JP3761585B2 - 流体濾過用フィルタ装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、流体濾過用フィルタ装置に関するものであり、具体的に言うと、この流体は車両の客室に流入する空気である。
背景技術
流体、具体的には車両の客室に流入する空気、を濾過するためのフィルタ装置は、きわめて多数のデザインで知られている。一般に、フィルタ装置は、フィルタエレメント枠体が結合された外周縁部によって範囲を限定する濾過材を備えたフィルタエレメントを有する。フィルタエレメント枠体は、濾過材の外周縁部の少なくとも一部に沿って延在している。流体流にさらされるフィルタ表面が大きくなるように濾過材（具体的には、濾紙または不織布濾過材）をジグザグ状に折り加工することが実現可能である。ほとんどの場合、フィルタエレメント枠体は濾過材の外縁を囲んで延在するように配設されるが、濾過材がジグザグ状に折り加工された状態では、フィルタ濾過材の折り加工した側縁部に沿ってフィルタ枠体を延在させるだけで十分なこともある。例えば、そのようなフィルタエレメントは装置の流体入口開口に挿入され、その後、濾過後の流体がこの開口を流れる。フィルタエレメントと装置の入口開口の境界を定める縁部との間で流体が流れないようにするために、この領域に封止用形材を適用する。この形材は、一般的には、例えばゴムまたは発泡材料などの弾性材料から作製されるストリップである。フィルタエレメントの製造に関しては、封止用形材とフィルタエレメントとを一体構成することが好ましい。
独国特許明細書第３４ ３９ ２５５号により、ボール紙材の外周縁配設用フィルタエレメント枠体で囲まれたプリーツ形濾過材を有するフィルタエレメントが公知である。このフィルタエレメント枠体は、フィルタエレメント枠体の外側に向かって曲げられた、濾過材から遠ざかる方向を向いた突出舌片を備えている。これら鋭角に突出するダンボールの舌片は、フィルタエレメントを受け入れる入口開口縁部に、内側から弾性的に当接するシールリップとして作用する。
独国特許明細書第２４ ２９ ４７４号により、濾過材を囲むフィルタエレメント枠体がプラスチック製で、該フィルタエレメント枠体にシールリップが一体形成され、該シールリップが該フィルタエレメント枠体に相接する曲げ部と該曲げ部に相接する端部とを備えているフィルタエレメントが周知である。フィルタエレメントがフィルタハウジング等の装置に挿入された状態のとき、シールリップは曲げ部の部分で曲げられ、シールリップの端部の部分がフィルタハウジングに当接する。
欧州特許明細書第０ ６２０ １３３号および欧州特許明細書第０ ６３９ ４７４号、および日本特許明細書第５９−８５４７２号に開示されているフィルタエレメントでは、フィルタエレメントを囲むフィルタエレメント枠体に、独立した付加シールストリップが装備されている。
最後に、欧州特許第０ ３８０ ０２６号明細書に記載されているフィルタエレメントでは、濾過材ウェブの形の平坦なフィルタを、フィルタエレメントを受け入れるハウジングに設けられたスロットに、横方向に挿入する。特に、フィルタエレメントの縁部と受容ハウジングのスロットとの間の領域の迷路状デザインにより、複数の流体流が多重偏向を起こし、結果として封止効果を生じ、それによってフィルタエレメントと受容ハウジングの間の密封が得られる。
コスト上の理由から、製造業者は、フィルタエレメントをプラスチック材料部品で提供する意向である。しかしながら、低コストで製造加工できる今日使用されているプラスチック材料の大部分は、熱膨張係数がかなり高く、また、製造関係寸法がかなり大きく逸脱するので、特に大型フィルタエレメントは、対応遊隙を備えた受容ハウジングに挿入可能でなければならない。予想される温度条件下で、フィルタ枠体と受容ハウジングとの間を不足なく封止するために、前述のシールストリップは、それ相応に形成されなくてはならない。製造技術上の理由から、フィルタエレメントは、フィルタエレメント枠体から突出する一体型シールリップを備えていなくてはならず、それにより、シールリップが常に受容ハウジングに当接しているためには、シールリップは比較的、分厚くなくてはならない。受容ハウジングにフィルタエレメントが挿入されたときにシールリップの弾性を維持するために、シールリップの折り曲げ部は、その降伏点を越えて曲げられてはならない。プラスチック材料から成るシールリップを使用する場合、このことはシールリップが比較的薄くなければならないことを意味する。また、プラスチックのフィルタエレメント枠体作製時に使用される射出成形金型のキャビティが、シールリップの薄い部分で比較的強い（流れ）抵抗を生じるので、これは製造工程において不利である。これにより、言及されている種類のフィルタ装置の材料として有利であることが立証されている、具体的にはポリプロピレンなどのビスコース材料が使用される場合に、材料の圧力を増大することが要求され、また、射出成型金型および被成形材に大きな負荷がかかる。
