KR100720763B1 - 에어필터 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR100720763B1
KR100720763B1 KR1020060068753A KR20060068753A KR100720763B1 KR 100720763 B1 KR100720763 B1 KR 100720763B1 KR 1020060068753 A KR1020060068753 A KR 1020060068753A KR 20060068753 A KR20060068753 A KR 20060068753A KR 100720763 B1 KR100720763 B1 KR 100720763B1
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서정연
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(주)굿에어텍
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Abstract

본 발명은 길이 방향에 직교하는 폭 방향으로 구부러진 후 복원될 수 있는 에어필터 및 그 제조방법을 개시한다. 본 발명은 필터 엘리먼트, 두개의 플렉시블 스트립들과 두개의 프레임 스트립들로 구성된다. 필터 엘리먼트는 두개의 에지들이 폭 방향으로 형성되어 있는 복수의 폴드 패턴들을 가지며, 길이 방향을 따라 압축성과 인장성을 갖는다. 폴드 패턴들은 길이 방향에 대하여 직교하는 방향으로 배열되어 있는 복수의 폴드 라인들을 따라 웨이브형으로 접혀 있다. 플렉시블 스트립들은 폴드 패턴들 중 첫 번째 폴드 패턴과 마지막 번째 폴드 패턴 사이에 위치되어 있는 폴드 패턴들의 에지들에 일체형으로 성형되어 있고, 필터 엘리먼트의 폭 방향으로 응력의 작용 시 90°이상의 굽힘 각도로 구부러진 후 응력의 제거 시 복원될 수 있는 유연성을 갖는다. 프레임 스트립들은 첫 번째 폴드 패턴, 마지막 번째 폴드 패턴과 플렉시블 스트립들의 끝단들이 부착되어 있다. 플렉시블 스트립들은 폴리프로필렌 35~45wt%, 에틸렌프로필렌디엔모노머 고무 30~35wt%와 가소제 20~30wt%로 조성되어 있는 열가소성 탄성중합체 조성물로 이루어진다. 본 발명에 의하면, 필터 엘리먼트의 에지들에 플렉시블 스트립들이 일체형으로 성형되어 폭 방향으로 90° 이상의 굽힘 각도로 구부러진 후 복원될 수 있으면서도 필터 엘리먼트의 변형과 파손이 방지되고, 생산성이 크게 향상되며, 생산비가 절감되는 효과가 있다.

Description

에어필터 및 그 제조방법{AIR FILTER AND METHOD MANUFACTURING THE SAME}
도 1은 본 발명에 따른 에어필터의 구성을 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 에어필터의 구성을 나타낸 정면도,
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 부분 확대 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 에어필터의 구성을 분리하여 나타낸 사시도,
도 5는 본 발명의 에어필터에서 필터 엘리먼트와 플렉시블 스트립들을 분리하여 나타낸 사시도,
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ선 부분 확대 단면도,
도 7은 본 발명의 에어필터에서 필터 엘리먼트와 플렉시블 스트립들이 90°의 굽힘 각도로 구부러지는 작동을 설명하기 위하여 나타낸 단면도,
도 8은 본 발명의 에어필터에서 필터 엘리먼트와 플렉시블 스트립들이 150°의 굽힘 각도로 구부러지는 동작을 설명하기 위하여 나타낸 단면도,
도 9는 본 발명의 에어필터를 제조하기 위하여 상부 및 하부금형의 캐비티에 필터 엘리먼트가 안치되어 있는 구성을 나타낸 단면도,
도 10은 본 발명의 에어필터를 제조하기 위하여 상부 및 하부금형의 캐비티에 스트립 성형물들이 사출 성형되어 있는 구성을 나타낸 단면도,
도 11은 도 10의 ⅩⅠ-ⅩⅠ선 단면도,
도 12는 본 발명의 에어필터를 제조하기 위하여 하부금형의 캐버티로부터 필터 엘리먼트와 플렉시블 스트립들이 이젝팅되어 있는 구성을 나타낸 단면도,
도 13은 본 발명에 따른 에어필터의 제조 방법을 설명하기 위하여 나타낸 흐름도이다.
♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
10: 필터 엘리먼트 12: 폴드 패턴
14, 16: 에지 18: 폴드 라인
20, 22: 플렉시블 스트립 24, 26: 끝단
28, 30: 에지 32: 노치
40, 42: 프레임 스트립 44, 46: 제1 절제홈부
48: 채널 50, 52: 제2 절제홈부
60: 실 62, 64: 끝단
100: 금형세트 110: 상부금형
114: 캐버티 116: 제1 요철
118: 제2 요철 120: 하부금형
124: 캐버티 126: 제1 요철
128: 제2 요철 132: 이젝팅 핀
본 발명은 에어필터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 길이 방향에 직교하는 폭 방향으로 구부러진 후 복원될 수 있는 에어필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자동차의 에어컨디셔너(Air conditioner)는 환기, 냉방, 난방, 제습 등을 위하여 설치되고 있다. 에어컨디셔너의 쿨러유닛(Cooler unit)에는 공기를 필터링하는 에어필터가 장착되어 있으며, 쿨러유닛은 자동차의 대시보드(Dashboard) 안에 은폐되어 있다. 작업자가 조수석에서 쿨러 유닛에 장착되어 있는 에어필터를 교환할 수 있도록 대시보드와 쿨러유닛 사이에 좁고 구부러져 있는 통로가 형성되어 있고, 통로의 간격은 예를 들어 30~40mm로 유지되어 있다. 대시보드와 쿨러유닛 사이의 통로를 통하여 에어필터를 장착하기 위하여 유연성을 갖는 다양한 형태와 구조의 에어필터가 개발되어 있다.
