JP2013119072A - フィルタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタエレメントの軸方向長さに大きな誤差が発生したとしても、シール部でのシール不良の問題や装置の組立困難の問題を克服すること。
【解決手段】一対の樹脂製のエンドプレート５２（５２ａ、５２ｂ）によって濾材５３を保持するフィルタエレメント５１を一面開口のハウジング１０１に収納し、その開口面１０２をセットプレート２０１で閉塞するという基本構成の中で、セットプレート２０１にフィルタエレメント５１を密着させてシール性を確保するための構造として、ハウジング１０１の閉じられた一面側の凹状内面１０３にエンドプレート５２ａを直接押し当てて弾性変形させるという構造に替えて、凹状内面１０３と一方のエンドプレート５２ａの端面５５ａとの間にＯリング５７を弾性変形した状態で介在させ、その復元力によって、もう一方のエンドプレート５２ｂをセットプレート２０１に密着的に押し付けるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料、水、オイル、空気等の流体を濾過するためのフィルタ装置に関する。

円筒状をしたフィルタエレメントを用いるフィルタ装置では、一対のエンドプレートで濾材を円筒状に保持してフィルタエレメントを形成している。エンドプレートは、一般的には金属、例えば鉄板によって形成され、円筒状にした濾材を接着して保持する。フィルタ装置は、こうして形成されたフィルタエレメントを、一面が開口する金属製のハウジングに収納した上で、セットプレートによって開口を閉じている。このとき、ハウジングの内部では、フィルタエレメントの外周側の空間と内周側の空間とが仕切られる。そこで、セットプレートに流入口と流出口とを形成し、フィルタエレメントの外周側の空間に流入口を連絡させ、内周側の空間に流出口を連絡させる。こうすることで、流入口から導入した流体をフィルタエレメントの濾材で濾過し、流出口から流し出すことができる。

このようなフィルタ装置の構造上、一対のエンドプレートのうち、セットプレートの側のエンドプレートには開口が形成されていなければならない。フィルタエレメントの内周面と流出口とを連絡するためである。これに対して、もう一方のエンドプレートは、閉塞されていなければならない。フィルタエレメントの外周側の空間と内周側の空間とを仕切るためである。

フィルタエレメントの外周側の空間と内周側の空間とを確実に分離するためには、開口を有するエンドプレートをセットプレートに密着させてシールすることが肝要である。そこで、従来、閉塞している方のエンドプレートをスプリングで付勢し、セットプレートの側のエンドプレートとセットプレートとの間の密着性を増して、両者を確実にシールするようにしている（特許文献１参照）。

特開平１１−０９０１１７号公報 特開２００６−１７５４３２公報

近年、濾材を円筒状に保持する一対のエンドプレートを、樹脂によって形成したフィルタエレメントが開発されている（特許文献２参照）。このようなフィルタエレメントは、その廃棄時に、エンドプレートを濾材と一緒に燃焼処理することができる。このため、濾材からエンドプレートを外して廃棄しなければならない金属製のエンドプレートを用いた伝統的なフィルタエレメントに対して、廃棄処理の容易化やこれに伴う廃棄コストの低減などの優位性を持っている。

これに加えて、樹脂製のエンドプレートを用いたフィルタエレメントのもう一つの優位性は、ハウジング内に組み込むに際して、スプリングによる付勢が不要であるということである。樹脂そのものに弾力性があるため、フィルタエレメントを少し押しつぶすようにしてハウジングの開口をセットプレートで閉じれば、セットプレートにエンドプレートを密着させてシールすることができるわけである。

図４は、樹脂製のエンドプレートを用いたフィルタエレメントを用いるフィルタ装置として、本出願の出願人が試作したものを示している。これは、既に公知の従来技術というわけではなく、あくまでも、本出願の出願人が秘密状態を保って試作したものである。

