KR102216261B1 - 밸브 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

강도를 유지하면서 내부식성 또는 내산성을 향상시키며 감소된 무게를 가지며 대량 생산이 가능한 밸브 및 이를 제조하는 방법이 개시된다. 상기 밸브에서 유체와 접촉하는 유체 접촉부는 금속을 재질로 하며 기계적 가공이 필요한 바디, 상기 바디 위에 형성되며, 제 1 플라스틱이 재질인 제 1 플라스틱층, 및 상기 제 1 플라스틱층 위에 형성되며, 제 2 플라스틱이 재질인 제 2 플라스틱층을 포함한다. 여기서, 상기 플라스틱층들은 사출 성형을 통하여 형성되며, 상기 제 1 플라스틱과 상기 제 2 플라스틱의 녹는점이 다르다.

Description

밸브 및 이를 제조하는 방법{VALVE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 밸브, 예를 들어 버터플라이 밸브 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
종래 버터플라이 밸브는 스틸로만 이루어졌기 때문에, 강도는 강하나 부식되기 쉽고 무거우며 제조 단가가 상승하였다. 특히, 상기 버터플라이 밸브는 정밀 가공이 요구되는데, 상기 버터플라이 밸브가 스틸로 이루어지기 때문에 정밀 가공이 어려웠으며, 그 결과 대량 생산이 불가능하다.
KR 10-1879541 B
본 발명은 강도를 유지하면서 내부식성 또는 내산성을 향상시키며 감소된 무게를 가지며 대량 생산이 가능한 밸브 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브에서 유체와 접촉하는 유체 접촉부는 금속을 재질로 하는 바디; 상기 바디 위에 형성되며, 제 1 플라스틱이 재질인 제 1 플라스틱층; 및 상기 제 1 플라스틱층 위에 형성되며, 제 2 플라스틱이 재질인 제 2 플라스틱층을 포함한다. 여기서, 상기 플라스틱층들은 사출 성형을 통하여 형성되며, 상기 제 1 플라스틱과 상기 제 2 플라스틱의 녹는점이 다르다.
본 발명에 따른 밸브, 예를 들어 버터플라이 밸브 및 이를 제조하는 방법은 금속으로 이루어진 디스크 바디와 상기 디스프 바디 위에 사출 성형되어 형성된 플라스틱층들을 가지는 디스크를 사용하므로, 스틸로만 이루어진 버터플라이 밸브와 유사한 강도를 유지하면서도 내부식성 또는 내산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 밸브의 무게가 감소하고, 성형이 용이하여 대량 생산이 가능할 수 있다. 물론, 상기 버터플라이 밸브의 정밀한 제작도 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 버터플라이 밸브의 구조를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버터플라이 밸브의 분해 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크의 일부 단면을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 바디 및 하부 바디를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스크 바디를 도시한 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명은 밸브, 특허 버터플라이 밸브에 관한 것으로서, 금속, 예를 들어 스틸로만 이루어지는 버터플라이 밸브와 비교하여 강도 및 정밀도는 유지시키면서 수명 및 내부식성 등을 향상시킬 수 있으며, 제조 단가를 상당히 낮추고 생산성을 상당히 향상시키며 대량 생산이 가능할 수 있다.
기존 버터플라이 밸브는 스틸로만 이루어졌으며, 그 결과 강도는 높았으나 정밀 가공이 어려워서 생산성이 상당히 낮았고 제조 단가가 높았다. 또한, 버터플라이 밸브가 선박, 수처리 장치(담수화 장비, 폐수 처리 장비) 등에 사용될 때 쉽게 부식되어 수명이 1년도 안되는 문제점이 있다.
반면에, 본 발명의 버터플라이 밸브는 금속, 예를 들어 스틸 또는 알루미늄 등의 경금속 위에 플라스틱을 성형하여 내부식성 및 수명(10년 이상 사용 가능)을 향상시키고 제조 단가를 낮추며 무게를 상당히 줄였다.
물론, 후술하는 바와 같이 이러한 기술은 버터플라이 밸브에만 한정되지는 않으며, 전반적인 밸브에 모두 적용될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 버터플라이 밸브의 구조를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버터플라이 밸브의 분해 구조를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크를 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크의 일부 단면을 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 바디 및 하부 바디를 도시한 도면이다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스크 바디를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 버터플라이 밸브는 디스크(100), 디스크 지지부(102) 및 바디(104)를 포함한다. 실시예에 따라서는, 상기 버터플라이 밸브는 디스크 지지부(102) 없이 디스크(100) 및 바디(104)만을 포함할 수도 있다.
