KR100634956B1 - 이동 기판에 대한 유체 시일 유지 장치 - Google Patents

Abstract

이동 기판에 대해 유체 시일을 유지하는 장치가 개시되어 있다. 이 장치는 외피(48)와 캡(46)을 포함한다. 외피는, 제1 면이 이동 기판(42)과 접촉하는 상태로 제1 면(72)과 제2 면(74)을 갖는다. 캡은 외피의 제2 면을 밀봉한다. 캡은 적어도 두 개의 이격된 위치에서 외피에 고정되고 외피와는 독립적으로 변위될 수 있는 비고정부를 갖는다. 이 장치는 또한, 가압 유체를 외피 내로 유입시키기 위한 수단을 포함한다. 가압 유체는 외피 상에는 제로의 순 힘을 생성하고, 캡 상에는 캡의 일부분을 변위시키는 힘을 생성한다. 캡의 변위는 외피의 제1 면이 이동 기판과 밀봉 접촉하는 상태를 유지할 수 있게 한다.

유체 시일 유지 장치, 이동 기판, 외피, 캡, 가압 유체, 밀봉, 챔버

Description

이동 기판에 대한 유체 시일 유지 장치 {Apparatus for Maintaining A Fluid Seal with A Moving Substrate}

본 발명은 이동 기판에 대해 유체 시일을 유지하는 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 압력 챔버의 내부와 대기 조건 사이의 압력 구배로부터 유발되는 변위력(deflection forces)의 존재에도 불구하고 이동 기판과 균일한 밀봉 접촉을 유지하도록 설계된 압력 챔버에 관한 것이다.

공기 프레스는 이동식 웹으로부터 수분을 제거하는 데 도움이 되도록 설계된 기계 장치이다. 공기 프레스는 양압 챔버, 즉 이동 기판과 밀봉 관계로 놓인 압력 플리넘(plenum)과 음압 챔버, 즉 이동 기판의 대향 측 상에 위치된 진공 장치를 포함한다. 이동 기판은 두 개의 지지 직물 사이에 개재된 티슈 웹을 포함할 수도 있고, 이동 기판 전후의 압력 구배는 기판을 통과하는 공기 유동을 형성한다. 공기 유동은 보통 티슈 웹에서 수분을 제거하는 데 이용된다.

이러한 공기 프레스의 효율 및 많은 다른 형태의 압력 챔버의 효율은 부분적으로 압력 챔버와 이동 기판이 형성하는 시일 특성의 함수이다. 본 명세서에 기재된 바와 같이, "이동 기판"은 두 개의 지지 또는 전달 직물 사이의 종이 웹 개재물, 압연 표면, 종이 제조 펠트 또는 직물, 압연 표면, 또는 종이 웹을 지칭할 수 있다. 불행하게도, 압력 챔버의 크로스머신(cross-machine)의 길이가 더 길어지거나 또는 대기와의 압력 구배가 증가함에 따라 적절한 시일의 유지와 관련된 어려움은 더욱 커진다. 구체적으로 설명하면, 압력 챔버의 내부와 대기 조건 사이의 압력 구배는 이동 기판으로부터 이격되는 크로스머신 방향으로 압력 챔버를 구부리기 쉬운 변위력을 발생시킨다. 압력 챔버가 이동 기판과 이격되며 구부러지는 것은 이동 기판에 대한 챔버의 시일을 손상시킨다. 이는, 직물의 국부적 마모를 가속시킬 수 있는 하중 하에서 크로스머신 방향의 변이 또는 압력 챔버 내로 또는 그 외부로의 누출을 유발할 수 있다.

본 명세서에 기재된 바와 같은 "압력 챔버"는 그 내부가 대기 압력보다 높거나 또는 낮은 압력 하에 있는 챔버를 지칭한다.

압력 챔버는 단지 제조된 웹 외부의 양 단부 상에서만 변위가 제한될 수 있기 때문에, 구부러지는 현상은 종이 기계에서 특히 문제시된다. 양 단부 사이의 위치에 위치되는 구조적 제한 장치는 종이 제조 공정을 간섭하게 되고, 일반적으로 현대의 종이 제조용 기계에 적합하지 않다. 현재의 종이 제조 경제는 종이 기계의 폭이 가능한 한 넓을 것을 요구하는데, 보다 넓은 종이 기계를 제조할 능력을 빈번하게 제한하는 것은 크로스머신 부품의 변위이다.

크로스머신 부품의 변위를 감소시키기 위한 현재의 방법은 부품의 단면적을 증가시켜 제2 관성 모멘트를 증가시키는 방법 또는 종이 기계에서 부품의 변위에 대향된 부품 쪽으로 의도적으로 변위되도록 기계 가공하는 방법을 포함한다. 보다 큰 단면적은 변위를 감소시킨다. 그러나, 이는 부품의 치수를 증가시켜 제한된 공 간과 가격 상승 때문에 실용적이지 못할 수도 있다. 예를 들면, 종이 기계 롤의 크로스머신 변위를 최소화시키는 것은 직물 및 펠트의 적절한 트래킹에 필수적이다. 보다 넓은 종이 기계는, 비례적으로 비교해 볼 때, 보다 협소한 종이 기계와 보다 넓은 종이 기계 사이의 폭의 증가에 비해서 직경 면에서 훨씬 큰 롤 직경을 요구한다. 요구되는 롤 직경이 현저히 증가하기 때문에, 요구되는 공간 및 롤의 가격 또한 현저히 증가한다. 부품의 크기를 증가시킴으로써 변위를 감소시킬 수는 있지만, 이러한 증가가 결코 변위를 제거하지는 못한다는 사실을 인지하는 것이 중요하다.

변위는 영(Young)의 계수라고 불리는 재료 특성에 의해 제어된다. 영의 계수는 시편에 있어서, 스트레인으로 표현되는 신장에 대해 스트레스로 표현되는, 가해지는 단위 하중의 비율로 정의된다. 높은 영의 계수는 낮은 영의 계수를 갖는 시편과 비교해 볼 때 주어진 하중 하에서 그 만큼 변위되지 않는다는 것을 의미한다. 변위를 감소시키는 잠재적인 방법으로서 높은 영의 계수를 갖는 재료를 선택하는 것이 있을 수 있다. 금속, 특히 강 및 스테인레스 강과 같은, 철을 함유한 합금은 이미 일반적으로 이용 가능한 재료에 비해 가장 높은 영의 계수를 갖는다. 따라서, 비용 면에서 효과적인 방식으로 종이 기계 부품을 구성하기 위해 다른 재료를 선택할 여지는 거의 존재하지 않는다.

