(57)【要約】  本発明は、濾過すべき媒体に関して流入面と流出面とを備えた直列式濾過のための多層複合フィルタエレメントにおいて、フィルタエレメントは同じ又は異なるフィルタエレメントからなる少なくとも２つのフィルタ層を有し、このフィルタ層は全表面積にわたり限定された点及び／又は面で相互に溶接されていて、かつ流入面に少なくとも１つのフィルタエレメントが配置されていて、かつ流出面に少なくとも１つのフィルタエレメントが配置されている多層複合フィルタエレメントに関する。本発明の他の対象は、前記の複合フィルタエレメントの製造方法、前記の複合フィルタエレメントの使用及び本発明による複合フィルタエレメントを有するフィルタである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
濾過すべき媒体に関して流入面と流出面とを備えた直列式濾過のための多層複合フィルタエレメントにおいて、フィルタエレメントは同じ又は異なるフィルタエレメントからなる少なくとも２つのフィルタ層を有し、このフィルタ層は全表面積にわたり限定された点及び／又は面で相互に溶接されていて、かつ流入面に少なくとも１つのフィルタエレメントが配置されていて、かつ流出面に少なくとも１つのフィルタエレメントが配置されている多層複合フィルタエレメント。
【請求項２】
少なくとも１つのフィルタ層がフィルタ織物からなり、かつ少なくとも１つのフィルタ層がフリースからなることを特徴とする、請求項１記載の多層複合フィルタエレメント。
【請求項３】
熱可塑性のフィルタエレメントを使用することを特徴とする、請求項１又は２記載の多層複合フィルタエレメント。
【請求項４】
フィルタフリースの粒子捕捉性が＞６０μｍであることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の多層複合フィルタエレメント。
【請求項５】
フィルタ織物の粒子捕捉性が１０〜６０μｍであることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の多層複合フィルタエレメント。
【請求項６】
フィルタフリース及びフィルタ織物が同じ熱可塑性プラスチックからなることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の多層複合フィルタエレメント。
【請求項７】
溶接点又は溶接面が複合フィルタエレメントの表面積の０．５〜１５％であることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の多層複合フィルタエレメント。
【請求項８】
溶接点がフィルタエレメントの表面上に格子状に配置されていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の多層複合フィルタエレメント。
【請求項９】
ａ．  積み重ねて配置されたフィルタ層を上方工具と下方工具との間の間隙内へ挿入する工程、
ｂ．  前記のフィルタ層を上方工具と下方工具との間に案内し、エネルギーの作動により限定された点及び／又は面で相互に溶接する工程、
ｃ．  溶接後に結合したフィルタエレメントを工具から取り出す工程
を特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載の複合フィルタエレメントの製造方法。
【請求項１０】
超音波ホーンとアンビルとの間で超音波エネルギーによって溶接を行うことを特徴とする、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
溶接を熱による加熱によって行うことを特徴とする、請求項８記載の方法。
【請求項１２】
超音波溶接の際にフィルタ織物側を超音波ホーンに向かう側に配置することを特徴とする、請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
エンジンオイルフィルタ、トランスミッションオイルフィルタ、燃料フィルタ又はエアフィルタにおけるフィルタエレメントとしての、請求項１から８までのいずれか１項記載の複合フィルタエレメントの使用。
【請求項１４】
請求項１から８までのいずれか１項記載の多層複合フィルタエレメントを有するフィルタ。
【請求項１５】
