JP3787604B2 - 流体流れを濾過するためのフィルタ構造体 - Google Patents

Description

発明の背景および技術分野
本発明は、流体流れを濾過するためのフィルタ構造体であって、少なくとも１つの第１のフィルタ要素と、少なくとも１つの第２のフィルタ要素とを具備し、これら少なくとも２つのフィルタ要素は流れ方向に互いに並べて配置されており、これら少なくとも２つのフィルタ要素を保持するための保持手段をさらに具備し、この保持手段は少なくとも１つの第１の保持部材および１つの第２の保持部材を含み、これら保持部材はそれぞれの当接面上において互いに連結可能であるフィルタ構造体に関する。
上述の形式のフィルタ構造体は主に自動車産業において運転室内に流入する空気流を濾過するために用いられる。変更可能には、上述のフィルタ構造体を他の流体すなわちガス流および液体流に用いることもできる。
自動車において空気流を濾過するために用いられる場合、上述のフィルタ構造体は通常、粒子フィルタとして作用するすなわち機械的および／または電子的に作動する第１のフィルタ要素と、（におい）吸着フィルタであって化学的に作動する追加の第２のフィルタ要素とを具備する。互いに取着されたこれら２つのフィルタ要素を保持するために、フィルタ構造体には保持手段が設けられる。この保持手段は互いに連結されるようになっている２つの部品を必ず備え、すなわち少なくとも２つの保持部材を具備する。２つのフィルタ要素が位置決めされた後、保持手段の保持部材同士が接着剤により連結されることによりまたは保持部材がプラスチック材料から形成されるときには互いに溶着されることにより保持手段が組み合わされる。
上述の形式のフィルタ構造体は、例えば米国特許第４，７１４，４８６号公報、ドイツ国特許出願第３７１６２４３Ａ１号明細書、欧州特許出願第００８２１０６Ａ１号明細書により知られている。２つの部分からなる保持手段を備えたこのようなフィルタ構造体では、保持手段の保持部材同士を気密性を備えつつ互いに取着する必要があるという問題がある。この連結を接着、溶着、または超音波溶接により行うと組立プロセスが非常に複雑になり、結果として製造コストが増大する。
発明の要約
本発明に目的は、流体流れを濾過するためのフィルタ構造体であって、組立プロセスを容易にするために、保持手段の保持部材同士の特に気密性を備えた連結を簡単な方法でもって実現することができるフィルタ構造体を提供することである。
本発明のよれば、上述の形式のフィルタ構造体であって、保持手段の少なくとも２つの保持部材が、連結状態において互いに当接するこれら保持部材の当接面上においてこれら少なくとも２つの保持部材間に施錠連結部を提供する第１および第２のスナップ連結部材を具備したフィルタ構造体が記載される。
本発明のフィルタ構造体の保持手段には、保持部材を互いに連結するためのスナップ連結部が設けられる。このスナップ連結部は第１および第２のスナップ連結部材を具備する。第１のスナップ連結部は一方の保持部材上に形成され、第２のスナップ連結部は他方の保持部材であって上記一方の保持部材と連結されるようになっている保持部材上に形成される。スナップ連結部は少なくとも２つの保持部材の自動施錠連結部を提供し、これら保持部材は、連結状態において密封されつつ互いに当接する当接面を有する。本発明のフィルタ構造体では、連結されるべき２つの保持部材を単に、他に対して、スナップ連結部が施錠されるまで機械的に移動させるだけでよい。接着連結または（超音波）溶接などの追加の手段が必要でなく、したがって本発明のフィルタ構造体を比較的簡単に組み立てることができる。
通常、スナップ連結部は離脱可能であってもよく、または離脱不可能すなわち永久的な連結部として提供されてもよい。２つのスナップ連結部材間の離脱可能な連結は次のような利点を有する。すなわち、フィルタ要素が保持部材に取着されることなく保持手段により保持されるときに、吸着フィルタ要素および／または粒子フィルタ要素を交換することができる。
