(57)【要約】透過性媒体とフレームとを含む組立体が提供される。透過性媒体は金属繊維を含む焼結された布地を含む。透過性媒体とフレームとの接合部にセラミックまたは金属の層を吹付けることによって、透過性媒体とフレームとの間に漏れ防止用シールが形成される。この組立体は特にフィルタエレメントとして好適に用いられる。
2004521729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過性媒体とフレームとを含んでなる組立体であって、前記透過性媒体は前記フレームに固定され、前記透過性媒体は金属繊維を含む焼結された布地であり、前記透過性媒体は吹付けられたセラミックまたは金属の層によって前記フレームにシールされ、前記溶射されたセラミックまたは金属の層は前記透過性媒体と前記フレームとの接合部に形成されている組立体。
【請求項２】
前記吹付けられたセラミックまたは金属の層が前記透過性媒体と前記フレームとの間に漏れ防止用シールを形成している請求項１に記載の組立体。
【請求項３】
前記金属繊維が１〜１００μｍの範囲内の直径を有している請求項１または２に記載の組立体。
【請求項４】
前記吹付けられたセラミックまたは金属の層が溶射によって前記透過性媒体とフレームとの接合部に形成されている請求項１〜３のいずれか１つに記載の組立体。
【請求項５】
前記吹付けられた金属の層が金属または金属合金を含んでなる請求項１〜４のいずれか１つに記載の組立体。
【請求項６】
前記吹付けられたセラミックの層が金属酸化物、炭化物、ケイ酸塩、窒化物およびこれらの混合物からなる群から選択されたセラミック材料を含んでなる請求項１〜５のいずれか１つに記載の組立体。
【請求項７】
前記透過性媒体が平面形状または円筒形状の媒体である請求項１〜６のいずれか１つに記載の組立体。
【請求項８】
前記透過性媒体には襞が付いている請求項１〜７のいずれか１つに記載の組立体。
【請求項９】
前記フレームが金属、セラミックまたはプラスチックの材料から作られている請求項１〜８のいずれか１つに記載の組立体。
【請求項１０】
前記フレームが少なくとも１つの外壁を含んでなる請求項１〜９のいずれか１つに記載の組立体。
【請求項１１】
前記壁が上部と下部とを含んでなる請求項１〜１０のいずれか１つに記載の組立体。
【請求項１２】
前記フレームが少なくとも１つのフィルタカップを含んでなる請求項１〜１１のいずれか１つに記載の組立体。
【請求項１３】
前記透過性媒体がフィルタ媒体である請求項１〜１２のいずれか１つに記載の組立体。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１つに記載の組立体を製造する方法であって、
透過性媒体を準備する工程と、
フレームを準備する工程と、
前記透過性媒体を前記フレームに固定する工程と、
金属またはセラミックの層を前記透過性媒体と前記フレームとの接合部に吹付ける工程と
を含んでなる方法。
【請求項１５】
前記吹付けが溶射である請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
気体または液体のろ過のための請求項１〜１３のいずれか１つに記載の組立体の使用。
【請求項１７】
高温の気体または液体のろ過のための請求項１６に記載の組立体の使用。
【請求項１８】
排ガスのろ過のための請求項１６または１７に記載の組立体の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過性媒体とフレームとを含んでなる組立体であって、透過性媒体はフレームに固定され、かつ漏れがないように互いにシールされている組立体に関する。さらに詳細には、本発明はフィルタエレメントに関する。本発明はさらに透過性媒体をフレームにシールする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィルタエレメントの製造において、フィルタ媒体を媒体保持体であるフレームに固定かつシールするのは困難かつ重要な工程である。特に、襞付きフィルタ媒体からなるフィルタエレメントの場合、その構造上、フィルタ媒体の周辺部をいかにフレームに接着するかが大きな課題となっている。
