KR950010696B1 - 환형의 밀봉 조립체 및 그것을 합체하는 멀티웨이 밸브 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

환형의 밀봉 조립체 및 그것을 합체하는 멀티웨이 밸브

제1도는 본 발명에 따른 다수의 환형 밀봉링을 합체하는 밸브의 제1실시예의 구조를 개략적으로 도시한 단면도로서, 밸브 및 밸브 피스톤의 두가지 다른 절환 위치를 그 대칭축의 상하에 도시한 종단면도.

제2도는 밀봉링을 관통하여 취한 제1도의 Ⅱ부분의 확대 단면도로서, 그 밀봉링의 단면은 축방향 및 반경방향 평면내에서 연장한다.

제3도는 밀봉링의 또 다른 실시예를 보여주는 제2도와 유사한 도면.

제4도는 외측링을 유지할 수 있는 구조를 갖는 밀봉링의 또 다른 실시예의 제2도와 유사한 도면.

제5도는 특히 유리한 피스톤 제조방법을 기초로, 제1도에 도시된 밸브에 이용되는 피스톤 제조장치를 개략적으로 보여주는 도면.

제6도는 제5도에 도시된 장치를 화살표 Ⅵ방향으로 보면서 도시한 도면.

제7도는 또 다른 한 밀봉링의 실시예를 제2도 내지 제4도와 유사한 방법으로 도시한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 밸브 2 : 밸브 하우징

3 : 밸브 피스톤 수납 수단 9 : (밸브)피스톤

13,13' : 밀봉링 15 : 링 수납홈

28 : 반경방향 이동 규제부 42 : 복귀 스프링

본 발명은 하나가 다른 하나의 내부에 배치되어 서로에 대해 축방향으로 가동하는 부분들, 특히 멀티웨이 밸브(multi-way valve)의 밸브 하우징에 대하여 밸브 피스톤을 밀봉하는 환형 밀봉 조립체에 관한 것으로서, 축방향으로 조립되어 환형홈을 형성하는 몇개의 링 요소들로 구성되는 밀봉 하우징을 구비하며, 그 환형홈에는 탄성의 유연한 내측링과 반경방향으로 향한 상기 홈의 개구부 영역에서 그 내측링의 전방에 배치되는 외측링이 상호 동심으로 장착되어 있으며, 상기 링 요소들중 하나가 제거되면, 상기 내측 및 외측링의 축방향 삽입을 용이하게 하는 축방향으로 정렬된 삽입 개구부가 상기 밀봉 하우징의 나머지 부분에 형성되며, 상기 밀봉 하우징이 밀봉 대상 부분들의 일방에 부착되어 상기 외측링이 상기 밀봉 대상 부분의 타방에 대하여 작용하는 밀봉 요소로서 기능하도록 구성된다.

이러한 형태의 밀봉 조립체는 이미 제안되었는 바, (예컨대, 스위스 연방 특허 제600,202호를 보라) 이 경우에, 링 수납홈은 서로에 대해 이동 가능한 두 부분중 하나에 형성되며, 그 하나의 부분에는 반경방향의 환형홈이 가공 형성된다. 이러한 구성에 의하면, 2개의 링들을 조립하기가 어려운데, 왜냐하면, 반경방향으로 상당한 변형을 가해야하기 때문이다. 이 때문에, 링들이 손상될 수 있으며, 경우에 따라서는 추후의 사용시 누설될 수 있다.

이러한 문제점의 해소 방안으로서, 적어도 외측링에 슬롯(slot)을 형성하는 방안이 이미 제안되었다. 그러나, 이 경우에는 슬롯에서의 누설의 문제가 있다. 또한, 밀봉 조립체의 자동화된 조립이란 극히 불가능하다.

상기 스위스 특허 제600,202호에 따른 밀봉 조립체가 장착된 밸브는 제조하기가 매우 복잡하고, 밀봉에 있어서의 문제점을 야기하기 쉬우며, 비교적 비싸다.

따라서, 본 발명의 한가지 목적은, 구조적으로 저렴하며 신뢰성있는 밀봉 작용을 하는 한편, 각각의 링을 손상시킬 염려없이 자동화 또는 로봇에 의한 조립을 가능하게 하는 밀봉 조립체를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 작동적으로 신뢰성있고 단순한 구조의 밸브를 제공하는 것이다.

전술된 목적 및 본원 명세서, 청구범위 및 도면에서 나타나는 다른 목적을 성취하기 위하여, 본 발명은 최초로 언급한 형태의 밀봉 조립체를 제공하는 바, 본 발명의 밀봉 조립체는 실질적으로 U자형의 단면을 갖는 밀봉 하우징내의 링 수납홈이 환형으로 형성되고, 그 밀봉 하우징에 내측링 및 외측링이 함께 유지되어 상호 일체적으로 취급할 수 있는 밀봉링을 구성한다.

그러한 밀봉 조립체를 적어도 하나 구비하는 밸브의 경우, 그 밀봉 조립체는 밀봉 하우징이 2개의 상호 이동하는 부분중 하나의 부분, 즉, 밸브 하우징이나 밸브 피스톤상에 그 부분에 관하여 축방향으로 고정되는 방식으로 고정되며, 밀봉 기능을 수행하는 외측링은 각기 다른 가동 부분에 대하여 밀봉 결합할 수 있다.

