KR100279109B1

KR100279109B1 - 회전축 시일

Info

Publication number: KR100279109B1
Application number: KR1019940007437A
Authority: KR
Inventors: 오바타히로미; 다케다겐이치; 호소카와아츠시
Original assignee: 후지 하루노스케; 미츠비시 덴센 고교 가부시키가이샤
Priority date: 1993-04-09
Filing date: 1994-04-09
Publication date: 2001-03-02
Also published as: US5860656A

Abstract

회전축의 정지시에는 제1 시일 엘레멘트의 제1 시일립이 회전축에 탄성적으로 접촉하여 유체누출을 방지하고 있다. 또, 제2 시일 엘레멘트의 제2 시일립의 내주면에는 환상홈이 형성되어 있으므로, 각 홈 사이에 있어서 큰 접촉면압을 얻을 수 있고, 제1 시일 엘레멘트로부터 누출한 유체의 저압쪽으로의 누출이, 이 제2 시일 엘레멘트의 제2 시일립에 의하여 방지되어 있다.

또한, 회전축의 회전시에는 유체수납실로부터 유체가 회전축의 외주면과 제1 시일립의 내주면과의 사이에 침입하는 것이 허용되어 있으므로, 제1 시일립의 내주면은 유체에 의하여 윤활되어, 제1 시일립의 마모 및 발열이 방지된다.

Description

회전축 시일

제1도는 종래의 회전축 시일의 단면도.

제2도 a는 본 발명의 제1 실시예의 회전축 시일의 단면도, b는 제1 실시예의 제1 시일립의 침입허용형상의 1예의 확대단면도, c는 종래의 샤프 엣지 형상으로 형성된 제1 시일립의 형상의 확대단면도, d는 제1 실시예의 제1 시일립의 침입허용형상의 다른예의 확대단면도, e는 제1 실시예의 제1 시일립의 침입허용형상의 또 다른예의 확대단면도.

제3도는 제2도 a에 도시한 회전축 시일의 확대단면도.

제4도는 제1 실시예의 변형예의 회전축 시일의 단면도.

제5도는 본 발명의 제2 실시예의 회전축 시일의 단면도.

제6도는 제5도에 도시한 회전축 시일의 제1 시일 엘레멘트의 확대단면도.

제7도는 제5도에 도시한 회전축 시일의 제1 시일 엘레멘트의 확대단면도.

제8도는 본 발명의 제3 실시예의 회전축 시일의 단면도.

제9도는 제8도에 도시한 회전축 시일의 제2 시일 엘레멘트의 내주 가장자리부를 만곡시키기 전의 상태를 도시한 평면도.

제10도는 제8도에 도시한 회전축 시일의 확대단면도.

제11도는 제3 실시예의 회전축 시일의 제2 시일 엘레멘트의 제1 변형예의 확대단면도.

제12도는 제3 실시예의 회전축 시일의 제2 시일 엘레멘트의 제2 변형예의 확대단면도.

[발명의 기술적 배경]

본 발명은 예를들면 카 에이컨용 콤플레서에 사용되는 회전축 시일에 관한 것이다.

일반적으로 카 에어컨용 콤플레서에 있어서, 밀봉유체는 냉매 (가스상, 및 기름 등에 용해된 상태) 및 냉동기유이고, 소정압력으로 유지되어 있다. 회전축의 정지시와 회전시에 이 밀봉유체의 누출이 방지될 필요가 있다.

제 1도에 도시한 바와 같이, 종래 일본국 특개평 4-157264호 공보에 개시된 회전축 시일이 있다. 이 회전축 시일은 하우징의 구멍과 회전축(도시생략)과의 사이에 끼워부착되어 있다. 이 회전축 시일은 고무탄성체로 형성된 제1 시일 엘레멘트(a)와, 합성수지(예컨대, 불소수지(PTFE))로 형성된 제2 시일 엘레멘트(b)와 일체적으로 구성되어 있다. 이 제1 시일 엘레멘트(a)는 회전축의 외주면에 접촉하는 시일립부(d)를 가지며, 제2 시일 엘레멘트(b)는 시일립부(d)의 배면쪽에 배설되어 회전축의 외주면에 접촉하는 시일립부(e)를 가지고 있다. 이와 같이 2개의 시일 엘레멘트가 설치되어 있는 것은, 제2 시일 엘레멘트(b) 만으로도 액체의 누출을 방지할 수 있으나, 제2 시일 엘레멘트(b) 만으로는 가스의 누출(특히 회전축의 정지시에 있어서의 가스의 누출)을 방지할 수 없기 때문이다. 또한, 제2 시일 엘레멘트(b)의 시일립부(e)의 회전축에 접하는 면에는 회전축의 원주방향에 따른 복수개의 환상홈(f)이 형성되어 있다. 이들 환상홈(f)에 의하여 구획된 홈사이의 영역에서는 큰 접촉면 압력이 얻어져서, 이 시일립부(e)의 밀봉봉지성능이 향상되어 있다.

그러나, 제1 시일 엘레멘트(a)의 시일립부(d)는 종래 컷 마무리되어, 샤프 엣지로 형성되어 있다. 그 때문에, 그 시일립부 (트림립)(d)가 회전축의 외주면에 압접하여, 가압상태로 회전축이 회전되면, 그 시일립부(d)의 회전축에의 가압력이 크다(즉, 유체 시일성이 현저하다). 그 때문에, 시일립부(d)와 회전축의 외주면과의 사이에서 윤활성능이 나쁘다.

