JP4741127B2 - 流体フィルタのフィルタ体 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は請求項１の上位概念部における特徴を有する、流体フィルタ、特に空気フィルタのフィルタ体に関する。流体フィルタは例えば自動車に空気フィルタ又は油フィルタ又は燃料フィルタとして用いられる。
【０００２】
ＤＥ８８０５０４９Ｕによれば冒頭に述べた形式のフィルタ体が公知である。このフィルタ体は円筒状に襞付けされたフィルタ材料から成るフィルタエレメントを有している。前記襞付け又はプリーツに基づき、このような円筒状のフィルタエレメントはスターフィルタとも呼ばれている。通常はこのフィルタエレメントの両方の軸方向端部には半径方向に作用するシールを有する端円板がそれぞれ１つ取付けられている。このシールはフィルタ体がフィルタケーシング内に挿入された場合に円筒状のシール面に半径方向に接触する。このシール面は通常はフィルタ体に対して同軸に配置された、フィルタケーシングの管片に構成されている。端円板の少なくとも一方が中央の開いた端円板として構成されていると、前記管片の上にフィルタ体が被せ嵌められるかもしくは前記管片がフィルタ内へ差し込まれる。
【０００３】
フィルタ体のシールは半径方向で作用するので、フィルタ体は原則的にはフィルタケーシング内で軸方向へ調節されることができる。この軸方向の調節可能性は例えばフィルタケーシングとフィルタ体との間の許容誤差により不可避の寸法のずれを補償するために必要である。軸方向の調節可能性に基づき原則的には、フィルタ体とフィルタケーシングとの間に、望ましくない相対運動も発生する可能性がある。この相対運動によってはシールのシール作用が妨げられ、しかもこの相対運動は当該フィルタで装備された乗物の運転に際し、有害な騒音が発生する原因となる。
【０００４】
フィルタ体とフィルタケーシングとの間の前述のような相対運動を阻止するためには、フィルタエレメントに関し、端円板の軸方向で外側に取付けられかつそこでリング状に延びる支え部材が使用されている。この支え部材は軸方向で見てばね弾性的に構成されかつフィルタ体がフィルタケーシング内へ挿入された場合に、フィルタケーシングに構成されかつ端円板に対して平行に延びる支持構造に支えられる。この支えによってフィルタケーシング内でフィルタ体の軸方向の位置決めが行なわれ、フィルタ体とフィルタケーシングとの間の相対運動が抑制される。このような支え部材は例えば端円板に取付けられたフォーム材リングによって構成されていることができる。
【０００５】
しかしこのようなフィルタ体の製作は比較的に費用がかかる。何故ならば、第１の製作段階で、端円板の片側にフィルタエレメントを特殊な結合技術、例えば超音波を用いた塑性結合又は加熱鏡軟化によって固定されかつ第２の製作段階で、端円板の他方の側に支え部材が適当な結合技術で固定されなければならないからである。さらにシールを固有の結合技術で端円板に固定するために付加的な製造段階が必要である。簡易化は支え部材がリングカラーの形で、端円板を構成する際に端円板に統合され、支え部材を固定するための結合方法が省略されることで達成される。フィルタ体は通常は大量生産器であるので、１つの製造段階の省略は著しい経済的な利点をもたらす。
ＷＯ９７／４１９３９にはフィルタエレメントが一方の軸方向端部に、開放した端円板を備えているフィルタ体が示されている。この端円板は半径方向の内縁に軸方向のリングカラーを有し、このリングカラーが半径方向に有効なシールを形成している。リングカラーとフィルタエレメントとの間にはリングカラーの半径方向の支持体として役立つリング体が挿入されていることができる。
ＧＢ１４９９９２２にはフィルタエレメントが軸方向の端部に端円板を備え、端円板に複数のシールリップが一体成形されているフィルタ体が示されている。
ＦＲ１１８６９２９Ａには軸方向に突出するシールリップを備えたリング状のシールエレメントが開示されている。組込み状態ではシールリップは軸方向で互いに接近しあうように調節され、これにより軸方向のシール作用を発揮するプレロードが発生させられる。
この形式のフィルタ体は比較的に不安定で、あまり大きな圧力差に晒されることはできない。
【０００６】
