用于砂光工具的粉尘收集装置的制作方法

专利名称：用于砂光工具的粉尘收集装置的制作方法
用于砂光工具的粉尘收集装置相关专利申请的交叉引用本专利申请要求提交于2007年12月27日、名称为Dust Collection Device For Sanding Tool (用于砂光工具的粉尘收集装置)的美国临时申请No. 61/016，854的优先权， 该专利的公开内容全文以引用的方式并入本文。
背景技术：
砂光工具(例如随机轨道砂光机)通常由气动式压缩空气供应源提供动力。气动 式砂光机可设计用于形成自生的真空，以便通过废气流中的文氏管运送来自气动马达的废 气，形成吸入口，从而收集粉尘和碎屑。进行抽吸时，利用通风磨料制品和具有多个粉尘传 送孔的支撑垫屏蔽工件的表面并通向该表面。可以将文氏管后的含尘空气流引向连接到砂 光机的排气口(粉尘出口)上的粉尘收集袋。通常将布制或纸制收集袋连接到与粉尘出口相连的真空管，或者将袋直接连接到 粉尘出口，以便过滤废气并收集砂光粉尘和碎屑。尽管可以用布制粉尘袋收集一部分粉尘， 但非常细小的粉尘颗粒常常不能收集到布制粉尘袋中。另外，根据砂光粉尘分布的类型和 尺寸，布袋中的孔可能会被迅速堵塞，从而大大降低袋收集更多粉尘和碎屑的效率。一旦堵 塞，必须取下布制粉尘袋，倒空并清除残余的粉尘，然后才能继续进行砂光。此外，粉尘收集 到布袋中后，粉尘会在袋中发生变化，从而降低布袋收集更多粉尘的能力。例如，当对垂直 表面进行砂光时，布袋内收集的粉尘会部分地结块或阻塞进入布袋的入口，这取决于布袋 相对于重力的取向。

发明内容
为了提高砂光工具的粉尘收集能力，需要使用寿命更长、粉尘收集能力更强或砂 光垂直表面时粉尘收集能力更好的粉尘收集装置。发明人已经确定，通过利用具有至少三 层侧壁构造的粉尘收集装置，可以提高细尘颗粒的收集能力，延长粉尘收集装置的有效使 用寿命，而且砂光垂直表面时的粉尘收集能力也有所提高。在一个方面，本公开涉及用于砂光工具的粉尘收集装置，其中粉尘收集装置包括 具有侧壁的袋和附装在袋上的联接器。侧壁包括第一过滤层、第二过滤层和外部支承层。 第一过滤层包括多根形成非织造纤维网的原纤化的带静电驻极体纤维；第一过滤层具有约 1.0至约4. 0mm H20之间或约0. 1至约4. 0mm H20之间的总压降，而且第一过滤层具有约100 至约300g/m2之间或约50至约450g/m2之间的总定量。第二过滤层包括熔吹微纤维非织造 纤维网；第二过滤层具有约10至约18mm H20之间或约5. 5至约20mm H20之间的总压降，而 且第二过滤层具有约25至约75g/m2之间或约15至约75g/m2之间的总定量。另一方面，本公开涉及包括用于砂光工具的粉尘收集装置的套件， 其中粉尘收集装置包括具有侧壁的袋和附装在袋上的具有第一倒钩末端的联接器。侧壁包 括第一过滤层、第二过滤层和外部支承层。第一过滤层包括多根形成非织造纤维网的原纤 化带静电驻极体纤维；第一过滤层具有约1. 0至约4. 0mm H20之间或约0. 1至约4. 0mm H20
4之间的总压降，而且第一过滤层具有约100至约300g/m2之间或约50至约450g/m2之间的 总定量。第二过滤层包括熔吹微纤维非织造纤维网；第二过滤层具有约10至约18mm H2O 之间或约5. 5至约20mm H2O之间的总压降，而且第二过滤层具有约25至约75g/m2之间或 约15至约75g/m2之间的总定量。套件中包括具有第一螺纹末端和第二内锥末端的适配器。 套件中还包括将适配器的第一螺纹末端连接到砂光工具的粉尘出口以及将联接器的第一 倒钩末端插入适配器的第二内锥末端的说明书。在另一个实施例中，本公开涉及从砂光工具收集粉尘的方法，该方法包括将粉尘 收集装置连附接到砂光工具的粉尘出口。发明人还发现可通过在粉尘收集装置中包括套筒来提高粉尘收集效率。套筒在一 端或两端具有间隙，堵住套筒时，进入空气可通过该间隙转移。该间隙可用作流速控制阀， 当收集的碎屑使套筒的渗透性降低时，其可分摊更多的气流通过间隙。在另一方面，本公开涉及用于砂光工具的粉尘收集装置，其中粉尘收集装置包括 具有侧壁的袋和附装在袋上的联接器，其中侧壁具有内表面。侧壁包括外部支承层和至少 一个过滤层。套筒具有外表面、套筒侧壁、第一末端、第二末端和位于第一末端或第二末端 处的至少一个间隙。套筒的第一末端邻接联接器而设置，用于将进入空气导向套筒，套筒设 置在袋内，使得在外表面与内表面之间存在旁路容积。


本领域的普通技术人员应当了解，本发明的讨论仅是针对示例性实施例的描述， 其并不旨在限制本发明的更广泛的方面，其中更广泛的方面体现在示例性构造中。图1示出了具有连接的粉尘收集装置的砂光工具的透视图。图2示出了沿图1中2-2截取的粉尘收集装置侧壁的横截面。图3A和3B示出了与粉尘收集装置一起使用的适配器的视图。图4A和4B示出了用于粉尘收集装置的联接器的视图。图5示出了粉尘收集装置和几个用于砂光工具的市售粉尘收集袋的粉尘收集效 率相对于时间的曲线图。图6示出了粉尘收集装置的另一个实施例的前视图。图7示出了沿图6中7-7截取的粉尘收集装置的另一个实施例的横截面。图8示出了具有套筒的粉尘收集装置的粉尘收集效率相对于时间的曲线图，其中 套筒具有不同的面积比。图9示出了具有套筒的粉尘收集装置的粉尘收集效率相对于时间的曲线图，其中 套筒具有不同的间隙。在说明书和附图中重复使用的附图标记旨在表示本发明相同或类似的部件或元 件。^X如本文所用，词语形式“包含”、“具有”和“包括”在法律上等同且具开放式含义。 因此，除了列举的元件、功能、步骤或限定之外，还可以有其他未列举的元件、功能、步骤或限定。本文所用的“层”是指形成层的具有基本相同的机械结构和化学组成的材料。
