KR20090110047A

KR20090110047A - 볼밸브용 볼의 제조방법 및 이를 통하여 제조된 볼

Info

Publication number: KR20090110047A
Application number: KR1020080035628A
Authority: KR
Inventors: 최진성
Original assignee: 최진성
Priority date: 2008-04-17
Filing date: 2008-04-17
Publication date: 2009-10-21
Also published as: KR100961703B1

Abstract

본 발명은 볼밸브(Ball-valve)용 볼(Ball)의 제조방법 및 그 볼에 관한 것으로, 주물성형된 금속제 구형 심체와 이 심체 표면에 피막층으로서 형성되는 라이닝(lining)으로 볼밸브용 볼을 구성하되, 금형 내부에 심체를 거치한 상태에서 사출성형을 통하여 라이닝을 형성함으로써 라이닝의 정도(精度) 및 내구성을 제고한 것이다.

본 발명을 통하여 볼밸브용 볼의 표면에 라이닝을 형성하는 공정을 대폭 간소화할 수 있을 뿐 아니라, 라이닝의 성능을 제고함으로써 전체 볼밸브의 작동성능을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

볼밸브(Ball-valve), 라이닝(lining), 금형, 사출

Description

볼밸브용 볼의 제조방법 및 이를 통하여 제조된 볼{Manufacturing method of ball for ball-valve and its ball}

볼밸브는 도 1에서와 같이, 중심부를 관통하는 출입공(110)이 형성된 볼에 회전축이 결합되어 볼이 관체 내부에서 회전함에 따라 유체(流體)을 소통 및 차단하는 구조를 가진다.

볼밸브의 핵심요소라 할 수 있는 볼은 금속, 합성수지 또는 복합재료 등 다양한 재질로 제작될 수 있는데, 금속제 볼은 강도, 내마멸성 및 내구성 측면에서 유리한 반면 유연성이 부족하여 기밀성 및 수밀성의 확보가 어려운 단점이 있고, 합성수지제 볼은 성형성 및 유연성이 양호한 반면 강도 및 내구성이 상대적으로 부족한 단점이 있다.

이에, 금속제 심체(200) 표면에 합성수지 피막을 형성하여 내구성과 유연성을 겸비할 수 있도록 한 볼밸브용 볼이 사용되고 있으며, 이러한 피복형 볼은 통상 주물성형 등을 통하여 성형된 구형 심체(200) 표면에 용융 또는 용매에 용해된 합성수지를 도포 내지 피막하여 라이닝(lining)(300)을 형성함으로써 제조된다.

피복형 볼밸브용 볼은 전술한 수밀성 및 기밀성을 확보하고 내식성 등 우수한 화학적 특성 또한 확보할 수 있으므로, 일반 송수관은 물론 각종 화학공업용 설비의 관로 및 고압가스관 등 다양한 분야에 적용이 가능하다.

피복형 볼에 있어서 강성을 발휘하는 구조체는 내부의 금속제 심체(200)이나, 작동면 즉 밸브 본체와의 직접적인 접촉면은 합성수지제 피막인 라이닝(300) 표면이므로, 이 합성수지제 라이닝(300)의 형성시 상당 수준의 정밀도를 요하게 된다.