본 발명에 따른 밀봉 조립체는, 개별적인 필요 요건에 따라서 안에 또는 그 위에 배치된 별도의 링이 장착되는 밀봉 하우징을 구비하는 밀봉링 또는 가스켓 링의 형태로 함께 취급될 수 있는, 즉 매 경우마다 같은 방법으로 일체적으로 취급될 수 있는 구성 요소로서 밀봉 대상 부분과는 독립하여 별도로 제작할 수 있다. 그 결과, 로봇에 의한 조립에 적합한 구조를 제공하고, 또, 이러한 구조는 자동화된 설비에 이용하기에 용이하다. 밀봉링은 특정 형태의 밸브로 한정되지는 않고, 실제에 있어서는 다양하게 이용될 수 있으며, 링 수납홈의 개구부가 반경방향으로 내측으로 향하는가, 혹은 외측으로 향하는가에 따라서 내향 밀봉링 또는 외향 밀봉링이 된다. 밀봉 하우징은, 한편으로는, 2개의 링과 관련하여, 그리고 다른 한편으로는 밀봉링이 장착되는 부분들과 관련하여 그 링들을 유지하는 기능을 갖는다. 그 하우징은 금속으로 이루어질 수도 있는 케이지(cage)를 구성하며, 필요하다면, 예컨대 금속의 경제적 이용을 위하여 그 하우징 벽에 개별적인 개구부들을 구비할 수 있다. 그 밀봉링은 그것의 하우징에 의해 밸브 하우징의 피스톤 수납 수단내에 억지 끼워 맞춤(press-fit)될 수 있다. 이는 멀티웨이 밸브를 저렴한 가격으로 제조할 수 있도록 한다. 탄성을 갖는 내측링은 통상적인 O링 형태를 취할 수 있는 예컨대 고무와 같은 견고성이 적은 합성 수지 링으로 구성될 수 있다. 내측링은, 설계를 고려하여 반경방향으로 탄성 효과를 발휘하는 그러한 내측의 단면 구조를 갖는 내측링을 사용하는 것도 또한 장점이다. 외측링은, 밸브에 사용하는 경우에 발생된 밀봉 작용에 불구하고 거의 마찰이 없고 또 계면에서의 점착의 문제가 없도록 비교적 단단한 테프론이나 그와 유사한 중합체와 같은 반경성(semi-hard) 합성 수지가 바람직하며, 따라서, 윤활유가 불필요하다.

본 발명에 따른 밀봉링이 하나 이상 장착된 밸브의 조립이 간단함은 물론 특히 저렴하다. 피스톤 수납 수단은 일종의 원통형 구멍 형태로서 밸브 하우징내에 설치하는 것으로 충분한데, 그 피스톤 수납 수단은 밀봉 조립체를 수납하기 위하여 어떤 홈 형태의 함몰부를 구비할 필요가 없다. 대신에, 본 발명에 따른 밀봉링들은 소정의 축방향 위치에 단지 삽입 장착하기만 하면 된다. 그러므로, 단순히 밸브 하우징의 길이를 변경하고, 필요한 갯수의 밀봉링들을 소정의 축방향 간격으로 원통형의 피스톤 수납 수단에 장착함으로서, 실질적으로 모듈 방식으로 매우 다양한 종류의 멀티웨이 밸브를 제조할 수 있다. 밀봉 하우징과 밀봉링을 유지하는 부분과의 사이에 억지 끼워맞춤부는 또한 밀봉 기능을 가지기 때문에, 이 부분에 추가의 밀봉 요소를 삭제할 수 있는데, 이 또한 또 다른 장점이다. 유사한 방법으로, 예를 들면 원통형인 밸브 피스톤상에 조립하는 것도 가능하다.

그러한 밸브는, 기계 가공없이 성형되어 외주면에 적어도 하나의 원주방향으로 연장하는 홈을 구비한 슬리브형 성형물 형태인 밸브 피스톤과 관련하여 특히 만족스럽게 작동될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 보다 짧은 절환 사이클, 따라서, 보다 빠른 절환 속도를 초래하는 중량의 감소에 추가하여, 그 피스톤 공간을, 예컨대, 복귀 스프링을 수용하고, 특정의 절환 위치에서 유체를 배출하고 다른 밸브 덕트와 연통하는 일종의 밸브 덕트로서 이용하는 등 다른 목적으로 이용할 수 있다.

이제, 몇가지 실시예를 보여주는 첨부 도면을 참고로 하여 본원 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

제1도는 4/2방향 밸브 형태로서 내부에 피스톤 수납 수단(3)이 마련된 하우징(2)을 구비한 멀티웨이 밸브(1)를 도시하고 있다. 피스톤 수납 수단(3)은 긴 구멍 형태로서, 본 실시예에서는 완전히 원통형 형상이다. 밸브 하우징(2)의 적어도 일단부가 고정적으로 장착된 탈착 가능한 밸브 커버(4)로 구성되어 있기 때문에, 축방향 일단부에서 피스톤 수납 수단(3)안으로 접근할 수 있다.

그 피스톤 수납 수단(3)안으로, 측방 및 원주방향의 복수의 밸브 덕트(5,6,7,8)가 개방된다. 그 덕트들은 통상적 방식으로 압축 공기 공급원(덕트(56)에서) 및 부하(loads : 덕트(6,7)에서)에 연결되고, 또 다른 밸브 덕트(5)는 배출하는 작용을 할 수 있다.

