KR20150012270A - 압축 제한기를 가진 개스킷 - Google Patents

Abstract

실린더 헤드 개스킷이 복수의 개구를 가진 기능 레이어를 가지고 있고, 압축 비드가 상기 복수의 개구 중의 적어도 하나를 둘러싸고 있다. 상기 기능 레이어는 엔진 블록과 실린더 헤드 사이에서 압축 비드가 완전히 편평하게 되는 것을 방지하고 엔진 블록의 실린더 내에서의 점화 동안 그리고 점화와 점화 사이에 압축 비드의 팽창과 수축을 제한하기 위해 압축 비드로부터 이격된 복수의 스토퍼 또는 압축 제한기를 추가적으로 포함하고 있다. 복수의 스토퍼 중의 적어도 하나는 상부와 이 상부에 역 원뿔대 형상의 개구를 가진 대체로 원뿔대 형상을 하고 있다.

Description

압축 제한기를 가진 개스킷{GASKET WITH A COMPRESSION LIMITER}

본 발명은 대체로 함께 고정될 두 개의 부재 사이에 기체 밀봉 시일을 형성하기 위해 사용된 유형의 개스킷에 관한 것이고, 보다 상세하게는 실린더 헤드 개스킷에 관한 것이다.

예를 들어, 실린더 헤드와 엔진 블록과 같은, 함께 고정될 두 개의 부재 사이에 기체 밀봉 시일을 형성하는데 있어서, 하나 이상의 레이어를 가진 실린더 헤드 개스킷을 사용하는 것이 일반적이다. 대체로, 종종 기능 레이어라고 칭하는, 상기 레이어 중의 적어도 하나는 기체 밀봉 시일을 형성하기 위해서 실린더 헤드와 엔진 블록 사이에 끼워져 있을 때 탄성적으로 변형되는 압축 비드(compression bead)를 가지고 있다. 상기 실린더 헤드 개스킷은 또한 하나 이상의 간격 레이어를 포함할 수 있고, 이 간격 레이어는 스토퍼를 백로드(backload)하고 압축 비드의 압축을 제한하도록 구성되어, 내피로성(fatigue resistance)을 향상시킬 수 있다. 유감스럽게도, 실린더 헤드를 엔진 블록에 고정시키는 동안, 압축 비드가 과도하게 압축될 수 있고 실질적으로 편평하게 될 수 있다. 압축 비드가 과도하게 압축되면, 압축 비드의 기체 밀봉 시일을 유지하는 능력을 상실하는 것에 더하여, 처음 고정시에 또는 사용하는 동안 압축 비드의 구역에서 피로 균열이 발생될 수 있다. 실린더 내에서의 연소 동안 실린더 헤드가 상방으로 들어올려졌다가 다시 개스킷을 압축하는 실린더 헤드의 운동에 의해 피로 균열이 발생될 수도 있다. 피로 균열이 발생되면, 피로 균열은 결국 기체 밀봉 시일을 유지시키는 고정 개스킷의 능력을 감소시키고, 이로 인해 엔진의 수명과 성능을 감소시킨다.