미국 특허 제5,501,794호에는 플렉시블 텐셔닝 부재들을 갖는 웨이브 필터(Wave filter with flexible tensioning members)가 개시되어 있다. 이 문헌의 기술은 필터 엘리먼트(Filter element)와 두개의 플렉시블 텐셔닝 부재들로 구성되어 있다. 플렉시블 텐셔닝 부재들은 필터 엘리먼트의 사이드 에지(Side edge)들에 부착되어 있으며, 필터 엘리먼트의 압축을 허용할 수 있도록 길이 방향의 압축성을 보유하고 있다. 그러나 플렉시블 스트립들이 응력의 부여에 의하여 길이 방향으로 압축되면서 필터 엘리먼트의 변형과 파손이 쉽게 발생되는 문제가 있다. 또한, 플렉시블 텐셔닝 부재들은 접착제에 의하여 필터 엘리먼트의 사이드 에지들에 부착되기 때문에 생산성이 낮으며, 사이드 에지들로부터 텐셔닝 부재들이 박리되는 단점이 있다.
미국 특허 제5,779,747호에는 플렉시블 폴디드 필터 인서트(Flexible folded filter insert)가 개시되어 있다. 이 문헌의 기술은 필터 엘리먼트와 두개의 플렉시블 스트립(Flexible strip)들로 구성되어 있다. 플렉시블 스트립들은 필터 엘리먼트의 끝단들에 고정되어 있으며, 길이 방향과 두께 방향의 압축성을 보유하고 있다. 그러나 플렉시블 스트립들이 응력의 부여에 의하여 길이 방향과 두께 방향으로 압축되면서 필터 엘리먼트의 변형과 파손이 쉽게 발생되는 문제가 있다. 또한, 플렉시블 스트립들은 접착제에 의하여 필터 엘리먼트의 끝단들에 부착되기 때문에 생산성이 낮은 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 폭 방향으로 90° 이상의 굽힘 각도로 구부러진 후 복원될 수 있으면서도 필터 엘리먼트의 변형과 파손을 방지할 수 있는 에어필터 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 필터 엘리먼트의 에지들에 플렉시블 스트립들을 일체형으로 성형하여 생산성을 크게 향상시킬 수 있으며, 생산비를 절감할 수 있는 에어필터 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 플렉시블 스트립들의 에지들에 복수의 노치들이 길이 방향을 따라 형성되는 것에 의하여 플렉시블 스트립들의 굽힘 각도가 증가되면서도 정확하게 복원되어 장착성을 향상시킬 수 있는 에어필터 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 플렉시블 스트립들의 굽힘과 복원이 원활하면서도 파손을 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 에어필터 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 필터 엘리먼트와 플렉시블 스트립들 사이의 기밀성을 향상시킬 수 있는 에어필터 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 폭 방향을 따라 두개의 에지들이 형성되어 있는 복수의 폴드 패턴들을 가지며, 폴드 패턴들은 길이 방향에 대하여 직교하는 방향으로 배열되어 있는 복수의 폴드 라인들을 따라 웨이브형으로 접혀 있고, 길이 방향을 따라 압축성과 인장성을 갖는 필터 엘리먼트와; 폴드 패턴들 중 첫 번째 폴드 패턴과 마지막 번째 폴드 패턴 사이에 위치되어 있는 폴드 패턴들의 에지들에 일체형으로 성형되어 있고, 필터 엘리먼트의 폭 방향으로 응력의 작용 시 90° 이상의 굽힘 각도로 구부러진 후 응력의 제거 시 복원될 수 있는 유연성을 가지며, 두개의 끝단들과 두개의 에지들을 갖는 두개의 플렉시블 스트립들과; 첫 번째 폴드 패턴, 마지막 번째 폴드 패턴과 플렉시블 스트립들의 끝단들이 부착되어 있는 두개의 프레임 스트립들로 이루어지는 에어필터에 있다.
