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2008年12月23日、名称为DustCollection Device For Sanding Tool (《用于砂光工具的粉尘收集装置》)的PCT申请No. US2008/088093的优先权，该申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
背景技术：
砂光工具(例如偏心轨道式砂光机)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上，或者将袋子直接连接到粉尘出口上，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，从而大大降低袋子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，粉尘会在袋子中发生变化，从而降低布袋收集更多粉尘的能力。 例如，当对竖直表面进行砂光时，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竖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，而且砂光竖直表面时的粉尘收集能力也有所提高。在一个方面，本发明涉及用于砂光工具的粉尘收集装置，该粉尘收集装置包括具有侧壁的袋子和连接到袋子上的联接器。侧壁包括第一过滤层、第二过滤层和外部支承层。 第一过滤层包括形成非织造纤维网的多条原纤化静电驻极体纤维；第一过滤层具有约1.0 至约4. OmmH2O或约0. 1至约4. Omm H2O的总压降，并且第一过滤层具有约100至约300g/m2 或约50至约450g/m2的总基重。第二过滤层包括熔喷微纤维非织造纤维网；第二过滤层具有约10至约18mm H2O或约5. 5至约20. OmmH2O的总压降，并且第二过滤层具有约25至约 75g/m2或约15至约75g/m2的总基重。在另一方面，本发明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子和连接到袋子上并且具有带钩的第一末端的联接器。侧壁包括第一过滤层、第二过滤层和外部支承层。第一过滤层包括形成非织造纤维网的多条原纤化静电驻极体纤维；第一过滤层具有1. 0至约4. Omm H2O或约0. 1至约4. Omm H2O的总压降，并且第一过滤层具有约100至约300g/m2或约50至约450g/m2的总基重。第二过滤层包括熔喷微纤维非织造纤维网；第二过滤层具有约10至约18mm H2O或约5. 5至约20. Omm H2O 的总压降，并且第二过滤层具有约25至约75g/m2或约15至约75g/m2的总基重。套件中还包括具有第一螺纹末端和第二内部锥形末端的适配器。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上以及将联接器的带钩的第一末端插入适配器的第二内部锥形末端的说明书。 在另一个实施例中，本发明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接到砂光工具的粉尘出口上。本发明还公开了，通过在粉尘收集装置内包括套筒，提高了粉尘收集效率。该套筒在一端或两端具有间隙，从而在套筒被堵塞的情况下允许进入的空气转向穿过间隙。该间隙可以作为流动控制阀，随着套筒的穿透性因为收集的碎屑而降低，该流动控制阀分配更多的空气流通过间隙。在另一方面，本发明涉及用于砂光工具的粉尘收集装置，该粉尘收集装置包括具有侧壁的袋子和连接到袋子上的联接器，侧壁具有内表面。侧壁包括至少一个过滤层和外部支承层。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。套筒的第一末端邻近联接器设置，以朝向套筒引导进入的空气，并且套筒位于袋子内，从而在外表面与内表面之间存在绕开空间。本发明人还发现，利用纸袋和纸套筒可以形成环境友好的粉尘收集装置。通过包含纸套筒，出人意料地，可以显著提高典型粉尘收集袋的性能。因为粉尘收集装置主要由纤维素纤维构成，该粉尘收集装置容易降解。在另一方面，本发明涉及用于砂光工具的粉尘收集装置，该粉尘收集装置包括具有侧壁的纸袋和连接到纸袋上的联接器，侧壁具有内表面。侧壁包括至少一个纸层，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。 第一末端邻近联接器设置，以朝向套筒引导进入的空气，并且套筒位于纸袋内，从而在外表面与内表面之间存在绕开空间。


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示出了从图1的2-2处截取的粉尘收集装置的侧壁的横截面。图3A和图3B示出了与粉尘收集装置一起使用的适配器的视图。图4A和图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/时间坐标图。图6示出了粉尘收集装置的另一实施例的正视图。图7示出了从图6的7-7处截取的粉尘收集装置的另一实施例的剖视图。图8示出了对于粉尘收集装置的粉尘收集效率与时间的关系图，该粉尘收集装置包括具有不同面积比率的套筒。
图9示出了对于粉尘收集装置的粉尘收集效率与时间的关系图，该粉尘收集装置包括具有不同间隙的套筒。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。定义如本文所用，词语“包含”、“具有”和“包括”在法律上是具有等同含义的开放型术语。因此，除了列举的元件、功能、步骤或限制之外，还可以有其它未列举的元件、功能、步骤或限制。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薄页纸片。本文所用的“纸”是指基本上利用天然纤维制造的片材，这些纤维包括但不限于从植物(例如树木)获得的纤维。天然纤维通常包括纤维素，例如从木纸浆获得的天然纤维。在一些方面，纸可以包含较少量的合成纤维以改善各种特性；然而，形成纸的纤维多数是由天然纤维构成的。在本发明的多个实施例中，纸可以包含超过80%的天然纤维、或超过 90%的天然纤维、或超过95%的天然纤维、或100%的天然纤维。
