フィルタエレメントおよびフィルタ装置
【課題】全体を大型化させることがないように単一のハウジング内で複数個の濾材による直列回路を構成しながら、用いる濾材に濾過面積の制約を生じさせない構造のフィルタエレメントおよびこれを用いたフィルタ装置を得ること。
【解決手段】環状に形成された一対の濾材１２（プレ濾材１２ａ、メイン濾材１２ｂ）の一方の端面同士を仕切プレート１７の両面に接合させて固定し、一対の濾材１２のもう一方の端面のそれぞれに、流体経路となる開口２０を有する一対のキャッププレート１９を接合して固定し、これらの一対の濾材１２を、一対のキャッププレート１９を気密に保持した状態で一方の濾材１２（プレ濾材１２ａ）ともう一方の濾材１２（メイン濾材１２ｂ）との外周面を流体流路となる一つの空間部ＣＳ内に配置する筒状のエレメントハウジング１３に収納した。
【解決手段】環状に形成された一対の濾材１２（プレ濾材１２ａ、メイン濾材１２ｂ）の一方の端面同士を仕切プレート１７の両面に接合させて固定し、一対の濾材１２のもう一方の端面のそれぞれに、流体経路となる開口２０を有する一対のキャッププレート１９を接合して固定し、これらの一対の濾材１２を、一対のキャッププレート１９を気密に保持した状態で一方の濾材１２（プレ濾材１２ａ）ともう一方の濾材１２（メイン濾材１２ｂ）との外周面を流体流路となる一つの空間部ＣＳ内に配置する筒状のエレメントハウジング１３に収納した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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エレメントおよびこれに用いるフィルタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィルタ装置では、これを使用する技術分野での技術革新等に呼応して、従来以上の濾過能力を求められることがある。一例として、ディーゼルエンジンの分野では、近年における厳しい環境規制に応じて、いわゆる次世代ディーゼルと呼ばれている高圧噴射の燃料システムを備えた技術が登場している。このようないわゆる次世代ディーゼルエンジンの分野では、燃料噴射システムを構成する部品の磨耗やかじりがその寿命に大きく影響することから、燃料をより清浄な状態に管理しなければならない。
【０００３】
例えば、従来は、図１０（ａ）に例示するように、高効率なメインフィルタ１だけによっても、要求される燃料の清浄度を維持することができていた。これに対して、次世代ディーゼルエンジンの分野では、そのような単一構成によっては、要求される燃料の清浄度を維持し得ないことが生じている。そこで、要求される燃料の清浄度を維持するためには、図１０（ｂ）に例示するようなプレフィルタ２とメインフィルタ１との間にポンプ３を介した組み合わせや、更には図１０（ｃ）に例示するようなプレフィルタ２と二つのメインフィルタ１との間にポンプ３を介した組み合わせというような構成が必要となる。
【０００４】
しかしながら、図１０（ｂ）や図１０（ｃ）のような濾過システムを構築する場合、どうしてもスペース効率が低下し、その上、コスト的にも割高となる。
【０００５】
そこで、複数個の濾材を一体的に組み込んで一つのフィルタ装置を構成することが考えられる。このような構造のフィルタ装置としては、従来、特許文献１に記載されているようなものが知られている。このフィルタ装置は、筒状の濾材の内側に小径の筒状の濾材を組み込んで二重構造にしたものである。これらの二つの濾材は、直列回路を構成している。このため、特許文献１中には特段の記載がないものの、図１０（ｂ）、（ｃ）で紹介したようなプレフィルタとメインフィルタとからなる濾過システムを、単一のハウジング内で実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１３０１４２公報
【特許文献２】特開平１０−１０９０２２号公報
【特許文献３】特開２００２−１５３７０５公報
【特許文献４】特開２００２−１５３７０６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された発明は、図１０（ｂ）、（ｃ）に記載された濾過システムと比較すると、フィルタ装置全体をコンパクトにすることができるという利点を有している。その反面、内側に収納する濾材は外側の濾材よりも濾過面積が相対的に小さくなってしまう。このため、濾過面積が小さい分だけ濾過能力が劣ることになるし、しかも、濾過時間の経過に伴う目詰まりが生じやすくなって圧力損失の増大を招くという問題がある。
【０００８】
そこで、この出願の発明者は、単一のハウジング内で複数個の濾材による直列回路を構成しながら、用いる濾材に濾過面積の制約を生じさせない新規な構造のフィルタ装置の実現に向けて研究開発を重ねた。その過程で先行技術調査をした結果、単一のハウジング内に複数個の濾材（フィルタエレメント）を収納するフィルタ装置こそ多々見受けられるものの（特許文献２〜４等）、直列回路を構成するように複数個の濾材（フィルタエレメント）を単一のハウジングに収納したフィルタ装置を見出すことができなかった。
【０００９】
例えば、特許文献２には、複数本のフィルタエレメントを並列に配置し、これらのフィルタエレメントを直列に接続した濾過装置（特許文献２では、「フィルター直列接続型のろ過モジュール」）が記載されている。また、特許文献３および４には、フィルタエレメントを複数直列に配列し、これらのフィルタエレメントを接続したフィルタ装置が記載されている。その接続構造として、特許文献３に記載されているフィルタ装置は、二つのフィルタエレメントの端部にそれぞれ上部ソケットと下部ソケットとを取り付け、これらの上部ソケットと下部ソケットとを接続ソケットで連結するという構造を採用している。特許文献４に記載されているフィルタ装置では、二つのフィルタエレメントを単一の連結用コアソケットで連結するという構造を採用している。しかしながら、特許文献２〜４に示されているフィルタ装置は、いずれも、濾過容量を増大させるように複数個のフィルタエレメントを用いる構造であって、直列回路をなすように複数個のフィルタエレメントを用いているわけではない。
【００１０】
ここで、「直列回路」という用語について確認する。特許文献２〜４にも、「フィルター直列接続型のろ過モジュール（特許文献２の段落０００２参照）」、「前記ろ過エレメントが、前記多孔管に沿って複数直列に配設（特許文献３の段落００１０参照）」、「ろ過エレメントを複数直列に連結（特許文献３の段落０００８参照）」などのように、「直列」の用語が用いられている。これに対して、「直列回路」というのは、濾過対象となる流体を一つの濾材（フィルタエレメント）で濾過した後、別の濾材（フィルタエレメント）で更に濾過するような、特許文献１や図１０（ｂ）および（ｃ）に示されているような構成を指す。
【００１１】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、全体を大型化させることがないように単一のハウジング内で複数個の濾材による直列回路を構成しながら、用いる濾材に濾過面積の制約を生じさせない構造のフィルタエレメントおよびこれを用いたフィルタ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、環状に形成された一対の濾材と、前記一対の濾材の一方の端面同士を両面に接合させて固定する仕切プレートと、前記一対の濾材のもう一方の端面にそれぞれ接合して固定されており、流体経路となる開口を有する一対のキャッププレートと、前記一対のキャッププレートを気密に保持し、一方の前記濾材ともう一方の前記濾材との外周面を前記流体流路となる一つの空間内に配置する筒状のエレメントハウジングと、を備えるフィルタエレメントによって上記課題を解決した。
【００１３】
本発明は、また、筒状のハウジングと、前記ハウジング内に収容された上記フィルタエレメントと、前記フィルタエレメントに対する流体の流入側と流出側とを区分けして前記ハウジング内で前記フィルタエレメントを保持する保持機構と、を備えるフィルタ装置によって上記課題を解決した。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、一方の濾材の内周面側から一対の濾材の外周面側に位置する共通の空間内を経てもう一方の濾材の内周面側に至る流路を形成するので、単一のエレメントハウジング内で複数個の濾材による直列回路を構成することができ、こうして直列回路を形成しながらも、一対の濾材が互いの濾過面積に構造上の制約を生じさせないようにすることができ、したがって、初期性能として濾過能力が高く、しかも、濾過時間の経過に伴う目詰まりによる圧力損失が生じにくいフィルタエレメントおよびこれを用いたフィルタ装置を得ることができる。これに加えて、本発明によれば、一対の濾材を単一の仕切プレートの両面にそれぞれ接合させて固定しているので、濾材の配列方向の長さ寸法を極限まで詰めることができ、フィルタエレメントおよびこれを用いたフィルタ装置全体の小型化にも寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の一形態である、フィルタエレメントの右半分を断面にして示すフィルタ装置の縦断正面図。
