KR101559438B1 - 다층 복합 개스킷 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 다층 복합 개스킷(10)는 바람직하게는 금속으로 된 3개의 코어(12, 14)를 포함하고 있다. 중실체인 중심 코어층(12)의 양 측면에는 접합된 종이층(30)이 배치되어 있다. 천공 코어층(14)는 안쪽으로 향해있는 돌출부(22)를 통하여 종이층(30)과 각각 기계적으로 맞물려 있다. 흑연층(26)은 각각의 천공 코어층(14)의 외측에 배치되어 있으며 천공 코어층(14)로부터 바깥쪽으로 향해있는 돌출부(20)에 의해 천공 코어층(14)와 기계적으로 맞물려 있다. 내연 엔진의 실린더 헤드를 밀봉시키기 위해 상기 개스킷(10)을 사용하는 경우에는, 파이어 링(46)이 파이어 링 홀더(48)에 부착될 수 있다. 상기 개스킷(10)은 1개의 천공 코어층(14)와 그 측면에 배치된 1개의 종이층(30) 및 1개의 흑연층(26)으로 이루어진 제1 및 제2 프리폼 시트(32)를 만드는 것에 의해 제작될 수 있다. 상기 프리폼 시트(32)는 열활성화 접착제를 이용하여 중심 코어층(12)에 접합된다. 복수의 롤러(42)를 결합하여 상기 층들을 압착하고 밀도를 높혀서 코일(44)로 만들어지거나 시트로 절단될 수 있는 완성된 재료를 형성한다.
Description
본 발명은 다층 복합 개스킷 및 개스킷을 만드는 방법에 관한 것이다.
개스킷은 2개의 맞물리는 부재 사이에 유체밀봉 시일을 만들기 위해서 많은 사용처에서 이용되고 있다. 개스킷은 대체로 맞물리는 부재들 사이에 꽉 물려있으며 맞물리는 부재들 사이에서 압착된 상태로 고정되어 있다. 내연 엔진의 경우에는, 많은 개스킷이 다양한 용도로 사용되고 있다. 한 가지 예를 들면, 헤드 개스킷은 엔진이 가동되는 동안 연소실로부터 연소 가스가 누출되는 것을 방지하기 위해서 내연 엔진의 실린더 블록과 실린더 헤드 사이에 위치되어 있는 개스킷이다. 그러나, 이러한 용도의 헤드 개스킷은 연소실 뿐만 아니라 실린더 블록과 실린더 헤드 사이에 뻗어 있는 다양한 냉각제 유동 통로 및 윤활제 유동 통로도 밀봉시킨다.
도 1에는 4개의 병렬 연소실(side-by-side combustion chamber)의 둘레부를 나타내는 4개의 크고, 대체로 원형인 개구를 가진 종래 기술의 헤드 개스킷의 한 가지 예가 도시되어 있다. 복수의 작은 개구부가 개스킷의 둘레에 분포되어 있는 것으로 도시되어 있는데, 상기 복수의 작은 개구부는 냉각제나 윤활제를 안내하고 체결 압력을 얻기 위해 사용되는 볼트를 수용하기 위한 것이다. 예시된 헤드 개스킷과 같은 개스킷이, 상이한 온도, 상이한 압력에서 작동하며 상이한 화학적 조성을 가진 고온/고압 가스, 물 또는 에틸렌 글리콜계 냉각제, 윤활유 등을 포함하는, 다양한 유체에 대해 유체밀봉 시일을 유지할 수 있어야 한다는 것은 자명하다.
따라서, 확대된 작동 범위(duty range)에 걸쳐서 만족스러운 역할을 수행하는 개스킷을 설계하는 것은 매우 곤란할 수 있다. 종래 기술은 이러한 목적을 위해서 다수의 개스킷 형태 및 구성을 개발하였고, 이들 중에서 몇가지는 특정 사용처에서 보다 적합하게 되어 있다. 종래 기술에 있어서 알려진 이러한 개스킷 구조의 하나는 도 2 및 도 3에 도시되어 있는 것과 같은 다층 복합 개스킷으로 구성되어 있으며, 이는 스태브(Staab) 등에게 부여된 미국 특허 제5,468,003호에 기술되어 있는 개스킷과 대체로 일치한다. 상기 특허는 고성능 디젤 엔진에 주로 사용되는 실린더 헤드 개스킷을 개시하고 있다. 이 개스킷은 강으로 된 중심 층을 포함하여 5개의 층으로 이루어져 있으며, 강으로 된 중심 층에는 각각의 측면부에서 측면부가 천공된 강 층이 접합되어 있다. 이 측면부가 천공된 강 층은, 외측 흑연층과 기계적으로 맞물리는 결합을 이루는 바깥쪽으로 뻗어 있는 돌출부(tang)를 가지고 있다. 이러한 5개의 층 -- 즉, 중심 층, 2개의 측면부가 천공된 강 층 및 2개의 흑연층 -- 은 개스킷 조립체의 보디를 구성한다. 연소 개구부는 파이어 링(fire ring)으로 가장자리를 이루며, 이 파이어 링은 다층 복합 개스킷 보디와 직접 결합되는 금속 박판으로 된 파이어 링 홀더(fire ring holder)를 가지고 있다.
