KR20010101967A - 구조적으로 부착된 외부 슬리브를 갖는 필터 카트리지와조립방법 - Google Patents

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Abstract

유체 필터(10)는 중앙의 구멍이 뚫린 지지 코어(33) 주위에 배치되거나 자체 지지된 원통형의 주름진 필터 매체(12)를 구비한다. 압출된 나일론재의 다이아몬드 형태의 메시를 구비한 외부 지지 슬리브(14)가 주름진 매체에 걸쳐 신장되고, 주름 선단부(19)에 맞추어 탄성적으로 변형되어, 주름 선단부의 주름(18)을 주름에 대한 기계적 또는 화학적 접합없이도 서로 고정되게 구조적으로 유지한다. 바람직하게는, 지지 슬리브(14)는 60 내지 90도의 올 사이의 각도와, 적절한 식별 표지(36)로 부재를 표시하는데 충분한 올 밀도를 갖는다. 단부 덮개(16, 17)는 유체 필터(10)의 대향단에 배치된다. 원통형 필터 매체(12)는 원추형 도구(40)를 통해 외부 슬리브(14) 내부로 반경방향으로 압축된다. 다음에, 제 2 원추형 도구(72)를 갖는 내부 지지 코어(33) 또는 심봉(70)이 원통형 필터 매체 내부로 강제로 삽입되어, 매체를 확장시킴으로써, 외부 슬리브(14)가 주름 선단부(19)를 탄성적으로 신장시키고 이 선단부에 맞추어 변형시킨다.

Description

구조적으로 부착된 외부 슬리브를 갖는 필터 카트리지와 조립방법{FILTER CARTRIDGE WITH STRUCTURALLY ATTACHED OUTER SLEEVE AND METHOD OF ASSEMBLY}
본 발명은 일반적으로 유체 필터와 그것의 조립에 관한 것이다.
유압 오일 또는 윤활유와 같은 유체를 필터링하는 공지된 한가지 형태의 필터부재는 복수의 평행한 주름 또는 접힌 부분을 구성하도록 접힌 필터 재료의 시이트를 포함한다. 시이트의 측면 가장자리는 시이트가 원통형 구조를 갖도록 붙여지고, 이 시이트의 다수의 주름은 축방향 또는 길이방향으로 연장된다. 그후, 이 시이트의 측면 가장자리는 접착제, 봉합 또는 기타 수단 등을 사용하여 함께 체결되어, 필터 재질을 원통형으로 유지한다.
주름이 필터링될 유체와 접촉하는 큰 표면적을 제공하기 때문에, 이와 같이 주름진 매체는 주름지지 않은 매체에 비해 이점을 갖는데, 이 큰 표면적은 오물 수용능력을 증가시키고 압력손실을 최소화한다.
주름진 필터 매체는 코어가 없을 수 있으며, 즉 자체 지지될 수 있으며, 부재가 하우징 내에 놓일 때 필터 하우징과 일체화된 원통형의 구멍이 뚫린 지지 튜브 위에 수납되거나, 부재와 일체화된 원통형의 구멍이 뚫린 코어를 구비할 수 있다. 단부 덮개들은 통상적으로 단부 덮개들과 매체 사이에 가해지는 적절한 접착제를 사용하여 필터부재의 어느 한쪽 단부에 수납된다. 필터 매체를 반경방향으로통과하는 유체가 개구를 통해 하우징 내부의 출구 통로로 흐를 수 있도록, 이들 단부 덮개들 중의 한 개는 중앙 개구를 갖는다. 필터링될 유체는 일반적으로 반경방향의 안쪽으로 필터 매체를 통해 흐른 다음, 단부 덮개 내부의 개구를 통해 바깥쪽으로 흐르는데, 이것은 유체의 효율적인 필터링을 위한 가장 유리한 유동 방향에 해당한다.
필터 매체의 주름들이 매체를 통해 흐르는 유체의 압력에 견딜 수 있는 것이 중요하다. 상당한 압력이 발생하면, 이들 주름은 변형되어, 접어 포개지거나 서로 뭉개질 수 있다. 이것은, 필터링을 위해 사용가능한 주름의 표면적이 줄어들어, 부재의 사용 수명을 줄이므로, 바람직하지 않다. 한가지 해결책은, 필터 매체에 수지를 제공한 후, 경화시켜 필터 매체에 특정한 양의 강성을 부여하는 것이다. 그러나, 수지 경화된 매체 만으로는 다수의 사용시에 매체 양단에서 발생하는 압력 강하를 견딜 수 없다. 또한, 수지 경화는 다수의 제조단계를 추가시키는데, 이것은 부재의 전체 비용을 증가시킨다. 이와 달리(또는 수지 경화 이외에), 매체가 주름이 질 때 얇은 에폭시가 덮인 강철재 메시(mesh)가 매체와 함께 적층될 수 있다. 그러나, 이것 역시 필터부재를 조립하기 위한 제조 단계를 증가시키며, 부재의 비용을 증가시킨다. 또한, 강철재 메시는 쓰레기 매립지에 용이하게 폐기하는데 적합하지 않으며, 즉 용이하게 소각할 수 없으며, 이것은 환경 문제를 야기한다.
