JP6328744B2 - 複合フィルタカートリッジ - Google Patents

Description

本発明は流体の濾過に使用される取替可能なフィルタカートリッジに関し、特に異なる材料によって形成されたフィルタカートリッジに関する。

ねじり係止、スピン係止式の使い捨てフィルタは、農業、通信業、商業及び製造業において、様々な液体及び空圧体の用途で使用されている。従来のねじり動作を用いる使い捨てフィルタ製品は、可鍛性の金属を深絞り加工することによって成形された、ゲージが薄い金属製缶つまりハウジングを使用して製造されている。先行技術のカートリッジでは、缶を流体供給システムのフィルタヘッドに保持するためにプレスされたスチールまたはキャスト板を使用している。これらの構造では、カートリッジをヘッドに保持するための配置が制限される。

例えば、金属製缶／金属製端部板の構造では、カートリッジの上端部の周囲で、カートリッジとフィルタヘッドとの間を螺合する手法が許容されない。このような、いわゆる“ビッグマウス”のデザインは、全体的な使用において効率的であり、カートリッジとフィルタヘッドとの間の境界面が向上した構造を与えることが可能となる。圧力が高い状態での使用においては、頑丈なカートリッジ／ヘッドの接続も重要である。

従って、様々なカートリッジ／ヘッド接続に対応できる、フィルタカートリッジの構造が必要とされている。

特開２００７−５０１１０３号公報

本開示は、絞り加工された金属製の缶とカートリッジの接続端部を包囲するプラスチック部品とを有する複合フィルタカートリッジに関し、カートリッジとヘッドとの取付構造に大きな柔軟性を与えることを目的とする。

プラスチック部品は金属製缶の上端部をトラップするように構成され、濾材の配置（filter media arrangement）を包囲する流体密封型のカートリッジハウジングを構成する。プラスチック部品は様々な材料及び構成で成形され、多様なカートリッジとヘッドとの接続を可能とし、複合カートリッジの適合性を向上する。第１プラスチック部品はカートリッジの端部を囲い、関連するフィルタヘッドを通過して流体供給システムに流通する少なくとも１つの流体流動開口を形成する。第２プラスチック部品は金属製缶の外側を包囲し、第１構成要素に保持され、金属製缶の上側の開口端は第１及び第２プラスチック部品にトラップされる。第１及び第２プラスチック部品は、スピン溶着、螺合、接着剤等によって、互いに結合される。プラスチック部品は密封性を有し、金属／プラスチックの境界面間のカートリッジ内及びカートリッジとヘッドとの接続における液体の漏れを防ぐ。一方または双方のプラスチック部品の外周には取っ手（lug）、螺合、ボス、または他の特徴が形成されることにより、カートリッジをヘッドに保持する。

本開示の態様による複合フィルタカートリッジの実施例の拡大斜視図である。 図１の複合フィルタカートリッジの組立方法及び組立技術の例示である。 図１の複合フィルタカートリッジの断面図である。 図１の複合フィルタカートリッジにおける、金属製缶とプラスチック部品との間の境界面の拡大断面図である。 本開示の複合フィルタカートリッジにおける、金属製缶とプラスチック部品との間の境界面の拡大断面図である。 本開示の第１変形例の複合フィルタカートリッジにおける、金属製缶とプラスチック部品との間の境界面の拡大断面図である。 本開示の第２変形例の複合フィルタカートリッジにおける、金属製缶とプラスチック部品との間の境界面の拡大断面図である。

図１から７に基づき、複合フィルタカートリッジの実施例について説明する。図１は開示された複合フィルタカートリッジの拡大図であり、１０の図番が付されており、幾つかの要素が開示されている。スチールを絞り加工することによって作られた構成要素の缶１２は、カートリッジ１０の取付構造（下部）を包囲する。構成要素の缶１２の開口端１４は開いており、外側に広がって（フレア型で）形成された縁部１６が形成される。フレア型縁部１６によって上端の蓋部１８とリング型の留め具２０との間が接合する。

図１〜図７に図示されているフレア型縁部１６は、プラスチック部品１８及び２０の間にトラップされる形態の例示であるが、開示されている技術概念は、外側にフレア型で形成される縁部に限定されない。他の形態、例えば内側にフレア型で形成された縁部、連続していない縁部、または隆起または段差等の形成についても、開示された複合フィルタカートリッジとの互換性を有する。構成要素の缶１２の上側の開口端はカートリッジの閉口端に向けて外側にＵ字型の曲げ（不図示）で形成され、プラスチック部品の間にトラップされる。プラスチック部品１８及び２０がスピン溶着によって接合された場合、一方のプラスチック部品が他方のプラスチック部品に相対して回転し、缶１２が一方または双方のプラスチック部品１８及び２０に対して固定される、境界面が必要となる。部品間の相対回転は必要とされていないため、２つのプラスチック部品間の境界面の構造については、２つのプラスチック部品１８及び２０を接着剤によって接着しても、または溶剤によって溶接しでもよく、設計上の自由が与えられる。