発明の開示
本発明の目的は、低コストで製造可能ありながら、フィルタエレメント枠体を受け入れるハウジングにフィルタエレメント枠体を確実に封止できるフィルタ装置を提供することである。
前述の課題を解決するために、本発明は、フィルタエレメント枠体と外周縁部付き濾過材とを有するフィルタエレメントを装備したフィルタ装置を提供するものであり、このフィルタエレメント枠体は濾過材に連結され、更に濾過材の外周縁部の少なくとも一部に沿って延在している。フィルタエレメント枠体は、フィルタエレメントを受け入れる装置に当接する突出弾性シールリップを備え、該シールリップは、フィルタエレメント枠体に面する第１の肉厚の少なくとも１つの曲げ部と、該少なくとも１つの曲げ部に相接し、該フィルタエレメントから遠ざかる方向を向いた少なくとも１つの張出し部とを有し、該張出し部の少なくとも一部は、該少なくとも１つの曲げ部の該第１の肉厚よりも厚い第２の肉厚のフィルムとなっている。
本発明のフィルタ装置のフィルタエレメントのシールリップは、少なくとも１つの曲げ部と、少なくとも１つの張出し部とを有する。ここで、曲げ部はフィルタエレメント枠体に面するが、この曲げ部と相接する張出し部はフィルタエレメントから遠ざかる方向を向いている。張出し部の少なくとも一部は、曲げ部よりも厚い肉厚を有する。シールリップは、曲げ部と隣接張出し部とを含む、そのような対の部分を１組以上有していてもよい。シールリップが、そのような対の部分を複数組もっている場合、曲げ部および張出し部は交互に配置される。
フィルタエレメントを受容ハウジングまたはその種の別の装置に挿入したときにシールリップが同と当接するときに、シールリップは、その曲げ部において弾性変形可能である。シールリップの曲げ部の材料が、降伏限界を越えて変形することによって可塑的変形するのを防止するために、曲げ部は、適切な長さのものであるか、あるいは、同数の短い曲げ部と中間張出し部とを備えたものでなくてはならない。前述のように、一様な一体型シールリップを備えたフィルタエレメント枠体を射出成形プラスチック部品で製造するとき、シールリップを形成する狭い空間全体にプラスチック材料が充填されない、または、プラスチック材料の射出圧を増大しなければそのようにならない、といった問題が生じる。これに関し、本発明は、シールリップ延在部の一部だけを、シールリップを弾性的に曲げるに十分な薄さに構成することによって問題に対処する。シールリップの前述以外の部分はもっと厚い。前述以外の部分とは、張出し部のことである。このように、射出成形金型の、シールリップを形成するために設けられているキャビティは、その一部のみに、曲げ部を形成する１つ以上の薄い狭窄部を有する。他の部分のキャビティはもっと厚いので、過度に高い射出圧を利用せずに容易に充填することが可能であり、そのため、射出成形金型および被成形材に対する負荷が増大することは無いと考えられる。
このように、本発明は、少なくとも一部が弾性変形可能である比較的長いシールリップを備えてもよいフィルタエレメントであって、フィルタエレメント枠体と一緒に射出成形によって作製されてもよいフィルタエレメントを備えたフィルタ装置を提供するものである。具体的には、ポリプロピレンなどの比較的高粘度のプラスチック材料を利用してもよい。比較的長い突出シールリップは、可能温度変化および製作公差により、わりあいに大きな遊隙を備えた被濾過流体供給先ユニットの装置などの受容スロットに、対応温度範囲にわたってフィルタエレメントと受容装置との間にリークを生じることなく挿入できるので、比較的長い突出シールリップを製造できることは、大型フィルタエレメントにとって特に利点である。更に、製作公差要件を緩和してもよく、それによって製造工程でそのような厳格な公差を利用しなくてもよいので製造コスト削減効果がある。
