KR100748729B1 - 필터 카트리지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 특히 내연기관의 공기필터용 필터 카트리지에 관한 것이다. 상기 공기필터는 흡입공기입구(12), 정화공기출구(13) 필터 카트리지(16)를 지지하기 위한 하우징(10)을 가지고 있다. 상기 필터 카트리지는 특히 지그재그형으로 절첩된 필터매체로 구성되어 있다. 본 필터매체는 전단부 단판(18, 19)에 기밀 요소를 구비하고 있다. 지지체(17)는 필터 카트리지의 내벽에 구비되어 있다. 상기 지지체는 필터 카트리지를 축방향과 반경방향으로 포지셔닝하기 위한 지지면(23)을 가지고 있다. 기밀 요소(26) 또한 지지체(17) 영역에 구비되어 있다. 상기 기밀 요소는 상기 지지체(17)위의 축방향에 따라 뻗어 있다.

Description

필터 카트리지{FILTER CARTRIDGE}
본 발명은 특허청구범위 독립항의 전제부에 따른 필터 카트리지에 관한 것이다.
이러한 필터 카트리지(filter cartridge)는 예컨대 국제 공개 특허 공보 제95/19832호에 공지되어 있다. 이러한 필터 카트리지는 미정화 공기 유입구 및 정화 공기 유출구를 구비한 하우징 내에 배치된다. 필터는 내연 기관의 흡입 공기를 정화시키는 작용을 한다. 필터 카트리지는 정기적으로 교체되어야 하기 때문에, 필터 카트리지를 가급적 경제적으로 제조할 필요가 있다. 이외에도 필터 카트리지는 분해 조립이 용이하고 또한 미정화 공기와 정화 공기 영역 간의 신뢰성 있는 기밀 작용이 이루어지도록 형성되어야 한다.
이러한 공지되어 있는 필터 카트리지는 필터 하우징의 두 동심 표면 사이에 설치되어 기밀부(seal)를 형성시키게 되며, 이러한 기밀부는 충격이나 진동에서도 그 신뢰도가 보장되어야 한다.
이러한 시스템의 단점을 들면, 각 필터 카트리지가 일정한 길이 공차를 가져야 한다는 데 있다. 이로 인하여 하우징 내에서의 필터 카트리지의 장착은 길이 치수에 따라서 보다 크거나 작은 조임 하중에 의하여 이루어지게 된다. 과다한 조임 하중은 필터 카트리지의 변형을 일으키며, 과소한 조임 하중은 진동시에 필터 카트리지의 기밀 문제를 일으킨다.
본 발명의 목적은, 위에서 언급한 단점들을 방지하고 다양한 작동 조건에 있어서 미정화 공기실과 정화 공기실 간의 기밀을 신뢰성 있게 유지시킬 수 있는 필터 카트리지를 제공하는 데 있다.
이러한 목적은 특허청구범위 독립항의 특징에 의해 달성된다.
본 발명의 이점은, 하우징 내에서 필터 카트리지의 고정 기능과 미정화 공기실과 정화 공기실 간의 기밀 작용이 분리되도록 한다는 데 있다. 필터 카트리지의 부착 또는 고정은 접촉면을 구비한 지지체에 의하여 이루어지며, 미정화 공기실과 정화 공기실 간의 기밀은 지지체에 인접하게 위치된 기밀 부재(seal element)에 의하여 이루어진다. 지지체는 바람직하게는 사출 성형 합성 수지재로 제조되는 중공 원통형 천공 부재이다. 이러한 부재는 고정밀도로 제조 가능하여, 공차를 보상할 필요가 없어지게 된다. 따라서, 필터의 길이 공차는 기밀 부재의 기밀 작용에 영향을 미치지 않게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 필터 카트리지의 기밀 부재와 단부판은 일체로 형성되며, 이때 고탄성을 갖는 폴리우레탄 발포제를 사용하는 것이 바람직하다. 폴리우레탄 발포제의 사용시 또 다른 이점은 필터 카트리지의 사용에 따르는 간단한 열 제거 가능성에 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 필터 카트리지는 정화 공기 연통부의 반대측에서 하우징 벽 또는 커버에 의해 직접 혹은 간접적으로 지지된다. 따라서,추가의 지지 부재나 고정 수단이 필요치 않다.
