JP5133420B2 - フィルタエレメント及びフィルタシステム - Google Patents

Description

本発明は、特に内燃機関の吸入空気のためのフィルタエレメント及びフィルタシステムに関する。

特許文献１（ＵＳ ４，７２０，２９２）に開示されるエアフィルタの特徴は以下の通りである。軸方向に開口する気体出口と、取り外し可能なカバーで開閉され通常は開放されている第２端とを有するフィルタハウジングであって、ハウジング外周には空気吸入口が設けられる。ハウジング内には、内側支持筒と、外側支持筒によって支持されるフィルタと、を備えた略円筒状フィルタエレメントが備えられ、該フィルタエレメントはハウジングと同軸に配置されている。フィルタエレメントをハウジングにシールする作業は、径方向内側に傾斜する略シリンダ状の外周側面部を有する環状エンドプレートをハウジングの出口開口部から内側へと押し込むことによって行われる。

エアフィルタのフィルタインサートは一定期間運転した後に交換することは周知である。エアフィルタに詰まるほこりの量によって、フィルタの寿命は数日（建設機械の場合）になったり数ヶ月になったりする。

特許文献１に開示されるフィルタインサートは、従来から使用されている他のフィルタインサートと同様に複数の材料を組み合わせて製造され、特に支持筒には鋼板やプラスチックが用いられる。ろ過媒体には紙若しくはプラスチック製の不織布が用いられ、エンドプレートはプラスチック、例えば軟質エラストマーで作られる。

特にフィルタエレメントを頻繁に交換する場合には、フィルタエレメントが確実且つ安全な方法でハウジングにシールされることが重要である。シール構造は温度耐性及び振動耐性を備える必要がある。設備や装置に強い振動や衝撃が与えられても、フィルタエレメントが確実にシールされた状態でなければならない。また、フィルタエレメントは熱的接合が問題なく行われるように、可能な限り金属素材を使用すべきではない。

ＵＳ ４，７２０，２９２

よって、本発明の目的は、高いろ過性能を備えるとともに、未ろ過媒体の領域とろ過済み媒体の領域を隔てて確実にシールされるフィルタエレメント及びフィルタシステムを提供することである。この目的は独立請求項の特徴により解決される。

本発明の決定的な利点は、２つの環状ビードとその間に挟まれたシール溝によってフィルタエレメントを密封することにより、シール効果が向上すると共にハウジングによるフィルタエレメントの支持作用が強固になる点である。特に、振動荷重が付与される部材をプラスチックによってシールする場合には、激しい温度変動があっても確実にシール作用する構造が求められる。

本発明の１実施例によれば、シール部分を支持するエンドプレートはポリウレタンより成る。もちろん、軟質エラストマー製としてもよいし、インモールド射出成型などによって複数の材質でエンドプレートを製造してもよい。複数の材質を用いる場合には、シール構造を為す構成部材にはエラストマーを用い、ろ過媒体との接続部には熱可塑性プラスチックを用いてもよい。接続部に使用する熱可塑性プラスチックはろ過媒体に溶接してもよいし、接着剤で接着してもよい。

本発明の別の実施例では、エンドプレート内に配置される補強プレートに穿孔が設けられている。フィルタエレメントの製造時にこの穿孔をポリウレタンが通過することにより、ろ過媒体とシール構造部と補強プレートとが確実に連結固定される。

更に別の実施例において、補強プレートにはポリウレタンフォームから突出するように形成される環状側面部、すなわちシリンダ状の環状壁が備えられる。この環状壁はろ過媒体のプリーツに沿って延設され、例えばろ過媒体全長の０〜３０％をカバーする長さとする。このような構成により、不適切に扱われた場合や、ほこりを払い落としたり手作業でフィルタエレメントを掃除したりする場合などに、ろ過媒体のプリーツを保護することができる。

本発明の別の実施例では、密封用エンドプレートの他端に配置される第２のエンドプレートもまたポリウレタンフォーム製とし、フィルタエレメントの内部空間を密閉するための閉鎖部材は熱可塑性プラスチック製とする。

エンドプレートはチキソトロピーを利用した方法で製造してもよい。これは一定量のチキソトロピー材料を用いた方法で、成型を何回も行わずにシール構造ができる。

更に、本発明はフィルタエレメントを備えたフィルタシステムに関する。このフィルタシステムは特に内燃機関の吸入空気をろ過するために使用され、フィルタエレメントを収納するためのハウジングとカバーを備える。フィルタシステムには、シール領域においてフィルタエレメントのシール構造と適合する２つのリング溝を設けることが好ましい。

更なる実施例によれば、ハウジングの空気吸入口周辺にサイクロン型又はロータリー型のセパレータが設置される。このセパレータはろ過媒体を回転させるようなガイド構造をしている。ろ過媒体が回転するとほこりがハウジング壁に集まり、適当な場所でほこり排出口から排出される。

本発明の更なる実施例では、フィルタシステムの内部に補助部材が設けられる。この補助部材の役割は、フィルタエレメントの交換時でもフィルタシステム出口を密閉状態にして、フィルタエレメントの清掃や交換の時にもほこりが進入できないようにすることである。補助部材はネジによってハウジングと連結され、ハウジングにシールされることが好ましい。