도 2 및 도 3에 도시되어 있는 종래 기술의 개스킷 구조는 특정의 사용처에서는 어느정도 효과적인 것으로 알려져 있지만, 이 구조에는 보다 나은 성능을 얻기 위해서 개선될 수 있는 여러 측면이 있다. 특히, 중실체로 된 코어 중심 층은 연소 압력을 견디기 위해서 접착제에 의해서 2개의 마주 대하는 천공된 강 층에 직접 부착되어 있다. 외측의 흑연 외장 층(facing layer)은 천공된 금속 층에 기계적으로 결합되어서 실린더 헤드와 실린더 블록(도 2에는 개략적으로 도시되어 있음)의 체결 면에 유체 시일을 제공한다. 견고한 접착제 조인트는 천공된 금속 층과 중심의 금속 층 사이에서 밀봉 작용을 한다.
사용시에, 엔진 내부의 개스킷은, 실린더 헤드 및 실린더 블록이 상이한 비율로 팽창하고 수축하거나 동적인 힘으로 인해 서로에 대해 상대적으로 이동함에 따라 개스킷에 전단 응력을 가하는 연소 및 가열 사이클의 힘으로부터 다양한 하중을 받는다. 이로 인해 개스킷의 보디에 전단 하중이 가해지고, 이러한 전단 하중은 천공된 금속 층과 중심의 금속 층 사이의 견고한 접착제 층을 약화시켜서 파손시킬 수 있다. 개스킷의 보디 내에 가해진 전단 하중은 접착제 층을 약화시켜서 파손시킬 수 있고 이로 인해 개스킷 보디를 통과하는 유체에 대해 누출 통로를 제공할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 전단 하중을 받고서도 접착제 층이 파손되지 않으면, 이 전단 하중은 전적으로 흑연층이 부담하게 되고, 상기 층들은, 시간이 경과함에 따라, 맞물리는 부재에 대해서 양호한 밀봉을 유지하는 성능을 약화시킬 수 있는 과도한 응력하에 놓인다. 따라서, 도 2 및 도 3에 도시되어 있는 것과 같은 종래 기술의 개스킷 구조는 과도한 응력으로부터 발생하는 여러가지 고장형태로 인해서 수명이 짧아진다.
따라서, 당해 기술분야에서는 맞물리는 부재들 사이에 고정되어서 맞물리는 부재들 사이에 유체밀봉 시일을 만드는 타입의 개량된 다층 복합 개스킷 구조에 대한 필요성이 제기되고 있다.
본 발명에 따르면, 맞물리는 부재들 사이에 유체밀봉 시일이 만들어질 수 있도록 맞물리는 부재들 사이에 고정되는 타입의 다층 복합 개스킷이 제공된다. 상기 다층 복합 개스킷은 반대쪽으로 향하는 측면을 가지고 있는 중심 코어층을 포함하고 있다. 상기 중심 코어층의 반대쪽으로 향하는 측면에는 한 쌍의 천공 코어층이 배치되어 있다. 한 쌍의 천공 코어층은 각각 상기 중심 코어층쪽으로 향하는 근위 표면(proximal surface)과 상기 중심 코어층으로부터 멀어지게 향하는 원위 표면(distal surface)을 가지고 있다. 한 쌍의 외측 흑연층이 구비되어 있다. 한 쌍의 외측 흑연층은 상기 한 쌍의 천공 코어층 중의 각각의 천공 코어층의 원위 표면과 각각 기계적으로 맞물려있다. 한 쌍의 종이층이 구비되어 있다. 한 쌍의 종이층은 각각 상기 한 쌍의 천공 코어층 중의 하나의 천공 코어층과 상기 중심 코어층 사이에 배치되어 있다. 각각의 상기 종이층은 각각의 상기 천공 코어층의 근위 표면과 기계적으로 맞물려 있으며 상기 중심 코어층에 부착되어 있다.
