KR102648295B1 - 실링용 c 타입 링 - Google Patents

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Abstract

실링용 C 타입 링이 개시된다. 상기 실링용 C 타입 링은 C-형상 수직 단면을 가지고, 상기 C-형상 수직 단면의 중심부로부터 방사 방향 두께는, 상기 C-형상 수직 단면의 개구와 마주보는 종심부로부터 양 방향으로 상기 개구를 향해 진행함에 따라, 임의의 변곡점까지 각각 얇아진 후, 다시 두꺼워질 수 있다.

Description

실링용 C 타입 링{C TYPE RING FOR SEALING}
본 발명은 실링용 C 타입 링에 관한 것이다.
실링용 링은 용접 등의 공정 없이 부재를 체결하여 누출을 방지하는 부품이다. 이와 같이 별도의 부품을 사용하는 경우, 용접 등을 이용한 체결보다 유지 보수가 용이하다. 그러나 이러한 부품을 장기적으로 사용하는 경우, 응력완화, 크리프(creep) 현상 등에 의해 탄성복원력이 저하되며, 이로 인해 누출을 방지하는 실링(sealing; 기밀) 성능에 문제가 발생한다. 따라서 실링 성능을 장기간 지속할 수 있는 C 타입 링의 탄성복원력을 개선할 수 있는 방안을 모색해 볼 필요가 있다.
본 발명의 일 목적은 실링 성능을 향상하기 위한 수직 단면 형상을 결정함으로써 접촉응력 및 탄성복원력이 향상된 실링용 C 타입 링을 제공하는 것이다.
일 측면에서 본 발명은, C-형상 수직 단면을 가지는 C 타입 링으로서, 상기 C-형상 수직 단면의 중심부로부터 방사 방향 두께는, 상기 C-형상 수직 단면의 개구와 마주보는 종심부로부터 양 방향으로 상기 개구를 향해 진행함에 따라, 임의의 변곡점까지 각각 얇아진 후, 다시 두꺼워지는, 실링용 C 타입 링을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 C-형상 수직 단면은, 상기 개구를 지나는 가로축에 대하여 대칭일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 각 변곡점은, 상기 C-형상 수직 단면 내부의 중심부를 통과하는 세로축을 기준으로 상기 종심부에 더 가까운 측에 각각 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 C-형상 수직 단면의 외측 경계는, 원의 일부인 형상으로 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 각 변곡점은, 상기 외측 경계가 형성하는 원의 중심을 기준으로 상기 종심부로부터의 편각인 제1 방사각이 약 65 내지 85°인 방향에 각각 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 각 변곡점은, 상기 C 타입 링에 사전 결정된 사용 압력이 가해져 변형될 때 상기 세로축 상에 도달할 수 있는 위치에 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 개구는, 상기 제1 방사각이 180°인 지점으로부터 상기 제1 방사각이 약 90 내지 170°인 각 지점까지 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 개구는, 상기 제1 방사각이 180°인 지점으로부터 상기 제1 방사각이 약 135 내지 170°인 각 지점까지 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 C-형상 수직 단면의 방사 방향 두께의 상기 종심부의 두께에 대한 비율은, 상기 제1 방사각이 10° 일 때, 약 0.683 내지 1.269 이고, 상기 제1 방사각이 20° 일 때, 약 0.672 내지 1.248 이고, 상기 제1 방사각이 30° 일 때, 약 0.638 내지 1.186 이고, 상기 제1 방사각이 40° 일 때, 약 0.588 내지 1.092 이고, 상기 제1 방사각이 50° 일 때, 약 0.515 내지 0.957 이고, 상기 제1 방사각이 60° 일 때, 약 0.448 내지 0.832 이고, 상기 제1 방사각이 70° 일 때, 약 0.398 내지 0.738 이고, 상기 제1 방사각이 80° 일 때, 약 0.409 내지 0.759 이고, 상기 제1 방사각이 90° 일 때, 약 0.51 내지 0.946 이고, 상기 제1 방사각이 100° 일 때, 약 0.644 내지 1.196 이고, 상기 제1 방사각이 110° 일 때, 약 0.767 내지 1.425 이고, 상기 제1 방사각이 120° 일 때, 약 0.862 내지 1.602 이고, 상기 제1 방사각이 130° 일 때, 약 0.924 내지 1.716 이고, 상기 제1 방사각이 135° 일 때, 약 0.946 내지 1.758 일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 C-형상 수직 단면의 방사 방향 두께의 상기 종심부의 두께에 대한 비율은, 상기 제1 방사각이 10° 일 때, 약 0.878 내지 1.074 이고, 상기 제1 방사각이 20° 일 때, 약 0.864 내지 1.056 이고, 상기 제1 방사각이 30° 