KR100277107B1 - 개량된 밀봉 장치와 그 형성방법 - Google Patents

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KR100277107B1 KR1019930010757A KR930010757A KR100277107B1 KR 100277107 B1 KR100277107 B1 KR 100277107B1 KR 1019930010757 A KR1019930010757 A KR 1019930010757A KR 930010757 A KR930010757 A KR 930010757A KR 100277107 B1 KR100277107 B1 KR 100277107B1
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알.소오기 데일
에이취. 워너 칼
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바우만 러셀 이.
텍사스 인스트루먼츠 인코포레이티드
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Abstract

정상적으로 개방된 압력 반응 전기 스위치는 상부 및 하부 몸체부로 구성되며, 또한 이 몸체부들 사이에 개재된 디스크 시이트 부재와 터미널로 조합되어 구성된다. 전도성을 지닌 스냅 작동 디스크는 상기 디스크 시이트상에 배치되어 하부 몸체부내에 위치한 터미널 상에 배치된 전기 접촉부와 전기적 결합을 제공하기 위해 상기 터미널내의 중앙에 배치된 구멍을 관통하여 스냅작용을 한다. 상부 몸체부는 그곳을 통과하는 보어를 구비하며, 이 보어는 압력 공급원을 작용력으로 전환시켜 이 작용력이 상기 디스크에 가해지도록 채택된 압력 변환기를 활주중가능하게 장착한다. 가요성의 막은 상부 몸체부내의 보어에 인접하게 위치한 O형 링 시이트상에 수용된 O형 링과 함께 보어 위로 배치된다. 밀봉 시이트 둘레를 연장하는 벽은 O형 링을 O형 링 시이트에서 잠금시키도록 변형된다.

Description

개량된 밀봉 장치와 그 형성방법
제1도는 본 발명에 따라 제작된 밀봉 부재를 구비한 압력 반응 전기 스위치의 분해 사시도.
제2도는 제1도에 도시된 스위치가 조립된 상태를 도시한 단면도.
제3도는 제1도 및 제2도에 도시된 스위치의 하부측 본체부에 장착되는 터미널 부재의 평면도.
제4도는 제1도 및 제2도에 도시된 0-링 부재를 절취한 확대 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 압력 반응 전기 스위치 12 : 상부측 본체부
14 : 하부측 본체부 20 : 디스크 시이트
24 : 스냅 작용 디스크 26 : 보어
28 : 압력 변환기 38 : 제2 터미널 부재
44 : 앵커 탭 46 : 전기 접촉부
54 : 밀봉 부재
본 발명은 일반적으로 압력 반응 전기 스위치 등과 같은 곳에 사용되는 밀봉부재, 특히 0-링 형태의 밀봉 부재에 관한 것이다.
최근에 자동차 산업에 있어서, 성능의 개선을 위해 마이크로프로세스를 장치한 제어기를 이용하여 다양한 기능을 제어하는 것이 보편화 되고 있다. 종래 기술의 한 예로서, 유압 라인과 연통하도록 배치된 기어 변환 압력 스위치를 조작하기위해 솔레노이드 밸브가 사용되는데, 이 밸브는 상기 라인 내의 압력 변화에 반응하여 솔레노이드 밸브를 작동 및 작동해제시키는데 사용된다. 이러한 형태의 스위치의 한 예가 본 발명의 양수인에게 양도된 미합중국 특허 제5,049,708호에 개시되어있다. 상기 특허에서, 보통 폐쇄된 압력 스위치는 상부측 하우징 및 하부측 하우징을 포함하는데, 스냅(snap) 작용 디스크가 상부측 하우징 및 하부측 하우징 사이에 개재된 디스크 지지/터미널(termainal; 단자) 부재 상에 장착되어 있다. 상기 하부측 하우징은 홈이 파인 영역(recessed area)을 지닌 베이스를 포함하며, 홈이 파인 영역에는 상기 베이스를 지나 외측으로 연장하는 일체로 부착된 터미널을 구비하는 고정 접촉부가 장착된다. 상기 디스크 지지/터미널 부재는 증앙에 위치한 구멍을 구비하며, 이 구멍을 통해 복수개의 접촉 탭(tap)이 상기 부재로부터 구멍 속으로 내측으로 연장하여 디스크의 외주부와 물리적으로, 그리고 전기적으로 맞물린다. 평탄한 상부면과, 압력 변환기를 지나 반경 방향으로 연장하는 바닥면 상의 복수개의 리브(rib)를 구비한 압력 변환기는 상부측 하우징의 중앙에 배치된 보어 내에서 활주 가능하게 수용되어 있다. 상기 리브들은 상부측 하우징에 형성된 홈속에 수용되어 압력 변환기의 각운동을 구속하며, 압력 변환기의 중앙에 오목부(recess portion)가 형성되어 있는데, 상기 오목부는 디스크가 선정된 압력에 노출되면 그 반대쪽의 개방 접촉부를 스냅하도록 하기 위한 공간을 제공한다.
