KR100628398B1 - 에어로졸 밸브 스템을 위한 개선된 가스켓 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 개선된 밸브 스템 가스켓은 중앙 개구(52)를 갖는 평평한 가스켓(50)을 포함하고, 가스켓의 듀로미터는 중앙 개구로부터 방사상 외향 연장하는 가스켓의 내부(A)에서의 상대적으로 낮은 경도값으로부터 밸브 하우징(26)의 상부벽부(36)에 의해 가스켓이 접촉하게 되는 가스켓의 방사상 외부(C)에서의 상대적으로 높은 경도값으로 변화한다. 가스켓의 바람직한 형태에서, 듀로미터 값의 변화는 가스켓의 내부로부터 가스켓의 방사상 외부로 점차적으로 변화된다.
밸브 스템, 듀로미터, 가스켓, 하우징, 오리피스

Description

에어로졸 밸브 스템을 위한 개선된 가스켓{IMPROVED GASKET FOR AN AEROSOL VALVE STEM}
본 발명은 통상 에어로졸 밸브의 밸브 스템 오리피스를 밀봉하기 위한 가스켓에 관한 것이다.
에어로졸 용기는 액체 및 분말 입자 제품 모두의 다양한 유체 재료를 담기 위해 널리 사용된다. 전형적으로, 제품 및 추진제는 대기압 이상으로 용기 내에 보유되고, 제품은 용기 내의 압력을 밸브를 통해 제품으로 전달하도록 수동으로 분배 밸브를 개방하고 토출 오리피스로 도관을 연결하여 용기로부터 방출된다.
밀봉 가스켓을 구비한 장착 컵에 클림핑된 분배 밸브는 통상 용기의 상부 개구에 장착되는데, 그 개구는 통상 용기 개구의 "비드(bead)"로 지칭되는 부품에 의해 형성된다. 장착 컵은 분배 밸브를 지지하기 위한 중심 축받이부와, 그 축받이부로부터 외향 연장하는 프로파일부와, 스커트부에서 종결하는 반원형 채널부 안쪽으로 드러나는 본체부를 포함하며, 상기 프로파일부는 상향 연장하는 본체부 안쪽으로 병합하고, 상기 채널부는 용기 개구의 비드부를 수납하도록 형성된다. 밀봉 가스켓은 통상 채널부 내에 배치되며, 많은 가스켓 형상에서 본체부의 일부를 따라 하향 연장한다. 밀봉 가스켓이 장착 컵에 배치된 후, 컵은 용기 상에 위치되고 컵 은 용기에 클린칭된다. 클린치 작업은 에어로졸 용기 분야의 기술인에게 주지되어 있다.
에어로졸 분배 밸브는 통상 밸브 스템 본체로 지칭되는 일체형의 넓은 기부를 구비한 중공 밸브 스템을 포함하고, 밸브 스템 홈이 밸브 스템과 밸브 스템 본체 사이에 개재되어 위치된다. 밸브 하우징은 밸브 스템 본체를 둘러싸고, 장착 컵의 축받이부 내에 클림핑되고 지지된다. 스프링이 밸브 하우징의 바닥과 밸브 스템 본체의 하부측 사이에 배치되고, 많은 경우에 있어서, 중공 튜브(딥 튜브)는 밸브 하우징의 외측 기부로부터 관련 에어로졸 용기의 바닥까지 연장한다.
밸브 스템 홈은 밸브 스템 홈 벽부를 통해 연장하는 하나 이상의 개구(들) 또는 오리피스(들)을 갖는다. 밸브 스템을 수납하기 위한 중심 개구를 갖는 환형 밸브 밀봉 가스켓은 환형 밸브 스템 홈 내에 위치되는데, 그 홈 내의 오리피스(들)은 밸브가 폐쇄 위치일 때 밸브 가스켓의 하부 표면 위로 위치된다. 밸브 스템을 누르거나 기울여서 밸브가 개방될 때, 밸브 스템은 축방향으로 하향 이동하거나 직립 위치로부터 기울어져서 환형 밸브 스템 홈 내의 오리피스(들)이 가스켓과의 정렬 또는 밀봉 관계로부터 이탈하여 이동하도록 한다. 다음으로, 에어로졸 용기 내의 제품은 추진제에 의해 생성된 압력의 영향을 받아서 딥 튜브를 통해 밸브 하우징 안쪽으로 상향 이동한 후, 환형 밸브 스템 홈 내의 오리피스(들)을 통해 중공 밸브 스템 안쪽으로 이동하고, 밸브 스템 최상부에 장착된 액츄에이터 버튼, 컵 또는 주둥이 내의 출구 노즐을 통해 외향 이동한다.
