JP4677209B2

JP4677209B2 - フィルタ構造

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Publication number: JP4677209B2
Application number: JP2004217588A
Authority: JP
Inventors: 輝男白石
Original assignee: Inoac Corp
Current assignee: Inoac Corp
Priority date: 2004-07-26
Filing date: 2004-07-26
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2024-07-26
Also published as: JP2006035073A

Description

この発明は、流体の吸入および吐出を行なう各種装置に連通して設置されたフィルタ構造に関するものである。

例えば、空気清浄器、車両の燃料系、流体圧シリンダ等、空気やガス等の気体またはオイル等の液体を活用する各種装置では(以下、気体および液体を総称して「流体」という)、図２に示すように、この流体内に混在している微細な夾雑物(被捕集物)を捕集して流体を清浄化するための流体フィルタＦＬを、当該装置Ｍにおける流体導入部Ｍ１に装着してある。この流体フィルタＦＬは、種々形態・タイプのものが開発されると共に実用化されているが、例えば図３に示すように、所要位置に外方に連通する第１流通孔１４および装置Ｍの流体導入部Ｍ１に連通する第２流通孔１６を開設し、これら第１流通孔１４および第２流通孔１６に連通する内部空間１８を内部に画成したハウジング１２と、ウレタンフォームや不織布等の多孔質体を材質とし、ハウジング１２内に配設される固定フィルタ２０とからなる構造となっており、第１流通孔１４から導入された流体内に混在している微細な夾雑物Ｄを固定フィルタ２０で捕集するようになっている。

このような流体フィルタＦＬの一例として、車両の燃料系における燃料タンクと連通接続したキャニスタの大気開放部に装着されたエアフィルタがある(例えば、特許文献１参照)。このエアフィルタは、キャニスタに導入された燃料タンク内の揮発燃料を、当該キャニスタ内に充填されている吸着材(活性炭)に吸着させて、燃料成分が除去されたガス(排気)を、キャニスタの大気開放部から受入れて大気に放出している。そして、エンジンの運転時に負圧に転じたキャニスタに対し、エアフィルタに吸込んだ外気から固定フィルタで塵埃等の夾雑物を捕集除去し、清浄な外気を供給している。このようにエアフィルタは、空気が双方向に流通する流通路に介挿されるため、双方向に空気が流通するようになっている。
特開平９−１１９３５１号公報

前述した流体フィルタＦＬでは、流体の吸入に伴って固定フィルタ２０に捕集された夾雑物Ｄが該固定フィルタ２０に堆積し、また装置Ｍからの流体の吐出に伴って固定フィルタ２０に捕集された夾雑物Ｄの一部が外部に排出されるが、夾雑物Ｄの排出量は捕集された該夾雑物Ｄの一部だけであって、固定フィルタ２０には夾雑物Ｄが徐々に溜って所謂目詰まり状態となり、固定フィルタ２０の圧力損失が増大してしまう難点が指摘される。このように、固定フィルタ２０の圧力損失が増大すると、所要の流体の流通量を確保することができないから、圧力損失の規定値以下とするため、固定フィルタ２０の清掃または交換作業が頻繁に発生して煩雑となる不都合が発生する。また固定フィルタ２０の容積または面積を、予め大きく設定しておくことで、清掃または交換作業の頻度を減少させることはできるが、流体フィルタＦＬの大型化に伴って設置スペースの増大やコストの増加を招いてしまう。

すなわちこの発明は、従来の技術に係るフィルタ構造に内在する前記問題に鑑み、これらを好適に解決するべく提案されたものであって、固定フィルタの寿命を向上させ得るフィルタ構造を提供することを目的とする。

前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本発明に係るフィルタ構造は、
内部空間を画成したハウジングと、
前記ハウジングに前記内部空間に開口するように設けられ、外方に連通する第１流通孔と、
前記ハウジングに前記内部空間に開口するように設けられ、流体の吸入・吐出を行う装置に連通する第２流通孔と、
前記ハウジングの内部空間に配設され、前記第１流通孔と前記第２流通孔との間に延在する固定フィルタと、
前記内部空間における前記固定フィルタの第１流通孔側に設けられて該第１流通孔と連通する第１空間に、自由移動可能な状態で収容された複数の移動体とを備え、
前記装置による流体の吸入に伴って、前記固定フィルタを通過する流体から該固定フィルタにより被捕集物を捕集する一方、前記装置からの流体の吐出に伴って、前記複数の移動体が第１空間を自由移動して、前記固定フィルタにおける第１空間側の面に当たり、該固定フィルタに捕集された被捕集物による目詰まりを回復させると共に、被捕集物を第１流通孔を介して外方へ放出するよう構成したことを特徴とする。

