KR20080045699A

KR20080045699A - 유체 유동 장치

Info

Publication number: KR20080045699A
Application number: KR1020087005715A
Authority: KR
Inventors: 피터 씨 윌리암스
Original assignee: 스와겔로크 컴패니
Priority date: 2005-08-09
Filing date: 2006-08-09
Publication date: 2008-05-23
Also published as: US20070034273A1; EP1922505A2; IL189399A0; CA2622155A1; CN101283212A; WO2007021779A3; WO2007021779A2; AU2006279976A1; JP2009505011A

Abstract

유체 유동 장치는 경화된 결합면 또는 결합부를 갖는 제1 금속 부재와, 상기 경화된 결합부보다 연성인 제2 금속 부재를 포함한다. 제2 금속 부재는 경화된 표면이 제2 금속 표면과 맞물려 소성 변형시킴으로써 시일을 제공하도록 제1 금속 부재와 조립된다.

Description

유체 유동 장치{FLUID FLOW DEVICES}

본 발명은 2005년 8월 9일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 유체 유동 장치이고 본 명세서에 참조로 완전히 합체되는 미국 특허 가출원 제60/706,846호를 우선권 주장하는 출원이다.

공지된 다양한 유체 유동 장치는 제3 금속 부재의 양측부에 배치되어 시일을 형성하도록 제3 금속 부재를 압박하는 제1 금속 부재 및 제2 금속 부재를 포함한다. 그러한 공지된 유체 유동 장치의 예는 발명의 명칭이 "유체 커플링"인 미국 특허 제4,552,389호와, 발명의 명칭이 "토크 억제 장치를 구비한 유체 연결구"인 미국 특허 제6,685,234호와, 발명의 명칭이 "역전형 벨로우즈 밸브"인 미국 특허 제4,687,017호와, 발명의 명칭이 "다이어프램 밸브"인 미국 특허 제6,189,861호와, 발명의 명칭이 "밸브"인 미국 특허 제4,684,106호에 개시되어 있고, 이들 특허의 전체 개시는 본 명세서에 참조로 완전히 합체된다.

본 개시는 경화된 부분보다 연성인 장치의 다른 부분과 시일을 형성하도록 적어도 부분적으로 경화되는 하나 이상의 금속 부재들을 구비하는 광의의 유체 유동 장치에 관한 것이다. 그러한 유체 유동 장치의 일례로는 제3 금속 부재의 양측에 조립되는 제1 및 제2 금속 부재를 포함한다. 제1 및 제2 금속 부재에 의해 하중이 제3 금속 부재로 가해진다. 경화된 결합부는 금속 부재들 중 적어도 하나에 포함된다. 경화된 결합부는 압박되는 금속 구성요소와 맞물려 소성 변형시킴으로써 시일을 형성한다. 일실시예에 있어서, 경화된 결합부는 압박되는 금속 부재에 만입되어 소성 변형시킴으로써 시일을 형성하지만, 다른 실시예에 있어서, 경화된 결합부는 압박되는 금속 부재의 돌출부 또는 코너를 압착하여 소성 변형시킨다. 다른 실시예에 있어서, 유체 유동 장치는 유체 커플링, 다이어프램 밸브 또는 벨로우즈 밸브이다.

본 발명에 개시된 다른 양태는 경화된 부분보다 연성인 장치의 다른 부분과 시일을 형성하도록 유체 유동 장치의 일부를 경화하는 것에 관한 것이다. 일 실시예에 있어서, 카바이드 석출물을 형성하지 않으면서 경화된 표면을 생성하도록, 예컨대 저온 탄화 공정 등의 확산계 표면 처리 공정이 이용된다. 이 개시에 있어서, "카바이드 석출물이 형성되지 않으면서" 경화된 표면을 생성한다는 것은 카바이드 석출물이 형성되더라도 그 양이 경화된 부분의 내부식성에 악영향을 미치지 않을 정도로 매우 작다는 것을 의미한다.

추가의 이점 및 특징은 첨부 도면과 함께 이하의 설명 및 첨부된 청구범위를 고려하면 당업자에게 명백할 것이다.

명세서에 합체되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면에는 본 발명의 실시예가 예시되어 있고, 전술한 본 발명의 총괄적인 설명과 함께 이하에 제공되는 상세한 설명은 본 발명의 실시예를 구현하는 데에 도움이 된다.

도 1은 유체 유동 장치의 일부의 개략도.

도 2는 유체 유동 장치의 시일 영역의 개략도.

도 3은 유체 유동 장치의 시일 영역의 개략도.

도 4는 유체 유동 장치의 시일 영역의 개략도.

도 5는 유체 유동 장치의 시일 영역의 개략도.

도 6은 유체 유동 장치의 시일 영역의 개략도.

도 7은 유체 유동 장치의 시일 영역의 개략도.

도 8은 연결구의 단면도.

도 9는 벨로우즈 밸브의 시일 영역의 단면도.

도 10은 다이어프램 밸브의 시일 영역의 단면도.

도 11은 다이어프램 밸브의 시일 영역의 단면도.

본 발명은 대체로 금속간 시일을 구비하는 유체 유동 장치에 관한 것이다. 유체 유동 장치는 경화된 결합면 또는 결합부가 있는 제1 금속 부재와, 이 경화된 결합부보다 연성인 제2 금속 부재를 포함한다. 제2 금속 부재는 경화된 결합면이 맞물려 제2 금속 부재를 소성 변형시킴으로써 금속간 시일을 제공하도록 제1 금속 부재와 조립된다.