フィルタエレメントが平面又は袋状又はプリーツ加工された形を有することを特徴とする、請求項１４記載のフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の対象は濾過すべき媒体に関する流入面と流出面とを備えた直列式濾過のための多層複合フィルタエレメントである。複合フィルタエレメントは、エンジンオイルフィルタ、トランスミッションオイルフィルタ、燃料フィルタ又はエアフィルタ中でのフィルタエレメントとして使用され、その中でもトランスミッションオイルフィルタ中で有利に使用される。
【背景技術】
【０００２】
先行技術において、今日ではトランスミッションオイルの濾過のために及びエンジンオイルの濾過のためにも主にフィルタが使用され、このフィルタは一体式に構成されたフィルタ不織布からなる。これはたいていはいわゆる繊維不織布であり、この不織布は織られておらず、ガラス、セルロース又は合成繊維並びに金属繊維を含有することができる。このフィルタエレメントを用いて、６０μｍより大きいサイズの不純物は濾過すべき液体から有効に除去される。しかしながら、より小さい粒子はこの材料を用いてもたいていは十分に濾過できない。
【０００３】
新しい世代のエンジン及びトランスミッション、特に無段階のＣＶＴ−トランスミッションの開発によって、より高い純度のトランスミッションオイルを保証する濾材及びフィルタを提供することが必要とされている。これは、例えばＣＶＴ−トランスミッションにおいて油圧制御が電子的に行われるか又は圧力依存でも行われ、従って最小の不純物がトランスミッション制御の際の刺激を生じさせかねないことに関連している。この種のトランスミッションの運転のために必要なオイル純度クラスは、目下のところ、付加的なプレッシャオイルフィルタの接続によってのみ達成することができる。エンジンオイルの純度を高めるための使用も可能である。
【０００４】
将来的には全ての汚染粒子スペクトルをフィルタにおいてサクションオイル濾過によって濾過することができ、その際にこの工程だけで必要なオイル純度グラスが達成されるべきである。このことを保証するためには、従って不純物の捕捉に関して有効でありかつ小さなサイズの不純物でも捕捉できるフィルタエレメントを提供することが特に必要である。このために、フィルタエレメントの特性は特に濾過の際の圧力損失、濾過効果及び汚染物吸収能に関して改善しなければならない。
【０００５】
この課題を解決するために、先行技術から多層のフィルタエレメントを使用することは既に公知である。この多層のフィルタエレメントを用いて、まず最初に粗大な粒子を１つ又は複数のフィルタエレメントを介して分離し、引き続き微細な粒子を１つ又は複数のフィルタエレメントで分離する、いわゆる直列式濾過を行うことを試みている。この種の複合フィルタは現在既に市販されていて、特に米国市場で使用されている。これは、接着剤で熱によって結合したフィルタ不織布とフィルタ織物材料からなる複合フィルタエレメントである。接着剤としては、ルーズに織られたポリエステル接着剤を使用することが多く、これは不規則に分配されたメッシュを有する粗いメッシュのネットの形態でフィルタ不織布とフィルタ織物材料との間に置かれる。顆粒状の接着剤を使用することもでき、これは材料上に散布される。その後、これらのフィルタ層を加熱により接着させる。
【０００６】
しかしながら、この複合フィルタは、使用した接着剤及び全面的な接着によって、フィルタエレメントの濾過能力を著しく低減してしまうという欠点がある。それというのも、この接着剤はフィルタ織物の連続気孔を大部分閉じてしまい、それにより有効な濾過面積は極めて減少してしまうためである。さらに、使用する接着ネットは完全に無秩序なネット構造を有しているため、これは不規則な接着を生じさせてしまう。このようにフィルタエレメント中のいくつかの箇所は、例えば接着剤濃度がより高い他の箇所よりもより良好な濾過能力を有する。このことは、結果として、圧力損失、濾過性能及び汚染物収容能力に関して極めて異なる特性を有する複合フィルタが生じるため、標準化された特性を有するフィルタ製造は不可能である。むしろ、製造の際の品質変動が著しく、この種のフィルタの製造は極端にコストがかかる。
【０００７】
他の欠点は、接着結合の耐久性にある。フィルタエレメントは著しい温度変動にさらされ、この温度変動は極端な場合に−３０〜＋１６０℃になることがある。接着結合の強度は、高温時でも低温時でも強い必要がある。例えば、接着結合の強度は特に高温時で著しく低下するため、この場合にフィルタ層が相互に部分的に剥がれてしまうことが多い。
