JP4820881B2

JP4820881B2 - フィルタ装置

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Publication number: JP4820881B2
Application number: JP2009017800A
Authority: JP
Inventors: 健井戸田; 敏文余語
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2029-01-29
Also published as: CN101816860B; CN101816860A; JP2010172821A

Description

本発明は、気体通路上に、筒状をなすフィルタエレメントが配設されるとともに、入口ポートから導入された気体に遠心力を付与する筒状のルーバが、フィルタエレメントの開口端に設けられたフィルタ装置に関する。

エアシリンダ等の流体圧機器は、コンプレッサにより圧縮された圧縮エア（気体）によって作動されるようになっている。圧縮エアには、水分及びオイルミストといった液体や塵埃等の異物が含まれており、この圧縮エアをそのまま流体圧機器に供給すると、様々なトラブルが発生する。そのため、圧縮エアが流体圧機器に供給される前にフィルタ装置によって圧縮エアを濾過し、これらの異物を分離する必要がある。

特許文献１に示すように、フィルタ装置は、ハウジング内に円筒状をなすフィルタエレメントを備え、このフィルタエレメントを圧縮エアが通過する際に、圧縮エアに含まれる異物が除去される。また、ハウジング内において、フィルタエレメントの開口端（上端面）にはルーバが載置されている。ルーバの外周端には多数本の羽根が設けられ、これら羽根の間のスリットを圧縮エアが通過することにより、フィルタエレメントに導入される圧縮エアに旋回動作を付与するようになっている。そして、圧縮エアに旋回動作が付与されると、圧縮エアに遠心力が付与される。すると、圧縮エアに含まれる液体や比較的大粒の粒子からなる塵埃等の異物はその遠心力により圧縮エアから分離される。

なお、フィルタエレメントの開口端と、この開口端に対向するルーバの端面は互いに密接してシールされている。これは、フィルタエレメントの開口端と、ルーバの端面との間を圧縮エアが通過してしまい、圧縮エアから異物が除去されず流体圧機器に供給されてしまうことを防止するためである。

実開平６−２１７２２号公報

ところで、フィルタ装置に要求される性能は、圧縮エアを大量に流すことができることと、圧縮エアから異物を確実に除去することである。このため、フィルタ装置においては、大量の圧縮エアを流すためにフィルタエレメントの内径を大きくしており、フィルタエレメントは、その厚みが非常に薄いものとなっている。

フィルタエレメントの厚みが薄くなると、フィルタエレメントの開口端とルーバの端面との間のシール面積が小さくなる。このため、フィルタエレメントの径方向への位置ずれが発生し、フィルタエレメントの開口端とルーバの端面との間に隙間が形成されると、この隙間から圧縮エアがフィルタエレメント外からフィルタエレメント内に洩れてしまい、濾過性能が低下してしまう。ここで、特許文献１のように、ルーバの内周面に円環状に突出する部位を設け、この円環状の部位をフィルタエレメントの開口端側の内周面全周に当接させてフィルタエレメントの位置ずれを防止して、濾過性能の低下を防止することが考えられる。しかし、フィルタエレメントの位置ずれを防止し、濾過性能を防止するために設けた円環状の部位は、フィルタエレメントの開口端側の内周全周を閉じて圧縮エアを通過不能としてしまう。よって、特許文献１においては、フィルタエレメントの位置ずれが防止され、濾過性能の低下が防止されても、フィルタエレメントを通過可能な圧縮エア量が減少して流量性能が低下してしまうという問題があった。

