JP6144207B2 - フィルタ及び螺旋状フィン付き中央管 - Google Patents

Description

本発明は、液体（例えば、潤滑油、油圧油など）から不純物を濾過する装置及び方法に関する。より具体的には、本発明は、フィルタメディアを支持する１つ以上のフィンが付いた中央管を有するフィルタであって、これらのフィンが少なくとも１つの流路を提供するフィルタを用いて、不純物を濾過することに関する。

スピンオンフィルタは、耐用年数が指定された設計になっている。このフィルタは、耐用年数が過ぎると、廃棄され、新しいフィルタと交換される。典型的には、複数の製造業者が、互換性のあるフィルタを製造している。低い周囲温度で始動させる必要があるエンジンに潤滑油を供給するフィルタの場合は、エンジンが運転温度まで温まる間に、濾過された潤滑油の適切な流量をエンジンに供給できるように、低温始動条件下での流れ抵抗が低いフィルタを選択することも重要である。従って、カートリッジフィルタの部品点数を減らすこと、並びに、流れ抵抗を減らすことが求められる。

フィルタの全体的な濾過効率を高める為によく行われるのは、２つの別々のフィルタエレメントをスピンオンフィルタの共通ハウジングの中に組み込むことである。典型的には、これらのフィルタエレメントのうちの一方は、全流量式フィルタとして知られており、フィルタのハウジングを通過する流体の全て又は殆どを濾過する為に使用される。もう一方のフィルタエレメントは、業界ではバイパスフィルタとして知られており、ハウジングを通過する流体の一部分について、より高い効率で濾過を行う為に使用される。

典型的には、このタイプの、先行技術のフィルタは、ベンチュリ管を含んでおり、ベンチュリ管は、ハウジング内の枢要な箇所において、流体内の圧力を局所的に低下させることにより、比較的密なバイパスフィルタを通して流体のごく一部（約１０％）を取り出すことを支援する為に用いられる。この圧力低下は、ハウジングを通って流れる流体の殆どをベンチュリ管のスロート部に通して、ベンチュリ管のスロート部において流体を加速させることによって引き起こされる。この、流体の加速によって、ベンチュリ管のスロート部における流体圧力が、よく知られた流体力学の原理により、低下する。

このタイプのフィルタでは、１つ以上の円柱状フィルタメディアが、中空の中央体積を取り囲んで配置されてよく、メディア外部からメディア内部にかけての流路によって流体が濾過される。そのような構成においては、フィルタメディアの内外の圧力差に対する反応としての内向きの崩壊に抗する為にフィルタメディアを構造的に支持することがしばしば必要になる。フィルタメディアを支持する１つのアプローチとして、フィルタメディアの内径部分に多孔支持管を配置することが可能であり、これは、例えば、米国特許公開第２００９／０２６１０２９号明細書（フィッシャー（Ｆｉｓｈｅｒ））において開示されている。

別のアプローチとして、中央管柱又はベンチュリ管に、円周方向フィルタ補強部材を支持する軸方向リブを設けることが可能であり、これは、米国特許公開第２０１０／００４４２９８号明細書（サウス（Ｓｏｕｔｈ）ら）において開示されている。そのような構成では、軸方向リブによって、複数の別個の流体濾過ゾーンが規定され、その結果として、フィルタメディア全体で濾過率に差が生じ、フィルタ寿命が短くなる可能性がある。

本発明は、そのようなフィルタを提供する。本発明のこれら及び他の利点、並びに更なる発明的特徴が、本明細書で提供される本発明の説明から明らかになるであろう。

一態様では、本発明は、フィルタメディア管状環と中央管とを含む流体フィルタを提供する。中央管は環状壁を有し、環状壁は、内部軸方向流路と、環状壁を貫通する流入口と、中央管の一端部にある第１の開口と、を画定している。流体が、フィルタメディア管状環を通り、流入口を通り、内部軸方向流路に沿って、半径方向に流れるように適合される。少なくとも１つのフィンが、中央管と一体的に形成されて中央管と一体であって、環状壁から半径方向外向きに突出している。前記少なくとも１つのフィンのそれぞれは、少なくとも１つのフィンの外周面が、フィルタメディア管状環の内周部を半径方向に支持するように、内部軸方向流路を中心とする少なくとも３０度の角度スパンにわたって環状壁を覆い、これと接触している。

別の態様では、本発明は、流体フィルタを提供し、流体フィルタは、第１のフィルタメディア管状環と中央管とを含み、第１のフィルタメディア管状環は内径を有し、中央管は、第１の中央キャビティを画定している壁と、壁内の流入口と、第１の開放端部と、を有する。また、流体フィルタは、螺旋状フィンを含み、螺旋状フィンは、第１のフィルタメディア管状環をその内径において半径方向外向きに支持するように構成された外径を有する。螺旋状フィンは、壁から外向きに延びており、第１のフィルタメディア管状環の内径と流入口との間に螺旋状流体流路を画定している。

更に別の態様では、本発明は、流体フィルタを提供し、流体フィルタは、フィルタメディア管状環と中央管とを含み、中央管は環状壁を有し、環状壁は、内部軸方向流路と、環状壁を貫通する流入口と、中央管の一端部にある第１の開口と、を画定している。流体が、フィルタメディア管状環を通り、流入口を通り、内部軸方向流路に沿って、半径方向に流れるように適合される。少なくとも２つのフィンが、中央管と一体的に形成されて中央管と一体であって、環状壁から半径方向外向きに突出している。この少なくとも２つのフィンは、互いに離間関係にあり、各フィンの外周部同士の間に更なる介在構造物がなく、この少なくとも２つのフィンは、中央管の材料によって、支持され、且つ、間接的につながれている。この少なくとも２つのフィンのそれぞれの外周面が、フィルタメディア管状環の内周部を半径方向に支持している。

