(57)【要約】流体から金属粒子を濾過するための磁気フィルタ・システムは、機械システムの流体容器内に取り付けられ、また第１の磁性層とこの磁性層に隣接してこれをオーバーレイする第２の繊維状層とを含む。
2005519752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内の流体を濾過するためのフィルタ・システムであって、
磁性領域と、該磁性領域に隣接する繊維状領域と、を含むことを特徴とするフィルタ・システム。
【請求項２】
磁性領域はシート状の磁気要素を含む請求項１に記載のフィルタ・システム。
【請求項３】
繊維状領域はシート状の繊維状要素を含む請求項１に記載のフィルタ・システム。
【請求項４】
磁性領域はシート状の磁気要素を含み且つ繊維状領域はシート状の繊維状要素を含む請求項１に記載のフィルタ・システム。
【請求項５】
繊維状領域は、磁性領域をオーバーレイする請求項１に記載のフィルタ・システム。
【請求項６】
磁性領域はシート状の磁気要素を含み且つ繊維状領域はシート状の繊維状要素を含み、そして前記繊維状領域が前記磁性領域をオーバーレイする請求項１に記載のフィルタ・システム。
【請求項７】
磁性領域が容器の内面に取り付けられる請求項１に記載のフィルタ・システム。
【請求項８】
容器がサンプである請求項１に記載のフィルタ・システム。
【請求項９】
磁性領域が磁力によって容器の表面に取り付けられる請求項１に記載のフィルタ・システム。
【請求項１０】
磁性領域が機械的に容器の内面に取り付けられる請求項１に記載のフィルタ・システム。
【請求項１１】
繊維状領域は磁性領域に取り付けられている請求項１に記載のフィルタ・システム。
【請求項１２】
磁性領域と繊維状領域がそれぞれ外縁を有し、そして、前記磁性領域及び前記繊維状領域の少なくとも一つの外縁の少なくとも一部を取り囲むリップ（唇状部材）を与えるハウジングを含む請求項１に記載のフィルタ・システム。
【請求項１３】
磁性領域はシート状の磁気要素を含み且つ繊維状領域はシート状の繊維状要素を含み、そして前記磁気要素と前記繊維状要素が両者とも柔軟である請求項１に記載のフィルタ・システム。
【請求項１４】
繊維状領域は磁性領域に面する第１の面と流体に面する第２の面とを有するシート状の繊維状要素であり、且つ前記繊維状材料の第１の面側の密度が前記第２の面側の密度より大きい請求項１に記載のフィルタ・システム。
【請求項１５】
容器内の流体を濾過するための濾過システムであって、
フィルタを有する繊維状体を含み、該繊維状体の少なくとも一部は少なくとも部分的に磁性材料から構成されることを特徴とするフィルタ・システム。
【請求項１６】
繊維状体はシート状であって、シート状の磁性材料に隣接して取り付けられている請求項１５に記載のフィルタ・システム。
【請求項１７】
容器内の流体を濾過するための方法であって、
磁力を介して前記流体から金属粒子を引き寄せるステップと、
前記引き寄せられた粒子を繊維状体内に捕捉するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
磁力は、繊維状体に隣接して配置された磁性体によって加えられる請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
容器内の流体を濾過するための濾過システムであって、
磁力を使用して前記流体から金属粒子を引き寄せるための手段と、
繊維状体を有し、前記引き寄せられた粒子を捕捉するための手段と、を含むことを特徴とする濾過システム。
【請求項２０】
金属粒子を引き寄せるための手段は、該粒子を捕捉する手段に隣接して配置される請求項１９に記載のフィルタ・システム。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【０００１】
本出願は、出願番号１０／０９６，９０２を有する、２００２年３月１４日に出願された「Ｆｉｂｒｏｕｓ  Ｆｉｌｔｅｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ（繊維状フィルタ・アセンブリおよび方法）」と題する米国特許出願に基づいて優先権を請求しており、その開示内容はここに引用され組み入れられている。
【技術分野】
【０００２】