本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、フィルタエレメントの径方向への移動を防止して濾過性能の低下を防止しつつ、流量性能の低下を防止することができるフィルタ装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、入口ポートと出口ポートとが設けられるハウジングを備え、前記ハウジング内に両ポートを連通させる気体通路が設けられ、前記気体通路上に、筒状をなすフィルタエレメントが配設されるとともに、前記入口ポートから導入された気体に遠心力を付与する筒状のルーバが、前記フィルタエレメントの開口端に設けられたフィルタ装置であって、前記ルーバにおいて前記フィルタエレメントの開口端と対向する端面側に、前記フィルタエレメントの内面に係止して該フィルタエレメントの径方向への移動を規制する係止突部が該ルーバの周方向に間隔を空けて複数形成されていることを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のフィルタ装置において、前記係止突部は弾性変形可能に形成され、該係止突部の弾性変形に伴う前記フィルタエレメントの内面への圧接により、前記フィルタエレメントが前記ルーバに一体保持されることを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のフィルタ装置において、前記係止突部において前記フィルタエレメントの内面への圧接部が球面状に形成されていることを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のフィルタ装置において、前記ハウジングには前記入口ポートと前記フィルタエレメントの外側とを連通させる導入通路を形成するとともに前記フィルタエレメントの内側と前記出口ポートとを連通させる導出通路を形成する区画壁が設けられ、前記区画壁の開口端と前記フィルタエレメントの開口端との間に前記ルーバが介在されており、前記係止突部には、前記区画壁の開口端側の内面に形成された係止凹部に係止可能な係止爪が一体に形成されていることを要旨とする。

本発明によれば、フィルタエレメントの径方向への移動を防止して濾過性能の低下を防止しつつ、流量性能の低下を防止することができる。

実施形態のフィルタ装置を示す断面図。実施形態のルーバを示す斜視図。実施形態のルーバを示す断面図。フィルタエレメント、ルーバ、及び区画壁を示す部分断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１に示すように、フィルタ装置１０は、ハウジングＨを備え、このハウジングＨは、下面が開口されたボディ１１と、上面が開口されたボウル１４とを、それら開口部分を合わせるように組み付けることによって構成されている。ボディ１１には入口ポート１２が設けられるとともに、ボディ１１の入口ポート１２に対向する側には出口ポート１３が設けられている。入口ポート１２には図示しないエア供給源が接続されるとともに、出口ポート１３には図示しないエアシリンダ（流体圧機器）が接続されている。そして、入口ポート１２を介してフィルタ装置１０内に、気体としての圧縮エアが導入されるとともに、出口ポート１３を介してフィルタ装置１０から圧縮エアが導出される。

ボディ１１の下部には、上面が開口されている有底円筒状のボウル１４の上端が嵌入されている。ボウル１４の上端部外周にはＯリング１５が装着されるとともに、このＯリング１５によりボディ１１とボウル１４との間の気密が保持されている。ボディ１１の下部には、上面が開口されている有底円筒状のボウルガード１６がボウル１４を覆うように配設されている。

ボディ１１の内頂部には略筒状をなす区画壁１９が下方へ延設されている。この区画壁１９は、入口ポート１２との間に空間を区画するように入口ポート１２から離れた位置に形成されるとともに、この空間により入口ポート１２からボウル１４の内部に連通する導入通路１７が形成されている。また、区画壁１９内には、出口ポート１３とボウル１４の内部とを連通させるために、区画壁１９の下方及び側方に開口する導出通路１８が形成されている。区画壁１９において、下方に開口する円環状の開口筒部１９ａの内周面には、係止凹部１９ｂが区画壁１９の周方向全周に亘って形成されている。また、図４に示すように、開口筒部１９ａの先端側は、開口筒部１９ａの開口端１９ｃから開口筒部１９ａの奥へ向かうに従い、縮径するようにテーパ状に形成されている。

図１に示すように、ボディ１１の内頂部に位置する箇所には、上下方向に沿って延びる支持棒２０が取り付けられている。支持棒２０の上下両端部には雄ネジ部２０ａ，２０ｂが形成されるとともに、上部の雄ネジ部２０ａがボディ１１に形成された雌ネジ部１１ａに螺合されることにより、支持棒２０がボディ１１に取り付けられている。

支持棒２０の下部の雄ネジ部２０ｂには、バッフル２１の上部に形成された雌ネジ部２１ｂに螺合され、この螺合により、支持棒２０の下端にバッフル２１が取り付けられている。バッフル２１は傘形状をなし、その先端が斜め下方へ指向されている。バッフル２１の外周面とボウル１４の内周面との間には僅かな隙間が形成されている。このバッフル２１の形状及び隙間によって、バッフル２１周囲から下方に落下した異物が上方へ吹き上げられるのを防止している。

