KR20190039792A - 시일 구조 및 시일 방법과 이 시일 구조를 갖는 커플링 - Google Patents

Abstract

저온 유체용에 사용하여도 장기간에 걸쳐 시일성이 확보되는 시일 구조 및 시일 방법과 이 시일 구조를 갖는 커플링을 제공한다. 제1 및 제2 부재(2, 3) 사이에 개재되는 환형의 개스킷(6)을 구비하고 있다. 제1 부재(2)의 개스킷 대향면은, 환형의 돌기(42)와, 환형의 돌기(42)로부터 내직경측으로 개스킷(6)으로부터 멀어지는 방향으로 경사지게 마련된 경사면(43)과, 돌기(42)의 외직경측에 마련된 외직경측의 면(41)을 구비하고 있다.

Description

시일 구조 및 시일 방법과 이 시일 구조를 갖는 커플링

본 발명은 체크 밸브 기구를 내장한 커플링 등에서 사용되는 시일 구조 및 시일 방법과 이 시일 구조를 갖는 커플링에 관한 것이다.

커플링으로서, 서로 연통하는 유체 통로를 가지고 있는 제1 및 제2 커플링 부재와, 양 커플링 부재의 맞댐부에 배치된 시일 부재(O 링, 개스킷 등)와, 커플링 부재끼리를 결합하는 체결 수단(너트 등)을 구비하고 있는 것은, 잘 알려져 있다.

커플링에 있어서, 시일 구조의 향상은, 최대의 과제이며, 특허문헌 1에는, 고압용 배관 커플링에서 사용되는 시일 구조로서, 환형의 개스킷을 구비하고 있고, 커플링 부재의 개스킷 대향면에, 내직경측에 위치하며, 유체 통로에 직교하는 협소 평면과, 협소 평면에 연속하며, 협소 평면에 대하여 움패도록 형성된 경사면을 마련한 것이 개시되어 있다.

또한, 커플링으로서, 마개체 및 이것을 편향시키는 편향 부재를 갖는 체크 밸브 기구를 내장한 것이 있으며, 인라인식 체크 밸브 등이라고 칭해지고 있다(특허문헌 2). 특허문헌 2에서는, 제1 부재와 제2 부재의 맞댐부에는, 패킹이 개재되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2016-14468호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2015-175518호 공보

커플링은 시일성 확보에 엄격한 여러 가지의 조건 하에서 사용되고 있고, 저온 조건도, 그 하나로 되어 있다. 저온 조건에서의 사용은, 온도 사이클에 따른 수축에 의한 시일성의 열화가 염려되고, 특허문헌 2에 나타내고 있는 체크 밸브에 있어서 시일 부재로서 사용되고 있는 패킹은, 저온 유체용으로서는, 시일성에 문제가 있었다.

또한, 특허문헌 1에 기재되어 있는 시일 구조에 따르면, 저온 조건의 온도 사이클 하에서 사용한 경우, 부재의 수축에 의해 내측의 협소 평면에 의한 시일성이 저하하고, 또한, 경사면은, 협소 평면에 비해서, 개스킷에의 침입량이 작기 때문에 시일성의 확보에 기여하지 않아, 시일성의 문제가 생긴다.

본 발명의 목적은, 저온 유체용으로 사용하여도 장기간에 걸쳐 시일성이 확보되는 시일 구조 및 시일 방법과 이 시일 구조를 갖는 커플링을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 시일 구조는, 서로 연통하는 유체 통로를 각각 가지고 있는 제1 부재 및 제2 부재의 맞댐부에 마련되며, 제1 및 제2 부재의 일부를 구성으로 하는 시일 구조로서, 상기 양 부재 사이에 개재되는 환형의 개스킷을 구비하고 있고, 적어도 한쪽의 커플링 부재의 개스킷 대향면은, 환형의 돌기와, 상기 환형의 돌기로부터 내직경측으로 개스킷으로부터 멀어지는 방향으로 경사지게 마련된 경사면과, 상기 돌기의 외직경측에 마련된 외직경측의 면을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