본 발명의 기술에 따라 조립된 개스킷은 맞물리는 부재들 사이의 상대 운동에 의해서 발생된 전단 하중의 증대를 감소시킨다. 각각의 천공 코어층과 중심 코어층 사이에 배치된 종이층은 천공 코어층의 중심 코어층에 대한 약간의 측방향의 이동을 가능하게 하는 미끄럼면(slip plane)으로서의 기능을 수행할 수 있고, 이로 인해 개스킷의 밀봉 기능을 떨어뜨리지 않고서 사용시의 전단 하중을 완화시킨다. 흑연층은 불리한 동적인 상태에서도 맞물리는 부재에 대해 밀봉성을 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 제작된 개스킷은 확대된 작동 범위에 걸쳐서 우수한 밀봉성을 유지하면서, 사용시에 개스킷에 가해지는 동적으로 변하는 압착력 및 전단력을 수용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 맞물리는 부재들 사이에 고정되는 타입의 다층 복합 개스킷을 형성하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 아래의 단계들: 즉, 근위 표면 및 원위 표면을 가지고 있는 천공 코어층을 제공하는 단계, 외측 흑연층을 제공하는 단계, 외측 흑연층을 천공 코어층의 원위 표면에 기계적으로 맞물리는 단계, 종이층을 제공하는 단계 및 종이층을 천공 코어층의 근위 표면에 기계적으로 맞물리는 단계에 따라 제1 프리폼 시트(preform sheet)를 만드는 단계를 포함하고 있다. 제2 프리폼 시트는 제1 프리폼 시트를 만들기 위해 사용된 것과 동일한 단계들에 따라 만들어진다. 반대쪽으로 향하는 측면을 가지고 있는 중심 코어층이 제공된다. 제1 프리폼 시트의 종이층이 중심 코어층의 한 측면에 접합되고, 제2 프리폼 시트의 종이층이 중심 코어층의 반대쪽 측면에 접합된다. 그 결과, 종이층이 중심 코어층에 직접 접합된 상태로, 중심 코어층이 제1 프리폼 시트와 제2 프리폼 시트 사이에 끼워진다. 이러한 방법에 의해서, 종래 기술의 개스킷 설계구조에 내재되어 있던 단점 및 결점을 극복할 수 있는 다층 복합 개스킷이 제작될 수 있다.
도 1은 내연 엔진의 실린더 헤드를 실린더 블록에 밀봉시키는데 사용될 수 있는 전형적인 종래 기술의 개스킷을 나타내는 평면도이다.
도 2는 예를 들면, 내연 엔진에 있어서 일반적으로 사용되는 타입의 실린더 헤드 및 실린더 블록을 포함할 수 있는, 2개의 맞물리는 부재 사이에 고정되어 있는 종래 기술의 개스킷의 부분도이다.
도 3은 도 2에 도시되어 있는 종래 기술의 개스킷의 확대 부분 단면도이다.
도 4는 사시도 형태로 도시된, 본 발명에 따른 다층 복합 개스킷의 부분 단면도이다.
도 5는 도 4의 개스킷의 각 층의 구성을 나타내는 분해도이다.
도 6은 본 발명의 개스킷의 확대 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 다층 복합 개스킷의 천공 코어층의 부분 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제조 공정에 있어서 흑연층 및 종이층을 천공 코어층의 양 측면에 기계적으로 맞물리게 함으로써 제1 프리폼 시트가 만들어지는 것을 나타내는 제1 단계를 나타내는 개략도이다.
도 8a는 도 8에서 8A로 표시되어 있는 제1 프리폼 시트의 확대도이다.
도 9는 제1 프리폼 시트 및 제2 프리폼 시트를 중심 코어층의 양 측면에 접합시키는 것을 나타내는 개략도이다.
도 9a는 도 9에서 9A로 표시되어 있는 구역의 확대도이다.
도 2는 예를 들면, 내연 엔진에 있어서 일반적으로 사용되는 타입의 실린더 헤드 및 실린더 블록을 포함할 수 있는, 2개의 맞물리는 부재 사이에 고정되어 있는 종래 기술의 개스킷의 부분도이다.
도 3은 도 2에 도시되어 있는 종래 기술의 개스킷의 확대 부분 단면도이다.
도 4는 사시도 형태로 도시된, 본 발명에 따른 다층 복합 개스킷의 부분 단면도이다.
도 5는 도 4의 개스킷의 각 층의 구성을 나타내는 분해도이다.
도 6은 본 발명의 개스킷의 확대 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 다층 복합 개스킷의 천공 코어층의 부분 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제조 공정에 있어서 흑연층 및 종이층을 천공 코어층의 양 측면에 기계적으로 맞물리게 함으로써 제1 프리폼 시트가 만들어지는 것을 나타내는 제1 단계를 나타내는 개략도이다.
도 8a는 도 8에서 8A로 표시되어 있는 제1 프리폼 시트의 확대도이다.
도 9는 제1 프리폼 시트 및 제2 프리폼 시트를 중심 코어층의 양 측면에 접합시키는 것을 나타내는 개략도이다.
도 9a는 도 9에서 9A로 표시되어 있는 구역의 확대도이다.
