KR20020033171A - 압력계 - Google Patents

Abstract

본원에는 압력계 및 이에 대한 제조방법이 공개된다. 본 발명의 압력계는 선택적으로 투명한 디스플레이 다이어프램과, 디스플레이 다이어프램에 커플링되며 서로 유체가 교통하는 관계인 지시계 다이어프램을 포함한다. 사용시에, 다이어프램에 압력이 가해지면, 이 압력은 증폭되어, 가해진 압력의 변화가 다이어프램 간의 상대운동을 일으키며, 이 상대운동은 디스플레이 다이어프램의 바깥쪽 표면이나 또는 디스플레이 다이어프램을 통해 관측될 수 있다. 다이어프램들은 양호하게는 액체 또는 겔(gel)을 담고 있는 격실을 형성할 수 있다. 지시계 다이어프램은 채색될 수 있는 인식가능한 형상 또는 패턴(configuration or pattern)을 가질 수 있으며, 지시계 다이어프램의 표면으로부터 돌출하는 그래프 또는 기호(symbol)를 포함할 수 있다. 상기 형상 또는 패턴은 두 개 이상의 구성 요소를 포함할 수 있고, 각각의 요소는 상이한 압력에 대응한다. 또한, 이러한 압력계를 포함하는 팽창가능한 장치, 특히 축구공 또는 타이어와 같은 장치가 공개된다.

Description

압력계{Pressure indicator}

본 발명은 압력계에 대한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 압력계를 갖는 축구공의 개략도.

도 2a는 상기 축구공이 부족하게 팽창된(under inflated) 상태일 때의 도 1의 압력계의 단면도.

도 2b는 상기 축구공이 부족하게 팽창된 상태일 때의 도 1의 압력계에서 볼수 있는 표시의 도면.

도 2c는 상기 축구공이 정확하게 팽창된 상태일 때의 도 1의 압력계의 단면도.

도 2d는 상기 축구공이 정확하게 팽창된 상태일 때의 도 1의 압력계에서 볼 수 있는 표시의 도면.

도 2e는 상기 축구공이 과다하게 팽창된 상태일 때의 도 1의 압력계의 단면도.

도 2f는 상기 축구공이 과다하게 팽창된 상태일 때의 도 1의 압력계에서 볼 수 있는 표시의 도면.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 압력계를 갖는 밸브의 개략도.

도 3c는 도 3a 및 도 3b에 설명된 밸브에 사용하기 적합한 밸브 조립체의 도면.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 디스플레이 다이어프램의 도면.

도 4c는 본 발명에 따른 지시계 다이어프램의 도면.

도 5는 본 발명에 따른 압력계의 도면.

도 6은 본 발명에 따른 압력계의 도면.

도 7은 본 발명에 따른 압력계의 도면.

도 8은 본 발명에 따른 가해진 압력을 증폭하는 수단의 도면.

본 발명의 제 1 특징에 따라, 본 발명의 압력계는 디스플레이 다이어프램(display diaphragm)과, 이 디스플레이 다이어프램에 커플링되며 서로 유체가 교통하는 관계인 지시계 다이어프램(indicator diaphragm)을 포함하고, 이 지시계 다이어프램은 디스플레이 다이어프램과 함께 격실(compartment)을 형성한다; 사용시에, 다이어프램에 가해진 압력의 변화가 다이어프램 간의 상대운동을 일으키며, 이 상대운동은 디스플레이 다이어프램의 바깥쪽 표면이나 또는 디스플레이 다이어프램을 통해 관측될 수 있다. 디스플레이 다이어프램을 통해 효과적으로 관측하기 위해서는, 디스플레이 다이어프램은 양호하게는 투명하다.