디스크(100)는 후술하는 바와 같이 금속, 예를 들어 스틸 또는 알루미늄 등의 경금속 위에 플라스틱들을 2번의 연속적인 사출에 의해 제조될 수 있으며, 유체 흐름의 개폐 동작을 수행한다. 유체를 통과시킬 때에는 디스크(100)가 예를 들어 90도 회전하여 개방되고, 유체를 차단할 때에는 디스크(100)가 도 1에 도시된 바와 같이 폐쇄된다.
디스크 지지부(102)는 디스크(100)를 안정적으로 지지하는 역할을 수행하며, 예를 들어 불소 수지, 예를 들어 폴리테트라 플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), PFA(Perfluoro alkyl) 또는 PVDF(Polyvinylidene fluoride) 등으로 이루어질 수 있다. 불소 수지는 분자 안에 불소를 함유한 수지를 총칭하는 것으로서, 내열성, 내약품성, 전기 절연성이 뛰어나고 마찰계수가 작으며 접착 및 점착성이 없다.
바디(104)는 디스크 지지부(102)를 감싸며, 예를 들어 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride, PVC), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리페닐렌설파이드(Poly Phenylene sulfide, PPS), 폴리프탈아미드(Polyphtalamide, PPA), 폴리아미드(Polyamide, PA6), 폴리아미드(Polyamide, PA66), 폴리케톤(Polyketone, POK) 또는 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)에 유리섬유(Glass fiber)를 혼합함에 의해 형성될 수 있다. 이렇게 바디(104)를 제조하면, 바디(104)의 강도, 내충격성, 기계적 특성 등이 향상될 수 있다. 이로 인한 효과에 대한 자세한 설명은 후술하겠다.
다른 실시예에 따르면, 바디(104)는 예를 들어 폴리염화비닐(PVC), 폴리프로필렌(PP), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리프탈아미드(PPA), 폴리아미드(PA6), 폴리아미드(PA66), 폴리케톤(POK) 또는 폴리에틸렌(PE)에 유리섬유 및 탄소섬유를 혼합함에 의해 형성될 수 있다. 이렇게 바디(104)를 제조하면, 바디(104)의 강도, 내충격성, 기계적 특성 등이 향상될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 바디(104)는 예를 들어 폴리염화비닐(PVC), 폴리프로필렌(PP), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리프탈아미드(PPA), 폴리아미드(PA6), 폴리아미드(PA66), 폴리케톤(POK) 또는 폴리에틸렌(PE)에 유리섬유, 탄소섬유 및 그라파이트를 혼합함에 의해 형성될 수 있다. 이렇게 바디(104)를 제조하면, 바디(104)의 강도, 내충격성, 기계적 특성 등이 향상될 수 있다.
이하, 본 발명의 버터플라이 밸브의 구성요소들의 자세한 구조 및 결합 관계를 살펴보겠다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 디스크(100)는 개폐부(100a), 조작부(100b) 및 고정부(100c)를 포함할 수 있다.
개폐부(100a)는 유체 흐름을 개폐하는 부재로서, 예를 들어 원형 형상을 가질 수 있다. 개폐부(100a)의 구조는 후술하겠다.
조작부(100b)는 개폐부(100a)의 상단에 결합되며, 상부 방향으로 돌출된다. 이러한 조작부(100b)는 상부 바디(104a)의 중앙부에 형성된 홀(510)을 관통하여 도 1에 도시된 바와 같이 상부 바디(104a)의 상측으로 돌출된다. 이러한 조작부(100b)는 제어부(미도시)와 결합되며, 상기 제어부의 제어에 따라 회전한다. 결과적으로, 개폐부(100a)가 회전하게 되어 개폐 동작을 수행한다.
고정부(100c)는 하부 바디(104b)의 중앙부에 형성된 홀(540)로 삽입되며, 그 결과 디스크(100)가 바디(100)에 안정적으로 고정될 수 있다. 고정부(100c)는 삽입시 외부로 돌출되지 않으며, 조작부(100b)보다 작은 길이를 가질 수 있다.
디스크 지지부(102)는 제 1 지지부(102a) 및 제 2 지지부(102b)를 포함할 수 있다.
제 1 지지부(102a)는 개폐부(100a)와 동일한 형상, 예를 들어 원형 형상을 가지며, 개폐부(100a)의 사이즈보다 큰 사이즈를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제 1 지지부(102a)에 전면 및 후면을 관통하는 공간(홀, 208)이 형성되고, 제 1 지지부(102a)의 상단에는 둘레 전체에 걸쳐서 홈(209)이 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제 1 지지부(102a)의 상단 중앙부에 조작부(100b)가 삽입되는 홀(200)이 형성되고 하단 중앙부에 고정부(100c)가 삽입되는 홀(202)이 형성될 수 있다.