부재끼리는, 적절한 체결 수단으로 체결되고, 이 체결 수단으로서는, 예컨대, 제1 및 제2 커플링 부재 중 어느 한쪽에 나사부가 형성되고, 커플링 부재의 나사부에 나사 결합된 주머니 너트에 의해, 양 커플링 부재가 결합되어도 좋고, 제1 및 제2 커플링 부재가 모두 나사부가 형성되어 있지 않은 슬리브이며, 별개체인 나사 부재와 주머니 너트에 의해, 양 커플링 부재가 결합되어도 좋다. 또한, 커플링 부재끼리는, 한쪽에 볼트 삽입 관통 구멍이, 다른쪽에 암나사부가 형성된 것이며, 볼트에 의해 결합되도록 하여도 좋다.

개스킷은, 통상, 개스킷의 중심축에 대하여 직교하는 2개의 측면을 가지고 있는 단면이 직사각형인 것이고, 필요에 따라, 예컨대, 대직경부와, 대직경부와 내직경이 동일하며 외직경이 작은 소직경부로 이루어지는 것이다. 개스킷의 측면은, 경사면의 유체 통로에 직교하는 면에 대한 경사 각도보다 작은 경사 각도의 경사면이어도 좋다. 또한, 개스킷에, 커플링 부재의 돌기에 대응하는 환형 오목부가 형성되어도 좋다.

환형의 돌기의 내직경측에 마련된 경사면의 외직경측의 단부는, 단면 원호형인 돌기에 접하도록 이루어져 있는 것이 바람직하다. 커플링 부재의 개스킷 대향면의 외직경측의 면은, 예컨대, 유체 통로(개스킷의 축선)에 직교하는 면이지만, 경사면이어도 좋고, 경사면의 경우, 내직경측으로부터 외직경측을 향하여 유체 통로에 직교하는 면에 대하여 서서히 돌출하는 경사면이어도 좋고, 내직경측으로부터 외직경측을 향하여 유체 통로에 직교하는 면에 대하여 서서히 움패는 경사면이어도 좋다.

상기 경사면의 더욱 내직경측에, 상기 개스킷의 축선에 직교하는 평면이 마련되어 있는 것이 바람직하다. 이 평면은, 시일에 기여하는 부분이 아니며, 평면과 개스킷 사이의 간극은, 0이어도 좋고, 0이 아니어도(약간의 간극이 있어도) 좋다.

제1 및 제2 부재는, 예컨대, SUS316 등의 스테인레스강제이고, 개스킷은 니켈 합금제, 스테인레스강제 등의 금속제이지만, 이에 한정되는 것이 아니다.

돌기는, 예컨대 단면 원호형이지만, 단면 사다리꼴이나 그 외의 형상으로 하여도 좋다.

각 부재의 개스킷 대향면은, 서로 같은 것이어도 좋고, 또한, 어느 한쪽만이 상기 형상이고, 다른쪽은 유체 통로에 직교하는 평탄면이어도 좋다.

본 발명에 따른 시일 방법은, 서로 연통하는 유체 통로를 각각 가지고 있는 제1 부재와 제2 부재를 나사를 체결하여 접속할 때의 시일 방법으로서, 상기 양 부재 사이에 환형의 개스킷을 개재시키며, 적어도 한쪽의 부재의 상기 개스킷에 대향하는 면에, 환형의 돌기와, 상기 환형의 돌기로부터 내직경측으로 개스킷으로부터 멀어지는 방향으로 경사지게 마련된 경사면과, 상기 돌기의 외직경측에 마련된 외직경측의 면을 마련하고, 상기 나사의 체결에 따라, 먼저, 상기 돌기를 상기 개스킷의 측면에 접촉시키고, 이어서, 상기 경사면을 상기 돌기에 가까운 부분으로부터 상기 개스킷의 측면에 접촉시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 시일 구조 및 시일 방법에 있어서, 유체 통로에 저온 유체가 흐른 경우, 부재의 유체 통로에 가까운 부분 및 이것에 대응하는 개스킷의 부분이 수축하고, 저온 조건의 온도 사이클을 반복해서 받은 경우에, 부재의 유체 통로에 가까운 부분에 있어서의 시일성의 저하가 염려된다. 본 발명의 시일 구조 및 시일 방법에 따르면, 저온 조건의 온도 사이클 하에서 사용하여 경사면의 내직경측 부분에서 시일성이 저하한 경우라도, 경사면의 외직경측 부분은, 경사면의 내직경측 부분에 비해서, 개스킷에의 침입량이 크기 때문에, 그 후, 저온 조건의 온도 사이클을 받음으로써도, 시일성이 확보되고, 또한, 돌기는, 경사면보다 개스킷에 대하여 침입량이 크기 때문에, 경사면의 내직경측 부분에 있어서의 시일성이 저하한 후, 저온 조건의 온도 사이클을 계속해서 받아도, 장기간에 걸쳐 시일성이 유지된다.