그 때문에, 고온에 발열하고, 제1 시일 엘레멘트(a)의 수명이 짧다는 결점이 있다. 또, 제2 시일 엘레멘트(b)의 시일립부(e)도 그 시일립부(e)의 회전축의 외주면과의 사이에서 윤활성이 떨어진 상태로 사용되고 있다. 그 때문에, 시일립부(e)도 마모되거나, 고온에 발열하거나 하고 있다.

[발명의 개요]

본 발명은 회전축의 정지시와 회전시에 확실히 유체누출을 방지할 수 있음과 동시에, 내구성이 뛰어난 회전축 시일을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 회전축 시일은 유체수납실을 가지는 하우징의 구멍과, 이 구멍내에 회전이 자유롭게 지지된 회전축과의 사이에 장착되어, 유체수납실로부터 회전축을 따라 누출하는 유체를 시일하기 위한 회전축 시일에 있어서, 상기 유체수납실에 가까운 쪽에 배치되고, 고무탄성체로 형성되며, 회전축의 외주면에 접촉하는 제1 시일립을 포함하고, 또한 이 제1 시일립의 내주면이 회전축의 회전시에 유체수납실로부터 유체가 회전축의 외주면과 제1 시일립의 내주면과의 사이에 침입하는 것을 허용하는 침입허용형상을 가지고 있는 제1 시일 엘레멘트와, 제1 시일 엘레멘트 보다 상기 유체수납실로부터 떨어져 배치되고, 합성수지로 형성되며, 회전축의 외주면에 접촉하는 제2 시일립을 포함하고, 또한 제2 시일립의 내주면에 회전축의 대략 원주방향을 따라 형성된 환상홈을 가지고 있는 제2 시일 엘레멘트를 구비하고, 상기 제2 시일 엘레멘트의 제2 시일립의 환상홈은, 제2 시일 엘레멘트를 회전축에 장착한 상태에서, 상기 유체수납실의 측에 있어서 닫힌 상태에 있고, 또한 유체수납실과 반대의 저압측에 있어서 열린 상태에 있다.

회전축의 정지시에는 고무탄성체의 제1 시일 엘레멘트의 제1 시일립이 회전축에 탄성적으로 접촉하여 유체누출을 방지하고 있다.

한편, 회전축의 회전시에는 유체수납실로부터 유체가 회전축의 외주면과 제1 시일립의 내주면과의 사이에 침입하는 것이 허용되어 있다. 그 때문에, 제1 시일립의 내주면은 유체에 의하여 윤활되어 있고, 제1 시일립의 마모 및 발열이 방지되고, 이것의 내구성이 향상된다.

시일성능에 관하여는 회전축의 회전시에는 유체수납실로부터 유체가 회전축의 외주면과 제1 시일립의 내주면과의 사이에 침입하는 것이 허용되고 있으므로, 약간의 유체누출이 생기고 있다. 그러나, 제2 시일 엘레멘트는 회전축의 외주면에 접촉하는 제2 시일립을 포함하고, 이 제2 시일립의 내주면에는 환상홈이 형성되어 있다. 그 때문에, 각 홈 사이에서 큰 접촉면 압력을 얻을 수 있어서, 제1 시일 엘레멘트로부터 누출된 유체의 저압쪽으로의 누출이 이 제2 시일 엘레멘트의 제2 시일립에 의하여 방지된다.

이것에 의하여 회전축의 정지시와 회전시에 확실히 유체누출을 방지할 수 있음과 동시에, 시일의 내구성을 뛰어난 것으로 할 수 있다.

[실시예]

먼저, 제2도 a 및 제3도를 참조하여 본 발명의 제1 실시예의 회전축 시일을 설명한다.

회전축 시일은 콤플레서의 케이스 등의 하우징(1)의 구멍(2)과 회전축(3)과의 사이에 끼워부착되어 있고, 회전축(3)과의 사이에 끼워부착되어 있고, 회전축(3)의 외주면(4)에 미끄럼접촉하여 유체수납실(R)내의 유체(M)를 밀봉하고 있다.

회전축 시일은 제1 지지금구(6)와, 이 지지금구(6)에 지지되는 고무탄성체로 된 제1 시일 엘레멘트(7)를 갖추고 있다. 지지금구(6)의 저압쪽(A)에는 제2 지지금구(8)가 부착되고, 그 제2 지지금구(8)와 제1 시일 엘레멘트(7)와의 사이에는 제2 시일 엘레멘트(9)가 끼여지지되고 있다. 이 제2 시일 엘레멘트(9)는 4불화 에틸렌 수지 등의 불소수지(PTFE) 등의 합성수지로 형성되어 있다.

먼저, 제1 시일 엘레멘트(7)는 이하와 같이 구성되고 있다.

제1 시일 엘레멘트(5)는 회전축(3)의 외주면(4)에 접촉하는 제1 시일립(10)과, 구멍(2)의 내주면(2a)에 맞닿는 외주 당접편(11)과, 그 외주 당접편(11)과 제1 시일립(10)을 연결하는 연결편(12)을 갖추고 있다. 이 연결편(12)에는 제1 지지금구(6)의 안쪽칼라부(6a)가 매설되어 있다.