종종 피스톤 스풀 또는 밸브 스풀이라 불리우기도 하는 밸브 피스톤(9)은 축방향으로 이동될 수 있으며, 예시된 실시예에서는 도면의 상반부 및 하반부에 예시된 2개의 단부 위치를 취할 수 있다. 그것의 외주면은 종방향으로 직선형이 아니며, 복수의 원주홈(10)과 랜드(11) 또는 그 종방향(12)으로 계속하여 배열된 돌출부를 구비한다. 이러한 구조에 의하면, 스풀의 서로 다른 위치에 있는 밸브 덕트들이 통상적 방법으로 연결되는 한편 다른 덕트들은 상호 분리된다.

밸브 하우징(2), 즉, 밸브 수납 수단(3)의 벽과 밸브 피스톤(9) 사이를 밀봉하기 위하여, 피스톤 수납 수단(3)에 축방향으로 연속하여, 그리고 사이에 간격을 두고 동축으로 복수의 밀봉링(13)이 장착된다. 동축으로 장착되어 상호 이동할 수 있는 부분들 사이에 밀봉 효과를 제공하는 것이 문제인 다른 모든 경우에도 사용될 수 있는 이들 밀봉링들에 대해서는 후술되는 작동 실시예의 설명에서 보다 상세히 설명하기로 하겠다. 그 밀봉링들의 용도는 축방향(12)으로 서로에 대해 이동할 수 있는 부분들을 구비하는 밸브로 한정되지는 않지만, 여기에서는 그것이 가장 최적의 장점이라 생각되므로 제1도의 특히 유리한 밸브(1)의 구조에 대해서는 설명하지 않는다. 밸브에 이용되는 밀봉링들의 갯수는 필요에 따라 맞출 수 있으며, 경우에 따라서는 그러한 밀봉링(13)을 하나만 구비하더라도 충분하다.

예로서 도면에 예시된 밀봉링(13)은 제2도에 그 둘레 부분상의 한 지점을 단면도로서 도면 부호(13')으로 도시되어 있다. 그 단면도는 링의 평면에 대하여 직각으로 절단하여 도시한 것으로서, 그 링은 장착된 상태에서 종방향(12)에 대하여 수직으로 연장한다.

밀봉링(13,13')은 환형으로서 필수적으로 U자형 단면을 갖는 밀봉 하우징(14)을 구비한다. 그러므로, 밀봉 하우징(14)은 환형으로 연장하는 링 수납홈(15)을 구비하는데, 그 수납홈의 3개의 측부는 U자의 림(limb)에 대응하는 링부분들(16,16') 사이와 U자의 횡방향 부분에 해당하는 링부분(17) 사이로 한정되는 한편, 그 홈의 반경방향 개구부(18)는 개방되어 있다. 링 수납홈(15)의 내부에는 홈의 바닥과 결합한 링부분(17)에 필수적으로 지지되어야 하는 탄성의 내측링(19)이 있다. 그 홈의 개구부 전면 및 그 측부에 느슨하게, 환언하면, 고정되지 않고 단지 접촉한 상태로 동축으로 배치되어 밀봉 요소로서 기능을 하는 외측링(20)이 있다. 2개의 링(19,20)은 밀봉 하우징(14)에 의해 유지되어 그 밀봉 하우징과 함께 일체적으로 취급될 수 있는 밀봉링(13,13')을 구성한다.

일단부에서 2개의 링(19,20)을 유지하는 밀봉 하우징(14)에 의해, 상호 밀봉 결합하여 서로에 대해 이동할 수 있는 부분들에 각각 개별적인 밀봉링(13)을 고정할 수 있다. 밸브(1)의 경우, 예시된 바와 같이 하우징측에 부착하는 것이 편리한데, 내측에서 작용하는 밀봉링(13,13')은 반경방향 내측으로 향한 홈 개구부(18)를 구비한다. 고정된 상태에서, 밀봉 하우징(14)은 적어도 2개의 측부중 하나에서 유지 수단에 의해 축방향으로 고정되거나 유지될 수도 있다. 그러나, 제1도 및 제2도에 예시되어 있는 바와 같이, 억지 끼워맞춤에 의해 고정되는 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서, 각각의 밀봉링(13,13')은 밀봉 하우징(14)이 가압된 상태로서 피스톤 수납 수단(3)안에 삽입되며, 밀봉 하우징(14)은, U자의 횡방향 부분에 해당하고 반경방향 외측으로 피스톤 수납 수단(3)의 내주면상에 배치되는 원통형의 링부분(17)에 의해 제위치에 유지된다.

조립은 하우징의 축방향 일단부로부터 최적으로 실행되며, 본 실시예에 있어서, 우선 밸브 커버(4)가 제거된 후에 해당하는 축방향 단부에서 피스톤 수납 수단(3)에 접근할 수 있다. 이후, 복수의 밀봉링(13)이 장착되는 경우에는 그 링들이 피스톤 수납 수단(3)내에서 소정의 축방향 간격을 이루도록, 손으로, 보다 바람직하게는 기계를 이용하여 순차적으로 삽입된다. 그 배열은, 축방향 양단부의 각각의 밸브 덕트(5 내지 8)는 각기 하나씩의 밀봉링(13)을 장착하는 것이 바람직하며, 축방향 최외측의 밸브 덕트(5)의 경우, 경우에 따라서는 제1도에 도시된 바와 같이 축방향 외측 단부상에 밀봉링(13)을 장착하지 않을 수도 있다. 고정된 상태에서, 밀봉링(13)들은 피스톤 수납 수단(3)내에서 축방향으로 연속 배치되고, 원주방향으로 연장함과 동시에 반경방향으로 돌출하는 부분들을 구성하며, 인접한 밀봉링(13)들은 밸브 피스톤(9)의 위치에 따라 다른 유체 공간과 연결 혹은 분리될 수 있는 유체 공간을 형성한다.