本発明の好適実施態様において、それぞれの張出し部は、隣接部と端部とを有することが定められている。隣接部は、フィルタエレメント枠体に面するとともに、曲げ部に相接している。そのため、複数組の曲げ部および張出し部対が設けられている場合、端部は、フィルタエレメント枠体から、張出し部の自由端すなわち次の曲げ部まで延在する。隣接部では、張出し部の肉厚が具体的には直線的に増加し、またシールリップの肉厚は張出し部の端部で減少する。
前述の端部と隣接部とは互いに相接していることが好ましい。あるいは、これら２つの部分の間に、シールリップの厚さが一定の中間部を設けるように定めることができる。
シールリップの張出し部の端部は、隣接部よりも長きにわたって延在していることが適している。また、端部の長さは、隣接部の長さの２倍〜４倍であることが好ましい。
シールリップは、上面および下面によって、その厚さ方向に画定される。下面が平滑であるが上面が翼形をなし、それによって異なる区間または区間各部を形成することが実現可能である。
フィルタエレメント枠体から遠ざかる方向を向いたシールリップの末端の肉厚が次第に薄くなることが適当である。詳しく言うと、この末端は、フィルタエレメント枠体から最も遠い張出し部の端部の一部である。
シールリップの曲げ部における構造弾性により、シールリップおよびフィルタエレメント枠体に同一プラスチック材料を使用できることは、本発明の別の利点である。詳しく言うと、この材料は、ポリプロピレン、ポリエチレン、または他のポリオレフィン材料である。濾過材も、フィルタフレームおよびシールリップと同じ材料から構成されることが好ましい。具体的には、濾過材は、互いに接着、溶接、または（機械的に）係合されたマイクロファイバーから構成された不織布であり、この不織布は、ポリオレフィン材料から成る網状の支持構造と結合されている。このように、本発明では、フィルタ装置自体を１タイプだけ、すなわち、１種類の同一材料から作製できるので、実質的にフィルタ装置のシンプルリサイクル性に貢献する。
【図面の簡単な説明】
以下に、添付図面を参照しながら本発明の実施態様を詳細に説明する。
図１は、折り加工を施した濾過材と、突出する一体型外周シールリップを備えた外周フィルタエレメント枠体と、を有するフィルタエレメントである。
図２は、図１のII−II線によるフィルタエレメントの断面である。
図３は、図２の領域IIIの拡大図である。
図４は、図３に対応する図であるが、フィルタエレメントを受け入れるハウジングの開口に挿入されたフィルタエレメントを示している。
図５は、図１の領域Ｖの拡大図である。
図６は、図１のＶに対応する拡大図であるが、コーナー部のデザインが異なっているシールリップを有する代替実施態様によるフィルタエレメントを示している。
詳細な説明
図１は、本発明の第１の実施態様によるフィルタエレメント１０の平面図である。例えば、このフィルタエレメント１０は、自動車の客室に流入する空気を濾過するのに役立つ。この空気流は、そのために提供される装置、例えば、フィルタエレメントを介して空気を送風または排気するようにした送風機等によって維持される。「手段」という用語は、本発明の文脈においては、かなり全般的な意味を持ち、フィルタエレメントを通る（流体の）流れを提供する全ての装置および環境を含むことを意味する。送風機が装備されているか否かに関わらず前述のフィルタエレメント１０を備えた車両において、該車両はその駆動時にフィルタ手段のフィルタエレメントを通って流れる空気流を生成するので、究極的には、前述の手段が車両自体である可能性もある。フィルタエレメント１０は、方形に延在する外周縁部１４を備えたプリーツ形濾過材１２を有する。図２に詳しく記載されているように、濾過材は、不織布濾過材１８で被覆されたプラスチック支持スクリム１６を備えている。ストリップとして形成された矩形のフィルタエレメント枠体２０は、濾過材１２の周囲に延在する。フィルタエレメント枠体２０の、濾過材１２に面しない方向を向いた枠体外側２２には、外周に延在するシールリップ２４が設けられている。以下に、シールリップ２４の形状、および、例えば、濾過後の空気の供給先ユニットの空気入口開口にフィルタエレメントを挿入するときにフィルタエレメントを密封するシールリップの機能について、図３および図４を参照しながら説明する。