도면을 참고하면, 여러 도면에 걸쳐서 유사한 참고번호는 유사하거나 대등한 부분을 나타내는데, 본 발명에 따른 개스킷은 도 4 내지 도 6에서 참고번호 10으로 표시되어 있다. 개스킷(10)은 반대쪽으로 향하는 측면을 가지고 있는 금속으로 된, 바람직하게는 강으로 된 중심 코어층(12)을 포함하고 있다. 바람직하게는, 중심 코어층(12)은 대체로 균일한 두께를 가지고 있으며 개스킷(10) 전체에 걸쳐서 연속적인 배리어(barrier)를 형성하기 위해 불연속적인 부분이나 불규칙적인 부분이 없이 형성되어 있다. 중심 코어층(12)은, 도 9에 도시되어 있는 것과 같이, 코일(36)에 감긴 롤 형태나 시트 형태로 공급될 수 있다. 중심 코어층(12)은 약 0.13 밀리미터 내지 약 6.35 밀리미터 범위의 두께를 가질 수 있다. 중심 코어층(12)은 특정 사용처에 대한 시방서에 따라 거친 표면처리를 받을 수 있다.
참고번호 14로 각각 표시되어 있는 한 쌍의 대체로 동일한 천공 금속 코어층이 중심 코어층(12)의 양 측면에 배치되어 있다. 천공 코어층(14)은 바람직하게는 저탄소강 또는 스테인레스강으로 만들어지지만, 적절한 상황하에서 비금속 성분을 포함하는 다른 성분이 대체될 수 있다. 천공 코어층(14)은, 하나의 실시예에 있어서, 약 0.15 밀리미터 내지 약 0.30 밀리미터 범위의 두께를 가진다. 도 5 내지 도 7에 잘 도시되어 있는 바와 같이, 천공 코어층(14)은 각각 근위 표면(16) 및 원위 표면(18)을 포함하고 있다. 각각의 경우에 있어서, 근위 표면(16)은 중심 코어층(12)쪽으로 향해 있는 반면에, 원위 표면(18)은 중심 코어층(12)으로부터 멀어지는 방향으로 향해 있다. 복수의 바깥쪽으로 향해있는 돌출부(20)는 각각의 천공 코어층(14)의 원위 표면(18)으로부터 뻗어나와 있다. 어느 정도 유사한 방식으로, 복수의 안쪽으로 향해있는 돌출부(22)는 각각의 천공 코어층(14)의 근위 표면(16)으로부터 뻗어나와 있다. 양 돌출부(20, 22)는 롤 성형 또는 다른 타입의 제조 작용에 있어서 시트와 같은 막(membrane) 또는 금속편으로부터 일체로 만곡된 펀치 태브(punch tab) 또는 펀치 조각의 형태를 취할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 시트 재료를 도 8에 도시되어 있는 것과 같은 펀치 롤러(24)의 닙(nip)을 통과시키는 것에 의해서 양 돌출부(20, 22)가 동시에 형성된다. 물론, 다른 성형 기술을 사용할 수도 있다. 도 7은 양 돌출부(20, 22)가 취하는 한 가지 예시적인 형태를 나타내고 있다. 도 7에서, 하나의 안쪽으로 향해있는 돌출부(22)는 하나의 바깥쪽으로 향해있는 돌출부(20)와 각각 반대로 향하고 있어서, 상기 양 돌출부(20, 22)들은 마주대하고 있는 형태로 되어 있다. 천공 코어층(14)의 기본 재료로부터 멀어지게 양 돌출부(20, 22)를 각각 만곡시키면 기본 재료에 빈공간 또는 개구가 형성되어, 천공 코어층의 천공부가 형성된다.
실제로, 바깥쪽으로 향해있는 돌출부(20)는 안쪽으로 향해있는 돌출부(22)보다 더 길고, 양 돌출부는 기본 재료의 평면으로부터 동일한 각도이지만 반대쪽으로 향하고 있는 예각으로 만곡되어 있다. 물론, 다른 각도 배치도 가능하고, 안쪽으로 향해있는 돌출부(22)가 바깥쪽으로 향해있는 돌출부(20)에 대해서 반드시 기본 재료의 평면으로부터 동일한 각도이지만 반대쪽으로 향하는 각도로 만곡될 필요는 없다. 다시 말해서, 바깥쪽으로 향해있는 돌출부(20)는 천공 코어층(14)의 평면에 대해서 수직으로 90도의 각도로 향할 수 있는 반면에, 안쪽으로 향해있는 돌출부(22)는 90도보다 작은 예각으로 만곡될 수 있다. 당해 기술분야의 전문가는, 양 돌출부(20, 22)의 형상, 양 돌출부(20, 22)의 천공 코어층(14)에 있는 빈공간 또는 개구부에 대한 관계, 양 돌출부(20, 22)의 상대적인 갯수 및 간격, 그리고 양 돌출부(20, 22)가 근위 표면(16) 및 원위 표면(18)으로부터 만곡되는 각도에 대해서 다양한 대체적인 구성을 구상할 수 있다. 도 6에 잘 도시되어 있는 바와 같이, 바깥쪽으로 향해있는 돌출부(20)를 정투영(orthogonal projection)한 것, 다시 말해서, 재료의 평면에 대해 수직으로 측정한 길이는, 안쪽으로 향해있는 돌출부(22)를 정투영한 것을 근위 표면(16)으로부터 측정한 길이보다 더 길다. 따라서, 도시되어있는 예에서는 양 돌출부(20, 22)가 동일한 각도이지만 반대쪽으로 향하는 각도로 원위 표면(18)과 근위 표면(16)으로부터 돌출되어 있는데, 바깥쪽으로 향해있는 돌출부(20)가 더 길게 형성되어 있어서 바깥쪽으로 향해있는 돌출부(20)를 정투영한 것이 더 길다. 물론, 양 돌출부(20, 22)의 길이는 동일하지만, 양 돌출부(20, 22)가 천공 코어층(14)의 평면에 대해 만곡되는 각도를 바꿈으로써 양 돌출부(20, 22)의 정투영 길이가 동일하지 않게 유지되도록 만들 수도 있다.
