KR100226333B1 - 밀봉 링 - Google Patents

Abstract

밀봉 링 측면에 형성된 오일 홈은 밀봉 링 측면과 환형 홈 측면사이에서 상대 미끄럼 운동이 향상되도록 개선된다. 오일 홈은 원통형 내면의 측면으로 개구되며, 쇄기 효과로 생기는 원주 경사면이 축의 환형 홈 측면에서 상대적으로 미끄러지도록 접촉되는 밀봉 링의 측면에 형성된다.

Description

밀봉 링

본 발명은 다양한 유압 및 공기압 장비의 축을 밀봉하는 밀봉 링에 관한 것으로 특히, 차량을 자동 변속하는 경우와 축을 밀봉하는데 적합한 밀봉 링에 관한 것이다.

제1도 및 제2도에 도시된 바와 같이, 밀봉 링(5)은 그곳에 의해 홈(4)들 사이의 오일 경로까지 공급된 유압 오일(3)을 밀봉하는 경우에 원통형 내면(6)과 미끄러지게 접촉되는 원통형 외면(5')상의 한쌍의 절연된 환형 홈에 배치된다.

밀봉링(5)의 원통형 외면(5')은 제2도에 도시된 바와 같은 유압 압력에 의한 케이스 2 의 원통형 내면(6)에 대해 프레스되고, 밀봉 링(5)은 환형 홈(4)의 측면(4a)과 밀봉 링 측면(7) 사이에서 미끄럼 운동을 한다. 상기와 같은 운동을 하는데 있어서는, 밀봉 링은 보다 작은 마찰 손실을 가져야 하며, 내구성을 유지하려면 우수한 오일 밀봉 능력이 있어야 한다.

제2도에 도시된 바와 같은 우수한 밀봉 상태를 나타내기 위해서는, 밀봉 링의 측면(7)과 축(1)의 환형 홈(4) 측면(4a) 사이의 마찰력은 케이스(2)의 원통형 내면(6)과 밀봉 링의 원통형 외면(5') 사이의 마찰력보다 항상 작아야 한다.

밀봉 링의 측면(7)과 축(1)의 환형 홈(4) 측면(4a) 사이의 마찰력이 향상되고 밀봉 링(5)이 원통형 외면(5')과 케이스(2)의 원통 내면(6) 사이에서 미끄러지기 시작할 때, 밀봉 링의 원통형 외면의 마모는 증가되고, 갭의 틈새가 커지게 되어, 누출이 증대되서 밀봉력이 저감된다. 또한, 각 미끄러짐부의 마찰 손실이 커지게 되면, 마모현상 이외에 마찰열의 누적 발생으로 인하여 급속한 시스템 정지를 유발시킨다.

최근에는, 연료 소비를 절감하는 측면에서 자동 변속기를 부드럽게 하는 큰 진보가 있었고, 공융 혼합물에 가까운 규소를 포함하는 알루미늄 합금 주형이 케이스 및 축 부재로서 사용된다. 상기 알루미늄 합금은 보다 덜 경하고 과거에 사용된 철 부재를 주조하는데 비교가 될만큼 내구성이 있다. 주형 알루미늄 합금은 구성 요소의 분리 및 냉각 속도의 영향으로 인하여 그 구조가 불균일하게 되는 경향이 있다는 문제점이 있다. 따라서, 상기 구조상의 문제점으로 인하여 공융 규소가 존재하지 못한다. 게다가, 환형 홈을 절단하는데 있어서, 주형 알루미늄 합금은 절단 조건과 홀더의 기계적 강도 및, 절단 공구의 엣지 형상에 따라 홈의 측면이 찢어지거나 그와 유사한 현상이 발생된다. 미끄럼 면의 마모와 정지 및 밀봉력의 저감은 경도가 낮고, 그 구조가 불균일하며, 표면 조건이 나쁜 미끄럼 면에 종래의 밀봉 링을 적용한 경우에 발생된다. 따라서, 밀봉 링의 재료 특성과 그 형태에 관하여 다시 검토할 필요성이 제기된다.

