KR20220156945A - 원통형 벽의 플러그 밸브 경성 밀봉 - Google Patents

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Abstract

회전 밸브는 내부에 개구가 형성된 밸브체, 상기 밸브체의 상기 개구 내에 수용되고 회전축을 중심으로 상기 밸브체에 대해 회전하도록 구성된 회전 부품, 그리고 상기 밸브체와 상기 회전 부품 사이에 배치되는 경성 밀봉체와 연성 밀봉체를 포함하는 밀봉 조립체를 포함한다. 상기 경성 밀봉체는 실질적으로 강성 재료로 형성되었으며, 상기 회전 부품과 밀봉식으로 맞물리도록 구성된다. 상기 연성 밀봉체는 탄성적으로 변형 가능한 재료로 형성되었으며, 상기 경성 밀봉체와 상기 밸브체를 밀봉식으로 맞물림 하도록 구성되어 있다.

Description

원통형 벽의 플러그 밸브 경성 밀봉
본 발명은 회전 밸브용 밀봉 조립체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고정 밸브체의 내부 표면과 회전 부품의 외부 표면 사이의 유체 기밀 밀봉 및 상대적으로 낮은 마찰을 보장하기 위한 연성 밀봉 및 경성 밀봉을 각각 포함하는 밀봉 조립체에 관한 것이다.
플러그 밸브는 상응하는 원통형 또는 원추형 내부 표면을 갖는 밸브체 내에 수용되며, 실질적으로 원통형 또는 원추형 외부 표면을 갖는 "플러그"를 전형적으로 포함한다. 플러그는 전형적으로 플러그의 외부 표면과 교차하는 각각의 통로의 단부 중 적어도 하나가 관통하여 형성된 적어도 하나의 통로를 포함한다. 각각의 통로는 다양한 상이한 흐름 구성 중 임의의 구성에 대해 플러그를 통해 유체를 연통하도록 구성된다. 밸브체는 일반적으로 밸브체의 포트와 플러그의 통로의 임의의 조합 사이에 유체를 연통시키기 위해, 밸브체의 내부 표면을 교차하는 하나 이상의 포트를 포함한다. 플러그는 고정 밸브체에 대해 플러그를 회전시키도록 구성된 회전식 액추에이터에 작동 가능하게 연결되어 각각의 고정 포트에 대해 각각의 통로의 위치가 변경되도록 한다. 플러그 및 밸브체의 구성에 따라, 밸브체에 대한 플러그의 이러한 회전은 포트 중 하나가 없는 밸브체의 내부 표면의 일부에 정렬된 통로 중 적어도 하나를 배치함으로써, 통로 중 적어도 하나를 통한 흐름을 멈출 수 있거나, 또는 통로 중 어느 것이 해당 포트와 유체 연통하도록 배치되는지를 스위칭 할 수 있다.
플러그가 밸브체에 대해 회전하는 방식은 밸브체에 대한 플러그의 회전을 용이하게 하기 위해 플러그와 밸브체 사이에 존재할 수 있는 상대적으로 작은 원통형 또는 원추형 틈으로 해당 유체가 누출되지 않도록 하기 위해, 플러그의 외부 표면과 밸브체의 내부 표면 사이에 적절한 유체 기밀 밀봉이 형성되도록 요구한다. 전통적으로, 이러한 밀봉은 각 포트의 주변부 주위로 밸브체의 내부 표면에 밀봉 요소를 배치함으로써 형성된다. 각각의 밀봉 요소는 플러그의 회전 위치에 관계없이 적절한 밀봉 효과가 유지되도록 보장하기 위해, 일반적으로 밸브체의 내부 표면과 플러그의 외부 표면 사이에서 압축될 수 있는 상대적으로 연성의 탄력이 있는 재료로 형성된다. 상기 재료는, 예를 들어 엘라스토머 물질일 수 있다.
불행히도, 이러한 밀봉 요소는 플러그와 밸브체 사이의 밀봉 효과의 증가가 밸브체에 대해 플러그를 회전시키는 데 필요한 토크의 양을 증가시키는 경향이 있는 불리한 관계를 야기한다. 이는 플러그 밸브의 반경방향으로 이러한 밀봉 요소에 적용되는 압축량이 밀봉 요소가 제공하는 밀봉 효과와 직접 관련되기 때문에 발생한다. 압축 정도가 증가함에 따라, 밀봉 부재의 내부 표면과 플러그의 외부 표면 사이에 존재하는 반경방향 힘도 증가한다. 이 증가된 반경방향 힘은 플러그의 원주방향에 대해 밀봉 요소와 플러그의 외부 표면 사이에 존재하는 마찰력을 증가시키며, 이는 결과적으로 밸브체를 기준으로 플러그를 회전시킬 때 이러한 마찰력을 극복하는 데 필요한 토크의 양을 증가시킨다. 따라서, 주어진 플러그 밸브 구성에 대해 원하는 정도의 밀봉 효과를 제공할 수 있는 회전 액츄에이터의 유형은 해당 토크 정격을 갖는 회전 액츄에이터로만 제한될 수 있으며, 이는 이러한 회전 액츄에이터를 원하는 방식으로 작동시키기 위해 더 많은 전력을 필요로 하게 하는 한편, 더 비싸지도록 초래한다.
따라서, 관련 밸브체에 대해 플러그를 회전시키는 데 필요한 토크 양의 상응하는 증가 없이 원하는 정도의 밀봉 효과를 제공할 수 있는 밀봉 요소를 제조하기 위한 요구가 당해 기술분야에 존재한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 밸브체에 대해 회전하도록 구성된 회전 부품을 갖는 회전 밸브와 함께 사용하기 위한 밀봉 조립체가 개시된다.
상기 밀봉 조립체는 상기 회전 부품을 밀봉식으로 맞물리도록 구성된 경성 밀봉체를 포함한다. 상기 경성 밀봉체는 실질적으로 강성 재료로 형성되어 있다. 연성 밀봉체는 경성 밀봉체와 밸브체를 밀봉식으로 맞물리도록 구성된다. 연성 밀봉체는 탄성적으로 변형 가능한 재료로 형성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 회전 밸브가 개시된다. 회전 밸브는 내부에 개구가 형성된 밸브체, 상기 밸브체의 상기 개구 내에 수용되고 회전축을 중심으로 상기 밸브체에 대해 회전하도록 구성된 회전 부품, 상기 밸브체와 상기 회전 부품 사이에 배치된 경성 밀봉체와 연성 밀봉체를 포함하는 밀봉 조립체를 포함한다. 경성 밀봉체는 실질적으로 강성 재료로 형성되었으며, 상기 회전 부품과 밀봉식으로 맞물리도록 구성되었다. 연성 밀봉체는 탄성적으로 변형 가능한 재료로 형성되었으며, 상기 경성 밀봉체와 상기 밸브체를 밀봉식으로 맞물리게 하도록 구성되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 신규 밀봉 조립체를 활용한 회전 밸브의 분해 사시도이다.
도 2는 회전 밸브의 회전 부품의 회전축에 평행한 평면을 통해 취한 도 1에 개시된 회전 밸브의 분해 입면도이다.
도 3은 도 2와 동일한 평면을 따라 취한 완전히 조립된 회전 밸브의 횡단면 입면도이다.
도 4는 도 3의 동그라미 부분의 확대 부분 단면도이다.
도 5는 도 1의 밀봉 조립체 중 하나의 분해 사시도이다.
도 6은 완전히 조립된 상태로 도시된 도 5의 밀봉 조립체의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 밀봉 조립체의 정면 사시도이다.
도 8은 도 7의 밀봉 조립체의 후방 사시도이다.
도 9는 연성 밀봉체의 대향 측면을 통과하는 제1 평면을 통해 취한 도 7 및 도 8의 밀봉 조립체의 연성 밀봉체의 입면 단면도이다.
도 10은 도 9의 제1 평면에 수직으로 배열된 제2 평면을 통해 취한 도 7 및 도 8의 밀봉 조립체의 밀봉체의 단면도이다.
도 11은 회전 밸브의 회전 부품의 회전축에 평행한 평면을 따라 취해진 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전 밸브의 입면 단면도이다.
도 12는 도 11의 네모 부분의 확대 부분 입면 단면도이다.
도 13은 회전 부품의 회전축에 수직인 평면을 따라 취해진 도 11의 회전 밸브의 단면도이다.
도 14는 도 13의 네모 부분의 확대 부분 입면 단면도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 밀봉 조립체의 후방 사시도이다.
도 16은 도 15의 밀봉 조립체의 정면 사시도이다.
도 17은 밀봉 조립체의 대향 측면을 통과하는 평면을 통해 취한 도 15 및 도 16의 밀봉 조립체의 입면 단면도이다.
다음의 상세한 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 다양한 실시예를 설명하고 도시한다. 설명 및 도면은 당업자가 본 발명을 만들고 사용할 수 있도록 하는 역할을 하며, 어떠한 방식으로도 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 개시된 방법과 관련하여, 제시된 방법은 본질적으로 예시적이며, 따라서 방법의 순서는 필수적이거나 지극히 중요하지는 않다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 적어도 하나의 개선된 밀봉 조립체(20)를 이용하는 회전 밸브(10)를 도시한다. 도시된 회전 밸브(10)는 필요한 경우, 대안적으로 "플러그 밸브"로 지칭될 수 있다. 또한 본 명세서에 도시되고 설명된 회전 밸브(10)는 임의의 수의 각기 다른 어플리케이션을 위해, 그리고 이를 통해 임의의 다양한 상이한 유체 또는 유체들의 조합을 선택적으로 전달하기 위해 사용될 수 있다. 현재 개시된 회전 밸브(10)는, 예를 들어 유압 시스템, 공압 시스템, 연료 시스템, 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템, 또는 관련된 차량의 냉각수 시스템의 작동과 관련된 다양한 유체의 제어를 포함하는 자동차 어플리케이션에 사용될 수 있다. 회전 밸브(10)와 함께 사용하기에 적합한 유체는 원하는 바에 따라 공기, 유압 유체, 임의의 유형의 연료, 임의의 냉매, 또는 이러한 차량 시스템과 관련하여 일반적으로 사용되는 임의의 액체 냉각제일 수 있다. 그러나, 본 회전 밸브(10)는 반드시 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 임의의 유체 전달 시스템과 관련된 임의의 유체와 함께 사용하도록 구성될 수 있음이 명백해야 한다.