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包括气动式偏心轨道式砂光机，其可通过空气管道18与压缩空气源连接。在气动式偏心轨道式砂光机内，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包括袋子17和联接器 38，该联接器用于将粉尘收集装置连接至砂光工具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中。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动式砂光机的粉尘出口 20上。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^cfm(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应当可以在没有显著压降、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)下操作，同时在砂光过程中从工作表面附近收集的满载污染物的空气流注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。外部支承层28和任 选的内部支承层22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制成，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。这种充电方法可以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，可以生成物理和性能特性非常均一的过滤介质。有利地，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。 这些离散的开孔区域应具有至少0. 25mm2的平均横截面积，最优选地具有至少1. Omm2的平均横截面积，然而，各个开孔区域的尺寸可以在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(如，像柱子一样)。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，并且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%，优选地小于过滤网压降的30% )， 并且在85升/分钟的空气流量下稀松布材料的压降通常会小于1. 5mm H2O (水柱)，优选地小于1. Omm 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。也可以使用其它交叉层压纤维网，其中可以通过常规技术(例如热、超声波或粘合剂层合)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M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！decision Textiles, Totowa, N. J的粗梳聚酯非织造纤维网。第一过滤层M可以由单个层片或以面对面的方式放置的多个层片形成。决定于制造过程的一致性，可能有利的是堆叠多个层片以形成第一过滤层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M的总基重可以在约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，在85升/分钟的空气流量下用压降测量测试方法测得的第一过滤层M的合计总压降在约0. 1至约4. Omm H2O之间、或约0. 15至约4. Omm H2O之间、或约1. OmmH2O至约4. Omm H2O之间、或约1. 5至约3. Omm H2O之间、或约1. 7至约 2. 4mm H2O之间、或约0. 2至约2. 4mm H2O之间、或约0. 25至约2. OmmH2O之间。在0. 05psi压力下用3. 5英寸直径台板(2001年重新审批的ASTMD5736-95)测得的第一过滤层M的总厚度有利地大于约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基重，以便捕集第一过滤层M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，第一过滤层对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。第二过滤层沈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所公开地使其带电。据信，带电的第二过滤层沈加上带电的第一过滤层M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.， “SuperfineThermoplastic Fibers，，in Industrial Engineering Chemistry, volume 48，pages 1342et seq.，(1956) (ffente, Van A.，超细热塑性纤维，《工业与工程化学》第 48 卷第 1342 页及以下各页，1956 年)，或者 Iteport No. 4364 of the Naval Research Laboratories, published May 25,1954, entitled "Manufacture of SuperfineOrganic Fibers，，by ffente, Van A. , Boone, C. D. and Fluharty, E. L. (ffente, Van A. >Boone, C. D.禾口 Fluharty, Ε. L.