변위 효과를 감소시키는 다른 방법은 비하중 상태에서 부품이 변위된 그러한 방식으로 부품을 제조하는 것이다. 그러면, 부품은 하중이 가해졌을 때 "제로 변위 상태"를 나타낸다. 실제로는, 부품이 하중으로 인해 여전히 변위되지만, 하중 이 가해졌을 때 원하는 위치까지 변위된 것이다. 이는 부품이 그 단부에서 지지되는 동안, 부품에 예상된 하중을 가하고 이어서 부품을 원하는 프로파일로 기계 가공함으로써 달성된다. 이 공정은 하중이 일정하고 알려져 있는 경우에는 효과적이나, 이 원하는 프로파일은 기계 가공을 하는 동안 가해진 하중 하에서만 적절하다. 실제 하중이 변하거나 또는 기계 가공을 하는 동안 가해진 하중과 다르다면, 사용하는 동안 부품은 원하는 프로파일을 갖지 않을 것이다.

이러한 방법들에도 불구하고, 변위는 부품에 가해지는 하중 또는 힘에 계속하여 비례함을 인지하는 것은 중요하다. 예를 들면, 압력 챔버의 크로스머신의 변위는 챔버 내의 실제 압력에 비례한다. 또한, 종이 기계 내의 크로스머신 부품의 변위는 어떠한 것도 바람직하지 않다. 전술한 불리한 점들을 갖는 이전의 방법들은 변위를 제어하는 데 도움이 되기는 하나, 부품의 변위는 잔존한다.

따라서, 요구되는 것은 압력 챔버의 크로스머신 변위에 의해 야기되는 밀봉 문제를 제거하는 압력 챔버이다. 이러한 압력 챔버의 크로스머신 변위는 챔버의 내부 압력이 변함에 따라 변하지 않을 것이다. 다시 말해서, 또한 요구되는 것은 압력 챔버 내에 유체를 갖는 이동 기판을 취급하기 위한 보다 효율적인 방법이다.

간략히 말해서, 본 발명은 이동 기판에 대해 유체 시일을 유지하는 장치에 관한 것이다. 이 장치는 외피와 캡을 포함한다. 제1 면이 이동 기판과 밀봉 접촉하는 상태로, 외피는 제1 면과 제2 면을 갖는다. 캡은 외피의 제2 면을 밀봉하는 기능을 한다. 캡은 적어도 두 개의 이격된 위치에서 외피에 고정되고 외피와는 독 립적으로 변위될 수 있는 비고정부를 갖는다. 또한, 이 장치는 가압 유체를 외피 내로 유입시키기 위한 수단을 포함한다. 가압 유체는 외피 상에 제로의 순 힘을 생성하고, 캡 상에 그 일부분의 변위를 야기하는 상향력을 생성한다. 캡의 변위는 외피의 제1 면이 이동 기판과 밀봉 접촉하는 상태로 유지될 수 있게 한다.

본 발명의 일반적인 목적은, 가압 유체로 인한 챔버의 변위가 이동 기판에 대한 시일을 간섭하지 않도록, 이동 기판에 대해 밀봉하는 압력 챔버를 제공하는 것이다. 본 발명의 보다 구체적인 목적은, 가압 공기에 의해 종이 웹의 수분을 제거하기 위해 종이 제조 공정에 사용되기에 적당한 압력 챔버를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 압력 변위를 감소시키기 위한 시도로서 추가적인 재료를 사용하여 강화시킨 압력 챔버보다 중량이 덜 나가는, 최소한의 재료를 사용한 압력 챔버를 제공하는 것이다.

본 발명의 추가적인 목적은 가압 유체의 누출을 기능적으로 최소화할 수 있는 압력 챔버를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 비교적 작은 단면적과 긴 크로스머신 방향의 길이를 갖는 종이 기계 상에서, 이동 기판과 밀봉 접촉 상태로, 작동될 수 있는 압력 챔버를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적과 잇점은 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면을 살펴 봄으로써 기술 분야의 숙련자에게 명백해질 것이다.

도1은 압력 챔버를 이용하는 종이 제조 공정의 개략도이다.

도2는 선 2-2를 따라 크로스머신 방향으로 도시한, 도1에 도시된 압력 챔버의 측면도이다.

도3은 선 3-3을 따라 도시된, 도2에 도시된 압력 챔버의 단면도이다.

도4는 캡을 외피에 결합하기 위한 다른 실시예의 부분 단면도이다.

도5는 도3에 도시된 것에 대한 다른 실시예의 단면도이다.

본 발명은 도면을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이고, 다른 도면의 유사한 요소들은 동일한 도면 부호로 표기되어 있다. 도1은 종이 웹의 수분을 제거하기 위한 용도로 본 발명에 따라 제작된 압력 챔버를 이용하는 종이 제조 공정을 예시한다. 이러한 용도의 압력 챔버는 종이 웹의 수분을 제거하는 데 이용되고 있으나, 압력 챔버는 다른 유용한 용도들을 갖고 있으며, 그 용도는 단지 도1에 도시된 것에 한정되지 않는다.

도1에서, 종이 웹(10)은 헤드박스(12)로부터 방출되는 종이 제조용 섬유의 슬러리(slurry)로 형성되고 다공성 형성 직물(14)의 무한 루프 상에 놓여진다. 젖은 종이 웹(10)은 공기 프레스(18)를 지나면서 운반될 때, 형성 직물(14)과 지지 직물(16) 사이에 개재된다. 공기 프레스(18)는, 진공 상자(22)와 작동 가능한 관계로 배치되고 본 발명에 따라 제작된 압력 챔버(20)를 포함한다. 진공 상자(22)는 종래의 종이 제조용 장치의 디자인으로 될 수 있다. 작동시, 압력 챔버(20)는 유체로 가압된다.