本発明の他の態様、目的、及び利点は、以下の詳細な説明を添付図面と併せて読むことにより、より明らかになるであろう。

添付図面は、本明細書に組み込まれて本明細書の一部を成すものであり、本発明の様々な態様を図示し、以下の詳細な説明とともに、本発明の原理を説明する役割を担う。

本発明は、特定の好ましい実施形態に関連して説明されるが、本発明をそれらの実施形態に限定することは意図されていない。寧ろ、あらゆる代替、修正、及び均等物を、添付の特許請求の範囲によって定義される、本発明の趣旨及び範囲に含まれるものとして包含することが意図されている。

本発明のフィルタの断面斜視図である。 本発明のフィルタの断面斜視図の細部を示す図であって、フィルタエレメントを通る流路を示す図である。 本発明の、螺旋状フィンが付いた中央管を有するフィルタカートリッジの分解斜視図である。 本発明のフィルタの第２の実施形態の断面図である。 本発明のフィルタの第２の実施形態の断面図の細部を示す図であって、フィルタエレメントを通る流路を示す図である。 本発明のフィルタの、螺旋状フィンを有する中央管の斜視図である。 本発明のカートリッジフィルタにおける流量と圧力との関係を、先行技術のカートリッジフィルタの場合と比較して示すグラフである。

図１及び図２は、本発明の第１の例示的実施形態を、スピンオンフィルタ１０の形態で示している。図１を参照すると、フィルタ１０は、バイパスフィルタ１４及び全流量式フィルタ１６を囲むハウジング１２と、ベンチュリ管又は中央管１８と、スペーサ２０と、中間封止材２２と、出口封止材２４と、入口封止材２６と、螺旋状圧縮ばね２８と、を含む。

ハウジング１２は、円筒状側壁３４でつながれた閉鎖端部３０及び開放端部３２を有し、円筒状側壁３４は、ハウジング１２の閉鎖端部３０から開放端部３２に延びる長手軸３６を画定している。スピンオンフィルタ１０は、垂直方向に取り付けられた構成で示されており、閉鎖端部３０はフィルタ１０の底部にあり、開放端部３２はフィルタ１０の上部にある。しかしながら、スピンオンフィルタ１０は、任意の方向に取り付け可能である。

バイパスフィルタ１４は、ハウジング１２内の、長手軸３６沿いの、ハウジング１２の開放端部３２に隣接する箇所に配置されている。バイパスフィルタ１４では、外周部３８がハウジング１２の側壁３４から内側に間隔をおくことにより、バイパスフィルタ１４の周囲に空間４０が形成されている。空間４０は、バイパスフィルタ１４と側壁３４との間を流体が通過することを可能にしている。バイパスフィルタ１４では又、内周部４２がバイパスフィルタ１４の軸方向貫通ボア４４を画定しており、貫通ボア４４は、長手軸３６を中心としている。バイパスフィルタ１４の内周部４２と外周部３８との間に、バイパスフィルタメディア４６が配置されている。バイパスフィルタメディア４６は、バイパスフィルタ１４の周囲の空間４０からバイパスフィルタ１４の貫通ボア４４へと、バイパスフィルタメディア４６を通って半径方向を内向きに流れる流体から、所定のサイズの粒子を取り除く場合の定格バイパスフィルタ効率を有している。

ハウジング１２内に、閉鎖端部３０と隣接して、全流量式フィルタ１６が配置されており、全流量式フィルタ１６では、外周部４８がハウジング１２の側壁３４から内側に間隔をおくことにより、バイパスフィルタ１４の周囲の空間４０の続きが形成されており、これによって、全流量式フィルタ１６の周囲に、全流量式フィルタ１６とハウジング１２の側壁３４との間を流体が通過する為の空間４０が与えられている。全流量式フィルタ１６と側壁３４との間の空間４０は、バイパスフィルタ１４とハウジング１２の側壁３４との間の空間４０と密封流体連通接続されている。「全流量式」という用語は、全流量に対応可能であるが、バイパスフィルタがある為、典型的には７０〜９０％の流量で運転されることを意味するものとする。全流量式フィルタ１６は、バイパスフィルタ１４の場合より大きな粒子を捕集する為に、バイパスフィルタ１４より開いていて透過性が高いメディアである。従って、流れの殆どが、バイパスフィルタ１４をバイパスして、全流量式フィルタ１６を通って流れることにも注目されたい。

全流量式フィルタ１６では、その内周部５０が、全流量式フィルタ１６の軸方向貫通ボア５２を画定している。全流量式フィルタ１６の貫通ボア５２は、図１及び図２で示されるように、中間封止材２２がバイパスフィルタ１４と全流量式フィルタ１６とで挟まれたときに、中間封止材２２の開口５４によって、バイパスフィルタ１４の貫通ボア４４と密封流体連通接続される。全流量式フィルタ１６は更に、全流量式フィルタ１６の内周部５０と外周部４８との間に配置された全流量式フィルタメディア５６を含んでおり、全流量式フィルタメディア５６は、全流量式フィルタ１６の周囲の環状空間４０から全流量式フィルタ１６の貫通ボア５２へと、全流量式フィルタメディア５６を通って半径方向を内向きに流れる流体から、その所定のサイズの粒子を取り除く場合の定格全流量式フィルタ効率を有している。その所定のサイズの粒子を取り除くことに関しては、バイパスフィルタ効率は全流量式フィルタ効率より高い。

