KR20150004806A - 복합 재료를 컷팅하기 위한 방법 및 장치와 복합 재료로 만들어 진 실링 기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실(seal), 실을 만들기 위한 방법 및 실을 만들기 위한 장치에 관한 것으로서, 이 실은 두 개의 거의 평행한 주요 표면을 갖는 강성 기판을 포함하고, 상기 표면은 컷 표면(cut surface)(110)으로 분리된다. 컷 표면(110)은 높이가 p1인 제1 매끄러운 영역(119) 및 높이가 p2인 제2 매끄러운 영역(121)을 포함하며, 상기 제1 및 제2 매끄러운 영역은 높이가 b인 러프한 브레이크아웃(breakout)(123)에 의해 분리된다.

Description

복합 재료를 컷팅하기 위한 방법 및 장치와 복합 재료로 만들어 진 실링 기구{METHODS AND DEVICES FOR CUTTING COMPOSITE MATERIAL AND SEALING DEVICES MADE OF COMPOSITE MATERIAL}

본 발명은 복합 재료로 만들어 진 실링 기구, 이러한 실링 기구에 사용되기 적합한 복합 재료, 그리고 이러한 복합 재료로부터 실링 기구를 만들기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

실링 링 및 실링 스트립과 같은 실링 기구는 접합 면들 사이에 가스 및 액체 밀봉을 제공하기 위해 많은 분야에 사용된다. 뚜껑과 개구의 접합 면 사이의 실(seal)과 같은 응용 분야에서, 접합 면의 적어도 하나에는 통상 탄력성 실링 물질의 루프 또는 링 또는 스트립 형태의 실링 기구를 수용하기 위한 포지셔닝 홈(positioning groove), 숄더(shoulder) 또는 평탄 영역이 제공된다. 단일 포지셔닝 홈 또는 숄더의 특정 경우에서, 실링 기구는 접합 면이 서로 마주하기 전에 포지셔닝 홈의 옆으로 연장될 수 있고 그리고 접합 면이 서로 정확하게 마주하여 위치된 후에 두 접합 면과 접촉하여 이에 대해 실링 포스(sealing force)를 가하도록 그 크기가 조정된다. 탄력성 있는 실링 기구들은 그 모양만 변하고 그 크기는 실질적으로 변하지 않기 때문에, 실링 기구의 크기는 홈의 크기에 유의하여 매칭되어야 하고 실링 기구의 크기는 홈의 크기 보다 작아야 한다. 각각이 대향하는 접합 면에 제공되는 두 개의 포지셔닝 홈의 경우, 실링 기구의 전체 높이는 두 개의 포지셔닝 홈의 결합된 깊이 보다 더 크다. 현재 실링 기구들은 통상 탄성중합체 물질로 만들어 지며, 실로서 기능하기 위해 유연하고 바람직하게는 소프트해야 한다(즉, 현재 실링 기구들은 낮은 영률의 물질로 만들어 짐). 매우 유연한 큰 실링 기구들을 홈 내로 피팅하는 것은 자동화하하는 것이 어려운데, 이는 실링 기구들이 잘 삶아진 스파게티의 강도를 가지고 있기에 그 모양이 떨어지기 때문이다. 즉, 실링 기구들을 손으로 직접 피팅해야 할 필요가 있다.

단지 오목한 밴드(예컨대, 원형 홈)만에 탄성 실링 기구를 피팅하여 유지하는 것은(특히 실링 기구의 원주가 30 cm 이하인 경우) 쉬울 수 있다. 하지만, 볼록한 밴드(convex bend)를 포함하는 더 복잡한 형태의 홈인 경우에, 실링 기구를 홈 내에 정확하게 위치시켜 유지하는 것이 어려울 수 있는데, 왜냐하면 그 유연성으로 인해 의도치 않은 방향으로 이동하거나(예컨대, 실링 기구가 홈의 중앙에 위치하는 대신 밴드의 내부 반경에 접촉하려 하는 등) 그리고/또는 불균일하게 스트레칭되거나(따라서, 예컨대, 밴드의 영역에 바람직하지 않게 얇게 되는 등) 또는 홈을 벗어나게 되기 때문이다. 이러한 문제들을 해결하기 위하여, 도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이, 실링 기구(1)에 일정하게 이격된 측면 돌출(3)이 제공되는데, 이는 부품(11)의 접합 면(9)에 형성된 홈(7)의 벽(5)을 그립할 수 있어 기구를 고정할 수 있다. 이러한 측면 돌출은 실링 기구의 가격을 증가시키기만 할 뿐, 이러한 돌출이 실링 기구의 강도에 큰 영향을 미치지 않도록 유연한 실링 기구를 홈에 쉽고 안정적으로 피팅하는 문제를 해결할 수 없다.

전술한 문제를 해결하기 위한 알려진 것으로는, 예컨대 금속 또는 합성 물질의 얇은 강성 물질의 시트 형태의 기판으로 만들어진 개스킷에 그 하나 이상의 면 상에, 예컨대 고무와 같은 탄성 물질이 제공된 형태의 실이 있다. 통상 탄성 물질은 대향하는 두 면에 제공된다. 내연 기관에 실린더 헤드 실로 사용되는 이러한 개스킷의 예가 EP690252에 개시되어 있다. 이 특허에는 개스킷이 두 층의 탄성 중합체 사이에 위치한 보강 전기 아연 도금된 금속(reinforcing electro-galvanised metal)을 포함하는 합성 물질의 시트로부터 원하는 형태를 컷팅하여 형성될 수 있다고 개시하고 있다. 컷팅은 두 개의 회전 블레이드 사이에서 발생한다. 이 방법에서 시트 금속을 컷팅할 때 발생하는 문제점으로는, 그 프로세스가 느리고, 블레이드의 회전 속도에 제한을 받게 되며, 이로 인해 최종 개스킷의 생산 비용이 높아지게 된다.

