KR100936084B1 - 2개의 파이프의 탈착 가능한 접속을 위한 신속 연결부 - Google Patents

2개의 파이프의 탈착 가능한 접속을 위한 신속 연결부 Download PDF

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Abstract

본 발명은 축선 방향으로 서로 끼워맞춰지게 되어 있는 수형 요소와 암형 요소를 구비하는 신속 연결부에 관한 것이다. 암형 요소의 본체에는 본체 내에서 슬라이드하게 장착되는 부하 인가 볼트가 설치되고, 또한 상기 수형 요소를 끼우기 위한 중앙 개구가 천공되어 있으며, 이 개구에는 이 개구의 중심 축선을 따라 서로 오프셋되어 있는 3개의 치형부가 마련되어 있다. 수형 요소에는 상기 치형부 중 하나와 선택적으로 안착하게 되어 있는 견부가 마련되어 있다. 상기 수형 요소의 견부가 중간 치형부와 안착하는 경우, 하류 파이프는 주위의 대기와 연통하게 배치될 수 있게 된다.
Figure R1020030005276
암형 요소, 수형 요소, 밸브, 치형부

Description

2개의 파이프의 탈착 가능한 접속을 위한 신속 연결부{QUICK CONNECTION FOR THE REMOVABLE JOIN OF TWO PIPES}
도 1은 암형 요소와 수형 요소를 통행 및 잠금 위치에서 도시하고 있는 본 발명에 따른 신속 연결부의 축방향 단면도이고,
도 2는 연결부의 제1 개방 단계 중의 도 1과 유사한 도이고,
도 3은 연결부의 제2 개방 단계 중의 도 1과 유사한 도이고, 그리고
도 4는 암형 요소와 수형 요소가 분리되어 있는 상태에서의 도 1과 유사한 도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
A: 암형 요소
B: 수형 요소(수형 커넥터)
C1: 상류 파이프
C2: 하류 파이프
3: 시일
2: 밸브
4: O-링
5: 볼트
6: 스프링
11: 도관
12, 13: 홈
14: 하우징
16, 16': 보어
51: 돌기
52: 개구
53, 54, 55: 치형부
71: 플랜지
72: 견부
본 발명은 가압 상태의 유체가 통과하는 2개의 파이프의 탈착 가능한 접속을 위한 신속 연결부에 관한 것이다.
프랑스 특허 제2 514 855호는 수형과 암형의 2개의 요소를 구비하고, 이들 수형 요소와 암형 요소는 상호 축선 방향으로 끼워맞춰져 암형 요소의 본체 내에 장착된 밸브를 개방시키게 되어 있으며, 상기 본체에는 이 본체 내에서 슬라이드 하도록 장착된 부하 인가 볼트(loaded bolt)가 장착됨과 아울러, 상기 수형 요소를 끼우기 위한 중앙 개구가 천공(穿孔)되어 있는 신속 연결부가 개시되어 있다. 볼트의 개구의 벽은 이 개구의 중심 축선을 따라 서로에 대하여 오프셋(offset) 되어 있는 3개의 치형부(齒形部)를 제공하는 한편, 수형 요소에는 이들 치형부 중 하나에 선택적으로 안착하게 되어 있는 견부가 마련되어 있다. 이 공지된 연결부를 해제하는 동작은 수형 요소의 견부가 중간 치형부와 맞닿는 것 및 암형 요소의 개구에 가장 근접한 치형부와 맞닿는 것에 각각 해당하는 2개의 단계로 이루어진다. 수형 요소의 견부(肩部)가 상기 개구에 가장 인접한 치형부에 안착되어 있는 경우, 이 수형 요소에 연결된 도관에 수용된 공기는 수형 요소를 파열시키거나 또는 그것과 결합된 파이프를 이탈 이동시킬 위험을 그다지 초래하지 않고 외부로 밀려나갈 수 있다.
이러한 통상적인 구조는 강도나 신뢰성의 관점에서는 만족스럽다.