【０００３】
信頼性の高い有用なフィルタエレメントを得るには、満足しなければならない多くの要件がある。まず、フィルタ媒体とフィルタフレームの接合部に強力な漏れ防止用シールを設けることが必須の要件である。接合部においてはどのような小さい漏れであってもフィルタは正しく機能しない。
【０００４】
襞付きフィルタ媒体の場合、フィルタ媒体を介して襞入口開口からフィルタ媒体の外側に位置する襞出口開口へ気体または液体を案内するために、襞開口を閉じてかつシールする必要がある。
【０００５】
他の要件として、フィルタエレメント、より具体的にはフィルタ媒体とフレームとの接合部は、高温および／または高い温度変動に耐える必要がある。
【０００６】
フィルタ媒体をフレームにシールする多くの技術が業界において現在知られている。公知の方法として、例えば、接着剤による方法、溶接による方法、または圧着による方法などが挙げられる。
【０００７】
しかし、これらのフィルタエレメントは十分に高い温度および十分に高い圧力に耐えることができないという欠点を有している。フィルタ媒体とフレームとの間の接続及びシーリングは、互いに接続された部品間の異なる熱膨張係数の差による熱衝撃によって喪失されがちである。特に、シール部における変形に耐えねばならない箇所が破損されがちである。このような変形箇所において、特に圧力変化によって老化が促進する。従来技術による多くのフィルタの他の欠点として、フィルタ媒体とフレームとの間のシールが漏れ防止機能を有していないという点が挙げられる。
【発明の開示】
【０００８】
本発明の目的は、従来技術の問題を解消することができる透過性媒体とフレームとを含んでなる組立体を提供することにある。本発明の他の目的は、透過性媒体が流体漏れのないようにフレームにシールされるような組立体を提供することにある。本発明のさらに他の目的は、透過性媒体とフレームとの間に高温および高い温度変動および／または高圧および高い圧力変動に耐えることができる強力なシールが形成される透過性媒体とフレームとを含んでなる組立体を提供することにある。本発明のさらに他の目的は、本発明による組立体をフィルタエレメントとして使用することにある。また、本発明の他の目的は、透過性媒体を流体漏れのないようにフレームにシールする方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、透過性媒体とフレームとを含んでなる組立体が提供される。透過性媒体は、フレームに固定されかつ吹付けられたセラミックまたは金属の層によってフレームにシールされる。セラミックまたは金属の層は透過性媒体とフレームとの接合部に吹付けられる。「透過性媒体とフレームとの接合部」という用語は透過性媒体とフレームとが互いに接触する領域を意味する。また、「フレーム」という用語は透過性媒体を保持するどのような構造体をも意味する。フレームは透過性媒体を支持する剛性のある支持体であるとよい。
【００１０】
吹付けられた金属またはセラミックの層を設けることによって、透過性媒体を流体漏れのないようにフレームにシールすることができる。組立体がフィルタエレメントの場合、吹付けられた金属またはセラミックの層を設けることによって、フレームに取り付けた後のフィルタ媒体のろ過等級を所定値に維持することができる。
【００１１】
透過性媒体は好ましくは金属繊維を含む焼結された布地であるとよい。この焼結布地は金属繊維、好ましくはステンレス鋼繊維の少なくとも１枚の不織布を含む。
【００１２】
金属繊維は好ましくは１μｍから１００μｍの範囲内の直径を有しているとよい。さらに好ましくは、金属繊維の直径は１μｍから３５μｍの範囲内、例えば、２μｍ、４μｍ、８μｍ、または１２μｍであるとよい。金属繊維は業界において知られているどのような技術によって得たものであってもよい。例えば、金属繊維は、束引抜き加工（bundle drawing）または切削加工（shaving）によって得られるとよい。
【００１３】
