KR100786038B1 - 밸브용 볼 및 라이닝방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 밸브용 볼에 관한 것이다.
본 발명은 밸브 내부에 형성된 유체이동로를 개폐시키는 밸브용 볼에 있어서, 상기 볼의 표면에 불소수지인 PFA를 라이닝(lining)하여 라이닝층을 형성한다.
즉, 볼의 표면에 불소수지인 PFA를 라이닝하여 라이닝층이 형성된 볼을 제조함으로써 내식성, 화학적 안전성 및 마찰계수를 보완할 수 있어 제품의 품질을 크게 향상시킬 수 있으며, 더불어 볼의 사용주기를 크게 연장시킬 수 있고, 유체의 누설을 크게 방지할 수 있는 효과가 있다..
밸브, 볼, 라이닝 볼, PFA, 불소수지

Description

밸브용 볼 및 라이닝방법{BALL FOR VALVE AND LINING METHOD}
도 1은 종래의 밸브를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 밸브용 볼을 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 밸브용 볼의 제1 라이닝방법을 나타낸 순서도.
도 4는 도 3의 공정도.
도 5는 본 발명에 따른 밸브용 볼의 제2 라이닝방법을 나타낸 순서도.
도 6은 도 5의 공정도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 볼 110 : 관통공
120 : 삽입홀 200 : 라이닝층
본 발명은 밸브용 볼에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 밸브를 개폐하는 볼 의 표면을 라이닝하여 내식성, 내열성 및 화학적인 안전성 확보할 수 있는 밸브용 볼에 관한 것이다.
일반적으로 밸브는 직선형의 유로에 볼타입의 디스크가 직각 또는 분할되는 각도로 돌면서 밸브를 개폐하거나 방향을 전환 시켜주는 밸브이다.
이러한 밸브는 사용이 간편하고 기밀성도 비교적 우수할 뿐 아니라 개방했을때 밸브의 유로가 정확하게 직선으로 개방되는 형식이므로 압력강하가 작고, 볼이 회전할때 시트링에 밀착하여 구동하므로 슬러지 등의 이물질이나 점성이 높은 유체에 적용하는 경우에도 비교적 개페의 신뢰성이 높은 등의 장점이 있다.
상기한 밸브의 일례로서 실용신안등록 제20-0280161호(이하, '종래기술'이라 한다)에 개시된 바 있다.
즉, 종래기술의 밸브는 도 1에 도시된 바와 같이, 밸브본체(2) 내측에 형성된 유체이송공에 볼(3)을 내장하고, 상기 볼(3) 상측으로는 상단에 나사봉(5)이 형성된 회동축(4)을 결합하여 조작레버(6)를 고정구(7)로 고정하며, 상기 밸브본체(2)에는 스토퍼(8)를 고정하고, 조작레버(6)에는 스토퍼(8)에 걸림 되도록 90도로 회동공을 형성하여 조작레버(6)의 회동을 제한하여 이루어진다.
그리고, 상기 조작레버(6)는 상단에 걸림부(7a)가 형성되고 그 하측으로 나사관(7b)이 마련된 고정구(7)로 고정하고, 상기 나사관(7b) 외부에는 내측으로 스프링안치턱(9a)이 형성되어 상기 걸림부(7a) 간에 스프링(10)이 개재되는 로크 패드(9)를 회동 가능하게 삽입한다.
또한, 상기 고정구(7)의 걸림부(7a)에는 나사관(7b)과 연결되는 록킹 나사 공(11)을 형성하고 록킹볼트(12)를 결합하여 고정구(7)의 풀림이 없도록 한다.
이와 같은 구성을 가지는 밸브는 조작레버(6)가 회동함에 따라 볼(3)이 회전하면서 밸브본체(2)의 유체이송공을 개폐시킴으로써 유체의 이송을 제한하게 된다.
