JP2006346674A - フィルタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力オイルフィルタの有効寿命またはその交換間隔を明らかに延長できるか、圧力オイルフィルタの使用が全く不要になるほどに高い濾過効果と汚れ吸い込みキャパシティとのある流体濾過用フィルタ装置を提供し、更には、少なくとも部分的に自浄できる流体濾過用フィルタ装置を提供する。
【解決手段】本発明は流体の濾過用フィルタ装置１に関し、とりわけオイルフィルタに関する。これは少なくとも濾過媒体４と、濾過媒体４用バイパス２９を有する。更に、流体の所定のパラメータに依存してバイパス２９を通る流体の流れに影響を与える操作部５が存在する。操作部５が流体の粘度、流体の濾過媒体４における差圧または流体の温度に依存して制御されるととりわけ有利である。
【選択図】図１

Description

本発明は少なくとも一つの濾過媒体と濾過媒体用バイパスを有する流体の濾過用フィルタ装置、例えばオイルフィルタに関する。

特許文献１には、自動ギア用吸い込みオイルフィルタを、微細濾過フィルタ媒体と、粗フィルタ媒体と、を備えたバイパスから形成することが開示されている。低温で流体粘度が高いと、流体は粗フィルタ媒体を通過でき、圧力降下は少ない。一方、高温で流体粘度が低いと、流体は微細濾過フィルタ媒体を通過でき、より高度の濾過効果が得られる。
米国特許第４４０２８２７号明細書

しかし、上記特許文献１に開示の構造では、より高温でも常に粗フィルタ媒体による流れ成分が発生し、これによりこの成分に対しては、流体の洗浄がわずかしかできない。しかし、自動ギアまたは内燃機崩における濾過の高性能に関する要請が増すにつれ、吸い込みオイルフィルタに加え、通常最微細濾過フィルタ媒体を備えた圧力オイルフィルタをも備える必要がある。これにより、高度の濾過能力が達せられる。しかし、２つのフィルタをこのようにコンビネーションすることは比較的手間を要し、高い費用がかかる可能性がある。

したがって本発明の課題は、圧力オイルフィルタの有効寿命またはその交換間隔を明らかに延長できるか、圧力オイルフィルタの使用が全く不要になるほどに高い濾過効果と汚れ吸い込みキャパシティとのある流体濾過用フィルタ装置を提供することである。更に、本発明の課題は、少なくとも部分的に自浄できる、流体濾過用フィルタ装置を提供することである。

上記課題は、本発明の構成により、フィルタ装置が、流体の所定のパラメータに依存してバイパスを通る流体の流れに影響を与える操作部を有することにより解決される。

このようにして、例えば流体の高温時は、浄化すべき流体を濾過媒体のみで濾すことができ、他方、バイパスを容積流が通らない。これにより流体が高温であれば圧力降下は比較的少ないままで、他方、高度の濾過効果が達成できる。一方、流体が低温であれば、操作部によりバイパスが開放され、流体がバイパスへと貫流され得る一方で、流体の比較的高い粘性により濾過媒体を通過する容積流はわずかしかない。このようにして、操作部の操作により、一層高度の濾過効果が達成できる。

後述する本発明の好適な実施形態では、操作部は操作量（パラメータ）に依存して操作可能である。これは、原則的には、操作部の機能へ影響を及ぼす各量でよい。操作量としてとりわけ好適なのは、流体が貫流できる濾過媒体の流入サイドと流出サイドとの差圧または流体の温度である。これは、流体の粘度の温度依存度が高いことと、その粘度が濾過媒体において相応の差圧を引き起こすことによる。例えば、マイナス４０℃といった比較的低い温度では、流体粘度は、微細濾過フィルタ媒体を流体がほとんど通過しない程度に高くてよい。