제 2 지지부(102b) 또한 개폐부(100a)와 동일한 형상, 예를 들어 원형 형상을 가질 수 있으며, 상단 중앙부에 개구부(204)가 형성되고 하단 중앙부에 개구부가 형성될 수 있으며, 개구부(204) 및 상기 개구부에 각기 홀이 형성될 수 있다. 여기서, 개구부(204)의 홀은 제 1 지지부(102a)의 상단에 형성된 홀(200)에 대응하고, 하단 중앙부에 형성된 개구부의 홀은 제 1 지지부(102a)의 하단에 형성된 홀(202)에 대응하여 위치할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제 2 지지부(102b)는 에틸렌프로필렌고무(Ethylene Propylene Diene Monomer, EPDM), 불소고무(Fluoro Elastomers, FKM) 또는 실리콘 등으로 이루어질 수 있다.
이러한 구조에서, 디스크(100)의 개폐부(100a)가 제 1 지지부(102a)의 공간(208)으로 삽입되고, 제 2 지지부(102b)가 제 1 지지부(102a)의 상단에 형성된 홈(209)으로 체결될 수 있다. 즉, 제 2 지지부(102b)는 제 1 지지부(102a)의 공간(208)에 삽입된 디스크(100)의 개폐부(100a)에 압력을 가하여 개폐부(100a)가 안정적으로 고정되도록 한다.
일 실시예에 따르면, 디스크(100)의 개폐부(100a)의 사이즈는 제 1 지지부(102a)의 공간(208)보다 약간 큰 사이즈를 가지되, 개폐부(100a)의 최외각이 플라스틱으로 이루어져 탄성을 가지므로 개폐부(100a)부 제 1 지지부(102a)의 공간(208)으로 삽입될 수 있다.
이러한 구조에서, 조작부(100b)는 상부 바디(104a)의 상단 중앙부에 형성된 홀(510)을 관통하여 외부로 노출되고, 고정부(100c)는 하부 바디(104b)의 하단 중앙부에 형성된 홀(540)로 삽입될 수 있다.
이 때, 조작부(100b)는 체결 부재들(242 및 246)에 의해 지지부들(102a 및 102b) 및 상부 바디(104a)에 의해 견고하게 고정되며, 고정부(100c)는 체결 부재(240)에 의해 하부 바디(104b)에 견고하게 고정될 수 있다.
다만, 이러한 디스크(100)를 고정시키고 개폐를 위하여 회전시키는 구조는 위의 구조로 한정되지는 않고 다양하게 변형될 수 있다.
도 5를 참조하여 상부 바디(104a)를 살펴보면, 금속, 예를 들어 스틸 또는 알루미늄 등의 경금속으로 이루어진 상부 베이스 및 폴리염화비닐(PVC), 폴리프로필렌(PP), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리프탈아미드(PPA), 폴리아미드(PA6), 폴리아미드(PA66) , 폴리케톤(POK) 또는 폴리에틸렌(PE)에 유리섬유 등을 혼합함에 의해 형성된 상부 플라스틱층(560)을 포함할 수 있다.
상기 상부 베이스는 상부 뼈대(500), 수용부(502), 헤드(504), 복수의 배관 결합부들(506) 및 양 측면의 바닥부들(508a 및 508b)을 포함할 수 있다.
상부 뼈대(500)는 틀로서 예를 들어 상단 및 하단이 모두 반원 형상을 가질 수 있으며, 금속, 특히 경금속으로 이루어질 수 있다. 여기서, 상부 뼈대(500)와 하부 뼈대(530)는 디스크(100)를 지지하는 디스크 지지부(102)가 삽입될 수 있는 공간을 형성할 수 있다. 디스크 지지부(102)를 안정적으로 고정시키기 위하여, 상부 뼈대(500)의 하부 외측면에 홈(520)이 형성되고, 하부 뼈대(530)의 내측면에 홈(550)이 형성될 수 있다.
상부 뼈대(500)의 중앙부에는 수용부(502)가 상부 뼈대(500)와 교차하는 방향, 바람직하게는 수직한 방향으로 하여 길이 연장될 수 있으며, 금속으로 이루어질 수 있다.
수용부(502)에는 홀(510)이 형성되며, 디스크(100)의 조작부(100b)가 홀(510)을 관통하여 외부로 노출될 수 있다.
헤드(504)는 수용부(502)의 종단에 연결되고, 금속으로 이루어지며, 수용부(502)보다 큰 사이즈를 가질 수 있다. 여기서, 조작부(100b)는 헤드(504) 위로 돌출될 수 있다.