에어로졸 밸브에 있어서, 밸스 스템 홈과 그 홈을 둘러싸는 환형 가스켓 사 이의 효과적 밀봉이 중요하다. 또한, 에어로졸 밸브에 있어서, 더 중요한 밀봉은 밸브 스템에 대한 동일한 환형 가스켓 밀봉부와 장착 컵의 축받이부의 상부의 하부측 및 밸브 하우징의 환형 상부 종단부 사이의 밀봉이다.
지금까지, 현저한 상업적 성공을 거두는 반면, 밸브 스템에 대한 밀봉을 위한 환형 가스켓은 중심 개구부와 플랫을 갖는 고무 링과 그 중심 개구부로부터 주연 방향으로 연장하는 평평한 디스크형 반경부를 구비하며, 가스켓은 평평한 시트로부터 절단되거나 고무 튜브로부터 절단된 다이이다. 종래 기술의 전술한 가스켓은 균일한 듀로미터(durometer)를 갖는 가스켓으로서, 가장 일반적인 조성은 72 및 55 듀로미터(쇼어 A)를 갖는 네오프렌 및 부나 니트릴 고무이다. 종래 기술의 밸브 스템 가스켓의 성공을 인정한다 하더라도, 밸브 스템 가스켓 및 그 가스켓의 이중 밀봉 표면 사이의 결함 있는 밀봉, 즉 가스켓의 중심 개구를 한정하는 표면을 포함하는 내부와 밸브 스템 홈 및 밸브 하우징의 최상 벽부 및 장착 컵의 축받이부의 상부 표면의 각각의 아래에 대해 가스켓의 상부 및 바닥의 외부 사이의 결함 있는 밀봉으로 인해 보다 많은 수의 밸브가 거부되었다.
단일 듀로미터 가스켓의 특성은 누수 문제의 원인이 된다는 것이 인식되었다. 단일 듀로미터 가스켓에 있어서, 전술한 두 구역의 밀봉부에서의 듀로미터 경도의 상이한 필요성을 만족시키기 위해 단일 듀로미터 가스켓의 선택에서의 절충이 있으므로, 그 결과 각각의 구역에서 최대 밀봉 성능을 포기하는 가스켓 듀로미터는 이용되지 않는다.
본 발명의 목적은 개선된 밀봉 특성을 갖는 밸브 스템 가스켓을 제공하는 것이다.
본 발명의 개선된 밸브 스템 가스켓은 중앙 개구를 갖는 평평한 디스크형 가스켓을 포함하며, 가스켓의 듀로미터는 중앙 개구로부터 방사상 외향으로 연장하는 가스켓의 내부에서의 상대적으로 낮은 경도값으로부터 가스켓의 방사상 외부에서의 상대적으로 높은 경도값까지 변화하며, 가스켓의 방사상 외부에서 가스켓은 밸브 하우징의 상부 벽부와 접촉한다. 가스켓의 양호한 형태에서, 듀로미터 값의 변화는 가스켓의 내부로부터 가스켓의 방사상 외부로 변화한다. 더욱 양호한 형태에서 그리고 본 발명의 가스켓이 성곽 형상의 상부 외부 벽부를 갖는 밸브 하우징과 함께 사용되는 곳에서, 가스켓의 하부측이 성곽 형상의 외부 하우징 벽부로부터 내향 배치된 상향 연장하는 하우징 벽부에 의해 클림핑되는 가스켓의 부분을 지나는 가스켓의 주연부는 가스켓의 하부측 및 상향 연장하는 벽부의 클림핑 지점의 가스켓보다 더 낮은 듀로미터 값을 갖는다.
도1은 폐쇄 위치의 종래의 에어로졸 밸브의 단면도이다.