バイパスフィルタ１４及び全流量式フィルタ１６を通る流体の流量間のバランスをとる為に、バイパスフィルタ１４の貫通ボア４４内に、中央管１８が配置されている。図示された実施形態では、中央管１８は、流量バランスエレメントであり、これは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている米国特許公開第２００９／０２６１０２９号明細書において開示されている。別の実施形態では、中央管１８は、ベンチュリ管である。中央管１８は、可塑性材料（例えば、熱可塑性材料）、複合材料、又は金属で形成されてよい。好ましくは、中央管は、（螺旋状フィンとともに）単一の単体可塑性構成部品として成形され、結果として一体的に形成される。

全流量式フィルタ１６は、その下端板５８を、ハウジング１２の閉鎖端部３０に隣接して含んでいる。下端板５８は、全流量式フィルタメディア５６の下端に取り付けられており、全流量式フィルタ１６のほぼ外周部４８から内周部５０にかけて延びている。下端板５８は又、無孔の中央区画６０を含み、中央区画６０は、全流量式フィルタ１６の貫通ボア５２への流体の流入を阻止する。全流量式フィルタ１６は又、上端板６２を含んでおり、上端板６２は、全流量式フィルタメディア５６の上端に、バイパスフィルタ１４と隣接して取り付けられており、全流量式フィルタ１６の外周部４８からほぼ内向きに延びており、全流量式フィルタ１６の貫通ボア５２の出口６４を画定している、中央に位置する環状カラーの形で終端されている。

バイパスフィルタ１４は、下端板６６を含んでおり、下端板６６は、バイパスフィルタメディアの下端に、全流量式フィルタ１６の上端板６２と隣接して取り付けられており、バイパスフィルタ１４の外周部３８からほぼ内向きに延びており、バイパスフィルタ１４の全流量入口６８を画定している、中央に位置する環状カラーの形で終端されている。全流量式フィルタ１６の貫通ボア５２とバイパスフィルタ１４の貫通ボア４４との間の接合部は、中間封止材２２によって封止されており、中間封止材２２は、全流量式フィルタ１６の上端板６２とバイパスフィルタ１４の下端板６６との間で圧縮されている。中間封止材２２は又、全流量式フィルタ１６の出口６４の周囲のカラーと、バイパスフィルタ１４の全流量入口６８の周囲のカラーとを連結することにより、中間封止材２２の開口５４を貫通する密封流体連通を出口６４と全流量入口６８との間に与える。

バイパスフィルタ１４は又、上端板７０を含んでおり、上端板７０は、ハウジング１２の開放端部３２に隣接する、バイパスフィルタメディア４６の端部に取り付けられている。バイパスフィルタ１４の上端板７０は、バイパスフィルタ１４の外周部３８からほぼ内向きに延びており、環状カップ７２の形で終端されており、環状カップ７２は、底部に、バイパスフィルタ１４の貫通ボア４４の出口７４を画定している穴を有する。バイパスフィルタ１４の貫通ボア４４の出口７４は又、本明細書に開示のスピンオンフィルタ１０の例示的実施形態におけるフィルタ出口の役割も果たす。

図１及び図２に示されるように、出口封止材２４は、環状カップ７２内に取り付けられており、ベース板及びスペーサ装置２０のスペーサ７５によって定位置に保持される。出口封止材２４は、環状カップ７２によって位置決めされて、出口管を封止する。これは、スピンオンフィルタの技術分野において周知である。本明細書に記載のカートリッジに関しては、様々な取り付け構成を採用することが可能である。実際、本明細書に記載のフィルタエレメントの具体的な利点及び構造的構成は、何らかの特定の取り付けタイプに依存するものではなく、これに限定されるものでもない。例えば、米国特許公開第２００９／０２６１０２９号明細書に示された取り付け用アダプタを、本発明のカートリッジと併せて使用してよい。

図１に示されるように、中央管１８には、ほぼ無孔の壁８０が、バイパスフィルタ１４の内周部４２から間隔をおいて配置されており、壁８０は、バイパスフィルタ１４の下端板６６及び上端板７０の間を延びて、中央ボア８４を画定している。壁８０の両開放端部は、バイパスフィルタ１４の全流量入口６８と、バイパスフィルタ１４の貫通ボア４４の出口７４とに、封止的に接続されている。中央管１８のほぼ無孔の壁８０は又、１つ以上の貫通孔をその中に画定しており、これらの貫通孔は、中央管１８の１つ以上のバイパス流入口８２を形成することにより、貫通ボア４４と中央ボア８４との間に流体連通を与えている。一実施形態では、中央管１８の壁８０に、２つのバイパス流入口８２が設けられている。バイパス流入口８２は、流量バランス装置１８の等価バイパス流量制限オリフィスを画定しており、そのサイズは、バイパス流入口８２が、バイパスフィルタメディア４６を通って中央ボア８４に入る流体流量を、流体のフィルタ装置１０への総流入量のうちの所望のバイパス流量配分に制限するように決定される。

中央管１８は又、全流量入口８６を含んでおり、全流量入口８６は、バイパスフィルタ１４の全流量入口６８と結合されて、全流量入口６８から流体を受け取る。中央管１８は更に、出口８８を含んでおり、出口８８は、バイパスフィルタ１４の貫通ボア４４の出口７４と結合されている。

中央管１８のバイパス流入口８２のまわりに、中央管１８の無孔壁８０の環状区画９０が配置されており、これは、全流量制限器９０を画定している。全流量制限器９０のサイズは、全流量制限器９０が、全流量式フィルタメディア５６を通ってバイパスフィルタ１４の全流量入口６８及び中央管１８の全流量入口８６に流入する流体の配分を、流体のフィルタ装置１０への総流入量のうちの所望の全流量配分に制限するように決定される。別の実施形態では、環状区画９０のサイズは、環状区画９０が、ベンチュリのスロート部として動作して、全流量入口６８から環状区画９０を通る流体の流れに対する応答として、バイパス流入口８２において圧力低下を引き起こすように決定される。