본 발명의 다른 특징은, 폭 방향을 따라 두개의 에지들이 형성되어 있는 복수의 폴드 패턴들을 가지며, 폴드 패턴들은 길이 방향에 대하여 직교하는 방향으로 배열되어 있는 복수의 폴드 라인들을 따라 웨이브형으로 접혀 있고, 길이 방향을 따라 압축성과 인장성을 갖는 필터 엘리먼트를 준비하는 단계와; 필터 엘리먼트의 폴드 패턴들이 웨이브형으로 접혀 있는 형태를 유지하도록 하부금형의 캐버티에 안치하는 단계와; 하부금형의 캐버티와 상부금형의 캐버티가 정합되도록 하부금형에 상부금형을 닫는 단계와; 상부 및 하부금형의 캐버티에 용융된 열가소성 탄성중합체 조성물을 주입하여 폴드 패턴들 중 첫 번째 폴드 패턴과 마지막 번째 폴드 패턴 사이에 위치되어 있는 폴드 패턴들의 에지들에 두개의 스트립 성형물들을 각각 일체형으로 사출 성형하는 단계와; 두개의 스트립 성형물들이 두개의 플렉시블 스트립들로 경화되도록 상부 및 하부금형을 냉각하는 단계와; 하부금형으로부터 상부금형을 열어 상기 하부금형의 캐버티로부터 필터 엘리먼트와 두개의 플렉시블 스트립들을 이젝팅하는 단계와; 첫 번째 폴드 패턴과 마지막 번째 폴드 패턴을 두개의 프레임 스트립의 내면 각각에 부착하는 단계로 이루어지는 에어필터의 제조방법에 있다.
이하, 본 발명에 따른 에어필터 및 그 제조방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 에어필터는 필터 엘리먼트(10), 두개의 플렉시블 스트립(20, 22)들과 두개의 프레임 스트립(Frame strip: 40, 42)들로 구성되어 있다. 필터 엘리먼트(10)는 복수의 폴드 패턴(Fold pattern: 12)들을 구비한다. 폴드 패턴(12)들은 폭 방향(도 1의 Y축 방향)으로 형성되어 있는 두개의 에지(14, 16)들을 가지며 길이 방향(도 1의 X축 방향)에 대하여 직교하는 방향(도 1의 Z축 방향)으로 배열되어 있는 복수의 폴드 라인(Fold line: 18)들을 따라 웨이브형(Wave shape) 또는 지그재그형(Zigzag shape)으로 접혀 있다. 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 필터 엘리먼트(10)의 폭(W1)은 약 16mm로 형성되어 있다. 웨이브형 필터 엘리먼트(10)는 길이 방향을 따라 응력이 부여될 경우 그 압축성과 인장성에 의하여 압축 또는 인장된다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 플렉시블 스트립(20, 22)들은 필터 엘리먼트(10)의 에지(14, 16)들에 일체형으로 성형되어 있다. 플렉시블 스트립(20, 22)들의 폭(W2)은 필터 엘리먼트(10)의 폭(W1)보다 크게 형성되어 있다. 플렉시블 스트립(20, 22)들은 폴드 패턴(12)들 중 첫 번째 폴드 패턴(12-1)과 마지막 번째 폴드 패턴(12-n) 사이의 에지(14, 16)들에 성형되어 있다. 폴드 라인(12)들 중 첫 번째 폴드 라인(12-1)과 마지막 번째 폴드 라인(12-n)은 플렉시블 스트립(20, 22)들의 끝단(24, 26)들에 각각 정렬되어 있다.
도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 플렉시블 스트립(20, 22)들은 두개의 에지(28, 30)들을 가지며, 에지(28, 30)들에는 서로 인접하는 폴드 패턴(12)들 사이에 위치되도록 복수의 노치(Notch: 32)들이 길이 방향을 따라 형성되어 있다. 서로 인접하는 두개의 폴드 라인(18)들의 피치(Pitch), 즉 두개의 폴드 라인(18)들 사이의 간격(G1)은 약 4.65mm로 형성되어 있으며, 서로 인접하는 두개의 폴드 패턴(12) 들이 이루는 각도(θ1)는 약 15.5°로 형성되어 있다. 노치(32)들의 간격(G2)은 약 1.45mm로 형성되어 있다. 노치(32)들의 각도(θ2)는 폴드 패턴(12)들의 각도(θ1)보다 작도록 약 11°로 형성되어 있다. 노치(32)들의 각도(θ2)가 폴드 패턴(12)들의 각도(θ1)보다 크게 형성될 경우, 노치(32)들이 가장자리가 폴드 라인(18)들을 침범하거나 폴드 라인(18)들에 근접되어 플렉시블 스트립(20, 22)들의 강도를 저하시키고, 응력의 작용시 필터 엘리먼트(10)와 플렉시블 스트립(20, 22)들의 파손을 발생시키는 원인이 된다. 플렉시블 스트립(20, 22)들의 에지(28, 30)들을 기준으로 노치(32)들의 깊이(D)는 D≤6.5mm로 형성되어 있다. 플렉시블 스트립(20, 22)들의 에지(28, 30)들은 폴드 라인(18)들로부터 약 0.5mm의 간격(G3)을 두고 떨어져 있다.
도 1 내지 도 4를 다시 참조하면, 필터 엘리먼트(10)의 폴드 패턴(12)들 중 첫 번째 폴드 패턴(12-1)과 마지막 번째 폴드 패턴(12-n), 플렉시블 스트립(20, 22)들의 끝단(24, 26)들은 두개의 프레임 스트립(Frame strip: 40, 42)들의 내면에 접착제의 부착에 의하여 장착되어 있다. 프레임 스트립(40, 42)들은 경질의 플라스틱, 예를 들어 폴리프로필렌(Polypropylene, PP)을 소재로 제조될 수 있다.
