KR19990044417A - 필터 조립체 제조 방법 및 그에 의해 제조된 필터 조립체 - Google Patents

필터 조립체 제조 방법 및 그에 의해 제조된 필터 조립체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 필터 프레임 부재(402)를 가지는 필터 조립체 제조 방법 및 그에 의해 제조된 필터 조립체(500)를 제공한다. 그 방법은 한쌍의 지지 부재(102 및 204)를 사용하여 필터 매개체(202)를 완전히 지지하는 단계를 구비한다. 지지 부재(102 및 204)는 필터 매개체를 정위치에 고정시키며 필터 매개체(202)의 부분을 매개체의 주변부 둘레에 노출될 수 있게 한다. 다음에, 필터 지지 프레임(402)은 노출된 필터 매개체에 근접하여 그 둘레에 배치된다. 필터 지지 프레임(402)은 이후에 필터 매개체의 노출된 부분에 대하여 완전히 초음파적으로 용접된다. 일단 용접되면, 주름이 형성된 필터 조립체는 지지 부재(102 및 204)로부터 제거된다.

Description

필터 조립체 제조 방법 및 그에 의해 제조된 필터 조립체
필터 매개체를 필터 지지 프레임 요소에 접착하는 전통적인 방법은 우레탄과 같은 접착제의 사용과 열간 용융 기술의 사용을 포함한다. 전형적인 우레탄 기술은 단면이 "U" 자 형상의 용기인 필터 프레임 요소를 사용한다. 접착제는 이러한 용기에 부어지며, 주름이 형성된 필터 매개체는 접착제내에 삽입되고 접착이 설정될때까지 정위치에 유지된다. 이후에 처음과 마지막의 주름들의 모서리는 열간 용융 아교 또는 그와 유사한 접착제를 이용하여 프레임에 아교 접착될 수 있다. 비록 필터 산업에서 사용되는 접착 방법이 다양할지라도, 이것들은 전체적으로 노동 집약적이며, 용이하게 자동화될 수 없고, 상당히 번잡한 일이다. 더욱이, 그렇게 제조된 필터들은 환경의 관점에서 만족스럽지 못한 것일 수 있으며, 그로부터 야기된 필터 조립체는 필터 매개체를 접착하도록 사용된 접착제에 따라서 상대적으로 낮은 온도에서의 적용에 제한된다.
당해 기술 분야에서 알려진 필터 지지 프레임을 필터에 부착시키는 다른 방법은 필터 매개체를 지지 프레임에 대하여 인서트 몰딩(insert molding)하는 것에 의한 것이다. 이러한 제조 기술을 사용할때, 주름이 잡혀진 필터 조립체는 플라스틱 사출 몰드 공구내로 삽입되고, 공구가 폐쇄되어서 지지 프레임이 필터 매개체 둘레에서 몰딩된다. 비록 때로는 사출 몰딩이 큰 체적의 필터 작업에 대한 좋은 대안이기는 할지라도, 이것은 몇가지 단점을 가진다. 사출 몰딩 장치와 지지 장비에 대한 자본 투자가 크다. 더욱이, 대부분의 필터 매개체가 자연적으로 고 다공성이므로, 용융된 플라스틱이 제조 과정중에 필터내로 누설되는 것을 최소화하기 위하여 몰드 및 관련된 제조 공정의 설계와 작업에서 특별한 고려가 주어져야만 한다. 인서트 몰딩에 의해 제조되는 프레임화된 필터는 통상적으로 주름이 형성된 필터 매개체가 지지 프레임에 접촉하는 곳에 근접한 주름 부위에서 일부 누설이 되는 경향이 있다. 그러한 플라스틱의 누설은 마무리된 필터 조립체의 여과 성능을 감소시키는 경향이 있다.
마지막으로, 미국 특허 제 5,376,270 호에 있어서, 한쌍의 필터 매개체 단부 벽들은 테두리 부분과 홈의 배치부내로 삽입되는데, 이러한 테두리 부분과 홈은 필터 매개체 단부 벽이 용접되기 이전에 필터 하우징의 일부이다. 테두리 부분과 홈의 배치부는 필터 하우징이 서로 물려있을때 필터 매개체가 정위치에 유지되는 것을 보조한다. 필터 매개체가 일단 유지되면, 필터 매개체는 필터 하우징에 용접된다. 비록 미국 특허 제 5,376,270 호에 도시된 유지 기술이 어떤 면에서는 유리할지라도, 필터 하우징에 필요한 부분인 여분의 테두리 부분과 홈의 배치부에 기인하여 제조 비용이 증가될뿐만 아니라, 필터 매개체를 테두리 부분과 홈의 배치부내로 주의 깊게 삽입하여 정렬하여할 필요가 있다. 또한, 필터 하우징은 테두리 부분과 홈의 배치부를 수용할 수 있도록 불필요하게 확대되어야만 한다.