図２において最もよく示されるように、スピンオンフィルタ１０のベース板及びスペーサ装置２０は、ベース板９２及びスペーサ７５を含む。ベース板及びスペーサ装置２０は、ハウジング１２の開放端部３２とバイパスフィルタ１４の上端板７０との間に作用的に取り付けられており、バイパスフィルタ１４及び全流量式フィルタ１６をハウジング１２内で位置決めしたり、フィルタ装置１０を、フィルタ取り付けアダプタ（図示せず）にスピンオン取り付けされるように適合させたりするなど、幾つかの機能を果たす。

ベース板９２は、本例示的実施形態では、ベース板９２の上端部９６及び下端部９８を画定している環状壁９４を含み、ベース板９２の上端部９６は、フィルタハウジング１２の開放端部３２と接合されている。本例示的実施形態では、ハウジング１２の開放端部３２と隣接する、ハウジング１２の側壁３４の一部分が、ベース板９２の上端部９６の上に形成される（上端部９６を包み込む）ことによって、ベース板９２がハウジング１２と、いわゆる「Ｊ−ロック」接続により接合されている。しかしながら、本発明の他の実施形態では、ベース板９２は、他のタイプの接続により、ハウジング１２の開放端部３２と接続されてよい。

この第１の例示的実施形態のベース板９２の環状壁９４は無孔であるが、本発明の他の実施形態のベース板は、流体が通過する為の穴を含んでよい。本例示的実施形態の環状壁９４は、第１、第２、及び第３の壁区画１００、１０２、１０３を含む。第１の壁区画１００は、ベース板９２の上端部９６を含み、その外径は、ハウジング１２の側壁３４の内径とほぼ等しい。ベース板９２の環状壁９４の第１及び第２の壁区画１００、１０２は、第３の壁区画１０３によって接続されている。第２の壁区画１０２は、内面の直径が第１の壁区画１００の外径より若干小さく、スピンオンフィルタ１０をフィルタ取り付けアダプタに取り付ける為の、フィルタ取り付けアダプタと係合する雌ねじ１０４を含む。入口封止材２６は、スピンオンフィルタ１０が取り付けアダプタに取り付けられたときに、ハウジング１２の開放端部３２の接合部を封止面で封止する。

図２を更に参照すると、スペーサ７５は、本例示的実施形態では、環状壁１０８を含み、環状壁１０８は、ベース板の下端部９８とバイパスフィルタ１４の上端板７０との間を延びており、スペーサ７５の上端部１１０及び下端部１１２を画定している。スペーサ７５の上端部１１０及びベース板９２の下端部９８は、スペーサ７５の上端部１１０とベース板９２の下端部９８との間を流体が流れないように十分に密着嵌合するように構成されている。

スペーサ７５の下端部１１２は、バイパスフィルタ１４の上端板７０に取り付けられて、バイパスフィルタ１４の上端板７０の環状カップ７２内に突き出た環状フランジ１１８を画定している。環状フランジ１１８は、出口封止材２４を環状カップ７２内に保持している。環状フランジ１１８は、スペーサ７５の下端部１１２において、フィルタ取り付けアダプタの出口管が貫通する穴１２０を形成している。出口封止材２４は、出口７４を、ベース板９２及び環状壁１０８の外側の面と流体連通しないように封止している。

スペーサ７５の本例示的実施形態の環状壁１０８は又、円周方向に間隔をおいて配置された複数の入口流路１２２を画定しており、入口流路１２２は、ベース板９２及びスペーサ７５の内面と外面との間に流体連通を与えている。スペーサ７５の複数の入口流路１２２は、連係して、流体がフィルタ取り付けアダプタからフィルタハウジング１２の入口プレナム１１４に流入できるようにするフィルタ入口を画定している。フィルタハウジング１２の入口プレナム１１４は、空間４０と流体連通している。しかしながら、本発明の他の実施形態では、スペーサ７５の環状壁１０８は、無孔であってよく、フィルタハウジング１２への流体の流入を可能にする他の備えがなされてよい。

フィルタ装置１０のばね２８は、ハウジング１２の閉鎖端部３０と全流量式フィルタ１６の下端板５８との間で圧縮されることにより、ベース板及びスペーサ装置２０に対してバイパスフィルタ１４及び全流量式フィルタ１６を軸方向に位置決めする軸方向の力を与え、且つ、中間封止材２２によって与えられるバイパスフィルタ１４と全流量式フィルタ１６との間の封止を維持する。

濾過対象の流体の総流入量が、スペーサ７５の複数の入口流路１２２からスピンオンフィルタ１０に供給され、入口プレナム１１４に入り、更に、ハウジング１２の側壁３４と、バイパスフィルタ１４及び全流量式フィルタ１６の外周部３８、４８との間の空間４０に入る。流入流体は又、全流量式フィルタ１６の下端板５８とハウジング１２の閉鎖端部３０との間の、ばね２８の周囲の、ハウジング１２の閉鎖端部３０と隣接した空間１２４に流入して空間１２４を満たす為、ハウジング１２内の、バイパスフィルタ１４及び全流量式フィルタ１６の外側の全体積が、濾過対象の流入流体で満たされる。

