KR20210001796A - 톱날 그립링 및 이를 이용한 관 연결장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 그립링은; 압륜의 중심구에 삽입된 삽입관의 둘레에 장착되어 삽입관이 상기 압륜의 중심구에서 빠지지 않도록 하는 그립링으로서; 하나 이상의 원호 형상을 가진 압자로 구성되어 삽입관 둘레에 링(ring)의 형태로 배치될 수 있게 구성되며; 상기 압자의 외주에 형성된 경사면이 상기 압륜의 중심구의 내주면에 대응되며; 상기 압륜의 이동에 의해 상기 압자의 내주에 형성된 압착면이 상기 삽입관에 압착될 수 있으며; 상기 압착면에는 삽입관의 원주 방향으로 길게 연장되는 원주톱날과 삽입관의 길이 방향으로 길게 연장되는 길이톱날이 형성되어 있으며; 상기 압자의 두꺼운 쪽에 형성되며 길이톱날이 융기되는 융기부는 압착면을 기준으로 80도 이하의 각도를 가지며 점층적으로 높아지는 형상을 갖는 관 연결장치의 그립링이다.

Description

톱날 그립링 및 이를 이용한 관 연결장치{Grip ring with spikes and pipe connecting device using the same}

본 발명은 수밀과 이탈방지를 요하는 관의 연결장치에 관한 것으로, 상세하게는 관의 일단에 형성된 소켓에 다른 관이 삽입되어 연결되는 관의 연결장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 소켓식 관 연결장치에서 밀봉링을 가압하는 역할, 그리고 소켓에 삽입된 삽입관이 빠지지 않도록 고정하는 역할을 하는 그립링에 관한 것이다.

주철관을 비롯해서 PVC관 (Polyvinyl chloride), PE관 (Ploy Ethylene), 코팅 강관 등의 연결에 가장 일반적으로 사용되는 기계식 연결방법은 소켓식 관 연결방식이다. 소켓식 관 연결방식은 서로 연결되는 두 관의 끝이 한 쪽은 소켓(socket)이고, 다른 한 쪽은 소켓에 삽입되는 삽구(spigot)가 된다.

도 1은 소켓식 관 연결장치의 구성을 보여주는 단면도이다. 소켓(11)이 형성되어 있는 소켓관(1) 일단의 소켓에 삽입관(2)의 일단이 삽입되어 있다. 밀봉링(3)이 소켓과 삽입관 사이의 틈을 메우게 된다. 도 1에 나타난 구조에서 볼트로 구성되어 있는 연결부재(7)를 조여주면 압륜(6)이 소켓관 쪽으로 이동하게 된다. 압륜이 이동함에 따라 압륜은 그립링(5)을 밀게 되는데, 이 때 그립링은 두 가지 역할을 순차적으로 하게 된다. 1단계로, 압륜에 밀린 그립링은 이웃한 보완링(4)를 밀고, 보완링은 상기에 설명된 밀봉링(3)를 밀어서 소켓과 삽입관 사이의 틈을 밀봉하게 된다. 1단계 이후에 순차적으로 일어나는 2단계에서는, 압륜에 의해 밀린 그립링(5)의 내경이 줄어들면서, 그립링이 삽입관 둘레에 압착하여서 삽입관이 압륜을 빠져나가지 못하게 고정시킨다.

그립링이 삽입관에 압착될 때, 그립링에 잡힌 삽입관이 미끄러져 빠지는 것을 방지하기 위해 그립링의 내주면에는 내주를 따라 길게 연장된 톱날(spikes)이 형성되어 있다.

