KR930002538B1 - 폼이 형성된(foamed)호스 어셈블리 및 그의 제법 - Google Patents

폼이 형성된(foamed)호스 어셈블리 및 그의 제법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

폼이 형성된(foamed)호스 어셈블리 및 그의 제법
제1도는 본 발명에 따른 첫번째 실시예의 사시도.
제2도는 본 발명에 따른 두번째 실시예의 사시도.
제3도는 본 발명에 따른 세번째 실시예의 사시도.
제4도는 본 발명에 따른 커플링장치를 포함하며 일부를 절단한 첫번째 실시예의 종단면도.
제5도는 본 발명에 따른 다른 형태의 커플링장치를 포함하며 일부를 절단한 첫번째 실시예의 종단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10, 110, 210 : 호스 어셈블리 11, 111, 211 : 관상부재
12, 112, 212 : 내부라이너 14, 114, 214 : 외층
16, 116, 216 : 전도장치 20 : 커플링장치 또는 커플링 어셈블리
22 : 삽입부 24 : 바브(barb)
26 : 환상돌기부(annular ridge) 28 : 평탄부
32 : 숫나사부재 34 : 암나사부재
36 : 로캉칼라(locking collar) 118, 218 : 편복층(braided layer)
본 발명은 호스의 구조에 관한 것으로 특히, 차량의 연료를 수송하는 데 적합한 호스 어셈블리(hose assembly)에 관한 것이다.
연료를 수송하는데 사용되는 호스 어셈블리는 그 기술분야에서 잘 알려져 있는 바, 우선적으로 열 및 화학적인 분해에 강하고 저항력이 있어야 한다. 이러한 호스는 그 호스를 통해 흐르는 여러가지 유체에 의해 화학적인 분해를 쉽게 받는다. 더 나아가 전형적으로 차량의 엔진실을 경유하여 뜨거운 엔진으로 연료를 전달하게 되므로 이로 인해 연료를 수송하는데 사용되는 호스는 열에 의해 쉽게 파손된다.
테플론호스는 연료를 수송하는데 필요한 물리적 성질을 갖추고 있지만 이와 같은 유형의 호스가 갖는 문제는 단독적으로, 즉 테플론만을 사용하였을 때는 설치하는 동안 휘어지고 비틀리는(kink) 경향이 있다는 점이다. 이와 같은 비틀림은 변하지 않고 그대로 남아 있어서 호스를 통해 흐르는 유체에 저항을 주게 된다. 이 문제를 해결하기 위해 한가지 공지된 호스 어셈블리는 테플론으로 된 관상의 내부부재(member)를 포함시켰다. 이 관상의 내부부재를 금속성 편복띠(braid)로 단단히 감아 둘러싸면 이 금속성 편복띠로 인해 테플론으로 된 관상의 내부부재를 비틀림없이 일정한 상태까지 구부릴 수 있다. 그러나, 굽힘이 일정한 한도를 지나치게 되면 금속성 편복띠가 관상의 내부부재를 비틀리게 한다.
이와 같은 호스 어셈블리는 세가지 주요한 단점이 있다.
첫째는 금속성 편복띠가 관상의 내부부재 외면을 마모시키는 경향이 있어서 그 결과 내부부재에서의 누출(leak)이 야기된다.
둘째는, 외부의 금속성 편복 케이싱(casing)이 열적, 전기적으로 전도성이 있다. 더욱 중요한 점은 이 금속성 편복띠가 열을 보유하여 그 열을 관상의 내부부재를 통해 흐르는 연료에 전달하므로써 연료시스템에 문제가 야기된다.
마지막으로, 자동차에 사용하면, 자동차를 운전하는 동안 금속성 편복띠가 불쾌한 소음을 낸다.
1970년 12월 15일 슈에터가 미국특허 제 3,547,162호에서 플라스틱 파이프 어셈블리를 제안하있다. 이 어셈블리는 교차 결합된(cross-linked) 올레핀중합체로 이루어진 합성수지 재질의 내부라이너(liner)를 포함하며 섬유 편복층(braided layer)을 그 내부라이너 위에 배치하였다. 마지막으로 함성수지 재질의 폼(foam)층을 합성 섬유보강재(reinforcement) 둘레에 설치 하였다.