참고번호 26으로 각각 표시되어 있는, 한 쌍의 외측 흑연층은 천공 코어 구조와 결합된 헤드 개스킷 구성의 잘 알려진 원리와 부합한다. 흑연층(26)은 바깥쪽으로 향해있는 돌출부(20)에 의해 각각의 천공 코어층(14)의 원위 표면(18)과 기계적으로 맞물려 있다. 이러한 구성은 바깥쪽으로 향해있는 돌출부(20)가 흑연 재료 속에 파묻히도록 시트 형태로 된 흑연을 천공 코어층(14)의 원위 표면(18)에 대해 가압함으로써 만들어질 수 있다. 도 8에 잘 도시되어 있는 바와 같이, 상기 구성은 롤형태로 감긴 시트 형태의 흑연 재료를 천공 코어층(14)과 함께 압축 롤러 세트(28)의 닙(nip)을 통과시킴으로써 만들어질 수 있다. 이러한 기계적으로 맞물리게 하는 단계는 도 8에 도시되어 있는 바와 같이 양 돌출부(20, 22)의 형성과 함께 직렬(in-line) 방식으로 수행되거나, 별개의 작업 또는 일괄 처리로 수행될 수 있다. 흑연층(26)의 두께는 어느 정도 변동될 수 있지만, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 바깥쪽으로 향해있는 돌출부(20)의 끝부분이 각각의 흑연층(26)의 원위 외측 표면을 뚫고나가지 않은 것으로 도시된 도 4 및 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 각각의 흑연층(26)의 두께가 바깥쪽으로 향해있는 돌출부(20)를 정투영한 것과 동일하거나 약간 더 크다. 그러나, 당해 기술 분야의 전문가는 바깥쪽으로 향해있는 돌출부(20)의 최외측 끝부분이 흑연층(26)을 통과하여 외부로 노출될 수 있는 여러가지 사용예를 구상할 수 있다.
참고번호 30으로 표시되어 있는 한 쌍의 종이층도 개스킷(10) 내에 구비되어 있다. 종종 비터 시트(beater sheet)로 알려져 있는 한 쌍의 종이층(30)은 두께 및 조성이 서로 대체로 동일하고 도 4 내지 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 한 쌍의 천공 코어층(14) 중의 각각의 천공 코어층과 중심 코어층(12) 사이에 각각 배치되어 있다. 한 쌍의 종이층(30)은 각각 안쪽으로 향해있는 돌출부(22)에 의해 한 쌍의 천공 코어층(14) 중의 각각의 천공 코어층의 근위 표면(16)과 기계적으로 맞물려 있다. 한 쌍의 종이층(30)은 각각 중심 코어층(12)에 부착되어 있다. 따라서, 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 중심 코어층(12)은 2개의 종이층(30) 사이에 끼워져있는 것으로 보인다. 이들 종이층(30)은, 밀봉되어 있는 맞물리는 부재들 사이에서의 상대적인 이동에 의해 발생되는 전단 응력을 없애기 위해서 개스킷(10)을 사용하는 동안 천공 코어층(14)과 중심 코어층(12) 사이의 상대적인 동적 이동을 수용한다. 몇 가지 경우에 있어서, 개스킷(10)을 제조하고 설치하는 동안 모든 층들을 함께 고정시키기 위해서 접착제, 예를 들면, 니트릴 페놀릭 조성물(nitrile phenolic composition)을 종이층(30)과 각각의 천공 코어층(14) 사이에 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 종이층(30)이 비활성화된 형태로 미리 도포된 접착제와 함께 재료 공급기로부터 수용되거나, 접착제가 후속하는 공정 단계에서 도포된다.
종이층(30)을 천공 코어층(14)에 기계적으로 맞물리게 하는 것은, 종이층(30)을 동일한 압축 롤러 세트(28)를 동시에 통과하게 함으로써 흑연층(26)의 기계적인 맞물림과 동시에 수행될 수 있다. 이에 따른 구성은, 도 8a에 도시되어 있는 것과 같은, 프리폼 시트(32)로 되고, 이 프리폼 시트는 압축 롤러 세트(28)에 의해서 특정의 밀도 및/또는 크기로 된다. 프리폼 시트(32)는 나중의 처리를 위해서 여러장의 시트로 절단하여 모아두거나, 스풀(34)에 감은 형태로 보관할 수 있다.
