JP4663015B2 - 複合端部キャップを有する空気フィルタ - Google Patents

Description

本発明は、流体から不純物を濾過するための器具、そしてより特定的には内燃機関の内部を流れる空気から不純物を濾過するための器具に関する。

長距離輸送トラック及び農業用、自動車用及びオフハイウェイ用機器で使用されるものといったような従来の空気濾過システムが、流入給気を伴うエンジン内に汚れや粉塵が進入するのを防ぐために利用されている。これらの従来の空気濾過システムには、なかでもハウジング、ハウジングに付随する空気流管及び取外し可能で交換できるエアフィルタエレメントを有する可能性がある。エアフィルタエレメントは、内部金属ライナー、外部金属ライナー、濾材、及び一対の端部キャップを有し得る。濾材は金属ライナー間に配置されている。端部キャップは一般にフィルタエレメントの相対する側面上に金属ライナーをしっかりと固定し、濾材の全体又は一部分を密封している。その開示全体が参考として包含されている、「逆流エアフィルタ配置」という名称の米国特許第６，４１３，２８９号及び「ラジアルシール密封要素を伴うエアフィルタエレメント」という名称の米国特許第５，４８４，４６６号により一般的に記されているように、金属及び重合体の端部キャップを使用することは既知である。本発明は重合体端部キャップの改良に関する。

本発明は、一態様においては、襞付き濾材の筒状リング、第１の環状端部キャップ及び第２の複合端部キャップを有するエアフィルタエレメントを提供する。襞付き濾材の筒状リングは第１の端部と第２の端部の間に延びている。第１の環状端部キャップは、第１の端部が密封されるような形で第１の端部全体の上に位置設定されている。第２の複合端部キャップは、環状インサート及び発泡重合体部分を備えている。

環状インサートは、中央穴及び外部インサート周囲を有する。環状インサートには、外部インサート周囲から中央穴に向かって上向きにテーパが付いている。発泡重合体部分は、第２の端部が密封されるような形で環状プラスチックインサートを中心にして成形される。発泡重合体部分は環状インサートのテーパ付き表面と係合し、それに沿って中央穴に向かって突出し、はみ出しが発生する場合それは環状インサートの中央穴のまわりを上方にこの中央穴を通って形成される。

本発明は、もう１つの態様では、内部ライナー、外部ライナー、濾材、環状端部キャップ及び複合端部キャップを備えているエアフィルタエレメントを提供している。外部ライナーは、内部ライナーの外側で同心的に間隔どりされ、外部ライナー周囲を画定する。濾材は内部及び外部ライナーの間に配置される。環状端部キャップは、内部及び外部ライナーがしっかり固定され濾材の少なくとも一部分が密封されるような形で、内部及び外部ライナー全体にわたり形成される。複合端部キャップは、環状プラスチックインサート及び発泡ウレタン部分を備えている。

環状プラスチックインサートは中央穴及び外部インサート周囲を有する。環状プラスチックインサートには外部インサート周囲から中央穴に向かって上向きにテーパが付いている。発泡ウレタン部分は、内部及び外部ライナーがしっかりと固定され、濾材の少なくとも一部分が密封され、中央穴を通り外部ライナー周囲に沿ってウレタンのはみ出しが発生するような形で環状プラスチックインサートを中心として成形される。従って発泡ウレタン部分は、一定直径部分及びはみ出しされたウレタン部分を有する発泡周囲を有している。

本発明は、さらなる態様においては、ハウジング、空気流管及びエアフィルタエレメントを備えている空気濾過システムを提供している。空気流管はハウジングに対ししっかり固定することができる。エアフィルタエレメントは、内部金属ライナー、外部金属ライナー、濾材、環状端部キャップ及び複合端部キャップを有している。外部金属ライナーは、内部金属ライナーの外側で同心的に間隔どりされ、外部ライナー周囲を画定する。濾材は、内部金属ライナーと外部金属ライナーの間に配置される。内部金属ライナー及び外部金属ライナーがしっかり固定され濾材の少なくとも一部分が密封されるような形で、内部及び外部金属ライナー全体にわたり形成される。複合端部キャップは、環状プラスチックインサート及び複合端部キャップを備えている。