本発明は概して、サンプまたはその他の流体処理システム内に存在する流体を濾過する分野に関する。特に本発明は、例えば流体を循環させるための加圧流体システムを持たないようにもできる湿式機械システム内で使用可能なフィルタ（濾過器）に関する。更に本発明は、濾過される流体から磁性粒子を磁気的に引き寄せて保持する等、このようなシステム内での磁界の利用の分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
機械システムにおいては流体を濾過することが望ましい多くの用途がある。例えば内燃機関と車両変速機とギアボックスは、モータ・オイル等の適当な潤滑剤を有するサンプ（sump）を持つことが多い。
【０００４】
ある幾つかのシステムは、流体を循環させるためにポンプを使用し、流体を循環させながらフィルタを介してその流体をポンプアップする。しかしながらポンプ式のシステムでも、流体処理システム内には流体が流れないで集まり易い領域が存在することがあり、これらの領域では追加の濾過手段を備えることが望まれる可能性がある。
【０００５】
更に、ポンプによって流体を活発に循環させられない、潤滑流体、冷却流体および／または油圧流体を利用する多くの機械システムが存在する。これらのシステムのうちの一部のシステムではポンプが備えられておらず、流体は内部の可動コンポーネントおよび／または温度勾配によって与えられる運動だけに基づいて循環する。これらのシステムにおいてはなお、流体から汚染物、特に金属の粒子状汚染物を除去する何らかの方法を持つことが望まれている。これらのシステムの例としては、例えば自動車差動機室を始めとする多くのタイプのギアボックスが含まれる。
【０００６】
金属の粒子状汚染物は、機械システムにおける磨耗によって発生することが多い。これらが更なる磨耗を引き起こさないようにシステムからこれらの汚染物を除去することが望ましい。これらの粒子は時には沈殿によって懸濁液から降下するが、単なる沈殿だけでは粒子を除去するに十分でないことが多い。また粒子が沈殿によって降下する場合でも、振動による擾乱といった流体内の擾乱がこれらの粒子を流体内に再導入することがあり得る。
【０００７】
このように、機械システム内で使用される潤滑油、差動機流体、変速機流体、動力流体、ブレーキ流体、不凍液タイプその他任意のタイプの流体といった流体から特に金属粒子をはじめとする有害な粒子を濾過する能力により、利益を得る多くの機械システムが存在する。
【０００８】
従来から、単に流体収納ハウジングの内面に一片の固体磁性材料を取り付けることは知られている。この一片の固体磁性材料は、磁石の近傍の流体から磁性粒子を引き寄せ、これらの粒子は磁石に向かって移動する。粒子が磁石に近づくにしたがって磁力が増加し、それによって粒子が磁石の表面に付着するまで粒子を磁石の方に更に引き寄せる。この時点で粒子は概して、磁石表面の強い磁界のために磁石の表面に留まる傾向がある。
【０００９】
上述の構成の欠点は、粒子は磁力によって磁石に単に付着しているだけということである。粒子は磁石から比較的容易に離れて、望ましくないことに流体内に再混入する可能性が、幾つかの事例で見られている。例えば自動車のコンポーネントでしばしば経験するような突然の衝撃や振動が金属粒子を離散させることはあり得る。更にフィルタの使用時間が長くなるにつれて磁石の表面領域は磁性粒子で覆われてくる傾向があり、粒子の層が形成されて更なる粒子を保持できなくする傾向がある。
【００１０】
固体磁性材料の使用それ自身によるもう一つの欠点は、磁石が比較的速い流体の流れ領域あるいは流体運動領域の近くに存在する場合には、粒子は初めのうちだけ磁石に引き寄せられるが磁石近傍の流体流れのために磁石を通り過ぎて搬送され、実際には磁石に付着しない可能性がある。また速い流体流れの領域では粒子は、振動によって磁石からより容易に離される傾向がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のことから、上記の問題の幾つかを少なくとも部分的に克服する磁気的濾過システムに対する必要性が本技術に存在することが分かる。特に、流体がフィルタ・アセンブリを通り過ぎて流れている場合でも金属粒子を好ましくは引き寄せるだけでなく保持することのできる磁気的流体濾過装置に対する必要性が本技術に存在している。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の必要性は、流体がフィルタ・アセンブリを通り過ぎて流れている場合でも流体から金属粒子を好ましくは引き寄せるだけでなく保持することのできる濾過システムを幾つかの態様で提供する本発明によって少なくとも大いに満たされる。上記および他の特徴と利点は、ここに開示される新規なフィルタ・システムおよび方法の使用によって達成される。本発明の一態様によれば、容器内の流体を濾過するためのフィルタ・システムであって、磁性領域とこの磁性領域に実質的に隣接する繊維状領域とを含むことを特徴とするフィルタ・システムが提供される。