透過性媒体は、積層された多数の異なる層からなる層構造体であってもよく、各層は焼結された金属繊維の布地を含む。例えば、透過性媒体は、４〜１０μｍの直径を有する金属繊維からなる第１層と２〜４μｍの直径を有する金属繊維からなる第２層とを含む多層構造体であるとよい。
【００１４】
透過性媒体の選択は用途に応じてなされるとよい。フィルタエレメントの場合、フィルタ媒体の選択は必要とされるフィルタ特性、例えば、微細孔の大きさ、ろ過等級、多孔度などに応じてなされるとよい。
【００１５】
透過性媒体は十分に高い温度、具体的には、吹付け操作中の温度に耐え得ることが必要である。
【００１６】
金属繊維の合金は最終製品の作業環境に耐えるように選択されるとよい。３６０℃以下の条件下の場合、ＡＩＳＩ３００シリーズの合金、例えば、ＡＩＳＩ３１６Ｌからなるステンレス鋼繊維が好ましい。５００℃以下の条件下の場合、インコネル（ＩＮＣＯＮＥＬ、登録商標）系の合金、例えば、ＩＮＣＯＮＥＬ６０１からなる繊維が好ましく、５６０℃以下の条件下の場合、ハステロイ（ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ、登録商標）系の合金、例えば、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ―ＨＲからなる繊維が好ましい。また、１０００℃以下またはそれ以上の条件下の場合、Ｆｅ―Ｃｒ−Ａｌ合金からなる繊維が好ましい。
【００１７】
透過性媒体はさらに金属粒子、例えば、金属粉末または金属短繊維であってもよい。
【００１８】
透過性媒体はどのような形状を有していてもよい。例えば、透過性媒体は平面形状または円筒形状を有しているとよい。透過性媒体は襞付き媒体であってもよい。どのような幾何学的形状の襞であってもよい。例えば、襞ラインが実質的に互いに平行に延びるような襞を有する透過性媒体であってもよい。他の幾何学的形状の襞を有する透過性媒体として、襞ラインが中心軸に対して平行に延びるように襞が付された円筒形状の透過性媒体であってもよい。
【００１９】
前述したように、フレームは、透過性媒体を保持する機能および／または透過性媒体に対する剛性のある支持体としての機能を有している。さらにフレームは、望ましくない流体の迂回を防ぐために、例えば、透過性媒体を通過することなしにフィルタの入口からフィルタの出口に気体または液体が流れることを防ぐために、透過性媒体の襞開口を閉じる機能を有している。
【００２０】
フレームは、内部壁および外部壁などの１つ以上の外壁を備えていてもよいし、または上部および下部などの２つ以上の部分を含む壁を備えていてもよい。あるいは、フレームは１つ以上のキャップを備えているとよい。
【００２１】
フレームは例えば金属、セラミックまたはプラスチックの材料から作ることができる。
【００２２】
組立体が高温条件下で用いられる場合、フレームは好ましくは金属または金属合金、例えば、鋼から作られる。
【００２３】
好適な実施例において、フィルタエレメントは上部と下部を有するフレームを備えている。襞付きフィルタ媒体などの襞付き媒体の場合、この襞付きフィルタ媒体と接触する上部の縁は、フィルタ媒体の外縁のプリーツ加工による波形状と同じ波形状を有している。襞付きの焼結金属繊維布地と接触する下部の縁も、襞開口の縁のプリーツ加工による波形状と同じ波形状を有している。そして、この襞開口が上部および下部の縁の波部分によって閉ざされるように、襞付きフィルタ媒体はフレームの上部と下部との間に置かれ、締め付けられる。フレームの上部、襞付きフィルタ媒体、およびフレームの下部は、フィルタ媒体とフレームとの接合部にセラミックまたは金属の層を吹付けることによって、互いに接合される。
【００２４】
あるいは他の実施例において、透過性媒体はフィルタキャップによって固定されてもよい。この構成は、例えば、フィルタチューブの場合に有利である。このようなフィルタチューブは上側と下側の一方または両方にエンドキャップを有しているとよい。フィルタ媒体をフィルタキャップに固定することによって、フィルタチューブをより複雑なフィルタ構造体内に容易に取り付けることができる。
【００２５】