각각의 외측링(20)은 2개의 상호 이동하는 부분중 밀봉링(13,13')이 장착되지 않은 한 부분, 즉 본 실시예에서는 밸브 피스톤(9)과 상호 작용한다. 따라서, 외측링(20)은 밸브 피스톤(9)을 동축으로서 에워싸서 그것과 미끄럼 접촉하는 밀봉 요소로만 기능을 한다. 그러므로, 추가적인 밀봉 특성 및 양호한 항마찰(anti-friction) 또는 미끄럼 특성을 갖는 예컨대 테프론이나 다른 어떤 중합체와 같은 반경성 합성 수지로 형성되는 것이 바람직하다. 이 재료는, 고무와 비교할때, 휴지 시간(idle times)중에 계면에서 점착되지 않으며, 마찰이 작고, 따라서 마모가 적으며, 신속한 절환 사이클이 가능하고, 또, 수명이 길다고 하는 장점이 있다. 그 외측링(20)은 동시에 밸브 피스톤(9)을 중심이 맞춰진 위치에 위치하는 슬립링이나 안내링으로 기능하는 것이 바람직하다.

특히, 밀봉 특성을 최적화하기 위하여, 상대적으로 이동하는 부분에 인접하여, 그리고 내측링(19)의 반대측에서 상기 외측링(20)에 적어도 하나의 원주방향으로 연장하는 리브(rib)형태의 반경방향 돌출부를 제공하는 것도 가능하다. 예시된 실시예에 있어서, 외측링(20)에는 일체적으로 형성된 그러한 반경방향 돌출부가 마련되어 있는바, 그 돌출부는 굴곡된 상태로 가동하는 것을 방지하기 위하여 축방향으로 중간에 배치되어 있다. 그것은 탁월한 밀봉 효과를 바람직하게 발휘한다.

밸브 피스톤의 외형 또는 위치를 맞출 수 있도록 하기 위하여, 즉, 제조상의 비정밀성을 보상하기 위하여, 외측링(20)이 밀봉 하우징(14)과의 관계에서 종방향에 대하여 반경방향으로 자유로이 이동될 수 있는 것이 바람직하다. 이 목적으로, 외측링(20)은, 필요시 다소간 확장할 수 있도록 적어도 어느 정도 범위까지는 종축(12)에 대하여 둘레방향으로 탄성적으로 변형될 수 있는 것이 유리하다. 그러나, 그 외측링의 편향기능(biasing)이 절대적으로 필요한 것은 아닌데, 왜냐하면, 내측링이 밀봉 하우징(14)에 편리한 방식으로 지지되어 외측링(20)을 반경방향으로 편향시키는 스프링 링을 구성하기 때문이다. 내측링(19)의 탄성은, 예를 들면, 설계 구조 특성 또는 재료의 선택에 좌우되는 바, 본 실시예의 경우는 고무의 탄성을 갖는 재료로 구성되고, 바람직하게는 고무링의 형태를 취한다. 가동성을 불필요하게 제한하지 않기 위하여, 그리고 2개의 링(20,21)을 상호 독립하여 개별적인 조건에 적합화시키기 위하여, 그 2개의 링(19,20)은 개별적인 링으로 구성되어 그들 사이에 영구적인 결합이 없이 반경방향으로 서로에 대해 안장(rest)되어 있는 것이 바람직하다. 또한 외측링(20)이 밀봉 하우징(14) 내부를 향한 측면에서는 흐르는 유체와 접촉하지 않도록 내측링(19)이 그 외측링(20)과 밀봉 하우징(14) 사이에 밀봉 작용을 제공하는 밀봉 요소를 구성하는 것도 또한 바람직하다.

제2도에 확대 도시된 내측링(19)은 그것의 설계 구조 때문에 외측링(20)에 탄성력을 가한다. 제2도의 단면도로서 알수 있는 바와 같이, 내측링은 Y자형 단면을 가지며, Y자의 상단의 2개의 림부분을 연결하는 링부분(26)은 홈의 바닥과 대면한다. Y자의 하단부의 기부를 형성하는 링부분(27)은 외측링(20)을 향하고 있으며, 그 자유단은 반경방향측으로, 특히 축방향 중앙에서, 바람직하기로는 반경방향 돌출부(21)와 같은 반경방향 평면에 위치한다.

이 경우에 있어서, 3개의 링부분(26,27) 각각은 밀봉 작용을 하는 것이 바람직한데, 그 밀봉 작용은 가압된 상태의 유체가 피스톤 수납 수단(3)으로부터 링 수납홈(15)안으로 그 외측링(15)안으로 그 외측링(20)의 측부로 축방향으로 이동하여 내측링(19)상에 밀봉 압력을 가할 수 있으면 보다 향상될 수 있다. 이 압력은 가능하게는 외측링(20)상에 압력을 가할수도 있다.