또, 제1 시일립(10)의 선단부는 내경방향 및 유체수납실(R) 방향으로 소정각도로 경사지고 있다. 그 선단부에는 내경방향으로 돌출하여 회전축(3)의 외주면(4)에 미끄럼접촉하는 침입허용형상(13)이 형성되어 있다. 이 침입허용형상(13)은 회전축(3)의 회전시에 유체수납실(R)로부터 유체가 회전축(3)의 외주면과 제1 시일립(10)의 내주면과의 사이에 침입하는 것을 허용하고 있다.

이 침입허용형상(13)은, 예컨대 제 2도 b에 도시한 바와 같이, 조립전의 자연상태에서 소정의 곡률반경(r)을 가지며, 또한 단면이 굴곡형상으로 형성된 형상이고, 바람직하기는 단면원호형상이며, 곡률반경(r)은 0.005~0.3㎜ 이고, 알맞기는 0.01~0.1㎜ 이다. 이와 같이 단면이 굴곡형상 또는 원호형상으로 형성되어 있으면, 회전축(3)과의 사이에 개재하는 회전축(3)에의 긴박력 분포가 완만하다. 그 때문에, 샤프엣지(제 2도 c)의 경우에 비하여, 회전축(3)과의 사이에 개재하는 유막이 두꺼워지는 것, 및 회전시의 립의 기름의 긁어내기 효과(스크레이퍼 효과)가 적어, 미소누출이 발생한다.

이와 같이 제1 립(10)의 형상(13)의 단면을 굴곡형상 또는 원호형상으로 형성하는 방법으로서는 고무탄성체를 모울드 성형하는 방법이다. 이 고무탄성체는 내열성, 내냉동기유성 및 내프론가스성의 관점에서 수소화 아크릴로니트릴- 부타디엔 고무 조성물을 주성분으로 하는 조성물이 좋고, 보다 구체적으로는 무니점도 5~150, 바람직하기는 100~150의 수소화 아크릴로니트릴- 부타디엔 고무 100 중량부, 가교제 2~15중량부, 바람직하기는 2~8 중량부, 가교보조제 0.1~10중량부, 금속산화물 1~20중량부, 바람직하기는 1~5 중량부, 보강제 30~180 중량부, 바람직하기는 40~100중량부, 및 가소제 0~10중량부, 바람직하기는 0~4 중량부로된 조성물이다.

또, 침입허용형상(13)은 예컨대 제 2도 d에 도시한 바와 같이, 조립전의 자연상태에서 단면이 평탄상으로 형성된 형상이다. 평탄면의 범위는, 예컨대 0.1 ~1.0㎜ 이다. 이 경우의 형성방법은 트림컷이라도 좋다.

또한, 제1 시일립(10)의 형상(13)은 제 2도e에 도시한 바와 같이, 그 유체수납실(R) 쪽의 각도를 α, 저압쪽(A)의 각도를 β라고 하면, α〈 β가 좋다.

또한, 외주당접편(11)은 지지금구(6)의 외주면(14)을 따라 연신되며, 그 내주면이 지지금구(6)의 외주면(14)에 고착되어 있다. 그리고, 외주당접편부(11)의 외주면에는 복수의 외주돌조(15...)가 설치되고, 이 외주당접편부(11)의 외주면이 구멍(2)의 내면(2a)에 밀접되어 있다.

다음에, 제2 시일 엘레멘트(9)는 이하와 같이 구성되어 있다.

제2 시일 엘레멘트(9)는 회전축(3)을 삽입하기 전의 상태(자연상태)에서는 원환평판상이고, 그 내주가장자리부는 자유단 가장자리로 하여 축심과 직교하는 평면상에 있다.

제 2도a 에 도시한 바와 같이, 회전축(3)에 삽입할 때에 제2 시일 엘레멘트(9)의 내주 가장자리쪽을 유체수납실(R) 쪽(고압쪽)으로 만곡시켜 끼워넣고, 회전축(3)의 외주면(4)에 소정폭으로 접촉시켜 제2 시일립(16)을 형성하고 있다.

따라서, 제2 시일 엘레멘트(9)는 제1 시일 엘레멘트(7)의 연결편(12)과, 제2 지지금구(8)의 안쪽칼라부(8a)와의 사이에 확실히 끼워지지되고, 제2 시일립(16)이 회전축(3)의 외주면(4)에 접촉하고 있다.

제2 시일 엘레멘트의 제2 시일립을 형성하기 위한 합성수지는 내열성, 내마모성 및 저마찰성의 관점에서, 바람직하기는 불소수지조성물을 주성분으로 한 것이 사용되고, 보다 구체적으로는 4불화에틸렌수지에 하기의 충전제를 함유한 조성물이다. 충전제로서는 ①그레파이트 5~35중량%, 바람직하기는 10 ~20중량% 이고, ②카본그레파이트 5 ~35중량%, 바람직하기는 15 ~25중량% 이고, ③카본파이버 5~25중량%, 바람직하기는 10 ~20중량%, ④유리파이버 5~25중량%, 바람직하기는 10~20중량% 이고, 2황화몰리브덴 1~10중량%, 바람직하기는 3~8 중량% 이고, ⑤유리파이버 10 ~30중량% 이고, 바람직하기는 15 ~25중량% 이고, 그레파이트 1~10중량%, 바람직하기는 3~8 중량% 이고, ⑥카본파이버 1~15중량%, 바람직하기는 5~10중량% 이고, 그레파이트 10 ~30중량%, 바람직하기는 15 ~25중량% 이다.

다음에, 제2 시일립(16)의 내주면에 회전축의 대략 원주방향을 따라 환상홈(H)이 형성되어 있다.