【００１３】
本発明の他の態様によれば、フィルタを有する繊維状領域を有する、容器内の流体を濾過するためのフィルタ・システムであって、その繊維状領域の少なくとも一部は少なくとも部分的に磁性材料から構成されることを特徴とするフィルタ・システムが提供される。
【００１４】
本発明の更に他の態様によれば、容器内の流体を濾過するための方法が提供される。本方法は、磁力を介して流体から金属粒子を引き寄せるステップと、当該引き寄せられた粒子を繊維状体内に捕捉するステップとを含む。
【００１５】
また更に他の態様によれば、本発明は、容器内の流体を濾過するためのフィルタ・システムであって、磁力を使用して流体から金属粒子を引き寄せるための手段と、繊維状構造を有し、前記引き寄せられた粒子を捕捉するための手段と、を含むことを特徴とするフィルタ・システムを提供する。
【００１６】
このようにして下記のその詳細説明がより良く理解されるために、また当該技術分野に対する本発明の寄与がより良く認められるために、本発明の比較的重要な特徴をやや広範囲に概説してきた。以下に説明され、またここに付属の請求項の主題事項を形成する本発明の追加的特長が存在することは無論である。
【００１７】
この点に関して本発明の少なくとも一つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明がその適用にあたって下記の説明で述べられ、あるいは図面で例示された構造の細部と構成要素の構成とに限定されないことは理解されるべきである。本発明は、他の実施形態も可能であり、種々の仕方で実行および実施が可能である。また要約と同様にここに使用される語法と用語は説明の目的のためであって限定と見做すべきでないことは理解されるべきである。
【００１８】
本技術に精通する人々はそれ自身、この開示が根拠とする考えが本発明の幾つもの目的を実施するための他の構造、方法、システムの設計のための基礎として直ちに利用可能であることを認めるであろう。したがって、各請求項は同等の構造が本発明の精神と範囲とから逸脱しない限りこのような同等な構造を含むものと見做されることは重要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
代表例として示す本発明の幾つかの実施形態は、二重フィルタ（二重濾過器）を利用するフィルタ・システムを提供する。二重フィルタは、典型的には流体処理システムの内面の近くに配置された磁性部材と共に、実質的にこの磁性部材に隣接する繊維状部材を含んでおり、この繊維状部材は濾過される流体内に延びている。このシステムは、二重フィルタの外周の周りにリップ（唇状部材）を与えるハウジングを含むことができる。他の実施形態では磁性材料が繊維状部材それ自体の一部またはすべてであることもあり、分離した部材は任意選択である。
【００２０】
さて図面、特に図１、２を参照すると、本フィルタ・システムの一実施形態は、機械システムの流体容器内部に取り付けられた、流体からの金属粒子を濾過するための磁気フィルタ・システムであり、第１層の磁性層とこの磁性層に隣接しそれをオーバーレイ（覆う）する第２層の繊維状層とを含んでいる。
【００２１】
特にフィルタ・システム１０は、繊維状部材１４と磁性部材１６と外縁リップを与える外縁ハウジング１０とを有する二重フィルタ１２を含んでいる。図２は、サンプ壁２０の内面に取り付けられたフィルタ・システム１０を示す。
【００２２】
二重フィルタ１２は、繊維状部材１４と磁性部材１６とを含む。繊維状部材１４は幾つかの実施形態では、既知の通常のプラスチック製ロフト付きフィルタ材料といった繊維状のロフト付きフィルタ材料から構成できる。このような材料はシートで提供されることが多く、また用途によって適当な形状に切断できる。
【００２３】
