JP5725674B2 - 特に内燃機関の吸気に用いられる流体濾過用のフィルターエレメント - Google Patents

Description

本発明は、クレーム１の前提部に記載の流体濾過用のフィルターエレメント、特に内燃機関の吸気に用いられるもの、及びエアーフィルターユニットに関する。

ＷＯ２００８／０１５１００Ａ１公報は、径方向に分割されたハウジング内のフィルターエレメントであって、前記フィルターエレメントの端部ディスクには前記フィルターエレメントをハウジング部に接合するための接合要素が設けられるとともに、前記ハウジング部が前記フィルターエレメントによってそれぞれの位置に固定されているフィルターエレメントを開示している。この構成によれば、部品の許容値の要求度、特に軸方向の許容長さが大きくなる。

本発明の目的は、許容値条件を改善し、信頼性のある封止動作を確実のものとするフィルターエレメントを提供することである。

本目的は請求項１の特徴を有するフィルターエレメントによって達成される。

本発明のフィルターエレメントは、中空筒状、特に星形に畳まれたフィルター媒体と、排出側端部ディスクと、第２端部ディスクと、前記フィルター媒体の内部に配置された中空筒状の支持格子（中央管と記載する場合もある）とからなる。前記支持格子は、好ましくは前記中空筒状のフィルター媒体の内壁に支持され、排出側端部ディスクから第２ディスクに延伸する。

本発明によれば、前記支持格子は、前記フィルターエレメントの前記排出側端部に接合区域を有し、その中では前記フィルターエレメントをフィルターハウジング、特にフィルターハウジングの排出ソケットに接合するためのカップリング要素が前記支持格子に設けられる。前記カップリング要素は、好ましくは内側径方向に配置され、特に、例えばねじ山またはバヨネット式の閉塞のような緩み止めされた態様とされる。また、外部のねじ山または外方向に配置されたバヨネット式の閉塞も可能である。代わりに、スナップ式接合または挟持式接合を設けてもよい。

本発明によれば、前記支持格子は前記接合区域に、径方向外側に突出するとともに前記フィルター媒体の前記排出側端面を部分的に超えて突出する環を有する。前記環は、前記フィルター媒体の排出側端面とともに、前記排出側端部ディスクによって取り囲まれ、端部ディスクの材料としては弾性的に変形可能なプラスチック材料、特にポリウレタン（ＰＵＲ）が用いられる。前記排出側端部ディスクは、フィルターハウジング内にて未処理側と清浄側とを分離する環状軸シールを有する。前記軸シールは、好ましくは環状軸方向突起として前記排出側端部ディスクと一体的な態様とされ、前記フィルターエレメントの組み立ての際にはハウジング内で圧縮される。

本発明においては、前記フィルター媒体の排出側端面は、前記フィルターエレメント内で前記環に直接支持されず、反対に、好適な態様として、それからわずかに離間させることができる（例えば、約０．５〜５ｍｍ、特に０．５〜２ｍｍ）。これには前記フィルター媒体の許容長さがフィルターエレメント全体の長さに影響を与えないという利点がある。さらには、前記端部ディスク材料による前記環の完全な取り囲みが提供されるというところに利点がある。

好適な態様では前記フィルターエレメントは、支持格子の端部ディスク区域内にまたは端部ディスクに直接、カップリング要素としてのねじ山の突起、特に円錐形のねじ山を有している。ねじ山の突起の円錐形の態様及びそれに対応するねじ山が設けられたハウジング内の孔により、前記エアーフィルターエレメントが前記ハウジング要素に押し当てられた際に自己センタリング機能が提供される。そのため、複数のねじ山をお互いに係合させ、これにより軸力に対してねじ山接合による高い強度を提供するに際して、比較的小さな角度の回転で十分となる。

なお、移動用のねじとしてよく適しており、汚れ耐性があり、そして特に容易に動かせる鋸歯ねじ山を採用することが好適であることが見出されている。例えば、円錐状の鋸歯ねじ山においては、直径約１００ｍｍであれば２から５、好ましくは３周のねじ山を有するものが適している。１つの態様では、ねじ山が円錐の角度で約３〜１２度、好ましくは３＋／−０．５度で配置される。

