KR20240001088A - 비드나 틈새를 없앤 볼밸브용 볼의 수지 라이닝 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 볼밸브 본체에 형성된 유체이송공을 개폐시키는 볼의 표면을 합성수지로 코팅하도록 라이닝 작업할 때 금형에 대해 볼을 동심으로 지지하는 핀을 기밀하게 설치하여 볼을 금형과 정확한 동심으로 유지토록 하면서 동시에 지지핀의 확실한 후퇴 작동을 확보토록 하여 라이닝 두께의 균일성을 확보하여 제품 불량을 없애 라이닝 품질의 안정성과 신뢰성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 비드나 틈새를 없앤 밸브용 볼의 수지 라이닝 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

Description

비드나 틈새를 없앤 볼밸브용 볼의 수지 라이닝 장치 및 방법{Device and method for bead and crevice free (BCF) lining of balls used in ball-valves with plastic resins}

본 발명은 유체의 흐름을 단속하기 위해 사용되는 볼밸브용 볼에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 볼밸브를 개폐하는 볼의 표면을 합성수지로 라이닝하여 내식성, 내열성 및 화학적인 안전성 확보할 수 있는 밸브용 볼의 수지 라이닝 장치 및 라이닝 방법에 관한 것이다.

일반적으로 유체의 이송 흐름을 개폐하도록 유로의 도중에 설치되는 볼밸브는 볼타입의 디스크가 직각 또는 분할되는 각도로 돌면서 볼밸브를 개폐하거나 유체의 이송방향을 전환 시켜주는 데 사용한다.

이러한 볼밸브는 사용이 간편하고 기밀성도 비교적 우수할 뿐 아니라 개방했을 때 밸브의 유로가 정확하게 직선으로 개방되는 형식이므로 압력강하가 작고, 볼이 회전할 때 밸브시트에 밀착하여 구동하므로 슬러지 등의 이물질이나 점성이 높은 유체에 적용하는 경우에도 비교적 개폐의 신뢰성이 높은 등의 장점이 있다.

상기한 볼밸브의 일례로서 실용신안등록 제20-0280161호에 개시된 바 있다.

상기한 종래기술의 볼밸브는 도 1에 도시된 바와 같이, 밸브본체(2) 내측에 형성된 유체이송공에 볼(3)을 내장하고, 상기 볼(3) 상측으로는 상단에 나사봉(5)이 형성된 회동축(4)을 결합하여 조작레버(6)를 고정구(7)로 고정하며, 상기 밸브본체(2)에는 스토퍼(8)를 고정하고, 조작레버(6)에는 스토퍼(8)에 걸림 되도록 90도로 회동공을 형성하여 조작레버(6)의 회동을 제한하여 이루어진다.

그리고, 상기 조작레버(6)는 상단에 걸림부(7a)가 형성되고 그 하측으로 나사관(7b)이 마련된 고정구(7)로 고정하고, 상기 나사관(7b) 외부에는 내측으로 스프링안치턱(9a)이 형성되어 상기 걸림부(7a) 간에 스프링(10)이 개재되는 로크 패드(9)를 회동 가능하게 삽입한다.

또한, 상기 고정구(7)의 걸림부(7a)에는 나사관(7b)과 연결되는 록킹 나사공(11)을 형성하고 록킹볼트(12)를 결합하여 고정구(7)의 풀림이 없도록 한다.

이와 같은 구성을 가지는 밸브는 조작레버(6)가 회동함에 따라 볼(3)이 회전하면서 밸브본체(2)의 유체이송공을 개폐시킴으로써 유체의 이송을 제한하게 된다.

그러나, 상기한 방식의 종래의 볼밸브는 밸브를 통과하는 유체에 종류 또는 성질에 의해 볼이 쉽게 변형되거나 마모되는 문제점이 있었으며, 이에 따라 형성되는 틈새로 누설이 발생하는 문제점을 가지고 있다.

상기한 문제점을 해결하고자 한국등록특허 제10-0786038호에서는 볼밸브용 볼의 표면에 1~10mm의 두께를 가지도록 불소 수지를 라이닝(lining)하여 코팅층을 형성함으로써 볼의 내식성, 화학적 안전성 및 마찰계수를 보완할 수 있도록 하고 있다.

상기 볼의 라이닝 장치 및 공정을 도 2를 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

볼밸브의 몸체 내에 수용되어 유로를 개폐토록 회동 작동되는 구형상의 볼(100)을 주물을 통해 성형하되, 볼(100)의 상면에는 작동레버(6)의 끝단이 삽입될 수 있도록 사각형상의 삽입홀(120)을 성형하고, 정면에는 밸브 본체(2)의 유체이송공과 연결되는 관통공(110)을 성형하며, 상기 관통공(110)에는 볼(100)을 후술되는 사출금형(300)에 구비된 연결핀(320)을 삽입하기 위한 다수개의 연결홀(131)을 성형한다(도 2의 (a) 참조). 즉, 상기 연결홀(131)은 도 2의 (a)에서 보았을 때 상기 관통공(110)의 좌측, 우측 및 후면에 외측 방향으로 관통되게 각각 성형된다.