따라서, 용융 또는 용매에 용해된 합성수지를 심체(200)의 표면에 도포 또는 피막함에 있어서 고도의 주의가 요구될 뿐 아니라, 라이닝(300)의 형성후 연마 등을 통한 마무리작업이 필요하고, 도포를 통한 라이닝(300) 형성시 라이닝(300)의 두께를 확보하기 위하여 여러차례의 도포 공정을 반복하여야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 심체(200)와 라이닝(300)으로 구성된 피복형 볼밸브용 볼의 제조방법에 있어서, 평면대칭형의 상부금형(510) 및 하부금형(520)이 구성되되, 상부금형(510)에는 저면 전후방을 관통하는 반원형 단면의 봉결합홈(501)과, 저면 중심부에서 상측으로 요입된 반구면(502) 과, 반구면(502)의 상단에서 상측으로 요입된 상부결합홈(512) 및 상부결합홈(512) 중심에 천공된 상부주입구(511)가 형성되고, 하부금형(520)에는 상면 전후방을 관통하는 반원형 단면의 봉결합홈(501)과, 상면 중심부에서 하측으로 요입된 반구면(502)과, 반구면(502)의 하단에 천공된 하부삽입공(521) 및 저면 중심부에 상측으로 요입되고 일측벽이 하부삽입공(521) 중심과 일치하는 하부결합홈(522)이 형성되어, 하부금형(520)의 하부결합홈(522)에는 양 측면에 각각 하부주입홈(621) 및 봉체결홈(622)이 형성된 하부블럭(620)이 결합되고, 외경이 하부삽입공(521) 및 봉체결홈(622)의 내경과 일치하는 지지봉(630)이 하부삽입공(521)을 통과하여 봉체결홈(622)에 결합되며, 관통공(210)이 전후방을 관통하여 형성되고 상단에는 축체결구(120)가 형성된 심체(200)가 지지봉(630)상단에 거치되고, 상부에 상부주입홈(611)이 형성된 상부블럭(610)이 축체결구(120)에 결합되며, 상부블럭(610)에는 상부금형(510)의 상부결합홈(512)이 결합되고, 상부금형(510) 및 하부금형(520)의 봉결합홈(501)과 심체(200)의 관통공(210)에 관통봉(530)이 삽입되어 금형이 조립되는 단계와, 상부금형(510)의 상부주입구(511)를 통하여 용융상태의 합성수지(309)가 주입되는 단계와, 합성수지(309)가 경화된 후 하부금형(520)에 결합된 하부블럭(620) 및 지지봉(630)이 탈거되는 단계와, 하부블럭(620)의 하부주입홈(621)이 하부삽입공(521)과 동심(同心)이 되도록 회전되어 재차 하부결합홈(522)에 결합되고 하부삽입공(521)에 발열체(390)가 투입되는 단계와, 하부주입홈(621) 및 하부삽입공(521)을 통하여 합성수지(309)가 주입되는 단계와, 합성수지(309)가 경화되면 상부금형(510), 하부금형(520) 및 관통봉(530)을 해체하는 단계로 이루어 짐을 특징으로 하는 볼밸브용 볼의 제조방법이며, 상기 심체(200)에는 관통공(210)과 직교되는 예비공(253)이 천공되어, 합성수지(309)가 경화되면 상부금형(510), 하부금형(520) 및 관통봉(530)을 해체한 후 예비공(253)에 충전된 합성수지(309) 라이닝(300)을 천공하여 배출공(111)을 형성함을 특징으로 하는 볼밸브용 볼의 제조방법 및 이를 통하여 제조된 볼이다.

본 발명의 상세한 구성 및 공정을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.

우선 도 2는 본 발명을 통하여 제조된 볼이 적용된 볼밸브를 개략적으로 도시한 것으로, 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 고강도 금속제 심체(200) 표면에 합성수지제 라이닝(300)이 균일하게 형성되어 있음을 알 수 있다.

본 발명의 볼에는 표면 뿐 아니라 출입공(110)의 내주면에도 라이닝(300)이 정밀하게 형성되어, 볼의 작동성, 수밀 및 기밀성은 물론 출입공(110)을 통한 유체의 유동시 발생될 수 있는 소음 및 진동을 효과적으로 흡수할 수 있을 뿐 아니라, 우수한 내식성 또한 발현하게 된다.

도 3은 본 발명 볼의 제조를 위한 금형 및 그 부속물을 도시한 것으로, 볼의 구조체 역할을 수행하는 심체(200)와, 이와 결합되는 상부금형(510) 및 하부금형(520)외에도 상부블럭(610), 관통봉(530), 하부블럭(620) 및 지지봉(630) 등 다양한 부속물이 구성된다.

