JPH11511380A - プリーツ付きフィルタ組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 フィルタフレーム組立体の中にプリーツ付きジグザグ状フィルタが提供される。フィルタフレームは、２個の側壁に三角形状のプリーツ安定化要素を有し、プリーツ安定化要素は、フィルタの一方の面のフィルタプリーツ折り山部と摩擦係合してフレーム組立体のフィルタを保持するプリーツ保持ギャップを形成する。プリーツ安定化要素は、第２の面のフィルタプリーツ折り山部と嵌合する。

Description

【発明の詳細な説明】 プリーツ付きフィルタ組立体 技術分野 本発明は、フィルタのハウジングと、流体、特に空気から微粒子物質を濾過す るためのプリーツ付きフィルタとに関するものである。 ジグザグ形状にプリーツを付けた繊維状不織布濾材を利用する既知フィルタは 数多く存在する。この濾材形状は、比較的小さな断面積で優れた濾過効率と処理 量とを提供するという点が好ましい。 プリーツ付きフィルタの構造完全性は、通常、フィルタ材料以外の補強部材に よって提供される。例えば、米国特許第３，７９３，８１３号明細書は、繊維状 フィルタ材に含むボール紙のフレームの使用を開示している。当該技術分野にお いては、例えば、米国特許第３，８５３，５２９号明細書に記載されているよう なワイヤ支持体、および米国特許第５，３７６，２１８号、同第５，２４０，４ ７９号、同第５，３０６，３２１号、ならびにＰＣＴ出願第９３／１１８４９号 明細書に記載されているポリマー補強材料も採用されている。より太いワイヤメ ッシュ支持体などを除き、一般にこのような補強構成要素の折曲げ線部は、フィ ルタ材料のプリーツ間隔を維持できるほどしっかりしておらず、付加的な外部支 持体が必要であった。広く利用されている方法は、米国特許第５，３９７，６３ ２号と同第５，３９８，７６７号明細書に開示されているように、硬質なフィル タフレームの側壁にプリーツ付きフィルタの側面縁部を接着固定するというもの である。しかしながら、米国特許第３，６９２，１８４号で開示されている、プ リーツ構造の上端部に沿ったストリップ上に設けられる接着性ビード、ならびに 米国特許第３，３９７，５１８号明細書に開示されているような接着性ビードを 含む別の方法によってプリーツの間 隔を維持することが提案されている。 米国特許第５，３０６，３２１号明細書では、プリーツ付きフィルタの上端部 にへこみを形成することによってプリーツ間隔が保持され、へこみは「プリーツ ロック（ｐｌｅａｔｌｏｃ）」タイプの窪みを形成する。これらの窪みは互いに 接触しあい、それによりプリーツ付きフィルタの各面が完全に接触するのを防止 するとともに、プリーツの間隔も保持する。 米国特許第５，１６７，７４０号明細書では、熱可塑性フィルタ素材の一部と 網状体とが治具の向こうに延在するようにポリマー補強網状体ともにフィルタ素 材を治具に入れることによってジグザグフィルタのプリーツ間隔が維持される。 この延在するフィルタと網状体素材は、次に、治具の中にあるときに熱プラテン で強打される。これにより熱可塑性フィルタ素材と網状体が溶融して、硬質の溶 融熱可塑性素材の連続側面パネルを形成する。溶融側面パネルは依然としてプリ ーツ付きフィルタ素材と連続して連結されているので、フィルタ素材のプリーツ 間隔は所定位置に固定される。 プリーツ間隔を保持する機械的手段として、ジグザグ歯タイプの要素などがあ る。米国特許第３，７９３，８１３号明細書では、２個のジグザグ形状のリブが 、フィルタハウジングの２個の対向側面に沿って配置される。ボール紙のフレー ムの中の硬質なプリーツ付きフィルタは、リブによってフィルタのプリーツ間隔 が保持されるようにリブ上に乗る。