上記の特徴並びに他の特徴は請求項だけでなく明細書及び図面からも理解できるであろう。

フィルタシステムの断面図である。 フィルタハウジングにおけるシール領域の詳細図である。 図１においてＸで囲んだ部分の拡大図である。

以下に実施例を用いて本発明を更に詳細に説明する。
図１に記載のフィルタシステムは、略同心円状のハウジング２６より成り、ハウジングには吸気口２８が備えられる。このフィルタシステムは内燃機関の吸入空気をろ過するためのものである。吸気口２８から未ろ過空気が矢印３８で示すように供給され、供給された空気はサイクロン型のプレセパレータ３４を通過して回転流となる。このように空気が回転すると、空気中に含まれるパーティクルはハウジング壁に付着して、適当なバルブによって閉鎖されるほこり排出口３５から外部へと排出される。

ハウジング２６には中間部材３７が取り付けられる。この中間部材３７はハウジングと同様に同心円状で、４０で示す領域において溶接等によりハウジング２６に結合させている。そして、中間部材３７にはカバー２７が取り付けられる。クランプ式の閉鎖部材や他の適当な閉鎖手段によって、カバーと中間部材は着脱可能に連結される。このように、カバー、中間部材、ハウジングによって、被ろ過空気を放出するための気体出口２９を備えた密閉システムができる。

完成した密閉システムの中にはフィルタエレメント３９が設けられる。このフィルタエレメントはジグザグに折畳んだろ過媒体１０を備えており、このろ過媒体もまた同心円状である。フィルタエメント３９の両端面にはエンドプレート１１、１２が設けられる。一方のエンドプレート１２はフィルタエレメントと同心円の開口１３が設けられ、他方のエンドプレート１１には閉鎖部材２４が設けられる。ハウジングカバー２７のソケットで閉鎖されるように同心円の開口部を備えたエンドプレートを更に設けてもよい。被ろ過空気はフィルタエレメント内を矢印４１の方向に通過することによって浄化され、出口２９から内燃機関（不図示）へと矢印４２の方向に移動する。フィルタエレメント右側のエンドプレート１２には第１の環状ビード１４と第２の環状ビード１５が設けられ、その２本のビードの間にシール溝１６が形成されている。

エンドプレート１２の中には穿孔２２を有する補強プレート１７が設けられる。補強プレートの外周部、即ちシール構造を為す部分の外側には、環状側面部２３が設けられている。これによって、組立てやほこりの払い落とし、もしくはその他手作業を行う際に、ろ過媒体やフィルタエレメントを保護することができる。
（ろ過媒体（１０）の１端面にエンドプレート（１２）が存在する。エンドプレート（１２）の中には穿孔（２２）を備えた補強プレート（１７）が設けられている。補強プレート（１７）は外周部、すなわちシール構造を為す部分の外側に、ろ過媒体を保護する円筒状の環状側面（２３）を備えている。）
（補強プレート（１６）の中で目視できる部分はエンドプレートの外径部の環状側面２３だけなので、符号１７で示す矢印では「補強プレートが存在する箇所」を示している。）

環状ビード１４、１５をリブ２０、２１に当接させて、フィルタエレメントのハウジングにおける軸方向位置を規定する。

他の実施形態として、環状ビード１４、１５をリブ２０、２１ではなくハウジングのリング溝３１、３２に嵌合させることでフィルタエレメントの位置を規定してもよい。また、その他のポイントを軸方向及び／又は半径方向における位置を固定するために使用してもよい。

リブについては図２に詳しく図示されているように、いわゆるダブルリブの構成をとっている。つまり隣り合う２本のリブ２０ａ、２０ｂ、２０ｃをリング溝３１、３２の底に配置している。リブの高さは、例えば３−６ｍｍとする。

ハウジングの２つのリング溝に挟まれたシールステー３３は、その側面がシール部位となる。ここではエンドプレート１２はシール溝１６によって密封される。このように、２カ所の側面によるダブルシール構造ができる。シール溝１６の深さはシールステー３３の高さよりも僅かに長いので、軸方向におけるある程度の誤差は許容される。既に述べたことであるが、エンドプレートの材料はポリウレタンフォームか、必要とされるシール効果が達成でき、且つフィルタエレメントをフィルタハウジングに正確に位置決めできるような硬さの他のエラストマーとする。２側面でのシール作用と、リブ２０、２１による環状ビード１４、１５の支持作用のおかげで、フィルタエレメントを交換する時の取り付けや取り外しに必要な力が最小限で済む。

他の実施形態として、シールステー３３の先端にシール用ビードを設けてもよく、例えばリング形状のビードをシールステー３３からハウジング内部へと軸方向に突出させてもよい。このような構成により、フィルタエレメントを挿入する力の強さに関係なく、軸方向に更なるシール部分ができる。このシール用ビードは、例えばシールステー３３の高さよりも厚みを持たないようにする。