図４に示すように、フィルタエレメント５１は、一対の樹脂製のエンドプレート５２によって、濾材５３を円筒状に保持している。このようなフィルタエレメント５１は、一方のエンドプレート５２ａをハウジング１０１の内面に直接接触させ、もう一方のエンドプレート５２ｂをセットプレート２０１に直接接触させている。ハウジング１０１とセットプレート２０１とは、このようなフィルタエレメント５１の両端を接触させて支持する部分の距離を、寸法Ａとしている。寸法Ａは、フィルタエレメント５１の軸方向長さの寸法Ｂよりも、僅かに小さく設定されている。これにより、ハウジング１０１に収納されたフィルタエレメント５１は、その一対のエンドプレート５２が樹脂製であるが故に圧縮されて弾性変形し、セットプレート２０１との間の密着性を維持する。図４中、この密着性を維持する部分が、シール部Ｓとなる。

この出願の出願人は、図４に示すフィルタエレメント５１を試作する中で、フィルタエレメント５１の寸法管理の難しさという壁に行き当たった。つまり、フィルタエレメント５１は、寸法Ａよりも僅かに長い寸法Ｂの軸方向長さを備えていなければならないところ、この寸法Ｂが大きくばらついてしまうという問題である。フィルタエレメント５１の軸方向長さが寸法Ｂから大きくずれてしまうと、小さすぎる場合にはシール部Ｓのシール不良、大きすぎる場合には装置の組立困難という問題を引き起こす。この出願の出願人は、実際の試作の中で、フィルタエレメント５１には、全体として±０．５ｍｍ程度、軸方向の長さ寸法に誤差が発生することを確認した。この誤差の程度は、上記問題を引き起こすのに十分な誤差量である。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、フィルタエレメントの軸方向長さに大きな誤差が発生したとしても、シール部でのシール不良の問題や装置の組立困難の問題を克服することができるフィルタ装置を得ることを目的とする。

本発明は、（１）一対の樹脂製のエンドプレートによって濾材を円筒状に保持するフィルタエレメントと、（２）一面側が開口して別の一面側が内面凹面形状に閉じられ、内部に前記フィルタエレメントを収納するハウジングと、（３）前記ハウジングの閉じられた一面側の内面に対面する一方の前記エンドプレートの端面に突出形成されて前記フィルタエレメントの軸を中心とする円環軌跡上に位置するリブと、当該リブの外周に沿って配置された環状の弾性部材とを備え、前記ハウジングの閉じられた一面側の内面に前記一方のエンドプレートを接触させることなく前記弾性部材を弾性変形した状態で密着させる支持構造と、（４）前記ハウジングの開口する一面側に位置するもう一方の前記エンドプレートに密着する状態で当該ハウジングの開口する一面を閉塞し、前記フィルタエレメントの外周側の空間に連絡する第一の通路と内周側に連絡する第二の通路とを有するセットプレートと、を備えることによって、上記課題を解決した。

本発明によれば、ハウジングの閉じられた一面側の内面と一方のエンドプレートとの間に弾性変形可能な弾性部材を介在させ、シール部におけるセットプレートに対するフィルタエレメントの押し付け力を弾性部材の弾性復元力によって生じさせているので、フィルタエレメントの軸方向長さに誤差が発生したとしても、この誤差が、シール部におけるシール性や装置の組立性に影響を及ぼさないようにすることができ、したがって、シール部でのシール不良の問題や装置の組立困難の問題を確実に克服することができる。

実施の一形態として、左半分を縦断面にして示す装置全体の正面図。 一方のエンドプレートを下方から見た斜視図。 一方のエンドプレートに形成される連絡通路の部分を拡大して示す、その一方のエンドプレートを切欠きの部分で断面にした縦断正面図。 本出願の出願人が試作した、左半分を縦断面にして示す装置全体の正面図。

実施の一形態を図１ないし図３に基づいて説明する。図４において説明した部分と同一部分は、同一の符号で示す。

≪フィルタ装置の構造≫
図１に示すように、本実施の形態のフィルタ装置１１は、一対の樹脂製のエンドプレート５２によって濾材５３を円筒状に保持するフィルタエレメント５１を採用する。フィルタ装置１１は、フィルタエレメント５１を一面開口のハウジング１０１に収納し、その開口をセットプレート２０１で閉塞することで、フィルタエレメント５１をハウジング１０１の内部で強固に位置保持している。以下、各部の詳細構造を説明する。