本発明は、製造に必要な費用が減ずるように、冒頭に述べた形式のフィルタ体を構成するという問題に取り組んでいる。
【０００７】
この問題は本発明によれば請求項１の特徴を有するフィルタ体によって解決された。
【０００８】
本発明によって提案された内横板によってフィルタ体の安定性は著しく高められる。何故ならば一方ではフィルタエレメントは半径方向内方で内横板に支えられ、これによってフィルタエレメントの安定性が半径方向の圧力差に対し高められるからである。他方では両方の端円板は内横板を介し軸方向で互いに支えられるので、軸方向でフィルタ体に作用する力はほぼフィルタエレメントに伝達されることなく、むしろ安定した内横板に伝達されるようになる。高められた安定性により本発明のフィルタ体は長い耐用年限並びに大きい使用多様性を有する。
【０００９】
特に有利な構成に相応して支え部材を形成するリングカラー、端円板、シールをプラスチックから一体の射出成形されたユニットとして構成し、これによってシールを固定するための結合プロセスも省略することができる。このように構成された端円板は完全に機能するフィルタ体を構成するためにフィルタエレメントに結合されかつ場合によっては内横板と結合されることしか必要ではない。
【００１０】
別の構成ではシールはリングカラーに構成されていることができる。これによって簡単に製作可能な構造が得られる。この変化実施例は、シールとリングカラーとが協働して、リングカラーの軸方向の変形が増加するにつれて半径方向のシール効果の方向へシールの半径方向の移動が増加させられるように構成されることができる。この結果、シール体の軸方向の緊縮がシールのプレロードの増大と改善されたシール作用とを生じることになる。
【００１１】
本発明の別の重要な特徴と利点は図面と図面に基づく記述とから明らかである。
【００１２】
先きに述べた特徴及びこれから述べる特徴はそれぞれ記述した組合わせだけではなく、他の組合わせ又は単独で、本発明を逸脱することなく使用することができることは言うまでもない。
【００１３】
本発明の有利な実施例は図面に示され、以後、これについて詳細に説明する。
【００１４】
実施例
図１に示されているように本発明によるフィルタ体１は円筒状に襞付けされたフィルタ材料から成るフィルタエレメント２を有している。フィルタエレメント２の両方の軸方向端部にはそれぞれ１つの端円板３が取付けられている。これらの端円板３は図示の有利な実施例では同じに構成されている。
【００１５】
フィルタエレメント２における端円板３の固定は例えば超音波を用いた可塑化結合又は加熱鏡軟化によって行なわれる。この場合には端円板３の、フィルタエレメント２に面した外側が軟化される。これによってフィルタ材料は端円板３に侵入する。この場合にはフリース又はろ紙から成るフィルタ材料は結合領域にて、端円板の液化されたプラスチックにより貫かれる。端円板プラスチックが硬化したあとでフィルタエレメント２に対する端円板３の強度の大きい取付けが得られる。
【００１６】
端円板３は開放した端円板３として構成されており、このためにそれぞれ１つの中央の開口４を有している。この開口４の内縁５にて、端円板３にはリングカラー６が構成されている。このリングカラー６は、フィルタエレメント２に関して軸方向で外方に向かって端円板３から突出している。リングカラー６は少なくとも２つの軸方向区分７と８を有し、端円板３に近く配置された軸方向区分８は端円板３からの距離が増すにつれて減少する内径を有しているのに対し、端円板３から遠く配置された軸方向区分７の内径は端円板３からの距離が増すにつれて増大する。両方の軸方向区分７，８は結合区分を介して互いに結合されている。該結合区分はリングカラー６の最小の内径を有し、半径方向内方へ作用するリング状のシールリップをシール９として形成している。
【００１７】
このシールリップはフィルタ体１がフィルタケーシングへ挿入されるとシール面１０に接触して半径方向に作用するシール９として用いられる。この場合、シール面１０は円筒状の管片２２にそれぞれ形成されている。円筒状の管片２２は、図示されていないフィルタケーシングの構成部分を形成しかつフィルタ体１に対し同軸に延びている。シール９としてシールリップがシール面１０に半径方向で接触するのに対し、リングカラー６の軸方向で見て外側にある軸方向区分７は軸方向で支持構造１１に接触する。支持構造１１はリング円板として構成されかつ端円板３に対して平行に延びている。