【図２】フィルタエレメントを構成する一つの濾材とこの濾材に対応する一対のキャップとを分解して示す分解斜視図。
【図３】折り畳んだ濾材の両端をカットする工程を示す（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図。
【図４】右半分を断面にしてフィルタエレメントの一例を示す縦断正面図。
【図５】右半分を断面にしてフィルタエレメントの別の一例を示す縦断正面図。
【図６】右半分を断面にしてフィルタエレメントの別の一例を示す縦断正面図。
【図７】右半分を断面にしてフィルタエレメントの更に別の一例を示す縦断正面図。
【図８】右半分を断面にしてフィルタエレメントの更に別の一例を示す縦断正面図。
【図９】実施の別の一形態である、フィルタエレメントの右半分を断面にして示すフィルタ装置の縦断正面図。
【図１０】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、従来用いられるフィルタユニットのバリエーションをそれぞれ例示する模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の一形態を図１ないし図９に基づいて説明する。本実施の形態は、燃料を濾過するための燃料フィルタ装置への適用例である。
【００１７】
図１は、フィルタエレメント１１の右半分を断面にして示すフィルタ装置１０１の縦断正面図である。本実施の形態のフィルタ装置１０１は、エンジン等に設けられたフィルタマウント（いずれも図示せず）に着脱自在に取り付けられる構造を有している。フィルタマウントは、フィルタ装置１０１による濾過を必要とする燃料の流路中に配置され、濾過前の燃料をフィルタ装置１０１に供給する領域と、濾過後の燃料をフィルタ装置１０１から供給される領域とを有している。フィルタ装置１０１は、フィルタマウントに装着されることにより、濾過前の燃料を濾過する。
【００１８】
フィルタ装置１０１は、図示しないフィルタマウントに着脱自在に取り付けられるハウジング１０２を有している。ハウジング１０２は、例えばアルミダイキャストによって製造された円筒形状の部材であり、上部にインレット１０３ａおよびアウトレット１０３ｂを有している。このようなハウジング１０２は、下面が開口しており、この開口部分からフィルタエレメント１１を出し入れすることができる。ハウジング１０２の下面に形成された開口部分は、キャップ１０４によって閉じられる。キャップ１０４は、ハウジング１０２と同様にアルミダイキャストによって製造された部材であり、ハウジング１０２にねじ止めされる。つまり、ハウジング１０２の開口部分には雌ねじ１０５ａが形成され、キャップ１０４にはその雌ねじ１０５ａにねじ込まれる雄ねじ１０５ｂが形成されている。そこで、雌ねじ１０５ａに雄ねじ１０５ｂをねじ込んで締め付けることで、ハウジング１０２にキャップ１０４を固定することができる。このようなねじ固定の構造は、互いに詰めつけられるハウジング１０２とキャップ１０４との接合部分にゴム製のＯリング１０６を介在させ、ハウジング１０２とキャップ１０４との間に形成される収納空間１０７の気密性を維持している。
【００１９】
ハウジング１０２の内部には、フィルタエレメント１１が内蔵されている。フィルタエレメント１１は、一対の濾材１２を直列に接続し、エレメントハウジング１３に収納した構造のものである。ハウジング１０２は、その内部に上ポスト１０８を備え、この上ポスト１０８とキャップ１０４に形成された下ポスト１０９との間でフィルタエレメント１１を挟んで保持している。ハウジング１０２は、上ポスト１０８によって、インレット１０３ａからフィルタエレメント１１の外周に至る流路とフィルタエレメント１１の内部を通ってアウトレット１０３ｂに至る流路とを分離している。
【００２０】
つまり、上ポスト１０８は、ハウジング１０２の内部天井面とフィルタエレメント１１の上面との間に導入空間ＩＳを形成するようにフィルタエレメント１１の位置を規制している。インレット１０３ａは、こうして形成された導入空間ＩＳに連絡している。そして、上ポスト１０８は、フィルタエレメント１１の後述する開口２０（図４参照）を円環状のパッキンＰＫで塞いでおり、フィルタエレメント１１とアウトレット１０３ｂとを連絡させる連絡孔１１０を内部に形成している。これにより、インレット１０３ａから導かれた燃料は導入空間ＩＳに導かれ、ハウジング１０２の内壁とフィルタエレメント１１の外周面との間を通ってキャップ１０４に至る。この際、フィルタエレメント１１は、その上部を円環状のコアレッサＣＬに覆われているので、導入空間ＩＳに導かれた燃料はコアレッサＣＬを通る。また、フィルタエレメント１１は、エレメントハウジング１３の外周面にフィン１４を螺旋状に形成している。フィン１４は、ハウジング１０２の内壁に近接しており、燃料を導く螺旋空間ＳＳを形成している。そこで、インレット１０３ａから導入空間ＩＳに導かれた燃料は、螺旋空間ＳＳを螺旋状に通過してキャップ１０４に至る。キャップ１０４に至った燃料は、フィルタエレメント１１の内部を通って上昇し、上ポスト１０８に形成された連絡孔１１０を通ってアウトレット１０３ｂから排出される。ここに、フィルタエレメント１１に対する燃料（流体）の流入側と流出側とを区分けしてハウジング１０２内でフィルタエレメント１１を保持する保持機構１１１が形成されている。
【００２１】
図２は、フィルタエレメント１１を構成する一つの濾材１２とこの濾材１２に対応する一対のプレート（仕切プレート１７およびキャッププレート１９）とを分解して示す分解斜視図である。濾材１２は、一例として、ガラス、ポリエステル、セルロース等の材料からなるシート形状の部材から作られる。当初はシート形状をしていた濾材１２は、波形形状に折目１５が付され、全体がドーナツ形状となるように環状に両端が繋ぎ合わされて形成されている。これにより、濾材１２には、複数個のプリーツ１６が形成される。これらのプリーツ１６は、濾材１２の上下方向に等幅で形成されており、上端と下端とのカットの仕方によって、上端側が下端側よりも小径のテーパ形状になるように形成されている。
図３は、折り畳んだ濾材１２の両端をカットする工程を示す（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。濾材１２の製造に際しては、濾材１２をなす矩形の材料を折目１５の部分で次々と折り込み、全てのプリーツ１６の部分を重ね合わせる。そして、全てのプリーツ１６の部分を重ね合わせた状態の材料の両端を斜めにカットする。図３（ａ）、（ｂ）中、カットする部分ＣＰをハッチングで示す。この場合、カットする傾斜方向を同一方向に揃え、カット後の両端が平行となるようにする。その後、斜めにカットした両端がそれぞれ一平面内に揃って位置付けられるように、矩形の材料の両端を繋ぎ合わせる。これにより、上端側が下端側よりも小径となるテーパ形状の濾材１２が完成する。このような濾材１２は、結果的に、大径となる下端側では、山折部分の方が谷折り部分よりも出っ張って形成され、小径となる上端側では、山折部分の方が谷折り部分よりも凹んで形成されている。このような出っ張りと凹みとの加減、換言すると、最初のカットの段階での傾斜角度の加減は、濾材１２にどの程度のテーパを付けるかによって決められる。こうすることで、濾材１２の両端面は、それぞれ、でこぼこすることなく一平面内に位置付けられる。図２では、一方の濾材１２しか示していないが、もう一方の濾材１２も同一形状で同一の大きさをしている。そして、ここでは、図２を参照して説明しているので、上端側が下端側よりも小径のテーパ形状と述べているが、濾材１２を転地反転させれば、言うまでもなく、下端側が上端側よりも小径のテーパ形状になる。
【００２２】
別の一例として、濾材１２の下端側から上端に向かうに従い折り間隔が狭くなるようにプリーツ１６を形成するようにしても良い。また、別の一例として、大径となる下端側では山折部分の方が谷折り部分よりも出っ張って形成され、小径となる上端側では山折部分の方が谷折り部分よりも凹んで形成されるよう、濾材１２の材料を折目１５で折り込む前の平面形状の段階からカットするようにしても良い。
【００２３】
環状に形成された一対の濾材１２は、一つの仕切プレート１７の表裏面に、小径側の端面を接合させた状態で接着固定されている。仕切プレート１７は、穴の開いていない平板状のもので、周縁部には表裏一対の土手部１８を有している。濾材１２は、これらの土手部１８にはまり込んだ状態となり、一対の濾材１２は仕切プレート１７によって完全に遮蔽される。
【００２４】
一対の濾材１２のもう一方の端部には、それぞれ、キャッププレート１９が固定されている。キャッププレート１９は、燃料のための流体流路となる開口２０を有する平板状のもので、周縁部には土手部２１を有している。濾材１２は、その土手部２１にはまり込んだ状態でキャッププレート１９に接着されている。