本文所用的“层片”是指各个单独的片。例如，一层面巾纸通常包括两个面巾纸材 料层片，形成从纸盒中分发的卫生纸。
具体实施例方式参见图1，其中示出了砂光工具10。砂光工具包括附连有磨料制品14的支撑垫 12。支撑垫和磨料制品分别含有多个能够使粉尘和碎屑在真空作用下从砂光表面移至粉尘 收集装置16的孔。在一个实施例中，砂光工具10包括气动式随机轨道砂光机，其可通过空 气管道18与压缩空气源连接。在气动式随机轨道砂光机内，压缩空气通过可使支撑垫12 和磨料制品14旋转和振动的空气马达来传送。马达废气的至少一部分可沿着文氏管15传 送并由粉尘出口 20排出，进入粉尘收集装置16。粉尘收集装置16包括袋17和联接器38， 联接器用于将粉尘收集装置连接到砂光工具10的粉尘出口 20以使得粉尘收集装置与粉尘 出口流体连通。使废气通过文氏管传送可以由文氏管效应而形成低压区，而且可以通过导 管21将低压区与支撑垫12中的孔相连，在工件附近形成真空，从而将粉尘和碎屑吸入粉尘 收集装置16。为了定量几种市售气动式砂光机的抽吸能力，将具有粉尘收集孔的支撑垫12放 入封闭的容器(顶部具有10. 2cm开口的一加仑油漆容器)中。用乙烯基胶带密封容器开 口与砂光机覆盖物底部之间的所有漏气处，同时确保支撑垫12能够在封闭的容器内自由 旋转。将封闭容器的小密封入口与空气流量计连接，测量通过支撑垫抽出的空气量。在 90psig(620kPa)的操作压力下测试四种不同的市售砂光机。测得通过支撑垫的最大自生吸 气量在约6. 7cfm(190升/分钟)至约13. 5cfm(382升/分钟)之间。然后将空气流量计 连接到气压式砂光机的粉尘出口 20。当气动式砂光机在90pSig(620kPa)下运行时，测得在 90psig(620kPa)下粉尘出口 20的总空气流量在约21cfm(595升/分钟)至约29cfm(821 升/分钟)之间。根据以上测试，可以确定通过粉尘收集装置16的总空气流量是相当大的。此外， 小尺寸的粉尘收集装置16也意味着通过粉尘收集装置16的侧壁19的每单位面积空气流 量(如cfm/ft2)相当大。因此，粉尘收集装置16应当可以用于没有显著压降的、约50至 约90psig(345至620kPa)的压力下的高空气流量(例如约15至约35cfm(425至990升/ 分钟)之间)，同时在砂光过程中从工作表面附近收集的载有大量污染物的气流中捕获极 小的粉尘颗粒。参见图2，其中示出了粉尘收集装置16的横截面。粉尘收集装置16的侧壁19包 括四层，即任选的内部支承层22、第一过滤层24、第二过滤层26和外部支承层28。任选的 内部支承层22和外部支承层28用于保护过滤层并防止粉尘收集装置在高压下运行时破 裂、断裂或撕裂。四个层以面对面的方式设置，从而形成复合侧壁材料29。第一过滤层24可由含有纤维的膨松有弹性的带电驻极体非织造纤维网构成，其 可以是任何合适的带电纤维开孔非织造纤维网。过滤层24可以由授予Van Turnhout的美 国专利RE 30，782中所述的分裂原纤化带电纤维形成。美国专利RE 30，782中的驻极体纤 维由电晕带电薄膜形成，其通过原纤化而形成带电纤维。这种充电方法可在纤维成品中提 供密度特别高的注入电荷。然后可以通过常用的方法(例如粗梳法或气流成网法)使带电 纤维形成非织造过滤纤维网。例如，可以将驻极体纤维进行梳理以形成非织造纤维网，然后对该非织造纤维网进行针刺处理，以提高其完整性。可任选地，可以将原纤化驻极体纤维非 织造纤维网连接到支承稀松布上，如授予Nelson的美国专利5，230，800和授予Haskett的 美国专利5，792，242中所公开。当通过针刺操作将原纤化驻极体纤维非织造纤维网与任选的支承稀松布连接在 一起时，可以生成物理特性和性能特性非常均一的过滤介质。理想的是，任选的稀松布支承 体应是具有大量离散开孔区域的多孔材料，其开孔区域从稀松布的一个表面贯穿至相对的 表面。这些离散开孔区域应具有至少0. 25mm2的平均横截面积，最优选地为至少1. Omm2 ’然 而，各个开孔区域的尺寸可在0. Imm2至高达IOmm2或更大的范围内。优选地，开孔区域具有 通过稀松布的非曲折路径，最优选地，开孔区域从一个表面直接延伸至相对的表面(例如， 像柱状物)。通常，穿过稀松布的开孔区域的平均路径长度与稀松布平均厚度的比率为3至1， 优选地为2至1或更小。稀松布开孔区域也可以用术语“有效圆直径”(ECD)描述，它是可 置入各个离散开孔区域的最大圆形的直径。平均ECD通常为至少300 μ m,优选地为至少 500 μ m。尽管稀松布支承材料具有非常稀松的性质，但它应当相当坚固，其拉伸强度通常为 至少50kg/m，优选地为至少100kg/m。与整个驻极体带电过滤网材料的压降相比，稀松布材 料的总压降应较小(例如，小于过滤网压降的50%，优选地小于30% )，并且在85升/分 钟的空气流量下其压降通常小于1. 5mm H2O (水柱)，优选地小于1.0mm H2O,最优选地小于 0. 