好ましくは、これらスナップ連結部材は互いにほぼ相補形状をなし、一方のスナップ連結部材は少なくとも１つの突起を有し、この突起は、連結状態においてこの突起と協働する他方のスナップ連結部材の少なくとも１つのくぼみ内に受容される。スナップ連結部材のこのような構成により、２つの保持部材の、相互に当接する当接面がラビリンス形状になる。したがって、２つの保持部材間の良好な機械的連結を提供することの他、スナップ連結部は流路抵抗を提供し、それによってフィルタ要素内を流通する流体が保持部材の互いに当接する当接面間から漏れ出ることがほとんどないようにしている。
スナップ連結部から漏れ出るであろう流体が濾過されることなく、或いは完全に濾過されることなく逃げるのを阻止するために、２つの保持部材の当接面は好ましくは、流れ方向に関し最下流のフィルタ要素の概ね下流に配置される。このようにして、漏れ出る可能性のある流体が少なくとも濾過されるのが確保されている。
好ましくは、一方のスナップ連結部材はほぼＶ字形状をなすくぼみであって側面に切欠き部または凹部を有するくぼみを具備し、他方のスナップ連結部材はほぼＶ字形状の突起であって側面に凸部を有する突起を具備する。Ｖ字形状突起がＶ字形状くぼみ内に受容されたときに凸部が切欠き部（凹部）内に位置する。両方のスナップ連結部材に、このようなＶ字形状突起またはＶ字形状くぼみを複数設けることができる。好ましくは、凸部は曲面状の凸部であり、したがって切欠き部も同様に曲面状である。適当には、凸部および凹部は相補的な形状である。スナップ連結部のＶ字形状は２つの保持部材の組立を容易にし、なぜならばこのＶ字形状は２つの保持部材の自動心出し効果を提供するからである。
好ましくは、上記Ｖ字形状突起は上記Ｖ字形状くぼみの深さよりも短い。これは、有利にも、公差の場合に凸部と凹部間の信頼性ある施錠係合を可能にする。好ましくは、Ｖ字形状突起の先端は曲面状であり、かつ２つの保持部材の連結状態においてＶ字形状くぼみの底部から離間して配置される。
上記Ｖ字形状突起の側面および上記Ｖ字形状くぼみの側面は好ましくは互いにほぼ同一の角度でもって延びる。言い換えると、Ｖ字形状突起の各側面は、２つの保持部材の組立状態において対面するＶ字形状くぼみの側面と平行に延びる。
上述のスナップ連結部を、両方の保持部材の全当接面に沿って形成することができる。しかしながら、スナップ連結部は、相互に間隔を隔てて設けられた複数のＶ字形状突起およびＶ字形状くぼみを具備することができる。
保持手段は好ましくは可撓性プラスチック材料、特にポリプロピレンから形成される。この場合、２つの保持部材のうちの一方に配置されるＶ字形状くぼみはその材質のために本質的に弾性を備えている。変更可能なまたは追加の方法として、Ｖ字形状突起も弾性を備えるようにすることができる。
好ましくは、２つの保持部材のうち一方の保持部材は開口を画定しかつ特に両方のフィルタ要素を包囲するフレーム部材である。この場合、第２の保持部材は同様に開口を画定する環状部材として形成される。しかしながら、この開口はフレーム部材の開口よりも小さい。薄いフレーム部材の２つの小さい方の側部または端部のうちの一方に、上記環状部材を取り付けることができる。環状部材は環状部分を具備し、この環状部分はこの環状部分内に配置された第１および第２のスナップ連結部材を有し、環状部分には環状部材の開口を減少させる突状部が設けられる。この突状部を、例えば内側に突出する周辺フランジとして、または環状部分の開口を架橋する横断ウェブとして形成することができる。このようにして、互いに連結された２つの保持部材により、２つのフィルタ要素が互いに取着された状態に維持される。