（１）ハウジング
ハウジング１０１は、全体が金属によって一体に形成され、一面側が開口するカップのような円筒形状を有している。したがって、開口する一面側に開口面１０２を有し、別の一面側が閉じられている。この閉じられた別の一面側は、曲面形状をなしており、それ故、内面が凹面形状に形成されている。本実施の形態では、この凹面形状となった内面を、凹状内面１０３と呼ぶ。凹状内面１０３は、ハウジング１０１の軸が通る部分を最も窪ませ、この位置を中心として３６０度どの位置でも全て均等に対称をなす曲面形状に形成されている。

（２）フィルタエレメント
フィルタエレメント５１は、一対のエンドプレート５２のうち、ハウジング１０１の凹状内面１０３の側に位置する方をエンドプレート５２ａ、開口面１０２の側に位置する方をエンドプレート５２ｂとしている。一方のエンドプレート５２ａは、孔のない円板状のものであり、もう一方のエンドプレート５２ｂは、孔が開いた円板状のものである。エンドプレート５２ｂに形成された孔を、ここでは連絡孔５４と呼ぶ。

図２に示すように、エンドプレート５２ａは、ハウジング１０１の凹状内面１０３に対面する端面５５ａに、三個のリブ５６を突出形成している。これらのリブ５６は、フィルタエレメント５１の軸を中心とする円環軌跡上に配置されている。そして、図１及び図３に示すように、リブ５６の外周面側には、リブ５６に沿わせて、環状の弾性部材としてのＯリング５７が配置されている。Ｏリング５７は、例えばゴム製や樹脂製などの従来構造のもので、加圧されることによって弾性変形する。このようなＯリング５７は、ハウジング１０１の凹状内面１０３に密着し、この凹状内面１０３にエンドプレート５２ａを接触させないようにする役割を果たしている。本実施の形態では、このようなリブ５６とＯリング５７とによる構造を、支持構造５８と呼ぶ。支持構造５８については、後に、更に詳しく述べる。

図１に示すように、エンドプレート５２ｂは、連絡孔５４から立ち上がるシール用突部５９を形成している。シール用突部５９は、連絡孔５４に沿って円環状に形成されている。エンドプレート５２ｂに形成された連絡孔５４及びシール用突部５９は、共に、フィルタエレメント５１の軸を中心とする円周上に配置されている。

（３）セットプレート
セットプレート２０１は、全て金属製の二つの部材を一体的に固定して形成したものである。これらの二つの部材のうちの一つは、平板部材を円環形状に形成した外環プレート２０２である。外環プレート２０２は、同様に円環形状に形成されたゴム製のシールパッキン２０３をかしめて固定している。二つの部材のうちのもう一つは、平板部材を円環状に形成した口金プレート２０４である。口金プレート２０４は、外環プレート２０２の下面に溶接によって固定されている。このような口金プレート２０４の内周側の縁部は、ハウジング１０１の内部に向けて屈曲し、フィルタエレメント５１に接続する円環状の接続部２０５となっている。こうして形成されたセットプレート２０１は、ハウジング１０１の開口面１０２の縁部を外環プレート２０２でかしめることによって、ハウジング１０１に固定されている。

セットプレート２０１の一部である口金プレート２０４は、フィルタエレメント５１が備えるエンドプレート５２ｂと密着する。つまり、エンドプレート５２ｂに形成されたシール用突部５９と口金プレート２０４の接続部２０５とが嵌り合い、シール用突部５９の先端部が口金プレート２０４に密着する。この密着部分が、シール部Ｓである。シール部Ｓが形成されることで、ハウジング１０１の内部空間は、フィルタエレメント５１の外周側の外周空間ＯＳと内周側の内周空間ＩＳとに、濾材５３を挟んで分離される。そこで、口金プレート２０４は、シール部Ｓよりも外周側に複数個の流入口２０６（第一の通路）を形成し、シール部Ｓよりも内周側となる孔を流出口２０７（第二の通路）とする。流入口２０６は外周空間ＯＳに連絡し、流出口２０７は内周空間ＩＳに連絡する。