본 발명은 기본적으로 조립된 금형내부로 용융된 합성수지(309)를 주입한 후 경화시키는 사출성형 기법이 적용되는 바, 상부금형(510) 및 하부금형(520)이 조합되어 성형품의 외형을 형성하며, 도 3에 도시된 바와 같이, 상부금형(510) 및 하부금형(520)에 각각 유도공(592)이 형성되고 상부금형(510)의 유도공(592)을 관통한 유도부재(591)가 하부금형(520)의 유도공(592)에 결합되는 구조가 적용될 수 있으나, 이러한 금형의 유도수단은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 선택 적용할 수 있는 사항이므로 이에 대한 청구범위의 구체적인 한정은 하지 않는다.

본 발명은 기본 형상이 구형인 볼밸브용 볼의 제조를 목적으로 하므로, 상부금형(510)과 하부금형(520)은 평면대칭형으로 구성되며, 상부금형(510)에는 저면 전후방을 관통하는 반원형 단면의 봉결합홈(501a)과, 저면 중심부에서 상측으로 요입된 반구면(502a)과, 반구면(502a)의 상단에서 상측으로 요입된 상부결합홈(512) 및 상부결합홈(512) 중심에 천공된 상부주입구(511)가 형성되고, 하부금형(520)에는 상면 전후방을 관통하는 반원형 단면의 봉결합홈(501b)과, 상면 중심부에서 하측으로 요입된 반구면(502b)과, 반구면(502b)의 하단에 천공된 하부삽입공(521) 및 저면 중심부에 상측으로 요입되고 일측벽이 하부삽입공(521) 중심과 일치하는 하부결합홈(522)이 형성된다.

조합된 상부금형(510)과 하부금형(520) 내부의 반구면(502)들을 통하여 형성되는 구형공간에는 구형의 심체(200)가 동심(同心)으로 거치되는데, 이 심체(200)의 외경은 반구면(502)의 내경보다 소정거리 작게 형성되어 심체(200)의 표면과 반구면(502)의 표면이 접하지 않고 일정하게 이격되므로, 이들 심체(200) 및 반구면(502)간 공간에 합성수지(309)가 주입, 경화되어 균일한 표면을 가지는 라이닝(300)이 형성된다.

또한 심체(200)에는 전후방을 관통하는 관통공(210)이 형성되는데, 이 관통공(210)과 상부금형(510)과 하부금형(520)의 반원형 봉결합홈(501)들에는 관통봉(530)이 삽입된다.

관통봉(530)은 그 외경이 봉결합홈(501)의 내경과 일치하도록 구성되며, 심체(200)의 관통공(210)은 그 내경이 관통봉(530)의 외경보다 소정거리 크게 형성되어, 상부금형(510), 하부금형(520), 심체(200) 및 관통봉(530)의 조합시 관통봉(530) 외주면과 심체(200)의 관통공(210) 내주면이 접하지 않고 일정하게 이격되므로, 이들 관통공(210) 및 관통봉(530)간 공간에 합성수지(309)가 주입, 경화되어 균일한 표면을 가지는 라이닝(300)이 출입공(110) 내주면에도 형성되는 것이다.

이렇듯, 심체(200)의 표면과 반구면(502)의 표면은 물론, 관통공(210)의 내주면과 관통봉(530)의 외주면이 접하지 않고 이격된 상태를 유지하기 위해서는 심체(200)가 금형 내에서 반구면(502)들 및 관통봉(530)과 동심(同心)을 유지하면서 떠있는 상태를 유지하여야 하는 바, 이는 도 4에서와 같이, 하부금형(520)의 하부삽입공(521)에 삽입되고 하부블럭(620)에 의하여 지지되는 지지봉(630)을 통하여 달성될 수 있다.

