(57)【特許請求の範囲】
【請求項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フィルタ組立体において、
前記フィルタフレームは、２個の連続する外部側壁と２個の内部側壁とを有し、対応する内部側壁と外部側壁とが、連続する流体不透過性スペーサ要素によって互いに分離され、
前記内部側壁は、複数の直立する三角形のプリーツ安定化要素を有し、該プリーツ安定化要素の第１側壁が、頂部から該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方へのテーパを有し、個々の該プリーツ安定化要素の隣接する２個の該第２側壁セグメントがプリーツ折り山部保持ギャップを形成し、
前記プリーツ安定化要素は、前記濾材の一表面に係合して該濾材の第１のプリーツ折り山部を支持する形状を有し、
前記プリーツ折り山部保持ギャップは、前記濾材の第２のプリーツ折り山部が該プリーツ折り山部保持ギャップの中で部分的に圧縮されるように、該濾材の前記一表面に摩擦係合して該第２のプリーツ折り山部を保持する形状を有し、
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側にあること、
を特徴とするフィルタ組立体。
【請求項２】
前記プリーツ安定化要素の前記第１側壁は、２２〜５５度の角度のテーパを有する、請求項１に記載のフィルタ組立体。
【請求項３】
前記プリーツ安定化要素の前記第２側壁セグメントは、１０度未満の角度のテーパを有する、請求項１又は２に記載のフィルタ組立体。
【請求項４】
前記プリーツ折り山部保持ギャップは、該プリーツ折り山部保持ギャップの幅の少なくとも３倍の長さの伸長部を有し、該幅は、該伸長部において、前記第２のプリーツ折り山部における前記濾材の非圧縮時厚さの９０〜１０％である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィルタ組立体。
【請求項５】
前記幅は、前記第２のプリーツ折り山部における前記濾材の非圧縮時厚さの８０〜２０％である、請求項４に記載のフィルタ組立体。
【請求項６】
前記フィルタフレームは、前記流体不透過性スペーサ要素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、各対を成す該内部端壁と該外部端壁とが末端プリーツ嵌合ギャップを形成し、該流体不透過性スペーサ要素が該末端プリーツ嵌合ギャップの下流側にある、請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィルタ組立体。
【請求項７】
前記外部端壁と前記外部側壁とが、それぞれの端部で接着手段により相互に連結される、請求項６に記載のフィルタ組立体。
【請求項８】
前記フィルタフレームは可撓性部材であり、前記プリーツ折り山部保持ギャップが、前記流体不透過性スペーサ要素に近接する下方へ延びて、該フィルタフレームの弾性変形を可能にし、前記外部端壁と前記外部側壁とが互いに連結されずに、該プリーツ折り山部保持ギャップの拡幅を可能にして、該プリーツ折り山部保持ギャップへの前記濾材の前記第２のプリーツ折り山部の挿入を容易にする、請求項７に記載のフィルタ組立体。
【発明の詳細な説明】
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５，２４０，４７９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い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５，３９７，６３２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
本発明は、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フィルタ組立体において、前記フィルタフレームは、２個の連続する外部側壁と２個の内部側壁とを有し、対応する内部側壁と外部側壁とが、連続する流体不透過性スペーサ要素によって互いに分離され、前記内部側壁は、複数の直立する三角形のプリーツ安定化要素を有し、該プリーツ安定化要素の第１側壁が、頂部から該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方へのテーパを有し、個々の該プリーツ安定化要素の隣接する２個の該第２側壁セグメントがプリーツ折り山部保持ギャップを形成し、前記プリーツ安定化要素は、前記濾材の一表面に係合して該濾材の第１のプリーツ折り山部を支持する形状を有し、前記プリーツ折り山部保持ギャップは、前記濾材の第２のプリーツ折り山部が該プリーツ折り山部保持ギャップの中で部分的に圧縮されるように、該濾材の前記一表面に摩擦係合して該第２のプリーツ折り山部を保持する形状を有し、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側にあること、を特徴とするフィルタ組立体を提供する。
【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、プリーツ安定化要素２０であり、プリーツ安定化要素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（嵌合）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には複数の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、プリーツ折り山部保持ギャップ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と濾材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の第２のプリーツ折り山部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。反対側の濾材１の第１のプリーツ折り山部５は、その内面（第２のプリーツ折り山部４の外面と同じ側の濾材表面）で、プリーツ安定化要素２０の頂部２７の輪郭に沿う。
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を備えた頂部２７から、プリーツ折り山部保持ギャップ２２まで、次第に先細りになっている。頂部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内の第２のプリーツ折り山部４に関する上記した伸長部および幅百分率により、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または天然もしく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、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、これら側壁は環状体を形成する端部を有しない。図１〜図４に従って、内部側壁５２にはプリーツ安定化要素５０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、プリーツ安定化要素２０の頂部２７の周辺で濾材１に係合するように、フィルタフレーム内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、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がプリーツ形成時に十分に安定でない場合には、プリーツを形成し易い１つ以上の要素９を設けることができる。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２０〜８０％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。
【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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