그러나, 수형 요소의 견부가 중간 치형부에 맞닿아 있는 경우, 수형 요소는 이 수형 요소에 연결된 파이프에 존재하는 유체의 압력에 좌우되는 힘을 중간 치형부에 가한다. 이 힘은 암형 요소의 본체 내에서의 볼트의 슬라이드를 저지하는 마찰을 발생시킨다. 이러한 마찰력을 극복하기 위해서는, 중간 치형부를 분리시키는 위치로 향한 탄성적인 부하를 체결부에 인가하는 강력한 스프링을 사용하는 것이 필요하다. 암형 요소 내에 수형 요소를 삽입할 수 있기 위해서는 이러한 스프링에 의하여 발생된 힘을 극복해야 하므로, 상기와 같은 강력한 스프링을 사용하는 것은 연결부를 접속하는 동안에 방해가 될 수 있다.
다시 말해서, 전술한 형태의 연결부는 비교적 고압의 유체에 사용하는 경우, 조작하기가 어렵다. 이제, 이러한 연결부는 6 또는 10 bar, 심지어는 25 br의 유체 회로망에 사용될 수 있어야 하는데, 이 경우 손으로 조작하기가 극히 어렵다.
실제, 표준화되어 있는 수형 커넥터(수형 요소)의 기하학적 형상은 변형되지 말아야 한다.
본 발명의 목적은 유체 압력이 비교적 높은 경우에도 조작하기가 용이하고 표준 수형 커넥터를 구비하는 신속 연결부를 제공하는 데 있다.
따라서, 본 발명은 수형 요소의 견부가 중간 치형부에 안착하고 있을 때 하류 파이프를 주위의 대기와 연통(連通) 상태에 있게 하는 연통 수단을 구비하는 전술한 형태의 연결부에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 하류 파이프는 수형 커넥터가 중간 치형부에 접촉되어 있는 동안 그 하류 파이프가 수용하고 있는 유체가 배출될 수 있으며, 그 결과 이러한 배출 동작이 종료되면, 하류 파이프에 조성되는 압력은 실질적으로 주위 압력과 같아지고, 견부는 중간 치형부상에 상당한 힘을 가하지 않음으로써 볼트를 용이하게 조작할 수 있게 된다.
본 발명의 유리하지만 비한정적인 측면에 따르면, 이 연결부는 다음 특징 중 하나 이상을 포함한다.
- 전술한 연통 수단은 밸브 하류에서 암형 요소의 본체에 형성된 하나 이상의 오리피스(orifice)를 포함한다. 이 오리피스는 수형 요소의 견부가 암형 요소 의 중앙 도관의 개구로부터 가장 먼 치형부에 안착되는 경우, 수형 요소에 의하여 유리하게 폐색(閉塞)될 수 있다. 다시 말해서, 이 오리피스는 연결부가 유체의 통행 구조(passing configuration)를 취하고 있을 때에는 폐쇄된다. 아울러, 이 오리피스는 수형 요소와 암형 요소의 끼워맞춤 축선에 관하여 실질적으로 반경 방향인 방향으로 연장하도록 마련될 수 있다.
- 상기 연통 수단은 암형 요소의 본체에 있어서 볼트가 슬라이드되는 부분과 구분되는 구역에 배치된다. 본 발명의 이러한 측면으로 인하여, 하류 파이프로부터 유입하는 유체가 볼트의 슬라이드를 방해할 위험이 없다.
- 상기 연통 수단은 암형 요소의 본체에 있어서 볼트가 슬라이드하는 부분의 상류에 배치된다.
- 암형 요소에는 수형 요소와 암형 요소 사이의 연결부를 확실하게 밀봉시키는 밀봉 수단이 장착되어 있는 한편, 수형 요소가 중간 치형부에 안착하고 있을 때 암형 요소는 상기 밀봉 수단에 대하여 분리된다. 이러한 방법으로, 밀봉 수단은 하류 파이프의 배출을 방해하지 않는다.
