KR102643768B1 - 고정 개스킷 및 그의 구성 방법 - Google Patents

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토마스 윌리엄 스웨이지
에드워드 스토스 위더
마이클 제임스 데이비슨
브렌트 세드라
제리 린 코크란
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테네코 인코퍼레이티드
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Abstract

금속 고정 개스킷(10) 및 그의 구성 방법이 제공된다. 개스킷은 적어도 하나의 금속 층(12, 14, 16)을 포함한다. 적어도 하나의 금속 층은 밀봉될 개구와 정합되도록 구성되는 대향 측면을 통해 연장하는 적어도 하나의 관통 개구(22, 24) 및 적어도 하나의 관통 개구 주위로 적어도 부분적으로 연장하는 적어도 하나의 상승된 환형 시일 비드(28)를 갖춘 대향 측면(18, 20)을 가진다. 적어도 하나의 돌기(32)는 대향 측면 중 적어도 하나로부터 외측으로 연장하며, 적어도 하나의 돌기(32)는 적어도 하나의 시일 비드(28)의 완전 평탄화를 방지한다. 적어도 하나의 돌기(32)는 적층 제작 공정을 통해 서로 적층되는 복수의 별개의 금속 층을 가지며, 내부에서 연장하는 중공 영역(42, 44, 46)을 갖는 돌기(32)가 형성된다.

Description

고정 개스킷 및 그의 구성 방법
본 출원은 2015년 9월 25일자로 출원된 미국 가 출원 일련번호 62/232,997 호 및 2016년 9월 23일자로 출원된 미국 실용신안 출원 번호 15/274,783 호의 이득을 주장하며, 이의 전체 내용은 그 전체가 원용에 의해 본 출원에 포함된다.
본 발명은 일반적으로, 함께 클램핑될 2개의 부재 사이에 기밀/유밀 시일을 확립하는데 사용되는 유형의 고정 개스킷 및 그의 구성 방법에 관한 것이다.
함께 클램핑될 2개의 부재, 예컨대 실린더 헤드와 엔진 블록 또는 엔진 블록과 배기 매니폴드 사이에 기밀/유밀 시일의 확립시, 하나 또는 다수의 층을 갖는 고정 개스킷을 사용하는 것이 일반적이다. 일반적으로, 활성 층 또는 기능 층으로 때때로 지칭되는 다층 개스킷의 층 중 적어도 하나는 개구, 예컨대 실린더 보어, 냉각제 개구 및/또는 볼트 개구의 주위에 기밀/유밀 시일을 확립하기 위해 하나 이상의 시일 비드(seal bead)를 가진다. 간격 층(distance layer)으로서 때때로 지칭되는 다른 층은 디젤 엔진에서 원하는 압축비를 달성하는데 필요한 갭 두께의 설정을 용이하게 하는 동시에, 또한 기능 층의 시일 비드의 압축을 제한함으로써 개구 주위에 기밀/유밀 시일의 확립을 도울 수 있도록 기능 층 주위에 맞닿도록 구성될 수 있다.
시일 비드의 과도한 압축 없이 기능 층의 시일 비드를 원하는 높이로의 압축을 용이하게 하기 위해, (제공된다면)기능 또는 간격 층은 전형으로 그의 재료 내에 형성되는 하나 이상의 상승된 돌기를 갖도록 형성된다. 상승된 돌기는 전형적으로 높은 톤수의 성형 프레스를 통해 코이닝 공정(coining process)에서 형성된다. 그 때문에, 프레스는 각각의 층의 재료를 소성 변형시켜 상승된 돌기를 형성한다. 불행하게도, 상승된 돌기를 형성하기 위해 사용되는 높은 톤수의 프레스는 매우 고가이고, 큰 공간을 차지하며, 설정 시 상승된 돌기의 특정 크기 및 패턴에 주의해야 하기 때문에 상승된 돌기의 하나의 패턴으로부터 다른 돌기 패턴으로 변경하기 위해 많은 시간과 노력이 요구된다. 또한, 활성층 또는 간격 층의 재료를 소성 변형시킨 결과로, 재료 특성이 예측할 수 없는 방식으로 변경됨으로써, 간격 층의 재료 내에 예측하지 못한 재료 특성을 생성하여 궁극적으로 의도대로 기능을 하는 간격 층의 능력을 조기 파손하는 결과를 초래할 수 있다. 여전히 또한, 활성층 또는 간격 층의 재료를 기계적으로 업셋(upset)해야 하는 것은 전형적으로, 서로로부터 그리고 실제 바람직한 형상 및 크기로부터 벗어난 형상 및 크기를 갖는 상승된 돌기를 초래하는데, 이는 주로 층 재료 내의 공차뿐만 아니라 상승된 돌기를 형성하는데 사용되는 프레스 및 공구의 공차 때문이다. 여전히 또한, 돌기가 활성층에 형성되면, 일반적으로 예측 가능한 방식으로 소성 변형되기 어려운, 전형적으로 고강도 스프링 강, 예컨대 FH 301 SS인 재료의 결과로 인해 더 많은 문제가 일반적으로 발생한다.