도1 내지 도 6에 개시된 회전 밸브(10)는 일반적으로 회전 부품(50)(플러그), 밸브체(60), 및 회전 부품(50)과 밸브체(60) 사이에 유체기밀 밀봉을 제공하기 위한 적어도 하나의 밀봉 조립체(20)를 포함한다. 개시된 회전 밸브(10)는 실질적으로 원통형인 회전 부품(50) 및 실질적으로 원통형인 밸브체(60)를 포함한다. 회전 부품(50)은 회전축을 중심으로 밸브체(60)에 대해 회전하도록 구성된다. 회전 부품(50)의 회전축은 회전 부품(50)의 중심을 관통하여 연장되고 회전 부품의 축 방향을 정의한다. 회전 부품(50)의 회전축은 또한, 회전 밸브(10)의 중심축은 물론, 밸브체(60)의 중심축과 더 일반적으로 일치하며, 따라서 밸브체(60), 회전 부품(50) 또는 회전 밸브(10)의 축 방향에 대한 후속 참조는 회전 부품(50)의 회전축에 평행하게 배열된 방향을 의미한다. 또한, 회전 밸브(10), 회전 부품 (50) 또는 밸브체(60) 중 어느 하나의 반경방향은 회전 부품(50)의 회전축을 통과하여 수직으로 배치되는 방향 중 어느 하나를 의미할 수 있다.
도 1 내지 도 4에 도시된 회전 부품(50)은 원통 형상의 외주면(52)을 포함한다. 적어도 하나의 통로(54)가 회전 부품을 관통해 형성되며, 적어도 하나의 통로(54)의 적어도 하나의 단부(55)는 회전 부품(50)의 외주면(52)을 교차한다. 회전 밸브(10)의 흐름 구성에 따라, 통로(54) 각각의 단부(55) 각각은 대응하는 통로(54)에 대한 입구 또는 출구를 나타낼 수 있다. 제공된 실시예에서, 회전 부품(50)은 2개의 통로(54)를 포함하고, 2개의 통로(54) 각각의 대향 단부(55)는 원주방향으로 서로 90도 이격된 위치에서 외주면(52)과 교차한다. 회전 부품(50)은 2개의 상이한 통로(54)를 서로 분리하는 분할부(53)를 포함하며, 분할부(53)는 다른 통로들(54)의 나머지 두 개의 단부(55)로부터 유체적으로 분리되는 한편, 각각의 단부(55)가 회전 부품(50)의 내부를 통해 단부(55) 중 인접한 하나와 유체 연통하도록 야기하는 것으로 도시되어 있다. 당업자는 통로(54) 중 하나의 단부(55) 중 적어도 하나가 회전 부품(50)의 외주면(52)과 교차하는 한, 밸브체(60) 주변에 대한 밀봉을 요구하는 방식으로 통로(54)의 대안적인 구성이 이용될 수 있음을 이해해야 한다. 통로(54)의 대안적인 구성은 회전 부품(50)을 통하는 1-2, 1-3 또는 2-3(등) 흐름 구성을 설정하기 위해, 통로의 하나의 단부(55)에서 2개 이상의 분리된 단부(55)로 분기하는 통로 중에서, 적어도 하나의 통로(54)를 포함할 수 있다. 추가적으로, 일부 구성에서, 유체가 회전 부품(50)의 반경방향으로부터 회전 부품(50)의 축 방향으로 90도 회전하여 흐르도록 야기하기 위해, 유체적으로 맞물림된 단부(55) 중 적어도 하나가 회전 부품(50)의 축방향 단부 표면과 교차하는 동시에, 통로(54) 중 적어도 하나의 단부(55)가 외주면(52)과 교차할 수 있다. 이러한 구성은 하기에 더 상세히 설명된 도 11 내지 도 14에 도시된 본 발명의 실시예를 참조하여 설명된다.
도 1 내지 도 4에 도시된 실시예에서, 통로(54) 각각의 단부(55) 각각은 회전 부품(50)의 대응하는 반경방향에 대해 단부(55) 각각의 중심을 통해 볼 때, 실질적으로 원형 프로파일 형상을 포함한다. 추가적으로, 각각의 단부(55)는 회전 부품(50)의 대응하는 반경방향에 수직으로 배열된 회전 부품(50)의 접선 방향에서 볼 때, 실질적으로 아치형 또는 쌍곡선의 프로파일 형상을 포함할 수 있다. 각 단부(55)는 회전 부품(50)의 축 방향에서 보았을 때 원의 호의 프로파일 형상을 더 포함한다. 각각의 단부(55)가 외주면(52)의 원통 형상 둘레로 연장되는 방식으로 인해, 아치형 및 원의 호 형상이 형성된다. 그러나, 각각의 통로(54)의 각각의 단부(55)는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 반경방향 및 접선 방향으로부터 임의의 프로파일 형상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단부(55) 중 하나는 대신에, 하나의 대안적이고 비제한적인 예로서, 정사각형 반경방향 프로파일 형상 및 대응하는 직사각형 접선 프로파일 형상을 포함할 수 있다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 각각의 통로(54)의 단부(55) 각각의 주변부 주위에 유체 기밀 밀봉을 제공하기 위해 사용되는 밀봉 조립체(20) 각각의 구성은, 통로(54)의 각 단부(55)의 둘레 주위의 임의의 주어진 방향으로의 대응하는 유체의 누출을 방지하도록 각각의 통로(54)를 완전히 둘러싸기 위해, 대응하는 주변부 형상에 적응될 수 있다.
회전 부품(50)은 고정 밸브체(60)에 대한 회전 부품(50)의 회전축을 중심으로 회전 부품(50)을 회전시키는 데 필요한 토크를 제공하도록 구성된 회전 모터 또는 액추에이터(미도시)에 작동 가능하게 결합된다. 회전 모터 또는 액추에이터는 비제한적인 예로서, 토크 모터, 서보 모터, 전기 스테퍼 모터, 또는 브러시리스 DC 모터일 수 있다. 밸브체(60)에 대한 회전 부품(50)의 원하는 회전 위치를 설정하기 위해 필요한 토크 및 정밀도를 갖는 회전 모터 또는 액추에이터는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 선택될 수 있다. 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 회전 부품(50)은 액추에이터의 대응하는 회전 모터와 작동적으로 맞물리기 위해 회전축을 따라 배치된 축방향으로 연장하는 스템(56)을 포함할 수 있다.
밸브체(60)는 밸브체(60)의 제1 단부(61)로부터 제2 단부(62)까지 축방향으로 연장된다. 밸브체(60)의 제1 단부(61)는 하기에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 회전 부품(50) 및 각각의 대응하는 밀봉 조립체(20)를 축방향으로 수용한 후에, 커버(63)를 수용하도록 구성된다. 커버(63)는 회전 부품(50)의 회전축을 중심으로 하는 개구(64)를 포함하고 개구(64)는 개구를 통해 회전 부품(50)의 스템(56)을 수용하도록 구성된다. 밸브체(60)의 제1 단부(61)와 커버(63)의 내부 축방향 표면 사이에 O-링(65)이 배치되어 그 사이에 유체 기밀 밀봉을 형성한다. 개구(64)를 한정하는 커버(63)의 내주면과 회전 부품(50)의 스템(56)의 외주면 사이에, 밸브체(60)에 대한 회전 부품(50)의 회전 기간 동안을 포함하여 유체 기밀 밀봉을 형성하기 위한 다른 한 쌍의 O-링이 수용될 수 있다.
밸브체(60)는 유체를 회전 부품(50)에 연통시키기 위한 적어도 하나의 유체 포트(82)를 포함하고, 여기서 각각의 유체 포트(82)는 밸브체(60)를 통해 중공 통로를 형성하며, 중공 통로를 통해 대응하는 유체가 회전 부품(50)을 향하여 또는 회전 부품(50)으로부터 멀어지게 전달될 수 있다. 도시된 실시예에서, 밸브체(60)는 유체 포트(82) 각각으로 하여금 인접한 유체 포트(82) 각각으로부터 원주방향으로 90도 이격된 방향으로 회전 부품(50)의 회전축의 반경방향을 향해, 또는 회전축으로부터 멀어지는 방향을 향하도록 하기 위해, 밸브체(60)의 원주방향에 대해 서로에게서 동등하게 이격된 4개의 유체 포트(82)를 포함한다. 유체 포트(82) 중 인접한 유체 포트(82) 사이의 원주방향 변위의 90도는 회전 부품(50)이 원하는 작동 위치로 회전될 때, 유체 포트(82) 각각으로 하여금 회전 부품(50)을 통해 형성된 통로들(54) 각각의 단부들(55)로 향하는 위치에 대응할 수 있게 허용한다. 그러나, 밸브체(60)가 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 특히 도 1 내지 4에 도시된 바와 같은 대응하는 회전 부품(50)을 통해 형성된 통로(54)의 구성에 대한 임의의 변형을 준수하여, 반경방향으로 연장되는 겨우 하나의 유체 포트(82), 또는 원주방향으로 이격된 임의의 수의 유체 포트(82)를 포함할 수 있다는 것이 당업자에게 명백해야 한다.
밸브체(60)는 내부에 형성된 개구(67)를 더 포함하며, 상기 개구(67)는 축 방향에 대해 밸브체(60)의 제1 단부(61)로부터 제2 단부(62)를 향해 연장된다. 개구(67)는 밸브체(60)의 축방향 단부 벽(68) 및 원주방향 벽(69) 각각을 한정한다. 축방향 단부 벽(68)은 회전 부품(50)의 축방향 단부와 맞물리도록 구성되고, 원주방향 벽(69)은 회전 밸브(10)의 축방향으로 회전 부품(50)이 밸브체(60) 내에서 회전 가능하게 수용될 때, 회전 부품(50)을 둘러싸도록 구성된다.
밸브체(60)의 원주방향 벽(69)은 개구(67)에 의해 한정된 바와 같이, 회전 부품(50) 둘레로 연장되는 내주면(70)을 포함한다. 내주면(70)은 복수의 원통형 세그먼트(71) 및 원통형 세그먼트(71) 중 인접한 세그먼트들 사이에 개재된 복수의 포켓(72)을 포함한다. 밸브체(60)의 축 방향에서 볼 때, 각각의 원통형 세그먼트(71)는 회전 부품(50)의 외주면(52)의 원형 프로파일 형상과 실질적으로 동일한 곡률 반경을 갖는 원형의 호 형상을 포함할 수 있다. 이와 같이, 회전 부품(50)의 외주면(52)은 밸브체(60)에 대한 회전 부품(50)의 순간 회전 위치에 관계없이, 각각의 원통형 세그먼트(71)의 형상에 실질적으로 상응한다.
각각의 포켓(72)은 인접하는 원통형 세그먼트(71) 각각에 대해 회전 밸브(10)의 반경방향 외측으로 원주방향 벽(69) 내로 만입되어 있다. 각각의 포켓(72)은 내부에 밀봉 조립체(20) 중 하나를 수용하도록 형성되고, 따라서 각각의 포켓(72)은 밀봉 조립체(20) 중 하나를 통한 밀봉이 필요한 밸브체(60)의 원주방향으로 이격된 유체 포트(82) 중 하나의 위치에 대응한다.