본 발명의 또 다른 실시예는 먼지 입자의 분리에 관한 것이다. 축방향 사이클론(axial cyclone)이 미정화 공기 유입구의 영역에 배치되어, 유입된 미정화 공기를 선회 유동하도록 하여 큰 먼지 입자가 하우징의 내벽에 침전되도록 한다. 이러한 먼지 입자는 예컨대 배출 밸브를 통해 제거될 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 본 발명은 원통형 필터 카트리지용 필터 하우징에 관한 것으로, 이러한 필터 하우징은 미정화 공기 유입구 및 정화 공기 유출구를 구비한다. 필터 하우징은 정화 공기 유출구의 영역에 연통부를 구비한다. 이러한 연통부에 필터 카트리지가 내부 지지체에 의하여 고정되며, 이러한 내부 지지체는 연통부의 영역에서 축방향과 반경 방향에 따른 위치 설정을 위한 접촉면을 구비한다.
또한 필터 카트리지에는 기밀 부재가 구비되며, 이러한 기밀 부재에 의해서 미정화 공기실과 정화 공기실 간의 기밀이 이루어진다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 필터 카트리지는 경도가 각기 다른 합성 수지재를 사용하는 기밀 시스템을 구비할 수 있다. 그 결과, 기밀 비드(bead)는 예컨대 20 내지 30의 아주 낮은 쇼어 경도를 가질 수 있으며, 경질 합성 수지재로 제조된 단부판은 예컨대 40 내지 60의 쇼어 경도를 가질 수 있다. 이로 인하여, 한편으로는 안정된 필터 카트리지가 형성되고 다른 한 편으로는 양호한 기밀 작용이 이루어지게 된다.
또 다른 실시예에 따르면, 지지관의 기밀부 대신에 정화 공기 개구와 반대 측에 원주 방향 기밀 비드가 구비된다. 이러한 기밀 비드는 커버에 접하여 미정화 공기실과 정화 공기실 간의 신뢰성 있는 기밀부를 형성한다.
이러한 본 발명의 바람직한 실시예들의 특징들과 여타 다른 특징들은 특허청구범위 외에 명세서와 도면에도 개시되어 있고, 개별 특징들은 그들 자체적으로 또는 본 발명과 타 분야의 실시예를 조합한 형태로 실시될 수 있으며, 바람직하면서도 개별적으로 청구가능한 실시예를 구성할 수 있다.
이하에서는 첨부 도면들에 도시된 바람직한 실시예들을 중심으로 하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 공기 필터의 단면도이다.
도 2는 조립 공기 필터 부재를 구비한 필터 하우징의 도면이다.
도 1에 단면도로 도시된 공기 필터는 커버(11)에 의해 밀폐되는 필터 하우징(10)을 포함한다. 필터 하우징(10)에는 미정화 공기 유입구(12)가 구비되며, 커버(11)와 반대측의 단부면에는 정화 공기 유출구(13)가 구비된다. 필터 하우징(10)의 내주에는 축방향 싸이클론(axial cyclone)(14)이 구비되며, 정화 공기 유출구(13)의 영역에는 하우징의 내부로 연장되는 동심 연통부(15)가 배치된다. 필터 하우징(10) 내에는 일례로 필터지(filter paper)와 같은 필터 매체로 구성되는 필터 카트리지(16)가 구비되며, 이러한 필터 카트리지는 지그재그형으로 절첩되어 지지체(17) 상에 배치된다. 필터 카트리지(16)의 단부면에는 탄성의 단부판(18, 19)이 구비된다. 또한, 하우징 내에는 안전 필터 부재(21)가 구비되며, 이러한 안전 필터 부재는, 필터 카트리지(20) 또는 부직 섬유와, 고정 피팅(22)에 의해 정화 공기 유출구(13)에 배치되는 지지체로 구성된다.
필터 카트리지(16)의 지지체(17)는 정화 공기 유출구로 향한 단부에서 접촉면(23)을 구비한다. 이러한 접촉면은 정화 공기 유출구에서 연통부(15)에 지지되어, 필터 카트리지(16)를 반경 방향으로 고정시키는 역할을 한다. 지지체(17)는 환형 접촉면(24)과 접촉되어 축방향으로 배치된다. 이에 따라서 필터 카트리지의 축방향 위치가 정해진다. 경우에 따라서는 발포 라이너를 구비할 수 있다. 커버를 향한 필터 카트리지의 축방향 단부에서는, 지지체(17)와 단부판(18)이 결합된다.