따라서, 당해 기술 분야에서 비용상 효과적이고 위에 언급된 선행 기술과 관련된 문제를 회피하는, 지지 프레임을 가지는 필터 조립체 및 필터 조립체의 제조 방법에 대한 필요성이 존재한다. 생산 설계 및 제조 변수에서의 보다 넓은 다양성을 허용하는 공정도 또한 환영될 것이다.
본 발명은 전체적으로 공기 및 개스 필터와 같은 필터 분야에 관한 것이며, 보다 상세하게는 견고한 지지 프레임을 가지는 필터 조립체의 제조 방법과 그에 의해 제조된 필터 조립체에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 상부 지지 부재를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 주름이 형성된 필터 매개체를 구비하는 저부 지지 부재를 도시한다.
도 3은 서로에 대하여 가압하는 상부 및 하부 부재를 도시하며, 본 발명에 따라서 주름이 형성된 필터 매개체를 유지한다.
도 4는 본 발명에 따라서 주름이 형성된 필터 매개체의 일측을 필터 프레임에 용접하는 초음파 혼(horn)을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따라서 마무리된 필터 조립체의 사시도를 도시한다.
도 6은 마무리된 필터 조립체의 저부 사시도를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 다른 실시예의 단면을 도시하며, 여기에서 상부 및 저부의 모서리는 깍여져 있다.
도 8은 도 7에 도시된 깎인 모서리를 가지는 상부 및 저부 형태를 이용함으로써 제조된 용접 접합부의 단면을 도시한다.
도 9는 도 1에 도시된 지지 부재에 짝지워지는 저부 지지 부재를 도시한다.
본 발명은 비용상 효과적인 필터 조립체 및, 접착제가 불필요하고 인서트 몰딩 기술과 관련된 누설 문제와 대자본의 투자를 회피할 수 있는 필터 지지 프레임을 필터 매개체에 접착시킬 수 있는 방법을 제공한다. 바람직한 실시예에서 사용된 지지 형태의 톱니 구조는 제조하는 동안에 필터의 면을 가로질러서 균일한 주름 간격을 보장한다. 본 발명에 의해 설명된 공정은 실시가 간단하고 자동화에 적합하다. 그 방법은 필터 매개체의 일부가 지지 부재의 위에 걸쳐지도록 필터 매개체를 지지 부재상에 배치하는 단계, 필터 매개체에서 위에 걸쳐진 부분에 근접하여 필터 프레임 부재를 위치시키는 단계 및, 필터 매개체의 노출된 부분에 필터 프레임 부재를 용접시키는 단계를 구비한다.
도면들과 특히 도 1을 참조하면, 바람직한 실시예의 필터 조립체의 제조에서 사용된 제 1 지지 부재 또는 상부 형태(102)가 도시되어 있다. 비록 당해 기술 분야에 알려진 다른 재료도 사용될 수 있을지라도, 형태(102)는 알루미늄 또는 금속 합금과 같은 금속으로부터 제조되는 것이 바람직스럽다.
제 1 지지 부재(102)에 짝지워지는 제 2 지지 부재 또는 저부 (베이스) 형태(204)는 도 9 에 도시되어 있다. 상부 형태(102)와 동일한 재료로부터 형성되는 것이 바람직스럽고 그것과 유사한 저부 형태(204)도 일련의 톱 형상의 치 또는 요소(212)를 구비한다. 치(104,212)의 수, 길이, 폭 및, 높이는 최종 필터 조립체에서 요구되는 구성과 일치한다. 저부 형태(204)는 각 톱니 단부 벽의 측(210)상에 한 세트의 지지 탭(214)을 구비하며, 이들은 제조중에 필터 지지 프레임을 지지하는데 사용된다. 저부 형태(204)도 최종 톱니 모서리(218) 아래에서 각 주름이 형성되지 아니한 단부 벽(218)상에 평탄한 표면(216)들을 구비하는 것이 바람직스럽다. 도 2에서, 제 2 지지 부재 또는 저부 (베이스) 형태(204)는 복수개의 톱니 요소(212)의 상부에 위치한 주름이 형성된 필터 매개체 (매개체들)(202)와 함께 도시되어 있다. 저부 형태(204)의 목적은 필터 조립체의 제조중에 필터 매개체(202)에 대하여 견고한 지지를 제공하는 것이다. 바람직한 실시예에서, 상부 및 저부 형태들이 서로 짝지워질때 필터 매개체(202)의 주름이 형성되지 않은 단부(208)가 노출되기 위하여, 상부 형태(102)는 톱니 요소(104)의 갯수가 하나 적다. 서로 짝지워질때, 상부 및 저부 톱니 요소들은 실질적으로 평탄한 단부 벽(210)을 형성한다.