제공된 실시예에서, 포켓(72) 각각은 회전 부품(50)의 반경방향으로 정렬된 부분의 접선 방향에 대해 평행하게 배열된 반경방향 단부면(73)을 포함한다. 도 1 내지 도 4에 도시된 각 포켓(72)의 반경방향 단부면(73)은 구성 상 실질적으로 평면이지만, 반경방향 단부면(73)은 반드시 본원 발명의 개시의 범위를 벗어나지 않고 인접한 원통형 세그먼트(71)보다 더 큰 곡률 반경을 갖는 원통형 형상을 포함하여 임의의 형상을 가질 수 있음이 당업자에게 명백해야 한다.
각각의 포켓(72)의 반경방향 단부면(73)은 유체 포트(82) 중 대응하는 하나의 반경방향 최내측 단부(83)와 교차한다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 유체 포트(82)의 반경방향 최내측 단부(83)는 회전 부품(50)의 외주면(52)과 교차하는 통로(54)의 각각의 단부(55)의 크기 및 프로파일 형상에 실질적으로 대응하는 크기 및 프로파일 형상을 포함할 수 있다. 각각의 유체 포트(82)의 반경방향 최내측 단부(83) 및 각각의 통로(54)의 대응하는 반경방향 최외측 단부(55)의 유사한 크기 및 형상은, 회전 밸브(10)를 통해 연통되는 유체의 압력의 실질적인 변화를 방지하도록 선택될 수 있으며, 회전 밸브(10)를 통해 연통되는 유체 압력의 실질적인 변화는 방향의 실질적인 변화 또는 흐름 영역의 실질적인 변화가 그들 사이에 존재하는 경우 발생할 수 있다. 본 실시예에서, 각각의 유체 포트(82)의 반경방향 최내측 단부(83)는 회전 부품(50)의 외주면(52)과 교차하는 통로(54)의 각각의 단부(55)의 원형 프로파일 형상과 일치하도록 하기 위해, 원형 프로파일 형상을 포함한다.
각각의 포켓(72)은, 대응하는 반경방향 단부면(73)에 수직으로 배열되고 밸브체(60)의 축방향으로 연장되는 한 쌍의 대향 측면 표면(75)을 더 포함한다. 각각의 측면 표면(75)의 반경방향 최내측 단부는 인접한 원통형 세그먼트(71) 중 하나에 인접한 유지 숄더(76)를 포함하며, 각각의 유지 숄더(76)는 밸브체(60)의 축방향으로 연장된다. 각각의 포켓(72)의 유지 숄더(76)는 대응하는 포켓(72) 내에 수용될 때, 밀봉 조립체(20) 중 대응하는 하나의 반경방향 및 원주방향 위치를 유지하는 것을 돕도록 구성된다.
각각의 포켓(72)은 대응하는 반경방향 단부면(73)에 수직으로 배열되고, 대응하는 측면 표면들(75)을 연결하는 축방향 단부면(77)을 더 포함한다. 제공된 실시예에서, 반경방향 단부면(73) 각각은 대응하는 단부(83)로부터 축방향 단부면(77)을 이격시키기 위해, 대응하는 유체 포트(72)의 반경방향 최내측 단부(83)보다 더 큰 곡률 반경을 갖는 반원 실린더 형상을 포함한다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 축방향 단부면(77)은 내부에 형성된 유지 만입부(78)를 포함한다. 각각의 유지 만입부(78)는 회전 부품(50)의 외주면(52)으로부터 반경방향 외향의 위치에서 이격되면서, 대응하는 축방향 단부면(77)의 주변 부분에 대해 밸브체(60)의 제2 단부(62)를 향해 축방향으로 만입된다. 각각의 유지 만입부(78)는 회전 부품(50)의 외주면(52)에 바로 인접하여 배치된 유지 립(79)을 한정한다. 각각의 유지 립(79)은 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 회전 밸브(10)의 조립 동안, 대응하는 밀봉 조립체(20)의 일부를 유지하도록 구성된다.
도 5 및 도 6은 밀봉 조립체(20) 중 하나를 개별적으로 도시하여 그 특징을 더 잘 보여주고 있다. 밀봉 조립체(20)는 제1 밀봉체(21) 및 제2 밀봉체(22)를 포함한다. 제1 밀봉체(21)는 대안적으로 "경성" 밀봉체(21)로 지칭될 수 있는 한편, 제2 밀봉체(22)는 대안적으로 원하는 경우 "연성" 밀봉체(22)로 지칭될 수 있다. 경성 밀봉체(21)는 회전 밸브(10)를 통한 미리 정해진 흐름 구성 중 임의의 것을 야기하기 위해, 미리 정해진 각기 다른 위치로 회전될 때, 회전 부품(50)의 외주면(52)과의 사이에 유체 기밀 밀봉을 제공하기 위해 회전 부품(50)의 외주면(52)에 직접 맞물림 되도록 구성된다. 보다 구체적으로, 경성 밀봉체(21)는 단부(55) 중 대응하는 하나가 경성 밀봉체(21)와 반경방향으로 정렬되어 배치될 때, 회전 부품(50)을 통해 형성되고 회전 부품(50)의 외주면(52)과 교차하는 통로(54) 중 임의의 단부(55)의 주변부 주위에 유체 기밀 밀봉을 둘러싸고 형성하도록 구성된다. 대조적으로, 연성 밀봉체(22)는 연성 밀봉체(22)의 포켓(72) 중 하나 내에서 밸브체(60)의 원주방향 벽(69)과 직접 맞물리도록 구성되어 그 사이에 유체 기밀 밀봉을 제공한다. 보다 구체적으로, 연성 밀봉체(22)는 밸브체(60)의 유체 포트(82) 중 대응하는 하나의 반경방향 최내측 단부(83)의 주변부를 둘러싸고 유체 기밀 밀봉을 형성하도록 구성된다. 또한, 경성 밀봉체(21)는 밀봉체들(21, 22)이 서로 직접 접촉하는 위치에서, 연성 밀봉체(22)와의 사이에 유체 기밀 밀봉을 형성하도록 연성 밀봉체(22)와 맞물리도록 구성된다. 이와 같이, 밀봉체(20)는 회전 부품(50)을 통해 형성된 통로(54) 중 하나의 단부(55) 중 순간적으로 정렬된 임의의 하나의 단부(55)와 밸브체(60) 내의 밀봉체(20) 위치에 대응하는 유체 포트(82)의 반경방향 최내측 단부(83) 사이에 유체 기밀 밀봉을 제공한다.
경성 밀봉체(21)는 유동 개구(24)의 중심을 통해 연장되는 회전 밸브(10)의 반경방향에서 볼 때, 프로파일 형상이 실질적으로 원형인 원통형 유동 개구(24)를 한정하는 원주방향으로 연장되는 주변부(25)를 포함한다. 이하에서 사용되는 바와 같이, 유동 개구(24)의 중심을 통해 연장되는 회전 밸브(10)의 반경방향은 또한, 경성 밀봉체(21)의 중심축을 나타내며, 따라서 경성 밀봉체(21)의 축 방향에 대한 참조는 설명된 중심축에 평행으로 배열된 방향들을 의미한다. 유동 개구(24)는 회전 부품(50)을 통해 형성되고 유동 개구(24)와 축방향으로 정렬될 수 있는 통로(54)의 단부(55) 중 임의의 단부(55)의 축방향에 실질적으로 대응하는 경성 밀봉체(21)의 축 방향으로 프로파일 크기 및 형상을 포함한다. 다시 말하지만, 상응하는 크기 및 형상은 회전 밸브(10)를 통과하는 유체가 통로(54)의 단부(55)와 정렬된 유동 개구(24) 사이를 통과할 때, 원하지 않는 압력 변화의 생성을 방지한다.
주변부(25)는 유동 개구(24)를 한정하는 내주면(26) 및 경성 밀봉체(21)의 중심축에 대해 내주면(26)의 반대쪽에 그리고 반경방향 외측으로 형성된 외주면(27)을 포함한다. 주변부(25)의 외주면(27)은 경성 밀봉체(25)의 축방향에서 봤을 때, 원형의 프로파일 형상을 가지며, 외주면(27)은 경성 밀봉체(21)의 축에서부터 측정했을 때 내주면(26)보다 큰 곡률 반경을 갖는다.
주변부(25)는 반경방향 내부 표면(28) 및 반경방향 외부 표면(29)을 더 포함하며, 각각의 표면(28, 29)은 내주면(26)을 주변부(25)의 전체 둘레 주위의 주변부(25)의 외주면(27)에 연결한다. 반경방향 내부 표면(28)은 회전 부품(50)의 외주면(52)과 밀봉식으로 맞물리도록 구성되고, 따라서 외주면(52)과 동일한 원통형 곡률 및 형상을 포함한다. 구체적으로, 반경방향 내부 표면(28)은 회전 부품(50)의 축 방향에서 볼 때, 회전 부품(50)의 외주면(52)과 동일한 곡률 반경을 갖는 원호의 프로파일 형상을 갖는다. 반경방향 내부 표면(28)은 회전 부품(50)의 외주면(52)에 접하며, 원통형의 회전 부품(50) 주위의 주변부(25)의 곡률로 인해 경성 밀봉체(21)의 중심축에 수직인 방향에서 볼 때, 실질적으로 아치형 또는 쌍곡선 프로파일의 형상을 추가로 포함한다. 반경방향 외부 표면(29)은 회전 부품(50)의 축 방향에서 봤을 때, 주변부(25) 전체에 관해 회전 부품(50)의 반경방향으로 반경방향 외부 표면(29)을 반경방향 내부 표면(28)으로부터 이격시키기 위해, 반경방향 외부 표면(29)이 회전 부품(50)의 회전축으로부터 측정된 약간 더 큰 곡률 반경을 포함하는 것을 제외하면, 반경방향 내부 표면(28)과 실질적으로 동일한 일반 형상을 포함한다.