好適な態様においては、前記接合区域は一方の端部にフィルターハウジングに当接するための軸方向当接面を有している。このため、組み立て時に前記フィルターエレメントの端部位置が前記支持管の大きさにより実質的に決定される。前記シールは接合区域の形状により許容される程度に正確に変形される。このため、前記フィルターエレメントの位置は軸シールの許容硬さや許容サイズに依存しない。

１つの態様においては、前記排出側端部ディスクの材料は前記支持格子の材料よりもショア硬さが小さい。

好適な態様では、前記軸シールは径方向位置に関して前記環の区域に配置される。このため、ハウジング内のフィルターエレメントを挟持することにより発生する力が環に働きそれに支持される。このため、前記端部ディスク材料と前記フィルター材料または支持格子材料との間の接合箇所におけるせん断力を回避することができる。

別の好適な態様では、環とフィルター媒体の端面との間に空隙が設けられ端部ディスク材料によって埋められている。この場合、軸シールで発生した力がフィルター媒体に伝達することを最小にすることができる。

１つの態様では、前記環は格子として形成される。このため、前記端部ディスク材料は前記環に浸透することができる。これは環と端部ディスク材料との間の接合の耐荷重を改善するという利点を有する。

１つの態様では、軸シールは、挟持されていない状態では、軸方向当接面を越えて突出している。フィルターエレメントを組み立てる時、前記シールは、非挟持状態におけるその高さに依存せず、前記当接面の高さにまで圧縮される。

１つの態様では、前記ハウジングのシール面は、同時に、支持格子の当接面のための受け部として働く。

好適な態様では、環は、中心軸と平行に延びる第１セクションと、中心軸から直角に延びて前記第１セクションに隣接する第２セクションとからなる。このため、これらのセクションはフィルター媒体の排出側端面の内側端部を取り囲む角部を形成する。

別の好適な態様では、前記第１セクションが支持格子の接合区域に対して平行に、かつ空間を保ちながら延伸する。このとき、環状に延伸する網、または周方向に配置された複数の網を用いて接合することが好適となる。この場合、端部ディスクの材料が支持格子の主部と接触しない、または接合区域と接触しないように前記環を前記排出側端部ディスク内に埋め込むことができる。これは、例えばポリウレタン（ＰＵＲ）のように未加工状態では流動性がある材料から、鋳造、特に鋳型により製造され、このようにフィルター媒体と環に接合された端部ディスクにおいては特に好適である。

１つの態様では、第２端部ディスクは閉塞された態様である。

好適な態様では、第２端部ディスクはフィルターエレメントをハウジング部と接合するための接合要素を有している。接合要素は、特にバヨネット式の閉塞、ねじ山、スナップ式、または固定式接合の態様とされる。第２端部ディスクは、好ましくは排出側端部ディスクと比較して硬い材料（例えばＰＰ、ＰＥ、ＰＡ）から、好ましくは射出成型により製造される。

スナップ式接合を設けることも可能であり、特に環状のスナップ式接合ではフィルターエレメントとハウジング底部またはカバーとがサービスの際には非分離式のユニットとして交換される場合には特に好適となる。その場合、フィルターエレメントは、分離可能または分離不可能に、ハウジング部に固定されることが好ましい。

本発明はさらに、前記請求項の１つに基づく、径方向に分割可能なハウジングとこれに挿入されうるフィルターエレメントを有するエアーフィルターユニットであって、前記ハウジングが固定アンカー要素によって相互に軸方向に接合される少なくとも二つのハウジング部を有し、前記固定アンカー要素がフィルターエレメント、特に支持格子により形成されることを特徴とするエアーフィルターユニットに関する。

フィルターエレメントとエアーフィルターユニットの好ましい態様では、ハウジング底部またはカバー上の接合要素の区域に、接合要素と係合する少なくとも１つの径方向に摺動可能な固定要素が設けられ、接合要素は、エアーフィルターエレメントの端部ディスク上の棚部に形成された溝、逃げ溝、その他の係合凹部であり、フィルターエレメントがハウジング部と緩まないように固定される。

エアーフィルターエレメント上の係合凹部が連続的な溝として設けられた限りにおいては、ハウジング部に対するフィルターエレメントの位置取りはどのような位置でも可能となる。

