JP2017006831A - リターンフィルタ - Google Patents

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Abstract

【課題】作動油をタンクに戻す前に気泡を除去することができる。【解決手段】フィルタエレメントの中空部と連通する略円筒形状の流出部の内部には、螺旋形状の羽根部材を有する渦流形成部が設けられる。これにより、流出部を流れる作動油に渦が発生し、作動油に含まれる気泡が集められる。【選択図】 図３

Description

本発明は、リターンフィルタに関する。
特許文献１には、作動油タンクの上部には、作動油タンクの外部に設けられた気泡除去装置を介してシリンダ側から戻る作動油の戻り口が設けられ、この戻り口から戻った作動油がフィルタを通して作動油タンク内に収容されることが開示されている。
特開２００４−１１８７３号公報
しかしながら、特許文献１に記載の発明では、液体タンクの外に気泡除去装置を別途設けなければならないという問題がある。また、タンク内に設けられたフィルタ（以下、リターンフィルタという。）を作動油が通過するときに、作動油に気泡が発生してしまうおそれがある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、作動油に含まれる気泡を除去することができるリターンフィルタを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係るリターンフィルタは、例えば、タンク内に設けられるリターンフィルタであって、略円筒状の濾材を有するフィルタエレメントと、前記フィルタエレメントが内部に設けられた有底略円筒形状のフィルタケースと、油が流入する流入部であって、前記フィルタケースと前記フィルタエレメントとの間の空間と連通する流入部と、前記フィルタエレメントの中空部と連通する略円筒形状の流出部であって、前記フィルタケースの底面に設けられる流出部と、前記流出部の内部に設けられた螺旋形状の羽根部材を有する渦流形成部と、を備えたことを特徴とする。
本発明に係るリターンフィルタによれば、フィルタエレメントの中空部と連通する略円筒形状の流出部の内部には、螺旋形状の羽根部材を有する渦流形成部が設けられる。これにより、流出部を流れる作動油に渦流を発生させることができる。その結果、作動油に含まれる気泡を渦の軸に沿って集め、これにより、リターンフィルタ内で、濾材等を通過するときに作動油に含まれる気泡を除去することができる。
ここで、前記渦流形成部は、前記羽根部材の軸に沿って形成された管状部であって、上端が覆われた略円筒形状の管状部が略中央に形成され、前記羽根部材には、当該羽根部材を径方向に横断する通路が下側に形成され、前記管状部及び前記流出部には、前記通路と連通する孔がそれぞれ形成されてもよい。これにより、渦の軸に沿って集められた気泡をリターンフィルタの外へ放出することができる。
ここで、前記流出部と連通する流出管であって、前記フィルタケースの底面から下方に突出して設けられる流出管を備え、前記流出管の下端は、中央に向って高くかつ狭くなる略円錐台形状の下端面により覆われ、前記流出管の側面のうちの前記下端面の近傍には、複数の孔が形成されてもよい。これにより、作動油の流れを軸と略直交する方向へ変え、横向きに作動油を流出させることができる。
ここで、前記フィルタケースの上端を覆う蓋体と、前記蓋体に設けられ、前記濾材の外側の圧力と前記濾材の内側の圧力差に応じて開閉するバルブと、前記バルブを通過した油が通過するバイパスストレーナであって、内周面に前記バルブが嵌合する枠体を有するバイパスストレーナと、を備え、前記フィルタエレメントは、前記濾材の上端を覆う上プレートを有し、前記上プレートと前記枠体とが一体化されてもよい。これにより、上プレートとバイパスストレーナとを一体化し、フィルタエレメントを小型化することができる。
本発明によれば、気泡を除去することができる。