안쪽으로 향해있는 돌출부(22)를 정투영한 것은 바람직하게는 종이층(30)의 두께보다 작거나 같으므로, 안쪽으로 향해있는 돌출부(22)의 끝부분은 종이층(30)을 완전히 통과하지 못한다. 다시 말해서, 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 안쪽으로 향해있는 돌출부(22)와 중심 코어층(12) 사이에 약간의 간격이 있을 수 있다. 그러나, 이러한 사항은 사용처 및 필요한 설계 특성에 따라 변경된다. 마찬가지로, 종이층(30)과 흑연층(26) 사이의 상대적인 두께는, 도면에 도시되어 있는 것과 같이 종이층(30)이 더 얇게 될 수 있지만, 이러한 사항도 반드시 준수해야 할 사항은 아니다.
도 9는 각각의 스풀(34)에 감긴 제1 및 제2 프리폼 시트(32)를 이용하여 다층 복합 개스킷(10)을 형성하는 방법을 나타내고 있다. 중심 코어층(12)용 원재료는 코일(36) 형태로 감겨있다. 접착제 재료는, 중심 코어층(12)의 반대쪽으로 향하는 양 측면에 대체로 동일한 양으로 도포되거나 미리 도포되어 있다. 접착제는 니트릴 페놀릭 조성물(nitrile phenolic composition)을 포함하여, 임의의 알려진 적절한 유형으로 될 수 있다. 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 접착제는 중심 코어층(12)에 미리 도포되어 있으며 감긴 코일(36) 상태에서는 접착성을 발현하지 않은 채로 건조한 형태로 있다. 그러나, 대체실시형태로서 코어층(12)이 코일(36)로부터 풀려나올 때 브러싱(brushing), 롤링(rolling), 스프레잉(spraying) 또는 다른 적절한 적용 기술을 통하여 건조한 필름 형태 또는 서스펜션 형태로 접착제가 도포될 수도 있다. 다시 말해서, 접착제가 미리 도포된 상태의 코일(36)이 재료 공급기로부터 수용되거나, 코어 재료가 코일(36)로부터 풀려나온 후에 동일한 지점에서 코어 재료의 양 측면에 접착제가 도포된다. 접착성이 발현되지 않은 상태의 접착제가 접착성을 발현해야 할 경우에는, 코팅된 중심 코어 재료가 접착제 필름을 녹이거나 접착성을 발현시키는 히터(40)를 통과한다. 다른 변형 실시예에서는, 미리 도포하거나 제조과정 도중에 도포하는 기술을 이용하여 접착제가 코어층(12)이 아니라 종이층(30)에 직접 도포될 수 있다. 이러한 변형 실시예는 종이층(30)의 양 측면에 접착제를 코팅해야 할 경우에 바람직할 수 있다.
도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 및 제2 프리폼 시트(32)는 결합 롤러 세트(42)의 닙(nip)부분에서 녹은 접착제를 가진 중심 코어층(12)과 만난다. 프리폼 시트(32)가 자신의 스풀(34)에서 풀려나올때 프리폼 시트(32)의 배치상태는, 각각의 종이층(30)이 중심 코어층(12)을 향해서 놓이고 각각의 흑연층(26)이 바깥쪽을 향하도록 되어 있다. 결합 롤러 세트(42)는 상기 층들은 서로 압착하여, 재료를 최종적인 사양의 두께 및/또는 밀도를 가진 형태로 만든다. 완성된 개스킷 재료(10)는 결합 롤러 세트(42)를 빠져나와서 시트 형태로 절단되거나 도 9에 도시되어 있는 것과 같이 코일(44) 형태로 보관된다. 코일(44) 형태로 감긴 개스킷 재료는 도 9a에 도시된 것과 같다.
개스킷 재료(10)를 완성된 개스킷을 변형시키는 프로세스에 있어서, 절단, 드레싱(dressing) 또는 추가적인 작업이 필요할 수 있다. 예를 들면, 도 4 내지 도 6은 다층 복합 재료로 만들어진 헤드 개스킷의 부분 단면도를 나타내고 있다. 이 경우에 있어서, 관례적으로, 연소실 개구의 둘레에 파이어 링(fire ring)(46)을 설치할 필요가 있는데, 이 경우 파이어 링(46)은 파이어 링 홀더(48)에 의해 덮혀지고, 파이어 링 홀더(48)의 가장자리는 흑연층(26)과 겹치며 헤드 개스킷 사용처에서 필요한 내구성 및 스토퍼 높이 조정성을 제공한다. 개스킷 재료(10)의 다른 용도로서, 내연 엔진에서 실린더 헤드를 밀봉시키기 위한 목적이 아닌, 따라서 파이어 링(46)과 파이어 링 홀더(48)를 생략할 수 있는 개스킷을 만드는데 사용될 수도 있다는 것을 알 수 있다. 마찬가지로, 개스킷(10)이 임의의 적절한 사용처에 사용될 수 있도록 그로밋(grommet) 또는 다른 특징부가 포함될 수도 있다.