필터 매체의 주름을 직접적으로 지지하기 위해 수많은 기술이 제안된 바 있다. 예를 들어, Humbert, Jr.의 특허 명세서 US-A-3,306,794호에는 중앙 코어를 감싸는 주름진 필터 매체가 개시되어 있는데, 여기에서는 외부의 구멍이 뚫린 종이층이 주름의 주위에 감기며, 접착용 시멘트의 미립자 또는 작은 방울을 사용하여 주름 선단부에 접착된다. 종이 층의 측면 가장자리는 중첩되어 서로 끈적끈적하게 부착된다. 주름 주위에 나선형 지지층을 둘러싸고, 둘러싸인 나선형 층을 뜨거운 용융 접착제를 사용하여 주름의 선단부에 부착하는 것도 공지되어 있다. 또한, 융해 접합이 외부의 지지용 싸개를 내부의 필터 매체에 부착하는데 사용되어 온 것으로 생각된다.
또 다른 기술이 특허 명세서 US-A-4,956,089에 개시되어 있는데, 여기에서는 주름진 매체가 내부 및 외부 지지 케이지(cage) 내부에 배치된다. 각각의 지지 케이지는 폴리프로필렌과 같은 열가소성 물질의 격자상 튜브로 구성된다. Degan의 특허 명세서 US-A-4,693,985, Asher 등의 특허 명세서 US-A-5,824,232와, Miller의 특허 명세서 US-A-4,609,465에는 유사한 구조가 개시되어 있는데, 여기에서는 외부 지지체 격자체, 메시 또는 케이지가 불화폴리머, 할로겐화 폴리머, 폴리에스터, 또는 폴리프로필렌과 폴리에틸렌과 같은 폴리올레핀 등의 물질로 형성된다. 본 출원인은, 고밀도 폴리머의 단섬유 직물(monofilament fabric)이 이 지지체 케이지용으로 일반적으로 사용되는 것으로 알고 있다. 알려진 것과 같이, 이와 같은 물질은 비교적 큰 강성을 갖는 지지체 케이지를 제공한다.
사실상, 주름진 매체에 대한 종래기술의 지지체 구조는, 케이지 사이에 주름진 매체를 위한 지지를 제공하도록 구성된 비교적 강성을 갖는 케이지 형태의 구조이거나, 매체의 주름에 기계적으로 또는 화학적으로 부착된 더 유연한 물질로 이루어진 것으로 알고 있다. 이들 기술이 다양한 응용분야에서 주름진 매체에 대해 충분한 구조적인 무결성을 제공할 수 잇기는 하지만, 이들 기술은 일부 단점을 갖고 있는 것으로 생각된다. 예를 들면, 강성을 갖는 내부 및 외부 케이지를 설치하는 것은 비교적 고가의 폴리머 및 기타 재료와, 케이지를 형성하기 위한 고가의 제조단계를 필요로 한다. 또한, 주름 위에 빈틈없이 끼워지도록 케이지의 제조공차가 주의깊게 조절되어야 한다. 더구나, 케이지는 부재의 구조적 일체성을 제공하기 위한 것이지만, 이와 같은 구조적 일체성은 주로 축방향으로 존재하며, 즉 부재의 눌려 부서지는 것을 방지하기 위한 것으로 생각된다. 주름은 여전히 대체로 케이지 내부에서 자유롭게 움직일 수 있다. 이것은 여전히 사용중에 주름이 접어 포개지거나 뭉개지는 문제를 일으킬 수 있다.
반면에, 주름 선단부를 외부 싸개에 접착 또는 다른 방식으로 점착하는 것도 추가적인 제조단계를 필요로 하는데, 이것도 필터부재의 전체 비용을 증가시킨다. 또한, 필터링하려는 유체 및 접착제의 호환성과, 사용중에 접착제의 결합이 깨지는 문제가 존재할 수 있다. 이것은 많은 응용분야에서 허용될 수 없다.
따라서, 본 출원인은, 주름 위에 쉽게 배치될 수 있고, 사용중에 주름이 서로에 대해 움직이는 것을 방지할 수 있으면서도, 주름에 대한 지지체 구조의 추가적이고도 고가의 기계적 또는 화학적 접합을 필요로 하지 않는, 외부 지지체 구조를 갖는 주름진 필터부재에 대한 요구가 산업계에 존재하고 있다고 생각한다.