組立体が高温条件下で用いられる場合、フレームは好ましくは金属、例えば、鋼から作られる。さらに好ましくは、フレームはステンレス鋼から作られるとよい。
【００２６】
透過性媒体とフレームとの接合部にセラミックまたは金属の層を吹付ける（spraying）ことによって、透過性媒体はフレームに固定され、シールされる。好ましい技術は溶射である。種々の溶射法、例えば、フレーム溶射または電気アークもしくはプラズマガンを用いる溶射を用いることができる。
【００２７】
吹付けられた金属層は、どのような金属または金属合金を含む層であってもよい。好ましくは、鋼、ステンレス鋼、亜鉛合金またはニッケル合金を含む層であるとよい。
【００２８】
吹き付けられたセラミック層は、例えば、金属酸化物（酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタンなど）、炭化物（炭化タングステンなど）、ケイ酸塩（ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸ジルコニウムなど）、窒化物（窒化ホウ素など）を含むことができ、またはこれらの混合物を含むことができる。
【００２９】
吹付け層の厚みは、好ましくは１から５０００μｍの範囲、さらに好ましくは１から１０００μｍの範囲内の値であるとよい。
【００３０】
吹付け層は、透過性媒体とフレームとの接合部に対し均一かつ密接に接触し、透過性媒体とフレームとの間に漏れ防止用シールを形成する。
【００３１】
透過性媒体とフレームとの間のこのシールは、接着または溶接による媒体とフレームとの間のシールと比較して、信頼性が高く、高い温度変動に対する耐性に優れている。
【００３２】
好適な実施例において、吹付け材料は透過性媒体および／またはフィルタフレームの材料と同じであるとよい。この構成は特に高温の条件下または高い温度変動の条件下において用いられるフィルタエレメントの場合に利点がある。
【００３３】
本発明の第２の態様によれば、組立体を製造する方法が提供される。本方法は、透過性媒体を準備する工程と、フレームを準備する工程と、透過性媒体をフレームに固定する工程と、透過性媒体とフレームとの接合部に金属またはセラミックの層を吹付けする工程とを含んでなる。
【００３４】
吹付けは、好ましくは溶射、例えば、フレーム溶射または電気アークもしくはプラズマガンを用いる溶射であるとよい。
【００３５】
本発明による組立体は、透過性媒体がフレームに固定されていることが望まれるあらゆる種類の用途に適している。また、本発明による組立体は、透過性媒体とフレームとの間に漏れを防止する接続がなされていることが望まれるあらゆる用途に適している。具体的に、本発明による組立体は、あらゆる種類の気体および液体のろ過、例えば、水、排水、油、飲物のろ過に用いることができる。
【００３６】
本発明による組立体は高温および高い温度変動に耐えることができるので、高温の気体のろ過に非常に適している。特に、排ガス、例えば、燃焼ガスのろ過に好適に用いることができる。本発明による組立体の他の用途として、例えば、燃焼機関の排気システムにおける触媒の担持体が挙げられる。さらに、本発明による組立体は、拡散器、例えば、曝気拡散器として用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、添付の図面に基づいて、本発明をさらに詳細に説明する。
【００３８】
図１は本発明による組立体の好適な一実施例を示している。組立体は透過性媒体１２とその透過性媒体１２を包囲するフレームによって構成されている。透過性媒体は焼結された金属繊維の布地からなる。この組立体はフィルタエレメントとして用いられる。
【００３９】
透過性媒体をフレームに固定させた後、金属層１６、さらに具体的にはステンレス鋼層を透過性媒体とフレームの接合部の上面または下面のいずれか（図１ｂの例では、上面）または透過性媒体とフレームの接合部の上面および下面の両方（図１ｃ）に溶射によって形成する。
【００４０】
図２は本発明による組立体２１の一変更例を示している。
【００４１】