상부 형태(102)의 목적은 필터 지지 프레임을 부착시키는 도중에 필터 매개체(202)를 저부 형태(204)에 대하여 고정시키고 이것을 정위치에 유지시키는 것이다. 저부 또는 베이스 형태(204)의 복수개의 톱니 요소(212)와 짝지워졌을때, 복수개의 톱니 요소(104)는 상호 맞물려서 필터 매개체(202)의 양호한 유지를 제공한다.
도 3에서, 상부 및 저부 형태(102,204)는 서로 맞물려서 도시되어 있다. 비록 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위하여 도시되지 않았으나, 상부 지지 부재(102)는 제조 환경에 있을때 공압적으로 제어되는 것이 바람직스럽다. 다중 위치 제조 환경의 경우에, 베이스 형태(204)는 제조중에 필터 매개체(202)용의 전송 플랫포옴으로서 작용할 수 있다. 예를 들면, 다중 위치 제조 환경에서, 하나의 제조 위치에서 필터 매개체가 베이스 형태(204)상에 놓여서 위치될 수 있으며, 다음에, 베이스 형태(204)는 콘베이어 벨트와 같은 이송 수단을 통해서 필터 지지 프레임(402)의 배치를 위한 다른 위치로 보내질 수 있다.
바람직한 실시예에서, 필터 매개체(202)는 주름이 형성된 구조로 형성되는 하나 또는 그 이상의 필터 매개체 재료의 층을 구비한다. 특정한 수의 주름들이 절단되고 이후에 길이에 맞추어 다듬어진다. 필터 조립체의 주름 길이는 마무리된 필터 조립체내의 주름 길이보다 대략 .318 내지 .953 센티미터 (.125 내지 .375 인치)로써 크다. 이러한 여분의 주름 길이는 주름이 형성된 단부 벽(210)을 따라서 필터 매개체 재료의 노출된 돌출부(220)를 제공하게 될 것이다.
돌출부(220)는 지지 부재(102,204)의 톱니 벽으로부터 필터 매개체 재료를 노출시킨다. 바람직스럽게는, 주름이 형성된 단부 양측상에 기초한 돌출부(220)는 실질적으로 서로 같다. 주름이 형성되지 아니한 필터 매개체(202)의 단부(208)도 도시된 바와 같이 지지 부재의 각 측상에서 노출되어 있다.
상부 및 저부 형태(102,204)가 함께 짝지워졌을때, 필터 매개체(202)의 모든 네 측의 일부가 노출된다. 주름이 형성된 단부상에서, 돌출 재료(220)가 노출되는 반면에, 주름이 형성되지 않은 측위에서는, 단부 주름(208)들이 양 측상에서 노출된다. 필터 매개체 재료(202)의 일부가 필터 매개체(202)의 전체 외주 (주변)를 따라서 노출되도록 하는 것은 아래에 설명될 바와 같이 필터 재료(202)를 필터 프레임 지지 부재에 용접하는 것을 가능하게 한다.
제조중에, 필터 매개체(202)를 저부 지지 부재(204)상으로 배치하고 정렬하는 것은 정렬 공구(미도시)를 이용하여 이루어질 수 있으며, 이것은 필터 매개체(202)가 베이스 부재(204)의 상부에 배치되는 시간 동안에 지지 부재 (형태)(204)의 위에 배치된다. 정렬 공구는 상부 또는 저부 벽이 없는 벽 부재의 형상을 취할 수 있으며, 그에 의해서 정렬 공구가 베이스 형태(204)의 상부에 배치되었을때 필터 매개체(202)가 그것을 통해서 통과할 수 있다. 필터 매개체를 베이스 형태(204)의 상부에 정렬하는 것은 다양한 다른 공지의 기술을 이용하여서도 이루어질 수 있으며, 이것은 필터 매개체의 위치를 결정하도록 광학 센서 또는 비젼 시스템을 이용하고 다음에 로보트 기술을 이용하여 필터 매개체를 적절히 위치시키도록 정렬 공구를 이용하는 것과 같은 것이다.
일단 필터 매개체가 베이스 형태(204)의 상부에 정확히 위치되면, 필터 매개체(202)를 베이스 형태(204)내로 안착시키기 위하여 형태(102)는 베이스 형태(204)에 대하여 가압된다. 베이스 형태(204)에 놓여있는 복수개의 이격된 치(212)는 필터 조립체의 제조 동안에 필터 매개체의 주름에 대하여 적절한 간격과 지지를 제공한다. 일단 필터 매개체(202)가 베이스 형태(204)상에 적절하게 안착되면, 필터 매개체(202)는 제조중에 이동하지 않는 경향이 있다.