그러나, 상기한 종래의 밸브는 밸브를 통과하는 유체에 종류 또는 성질에 의해 볼이 쉽게 변형되거나 마모되는 문제점이 있었으며, 이에 따라 형성되는 틈새로 누설이 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 밸브에 형성된 유체이송공을 개폐시키는 볼의 표면을 합성수지로 라이닝하여 품질의 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 밸브용 볼을 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 밸브용 볼은,
밸브 내부에 형성된 유체이동로를 개폐시키는 밸브용 볼에 있어서, 상기 볼의 표면에 불소수지를 라이닝(lining)하여 라이닝층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 불소수지는 PFA이며, 상기 라이닝층은 1~10mm의 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성을 가지는 밸브용 볼의 제1 라이닝방법은,
(a) 일측에 축 삽입용 홀을 가지며 정면에 관통공을 가지는 볼을 주물을 통해 얻는 공정, (b) 라이닝층을 형성하기 위한 사출금형 내에 상기 (a) 공정을 통해 얻은 볼을 고정하는 공정, (c) 상기 사출금형 내에 용융된 불소수지인 PFA를 사출하여 볼의 표면에 라이닝층을 라이닝하여 볼을 완성하는 공정을 수행하게 되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 (a) 공정은 관통공의 내벽으로부터 외측방향으로 관통되는 다수개의 연결홀을 성형하는 공정을 더 포함하며, 상기 (b) 공정은 라이닝층을 형성하기 위한 사출금형 내에 구비된 다수개의 연결핀을 상기 연결홀에 삽입하여 상기 (a) 공정을 통해 얻은 볼을 고정하게 되고, 상기 (c) 공정은 사출금형 내에 구비된 지지편을 통해 용융된 불소수지인 PFA를 관통공 내에 사출하여 볼의 표면에 라이닝층을 형성하고 상기 볼의 표면에 라이닝층의 형성이 완료되면 사출압력에 의해 연결핀을 가압하여 사출금형 내로 복귀시킴과 동시에 연결홀을 마감하게 되는 것을 특징으로 한다.
한편, 밸브용 볼의 제2 라이닝방법은,
(a) 일측에 축 삽입용 홀을 가지고 타측에 지지면을 가지며 정면에는 관통공을 가지는 볼을 주물을 통해 얻는 공정, (b) 라이닝층을 형성하기 위한 사출금형 내에 상기 (a) 공정을 통해 얻은 볼의 지지면을 사출금형의 내벽에 지지시킨 상태로 고정하는 공정, (c) 상기 사출금형 내에 용융된 불소수지인 PFA를 사출하여 볼의 표면에 라이닝층을 라이닝하는 공정, (d) 상기 (c) 공정을 통해 얻은 볼의 지지면에 PFA로 형성된 결합편을 융착하여 볼을 완성하는 공정을 수행하게 되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 (a) 공정은 관통공의 내벽으로부터 외측방향으로 관통되는 하나 이상의 연결홀을 성형하는 공정을 더 포함하며, 상기 (b) 공정은 라이닝층을 형성하기 위한 사출금형 내에 구비된 다수개의 연결핀을 상기 연결홀에 삽입 고정하여 상기 (a) 공정을 통해 얻은 볼을 고정하게 되고, 상기 (c) 공정은 사출금형 내에 구비된 지지편을 통해 용융된 불소수지인 PFA를 관통공 내에 사출하여 볼의 표면에 라이닝층을 형성하게 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 라이닝층이 형성된 볼이 완성되면, 사출성형시 발생되는 스프루(sprue)를 제거하는 공정을 더 수행하게 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 용융된 불소수지인 PFA는 상기 볼이 고정된 사출금형 내에 150~250kgf/㎠의 압력으로 사출하며, 상기 용융된 불소수지인 PFA는 320~420℃의 온도를 가지는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도 2 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명하며, 본 발명을 설명함에 있어 종래기술에서 전술한 구성에 대해서는 동일한 구성부호를 사용하고, 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 밸브용 볼은 종래기술인 도 1에 도시된 밸브본체(2)의 유체이송공을 레버(6)의 작동에 의해 개폐시키기 위한 것이다.
즉, 상기 볼(100)은 도 2에 도시된 바와 같이, 통상적으로 금속 재질의 구 형상을 가지며, 정면에는 상기 유체이송공과 연통되는 관통공(110)이 형성되고, 상 면에는 조작레버(6)의 끝단이 끼워져 결합될 수 있도록 사각형상의 삽입홀(120)이 형성되어 있다.
따라서, 상기 조작레버(6)를 회동시키면 볼(100)이 좌우로 회동함에 따라 관통공(110)이 밸브본체(2)의 유체이송공과 일치 또는 불일치됨으로써 유체의 이송을 제한하게 된다.
여기서, 상기 볼(100)의 표면에는 밸브본체(2)를 통과하는 유체에 의해 볼(100)이 마모, 부식 및 침식되는 것을 방지하기 위해 불소수지인 테트라 플루오르 에틸렌 페르플루오르 알킬비닐 에테르 공중합체(Tetra fluoro ethylene perfluoro alkylvinyl ether copolymer:PFA(이하, PFA라 한다))로 형성된 라이닝층(200)을 라이닝하게 된다.
