(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルターヘッドに接続するための液体フィルターアセンブリ(20)であって、該フィルターアセンブリ(20)が、フィルターカートリッジ(30)及び圧力容器(46,54)を備えており、該フィルターカートリッジ(30)が、
フィルター媒体(36,136,137,138)を受容する内部容積を取り囲み及び画定するハウジング壁を有するカートリッジハウジング(64,66)であって、上端、下端(86)、長手方向軸、及びハウジング壁外径を有する、カートリッジハウジング(64,66)と、
前記長手方向軸とほぼ平行に前記上端から上方へ延びるネック(44)であって、ネック内部を取り囲み及び画定する外側ネック壁と、上端(144)と、前記ハウジング壁外径よりも小さなネック外径とを有し、前記外側ネック壁が、前記カートリッジハウジングの前記上端に接続される下端(244)を有する、ネック(44)とを備えており、
前記ハウジング壁が、破壊することなく、大気圧よりも68.0kPa（10psi）以下だけ高い内圧に耐えることができる厚みを有し、
前記外側ネック壁が、破壊することなく、大気圧よりも3.28MPa（475psi）より高い内圧に耐えることができる厚みを有し、
前記圧力容器(46,54)が、前記ネック(44)を除いて前記フィルターカートリッジ(30)全体を覆うように該フィルターカートリッジ(30)を受容する内部空洞を取り囲み及び画定する圧力容器壁を有し、該圧力容器壁が、前記カートリッジハウジングの前記上端を覆うように前記外側ネック壁の前記下端(244)へと延びており、
前記ネック(44)が、フィルターヘッド入口ポートから液体を受容するための液体入口通路(134)と、フィルターヘッド出口ポートへ液体を送るための液体出口通路(38)とを備え、前記入口通路(134)及び前記出口通路(38)の双方が、前記ネック内部内に存在し、及び該ネック(44)が更に、該ネックを前記フィルターヘッド入口ポートに対してシールするための入口シール(52')と、該ネック(44)を前記フィルターヘッド出口ポートに対してシールするための出口シール(42')とを備えており、
液体が、前記ネック(44)の内部の前記フィルターカートリッジ(30)に出入りし、前記カートリッジハウジング(64,66)の前記上端に接触せず、及び前記圧力容器(46,54)に接触しないようになっている、
フィルターヘッドに接続するための液体フィルターアセンブリ(20)。
【請求項２】
前記圧力容器(46,54)が、前記カートリッジハウジング(64,66)全体を取り囲み及び接触し、及び前記ネック(44)が突出する上部開口(24)を有する、請求項１に記載のフィルターアセンブリ(20)。
【請求項３】
前記ネック(44)が、前記入口通路(134)である管状内部空間を有する、前記長手方向軸と平行な管状部材(34)を備え、該ネック(44)が、前記出口通路(38)である環状空間を前記管状部材(34)と前記ネック壁との間に備えており、該ネック(44)を前記フィルターヘッド入口ポートへシールするためのシール(52')が、前記管状部材(34)の上端(33)近傍にあり、及び該ネック(44)を前記フィルターヘッド出口ポートにシールするためのシール(42')が、前記外側ネック壁の上端(144)近傍にある、請求項１に記載のフィルターアセンブリ(20)。
【請求項４】
前記ネック(44)上の前記入口シール(52')及び前記ネック(44)上の前記出口シール(42')が、前記フィルターカートリッジ(30)を前記フィルターヘッドへシールするための唯一の液体シールである、請求項１に記載のフィルターアセンブリ(20)。
【請求項５】
前記圧力容器(46,54)が、前記フィルターカートリッジ(30)に対して液体シールされない、請求項１に記載のフィルターアセンブリ(20)。
【請求項６】
前記圧力容器(46,54)が、フィルターカートリッジ(30)に対してシールするための液体シール手段を備えておらず、該圧力容器(46,54)が、前記フィルターヘッドに対してシールするための液体シール手段を備えていない、請求項１に記載のフィルターアセンブリ(20)。
【請求項７】
前記圧力容器(46,54)が、前記フィルターヘッドへ接続するための機械的接続を備えており、及び該フィルターヘッドへの液体シールを備えておらず、及び前記フィルターカートリッジ(30)への液体シールを備えていない、請求項１に記載のフィルターアセンブリ(20)。
【請求項８】
前記カートリッジハウジング(64,66)が、本体(64)、キャップ(66)、並びに前記本体(64)及び前記キャップ(66)を共に解放可能に保持するラッチ(65,67)を備えており、該ラッチ(65,67)が、前記フィルター媒体(36,136,137,138)を取り外すために前記カートリッジハウジング(64,66)を開くよう開放させることが可能なものである、請求項１に記載のフィルターアセンブリ(20)。
【請求項９】
前記ラッチ(65,67)が、前記本体(64)のスロット(67)内へと延びる前記キャップ(66)の外壁上のタブ(65)からなり、該タブ(65)を前記キャップ(66)の外壁から切除することにより前記ハウジング(64,66)を開放させることが可能である、請求項８に記載のフィルターアセンブリ(20)。
【請求項１０】