배관 결합부(506)는 배관들을 연결하기 위해 사용되며, 예를 들어 상부 뼈대(500)로부터 돌출된 리브일 수 있고, 금속으로 이루어질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 배관 결합부(506)에는 홀(512)이 형성될 수 있고, 버터플라이 밸브의 양측에 배관들을 위치시킨 후 볼트 등의 고정 부재를 배관들과 버터플라이 밸브를 관통시켜 체결함에 의해 버터플라이 밸브가 상기 배관들에 결합될 수 있다. 이 때, 상기 볼트는 상기 버터플라이 밸브 중 배관 결합부(506)를 관통할 수 있다. 즉, 배관 결합부(506)는 상기 버터플라이 밸브와 배관들을 결합시키기 위해 사용된다.
바닥부들(508a 및 508b)은 상부 뼈대(500)의 양 종단들에 각기 형성되며, 하부 바디(104b)와의 결합을 위해 사용될 수 있고, 금속으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 각 바닥부들(508a 및 508b)에 나사 삽입부들(230a 및 232a)이 형성될 수 있다.
상부 플라스틱층(560)은 상기 상부 베이스 위에 형성되며, 예를 들어 인서트 사출 성형을 통하여 상기 상부 베이스 위에 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상부 플라스틱층(560)은 폴리염화비닐(PVC), 폴리프로필렌(PP), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리프탈아미드(PPA), 폴리아미드(PA6), 폴리아미드(PA66) , 폴리케톤(POK) 또는 폴리에틸렌(PE)에 유리섬유를 혼합함에 의해 형성될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상부 플라스틱층(560)은 폴리염화비닐(PVC), 폴리프로필렌(PP), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리프탈아미드(PPA), 폴리아미드(PA6), 폴리아미드(PA66) , 폴리케톤(POK) 또는 폴리에틸렌(PE)에 유리섬유 및 탄소섬유, 또는 유리섬유, 탄소섬유 및 그라파이트를 혼합함에 의해 형성될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상부 플라스틱층(560)은 폴리염화비닐(PVC), 폴리프로필렌(PP), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리프탈아미드(PPA), 폴리아미드(PA6), 폴리아미드(PA66) , 폴리케톤(POK) 또는 폴리에틸렌(PE)에 탄소섬유 또는 탄소섬유 및 그라파이트를 혼합함에 의해 형성될 수 있다. 결과적으로, 상기 상부 베이스의 강도, 내충격성, 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.
즉, 상기 상부 베이스는 스틸로 이루어지는 상부 뼈대(500)를 얇은 두께로 형성하면서도 상부 플라스틱층(560)을 상기 유리섬유 등을 혼합하여 전체적인 강도를 스틸로만 이루어진 상부 베이스와 유사하게 유지시킬 수 있다. 결과적으로, 상기 상부 베이스는 중량은 가벼워지면서도 강도는 유지시킬 수 있다.
도 5를 참조하여 하부 바디(104b)를 살펴보면, 하부 바디(104b)는 하부 베이스 및 하부 플라스틱층(562)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 하부 베이스는 하부 뼈대(530), 수용부(532), 배관 결합부(534) 및 바닥부들(536a 및 536b)을 포함할 수 있다.
하부 뼈대(530)는 상부 뼈대(500)에 대응하는 형상, 예를 들어 반원 형상을 가질 수 있으며, 금속, 예를 들어 스틸 또는 알루미늄 등의 경금속으로 이루어질 수 있다.
수용부(532)는 디스크(100)의 고정부(100c)를 수용하는 부분으로서, 고정부(100c)가 삽입될 수 있도록 홀(540)이 형성되고, 금속으로 이루어질 수 있다.
배관 결합부(534)는 배관 결합부(506)와 동일한 기능을 수행하며, 예를 들어 하부 뼈대(530)로부터 돌출될 수 있으며, 금속으로 이루어질 수 있다. 배관 결합부(534)에는 홀(542)이 형성될 수 있다.
바닥부들(536a 및 536b)은 하부 뼈대(530)의 양 종단들에 각기 형성되며, 상부 바디(104a)와의 결합을 위해 사용될 수 있고, 금속으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 각 바닥부들(536a 및 368b)에 나사 삽입부들(234a 및 236a)이 형성될 수 있다. 나사들(볼트, 220)이 도 2에 도시된 바와 같이 나사 삽입부들(230a, 232a, 234a 및 236a)로 삽입됨에 따라 상부 바디(104a)와 하부 바디(104b)가 결합될 수 있다.