，名称为“超细有机纤维的制造”，海军研究实验室报道号4364，发表于1%4 年5月25日)中提出的方法来形成，其中纤维以无规方式收集，例如收集在打孔的筛筒上或直接收集在支承纤维网上，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。然后将收集的材料合并并且如果需要的话使其带电，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IOwQ-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ASTMD 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。其它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)以及其它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，这是因为聚丙烯均聚物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Angad j ivand等人的美国专利5，496，507中所公开的使纤维网与水接触、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、表面性能或其它所关注的特性。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，可从Milliken Chemical商购获得)、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、硬化剂(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 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的方式放置的多个层片制成。决定于制造过程的一致性，可能有利的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的总基重可以在约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，在85升/分钟的空气流量下用压降测量测试方法测得的第二过滤层26的总压降在约5. 5至约20. Omm H2O之间、或约8至约18mm H2O之间、或约12至约15mm 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年重新审批的ASTMD5736-95)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，则它会被快速堵塞，从而使粉尘收集装置无法操作。如果第二过滤层过于稀松，则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的复合材料还具有外部支承层28和任选的内部支承层 22。有利地，除了沿着位于袋子17的三个边上的接缝30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的复合侧壁材料四的空气流量。内部支承层22和外部支承层观均可以由非织造或织造纤维材料形成。有利地， 出于方便制造以及成本和性能方面的原因，外部支承层观和内部支承层22为至少一部分是由可热密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，可以用其它方法形成接缝30，例如缝合或粘合法，在这种情况下，内部支承层和外部支承层(22，28) 可以是不能热密封的、多孔的纤维材料，例如纸、布等。内部支承层和外部支承层(22，28)应具有足够的拉伸强度，以便在使用时保护第一过滤层和第二过滤层( ，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的基重通常在约10 至约100g/m2之间。除了接缝30区域外，外部支承层观可以粘合或不粘合到第二过滤层沈上。然而， 如果外部支承层观粘合在第二过滤层沈上，则应以不会显著减少复合侧壁材料四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的基重通常在约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. lOkg/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)短纤维的点粘合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，以便帮助热密封接缝30 ；尤其在第一过滤层M非常厚或不容易焊接的情况下。有利地，内部支承层22是具有高渗透性的网或网片型材料， 可保护第一过滤层对，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四的空气流。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上时，通过选择形成第一和第二过滤层Q4J6)的材料可以得到有所改善的结果。具体地讲，第一过滤层M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，则它会被快速堵塞，从而使第二过滤层变得多余。相反，如果第一过滤层过粗，则只能由第二过滤层保留大部分粉尘和碎屑，这会使第二过滤层被快速堵塞。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砂光碎屑的收集装置，只将非常细小的颗粒送至第二过滤层。由于绝大多数粉尘和碎屑储存在第一过滤材料24的结构中，所以当粉尘收集装置用于竖直取向时，粉尘收集装置储存其它砂光碎屑的效率会有所提高。这样，由于大部分粉尘都被物理地截留在第一和第二过滤层(24，26)的结构中，所以当粉尘收集装置的取向从水平变为竖直时，粉尘收集装置内的碎屑只有较小的位移。