양호하게는, 다이어프램에 가해지는 압력 변화로 인한 다이어프램 간의 운동을 증폭하는 수단이 구비된다. 이 수단은 가해지는 압력의 작은 변화가 관측될 수 있게 한다. 다이어프램들간의 운동을 증폭하는 수단은 제 1 표면과 제 2 표면을 갖는 물품(article)을 포함할 수 있고, 상기 제 2 표면은 제 1 표면보다 더 큰 단면적을 가지며, 제 1 표면은 다이어프램 중의 하나와 유체가 서로 통한다. 제 2 표면에 가해진 압력의 변화는 다이어프램들과 통하는 제 1 표면의 운동을 증폭시킨다.양호하게는 물품의 제 1 표면은 지시계 다이어프램이다.

양호하게는, 다이어프램들에 가해지는 압력의 변화를 증폭하는 수단은 편향(biased)되어, 가해지는 압력 변화가 없어질 때, 압력변화 증폭 수단이 그 원래의 위치, 즉 압력이 가해지기 전의 위치로 복귀한다. 이는 압력이 정확하게 표시됨을 보장한다. 편향 수단은 스프링 또는 탄성 재료(elastomer material)일 수 있다.

양호한 실시예에서, 다이어프램들은 격실을 형성하며, 그 안에 적어도 부분적으로 불투명할 수 있는 액체 또는 겔(gel)을 담는다. 격실은 밀봉될 수 있으며, 다르게는, 다이어프램들은 밀봉되지 않고 기계적으로 연계(mechanical communication)되어 있을 수 있다.

다른 양호한 실시예에서, 지시계 다이어프램은 인식가능한 형상 또는 패턴(configuration or pattern)을 가져, 이 형상 또는 패턴이 디스플레이 다이어프램의 바깥쪽 표면이나 또는 디스플레이 다이어프램을 통해 관측될 수 있어, 상대 운동을 관측하는 것을 돕는다. 상기 인식가능한 형상 또는 패턴은 지시계 다이어프램의 표면으로부터 돌출하는 그래프 또는 기호(symbol)를 포함할 수 있다. 이는 상기 기호 또는 그래프가 디스플레이 다이어프램의 안쪽 표면과 인접하거나 또는 디스플레이 다이어프램을 통해 돌출하면, 디스플레이 다이어프램의 바깥쪽 표면에서 관측하는 것을 용이하게 한다.

다르게는, 디스플레이 다이어프램 또는, 있다면, 액체 또는 겔이 부분적으로 불투명할 수 있다. 다이어프램들 간의 상대운동시에, 지시계 다이어프램의 표면으로부터 돌출한 기호 또는 그래프는 보이거나 또는 보이지 않게 되거나 또는, 다르게는 디스플레이 다이어프램을 통해 볼 때 다소 볼 수 있게 된다.

압력 범위를 표시하기 위해, 그 범위의 두 극단(extreme), 즉, 고압측 극단과 저압측 극단을 한정할 필요가 있다. 그러므로, 상기 형상 또는 패턴이 적어도 두 개의 구성요소를 포함하는 것이 바람직하며, 각각의 상기 구성요소는 상이한 압력에 대응한다.

이러한 구성요소는 상이한 양만큼 지시계 다이어프램의 표면으로부터 돌출하여, 디스플레이 다이어프램에 상이한 압력으로 인접하게될 수 있다. 다르게는, 구성요소는 상이한 가시성(visibility)을 가져, 예를 들어 상이한 색상 또는 기호와 패턴을 가져 상이한 압력에서 보이거나 또는 보이지 않게 될 수 있다.

다이어프램들의 상대 운동은 두 다이어프램이 가요성(flexible) 중합체, 특히 탄성체로 이루어지는 경우에 적용될 수 있다. 기호 또는 그래프 또한, 가요성 중합체 또는 탄성체로 이루어질 수 있다.

지시계 다이어프램이 디스플레이 다이어프램보다 고압을 받는 경우에, 지시계 다이어프램은 누수를 방지하기 위해 불침투성인 것이 바람직하다.