5mm H2O,压降通过压降测量测试方法测得。任选的稀松布材料可以由任何合适的材料形成，例如热塑性聚合物、可延展金属 等。优选地，稀松布由热塑性纤维形成，例如稀松布或结网材料，如Amoco以商品名CLAF售 出的交叉层压聚乙烯纤维。也可以使用其他交叉层压纤维网，其中可以通过常规技术(例 如热、超声或粘合剂层合)进行层合。可以通过已知的方法使驻极体纤维带电，例如，通过使用电晕放电电极或高强度 电场，或者通过摩擦带电(如授予Brown的美国专利4，798，850所述)。可在形成纤维期 间、由纤维形成过滤纤维网之前或形成过程中或者形成过滤纤维网之后，使纤维带电。甚至 可以在与稀松布支承层连接之后使形成过滤网的纤维带电。作为另外一种选择，第一过滤层24可包括膨松有弹性的非织造纤维网，例如粗 梳聚酯纤维网、粗梳聚丙烯纤维网或粗梳聚烯烃纤维网。膨松有弹性的非织造纤维网可 以任选地带电，以提高其性能。一种合适的第一过滤层材料为得自Precision Textiles, Totowa, N. J的粗梳聚酯非织造纤维网。第一过滤层24可以由单个层片或以面对面方式放置的多个层片形成。根据制造 过程的一致性，理想的方式可能是叠堆多个层片形成第一过滤层24，而不是形成单个较厚 的层。当用作粉尘收集装置16中的第一过滤层时，第一过滤层24的总定量(basis weight, 或称基重)可以在约100至约300g/m2之间，或约115至250g/m2之间，或约125至250g/m2 之间，或约140至约200g/m2之间，或约50至约450g/m2之间。通常，用压降测量测试方法 测得在85升/分钟的空气流量下的第一过滤层24的合计总压降在约0. 1至约4. 0mm H2O 之间，或约0. 15至约4. 0mm H2O之间，或约1. 0至约4. 0mm H2O之间，或约1. 5至约3. Omm H2O之间，或约1. 7至约2. 4mmH20之间，或约0. 2至约2. 4mm H2O之间，或约0. 25至约2. Omm H2O之间。
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在0. 05psi压力下用3. 5英寸直径台板(2001年重新审定的ASTMD5736-95)测得 的第一过滤层24的总厚度最好大于约2. 5mm,或在约2. 5至约4. 5mm之间，或在约3. 0至 约4. Omm之间，或在约3. 0至约8. Omm之间，或在约3. 0至约10. Omm之间，或在约3. 0至约 12. Omm之间，或在约3. 0至约20. Omm之间。一般来讲，应提供足够的厚度和定量，以便捕集 第一过滤层24的结构内的粉尘和碎屑，而不是层表面上的粉尘和碎屑。此外，第一过滤层 24应具有指定范围内的总压降，以使得不会不适当地阻碍空气流从砂光工具中排出并捕获 废气流中的大部分粉尘和碎屑。第二过滤层26可包括熔喷微纤维非织造纤维网，并可以任选地如授予Winters的 美国专利4，917，942所公开的那样使其带电。确信，带电的第二过滤层26加上带电的第 一过滤层24可以更有效地捕集粉尘和碎屑。熔喷非织造纤维网通常通过Wente，Van Α.， “Superfine Thermoplastic Fibers，，in Industrial Engineering Chemistry,volume 48, pagesl342 et seq.，(1956) (Wente, Van A.，超细热塑性纤维，《工业工程化学》第48卷第 1342 页起的各页，1956 年)，或者Iteport No. 4364 of the Naval Research Laboratories, published May 25,1954, entitled "Manufacture of Superfine Organic Fibers"by Wente, VanA. , Boone, C. D. L. (Wente, Van A.、Boone, C. D.禾口 Feluharty, Ε. L.,名称为“超 细有机纤维的制造”，海军研究实验室报告号4364，发表于1954年5月25日)中提出的方 法形成，其中以随机方式收集纤维，例如在穿孔筛筒上或直接在支承纤维网上，或以PCT专 利申请NO.W095/05232中所述的方式(在两个以不同速度共同旋转形成平坦表面和波状表 面的收集筒之间)收集。所收集的材料然后被压实并且如果需要便使其带电，例如以授予 Kubik的美国专利4，215，682中所述的方式。形成驻极体的可供选择的充电方法包括美国 专利4，375，718或4，592，815或PCT专利申请WO 95/05501中所述的方法。可以用多种聚合物纤维形成的材料形成熔喷微纤维非织造纤维网。聚合物基本 上可以是能够提供带电非织造纤维网的任何热塑性纤维形成的材料，该材料可保持良好 的驻极体特性或电荷分离。优选的聚合物纤维形成材料为室温(22°C)下体积电阻率为 IO14 Ω-cm或更大的非导电树脂。优选地，体积电阻率为约IO16Q-Cm或更大。可根据标准 化测试ASTM D 257-93测量聚合物纤维形成材料的电阻率。聚合物纤维形成材料还优选 地基本上不含诸如抗静电剂等组分，抗静电剂会显著提高导电率或换句话讲会影响纤维接 纳和保持静电电荷的能力。