【００２５】
図４は、右半分を断面にしてフィルタエレメント１１の一例を示す縦断正面図である。図４では、コアレッサＣＬおよびフィン１４を省略してフィルタエレメント１１を示している。直列に接続された一対の濾材１２は、エレメントハウジング１３に収納されている。エレメントハウジング１３は、直菅状の円筒形状をした部材であり、それ故、内径が均一に形成されている。エレメントハウジング１３は、一対のキャッププレート１９を例えば接着によって固定することで、それらのキャッププレート１９の外周面を気密に保持している。そして、直列接続された一対の濾材１２は、仕切プレート１７の部分でくびれたような形状を有することから、エレメントハウジング１３は、一方の濾材１２ともう一方の濾材１２との外周面を一つの空間である空間部ＣＳ内に配置している。この空間部ＣＳは、燃料のための流体流路となる。説明の便宜上、以下、下側に位置する入口側の濾材１２をプレ濾材１２ａ、上側に位置する出口側の濾材１２をメイン濾材１２ｂと呼ぶ。
【００２６】
このような構成において、濾過すべき燃料は、インレット１０３ａからハウジング１０２内の導入空間ＩＳに流入し、螺旋空間ＳＳを通ってキャップ１０４に至り、プレ濾材１２ａの一端側からフィルタエレメント１１に流入する。そして、プレ濾材１２ａの内側から外側に抜けて空間部ＣＳに至る。空間部ＣＳに導かれた燃料は、メイン濾材１２ｂの外側から内側に抜け、そのメイン濾材１２ｂの端面から出てフィルタ装置１０１から流出する。こうして、濾過対象となる燃料は、プレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとによって濾過される。
【００２７】
このような燃料の濾過過程において、フィルタエレメント１１は、プレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとを有することから、優れた異物の濾過効率を発揮する。例えば、プレ濾材１２ａのダスト補足効率を５０％、メイン濾材１２ｂのダスト補足効率を９０％に設定したとする。すると、フィルタエレメント１１のダスト濾過効率は９５％となる。この場合には、燃料に１００個の異物が含まれていると想定した場合、プレ濾材１２ａを通過することで５０個の異物が濾過され、残りの５０個の異物がメイン濾材１２ｂを通過することで５個となるからである。別の一例として、プレ濾材１２ａおよびメイン濾材１２ｂとも、ダスト補足効率を９０％に設定したとすると、フィルタエレメント１１のダスト濾過効率は９９％となる。この場合には、燃料に１００個の異物が含まれていると想定した場合、プレ濾材１２ａを通過することで９０個の異物が濾過され、残りの１０個の異物がメイン濾材１２ｂを通過することで１個となるからである。このように、本実施の形態のフィルタ装置１０１によれば、一つのフィルタエレメント１１にプレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとが含まれているので、優れた異物の濾過効率を得ることができる。
【００２８】
このような基本的な濾過装置としての性能の高さのみならず、本実施の形態のフィルタ装置１０１は、幾つかの別の利点を備えている。以下、これらの利点を紹介する。
【００２９】
一つ目の利点は、組み合わせる濾材１２に構造上の制約をもたらさないということである。つまり、一対の濾材１２であるプレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとは、例えば一方をもう一方に収納するというような構造ではなく、互いに配置上の影響をもたらすことなく配列されている。このため、プレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとの濾過面積や濾過効率等を、別個独立して設定することができる。したがって、求める濾過性能を十分に発揮し得るようなプレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとの組み合わせが容易であり、設計の容易性および自由度を高めることができる。その結果、初期性能として濾過能力が高く、しかも、濾過時間の長さに応じた目詰まりによる圧力損失が生じにくいフィルタエレメント１１およびこれを用いたフィルタ装置１０１を実現することができる。
【００３０】
二つ目の利点は、装置の小型化を実現することができるということである。つまり、本実施の形態によれば、一対の濾材１２であるプレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとを単一の仕切プレート１７の両面にそれぞれ接合させて固定しているので、一対の濾材１２の配列方向の長さ寸法を極限まで詰めることができる。これにより、直列回路を構成しながらも、より小型のフィルタ装置１０１とすることができる。
【００３１】
装置の小型化を実現することができる理由は、これに留まらない。本実施の形態においては、テーバ形状に形成した一対の濾材１２（プレ濾材１２ａ、メイン濾材１２ｂ）を互いの小径部分で接続することで、接続後の濾材１２にくびれた形状を作り出している。そして、このくびれ部分によって、空間部ＣＳを形成している。これにより、フィルタ装置１０１の径方向の小型化が実現している。
【００３２】
これに加えて、本実施の形態では、一対の濾材１２（プレ濾材１２ａ、メイン濾材１２ｂ）に同一形状で同一の大きさのものを用いている。その結果、プレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとは、小径側同士と大径側同士とを同一径としている。このため、どの部分でも内径が同一径である直管形状のエレメントハウジング１３を用いることができる。また、プレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとの小径部分同士を接合固定させる仕切プレート１７についても、その表裏面の形状および大きさの共通化を図ることができる。したがって、エレメントハウジング１３および仕切プレート１７について、部品形状の単純化を図ることができる。
【００３３】
三つ目の利点は、燃料に混入する水分による濾過性能への影響を軽減することができるということである。つまり、燃料に水分が混入している場合、これが濾材１２に付着し、濾過効率を低下させることが知られている。これに対して、本実施の形態のフィルタエレメント１１では、燃料を最初に濾過するプレ濾材１２ａの内面が垂直ではなく下方を向いて傾斜配置されている。このため、プレ濾材１２ａに至った燃料中の水分は、プレ濾材１２ａから下方に落とされる作用をより強く受ける。この場合、プレ濾材１２ａに撥水性を持たせることで、このような水分の落下作用がより顕著に発生する。その結果、燃料に混入している水分が濾材１２に付着することによる濾過効率の低下が抑制され、濾過効率の向上を図ることができる。
【００３４】
図５は、右半分を断面にしてフィルタエレメント１１の別の一例を示す縦断正面図である。図５では、コアレッサＣＬおよびフィン１４を省略してフィルタエレメント１１を示している。本例では、燃料の流入側となるプレ濾材１２ａの方が流出側となるメイン濾材１２ｂよりも軸方向に長く形成されている。これにより、フィルタエレメント１１の軸線に対する傾斜角度が、プレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとの比較において、プレ濾材１２ａは小さくメイン濾材１２ｂは大きくなる。このため、プレ濾材１２ａの内側から空間部ＣＳに流れる燃料の流れの屈曲具合が小さくなってその流れを滑らかにすることができ、また、空間部ＣＳからメイン濾材１２ｂの内側に入り込む燃料の流れの屈曲具合も小さくなってその流れを滑らかにすることができる。したがって、燃料の流れがより円滑になり、フィルタエレメント１１で発生する圧力損失をより抑えることができる。
【００３５】
また、図５に例示するフィルタエレメント１１では、燃料の流入側となるプレ濾材１２ａの方が流出側となるメイン濾材１２ｂよりも軸方向に長く形成されているので、プレ濾材１２ａの濾過面積の方がメイン濾材１２ｂの濾過面積よりも大きく設定されている。そこで、プレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとの濾過面積を適宜調節することで、両者のライフのバランスを最適化することが可能となる。つまり、例えば図１０（ｂ）、（ｃ）に例示するようなメインフィルタ１とプレフィルタ２とからなるシステムを、燃料の汚染状態が悪い条件下で使用した場合、プレフィルタ２の濾材（図１０中には図示せず）の方がメインフィルタ１の濾材（図１０中には図示せず）よりも早期に閉塞する。そこで、従来、プレフィルタ２の交換時期をメインフィルタ１の交換時期の半分となるように設定したり、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すようにプレフィルタ２の濾過面積をメインフィルタ１の濾過面積よりも増やして両者の交換時期を一致させたりするようにしている。これに対して、図５に例示するフィルタエレメント１１は、プレ濾材１２ａの濾過面積の方がメイン濾材１２ｂの濾過面積よりも大きく設定されているのであるから、プレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとの濾過面積を適宜調節することで、両者のライフのバランスを最適化することができるわけである。