금속간 시일을 형성하는 부재들 중 하나의 부재의 적어도 일부가 경화되는 유체 유동 장치는 경화되지 않은 2개의 금속 부재 사이에 금속간 시일을 형성하는 유체 유동 장치에 비해 특정한 이점을 가질 수 있다. 예컨대, 금속 부재들 중에 한쪽 또는 양쪽을 경화하면 유체 유동 장치에 사용되는 재료의 융통성을 높일 수 있다. 또한, 금속간 시일을 형성하는 부재들 중 하나 부재의 적어도 일부를 경화하면 누출율이 보다 낮은 시일을 얻을 수 있다. 더욱이, 저온 탄화, 또는 다른 경화 공정에 의해 표면의 내부식성을 증가시킬 수 있는 표면 경화는 특정한 용례에서 유리할 수 있다.

본 명세서에서 설명되는 바람직한 실시예들은, 예컨대 벨로우즈 밸브, 다이어프램 밸브 및 유체 커플링 등의 유체 유동 장치의 관점에서 제공되지만, 당업자라면 본 발명이 다른 방식으로 구성될 수도 있다는 것을 쉽게 인지할 것이다. 유체 유동 장치는 광범위한 다른 형태를 취할 수도 있다. 본 발명에서, 유체 유동 장치는 유체가 통과하는 임의의 장치를 말한다. 유체 유동 장치의 예로는 밸브, 연결구, 커플링, 계량기 및 펌프가 있지만, 이것으로 제한되지 않는다. 이들 예 및 개시된 바람직한 실시예는 본 발명의 광범위한 용례를 예시하는 것이지 본 발명을 제한하는 것은 아니다.

본 발명의 다양한 양태, 개념 및 특징은 바람직한 실시예들에서 조합하여 구현된 바와 같이 본 명세서에서 설명 및 예시될 수 있지만, 다양한 이들 양태, 개념 및 특징은 많은 변형예에서 단독으로 또는 다양한 조합 형태 및 서브 콤비네이션 형태로 이용될 수 있다. 본 명세서에서 특별히 제외하지 않는 한 그러한 모든 조합 및 서브 콤비네이션은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 또한, 본 발명의 다양한 양태, 개념 및 특징에 관한 다양한 변형예(예컨대, 대안적인 재료, 구조, 구성, 방법, 회로, 장치 및 부재, 소프트웨어, 하드웨어, 제어 로직, 형성, 끼워맞춤 및 작용에 관한 대안 등)가 본 명세서에서 설명될 수 있지만, 그러한 설명은 이전에 공지되었거나 나중에 개발되든지 간에 유효한 변형예의 완벽한 목록 또는 총망라한 목록으로 간주되지 않는다. 당업자라면 추가의 실시예들에 본 발명의 양태, 개념 또는 특징 중 하나 이상을 쉽게 채택하고 그러한 실시예들이 본 명세서에서 특별히 개시되지 않더라도 본 발명의 범위 내에서 이용할 수 있다. 또한, 본 발명의 일부 특징, 개념 또는 양태가 본 명세서에서 바람직한 장치나 방법으로서 설명될 수도 있지만, 그러한 설명은 특별히 언급하지 않는다면 그러한 특징을 필요로 하거나 그러한 특징이 필수적이라는 제안으로 간주되지 않는다. 더욱이, 바람직한 또는 대표적인 값 및 범위는 본 발명을 이해하는 데에 일조하도록 포함될 수 있지만, 그러한 값 및 범위는 제한적인 의미로 해석되지 않고, 특별히 언급되는 경우에만 임계값 및 임계 범위로 간주된다. 또한, 다양한 양태, 특징 및 개념이 본 발명의 특징부 또는 구성부로서 본 명세서에서 특별히 동일시될 수 있지만, 그러한 동일시는 독점적인 것으로 간주되지 않고 특정한 발명 또는 특정한 발명의 일부로서 특별히 동일시되는 일 없이 본 명세서에서 충분히 설명되는 본 발명의 양태, 개념 및 특징일 수 있으며, 대신에 본 발명은 첨부된 청구범위에 기재되어 있다. 바람직한 방법 또는 공정의 설명은 특별히 언급하지 않는다면 모든 경우에 필요한 단계들 모두를 포함하는 것으로 제한되지 않으며, 필요로 하거나 필수적인 것으로 해석되도록 단계가 제공되는 순서도 아니다.

본 개시에 있어서, "카바이드 석출물을 형성하지 않으면서" 스테인레스강을 탄화시킨다는 것은 카바이드 석출물이 형성되더라도 그 양이 스테인레스강의 내부식성에 악영향을 미치지 않을 정도로 매우 작다는 것을 의미한다.

도 1은 유체 유동 장치(12)의 일례를 개략적으로 도시하고 있다. 유체 유동 장치(12)는 금속 시일 부재(14)와, 제1 금속 클램핑 부재(16) 및 제2 금속 클램핑 부재(18)를 포함한다. 제1 금속 클램핑 부재(16)와 제2 금속 클램핑 부재(18)는 금속 시일 부재(14)의 양측에 조립된다. 금속 클램핑 부재(16, 18)는 화살표(20, 22)로 지시된 바와 같이 함께 압박된다. 제1 금속 클램핑 부재(16)와 제2 금속 클램핑 부재(18)에 의해 금속 시일 부재(14)에 하중이 가해진다. 도 2 내지 도 7을 참조하면, 금속 시일 부재(14), 제1 금속 클램핑 부재(16) 및/또는 제2 금속 클램핑 부재(18)에 하나 이상의 경화된 결합부(10)가 포함된다. 경화된 결합부(10)는 금속 시일 부재(14)나 금속 클램핑 부재(16, 18) 중 하나와 맞물려 소성 변형시킴으로써 시일을 형성한다. 도 2 내지 도 7에 있어서, 경화된 결합부(10)는 압박되는 부재로 만입하도록 시일 부재 또는 클램핑 부재들 중 적어도 하나로부터 연장 또는 돌출되는 부분으로서 도시되어 있다. 그러나, 결합부는 경화되지 않은 연장부 또는 돌출부와 맞물려 이 연장부 또는 돌출부를 압착 및 소성 변형시킴으로써 만입되는 일 없이 시일을 형성하는 경화된 부분 또는 표면일 수도 있다.