バッフル２１の上面には支持棒２０を周囲から覆うように円筒状のフィルタエレメント２２が載置されている。フィルタエレメント２２は、外周側が粗さの粗い材質によって形成され、内周側が、外周側より粗さの密な材質によって形成されている。図４に示すように、フィルタエレメント２２の開口端たる上端面２２ａにはルーバＲが載置されている。すなわち、フィルタエレメント２２の上端面２２ａと、区画壁１９における開口筒部１９ａの開口端１９ｃとの間にルーバＲが介在されている。また、フィルタエレメント２２によってボウル１４とボディ１１との内部空間は、フィルタエレメント２２より外側の導入室２４とフィルタエレメント２２より内側の導出室２５とに区画されている。導入室２４と導入通路１７とは連通しているとともに、導出室２５と導出通路１８とが連通している。そして、導入通路１７、導入室２４、導出室２５及び導出通路１８により気体通路が形成され、この気体通路を介して入口ポート１２と出口ポート１３とが連通するとともに、気体通路上にフィルタエレメント２２が配置されている。

そして、フィルタ装置１０においては、圧縮エアが入口ポート１２からフィルタ装置１０の内部に流入する。この圧縮エア中には塵埃及び液体といった異物が含まれており、圧縮エアは導入通路１７及びルーバＲの外周側を通ってボウル１４内の導入室２４に流入する。圧縮エアが導入室２４へ流入する際、ルーバＲによって圧縮エアに旋回運動が付与される。旋回運動によって生じる遠心力により、液体（異物）や塵埃の中でも比較的大きな固体粒子（異物）がボウル１４の内壁面に集められて圧縮エアと分離される。その分離された液体と固体粒子はボウル１４の内壁面を伝ってボウル１４内底部に溜まっていく。ボウル１４内底部に溜まった液体や塵埃等の異物はバッフル２１によりそれより上方へ舞い上がることが防止される。

また、ルーバＲの外周側を通過し、導入室２４に流入した圧縮エアはフィルタエレメント２２を通過して導出室２５に流出する。圧縮エアがフィルタエレメント２２を通過する際、ルーバＲによって分離しきれなかった異物がフィルタエレメント２２によって除去される。そして、異物除去後に、導出室２５に流出した圧縮エアは、ルーバＲの内側及び導出通路１８を通って出口ポート１３からエアシリンダに供給される。

次に、ルーバＲについて詳細に説明する。図２に示すように、合成樹脂材料製のルーバＲは、ルーバ本体３０を備えるとともに、ルーバ本体３０の下端面に多数本の羽根３１を備えている。ルーバ本体３０内には貫通孔３４が形成されるとともに、ルーバ本体３０の中心軸Ｌは貫通孔３４の中心点を通過して貫通孔３４の貫通方向（上下方向）へ延びている。そして、中心軸Ｌが延びる方向をルーバ本体３０の軸方向とする。さらに、ルーバ本体３０の周方向に隣り合う羽根３１同士の間には、圧縮エア（気体）を通過させるためのスリット３５が形成されている。

図３に示すように、ルーバ本体３０は、ルーバ本体３０の外周側を形成する略円錐筒状の第１筒状体３０ａと、ルーバ本体３０の内周側を形成するように第１筒状体３０ａの内周面に一体形成された第２筒状体３０ｂとから形成されている。そして、羽根３１は、第１筒状体３０ａの下端面から延設されている。また、第２筒状体３０ｂにおいて、軸方向の一端面（上端面）には、円環状をなす第１当接面３６が形成されるとともに、軸方向の他端面（下端面）には、円環状をなす第２当接面３７が形成されている。

