KR100225911B1 - 프레임리스의 부직포 엘리먼트와 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부직포를 여과재로 하는 프레임리스(frameless)의 자동차용 건식공기청정기 엘리먼트에 관한 것이다. 흡입공기에 대한 부직포의 여과특성을 최대한 살리면서 프레임이 없는 엘리먼트의 여과재로 적합하게 적용시킬 수 있도록 하기 위하여, 삼각파형 단면으로 절곡시킨 부직포의 양단을 일방향으로 접어 융착시킨 여과재(51)의 하단 모서리에 발포성 수지를 일체로 성형시킨 엘리먼트(E)이다. 제조방법은 필터원단을 삼각파형 단면으로 절곡하고, 절곡된 필터원단을 사이드 접착금형에 넣어 사이드 접착금형을 일방향으로 이동시키며 필터원단의 양측단을 롤러로 누르는 동시에 융착장치를 이용하여 융착시켜 하나의 여과재를 얻고, 이 여과재를 씰 금형에 넣고 발포성 수지를 주입한 후 소성로에서 고화시킨다.

[색인어]

부직포 여재, 에어 필터, 공기청정기용, 부직포 엘리먼트, 프레임리스 엘리먼트, 셀룰로우즈계, 열가소성 수지, 발포성 수지

Description

프레임리스의 부직포 엘리먼트와 그 제조방법{Non-Woven Fablic Element of Frameless and Method for Manufacturing the Same}

본 발명은 자동차의 건식 공기청정기에 적용되는 엘리먼트에 관한 것으로, 특히 프레임리스의 부직포 엘리먼트와 그 제조방법(Nonwoven Fablic Element of Frameless and Method for Manufacturing The Same)에 관한 것이다.

자동차에서 흡배기장치의 하나인 공기청정기(Air Cleaner)는 흡입공기를 건조한 엘리먼트에 통과시켜 여과하는 건식(dry type)과, 오일로 추겨진 엘리먼트에 흡입공기를 통과시켜 여과하는 습식(wet type), 흡입공기가 유면(油面)과 오일에 젖은 엘리먼트에 의하여 여과되는 유조식(oil bath type), 원심력을 이용하는 원심분리식 (cyclone type), 그리고 건식이나 습식과 원심분리식을 결합한 복합식(combination type)이 있다. 이 중에서 엘리먼트의 여과재를 종이 또는 직포 혹은 부직포를 사용하는 것이 건식이고, 또한 현재 가장 많이 사용하고 있는 방식이 건식이다.

종래의 건식 엘리먼트는 크게 분류하여 여과재를 완전하게 잡아주는 프레임이 있는 것과, 프레임이 없는 것이 있으며, 프레임이 있는 것 중에서도 프레임과 여과재를 일체로 성형한 것과, 프레임과 여과재를 접착제를 이용하여 부착한 것이 있었다.

제5도는 프레임이 있는 것 중에서 프레임과 여과재가 일체로 성형된 엘리먼트를 보여 주고 있다. 이 엘리먼트(1)는 종이 또는 부직포로 이루어진 여과재(101)를 삼각파형 단면으로 절곡하고, 절곡된 여과재(101)를 일정 크기로 절단한 후 사출기의 금형에 넣어 상하금형으로 맞물리고 PP계열 또는 ABS수지로 사출성형한 것으로, 여과재 (101)의 가장자리와 중간 부분이 모두 일체의 수지프레임(102)을 형성하도록 한 것이다.

제6도는 프레임이 있는 것 중에서 프레임과 여과재를 접착제를 이용하여 부착시킨 엘리먼트를 보여 주고 있다. 이 엘리먼트(11)는 종이 또는 부직포로 이루어진 여과재(111)를 삼각파형 단면으로 절곡하고, 절곡된 여과재(111)를 일정 크기로 절단한 후 별도의 성형과정을 거쳐 얻어진 철판 또는 플라스틱성형체인 프레임(112)에 접착제를 바르고 그 위에 여과재(111)를 원통상으로 둥글게 말아 얹고 나서 130°∼140℃로 가열하는 공정을 상단의 프레임(112a)에 대하여도 취한 것이다.

