KR200297475Y1 - 다층스토퍼구조를 갖는 금속가스켓 - Google Patents

Abstract

본 고안은 적층된 비드의 압축량 변위를 동일하게 하여 비드의 내부 응력을 동일하게 유지시키고, 제작시나 조립시의 미세한 변위 발생을 최소화시킬 수 있으며, 상대적으로 비드의 균열을 억제시켜서 가스 누출을 방지하는 다층스토퍼구조를 갖는 금속가스켓을 제공하되, 이런 본 고안은 박판형상으로 내연기관의 조립구멍 내지 실린더 구멍에 대응한 구멍(50, 51)을 갖는 금속판(10, 20, 30)으로 이루어져 있으며, 금속판(10, 20, 30) 중에서, 상 금속판(10)의 상면에 고정된 제 1스토퍼(19)와, 하 금속판(30)의 상면에 고정되며 제 1스토퍼(19)의 두께에 두 배되는 두께를 갖는 제 2스토퍼(29)를 포함하고, 금속판(10, 20, 30)은 동일 두께로서 구멍(50)의 내측 주변으로부터 소정 거리 떨어진 위치에서 각각 상향, 하향, 상향으로 서로 대치되게 돌출되어서 탄성력을 발생시키는 비드(11, 21, 31)를 각각 형성하며, 차례로 적층되어 고정위치에서 압착될 때 비드(11, 21, 31)의 압축량 변위값(Δh1, Δh2, Δh3)이 모두 동일하게 된다.

Description

다층스토퍼구조를 갖는 금속가스켓{METAL GASKET WITH MULTI STOPPER STRUCTURE}

본 고안은 다층스토퍼구조를 갖는 금속가스켓에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내연기관의 실린더 블록과 실린더 헤드 사이를 밀봉하는데 사용되는 가스켓에서 서로 다른 두께를 갖는 스토퍼가 적층되는 구조를 갖게 하여 가스켓의 비드(bead)의 균열을 억제하는 다층스토퍼구조를 갖는 금속가스켓에 관한 것이다.

일반적으로 가스켓(gasket)은 엔진(내연기관), 유/공압장치 등에서 유체, 기체 등이 왕래하는 부품과 부품간의 결합면, 혹은 접촉면 사이에 끼워져서 이들 사이의 기밀을 유지하여 누설을 방지하게 된다.

이러한 가스켓 중 차량 등의 엔진부분에 적용되는 것을 살펴보면, 차량의 엔진에서는 특히 실린더 블록과 실린더 헤드의 접촉면 사이와, 실린더 헤드와 실린더헤드 커버의 접촉면 사이 등에 설치되어 밀봉수단(seal)의 기능을 담당하며, 연소실내 고압 연소가스의 누설을 방지한다. 연소실의 내부는 압축, 팽창, 폭발, 배기 등으로 이루어지는 4행정 사이클 과정 동안 실린더 내부 압력이 연속적으로 변화하는 기계적 환경에 놓여 있다.

특히, 폭발시의 내부 가스 압력은 실린더 헤드 볼트(이하 '헤드 볼트'라 함)의 체결력을 초과할 정도로 높기 때문에 실린더 헤드를 상향으로 밀어 올리는 힘(lift-up force : 이하 '리프트 포스'라 함)이 발생되어서, 가스켓과 실린더 헤드 내지 실린더 블록 사이에 미세한 간극이 존재하게 된다.

예를 들어, 압축착화기관에서 실린더 헤드는 리프트 포스를 받을 때 실린더 블록의 상면으로부터 높이 10㎛(0.01㎜) ∼ 15㎛(0.015㎜) 정도 튀어 올라가기 때문에 실린더 헤드와 실린더 블록의 사이에 유동적 간극을 만들게 된다.

이때, 내부 가스 압력이 대략적으로 대기압의 200배 정도이기 때문에, 내부 가스는 간극을 통해 외부로 세어나가게 되어서 내연기관의 연소효율에 악 영향을 미치게 된다.