【００１８】
フィルタエレメント２の内部には内フレーム１３が配置されている。この内フレーム１３はフィルタエレメント２の半径方向の支持に役立つ他に、端円板３にも固定され、同時に端円板３の軸方向の支持にも役立つ。
【００１９】
図１から図４までから判るように、端円板３とリングカラー６とシール９とは、有利にはプラスチックから一体に射出成形されるユニットを形成する。このために使用されたプラスチックは一方ではフィルタエレメント２を補強するために十分な剛性を有している一方、一方ではシール作用をかつ他方ではばね作用を可能にする弾性特性を有している。リングカラー６を構成するために使用されたプラスチックの弾性特性によって、リング状の結合区分においては一種のヒンジが構成される。このヒンジは該結合区分に軸方向で続く軸方向区分７の旋回調節を可能にする。この旋回調節によって、横断面で見て、フィルタ体１の長手方向軸線１４に対する前記軸方向区分７の傾斜角を変化させることができる。しかし前記調節運動は材料の可逆性に基づきばね弾性であるので、図１にて弓形の括弧で示された端円板３の軸方向の端部区分１５は軸方向でばね弾性的に構成されている。
【００２０】
フィルタ体１が所属のフィルタケーシング内へ挿入されると、前記端部区分１５もしくは軸方向で外に位置する軸方向区分７は支持構造１１に支えられて、フィルタ体１がフィルタケーシングにて軸方向で位置決めされる。本実施例では両方の端円板３がこの支え部材６，１５を備えているので、フィルタ体１は軸方向でセンタリングされる。支え部材６，１５はフィルタケーシングに対して相対的なフィルタ体１の相対運動を妨げるので、摩滅現象と騒音の発生とが減じられる。
【００２１】
両方の端円板３における半径方向に作用するシール９によってフィルタ体１は軸方向で可動に管片２２に支承される。支え部材６，１５の助けを借りて達成されたフィルタ体１の位置決めもしくはセンタリングによって、フィルタ体１とケーシングとの間には最適な相対位置が保証される。
【００２２】
支え部材（リングカラー６と軸方向区分１５）の働きについては図２と図３とを用いて説明する。
【００２３】
図２と図３とに相応して本発明のフィルタ体１は一方ではフィルタ体１の軸方向の寸法に関しかつ他方ではケーシング内で向き合った支持構造１１の軸方向の間隔に関し比較的に大きな許容誤差領域にてフルに機能する。図２においては、互いに向き合った支持構造１１は互いに比較的に大きな間隔を有しているので、ばね弾性的な軸方向の区分１５は軸方向にはほとんど変形しないか又はわずかにしか変形しない。これとは異なって図３では向き合った支持構造１１は比較的に大きな間隔を有し、その結果、ばね弾性的な軸方向の区分１５は比較的に強くばね弾性的に軸方向で変形させられる。
【００２４】
この場合に注目すべきことは、シール９と支え部材を構成するリングカラー６の断面形状である。リングカラー６は端円板３から増大する間隔をおいて端円板３から、４つの軸方向のリング区分、すなわち、第１のリング区分１６と第２のリング区分１７と第３のリング区分１８と第４のリング区分１９とを有している。これらのリング区分１６，１７，１８，１９はそれぞれ弓形の括弧で示されている。第１のリング区分１６においては、内径２０と外径２１はコンスタントである。したがってこの第１のリング区分１６においてはリングカラー６の材料厚さはコンスタントである。第２のリング区分１７においては内径２０はコンスタントに留まるのに対し、外径２１は端円板３からの間隔が増大すると連続的に減少するので、材料厚さはここでは減じられる。第３のリング区分１８においては内径２０も外径２１も同程度減少するので、材料厚さはこのリング区分１８においてはほぼ一定に保たれる。次いで第４のリング区分１９においては内径２０も外径２１も端円板３からの間隔が増大すると再び同等に増大するので、ここでも材料厚さはほぼコンスタントに留まる。シールリップを構成する結合区分においてはしたがって最小の内径２０が存在するので、線状のシール９が形成される。
【００２５】