일 때, 약 0.821 내지 1.003 이고, 상기 제1 방사각이 40° 일 때, 약 0.756 내지 0.924 이고, 상기 제1 방사각이 50° 일 때, 약 0.662 내지 0.81 이고, 상기 제1 방사각이 60° 일 때, 약 0.576 내지 0.704 이고, 상기 제1 방사각이 70° 일 때, 약 0.511 내지 0.625 이고, 상기 제1 방사각이 80° 일 때, 약 0.526 내지 0.642 이고, 상기 제1 방사각이 90° 일 때, 약 0.655 내지 0.801 이고, 상기 제1 방사각이 100° 일 때, 약 0.828 내지 1.012 이고, 상기 제1 방사각이 110° 일 때, 약 0.986 내지 1.206 이고, 상기 제1 방사각이 120° 일 때, 약 1.109 내지 1.355 이고, 상기 제1 방사각이 130° 일 때, 약 1.188 내지 1.452 이고, 상기 제1 방사각이 135° 일 때, 약 1.217 내지 1.487 일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 C-형상 수직 단면의 방사 방향 두께의 상기 종심부의 두께에 대한 비율은, 상기 제1 방사각이 10° 일 때, 약 0.927 내지 1.025 이고, 상기 제1 방사각이 20° 일 때, 약 0.912 내지 1.008 이고, 상기 제1 방사각이 30° 일 때, 약 0.866 내지 0.958 이고, 상기 제1 방사각이 40° 일 때, 약 0.798 내지 0.882 이고, 상기 제1 방사각이 50° 일 때, 약 0.699 내지 0.773 이고, 상기 제1 방사각이 60° 일 때, 약 0.608 내지 0.672 이고, 상기 제1 방사각이 70° 일 때, 약 0.54 내지 0.596 이고, 상기 제1 방사각이 80° 일 때, 약 0.555 내지 0.613 이고, 상기 제1 방사각이 90° 일 때, 약 0.692 내지 0.764 이고, 상기 제1 방사각이 100° 일 때, 약 0.874 내지 0.966 이고, 상기 제1 방사각이 110° 일 때, 약 1.041 내지 1.151 이고, 상기 제1 방사각이 120° 일 때, 약 1.17 내지 1.294 이고, 상기 제1 방사각이 130° 일 때, 약 1.254 내지 1.386 이고, 상기 제1 방사각이 135° 일 때, 약 1.284 내지 1.42 일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 C-형상 수직 단면은 상기 변곡점의 외측 지점에 상기 원의 외측으로 돌출되어 형성되는 돌출부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 C 타입 링은, 금속 재료, 우레탄 및 테프론을 포함하는 군에서 선택된 재료 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 C 타입 링은, 외측 경계가 동일하고 상기 제1 방사각에 따른 방사 방향 두께가 일정한 임의의 C 타입 링에 비해 약 25 내지 30% 향상된 탄성에너지 저장 효과를 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 C 타입 링은, 외측 경계가 동일하고 상기 제1 방사각에 따른 방사 방향 두께가 일정한 임의의 C 타입 링에 비해 약 3 내지 7% 향상된 접촉응력을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 C 타입 링은, 외측 경계가 동일하고 상기 제1 방사각에 따른 방사 방향 두께가 일정한 임의의 C 타입 링에 비해 약 30 내지 35% 향상된 탄성복원력을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 실링용 C 타입 링은, 탄성 에너지 저장 능력, 접촉응력 및 탄성복원력 등 기계적 성능이 향상되어 더 나은 실링 효과를 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실링용 C 타입 링의 수직 단면의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실링용 C 타입 링의 수직 단면의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실링용 C 타입 링이 사전 결정된 사용 압력에 노출되었을 때, 눌려진 그 수직 단면을 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 실험예에 따른 실험 결과를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실링용 C 타입 링의 수직 단면의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 C 타입 링은, C-형상 수직 단면(C1)을 가지는 C 타입 링으로서, 상기 C-형상 수직 단면(C1)의 중심부(Pc)로부터 방사 방향 두께는, 상기 C-형상 수직 단면(C1)의 개구(11)와 마주보는 종심부(13)로부터 양 방향으로 상기 개구(11)를 향해 진행함에 따라, 임의의 변곡점(15)까지 각각 얇아진 후, 다시 두꺼워지는 형상을 가질 수 있다.