본 명세서에 기재된 바와 같이, "유체"는 물 또는 공기와 같은 액체 또는 기 체 성분 중 어느 하나를 말한다. 유체는 또한 종이 제조에 사용되는 코팅 용액과 같이, 액체 내에 고체를 콜로이드처럼 분산시킨 것을 말한다. 유체는 또한 공기 내에 부유되는 화학 물질의 드로플렛츠(droplets)와 같이, 기체 내에 액체를 콜로이드처럼 분산시킨 것을 말한다. 도시된 종이 제조 공정에서, 유체는 양호하게는 수분을 제거할 목적으로 압력 챔버(20)로부터 진공 상자(22)까지 종이 웹(10)을 통해 지나가는 가압 공기이다.

공기 프레스(18)에 의해 수분이 제거된 후에, 종이 웹(10)은 진공 전송 슈(26)에 의해 전송 직물(24)로 전송된다. 이어서, 종이 웹(10)은 압력 롤(30)에 의해 얀키(Yankee) 건조기(28)의 외부 표면에 대해 압박된다. 스프레이 붐(boom; 32)은 얀키 건조기(28)의 외부 표면에 종이 웹(10)을 접착시키는 얀키 건조기(28)에 대하여 크레이핑(creping) 접착제(34)를 도포한다. 이어서, 얀키 건조기(28)는 건조기 후드(36)와 협력하여 종이 웹(10)으로부터 잔류 수분의 대부분을 제거한다. 크레이핑 블레이드(38)는 얀키 건조기(28)로부터 종이 웹(10)을 분리시켜 크레이프를 씌우고, 이어서 이 종이 웹은 종이 릴(40)에 감겨진다. 이러한 공정에 의해 만들어지는 종이 웹(10)은 배쓰(bath), 페이셜(facial), 타월, 냅킨 등과 같은 티슈 제품에서 사용하기에 적당하나, 공기 프레스(18)는 종이와 동등한 정도의 임의의 것의 수분을 제거하는 데 이용될 수 있다.

압력 챔버(20)는 다른 용도에도 적당하고, 이는 수분을 제거하는 용도에 한정되지 않는다. 예를 들면, 유체는 공기 내에 배치된 화학 물질 또는 화학 물질과 공기의 혼합물일 수 있다. 이때, 압력 챔버(20)는 이동 기판에 화학 물질을 도포 하는 데 이용된다. 이는 헤드박스(12)에 앞서 종이 제조용 섬유를 희석시키는 데 이용되는 다른 공정의 수분과 도포된 화학 물질이 분리되어 유지되도록 할 것이다. 스톡 준비 시스템에서 다른 바람직한 화학 물질과 함께 첨가하는 것과는 반대로, 첨가 화학 물질을 따로 도포함으로써 잠재하는 화학적 상호작용이 회피될 수 있다.

압력 챔버(20)의 다른 용도는 코팅을 하는 동안 회전 롤에 인접하는 균일한 시일을 유지하는 것이다. 압력 챔버(20)는 전형적인 코팅 작업에서 챔버 상자를 대신하여 이용될 수 있다. 압력 챔버(20)는 조각(engraved) 롤 또는 롤 코우터의 아닐록스(anilox) 롤 또는 플렉서(flexographic) 프레스에 인접하여 놓여질 것이다. 유체는, 롤 표면으로 전송되고 이어서 종이 웹으로 전송되는 코팅 용액 또는 잉크일 수도 있다.

또 다른 용도로는, 변하는 진공 레벨에 대하여 변위가 최소화될 수 있는 개량된 진공 상자 디자인이 있다. 예를 들면, 두 개의 압력 챔버들은 이동 기판의 대향측 상에 놓여질 수 있다. 한 챔버는 양압으로 작동되고, 다른 챔버는 음압으로 작동된다.

도2를 참조하면, 도1의 공기 프레스(18)가 작동 중인 크로스머신 도면 내에 도시되어 있다. 공기 프레스(18)는 압력 챔버(20)와 진공 상자(22)를 포함한다. 이동 기판(42)은, 도1을 참조하면, 형성 직물(14)과 지지 직물(16) 사이에 개재된 종이 웹(10)으로 구성된다. 이동 기판(42)은 압력 챔버(20)와 진공 상자(22) 사이에 위치설정된다. 진공 상자(22)를 이동 기판(42)에 밀봉하는 것은 진공 상자 시일(44, 44')이다. 음압은 적당한 수단(도시되지 않음)에 의해 진공 상자(22)로 유 입된다. 적당한 장치는 블로어(blower), 고속 원심 팬, 진공 펌프, 벤투리(venturi) 또는 진공을 형성하기 위한 여타의 장치를 포함할 수 있다.

압력 챔버(20)는 또한 캡(46)과 외피(48)를 포함한다. 한 쌍의 외피 시일(50, 50')은 이동 기판(42)에 대하여 외피(48)를 밀봉한다. 도3에 도시된 바와 같은 한 쌍의 캡 시일(52, 52')은 외피(48)에 대하여 캡(46)을 밀봉한다. 한 쌍의 단부 플레이트(54, 54')는, 작동 중에 한 쌍의 캡 시일(52, 52')과 결합되어 있는 캡(46)이 들어 올려지는 것을 방지하는 단부에서 외피(48)에 대한 캡(46)의 이동을 제한한다. 단부 플레이트(54, 54')는 이격되어 있고 양호하게는 서로 대향 정렬된다. 캡(46)은 외피(48)에 대하여 활주함으로써 두 개의 단부 플레이트(54, 54') 사이의 위치에서 외피(48)와는 독립적으로 이동하도록 자유롭다. 진공 상자(22)를 별개의 틀 구조 상에 장착하거나 또는 그에 고정시키는 것이 바람직하지만, 도시된 바와 같이 각각의 단부 플레이트(54, 54')가 진공 상자(22)를 지지할 수도 있다. 별개의 틀 구조는 도시되지 않은 적당한 수단에 의해 이동 기판(42)과는 독립적으로 압력 챔버(20)와 진공 상자(22)를 용이하게 후퇴시킬 것이다.