GB1272523은 하나 또는 두 개의 개스킷 스탁층(gasket stock layer)과 함께 금속 스탁층(metal stock layer)을 포함하는 실링 링 또는 개스킷을 생산하는 방법을 개시한다. 이 금속 스탁층은 보통 금속 평판인데, 이는 두 개의 평행한 주요 표면을 가지며, 이 표면들은 평판의 두께만큼 분리된다. 이 개스킷 스탁층 물질은 고무 두께에 의해 분리된 두 개의 주요 표면들을 갖는 고무 시트를 포함한다. 이 특허는 개스킷 제조를 위한 두 개의 기본 접근법을 개시한다. 첫 번째 방법은 금속 및 개스킷 물질을 접촉 중인 고무 시트와 금속 판의 주요 표면과 결합하여 하나의 유닛으로 다이 컷(die cut)하는 것이다. 다이 컷하는 경우 컷 아웃될 컴포넌트가 펀치 및 다이 사이에 위치된다. 컴포넌트의 원하는 형태는 서로를 통과하는 펀치 및 다이의 엣지에 의해 얻어진다. 통상 다이는 펀치가 그 내로 매끄럽게 들어올 수 있도록 펀치 보다 큰 개구를 갖는다. 두 번째 방법은 금속 및 개스킷 물질을 개별적으로 컷팅한 다음 함께 결합하는 것이다. 첫 번째 방법의 문제점은 최종 개스킷의 폭 혹은 지름을 정확하게 컨트롤하는 것이 가능하지 않다는 것이다. 이는 다이 컷팅이 물질에 진행됨에 따라 표면에 흠집을 남기고 합성 물질이 굽거나 뒤틀리게 되어 캐스킷의 주요 표면이 곧은 평행 평면을 유지할 수 없기 때문이다. 이는 도 2 내지 도 4에 도시되어 있으며, 이들 도면은 종래 기술에 알려진 심플 다이 컷팅(simple die cutting)을 도시한다. 도 2a는 펀치(21) 및 다이(23)를 도식적으로 도시하며, 이는 합성 물질(25) - 페어런트 스탁(parent stock)(22) - 의 피스(piece)를 컷팅하는 데에 사용되어 파트(24)를 형성한다. 합성 물질(25)은 탄성 물질의 상부 시트(29) 및 하부 시트(31)에 각각 두 개의 주요 면 상에 코팅된 강성 시트 물질의 기판(27)으로부터 만들어진다. 펀치(21)는 화살표로 도시된 바와 같이 수직으로 이동 가능한 컷팅 엣지(33)를 갖는다. 다이(23)는 펀치 컷팅 엣지(33)가 따르는 경로로부터 거리 d만큼 오프셋된 컷팅 엣지(35)를 갖는다. 거리 d는 컷팅 간격이다. 합성 물질(25)의 컷팅은 점선으로 도시된 위치로 펀치(21)를 이동시킴으로써 달성된다. 이 위치에서 펀치 컷팅 엣지(33)는 다이 컷팅 주변(35)으로 평행하게(하지만 다이 컷팅 주변으로부터 거리 d에서) 통과하여 파트(24)를 페어런트 스탁(22)으로부터 분리시킨다.

도 2b는 펀치 및 다이에 의해 컷팅된 합성 물질의 파트(24)의 통상적인 단면을 도식적으로 도시한 도면이다. 탄성 물질의 상부층(29)의 컷 엣지(30)는 프렉처링(fracturing) 이전에 펀치 컷팅 엣지를 둘러 싸는 펀치의 평면에 의해 스트레칭 및 드레깅 다운된 일부 탄성 물질에 의한 볼록한 단면을 갖는다. 컷 하부층의 컷 엣지(32)는 오목한 단면을 갖는다. 강성 물질의 기판(27)의 컷 엣지는, 관통 및 프렉처링 전에 플라스틱화 변형으로 인해 하부로 벤딩된다. 도 2b의 확대도에 도시된 바와 같이, 강성 기판(27)의 컷 엣지(38)는, 플라스틱 변형이 발생하는 높이 "r"의 엣지 롤오버(rollover)의 상부 영역(37), 관통이 발생하는 높이 "p"의 빛나고 매끄러운 또는 광택의 미들 영역(39), 물질이 프렉처링될 때 높이 "f"의 러프한 하부 영역(41)을 가지며, 이는 또한 높이 "e"의 거친(burr) 엣지(43)를 가질 수 있다.

도 3a는 합성 물질(25) 피스(piece)를 통해 스트립을 컷팅하는 데 사용되는 펀치(21') 및 다이(23')를 도식적으로 도시한다. 펀치(21)는 두 개의 컷팅 엣지(33', 33')를 가지며, 이는 화살표로 도시된 바와 같이 수직으로 함께 이동할 수 있다. 다이(23)는 컷팅 주변(35')을 가지며, 이는 각 펀치 컷팅 엣지(33', 34')가 따르는 경로로부터 컷팅 간격 거리 d만큼 오프셋된 것이다. 합성 물질(25)의 컷팅은 점선으로 도시된 위치로 펀치를 이동시킴으로써 달성된다. 이 위치에서 펀치 컷팅 엣지(33', 34')는 다이 컷팅 엣지(35')에 평행하게 그러나 이로부터 거리 d에서 통과한다.