본 명세서에서, C 타입 링이란, 통상의 기술자가 인식하는 "C 타입 링" 또는 "C 링"을 포함하는 부품으로서, 링이 형성하는 평면에 수직이고 링의 중심을 지나는 임의의 평면을 통한 절단면이 영어 알파벳 C와 유사한 형태를 가지는 부품을 의미한다. C와 유사한 형태는, O와 유사한 형태와 달리 실질적으로 한 방향으로만 개방되어 있는 형태이고, U와 유사한 형태 또는 V와 유사한 형태와 달리 개방된 개구가 가로 방향에 형성된 형태일 수 있다. 따라서 C와 유사한 형태의 단면을 가지는 C 타입 링은, 개구가 가로 방향에 형성된 C와 유사한 형태의 단면으로부터, 개구 방향 또는 개구 반대 방향에 회전축이 형성된 회전축일 수 있고, 따라서 실질적으로 위나 아래가 아닌 안쪽이나 바깥쪽으로 홈이 파져있는 링 형태를 가질 수 있다.
또한 본 명세서에서, "링"은 중공을 가진 기하학적 형상을 통칭한다. 따라서 상기 "C 타입 링"은 상기 C 형상의 단면의 완전한 원형 회전체 뿐만 아니라, 그로부터 파생된 모든 형태를 통칭한다. 중공을 가진 기하학적 형상의 비제한적인 예시는, 원형, 타원형, 다각형, 모서리가 둥근 다각형, 티어 드롭(tear drop)형, 레이스 트랙(race track)형 등을 포함한다.
본 명세서에서, C-형상의 "중심부"라는 표현은 C-형상의 내부에 위치하고, 상기 C-형상의 내부 경계의 전부 또는 일부 또는 외부 경계의 전부 또는 일부 또는 C-형상의 내부 경계와 외부 경계 사이에 형성된 원 또는 원호의 전부 또는 일부 중 하나의 곡률 중심 및 그 주변을 의미한다.
상기와 같은 형상을 통해, 본 발명의 실시예에 따른 실링용 C-타입 링의 실링 효율은 향상되며, 이와 같은 효과는 하기 실시예에 개시되는 방법을 통해 확인할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 C-형상 수직 단면(C1)은, 상기 개구(11)를 지나는 가로축(Ah)에 대하여 대칭일 수 있다. 상기와 같은 대칭적인 형태는 본 발명의 필수적인 구성이 아니며, 본 발명의 범위를 제한하지 않으나, 대칭적인 형태는 공정을 단순화 할 수 있고, 사용자의 설치를 더 용이하게 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 각 변곡점(15)은, 상기 C-형상 수직 단면(C1) 내부의 중심부(Pc)를 통과하는 세로축(Av)을 기준으로 상기 종심부(13)에 더 가까운 측에 각각 형성될 수 있다. 상기와 같은 구성은 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 상기 변곡점(15)은 상기 세로축(Av)을 기준으로 상기 개구(11)에 더 가까운 측, 상기 종심부(13)에 더 가까운 측에 형성될 수도 있고, 상기 세로축(Av) 상에 형성될 수도 있으나, 상기 종심부(13)에 더 가까운 측에 형성됨을 통해 실링 성능이 향상되며, 이는 하기 실시예에 개시되는 방법을 통해 확인할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실링용 C 타입 링의 수직 단면의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 있어서, 상기 C-형상 수직 단면(C1)의 외측 경계는, 원의 일부인 형상으로 형성될 수 있다. 도 2에서, 상기 C-형상 수직 단면(C1)의 외측 경계를 따라 회색 점선으로 표시된 원을 확인할 수 있으며, 상기 C-형상 수직 단면(C1)의 외측 경계는 상기 원에서 상기 개구(11)만큼의 원호가 제거된 형태를 가질 수 있다. 이와 같은 구성은 필수적인 구성이 아니며, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 본 발명의 C 타입 링에는 상기 C-형상 수직 단면(C1)의 원형 외측 경계 외측으로 돌출된 돌출부 또는 내측으로 함몰된 리세스 등이 더 형성되어 상기 C-형상 수직 단면(C1)의 외측 경계가 완전한 원이 아닌 원으로부터 파생된 형태를 가질 수 있다. 도 2를 계속해서 참조하면, 일 실시예에 있어서, 상기 C-형상 수직 단면(C1)은 상기 변곡점(15)의 외측 지점에 상기 원의 외측으로 돌출되어 형성되는 돌출부를 더 포함할 수 있다.