이렇게 미세한 간극은 사이클의 진행 동안 실린더 내부의 하중 변화에 따라 유동적으로 변화하므로, 내연기관에서 만족할만한 밀봉을 유지하고 폭발시 발생되는 미세 간극 생성을 억제하기 위해서는 탄성과 함께 내구성을 갖는 금속가스켓이 필요하다.

종래 기술에 따른 금속가스켓은 도 1과 도 2에 각각 도시한 바와 같이, 내연기관의 실린더 헤드와 실린더 블록 사이에 배치되어 리벳에 의해 실린더 헤드 내지 실린더 헤드 커버의 하면에 접합되고, 볼트에 의해서 완전히 조립된다.

이런 금속가스켓은 고온, 고압에 견디면서 탄성 및 내구성을 갖도록 금속재질의 박판을 다수로 적층한 금속판(1a, 1b)으로 이루어져 있으며, 연소실의 실린더에 대응하게 한 보어(2a, 2b : bore)와, 윤활유 오일 공급구멍과, 냉각수 공급구멍과, 리벳 조립구멍과, 실린더/블록 조립구멍 등을 형성하고 있다.

여기에서, 도 1은 접어 겹침 방식의 스토퍼 구조(3)를 갖는 것으로서 선 A-A를 따라 절단하여 확대한 바와 같이, 보조판(9)의 연소실 주변을 접어 겹치게 한 스토퍼(7)를 비드(5)의 안쪽 상면에 배치시키고 있다. 또한 도 2는 용착 방식의스토퍼 구조(4)를 갖는 것으로서 선 B-B를 따라 절단하여 확대한 바와 같이, 링 형상으로 성형한 스토퍼(8)를 비드(6)의 안쪽 상면에 용착 시키고 있다.

이런 종래의 금속가스켓은 1차적으로 스토퍼(7, 8)에 의해서 가스 누설 방지 기능을 하며, 성형된 비드(5, 6)의 스프링 힘에 의하여 2차적으로 누설 방지 기능을 한다.

이때, 비드(5, 6)는 보어(2a, 2b), 공급구멍, 조립구멍 등과 같은 구멍들의 주변 평면상에 링형상의 파형 단면을 형성하여 탄성력을 갖고 있으며, 리프트 포스에 따라 실린더 블록과 실린더 헤드 사이에 간극이 발생되고 변화될 때, 자체 탄성력에 의한 복원력으로 미세하게 상향과 하향으로 움직이면서 밀봉 상태를 유지시킨다.

또한, 스토퍼(4)는 아크형 점선으로 표시한 바와 같이, 비드(5, 6)가 완전 평면으로 압착되지 않게 지지하는 역할을 하여서 비드의 접촉단부에 걸리는 내부 응력을 상대적으로 줄이는 역할을 한다.

그러나, 종래에서 스토퍼가 없는 금속가스켓이 실린더 헤드와 실린더 블록 사이에 개재되어 조립될 경우, 비드가 거의 완전 평면상태로 압착되어 있기 때문에 미압착되어 있을 때보다 상대적으로 내부 응력을 많이 받게 되고, 오랜 기간 내연기관을 운전시, 응력이 집중되어 있는 비드에 균열이 발생되어 결국 연소가스의 누설이 발생되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 금속가스켓에 스토퍼가 장착되어 있더라도, 스토퍼의 높이가 내연기관의 실린더 헤드와 블록이 헤드 볼트에 의해서 완전 조립되면 그 사이의 가스켓과 그의 비드가 거의 압축되기 때문에 비드에 균열이 발생되는 문제는 완전히 해소하기는 힘든 상태이다.

더욱이, 내연기관의 고성능화와 배기 가스 저감에 따라 실린더 내부의 폭발력이 증가되고 있는 실정이어서, 장시간의 내연기관 작동에도 비드의 균열을 최대한 억제하고 비드의 내부 응력을 동일하게 유지할 수 있는 금속가스켓이 절실히 요구되는 상황이다.