環状プラスチックインサートは中央穴及び外部インサート周囲を有する。環状プラスチックインサートには、外部インサート周囲から中央穴に向かって上向きにテーパが付いている。発泡ウレタン部分は中央ウレタン穴を形成する。発泡ウレタン部分は、内部及び外部金属ライナーがしっかりと固定され濾材の少なくとも一部分が密封され複合端部キャップの下側に環状溝が形成され（なおこの環状溝は中に複数の横方向リブを有する）中央穴を通り外部ライナー周囲に沿ってウレタンのはみ出しが発生するような形で、環状プラスチックインサートを中心にして成形される。従って発泡ウレタン部分は、一定直径部分及びはみ出しされたウレタン部分を有している発泡周囲を有する。

本発明のその他の態様、目的及び利点は、添付図面と合わせて以下の詳細な記述を考慮することによりさらに明らかになるものと思われる。

本明細書の中に包含されその一部を成す添付図面は、本発明の複数の態様を例示し、記述と合わせて本発明の原理を説明する上で役立つものである。

本発明についていくつかの好ましい実施形態に関連して記述するが、本発明をこれらの実施形態に制限することは意図されていない。反対に、添付のクレームにより定義される通りに本発明の精神及び範囲内に含まれるものとして全ての変形形態、修正及び等価物を網羅することがここでは意図されている。

図１を参照すると、エアフィルタエレメント１０が例示されている。エアフィルタエレメント１０は、内部ライナー１２、外部ライナー１４、濾材１６、環状上面端部キャップ１８及び環状底面端部キャップ２０を有し得る。図１の切欠き部分に示されているように、外部ライナー１４は内部ライナー１２の外側に同心的に間隔どりされており、濾材１６は内部及び外部ライナー１２、１４の間に配置されている。濾材１６は、例えば円筒形襞付きセルロース濾材といったような従来の半径流濾材のいずれかであり得る。同様にして、内部及び外部ライナー１２、１４は、エキスパンデッドメタル、穴あき金属などといった金属円筒であり得る。外部ライナー１４は、外部ライナー周囲２２を画定する。

環状上面端部キャップ１８は、図２に例示される通り、中央穴２４を有し、例えば重合体材料、プラスチゾル、非発泡用ウレタン、発泡用ウレタンなどといった可とう性圧縮可能材料で構築され得る。１つの実施形態においては、上面端部キャップ１８は、米国特許第６，４４７，５６７号の中で開示されている端部キャップに類似していてよい。その他の実施形態においては、環状上面端部キャップ１８は、必要とみなされた場合にはガスケットを担持する注封予備成形金属又はプラスチック端部キャップであり得る。環状上面端部キャップ１８は、内部及び外部ライナー１２、１４を所定の場所にしっかりと固定できると同時に、濾材１６の少なくとも一部分を密封することができる。環状上面端部キャップ１８は、図１及び２において方向づけされているように、複合端部キャップ２０より上に垂直に配置され得る。

図２及び３を参照すると、複合端部キャップ２０は、プラスチック及び／又は金属で形成され得る環状インサート２６及び発泡ウレタン（すなわち発泡用ウレタン）で形成され得る発泡重合体部分２８を備えている。環状インサート２６は中央穴３０と外部インサート周囲３２を有する。外部周囲は壁３１を有し得る。壁３１は、テーパ付き部分３３を有し得る。環状インサート２６には、外部インサート周囲３２から中央穴３０に向かって表面３５に沿って上向きにテーパが付いている。環状インサート２６には、約２〜２０度の間で、及び約５〜１５度という第２の範囲内で、そして一実施形態においては約１０度で、上向きにテーパが付いている。従って、エアフィルタエレメント１０内部にたどり着くあらゆる破片又は水が外部インサート周囲３２に向かって、そして中央穴３０から遠ざかるように移動する。喚言すると、破片又は水は、壁３１に向かってテーパの付いた環状インサート２６によって誘導又は偏向させられる。壁３１は水が濾材内に入るのを妨げる。さらに壁のテーパ付き部分は、製造中の濾材の挿入を容易にする。

発泡用ウレタンが固まる（すなわち硬化する）につれて、及びその後、内部及び外部ライナー１２、１４は複合端部キャップ２０の内部でしっかり固定される。同様にして、端部キャップ２０の近くの濾材１６は密封されて短絡を防止することができる。