작동 중에, 가압 유체는 적당한 수단에 의해 압력 챔버(20) 내로 유입된다. 적당한 수단은 압축기, 고속 원심 팬, 펌프, 고가(elevated) 저장 용기 또는 여타의 유체 가압 수단을 포함할 수 있다. 외피 시일(50, 50')과 한 쌍의 캡 시일(52, 52')은 압력 챔버(20) 내의 유체 압력을 유지한다. 압력 챔버(20) 내의 가압 유체는 이동 기판(42) 뿐만 아니라 모든 내부 표면을 밀어 냄으로써 유체 정역학적으로 압력 챔버(20)를 변위시키는 작용을 한다. 압력 챔버(20)는 전형적인 종이 기계용 일 경우 단지 단부에서만 지지되기 때문에, 캡(46)은 도2에 도시된 바와 같이 구부러진다.

캡(46)이 모든 위치에서 외피(48)에 강성적으로 부착되어 있다면, 외피(48) 또한 구부러질 것이고, 이동 기판(42)과 함께 형성된 시일(50, 50')은 손상될 것이다. 캡(46)이 외피(48)에 대하여 단지 단부 플레이트(54, 54')에서만 고정되기 때문에, 외피(48)는 유체 압력으로 인해 구부러지지 않는다. 따라서, 이동 기판(42)과 함께 형성된 유효 시일(50, 50')은 유지된다.

도3을 참조하면, 압력 챔버(20)의 구조가 보다 상세히 도시된다. 이동 기판(42)은 압력 챔버(20)에 대하여 화살표(56)로 표시된 기계 방향으로 이동하고 있다. 일 실시예에서, 이동 기판(42)은 한 쌍의 유체 침투성 직물(도시되지 않음) 사이에 개재된 티슈 웹으로 구성된다. 압력 챔버(20)는 이동 기판(42)의 일 측에 위치설정되고, 이는 이동 기판(42)의 대향 측 상에 위치설정되는 진공 상자(22)와 작동상 연관되어 있다. 공기는 가압 유체로서, 수분을 제거하는 이동 기판(42)을 통해 유동한다. 이어서, 공기와 수분은 진공 상자(22)에 의해 소기된다. 또는 다르게는, 지지 팬(pan) 또는 다른 장치가 압력 챔버(20)에 의해 발산되거나 또는 제거된 수분을 채집하는 데 이용될 수 있고, 또는 압력 챔버(20)가 이러한 채집 장치 없이 이용될 수도 있다.

압력 챔버(20)는 작동상 서로 연관되어 있는 캡(46)과 외피(48)를 포함한다. 특히, 본 명세서에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 캡(46)이 외피(48)의 위치에 영향을 주지 않고 변위될 수 있도록, 캡(46)과 외피(48)는 서로에 대하여 이동 가 능하다. 크로스머신 방향의 단부에서, 캡(46)과 외피(48)는 도2와 같이 한 쌍의 단부 플레이트(54, 54')에 의해 강성적으로 연결된다. 또는 다르게는, 캡(46)과 외피(48)는 그 각각의 단부(도시되지 않음)에서 별개의 틀 부재에 부착될 수도 있다. 진공 상자(22)는 또한 한 쌍의 단부 플레이트(54, 54')에 선택적으로 장착될 수도 있다. 또한, 본 명세서에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 캡(46)과 외피(48)는 압력 챔버(20) 내로부터의 가압 유체의 손실을 제거하거나 또는 감소시키기 위해 서로에 대해 밀봉된다.

캡(46)은 제2 챔버라고 불리는 챔버(62)를 함께 형성하는 한 쌍의 대향 벽(58, 58')과 지붕(60)으로 구성된다. 벽(58, 58')은 외피(48)에 대하여 상향 연장되도록 수직으로 지향될 수 있다. 출입구(64)는 캡(46) 내에 형성되고 제2 챔버(62)와 가압 유체의 공급원 사이에 연결부를 제공한다. 출입구(64)는 지붕(60) 내에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이는 캡(46)의 변위를 간섭하지 않는 한, 캡(46) 또는 외피(48)의 어느 위치에나 형성될 수도 있다. 캡(46)의 이동 가능한 부분에 가압 유체를 연결하기 위해서는 가요성 조인트가 요구됨을 인지하여야 한다.

캡(46)을 제작하기 위한 적당한 재료는 강, 철, 또는 다른 금속, 또는 압력 챔버(20)의 내부 압력과 관련된 스트레스를 지탱할 수 있을 정도로 충분히 강한 여타의 재료를 포함한다. 캡(46)의 한 쌍의 대향 벽(58, 58')과 지붕(60)은 일체로 되거나 또는 별개로 된 요소일 수 있다. 캡(46)은 양호하게는 도3에 도시된 바와 같이, U자형 도관 구조이다. 또는 다르게는, 캡(46)은 원형 파이프를 세로로 절단 함으로써 얻어지는 반원 구조를 갖거나 또는 여타의 편리한 형상을 가질 수 있다.

외피(48)는 그 사이에 제1 챔버(68)를 형성하는 한 쌍의 대향 벽(66, 66')을 포함한다. 한 쌍의 대향 벽(66, 66')은 한 쌍의 내부 표면(70, 70')을 형성한다. 한 쌍의 내부 표면(70, 70')은 구조의 지지를 위해 그리고 제1 챔버(68) 내의 가압 유체로 인해 한 쌍의 대향 벽(66, 66')이 외향 변위되는 것을 방지하기 위해 바아, 빔, 로드 등(도시되지 않음)에 의해 연결될 수도 있다. 바아의 공간적 배치, 위치 및 디자인은 예상되는 최대 작동 압력에서 외피(48)를 구조 해석하여 정해질 수 있다. 외피(48) 제작용으로 적당한 재료는 강, 철, 또는 다른 금속, 또는 압력 챔버(20)의 내부 압력과 관련된 스트레스를 지탱할 수 있을 정도로 충분히 강한 여타의 재료를 포함한다.