이 시스템은 교차 결합된 올레핀 중합체를 이용하기 때문에 자동차용 연료를 수송하는데도 사용할 수 없는 결함이 있다. 그 이유는 자동차용 연료가 그 내부라이너를 손상시키기 때문이다.
본 발명에 따라 관상부재 및 관상부재의 양단을 피팅(fitting)에 연결시켜 그것을 통해 유체를 전달하는 커플링장치로 구성된 호스 어셈블리를 제공하였다. 관상부재는 유기중합체로 된 내부라이너 및 다수의 기공(voids)을 가지며 유기중합체로 된 외층을 포함한다. 본 호스 어셈불리는 내부라이너 및 외층이 모두 열 및 화학적인 분해에 견디는 불화 탄소(fiuorocarbon) 중합체로 구성된 것을 특징으로 한다.
따라서 관상의 내부부재 위로 형성되어 호스를 구부릴 때 관상의 내부부재가 비틀리지 않도록 강도를 가지는 폼층으로 구성된 호스 어셈블리를 제공하는 것이다. 외층에 폼(foam)을 사용함으로써, 호스의 중량및 원가가 상당히 절감되었다. 더욱이, 본 호스 어셈블리는 염 및 화학적 분해에 모두 견디므로 자동차 분야의 연료를 수송하는데 적합하다.
마지막으로, 본 호스 어셈블리는 열 전도성이 없어서 호스의 외부에 있는 열이 호스 어셈블리를 통해 연료로 전달되지 못한다.
본 발명에 따라 제조한 호스 어셈블리를 제1도의 부호 10으로 나타내었다. 호스 어셈블리(10)는 관상부재(11) 및 관상부재(11)의 양단을 피팅에 연결시켜 그것을 통해 유체를 전달하는 커플링장치(20)를 포함함다. 관상부재(11)는 유기중합체로 된 내부라이너(12)를 포함한다. 이 내부라이너(12)는 압출성형되고, 내벽은 0.003인치 내지 0.012인치의 두께를 갖는다. 내부라이너(12)는 불화탄소중합체, 특히 테트라플루오로 에틸렌 중합체(PTFE), 불화 에틸렌 프로필렌 중합체(FEP), 퍼플루오로알콕시 수지 중합체(PFA), 또는 에틸렌테트라플루오로 에틸렌 중합체(ETTE)로 제조한다. 불화탄소 중합체인 PTFE, FEP, PFA는 듀퐁에서 "테플론(Teflon)"이라는 상표로 판매하며, 중합체 ETFE는 듀퐁에서 "테프젤(Tefzel)"이라는 상표로 판매한다. 내부라이너(12)는 유체가 그 벽을 통해 누출되지 못하는 불침투성이다. 내부라이너(12)는 불화탄소 중합체 물질로 제조하였으며, 열 및 화학적인 분해에 견디며, 이로 인해 다양한 유체가 내부라이너(12)를 분해시키지 않고도 그 안을 통해 흐를 수 있다. 관상부재(11)는 유기중합체로 된 외층(14)을 포함하며, 외층(14)의 벽은 0.010인치 내지 0.030인치의 두께를 갖는다. 또한 외층은 불화탄소 중합체, 특히 테트라플루오로 에틸렌 중합체(PTFE)로 이루어져 있다.