환상홈은 예컨대 자유상태에 있어서의 평판상 시일 엘레멘트(9)의 축심을 중심으로 하는 나선홈이다. 그 홈의 회전방향은 회전축(3)이 회전시에 유체(M)을 유체수납실(R) 쪽(고압쪽)으로 홈내의 유체(M)가 보내지는 방향이다. 즉, 나선의 방향이 회전축의 회전방향과는 역방향이고, 이에 의하여 회전축(3)의 회전에 따라, 나사펌프의 작용(펌핑효과)에 의하여 유체(M)는 유체수납실(R)로 환류된다.

환상홈은 또 자연상태에서의 평판상 시일 엘레멘트(9)의 축심을 중심으로 하는 복수의 동심원의 절삭홈이다. 이 동심원의 각 홈의 간격피치는 시일성의 관점에서 저압쪽(A)으로 향할수록 작은 것이 좋다. 이 절삭홈(H)은, 예컨대 선반가공등으로 형성된다. 즉, 절삭날로 접촉면(17)으로부터 저압쪽으로 경사지도록 절삭되어 형성되고, 자연상태에서는 닫힌상태로 되어 있다.

따라서, 제 2도a와 제 3도에 도시한 바와 같이, 회전축(3)에 삽입되면, 절곡부가 R자 형상으로 만곡하고 이에 의하여 절삭홈(H)은 유체수납실(R) 쪽에서는 닫힌 상태이나, 저압쪽에서는 열린상태가 된다. 절삭홈(H)을 종래에 많이 사용되던 핫코이닝에 의하여 가공하면, 축삽입시에 절삭홈은 일정한 폭을 가지게 된다. 따라서, 핫코이닝에 의하여 가공하면, 회전시에는 펌핑작용에 의하여 누출된 유체(M)가 유체수납실(R) 쪽으로 환류되었더라도, 회전축(3)이 정지하면, 일정한 폭을 가진 홈내에 고인 유체(M)가 서서히 저압쪽(A)으로 누출할 염려가 있다. 이에 대하여 제1실시예에서는 제 3도에 도시한 바와 같이, 절삭홈(H)은 유체수납실(R) 쪽에서는 닫힌상태이고, 이 유체수납실(R) 쪽에서 저압쪽(A)을 향하여 차례로 열린상태가 되어 있으므로, 유체(M)의 표면장력이나 홈(H)내에 침입한 이물질 (마모분말, 유탄화물) 등이 시일을 통과하여 유체가 누출되고마는 시일패스현상을 유효하게 방지하여, 회전축 정지시에 있어서 유체의 누출을 방지한다.

제1 실시예에서는 상기한 바와 같이 구성되어 있으므로, 이하와 같이 작용한다.

회전축(3)의 정지시에는 고무탄성체의 제1 시일 엘레멘트(7)의 제1 시일립(10)의 회전축(3)에 탄성적으로 접촉하여 유체누출을 방지하고 있다. 한편, 회전축(3)의 회전시에는 유체수납실(R)로부터 유체가 회전축(3)의 외주면과 제1시일립(10)의 내주면과의 사이에 침입하는 것이 허용되어 있다. 그때문에, 제1 시일립(10)의 내주면은 유체에 의하여 윤활되어 있고, 제1 시일립(10)의 마모 및 발열이 방지되며, 이것의 내구성이 향상된다.

시일성능에 관해서는 회전축(3)의 회전시에는 유체수납실(R)로부터 유체가 회전축(3)의 외주면과 제1 시일립(10)의 내주면과의 사이에 침입하는 것이 허용되고 있으므로, 약간의 유체누출이 생기고 있다. 그러나, 제2 시일 엘레멘트(9)는 회전축(3)의 외주면에 접촉하는 제2 시일립(16)을 포함하고, 이 제2 시일립(16)의 내주면에 환상홈(H)이 형성되어 있다. 그때문에, 각 홈(H) 사이에서 큰 접촉면압력을 얻을수 있어서, 제1 시일 엘레멘트(7)로부터 누출된 유체의 저압쪽(A)으로의 누출이, 이 제2 시일 엘레멘트(7)의 제2 시일립(16)에 의하여 방지된다.

그리고, 제1 시일 엘레멘트(7)의 제1 시일립(10)이 마모, 열 열화, 냉매의 브리스터 등에 의한 트러블이 발생하였더라도, 제2 시일 엘레멘트(9)의 제2 시일립(16)은 유체누출을 확실히 방지할 수 있어서, 안정된 시일성능을 발휘한다. 또, 제2 시일 엘레멘트(9)의 제2 시일립(16)은 회전축(3)이 회전하면 그 회전축(3)에 익숙해짐과 동시에 유체(M)의 표면장력 및 이물질침입에 의한 시일패스의 방지 등에 의하여 정지시에 누출이 발생하지 않는다. 또한, 제2 시일 엘레멘트(9)는 제1 시일 엘레멘트(7)에 밀착상태가 되므로, 제1 시일 엘레멘트(7)의 시일립부(10)의 변형을 방지하는 백업효과를 구비하고 있다.

그리고, 제 2도a에 있어서, 18은 하우징(1)의 구멍부(2)의 내면(2a)에 고착되는 고정링이고, 회전축시일의 탈락을 방지하고 있다.