도 3b는 펀치 및 다이에 의해 컷팅된 합성 물질의 피스(piece)의 통상적인 단면도를 도식적으로 도시한다. 최종 디스크(36')는 평탄하지 않고 볼록하다. 탄성 물질의 상부층(29)의 컷 엣지(30')는 프렉처링(fracturing) 이전에 펀치 컷팅 엣지에 의해 스트레칭 및 드레깅 다운된 일부 탄성 물질에 의한 볼록한 단면을 가지며, 강성 물질의 기판(27)의 컷 엣지(38)는 관통 및 프렉처링 전에 플라스틱화 변형으로 인해 하부로 벤딩되고, 하부층(31)의 컷 엣지(32')는 하향 컷팅 엣지에 의해 리핑(ripping)되기에 오목한 단면을 갖는다. 기판의 컷 엣지(38', 40') 각각은, 플라스틱 변형이 발생하는 롤오버(rollover)의 상부 영역, 관통이 발생하는 빛나고 매끄러운 또는 광택의 미들 영역, 물질이 프렉처링될 때의 러프한 하부 영역을 가지며, 이는 또한 거친(burr) 엣지를 가질 수 있다.

도 4a는 와셔(washer)와 같은 환형 피스를 형성하는 합성 물질(25)의 피스를 컷팅하는 데 사용되는 펀치(21'') 및 다이(23'')를 개략적으로 도시한다. 펀치(21'')는 외부 지름 컷팅 엣지(33'') 및 내부 지름 컷팅 엣지(34'')를 가지며, 이들은 함께 화살표로 도시된 수직 방향으로 이동한다. 다이(23)는 외부 컷팅 엣지(35a'') 및 내부 컷팅 엣지(35b'')를 가지며, 이들은 펀치 컷팅 엣지(33'', 34'')가 따르는 경로로부터 컷팅 간격 거리 d만큼 서로 오프셋된다. 합성 물질(25)의 컷팅은 점선으로 도시된 위치로 펀치를 이동시킴으로써 달성된다. 이 위치에서 펀치 컷팅 엣지(33'', 34'')는 다이 컷팅 엣지(35a'', 35b'')에 평행하게 그러나 이로부터 거리 d에서 통과한다.

도 4b는 펀치 및 다이에 의해 컷팅된 합성 물질의 피스의 통상적인 단면도이다. 최종 와셔(36'')는 평탄하지 않고 구부러졌다. 탄성 물질의 상부층(29)의 컷 엣지(30'')는 프렉처링(fracturing) 이전에 펀치 컷팅 엣지에 의해 스트레칭 및 드레깅 다운된 일부 탄성 물질에 의한 볼록한 단면을 가지며, 강성 물질의 기판(27)은 관통 및 프렉처링 전에 플라스틱화 변형으로 인해 하부로 벤딩된다고 하부층(31)의 컷 엣지(32'')는 하향 컷팅 엣지에 의해 리핑(ripping)되기에 오목한 단면을 갖는다. 기판의 컷 엣지(38'', 40'') 각각은, 플라스틱 변형이 발생하는 롤오버(rollover)의 상부 영역, 관통이 발생하는 빛나고 매끄러운 또는 광택의 미들 영역, 물질이 프렉처링될 때의 러프한 하부 영역을 가지며, 이는 또한 거친(burr) 엣지를 가질 수 있다.

다이 스탬핑으로 인해 유닛으로 형성된 형성된 구부러진 개스킷은 제조 허용 오차가 점점 더 엄격해 지는 현대 제조 산업에서 허용되지 않는다. GB1272523에 개시된 두 번째 방법은 각 부품이 개별 컷팅된 후 하나의 유닛으로 조립되기에 그 제조 단가가 높다. 이는 시간 소모적이고 고가인 정렬 및 부착 공정을 요하기 때문이다. 또한 이러한 강성 개스킷 및 실링 기구는, 개스킷의 주변에 포함된 많은 영역들로 유연한 실링 기구들에 비해 저장 및 운반 비용도 높게 마련이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 실링 기구를 제공하는 방법은 강성 플레이트(rigid plate)를 스탬핑(stamping)하는 공정을 포함하며, 이 강성 플레이트의 주요 표면 양쪽에는 탄성 코팅이 제공되고, 이 스탬핑 공정은 엣지를 갖는 두 개의 대향하는 펀치를 이용하여 수행되는데, 이는 서로에 대해 정렬되며 둘 모두 강성 플레이트를 관통하나 만나지는 않는다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 실링 기구를 제공하는 방법은 강성 플레이트를 스탬핑하는 공정을 포함하며, 이 강성 플레이트의 주요 표면 양쪽에는 탄성 코팅이 제공되고, 이 스탬핑 공정은 엣지를 갖는 두 개의 대향하는 펀치를 이용하여 수행되는데, 이는 서로에 대해 정렬되며 둘 모두 강성 플레이트를 거의 동시에 관통하나 만나거나 중첩되지는 않는다.

도 1a는 종래의 탄성 실링 기구의 예시를 보여주는 평면도이고 도 1b는 도 1a의 선 I-I를 절단한 확대 단면도이다.
도 2는 종래 다이 컷팅 어레인지먼트의 도식적인 단면도와 그 결과 물품의 단면도이며, 여기서 물질의 플레이트는 단일 컷팅 표면을 사용하여 컷팅된다.
도 3a 및 3b는 종래 다이 컷팅 어레인지먼트와 그 결과 제품의 도식적인 단면도이며, 여기서 물질의 피스는 한 쌍의 이격된 컷팅 표면을 갖는 물질의 플레이트로부터 컷팅된다.
도 4a 및 4b는 종래 다이 컷팅 어레인지먼트와 그 결과 제품의 도식적인 단면도이며, 여기서 물질의 링이 중앙 홀 컷팅 및 주변 컷팅 다이를 사용하여 물질의 플레이트로부터 컷팅된다.
도 5a 내지 5l는 본 발명에 따른 제1 방법의 공정들의 스탬핑 어레인지먼트의 도식적인 단면도들과 그 결과 제품의 단면도들이며, 여기서 합성 물질의 피스가 한 쌍의 대향하는 펀치를 사용하여 합성 물질의 플레이트로부터 컷팅된다.
도 6a는 본 발명의 예시에 따른 탄성 실링 기구의 평면도이고, 도 6b는 도 6a의 선 VI-VI에 따른 확대 단면도이고, 도 6c는 도 6b의 일부 확대 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 펀치 세트의 도식적인 단면도이다.