본 발명에 따른 커플링은, 서로 연통하는 유체 통로를 각각 가지고 있는 제1 및 제2 부재와, 상기 양 부재끼리를 결합하는 체결 수단과, 상기 양 부재의 맞댐부에 마련되는 시일 구조를 가지고 있는 커플링으로서, 상기 시일 구조가 상기 시일 구조인 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 커플링에 따르면, 저온 조건의 온도 사이클 하에서 사용하였을 때의 시일성을 장기간에 걸쳐 우수한 것으로 할 수 있다. 커플링은, 예컨대, 관 커플링이지만, 이에 한정되는 것이 아니다. 커플링에는, 체크 밸브 기구가 내장되어 있는 경우가 있다.

체크 밸브 기구는, 마개체 및 이것을 편향시키는 편향 부재를 가지고 있고, 한쪽의 부재의 유체 통로의 개구를 편향 부재에 의해 편향된 마개체가 시일면에 접촉함으로써 차단 상태로 하고, 상기 유체 통로 내에 미리 정해진 값 이상의 유체압이 부하되었을 때에, 마개체가 편향 부재의 편향력에 대항하여 이동함으로써 개방 상태로 하는 것이다.

상기 시일 구조를 체크 밸브 기능을 갖는 커플링에 적용함으로써, 저온 조건의 온도 사이클 하에서 사용하였을 때의 체크 밸브의 시일성을 장기간에 걸쳐 우수한 것으로 할 수 있다.

본 발명의 시일 구조, 시일 방법 및 커플링에 따르면, 저온 조건의 온도 사이클 하에서 사용하여 내직경측 부분에 있어서의 시일성이 저하한 경우라도, 내직경측의 면 및 외직경측의 면의 양방이 개스킷에 밀착하고 있기 때문에, 시일성이 확보되고, 또한, 돌기는, 개스킷에 대하여 침입량이 크기 때문에, 한층 더 시일성의 확보에 기여할 수 있어, 저온 조건의 온도 사이클을 계속해서 받아도, 장기간에 걸쳐 시일성이 유지된다.

도 1은 본 발명에 따른 시일 구조 및 시일 방법과 이 시일 구조를 갖는 커플링의 일실시형태를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 시일 구조의 주요부를 나타내는 확대 종단면도로서, 손으로 너트를 체결하였을 때의 상태를 나타내고 있다.

본 발명의 실시형태를, 이하 도면을 참조하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 좌우는, 도 1의 좌우를 말하는 것으로 한다.

도 1은 체크 밸브 기구(11)가 내장되어 있는 커플링(1)을 나타내고 있다.

커플링(1)은 서로 연통하는 유체 통로(4, 5)를 각각 가지고 있는 제1 및 제2 커플링 부재(2, 3)와, 제1 커플링 부재(2)와 제2 커플링 부재(3)의 맞댐 부분에 배치된 환형의 개스킷(6)과, 제1 커플링 부재(2)와 제2 커플링 부재(3)를 체결하는 주머니 너트(7)를 구비하고 있다.