외피(48)는 이동 기판(42)과 시일을 형성하고 접촉하기에 적합하도록 되어 있다. 외피(48)는 이동 기판(42)과 밀봉 접촉하는 제1 또는 하부 표면(72)을 갖고, 캡(46)과 밀봉 접촉하는 제2 또는 상부 표면(74)을 갖는다. 한 쌍의 외피 시일(50, 50')은 제1 표면(72)에 가까이 위치하고 이동 기판(42)과 접촉하도록 위치설정된다. 한 쌍의 외피 시일(50, 50')은 교체의 편의상 한 쌍의 역 T자형 시일 마운트(76, 76') 상에 각각 활주 가능하게 장착될 수도 있다.

한 쌍의 외피 시일(50, 50')은 바람직하게는 압력 챔버(20)와 이동 기판(42) 사이로 가압 유체가 이탈되는 것을 최소화하기 위해 이동 기판(42) 상에서 균일하게 떠받쳐 움직인다. 한 쌍의 외피 시일(50, 50')은 바람직하게는 이동 기판(42)의 마모 또는 다른 붕괴를 최소화하는 방식으로 형상화되고 형성된다. 특이한 실 시예에서, 한 쌍의 외피 시일(50, 50')은 반동 탄성 화합물, 세라믹, 코팅된 금속 기판 등으로 형성된다. 한 쌍의 외피 시일(50, 50')은 한 쌍의 장착 부재(76, 76')에 의해 각각 한 쌍의 대향 벽(66, 66')에 고정되고 그 위에 지지된다. 한 쌍의 장착 부재(76, 76')는 한 쌍의 외피 시일(50, 50')과 동일한 다양한 재료로 형성될 수도 있고, 또는 외피(48)가 만들어지는 재료와 동일한 다양한 재료로 형성될 수도 있다.

다른 형태의 외피 밀봉 수단들 또한, 이동 기판(42)에 대하여 외피(48)를 밀봉하는 데 이용될 수 있다. 이러한 밀봉 수단의 하나가 팽창식 주머니이다. 이 주머니는 이동 기판(42)과 밀봉 접촉하는 상태로 외피(48)를 유지하기 위해 팽창된다.

압력 챔버(20)의 외부와 내부의 압력차에 의해 야기되는 변위력을 조정하기 위해, 캡(46)과 외피(48)는 서로에 대해 이동하기에 적합하도록 되어 있다. 캡(46)과 외피(48)의 단부는 한 쌍의 단부 플레이트(54, 54')에 의해 함께 강성적으로 고정된다. 다른 위치에서, 캡(46)은 외피(48)와 이동 기판(42) 사이에 형성되는 균일한 시일을 붕괴시키지 않고 외피(48)로부터 이격되며 구부러지도록 되어 있다.

여전히 도3을 참조하면, 한 쌍의 대향 벽(66, 66')의 상단부는 제2 면(74)을 형성한다. 한 쌍의 오목한 홈(78, 78')이 제2 면(74) 내에 형성된다. 한 쌍의 벽(66, 66')이 이격되고 서로에 대해 평행하게 정렬되어 있는 경우, 한 쌍의 오목한 홈(78, 78')이 그 상단부 내에 형성될 수 있다. 각각의 오목한 홈(78, 78')은 캡(46)이 외피(48) 내로 삽입되도록 U자형, V자형, 또는 다른 적당한 형상을 가질 수 있다. 각각의 벽(58, 58')의 저면부는, 한 쌍의 오목한 홈(78, 78') 중 어느 한 곳 내에 부분적으로 위치된다. 각각의 벽(58, 58')은 제2 챔버(62)로부터의 가압 유체의 손실을 최소화하기 위한 적당한 수단에 의해 밀봉된다. 캡(46)은, 캡(46)과 외피(48)가 함께 고정되는 단부 이외의, 하나 이상의 다른 크로스머신 위치에서 외피(48)로부터 이격되며 축방향으로 이동할 수 있다. 양호하게는, 캡(46)은 단부 이외의 모든 크로스머신 위치에서 외향으로 이동하도록 자유롭다. 캡(46)의 축방향 이동은 일반적으로 화살표(80)로 도시된 유체 유동 선을 따르지만, 내부 압력에 따라 이동 기판(42)을 향하거나 또는 이동 기판(42)으로부터 이격되는 방향 중 어느 하나일 수 있다.

여전히 도3을 참조하면, 한 쌍의 캡 시일(52, 52')은 캡(46)과 외피(48) 사이에 유체 시일을 형성하는 기능을 한다. 각각의 캡 시일(52, 52')은 오목한 홈(78, 78') 중 어느 한 곳에 놓이고 각각의 대향 벽(58, 58')의 내부 표면과 접촉하여 가압 유체의 이탈을 방지한다. 가장 바람직하게는, 각각의 캡 시일(52, 52')은 오목한 홈(78, 78') 중 어느 한 곳의 측면에 고정되도록 부착되고, 각각의 대향 벽(58, 58')의 내부와 활주 가능하게 접촉한다. 이러한 구성은 제2 챔버(62)의 압력이 증가함에 따라 시일 접촉 압력을 증가시킴으로써 한 쌍의 캡 시일(52, 52')의 효율을 증가시킨다.

도4를 참조하면, 캡(46)의 벽(58, 58')을 외피(48)의 벽(66, 66')에 부착하거나 또는 결합시키기 위한 다른 디자인도 가능함을 인지해야만 한다. 도4에서, 벽(58)의 저면부는 벽(66)의 최상부와 접하는 것으로 도시되어 있다. 캡 시일(52)과 지지 부재(84)는 홈(78) 내에 위치하고 벽(58)의 내부에 대하여 정렬되어 있다. 캡 시일(52)은 제2 챔버(62)로부터 가압 유체가 이탈하는 것을 방지하기 위해 벽(58)의 내부 표면과 활주 가능하게 접촉할 수 있다.

