JP5138686B2 - フィルタエレメント及び該フィルタエレメントを備えた空気フィルタユニット - Google Patents

Description

本発明はベローズ状のフィルタ本体を備えたフィルタエレメント及び該フィルタエレメントを備えた空気フィルタユニットに関する。

公知の空気フィルタユニットとして略円筒状ハウジングの少なくとも一端が蓋体等を取り外すことで開放され円筒状フィルタエレメントの取出、交換ができるものがある。円筒状ハウジング部材と蓋部材との取り付けがねじ込み式で行われることは周知であるが、そのためには蓋部材の外縁に自在に接触でき、またローレット切りを施すなどした把持用の滑り止め構造を備えている必要がある。蓋体の両端部を手で掴んでねじり蓋体を外すので、フィルタユニットの外側に点検・補修用の余分な空間が必要となる。

更に、確実にねじ込み結合して固定させるために複数螺旋のネジ溝を設けるのでその分蓋体を外すときに時間を要する。また、蓋体をねじ込む際に蓋体とハウジングのねじ山が相互に噛み合うように注意を払わなければならない。

更に、ハウジングの底面と蓋体の間にタイロッド部材を設けることもまた周知である。例えば、蓋体を貫通するネジボルトを蝶ナットで締めて蓋部材をハウジング部材へと押圧するよう構成してもよい。このような構成であってもタイロッドの締め付けや取り外しに時間を要するだけでなく、タイロッドのコストも上積みされる上にタイロッドは空気フィルタエレメントの空気流路の障害となるといった点で不都合である。

本発明の目的は迅速な設置及び取り外しが可能なフィルタエレメントを提供することである。

この目的は請求項１若しくは請求項４に記載の特徴を備えたフィルタエレメントの第１及び第２の実施例によって解決される。

本発明のハウジングに挿設されたフィルタエレメントにおいては、ハウジング部材同士又はハウジング部材と蓋部材とがフィルタエレメントによって連結される。つまり、フィルタエレメントをハウジング部材が相互に連結するためのタイロッドとして機能させて確実にハウジング部材同士を固定連結する。よってタイロッド部材を新たに設ける必要がないことが本発明の要点である。更に重要なのは本発明で実施されるフィルタエレメントを挿入しなければ各ハウジング部材はばらばらに落下するのでフィルタエレメントがなければハウジング部材同士が連結固定されない点である。このように構成するとうっかり誤ってフィルタエレメントを挿入せずに空気フィルタユニットを作動させることがなくなる。

請求項１に記載の第１実施例によればそれぞれの端板及び連結用突出部の間に作用する力は直接ベローズ状のフィルタ本体に伝達されるので、ベローズ状のフィルタ本体を端板に確実に固定しなければならない。

請求項４に記載の第２実施例によると、ベローズ状のフィルタ本体自体が力を伝達する役割ではない。その代わりに、ベローズ状のフィルタ本体と端板に包囲される中央円筒部を有し、この中央円筒部の長さは端板とベローズ状のフィルタ本体の合計よりも長く、端板から突出する部分はフィルタハウジングと連結させるための少なくとも１の連結手段を備える連結用突出部として形成される。

中央円筒部のベローズ状のフィルタ本体に覆われる外皮部分は多孔状であるか、長孔が形成されているか、その他の孔を備えることとする。中央円筒部を２部材で構成して、それぞれの部材を繋げた時に張力が掛かるよう構成してもよい。

本実施例での端板は硬質材製とする必要はない。ベローズ状のフィルタ本体の端面を覆う弾力性のあるフィルムカバーでも良いし、埋め込み用樹脂で穴を塞ぐよう構成してもよい。

フィルタエレメントは一端側の端板にねじ山を有する突出部を連結手段として備えていることが好ましく、突出部はテーパねじであることが特に好ましい。ねじ付突出部をテーパねじにして、それに合致するようにハウジング内周面側にねじ山を有する筒穴を形成したので、フィルタエレメントがハウジング部材へと螺入されて押し込まれるとフィルタエレメントは自動的に軸を中心に配置されることになる。突出部はテーパねじであるため螺旋状のねじ山同士が相互に係合するには比較的小さい回転角で足り、こうして軸方向の力に対応してネジの結合力を強化している。

これに関連して、好ましくは汚れに強くて容易に動く、隙間を有するねじ山として優れた、鋸刃ねじ(バットレスねじ)を採用する。例として、テーパねじのねじ山が鋸刃状の鋸刃ねじ(バットレスねじ)は約１００ｍｍの直径に対してねじ山を４、５回転設け、ねじ軸線に対するテーパ角度は３〜１２°とする。