開示された実施例によると、上端の蓋部には、Ｏリング２４（又は他の封止材）と、Ｏリング２４を支持するために外側に放射状に配置されたＯリング溝部２２とが配置され、フィルタヘッド（不図示）を補完する表面を密閉する。上端の蓋部１８は、プリーツ型の濾材（フィルタ媒体）２６の上端部を直接的に受け取るように構成されている。上端の蓋部１８には、濾材２６を（放射状に外側に及び下部に向けて）包囲する領域３０に、濾過されていない液体を導くための流体流路開口部２８が形成されている。下端の蓋部３２及び中心管３４によって、カートリッジ１０の内部に配置されたフィルタ要素が完成する。プリーツ型の濾材の軸端は、ポリウレタン系接着剤、または公知の技術によって接着され、それぞれ上端の蓋部及び下端の蓋部で封止される。代わりに、上端の蓋部１８、下端の蓋部３２、媒体２６は熱かしめ（heat-staked）されてもよい。下端の蓋部３２は閉じられているため、フィルタカートリッジ１０への唯一の流路は濾材２６を通過することであり、濾材２６にて微粒子が取り除かれる。下部の蓋部３２及び中心管３４は一体として成形されてもよく、または別々に成形された後に適切な手法によって結合してもよい。液体がディーゼル燃料である場合、濾材２６は微粒子を取り除くだけではなく、燃料に含有された水分を分離するように組成されてもよい。中心管３４には穴が空いており、管の内部領域に液体が流入するように形成されているため、フィルタされた液体は、軸方向に外側へ流れる流路３６を通過し、上端の蓋部１８の中央部に形成された軸方向の流体流路開口部３８を介してカートリッジ１０から放出される。

開示された濾材２６は、縦軸方向に伸びた「管状」の形態であり、円状の断面を有するプリーツ型の濾材として図示されている。濾材の重要な役割は、カートリッジ１０に流入する汚濁流体と濾材２６を通過する清浄流体とを完全に分離することである。いかなる断面の形状も本目的に相当し、図示された形態は適合性を有する複数の形態のうちの１つであると考えられるべきである。濾材２６はフィルタそのものに保持されることにより閉鎖ループを形成し、汚濁流体と濾材２６を通過する清浄流体とを分離する。濾材２６の軸端は、接着等の濾材２６と蓋部との間に液体に対する流体密封性を形成する方法によって蓋部１８及び３４に保持され、流体が媒体２６を通過するように促す。

図２には、開示された実施例の一方法が図示されている。上端の蓋部１８、下端の蓋部３２、濾材２６及び中心管３４は上述の通りに形成され、結果物であるサブアセンブリとして取り付けられる。缶１２及び留め具２０はサブアセンブリの上に配置され、留め具２０はサブアセンブリに相対して回転し、留め具２０を上端の蓋部１８にスピン溶着する。使用時に液体をカートリッジ１０の中に密閉するために、シール４０を缶１２及び上端の蓋部１８の間、及び／又は缶１２及び留め具２０の間に配置しても良い。

図３及び図４は、開示された複合フィルタカートリッジ１０の断面図である。缶１２の開口端１４に配置されたフレア型縁部１６は、上端の蓋部１８と環状の留め具２０との間にトラップされる。上端の蓋部１８と環状の留め具２０とが重なり合うことにより、スピン溶着部が形成される。本図では単純な円筒状の重なり合いが図示されているが、スピン溶着を向上するために広い面積が重なり合うように形成してもよい。プラスチック部品には螺合溝（不図示）を形成してもよく、この場合、上端の蓋部１８及び留め具２０が螺合された後、接着剤によって接着または溶剤によって溶接される。