필터 매개체(202)가 상부와 저부 형태(102,204) 사이에 적절하게 위치되고 유지되었을때, 상부 형태(102)는 일시적으로 상승되고 필터 지지 프레임 (필터 프레임 부재)(402)이 도 4에 도시된 바와 같이 필터 매개체(202)의 주위 둘레에 놓여서 위치된다. 지지 프레임은 저부 형태(204)상에 위치한 탭(214)의 상부에 위치한다. 일단 지지 프레임이 위치되면, 상부 형태(102)는 다시 저부 형태(204)에 반하여 하강된다. 상기에 설명된 과정은 상부 형태(102)를 자유롭게 부상하는 요소(즉, 승강 메카니즘에 견고하게 부착되지 않는 요소)로 제작함으로써 단순화될 수 있다. 상부 형태(102)가 자유롭게 부상한다면, 상부 형태(102)는 자동적으로 (예를 들면 상부 형태(102)가 로보트의 팔에 의해 저부 형태(204)의 상부로 배치되는 것으로서) 또는 수동적으로 베이스 형태(204)내에 안착될 수 있다. 일단 두개의 형태(102,204)가 서로 짝지워지면 지지 프레임(402)은 이후에 형태들 위로 통과될 수 있다. 만약 필터 매개체(202)가 용접 공정 동안에 움직이지 않는 것을 보장하기 위하여 자유롭게 부상한다면 공압 실린더 또는 유사한 장치가 상부 형태(102)에 대하여 클램핑 압력을 제공할 수 있다.
정위치에 있을때, 지지 프레임(402)은 필터 매개체의 전체 주변부의 둘레에서 노출된 필터 매개체 재료에 근접하게 된다. 바람직스럽게는, 지지 프레임 측의 패널 (프레임 부재)들은 프레임 부재들이 용접되기 전에 노출된 필터 매개체 재료로부터 1.27 센티미터 (0.5 인치) 또는 그 미만으로 배치된다.
필터 지지 프레임(402)은 몰딩된 폴리프로필렌 재료 또는 다른 용접 가능한 폴리머 재료의 단일체로부터 형성되는 것이 바람직스럽다. 바람직스럽게는, 두개의 얇은 연결 리브(406)가 하나의 프레임 부재(408)를 근접한 프레임 부재(408)에 연결한다. 두개의 연결 리브(406)는 용접중에 용융되어서, 용접되고 있고 프레임 부재(408)가 노출된 필터 매개체를 향해 주저앉게 한다. 다른 실시예에서, 근접한 프레임 부재(408)는 근접한 프레임 부재(408)들이 만나는 곳에서 전체 코너를 따라 보다 얇은 두께로 몰딩된 힌지화된 모서리 부분에 의해 서로 연결될 수 있다.
바람직한 실시예에서 지지 프레임(402)은 필터 매개체(202)의 주름이 형성된 단부에 평행한 필터 매개체(202)보다 대략 .015 센티미터(.006 인치)가 길며, 이것은 지지 프레임(402)이 필터 매개체 재료를 가리기 위한 것이다. 각 프레임 부재의 치수는 제조되는 필터의 크기, 필터 매개체의 높이등에 의존하게 될 것이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 접합되는 프레임 부재 사이의 코너 접합부 길이를 최소화하는 것이 유익하기 때문에, 상부 형태(102)가 위치된 이후와 프레임 조립체의 용접 이전에 노출된 주름 단부(220)들은 지지 프레임(210)의 평탄한 면에 대하여 평탄화된다. 이러한 것은 몇가지 방법으로 이루어질 수 있다. 단순한 가열 플레이트 또는 롤러가 임의의 방식으로 노출된 돌출 주름 단부(220)를 평탄화시키는데 사용될 수 있다. 조절이 더 필요하면, 돌출된 필터 매개체(220)를 수용하는 오목한 용기를 가진 가열 플레이트가 상부와 저부 형태(102,204) 사이의 경계면 위로 주름 단부의 중심을 맞출 수 있다. 돌출된 주름 단부(220)를 "평탄화" 시킴으로써 프레임의 내측 길이는 최소화되며, 이것은 단지 압축된 주름을 양 단부에서 가릴 필요가 있기 때문이다. 이러한 것은 프레임 부재(408)가 용접 도중에 주저앉게될 필요성이 있는 길이를 최소화하게 된다.
일단 지지 프레임(402)이 적절하게 위치되면, 상부 지지가 자유롭게 부상하지 않는 경우에 지지 부재 (형태)(102)는 다시 저부 형태(204)에 대하여 맞추어진다. 필터 지지 프레임(402)은 상부와 저부 형태(102,204)상에 위치한 유지 탭(214) 사이에 느슨하게 설치된다. 당해 기술 분야에서 공지된 초음파 용접 시스템의 일부인 초음파 혼(horn, 404)은 이후에 각 프레임 부재(408)에 대하여 수평으로 가압된다. 필터 매개체(202)의 돌출 주름 단부(220)에 대응하는 프레임 부재(408)를 용접할때, 프레임 부재(408)에 대하여 초음파 혼(404)을 가압하는 작용은 프레임 부재가 주저앉아서 돌출 주름 재료(220)에 대하여 가압되게 한다. 바람직스럽게는, 혼(404)이 지지 프레임 부재(408)에 대하여 가압되는중에 초음파 에너지가 초음파 혼(404)에 대하여 동시에 적용된다.