好ましくはフィルタエレメントの連結用突出部を上記したようなテーパねじで連結するように構成する。フィルタエレメントの軸端側を掴んで回すことができるように少なくともハウジング底部の外径と同径の十分に大きな空間がハウジングのトップ部材の上に存在するように構成する。

原理上はフィルタ本体の両端部とハウジングの２部材をテーパねじで取り付けてフィルタエレメントの連結を行うことも可能である（ハウジングが分割されているため）。しかし、ねじ部を２カ所に設けると予測できない角度位置（unpredictable angular position）でハウジング部材へとねじ込まれる可能性がある。よってフィルタエレメントの他の軸端側の少なくとも１の連結部は、連結されるハウジング部材とは異なる角度位置であっても連結可能なように設計する。例としては、相互に同じ角度間隔で係合収納部を設けたバイオネット連結がある。

またスナップ結合、特に環状スナップ結合としても良く、そのように構成するとフィルタエレメントとハウジングの底部又は蓋部とを点検時に一体ユニットとして交換する場合に特に便利である。そうすると、フィルタエレメントを取り外し可能にハウジング部材に固定しても良いし、取り外し不可能としてもよい。

（ハウジング側に）少なくとも１の連結位置に少なくとも１の係止部材を備えて、該係止部材が空気フィルタエレメントの端板突出部に設けられる溝、アンダーカット部又はその他の係合切り欠き部へと半径方向に挿入されるよう構成することにより、フィルタエレメントとハウジング部材は確実に固定できる。

空気フィルタエレメントの係合切り欠き部は連続溝として形成されているのでフィルタエレメントがハウジング部に関してどのような位置にあってもよい。また、配置を反対にすることも可能であり、フィルタエレメント側の少なくとも１の連結手段を係止部材として形成し、ハウジング側の切り欠き部に係止させるよう構成してもよい。

可動係止部材を用いた実施例であってもフィルタエレメントを挿入していない状態ではハウジングを固定することはできないのでフィルタエレメントを挿入せずにフィルタユニットが作動されることはない。

フィルタエレメントの概略側面図である。 第１実施例において空気フィルタハウジングにフィルタエレメントを挿設した状態の断面図である。 フィルタエレメントを備えた空気フィルタハウジングの断面斜視図である。 空気フィルタハウジングが閉じられた状態の斜視図である。 空気フィルタハウジングが閉じられた状態の斜視図である。 ハウジング部の一部を取り外した状態の空気フィルタハウジングの斜視図である。 第２実施例において空気フィルタハウジングにフィルタエレメントを挿設した状態の断面図である。

図１のフィルタエレメント１０は筒状体となるように円周方向にひだが連続する蛇腹状の紙等を巻いて形成したベローズ状のフィルタ本体１１を有する。ベローズ状のフィルタ本体１１の両軸端に他側端板１３、１４を取り付けることにより中空筒状体を形成している。

軸一端側（空気流れ方向上流側）に位置する一側端板１４は開放端側に連結手段としてテーパねじ１６を有する突出部１５を備えている。突出部１５はテーパねじ１６からなり、該テーパねじは、中心軸（ねじ軸軸線）に対して８°〜１２°傾斜している。一方実施例のようにフィルタエレメント１０の軸他端側（空気流れ方向下流側）の位置する他側端板１３は、該他側端板１３と一体的に突出部１７が設けられ、突出部１７には係合切り欠き部として溝１８が設けられている。

図２ではフィルタエレメント１０が空気フィルタユニット１００の中に挿設された状態を概略断面図で示している。ハウジングは軸直交断面に沿って円筒状に三分割された３つのハウジング部材２０、３０、４０からなる。

軸一端側（空気流れ方向上流側）の有底の一側ハウジング部４０の底部４１には、ハウジング内部へと筒状に突出する突出部４２が設けられており、その内周側のねじ山は、一側端板１３より突出する突出部１５の外周側のテーパねじ１６と係合するよう螺設している。連結手段としてテーパねじを含むねじ部を設けることでフィルタエレメント１０とハウジング部４０は相互に確実に固定できる。