도2는 개방 위치의 종래의 에어로졸 밸브의 단면도이다.
도3은 본 발명의 밸브 스템 가스켓의 확대 단면도이다.
도1은 에어로졸 밸브 조립체(10)를 도시한다. 특히, 밸브 조립체는 밸브 스템/밸브 스템 본체(14)를 포함하며, 상기 밸브 스템/밸브 스템 본체는 이를 관통하 는 도관(18)을 갖는 상부 밸브 스템부(16), 밸브 스템 본체부(20) 및 상부 밸브 스템부(16)와 밸브 스템 본체부(20) 사이에 개재된 환형 홈부(22)를 구비하고, 홈부는 홈부의 벽부를 관통하여 도관(18)과 상호 연결되는 오리피스(24)들을 갖는다. 밸브 하우징(26)이 밸브 스템 본체(20)를 둘러싸며 밸브 하우징은 도관(30)이 통과하는 연장 니플(28)을 갖고, 니플(nipple, 28)은 (부분 단면으로 도시된) 딥 튜브(29)를 수용하도록 설계된다. 밸브 하우징(26)은 (부분 단면으로 도시된) 장착 컵(34)의 축받이부(32) 내에 크림핑된다. 도2에 도시된 바와 같이, 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때 오리피스(24)와 밀봉된 관계로 홈부(22) 내에 배치된 환형 가스켓(40)은 밸브 하우징(26)의 상부 벽부(36) 정상부에 그리고 축받이부(32)의 하부측(38)에 배치된다. 관통하는 도관(44)을 갖고 배출 오리피스(46)에서 종결되는 액츄에이터(42)는 밸브 스템(16)의 정상부에 배치된다. 스프링(31)은 밸브 스템 본체(20)와 밸브 하우징(26)의 기부(27) 사이에 배치된다.
도2는 개방 위치에서의 에어로졸 밸브 조립체를 도시한다. 액츄에이터 상에 인가된 하향력에 의해 밸브가 개방되면, 에어로졸 용기 내의 제품 및 추진제는 딥 튜브(29)를 통해 오리피스(24)를 향하여 밸브 하우징(25)의 내부로, 밸브 스템의 도관(18) 내로 이동한 후에 액츄에이터(44) 내의 도관을 통하여 배출 노즐(46)로 이동한다. 액츄에이터(44) 상의 하향력이 해제되면 스프링(31)의 상향력에 의해 밸브 스템/밸브 스템 본체(14)가 밀봉된 위치로 복귀한다. 전술된 것은 모두 에어로졸 기술 분야에서 통상적인 것이다.
본 발명은 종래 기술의 밸브 스템 가스켓을 개선된 가스켓(50)으로의 대체에 관한 것이며, 그러한 실시예가 도3에 도시된다.
도3에서, 가스켓(50)은 중심 개구(52) 및 다양한 듀로미터의 3개 구역, 즉 구역 A, B 및 C를 갖는다. [개구(52)에 가장 인접한 구역인] 내부 구역 A는 가장 낮은 듀로미터를 갖는다. 더 높은 듀로미터를 갖는 구역 B는 내부 구역 A에 인접한다. 가스켓(50) 외부의 구역 C는 가장 높은 듀로미터를 갖는다.
일반적인 종래의 에어로졸 가스켓은,
(a) 0.9cm(0.355")의 외경
(b) 0.25cm(0.100")의 직경을 갖는 중심 개구
(c) 0.11cm(0.045")의 두께를 갖는다.
가스켓은 이하의 표1에 도시된 예와 같은 임의의 탄성 중합체 재료로 형성될 수 있다. 다양한 듀로미터의 구역들은 모두 동일한 재료로 구성될 수 있고, 각각 다른 형태의 탄성 중합체 재료나 그들의 임의의 조합으로 구성될 수 있다. 일반적으로 부나(Buna) N으로 언급되는 니트릴 고무의 형태는 에어로졸 가스켓에 널리 사용된다. 개선된 가스켓은 구역 A, B 및 C에 각각 50 내지 60, 63 내지 73 및 75 내지 85 쇼어 A의 듀로미터를 갖는 부나 N 고무로 형성된 가스켓일 수 있다. 그러나, 개선된 가스켓의 양호한 구성은 TPV 카테고리에서의 TPR을 이용하는 것이다. 이러한 경우, 탄성 중합체 단계에서 미세하게 분할된 EPDM 고무를 갖고 연속적인 폴리프로필렌 매트릭스 내에 배치된 TPV가 이용된다. 이러한 재료의 듀로미터는 구역 A, B 및 C에서 각각 50 내지 60, 63 내지 73 및 75 내지 85 쇼어 A이어야 한다.