好ましい態様では、ハウジング部間の境界面では繋止または固定要素は設けられない。このため、摺動可能な固定要素によっては、フィルターエレメントの挿入なしではハウジングを保持することができず、したがってエアーフィルターエレメントなしではフィルターユニットの作動が不可能となる。

別の好適な形態では、例えば、糊付け、ねじ止め、スナップ式、溶接による接合、また好ましくは、硬化時に第２端部ディスクをフィルター媒体及び支持格子に緩まないように接合するとともに、フィルター媒体の第２端面を密封するポッティング混合物、例えば、溶融接着剤またはポリウレタン（ＵＲ）フォームにより、第２端部ディスクは支持格子に対し、固定的に接合され、その軸方向位置が定められる。この場合、端部ディスクの内側が支持格子に直接支持されることが好適である。

支持格子を第２端部ディスクに固定的に接合することには、フィルターエレメントの支持格子を、径方向、すなわちフィルターエレメントの中心軸に対して垂直方向に分割されて、分離したハウジング部を有するフィルターハウジングの固定アンカーとして用いることができるという利点がある。このため、ハウジングの閉塞要素または固定アンカー要素は不要となる。このため、ハウジング部が分かれ落ちてしまうために、本発明のフィルターエレメントの挿入なしではハウジング部の接合が不可能であるということが、利点として効果的に保証される。したがって、意図的にまたは不注意によってエアーフィルターエレメントが挿入されていないエアーフィルターユニットを作動させることは全く不可能である。

さらなる利点としては、第２端部ディスクを支持格子に固定的に接合することにより、フィルターエレメントの全長、したがって特に軸方向当接面と第２端部ディスクの接合要素との間隙を、排出側端部ディスクの端部ディスク材料の材質の変動やフィルター媒体の許容長さには依存せずに最小の許容値をもって設けることができる。

このため、支持管の軸長のみが第２端部ディスクと接合されたハウジング部の位置に対して影響を与えることとなる。第１排出側端部ディスクまたはフィルター媒体の許容長さは、何の影響もないままである。なぜなら、第１に、フィルターエレメントの軸方向位置はカップリング要素または支持格子の接合区域によって定められ、また、第２に、第２端部ディスクの接合要素の軸方向位置は支持格子の長さによって定められるからである。

本発明の他の特徴は、明細書と図面によって示される。

図１は、本発明のフィルターエレメントの１つの態様の断面図である。 図２は、本発明のエアーフィルターユニットの１つの態様の部分断面図である。 図３は、本発明のエアーフィルターエレメントの詳細な断面図である。 図４は、本発明のエアーフィルターユニットの接合区域についての詳細図である。 図５は、本発明のエアーフィルターユニットの等角投影断面図である。

図１に示されるフィルターエレメント１は、星形に畳まれた中空筒状のフィルター媒体２と、排出側端部ディスク３と、第２端部ディスク４と、フィルター媒体２の内部６に配置された中空筒状の支持格子５とからなる。支持格子５は、好ましくは中空筒状のフィルター媒体２の内壁に支持され、排出側端部ディスク３から第２端部ディスク４まで延伸している。支持格子５はフィルターエレメント１の排出側端部に接合区域１１を有しており、そこが内側のねじ山として形成されたカップリング要素が設けられた支持格子の端となっている。

支持格子は、例えばＰＰ、ＰＥ、ＰＡなどのプラスチック材料から射出成型で製造され、接合区域１１には環８を有し、それは径方向外側に延び、フィルター媒体２の排出側端面９を部分的に越えて突出している。この環は、フィルター媒体の排出側端面９とともに、好ましくは弾性変形可能なプラスチック材料、特にＰＵＲフォームからなる排出側端部ディスク３によって取り囲まれている。排出側端部ディスク３は、フィルターハウジング内の清浄側から未処理側を分離するための環状軸シール１０を有している。軸シール１０は好ましくは排出側端部ディスク３とともに一体的に形成された環状軸方向突起であり、フィルターエレメントの組み立て時にはハウジング内で圧縮される。