가요성 막(flexible membrane)이 상부측 하우징의 중앙에 배치된 보어 위에 놓이고, 0-링은 이 0-링에 일체로 중앙에 부착 배치된 버튼을 구비하는데, 상기 버튼은 가요성 막 및 압력 변환기의 중앙에 배치된 보어를 통해 수용되어 0-링, 가요성 막 및 압력 변환기를 함께 고정시킨다.
전술한 종래 기술에 따른 스위치에 있어서의 한계점은 스위치 접촉부가 변속장치의 작동 유체에 노출된다는 사실에 연관된다. 이와 같은 유체는 스위치 작동결함의 원인이 되는 변속장치로부터의 금속 부스러기(metal shaving)와 절연 조각(insulating piece) 등의 불순물을 포함한다. 비록 큰 불순물을 제거하기 위해 필터를 사용할 수 있지만, 다양한 필름들이 접촉부 및 디스크 표면에 생기기 때문에 이 필름충들을 통과하기 위해 높은 접촉력을 가하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따라 설계된 구조체는 압력 공급원과 디스크 사이에 설치한 압력 변환기를 사용함으로써 이러한 문제점을 해결 하였으며, 그 결과 종래의 기술에 의한 것보다 두배 또는 그 이상의 접촉력 증대를 이루었다.
전술한 종래 기술상의 문제점들 중 하나는 스위치를 압력 공급원에 밀봉시키기 위해 사용되는 0-링 밀봉 부재에 관한 것이다. 자동차 변속 장치, 특히 마이크로프로세스를 기본으로 하는 엔진 제어 모듈(ECM)에 사용되는 압력 반응 스위치는 대체로 크기가 작으며, 통상적인 0-링은 조립시에 움직이는 경향이 있으며 또는 0-링이 스위치에 장착 되자마자 떨어져 가끔 기울어지거나 심지어 실수로 빠뜨려 누출이 발생하는 경우가 있다. 또한 일단 삽입된 0-링 부재가 영구적으로 제위치에 유지되도록 접착제가 사용되는 경우도 있지만, 이러한 작업은 조립 비용을 증가시키고 전 공정의 일관된 제어를 얻기 어렵게 만든다. 이러한 문제점들을 해결하기 위한 여러 시도가 이루어졌는데, 그 중에는 전술한 바와 같이 막과 압력 변환기 내의 보어를 관통하여 수용되고 0-링에 일체로 부착된 버튼의 제공이 있지만, 이러한 형태의 0-링은 보통의 링보다 매우 비싸며 별도의 조립 조작이 요구되기 때문에 스위치의 제조 비용을 증가시키는 결과를 초래한다.
통상적으로 변속 장치에 사용되는 개방 스위치는 약 10 내지 30 psi 범위 내의 압력 증가에 노출되자마자 개방 위치에서 폐쇄 위치로 전환되도록 조정되지만, 400 psi, 심지어 누출 문제를 악화시키는 그 이상의 과도한 압력을 받기 쉽다.
본 발명의 양수인에 양도된 미합중국 특허 제5,015,808호에는 변형된 0-링이 개시되어 있는데, 이 링은 0-링에 부착된 목부분(neck portion)과, 스위치의 일부분에 의해 구속되도록 제공되고 상기 목부분으로부터 외측으로 연장되는 플랜지를 구비한다. 그러나, 이러한 변형예 또한 종래의 0-링보다 매우 비싸며 별도의 조립 조작이 요구된다. 따라서 본 발명의 목적은 쉽게 조립되고 비교적 저렴하며, 신뢰성있는 0-링 형태의 밀봉 부재를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 느슨한 공차(loose tolerance)를 가지는 반면 밀붕 부재를 장착하는 몸체가 떨어질 경우라도 신뢰성 높은 유지 능력을 지닌 0-링 밀봉 부재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점들은 동일한 구성 요소에 대해 동일한 도면 부호가 표시된 첨부 도면과 함께 아래의 상세한 설명에 의해 더욱 명확해질 것이다.