금속 고정 개스킷이 제공된다. 개스킷은 적어도 하나의 금속 층을 포함한다. 적어도 하나의 금속 층은 개구와 정합하도록 구성되는 대향 측면을 통해 연장하는 적어도 관통 개구 및 적어도 하나의 관통 개구 주위로 연장하는 적어도 하나의 적어도 하나의 상승된 환형 시일 비드를 갖춘 대향 측면을 가진다. 적어도 하나의 돌기는 대향 측면 중 적어도 하나로부터 외측으로 연장하며, 적어도 하나의 돌기는 적어도 하나의 시일 비드의 완전한 평탄화를 방지한다. 적어도 하나의 돌기는 적층 제작 공정을 통해 서로 적층되는 복수의 별개의 금속 층을 가지며, 내부로 연장하는 중공 영역을 갖는 돌기가 형성된다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 적어도 하나의 돌기가 기능 층에 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 적어도 하나의 금속 층은 적어도 하나의 상승된 환형 시일 비드를 갖는 적어도 하나의 금속 기능 층 및 대향 측면을 갖춘 금속 시트를 포함하는 별도의 금속 간격 층을 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 돌기는 적어도 하나의 시일 비드의 과-압축을 방지하기 위해 기능 층 또는 간격 층의 측면 중 적어도 하나에 접합될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 적어도 하나의 돌기가 서로 이격된 복수의 돌기로서 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 적어도 하나의 돌기가 복수의 돌기로서 제공될 수 있으며, 돌기의 적어도 몇몇은 서로 높이가 상이하다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 적어도 하나의 돌기가 복수의 돌기로서 제공될 수 있으며, 돌기의 적어도 몇몇은 서로 둘레 형상이 상이하다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 적어도 하나의 돌기가 복수의 돌기로서 제공될 수 있으며, 상승된 돌기의 적어도 몇몇은 서로 밀도가 상이하다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 적어도 하나의 돌기가 복수의 돌기로서 제공될 수 있으며, 돌기의 적어도 몇몇은 서로 재료가 상이하다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 별개의 층의 적어도 몇몇은 서로 상이한 높이를 갖도록 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 별개의 층의 적어도 몇몇은 서로 상이한 재료로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 중공 영역 중 적어도 하나는 별개의 층에 의해 완전히 캡슐화될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 돌기 중 적어도 하나는 그의 상부 표면에 따라서 오목부 또는 오목부들을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 적어도 하나의 돌기는 측면 횡단면에서 보았을 때 비대칭 형상을 갖도록 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 적어도 하나의 돌기는 측면 횡단면에서 보았을 때 가변 횡단면 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 적어도 하나의 돌기는 측면 횡단면에서 보았을 때 일정한 가변 횡단면 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 기능 층 및 간격 층은 서로 정합되는 복수의 개구를 가지며 기능 층 및/또는 간격 층에는 각각의 정합된 개구의 적어도 일부분 주위로 연장하는 적어도 하나의 돌기가 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 개스킷은 실린더 헤드 개스킷으로서 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 개스킷은 배기 매니폴드 개스킷으로서 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 개스킷의 구성 방법이 제공된다. 