図３に最もよく示されるように、中央管１８には螺旋状フィン構造１３０が設けられ、フィン構造１３０は、上部フィン１３０ａ及び下部フィン１３０ｂを含む少なくとも２つのフィンを含んでよい。これらの上部フィン１３０ａ及び下部フィン１３０ｂは、それぞれが流入口につながっていてよく、それによって、それぞれの外周部同士では接続されずに、中央管１８の支持部を通して間接的に接続されているだけでよい。各フィンは、フィルタの中心軸及び軸方向流路の周囲において少なくとも３０度にわたって延びてよく（それによって、中央管の外側の同じ角度スパンを覆い、この角度スパンに接続されてよく）、典型的には少なくとも９０度にわたって、そして最も典型的には、中央管の周りを１回以上周回して延びてよい。各フィンは、水平方向に平坦であってよく、それによって、軸に垂直であってよいが（螺旋状フィン構造１３０の平坦部分１２９に注目されたい）、各フィンは、それぞれのスパンに対して半径方向および軸方向の要素を有することが好ましい。

中央管１８の螺旋状フィン構造１３０は、フィルタメディアの内側を支持する為に、壁８０の変化する半径方向内径から螺旋状フィン１３０の外側端部１３４にかけて延びている。好ましい一実施形態では、螺旋状フィン構造１３０の外側端部１３４は、バイパスフィルタ１４の内周部４２に隣接する、ハウジング１２の長手軸３６から一定の半径の場所に位置決めされる。図示されるように、螺旋状フィン構造１３０は、ほぼ平坦な部分１２９を含み、ほぼ平坦な部分１２９は、長手軸３６にほぼ垂直に配置されており、螺旋状フィン構造１３０は更に、隣接する平坦部分１２９同士をつなぐ１つ以上の傾斜部分１３１を含む。別の実施形態では、螺旋状フィン構造１３０は、一定の傾斜角を有するほぼ滑らかな曲線を描くものであってよい。従って、本明細書で用いる「螺旋状」は、両方の実施形態を包含する広い意味で用いられる（例えば、螺旋状構造は、ほぼ螺旋状であるが平坦部分または不連続部分を含んでよい）。

螺旋状フィン構造１３０の外側端部１３４は、バイパスフィルタ１４の内周部４２と半径方向外向きに接触してこれを支持することにより、空間４０と貫通ボア４４との間の流体圧力差に対する反応としての半径方向内向きの圧壊に抗してバイパスフィルタ１４を支持する。図示されるように、螺旋状フィン構造１３０は、軸方向リブや追加の支持構造を持たずにフィルタメディア１４の内周部４２を支持するように構成されている。螺旋状フィン構造１３０によってバイパスフィルタ１４の内周部４２が半径方向外向きに支持されることにより、独立した支持物（有孔中央管や内側スクリーンなど）をバイパスフィルタ１４の内周部４２に配置することがさほど必要でなくなるか、不要になる。

図２に示されるように、螺旋状フィン構造１３０は、バイパスフィルタ１４の貫通ボア４４内での螺旋状流路１３２を画定している。螺旋状流路１３２は、バイパス流入口８２と流体連通することにより、バイパスフィルタ１４を通過して濾過された流体が貫通ボア４４に入り、バイパス流入口８２に入る流路となる。

本発明の好ましい一実施形態では、螺旋状フィン構造１３０は、中央管１８の壁８０と一体的に形成される。図示されるように、螺旋状フィン１３２は、中央管１８の出口８８から入口８６にかけて連続的に延びており、螺旋状フィン構造１３０は、ほぼ無孔である。他の実施形態では、螺旋状フィン構造１３０は、不連続であってよく、有孔であることによって螺旋状流路及び他の流体流路の両方を提供してよい。

好ましい一実施形態では、中央管１８に単一の螺旋状フィン１３０が設けられる。しかしながら、中央管１８に、２つ以上の螺旋状フィンを交互に設けて、それぞれがバイパスフィルタ１４の内周部４２とバイパス流入口８２との間に流体連通を与える２つ以上の流体流路を、一緒に画定してもよい。そのような構成では、複数の螺旋状フィンが、二重螺旋、三重螺旋などを形成することになる。

図１に示されるように、全流量式フィルタ１６の内周部５０は、有孔であることによって、流入する流体が、全流量式フィルタ１６のメディア５６を通って、全流量式フィルタ１６の外周部４８の周囲の空間４０から全流量式フィルタ１６の貫通ボア５２の中へ半径方向内向きに流れることを可能にしている。流体のうち、全流量式フィルタ１６を通過した一部は、全流量式フィルタ１６の出口６４を通って全流量式フィルタ１６の貫通ボア５２を出て、中央管の全流量入口８６に入る。

図２に示されるように、流体のうち、バイパスフィルタ１４を通過した一部は、バイパスフィルタ１４の螺旋状フィン構造１３０によって、中央管１８内のバイパス流入口８２に流れる。全流量式フィルタ１６を通過した流れ部分と、バイパスフィルタ１４を通過した流れ部分とが結合されて、共通の総流出量の濾過済み流体となり、これが開口７４を通ってスピンオンフィルタ１０を出ていく。

総流入量のうちの、バイパスフィルタ１４及び全流量式フィルタ１６のそれぞれを通過する各割合は、主に、中央管１８のバイパス流入口８２及び全流量制限器９０のサイズによって決まり、これに、バイパスフィルタ１４及び全流量式フィルタ１６のメディア４６、５６の動作特性が加味される。

スピンオンフィルタ１０の本例示的実施形態に関して上述された、各メディア効率定格、及び総流入量のうちの所望の各割合は、スピンオンフィルタ１０の本例示的実施形態における構成要素の具体的な構成及び配置とともに、低温始動運転時の流体流に対する抵抗が、このタイプの先行技術のスピンオンフィルタより低いフィルタ装置を提供する為に、且つ、全体濾過効率を高く維持したまま、取り除かれた汚染物質を保持する能力が、このタイプの先行技術のスピンオンフィルタより高くなるように、適切に、且つ、意図的に選択されたものである。低温始動運転時の流体流に対する抵抗を低くすることは、エンジン潤滑システムの場合には、低温始動運転時のエンジンの潤滑性能を向上させうる点で有利である。取り除かれた汚染物質を保持する能力を高めることは、フィルタの交換間隔を長くして、フィルタ装置で保護されるシステムの運転コストを減らすことが可能な点で有利である。