일부 개스킷 제조업자는 실린더 헤드와 엔진 블록 사이에서 압축 비드가 편평하게 되는 것을 방지하거나 적어도 감소시키기 위해 압축 제한기를 포함하는 다중-레이어 개스킷을 생산하기 시작하였다. 그러나, 이러한 압축 제한기는 종종 생산하는데 비용이 많이 들고 번거롭거나 압축 비드가 편평하게 되는 것을 충분히 방지하지 못할 수 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결할 수 있는 압축 제한기를 가진 개스킷을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 한 실시형태는 제1 부재와 제2 부재의 사이에 시일을 형성하는 개스킷을 제공하는데, 상기 개스킷은 적어도 하나의 개구와 적어도 하나의 압축 비드를 가진 적어도 하나의 레이어를 포함하고 있다. 상기 적어도 하나의 압축 비드는 평면으로부터 돌출되어 있으며 상기 개구의 둘레로 적어도 부분적으로 뻗어 있다. 상기 개스킷은 상기 적어도 하나의 레이어의 적어도 하나와 일체로 형성되어 있으며 상기 압축 비드로부터 이격된 적어도 하나의 스토퍼, 또는 압축 제한기를 더 포함하고 있다. 상기 스토퍼는 대체로 편평한 상승 표면으로 위쪽으로 뻗어 있는 외측 벽과 상기 상승 표면으로부터 하부 내측 표면으로 아래쪽으로 뻗어 있는 내측 벽을 포함하고 있고, 상기 하부 내측 표면은 상기 내측 벽의 둘레 사이에 연속적으로 뻗어 있고 상기 상승 표면에 대해 오목하게 되어 있다. 상기 대체로 편평한 상승 표면은 고리 형상, 삼각형, 사각형 등과 같은 폐쇄 형상으로 뻗어 있다. 상기 스토퍼는 신속하게 그리고 저렴한 비용으로 형성될 수 있으며 상기 압축 비드가 완전히 편평하게 되는 것을 방지하기 위해서 상기 레이어의 두께를 실질적으로 증가시킬 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 개스킷은 실린더 헤드와 엔진 블록 사이에 기체 밀봉 시일을 형성하는 실린더 헤드 개스킷이다. 기능 레이어가 복수의 스토퍼를 포함하고 있고, 상기 복수의 스토퍼의 각각은 이중 벽의 원뿔 형상을 얻기 위해서 상부와 이 상부에 형성된 역 원뿔대 형상(reverse-frustoconical shape)을 가진 대체로 원뿔대 형상을 하고 있다.

아래의 상세한 설명을 첨부된 도면과 관련하여 고려하면 본 발명을 보다 잘 이해할 수 있기 때문에, 본 발명의 상기 특징 및 장점과 다른 특징 및 장점을 용이하게 알 수 있다.

도 1은 예시적인 개스킷의 평면도이고;
도 2는 냉각 경로 개구와 장착 볼트 개구를 둘러싸는 예시적인 개스킷의 일부분의 확대도이고;
도 3은 복수의 스토퍼를 포함하는, 도 2에 도시된 것 예시적인 개스킷의 상이한 부분의 다른 확대도이고;
도 4는 도 3의 4-4 라인을 따라 도시한 예시적인 개스킷의 단면도이고; 그리고
도 5는 예시적인 스토퍼들 중의 하나의 단면 사시도이다.

도면을 참고하면, 여러 도면에 걸쳐서 유사한 참고번호는 상응하는 부분을 나타내는데, 본 발명의 한 실시형태에 따라 제작된 개스킷(20)이 도 1에 대체로 도시되어 있다. 예시적인 개스킷(20)은 실린더 헤드(도시되어 있지 않음)와 엔진 블록(도시되어 있지 않음) 사이에 기체 밀봉 시일을 형성하도록 구성되어 있지만 많은 다른 자동차 적용예 또는 비자동차 적용예에 사용될 수 있다, 다시 말해서, 상기 개스킷(20)은 임의의 바람직한 유형의 제1 부재와 제2 부재를 밀봉하기 위해서 사용될 수 있다.

예시적인 개스킷(20)은, 당해 기술 분야에서는 흔한 것처럼, 엔진 블록의 실린더 보어(도시되어 있지 않음)에 대응하도록 배치되어 있으며 크기가 정해져 있는 복수의 실린더 보어 개구(24)를 가진 한 개의 기능 레이어(22)를 포함하고 있다. 예시적인 기능 레이어(22)는 또한, 당해 기술 분야에서는 흔한 것처럼, 엔진 블록과 실린더 헤드 사이에서 엔진 냉각제를 운반하는 유체 통로(도시되어 있지 않음)에 상응하는 복수의 유체 통로 개구(26)와 실린더 헤드를 엔진 블록과 연결시키기 위해 장착 볼트(도시되어 있지 않음)를 수용하는 복수의 볼트 개구(28)를 포함하고 있다. 비록 예시적인 개스킷(20)는 한 개의 기능 레이어(22)만 포함하고 간격 레이어는 포함하고 있지 않지만, 상기 개스킷(20)은 상기 기능 레이어(22)에 더하여 임의의 바람직한 갯수의 기능 레이어 및/또는 간격 레이어를 포함할 수 있다는 것을 알아야 한다. 기능 레이어(22)는 바람직하게는 스프링강으로 형성되어 있다. 그러나, 기능 레이어(22)는 임의의 적절한 탄성 물질로 형성될 수 있다는 것을 알아야 한다.

