素子。
- 第１のエンボス列は、突出エンボス部と、窪みエンボス部と、これらの組み合わせからなる群から選択されて、濾過材の中央に配置される複数の細長いエンボス部を更に備える請求項１に記載の流体濾過素子。
- 平坦な濾過材を準備する工程と、
交互に配置される第１のエンボス列と第２のエンボス列とを有し実質的に平行に配置される複数のエンボス部を濾過材に形成し、中央に配置される細長い突出エンボス部と、突出エンボス部の各端部に配置されて少なくとも１つが窪む遠位エンボス部とを第１のエンボス列に形成し、第１のエンボス列に対し離間しかつ平行に第２のエンボス列を形成し、一方が窪み他方が突出する２つの細長いエンボス部を第２のエンボス列に形成する工程と、
エンボス部の少なくとも一部に接着材を貼着する工程と、
第１のエンボス列と第２のエンボス列とを交互に配置しかつ隣り合うシート壁のエンボスを接着材で互いに接着して濾過材のシート壁を形成し、濾過材をジグザク形（パターン）に折り曲げる工程とを含むことを特徴とする流体濾過素子の製法。 - 中央に配置される細長い突出エンボス部と各遠位エンボス部との間に第１のエンボス列に沿って複数の空間を形成し、
２つの細長いエンボス部の間に第２のエンボス列に沿って単一の空間を形成し、
第１のエンボス列の複数の空間は、濾過材の異なる面に形成されて互いに整合しない請求項８に記載の流体濾過素子の製法。 - 第１のエンボス列と第２のエンボス列とは、エンボスの無い直線状の傾斜する濾過領域を濾過材に形成する請求項８に記載の流体濾過素子の製法。
- 濾過材を折曲する工程は、隣接するシート壁のエンボス部を実質的に平行に配置して、濾過材にシート壁を配置する請求項８に記載の流体濾過素子の製法。
- 濾過材の単位長さ当たり実質的に一定量の接着材を濾過材に貼着する工程を含む請求項８に記載の流体濾過素子の製法。
- 連続糸として接着材を貼着する工程、異なる点状又は染み状に接着材を貼着する工程及びそれらを組み合わせた工程からなる群から接着材を貼着する工程を選択する請求項８に記載の流体濾過素子の製法。
- 第１のエンボス列は、突出エンボス部と、窪みエンボス部と、これらの組み合わせからなる群から選択されて、濾過材の中央に配置される複数の細長いエンボス部を備える請求項８に記載の流体濾過素子の製法。
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