JP2006205133A - フィルタエレメント - Google Patents

Abstract

【課題】 濾材を通過する流体の流量を維持せしめ、圧力損失を極力抑え、かつコンパクトなフィルタエレメントを提供する。
【解決手段】 襞折りされて山部３０ａと谷部３０ｂとが交互に配された濾材３０と、これを保持するフレーム２１とを備えたフィルタエレメントに関し、フレーム２１を、その周縁部を構成しているフレーム本体２２と、その内側にて平行に延びる複数のリブ２３とで構成し、前記リブ２３同士の間隔Ｈを５ｍｍ〜３５ｍｍに形成するとともに、前記濾材３０を、前記山部３０ａおよび前記谷部３０ｂにて少なくとも４度の角度θで折り込む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体系に適用するフィルタ、特に自動変速機用のオイルフィルタに使用されるフィルタエレメントに関する。

従来から、自動変速機用のオイルフィルタ等の液体系のフィルタでは、襞折りされて山部と谷部とが交互に配されてなる濾材がフレームの内側に保持されたフィルタエレメントが使用されている。

一般的に、フィルタ類では、濾過効率の向上、通過抵抗の上昇を抑えて圧力損失の低減を図るという課題があり、これまでにも各種の手法が提案されてきた。さらに、最近ではこのような課題を解決しつつ、よりコンパクトなフィルタを実現しなければならないという要請もある。このような要請に応えるために、襞折りされた濾材を採用するフィルタエレメントが多く採用されるようになった。かかるフィルタエレメントは、襞折りされている分だけ、濾過面積を大きくできるため、圧損増大を防いで、フィルタエレメントの寿命を長期化させるとともに、フィルタを小型化することができる点で優れている。

このように襞折りされた濾材を使用したフィルタエレメントについては、本願特許出願人も今までに数々の研究を進めており、その成果の一つとして特許文献１に記載の発明をすでに開示している。

特開２００３−１０６４１７号公報

その一方で、かかるフィルタエレメントは、濾材の貼り付き現象による通過抵抗の増大を招きやすく、濾過の対象となるオイル等の液体が低温な場合に、所望の流量を通過させることができなくなる。このことが原因となって製品の寿命を短くしてしまうという不都合な点がある。また、当該フィルタエレメントを自動変速機用のオイルフィルタに適用した場合、圧損の増大に伴う流量の減少によって、自動変速機の作動不良を引き起こすおそれもある。

本発明では、濾過の対象となるオイル等の液体が低温な場合でも圧損増大を防ぎ、確実に所望の流量を維持することができるフィルタエレメントを提供することを目的とする。

特に、自動変速機用のオイルフィルタに適用するフィルタエレメントに関し、自動変速機の作動を良好に維持する。

本発明では、上記の課題を解決するために、襞折りされて山部（３０ａ）と谷部（３０ｂ）とが交互に配されてなる濾材（３０）と、この濾材（３０）を保持するフレーム（２１）とを備え、前記フレーム（２１）は、その周縁部を構成しているフレーム本体（２２）と、このフレーム本体（２２）の内側にて、平行に延びる複数のリブ（２３）とから構成され、前記リブ（２３）同士の間隔（Ｈ）が５ｍｍ〜３５ｍｍに形成され、前記濾材（３０）が、前記山部（３０ａ）および前記谷部（３０ｂ）にて少なくとも４度の角度（θ）で折り込まれて前記リブ（２３）同士の間に配されているフィルタエレメント（２０）を採用することとした。

また、本発明では、上記フィルタエレメント（２０）において、前記濾材（３０）は、前記リブ（２３）が延びる方向に、前記山部（３０ａ）と前記谷部（３０ｂ）が交互に配されるように前記フレーム（２１）に保持されているよう構成した。