상기 방법은 대향 측면을 갖는 금속 층의 적어도 하나에 대해 밀봉될 개구 주위로 적어도 부분적으로 연장하는 적어도 하나의 상승된 환형 시일 비드를 갖는 적어도 하나의 금속 층을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 적층 제작 공정에서 서로에 별개의 금속 층을 도포함으로써 적어도 하나의 금속 돌기를 형성하는 단계, 및 적어도 하나의 금속 층의 적어도 하나의 측면에 적어도 하나의 금속 돌기를 고정하는 단계를 더 포함하며, 적어도 하나의 돌기를 형성하는 동안 적어도 하나의 금속 돌기에 중공 영역을 형성하는 단계를 추가로 더 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 상기 방법은 용접, 클린칭(clinching), 리벳팅, 접착제 또는 아일렛(eyelet)을 통해 금속 층에 직접적으로 적어도 하나의 돌기를 고정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 상기 방법은 단일 금속 층으로 개스킷을 형성하는 단계 및 내부에 환형 시일 비드를 형성하고 그에 적어도 하나의 돌기를 고정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 상기 방법은 내부에 형성된 적어도 하나의 환형 시일 비드를 갖고 별도의 간격 층을 가지는 개스킷의 기능 층을 형성하는 단계, 및 복수의 금속 돌기를 기능 층과 간격 층 중 적어도 하나에 고정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 상기 방법은 복수의 돌기로서 적어도 하나의 돌기를 형성하는 단계, 및 서로 상이한 높이를 갖는 적어도 몇몇의 돌기를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 상기 방법은 복수의 돌기로서 적어도 하나의 돌기를 형성하는 단계, 및 서로 상이한 유형의 재료를 갖는 적어도 몇몇의 돌기를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 상기 방법은 복수의 돌기로서 적어도 하나의 돌기를 형성하는 단계, 및 서로 둘레 형상이 상이한 적어도 몇몇의 돌기를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 상기 방법은 복수의 돌기로서 적어도 하나의 돌기를 형성하는 단계, 및 서로 상이한 밀도를 갖는 적어도 몇몇의 돌기를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 상기 방법은 서로 상이한 재료로 적어도 몇몇의 별개의 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 상기 방법은 적어도 하나의 돌기에 외부 오목부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 상기 방법은 별개의 층에 의해 완전히 캡슐화된 것으로서 중공 영역을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 상기 방법은 관통 채널로서 별개의 층을 통해 연장할 때 중공 영역을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 상기 방법은 측면 횡단면에서 보았을 때 비대칭 형상을 가지는 적어도 하나의 돌기 중 적어도 하나를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 상기 방법은 측면 횡단면에서 보았을 때 가변 횡단면 형상을 가지는 적어도 하나의 돌기 중 적어도 하나를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 상기 방법은 측면 횡단면에서 보았을 때 일정한 가변 횡단면 형상을 가지는 적어도 하나의 돌기 중 적어도 하나를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 상기 방법은 서로 정합된 복수의 개구를 갖는 기능 층과 간격 층을 형성하는 단계, 및 각각의 정합된 개구의 적어도 일부분 주위로 연장하는 복수의 돌기를 갖는 기능 층 및/또는 간격 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 상기 방법은 실린더 헤드 개스킷으로서 개스킷을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 상기 방법은 배기 매니폴드 개스킷으로서 개스킷을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
적층 제작 공정에서 금속 개스킷 층의 돌기를 복수의 적층된 별개의 층으로서 형성할 수 있음으로써, 임의의 수의 복잡한 형상 또는 어레이의 돌기가 형성될 수 있으며, 적층 제작 공정이 개발될 것으로 예측되며, 그 공정은 금속 개스킷 층의 재료를 업셋하여 스토퍼를 형성하려는 것에 비교하여 돌기가 신속하고 저렴하게 형성될 수 있게 만들어질 것이다. 여전히 또한, 돌기를 갖는 금속 개스킷 층을 구성하는데 사용되는 셋업 공정은 신속하며 과도한 공구 비용 및 시간 소모 없이 원하는 대로 상이한 패턴의 돌기를 형성하도록 용이하게 변경될 수 있다.