금속 시일 부재(14) 및 금속 클램핑 부재들(16, 18)은 유체 유동 장치(12)에서 광범위하고도 상이한 형태를 취할 수 있다. 시일 부재의 예로는 다이어프램 밸브에 사용되는 다이어프램, 벨로우즈 밸브에 사용되는 벨로우즈, 벨로우즈 밸브에 사용되는 벨로우즈 지지부 및 연결구에 사용되는 가스켓이 있지만, 이들로 제한되 지 않는다. 클램핑 부재의 예로는 다이어프램 밸브 본체 및 벨로우즈 밸브 본체 등의 밸브 본체와, 연결구 글랜드(gland) 부재가 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 경화된 결합부는 광범위하고도 상이한 형태를 취할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 경화된 결합부(10)는 확산계 표면 처리에 의해 경화되는 환형의 축방향 연장 돌기이다. 경화된 결합부는 경화된 결합부를 비롯한 전체 부재를 경화하여 형성되거나, 경화된 결합부를 형성하는 부재의 일부만을 경화하여 형성될 수 있다. 경화된 결합부는 바람직한 실시예에서 이 결합부가 맞물리는 유체 유동 장치의 금속 부재보다 경도가 크다. 예컨대, 저온 탄화 공정에 의해 경화된 스테인레스강의 통상적인 경도는 약 900 내지 1100 비커스이지만, 보다 큰 경도값, 예컨대 약 1400 비커스가 달성되었다. 한편, 어닐링되지 않은 스테인레스강의 경도는 약 250 내지 350 비커스이고, 어닐링된 스테인레스강의 경도는 약 125 내지 175 비커스일 수 있다. 경화된 결합부와 부재 간의 실제 경도차는 사용자에 의해 선택될 수 있다.

시일 부재(14)와 클램핑 부재(16, 18)는 광범위하고도 상이한 재료들로 제조될 수 있다. 그 예로는 철, 구리, 니켈, 티타늄, 마그네슘, 망간, 이들 금속들의 합금 및 밸브, 밸브 부재 및 다른 유체 유동 장치에 사용될 수 있는 것으로 알려진 다른 임의의 금속이나 합금을 포함한다. 일실시예에 있어서, 경화된 결합부(10)를 형성하는 특정한 부재 또는 부재들은 표면 경도를 증가시킬 뿐만 아니라 필수적이지는 않지만 바람직하게는 내부식성을 증가시키도록 저온 탄화 또는 다른 경화 공정에 의해 표면 경화된 금속 또는 금속 합금으로 제조된다.

스테인레스강의 저온 탄화("LTC")는 미국 특허 제5,792,282호, 유럽 특허 제 0787817호, 일본 특허 제9-14019호(고카이 9-268364), 미국 특허 제6,165,597호 및 미국 특허 제6,547,888호를 비롯하여 많은 공보에 기술되어 있으며, 이들 공보의 개시는 본 명세서에 참조로 완전히 합체된다. 이 기술에 있어서, 공작물은 1000℉(538℃) 미만의 고온에서 탄소 함유 가스와 접촉된다. 그 결과로, 고농도의 탄소 원소가 카바이드 석출물을 형성하지 않으면서 공작물 표면으로 확산된다. 그 결과, 공작물의 표면 경도 및 내부식성이 매우 향상된다.

저온 탄화에 있어서, 탄소 원자는 공작물 표면 내로 침입형으로 확산된다. 즉, 탄소 원자는 금속 원자들 사이의 공간을 통해 이동한다. 처리 온도가 낮기 때문에, 이들 탄소 원자는 공작물 표면의 금속 원자와 고체 용액을 형성한다. 탄소 원자는 금속 원자와 다른 화합물을 형성하도록 반응하지 않는다. 따라서, 저온 탄화는 보다 높은 온도에서 수행되는 일반적인 탄화 공정과 상이한데, 이 일반적인 탄화 공정에서는 탄소 원자가 함유된 금속 매트릭스로부터 분리되어 떨어져 있는 불연속 상 형태로 배치되는 카바이드 석출물, 즉 M₂₃C₆(예컨대, Cr₂₃C₆ 또는 크롬 탄화물), M₅C₂ 등의 특정한 금속 화합물을 형성하도록 탄소 원자가 반응한다.

금속 공작물의 표면 특성을 변경하는 다른 공정들이 공지되어 있다. 즉, 분리 상의 새로운 화합물을 형성하지 않으면서 내부의 금속 원자와 고체 용액을 형성하도록 공작물 표면 내로 원자의 침입형 확산에 의해 금속 공작물의 경도, 내부식성 및/또는 다른 표면 특성이 변경될 수 있는 다른 공정들이 공지되어 있다. 그 예로는 몇가지 예를 들면, 철, 크롬 및/또는 니켈계 합금의 질화와, 철, 크롬 및/ 또는 니켈계 합금의 탄질화 및 티타늄계 합금의 질화가 있다. 통상적으로, 이들 공정 모두를 총괄적으로 "확산계 표면 처리"라고 한다. 그러한 모든 확산계 표면 처리를 본 개시의 기술을 이용하여 적용할 수 있다.

본 개시의 기술에 있어서, 경화된 결합부(10)는 확산계 표면 경화 처리에 반응하여 표면 경화하는 금속 또는 합금으로부터 하나 이상의 부재들 또는 부재들 중 일부를 제조하여 형성될 수 있다. 구성 요소 또는 부재의 일부는 이 경화 처리를 받을 수 있다. 예컨대, 경화된 결합부(10)가 저온 탄화에 의해 클램핑 부재(16)에 형성되면, 전체 클램핑 부재(16) 또는 경화되는 부분만이 이 특정한 확산 공정에 대해 경화 반응을 보이는 금속 또는 합금으로 제조될 수 있다.