프레임 스트립(40, 42)들의 내면 상하부에 플렉시블 스트립(20, 22)들의 끝단(24, 26)들이 맞춤되는 두개의 제1 절제홈부(44, 46)들이 형성되어 있으며, 제1 절제홈부(44, 46)들 사이에 첫 번째 폴드 패턴(12-1)과 마지막 번째 폴드 패턴(12-n)이 수용되는 채널(Channel: 48)이 형성되어 있다. 첫 번째 폴드 패턴(12-1)과 마 지막 번째 폴드 패턴(12-n)이 프레임 스트립(40, 42)들의 채널(48)에 수용되어 부착되는 것에 의하여 기밀성이 향상된다. 프레임 스트립(40)의 외면 상하부에 두개의 절제홈부(50, 52)들이 각각 형성되어 있다. 프레임 스트립(40)의 외면에 에어필터의 교환 시 작업자가 잡을 수 있도록 손잡이(54)가 형성되어 있다.
플렉시블 스트립(20, 22)들과 프레임 스트립(40, 42)들의 외면에 실(Seal: 60)이 장착되어 있다. 실(60)은 폴리우레탄 폼(Polyurethane foam)으로 구성될 수 있다. 실(60)의 두개의 끝단(62, 62)들은 프레임 스트립(40)의 제2 절제홈부(50, 52)들에 수용되어 있고, 프레임 스트립(40, 42)의 외면과 실(60)의 외면은 평탄면을 이루고 있다. 실(60)은 접착제에 의하여 플렉시블 스트립(20, 22)들과 프레임 스트립(40, 42)들의 외면에 부착되어 있다.
도 7을 참조하면, 플렉시블 스트립(20, 22)들은 필터 엘리먼트(10)의 형상을 유지할 수 있는 경도 및 강도, 폭 방향으로 90° 이상의 굽힘 각도(θb1)로 구부린 후 복원될 수 있는 유연성과 사출 성형(Injection molding)에 의하여 필터 엘리먼트(10)에 일체형으로 성형할 수 있는 성형성을 보유하여야 한다. 플렉시블 스트립(20, 22)들은 열가소성 탄성중합체 조성물(Thermoplastic elastomer composition)을 소재로 제조되어 있다. 이것을 위하여 열가소성 탄성중합체 조성물은 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 35~45wt%, 에틸렌프로필렌디엔모노머(Ethylene Propylene Diene Monomer, EPDM) 고무 30~35wt%, 가소제(Plasticizer) 20~30wt%로 조성되어 있다. 가소제는 화이트오일(White oil)이 사용될 수 있다. 그 리고 열가소성 탄성중합체 조성물에는 그 물성에 영향을 주지 않는 마스터 배치(Master batch) 3~5wt%가 추가로 첨가될 수 있다.
도 9 내지 도 12에는 필터 엘리먼트와 플렉시블 스트립들을 일체형으로 사출 성형하기 위한 금형 세트(Mold set)가 도시되어 있다. 도 9 내지 도 12를 참조하면, 금형 세트(100)는 상부금형(110)과 하부금형(120)으로 구성되어 있다. 상부금형(110)과 하부금형(120) 각각의 파팅 라인(Parting line: 112, 122)에 캐버티(Cavity: 114, 124)와, 폴드 패턴(12)들을 웨이브형으로 지지할 수 있도록 필터 엘리먼트(10)를 사이에 두고 서로 맞물리는 제1 요철(116, 216)들과, 플렉시블 스트립(20, 22)들의 노치(32)들을 형성하기 위한 제2 요철(118, 218)들이 형성되어 있다. 그리고 상부금형(110)의 캐버티(114)에는 용융된 열가소성 탄성중합체 조성물을 주입할 수 있는 게이트(Gate: 130)가 연결되어 있다. 하부금형(120)의 캐버티(124)에는 이젝팅 핀(Ejecting pin: 132)들이 장착되어 있다.
표 1에 보이는 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1, 2의 플렉시블 스트립은 열가소성 탄성중합체 조성물의 전체 중량을 기준으로 PP, EPDM 고무와 화이트오일의 조성비를 각각 달리하고, 마스터 배치 5wt%를 동일하게 첨가하여 조성한 열가소성 탄성중합체 조성물에 의하여 제조하였다. 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1,2의 플렉시블 스트립은 길이 226mm, 폭 19mm, 두께 2.3mm로 모두 동일한 크기로 제조하였다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
PP 45wt% 40wt% 35wt% 50wt% 30wt%
EPDM 고무 30wt% 35wt% 30wt% 25wt% 40wt%
화이트오일 20wt% 20wt% 30wt% 20wt% 25wt%
마스터 배치 5wt% 5wt% 5wt% 5wt% 5wt%
표 2에는 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1,2의 플렉시블 스트립에 대한 사출 성형의 조건 및 결과가 나타나 있다. 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1,2의 플렉시블 스트립의 사출 성형은 상부 및 하부금형의 캐버티에 용융된 열가소성 탄성중합체 조성물을 주입하여 스트립 성형물을 제조한다. 그리고 상부 및 하부금형의 캐버티로부터 스트립 성형물을 이젝팅(Ejecting)할 수 있도록 금형 세트의 냉각을 실시하여 스트립 성형물을 경화시킨 후, 스트립 성형물의 이젝팅을 실시한다.