제3도. 제4도 및 제7도에 예시된 실시예에서, 내측링(19)은 예컨대 고무재료로 이루어진 통상의 O링으로 구성되는데, 그 O링은 또한 타원형 단면을 가질 수 있다(제7도 참조). 외측링(20)은 밀봉 하우징과 영구 결합된다. 이는 예컨대, 제2도 및 제3도에 도시된 바와 같이, 그 링(20)의 축방향 연부들이 2개의 링부분(16,16')에 의해 최소한 부분적으로 접하도록 외측링(20)을 링 수납홈(15)안에 적어도 부분적으로 삽입함으로써 이루어진다. 외측링(20)은 단지 환형이라는 사실 때문에 빠져나올 수 없다. 제3도의 실시예에는 밀봉 하우징(14)상의 외측링의 내측링(19)과 대면한쪽에 반경방향 이동 접촉부(28)가 외측링(20)상에 마련되어 있다. 홈개구부(18)를 형성하는 링부분(16,16')이 반경방향 부분에는 원주방향으로 연장하는 견부(29)가 형성된다. 외측링(20)은 특히 적합하게 제위치에 유지된다.

외측링(20)을 특히 신뢰성 있게 유지하는 것은, 제4도 및 제7도의 실시예에서 처럼, 외측링(19)과 반대측의 외측링 측부를 적어도 부분적으로 에워싸면 가능해진다. 이것은 예를들면 링부분들(16,16')의 그 반경방향 연부를 외측링(20)을 향해서 라운드지게 굴곡하거나 클림핑함에 의해서 이루어지는 제4도의 구조를 취할 수 있다. 그 구조에 있어서, 외측링(20)은 유지부(30) 둘레의 굴곡부와 내측링 사이에 2개의 축방향 연부를 가지는데, 그 결과 탄성적 고정 및 유지 작용을 한다. 그 유지부(30)는 링의 전체 외주에 걸쳐 연장할 수 있지만, 링의 둘레 방향에서 간격을 이루어서 굴곡되는 분리된 연부 부분으로 형성하는 것도 가능하다.

밀봉링의 여러가지 실시예로서 예시된 구성의 개별적인 변형예들은 밀봉링의 형태에 구속되지는 않으며, 다른 링으로 교체될 수 있다.

제4도의 실시예에서는 2개의 밀봉 하우징(14)이 하나의 부품으로 제조되어 링들(19,20)이 제위치에 스냅 체결되거나, 하우징이 제조중에 적절히 배열된 링(19,20)이 둘레에서 굴곡되지만, 다른 실시예의 밀봉 하우징(14)은 복수의 부분, 바람직하게는 2개의 부분으로 제조되는 것이 유리하다. 제2도, 제3도 및 제7도를 참고하면, 밀봉링(13)이 동축으로 배열되어 영구적으로 결합된 2개의 링부분(31,32)로 구성되어 있는바, 그 링부분들은 결합되지 않은 상태, 즉 장착되기 전에 상호 분리된 상태에서는 내측 및 외측링(19,20)을 삽입하기 위한 환형 개구부가 축방향으로 형성된다. 그러므로, 우선 2개의 링부분(31,32)을 별도로 제조하여, 조립전에 2개의 링(19,20)을 링부분들(31,32)중 하나에 배치하며, 그후 개구부를 폐쇄하면서 다른 하나의 링부분을 결합한다. 이는 링들(19,20)을 조립중에 신장시키거나 늘릴 필요가 없으므로 손상의 위험이 매우 간단하게 기계적으로 삽입할 수 있고, 또 전체 밀봉링을 로봇을 이용하여 장착할 수 있다고 하는 장점이 있다.

그 2개의 링부분들(31,32)이 제2도에 도시된 바와 같이 L자형 단면을 가지며, 상호 결합하여 U자형 단면의 하우징을 형성하는 것이 보다 유리하다. 제3도의 밀봉링(13,13')의 경우에, 2개의 링부분들은 L자의 2개의 림이 서로를 향하고, 다른 L자의 2개의 림이 반경방향으로 향하도록 축방향으로 순차적으로 배열된다. 서로를 향하고 있는 L자의 2개의 림은 원주방향으로 연장하는 관련 링부분들(33,33')이 상호 접촉하여 그 접촉부에서 상호 영구접속된다. 예시된 실시예에서는 접합부가 있지만 용접 결합도 또한 가능하다.

제2도에 따른 밀봉링(13,13')은 축방향으로 향한 L자형 단면인 2개의 링부분들(31,32)의 중첩부분(34,34')에 의해 구성된다. 그러나, 2개의 링부분들(31,32)이 서로에 대해 가압되어 그 중첩부분(34,34')에 인접하여 영구적인 억지끼워 맞춤부(press-fit)가 형성되면 유리하다.

그러므로, 예시된 제2도의 실시예에 있어서, 각각의 링부분(31,32)은 링부분(16,16")에 대응하는 편평한 링 디스크로 이루어지고, 그 외주부에 각각 대체로 원통형인 부분(31,32)이 동축으로서 인접하게 배치되며, 하나의 링부분(34)의 외경은 다른 링부분의 내경과 정합하며, 따라서 그 2개의 링부분이 상호 중첩한 상태로 플러그식으로 결합하여 그들 부분의 자유 연부가 전방에 유지된다. 이 조립 공정은 특히 로봇을 이용하여 실행할 수 있다.