본 발명에 따라 구성된 개스킷의 이들 및 다른 양태, 특징 및 장점은 본 발명의 바람직한 실시예 및 최적 형태, 첨부된 청구범위 및 첨부된 도면에 대한 다음의 상세한 설명과 관련하여 고려할 때 더욱 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 다양한 양태에 따라 구성된 다층 개스킷의 부분 절단 평면도이며,
도 2는 일반적으로 2-2 선을 따라 취한 도 1의 개스킷의 부분 횡단면도이며,
도 3은 본 발명의 일 양태에 따라 구성된 간격 층의 부분 사시도이며,
도 3a는 도 3의 층의 횡단면 측면도이며,
도 4는 본 발명의 다른 양태에 따라 구성된 간격 층의 하나의 부분 사시도이며,
도 4a는 도 4의 층의 횡단면 측면도이며,
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 추가 양태에 따라 구성된 간격 층의 일부분에 대한 평면도를 도시하며,
도 6a 내지 도 6r은 본 발명의 추가 양태에 따라 구성된 기능 층 또는 간격 층 중 하나의 일부분에 대한 평면도 및 각각의 확대도를 도시하며,
도 7은 본 발명의 다른 양태에 따라서 그에 고정된 돌기를 갖는 기능 층 또는 간격 층의 하나를 통해 취한 횡단면도를 도시하며,
도 8은 본 발명의 다른 양태에 따라서 그에 고정된 돌기를 갖는 기능 층 또는 간격 층 중 하나를 통해 취한 횡단면도를 도시하며,
도 8a는 도 8의 돌기를 통해 취한 횡단면도를 도시하며,
도 9는 본 발명의 다른 양태에 따라서 그에 고정된 돌기를 갖는 기능 층 또는 간격 층 중 하나를 통해 취한 횡단면도를 도시하며,
도 10은 본 발명의 다른 양태에 따라서 그에 고정된 돌기를 갖는 기능 층 또는 간격 층 중 하나를 통해 취한 횡단면도를 도시하며,
도 11은 본 발명의 다른 양태에 따라 구성된 개스킷의 기능 층의 도 2와 유사한 도면이며,
도 12는 본 발명의 또 다른 양태에 따라 구성된 개스킷의 기능 층의 도 2와 유사한 도면이다.
도면을 더 상세히 참조하면, 도 1은 이후 간단히 개스킷으로 지칭되는 다층 개스킷으로서 예로서 그리고 제한 없이 도시되는, 본 발명의 다양한 양태(단일 도면으로 나타낸 다중 실시예)에 따라 구성된 개스킷(10)의 개략적인 평면도를 예시한다. 개스킷(10)은 가스 또는 디젤 엔진의 엔진 블록과 실린더 헤드(도시되지 않음) 사이에 수납을 위한 실린더 헤드 개스킷으로서 구성될 수 있지만, 예로서 그리고 제한 없이 배기 매니폴드 개스킷과 같은 다른 밀봉 용례가 고려된다. 개스킷(10)은 한 쌍의 기능 층(12, 14)(도 2)을 갖는 것으로서 예로서 그리고 제한 없이 여기에 나타내고 간격 층(16)을 갖는 것으로서 또한 예로서 그리고 제한 없이 여기에 또한 도시되는 적어도 하나의 기능 층을 가진다. 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 간격 층을 갖지 않는 개스킷이 여기서 고려됨이 이해될 것이다. 기능 층(12, 14)은 간격 층(16)의 대향 측면(18, 20)과 맞닿도록 배열되어, 간격 층(16)이 기능 층(12, 14)들 사이에 끼이게 된다. 개별 층(12, 14, 16)은 예컨대, 용접 조인트, 클린치 또는 리벳(도시되지 않음)에 의해 예컨대, 개스킷(10)의 최외측 둘레에 서로 분리되거나 서로 고정된 상태를 유지할 수 있다. 기능 층(12, 14) 각각은 간격 층(16) 내의 개구(24)와 정합되는 크기와 정합되도록 위치되는 개구(22)를 가지며, 각각의 개구(22, 24)는 서로 그리고 관통 보어, 예를 들어 실린더 보어(25)와 각각 정합된다. 또한, 기능 층(12, 14) 및 간격 층(16)은 예로서 그리고 제한 없이, 예컨대 볼트 개구(26) 및 냉각제 또는 오일 통로(27)를 갖는 개스킷(10)의 후방 영역(보어(25)로부터 반경 방향 외측 및 외부 둘레 부근)에, 서로 정합되는 복수의 추가 개구를 가진다. 