在本发明的另一实施例中，侧壁19可以包括一层或多层纸。当使用纸作为形成侧壁的层时，侧壁可以具有约10至约200g/m2、或约10至约150g/m2、或约15至 约100g/m2的总基重。通常，当在85升/分钟的空气流量下通过压降测量测试方法测压降时，该一层或多层纸具有约0. 1至约4. Omm H20、或约0. 1至约3. Omm H20、或约0. 1至约1. OmmH2O的总压降。参见图3A和图3B，其中示出了适配器32。适配器包括第一螺纹末端34和第二内部锥形末端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的第二内部锥形末端36的尺寸设计为与图4A和图4B中所示的联接器38过盈配合。第二内部锥形末端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可包括带钩的第一末端40、凸缘42和有棱纹的第二末端44。在一个实施例中，适配器32明显比带钩的第一末端40长，例如，是带钩的第一末端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，以便与带钩的第一末端40接合。带钩的第一末端40的尺寸设计为与适配器32的第二内部锥形末端36的内孔过盈配合。在一个实施例中，带钩的第一末端40与第二末端的非锥形第一部分相匹配，以提供更符合的过盈配合。在约90psi(620kPa)或更小的压力下， 过盈配合应是基本不透气的。在一个实施例中，第二内部锥形末端36具有圆形横截面，带钩的第一末端40具有椭圆形横截面，其中，椭圆形横截面中两个相对的扁平侧面和两个相对的弯曲末端与速滑冰场相似。据信，第二内部锥形末端36和带钩的第一末端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。为了提高适配器32内联接器38在高压下的夹持能力，上述物品中的一个可以用弹性体材料制成。有利地，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是用得自Advanced Elastomer Systems L. P.，Akron, OH的SANTOPRENE 201-80制成的，联接器38由刚性聚丙烯制成。再参见图4A和图4B，联接器38通过凸缘42连接到复合侧壁材料29上。有利地， 将凸缘42热焊接到复合侧壁材料29上。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，联接器38的有棱纹的第二末端44设置在粉尘收集装置16的袋子17内。有棱纹的第二末端包括多个从有棱纹的第二末端的径向表面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的第二内部锥形末端36中时联接器38易于扭动。如果没有夹持肋48，则复合侧壁材料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的扭转运动进行热密封。如果不使用夹持肋48，则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它机械连接元件将袋子17连接到粉尘出口 20上。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)。可以用连接在袋子17的一端附近的皮带将袋子的开口端与粉尘出口紧系在一起。可以使用用于空气软管、花园浇水用软管、真空软管等的典型连接器。在一些实施例中，根据袋子17中收集的材料的重量，有棱纹的第二末端44或联接器的第二末端可以延长，向袋子内延伸较大的距离，以便在使用中支承袋子。有棱纹的第二末端44在袋子17内的长度L与袋子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。当有棱纹的第二末端44或联接器的第二末端的长度增加时，可以沿着有棱纹的第二末端的长度提供孔、狭槽或其它孔，以形成扩散器，使得进入袋子17的材料沿着有棱纹的第二末端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备。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四。将每个层或层片剪切成袋子17的所需宽度，长度为袋子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四剪切一个孔，然后将联接器38插入孔中，使得牺牲肋46位于外部支承层观附近。 然后将复合侧壁材料四热焊接到凸缘42上。之后将复合侧壁材料四折叠成纵向长度的一半，使得联接器38的带钩的第一末端40设置在袋子17的一个末端处。然后将袋子17 的顶部、底部以及与联接器38相背对的末端进行热密封，形成接缝30，从而完成组装步骤。 在另一个实施例中，可以通过在热密封之前将一些或全部层一起折叠来加强接缝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。该套件包括具有连接到袋子17上的联接器38的粉尘收集装置16、适配器32以及将适配器32的第一螺纹末端34连接到砂光工具10的粉尘出口 20上的说明书。该套件可以与其所包括的一个或多个粉尘收集装置一起放入包装物中进行销售。更多步骤包括将联接器38的带钩的第一末端40插入适配器32的第二内部锥形末端36中的说明书。套件中提供的说明书可以是书面文字、图片说明、图示或照片，或者书面文字与图片说明的组合，用以说明套件中各个组件的运作关系以及如何将组件连接到砂光工具上。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。现在参考图6和图7，图中示出了粉尘收集装置16的另一个实施例。该粉尘收集装置16包括袋子17和联接器38，该联接器用于将粉尘收集装置16连接至砂光工具10的粉尘出口 20。在一个实施例中，粉尘收集装置的侧壁19包括四层，即任选的内部支承层22、 第一过滤层24、第二过滤层沈和外部支承层观。这四个层以面对面的方式设置，从而形成复合侧壁材料四。