JP2009125748A - フィルタエレメント - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、原動機又は歯車装置に使用される流体を濾過するフィルタエレメントであって、円筒状に配設された第１濾材を含み、組み付けられたフィルタ装置内での濾過の際、前記流体が前記第１濾材の周面に垂直に当たった後、該第１濾材を浸透して通過するように構成されたフィルタエレメントに関する。
【解決手段】前記フィルタエレメントは、第１濾材とはフィルタ密度が異なる第２濾材を含み、第１濾材及び第２濾材は、濾過層として相互に積層され、かつ、渦巻き状に共に巻回されている。このようにして、径方向に貫通する流路に限定されたフィルタエレメントと比較して、より速やかに流体の要求純度に到達させることができる。前記渦巻き形状は、また、汚染物質の吸収容量を増加させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、原動機又は歯車装置に使用される流体を濾過するフィルタエレメントであって、円筒状に配設された第１濾材を備えたフィルタエレメントに関する。本発明は、さらに、このようなフィルタエレメントを備えたフィルタ装置に関する。

加圧フィルタは、原動機又は歯車装置内の流体を濾過する流体バイパスに使用することができる。原動機又は歯車装置に対する冷却出力が危険域まで低下するのを回避するためには、十分な流量が常に加圧フィルタ又はこれを組み込んだフィルタエレメントを通過できることが重要である。一定流量の場合、吸収された濾過粒子のため流体の浸透性が低下してくると、流入口と流出口との間の差圧の上昇を生じる。差圧が所定値を超えれば、流体は、通常、フィルタエレメントを通過して濾過されることなく、バイパスバルブへ案内される。

円筒状のフィルタエレメントは、大型なフィルタエレメントの形態で使用されるフェルトシェルエレメント、フェルト詰めボックスパッキング又は巻回フィルタとして配設される加圧フィルタ用のフィルタエレメントとして、使用することができる。このようなフィルタエレメントでは、フィルタ繊維の充填密度が非常に高いため、大きな流動抵抗が発生し、粒子の蓄積（負荷）が比較的少量であっても、直ぐに、差圧が急上昇する。流体の流れは、径方向の外側から内側へ向かって生じる。この流れが接近する面は、比較的小さい。

このほか、円筒形のフィルタエレメントは、星型に折りたたんでひだ付き状に配設することができる。これは、高い濾過性能を得られるように繊維密度を高める意図ではなく、濾過表面積をできるだけ大きくする意図である。媒体の厚さが薄いこの種のフィルタエレメントでは、差圧は比較的小さく維持される。このようなフィルタエレメントでは、もしフィルタ粒子が堆積した場合には直ちに除去すべきであるフィルタ粒子が堆積されることなく、大型なフィルタエレメントと比較して長い耐用年数を達成することができる。

星型に折られたフィルタエレメントは、製造が複雑となる。星型の折りは、ひだ付け装置を使用して行われるが、このような作業は、時間を浪費しコストも高い。さらに、差圧が広範囲に作用することにより、星型折りの崩壊を防止するために、濾材に支持用格子を配設する必要があり、これによって、このフィルタエレメントのコストがさらに増加する。また、フィルタエレメントに漏洩が発生しないように、星型折りの側面でのシール（通常は、濾材とエンドキャップとの間の接着ないし溶接である）も行わねばならない。

本発明の目的は、原動機又は歯車装置に使用される流体を濾過する、以下のようなフィルタエレメントを提供することである。該フィルタエレメントは、円筒状に配設された濾材を備え、差圧の上昇が小さく、耐用年数が長く、また、粒径が広範囲に分布する場合でも高い濾過性能が得られ、かつ、低コストで製造しやすい。さらに、該フィルタエレメントは、汚染物質の吸収容量が大きく、高速で粒子を洗浄できるであろう。また、支持用格子が不要となり、フィルタエレメントの側面のシールも容易に行えるであろう。さらに、本発明の目的は、このようなフィルタエレメントを備えたフィルタ装置を提供することである。