본 발명의 제 2 특징에 따르면, 장치(apparatus)는 유체 저장소와, 본 발명에 따른 압력계를 포함하며, 다이어프램 중의 하나는 유체 저장소와 유체가 서로 통한다. 상기 기구는 타이어 또는 볼과 같은 팽창할 수 있는 것이다.

압력계는 유체 저장소의 표면에 통합되거나 또는, 보다 편리하게는, 밸브 조립체 내에 또는 둘레에 수용된다.

본 발명의 제 3 특징에 따르면, 유압 또는 기계적 압력(fluidic or mechanical pressure)을 표시하는 방법은 압력계에 압력을 가하는 단계와, 가해진 압력에 기인한 다이어프램들 간의 상대 운동을 디스플레이 다이어프램의 바깥쪽 표면에서 또는 디스플레이 다이어프램을 통해 관측하는 단계를 포함하며, 압력계는 디스플레이 다이어프램과, 이 디스플레이 다이어프램에 커플링되며 유체가 통하는 관계인 지시계 다이어프램을 포함한다.

양호하게는, 지시계 다이어프램은 인식가능한 형상 또는 패턴을 가져 상기 형상 또는 패턴이 디스플레이 다이어프램에 인접할 때 또는 상기 형상 또는 패턴이 디스플레이 다이어프램을 통해 보이게 될 때 상기 상대 운동이 관측된다.

본 발명의 양호한 방법에서, 형상 또는 패턴은 적어도 2개의 구성요소를 갖는 기호 또는 그래프를 포함하며, 각각의 구성요소는 상이한 압력에 대응한다. 이는 구성요소 중의 하나가 상대적으로 낮은 압력을 한정하고 다른 하나는 상대적으로 높은 압력을 한정하여 압력 범위가 한정될 수 있게 한다.

본 발명은 도면을 참조하여, 본 발명을 한정하는 것이 아니라, 예시만을 위하여 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 압력계(2)를 갖는 축구공(1)을 개략적으로 도시한다.밸브(3)는 축구공의 벽에 배치되며 종래의 방법을 사용하여 예를 들어 펌프(도시하지 않음)에 의해 축구공은 밸브를 통해 팽창될 수 있다. 압력계는 축구공의 내부 압력과 축구공 외측의 대기압 모두에 노출되어 있다. 축구공이 되튕겨나오는 것과 제어를 위해 가압되어야 하는 최적의 범위가 있음을 알 것이다. 이러한 범위보다 낮은 압력일 때, 축구공은 부족하게 팽창되었다고 말할 수 있고, 이러한 범위보다 큰 압력일 때, 과다하게 팽창되었다고 말할 수 있다.

도 2a는 축구공이 부족하게 팽창된 상태일 때의 압력계(2)의 단면을 도시한다. 압력계는 지시계 다이어프램에 커플링되며 서로 유체가 통하는 관계인 투명한 디스플레이 다이어프램(4)을 포함한다. 다이어프램들은 격실(6)을 형성한다. 지시계 다이어프램의 표면은 그 표면로부터 돌출하는 다이아몬드 형상의 기호(7)와, 십자가 형상의 기호(8)를 가지며, 다이아몬드 형상의 기호는 십자가 형상의 기호보다 지시계 다이어프램으로부터 더 돌출한다. 불투명한 겔이 격실의 나머지 부분을 채운다. 적절한 겔의 일례로 실리콘 고무가 있지만 당업자는 다른 적합한 재료 또한 있음을 알 것이다.

도 2b(실척(實尺)이 아님)는 축구공(1)이 부족하게 팽창된 상태일 때 압력계(2)의 디스플레이 다이어프램(4)을 통해 볼 수 있는 표시를 도시한다. 부족하게 팽창된 상태일 때, 다이아몬드 형상의 기호(7)와 십자가 형상의 기호(8) 중 어떠한 것도 격실 내에 담긴 겔의 불투명성으로 인해 디스플레이 다이어프램(4)을 통해 볼 수 없다. 즉, 이들은 지시계 다이어프램과 접촉하지 않는다.