도 5a 내지 도 5l은 합성 물질로부터 실링 기구를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 실시에 따른 공정들을 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 방법에서, 양면이 탄성 물질로 코팅된 강성 물질 기판으로 만들어진 물질을 두 개의 대향하는 컷팅 툴로 컷팅함으로써 강성 물질 기판의 뒤틀림 없이 그리고 동시에 기판 물질 상에 두 개의 곧은 컷 엣지를 얻으면서 그 물질을 컷팅할 수 있다. 본 발명에 따른 발명에서, 대향하는 컷팅 툴의 컷팅 엣지의 크기, 모양, 정렬 및 이동은, 컷팅 엣지가 서로 거의 미러 이미지(mirror image)가 되고 서로에 대해 대향하여 배열되며 컷팅 조작 동안 서로를 향해 이동하나 서로를 지나치지 않도록 배열된다. 이는 양 컷팅 툴을 서로를 향해 이동시키거나, 바람직하게는, 하나의 컷팅 툴을 고정 위치에 유지시킨 채 다른 컷팅 툴을 그를 향헤 이동시킴으로써 달성될 수 있다.

서로에 대한 컷팅 엣지의 이동은 바람직하게 그 팁이 0.2 mm 이격될 때 멈춰지며, 더 바람직하게는 0.03 mm, 그리고 가장 바람직하게는 0.01 mm 일 때 멈춰진다. 컷팅이 양쪽 면으로부터 거의 동등하게 관통됨으로써 양 면에서 발생하기 때문에, 강성 물질은 서로 평행한 평탄면의 주요 표면들로 평탄하게 유지된다.

도 5a는 본 발명에 따른 방법에 사용되는 스탬핑 머신(51)을 도식적으로 도시한 도면이다. 본 발명의 설명에 필요한 필수 요소만을 도시하였다. 스탬핑 머신(51)은 제1 컷팅 툴(55)을 지지하는 제1 다이 슈(shoe)(53)와 제2 컷팅 툴(59)을 지지하는 제2 다이 슈(57)를 포함한다. 제1 다이 슈(53)는 다이 슈들 서로에 대한 이동이 정확하게 제어될 수 있도록 제2 다이 슈(57)의 가이드 부쉬(guide bush)(63)와 협력하는 가이드 필러(guide pillar)(61)를 지지한다. 스크류, 구동 실린더, 캠 등과 같이 잘 알려진 형태의 구동 수단(65)이 제2 다이 슈에 연결되어 제2 다이 슈가 제1 다이 슈를 향해 그리고 이로부터 멀어지게 이동하도록 한다. 제3 다이 슈의 이동은 기계, 전기, 전자 등의 당업자에게 잘 알려진 제어 수단(67)을 통해 제어된다. 제1 컷팅 툴(55)은 제1 컷팅 블레이드(69)를 갖는데, 이는 사용 동안 제2 컷팅 툴(59) 상의 제1 컷팅 블레이드(71)를 향해 마주보고 그리고 이와 함께 정렬된다. 제1 컷팅 툴(55) 상의 제1 컷팅 블레이드(69)의 둘레의 모양은 제2 컷팅 툴(59) 상의 제1 컷팅 블레이드(71)의 둘레 모양의 거의 미러 이미지이다. 제1 컷팅 툴(55)은 제1 컷팅 블레이드(69)에 바람직하게는 거의 평행으로 배열된 제2 컷팅 블레이드(73)를 갖는다. 제1 및 제2 컷팅 블레이드 사이의 거리는 후속 스탬프 아웃된 컴포넌트(stamped-out component)의 폭을 결정한다. 스탬프 아웃된 컴포넌트가 그 폭에서의 국부적 변화를 갖도록, 예컨대 로케이팅 럭(locating lug)를 제공하도록 요구되는 경우, 컷팅 블레이드는 이들 위치에서 평행하지 않으나 다른 위치에서는 거의 평행할 것이다. 사용 동안 제2 컷팅 블레이드(73)는 제2 컷팅 툴(59) 상의 제2 컷팅 블레이드(75)를 향해 마주보고 이와 함께 정렬된다. 제1 컷팅 툴(55) 상의 제2 컷팅 블레이드(73)의 주변 모양은 제2 컷팅 툴(59) 상의 대향하는 제2 컷팅 블레이드(75)의 주변 모양에 거의 미러 이미지에 해당한다. 즉, 제1 및 제2 컷팅 툴이 컷팅 동작을 수행할 때, 제1 컷팅 툴에 의한 블랭크의 한 면에서의 컷 모양은 제2 컷팅 툴에 의한 블랭크의 다른 면에서의 컷 모양에 정확히 대칭으로 정렬된다.

도 5a에서 점선으로 도시된 컷팅될 실링 물질(77)의 블랭크(blank)는 제1 및 제2 컷팅 툴(55, 59) 사이에 위치된다. 이 예시에서, 실링 물질(77)은 각각 탄성 물질의 제1 시트(29') 및 제2 시트(31)를 갖는 두 주요 면들 상에 코팅된 강성 시트 물질의 기판(27')으로부터 만들어 진다. 바람직하게 강성 물질은 0.1 내지 0.5 mm 두께이고 각 탄성 물질 시트는 0.1 내지 10 mm 두께이다. 강성 물질의 영률은 탄성 물질의 영률 보다 적어도 10 배, 바람직하게는 100 배, 가장 바람직하게는 1,000 배 크다. 실링 물질(77)의 시트는 고무 시트 또는 다른 탄성 물질의 시트를 금속 또는 다른 강성 물질의 시트의 하나 혹은 양 주요 표면에 부착함으로써 만들어질 수 있다. 예컨대, 금속 시트의 각 면 상에 탄성층으로 실링 물질의 시트를 만들기 위하여, 금속 시트는 먼저 오염 물질을 제거하여 접착제가 잘 적용되도록 화학적 전처리되어야 한다. 주요 표면들 또한 접착력을 높이기 위해, 예컨대 브러싱에 의해 기계적으로 전처리되어야 한다. 다음으로 전처리된 표면들은 접착제 또는 본딩 제제로 코팅된다. 탄성층은 각 표면에 적용되어 접촉된 금속 및 탄성층의 표면들은 서로 결합된다. 탄성층들은, 예컨대 일광 프레스, 로터 큐어링, 압축 모울딩, 주사 모울딩, 압축 성형, 스크린 프린팅 등을 사용하여 결합될 수 있다. 탄성 물질은 경화 또는 비경화 라텍스 제품 또는 솔벤트 제품일 수 있다. 강성 물질이 금속이 아닌 경우, 화학적 및/또는 기계적 전처리는 강성 물질 및 이에 접착될 물질의 특성들을 고려하여 적용되어야 한다.