본 발명에 따른 밀봉링은 길이가 다르고 유체 경로가 다른 밸브의 제조에 특별한 장점을 가지고 이용될 수 있다. 예를들면, 궁극적으로 밸브 하우징에 해당하는 튜브 부분을 소정 길이로 절단하여 필요한 갯수의 밀봉링을 삽입할 수 있다. 이 경우에는 피스톤 수납 수단(3)의 양단부는 별도의 커버로 폐쇄하는 것이 편리하다. 기계 가공 없이 단일의 중공 슬리브를 성형하여 형성되고 외주에 외주홈(10)을 갖는 밸브 피스톤(9)을 사용하는 것은, 본 발명에 따른 밀봉링(9)을 내장하는 밸브(1)와 관련하여 특별한 장점이다. 그러한 밸브 피스톤(9)이 제1도에 예시되어 있다. 기계가공, 즉 절삭 작업이 없기 때문에, 밸브(1)의 절환중에 외측링(20)을 따라 활주하는 돌출 부분(11)의 외주면을 매우 정밀하게 평탄한 면으로서 가공할 수 있으며, 이는 또한 홈(10)까지의 전이부(36)에도 적용된다. 전이부(36)는 피스톤이 초기에 홈(10)에 인접 배치된 외측링과 접촉하고 있는 위치에서 이동하는중에 외측링(20)이 전이구역(36)을 통과하여 돌출부(11)의 외주면과 밀봉 접촉하게 되는 경우, 그 외측링(20)이 손상되지 않도록 펠렛을 구비하거나 라운딩 가공되어 있는 것이 바람직하다.

기계가공 없이 제조된 중공의 밸브 피스톤(9)은 매우 가볍고, 예를들면 얇은 알루미늄이나 스테인레스 강으로 이루어지며, 질량이 작기 때문에 고속절환이 가능하게 한다. 또한, 신속하고도 저렴한 생산이 가능하다. 비록 그러한 밸브 피스톤(9)은 실제로는 모든 형태의 밸브에 채용될 수 있지만, 본 발명에 따른 밀봉링(13)을 구비한 밸브(1)와 관련하여 특별한 장점을 갖는데, 왜냐하면, 전체적으로 저렴한 제조가 가능하기 때문이다. 밀봉링(13) 자체는 실제로 카트리지 형태로 제조되는데, 이는 밀봉링으로서 기능을 하는 외측링(20)이 밀봉 하우징(14) 즉, 케이지 안에 있는 스프링 링상에 느슨하게 인장되기 때문이다.

밸브 피스톤(9)의 내부에 있는 피스톤 공동(37)은 또한 밸브 기능의 보조 수단으로서 이용될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 피스톤 공동(37)은 밸브 유체의 흐름 덕트, 예컨대 배출용 덕트로서 이용된다. 제1도의 상반부에 예시된 밸브 피스톤(9)의 좌측 절환 위치에서, 부하(load)에 도달하는 밸브 덕트(7)는 피스톤의 벽에 있는 개구부(38)을 거쳐 피스톤 공동(37)과 연결되며, 그 피스톤 공동(37)은 피스톤 양단부에 있는 또다른 개구부(38')를 경유하여 배출 덕트(5)에 연결된다. 제1도의 하반부에 도시된 우측 단부 위치에서, 덕트(7)와 피스톤 공동(27)에 의한 연결이 차단되고, 대신에 밸브 피스톤(9)은 역시 부하에 도달하는 밸브 덕트(8)와 배출 덕트(5) 사이를 연결시킨다. 예시된 실시예에 있어서는, 밸브 피스톤(9)이 작동 피스톤(39)에 의해 우측 단부가 폐쇄되기 때문에 밸브 덕트(7)와 관련된 개구부(38)가 필수인데, 상기 작동 피스톤(39)은 피스톤 수납 수단(3)에 축방향으로 인접하여 공지의 방법으로 구동 덕트(41)에 연결되는 작동 공간(40)내에서 가동한다.

피스톤 공동(37)은 또한 제1도에 쇄선으로 도시된 밸브 피스톤 복귀 스프링(42)을 수납하기에 적합한데, 그 복귀 스프링은 작동 피스톤(39)이 단동식(single acting)인 경우에 사용된다.

중공 밸브 피스톤(9)을 제조하기 위해서는, 예를들면 우선 원통형, 특히 완전한 원형 단면의 벽이 얇은 원통형 튜브를 소정 길이로 절단하거나 다른 방법으로 준비하는 것이 바람직하다. 이후, 제5도에 예시된 바와 같이, 튜브(44)를 기계 가공없이 냉간 성형하여 제1도에 도시된 바와 같은 홈(10)을 형성한다. 이와 관련하여, 중공 튜브(44)의 내외측에 결합하도록, 개략적으로 도시된 롤러들(45,46)을 사용하는 것이 편리하다.

제5도 및 제6도에 도시된 바와 같이, 처리용 중공 튜브(44)는 외경이 적어도 피스톤의 소정의 내경에 거의 상응하는 내측 롤러(46)위로 슬립되며, 그후에, 외주면에 외측 롤러(45)가 적용되는데, 그 외주면은 피스톤과 동축으로서 그 피스톤의 외형에 상응한다. 그 2개의 롤러들(45,46)은 상호 반대방향으로 회전 구동되는데, 이를 위해서 2개의 롤러중 적어도 하나가 피동 롤러인 것이 바람직하다. 회전중에, 2개의 롤러들(45,46)은 양방향 화살표(47)로 도시된 바와 같이 서로를 향하여 반경방향으로 이동되는데, 그 중공 튜브(44)는 내측 롤러(46)와 같은 방향으로 회전하면서 내외측으로 성형된다. 제5도 및 제6도에 도시된 바와 같이, 2개의 롤러들중 적어도 하나가 피스톤의 소정의 외경에 상당하기 때문에, 피스톤의 전체적인 성형은 단일 작업 공정으로 성취된다. 또한, 단 하나의 롤러를 사용해서 홈(10) 및 각각의 돌출부(11)를 형성하는 것도 또한 바람직하다. 따라서 필요한 경우, 외측 롤러(45)를 회전에 의한 성형에 이용하기 위하여 중공 튜브(44)를 척(chuck)으로 고정할 수도 있다.