외층(14)은 다수의 기공을 포함하며, 이 기공은 어셈블리(10)의 중량 및 원가를 절감하여준다. 외층(14)의 기공은 외층(14) 총부피의 50% 미만의 부피를 차지하며 완전히 둘러싸여 있다. 이것은 유체가 벽을 관통하여 흐르지 못하도록 한다. 이들 기공은 충전재로 채워져 있으며, 후술하듯이 충전재로는 가스가 바람직하다. 그 외의 적당한 충전재, 이를테면 유리비드(glass bead)도 이용될 수 있다. 충전재는 비용이 저렴하고 중량이 가벼워야만 한다. 외층(14)은 셀루라폼(cellular foam)이 바람직하다. 특히, 외층(14)은 밀폐형셀 폼(closed cell foam)으로 제조되며, 유체가 그 벽을 통해 누출되지 못하는 불침투성이다. 폼은 압축가스, 이를테면 프레온 또는 질소를 사용하여서 기공을 충전시켜 만들며, 폼층 총 부피의 50% 미만의 셀 스페이스(cell space)를 갖는 것이 바람직하다. 특히, 폼이 형성된 외층(14)의 셀 스페이스는 폼이 형성된 층 총 부피의 30% 내지 50%이다. 바꾸어 말하면, 셀 스페이스, 즉 기공함량은 외층(14)의 총 부피의 30% 내지 50%이다. 이 외층(14)은 내부라이너(12)의 외면주위를 불화탄소 중합체 폼으로 압출성형하여 제조하는것이 바람직하다. 즉, 외부 폼 층(14)을 압출성형할 때에 내부라이너(12)를 심봉(mandrel)으로 사용한다. 내부라이너(12) 및 외층(14)이 모두 불화탄소 중합체인 것이 바람직하지만, 모두 다 동일한 종류의 불화탄소 중합체일 필요는 없다. 이를테면, 내부라이너(12)는 PFA로 제조하는 대신 외부 폼층(14)은 PTFE로제조할 수 있으며, 지정된 불화탄소 중합체의 어떠한 조합이라도 내부라이너(12) 및 외층(14)에 사용할 수있다. 관상부재(11)는 다수의 기공을 가진 불화탄소 중합체를 외층(14)으로 사용하여 열전달을 방지하였다.즉, 내부라이너(12)를 통해 유체가 흐를 때, 관상부재(11)의 외부, 이를테면 엔진으로부터 발생하는 열이 내부라이너(12)를 통해 흐르는 유체에 전달되지 못한다. 또한, 다수의 기공을 가진 폼으로 인해 호스 어셈블리의 중량이 감소되었다.
이와 같은 외층(14)으로 인해 내부라이너(12)를 비틀림이 없이 구부릴 수 있는 것이다. 즉, 굽힐 때 외층(14)이 내부라이너(12)에게 후프강도(hoop strength)라 칭하는 강도를 제공한다. 그러므로, 폼이 형성된 외층(14)을 사용함으로써 관상부재(11)의 후프강도가 증가되어, 내부라이너(12)의 비틀림이 없이 관상부재(11)를 구부릴 수 있다. 더욱이 폼이 형성된 외층(14)은 호스의 사용압력(working pressure)을 증가시켜준다. 즉, 외층(14)은 강도를 제공하며 내부라이너(12)가 압력하에서 유체를 공급할 수 있게 하여준다. 또한 호스 어셈블리(10)는 커플링장치(20)를 포함한다. 커플링장치(20)는 호스 어셈블리(10)를 피팅(도시되지않음)에 연결하기 위한 것이며, 피팅은 커플링장치(20)와 상호작용을 하는데 적합하다. 특별히 커플링장치는 커플링 어셈블러로 표시될 수 있다. 이 커플링 어셈블리(20)는 내부라이너(12)의 안쪽으로 끼워져 맞물리게 하는 삽입부(22)를 포함한다. 삽입부(22)는 다수의 바브(barb)(24)가 환설되어 끼워지는 부분의 안쪽을 맞물리게 한다.(제4도에 자세히 도시됨)
다른 형태로서, 삽입부(22)는 한쌍의 환상돌기부(annular ridge : 26) 및 그 사이의 평탄부(28)를 가질 수도 있다(제5도에 자세히 도시됨). 또한 커플링장치(20)는 삽입부(22)에서 세로로 연장되어 있는 맞물림부(30)를 포함하며, 이 맞물림부(30)는 피팅과 상호작용하여 피팅을 맞물리게 하는데 적합하다. 맞물림부(30)는 숫나사부재(32) 또는 암나사부재(34)로 구성될 수 있다. 또한 커플링장치(20)와 상호작용하여 그것에 고정되기에 적합하다면 어떠한 형태의 맞물림부(30)도 가능하다. 이를테면, 맞물림부(30)는 짝 볼 조인트(mating ball joint)를 받는 소킷(socket)으로 구성될 수 있다.