예시적인 기능 레이어(22)는 복수의 압축 비드(30)를 포함하고 있고, 이 복수의 압축 비드(30)의 각각은 실린더 헤드와 엔진 블록 사이에 기체 밀봉 시일을 형성하기 위해 탄성적으로 변형되도록 복수의 개구(24, 26, 28) 중의 적어도 하나를 둘레방향으로 둘러싸고 있다. 압축 비드(30)는 특정 사용처에 따라 절반 비드(half-bead) 또는 전체 압축 비드(full compression bead)로 될 수 있다. 기능 레이어(22)는 바람직하게는 실린더 보어 개구(24)의 각각의 둘레와 유체 통로 개구(26)의 각각의 둘레로 뻗어 있는 적어도 하나의 압축 비드(30)를 포함하고 있다.

예시적인 기능 레이어(22)는 실린더 헤드를 엔진 블록에 처음 장착하는 동안과 실린더 내에서의 점화와 점화 사이에 양각부(embossment)가 압축될 수 있는 거리를 제한하기 위해서 특정의 미리 정해진 구역에서 기능 레이어(22)의 두께를 실질적으로 증가시키는 복수의 스토퍼(32) 또는 압축 제한기를 추가적으로 포함하고 있다. 상기 구역에서 기능 레이어(22)의 실질적인 두께를 증가시키는 것은 기능 레이어(22)에서 발생하는 피로 균열의 위험을 줄이는 효과를 가진다. 추가적으로, 압축 비드(30)가 완전히 편평하게 되는 것을 방지함으로써, 스토퍼(32)는 엔진 블록과 실린더 헤드 사이의 밀봉성을 향상시킨다.

예시적인 실시례에서, 스토퍼(32)는 압축 비드(30)와 함께 기능 레이어(22)에 일체로 형성되어 있다. 그러나, 다중 레이어를 가지는 개스킷에서는, 스토퍼가 임의의 바람직한 레이어에 형성될 수 있다. 예를 들어, 개스킷이 간격 레이어를 가지고 있으면, 스토퍼가 기능 레이어나 간격 레이어 중의 어느 하나에 형성될 수 있다. 개스킷이 두 개 이상의 기능 레이어를 포함하고 있으면, 스토퍼가 상기 기능 레이어의 일부 또는 모두에 형성될 수 있다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 압축 비드(30)에 인접한 기능 레이어(22)의 소정의 구역에 예시적인 스토퍼(32)가 서로 매우 근접하여 배치되어서 상기 구역에서만 기능 레이어(22)의 두께를 실질적으로 증가시킨다. 그러나, 스토퍼(32)가 압축 비드(30)로부터 이격되어 있기만 하면 스토퍼(32)는 개스킷(20)의 임의의 레이어의 임의의 바람직한 편평한 표면에 형성될 수 있다는 것을 알아야 한다. 예를 들면, 스토퍼(32)가 압축 비드(30)와 기능 레이어의 각각의 개구(24, 26, 28) 사이에 형성될 수 있는 경우 및/또는 스토퍼(32)가 상기 개구(24, 26, 28)의 반대쪽의 압축 비드(30)로부터 이격될 수 있는 경우가 있다. 일반적으로, 서로 근접해 있는 스토퍼(32)는 서로 떨어져 있는 스토퍼(32)보다 더 강한 강성(stiffness)을 제공한다. 그러나, 스토퍼(32)는 임의의 바람직한 간격 만큼 서로 이격될 수 있다.