本発明によるフィルタ装置では、操作部が弁、スライダ、またはバルブを有すると有利である。このような部材によって、容積流を簡単に機械的にバイパスすることができるようになる。操作部を、粗濾過媒体が流体によって完全に貫流される位置、または部分的にのみ貫流される位置、あるいはもはや全く貫流されない位置に位置決めすることは、操作部を弾性的に支持することによって可能である。このような弾性的支承により、流体の容積流による対抗力が作用する操作部にかかる押圧力が決まる。粘性の高い流体では、弾性の操作部は例えば強く押し返され、他方、粘性の低い流体では、操作部に対する力は小さい。あるいは、操作部自体を弾性的に形成することも可能である。これにより、上記弾性の支承を行わずに済むことから、操作部は構成素子を一つ有するだけで済む。なお、限界温度を超えると形状を所定の方法で変える（例えばメモリー金属）のような、温度に敏感な材料からなる操作手段が、とりわけ好適である。濾過能力を更に高めるには、浸透性が低粘性用に設けられた他の濾過媒体（第一の濾過媒体と同様の濾過媒体）によって、操作部を形成すると有利である。ここでは、流体の粘性が低いと、操作部が他の濾過媒体のように作用するため，濾過面がなくなることはない。また、ここでは、流体の粘度が高いと、バイパスを開放する。

後述する本発明の他の好適な実施形態では、より微細に濾過する（微細な汚れ粒子を濾過する）媒体は最微細濾過媒体である。これにより、粘度の低い流体では濾過の高性能が達成される。粗濾過媒体と最微細濾過媒体が相互に並列接続されて設けられているときは、例えばモータスタート時の粘度の高い流体は粗濾過媒体により導くことができる。温度が上がり粘度が相応に低下すると、増大する流体成分は最微細濾過媒体を通って流れることができるので、濾過能力が常に上がる。最微細濾過媒体に直列に微細濾過媒体が接続されていると、濾過能力は更に上がる。すると、粘度の低い流体は、まず汚れ粒子が微細に濾過される微細濾過媒体を通り、この濾過済み流体が次いで、最微細濾過が行われる最微細濾過媒体を通る。

後述する本発明の更なる好適な実施形態では、より微細に濾過する媒体は微細濾過媒体であり、他方、粗濾過媒体と微細濾過媒体とは相互に直列接続で設けられている。これにより流体が低温のときは少なくとも従来の吸い込みオイルフィルタの濾過能力が達成される。より高い温度では、微細濾過媒体と最微細濾過媒体が相互に直列に接続されて設けられることにより、濾過性能が上がる。これにより浄化すべき流体は微細濾過媒体も最微細濾過媒体も両方とも貫流する。粗濾過媒体と最微細濾過媒体が相互に並列接続で設けられているときは、温度が低いときは粗濾過媒体は多量の流れ成分を貫流させることができ、他方、温度が上がると操作部は流体の粗濾過媒体の通過を一層抑制し、ついには流体が微細濾過媒体と最微細濾過媒体のみを通過するのに至る。これにより通常吸い込みオイルフィルタと後続の圧力オイルフィルタを組み合わせたフィルタシステムの濾過能力は、このようなフィルタ装置によってのみしか達成できない。

最微細濾過媒体は５マイクロメートルより小さいサイズの粒子を通過させるととりわけ好適である。これにより圧力オイルフィルタの濾過能力が達成できる。微細濾過媒体が５０マイクロメートルより小さいサイズの粒子を通過させると、この濾過媒体によってのみで標準濾過媒体の濾過能力が達成される。

濾過媒体が単層の流体濾過媒体として形成されていると、このような濾過媒体の交換工程で比較的わずかな観点にのみ考慮すればよいので、工程を比較的少ない紛糾で遂行できる。

