JP2017205689A - フィルタエレメント - Google Patents

Abstract

【課題】スラッジを除去し、さらにオイルの劣化を遅延させることができる。【解決手段】略中空円筒形状の濾材は、スラッジを除去する不織布製の第１の濾紙と、導電性を有する第２の濾紙と、を用いて形成されており、第１の濾紙が液体の通り抜ける方向に対して上流に配置されている。【選択図】 図３

Description

本発明は、フィルタエレメントに関する。

特許文献１には、導電性材料を混合した濾紙を用いたフィルタエレメントが開示されている。

実開昭６１−０７０２６７号公報

産業用設備や建設機械等の油圧装置に用いられる潤滑油や油圧作動油等のオイルは、油圧装置を動作させることによって酸化し、スラッジが発生する。スラッジがオイルに含まれると、スラッジが配管や機器の内部に付着して、油路が閉塞したり、機器が動作不良を起こしたりする。また、スラッジがオイルに含まれると、スラッジによりオイルの劣化が進んでしまう。したがって、オイルからスラッジを除去する必要がある。

特許文献１に記載の発明は、ディーゼル機関用の燃料を暖めて、高分子ガム状物質を分解する。しかしながら、ディーゼル機関用の燃料とは異なり、オイルを暖めたとしてもスラッジは分解されない。したがって、油圧装置に対して特許文献１に記載の発明を適用したとしても、スラッジを除去することはできない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、スラッジを除去し、さらにオイルの劣化を遅延させることができるフィルタエレメントを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るフィルタエレメントは、例えば、有底略円筒形状のフィルタケースの内部に設けられるフィルタエレメントであって、スラッジを除去する不織布製の第１の濾紙と、導電性を有する第２の濾紙と、を用いて形成された略中空円筒形状の濾材であって、前記第１の濾紙が液体の通り抜ける方向に対して上流に配置された濾材を備えたことを特徴とする。

本発明に係るフィルタエレメントによれば、略中空円筒形状の濾材は、スラッジを除去する不織布製の第１の濾紙と、導電性を有する第２の濾紙と、を用いて形成されており、第１の濾紙が液体の通り抜ける方向に対して上流に配置されている。これにより、第２の濾紙でオイルを濾過する前に、第１の濾紙でスラッジを除去することができる。また、第２の濾紙が導電性を有するため、第２の濾紙でオイルを濾過するときに第２の濾紙が帯電しない。これにより、第２の濾紙表面での火花放電を防止し、オイルの劣化を遅延させることができる。

ここで、前記濾材は、前記第１の濾紙と前記第２の濾紙とを重ねた状態でひだ折りにし、前記第２の濾紙が内側になるように両端を連結して円筒状に形成されてもよい。これにより、省スペースで、高性能なフィルタエレメントを提供することができる。

ここで、導電性を有し、前記濾材の両端に設けられる２枚のプレートを備え、前記濾材と前記２枚のプレートとは、導電性を有する接着剤を用いて貼着されてもよい。これにより、フィルタエレメント全体での帯電防止特性を向上させることができる。

ここで、前記第２の濾紙は、濾材繊維に、導電性繊維を略１５．６％以下の割合で付加して形成されてもよい。これにより、導電性と、濾紙の基本性能との両方の要求を満足する濾紙とすることができる。

本発明によれば、スラッジを除去し、さらにオイルの劣化を遅延させることができる。

本発明の第１の実施の形態にかかる濾過装置１の概略図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 濾材１２を説明するための分解斜視図である。 本発明の第２の実施の形態にかかるフィルタエレメント２Ａを示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。

＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態にかかる濾過装置１の概略を示す図である。濾過装置１は、潤滑油や油圧作動油等のオイルに含まれるスラッジ、コンタミ等を、フィルタを用いて除去するものであり、主として、フィルタエレメント２と、フィルタケース３とを有する。ここで、コンタミとは、外部からの侵入および内部より発生するゴミや金属粉等の異物である。スラッジとは、オイルの炭化水素が酸化してできた酸化物が重合、縮合等してゲル状になったものであり、粘着性を有する。図１においては、フィルタエレメント２及びフィルタケース３の右半分を断面表示している。

フィルタエレメント２は、主として、外筒１０と、内筒１１と、外筒１０と内筒１１との間に設けられる濾材１２と、外筒１０、内筒１１及び濾材１２の両端に設けられるプレート１３、１４と、ガスケット１５と、を有する。

