JP2013248562A

JP2013248562A - フィルタエレメント、及びフィルタエレメントの製造方法

Info

Publication number: JP2013248562A
Application number: JP2012124647A
Authority: JP
Inventors: Keiji Yokoyama; 慶二横山
Original assignee: Wako Filter Technology Co Ltd
Current assignee: Wako Filter Technology Co Ltd
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2013-12-12

Abstract

【課題】長時間使用しても所期の濾過性能を発揮することが可能な構成のフィルタエレメント、及びフィルタエレメントの製造方法を提供する。
【解決手段】フィルタエレメント５０は、蛇腹状に折曲されて全体として略円筒形に形成された濾材７０、及び濾材７０の内周に巻き付けられて濾材７０を補強する不織布８０からなるエレメント本体６０と、エレメント本体６０の円筒軸方向の各端部に設けられるエンドプレート９０，９５と、を備え、不織布８０は、濾材７０の谷折部７２に熱溶着されて谷折部７２相互の間隔を維持する。
【選択図】図３

Description

本発明は、フィルタケースに着脱自在に装着されて流体を濾過するためのフィルタエレメント、及びフィルタエレメントの製造方法に関する。

従来から、水、燃料、オイル、空気等の流体を濾過するフィルタ装置が知られており、各種産業分野において広く実用化されている（例えば、特許文献１を参照）。フィルタ装置は、一般的に、エレメント収容空間が形成されたフィルタケース内に、フィルタエレメントが着脱可能に装着されて構成される。この種のフィルタエレメントは、例えば、シート状の濾紙を蛇腹状にプリーツ成形してなる円筒状の濾材と、濾材の内周側を保持する内筒と、濾材の上下の各端部に取り付けられるエンドプレートと、を備えて構成され、流体を濾材の外側から内側へ通過させて流体の濾過を行うようになっている。このように流体を濾過する濾材は、有効濾過面積を増大させるためにプリーツ加工されており、これにより濾過性能の向上が図られている。

特開２００４−１３６２０３号公報

しかしながら、上記従来のフィルタエレメントでは、長時間の使用によって、円筒形の濾材が濾過すべき流体の圧力を受けて変形する（ひだ部同士が接触する）ことで、有効濾過面積が低下して所期の濾過性能を発揮することが困難になるという問題があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、長時間使用しても所期の濾過性能を発揮することが可能な構成のフィルタエレメント、及びフィルタエレメントの製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係るフィルタエレメントは、内部にエレメント収容空間を有しエレメント収容空間と外部を連通させる流入路及び流出路が形成されたフィルタケース内において、エレメント収容空間を流入路に連通する流入空間と流出路に連通する流出空間とに二分させ、エレメント収容空間内に着脱自在に装着されて流入空間から流出空間に流体を通過させて流体の濾過を行うためのフィルタエレメントであって、蛇腹状に折曲されて全体として略円筒形に形成された濾材、及び濾材の内周に巻き付けられて濾材を補強する不織布からなるエレメント本体と、エレメント本体の円筒軸方向の各端部に設けられるエンドプレートと、を備え、不織布は、濾材の内周側の折曲部に熱溶着されて折曲部相互の間隔を維持するよう構成される。

また、本発明に係るフィルタエレメントの製造方法は、上記記載のフィルタエレメントの製造方法であって、濾材及び不織布を展開状態で重合し、不織布における濾材との非重合面と不織布を加熱する加熱手段との間に難燃性シートを介在させた状態で、加熱手段によって不織布を濾材の折曲部に熱溶着させるよう構成される。

本発明に係るフィルタエレメントによれば、流体を濾過する濾材と当該濾材を補強する不織布とを組み合わせてエレメント本体を形成し、不織布を濾材の内周側の折曲部に溶着させて折曲部相互の間隔を一定に保持する構成であるため、使用に供されて流体の圧力が濾材に作用しても部分的にひだ部が密着等して変形することがなく、長期に亘って使用しても所期の濾過性能を発揮することが可能である。また、不織布は流体を通気又は透液させるための貫通孔を形成しなくてもその構造自体で流体の通気性及び透液性を確保でき、不織布（標準品）を濾材の内周に合わせて整形するだけでよく、また、ホットメルト等といった密着防止用のバンドが不要になるため、フィルタエレメントの製造コストを低減することが可能である。さらに、濾材を補強する不織布を濾材の内周側に配置するため、フィルタエレメントの大型化を抑制することができる。