図５及び図６は、開示された複合フィルタカートリッジ１０の変形例を示しており、缶１２、留め具２０及び上端の蓋部１８の間の境界面を図示した拡大断面図が図示されている。留め具２０の内部表面は、第１直径Ｄ１及び第１直径Ｄ１よりも大きい第２直径Ｄ２によって形成される肩部４２を含む。上端の蓋部１８は第３直径Ｄ３及び第４直径Ｄ４を有し、留め具である肩部４２に缶１２の開口端１４及びフレア型縁部１６をトラップするように形成される。留め具２０及び上端の蓋部１８が溶接または他の方法によって接合されると、缶がトラップされて留め具２０と上端の蓋部１８との間に保持される。上端の蓋部１８と缶１２の内部表面との間にはシール４０が配置され、カートリッジ１０の内部の液体を保持する。図７は、留め具２０と缶１２の外側表面との間にシール４０が配置され、カートリッジ１０の内部に液体が保持されるさらに別の変形例を図示している。フレア型縁部１６と上端の蓋部１８との間には、シール４０を保持するパッキンを構成する追加シール４０が配置される。図７の実施例によると、留め具２０の上端の蓋部の周辺表面の外側に、カートリッジ１０をヘッド（不図示）に結合される外部螺合４４が形成される。上述の取付構造は、必要であれば、留め具２０または上端の蓋部１８の外側表面の周辺に配置されてもよいことは、当業者によっては周知である。

成形されたプラスチック部品は、カートリッジ１０とフィルタヘッド（不図示）との境界面の構造に最大の自由度を与える。図１及び図２に開示された留め具２０の実施例では、接合のためフィルタ要素を回転することなく、補完的な勾配をフィルタヘッドに接合するように形成された４つの取っ手が形成されている。代替として、フィルタヘッドに接合するための留め具の加工は、螺合、ボスまたは他の形態でもよい。図６では、フィルタヘッド（不図示）の補完的な螺合に接続するために、留め具２０の外側に形成された補完的な螺合４４を図示している。図１及び図２に図示された留め具２０は、基部を有するバヨネット形式で（不図示）補完的な勾配と接合するための複数の取っ手４６を含む。留め具２０は、フィルタヘッドに対してカートリッジを保持するために取付カラーによって使用される、カートリッジの閉口端に面する広い肩部となる。代替として、上端の蓋部１８は、上端の蓋部／留め具の境界面よりも上に軸的に伸び、カートリッジをインデックス又は主要な特徴等のヘッドに取り付けられる。

本発明を説明する文脈における（特に、特許請求の範囲の文脈における）「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」の各語句は、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。本明細書中で説明される全ての方法は、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、任意の好適な順序で実施してよい。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、本発明の実施に不可欠である、請求項に記載されていない要素を示すものとして解釈されるものではないものとする。

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。

１０ … 複合フィルタカートリッジ
１２ … 缶
１４ … 開口端
１６ … 縁部
１８ … 上端の蓋部
２０ … リング型の留め具
２２ … Ｏリング溝部
２４ … Ｏリング
２６ … 濾材
２８、３８ … 流体流路開口部
３０ … 領域
３２ … 下端の蓋部
３４ … 中心管
３６ … 流路
４０ … シール
４４ … 外部螺合
４６ … 取っ手
Ｄ１ … 第１直径
Ｄ２ … 第２直径
Ｄ３ … 第３直径
Ｄ４ … 第４直径

Claims (18)