前記ハウジング壁が、ポリプロピレンであり、該ハウジング壁の厚みが、1.27〜1.78mm（0.05〜0.07インチ）であり、前記ネック(44)壁が、ポリプロピレンであり、該ネック壁の厚みが、3.18mm（0.125インチ）以上である、請求項１に記載のフィルターアセンブリ(20)。
【請求項１１】
前記ハウジング壁が、ポリプロピレンであり、該ハウジング壁の厚みが、1.27〜1.78mm（0.05〜0.07インチ）であり、前記ネック壁が、ポリプロピレンであり、該ネック壁の厚みが、3.18mm（0.125インチ）以上である、請求項３に記載のフィルターアセンブリ(20)。
【請求項１２】
前記ハウジング壁が、ポリプロピレンであり、該ハウジング壁の厚みが、1.27〜1.78mm（0.05〜0.07インチ）であり、前記ネック壁が、ポリプロピレンであり、該ネック壁の厚みが、3.18mm（0.125インチ）以上である、請求項５に記載のフィルターアセンブリ(20)。
【請求項１３】
前記ハウジング壁が、ポリプロピレンであり、該ハウジング壁の厚みが、1.27〜1.78mm（0.05〜0.07インチ）であり、前記ネック壁が、ポリプロピレンであり、該ネック壁の厚みが、3.18mm（0.125インチ）以上である、請求項７に記載のフィルターアセンブリ(20)。
【請求項１４】
前記ハウジング壁が、ポリプロピレンであり、該ハウジング壁の厚みが、1.27〜1.78mm（0.05〜0.07インチ）であり、前記ネック壁がポリプロピレンであり、該ネック壁の厚みが、3.18mm（0.125インチ）以上である、請求項８に記載のフィルターアセンブリ(20)。
【請求項１５】
フィルターヘッドに接続するための液体フィルターアセンブリ(20)であって、該アセンブリ(20)が、前記フィルターヘッドに対して機械的に接続されるよう構成された圧力容器(46,54)と、該圧力容器(46,54)内に取り外し可能に受容されたフィルターカートリッジ(30)とを備えており、該フィルターカートリッジ(30)が、底壁(86)、前記圧力容器(46,54)により覆われた及び軸方向の側壁、及び上端の半径方向の壁からなる本体壁を有するカートリッジハウジング(64,66)を備えており、該カートリッジハウジング(64,66)が更に、前記半径方向の壁のほぼ中央に配置された下端を有するネック(44)を備えており、該ネック(44)が、前記半径方向の壁から軸方向に直立し、及び前記フィルターヘッドとの液体的な連絡のために該フィルターヘッドに対してシールされるよう構成された入口及び出口通路(38,134)を有しており、該フィルターアセンブリ(20)が、
前記ネック(44)が、破壊することなく、大気圧よりも3.28MPa（475psi）より高い内圧に耐えることができるものであり、
前記圧力容器(46,54)が、前記ネックの前記下端(244)へ向かって前記フィルターカートリッジ(30)の前記半径方向の壁を横切って半径方向に延びる半径方向部分を有しており、該圧力容器(46,54)が、前記ネック(44)を除いた前記カートリッジハウジング(64,66)全体を補強するようになっており、
前記カートリッジハウジング(64,66)の前記本体壁の厚みが、該カートリッジハウジング(64,66)の全プラスチック量が最小限となり再利用が改善されるように前記ネック(44)の厚みの半分未満である
ことを特徴とする、液体フィルターアセンブリ(20)。
【請求項１６】
前記圧力容器の前記半径方向部分が、フィルターヘッドに対する液体シールを備えておらず、及び前記フィルターカートリッジ(30)に対する液体シールを備えていない、請求項１５に記載のフィルターアセンブリ(20)。
【請求項１７】
前記圧力容器の前記半径方向部分が、円形の上部開口(24)を有しており、該上部開口(24)を通って前記ネック(44)が前記フィルターヘッドとの接続のために直立する、請求項１５に記載のフィルターアセンブリ(20)。
【請求項１８】
前記圧力容器(46,54)が、前記底壁を横切り前記軸方向の側壁に沿って上方へ延びる圧力本体(54)と、該圧力本体(54)と接続し及び前記カートリッジハウジング(64,66)の前記上端の前記半径方向の壁全体を横切って延びて該半径方向の壁全体を覆う前記半径方向部分を構成する取り外し可能な圧力キャップ(46)とを備えている、請求項１５に記載のフィルターアセンブリ(20)。
【請求項１９】
前記圧力キャップ(46)が、前記フィルターヘッドに対して機械的な接続(32)を行うよう構成された前記圧力容器の一部である、請求項１８に記載のフィルターアセンブリ(20)。
【請求項２０】
前記圧力キャップ(46)が、ねじ接続によって前記圧力本体に接続される、請求項１８に記載のフィルターアセンブリ(20)。
【請求項２１】
前記フィルターカートリッジ(30)が、ラッチ機構(65,67)により互いに取り外し可能に接続されるカートリッジ本体(64)及びカートリッジキャップ(66)からなり、前記カートリッジ本体(64)が、前記底壁及び前記軸方向の側壁からなり、前記カートリッジキャップ(66)が、前記半径方向の壁及び前記ネック(44)からなる、請求項１８に記載のフィルターアセンブリ(20)。
【請求項２２】
前記圧力容器から前記フィルターカートリッジ(30)を取り外すことが可能となるように前記圧力キャップ(46)が前記圧力本体(54)から取り外し可能であり、及び前記カートリッジハウジング(64,66)内に収容されているフィルター媒体(136,137,138)へのアクセスが可能となるように前記カートリッジキャップ(66)が前記ラッチ機構(65,67)により前記カートリッジ本体(64)から取り外し可能である、請求項２１に記載のフィルターアセンブリ(20)。