각각의 캡 시일(52, 52')은 양호하게는 스테인레스 강 시트 금속의 얇은 시트로 형성된다. 재료의 적당한 두께는, 제2 챔버(62) 내의 유체의 가해진 압력으로 인해 재료가 변위될 때 시일이 형성되도록 재료의 영의 계수로부터 계산된다. 시일은 각 시일(52, 52')의 단부(82, 82')가 각각 밀어 넣어져 대향 벽(58, 58')의 내부 표면과 접촉할 때 발생된다. 또는 다르게는, 각각의 시일(52, 52')은 언제나 벽(58, 58') 중 어느 하나와 물리적으로 접촉할 수 있고, 내부 압력은 밀봉력을 증가시키는 데 이용된다. 이러한 시일 디자인은 가압 유체의 이탈을 최소화시킬 수 있으나, 한 쌍의 캡 시일(52, 52')에 대하여 캡(46)이 자유로이 활주할 수 있게 할 것이다.

캡 시일(52, 52') 제작용으로 적당한 다른 재료는 다양한 수지와, 스프링 강, 스테인레스 강, 브론즈 등과 같은 시트 금속과, 유리 섬유, 그래파이트, 탄소 섬유 함침 레진 등과 같은 복합 구조체를 포함한다.

도3에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 지지 부재(84, 84')는 각각의 오목한 홈(78, 78') 내에 위치설정된다. 지지 부재(84, 84')는 각각의 대향 벽(58, 58')의 외부 표면과 접촉하도록 구성된다. 지지 부재(84, 84')는 브론즈, 브래스, 수지 등과 같은 저마찰성, 내마모성 재료로 형성될 수 있다. 지지 부재(84, 84')는 오목한 홈(78, 78') 내의 캡(46)의 측면 구성을 제공하는 기능을 한다. 지지 부재(84, 84')는 또한 캡(46)과 외피(48) 사이에 바인딩(binding)을 제거하는 데 도움을 주고, 이에 의하여 압력 챔버(20)의 적절한 작동을 보장한다. 바인딩은 또한, 구조의 지지를 위해 바아, 빔, 로드 등(도시되지 않음)으로 한 쌍의 대향 벽(58, 58')을 연결시키는 내부 브레이스(brace)를 캡(46)에 제공함으로써 제거될 수도 있다. 이는 제2 챔버(62) 내의 가압 유체로 인해 대향 벽(58, 58')이 외향으로 변위되는 것을 최소화시킬 것이다. 바아는 캡(46)의 상향 변위를 간섭하지 않으면서 대향 벽(58, 58')이 구부러지는 것을 감소시키도록 디자인될 것이다.

작동시, 가압 유체는 압력 공급원 P를 통해 제2 챔버(62)로 공급된다. 제1 및 제2 챔버(68, 62)는 각각 외피 개구(86)를 통해 유체와 연락하게 된다. 가압 유체는 제1 및 제2 챔버 양쪽 모두에 각각 존재하고, 이동 기판(42)을 향해 화살표(80) 방향으로 통과할 수 있다. 압력 챔버(20)가 이동식 티슈의 수분을 제거하는 데 이용되는 경우, 가압 유체에 의해 티슈로부터 제거된 수분은 진공 상자(22)에 의해 채집될 것이다. 진공 상자(22)는 바람직하게는 저마찰성 및/또는 저마모성 재료로 형성된 한 쌍의 진공 상자 시일(44, 44')을 포함한다. 각각의 진공 상자 시일(44, 44')은 이동 기판(42)과 접촉하고, 이에 의하여 진공 상자(22) 내로의 공기의 누출을 최소화시킨다. 진공 상자(22)는 기호 V로 표시된 바와 같은 진공 공급원에 연결된다.

제1 및 제2 챔버(68, 62) 내의 유체 압력은 대기압보다 높고, 이는 캡(46)을 이동 기판(42)과 이격되는 상향으로 이동시키기 쉬운 변위력을 발생시킨다. 각각 의 유체 시일(52, 52')이 오목한 홈(78, 78') 중 어느 한 곳과 캡(46) 사이에서 정지 상태로 유지되는 반면, 캡(46)은 외피(48)에 대하여 상향으로 이동하도록 자유롭다. 캡(46)이 외피(48)에 대하여 단지 크로스머신 방향 단부에서만 고정되기 때문에, 캡(46)은 크로스머신 방향 단부 사이의 위치에서 이동 기판(42)으로부터 이격되며 구부러지도록 자유롭다.

압력이 외피(48)를 상향으로 이동시키거나 또는 이동 기판(42)과 이격되며 구부러지도록 하지는 않음을 인지해야만 한다. 그 이유는, 내부 표면(70, 70')의 비수직부의 수평으로 투영된 영역(88, 88') 상에 작용하는 압력이 내부 표면(90, 90')의 비수직부의 수평으로 투영된 영역(92, 92') 상에 작용하는 압력과 균형을 이루기 때문이다. 이를 달리 표현하면, 수평으로 투영된 영역(88) 상에 작용하는 상향력이 수평으로 투영된 영역(92) 상에 작용하는 하향력과 동등하기 때문이다. 수평으로 투영된 영역(88', 92')에 대해서도 동일하게 적용된다.

내부 표면(70, 70' 및 92, 92')의 형상 또는 구조는 무관함을 인지해야만 한다. 중요한 것은 단지 외피(48)의 수평으로 투영된 영역(88, 88') 상에 작용하는 압력의 합이 캡(46)의 수평으로 투영된 영역(92, 92') 상에 작용하는 압력의 합과 동등하다는 것이다. 투영된 영역(88, 92, 88', 92') 상에 작용하는 순 힘은 각각 제로일 것이다. 결과적으로, 제1 및 제2 챔버(68, 62) 각각의 가압 유체는 외피(48) 상에 상향 또는 하향력을 발생시키지 않는다.

여전히 도3을 참조하면, 한 쌍의 캡 시일(52, 52')이 약간의 수직 오프셋을 가짐을 알 것이다. 이는 캡 시일(52, 52')이 캡(46)의 내부 표면(90, 90')과 직접 적으로 활주 가능한 접촉을 하고 있음을 강조하기 위한 것이다. 각각의 캡 시일(52, 52')은 수천 인치 정도의 두께를 갖는 얇은 금속 스트립으로 될 수 있다. 캡 시일(52, 52')의 실제 두께는 중요하지 않다.