도 1을 계속해서 참조하면, 일 실시예에 있어서, 상기 각 변곡점(15)은, 상기 외측 경계가 형성하는 원의 중심을 기준으로 상기 종심부(13)로부터의 편각인 제1 방사각(α)이 약 65 내지 85°인 방향에 각각 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실링용 C 타입 링이 사전 결정된 사용 압력에 노출되었을 때, 눌려진 그 수직 단면을 나타낸 도면이다.
도 1과 도 3을 함께 참조하면, 일 실시예에 있어서, 상기 각 변곡점(15)은, 상기 C 타입 링에 사전 결정된 사용 압력이 가해져 변형될 때 상기 세로축(Av) 상에 도달할 수 있는 위치에 형성될 수 있다. 본 명세서에서, "사용 압력"은 본 발명의 C 타입 링의 사용 과정에서 상기 세로축(Av)을 따라 상기 C-형상 수직 단면의 내측 방향으로 가해지는 압력을 의미한다. 따라서, 사용 압력은 C 타입 링을 이용하여 부재가 체결될 때, 체결하는 압력 그 자체(변위하중)일 수도 있으며, 부재를 체결하는 압력(변위하중)과 체결된 부재 내에서 유동하는 유체 등에 의해 발생하는 압력의 합이 도출하는 결과로서의 압력일 수도 있다. 도 3에서 C 타입 링의 단면은 상하로 압축된 결과, 변곡점이 상기 세로축(Av)방향으로 이동하여 상기 세로축(Av) 상에 위치함을 확인할 수 있다. 본 명세서에서, 변곡점이 세로축 방향, 개구 측 또는 종심부 측으로 "이동한다"는 표현은, 상기 개구와 상기 종심부를 지나는 상기 가로축에 대한 좌표 상에서, 상기 세로축, 상기 개구 또는 상기 종심부와의 상대적인 위치 및 그 이동 방향을 의미하며, 상기 C 형상 단면 또는 상기 C 타입 링 외부에 형성된 좌표계에 대한 절대적인 위치 및 그에 따른 이동 방향을 의미하는 것이 아니다. 따라서, 상기와 같은 상대적인 이동을 기술할 때, 상기 C 타입 링 전체에서 각 C 형상 단면의 상기 C 타입 링 내부/외부를 향한 이동이나, 상기 C 타입 링 자체의 이동은 고려되지 않는다.
사용 압력이 높을수록 상기 변곡점(15)은 더 상기 개구(11) 측으로 이동할 것이고, 사용 압력이 낮을수록 상기 변곡점(15)은 더 상기 종심부(13) 측에 위치할 것이다. 따라서, 본 발명의 C 타입 링을 제조하여 사용하려는 경우, 이를 사용하여 체결 및 실링하려는 부재에 작용하는 압력을 사전 결정한 후, 그 압력에 맞게 변곡점의 위치를 결정함이 가능하다.