본 발명의 일면에 따르면, 필터부재를 조립하는 방법이 제공되는데, 이때 필터부재는 중앙 구멍을 둘러싸는 연속적인 일련의 축방향으로 연장되는 상호연결된 복수의 주름을 갖는 원통형의 주름진 필터 매체와, 연속적인 탄성 지지 슬리브를구비한다. 지지 슬리브는 일반적으로 상기 원통형 매체의 본래의 외부 치수보다 약간 작은 내부 치수를 갖는다. 원통형 매체는, 이 원통형 매체의 외부 치수가 지지 슬리브의 내부 치수보다 작도록, 반경방향으로 압축된다. 그후, 압축된 원통형 매체는 상기 지지 슬리브 내부에 삽입된 다음, 지지 슬리브가 원통형 매체를 따라 둘러싸면서 연장되고, 탄성적으로 신장되어 원통형 매체의 주름을 주름에 대한 기계적 또는 화학적 접합없이 서로에 대해 고정되게 구조적으로 유지하도록, 그것의 정규 외부 치수를 향해 다시 팽창된다. 다음에, 한쌍의 단부 덮개가 원통형 매체의 대향하는 단부에 접합된다.
본 발명은, 원통형 필터 매체의 복수의 주름이 외부 지지 슬리브에 의해 서로 고정되게 유지되고, 슬리브에 대한 주름의 기계적 또는 화학적 접합에 의존하지 않는, 신규하고도 유일한 유체 필터와, 유체 필터의 조립방법을 제공한다. 이와 같은 유체 필터는 조립하기가 쉽고 수월한데, 이것은 필터부재의 전체 비용을 줄인다. 또한, 이 필터의 부품은 용이하게 소각가능하므로, 쓰레기 매립지에 쉽게 폐기하는데 적합하다. 또 다른 이점으로서, 이 필터는 통상적인 인쇄기기 및 장치를 사용하여 필터 위에 직접 식별 표지(모델 번호, 로고 등)의 인쇄를 허용하는 외부 표면을 갖고 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 외부 지지 슬리브는, 복수의 주름 위로 신장되며 이들 주름의 선단부와 대체로 일치하는 연속적인 튜브 형태를 갖는다. 지지 슬리브는, 바람직하게는 압출된 나일론의 다이아몬드 형태의 메시와 같은 폴리머 메시로 이루어진 탄성 재료로 형성된다. 메시는 주면방향으로 약 60 내지 90도의 올 사이의 각도(strand angle)를 갖는데, 이것은 주면방향으로 우수한 팽창 특성을 제공한다. 지지 슬리브는 보통 원통형의 주름진 매체보다 약간 작은 외부 치수를 가지며, 원통형의 주름진 매체 위로 신장될 때 최소한 3% 팽창된다. 지지 슬리브는 주름진 매체의 전체 길이를 따라 연장되고, 매체의 대향 단부에 있는 단부 덮개들과 접착된다. 탄성 지지체 슬리브는 주름에 대해 반경방향의 압축을 제공하여, 주름을 사용중에 서로에 대해 고정되게 유지한다.
바람직하게는, 주름진 매체는, 비직조(non-woven) 지지체가 외부의 압출된 폴리머 지지 메시와 내부의 압출된 폴리머 지지 메시 사이에 삽입된 웨트-레이드(wet-laid) 유리섬유 필터층(들)을 갖는 다층 시이트를 구비한다. 부재에 대해 추가적인 구조상의 지지를 제공하기 위해, 지지 슬리브와 주름진 매체의 외부 지지 매시는 그들의 유사한 메시 구조로 인해 상호 맞물린다.
필터부재의 외부 표면 승에 직접 식별 표지가 인쇄될 수 있도록, 외부 지지 슬리브도 비교적 높은 올 밀도를 갖는 것이 바람직하다. 이것은 통상적인 잉크 패드, 잉크젯 또는 레이저 프린팅 기계 또는 장치를 사용하여 달성될 수 있다.
유체 필터는, 먼저 필터 매체 시이트에 연속적인 일련의 축방향으로 연장된 상호연결된 주름을 설치하고, 그후 시이트의 측면 가장자리가 원통형 형태로 필터 매체를 유지하도록 접착제 등을 사용하여 서로 접착하여 조립된다.
그후, 튜브형 지지 슬리브는 원추형 조립 도구의 일단에 임시로 연결되고, 원통형의 주름진 매체가 강제로 원추형 도구를 통과하도록 하여, 매체가 지지 슬리브 내부로 쉽게 미끄러져 들어갈 수 있도록 매체를 반경방향으로 압축한다.
그후, 복합 구조물(주름진 매체와 지지 슬리브)이 반경방향으로 확장된다. 유체 필터가 내부 지지 코어를 갖도록 하려면, 제 2 원추형 조립 도구가 임시로 지지 코어의 일단에 부착된 다음, 지지 코어가 원통형 매체의 중심 구멍 내부로 강제로 넣어져, 원통형 매체를 지지 슬리브 내부로 팽창시킨다. 지지 슬리브는 주름 선단부에 맞도록 탄성적으로 변형되며, 주름을 서로 고정되게 조인다. 다음에, 원추형 도구가 지지 코어의 전방 단부로부터 제거된다.