濾過装置では、ひだを付けた流体濾過媒体として形成された少なくとも一つの濾過媒体を使うと有利である。これにより、フィルタ装置の同じまたはほぼ同じ建構サイズで有効濾過面積を明らかに拡大できるようになり、その結果、より高度の濾過性能が達成できる。ひだ付き濾過媒体は例えば一回折り畳んだフィルタポケットであってよい。しかしながら、ひだ付き濾過媒体は幾重にも折り畳まれていてもよく、これにより並列接続された濾過媒体を貫流できる。

本発明によるフィルタ装置は自動車の自動ギアにおいて使用可能である。これにより自動ギアにおいて高効率、高性能、スイッチの快適さアップを達成できることで有利である。

後述する本発明の更なる好適な実施形態では、フィルタ装置は自動車のモータに使用可能である。自動車のモータでは例えば燃料残渣残渣、金属破片、塵などの粒子が油塗りの循環において損害を引き起こすので、これらの影響は本発明によるフィルタ装置を使用することによって明らかに減少できる。

更に、本発明のフィルタ装置は吸い込みフィルタまたは圧力フィルタに挿入できる。このような使用は、本発明のフィルタ装置により濾過媒体における圧力降下が少ないと同時に高い濾過性能を達成できるので、吸い込みオイルフィルタで圧力オイルフィルタの代わりにできる。

更に、本発明によると上記のように、フィルタにフィルタ装置を備える。

以下、本発明を図面の好適な実施例を参照して詳述する。

図では同一部材は同一の符号をつけてある。

図1はオイルフィルタとして形成されたフィルタ装置1の第一実施形態の断面図であり、フィルタ装置1は、フィルタケース10、フィルタ装置1を流れる流体用入口11、出口14を有する。フィルタ装置1では、入口11と出口14の間にバイパス29を有する濾過媒体が備えられている。この濾過媒体は最微細フィルタ形状の第一の濾過媒体4を有する。バイパス29は粗フィルタとして形成された第二の濾過媒体2を備える。第一の濾過媒体の上流の方向に、予備フィルタとして微細フィルタ形状の第三の濾過媒体3を設けると最適である。

バイパス29の容積流の制御には、ストッパーとしてのプレート6と、操作手段としてのバネ7と、を有する操作部5が存在する。バネ7は、プレート6が粗濾過の第二濾過媒体2の方向へ流体の流れ方向へ押圧されるように、プレート6と連結されている。そして、バネ7の弾力が操作量を形成する。プレート6は不浸透性であってよく、これによりバイパス29を密閉できる。あるいは、プレート6を微細濾過媒体として、または、最微細濾過媒体として形成することもでき、これにより操作部5を閉鎖すると、バイパス29は微細濾過媒体もしくは最微細濾過媒体によってカバーされる。

第一、第二、第三濾過媒体2，3，4はほぼフィルタケース10の鉛直中心に、第一ゾーン12が濾過媒体の流入サイドに、第二ゾーン13が濾過媒体の流出サイドに作られているように配備される。ここで操作部6は、フィルタケース10の下流側ゾーンに備えられている。操作部5は、フィルタケース10の入口に導かれた流体容積流20の一部容積流21が粗濾過の第二濾過媒体2の方向へバネ7の押圧力に対して作用できるように配備されている。これにより、流体温度が低いと、相応に粘度の高い流体が操作部5もしくはバネ7に、操作部5のプレート6がバイパス29を開放するほどに大きな圧縮力を対抗させることが可能である。これにより、バイパス29を通り流れる流れ成分21がフィルタケース10の第二ゾーン13（流出側）に至り、矢印23のようにフィルタケース10の出口14の方向へ第一濾過媒体4（最微細フィルタ）に沿って流れる。

他の流れ成分22は直列接続された第三と第一の濾過媒体3と4を通過できる。しかし流体温度が低いと粘度が高いため、通過する流れ成分22はバイパス29を通って流れる流れ成分21より非常に少ない。このような構造により、一方で粗濾過媒体、他方で微細濾過媒体と最微細濾過媒体からなる並列接続が達成される。これにより、図1の濾過媒体における圧力降下p2−plは、流体が低温でも全体的に少なく保つことができる。流体の温度がより低いことによりこれらの濾過媒体において著しい圧力降下を招くであろうが、上記構成により、粘度の高い流体が微細濾過媒体と最微細濾過媒体を通って流れる必然性が回避される。