본 발명에 있어서, 상부면에 위치된 구멍과, 이 구멍으로부터 간격을 두고 그 둘레를 따라 연장하는 직립의 원형벽 형태의 0-링 시이트(seat)를 구비한 본체부는 상기 시이트에 수용되는 평탄한 바닥면을 갖는 가요성의 0-링을 수용한다. 0-링의 외측면은 바닥면으로부터 상측으로 연장하며, 이 바닥면은 위쪽이 절단된 원추형(frusto-conical)의 직립벽의 상부와 근접하는 상부측 표면부를 가지며, 상기 직립벽의 형상은 상부측 표면부의 상부가 상부측 표면부의 나머지 부분의 직경보다 더작은 직경을 갖는 형상이다. 0-링을 적소에 위치시킨 후, 직립 벽의 상부는 위쪽이 절단된 원추형의 표면부와 맞물리게끔 이동하도록 변형되어 0-링의 시이트에서 0-링을 구속한다. 본 발명의 특징에 따라서, 평탄한 바닥면과 접촉하는 외측면의 하측부를 원통형으로 형성시키는 것이 바람직하며, 그 결과 상부 벽에 어느 정도의 소성 흐름(plastic flow)이 존재 한다고 할지라도 억끼 끼워맞춤(interference fit)이 시간의 흐름에 따라 원래의 형상으로 복귀하는 경향이 존재한다.
제1도 및 제2도에 도시된 바와 같이 도면 부호 10은 본 발명에 따라 제작되고 개량된 밀봉 부재를 구비한 개방, 압력 반응 전기 스위치를 가리킨다. 스위치(10)는 주로 듀퐁 드 네무스(Dupont de Nemours)에서 시판하는 자이텔(Zytel) 70G33HSIL과 같은 쉽게 성형 가능한 열가소성 재료 등의 적합한 전기적 절연 재료로 각각 형성된 상부측 본체부 및 하부측 본체부(12,14)를 포함한다.
특정한 형상은 선택의 문제이기는 하지만, 하부측 본체부(14)는 일반적으로 평면상에서 그 형상이 원형이며, 외주부에 인접하게 복수개의 포스트 수용 구멍(16)이 형성되어 있다(본 실시예의 경우 3개, 그러나 그 갯수는 선택적으로 결정됨). 또한 상부측 본체부(12)도 평면상에서 그 형상이 원형이며, 상기 포스트 수용 구멍들(16) 내에 수용되는 아래로 매달린 동일한 갯수의 포스트(18)를 구비한다. 하부측 본체부(14)의 외주와 거의 일치하는 외주를 가진 디스크 시이트(20)와 터미널 부재의 조합체는 본체부(12,14) 사이에 개재되는데, 포스트(18)는 부재(즉, 디스크 시이트)(20)의 중앙에 배치된 구멍(22)과 연통하는 절취부(22a)를 통해 수용된다. 접촉탭 부분(22b)은 상기 구멍(22) 속으로 연장하고, 전기 전도성 재료로 제조되는 스냅작용 디스크(24)용 시이트로서 작용하는데, 상기 디스크는 제2도에서 볼 수 있는 바와 같이 보통 상태에서는 볼록면이 상측으로 향한 채, 부재(20) 상에 놓여 있다.
상부측 본체부(12)의 중앙에는 디스크(24)와, 이 디스크와 동일한 직경을 가지며 보어(26)의 종축을 따라 활주할 수 있도록 채택된 원형의 압력 변환기(28)를 수용할 수 있는 직경을 갖는 보어(26)가 형성되어 있다. 방사상 내측으로 보어(26)속으로 연장하는 립(lip)(30)이 상부측 본체부(12) 상에 형성되어 압력 변환기(28)가 외측으로 이동하는 것을 제한하고, 압력 변환기를 보어(26) 내에 유지시킨다. 압력변환기(28)에는 환형의 홈(32)이 형성되어 있기 때문에 압력 변환기(28)의 상측면 또는 외측면은 제2도에 도시된 최상 또는 최외곽 위치에 있을때 상부측 본체부(12)의 상부면(34)과 정렬된다.
압력 변환기(28)는 알루미늄과 같은 적절한 재료의 부재와 같은 견고한 플레이트로서 디스크(24)의 중앙부와 맞물리도록 중앙에 배치된 돌기부(36)가 형성되어있다.