일 실시예에 있어서, 상기 개구는, 상기 제1 방사각이 180°인 지점으로부터 상기 제1 방사각이 약 90 내지 170°인 각 지점까지 형성될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 개구는, 상기 제1 방사각이 180°인 지점으로부터 상기 제1 방사각이 약 135 내지 170°인 각 지점까지 형성될 수 있다. 상기와 같이 결정된 개구의 크기는 본 발명의 C 타입 링의 최대 압축 가동 범위를 결정할 수 있고, 실링 성능에도 영향이 있을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 C 타입 링은 상기 제1 방사각에 따른 두께로 정의된 형태로 그 수직 단면이 가공될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 C-형상 수직 단면의 방사 방향 두께의 상기 종심부의 두께에 대한 비율은, 상기 제1 방사각이 10° 일 때, 약 0.683 내지 1.269 이고, 상기 제1 방사각이 20° 일 때, 약 0.672 내지 1.248 이고, 상기 제1 방사각이 30° 일 때, 약 0.638 내지 1.186 이고, 상기 제1 방사각이 40° 일 때, 약 0.588 내지 1.092 이고, 상기 제1 방사각이 50° 일 때, 약 0.515 내지 0.957 이고, 상기 제1 방사각이 60° 일 때, 약 0.448 내지 0.832 이고, 상기 제1 방사각이 70° 일 때, 약 0.398 내지 0.738 이고, 상기 제1 방사각이 80° 일 때, 약 0.409 내지 0.759 이고, 상기 제1 방사각이 90° 일 때, 약 0.51 내지 0.946 이고, 상기 제1 방사각이 100° 일 때, 약 0.644 내지 1.196 이고, 상기 제1 방사각이 110° 일 때, 약 0.767 내지 1.425 이고, 상기 제1 방사각이 120° 일 때, 약 0.862 내지 1.602 이고, 상기 제1 방사각이 130° 일 때, 약 0.924 내지 1.716 이고, 상기 제1 방사각이 135° 일 때, 약 0.946 내지 1.758 일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 C-형상 수직 단면의 방사 방향 두께의 상기 종심부의 두께에 대한 비율은, 상기 제1 방사각이 10° 일 때, 약 0.878 내지 1.074 이고, 상기 제1 방사각이 20° 일 때, 약 0.864 내지 1.056 이고, 상기 제1 방사각이 30° 일 때, 약 0.821 내지 1.003 이고, 상기 제1 방사각이 40° 일 때, 약 0.756 내지 0.924 이고, 상기 제1 방사각이 50° 일 때, 약 0.662 내지 0.81 이고, 상기 제1 방사각이 60° 일 때, 약 0.576 내지 0.704 이고, 상기 제1 방사각이 70° 일 때, 약 0.511 내지 0.625 이고, 상기 제1 방사각이 80° 일 때, 약 0.526 내지 0.642 이고, 상기 제1 방사각이 90° 일 때, 약 0.655 내지 0.801 이고, 상기 제1 방사각이 100° 일 때, 약 0.828 내지 1.012 이고, 상기 제1 방사각이 110° 일 때, 약 0.986 내지 1.206 이고, 상기 제1 방사각이 120° 일 때, 약 1.109 내지 1.355 이고, 상기 제1 방사각이 130° 일 때, 약 1.188 내지 1.452 이고, 상기 제1 방사각이 135° 일 때, 약 1.217 내지 1.487 일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 C-형상 수직 단면의 방사 방향 두께의 상기 종심부의 두께에 대한 비율은, 상기 제1 방사각이 10° 일 때, 약 0.927 내지 1.025 이고, 상기 제1 방사각이 20° 일 때, 약 0.912 내지 1.008 이고, 상기 제1 방사각이 30° 일 때, 약 0.866 내지 0.958 이고, 상기 제1 방사각이 40° 일 때, 약 0.798 내지 0.882 이고, 상기 제1 방사각이 50° 일 때, 약 0.699 내지 0.773 이고, 상기 제1 방사각이 60° 일 때, 약 0.608 내지 0.672 이고, 상기 제1 방사각이 70° 일 때, 약 0.54 내지 0.596 이고, 상기 제1 방사각이 80° 일 때, 약 0.555 내지 0.613 이고, 상기 제1 방사각이 90° 일 때, 약 0.692 내지 0.764 이고, 상기 제1 방사각이 100° 일 때, 약 0.874 내지 0.966 이고, 상기 제1 방사각이 110° 일 때, 약 1.041 내지 1.151 이고, 상기 제1 방사각이 120° 일 때, 약 1.17 내지 1.294 이고, 상기 제1 방사각이 130° 일 때, 약 1.254 내지 1.386 이고, 상기 제1 방사각이 135° 일 때, 약 1.284 내지 1.42 일 수 있다.