図２及び３に例示されている通り、発泡ウレタン部分２８を構築するために発泡用ウレタンが用いられる場合、中央穴３０及び外部ライナー周囲２２のうちの単数又は複数のものの近くで、ウレタンの「はみ出し」部分３８、３９が発生する。ウレタンのはみ出し部分３８、３９は、発泡用ウレタンが硬化する（すなわち固まる）につれての発泡用ウレタンの膨張の結果である。ウレタン部分３８は、中央穴３０の内側に位置設定され、内径４８を形成する。発泡用ウレタンの膨張は予測不能であることから、はみ出し部分３８は、一定直径部分４２と不均等かつ／又は非対称なはみ出しウレタン部分４４を有している複合端部キャップ２０上に外部周囲４０を生成する。

一実施形態においては、図４に示されているように、複合端部キャップ２０の下側３６内の環状溝３４は、複数の横方向リブ４６を有している。前記複数の横方向リブ２６は、複合端部キャップ２０とハウジング６０の間にシールが形成するのを阻止及び／又は防止することができる（図６）。横方向リブ４６はエアフィルタエレメント１０とハウジング６０の間のシールの形成を阻止及び／又は防止し得ることから、ハウジング内にいかなる負圧も真空も作り出されず、エアフィルタエレメント１０の取外しは迅速かつ容易である。

図２及び４に集合的に示されているように、はみ出し部分３８は、環状インサート２６の中央穴３０の近くで複合端部キャップ２０内に真の内径部分４８を形成させる。真の内径部分４８は、外部周囲４０と同様に、一定直径部分とはみ出しウレタン部分を有する。

図５に示されているように、エアフィルタエレメント１０を構築するために金型５２を利用することができる。金型５２はスタンドオフ５４を備え、中に配置された環状インサート２６と共に示されている。エアフィルタエレメント１０が構築される時、内部及び外部ライナー１２、１４及び濾材１６は、金型５２内部、好ましくは外部インサート周囲３２にある環状インサート２６及びスタンドオフ５４上に注封又はセットされる。金型５２により案内された発泡用ウレタンは内部及び外部ライナー１２、１４、濾材１６及びスタンドオフ５４全体にわたりそしてそれらのまわりを流れる。発泡用ウレタンが硬化した（すなわち固まった）時点で、内部及び外部ライナー１２、１４が複合端部キャップ２０内部にしっかりと固定される。発泡用ウレタンは、硬化するにつれて膨張することから、望ましくも押上げられ、端部キャップ２０の近くで濾材１６内へ膨張し、かくして濾材は密封される。ベントが無ければ、濾材１６と端部キャップ２０の間にさらに優れた密封界面を提供することのできる力又は押上げ圧力が増大する。さらに、ウレタンの量は、ベントを伴う設計に比べて削減される。

金型５２は、外部ライナー周囲２２及び中央穴３０の近くでのみ発泡用ウレタンの膨張を可能にすることから、これらの場所ではみ出し部分３８、３９が発生する。有利なことに、環状インサート２６の上向き底面テーパは、あらゆる連行空気又は浮遊気泡を中央穴３０に向かって上向きに弾むように偏向させる。従って、気泡は中央穴３０の近くでベントされる。上向き底面テーパは、気泡の捕捉を回避させる。これは同様に、成形中に濾材１６から離れるように気泡を誘導する。それでも、気泡は同様に外部ライナー周囲２２の近くでベントすることもできる。

金型５２は、隆起したウェル５３を有し得る。隆起したウェル５３は外部周囲のまわりに材料を集中させてシールを形成させる。ウェル５３は端部キャップを作り上げるための材料の全体量を減少させる。

図２及び５を参照すると、１つの実施形態において、環状インサート２６は複数の半径方向外向きに延びているリブ５６を有している。これらの半径方向外向きに延びているリブ５６は、その他の利点の中でも、環状インサート２６に対する構造的支持を提供する。さらに、金型５２はスタンドオフ５４（図５）を有することから、複合端部キャップはそれに相応して、エアフィルタエレメント１０が金型５２から取り外された時点で、図４に示されている通り、複数の切込み５０を有している。図５を見ると最もよく分かるように、一実施形態において、環状インサート２６は、オフセット５７をもつ周囲５５を有する。前記オフセット５７は、濾材１６との関係において同軸的に環状インサート２６を位置づけし（図２）内部ライナー１２との関係において環状インサートを所定の位置に保持するために用いられる。