제7a도는 프레임이 없는 엘리먼트를 보여 주고 있는 것으로서, 종이를 여과재로 사용하는 것이 특징이다. 이 엘리먼트(12)는 여과재(121)를 삼각파형 단면으로 절곡하면서 롤러에 의하여 절곡된 각 평면에 엠보싱(embossing)하여 양각(122)을 형성하고, 제7b도와 같이 여과재(121a)의 양단에 빗금친 부분 A와 점선으로 표시한 부분 B의 안쪽면에 각각 인젝션 건(Injection gun)을 이용하여 폴리아미드계의 접착제(일명 핫 멜트)를 주입한 후 접착시키며, 이렇게 양단이 접착된 여과재(121)를 금형에 넣고 우레탄 발포액을 쏘아 소성시키므로서 연성의 고무상 씰(123)이 여과재(121)의 하단 모서리에 틀을 형성하며 일체를 이루도록 한 것이다.

또 공개특허공보 제96-700094호의 경우에는 여과재를 완전하게 잡아주는 프레임이 있으면서 프레임과 여과재를 융착시킨 유형으로서, 삼각파형 단면으로 절곡시킨 필터 부재의 양측에 시트상의 열가소성 부직포를 대고 융착시키되 그 외면에 판상의 고정용 부재가 함께 부착되도록 하여 프레임 형태를 띄도록 한 것도 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 엘리먼트 중에서 프레임과 여과재를 일체로 사출성형하는 엘리먼트(1)와, 프레임과 여과재를 각각 접착제로 접착시키는 엘리먼트(11) 및 공개특허공보 제96-700094호는 성형시간이 많이 소요되어 생산성을 떨어뜨리고 재료가 비교적 많이 들어 생산원가가 높은 단점이 있다. 그래서 이를 개선하기 위하여 선보이고 있는 것이 선행기술의 말미에서 설명하고 있는 프레임리스의 엘리먼트(12)이지만, 이 경우에도 문제가 되는 것은 여과재를 종이밖에는 사용할 수 없다는 것이다. 종이는 통기저항을 줄이고 여과성능(포집량 등)을 높이는 데 한계가 있기 때문에, 프레임이 있는 엘리먼트에서도 이를 극복하기 위하여 부직포를 사용하고 있는 실정이다.

그래서 상기와 같은 프레임리스 엘리먼트에 여과재의 재질을 종이에서 부직포로 바꾸어 적용시키려고 하였으나 실패하였다. 그 이유는 부직포의 특성상 엠보싱이 불가능하고, 엠보싱처리를 한다고 하더라도 양각의 높이가 제대로 형성되지 않으며, 부직포 양단을 접착제로 접착해도 종이와 같이 그 절곡된 중간 부위가 삼각파형 단면을 유지할 수 없기 때문이었다. 부직포는 적어도 2층 이상의 구조로 되어 있어 종이와 달리 일정 두께를 유지하고 있고, 공기취입면에 벌키(bulky)가 형성되어 있어서 이를 무시하고 상기와 같이 처리하려고 시도하게 되면, 절곡된 부직포의 중간 부위에 해당하는 부위가 양단에서 오므라지는 영향(휨모멘트 작용)을 받아 곡면으로 휘어지기 때문에 흡입공기의 입구측 골과 골이 서로 맞닿아 통기저항이 높아지고, 엠보싱 처리시에 벌키가 죽어 여과재로서의 역할을 못하는 문제가 생기게 되었던 것이다.

본 발명의 목적은 흡입공기에 대한 부직포의 여과특성을 최대한 살리면서 프레임이 없는 엘리먼트의 여과재로 적합하게 적용시킬 수 있는 구조와 그 제조방법을 제공하는데 있는 것이다.

제1도는 본 발명의 실시예의 엘리먼트 부분 절결 사시도.

제2도는 본 발명의 여과재인 부직포 양단을 접어 융착시키는 과정 설명도.

제3도는 본 발명의 전체 제조과정을 나타낸 공정도.

제4a도는 본 발명의 일실시예의 융착장치를 나타낸 평면약도.