米国特許第４，５４７，９５０号明細書では 、プリーツ付きフィルタの下流の面に２個の先細コームが取付けられており、そ こでコームの歯は一部が上流プリーツ構造の中に延びている。コームの歯は、ジ グザグ状フィルタの１つの面の複数プリーツを間隔をあけて配列する。濾材はエ アフローによって反対面の歯に押しつけられ、それによって、その面のプリーツ 間隔が保持される。前述の両特許明細 書において、濾材は、到来するエアフローによって歯の谷間に押し込まれる。当 該方法の問題は、非使用時（すなわち、製造時、取付時、出荷時等）に反対面に 押し付けられていないと、濾材が簡単に外れ落ちてしまうことである。 それ以外の米国特許では、プリーツ付きフィルタの片面だけの歯タイプ支持構 造の代わりに、相互に噛み合う２個の歯構造が使用される。この相互に噛み合う 歯は、米国特許第２，０５８，６６９号明細書、同第４，１７７，０５０号明細 書、および同第３，８７３，２８８号明細書に開示されているように、プリーツ 付きフィルタの対向面上にあり、それによってジグザグ形状の濾材を、対向する 歯要素間に挟持する。これにより、濾材が外れ落ちるという問題は回避されるが 、対向する歯要素が噛み合う部分の濾材の性能が失われる。最初の２件の特許で は、フィルタの中央本体部に沿って複数の相互に噛み合う歯要素が設けられてい るが、‘０５０号特許では、対向する歯は完全には噛み合わされない。これは、 濾材が過度に圧縮されるのを防いでフィルタの性能損失を最小化するためである 。米国特許第３，８７３，２８８号明細書では、対向する相互に噛み合う歯が、 噛み合う歯要素間の濾材を十分に圧縮するが、歯要素はハウジング等も形成し、 歯の周縁だけが噛み合って濾材を圧縮する。 発明の開示 ジグザグ形状の濾材とフィルタフレームとを具備するジグザグ状フィルタがあ る。フィルタフレームは、２組の連続する外部側壁と内部側壁とを有する。該内 部およびと外部側壁の各組は、連続する流体不浸透性スペーサによって分離され ている。内部側壁は、複数個の直立する三角形状のプリーツ安定化要素を有し、 プリーツ安定化要素の第１側壁は、頂部からプリーツ安定化要素の第２側壁セグ メントに向 かって、外側方向にテーパを有している。隣接し合う第２外部側壁セグメントは 、プリーツ保持ギャップを形成する。プリーツ安定化要素は、フィルタの第１の 面上のジグザグ状フィルタの第１のプリーツの折り山部を支持および嵌合する。 第２一連のプリーツの折り山部は、第１フィルタ面上がプリーツ保持ギャップに よって摩擦係合されて、フィルタの第２の面のプリーツの折り山部が該プリーツ 保持ギャップに部分的に押し込まれるようになっている。 図面の簡単な説明 図１は、本発明によるフィルタフレームの第１実施例の斜視図である。 図２は、図１のフィルタフレームの、線２−２についての断面図である。 図３は、図１のフィルタフレームの、線３−３についての断面図である。 図４は、図２において、フィルタフレームにジグザグ状濾材を挿入した状態の 断面図である。 図５は、本発明のフィルタフレームのプリーツ安定化要素の破断断面図である 。 図６は、本発明のフィルタフレームのプリーツ安定化要素の第２実施例の破断 断面図である。 図７は、本発明による第２実施例のフィルタフレームを形成するのに使用され るブランクの平面図である。 図８は、本発明による第３の実施例のフィルタフレームの斜視図である。 図９は、本発明のフィルタフレームに使用できるプリーツ付け可能な濾材の側 面図である。 図１０は、本発明のフィルフレームで使用されるフィルタハウジングの破断断 面図である。 図１１は、本発明による第４の実施例のフィルタフレームの斜視図である。 