上記本発明の目的は、独立請求項の主要構成により達成される。本発明を有利に発展させたものが、従属請求項の主要構成である。

原動機又は歯車装置に使用される流体の濾過用の本発明に係るフィルタエレメントは、円筒状に配設された第１濾材を含み、組み付けられたフィルタ装置内での濾過の際、前記流体が前記第１濾材の周面に垂直に当たった後、該第１濾材を浸透して通過するように構成される。また、前記フィルタエレメントは、第１濾材とはフィルタ密度が異なる第２濾材を備え、第１濾材及び第２濾材は、濾過層として相互に積層され、かつ、渦巻き状に共に巻回されている。

これら濾材のフィルタ密度が異なるため、濾材に当たる流体は、単にこれら濾材に径方向に浸入するのではなく、１つの濾材の内へ導かれ、相互に積層された濾材により形成された境界相に沿って導かれる。これにより、濾過される流体の渦巻き状の流路ないし流動層が形成され、これにより、流体は、１つの濾材に正面でのみ当たる場合と比較して、より深くフィルタエレメントに浸透することができる。このように、２つの濾材のうち一方は、排水層のように作用する。流体は、前記第２濾材を通過することもでき、１つの濾材の外側の始端から内側の終端まで渦巻き状の流路に沿って流動する必要はなく、流体は、純度に応じて自身にとって最適な流路を探し出すことができる。

本発明に係るこのフィルタエレメントのさらなる利点は、前記渦流層と、フィルタエレメントをより深く浸透できることとにより、濾材の負荷の均等化、差圧上昇の低減化、及び、フィルタの耐用年数の増大、を実現できることである。濾材の表面積及び容量をそれぞれ拡大していることで、より迅速な濾過を実現している。その結果、濾過される粒子は、最も外側の濾材位置で捕捉される（これは、最大粒子吸収容量に迅速に達してしまうことになる）のみならず、粒子の分離に、より大容量の濾材を使用できることによって、フィルタエレメント全体の粒子吸収容量が増加する。さらに、密度が異なる２つの濾材を使用することにより、濾過性能が向上する。また、渦巻き構造により十分な安定性が得られるため、支持用格子などは不要となる。さらに、フィルタエレメントの渦巻き配置は、星型ひだ付きフィルタエレメントの場合と比較して、極めてシンプルな配置となり、費用効果が高く、両側面を比較的簡易にシールすることもできる。

濾材のうち一方を低密濾材とし、他方を高密濾材とすると有利である。流体の性質及び用途に応じて、高密濾材及び超高密濾材を使用することもできる。しかし、２つの濾材の密度が相違することは、そのことだけで重要であり、それによって、比較的粘性の高い流体は、低密度な方の濾材に吸収され、次いで渦巻き状に案内される。

より好ましくは、流体を、流動方向から見て、始めに低密濾材、その後高密濾材に触れるようにするのがよく、その結果、低密濾材で外側層、高密濾材で内側層を形成することになる。このように、濾過の開始から、既に、段階的な濾過が行われる。

さらに、別の実施態様では、少なくとも１つの追加の濾材が、第１及び第２濾材上に追加する濾過層として配設されている。このようにすれば、本発明に係るフィルタエレメントの上述した効果的に働く本質を変更することなく、濾過度合いをさらに高めることができる。

前記外側層の端部を、前記内側層の隣接した端部を越えて突出させることも有利である。結果的に、前記濾材の前記（外側層の）端部と、渦巻きの始まりの部分との濾過度合いは、前記超過した部分がない場合と比較して低くなる。フィルタエレメントは、このようにして略環状の断面となって、比較的容易にフィルタ装置に装着することができる。さらに、フィルタエレメントにおける外側層周辺を流れる流体の流動抵抗はより小さく、これにより、フィルタエレメントへ比較的安定して流体を浸透させることができる。

外側層の突出端部は、また、該突出端部を連続した巻回面の外側層に固定するように使用することもできる。これにより渦巻きの巻き過ぎを防止でき、かかる外側層端部での固定によって、故障がなく、簡易でかつコスト効果の高いフィルタエレメントの製造が可能となる。この固定は、好ましくは溶接、より好ましくは超音波溶接により行えばよい。

