KR100938807B1

KR100938807B1 - 이종복합재시일

Info

Publication number: KR100938807B1
Application number: KR1020090079605A
Authority: KR
Inventors: 김선진
Original assignee: (주)아이.패스
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2009-08-27
Publication date: 2010-01-28

Abstract

본 발명은 축과 하우징 사이의 기밀 상태를 완전하게 유지할 수 있는 이종복합재시일에 관한 것으로, 고압의 유체가 공급되는 축과 하우징 사이를 실링하는 이종복합재시일에 있어서, 고밀도 폴리에틸렌 재질로 형성되는 제 1실링층과 고무 재질로 형성되어 상기 제 1실링층의 외주면에 설치되는 제 2실링층을 포함하고, 상기 제 1실링층은 중앙부에 축이 삽입되도록 삽입공이 형성된 링 형상의 몸체부와 상기 몸체부의 외주면에 볼록한 라운드 형상으로 형성된 한 쌍의 돌출돌기를 구비하고, 상기 제 2실링층은 중앙부에 상기 제 1실링층이 결합되도록 결합공이 형성된 링 형상의 몸체부와 상기 몸체부의 내주면에 오목한 라운드 형상으로 형성된 결합리브를 구비하고, 상기 제 1실링층과 제 2실링층은 상기 한 쌍의 돌출리브 사이에 상기 결합리브가 결합되도록 끼워맞춤되는 구성을 마련한다.

상기와 같은 이종복합재시일을 이용하는 것에 의해, 제 1실링층의 내주면을 오목한 라운드 형상의 오목면으로 형성해서 유체의 고압이 가해지는 경우 제 1실링층의 오목면이 수평하게 변형됨에 따라 축과 제 1실링층 사이의 기밀 상태를 유지할 수 있다.

이종복합재시일, 실링층, 유압, 오목면, 압출 현상

Description

이종복합재시일{DIFFERENT DENOMINATION COMPOSITE SEAL}

본 발명은 이종복합재시일에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서로 다른 재질인 고무재질과 고질량 폴리에틸렌으로 구성되는 이종복합재시일에 관한 것이다.

일반적으로 스위블 관 이음새에 적용되는 이종복합재시일은 상대 회전하는 축과 축을 덮는 외장체 사이에 고압 유체의 침입을 방지하기 위한 것이다.

이러한 이종복합재시일의 일 예가 대한민국 등록특허번호 제10-0833137호(2008년05월22일자 등록, 이하 '종래기술'이라 함)에 개시되어 있다.

도 1은 상기의 종래기술에 따른 이종복합재시일을 적용하는 스위블 관 이음새의 주요부 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 스위블 관 이음새의 주요부를 간략화한 단면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 스위블 관 이음새에서 발생되는 수지 링의 압출 현상의 설명도이고, 도 4는 종래기술에 따른 이종복합재시일의 구성을 보인 단면도이다.

도 1 및 도 도 2에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 스위블 관 이음새는 원통형의 하우징(2), 하우징(2)의 내벽과 접하여 회전, 요동 또는 이들의 복합운동을 하는 원통형의 축(1)으로 이루어진다.

하우징(2)의 내벽에는 일정한 간격을 두고 오목부(3)가 설치되고, 오목부(3) 내에는 하우징(2)과 축(1) 사이의 기밀 상태를유지하는 시일(4)이 장착된다. 시일(4)은 폴리에틸렌 재질로 형성되는 수지 링(5)과 그 외주측에 배치된 고무 재질의 탄성체 링(6)으로 이루어진다.

이와 같이 구성되는 스위블 관 이음새는 축(1)과 하우징(2)의 전위각도를 바꿈으로써 고압 유체(예컨대 오일)의 흐름을 제어한다.

이러한 종래기술에 따른 이종복합재시일에서 수지 링(5)은 탄성체 링(6)의 탄성에 의해서 항상 축(1)에 압박되고, 스위블 관 이음새가 가동 중인 경우 하우징(2)과 축(1)의 계면에는 고압 유체의 유압(P)이 부여된다.