形成复合侧壁材料四的各个层可以具有与前面针对粉尘收集装置的第一实施例所述材料特性相同的材料特性。在其它实施例中，套筒52可以与只有外部支承层 28的单层袋子相结合，或者与具有外部支承层观和诸如第一过滤层M、第二过滤层沈等过滤层的两层袋子相结合。套筒52可以与其它袋子构造一起使用，诸如布袋、如前所述具有一层或多层纸的纸袋、或非织造袋。全部使用纸的使用环境友好的构造(即位于纸质袋子内的纸质套筒)也是可以的。具有套筒侧壁53、第一末端54和第二末端56的套筒52位于袋子17内部。第一末端54被插在联接器38的有棱纹的第二末端44上。第二末端56设置在位于粉尘收集装置16的与联接器38相反的末端处的端部接缝31附近。套 筒52的功能是使进入的含尘空气扩散并且从进入的空气中去除至少一部分粉尘。扩散的意思是指使进入的空气的速度改变，这表示套筒52使进入的空气的速率或方向改变。据信，通过使进入的空气扩散，复合侧壁材料29中的过滤层将更均一地负载污染物，并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。此外，据信，通过将至少一部分较大的碎屑颗粒收集在套筒中，从而允许复合侧壁材料29收集较细微的颗粒，可以提高粉尘收集装置的效率。本发明人已经发现在套筒的一端余留开口或间隙是重要的，期望的是在套筒的两端余留开口或间隙。在一个实施例中，在套筒的两端存在间隙，即第一间隙58和第二间隙 60。如果将第一末端54密封到联接器的有棱纹的第二末端44上并且将第二末端56密封到端部接缝31上，从而消除任何开口或间隙，那么得到在实例39中测试的过滤袋内过滤袋的构造。该构造只为进入的空气提供串联的流动路径，空气必须先经过套筒52，然后经过复合侧壁材料29。一旦套筒52被堵塞，粉尘收集装置16的效率将大大降低。然而，通过至少在套筒52的一端余留间隙，进入的空气大部分可以遵循先经过套筒然后经过复合材料侧壁29的串联流动路径，直到套筒一定程度上被碎屑堵塞为止。然后，进入的空气可以遵循并行流动路径，此时一部分进入的空气可以直接经过第一或第二间隙并且流出复合侧壁材料29，而另一部分进入的空气经过套筒和复合侧壁材料这两者，这一点在图6中最好地示出。这类流动可以一直继续直到套筒52完全被碎屑堵塞，此时进入的空气大部分可以经过第一或第二间隙并且流出复合侧壁材料29。以这样的方式，(一个或多个)间隙可以作为流动控制阀，随着套筒52的穿透性因为收集的碎屑而降低，该流动控制阀分配更多的空气流通过间隙。已经发现，如果在套筒的各端存在间隙，则粉尘收集效率会提高；然而，在套筒的第一端或第二端设置单个间隙就足够了。据信，在两端设置间隙将导致在复合侧壁材料29 中更均一地负载碎屑。如图7最佳地示出，可以通过将套筒52的尺寸设定为其内周长比带棱纹的第二末端44的外周长更大来形成第一间隙58。通过改变套筒的内周长、或带棱纹的第二末端的外周长、或夹持肋48的高度，可以形成更大或更小的第一间隙58。通过将第二末端56定位在接缝31上而不将第二末端密封在端部接缝31中，或者在粉尘收集装置16 的构造期间独立地密封第二末端56，可以形成第二间隙60。因为套筒52的第二末端56没有密封在袋子17的端部上，因此气流在压力下仍然可以经过第二间隙60，然后经过复合侧壁。通过缩短套筒的长度LS从而使套筒背离端部接缝31终止于可测量的距离，可以形成更确定的第二间隙60。通过控制存在于套筒各端的间隙的尺寸，可以控制经过套筒52的进入气流与直接经过复合侧壁材料29的进入气流之间的初始分配关系。第一间隙58的第一间隙面积等于第一末端54的内周所限定的面积减去带棱纹的第二末端44的外周所限定的面积。第二间隙60具有由第二末端56的内周所限定的第二间隙面积。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以在如下范围内 约Icm2至约1240cm2、或约Icm2至约180cm2、或约5cm2至约160cm2、或约5cm2至约100cm2、 或约30cm2至约95cm2、或约75cm2至约90cm2、或约5cm2至约800cm2、或约5cm2至约600cm2、或约75cm2至约400cm2。 套筒52由多孔的或可透气的材料制成。多孔材料可以具有适合于使进入的气流扩散的相对开放的纤维构造。通常来说，形成套筒52的多孔材料具有比第二过滤层26更开放的构造。合适的多孔材料例如包括诸如纺粘单丝材料、熔喷单丝材料、粗梳单丝材料和挤出单丝材料等非织造材料，纸，织造材料，烧结金属，稀松材料，诸如开孔泡沫和闭孔泡沫等泡沫，以及金属或塑料的筛网或结网材料。该材料可以带有静电或者应用诸如粘合剂等添加剂以增强粉尘颗粒收集能力。可以将多种套筒材料相结合以便为套筒侧壁53提供两个或更多个层。例如，可以将诸如筛网材料等可穿透性较高的材料和诸如纺粘材料等可穿透性较低的材料相层叠来形成套筒侧壁53。套筒侧壁53可以由单个层片或以面对面的关系放置的多个层片构成。决定于制造过程的一致性，可能有利的是堆叠多个层片来形成套筒侧壁53，而非形成单个较厚的层。 当用作粉尘收集装置16中的扩散层时，套筒侧壁53的总基重可以在约10至约400g/m2之间、或约30至350g/m2之间、或约40至约250g/m2之间、或约10至150g/m2之间、或约15 至约100g/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得的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. 15mm H2O 至约 0. 8mmH20 之间。在0. 05psi压力下用3. 5英寸直径台板(2001年重新审批的ASTMD5736-95)测得的套筒侧壁53的总厚度有利地大于约1. 0mm、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基重，以便捕集套筒侧壁的结构内的较大粉尘和碎屑。如果材料是带褶皱的，则测量打褶之前的材料厚度。套筒的横截面的形状可以例如包括圆形、椭圆形、星形、三角形、或形成基本中空管形状的长方形。套筒还可以从第一末端54向第二末端56渐缩，或者从第二末端56向第一末端54渐缩。