また、第２筒状体３０ｂの内周面には、係止突部３８が、下方へ向けて延びるとともに第２筒状体３０ｂの周方向に等間隔を空けた４箇所に形成されている。各係止突部３８は、第２筒状体３０ｂの径方向に沿った内側への突出量が僅かになるように薄板状に形成されている。各係止突部３８は、第２筒状体３０ｂの第２当接面３７よりも下方へ突出するように延設されている。さらに、各係止突部３８それぞれは、先端に向かうに従い徐々に外方へ向かって若干反るように形成されるとともに弾性変形可能に形成されている。各係止突部３８の先端外面それぞれには、球面状に突出する圧接部３８ａが形成されている。なお、図３の２点鎖線に示すように、各圧接部３８ａの頂端Ｐ同士を繋いで形成される円の直径Ｍの長さは、フィルタエレメント２２の内径Ｎ（図４参照）より大きくなっている。

また、各係止突部３８には、ルーバＲの軸方向に沿って上方へ延びる延設部３９が一体形成されるとともに、この延設部３９の先端外面には係止爪４０が一体形成されている。この係止爪４０は、先端に向かうに従い厚みが薄くなるように傾斜して形成されている。延設部３９は弾性変形可能に形成されるとともに、係止爪４０は係止凹部１９ｂに係止可能に形成されている。

そして、図４に示すように、フィルタ装置１０において、フィルタエレメント２２の上端面２２ａにルーバＲが載置された状態では、第２当接面３７と、フィルタエレメント２２の上端面２２ａとは当接（密接）して、第２当接面３７と上端面２２ａとの間がシールされている。また、フィルタエレメント２２の上端面２２ａと対向する、ルーバＲの端面たる第２当接面３７側には、係止突部３８が延設され、これら係止突部３８はフィルタエレメント２２の内側に挿入されている。そして、各係止突部３８がフィルタエレメント２２の内面の４箇所に係止している。

また、各係止突部３８は、フィルタエレメント２２の内面によってフィルタエレメント２２の内側に向けて弾性変形されている。そして、弾性変形した各係止突部３８の原形状への復帰力により、圧接部３８ａがフィルタエレメント２２の内面に向かう方向へ付勢され、圧接部３８ａはフィルタエレメント２２の内面に圧接している。圧接部３８ａは、その球面の頂部がフィルタエレメント２２の内面に圧接している。また、４つの圧接部３８ａが、フィルタエレメント２２の内面に圧接しているため、ルーバＲにフィルタエレメント２２が保持され、ルーバＲとフィルタエレメント２２とが一体化されている。

フィルタ装置１０において、フィルタエレメント２２の上端面２２ａにルーバＲが載置された状態では、第２筒状体３０ｂの第１当接面３６は、区画壁１９における開口筒部１９ａの開口端１９ｃに当接（密接）して、第１当接面３６と開口端１９ｃとがシールされている。また、区画壁１９における係止凹部１９ｂに、ルーバＲの係止爪４０が係止して、区画壁１９にルーバＲが一体化されている。なお、係止爪４０の係止凹部１９ｂに対する係止力は、圧接部３８ａのフィルタエレメント２２の内面に対する圧接力より大きくなっている。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）ルーバＲに係止突部３８を、ルーバＲの周方向に等間隔を開けて４箇所に形成するとともに、各係止突部３８をフィルタエレメント２２の内面に係止させた。このため、係止突部３８によってフィルタエレメント２２が径方向へ位置ずれすることを防止することができる。よって、フィルタエレメント２２が薄く、フィルタエレメント２２の上端面２２ａとルーバＲの第２当接面３７との間のシール面積が小さくても、係止突部３８によってフィルタエレメント２２の位置ずれが防止できるため、上端面２２ａと第２当接面３７との間に隙間が形成されることが防止される。その結果、圧縮エアが上端面２２ａと第１当接面３６の間を通過することが防止され、この隙間を通過することによる濾過性能の低下を防止することができる。さらに、係止突部３８は、ルーバＲの周方向に等間隔を開けて４箇所だけに設けられている。このため、フィルタエレメント２２の内周に係止する部位（係止突部３８）をルーバＲに設けたとしても、この係止する部位がフィルタエレメント２２の周方向全周に亘って係止する場合に比べてフィルタエレメント２２内に突出する量を減らすことができる。その結果として、ルーバＲに係止突部３８を形成してフィルタエレメント２２の位置ずれを防止し、濾過性能を防止しつつも、フィルタエレメント２２を通過可能な圧縮エア量の低下を防止して流量性能の低下を防止することができる。