【請求項２３】
前記ラッチ機構が、前記カートリッジキャップ(66)上の複数のタブ(65)と、該タブ(65)を受容する前記カートリッジ本体(64)内の対応するスロット(67)とからなる、請求項２２に記載のフィルターアセンブリ(20)。
【請求項２４】
前記ラッチ機構が、前記カートリッジ本体(64)のスロット(67)内へと延びる前記カートリッジキャップ(66)の外壁上のタブ(65)からなり、該タブ(65)を前記カートリッジキャップの前記外壁から切除することにより前記カートリッジハウジング(64,66)を開放させることが可能である、請求項２２に記載のフィルターアセンブリ(20)。
【請求項２５】
前記カートリッジハウジング(64,66)が、プラスチックであり、及び1.27〜1.78mm（0.05〜0.07インチ）の肉厚を有し、前記ネック(44)が、プラスチックである外壁を有し、及び3.18mm（0.125インチ）以上のネック肉厚を有しており、前記カートリッジハウジング(64,66)の唯一の耐圧部分が前記ネック(44)であり、該カートリッジハウジング(64,66)の全プラスチック量が最小限となり再利用が改善される、請求項１５に記載のフィルターアセンブリ(20)。
【請求項２６】
前記ネック(44)を除いた前記カートリッジハウジング(64,66)全体が、破壊することなく、大気圧よりも68.0kPa（10psi）以下だけ高い内圧に耐えることができる肉厚を有しており、前記カートリッジハウジング(64,66)の唯一の耐圧部分が前記ネック(44)であり、該カートリッジハウジング(64,66)の全プラスチック量が最小限となり再利用が改善される、請求項１５に記載のフィルターアセンブリ(20)。
【請求項２７】
前記ネック(44)が、一定の厚みを有する外壁を有しており、前記底壁、軸方向の側壁、及び前記上端の半径方向の壁が、前記ネックの外壁の厚みの半分未満の肉厚を有しており、前記カートリッジハウジング(64,66)の前記唯一の耐圧部分が前記ネック(44)であり、該カートリッジハウジング(64,66)の全プラスチック量が最小限となり再利用が改善される、請求項１５に記載のフィルターアセンブリ(20)。
【請求項２８】
前記ネック(44)を除いた前記カートリッジハウジング(64,66)全体が、非耐圧となるよう構成された肉厚を有している、請求項１５に記載のフィルターアセンブリ(20)。
【請求項２９】
圧力容器(46,54)内に取り外し可能に挿入され及びフィルターヘッドに接続するための再利用可能な液体フィルターカートリッジ(30)であって、該フィルターカートリッジが、底壁、軸方向の側壁、及び上端を有するカートリッジハウジング(64,66)からなり、前記上端が、半径方向の壁と、該半径方向の壁のほぼ中央に配置された下端を有するネック(44)とを有しており、該ネック(44)が、前記半径方向の壁から軸方向に直立し、及び前記フィルターヘッドと液体的に連絡するよう該フィルターヘッドに対してシールするよう構成された入口通路及び出口通路を有しており、
前記ネック(44)が、破壊することなく、大気圧よりも3.28MPa（475psi）より高い内圧に耐えることが可能な厚みを有する外壁を有しており、前記上端の半径方向の壁を含め及び前記ネック(44)を除いた前記カートリッジハウジング(64,66)全体が、破壊することなく、68.9kPa（10psi）以下の圧力に耐えることができる肉厚を有しており、前記カートリッジハウジング(64,66)の前記唯一の耐圧部分が前記ネックであり、これにより前記ネック(44)を除いた前記カートリッジハウジング(64,66)全体が、該ネックの下端へと延びる半径方向部分を含む圧力容器の内部に受容され及び該圧力容器により補強され、及び前記カートリッジハウジング(64,66)の全プラスチック量が最小限となり再利用が改善される、再利用可能な液体フィルターカートリッジ(30)。
【請求項３０】
前記フィルターカートリッジ(30)が、ラッチ機構(65,67)により互いに取り外し可能に接続されるカートリッジ本体(64)及びカートリッジキャップ(66)からなり、前記カートリッジ本体(64)が、前記底壁及び前記軸方向の側壁からなり、前記カートリッジキャップ(66)が、前記半径方向の壁及び前記ネック(44)からなる、請求項２９に記載の再利用可能な液体フィルターカートリッジ(30)。
【請求項３１】
前記カートリッジハウジング(64,66)内に収容されているフィルター媒体(136,137,138)へのアクセスが可能となるように前記カートリッジキャップ(66)が前記ラッチ機構(65,67)により前記カートリッジ本体(64)から取り外し可能である、請求項３０に記載の再利用可能な液体フィルターカートリッジ(30)。
【請求項３２】
前記ラッチ機構が、前記カートリッジキャップ(66)上の複数のタブ(65)と、該タブ(65)を受容する前記カートリッジ本体(64)の対応するスロット(67)とからなる、請求項３１に記載の再利用可能な液体フィルターカートリッジ(30)。
【請求項３３】
前記ラッチ機構が、前記カートリッジ本体(64)のスロット(67)内へと延びる前記カートリッジキャップ(66)の外壁上のタブ(65)からなり、該タブ(65)を前記カートリッジキャップ(66)の前記外壁から切除することにより前記カートリッジハウジング(64,66)を開放させることが可能である、請求項３１に記載の再利用可能な液体フィルターカートリッジ(30)。