可以用于可带电纤维网的聚合物的一些例子包括含有聚烯烃 (例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚(4-甲基-1-戊烯)和环状烯烃共聚物，以及此类聚合物 的组合)的热塑性聚合物。其他可以使用但难以带电或会迅速丢失电荷的聚合物包括聚碳 酸酯、嵌段共聚物(例如苯乙烯一丁二烯_苯乙烯和苯乙烯_异戊二烯_苯乙烯嵌段共聚 物)、聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚氨酯)以及其他本领域技术人员熟知的 聚合物。优选地用聚-4-甲基-1戊烯或聚丙烯制备纤维。最优选地，用聚丙烯均聚物制备 纤维，因为它具有保持电荷的能力，尤其是在潮湿环境中。可以通过多种方式为熔喷微纤维非织造纤维网赋予电荷。这可以通过(例如)如 授予Angadjivand等人的美国专利5，496，507中所公开使纤维网与水接触、如授予Klasse 等人的美国专利4，588，537中所公开的电晕处理、(例如)如授予Rousseau等人的美国 专利5，908，598中所公开的用水充电、如授予Jones等人的美国专利6，562，112B2和授予 David等人的美国专利US2003/0134515A1中所公开的等离子体处理，或者这些方法的组合来实现。可以在聚合物中加入添加剂，以增强熔喷微纤维非织造纤维网的过滤性能、驻极 体充电能力、机械性能、老化性能、着色、表面性能或其他所关注的特性。代表性的添加剂包 括填充剂、成核剂(如MILLAD 3988 二亚苄基山梨醇，可购自Milliken Chemical)、增强 驻极体充电的添加剂(如三硬脂酰三聚氰胺，以及多种光稳定剂，如得自Ciba Specialty Chemicals 的 CHIMASS0RB 119 和 CHIMASS0RB 944)、固化引发剂、固化剂(如聚(4-甲 基-1-戊烯))、表面活性试剂和表面处理剂(例如，可提高在油雾环境中的过滤性能的氟原 子处理剂，如授予Jones等人的美国专利6，398，847BU6, 397，458B1和6，409，806B1中所 述)。此类添加剂的类型和用量为本领域技术人员所熟知。例如，增强驻极体充电的添加剂 的用量通常小于约5重量％，更通常小于约2重量％。第二过滤层26可以由单个层片或以面对面方式放置的多个层片制成。根据制造 过程的一致性，理想的方式可能是堆叠多个层片以形成层，而不是形成单个较厚的层。当用 作与第一过滤层24结合的第二过滤层时，第二过滤层26的总定量可以在约25至约75g/m2 之间，或约40至约60g/m2之间，或约15至约75g/m2之间，或约20至约60g/m2之间。通常， 用压降测量测试方法测得在85升/分钟的空气流量下的第二过滤层26的总压降在约5. 5 至约20. Omm H2O之间，或约8. 0至约18. Omm H2O之间，或约12. 0至约15. Omm H2O之间，或 约8.0至约13. Omm H2O之间。在0. 05psi压力下用3. 5英寸直径台板(2001年重新审定 的ASTM D5736-95)测得的第二过滤层26的总厚度在约0. 2至约1. 2mm之间，或约0. 3至 约1. Omm之间，或约0. 5至约0. 8mm之间，或约0. 7至约1. Omm之间。一般来讲，第二过滤 层的压降应尽可能低，以便捕集平均粒径为约0. 5微米或更大的颗粒。如果第二过滤层过 于致密，它会快速堵塞，从而使粉尘收集装置无法操作。如果第二过滤层过于稀松，过多的 细小颗粒会通过它进入大气，从而导致粉尘收集装置失效。形成粉尘收集装置侧壁19的复合材料还具有任选的内部支承层22和外部支承层 28。理想的是，除了沿着袋17三个边上的接缝30处的粉尘收集装置16周边之外，形成复 合侧壁材料29的所有材料层或层片基本上彼此不粘合。作为另外一种选择，可以将各个层 或层片粘合到相邻层或层片上，但前提条件是粘合方法不会显著降低通过粉尘收集装置16 的复合侧壁材料29的空气流量。内部支承层22和外部支承层28均可以由非织造或织造纤维材料形成。理想的是， 为了方便制造以及成本和性能方面的原因，外部支承层28和内部支承层22为至少一部分 是由可热封的或可焊接的热塑性纤维形成的非织造纤维网材料。此类材料的例子包括纺粘 纤维网、水刺纤维网以及合并的粗梳纤维网和气纺纤维网。作为另外一种选择，可以用其他 方法形成接缝30，例如缝合或粘结，在这种情况下，内部支承层(22)和外部支承层(28)可 以是不能热封的多孔纤维材料，例如纸、布等。内部支承层(22)和外部支承层(28)应具有足够的拉伸强度，以便在使用时保护 第一过滤层(24)和第二过滤层(26)，避免在粉尘收集装置16内部存在的极高压力(高达 90psig(620kPa))下撕裂。与常规的真空吸尘袋或熔炉过滤器不同，粉尘收集装置16可以 在高得多的压力和相当大的流速下运行以过滤空气。按照ASTM D737进行测量，外部支承层28的透气率通常应为至少约50m7min/m2， 或至少约100m7min/m2，或至少约500m7min/m2或更大。外部支承层28的定量通常在约10至约100g/m2之间。除了接缝30区域外，外部支承层28可以粘合或不粘合到第二过滤层26上。然而， 如果外部支承层28粘合在第二过滤层26上，应以不会显著减少复合侧壁材料29的开孔区 域的方式进行粘合。