본 명세서가 개시하는 발명의 목적과 범위 내에서, 본 발명의 C 타입 링은 상기와 같은 방사 방향 두께 한정이 결정하는 기하학적 형상 외의 다른 형상의 부가를 배제하지 않는다. 이를테면, 방사 방향 각도에 따른 방사 방향 두께로 정의된 상기 C 타입 링에서, 상기 개구를 형성하는 말단은 방사 방향과 일치하지 않고, 빗면이나 돌출-리세스 구조가 형성될 수도 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 C 타입 링은, 금속 재료, 우레탄 및 테프론을 포함하는 군에서 선택된 재료 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 상기 C 타입 링은 우레탄 또는 테프론 등 다른 탄성체를 이용하여 본 발명에 따른 C 타입 링의 방사 방향 두께가 실현되도록 내부 형상을 성형한 후, 이를 상기 제1 방사각에 따른 방사 방향 두께가 일정한 금속 재료를 포함하는 종래의 C 타입 링에 조립하여, 본 발명에 따른 C 타입 링을 도출할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 C 타입 링은, 외측 경계가 동일하고 상기 제1 방사각에 따른 방사 방향 두께가 일정한 임의의 C 타입 링에 비해 약 25 내지 30% 향상된 탄성에너지 저장 효과를 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 C 타입 링은, 외측 경계가 동일하고 상기 제1 방사각에 따른 방사 방향 두께가 일정한 임의의 C 타입 링에 비해 약 3 내지 7% 향상된 접촉응력을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 C 타입 링은, 외측 경계가 동일하고 상기 제1 방사각에 따른 방사 방향 두께가 일정한 임의의 C 타입 링에 비해 약 30 내지 35% 향상된 탄성복원력을 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 실링용 C 타입 링은, 탄성 에너지 저장 능력, 접촉응력 및 탄성복원력 등 기계적 성능이 향상되어 더 나은 실링 효과를 달성할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 대해 상술한다. 다만, 하기에 기재된 실시예는 본 발명의 일부 실시 형태에 불과한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
C 타입 링의 형상 최적화
C 타입 링의 형상을 최적화하기 위하여 유전적 알고리즘(Genetic algorithm)을 이용한 컴퓨터 시뮬레이션 최적화를 진행하였다. 유전적 알고리즘을 진행하기 위하여, 개시 조건, 선택 조건, 교차 조건, 변이 조건을 선택하였다.
개시 조건
C 타입 링의 단면은 유한 요소 (Finite Element; FE) 방법으로 모델링하였다. 모델링 된 C 타입 링의 단면을 결정하는 파라미터를 유전자로 가지는 개체의 군을 형성하였다.
여기서, P(k)는 k번째 세대의 군, Sn(k)는 k번째 세대의 n번째 개체이다.
선택 조건
임의의 세대에서 호적의 성능을 발휘하는 C 타입 링의 단면을 선택하기 위하여 피트니스 함수(Fitness Function)를 설정하였다. 피트니스 함수는 ANSYS finite element analysis (FEA) 소프트웨어를 이용하여 탄성 에너지를 저장하는 정도 및 가소성 변형에 저항하는 정도를 측정하여 설정하였다.
상기와 같이 설정된 피트니스 함수를 적용하여 각 세대에 존재하는 각 개체의 피트니스에 따라 다음 세대의 개체에 전달될 유전자 정보가 도출되도록 하였다. 선택 방법은 구배-유사 선택(gradient-like selection) 방법을 사용하였다.
여기서, fb(k)는 k번째 세대의 최적 피트니스값, fi(k)눈 i번째 개체 피트니스 값, ηi는 i번째 선택 연산 파라미터이다.
교차 조건
부모 세대의 유전자를 조합하여 자녀 세대에 전달하기 위하여 교차를 실행하였다.
여기서, λ는 0보다 크고 1보다 작은 임의의 수로, 교차가 실행되는 유전자의 웨이트(weight)를 결정한다.
변이 조건
세대가 거듭될 때, 유전자에 변이가 발생하도록 변이 조건을 설정하였다. 변이 조건은 초기 세대에서는 변이 정도가 크고, 세대가 거듭될수록 변이의 안정성이 높아지도록 설계되었다.
여기서, τ는 0 또는 1이다.
진화 시뮬레이션
상술된 방법으로 정의된 조건을 통해 유전적 알고리즘을 진행하여 본 발명의 C 타입 링의 수직 단면 형상을 진화하도록 하였다. 도 4 및 도 5는 그 결과를 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 200세대까지 거듭하여 진화를 수행함에 따라, 각 세대의 최적 피트니스는 수렴함을 확인할 수 있다. 도 5를 참조하면, 세대가 거듭됨에 따라, 본 발명이 개시하는 C 타입 링의 수직 단면 형태로 점점 수렴함을 확인할 수 있다.