밀봉 링의 측면 마모를 줄이기 위한 많은 제안이 있어왔다. 일본 실용 신안 공개 공보 제 3-88062 호(1991)에서는, 합성 수지로 된 직사각형 단면을 갖는 밀봉 링의 측면과 원통형 외부면의 측면상에 스크루 같은 노치(notch)와 빗 모양의 포켓을 제공하는 것이 공지된다. 그러나, 노치와 포켓으로 미끄럼부에 오일을 도입하게 되지만, 노치를 제공함에 의해서만은 오일막이 미끄럼 표면에 형성되지 않는다. 게다가, 회전 방향이 밀봉 링을 조립하는 방향뿐만 아니라 잘못된 조립 방향으로 회전이 될 때는, 펌핑 효과가 나타난다는 것이다. 빗 형태의 포켓의 경우에, 회전 효과에 영향을 받지 않는다고 하지만, 오일 막의 형성은 충분하지 않다. 즉, 미끄럼 표면에 오일 막의 충분한 형성은 지금까지의 제안으로는 이루어지지 않는다. 게다가, 원통형 외면과 측면의 마찰력의 균형은 깨지게 되고, 밀봉 링은 그것의 외부에 경사진 측면에서 케이스 부재에 고정되거나, 밀봉 링의 측면에서 축 부재에 고정된다. 또한, 밀봉 링의 갭에 대하여 고려를 하지 않음으로 인하여, 갭이 축 부재 또는 케이스 부재에 강하게 접촉하게 됨으로 해서 마모와 정지(seize)가 발생된다.

따라서 일본 실용 신안 공개 공보 제 4-84864 호(1992)에서는, 수지로 된 직사각형 단면의 밀봉 링 측면에 윤활제 오일을 저장하기 위한 포켓이 공지된다. 그러나, 포켓이 형성된다고 해도, 밀봉 링이 측면으로 오일이 이끌리지 않는다. 미끄러짐에 의해서 밀봉 링의 측면에 오일 막의 압력이 발생된다고 해도, 오일 막의 압력에 의해 떠오르게 되는 밀봉 링의 원통형 내면의 이동은 밀봉 링의 원통형 외면이 떠오르기 때문에 방해를 받는다. 따라서, 마찰 손실은 감소되지 않고, 마모 및 정지가 여전히 발생되는 경향이 있으므로 장시간 동안의 밀봉 효과를 유지하는 것이 어렵게 된다.

따라서, 일본 실용 신안 공개 공보 제 6-18764 호(1994)에서는, 밀봉 링 측면의 내부와 외부의 경사진 측면 중 일측면으로부터 밀봉 링 측면의 경사진 방향을 따른 대향측까지를 관통하지 않는 윤활 홈이 공지된다. 그러나, 윤활 홈이 제공된다고 해도 충분한 오일 막이 형성될 수 없다.

그 이유는 윤활 홈과 오목부는 밀봉 링의 갭 구조를 가지고 있으므로, 그것을 향상시킬 필요성이 대두되기 때문이다. 따라서, 일본 실용 신안 공개 공보 제 6-45172 호(1994)에서는, 단부가 경사지게 절단되고 경사지게 절단된 단부 표면을 횡단하는 복수의 윤활성 오목홈이 밀봉 링의 측면상에 형성된 것이 공지된다. 그러나, 상기의 것도 또한 장시간 동안 밀봉력을 유지하는데는 어려움이 많다.

상기의 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 홈의 측면과 접촉된 밀봉 링의 측면상에 경사진 방향에 있는 오일 홈까지 계속되는 오목부와 복수의 오일 홈을 분리되게 제공한다.

상기 수단을 채택함으로서, 축의 링 홈 밑바닥으로 들어가는 유압 오일은 오일 홈으로 들어가서 오목부를 채우고, 밀봉 링이 축을 따라 상대 미끄럼 운동을 할 때 밀봉 링의 측면과 링 홈의 측면 사이에서 오일 막이 형성되고, 링 홈과 밀봉 링 사이의 상대 미끄러짐은 오일 막의 압력에 의해 발생된 부력에 의해 가속된다. 이때, 오목부는 면을 발생시키고 오일 막을 발생시키는 쇄기 효과와 같이 기능한다.