도 2c는 축구공(1)이 정확하게 팽창된 상태일 때의 압력계(2)의 단면을 도시한다. 지시계 다이어프램이 눌려 다이아몬드 형상의 기호(7)(십자가 형상의 기호(8)가 아님)가 디스플레이 다이어프램(4)에 인접하게 하는 압력이 지시계 다이어프램(5)에 가해진다. 상기 다이아몬드 형상의 기호가 디스플레이 다이어프램에 인접할 때, 불투명한 겔은 변위되어 도 2d(실축척이 아님)에 도시된 바와 같이 디스플레이 다이어프램을 통해 볼 때 다이아몬드 기호가 보이게 된다.

도 2e는 축구공(1)이 과다하게 팽창된 상태일 때의 도 1의 압력계의 단면을 도시한다. 지시계 다이어프램에 가해지는 압력은 도 2c에 도시된 것보다 더 커서 다이어프램들 간의 상대 운동이 더 커진다. 따라서, 다이아몬드 형상의 기호와 십자가 형상의 기호 모두가 디스플레이 다이어프램에 인접하여 도 2f(실축척이 아님)에 도시된 바와 같이 디스플레이 다이어프램을 통해 보았을 때 보이게 된다.

도 3a는 본 발명에 따른 압력계(10)를 갖는 밸브(9)를 개략적으로 도시한다. 사용시에, 상기 밸브는 팽창가능한 또는 팽창되는 물체(11)에 연결된다. 지시계 조립체(12; indicator assembly)가 투명한 밸브 케이싱(13) 내에 배치되어 위쪽으로부터 보았을 때 볼 수 있다. 지시계 조립체(12)는 측면으로부터 보일 수도 있다. 압력계는 대기압에 노출되어 있으며, 또한 압력 평형화 채널(14; pressure equalisation channel)을 통해 물체의 내부 압력에도 노출되어 있다.

지시계 조립체는 압력 평형화 채널(14)을 통해 압력 변화에 반응하는 디스플레이 다이어프램(122)을 포함한다. 디스플레이 다이어프램(122)은 압력 증가시에, 지시계 다이어프램(121)에 대해 가압된다. 지시계 다이어프램(121)은 도 4에 설명된 것과 같은 렌티큘러 재료(lenticular material)로 이루어질 수 있다. 정확한 압력이 압력 평형화 채널(14)을 통해 디스플레이 다이어프램(122)에 전달될 때, 디스플레이된다. 디스플레이 다이어프램(122)은 환형(annular) 형상이다.

도 3b는 본 발명에 따른 압력계(16)를 갖는 밸브(15)를 개략적으로 도시한다. 사용시에, 상기 밸브는 팽창가능한 또는 팽창되는 물체(17)에 연결된다. 지시계 조립체(18)가 케이싱으로 들어오는 광에 대한 가이드(guide)로서 작용하는 투명한 밸브 케이싱(19) 내에 배치되어 위쪽으로부터 보았을 때 표시(indication)가 보일 수 있다. 지시계 조립체는 측면으로부터도 보일 수 있다. 압력계는 대기압 및 물체의 내부 압력 모두에 노출되어 있다.

도 4a는 렌티큘라 재료(20)로 이루어진 디스플레이 다이어프램을 도시한다. 다이어프램은 마스터 금형(master mould) 내에 예를 들어 폴리메톡시 실록산(PDMS; poly야methoxy siloxane)과 같은 탄성체를 주조하여 제조된다. 디스플레이 표면은 측면 A로부터 보이게 되며, (도시된 바와 같이) 압축되지 않은 상태에서 다이어프램은 렌티큘라 재료의 회절 및 반사 특성으로 인해 은빛으로 보인다.

압력이 지시계 다이어프램에 가해질 때, 지시계 다이어프램은 측면 B로부터 디스플레이 다이어프램의 정점들(peaks)과 접촉한다. 압력이 증가함에 따라, 디스플레이 다이어프램은 렌티큘라 재료를 가압하여 지시계 다이어프램의 회절 및 반사 특성이 변하게 한다. 소정의 양만큼 압축되었을 때, 압력계의 최종 용도에 따라, 표시면이 투명하게 되어 지시계 다이어프램 상에 화상(image)을 드러낸다.