하부 플라스틱층(562)은 상기 하부 베이스 위에 형성되며, 예를 들어 인서트 사출 성형을 통하여 상기 하부 베이스 위에 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 하부 플라스틱층(562)은 폴리염화비닐(PVC), 폴리프로필렌(PP), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리프탈아미드(PPA), 폴리아미드(PA6), 폴리아미드(PA66) , 폴리케톤(POK) 또는 폴리에틸렌(PE)에 유리섬유를 혼합함에 의해 형성될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 하부 플라스틱층(562)은 폴리염화비닐(PVC), 폴리프로필렌(PP), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리프탈아미드(PPA), 폴리아미드(PA6), 폴리아미드(PA66) , 폴리케톤(POK) 또는 폴리에틸렌(PE)에 유리섬유 및 탄소섬유, 또는 유리섬유, 탄소섬유 및 그라파이트를 혼합함에 의해 형성될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 하부 플라스틱층(562)은 폴리염화비닐(PVC), 폴리프로필렌(PP), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리프탈아미드(PPA), 폴리아미드(PA6), 폴리아미드(PA66) , 폴리케톤(POK) 또는 폴리에틸렌(PE)에 탄소섬유, 또는 탄소섬유와 그라파이트를 혼합함에 의해 형성될 수 있다.
결과적으로, 상기 상부 베이스의 강도, 내충격성, 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.
즉, 상기 하부 베이스는 스틸로 이루어지는 얇은 하부 뼈대(530)를 사용하면서도 하부 플라스틱층(562)을 상기 유리섬유 등을 혼합하여 전체적인 강도를 스틸로만 이루어진 하부 베이스와 유사하게 유지시킬 수 있다. 결과적으로, 상기 하부 베이스는 중량은 가벼워지면서도 강도는 유지시킬 수 있다.
이하, 디스크(100)의 구조를 자세히 살펴보겠다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 디스크(100)의 개폐부(100a)는 디스크 바디(300), 제 1 플라스틱층(302) 및 제 2 플라스틱층(304)을 포함할 수 있다. 도면들에서는 2개의 플라스틱층들(302 및 304)만이 형성되는 것으로 도시하였으나, 개폐부(100a)는 3개 이상의 플라스틱층들을 포함할 수도 있다.
디스크 바디(300)는 디스크(100)의 기본 뼈대로서, 금속, 예를 들어 스틸 또는 알루미늄 등의 경금속으로 이루어질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 디스크 바디(300)은 도 3에 도시된 바와 같이 원형 형상을 가질 수 있고, 적어도 하나의 홀들(310)이 형성될 수 있다. 한편, 디스크 바디(300)는 도 3의 구조로 제한되지는 않으며, 도 6에 도시된 바와 같이 원형 형상이되 내부에 많은 공간을 가지는 뼈대 구조(300a)를 가질 수도 있다.
제 1 플라스틱층(302)은 사출 성형을 통하여 디스크 바디(300) 위에 형성될 수 있다. 이 때, 제 1 플라스틱층(302)은 디스크 바디(300) 전체를 덮을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제 1 플라스틱층(302)은 고강도 플라스틱, 예를 들어 엔지니어링 플라스틱 또는 수퍼 엔지니어링 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 플라스틱층(302)은 폴리페닐렌에테르계 수지와 폴리스티렌계 수지를 성분으로 한 폴리페닐렌에테르계 수지 조성물로 이루어지거나, POLYIMDE, POLYSULFONE, POLY PHENYLENE SULFIDE, POLYAMIDE IMIDE, POLYACRYLATE, POLYETHER SULFONE, POLYETHER ETHER KETONE, POLYETHER IMIDE, LIQUID CRYSTAL POLYESTER, POLYETHER KETONE 등 및 이들의 조합물로 이루어질 수도 있다.
제 2 플라스틱층(304)은 사출 성형을 통하여 제 1 플라스틱층(302) 위에 형성될 수 있다. 이 때, 제 2 플라스틱층(304)은 제 1 플라스틱층(302) 전체를 덮을 수 있으며, 디스크 바디(300) 및 제 1 플라스틱층(302) 상에 형성된 홀들을 채울 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제 2 플라스틱층(304)은 불소 수지, 예를 들어 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE), PFA(Perfluoro alkyl) 또는 PVDF(Polyvinylidene fluoride) 등으로 이루어질 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 제 2 플라스틱층(304)은 제 1 플라스틱층(302)보다 낮은 녹는점을 가지는 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 2 플라스틱층(304)은 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE)으로 이루어질 수 있다.
제 1 플라스틱층(302)과 제 2 플라스틱층(304)은 다른 녹는점을 가지는 플라스틱들로 이루어질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제 2 플라스틱층(304)을 이루는 제 2 플라스틱의 내부식성 또는 내산성 특성이 제 1 플라스틱층(302)을 이루는 제 1 플라스틱의 내부식성 또는 내산성 특성보다 우수하고, 상기 제 1 플라스틱의 강도 특성이 상기 제 2 플라스틱의 강도 특성보다 우수할 수 있다. 즉, 상기 제 1 플라스틱은 디스크(100)의 강도를 강화시키고 상기 제 2 플라스틱은 유체로 인한 부식 또는 산화를 방지하는 기능을 수행할 수 있다.