상기와 같이 성형공정이 완료되면, 완성된 볼(100)을 라이닝층(200)을 형성하기 위한 사출금형(300) 내에 고정한다(도 2의 (b) 참조).

상기 사출금형(300)은 상하금형으로 분리되며, 상하금형의 밀착면에는 상기 볼(100)에 형성된 연결홀(131)과 삽입홀(120)에 각각 삽입되는 연결핀(320) 및 지지편(330)이 구비되고, 상기 지지편(330)은 삽입홀(120)의 내주면에 라이닝층(200)을 형성할 수 있도록 삽입홀(120) 보다 작은 크기를 가지도록 형성한다.

그리고, 상기 상부금형의 하면에는 상기 관통공(110)에 삽입되고 관통공(110)에 용융된 PFA를 주입하기 위한 주입구가 형성된 주입부(310)가 다수개 형성되며, 상기 주입부(310)의 주입구는 상기 연결홀(131) 방향으로 형성되어 있다.

이에 따라, 상기 볼(100)의 연결홀(131)과 삽입홀(120)에 연결핀(320)과 지지편(330)을 각각 삽입시킨 상태에서 사출 금형(300)의 하부 금형에 결합시킨 다음, 상부금형을 하부금형에 결합시키면 볼(100)의 설치가 완료된다.

상기와 같이 볼(100)의 설치공정이 완료되면, 상기 사출금형(300)의 주입부(310)를 통해 용융된 불소수지인 PFA를 사출하며, 이에 따라 볼(100)의 표면에 PFA가 라이닝되면서 라이닝층(200)을 형성하게 되며, 볼(100)의 표면에 라이닝층(200)의 형성이 완료되면, 사출압력에 의해 연결핀(320)을 가압하여 사출 금형(300) 내로 후퇴 복귀시킴과 동시에 연결홀(131)을 마감하게 된다(도 2의 (c) 참조).

상기와 같이 라이닝 공정이 완료되면, 라이닝층(200)이 형성된 볼(100)을 사출금형(300)으로부터 인출한 다음, 선반 또는 밀링 등과 같은 다듬질공작기계를 사용하여 사출성형시 발생되는 스프루(sprue)를 제거하게 되며(도 2의 (d) 참조), 스프루 제거공정이 완료되면, 도 2(d)에 도시한 것과 같이 표면이 수지로 코팅 처리된 볼밸브용 볼(80)을 제조할 수 있게 되는 것이다.

그러나 상기한 종래의 라이닝 코팅 방법에 의하면 라이닝 처리될 볼(100)을 금형(300) 내에 설치함에 있어 라이닝 층의 두께만큼 일정한 간격을 두고 볼이 금형에 동심을 유지하도록 설치하기 위한 수단으로 복수의 연결핀(320)을 사용하게 되는 데, 이 연결핀(320)들이 금형과 볼의 양측에 걸쳐 끼워져 지지체로서 사용되는 관계로, 틈새를 포함한 라이닝 층의 불연속 구간 또는 비드(bead) 형성을 방지하기 위해서 수지의 공급에 따라 연결핀(320)이 점령하고 있는 구멍부위를 제외하고 모든 라이닝 틈새(볼과 금형 사이의 틈새)를 채운 후에는 그 공급되는 수지 압력에 의해 연결핀(320)이 금형(300) 측으로 밀려나도록 하고 있고, 그 연결핀(320)이 밀려난 틈새를 계속해서 유입하는 수지가 메우도록 하고 있는데, 그 과정에서, 그 연결핀(320)들이 볼(100)을 금형(300)과 정확한 동심을 가지도록 공중에 띄워 부양시키기 위해서는 연결홀(131)에 기밀하게 끼워지도록 장착하지 않게 되면, 라이닝 층의 두께가 불균일해지고 이에 따라 볼의 구 형태가 편심지게 됨으로써 밸브로서의 개폐 기능이 크게 저하하게 되며, 이 때문에 완전한 동심 유지를 위해 연결핀(320)이 연결홀(131)에 기밀하게 끼워져 지지하도록 설계되고 있으나, 이러한 이유로 연결핀(320)이 연결홀(131) 사이에 마찰력이 크게 작용하여 수지 압력에 의해 연결핀(320)이 밀려나지 않는 일이 자주 발생하며, 더우기 강한 마찰에 의해 연결핀(320)의 후진 속도 저하 시 볼(100)의 외주 틈새를 먼저 가득 채운 수지가 연결핀(320)의 원통면 외주를 채우면서 응고되는 현상에 의해 더욱 마찰력을 크게 만들어 연결홀(131)로부터 빠지지 않게 되는 일이 많이 발생하게 되며, 이는 제품 불량의 중요한 원인으로 코팅된 볼을 폐기 처분하거나 또는 폐기 처분하지 않고 사용을 결정하더라도 상부 금형을 분리하고 수동으로 연결핀(320)을 제거한 후 그 빈 틈새 및 구멍을 별도의 플라스틱 수지로 메우고 연마 등의 후 가공 작업을 실시해야 함으로써 원가 상승과 생산성 저하의 큰 원인이 되었다.