他方のエンドプレート１１には支持用突出部４３、４４が設けられる。この突出部をカバー２７で支持することにより、エンドプレート１２に向かって軸方向の力が充分に働く。こうして、確実なシール作用が生まれる。エンドプレート１１には閉鎖部材２４が嵌め込まれる。こうして未ろ過空気室とろ過済み空気室とが隔てられる。フィルタエレメント内には内部空間２５を取り囲む補助部材３６がある。ろ過された清浄空気は、一般的には不織布カバー４５を備える補助部材３６を通過することになる。不織布カバーは熱可塑性又は金属製のベース部材４６に取り付けられている。補助部材３６はネジ４７によって出口２９のソケットに取り付けられ、取り付けと同時にＯリング４８によりシールされる。

ハウジング２６は内壁４９を有し、ハウジング内壁４９とエンドプレート１２の環状側面部２３との間には僅かな隙間が設けられる。内壁には図３に示すようにクランプ部材５０が取り付けられる。

このクランプ部材は、鋼バネを複数箇所で変形させてフィルタエレメントの取り付け空間に向かって突出させたものである。変形させた部位は図３の符号５１で示されている。フィルタエレメントを挿入すると変形部位が径方向外側に押されて、フィルタエレメントが中心に配置される。環状側面部２３を持たないフィルタエレメントをハウジングに挿入すると、フィルタエレメントを中心に配置できない。また、恐らくフィルタエレメントやろ過媒体が破損してしまう。このようにクランプ部材を設けると、別のフィルタエレメントや欠陥のあるフィルタエレメントが誤って装着されることがない。

Claims (12)

1. ジグザグに折畳まれた同心円状のろ過媒体（１０）と、１端面に設けられる開放型または閉鎖型の第１のエンドプレート（１１）と、他端面に設けられる第２のエンドプレート（１２）を備え、該第２のエンドプレート（１２）は同心円状の開口（１３）を備えるとともに前記ろ過媒体のジグザグ部分の上に円形リングの形で構成されている、フィルタエレメントにおいて、
   前記第２のエンドプレート（１２）には、軸方向外側に突出する第１の環状ビード（１４）および第２の環状ビード（１５）が間隔を空けて設けられるとともに、該２つの環状ビード（１４、１５）の間にはシール溝（１６）が設けられ、
   前記環状ビード（１４）の先端面（１８、１９）は、前記フィルタエレメントを収納するハウジングに放射状に延設されるリブ（２０、２１）によって支持されることを特徴とするフィルタエレメント。
2. 前記エンドプレートにおいて、ろ過媒体と環状ビードの間の領域には補強プレート（１７）又は補強リングが設けられることを特徴とする請求項１記載のフィルタエレメント。
3. 前記エンドプレート（１２）はポリウレタンフォーム又はエラストマーより成ることを特徴とする請求項１記載のフィルタエレメント。
4. 前記補強プレート（１７）はエンドプレート内に埋め込まれたものであり、該補強プレートには埋め込み時にポリウレタンフォームを流すための穿孔（２２）が設けられることを特徴とする請求項１に記載のフィルタエレメント。
5. 前記補強プレートは、フィルタエレメントの外側に軸方向に幅を有して設けられる環状側面部（２３）を備えることを特徴とする請求項２記載のフィルタエレメント。
6. 前記エンドプレート（１１）はポリウレタンフォームより成り、このエンドプレートには前記フィルタエレメント（１０）の内部空間（２５）を密閉するための同心円状の閉鎖部材（２４）が設けられることを特徴とする請求項１記載のフィルタエレメント。
7. エンドプレートの両方に、２つの環状ビードと溝によるシール構造が設けられることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のフィルタエレメント。
8. 略同心円状のハウジング（２６）と、
   該ハウジング（２６）の蓋をするための同心円状のカバー（２７）と、
   ハウジングとカバーの両方又はどちらか一方に設けられる、特に空気などの媒体をフィルタに供給するための吸気口（２８）と、
   を備えた請求項１乃至８のいずれか１項に記載のフィルタエレメントを備えたフィルタシステムであって、
   前記ハウジング（２６）には前記被ろ過媒体を放出するための出口（２９）が同心円状に設けられ、
   前記ハウジングの出口（２９）周辺には、前記環状ビード（１４、１５）およびシール溝（１６）と適合するシール構造が設けられることを特徴とするフィルタシステム。
9. 前記シール構造は同心円状に設けられた２つのリング溝（３１、３２）とその間のシールステー（３３）より成り、前記リング溝の底にはリブ（２０、２１）が備えられ、
   前記シールステー（３３）の高さは前記フィルタエレメントのシール溝（１６）よりも低いことを特徴とする請求項８記載のフィルタシステム。
10. 前記吸気口（２８）付近にはサイクロン型プレセパレータ（３４）が設置され、前記ハウジング（２６）又はカバー（２７）にはほこり排出口（３５）が設けられることを特徴とする請求項８又は９に記載のフィルタシステム。
11. 前記フィルタエレメント（１０）の内部には補助部材（３６）が設けられることを特徴とする請求項８記載のフィルタシステム。
12. 前記補助部材（３６）はネジによって前記ハウジング（２６）に連結されることを特徴とする請求項８記載のフィルタシステム。

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