도 2는 그립링의 구조를 보여주는 정면도와 단면도이다. 그립링(5)은 전체적으로는 원호의형태를 가진 압자(50)로 이루어져서 링의 형태를 가진다. 그립링에는 압자가 끊어지는 부분에 형성되는 축소공간(51)이 있으며, 내경이 축소될 때 상기 축소공간에서 압자 간의 거리가 줄어들 수 있다. 압자는 두 개 이상으로 이루어질 수도 있으며, 축소 공간도 두 개 이상으로 분산될 수 있다. 압자의 외주면은 테이퍼 가공된 경사면(53)으로서, 압륜(6)의 중앙에 있는 상기 삽입관이 삽입되는 중심구(61)의 내주면에 대응된다. 압자의 두께가 두꺼운 쪽의 측면에 해당하며, 밀봉링 쪽으로 압력을 가할 수 있는 면이 가압면(54)이다. 압자의 압착면(55)은 삽입관의 외주면에 압착되는 면으로서, 원주 방향으로 길게 연장되며 상기 삽입관의 외주면에 밀착될 수 있는 원주톱날(57)이 형성되어 있다.

상기 설명된 기존의 그립링이 잘 작동하기 위해서는 압륜 중심구(61)의 내주면 전체가 그립링의 경사면(53) 전체를 균일하게 밀어주어야 한다. 그러나 연결부재(7)의 역할을 하는 볼트들을 골고루 조금씩 조이지 않고, 부분적으로 한 쪽만 많이 조이는 경우에는, 그립링이 편심을 받아서 기울어지고, 그립링의 압착면에 형성된 원주톱날이 삽입관의 표면에 걸리게 되는 단점이 있다. 그립링이 밀봉링 쪽으로 이동하는 중에 삽입관의 표면에 걸려서 밀봉링을 충분히 가압하지 못하게 되면 관 연결부에서 누수가 발생하게 된다. 이 같이 그립링이 삽입관의 표면에 걸려서 밀봉링이 충분히 가압하지 못하는 현상은 관경이 클수록, 원주톱날의 각도가 90˚에 가깝고 날카로울수록, 그리고 삽입관의 표면이 거칠수록 더욱 발생하기 쉬워진다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그립링이 삽입관에 대해서 수직을 유지하며, 원주를 따라 전체적으로 균일하게 이동하지 못할 때 발생하는 그립링 걸림 문제를 완화하는 구조의 그립링을 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 관 연결장치의 그립링은; 압륜의 중심구에 삽입된 삽입관의 둘레에 장착되어 삽입관이 상기 압륜의 중심구에서 빠지지 않도록 하는 그립링으로서; 하나 이상의 원호 형상을 가진 압자로 구성되어 삽입관 둘레에 링(ring)의 형태로 배치될 수 있게 구성되며; 상기 압자의 외주에 형성된 경사면이 상기 압륜의 중심구의 내주면에 대응되며; 상기 압륜의 이동에 의해 상기 압자의 내주에 형성된 압착면이 상기 삽입관에 압착될 수 있으며; 상기 압착면에는 삽입관의 원주 방향으로 길게 연장되는 원주톱날과 삽입관의 길이 방향으로 길게 연장되는 길이톱날이 형성되어 있으며; 상기 압자의 두꺼운 쪽에 형성되며 길이톱날이 융기되는 융기부는 압착면을 기준으로 80°이하의 각도를 가지며 점층적으로 높아지는 형상을 가질 수 있다. 상기 길이톱날의 높이는 상기 원주톱날의 높이와 같거나 더 높을 수 있다.

또한, 상기 압착면에서, 압자의 두꺼운 쪽 측면에서 원주톱날까지의 거리가 압자의 얇은 쪽측면에서 원주톱날까지의 거리보다 더 길게 형성될 수 있다.

또한, 상기 압착면에는 삽입관의 원주 방향으로 길게 연장되는 원주톱날이 복수의 원주에 단속적으로 배열되어 있으며; 상기 삽입관의 길이 방향으로 보았을 때, 각 원주에 배열된 원주톱날이 서로 겹치지 않을 수 있다.