外筒１０及び内筒１１は、両端に開口を有する略中空円筒形状の部材である。外筒１０及び内筒１１は、耐腐食性の高い材料（例えば、ステンレス）を用いて形成される。濾材１２は、径方向に厚みを有する略中空円筒形状である。内筒１１の高さは濾材１２の高さと略同一である。

外筒１０、内筒１１及び濾材１２について詳細に説明する。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。

外筒１０及び内筒１１の略全域には、孔１０ａ、１１ａが複数形成されている。孔１０ａは、外筒１０の外側と内側とを連通し、孔１１ａは、内筒１１の外側と内側とを連通している。なお、外筒１０は必須の構成ではない。

濾材１２は、合成樹脂や紙等を用いたシート状の濾紙をひだ折りにし、ひだ折りにした濾紙の両端を連結して形成された略中空円筒形状の部材である。濾紙をひだ折りにしているため、濾材１２には山１２ｍ、山１２ｎが形成されている。そして、ひだ折りにした濾紙を丸めて濾材１２としているため、濾材１２の内周側の山１２ｍと山１２ｍとの間隔は、外周側の山１２ｎと山１２ｎとの間隔より狭い。

濾材１２は、スラッジを除去する濾紙（第１の濾紙１２ａ、図３参照）と、導電性を有する濾紙（第２の濾紙１２ｂ、図３参照）と、を用いて形成される。濾材１２については、後に詳述する。

オイルは、濾材１２を外側から内側へ通過する。その際、液体中の不純物（コンタミ、スラッジ等）は、濾材１２によって除去される。濾材１２の内側へ通過した液体は、内筒１１に形成された孔１１ａを通過して内筒１１の内部へ流出する。

外筒１０、内筒１１及び濾材１２の一方の端にはプレート１３が設けられ、他方の端にはプレート１４が設けられる。プレート１３、１４は、有底略円筒形状の部材であり、導電性を有する材料、例えばカーボン、金属等の導電性物質（導電性フィラー）を混入させることにより導電性を付与した樹脂（導電性樹脂）もしくは金属を用いて形成される。

プレート１４にはガスケット１５が設けられ、プレート１３には図示しないガスケットが設けられる。ガスケット１５は、略中空円板形状の部材であり、軟質材料（例えばゴム）を用いて形成される。ガスケット１５は、流体が外部に漏れることを防止するシール部材である。ガスケット１５は、弾性を有する材料、例えばニトリルゴム（ＮＢＲ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）等の合成ゴムや、樹脂等を用いて形成される。また、ガスケット１５には、帯電防止コーティングを施す。なお、プレート１３及びプレート１４が樹脂を用いて形成されている場合には、ガスケット１５等を用いない場合もあり得る。

プレート１３、１４は、接着剤により外筒１０、内筒１１及び濾材１２に一体化される。これにより、外筒１０、内筒１１、濾材１２、プレート１３、プレート１４及びガスケット１５は、フィルタエレメント２として一体化される。なお、接着剤には、導電性物質（導電性フィラー）を混入させることにより導電性を付与する。

フィルタエレメント２は、フィルタケース３の内部に設けられる。フィルタケース３は、ケース２０と、ケース流入部２１と、ケース流出部２２と、蓋２３と、を有する。

ケース２０の側面には、ケース流入部２１が設けられる。また、ケース２０の底面２０ａには、ケース流出部２２が設けられる。さらに、ケース２０の上部には、開口部を覆うように、図示しないパッキンを介して蓋２３が設けられる。

蓋２３とフィルタエレメント２との間には、スプリング（図示せず）が設けられる。フィルタエレメント２は、スプリングにより図１下方向（蓋２３から底面２０ａへ向かう方向）に付勢される。これにより、フィルタエレメント２は、フィルタケース３内での姿勢が維持される。なお、フィルタエレメント２は、他の方法によりフィルタケース３に取り付けられてもよい。

図３は、濾材１２を説明するための分解斜視図である。濾材１２は、スラッジを除去する第１の濾紙１２ａと、第１の濾材の内側に設けられ、導電性材料を含む第２の濾紙１２ｂと、を有する。第１の濾紙１２ａは、液体の通り抜ける方向に対して上流に配置される。