（４）支持構造
ここで、フィルタエレメント５１のエンドプレート５２ａの側に設けられた支持構造５８について、更に詳しく述べる。

エンドプレート５２ａは、リブ５６及びＯリング５７の部分に、このＯリング５７の外周側の空間と内周側の空間とを連絡させる連絡通路６０を形成している。前述したように、三個のリブ５６は、フィルタエレメント５１の軸を中心とする円環軌跡上に配置されている。したがって、これらのリブ５６は、別の見方をすると、三箇所に設けられた切欠き６１によって三分割されていることになる。連絡通路６０は、これらの切欠き６１を利用して形成されている。

つまり、図２及び図３に示すように、リブ５６を突出形成するエンドプレート５２ａの端面５５ａは、三個のリブ５６に取り囲まれたリブ５６の内周部分ＩＰＰの全体と、これらの三個のリブ５６に連なるリブ５６の外周部分ＯＰＰとを、同一の平面Ｐ内に位置付けている。これに対して、エンドプレート５２ａの外周付近から三個の切欠き６１に至る上記外周部分ＯＰＰを除く領域は、凹形状に形成されてその平面Ｐよりも一段下がった段部６２となっている。このため、図３に示すように、段部６２の部分においては、エンドプレート５２ａの端面５５ａとＯリング５７との間に、隙間が形成される。この隙間を形成する段部６２は、三個のリブ５６の内周にまで至っている。これにより、切欠き６１の部分では、Ｏリング５７の外周側と内周側とが連絡し、連絡通路６０が形成されるわけである。

更に、本実施の形態では、Ｏリング５７の内径とリブ５６の外径とを一致させている。これはつまり、Ｏリング５７の内径をリブ５６の外径よりも小さくすることや、Ｏリング５７の内径をリブ５６の外径よりも大きくすることをしていない、ということである。

≪フィルタ装置の製造方法≫
（１）第一の工程
フィルタ装置１１を製造するには、まず、エンドプレート５２ａの側を上に向けてフィルタエレメント５１を設置する。

（２）第二の工程
次に、エンドプレート５２ａに形成されたリブ５６の周囲に、Ｏリング５７を置く。

（３）第三の工程
次に、フィルタエレメント５１にハウジング１０１を被せる。この際、ハウジング１０１の内部の凹状内面１０３に、Ｏリング５７が密着する。

（４）第四の工程
次に、フィルタエレメント５１ごと、ハウジング１０１をひっくり返す。この際、フィルタエレメント５１がハウジング１０１から離脱しないように気をつける。

（５）第五の工程
そして最後に、ハウジング１０１の開口面１０２にセットプレート２０１を固定し、開口面１０２を閉塞する。セットプレート２０１の固定は、前述したように、ハウジング１０１の開口面１０２の縁部を、セットプレート２０１の外環プレート２０２でかしめることによって行なう。こうして、フィルタ装置１１が完成する。

完成したフィルタ装置１１では、エンドプレート５２ｂに形成されたシール用突部５９に、口金プレート２０４の接続部２０５が嵌り合う。この状態で、Ｏリング５７が圧縮されて弾性変形する。弾性変形したＯリング５７は、復元力を生ずる。Ｏリング５７の復元力は、シール用突部５９の先端部を口金プレート２０４に密着的に接触させる押し付け力となる。これによって、フィルタエレメント５１がセットプレート２０１に密着し、シール部Ｓが形成される。

≪フィルタ装置の作用効果≫
（１）フィルタ装置の作用
このような構成において、フィルタ装置１１は、セットプレート２０１に複数個形成されている流入口２０６から濾過対象となる流体を導入する。流入口２０６から流れ込んだ流体は、外周空間ＯＳに導かれた後、濾材５３を通って内周空間ＩＳに流れ込む。この際、濾材５３の通過によって流体が濾過されるわけである。内周空間ＩＳに導かれた濾過後の流体は、エンドプレート５２ｂに形成された連絡孔５４及びセットプレート２０１に形成された流出口２０７から外部に流れ出す。このような濾過の過程で、シール部Ｓは、フィルタエレメント５１とセットプレート２０１との密着性を維持するので、外周空間ＯＳと内周空間ＩＳとが確実に分離される。