하지만, 수지 링(5)은 장시간의 사용중에 고압 유체에 접촉한 상태에서 회전, 요동 등의 운동을 하는 축(1)과의 슬라이드 이동에 의해서 열화, 변형을 일으켜 축(1)과의 접촉면이 마모되거나, 도 3에 도시된 바와 같이 수지 링(5)의 일부가 유압(P)에 의해 하우징(2)과 축(1)의 계면에 침입하는 압출 현상을 일으킨다.

또한, 스위블 관 이음새 내에서는 고압 유체가 흐르는 방향이 전환됨에 따라 유압(P)이 작용하는 방향이 갑자기 변경되는 경우가 발생한다. 이때, 시일(4)이 그 측면에 유체의 압력을 받아 축(1)을 향해서 시일 면압을 발생시키기 이전에 축(1)의 외주면과 수지 링(5)의 내주면 사이에서 유체가 유출되는 블로-바이(blow-by) 현상이 발생한다.

이러한 문제를 해소하기 위해, 종래기술에 따른 이종복합재시일은 도 4에 도시된 바와 같이, 수지 링(5)을 초고분자량 폴리에틸렌 재질로 형성하고, 수지 링(5)의 내주면과 측면의 각진 부분에 블로바이 방지용 경사면(7)을 구비한다.

하지만 종래기술에 따른 이종복합재시일은 상기 압출 현상을 완전하게 해결하지 못함에 따라 축(1)과 하우징(2)의 계면으로부터 유체가 누설되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 축과 하우징 사이의 기밀 상태를 완전하게 유지할 수 있는 이종복합재시일을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 고압의 유체가 공급되는 축과 하우징 사이를 실링하는 이종복합재시일에 있어서, 고밀도 폴리에틸렌 재질로 형성되는 제 1실링층과 고무 재질로 형성되어 상기 제 1실링층의 외주면에 설치되는 제 2실링층을 포함하고, 상기 제 1실링층은 중앙부에 축이 삽입되도록 삽입공이 형성된 링 형상의 몸체부와 상기 몸체부의 외주면에 볼록한 라운드 형상으로 형성된 한 쌍의 돌출돌기를 구비하고, 상기 제 2실링층은 중앙부에 상기 제 1실링층이 결합되도록 결합공이 형성된 링 형상의 몸체부와 상기 몸체부의 내주면에 오목한 라운드 형상으로 형성된 결합리브를 구비하고, 상기 제 1실링층과 제 2실링층은 상기 한 쌍의 돌출리브 사이에 상기 결합리브가 결합되도록 끼워맞춤되는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1실링층은 상기 축이 삽입되는 내주면에 형성된 오목한 라운드 형상의 오목면을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1실링층은 상기 유체의 압력에 의해 상기 제 1실링층의 몸체부 일부 분이 상기 축과 하우징의 계면으로 압출되는 것을 방지하도록 상기 유체의 압력이 가해지는 측면의 높이보다 그 반대 측면의 높이를 낮게 형성하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 제 1실링층의 내주면을 오목한 라운드 형상의 오목면으로 형성해서 유체의 고압이 가해지는 경우 제 1실링층의 오목면이 수평하게 변형됨에 따라 축과 제 1실링층 사이의 기밀 상태를 유지할 수 있다.

그리고 본 발명은 고질량 폴리에틸렌 재질로 형성되는 제 1실링층의 외주면에 한 쌍의 돌출리브를 형성하고, 고무 재질로 형성되는 제 2실링층의 내주면에 결합리브를 형성하여 서로 결합시킴으로써, 제 1실링층과 제 2실링층 사이의 기밀 상태를 완전하게 유지할 수 있다.

또한, 본 발명은 제 1실링층의 내주면을 오목면으로 형성하고, 유체의 압력이 가해지는 측면보다 그 반대 측면의 높이를 낮게 형성함으로써, 제 1실링층의 일부분이 축과 하우징의 계면에 침입하는 압출 현상을 방지할 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이종복합재시일을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이종복합재시일의 분해사시도이 고, 도 6은 도 5에 도시된 이종복합시일의 단면도이다.

본 실시 예에서는 도 1 및 도 2에 도시된 스위블 관 이음새의 구성을 원용하여 설명하기로 한다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이종복합재시일(10)은 하우징의 오목부에 장착되는 제 1실링층과 제 1실링층의 외주면에 장착되는 제 2실링층을 포함하여 이루어진다.