스트립 성형물의 이젝팅을 위한 금형 세트의 냉각은 금형 세트를 대기 중에 방치하여 냉각하는 자연 냉각과 금형 세트에 냉각수를 공급하여 금형 세트를 냉각하는 강제 냉각으로 나누어 실시하였다. 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1,2의 플렉시블 스트립의 사출 성형은 열가소성 탄성중합체 조성물의 용융 온도를 210±10℃로 유지하고, 금형 세트의 온도는 35±5℃로 유지하여 실시하였다. 1사이클 시간(Cycle time)은 잘 알려진 사출 성형기(Injection molding machine)에 의하여 1개의 플렉시블 스트립을 제조하는 1사이클에 소요되는 시간을 의미한다.
구분 단위 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
조성물의 용융 온도 ℃ 210±10 210±10 210±10 210±10 210±10
금형 세트의 온도 ℃ 35±5 35±5 35±5 35±5 35±5
1사이클 시간 자연 냉각 - 2분 2분 30초 5분 1분 40초 10분
자연 냉각 - 50초 1분 2분 40초 6분 30초
이젝팅 - 양호 양호 양호 불량 불량
표 2를 살펴보면, 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1의 플렉시블 스트립의 1사이클 시간은 강제 냉각과 자연 냉각 시 모두 5분 이내로 측정되어 플렉시블 스트립을 사출 성형에 의하여 대량으로 제조하기에 적합하다. 비교예 2의 플렉시블 스트립의 1사이클 시간은 자연 냉각에 10분이 소요되었으며, 강제 냉각에 6분 30초가 소요되어 플렉시블 스트립을 사출 성형에 의하여 제조하기에 부적합하다. 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1의 플렉시블 스트립은 하부금형의 캐버티로부터 양호하게 이젝팅되었으나, 비교예 2의 플렉시블 스트립은 연질에 가깝게 제조되어 하부금형의 캐버티로부터 이젝팅이 불량한 것으로 나타났다.
실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1,2의 플렉시블 스트립에 대하여 미국재료시험협회(American Society of Testing Materials, ASTM)의 규정에 따라 쇼어에이 경도(Shore A hardness), 인장강도(Tensile strength), 인장신율(Tensile elongation), 인열강도(Tear strength)를 측정하여 표 3에 나타냈다.
구분 시험 방법 단위 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
Shore a 경도 ASTM D2204 - 85 80 75 90 65
인장강도 ASTM D412 MPa 9.5 8.4 7.3 10 6.2
인장신율 ASTM D412 % 460 450 440 470 430
인열강도 ASTM D624 KN/m 29 27 28 30 18
표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1,2의 플렉시블 스트립 모두는 쇼어에이 경도 50 이상을 만족하고 있다. 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1의 플렉시블 스트립은 인장강도 7MPa 이상, 인장신율 440% 이상과 인열강도 25KN/m 이상을 만족하고 있다. 인장강도 6.2MPa와 인열강도 18KN/m를 갖는 비교예 2의 플렉시블 스트립은 요구되는 인장강도 7MPa 이상과 25KN/m를 만족하지 못하고 있다.
표 4에는 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1,2의 플렉시블 스트립에 대하여 굽힘 시험(Bending test)과 처짐 시험(Droop test)을 실시하여 그 결과를 나타냈다. 굽힘 시험과 처짐 시험은 필터 엘리먼트의 에지들에 플렉시블 스트립들을 각각 일체형으로 사출 성형하여 실시하였다.
도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 굽힘 시험은 플렉시블 스트립들의 일단으로부터 30±5mm 떨어진 지점을 길이 방향에 직교하는 폭 방향으로 90°의 굽힘 각도(θb1)로 굽힌 상태로 3분간 유지한 후 응력을 제거하여 플렉시블 스트립들이 복원되는 시간이 15초 이내인가를 평가하였다. 플렉시블 스트립들이 복원된 경우 합격으로 판정하고, 복원되지 않은 경우 불합격으로 판정하였다. 처짐 시험은 필터 엘리먼트의 에지들에 사출 성형되어 있는 플렉시블 스트립들의 일단이 고정되는 고정단으로 하고 타단은 자유단으로 하여 1분간 수평하게 유지시켰을 때 자유단의 처짐이 발생되었는가를 평가하였다. 플렉시블 스트립들의 처짐이 발생되지 않은 경우 합격으로 판정하고, 처짐이 발생된 경우 불합격으로 판정하였다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
굽힘 시험 합격 합격 합격 불합격 불합격
처짐 시험 합격 합격 합격 합격 불합격
표 3과 표 4를 함께 살펴보면, 실시예 1 내지 실시예 3의 플렉시블 스트립은 길이 방향에 직교하는 폭 방향으로 90° 각도로 원활하게 구부릴 수 있으며, 90° 각도로 구부린 후 응력을 제거하면 복원되어 굽힘 시험에 합격하였다. 또한, 실시예 1 내지 실시예 3의 플렉시블 스트립은 처짐 시험에도 합격하였다.