도시된 실시예에서, 주변부(25)의 내주면(26)은 주변부(25)의 전체 둘레에 대해 경성 밀봉체(21)의 축방향에 평행하게 연장되도록 배열된다. 유사하게, 주변부(25)의 외주면(27)도 주변부(25)의 전체 둘레에 대해 경성 밀봉체(21)의 축 방향에 평행하게 연장되도록 배열된다. 이러한 관계는 내주면(26)이 주변부(25)의 전체 둘레에 대해 경성 밀봉체(21)의 중심축으로부터 측정될 때, 경성 밀봉체(21)의 임의의 반경방향에 대해 외주면(27)으로부터 실질적으로 균등하게 이격되게 하며, 여기서 이 반경방향 거리는 이후에 경성 밀봉체(21)의 주변부(25)의 반경방향 두께로 지칭된다. 추가로, 경성 밀봉체(21)는 또한 반경방향 내부 표면(28)이 주변부(25)를 통과하는 임의의 축방향 연장 방향에 대해 반경방향 외부 표면(29)으로부터 균등하게 이격되는 방식으로 배열되며, 여기서 표면들(28, 29) 사이의 이 축방향 거리는 이후에 경성 밀봉체(21)의 주변부(25)의 축방향 두께로 지칭된다. 그러나, 회전 부품(50) 및 연성 밀봉체(22)의 원하는 유체 기밀 밀봉을 제공하는 데 있어 경성 밀봉체(21)의 성공적인 작동을 위해 주변부(25)의 반경방향 두께 및 축방향 두께가 일관되게 동일할 필요는 없다는 것이 당업자에게 명백해야 한다. 예를 들어, 내주면(26)과 외주면(27) 중 하나, 다른 하나, 또는 둘 모두는 회전 부품(50) 및 연성 밀봉체(22)와 밀봉식으로 접촉할 때, 경성 밀봉체(21)에 작용하는 원하는 힘을 생성하기 위해 표면(26, 27)이 회전 부품(50)의 외주면(52)에서 멀리 떨어져서 경성 밀봉체(21)의 축방향으로 연장됨에 따라, 반경방향 내측으로 또는 반경방향 외측으로 점점 가늘어질 수 있다.
경성 밀봉체(21)는 회전 밸브(10)의 축 방향에 대해 서로 정렬되어 주변부(25)의 직경방향으로 대향하는 측면으로부터 돌출하는 파일럿 특징부(31) 및 유지 특징부(35)를 더 포함한다. 파일럿 특징부(31)는 밸브체(60)의 제1 단부(61)에 인접하게 배치되고 유지 특징부(35)는 밸브체(60)의 제2 단부(62)에 인접하게 배치된다. 파일럿 특징부(31)는 파일럿 특징부(31)가 경성 밀봉체(21)의 반경방향 외측 방향에 대해 주변부(25)로부터 멀어져 연장됨에 따라, 회전 부품(50)의 접선 방향에서 보았을 때, 실질적으로 삼각형의 단면 형상을 포함하도록 야기하기 위해 회전 밸브(10)의 반경방향 외측 방향으로 가늘어지는 테이퍼 표면(32)을 포함한다. 유지 특징부(35)는 밀봉 조립체(20)가 포켓(72) 중 대응하는 포켓 내에 수용될 때, 포켓(72) 중 대응하는 포켓의 유지 만입부(78) 내에 수용되도록 구성된다. 유지 특징부(35)는 파일럿 특징부(31)에 대해 실질적으로 대칭적인 구성을 포함하는 것으로 도시되어 있고, 유지 특징부가 유지 특징부(35)에 대해 실질적으로 삼각형인 단면 형상을 다시 형성하기 위해, 경성 밀봉체(21)의 중심축으로부터 반경방향 외측으로 돌출함에 따라, 유사하게 회전 밸브(10)의 반경방향 외측 방향으로 가늘어지는 테이퍼 표면(36)을 포함한다. 유지 특징부(35)의 테이퍼 표면(36)은 회전 밸브(10)의 조립 동안, 포켓(72) 중 대응하는 하나의 유지 립(79)에 대해 지탱되도록 구성된다.
경성 밀봉체(21)는 상대적으로 강성이고 상대적으로 경질인 열가소성 재료와 같은 실질적으로 강성인 재료로 형성된다. 보다 구체적으로, 선택된 재료는 바람직하게는 반결정성 열가소성 물질일 수 있다. 열가소성 물질이 사용되는 경우, 열가소성 물질은 바람직하게는 폴리프탈아미드(PPA) 또는 폴리페닐렌 설파이드(PPS)일 수 있다. 상대적으로 강한 내화학성, 내열성 및 영구 변형 또는 마모에 대한 저항성을 갖는 각각의 재료로 인해, PPA 또는 PPS 중 하나를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, PPA 및 PPS 각각은 회전 부품(50)의 외주면(52)과의 원하는 대로의 밀봉 맞물림을 이루기 위해 원하는 공차 범위 내에서 유지하면서, 상대적으로 저렴한 제조 공정을 사용하여, 경성 밀봉체(21)의 전술한 형상 및 구성을 형성하기 위해 사출 성형될 수 있는 열가소성 수지로서 제공될 수 있다. 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)은 사출 성형 공정을 사용하여 제조할 수 없으므로, 회전 부품(50)의 외주면(52)과의 사이에 유체 기밀 밀봉을 제공하기 위해 경성 밀봉체(21)를 원하는 구성으로 형성하는 것에는 더 비싸고 어려운 제조 공정이 필요하지만, PTFE와 같은 다른 경질의 열가소성 재료가 경성 밀봉체(21)를 형성하는 데 사용될 수 있다. 관련 회전 밸브(10)에 대한 적용 특정 요구사항에 따라, 다양한 금속, 다양한 세라믹, 탄소 흑연, 및 심지어 유리를 포함하는 추가의 강성 재료가 또한 경성 밀봉체(21)를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 다시 한번, 위에 열거된 바람직한 열가소성 재료 이외의 해당 대안 재료는 엄두도 못 낼 정도로 비싸거나, 경성 밀봉체(21)와 회전 부품(50) 사이의 유체 기밀 밀봉을 유지하기 위해 원하는 허용 오차 내에서 제조하기가 점점 더 어려워질 수 있다.
경성 밀봉체(21)는 원하는 밀봉 효과가 회전 부품(50)의 회전 위치에 관계없이 존재할 수 있게 보장하기 위해, 경성 밀봉체(21)로 하여금 회전 부품(50)에 존재하는 임의의 표면 불규칙성 또는 치수 불일치에 순응하도록 허용하기 위해, 제한된 순응도를 요구할 수 있다. PPA 또는 PPS와 같은 바람직한 열가소성 재료의 강성은, 원하는 정도의 순응도 및 적합성을 보장하기 위해, 주변부(25)의 둘레 주위에 최소 단면으로 경성 밀봉체(21)가 형성되도록 요구할 수 있다. 경성 밀봉체(21)의 주변부(25)는 원하는 정도의 순응도 및 적합성을 보장하도록 3mm 이하의 반경방향 두께 및 3mm 이하의 축방향 두께를 포함하도록 제공될 수 있다. 예를 들어, 주변부(25)는 약 2 mm의 반경방향 두께 및 약 2 mm의 축방향 두께로 제공될 수 있다.
회전 부품(50), 특히 회전 부품(50)의 외주면(52)을 형성하는 부분은, 경성 밀봉체(21)를 형성하기에 적합한 것으로 기술된 재료와 동일한 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 회전 부품(50)은 이에 제한되지 않으나, PPA 또는 PPS와 같은 강성 열가소성 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 회전 부품(50) 및 경성 밀봉체(21) 각각을 형성 시에, 동일한 재료가 선택될 수 있다. 그러나, 본 발명의 범위를 반드시 벗어나지 않으면서, 회전 부품(50)을 형성하기 위해 임의의 강성 재료가 선택될 수 있다.
연성 밀봉체(22)는 밸브체(60)의 반경방향 또는 원주방향으로의 연성 밀봉체(22)의 움직임을 방지하는 방식으로 연성 밀봉체(22)가 포켓(72) 중 대응하는 포켓 내에 수용되도록 허용하기 위해, 밸브체(60)에 형성된 각각의 포켓(72)의 형상에 실질적으로 상보적인 형상을 가진다. 예시된 실시예에서, 연성 밀봉체(22)는 한 쌍의 측면 표면(38)을 포함하고, 각각의 측면 표면(38)은 포켓(72) 중 대응하는 하나의 측면 표면(75) 중 대응하는 측면 표면(75)을 보완하도록 구성된다. 측면 표면(38)의 각각은 측면 표면(75) 중 대응하는 하나의 유지 숄더(76)를 보완하도록 구성된 직각의 만입부(39)를 추가로 포함하고, 여기서 만입부(39) 및 유지 숄더(76)의 상보적 형상은 포켓(72) 중 대응하는 포켓 내에 수용될 때, 연성 밀봉체(22)의 반경방향 내향 움직임을 방지한다. 연성 밀봉체(22)는 포켓(72) 중에서 대응하는 포켓(72)의 반경방향 단부면(73)에 상보적이고 맞물림 되는 반경방향 외부 표면(40) 및 포켓(72) 중 대응하는 포켓(72)의 축방향 단부면(77)에 상보적이고 맞물림 되는 반원통 형상을 갖는 축방향 단부면(41)을 더 포함한다.
연성 밀봉체(22)는 그 내주면(43)에 의해 정의된 바와 같이, 관통하여 형성된 원통형 형상의 유동 개구(44)를 포함한다. 이하에서 사용되는 바와 같이, 유동 개구(44)의 중심을 통해 연장되는 회전 밸브(10)의 반경방향은 또한 연성 밀봉체(22)의 중심축을 나타내며, 따라서 연성 밀봉체(22)의 축 방향에 대한 참조는 설명된 중심축에 평행 배열된 방향을 의미한다. 따라서 유동 개구(44)는 연성 밀봉체(22)의 축 방향에서 볼 때, 원형의 프로파일 형상을 포함한다. 연성 밀봉체(22)를 통해 형성된 유동 개구(44)는 밀봉 조립체(20)가 작동 위치에 배치될 때, 경성 밀봉체(21)의 반경방향 외부 표면(29)이 연성 밀봉체(22)에 대해 지탱하는 것을 보장하기 위해, 경성 밀봉체(21)를 통해 형성된 유동 개구(24)에 비해 약간 감소된 반경을 포함한다.
연성 밀봉체(22)의 반경방향 내부 표면(45)은 경성 밀봉체(21)의 반경방향 내부 표면(28)보다 약간 더 큰 곡률 반경을 갖는 만곡된 원통형 형상을 포함한다. 반경방향 내부 표면(45)은 축방향에 대해 경성 밀봉체(21)의 프로파일 형상에 상보적인 형상을 갖는, 내부에 형성된 축방향 만입부(46)를 더 포함한다. 축방향 만입부(46)는 밸브체(60)의 포켓(72) 중에서 해당하는 포켓 내부에 밀봉 조립체(20)가 배치될 때, 회전 부품(50)의 외주면(52)과 연성 조립체(22)가 맞물림 되지 않게 하기 위해, 경성 밀봉체(21)의 반경방향 내부 표면(28)이 회전 밸브(10)의 반경방향에 대해 연성 밀봉체(22)의 반경방향 내부 표면(45)의 나머지 부분의 반경방향 내측으로 배치되게 허용하도록, 경성 밀봉체(21)의 축방향 두께보다 작은 연성 밀봉체(22)의 축방향 깊이를 포함한다. 유지 특징부(35)는 유지 특징부(35)가 연성 밀봉체(22) 외부의 위치에서 밸브체(60)에 형성된 유지 만입부(78) 내에 수용되는 것을 보장하기 위해, 밸브체(10)의 축방향에 대해 축방향 만입부(46)의 외부로 연장된다. 축방향 만입부(46)는 그에 대한 경성 밀봉체(21)의 원하지 않는 움직임을 방지하기 위해, 연성 밀봉체(22)의 위치 설정 특징부 및 유지 특징부를 형성한다.