초음파 혼(404)을 통행서 방출된 초음파 에너지는 필터 매개체의 주름 단부와 프레임 부재(408)의 대응 내측 표면 사이에서 용접이 형성되게 한다. 그로부터 초래된 용접은 도 8에 도시된 "T" 자형 단면과 유사하다. 프레임 부재(408)에 적용된 초음파 에너지는 지지 프레임(402)의 보다 얇은 힌지화된 모서리(406)를 용융시킨다. 이것은 프레임 부재(408)가 주저앉아서, 지지 프레임의 주름 단부상의 모서리 벽(210), 또는 지지 프레임의 주름이 없는 단부상의 평탄한 모서리 측(216)에 대해서 가압되는 것이 가능하게 한다.
프레임 측 패널의 길이가 초음파 혼(404)의 폭보다 긴 일부 필터 조립체의 경우에, 초음파 혼(404)은 제조 공정에서 다시 위치가 정해질 수 있으며, 용접 공정은 다음에 동일한 측의 패널(408)에 대하여 반복될 수 있다.
상기의 용접 공정 단계는 다른 프레임 부재(408)에 대하여 반복된다. 바람직스럽게는, 대향하는 프레임 부재(408)의 용접이 두개의 용접용 혼(404)을 사용하여 실질적으로 동시에 발생한다. 예를 들면, 필터 조립체의 돌출된 양 주름 단부(220)들은 초음파 용접 혼의 세트를 사용하여 동시에 그들의 각 프레임 부재(408)에 대하여 용접되며, 필터 매개체의 주름이 형성되지 않고 노출된 양 측(208)은 다음에 그들의 해당 프레임 부재에 동시에 용접된다. 용접 단계들은 모든 프레임 부재들이 그들의 해당 노출 필터 매개체 재료에 대하여 용접될때까지 반복된다. 보다 신속한 제조 주기가 이루어져야 한다면, 모든 네 측의 패널들이 동시에 용접될 수 있다. 모든 프레임 부재(408)들이 필터 매개체(202)의 노출된 표면에 대하여 용접된 이후에, 상부 형태(102)는 상승되며, 마무리된 필터 조립체는 제거된다.
도 5 에는 마무리된 필터 조립체(500)의 상부 사시도가 도시되어 있다. 도 6은 도 5 의 필터 조립체의 저부 사시도를 나타낸다. 마무리된 필터 조립체는 필터 매개체의 전체 주변을 따라서 필터/프레임 접합부에서 필연적으로 누설 방지를 나타낼 것이다. 본 발명에 따라서 제조된 필터 조립체(500)는 입자 또는 증기 오염 물질을 함유하는 물, 공기 또는 다른 개스로 이루어진 유체의 흐름을 여과하는데 사용되기에 적당한다.
도 7을 참조하면, 초음파 혼(404)를 이용하여 프레임 부재(408)의 일부에 용접되려고 하는 돌출 필터 매개체(216)의 일부를 도시하는 단면도가 도시되어 있다. 용접된 부분은 도 8에 도시되어 있다. 용접의 강도는 용접 영역(802)의 폭에 부분적으로 비례한다. 이러한 치수는 용접용으로 이용 가능한 재료의 양, 용적 밀도( 두께)의 조합 및, 돌출부(OL) (702)의 길이로부터 전개된 것이다. 고 밀도 필터 매개체의 사용은 낮은 밀도를 가지는 필터 매개체를 사용할때보다 작은 돌출 길이(702)를 필요로 할 것이다. 마찬가지로, 낮거나 또는 한계적으로 적합한 재료의 조합은 필터 매개체의 주름이 형성된 부분을 따라서 돌출부(702)의 길이를 증가시킴으로써 보상될 수 있다.