단부판(18)은, 커버(11)와 상호 작용하여 필터 카트리지의 축방향 이동을 방지하는 접촉면(25)을 구비한다. 정화 공기 유출구(13)와 대면하는 필터 카트리지의 단부판(19)에는 지지체(17)와 접촉면(23)을 넘어 축방향으로 연장되는 기밀 부재(26)가 구비되며, 이러한 기밀 부재는 환형 접촉면(24)과 접하여 미정화 공기실과 정화 공기실 간의 기밀을 유지시킨다. 따라서, 단부판 및 특히 기밀 부재(26)는 지지체(17)와 기계식으로 연결되지 않는다.
이러한 구성의 이점은 설치된 필터 카트리지(16)가 하등의 조임 하중을 받지 않으며, 단지 지지체(17)만이 필터 카트리지에 대한 조임 하중을 받는다. 따라서, 전체 필터 카트리지(16)는 하중을 받지 않는 상태에 있다. 도면에 화살표로 도시된 바와 같이, 미정화 공기 유입구에 유입된 공기는 필터 카트리지(16) 및 안전 필터 부재(21)를 통해 유동되어 정화된 상태로 정화 공기 유출구(13)로부터 유출된다.
도 2에는 공기 필터 카트리지(111)가 설치된 필터 하우징(110)이 도시되어 있다. 공기는 미정화 공기 유입구(112)를 통해 필터 하우징 내로 유입되어 공기 필터 카트리지의 필터 매체(113)를 통해 외부로부터 내부로 유동된 다음에 유출구(114)로 유동되어 그 유출구(114)와 연결된 정화 공기 유출구(150)를 통해 필터 하우징으로부터 유출된다.
필터 하우징(110)은, 하우징 용기(116)와, 그 하우징 용기와 조임 수단(118)에 의하여 함께 부착되는 커버(117)로 구성된다. 공기 필터 카트리지의 설치를 위해서, 하우징 커버를 제거하고, 필터 카트리지의 출구 단부판(120)의 부재인 기밀 비드(119)를 구비하는 필터 카트리지를 관형 연통부(121) 상으로 가압시킨다.
정화 공기 유출구(150)는 하우징 용기(116)의 기부 영역에서 관형 연통부 내에 배치된다. 기밀 비드(119)는 관형 연통부(121) 상에 가압되어 확장됨으로써, 이러한 구성 부품들 간의 기밀이 이루어지도록 한다. 따라서, 필터 카트리지의 유출구(114)와 하우징의 정화 공기 유출구(150)는 필터 하우징의 잔여 체적과 기밀되어 분리된다.
커버(117) 및 하우징 용기(116)에 설치된 센터링 링(123)은 출구 단부판(120)의 외측면과 공기 필터 카트리지의 기부판(base plate)(124)의 외측면에 작용한다. 이러한 센터링 링은 부재들의 중심 설정뿐만 아니라, 필터 하우징이 진동 응력을 받을 경우에 이를 지지하는 역할도 한다. 커버(117)의 부착에 의하여 공기필터 카트리지(111)는 조립된 상태로 고정된다. 커버(117)의 내부에 지지되며 기부판(124)에 형성되는 탄성 노우즈(nose)(125)에 의하여 공기 필터 카트리지가 유출구(150)에서 관형 연통부(121)에 대해 단단히 압착된다.
공기 필터 카트리지는 필터 매체(113), 특히 공기 필터 카트리지의 원통형 라이너에 밀착되는 지그재그형 절첩 필터지로 구성된다. 필터 매체의 축방향 단부면은 기부판(124) 및 출구 단부판(120)으로 주조된다. 공기 필터 카트리지의 원통형 내부(126)에는 지지관(127)이 배치된다.
지지관의 유출측 단부는 축방향 홈(129)에 의하여 관 단부에 형성되는 탄성영역(128)을 구비한다. 이러한 탄성 영역에 의하여, 지지관(127)의 단부는 반경 방향으로 탄성적으로 형성된다. 지지관의 단부가 출구 단부판(120)으로 주조되기 때문에, 공기 필터 카트리지(111)의 설치시 지지관의 단부는 출구 단부판과 함께 관형 연통부(121) 상으로 확창되어, 지지관과 출구 단부판 간의 마찰 고정식 연결부(135)를 형성하게 된다.
지지관은 원통형 격자(130)로 구성되며, 이러한 격자는 공기의 유동을 크게 저해하지 않으면서 필터 매체(113)를 필터 카트리지의 내부(126) 쪽으로 반경 방향으로 충분히 지지할 수 있도록 한다. 유출구(114)에 대향된 지지관의 단부에는 돔형(dome-shaped) 커버(131)가 사출 성형된다. 이러한 커버(131)는 내부(126)와 하우징 내부 사이의 압력차와 맥동을 일정하게 유지할 수 있도록 볼록한 형상을 갖는다. 하부 관단부 및 커버(131)의 가장자리(132)는 함께 기부판(124)으로 주조되어, 이러한 영역의 기밀이 이루어진다.