하부측 본체부(14)는 충분한 두께, 즉 0.016 내지 0.014 인치의 스테인레스강과 같은 적절한 재료로 형성된 제2 터미널 부재(38)를 장착하고 있으며, 상기 터미널 부재는 상기 하부측 본체부 내에서 견고히 지지된다. 예컨대, 상기 터미널 부재는 하부측 본체부(14) 속으로 삽입 성형될 수 있으며, 그러한 목적을 위해 구멍(40)이 제공되어 터미널 부재는 성형 작업하는 동안 정확히 위치될 수 있다. 제3도에 도시된 바와 같이, 터미널 부재(38)는 하부측 본체부 내에 확실히 유지되도록 다수의 앵커 탭(anchoring tab)(44)을 갖는 중앙 영역(42)을 구비한다. 전기 접촉부(46)는 터미널에 용접되어 장착되고, 상부 골드층을 지닌 모넬 클래드(monel clad)와 같은 적절한 재료로 만들어진다. 제1도에 도시된 바와 같이, 상기 접촉부의 형상은 평면에서 원형일 수도 있지만 본 실시예에서는 직사각형이며, 일반적으로 디스크 시이트(22b) 아래로 선정된 거리를 두고 위치되는 뾰족한 상단(68)을 가지기 때문에 그 반대편의 접시 형상으로 작동될 때 디스크(24)는 중앙을 통해 스냅될 수 있다. 이렇게 함으로써, 선정된 접촉 간극을 얻게되고 그 결과 디스크와 접촉부 사이의 영역 속으로 침입하게 되는 입자들에 의해 나타나는 어떤 영향도 최소화시킬 수 있다. 접촉부(즉, 뾰족한 상단)(68)의 베이스는 구멍(40)보다 더 큰 면적을 가지며 구멍과 정렬되어 견고한 지지부를 제공하고, 스위치가 과압 상태에 노출 될때라도 접촉부의 위치가 변하지 않도록 보장해준다.
스위치(10)는 테프론(teflon)과 같은 얇은 가요성 막(50)을 직립벽(52) 사이를 연장하는 보어(26)위로 상부측 본체부(12)의 상부면 상에 위치시킴으로써 밀봉된다.
0-링 형의 밀봉 부재(54)는, 보어(26)에 인접하고 직립벽(52)과 접촉하는 시이트 상의 가요성 막(50)의 상부에 수용된다. 밀봉 부재(54)는 경도계 단위로 75의 경도를 지닌 에틸렌 아크릴 공중합체와 같은 통상적인 가요성 재료로 형성되며, 제4도에 잘 도시된 바와 같이 평탄한 바닥면(56)과 외측면(58)으로 구성되며, 이 외측면은 종축에 대해 0°내지 약 3°의 각도(α)를 형성하는 위쪽이 절단된 원추형의 상부측 표면부(58a)를 갖고 있다. 바람직하게는, 하부측 표면부(58b)는 일반적으로 직립벽(52)의 내경과 일치하는 크기를 갖는 원통형이다. 상부측 표면부 및 하부측 표면부를 연결시키는 천이 표면부(transitional surface portion)(58c)는 수평선에 대해 약 30°의 각도(β)를 형성한다. 본 발명에 따라 제작된 스위치에 있어서, 직립벽(52)의 높이는 0.057 내지 0.055인치, 밀봉 부재(54)의 높이는 0.076 내지 0.070인치, 그리고 원통형 표면부(즉, 천이 표면부)(58c)의 높이는 0.023 내지 0.017 인치이기 때문에 직립벽(52)의 상측 말단부는 표면부(58a)의 중앙부와 정렬된다. 밀봉 부재(54)가 밀봉시이트 상에 놓이고, 다음에 60으로 표시된 위치에서 변형되어 직립벽(52)의 상측부, 내측부에 힘을 가하여 상부 표면부(58a)와 억지 끼워맞춤 혹은 맞물림된다. 이러한 변형은 0-링의 중심선 아래의 위치까지 하측으로 연장하여 밀봉 부재 상에 압축을 증대시키고 밀봉 효과를 향상시키기는데, 이러한 현상은 밀봉 부재의 중심선 위로 연장하여 밀봉 부재를 압축할 수 있는 정도가 제한되는 종래의 하부절삭(undercut)밀봉 시이트와는 반대되는 것이다. 이러한 구조는 정상적인 공차보다 더 느슨한 밀봉 부재를 사용할 수 있도록 해주기 때문에 자동화 장치는 밀봉 부재를 그 적절한 위치에 쉽게 삽입할 수 있고, 다음에 변형 도구가 밀봉 부재를 적소에 견고히 유지시킬 수 있다. 비록 이러한 변형은 직립벽(52)의 원주를 중심으로 이격된 위치에서 일어날 수 있지만 연속적인 원형 변형이 바람직하다. 시간이 경과함에 따라 점차적으로 직립벽(52)의 소성 유동의 일부가 원래의 형상으로 복귀된다면 간섭 끼워맞춤은 여전히 적절한 위치에서 밀봉 부재를 유지시키는 원통형 표면부(58b)를 형성할 것이다. 원한다면, 전체 표면부(58)는 약 10°까지 각도(α)를 약간 증가시킨 위쪽이 절단된 원추형으로 만들 수 있지만, 하부측 원통형 표면부를 사용하는 것이 바람직하다.
