KR20190094864A - 적층형 가스켓 결합구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적층형 가스켓 결합구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코킹 결합력을 극대화하고 외부 충격에 대한 강성을 향상시킬 수 있는 적층형 가스켓 결합구조에 관한 것이다.

Description

적층형 가스켓 결합구조{Stacked gasket coupling structure}

본 발명은 적층형 가스켓 결합구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코킹 결합력을 극대화하고 외부 충격에 대한 강성을 향상시킬 수 있는 적층형 가스켓 결합구조에 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 접합면 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 헤드와 실린더블록을 체결하는 볼트결합의 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 폭발 시 발생되는 미세 간극 생성을 억제하기 위해서는 탄성과 함께 내구성을 갖는 적층형 가스켓이 필요하다.

일반적으로 적층형 가스켓은 복수의 금속박판(플레이트)을 적층, 결합하여 사용되어 왔다.

일예로 적층형 가스켓은 2장의 플레이트로 구성할 수 있는데, 탄성력에 의해 실린더헤드와 실린더블록의 접합면이 시일 하도록 하는 비드가 형성된 비드플레이트와 상기 비드플레이트의 비드의 완전압착으로 인한 시일성능의 저하를 방지할 수 있도록 하는 스토퍼플레이트로 구성할 수 있다.

이와 같이 2장의 플레이트를 적층하여 결합시키기 위한 방법은 기본적으로 그로멧형, 헤밍형, 야그형 등이 있으며, 이들은 주로 리벳팅, 야그용접 등에 의해 상호 분리되지 않도록 사용되어 왔다.

그러나 상기와 같이 리벳팅에 의해 플레이트 상호간을 결합하는 경우 별도의 리벳팅 작업을 수행해야 하는 번거로움이 있고, 야그용접의 경우도 용접에 의해 발생되는 열에 의해 조립되는 플레이트에 열응력이 발생되고, 이 열응력에 의해 조립된 적층형 가스켓에 열변형이 발생되며, 이 또한 별도의 용접과정을 거쳐야 하는 번거로움이 있었다.

이러한 문제점으로 인해 코킹부(방식)에 의해 플레이트 상호간을 결합하여 사용하는데, 코킹방식은 각각의 플레이트에 대응하는 코킹을 구성함으로서 별도의 리벳팅 이나 용접과정이 없이 간편하게 대응하는 코킹을 삽입하는 방식으로 플레이트 상호간을 결합하여 사용하는 것이다.

그러나 코킹방식의 경우에도 각각의 플레이트 간에 단순히 코킹부의 삽입에 의해 체결하는 구조로 플레이트 간에 미끌림이 발생하여 가스켓의 기능을 저해하는 문제점이 있으며, 코킹부를 형성하기 위해 플레이트에 절취선을 형성하는데 이러한 절취선의 단부에는 응력집중이 야기되며 진동에 의한 균열 등 구조적인 문제점이 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 대한민국 등록특허 제10-0924458호에는 적층형 가스켓을 구성하는 복수의 플레이트에서 각각의 플레이트에 동일 위치에 형성되는 마주 보는 절취선과, 상기 절취선 사이를 가압하여 형성되는 코킹부로 구성되며, 상기 절취선의 양단부에서 각각 이격된 위치에서 형성되는 제2절취선과; 상기 제2절취선이 감싸는 플레이트 부분을 가압하여 형성되는 제2코킹부로 구성됨을 특징으로 하는 적층형 가스켓의 2중 결합구조가 개시되어 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 대한민국 등록특허 제10-0924458호에서는 적층형 가스켓을 구성하는 복수의 플레이트에서 각각의 플레이트에 동일 위치에 형성되는 마주 보는 절취선과, 상기 절취선 사이를 가압하여 형성되는 코킹부로 구성되는 적층형 가스켓의 결합구조에 관한 것으로서, 상기 절취선의 양단부에서 각각 이격된 위치에서 형성되는 제2절취선과; 상기 제2절취선이 감싸는 플레이트 부분을 가압하여 형성되는 제2코킹부로 구성됨을 특징으로 하는 적층형 가스켓의 2중 결합구조가 개시되어 있다.