支持構造１１とこれに面した端円板３との間の間隔が、例えば図２に示された相対位置から図３に示された相対位置へ移行する場合に減じられると、弾性的に変形可能な軸方向区分１５において、支持構造１１に接触している端部２３が半径方向内方へ調節され、これによって半径方向内方へ作用する戻し力が、ばね弾性的に変形可能な軸方向区分１５に生ぜしめられる。この半径方向内方へ作用する戻し力は半径方向内方へ作用するシール９を助け、これによってこのシール９のシール作用が改善される。さらにシール９並びに支持構造１１と接触する軸方向区分７は、シール９がリングカラー６と統合させられて製作されているので、同じプラスチックから成っているので、支持構造１１にても付加的な軸方向シールが達成される。この軸方向のシールもフィルタケーシングにおけるフィルタ体１の軸方向の緊締力の増大に伴って増大する。
【００２６】
図１から図３までに示した実施例ではリングカラー６は、長手方向中央断面で見て、シール面１０に向かって傾斜した区分８とシール面１０から離れる方向に傾斜した区分７とを有するＶ字形の断面を有している１つの軸方向区分しか有していないのに対し、図４の実施例では前記の如きＶ字形の区分が軸方向に複数互いに連続して配置され、全体として長手方向中央断面で見てリングカラー６に波形又はジグザグ形の断面が与えられている。したがって軸方向で可撓性の区分１５はリングカラー６の軸方向の長さ全体に亘って延びている。このようにして折畳みベローの形式で構成されたリングカラー６によっては特に適したばね特性が達成される。さらにこの断面形状とシール面とを適当に設計することによって、半径方向で内側にあるリング状の複数の波頭もしくはエッジがシール面１０にシール作用をもって接触するようになり、半径方向で作用する複数シールが直列に接続されてシール作用が高められ得るようになる。
【００２７】
この実施例においても支持構造１１と所属の端円板３との間の間隔の減少は半径方向で内に位置して構成されたシールリップのプレロードの増大をもたらし、シール作用が相応に増強させられる。
【００２８】
端円板３とリングカラー６並びに特にシール９とから成るユニットを一体に射出成形で製作するためには、本発明によるフィルタ体１の場合には、有利にはポリエステルをベースとした熱可塑性エラストマ（ＴＥＥＥ）が使用される。このようなプラスチックはトレードマークHytrel^（Ｒ）で市販されている。Hytrel^（Ｒ）は少なくとも９０℃まで安定的、特に可逆弾性であるので、シール９を一体に備えた、前記プラスチックから成る端円板３でエアフィルタ及び液体フィルタを製作することができる。本発明のフィルタ体１は、特にそこで発生する温度に安定的なプラスチックが端円板３とリングカラー６とシール９とから成るユニットの製作に用いられると、燃料フィルタ又はオイルフィルタ又はそれに類似したものとして構成できることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるフィルタ体の縦断面図。
【図２】 図１に符号ＩＩで示したフィルタ体の一区分を、フィルタケーシングに対する第１相対位置で示した詳細図。
【図３】 フィルタケーシングに対する別の相対位置で示した、図２に相応した詳細図。
【図４】 別の実施例の図２に相当する図。
【符号の説明】
１ フィルタ体、 ２ フィルタエレメント、 ３ 端円板、 ４ 開口、 ５ 内縁、 ６ リングカラー、 ７ 軸方向区分、 ８ 軸方向区分、 ９ シール、 １０ シール面、 １１ 支持構造、 １２ 内部、 １３ 内フレーム、 １４ 長手方向軸線、 １５ 支え部材、 １６ リング区分、 １７ リング区分、 １８ リング区分、 １９ リング区分、 ２０ 内径、 ２１ 外径

Claims (9)

1. 流体フィルタのフィルタ体（１）であって、
   （イ） 当該フィルタ体（１）がフィルタ材料から成る円筒状のフィルタエレメント（２）を有し、
   （ロ） 前記フィルタエレメント（２）の少なくとも一方の軸方向端部に端円板（３）が取付けられており、
   （ハ） 前記端円板（３）が半径方向で作用するシール（９）を有し、当該フィルタ体（１）がフィルタケーシング内に挿入された場合に当該フィルタ体（１）に対し同軸的に配置された円筒形のシール面（１０）に前記シール（９）が半径方向に接触するようになっており、
   （ニ） 前記フィルタエレメント（２）に関し、前記端円板（３）の、軸方向で見て外側にてリング状に延びる支え部材（６，１５）を前記端円板（３）が有しており、