도 5의 최적화되어 수렴하는 C 타입 링의 수직 단면에서, 방사 방향 두께의 상기 종심부의 두께에 대한 비율은, 상기 제1 방사각이 10° 일 때, 0.976 이고, 상기 제1 방사각이 20° 일 때, 0.96 이고, 상기 제1 방사각이 30° 일 때, 0.912 이고, 상기 제1 방사각이 40° 일 때, 0.84 이고, 상기 제1 방사각이 50° 일 때, 0.736 이고, 상기 제1 방사각이 60° 일 때, 0.64 이고, 상기 제1 방사각이 70° 일 때, 0.568 이고, 상기 제1 방사각이 80° 일 때, 0.584 이고, 상기 제1 방사각이 90° 일 때, 0.728 이고, 상기 제1 방사각이 100° 일 때, 0.92 이고, 상기 제1 방사각이 110° 일 때, 1.096 이고, 상기 제1 방사각이 120° 일 때, 1.232 이고, 상기 제1 방사각이 130° 일 때, 1.32 이고, 상기 제1 방사각이 135° 일 때, 1.352 이다.
성능 측정
본 발명의 실시예에 따른 C 타입 링을, 수직 단면의 방사 방향 두께가 일정한 일반적인 종래의 C 타입 링과 비교하여 기계적 특성을 측정하였다. 도 6은, 각 링에 가해진 로드와 발생한 변형을 나타낸 그래프이다.
도 6의 실험 결과로부터, 각 링의 탄성 에너지를 측정하면 하기 표와 같다.
두께 일정 C 타입 링 최적화 된 C 타입 링 성능 향상
탄성 에너지
(N·mm/mm)		 41.2 52.4 27%
도 6의 실험 결과로부터, 각 링의 탄성복원력을 측정하면 하기 표와 같다.
두께 일정 C 타입 링 최적화 된 C 타입 링 성능 향상
탄성복원력
(mm)		 0.71 0.95 33%
표 1 및 표 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 C 타입 링은 두께가 일정한 종래의 C 타입 링에 비해 27% 향상된 탄성 에너지를 가지며, 33% 향상된 탄성탄성복원력을 가짐을 확인할 수 있다.
도 7은 접촉 너비에 따른 접촉응력을 나타낸 그래프이다. 도 7의 흑색은 두께가 일정한 종래의 C 타입 링에 관한 그래프이며, 적색은 본 발명의 실시예에 따른 C 타입 링에 관한 그래프이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 C 타입 링은 두께가 일정한 종래의 C 타입 링에 비해 약 5% 향상된 접촉응력을 가짐을 확인할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
C1: C-형상 수직 단면
11: 개구
13: 종심부
15: 변곡점
15': 돌출부
Pc: 중심부
Ah: 가로축
Av: 세로축
α: 제1 방사각

Claims (15)

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  8. C-형상 수직 단면을 가지는 C 타입 링으로서,
    상기 C-형상 수직 단면의 중심부로부터 방사 방향 두께는, 상기 C-형상 수직 단면의 개구와 마주보는 종심부로부터 양 방향으로 상기 개구를 향해 진행함에 따라, 임의의 변곡점까지 각각 얇아진 후, 다시 두꺼워지고,
    상기 C-형상 수직 단면은, 상기 개구를 지나는 가로축에 대하여 대칭이며,
    상기 각 변곡점은, 상기 C-형상 수직 단면 내부의 중심부를 통과하는 세로축을 기준으로 상기 종심부에 더 가까운 측에 각각 형성되고,
    상기 C-형상 수직 단면의 외측 경계는, 원의 일부인 형상으로 형성되고,
    상기 각 변곡점은, 상기 외측 경계가 형성하는 원의 중심을 기준으로 상기 종심부로부터의 편각인 제1 방사각이 65 내지 85°인 방향에 각각 형성되고,
    상기 개구는, 상기 제1 방사각이 180°인 지점으로부터 상기 제1 방사각이 90 내지 170°인 각 지점까지 형성되고,
    기 개구는, 상기 제1 방사각이 180°인 지점으로부터 상기 제1 방사각이 135 내지 170°인 각 지점까지 형성되고,
    상기 C-형상 수직 단면의 방사 방향 두께의 상기 종심부의 두께에 대한 비율은, 상기 제1 방사각이 10° 일 때, 0.683 내지 1.269 이고, 상기 제1 방사각이 20° 일 때, 0.672 내지 1.248 이고, 상기 제1 방사각이 30° 일 때, 0.638 내지 1.186 이고, 상기 제1 방사각이 40° 일 때, 0.588 내지 1.092 이고, 상기 제1 방사각이 50° 일 때, 0.515 내지 0.957 이고, 상기 제1 방사각이 60° 일 때, 0.448 내지 0.832 이고, 상기 제1 방사각이 70° 일 때, 0.398 내지 0.738 이고, 상기 제1 방사각이 80° 일 때, 0.409 내지 0.759 이고, 상기 제1 방사각이 90° 일 때, 0.51 내지 0.946 이고, 상기 제1 방사각이 100° 일 때, 0.644 내지 1.196 이고, 상기 제1 방사각이 110° 일 때, 0.767 내지 1.425 이고, 상기 제1 방사각이 120° 일 때, 0.862 내지 1.602 이고, 상기 제1 방사각이 130° 일 때, 0.924 내지 1.716 이고, 상기 제1 방사각이 135° 일 때, 0.946 내지 1.758 인,