제4b도는 본 발명의 타실시예의 융착장치를 나타낸 평면약도.

제5도는 종래의 사출성형방식의 엘리먼트 사시도.

제6도는 종래의 프레임 접착방식의 엘리먼트 사시도.

제7a도는 종래에 종이를 여과재로 하는 프레임리스 엘리먼트의 부분 절결 사시도.

제7b도는 그 종이의 양단 접착부분을 설명하는 모형도.

＊ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

51 : 여과재 52 : 씰

53 : 사이드 접착금형 54a, 54b : 롤러

55, 55a : 컨베이어 56 : 씰 금형

56a : 인젝션 건 58 : 소성로

59a, 59b, 60a, 60b : 고정체 E : 엘리먼트

F, Fa, Fb, Fc : 필터원단

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 삼각파형 단면으로 절곡시킨 부직포의 양단을 일방향으로 접어 융착시킨 여과재를 구비하고, 이 여과재를 코아로 하여 그 하단 모서리에 발포성 수지를 일체로 성형시킨 것이다.

상기 부직포는 열가소성 수지와 셀룰로우즈계 섬유를 혼합한 것으로 적어도 2층 이상의 구조를 이루며 흡입공기의 입구쪽 레이어가 저밀도를 이룬다. 부직포는 열가소성 수지의 혼합비유을 각각의 레이어(layer)당 약 10％ 이상이 되도록 하여야 융착이 용이하다. 10％ 이내에서는 융착이 제대로 이루어지지 않는다. 또, 부직포의 양단을 일방향으로 접는 일은 별도의 금형을 이용하여야 한다. 그리고, 이 금형에 의하여 접혀지는 부직포의 양단에는 융착장치가 존재하여야 하는데, 부직포의 양단을 융착시키기 위한 융착장치로는 초음파접착기, 고주파융착기, 그리고 코일 히터 중의 어느 것을 이용하여도 가능하다. 상기 발포성 수지는 폴리우레탄 포움이 바람직하고, 이 폴리우레탄 포룸은 쇄상(鎖狀)고분자로서, 내후성, 기계강도, 내용제성이 높으면서 성형이 용이하기 때문에 채택한 것이며, 이 폴리우레탄 포움 외의 다른 포움을 적용시킬 수도 있다. 발포성 수지가 성형된 부위는 공기청정기의 케이스에 밀착시키기 위하여 형성시킨 일종의 씰(seal)로, 이 씰이 있는 쪽의 여과재 바닥이 여과된 흡입공기의 출구가 된다.

엘리먼트를 이와 같이 구성하므로서 여과재의 융착된 부위는 단단한 벽을 이루게 되고, 삼각파형 단면으로 이루어진 골과 산의 간격(예 : 4∼14㎜)을 일정하게 유지시키면서 측면의 강도를 보강하게 된다.

본 발명의 부직포 엘리먼트 제조방법은 이하와 같다.

필터원단을 삼각파형 단면으로 절곡하고, 절곡된 필터원단을 사이드 접착금형에 넣어 사이드 접착금형을 일방향으로 이동시키며 필터원단의 양측단을 롤러로 누르는 동시에 융착장치를 이용하여 융착시켜 하나의 여과재를 얻고, 이 여과재를 씰 금형에 넣고 발포성 수지를 주입한 후 소성로에서 고화시키는 방법이다.

상기 절곡된 필터원단은 삼각파형 단면이 갖는 골과 산에 일치되도록 상하에서 사이드 접착금형으로 서로 맞물리게 한 것이다. 또, 상기 필터원단의 융착은 2가지 방법을 채용할 수 있다. 즉, 초음파접착기, 고주파융착기, 코일 히터(시즈 히터, 열선) 등의 융착장치 중의 어느 하나를 내장한 고정체의 접촉면이 롤러로 눌려 일방향으로 접혀지는 필터원단 면에 수직으로 선접촉하며 융착하도록 한 것과, 상기 융착장치 중의 어느 하나를 내장한 고정체의 접촉면이 롤러로 눌려 일방향으로 접혀지는 필터원단 면에 면접촉하며 융착하도록 한 것이다.