図６を参照すると、空気濾過システム５８の一例が示されている。図示されているように、空気濾過システム５８は、ハウジング６０、流管６２、カバー６４及びエアフィルタエレメントを有する。空気濾過システム５８が組立てられる場合、エアフィルタエレメント１０がハウジング６０内に設置され、その後、カバー６４がハウジングにしっかりと固定される。エアフィルタエレメント１０上の横方向リブ４６は、エアフィルタエレメントとハウジング６０の間にシールが形成されるのを阻止及び／又は防止する。

フィルタがハウジング６０内に設置され、カバー６４を締めつけた時点で、両方が端部キャップ１８、２０により軸方向及び／又は半径方向のシールが形成されて濾材１６を通過しての空気の短絡を防ぐ。ハウジング６０内にエアフィルタエレメント１０がある状態で、空気はカバー６４内を流れ、エアフィルタエレメント１０内を通過し、かくして破片、汚染物質、不純物などが給気から除去されることになる。その後空気は空気流管６２内を流れる。従って、清浄な空気を例えば内燃機関に提供することができる。

フィルタエレメントのもう１つの実施形態が、図７に示されている。フィルタエレメント１１０は、インサート１２６を除いて図２に示された実施形態と類似している。図７及び８を参照すると、インサート１２６は中央穴１３０を有し、外部インサート周囲１３２を有する。外部周囲１３２は壁１３１を有し得る。壁１３１は、丸くなった部分１３３を有し得る。インサート１２６には、中央穴１３０に向かった表面１３５に沿って上向きにテーパが付いている。表面１３５には２〜２０度の間、約５〜１５度の間の第２の範囲内で、そして一実施形態では約１５度で、上向きテーパが付いている。インサート１２６は、外部周囲１３２からテーパ付き表面１３５に向かって下向きにテーパが付いているもう１つのテーパ付き表面１３７を有し得る。

フィルタエレメントのもう１つの実施形態が図１０に示されている。フィルタエレメント２１０は、環状インサート２２６以外、図２に示されている実施形態に類似している。環状インサート２２６は、中央穴２３０と外部インサート周囲２３２を有する。環状インサート２２６には、外部インサート周囲２３２から中央穴２３０まで表面２３５に沿って上向きにテーパが付いている。環状インサート２２６には２〜２０度の間及び５〜１５度の間の第２の範囲内で、そして一実施形態では約１０度で上向きにテーパが付いている。一実施形態においては、環状インサート２２６には、図１２に示されている通り、オフセット２５９を伴う円筒形周囲２５５を有し得る。

一実施形態においては、図１１に示されているように、環状溝２３４に横方向リブ２４６を有し得る。横方向リブ１４６は端部キャップとハウジングの間にシールが形成するのを阻止及び／又は防止することができる。

本書に引用されている刊行物、特許出願及び特許は、各参考文献が参考として包含されるべく個別にかつ特定的に指示されており本書にその全体が記述されている場合と同等に、本書に参考として包含される。

本発明を記述する上で（特に冒頭のクレームの文脈内で）の「a」及び「an」及び「the」という用語ならびに類似の指示対象の使用は、本書に相反する指示のないかぎり、又は文脈上明らかに矛盾しないかぎり、単数及び複数の両方を網羅するものとみなされるべきものである。「〜を含む」、「を有する」、「〜を内含する」及び「〜を含有する」という用語は、相反する指摘のないかぎり制約のないものとして（すなわち「制限的意味なく〜を内含する」ことを意味するものとみなされるべきである。本書中の値の範囲の列挙は、本書中に相反する指示のないかぎり、前記範囲内に入る各々の別々の値に個別に言及する簡単な方法として役立つように意図されているにすぎず、別々の各値は、あたかも本書中に個々に列挙されたかのごとくに明細書中に包含される。本書に記述された全ての方法は、本書中に相反する指示のないかぎり、又文脈上明らかに矛盾のないかぎり任意の適切な順序で実施可能である。本書で提供されているいずれかの及び全ての例又は例示的文言（例えば「such as（〜などの）」）は、単に本発明をより良く照らし出すように意図されたものにすぎず、相反する請求のないかぎり、本発明の範囲に対して制限を加えるものではない。明細書中のいかなる文言も、本発明の実践にとって本質的なものとして何らかの請求対象外の要素を指示するものとしてみなされるべきではない。