【請求項３４】
前記カートリッジハウジング(64,66)が、プラスチックであり、及び1.27〜1.78mm（0.05〜0.07インチ）の肉厚を有し、前記ネック(44)が、プラスチックである外壁を有し、及び3.18mm（0.125インチ）以上のネック肉厚を有する、請求項３１に記載の再利用可能な液体フィルターカートリッジ(30)。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して、水、氷水、炭酸水装置又は他の飲料水自動販売機で使用されるような水又は飲料水用のフィルターカートリッジに関する。詳細には、本発明は、再利用可能な構成要素から実質上構成されるフィルターカートリッジを含み、フィルターヘッド／マニホールドと共働するフィルタアセンブリに関する。さらに詳細には、本発明は、液体に接触する全ての又は実質上全ての表面が定期的に取り外し及び再利用可能であり、それによって表面を長期にわたって使用することによる汚染の機会を低減することができるフィルタアセンブリに関する。フィルタカートリッジは、延伸してヘッド／マニホールドと流体シールを形成するフィルターカートリッジのネックを除いて、実質上非耐圧である。圧力容器は、流体圧の下でフィルターカートリッジの壁を保持し、取り囲むように、フィルターカートリッジを実質上取り囲むが、圧力容器はフィルターカートリッジ又はフィルターヘッド／マニホールドに対して液密である必要はない。
【０００２】
【従来の技術】
水又は他の流体を濾過するための多くのフィルターシステムは、「フィルターヘッド」と共働するフィルターからなる。この「フィルターヘッド」なる用語は、本願発明では流体マニホールド、バルブヘッド又はフィルターに及びフィルターから流体を導く他の接続装置を含む。典型的には、フィルターはフィルターヘッドの内部表面をシールし、それによってフィルターヘッドに入る液体がフィルター内に流入し、フィルターを介して、フィルターから流出し、フィルターヘッドの出口ポートに排出される。アメリカ合衆国及びカナダでは、典型的に水用フィルタは、破壊することなく、約3.45Mpa（500psi）の圧力を収容し、耐えることが必要とされている。アメリカ合衆国では、典型的に、水用のシステムは275〜861 kPa（40〜125psi）の範囲で処理され、典型的に、NSF（国際衛生財団）の承認等級は、水用フィルターが要求最大処理圧力、すなわち典型的には3.45Mpa（500psi）の圧力に４回耐えることを必要としている。カナダでは、水用フィルターが約3.50Mpa（508psi）の圧力で１分間耐える安全係数を必要としている。
【０００３】
フィルターシステムの１つの一般的な形式では、使い捨て圧力容器がフィルターヘッドに直接接続される。このようなシステムでは、圧力容器内のフィルター媒体が消費されると、全ての圧力容器が、そこに収容されている媒体とともに破棄されなければならない。使い捨て圧力容器は、圧力容器を簡単に分解する手段がないために、容易に再利用できない。使い捨て圧力容器の外壁は完全に圧力に耐え、すなわち特別なシステムの液体圧に大きな安全マージンをもって安全に耐える。したがって使い捨て圧力容器は、より多くのプラスチック材料又はアルミニウムのようなより高価な材料を使用するために、交換により一層のコストがかかる。よって使い捨て圧力容器の使用は、フィルターの費用及び環境への影響の点でコストがかかる。
【０００４】
代替的なフィルターシステムでは、使い捨てフィルターカートリッジが、フィルターヘッドに接続する耐圧ハウジングの内側に供給される。このようなシステムでは、典型的に、耐圧ハウジングはＯリング又は他のシール及び濾過される液体が接触する表面を使用してヘッドをシールする。フィルターカートリッジの媒体が消費されると、典型的にはフィルターカートリッジは廃棄され、他のカートリッジに交換される。従来のフィルターカートリッジはいくつかの再利用可能な構成要素を有するが、カートリッジ内に収容されている粒状活性炭のようなカートリッジのいくつかの再利用可能な構成要素は、再利用しようとする者にとって、取り外すことができず、容易にアクセスすることができなかった。フィルターカートリッジが取り外されて処分される一方で、肉厚の圧力容器は再利用される。使用されている間、圧力容器の一部分は、濾過される液体と接触して機能し、したがって圧力容器はバクテリア又は他の非衛生的な物質で汚染されるようになることがある。圧力容器は連続して再利用されるので、汚染された部分はフィルターシステム内で使用されたままであり、フィルターシステム内及びそのフィルターシステムを介して流れる液体内で汚染の問題が助長されることがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、実質上再利用可能な、したがってフィルターカートリッジが原因となる資源及び環境への影響を低減することができる改良されたフィルターカートリッジが必要とされている。またいつ何時でもフィルターカートリッジが取り外されて再利用され、汚染される可能性が最も高い表面もまた交換されるように設計されている経済的かつ使いやすいフィルターカートリッジが必要とされている。本発明のフィルターアセンブリはこれらの要求を満たす。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、実質上再利用可能なフィルターカートリッジを特徴付けるフィルターアセンブリからなる。好適なカートリッジの構成要素は実質上全て再利用可能である。その構成要素としては、カートリッジ本体、カートリッジキャップ、媒体、媒体支持体及び保持パッド、中央ステム／チューブが挙げられる。カートリッジは、必須ではないが、発明された機構、すなわちフィルターカートリッジの構成要素を分解するための、「ラッチ」を含み、それによって構成要素は区分されて、適切な再利用プロセスに送られる。