【００３６】
図６は、右半分を断面にしてフィルタエレメント１１の別の一例を示す縦断正面図である。図６では、コアレッサＣＬおよびフィン１４を省略してフィルタエレメント１１を示している。本例では、燃料の流入側となるプレ濾材１２ａよりも流出側となるメイン濾材１２ｂの方が軸方向に長く形成されている。これにより、濾過時間の経過に伴う目詰まりに関して、目詰まりが生ずるまでの時間の長さ、つまり耐用時間を長くすることができる。つまり、プレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとを比較した場合、ダスト補足率を高めるためにより目を細かくしたメイン濾材１２ｂの方が目詰まりしやすい。これに対して、本例では、プレ濾材１２ａとの比較においてメイン濾材１２ｂの方が相対的に大きな濾過面積を有しているため、メイン濾材１２ｂ単独で見た場合のみならず、フィルタエレメント１１全体として、目詰まりが生ずるまでの時間の長さを長くして、耐用時間が長いフィルタエレメント１１を得ることができる。
【００３７】
前述したように、例えば図１０（ｂ）、（ｃ）に例示するようなメインフィルタ１とプレフィルタ２とからなるシステムを使用した場合、プレフィルタ２の濾材（図１０中には図示せず）の方がメインフィルタ１の濾材（図１０中には図示せず）よりも早期に閉塞する。このため、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、プレフィルタ２の濾過面積をメインフィルタ１の濾過面積よりも増やして両者の交換時期を一致させようにしていることは、前述の通りである。これに対して、図６に例示するフィルタエレメント１１では、燃料の流入側となるプレ濾材１２ａよりも流出側となるメイン濾材１２ｂの方が軸方向に長く形成されているので、プレ濾材１２ａの濾過面積よりもメイン濾材１２ｂの濾過面積の方が大きく設定されてしまう。このため、本例のフィルタエレメント１１は、プレ濾材１２ａの閉塞が殆ど問題とならないような、比較的燃料が清浄な地域向け用として適用することが好適である。
【００３８】
図７は、右半分を断面にしてフィルタエレメント１１の更に別の一例を示す縦断正面図である。図７では、コアレッサＣＬおよびフィン１４を省略してフィルタエレメント１１を示している。本例では、一対の濾材１２であるプレ濾材１２ａおよびメイン濾材１２ｂとして、共に、外径が均一の円筒形状のものを採用している。その上で、エレメントハウジング１３の形状の工夫によってその内部に空間部ＣＳを形成している。つまり、エレメントハウジング１３は、一対のキャッププレート１９よりも大径に形成されている。これにより、濾材１２とエレメントハウジング１３との間に自ずと空間部ＣＳが形成されている。このようなフィルタエレメント１１は、濾材１２としてテーパを付けたような特殊形状のものを用いる必要がないため、採用する濾材１２の選択の幅を広げることができる。
【００３９】
図８は、右半分を断面にしてフィルタエレメント１１の更に別の一例を示す縦断正面図である。図８では、コアレッサＣＬおよびフィン１４を省略してフィルタエレメント１１を示している。本例では、一対の濾材１２であるプレ濾材１２ａおよびメイン濾材１２ｂとして、共に、外径が均一の円筒形状のものを採用している。その上で、エレメントハウジング１３の形状上の工夫によってその内部に空間部ＣＳを形成している。つまり、エレメントハウジング１３は、一対のキャッププレート１９を保持する両端側に対して、中央部分が膨らんだ形状を有している。そして、この膨らんだ中央部分の内部は、一対の濾材１２の外周に凹面２２を対面させる曲面形状に形成されている。このようなフィルタエレメント１１は、図７に示すフィルタエレメントと同様に、濾材１２としてテーパを付けたような特殊形状のものを用いる必要がないため、採用する濾材１２の選択の幅を広げることができる。また、一対の濾材１２の外周に対面する凹面２２が曲面形状となっているので、流体である燃料の流れがより円滑になり、フィルタエレメント１１で発生する圧力損失を抑えることができる。
【００４０】
図９は、実施の別の一形態である、フィルタエレメント１１の右半分を断面にして示すフィルタ装置１０１の縦断正面図である。本実施の形態では、プレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとからなる一対の濾材１２が、二組組み合わされてフィルタエレメント１１に収納されている。二組の一対の濾材１２は、キャッププレート１９を共用している。図９中、共用しているキャッププレート１９をキャッププレート１９Ａの符号で示す。フィルタエレメント１１は、そのキャッププレート１９Ａを挟んで上下一対ずつの空間部ＣＳを有している。
【００４１】
このような構成において、濾過すべき燃料は、インレット１０３ａからハウジング１０２内の導入空間ＩＳに流入し、螺旋空間ＳＳを通ってキャップ１０４に至り、下方に位置するプレ濾材１２ａ１の一端側からフィルタエレメント１１に流入する。そして、そのプレ濾材１２ａ１の内側から外側に抜けて下方に位置する空間部ＣＳに至る。空間部ＣＳに導かれた燃料は、下方に位置するプレ濾材１２ａ２の外側から内側に抜け、プレ濾材１２ａ２の端面からキャッププレート１９Ａに形成された開口２０を介して上方に位置するメイン濾材１２ｂ１の内側に至る。そして、そのメイン濾材１２ｂ１の内側から外側に抜けて上方に位置する空間部ＣＳに至る。空間部ＣＳに導かれた燃料は、上方に位置するメイン濾材１２ｂ２の外側から内側に抜け、フィルタ装置１０１から流出する。こうして、濾過対象となる燃料は、一対のプレ濾材１２ａ１および１２ａ２からなる一組の濾材１２ａと、別の一対のメイン濾材１２ｂ１および１２ｂ２からなるもう一組の濾材１２ｂとによって濾過される。
【００４２】
本実施の形態のような濾材１２の多層構造は、様々な種類の濾材１２を組み合わせる必要がある場合に、極めて有効な構造である。
【符号の説明】
【００４３】
１１ フィルタエレメント
１２ 濾材
１３ エレメントハウジング
１７ 仕切プレート
１９ キャッププレート
２０ 開口
２２ 凹面
１０２ ハウジング
１１１ 保持機構
【技術分野】
【０００１】
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エレメントおよびこれに用いるフィルタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィルタ装置では、これを使用する技術分野での技術革新等に呼応して、従来以上の濾過能力を求められることがある。一例として、ディーゼルエンジンの分野では、近年における厳しい環境規制に応じて、いわゆる次世代ディーゼルと呼ばれている高圧噴射の燃料システムを備えた技術が登場している。このようないわゆる次世代ディーゼルエンジンの分野では、燃料噴射システムを構成する部品の磨耗やかじりがその寿命に大きく影響することから、燃料をより清浄な状態に管理しなければならない。
【０００３】
例えば、従来は、図１０（ａ）に例示するように、高効率なメインフィルタ１だけによっても、要求される燃料の清浄度を維持することができていた。これに対して、次世代ディーゼルエンジンの分野では、そのような単一構成によっては、要求される燃料の清浄度を維持し得ないことが生じている。そこで、要求される燃料の清浄度を維持するためには、図１０（ｂ）に例示するようなプレフィルタ２とメインフィルタ１との間にポンプ３を介した組み合わせや、更には図１０（ｃ）に例示するようなプレフィルタ２と二つのメインフィルタ１との間にポンプ３を介した組み合わせというような構成が必要となる。
【０００４】
しかしながら、図１０（ｂ）や図１０（ｃ）のような濾過システムを構築する場合、どうしてもスペース効率が低下し、その上、コスト的にも割高となる。
【０００５】
そこで、複数個の濾材を一体的に組み込んで一つのフィルタ装置を構成することが考えられる。このような構造のフィルタ装置としては、従来、特許文献１に記載されているようなものが知られている。このフィルタ装置は、筒状の濾材の内側に小径の筒状の濾材を組み込んで二重構造にしたものである。これらの二つの濾材は、直列回路を構成している。このため、特許文献１中には特段の記載がないものの、図１０（ｂ）、（ｃ）で紹介したようなプレフィルタとメインフィルタとからなる濾過システムを、単一のハウジング内で実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１３０１４２公報