표1
탄성 중합체의 형태
종래/열경화성 고무 카테고리:
일반 명칭 화학 명칭
천연 고무 폴리이소프렌
부틸 고무 폴리이소부틸렌-이소프렌
니트릴 고무 아크릴로니트릴-부타디엔
코폴리머
EPDM 고무 에틸렌의 테르폴리머
프로필렌 및 디엔 모노머
네오프렌 고무 폴리클로로프렌
TPR/열가소성 고무 카테고리:
일반 명칭
열가소성 코폴리에스테르 (COP)
열가소성 탄성 중합체 올레핀 (TEO)
열가소성 불카니자테르 (TPV)
열가소성 스틸렌 블록 코폴리머
상기 표시된 열경화성 고무는 모두 황 또는 과산화수소가 첨가됨으로써 경화되거나 조사에 의해 경화되어야 하며, 이러한 공정은 가스켓 재료분야의 숙련자들에게 공지되어 있다.
본 발명의 다양한 듀로미터의 가스켓은 종래의 동시압출(coextrusion) 장치에 의해 제작될 수 있다. 예를 들어, 도3의 다양한 듀로미터를 준비하기 위하여, 다양한 듀로미터의 3개의 재료를 갖는 튜브 부재는 동시에 동시 압출된다. 결과적으로, 개별적인 가스켓은 튜브 부재를 소정의 두께로 다이 절단시킴으로써 형성된다.
또한, 명세서와 청구항을 통해 쇼어 A로 참조된 것은 ASTM 지정 D-2240-91로 설정된 시험 프로토콜 세트이다.
본 발명의 개선점은 듀로미터가 45 내지 85 쇼어 A에서 변형될 때 얻어진다고 믿어진다. 3개 구역의 다양한 듀로미터 가스켓이 양호한 형태이지만, 2개의 구역 및 4개 이상의 구역 또한 본 발명의 목적에 부합된다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명의 핵심은 가스켓의 중심 개구에 가장 가까운 구역이 밸브 하우징의 상부 벽부의 크림핑되는 곳의 방사상 외부 구역 및 가스켓의 하부측에 위치한 구역보다 낮은 듀로미터라는 것이다.
본 발명의 가스켓의 다른 실시예에서, 가스켓의 낮은 듀로미터부는 가스켓의 중심 개구로부터 밸브 하우징 벽부가 가스켓의 하부측에 크림핑되어 접촉되고 듀로미터 경도가 밸브 하우징 벽부와 가스켓의 하부측 사이의 접촉 구역의 일부 또는 전체에서 증가하는 가스켓의 부분으로 연장될 수 있다.
위에서 설명한 것처럼, 외부 밸브 하우징 벽부가 성곽 형상으로 형성된 경우에, 가스켓의 내부 구역과 같이 낮은 듀로미터 또는 더 낮은 듀로미터를 갖는 가스켓을 이용하는 것이 양호한 실시예이다. 그러한 밸브 하우징은 미국 특허 제4,015,757('752)호의 도2와 '752호에 관련된 문서 및 제4,015,757('757)호의 도3과 '757호에 관련된 문서에 도시되고 설명되었으며, 상기 미국 특허가 참조되었다.