好ましくは、上記第１のフィルタ要素は機械的粒子フィルタ要素であり、このフィルタ要素は特にジグザグ状パターンの襞が設けられる。第２のフィルタ要素は化学的吸着フィルタ要素である。粒子フィルタ要素には好ましくは、粒子濾過用の不織布製フィルタ層を保持するための、プラスチック材料製の網状支持構造体が設けられ、この不織布製フィルタ層は網状支持部材に取着されている。これら構成要素の両方は好ましくはプラスチック、特にポリプロピレンからなる。吸着フィルタ要素として、活性炭層を用いるのが好ましい。活性炭層は、互いに成形されるか或いは別の方法により局所的に互いに連結された比較的粗い寸法の個々の活性炭粒子を具備することができる。活性炭層の両側に、特にプラスチック製、好ましくはポリプロピレンからなる不織布製カバー層を配置することができる。
好ましくは、上記粒子フィルタ要素は２つの保持部材のうちの一方に密着して連結される。この保持部材は粒子フィルタ要素の下流出口側部を越えて突出して保持部材が粒子フィルタ要素の出口側部に配置された吸着フィルタ要素を少なくとも部分的に、横方向に包囲するようにしている。第２の保持部材は単に、粒子フィルタ要素に当接する吸着フィルタ要素を保持する機能を有するだけである。必要であれば、スペーサや、濾過または流れの案内のために必要とされうる他の部品を２つのフィルタ要素間に配置することができる。
フィルタ構造体を取り付けるために、フィルタ要素のうちの一方、特に粒子フィルタ要素を保持部材のうちの一方に上述したように連結するのが有利である。この連結を、例えば接着により提供することができる。しかしながら、生産技術の観点から見ると、この保持部材を粒子フィルタ要素に成形するのがより好ましい。これは、例えばインサート成形プロセスにより実現される。この場合、粒子フィルタ要素は、インサート成形部を越えて横方向に突出しつつ内側インサート成形部により保持され、それにより、外側からインサート成形部に向けて射出される保持部材用の材料が粒子フィルタ要素の突出領域に連結されるようにしている。
上述の流体流れはこの目的のための適当な手段により維持される。例えば、この手段をブロア、またはこの場合はフィルタ構造体を介して空気を送風する同様な装置から形成することができる。本発明の記載において、「手段」という言葉は非常に広い意味で用いられ、フィルタ構造体内を流通する（流体）流れを発生する可能性のあるすべての装置および状況を示している。さらに、上述の定義によれば、本発明のフィルタ構造体を備えた乗り物も手段と考えられる。乗り物が移動することによって発生する空気流がフィルタ構造体内を流通するからである。
【図面の簡単な説明】
添付図面を参照して本発明の実施態様を以下に詳細に説明する。添付図面において、
図１は、例えば自動車の運転室内に流入する空気流を濾過するために用いられる、粒子フィルタ要素と吸着フィルタ要素とを具備したフィルタ構造体の斜視図であり、
図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩに沿ってみた、フィルタ構造体の保持手段の流れ方向後ろ半分の断面図であり、
図３は、互いに離間した状態にある２つの保持部材を示す図２と同様な断面図であり、
図４は、図１の線ＩＶ−ＩＶに沿ってみた、フィルタ構造体の保持手段の流れ方向前端の断面図である。
好ましい実施態様の簡単な説明
図１は、矢印１２の方向に流れる空気流を濾過するためのフィルタ構造体１０の部分破断斜視図である。フィルタ構造体１０は、ジグザグ状の襞が設けられた粒子フィルタ要素１４と、活性炭粒子層として提供される吸着フィルタ要素１６とを具備する。流れ方向１２に見て、ジグザグ状の粒子フィルタ要素１４は吸着フィルタ要素１６の手前に配置される。これらフィルタ要素１４，１６は共に保持手段１８により保持されており、この保持手段１８は２つのフィルタ要素１４，１６を包囲する保持フレームからなる。図面から明らかなように保持手段１８は２つの保持部材２０，２２を具備する。保持部材２０は包囲フレーム部分として提供される。保持部材２２は包囲フレーム部分の形状に一致する環状部分２４として提供され、環状部分２４と一体的に連結された複数の横断ウェブ２６を具備する。これら保持部材２０，２２はフィルタ構造体１０の入口側部および出口側部を形成する開口２８，３０を画定する。保持部材２２の開口３０の面積は保持部材２０の開口２８の面積よりも小さく、というのは参照番号３１でもって示されるように環状部分２４が保持部材２２により画定される開口２８内まで内側に突出しているからである（図２および図３参照）。この突出領域は横断ウェブ２６と共に吸着フィルタ要素１６を、ジグザグ状フィルタ要素１４の空気出口側部上に当接せしめている。