【特許文献２】特開平１０−１０９０２２号公報
【特許文献３】特開２００２−１５３７０５公報
【特許文献４】特開２００２−１５３７０６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された発明は、図１０（ｂ）、（ｃ）に記載された濾過システムと比較すると、フィルタ装置全体をコンパクトにすることができるという利点を有している。その反面、内側に収納する濾材は外側の濾材よりも濾過面積が相対的に小さくなってしまう。このため、濾過面積が小さい分だけ濾過能力が劣ることになるし、しかも、濾過時間の経過に伴う目詰まりが生じやすくなって圧力損失の増大を招くという問題がある。
【０００８】
そこで、この出願の発明者は、単一のハウジング内で複数個の濾材による直列回路を構成しながら、用いる濾材に濾過面積の制約を生じさせない新規な構造のフィルタ装置の実現に向けて研究開発を重ねた。その過程で先行技術調査をした結果、単一のハウジング内に複数個の濾材（フィルタエレメント）を収納するフィルタ装置こそ多々見受けられるものの（特許文献２〜４等）、直列回路を構成するように複数個の濾材（フィルタエレメント）を単一のハウジングに収納したフィルタ装置を見出すことができなかった。
【０００９】
例えば、特許文献２には、複数本のフィルタエレメントを並列に配置し、これらのフィルタエレメントを直列に接続した濾過装置（特許文献２では、「フィルター直列接続型のろ過モジュール」）が記載されている。また、特許文献３および４には、フィルタエレメントを複数直列に配列し、これらのフィルタエレメントを接続したフィルタ装置が記載されている。その接続構造として、特許文献３に記載されているフィルタ装置は、二つのフィルタエレメントの端部にそれぞれ上部ソケットと下部ソケットとを取り付け、これらの上部ソケットと下部ソケットとを接続ソケットで連結するという構造を採用している。特許文献４に記載されているフィルタ装置では、二つのフィルタエレメントを単一の連結用コアソケットで連結するという構造を採用している。しかしながら、特許文献２〜４に示されているフィルタ装置は、いずれも、濾過容量を増大させるように複数個のフィルタエレメントを用いる構造であって、直列回路をなすように複数個のフィルタエレメントを用いているわけではない。
【００１０】
ここで、「直列回路」という用語について確認する。特許文献２〜４にも、「フィルター直列接続型のろ過モジュール（特許文献２の段落０００２参照）」、「前記ろ過エレメントが、前記多孔管に沿って複数直列に配設（特許文献３の段落００１０参照）」、「ろ過エレメントを複数直列に連結（特許文献３の段落０００８参照）」などのように、「直列」の用語が用いられている。これに対して、「直列回路」というのは、濾過対象となる流体を一つの濾材（フィルタエレメント）で濾過した後、別の濾材（フィルタエレメント）で更に濾過するような、特許文献１や図１０（ｂ）および（ｃ）に示されているような構成を指す。
【００１１】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、全体を大型化させることがないように単一のハウジング内で複数個の濾材による直列回路を構成しながら、用いる濾材に濾過面積の制約を生じさせない構造のフィルタエレメントおよびこれを用いたフィルタ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、環状に形成された一対の濾材と、前記一対の濾材の一方の端面同士を両面に接合させて固定する仕切プレートと、前記一対の濾材のもう一方の端面にそれぞれ接合して固定されており、流体経路となる開口を有する一対のキャッププレートと、前記一対のキャッププレートを気密に保持し、一方の前記濾材ともう一方の前記濾材との外周面を前記流体流路となる一つの空間内に配置する筒状のエレメントハウジングと、を備えるフィルタエレメントによって上記課題を解決した。
【００１３】
本発明は、また、筒状のハウジングと、前記ハウジング内に収容された上記フィルタエレメントと、前記フィルタエレメントに対する流体の流入側と流出側とを区分けして前記ハウジング内で前記フィルタエレメントを保持する保持機構と、を備えるフィルタ装置によって上記課題を解決した。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、一方の濾材の内周面側から一対の濾材の外周面側に位置する共通の空間内を経てもう一方の濾材の内周面側に至る流路を形成するので、単一のエレメントハウジング内で複数個の濾材による直列回路を構成することができ、こうして直列回路を形成しながらも、一対の濾材が互いの濾過面積に構造上の制約を生じさせないようにすることができ、したがって、初期性能として濾過能力が高く、しかも、濾過時間の経過に伴う目詰まりによる圧力損失が生じにくいフィルタエレメントおよびこれを用いたフィルタ装置を得ることができる。これに加えて、本発明によれば、一対の濾材を単一の仕切プレートの両面にそれぞれ接合させて固定しているので、濾材の配列方向の長さ寸法を極限まで詰めることができ、フィルタエレメントおよびこれを用いたフィルタ装置全体の小型化にも寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の一形態である、フィルタエレメントの右半分を断面にして示すフィルタ装置の縦断正面図。
【図２】フィルタエレメントを構成する一つの濾材とこの濾材に対応する一対のキャップとを分解して示す分解斜視図。
【図３】折り畳んだ濾材の両端をカットする工程を示す（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図。
【図４】右半分を断面にしてフィルタエレメントの一例を示す縦断正面図。
【図５】右半分を断面にしてフィルタエレメントの別の一例を示す縦断正面図。
【図６】右半分を断面にしてフィルタエレメントの別の一例を示す縦断正面図。
【図７】右半分を断面にしてフィルタエレメントの更に別の一例を示す縦断正面図。
【図８】右半分を断面にしてフィルタエレメントの更に別の一例を示す縦断正面図。
【図９】実施の別の一形態である、フィルタエレメントの右半分を断面にして示すフィルタ装置の縦断正面図。
【図１０】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、従来用いられるフィルタユニットのバリエーションをそれぞれ例示する模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の一形態を図１ないし図９に基づいて説明する。本実施の形態は、燃料を濾過するための燃料フィルタ装置への適用例である。
【００１７】
図１は、フィルタエレメント１１の右半分を断面にして示すフィルタ装置１０１の縦断正面図である。本実施の形態のフィルタ装置１０１は、エンジン等に設けられたフィルタマウント（いずれも図示せず）に着脱自在に取り付けられる構造を有している。フィルタマウントは、フィルタ装置１０１による濾過を必要とする燃料の流路中に配置され、濾過前の燃料をフィルタ装置１０１に供給する領域と、濾過後の燃料をフィルタ装置１０１から供給される領域とを有している。フィルタ装置１０１は、フィルタマウントに装着されることにより、濾過前の燃料を濾過する。
【００１８】
フィルタ装置１０１は、図示しないフィルタマウントに着脱自在に取り付けられるハウジング１０２を有している。ハウジング１０２は、例えばアルミダイキャストによって製造された円筒形状の部材であり、上部にインレット１０３ａおよびアウトレット１０３ｂを有している。このようなハウジング１０２は、下面が開口しており、この開口部分からフィルタエレメント１１を出し入れすることができる。ハウジング１０２の下面に形成された開口部分は、キャップ１０４によって閉じられる。キャップ１０４は、ハウジング１０２と同様にアルミダイキャストによって製造された部材であり、ハウジング１０２にねじ止めされる。つまり、ハウジング１０２の開口部分には雌ねじ１０５ａが形成され、キャップ１０４にはその雌ねじ１０５ａにねじ込まれる雄ねじ１０５ｂが形成されている。そこで、雌ねじ１０５ａに雄ねじ１０５ｂをねじ込んで締め付けることで、ハウジング１０２にキャップ１０４を固定することができる。このようなねじ固定の構造は、互いに詰めつけられるハウジング１０２とキャップ１０４との接合部分にゴム製のＯリング１０６を介在させ、ハウジング１０２とキャップ１０４との間に形成される収納空間１０７の気密性を維持している。
【００１９】