第１の濾紙１２ａは、長繊維不織布製であり、外側の面１２１が全面的に起毛している。スラッジは、外側の面に形成された起毛部に保持される。

第１の濾紙１２ａの内側（第２の濾紙１２ｂ側）の面１２２は、起毛を消失させるための加熱処理である熱平滑化処理が施されている。熱平滑化処理は、不織布表面の空隙を閉塞させることによる濾過性能の低下を招くことなく、平滑な表面を形成することができる。なお、内側の面１２２には、必ずしも熱平滑化処理を施す必要は無い。

なお、第１の濾紙１２ａは、複数の層を有していても良い。例えば、起毛していない長繊維不織布の上に、表面が起毛した不織布等を重ねて第１の濾紙としてもよい。また、第１の濾紙１２ａは、短繊維を用いて形成された不織布でもよい。

第２の濾紙１２ｂは、第１の濾紙１２ａで除去されない（第１の濾紙１２ａを通過してしまう）コンタミ等を除去する濾紙である。第２の濾紙１２ｂは、ガラス繊維、セラミック繊維、セルロース繊維、ポリエステル繊維等の濾材繊維に、導電性の材料、例えば金属、炭素を用いた繊維（以下、導電性繊維という）を付加して形成された多孔質物質又は不織布である。これにより、第２の濾紙１２ｂは導電性を有する。なお、本発明において、濾材繊維とは、透過性、強度等の濾材の基本性能を濾材に付与する繊維である。本実施の形態では、ガラス繊維を用いる。

導電性繊維を用いない濾紙で生成された濾材をオイルが通過すると、オイルと濾紙との間の接触帯電により濾紙に静電気が蓄積する（帯電）。この静電気は火花放電を起こし（放電）、この火花放電によりオイルにラジカルを生じさせ、それによりオイルの自動酸化が促進され、スラッジが生成される。

それに対し、第２の濾紙１２ｂで生成された濾材には静電気が蓄積しないため、放電も発生しない。したがって、オイルの劣化を遅延させ、オイルの寿命を長くすることができる。

表１は、濾材繊維としてガラス繊維、導電性繊維として炭素繊維を用い、これらの繊維配合比を変えたときの実験結果を示す表である。なお、バインダーとして帯電防止用の添加剤を混入している。

炭素繊維を全く付加していないサンプル１に対し、炭素繊維を付加したサンプル２〜６は、絶縁抵抗値が大幅に小さくなっている。実験時には、サンプル１の濾紙を用いた濾材にオイルを流した場合には、濾材表面で火花放電が発生したが、サンプル２〜６の濾紙を用いた濾材にオイルを流した場合には、濾材表面で火花放電が発生しなかった。以上より、炭素繊維を付加することで、火花放電の発生を防止できることが判明した。

特に、絶縁抵抗値が１×１０^４以下であるサンプル５、６は、火花放電が発生するリスクがほとんど無いといってよい。ただし、炭素繊維の割合が高くなると、濾過粒度値が高くなり、濾過精度が低下する。したがって、全体における炭素繊維の割合を略１５．６％以下とすることが望ましい。

しかしながら、サンプル５、６では、濾過粒度値が、サンプル１〜４に比べて高く、１５μｍ台を超えてしまっている。したがって、導電性と、濾紙の基本性能との両方の要求を満足するためには、全体における炭素繊維の割合を略６．３％以下とすることが望ましい。

図３の説明に戻る。濾材１２は、第１の濾紙１２ａの内側の面１２２が第２の濾紙１２ｂと対向するように第１の濾紙１２ａと第２の濾紙１２ｂとを重ね、これらを一緒にひだ折りにし、第２の濾紙１２ｂが内側になるように両端を連結することで、円筒状に形成される。

次に、このように構成された濾過装置１の作用について説明する。図１における２点鎖線矢印は、液体の流れを示す。

濾過すべき液体（オイル）は、ケース流入部２１からケース２０内部へと流入する。ケース２０内部へと流入したオイルは、外筒１０に形成された孔１０ａ（図２参照）を通って濾材１２へ供給される。

まず、第１の濾紙１２ａの面１２１（起毛部）に、スラッジが保持される（図３参照）。外周側の山１２ｎと山１２ｎとの間隔は、内周側の山１２ｍと山１２ｍとの間隔より広い（図２参照）ため、より広い面積でスラッジを捕らえることができる。