【０００７】
本発明のフィルタアセンブリは、必須ではないが、フィルターカートリッジの突出するネックを除いて、フィルターカートリッジを実質上取り囲む耐圧「圧力容器」を含む。この圧力容器は、フィルターカートリッジと密接して機能し、非耐圧フィルターカートリッジを安全に支持しかつ補強するが、カートリッジを必ずしもシールしない。フィルターカートリッジのネックは、耐圧性でありかつ耐圧容器から突出して、フィルターヘッドを直接液封し、それによってフィルターカートリッジの全外側表面は乾燥しており、すなわち濾過の最中に液体と接触せず、大気に対する液体の外側に向く全圧力はフィルターカートリッジの内壁に対して作用する。この液体の圧力は、補強されていないフィルターカートリッジのネックに収容され、一方液体の圧力は、取り囲む圧力容器によってフィルターカートリッジの本体壁が補強されているフィルターカートリッジの本体に収容されている。これは、本体の壁がネックの壁よりも著しく薄い、薄い壁からなるフィルターカートリッジの本体によって達成され、これは使用後に再利用される全プラスチック量を大幅に減じるとともに、優れた耐圧性及びNSF安全係数をもたらす。
【０００８】
したがって本発明の目的は、水及び飲料水濾過用の再利用可能なフィルターカートリッジの提供を含む。本発明において濾過とは、濾過、処理又は他のプロセスを含む。一目的は、フィルターカートリッジで使用されるプラスチック又は他の材料がおよぼす環境上の影響を大幅に減らす上記のような再利用可能なフィルターカートリッジを提供することであり、このフィルターカートリッジは、容易に分解され、再利用に適するように種々の構成要素に分離される。さらなる目的は再利用可能なフィルターカートリッジを製造することであり、同時に再利用プロセスで論じられるべきプラスチックの総量を最小とすることである。再利用されるプラスチック量を最小とすることは、比較的小さな部品である耐圧ネックを除いて、フィルターカートリッジの外壁を薄く形成することによって好ましく達成される。他の目的は、フィルターカートリッジが再利用のために取り外される場合に、フィルターヘッドを離れた後及びフィルターヘッドに戻される前に、液体が接触する表面の全て又は実施上全てがシステムから取り外されるフィルターカートリッジシステムを提供することである。したがって液体の接触する表面は、圧力容器の表面ではなく、むしろフィルターカートリッジの表面であり、フィルターカートリッジが交換される際には常に交換される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
一実施態様を示すが、唯一の実施態様ではない本発明のフィルターアセンブリ20を示す図を参照する。フィルターアセンブリ20は、圧力容器22内にフィルターカートリッジ30を含む。本発明のフィルターアセンブリ20は、実質上アセンブリの外側表面として示されている圧力容器22を含み、この圧力容器は開口24を有し、この開口を介してフィルターカートリッジ30のネック44がフィルターヘッドを直接シールするように延伸する。本発明のフィルターアセンブリ20は、例えば圧力キャップ46の好適なバヨネットマウント32、ねじマウント又は他の接続手段等のいくつかの異なる方法によって、フィルタヘッドに固く固定されるように適合されている。好ましくは、本発明の圧力容器は、上記のような手段によって、フィルターヘッドに機械的に接続されるが、流体的にすなわち流体シールによってフィルターヘッドに接続されるのではない。本発明のフィルターアセンブリは、接続手段及び、フィルターカートリッジの流体入口及び出口通路を好ましくは含むネックの寸法、形状を適合させることによって、種々のフィルターヘッドに組み込むのに適合する。図に示されるフィルターアセンブリ20の好適な実施態様が、米国特許第4,857,189号及び意匠356,625号のシステムに説明されている形式のようなフィルターヘッドと共働する。本発明の開示を考察することによって、当業者は本発明のフィルターカートリッジと機能的に接続されるフィルターヘッドを組み立てることが可能である。米国特許第4,857,189号及び意匠356,625号に示されるようなシステムを組み立てる従来のカートリッジは、完全に圧力に耐える外壁を備える再利用できないフィルターとして従来技術に記載されている形式のものである。
【００１０】