체크 밸브 기구(11)는, 제1 커플링 부재(2) 내에 배치된 마개체(12)와, 마개체(12)를 편향시키는 편향 부재(13)를 구비하고 있다.

제1 커플링 부재(2)는, 본체(21)와, 본체(21)의 좌단에 마련된 배관 접속용의 암나사부(22)와, 본체(21)의 우측부의 외주에 마련된 플랜지부(23)를 가지고 있다.

제1 커플링 부재(2)의 유체 통로(4)는, 좌단에 마련된 테이퍼부를 통해 암나사부(21) 내부에 연통하는 소직경부(4a)와, 소직경부(4a)의 우측에 단차(4c)를 통해 연속하는 대직경부(4b)로 이루어진다. 단차(4c)에는, 마개체(12)의 좌단면을 받는 환형의 돌기(시트)(24)가 마련되어 있다.

제2 커플링 부재(3)는, 본체(26)와, 본체(26)의 우단에 마련된 배관 접속용의 암나사부(27)와, 본체(26)의 좌측면 외주부에 마련된 좌방 돌출부(28)를 가지고 있다.

제2 커플링 부재(3)의 유체 통로(5)는, 우단에 마련된 테이퍼부를 통해 암나사부(27) 내부에 연통하고 있다. 제2 커플링 부재(3)의 본체(26)의 좌측면에는, 개스킷(6)을 수납하는 오목부(29)가 마련되어 있다.

개스킷(6)은, 소성 변형함으로써 시일성을 발휘하는 것으로, 단면이 사각형의 판형이며, 제2 커플링 부재(3)의 본체(26)의 오목부(29)에 수납되어 있다.

제2 커플링 부재(3)의 본체(26) 및 좌방 돌출부(28)의 외주에는, 수나사부(30)가 형성되어 있다. 수나사부(30)는, 제1 커플링 부재(2)의 플랜지부(23)의 외주면보다 조금 직경 방향 외방으로 돌출하도록 형성되어 있다.

주머니 너트(7)는, 내직경이 제1 커플링 부재(2)의 본체(21) 외직경보다 약간 큰 소직경부(31)와, 외직경이 소직경부(31)와 동일하며, 내직경이 제1 커플링 부재(2)의 플랜지부(23)보다 약간 큰 대직경부(32)를 가지고 있다. 대직경부(32)의 내주에 암나사부(32a)가 마련되어 있다. 소직경부(31) 및 이것에 연속하는 대직경부(32)의 일부에, 스패터 등의 체결 공구를 맞춤 결합할 수 있는 육각 기둥부(31a)가 형성되어 있다.

주머니 너트(7)는, 좌측으로부터 제1 커플링 부재(2)에 감합되어, 그 암나사부(32a)가 제2 커플링 부재(3)의 수나사부(30)에 나사 결합된다. 그리고, 소직경부(31)의 우측면(대직경부와의 사이에 형성된 단차)이 제1 커플링 부재(2)의 플랜지부(23)에 접촉함으로써, 그 이상의 우측으로의 이동이 저지되고, 이 상태로, 체결 공구에 의해 주머니 너트(7)를 미리 정해진 양 체결함으로써, 제1 커플링 부재(2)와 제2 커플링 부재(3)가 적정하게 결합된다.

이때, 제1 커플링 부재(2)의 우단면이 개스킷(6)을 압압하여, 개스킷(6)을 소성 변형시키고, 이에 의해, 제1 커플링 부재(2)와 제2 커플링 부재(3) 사이에, 소요의 시일성이 확보된다.

마개체(12)는, 개방 상태의 유체의 통로가 되는 유체 방출 통로(53)가 형성된 원기둥부(51)와, 원기둥부(51)의 우측(기단측)에 연속하여 원기둥부(51)보다 외직경이 큰 대직경 원통부(52)로 이루어진다.

마개체(12)는, 그 원기둥부(51)의 좌측면이 제1 커플링 부재(2)의 환형의 돌기(24)의 선단에 접촉됨으로써, 제1 커플링 부재(2)의 유체 통로(4)의 우단 개구를 차단 상태로 하고 있다.