주어진 이름에 의해 제안된 바와 같이, 경성 밀봉체(21)는 연성 밀봉체(22)를 형성하기 위해 선택된 재료보다 더 단단하고 더 경직된 재료로 형성된다. 보다 구체적으로, 연성 밀봉체(22)는 탄성적으로 변형 가능한 비교적 연성 재료로 형성된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 탄성적으로 변형 가능한 재료는 재료의 변형 후, 특히 재료가 주어진 방향으로 치수가 감소되도록 압축될 때 재료가 원래 위치로 돌아가려고 시도하는 방식으로 변형될 수 있는 재료이다. 연성 밀봉체(22) 용도로 선택된 재료의 탄성은 연성 밀봉체(22)가 원주방향 벽(69)을 향해 반경방향 외측 방향으로 압축될 때에 대응하여, 해당 재료가 경성 밀봉체(21)에 반경방향 내측의 스프링력을 가하는 방식이어야 하며, 반경방향 힘 및 압축의 반경방향은 회전 밸브(10)의 반경방향을 나타낸다. 탄성 변형 가능한 재료는 바람직하게는 Santoprene® 열가소성 엘라스토머, 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM) 고무, Nylabond® 열가소성 엘라스토머, EPDM 폼, 실리콘 고무, 니트릴 또는 우레탄과 같은 엘라스토머 재료일 수 있으며 이에 제한되지 않는다. 엘라스토머 재료는 유체의 유형, 및 원하는 내화학성 및 내열성 포함과 같이, 회전 밸브(10)를 통해 전달되는 유체의 작동 특성에 따라 선택될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 엘라스토머 재료는 연성 밀봉체(22)에 대해 낮은 스프링력 대 변위 비율을 제공하기 위해 낮은 경도계, 35-45 쇼어 A 경도, 연성 밀봉 고무로 선택될 수 있다. 변위 비율에 대한 힘이 낮기 때문에 각각의 밀봉 조립체(20) 형성에 있어 더 크고 더 제조 친화적인 공차를 허용하므로, 낮은 경도계 재료의 사용은 회전 밸브(10)의 반경방향을 포함하여, 임의의 주어진 방향에서 공차 누적과 관련된 문제를 해결하는 데 도움이 된다.
경성 밀봉체(21)를 형성하는 강성 재료는 연성 밀봉체(22)를 형성하기 위해 선택된 탄성 및 연질 재료보다 더 낮은 마찰 계수를 포함하도록 선택된다. 이와 같이, 대응하는 회전모터 또는 액추에이터를 통한 회전 부품(50)의 회전은 경성 밀봉체(21)의 반경방향 내부 표면(28)과 회전 부품(50)의 외주면(52) 사이에 존재하는 마찰력을 극복하기 위해, 회전 부품(50)이 회전하는 동안 연성 밀봉체(22)가 회전 부품(50)과 직접 접촉하도록 배치되는 경우보다 더 적은 토크를 요구한다.
회전 밸브(10)는 다음과 같이 조립된다. 먼저, 각각의 경성 밀봉체(21)는 복수의 밀봉 조립체(20) 각각을 형성하기 위해 연성 밀봉체(22) 중 대응하는 하나의 축방향 만입부(46) 내에 수용된다. 밀봉 조립체(20) 각각은 그 다음 밸브체(60)의 축방향에 대해 밸브체(60)의 포켓(72) 중 대응하는 포켓 내로 삽입된다. 밸브체(60) 내로의 각각의 밀봉 조립체(20)의 축방향 삽입은 각각의 대응하는 포켓(72) 내에서 각각의 연성 밀봉체(22)의 고정된 위치를 확고히 하는 한편, 각각의 경성 밀봉체(21)의 보유 특징부(35)는 또한 축방향으로 대응하는 유지 만입부(78) 각각에 삽입된다.
회전 부품(50)은 밸브체(60)의 개구(67) 내로 축방향으로 삽입되기 전에 밸브체(60)에 대해 중심에 위치하게 된다. 회전 부품(50)의 축방향 삽입 이전에, 원주방향으로 이격된 각각의 경성 밀봉체(21)의 반경방향 내부 표면(28)은 회전 부품(50)의 외주면(52)의 반경방향 위치에서 약간 반경방향 내측에 위치된다. 각각의 경성 밀봉체(21)로부터 축방향으로 돌출하는 파일럿 특징부(31)는 회전 부품(50)의 밸브체(60) 내로의 축방향 삽입 동안에, 회전 부품(50)을 안내하고 중심을 맞추는 것을 돕는다.
회전 부품(50)의 외주면(52)은 각각의 파일럿 특징부(31)의 테이퍼 표면(32)에 대해 지탱되고, 회전 부품(50)의 외주면(52)이 경성 밀봉체(21)의 반경방향 내부 표면(28) 각각과 맞물릴 때까지 회전 부품(10)의 반경방향 외측 방향으로 각각의 경성 밀봉체(21)에 힘을 가하는 경향이 있는 방식으로 각각의 테이퍼 표면(32)을 따라 축방향으로 계속 내려간다. 밸브체(60)에 형성된 각각의 유지 립(79)은 각각의 경성 밀봉체(21)의 유지 특징부(35)를 지탱하여, 회전 부품(50)의 밸브체(60) 내로의 축방향 삽입 동안, 밸브체(60)의 제2 단부(62)에 인접한 경성 밀봉체(21)의 원하지 않는 내측 회전을 방지한다. 회전 부품(50)이 밸브체(60) 내에 완전히 수용되면, 밸브체(60)와 각각의 연성 밀봉체(22) 사이에 유체 기밀 밀봉을 공고히 하기 위해 각각의 연성 밀봉체(22)는 회전 밸브(10)의 반경방향 외측 방향으로 압축된다. 각각의 연성 밀봉체(22)의 탄성은 회전 부품(50)의 외주면(52)과 경성 밀봉체(21)의 각각의 반경방향 내부 표면(28) 사이에 유체 기밀 밀봉을 공고히 하기 위해, 차례로 각각의 경성 밀봉체(21)에 반대 방향의 반경방향 내향력을 제공한다.
회전 부품(50)의 스템(56)은 커버(63)의 개구(64)에 삽입되며, 전술한 O-링(65, 66) 각각은 커버(63)와 밸브체(60)의 제1 단부(61) 사이에 위치된다. 그 다음, 커버(63)는 회전 밸브(10)로부터 관련 유체의 누출을 방지하기 위해, 원하는 방식으로 O-링(65, 66)을 압축하기 위해 밸브체(60)에 단단히 결합된다. 완전히 조립된 위치에 있을 때, 회전 부품(50)을 통해 형성된 통로(54) 중 반경방향으로 정렬된 하나의 단부(55)와 밸브체(60)를 통해 형성된 대응하는 유체 포트(82) 사이에 유체 연통을 제공하기 위해, 경성 밀봉체(21)를 통한 유동 개구(24)는 연성 밀봉체(22)를 통한 유동 개구(44)와 협동한다. 대응하는 유체가 통과하는 밀봉 조립체(20) 각각은 유체의 원하는 유로 외부로 유체가 누출되는 것을 방지하기 위해 필요한 유체 기밀 밀봉을 설정한다. 회전식 액츄에이터 또는 모터는 회전 부품(50)을 밸브체(60)에 대해 임의의 다양한 상이한 회전 위치로 회전시킬 수 있으며, 각각의 밀봉 조립체(20)는 회전 부품(50)의 회전 동안 및 회전 후에, 연성 밀봉체(22) 각각에 의해 대응하는 경성 밀봉체(21)에 가해지는 연속적인 스프링력으로 인해 유체 기밀 밀봉 효과를 유지한다.
도시되고 설명된 회전 밸브(10)는 몇 가지 유리한 특징을 포함한다. 회전 부품(50)과 맞물리게 하기 위해서, 탄력 있고 부드러운 재료보다 마찰 계수가 낮은 강성 재료를 사용하면 회전 부품(50)으로 하여금 각각의 밀봉 조립체(20)에 대해 더 쉽게 회전하게 할 수 있다. 추가로, 경성 밀봉체(21)의 반경방향 내부 표면(28)은 회전 부품(50)의 회전 중에 존재하는 마찰력을 더욱 최소화하기 위해, 경성 밀봉체(21)의 주변부(25)의 상대적으로 작은 반경방향 두께로 인해, 회전 부품(50)과 밀봉식으로 맞물릴 때 최소화된 표면적을 갖는다. 전술한 각각의 장점은, 해당하는 회전 모터 또는 액추에이터로 하여금 회전 부품(50)을 원하는 방식으로 회전시킬 때 더 적은 토크를 요구하게 한다. 감소된 토크 요구사항은 밸브체(60)에 대해 회전 부품(50)을 회전시키는 데 필요한 에너지의 양을 감소시키는 동시에, 회전 밸브(10)와 함께 사용할 수 있는 적합한 회전 모터 또는 액추에이터를 유리하게 확장한다. 더 낮은 토크 요구사항은 또한, 회전 밸브(10)를 포함하는 조립체의 패키징 공간을 줄이기 위해 회전 모터 또는 액추에이터의 크기가 더 작아지는 것을 유리하게 허용할 수 있다.
경성 밀봉체(21)의 반경방향 내부 표면(28)과 회전 부품(50)의 외주면(52) 사이에 존재하는 마찰력을 최소화하는 것 외에도, 외주면(52)과 맞물리는 반경방향 내부 표면(28)의 상대적으로 작은 표면적은 또한, 경성 밀봉체(21)와 회전 부품(50) 사이에 원하는 유체 기밀 밀봉을 형성하도록 보장하는 방식으로, 경성 밀봉체(21)와 회전 부품(50) 사이에 주어진 표면적에 대해 높은 접촉력이 존재할 수 있게 촉진한다. 맞물림 하는 부품들 사이에 존재하는 상대적으로 작은 표면적을 따라 작용하는 높은 접촉력은, 이 같은 밀봉 맞물림을 형성하기 위한 엘라스토머 재료의 전통적인 사용과 비교하여 경성 밀봉체(21)의 상대적으로 높은 강성 정도에도 불구하고, 경성 밀봉체(21)로 하여금 회전 부품(50)에 형성된 임의의 스크래치 또는 기타의 치수 불일치에 순응하도록 만든다.