종이층(30)을 천공 코어층(14)과 중심 코어층(12) 사이에 삽입함으로써, 종이층(30)이 측방향의 전단 하중이 개스킷(10)의 보디 내에 축적되지 않도록 미끄럼면(slip plane)을 제공하여, 결국에는 유체가 누출되게 한다. 종이층(30)과 중심 코어층(12) 사이에 도포된 잡착제의 조성은, 미끄럼이 접착제와 중심 코어층(12) 사이의 경계면에서, 종이층(30)과 천공 코어층(14) 사이의 경계면에서 접착제 자체 내에서 발생하거나, 종이층(30)의 보디 내에서 발생할 수 있도록 되어 있다. 다시 말해서, 접착제 및/또는 종이층(30) 및/또는 상기 경계면의 항복 강도는, 전단 하중이 문제가 되는 레벨까지 축적되기 전에 접착제 및/또는 종이층(30) 및/또는 상기 경계면이 휘어지도록 되어 있다.
상기한 발명은 관련된 법적 기준에 따라 설명되어 있으므로, 상기 설명은 본질적으로 제한적인 것이 아니라 예시적인 것이다. 개시된 실시예에 대한 여러가지 변형 및 수정은 당해 기술분야의 전문가에게 자명할 수 있으며 본 발명의 영역 내에 포함될 수 있다. 따라서, 본 발명의 법적 보호의 영역은 아래의 청구범위에 의해서만 결정될 수 있다.
Claims (20)
- 유체밀봉 시일을 만들기 위해 맞물리는 부재들 사이에 고정되어 있는 타입의 다층 복합 개스킷으로서,
반대쪽으로 향하는 측면을 가지고 있는 중심 코어층;
상기 중심 코어층의 반대쪽으로 향하는 측면에 배치되어 있으며, 상기 중심 코어층쪽으로 향하는 근위 표면과 상기 중심 코어층으로부터 멀어지게 향하는 원위 표면을 각각 가지고 있는 한 쌍의 천공 코어층;
상기 한 쌍의 천공 코어층 중의 각각의 천공 코어층의 상기 원위 표면과 각각 기계적으로 맞물리는 한 쌍의 외측 흑연층; 그리고
상기 한 쌍의 천공 코어층 중의 각각의 천공 코어층과 상기 중심 코어층 사이에 각각 배치되어 있는 한 쌍의 종이층을 포함하고 있고,
각각의 상기 종이층은 각각의 상기 천공 코어층의 상기 근위 표면과 기계적으로 맞물리고 상기 중심 코어층에 부착되어 있어서, 상기 개스킷을 사용하는 동안 상기 종이층이 상기 천공 코어층과 중심 코어층 사이의 상대적인 동적 이동을 촉진시키는 것을 특징으로 하는 다층 복합 개스킷. - 제 1 항에 있어서, 상기 한 쌍의 천공 코어층은 실질적으로 서로 동일한 것을 특징으로 하는 다층 복합 개스킷.
- 제 2 항에 있어서, 각각의 상기 천공 코어층은 상기 원위 표면으로부터 뻗어나온 복수의 바깥쪽으로 향해있는 돌출부 및 상기 근위 표면으로부터 뻗어나온 복수의 안쪽으로 향해있는 돌출부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 다층 복합 개스킷.
- 제 3 항에 있어서, 상기 흑연층은 대체로 동일하고 균일한 두께를 가지고 있고, 상기 바깥쪽으로 향해있는 돌출부를 상기 중심 코어층에 대해 정투영한 것은 상기 흑연층의 두께보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 다층 복합 개스킷.
- 제 4 항에 있어서, 상기 종이층은 대체로 동일하고 균일한 두께를 가지고 있고, 상기 안쪽으로 향해있는 돌출부를 상기 중심 코어층에 대해 정투영한 것은 상기 종이층의 두께보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 다층 복합 개스킷.
- 제 5 항에 있어서, 상기 종이층의 상기 두께가 상기 흑연층의 상기 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 다층 복합 개스킷.
- 제 5 항에 있어서, 상기 바깥쪽으로 향해있는 돌출부를 상기 중심 코어층에 대해 정투영한 것은 상기 종이층의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 다층 복합 개스킷.
- 제 1 항에 있어서, 적어도 2개의 인접한 바깥쪽 향해있는 돌출부와 안쪽으로 향해있는 돌출부 사이에 빈 공간을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 복합 개스킷.
- 제 1 항에 있어서, 각각의 상기 종이층과 상기 중심 코어층 사이에 배치된 접착제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 복합 개스킷.