なお、前記濾材（３０）は、不織布層（３１，３２）とこれを補強する補強層（３３）とを備えていることを特徴とする。

本発明では、濾材を保持するフレームに関し、そのリブの間隔を適切な寸法とすることで、濾材の貼り付き現象を阻止し、有効濾過面積の維持を通じて圧損の増大を防止する。これにより、濾過の対象となるオイル等の液体が低温な場合でも、確実に所望の流量の通過を維持することができる。特に、当該フィルタエレメントを自動変速機用のオイルフィルタに適用した場合、圧損の増大を阻止し、濾材を通過するオイルの流量を確保することで、自動変速機の作動を良好に維持する。

また、リブの延びる方向に、濾材の山部と谷部とが交互に配されるように設けることで、リブが濾材を適切に保持し、濾材の変形を効果的に防止する。加えて、濾材に補強層を設けることで、いっそう濾材の変形を防止できる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の１実施形態にかかるフィルタエレメント２０を自動変速機用のオイルフィルタ１に適用したものを示している。

このオイルフィルタ１はその外殻をなすハウジング１ａを有し、フィルタエレメント２０は、このハウジング１ａの内部に収納される。ハウジング１ａは、上部に開口部１４の形成されたケース１０と、このケース１０の開口部１４を閉鎖する蓋２とから構成されている。

ケース１０は、底面１１と、その周縁を囲む周壁面１２とにより外形が矩形状となるように形成されている。底面１１には、オイルをハウジング１ａ内部に流入させる流入口１３が形成されている。また、開口部１４を構成している、周壁面１２の上端には、外側方へ向けて一定の寸法をなして張り出す挟み込み用のフランジ１４が全周にわたって形成されている。

一方、蓋２は、天面３ａと、その周囲を囲む周壁面３ｂとから、その外形がほぼ矩形となるようにして形成されている。周壁面３ｂの一部には、ハウジング１ａの内部からオイルを流出させる円筒状の流出口４が、外側方に向けて突出して形成されている。この流出口４に対応する天面３ａの部分３ｃは、上側に向け円弧状に隆起している。さらに、周壁面３ｂの下端にはその全周にわたって一定寸法をなして張り出す挟み込み用のフランジ５が形成されている。

フィルタエレメント２０は、これらケース１０と蓋２とにより挟み込まれてハウジング１ａの内部に収納される。フィルタエレメント２０は、フレーム２１と、このフレーム２１の内側に配されて、フレーム２１に保持される濾材３０とから構成されている。

フレーム２１は、フレーム本体２２と、フレーム本体２２の内側にて平行に延びる複数のリブ２３と、フレーム本体２２の外面から外側方に向けて張り出すフランジ部２４とが一体に形成されている。

フレーム本体２２は、その外形が長方形となされ、その全周にわたって肉厚および高さが一定に形成されている。なお、フィルタエレメントによっては、肉厚又は高さが部分的に異なるように形成されたものもあり、本実施形態のように一定に形成されたものには限定されない。

リブ２３は、相互に平行をなして、フレーム２１の長手方向に２つ延びており、短軸方向に延びるフレーム本体２２の対面２２ａ同士をそれぞれ連絡している。これらリブ２３は、双方ともにフレーム本体２２の高さと同寸に、しかも一定の肉厚となるように形成されている。そして、フランジ部２４は、フレーム本体２２の外面から外側方に向けて張り出されており、その周縁が、蓋２およびケース１０の各挟み込み用のフランジ５，１４の外形とほぼ同形状となるように形成されている。さらに、フランジ部２４の外周縁には、その肉厚が若干薄く形成された挟みしろ２５が形成されている。フィルタエレメント２０は、このフランジ部２４に形成された挟みしろ２５がケース１０および蓋２の挟み込み用のフランジに挟み込まれる。なお、この実施形態では、フランジ部２４の周縁部の肉厚を薄くして挟みしろ２５を形成しているが、必ずしも肉厚を薄く形成する必要はない。また、この実施形態では、リブ２３がフレーム２１の長手方向に延びるように設けられているが、これには限定されず、フレーム２１の短軸方向に延びるようにして設けてもかまわない。