本発明を実施するための発明人らにとって既知の最良の形態を含め、本発明の好ましい実施形態が本書で記述されている。これらの好ましい実施形態の変形形態が、以上の記述を読んだ時点で、当業者に明らかとなるかもしれない。発明人らは、当業者がかかる変形形態を適切なものとして利用することを期待しており、発明人らは本発明が本書で特定的に記述されている通り以外の形で実践されることを意図している。従って、本発明は、適用法により許される通りに、本書に添付のクレーム内で列挙されている主題のあらゆる修正及び等価物を内含する。その上、本書に相反する指示のないかぎり、又は文脈上その他の形で明らかに矛盾するのでないかぎり、その可能な全ての変形形態での上述の要素のあらゆる組合せが本発明に包含される。

断面部分を含めた、本発明の教示に従って構築されたエアフィルタエレメントの実施例の側面立面図である。 ライン２−２に沿って切り取られた図１のエアフィルタエレメントの側面断面図である。 図２の右下コーナーの拡大図である。 図１のエアフィルタエレメントの底面平面図である。 中に配置された図１のエアフィルタエレメントの複合端部キャップからの断面部分を含む環状インサートを有する図１のエアフィルタエレメントを構築するのに使用される金型の、断面部分を含む斜視図である。 図１のエアフィルタエレメントを利用する空気濾過システムの展開平面図である。 エアフィルタエレメントのもう１つの実施形態の側面断面図である。 図７の右下コーナーの拡大図である。 環状インサートを有しエアフィルタエレメントを構築するのに用いられる、断面部分を含めた金型の斜視図である。 エアフィルタエレメントのもう１つの実施形態の側面断面図である。 図９のエアフィルタエレメントの底面平面図である。 中に配置された図１０のエアフィルタエレメントの複合端部キャップからの切欠き部分を有する環状インサートを有する図１０のエアフィルタエレメントを構築するのに使用される金型の、切欠き部分を含む斜視図である。

Claims (20)