好適実施例において、フィルターヘッドを介してフィルターカートリッジ30の中央軸方向通路134内に、流体入口管状部材34の入口端部33を介して中央軸方向通路の底部の外へ、フィルター媒体36（１以上の媒体、空の空間、パッド、支持体等からなる）を介して上方へ、流体入口管状部材34の周囲の同心環状通路38を介してフィルターカートリッジ30の外へ流れる。好適実施例において、図３に特に引き立つように示されるように、３つの異なる媒体136、137、138が直列に配されているが、他の構成を利用することもできる。フィルターカートリッジは、随意的に、いくらかの液体が流体入口管状部材34を流れ落ち中央軸方向通路134を出て、液体の流れの一部が、媒体の３つの層を全て通過するのではなく、例えばフィルターの最上部の層138に直接流れ込む液体バイパスシステム35を含む。この液体バイパスシステム35は、下方の媒体を特定量の液体が迂回するような寸法の直径を有する１以上の孔を含む。あるいは他のシステムとすることができる。液体バイパスシステム35の設計は随意的であり、本発明の装置又は本発明の濾過方法の実施に不可欠のものではない。
【００１１】
フィルターカートリッジ30は、圧力キャップ46の中央開口（開口24）を介して上方に延伸し、Ｏリング42'（図３及び８の溝42に示される）及び小径のＯリング52'（図３及び８の溝52に示される）の２箇所でフィルターヘッド（図示しない）をシールする。このようにして、ネックは、フィルターカートリッジの同心環状入口及び出口システムを利用して、ヘッドにフィルターカートリッジを流体接続するのに必須の双方のシールを設け、保持する。これは、好適な実施態様が配列される場合に、フィルターカートリッジへの流体入口がシール位置52でシールされ、フィルターカートリッジの流体出口がＯリング42'及び52'の間でシールされるということである。
【００１２】
圧力容器22は、一般に開放端部と閉止端部を有する円筒形部材である圧力容器本体54と、その開放端部を横切って圧力容器本体に接続される圧力キャップ46とからなる。この接続は、図に示すように、ねじ接続とすることができるが、他の設計とすることもできる。圧力容器本体54は、本体を強化するための外側軸方向リブ56を有することが好ましい。圧力キャップ46は、圧力容器22の中央長手方向軸に沿って心合わせされ、フィルターカートリッジが圧力キャップの上方でシール位置42、52を有するヘッドに適切に結合可能であるような拡がりに突出するネック44を受容する上端開口24を有する。
【００１３】
本発明の圧力容器22の内部空間の内側には本発明のフィルターカートリッジ30が配置される。このカートリッジ30は、カートリッジ本体64及びカートリッジキャップ66からなり、これらは好ましくはスナップ結合部68によって接続されるが、他の手段によって接続されても良い。カートリッジ本体64及びカートリッジキャップ66の接続は、好ましくはＯリング８又は他の液体シール機構を含み、カートリッジ本体とカートリッジキャップの間から外部への液体の漏れを防ぐ。
【００１４】
一般にカートリッジ本体64は、閉止された底部と開放された上部を有する円筒形であり、この開放された上部を横切って、カートリッジキャップ66が延伸する。カートリッジキャップ66は、半径方向外側に突出するタブ65を含み、このタブはカートリッジキャップ66の底部領域で周方向に隔置されている。タブ65は、カートリッジの内部要素及び媒体が組み込まれた後、カートリッジ本体の上部付近で周方向に隔置されているスロット67内にパチリと係合され、本体とキャップを接続する。カートリッジキャップの上端部は、キャップの最大径の約半分の直径を有し、外周溝42にＯリングを保持する外側表面に適合する円筒形のネック44を含む。
【００１５】
フィルターカートリッジの好ましい内部要素及び媒体は、１以上のフィルター又は処理媒体36、上部媒体フェルトパッド82、媒体セパレータ182、セパレータフェルトパッド282、中央管（「ステム」84）、ステム84に接続され入口端部33及びＯリング42'、52'を有する流体入口管状部材34、バイパス管37、バイパス管37を流体入口管状部材34に対してシールするＯリング108、ステム84に対してバイパス管37をシールするＯリング108'及びＯリング109が含まれるバイパスシステム35からなる。バイパスシステム35が遮断されている場合、管状部材34はステム84をシールするように適合される。中央ステム84は、カートリッジ本体64の底壁内部で放射状に形成されているリブ86に配置されている。リブ86は、ステム84の内部から媒体36内への流体の経路を創り出す。ステム84はリブ86から直立し、内部空間を介して延伸し、その内部空間に収容されているパッド、媒体セパレータ、媒体36を介して延伸し、入口端部33とシールする。媒体36は、液体／飲料水を処理、濾過又は調整することに依存して、単一の媒体とすることも組み合わせの媒体とすることもできる。媒体36は、好ましくは粒状活性炭及びイオン交換樹脂であり、この媒体の選択は、種々の媒体の上、間、下に支持体及びパッドを選択する際に、当業者によって考慮される。
【００１６】
流体入口管状部材34の内側及び同軸に、ステム84に接続する下方部分37'を有し、随意的に穴部、Ｏリング、液体バイパスシステムをもたらすための他の構造を有するバイパススリーブ37が随意的に設けられる。図12及び13のスリーブ37の頂部に及びスリーブ37の頂部内側に示される構造133は、図３、４、８に示されるダストキャップＣと共働する。ダストキャップＣは、カートリッジの入口及び出口を清潔に保つために使用され、随意的に、構造133と共働して、スリーブを回転させることによって、スリーブ37の調節が液体バイパスを調節することを可能とする。上述したように、液体バイパスは随意的であり、締めること、閉鎖すること、排除することができる。
【００１７】