２つの保持部材２０，２２間の界面について、図２および図３を参照して以下に詳細に説明する。図２は組立状態にある２つの保持部材２０，２２を示しており、図３は互いに間隙を隔てた２つの保持部材２０，２２を示している。これら２つの保持部材２０，２２はスナップ連結部３２により互いに連結される。このスナップ連結部３２は２つの保持部材２０，２２の２つの当接面３４，３６上に設けられる（図３参照）。スナップ連結部３２の領域において、保持部材２２の当接面３６にはＶ字形状またはくさび状の断面を有する突起３８が形成されており、フレーム状保持部材２０の当接面３４にはＶ字形状またはくさび状のくぼみ４０が形成されている。突起３８の側面４２にはそれぞれほぼ半円状の凸部４４が設けられる。Ｖ字形状くぼみ４０の側面４８上には凸部４４にそれぞれ対応する相補的な凹部４６が設けられる。Ｖ字形状くぼみ４０はフレーム要素２０の頂側の小さい方の側部５０内に形成される。したがって、この保持部材２０は保持部材２２に対面する一端に形成された、傾斜する２つの突出部５２を有することになる。
保持部材２０の頂側の小さい方の側部５０内に形成されて周囲を囲うＶ字形状くぼみ４０は環状保持部材２２の環状部分２４上に形成されて周囲を囲う同様のＶ字形状突起３８を受容する。突起３８の側方凸部４４の高さにおけるＶ字形状突起３８の幅は、Ｖ字形状くぼみ４０の開口の幅よりもわずかばかり小さく定められる（図３の鎖線参照）。保持部材２２が突起３８と共にＶ字形状くぼみ４０内に押し込まれると突起５２が外側に弾性変形する（図３の矢印５６参照）。保持フレーム手段１８全体が弾性変形可能なプラスチック材料から形成されているのでこれら２つの突出部５２は、突起３８がＶ字形状くぼみ４０内に押し込まれて突起３８の凸部４４がＶ字形状くぼみ４０の凹部４６内に受容されると同時にスナップ動作により元に戻る。したがって、２つの保持部材２０，２２のスナップ嵌め結合が完成される（図２参照）。凸部４４が凹部４６内に没入するのに先立って前端５８がＶ字形状くぼみ４０の底部６０に当接するのを阻止するために、凸部４４と突起３８の前端５８間の距離が、凹部４６とＶ字形状くぼみ４０の底部６０間の距離よりも小さくれている。したがって、２つの保持部材２０，２２が施錠状態にあるときに、曲面状前端５８と底部６０間の間隙５９は依然として形成される（図２参照）。
図２から明らかなように、保持手段１８の内部と外部間に位置する２つの保持部材２０，２２の当接面はラビリンスパターンを形成し、当接面に沿って設けられた複数の湾曲部を有する。この手法は２つの保持部材２０，２２間の信頼性ある気密閉鎖作用を提供するのに寄与する。したがって、スナップ連結部３２を介する２次的な流路は実際的に遮断される。
図４は粒子フィルタ要素１４の形状と、この粒子フィルタ要素１４とフレーム状保持部材２０間の連結部とを示している。粒子フィルタ要素１４は網状のプラスチック製支持構造体６０を具備し、この支持構造体６０はポリプロピレンから形成され、またジグザグ状となるように襞が設けられる。この支持構造体６０は不織布製フィルタ層６２を担持し、このフィルタ層６２はポリプロピレンからなるプラスチック繊維などを具備する。好ましくは、不織布製フィルタ層６２の材料はエレクトレット材料である。フレーム状保持部材２０は網状支持構造体６０および不織布製フィルタ層６２の縁部周りにおける射出成形により形成され、粒子フィルタ要素１４に連結される。
この目的のため、インサート射出成形が行われる。この射出成形技術は専門家に知られているのでこれ以上の説明を要しない。