즉, 하부금형(520) 반구면(502) 하단부에 형성된 하부삽입공(521)에 하부삽입공(521)의 내경과 외경이 일치하는 지지봉(630)을 삽입하고, 하부금형(520) 저면에 형성된 하부결합홈(522)에 하부블럭(620)을 결합하여 지지봉(630)을 지지한 후, 지지봉(630) 상단에 심체(200)를 거치함으로써 심체(200)의 반구면(502)으로부터의 이격상태를 유지할 수 있는 것이다.

지지봉(630)을 지지하는 하부블럭(620)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 전후방측 면 중앙에 각각 하부주입홈(621) 및 봉체결홈(622)이 형성되되, 봉체결홈(622)은 하부블럭(620)을 관통하지 않는 반면 하부주입홈(621)은 하부블럭(620)을 완전히 관통하도록 형성되며, 이들 하부주입홈(621) 및 봉체결홈(622)은 공히 반원형 단면형상을 가진다.

또한 하부금형(520)의 저면에는 하부블럭(620)과 일치하는 형상의 하부결합홈(522)이 형성되되, 이 하부결합홈(522)의 전후방 측 면 중 하나의 면이 하부삽입공(521)의 중심선과 일치하도록 형성된다.

따라서, 하부결합홈(522)에 하부블럭(620)을 결합하면 반원형 단면의 봉체결홈(622)과 하부삽입공(521)이 조합되어 원형단면의 통공이 형성되며, 이 통공에 지지봉(630)이 결합됨으로써 심체(200)를 지지하게 되고, 하부블럭(620)을 탈거한 후 평면상에서 180도 회전하여, 즉 도 6에서와 같이, 하부블럭(620)의 하부주입 홈(621)이 하부삽입공(521)과 동심(同心)이 되도록 회전하여 재차 하부결합홈(522)에 결합하면 하부주입홈(621)과 하부삽입공(521)이 조합되어 하부금형(520)을 상하로 관통하는 단일 주입공이 형성되는 것이다.

한편, 심체(200)의 상단에는 추후 볼밸브의 축이 결합되는 축체결구(120)가 형성되는데, 이 축체결구(120)와 상부금형(510)의 상부결합홈(512)에는 상부블럭(610)이 결합된다.

상부블럭(610)에는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 상부주입홈(611)이 대칭으로 형성되어, 상부주입구(511)를 통하여 주입되는 합성수지(309)가 심체(200) 표면와 반구면(502) 및 관통공(210)과 관통봉(530)간의 공간에 유입될 수 있도록 한다.

도 5는 본 발명의 볼 제작공정을 설명한 모식도로서, 도시된 바와 같이, 우선 상부금형(510), 하부금형(520), 심체(200) 및 관통봉(530) 등을 조립한 후, 상부주입구(511)를 통하여 용융된 합성수지(309)를 주입하게 된다.

이때 상부금형(510)의 주입구를 제외한 모든 부분이 밀폐된 상태이므로, 합성수지(309)를 가압하여 주입하면, 성형밀도를 향상시켜 강도 및 내마멸성 등을 확보할 수 있다.

주입된 합성수지(309)가 경화되면, 하부블럭(620) 및 지지봉(630)을 탈거한 후, 하부블럭(620)을 평면상에서 180도 회전하여, 즉 도 6에서와 같이, 하부블럭(620)의 하부주입홈(621)이 하부삽입공(521)과 동심(同心)이 되도록 회전하여 재차 하부결합홈(522)에 결합하면 하부금형(520)을 상하로 관통하는 주입공이 형성되 며, 이를 통하여 금형내부로 전열체 등의 발열체(390)를 삽입하여 지지봉(630)으로 인하여 형성된 요부(凹部) 주변의 합성수지(309)를 용융한다.