즉, PFA인 라이닝층(200)을 통해 볼(100)의 내식성, 화학적 안정성 및 마찰계수 등을 보완할 수 있다.
여기서, 상기 라이닝층(200)은 1~10mm의 두께로 볼(100)의 표면에 라이닝되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 3mm의 두께를 가진다.
즉, 상기 라이닝층(200)의 두께가 3mm 보다 작은 경우 유체의 의해 쉽게 마모되어 효율성이 크게 떨어지게 되며, 3mm 보다 클 경우 고가인 PFA에 의해 제조단가가 크게 상승하게 된다.
한편, 불소수지인 PFA는 공지된 기술로, 불소와 탄소의 강력한 화학적 결합으로 인해 매우 안정된 화합물을 형성함으로써 거의 완벽한 화학적 비활성 및 내열성, 비점착성, 우수한 절연 안정성, 낮은 마찰계수 등의 특성을 가진다.
이와 같은 구성을 가지는 밸브용 볼의 라이닝방법을 설명하면 다음과 같다.
[제 1 라이닝방법]
본 실시예에 따른 밸브용 볼의 제1 라이닝방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 구형상의 볼(100)을 주물을 통해 얻는 성형공정(S10)과, 성형된 볼(100)을 사출금형(300) 내에 고정하는 설치공정(S11)과, 사출금형(300) 내에 불소수지인 PFA를 사출하여 볼의 표면에 라이닝층(200)을 라이닝하는 라이닝공정(S12) 및 사출성형시 발생되는 스프루(sprue)를 제거하는 스프루 제거공정(S13)을 수행한다.
상기 공정을 보다 상세하게 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 구형상의 볼(100)을 주물을 통해 성형하되, 볼(100)의 상면에는 작동레버(6)의 끝단이 삽입될 수 있도록 사각형상의 삽입홀(120)을 성형하고, 정면에는 밸브본체(2)의 유체이송공과 연결되는 관통공(110)을 성형하며, 상기 관통공(110)에는 볼(100)을 후술되는 사출금형(300)에 구비된 연결핀(320)을 삽입하기 위한 다수개의 연결홀(131)을 성형한다(도 4의 (a) 참조).
즉, 상기 연결홀(131)은 도 4의 (a)에서 보았을 때 상기 관통공(110)의 좌측, 우측 및 후면에 외측방향으로 관통되게 각각 성형된다.
상기와 같이 성형공정(S10)이 완료되면, 완성된 볼(100)을 라이닝층(200)을 형성하기 위한 사출금형(300) 내에 고정한다(도 4의 (b) 참조).
상기 사출금형(300)은 상하금형으로 분리되며, 상하금형의 밀착면에는 상기 볼(100)에 형성된 연결홀(131)과 삽입홀(120)에 각각 삽입되는 연결핀(320) 및 지 지편(330)이 구비되고, 상기 지지편(330)은 삽입홀(120)의 내주면에 라이닝층(200)을 형성할 수 있도록 삽입홀(120) 보다 작은 크기를 가진다.
그리고, 상기 상부금형의 하면에는 상기 관통공(110)에 삽입되고 관통공(110)에 용융된 PFA를 주입하기 위한 주입구가 형성된 주입부(310)가 다수개 형성되며, 상기 주입부(310)의 주입구는 상기 연결홀(131) 방향으로 형성되어 있다.
즉, 상기 볼(100)의 연결홀(131)과 삽입홀(120)에 연결핀(320)과 지지편(330)을 각각 삽입시킨 상태에서 사출금형(300)의 하부 금형에 결합시킨 다음, 상부금형을 하부금형에 결합시키면 볼(100)의 설치가 완료된다.
상기와 같이 설치공정(S11)이 완료되면, 상기 사출금형(300)의 주입부(310)를 통해 320~420℃ 더욱 바람직하게는 380℃의 용융된 불소수지인 PFA를 150~250kgf/㎠, 더욱 바람직하게는 200kgf/㎠의 압력으로 사출하며, 이에 따라 볼(100)의 표면에 PFA가 라이닝되면서 라이닝층(200)을 형성하게 된다.
그리고, 볼(100)의 표면에 라이닝층(200)의 형성이 완료되면, 사출압력에 의해 연결핀(320)을 가압하여 사출금형(300) 내로 복귀시킴과 동시에 연결홀(131)을 마감하게 된다(도 4의 (c) 참조).
상기와 같이 라이닝공정(S12)이 완료되면, 라이닝층(200)이 형성된 볼(100)을 사출금형(300)으로부터 인출한 다음, 선반 또는 밀링 등과 같은 다듬질공작기계를 사용하여 사출성형시 발생되는 스프루(sprue)를 제거한다(도 4의 (d) 참조).