용접 영역(702)에서의 재료는 프레임 재료와 매개체 재료의 복합체이다. 이것은 부숴지기 쉬우며 크랙이 생길수 있다. 이러한 가능성을 감소시키도록, 상부(102) 및 저부(204) 베이스 형태의 코너 모서리는 양 톱니 모서리 측을 따라서 모서리가 깍일 수 있다(45。 X 0.020 인치). 이것은 날카로운 코너의 노취(notch)를 제거하며, 저부 형태(204)로부터 상부 형태(102)를 보다 용이하게 제거하는 것과, 이후에 마무리된 필터 조립체의 제거를 제공한다. 도 7에 도시된 바와 같이 모서리가 깎인 상부(102)와 저부(204) 베이스 형태를 사용하는 것은 도 8 에 도시된 용접 접합부에서 재료(804)로 둘러싸는 것을 가능하게 한다. 이처럼 재료(804)로 둘러싸는 것은 용접 접합부를 더욱 강화시킨다. 일단 필터 지지 프레임(402)의 내측 벽에 용접된 필터 매개체(202)는 필터 지지 프레임의 내측벽에 실질적으로 직각인 평면을 형성한다.
바람직한 실시예에서, 4 개의 일체화된 프레임 부재(408)를 가지는 필터 지지 프레임(402)이 사용될지라도, 본 발명은 필터 조립체의 각 측에 대하여 개별의 프레임 부재(408)를 사용하여 이루어질 수도 있다. 이러한 경우에, 개별적인 프레임 부재(408)들은 용접되어야 하는 측에서 노출된 필터 매개체에 근접하여 나타날 수 있다. 개별적인 프레임 부재들은 패널들이 노출된 필터 매개체에 용접되는 동안에 적절한 고정물에 의해서 정위치에 유지될 수 있다.
종래의 초음파 용접에서, 용접될 재료들이 공정 및 서로에 대하여 적합하여야 한다는 것은 근본적인 중요성이 있다. 비록 본 발명의 바람직한 실시예에서 폴리프로필렌 프레임 재료가 사용되고 폴리프로필렌 필터 매개체가 사용될지라도, 필터 매개체에서 사용된 모든 재료가 프레임 재료에서 사용된 것과 동일하거나, 또는 초음파 용접에 적합할 수 있는 그 어떤 재료를 주로 구비할 필요는 없다. 단지, 일단 필터 매개체를 형성하도록 섬유가 섞이게 되면, 필터 매개체가 적합성을 나타내도록 충분한 비율의 적합한 재료가 필터 매개체를 제조하는데 사용될 필요가 있다. 예를 들면, 초음파 용접에 적합할 수 있는 50 % 의 폴리프로필렌 섬유를 구비하는 섬유 및, 50 % 의 모두 아크릴 섬유를 포함하는 섬유의 혼합물은 초음파 용접에 적합하지 않는데, 이것은 초음파 용접에 적합하게 되는 충분한 폴리프로필렌을 포함하는 최종 필터 매개체를 생산하도록 함께 직조될 수 있다.
용접에 적합하지 않은 필터 매개체 재료에 대하여, 적합한 재료로부터 만들어진 면포 재료가 적합하지 않는 재료의 위에 놓여질 수 있다. 선택된 재료의 유일한 요건은, 필터 조립체의 구성 부품의 물리적 특성 및 형상이 영향받지 않도록, 상기 재료들이 강한 소결 또는 접합을 형성할 수 있어야만 한다는 것이다.
단일 중합체, 혼합물 또는 공중합체와 같은 다른 형태의 플라스틱이 지지 프레임(402)을 형성하도록 사용될 수 있다. 비록 본 발명이 상기와 같은 재료에 제한되어서는 아니될지라도, 여과 매개체(202)는 직조되거나, 봉재된 펠트(felt)이거나, 직조되지 않거나, 편물인 것과 같은 어떠한 하나의 형태로서 단일의 섬유 또는 다중 섬유 형태로부터 제조될 수 있으며, 또는 적층된 구조들도 사용될 수 있다. 폴리스티렌, ABS, 나일론등을 사용하는 것도 본 발명의 범위에 있으며, 이들 모두는 초음파 용접과 양립 가능한 재료이다.
본 발명에 필요한 자본의 투자는 매우 적다. 다른 공지의 제조 기술과는 달리, 본 발명에서는 얕은 주름으로부터 빽빽하게 간격이 형성된 깊은 주름을 망라하여 넓은 범위의 주름 구성이 사용될 수 있다. 단순한 평탄 초음파 용접 혼은 측부 및 단부 패널에 대하여 사용될 수 있다.
다중의 주름이 동시에 용접될 수 있기 때문에 공정은 대 용량의 제조에 적합하다. 지지 프레임 벽을 따라서 인덱싱하는 것은 초음파 혼의 극미한 운동을 필요로하며, 정확성은 중요하지 않다. 실험에 따르면 매우 고품질의 용접이 넓은 범위의 초음파 장치 변수에 걸쳐서 만들어질 수 있다.