코어없는 부재에 대해서는, 유사한 원추형 조립 도구를 갖는 심봉(mandrel)이 복합 구조물의 중앙 구멍 내부에 강제로 끼워져, 매체를 반경방향으로 확장시키며, 지지 슬리브는 다시 주름 선단부에 맞도록 탄성적으로 변형되게 된다. 그후, 심봉이 제거되는데, 이것은 원통형의 주름진 매체가 약간 수축하도록 하지만, 외부 지지 슬리브는 여전히 주름 선단부에 맞도록 탄성적으로 변형하여 주름들을 서로 고정되게 유지한다.
그후, 어떤 실시예에서도, 단부 덮개가 매체의 대향 단부에 접합되는데, 이것은 매체의 단부를 따라 지지 슬리브(와, 존재하는 경우에는 지지 코어)도 매체에 접합시킨다. 다음에, 적당한 표지가 필터의 외부 표면 상에 직접 가해질 수(인쇄될 수) 있다.
상기한 유체 필터는, 이 필터가 주름진 구조와, 기계적 또는 화학적 접합이 없이 서로 고정되게 주름을 유지하는 외부의 가요성 지지 슬리브를 갖는다는 점에서 신규하며 독특하다. 유체 필터를 조립하는 이와 같은 기술은 비교적 용이하고 수월한데, 이것은 부재의 전체 비용을 줄인다. 또한, 이 필터부재의 부품은 용이하게 소각가능하므로, 쓰레기 매립지에 쉽게 폐기하는데 적합하다. 더구나, 이 필터는 식별 표지로 쉽게 표시를 할 수 있으므로, 특정한 응용분야를 위한 적합한 필터 부재의 용이한 식별을 쉽게 한다.
이하, 본 발명을 다음의 첨부도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다:
도 1은 본 발명의 원리에 따라 구성된 필터부재의 측면도로서, 이 부재의 일부가 단면으로 도시되어 있으며,
도 2는 도 1의 필터부재의 부분 단면 평면도이고,
도 3은 도 1의 필터부재의 조립의 제 1 단계를 나타낸 것이며,
도 4는 제 1 실시예의 필터부재의 조립의 제 2 단계를 나타낸 것이고,
도 5는 제 2 실시예의 필터부재의 조립의 제 2 단계를 나타낸 것이며,
도 6은 필터부재의 지지 슬리브에 대한 올 매트릭스(strand matrix)의 확대도이다.
이하, 첨부도면, 먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된 필터부재를 총괄적으로 도면부호 10으로 표시하였다. 필터부재(10)는, 중앙 구멍(13)을 둘러싸는 원통형의 주름진 필터 매체(12)와, 이하에서 더욱 상세히 설명하는 외부 지지 슬리브(14)와, 부재의 대향 단부에 배치된 한쌍의 단부 덮개(16, 17)를 구비한다. 단부 덮개(16, 17)는 필터부재가 필터 하우징(미도시) 내부의 관련된 통로(들)에 유동적으로 연결되도록 하며, 유체가 부재의 중앙 구멍(13)으로부터 외부로(또는 구멍 내부로) 흐를 수 있도록 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 필터 매체(12)는, 서로 연속적으로 상호연결되는 예를 들면 도면부호 18로 총괄적으로 나타낸 것과 같은 축방향으로 연장되는 복수의 주름을 포함한다. 주름은, 주름 선단부를 정의하는 외부 단부(19)와, 내부 (만곡부) 단부(20)와, 외부 단부와 내부 단부를 상호연결하는 측벽(21)을 구비한다. 주름의 축은 대체로 서로 평행하고, 주름 형성장치를 사용하여 또는 수동으로 임의의 적절한 주름 형성기술을 사용하여 형성될 수 있다. 주름의 개수와 치수는 특정한 응용분야에 의존하여 변할 수 있다.
필터 매체(12)는 바람직하게는 다층 구조를 갖는 시이트를 구비한다. 다층 구조물은 내부 지지 메시(22), 중간 여과층(23)과 외부 지지 메시(24)를 구비한다. 매체의 층은, 임의의 적절한 재료, 예를 들면 폴리머, 셀룰로오스, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 유리 섬유, 스폰본딩(spun-bonded) 재료, 천, 종이, 나일론, 오론(Orlon) 등 또는 이들의 조합으로 제조될 수 있다. 상기한 매체의 내부 및 외부 지지 메시는 바람직하게는 압출된 폴리머인 반면에, 중간 여과층은 바람직하게는 웨트-레이드 유리섬유 매체(예를 들면, 아크릴 바인더를 사용한 보로실리케이트 마이크로글라스 섬유)이다. 지지 메시는 중간 여과층에 대한 마모를 방지하기 위해 가능한한 매끄러워야 한다. 여과층에 대한 손상을 방지하기 위해 상류 및 하류로 향하는 비직조 지지층(예를 들면, 폴리에스터, 나일론 또는 대마(hemp) 층)이 여과층의 대향측에 설치될 수도 있다. 여과층과 지지 메시(설치된 경우에는, 비직조 지지층도 포함)에 대한 재료의 선정은, 일반적으로 특정한 응용분야와, 필터링하려는유체와의 호환성과, 온도 요구사항에 의존한다. 이들 층 각각을 형성하는 기술은 본 발명이 속한 기술분야의 당업자에게 공지되어 있다.