また、本発明に係るフィルタエレメントの製造方法によれば、加熱手段と不織布との間には難燃性シートが介在され、加熱手段が不織布に直接的に接触するのを防止しているため、加熱手段によって溶融した不織布が加熱手段の表面に張り付いて不織布に孔が空く等の不具合が生じるおそれがなく、高品質のフィルタエレメントを製造することが可能である。

本実施形態に係るフィルタエレメントを装着した燃料フィルタの側断面図である。上記フィルタエレメントの側断面図である。図２の矢印III−IIIに沿って示す断面図である。上記フィルタエレメントを構成するエレメント本体の斜視図である。上記エレメント本体を示し、（ａ）は非展開状態での平断面図、（ｂ）は展開状態の平面図、（ｃ）は展開状態の側面図である。上記フィルタエレメントの製造方法を示すフローチャートである。上記フィルタエレメントの製造方法において用いられる加熱装置を示す斜視図である。上記フィルタエレメントの製造方法において用いられる加熱装置の変形例を示す斜視図である。上記フィルタエレメントの変形例を示す側断面図である。図９の矢印IX−IXに沿って示す断面図である。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明に係るフィルタエレメントを適用した燃料フィルタを図１に示しており、まず始めに、この図１を参照して燃料フィルタの全体構成について説明する。

燃料フィルタ１は、エレメント収容空間１１を有するフィルタケース１０と、エレメント収容空間１１内に着脱自在に装着されるフィルタエレメント５０とを主体に構成される。

フィルタケース１０は、下方に開口して有底円筒状である上部ケース半体２０と、上方に開口して有底円筒状である下部ケース半体３０とから構成されている。これらケース半体２０，３０は、上部ケース半体２０の側壁部の内周面に形成された雌ねじ２１と、下部ケース本体３０の側壁部の外周面に形成された雄ねじ３１とを螺合させて着脱自在に結合される。なお、上部ケース半体２０と下部ケース半体３０とが結合する部分にはリング状のシールリング３５が装着されており、エレメント収容空間１１から燃料が外部に漏れ出すことがないように構成されている。

上部ケース半体２０には、外部（例えば、燃料タンク）とエレメント収容空間１１とを連通させる流入路２２と、外部（例えば、燃料ポンプ）とエレメント収容空間１１とを連通させる流出路２３とが形成されている。上部ケース半体２０における流出路２３の周囲には、エレメント収容空間１１内に延びた円筒状の管部２４が形成されている。また、上部ケース半体２０には、エレメント収容空間１１内に滞留したエアを抜くためのエア抜き孔としてのネジ孔が形成されており、このネジ孔に手動で開閉操作することができるエア抜きプラグ２５が螺挿されている。

下部ケース半体３０には、その底部に上下軸を中心に放射状に配設されて上下に延びた複数（本実施形態では、４つ）のリブ３２が設けられている。複数のリブ３２はそれぞれ上面が水平に形成されて、フィルタケース１０に装着する際に、フィルタエレメント５０を載置するためのエレメント載置部３３を形成している。また、下部ケース半体３０の底部の中央には、燃料から分離して沈降した分離水を排出するための排出路３４が形成されており、この排出路３４に排出孔４１を有するドレンプラグ４０が螺挿されている。なお、この排出路３４とドレンプラグ４０との間にはガスケット４２が装着されており、燃料から分離した分離水を排出するとき以外にエレメント収容空間１１から分離水及び燃料が外部に漏れ出すことがないように構成されている。

フィルタエレメント５０は、詳細後述するが、燃料を濾過するための濾材７０を備えて構成されており、フィルタケース１０の管部２４にガスケット９１を介して液密に装着される。フィルタエレメント５０は、フィルタケース１０のエレメント収容空間１１内に装着されたときに、当該エレメント収容空間１１を流入路２２に連通する流入空間１１Ａと流出路２３に連通する流出空間１１Ｂとに略二分するように構成される。

このような構成の燃料フィルタ１では、流入路２２からフィルタケース１０内の流入空間１１Ａに導入された燃料は、フィルタエレメント５０の濾材７０を通過して流出空間１１Ｂに入り込む。燃料に含まれるゴミや埃、微小鉄屑等は、この濾材７０を通過する過程で濾過される。流出空間１１Ｂ内に流入した濾過後の燃料は、上部ケース半体２０に形成された管部２４より流出路２３を通り、フィルタケース１０の外部に流出する。

一方、燃料中に混在する水分は、フィルタエレメント５０によって捕捉され、この状態が連続することで順次肥大化し、最終的にはフィルタエレメント５０から分離沈降して下部ケース半体３０の内底部に分離水として溜まる。下部ケース半体３０の内底部に貯留する分離水が所定量に達した場合には、下部ケース半体３０の排出路３４に螺着されたドレンプラグ４０を緩めて、ドレンプラグ４０の排出孔４１を介してフィルタケース１０の外部に排出する。