1. 縦軸を有する内部空間が形成され、前記縦軸に対して放射状に突出した接合構造を含む開口端及び第２端部を有する凹状シートの金属製ハウジングと、
   前記内部空間の内側で保持され、第１軸端から第２軸端に伸びる前記縦軸を包囲するように配置される、筒状に形成された濾材と、
   前記接合構造から前記縦軸方向に伸びる第１環状表面部を含み、前記濾材の前記第１軸端に保持され、流体流入口及び流体流出口を形成するプラスチック製の第１端蓋部と、
   前記濾材の前記第２軸端に保持される第２フィルタ端蓋部と、
   前記凹状シートの金属製ハウジングを囲い、前記開口端と対向し前記接合構造と重なり合う肩部を有し、前記接合構造から前記縦軸方向に伸びる第２環状表面部を含む、プラスチック製の留め具と、を備え、
   前記第１環状表面部及び第２環状表面部は互いに封止され、前記接合構造を前記第１端蓋部及び前記肩部でトラップする、複合フィルタカートリッジ。
2. 前記第１環状表面部及び前記第２環状表面部は、前記第１表面部及び前記第２表面部をスピン結合、接着剤による接合、又は溶剤溶接することによって、互いに永久的に接合されている、請求項１に記載の複合フィルタカートリッジ。
3. 前記第１端蓋部又は前記留め具のいずれか一つによって前記金属製ハウジングに押し付けられるシールを有する、請求項１に記載の複合フィルタカートリッジ。
4. 前記シールは、前記第１端蓋部及び前記接合構造の間に、前記縦軸方向に押し付けられる、請求項３に記載の複合フィルタカートリッジ。
5. 前記シールは、前記第１端蓋部及び前記金属製ハウジングの内部表面の間に、放射状の方向に押し付けられる、請求項３に記載の複合フィルタカートリッジ。
6. 前記シールは、前記留め具及び前記金属製ハウジングの外部表面の間に、放射状の方向に押し付けられる、請求項３に記載の複合フィルタカートリッジ。
7. 前記第１端蓋部は、前記留め具とは前記縦軸方向に間隔が設けられた外側の位置に配置された溝部を有し、前記複合フィルタカートリッジは前記溝部に配置されたＯリングシールを含む、請求項１に記載の複合フィルタカートリッジ。
8. 前記第１端蓋部には、前記複合フィルタカートリッジとフィルタヘッドとに接合するための螺合が含まれる、請求項１に記載の複合フィルタカートリッジ。
9. 前記接合構造は、前記凹状シートの金属製ハウジングの開口端が、連続している又は連続していない縁部である、請求項１に記載の複合フィルタカートリッジ。
10. 開口端と前記開口端に隣接し縦軸に対して放射状に突出した接合要素とを含む内部空間を有する、凹状シートの金属製ハウジングを提供する工程と；
    前記内部空間の内側で保持され、第１軸端と第２軸端との間に伸びる前記縦軸を包囲するように配置される、筒状に形成された濾材を提供する工程と；
    前記接合構造から軸方向に伸びる第１環状表面部を含み、前記濾材の前記第１軸端に保持され、前記濾材の外側の前記内部空間の領域と連絡する流体流入口と前記濾材に包囲された前記内部空間の領域と連絡する流体流出口とが形成されるプラスチック製の第１端蓋部を、前記濾材の前記第１軸端に保持する工程と；
    前記濾材の第２軸端を囲い前記第２軸端を閉じる第２蓋部を、前記濾材の前記第２軸端に保持する工程と；
    前記濾材、前記第１蓋部及び前記第２蓋部を前記ハウジングの内部空間に挿入し、前記前記第１蓋部の周辺表面を前記接合要素に嵌め合わせる工程と；
    前記凹状シートの金属製ハウジングを包囲し、前記開口端と対向し前記接合構造と重なり合う肩部を有し、前記接合構造から前記縦軸方向に伸びる第２環状表面部を含む、プラスチック製の留め具を提供する工程と；
    前記第１環状表面部及び第２環状表面部を互いに封止され、前記少なくとも１つの放射状に突出した接合構造をトラップする工程と、を含む、複合フィルタカートリッジの製造方法。
11. 前記第１環状表面部及び前記第２環状表面部を互いに永久的に保持させる工程は、前記第１環状表面部及び前記第２環状表面部をスピン結合、溶剤による溶接または接着剤による結合によって、互いに永久的に接合させる、請求項１０に記載の複合フィルタカートリッジの製造方法。
12. 前記凹状シートの金属製ハウジングと、前記第１端蓋部又は前記留め具のいずれか一つとの間のシールを押し付ける工程を含む、請求項１０に記載の複合フィルタカートリッジの製造方法。
13. 前記シールを押し付ける工程は、前記第１端蓋部及び前記接合構造の間のシールを前記縦軸方向に押し付ける工程を含む、請求項１２に記載の複合フィルタカートリッジの製造方法。
14. 前記シールを押し付ける工程は、前記第１端蓋部及び前記金属製ハウジングの内部表面の間に、放射状の方向に押し付ける工程を含む、請求項１２に記載の複合フィルタカートリッジの製造方法。
15. 前記シールを押し付ける工程は、前記留め具及び前記ハウジングの外部表面の間に、放射状の方向に押し付ける工程を含む、請求項１２に記載の複合フィルタカートリッジの製造方法。
16. 前記第１端蓋部は、前記第１環状表面部から前記縦軸方向に間隔が設けられた外側の位置に配置された溝部を形成し、前記放射状に外側に伸びる溝部にＯリングを配置する工程を含む、請求項１０に記載の複合フィルタカートリッジの製造方法。
17. 前記第１端蓋部は、前記複合フィルタカートリッジとフィルタヘッドとを接合するための螺合を備える請求項１０に記載の複合フィルタカートリッジの製造方法。
18. 前記凹状シートの金属製ハウジングを提供する工程は、前記前記凹状シートの金属製ハウジングの開口端に、連続している又は連続していない縁部を形成する工程を含む、請求項１０に記載の複合フィルタカートリッジの製造方法。