또한 상기한 제품 불량 내지 생산성 저하를 방지하고자 연결핀(320)과 연결홀(131)의 결합 공차를 어느 정도 허용하는 것으로 설계하고 있는 경우도 있으나, 이 경우 코팅 두께가 고르지 않고 볼의 윤곽이 완벽한 구를 형성하지 못하는 관계로 정밀도가 높은 고압의 유체 제어에 당해 볼밸브를 사용하는 것에는 한계가 있었다.

한국 실용신안등록 제20-0280161호, 발명의 명칭: 볼밸브 한국 등록특허 제10-0786038호, 발명의 명칭: 밸브용 볼 및 라이닝 방법

이에 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 감안하여 제안한 것으로서, 그의 목적으로 하는 것은 볼밸브 본체에 형성된 유체이송공을 개폐시키는 볼의 표면을 합성수지로 코팅하도록 라이닝 작업할 때 금형에 대해 볼을 동심으로 지지하는 연결핀을 기밀하게 설치하여 볼을 금형과 정확한 동심으로 유지토록 하면서 동시에 연결핀의 확실한 후퇴 작동을 확보토록 하여 라이닝 두께의 균일성을 확보하여 제품 불량을 없애 라이닝 품질의 안정성과 신뢰성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 밸브용 볼의 수지 라이닝 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 금속 재질의 구 형상을 가지며, 볼밸브 본체의 유체이송공과 연통되는 관통공이 형성되고, 그 관통공과 수직하는 상면에는 밸브조작레버의 끝단이 끼워져 결합될 수 있도록 사각 형상의 삽입홀이 형성되며, 그리고 수지를 표면에 라이닝 작업하기 위한 목적으로 상기 관통공과 상기 구의 외부를 연통하도록 상기 구의 중심점을 향해 방사상으로 복수의 지지구멍을 형성하게 되는 볼밸브용 볼의 표면을 수지로 라이닝 처리하는 장치에 있어서,

반구형 하부요홈을 가진 하부금형과, 상기 반구형 하부요홈과 합하여 상기 볼을 일정한 틈새를 두고 동심으로 수용토록 완전한 구형공간을 형성하게 되는 반구형 상부요홈을 가진 상부금형으로 구성된 금형과; 상기 상부금형의 상부요홈으로부터 상기 볼의 관통공에 끼워지도록 돌출되게 연장 형성되며, 그 관통공과의 사이에 일정한 틈새를 두게 되는 내측 코어와; 일단이 상기 상하부 금형에 의해 지지되며, 타단이 상기 볼의 삽입홀에 틈새를 두고 삽입되는 슬라이드 스템 코어와; 상기 상부 및 하부금형이 밀착하는 경계면을 따라 그리고 상기 구형공간의 중심점을 지나는 축선을 따라 일측은 상기 구형공간에 개방되며, 타측은 상기 금형의 외부에 대해 개방되게 형성되어 상기 볼의 지지구멍들과 일치하는 축선 및 같은 직경을 가진 복수의 핀구멍과; 라이닝 작업을 진행시에는 상기 핀구멍으로부터 돌출하여 상기 볼의 지지구멍들에 걸쳐 기밀하게 끼워지는 상태로 장착되며, 라이닝 작업이 종료되기 전에 상기 지지구멍으로부터 후퇴하여 상기 핀구멍 속으로 몰입하도록 슬라이드 이동 가능하게 설치되는 복수의 핀과; 상기 상부금형의 내측 코어를 통해 형성되어 상기 복수의 지지구멍에 연통하여 수지를 공급하는 수지공급통로와; 상기 복수의 핀을 강제로 슬라이드 왕복 이동시킬 수 있게 상기 금형의 외부에 설치되는 복수의 액츄에이터와; 상기 핀들의 전진 및 후퇴 시기에 맞추어 상기 액츄에이터의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하여 구성되어 있다.