図１に示される吸着フィルタ要素１６は、接着または他の適当な方法により互いに連結された活性炭粗粒子からなる活性炭層６４を具備する。活性炭層６４の両側に不織布製カバー層６６が配置される。図１に示されるように、吸着フィルタ要素１６はジグザグ状フィルタ要素１４上またはその空気出口側部上に配置される。
実施例
図１から図４までに示す実施態様によるフィルタ構造体１０に、ポリプロピレンからなる熱可塑性網状支持構造体６０を設けた。網状支持構造体６０は一辺が約３ｍｍの概ね正方形状開口を有していた。網状支持構造体６０の厚さは約０．６４ｍｍであり、開口間のグリッドバーの幅はほぼ０．８４ｍｍであった。不織布製フィルタ層６２の材料はエレクトレット材料、特に平均繊維径が約４０から５０ｐｍのポリプロピレン繊維をニードルにより縫着してなる不織布から形成されていた。専門家に知られている方法により、これらの繊維にエレクトレット特性が付与された。不織布製フィルタ層６２と網状支持構造体６０とは接着により連結された。
ジグザグ状をなすよう襞が形成されたフィルタ要素１４の高さは概ね１から１．５ｃｍであった。このフィルタ要素１４はその上に係止する活性炭層６４を有していた。この活性炭層６４の厚さは約１ｃｍであり、活性炭層６４は平均粒径が約２から４ｍｍの活性炭粒子からなっていた。活性炭層６４の両側に、不織布製カバー層６６が設けられており、カバー層６６は平均繊維径が約４０から５０μｍのポリプロピレン繊維を熱的に相互に連結してなる繊維状不織布からなっていた。活性炭層６４上には不織布製カバー層６６が単体で係止しており、粗表面の活性炭粒子に引っかかることにより、活性炭層６４に取着状態に維持されていた。
粒子フィルタ要素１４は周辺部において射出成形されたポリプロピレン製のフレーム形状保持部材２０を有していた。この保持部材の高さは約２．５ｃｍであった。フレームの厚さは約３ｍｍであった。保持部材２０のＶ字形状くぼみ４０の開口の幅は約２ｍｍであり、（上方）保持部材２２のＶ字形状突起３８の最大幅も約２ｍｍであった。保持部材２２の高さは約２ｍｍであり、しかしながらウェブ２６の厚さは約１ｍｍであった。フィルタ構造体１０の全体の寸法は約３６０ｃｍ×１８０ｃｍであった。

Claims (3)

1. 流体流れを濾過するためのフィルタ構造体であって、第１のフィルタ要素（１４）と、少なくとも１つの第２のフィルタ要素（１６）とを具備し、これら少なくとも２つのフィルタ要素（１４，１６）は流れ方向（１２）に互いに並べて配置されており、これら少なくとも２つのフィルタ要素を保持するための保持手段（１８）をさらに具備し、該保持手段（１８）は少なくとも１つの第１の保持部材（２０）および１つの第２の保持部材（２２）を含み、これら保持部材はそれぞれの当接面上において互いに連結可能であるフィルタ構造において、保持手段（１８）の少なくとも２つの保持部材（２０，２２）が、連結状態において互いに当接するこれら保持部材の当接面上においてこれら少なくとも２つの保持部材（２０，２２）間に施錠連結部を提供する第１および第２のスナップ連結部材（３８，４０）を具備し、一方のスナップ連結部材がほぼＶ字形状をなすくぼみ（４０）であって側面（４８）に少なくとも１つの凹部（４６）を有する少なくとも１つのくぼみ（４０）を具備し、他方のスナップ連結部材がほぼＶ字形状の突起（３８）であって側面（４２）に少なくとも１つの凸部（４４）を有する少なくとも１つの突起（３８）を具備し、Ｖ字形状突起（３８）がＶ字形状くぼみ（４０）内に受容されたときに突起（３８）の少なくとも１つの凸部（４４）がＶ字形状くぼみ（４０）の少なくとも１つの凹部（４６）内に位置するようにしたフィルタ構造体。
2. 上記Ｖ字形状突起（３８）が上記Ｖ字形状くぼみ（４０）の深さよりも短い請求項１に記載のフィルタ構造体。
3. 上記Ｖ字形状突起（３８）の側面（４２）および上記Ｖ字形状くぼみ（４０）の側面（４８）をほぼ同一の角度に形成した請求項１に記載のフィルタ構造体。

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