본 발명이 특정의 구체예와 관련하여 설명되었지만, 많은 대체예, 수정예, 치환예, 및, 변형예가 위에 설명된 바에 비추어 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다는 점이 명백할 것이다. 예를 들면, 바람직한 실시예에서 필터 조립체가 초음파적으로 용접된다 할지라도, 라디오 주파수 용접, 열간 용접 또는 다른 적절한 용접과 같이 당해 기술에 공지된 다른 용접 기술이 사용될 수 있다. 더욱이, 본 발명은 바람직한 실시예에서 도시된 직각의 필터 조립체를 제외하고 모든 형태의 필터 조립체 인자들 (예를 들면, 원형, 사각형, 부등변 사각형)을 수용할 수 있다. 예를 들면, 원형의 필터 조립체가 원형의 프레임 부재 및 실질적으로 원형의 필터 매개체를 사용함으로써 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구 범위에 속하는 그러한 모든 대체예, 수정예 및 변형예를 포함하도록 의도된다.
본 발명은 공기 및 개스 필터와 같은 필터 분야에서 필터 조립체의 제조 방법과 그에 의해 제조된 필터 조립체에 적용될 수 있다.

Claims (18)

  1. 필터 매개체가 지지 부재에 의해 유지되고 필터 매개체의 일부가 지지 부재의 측벽들중 최소한 하나로부터 돌출되도록, 측벽을 가지는 지지 부재상에 필터 매개체를 배치하는 단계;
    필터 매개체의 돌출 부분에 근접하여 외측과 내측 벽을 가지는 필터 프레임 부재를 위치시키는 단계;
    필터 프레임 부재의 외측 벽이 지지 부재의 외측벽을 향해 주저앉고 필터 프레임 부재의 내측 벽이 필터 매개체의 돌출 부분과 접촉하도록 용접용 혼을 필터 프레임 부재의 외측 벽에 대하여 가압하는 단계 및,
    필터 매개체의 돌출 부분을 필터 프레임 부재의 내측 벽에 용접하는 단계를 구비하는 필터 조립체의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 용접 단계는 필터 매개체의 돌출 부분이 필터 프레임 부재의 내측 벽에 용접되도록 초음파 에너지를 용접용 혼에 제공하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 지지 부재는 복수개의 치를 구비하고 필터 매개체는 복수개의 주름을 구비하며, 지지 부재의 측벽들중 최소한 하나로부터 돌출된 필터 매개체의 부분은 주름이 형성된 단부 부분을 구비하며, 상기 배치 단계는 필터 매개체의 주름을 지지 부재상에 기초한 복수개의 치에 정렬시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 지지 부재는 톱니 모서리를 가지는 제 1 및 제 2 지지 부재를 구비하며, 제 2 지지 프레임이 필터 매개체의 상부에 배치되었을때 제 1 지지 프레임의 톱니 모서리는 제 2 지지 프레임의 톱니 모서리와 맞물리며, 상기 배치 단계는,
    필터 매개체를 제 1 지지 부재상에 배치하는 단계,
    필터 매개체가 제 1 지지 프레임과 제 2 지지 프레임 사이에 위치되도록 제 2 지지 부재를 필터 매개체의 상부에 배치하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체의 제조 방법.
  5. 주변부를 가지며 주름이 형성된 필터 매개체를 제공하는 단계,
    제 1 지지 부재상에 주름이 형성된 필터 매개체를 배치하는 단계,
    주름이 형성된 필터 매개체가 제 1 과 제 2 지지 부재 사이에 배치되고 필터 매개체 주변부의 일부가 노출되도록 제 2 지지 부재를 제 1 지지 부재에 짝지우는 단계,
    내측 및 외측 벽을 가지며 노출된 필터 매개체에 대하여 최소한 두개의 측부의 패널을 구비하는 필터 지지 프레임을 제시하는 단계 및,
    필터 매개체가 필터 지지 프레임의 내측 벽에 실질적으로 수직인 평면을 형성하도록 필터 매개체의 노출된 부분이 필터 지지 프레임의 내측벽에 용접되고 필터 지지 프레임이 노출된 필터 매개체의 전체 주변부를 감싸도록 필터 지지 프레임을 노출된 필터 매개체에 용접하는 단계를 구비하고, 용접 단계는 최소한 두개의 측부 패널이 지지 부재를 향해 주저앉도록 하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 용접 단계는 필터 지지 프레임 부재를 노출된 필터 매개체에 초음파적으로 용접시키는 것을 구비하는 필터 조립체의 제조 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 용접 단계는 필터 매개체의 평면에 수직인 필터 지지 프레임에 대하여 그리고 노출된 필터 매개체를 향하여 용접용 혼을 가압하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체의 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 필터 매개체의 주변부는 두 쌍의 대향하는 변을 가지는 실질적으로 사각형의 형상이며 필터 지지 프레임은 네 측의 패널을 구비하고,
    용접 단계는,
    필터 매개체의 제 1 쌍의 대향하는 측을 두개 측의 패널에 실질적으로 동시에 용접하고,
    제 1 쌍의 대향하는 측을 용접한 이후에 제 2 쌍의 대향하는 측을 남아있는 두개 측의 패널에 실질적으로 동시에 용접하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체의 제조 방법.