可用的粘合方法包括粘合剂、超声波点焊或热粘合等。通常，粘合区域 应不超过复合侧壁材料面积的20%，或者通常小于该面积的10%。按照ASTM D737进行测量，内部支承层22的透气率通常应为至少约50m7min/m2， 或至少约100m7min/m2或更大。内部支承层22的定量通常在约10至100g/m2之间，或约 15至40g/m2之间。内部支承层22的拉伸强度通常为至少约0. 10kg/cm,或至少约0. 15kg/ cm。合适的内部支承层包括热塑性纤维纺粘纤维网、合并的粗梳纤维网，例如聚烯烃(如聚 丙烯)短纤维的点粘接粗梳纤维网以及稀松布、结网或网片材料。当接缝30为焊接接缝 时，有利的是包括热塑性内部支承层22，以便帮助热封接缝30 ；尤其在第一过滤层24非常 厚或不容易焊接的情况下。理想的是，内部支承层22是具有高渗透性的网或网片型材料， 可保护第一过滤层24、提高焊接接缝30的可靠性，并最小程度地限制通过复合侧壁材料29 的空气流。尽管不受理论的束缚，但发明人认为，如以下例子所示，当粉尘收集装置16连接 到砂光工具10的粉尘出口 20时，通过选择形成第一过滤层(24)和第二过滤层(26)的材料 可以得到有所改善的结果。具体地讲，第一过滤层24用作粗颗粒和中等颗粒的收集装置， 第二过滤层26用作可防止极细颗粒逸出的筛网。因此，为了尽可能延长粉尘收集装置的使 用寿命，应仔细选择两个层的性质。如果第一过滤层过于致密，它会快速堵塞，从而使第二 过滤层变得多余。相反，如果第一过滤层过粗，只能由第二过滤层保留大部分粉尘和碎屑， 这会使其被快速堵塞。其次，希望第一过滤层具有穿过材料的较稀松的曲折空气流动路径，使得当粉尘 或碎屑堵塞一个区域时，空气流可以转入边路通过材料到达新的区域。这样，粉尘不会主要 集中在材料的表面上，但相反会被吸入填充在形成材料的纤维之间的空隙中的材料并穿过 该材料。这样，第一过滤层充当储存大部分磨砂碎屑的收集装置，只将非常细小的颗粒送至 第二过滤层。由于相当大部分的粉尘和碎屑贮存在第一过滤材料24的结构中，所以当粉尘 收集装置以垂直取向使用时，粉尘收集装置贮存更多的磨砂碎屑的效率会有改善。照这样， 由于大部分粉尘实际上都被截留在第一过滤层(24)和第二过滤层(26)的结构内，所以当 粉尘收集装置的取向从水平变为垂直时，粉尘收集装置内的碎屑较少移动。参见图3A和3B，其中示出了适配器32。适配器包括第一螺纹末端34和第二内锥 末端36。第一螺纹末端34的螺距和尺寸可以改变，以便与气动式砂光工具上所用的多种 间距的螺纹相匹配。作为另外一种选择，可以没有第一螺纹末端，而提供另一个与砂光工具 10的粉尘出口 20接合的配合表面。例如，可以将第一螺纹末端34的内孔尺寸设计为与粉 尘出口 20的外孔轻微过盈配合，以便可拆卸地将适配器32连接到粉尘出口 20上。这样， 可以提供多种适配器，使得粉尘收集装置16可以用于多种品牌的砂光工具。可以将适配器32的第二内锥末端36的尺寸设计为与图4A和4B中所示的联接器 38过盈配合。第二内锥末端36可以任选地包括第一部分，该第一部分在第二末端的锥形部 分开始之前并且在紧邻第二末端处不是锥形。联接器38可包括第一倒钩末端40、凸缘42 和第二带肋末端44。在一个实施例中，适配器32明显比第一倒钩末端40长，例如，是第一
10倒钩末端40的长度的约2至约10倍，或约3至约4倍。较长的适配器32允许适配器滑到 一些砂光工具的粉尘出口 20上，同时使内孔的至少一部分畅通无阻，以便与第一倒钩末端 40接合。第一倒钩末端40的尺寸设计为与适配器32的第二内锥末端36的内孔过盈配合。 在一个实施例中，第一倒钩末端40与第二末端的非锥形第一部分相匹配，以提供更一致的 过盈配合。在约90psi (620kPa)或更小的压力下，过盈配合应基本上是气密的。在一个实施例中，第二内锥末端36具有圆形横截面，第一倒钩末端40具有椭圆形 横截面，类似于速滑冰场具有两个相对的平直侧边和两个相对的弯曲端边。确信，第二内锥 末端36和第一倒钩末端40具有不同的横截面几何形状可以提供更紧密的过盈配合。为了 增强高压下联接器38在适配器32内的夹持能力，这两个零件中的至少一个可用弹性体材 料制成。理想的是，适配器32由弹性体材料制成，联接器38由刚性塑性材料制成。在一个 实施例中，适配器 32 由得自 Advanced Elastomer Systems L. P. ,Akron,OH 的 SANTOPRENE 201-80制成，联接器38由刚性聚丙烯制成。再参见图4A和4B，联接器38通过凸缘42连接到复合侧壁材料29。理想的是，将 凸缘42热焊接到复合侧壁材料29。为了方便进行热焊接，连接在外部支承层28上的凸缘 42的侧面可包括多个熔融在外部支承层28上的牺牲肋46。连接后，将联接器38的第二带 肋末端44设置在粉尘收集装置16的袋17内。第二带肋末端包括多个从第二带肋末端的 径向表面50向外突出的夹持肋48。多个夹持肋48能够提高复合侧壁材料29到联接器38 的扭矩传递能力。这使得将联接器38压入至适配器32的第二内锥末端36中时联接器38 易于扭动。如果没有夹持肋48，复合侧壁材料29更可能会从凸缘42上撕离，复合侧壁材料 在该处通过将联接器38插入适配器32的扭转运动进行热封。如果不使用夹持肋48，联接 器的第二末端可以具有设置在径向表面50上的平面，或者第二末端的形状可以改变为多 边形，例如三角形或正方形，以便提高扭矩传递能力。尽管示出了适配器32和联接器38的具体构型，但也可以用本领域技术人员已知 的其他机械连接元件将袋17连接到粉尘出口 20。例如，可以在侧壁19上提供滑到粉尘出 口 20的外孔上的凸缘(联接器)。可以用连接在袋17的一端附近的皮带将袋的开口端与 粉尘出口紧系在一起。可以使用通常用于空气软管、花园浇水用软管、真空软管等的连接