そして、リブ２３により３つの領域に区分けされたフレーム本体２２の内側の部分には、濾材３０がそれぞれ配される。この濾材３０は、襞折りされて、山部３０ａと谷部３０ｂとが交互に配されるようにジグザグ状に形成されている（図３参照）。濾材３０は、図１に示すように、山部３０ａと谷部３０ｂとがリブ２３の延びる方向にて交互に配される向きにてフレーム２１に保持される。

この濾材３０は、図２に示すように、不織布からなる上層３１と下層３２とが、網目状の補強シート３３をそれらの間に挟み込んで重ね合わされて構成されたものである。この濾材３０の上層３１および下層３２を構成している不織布は、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ガラス繊維、金属繊維など、高い耐熱性を備えた部材で形成されている。一方、補強シート３３も同様に、ポリエステル樹脂など、高い耐熱性を具備した部材が使用されている。

これら上層３１、下層３２および補強シート３３は、重ね合わされて、その厚み方向に圧縮成形されて薄肉化されて厚みが約２．５ｍｍに形成されている。薄肉化する事で、濾材３０を折り込みやすくできる。なお、濾材３０は、ニードルパンチ加工を施されることで、補強シート３３の網目を通して上層３１と下層３２との各不織布同士が絡み合わされて相互に剥離を起こすことなく強固に一体化される。また、好ましくは、濾材３０に接着剤を含浸させる工程を設けるとよい。接着剤を濾材３０に含浸させることで、絡み合った不織布が固化され、濾材３０の強度を向上させることができる。接着剤としては、ブタジエンゴム、フェノール樹脂、ケトン樹脂を使用するとよい。

図３は、かかる濾材３０の折り込み状態の詳細を示している。

襞折りしてジグザグに形成された濾材３０は、単位長さあたりの折り込みの数、すなわち、山部３０ａと谷部３０ｂの数を多くすれば、その分だけ、表面積を大きくでき、濾過面積を増加させることができるのが原則である。しかしながら、山部３０ａおよび谷部３０ｂでの折り込みの角度θを小さくし過ぎると、折り込まれて隣接する濾材３０の表面同士が接触し、有効に濾過作用をなす面積がそれだけ小さくなる。

なお、この濾材では、少なくとも４度の折り込み角度を保持することで、折り込み成型時に使用する金型に無理な圧力が付加されることを阻止し、金型が破損することを防止することが可能である。また、折り込みの角度は、９０度以内に形成しておくことが好ましい。より好ましくは、４５度以内に形成するとよい。

さらに、フレーム２１に形成されたリブ２３の間にジグザグ状の濾材３０を保持させたフィルタエレメント２０では、圧損の増大を引き起こす要因として、リブ２３の間隔も影響することが判明した。なお、リブの間隔を図４において、Ｈとして表す。

この点、４度以上の角度に形成した山部３０ａと谷部３０ｂを有する濾材３０を使用する場合、リブ２３の間隔Ｈは、５ｍｍ〜３５ｍｍに形成するとよい。この範囲にリブ２３の間隔Ｈを形成すると、濾材３０を油が通過する際の通過抵抗が、流速に比例して大きくなるだけで、その他の不確定要因により悪影響を受け抵抗が大きくなることがない。また、リブ２３が確実に濾材３０の形状を維持するため、濾材３０の貼り付きを防止し、圧損の増大を抑えて濾材を通過するオイルの流量を維持する。このため、当該オイルフィルタ１を自動変速機に適用した場合、自動変速機の作動を良好に維持する。特にオイルが低温のときに圧損の増大を効果的に阻止する。