이하 본 발명을 첨부된 실시예의 도면에 의하여 설명한다.

제1도는 엘리먼트(E)를 나타낸 것으로, 부직포로 이루어진 여과재(51)의 좌우방향으로는 골과 산이 삼각파형 단면을 이루며 연속해서 형성되어 있고, 여과재(51)의 전후면은 우에서 좌로 접혀진 상태에서 융착되어 각각 골과 산을 이루는 여과재(51) 몸통과 일체를 이루며 보강된 벽을 이루고 있다. 이 여과재(51)의 하단 모서리에 돌아가면서 일체로 성형된 것은 폴리우레탄 포움으로 이루어진 씰(52)이다.

상기 여과재(51)는 제2도와 같이 삼각파형 단면으로 절곡된 필터원단(F)의 양단을 일정 폭, 즉 F1과 F2선을 따라 동일한 방향으로 접은 후에 그 접혀진 부위를 융착시킨 것이다. 상기 필터원단(F)은 예컨데, 흡입공깅의 출구쪽이 되는 고밀도의 제1레이어는 셀룰로우즈계 70％, 열가소성 수지 30％로 하고, 중간의 제2레이어는 셀룰로우즈계 40％, 여가소성 수지 60％로 하며, 흡입공기의 입구쪽이 되는 저밀도의 제3레이어는 셀룰로우즈계 15％, 열가소성 수지 85％로 하는 3층구조의 부직포를 사용하였다.

제3도는 그 제조공정을 예시한 것이다. (a)는 필터원단(F)의 공급단계이고, 이 단계에서 공급되는 필터원단(F)은 절곡단계(b)에서 공급방향에 대하여 직교하는 방향으로 일정한 크기의 산과 골을 형성하면서 삼각파형 단면을 이루며 절곡된다. (c)는 절곡된 필터원단(Fa)의 측단을 원하는 크기에 맞추기 위하여 실행하는 사이드 절단단계이다. 이렇게 하여 측단이 절단된 필터원단(Fb)은 필터원단(Fb)의 절곡된 단면과 일치하는 상형(53a)과 하형(53b)으로 이루어진 사이드 접착금형(53) 사이에 맞물리는 금형고정단계(d)를 거쳐 사이드 접착금형(53)을 일방향으로 이동시키면서 롤러(54a, 54b)로 필터원단(Fb)의 양단을 각각 눌러주는 롤러절첩단계(e)에 진입한다. 이후에 융착단계(f)로 들어가게 되는데, 이는 롤러(54a,54b)의 후방에 있던 융착장치(Ha,Hb)에 의하여 접혀진 필터원단(Fc)의 양단이 평평하게 융착된다. 이러한 단계를 거친 후 탈거단계(g)에서 사이드 접착금형(53)으로부터 융착이 완료된 여과재(51)를 탈거한다.

그런 후에 수지주입단계(h)로 들어가게 되는데, 이는 컨베이어(55)에 의하여 여과재(51)를 이송시켜 씰 금형(56) 내로 넣고 여과재(51)의 가장자리에 폴리우레탄 포움액을 인젝션 건(56a)을 이용하여 주입한 후 뚜껑(57)을 닫는 과정이다. 수지주입단계(h)을 거친 후에는 소정단계(i)로 이행된다. 소성단계(i)에서는 씰 금형(56)을 컨베이어(55a)로 이송시키면서 소송로(58)에서 약 60°∼110℃의 저온으로 약 8∼12분 동안 가열하는 것이다. 가열에 따라 여과재(51)의 하단 가장자리에 씰(52)을 형성하며 고화되면 엘리먼트(E)가 완성되는 것으로, 이러한 엘리먼트(E)는 탈거단계(j)에서 씰 금형(56)으로부터 탈거된다.