확산계 표면 처리에 대해 경화 반응을 보이는 금속 및 합금은 공지되어 있다. 예컨대, 저온 탄화에 대해 경화 반응을 보이는 재료는 미국 특허 제5,792,282호, 미국 특허 제6,093,303호, 미국 특허 제6,547,888호, 유럽 특허 제0787817호 및 일본 특허 제9-14019호(고카이 9-268364)에 설명되어 있고, 이들 공보는 본 명세서에 참조로 완전히 합체된다. 그 재료의 예로는, 몇가지 예를 들자면, 5 내지 50, 바람직하게는 10 내지 40 중량%의 Ni를 함유하는 강; 10 내지 40 중량%의 Ni 및 10 내지 35 중량%의 Cr을 함유하는 합금; AISI 316, 316L, 317, 317L 및 304 스테인레스강을 비롯하여 AISI 300 및 400 시리즈 강 등의 스테인레스강; 합금 625; 합금 825; 합금 C-276 및 합금 20 Cb가 있지만, 이들로 제한되지 않는다.

동일한 방식으로, 전술한 다른 확산계 표면 처리에 대해 경화 반응을 보이는 재료도 또한 공지되어 있다.

도 2 내지 도 7은 시일 부재(14), 클램핑 부재(16, 18) 및 경화된 결합부(10)의 구성의 예를 도시하고 있다. 도 2 내지 도 7에 도시된 각 예에서, 시일 부재(14)는 클램핑 부재(16, 18) 사이에 클램핑된다. 도 2에 도시된 예에서, 경화된 결합부(10)는 시일 부재(14)에 포함된다. 경화된 결합부(10)는 클램핑 부재(16)의 한쪽과 맞물려 소성 변형시킴으로써 시일을 형성한다.

도 3에 도시된 예에서, 경화된 결합부(10)는 클램핑 부재(18)의 한쪽에 포함된다. 경화된 결합부(10)는 시일 부재(14)와 맞물려 소성 변형시킴으로써 시일을 형성한다.

도 4에 도시된 예에서, 제1 경화된 결합부(10)는 시일 부재의 제1면(23)에 형성되고, 제2 경화된 결합부(10)는 시일 부재의 제2면(24)에 형성된다. 시일 부재의 제1면(23)과 제2면(24) 상의 경화된 결합부(10)는 클램핑 부재(16, 18)와 맞물려 소성 변형시킴으로써 시일을 형성한다.

도 5에 도시된 예에서, 제1 경화된 결합부(10)는 제1 클램핑 부재(16)에 형성되고 제2 경화된 결합부(10)는 제2 클램핑 부재(18)에 형성된다. 제1 및 제2 클램핑 부재에 의해 형성된 경화된 결합부(10)는 시일 부재(14)의 제1면(23)과 제2면(24)과 맞물려 소성 변형시킴으로써 시일을 형성한다.

도 6에 도시된 예에서, 제1 경화된 결합부(10)와 제2 경화된 결합부(10)는 시일 부재(14)에 형성된다. 시일 부재에 의해 형성된 경화된 결합부(10)는 클램핑 부재(16, 18) 중 한쪽과 맞물려 소성 변형시킴으로써 제1 및 제2 시일을 형성한다.

도 7에 도시된 예에서, 제1 경화된 결합부(10)와 제2 경화된 결합부(10)는 클램핑 부재(16, 18) 중 한쪽에 형성된다. 클램핑 부재에 의해 형성되는 경화된 결합부(10)는 시일 부재(14)와 맞물려 소성 변형시킴으로써 제1 및 제2 시일을 형성한다.

이 개시에 따르면, 부재들 중 한쪽의 적어도 일부를 경화하여 금속간 시일을 형성하는 것은 경화되지 않은 2개의 금속 부재들 사이의 유체 유동 장치 시일에 비해 이점을 갖는다는 것을 알았다. 예컨대, 금속 부재들 중 한쪽 또는 양쪽을 경화하면 유체 유동 장치에 사용될 수 있는 재료의 융통성을 높일 수 있다. 예컨대, 유체 유동 장치(12)가 스테인레스강으로 제조되는 경화되지 않은 클램핑 부재들을 포함하면, 시일 부재는 클램핑 부재들과 시일 부재 사이에 경도차를 제공하도록 어닐링된 스테인레스강 또는 니켈 등의 보다 연성인 재료로 제조될 수 있다. 어닐링된 스테인레스강은 일부의 경우에는 어닐링되지 않은 스테인레스강보다 작업하기에 더 어려울 수 있고, 니켈은 가혹한 환경에서 스테인레스강보다 부식에 더 민감할 수 있다. 클램핑 부재(16, 18)가 경화된 결합부(10)를 포함하는 경우에, 시일 부재(14)는 스테인레스강 등의 보다 경성인 재료로 제조될 수 있고, 여전히 충분한 경도차를 갖고 있어 양호한 시일을 형성한다. 예컨대, 클램핑 부재(16, 18)는 스테인레스강으로 제조되어 하나 이상의 경화된 결합부(10)를 형성하도록 처리될 수 있고, 시일 부재는 316 스테인레스강 등의 스테인레스강으로 제조될 수 있다. 경화된 결합부(10)와 스테인레스강 사이의 경도차는 경화된 결합부(10)와 시일 부재 사이의 시일을 용이하게 한다. 다른 예에 따르면, 클램핑 부재는 스테인레스강으로 제조되고 시일 부재는 경화된 결합부 또는 결합부들을 포함할 수 있다.