이제 도 5를 참고하면, 예시적인 실시례의 스토퍼(32)의 각각은 이중 벽의 원뿔 형상을 얻기 위해서 스토퍼 구조의 상부에 역 원뿔대 형상의 개구(reverse-frustoconical opening)를 가진 대체로 원뿔대 형상을 하고 있다. 예시적인 이중 벽의 원뿔형 스토퍼(32)는 고리 형상을 가진 대체로 편평한 상승 표면(34)과 이 상승 표면(34)에 대해 오목하게 들어가 있는 대체로 편평한 하강 표면(36)을 가지고 있다. 외측 벽(38)은 스토퍼(32)를 둘러싸는 기능 레이어(22)의 구역으로부터 상승 표면(34)까지 위쪽으로 뻗어 있고, 내측 벽(40)은 상승 표면(34)으로부터 하강 표면(36)까지 아래쪽으로 뻗어 있다. 스토퍼(32)의 외측 벽(38)과 내측 벽(40)은 스토퍼(32)를 둘러싸는 기능 레이어(22)의 구역에 대해 바람직하게는 45도(45°) 내지 90도(90°)의 각도로 뻗어 있다. 이러한 구성은 실린더 내에서의 점화에 대응하여 그리고 점화와 점화 사이에 실린더 헤드를 이동시키는 힘에 저항하기에 바람직한 크기의 강성을 제공하는 것으로 밝혀져 있다. 작동시에, 스토퍼(32)는 압축 비드(30)가 완전히 편평하게 되는 것을 방지하고 실린더 내에서의 점화 동안 그리고 점화와 점화 사이에 압축 비드(30)의 팽창과 수축을 제한하기 위해서 기능 레이어(22)의 특정 구역에 강성을 제공한다. 예를 들면, 완전히 압축된 양각부(embossment)의 높이는 도 4에서 점선(42)으로 표시되어 있다. 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 완전히 압축된 양각부의 높이가 스토퍼(32)의 편평한 인접 부분에 비해서 높은 위치에 있고, 따라서, 스토퍼(32)는 압축 비드(30)가 완전히 편평하게 되는 것을 방지한다.

예시적인 하강 표면(36)은 대체로 편평하며 어떠한 구멍, 돌출부(rib) 또는 어떠한 다른 구조도 포함하지 않는다. 추가적으로, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 하강 표면(36)은 스토퍼(32)에 인접한 기능 레이어(22)의 부분과 대체로 평면을 이룬다. 그러나, 대체 형태로서 하강 표면(36)은, 필요하다면, 스토퍼(32)에 인접한 기능 레이어(22)의 부분보다 더 높거나 더 낮게 될 수 있다는 것을 알아야 한다. 추가적으로, 예시적인 실시례에서, 스토퍼(32)를 포함하는 기능 레이어(22)의 소정의 구역은 기능 레이어(22)의 다른 부분에 대해서 오목하게 되어 있다. 이러한 구조는, 기능 레이어(22)의 양 측에서, 다시 말해서, 기능 레이어의 상부와 바닥부에서 기능 레이어(22)의 두께를 실질적으로 증가시키기 때문에 유리할 수 있다. 그러나, 대체 형태로서, 스토퍼(32)를 포함하는 기능 레이어(22)의 소정의 구역이 기능 레이어(22)의 다른 구역과 대체로 평면을 이루거나 기능 레이어(22)의 다른 구역에 대해 상승될 수 있다는 것을 알아야 한다.

스토퍼가 음의 하강 내측 구역(negative depressed inner area)과 함께 상승 압흔(raised impression)을 가지고 있기만 하면 스토퍼(32)는 도 4와 도 5에 도시되어 있으며 위에 기술되어 있는 이중 벽의 원뿔 형상 이외의 다른 많은 형태를 취할 수 있다는 것을 알아야 한다. 추가적으로, 스토퍼(32)의 상승 표면(34)은, 예를 들면, 사각형, 삼각형, 육각형, 타원 또는 애매모호한 형상을 포함하는 임의의 바람직한 폐쇄 형상(enclosed shape)으로 형성될 수 있다.

스토퍼(32)는 바람직하게는 압축 비드(30)와 함께 프레싱 공정(pressing) 또는 양각(embossing) 공정을 통하여 형성된다. 따라서, 스토퍼(32)는 매우 신속하게 그리고 추가적인 제조 비용이나 시간을 아주 조금 발생시키거나 전혀 발생시키지 않고 형성될 수 있다. 그러나, 대체 형태로서, 스토퍼(32)는 압축 비드(30)가 형성되기 전이나 형성된 후에 형성될 수 있고, 스토퍼(32)는 임의의 바람직한 성형 공정을 통하여 형성될 수 있다는 것을 알아야 한다.

명백히, 상기의 개시내용에 기초하여 본 발명의 다양한 변형 및 수정이 가능하고, 첨부된 청구항의 범위 내에서, 구체적으로 기술된 것과 다르게 실시될 수 있다.