発明を実施するための最良の形態 図１は、外部端壁１４と１５および外部側壁１２と１３を備えた本発明のフィ ルタフレームの斜視図である。２枚の外部側壁１２と１３から間隔をおいて配置 されているのは、プリーツ側部安定化要素２０であり、プリーツ側部安定化要素 ２０は、フィルタの各プリーツ形状の略三角形の構造となっている。２枚の外部 端壁１４と１５から間隔をおいて配置されているのは、末端プリーツを保持する 内部端壁１６である。内部端壁１６は、外部側壁１４と１５から間隔をあけて配 置されていて、図２のように末端プリーツ保持ギャップ１８を形成する。末端フ ィルタプリーツを末端プリーツ保持ギャップ１８に挿入しやすくするために、内 部端壁１６はテーパを有していることが好ましい。 ２枚の外部側壁１２と１３および内部側壁２は、図１のようにまっすぐにする ことも可能であるし、アーチ型や曲線形状に形成することも可能である。端壁（ １４、１５、１６）は、まっすぐで並行であることが好ましい。内部側壁２には プリーツ安定化要素２０が設けられており、図２のように、隣接するプリーツ安 定化要素２０間にプリーツ受入れギャップ２１が形成されている。プリーツ受入 れギャップ２１は、末端プリーツ保持ギャップ２２で終端する。 プリーツ折り山部保持ギャップ２２は、フィルタフレーム１１と媒体１を備え たフィルタ１０を記載する図４に図示されているように、プリーツ折り山部保持 ギャップ２２が濾材１のプリーツの折り山部４の外面と摩擦係合するようなサイ ズおよび形状のものである。対向 する濾材１の折り山部５の内面は、プリーツ安定化要素２０の折り山部２７の輸 郭に沿う。 プリーツ安定化要素２０は、図５に示されるように、ほぼ滑らかな側壁２８を 備えた折り山部２７から、プリーツ先端部保持ギャップ２２まで、次第に先細り になっている。折り山部２７の曲率半径は、濾材の順応性によって異なり、より 順応性があるフィルタよりも、より硬い媒体の方が大きな曲率半径を要するが、 通常は濾材が、濾材とプリーツ安定化要素２０との間に間隙を形成することなく 折り山部をたどることができるような曲率半径とする。同様に、側壁２８のテー パは、険しい角度や構造を全く持たず、側壁２８と濾材１の間に間隙を形成する ことなく側壁をたどれるように平らであることが好ましい。プリーツ安定化要素 ２０の側壁２８は、角度２０〜５５度、好ましくは３０〜４５度の略テーパを形 成する。側壁２８の末端部において、２個の隣接するプリーツ安定化要素２０は 、２個の隣接する側壁セグメント２５によりプリーツ折り山部保持ギャップ２２ を形成する。側壁セグメント２５は、約０〜１０度、好ましくは０〜５度の角度 でテーパを有している。製造はより困難であるが、側壁セグメント２５は、外側 に広げる（すなわち、上端部２９から底部３０に向かって広くする）ことも可能 であるし、側壁沿いにセグメントごとに別々の角度で先細にすることも可能であ る。プリーツ保持ギャップの最小幅２３は、ジグザグ状にプリーツが付けられた フィルタのプリーツ折り山部において、濾材およびいずれか補剛要素の非圧縮時 の厚さの概ね９０〜１０％であり、好ましくは８０〜２０％である。最小幅２３ は、ギャップ２３の幅の少なくとも３倍、好ましくは５倍の伸長部２４の上方に 存在する。プリーツ折り山部保持ギャップ２２の濾材プリーツ折り山部４のの伸 長部ならびに百分率により、プリーツ折り山部保持ギャップ２２から濾材を取り 外すのに必要な力の量が決まる。そ の他の要因として、濾材プリーツ折り山部４とプリーツ折り山部保持ギャップ側 壁２５との間の相対摩擦係数、プリーツ折り山部保持ギャップ２２の深さと厚さ 、および濾材をプリーツ折り山部保持ギャップ２２に挿入する方法などがある。 