다음에, 제4 도는 제1 실시예의 변형예를 도시한 것이고, 이경우 0링(20)을 끼워넣는 외주 凹둘레홈(21)을 가진 지지금구(19)가 갖추어져 있다. 또, 고무탄성체로 된 제1 시일 엘레멘트(7)는 제1 시일립(10)과, 이 제1 시일립(10)에 연이어 설치되는 연설부(22)로 이루어지고, 이 연설부(22)내에 보강금구(23)가 매설되어 있다. 이 경우도 제1 시일 엘레멘트(7)의 제1 시일립(10)은 침입허용형상(13)을 가짐과 동시에, 제2 시일 엘레멘트(9)는 합성수지의 원환평판상으로 되고, 그 제2시일립(16)의 회전축 접촉면(17)에는 환상홈이 형성되어 있다. 따라서, 제 4도에 도시한 회전축 시일을 사용하여도 상술한 제 2도a와 제 3도에 도시한 회전축 시일과 똑같은 작용, 효과를 나타낸다.

다음에, 기밀성능의 시험으로서, 제 2도a에 도시한 회전축 시일을 시료(절삭홈(H)과 나선홈으로 한다)로 하여 5개 제조하고, 각 시료에 대하여 정압기밀시험과 급가압기밀 시험과 금감압기밀시험을 행하였다.

정압기밀시험이란, 회전축시일을 장착한 압력용기를 수몰시킨 상태로 시험압력까지 질소가스로 가압하여, 그대로 3분간 유지하고, 기체누출을 측정하는 시험을 말한다. 시험압력으로서는 10kgf/㎠, 20kgf/㎠, 36kgf/㎠으로 하였다.

급가압기밀시험이란, 대기압으로부터 2~3초로 시험압력(10kgf/㎠, 20kgf/㎠, 36kgf/㎠)까지 가압한 경우의 기체누출을 측정하는 시험을 말한다.

급감압시험이란, 상술한 시험압력(10kgf/㎠, 20kgf/㎠, 36kgf/㎠)으로부터 약 1초로 대기압까지 감압한 경우의 기체누출을 측정하는 시험을 말한다.

상술한 각 시험결과로서는 각 시료모두 누출이 발생하지 않았다.

다음에, 표1 에 표시한 조건에는 2개의 시료에 대하여 축회전시의 밀봉성능시험(운전성능시험)을 행하였으나, 이 경우에도 전혀 누출이 발생하지 않았다.

또한, 상술한 운전성능시험후, 4.5kgf/㎠G, 100℃로 100시간 회전축을 정지시키는 정지누출시험을 행하였으나, 이 경우에도 각 시료누출이 없었다.

또, 각 시료의 진공도달도는 755mmHg이고, 2시간 방치후의 진공도 상승은 5mmHg였다.

따라서, 상술한 각 시험에 의하여 이 회전축 시일은 회전시 및 정지시에 매우 뛰어난 시일성능을 나타내는 것을 알 수 있다.

그리고, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 설계변경자유이고, 예컨대 제2 시일 엘레멘트(9)의 시일립부(16)에 형성되는 절삭홈(H)으로서는 독립된 원형인 경우, 그 수를 증감시키는 것도, 배설피치를 일정하게 한정하지 않고 부등피치로 배설하는 것도 자유이고, 나선상인 경우에도 나선피치도 자유로이 변경할 수 있다.

또, 절삭홈(H)의 깊이치수도, 시일립부(16)가 강도적으로 떨어지지 않고, 또한 시일성능이 손상되지 않는 범위에서 변경할 수 있다.

다음에, 제 1의 실시예는 상술한 바와 같이 구성되어 있으므로, 이하의 효과를 나타낸다.

① 내압용도(카에어컨용 콤플레서시일)로서 내구성이 뛰어나다.

② 가스(기체) 및 액체가 혼합된 유체에 대하여도 회전축(3)의 정지시 및 회전시에 충분히 뛰어난 시일효과를 나타낸다.

③ 회전축(3)의 회전시의 시일은 주로 합성수지의 제2 시일 엘레멘트(9)의 제2 시일립(16)으로 행하므로, 고속·고압에서도 충분히 대향할 수 있다.

④ 제1 시일 엘레멘트(7)의 제1 시일립(10) 및 제2 시일 엘레멘트(9)의 제2 시일립(16)은 회전축(3)에 대하여 윤활상태로 유지되고, 마모저항이 적고 각 시일립(10,16) 이 마모되거나, 고온에 발열하지 않는다.

⑤ 합성수지의 제2 시일 엘레멘트(9)의 제2 시일립(16)으로 주로 시일하므로 편심성능이 뛰어나다.

⑥ 회전축(3) 정지시에 있어서는, 제1 시일 엘레멘트(17)의 제1 시일립(10)으로 시일할 수 있어서, 정적시일성이 안정된다.

⑦ 제2 시일립부의 홈가공을 절삭가공으로 행하므로, 종래에 많이 사용되던 핫코이닝가공에 비하여 가공하기 쉽고, 코스트가 높아지지 않는 잇점이 있다.

⑧ 진공성능에 대하여도 종래의 것에 비하여 떨어지지 않는다.

⑨ 제1 시일 엘레멘트(7)의 제1 시일립(10)의 파손이 발생하였더라도, 직접 누출에 관계되는 일이 없고, 시일조립체로서 안정성을 유지할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제2 실시예의 회전축 시일을 제 5도 내지 제 7도를 참조하면서 설명한다. 그리고 제1 실시예와 똑같은 부위의 설명은 생략함과 동시에, 똑같은 부위에는 같은 부호를 붙였다.