（２）フィルタエレメント２２の内面に係止突部３８が係止することにより、フィルタエレメント２２が径方向へ位置ずれすることを防止することができる。よって、フィルタエレメント２２の上端面２２ａと、ルーバＲの第２当接面３７とを当接（密接）させた状態を維持して、上端面２２ａと第２当接面３７との間から圧縮エアが洩れることを防止することができる。その結果として、フィルタエレメント２２の厚みを薄くしても導入された圧縮エアをフィルタエレメント２２を確実に通過させて異物を除去することができ、さらには、フィルタ装置１０の小型化に寄与することができる。

（３）フィルタエレメント２２の内面に係止突部３８が係止することにより、フィルタエレメント２２が径方向へ位置ずれすることを防止することができる。ここで、フィルタエレメント２２は外周側が粗さの粗い材質で形成されるとともに内周側が粗さの密な材質で形成されている。仮に、係止突部３８が形成されておらず、フィルタエレメント２２が径方向への位置ずれしてしまうと、ルーバＲの第２当接面３７と、フィルタエレメント２２の上端面２２ａとの当接が、フィルタエレメント２２の外周側のみとなる箇所が存在することがある。すると、ルーバＲの第２当接面３７と、フィルタエレメント２２の上端面２２ａとの間を圧縮エアが通過する際、圧縮エアは粗さの粗い部位のみを通過することになり、濾過性能が低下してしまう。よって、本実施形態のように、係止突部３８によって、フィルタエレメント２２の位置ずれを防止することで、ルーバＲの第２当接面３７に対し、フィルタエレメント２２の内外両周面側が当接して、第２当接面３７と上端面２２ａとの間を通過する圧縮エアを粗さの粗い部位と密な部位を通過させて濾過性能を確実に発揮させることができる。

（４）係止突部３８は弾性変形可能に形成され、係止突部３８の弾性変形に伴うフィルタエレメント２２内面への圧接によって、ルーバＲにフィルタエレメント２２を保持することができる。したがって、フィルタエレメント２２のメンテナンス等のため、バッフル２１をボディ１１から取り外したとき、フィルタエレメント２２がルーバＲから落下することが防止され、落下によってフィルタエレメント２２が汚れたり、紛失してしまうことを防止することができる。

（５）係止突部３８の先端には圧接部３８ａが形成され、この圧接部３８ａは球面状に形成されている。このため、圧接部３８ａのフィルタエレメント２２の内面に対する接触面積を小さくすることができ、圧接部３８ａによってフィルタエレメント２２を被う面積を極力小さくすることができる。

（６）係止突部３８の先端には圧接部３８ａが形成され、この圧接部３８ａは球面状に形成されている。このため、圧接部３８ａがフィルタエレメント２２の内面に圧接しても、フィルタエレメント２２の内面が損傷を受けることを防止することができ、フィルタエレメント２２の濾過性能が低下することを防止することができる。

（７）係止突部３８には延設部３９が一体に延設されるとともに、延設部３９の先端には係止爪４０が形成されている。また、ボディ１１から延設された区画壁１９には係止凹部１９ｂが形成されている。そして、ルーバＲの係止爪４０を、区画壁１９の係止凹部１９ｂに係止させることにより、ルーバＲをボディ１１に組み付けることができる。よって、フィルタエレメント２２のメンテナンス等のため、バッフル２１をボディ１１から取り外したとき、ルーバＲがボディ１１から落下することが防止され、ルーバＲ、さらにはルーバＲに一体化されたフィルタエレメント２２が汚れたり、紛失してしまうことを防止することができる。

（８）ルーバＲは、係止爪４０が区画壁１９の係止凹部１９ｂに係止することで区画壁１９に一体化され、フィルタエレメント２２は、係止突部３８がフィルタエレメント２２の内面に圧接することでルーバＲに一体化されている。そして、係止爪４０の係止凹部１９ｂに対する係止力は、係止突部３８のフィルタエレメント２２に対する圧接力より強く設定されている。このため、フィルタエレメント２２を引っ張った際、フィルタエレメント２２をルーバから容易に取り外すことができるとともに、ルーバＲを区画壁１９に一体化した状態に維持することができる。