本実施の形態のフィルタ装置１１において秀逸な点の一つは、Ｏリング５７の使い方である。Ｏリング５７は、一般的には、シール部材として用いる。これに対して、本実施の形態では、Ｏリング５７をシール部材としては用いておらず、その代り、Ｏリング５７が備える二つの異なる機能を活用している。

活用している一つ目の機能は、Ｏリング５７の弾性変形機能である。本実施の形態では、この弾性変形機能を利用し、不可避的に発生するフィルタエレメント５１の軸方向の寸法誤差を、上手く吸収している。

活用しているもう一つの機能は、Ｏリング５７の弾性変形に伴う復元機能である。本実施の形態では、この復元機能を利用し、フィルタエレメント５１をセットプレート２０１に密着させ、シール部Ｓを上手く形成している。

（２）フィルタ装置の基本的な効果
図１中、寸法Ｂは、フィルタエレメント５１の軸方向長さである。前述したように、この寸法Ｂについては、フィルタエレメント５１全体として、±０．５ｍｍ程度の誤差が発生する。図４に示したフィルタ装置の場合、一対のエンドプレート５２（５２ａ、５２ｂ）をハウジング１０１とセットプレート２０１とに直接接触させ、シール部Ｓにおけるシール性を一対のエンドプレート５２（５２ａ、５２ｂ）の弾性復元力に依存して得ている。このため、ハウジング１０１とセットプレート２０１との間の、一対のエンドプレート５２（５２ａ、５２ｂ）の接触部分の長さ寸法Ａ（図４参照）に対して、寸法Ｂは規定の誤差範囲に収まっていなければならない。ところが、±０．５ｍｍ程度という実際に生ずる誤差範囲は、そのような規定の誤差範囲を逸脱している。この当たりの問題については、「発明が解決しようとする課題」の項目に詳しく記載したので、参照されたい。

本実施の形態のフィルタ装置１１では、ハウジング１０１の内部の凹状内面１０３と一方のエンドプレート５２ａとの間に弾性変形可能なＯリング５７を介在させ、シール部Ｓにおけるセットプレート２０１に対するフィルタエレメント５１の押し付け力を、Ｏリング５７の弾性復元力によって生じさせている。このため、一方のエンドプレート５２ａは、凹状内面１０３に接触している必要がないし、接触もしていない。よって、些か抽象的に云うならば、寸法Ｂの基準となるべき寸法Ａという概念は、そもそも発生しない。これをより具象的に云うならば、フィルタエレメント５１の軸方向長さの寸法Ｂに誤差、例えば±０．５ｍｍ程度もの誤差が発生したとしても、この誤差は、シール部Ｓにおけるシール性や装置の組立性に何ら影響を与えない、ということになる。したがって、本実施の形態によれば、シール部Ｓでのシール不良の問題や装置の組立困難の問題を、確実に克服することができる。

（３）連絡経路が果たす役割
本実施の形態のフィルタ装置１１は、一方のエンドプレート５２ａに連絡通路６０を設けている。この連絡通路６０は、外周空間ＯＳの内部で、Ｏリング５７の外周側の空間と内周側の空間とを連絡させる役割を果たす。このため、複数個の流入口２０６から外周空間ＯＳに流れ込んだ流体は、Ｏリング５７の外周側から連絡通路６０を通って内周側に流入し、外周空間ＯＳ全体に行き渡る。図３では、この際の流体の流れを矢印で示している。
その結果、Ｏリング５７の内周側にエア溜りが形成されないことから、外周空間ＯＳ内の圧力がより均一化傾向を示し、圧力差によって生ずることが予想されるリブ５６の破損やＯリング５７の位置ずれ等の不都合を、確実に防止することができる。