개략적으로 소정의 형상을 성형하기 위하여 필요한 성형공정전에 홈가공 롤러를 이용한 예비 성형 작업을 실행하고, 그후에 매끈한 롤러를 이용하여 정밀한 마무리 작업을 하여 돌출부분(11)에 인접하여, 그리고 전이 부분(36)에 고품질의 표면을 형성하면 일반적으로 유리하다. 그 방법은 "롤러 스피닝"가공법이라 불릴 수도 있다.

예시된 바와 같은 이른바 카트리지 밸브는 동적으로 유약한 부분이 없는바, 환언하면, 미끄럼 접촉을 하는 부분들은 비교적 단단하여 윤활유를 필요로 하지 않는다. 로봇을 이용한 간단하고도 어려움이 없는 조립이 가능하며, 밀봉링은 홈이나 이와 유사한 부분이 없이 쉽게 피스톤 수납 수단에 삽입될 수 있다. 결과적으로, 예를들면 5/2, 5/3 또는 4/2방향 밸브를 제조할 수 있는 모듈형 구조를 확보할 수 있다. 외측링(20)이 반경성이기 때문에 적은 마찰로서 만족스런 밀봉성능을 발휘한다. "경질과 연질"의 조합으로 누설이 더 적어진다. 반경방향 돌출부(21)에 의해서 형성되는 선접촉은 큰 접촉면적의 밀봉과 관련하여, 심지어 장기간의 휴지기간 후에도 그 계면에서의 접착 및 밀봉부의 손상이 방지된다고 하는 장점을 제공한다. 밸브 하우징은 알루미늄이나 경질의 중합체를 기계가공하지 않고도 바람직하게 제조된다. 또한, 밀봉 하우징은 금속이나 경질의 합성 수지와 같은 비교적 경질의 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 중공 피스톤을 사용하면, 그 공동을 덕트로서 사용할 수 있기 때문에, 축방향 길이를 단축할 수 있다. 밀봉링은 예를들어 16bar까지의 매우 높은 압력에서도 신뢰성이 있으며, 또한 유압 시스템용으로 이용될 수 있다. 그러나, 바람직한 이용 분야는 공압 시스템이다.

제7도에 도시된 실시예에서, 밀봉링(13,13')은 또한 L자형 단면의 제1링부분을 가지는 한편으로 제2의 링부분(32)은 링 디스크(48)로서 형성된다. 링 디스크(48)는 조립된 상태에서 U자의 하나의 림에 해당하는 링부분(16')을 구성하며, 제1링부분(32)은 2개의 다른 링부분을 구성한다. 링 디스크(48)는 반경방향으로 원통형 링부분(17)내의 자유단부상에 위치하는 것이 바람직한데, 그 디스크 링은 제1의 링부분(16)과 축방향으로 대향한다.

3부분 밀봉 하우징을 가지는 것도 가능한데, 이 경우에는 각각의 링부분들(16,16',17)이 분리된다.

외측링(20)을 유지하기 위하여, 2개의 측방 링부분(16,16')은 축방향으로 인접한 내면(50,50')상에 각기 원주방향으로 연장하는 동축의 홈을 구비하며, 그 홈안에 외측링(20)의 2개의 축방향 연부가 삽입된다. 반경방향으로 측정한 그 홈의 폭은 가요성이 있는 결합을 위하여 연부(52)의 두께보다 다소 넓은 것이 바람직하다.

제7도에 예시된 실시예에서, 반경방향 치수를 축소하기 위하여, 주축이 축방향으로 연장하는 타원형 단면을 갖도록 내측링(19)을 형성하는 것도 가능하다. 이 구조는 초기에는 원형 단면인 O링에 외측링이 작용하는 경우에도 형성될 수 있다.

또한, 제1도 내지 제4도에 따른 밀봉링에 대한 설명은 제7도에 따른 밀봉링에도 적용된다.

Claims (15)