- 제 1 항에 있어서, 상기 중심 코어층은 대체로 금속 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 다층 복합 개스킷.
- 제 1 항에 있어서, 상기 천공 코어층은 대체로 금속 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 다층 복합 개스킷.
- 유체밀봉 시일을 만들기 위해 맞물리는 부재들 사이에 고정되어 있는 타입의 다층 복합 개스킷으로서,
반대쪽으로 향하는 측면을 가지고 있는 금속 중심 코어층;
상기 중심 코어층의 반대쪽으로 향하는 측면에 배치되어 있으며, 상기 중심 코어층쪽으로 향하는 근위 표면과 상기 중심 코어층으로부터 멀어지게 향하는 원위 표면을 각각 가지고 있고, 상기 원위 표면으로부터 뻗어나온 복수의 바깥쪽으로 향해있는 돌출부 및 상기 근위 표면으로부터 뻗어나온 복수의 안쪽으로 향해있는 돌출부를 포함하고 있는 한 쌍의 실질적으로 동일한 금속 천공 코어층;
대체로 동일하고 균일한 두께를 가지고 있으며, 상기 한 쌍의 천공 코어층 중의 각각의 천공 코어층의 상기 원위 표면과 각각 기계적으로 맞물리는 한 쌍의 외측 흑연층; 그리고
상기 흑연층의 두께보다 얇으며 대체로 동일하고 균일한 두께를 가지고 있으며, 상기 한 쌍의 천공 코어층 중의 각각의 천공 코어층과 상기 중심 코어층 사이에 각각 배치되어 있는 한 쌍의 종이층을 포함하고 있고,
각각의 상기 종이층은 각각의 상기 천공 코어층의 상기 근위 표면과 기계적으로 맞물리고 상기 중심 코어층에 접착식으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 다층 복합 개스킷. - 유체밀봉 시일을 만들기 위해 맞물리는 부재들 사이에 고정되어 있는 타입의 다층 복합 개스킷을 형성하는 방법으로서,
a) 아래의 단계들에 따라 제1 프리폼 시트를 만드는 단계:
1) 근위 표면 및 원위 표면을 가지고 있는 천공 코어층을 제공하는 단계;
2) 외측 흑연층을 제공하는 단계;
3) 외측 흑연층을 천공 코어층의 원위 표면에 기계적으로 맞물리는 단계;
4) 종이층을 제공하는 단계;
5) 종이층을 천공 코어층의 근위 표면에 기계적으로 맞물리는 단계;
b) 상기 a)l)단계 내지 a)5)단계에 따라 제2 프리폼 시트를 만드는 단계;
c) 반대쪽으로 향하는 측면을 가지고 있는 중심 코어층을 제공하는 단계;
d) 제1 프리폼 시트의 종이층을 중심 코어층의 한 측면에 접합시키는 단계; 그리고
e) 제2 프리폼 시트의 종이층을 중심 코어층의 반대쪽 측면에 접합시켜서, 중심 코어층이 종이층을 가진 제1 프리폼 시트와 제2 프리폼 시트 사이에 끼워지는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 복합 개스킷을 형성하는 방법. - 제 13 항에 있어서, 형성된 다층 복합 개스킷을 최종 두께 및/또는 밀도로 롤-압축하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 복합 개스킷을 형성하는 방법.
- 제 13 항에 있어서, 상기 천공 코어층을 제공하는 단계가 원위 표면으로부터 뻗어나온 복수의 바깥쪽으로 향해있는 돌출부 및 근위 표면으로부터 뻗어나온 복수의 안쪽으로 향해있는 돌출부를 롤-펀칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 복합 개스킷을 형성하는 방법.
- 제 13 항에 있어서, 상기 외측 흑연층을 천공 코어층의 원위 표면에 기계적으로 맞물리는 단계가 바깥쪽으로 향해있는 돌출부를 외측 흑연층 속에 배치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 복합 개스킷을 형성하는 방법.
- 제 13 항에 있어서, 상기 종이층을 천공 코어층의 근위 표면에 기계적으로 맞물리는 단계가 안쪽으로 향해있는 돌출부를 종이층 속에 배치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 복합 개스킷을 형성하는 방법.
- 제 13 항에 있어서, 상기 제1 프리폼 시트의 종이층을 접합시키는 단계 및 상기 제2 프리폼 시트의 종이층을 접합시키는 단계가 중심 코어층과 종이층 중의 적어도 하나에 접착제를 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 복합 개스킷을 형성하는 방법.
- 제 18 항에 있어서, 상기 접착제를 도포하는 단계가 접착제를 중심 코일 층과 함께 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 복합 개스킷을 형성하는 방법.
- 제 13 항에 있어서, 상기 제1 프리폼 시트를 만드는 단계 및 상기 제2 프리폼 시트를 만드는 단계가 롤-압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 복합 개스킷을 형성하는 방법.
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