第１の濾紙１２ａでスラッジが除去されたオイルは、第２の濾紙１２ｂを通過する（図３参照）。第２の濾紙１２ｂは導電性を有し、プレート１３、１４及びプレート１３、１４と濾材１２とを貼着する接着剤は導電性を有する。したがって、オイルが第２の濾紙１２ｂを通過するときに摩擦により発生した電荷は、第２の濾紙１２ｂからプレート１３、１４に向かって流れ、第２の濾紙１２ｂは帯電しない。これにより、フィルタエレメント２全体での帯電防止特性を向上させることができる。

また、プレート１４が設けられるケース２０が金属製である場合には、電荷は、第２の濾紙１２ｂからプレート１３、１４を介してケース２０に流れる。そのため、より帯電防止特性を向上させることができる。

第２の濾紙１２ｂを通過したオイルは、内筒１１に形成された孔１１ａ（図２参照）を介して、内筒１１の内部に流出する。内筒１１の内部に流入した液体は、ケース流出部２２から流出する。

本実施の形態によれば、第２の濾紙１２ｂでコンタミ等を除去する前に、第１の濾紙１２ａでスラッジを除去することができ、これによりオイルの劣化を遅延させることができる。さらに、本実施の形態によれば、第２の濾紙１２ｂでオイルを濾過するときに帯電、放電が発生しないため、オイルの酸化を防止し、スラッジの生成を抑制することができる。したがって、第１の濾紙１２ａと第２の濾紙１２ｂとを組み合わせて濾材１２を生成することで、フィルタでオイルを濾過しつつ、より効率的にオイルの劣化を遅延させることができる。

また、本実施の形態によれば、第１の濾紙１２ａと第２の濾紙１２ｂとを重ねて濾材１２を形成するため、省スペースで、高性能なフィルタエレメントを提供することができる。

なお、本実施の形態では、オイルが濾材１２の外側から内側へ流れるため、第１の濾紙１２ａが外側、第２の濾紙１２ｂが内側に配置されたが、液体の通り抜ける方向に対して上流に第１の濾紙１２ａが配置されていればよく、オイルが濾材の内側から外側へ流れる場合には、第１の濾紙１２ａを内側、第２の濾紙１２ｂを外側に配置すればよい。

また、本実施の形態では、第１の濾紙１２ａの外側の面１２１が全面的に起毛しており、この起毛部にスラッジが保持されたが、起毛部は必須ではない。起毛部が無い場合には、第１の濾紙１２ａ全体でスラッジを保持してもよい。

＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、第１の濾紙１２ａと第２の濾紙１２ｂとを重ね、これらを一緒にひだ折りにし、第２の濾紙１２ｂが内側になるように両端を連結して円筒状に丸めることにより濾材１２を形成したが、第１の濾紙１２ａと第２の濾紙１２ｂを有する濾材の形態はこれに限られない。

第２の実施の形態にかかるフィルタエレメント２Ａは、第１の濾紙１２ａと第２の濾紙１２ｂとで別々に濾材を生成する形態である。以下、フィルタエレメント２Ａについて説明する。なお、第１の実施の形態にフィルタエレメント２と同一の部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。

図４は、第２の実施の形態にかかるフィルタエレメント２Ａを示す図である。フィルタエレメント２Ａは、主として、内筒１１、１６と、濾材１２Ａ、１２Ｂと、プレート１３Ａ、１４Ａと、ガスケット（図示省略）と、を有する。

内筒１１、１６の略全域には、孔１１ａ、１６ａが複数形成されている。孔１１ａは、内筒１１の外側と内側とを連通し、孔１６ａは、内筒１６の外側と内側とを連通している。
内筒１１は、濾材１２Ｂの内側に設けられ、内筒１６は、濾材１２Ａの内側に設けられる。

濾材１２Ａは、第１の濾紙１２ａをひだ折りにし、面１２１が外側に来るように、ひだ折りにした濾紙の両端を連結して円筒状に丸めることによって形成される略中空円筒形状の部材である。濾材１２Ｂは、第２の濾紙１２ｂをひだ折りにし、ひだ折りにした濾紙の両端を連結して円筒状に丸めることによって形成される略中空円筒形状の部材である。濾材１２Ａは、濾材１２Ｂの内側（下流側）に設けられる