본 발명에 따르면, 상대적으로 회전되는 케이스와 축을 밀봉하는 밀봉 링이 제공되며, 상기 밀봉 링은 축의 원통형 내면의 측면방향으로 개구되며, 면을 발생시키는 쇄기 효과와 같은 경사 오목부는 경사진 방향으로 오일 홈의 양 측면까지 확장되고 홈에 연결된다.

상기의 구조를 갖는 밀봉 링의 작동에 관해서 이하 후술한다. 환형 홈 측면과 마주된 밀봉 링 양 측면은 쇄기 효과가 경사진 방향으로 배치된 오일 홈의 양 측면상에 있는 밀봉 링의 측면과 연결된 경사진 표면을 발생시키는 것과 같이 오목부와 원통형 내면의 측면에 오직 개구된 북수의 오일 홈과 같이 배열된다. 따라서, 유압 오일은 밀봉 링의 원통형 내면에 개구된 오일 홈으로 들어가고, 오일 막은 오일 막의 압력이 발생되게 밀봉 링의 경사 표면에서 발생되는 쇄기 효과에 의해 경사면에 형성되며, 밀봉 링상에 있는 유압 오일 압력에 의해 발생된 로드(load)는 오일 막의 압력에 의해 발생된 부력에 의해 감소되고, 오일 막은 마착 계수를 감소시키기 위해 환형 홈과 밀봉 링의 측면상에 형성된다.

밀봉 링의 측면과 환형 홈 사이의 마찰력은 환형 홈에 대한 밀봉 링의 측면을 눌러주는 로드를 감소시킨 효과와 마찰 계수를 감소시킨 효과에 의해 많이 감소된다. 게다가, 밀봉 링과 환형홈 사이의 오일 막이 오일 막의 압력과 밀봉 링의 측면 형태에 의해서 밀봉 링의 원통형 내면의 축면에서와 비교하면 원통형 외면의 측면에서 얇아지기 때문에, 측면의 오일 밀봉력이 향상된다.

쇄기 효과에 의해 갭 부분의 유압 압력에 의해 발생된 부력으로 인해 환형홈에 강하게 접촉됨으로서 갭 단부 표면에 횡성되는 것을 막을 수 있고, 갭 부분에서 발생 가능한 마찰 손실과 마모가 환형 홈과 마주보는 측면에 경사면을 만드는 쇄기 효과로 인해서 감소된다.

측면에서의 마찰력은 상기에 기술된 바와 같이 밀봉 링의 원통형 외면에서보다 항상 작게 되어, 케이스는 밀봉 링의 원통형 외면을 따라 미끄러지지 않게 되어, 우수한 밀봉력이 장시간 동안 유지될 수 있다. 또한, 밀봉 링의 양 측면을 동일한 돌출 방법의 형태로 함으로써 밀봉 링 조립시 발생할 수 있는 잘못된 조립을 방지할 수 있다.

싱기 기술된 본 발명의 장점과 다른 장점은 후술되는 명세서와 첨부된 도면에 의해서 보다 명확해질 수 있을 것이다.

제1도는 유압 장비에 밀봉 링이 사용된 일반적인 상태에 있어서의 주요 구조를 나타낸 단면도.

제2도는 직각 단면부를 갖는 종래 밀봉 링 주요부의 단면도.

제3도는 오일 홈과 쇄기 효과로 생긴 면을 갖는 오목부가 어떻게 측면에 형성되는가를 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 다이어그램.

제4도는 제3도에 도시된 밀봉 링에서 IV-IV 선을 따라 취한 상태의 주요 부분을 나타낸 단면도.

제5도는 제3도에서 V-V 선을 따라 취한 상태에서 밀봉 링의 측면에 형성된 오목부와 오일 홈 및 면을 만드는 쇄기 효과를 나타낸 다이어그램.