本発明の一実施形態であるリターンフィルタ１が内部に設けられた作動油タンク１００の概略を示す図である。 リターンフィルタ１の概略を示す側面図である。 リターンフィルタ１の概略を示す断面図である。 図３の部分拡大図である。 渦流発生部５０の詳細を示す斜視図である。 渦流発生部５０の詳細を示す斜視図である。 渦流発生部５０の詳細を示す斜視図である。 管の断面積を徐々に小さくする絞り部４３ｃを形成した流出管４３Ａを用いたリターンフィルタ２の概略を示す図である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態であるリターンフィルタ１が内部に設けられた作動油タンク１００の概略を示す図である。図１では、作動油タンク１００の要部を透視して図示している。
作動油タンク１００は、図示しない作業機械（例えば、油圧装置）に設置されるものであり、この油圧装置へ供給する作動油の油圧回路内に設けられた、作動油を貯留するためのタンクである。作動油タンク１００は、例えば箱形のタンク本体１０１を備えており、このタンク本体１０１はその内部が空洞となっている。タンク本体１０１の内側には、主として、リターンフィルタ１と、サクションストレーナ１１０と、が設けられる。
油圧回路において、作動油は、油圧装置を通って作動油タンク１００へ導入される。
タンク本体１０１の側面には、作動油をタンク本体１０１の内部へ流入させる流入口１０１ａが形成される。流入口１０１ａを介して流入した作動油は、リターンフィルタ１に導かれる。作動油は、リターンフィルタ１により濾過されて、作動油タンク１００内に貯留される。
また、タンク本体１０１の上端部には、リターンフィルタ１やサクションストレーナ１１０のメンテナンス等に利用する開口部１０１ｂ、１０１ｃが形成される。開口部１０１ｂには、リターンフィルタ１が取り付けられる。また、開口部１０１ｃには、蓋体１０３が取り付けられる。
蓋体１１、１０３の周縁部には、ボルト挿通孔が形成される。ボルト挿通孔に挿通されたボルト１０５をタンク本体１０１のボルト孔（図示せず）に螺合することにより、蓋体１１、１０３はタンク本体１０１に締結される。
タンク本体１０１の下端部近傍（本実施の形態では、タンク本体１０１の側面の、底面に近い位置）には、タンク本体１０１内の作動油を油圧ポンプ（図示せず）へ流出させる流出口１０１ｄが形成される。流出口１０１ｄには、タンク本体１０１の外側から、油圧ポンプ（図示せず）の吸い込みポートへ繋がるサクションパイプ１０４が嵌挿されている。
流出口１０１ｄの上側（タンク本体１０１の内側）には、サクションパイプ１０４への異物の進入を防止するため、サクションストレーナ１１０が設けられる。作動油タンク１００内に貯留された作動油は、油圧ポンプ（図示せず）に吸引されて、サクションストレーナ１１０を介してサクションパイプ１０４へ流出し、再度油圧装置へ供給される。
タンク本体１０１の底面には、サクションストレーナ１１０が設けられる空間と、リターンフィルタ１が設けられる空間と、を分割する仕切板１０１ｅが設けられる。なお、仕切板１０１ｅは必須ではない。
図２は、リターンフィルタ１の概略を示す側面図である。また、図３は、リターンフィルタ１の概略を示す断面図である（ただし、断面を示すハッチングを省略している）。
リターンフィルタ１は、主として、フィルタケース１０と、流入部２０と、フィルタエレメント３０と、流出部４０と、渦流発生部５０と、を有する。
フィルタケース１０は、有底略円筒形状の部材であり、金属により形成される。フィルタケース１０には、上端を覆うように蓋体１１が設けられる。
蓋体１１には、バルブ１２が設けられる。バルブ１２は、フィルタケース１０とフィルタエレメント３０との間（フィルタエレメント３０の外側）の圧力と、フィルタエレメント３０の内側の圧力との差に応じて開閉する。バルブ１２の外周面は、バルブ１２を通過した作動油が通過するバイパスストレーナ１３の内周面に嵌合する。