또한, 다른 관에 형성된 소켓에 삽입되어 연결되는 삽입관을 고정하는 관 연결장치로서; 상기 삽입관이 삽입되는 중심구를 가지는 압륜과; 상기 삽입관의 외주면과 상기 소켓 사이에 개재되어 틈새를 밀봉하는 밀봉링과; 상기 압륜과 상기 밀봉링 사이에 위치하며, 상기 삽입관의 둘레에 위치하여 상기 압륜이 가압하는 힘에 의해 상기 삽입관의 외주면에 압착되는 상기에 설명된 그립링을 포함할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 주요한 과제 해결 수단들은, 아래에서 설명될 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용', 또는 첨부된 '도면' 등의 예시를 통해 보다 구체적이고 명확하게 설명될 것이며, 이때 상기한 바와 같은 주요한 과제 해결 수단 외에도, 본 발명에 따른 다양한 과제 해결 수단들이 추가로 제시되어 설명될 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 관 연결장치를 체결할 때, 그립링의 이동방향과 동일한 방향으로 길게 연장되어 형성되는 길이톱날이 그립링의 이동방향과 수직으로 길게 연장되어 형성되는 원주톱날과 동일하거나 더 높은 높이를 가져서 원주톱날이 삽입관의 표면에 걸리는 것을 방지해주는 효과가 있다. 더하여 길이톱날의 융기부는 80도 이하의 각도를 가지고 그립링의 이동 방향으로 점층적으로 높아지므로 길이톱날에 의해 그립링은 삽입관의 표면에 걸리지 않고, 쉽게 이동할 수 있는 효과가 있다.

또한, 압자의 두꺼운 쪽에는 원주톱날이 없어서, 그립링의 진행방향의 앞 쪽은 그립링과 삽입관 사이에 톱날 높이 만큼의 공간이 더 생성된다. 이 공간으로 인해서, 관 연결장치의 체결과정에서 그립링이 기울어져도 삽입관의 표면에 걸리지 않게 되는 효과가 있다.

또한, 상기 압착면에 삽입관의 원주 방향으로 길게 연장되는 원주톱날을 복수의 원주에 단속적으로 배열하며, 상기 삽입관의 길이 방향으로 보았을 때, 각 원주에 배열된 원주톱날이 서로 겹치지 않게 배열함으로써, 주물 공법으로 쉽게 원주톱날을 형성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기에 설명된 그립링을 이용함으로써, 체결이 쉽고, 신뢰성 있는 관 연결장치를 구현할 수 있다.

본 발명은 이외에도 본 발명의 여러 실시예에 따라 다양한 효과를 제공하는 바, 이에 대해서는 아래에서 설명될 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'에서 추가로 설명한다.

도 1은 소켓식 관 연결장치의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 2는 기존의 그립링의 구조를 보여주는 정면도와 단면도이다.
도 3는 본 발명에 따른 그립링의 압착면에 형성된 원주톱날과 길이톱날을 보여주는 정면도(a)와 측면도(b), 그리고 확대된 측면도(c)이다.
도 4는 관 연결장치의 체결과정에서 삽입관의 표면을 따라 이동하는 그립링을 보여주는 개념도이다.
도 5는 그립링이 삽입관에서 이동하면서 기울어질 때, 그립링이 삽입관의 표면에 걸리는 각도를 보여주는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 그립링에 적용되는 압자를 주물공정으로 형성할 수 있는 주물금형의 개념도이다.
도 7은 본 발명에 따른 코팅 강관의 소켓식 관 연결장치의 구성을 보여주는 단면도이다.

이하 설명되는 본 발명의 바람직한 실시예에서 소켓관과 삽입관은 주철관, 알루미늄관, 강관, 코팅강관과 같은 금속관은 물론이고, PVC관, PE관 등의 합성수지관도 포함한다. 또한, 관은 그 형태가 직관에 한정되는 것이 아니고, 곡관, T형 관 등을 포함한 다양한 형태를 가지는 이형관 및 이 외의 모든 연결관을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 상기와 같은 관들을 서로 연결하기 위한 관 연결장치 및 이 관 연결장치에 이용되는 그립링의 여러 실시예들을 설명한다.