마지막으로, 커플링장치(20) 부재는 로킹칼라(locking collar : 36)를 형성하되 이 로킹칼라(36)는 호스어셈블리(10, 110, 210) 양단의 외층(14) 외면 둘레에 형성하되 이 로킹칼라가 형성된 커플링장치(20) 부재전체를 삽입부(22)에 슬라이딩 삽입되게 하므로써 이 부분의 내부라이너(12)는 로킹칼라(36)에 의해 확장되는 힘이 억재되므로 바브(barb)(24)가 환설된 삽입부(22)에 슬라이딩 삽입되는 커플링장치(20)부의 호스선단 내부라이너(12)는 확장되지 않는 상태로 긴밀히 삽입되므로 내부라이너(12)와 삽입부(22) 사이는 마찰력이 증가되어 단단히 결합되며 이로써 내부라이너(12)와 삽입부(22) 사이의 축방향 이동이 방지되는 효과가있다.
다른 방법으로서, 커플링장치(어셈블리)(20)를 유기중합체 물질로 제조할 수 있으므로 관상부재(11)의 둘레에 성형하여 기계적인 결합 또는 용접결합을 할 수 있다.
유체가 내부라이너(12)를 통해 흐를 때, 내부라이너(12)의 길이 전체에 걸쳐 전하가 축적되는 경향이 있다. 이들 전하가 축적되는 것을 방지하기 위하여, 전도장치(16)를 내부라이너(12)의 길이와 동일한 길이에 걸쳐서 일체로 설치하여 전하가 이를 통해 전도되도록 한다. 내부라이너(12)는 전도성 카본블랙 스트립(strip)을 갖는 것이 바람직하며, 이 카본블랙은 전기적으로 전도성이 있어서 유체에 의해 축적된 전하를 소멸시킨다. 다른 방법으로서, 내부라이너(12)의 전체에 걸쳐 전도장치를 구성할 수 있다. 이것은 내부라이너(12)의 둘레 전체에 카본블랙을 사용하여 만들 수 있다. 그러나, 폼이 형성된 외층(14)은 전기적으로 비전도성이다. 이것은 외층(14)의 외면에 가해지는 전하가 관상부재(11)의 길이 전체에 또는 내부라이너(12)의 안을 통해 흐르는 유체에 전도되지 못한다는 점에서 중요하다. 전도스트립(16)을 형성하는데 다른 전도물질을 사용할 수도 있다고 사료된다.
제2도는 본 발명의 두번째 실시예로서, 동일한 부호에 100을 더하여 동일한 부분을 나타내었다. 호스 어셈블리(11)는 관상부재(111)을 포함한다. 이 호스 어셈블리(210)는 커플링장치(20)를 포함하며, 이 커플링장치(20)에 대해서는 상기한 바와 같다. 관상부재(111)는 유기중합체로 된 내부라이너(112)를 포함하며, 이 내부라이너(112)는 첫번째 실시예에서와 같이 불화탄소 중합체, 특히 테트라플루오로 에틸렌 중합체(PTFE), 불화에틸렌 프로필렌 중합체(FEP), 퍼플루오로 알콕시 수지 중합체(PFA), 또는 에틸렌테트라플루오로 에틸렌 중합체(ETFE)로 이루어져 있다. 더욱이 관상부재(111)는 유기중합체로 된 외층(114)을 포함하며, 이 외층(114)은 첫번째 실시예에서와 같이 불화탄소 중합체로 이루어져 있다. 데트라플루오로 에틸렌 중합체(PTFE), 불화에틸렌 프로필렌 중합체(FEP), 퍼플루오로 알콕시 중합체(PFA), 또는 에틸렌테트라플루오로 에틸렌 중합체(ETFE)를 불화탄소 중합체로 사용한다.