기능 층(12, 14)은 각각 층(12, 14)의 평탄한 평면 또는 실질적으로 평탄한 평면으로부터 외부로 연장하는 반 압축 및/또는 전체 압축 시일 비드(28)와 같은 하나 이상의 압축 비드를 가짐으로써 실린더 보어(25) 및 다른 개구(26, 27) 주위에 기밀 시일의 확립을 용이하게 한다. 실린더 보어(25) 및 나머지 정합 개구(26,27) 주위에 양호하고 신뢰성 있는 기밀/유밀 시일의 형성을 더욱 용이하게 하기 위해, 간격 층(16) 및/또는 기능 층(12,14) 중 적어도 하나는 도 2에 도시된 바와 같이, 대향 측면(18, 20)을 갖는 평탄한 금속 시트로 구성된 평면 본체(30), 및 시일 비드(28)의 과-압축, 완전 평탄화를 방지하기 위해 그의 측면(18, 20) 중 적어도 하나로부터 상방 및 외측으로 연장하는, 돌기(32)로서 또한 지칭되는 복수의 개개의 상승된 스토퍼를 포함한다. 돌기(32)는 예로서 그리고 제한 없이, 열 분사, 저온 분사, 금속 분사, 스크린 프린팅, 와이어 피드(wire feed), 미립자 분사, 또는 이후에 3-D 프린팅으로 지칭되는 3-D 프린팅 공정과 같은 적층 제작 공정으로 형성될 수 있으며(재료의 별개의 층이 여기서 추가로 논의되는 바와 같이 서로의 위에 구축되며), 언급된 다른 적층 공정은 기능 층(12, 14) 및/또는 간격 층(16) 중 하나 또는 둘 모두에 부착되는 각각의 층으로부터 별도 조각의 경질 금속 재료로서 전적으로 고려된다. 돌기(32)는 예로서 그리고 제한 없이, 간격 층(16)의 금속 시트 본체(30)에 고정되는 것으로서 도 2에 도시되고, 클린칭(clinching), 용접, 리벳, 아이렛 또는 접착제를 통해 금속 시트(30)에 고정될 수 있으며, 이는 돌기(32)와 금속 시트 본체(30) 사이에 접합 조인트(34)를 효과적으로 형성한다. 먼저 3-D 프린팅된 재료의 별도 조각으로서 돌기(32)를 형성한 후에 돌기(32)를 각각의 층(12, 14, 16)에 고정하는 것에 더하여, 돌기(32)는 각각의 층(들)(12, 14, 16)에 바로 3-D 프린팅되고 금속 시트 본체(30)에 형성된 것으로서 도시됨으로써, 이후의 2차 고정 공정에 대한 필요성을 없앤다. 돌기(32)는 실린더 보어(25) 주위 및 배면 영역에서 연장하는 시일 비드(28)가 실린더 헤드(도시되지 않음)를 엔진 블록(도시되지 않음)에 체결할 때 완전히 평탄해지는 것을 방지한다. 그 때문에, 시일 비드(28)는 기능 층(12, 14)의 나머지 부분에 비해서 간격 층(16)에 대해 일반적으로 일정하고 높은 밀봉 압력을 유지함으로써, 실린더 보어(25) 및 다른 정합 개구(26, 26) 주위에 기밀/유밀 시일을 제공하고 유지하는 것을 보장한다.
기능 층(12, 14)은 예를 들어, 스프링 강과 같은 탄성 금속으로 구성되고, 예로서 그리고 제한 없이 약 0.1 내지 0.3 mm의 두께를 갖도록 제공될 수 있다. 기능 층(12, 14)은 간격 층(16) 전반에 걸쳐 미러 프로파일을 갖도록 구성될 수 있으며, 실린더 보어(26)에 인접한 전체 시일 비드(28) 및 배면 영역에서 외부 둘레 부분(36)으로 연장하는 절반 비드(28)와 같은 전술한 시일 비드를 갖는 각각의 기능 층은 예를 들어, 오일 또는 냉각제 통로(27)에 인접하여 유밀 시일을 제공할 수 있다. 물론, 전술한 바와 같이 그리고 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 돌기(32)는 의도된 용례, 특히 간격 층을 갖지 않는 이들 엔진/배기 용례에 바람직하다면 기능 층(12, 14)에 직접 3-D 프린팅될 수 있다.
금속 본체(30) 및 돌기(32)는 예로서 그리고 제한 없이 냉연 강 또는 스테인리스 강과 같은 유사하거나 다른 금속 재료로 각각 구성될 수 있다. 간격 층(16)은 상대 실린더 헤드 및 엔진 블록에 부합하기 위한 필요에 따라, 임의의 원하는 외부 둘레 형상을 가지도록 구성될 수 있다. 유사하게, 돌기는 원하는 정확한 하중 특성에 따라 임의의 원하는 높이(H) 및 외부 둘레 형상을 가지도록 3-D 프린팅될 수 있으며, 이는 적층 제작 공정을 통해 돌기(32)를 형성하는 결과로써 크게 촉진된다.