本発明に係るフィルタ構造によれば、内部空間に、固定フィルタの第１流通孔側に存在して、この第１流通孔と連通する第１空間を設けると共に、この第１空間に複数の移動体を自由移動可能な状態で収容することで、複数の移動体の移動により固定フィルタに捕集された被捕集物の離脱を促すことができる。また、装置からの流体の吐出に伴って、複数の移動体が第１空間を自由移動するので、固定フィルタにおける第１空間側の面に反復的に当たる複数の移動体により固定フィルタに捕集された被捕集物の離脱を促し、吐出される流体と共に固定フィルタから被捕集物を外方に放出し、固定フィルタの捕集能力の回復を図ることができる。すなわち、固定フィルタは、流体の吸入時にこの流体から被捕集物を除去する捕集能力を維持し得ると共に、流通する流体の圧力損失を要求される値以下に維持することができ、フィルタとしての性能を長時間保ち、固定フィルタの清掃または交換頻度を低減して長寿命化し得る。更に複数の移動体を、多孔質体から形成することで、移動体自体が流体の通過に伴って被捕集物を捕集するフィルタとして機能するから、フィルタ面積の実質的な増加になり、フィルタ構造全体として捕集能力が向上すると共に、固定フィルタの必要とする表面積または容積を減らし、フィルタ構造自体を小さくすることができる。

次に、本発明に係るフィルタ構造につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照して以下に説明する。なお、説明の便宜上、図２または図３に示したフィルタ構造の構成要素と同一の要素については、同一の符号を使用して詳細な説明は省略する。本発明に係るフィルタ構造は、空気清浄器、車両の燃料系、流体圧シリンダ等の各種装置に至る空気の流通路に介挿され、空気中の塵埃等を捕集するエアフィルタが好適例として挙げられるが、これに限定されるものでなく、空気以外に他の気体や液体等の各種流体から微少な被捕集物(夾雑物)を捕集する流体フィルタのフィルタ構造として採用可能である。

図１は、本発明の好適な実施例に係るフィルタ構造を採用した流体フィルタを示す縦断側面図である。実施例の流体フィルタ１０は、上部に開設されて外方に連通する第１流通孔１４および下部に開設されて各種装置Ｍに連通する第２流通孔１６を備え、これら第１流通孔１４および第２流通孔１６に連通する内部空間１８を内部画成したハウジング１２と、このハウジング１２の内部空間１８に略水平に配設した固定フィルタ２０と、この固定フィルタ２０の上面(第１流通孔１４側)に存在する第１空間１８ａに自由移動可能な状態で収容された複数の移動体２２とから基本的に構成されている。なお、この流体フィルタ１０が装着される各種装置Ｍとしては、前述した車両の燃料系に配設されるキャニスタの如く、外方からこの装置Ｍへ流体を吸入する吸入過程と、この装置Ｍから外方に流体を吐出する吐出過程とを、適宜に反復するものを対象としている。

ハウジング１２は、矩形状に形成された箱体であって、内部に所要の空間(内部空間)１８が画成されている。この内部空間１８を上下の関係で区分するようにして固定フィルタ２０が略水平に装着され、該内部空間１８は固定フィルタ２０の上方に位置する第１空間１８ａと、下方に位置する第２空間１８ｂとに区画されている。ハウジング１２の上部には、その中心部から偏倚した位置に第１流通孔１４が開設され、外方と第１空間１８ａとを空間的に連通している。またハウジング１２の下部には、第１流通孔１４と反対側に中心部から偏倚した位置に第２流通孔１６が開設され、第２空間１８ｂと装置Ｍとを連通している。すなわち、第１流通孔１４と第２流通孔１６とは、ハウジング１２において固定フィルタ２０を挟んで対称な位置関係となっている。