フィルター媒体の排出側端面９は環に直接支持されてはいない。これには端部ディスクの製造によるフィルター媒体の許容長さを相殺できるという利点がある。好適なことに環８とフィルター媒体の端面９との間には空隙が設けられ、それは端部ディスク材料で埋められている。このため、軸シールで発生し、フィルター媒体に伝達される力を最小にすることができる。

接合区域１１は、その端部にフィルターハウジングに支持される軸方向当接面１２を有している。このため、フィルターエレメント１を組み立てる際、その端部位置が支持格子の大きさによって実質的に定められる。シール１０は接合区域１１の形状によって許される程度に変形する。このため、フィルターエレメント１の位置は軸シールの許容硬さ及び許容サイズには依存しない。

軸シール１０は環８の区域内で径方向位置に対して位置決めされる。このため、フィルターエレメントをハウジング内で挟持することにより発生した力は環８に働き、後者により支持される。このため、端部ディスク材料３とフィルター材料または支持格子材料との間のせん断力を回避することができる。

環は、中心軸と平行に延びる第１セクション１３と、前記第１セクションに隣接して中心軸と垂直に延びる第２セクション１４とからなる。このため、これらのセクションは、フィルター媒体の排出側端面９の内側端部を取り囲む角部を形成する。

環８は格子の態様である。このため、端部ディスク材料が環８に浸透することができる。これには環と端部ディスク材料との間の接合の耐荷重を改善するという利点がある。

第１セクション１３は、支持格子の接合区域１１と平行かつ空間を保って延伸している。この状況では、環状で周方向に延びる網または接合区域１１に対して周方向に配置された複数の網によって好適に接合される。このため、端部ディスクの材料が支持格子５の主部や接合区域１１に接合しないように環を排出側端部ディスク３の中に埋め込むことができる。これは、このようにしてフィルター媒体及び環と接合されるとともに、ポリウレタン（ＰＵＲ）のように未加工状態では流動性がある材料から、鋳造、特に鋳型によって製造された端部ディスクの場合に特に好適である。環の第２セクション１４は第１セクション１３に隣接し、径方向外側に延びている。

環の第１セクション１３及び第２セクション１４は、端部ディスク材料または端部ディスク３内に埋め込まれているにも関わらず、支持格子に対する環の第１セクション１３の径方向の空間により、端部ディスクと支持格子との間には接合がない。このため、端部ディスクは単純な環状鋳型で鋳造することができる。

軸シール１０は、非挟持状態では軸方向当接面１２を越えて突出している。フィルターエレメントの組み立て時には、シールは、非挟持状態でのその高さには依存せず、当接面の高さにまで圧縮される。

この場合、ハウジングのシール面は、同時に支持格子の当接面１２の受け部として機能する。

第２端部ディスク４は閉塞された態様となっており、フィルターエレメントをハウジング部と接合するための接合要素１５を有し、接合要素１５はフィルターエレメント１の第２端部ディスク４の棚部に形成されている。接合要素は特に、径方向に摺動可能となるようにハウジングに配置された固定要素によって係合されうるとともに、少なくとも部分的に周方向に延びる溝１６という態様にすることができる。この場合、第２端部ディスクは、好ましくは排出側端部ディスクと比較して硬い材料（例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエステル（ＰＥｓ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアミド（ＰＡ））で作ることができ、好ましくは射出成型により作られる。

別の好適な態様では、第２端部ディスク４は、例えば、接着または溶接、好ましくは、硬化時に第２端部ディスクをフィルター媒体及び支持格子に緩まないように接合するとともに、フィルター媒体の第２端面を密封するようなポッティング混合物、特に清浄側端部ディスクと同じ材料のものにより、支持格子に固定的に接合される。

支持格子と第２端部ディスクとの接合には、フィルターエレメントの支持格子を軸方向に分離されたハウジング部を有するフィルターハウジング内の固定アンカーとして用いることができるという利点がある。このため、ハウジングの閉塞要素または固定アンカー要素が省略できる。このため、ハウジング部が分かれ落ちてしまうために、本発明の態様のフィルターエレメントの挿入なしではハウジング部の接合が不可能であることが効果的に保証される利点がある。したがって、意図的または偶然であってもエアーフィルターエレメントの挿入なしではエアーフィルターユニットを作動させることができない。さらなる利点としては、第２端部ディスクと支持格子との固定的な接合により、フィルターエレメントの全長、したがって特に軸方向当接面と第２端部ディスクの接合要素との間の空隙を、排出側端部ディスクの端部ディスク材料の材質の変動に依存せず、かつフィルター媒体の許容長さに依存せずに、最小の許容値をもって設けることができる。