상기와 같이 스프루 제거공정(S13)이 완료되면, 도 2와 같은 밸브용 볼을 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예를 설명함에 있어 본 발명과 동일한 구성 및 기능을 가지는 구성부호에 대해서는 동일 구성부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략한다.
[제2 라이닝방법]
본 실시예에 따른 밸브용 볼의 제2 라이닝방법은 도 5에 도시된 바와 같이, 볼(100')을 주물을 통해 얻는 성형공정(S20)과, 성형된 볼(100')을 사출금형(300') 내에 고정하는 설치공정(S21)과, 사출금형(300') 내에 불소수지인 PFA를 사출하여 볼의 표면에 라이닝층(200')을 라이닝하는 라이닝공정(S22)과, 라이닝층(200')이 형성된 볼(100')에 결합편(140)을 융착하는 융착공정(S23) 및 사출성형시 발생되는 스프루(sprue)를 제거하는 스프루 제거공정(S24)을 수행한다.
상기 공정을 보다 상세하게 설명하면, 도 6에 도시된 바와 같이, 주물을 통해 밸브용 볼(100')을 성형하되, 상면에는 레버(6)의 끝단이 삽입될 수 있도록 직사각형 형상의 삽입홀(120)을 성형하고, 저면에는 평평한 지지면(130)을 성형하며, 정면에는 관통공(110)을 성형한다(도 6의 (a) 참조).
그리고, 상기 지지면(130)에는 후술되는 사출금형(300') 내에 볼(100')을 고정할 때 사용하는 연결홀(131)을 성형한다.
상기와 같이 성형공정(S20)이 완료되면, 완성된 볼(100)을 라이닝층(200')을 형성하기 위한 사출금형(300') 내에 고정한다(도 6의 (b) 참조).
상기 사출금형(300')은 상하금형으로 분리되며, 상하금형의 밀착면에는 상기 볼(100')에 형성된 연결홀(131)과 삽입홀(120)에 각각 삽입되는 연결핀(320) 및 지지편(330)이 구비되고, 상기 지지편(330)은 삽입홀(120)의 내주면에 라이닝층(200')을 형성할 수 있도록 삽입홀(120) 보다 작은 크기를 가진다.
그리고, 상기 연결핀(320)이 결합되는 사출금형(300) 내면에는 상기 볼(100')의 지지면(130)이 면밀착되도록 평탄면이 형성되어 있다.
또한, 상기 상부금형의 하면에는 상기 관통공(110)에 삽입되고 관통공(110)에 용융된 PFA를 주입하기 위한 주입구가 형성된 주입부(310)가 형성되어 있다.
즉, 볼(100')의 연결홀(131)에 연결핀(320)을 유동되지 않도록 삽입 고정하고, 상기 삽입홀(120)에는 지지편(330)을 삽입한 상태에서 사출금형(300')의 하부 금형에 결합시킨 다음, 상부금형을 하부금형에 결합시키면 볼(100')의 설치가 완료된다(도 6의 (c) 참조).
여기서, 상기 연결홀(131)과 연결핀(320)은 안정된 고정력을 확보하기 위해 나사결합을 통해 결합될 수 있다.
상기와 같이 설치공정(S21)이 완료되면, 사출금형(300')의 주입부(320)를 통해 320~420℃, 더욱 바람직하게는 380℃의 용융된 불소수지인 PFA를 150~250kgf/㎠, 더욱 바람직하게는 200kgf/㎠의 압력으로 계속 사출하며, 이에 따라 볼(100')의 표면에 라이닝되면서 라이닝층(200')을 형성한다.
상기와 같이 라이닝공정(S22)이 완료되면, 라이닝층(200')이 형성된 볼(100')을 사출금형(300')으로부터 인출한 다음, 상기 연결홀(131)에 고정된 연결핀(320)과 지지편(330)을 제거하고, 연속해서 지지면(130)에 PFA로 형성된 결합 편(140)을 융착 또는 용접을 통해 견고하게 부착시킨다(도 6의 (d) 참조).
상기와 같이 결합편(140)의 융착공정(S23)이 완료되면, 라이닝층(200')이 형성된 볼(100')을 선반 또는 밀링 등과 같은 다듬질공작기계(미도시)를 사용하여 사출성형시 발생되는 스프루(sprue)를 제거한다(도 6의 (e) 참조).
상기와 같이 스프루 제거공정(S24)이 완료되면, 본 발명의 밸브용 볼을 제조할 수 있다.