これにより、第１流通孔１４からハウジング１２内へ導入された流体は、固定フィルタ２０を通過して内部空間１８の一端から他端まで流通移動した後に第２流通孔１６からハウジング１２外(装置Ｍ)へ吐出されるようになっている。一方、第２流通孔１６からハウジング１２内へ吐出された装置Ｍからの流体は、固定フィルタ２０を通過して内部空間１８の他端から一端まで流通移動した後に第１流通孔１４からハウジング１２外(外方)へ放出されるようになる。なお、第１空間１８ａは、この第１空間１８ａに収容される移動体２２の大きさ等とを考慮して容積が設定され、流体の吐出過程において移動体２２が自由に動き回れる容積となっている。

固定フィルタ２０は、例えば連泡構造を有するスポンジやウレタンフォーム等の合成樹脂製の連泡体、不織布または繊維集合体(プラスチック、無機物、金属等から形成されるもの)等、多数の孔(空隙)を有する所謂「多孔質体」が好適に実施可能であり、この固定フィルタ２０の空隙の開口サイズや開口形成数によって分散態様および圧力損失が変化し、流体に混在している夾雑物Ｄの捕集能力に影響を及ぼす。そこで固定フィルタ２０は、使用される流体、装着される装置Ｍ等の条件に合わせて、所定の捕集能力を満たすと共に、所定の流体の流通量において所要の圧力損失値以下となるよう、この固定フィルタ２０の空隙の開口サイズや開口形成数、第１空間１８ａまたは第２空間１８ｂに臨む表面積および容積(厚さ)等が設定されている。

第１空間１８ａには、複数の移動体２２がこの第１空間１８ａを自由移動可能な状態で収容されている。これら移動体２２は、固定フィルタ２０と同様に多数の空隙を有する多孔質体であるウレタンフォーム等を材質とし、球状に形成されたものである。また各移動体２２は、流体の吐出過程において、装置Ｍから吐出される流体の勢いによって第１空間１８ａを自由に移動し得る大きさおよび重さに設定される。そして移動体２２は、流体の吸入過程においては、重力の作用下に固定フィルタ２０の上面(第１空間１８ａ側の面)に位置して、固定フィルタ２０と同様に移動体２２自体も、流体から夾雑物Ｄを捕集するフィルタとして機能すると共に、流体の通過を許容して固定フィルタ２０における夾雑物Ｄの捕集を妨げないようになっている。なお、移動体２２の大きさが第１流通孔１４より小さい場合は、この第１流通孔１４に流体の吸入・吐出を妨げない網等の移動体２２の流出防止手段２４が設けられる。

〔実施例の作用〕
次に、実施例に係るフィルタ構造の作用について説明する。吸入過程において、外方から第１流通孔１４を介して第１空間１８ａに吸入された流体は、固定フィルタ２０を通過することで、この流体に含まれる塵埃等の夾雑物Ｄが除去され、第２流通孔１６を介して装置Ｍに対して清浄な流体が供給される。このとき、複数の移動体２２は、固定フィルタ２０の上面にランダムに位置し、固定フィルタ２０と同様の多孔質体であるから、これ自体も流体の通過に伴って夾雑物Ｄを捕集している(図１(ａ)参照)。このように、移動体２２にフィルタ機能を付与することで、固定フィルタ２０の捕集面積の実質的な増加となり、固定フィルタ２０の表面積または容積を増加することなく、流体フィルタ１０全体として夾雑物Ｄの捕集能力を向上させることができる。従って、固定フィルタ２０に必要とされる表面積または容積を低減することも可能であり、流体フィルタ１０自体の外形サイズを小さくすることができ、省スペース化に寄与し得る。

また吐出過程においては、装置Ｍからの流体の吐出に伴って、第１空間１８ａに自由移動可能な状態で収容された複数の移動体２２が、固定フィルタ２０から勢いよく吐出した流体によりこの第１空間１８ａを自由移動し、固定フィルタ２０の上面を反復的に飛び跳ねて、固定フィルタ２０に衝突を繰り返すようになる(図１(ｂ)参照)。このように、複数の移動体２２が固定フィルタ２０の上面に衝突することで、固定フィルタ２０に捕集されて空隙に詰まった夾雑物Ｄが、該固定フィルタ２０から離脱して、第１空間１８ａへ飛び出すようになる。そして、第１空間１８ａに舞い上がった夾雑物Ｄは、装置Ｍから吐出される流体と一緒に第１流通孔１４から外方に放出される。