도5를 참조하면, 압력 챔버(20')에 대한 다른 디자인이 도시되어 있다. 압력 챔버(20')는 캡(46')과 외피(48')를 포함한다. 외피(48')는 내부 표면(70, 70')을 각각 형성하는 한 쌍의 외피 벽(66, 66')으로부터 제작된다. 외피(48')는 이동 기판(42)과 밀봉 접촉하는 제1 페리미터, 및 캡(46')과 밀봉 접촉하는 제2 페리미터를 갖는다. 제2 페리미터(74)는 도3에 도시된 바와 같은 오목한 홈(78, 78')을 더 이상 갖지 않는다. 대신에, 한 쌍의 캡 시일(52, 52')은 내부 표면(70, 70')에 각각 고정되도록 부착된다.

외피(48')의 벽(66, 66')은 이동 기판(42)에 대하여 외피(48')를 밀봉하는, 벽에 결합된 한 쌍의 외피 시일(50, 50')을 갖는다. 한 쌍의 외피 시일(50, 50')은 교체의 편의상 한 쌍의 역 T자형 시일 마운트(76, 76') 상에 각각 활주 가능하게 장착될 수도 있다. 각각의 외피 시일(50, 50')은 바람직하게는 이동 기판(42)의 마모 또는 다른 붕괴를 최소화하는 방식으로 형상화되고 형성된다. 외피 시일(50, 50')은 반동 탄성 화합물, 세라믹, 코팅된 금속 기판 등으로 형성될 수 있다. 한 쌍의 시일 마운트(76, 76')는 외피 시일(50, 50')과 동일한 다양한 재료로 형성될 수도 있다. 또는 다르게는, 한 쌍의 시일 마운트(76, 76')는 외피(48')와 동일한 다양한 재료로 형성될 수도 있다. 이동 기판(42)에 대하여 외피(48')를 밀봉하는 다른 수단들 또한 이용될 수 있다.

캡(46')은 내부 표면(96, 96')을 각각 갖는 한 쌍의 오목한 홈(94, 94')을 갖도록 제작된다. 각각의 오목한 홈(94, 94')은 일반적으로 U자형이지만, V자형 또는 다른 적당한 형상일 수 있다. 외피(48')의 한 쌍의 벽(66, 66')은 오목한 홈(94, 94') 내에 부분적으로 위치된다. 작동시, 가압 유체는 캡(46') 내에 위치되는 출입구(64)를 통해 외피 챔버(98) 내로 유입된다. 또는 다르게는, 가압 유체는 외피(48') 내에 위치되는 출입구를 통해 외피 챔버(98)로 유입될 수 있다. 가압 유체는 한 쌍의 캡 시일(52, 52')에 의해 외피 챔버(98) 내에 보유된다. 캡 시일(52, 52')은 각각의 표면(70과 96 및 70'와 96') 사이에서 챔버(98)로부터 가압 유체가 이탈되는 것을 방지하는 기능을 한다. 한 쌍의 내부 표면(96, 96')은 외피(48')에 부착된 한 쌍의 캡 시일(52, 52')에 대하여 가압 유체의 누출 없이 축방향으로 활주할 수 있다.

한 쌍의 측면 지지 부재(84, 84')는 한 쌍의 대향 벽(66, 66')에 부착되고, 이들은 오목한 홈(94, 94')의 한 쌍의 외부 표면(100, 100')과 각각 활주 가능한 접촉을 하고 있다. 측면 지지 부재(84, 84')는 브래스, 브론즈, 수지 등과 같은 저마찰성, 내마모성 재료로 형성될 수 있다. 측면 지지 부재(84, 84')는 캡(46')의 축방향 이동을 안정화시키는 기능을 하고, 이들은 캡(46')과 외피(48') 사이의 바인딩을 제거하는 데 도움을 준다.

작동시, 캡(46')은 유체가 가하는 압력으로 인해 축방향으로 구부러지도록 자유롭지만, 한 쌍의 캡 시일(52, 52')은 가압 유체가 외피(48') 상에 어떠한 축방향 변위력도 가할 수 없게 한다. 외피 시일(50, 50')과 이동 기판(42)의 상호 작 용에 의해 생성되는 시일은 가압 유체가 외피 챔버(98) 내로 유입됨에 따라 손상되거나 또는 영향을 받지 않는다.

원하는 경우, 대향 내부 표면(70, 70')은 구조의 지지를 위해 바아, 빔, 로드(도시되지 않음) 등에 의해 연결될 수도 있다. 이러한 구조는 외피 챔버(98) 내의 가압 유체로 인해 한 쌍의 대향 벽(66, 66')이 외향으로 변위되는 것을 방지한다. 바아의 공간적 배치, 위치 및 디자인은 예상되는 최대 작동 압력에서 외피(48')를 구조 해석하여 정해질 수 있다.

본 발명의 세 개의 실시예가 예시되어 있으나, 캡(46, 46')의 축방향 변위를 허용하면서 외피(48, 48')에 대하여 캡(46, 46')을 밀봉하기 위한 다른 구조도 가능하다. 또는 다르게는, 캡(46, 46')과 외피(48, 48') 모두 다른 부재(도시되지 않음) 내의 대향 랜드(land)와 맞물리는 하나 이상의 오목한 홈을 포함할 수도 있다. 또 다르게는, 캡(46, 46')은 외피의 제2 페리미터(74)와 접한 상태로 외피(48, 48') 내에 완전히 위치되고, 외피(48, 48')의 내부 표면(70, 70')과 활주 가능하게 밀봉될 수도 있다.

각각의 이러한 디자인에서, 다수의 방법 중 어느 것이든지 캡(46, 46')과 외피(48, 48') 사이의 시일을 얻는 데 이용될 수 있다. 적당한 시일은 외피(48, 48')와 캡(46, 46')의 가까운 곳에 또는 그 사이에 배치되는 시일 부재를 포함할 수 있다. 시일용으로 적당한 재료는, 강성 또는 가요성 구비 여부를 불문하고, 금속, 중합체, 수지, 폼 및 고무와 같은 어떤 유체 불침투성 재료를 포함할 수도 있다. 다르게는, 캡(46, 46')과 외피(48, 48') 사이에 실질적으로 유체가 침투하지 못하는 설비를 할 수도 있다.