다만, 위 등록특허는 제1, 2코킹부가 길이 방향으로 길게 배치되기 때문에 가로 방향과 세로 방향에 대한 압축력이나 응력에 대한 불균형이 야기되는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제10-0924458호 대한민국 등록특허 제10-1376744호

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 코킹 결합력을 극대화하고 외부 충격에 대한 강성을 향상시킬 수 있는 적층형 가스켓 결합구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

이를 위해 본 발명에 따른 적층형 가스켓은 복수의 플레이트를 적층된 구조로 이루어지며, 각 플레이트에는 한 쌍의 절개선 사이를 가압하여 이웃하는 플레이트와 결합하는 코킹부가 마련되되, 상기 코킹부는 플레이트와 동일 평면 상에 배치되는 중앙부와, 상기 중앙부의 테두리에 배치되며 가압에 의해 일측으로 융기되는 4개의 코킹돌기와, 이웃하는 코킹돌기 사이에 마련되며 상기 중앙부와 동일 평면 상에 배치되는 경계부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 적층형 가스켓에 있어서, 코킹돌기는 상기 중앙부와 연결되는 전방 경사부와, 상기 전방 경사부에서 절곡되는 첨단부와, 상기 첨단부에서 절곡되어 플레이트에 연결되는 후방 경사부로 이루어지되, 상기 전방 경사부와 후방 경사부는 각각 상기 첨단부와의 경계에서 멀어질수록 좁아지는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 적층형 가스켓에 있어서, 4개의 코킹돌기는 한 쌍을 이루는 제1, 2 코킹돌기와, 상기 중앙부를 기준으로 제1, 2 코킹돌기와 대칭되도록 배치되어 다른 한 쌍을 이루는 제3, 4 코킹돌기로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 적층형 가스켓에 있어서, 제1, 2 코킹돌기 사이에는 각 코킹돌기의 마주보는 한 쌍의 절단면과, 상기 경계부에 의해 구획되는 끼움홈이 마련되고, 상기 끼움홈에는 이웃하는 플레이트에 마련된 경계부가 억지 끼움 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 적층형 가스켓에 있어서, 사각 형상의 각 플레이트의 마주보는 한 쌍의 모서리에는 상기 코킹부에 의해 결합되고, 마주보는 다른 한 쌍의 모서리에는 스팟 용접을 통해 접합이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에 따른 적층형 가스켓 결합구조에 따르면 코킹 결합력을 극대화하고 외부 충격에 대한 강성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1a는 본 발명에 따른 적층형 가스켓을 도시하는 평면도이고, 도 1b는 도 1a와 다른 구조를 가진 본 발명의 적층형 가스켓을 촬영한 사진이다.
도 2a는 도 1a의 코킹부를 확대하여 도시한 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 코킹부를 일부 분해한 사시도이며, 도 2c는 도 2a의 AA단면도이고, 도 2d는 도 2a의 BB단면도이다.
도 3a는 도 2a와 다른 구조의 코킹부를 도시한 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 코킹부를 일부 분해한 사시도이며, 도 3c는 도 3a의 AA단면도이고, 도 3d는 도 3a 구조의 코킹부가 형성된 적층형 가스켓을 촬영한 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1a는 본 발명에 따른 적층형 가스켓을 도시하는 평면도이고, 도 1b는 도 1a와 다른 구조를 가진 본 발명의 적층형 가스켓을 촬영한 사진이다. 그리고 도 2a는 도 1a의 코킹부를 확대하여 도시한 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 코킹부를 일부 분해한 사시도이며, 도 2c는 도 2a의 AA단면도이고, 도 2d는 도 2a의 BB단면도이다. 그리고 도 3a는 도 2a와 다른 구조의 코킹부를 도시한 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 코킹부를 일부 분해한 사시도이며, 도 3c는 도 3a의 AA단면도이고, 도 3d는 도 3a 구조의 코킹부가 형성된 적층형 가스켓을 촬영한 사진이다.

본 발명에 따른 적층형 가스켓(100)은 복수의 플레이트(110 : 110a,110b,110c)가 적층된 구조로 이루어진다.

각 플레이트(110 : 110a,110b,110c)는 코킹부(120)와, 용접부(140)를 통해 일체로 접합되는 것을 특징으로 한다.