특히, 제 6도 및 제 7도에 도시한 바와 같이, 제2 실시예에서는 제1 시일 엘레멘트(7)의 연결편(12)은 제1 지지금구(6)의 안쪽칼라부(10)의 내단면(10a)에 피복되어 있는 원환상 평판부(31)를 가지고 있다. 제2 시일 엘레멘트(9)와 접촉하는 평판부(31)의 단면(31a)에는 제1 지지금구(6)의 축심을 중심으로 하는 원호상의 소凸부(32)가 형성되어 있다.

소凸부(32)의 내경쪽의 산기슭부를 따라 내소凹부(33)가 형성되어 있음과 동시에, 소凸부(32)의 외경쪽의 산기슭부를 따라 외소凹부(34)가 형성되어 있다. 도면에서는 소凸부(32) 및 내외소凹부(33,34)는 각각 원호상 단면으로 형성되어 있다.

제2 시일 엘레멘트(9)의 (만곡되지 않는다) 원환평판상 외주가장자리부(35)의 1단면(35a)이 제1 시일 엘레멘트(7)의 평판부(31)의 단면(31a)에 맞닿아 있다. 외주가장자리부(35)의 타단면(35b)에 제2 지지금구(8)의 안쪽칼라부(8b)가 맞닿아 있다. 제1 지지금구(6)의 코오킹(T)(제 5도 참조)에 의하여 제2 지지금구(8)가 평판부(31)의 방향으로 가압하여 제2 시일 엘레멘트(9)의 외주가장자리부(35)가 끼워부착되어 있다.

이것에 의하여, 제2 시일 엘레멘트(9)의 외주가장자리부(35)의 1단면(35a)과 제1 시일 엘레멘트(7)의 평판부(31)의 단면(31a) 이 소정의 접촉면압으로 밀착한다. 그때문에 제1 시일 엘레멘트(7)의 제1 시일립(10)으로부터 제2 시일 엘레멘트(9) 쪽으로 누출한 유체(M)가 제1 시일 엘레멘트(7)와 제2 시일 엘레멘트(9)와의 사이를 화살표(F)와 같이 지나 저압쪽(A)으로 누출하는 이른바 내부 누출을 방지할 수 있다.

이와 같이, 제 7도에 도시한 바와 같이, 제1 시일 엘레멘트(7)의 평판부(31)의 단면(31a)과 제2 시일 엘레멘트(9)의 외주가장자리부(35)의 1단면(35a)과의 원환상의 접촉부위내에서 (부호 C로 표시함) 평탄면끼리의 접촉부위의 면압으로 충분히 내부 누출을 방지할 수 있다. 그 뿐만 아니라, 외주가장자리부(35)의 1단부(35a)로 평판부(31)의 소凸부(32)가 압축되므로, 그 단면(31a)과 1단면(35a)의 접촉면압분포는 소凸부(32)에 대응하는 범위에서 급격히 높아지게 되어, 소凸부(32)와 1단면(35a)의 접촉부위에서 밀봉성이 더욱 증대하여 내부 누출을 확실히 저지할 수 있다.

이때, 코오킹(T)(제 5도 참조) 이 불충분하여, 제2 시일 엘레멘트(9)의 외주가장자리부(35)의 1단면(35a)과 제1 시일 엘레멘트(7)의 평판부(31)의 단면(31a)의 접촉면압이 전체적으로 저하하여, 상기 평탄면끼리의 접촉부위의 면압이 부족된다. 그결과, 유체(M)가 화살표(F)와 같이 제1 시일 엘레멘트(7)와 제2 시일 엘레멘트(9)의 사이에 침입하여도, 소凸부와 1단면(35a)의 접촉부위에서는 유체(M)의 누출을 봉지하기에 충분한 접촉면압이 유지되므로 내부 누출을 방지할 수 있다 (제 7도 참조).

더욱이, 코오킹(T)(제 5도 참조) 이 불충분하더라도, 소凸부(32)에 의한 접촉면압증가에 의하여 제2 시일 엘레멘트(9)의 외주 가장자리부(35)의 협착력의 저하가 보상되어, 제 2시일 엘레멘트(9)가 회전축(3)과 함께 회전하는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 내소凹부(34)의 합계의 용적은 소凸부(32)의 체적 보다도 크게 설정하여, 제 2시일 엘레멘트(9)에 의한 소凸부(32)의 압축변형을 내외소凹부(33, 34)로 충분히 흡수하여 퇴피하게 하는 것이 바람직하다. 이렇게하면, 퇴피장소를 잃은 소凸부(32)에 밀착이 방해되어, 평판부(31)의 단면(31a)과 외주 가장자리부(35)의 1단면(35a)의 사이에 간격이 생겨, 접촉면압이 국부적으로 대폭 저하하는 일이 없이, 밀봉성을 잃지 않는다.

그리고, 제 2의 실시예는 상술한 기재에 한정되지 않고, 본발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 설계변경 자유이다. 예컨대, 소凸부(32), 내소凹부(33) 및 외소凹부(34)의 개수를 복수개로하여 동심원상으로 배치하여도 좋고, 또 각각의 위치 및 형상의 변경은 자유이다. 다음에 제 2실시예는 상술한 바와같이 구성되어 있으므로, 이하의 효과를 나타낸다.