각각의 경성 밀봉체(21)의 일 단부에 형성된 파일럿 특징부(31)의 사용은 또한, 설명된 유체 기밀 밀봉부 각각을 형성하기 위한 원하는 반경방향 힘을 설정하는 방식으로 회전 밸브(10)를 조립할 수 있게 돕는다. 추가로, 각각의 개재된 경성 밀봉체(21)를 통해 회전 부품(50)이 각각의 연성 밀봉체(22)를 점진적으로 압축하는 방식은 밀봉체들(21, 22) 중 임의의 하나에 존재하는 임의의 치수 변화로 인해 회전 밸브(10)의 적절한 작동이 방해되는 것을 방지한다. 각각의 경성 밀봉체(21)에 대한 유지 특징부(35)의 추가는 또한, 각각의 밀봉 조립체(20)의 원하는 반경방향 위치를 설정하는 동시에, 각각의 경성 밀봉체(21)의 원하지 않는 움직임을 방지하여 회전 밸브(10)의 조립을 더욱 단순화시킨다.
각각의 밀봉 조립체(20)의 경성 밀봉체(21) 및 연성 밀봉체(22)를 형성하기에 적합한 것으로 기술된 재료는 또한 각각의 밀봉체들(21, 22)를 형성하기 위한 사출 성형 작업의 사용을 용이하게 한다. 이것은 다른 관련된 제조 공정과 비교하여 비용을 낮추고, 각각의 밀봉 조립체(20)의 제조를 단순화한다.
도 7 내지 도 14를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전 밸브(110)에 사용하기 위한 밀봉 조립체(120)가 도시되고 설명된다. 회전 밸브(110)는 다시 한번 일반적으로 회전 부품(150), 밸브체(160), 및 회전 부품(150) 주위의 원주방향으로 이격된 위치에서 회전 부품(150)과 밸브체(160) 사이의 유체 기밀 밀봉을 제공하기 위한 복수의 밀봉 조립체(120)를 포함한다.
도 11 내지 도 13의 리뷰에서 분명히 나타난 바와 같이, 회전 밸브(110)는 도 1 내지 4의 회전 밸브(10)와 실질적으로 다른 흐름 구성을 포함한다. 구체적으로, 회전밸브(110)의 밸브체(160)는 회전 밸브(10)에 대해 도시된 4개의 반경방향으로 연장되는 유체 포트(82)보다는, 2개의 반경방향으로 연장되는 유체 포트(182)만을 갖는 원주방향 벽(169)을 포함한다. 반경방향으로 연장되는 유체 포트(182) 각각은 원주방향 벽(169)의 내주면(170)과 교차하는 반경방향 최내측 단부(183)를 포함한다. 내주면(170)은 복수의 원통형 세그먼트들(171)과, 인접한 원통형 세그먼트들(171) 사이에 개재된 복수의 포켓(172)으로 분할된다. 각각의 포켓(172)은 각각의 포켓(172)의 반경방향 단부면(173)이 회전 밸브(110)의 회전축으로부터 측정된 곡률 반경을 갖는 원통형 곡률 및 형상을 갖는다는 점에서, 밸브체(10)의 포켓(72)과 상이하다. 각각의 포켓(172)은 회전 밸브(110)의 대응하는 반경방향으로 배열된 한 쌍의 대향 측면(175)을 더 포함한다. 각 포켓(172)의 반경방향 단부면(173) 및 측면(175)의 각각은 회전 밸브(110)의 축방향으로 연장되도록 배치된다. 각각의 포켓(172)의 축방향 단부면(177)은 회전 밸브(10)에 존재하는 축방향 단부면(77)에 대해 개시된 바와 같이, 반원통 형상을 포함하기 보다는 회전 밸브(110)의 축방향에 수직으로 배열된다. 각각의 포켓(172)의 축방향 단부면(177)은 내부에 형성되고 밸브체(160) 내로 축방향으로 연장되는 유지 만입부(178)를 더 포함한다.
밸브체(160)의 단부 벽(168)은, 회전 부품(150)의 회전축에 의해 한정된 바와 같이, 회전 밸브(110)의 중심축을 따라 배열된 축방향 연장 유체 포트(186)를 포함한다. 회전 부품(150)은 회전 부품(150)을 관통하여 형성된 단일의 통로(154)를 포함하는데, 통로(154)의 단부(155) 중 하나는 회전 부품(150)의 외주벽(152)과 교차하며, 통로(154)의 대향 단부(157)는 축방향 연장 유체 포트(186)와 정렬된 회전 부품(150)의 축방향 단부(158)에서 끝나도록 형성된다. 따라서 회전 밸브(110)는 회전 밸브(110)를 통과하는 유체의 90도 회전을 허용하도록 구성되며, 회전 부품(150)은 축방향 연장 유체 포트(186)와 유체 소통하는 2개의 상이한 반경방향 연장 유체 포트들(182) 사이에서 전환(switching)이 가능하다. 회전 부품(150)은 2개의 상이한 회전 위치 사이에서 회전 부품(150)을 회전시킬 수 있는 적절한 회전 모터 또는 액추에이터(미도시)에 다시 한번 작동 가능하게 결합된다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 회전 밸브(110)와 함께 사용하기에 적합한 밀봉 조립체(120) 중 하나가 별도로 개시되어 있다. 밀봉 조립체(120)는 많은 면에서 밀봉 조립체(20)와 실질적으로 유사하지만, 밀봉 조립체(20)와 비교하여 몇 가지 수정 및 추가로 인해 상이하다. 밀봉 조립체(120)는 경성 밀봉체(121) 및 연성 밀봉체(122)를 포함하며, 이들 각각은 경성 밀봉체(21) 및 연성 밀봉체(22)를 형성하기에 적합한 것으로 설명된 것과 동일한 재료로 형성될 수 있다.
경성 밀봉체(121)는 내주면(126)을 포함한 주변부(125), 대향하는 외주면(127), 회전 부품(150)의 외주면(152)과 맞물리도록 구성된 반경방향 내측 표면(128), 및 반경방향 내부 표면(128)에 대향하고 연성 밀봉체(122)와 맞물리도록 구성된 반경방향 외측 표면(129)(도 12 및 14)을 포함한다. 내주면(126)은 밸브체(160)를 통해 형성된 반경방향 연장 유체 포트(182) 각각에 크기 및 형상이 실질적으로 대응하는 경성 밀봉체(121)를 통한 유동 개구(124)를 한정할 뿐만 아니라, 회전 부품(150)을 통해 형성된 통로(154)의 반경방향 연장 단부(155)를 한정한다. 유동 개구(124)의 중심을 통과하는 회전 부품(150)의 반경방향은 경성 밀봉체(121)의 중심축을 한정하므로, 이하에서 경성 밀봉체(121)의 축 방향에 대한 참조는 경성 밀봉체(121)의 중심축에 평행한 방향을 참조한다. 또한, 경성 밀봉체(121)의 반경방향에 대한 참조는 또한, 경성 밀봉체(121)의 중심축을 통과하고 그에 수직하게 배열된 방향을 참조한다.
반경방향 내부 표면(128)은 경성 밀봉체(21)의 반경방향 내부 표면(28)과 실질적으로 유사하고, 회전 부품(150)의 외주면(152)의 원통형 형상에 상보적인 만곡된 원통형 형상을 포함한다. 외주면(127)은 경성 밀봉체(121)의 축 방향으로 연장되며, 또한 경성 밀봉체(21)의 외주면(27)과 실질적으로 유사하다. 그러나, 주변부(125)는 경성 밀봉체(121)의 축 방향과 일치하는 회전 밸브(110)의 반경방향 외측 방향으로 연장되므로, 경성 밀봉체(121)의 내주면(126) 및 반경방향 외부 표면(129)은 주변부(125)의 반경방향 두께를 감소시킨 결과, 경성 밀봉체(21)의 대응하는 표면(26, 29)과 상이하다. 더 구체적으로, 내주면(126)의 적어도 일부는 반경방향 외부 표면(129)이 반경방향 내부 표면(128)에 비해 감소된 반경방향 두께를 포함하게 하기 위해, 반경방향 외부 표면(129)을 향해 점점 가늘어 진다. 따라서, 주변부(125)의 반경방향 외부 표면(129)은 주변부(125)의 반경방향 내부 표면(128)보다 더 작은 표면적을 포함한다.
경성 밀봉체(121)는 횡 방향으로 이격된 한 쌍의 파일럿 특징부(131) 및 회전 밸브(110)의 축 방향에 대해 주변부(125)의 직경 방향으로 대향하는 측면으로부터 돌출하는 유지 특징부(135)를 포함한다. 이격되어 한 쌍으로 제공되는 것을 제외하고, 각각의 파일럿 특징부(131)는 구조 및 목적이 경성 밀봉체(21)의 파일럿 특징부(31)와 유사하므로 더 이상의 설명은 생략한다. 유사하게, 유지 특징부(135)는 구조 및 목적이 경성 밀봉체(21)의 유지 특징부(35)와 유사하므로, 그에 대한 추가 설명도 생략한다.
경성 밀봉체(121)는 주변부(125)의 대향 횡방향 면으로부터 연장되는 한 쌍의 횡방향 프레임 부재(190)를 더 포함한다. 각각의 프레임 부재(190)는 경성 밀봉체(121)의 반경방향에 대해 주변부(125)의 외주면(127)으로부터 반경방향 외측으로 적어도 부분적으로 연장되는 한 쌍의 연결부(191)를 포함한다. 연결부(191) 한 쌍의 각각은 주변부(125)를 프레임 부재(190) 중 하나의 대응하는 횡방향 벽(192)에 연결한다. 횡방향 벽(192) 각각은, 후술하는 바와 같이 밀봉 조립체(120)가 밸브체(160) 내에 수용될 때 회전 밸브(110)의 반경방향에 대응하는 방향으로, 대응하는 한 쌍의 연결부(191)로부터 멀어지도록 돌출된다. 각각의 연결부(191)는, 밀봉 조립체(120)가 밸브체(160)에 수용될 때, 회전 밸브(110)의 반경방향 외측 방향에 대응하는 방향의 경성 밀봉체(121)의 축 방향 중 어느 하나의 방향으로 연결부(191)로부터 연장되는 커플링 돌출부(193)(도 8)를 더 포함한다.
연성 밀봉체(122)는 연성 밀봉체(22)와 실질적으로 동일한 역할을 하지만, 위에서 언급한 바와 같이 밸브체(60) 및 경성 밀봉체(21)로부터 밸브체(160) 및 경성 밀봉체(121)로의 구조 변화를 수용하기 위해, 다른 구성을 포함한다. 연성 밀봉체(122)는 또한 후술하는 바와 같이, 밸브체(160)의 원주벽(169)과 맞물림 하기 위한 개선된 이중 밀봉 표면을 포함한다.