Claims (15)

1. 제1 부재와 제2 부재의 사이에 시일을 형성하는 개스킷으로서,
   적어도 하나의 개구와 평면으로부터 돌출된 압축 비드를 가지고 있고, 상기 압축 비드는 상기 개구의 둘레로 적어도 부분적으로 뻗어 있는, 적어도 하나의 레이어; 및
   상기 적어도 하나의 레이어의 적어도 하나와 일체로 형성되어 있으며 상기 압축 비드로부터 이격된 적어도 하나의 스토퍼;
   를 포함하고 있고,
   상기 스토퍼는 대체로 편평한 상승 표면으로 위쪽으로 뻗어 있는 외측 벽과 상기 상승 표면으로부터 하부 내측 표면으로 아래쪽으로 뻗어 있는 내측 벽을 포함하고 있고, 상기 하부 내측 표면은 상기 내측 벽의 둘레 사이에 연속적으로 뻗어 있고 상기 상승 표면에 대해 오목하게 되어 있고, 상기 대체로 편평한 상승 표면은 폐쇄 형상으로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 개스킷.
2. 제1항에 있어서, 상기 스토퍼는 역 원뿔대 형상의 개구를 가진 대체로 원뿔대 형상을 하고 있는 것을 특징으로 하는 개스킷.
3. 제2항에 있어서, 상기 대체로 편평한 상승 표면은 고리 형상을 하고 있는 것을 특징으로 하는 개스킷.
4. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 스토퍼는 복수의 스토퍼로 더욱 한정되는 것을 특징으로 하는 개스킷.
5. 제4항에 있어서, 복수의 상기 스토퍼가 상기 개구로부터 상기 압축 비드의 반대쪽에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 개스킷.
6. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 압축 비드와 상기 적어도 하나의 스토퍼가 동일한 레이어에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 개스킷.
7. 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 압축 비드와 상기 적어도 하나의 스토퍼를 가진 상기 적어도 하나의 레이어는 기능 레이어인 것을 특징으로 하는 개스킷.
8. 실린더 헤드와 엔진 블록 사이에 기체 밀봉 시일을 형성하는 실린더 헤드 개스킷으로서,
   적어도 하나의 개구와 평면으로부터 돌출된 적어도 하나의 압축 비드를 가지고 있고, 상기 적어도 하나의 압축 비드는 상기 적어도 하나의 개구의 둘레로 적어도 부분적으로 뻗어 있는, 적어도 하나의 기능 레이어; 및
   상기 적어도 하나의 기능 레이어와 일체로 형성되어 있으며 상기 적어도 하나의 압축 비드와 상기 적어도 하나의 개구로부터 이격된 적어도 하나의 스토퍼;
   를 포함하고 있고,
   상기 적어도 하나의 스토퍼는 대체로 역 원뿔대 형상의 개구를 제공하는 상부를 가진 대체로 원뿔대 형상을 하고 있는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷.
9. 제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 스토퍼는 복수의 스토퍼로 더욱 한정되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷.
10. 제8항에 있어서, 상기 스토퍼는 상승 표면을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷.
11. 제10항에 있어서, 상기 스토퍼의 상기 상승 표면은 대체로 고리 형상을 하고 있는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷.
12. 제11항에 있어서, 상기 스토퍼는 상기 상승 표면에 대해 오목하게 되어 있는 하강 표면을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷.
13. 제8항에 있어서, 상기 스토퍼는 상기 적어도 하나의 압축 비드와 동일한 기능 레이어에 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷.
14. 제8항에 있어서, 상기 스토퍼는 상기 적어도 하나의 개구의 반대쪽의 상기 적어도 하나의 압축 비드로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 개스킷.
15. 개스킷을 만드는 방법으로서,
    적어도 하나의 개구와 상기 적어도 하나의 개구를 적어도 부분적으로 둘러싸는 적어도 하나의 압축 비드를 가진 기능 레이어를 준비하는 단계; 및
    상부와 이 상부에 역 원뿔대 형상의 개구를 가진 대체로 원뿔대 형상을 하고 있는 적어도 하나의 스토퍼를 프레싱하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 개스킷을 만드는 방법.
    

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