컷팅 사이클 동안, 제2 다이 슈(57) 및 제2 컷팅 툴(59)은 실선으로 도시된 시작 위치(S)에서 이 시작 위치로 돌아가기 전인 점선으로 도시된 컷팅 위치(C)로 구동 수단에 의해 이동된다. 컷팅 위치(C)에서 제1 컷팅 블레이드(69, 71)는 서로에 대해 서로 근접하나 접촉되지 않은 상태로 정렬되며, 제2 컷팅 블레이드(73, 75)도 서로에 대해 서로 근접하나 접촉되지 않은 상태로 정렬된다.

도 5b 내지 5j는 컷 물질의 스트립을 만들기 위해 본 발명에 따른 컷팅 사이클 공정 동안에 컷팅되는 물질 및 컷팅 툴의 일부의 상대적 위치를 도식적으로 도시한 도면이다. 본 발명의 실시예에서와 같이, 컷팅될 물질은 강성 물질의 두 주요 면들 상의 탄성 물질의 두께와 거의 같은데, 설명의 간소화를 위해 제1 컷팅 툴만을 자세히 설명하며, 제2 컷팅 툴의 단면 프로파일은 제1 컷팅 툴의 단면 프로파일에 실질적으로 미러 이미지에 해당한다. 제1 및 제2 컷팅 툴(55, 59)은 각각 컷팅 블레이드 수신면(79, 81)을 가지며, 사용 동안 제1 및 제2 컷팅 블레이드 수신면은 서로 마주본다. 각 컷팅 블레이드(69, 71, 73, 75)는 해당 컷팅 블레이드 수신면(79, 81) 방향에 형성되거나 이에 마운팅될 수 있다. 각 컷팅 블레이드 수신면은 이에 형성된 폭 w1 및 깊이 d1의 릴리프 홈(83)을 갖는다. 바람직하게 릴리프 홈의 측벽(85, 87)은 서로 평행하며 컷팅 블레이드 수신면에 대해 직각이다. 릴리프 홈은 형성될 피스 파트 상에 발생하는 압축력을 제거한다. 각 컷팅 블레이드는 샤프 팁(89)으로부터 와이더 베이스(91)로 연장하는 프로파일을 가지며, 릴리프 홈(83)의 가까운 측벽과 정렬하고 컷팅 블레이드 수신면으로부터 수직으로 멀어지도록 거리 L만큼 연장하는 거의 평탄한 내부면(93)을 갖는다. 각 컷팅 블레이드의 외부면(95)은 샤프 팁으로부터 외부로 기울어지며, 컷팅 블레이드는 폭 W를 갖는데, 컷팅 블레이드의 베이스(91)는 컷팅 블레이드 수신면(79)의 평면과 맞닿는다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 폭 w2 및 최대 깊이 d2의 오목 커브면(99)을 갖는 물질 수신 홈(97)이 바람직하게는 컷팅 블레이드의 베이스에 근접하여 컷팅 블레이드 수신면에 형성된다. 바람직하게는, 물질 수신 홈의 단면(Ag)은 인접한 컷팅 블레이드의 단면(Ab)의 50% 이상, 더 바람직하게는 그와 동일, 혹은 더더욱 바람직하게는 그 보다 더 큰 것이 좋으며, 컷팅 동작 동안에 컷팅 블레이드에 의해 일시적으로 위치된 물질, 특히 탄성 물질을 수신하도록 된다.

탄성층의 두께가 서로 상이한 경우(그리고 단 하나의 탄성층만 있는 경우), 탄성 물질의 가장 두꺼운 층과 마주하는 컷팅 툴이 다른 컷팅 툴의 블레이드의 그것 보다 큰 컷팅 블레이드 수신면으로부터 거리 L만큼 연장하는 블레이드를 갖도록, 제1 및 제2 컷팅 툴의 단면 프로파일을 조정하는 것이 바람직하다.

도 5a 내지 도 5d는 컷팅될 합성 물질의 상태(펀치가 이에 접촉하도록 도입되기 전)를 도식적으로 도시한 도면이다.

도 5e 내지 도 5f는 합성 물질의 탄성층들을 초기 관통하는 두 개의 펀치와 이들 탄성층(29', 31')들이 컷팅 블레이드의 프로파일에 의해 어떻게 컷팅 및 배치되는 지를 도식적으로 도시한 도면이다. 컷팅 엣지의 평탄한 내부면(93)은 컷팅 엣지의 평탄면(93)과 접촉한 탄성 물질에서 펀치의 이동 방향 내에 스트레이트 컷을 형성하는 반면, 각 컷팅 블레이드의 커브면은 접촉하는 탄성물질을 측면으로 비스듬히 배치한다. 이 배치된 탄성 물질은 일시적으로 탄성 물질의 노출 표면에 리지(ridge)(R)을 형성한다.