図２は、エアーフィルターユニット内に取り付けた状態のフィルターエレメント１を示す。エアーフィルターユニット１００は、フィルターエレメント１と、第２エアーフィルターエレメント１７と、さらに、エレメントが収容されるハウジング１０１とからなる。ハウジング１０１は、ハウジング底部要素１０３とハウジングカバー１０２とからなる。ハウジングカバー１０２はハウジング底部要素１０３に押し込んで取り付けることができる。ハウジング底部要素は、好適な態様では、底部１０３ａと、排出ソケット１０５が配置された排出部１０３ｂとからなる。ソケット部１０３ａと排出部１０３ｂは、射出成型部として一体的な態様であっても、分離した部品であって、溶接、特にレーザー、摩擦、回転、または振動溶接によって密封的に接合された態様であってもよい。第２エアーフィルターエレメント１７は、好ましくは中央管１８からなり、排出ソケット１０５に挿入され、これに対して径方向シール２０によって密封される。

接合要素１５の区域では、対向して配置され、径方向に摺動可能な２つの固定要素１０４がハウジングカバー１０２に設けられ、フィルターエレメントがハウジングカバー１０２に緩まないように固定されるように接合要素１５の溝１６と係合している。好ましくは、固定要素１０４はレバー１０６によって動かされ、固定される。

溝１６が連続的に延びるように構成される限りにおいては、フィルターはハウジングカバー１０２に対してどのような位置にも配置することができる。

図３は、フィルターエレメント１の、ハウジングカバー１０２との接合区域の部分図を示す。２つの固定要素１０４は互いに反対に配置され、図示された終端位置で第２端部ディスク４の溝１６に係合している。ハウジングカバー１０２は、この目的のため、それぞれの固定要素１０４用のスロット状開口部１０７を有し、これにより固定要素１０４がハウジングの内部に突出できる。接合を外すにあたっては、レバー１０６は持ち上げられ、これにより、固定要素１０４が溝１６より引き出される。ハウジングカバー１０２は、フィルターエレメントに対向するとともに、組み立て時はその中に接合要素が挿入されうる環状凹部１０８を内部に有する。好適な態様では、径方向に延びる網が凹部１０８に配置され、接合要素の対応する溝と係合させることができる。この場合、フィルターエレメント１を初めにハウジングカバー１０２に挿入して固定し、続いてハウジング底部要素１０３にねじ込むことができる。

図４は、フィルターエレメント１の接合区域とハウジング底部要素１０３及び第２エアーフィルターエレメント１７の詳細図である。第２エアーフィルターエレメント１７は取付ソケット１０９に押し込まれ、取付ソケットに対して密封する径方向シール２０を有している。フィルターエレメント１の接合区域１１では、支持格子５が、内側の面にカップリング要素７としてわずかに円錐状の鋸歯ねじ山を有している筒状突起という態様となっている。フィルターエレメントの組み立てのために、ハウジング底部要素１０３には、同じく筒状でハウジングの内部に延びるとともに対応する円錐状の鋸歯ねじ山を有する組み立てソケット１０９が設けられている。ねじ山の円錐状の構成と、接合面が端面９に対して平角（約０から２０度）である鋸歯ねじ山とした態様とにより、フィルターエレメントの取り付け及び取り外しが、特に必要な力という面で、容易になる。フィルターエレメント１は取り付けられた状態が示されており、支持格子５の端部を形成する当接面１２がハウジング底部要素１０３の内側の面に支持され、ハウジング底部要素１０３の内側の面は、軸シール１０が支持されるハウジングのシール面にもなっている。端部ディスク３に一体的に形成された軸シール１０の圧縮の程度は、当接面１２の位置のみによって決定される。そのため、支持格子５との関係及び環の第２セクション１４またはフィルター媒体２の端面９との関係におけるシールの取り得る許容高さは、第２端部ディスク４及びそこに配置された接合要素１５（図４には図示していない）の位置には影響を与えない。この配置により、フィルター媒体が、水が導入されたのちに乾燥したことによって長さ方向に縮んだ場合に、一方で軸シールの密封機能が保証されるとともに、他方で第２端部ディスク４と支持管５とが固定的に接合されているため、第２端部ディスクに配置された接合要素１５の位置も位置的に固定されている。そのためハウジング底部要素１０３へのハウジングカバー１０２の信頼性のある取り付けが達成される。さらには、どの許容位置においても固定要素１０４が第２端部ディスク４の溝１６に係合できることが保証される。