  9. 주변부를 가지는 지지 부재를 제공하는 단계,
    필터 매개체의 일부를 지지 부재의 전체 주변부를 따라서 돌출시키도록 필터 매개체를 지지 부재상에 배치하는 단계,
    지지 부재의 주변부로부터 돌출한 필터 매개체의 일부가 필터 프레임 부재의 내측 벽에 근접하게 배치되도록 지지 부재의 주변부 둘레에 내측 및 외측 벽을 가지는 필터 프레임 부재를 정렬하는 단계,
    필터 프레임 부재의 외측 벽의 최소한 일부에 대하여 용접용 공구를 가압하는 단계,
    가압되고 있는 필터 프레임 부재의 부분과 돌출된 필터 매개체의 일부 사이에서 용접이 형성되게 하고, 필터 프레임 부재의 용접은 용접되고 있는 필터 프레임 부재의 일부가 돌출된 필터 매개체의 일부를 향해 주저앉도록 하는 단계를 구비하는 필터 조립체의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 가압 단계는 용접용 공구가 필터 프레임 부재의 일부에 대하여 가압될때 용접 에너지를 용접용 공구에 적용하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체의 제조 방법.
  11. 제 9 항의 방법에 의해 제작된 필터 조립체.
  12. 복수개의 치와 측벽을 가지는 제 1 지지 부재를 제공하는 단계,
    필터 매개체의 주름들중 일부가 제 1 지지 부재상의 해당 치에 안착하도록 주름이 형성된 필터 매개체를 제 1 지지 부재상에 정렬하는 단계,
    필터 프레임을 제 1 지지 부재의 측벽 둘레에 배치하는 단계,
    복수개의 치와 측벽을 가지는 제 2 지지 부재를 제공하는 단계,
    제 1 및 제 2 지지 부재상의 치가 서로 맞물리고 주름이 형성된 필터 매개체의 부분들이 필터 매개체의 전체적인 주변부 둘레에서 제 1 및 제 2 지지 부재 측벽으로부터 돌출되도록 제 2 지지 부재를 제 1 지지 부재에 짝지우는 단계 및,
    초음파 혼을 필터 프레임의 일부에 대하여 가압하고 초음파 에너지를 혼에 적용함으로써, 용접되고 있는 필터 프레임의 그 일부가 필터 매개체에 대하여 주저앉도록 하여, 제 1 및 제 2 지지 부재의 측벽으로부터 돌출된 필터 매개체의 최소한 일부에 대하여 최소한 일부의 필터 프레임을 용접하는 단계를 구비하는 필터 조립체의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 제 1 및 제 2 지지 부재는 네 측의 벽을 구비하고 필터 프레임은 서로 부착된 네 측의 패널을 구비하며, 일측의 패널은 각 지지 부재 측벽을 따라 위치하며, 초음파 혼을 가압하는 단계는,
    초음파 혼을 선택된 일측 패널에 대하여 가압하는 단계를 구비하고,
    초음파 에너지를 적용하는 단계는 선택된 측의 패널이 선택된 측의 패널에 대하여 용접되고 있는 돌출 필터 매개체의 부분에 대하여 주저앉도록 하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체의 제조 방법.
  14. 주변부 모서리를 가지는 필터 매개체;
    내측 및 외측 벽을 가지며 필터 매개체가 필터 지지 프레임의 내측 벽에 용접되었을때 필터 매개체의 주변부 모서리를 향해 주저앉도록 복수개의 주저앉을 수 있는 프레임 부재를 구비하는 필터 지지 프레임;을 구비하고,
    필터 지지 프레임은 필터 매개체의 주변 모서리 둘레에 위치하고 필터 매개체는 필터 지지 프레임의 내측 벽에 실질적으로 직각인 평면상에 용접되는 필터 조립체.
  15. 제 14 항에 있어서, 필터 지지 프레임은 복수개의 개별적인 필터 프레임 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  16. 제 14 항에 있어서, 필터 매개체는 주름이 형성된 필터 매개체를 구비하며 이것의 주변부 모서리의 부분은 주름이 형성된 단부이며, 필터 지지 프레임의 내측 벽은 실질적으로 평탄하며 필터 매개체의 주름이 형성된 단부는 실질적으로 평탄한 내측 벽에 직접적으로 용접되는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  17. 제 14 항에 있어서, 필터 매개체는 초음파 용접, 라디오 주파수 용접 및 열간 용접으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 용접 공정에 의해 필터 지지 프레임에 용접되는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 필터 조립체는 정사각형, 직사각형, 원형, 부등변 사각형 및 타원형으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 형상을 나타내는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
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