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Claims (11)

  1. 커버(11)를 구비하는 하우징(10)과 그 하우징 내부에 배치되는 중공 원통형 필터 카트리지(16)를 구비하는 내연 기관용 공기 필터로서,
    상기 하우징은 미정화 공기 유입구(12)와 정화 공기 유출구(13)를 포함하며,
    상기 정화 공기 유출구의 영역에 연통부(15)가 구비되고, 상기 연통부(15)는 하우징 내로 연장되며,
    상기 하우징으로부터 하우징 내부로 연장되는 환형 접촉면(24)이 동심으로 연통부(15)를 둘러싸며,
    상기 중공 원통형 필터 카트리지(16)는 지그재그형으로 절첩된 필터 매체로 형성되며, 상기 필터 카트리지의 단부의 단부판(18, 19)에는 기밀 부재가 구비되고, 상기 필터 카트리지의 내벽에는 지지체(17)가 결합되며,
    상기 정화 공기 유출구(13)와 대면하는 필터 카트리지의 단부에는 필터 카트리지를 연통부(15)에 반경 방향으로 고정시키기 위해서 지지체에 접촉면(23)이 구비되며,
    상기 지지체(17)는 필터 카트리지를 축방향으로 고정시키기 위해서 환형 접촉면(24)에 접하며,
    상기 정화 공기 유출구(13)와 대면하는 필터 카트리지의 단부에는 지지체(17)와 접촉면(23)을 넘어 축방향으로 연장되는 기밀 부재(26)가 구비되며, 상기 기밀 부재(26)는 환형 접촉면(24)에 접하는 것을 특징으로 하는 공기 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기밀 부재(26)와 단부판(19)은 하나의 구조 유닛을 형성하는 것을 특징으로 하는 공기 필터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 필터 카트리지는 정화 공기 유출구와 대향된 단부에서 축방향을 따라 하우징 벽 또는 커버(11)에 지지되는 것을 특징으로 하는 공기 필터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 필터 카트리지는 지지체(17)에 의해 직간접적으로 지지되는 것을 특징으로 하는 공기 필터.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 미정화 공기 유입구의 영역에는 축방향 싸이클론(14)이 설치되는 것을 특징으로 하는 공기 필터.
  6. 제1항 또는 제2항에 따른 공기 필터용 필터 카트리지로서,
    환형으로 조립되어 중공 원통형으로 형성되고 지그재그형으로 절첩되는 필터 매체를 포함하고, 상기 필터 매체의 각각의 단부에는 단부판에 기밀 부재가 구비되며,
    상기 필터 카트리지의 내벽에는 지지체가 결합되며,
    상기 정화 공기 유출구와 대면하는 필터 카트리지의 단부에는 필터 카트리지를 하우징의 연통부에 반경 방향으로 고정시키기 위해서 지지체에 접촉면이 구비되며,
    상기 지지체는 필터 카트리지를 축방향으로 고정시키기 위해서 지지체가 하우징의 환형 접촉면에 접하도록 형성되며,
    상기 정화 공기 유출구와 대면하는 필터 카트리지의 단부에는 지지체와 접촉면(23)을 넘어 연장되는 기밀 부재(26)가 구비되며, 상기 기밀 부재는 환형 접촉면에 접하는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  7. 제6항에 따른 필터 카트리지용 필터 하우징으로서,
    미정화 공기 유입구(12)와 정화 공기 유출구(13)를 구비하며,
    상기 정화 공기 유출구의 영역에 연통부가 구비되고, 상기 연통부는 하우징 내로 연장되며,
    상기 하우징으로부터 하우징 내부로 연장되는 환형 접촉면(24)이 동심으로 연통부를 둘러싸며,
    상기 연통부는 필터 카트리지를 반경 방향으로 고정시키도록 구비되고, 상기 환형 접촉면은 필터 카트리지를 축방향으로 고정시키도록 구비되며, 상기 환형 접촉면은 필터 카트리지의 기밀 부재를 설치하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 필터 하우징.
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 기밀 부재(26)는 단부판(19)에 비하여 작은 쇼어 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  10. 삭제
  11. 제6항에 있어서,
    상기 단부판(19)과 접촉면(23)은 하나의 구조 유닛을 형성하는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
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