   （ホ） 前記支え部材（６，１５）が軸方向でばね弾性的に構成されかつ当該フィルタ体（１）が前記フィルタケーシングに挿入された場合に前記フィルタケーシングに構成された、前記端円板（３）に対し平行に延びる支持構造（１１）に支えられ、これにより当該フィルタ体（１）が前記フィルタケーシング内で軸方向に位置決めされており、
   （ヘ） 前記支え部材（６，１５）が前記フィルタエレメント（２）に関し、軸方向に外方へ前記端円板（３）から突出するリングカラー（６）を有し、該リングカラー（６）が１つの軸方向区分（１５）にて軸方向にばね弾性的に構成されており、
   （ト） 当該フィルタ体（１）が前記フィルタケーシング内へ挿入された場合に、前記軸方向区分（１５）が軸方向で前記支持構造（１１）に支えられており、
   （チ） 前記リングカラー（６）と前記端円板（３）とがプラスチックから一体に射出成形されたユニットとして構成されている、
   以上（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）、（ホ）、（ヘ）、（ト）、（チ）の特徴を有する形式のものにおいて、
   （リ） 当該フィルタ体（１）が前記フィルタエレメント（２）を半径方向でかつ前記端円板（３）を軸方向で支える内フレーム（１３）を有しており、
   （ヌ） 前記リングカラー（６）と前記シール（９）とを有するユニットが少なくとも２つの軸方向の区分（７，８）から成り、該軸方向の区分（７，８）が結合区分を介して互いに結合されており、この場合、該結合区分が前記シール（９）として半径方向内方へ作用するリング状のシールリップを形成しており、軸方向で見て外側にある前記軸方向の区分（７）が前記支持構造（１１）に支えられておりかつ軸方向で見て外側にある前記軸方向の区分（７）が前記シールリップから出発して前記シール面（１０）から遠ざかるように傾斜させられているのに対し、軸方向で見て内に配置された前記軸方向の区分（８）が前記シール面（１０）に向かって傾斜させられていることを特徴とする、
   流体フィルタのフィルタ体。
2. 前記リングカラー（６）、前記端円板（３）及び前記シール（９）とがプラスチックから一体に射出成形されたユニットとして構成されている、請求項１記載のフィルタ体。
3. 前記シール（９）が前記リングカラー（６）に構成されている、請求項１又は２記載のフィルタ体。
4. 前記シール（９）と前記リングカラー（６）とが協働し、前記リングカラー（６）の軸方向の変形が増大すると前記シール（９）の半径方向のシール作用が強められる方向へ前記シール（９）が次第に半径方向へ移動させられる、請求項３記載のフィルタ体。
5. 前記リングカラー（６）が長手方向中横断面で見て、波形又はジグザグ形のプロフィールを有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のフィルタ体。
6. 前記シールリップと前記リングカラー（６）とを含むユニットの横断面にて測った材料厚さが前記端円板（３）からの距離が増すにつれて前記端円板（３）に近い軸方向区分（８）にては前記結合区分まで減少し、前記端円板（３）に遠い軸方向区分（７）にてはほぼコンスタントである、請求項１記載のフィルタ体。
7. 前記シール面（１０）が前記フィルタケーシング内を当該フィルタ体（１）に対し同軸に延びる円筒状の管片（２２）により形成されており、前記端円板（３）が中央の開口（４）を有し、該開口（４）の内壁（５）に前記リングカラー（６）が構成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のフィルタ体。
8. 前記フィルタエレメント（２）の両方の軸方向の端部が前記端円板（３）を備えており、これにより前記フィルタケーシング内へ挿入された当該フィルタ体（１）が前記フィルタケーシング内で軸方向にセンタリングされている、請求項１から７までのいずれか１項記載のフィルタ体。
9. 前記端円板（３）と前記リングカラー（６）とから成るユニットを製作するためにポリエステルをベースとした熱可塑性エラストマ（ＴＥＥＥ）を使用する、請求項１から８までのいずれか１項記載のフィルタ体。

Images