호스 어셈블리(110)는 내부라이너(112)와 외층(114) 사이에 편복층(118)을 포함하며, 이 편복층(118)은 섬유성 편복띠로 이루어져 있다. 섬유성 편복띠는 비금속성 물질을 포함할 수 있으며, 유리섬유를 섬유성 편복띠로 사용하는 것이 바람직하다. 섬유성 편복띠를 빈틈없이 감을 수도 있고 공간을 가지며 감을 수도있다. 이 감겨진 편복층(118)은 내부라이너(112)의 강도를 증가시켜 준다. 편복층(118)을 내부라이너(112)와 외층(114) 사이에 설치할 때, 편복층(118)의 섬유가 느슨하게 편복될 수도 있다. 즉, 인접한 편복섬유간에 틈이 있을 수 있다. 특히, 편복층(118)을 사용하면 고압의 유체가 내부라이너(112)를 통해 흐를 수 있다. 더욱이, 이 편복층(118)은 호스 어셈블리(110)의 장력을 증가시켜 준다. 특별히, 어떤 경우에는 피팅을 호스 어셈블리(110)의 말단부 위에 설치하여야 할 필요가 있다. 편복층(118)을 설치함으로써 호스 어셈블리(110)의 장력이 충분히 증가되므로 어떠한 유형의 엔드피팅(도시되지 않음)에도 사용될 수 있다.
이 호스 어셈블리(110) 또한 전도장치(116)를 포함하며, 첫번째 실시예에서와 같이, 카본 블랙의 스트립으로 이루어져 있다. 다른 방법으로서, 내부라이너(112)의 전체를 흑화(blackening)시킨 것으로 전도장치(116)를 구성할 수도 있다.
본 발명의 세번째 실시예를 제3도에 나타내었다. 호스 어셈블리(210)는 관상부재(211)를 포함하며, 전술한 것에 하나의 수정을 가한 커플링장치(20)를 포함한다.
관상부재(211)는 첫번째 실시예에서와 같이 불화탄소 중합체로 이루어진 내부라이너(212)를 포함하며, 특히 내부라이너(212)는 테트라플루오로 에틸렌 중합체(PTFE), 불화 에틸렌 프로필렌 중합체(FEP), 퍼플루오로 알콕시 중합체(PFA), 또는 에틸렌-테트라플루오로 에틸렌 중합체(ETFE)로 이루어져 있다. 또한, 관상부재(211)는 불화탄소 중합체 물질로 이루어진 셀루라 폼을 갖는 외부 유기층을 포함한다. 이 외층(214)을 형성하는 물질은 테트라플루오로 에틸렌 중합체, 불화에틸렌 프로필렌 중합체, 퍼플루오로 알콕시중합체, 또는 에틸렌-테트라플루오로 에틸렌 중합체이다.
호스 어셈블리(210)는 내부라이너(212)의 전하를 소멸시키는 전도장치(216)를 포함하며, 이 전도장치(216)는 카본블랙의 스트립으로 이루어져 있다. 다른 방법으로서, 전도장치(216)가 내부라이너(212)의 전체를 흑화시킨 것으로 이루어질 수도 있다. 호스 어셈블리(210)는 외층(214)의 외면둘레로 있는 편복층(218)을 포함하며, 이 편복층(218)은 두번째 실시예에서와 같이 간단하게 감겨진 섬유성 편복띠로 이루어져 있다. 특히, 편복층(218)의 편복띠는 이웃한 편복띠 간에 틈이 없을 정도로 아주 근접하게 감겨져 있으며, 단단하게 감겨진 편복층(218)은 호스 어셈블리(210)의 강도를 증가시켜 준다. 전술한 실시예에서와 같이, 편복층의 섬유를 느슨하게 감는 경우도 있다. 편복층(218)이 외층(214)의 외면둘레로 배치되기 때문에 커플링장치(20)의 로킹칼라(26)를 직접 외층(214)의 둘레에 설치하기 보다는 오히려 편복층(218)의 둘레에 설치하는 것이 바람직하다.