次に、本実施形態に係るフィルタエレメント５０の具体的構成について、図２〜図５を追加参照して説明する。

フィルタエレメント５０は、格子状の枠で形成された円筒形の内筒５５と、内筒５５の外周側に取り付けられるエレメント本体６０と、内筒５５及びエレメント本体６０を挟持して当該エレメントの円筒軸方向の両端に配設される円盤状の上エンドプレート９０及び下エンドプレート９５と、を備えて構成される。

エレメント本体６０は、燃料中に含まれるゴミや埃等の固形物（異物）を捕捉除去する濾材７０と、この濾材７０に熱溶着されて濾材７０を補強する不織布８０と、を組み合わせて構成されている。このエレメント本体６０の内周空間に内筒５５が同心状に配置される。

濾材７０は、上記固形物を捕集可能な濾材シートを一定の折曲幅で蛇腹状にプリーツ成形（ひだ折り）したものを、略円筒形となるように巻回して構成される。濾材７０には、断面Ｖ字形の山折部（外周側の折曲部）７１及び谷折部（内周側の折曲部）７２が交互に位置するよう所定の間隔で形成された複数のひだ部７３を有している。濾材７０としては、プリーツ成形が可能である限り、特に限定されず、織物、編物、不織布、及び紙等のうちのいずれでもよく、又はこれらを組み合わせたものであってもよい。また、濾材７０の材質についても、特に限定されず、その一例としては、化学繊維、天然繊維、金属、樹脂などが挙げられる。

不織布８０は、主として濾材７０を補強するために設けられるもので、濾材７０よりも圧力損失及び異物の捕集効率が低く設定されている。この不織布８０は、濾材７０の最内周を形成する谷折部７２に熱溶着されており（図面には溶着部に符号「Ｘ」を付している）、濾材７０の隣接するひだ部７３同士が密着しないよう谷折部７２相互の間隔を一定に保持する。ここで、谷折部７２相互の間隔とは、半径方向内側に向けて凸状となる谷折部７２の隣接する頂点の間隔をいう。本実施形態では、不織布８０を濾材７０の谷折部７１と直交する方向に沿って帯状に熱溶着させているが、これに限定されるものではなく、谷折部７２全体に亘って熱溶着させるものであってもよい。

不織布８０は、熱溶融性を有する化学繊維に、天然繊維又は耐熱材を混抄して形成された不織布からなる。本実施形態では、不織布の孔径としておおよそ５０μｍ以上であることが好ましいが、圧力損失等との関係で適宜に選定することができる。また、本実施形態では、不織布の厚みとして０．３ｍｍ程度が例示されるが、要求される機械的強度等との関係で適宜に選定することができ、濾材７０に１枚だけ溶着したもの（単層）であっても、複数枚溶着したもの（複層）であってもよい。

ここで、化学繊維としては、例えば、ナイロン繊維、ビニロン繊維、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、などが挙げられる。天然繊維としては、例えば、パルプ等の天然セルロース繊維、リヨセル等の精製セルロース繊維（再生セルロース繊維）、などが挙げられる。耐熱材としては、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、フッ素繊維、などの耐熱繊維が挙げられる。本実施形態では、ポリエステル樹脂（化学繊維）にリヨセル（天然繊維）を混繊して形成された不織布［三菱製紙株式会社：ＨＦ−Ｖ］を使用している。なお、不織布は、化学繊維のみから形成されるものであってもよいが、化学繊維のみであると熱溶着の際に加熱箇所が収縮して孔が空くおそれがあるので、天然繊維や耐熱材が混抄してあることが好ましい。

図５（ｂ）に示すように、展開状態のエレメント本体６０は、上方から見た平面視において略四角形を呈しており、濾材７０の主方向（円周方向）の長さＬ₇₀と不織布８０の主方向の長さＬ₈₀とがほぼ等しく、且つ、濾材７０の副方向（軸方向）の長さＷ₇₀と濾材８０の副方向の長さＷ₈₀ともほぼ等しくなるよう設定されている。つまり、エレメント本体６０の展開状態において濾材７０と不織布８０とはほぼぴったり重なるように形成されており、この展開状態のエレメント本体６０を円筒状に巻回したとき、濾材７０の主方向の端部同士と不織布８０の主方向の端部同士がそれぞれ繋がるように構成されている。ここで、主方向の長さＬ₇₀及びＬ₈₀は、エレメント本体６０の内径をφｄとすると、Ｌ₇₀（Ｌ₈₀）＝φｄ×π、と表せる。