연성 밀봉체(122)는 밸브체(160)에 형성된 각각의 포켓(172)의 형상에 실질적으로 상보적인 형상을 갖는다. 예시된 실시예에서, 연성 밀봉체(122)는 한 쌍의 횡방향 표면(138)을 포함하며, 연성 밀봉체(122)가 포켓(172) 중 하나 내에 수용될 때, 각각의 횡방향 표면(138)은 밸브체(110)의 축방향 및 반경방향으로 연장한다. 연성 밀봉체(122)는 회전 부품(150)의 외주면(152)의 곡률 반경보다 큰 곡률 반경을 갖는, 대체로 원통형인 형상을 한 반경방향 외부 표면(140)을 포함한다. 연성 밀봉체(122)는 또한, 회전 밸브(110)의 축방향에 수직으로 배열되고, 포켓(172) 중 대응하는 포켓의 축방향 단부면(177)과 맞물리도록 구성된 실질적으로 평면인 축방향 단부면(141)을 포함한다.
연성 밀봉체(122)는 그 내주면(143)에 의해 한정된 바와 같이, 연성 밀봉체(122)를 관통하여 형성된 원통형의 유동 개구(144)를 포함한다. 이하에서 사용되는 바와 같이, 유동 개구(144)의 중심을 통해 연장되는 회전 밸브(110)의 반경방향은 또한, 연성 밀봉체(122)의 중심축을 나타내며, 따라서 연성 밀봉체(122)의 축 방향에 대한 참조는 설명된 연성 밀봉체(122)의 중심축에 평행하여 배열된 방향을 참조한다. 따라서 유동 개구(144)는 연성 밀봉체(122)의 축 방향에서 볼 때, 원형 프로파일 형상을 포함한다. 연성 밀봉체(122)를 통해 형성된 유동 개구(144)는, 밀봉 조립체(120)가 작동 위치에 배치될 때, 경성 밀봉체(121)의 반경방향 외부 표면(129)이 연성 밀봉체(122)에 대해 지탱하도록 보장하는 치수로 만들어 졌다.
연성 밀봉체(122)의 반경방향 내부 표면(145)은 경성 밀봉체(121)의 반경방향 내부 표면(128)보다 약간 더 큰 곡률 반경을 갖는 원통형 형상을 포함한다. 반경방향 내부 표면(145)은 내부에 형성된 축방향 만입부(146)를 더 포함하며, 축방향 만입부(146)는 축방향에 대해 경성 밀봉체(121)의 프로파일 형상에 상보적인 형상을 갖는다. 축방향 만입부(146)는 밀봉 조립체(120)가 밸브체(160)의 포켓(172) 중 대응하는 포켓(172) 내에 배치될 때 연성 밀봉체(122)가 회전 부품(150)의 외주면(152)과 맞물리지 않도록 하기 위해, 경성 밀봉체(121)의 반경방향 내부 표면(128)이 연성 밀봉체(121)의 반경방향 내부 표면(145)의 나머지 부분의 내측으로 배치되는 것을 허용하도록, 경성 밀봉체(121)의 축방향 두께보다 작은 연성 밀봉체(122)의 축방향 깊이를 포함한다. 유지 특징부(135)는 밸브 본체(110)의 축 방향에 대해 축방향 만입부(146)의 외측으로 연장되어, 유지 특징부(135)가 연성 밀봉체(122) 외부의 위치에서 밸브 본체(160)에 형성된 유지 만입부(178) 내에 수용되도록 보장한다. 축방향 만입부(146)는 축방향 만입부(146)에 대한 경성 밀봉체(121)의 원하지 않는 움직임을 방지하기 위해, 연성 밀봉체(122)의 위치 결정 특징부를 형성한다.
연성 밀봉체(122)의 반경방향 내부 표면(145)에는 연성 밀봉체(122)의 반경방향 외부면(140)을 향하여 복수의 커플링 개구(103)가 형성된다. 커플링 개구(103)는 도 8에서 연성 밀봉체(122)를 관통해 연장되는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 아니하는 범위에서 커플링 개구(103)의 임의의 깊이는 사용 가능하다. 각각의 커플링 개구(103)는 연성 밀봉체(122)의 축 방향 또는 회전 밸브(110)의 대응하는 반경방향 중 어느 하나로 원하는 대로 연성 밀봉체(122) 내로 연장될 수 있다. 각각의 커플링 개구(103)는 경성 밀봉체(121)가 연성 밀봉체(122)와 맞물림 될 때, 커플링 개구(103) 내부에 대응하는 커플링 돌출부(193)를 수용하도록 위치되고 치수가 만들어 진다.
연성 밀봉체(122)의 반경방향 외부 표면(140)은 연성 밀봉체(122)의 축방향으로 돌출된 한 쌍의 밀봉 립(111, 112)의 포함으로 인해, 연성 밀봉체(22)의 대응하는 반경방향 외부 표면(40)과 실질적으로 상이하며, 각각의 밀봉 립(111, 112)은 포켓(172) 중 대응하는 포켓의 반경방향 단부 표면(173)과 밀봉 결합하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 제1 밀봉 립(111)은 연성 밀봉체(122)를 통해 유동 개구(144)에 바로 인접하여 배치되는 한편, 제2 밀봉 립(112)은 연성 밀봉체(122)의 반경방향에 대해 제1 밀봉 립(111)의 반경방향 외측에 배치된다. 각각의 밀봉 립(111, 112)은 대응하는 반경방향 단부 표면(173)과 맞물림 하기 위한 실질적으로 아치형인 팁을 포함할 수 있지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 형상이 또한 사용될 수 있다. 밀봉 립(111, 112) 각각은 유동 개구(144) 주위에 반경방향으로 이격된 2개의 밀봉 표면을 형성하기 위해 유동 개구(144) 주위에서 고리 모양으로 연장되며, 이에 의해 연성 밀봉체(122)의 반경방향 외부 표면(140)과 대응하는 유체 포트(182)의 반경방향 최내측 단부(183) 사이의 누출을 방지하기 위한 추가적이며 독립적으로 제공된 밀봉 표면이 제공된다. 각각의 밀봉 립(111, 112)은 연성 밀봉체(122)의 축 방향에서 보았을 때 원형 프로파일 형상을 포함하지만, 대응하는 유동 개구(144)가 도시되고 설명된 형상과 다른 형상을 포함하도록 제공되는 경우, 대안 형상이 이용될 수 있다.
제1 밀봉 립(111)은 내주면(113) 및 대향하는 외주면(114)을 포함하는 반면, 제2 밀봉 립(112)은 또한 내주면(115) 및 대향하는 외주면(116)을 포함한다. 제1 밀봉 립(111)의 내주면(113)은 관통하는 유동 개구(144)를 한정하는 연성 밀봉체(122)의 내주면(143)과 일치할 수 있고, 따라서 내주면(113)은 연성 밀봉체(122)의 축 방향으로 연장될 수 있다.
이제 도 12를 참조하면, 벡터(F1)는 제1 밀봉 립(111)의 외주면(114)과 제2 밀봉 립(112)의 내주면(115) 사이에서 연장되는 것으로 도시되어 있다. 도 14는 제1 밀봉 립(111)의 외주면(114)과 제2 밀봉 립(112)의 내주면(115) 사이에서, 연성 밀봉체(122)의 중심축에 대해 벡터(F1)의 위치로부터 약 90도 회전 이격된 위치에서 연장되는 벡터(F2)를 도시한다. 각각의 벡터(F1, F2)는 회전 부품(150)의 회전축으로부터 연장되고, 이에 수직하게 배열된 회전 밸브(110)의 반경방향으로 이격되어 연장되도록 배열된다. 연성 밀봉체(122)가 경성 밀봉체(121)를 통해 회전 부품(150)의 외주면(152)과 해당 포켓(172)의 반경방향 단부면(173) 사이에서 압축되는 방식으로 인해, 각각의 벡터(F1, F2)는 식별된 위치에서 연성 밀봉체(122)에 작용하는 압축력의 방향을 나타내며, 각각의 벡터(F1, F2)는 각각의 벡터(F1, F2)가 통과하는 위치에서 외주면(152)과 반경방향 단부면(173)에 수직으로 배열된다.
도 12에 도시된 바와 같이, 제1 밀봉 립(111)의 외주면(114)은 적어도 1도의 각도로 벡터(F1)로부터 멀어지게 기울어진 반면, 제2 밀봉 립(112)의 내주면(115)은 적어도 1도의 반대 각도에서 벡터(F1)로부터 멀어지도록 기울어진다. 유사하게, 벡터(F1)로부터 이격된 벡터(F2)의 간격 및 도 12를 확대한 도 14의 주어진 단면의 수직 배열에도 불구하고, 제1 밀봉 립(111)의 외주면(114)은 적어도 1도의 각도로 벡터(F2)로부터 멀어지게 기울어지는 반면, 제2 밀봉 립(112)의 내주면(115)은 적어도 1도의 반대 각도로 벡터(F2)로부터 멀어지는 동안 적어도 1도의 반대 각도로 벡터(F2)로부터 멀어지게 기울어진다. 벡터(F1, F2) 각각으로부터 멀어지는 원주 표면(114, 115)의 경사는 연성 밀봉체(122)의 압축 동안 서로를 향한 각각의 밀봉 립(111, 112)의 바람직하지 않은 좌굴을 유리하게 방지하며, 여기서 이러한 좌굴은 각각의 밀봉 립(111, 112)에 의해 제공되는 밀봉 효과를 방해할 수 있다. 이와 같이, 2개의 별개의 유체기밀 환형 밀봉 표면이 연성 밀봉체(122)를 관통해 형성된 대응하는 유동 개구(144) 주위에 연성 밀봉체(122)에 의해 형성된다.
각각의 밀봉 조립체(120)는 연성 밀봉체(122)의 반경방향 내부 표면(145)에 형성된 축방향 만입부(146) 내에 경성 밀봉체(121)를 배치함으로써 조립된다. 경성 밀봉체(121)의 커플링 돌출부(193)는 또한 연성 밀봉체(122)의 커플링 개구(103) 내에 수용되는 한편, 프레임 부재(190) 각각의 횡방향 벽(192)은 연성 밀봉체(122)의 횡방향 표면(138) 둘레로 연장되어 맞물림 한다. 경성 밀봉체(121)와 연성 밀봉체(122) 사이의 다양한 상이한 맞물림들은 서로에 대한 구조체(121, 122)의 위치를 유지하게 한다. 그때, 각각의 밀봉 조립체(120)는 밸브체(160)의 축방향에 대한 삽입을 통해, 밸브체(160)의 포켓(172) 중 하나 안에 수용될 수 있다. 본 발명의 제1 실시예와 대조적으로, 경성 밀봉체(121)와 관련된 횡방향 벽(192)은 연성 밀봉체(122) 대신에, 대응하는 포켓(172)의 횡방향 표면(175)과 맞물리게 된다. 회전 부품(150)은 밸브체(160) 내에 다시 한번 축방향으로 수용되며, 회전 부품(150), 경성 밀봉체(121), 연성 밀봉체(122) 및 밸브체(160) 사이에 원하는 반경방향 힘을 형성하기 위해, 파일럿 특징부(131)는 각각의 연성 밀봉체(122)를 점진적으로 압축하는 유사한 역할을 수행한다.