ο在一些实施例中，根据袋17中收集的材料重量，带肋的第二末端44或联接器的第 二末端可以加长，向袋内延伸较大的距离，以便在使用中支承袋。第二带肋末端44在袋17 内的长度L与袋17的内部长度的比率可以在约0. 25至约0. 9之间，或约0. 5至约0. 75之 间，或约0. 4至约0. 8之间。当第二带肋末端44或联接器第二末端的长度增加时，可以沿 着第二带肋末端的长度提供孔、狭槽或其他孔，以形成扩散器，使得进入袋17的材料沿着 第二带肋末端44扩散开。在一个实施例中，粉尘收集装置16可以通过以下步骤制作。通过将形成图2所示 的复合侧壁材料的各个层或层片叠加以组装复合侧壁材料29。将每个层或层片剪切成袋 17的所需宽度，长度为袋17的长度的两倍。在层的几何形状中心附近穿过复合侧壁材料 29剪切一个孔，然后将联接器38插入孔中，使得牺牲肋46位于外部支承层28附近。然后 将复合侧壁材料29热焊接到凸缘42。之后将复合侧壁材料29折叠成纵向长度的一半，使 得联接器38的第一倒钩末端40设置在袋17的一个末端处。然后将袋17的顶部、底部以及与联接器38相对的末端热封，形成接缝30，从而完成组装步骤。在另一些实施例中，可以 在热封前通过将某些或全部层折叠在一起来加强接缝30。本发明的另一个实施例涉及向砂光工具的粉尘收集袋使用者出售的套件。套件包 括具有连接到袋17的联接器38的粉尘收集装置16、适配器32、以及关于将适配器32的第 一螺纹末端34连接到砂光工具10的粉尘出口 20的说明书。套件可置于包装中，与所包 括的一个或多个粉尘收集装置一起出售。说明书中还包括将联接器38的第一倒钩末端40 插入适配器32的第二内锥末端36的步骤。套件中提供的说明书可以是文字、带附图的说 明、图片或照片，或者是文字与图片说明的结合，用以说明套件中各个组件的操作关系以及 如何将组件附装到砂光工具上。作为另外一种选择，也可以由向潜在客户展示或销售粉尘 收集装置16的销售代表提供口头说明。现在参见图6和图7，图中示出了粉尘收集装置16的另一个实施例。粉尘收集装 置16包括袋17和用于将粉尘收集装置16附装到砂光工具10的粉尘出口 20的联接器38。 在一个实施例中，粉尘收集装置的侧壁19包括四个层，分别为任选的内部支承层22、第一 过滤层24、第二过滤层26和外部支承层28。四个层以面对面的方式设置，从而形成复合侧 壁材料29。形成复合侧壁材料29的各个层可具有与前文所述粉尘收集装置的第一个实施 例相同的材料性质。在另一些实施例中，套筒52可与仅有外部支承层28的单层袋结合，或 者与具有外部支承层28和过滤层(如第一过滤层24或第二过滤层26)的双层袋结合。套 筒52也可与其他袋构造如布袋、纸袋或无纺布袋一起使用。袋17内设有具有套筒侧壁53、第一末端54和第二末端56的套筒52。第一末端 54插在联接器38的第二带肋末端44上。第二末端56设置在位于粉尘收集装置16的远端 处的末端接缝31附近，与联接器38相对。套筒52的功能是扩散进入的充满粉尘的空气并 且从进入的空气中移除至少一部分粉尘。所谓扩散是指改变进入空气的速度；就是空气的 速率或方向被套筒52改变。确信，通过扩散进入的空气，复合侧壁材料29中的过滤层可以 更均勻地装载污染物，而且可以在复合侧壁中的过滤层被碎屑堵塞之前过滤更多的空气。 还确信，通过将至少一些较大碎屑颗粒收集在套筒中，从而使复合侧壁材料29收集较细的 颗粒，可提高粉尘收集装置的效率。发明人发现，在套筒的一端，最好是在套筒的两端留有开口或间隙是非常重要的。 在一个实施例中，在套筒的两端提供了第一间隙58和第二间隙60。如果第一末端54密封 在联接器的第二带肋末端44上，第二末端56密封在末端接缝31上，而没有任何开口或间 隙，则如实例39中测试过的那样制作过滤袋构造中的过滤袋。该构造只为进入的空气提供 串行流路，其中进入的空气必须首先穿过套筒52，然后再穿过复合侧壁材料29。一旦套筒 52堵塞，粉尘收集装置16的效率便会大大降低。然而，通过在套筒52的至少一端留有间 隙，大部分进入的空气可呈现出串行流路，首先穿过套筒52，然后再穿过复合侧壁材料29， 直到套筒一定程度地被碎屑堵塞。然后进入的空气可呈现出平行流路，其中进入空气的一 部分可直接穿过第一或第二间隙流出复合侧壁材料29，而进入空气的另一部分则穿过套筒 和复合侧壁材料，如图6所示。这样的空气流动可以继续，直到套筒52完全被碎屑堵塞，这 时大部分进入空气可穿过第一或第二间隙，然后流出复合侧壁材料29。在此方式中，间隙用 作流速控制阀，当套筒52的渗透性被收集的碎屑降低时，其可分摊更多的气流通过间隙。还发现如果在套筒的两端都有间隙，粉尘收集效率会有所改善。然而，在套筒的第一或第二末端具有单个间隙也可以满足需要。