제 2실시예의 회전축 시일에서는 제 2시일 엘레멘트(9)의 외주 가장자리부(35)의 1단면(35a)으로, 제 1시일 엘레멘트(7)의 평판부(31)의 소凸부(32)가 압축되어, 소凸부(32)에 대응하는 부위로 접촉 면압이 피크를 나타내므로, 제 1시일 엘레멘트(7)와 제 2시일 엘레멘트(9)의 사이로 부터 저압쪽(A)로의 유체(M)의 누출을 확실히 방지할수 있어서 내부 누출을 저지할 수 있다.

제 1지지금구(6)의 코오킹(T) 등이 불충분하여, 제 2시일 엘레멘트(9)의 외주 가장자리부(35)의 1단면(35a)과 제 1시일 엘레멘트(7)의 평판부(31)의 단면(31a)의 접촉면압이 전체적으로 저하하여도 소凸부(32)와 1 단면(35a)의 접촉부위에서 유체(M) 누출을 저지할 수 있으므로, 내부 누출에 대한 시일성능이 안정됨과 동시에 제 2시일 엘레멘트(9)의 회전축(3)과의 함께 회전도 방지할 수 있다.

제 1시일 엘레멘트(7)를 성형하는 금구에 소凸부(32), 내소凹부(33) 및 외소凹부(34)에 대응하는 성형면을 가공하는 것만으로 되므로, 본발명의 적용이 용이하고, 코스트업을 방지할 수 있다.

다음에 본발명의 제 3실시예의 회전축 시일을 제 8도 내지 제12도를 참조하면서 설명한다. 그리고, 제 1 또는 제 2실시예와 똑같은 부위의 설명은 생략함과 동시에 똑같은 부위에는 같은 부호를 붙였다.

제 2시일 엘레멘트(9)는 제 9도에 도시한 바와같은 원환 평판상으로 형성한 후, 그 내주 가장자리부를 제10도와 같이 유체수납실(R) 쪽으로 만곡되어 있고, 이 내주 가장자리부가 회전축(3)의 외주면(4)에 면접촉하는 제 2시일립(16)이 된다.

이 제 2시일립(16)의 회전축 접촉면(14)에는 제 2시일립(16)의 선단부(43)와 제 1시일 엘레멘트(7)의 제 1시일립(10)과의 사이의 공극부(44)에 1단이 통과하는 나선홈(H)과, 나선홈(H)을 저압쪽(L)으로 향하는 도중에서 차단하는 그 나선홈(H)의 타단을 저압쪽(L)과 비연통상으로 하는 평탄면부(42)가 형성되어 있다.

나선홈(H)은 제 9도에 도시한 바와같이, 원환평탄상으로된 제 2시일 엘레멘트(9)의 축심의 중심에 형성된다. 그리고, 나선홈(H)의 피치(P)의 변경은 자유이고, 또 등피치, 부등피치 어느것이라도 좋다.

제10도에 도시한 바와같이, 나선홈(H)은 접촉면(41)으로 부터 저압쪽(L)을 향하여 비스듬히 절삭형성되어 있다. 이 나선홈(H)은 제 2시일립(16)의 접촉면(41)에 있어서 적어도 선단쪽은 시일성을 향상시키기 위하여 닫힌 상태이다.

또한, 나선홈(H)은 나선홈(H)내에 침입한 유체(M)가 유체수납실(R)로 환류되는 펌핑 작용을 생기게 하는 회전방향으로 형성되어 있다. 따라서, 회전축(3)의 회전시에는 유체(M)의 점성에 의한 동반회전류가 저압쪽(L)으로 부터 유체수납실(R) 방향으로 발생하여 나선홈(H)내로 침입한 유체(M)가 되돌려 밀려 저압쪽(L)으로의 유체(M) 누출을 방지할 수 있다.

또, 나선홈(H)은 제 2시일 엘레멘트(9)의 만곡부(45)에는 형성되지 않으므로, 그 부분의 강도, 강성이 부족하지 않고, 유체수납실(R) 쪽으로 부터 높은 압력이 제 2시일 엘레멘트(9)에 작용하여도 만곡부(45)의 절곡이나 저압쪽(L)으로의 빠져나오는 현상을 방지할 수 있다.

다음에, 평탄면부(42)는 회전축(3)의 장기정지상태에서 유체수납실(R) 쪽으로 부터 저압쪽(L)으로의 유체(M) 누출을 방지한다. 즉, 만일 유체수납부(R)로 부터 공극부(44)에 유체(M)가 누출되어 나선홈(H) 내에 침입하여도 평탄면(42)이 나선홈(H)을 접촉면(41)의 도중에서 차단하여 회전축(3)의 외주면(4)에 면접촉상태로 밀착하고 있으므로, 유체(M)가 확실히 봉지되어 저압쪽(L)으로 누출이 생기지 않는다.

그리고, 접촉면(41)에 있어서의 평탄면부(42)의 위치변경은 자유이고, 예컨대 제11도와 같이 평탄부(42)를 선단부(43)쪽의 접속면(41)에 배설하거나, 또는 제12도와 같이 평탄면(42)을 접촉면(41)의 중간부에 배설하여 각각 유효하게 상기 밀봉작용을 한다. 그러나 제10도와 같이 평탄면부(42)를 만곡부(45)쪽의 접촉면(41)에 배설하면, 회전축(3)의 외주면(4)에 평탄면부(42)의 가압력이 가장 높아지므로, 밀봉작용이 더욱 증대하여 안정된다.

제 3실시예는 상술한 바와같이 구성되어 있으므로, 이하의 효과를 나타낸다.