本実施の形態では、このような優れた効果をもたらす連絡通路６０を、切欠き６１や段部６２といった簡単な構造によって実現している。端的に云って、このような切欠き６１や段部６２は、フィルタエレメント５１の製造に際して、エンドプレート５２ａを成型すするための型に対する樹脂の流し込みや射出成型という手順によって、容易に成型可能である。しかも、エンドプレート５２ａに対する成型が必須のリブ５６と型抜き方向が一緒であるため、入れ子などの工夫も不要である。

（４）Ｏリングにまつわる特有の効果
本実施の形態では、Ｏリング５７の内径とリブ５６の外径とを一致させている。これにより、リブ５６に装着することによるＯリング５７の弾性変形を防止することができる。その結果、Ｏリング５７の弾性変形によって生ずる復元力を、より効率よく、フィルタエレメント５１をセットプレート２０１に密着させる押し付け力に変換することができる。

もっとも、リブ５６に装着することによるＯリング５７の弾性変形防止という効果は、Ｏリング５７の内径とリブ５６の外径とが一致しているからというよりもむしろ、Ｏリング５７の内径寸法がリブ５６の外径寸法よりも小さくないから発生する効果であると云えよう。この意味からして、Ｏリング５７の内径とリブ５６の外径とは完全に一致している必要はなく、Ｏリング５７の内径がリブ５６の外径よりも僅かに大きく設定された状態であっても良い。

加えて、リブ５６に装着することによるＯリング５７の弾性変形の許容を前提とするならば、Ｏリング５７の内径がリブ５６の外径よりも小さく設定された状態であっても良く、このことをもって、本実施の形態のフィルタ装置１１が備える作用効果が完全に滅却されるわけではない。

以上、本実施の形態について説明した。実施に際しては、各種の変形や変更が許容されることは云うまでもない。例えば、本実施の形態において、Ｏリング５７は、環状の弾性部材を実現する一つの態様として採用しているに過ぎない。環状の弾性部材を実現することができるものであれば、Ｏリング５７に限らず、断面矩形状のゴム部材など、各種の変形や変更が許容される。

５１ フィルタエレメント
５２ エンドプレート
５２ａ エンドプレート（一方のエンドプレート）
５２ｂ エンドプレート（もう一方のエンドプレート）
５３ 濾材
５５ａ 端面
５６ リブ
５７ Ｏリング（弾性部材）
５８ 支持構造
６０ 連絡通路
６１ 切欠き
６２ 段部
１０１ ハウジング
１０３ 凹状内面（内面）
２０１ セットプレート
２０６ 流入口（第一の通路）
２０７ 流出口（第二の通路）

Claims (5)

1. 一対の樹脂製のエンドプレートによって濾材を円筒状に保持するフィルタエレメントと、
   一面側が開口して別の一面側が内面凹面形状に閉じられ、内部に前記フィルタエレメントを収納するハウジングと、
   前記ハウジングの閉じられた一面側の内面に対面する一方の前記エンドプレートの端面に突出形成されて前記フィルタエレメントの軸を中心とする円環軌跡上に位置するリブと、当該リブの外周に沿って配置された環状の弾性部材とを備え、前記ハウジングの閉じられた一面側の内面に前記一方のエンドプレートを接触させることなく前記弾性部材を弾性変形した状態で密着させる支持構造と、
   前記ハウジングの開口する一面側に位置するもう一方の前記エンドプレートに密着する状態で当該ハウジングの開口する一面を閉塞し、前記フィルタエレメントの外周側の空間に連絡する第一の通路と内周側に連絡する第二の通路とを有するセットプレートと、
   を備える、ことを特徴とするフィルタ装置。
2. 前記一方のエンドプレートは、前記リブ及び前記弾性部材の部分に、この弾性部材の外周側の空間と内周側の空間とを連絡させる連絡通路を備える、ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタ装置。
3. 前記連絡通路は、
   前記リブを複数個に分割する切欠きと、
   前記一方のエンドプレートの端面中、凹形状に形成されて前記切欠きに至る段部と、
   によって形成されている、ことを特徴とする請求項２に記載のフィルタ装置。
4. 前記弾性部材の内径と前記リブの外径とを一致させた、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一に記載のフィルタ装置。
5. 前記弾性部材として、Ｏリングを用いる、ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一に記載のフィルタ装置。

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