しかしながら、当業者であれば理解されるように、本発明の他の実施形態では、バイパスフィルタと全流量式フィルタとの間で流入流体を様々に配分する為に、様々な効率定格を有するバイパスフィルタメディア及び全流量式フィルタメディアを利用すること、及び／又は、フィルタ装置の中央管（又は他の構成要素）の構成を変更することが望ましいであろう。

図４〜図６を参照すると、本発明によるスピンオンフィルタ２００の第２の例示的実施形態が示されており、既述の参照符号は同様の機能を表している。フィルタ２００は、フィルタ２２０を囲むハウジング１２と、中央管２０２と、入口封止材２６と、螺旋状圧縮ばね２８と、を含む。ハウジング１２は、円筒状側壁３４でつながれた閉鎖端部３０及び開放端部３２を有し、円筒状側壁３４は、ハウジング１２の閉鎖端部３０から開放端部３２に延びる長手軸を画定している。スピンオンフィルタ２００は、垂直方向に取り付けられた構成で示されており、閉鎖端部３０はフィルタ２００の底部にあり、開放端部３２はフィルタ２００の上部にある。しかしながら、スピンオンフィルタ２００は、任意の方向に取り付け可能である。

フィルタ２２０は、内周部２２４及び外周部２２６を画定しているフィルタメディア２２２と、下端板２２８と、上端板２３２と、を有する。フィルタ２２０の下端板２２８は、フィルタメディア２２２の下端部に取り付けられている。下端板２２８は、中央管２０２の中央ボア２５０への流体の流入を阻止する隆起した無孔中央区画２３０を含む。フィルタ２２０の上端板２３２が、フィルタメディア２２２の上端部に取り付けられており、上端板２３２は、フィルタ２２０の外周部２２６からほぼ内向きに延びており、中央管２０２の中央ボア２５０の出口２４８を画定している、中央に位置する環状カラー２３４の形で終端されている。

中央管２０２は、環状壁２０４、開放上端部２１４、底端部２１８、及び底部支持フランジ２１６を含む。開放上端部２１４は、上端板２３２に隣接して位置決めされており、開放上端部２１４は、出口２４８と流体連通している。底部支持フランジが下端板２２８の隆起した無孔中央区画２３０と接触することにより、中央管２０２がフィルタ２２０に対して中央に位置決めされる。図示されるように、中央管２０２の底端部２１８は、無孔の閉鎖底端部である。別の実施形態では、底端部２１８は開放されてよく、底部支持フランジ２１６は、中央区画２３０と結合されてよい。一実施形態では、中央管２０２の環状壁２０４の内径は、底部支持フランジ２１６に最も近い部分の、小さい方の直径から、開放上端部２１４に最も近い部分の、大きい方の直径にかけて、わずかに大きくなる。他の実施形態では、環状壁２０４は、内径がほぼ一定であってよく、或いは、開放上端部２１４に最も近い直径が減少してよい。

図４を参照すると、本発明のフィルタカートリッジには、任意選択で、ドレンバルブ３１として示されているドレンが設けられてよい。図示されるように、スピンオンフィルタ２００が図示された縦構成で取り付けられている場合に、ドレンバルブ３１がスピンオンフィルタ２００の中で最も低い位置にあるように、ドレンバルブ３１が閉鎖端部３０内に配置される。ドレンバルブ３１は、通常は閉じた状態で設けられている。スピンオンフィルタ２００の取り外し又は交換が必要になった場合は、ドレンバルブ３１を作動させて、フィルタ２００の流体内容物を排出することによって、スピンオンフィルタ２００を取り外す際にこぼれる流体内容物を減らすことが可能である。ドレンバルブ３１は、当該技術分野において知られている任意のタイプのバルブ（例えば、ボールバルブ、ゲートバルブ、又はプラグバルブ）であってよい。或いは、ドレンは、ねじが切られた開口及びドレンねじ込みプラグを含んでよい。

図５を参照すると、スピンオンフィルタカートリッジ用の一代替取り付け構成が示されている。スピンオンフィルタ２００には、フィルタハウジング１２の開放端部３２に隣接して上板２３６が設けられている。上板２３６の外側端部２４０は、ハウジング１２の開放端部３２において側壁３４と接続されている。上板２３６の内側端部２３８に、フィルタ取り付けアダプタと係合する為のねじ２４２が切られており、これによって、スピンオンフィルタ２００がフィルタ取り付けアダプタに取り付けられ、封止出口２４８がフィルタ取り付けアダプタに取り付けられる。入口封止材２６は、スピンオンフィルタ２００が取り付けアダプタに取り付けられたときに、ハウジング１２の開放端部３２の接合部を封止面で封止する。

上板２３６には、円周方向に間隔をおいて配置された複数の入口流路１２２が設けられ、入口流路１２２は、上板２３６の内面と外面との間に流体連通を与えている。上板２３６の複数の入口流路１２２は、連係して、流体がフィルタ取り付けアダプタからフィルタハウジング１２の入口プレナム１１４に流入できるようにするフィルタ入口を画定している。フィルタハウジング１２の入口プレナム１１４は、空間４０と流体連通している。

上端板２３２の、中央に位置する環状カラー２３４に、中央スペーサ２４４が封止的に結合されている。中央スペーサ２４４の上端部２４６が上板２３６の内側端部２３８と封止的に係合することにより、中央管２０２がハウジング１２内で中央に位置決めされ、入口プレナム１１４が出口２４８から封止される。