一方、各移動体２２においては、吐出流体の勢いにより固定フィルタ２０またはハウジング１２の内面に何度も衝突することで、吸入過程で捕集していた夾雑物Ｄがその空隙から離脱するようになり、この夾雑物Ｄも装置Ｍから吐出される流体と共に第１流通孔１４から外方に放出し得る。

すなわち吐出過程において、移動体２２を固定フィルタ２０に衝突させてこの固定フィルタ２０に捕集された夾雑物Ｄの離脱を促すことで、空隙に詰まった夾雑物Ｄを除去して吐出される流体と共に固定フィルタ２０から夾雑物Ｄを外方に放出するから、吐出過程を終了して次回の吸入過程においては、固定フィルタ２０の残留した夾雑物Ｄの量が減少し、固定フィルタ２０の捕集能力の回復を図ることができる。従って、固定フィルタ２０は、吸入過程において吸入した流体から夾雑物Ｄを除去する捕集能力を長期間に亘って維持し得ると共に、流通する流体の圧力損失を要求される値以下に維持することができ、フィルタとしての性能を長時間保ち、固定フィルタ２０の清掃または交換頻度を低下させて長寿命化し得る。更に、固定フィルタ２０の表面積または容積の設定に際し、経時的な圧力損失の上昇度合が低いので、固定フィルタ２０の表面積または容積を従来品と比較して小さく設定することができる利点もある。

実施例のフィルタ構造を実施した流体フィルタ１０を、振動を伴う部位に設置される装置Ｍに装着した場合には、この装置Ｍからの流体の吐出に伴う移動体２２の自由移動だけでなく、該装置Ｍの振動に伴って、移動体２２が固定フィルタ２０の上面に不規則的に衝突することになる。従って、移動体２２による固定フィルタ２０からの夾雑物Ｄの除去機能の更なる向上が期待できる。

前述した実施例では、移動体２２として、連泡構造を有するウレタンフォーム等の多孔質体を採用し、固定フィルタ２０からの夾雑物Ｄの除去機能のみでなく、移動体自体にフィルタ機能を併せ持つよう構成したが、これに限定されず、ピンポン球の如く連泡構造を有しない合成樹脂成形体も採用し得る。また、移動体２２の形状についても球状に限らず、三角錐や立方体等の他の任意形状であってもよい。更に、第１流通孔１４を上部に開設すると共に、第２流通孔１６を下部に開設し、内部空間１８の上側に複数の移動体２２を収容した第１空間１８ａを設けたが、第１流通孔１４および第２流通孔１６の開設方向は、実施例の方向に限定されず、例えば第１流通孔１４および第２流通孔１６をハウジング１２の側面等の適宜位置に開口させてもよい。

(実験例)
次に、本発明に係るフィルタ構造を採用した流体フィルタ１０において、移動体２２による固定フィルタ２０からの夾雑物Ｄの除去性能および圧力損失を評価するため、ＪＩＳ試験用粉体１５種(混合ダスト)を含む空気の吸入・吐出試験を行なった。具体的には、実施例として、ウレタンフォームを材質とするφ７に設定した球状の移動体２２を４つ使用すると共に、固定フィルタ２０としてろ過面積を４０００ｍｍ２に設定したウレタンフォームを使用した流体フィルタ１０を準備し、比較例として、固定フィルタのみ(移動体２２を有さない)からなる流体フィルタを準備した。試験条件は、吸入過程として、空気流通量を３０Ｌ／ｍｉｎで４０秒間、第１流通孔１４から第２流通孔１６へ向けて空気を流通させ、吐出過程として、空気流通量を１５Ｌ／ｍｉｎで２０秒間、第２流通孔１６から第１流通孔１４へ向けて空気を流通させるこれらのサイクルを３０分間継続すると共に、吸入過程において試験用粉体１００ｇを１５分毎に攪拌しつつ第１流通孔１４から投入した。そして、吸入・吐出サイクルを終了した後、空気を流通量６０Ｌ／ｍｉｎで流通させた際の正圧での圧力損失を測定すると共に、固定フィルタ２０(実施例では各移動体２２を含む)に残留した夾雑物Ｄの量を測定し、以下の表１に示す。なお、実施例および比較例の各流体フィルタにおける固定フィルタは、空気流通量６０Ｌ／ｍｉｎにおいて、初期値(実験前の値)が０．０４ｋｐａ以下の圧力損失(通気抵抗)のものを使用している。