도 5g 및 5h는 탄성 물질을 관통하는 펀치들이 강성 물질(27')과 접촉하기 직전을 도식적으로 도시한 도면이다. 이 펀치들의 컷팅 블레이드 수신면은 탄성 물질과 아직 접촉 전이며, 탄성 물질은 그 컷팅 블레이드의 커브면 상에서 컷팅 블레이드의 커브면에 의해 배치된 탄성 물질의 증가량으로 인해 증가적으로 프로나운스된 리지(R)를 보인다.

도 5i 내지 5l은 스탬핑 스트로크의 끝으로 관통하는 펀치를 도식적으로 도시하는데, 여기서 대향하는 펀치의 컷팅 블레이드의 샤프 팁은 서로 근접한다. 제1 컷팅 툴(55)의 컷팅 블레이드 수신면(79)은 제1 탄성층(31')의 노출 표면과 접촉되며, 제2 컷팅 툴(59)의 컷팅 블레이드 수신면(81)은 제2 탄성층(29')의 노출 표면과 접촉된다. 컷팅 블레이드의 팁(89)은 키싱(kissing) 거리 k로 분리된다. 바람직하게 거리 k는 스탬핑 스트로크 동안 또는 이에 뒤따르는 핸들링 동안 거리 k에 걸쳐 강성 물질이 프렉쳐링되도록 결정된다. 키싱 거리 k는 바람직하게는 0.2 mm 미만, 더 바람직하게는 0.03 mm 미만, 가장 바람직하게는 0.01 mm 미만인 것이 좋다. 컷팅 엣지의 평탄 내부면(93) 각각은 강성 물질 내에 스트레이트 컷을 형성한다. 각 컷은 펀치의 이동 방향으로 연장되며 강성 물질을 관통한다. 바람직하게 강성 물질의 특성들이 그 깊이에 걸쳐 균질할 경우, 컷들이 각 측면으로부터 대칭적으로 강성 물질 내에 같은 깊이로 관통하여 물질의 뒤틀림 위험을 최소화시킨다. 각 컷팅 블레이드의 대향하는 커브면은 도 5j에 도시된 바와 같이 접촉하는 탄성 물질을 옆으로 일시적으로 이동시킨다. 이 이동된 물질은 탄성 물질의 표면에 일시적인 리지를 형성하고 각 펀치에서 물질 수신 홈에 수용된다.

강성 물질의 컷팅이 두 개의 무딘 표면 사이의 전단(shearing) 대신에 날카롭고 끝이 가늘어진 블레이드에 의해 수행됨에 따라, 컷팅 블레이드에 접촉하는 피스 파트의 강성 물질의 커트 표면들은 컷팅 블레이드의 평탄 표면과 매칭되고 강성 물질의 각 컷 면은 러프한 브레이크아웃에 의해 분리된 두 개의 매끄러운 광택면을 보인다. 도 5k 내지 5l에 도시된 바와 같이, 브레이크아웃은 높이 b를 가지며, 이는 물질이 컷 대신 프렉쳐링되는 키싱 거리 k와 거의 같다.

도 6a 내지 6c는 본 발명에 따른 전술한 방법을 사용하여 형성된 스탬핑된 실링 기구(101)를 도시한다. 실링 기구(101)는 컴포넌트(111)의 접촉면(109)에 형성된 벽(105)을 갖는 홈(107)에 위치하여 도시된다. 실링 기구(101)는 컷 표면(110 및 110')에 의해 분리된 상부 주요 표면(106) 및 하부 주요 표면(108)을 갖는 강성 기판(113)을 포함한다. 바람직하게, 컷 표면(110, 110')은 1.0 mm 이상 5 mm 이하의 거리로 분리된다. 더 바람직하게, 컷 표면은 1.1 mm 이상 4 mm 이하의 거리로 분리된다. 가장 바람직하게, 컷 표면은 1.2 mm 이상 3 mm 이하의 거리로 분리된다. 탄성 물질의 상부층(115)은 그 상부 주요 표면(106)에 부착되며, 탄성 물질의 하부층(117)은 그 하부 주요 표면(108)에 부착된다. 원래 평탄한 강성 물질이 스탬핑 프로세스에 의해 야기되는 불균등한 힘으로 인해 원래 평면으로부터 변형되는 강성 물질층을 갖는 종래의 스탬핑된 실링 기구들과는 달리, 실링 기구(101)의 상부 주요 표면(106) 및 하부 주요 표면(108)은 서로 평행, 즉 상부 주요 표면(106)의 평면과 하부 주요 표면(108)의 평면은 평행하고 평탄하다. 컷 표면(110 및 110')은 서로 평행하고 주요 표면(106 및 108)의 평면에 대해 수직이다. 이는 실링 기구가 비틀어지지 않으려는 그 표면에 쉽게 마운팅되도록 하며, 비틀림이 없어 모양 변형이 없기에, 이는 또한 실링 기구의 마운팅 자동화를 가능하게 한다. 강성 기판의 가능한 물질로는 알루미늄 및 강철을 포함하는 금속, 합성 물질들 및 고분자 물질들을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.