도 4b는 3 층의 렌티큘라 재료(20)를 포함하는 디스플레이 다이어프램을 도시한다. 적층된 구조를 사용하여, 다이어프램이 압축되지 않았을 때 반사되는 광의양이 증가한다.

도 4c는 렌티큘라 재료(20)를 포함하는 지시계 다이어프램을 도시한다. 이 실시예에서, 렌티큘라 재료는 감겨서 튜브(디스플레이 다이어프램, 도시되지 않음)에 삽입된다. 삼각형 부분은 안쪽 또는 바깥쪽을 향할 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 삼각형 부분은 바깥쪽을 향한다. 1개의 층의 렌티큘라 재료가 사용되거나 또는, 지시계 다이어프램이 튜브에 삽입하기 전에 나선형의 지시계 다이어프램을 형성하여 이루어질 수 있는 다수의 층을 포함할 수도 있다. 본 실시예는 특히 타이어 밸브에 사용하기 적합하다.

도 5는 바깥쪽 표면이 흐린 탄성체 재료로 이루어진 테이퍼진 튜브(tapered tube)를 도시한다. 상기 흐린 표면은, 그 안에 튜브가 형성되는 금형의 표면을 그릿 블래스트(grit blast)하여 만들어진다. 튜브는 디스플레이 다이어프램(22)과 지시계 다이어프램(23) 사이에 배치된다. 압축되었을 때, 튜브는 투명하게 된다. 튜브가 테이퍼져있으므로, 가장 큰 직경을 갖는 튜브의 단부가 먼저 압축되어, 튜브 전체가 압축될 때에만 즉, 가해지는 압력이 가장 작은 직경을 갖는 튜브의 단부를 압축하기 충분할 때에만 지시계 다이어프램 전체가 드러난다. 본 실시예는 지시계 다이어프램과 유체가 통하는 관계인 본체(body) 내의 허용 압력의 상한과 하한이 있는 경우에 유용하다.

도 6은 도 5의 테이퍼진 튜브가 테이퍼진 삼각형 탄성체 튜브(24)로 대체될 수 있음을 보인다. 튜브의 작은 섹션(section)들이 제거될 수 있어 지시계 다이어프램의 섹션들 사이에 소정의 공간을 제공한다. 이는 예를 들어 너무 낮은 압력과허용 한계 내의 압력 간의 변이(transition)를 보다 명확하게 나타내기 위해 사용될 수 있다.

도 7은 탄성체 재료로 이루어진 돌출부(26)를 갖는 지시계 다이어프램(25)을 도시한다. 돌출부들은 단계적인 높이(graduated height)를 갖는다. 지시계 다이어프램에 가해지는 압력(27)이 증가함에 따라, 돌출부들은 결국 디스플레이 다이어프램(28)에 대해 눌려 먼저 하나의 도트가 생긴 다음에 일련의 도트들이 생기게 된다.

도 8은 지시계 다이어프램에 가해지는 압력을 증폭하는 수단을 도시한다. 디스플레이 다이어프램(30)은 그 내부에 투명한 영역(31)을 갖는다. 지시계 다이어프램(32)은 디스플레이 다이어프램에 대해 밀봉되며 불침투성인 강성의 플라스틱 컵(33) 내에 수용된다. 상기 컵 내에는 제 1 원형 표면(34)이 있고, 이 제 1 원형 표면은 컵을 통과해 지나가는 로드(36; rod)를 통해 보다 큰 제 2 원형 표면과 연결되어 있다. 제 2 표면에 압력이 가해지면 이 제 2 표면을 컵을 향해 하향으로 누르게 된다. 제 2 표면에 작용하는 작용력은 로드에 의해 제 1 표면에 전달되고 두 표면들의 상이한 단면적 또는 표면적에 의해 증폭된다. 압력의 증폭은 두 표면의 표면적 간의 비에 의존한다. 제 1 표면은 예정된 압력에서 지시계 다이어프램과 접촉하여 디스플레이 다이어프램을 통해 관측될 수 있게 된다. 본 실시예의 경우에는 탄성체 폼 블록(elastomeric foam block)이지만 스프링일 수도 있는 편향 수단(37)은 제 2 표면과 컵 사이에 배치된다. 가해진 압력이 제거될 때, 상기 폼은 제 2 표면을 그 초기의 위치로 복귀시킨다.