プリーツ折り山部保持ギャップ２２の側壁２５’は、図６のように、側壁２５ ’と濾材１との間の摩擦係合を向上するために側壁表面に凹凸を施したり粗くし たりした摩擦係合面を有することができる。濾材１との摩擦係合を高める摩擦係 合面として、摩擦係数の高い表面もしくは自然または合成ゴムを基剤とするコー ティングなどの接着剤コーティングを備えた側壁２５を提供することも適してい る。 末端プリーツ折り山部保持ギャップ１８を設ける場合、プリーツ付き濾材の末 端プリーツと摩擦係合するように設計することもできる。 プリーツ折り山部保持ギャップ２２の下流では、内部および外部側壁と端壁と がスペーサ１７により接続されている。濾過されていない流体または空気が内部 および外部側壁と端壁との間を通過できないように、スペーサ１７は連続してい ることが好ましい。あるいは、内外の側壁および端壁の間の空間は、プリーツ付 き濾材をプリーツ折り山部保持ギャップ２２といずれか末端プリーツ保持ギャッ プ１８とに妨げられることなく挿入できるように、一切の構造物が無い状態とす る。プリーツ折り山部保持ギャップ２２に挿入されると、濾材１はかなりしっか りするので、プリーツ付き濾材が不用意に外れ落ちることなく従来通りに取り扱 える。しかしながら、濾材１は永久保持されるのではないので、必要時および交 換時には容易に取り外すことができる。 図１〜図４の実施例は、ポリプロピレンのようなポリオレフィンポリマーなど の成形可能な熱可塑性材料から形成される、成形構造体であることが好ましい。 図７の第２実施例では、硬質もしくは半硬質の 変形可能な材料を、外部側壁フラップ３４と３５および外部端壁フラップ３２と ３３とを備えた平坦な予備フレームに形成する。内部側壁フラップ４２には、プ リーツ安定化要素４０が設けられている。内部端壁フラップ３６にも設けられて いる。フィルタフレームを形成するには、内部および外部側壁フラップ（３４、 ３５および４２）と端壁フラップ（３２、３３および３６）とを、好ましくは予 め形成されている折り線に沿って、上方向に折り曲げる。外部側壁フラップと端 壁フラップ（３２、３３、３４、および３５）は、加熱結合、超音波溶接、接着 剤、クリップ等などの従来手段によってその角部が連結される。あるいは、角部 に、溝形継手、スナップ構造体等などの嵌合構造体を設けることも可能である。 スペーサ要素３７により、側壁と端壁との間に流体を通さない空間が提供される 。図７の予備フレーム要素は、図１の実施例に対して成形することによって、も しくは、ファイバーボード、ボール紙、金属板材、プラスチック板材等など、成 形不可能だが変形可能な材料から非成形工程（例えば、打抜加工、型切断）によ って形成できる。 図８に、第３の実施例のフィルタフレーム５１を示す。この円形フィルタフレ ーム５１は、外部側壁５４と５５および内部側壁５２を、図１〜図４の実施例の ように備えているが、しかしながら、このほくへきは環状体を形成しているので 端部を有しない。図１〜図４に従って、内部側壁５２にはプリーツ安定化要素５ ０が設けられている。但し、濾材の末端プリーツ端部は、にかわ付け、加熱結合 、超音波溶接、機械的クリップ、縫製等などによって連結される必要がある。２ つの側壁部は連結要素５３によって分離される。連結要素５３はロッドとして図 示されているが、プリーツ付き濾材を通って流体が通過できる解放領域を提供さ れる限り、どのような適応形状にすることも可能である。側壁は、環状体を形成 しているように図示されているが、他の 形状も可能である。 図１０に、フィルタハウジング内にある、本発明の最初の２つの実施例のよう な本発明のフィルタ１０のフィルタフレーム１１を示す。