한편, 전술한 볼의 표면에 라이닝층을 라이닝하는 방법으로 2중사출을 통해서도 제조할 수 있다.
즉, 볼을 주물을 통해 성형하는 공정과, 성형된 볼의 지지면을 제1 사출금형 내에 지지시킨 다음 볼의 표면에 불소수지인 PFA를 라이닝하는 공정과, 라이닝된 볼의 지지면을 제2 사출금형 내에 지지시킨 다음 불소수지인 PFA를 지지면에 사출하여 구형상의 볼을 성형하는 공정으로 이루어진다.
이와 같이 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
본 발명은 볼의 표면에 불소수지인 PFA를 라이닝하여 라이닝층이 형성된 볼을 제조함으로써 내식성, 화학적 안전성 및 마찰계수를 보완할 수 있어 제품의 품질을 크게 향상시킬 수 있으며, 더불어 볼의 사용주기를 크게 연장시킬 수 있고, 유체의 누설을 크게 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. (a) 일측에 축 삽입용 홀을 가지며 정면에 관통공을 가지는 볼을 주물을 통해 얻는 공정,
    (b) 라이닝층을 형성하기 위한 사출금형 내에 상기 (a) 공정을 통해 얻은 볼을 고정하는 공정,
    (c) 상기 사출금형 내에 용융된 불소수지인 PFA를 사출하여 볼의 표면에 라이닝층을 라이닝하여 볼을 완성하는 공정을 수행하게 되는 것을 특징으로 하는 밸브용 볼 라이닝방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 (a) 공정은 관통공의 내벽으로부터 외측방향으로 관통되는 다수개의 연결홀을 성형하는 공정을 더 포함하며,
    상기 (b) 공정은 라이닝층을 형성하기 위한 사출금형 내에 구비된 다수개의 연결핀을 상기 연결홀에 삽입하여 상기 (a) 공정을 통해 얻은 볼을 고정하는 공정이고,
    상기 (c) 공정은 사출금형 내에 구비된 지지편을 통해 용융된 불소수지인 PFA를 관통공 내에 사출하여 볼의 표면에 라이닝층을 형성하고 상기 볼의 표면에 라이닝층의 형성이 완료되면 사출압력에 의해 연결핀을 가압하여 사출금형 내로 복귀시킴과 동시에 연결홀을 마감하는 공정인 것을 특징으로 하는 밸브용 볼 라이닝방법.
  6. (a) 일측에 축 삽입용 홀을 가지고 타측에 지지면을 가지며 정면에는 관통공을 가지는 볼을 주물을 통해 얻는 공정,
    (b) 라이닝층을 형성하기 위한 사출금형 내에 상기 (a) 공정을 통해 얻은 볼의 지지면을 사출금형의 내벽에 지지시킨 상태로 고정하는 공정,
    (c) 상기 사출금형 내에 용융된 불소수지인 PFA를 사출하여 볼의 표면에 라이닝층을 라이닝하는 공정,
    (d) 상기 (c) 공정을 통해 얻은 볼의 지지면에 PFA로 형성된 결합편을 융착하여 볼을 완성하는 공정을 수행하게 되는 것을 특징으로 하는 밸브용 볼 라이닝방 법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 (a) 공정은 관통공의 내벽으로부터 외측방향으로 관통되는 하나 이상의 연결홀을 성형하는 공정을 더 포함하며,
    상기 (b) 공정은 라이닝층을 형성하기 위한 사출금형 내에 구비된 다수개의 연결핀을 상기 연결홀에 삽입 고정하여 상기 (a) 공정을 통해 얻은 볼을 고정하는 공정이고,
    상기 (c) 공정은 사출금형 내에 구비된 지지편을 통해 용융된 불소수지인 PFA를 관통공 내에 사출하여 볼의 표면에 라이닝층을 형성하는 공정인 것을 특징으로 하는 밸브용 볼 라이닝방법.
  8. 제 4 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 라이닝층이 형성된 볼이 완성되면, 사출성형시 발생되는 스프루(sprue)를 제거하는 공정을 더 수행하게 되는 것을 특징으로 하는 밸브용 볼 라이닝방법.
  9. 제 4 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 용융된 불소수지인 PFA는 상기 볼이 고정된 사출금형 내에 150~250kgf/㎠의 압력으로 사출하는 것을 특징으로 하는 밸브용 볼 라이닝방법.
  10. 제 4 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 용융된 불소수지인 PFA는 320~420℃의 온도를 가지는 것을 특징으로 하는 밸브용 볼 라이닝방법.
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