본 발명에 의하면, 상기 액츄에이터는 상기 핀의 각각의 후단에 일체 또는 연결수단에 의해 연결되는 피스톤과, 상기 피스톤을 왕복 이동 작동시키도록 상기 금형의 외부에 설치되어 외부로부터 공급되는 공압 또는 유압의 작동유체에 의해 구동되는 실린더로 구성된다.

본 발명에 의하면, 상기 각 액츄에이터 실린더에 공압 또는 유압의 작동유체를 공급하는 호스의 도중에 솔레노이드 밸브가 설치되며, 상기 제어부는 상기 솔레노이드 밸브의 온오프 작동 제어를 통해 상기 실린더들을 작동시키는 작동유체의 공급 방향을 절환시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 볼과 금형에 형성되는 지지구멍과 핀구멍은 각기 3개인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 볼밸브용 볼의 수지 라이닝 방법은 (a) 금속 재질의 구 형상을 가지며, 볼밸브 본체의 유체이송공과 연통되는 관통공이 형성되고, 그 관통공과 수직하는 상면에는 밸브조작레버의 끝단이 끼워져 결합될 수 있도록 사각 형상의 삽입홀이 형성되며, 상기 관통공과 상기 구의 외부를 연통하도록 상기 구의 중심점을 향해 방사상으로 형성된 복수의 지지구멍을 형성하도록 볼밸브용 볼을 마련하는 공정과; (b) 상기 볼을 상하로 분리되는 금형의 구형공간 내에 라이닝 두께의 일정한 틈새를 두고 동심으로 부양된 형태로 설치하되, 이를 위해 금형으로부터 방사상으로 돌출하는 복수의 핀들이 상기 볼의 지지구멍들에 기밀하게 끼워 지지시키는 공정과; (c) 상기 금형 내에 수지를 공급하여 상기 볼의 전체 표면에 라이닝 층을 형성하는 수지 공급 및 라이닝 처리공정과; (d) 상기 라이닝 처리공정의 후반에 상기 핀들을 수지 공급 속도에 대응하는 속도로 액츄에이터에 의해 강제로 후퇴시켜 금형 속으로 복귀시키는 공정과; (e) 상기 액츄에이터에 의한 핀의 강제 복귀 공정 중에 계속해서 수지를 공급하여 지지구멍을 채우는 마감처리 공정; 및 (f) 상기 라이닝 처리된 볼을 금형으로부터 탈거하여 라이닝 표면을 매끄럽게 처리하는 후처리 공정; 을 포함하여 구성된다.

이와 같은 본 발명은 볼을 지지하는 핀과 지지구멍 및 핀구멍들이 기밀하게 끼워지도록 설계되어 볼이 금형 내에 일정한 라이닝 두께의 틈새를 유지하도록 장착할 수 있으며, 수지가 금형 내에 주입되어 지지구멍 내에 삽입된 핀에 도달하면 제어부가 그때 액츄에이터의 실린더에 공압 또는 유압을 공급토록 제어하여 핀이 수지의 공급 속도에 대응하여 강제로 후퇴하도록 하여 핀이 빠진 공간을 수지가 채워 볼의 전체 표면을 항시 일정 두께로 라이닝(코팅) 처리할 수 있어, 제품 불량을 없애 라이닝 품질의 안정성과 신뢰성 및 생산성을 향상시키며, 이로써 정도 높은 반도체나 정밀화학 공장 등에의 유체 흐름 제어에 유용하게 사용할 수 있다.

도 1은 종래 일반적 구조의 볼밸브를 나타낸 도면이다.
도 2(a~d)는 볼밸브용 볼을 수지로 라이닝하는 장치 및 방법의 종래 기술이다.
도 3은 본 발명에 의한 볼밸브용 볼의 수지 라이닝 장치를 나타낸 부품 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명에 의한 볼밸브용 볼의 수지 라이닝 장치의 조립도로서, 장치를 정단면하여 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 볼밸브용 볼의 수지 라이닝 장치의 전체 시스템 구성도이다.
도 6은 본 발명에 의한 볼밸브용 볼의 수지 라이닝 처리 공정을 나타낸 도면이다.

이하에 본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있으며, 종래 기술과 동일한 구성은 같은 부호를 사용하거나 또는 종래 기술을 도시한 도 1과 도 2를 그대로 참조하였음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 볼밸브용 볼의 수지 라이닝 장치 및 방법을 상세히 설명한다.

본 발명의 밸브용 볼(100)은 종래기술인 도 1에 도시된 것과 같은 구조의 밸브본체(2)의 유체이송공(15)을 레버(6)의 작동에 의해 개폐시키기 위한 것이다.