여과층(23)은 바람직하게는 지지 메시(23, 24)의 정격 "기공 크기"(올 밀도)보다 작은 정격 기공 크기를 갖는다. 마찬가지로, 여과층(23)의 두께는 바람직하게는 지지 메시(23, 24)의 두께보다 작다. 여과층이 1 미크론 내지 50 미크론의 정격 기공 크기와, 약 0.128 mm(0.005 인치) 내지 약 0.64 mm(0.025 인치)의 범위를 갖는 두께를 갖는 것이 바람직하다. 지지 메시 각각은 인치당 약 16올의 올 밀도와, 약 0.385 mm(0.015 인치) 내지 약 0.641 mm(0.025 인치)의 범위를 지닌 두께를 갖는 것이 바람직하다. 주지하는 것과 같이, 여과층의 효율은 메시의 효율보다 수배 큰 크기를 갖는다. 여과층(23)과 지지 메시(23, 24)(그리고, 존재하는 경우에 미직조 지지층)의 기공 크기, 올 밀도와 두께도 명백하게 (상기한 범위 밖에서도) 특정한 응용분야에 의존하여 변할 수 있다. 전술한 것과 같은 다층 구조물이 바람직하기는 하지만, 필터 매체는 단일층일 수도 있다. 1개 또는 그 이상의 지지 메시층을 지닌 1개보다 많은 여과층이 설치되거나, 지지 메시층을 갖지 않은 1개 또는 그 이상의 여과층(들)이 설치될 수도 있다.
여하튼, 매체 시이트는 바람직하게는 먼저 서로에 대해 적층되게 복수의 층으로 형성되고, 이들 층은 전술한 통상적인 기술을 사용하여 함께 주름이 형성된다. 그후, 이들 주름의 측면 가장자리가 함께 모아지고, 매체가 원통형 배치를 갖도록, 이들 가장자리가 접착제를 사용하거나 임의의 다른 적절한 수단을 사용하여 접합된다. 이들 주름은, 주름이 반경방향으로 외부로 돌출하면서, 완성된 매체 서브조립체 주위로 연속적으로 연장된다.
상기한 부재에 대한 외부 지지 슬리브(14)는, 탄성 재료, 즉 그것의 본래 형태의 적어도 일부분을 변형시키고 복원할 수 있는 가요성 재료로 형성된다. 이 지지 슬리브도 필터링하려는 유체와 호환성을 갖는 물질로 형성되어야 하며, 필터 매체 양단의 압력차에 견딜 수 있는 충분한 강도를 갖는다. 바람직하게는, 지지 슬리브는 압출되거나 직조될 수 있는 열가소성 합성수지 폴리머, 예를 들면 나일론으로 제조될 수 있으며, 다이아몬드 형태의 메시 또는 매트릭스 구조(도 6 참조)를 갖는다. 지지 슬리브가 주 여과작용을 제공하지 않도록, 지지 슬리브의 정격 기공 크기는 하부층인 여과층의 정격 기공 크기보다 작아야 한다. 이에 반해, 슬리브는 통상적인 패드, 잉크젯 또는 레이저 인쇄기기 또는 장치를 사용하여 직접 슬리브의 외부 표면에 도면부호 36의 위치에 식별 표지(로고, 모델 번호 등)를 인쇄할 수 있도록 하는데 충분히 높은 올 밀도를 갖는 것이 바람직하다. 인치당 약 26 올의 올 밀도와, 약 0.256 mm(0.010 인치) 내지 0.769 mm(0.030 인치)의 범위의 두께를 갖는 슬리브가 적절한 것으로 밝혀졌지만, 마찬가지로, 슬리브의 재질, 올 밀도와 두께는 특정한 응용분야에 의존하여 변경될 수 있다. 특정한 응용분야에 적합한 지지 슬리브에 대한 재료, 올 밀도와 두께는 간단한 실험법을 사용하여 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다.
도 2에 도시된 것과 같이, 외부 지지 슬리브(14)는 주름 위로 팽창되거나 반경방향으로 신장되며, 지지층이 적어도 매체의 외부 주름 선단부들과 일치할 수 있도록 하는 탄성을 갖는다. 주지하는 것과 같이, 슬리브는 주름 사이의 영역에서는주름으로부터 이격된다. 외부 지지 슬리브는 일반적으로 주름진 매체의 정규 외부 반경 치수보다 약간 작은 반경 치수를 가지며, 외부 지지 슬리브가 매체 위로 신장될 때, 슬리브는 그것의 정규 치수를 약간 초과하여 밖으로 팽창된다. 바람직하게는, 슬리브는 최소한 3% 신장되며, 바람직하게는 그것의 정규 외부 치수를 약 3-6% 초과하여 신장되는데, 즉 신장될 때 슬리브의 직경이 최소한 3% 증가한다. 신장된 탄성 지지 슬리브는 주름에 대해 반경방향의 압축을 제공하여 주름을 서로 고정되게 유지한다. 이와 같은 반경방향의 압축은, 매체에 대한 추가적인 기계적 또는 화학적 접합을 필요로 하지 않으면서도, 주름을 광범위한 압력 범위에 걸쳐 서로 고정되게 유지한다는 것이 밝혀졌다.