개스킷(10)에 바람직한 구조적 특성을 결정할 때, 원하는 높이(H) 또는 높이(H)들 및 외부 둘레 형상 또는 형상들을 가지는 3-D 프린팅된 돌기(32)는 접합 조인트(34)를 통해 정밀한 원하는 위치에 그리고 일정한 제자리에 예로서 그리고 제한 없이 그들이 본체(30)에 부착되도록 의도된, 간격 층 시트(30)로서 도시된 각각의 층에 위치될 수 있다. 최적 접합 공정은 갈바노미터(galvanometer) 레이저 용접 공정(갈보 레이저(galvo laser)) 및 소결 공정을 포함한 표면 장착 기술을 사용하여 돌기(32)를 그들의 정확한 위치에 고정시키기 위해 용접된 접합 조인트(34)를 형성하는 것을 포함하지만, 예를 들어, 임의의 적합하게 강한 금속 접착제와 같은 다른 적합한 접합 공정이 본 개시의 범주 내에 있는 것으로 고려된다. 용접 공정은 돌기(32)를 정확하게 위치시킬 뿐만 아니라 돌기(32)가 변형되거나 달리 변화되지 않고 그들의 정확한 높이(H) 및 둘레 형상을 유지함으로써 사용 시 개스킷 층(12, 14, 16)을 가로질러 의도된 압축 하중을 제공하기 위해 강성 및 프로파일을 유지하도록 보장한다. 따라서, 개스킷(10)을 가로지르는 압축 하중은 체결기로 인해 또는 열 영향으로 인한 팽창/수축으로 인해 사용 시 예측되는 임의의 편향을 처리하도록 정밀하게 제어되고 분포될 수 있다. 정밀한 하중 특성을 가진 개스킷을 생산할 수 있는 능력을 제공하는 것에 더하여, 갈보 레이저 용접 공정은 하나의 개스킷 플랫폼으로부터 다른 개스킷 플랫폼으로의 신속한 변경을 이루도록 쉽게 적응될 수 있으며, 따라서 경제적이다. 추가의 경제성은 고속 갈보 레이저 용접 공정이 수행될 수 있는 속도에 의해 인정되며, 단일 고속 갈보 레이저 용접 장치에 대해 시간 당 최대 약 125,000 개 이상의 돌기(32)가 용접될 수 있는 것으로 고려된다. 그 때문에, 각각의 간격 층 시트(30)에 고정된 개개의 3-D 프린팅된 돌기(32)는 실질적으로 동시에 서로에 고정된다. 물론, 3-D 프린팅된 돌기(32)는 선택된 적층 제작 공정을 통해 원하는 위치의 원하는 표면에 직접 형성될 수 있음으로써, 임의의 후속 2 차 고정 공정에 대한 필요성을 없앨 수 있음이 이해될 것이다.
도 3 및 도 3a에 도시된 바와 같이, 돌기는 기능 층(12, 14) 및/또는 간격 층(16)(도시되지 않음)의 특정 영역 내에서 또는 전체 기능 층(12, 14) 및/또는 간격 층(16)을 가로질러 동일한 높이(H)를 갖도록 서로에 대해 구축된 복수의 별개의 층을 갖게 프린팅될 수 있거나, 도 4 및 도 4a에 도시된 바와 같이, 돌기(32)는 돌기(32) 중 적어도 몇몇이 기능 층(12, 14) 및/또는 간격 층(16)(도시된 바와 같이)의 원하는 영역 내에서 서로 상이한 높이(H1, H2, H3)를 갖도록 서로에 대해 구축된 복수의 별개의 층을 갖게 프린팅될 수 있다. 또한, 도 5a 내지 도 5d에 도시된 바와 같이, 돌기(32)는 예로서 그리고 제한 없이 원형, 삼각형, 정사각형 및 타원으로서 도시된 임의의 원하는 외부 둘레 형상을 갖게 프린팅될 수 있다. 물론, 돌기(32)의 높이(H) 및 둘레 형상의 임의의 조합이 기능 층(12, 14) 및/또는 간격 층 본체(30) 상의 임의의 원하는 위치에 프린팅될 수 있음이 이해되어야 한다. 그 때문에, 주어진 용례에서 예측된 성능 특성, 예를 들어 클램핑력, 열 영향 및 엔진 왜곡을 알고 있는, 정확한 패턴 및 구성의 돌기(32)가 개스킷(10) 전반에 걸쳐 형성될 수 있어서 개스킷(10) 전반에 걸쳐 원하는 하중 분포를 제공한다.