원기둥부(51)의 유체 방출 통로(53)는, 원기둥부(51)의 외주면에 있는 유체를 대직경 원통부(52) 내로 유도하도록 형성되어 있다.

편향 부재(13)는, 원통형의 압축 코일 스프링이고, 그 좌단면은, 마개체(12)의 원기둥부(51)의 우측면에서 받아지고, 그 우단면은, 제2 커플링 부재(3)의 본체(26)의 좌측면에서 받아지고 있다.

이 체크 밸브 기구(11)에 따르면, 도 1에 나타내는 상태에서는, 편향 부재(13)에 의해 편향된 마개체(12)의 원기둥부(51)의 좌측면이 제1 커플링 부재(2)의 환형의 돌기(24)에 우방으로부터 접촉함으로써 차단 상태가 얻어지고 있다. 제1 커플링 부재(2)의 유체 통로(4)의 소직경부(4a) 내에는 유체가 도입되고, 이 유체의 압력이 편향 부재(13)에 의한 편향력에 비해서 작은 동안은, 차단 상태가 계속된다. 그리고, 유체압이 커지면, 이 유체압에 의해 마개체(12)가 편향 부재(13)의 편향력에 대항하여 우방으로 이동하게 되어, 제1 커플링 부재(2)의 유체 통로(4)의 소직경부(4a)의 개구로부터 마개체(12)의 원기둥부(51) 외주를 지나, 마개체(12)의 원기둥부(51)의 유체 방출 통로(53)로부터 동대직경 원통부(52) 내를 거쳐, 제2 커플링 부재(3)의 통로(5) 내로 통하는 통로가 생겨, 개방 상태가 얻어진다.

제1 커플링 부재(2)의 우단면에는, 외직경측의 면(41)과, 외직경측의 면(41)의 내직경측에 위치하는 환형의 돌기(42)와, 환형의 돌기(42)의 내직경측에 연속하는 경사면(43)과, 경사면(43)의 내직경측에 마련된 내직경측의 면(44)이 마련되어 있다.

도 2에 확대하여 나타내는 바와 같이, 외직경측의 면(41)은, 유체 통로(4)[개스킷(6)의 축선]에 직교하는 평면이다. 경사면(43)은, 돌기(42)로부터 멀어짐에 따라, 개스킷(6)으로부터 멀어지는 방향으로 경사지게 되도록 마련되어 있다. 내직경측의 면(44)은, 유체 통로(4)[개스킷(6)의 축선]에 직교하는 평면이다.

돌기(42)의 단면은, 반경 0.5 ㎜의 원의 원호이다. 돌기(42)는, 외직경측의 면(41)에 대하여, 0.04 ㎜ 돌출되어 있다. 경사면(43)의 외직경측의 단부는, 돌기(42)에 접하도록 되어 있다.

도 1은 체결 공구에 의해 주머니 너트(7)를 미리 정해진 양 체결한 체결 완료 상태를 나타내고 있고, 돌기(42)가 개스킷(6)에 파고들어, 경사면(43)의 전체면이 개스킷(6)에 밀착하고 있다. 도 2는 주머니 너트(7)를 손으로 체결한 상태를 나타내고 있고, 돌기(42)만이 개스킷(6)에 밀착하고 있다.

내직경측의 면(44)은, 시일에 기여하는 부분이 아니며, 도 1에 나타내는 체결 상태에 있어서, 내직경측의 면(44)과 개스킷(6) 사이의 간극은, 0이어도 좋고, 0이 아니어도(약간의 간극이 있어도) 좋다.

또한, 도 1 및 도 2에서는, 알기 쉽게 하기 위해, 각 부(41, 42, 43, 44)의 치수를 과장하여 그리고 있다.