경화된 결합부(10)와 스테인레스강 부재의 경도차는 어닐링되지 않은 스테인레스강과 어닐링된 스테인레스강 또는 니켈 사이의 경도차보다 크다. 그 결과, 경화된 결합부(10)가 포함된다면 누출율이 보다 낮은 시일이 형성될 수 있다. 예컨대, 저온 탄화 공정을 이용하여 경화되는 스테인레스강 표면과 경화된 결합부(10) 사이에 형성된 시일은 스테인레스강과 니켈 사이에 형성된 시일보다 훨씬 더 효율적으로 가벼운 가스를 밀봉할 수 있는데, 그 이유는 경도차가 크기 때문이다. 가벼운 가스의 예로는 수소 및 헬륨이 있다. 저온 탄화 공정을 이용하여 경화되는 스테인레스강 표면과 경화된 결합부(10) 사이에 형성된 시일은 누출율이 1 std cc/hr인 상태로 1000 psi, 심지어는 5000 psi보다 큰 압력에서 가벼운 가스를 수용하는 데에 효과적일 수 있다.

도 8 내지 도 11은 경화된 결합부를 포함할 수 있는 유체 유동 장치(12)의 예를 도시하고 있다. 미국 특허 제3,521,910호와 제6,685,234호(이하, "'234 특허")는 시일 부재의 양면을 밀봉하는 단부가 있는 한쌍의 글랜드를 포함하는 커플링 조립체를 개시하고 있다. 미국 특허 제3,521,910호와 제6,685,234호는 본 명세서에 참조로 합체된다. 도 8은 '234 특허의 도 1에 도시된 커플링(30)을 경화된 결합부(10)를 포함하도록 수정한 상태로 도시하고 있다. 커플링(30)은 제1 글랜드(32)와 제2 글랜드(34) 또는 커플링 부재들 및 시일 부재(36) 또는 가스켓을 포함한다. 글랜드는 시일 부재(36)의 단부면(42, 44)과 밀봉 결합하게 되는 밀봉면(38, 40)을 포함한다. 각 밀봉면은 바람직하게는 시일 부재(36)와 맞물리도록 축방향 외측으로 연장되는 연속적인 원주 비드(46)를 포함한다. 각 비드(46)는 경 화된 결합부(10)를 형성하도록 경화된다. 한쌍의 커플링 너트(50)는 글랜드들을 시일 부재(36)와의 밀봉 맞물림 상태로 가압하도록 나사식으로 맞물리거나 그렇지 않으면 결합될 수 있다. 커플링의 보다 상세한 내용은 '234 특허에서 얻을 수 있다. 바람직한 일실시예에 있어서, 시일 부재(36)와 글랜드(32, 34)는 스테인레스강으로 제조되고 비드(46)는 저온 탄화 공정을 이용하여 경화된다. 비드(46)는 금속 와셔로 만입되어 소성 변형시킴으로써 시일을 형성한다. 일실시예에 있어서, 경화된 비드(46)는 글랜드보다는 시일 부재(36)에 마련되고 글랜드는 경화되지 않는다. 다른 실시예에 있어서, 비드(46)와 접촉하는 글랜드 또는 시일 부재의 표면 또는 접촉부는 경화되고 비드는 경화되지 않는다. 따라서, 경화된 표면은 비드(46)를 압착하여 소성 변형시키고 시일을 형성한다.

미국 특허 제4,687,017호(이하, "'017 특허")는 벨로우즈 밸브를 개시하고 있다. 미국 특허 제4,687,017호는 본 명세서에 참조로 전체가 합체된다. 도 9는 '017 특허의 도 3에 도시된 벨로우즈 밸브의 시일 구성을 경화된 결합부(10)를 포함하도록 수정하여 도시하고 있다. 벨로우즈 밸브(60)는 밸브 본체(62)와, 밸브 보넷(64)과, 벨로우즈(68)가 부착되어 있는 폐쇄 부재(66)를 포함한다. 밸브 보넷(64)은 밸브 본체(62)로부터 외측을 향해 연장되어 유지 부재(67)에 의해 유지된다. 바람직한 실시예에 있어서, 밸브 본체(62), 밸브 보넷(64), 폐쇄 부재(66) 및 벨로우즈(68)는 스테인레스강으로 구성된다. 바람직한 실시예에 있어서, 벨로우즈(68)는 선택적인 축방향 이동에 적합하도록 주름이 잡히거나 절곡되어 있다. 폐쇄 부재(66)는 밸브 챔버의 개방 단부(72) 위에 놓이거나 그 개방 단부를 폐쇄하도 록 구성된 직경 확장 플랜지(70)를 포함한다. 보다 구체적으로, 직경 확장 플랜지는 챔버의 개방 단부(72) 근처에서 밸브 본체(62)와 밀봉 결합하도록 되어 있다.

개방 단부(72)에서 플랜지(70)와 밸브 본체(62) 사이의 밀봉 구성은 비드 시일 장치를 이용하여 제공된다. 바람직하게는, 직경 확장 플랜지(70)의 하부면 상에 연속적인 곡선형 또는 아치형 환형 비드(74)가 마련된다. 바람직한 실시예에 있어서, 폐쇄 부재(66)는 스테인레스강으로 제조되고 비드(74)는 저온 탄화 등의 공정에 의해 경화되어 경화된 결합부(10)를 형성한다. 비드(74)는 밸브 챔버의 개방 단부(72)에 대해 원주 방향으로 둘러싸는 관계로 밸브 본체(62) 상에 형성된 거의 면형인 숄더(76)와 상대 결합하도록 구성될 수 있다. 경화된 비드(74)는 면형 숄더(76)로 만입되어 소성 변형시킴으로써 밸브 챔버의 개방 단부 둘레에 유밀식 시일을 제공한다. 이에 의해, 가벼운 가스 등의 압축 유체가 밸브 챔버 내에 구속되어 밸브 챔버로부터의 누출이 억제된다. 알 수 있는 바와 같이, 비드 시일의 방위는 아치형 비드를 밸브 본체 상에 배치하고 관련된 면형 표면을 폐쇄 부재에 구비함으로써 반대로 할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 밸브 본체이던지 폐쇄 부재 상의 비드와 접촉하는 면형 표면은 경화되고 비드가 경화되지 않을 수 있다. 따라서, 면형 표면이 비드를 압착하고 소성 변형시킴으로써 시일을 형성한다. 도 9에 도시된 밸브의 추가적인 상세 내용은 '017 특허를 참조함으로써 얻을 수 있다.