쇼어에이 경도 90과 인장강도 10MPa을 갖는 비교예 1의 플렉시블 스트립은 처짐 시험에 합격하였으나, 90° 각도로 구부릴 경우 복원되지 못하고 소성 변형을 일으킨다. 쇼어에이 65와 인장강도 6.2MPa를 갖는 비교예 2의 플렉시블 스트립은 90° 각도로 구부러지면서 필터 엘리먼트의 변형을 발생시키기 때문에 굽힘 시험에 불합격하였고, 처짐 시험 역시 불합격하였다.
PP 40wt%, EPDM 고무 30wt%, 가소제 25wt%와 마스터 배치 5wt%의 열가소성 탄성중합체 조성물에 의하여 필터 엘리먼트의 에지들에 일체형으로 성형되어 있는 실시예 4 내지 실시예 7과 비교예 3 내지 5의 플렉시블 스트립을 제조하였다. 실시예 4 내지 실시예 7과 비교예 3 내지 5의 플렉시블 스트립의 인열 인장 시험, 인열 굽힘 시험과 인장 시험을 실시하여 그 결과를 표 5에 나타냈다.
인열 인장 시험은 필터 엘리먼트의 에지들에 플렉시블 스트립들이 일체형으로 성형되어 있는 것을 45℃에 1시간 동안 방치한 후, 35℃에서 플렉시블 스트립들의 끝단들을 잡고 10KGf의 힘으로 당겼을 때 노치들의 파손, 필터 엘리먼트의 에지와 플렉시블 스트립들의 분리가 발생되지 않으면 합격으로 판정한다.
도 8을 참조하면, 인열 굽힘 시험은 필터 엘리먼트의 에지들에 플렉시블 스트립들이 일체형으로 성형되어 있는 것을 45℃에 1시간 동안 방치한 후, 35℃에서 플렉시블 스트립들의 끝단들을 잡고 길이 방향에 대하여 직교하는 양방향으로 일끝단을 150°의 굽힘 각도(θb2)로 10회 반복하여 굽혔다 폈을 때 필터 엘리먼트의 에지와 플렉시블 스트립들의 분리, 필터 엘리먼트와 플렉시블 스트립의 파손이 발생되지 않고 플렉시블 스트립이 복원되면 합격으로 판정한다. 인장 시험은 상온에서 플렉시블 스트립들의 끝단들을 잡고 전체 길이에 대하여 150%로 인장시킬 때 노치들의 파손이 발생되지 않으면 합격으로 판정한다.
구분 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 비교예 3 비교예 4 비교예 5
폭(mm) 19 19 20 22 19 20 22
두께(mm) 1.9 2 2.3 2.5 1.9 2 2.5
깊이(mm) 5 6.5 6 6.5 7 7 7.5
인열 인장 시험 합격 합격 합격 합격 불합격 불합격 불합격
인열 굽힘 시험 합격 합격 합격 합격 불합격 불합격 불합격
인장 시험 합격 합격 합격 합격 불합격 불합격 불합격
표 5를 살펴보면, 폭 19~22mm, 두께 1.9~2.5m, 깊이 6.5mm 이하의 실시예 4 내지 실시예 7의 플렉시블 스트립은 인열 인장 시험, 인열 굽힘 시험, 인장 시험에 모두 합격하였다. 폭 19~22mm, 두께 1.9~2.5mm, 깊이 7mm 이상의 비교예 3 내지 비교예 5의 플렉시블 스트립은 인열 인장 시험, 인열 굽힘 시험과 인장 시험에 모두 불합격하였다.
도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 플렉시블 스트립(20, 22)들의 굽힘 각도(θb2)가 노치(32)들의 형성에 의하여 150°로 증가되고, 플렉시블 스트립(20, 22)들은 150°의 굽힘 각도(θb2)로 구부러진 후에도 정확하게 복원된다. 따라서 본 발명의 에어필터는 자동차의 대시보드와 쿨러유닛 사이에 형성되어 있는 좁고 굽은 통로를 통해서도 간편하게 장착할 수 있다. 또한, 노치(32)들의 깊이(D)가 6.5mm 이하로 형성되어 있는 플렉시블 스트립(20, 22)들은 인열 인장 시험, 인열 굽힘 시험과 인장 시험에 합격하여 높은 신뢰성을 보유한다.
지금부터는, 이와 같은 구성을 갖는 에어필터의 제조방법을 도 13을 참조하여 설명한다.