상기 커플링(1)에 있어서 주머니 너트(7)를 체결해 가는 경우 주머니 너트(7)를 먼저 손으로 체결한다. 이에 의해, 돌기(42)가 개스킷(6)의 측면에 접촉한다. 이 후, 공구를 사용하여 주머니 너트(7)를 체결하면, 돌기(42)가 개스킷(6)의 측면으로 파고들어 가, 돌기(42)에 연속하고 있는 경사면(43)의 외직경측 부분이 개스킷(6)의 측면에 접촉한다. 또한, 주머니 너트(7)를 체결하면, 돌기(42) 및 경사면(43)의 외직경측 부분이 개스킷(6)의 측면으로 파고들어 간다. 이 후, 주머니 너트(7)를 더욱 체결하면, 경사면(43)의 가장 내직경측의 부분이 개스킷(6)의 측면에 접촉한다. 체결량은, 경사면(43)의 가장 내직경측의 부분이 개스킷(6)의 측면에 접촉할 때까지 체결되도록 설정되어 있고, 이 시점에서, 체결이 완료한다.

상기에 있어서, 제1 커플링 부재(2)의 우단면의 돌기(42)의 돌출량 및 각 면(41, 43, 44)의 경사의 정도 및 상대적인 함몰량은, 돌기(42), 경사면(43)이 이 순서로 개스킷(6)에 접촉한다고 하는 조건을 만족시키는 범위에서 여러 가지 변경할 수 있다.

이 발명의 시일 구조, 시일 방법 및 커플링을 사용함으로써, 저온 조건 하의 시일성이 향상되기 때문에, 저온 유체 사용 시의 안전성에 기여할 수 있다.

(1): 커플링
(2): 제1 커플링 부재(제1 부재)
(3): 제2 커플링 부재(제2 부재)
(4): 유체 통로
(5): 유체 통로
(6): 개스킷
(7): 너트
(11): 체크 밸브 기구
(41): 외직경측의 면
(42): 돌기
(43): 경사면
(44): 내직경측의 면

Claims (5)

1. 서로 연통하는 유체 통로를 각각 가지고 있는 제1 부재 및 제2 부재의 맞댐부에 마련되며, 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재의 일부를 구성으로 하는 시일 구조로서,
   상기 제1 부재와 상기 제2 부재 사이에 개재되는 환형의 개스킷
   을 구비하고 있고,
   적어도 한쪽의 커플링 부재의 개스킷 대향면은,
   환형의 돌기와,
   상기 환형의 돌기로부터 내직경측으로 개스킷으로부터 멀어지는 방향으로 경사지게 마련된 경사면과,
   상기 돌기의 외직경측에 마련된 외직경측의 면
   을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 시일 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 경사면의 더욱 내직경측에는, 상기 개스킷의 축선에 직교하는 평면이 마련되어 있는 시일 구조.
3. 서로 연통하는 유체 통로를 각각 가지고 있는 제1 부재와 제2 부재를 나사를 체결하여 접속할 때의 시일 방법으로서,
   상기 제1 부재와 상기 제2 부재 사이에 환형의 개스킷을 개재시키며,
   적어도 한쪽의 부재의 상기 개스킷에 대향하는 면에, 환형의 돌기; 상기 환형의 돌기로부터 내직경측으로 개스킷으로부터 멀어지는 방향으로 경사지게 마련된 경사면; 상기 돌기의 외직경측에 마련된 외직경측의 면을 마련하고,
   상기 나사의 체결에 따라,
   먼저, 상기 돌기를 상기 개스킷의 측면에 접촉시키고,
   이어서, 상기 경사면을 상기 돌기에 가까운 부분으로부터 상기 개스킷의 측면에 접촉시키는 것
   을 특징으로 하는 시일 방법.
4. 서로 연통하는 유체 통로를 각각 가지고 있는 제1 부재 및 제2 부재와,
   상기 제1 부재와 상기 제2 부재를 서로 결합하는 체결 수단과,
   상기 제1 부재 및 상기 제2 부재의 맞댐부에 마련되는 시일 구조
   를 가지고 있는 커플링으로서, 상기 시일 구조는 제1항 또는 제2항의 것인 것을 특징으로 하는 커플링.
5. 제4항에 있어서, 체크 밸브 기구가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 커플링.

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