보다 구체적으로, 각 플레이트(110 : 110a,110b,110c)가 도 1a에 도시된 바와 같이 전체적으로 사각 형상으로 이루어지는 경우, 각 플레이트(110)의 마주보는 한 쌍의 모서리에는 코킹부(120)에 의해 결합되고, 마주보는 다른 한 쌍의 모서리에는 스팟 용접을 통해 접합되는 용접부(140)가 형성된다.

이와 같이 코킹부(120)에 의한 기계적 결합과 용접부에 의한 접합이 함께 이루어짐으로 인해 용접에 의한 열응력을 최소화하면서 각 플레이트의 전체적인 결합력은 코킹 방식만을 채택한 것에 비해 크게 향상시키는 장점이 있다.

다만, 코킹 결합과 용접이 함께 이루어지되 전체적으로 균일한 결합력을 구현하도록 각 결합이 플레이트의 모서리 영역에서 테두리를 따라 교대로 이루어지는 것이 바람직하다.

이때 한 쌍의 절취선을 형성한 다음 한 쌍의 절취선 사이를 가압하는 방식으로 코킹부를 먼저 형성한 다음, 용접부가 형성되는 것을 예시할 수 있다.

상기 코킹부(120)는 도 2a, 도 3a에 도시된 바와 같이 플레이트(110)와 동일 평면 상에 배치되는 중앙부(121)와, 상기 중앙부(121)의 테두리에 배치되며 가압에 의해 일측으로 융기되는 4개의 코킹돌기(123a,123b,123c,123d)와, 이웃하는 코킹돌기(123a,123b,123c,123d) 사이에 마련되며 상기 중앙부(121)와 동일 평면 상에 배치되는 경계부(122b)로 이루어지는 것을 예시할 수 있다.

상기 중앙부(121)는 가압이 이루어지지 않기 때문에 평면 형상이 된다.

상기 코킹돌기(123 : 123a,123b,123c,123d)는 상기 중앙부(121)와 연결되는 전방 경사부(124)와, 상기 전방 경사부(124)에서 절곡되는 첨단부(125)와, 상기 첨단부(125)에서 절곡되어 플레이트(120)에 연결되는 후방 경사부(127)로 이루어지는 것을 예시할 수 있다. 이때 첨단부(125)는 평평하게 구성될 수도 있고 곡면을 형성할 수도 있다.

상기 전방 경사부(124)와 후방 경사부(127)는 각각 상기 첨단부(125)와의 경계에서 멀어질수록 좁아지는 구조로 이루어지는 것이 바람직한데, 이는 첨단부(125)와 전방/후방 경사부(127)가 동일한 폭으로 이루어지는 것에 비해 코킹 결합력을 향상시키기 위함이다.

4개의 코킹돌기(110a,110b,110c)가 중앙부(121)를 기준으로 사방에 등간격으로 형성된 본 발명의 실시예와, 일자형의 기존 코킹부와의 물성 비교 실험을 수행하였으며, 실험 내용은 아래와 같다.

[실험예 1]

1. 실험 대상 시편은 아래 표 1과 같다.

2. 실험 방법은 아래 표 2에 나타난 바와 같이 플레이트에서 코킹부만 절단하여 아래의 시험기에 넣고 인장강도 및 최대 하중 실험을 실시하였다.

3. 인장 강도 및 최대 하중치에 대한 실험 결과는 아래 표 3과 같고, 최대 하중치, Load(MAX)에 대한 실험 결과는 표 4의 그래프로 나타내었다.

표 3 및 표 4를 함께 참조해 보면, 최대 하중치:Load(MAX)의 경우 타사의 가로 방향에 대한 최대 하중치는 2매, 3일 때 각각 50kgf 정도에 불과한데, 본 발명은 2매인 경우에도 타사 제품에 비해 평균 98kgf 정도로 타사 제품에 비해 거의 두 배에 이르며, 세로 방향에 대해서도 거의 2배라는 것을 확인할 수 있었다. 즉 본 발명은 적층된 플레이트 수가 3매인 경우 최대 하중치:Load(MAX)는 148kgf, 4매인 경우 188kgf가 되어 타사 제품에 비해 물성 내지 코킹 결합력이 크게 개선되었다는 것을 확인할 수 있었다.