フィルタエレメント１０は、射出成形部品として作製され、ポリマー材料、具体的にはポリプロピレン、ポリエチレン、またはポリオレフィンから成る。フィルタエレメント１０の製造は、インサート成形工程で実施される。この工程で、濾過材１２は、外周縁部領域を自由状態で残しながら、射出成形金型で形締めされる。この自由外周縁部１４は、フィルタエレメント枠体２０を形成する金型キャビティの中に突出する。この金型キャビティと、シールリップ２４を形成する金型キャビティとは結合されている。プラスチック材料を射出すると、濾過材１２の自由外周縁部１４が濾過材の周囲に成形され、それによってフィルタエレメント枠体２０とフィルタ濾過材１２との間が結合される。射出成形金型は、被射出ポリマー材料の温度よりずっと低い温度に予熱されているので、射出成形金型は被射出材を速やかに冷却するのにも役立つ。
既に上に説明したように、フィルタエレメントは、具体的には、ポリプロピレンのみから構成される。これは、シールリップ２４付きフィルタエレメント枠体２０、支持スクリム１６、および不織布濾過材１８の線維が、いずれもポリプロピレン製であることを意味する。この材料は、わりあいと被成形材に加工しやすいため、この点で、汎用的有用性がある。また、車両内および排気システムの個々の構成要素がさらされる予想温度は、同様に、ポリプロピレンの軟化温度範囲より下である。加えて、ポリプロピレンは比較的に低価格な材料である。更に、ポリプロピレンはリサイクル可能である。
ここで、図３と図４を参照しながら、シールリップの構造および機能を説明する。
シールリップ２４は、フィルタエレメント枠体２０から始まる異なる部分２６、２８を有する。フィルタエレメント枠体２０のすぐ隣の部分２６は曲げ部であり、シールリップのこの部分は薄い肉厚３０になっている。この肉厚３０は、シールリップ２４を曲げ部２６で弾性変形できるように設定される。肉厚３０の下限は、フィルタエレメントハウジングまたは同様装置に十分な当接力で当接するようにシールリップ２４を変形した後で、シールリップ２４の曲げ部２６が十分な弾性を備えていることを事実として設定される。肉厚３０の上限は、フィルタエレメント１０をフィルタエレメントハウジングに挿入できるようにシールリップ２４の曲げ部２６が変形可能でなくてはならないことを事実として決定される。一般に、曲げ部２６の肉厚３０は、０．２０ｍｍと０．４０ｍｍとの間、好ましくは０．２５ｍｍと０．３０ｍｍとの間の値を実質的に有していなくてはならない。
曲げ部２６に連接しているのは、曲げ部２６の肉厚３０よりもシールリップ２０の肉厚３２が大きい張出し部を構成する部分２８である。肉厚３２は、肉厚３０の約２〜５倍、特に約３倍であることが適切である。張出し部２８自体は、隣接部３４と、隣接部３４に相接する端部３６とに分けられる。隣接部３４では、張出し部２８の肉厚が、曲げ部２６の肉厚３０の値から肉厚３２の値に、好ましくは直線的に増加して、遷移部は角がそがれている。最大肉厚３２の部分で、隣接部３４の隣に端部３６が続くが、その途中、張出し部２８の肉厚は、肉厚３２からゼロに減少する。図３に示すように、端部３６で、シールリップ２４は、シールリップ２４の自由端３８に向かって、曲げ部２６の肉厚程度まで次第に薄くなる。このようにして、張出し部２８の頂点（ｖｅｒｔｅｘ）、更に正確には「バーテックスライン（ｖｅｒｔｅｘ ｌｉｎｅ）」が得られ、張り出し部２８の肉厚は、その頂点からバーテックスライン４０の両側に向かって実質的に直線的に減少する。
シールリップは、曲げ部２６および張出し部２８の長さ、すなわち、フィルタエレメント枠体２０から遠ざかる方向に向けられた、シールリップ２４の延在長を備えたこれら２つの部分の延在部の長さであり、張出し部２８の長さは、曲げ部２６の長さの約１〜５倍、好ましくは３倍である。張出し部２８内の端部３６は、隣接部３４の長さの約１〜５倍、好ましくは３倍である。
図４から分かるように、フィルタエレメント１０を４４で示される受容ハウジングの入口開口４２に挿入したときに、シールリップ２４は、具体的には、曲げ部２６の部分で曲がる。張出し部２８では、シールリップ２４は実質的にまっすぐに延び、端部３６の自由端３８との隣接部分４６が多少変形している。この部分４６では、シールリップ２４の平坦で外側に面した下面４８が、受容ハウジング４４の入口開口４２を画定する表面５０に当接する。シールリップ２４の下面４８は、フィルタエレメント枠体２０から遠ざかる方向に向いており、シーリングリップ２４の内側に面する上面５２は、フィルタエレメント枠体２０の方向を向いている。この上面５２は、張出し部２８を定める三角形の隆起部５４を有する。