도 3는 본 발명에 따른 그립링의 압착면에 형성된 원주톱날과 길이톱날을 보여주는 정면도(a)와 측면도(b), 그리고 확대된 측면도(c)이다. 원주톱날(57)과 길이톱날(58)은 모두 그립링의 내주면에 해당하는 압착면(55)에 형성된다. 원주톱날은 원주를 따라 길게 연장되어 형성된다. 원주톱날은 그립링이 두꺼운 쪽으로는 톱날의 각도를 90˚ 가깝게 형성하여 삽입관이 그립링에서 빠지지 못하도록 하는 것이 바람직하다.

도 3에서 원주톱날이 두 줄의 원주를 따라 단속적으로 배열되어 있으며, 삽입관의 길이 방향으로 보았을 때, 각 원주에 배열된 원주톱날이 서로 겹치지 않도록 배열되어 있다. 이러한 원주톱날의 배열을 주물 공정을 이용하여 손쉽게 형성할 수 있다. 이에 대해서는 도 6에서 추가로 설명하도록 한다.

길이톱날은 삽입관의 길이 방향으로 길게 연장되어 형성된다. 길이톱날의 역할은 그립링이 삽입관 표면을 따라 밀봉링 쪽으로 이동할 때, 원주톱날이 삽입관의 표면에 닿지 않도록 하는 역할을 한다. 이를 위해서는 길이톱날의 높이가 원주톱날의 높이와 같거나 더 높게 형성되는 것이 바람직하다. 그립링이 삽입관 표면에서 이동할 때, 원주톱날 보다 높게 형성된 길이톱날의 날 끝만이 삽입관의 표면에 닿게 되므로, 그립링이 삽입관 표면에 대해서 가지는 마찰력이 최소화되면서 그립링이 삽입관 표면에서 쉽게 이동하게 되는 효과도 있다. 길이톱날만이 삽입관의 표면에 닿기 위해서는 길이톱날이 4개 이상 있으며, 그립링의 내주면에 균일한 각도로 분산되어 있는 것이 바람직하다. 길이톱날의 높이가 원주톱날 보다 낮은 경우에도 삽입관의 표면에 대하여 원주톱날의 높이가 길이톱날의 높이만큼 낮아지는 효과가 있으므로, 원주톱날이 삽입관의 표면에 걸리는 현상을 완화시킬 수 있다.

길이톱날은 그립링이 삐뚤어지는 것을 방지하는 역할도 할 수 있다. 예를 들어 압륜의 12시 방향의 볼트를 조아서 이 방향에 있는 길이톱날이 삽입관의 표면에 박혀 있고, 이 상태에서 압륜의 3시 방향의 볼트를 조으면, 이미 삽입관의 표면에 박혀 있는 12시 방향의 길이톱날에 의해 압륜이 3시 방향으로 비뚤어지는 것을 방지하게 된다.

도 4는 관 연결장치의 체결과정에서 삽입관의 표면을 따라 이동하는 그립링을 보여주는 개념도이다. 도 4의 (b)에 나타낸 기존의 그립링에서는, 그립링이 전진하는 방향으로 수직에 가까운 각을 가지는 원주톱날(57)이 삽입관의 표면에 있을 수 있는 약간의 굴곡 또는 돌출부에 걸릴 수 있다. 도 4의 (a)에 나타낸 본 발명의 그립링에서는, 원주톱날(57) 보다 높은 길이톱날(58)에 의해서 원주톱날이 삽입관의 표면에 닿는 것을 방지하게 된다. 그리고 길이톱날이 시작되는 톱날융기부(59)는 80˚ 이하의 각도를 가지며, 점진적으로 높이가 높아지는 형상을 가지므로 삽입관의 표면에 있을 수 있는 약간의 굴곡 또는 돌출부의 위로 쉽게 넘어갈 수 있게 된다.