流体が温度の高い温暖状態にあると、図2に図示された状況が生ずる。粘度の低い流体は、バネ7によりバイパス29の方向への押圧力に十分対抗する反力を作用させることはもはやできない。これにより、プレート6がバイパス29を閉鎖し、バイパス29が流体の容積流によりもはや貫流されない状況に至る。すると、フィルタ装置10に発生する流体容積流20はバイパス29による流体容積流21に相当する。

これにより、図2から明らかなように、流体の温暖状態では全容積流はまず第三濾過媒体3（微細フィルタ）を通過し、次いで第一濾過媒体4（最微細フィルタ）を通過する。これによりフィルタ装置のこの実施形態では、2つの長所がコンビネーションされる。つまり、流体が冷状態にあると、十分な濾過能力によって、濾過媒体における圧力降下はわずかであり、他方、流体が通常作動状態である温暖状態にあると、濾過能力が更に高くて、濾過媒体における圧力降下は同様にわずかである。

図3には、本発明の第二実施形態が図1に対応して図示されている。この第二実施形態は、第一実施形態と異なり、最微細フィルタからなるひだ付きフィルタ34を有する第一濾過媒体4（最微細フィルタ）が形成されているため、より大きな濾過面積が達成される。これにより、一層良好な濾過能力が達成できる。第一濾過媒体4とひだ付きフィルタ34の最微細濾過媒体は、下面に支持面を有さず直接第三濾過媒体3（微細フィルタ）上にあるように形成できる。それは他方では支持材料により第一、第三濾過媒体3、4の固有安定性を全体的に高めることができる。

最微細フィルタとして形成されたひだ付きフィルタ34により通常圧力オイルフィルタにしかない濾過面が作られる。これにより、このような実施形態を吸い込みオイルフィルタに挿入すると圧力オイルフィルタにおける流体濾過媒体の交換間隔を延ばすことができるか、または、圧力オイルフィルタが要らなくなる。一般的には、本発明によるフィルタ装置において従来の吸い込みフィルタと圧力フィルタのコンビネーションのような濾過能力を達成可能とするという目標は、使用される濾過媒体の面積比が吸い込みフィルタと圧力フィルタのコンビネーションの面積比に相応すればするほど達成できると言える。

図4と図5は本発明の第三実施形態を示す。ここでは微細濾過媒体3はフィルタ装置の全断面をカバーするよう設けられている。入口11には流体容積流20がフィルタ装置1に流入し、第三濾過媒体3（微細フィルタ）を通り流れる。第三濾過媒体3から離間し、第三濾過媒体3の上部に第一濾過媒体4（最微細フィルタ）が設けられ、これは、本発明の第一実施形態、第二実施形態と同様フィルタ装置1の断面積の一部しか覆わない。これに近接する他の断面積部分はフィルタのない通路28として形成すると有利であるが、通路28の位置に粗濾過の第二濾過媒体2を設けてもよい。この場合、粗濾過第二濾過媒体2の上部には操作部5がプレート6とバネ7を有する。

流体の冷状態では図4の様に、流体容積流20が矢印22で示されるように微細濾過媒体3を完全に通過し、矢印24で示すように微細濾過媒体に沿って粗濾過の第二濾過媒体2の方向へ流れる。なぜなら、これは第一濾過媒体4及びひだ付きフィルタ34よりはるかに少ない流れ抵抗を有するからである。そして、流体容積流は矢印26に示すように粗濾過第二濾過媒体2を濾し、第一の濾過媒体4（最微細フィルタ）のほぼ上部を出口14の方向へ矢印26に示すように流れる。