以上、本実施形態に係るフィルタエレメント５０によれば、流体を濾過する濾材７０と当該濾材７０を補強する不織布８０とを組み合わせてエレメント本体６０を形成し、不織布８０を濾材７０の谷折部７２（内周側の折曲部）に溶着させて谷折部７２相互の間隔を一定に保持する構成であるため、使用に供されて流体の圧力が濾材７０に作用しても部分的にひだ部７３が密着等して変形することがなく、長期に亘って使用しても所期の濾過性能を発揮することが可能である。また、不織布８０は流体を通気又は透液させるための貫通孔を形成しなくてもその構造自体で流体の通気性及び透液性を確保でき、不織布（標準品）を濾材７０の内周に合わせて整形するだけでよく、また、ホットメルト等といった密着防止用のバンドが不要になるため、フィルタエレメント５０の製造コストを低減することが可能である。さらに、濾材７０を補強する不織布８０を濾材７０の内周側に配置するため、フィルタエレメント５０の大型化を抑制することができる。

次に、上記のように構成されるフィルタエレメント５０の製造方法について説明する。ここで、図６はフィルタエレメント５０の製造方法を示すフローチャート、図７はフィルタエレメント５０の製造方法における溶着工程を示す模式図、図８はフィルタエレメント５０の製造方法における溶着工程の変形例を示す模式図である。

図６に示すように、まず始めに、ステップＳ１０１では、一定の折曲幅でプリーツ成形した濾材７０（濾材７０の内周側となる面）に不織布８０を重ね合わせる。ステップＳ１０２では、濾材７０に不織布８０を熱溶着する。なお、このステップＳ１０２の溶着工程については詳細後述する。ステップＳ１０３では、エレメント本体６０（不織布８０が溶着された濾材７０）を円筒状に巻回して接合する。ステップＳ１０４では、エレメント本体６０の内周側に内筒５５を挿入して同心状に配置する。ステップＳ１０５では、濾材７０の両端に上下のエンドプレート９０，９５を結合する。以上のようなステップＳ１０１〜Ｓ１０５を順番に実施することで、図２に示すような所定形状を呈するフィルタエレメント５０が製造されることとなる。

続いて、上記ステップＳ１０２における溶着工程の概要と共に当該工程にて用いられる加熱装置を具体的に説明する。

図７に示すように、加熱装置１００は、例えば電力が供給されることで発熱する電熱ヒータ等から構成されたヒータ本体を備えている。ヒータ本体１０１は、不図示の移動手段によって、上下方向に移動自在で、且つ、下方側への押圧力が調整自在に構成されている。ヒータ本体１０１は、上方から見た平面視において、展開状態のエレメント本体６０よりも大きな矩形状を呈しており、その底面部には下方に突出する帯板状の加熱部１０２が等間隔で複数形成されている。この加熱部１０２の表面は、例えばテフロン（登録商標）あるいはフッ素加工されて離型性に優れていることが好ましい。

この加熱装置１００を利用して不織布８０を濾材７０に熱溶着するには、上下に重ね合された状態（展開した状態）の濾材７０及び不織布８０をヒータ本体１０１の加熱部１０２に対向させて載置し、ヒータ本体１０１の加熱部１０２の先端と不織布８０との間に難燃性シートＳを配置する。具体的には、濾材７０上に重ね合された不織布８０の表面全体に難燃性シートＳを被いかぶせて接着剤等で仮止めしておく。難燃性シートＳとしては、例えば、テフロンフィルム（テフロン：登録商標）、ガラスシートなどが適用される。この状態から、ヒータ本体１０１を降下させてエレメント本体６０に所定圧で接触させ、不織布８０をヒータ本体１０１の加熱部１０２によって加熱することで、不織布８０が濾材７０に熱溶着される。

このとき、ヒータ本体１０１の加熱部１０２と不織布８０との間には難燃性シートＳが介在され、ヒータ本体１０１の加熱部１０２が不織布８０に直接的に接触するのを防止しているため、ヒータ本体１０１によって溶融した不織布８０が加熱部１０２の表面に張り付いて不織布８０に孔が空く等の不具合が生じるおそれがなく、高品質のフィルタエレメント５０を製造することが可能である。