위에서 살려본 바와 같이 본 발명에 대한 수많은 변형 및 수정이 가능하다. 그러므로, 특히 청구의 범위내에서 본 발명을 상세히 설명된 것 이외로 달리 실시할 수 있다. 특허청구범위에 인용된 숫자는 단지 편리를 위한 것일 뿐이며 어떤 방법으로든지 제한하는 것은 아니다.

Claims (17)

  1. 관상부재(11, 111, 211)와 관상부재(11, 111, 211)의 양단을 피팅에 연결시켜 그것을 통해 유체를 흐르도록 하는 커플링장치(20)로 구성된 호스 어셈블리(10, 110, 210)로서 다수의 기공을 가지며 유기중합체로 된 외층(14, 114, 214)과 유기중합체로 된 내부라이너(12, 112, 212)를 포함하는 상기 관상부재(11, 111, 211)와 열 및 화학적인 분해에 견디는 불화탄소 중합체로 이루어진 상기 내부라이너(12, 112, 212)와 상기 외층(14, 114, 214)으로 구성된 것을 특징으로 하는 호스 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 내부라이너(12, 112, 212)가 내부라이너(12, 112, 212)의 길이와 동일한 길이에 걸쳐서 일체로 설치되어 전하가 내부라이너(12, 112, 212)를 통해 전도되도록 하는 전도장치(16, 116, 216)를 포함하는 것을 특징으로 하는 호스 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서, 상기 외층(14, 114, 214)의 기공은 완전히 둘러싸여 있으며, 상기 외층(14, 114, 214)총 부피의 50% 미만의 부피를 차지하는 것을 특징으로 하는 호스 어셈블러.
  4. 제3항에 있어서, 상기 외층(14, 114, 214)의 기공을 채우는 충전재를 포함하는 것을 특징으로 하는 호스 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서, 상기 충전재가 가스인 것을 특징으로 하는 호스 어셈블리.
  6. 제4항에 있어서, 상기 충전재가 유리비드인 것을 특징으로 하는 호스 어셈블리.
  7. 제4항에 있어서, 상기 내부라이너(112)와 상기 외층(114) 사이에 편복층(118)을 포함하는 것을 특징으로 하는 호스 어셈블러.
  8. 제7항에 있어서, 상기 외층(214) 위로 편복층(218)을 포함하는 것을 특징으로 하는 호스 어셈블리.
  9. 제7항 또는 제8항중 어느 한 항에 있어서, 상기 편복층(118, 218)이 섬유성 편복띠로 이루어진 것을 특징으로 하는 호스 어셈블리.
  10. 제9항에 있어서, 상기 섬유성 편복띠가 유리섬유인 것을 특징으로 하는 호스 어셈블리.
  11. 제2항에 있어서, 상기 전도장치(16, 116, 216) 호스 어셈블리.
  12. 제1항에 있어서, 상기 불화탄소 중합체가 테트라플루오로 에틸렌 중합체인 것을 특징으로 하는 호스어셈블리.
  13. 제1항에 있어서, 상기 불화탄소 중합체가 불화에틸렌 프로피렌 중합체인 것을 특징으로 하는 호스어셈블리.
  14. 제1항에 있어서, 상기 불화탄소 중합체가 퍼플루오로 알콕시 중합체인 것을 특징으로 하는 호스 어셈블리.
  15. 제1항에 있어서, 상기 불화탄소 중합체가 에틸렌-테트라플루오로 에틸렌 중합체인 것을 특징으로 하는 호스 어셈블리.
  16. 제1항에 있어서, 상기 커플링장치(20)가 상기 내부라이너(12, 112, 212)를 맞물리게 하는 삽입부(22)와 삽입부(22)에서 세로로 연장되어 피팅을 맞물리게 하는 맞물림부(30)로 구성된 것을 특징으로 하는 호스어셈블리.
  17. 제16항에 있어서, 상기 커플링장치(20)가 상기 외층(14, 114, 214)의 외면 둘레에 설치되어 상기 내부라이너(12, 112, 212)와 상기 삽입부(22)를 맞물리게 하고 그 사이의 축방향이동을 방지하는 로킹칼라(36)로 구성된 것을 특징으로 하는 호스 어셈불리.
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