도 6에 도시된 것과 같이, 외부 지지 슬리브(14)는 90도 이하의 올 사이의 각도 α를 가지며, 더욱 바람직하게는 60 내지 90도의 올 사이의 각도를 갖는다. 이 도면에 도시된 것과 같이, "올 사이의 각도"는 x(주면) 방향으로 측정된다. 올 사이의 각도가 90도보다 작으면, "x"(주면) 방향으로의 힘의 성분이 작으므로, 원통형 매체를 중심으로 주면방향으로 슬리브의 더 큰 신장을 허용하게 된다. 또한, 이와 같은 올 사이의 각도는 슬리브와 원통형 주름 구조에 대해 더 큰 공차 범위를 허용한다. 상기한 올 사이의 각도가 바람직하기는 하지만, 이 각도는 물론 원하는 특정한 탄성에 의존하여 (이 범위를 벗어나서도) 변할 수 있다.
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 지지 슬리브(14)와 주름진 매체에 대한 외부 지지 메시(24)는 그들의 유사한 메시 형태의 구조로 인해 주름 선단부의 위치에서 서로 맞물린다. 이것은 필터 매체의 주위에 있는 주름에 대해 추가적인 지지(증가된 피로 저항)를 제공한다.
상기한 부재의 단부 덮개(16, 17)는 대체로 원형 구조를 가지며, 이들 단부 덮개 중에서 적어도 1개(16)는 유체가 유동하는 중앙의 원형 개구(30)를 갖는다. 하우징 내부에 있는 적당한 유체 통로를 밀봉하기 위해, 탄성 엘라스토머 O-링 가스켓(32)이 단부 덮개(16) 내부의 개구(30)를 둘러싸는 반경방향의 안쪽으로 향하는 홈 내부에 설치될 수 있다. 단부 덮개 17은 연속적인 구멍이 없는 구조를 갖거나, 마찬가지로 필터 하우징 내부의 유체 통로를 수용하기 위한 중앙의 원형 개구를 가질 수 있다. 이들 단부 덮개는, 필터링하려는 유체와 양립할 수 있고 용이하게 소각가능하거나 쓰레기 매립지에 다른 방식으로 쉽게 폐기할 수 있는 강체 플라스틱과 같은 임의의 적절한 불침투명 물질로 제조될 수 있다.
단부 캡(16, 17)은 접착제 또는 다른 적절한 수단에 의해 필터 매체의 단부에 접합된다. 접착제는 주름진 매체의 전체 환형 단부의 양단에 가해지며, 지지 코어(존재하는 경우에 해당)의 단부 이외에, 매체의 단부에 지지 슬리브를 접합시킨다. 지지 슬리브는 바람직하게는 주름진 매체의 전체 길이에 걸쳐 연장되지만, 지지 슬리브가 단부 바로 앞에서 멈추고 접착제 덩어리를 통해 매체에 부착되는 것도 가능하다.
주름진 필터 매체는 도면부호 33으로 나타낸 지지 코어에 의해 안쪽으로 지지되거나, "코어가 없을 수" 있는데, 즉 자체 지지되고, 필터 하우징과 일체화된 지지 튜브 주위에 착탈가능하게 수납될 수 있다. 지지 코어와 지지 튜브는 일반적으로 반경방향의 유체 유동을 위해 튜브/코어의 길이를 따라 이격된 복수의 개구를구비하고, 내부 (만곡부) 단부(20) 내부에 빈틈없이 수납되어 주름의 내부 단부를 지지한다. 지지 튜브/코어는, (특히 지지 코더에 대해서는) 강체 플라스틱 또는 (특히 지지 튜브에 대해서는) 금속과 같이, 특정한 응용분야에 적합한 재료로 형성될 수 있다. 또한, 예를 들어 1997년 2월 20일자 출원된 PCT 국제공개번호 WO 97/31695 "Coreless Non-Metallic Filter Element"에 기재된 것과 같이, 필터부재가 하우징 내부의 지지 튜브 내부에 용이하게 삽입되거나 분리할 수 있도록 하기 위해, 재료의 주면방향으로 연장된 스트립이 주름의 내부 단부에 접합될 수 있다.