따라서, 본 고안은 앞서 언급한 취약점을 해결하고 비드의 내부 응력을 동일하게 유지할 수 있는 새로운 다층스토퍼구조를 제시함으로써, 다수로 적층된 비드들의 압축량 변위를 동일하게 가져가면서도 제작시나 조립시의 미세한 변위 발생을 최소화시킬 수 있고, 이에 따라 상대적으로 비드의 균열을 억제시켜서 가스 누출을 방지할 수 있는 다층스토퍼구조를 갖는 금속가스켓을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 금속 실린더 헤드 가스켓들의 구성을 설명하기 위한 평면도 및 단면도,

도 2는 종래의 다른 금속 가스켓의 구성을 설명하기 위한 평면도 및 단면도,

도 3은 본 고안의 한 실시예에 따른 다층스토퍼구조를 갖는 금속가스켓의 구성을 설명하기 위한 분해도,

도 4는 본 고안의 한 실시예에 따른 다층스토퍼구조를 갖는 금속가스켓의 사용상태도.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

10, 20, 30 : 금속판 11, 21, 31 : 비드

19 : 제 1스토퍼 29 : 제 2스토퍼

50, 51 : 구멍 60 : 실린더 헤드

61 : 실린더 블록 Δh1, Δh2, Δh3 : 압축량 변위값

t1 : 제 1스토퍼 두께 t2 : 제 2스토퍼 두께

상술한 본 고안의 목적은 박판형상으로 내연기관의 조립구멍 내지 실린더 구멍에 대응한 구멍들을 갖는 다수의 금속판으로 이루어진 다층스토퍼구조를 갖는 금속가스켓에 있어서, 금속판들 중에서, 상 금속판의 상면에 고정된 제 1스토퍼와, 하 금속판의 상면에 고정되며 제 1스토퍼의 두께에 두 배되는 두께를 갖는 제 2스토퍼를 포함하고, 금속판은 동일 두께로서 구멍의 내측 주변으로부터 소정 거리 떨어진 위치에 각각 상향, 하향, 상향으로 서로 대치되게 돌출되어서 탄성력을 발생시키는 비드를 각각 형성하며, 차례로 적층되어 고정위치에서 압착될 때 비드의 압축량 변위값이 모두 동일한 것을 특징으로 하는 다층스토퍼구조를 갖는 금속가스켓에 의해 달성된다.

또한, 본 고안에 따르면, 제 1스토퍼는 구멍의 내경과 동일한 내경과 소정의 폭을 갖는 링형상으로서, 제 1스토퍼의 두께는 각각의 비드의 돌출 굴곡된 높이 보다 낮은 것이 바람직하다.

또한, 본 고안에 따르면, 제 1스토퍼는 상 금속판의 내측 주변 부위에서 제 1비드의 측부 근처 상면에 용착 방식으로 고정되고, 제 2스토퍼는 제 1스토퍼를 기준으로 한 연장선상에 일치하는 하 금속판의 상면에 동일한 방식으로 고정된 것이 바람직하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 다층스토퍼구조를 갖는 금속가스켓에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도면에서, 도 3은 본 고안의 다층스토퍼구조를 갖는 금속가스켓의 구성을 설명하기 위한 분해도이고, 도 4는 본 고안의 한 실시예에 따른 다층스토퍼구조를 갖는 금속가스켓의 사용상태도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 고안은 박판형상으로 내연기관의 조립구멍 내지 실린더 구멍에 대응한 구멍(50, 51)들을 갖는 다수의, 예컨대 상, 중, 하 금속판(10, 20, 30)들로 적층되어 가스켓의 밀봉 기능을 수행하도록 설계되어 있다.

각각의 금속판(10, 20, 30)들은 동일 두께를 유지하되, 각각의 두께는 대략 250㎛(0.25㎜) 정도이다. 그리고 구멍(50)의 내측 주변으로부터 소정거리 떨어진 위치에는 링형상의 파형 단면을 상 또는 하향으로 향하여 탄성력을 갖는 비드(11, 21, 31)가 일체형으로 형성되어 있다.