제4a도는 상기 융착단계(f)에서 행하는 필터원단(Fc)의 융착방법을 예시하고 있다. 즉, 사이드 접착금형(53)을 화살표방향으로 이동시킬 때 초음파접착기, 고주파융착기, 코일 히터 등의 융착장치 중의 어느 하나를 내장한 고정체(59a,59b)의 접촉면이 롤러(54a,54b)로 눌려 일방향으로 접혀지는 필터원단(Fc) 면에 수직으로 선접촉하며 융착하도록 한 것이다. 이 경우에는 고정체(59a,59b)와 필터원단(Fc)이 접하는 면이 좁으므로 후술하는 면접촉에 의한 방법보다 단위면적당의 융착시간(holding time)을 비교적 길게 주어져야 한다.

제4b도는 상기 융착단계(f)에서 행하는 필터원단(Fc)의 다른 융착방법을 예시하고 있다. 즉, 사이드 접착금형(53)을 화살표방향으로 이동시킬 때 상기 융착장치 중의 어느 하나를 내장한 고정체(60a,60b)의 접촉면이 롤러(54a,54b)로 눌려 일방향으로 접혀지는 필터원단(Fc) 면에 면접촉하며 융착하도록 한 것이다. 이 경우에는 고정체 (60a,60b)와 필터원단(Fc)이 접하는 면이 넓으므로 후술하는 면접촉에 의한 방법보다 단위면적당의 융착시간을 비교적 짧게 주어도 된다.

이와 같은 본 발명은 부직포의 양단을 일방향으로 접어 융착시키므로써, 여과재의 중앙 부근의 산과 골이 삼각파형 단면 구조를 그대로 유지하게 되며, 이에따라 비교적 낮은 통기저항을 갖게 되므로 부직포의 여과특성을 최대한 살릴 수 있고, 융착되는 부분이 강도를 보강하기 때문에 후변형을 방지할 수 있다. 또, 여과재의 간격을 유지시키기 위한 엠보싱처리를 하지 않아도 되므로, 벌키가 죽지 않아 흡입공기의 여과가 원활히 이루어지며, 성형시간이 적게 소요되고 작업공정이 간단하여 생산효율의 향상과 생산원가의 절감을 기할 수 있는 것이다.

Claims (4)

1. 열가소성 수지와 셀룰로우즈계 섬유를 혼합한 것으로서 열가소성 수지의 혼합비율이 레이어(layer)당 약 10％ 이상이 되도록 한 것이 적어도 2층 이상의 구조를 이루며 흡입공기의 입구쪽 레이어가 저밀도를 이루는 부직포를, 삼각파형 단면으로 절곡시킨 상태에서 그 양단을 일방향으로 접어 그 절곡된 단부를 서로 융착시킨 여과재를 구비하고, 이 여과재를 코아로 하여 그 하단 모서리에 발포성 수지를 일체로 성형시킨 구조를 특징으로 하는 프레임리스의 부직포 엘리먼트.
2. 필터원단을 삼각파형 단면으로 절곡하고, 절곡된 필터원단을 사이드 접착금형에 넣어 삼각파형 단면이 갖는 골과 산에 사이드 접착금형이 상하에서 일치되도록 서로 맞물리게 한 후, 상기 사이드 접착금형을 일방향으로 이동시키며 필터원단의 양측단을 롤러로 누르는 동시에 일방향으로 서로 겹쳐지게 절곡되는 필터원단의 양측단을 융착장치의 고정체에 눌려지면서 융착되도록 하여 하나의 독립된 형태성을 일정하게 유지하는 여과재를 얻고, 이 여과재를 씰 금형에 넣고 발포성 수지를 주입한 후 소성로에서 고화시키는 프레임리스의 부직포 엘리먼트 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 필터원단의 융착은 초음파접착기, 고주파융착기, 코일 히터 등의 융착장치 중의 어느 하나를 내장한 고정체의 접촉면이 롤러로 눌려 일방향으로 접혀지는 필터원단 면에 수직으로 선접촉하며 융착하도록 한 것을 특징으로 하는 프레임리스의 부직포 엘리먼트 제조방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 필터원단의 융착은 초음파접착기, 고주파융착기, 코일 히터 등의 융착장치 중의 어느 하나를 내장한 고정체의 접촉면이 롤러로 눌려 일방향으로 접혀지는 필터원단 면에 면접촉하여 융착하도록 한 것을 특징으로 하는 프레임리스의 부직포 엘리먼트 제조방법.

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