도 6a 내지 도 6r에, 다양한 추가 형상의 돌기(32)가 실린더 보어(25) 주위에 고정된 것으로 도시된다. 그 때문에, 특히 개개의 접합 조인트(34)를 통해 서로 분리된 본체(30)에 각각의 돌기(32)를 프린팅하고 고정하는 능력이 주어지면, 사실상 임의의 바람직한 구성의 돌기(32)가 원하는 대로 금속 층에 프린팅될 수 있다는 것을 볼 수 있다. 또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 프린팅된 돌기(32)는 서로 위에 구축되고 접합되는 개개의 별도로 프린팅된 층(40)을 갖도록 형성될 수 있으며, 층(40) 중 적어도 하나는 다른 층(40)과 상이한 밀도를 갖도록 형성될 수 있으며, 여전히 또한, 선택된 개개의 층(40)은 서로 다른 재료로 프린팅될 수 있다. 또한, 도 8 및 도 8a에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 돌기(32)는 필요에 따라 내부의 캡슐화된 채널, 공극 또는 공극(42)들로서 도시된 중공 영역을 갖도록 프린팅될 수 있으며, 돌기(42)에 원하는 강성을 제공하는 동시에, 돌기(32)를 형성하는데 필요한 재료의 양을 최소화하도록 중공 영역(들)이 형성될 수 있다. 여전히 또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 돌기(32)에는 통로 또는 채널(44)을 통해 내부 포켓으로서 도시된 중공 영역을 형성하는 층이 형성될 수 있거나, 도 10에 도시된 바와 같이 외부의 노출된 포켓 또는 환형 채널(46)을 형성하도록 층이 프린팅될 수 있다. 각각의 전술한 구성은 적층 제작 공정(예컨대, 3-D 프린팅 공정)을 통해 개개의 별개의 층(40)을 구축한 결과로써 가능하게 되며, 각각의 후속 형성된 층(40)은 돌기(32)의 원하는 형상 및 구성에 기여한다.
도 11에, 본 발명의 다른 양태에 따라서 구성된 개스킷(110)이 도시되며, 여기서 동일한 참조 번호는 동일한 특징을 식별하기 위해 100단위 만큼 보충되어 위와 같이 사용된다.
개스킷(110)은 단일 금속 층으로서 형성되어, 하나 이상의 압축 비드, 예컨대 반 압축 및/또는 전체 압축 시일 비드(128)를 갖는 기능 층(112)으로서 기능을 하여 위에서 논의된 바와 같이 밀봉될 개구 주위에 유밀/기밀 시일의 확립을 용이하게 하며, 시일 비드(128)의 과-압축된 평탄화를 방지하기 위해 그의 측면들 중 적어도 하나로부터 상방 및 외측으로 연장하는, 돌기(132)로서 또한 지칭되는 적어도 하나 또는 복수의 개개의 상승된 스토퍼를 더 포함한다. 돌기(32)와 관련하여 위에서 논의된 바와 같이, 돌기(132)는 적층 제작 공정, 예를 들어 3-D 프린팅을 통해 기능 층(112)에 직접적으로 형성되거나, 돌기는 위에서 논의된 바와 같이, 별도의 조각으로서 3-D 프린팅된 이후에, 후속해서 접합 조인트(134)를 통해 기능 층(112)에 고정된다. 따라서, 돌기(132)는 서로 클램핑된 관계로 부재를 체결할 때 시일 비드(128)가 완전히 평탄해지는 것을 방지하기 위해 위에서 논의된 대로 기능을 하도록, 필요에 따라 서로에 구축된 개개의 별도 층(140)으로 형성된다. 기능 층(112)은 도 12에 도시된 바와 같이 그 자체로 사용되거나, 위에서 논의된 바와 같이 평탄하거나 돌기(32, 132)를 갖든 다른 기능 층 및/또는 간격 층과 함께 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 하며, 도 12에서 본 발명의 다른 양태에 따라 구성되는 개스킷(210)이 도시되며, 동일한 참조 번호는 유사한 특징을 식별하기 위해 200단위 만큼 보충되어 위와 같이 사용된다. 복수의 층(240)으로 구축된 돌기(232)를 포함하는 개스킷(210)은 개스킷(10)과 구조적으로 유사하나, 간격 층(216)에 3-D 프린팅된 돌기(232)가 접합되는 대신에, 돌기(232)는 기능 층(212, 214)들 중 적어도 하나에 접합되고 시일 비드 (228)의 과압을 방지하기 위해 접합 조인트(234)를 통해 기능 층(212)에 접합되는 것으로서 도시된다.