즉, 상기 볼(100)은 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 통상적으로 금속 재질의 구 형상을 가지며, 유체의 흐름을 위하여 그의 정면에는 상기 유체이송공(15)과 일직선으로 연통되는 관통공(110)이 형성되고, 그 관통공(110)과 직각을 이루도록 그의 상면에는 조작레버(6)의 끝단이 끼워져 결합될 수 있도록 사각 형상의 삽입홀(120)이 형성되어 있다.

이에 따라서, 상기 조작레버(6)를 회동시키면 볼(100)이 좌우로 회동함에 따라 관통공(110)이 밸브본체(2)의 유체이송공(15)과 일치 또는 불일치됨으로써 유체의 이송을 단속하게 된다.

여기서, 상기 볼(100)의 표면에는 밸브본체(2)를 통과하는 유체에 의해 볼(100)이 마모, 부식 및 침식되는 것을 방지하기 위해 수지, 예를 들면 특히 내식성이 좋은 불소수지의 일종으로서, 불소와 탄소의 강력한 화학적 결합으로 인해 매우 안정된 화합물을 형성함으로써 거의 완벽한 화학적 비활성 및 내열성, 비점착성, 우수한 절연 안정성, 낮은 마찰계수 등의 특성을 가진 것으로 잘 알려진 테트라 플루오르 에틸렌 페르플루오르 알킬비닐 에테르 공중합체(Tetra fluoro ethylene perfluoro alkylvinyl ether copolymer:PFA(이하, PFA라 한다))를 사용하여 코팅 처리한 라이닝층(200)을 형성하게 되며, 그와 더불어 PFA로 된 라이닝층(200)을 통해 볼(100)의 내식성, 화학적 안정성 및 마찰계수 등을 보완하게 된다.

여기서, 상기 라이닝층(200)은 볼의 크기 및 밸브 특성에 따라 0.5~8mm의 두께로 볼(100)의 표면에 라이닝되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1~5mm를 가지도록 형성하는바, 상기 라이닝층(200)의 두께는 너무 얇은 경우 코팅층의 피막의 강도가 약하여 일부에 손상이 있는 경우 전체가 벗겨져 버릴 수 있고, 너무 두껍게 코팅하는 경우 고가인 PFA에 의해 제조단가가 크게 상승하는 문제가 있어, 1~3mm 정도의 두께가 적당하다.

상기한 통상적 구조의 볼(100)을 수지로 라이닝 코팅하는 본 발명의 장치는 도 3 및 도 4에 도시하였는데, 그 장치(30)를 사용하여 볼(100)에 수지의 라이닝 작업을 하기 위해서는 먼저 도 2(a)에서와 같이 볼(100)의 관통공(110)의 중심축선에 직각 방향이며 방사상으로 또한 그 중심축선에 교차하는 축선을 가지도록 복수의 지지구멍(131)들을 형성하며, 이 지지구멍(131)들을 통해 관통공(110)이 외부와 연통하는 형태가 된다.

볼의 수지 라이닝 장치(30)는 상부금형(32)과 하부금형(34)이 서로 분리 가능하게 합형하여 하나를 형성하는 금형(36)과, 복수의 핀(38)과, 그 핀(38)들을 강제로 슬라이드 이동시키는 액츄에이터(40) 및 그 액츄에이터(40)를 작동시키기 위한 제어부(42)를 포함하여 구성되어 있다.

상기 하부금형(34)에는 반구형 하부요홈(44)이 형성되며, 상기 상부금형(32)에는 상기 반구형 하부요홈(44)과 합하여 완전한 구형공간을 형성하는 반구형 상부요홈(46)이 형성되며, 상기 상부금형(32)의 상부요홈(46)의 중심에는 하부를 향해 원통형의 내측 코어(48)가 기둥 형상으로 일체로 돌출되어 있으며, 상기 내측 코어(48)는 상기 볼(100)의 관통공(110)에 동심으로 끼워지되, 관통공(110)의 내벽면과의 사이에 일정한 라이닝 두께의 틈새(t)를 형성하는 직경을 가지고 서로 직접 접촉하지 않는 상태를 유지하게 된다.

상기 상부 및 하부금형(32)(34)이 밀착하는 경계면(50)을 따라 그리고 상기 구형공간의 중심점을 지나는 수평축선을 따라 일측은 상기 구형공간에 개방되며, 타측은 상기 금형의 외부에 대해 개방되게 형성되어 상기 볼의 지지구멍들(131)과 일치하는 축선 및 같은 직경을 가진 복수의 핀구멍(52)(도 3에서는 핀구멍의 반쪽인 하부금형에 형성된 반원 단면 홈 부분만 부호 52로 표시하여 보여주고 있고, 나머지 반쪽은 상부금형에 형성되어 양측의 반원홈이 합하여 도 4의 부호 52와 같은 완전한 원형단면 통로를 형성한다)이 형성되며, 상기한 각각의 핀구멍(52)들에는 상기 핀(38)이 기밀하게 끼워져 장착되며, 이 핀(38)들은 상기 핀구멍(52)과 볼(100)을 지지하기 위해 형성한 지지구멍(131) 사이를 슬라이드 왕복 이동할 수 있게 구성되어 있다.