流入部２０は、流入口１０１ａに嵌入される流入管２１を有する。流入管２１には、作動油が流入する。流入管２１から流入した作動油は、フィルタケース１０とフィルタエレメント３０との間の空間に導かれる。
フィルタエレメント３０は、フィルタケース１０の内部に設けられる略円筒状の部材である。フィルタエレメント３０は上端が蓋体１１に設けられ、下端が流出部４０に設けられることで、フィルタケース１０の内部に保持される。
フィルタエレメント３０は、主として、内筒３１と、外筒３２と、濾材３３と、プレート３４、３５と、を有する。
内筒３１及び外筒３２は、両端に開口を有する略中空円筒形状の部材である。内筒３１及び外筒３２は、耐腐食性の高い材料（例えば、ステンレス）を用いて形成される。内筒３１及び外筒３２には、略全域に作動油が通過する孔が形成されている。なお、内筒３１及び外筒３２は、樹脂を用いて形成されていてもよい。また、外筒３２は必須ではない。
内筒３１と外筒３２との間には、濾材３３が設けられる。濾材３３は、径方向に厚みを有する略円筒形状である。濾材３３の高さは、内筒３１及び外筒３２の高さと略同じである。
濾材３３は、合成樹脂や紙等を用いたろ紙をひだ折りにし、ひだ折りにしたろ紙の両端を連結して円筒状に丸めることによって形成される。これにより、濾材３３は、略円筒プリーツ形状に形成される。濾材３３は作動油を濾過するためのものである。
外筒３２及び内筒３１の一方の端にはプレート３４が設けられ、他方の端にはプレート３５が設けられる。プレート３４及びプレート３５は、略円板状又は有底略円筒形状の部材であり、樹脂又は金属を用いて形成される。
プレート３４及びプレート３５は、内筒３１、外筒３２及び濾材３３の端（開口）を覆うように設けられる。言い換えると、プレート３４及びプレート３５は、内筒３１、外筒３２及び濾材３３を挟持する。
プレート３４は、内筒３１、外筒３２及び濾材３３の下端を覆う。プレート３４の内周面３４ａは、流出部４０の嵌合管４１（後に詳述）に嵌合する。
プレート３４の内周面には、シール部材６１が設けられる。シール部材６１は、プレート３４と嵌合管４１との間から、作動油が嵌合管４１に侵入しないようにする。
プレート３５は、内筒３１、外筒３２及び濾材３３の上端を覆う。図４は、図３の部分拡大図である。
バイパスストレーナ１３は、主として、全体として略円筒形状の枠体１３ａと、枠体１３ａの空間に張設されたメッシュ状の濾過部１３ｂと、を有する。
プレート３５の内周面３５ａは、バイパスストレーナ１３の外周面１３ｃに嵌合する。これにより、プレート３５とバイパスストレーナ１３とが一体化される。その結果、リターンフィルタ１を小型化することができる。
プレート３５の内周面３５ｂは、バルブ１２の外周面１２ａに嵌合する。この結果、フィルタエレメント３０及びバイパスストレーナ１３がバルブ１２に取り付けられる。なお、バイパスストレーナ１３の内周面１３ｄには、バルブ１２の外周面１２ａが嵌合される。
プレート３５の内周面に形成された溝３５ｃには、シール部材６２が設けられている。そのため、内周面３５ｂが外周面１２ａに嵌合すると、バルブ１２とプレート３５との間から作動油がバイパスストレーナ１３内に侵入しなくなる。
図３の説明に戻る。流出部４０は、全体として略円筒形状であり、主として、嵌合管４１と、内側管４２と、流出管４３と、を有する。
嵌合管４１は、略円筒形状の部材であり、フィルタケース１０の内部に設けられる。嵌合管４１の外周面には、プレート３４の内周面３４ａが嵌合する。これにより、フィルタエレメント３０の中空部（内筒３１の中空部）と嵌合管４１の中空部とが連通する。
内側管４２は、略円筒形状の部材であり、フィルタケース１０の内部に設けられる。また、内側管４２は、嵌合管４１の中空部に設けられる。これにより、嵌合管４１に流入した濾過後の作動油が内側管４２へ流出する。
内側管４２の下端には、フィルタケース１０を介して流出管４３が設けられる。流出管４３は、略円筒形状の部材であり、フィルタケース１０の底面１０ａ（−ｚ側の面）から下方に突出して設けられる。流出管４３は、開口部１０ｂを介して内側管４２と連通する。