일반적으로 낮은 듀로미터 가스켓이 환형 밸브 스템 홈 내의 오리피스에서 더 우수한 밀봉을 제공하지만, 상기 낮은 듀로미터 가스켓은 예를 들어, 인장 강도, 압축 세트, 크립/냉간 유동 및 큰 팽창과 같은 기계적 특성이 좋지 않다는 것이 발견되었다. 동일한 재료의 더 높은 듀로미터 가스켓은 일반적으로 (낮은 듀로미터 가스켓과 비교할 때) 밀봉 성능이 좋지 않지만, 기계적 특성이 더 우수하고 팽창이 적다. 더 높은 듀로미터 가스켓은 장착 컵으로 밸브가 크램핑되는 영역에서 더 안정된 조립체를 형성한다. 더 낮은 듀로미터 가스켓은 압축 세트 및 크립/냉간 유동에 의해 크림프 영역에서 누설 경로를 형성할 수 있다. 또한, 낮은 듀로미터 가스켓에서의 더 큰 팽창은 밸브를 작동시키기에 필요한 힘의 정도의 견지에서 밸브의 성능을 저하시키거나, 심한 경우 작동이 불가능하게 한다. 결국, 가스켓의 방사상 연장 표면에 걸친 듀로미터의 증가는 가스켓을 통한 추진제의 보급을 줄인다.
본 명세서에 개시된 발명이 전술된 목적을 충족시키기 위해 양호하게 계획되었다는 것은 명백하지만, 다양한 수정 및 실시예가 당해 기술 분야의 숙련자들에 의해 고려될 수 있다는 것을 잘 알 수 있으며, 청구의 범위는 본 발명의 사상 및 범주에 있는 모든 수정 및 실시예들을 포함한다.

Claims (14)

  1. 중공 밸브 스템과, 밸브 스템 본체와, 밸브 스템 본체를 둘러싼 밸브 하우징과, 중공 밸브 스템의 내부와 밸브 하우징의 내부를 연통시키는 적어도 하나의 오리피스를 구비한 밸브 스템 본체와 밸브 스템 사이의 중간부와, 중간부 내의 모든 오리피스를 둘러싸고 밀봉하는 중앙 개구를 갖는 밸브 스템 가스켓을 구비한 에어로졸 밸브에 있어서,
    상기 중간부는 밸브 스템 가스켓과의 접촉으로부터 중간부 내의 하나 이상의 오리피스를 노출시키도록 이동함으로써 밸브를 개방시킬 수 있고, 상기 에어로졸 밸브는 가변 듀로미터의 복수개의 구역을 갖는 밸브 스템 가스켓을 포함하며, 상기 중간부 내의 오리피스에 대한 밀봉체 및 중앙 개구에 가장 근접한 상기 구역은 개구로부터 방사상 외향으로 더 먼 구역의 듀로미터에 비해 낮은 듀로미터를 갖는 에어로졸 밸브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 구역은 비교적 낮은 듀로미터를 갖는 중앙 개구에 가장 근접한 제1 구역과, 상기 제1 구역의 듀로미터보다 상대적으로 더 높은 듀로미터를 갖는 제1 구역으로부터의 방사상 외향의 중간 구역과, 상기 중간 구역보다 상대적으로 더 높은 듀로미터를 갖는 중간 구역으로부터의 방사상 외향의 외부 구역을 포함하는 에어로졸 밸브.
  3. 제2항에 있어서, 상기 복수 구역화된 가스켓의 제1 구역은 45 내지 65 쇼어 A 사이의 듀로미터를 갖고, 중간 구역은 60 내지 75 쇼어 A 사이의 듀로미터를 갖고, 외부 구역은 70 내지 85 쇼어 A 사이의 듀로미터를 갖고, 방사상 외향 연장하는 각각의 연속 구역은 더 높은 듀로미터를 갖는 에어로졸 밸브.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수 구역화된 가스켓은 4 개 이상 구역의 가변 듀로미터를 갖고, 중앙 개구에 가장 근접한 제1 구역은 비교적 낮은 듀로미터를 갖고 방사상 외향 연장하는 각각의 연속되는 구역은 비교적 높은 듀로미터를 갖는 에어로졸 밸브.
  5. 제4항에 있어서, 상기 구역들에 대한 가변 듀로미터는 45 내지 85 쇼어 A 사이인 에어로졸 밸브.
  6. 제1항에 있어서, 상기 복수 구역화된 가스켓의 중앙 개구에 가장 근접한 구역은 45 내지 65 쇼어 A 사이의 듀로미터를 갖고, 중앙 개구에 가장 근접한 구역의 방사상 외향으로 더 먼 구역은 70 내지 85 쇼어 A 사이의 듀로미터를 갖는 에어로졸 밸브.