이렇듯, 발열체(390)를 삽입하여 주변 라이닝(300)을 부분적으로 용융시킴으로써, 지지봉(630)으로 인하여 형성된 요부를 충천(充塡)하여 평활한 표면을 형성하기 위하여 재차 주입되는 합성수지(309)와 기 성형된 라이닝(300)이 균질성을 유지하고 일체화될 수 있다.

지지봉(630)으로 인하여 형성된 요부(凹部) 주변 즉, 볼의 하부 라이닝(300) 일부가 용융되어도 타 부분의 라이닝(300) 및 출입공(110)이 각각 반구면(502) 및 관통봉(530)과 견고하게 결합되어 있으므로 금형내 볼의 위치나 자세가 변화되지는 않는다.

하부주입홈(621) 및 하부삽입공(521)을 통하여 주입된 합성수지(309)가 경화되면 상부금형(510), 하부금형(520) 및 관통봉(530)을 해체하여, 볼밸브용 볼을 완성하게 된다.

도시된 실시예에서는 심체(200), 하부금형(520)의 반구면(502b) 및 완성된 볼이 공히 하단부가 평활하게 형성되어 있음을 알 수 있는데, 이는 볼의 작동공간을 최소화하여 볼밸브를 소형화하고, 관로 및 밸브를 간소화하기 위한 것이다.

도 7은 본 발명을 통하여 제작되는 볼의 다양한 실시예를 도시한 것으로, 각각 충전공(251) 및 요철부(252)가 구성된 실시예를 나타내고 있다.

충전공(251)은 심체(200)를 부분 관통하도록 형성하여 성형과정에서 이 충전공(251)에 합성수지(309)가 충전되면서, 라이닝(300)의 일층 견고한 부착이 가능하 도록 한 것으로서, 이로써 라이닝(300)의 수축 및 팽창은 물론 작동중 작용하는 외력에 의한 변형이 발생되어도 라이닝(300)이 심체(200)로부터 박리되거나 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

요철부(252)는 심체(200)의 표면에 태핑(tapping)가공 등을 통하여 형성하는 것으로 심체(200)와 라이닝(300)의 부착력을 확보할 수 있도록 한 것이다.

한편, 도 8 내지 9는 볼에 출입공(110)과 직교하는 배출공(111)을 형성하여 볼밸브의 폐쇄, 즉 출입공(110)의 폐쇄시, 출입공(110) 내부에 잔류된 유체가 배출공(111)을 통하여 관로로 배출되도록 함으로써, 폭발 등의 사고를 방지한 것이다.

이러한 배출공(111)의 형성은, 도 8에서와 같이, 심체(200)에 관통공(210)과 직교되는 예비공(253)을 천공하고, 전술한 과정을 통하여 라이닝(300)을 형성한 후, 예비공(253)에 충전된 합성수지(309) 라이닝(300)을 천공하는 과정을 통하여 이루어진다.

이상에서와 같이, 본 발명을 통하여 라이닝(300)이 형성된 볼밸브용 볼의 정밀도를 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 가압성형을 적용함으로써 라이닝(300)의 내구성 및 내마멸성을 획기적으로 향상시킬 수 있고, 배출공(111)을 형성함으로써 잔류 유체의 폭발사고를 예방하는 등 다양한 이점을 얻을 수 있다.

도 1은 일반적인 볼밸브의 대표단면도 및 볼 상세도

도 2는 본 발명이 적용된 볼밸브의 대표단면도 및 볼 상세도

도 3은 본 발명의 금형 조립도

도 4는 본 발명의 금형 요부발췌 부분절단 사시도

도 5는 본 발명의 제조과정 설명도

도 6은 본 발명의 하부블럭 결합방식 설명도

도 7은 본 발명을 통하여 제조된 볼의 변형된 실시예 예시도

도 8은 배출공이 형성된 본 발명 볼의 제작공정별 부분절단 사시도

도 9는 배출공이 형성된 본 발명의 볼이 적용된 볼밸브 대표단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