透過性媒体２２は円筒状のフィルタ媒体からなる。円筒状媒体は２つのフィルタキャップ２４に固定されている。これらのフィルタキャップ２４を用いることによって、フィルタエレメントを複雑なフィルタ構造物内に容易に取り付けることができる。また、酸化アルミニウムの層２６が透過性媒体とキャップの各接合部に溶射によって形成されている。
【００４２】
図３は本発明のフィルタエレメントの好適な一実施例を示している。フィルタ媒体は襞付きの焼結された金属繊維の布地３１からなる。この焼結金属繊維布地３１は、図３に示すように、襞ライン３２が中心軸３３から外側に延びるような襞を備えている。各襞は外側に延びる１つの襞開口３４と、オープンコア領域３６内の中心軸３３に向かって延びる第２の襞開口３５とを有している。外側に延びる全ての襞開口は波形の縁３７を有している。また、オープンコア領域３６に向かう全ての襞開口は波形の縁３８を有している。
【００４３】
図４に示すように、襞付き焼結金属繊維布地の外縁３７は、フレーム４３の上部４１と下部４２との間に位置して、締め付けられる。上部４１は波形状の下端を有し、下部４２は波形状の上端を有している。これらの波形状は襞付き焼結金属繊維布地の外縁３７の形状に対応している。上部４１および下部４２は襞付き焼結金属繊維布地をそれらの間に挟んで加圧される。
【００４４】
図５は、図４に示すフィルタ媒体とフレームとを含む本発明によるフィルタエレメント５１を示している。フレームの２つの部分とフィルタ媒体は、フィルタ媒体とフレームの２つの部分との各接合部にイノックス（Ｉｎｏｘ）金属層５２を溶射によって形成することによって、互いに恒久的に接合かつシールされる。この溶射は好ましくは外壁の外側になされるとよい。
【００４５】
中心軸に向かって延びる襞開口も同様に閉じることができる。
【００４６】
図６および図７は他の実施例を示している。この実施例において、焼結金属繊維布地６１は円筒状の襞を備え、それらの襞は基本的に互いに平行に延びる襞ライン６２を有している。円筒形状の両側における襞開口６３は円筒形状の両側の２つの外壁によって閉鎖されている。この構成は、外壁の下部６４を襞付き焼結金属繊維布地の内部に挿入し、下部の縁６５を襞付き焼結金属繊維布地６１の波形状６６に適合させることによって得られる。襞付き焼結金属繊維部布地６１の周囲の半分と適合する端を有する外壁の第２および第３の上部６７及び６８を用いることによって、襞付き焼結金属繊維布地を外壁の３つの部分の間に位置させて、締め付ける。フィルタ媒体とフレームとの接合部には、金属層７１が溶射によって形成される。
【００４７】
他の側における襞付き開口は他の外壁によって同様に閉じてもよい。
【００４８】
図８はエンドキャップ８３によって固定された襞付きフィルタ媒体８２を含む管状のフィルタエレメント８１を示している。ステンレス鋼からなる層８４は透過性媒体とフレームとの接合部に溶射によって形成される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】平面状の透過性媒体とその媒体を包囲するフレームからなる組立体を示す図である。
【図２】２つのフィルタキャップによって保持される円筒状の透過性媒体を示す図である。
【図３】襞付き媒体の平面図である。
【図４】図３に示すフィルタ媒体を締め付けるフィルタフレームの２つの部分を示す図である。
【図５】フィルタ媒体とフレームとの接合部に層が溶射された本発明によるフィルタエレメントを示す図である。
【図６】襞付きフィルタ媒体の一変更例を示す図である。
【図７】襞付きフィルタ媒体の一変更例を示す図である。
【図８】２つのフィルタキャップによって保持された襞付き透過性媒体を示す図である。
【国際公開パンフレット】
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2004521729.tif 000019
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【国際調査報告】
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