続いて、本実施形態に係るフィルタエレメントの製造方法における溶着工程の変形例を図８に示している。この変形例に係る加熱装置２００は、例えば電力が供給されることで発熱する電熱ヒータ等から構成されたヒータ本体２０１を備えている。ヒータ本体２０１には、櫛歯状に並んだ複数の加熱部２０２を有しており、濾材７０の中心軸（円筒軸）に向かって指向した姿勢で配置されている。この加熱部２０２の表面は、例えばテフロン（登録商標）あるいはフッ素加工されて離型性に優れていることが好ましい。

この加熱装置２００を利用して不織布８０を濾材７０に熱溶着するには、上下に重ね合された状態（展開した状態）の濾材７０及び不織布８０をヒータ本体２０１の加熱部２０２に対向させて載置し、ヒータ本体２０１の加熱部２０２の先端と不織布８０との間に難燃性シートＳを配置する。具体的には、不織布８０の表面全体に難燃性シートＳを被いかぶせて接着剤等で仮止めしておく。難燃性シートＳとしては、例えば、テフロンフィルム（テフロン：登録商標）、ガラスシートなどが適用される。そして、ヒータ本体２０１の加熱部２０２をエレメント本体６０（不織布８０が重ね合された状態の濾材７０）の表面に所定圧で接触させる。この状態から、不図示の回転手段を用いてエレメント本体６０を中心軸回りに回転させつつ、不織布８０をヒータ本体２０１の加熱部２０２によって加熱することで、不織布８０が濾材７０に熱溶着される。

このとき、ヒータ本体２０１の加熱部２０２と不織布８０との間には難燃性シートＳが介在され、ヒータ本体２０１の加熱部２０２が不織布８０に直接的に接触するのを防止しているため、ヒータ本体２０１によって溶融した不織布８０が加熱部２０２の表面に張り付いて不織布８０に孔が空く等の不具合が生じるおそれがなく、高品質のフィルタエレメント５０を製造することが可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば適宜改良可能である。

上述の実施形態では、エレメント本体６０を格子状に形成された内筒５５の周囲に配置した構成を例示して説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図９及び図１０に示すように、濾材７０、不織布８０、上下のエンドプレート９０，９５からなる、いわゆるチューブレス（内筒５５を有しない）のフィルタエレメント１′として構成してもよい。

上述の実施形態では、不織布を熱溶着する加熱手段として電熱ヒータを例示して説明したが、これに限定されるものではなく、ヒータ以外の他の加熱手段を利用してもよい。

上述の実施形態では、本発明に係るフィルタエレメントを燃料フィルタに適用した場合を例示して説明したが、これに限定されるものではなく、水や空気等の他の流体の濾過を行うフィルタ装置、例えば、オイルフィルタ、エアーフィルタ、ラインフィルタ、サクションフィルタ、リターンフィルタ等に適用しても、同様の効果を奏することができる。

１燃料フィルタ
１０フィルタケース
１１エレメント収容空間
１１Ａ流入空間
１１Ｂ流出空間
２０上部ケース半体
２２流入路
２３流出路
３０下部ケース半体
５０フィルタエレメント
５５内筒
６０エレメント本体
７０濾材
７１山折部
７２谷折部（内周側の折曲部）
７３ひだ部
８０不織布
９０上エンドプレート
９５下エンドプレート
１００加熱装置
１０１ヒータ本体
１０２加熱部（加熱手段）
２００加熱装置
２０１ヒータ本体
２０２加熱部（加熱手段）
Ｓ難燃性シート
Ｘ溶着部

Claims

内部にエレメント収容空間を有し前記エレメント収容空間と外部を連通させる流入路及び流出路が形成されたフィルタケース内において、前記エレメント収容空間を前記流入路に連通する流入空間と前記流出路に連通する流出空間とに二分させ、前記エレメント収容空間内に着脱自在に装着されて前記流入空間から前記流出空間に流体を通過させて流体の濾過を行うためのフィルタエレメントであって、
蛇腹状に折曲されて全体として略円筒形に形成された濾材、及び前記濾材の内周に巻き付けられて前記濾材を補強する不織布からなるエレメント本体と、
前記エレメント本体の円筒軸方向の各端部に設けられるエンドプレートと、を備え、
前記不織布は、前記濾材の内周側の前記折曲部に熱溶着されて前記折曲部相互の間隔を維持することを特徴とするフィルタエレメント。
請求項１に記載のフィルタエレメントの製造方法であって、
前記濾材及び前記不織布を展開状態で重合し、前記不織布における前記濾材との非重合面と前記不織布を加熱する加熱手段との間に難燃性シートを介在させた状態で、前記加熱手段によって前記不織布を前記濾材の前記折曲部に熱溶着させることを特徴とするフィルタエレメントの製造方法。