정리하면, 디스크(100)의 개폐부(100a)는 순차적으로 형성된 디스크 바디(300), 제 1 플라스틱층(302) 및 제 2 플라스틱층(304)으로 이루어질 수 있다.
종래의 디스크는 모두 스틸로 이루어졌으며, 그 결과 기계 가공으로 제작되었다. 그러나, 이러한 기계 제작시 스틸을 원하는 형상으로 정밀하게 가공하기가 어려워서 디스크의 생산성이 많이 저하되었다. 결과적으로, 대량 생산이 불가능하였다. 물론, 상기 디스크가 모두 스틸로 이루어지므로, 강도는 높았지만 무게가 무겁고 제조 단가가 고가였으며 부식되기 쉬웠다.
반면에, 본 발명의 디스크(100)는 기본 뼈대인 디스크 바디(300)만 금속으로 형성하고 2번의 사출 성형을 통하여 디스크 바디(300) 위에 플라스틱층들(302 및 304)을 형성한다.
디스크 바디(300)는 종래의 디스크에 비하여 상당히 얇으므로, 기계 가공을 하더라도 원하는 형상으로 정밀하게 가공하기가 용이하다. 특히, 디스크(100)의 정밀한 형상을 제 1 플라스틱층(302)으로 실현할 수 있으므로, 디스크 바디(300)를 정밀하게 가공하지 않아도 된다. 따라서, 대량 생산이 가능할 수 있다.
또한, 플라스틱층들(302 및 304)로 인하여 디스크(100)의 내부식성 및 내산성이 상당히 향상되고 강도 특성이 우수할 수 있다. 구체적으로, 제 1 플라스틱층(302)이 엔지니어링 플라스틱 또는 수퍼 엔지니어링 플라스틱으로 이루어지므로, 디스크(100)는 종래 디스크와 유사한 강도를 유지하면서도 초경량화될 수 있다. 예를 들어, 스틸로만 이루어진 종래의 버터플라이 밸브가 1㎏이라고 하면, 본 발명의 버터플라이 밸브는 강도는 유사하게 유지하면서 350g 정도의 무게를 가질 수 있다. 즉, 초경량화가 가능하다.
한편, 제 1 플라스틱층(302) 없이 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE)으로 이루어진 제 2 플라스틱층(304)을 스틸로 이루어진 디스크 바디(300) 위에 직접적으로 형성할 수도 있지만, 이 경우 상기 금속 위에 형성된 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE)의 두께가 일정하지 못하는 문제점이 있다. 즉, 정밀한 디스크 형상을 제작할 수가 없다.
따라서, 본 발명의 밸브 제조 방법은 금속 위에서 정밀한 형상의 제작이 가능한 고강도 플라스틱(예를 들어, 엔지니어링 플라스틱 또는 수퍼 엔지니어링 플라스틱)을 사용한다. 즉, 상기 밸브 제조 방법은 금속으로 이루어진 디스크 바디(300) 위에 고강도 플라스틱으로 이루어진 제 1 플라스틱층(302)을 형성하여 정밀한 형상을 실현할 수 있다.
이어서, 상기 밸브 제조 방법은 고강도 플라스틱으로 이루어진 제 1 플라스틱층(302) 위에 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE)으로 이루어진 제 2 플라스틱층(304)을 형성할 수 있다. 여기서, 상기 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE)은 상기 고강도 플라스틱 위에 일정한 두께로 형성될 수 있다.
요컨대, 디스크(100)의 개폐부(100a)는 기존 디스크만큼 정밀한 형상 및 가공을 유지하면서도 생산성을 상당히 향상시키고 무게를 상당히 감소시키고 제조 단가를 상당히 낮출 수 있다. 또한, 상기 버터플라이 밸브의 대량 생산이 가능할 수 있다.
한편, 위에서는 디스크(100)만 언급하였지만, 버터플라이 밸브 외에도 다른 밸브들에서 우수한 내부식성이 필요한 유체와 접촉하는 유체 접촉부에 디스크(100)의 구조가 모두 적용될 수 있다. 즉, 상기 유체 접촉부는 금속으로 이루어진 바디, 상기 바디 위에 형성되며 고강도 플라스틱으로 이루어진 제 1 플라스틱층 및 상기 제 1 플라스틱층 위에 형성되며 불소 수지로 이루어진 제 2 플라스틱층을 포함할 수 있다.