제6도는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀봉 링의 갭에서 쇄기 효과를 발생시키는 오일 홈이 없는 상태를 나타낸 다이어그램

제7도는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀봉 링의 갭에서 쇄기 효과 발생 면을 나타낸 다이어그램

제8도는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀봉 링의 갭에서 쇄기 효과 발생 면을 나타낸 다이어그램

제9도는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀봉 링의 갭에서 쇄기 효과 발생 면을 나타낸 다이어그램

제10a도 및 제10b도는 면을 발생시키는 쇄기 효과가 2단계로 형성되는 다른 실시예를 나타낸 것으로, 제10a도는 평면도, 제10b도는 제10a도에서 화살표 방향에서 본 주요부가 도시된 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 축 2 : 케이스

3 : 유압 오일 4 : 환형 홈

5 : 밀봉 링 5' : 원통형 외면

6 : 원통형 내면 7 : 밀봉 링 측면

9 : 오일 홈 10a, 10b, 10a', 10b' : 오목부

본 발명의 바람직한 실시예가 도면을 참조로 하여 이하에 기술된다. 본 발명의 일 실시예가 도시된 제3도, 제4도 및 제5도 에서는, 축(1)이 상대적으로 회전되도록 케이스(2) 안에 하우징된다. 한 쌍의 환형 홈(4)은 축(1)의 외주상에 형성되고, 밀봉 링의 주요 몸체(5a)가 유압 오일(3)을 밀봉하기 위해 위치된다.

배럴면(6b) 즉, 밀봉 링 주요 몸체(5a)의 원통형 외면은 유압 압력에 의해 케이스(2)의 원통형 내면을 향해 프레스된다. 또한, 밀봉 링 주요 몸체(5a)의 측면(7a)은 유압 압력에 의해 환형 홈(4)의 측면(4a)에 대해 프레스됨으로 해서 환형 홈(4) 측면(4a)에서 상대적으로 미끄러지게 된다.

본 실시예의 환형 홈 측면을 향한 밀봉 링 주요 몸체(5a)의 측면(7a)은 완곡한 방향으로 분리되게 배치되고, 완곡한 방향으로 오일 홈(9)의 양측상에 있는 밀봉 링 주요 몸체(5a)의 측면 (7a)과 연결된 경사면을 만드는 쇄기 효과에 의해 오목부로 방사방향으로 확장되고, 밀봉 링의 원통형 내면(8)까지 개구된 복수의 오일 홈(9)과 밀봉 링 주요 몸체(5a)의 측면(7a)으로 구성된다. 방사 방향의 오일 홈(9)의 치수는 밀봉 링이 축(1)에 장착되고 축(1)이 케이스(2) 안에 삽입된 상태에서는 축(1)의 원통형 외면(11)에서보다 원통형 내면의 측면상에 위치될 때 결정된다.

승용차 수준의 자동 변속기용 밀봉 링에서, 오일홈(9)의 깊이는 0.05㎜ 내지 0.5㎜이며, 폭은 0.1㎜ 내지 2㎜이다. 쇄기 효과 발생 면의 치수는 제5도에 도시된 바와 같이 길이(L)가 0.2㎜ 내지 2㎜이고, 깊이(H)가 5㎜ 내지 20㎛이다. 깊이가 일정할 때, 길이는 보다 크게 되고, 밀봉 링에 작동되는 부력은 쇄기 효과에 의해 발생된 오일 막에 의해 보다 커진다. 밀봉 링상에 제공된 오목부 숫자의 최적 영역 뿐만 아니라 깊이와 길이는 밀봉 링의 치수와 밀봉 링상에서 작동하는 유압 오일의 압력과 축의 환형 홈의 마무리 거칠기에 따라서 상술된 영역 사이에 놓이게 된다.