低密濾材は、好ましくは、ニードル穿孔不織ポリエステルで構成され、高密濾材は、好ましくは、ガラス繊維で構成される。例えば濾過紙と比較して、より高い濾過性能を有する深層濾過媒体が使用されている。これら濾材は、波状やＶ形状ではなく、また、流体が軸方向に貫通して流れる濾材で通常行われるような、周囲を相互に接着固定するようなこともなく、濾材自身の周方向の張力により相互に付着する。

本発明の一実施態様では、フィルタエレメントの濾材は、少なくとも一方の側面で、相互に押圧されて液密にされている。このようにして、面倒な接着は不要となる。
上記目的はまた、上述のフィルタエレメントを備えたフィルタ装置によって達成される。即ち、前記フィルタ装置は、両側での流体の漏出が十分に防止されるように、少なくとも一方の側面にフィルタエンドキャップを含んで構成される。フィルタエレメントに過度の差圧が作用した場合に流体によって変形する可能性がある前記エンドキャップに、バイパスバルブを取り付けることもできる。

本発明に係るフィルタエレメントの第１実施態様の概略平面図 本発明に係るフィルタ装置の第１実施態様の概略断面図 本発明に係るフィルタエレメントの第１実施態様において、濾過時間に対する粒子数を、異なる粒径ごとに表示した図

図１は、外側層としての低密濾材２と、内側層としての高密濾材３と、で構成されたフィルタエレメント１を示す。前記２層は相互に積層され、共に渦巻き状に巻回されている。図１に示す実施態様では、２層を相互に接触させつつ、２つの濾材の間に空間を形成することができ、これによりコンパクトな構造を実現できる。濾過される流体は、外側層の外周面に対して垂直に当たり（矢印４参照）、前記外側層を浸透する。そこで濾過が開始し、前記流体は、低密濾材２に浸透した後、高密濾材３に触れる。流体の一部は、高密濾材３に浸透し、他の流体は、フィルタエレメント１の幾何学的中心方向に渦巻き状の低密濾材２に沿って進行する（矢印５〜８参照）。該流体は、低密濾材２内を所定の流路長進んだ後、高密濾材も通過し（矢印９参照）、フィルタエレメントから中央部１０へ流出する。

図１では流体の供給を矢印４により示す。これは明瞭化のため示しただけである。フィルタ装置で使用される流体が、低密濾材２の全周に沿って浸透できることは明らかである。

排水の際、流体を渦巻き状に排出できるので、低密濾材の負荷（粒子の吸収）は、最外側の巻回層だけでなくそれより内側の巻回層にも生じる。これにより、濾材を径方向にのみ流体が通過可能な従来のフィルタと比較して、粒子吸収容量を高めることができる。

低密濾材２の固定は、その外側層上の一端部１１で行うことができる。例えば、前記一端部をその巻回面より内周側の低密濾材２に超音波溶接で固定するような方法で行うことができる。固定される濾材同士が同一タイプ（低密濾材）であるため、両方の溶接部が同一の融点を有し、これにより信頼性の高い溶接を行うことができる。内側層は、この領域（符号１２参照）において短縮形成されており、このため、最も外側の外側層の前記端部は、最も外側の内側層の端部を越えて突出している。

図２は、フィルタエレメント１を備えたフィルタ装置２０の断面図を示し、両側面にそれぞれキャップ２１及び２２が取り付けられている。これらキャップは流体の漏洩を防止し、このため、該流体は強制的に濾材を通過させられる。フィルタ装置には、フィルタエレメントをより強固に固定し、又は、キャップ２１及び２２をより強固に支持するため、コア２３を配設することもできる。このコアは、流体を貫通させる開口２４を備えている。図２に示す実施態様では、上側のキャップ２１は、さらにバイパスバルブ２５を含んで構成され、これにより、過度の差圧が発生した場合には、流体は、濾材を迂回して、フィルタエレメントの中央部１０の出口へ直接到達することができる。