가능한 탄성 물질로는, 고무 폴리머, NBR/PVC 블렌드 (Nitrile rubber/ Polyvinyl chloride), CR, 클로로페른 고무(Chloroprene rubber), NBR/EPDM 블렌드 ((Nitrile rubber/ Ethylene Propylene Diene rubber), NBR, 니트릴 고무(Nitrile rubber), EPDM, 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(Ethylene Propylene Diene rubber), SBR(Styrene-Butadiene), 천연 고무, ACM, 아크릴 고무, BIIR, 브루모 부틸 고무(Bromo butyl rubber), BR, 부타디엔 고무(Butadiene rubber), CIIR, 클로로 부릴 고무(Chloro buryl rubber), CM, 클로리네이티드 폴리에틸렌 고무(Chlorinated Polyethylene rubber), CSM, 클로로설포네이티드 폴리에틸렌 고무(Chlorosulponated polyethylene rubber), ECO, 에피클로로하이드린 고무(Epichlorohydrin rubber), EPDM, 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(Ethylene Propylene Diene rubber), FPM, 플루오로 고무(Fluoro rubber), HNBR, 하이드로지네이티드 니트릴 고무(Hydrogenated Nitrile rubber), IIR, 부틸 고무(Butyl rubber), IR, 이소프린 고무(Isoprene rubber), MFQ, 플루오로-실리콘 고무(Fluoro-silicone rubber), NR, 천연 고무(Natural rubber), PO, 프로필렌 산화 고무(Propylene oxide rubber), Q, 실리콘 고무(Silicone rubber), SBR, 스틸렌-부타디엔 고무(Styrene-butadiene rubber), U, 우레탄 고무(Urethane rubber), AEM, TPE 등과 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.

이러한 탄성 물질은 또한 강화 섬유 및/도는 필러와 함께 블렌딩될 수 있다. 강화 섬유는 특정 적용에 따른 유기농 섬유로부터 선택될 수 있다. 유기농 섬유의 예로는, 아로마틱 폴리아미드 섬유(aromatic polyamide fibres), 기타 폴리아미드 섬유, 폴리레핀 섬유(polyolefine fibres), 폴리이스터 섬유(polyester fibres), 폴리아크릴로니트릴 섬유(polyacrylonitrile fibres), 폴리비닐 알코올 섬유(polyvinyl alcohol fibres), 폴리비닐크롤라이드 섬유(polyvinylchloride fibres), 폴리유레아 섬유(polyurea fibres), 폴리우레탄 섬유(polyurethane fibres), 폴리플루오로카본 섬유(polyfluorocarbon fibres), 페놀 섬유(phenol fibres), 셀루오식 섬유(cellulosic fibres) 등을 포함한다. 본 발명의 가능한 실시예에서, 강화 섬유는 셀룰로스 섬유 및/또는 아로마틱 폴리아미드 섬유를 포함한다. 본 발명의 다른 가능한 실시예에서, 미네랄 섬유 및/또는 세라믹 섬유 및/도는 금속 섬유와 같은 비유기농 섬유가 사용될 수 있다.

블랭크로부터 스탬핑 실링 기구(101)의 공정 동안 전술한 바와 같이 강성 기판(113)은 두 개의 컷팅 표면에 의해 컷팅된다. 도 6c는 강성 기판의 노출 표면의 확대된 도면이다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 강성 물질의 노출된 컷 표면은 높이 p1의 부드러운 제1 매끄러운 영역(119) 및 높이 b의 러프한 브레이크아웃(123)으로 분리된 높이 p2의 부드러운 제2 매끄러운 영역(121)을 갖는다. 그러나, 예컨대 강성 물질이 그 깊이에 걸쳐 균질하지 않는 경우, 서로 상이한 높이 p1 및 p2를 갖는 것을 상정해 볼 수 있다. 이는 예컨대 물질의 한 주요 면에 적용되는 표면 코팅에 기인한다. 이는 또한 강성 물질이 상이한 특성의 물질 층으로 만들어지는 이유 또는 물질의 물리적 특성이 그 깊이에 걸쳐 예컨대 단지 한 주요 표면에만 가해지는 경화 공정에 기인하여 변하는 이유에 기인한다. 러프한 아웃브레이크(123)의 높이는 키싱 거리 k와 거의 동일하고 b는 바람직하게는 0.2 mm 이하, 더 바람직하게는 0.03 mm 이하, 그리고 가장 바람직하게는 0.01 mm 이하인 것이 좋다. 엣지 롤오버는 거의 없다. 상부 광택은 제1 컷팅 툴의 컷팅 표면에 의해 형성되고 하부 광택은 제2 컷팅 툴의 컷팅 표면에 의해 형성된다. 러프한 브레이크아웃은 두 개의 광택 사이에 프렉쳐링하여 잔류하는 강성 물질에 의해 야기된다. 이 프렉쳐링은 컷팅 공정 또는 후속 공정(예컨대, 후속 프레스 공정 또는 벤딩 공정) 동안에 발생할 수 있다.

본 발명의 한 가지 이점은, 다른 추가의 조치 없이도 단일 컷팅 공정 만으로 합성 물질을 특정 모양으로 컷팅할 수 있는 가능성을 제공함에 있다. 이는 다른 컷팅 기술에 비해 저렴하다. 본 발명의 다른 이점으로는, 어떠한 큰 변형 없이 그리고 컷팅 툴의 이른 소모 없이 3 mm 이하의 포스트 컷 폭(여기서 폭은 실링 기구의 노출된 컷 면 사이의 최대 거리임)을 갖는 물질을 일정한 신뢰도로 컷팅할 가능성을 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 또 다른 이점으로는, 물질의 정밀한 컷팅 및 그로 인한 적은 변형, 엣지 롤오버의 제거 혹은 큰 감소와, 제한된 프레이크아웃 영역 평균들로써, 제조 정밀도의 향상 및 매우 높은 기하학적 허용 오차; 거의 스트레이트한 컷 엣지들; 컷팅 공정에서 열 사용 불요 및 이로 인한 물질의 특성에 미치는 영향 제거; 컷팅 공정에서 발생하는 플래시 또는 스워프(swarf)의 제거 중 일부 혹은 전부를 포함한다.

실링 기구는 종래 O 링 또는 다른 고무 프로파일들(예컨대, 모울딩된 실 또는 플레이스 실 내의 프레스) 보다 뻣뻣하며, 따라서 피팅하기에 더 쉽다. 또한, 실링 기구는 레지(ledge), 선반 또는 평면 상에 마운팅할 수 있다. 즉, 실링 기구는 종래 고무 실들을 정위치에 고정시키는 데 통상 필요한 홈 대신에 하나의 표면에 의해 고정될 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 펀치들의 세트의 단면을 도식적으로 도시한 도면이다. 컷팅 블레이드의 평면들이 서로 평행한 본 발명의 이전 실시예와는 대조적으로, 블레이드의 내부면(93')은 서로에 대해 일정 각(이 경우 2α)을 이루어 도 7에 도시된 바와 같이 이들이 컷팅됨에 따라 마찰력을 변화시킬 수 있다.