상기 각각의 핀(38)의 후단은 상기 금형(36)의 외부에 설치되는 액츄에이터(40)에 접속되며, 상기 액츄에이터(40)는 전기적으로 작동하는 솔레노이드로 구성할 수 있으나, 도시한 실시예에서는 실린더(54)와 피스톤(56)으로 구성된 유압 또는 공압의 작동유체를 사용한 유공압 기구를 사용하고 있으며, 상기 피스톤(56)의 선단은 상기 핀(38)과 일체로 형성하거나 또는 연결수단, 예를 들면 도시한 것처럼 나사(58) 또는 기타의 연결구조(서로 걸고리 형식으로 걸어 맞추는 방식 등)를 사용하여 서로 분리 가능하게 구성하며, 또 상기 연결수단으로서의 나사(58) 접속부위는 핀구멍(52) 내에 위치하여도 되고 아니면 금형 바깥에 위치토록 하여도 되며, 장치의 작동을 위해 언제든지 서로 분해 조립이 가능하고 또 분해 조립이 편리하도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기한 지지구멍(131)들과 핀구멍(52)들은 복수개, 바람직하기는 3점 지지를 위해 3개가 형성되며, 직육면체 형상을 이루는 금형의 3개의 면에 각기 직각을 이루는 축선을 가지도록 배치되는 것이 바람직하며, 이에 따라 상기 액츄에이터들도 모두 3개가 구비된다.

도 5는 본 발명에 의한 수지 라이닝 장치의 전체 시스템도로서, 상기 액츄에이터(40)를 구성하는 각 실린더(54)에는 작동 유체, 바람직하기는 압축공기를 공급하는 방향의 전환에 따라 피스톤(56)의 이동 방향을 반대로 전환할 수 있게 압축공기를 공급 받을 수 있도록 각기 2개의 관로(60)(62)가 접속되는 니플(60a, 62a)들이 구비되며, 이 2개의 관로(호스)(60,62)의 타단에는 솔레노이드 밸브(64)가 접속하고 있으며, 이 솔레노이드 밸브(64)는 다시 1개(또는 설계에 따라 2개도 가능하다)의 압축공기 공급관로(호스)(66)를 통해 압축공기탱크(68)에 접속하고 있으며, 또 그 압축공기탱크(64)에 압축 공기를 저장하기 위한 압축기(70)를 구비하고 있다.

상기 솔레노이드 밸브(64)는 제어부(42)에 의해 작동이 제어되며, 그 제어부(42)의 제어에 의해 상기 압축공기탱크(68)에서 공급되는 고압의 압축공기가 상기 관로 60 또는 62를 통해 선택적으로 공급되도록 유로를 전환하게 된다. 이에 따라 상기 솔레노이드 밸브(64)는 상기 제어부(42)에 구비된 스위치 조작, 또는 미리 프로그래밍된 자동 조작에 의해 중립 위치, 제1작동위치, 제2작동위치의 3단계 작동 위치를 가지게 되며, 예를 들어 상기 솔레노이드 밸브(64)의 제1작동위치에서는 관로 60을 통해서 실린더(54) 내에 압축공기를 공급하게 되며, 이때 관로 62는 피스톤(56)이 이동(전진으로 설정)하면서 배출되는 실린더(54) 내의 압축공기의 귀환 통로로 사용되어 귀환되는 압축공기가 솔레노이드 밸브(64)에 마련한 배출관(72)을 통해 외부로 배출되며, 반대로 제2작동위치에서는 관로 62를 통해서 실린더(54) 내에 압축공기를 공급하여 피스톤(56)을 후진 이동시키게 되며, 이 상태에서 관로 60은 앞서와는 반대 방향으로 피스톤(56)이 이동(후진으로 설정)하면서 배출되는 실린더(54) 내의 압축공기의 귀환 통로로 사용되며, 이때 귀환되는 압축공기는 솔레노이드 밸브(64)에 마련한 배출관(72)을 통해 외부로 배출하게 됨으로써 솔레노이드 밸브의 작동 위치 제어에 따라 상기 핀(38)이 전진 또는 후퇴하도록 구성되어 있다.