이하, 바디(104)의 플라스틱층들(560 및 562)에 대하여 살펴보겠다. 다만, 플라스틱층들(560 및 562)의 성분이 동일하므로, 플라스틱층(560)만을 설명하겠다.
일 실시예에 따르면, 플라스틱층(560)은 PP와 glass fiber를 혼합하여 이루어질 수 있다. 바람직하게는, glass fiber는 전체 대비 0% 초과 40% 이하로 함유될 수 있으며, PP는 전체 대비 60%보다 큰 함량비를 가진다. 실험 결과는 하기 표 1과 같다.
실시예 glass fiber 혼합비 Tensile strength(Mpa@23°C) [ASTM D638]
비교용 0 25
1 10 54
2 15 59
3 20 78
4 30 83
5 40 94
위 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, PP와 glass fiber를 혼합하여 플라스틱층(560)을 형성하는 경우, 플라스틱층(560)의 인장 강도가 glass fiber 없이 PP만으로 이루어진 플라스틱층에 비하여 상당히 높음을 확인할 수 있다. 즉, 기계적, 화학적 물성이 향상될 수 있다. 다만, glass fiber의 함량비가 40%를 초과하는 경우에는, 플라스틱층(560)을 제조하기 위한 사출 공정의 특성이 저하되어 플라스틱층(560)을 원하는 형상으로 제조하기 어려웠다. 또 다른 실시예에 따르면, 플라스틱층(560)은 PPS와 glass fiber의 혼합하여 이루어질 수 있다. 바람직하게는, glass fiber는 전체 대비 0% 초과 40% 이하로 함유될 수 있으며, PPS는 전체 대비 60%보다 큰 함량비를 가진다. 실험 결과는 하기 표 2와 같다.
실시예 glass fiber 혼합비 Tensile strength(Mpa@23°C) [ASTM D638]
비교용 0 70
1 30 140
2 40 200
위 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, PPS와 glass fiber를 혼합하여 플라스틱층(560)을 형성하는 경우, 플라스틱층(560)의 인장 강도가 glass fiber 없이 PPS만으로 이루어진 플라스틱층에 비하여 상당히 높음을 확인할 수 있다. 즉, 기계적, 화학적 물성이 향상될 수 있어서 기계적 물성을 향상시키면서 가볍고 단단하게 플라스틱층(560)을 형성할 수 있다. 다만, glass fiber의 함량비가 40%를 초과하는 경우에는, 플라스틱층(560)을 제조하기 위한 사출 공정의 특성이 저하되어 플라스틱층(560)을 원하는 형상으로 제조하기 어려웠다. 또 다른 실시예에 따르면, 플라스틱층(560)은 PPA와 glass fiber를 혼합하여 이루어질 수 있다. 바람직하게는, glass fiber는 전체 대비 0% 초과 55% 이하로 함유될 수 있으며, PPA는 전체 대비 45%보다 큰 함량비를 가진다. 실험 결과는 하기 표 3과 같다.
실시예 glass fiber 혼합비 Tensile strength(Mpa@23°C) [ASTM D638]
비교용 0 105
1 25 170
2 35 210
3 45 250
4 55 270
위 표 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, PPA와 glass fiber를 혼합하여 플라스틱층(560)을 형성하는 경우, 플라스틱층(560)의 인장 강도가 glass fiber 없이 PPA만으로 이루어진 플라스틱층에 비하여 상당히 높음을 확인할 수 있다. 즉, 기계적, 화학적 물성이 향상될 수 있어서 기계적 물성을 향상시키면서 가볍고 단단하게 플라스틱층(560)을 형성할 수 있다. 다만, glass fiber의 함량비가 55%를 초과하는 경우에는, 플라스틱층(560)을 제조하기 위한 사출 공정의 특성이 저하되어 플라스틱층(560)을 원하는 형상으로 제조하기 어려웠다. 또 다른 실시예에 따르면, 플라스틱층(560)은 PA(Polyamide, PA6)와 glass fiber를 혼합하여 이루어질 수 있다. 바람직하게는, glass fiber는 전체 대비 0% 초과 50% 이하로 함유될 수 있으며, PA는 전체 대비 50%보다 큰 함량비를 가진다. 실험 결과는 하기 표 4와 같다.