図６に最もよく示されるように、中央管２０２には、環状壁２０４の外側を取り囲む螺旋状フィン２０６が設けられている。中央管２０２の螺旋状フィン２０６は、環状壁２０４の変化する半径方向内径から螺旋状フィン２０６の外側端部２０８にかけて延びている。図示されるように、中央管２０２の螺旋状フィン２０６は、ほぼ平坦な部分１２９を含み、ほぼ平坦な部分１２９は、中央管２０２の長手軸にほぼ垂直に配置されており、螺旋状フィン２０６は更に、隣接する平坦部分１２９同士をつなぐ複数の傾斜部分１３１を含む。別の実施形態では、螺旋状フィン２０６は、一定の傾斜角を有するほぼ滑らかな曲線を描くものであってよい。

図４〜図６を再度参照すると、螺旋状フィン２０６の外側端部２０８は、フィルタ２２０の内周部２２４に隣接する、ハウジング１２の長手軸から一定の半径の場所に位置決めされる。螺旋状フィン２０６の外側端部２０８は、フィルタ２２０の内周部２２４と半径方向に接触してこれを支持することにより、外周部２２６と内周部２２４との間の流体圧力差に対する反応としての半径方向内向きの圧壊に抗してフィルタ２２０を支持する。螺旋状フィン２０６によってフィルタ２２０の内周部２２４が半径方向外向きに支持されることにより、独立した支持物（有孔中央管や内側スクリーンなど）をフィルタ２２０の内周部２２４に配置することがさほど必要でなくなるか、不要になる。

螺旋状フィン２０６は、フィルタ２２０の内周部２２４と中央管２０２の環状壁２０４との間に位置する螺旋状流路２１０を画定している。螺旋状流路２１０が流入口２１２と流体連通していることにより、フィルタ２２０を通って濾過された流体が流入口２１２に至る流路が形成されている。流入口２１２は、環状壁２０４の外側と中央管２０２の中央ボア２５０との間に流体連通を与えている。

本発明の好ましい一実施形態では、螺旋状フィン２０６は、中央管２０２の環状壁２０４と一体的に形成される。図示されるように、螺旋状フィン２０６は、中央管２０２の長さと同一の広がりを有し、中央管２０２の開放上端部２１４から底部支持フランジ２１６にかけて連続的に延びており、螺旋状フィン２０６は、ほぼ無孔である。他の実施形態では、螺旋状フィン２０６は、不連続であってよく、有孔であることによって螺旋状流路及び他の流体流路の両方を提供してよい。

好ましい一実施形態では、中央管２０２に単一の螺旋状フィン２０６が設けられる。しかしながら、中央管２０２に、２つ以上の螺旋状フィンを交互に設けて、それぞれがフィルタ２２０の内周部２２４と流入口２１２との間に流体連通を与える２つ以上の流体流路を、一緒に画定してもよい。そのような構成では、複数の螺旋状フィンが、二重螺旋、三重螺旋などを形成することになる。

図７を参照すると、２つのフィルタについての流量と圧力との関係が示されている。線３００は、図４〜図６に示された螺旋状フィンを有する中央管が組み込まれた、本発明を実施するカートリッジフィルタについての流量と圧力との関係を示している。線３０２は、フィルタメディア２２４の内周部２２６に位置する有孔支持管と、独立した中央管又は中央管柱２０２とを組み込んだフィルタについての流量と圧力との関係を示している。図示されるように、一体化された螺旋状フィン２０６を有する中央管２０２の使用によって、流量制限の低減が達成される。

本明細書で引用した、刊行物、特許出願、および特許を含む文献はすべて、各文献が個々に具体的に示される形で参照によって本明細書に組み込まれ、且つ、各文献の全体が本明細書に記述されているのと同等程度に、参照により本明細書に組み込まれている。

本発明を説明する文脈における（特に、以下の特許請求の範囲の文脈における）「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」の各語句、並びに同様の指示語の使用は、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、単数及び複数の両方を包含するものとして解釈されるべきである。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「包含する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」の各語句は、特に断らない限り、オープンエンドターム（即ち、「〜を含むが、これに限定されない」という意味）として解釈されるべきである。本明細書中の数値範囲の具陳は、本明細書中で特に指摘しない限り、単にその範囲内に該当する各値を個々に参照する為の略記法としての役割を果たすことのみを意図しており、各値は、本明細書中で個々に列挙されたかのように、本明細書に組み込まれている。本明細書中で説明される全ての方法は、本明細書中で特に指摘されたり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、任意の好適な順序で実施されてよい。本明細書中で与えられるあらゆる例、又は例示的言い回し（例えば、「など（ｓｕｃｈ ａｓ）」は、特に主張されない限り、単に本発明をより明快にすることだけを意図したものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本明細書中の如何なる言い回しも、特許請求されていない任意の要素を、本発明の実施に不可欠な要素として示すものとして解釈されてはならない。

本明細書においては、本発明を実施する為の、本発明者らが知っている最良の形態を含む、本発明の好ましい実施形態を説明している。当業者であれば、前述の説明を読むことにより、これらの好ましい実施形態の変形形態が明らかになるであろう。本発明者らは、当業者がそのような変形形態を適宜採用することを想定しており、本明細書において具体的に説明されたもの以外の方法で本発明が実施されることを企図している。従って、本発明は、準拠法によって許可されているとおり、本明細書に添付された特許請求の範囲に記載されている内容のあらゆる修正及び均等物を包含する。更に、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、好ましい実施形態のあらゆる可能な変形形態における上述の要素のあらゆる組み合わせが本発明に包含される。

Claims (15)