确信，在两端具有间隙可更均勻地在复合侧 壁材料29中装载碎屑。可通过将套筒52的尺寸设计为具有比第二带肋末端44的外周长 更大的内周长来形成第一间隙58，如图7所示。通过改变套筒的内周长或第二带肋末端的 外周长或肋48的高度，可形成较大或较小的第一间隙58。可通过将第二末端56紧靠末端 接缝31设置，但不密封末端接缝31的第二末端或在构造粉尘收集装置16时单独密封第二 末端56来形成第二间隙60。由于套筒52的第二末端56未密封在袋17的末端上，所以在 压力下，气流仍可穿过第二间隙60，然后穿过复合侧壁。更明确的第二间隙60可通过缩短 套筒的长度LS而形成，使得它终止于远离末端接缝31的可测距离处。通过控制套筒两端 存在的间隙尺寸，可控制进入气流在套筒52中与直接穿过复合侧壁材料29之间的初始分 配。第一间隙58的第一间隙面积等于由第一末端54的内周长所限定的面积减去由 第二带肋末端44的外周长所限定的面积。第二间隙60的第二间隙面积由第二末端56的 内周长所限定。在本发明的多个实施例中，第一间隙面积与第二间隙面积之和可在约Icm2 至约1240cm2之间，或约Icm2至约180cm2之间，或约5cm2至约160cm2之间，或约5cm2至约 IOOcm2之间，或约30cm2至约95cm2之间，或约75cm2至约90cm2之间，或约5cm2至约800cm2 之间，或约5cm2至约600cm2之间，或约75cm2至约400cm2之间。套筒52由多孔或透气材料制成。多孔材料可具有适于扩散进入气流的较疏松的 纤维构造。通常，形成套筒52的多孔材料具有比第二过滤层26更疏松的构造。合适的多 孔材料包括(例如)非织造材料，如纺粘、熔吹、粗梳和挤出的单丝材料；织造材料；烧结金 属；稀松布材料；泡沫，如开孔泡沫和闭孔泡沫；以及金属或塑料的筛网或结网材料。材料 可带静电，或使用诸如粘合剂等添加剂，以增强粉尘颗粒的收集能力。可组合多种套筒材 料，形成套筒侧壁53的两个或更多个层。例如，将较多孔的材料(如筛网材料)和不太多 孔的材料(如纺粘材料)层合在一起形成套筒侧壁53。套筒侧壁53可以由单个层片或以面对面方式设置的多个层片形成。根据制造过 程的一致性，理想的方式可能是堆叠多个层片以形成套筒侧壁53，而不是形成单个较厚的 层。当套筒侧壁53用作粉尘收集装置16中的扩散器时，其总定量可以在约10至约400g/ m2之间，或约30至350g/m2之间，或约40至约250g/m2之间。通常，在85升/分钟的空气 流量下用压降测量测试方法测量时，套筒侧壁的合计总压降在约0. 05mm H2O至约5. OmmH2O 之间，或约0. 10至约2. Omm H2O之间，或约0. 15至约0. 8mm H2O之间。在0. 05psi压力下用3. 5英寸直径台板(2001年重新审定的ASTMD5736-95)测得， 套筒侧壁53的总厚度最好大于约1. Omm,或在约1. 0至约IOmm之间，或在约1. 0至约15mm 之间。一般来讲，应提供足够的厚度和定量，以便将较大粉尘和碎屑捕集中在套筒侧壁的结 构内。如果材料有褶皱，则测定打褶前的材料来求厚度。套筒的横截面形状可包括(例如)圆形、椭圆形、星形、三角形或可形成大致中空 管形状的长方形几何形状。套筒还可从第一末端54到第二末端56或从第二末端56到第 一末端54成锥形。锥形可与任何横截面形状相结合形成套筒，例如形成圆锥体。侧壁51 可由一个或多个通过缝合在一起的片形成。在一个实施例中，套筒由单片非织造材料形成， 非织造材料片大致对折，然后纵向向下沿着与折叠边缘64相对的第一边缘62缝合。除了在套筒52的第一末端54和/或第二末端56处的间隙，发明人还发现套筒表面积与袋表面积的面积比会影响粉尘收集装置16的粉尘收集效率。套筒51的外表面68 与复合侧壁材料29的内表面70之间应存在旁路容积66。旁路容积66为套筒外表面68与 复合侧壁内表面70之间存在的容量。确信，旁路容积66使得空气沿着袋17的长度在外表 面68与内表面70之间流动，从而提高了粉尘收集效率。如果将套筒51制成与第一过滤层 24尺寸相同，那么它基本上变成复合侧壁材料29的另一个层，不会起到流量控制阀或扩散 器的作用，从而导致粉尘收集效率降低。反之，如果套筒52的尺寸定得过小，则在大部分进 入空气绕过套筒穿过间隙之前，套筒捕获的粉尘量较小，以致不会显著提高粉尘收集效率。对于带褶皱材料而言，即使褶绉末梢触碰到复合侧壁材料29的内表面70，由于褶 绉凹处与复合侧壁的内表面70之间仍存在旁路容积66，所以可能具有旁路容积66。如果 褶绉为纵向的，这样可允许气流沿着袋17的长度在褶绉的凹处中在外表面68与内表面70 之间流动。过滤含尘空气的袋面积AB为约2XLBXWB。袋靠近联接器的区域由于密封到联 接器上而略有凹陷。然而，可由对折的矩形材料片构成袋17。过滤含尘空气的套筒面积为 约2XLSXWS。在一个实施例中，套筒呈椭圆形；然而，可由对折然后扩张以套在联接器上 的矩形材料片构成套筒。如果套筒材料带有褶皱，则套筒面积AS以套筒的外尺寸或总尺寸 为基准，而不是以形成套筒的带褶皱材料的总表面积为基准。在本发明的多个实施例中，面 积比AS/AB可在约0. 1至约0. 9之间，或约0. 2至约0. 8之间，或约0. 3至约0. 7之间，或 约0. 4至约0. 6之间。测试方法压降测量用TSI 8130型高速自动过滤器测试仪(可购自TSI Incorporated, St. Paul, Minnesota)在85升/分钟的流速(即13. 8厘米/秒的面速度)下测量跨越粉尘收集装置 16的复合侧壁材料层29的压降。在测试过程中使用盐气溶胶喷雾器，并将2%的盐溶液放 入盐气溶胶发生器中。测试材料层时，按照与测试仪一起提供的“操作和维修手册”配置、 校准和操作TSI 8130型。鍾用于实例1-65的材料名称缩写如下。