これは、複合フィルタがこの分野において今まで定着せずに、むしろほとんどの場合で一体式に構成されたフィルタフリースがフィルタエレメントとして使用されていたことにも関連する。
【０００８】
更に、先行技術では、フィルタエレメントのプリーツ加工により濾過の改善を達成することが試みられている。この場合に、できる限りわずかな空間容量でフィルタエレメントの表面積を増大させるために、ジグザグ状に折りたたまれたフィルタエレメントウェブを使用することが極めて多い。この種のフィルタ、特にエンジンオイル及びトランスミッションオイル用のフィルタは、例えばドイツ連邦共和国特許公開（ＤＥ−Ａ１）第１９７３５９９３号明細書、国際公開（ＷＯ−Ａ１）第０１／４５８２３号パンフレット及びドイツ連邦共和国特許公開（ＤＥ−Ａ１）第４２２７７４４号明細書に記載されている。この場合、ジグザグ状のフィルタエレメントは、オイルフィルタ分野でも、エアフィルタ分野でも使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の技術的課題は、微細な及び粗大な汚染物質の十分な濾過を保証し、できる限り長い耐用時間を有し、規定された濾過面を有する標準化されたフィルタエレメントとして簡単なプロセスで製造可能であるような多層複合フィルタエレメントを提供することである。更に、付加的な加圧濾過なしでのＣＶＴ−トランスミッション中での問題のない使用を可能とするために、特に、圧力損失、濾過性能及び汚染物質収容能力に関して最適化された特性が達成されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のこの技術的課題は、濾過すべき媒体に関して流入面と流出面とを備えた直列式濾過のための多層複合フィルタエレメントにおいて、フィルタエレメントは同じ又は異なるフィルタエレメントからなる少なくとも２つのフィルタ層を有し、このフィルタ層は全表面積にわたり限定された点及び／又は面で相互に溶接されていて、かつ流入面に少なくとも１つのフィルタエレメントが配置されていて、かつ流出面に少なくとも１つのフィルタエレメントが配置されている多層複合フィルタエレメントにより解決される。
【００１１】
この種の装置によって、まず最初に予備濾過の範囲で粗大な粒子をフィルタフリース中で分離し、引き続きフィルタ織物中で主濾過を行い、この場合に１０μｍの大きさの直径の汚染粒子を除去することができる直列式濾過が達成される。
有利な実施態様において、複合フィルタエレメントは少なくとも１つのフィルタ層のフィルタ織物と、少なくとも１つのフィルタ層のフィルタフリースとからなる。
【００１２】
更に、このフィルタフリースも、フィルタ織物も、その特性に関してそれぞれのトランスミッションの要求に応じて選択されるため、濾過すべき媒体に対して必要な純度クラスが保証される。
特別な実施態様において、多層の複合フィルタエレメントは２つのフィルタ層を有し、その際に一方のフィルタ層はフィルタ織物からなり、もう一方のフィルタ層はフィルタフリースからなる。
【００１３】
フィルタフリース材は、織られていない繊維複合材料であり、この場合にこの繊維は絡み合い、凝集又は接着による結合によって製造される。フィルタフリースは通常はポリプロピレン、ポリエステル、ポリヘキサメチレンアジピンアミド又はビスコースからなり、この結合は一般に繊維自体の付着によって生じる。このフィルタフリースは、更に機械的に固定することもでき、例えばニードルパンチ、スティッチによるか又はスワール加工によっても固定することができる。ポリエステルフリースが特に有利であり、このフリースは、有利にジメチルテレフタレートとエチレングリコールとの縮合生成物として得ることができる。さらに、このフィルタフリースは機械的にニードルパンチによって固定され、かつ有利な実施態様において、特にトランスミッションオイル又はエンジンオイルに対して耐性であるフェノール樹脂からなる被覆を備えている。
【００１４】
本発明の範囲内で、フィルタ織物とは、羊毛、綿、合成繊維、炭素、金属、ガラス、アスベスト繊維又はポリマー繊維のような材料からなる交差した糸を有する製品を表す。このフィルタ織物は、規定された孔径を有し、この孔径がこのフィルタ織物の透過性を決定する。有利な実施態様の場合には、フィルタ織物として熱可塑性織物を使用し、この織物は例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリヘキサメチレン−アジピンアミド、ポリエステル及びこれらのコポリマーからなることができる。