ハウジング１０２の内部には、フィルタエレメント１１が内蔵されている。フィルタエレメント１１は、一対の濾材１２を直列に接続し、エレメントハウジング１３に収納した構造のものである。ハウジング１０２は、その内部に上ポスト１０８を備え、この上ポスト１０８とキャップ１０４に形成された下ポスト１０９との間でフィルタエレメント１１を挟んで保持している。ハウジング１０２は、上ポスト１０８によって、インレット１０３ａからフィルタエレメント１１の外周に至る流路とフィルタエレメント１１の内部を通ってアウトレット１０３ｂに至る流路とを分離している。
【００２０】
つまり、上ポスト１０８は、ハウジング１０２の内部天井面とフィルタエレメント１１の上面との間に導入空間ＩＳを形成するようにフィルタエレメント１１の位置を規制している。インレット１０３ａは、こうして形成された導入空間ＩＳに連絡している。そして、上ポスト１０８は、フィルタエレメント１１の後述する開口２０（図４参照）を円環状のパッキンＰＫで塞いでおり、フィルタエレメント１１とアウトレット１０３ｂとを連絡させる連絡孔１１０を内部に形成している。これにより、インレット１０３ａから導かれた燃料は導入空間ＩＳに導かれ、ハウジング１０２の内壁とフィルタエレメント１１の外周面との間を通ってキャップ１０４に至る。この際、フィルタエレメント１１は、その上部を円環状のコアレッサＣＬに覆われているので、導入空間ＩＳに導かれた燃料はコアレッサＣＬを通る。また、フィルタエレメント１１は、エレメントハウジング１３の外周面にフィン１４を螺旋状に形成している。フィン１４は、ハウジング１０２の内壁に近接しており、燃料を導く螺旋空間ＳＳを形成している。そこで、インレット１０３ａから導入空間ＩＳに導かれた燃料は、螺旋空間ＳＳを螺旋状に通過してキャップ１０４に至る。キャップ１０４に至った燃料は、フィルタエレメント１１の内部を通って上昇し、上ポスト１０８に形成された連絡孔１１０を通ってアウトレット１０３ｂから排出される。ここに、フィルタエレメント１１に対する燃料（流体）の流入側と流出側とを区分けしてハウジング１０２内でフィルタエレメント１１を保持する保持機構１１１が形成されている。
【００２１】
図２は、フィルタエレメント１１を構成する一つの濾材１２とこの濾材１２に対応する一対のプレート（仕切プレート１７およびキャッププレート１９）とを分解して示す分解斜視図である。濾材１２は、一例として、ガラス、ポリエステル、セルロース等の材料からなるシート形状の部材から作られる。当初はシート形状をしていた濾材１２は、波形形状に折目１５が付され、全体がドーナツ形状となるように環状に両端が繋ぎ合わされて形成されている。これにより、濾材１２には、複数個のプリーツ１６が形成される。これらのプリーツ１６は、濾材１２の上下方向に等幅で形成されており、上端と下端とのカットの仕方によって、上端側が下端側よりも小径のテーパ形状になるように形成されている。
図３は、折り畳んだ濾材１２の両端をカットする工程を示す（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。濾材１２の製造に際しては、濾材１２をなす矩形の材料を折目１５の部分で次々と折り込み、全てのプリーツ１６の部分を重ね合わせる。そして、全てのプリーツ１６の部分を重ね合わせた状態の材料の両端を斜めにカットする。図３（ａ）、（ｂ）中、カットする部分ＣＰをハッチングで示す。この場合、カットする傾斜方向を同一方向に揃え、カット後の両端が平行となるようにする。その後、斜めにカットした両端がそれぞれ一平面内に揃って位置付けられるように、矩形の材料の両端を繋ぎ合わせる。これにより、上端側が下端側よりも小径となるテーパ形状の濾材１２が完成する。このような濾材１２は、結果的に、大径となる下端側では、山折部分の方が谷折り部分よりも出っ張って形成され、小径となる上端側では、山折部分の方が谷折り部分よりも凹んで形成されている。このような出っ張りと凹みとの加減、換言すると、最初のカットの段階での傾斜角度の加減は、濾材１２にどの程度のテーパを付けるかによって決められる。こうすることで、濾材１２の両端面は、それぞれ、でこぼこすることなく一平面内に位置付けられる。図２では、一方の濾材１２しか示していないが、もう一方の濾材１２も同一形状で同一の大きさをしている。そして、ここでは、図２を参照して説明しているので、上端側が下端側よりも小径のテーパ形状と述べているが、濾材１２を転地反転させれば、言うまでもなく、下端側が上端側よりも小径のテーパ形状になる。
【００２２】
別の一例として、濾材１２の下端側から上端に向かうに従い折り間隔が狭くなるようにプリーツ１６を形成するようにしても良い。また、別の一例として、大径となる下端側では山折部分の方が谷折り部分よりも出っ張って形成され、小径となる上端側では山折部分の方が谷折り部分よりも凹んで形成されるよう、濾材１２の材料を折目１５で折り込む前の平面形状の段階からカットするようにしても良い。
【００２３】
環状に形成された一対の濾材１２は、一つの仕切プレート１７の表裏面に、小径側の端面を接合させた状態で接着固定されている。仕切プレート１７は、穴の開いていない平板状のもので、周縁部には表裏一対の土手部１８を有している。濾材１２は、これらの土手部１８にはまり込んだ状態となり、一対の濾材１２は仕切プレート１７によって完全に遮蔽される。
【００２４】
一対の濾材１２のもう一方の端部には、それぞれ、キャッププレート１９が固定されている。キャッププレート１９は、燃料のための流体流路となる開口２０を有する平板状のもので、周縁部には土手部２１を有している。濾材１２は、その土手部２１にはまり込んだ状態でキャッププレート１９に接着されている。
【００２５】
図４は、右半分を断面にしてフィルタエレメント１１の一例を示す縦断正面図である。図４では、コアレッサＣＬおよびフィン１４を省略してフィルタエレメント１１を示している。直列に接続された一対の濾材１２は、エレメントハウジング１３に収納されている。エレメントハウジング１３は、直菅状の円筒形状をした部材であり、それ故、内径が均一に形成されている。エレメントハウジング１３は、一対のキャッププレート１９を例えば接着によって固定することで、それらのキャッププレート１９の外周面を気密に保持している。そして、直列接続された一対の濾材１２は、仕切プレート１７の部分でくびれたような形状を有することから、エレメントハウジング１３は、一方の濾材１２ともう一方の濾材１２との外周面を一つの空間である空間部ＣＳ内に配置している。この空間部ＣＳは、燃料のための流体流路となる。説明の便宜上、以下、下側に位置する入口側の濾材１２をプレ濾材１２ａ、上側に位置する出口側の濾材１２をメイン濾材１２ｂと呼ぶ。
【００２６】
このような構成において、濾過すべき燃料は、インレット１０３ａからハウジング１０２内の導入空間ＩＳに流入し、螺旋空間ＳＳを通ってキャップ１０４に至り、プレ濾材１２ａの一端側からフィルタエレメント１１に流入する。そして、プレ濾材１２ａの内側から外側に抜けて空間部ＣＳに至る。空間部ＣＳに導かれた燃料は、メイン濾材１２ｂの外側から内側に抜け、そのメイン濾材１２ｂの端面から出てフィルタ装置１０１から流出する。こうして、濾過対象となる燃料は、プレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとによって濾過される。
【００２７】
このような燃料の濾過過程において、フィルタエレメント１１は、プレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとを有することから、優れた異物の濾過効率を発揮する。例えば、プレ濾材１２ａのダスト補足効率を５０％、メイン濾材１２ｂのダスト補足効率を９０％に設定したとする。すると、フィルタエレメント１１のダスト濾過効率は９５％となる。この場合には、燃料に１００個の異物が含まれていると想定した場合、プレ濾材１２ａを通過することで５０個の異物が濾過され、残りの５０個の異物がメイン濾材１２ｂを通過することで５個となるからである。別の一例として、プレ濾材１２ａおよびメイン濾材１２ｂとも、ダスト補足効率を９０％に設定したとすると、フィルタエレメント１１のダスト濾過効率は９９％となる。この場合には、燃料に１００個の異物が含まれていると想定した場合、プレ濾材１２ａを通過することで９０個の異物が濾過され、残りの１０個の異物がメイン濾材１２ｂを通過することで１個となるからである。このように、本実施の形態のフィルタ装置１０１によれば、一つのフィルタエレメント１１にプレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとが含まれているので、優れた異物の濾過効率を得ることができる。
【００２８】
このような基本的な濾過装置としての性能の高さのみならず、本実施の形態のフィルタ装置１０１は、幾つかの別の利点を備えている。以下、これらの利点を紹介する。
【００２９】