도 7 내지 도 14에 걸쳐 도시된 본 발명의 실시예는 많은 유리한 기능을 도시한다. 첫째, 경성 밀봉체(121)가 프레임 부재(190)를 통해 밸브체(160)와 직접 맞물리는 방식은 경성 밀봉체(121)를 형성하는 데 사용되는 재료의 강성이 증가되어 밸브체(160)와의 연결 강성을 연성 밀봉체(121)에 비해 향상시킨다. 둘째, 위에서 설명된 바와 같이, 연성 밀봉체(122)의 한 쌍의 밀봉 립(111, 122)의 사용은 연성 밀봉체(122)와 밸브체(160) 사이에 존재하는 밀봉 표면을 두 배로 증가시킨다. 마지막으로, 반경방향 외부 표면(129)을 향해 주변부(125)가 가늘어 지는 것은 반경방향으로 회전 밸브(110) 내부로 삽입되는 치수 불일치가 더 크더라도 이를 허용하게 한다. 이것은 반경방향 외부 표면(129)이 더 작은 표면적을 포함하기 때문에 발생하며, 이는 상호 작용하는 부품들, 특히 밀봉 조립체(120) 각각의 형성에 관련된 부품들 중 임의의 부품의 치수의 가변성을 처리하기 위해 경성 밀봉체(121)로 하여금 회전 밸브(110)의 반경방향으로 연성 밀봉체(122)를 더 쉽게 국부적으로 압축하도록 초래한다. 반경방향 외부 표면(129)의 상대적으로 더 작은 표면적은 연성 밀봉체(122) 내로 변위되는 표면적의 양을 최소화하고, 이는 차례로 두 부품 사이에 존재하는 합력 곡선을 낮춘다. 이러한 관계는 회전 밸브(110)가 차지하는 패키징 공간을 더욱 최소화하기 위해, 연성 밀봉체(122)가 상대적으로 더 얇게 형성되는 것을 허용한다.
이제 도 15 내지 17을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 밀봉 조립체(220)가 개시된다. 도시로부터 명백한 바와 같이, 밀봉 조립체(220)의 경성 밀봉체(221)는 앞서 설명된 경성 밀봉체(21, 121) 중 하나 또는 다른 하나에 공통적인 구조를 포함하므로, 더 이상의 설명은 여기에서 크게 생략된다. 도시된 경성 밀봉체(221)는 경성 밀봉체(221)가 전술한 제2 실시예 밸브체(160)와 관련하여 도시된 포켓(172) 중 하나 안에 수용되도록 구성될 수 있는 방식으로 경성 밀봉체(221)의 주변부(225)로부터 연장되는 한 쌍의 프레임 부재(290)를 포함한다.
밀봉 조립체(220)는 주로 밀봉 조립체(220)의 제조 방법으로 인한 원인으로 이전에 설명한 밀봉 조립체들(20, 120)과 다르다. 밀봉 조립체(220)는 단일 주형을 사용하여 밀봉 조립체(220)의 연성 밀봉체(222)가 경성 조립체(221) 상에 직접 성형되는 이중(two-shot) 사출성형 공정으로 형성된다. 두 구조체(221, 222)는 따라서 밀봉 조립체들(20, 120)을 참조하여 상기 설명된 다양하고 상이한 위치 설정 특징부와 커플링 특징부 필요없이, 서로에게 결합된다. 따라서, 연성 밀봉체(222)는 해당 밸브체와 경성 밀봉체(221) 각각의 형상과 구성에 대응할 필요가 없는 단순한 구조로 제조될 수 있다. 제공된 예에서, 연성 밀봉체(222)는 경성 밀봉체(221)의 주변부(225)와 맞물림 하며, 원통형 몸체에 의해 한정된 중앙 유동 개구(240)를 갖는 원통형 몸체로서만 제공된다. 따라서 밀봉 조립체(220)는 이전에 설명된 밀봉 조립체(20, 120)보다 훨씬 적은 재료를 사용하는 동시에, 관련 회전 밸브의 밀봉 요건을 충족시키기 위해 밀봉체(221, 222)에 반드시 형성되어야 하는 특정한 특징의 수를 감소시킨다.
본 명세서에 개시된 밀봉 조립체에 관한 신규 특징은 본 명세서에 도시되고 설명된 것에 더해, 임의의 다양한 관련 회전 밸브 구성에서 사용하기 위해 용이하게 조정될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 도시되고 설명된 밀봉 조립체는 원통형 회전 부품(플러그)과 원통형 내부 표면을 갖는 밸브체 사이의 수용을 위해 윤곽이 형성된 것으로 도시되어 있지만, 본 명세서에 개시된 각각의 밀봉 조립체는, 대응하는 회전 부품(플러그)이 대응하는 밸브체의 내부 표면에 대해 중심축을 중심으로 회전하도록 야기되는 대안적인 형상 내에 수용되도록 하기 위해 그 윤곽이 형성될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 여기에 개시된 각각의 밀봉 조립체는 원하는 바에 따라 원추형 회전 부품 및 대응하는 밸브체의 원추형 내부 표면과 함께 사용하거나, 또는 구형(ball) 회전 부품 및 해당 밸브체의 구형 내부 표면을 포함하는 구형 밸브 구성을 위해 조정될 수 있다.
전술한 설명으로부터, 당업자는 본 발명의 본질적인 특징을 용이하게 확인할 수 있고, 본 발명의 본질 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 용도 및 조건에 적응시키기 위해 본 발명에 다양한 변경 및 수정을 가할 수 있다.

Claims (20)

  1. 밸브체에 대해 회전하도록 구성된 회전 부품을 갖는 회전 밸브용 밀봉 조립체로서, 상기 밀봉 조립체는:
    상기 회전 부품과 밀봉식으로 맞물리도록 구성되었으며 실질적으로 강성 재료로 형성된 제1 밀봉체; 그리고
    상기 제1 밀봉체 및 상기 밸브체와 밀봉식으로 맞물리도록 구성되었으며 탄성적으로 변형 가능한 재료로 형성된 제2 밀봉체를 포함하는
    밀봉 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실질적으로 강성 재료는 열가소성 재료인
    밀봉 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열가소성 재료는 폴리프탈아미드 또는 폴리페닐렌 설파이드 중 하나인
    밀봉 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탄성적으로 변형 가능한 재료는 엘라스토머 재료인
    밀봉 조립체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 엘라스토머 재료는 Santoprene® 열가소성 엘라스토머, 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체(EPDM) 고무, Nylabond® 열가소성 엘라스토머, EPDM 폼, 실리콘 고무, 니트릴 또는 우레탄 중 하나인
    밀봉 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 실질적으로 강성 재료는 탄성적으로 변형 가능한 재료보다 더 낮은 마찰 계수를 포함하는
    밀봉 조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 밀봉체는 상기 제1 밀봉체를 수용하도록 구성된 만입부를 내부에 포함하고, 상기 회전 부품과 밀봉식으로 맞물리도록 구성된 상기 제1 밀봉체의 일부는 상기 만입부의 외부에 배치되는
    밀봉 조립체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 밀봉체는 상기 밸브체와 밀봉식으로 맞물리도록 구성된 적어도 2개의 밀봉 립을 포함하고, 상기 적어도 2개의 밀봉 립 각각은 상기 제2 밀봉체를 관통해 형성된 유동 개구 주변 둘레로 연장하는
    밀봉 조립체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 밀봉체는 상기 제2 밀봉체를 향하는 방향으로 감소하는 두께를 포함하는
    밀봉 조립체.
  10. 내부에 개구가 형성된 밸브체;
    상기 밸브체의 상기 개구 내에 수용되고 회전축을 중심으로 상기 밸브체에 대해 회전하도록 구성된 회전 부품;
    상기 회전 부품과 밀봉식으로 맞물리도록 구성되었으며 실질적으로 강성 재료로 형성된 상기 제1 밀봉체; 그리고
    상기 제1 밀봉체 및 상기 밸브체와 밀봉식으로 맞물리도록 구성되었으며 탄성적으로 변형 가능한 재료로 형성된 상기 제2 밀봉체를 포함하는
    회전 밸브.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 밀봉체는 내부에 상기 개구를 부분적으로 한정하는 밸브체의 내주면과 밀봉식으로 맞물리도록 구성되고, 상기 제1 밀봉체는 상기 회전 부품의 외주면과 밀봉식으로 맞물리도록 구성되는
    회전 밸브.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 밸브체의 상기 내주면은 내부에 상기 제2 밀봉체를 수용하도록 구성된 포켓을 한정하는
    회전 밸브.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 회전 부품의 상기 외주면은 원통형, 원추형, 또는 구형 중 어느 하나의 모양을 갖춘
    회전 밸브.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제1 밀봉체는 관통하여 형성된 제1 유동 개구를 포함하고, 상기 제2 밀봉체는 관통하여 형성된 제2 유동 개구를 포함하고,
    상기 제1 유동 개구와 상기 제2 유동 개구는 상기 회전 부품을 관통해 형성된 통로와 상기 밸브체를 관통해 형성된 유체 포트 사이의 유체 연통을 제공하기 위해 협동하는
    회전 밸브.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 실질적으로 강성인 재료는 열가소성 재료이고, 상기 탄성적으로 변형 가능한 재료는 엘라스토머 재료인
    회전 밸브.
  16. 상기 15항에 있어서,
    상기 열가소성 재료는 폴리프탈아미드 또는 폴리페닐린 설파이드 중 하나이며,
    상기 엘라스토머 재료는 Santoprene® 열가소성 엘라스토머, 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체(EPDM) 고무, Nylabond® 열가소성 엘라스토머, EPDM 폼, 실리콘 고무, 니트릴 또는 우레탄 중 하나인
    회전 밸브.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 제1 밀봉체는 상기 회전 부품과 동일한 재료로 형성되는
    회전 밸브.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 제1 밀봉체는 상기 밸브체의 개구 내로 상기 회전 부품을 설치하는 것을 돕도록 구성된 테이퍼 모양의 파일럿 특징부를 포함하는
    회전 밸브.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 밀봉체는 상기 파일럿 특징부에 대향하여 형성된 유지 특징부를 포함하고,
    상기 유지 특징부는 상기 밸브체에 형성된 유지 만입부 내에 수용되도록 구성되는
    회전 밸브.
  20. 제10항에 있어서,
    상기 제2 밀봉체는 상기 제1 밀봉체와 상기 밸브체 사이에서 압축되고,
    상기 제2 밀봉체는 상기 회전 부품을 향하는 방향으로 상기 제1 밀봉체에 스프링력을 인가하는
    회전 밸브.
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