なお、リブ２３の間隔Ｈは、上限を３０ｍｍとしてもよい。好ましくは上限を２５ｍｍに、さらに好ましくは、上限を２０ｍｍとするとなおよい。

［実験例］
本件発明の発明者は、リブ２３の間隔Ｈを変化させると通過抵抗にどの程度の影響を及ぼすかを確認するために次のようなテストを行った。

テストは、フレーム２１のリブ２３の間隔Ｈが異なるように形成されたフレーム２１を用意し、各フレーム２１で濾材３０を保持させて油を通過させた。通過させる油の流速を変化させ、濾材３０を通過する油の通過抵抗をそれぞれについて測定した。テストに使用したフレーム２１としては、リブ２３の間隔Ｈを５ｍｍ〜３５ｍｍの範囲について５ｍｍずつ広くしたものと、３ｍｍに形成したものを用意した。さらに、比較の対象とするために、平面となされた濾材３０を用意し、合計９種類のサンプルについて測定を行った。

なお、テストに使用した濾材３０は、不織布を圧縮加工して厚みを２．５ｍｍとし、山部３０ａと谷部３０ｂが交互に配されるようにジグザグ状に形成されたものである。そして、各山部３０ａと谷部３０ｂにおける折り込み角度を４度とした。

表１は、テスト結果をまとめたものであり、図５は、この測定結果をグラフに示したものである。

このテスト結果を評価する前提として、次の点を考慮する必要がある。

ジグザグに折り込まれた濾材３０では、隣接する部分の表面同士が貼り付いてしまい、有効濾過面積が減少すると考えられる。濾材３０の貼り付きを発生させる要因は、オイルの流れに伴い発生する負圧である。貼り付き現象は、負圧が増大することで発生しやすくなることによる。理想的には、このような貼り付き現象が全く発生しないフレーム２１をオイルフィルタ１に適用することが好ましい。

もっとも、負圧が発生することを考慮してオイルフィルタ１を設計する必要性があるとしても、実使用のレベルをも勘案し、どの程度の負圧までを許容するかも考慮する必要がある。この点、自動変速機用のオイルフィルタ１において、オイルの流れる系の構造を勘案すると、論理的ないし物理的に発生する最大負圧は、約−１００ｋＰａである。一方、実使用のレベルでは、最大負圧が発生するのは、寒冷地にてエンジンを始動するときである。この時の許容負圧は、−５０ｋＰａ程度と考えられる。すなわち、実使用レベルにおける５０ｋＰａの負荷までを考慮すれば十分である。

かかる観点から、テスト結果を検討する。

まず、図５から明らかなように、平面濾材にあっては、流速の変化に伴って、通過抵抗は比例して増加する。そして、この直線では、通過抵抗が５０ｋＰａに達するのは流速が約４．５ｃｍ／ｓまで上昇したときである。ジグザグ状の濾材３０についても、この直線上にデータが乗っていれば、平面濾材と性能的に同視し得る。

この観点から図５をみると、リブ２３の間隔Ｈが５ｍｍ〜２０ｍｍのフレーム２１については、今回のテストで変化させたすべの流量おいて、図５に示した直線上にデータがほぼ乗っている。従って、リブ２３の間隔Ｈが５ｍｍ〜２０ｍｍのフレーム２１については、平面濾材と性能的に同視し得るので、通過抵抗が５０ｋＰａに達する約４．５ｃｍ／ｓまでの流速の範囲内であれば、全く問題なくオイルフィルタ１に使用することができる。

これに対し、リブ２３の間隔Ｈが２５ｍｍ，３０ｍｍ，３５ｍｍにそれぞれ形成されたフレーム２１については、流速の上昇に伴って、次第に通過抵抗が比例直線からはずれて、急激に増加することがわかる。具体的には、２５ｍｍに形成されたフレーム２１では、流速が５．０ｃｍ／ｓ以上となったとき、３０ｍｍに形成されたフレーム２１では、流速が４．５ｃｍ／ｓ以上となったとき、３５ｍｍに形成されたフレーム２１では、４．０ｃｍ／ｓ以上となったときに通過抵抗の急激な上昇がみられる。この点は、表１において、網掛けされたデータが該当する。