こうして流体が冷状態であると、従来の吸い込みオイルフィルタと同じ状況に至る。流体が温暖状態であると、粗濾過第二濾過媒体2は図5に示すように、プレート6でカバーされているので、流体容積流は第二濾過媒体2をもはや通過できない。全容積流22は第三濾過媒体3（微細フィルタ）を通過し、その後第一濾過媒体4（最微細フィルタ）を通過し、次いで第一濾過媒体4の上部を矢印23のように出口14へと流れる。わずかな流体副次流はサイドが開いたひだ付き最微細濾過媒体の端面を通してもまた流れることができる。

これにより本発明のこの実施形態でも流体の冷状態では、良好な濾過能力によって圧力降下を比較的小さく抑制でき、他方、流体が高温の状態ではより低い粘度により、非常に良好な濾過能力で、非常にわずかな圧力降下に抑えることが可能である。

流体の冷状態と温暖状態との遷移は、上記フィルタ装置では突然起こるのではなく、連続的に起こる。これは、操作部5のプレート6がオンかオフをスイッチするスイッチのように作用するのではないことを意味する。むしろ、プレート6は流体の温度が上がるにつれ、粗濾過第二濾過媒体2により近づき、最終位置で粗濾過第二濾過媒体2または通路28を完全にカバーできるようにまで至る。この最終位置に到達する前に、下記のように粗濾過第二濾過媒体2の自浄に意義のある副次効果が生ずる。

図1と図2の第一実施形態では、粗濾過第二濾過媒体2に堆積した粒子8は、バイパスを閉める際のベルヌーイ効果により、自動的に浄化される（図6）ので、場合によって存在するわずかな汚れ吸収キャパシティは重要ではない。本発明のフィルタ装置の有効寿命はこれにより明らかに高まる。浄化されたフィルタ装置は図7に示される。

本発明によるフィルタ装置による濾過媒体2，3，4の構造は図8、図9に図示されている。図8は電圧源Ｕにより駆動される電流Ｉが流れる抵抗R2，R3，R4，R5による電気抵抗ネットワークを示す。電圧源はこの場合、ポンプの発生負圧を代表し、ここでポンプによる流体容積流が濾過媒体2，3，4により操縦されることになる。濾過媒体は付属の抵抗R2，R3，R4を有する。抵抗R5は可変抵抗として図示され、操作部5を代表して、操作部5は濾過媒体における差圧または流体温度に依存して抵抗R2に代表される粗濾過第二濾過媒体2による流体容積流を許容するか、または許容しないように操作される。

流体容積流は並列接続された抵抗R2と（R3＋R4）の間でその大きさによって分配される。流体が冷状態では、流体の大部分は、この場合R2である最小の抵抗を通って流れる。そして、R2の流量と比べてわずかな量の流体のみが抵抗R3＋R4を通って流れる。一方、流体が温暖状態であると、粗濾過第二濾過媒体の通過はもはや不可能であるから、R5は無限大とみなしてよい。これにより、流体の流れ抵抗はR3＋R4によってのみ形成される。

本発明の第三実施形態では、図4、図5に示すように、濾過媒体の結線は図9に示すように別様に形成されている。全流体容積流は図9にR3で示すように第三濾過媒体3（微細フィルタ）を通過する。すると流体の温度または、可変抵抗R6に代表される濾過媒体における差圧によって流体はR2に代表される粗濾過第二濾過媒体2またはR4に代表される第一濾過媒体4（最微細フィルタ）を通過して流れる。これにより、抵抗R2，R4の並列接続が存在し、これらは抵抗R3に直列に後続される。

原則的には、吸い込みフィルタのみで、濾過の性能向上と、濾過媒体における圧力降下の抑制と、の両方を達成するためには、抵抗R2，R3，R4，R5を単層フィルタ、ひだ付きフィルタ、またはポケットフィルタと組み合わせた他の結線も、本発明の範囲内であると考えられる。