図１は平面図で見られる場合の正方形を示しているが、これは例示目的だけのためであって、フィルタ１０は、矩形あるいは長円形といった他の如何なる形状も可能であり、特殊な形状のサンプ壁に合うように、あるいは適宜他の流体に面する表面に合うように複雑な外縁に合わせて形作ることができる。ある幾つかの自動車への適用では、正方形でほぼ３インチ×３インチの平面図を有する単一フィルタが利用可能である。自動車の変速機ギアボックスおよび差動機への適用といった幾つかの実施形態では、システム１０は、深さが約３／８インチである。これらの寸法は、単に例として与えられており、他の寸法も適宜に使用可能である。
【００２４】
繊維状部材１４は、磁性部材１６に実質的に近接しており、またこれをオーバーレイしている。繊維状部材１４は、磁性部材１６に直接取り付けることができる。これは、接着剤、熱処理あるいは機械的な固定手段によって達成できる。磁性部材１６は一般に、比較的薄い断面を有する固体磁性材料の一体要素から構成される。選択された厚さによってこの磁性部材１６は、いくらか柔軟にすることも可能であり、したがって二重フィルタ１２全体は柔軟で、必要なら湾曲したサンプパン表面に沿って接合することもできる。単一の磁性部材１６の代わりに一つ以上の小さな磁性部材を繊維状部材１４の表面に設けることもできる。
【００２５】
幾つかの実施形態では繊維状部材１４は、通常のプラスチックその他の非磁性ファイバーの織物だけで構成することもできる。しかしながら一部の実施形態では、ここに詳述するように粒状物質の引き寄せと保持とを向上させるため、繊維状部材１４に磁性ファイバーを埋め込むこともできる。更に一部の実施形態ではすべてのファイバーを磁性体にすることもできる。
【００２６】
リップ１８を画定するハウジングは任意選択的に、二重フィルタ１２の外縁の少なくとも一部の周りに設けることができる。このリップ１８は少なくとも部分的に、二重フィルタ１２の横方向外周エッジに沿って延びている。図２は、磁性部材１６の高さより高いが二重フィルタ１２全体の高さよりは低い高さを持って上方に延びるリップ１８を示している。リップ１８は、より長い、あるいはより短い距離だけ上方に延びることもできる。もし設けられるのであれば、リップ１８を形成するハウジングは、振動のために、あるいは流体流れによる洗い流しのために繊維状部材１４の面から粒子が離脱するのを防止する側壁を与える。図１〜３の実施形態では、リップを与えるハウジング１８は、プラスチックまたは金属の部品でよく、あるいは他の適当な材料で作ることもできる。
【００２７】
図３は、本発明による一つ以上のフィルタ・システム１０がオイルパン２０といったサンプ内に配置できることを単なる例として示している。もし濾過すべき流体Ｆが金属粒子を含んでいれば、該流体は効果を受け、それによって金属粒子はフィルタ・システムの磁性部材により各フィルタ・システム１０の方に引き寄せられる。粒子がフィルタ・システム１０に向かって引き寄せられるにつれて、粒子は繊維状部材１２内に流れ込み、ほとんどファイバー・部材１２に捕捉される。
【００２８】
この点において粒子は、二つの効果の一つまたは両方によって図２に示すようにフィルタ・システムに捕捉、保持される傾向があると思われる。第一に磁性部材１６からの粒子が受ける連続的な磁力は、フィルタ・システム１０内に粒子を保持する傾向がある。更に粒子は、繊維状部材１４のファイバー内に少なくとも部分的に引き込まれる傾向があり、もし振動が発生すれば粒子はそれ自身ますます深く繊維状部材１４内に入り込むように更に引き込まれる可能性がある。これが起こると、衝撃や振動によってシステムから振り放される粒子に対する抵抗が繊維状部材１４によって与えられる。
【００２９】
もしフィルタ１０が取り付けられているサンプ壁２０その他の表面が金属であれば、磁性部材１６は、サンプ壁２０に対する単純な磁気引力によってフィルタ１０に取付け力を与えることができる。しかしながら幾つかの実施形態では、リップ１８を与えるハウジングはまた、サンプ壁２０へのフィルタ・システム１０の機械的取付けを備えることができる。フィルタ１０は、ファスナー、スナップ嵌め、オーバーモールドといった機械的手段によって、あるいはハウジング１８を表面と一体に形成することによってサンプ壁２０に恒久的あるいは着脱可能いずれにも取付け可能である。
【００３０】