본 명세서에서는 본 발명에 대해 단순한 선형 스탬핑 장치의 예로써 설명하였지만, 다른 여러 가능한 변형 내지는 복잡한 구조에서 본 발명이 사용될 수 있음은 당업자에게 명확하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명은 실링 기구를 연속 스트랜드 도는 두 개의 컷 표면을 갖는 루프 형태의 예로 설명하였지만, 이 또한 여러 다양한 가능 형태에 적용될 수 있음은 물론이다.

본 발명에 따른 실링 기구는 실링 기능이 요구되는 솔리드 고무("스파게티 개스킷") 또는 폴리머들로부터 만들어 지는 압축 또는 사출 모울딩된 실들을 대체할 수 있다. 가능한 영역으로는 전기, 교통, 해양, 항공 등의 제품 사업이 있다. 통상의 집, 모터, 기어박스 오일 팬, 블록, 실링 커버 리드 등과 같은 분야에도 사용 가능함은 물론이다.

전술한 실시예들은 예시를 위한 목적이며, 이하의 특허청구범위를 제한하기 위함이 아니다.

Claims (16)

1. 두 개의 실질적으로 평행한 주요 표면들(major surface)(106, 108)을 갖는 강성 기판(rigid substrate)을 포함하는 스탬핑된 실링 기구(stamped sealing device)로서,
   상기 주요 표면들은 스탬핑된 컷 표면(cut surface)에 의해 분리되며, 상기 컷 표면(110)은 높이 p1의 제1 매끄러운 영역(burnished region)(119) 및 높이 p2의 제2 매끄러운 영역(121)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 매끄러운 영역은 높이 b의 러프한 브레이크아웃(rough breakout(123)에 의해 분리된 것인, 실링 기구.
2. 제1항에 있어서,
   상기 러프한 브레이크아웃의 높이 b는 0.2 mm 이하, 더 바람직하게는 0.03 mm 이하, 그리고 가장 바람직하게는 0.01 mm 이하인 것인, 실링 기구.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 기판은 상기 주요 표면들 중 적어도 하나 상에서 탄성 물질(resilient material)에 의해 커버된 것인, 실링 기구.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 기판은 상기 두 주요 표면들 상에 탄성 물질로 커버된 것인, 실링 기구.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 컷 표면은 두 개의 실질적으로 평행한 컷 표면을 갖는 것인, 실링 기구.
6. 제5항에 있어서,
   상기 두 개의 평행한 컷 표면들은 상기 두 개의 주요 표면들에 대해 수직인 것인, 실링 기구.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   상기 컷 표면들은 0.1 mm 이상 5 mm 이하의 거리만큼 분리된 것인, 실링 기구.
8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 컷 표면들은 1.1 mm 이상 4 mm 이하의 거리만큼 분리된 것인, 실링 기구.
9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 컷 표면들은 1.2 mm 이상 3 mm 이하의 거리 만큼 분리된 것인, 실링 기구.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 높이 p1 및 p2는 동일한 것인, 실링 기구.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 실링 기구를 제조하는 방법으로서,
    두 개의 대향하는 컷팅 툴(cutting tool) 사이에 두 개의 대향하는 주요 표면들을 가지는 강성 물질의 기판을 위치시키는 단계와;
    상기 기판을 상기 두 개의 대향하는 컷팅 툴로 스탬핑(stamping)하는 단계
    를 포함하며,
    상기 스탬핑은 상기 주요 표면들 상에서 거의 동시에 발생하는, 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 두 개의 대향하는 컷팅 툴 각각에는 적어도 하나의 컷팅 블레이드(cutting blade)가 제공되고, 상기 대향하는 컷팅 툴 상의 상기 컷팅 블레이드는 서로에 대해 실질적으로 정렬되며, 상기 컷팅 툴의 이동은, 스탬핑 스트로크(stamping stroke)의 가능한 먼 한도에서 상기 컷팅 블레이드의 팁(89)이 키싱 거리(kissing distance) k에 의해 분리되도록 제어되고, 상기 키싱 거리 k는 0.2 mm 이하, 더 바람직하게는 0.03 mm 이하, 가장 바람직하게는 0.01 mm 이하인 것인, 방법.
13. 제11항 또는 제12항의 방법을 수행하기 위한 장치로서,
    컷팅 툴(55) 및 대향하는 제2 컷팅 툴(59)을 갖는 스탬핑 머신을 포함하며,
    상기 제2 컷팅 툴의 컷팅 엣지는 상기 제1 컷팅 툴의 상기 컷팅 엣지의 미러 이미지(mirror image)이고, 상기 스탬핑 머신은 상기 제1 및 제2 컷팅 툴 모두 혹은 하나를 서로에 대해 이들이 거리 k 만큼 이격될 때까지 이동시키도록 배열되는 것인, 장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 컷팅 툴은 거의 동시에 이동하도록 배열되는 것인, 장치.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    제1 및 제2 컷팅 툴을 포함하며, 이들 각 컷팅 툴은 한 쌍의 거의 평행한 컷팅 블레이드를 포함하고, 상기 제2 컷팅 툴의 컷팅 블레이드는 상기 제1 컷티 툴의 컷팅 블레이드의 미러 이미지인 것인, 장치.
16. 제1항 내지 제10항에 따른 실링 기구의 사용으로서, 오일 팬, 하우징, 블록, 커버 혹은 리드 등에서 서로 마주하는 표면들 사이의 실링에의 사용.

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