Claims (19)

1. 디스플레이 다이어프램과,

   디스플레이 다이어프램에 커플링되며 유체가 서로 통하는 관계이고 디스플레이 다이어프램과 함께 격실을 형성하는 지시계 다이어프램을 포함하며,

   사용시에 압력계에 가해지는 압력의 변화는 다이어프램들 간의 상대운동을 일으키며, 상기 상대운동은 디스플레이 다이어프램의 외측 표면 상에서 또는 디스플레이 다이어프램을 통해 관측될 수 있는 압력계.
2. 제 1 항에 있어서,

   압력 변화로 인한 다이어프램들 간의 상대운동을 증폭시키는 수단을 더 포함하는 압력계.
3. 제 2 항에 있어서,

   압력 변화를 증폭하는 수단은 제 1 표면과 제 2 표면을 갖는 물품(article)을 포함하며, 제 2 표면은 제 1 표면보다 더 큰 단면적을 가지며,

   제 1 표면은 다이어프램들 중의 하나와 유체가 통하는 관계이고, 사용시에 제 2 표면에 가해지는 압력의 변화가 제 1 표면의 증폭된 운동을 일으키는 압력계.
4. 제 3 항에 있어서,

   제 1 표면은 지시계 다이어프램을 포함하는 압력계.
5. 제 2 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   제 2 표면은 강성의 구조물에 대해 편향(bias)되어 있는 압력계.
6. 제 5 항에 있어서,

   편향 수단은 스프링 또는 탄성체 재료를 포함하는 압력계.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   디스플레이 다이어프램은 투명한 압력계.
8. 제 1 항에 있어서,

   격실은 액체 또는 겔(gel)을 담고 있는 압력계.
9. 제 8 항에 있어서,

   액체 또는 겔은 부분적으로 또는 완전히 불투명한 압력계.
10. 제 1 항 내지 제 9항 중의 어느 한 항에 있어서,

    상기 지시계 다이어프램은 인식가능한 형상 또는 패턴을 갖는 압력계.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 인식가능한 형상 또는 패턴은 지시계 다이어프램의 표면으로부터 디스플레이 다이어프램을 향해 돌출하는 기호 또는 그래프를 포함하는 압력계.
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,

    상기 인식가능한 형상 또는 패턴은 두 개 이상의 구성요소를 포함하며, 각각의 구성요소는 상이한 압력에서 디스플레이 다이어프램과 접촉하는 압력계.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 두 개 이상의 구성요소는 상이한 색상을 갖는 압력계.
14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,

    상기 두 개 이상의 구성요소는 상이한 가시성(visibility)을 갖는 압력계.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중의 어느 한 항에 있어서,

    디스플레이 다이어프램 또는 지시계 다이어프램 중의 하나가 가요성 중합체를 포함하는 압력계.
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중의 어느 한 항에 따른 압력계와, 유체 저장소를 포함하며, 다이어프램들 중의 하나가 유체 저장소와 유체가 통하는 관계인 장치.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 장치는 팽창가능한 장치.
18. 제 1 항 내지 제 17 항 중의 어느 한 항에 따른 압력계를 사용하여 유압 또는 기계적 압력을 표시하는 방법.
19. 제 1 항 내지 제 18 항 중의 어느 한 항에 따른 압력계를 포함하는 공(ball).