이하 본 발명에 따른 장치를 사용하여 볼밸브용 볼의 표면을 라이닝 처리하는 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명에 따른 볼밸브용 볼의 라이닝 방법을 나타낸 공정도로서,

본 실시예에 따른 밸브용 볼(100)의 수지 라이닝 방법은 도 2(a)에 도시된 바와 같은 구조의 구형상의 볼(100)을 주물을 통해 얻는 볼의 성형공정(S10)과, 성형된 볼(100)을 금형(36) 내에 고정하는 볼의 설치공정(S11)과, 금형(36) 내에 수지, 예를 들면 용융 상태의 불소수지인 PFA를 수지사출기(74, 도 5 참조)로 사출하여 상부금형(32)의 수지공급통로(76)로 공급하여 볼(100)의 표면에 라이닝층(200)을 형성하는 수지 주입 및 라이닝 처리공정(S12)과, 상기 라이닝 처리공정의 후반에 핀들을 수지 공급 속도에 대응하는 속도로 액츄에이터에 의해 강제로 후퇴시켜 금형 속으로 복귀시키는 공정(S13)과, 상기 액츄에이터에 의한 핀의 강제 복귀 공정 중에 계속해서 수지를 공급하여 지지구멍을 채우는 마감처리 공정(S14)과, 금형을 탈형하여 라이닝 처리된 볼을 회수한 후 볼의 표면을 매끄럽게 처리하는 후가공 공정(S15)으로 이루어진다.

상기한 공정을 보다 상세하게 설명하면, 구형상의 볼(100)을 주물을 통해 성형하되, 볼(100)의 상면에는 작동레버(6)의 끝단이 삽입될 수 있도록 사각형상의 삽입홀(120)을 성형하고, 정면에는 밸브본체(2)의 유체이송공과 일직선으로 연결되는 관통공(110)을 성형하며, 상기 관통공(110)에는 그의 축선과 직각이며 볼(100)의 중심점을 교차하여 지나는 축선을 가지도록 다수개의 지지구멍(131)을 성형한다(도 2의 (a) 참조).

이때, 상기 지지구멍(131)들은 도 3에서 보았을 때 상기 금형(36)의 3면에 각기 대향하도록 볼(100)에 마련하되, 삽입홀(120)이 없는 나머지 부분으로서 그 삽입홀(120)의 중심축선을 따라 평단면하여 얻은 같은 평면 내에서 4개의 구멍들(131,120)이 각기 서로 90°위상각을 가지도록 천공하게 되며, 이때 이 지지구멍(131)의 축선은 볼의 정 중앙점을 교차하여 지나게 되며, 추후 금형(36) 내에 고정 설치 시 지지구멍(131)의 축선은 금형(36)의 3개의 면의 각각에 수직하는 위치를 가진다.

상기와 같이 하여 볼(100)의 성형공정(S10)이 완료되면(그러나 이 같은 구조의 볼은 발명의 실시자가 직접 만들어야 하는 것은 아니고 시중의 기성품을 구입하여 사용하는 것으로 충분하다), 볼(100)의 표면에 라이닝층(200)을 형성하기 위해 볼을 금형(36) 내에 고정한다(도 4 참조).

이때 상기 금형(36)은 상하부금형(32,34)으로 분리되며, 상하부금형의 밀착면(50,경계면)에는 상기 볼(100)에 형성된 지지구멍(131)과 일직선으로 연장하는 핀구멍(52)이 형성되어 있어, 상부 금형(32)을 열어 젖힌 상태에서 볼(100)의 3개의 지지구멍(131)과 삽입홀(120)에 핀(38)과 슬라이드 스템 코어(78) 몸체의 일부를 삽입한 다음 볼(100)의 외부로 삐죽하게 돌출한 핀(38)과 슬라이드 스템 코어(78) 후단 몸체를 하부금형(34)의 해당 결합 위치에 올려 위치시키고, 상부 금형(32)을 하부 금형(34)에 결합시키면 핀(38)들이 지지구멍(131)과 핀구멍(52)의 양측에 걸쳐 있게 되어 볼(100)은 금형(36)의 구형 공간(44,46) 내에 일정한 틈새 t를 유지하는 부양 형태로, 즉 공중에 떠 있는 상태로 핀(38)들에 의해 지지되게 된다(본 발명은 핀이 양측 구멍 속에 기밀하게 끼워지는 공차를 가지고 있다). 여기서 상기 상부금형(32)을 하부금형(34) 위에 장착하기 전에 상기 핀(38)들은 액츄에이터의 피스톤(56)에 결합시키고 상부금형(32)을 하부금형(34)에 위치 결정하여 장착하게 되며(이때 내측 코어 48은 관통공 110 내에 삽입된다), 이로써 볼(100)은 금형(36) 내의 구형공간(44,46)에 일정한 틈새 t를 두고 동심으로 설치되어 마치 구형공간(44,46) 내에 부양된 형태가 되고 라이닝 작업 준비가 완료되는 것이다.