三分割された真ん中に位置する中空円筒状の中央ハウジング部３０と有底一側ハウジング部４０とはＬ字状の嵌合部３２により軸方向に摺動自在に且つＬ字端により規定位置で止設可能に構成されて中央ハウジング部３０と有底一側ハウジング部４０とが前記Ｌ字端を有する嵌合部３２により所定位置に嵌合止設され、中空円筒状の中央ハウジング部３０と有底他側ハウジング部２０とはＬ字端を有する嵌合部３１により所定位置に嵌合止設される。

ハウジング部２０、３０、４０は相互に緩く嵌めているだけであり、連結して形成したハウジングの中に軸方向の公差許容（軸方向の微少な長短のばらつき許容）な状態でフィルタエレメント１０が収納される。

ハウジング部２０には係止部材２５を設け、係止部材２５がハウジング部２０の切り欠き部（係合部）を貫通して半径方向に挿入され溝１８又はその他の形状の切り欠き部に係止されるよう構成する。フィルタエレメント１０の他側端板１３の突出部１７に係止部材２５を係止させることによってハウジング部２０がフィルタエレメント１０に対して軸方向に固定できる。
これによりフィルタエレメント１０の軸一端側はテーパねじを含むねじ部１６、４２の部分で螺合するハウジング部４０にネジで連結されているので、ハウジング部２０、４０共に中間のハウジング部３０に相互に固定される。作動中ハウジング内に圧力負荷がかかるとフィルタエレメント内に通気抵抗に起因する内包荷重（ベローズ状のフィルタ本体外周より本体内を経由して端板側に抜ける際の通気抵抗圧力）がかかるので、ハウジング部材２０、３０、４０は軸方向に相互に連結する手段がなくても連結状態を維持できる。

フィルタエレメント１０のベローズ１１における機械的荷重を最小限にするためにフィルタエレメント１０は、端板１３と１４の間にフィルタエレメント１０の内側に流路を形成する中央円筒部１２を備えて、突出部１７、１５にかかる負荷を中央円筒部１２が受けることが好ましい。

図２に概略図を記載したフィルタユニットの詳細な実施形態の断面図を図３に示した。中央円筒部１２が同じく断面で示したフィルタエレメント１０の内側に位置しているのが明確に確認できる。中央円筒部の外壁は、空気が出来る限りスムーズにフィルタのベローズ１１を通過して半径方向に流れるように穴が空いた格子状構造とする。

ハウジング部２０においては、フィルタエレメント１０の周囲を補助カラー２８で囲み、該補助カラー２８の外周面とハウジング部２０の内壁の間に環状の隙間を設ける。反対側も同様にフィルタエレメントの周囲を補助カラー４８で取り囲んで環状の隙間を設けた。吸気ソケット４４（図４参照）から接線方向に未濾過空気が流入すると、ハウジングに流入した空気はハウジング壁の内周壁に沿って流れ、そのうちの重い粉塵は分離されて分離ソケット２９から流出し、空気流は外壁からフィルタのベローズ１１を通過して内部へと半径方向に流れる。

ハウジング部２０の係止部材は回転軸２３を中心にしてハウジング端面２７と連結される折曲用フラップ（folding flap）２２と連動する。この折曲用フラップ２２の機能は本発明の空気フィルタユニット１００の機能と共に図４〜６を参照して以下で説明する。

図４はハウジング部２０、３０、４０にフィルタエレメント１０を挿設した空気フィルタユニットを示す。図示された状態であれば技術者はフィルタエレメントが正常に挿設されていることがわかる。本発明による空気フィルタエレメント１０が入っていない場合ハウジング部２０、３０、４０は図４に示される位置で軸方向に相互に嵌合して連結止設（位置固定）されることはない。

折曲用フラップ２２はハウジング端面２７の中央突出部２１上で平坦な状態となるように設置され、２３を回転軸として外周に固定して配置される。

図５において、右の折曲用フラップ２２は開状態で図示されている。折曲用フラップ２２がハウジング部２０に対して回転軸２３を中心に回転すると、折曲用フラップ２２に回転軸２４を中心に回転するよう連結される係止部材としてのクランプ用ブラケット２５も同時に回転する。

クランプ用ブラケット２５はハウジング部２０の突出部２１に設けられた横方向のスロット型切り欠き部（不図示）を貫通するように延びる。クランプ用ブラケット２５はワイヤー製で図５に示すようなくびれ部２６を備えることにより弾力性を持った設計となる。空気フィルタユニット１００を閉鎖する際に折曲用フラップを再度ハウジング部２０へと押圧するとクランプ用ブラケット２５の前縁部が空気フィルタユニット内に挿設されたフィルタエレメントの突出部１８（図１参照）に設けられたブラケットに対応する溝部（profiled part）１７へと移動する。