流体の流れの観点から、流体は入口端部33に入り、（スリーブ37の内部を介して）、ステム84内に流れ落ち、カートリッジ64の底部の放射状リブ86を介して媒体136に流れ出る。上記で触れたように、液体バイパスシステム35は、随意的に組み込まれ、液体の一部分が媒体層の一部分のみを介して流れるようにする。媒体136から、一般に液体は他の媒体36、支持体及びパッドを介して軸方向上方に流れ、流体入口管の基部の開口部を介して、カートリッジキャップ66の内側表面と入口端部33の外側表面の間の環状空間38内に流れる。環状空間38は、環状空間38内で軸方向に連続し、カートリッジキャップに対して入口端部33を安定させるリブ71を含む。
【００１８】
図３に最もよく示されているように、カートリッジ30は、圧力容器22の内側に密接して嵌め込まれ、圧力容器22は、カートリッジ30の実質上全てを取り囲む補強殻として機能する。しかしながら従来のフィルターカートリッジの多くのものとは異なり、本発明のカートリッジ30、特にネック44はその上端部で圧力容器の内側から延伸しフィルターヘッドを直接シールする。したがって圧力容器及びフィルターカートリッジは、互いに対する液体シールを必要としないが、本願の発明者は、フィルターカートリッジと圧力容器の間をシールすることを含む相応の実施態様を想定している。好適実施態様では、液体は圧力容器のキャップとカートリッジキャップの間を流れず、すなわちその間に達しない。つまり２つのキャップ46、66が接触又は開口24付近で互いに接近する箇所Ｌには一般的に液体シールは必要とされない。またカートリッジ本体64は、圧力容器の本体54の内側表面をシールする必要がないが、近接していなければならない。
【００１９】
好ましくはカートリッジ30の種々の構成要素が再利用可能である。特にカートリッジ本体64、キャップ66、ステム84、スペーサ86は再利用可能なポリエチレン又はポリプロピレンであることが好ましい。種々の媒体36は、再利用可能な炭素、樹脂又は他の材料であることが好ましい。内側パッド及び媒体支持体は、ポリウレタン又はポリプロピレンのような再利用可能な材料から製造されることが好ましい。Ｏリングは再利用することができないが、この構成要素だけが再利用できず、これらのＯリングは非常に小さく、容易に取り外すことができ、Ｏリング又はＯリングの潤滑油に付着しているバクテリアや病原菌によって逆に汚染されることを防ぐために取り外されて廃棄されることが好ましい。
【００２０】
ネック44の絶対的な壁の厚みは重要である。なぜなら一般に壁の厚みが、フィルターカートリッジ及びフィルターアセンブリの、それらが接続されるシステムの水圧に耐えるための安全要求に適合する臨界を与えるからである。例えば3.45Mpa（500psi）の試験に耐えるために、ポリプロピレン製のネックの壁の厚みＴは3.18mm（0.125インチ）以上であることが好ましいが、フィルターカートリッジ本体の壁の厚みはわずかに約1.52mm（0.060インチ）（典型的には1.27mm（0.050インチ）から1.78mm（0.070インチ）の範囲）であればよい。したがって典型的には、本体の壁は、ネックの厚みのおおよそ半分以下の厚みである。種々の材料及び要求される圧力に対して他の厚みを適用することができる。ネックは、ネックの頂部144から、開口24を完全に横切り、圧力容器内に僅かな長さだけ下がり、ネックの底部244まで肉厚の壁で形成され、開口24付近のネックの破れが防止される。流体入口管状部材は、ネックの壁とは異なり、高い圧力に曝されることがないので、圧力容器から出るネックの壁と同心的に上方に延伸する流体入口管状部材34はネックの壁に匹敵する厚みとする必要はない。ネックの壁は、ネック内の水圧と外側大気の圧力との全差圧に耐えるが、一方流体入口管状部材はその内側（流入水）と外側（流出水）の双方が水に接し、２つの水の流れの差圧はフィルターカートリッジを介する圧力降下分にすぎない。
【００２１】
したがって本発明において、高強度部分と低強度部分を有する外部壁を備えるような好適なフィルターカートリッジが開示される。好適な実施態様では、外部壁は本体及びキャップを含むフィルターカートリッジの全外壁である。高強度部分は3.28Mpa（475psi）よりも高い圧力に耐えるのに適合するように画定され、フィルターカートリッジの一方の端部から上方に延伸するネックであることが好ましい。低強度部分は、例えば69kPa（10psi）の僅かな圧力に耐えるのに適合するように画定され、上述のネックを除く、フィルターカートリッジの外壁の全てであることが好ましい。また本明細書及び特許請求の範囲における「耐圧」という用語は、それが使用されるプロセスにおいて、それ自体（大きく補強されることなく）が流体の圧力内に配置され、その圧力に耐えるということを意味する。「非耐圧」という用語は、構造の部分又は一部が大きな圧力に曝される場所に配置されないということを意味する。すなわち特に約69kPa（10psi）より小さい、取るに足らない圧力にしか曝されないということを意味する。
【００２２】