더욱 상세하게 설명하면, 상 금속판(10)에는 상향으로 돌출 굴곡된 제 1비드(11)가 형성되어 있고, 중 금속판(20)에는 하향으로 돌출 굴곡된 제 2비드(21)가 형성되어 있으며, 하 금속판(30)에는 상향으로 돌출 굴곡된 제 3비드(31)가 형성되어 있다.

이런 본 고안은 금속판(10, 20, 30) 중에서, 상 금속판(10)과 하 금속판(30)의 상부에 위치한 제 1스토퍼(19)와 제 2스토퍼(29)를 제공한다.

여기에서, 제 1스토퍼(19)는 구멍(50)의 내경과 동일한 내경과 소정의 폭을 갖는 링형상으로서, 각각의 비드(11, 21, 31)의 돌출 굴곡된 높이 보다 낮은 높이의 두께를 갖는다.

특히, 제 2스토퍼(29)는 제 1스토퍼(19)에 비해 두 배 되는 두께를 제외하고는 동일 내지 유사한 형상을 갖는다.

이렇게 형성된 제 1스토퍼(19)는 상 금속판(10)의 내측 주변 부위에서 제 1비드(11)의 측부 근처 상면에 용착 방식으로 고정되고, 제 2스토퍼(29)는 상기 제 1스토퍼(19)를 기준으로 한 연장선상에 일치하는 하 금속판(30)의 상면에 같은 방식으로 고정된다. 본 고안에서 용착 방식이란, 예컨대 야그용접(YAG welding) 등의 미세 금속 용접에 의한 고정 방식이다.

또한, 앞서 상술한 상, 중, 하 금속판(10, 20, 30)들은 리벳에 의해서 가 접합되거나, 본원 고안과 동일한 출원인이 고안한 '적층형 금속 헤드 가스켓'(실용신안 등록번호 20-0174686호)에 개시된 바와 같은 접착제 접합 방법에 따라 단일의 제품이 된다.

도 4에 조립하여 확대 도시한 바와 같이, 본 고안의 금속가스켓은 상, 중, 하 금속판(10, 20, 30)들이 차례로 적층되어 있을 때, 중 금속판(20)의 내측 주변 부위의 상부와 하부에 제 1스토퍼(19)와 제 2스토퍼(29)가 각각 배치되는 다층스토퍼구조를 갖게 된다.

이런 본 고안은 고정위치인 실린더 헤드(60)와 실린더 블록(61)의 사이에 개재된 후 헤드 볼트 등과 같은 고정 수단으로 압착되어서, 실린더 헤드(60)와 실린더 블록(61)의 사이를 밀봉시킨다.

이때, 제 1스토퍼(19)의 두께(t1)는 제 2스토퍼(29)의 두께(t2)의 절반이며, 제 1스토퍼(19), 중 금속판(20), 하 금속판(30)의 사이에 개재된 제 2스토퍼(29)에 의해서, 제 2, 제 3비드(21, 31)는 제 2스토퍼(29)의 두께의 1/2만큼 미 압축된다.

또한, 상 금속판(10)에서 제 1비드(11)의 끝단이 원래의 위치에서 제 1스토퍼(19)의 상면에 일치하게 움직인 압축량 변위값(Δh1)과 다른 금속판(20, 30)에서 제 2, 제 3비드(21, 31)들이 움직인 압축량 변위값(Δh2, Δh3)들이 모두 동일하게 된다.

결론적으로, 본 고안의 다층스토퍼구조를 갖는 금속가스켓은와 같은소정 비율을 갖는 서로 다른 두께의 제 1스토퍼(19)와 제 2스토퍼(29)를 중 금속판(20)의 내측 주변의 상부와 하부에 위치시킴과 동시에 비드(11, 21, 31)의 돌출 형상이 상향, 하향, 상향으로 배치되도록 상, 중, 하 금속판(10, 20, 30)을 적층시킨 독특한 배치 구조를 갖기 때문에 압축량 변위값들이 'Δh1 = Δh2 = Δh3'과 같이 동일하게 되는 것이다.