또한, 마찰 손실은 쇄기 효과 발생면이 제6도에 도시된 바와 같이 갭에 근접되게 오일 홈(9)과 오목부(10a,10b)를 배치함에 의해서 또는 쇄기 효과 발생 면이 제7도에 도시된 바와 같이 밀봉 링의 갭에 근접되게 함으로서 감소시킬 수 있다. 제7도에 도시된 경우에는 오일 홈이 필요하지 않지만, 쇄기효과로 생긴 면과 진동을 제거하기 위해서 갭에 의해 한정되는 단부면 사이의 연결부까지 테이퍼지게 하거나 둥근 홈을 파는 것이 가능하다. 밀봉 링이 제8도에서와 같은 형태의 갭을 가질 때, 갭을 한정하는 단부면을 따라 있는 쇄기 효과 발생 면이 형성되는 것이 가능하다.

오목부가 선대칭으로 배열될 때, 부력은 오일 막에 의해 발생된 유압 압력에 의해 밀봉 링에 일정하게 발생됨으로서, 단일의 측면 갭의 발생을 방지할 수 있고, 마찰 손실을 줄일 수 있으며, 우수한 밀봉이 되게 한다.

갭의 돌출부가 제9도에 도시된 바와 같이 원통형 내부 및 외부 측면에 서로 맞닿게 위치될 때, 오목부(10a, 10b)는 원통형 내면의 측면에 제공되는 쇄기 효과 발생 경사 면을 포함한다. 오목부(10a, 10b)의 최대 깊이는 갭의 엣지와 같게 된다.

도면에 도시된 바와 같이 밀봉 링의 양 측면이 평행한 경우일지라도, 작동 및 그 효과는 동일하고, 양 측면이 쇄기 상태일 때도 본 발명이 적용된다.

원통형 내면(8)과 밀봉 링의 주요 몸체(5a)의 측면(7a)들이 제4도에 도시된 바와 같이 직각으로 연결되면, 오일 홈(9)에의 응력 집중으로 인한 밀봉 링의 누출이 축소되어, 원통형 내면(8)이 굴곡진 면에 의해 또는 둥근 홈을 파줌에 의해 밀봉 링 주요 몸체 (5a)의 측면(7a)들에 연결됨으로서 오일홈(9)이 원통형 내면(8)에 직접 개구되지 않을 때, 오일 홈에 유압 오일을 보충하는 것이 쉽게 된다.

오일 홈(9)이 제5도에 도시된 바와 같이 직사각형 단면을 취하고 있지만, 반원형의 형태로 될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 쇄기 효과 발생 면이 단일의 평평한 면이지만, 만일 포물선 모양일지라도 그 효과는 동일하다. 더욱이, 제10a도 와 제 10b도 에 도시된 바와 같이 쇄기 효과 발생 면이 형성됨에 의해 밀봉 수행력이 향상되어, 원통형 내면 측면에서 밀봉 링에 적용되는 부력이 증가하도록, 원통형 내면의 측면에 있는 쇄기 효과 발생 면의 영역은 원통형 외면의 측면에 있는 쇄기 효과 발생 면의 영역보다 크게 된다. 오일 홈의 깊이를 방사 방향으로 동일하게 하고, 원통형 외면 측면상에 있는 쇄기 효과 발생 면이 원통형 내면 측면상에 있는 오목부(10a, 10b)의 그것보다 약간 앝게 될 때, 오목부(10a', 10b')(도 10a 및 도 10b의 도시됨)의 깊이가 결정된다. 원통형 외면 측면상에 있는 오목부(10a, 10b)의 방사형 외부 엣지는 축에 장착된 축(1)의 원통형 외면으로부터 방사상으로 안쪽에 위치된다.

오목부가 상기에 기술된 바와 같이 형성되어 있는 밀봉 링의 측면 형태가 단일 측면으로 된다 해도, 조립의 측면에서는 2개의 측면이 동일한 돌출 방법을 사용해야 한다.

또한, 밀봉 링이 수지 또는 금속으로 제조된다 해도 본 발명에 따른 작동과 효과는 동일하다. 밀봉 링 측명상에 있는 오목부는 사출 성형에 의해 다이로 손쉽게 제작이 가능하기 때문에, 본 발명에 따라 수지로 제조된 밀봉 링은 사출 성형에 의해 경제적으로 제작이 가능하다.