다음에 제어부(42)의 스위치를 작동하여 수지사출기(74)를 작동시키면, 압출되는 용융 수지가 상부금형(32)의 공급통로(76)를 통해 내측 코어(48)의 중심점(볼의 중앙 위치)으로 유입되며, 이 중심점에 도달한 수지는 각 지지구멍(131)들 등을 통해 방사상으로, 그리고 볼(100)과 금형의 각부재 사이에 형성되는 모든 틈새 t를 통해 퍼져 나가면서 흐르게 되며(도 4의 화살표 흐름 참조), 핀(38)들이 양측 구멍(58,131)들에 걸쳐 있는 상태로 위치 고정된 상태에서 핀(38) 부위를 빼고 모든 틈새 t를 메우고 계속 공급되는 수지 압력이 핀(38)에 작용하게 되는 라이닝 처리공정 말기에 미리 수지 공급 속도에 대응하여 타임이 설정된 제어부(42)가 관로 62를 관로 66에 연통하게 개방하고, 관로 60은 압축공기 배출관로 72에 연통하도록 솔레노이드 밸브(64)를 작동제어하게 되며, 이 같은 제어에 따라 탱크(68) 내에 저장된 고압의 압축공기가 관로 62를 통해 실린더(54) 내에 도입되어 피스톤(56)과 핀(38)들이 후진하여 이동하게 된다. 이 후진 속도는 미리 수지의 공급 속도에 대응하여 설정해 놓은 것으로서, 핀(38)이 액츄에이터(40)의 작동에 의해 일정한 속도로 강제로 후퇴하면 그 후퇴에 의해 발생되는 지지구멍(131)의 빈 공간은 계속해서 주입되는 수지가 메우게 되며, 핀(38)이 완전히 후퇴하여 핀구멍(52) 속으로 몰입되면, 제어부(42)는 모든 틈새 t 및 지지구멍(131)들을 수지가 메운 것으로 판단하여 솔레노이드 밸브(64)를 중립 위치로 되돌리도록 제어하며(압축공기 공급은 중단되고, 피스톤은 중립 제어 상태에서 그 위치를 항시 유지하게 된다), 이로써 라이닝된 수지의 두께는 볼의 어느 부분에서나 t로 동일하게 되며, 볼(100)은 핀(38)의 지지 없이 라이닝층(200)에 의해 금형(36)의 구형공간(44,46)을 충만한 상태로 자동 지지되는 것이다.

수지가 어느 정도 경화되는 시간을 기다린 후 작업자가 상부금형(32)을 탈형시키면 라이닝 처리된 볼(80, 도 2(d) 참조)이 외부로 드러나며, 이 볼(80)을 하부금형(34)으로부터 회수하여 표면의 거스러미 부분들을 매끄럽게 연마 가공하는 후처리 작업을 실시하면 완성된 볼(80)을 얻게 되는 것이다.

본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 고려가능한 정도로 상세하게 설명되었으나, 다른 실시예들도 가능하다.

따라서, 첨부된 특허 청구 범위의 정신 및 범위는 본 명세서에 포함된 바람직한 실시예들의 설명으로 한정되어서는 안 된다. 본 발명의 범위 또는 정신에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 구조에 다양한 개량 및 변형들이 이루어질 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 전술한 바에 비추어, 본 발명은 하기 특허 청구 범위의 범위 내에서 제공된 본 발명의 개량 및 변형, 및 그의 균등물을 포함하는 것으로 의도된다.

30: 라이닝 장치 32: 상부금형
34: 하부금형 36: 금형
38: 핀 40: 액츄에이터
42: 제어부 44: 반구형 하부요홈
46: 반구형 상부요홈 48: 내측 코어
50: 경계면(밀착면) 52: 핀구멍
54: 실린더 56: 피스톤
58: 나사 60,62: 관로
64: 솔레노이드 밸브 66: 압축공기 공급관로
68: 압축 공기탱크 70: 공기 압축기
72: 공기 배출관로 74: 수지 사출기
76: 수지 공급통로 78: 슬라이드 스템 코어
80: 라이닝된 볼 100: 볼밸브용 볼
110: 관통공 120: 삽입홀
200: 라이닝층 t: 틈새

Claims (1)

1. 볼밸브용 금속볼(100)의 표면을 수지로 라이닝 처리하는 장치(30)에 있어서,
   볼밸브용 금속볼(100)의 수지 라이닝 장치(30).