본 발명이 두 개의 구체적인 실시예와 관련하여 설명되어 있으나, 전술한 설명에 비추어 기술 분야의 숙련자에게는 많은 대안, 변형 및 변용들이 명백함을 이해해야만 한다. 따라서, 본 발명은 후속 청구항의 범주 내에 속하는 모든 그러한 대안, 변형 및 변용을 포괄하고 있다.

Claims (20)

1. 이동 기판에 대해 유체 시일을 유지하는 장치에 있어서,

   a) 이동 기판과 밀봉 접촉하는 제1 면과 제2 면을 갖는 외피와,

   b) 상기 외피와는 독립적으로 변위될 수 있는 비고정부를 갖고 적어도 두 개의 이격된 위치에서 상기 외피에 고정되어 상기 외피의 상기 제2 면을 이격하여 밀봉하는 캡과,

   c) 가압 유체를 상기 외피 내로 유입시키기 위한 수단을 포함하고,

   가압 유체는 상기 외피 상에 제로의 순 힘 및, 상기 캡 상에 상기 캡의 일부분을 변위시켜 상기 외피의 상기 제1 면이 상기 이동 기판과 밀봉 접촉하는 상태로 유지될 수 있게 하는 힘을 생성하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 캡의 상기 비고정부는 가압 유체의 이탈을 방지하기 위해 상기 외피에 대해 밀봉되는 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 외피의 상기 제2 면은 오목한 홈을 갖고, 상기 캡은 상기 오목한 홈 내에 적어도 부분적으로 위치되는 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 오목한 홈은 캡 시일과 측면 지지부를 포함하고, 상기 캡 시일은 상기 캡의 표면과 활주 가능한 접촉을 하고 있는 장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 측면 지지부는 상기 캡 시일에 대향된 상기 오목한 홈 내에 위치설정되는 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 외피는 돌출된 내부 영역을 갖는 제1 챔버를 형성하고,

   상기 캡은 상기 외피로부터 상향으로 연장되는 수직으로 지향된 벽을 갖고, 돌출된 내부 영역을 갖는 제2 챔버를 형성하는 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 제1 챔버의 상기 돌출된 내부 영역은 상기 제2 챔버의 돌출된 내부 영역과 대체로 동일한 장치.
8. 제1항에 있어서, 외피 시일은 상기 외피의 상기 제1 면에 고정되고 상기 이동 기판과 접촉하는 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 외피 시일은 세라믹인 장치.
10. 이동 기판에 대해 유체 시일을 유지하는 장치에 있어서,

    a) 이동 기판과 밀봉 접촉하는 제1 면과 제2 면을 갖는 외피와,

    b) 상기 외피와는 독립적으로 변위될 수 있는 비고정부를 갖고 적어도 두 개의 이격된 위치에서 상기 외피에 고정되어 상기 외피의 상기 제2 면을 이격하여 밀봉하는 캡과,

    c) 가압 유체를 상기 외피 내로 유입시키기 위한 수단을 포함하고,

    가압 유체는 상기 외피 상에 제로의 순 힘 및, 상기 캡 상에 상기 캡의 일부분을 상기 외피에 대하여 수직으로 변위시켜 상기 외피의 상기 제1 면이 상기 이동 기판과 밀봉 접촉하는 상태로 유지될 수 있게 하는 힘을 생성하는 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 외피의 상기 제2 면은 오목한 홈을 갖고, 상기 캡은 상기 오목한 홈 내에 적어도 부분적으로 위치되는 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 오목한 홈은 상기 외피에 대하여 상기 캡을 밀봉하기 위한 측면 지지부와 캡 시일을 포함하는 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 캡 시일은 상기 오목한 홈 내에 고정되고 상기 캡의 표면과 활주 가능한 접촉을 하고 있는 장치.
14. 제10항에 있어서, 상기 외피는 돌출된 내부 영역을 갖는 제1 챔버를 형성하고,

    상기 캡은 상기 외피로부터 상향으로 연장되는 수직으로 지향된 벽을 갖고, 돌출된 내부 영역을 갖는 제2 챔버를 형성하는 장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 제1 챔버의 돌출된 내부 영역은 상기 제2 챔버의 돌출된 내부 영역과 대체로 동일한 장치.
16. 이동 기판에 대해 유체 시일을 유지하는 장치에 있어서, 상기 이동 기판은 수분을 포함하고, 상기 장치는,

    a) 이동 기판과 밀봉 접촉하는 제1 면과 제2 면을 갖는 외피와,

    b) 상기 외피와는 독립적으로 변위될 수 있는 비고정부를 갖고 적어도 두 개의 이격된 위치에서 상기 외피에 고정되어 상기 외피의 상기 제2 면을 이격하여 밀봉하는 캡과,

    c) 가압 공기를 상기 외피 내로 유입시키기 위한 수단을 포함하고,

    가압 공기는 상기 외피 상에 제로의 순 힘 및 상기 캡 상에 힘을 생성하고, 상기 캡 상의 힘인 상향력은 상기 캡의 일부분을 상기 외피에 대하여 변위시켜 상기 외피의 상기 제1 면이 상기 이동 기판과 밀봉 접촉하는 상태로 유지될 수 있도록 함으로써, 상기 가압 공기가 상기 이동 기판을 강제로 통과하여 상기 수분의 적어도 일부분을 제거하는 장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 외피의 상기 제2 면은 오목한 홈을 갖고, 상기 캡은 상기 오목한 홈 내에 적어도 부분적으로 위치되는 장치.
18. 제16항에 있어서, 상기 외피는 돌출된 내부 영역을 갖는 제1 챔버를 형성하고,

    상기 캡은 상기 외피로부터 상향으로 연장되는 수직으로 지향된 벽을 갖고,돌출된 내부 영역을 갖는 제2 챔버를 형성하고,

    상기 제1 챔버의 상기 돌출된 내부 영역은 상기 제2 챔버의 돌출된 내부 영역과 대체로 동일한 장치.
19. 제16항에 있어서, 외피 시일은 상기 외피의 상기 제1 면에 고정되고 상기 이동 기판과 접촉하는 장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 외피 시일은 세라믹인 장치.

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