这种渐缩可以与任何横截面形状相结合，从而例如形成锥形的套筒。套筒 52可以由一件或缝合在一起的多件形成。在一个实施例中，套筒由大致对半折叠然后沿着与折叠边缘64相反的第一边缘62纵向缝合的单件非织造材料形成。除了在套筒52的第一末端54和/或第二末端56处的间隙之外，本发明人还发现，套筒表面面积与袋子表面面积的面积比率可以影响粉尘收集装置16的粉尘收集效率。 在套筒52的外表面68与复合侧壁材料29的内表面70之间应该存在绕开空间66。绕开空间66是存在于套筒的外表面68与复合侧壁材料的内表面70之间的容积量。据信，绕开空间66允许气流在外表面68与内表面70之间沿着袋子17的长度流动，从而提高粉尘收集效率。如果使套筒52与第一过滤层24具有相同的尺寸，则套筒52实质上成为复合侧壁材料29的另一层，并且不能起到流动控制阀或扩散层的作用，从而导致粉尘收集效率降低。相反，如果套筒52的尺寸太小，那么在进入的空气大部分经过间隙而绕过套筒之前，被套筒捕获的粉尘量相对较小，以至于粉尘收集效率不会提高太多。对于带褶皱的材料，即使褶皱的顶端接触到复合侧壁材料29的内表面70，也可以具有绕开空间66，这是由于在褶皱的谷部与复合侧壁材料的内表面70之间仍然存在绕开空间66的缘故。如果褶皱是纵向取向的，这允许气流在褶皱的谷部中在外表面68与内表面 70之间沿着袋子17的长度流动。对含尘空气进行过滤的袋子的面积AB大约为2XLBXWB。 在联接器附近，由于密封到联接器上，袋子的形状稍稍凹入；然而，袋子17是由对半折叠的矩形材料片构成的。对含尘空气进行过滤的套筒的面积AS大约为2XLSXWS。在一个实施例中，套筒呈椭圆形；然而，套筒是由对半折叠然后伸展以配合到联接器上的矩形材料片构成的。如果套筒材料是带褶皱的，那么套筒的面积AS是基于套筒的外部尺寸或总体尺寸， 而非形成套筒的带褶皱材料的总表面积。在本发明的多个实施例中，面积比率AS/AB可以在约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 Model 8130 高速自动过滤器测试仪(可从 TSI Incorporated, St. Paul, Minnesota商购获得)在85升/分钟的流速(即13. 8厘米/秒的面速度)下测量粉尘收集装置16的复合侧壁材料四层的压降。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 Model 8130。实例实例1-67中使用了以下材料缩写。
权利要求
1.一种产品，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纸袋和连接到所述纸袋上的联接器，所述侧壁具有内表面； 所述侧壁包括至少一个纸层；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处的至少一个间隙，所述第一末端邻近所述联接器设置，以朝向所述套筒引导进入的空气， 并且所述套筒位于所述纸袋内，从而在所述外表面与所述内表面之间存在绕开空间。
2.根据权利要求1所述的产品，其中，所述侧壁具有约0. 1至约1. OmmH2O的总压降以及约10至约200g/m2的总基重。
3.根据权利要求1或2所述的产品，其中， 所述套筒包含非织造材料。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的产品，其中， 所述套筒包含纸材料。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的产品，其中， 所述套筒包含带褶皱的材料。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的产品，其中， 所述套筒侧壁具有约0. 15mmH20至约0. 8mmH20的总压降。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的产品，其中， 所述套筒侧壁具有约10至约150g/m2的总基重。
8.根据权利要求1至7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、和位于所述第二末端并具有第二间隙面积的第二间隙。
9.根据权利要求8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在约5cm2至约160cm2之间。
10.根据权利要求8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在约Icm2至约1240cm2之间。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的产品，其中，所述纸袋具有面积AB，所述套筒具有面积AS，面积比率AS/AB在约0. 2至约0. 8之间。
12.根据权利要求11所述的产品，其中， 所述面积比率AS/AB在约0. 4至约0. 6之间。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的产品，其中，所述联接器包括带钩的第一末端、带棱纹的第二末端、以及安装在所述侧壁上的凸缘， 从而使所述带棱纹的第二末端位于所述套筒的第一末端内部。
全文摘要
本发明公开一种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纸袋和连接到所述纸袋上的联接器，所述侧壁具有内表面。所述侧壁包括至少一个过滤层和外部支承层。在所述纸袋内设置有套筒，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处的至少一个间隙，所述套筒的第一末端邻近所述联接器设置，以朝向所述套筒引导进入的空气，并且所述套筒位于所述纸袋内从而在所述外表面与所述内表面之间存在绕开空间。
文档编号B01D46/00GK102159362SQ200980101520
公开日2011年8月17日 申请日期2009年5月14日 优先权日2007年12月27日
发明者爱德华·J·吴 申请人:3M创新有限公司