  7. 중공 밸브 스템과, 밸브 스템 본체와, 밸브 스템 본체를 둘러싼 견부 및 상부벽을 갖는 밸브 하우징과, 중공 밸브 스템의 내부와 밸브 하우징의 내부를 연통시키는 적어도 하나의 오리피스를 구비한 밸브 스템 본체와 밸브 스템 사이의 중간부와, 중간부 내의 모든 오리피스를 둘러싸고 밀봉하는 중앙 개구를 구비하고 상부 및 하부측을 갖는 밸브 스템 가스켓과, 가스켓의 하부측과 밸브 하우징의 견부 사이에 밀봉체를 형성하도록 밸브 하우징이 클림핑되는 축받이부를 구비한 장착 컵을 포함한 에어로졸 밸브에 있어서,
    상기 에어로졸 밸브는 가변 듀로미터의 복수개의 구역을 구비한 밸브 스템 가스켓을 포함하고, 중앙 개구에 가장 근접한 구역은 비교적 낮은 듀로미터를 갖고, 가스켓의 하부측과 하우징의 상부벽 사이에 밀봉체를 형성하도록 하우징의 견부가 클림핑되는 영역 내에 구역은 중앙 개구에 가장 근접한 구역 보다 높은 듀로미터를 갖는 에어로졸 밸브.
  8. 제7항에 있어서, 상기 복수개의 구역은 비교적 낮은 듀로미터를 갖는 중앙 개구에 가장 근접한 제1 구역과, 상기 제1 구역의 듀로미터보다 상대적으로 더 높은 듀로미터를 갖는 제1 구역으로부터의 방사상 외향의 중간 구역과, 상기 중간 구역보다 상대적으로 더 높은 듀로미터를 갖는 중간 구역으로부터의 방사상 외향의 외부 구역을 포함하는 에어로졸 밸브.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 구역은 45 내지 65 쇼어 A 사이의 듀로미터를 갖고, 중간 구역은 60 내지 75 쇼어 A 사이의 듀로미터를 갖고, 외부 구역은 70 내지 85 쇼어 A 사이의 듀로미터를 갖고, 방사상 외향 연장하는 각각의 연속 구역은 더 높은 듀로미터를 갖는 에어로졸 밸브.
  10. 제7항에 있어서, 상기 복수 구역화된 가스켓은 4 개 이상 구역을 갖고, 중앙 개구에 가장 근접한 제1 구역은 비교적 낮은 듀로미터를 갖고 방사상 외향 연장하는 각각의 연속되는 구역은 비교적 높은 듀로미터를 갖는 에어로졸 밸브.
  11. 제10항에 있어서, 상기 구역들에 대한 가변 듀로미터는 45 내지 85 쇼어 A 사이인 에어로졸 밸브.
  12. 제7항에 있어서, 상기 복수 구역화된 가스켓의 중앙 개구에 가장 근접한 구역은 45 내지 65 쇼어 A 사이의 듀로미터를 갖고, 가스켓의 하부측과 하우징의 상부벽 사이에 밀봉체를 형성하도록 하우징의 견부가 클림핑되는 영역 내의 외부 구역은 70 내지 85 쇼어 A 사이의 듀로미터를 갖는 에어로졸 밸브.
  13. 제7항에 있어서, 상기 밸브 하우징은 환형 성곽 형상의 외벽과, 밸브 스템 가스켓의 하부측 내로 클림핑되는 외벽의 방사상 내향 배치된 환형 직립 부재를 구비하고, 하우징의 견부와 가스켓의 하부측 사이에서 클림프의 주위로 연장하는 가스켓 부분은 클림프에서의 듀로미터 값보다 낮은 듀로미터 값을 갖는 에어로졸 밸브.
  14. 제13항에 있어서, 클림프의 주위로 연장하는 가스켓의 듀로미터 값은 가스켓의 중앙 개구에 가장 근접한 가스켓 부분에서의 듀로미터 값과 동일하거나 낮은 듀로미터값을 갖는 에어로졸 밸브.
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