도 5와 도 9를 함께 참조하면, 작업자는 폴드 패턴(12)들이 폴드 라인(18)들을 기준으로 길이 방향을 따라 웨이브형으로 접혀 있는 필터 엘리먼트(10)를 준비한다(S10). 필터 엘리먼트(10)의 폴드 패턴(12)들이 웨이브형을 이루도록 하부금형(120)의 캐버티(124)에 안치하고(S12), 하부금형(120)의 캐버티(124)와 상부금형(110)의 캐버티(112)가 정합되도록 상부금형(110)과 하부금형(120)을 닫는다(S14). 필터 엘리먼트(10)의 폴드 패턴(12)들은 상부 및 하부금형(110, 120)의 제1 요철(116, 126)들 사이에 개재된다. 따라서 웨이브형으로 접혀 있는 필터 엘리먼트(10)의 형태가 정확하게 유지되고, 서로 인접하는 폴드 라인(18)들의 피치가 일정하게 유지된다.
도 10과 도 11을 참조하면, 상부금형(110)과 하부금형(120)이 닫힌 후, 상부금형(110)의 게이트(130)를 통하여 상부금형(110)의 캐버티(114)와 하부금형(120)의 캐버티(124)에 용융된 열가소성 탄성중합체 조성물을 주입하여 필터 엘리먼트(10)의 에지(14, 16)들에 스트립 성형물(20a, 22a)들을 사출 성형한다(S16). 이때, 필터 엘리먼트(10)의 폴드 패턴(12)들 중 첫 번째 폴드 패턴(12-1)과 마지막 번째 폴드 패턴(12-n)은 스트립 성형물(20a, 22a)이 사출 성형되지 않게 한다. 폴드 라인(12)들 중 첫 번째 폴드 라인(12-1)과 마지막 번째 폴드 라인(12-n)은 스트립 성형물(20a, 22a)들의 끝단(24, 26)들에 각각 정렬되게 한다. 열가소성 탄성중합체 조성물의 용융 온도를 210±10℃로 유지하고, 금형 세트(100)의 온도는 35±5℃로 유지한다. 스트립 성형물(20a, 22a)들의 사출 성형 후, 금형 세트(100)를 냉각하여 스트립 성형물(20a, 22a)들을 플렉시블 스트립(20, 22)들로 경화시킨다(S18).
도 12를 참조하면, 스트립 성형물(20a, 22a)들의 경화 후, 하부금형(120)의 파팅 라인(122)으로부터 상부금형(110)의 파팅 라인(112)을 분리하여 상부금형(110)과 하부금형(120)을 열고 하부금형(120)의 캐버티(124)로부터 필터 엘리먼트(10)와 플렉시블 스트립(20, 22)들을 이젝팅한다(S20).
도 1 내지 도 4를 참조하면, 필터 엘리먼트(10)의 첫 번째 폴드 패턴(12-1)과 마지막 번째 폴드 패턴(12-n)은 접착제에 의하여 프레임 스트립(40, 42)들의 내면에 부착한다(S22). 첫 번째 폴드 패턴(12-1)과 마지막 번째 폴드 패턴(12-n)은 프레임 스트립(40, 42)들의 채널(48)에 수용하여 부착한다. 플렉시블 스트립(20, 22)들의 끝단(24, 26)들은 접착제에 의하여 프레임 스트립(40, 42)들의 내면에 부착한다(S24). 플렉시블 스트립(20, 22)의 끝단(24, 26)들은 프레임 스트립(40, 42)들의 제1 절제홈부(44, 46)들에 맞춤하여 부착한다. 마지막으로, 실(60)의 끝단(62, 62)들이 프레임 스트립(40)의 제2 절제홈부(50, 52)들에 수용되도록 플렉시블 스트립(20, 22)들과 프레임 스트립(40, 42)들의 외면에 실(60)을 접착제에 의하여 부착하면(S26), 90~150°의 굽힘 각도와 복원성을 갖는 본 발명의 에어필터의 제조가 완료된다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 에어필터 및 그 제조방법에 의하면, 필터 엘리먼트의 에지들에 플렉시블 스트립들이 일체형으로 성형되어 폭 방향으로 90° 이상의 굽힘 각도로 구부러진 후 복원될 수 있으면서도 필터 엘리먼트의 변형과 파손이 방지되고, 생산성이 크게 향상되며, 생산비가 절감된다. 또한, 플렉시블 스트립들의 에지들에 복수의 노치들이 길이 방향을 따라 형성되어 플렉시블 스트립들의 굽힘 각도가 증가되면서도 정확하게 복원되므로, 장착성이 향상되고, 파손이 방지되어 신뢰성이 향상된다. 그리고 필터 엘리먼트와 플렉시블 스트립들 사이의 기밀성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (15)

  1. 폭 방향을 따라 두개의 에지들이 형성되어 있는 복수의 폴드 패턴들을 가지며, 상기 폴드 패턴들은 길이 방향에 대하여 직교하는 방향으로 배열되어 있는 복수의 폴드 라인들을 따라 웨이브형으로 접혀 있고, 길이 방향을 따라 압축성과 인장성을 갖는 필터 엘리먼트와;
    상기 폴드 패턴들 중 첫 번째 폴드 패턴과 마지막 번째 폴드 패턴 사이에 위치되어 있는 상기 폴드 패턴들의 에지들에 일체형으로 성형되어 있고, 상기 필터 엘리먼트의 폭 방향으로 응력의 작용 시 90° 이상의 굽힘 각도로 구부러진 후 상기 응력의 제거 시 복원될 수 있는 유연성을 가지며, 두개의 끝단들과 두개의 에지들을 갖는 두개의 플렉시블 스트립들과;