도 3을 참조하면, 필터부재(10)를 제조하기 위해, 매체(12)가 먼저 원통형 형태로 조립된다. 그후, 외부 지지 슬리브(14)는 그것의 전방 단부(39)가 원추형 조립도구(40)에 임시로 부착된다(클램핑된다). 도구(40)는, 슬리브와 대략 동일한 직경을 갖고 슬리브(14)에 부착된 제 1 단부(42)와, 매체 서브조립체의 외부 치수(외경)와 최소한 같은 크기를 갖고, 바람직하게는 이 보다 약간 큰 크기를 갖는 내부 치수(내경)를 갖는 제 2 자유단(44)을 갖는다. 매체(12)는 확대된 단부(44)를 통해 원추형 도구(40) 내부로 축방향으로 삽입된다. 원통형 매체가 도구를 통해 삽입될 때, 원통형 매체가 지지 슬리브(14) 내부로 쉽게 미끄러져 들어갈 수 있도록 매체는 도구의 원추형 내부 표면에 의해 지지 슬리브보다 작은 치수로 반경방향으로 압축된다.
매체가 슬리브(14) 내부로 삽입된 후, 원추형 도구(40)가 슬리브의 전방 단부로부터 제거되며, 그 결과 슬리브가 원통형 매체의 전체 길이를 따라 연장된다.
이때, 개별적인 매체 서브조립체가 한번에 한 개씩 개별적인 지지 슬리브 내부로 삽입되거나, 상당한 길이의 원통형 매체의 전체가 더 길이가 긴 외부 슬리브 내부로 삽입된 후, 복합 구조물이 절단되어 개별적인 필터 부재를 형성할 수 있다는 점에 주목하기 바란다.
어떤 경우에도, 이하 도 4 및 도 5를 참조하면, 복합 구조물(매체와 지지 슬리브)은 반경방향으로 확대된다. 먼저, 중앙 지지 코어(33)를 갖는 제 1 실시예를 도시한 도 4를 참조하면, 지지 코어는 압축된 원통형 매체의 정규 내부 치수(내경)보다 약간 큰 외부 치수(외경)를 갖는다. 지지 코어에는, 지지 코어의 전방 단부(56)에 임시로 부착된(예를 들면, 클램핑된) 제 2 원추형 조립도구(54)가 설치된다. 원추형 도구(54)는, 코어의 외경과 대략 동일한 크기의 치수(외경)를 갖는 지지 코어의 전방 단부(56)에 부착된 제 1 단부(58)와, 원통형 매체의 중앙 구멍(13) 내부에 수납되도록 구성된 치수(외경)를 갖는 반경방향으로 축소된 전방 단부(60)를 갖는다.
원추형 도구(54)를 지닌 지지 코어(33)가 복합 구조물의 중앙 구멍(13) 내부로 축방향으로 미끄러져 들어가도, 도구(54)의 원추형 표면이 매체를 반경방장으로 확장 및 팽창시켜, 원통형 매체는 원통형 코어(33) 위로 쉽게 미끄러질 수 있는 내부 치수(내경)를 갖는다. 이와 같이 수행하는데 있어서, 주름은 반경방향으로 밖으로 강제로 밀려 주위의 지지 슬리브(14)를 탄성적으로 신장시키고 변형시킨다. 마찬가지로, 슬리브가 주름을 서로 고정되게 유지하는데 충분할 정도로 주름 선단부에 반경방향의 압축을 제공하도록, 지지 슬리브가 약 3-6% 신장되는 것이 바람직하다. 이와 같은 확장을 달성하는데 필요한 지지 코어의 외부 치수는 간단한 실험을 사용하여 쉽게 계산되거나 결정될 수 있다.
지지 코어(33)가 원통형 매체 내부에 삽입된 후, 원추형 도구(54)가 지지 코어로부터 분리되고, 단부 덮개(16, 17)가 매체의 단부에 접합됨으로써, 지지 슬리브(14)와 내부 지지 코어(33)의 단부를 매체에 부착시킨다.
이하, 제 2 "코어없는" 실시예를 나타낸 도 5를 참조하면, 크기 설정 심봉(70)은 복합 매체와 지지 슬리브의 내부 치수(내경)보다 약간 큰 외부 치수(외경)를 구비한다. 심봉은 원통형 매체의 중앙 구멍(33) 내부로 축방향으로 삽입되는 원추형 단부(72)를 갖는다. 심봉의 원추형 단부는, 중앙 구멍 내부에 수납되도록 구성된 외부 치수(외경)를 지닌 전방 단부(73)와, 심봉이 원통형 매체 내부로 쉽게 미끄러져 들어갈 수 있도록 심봉과 대략 동일한 크기의 외부 치수(외경)를 갖는 후방 단부(74)를 갖는다. 심봉이 원통형 매체 내부로 수납될 때, 심봉이 도 4의 실시예에 대해 전술한 것과 동일한 방식으로 복합 구조물을 반경방향으로 확장시켜, 주름이 신장된 외부 지지 슬리브 내부로 반경방향으로 밖으로 팽창되고, 슬리브가 주름 선단부에 맞도록 탄성적으로 변형되어 주름 선단부를 서로 고정되게 유지한다.