【００１５】
使用したフィルタフリースの粒子捕捉性は、有利に＞６０μｍ、殊に＞１００μｍである。使用した熱可塑性フィルタ織物の粒子透過性は、１０〜６０μｍの範囲内、有利には２５から４５μｍの範囲内、特に有利には３５〜４５μｍの範囲内である。
フィルタ織物とフィルタフリースとの溶接を簡素化するために、フィルタフリース及びフィルタ織物用に、できる限り似通った融点及び軟化点を有する熱可塑性プラスチックを使用するのが有利である。特に有利な方法の場合には、フィルタフリース及びフィルタ織物は同じ熱可塑性プラスチックからなる。
【００１６】
フィルタエレメント、例えばフィルタフリース及びフィルタ織物の溶接を用いて、フィルタ表面の全く特定の点及び／又は面で制限された結合が達成される。有利な場合には、この溶接領域は、複合フィルタエレメントの表面の０．５〜１５％である。この溶接領域は、格子状であるか又はフィルタエレメントの表面上に任意の箇所に分散されていることもできる。特に有利な実施態様の場合には、この溶接点は、複合フィルタエレメントの表面の１〜１０％、さらに特に２〜８％である。
【００１７】
本発明による多層複合フィルタエレメントは、次のように製造される：
相互に積み重ねて配置したフィルタ層を上側工具と下側工具との間の間隙に挿入し、これらのフィルタ層を上側工具と下側工具との間に案内し、エネルギーの作動により限定された点及び／又は面で相互に溶接する。溶接後に、この結合したフィルタ層を工具から取り出す。
【００１８】
この溶接は有利に熱的な加熱により行うことができるが、超音波溶接を行うこともできる。この超音波溶接が特に有利である。
超音波溶接の場合には、相互に積み重ねて配置したフィルタ層を超音波溶接装置の超音波ホーンとアンビルとの間に配置する。引き続き、これらのフィルタ層をアンビルと超音波ホーンとの間で、超音波ホーンの作動によって限定された点及び／又は面で相互に超音波エネルギーを用いて溶接する。引き続き、結合したフィルタ層を装置から取り出す。有利な実施態様の場合には、超音波溶接の際に、フィルタ織物側を超音波ホーンに向かう側に置く。
【００１９】
この製造手段により、付加的に接着材料を使用する必要なく、フィルタエレメントの間での強固でかつ持続的な結合が保証され、この場合に、溶接部の輪郭は、溶接領域の形状及び配置により決定される。これは再現可能であり、従って標準化されたフィルタエレメントの生産を可能にする。さらに、先行技術において使用した接着剤によって生じるようなフィルタ織物の孔の非限定的な接着が回避され、かつ溶接領域を除いて妨げなく濾過機能を果たすことが保証される。
【００２０】
この種の多層複合フィルタエレメントは、有利な場合に、自動車のオイルフィルタ、エアフィルタ又は燃料フィルタにおけるフィルタエレメントとして、特に有利に自動車のトランスミッションオイルフィルタにおけるフィルタエレメントとして使用される。
本発明のもう一つの対象は、本発明による多層複合フィルタエレメントを有するフィルタである。有利に、フィルタ中のこのフィルタエレメントは平面的な、袋状の又はプリーツ加工された形状を有する。
【００２１】
本発明による多層複合フィルタエレメントは、特にトランスミッション及びエンジンに適用するためのサクションオイル領域及びプレッシャオイル領域において高い性能を達成することが可能である。この場合に、直列式濾過が行われ、その際に有利な実施態様の場合により粗大な汚染物質粒子はフィルタフリース中に捕捉され、より微細な汚染物質粒子はその後方に配置されたフィルタ織物中に捕捉される。フィルタエレメントのこの構造によって、有利に表面濾過と深層濾過との利点を組み合わせる。有利に超音波溶接により結合されている、本発明による複合フィルタエレメントを用いて、フィルタエレメントは特別な溶接輪郭を有し、この溶接輪郭は一方で開放面並びにそれによる流通面に関して最適状態を保証し、他方でフィルタ層の持続的な結合を保証する。さらに、このようなフィルタエレメントの標準化された製造が保証され、わずかな公差を有する製造が可能である。このように製造されたフィルタエレメントは、圧力損失、濾過性能及び汚染物質収容能力に関して改善された特性をも有し、かつ特に、付加的なオイル加圧濾過を今までのように必要とせずに、ＣＶＴ−トランスミッション中でのトランスミッションオイル濾過のために使用することができる。むしろ、十分なトランスミッション機能及びそのために必要なオイル純度クラスの維持が保証される。