    상기 첫 번째 폴드 패턴, 상기 마지막 번째 폴드 패턴과 상기 플렉시블 스트립들의 끝단들이 부착되어 있는 두개의 프레임 스트립들로 이루어지는 에어필터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 플렉시블 스트립들은 폴리프로필렌 35~45wt%, 에틸렌프로필렌디엔모노머 고무 30~35wt%와 가소제 20~30wt%로 조성되어 있는 열가소성 탄성중합체 조성물로 이루어지는 에어필터.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 열가소성 탄성중합체 조성물에 마스터 배치 2~5wt%가 추가되어 있는 에어필터.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 폴드 라인들 중 첫 번째 폴드 라인과 마지막 번째 폴드 라인은 상기 플렉시블 스트립들의 끝단들에 정렬되어 있는 에어필터.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 플렉시블 스트립들의 에지들에 길이 방향을 따라 복수의 노치들이 형성되어 있으며, 상기 노치들은 상기 폴드 패턴들 중 서로 인접되어 있는 두개의 폴드 패턴들 사이에 위치되어 있는 에어필터.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 필터 엘리먼트의 폭은 상기 플렉시블 스트립들의 폭보다 작게 형성되어 있으며, 상기 플렉시블 스트립들의 폭은 19~22mm이고, 상기 플렉시블 스트립들의 에지들을 기준으로 상기 노치들의 깊이는 6.5mm 이하로 형성되어 있는 에어필터.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 폴드 패턴들 중 서로 인접하는 두개의 폴드 패턴들이 이루는 각도보다 상기 노치들의 각도가 작게 형성되어 있는 에어필터.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 프레임 스트립들의 내면 상하부에 상기 플렉시블 스트립들의 끝단들이 맞춤되는 두개의 제1 절제홈부들이 형성되어 있는 에어필터.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 프레임 스트립들의 내면에 상기 첫 번째 폴드 패턴과 마지막 번째 폴드 패턴이 수용되는 채널이 형성되어 있는 에어필터.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 플렉시블 스트립들과 상기 프레임 스트립들의 외면에 실이 부착되어 있는 에어필터.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 플렉시블 스트립들 중 어느 하나의 외면 상하부에 두개의 제2 절제홈부들이 형성되어 있고, 상기 실은 두개의 끝단들을 가지며, 상기 실의 끝단들은 상기 제2 절제홈부들에 수용되어 있는 에어필터.
  12. 폭 방향을 따라 두개의 에지들이 형성되어 있는 복수의 폴드 패턴들을 가지며, 상기 폴드 패턴들은 길이 방향에 대하여 직교하는 방향으로 배열되어 있는 복수의 폴드 라인들을 따라 웨이브형으로 접혀 있고, 길이 방향을 따라 압축성과 인장성을 갖는 필터 엘리먼트를 준비하는 단계와;
    상기 필터 엘리먼트의 폴드 패턴들이 웨이브형으로 접혀 있는 형태를 유지하도록 하부금형의 캐버티에 안치하는 단계와;
    상기 하부금형의 캐버티와 상부금형의 캐버티가 정합되도록 상기 하부금형에 상기 상부금형을 닫는 단계와;
    상기 상부 및 하부금형의 캐버티에 용융된 열가소성 탄성중합체 조성물을 주입하여 상기 폴드 패턴들 중 첫 번째 폴드 패턴과 마지막 번째 폴드 패턴 사이에 위치되어 있는 상기 폴드 패턴들의 에지들에 두개의 스트립 성형물들을 각각 일체형으로 사출 성형하는 단계와;
    상기 두개의 스트립 성형물들이 두개의 플렉시블 스트립들로 경화되도록 상기 상부 및 하부금형을 냉각하는 단계와;
    상기 하부금형으로부터 상기 상부금형을 열어 상기 하부금형의 캐버티로부터 상기 필터 엘리먼트와 상기 두개의 플렉시블 스트립들을 이젝팅하는 단계와;
    상기 첫 번째 폴드 패턴과 마지막 번째 폴드 패턴을 두개의 프레임 스트립의 내면 각각에 부착하는 단계로 이루어지는 에어필터의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 열가소성 탄성중합체 조성물은 폴리프로필렌 35~45wt%, 에틸렌프로필렌디엔모노머 고무 30~35wt%와 가소제 20~30wt%로 조성하는 에어필터의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 열가소성 탄성중합체 조성물에 마스터 배치 3~5wt%를 추가하여 조성하는 에어필터의 제조방법.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 플렉시블 스트립들과 상기 프레임 스트립들의 외면에 실을 부착하는 단계를 더 포함하는 에어필터의 제조방법.
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