なお、本実施の形態では、フィルタケース１０の底面上方に内側管４２が設けられ、フィルタケース１０の底面上方に流出管４３が設けられたが、フィルタケース１０の底面に流出部４０を設ける形態はこれに限られない。流出部４０は、フィルタケース１０の底面に設けられ、上端がフィルタエレメント３０の内周部と連通し、下端面がタンク本体１０１内に突出していればよい。
流出管４３の下端は、中央に向って高くかつ狭くなる略円錐台形状の下端面４３ａにより覆われる。流出管の側面のうちの下端面４３ａの近傍には、複数の孔４３ｂが形成される。これにより、流出管４３の内部を下方（−ｚ方向）に向って流れてきた作動油が、下端面４３ａに当たることでｚ方向と略直交する方向へ流れを変え、孔４３ｂからタンク本体１０１内へ流出する。
また、流出管４３の中空部には、渦流発生部５０が設けられる。図５〜７は、渦流発生部５０の詳細を示す斜視図である。なお、図６は、視認できない部分を透視して表示している。
渦流発生部５０は、主として、本体部５１と、フランジ部５２と、羽根部材５３と、管状部５４と、空気流路５５と、を有する。
本体部５１は、略円筒形状の部材であり、流出管４３の内部に挿入される。本体部５１の上端には、渦流発生部５０を流出管４３及びフィルタケース１０に取り付けるためのフランジ部５２が一体形成される。
図３に示すように、フィルタケース１０の底面１０ａの内側に、本体部５１が下方に突出するようにフランジ部５２を設けると、底面１０ａに形成された開口部１０ｂに本体部５１が挿入される。また、開口部１０ｂに挿入された本体部５１は、開口部１０ｂと連通する流出管４３の内部にも挿入される。
図５〜７の説明に戻る。本体部５１の内周面には、螺旋形状の羽根部材５３が形成される。羽根部材５３は、流出管４３に流入する作動油に渦流を発生させる部材である。羽根部材５３は螺旋形状であるため、図３の矢印に示すように、流出管４３に流入する作動油は、渦を巻きながら下方（−ｚ方向）へ流れる。
本実施の形態では、４枚の羽根部材５３が周方向に沿って設けられるが、羽根部材５３の数はこれに限られない。例えば、平面視が扇型の羽根部材５３を用いる場合には、羽根部材５３は２枚以上であればよい。また、羽根部材５３の形状もこれに限られない。例えば、羽根部材は、３６０度以上連続した１枚の螺旋形状の羽根であってもよい。
管状部５４は、羽根部材５３の軸に沿って設けられる。管状部５４は、上端が覆われた略円筒形状であり、作動油に含まれる気泡が溜められる空間が形成される（後に詳述）。
羽根部材５３には、径方向に横断する空気流路５５が、下側（−ｚ側）の面に形成される。本実施の形態では、空気流路５５は管状の部材であるが、空気流路５５の形状はこれに限られない。例えば、羽根部材５３の裏面に２本のリブを形成し、２本のリブの間に形成される溝を空気流路としてもよい。また、空気流路５５の位置及び数もこれに限られない。例えば、羽根部材５３毎にそれぞれ空気流路５５を形成してもよいし、１枚の羽根部材５３に複数の空気流路５５を形成してもよい。
本体部５１には、空気流路５５と連通する孔５１ａが形成される（図５、６参照）。図示しないが、流出管４３には、孔５１ａと連通する孔が形成される。
管状部５４には、空気流路５５と連通する孔５４ａが形成される（図７参照）。これにより、管状部５４に溜まった空気が、空気流路５５、孔５１ａ及び流出管４３に形成される図示しない孔を通って、タンク本体１０１内へ放出される。
なお、本実施の形態では、渦流発生部５０が流出管４３の内部に設けられるが、渦流発生部５０は流出部４０に設けられていればよく、嵌合管４１や内側管４２に設けられてもよい。また、本実施の形態では、流出部４０と渦流発生部５０とが別部品であるが、渦流発生部５０が流出部４０に形成されていてもよい。渦流発生部５０を流出部４０に形成する場合には、少なくとも、羽根部材５３と、管状部５４と、空気流路５５と、を形成すればよい。