そうすると、これらについては、流速の上昇に伴い濾材３０の貼り付き現象が発生しているので、平面濾材との比較を考慮すると、オイルフィルタ１に適用することはできないといえる。しかし、実使用レベルの点をもさらに考慮すると、リブ２３の間隔Ｈが２５ｍｍ，３０ｍｍに形成されたフレーム２１については、負荷が５０ｋＰａを越えるのは、流速が４．５ｃｍ／ｓを越えた点であって、この流速以下の範囲であれば、全く問題なく使用することができるといえる。

他方、リブ２３の間隔Ｈが３５ｍｍのフレーム２１では、流速が４．０ｃｍ／ｓを越えた時点で実使用領域である５０ｋＰａを越えている。とすれば、かかるフレーム２１をオイルフィルタ１に適用することは、好ましくないといえる。

これらのフレーム２１に対し、リブ２３の間隔Ｈが３ｍｍのフレーム２１については、リブ２３の間隔Ｈが狭い分だけ、濾材３０を強固に保持し、濾材３０の貼り付きは発生しない。しかし、リブ２３の間隔Ｈを狭くしすぎた影響により、圧力損失自体が大きく、平面濾材仕様を越えており、実仕様のレベルでも使用することが困難であることが判明した。

以上の結果から、襞折りして、山部３０ａと谷部３０ｂとが交互に配される、ジグザグ状の濾材３０については、この濾材３０を保持するリブ２３の間隔Ｈが５ｍｍ以上、３５ｍｍ未満に形成されたフレーム２１を用いることができることが好適であると結論づけることができる。

以上、不織布の層の間に補強シートを挟み込んだ濾材を例に説明したが、これには限定されず、不織布のみからなる濾材を使用するフィルタエレメントにも本発明は適用してもかまわない。また、リブの数についても、２つには限定されず、適用するフィルタエレメントを構成するフレームの広さにより適宜変更すればよい。また、濾材を配置する方向性についても、リブの延びる方に山部と谷部とが交互に配させる向きには限定されず、リブの延びる方に対して直行する方向に山部と谷部とが交互に配させる向きに濾材を配置してもよい。

さらに、自動変速機用のオイルフィルタに適用する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、他の液体系フィルタに使用するフィルタエレメントに適用してもよい。

本発明の一実施形態にかかるフィルタエレメントを備えたオイルフィルタの分解斜視図。 図１に示すフィルタエレメントに使用される濾材の層構成の一形態を示す斜視図。 図１に示すフィルタエレメントに使用される濾材の折り込み状態を示す斜視図。第１構成部材を裏面側から見た斜視図。 フィルタエレメントの上面を部分的に示した部分平面図。 流速と通油抵抗との関係を示す両対数グラフ。

符号の説明

１・・・・・オイルフィルタ
２・・・・・蓋
１０・・・・ケース
２０・・・・フィルタエレメント
２１・・・・フレーム
２２・・・・フレーム本体
２３・・・・リブ
３０・・・・濾材

Claims (3)

1. 襞折りされて山部と谷部とが交互に配されてなる濾材と、この濾材を保持するフレームとを備え、
   前記フレームは、その周縁部を構成しているフレーム本体と、このフレーム本体の内側にて、平行に延びる複数のリブとから構成され、
   前記リブ同士の間隔が５ｍｍ〜３５ｍｍに形成され、
   前記濾材が、前記山部および前記谷部にて少なくとも４度の角度で折り込まれて前記リブ同士の間に配されていることを特徴とするフィルタエレメント。
2. 前記濾材は、前記リブが延びる方向に、前記山部と前記谷部が交互に配されるように前記フレームに保持されていることを特徴とする請求項１に記載のフィルタエレメント。
3. 前記濾材は、不織布層とこれを補強する補強層とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のフィルタエレメント。