명백하게, 본 발명의 많은 수정 및 변형이 위의 교시에 비추어 가능하다. 따라서, 첨부된 청구범위 및 최종적으로 허여된 임의의 청구범위의 범주 내에서, 본 발명은 구체적으로 설명된 것과 달리 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

Claims (20)

  1. 개스킷으로서,
    대향 측면을 갖고 상기 대향 측면 중 적어도 하나로부터 외측으로 연장하는 적어도 하나의 돌기를 갖는 적어도 하나의 금속 층을 포함하며, 상기 대향 측면은 상기 대향 측면을 통해 연장하는 적어도 하나의 관통 개구 및 적어도 하나의 상승된 환형 시일 비드를 가지며,
    상기 적어도 하나의 돌기는 적층 제작 공정을 통해 서로 적층되는 별개의 금속 층을 가지며,
    상기 적어도 하나의 돌기는 별개의 금속 층으로 둘러싸인 중공인 내부 공극(internal void)을 가지는
    개스킷.
  2. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 돌기는 복수의 돌기로서 제공되며, 상기 돌기의 적어도 몇몇은 서로 높이가 상이한
    개스킷.
  3. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 돌기는 복수의 돌기로서 제공되며, 상기 돌기의 적어도 몇몇은 서로 둘레 형상이 상이한
    개스킷.
  4. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 돌기는 복수의 돌기로서 제공되며, 상기 돌기의 적어도 몇몇은 서로 밀도가 상이한
    개스킷.
  5. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 돌기는 복수의 돌기로서 제공되며, 상기 돌기의 적어도 몇몇은 서로 재료가 상이한
    개스킷.
  6. 제 1 항에 있어서,
    별개의 층의 적어도 몇몇은 서로 상이한 밀도를 가지는
    개스킷.
  7. 제 1 항에 있어서,
    별개의 층의 적어도 몇몇은 서로 상이한 재료로 형성되는
    개스킷.
  8. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 돌기는 외부 오목부를 가지는
    개스킷.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 중공인 내부 공극은 상기 별개의 층에 의해 완전히 캡슐화되는
    개스킷.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 중공인 내부 공극은 관통 채널을 형성하도록 상기 별개의 층을 통해 연장하는
    개스킷.
  11. 개스킷의 구성 방법으로서,
    적어도 하나의 금속 층을 제공하는 단계,
    적층 제작 공정에서 서로에 별개의 금속 층을 도포함으로써 적어도 하나의 금속 층의 적어도 하나의 측면에 적어도 하나의 금속 돌기를 형성하는 단계, 및
    상기 적어도 하나의 금속 돌기에 중공인 내부 공극을 형성하여 중공 내부 공극이 별개의 금속 층에 의해 둘러싸이도록 하는 단계를 포함하는
    개스킷의 구성 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    복수의 돌기로서 상기 적어도 하나의 금속 돌기를 형성하는 단계 및 서로 높이가 상이한 적어도 몇몇의 돌기를 형성하는 단계를 더 포함하는
    개스킷의 구성 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    복수의 돌기로서 상기 적어도 하나의 금속 돌기를 형성하는 단계 및 서로 둘레 형상이 상이한 적어도 몇몇의 돌기를 형성하는 단계를 더 포함하는
    개스킷의 구성 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    복수의 돌기로서 상기 적어도 하나의 금속 돌기를 형성하는 단계 및 서로 밀도가 상이한 적어도 몇몇의 돌기를 형성하는 단계를 더 포함하는
    개스킷의 구성 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    복수의 돌기로서 상기 적어도 하나의 금속 돌기를 형성하는 단계 및 서로 재료가 상이한 적어도 몇몇의 돌기를 형성하는 단계를 더 포함하는
    개스킷의 구성 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    서로 상이한 밀도를 갖는 적어도 몇몇의 별개의 층을 형성하는 단계를 더 포함하는
    개스킷의 구성 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    서로 상이한 재료의 적어도 몇몇의 별개의 층을 형성하는 단계를 더 포함하는
    개스킷의 구성 방법.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 돌기의 적어도 하나에 외부 오목부를 형성하는 단계를 더 포함하는
    개스킷의 구성 방법.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 별개의 층에 의해 완전히 캡슐화되는 것으로서 중공 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는
    개스킷의 구성 방법.
  20. 제 11 항에 있어서,
    관통 채널을 형성하기 위해 별개의 층을 통해 연장하는 것으로서 중공 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는
    개스킷의 구성 방법.
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