110 : 출입공

111 : 배출공

120 : 축체결구

200 : 심체

210 : 관통공

251 : 충전공

252 : 요철부

253 : 예비공

300 : 라이닝

309 : 합성수지

390 : 발열체

501 : 봉결합홈

502 : 반구면

510 : 상부금형

511 : 상부주입구

512 : 상부결합홈

520 : 하부금형

521 : 하부삽입공

522 : 하부결합홈

530 : 관통봉

591 : 유도부재

592 : 유도공

610 : 상부블럭

611 : 상부주입홈

620 : 하부블럭

621 : 하부주입홈

622 : 봉체결홈

630 : 지지봉

Claims

심체(200)와 라이닝(300)으로 구성된 피복형 볼밸브용 볼의 제조방법에 있어서,

평면대칭형의 상부금형(510) 및 하부금형(520)이 구성되되, 상부금형(510)에는 저면 전후방을 관통하는 반원형 단면의 봉결합홈(501)과, 저면 중심부에서 상측으로 요입된 반구면(502)과, 반구면(502)의 상단에서 상측으로 요입된 상부결합홈(512) 및 상부결합홈(512) 중심에 천공된 상부주입구(511)가 형성되고, 하부금형(520)에는 상면 전후방을 관통하는 반원형 단면의 봉결합홈(501)과, 상면 중심부에서 하측으로 요입된 반구면(502)과, 반구면(502)의 하단에 천공된 하부삽입공(521) 및 저면 중심부에 상측으로 요입되고 일측벽이 하부삽입공(521) 중심과 일치하는 하부결합홈(522)이 형성되어;

하부금형(520)의 하부결합홈(522)에는 양 측면에 각각 하부주입홈(621) 및 봉체결홈(622)이 형성된 하부블럭(620)이 결합되고, 외경이 하부삽입공(521) 및 봉체결홈(622)의 내경과 일치하는 지지봉(630)이 하부삽입공(521)을 통과하여 봉체결홈(622)에 결합되며, 관통공(210)이 전후방을 관통하여 형성되고 상단에는 축체결구(120)가 형성된 심체(200)가 지지봉(630)상단에 거치되고, 상부에 상부주입홈(611)이 형성된 상부블럭(610)이 축체결구(120)에 결합되며, 상부블럭(610)에는 상부금형(510)의 상부결합홈(512)이 결합되고, 상부금형(510) 및 하부금형(520)의 봉결합홈(501)과 심체(200)의 관통공(210)에 관통봉(530)이 삽입되어 금형이 조립 되는 단계와;

상부금형(510)의 상부주입구(511)를 통하여 용융상태의 합성수지(309)가 주입되는 단계와;

합성수지(309)가 경화된 후 하부금형(520)에 결합된 하부블럭(620) 및 지지봉(630)이 탈거되는 단계와;

하부블럭(620)의 하부주입홈(621)이 하부삽입공(521)과 동심(同心)이 되도록 회전되어 재차 하부결합홈(522)에 결합되고 하부삽입공(521)에 발열체(390)가 투입되는 단계와;

하부주입홈(621) 및 하부삽입공(521)을 통하여 합성수지(309)가 주입되는 단계와;

합성수지(309)가 경화되면 상부금형(510), 하부금형(520) 및 관통봉(530)을 해체하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 볼밸브용 볼의 제조방법.
제1항에 있어서, 심체(200)에는 관통공(210)과 직교되는 예비공(253)이 천공되어;

합성수지(309)가 경화되면 상부금형(510), 하부금형(520) 및 관통봉(530)을 해체한 후 예비공(253)에 충전된 합성수지(309) 라이닝(300)을 천공하여 배출공(111)을 형성함을 특징으로 하는 볼밸브용 볼의 제조방법.
제1항 또는 제2항의 볼밸브용 볼의 제조방법을 통하여 제조된 볼.