一つ目の利点は、組み合わせる濾材１２に構造上の制約をもたらさないということである。つまり、一対の濾材１２であるプレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとは、例えば一方をもう一方に収納するというような構造ではなく、互いに配置上の影響をもたらすことなく配列されている。このため、プレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとの濾過面積や濾過効率等を、別個独立して設定することができる。したがって、求める濾過性能を十分に発揮し得るようなプレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとの組み合わせが容易であり、設計の容易性および自由度を高めることができる。その結果、初期性能として濾過能力が高く、しかも、濾過時間の長さに応じた目詰まりによる圧力損失が生じにくいフィルタエレメント１１およびこれを用いたフィルタ装置１０１を実現することができる。
【００３０】
二つ目の利点は、装置の小型化を実現することができるということである。つまり、本実施の形態によれば、一対の濾材１２であるプレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとを単一の仕切プレート１７の両面にそれぞれ接合させて固定しているので、一対の濾材１２の配列方向の長さ寸法を極限まで詰めることができる。これにより、直列回路を構成しながらも、より小型のフィルタ装置１０１とすることができる。
【００３１】
装置の小型化を実現することができる理由は、これに留まらない。本実施の形態においては、テーバ形状に形成した一対の濾材１２（プレ濾材１２ａ、メイン濾材１２ｂ）を互いの小径部分で接続することで、接続後の濾材１２にくびれた形状を作り出している。そして、このくびれ部分によって、空間部ＣＳを形成している。これにより、フィルタ装置１０１の径方向の小型化が実現している。
【００３２】
これに加えて、本実施の形態では、一対の濾材１２（プレ濾材１２ａ、メイン濾材１２ｂ）に同一形状で同一の大きさのものを用いている。その結果、プレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとは、小径側同士と大径側同士とを同一径としている。このため、どの部分でも内径が同一径である直管形状のエレメントハウジング１３を用いることができる。また、プレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとの小径部分同士を接合固定させる仕切プレート１７についても、その表裏面の形状および大きさの共通化を図ることができる。したがって、エレメントハウジング１３および仕切プレート１７について、部品形状の単純化を図ることができる。
【００３３】
三つ目の利点は、燃料に混入する水分による濾過性能への影響を軽減することができるということである。つまり、燃料に水分が混入している場合、これが濾材１２に付着し、濾過効率を低下させることが知られている。これに対して、本実施の形態のフィルタエレメント１１では、燃料を最初に濾過するプレ濾材１２ａの内面が垂直ではなく下方を向いて傾斜配置されている。このため、プレ濾材１２ａに至った燃料中の水分は、プレ濾材１２ａから下方に落とされる作用をより強く受ける。この場合、プレ濾材１２ａに撥水性を持たせることで、このような水分の落下作用がより顕著に発生する。その結果、燃料に混入している水分が濾材１２に付着することによる濾過効率の低下が抑制され、濾過効率の向上を図ることができる。
【００３４】
図５は、右半分を断面にしてフィルタエレメント１１の別の一例を示す縦断正面図である。図５では、コアレッサＣＬおよびフィン１４を省略してフィルタエレメント１１を示している。本例では、燃料の流入側となるプレ濾材１２ａの方が流出側となるメイン濾材１２ｂよりも軸方向に長く形成されている。これにより、フィルタエレメント１１の軸線に対する傾斜角度が、プレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとの比較において、プレ濾材１２ａは小さくメイン濾材１２ｂは大きくなる。このため、プレ濾材１２ａの内側から空間部ＣＳに流れる燃料の流れの屈曲具合が小さくなってその流れを滑らかにすることができ、また、空間部ＣＳからメイン濾材１２ｂの内側に入り込む燃料の流れの屈曲具合も小さくなってその流れを滑らかにすることができる。したがって、燃料の流れがより円滑になり、フィルタエレメント１１で発生する圧力損失をより抑えることができる。
【００３５】
また、図５に例示するフィルタエレメント１１では、燃料の流入側となるプレ濾材１２ａの方が流出側となるメイン濾材１２ｂよりも軸方向に長く形成されているので、プレ濾材１２ａの濾過面積の方がメイン濾材１２ｂの濾過面積よりも大きく設定されている。そこで、プレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとの濾過面積を適宜調節することで、両者のライフのバランスを最適化することが可能となる。つまり、例えば図１０（ｂ）、（ｃ）に例示するようなメインフィルタ１とプレフィルタ２とからなるシステムを、燃料の汚染状態が悪い条件下で使用した場合、プレフィルタ２の濾材（図１０中には図示せず）の方がメインフィルタ１の濾材（図１０中には図示せず）よりも早期に閉塞する。そこで、従来、プレフィルタ２の交換時期をメインフィルタ１の交換時期の半分となるように設定したり、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すようにプレフィルタ２の濾過面積をメインフィルタ１の濾過面積よりも増やして両者の交換時期を一致させたりするようにしている。これに対して、図５に例示するフィルタエレメント１１は、プレ濾材１２ａの濾過面積の方がメイン濾材１２ｂの濾過面積よりも大きく設定されているのであるから、プレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとの濾過面積を適宜調節することで、両者のライフのバランスを最適化することができるわけである。
【００３６】
図６は、右半分を断面にしてフィルタエレメント１１の別の一例を示す縦断正面図である。図６では、コアレッサＣＬおよびフィン１４を省略してフィルタエレメント１１を示している。本例では、燃料の流入側となるプレ濾材１２ａよりも流出側となるメイン濾材１２ｂの方が軸方向に長く形成されている。これにより、濾過時間の経過に伴う目詰まりに関して、目詰まりが生ずるまでの時間の長さ、つまり耐用時間を長くすることができる。つまり、プレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとを比較した場合、ダスト補足率を高めるためにより目を細かくしたメイン濾材１２ｂの方が目詰まりしやすい。これに対して、本例では、プレ濾材１２ａとの比較においてメイン濾材１２ｂの方が相対的に大きな濾過面積を有しているため、メイン濾材１２ｂ単独で見た場合のみならず、フィルタエレメント１１全体として、目詰まりが生ずるまでの時間の長さを長くして、耐用時間が長いフィルタエレメント１１を得ることができる。
【００３７】
前述したように、例えば図１０（ｂ）、（ｃ）に例示するようなメインフィルタ１とプレフィルタ２とからなるシステムを使用した場合、プレフィルタ２の濾材（図１０中には図示せず）の方がメインフィルタ１の濾材（図１０中には図示せず）よりも早期に閉塞する。このため、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、プレフィルタ２の濾過面積をメインフィルタ１の濾過面積よりも増やして両者の交換時期を一致させようにしていることは、前述の通りである。これに対して、図６に例示するフィルタエレメント１１では、燃料の流入側となるプレ濾材１２ａよりも流出側となるメイン濾材１２ｂの方が軸方向に長く形成されているので、プレ濾材１２ａの濾過面積よりもメイン濾材１２ｂの濾過面積の方が大きく設定されてしまう。このため、本例のフィルタエレメント１１は、プレ濾材１２ａの閉塞が殆ど問題とならないような、比較的燃料が清浄な地域向け用として適用することが好適である。
【００３８】
図７は、右半分を断面にしてフィルタエレメント１１の更に別の一例を示す縦断正面図である。図７では、コアレッサＣＬおよびフィン１４を省略してフィルタエレメント１１を示している。本例では、一対の濾材１２であるプレ濾材１２ａおよびメイン濾材１２ｂとして、共に、外径が均一の円筒形状のものを採用している。その上で、エレメントハウジング１３の形状の工夫によってその内部に空間部ＣＳを形成している。つまり、エレメントハウジング１３は、一対のキャッププレート１９よりも大径に形成されている。これにより、濾材１２とエレメントハウジング１３との間に自ずと空間部ＣＳが形成されている。このようなフィルタエレメント１１は、濾材１２としてテーパを付けたような特殊形状のものを用いる必要がないため、採用する濾材１２の選択の幅を広げることができる。
【００３９】