（９）係止突部３８は、フィルタエレメント２２内に挿入される前は、先端に向かうに従い徐々に外方へ向かって若干反るように形成されるとともに弾性変形可能に形成されている。そして、係止突部３８をフィルタエレメント２２内に挿入すると、各係止突部３８が内側に向けて弾性変形するとともに原形状への復帰力によってフィルタエレメント２２の内面に圧接し、ルーバＲにフィルタエレメント２２が一体化される。よって、係止突部３８を弾性変形可能に形成するだけの簡単な構成でルーバＲにフィルタエレメント２２を一体保持することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ ルーバＲにおいて、延設部３９及び係止爪４０は削除してもよい。
○ 係止突部３８において、圧接部３８ａは球面状以外の形状であってもよい。

○ 実施形態では、係止突部３８を先端に向かうに従い徐々に外方へ向かって若干反るように形成したが、圧接部３８ａがフィルタエレメント２２の内面に圧接するのであれば、係止突部３８は外方へ反らず、鉛直方向へ延びるように形成してもよい。

○ 係止突部３８において、球面状の圧接部３８ａは無くてもよく、係止突部３８を板状に形成するとともに、その板状をなす部位の外面がフィルタエレメント２２の内面に圧接してもよい。

○ ルーバＲにおいて、第１筒状体３０ａの下側内周面と、係止突部３８の外面との間に、フィルタエレメント２２の上端部を挟持可能な隙間を形成し、この隙間にフィルタエレメント２２の上端部を嵌入してルーバＲにフィルタエレメント２２を一体保持させてもよい。

○ 係止突部３８は、ルーバＲの周方向に間隔を空けて３箇所に形成してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（１）前記係止爪の前記係止凹部に対する係止力は、前記係止突部の前記フィルタエレメントの内面に対する圧接力より大きく強く設定されている請求項４に記載のフィルタ装置。

Ｈ…ハウジング、Ｒ…ルーバ、１０…フィルタ装置、１１…ボディ、１２…入口ポート、１３…出口ポート、１４…ボウル、１７…気体通路を形成する導入通路、１８…気体通路を形成する導出通路、１９…区画壁、１９ｂ…係止凹部、１９ｃ…開口端、２２…フィルタエレメント、２２ａ…開口端としての上端面、２４…気体通路を形成する導入室、２５…気体通路を形成する導出室、３８…係止突部、３８ａ…圧接部、４０…係止爪。

Claims

入口ポートと出口ポートとが設けられるハウジングを備え、前記ハウジング内に両ポートを連通させる気体通路が設けられ、前記気体通路上に、筒状をなすフィルタエレメントが配設されるとともに、前記入口ポートから導入された気体に遠心力を付与する筒状のルーバが、前記フィルタエレメントの開口端に設けられたフィルタ装置であって、
前記ルーバにおいて前記フィルタエレメントの開口端と対向する端面側に、前記フィルタエレメントの内面に係止して該フィルタエレメントの径方向への移動を規制する係止突部が該ルーバの周方向に間隔を空けて複数形成されているフィルタ装置。
前記係止突部は弾性変形可能に形成され、該係止突部の弾性変形に伴う前記フィルタエレメントの内面への圧接により、前記フィルタエレメントが前記ルーバに一体保持される請求項１に記載のフィルタ装置。
前記係止突部において前記フィルタエレメントの内面への圧接部が球面状に形成されている請求項２に記載のフィルタ装置。
前記ハウジングには前記入口ポートと前記フィルタエレメントの外側とを連通させる導入通路を形成するとともに前記フィルタエレメントの内側と前記出口ポートとを連通させる導出通路を形成する区画壁が設けられ、前記区画壁の開口端と前記フィルタエレメントの開口端との間に前記ルーバが介在されており、前記係止突部には、前記区画壁の開口端側の内面に形成された係止凹部に係止可能な係止爪が一体に形成されている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のフィルタ装置。