次に、このように構成されたリターンフィルタ１の機能について説明する。図３の矢印は、リターンフィルタ１内部の作動油の流れを示す。
流入部２０から流入した作動油は、フィルタケース１０とフィルタエレメント３０との間の空間に流入する。作動油はフィルタエレメント３０の外側から内側へ向って流れ、濾過後の作動油は内筒３１の内側に流出する。
濾過後の作動油は、内筒３１の内側から下方に向かって流れ、嵌合管４１及び内側管４２の内側を通って渦流発生部５０に導かれる。
渦流発生部５０に導かれた作動油は、羽根部材５３にぶつかって流れの向きが変わる。羽根部材５３は螺旋形状であるため、羽根部材５３にぶつかった作動油には螺旋状の渦が発生する。
作動油が螺旋状の渦を巻きながら下方（−ｚ方向）へ流れると、遠心力により、作動油に含まれる気泡は、渦の軸（すなわち、羽根部材５３の軸）に沿って集まる。渦の軸近傍は、流速が０に近いため、軸に沿って集まった気泡同士は、互いにぶつかって大きく成長する。一定以上の大きさに成長した気泡は、上方（＋ｚ方向）へ移動し、管状部５４の上端近傍の空間に溜められる。
管状部５４の上端近傍に溜められた気泡は、孔５４ａを通って空気流路５５に流出する。空気流路５５に流出した気泡は、孔５１ａ等を通ってリターンフィルタ１の外へ放出される。
渦を巻きながら下方へ流れてきた作動油は、下端面４３ａに当たることでｚ方向と略直交する方向へ流れを変え、孔４３ｂを通ってタンク本体１０１内へ流出する。これにより、流出管４３を流れてきた作動油は、タンク本体１０１の底面に勢い良くぶつかることができない。
本実施の形態によれば、リターンフィルタ１内で作動油に含まれる気泡を除去することができる。その結果、ポンプが空気を吸うことで発生する不具合を防止することができる。また、油圧回路内で気泡が破裂等して作動油の温度及び圧力が一時的に極度に高くなり、これによる部品の損傷等が起こるという不具合を防止することができる。
なお、本実施の形態では、渦流発生部５０により作動油に渦を発生させることで気泡を集め、これにより気泡を除去したが、気泡を集める方法はこれに限られない。例えば、流出管４３の内部にスチールウール等を充填することで気泡を除去してもよい。
スチールウールとは、鉄（例えば、ステンレス）微細かつ長い繊維状に加工したものであり、これをまとめて様々な形状とすることができる。スチールウールをまとめた部材は、表面及び内部に多数の微小な空間が形成されている。作動油に含まれる気泡は、スチールウールをまとめた部材の表面及び内部の空間に捕らえられ、捕らえられた気泡が集まることで気泡が成長する。気泡が成長して大きくなると、気泡はスチールウールから離れて上（＋ｚ方向）へ上昇する。
このように、表面及び内部に多数の微小な空間が形成された素材を流出管４３の内部に充填しても、気泡を効果的に除去することができる。なお、流出管４３の内部に充填する素材は、スチールウールに限らず、例えば焼結金属、海綿等を用いてもよい。
なお、スチールウールは、流出管４３全体に充填する必要はなく、少なくとも、流出部４０の中空部に、軸と直交する方向（ｘｙ平面）に沿った帯状に充填すればよい。
また、本実施の形態では、流出管４３は断面積が一定であるが、流出管４３の形状はこれに限られない。図８に、管の断面積を徐々に小さくする絞り部４３ｃを形成した流出管４３Ａを用いたリターンフィルタ２の概略を示す。絞り部４３ｃは、作動油の渦流をより強くする作用を有する。そのため、絞り部４３ｃは、渦流発生部５０、すなわち羽根部材５３にできるだけ近い位置に設けることが望ましい。なお、絞り部４３ｃの位置、長さ、及びテーパ角等は、図示した形態に限定されるものではない。
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、実施形態の構成に他の構成の追加、削除、置換等をすることが可能である。