제 1실링층(20)은 내마모성을 갖는 고밀도 폴리에틸렌(High-Density PolyEthylene) 재질로 형성된다.

상기 제 1실링층(20)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 중간에 축(1)이 삽입되도록 삽입공(21')이 형성된 링 형상의 몸체부(21)와 몸체부(21)의 내주면에 오목한 라운드 형상으로 형성된 오목면(22) 및 몸체부(21)의 외주면에 볼록한 라운드 형상으로 형성된 한 쌍의 돌출리브(23)를 포함하여 이루어진다.

상기 삽입공(21')은 축(1)과 제 1실링층(20) 사이의 기밀 상태를유지하기 위해 축(1)의 지름과 동일하거나 약간 작게 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 오목면(21)은 제 1실링층(20)에 유체의 압력(P)이 가해지는 경우, 축(1)의 외면에 밀착되도록 수평하게 변형되어 축(1)과 제 1실링층(20) 사이의 기밀 상태를 유지한다.

또한, 상기 돌출리브(22)는 제 2실링층(30)의 내주면(31)에 구비되는 결합리브(33)와 끼워맞춤되어 제 1실링층(20)과 제 2실링층(30) 사이의 기밀 상태를유지하고, 접촉면적을 증가시켜 슬립을 방지한다.

제 2실링층(30)은 고무 재질로 형성되며, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1실링층이 결합되도록 결합공(31')이 형성된 링 형상의 몸체부(31)와 몸체부(31)의 내주면(32)에 볼록한 라운드 형상으로 형성된 결합리브(33)를 포함하여 이루어진다.

상기 제 2실링층(30)의 결합리브(33)와 상기 제 1실링층(20)의 돌출리브(23)는 서로 억지 끼워맞춤하여 한 쌍의 돌출리브(23) 사이에 결합리브(33)를 위치시키도록 결합됨에 따라, 제 1실링층(20)과 제 2실링층(30) 사이의 기밀 상태를 유지하고, 접촉면적을 증가시켜 슬립을 방지할 수 있다.

다음, 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이종복합재시일의 기능을 설명한다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이종복합재시일의 기능을 설명하는 설명도이다.

본 발명의 이종복합재시일(10)은 도 7에 도시된 바와 같이, 하우징(2)의 오목부(3)에 제 2실링층(30)을 장착한 후, 제 2실링층(30)의 결합공(31')에 제 1실링층(20)을 끼워맞춤하여 결합시킨다.

또는 제 2실링층(30)의 내주면(32)에 형성된 결합리브(33)를 제 1실링층(20)의 돌출리브(23)에 끼워맞춤하여 결합시키고, 결합된 제 1 및 제 2실링층(20,30)을 하우징(2)의 오목부(3)에 장착할 수도 있다.

이와 같이, 하우징(2)에 제 1 및 제 2실링층(20,30)을 장착한 후, 하우징(2)의 중앙부 및 제 1실링층(20)의 삽입공(21')에 축(1)을 삽입한다. 이때, 삽입 공(21')은 축(1)의 지름과 동일하거나 약간 작게 형성되므로, 제 1실링층(20)은 축(1)의 외면에 밀착되어 축(1)과 제 1실링층(20) 사이의 기밀 상태를 유지한다.

이와 같이, 축(1)과 제 1 및 제 2실링층(20,30) 및 하우징(2)이 결합된 상태에서 하우징(2) 내부에는 고압의 유체가 공급되어 축(1)과 하우징(2) 사이에는 유압(P)이 발생한다.

그러면, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 유압(P)에 의해 제 1실링층(20)의 양측 꼭지점(A)과 제 2실링층(30)의 결합리브(33) 상단 지점(B)이 상기 유압(P)을 최대로 받는 극치점이 된다.

이로 인해, 제 1 및 제 2실링층(20,30)은 상기 유압이 가해지는 방향의 반대측으로 이동되면서 변형되게 된다.

즉, 제 1실링층(20)의 몸체부(21)에 오목한 라운드 형상으로 형성된 오목면(22)이 상방으로 변형되면서 축(1)의 외면에 밀착된다. 이와 같이 제 1실링층(20)의 오목면(22)이 수평하게 변형됨에 따라 도 7에서 보았을 때, 축(1)과 제 1실링층(20) 사이의 기밀 상태를 유지할 수 있다.