この詳細な説明及び図面から理解されるように、フィルターカートリッジ及び圧力容器からなる本発明のフィルターアセンブリは、ヘッドから容易に取り外すことができ、再利用可能なフィルターカートリッジ30は、圧力容器本体から圧力容器キャップを回して、又は他の分離方法によって、圧力容器から容易に取り外すことができる。さらにカートリッジは、例えば以下に述べるように、分解された後に再利用される。フィルターカートリッジを容易に開放する他の機構を利用することができ、このような機構を本明細書では「ラッチ機構」と称し、この機構によって、カートリッジ本体に媒体を充填した後にフィルターカートリッジを閉じること、また使用後に、本体又はキャップに極端な力を加えることなく又はこれらを破壊することなく、フィルターカートリッジを開放することが可能となる。本明細書及び特許請求の範囲において、ラッチは、フィルタカートリッジ材料を切断又は切除せずに外部壁の部分がアンラッチされることを含まず、好ましくはラッチのタブ又は他の小さな部品の切断又は切除のみによって、本体に衝撃を与え、鋸で切断し、薄く切断するのではなく、実施されることを含む。フィルターカートリッジの外部壁の低強度部分の２つの部品が、例えば合わせ目又は接続部68で「ラッチ」され及び「アンラッチ」される部品である。好適なカートリッジが好適な圧力容器から取り外される場合、カートリッジは、プロセスの「フィルタアセンブリ側」の液体に接触する全ての表面及びシールとともに取り除かれる。したがって汚染されている可能性のある表面及びＯリングは、再利用される圧力容器とともに残されるのではなく、定期的に取り外される。フィルターヘッドが再利用されず、すなわち交換されないので、いくらかの汚染物質がプロセスの「フィルターヘッド側」に存在することがあるが、Ｏリングがフィルターカートリッジとともに取り外されるとすれば、典型的には小さな領域である全ヘッド表面、例えばＯリングの潤滑油の汚染の機会は最小となる。
【００２３】
カートリッジ30を分解するために、好ましくは特別な適応構造が、カートリッジを押しつぶしたり、砕いたりすることなく、カートリッジ30の構成要素の分離を可能とすることを含む。この適応構造は、偶然の分離は考えられないが、再利用に先立つ目的のある分解は適切な工具によって容易に行われることが好ましい。好ましくは適応構造は、図12〜13に最もよく示されるスナップインタブ及びスロットシステムからなり、又は望ましくはカートリッジハウジングを押しつぶしたり、砕いたり、穴を開けることなく、カートリッジを開放する他の分離システムからなる。典型的にはタブ65は、カートリッジキャップ66の下方端部付近に一体的に形成される。カートリッジ本体64の上方端部付近の協働スロット67はスナップ嵌めによりタブ65を受容し、キャップ66を本体64に半恒久的に接続する。キャップ66の下方端部の外側周囲は、各タブ65の真上に切欠き部分69を含み、それによってタブ及びスロットの接続部に工具が到達する。再利用するユーザがフィルターカートリッジ30の分解を望む場合には、ユーザはキャップ66とタブの真上の本体64との間にナイフ又は鋭利な工具を差し込み、タブを下方へ切り取って、キャップから本体を外すのに十分なまでタブを取り除く。この形式又は他の分離形式は、ユーザすなわち道具がカートリッジの内側まで達し、カートリッジから内部要素及び媒体を取り外して外部キャップ及び本体の構成要素と同様、内部要素及び媒体の再利用を可能とする。
【００２４】
本発明が特別な手段、材料、実施態様を参照して上記されたが、本発明は開示された事項に限定されず、むしろ添付の特許請求の範囲の記載と等価であるものまで拡張される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のフィルタアセンブリの一実施態様を上方から見た斜視図である。
【図２】  図１のフィルターアセンブリの平面図である。
【図３】  図１及び２のフィルターアセンブリの、図２の３−３線に沿った断面図であり、ダストキャップを取り付けた状態である。
【図４】  図３の円で囲まれた部分の、フィルターアセンブリの上端を拡大して示す断面図である。
【図５】  図１〜４のフィルターアセンブリの圧力容器本体及び圧力キャップからなる圧力容器を分解して、側方から見た斜視図である。
【図６】  図１〜４の、フィルター材料、媒体支持体、フィルターパッドを分解して、側方から見た斜視図である。
【図７】  図１〜４のフィルターカートリッジの、中央ステム、任意の液体バイパススリーブ、Ｏリングを分解して、側方から見た斜視図である。
【図８】  図１〜４の実施態様の、カートリッジ本体、キャップ内の入口管状部材を含むカートリッジキャップ、シール部材、ダストキャップを分解して、側方から見た斜視図である。
【図９】  本発明による、圧力容器のキャップに取り付けられているカートリッジキャップの実施態様を外側から見た拡大斜視図であり、ネックが圧力容器のキャップ内の開口を貫通してそこから上に突出している。
【図１０】  図１０の実施態様の圧力容器のキャップの斜視図である。
【図１１】  図９のフィルターカートリッジのキャップの斜視図であり、圧力容器のキャップから分離して示す。
【図１２】  図３及び８のカートリッジ本体及びカートリッジキャップを拡大して示す斜視図であり、本体とキャップをともにスナップ留めするための、タブ及びスロット接続システムの一実施態様を分解して図示する。
【図１３】  図３、８及び１２のフィルターカートリッジの上端の斜視図であり、カートリッジキャップがカートリッジ本体にスナップ留めされていることを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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