이로써, 본 고안은 비드 내부의 응력을 동일하게 유지하는 것이 가능하게 되며, 이에 따라 상대적으로 비드의 균열 발생을 억제시키게 된다.

본 고안의 다층스토퍼구조를 갖는 금속가스켓은 다층으로 적층된 비드들이 동일한 압축량 변위값을 갖도록, 서로 다른 두께로 두 개 이상의 스토퍼를 개재하여 비드들의 압축량 변위값들을 동일하게 유지시킴으로써, 비드의 균열 발생과 가스의 외부 누출을 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 고안의 다층스토퍼구조를 갖는 금속가스켓은 실린더 블록과 실린더 헤드의 결합시 다층으로 형성된 비드와 스토퍼를 제공하기 때문에 밀폐강도가 상대적으로 높고, 내연기관의 유동적 간극에 대응하여 유연한 밀봉 환경을 기밀하게 제공할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 고안의 다층스토퍼구조를 갖는 금속가스켓은 세 개의 금속판들로 이루어져 있으나 두 개의 스토퍼만을 상, 하 금속판에 고정시키고 있어서, 부가적인 제 3의 스토퍼가 필요하지 않으며, 이렇게 스토퍼를 고정하지 않는 금속판이 다른 금속판 사이에 개재되어서 사용되기 때문에 제작 공정을 간소화시킬 수 있으며, 그만큼 용착 공정을 줄일 수 있기 때문에 상대적으로 미세한 변위 발생을 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.

이상에서 살펴본 본 고안의 다층스토퍼구조를 갖는 금속가스켓에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 고안의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 고안을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 고안의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (3)

1. 박판형상으로 내연기관의 조립구멍 내지 실린더 구멍에 대응한 구멍(50, 51)을 갖는 다수의 금속판(10, 20, 30)으로 이루어진 다층스토퍼구조를 갖는 금속가스켓에 있어서,

   상기 금속판(10, 20, 30) 중에서, 상 금속판(10)의 상면에 고정된 제 1스토퍼(19)와, 하 금속판(30)의 상면에 고정되며 상기 제 1스토퍼(19)의 두께(t1)에 두 배되는 두께(t2)를 갖는 제 2스토퍼(29)를 포함하고,

   상기 금속판(10, 20, 30)은 동일 두께로서 상기 구멍(50)의 내측 주변으로부터 소정 거리 떨어진 위치에 각각 상향, 하향, 상향으로 서로 대치되게 돌출되어서 탄성력을 발생시키는 비드(11, 21, 31)를 각각 형성하며, 차례로 적층되어 고정위치에서 압착될 때 상기 비드(11, 21, 31)의 압축량 변위값(Δh1, Δh2, Δh3)이 모두 동일한 것을 특징으로 하는 다층스토퍼구조를 갖는 금속가스켓.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1스토퍼(19)는 상기 구멍(50)의 내경과 동일한 내경과 소정의 폭을 갖는 링형상으로서, 상기 제 1스토퍼(19)의 두께(t1)는 각각의 상기 비드(11, 21, 31)의 돌출 굴곡된 높이 보다 낮은 것을 특징으로 하는 다층스토퍼구조를 갖는 금속가스켓.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 제 1스토퍼(19)는 상기 상 금속판(10)의 내측 주변 부위에서 상기 제 1비드(11)의 측부 근처 상면에 용착 방식으로 고정되고, 상기 제 2스토퍼(29)는 상기 제 1스토퍼(19)를 기준으로 한 연장선상에 일치하는 하 금속판(30)의 상면에 동일한 방식으로 고정된 것을 특징으로 하는 다층스토퍼구조를 갖는 금속가스켓.