그리고 제 1실링층(20)의 외주면에 구비된 한 쌍의 돌출리브(22)와 제 2실링층(30)의 내주면(31)에 구비된 결합리브(33)는 유연한 곡선 형상으로 변형되면서 서로 접촉되는 면적이 최대가 된다.

이에 따라, 제 1실링층(20)과 제 2실링층(30)은 접촉되는 면 사이의 슬립을 방지하고, 완전하게 기밀 상태를 유지하여 유체의 누설을 방지할 수 있다.

다음, 도 8을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이종복합재시일을 설 명한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이종복합재시일의 단면도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이종복합재시일(10')의 제 1실링층(20')은 몸체부(25)의 좌측면(27)과 우측면(28)의 높이가 서로 다르게 형성된다.

즉, 상기 제 1실링층(20')은 내주면을 오목한 라운드 형상의 오목면(26)으로 형성한 상태에서 우측면(28)의 높이를 좌측면(27)의 높이보다 낮게 형성한다.

이와 같이, 제 1실링층(20')의 우측면(28) 높이를 낮게 형성함에 따라, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이종복합재시일(10')은 유체의 압력(P)에 의해 수평하게 변형되더라도 우측면(28) 상부의 꼭지점(C)이 축(1)과 하우징(2)의 계면보다 낮은 상태를 유지한다.

이로 인해, 본 발명의 다른 실시 예는 제 1실링층(20')의 우측 상부 일부분이 축(1)과 하우징(2)의 계면에 압출되는 것을 완벽하게 방지할 수 있다.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

상기의 실시 예들에서는 스위블 관 이음새를 이용해 이종복합재시일을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명은 굴삭기나 파워 셔블과 같은 고압 회전부재와 자동차의 피스톤 및 실린더와 같은 고압 왕복 운동부재를 실링하는 다양한 형태의 이종복합재시일에 적용될 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 이종복합재시일을 적용하는 스위블 관 이음새의 주요부 단면도.

도 2는 도 1에 도시된 스위블 관 이음새 주요부를 간략화한 단면도.

도 3은 도 1에 도시된 스위블 관 이음새에서 발생되는 수지 링의 압출 현상을 설명하는 설명도.

도 4는 종래기술에 따른 이종복합재시일의 구성을 보인 단면도.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이종복합재시일의 분해사시도.

도 6은 도 5에 도시된 이종복합시일의 단면도.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이종복합재시일의 기능을 설명하는 설명도.

도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이종복합재시일의 단면도.

《도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명》

1: 축 2: 하우징

10: 이종복합재시일 20,20': 제 1실링층

21,25: 몸체부 22,27: 오목면

23: 돌출리브 30: 제 2실링층

31: 몸체부 32: 결합면

33: 결합리브

Claims

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고압의 유체가 공급되는 축과 하우징 사이를 실링하는 이종복합재시일에 있어서,

고밀도 폴리에틸렌 재질로 형성되는 제 1실링층과

고무 재질로 형성되어 상기 제 1실링층의 외주면에 설치되는 제 2실링층을 포함하고,

상기 제 1실링층은 중앙부에 축이 삽입되도록 삽입공이 형성된 링 형상의 몸체부, 상기 몸체부의 외주면에 볼록한 라운드 형상으로 형성된 한 쌍의 돌출리브 및 상기 축이 삽입되는 내주면에 오목한 라운드 형상의 오목면을 구비하고,

상기 제 2실링층은 중앙부에 상기 제 1실링층이 결합되도록 결합공이 형성된 링 형상의 몸체부와 상기 몸체부의 내주면에 볼록한 라운드 형상으로 형성된 결합리브를 구비하며,

상기 제 1실링층과 제 2실링층은 상기 한 쌍의 돌출리브 사이에 상기 결합리브를 끼워맞춤하여 결합되고,

상기 제 1실링층은 상기 유체의 압력에 의해 상기 제 1실링층의 몸체부 일부분이 상기 축과 하우징의 계면으로 압출되는 것을 방지하도록 상기 유체의 압력이 가해지는 측면의 높이보다 그 반대 측면의 높이가 낮게 형성되는 것을 특징으로 하는 이종복합재시일.