도 5는 그립링이 삽입관에서 이동하면서 기울어질 때, 그립링이 삽입관의 표면에 걸리는 각도를 보여주는 개념도이다. 도 5의 (b)에 나타낸 기존의 그립링에서는 원주톱날이 그립링의 압착면 전체에 균일하게 형성되어 있다. 반면에 도 5의 (a)에 나타낸 본 발명의 그립링에서는 그립링의 얇은 쪽에만 원주톱날이 있고, 그립링의 두꺼운 쪽에는 원주톱날이 없다. 도 5의 (a)에서, 원주톱날이 없는 부분은 결과적으로 그립링과 삽입관 사이의 간격이 크게 되며, 그립링이 밀봉링이 있는 방향으로 이동하는 과정에서 수직에서 기울어질 수 있는 각도 a1이 도 5의 (b)에서의 각도 a2 보다 더 크다. 즉, a2 보다 크고 a1 보다 작은 각도로 그립링이 기울어질 경우, 기존의 그립링은 삽입관의 표면에 걸려서 고정되는 반면에, 본 발명의 그립링은 삽입관의 표면에 걸리지 않고 이동할 수 있게 된다. 구경이 큰 관의 경우에는 그립링의 톱날과 삽입관의 표면 사이의 공차에 비해서 톱날의 높이가 더 클 수 있다. 즉, 이동 방향 앞쪽에 있는 톱날을 없애는 경우에 그립링이 삽입관 표면에 걸리지 않고 이동할 수 있는 그립링의 허용 기울기가 2배 이상 커질 수 있다.

도 6은 본 발명의 그립링에 적용되는 압자를 주물공정으로 형성할 수 있는 주물금형의 개념도이다.

압자를 주물 공정으로 형성할 때, 압자가 가지는 형상이 180도 이상의 각도를 가지는 원호인 경우를 비롯해서 많은 경우에 압자의 주물금형의 분리선(parting line)(9)은 도 6의 (a)와 같이 원호의 내주면을 따라 형성되는 톱날의 끝을 따라서 형성하게 된다. 그런데, 이렇게 톱날 끝을 따라서 주물 금형의 분리선을 형성하는 경우에는 원주를 따라서 길게 연장되는 원주톱날을 하나의 원주에만 만들어야 한다. 즉, 하나의 원주톱날만 밖에 만들 수 없다. 하지만 도 6의 (b)와 같이 분리선을 두 개의 원주에 단속적으로 형성함으로써, 주물공정으로 두 줄의 원주톱날을 형성할 수 있다. 이 때 형성되는 원주톱날은 분리선을 따라서 두 개 이상의 원주에 단속적으로 배열된다. 그리고, 삽입관의 길이 방향으로 보았을 때, 각 원주에 배열된 원주톱날이 서로 겹치지 않게 된다. 이러한 방법으로 형성된 원주톱날이 도 3에 나타나 있다.

도 7은 본 발명에 따른 코팅 강관의 소켓식 관 연결장치의 구성을 보여주는 단면도이다. 앞서 설명한 대로 주철관은 물론이고, PVC관, PE관 등 다양한 소재의 관에 있어서 본 발명의 관 연결장치가 적용될 수 있는데, 소켓(11)과 걸림턱(15)을 별도로 형성해 주어야하는 강관에도 본 발명의 그립링을 이용한 관 연결장치가 적용될 수 있다. 강관의 일단을 확관하여 소켓을 형성하며, 소켓의 외주에 걸림턱(15)을 가지는 소켓링(8)을 끼움으로서 코팅 강관에도 본 그립링을 이용한 관 연결장치를 적용할 수 있다. 도 7에 나타난 두 개의 그립링 단면에는 각각 코팅 강관의 표면에 박힌 원주톱날과 길이톱날이 나타나 있다.