缩写描述ADl12.7cm (5")多孔涂覆磨盘，可以用商品名“清洁砂光盘360L GRADE P220” (Clean Sanding Disc 360L GRADE P220)购自 3M Company, St. Paul, Minnesota。AD312. 7cm (5")多孔涂覆磨盘，可以用商品名“清洁砂光盘236U GRADE P100" (Clean Sanding Disc 236U GRADE P100)购自 3M Company, St. Paul, Minnesota。
1权利要求
一种产品，包括用于砂光工具的粉尘收集装置，所述粉尘收集装置包括具有侧壁的袋和附装在所述袋上的联接器，所述侧壁具有内表面；所述侧壁包括外部支承层和至少一个过滤层；套筒，所述套筒具有外表面、套筒侧壁、第一末端、第二末端和位于所述第一末端或所述第二末端的至少一个间隙；所述第一末端邻接所述联接器而设置以将进入空气导向所述套筒，所述套筒设在所述袋内，使得在所述外表面与所述内表面之间存在旁路容积。
2.根据权利要求1所述的产品，其中所述侧壁包括第一过滤层、第二过滤层和外部支承层。
3.根据权利要求2所述的产品，其中所述第一过滤层包括带静电的驻极体纤维。
4.根据权利要求3所述的产品，其中所述第二过滤层包括熔喷微纤维网。
5.根据权利要求2所述的产品，其中所述第二过滤层包括熔喷微纤维网。
6.根据权利要求2、3、4或5所述的产品，包括具有约1.0至约4.Omm H2O的总压降的 所述第一过滤层，并且所述第一过滤层具有约100至约300g/m2的总定量；以及具有约10至 约18mm H2O的总压降的所述第二过滤层，并且所述第二过滤层具有约25至约75g/m2的总 定量。
7.根据权利要求2、3、4或5所述的产品，包括具有约0.1至约4.Omm H2O的总压降的 所述第一过滤层，并且所述第一过滤层具有约50至约450g/m2的总定量；以及具有约5. 5至 约20mm H2O的总压降的所述第二过滤层，并且所述第二过滤层具有约15至约75g/m2的总定量。
8.根据前述权利要求中任一项所述的产品，其中所述套筒包括非织造材料。
9.根据前述权利要求中任一项所述的产品，其中所述套筒包括带褶皱材料。
10.根据前述权利要求中任一项所述的产品，其中所述套筒侧壁具有约0.05mmH2O至 约5. Omm H2O的总压降。
11.根据权利要求10所述的产品，其中所述套筒侧壁具有约0.15mm H2O至约0. 8mm H2O 的总压降。
12.根据前述权利要求中任一项所述的产品，其中所述套筒侧壁具有约10至约400g/m2的总定量。
13.根据权利要求12所述的产品，其中所述套筒侧壁具有约40至约250g/m2的总定量。
14.根据前述权利要求中任一项所述的产品，包括位于所述第一末端并具有第一间隙 面积的第一间隙、以及位于所述第二末端并具有第二间隙面积的第二间隙。
15.根据权利要求14所述的产品，其中所述第一间隙面积与所述第二间隙面积之和为 约 5cm2 至约 160cm2。
16.根据权利要求14所述的产品，其中所述第一间隙面积与所述第二间隙面积之和为 约 Icm2 至约 1240cm2。
17.根据权利要求14所述的产品，其中所述第一间隙面积与所述第二间隙面积之和为 约 5cm2 至约 600cm2。
18.根据权利要求14所述的产品，其中所述第一间隙面积与所述第二间隙面积之和为 约 75cm2 至约 90cm2。
19.根据权利要求14所述的产品，其中所述第一间隙面积与所述第二间隙面积之和为 约 75cm2 至约 400cm2。
20.根据前述权利要求中任一项所述的产品，其中所述袋的面积为AB，所述套筒的面 积为AS，面积比AS/AB在约0. 2至约0. 8之间。
21.根据权利要求15所述的产品，其中所述面积比AS/AB在约0.4至约0. 6之间。
22.根据前述权利要求中任一项所述的产品，其中所述联接器包括第一倒钩末端、凸缘 和第二带肋末端，所述凸缘附装在所述侧壁上，使得所述第二带肋末端位于所述套筒的所 述第一末端内部。
全文摘要
用于砂光工具的粉尘收集装置，其包括具有侧壁的袋和附装在所述袋上的联接器，其中所述侧壁具有内表面。所述侧壁包括至少外部支承层和一个过滤层。套筒设于所述袋内，所述套筒具有外表面、套筒侧壁、第一末端、第二末端和位于所述第一末端或所述第二末端的至少一个间隙。所述套筒的第一末端邻接所述联接器而设以将进入空气导向所述套筒，所述套筒设在所述袋内，使得在所述外表面与所述内表面之间存在旁路容积。
文档编号B01D46/00GK101945692SQ200880126758
公开日2011年1月12日 申请日期2008年12月23日 优先权日2007年12月27日
发明者爱德华·J·吴, 王文利, 约翰·F·里德, 赛义德·A·安格德吉万德 申请人:3M创新有限公司