그리고 본 발명의 경우 인장 실험 후에도 결합된 각 플레이트 시편의 탈락이 없었으나, 타사 세로 타입의 경우 탈락이 쉽게 되어 코킹 사이에 미끄러짐이 발생한다는 것도 확인할 수 있었다.

한편, 본 발명의 코킹부는 상술한 바와 같이 플레이트의 마주보는 한 쌍의 모서리에 각각 형성되는데, 각 코킹부를 구성하는 4개의 코킹돌기는 도 2a에 도시된 바와 같이 동일한 간격으로 이루어질 수도 있고, 도 3a에 도시된 바와 같이 2개가 한 쌍을 형성하도록 구성할 수도 있다. 도 2a 및 도 3a에 도시된 코킹돌기의 2가지 배치 중에서 도 3a에 도시된 배치가 코킹 결합력을 극대화할 수 있다는 점에서 보다 바람직하다.

즉, 상기 4개의 코킹돌기(123)는 한 쌍을 이루는 제1, 2 코킹돌기(123a,123b)와, 상기 중앙부(121)를 기준으로 제1, 2 코킹돌기(123a,123b)와 대칭되도록 배치되어 다른 한 쌍을 이루는 제3, 4 코킹돌기(123c,123d)로 이루어진다.

상기 제1, 2 코킹돌기(123a,123b) 사이에는 각 코킹돌기의 마주보는 한 쌍의 절단면과, 상기 경계부(122b)에 의해 구획되는 끼움홈(122a)이 마련된다. 그리고 상기 끼움홈(122a)에는 상하로 이웃하는 플레이트에 마련된 경계부(122b)가 억지 끼움 결합한다.

따라서 상하로 끼워지는 코킹돌기들 간의 결합과 함께 끼움홈과 결계부의 결합이 더해지기 때문에 결합력이 크게 향상된다.

나아가 제1, 2 코킹돌기와 대칭되도록 제3, 4 코킹돌기가 배치되기 때문에 그 결합력은 극대화할 수 있다.

한편, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 적층형 가스켓
110 : 플레이트
120 : 코킹부
121 : 중앙부
122a : 끼움홈
122b : 경계부
123 : 코킹돌기
124 : 전방 경사부
125 : 첨단부
127 : 후방 경사부
140 : 용접부

Claims (5)

1. 복수의 플레이트를 적층된 구조로 이루어지는 적층형 가스켓 결합구조에 있어서,
   각 플레이트에는 한 쌍의 절개선 사이를 가압하여 이웃하는 플레이트와 결합하는 코킹부가 마련되되,
   상기 코킹부는,
   플레이트와 동일 평면 상에 배치되는 중앙부와,
   상기 중앙부의 테두리에 배치되며 가압에 의해 일측으로 융기되는 4개의 코킹돌기와,
   이웃하는 코킹돌기 사이에 마련되며 상기 중앙부와 동일 평면 상에 배치되는 경계부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 적층형 가스켓 결합구조.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 코킹돌기는 상기 중앙부와 연결되는 전방 경사부와, 상기 전방 경사부에서 절곡되는 첨단부와, 상기 첨단부에서 절곡되어 플레이트에 연결되는 후방 경사부로 이루어지되,
   상기 전방 경사부와 후방 경사부는 각각 상기 첨단부와의 경계에서 멀어질수록 좁아지는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 적층형 가스켓 결합구조.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 4개의 코킹돌기는,
   한 쌍을 이루는 제1, 2 코킹돌기와, 상기 중앙부를 기준으로 제1, 2 코킹돌기와 대칭되도록 배치되어 다른 한 쌍을 이루는 제3, 4 코킹돌기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 적층형 가스켓 결합구조.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1, 2 코킹돌기 사이에는 각 코킹돌기의 마주보는 한 쌍의 절단면과, 상기 경계부에 의해 구획되는 끼움홈이 마련되고, 상기 끼움홈에는 이웃하는 플레이트에 마련된 경계부가 억지 끼움 결합되는 것을 특징으로 하는 적층형 가스켓 결합구조.
   
5. 제1항에 있어서,
   사각 형상의 각 플레이트의 마주보는 한 쌍의 모서리에는 상기 코킹부에 의해 결합되고, 마주보는 다른 한 쌍의 모서리에는 스팟 용접을 통해 접합이 이루어지는 것을 특징으로 하는 적층형 가스켓 결합구조.

Images