図８は、右半分を断面にしてフィルタエレメント１１の更に別の一例を示す縦断正面図である。図８では、コアレッサＣＬおよびフィン１４を省略してフィルタエレメント１１を示している。本例では、一対の濾材１２であるプレ濾材１２ａおよびメイン濾材１２ｂとして、共に、外径が均一の円筒形状のものを採用している。その上で、エレメントハウジング１３の形状上の工夫によってその内部に空間部ＣＳを形成している。つまり、エレメントハウジング１３は、一対のキャッププレート１９を保持する両端側に対して、中央部分が膨らんだ形状を有している。そして、この膨らんだ中央部分の内部は、一対の濾材１２の外周に凹面２２を対面させる曲面形状に形成されている。このようなフィルタエレメント１１は、図７に示すフィルタエレメントと同様に、濾材１２としてテーパを付けたような特殊形状のものを用いる必要がないため、採用する濾材１２の選択の幅を広げることができる。また、一対の濾材１２の外周に対面する凹面２２が曲面形状となっているので、流体である燃料の流れがより円滑になり、フィルタエレメント１１で発生する圧力損失を抑えることができる。
【００４０】
図９は、実施の別の一形態である、フィルタエレメント１１の右半分を断面にして示すフィルタ装置１０１の縦断正面図である。本実施の形態では、プレ濾材１２ａとメイン濾材１２ｂとからなる一対の濾材１２が、二組組み合わされてフィルタエレメント１１に収納されている。二組の一対の濾材１２は、キャッププレート１９を共用している。図９中、共用しているキャッププレート１９をキャッププレート１９Ａの符号で示す。フィルタエレメント１１は、そのキャッププレート１９Ａを挟んで上下一対ずつの空間部ＣＳを有している。
【００４１】
このような構成において、濾過すべき燃料は、インレット１０３ａからハウジング１０２内の導入空間ＩＳに流入し、螺旋空間ＳＳを通ってキャップ１０４に至り、下方に位置するプレ濾材１２ａ１の一端側からフィルタエレメント１１に流入する。そして、そのプレ濾材１２ａ１の内側から外側に抜けて下方に位置する空間部ＣＳに至る。空間部ＣＳに導かれた燃料は、下方に位置するプレ濾材１２ａ２の外側から内側に抜け、プレ濾材１２ａ２の端面からキャッププレート１９Ａに形成された開口２０を介して上方に位置するメイン濾材１２ｂ１の内側に至る。そして、そのメイン濾材１２ｂ１の内側から外側に抜けて上方に位置する空間部ＣＳに至る。空間部ＣＳに導かれた燃料は、上方に位置するメイン濾材１２ｂ２の外側から内側に抜け、フィルタ装置１０１から流出する。こうして、濾過対象となる燃料は、一対のプレ濾材１２ａ１および１２ａ２からなる一組の濾材１２ａと、別の一対のメイン濾材１２ｂ１および１２ｂ２からなるもう一組の濾材１２ｂとによって濾過される。
【００４２】
本実施の形態のような濾材１２の多層構造は、様々な種類の濾材１２を組み合わせる必要がある場合に、極めて有効な構造である。
【符号の説明】
【００４３】
１１ フィルタエレメント
１２ 濾材
１３ エレメントハウジング
１７ 仕切プレート
１９ キャッププレート
２０ 開口
２２ 凹面
１０２ ハウジング
１１１ 保持機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状に形成された一対の濾材と、
前記一対の濾材の一方の端面同士を両面に接合させて固定する仕切プレートと、
前記一対の濾材のもう一方の端面にそれぞれ接合して固定されており、流体経路となる開口を有する一対のキャッププレートと、
前記一対のキャッププレートを気密に保持し、一方の前記濾材ともう一方の前記濾材との外周面を前記流体流路となる一つの空間内に配置する筒状のエレメントハウジングと、
を備えることを特徴とするフィルタエレメント。
【請求項２】
前記一対の濾材は、共に、前記仕切プレート側の方が前記キャッププレート側よりも小径に形成された形状を有し、
前記エレメントハウジングは、内径が均一の円筒形状を有している、
ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタエレメント。
【請求項３】
前記一対の濾材の小径側同士と大径側同士とは同一径に形成されている、ことを特徴とする請求項２または３に記載のフィルタエレメント。
【請求項４】
流体の流入側となる前記濾材の方が流体の流出側となる前記濾材よりも軸方向に長く形成されている、ことを特徴とする請求項２または３に記載のフィルタエレメント。
【請求項５】
流体の流出側となる前記濾材の方が流体の流入側となる前記濾材よりも軸方向に長く形成されている、ことを特徴とする請求項２または３に記載のフィルタエレメント。
【請求項６】
前記一対の濾材は、共に、外径が均一の円筒形状を有し、
前記エレメントハウジングは、前記キャッププレートを保持する両端側に対して中央部分が膨らんだ形状を有している、
ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタエレメント。
【請求項７】
前記エレメントハウジングの膨らんだ中央部分の内部は、一対の前記濾材の外周に凹面を対面させる曲面形状に形成されている、ことを特徴とする請求項６に記載のフィルタエレメント。
【請求項８】
一方の前記キャッププレートを共用して二組の一対の濾材を連結した、ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一に記載のフィルタエレメント。
【請求項９】
筒状のハウジングと、
前記ハウジング内に収容された請求項１ないし８のいずれか一に記載のフィルタエレメントと、
前記フィルタエレメントに対する流体の流入側と流出側とを区分けして前記ハウジング内で前記フィルタエレメントを保持する保持機構と、
を備えるフィルタ装置。
【請求項１】
環状に形成された一対の濾材と、
前記一対の濾材の一方の端面同士を両面に接合させて固定する仕切プレートと、
前記一対の濾材のもう一方の端面にそれぞれ接合して固定されており、流体経路となる開口を有する一対のキャッププレートと、
前記一対のキャッププレートを気密に保持し、一方の前記濾材ともう一方の前記濾材との外周面を前記流体流路となる一つの空間内に配置する筒状のエレメントハウジングと、
を備えることを特徴とするフィルタエレメント。
【請求項２】
前記一対の濾材は、共に、前記仕切プレート側の方が前記キャッププレート側よりも小径に形成された形状を有し、
前記エレメントハウジングは、内径が均一の円筒形状を有している、
ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタエレメント。
【請求項３】
前記一対の濾材の小径側同士と大径側同士とは同一径に形成されている、ことを特徴とする請求項２または３に記載のフィルタエレメント。
【請求項４】
流体の流入側となる前記濾材の方が流体の流出側となる前記濾材よりも軸方向に長く形成されている、ことを特徴とする請求項２または３に記載のフィルタエレメント。
【請求項５】
流体の流出側となる前記濾材の方が流体の流入側となる前記濾材よりも軸方向に長く形成されている、ことを特徴とする請求項２または３に記載のフィルタエレメント。
【請求項６】
前記一対の濾材は、共に、外径が均一の円筒形状を有し、
前記エレメントハウジングは、前記キャッププレートを保持する両端側に対して中央部分が膨らんだ形状を有している、
ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタエレメント。
【請求項７】
前記エレメントハウジングの膨らんだ中央部分の内部は、一対の前記濾材の外周に凹面を対面させる曲面形状に形成されている、ことを特徴とする請求項６に記載のフィルタエレメント。
【請求項８】
一方の前記キャッププレートを共用して二組の一対の濾材を連結した、ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一に記載のフィルタエレメント。
【請求項９】
筒状のハウジングと、
前記ハウジング内に収容された請求項１ないし８のいずれか一に記載のフィルタエレメントと、
前記フィルタエレメントに対する流体の流入側と流出側とを区分けして前記ハウジング内で前記フィルタエレメントを保持する保持機構と、
を備えるフィルタ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−４０４５５（Ｐ２０１２−４０４５５Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８０９８０（Ｐ２０１０−１８０９８０）
【出願日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【出願人】（３９００４１２２１）日本濾過器株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【出願人】（３９００４１２２１）日本濾過器株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
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