図５は、フィルターエレメント１とハウジング１０１を有する本発明のエアーフィルターユニット１００の等角投影断面図である。

Claims (10)

1. ａ．中空筒状のフィルター媒体（２）と、
   ｂ．排出側端部ディスク（３）及び第２端部ディスク（４）と、
   ｃ．前記フィルター媒体の内部（６）に設けられた中空筒状の支持格子（５）と
   からなる流体濾過用のフィルターエレメント（１）であって、
   前記フィルター媒体の排出側端部の前記支持格子が、前記フィルターエレメントをフィルターハウジングの排出ソケットに接合するためのカップリング要素（７）が設けられた接合区域（１１）を有し、
   前記支持格子（５）が、前記接合区域（１１）に、径方向外側に突出するとともに前記フィルター媒体の排出側端面（９）を部分的に越えて突出する環（８）を有し、
   前記排出側端部ディスク（３）が、前記フィルター媒体（２）の前記排出側端面（９）及び前記環（８）を取り囲むとともに環状の軸シール（１０）を有し、
   前記接合区域（１１）が、その端部にフィルターハウジングと当接するための軸方向当接面（１２）を有する
   ことを特徴とするフィルターエレメント。
2. 請求項１に記載のフィルターエレメントであって、前記軸シール（１０）が前記排出側端部ディスク（３）とともに一体的に形成されていることを特徴とするフィルターエレメント。
3. 請求項１から２のいずれかの請求項に記載のフィルターエレメントであって、前記軸シール（１０）が前記径方向に関して前記環（８）の区域に配置されていることを特徴とするフィルターエレメント。
4. 請求項１から３のいずれかの請求項に記載のフィルターエレメントであって、前記軸シール（１０）が変形可能であって、非挟持状態では前記軸方向当接面（１２）を軸方向に越えて突出することを特徴とするフィルターエレメント。
5. 請求項１から４のいずれかの請求項に記載のフィルターエレメントであって、前記環（８）が、中心軸に平行に延伸する第１セクション（１３）と、前記第１セクション（１３）に隣接して前記中心軸に垂直に延伸する第２セクション（１４）とを有することを特徴とするフィルターエレメント。
6. 請求項１から５のいずれかの請求項に記載のフィルターエレメントであって、前記第２端部ディスク（４）が閉塞された構成としたことを特徴とするフィルターエレメント。
7. 請求項１から６のいずれかの請求項に記載のフィルターエレメントであって、前記第２端部ディスク（４）が、前記フィルターエレメント（１）をハウジング部に接合するための接合要素（１５）を有することを特徴とするフィルターエレメント。
8. 請求項７に記載のフィルターエレメントであって、前記接合要素が、少なくとも部分的に周方向に延伸してハウジング側の径方向に摺動可能な固定要素（１０４）との係合用の径方向の溝（１６）であることを特徴とするフィルターエレメント。
9. フィルターエレメントの中心軸に対して垂直方向に分割されて、分離可能なハウジング（１０１）とその中に挿入可能な請求項１から８のいずれかの請求項に記載のフィルターエレメントとを有するエアーフィルターユニットであって、
   前記ハウジングが、固定アンカー要素によって軸方向に相互に係合される少なくとも２つのハウジング部（１０２、１０３）からなり、
   前記固定アンカー要素が、前記フィルターエレメント（１）の支持格子（５）によって形成されていることを特徴とするエアーフィルターユニット。
10. 請求項９に記載のエアーフィルターユニットであって、前記フィルターエレメント（１）の内部に第２のエアーフィルターエレメント（１７）が配置されていることを特徴とするエアーフィルターユニット。
    

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