また、本発明において、「略」とは、厳密に同一である場合のみでなく、同一性を失わない程度の誤差や変形を含む概念である。例えば、「略直交」とは、厳密に直交の場合には限られず、例えば数度程度の誤差を含む概念である。また、例えば、単に直交、平行、一致等と表現する場合において、厳密に直交、平行、一致等の場合のみでなく、略平行、略直交、略一致等の場合を含むものとする。
また、本発明において「近傍」とは、基準となる位置の近くのある範囲（任意に定めることができる）の領域を含むことを意味する。例えば、端近傍という場合に、端の近くのある範囲の領域であって、端を含んでもいても含んでいなくてもよいことを示す概念である。
１、２ ：リターンフィルタ
１０ ：フィルタケース
１０ａ ：底面
１０ｂ ：開口部
１１ ：蓋体
１２ ：バルブ
１２ａ ：外周面
１３ ：バイパスストレーナ
１３ａ ：枠体
１３ｂ ：濾過部
１３ｃ ：外周面
１３ｄ ：内周面
２０ ：流入部
２１ ：流入管
３０ ：フィルタエレメント
３１ ：内筒
３２ ：外筒
３３ ：濾材
３４ ：プレート
３４ａ ：内周面
３５ ：プレート
３５ａ、３５ｂ ：内周面
３５ｃ ：溝
４０ ：流出部
４１ ：嵌合管
４２ ：内側管
４３、４３Ａ ：流出管
４３ａ ：下端面
４３ｂ ：孔
４３ｃ ：絞り部
５０ ：渦流発生部
５１ ：本体部
５１ａ ：孔
５２ ：フランジ部
５３ ：羽根部材
５４ ：管状部
５４ａ ：孔
５５ ：空気流路
６１、６２ ：シール部材
１００ ：作動油タンク
１０１ ：タンク本体
１０１ａ ：流入口
１０１ｂ、１０１ｃ：開口部
１０１ｄ ：流出口
１０１ｅ ：仕切板
１０３ ：蓋体
１０４ ：サクションパイプ
１０５ ：ボルト
１１０ ：サクションストレーナ

Claims (4)

  1. タンク内に設けられるリターンフィルタであって、
    略円筒状の濾材を有するフィルタエレメントと、
    前記フィルタエレメントが内部に設けられた有底略円筒形状のフィルタケースと、
    油が流入する流入部であって、前記フィルタケースと前記フィルタエレメントとの間の空間と連通する流入部と、
    前記フィルタエレメントの中空部と連通する略円筒形状の流出部であって、前記フィルタケースの底面に設けられる流出部と、
    前記流出部の内部に設けられた螺旋形状の羽根部材を有する渦流形成部と、
    を備えたことを特徴とするリターンフィルタ。
  2. 請求項１に記載のリターンフィルタであって、
    前記渦流形成部は、前記羽根部材の軸に沿って形成された管状部であって、上端が覆われた略円筒形状の管状部が略中央に形成され、
    前記羽根部材には、当該羽根部材を径方向に横断する通路が下側に形成され、
    前記管状部及び前記流出部には、前記通路と連通する孔がそれぞれ形成されることを特徴とするリターンフィルタ。
  3. 請求項１又は２に記載のリターンフィルタであって、
    前記流出部と連通する流出管であって、前記フィルタケースの底面から下方に突出して設けられる流出管を備え、
    前記流出管の下端は、中央に向って高くかつ狭くなる略円錐台形状の下端面により覆われ、
    前記流出管の側面のうちの前記下端面の近傍には、複数の孔が形成されることを特徴とするリターンフィルタ。
  4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のリターンフィルタであって、
    前記フィルタケースの上端を覆う蓋体と、
    前記蓋体に設けられ、前記濾材の外側の圧力と前記濾材の内側の圧力差に応じて開閉するバルブと、
    前記バルブを通過した油が通過するバイパスストレーナであって、内周面に前記バルブが嵌合する枠体を有するバイパスストレーナと、を備え、
    前記フィルタエレメントは、前記濾材の上端を覆う上プレートを有し、
    前記上プレートと前記枠体とが一体化されることを特徴とするリターンフィルタ。
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