다음에, 심봉(70)이 제거되고, 그 결과 복합 구조물이 반경방향으로 수축하지만, 이와 같은 수축은 아주 약간으로(즉, 그것은 원래의 외부 치수보다 여전히 크다), 지지 슬리브는 주름을 계속 서로 고정되게 지지한다. 마찬가지로, 주름의 적절한 유지를 위해서는, (심봉이 제거된 후) 결과적으로 얻어진 지지 슬리브가 약 3-6% 팽창(신장)되는 것이 바람직하다. 이와 같은 확대를 달성하는데 필요한 심봉의 외부 치수는 간단한 실험 및/또는 계산에 의해 쉽게 결정될 수 있다. 그후, 단부 덮개(16, 17)가 매체의 단부에 접합되고, 이것은 다시 지지 슬리브의 단부를 매체에 부착하게 된다. 이와 같은 코어없는 부재는 필터 하우징과 일체화된 지지 코어 내부에 삽입되는데 적합하다.
전술한 실시예 중에서 어느 쪽에서도 단부 덮개가 필터부재의 단부 상에 조립된 후에, 이 부재는 잉크 패드, 잉크젯 또는 레이저 프린터와 같은 적절한 마킹장치를 사용하여 식별 표지(예를 들면, 로고, 모델 번호 등)가 표시될 수 있다. 식별 마크는 지지 슬리브의 외부 표면에 직접 가해질 수 있는데, 이것은 그 자체의 높은 올 밀도로 인해, 표시된 것을 충분히 판독가능한 형태로 받아들일 수 있다.
결국, 본 발명은, 비교적 용이하고 수월하며, 부재의 전체 비용을 줄이는, 신규하고도 독특한 유체 필터와 이 유체 필터의 조립기술을 제공한다. 더구나, 외부 지지 슬리브는 기계적 또는 화학적 접합이 없이도 주름 선단부를 서로 고정되게 유지한다. 또한, 필터부재의 부품은 쉽게 소각될 수 있으므로, 쓰레기 매립지에 쉽게 폐기하는데 적합하다. 더구나, 상기한 부재는 쉽게 표시될 수 있으므로, 특정한 응용분야를 위해 적합한 필터부재의 용이한 식별을 가능하게 한다.

Claims (5)

  1. 중앙 구멍(13)을 둘러싸는 연속적인 일련의 축방향으로 연장되는 상호연결된 복수의 주름(18)을 갖는 원통형의 주름진 필터 매체(12)와, 연속적인 탄성 지지 슬리브(14)를 구비한 필터부재(10)를 조립하는 방법에 있어서, 상기 지지 슬리브(14)는 일반적으로 상기 원통형 매체(12)의 본래의 외부 치수보다 약간 작은 내부 치수를 갖고, 상기 원통형 매체(12)는, 이 원통형 매체의 외부 치수가 지지 슬리브(14)의 내부 치수보다 작도록, 반경방향으로 압축되며, 압축된 원통형 매체(12)는 상기 지지 슬리브(14) 내부에 삽입된 다음, 상기 지지 슬리브(14)가 원통형 매체(12)를 따라 둘러싸면서 연장되고, 탄성적으로 신장되어 원통형 매체(12)의 주름(18)을 주름에 대한 기계적 또는 화학적 접합없이 서로에 대해 고정되게 구조적으로 유지하도록, 그것의 정규 외부 치수를 향해 다시 팽창되며,
    다음에, 한쌍의 단부 덮개(16, 17)가 상기 원통형 매체의 대향하는 단부에 접합되는 것을 특징으로 하는 조립방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    지지 슬리브(14)는 튜브형 구조를 갖고, 지지 슬리브(14)를 탄성적으로 변형시키는 단계는 지지 슬리브를 그것의 정규 외부 치수를 최소한 3% 초과하여 반경방향으로 신장하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 조립방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    원통형의 주름진 매체(12)를 원추형 전방 표면(44)을 갖는 제 1 도구(40) 내부에 삽입하여, 원통형 매체(12)를 지지 슬리브(14)의 내부 치수보다 작은 외부 치수로 반경방향으로 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    원추형 전방 표면(72)을 갖는 제 2 도구(70)를 상기 지지 슬리브(14)에 의해 둘러싸인 원통형 매체의 중앙 구멍(13) 내부에 삽입하여, 원통형 매체(12)를 반경방향으로 확대시키고 지지 슬리브(14)를 탄성적으로 변형시킨 다음, 도구(70)를 분리하여, 원통형 매체(12)가 원래의 외부 치수보다 크지만 팽창된 외부 치수보다는 작은 외부 치수로 반경방향으로 수축시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립방법.
  5. 제 3항에 있어서,
    원추형 전방 표면(54)을 갖는 구멍이 뚫린 지지 코어(33)를 상기 지지 슬리브(14)에 의해 둘러싸인 원통형 매체(12)의 중앙 구멍 내부(13)에 삽입하여, 원통형 매체(12)를 반경방향으로 확대시키고 지지 슬리브(14)를 탄성적으로 변형시켜, 상기 지지 코어(33)가 원통형 매체(12)의 중앙 구멍(13) 내부에 유지되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립방법.
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