본 발명은 첨부 도면을 참고로 하여 단지 예로서 주어지는 본 발명의 원리에 따른 신속 연결부의 실기예에 대한 후술하는 설명을 읽으면 보다 쉽게 이해될 것이다.
이제 도면을 참고로 하면, 도 1 내지 도 4에 도시된 연결부는 각기 상류 파이프(C1) 및 하류 파이프(C2)에 연결되는 암형 요소(A), 및 수형 요소 또는 수형 커 넥터(B)를 포함한다. 상류 파이프(C1)는 그 자체가 압축된 유체 공급원(도시되지 않음)에 연결된다.
암형 요소의 본체(1)는 실질적으로 원통형의 원형 외형을 나타내고 본체 내의 도관(11)의 종축선이기도 한 축선(X-X')에 중심이 맞춰져 있으며, 그 내부에는 밸브(2)가 축선(X-X')를 따라 가동하도록 배치되어 있다. 본체(1)에는 또한 상기 밸브용 시트를 형성하는 시일(3)이 설치되어 있는데, 이 시일은 도관(11)의 벽에 형성된 홈(12)의 내부에 배치되어 있다.
본체(1)는 O-링(4)을 수용하는 제2 홈(13)을 형성한다.
본체(1)에는 또한 실질적으로 축선(X-X')에 수직인 축선(Y-Y')을 따라 뻗은 원통형의 하우징(14)이 마련되어 있다.
하우징(14)의 내측에는 볼트(5)가 슬라이드 가능하게 장착되어 있고, 이 볼트(5)상에서 스프링(6)이 하우징(14)의 저부(14a)와 반대 방향으로 지향된, 즉 하우징의 개구(14b) 방향의 탄성력(F1)을 가한다. 탄성력(F1)에 의한 볼트(5)의 이동은 하우징(14)의 견부(14c)와 접촉하는 돌기(51)에 의하여 제한된다.
스프링(6)은 절두(截頭)형으로서 볼트(5)의 외면에 마련된 보강부(57)에 결합된다.
볼트(5)에는 축선(X-X')과 평행한 축선(X5-X5')에 중심이 맞춰진 중앙 개구(52)가 마련되어 있다. 이 중앙 개구(52)는 3개의 치형부(齒形部)에 의하여 경계가 형성되어 있다.
제1 치형부(53)는 축선(X5-X5')에 실질적으로 수직인 표면(53a)을 형성한다.
제2 치형부(54)는 볼트(5)에 있어서 스프링(6)의 반대측에 형성된다. 이 제2 치형부는 축선(X5-X5')에 실질적으로 수직인 표면(54a)을 형성한다.
제3 치형부(55)는 볼트(5)에 있어서 스프링(6)과 가장 가까운 측부에 배치되어 상기 축선(X5-X5')에 실질적으로 수직인 표면(55a)을 형성한다.
이들 치형부(53, 54, 55)는 개구(52)의 둘레에서 축선(X5-X5') 방향으로 연장한다. 제 1 치형부(53)는 도관(11)의 개구(15)로부터 가장 멀리 떨어져 있고, 제 3 치형부(55)가 이 개구에 가장 근접하며, 제 2 치형부(54)는 이들 치형부(53, 55) 중간에 위치한다.
보어(16)는 밸브(2)의 하류에서 도관(11)을 외측 대기(E)와 연결시킨다. 실제, 그리고 도 3 및 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 축선(X-X') 둘레에는 보어(16)와 같은 형태의 복수 개의 보어가 분포될 수 있고, 다른 보어 중 하나가 도면 부호 16'로 도시되어 있다. 도시된 예에 있어서, 본체(1)에는 축선(X-X') 중심으로 3개의 보어가 120°간격으로 분포되어 있다.
수형 커넥터(B)는 플랜지(71)가 마련된 금속제 본체(7)를 포함하며, 이 플랜지는 치형부(53, 54, 55) 중 하나와 선택적으로 접촉하게 되어 있는 견부(72, shoulder)를 형성한다.