1. 第１の端部と第２の端部との間に延びている襞付き濾材の筒状リングと、
   前記第１の端部が密封されるように、前記第１の端部全体に位置設定された第１の環状端部キャップであって、開口部を有する第１の環状端部キャップと、
   第２の複合端部キャップとを備え、
   前記第２の複合端部キャップは、
   中央穴と外部インサート周囲とを有し、前記中央穴に向かって延びるにつれて前記第１の環状端部キャップに向かって軸方向内向きにテーパが付いている表面を前記襞付き濾材の内部に有する、環状インサートと、
   前記第２の端部が密封されるように前記環状インサートを中心として成形され、かつ前記テーパ付き表面に沿って突出して前記テーパ付き表面を前記中央穴に向かって係合させ、かつ前記テーパ付き表面に沿って半径方向内向きに延びている発泡重合体部分とを備えている、エアフィルタエレメント。
2. 前記環状インサートには約２〜２０度の間で上向きにテーパが付いている、請求項１に記載のエアフィルタエレメント。
3. 前記環状インサートには約５〜１５度の間で上向きにテーパが付いている、請求項１に記載のエアフィルタエレメント。
4. 前記環状インサートには約１０度で上向きテーパが付いている、請求項１に記載のエアフィルタエレメント。
5. 前記発泡重合体部分が発泡用ウレタンを備えている、請求項１に記載のエアフィルタエレメント。
6. 前記発泡重合体部分が未硬化のうちに、前記発泡重合体部分に付随する気泡が中央穴を通してベントされ、かくして発泡重合体部分と環状インサートの間には実質的にいかなるエアポケットも形成されないようになっている、請求項１に記載のエアフィルタエレメント。
7. 前記環状インサートの上部部分が半径方向外向きに延びている複数のリブを有している、請求項１に記載のエアフィルタエレメント。
8. 前記発泡重合体部分が、一定直径の部分とはみ出し部分を有する、請求項１に記載のエアフィルタエレメント。
9. 前記エアフィルタエレメントが前記環状インサートの前記中央穴の近くにはみ出し部分を有している、請求項１に記載のエアフィルタエレメント。
10. 前記環状インサートが、オフセットをもつ円筒形周囲を有し、前記オフセットが濾材との関係において同軸に前記環状インサートを位置設定している、請求項１に記載のエアフィルタエレメント。
11. 前記環状インサートにはベント孔が無い、請求項１に記載のエアフィルタエレメント。
12. 前記環状インサートがプラスチックである、請求項１に記載のエアフィルタエレメント。
13. 内部ライナーと
    前記内部ライナーの外側に同心的に間隔どりされ、外部ライナー周囲を画定する外部ライナーと、
    前記内部ライナーと前記外部ライナーの間に配置された濾材と、
    前記内部ライナー及び前記外部ライナーがしっかりと固定され、前記濾材の少なくとも一部分が密封されるような形で前記内部ライナー及び前記外部ライナー全体にわたり形成される環状端部キャップであって、開口部を有する環状端部キャップと、
    複合端部キャップとを備え、
    前記複合端部キャップは、
    中央穴及び外部インサート周囲を有し、前記外部インサート周囲近位から中央穴に向かって上向きにテーパが付いている環状プラスチックインサートと、
    前記内部ライナー及び前記外部ライナーがしっかりと固定され、濾材の少なくとも一部分が密封され、前記中央穴を通り前記外部ライナー周囲に沿ってウレタンのはみ出し部分が発生するような形で環状プラスチックインサートを中心として成形され、従って一定直径部分及びはみ出したウレタン部分を有する発泡周囲を有している発泡ウレタン部分とを備えている、エアフィルタエレメント。
14. 前記複合端部キャップの下側に環状溝が形成されており、前記環状溝が中に複数の横方向リブを有する、請求項１３に記載のエアフィルタエレメント。
15. 前記環状プラスチックインサートには約２〜２０度の間で上向きにテーパが付いている、請求項１３に記載のエアフィルタエレメント。
16. 前記環状プラスチックインサートには約５〜１５度の間で上向きにテーパが付いている、請求項１３に記載のエアフィルタエレメント。
17. 前記環状プラスチックインサートが中実でありベント孔を含まない、請求項１３に記載のエアフィルタエレメント。
18. ハウジングと、
    内部金属ライナーと、
    前記内部金属ライナーの外側に同心的に間隔どりされ、かつ外部ライナー周囲を画定する、外部金属ライナーと、
    前記内部金属ライナーと前記外部金属ライナーの間に配置された濾材と、
    前記内部金属ライナー及び前記外部金属ライナーがしっかりと固定され、かつ前記濾材の少なくとも一部分が密封されるような形で前記内部金属ライナー及び前記外部金属ライナー全体にわたり形成される環状端部キャップであって、開口部を有する環状端部キャップと、
    複合端部キャップとを備え、
    前記複合端部キャップは、
    中央穴及び外部インサート周囲を有し、外部インサート周囲近位から中央穴に向かって上向きにテーパが付いている環状プラスチックインサートと、
    中央ウレタン穴を形成し、前記内部金属ライナー及び前記外部金属ライナーがしっかりと固定され、前記濾材の少なくとも一部分が密封され、複合端部キャップの下側に、中に複数の横方向リブを有する環状溝が形成され、前記中央穴を通り外部ライナー周囲に沿ってウレタンのはみ出しが発生するような形で前記環状プラスチックインサートを中心として成形され、従って一定直径部分及びはみ出しされたウレタン部分を有する発泡周囲を有する発泡ウレタン部分を有する複合端部キャップを有するエアフィルタエレメントを備えている空気濾過システム。
19. 前記環状プラスチックインサートが中空でありベント孔を含まない、請求項１８に記載の空気濾過システム。
20. 前記環状プラスチックインサートには、２〜２０度の間のテーパ、５〜１５度の間のテーパ、及び約１０度のテーパのうちのいずれか１つが付いている、請求項１８に記載の空気濾過システム。

Images