図３は、一つ以上のフィルタ・システム１０が一つの流体システム内に実施できることを模式的に示している。フィルタ・システム１０は、水平方向または垂直方向に向けることができ、また上方または下方に向けることができる。多くの好適な用途でシステム１０は底面に上向きに静止しているであろうが、このような向きは本発明では必要でない。フィルタ１０は、特にパンまたはサンプといった流体処理容器の水平な底面に水平に置かれるとき、いわゆる沈殿フィルタとして使用できる。
【００３１】
更に図示の例は磁性層および／または磁性ファイバーを含んでいるが、これらの品目は繊維状の非磁性領域だけが使用されるように省略できる。
【００３２】
本発明によるフィルタ・システムは、流体システムの比較的穏やかなゾーン（すなわちフィルタ・システムを通り過ぎる流量がほとんど、あるいはまったく無いゾーン）で使用可能である。しかしながら二重フィルタ１２（繊維状部材１４と磁性部材１６の両者を含む）によって与えられる好ましい粒子保持特性のために、粒子を流れの中に流出させることなく比較的高い速度の流体運動領域で本発明によるフィルタ・システム１０を利用することが可能である。
【００３３】
図３はサンプパン２０を模式的に描いているが、本発明は幅広い種々の流体組み入れシステムの内部の濡れた表面で利用できる。例えば図４の実施形態は、車両の車軸差動システム３０と連結して利用されるフィルタ・システムを示している。この実施形態では典型的な後部差動機カバーは、カバー・フィルタ複合アセンブリ３２によって置き換えられている。このアセンブリ３２には、磁性部材３６が取り付けられ、差動機流体Ｆ内に突き出ている繊維状部材３４を含んでいる。後部カバー３８は、差動機に対する外側後部カバーとして、またハウジング１８として両方に役立っている。
【００３４】
この機構３２は、後部カバー３８の内側に接合された磁性部材３６と、磁性部材３６に接合または保持された繊維状部材３４とを有する個別の構成要素として構成できる。後部カバー３８は、上述のように、そこに捕捉されている粒子を外縁から離散させないように保持するために磁性および繊維状部材の外縁に接して内側に突き出たリップ３９を持つことができる。この実施形態では後部カバー３８は、金属材料といった通常の材料で作られ得るが、一部の実施形態ではプラスチック部品のこともある。
【００３５】
図１〜４による種々の実施形態の動作の際に繊維状部材１４は、フィルタ・システム１０を通り過ぎて流れる流体を遅くする傾向があり、こうして磁力（および／またはフィルタの向きによっては重力）によって懸濁粒子が繊維状材料内に引き込まれるのを助ける。一部の実施形態では繊維状部材１４は、磁石に近い側でより目が詰んでいて流体に向かう側でより粗い密度変化を持つことができる。繊維状媒体が磁性繊維状材料を含む実施形態では、磁性ファイバーはフィルタ媒体の磁力を増加させることができ、それによって磁力場を増加させる。一部の実施形態では、磁性ファイバーを埋め込んだ繊維状フィルタ媒体、あるいは完全に磁性の繊維状材料は、磁性部材１６の存在をまったく必要とせずに使用できるであろう。
【００３６】
本発明の多くの特徴と利点は、この詳細な明細書から明らかであり、添付の請求範囲は、本発明の真の精神と範囲とに入る本発明のこのようなすべての特徴と利点とをカバーすることを意図している。更に、本分野で通常の知識を有する者には多数の修正と変形が直ちに思い浮かぶであろうという理由から、本発明を、図示・説明された通りの正確な構成と動作とに限定することは望ましくなく、したがってすべての修正および同等手段は本発明の範囲を用いる可能性があり、その範囲に入る可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明によるフィルタ・アセンブリの斜視図。
【図２】流体サンプパンの表面に取り付けられた図１の実施形態によるフィルタ・アセンブリの断面図。
【図３】それぞれサンプパンの底部と側面に配置された図１、２の実施形態による二つのフィルタ・アセンブリを示す断面図。
【図４】差動機カバーと組み合わせてフィルタ・システムを利用する本発明の代替実施形態を示す模式的断面図。
【図１】
2005519752.tif 000003
【図２】
2005519752.tif 000004
【図３】
2005519752.tif 000005
【図４】
2005519752.tif 000006
【国際調査報告】
2005519752.tif 000007
2005519752.tif 000008