２つの軸２３、２４が離して設けた点に関して、折曲用フラップ２２を端面２７から離れた場所に配置する（開位置にする）時には操作者は折曲用フラップ２２が自動的に固定位置へと戻ってしまわないように操作者は両軸の中心よりも遠くまでフラップを動かす必要がある。また、操作者はハウジングと空気フィルタエレメントの連結が正しく行われていることを確認することとする。

両方の折曲用フラップ２２を開位置へと移動させることによりクランプ用ブラケット２５が空気フィルタエレメント突出部１７の切り欠き溝部１８から引き抜かれるとハウジング部２０を取り外すことができる。この点につき、操作者はハウジング端面２７の部分を操作するだけでよい。つまり空気フィルタエレメント１０を軸方向に挿入・取り外しをするために元来必要な取り付け空間で行うことができる。このようにして空気フィルタハウジング１０の側部空間はハウジング壁に完全に近接した部分であっても利用可能となる。

図６はハウジング部２０が取り外されてハウジングが開放されている。フィルタエレメント１０の他側端板１３と突出部１７が露出している。他側端板１３の外縁及び／又は突出部１７に設けられた凹凸部（profiled part）によって、操作者は容易に空気フィルタエレメント１０を掴んで回転させて、空気フィルタエレメント１０の一側端板１３の突出部１５に設けたテーパねじとハウジング部４０の底部４１のねじ部とのネジ連結を解除することができる。

空気フィルタエレメント１０がネジ連結されているので、底部４１の外側の後方取り付け部を操作する必要はない。空気フィルタエレメント１０の交換時に必要な操作はハウジング部２０の端面２７周辺で行うことができる。

図７は既に詳細に説明したフィルタハウジング部２０に配置されるフィルタエレメント１０’の第２実施例を図２と同様の断面図で示したものである。第１実施例と異なるのは中央円筒部１２’の各軸端に連結手段を有する連結用突出部１５’、１７’が備えられていることである。図の実施例において連結手段は一端がテーパねじ１６’として構成され、反対側はハウジング係止手段２５を嵌合させるための切り欠き溝１７’として構成されている。このように硬質材製の中央円筒部１２’によりハウジング部２０、３０、４０が相互に締め付けられる。円筒状ベローズ状のフィルタ本体１１’の軸端に他側端板１３’、１４’をカバーするように取り付けることにより、未濾過空気はベローズ状のフィルタ本体１１’を必ず通過して流入することになる。中央円筒部１２’はベローズ状のフィルタ本体１１’に覆われた領域では例えば格子状の切り抜き部を備えて、中央円筒部の内部とベローズ状のフィルタ本体との間を空気が出入り可能にした。中央円筒部１２’に設けられたピン等の突出部によって、他側端板１３’、１４’とベローズ状のフィルタ本体１１’とを軸方向に押圧してもよい。

Claims (13)