사용시, 스위치(10)는 밀봉 부재(54)가 하우징의 압력 포트를 중심으로 압축되도록, 그리고 막(50)이 충분한 압력(예컨대, 30 psi)에 노출되면, 압력 변환기(28)가 제2도에 도시된 바와 같이, 디스크(24)의 중앙이 중앙 위로 스냅되어 접촉부의 꼭지점(즉, 뾰족한 상단)(68)과 맞물리도록 함으로써, 터미널(20,38) 사이에 회로를 완성시킬 때까지 디스크(24)의 중앙을 하측으로 힘을 가하도록 장착된다. 상기 디스크가 스냅됨에 따라 압력 변환기(28)는 디스크(24)의 외주부와 맞물리게 될 것이며, 제2도의 대시선(dashed line)으로 도시된 바와 같이 터미널(20)의 디스크 시이트의 일부분에 의해 제한됨에 따라 디스크에 과도한 작용력이 가해지는 것을 방지 할 것이다.
본 발명에 따라 제작된 밀봉 부재는 0-링 형태의 밀봉 부재가 요구된 어떠한 형태의 패킹 마개로 사용될 수 있으며, 본 실시예의 다양한 변형들은 본 발명의 청구범위내에서 가능하며, 첨부된 청구범위는 상기의 모든 변형 및 수정을 포함하는 종래 기술의 관점에서 최대한 광범위하게 해석되기를 의도한다.

Claims (7)

  1. 구멍이 형성되어 있는 상부면과, 이 구멍으로부터 간격을 두고 이 구멍의 외주 둘레의 상부면으로부터 상측으로 연장하는 원형벽 형태의 0-링 시이트를 구비하는 본체부와, 상기 원형벽 내에 밀접하게 끼워지도록 선택된 외경을 가지며, 상기 0-링 시이트에 수용되는 가요성 0-링을 포함하며, 상기 0-링은 통상 평탄한 바닥면과, 이 바닥면에서 상측으로 선정된 길이 만큼 상기 원형벽 위의 상측 말단부까지 연장하는 외측면을 가지며, 상기 상측 말단부는 평탄한 바닥면의 외경보다 더 작은 외경을 지니며, 원형벽의 상부와 근접하는 외측면의 적어도 상측부는 위쪽이 절단된 원추형(frusto-conical)의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 바닥면과 접촉하는 외측면의 하측부는 상기 원형벽의 상부 아래의 지점까지 상측으로 연장하는 원통형의 표면을 형성하는 것을 특징으로 하는 밀봉장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 외측면의 하측부와 상기 외측면의 상측부 사이에서 연장하는 천이면(transitional surface)을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 원형벽의 상부면은 내측으로 변형되어 상기 0-링의 외측면의 상측부와 맞물리게 되는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 0-링의 상측의 위쪽이 절단된 원추형 표면부는 종축을 지니며, 상기 상측 표면부는 상기 종축과 10° 이내의 각을 형성하는 것을 특징으로 하는 밀봉장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 원형벽의 상부면은 상기 구멍의 외주 둘레를 따라 연속적으로 변형되는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  7. 본체부에 형성된 구멍 둘레에 0-링 밀봉 부재를 형성하는 방법에 있어서, 0-링 시이트를 형성하기 위해 상기 구멍으로부터 간격을 두고 상기 구멍 둘레에 연속적인 벽을 형성하는 단계와, 평탄한 바닥면과, 이 평탄한 바닥면으로부터 상측으로 연장하는 외측면을 가지며, 이 외측면의 적어도 일부분은 그 형태가 위쪽이 절단된 원추형이 되도록 가요성 0-링을 형성하는 단계와, 상기 0-링을 그 평탄한 바닥면이 상기 0-링 시이트에 위치하도록 배치하는 단계와, 상기 0-링을 상기 0-링 시이트에 구속하기 위해 상기 벽을 0-링과 맞물리도록 내측으로 변형시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 0-링 밀봉부재를 형성하는 방법.
KR1019930010757A 1992-07-14 1993-06-14 개량된 밀봉 장치와 그 형성방법 KR100277107B1 (ko)

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US07/913,510 US5280926A (en) 1992-07-14 1992-07-14 Seal apparatus for pressure responsive electrical switch
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