1. 内部空間を画定し、上端板に取り付けられる第１の端部と、下端板に取り付けられる第２の端部とを有するフィルタメディア管状環と、
   環状壁を有する中央管であって、前記環状壁は、内部軸方向流路と、前記環状壁を貫通する流入口と、前記中央管の一端部にある第１の開口と、を画定し、前記環状壁の内径は、下方から上方に向かうにしたがって大きくなるように設定され、流体が、前記フィルタメディア管状環を通り、前記流入口を通り、前記内部軸方向流路に沿って、半径方向に流れるように適合され、当該中央管が、前記上端板と前記下端板との相互間において、前記フィルタメディア管状環の内部空間内に軸方向に沿って取り外せないように固定されていると共に、前記上端板又は前記下端板のいずれか一方を越えて延出しないように、前記上端板と前記下端板との相互間に軸方向に沿って差し込まれている中央管と、
   前記中央管と一体的に形成されて前記中央管と一体であり、前記環状壁から半径方向外向きに突出している少なくとも１つのフィンであって、前記少なくとも１つのフィンのそれぞれは、前記少なくとも１つのフィンの外周面が、前記フィルタメディア管状環の内周部を半径方向に支持するように、前記内部軸方向流路を中心とする少なくとも３０度の角度スパンにわたって前記環状壁を覆い、前記環状壁と接触している、少なくとも１つのフィンと、を備える、
   流体フィルタ。
2. 前記少なくとも１つのフィンは、前記中央管の周りを複数回周回して延びている螺旋形状を備える、請求項１に記載の流体フィルタ。
3. 前記少なくとも１つのフィンは、互いに離間関係にある少なくとも２つのフィンを含み、前記フィンの外周部同士の間に更なる介在構造物がなく、前記少なくとも２つのフィンは、前記中央管の材料によって、支持され、且つ、間接的につながれている、請求項１又は２に記載の流体フィルタ。
4. 前記少なくとも２つのフィンは、前記流入口の１つの軸方向側にある第１のフィンと、前記流入口の別の軸方向側にある第２のフィンと、を含む、請求項３に記載の流体フィルタ。
5. 前記少なくとも２つのフィンのそれぞれの外周面が、前記フィルタメディア管状環の内周部を半径方向に支持する、
   請求項３又は４に記載の流体フィルタ。
6. 前記少なくとも２つのフィンのそれぞれは、前記内部軸方向流路を中心とする少なくとも３０度の角度スパンにわたって前記環状壁を覆い、前記環状壁と接触している、請求項５に記載の流体フィルタ。
7. 前記中央管は、流量分割器を備え、前記中央管は、前記中央管の一端部において、前記第１の開口と対向する第２の開口を備え、前記フィルタメディア管状環の前記第２の開口側であり、且つ前記フィルタメディア管状環の内側の領域である前記フィルタメディア管状環の周囲に、当該流体フィルタの部分のうち前記第２の開口側よりも前記第１の開口側とは反対側の部分と前記第２の開口を介して連通する流れバイパスが画定されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の流体フィルタ。
8. 前記中央管及び前記少なくとも１つのフィンは、単体の可塑性成形構造物である、請求項１から７のいずれか一項に記載の流体フィルタ。
9. 前記フィルタメディア管状環は、内径を有する第１のフィルタメディア管状環であり、
   前記中央管は、第１の中央キャビティを画定している壁と、前記壁内の前記流入口と、第１の開放端部とを有する中央管であり、
   前記少なくとも１つのフィンは、前記第１のフィルタメディア管状環を前記内径において半径方向外向きに支持するように構成された外径を有する螺旋状フィンであって、前記螺旋状フィンは前記壁から外向きに延びており、且つ、前記第１のフィルタメディア管状環の前記内径と前記流入口との間に螺旋状流体流路を画定している、螺旋状フィンである、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の流体フィルタ。
10. 前記中央管は更に閉鎖端部を含む、請求項９に記載の流体フィルタ。
11. 前記螺旋状フィンは、前記第１のフィルタメディア管状環と前記流入口との間に単一の螺旋状流路を形成する、請求項９又は１０に記載の流体フィルタ。
12. 前記中央管は、流量分割器を備え、前記中央管は、前記第１の開放端部と対向する、前記中央管の第２の開放端部を備え、前記第１のフィルタメディア管状環の前記第２の開放端部側であり、且つ前記第１のフィルタメディア管状環の内側の領域である前記第１のフィルタメディア管状環の周囲に、当該流体フィルタの部分のうち前記第２の開放端部側よりも前記第１の開放端部側とは反対側の部分と前記第２の開放端部を介して連通する流れバイパスが画定されている、請求項９に記載の流体フィルタ。
13. 前記螺旋状フィンは、前記中央管の周囲に、少なくとも３６０度にわたって延びている、請求項１２に記載の流体フィルタ。
14. 前記中央管は、開放底端部を含み、当該流体フィルタは更に、
    第２の中央キャビティを画定している第２のフィルタメディアであって、前記第２の中央キャビティは、開放上端部を有し、前記開放上端部は、前記中央管の前記第２の開放端部と流体連通している、第２のフィルタメディアと、
    前記第１のフィルタメディア管状環と前記第２のフィルタメディアとの間に位置する封止材と、
    前記第１のフィルタメディア管状環と前記第２のフィルタメディアとの間で前記封止材を圧縮するように構成されている、バイアスばねと、を備える、
    請求項１２又は１３に記載の流体フィルタ。
15. 当該流体フィルタは、スピンオンフィルタであり、
    当該流体フィルタは更に、開放端部を画定しているハウジングを備え、前記開放端部は、フィルタ取り付け構造物へのスピンオン取り付け用として構成されている、
    請求項１から１４のいずれか一項に記載の流体フィルタ。

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