상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 밀봉 링은 밀봉 링의 상대 운동에 의해 미끄럼 면에 있는 오일 막을 흡수하고, 원통형 내면 측면까지 개구된 방사상으로 배치된 복수의 오일 홈에 의해 축 부재상의 오일 막을 흡수하며, 환형 홈 측면에 맞닿은 밀봉 링 측면상에 원주 방향으로 있는 홈의 양 측면상의 평면의 측면과 연결된 쇄기 효과 발생 경사면으로 구성된 오목부상의 오일막을 흡수한다. 유압 압력에 의해 밀봉 링에 작용된 로드는 오일 막 안에서 발생하는 유압 압력에 의해 생기는 부력에 의해 감소되고, 마찰 계수는 환형 홈과 밀봉 링 측면 사이에 오일 막을 형성시켜 감소시킬 수 있기 때문에, 밀봉 링과 환형 홈 사이의 마찰 손실이 감소될 수 있고, 마모의 발생과 시스템의 유해한 정지를 방지할 수 있다. 게다가, 오일 막이 밀봉 링의 원통형 외면의 측면상에서 얇게 되기 때문에, 밀봉력이 향상된다.

또한, 본 발명은 환형 홈에 강하게 접촉됨으로서 갭이 방지되고, 갭 부분에 의해 생기는 마찰 손실을 감소시킬 수 있으며, 밀봉 링의 갭 부분에 있는 환형 홈과 맞닿는 측면에 쇄기 효과로 발생된 경사 면이 제공되기 때문에 갭 부분에서 유압 압력에 의해 발생된 부력에 의해 마모와 시스템의 정지가 방지된다. 밀봉 링의 측면과 축 사이의 마찰력이 밀봉 링의 원통형 외면과 밀봉 링의 원통형 외면에서 미끄러지지 않는 케이스의 원통형 내면 사이의 마찰력보다 항상 작기 때문에, 갭의 틈새는 밀봉 링의 원통형 외면의 마모로 인해 커지지 않으며, 우수한 밀봉력이 오랜 시간동안 유지된다.

밀봉 링의 양 측면의 형태가 동일한 돌출 방법을 사용하기 때문에 밀봉 링의 조립시 오류가 발생되지 않는다.

본 발명의 바람직한 실시예들이 상기에 기술되었지만, 본 발명에 관한 분야의 숙련된 기술자들에게는 본 발명의 정신과 영역을 벗어남이 없이도 많은 개조와 변경이 가능하다.

본 발명은 자동 변속기를 가볍게 하는데 관련된 문제점을 해결하고, 종래 기술을 적용한 밀봉 링보다 마찰 손실이 감소되고 향상된 밀봉 능력을 갖는 밀봉 링을 제공하는데 있다.

Claims (6)

1. 축 및 그 축의 원통형 외면에 형성된 환형 홈안에 상대 회전가능하게 장착된 케이스를 밀봉하는 밀봉 링에 있어서, 원통형 내면의 측면으로 개구되고 환형 홈을 갖는 밀봉 링의 측면에 형성된 복수의 격리된 오일 홈과, 오일 홈에 연결되고 원주 방향으로 오일 홈의 양 측면으로 연장된 쇄기 효과(wedge effect)로 발생면인 경사 오목부를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉 링.
2. 제1항에 있어서, 밀봉 링의 원통형 외면이 케이스의 원통형 내면에 미끄러져 접촉될 때, 하나 이상의 오일 홈의 방사형 외부 엣지와 오목부는 축의 원통형 내면 안쪽에 방사상으로 위치된 것을 특징으로 하는 밀봉 링.
3. 제2항에 있어서, 상기 오목부는 오일 홈과 연결된 부분에서 최대 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 밀봉 링.
4. 제2항에 있어서, 상기 오목부는 갭의 엣지에 연결된 것을 특징으로 하는 밀봉 링.
5. 제2항에 있어서, 원주방향의 오목부의 길이는 그 최대 깊이보다 큰 것을 특징으로 하는 밀봉 링.
6. 제1항에 있어서, 상기 밀봉 링의 측면은 갭과 중심을 지나는 라인에 대해 대칭인 것을 특징으로 하는 밀봉 링.

Images