本発明に係るフィルタエレメントの効果を、図３のグラフに示す。縦座標は、濾過された流体のミリリットル当たりの粒子数を対数目盛で示し、横座標は、試験時間を示す。曲線は、時間に対する粒子数を表示し、粒径が４ミクロン、２０ミクロン、６０ミクロンの各粒子についての結果を示している。試験開始時、即ち「０分」の時点では、２グラムの標準量粒子（ＩＳＯ ＭＴＤ）が流体に添加されている。流体はフィルタエレメントで浄化され続けるので、試験時間の経過に伴い、全ての粒径に対応する曲線が徐々に減少する曲線となっている。これは、濾過の進行に伴って粒子数が減少することを意味している。６０分経過後に、２グラムの標準量粒子が流体に添加されたため、流体中の測定粒子数は急増したが、試験時間の経過と共に粒子数は減少した。１２０分経過後には、粒子数は、もはや６０分経過後時点での低いレベルには届かなかった。これは、フィルタエレメントが粒子によって次第に閉塞されることを表していると解される。２グラムの標準量粒子の添加処理は１２０分経過後にも繰り返され、その曲線は、再度、急上昇後に徐々に減少する曲線となる。１８０分経過後の粒子数は２度目の粒子添加開始後より少なかったが、１２０分経過後に達成された粒子数より多かった。

比較のため、この試験を、１個の濾材を備えた径方向のみ流通可能なフィルタエレメントに対して行った。曲線の推移はほぼ同様であったが、６０分、１２０分及び１８０分経過後の粒子数は、各々、本発明に係るフィルタエレメントを使用した濾過時と比較して相当多かった。本発明に係るフィルタエレメントでは、粒子吸収容量が、径方向の流路に限定されたフィルタエレメントと比較して約３３％向上する。このように、本発明に係るフィルタエレメントを使用すれば、より速やかに流体の要求純度及び要求流体中粒子数に到達した。

１ フィルタエレメント
２ 低密濾材（第１又は第２濾材、外側層）
３ 高密濾材（第１又は第２濾材、内側層）
１１ 端部（外側層の端部）
２１ キャップ（フィルタエンドキャップ）
２２ キャップ（フィルタエンドキャップ）
２５ バイパスバルブ

Claims (11)

1. 原動機又は歯車装置用の流体を濾過するフィルタエレメントで、かつ、
   円筒形状に配設された第１濾材を含み、組み付けられたフィルタ装置内での濾過の際、前記流体が前記第１濾材の周面に垂直に当たった後、該第１濾材を浸透して通過するように構成されたフィルタエレメントであって、
   前記第１濾材とはフィルタ密度が異なる第２濾材を含み、前記第１濾材及び前記第２濾材は、濾過層として相互に積層され、共に渦巻き状に巻回される構成としたフィルタエレメント。
2. 前記第１及び前記第２濾材の一方は低密濾材であり、他方は高密濾材である請求項１に記載のフィルタエレメント。
3. 前記流体は、その流動方向から見て、始めに前記低密濾材に接し、その後前記高密濾材に接し、その結果、前記低密濾材が外側層を形成し、前記高密濾材が内側層を形成する請求項２に記載のフィルタエレメント。
4. 少なくとも１つ追加される濾材が、前記第１及び前記第２濾材上に追加される濾過層として配設される請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のフィルタエレメント。
5. 前記外側層の一端部が、隣接した前記内側層の端部を越えて突き出ている請求項３または請求項４に記載のフィルタエレメント。
6. 前記外側層の突き出た端部は、連続した巻回面の外側層に固定される請求項５に記載のフィルタエレメント。
7. 前記固定は、溶接、好ましくは超音波溶接により行われる請求項６に記載のフィルタエレメント。
8. 前記低密濾材は、ニードル穿孔不織ポリエステルで構成され、前記高密濾材は、ガラス繊維で構成された請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載のフィルタエレメント。
9. 前記第１濾材及び前記第２濾材は、共に押圧され、少なくとも一方の側面で液密とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載のフィルタエレメント。
10. 請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載のフィルタエレメントを備えたフィルタ装置であって、
    前記フィルタエレメントは、少なくとも一方の側面上にフィルタエンドキャップを含んで構成されるフィルタ装置。
11. 前記フィルタエンドキャップは、バイパスバルブを含んで構成される請求項１０に記載のフィルタ装置。