図５に示されているように、シールリップ２４のコーナー部５６にはスリットが入っている。シールリップ２４のコーナー部５６には、約４５°の角度でシールリップ２４の自由端３８からフィルタエレメント枠体２０まで延びるスリット５８が設けられており、それによって互いに直角に延在するシールリップ２４が、コーナー部５６で自由に変形でき、また、受容ハウジング４４の入口開口にフィルタエレメント１０を挿入するときに生じるこれらコーナー部５６の詰まりを回避できる。従って、シールリップ２４は、そのコーナー部５６も、入口開口４２の内面５０に当接する。このように、互いに直角に延在する内面を有する受容ハウジング４４の入口開口４２の場合でさえも、確実な密封が得られる。
フィルタエレメントの第２の実施態様のシールリップのコーナー部の代替デザインを図６に示す。図６のフィルタエレメント６０は、矩形のフィルタエレメント枠体７０によって囲まれる濾過材６２を備えている。濾過材６２から遠ざかる方向を向いたフィルタエレメント枠体７０の外側７２には、一体型のシールリップ７４が設けられている。このシールリップ７４の構造とデザインは、図１〜図５に記載のフィルタエレメント１０のシールリップ２４と同様である。
コーナー７６で、シールリップは９０°のカーブ７８を描いて延びている。この９０°のカーブ７８の端部において、シールリップ７４には、シールリップ７２の全幅にわたって延在する２つのＶ形スリット８０が設けられている。これら２つのスリット８０により、シールリップ７６のコーナー部７６は詰め込まずに変形できる。シールリップ７５の自由端３８のカーブ７８により、シールリップ７５のコーナー部が丸く構成されるときに、受容ハウジング４４の入口開口４２の内面に対する気密当接が保証される。

Claims (12)

1. 特に車両の客室に流入する空気を濾過するための流体濾過用フィルタ装置において、
   外周縁部のある濾過材と、前記濾過材に強固に結合され、前記濾過材の外周縁部の少なくとも一部に沿って延在するフィルタエレメント枠体と、を備えたフィルタエレメントであって、前記フィルタエレメント枠体が、前記フィルタエレメントを受け入れる装置に当接する突出弾性シールリップを備え、前記シールリップが、前記フィルタエレメント枠体に面する第１の肉厚の少なくとも１つの曲げ部と、前記少なくとも１つの曲げ部に相接し前記フルタエレメント枠体から遠ざかる方向を向いた少なくとも１つの張出し部とを有し、前記張出し部の少なくとも一部が、前記少なくとも１つの曲げ部の第１の肉厚よりも厚い第２の肉厚を備えるフィルタエレメント、
   を有するフィルタ装置。
2. 前記シールリップの張出し部の肉厚が、前記曲げ部と隣接する前記張出し部の隣接部分で増加し、前記曲げ部から遠ざかる方向を向いた前記張出し部の端部で減少する、請求項１記載のフィルタ装置。
3. 前記隣接部の前記肉厚の増加および／または前記端部の前記肉厚の減少が直線的である、請求項２記載のフィルタ装置。
4. 前記端部が前記隣接部に相接している、請求項２または３記載のフィルタ装置。
5. 前記端部が、前記隣接部よりも長い延在長を備えた、請求項２〜４のいずれか一項記載のフィルタ装置。
6. 前記端部の前記延在長が、前記隣接部の前記延在長の約２〜４倍である、前記請求項５記載のフィルタ装置。
7. 前記第２の肉厚が、前記第１の肉厚の約２〜５倍である、請求項１〜６のいずれか一項記載のフィルタ装置。
8. 前記第２の肉厚が、前記第１の肉厚の約３倍である、請求項７記載のフィルタ装置。
9. 前記シールリップが、平坦な下面と翼形の上面とを有する、請求項１〜８のいずれか一項記載のフィルタ装置。
10. 前記シールリップが、前記フィルタエレメント枠体と一体に形成され、前記シールリップが、濾過材から遠ざかる方向を向いた前記フィルタエレメント枠体の外側に配設される、請求項１〜９のいずれか一項記載のフィルタ装置。
11. 前記シールリップが、前記フィルタエレメント枠体のコーナーの周囲に延在する先細のコーナー部を有し、前記シールリップが、前記フィルタエレメント枠体から遠ざかる方向に向けられた前記シールリップの末端から始まって前記フィルタエレメント枠体付近で終わるスリットを前記コーナー部に有する、請求項１〜１０のいずれか一項記載のフィルタ装置。
12. 前記シールリップが、前記フィルタエレメント枠体のコーナーの周囲に延在する丸いコーナー部を有し、前記シールリップが、前記丸いコーナー部の両側に、フィルタエレメント枠体から遠ざかる方向に向けられた前記シールリップの末端から始まって前記フィルタエレメント枠体付近で終わる２つの個別スリットを有する、請求項１〜１０のいずれか一項記載のフィルタ装置。

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