    실링용 C 타입 링.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 C-형상 수직 단면의 방사 방향 두께의 상기 종심부의 두께에 대한 비율은, 상기 제1 방사각이 10° 일 때, 0.878 내지 1.074 이고, 상기 제1 방사각이 20° 일 때, 0.864 내지 1.056 이고, 상기 제1 방사각이 30° 일 때, 0.821 내지 1.003 이고, 상기 제1 방사각이 40° 일 때, 0.756 내지 0.924 이고, 상기 제1 방사각이 50° 일 때, 0.662 내지 0.81 이고, 상기 제1 방사각이 60° 일 때, 0.576 내지 0.704 이고, 상기 제1 방사각이 70° 일 때, 0.511 내지 0.625 이고, 상기 제1 방사각이 80° 일 때, 0.526 내지 0.642 이고, 상기 제1 방사각이 90° 일 때, 0.655 내지 0.801 이고, 상기 제1 방사각이 100° 일 때, 0.828 내지 1.012 이고, 상기 제1 방사각이 110° 일 때, 0.986 내지 1.206 이고, 상기 제1 방사각이 120° 일 때, 1.109 내지 1.355 이고, 상기 제1 방사각이 130° 일 때, 1.188 내지 1.452 이고, 상기 제1 방사각이 135° 일 때, 1.217 내지 1.487 인,
    실링용 C 타입 링.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 C-형상 수직 단면의 방사 방향 두께의 상기 종심부의 두께에 대한 비율은, 상기 제1 방사각이 10° 일 때, 0.927 내지 1.025 이고, 상기 제1 방사각이 20° 일 때, 0.912 내지 1.008 이고, 상기 제1 방사각이 30° 일 때, 0.866 내지 0.958 이고, 상기 제1 방사각이 40° 일 때, 0.798 내지 0.882 이고, 상기 제1 방사각이 50° 일 때, 0.699 내지 0.773 이고, 상기 제1 방사각이 60° 일 때, 0.608 내지 0.672 이고, 상기 제1 방사각이 70° 일 때, 0.54 내지 0.596 이고, 상기 제1 방사각이 80° 일 때, 0.555 내지 0.613 이고, 상기 제1 방사각이 90° 일 때, 0.692 내지 0.764 이고, 상기 제1 방사각이 100° 일 때, 0.874 내지 0.966 이고, 상기 제1 방사각이 110° 일 때, 1.041 내지 1.151 이고, 상기 제1 방사각이 120° 일 때, 1.17 내지 1.294 이고, 상기 제1 방사각이 130° 일 때, 1.254 내지 1.386 이고, 상기 제1 방사각이 135° 일 때, 1.284 내지 1.42 인,
    실링용 C 타입 링.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 C-형상 수직 단면은 상기 변곡점의 외측 지점에 상기 원의 외측으로 돌출되어 형성되는 돌출부를 더 포함하는,
    실링용 C 타입 링.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 C 타입 링은, 금속 재료, 우레탄 및 테프론을 포함하는 군에서 선택된 재료 중 하나 이상을 포함하는,
    실링용 C 타입 링.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 C 타입 링은, 외측 경계가 동일하고 상기 제1 방사각에 따른 방사 방향 두께가 일정한 임의의 C 타입 링에 비해 25 내지 30% 향상된 탄성에너지 저장 효과를 가지는,
    실링용 C 타입 링.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 C 타입 링은, 외측 경계가 동일하고 상기 제1 방사각에 따른 방사 방향 두께가 일정한 임의의 C 타입 링에 비해 3 내지 7% 향상된 접촉응력을 가지는,
    실링용 C 타입 링.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 C 타입 링은, 외측 경계가 동일하고 상기 제1 방사각에 따른 방사 방향 두께가 일정한 임의의 C 타입 링에 비해 30 내지 35% 향상된 탄성복원력을 가지는,
    실링용 C 타입 링.
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