제 3실시예는 특히 카에어컨용 콤플레서용의 회전축 시일로서 적합하고, 회전축(3)의 정지시에 있어서, 나선홈(H)으로 부터 저압쪽(L)으로 누출하려고 하는 유체(M)를 시일 엘레멘트(9)의 평탄면부(42)에 의하여 확실히 봉지할 수 있으므로, 시일성능이 안정된다.

또, 나선홈(H)은 회전축 접촉면(41)내에서만 형성하므로, 시일 엘레멘트(9)의 제 2시일립(16)에 절곡이나 저압쪽(L)으로의 빠져나옴을 방지할 수 있다.

Claims

유체수납실(R)을 가지는 하우징의 구멍(2)과, 이 구멍(2)내에 회전이 자유롭게 지지된 회전축(3)과의 사이에 장착되어, 유체수납실(R)로부터 회전축(3)을 따라 누출하는 유체를 시일하기 위한 회전축 시일에 있어서, 상기 유체수납실(R)에 가까운 쪽에 배치되고, 고무탄성체로 형성되며, 회전축(3)의 외주면에 접촉하는 제1 시일립(10)을 포함하고, 또한 이 제1 시일립(10)의 내주면이 회전축(3)의 회전시에 유체수납실(R)로부터 유체가 회전축(3)의 외주면과 제1 시일립(10)의 내주면과의 사이에 침입하는 것을 허용하는 침입허용형상을 가지고 있는 제1 시일 엘레멘트(7)와, 제1 시일 엘레멘트(7) 보다 상기 유체수납실(R)로부터 떨어져 배치되고, 합성수지로 형성 되며, 회전축(3)의 외주면에 접촉하는 제2 시일립(16)을 포함하고, 또한 제2 시일립(16)의 내주면에 회전축(3)의 대략 원주방향을 따라 형성된 환상홈(H)을 가지고 있는 제2 시일 엘레멘트(9)를 구비하고, 상기 제2 시일 엘레멘트(9)의 제2 시일립(16)의 환상홈(H)은, 제2 시일 엘레멘트(9)를 회전축(3)에 장착한 상태에서, 상기 유체수납실(R)의 측에 있어서 닫힌 상태에 있고, 또한 유체수납실(R)과 반대의 저압측(A)에 있어서 열린 상태에 있는 것을 특징으로 하는 회전축 시일.
제1항에 있어서, 상기 침입허용형상은 조립전의 자연상태에서, 소정의 곡률반경을 가지며, 또한 단면이 굴곡형상을 이루는 형상인 것을 특징으로 하는 회전축 시일.
제1항에 있어서, 상기 침입허용형상은 조립전의 자연상태에서, 단면이 평탄형상을 이루는 형성된 형상인 것을 특징으로 하는 회전축 시일.
제1항에 있어서, 상기 제1 시일 엘레멘트(7)의 제1 시일립(10)을 형성하기 위한 고무 탄성체는 수소화 아크릴로니트릴·부타디엔 고무 조성물을 주성분으로 하고 있는 것을 특징으로 하는 회전축 시일.
제1항에 있어서, 상기 제1 시일 엘레멘트(7)의 제1 시일립(10)은 고무탄성체를 모울드 성형하여 제조되고, 이에 의하여 제1 시일립(10)의 내주면에, 상기 침입허용형상의 부분이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 회전축 시일.
제1항에 있어서, 상기 폐쇄상태의 환상홈(H)은 제2 시일 엘레멘트(9)가 적어도 회전축(3)과 접촉하는 부분에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 회전축 시일.
제1항에 있어서, 상기 제2 시일 엘레멘트(9)의 제2 시일립(16)의 환상홈(H)은 회전축의 회전방향과는 역의 나선방향을 가지는 연속된 나선상홈인 것을 특징으로 하는 회전축 시일.
제7항에 있어서, 상기 나선상홈(H)은 적어도 회전축(3)과 접촉하는 부분에서, 연속된 나선상홈을 차단하는 차단부분을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 회전축 시일.
제1항에 있어서, 상기 제2 시일 엘레멘트(9)의 제2 시일립(16)의 환상홈(H)은 적어도 회전축(3)과 접촉하는 부분에서, 회전축(3)의 원주방향을 따라 동심원상으로 형성된 동심원상홈인 것을 특징으로 하는 회전축 시일.
제1항에 있어서, 상기 제2 시일 엘레멘트(9)의 제2 시일립(16)의 환상홈(H)은 제2 시일립(16)의 내주면이 회전축에 접촉하는 부위에만 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 회전축 시일.
제1항에 있어서, 상기 제1 시일 엘레멘트(7)는 제2 시일 엘레멘트(9)에 밀착되어 직경 방향의 바깥쪽으로 뻗는 판상부(31)와, 상기 제1 시일 엘레멘트(7)의 판상부(31)에 형성된 환상의 소凸부(32)와, 이 환상의 소凸부(32)의 직경방향의 안쪽으로 이 소凸부(32)와 연속되도록 하여 형성된 환상의 내소凹부(33)와, 상기 환상의 소凸부(32)의 직경방향 바깥쪽으로 이 소凸부(32)와 연속되도록 하여 형성된 환상의 외소凹부(34)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 회전축 시일.
제1항에 있어서, 제2 시일 엘레멘트(9)의 제2 시일립(16)을 형성하는 합성수지는 불소수지조성물을 주성분으로 하고 있는 것을 특징으로 하는 회전축 시일.