プレート１３Ａ、１４Ａは、導電性を有する材料を用いて形成される。プレート１３Ａは、プレート１３ａ、１３ｂを有し、プレート１４Ａは、プレート１４ａ、１４ｂを有する。濾材１２Ａ、内筒１６の一方の端にはプレート１３ａが設けられ、他方の端にはプレート１４ａが設けられる。濾材１２Ｂ、内筒１１の一方の端にはプレート１３ｂが設けられ、他方の端にはプレート１４ｂが設けられる。

ケース２０内部へと流入したオイルは、濾材１２Ａでスラッジが保持され、スラッジが除去されたオイルが濾材１２Ａを通過し、内筒１６に形成された孔１６ａを介して、内筒１６の内部に流出する。内筒１６の内部に流入した液体は、濾材１２Ｂでコンタミ等の塵埃が除去され、塵埃が除去されたオイルが濾材１２Ｂを通過する。濾材１２Ｂを通過したオイルは、内筒１１に形成された孔１１ａを介して、内筒１１の内部に流出する。

本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様、スラッジを除去し、さらにオイルの劣化を遅延させることができる。フィルタエレメント２Ａは、フィルタエレメント２に比べて大型化してしまうが、濾材１２Ａと濾材１２Ｂとで表面積を変えること等ができる。

なお、フィルタエレメント２Ａでは、濾材１２Ａと濾材１２Ｂとの間にすき間があるが、濾材１２Ａの内側に濾材１２Ｂがあればよく、濾材１２Ａと濾材１２Ｂとが隣接していてもよい。また、フィルタエレメント２Ａでは、濾材１２Ａと濾材１２Ｂとの高さが略同一であるが、濾材１２Ａと濾材１２Ｂとの高さが異なっていても良い。また、濾材１２Ａが液体の通り抜ける方向に対して上流に配置されていればよく、オイルが内側から外側に流れる場合には濾材１２Ｂの内側に濾材１２Ａがあればよい。

以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。当業者であれば、実施形態の各要素を、適宜、変更、追加、変換等することが可能である。

また、本発明において、「略」とは、厳密に同一である場合のみでなく、同一性を失わない程度の誤差や変形を含む概念である。例えば、略円筒形状とは、厳密に円筒形状の場合には限られず、例えば筒の角度が数度程度の誤差を含む概念である。また、例えば、略１５．６％は、１５．６％に限らず、誤差を含む概念である。また、例えば、単に平行、直交等と表現する場合において、厳密に平行、直交等の場合のみでなく、略平行、略直交等の場合を含むものとする。

１ ：濾過装置
２、２Ａ ：フィルタエレメント
３ ：フィルタケース
１０ ：外筒
１０ａ ：孔
１１、１６ ：内筒
１１ａ、１６ａ ：孔
１２、１２Ａ、１２Ｂ：濾材
１２ａ ：第１の濾紙
１２ｂ ：第２の濾紙
１２ｍ、１２ｎ ：山
１３、１３Ａ ：プレート
１３ａ、１３ｂ ：プレート
１４、１４Ａ ：プレート
１４ａ、１４ｂ ：プレート
１５ ：ガスケット
２０ ：ケース
２０ａ ：底面
２１ ：ケース流入部
２２ ：ケース流出部
２３ ：蓋
２４ ：バルブ
１２１、１２２ ：面

Claims (4)

1. 有底略円筒形状のフィルタケースの内部に設けられるフィルタエレメントであって、
   スラッジを除去する不織布製の第１の濾紙と、導電性を有する第２の濾紙と、を用いて形成された略中空円筒形状の濾材であって、前記第１の濾紙が液体の通り抜ける方向に対して上流に配置された濾材を備えたことを特徴とするフィルタエレメント。
2. 請求項１に記載のフィルタエレメントであって、
   前記濾材は、前記第１の濾紙と前記第２の濾紙とを重ねた状態でひだ折りにし、前記第２の濾紙が内側になるように両端を連結して円筒状に形成される
   ことを特徴とするフィルタエレメント。
3. 請求項１又は２に記載のフィルタエレメントであって、
   導電性を有し、前記濾材の両端に設けられる２枚のプレートを備え、
   前記濾材と前記２枚のプレートとは、導電性を有する接着剤を用いて貼着される
   ことを特徴とするフィルタエレメント。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のフィルタエレメントであって、
   前記第２の濾紙は、濾材繊維に、導電性繊維を略１５．６％以下の割合で付加して形成される
   ことを特徴とするフィルタエレメント。
   

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