미국 특허 제6,189,861호(이하, "'861 특허")는 다이어프램 밸브를 개시하고 있다. 미국 특허 제6,189,861호는 본 명세서에 참조로 그 전체가 합체된다. 도 10은 '861 특허의 도 5B에 도시된 다이어프램 밸브의 시일 구성을 하나 이상의 경 화된 결합부(10)를 포함하도록 수정하여 도시하고 있다. 다이어프램 밸브(80)는 밸브 본체(82)와, 다이어프램 장치(84)와, 보넷(86)을 포함한다. 다이어프램 장치는 단일의 다이어프램을 포함하거나 도 10에 도시된 바와 같이 다수의 다이어프램을 포함할 수 있다. 밸브 본체(82)는 원주 방향으로 상승된 플랜지 또는 칼라(90)를 포함한다.

도 10은 플랜지 또는 칼라(90), 다이어프램 장치(84) 및 보넷(86)의 하부 클램핑 가장자리부 사이의 관계를 도시하고 있다. 다이어프램(84)은 칼라(90)의 상부 면형 표면(90a) 상의 적소에 도시되어 있다. 다이어프램(84)에는 볼록한 중앙 섹션과, 거의 면형이고 반경 방향으로 연장되는 주변 가장자리 섹션(84a)이 마련되어 있다. 보넷(86)은 윤곽을 이루는 하부 주변면을 가질 수 있는데, 이 하부 주변면은 코너(86c)에서 종결되는 원통형 벽(86b)에 의해 둘러싸이는 플랫(86a)을 포함한다. 일실시예에 있어서, 보넷(86)의 플랫(86a), 벽(86b) 및/또는 코너(86c)가 경화된다. 보넷(86)이 도 10에 도시된 바와 같이 클램핑 결합 상태로 되면, 플랫(86a)은 도시된 바와 같이 다이어프램 조립체(84)의 상부면을 클램핑한다. 코너(86c)는 다이어프램(84)의 외주부를 하방으로 편향 및 만곡시켜 칼라(90)의 코너(92) 위에 높은 밀봉 압력을 생성한다. 바람직한 실시예에 있어서, 코너(92)는 경화된 결합부(10)를 형성하도록 경화될 수 있다. 다른 바람직한 실시예에 있어서, 밸브 본체(82)와 보넷(86)은 스테인레스강으로 제조되고 코너(92)는 저온 탄화 공정을 이용하여 경화된다. 다른 실시예에 있어서, 다이어프램이 경화되고 밸브 본체(82) 및 보넷(86)이 경화되지 않음으로써 다이어프램이 밸브 본체 및/또는 보 넷(86)을 소성 변형시켜 시일을 형성한다.

클램핑 순서는 다음과 같다. 보넷이 초기 클램핑 결합 상태로 되면, 코넷(86c)은 다이어프램의 외주부(84a)를 하방으로 칼라(90)의 코너(92) 위에서 편향 및 만곡시킨다. 이어서, 플랫(86a)은 다이어프램(84)의 상부면을 칼라(90)의 상부 면형 표면(90a)에 대해 클램핑하는 것을 시작한다. 바람직한 실시예에 있어서, 칼라(90)는 경화되어 실질적으로 다이어프램(84)보다 경도가 높고, 다이어프램은, 예컨대 Elgiloy, 316 스테인레스강 및 Inc X 750으로 제조될 수 있다. 코너(86c)는 다이어프램(84)의 외주부(84a)에 계속 작용하여 다이어프램(84)을 만곡시키고 코너(92) 둘레에서 클램핑한다. 이 마무리 절차 중에 가해지는 힘은 일차 본체 시일을 그 사이에 형성하도록 다이어프램(84)을 경화된 코너(92)에 대해 소성 변형시키거나 구부러지게 하는 데에 충분하다. 도 10 도시된 밸브의 추가적인 상세 내용은 '861 특허를 참조함으로써 얻을 수 있다.

미국 특허 제4,684,106호(이하, "'106 특허")는 다이어프램 밸브를 개시하고 있다. 미국 특허 제4,684,106호는 본 명세서에 참조로 그 전체가 합체된다. 도 11은 '106 특허의 도 2에 도시된 다이어프램 밸브의 시일 구성을 하나 이상의 경화된 결합부(10)를 포함하도록 수정하여 도시하고 있다. 다이어프램 밸브(100)는 금속 밸브 본체(102)와, 금속 다이어프램(104)과, 보넷(106)을 포함할 수 있다. 도 11은 다이어프램(104)이 사이에서 축방향으로 클램핑되는 보넷(106)과 본체(102)의 확장 주변 가장자리부를 도시하고 있다. 밸브 본체(102)와 보넷(106)은 소정 간격을 두고 대향되며 평탄하고 평행한 원주 영역(116, 118)을 포함할 수 있는데, 이들 원주 영역 사이에서 다이어프램(104)의 내부 또는 일차 원주 영역은 내부 원주 영역에 걸쳐 축방향으로 클램핑될 수 있다. 보넷 너트(도시 생략)를 조이면 클램핑 표면(116, 118)이 서로를 향해 이동하여 다이어프램(104)을 그 사이에서 압착한다.