フィルタハウジング３ は、その頂部２７の周辺が濾材１と噛み合うように、フィルタフレーム面に突出 するリップ構造７を有することが好ましい。これにより、濾材１をフィルタフレ ーム１１に固定するのを助ける。 図１１は、図１に記載されているようなフィルタフレーム６６を形成する第３ の方法である。フィルタフレーム６６は可撓性部材から形成されるが、この可撓 性部材は、通常は、変形時に弾性回復特性を有し、リビングヒンジを形成する熱 可塑性ポリマー可撓性部材である。そのような可撓性熱可塑性ポリマー材料は、 ポリプロピレンでもある。外部側壁６２と６３とは、フレーム６６が図１１に記 載されているアーチ型に弾性変形できるよう、好ましくはリビングヒンジに沿っ て、水平に折り曲げられる。内部側壁６１は、隣接するまたはほぼ隣接するスペ ーサ要素により、プリーツ安定化要素６０が離れてアーチを形成できるように、 プリーツ保持ギャップ７２が下に延びた状態で直立している。このようにギャッ プ７２が広がって、プリーツ付き濾材１のプリーツ折り山部４がプリーツ折り山 部保持ギャップ７２に挿入しやすくなる。濾材プリーツ折り山部４が挿入される と、フィルタフレーム６６にかかっている変形力が解除され、それによってフレ ームがもとの形状に戻り、プリーツ折り山部保持ギャップ７２が狭くなって、プ リーツ付きフィルタのプリーツ折り山部を把持する。次に、外部側壁６２と６３ は外側端壁６４と６５に連結して、図７の実施例について説明したように、濾材 をプリーツ保持ギャップに確実に固定するとともにフィルタフレームを剛直なも のにすることができる。 濾材１（図９）は、いずれか広く使用されているプリーツ付け可能 なフィルタウェブ８またはフィルタウェブ積層体から形成できる。適したフィル タウェブまたは積層体として、少なくとも１枚の繊維状不織布または織布ウェブ が含まれる。フィルタウェブもしくは積層体８は、フィルタの効率を高めるため にエレクトレット電荷を備える不織布ウェブで形成されることが好ましい。フィ ルタウェブまたは積層体８が十分に安定でない場合、プリーツが付けられた１個 または複数個のプリーツ付け可能要素９が提供可能なとき。これらのプリーツ付 け可能要素は、変形可能な金属または変形可能な（例えば、熱で）熱可塑性網状 体で構成できる。プリーツ付け可能要素９は、一般に、濾過特性を備えず、圧力 降下耐性がほとんどない。全般的に、フィルタウェブ８またはフィルタウェブ積 層体と、プリーツ付け可能要素９とは、濾材が少なくとも１０％、好ましくは２ ０〜８０％まで圧縮されたときに、圧縮された濾材１が、プリーツ保持ギャップ ２２を形成する側壁セグメント２５を加圧し、濾材がフィルタフレーム１１から 外れるのを防止するような弾性回復力を呈するように、弾性的な圧縮が可能でな くてはならない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ジグザグ状にプリーツが付けられた濾材とフィルタフレームとを具備する ジグザグ状フィルタであって、前記フィルタフレームは２個の連続する外部側壁 および２個の内部側壁を有し、前記内部および外部側壁のそれぞれは連続する流 体不透過性スペーサ要素によって分離され、内部側壁は複数の直立する三角形の プリーツ安定化要素を有し、プリーツ安定化要素の第１側壁は、頂部からプリー ツ安定化要素の第２側壁セグメントに向かって外側方向にテーパを有し、個々の プリーツ安定化要素の隣接する２個の第２側壁セグメントはプリーツ折り山部保 持ギャップを形成し、プリーツ安定化要素は、プリーツ安定化要素がジグザグ状 濾材の第１のプリーツ折り山部をプリーツ付き濾材の第１の面で支持および嵌合 するような形状を有しており、第２のプリーツ折り山部は、プリーツ折り山部保 持ギャップによってプリーツ付き濾材の前記第１の面に摩擦係合し、それにより 濾材の第２の面のプリーツ折り山部が部分的に前記プリーツ折り山部保持ギャッ プに押し込まれ、前記連続する流体不透過性スペーサ要素は前記プリーツ折り山 部保持ギャップの下流にある、ジグザグ状フィルタ。 ２．プリーツ安定化要素の第１側壁は、角度２２〜５５度のテーパを有する、 請求項１に記載のフィルタ。 ３．第１側壁は、角度３０〜４５度のテーパを有する、請求項１に記載のフィ ルタ。 ４．第２側壁セグメントは、角度１０度未満のテーパを有する、請求項１に記 載のフィルタ。 ５．第２側壁セグメントは、角度０〜１０度のテーパを有する、請求項１に記 載のフィルタ。 ６．第２側壁セグメントは、角度０〜５度のテーパを有する、請求項１に記載 のフィルタ。 ７．プリーツ折り山部保持ギャップの第２側壁セグメントは、摩擦係合面を有 する、請求項１に記載のフィルタ。 ８．摩擦係合面は、凹凸を有した表面である、請求項１に記載のフィルタ。 ９．プリーツ折り山部保持ギャップの幅は、プリーツ折り山部保持ギャップの 幅の少なくとも３倍の範囲に渡って、第２のプリーツ折り山部における濾材の非 圧縮時厚さの、９０〜１０％である、請求項１に記載のフィルタ。 １０．プリーツ折り山部保持ギャップの幅は、プリーツ折り山部保持ギャップ の幅の少なくとも３倍の範囲に渡って、第２のプリーツ折り山部における濾材の 非圧縮時厚さの８０〜２０％である、請求項４に記載のフィルタ。 １１．フィルタフレームは、流体不透過性スペーサによって連結される内部端 壁と外部端壁との対を更に２対備え、内部端壁と外部端壁との対のそれぞれは、 末端プリーツ嵌合ギャップを形成し、流体不透過性スペーサは末端プリーツ嵌合 ギャップの下流にある、請求項１に記載のフィルタ。 １２．フィルタフレームは、外部側壁と外部端壁とがそれぞれの端部で連結さ れて連続する外壁を形成するような、熱可塑性ポリマーから形成される一体成形 構造体である、請求項１１に記載のフィルタ。 １３．フィルタフレームは、外部側壁と外部端壁とがそれぞれの端部で連結さ れて連続する外壁を形成し、かつ流体不透過性の端壁および側壁に対するスペー サ要素が連続する一体型スペーサ要素を形成するような、一体構造体である、請 求項１１に記載のフィルタ。 １４．外部端壁と外部側壁とが、それぞれの端部で接着手段により連結される 、請求項１１に記載のフィルタ。 １５．端壁および側壁は、前記連続する一体型スペーサ要素の片側の折り線に 沿って折り畳まれている、請求項１４に記載のフィルタ。 １６．前記２対の内部側壁及び外部側壁は複数の連結要素によって連結される 、請求項１に記載のフィルタ。 １７．前記連結要素は細長いロッドである、請求項１６に記載のフィルタ。 １８．前記２対の内部側壁及び外部側壁は２個の環状リングを形成する、請求 項１６に記載のフィルタ。 １９．前記接着手段は接着剤である、請求項１４に記載のフィルタ。 ２０．前記接着手段は超音波溶接である、請求項１４に記載のフィルタ。 ２１．フィルタフレームは可撓性部材であり、プリーツ保持ギャップがスペー サ要素に密接して下方向に延びる場合に、フィルタフレームの弾性変形を可能に し、外部端壁と外部側壁とが連結されない場合に、プリーツ折り山部保持ギャッ プが広がって、プリーツ折り山部保持ギャップへのプリーツ付き濾材の第２のプ リーツ折り山 部の挿入を容易にすることを可能にする、請求項１４に記載のフィルタ。 ２２．前記濾材は不織布ウェブである、請求項１に記載のフィルタ。 ２３．前記不織布ウェブの繊維は、帯電したエレクトレットである、請求項２ ２に記載のフィルタ。 ２４．前記濾材は、プリーツ付け可能な網状体をさらに含む、請求項２２に記 載のフィルタ。