1. 第１の端板（１３、１３’）と第２の端板（１４、１４’）とで流体流れ方向の両軸端部を覆ったベローズ状のフィルタ本体（１１，１１’）を備えたフィルタエレメントであって、
   前記第１の端板（１３、１３’）と前記第２の端板（１４、１４’）はそれぞれフィルタハウジング（２０、２０’）に連結させるための連結用突出部（１５、１５’、１７、１７’）を備え、前記ベローズ状のフィルタ本体を補強するための少なくとも１の補強部材（１２、１２’）によって前記端板を相互に連結するとともに、
   前記フィルタ本体と前記フィルタハウジング間の連結は、該フィルタ本体の一方の軸端側に設けたテーパねじ（１６、１６’）を含む第１の連結用突出部（１５、１５’）と、該フィルタ本体の他方の軸端側に設けた、少なくとも１の係止部材（２５、２５’）によって係止される少なくとも１の切り欠き部（１８、１８’）を含む第２の連結用突出部（１７、１７’）とからなる、２つの連結用突出部によって、前記フィルタ本体と前記フィルタハウジング間を閉塞した状態で相互に連結し、
   前記第２の連結用突出部（１７、１７’）には、前記フィルタエレメントの軸線と直交する面の半径方向に移動する少なくとも１の係止部材（２５、２５’）を係止するための少なくとも１の切り欠き部（１８、１８’）が前記フィルタエレメントの軸線と直交する面の半径方向に向けて開口するよう設けられていることを特徴とするフィルタエレメント。
2. 前記補強部材は前記ベローズ状のフィルタ本体（１１、１１’）の中心部を貫通する中央円筒部材（１２、１２’）であ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. 前記補強部材は前記ベローズ状のフィルタ本体の少なくとも１部を包囲するアウターチューブ又はフィルタ本体を包囲する多孔体であ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. 第１の端板（１３、１３’）と、第２の端板（１４、１４’）とで流体流れ方向の両軸端部を覆ったベローズ状のフィルタ本体（１１，１１’）を備えたフィルタエレメントであって、
   前記ベローズ状のフィルタ本体（１１、１１’）は、ベローズ状のフィルタ本体（１１、１１’）における前記第１の端板（１３、１３’）及び前記第２の端板（１４、１４’）との間の全長より長い中央円筒部材（１２、１２’）を包囲し、前記中央円筒部材の両軸端部において前記第１の端板（１３、１３’）と、前記第２の端板（１４、１４’）夫々の取付位置よりも長く突出する部分は第１の連結用突出部（１５、１５’）と、第２の連結用突出部（１７、１７’）として形成され、
   前記フィルタ本体（１１、１１’）とフィルタハウジング（２０、２０’）との連結は、該フィルタ本体の一方の軸端側に設けたテーパねじ（１６、１６’）を含む第１の連結用突出部（１５、１５’）と、該フィルタ本体の他方の軸端側に設けた、少なくとも１の係止部材（２５、２５’）を係止するための少なくとも１の切り欠き部（１８、１８’）を含む第２の連結用突出部（１７、１７’）とによって行われ、
   前記第２の連結用突出部（１７、１７’）には、前記フィルタエレメントの軸線と直交する面の半径方向に移動する少なくとも１の係止部材（２５、２５’）を係止するための少なくとも１の切り欠き部（１８、１８’）が前記フィルタエレメントの軸線と直交する面の半径方向に向けて開口するよう設けられていることを特徴とするフィルタエレメント。
5. 前記テーパねじ（１６、１６’）は、該テーパねじのねじ山が鋸歯状のネジであることを特徴とする請求項１又は４に記載のフィルタエレメント。
6. 前記第１の連結用突出部（１５、１５’）は、ねじの軸線に対し先側より基側に向けて３〜１２°傾斜するテーパねじであることを特徴とする請求項１又は４又は５に記載のフィルタエレメント。
7. 前記第２の連結用突出部（１７、１７’）に設けられた連結手段はバヨネット連結機構の一部として構成されることを特徴とする請求項１又は４に記載のフィルタエレメント。
8. 前記第２の連結用突出部（１７、１７’）に設けられた連結手段は、弾性力を有するワイヤー製のループと、該ループを弾性的に引張させることにより、前記フィルタ本体と前記フィルタハウジングとを連結するフックとからなるフックアンドループ閉塞手段であることを特徴とする請求項１又は４に記載のフィルタエレメント。
9. 前記第２の連結用突出部（１７、１７’）に設けられた連結手段はスナップ式連結機構の一部として構成されることを特徴とする請求項１又は４に記載のフィルタエレメント。
10. 前記切り欠き部は前記第２の連結用突出部（１７、１７’）外周の溝（１８、１８’）として形成され、該溝にハウジング部（２０、２０’）に設けられる少なくとも１の係止部材（２５、２５’）が係止されることを特徴とする請求項１又は４に記載のフィルタエレメント。
11. 前記切り欠き部（１８、１８’）は前記フィルタエレメントの軸線と直交する面の半径方向のスロット形状の切り欠き部として形成されることを特徴とする請求項１又は４に記載のフィルタエレメント。
12. 前記第２の連結用突出部（１７、１７’）に設けられた連結手段は、ハウジングの切り欠き部へと前記フィルタエレメントの軸線と直交する面の半径方向に移動して係止する係止部材として形成されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のフィルタエレメント。
13. 軸直交断面方向である半径方向に複数に分割された分割ハウジングと、前記分割ハウジングに挿入可能な円筒状のフィルタ本体（１１、１１’）とをそなえ、
    前記ハウジングのうち少なくとも２のハウジング部材（２０、２０’、３０、３０’、４０、４０’）はタイロッド部材（１２、１２’）によって軸方向に連結され、前記タイロッド部材（１２、１２’）は前記フィルタエレメントとして構成される、且つ／又は前記フィルタエレメント（１０、１０’）に組み込まれることを特徴とする請求項４記載のフィルタエレメントを含む空気フィルタユニット。

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