플랜지(71)에는 또한 본체(7)의 전방 단부(74) 방향으로 수렴하는 절두형의 경사진 램프(73)가 마련되어 있다.
기능을 설명하면 이하와 같다.
수형 요소(B)가 암형 요소(A)에 끼워져 있는 경우, 그 기능은 프랑스 특허 제2 514 855호의 공지된 연결부의 그것과 유사하다.
이렇게 하면, 도 1에 도시된 위치에 도달할 수 있는데, 도면에서는 유체의 흐름이 화살표 F2로 도시되어 있다. 이 위치에서, 수형 커넥터(B)는 O-링(4)과 접촉하여 연결부 외측으로 누설되는 것을 방지한다.
도 1의 구성에 있어서, 본체(7)는 보어(16, 16')를 폐색시킨다.
이 위치로부터, 암형 요소(A)와 수형 요소(B)를 분리시키고자 하는 경우에는, 힘(F1)에 저항하여 볼트(5)를 하우징(14) 내에서 저부(14a)의 방향으로 슬라이드시키는 힘(F3)을 볼트(5)에 가하는 것으로 충분한데, 이렇게 하면 제 1 치형부(53)가 플랜지(71)에 대하여 분리될 수 있다. 이러한 변위로 인하여, 제 2 치형부(54)는 견부(72)의 분리 경로상에 위치하며, 상기 견부(72)는 그 후 표면(54a)에 맞닿게 된다. 도 2에 도시된 이 위치에서, 본체(7)의 전방 단부(74)는 밸브(2)및 O-링(4) 대해서 분리되는 한편, 보어(16)는 본체(7)의 내측 공간(75)과 연통하는데, 이는 유체가, 화살표 F4로 표시되어 있는 바와 같이, 하류 파이프(C2)로부터 외측(E)을 향하여 흐를 수 있게 한다. 상류 파이프(C1) 내에 위치한 유체는 밸브(2)의 상류에 잔류하며, 밸브(2)는 도관(11)의 상류부에 조성되는 압력(P)의 작용하에 밸브 시트(3)에 확실하게 맞닿아 있는다.
흐름(F4)으로 인하여, 공간(75) 내의 압력(P')은 신속하게 하강하며, 그 결과 견부(72)와 표면(54a) 사이의 마찰력이 신속하게 감소한다. 이러한 압력에 의한 힘이 하한치에 도달하는 경우, 힘(F1)이 이 압력에 의한 힘을 극복하고, 스프링(6)이 볼트(5)를 도 3의 위치를 향하여 밀어붙이며, 이 위치에서, 커넥터(7)는 표면(55a)과 견부(72)의 협동으로 인하여 적소에 효과적으로 유지된다.
표면(72, 54a) 사이의 마찰력이 비교적 낮기 때문에, 볼트(5)를 도 3의 위치를 향하여 복귀시키기 위하여 스프링(6)이 가해야 하는 힘(F1)은 본래의 압력(P)이 비교적 높은 경우에도 그다지 크지 않다. 실제, 이 힘(F1)은 보어(16, 16')을 통한 배출 후에 발생하므로 상기 압력과는 무관하다.
그러므로, 스프링(6)의 강성(剛性) 상수(stiffness consant)를 비교적 낮은 값으로 선택해도 좋다. 이러한 방법으로, 사용자는 그가 발휘해야 하는 힘(F3)에 대하여 그다지 큰 저항을 느끼지 못한다.
수형 요소(B)는 도 4에 화살표 F'3로 도시되어 있는 바와 같이 볼트(5) 상에 새롭게 압력을 가하면 확실하게 해제될 수 있는데, 이렇게 압력을 가하는 것은 플랜지(71)에 대하여 제 3 치형부(55)를 후퇴시키는 효과가 있다. 그 경우, 커넥터(B)는 화살표 F5로 도시된 바와 같이 철회될 수 있다.