冷状態の本発明によるフィルタ装置の第一実施形態の断面図である。 温暖状態の本発明によるフィルタ装置の第一実施形態の断面図である。 冷状態の本発明によるフィルタ装置の第二実施形態の断面図である。 冷状態の本発明によるフィルタ装置の第三実施形態の断面図である。 温暖状態の本発明によるフィルタ装置の第三実施形態の断面図である。 濾過媒体に粒子を吸収した冷状態の本発明によるフィルタ装置の第一実施形態の断面図である。 濾過媒体に粒子がもはや無い温暖状態の本発明によるフィルタ装置の第一実施形態の断面図である。 本発明によるフィルタ装置の第一実施形態と第二実施形態の容積流の説明図である。 本発明によるフィルタ装置の第三実施形態の容積流の説明図である。

符号の説明

１ フィルタ装置
２ 第二の濾過媒体
３ 第三の濾過媒体
４ 第一の濾過媒体
５ 操作部
６ プレート（バネ弾性箔）
７ バネ
８ 粒子
１０ フィルタケース
２８ フィルタのない通路
２９ バイパス
３４ ひだ付きフィルタ

Claims (16)

1. 少なくとも第一の濾過媒体および該第一の濾過媒体用バイパスを有する流体濾過用フィルタ装置であって、
   操作部を有し、
   該操作部が、流体の所定のパラメータに依存して前記バイパスの流体の流れに影響を与えることを特徴とするフィルタ装置。
2. 前記操作部が、流体の粘度、第一の濾過媒体における流体の差圧または流体の温度に依存して影響されることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ装置。
3. 前記操作部が弁、スライダ、またはバルブで形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフィルタ装置。
4. 前記操作部がフィルタ装置のケースに連結されるか、移動可能にガイドされていることを特徴とする請求項３に記載のフィルタ装置。
5. 前記操作部が流体の流れ方向に反する方向にバネで荷重され、該バネが前記操作部の操作手段を形成し、該バネの弾力で前記操作部の操作量を決定することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のフィルタ装置。
6. 前記バネは、温度に依存したバネ特性を有することを特徴とする請求項５に記載のフィルタ装置。
7. 前記操作部がバネ弾性を有するよう形成され、前記操作部の弾力が操作量を決定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフィルタ装置。
8. 前記操作部が、前記バイパスの上に設けられたバネ弾性箔によって形成され、所定の圧縮荷重下で前記バイパスをカバーし、該圧縮荷重が増大すると屈して該バイパスを開放することを特徴とする請求項６に記載のフィルタ装置。
9. 前記操作部が低粘度用浸透性を有する他の濾過媒体と同様の濾過媒体によって形成されることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載のフィルタ装置。
10. 前記バイパスが、浸透性が前記第一の濾過媒体より大きい第二の濾過媒体を有することを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載のフィルタ装置。
11. 前記第一の液過媒体の上流に、その浸透性が該第一の濾過媒体より大きく前記第二の濾過媒体より小さい第三の濾過媒体が設けられていることを特徴とする請求項１０に記載のフィルタ装置。
12. 前記第一の濾過媒体、前記バイパスの前で、流れ方向へ更にこれらと距離を置いて第一の濾過媒体に対して高浸透性の第二の濾過媒体が設けられ、該バイパスがフィルタのない通路として形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載のフィルタ装置。
13. 前記第一の濾過媒体がひだ付きフィルタを有することを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１つに記載のフィルタ装置。
14. 自動車の自動ギアに挿入可能であることを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか１つに記載のフィルタ装置。
15. 吸い込みフィルタまたは圧力フィルタ内に挿入可能であることを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれか１つに記載のフィルタ装置。
16. 粘度、圧力またはオイル温度のうち少なくとも一つが、前記濾過媒体に平行な前記バイパスの開閉制御に用いられることを特徴とするオイル槽内オイル濾過方法。

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