밸브 본체(102)와 보넷(106)은 또한 일차 클램핑 표면(116, 118)으로부터 축방향 및 반경 방향으로 소정 간격을 두고 있는 평탄하고 평행한 이차 클램핑 표면(120, 122)을 포함할 수 있다. 일차 클램핑 표면(116, 118)은 비교적 날카로운 코너(124, 126)에 의해 이차 클램핑 표면(120, 122)으로부터 분리될 수 있고, 그 코너를 가로질러 다이어프램(104)이 축방향으로 만곡된다. 바람직한 실시예에 있어서, 코너(124, 126)는 경화되어 보다 연성인 금속 다이어프램을 소성 변형시켜 시일을 형성한다. 코너(124, 126) 사이의 축방향 간격은 다이어프램(104)의 통상의 축방향 두께보다 작고 클램핑 표면(116, 118) 사이의 축방향 간격보다 작다. 그 결과, 코너(124, 126)는 다이어프램(104)의 양 표면에 대해 우수한 시일을 제공한다. 본체(102)의 이차 클램핑 표면(120)으로부터 축방향으로 외주 플랜지(130)가 연장되어 밸브의 처리 및 조립 중에 내부 또는 일차 클램핑 표면(116)을 충격 및 다른 손상에 대해 보호한다. 플랜지(130)의 축방향 돌출은 일차 클램핑 표면(116) 및 이차 클램핑 표면(120) 사이의 축방향 간격보다 실질적으로 클 수 있다. 보호 플랜지(130)의 바로 대향측에서, 보넷 부재(106)에는 다이어프램(104)의 종결 단부(136)를 자유롭고 클램핑되지 않은 상태로 수용하기 위한 확장 오목부(134)가 마련될 수 있다. 이차 코너(142, 144)는 코너(124, 126) 사이의 축방향 간격보다 실질적으로 작은 거리를 두고 서로 축방향으로 떨어져 있을 수 있어, 다 이어프램(104)의 외단부(136)는 코너(124, 126) 사이에서의 축방향 변형보다 큰 정도로 축방향으로 변형된다. 바람직한 실시예에 있어서, 코너(124, 126, 142, 144)는 다이어프램보다 경도가 커서 다이어프램을 소성 변형시킴으로써 일차 및 이차 시일을 제공한다. 다른 실시예에 있어서, 다이어프램(104)이 경화되고 코너(124, 126, 142, 144)가 경화되지 않음으로써 다이어프램이 코너를 소성 변형시켜 시일을 형성한다.

본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였다. 본 명세서를 읽고 이해하면 수정 및 변경이 있을 수 있다. 그러한 수정 및 변경이 첨부된 청구범위 및 그 등가물의 범위 내에 있는 한 그러한 모든 수정 및 변경을 포함하는 것으로 간주된다.

Claims

거의 환형의 금속 밀봉 가스켓과,

상기 금속 밀봉 가스켓의 양측에 조립되어 금속 밀봉 가스켓에 하중을 가하는 제1 금속 커플링 부재 및 제2 금속 커플링 부재와,

상기 금속 밀봉 가스켓, 제1 금속 커플링 부재 및 제2 금속 커플링 부재 중 하나 이상에 포함되어 금속 밀봉 가스켓, 제1 금속 커플링 부재 및 제2 금속 커플링 부재 중 하나 이상에 만입되어 소성 변형시킴으로써 그 사이에 시일을 형성하는 거의 환형의 경화된 밀봉 비드

를 포함하는 유체 커플링.
제1항에 있어서, 유체 커플링을 통과하는 유체는 제1 금속 커플링 부재와, 제2 금속 커플링 부재 및 금속 밀봉 가스켓과 접촉하는 것인 유체 커플링.
제1항에 있어서, 상기 경화된 밀봉 비드는 제1 금속 커플링 부재에 포함되고, 상기 경화된 밀봉 비드는 금속 밀봉 가스켓에 만입되어 시일을 형성하는 것인 유체 커플링.
제3항에 있어서, 상기 경화된 밀봉 비드는 카바이드 석출물을 형성하지 않으면서 경화된 표면을 생성하도록 저온 탄화 공정을 이용하여 경화되는 것인 유체 커 플링.
제1항에 있어서, 상기 경화된 밀봉 비드는 금속 밀봉 가스켓에 포함되고, 경화된 밀봉 비드는 제1 금속 커플링 부재에 만입되어 시일을 형성하는 것인 유체 커플링.
제5항에 있어서, 상기 환형의 경화된 밀봉 비드는 카바이드 석출물을 형성하지 않으면서 경화된 표면을 생성하도록 저온 탄화 공정을 이용하여 경화되는 것인 유체 커플링.
제1항에 있어서, 거의 환형의 제2 경화된 밀봉 비드를 더 구비하고, 제1 및 제2 금속 커플링 부재에는 서로를 향해 축방향으로 연장되는 경화된 밀봉 비드를 포함하는 대향된 반경 방향 단부면이 있으며, 상기 경화된 밀봉 비드는 금속 밀봉 가스켓의 양면 영역에 만입하여 소성 변형시킴으로써 시일을 형성하는 것인 유체 커플링.
제1항에 있어서, 상기 금속 밀봉 가스켓은 어닐링되지 않은 스테인레스강으로 제조되는 것인 유체 커플링.
제1항에 있어서, 상기 제1 금속 커플링 부재와, 제2 금속 커플링 부재 및 금 속 밀봉 가스켓은 스테인레스강으로 제조되는 것인 유체 커플링.
제1항에 있어서, 상기 제1 금속 커플링 부재와, 제2 금속 커플링 부재 및 금속 밀봉 가스켓은 스테인레스강으로 제조되고, 경화된 밀봉 비드는 확산계 표면 처리 공정을 이용하여 경화되는 것인 유체 커플링.
제10항에 있어서, 상기 확산계 표면 처리 공정은 카바이드 석출물을 형성하지 않으면서 경화된 표면을 생성하는 저온 탄화 공정인 것인 유체 커플링.
제1항에 있어서, 상기 시일은 누출율이 1 std. cc/hr 이하인 상태로 1000 psi보다 큰 압력에서 가벼운 가스를 수용하기에 효과적인 것인 유체 커플링.
제1항에 있어서, 상기 시일은 누출율이 1 std. cc/hr 이하인 상태로 5000 psi보다 큰 압력에서 가벼운 가스를 수용하기에 효과적인 것인 유체 커플링.
벨로우즈 밸브로서,