상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

1 소켓관 2 삽입관
3 밀봉링 5 그립링
6 압륜 7 연결부재
9 분리선
11 소켓 15 걸림턱
50 압자 51 축소공간
53 경사면 54 가압면
55 압착면 57 원주톱날
58 길이톱날 59 톱날융기부
61 중심구

Claims (4)

1. 압륜의 중심구에 삽입된 삽입관의 둘레에 장착되어 삽입관이 상기 압륜의 중심구에서 빠지지 않도록 하는 그립링으로서;
   하나 이상의 원호 형상을 가진 압자로 구성되어 삽입관 둘레에 링(ring)의 형태로 배치될 수 있게 구성되며;
   상기 압자의 외주에 형성된 경사면이 상기 압륜의 중심구의 내주면에 대응되며;
   상기 압륜의 이동에 의해 상기 압자의 내주에 형성된 압착면이 상기 삽입관에 압착될 수 있으며;
   상기 압착면에는 삽입관의 원주 방향으로 길게 연장되는 원주톱날과 삽입관의 길이 방향으로 길게 연장되는 길이톱날이 형성되어 있으며;
   상기 압자의 두꺼운 쪽에 형성되며 길이톱날이 융기되는 융기부는 압착면을 기준으로 80도 이하의 각도를 가지며 점층적으로 높아지는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 관 연결장치의 그립링.
2. 압륜의 중심구에 삽입된 삽입관의 둘레에 장착되어 삽입관이 상기 압륜의 중심구에서 빠지지 않도록 하는 그립링으로서;
   하나 이상의 원호 형상을 가진 압자로 구성되어 삽입관 둘레에 링(ring)의 형태로 배치될 수 있게 구성되며;
   상기 압자의 외주에 형성된 경사면이 상기 압륜의 중심구의 내주면에 대응되며;
   상기 압륜의 이동에 의해 상기 압자의 내주에 형성된 압착면이 상기 삽입관에 압착될 수 있으며;
   상기 압착면에는 삽입관의 원주 방향으로 길게 연장되는 원주톱날이 하나 이상 형성되어 있으며;
   상기 압착면에서, 압자의 두꺼운 쪽의 측면에서 원주톱날까지의 거리가 압자의 얇은 쪽의 측면에서 원주톱날까지의 거리보다 더 긴 것을 특징으로 하는 관 연결장치의 그립링.
3. 압륜의 중심구에 삽입된 삽입관의 둘레에 장착되어 삽입관이 상기 압륜의 중심구에서 빠지지 않도록 하는 그립링으로서;
   하나 이상의 원호 형상을 가진 압자로 구성되어 삽입관 둘레에 링(ring)의 형태로 배치될 수 있게 구성되며;
   상기 압자의 외주에 형성된 경사면이 상기 압륜의 중심구의 내주면에 대응되며;
   상기 압륜의 이동에 의해 상기 압자의 내주에 형성된 압착면이 상기 삽입관에 압착될 수 있으며;
   상기 압착면에는 삽입관의 원주 방향으로 길게 연장되는 원주톱날이 복수의 원주에 단속적으로 배열되어 있으며,
   상기 삽입관의 길이 방향으로 보았을 때, 복수의 원주에 단속적으로 배열된 상기 원주톱날이 서로 겹치지 않는 것을 특징으로 하는 관 연결장치의 그립링.
4. 소켓관의 일단에 형성된 소켓에 삽입되어 연결되는 삽입관을 고정하는 관 연결장치로서;
   상기 삽입관이 삽입되는 중심구를 가지는 압륜과;
   상기 소켓과 상기 삽입관의 외주면 사이에 개재되어 틈새를 밀봉하는 밀봉링과;
   상기 밀봉링과 상기 압륜 사이에 위치하며, 상기 삽입관의 둘레에 위치하여 상기 압륜이 가압하는 힘에 의해 상기 삽입관의 외주면에 압착되는 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 기재된 그립링을 포함하는 것을 특징으로 하는 관 연결장치.

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