실시예 glass fiber 혼합비 Tensile strength(Mpa@23°C) [ASTM D638]
비교용 0 70
1 15 125
2 20 145
3 30 170
4 33 180
5 35 185
6 40 192
7 45 200
8 50 220
위 표 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, PA와 glass fiber를 혼합하여 플라스틱층(560)을 형성하는 경우, 플라스틱층(560)의 인장 강도가 glass fiber 없이 PA만으로 이루어진 플라스틱층에 비하여 상당히 높음을 확인할 수 있다. 즉, 기계적, 화학적 물성이 향상될 수 있어서 기계적 물성을 향상시키면서 가볍고 단단하게 플라스틱층(560)을 형성할 수 있다. 다만, glass fiber의 함량비가 50%를 초과하는 경우에는, 플라스틱층(560)을 제조하기 위한 사출 공정의 특성이 저하되어 플라스틱층(560)을 원하는 형상으로 제조하기 어려웠다. 또 다른 실시예에 따르면, 플라스틱층(560)은 PA(Polyamide, PA66)와 glass fiber을 혼합하여 이루어질 수 있다. 바람직하게는, glass fiber는 전체 대비 0% 초과 50% 이하로 함유될 수 있으며, PA는 전체 대비 50%보다 큰 함량비를 가진다. 실험 결과는 하기 표 5와 같다.
실시예 glass fiber 혼합비 Tensile strength(Mpa@23°C) [ASTM D638]
비교용 0 80
1 25 165
2 30 186
3 33 196
4 35 200
5 50 245
위 표 5에서 확인할 수 있는 바와 같이, PA와 glass fiber를 혼합하여 플라스틱층(560)을 형성하는 경우, 플라스틱층(560)의 인장 강도가 glass fiber 없이 PA만으로 이루어진 플라스틱층에 비하여 상당히 높음을 확인할 수 있다. 즉, 기계적, 화학적 물성이 향상될 수 있어서 기계적 물성을 향상시키면서 가볍고 단단하게 플라스틱층(560)을 형성할 수 있다. 다만, glass fiber의 함량비가 50%를 초과하는 경우에는, 플라스틱층(560)을 제조하기 위한 사출 공정의 특성이 저하되어 플라스틱층(560)을 원하는 형상으로 제조하기 어려웠다. 또 다른 실시예에 따르면, 플라스틱층(560)은 POK(Polyketone)와 glass fiber을 혼합하여 이루어질 수 있다. 바람직하게는, glass fiber는 전체 대비 0% 초과 40% 이하로 함유될 수 있으며, PA는 전체 대비 60%보다 큰 함량비를 가진다. 실험 결과는 하기 표 6과 같다.
실시예 glass fiber 혼합비 Tensile strength(Mpa@23°C) [ASTM D638]
비교용 0 60
1 15 100
2 20 125
3 30 140
4 40 165
위 표 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, POK와 glass fiber를 혼합하여 플라스틱층(560)을 형성하는 경우, 플라스틱층(560)의 인장 강도가 glass fiber 없이 POK만으로 이루어진 플라스틱층에 비하여 상당히 높음을 확인할 수 있다. 즉, 기계적, 화학적 물성이 향상될 수 있어서 기계적 물성을 향상시키면서 가볍고 단단하게 플라스틱층(560)을 형성할 수 있다. 다만, glass fiber의 함량비가 40%를 초과하는 경우에는, 플라스틱층(560)을 제조하기 위한 사출 공정의 특성이 저하되어 플라스틱층(560)을 원하는 형상으로 제조하기 어려웠다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100 : 디스크 102 : 디스크 지지부
104 : 바디 100a : 개폐부
100b : 조작부 100c : 고정부
104a : 상부 바디 104b : 하부 바디

Claims (5)

  1. 밸브에서 유체와 접촉하는 유체 접촉부에 있어서,
    금속을 재질로 하는 바디;
    상기 바디 위에 형성되며, 제 1 플라스틱이 재질인 제 1 플라스틱층; 및
    상기 제 1 플라스틱층 위에 형성되며, 제 2 플라스틱이 재질인 제 2 플라스틱층을 포함하되,
    상기 플라스틱층들은 사출 성형을 통하여 형성되며, 상기 제 1 플라스틱의 녹는점이 상기 제 2 플라스틱의 녹는점보다 높고,
    상기 바디는 내부에 공간을 가지는 뼈대 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 접촉부.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제 1 플라스틱은 엔지니어링 플라스틱 또는 수퍼 엔지니어링 플라스틱이고, 상기 제 2 플라스틱은 불소 수지인 것을 특징으로 하는 유체 접촉부.
  3. 제2항에 있어서, 상기 불소 수지는 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE), PFA(Perfluoro alkyl) 또는 PVDF(Polyvinylidene fluoride)인 것을 특징으로 하는 유체 접촉부.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 제 2 플라스틱의 내부식성 또는 내산성 특성이 상기 제 1 플라스틱의 내부식성 또는 내산성 특성보다 우수하고, 상기 제 1 플라스틱의 강도 특성이 상기 제 2 플라스틱의 강도 특성보다 우수한 것을 특징으로 하는 유체 접촉부.


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