1. 멀티웨이 밸브의 하우징과 밸브 피스톤과 같이 하나가 다른 하나의 내부에 배열되어 서로에 대하여 축방향으로 이동 가능한 부분들(2,9) 사이를 밀봉하는 환형의 밀봉 조립체로서, 축방향으로 조립되어 사이에 환형홈(15)을 형성하는 몇개의 링부분(31,32)으로 이루어지는 밀봉 하우징(14)을 구비하며, 상기 홈에는 탄성의 내측링(19)과 반경방향으로 그 내측링의 앞에서 반경방향으로 위치한 상기 홈의 개구부(18)에 배치되는 외측링(20)이 상호 동심으로 장착되어 있으며, 상기 밀봉 하우징은 상기 링부분들중 하나가 분리되면 상기 내측 및 외측링(19,20)의 삽입을 용이하게 하도록 축방향으로 정렬개방되는 삽입 개구부를 구비하며, 상기 밀봉 하우징(14)이 상기 축방향으로 이동 가능한 부분들중 한 부분(2)에 장착되어 외측링(20)이 상기 축방향으로 이동하는 부분들중 다른 한 부분(9)에 대하여 밀봉 요소로서 작용하도록 구성되어 있는 밀봉 조립체에 있어서, 링부분들(31,32)에 의해 형성된 밀봉 하우징(14)이 필수적으로 U자형 단면을 형상이며, 상기 링부분들(31,32)이 상호 축방향으로 중첩되게 결합하여 함께 영구 고정되어 내외측링(19,20)과 조립된 밀봉 하우징(14)은 단일의 요소로서 취급할 수 있는 밀봉링(13)을 형성하며, 홈 개구부(18)의 반경방향 반대측의 그 밀봉 하우징(14)의 외면은 밀봉 요소 없이 간섭 결합면(억지끼워맞춤 결합면)으로서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 밀봉 조립체.
2. 제1항에 있어서, 밀봉 하우징(14)이 각기 L자형 단면 형상인 2개의 링부분(32,33)으로 구성되며, 그 부분들의 축방향으로 정렬된 L자형 림부분에 해당하는 부분(34,34')이 축방향으로 상호 중첩하는 것을 특징으로 하는 밀봉 조립체.
3. 제1항에 있어서, 밀봉 하우징(14)이 L자형 단면의 링부분(31)과 환형 디스크(48)형태의 링부분(32)으로 구성되고, 상기 디스크(48)의 연부가 하나의 L자의 림부분에 의해 형성된 부분(17)에 체결되는 것을 특징으로 하는 밀봉 조립체.
4. 제1항, 제2항 및 제3항중 어느 한 항에 있어서, 삽입된 링부분(32)의 축방향 삽입 깊이를 한정하는 반경방향 돌출부(49)가 그 링부분(32)과 삽입결합되는 링부분(31)의 외주에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 밀봉 조립체.
5. 제1항, 제2항 및 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 링부분들이 상호 가압(pressing)에 의해 견고하게 결합되는 것을 특징으로 하는 밀봉 조립체.
6. 제1항, 제2항 및 제3항중 어느 한 항에 있어서, 내측링(19)이 고무링인 것을 특징으로 하는 밀봉 조립체.
7. 제1항, 제2항 및 제3항중 어느 한 항에 있어서, 외측링(20)이 테프론이나 내마모성 중합체와 같은 반경성 플라스틱 링인 것을 특징으로 하는 밀봉 조립체.
8. 제1항, 제2항 및 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 내측링(19) 및 외측링(20)이 상호 분리된 개별적인 링으로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 밀봉 조립체.
9. 제1항, 제2항 및 제3항중 어느 한 항에 있어서, 외측링(20)은 내측(19)과 반경방향 반대측을 향한 측면에서 홈 개구부(18)측부의 밀봉 하우징(14)의 연부에 의해 결합되어 있고, 그 외측링의 축방향 연부는 밀봉 하우징(14)의 U자 단면의 림부분에 해당하는 부분(16,16')의 내면(50,50')에 배치된 원주홈(51)에 삽입되는 것을 특징으로 하는 밀봉 조립체.
10. 제1항, 제2항 및 제3항중 어느 한 항에 있어서, 외측링(20)의 내측링(19)과 마주한쪽에는 그 외측링(20)의 반경방향 이동 규제 수단(28)이 밀봉 하우징상에 마련되어 있고, 그 규제 수단은 홈 개구부(18) 측면의 2개의 링부분(16,16') 둘레의 견부(29)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 밀봉 조립체.
11. 제1항, 제2항 및 제3항중 어느 한 항에 있어서, 외측링(20)은 상기 내측링(19)과 반대측의 면상에 그 둘레로 연장하고 축방향으로는 중앙에 배치되는 리브 형상의 반경방향 돌출부(21)를 구비하는 것을 특징으로 하는 밀봉 조립체.
12. 내부에 축방향으로 미끄럼 가능하게 장착된 밸브 피스톤(9)이 설치되는 긴 피스톤 수납 수단(3)이 마련되어 있는 밸브 하우징을 구비하고, 상기 밸브 하우징의 둘레에는 덕트(5-8)가 형성되어 있는 제1항, 제2항 및 제3항중 어느 한 항에 따른 밀봉 조립체가 설치된 멀티웨이 밸브에 있어서, 개별적인 밀봉링(13) 형태인 밀봉 조립체들이 축방향으로 이격 배치되고, 그들 밀봉링들은 밸브 하우징(2)의 피스톤 수납 수단(3)내에 또는 밸브 피스톤(9)상에 아무런 밀봉 요소 없이 간섭 결합하는 것을 특징으로 하는 멀티웨이 밸브.
13. 제12항에 있어서, 상기 피스톤 수납 수단(3)은 밀봉링을 설치하기 위하여 그 축방향 일측부로부터 접근할 수 있도록 구성되며 원통형 형상인 것을 특징으로 하는 멀티웨이 밸브.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 밸브 피스톤(9)은 절삭 가공 없이 외형이 형성된 하나의 부품으로 된 중공 튜브 형상의 성형체로서 그 외주 둘레에 적어도 하나의 홈(10)을 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티웨이 밸브.
15. 제14항에 있어서, 피스톤 공동(37)이 밸브 유체의 흐름통로를 형성하고 복귀 스프링(42) 수납부로서의 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 멀티웨이 밸브.