유입로 및 유출로와, 이 유입로와 유출로 사이에 배치되는 밸브 시트가 있는 금속 밸브 본체와,

상기 밸브 본체에 수용되고 상기 밸브 시트와 선택적으로 밀봉 결합하도록 되어 있는 밸브 스템과,

상기 밸브 스템에 밀봉 연결되는 제1 단부와, 제2 단부가 있는 벨로우즈와,

관통하는 밸브 스템을 수용하도록 되어 있고, 상기 벨로우즈의 제2 단부에 밀봉 연결되는 금속 폐쇄 부재와,

보넷 부재와,

상기 밸브 본체와 폐쇄 부재 중 하나로부터 축방향으로 외측을 향해 연장되고 상기 밸브 본체와 폐쇄 부재 중 다른 하나에 배치된 거의 면형의 표면에 만입되어 소성 변형시킴으로써 그 사이에 시일을 형성하는 거의 원주 방향으로 연속적인 경화된 비드

를 포함하고, 상기 보넷 부재와 금속 밸브 본체는 이 금속 밸브 본체와 보넷 부재에 의해 하중이 폐쇄 부재에 가해지도록 금속 폐쇄 부재의 양측에 조립되는 것인 벨로우즈 밸브.
제14항에 있어서, 상기 경화된 비드는 금속 폐쇄 부재 상에 배치되고 밸브 본체에 만입되어 시일을 형성하는 것인 벨로우즈 밸브.
제14항에 있어서, 상기 경화된 비드는 밸브 본체 상에 배치되고 금속 폐쇄 부재에 만입되어 시일을 형성하는 것인 벨로우즈 밸브.
제14항에 있어서, 상기 경화된 비드는 카바이드 석출물을 형성하지 않으면서 경화된 표면을 생성하도록 저온 탄화 공정을 이용하여 경화되는 것인 벨로우즈 밸 브.
제14항에 있어서, 상기 경화된 비드는 스테인레스강으로 제조되고 확산계 표면 처리 공정을 이용하여 경화되는 것인 벨로우즈 밸브.
제14항에 있어서, 상기 보넷, 밸브 본체, 폐쇄 부재 및 벨로우즈는 스테인레스강으로 제조되는 것인 벨로우즈 밸브.
제14항에 있어서, 상기 시일은 누출율이 1 std. cc/hr 이하인 상태로 1000 psi보다 큰 압력에서 가벼운 가스를 수용하기에 효과적인 것인 벨로우즈 밸브.
제14항에 있어서, 상기 시일은 누출율이 1 std. cc/hr 이하인 상태로 5000 psi보다 큰 압력에서 가벼운 가스를 수용하기에 효과적인 것인 벨로우즈 밸브.
다이어프램 밸브로서,

밸브 본체 및 보넷 부재와,

하나 이상의 다이어프램을 포함하는 금속 다이어프램 장치와,

상기 금속 다이어프램 장치, 보넷 부재 및 밸브 본체 중 하나 이상에 각각의 외주부 근처에서 포함되는 경화된 결합부

를 구비하고, 상기 보넷 부재와 밸브 본체는 이 보넷 부재와 밸브 본체에 의 해 하중이 금속 다이어프램 장치에 가해지도록 금속 다이어프램 장치의 양측에 조립되며, 상기 경화된 결합부는 금속 다이어프램 장치, 보넷 부재 및 밸브 본체 중 하나 이상과 맞물려 소성 변형시킴으로써 그 사이에 시일을 형성하는 것인 다이어프램 밸브.
제22항에 있어서, 상기 금속 다이어프램은 복수 개의 다이어프램을 적층된 배치로 포함하는 것인 다이어프램 밸브.
제22항에 있어서, 상기 경화된 결합부는 다이어프램 장치와 맞물리는 보넷의 환형 가장자리를 포함하는 것인 다이어프램 밸브.
제22항에 있어서, 상기 밸브 본체와 보넷 부재는 각 외주부 근처에 거의 평탄한 표면을 각각 포함하고, 상기 거의 평탄한 표면 중 하나 이상은 그 외측 코너 근처에 있으며, 다이어프램 조립체는 거의 평탄한 부분들 사이에서 클램핑되고, 다이어프램 조립체는 코너 위에서 만곡하여 코너에서 밀봉하는 외주부를 거의 평탄한 표면 근처에 포함하는 것인 다이어프램 밸브.
제25항에 있어서, 상기 경화된 결합부는 코너를 포함하는 것인 다이어프램 밸브.
제22항에 있어서, 상기 경화된 결합부는 카바이드 석출물을 형성하지 않으면서 경화된 표면을 생성하도록 저온 탄화 공정을 이용하여 경화되는 것인 다이어프램 밸브.
제22항에 있어서, 상기 보넷, 밸브 본체 및 다이어프램 장치는 스테인레스강으로 제조되는 것인 다이어프램 밸브.
제22항에 있어서, 상기 경화된 결합부는 스테인레스강으로 제조되고, 확산계 표면 처리 공정을 이용하여 경화되는 것인 다이어프램 밸브.