【００２２】
次の図により本発明をさらに詳細に説明する：
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明による多層複合フィルタエレメントを示す。符号１はフィルタフリースであり、符号３はフィルタ織物を表し、符号２において超音波溶接された輪郭が認識でき、この輪郭はここではフィルタエレメントの表面上の格子状に分布している。
【実施例】
【００２４】
次の実施例により、本発明による多層複合フィルタエレメントの利点を詳細に説明する。
使用する材料
この試験のために、背面側に４０μｍのフィルタ織物を備えた、化学的に固定した、織られていないポリエステルフィルタフリースを使用した。両方の材料はポリエステルからなる。この材料を、引き続き、１００％の振幅の２０ｋＨｚの周波数で、５ｍ／ｓの速度で、かつ超音波ホーン及びローラの間隔１．７ｍｍで超音波により溶接した。この溶接点は格子状に構築し、その結果、溶接点はフィルタエレメントの表面の２．５％であった。引き続き、こうして製造された複合フィルタエレメントの特性を、慣用の方法でワイドメッシュの接着ネットを用いて製造した複合フィルタエレメントと比較した。
フィルタエレメントの流量試験
流量試験を用いて、本発明による複合フィルタエレメントとラミネートした複合フィルタエレメントにおいて、選択した貫流速度及び温度でフィルタの圧力降下を測定した。同じ試験フィルタを、同じ試験オイルでかつ同じ貫流速度及び温度で、一方はラミネートしたフィルタエレメントで一方は超音波溶接したフィルタエレメントで測定した。
【００２５】
（表１）
番号    結合種類        貫流            温度                    圧力      
1       ラミネート      ２０ｌ／ｍ      ２４℃          ２４４．６ｍｂａｒ
2       ラミネート      １０ｌ／ｍ      −４℃          ５９９．６ｍｂａｒ
3       溶接            ２０ｌ／ｍ      ２４℃          １５３．３ｍｂａｒ
4       溶接            １０ｌ／ｍ      −４℃          ４２７．９ｍｂａｒ
番号１と３を比較した場合に、２４℃の温度で３７％の圧力降下が示された。低温での試験の場合にも、番号２と４を比較した場合に、２９％の圧力降下が示された。
【００２６】
この結果は、超音波溶接した複合フィルタエレメントが接着剤を用いてラミネートしたフィルタエレメントと比較して約３０％の圧力降下を示すことが明らかである。
この流通試験はＩＳＯ３９６８に従って、サクションオイルフィルタのために合わせて実施し、その際に貫流に関する圧力降下が示された。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による多層複合フィルタエレメントを示す。
【図１】
2005512781.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成16年11月15日(2004.11.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
超音波ホーンとアンビルとの間で超音波エネルギーによって溶接を行うことを特徴とする、請求項９記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１１】
溶接を熱による加熱によって行うことを特徴とする、請求項９記載の方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
図１は、本発明による多層複合フィルタエレメントを示す。符号１はフィルタフリースであり、符号２はフィルタ織物を表し、符号３において超音波溶接された輪郭が認識でき、この輪郭はここではフィルタエレメントの表面上の格子状に分布している。
【国際調査報告】
2005512781.tif 000004
2005512781.tif 000005
2005512781.tif 000006
2005512781.tif 000007