表１は、前述した実験結果をまとめたものである。この表１によれば、実施例の流体フィルタ１０は、比較例の流体フィルタと比較して夾雑物Ｄの残留量が少なく、圧力損失も小さくなっていることが判る。すなわち、第１空間１８ａに移動体２２を収容することで、固定フィルタ２０から夾雑物Ｄが確実に除去されて、ハウジング１２外へ放出されるようになり、これにより圧力損失が小さくなることが確認された。

本発明の好適な実施例に係るフィルタ構造を採用した流体フィルタを示す縦断側面図であって、(ａ)は流体の吸入過程を示し、(ｂ)は流体の吐出過程を示す。流体フィルタを装着した装置の概略図である。従来の流体フィルタのフィルタ構造を示す縦断側面図である。

符号の説明

１２ハウジング
１４第１流通孔
１６第２流通孔
１８内部空間
１８ａ第１空間
２０固定フィルタ
２２移動体
Ｄ被捕集物(夾雑物)
Ｍ装置

Claims

内部空間(18)を画成したハウジング(12)と、
前記ハウジング(12)に前記内部空間(18)に開口するように設けられ、外方に連通する第１流通孔(14)と、
前記ハウジング(12)に前記内部空間(18)に開口するように設けられ、流体の吸入・吐出を行う装置(M)に連通する第２流通孔(16)と、
前記ハウジング(12)の内部空間(18)に配設され、前記第１流通孔(14)と前記第２流通孔(16)との間に延在する固定フィルタ(20)と、
前記内部空間(18)における前記固定フィルタ(20)の第１流通孔(14)側に設けられて該第１流通孔(14)と連通する第１空間(18a)に、自由移動可能な状態で収容された複数の移動体(22)とを備え、
前記装置(M)による流体の吸入に伴って、前記固定フィルタ(20)を通過する流体から該固定フィルタ(20)により被捕集物(D)を捕集する一方、前記装置(M)からの流体の吐出に伴って、前記複数の移動体(22)が第１空間(18a)を自由移動して、前記固定フィルタ(20)における第１空間(18a)側の面に当たり、該固定フィルタ(20)に捕集された被捕集物(D)による目詰まりを回復させると共に、被捕集物(D)を第１流通孔(14)を介して外方へ放出するよう構成した
ことを特徴とするフィルタ構造。
前記ハウジング(12)には、前記固定フィルタ(20)の上側に前記第１空間(18a)を設けると共に、該固定フィルタ(20)の下側に前記第２流通孔(16)を設け、
前記装置(M)が流体を吸入する際に、流体の通過を許容する多孔質体からなる前記移動体(20)が前記固定フィルタ(20)の上側に位置して、前記固定フィルタ(20)および移動体(20)を通過する流体から該固定フィルタ(20)および移動体(20)により被捕集物(D)を捕集する一方、前記装置(M)からの流体の吐出に伴って、前記複数の移動体(22)が第１空間(18a)を自由移動して、前記固定フィルタ(20)の上面およびハウジング(12)に当たり、該固定フィルタ(20)および移動体(22)に捕集された被捕集物(D)による目詰まりを回復させると共に、被捕集物(D)を第１流通孔(14)を介して外方へ放出するよう構成した請求項１記載のフィルタ構造。
前記第１流通孔(14)は、前記ハウジング(12)の上部の中心部から偏倚した位置に開設され、前記第２流通孔(16)は、前記ハウジング(12)の下部の中心部から該第１流通孔(14)と反対側に偏倚した位置に開設される請求項１または２記載のフィルタ構造。