본 발명은 중간 치형부 상에서 하류 파이프의 배출를 행할 수 있도록 하며, 이러한 방법으로 도 2의 위치로부터 도 3의 위치로 이동시키기 위하여 극복되어야 할 힘, 즉 스프링(6)의 강성 상수를 제한할 수 있게 한다. 이 강성 상수는 공지된 장치에서 보다 작고, 하우징(14)내의 볼트(5)를 가동시키기 위해서 가해져야 할 힘(F3 또는 F'3)은 더 작을 수 있다.
보어(16, 16')가 하우징(14)과 다른 본체(1)의 구역(17)에 배치됨으로써, 하우징(14)의 내부를 향하여 전파하여 힘(F3)에 대항하여 볼트(5)를 밀어붙이는 경향이 있는, 따라서 사용자가 본능적으로 그의 손가락으로 버튼 또는 볼트(5)의 외표면(56)에 가하는 압력을 상승시키게 하고, 또한 하류 파이프(C2)의 완전한 배출 전에 연결부가 완전히 해제되게 하는, 흐름(F4)이 불필요하게 된다.
그러므로, 본 발명은 수형 요소(B)가 암형 요소(A)로부터 해제되기 전에 파이프(C2)가 효과적으로 배출되도록 보장한다.

Claims (7)

  1. 가압 유체가 통과하는 2개의 파이프를 탈착 가능하게 접속시키는 신속 연결부로서, 서로 축방향으로 끼워맞춰지게 되어 있는 2개의 요소인 암형 요소 및 수형 요소를 포함하고, 상기 암형 요소의 본체에는 상기 본체 내에서 슬라이드하게 장착되는 부하 인가 볼트(loaded bolt)가 장착됨과 아울러 상기 수형 요소를 끼우기 위한 중앙 개구가 천공되어 있고, 상기 볼트의 개구의 벽에는 상기 개구의 중심 축선을 따라 서로에 대하여 오프셋되어 있는 3개의 치형부가 마련되어 있는 한편, 상기 수형 요소에는 상기 치형부들 중 하나에 대하여 선택적으로 안착될 수 있게 되어 있는 견부가 마련되어 있는 신속 연결부에 있어서,
    상기 수형 요소(B)의 견부(72)가 중간 치형부(54)에 안착하고 있을 때, 하류 파이프(C2)를 주위 대기(E)와 연통 상태에 있게 하는 연통 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 신속 연결부.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연통 수단은 밸브(2)의 하류에서 상기 암형 요소(A)의 상기 본체(1)에 형성되는 하나 이상의 보어(16, 16')를 포함하는 것을 특징으로 하는 신속 연결부.
  3. 제2항에 있어서, 상기 보어(16, 16')는 상기 수형 요소(B)의 견부(72)가 상기 암형 요소(A)의 중앙 도관(11)의 개구(15)로부터 가장 먼 치형부(53)에 안착되는 경우 상기 수형 요소(B)에 의하여 폐색되게 되어 있는 것을 특징으로 하는 신속 연결부.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 보어(16, 16')는 상기 수형 요소(B)와 상기 암형 요소(A)의 끼워맞춤 축선(X-X')에 대하여 실질적으로 반경 방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 신속 연결부.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연통 수단은 상기 암형 요소(A)의 상기 본체(1)에 있어서 상기 부하 인가 볼트(5)가 슬라이드하는(F1, F3) 부분(14)과 구분되는 구역(17)에 배치되는 것을 특징으로 하는 신속 연결부.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연통 수단은 상기 암형 요소(A)의 본체(1)에 있어서 상기 부하 인가 볼트(5)가 슬라이드하는(F1, F3) 부분(14)의 상류에 배치되는 것을 특징으로 하는 신속 연결부.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 암형 요소(A)에는 상기 암형 요소(A)와 상기 수형 요소(B) 사이의 연결부를 확실하게 밀봉하게 되어 있는 밀봉 수단(4)이 설치되어 있고, 상기 수형 요소의 견부(72)가 중간 치형부(54)에 안착하는 경우 상기 암형 요소는 상기 밀봉 수단에 대하여 분리되는 것을 특징으로 하는 신속 연결부.
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