KR100956905B1 - 복합형 씨일의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전부재를 밀폐하기 위한 유체 씨일(10)를 제조하는 방법에 관한 것이다. 씨일(10)은 PTFE 인써트(30)에 접착되는 엘라스토머 밀폐부재(18)를 갖는다. PTFE 물질의 웨이퍼(30)는 동체(32)와 이러한 동체(32)의 두께보다 두꺼운 단부(54)를 갖는다. 웨이퍼(30)는 이 웨이퍼(30)의 일측부가 몰드 캐비티의 면부분에 대향되게 몰드 캐비티(62)에 배치된다. 엘라스토머 물질이 몰드 캐비티(62)내로 주입되어 엘라스토머 밀폐부재(18)의 프리폼이 성형되어 웨이퍼(30)의 일측부에 대향된 면에 접착된다. 성형된 프리폼(18)과 접착된 웨이퍼(30)가 몰드 캐비티로부터 분리된다. 씨일(10)을 얻도록 웨이퍼(54)의 단부와 프리폼(18)의 단부가 트리밍된다.

씨일, PTFE 인써트, 엘라스토머 밀폐부재

Description

복합형 씨일의 제조방법 {METHOD FOR MANUFACTURING A COMPOSITE SEAL}

본 발명은 회전부재에 사용되는 방사상의 립형태의 씨일(lip seal)에 관한 것으로, 특히 두개의 상이한 물질로 구성되는 복합형 씨일의 제조방법에 관한 것이다.

배경기술

전형적으로 립형태의 유체 씨일은 하나 이상의 밀폐립이 회전부재의 밀폐면에 접할 수 있게 된 유연성 밀폐부재를 이용한다. 립형태 유체 씨일의 목적은 윤활제와 같은 유체의 누출을 방지하고 환경오염물이 침투하는 것을 방지하기 위한 것이다. 밀폐부재 물질의 선택은 씨일이 환경에 미치는 효과를 포함하여 다수의 요인에 의하여 결정된다. 씨일이 물과 염기와 같은 불순물과 먼지, 진흙, 모래 등의 마모성 이물질과 같은 오염물을 포함하고 있는 열악한 환경에 노출되어, 중장비에 사용되는 축베어링에 좋지 않은 영향을 줄 수 있는 경우에는 엘라스토머물질이 씨일의 재료에 사용된다. 또한 립형태의 씨일은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 물질과 같은 다른 물질로 제조될 수도 있다. 그러나, 엘라스토머는 상기한 오염상태에서는 PTFE 보다 내마모성이 크다. 다른 한편으로, 고온 및 저온이나 건조상태 또는 저윤활운전상태와 같은 환경조건에서는 엘라스토머보다 PTFE가 바람직하다. 통상적 으로 씨일은 환경오염에 대해서 연구되고 있을 뿐만 아니라 저온 또는 고온이나, 건조상태 또는 저윤활상태에 대해서 연구되고 있다. 본 출원인의 미국특허 제6,213,476호에 기술된 바와 같이 복합형 엘라스토머/PTFE의 변부를 갖는 밀폐립이 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 복합형 엘라스토머/PTFE 밀폐립을 제조함에 있어서는 어려운 점이 있다.

발명의 요약

복합형 엘라스토머/PTFE 밀폐립을 형성하기 위하여 PTFE를 엘라스토머물질에 삽입하는 성형공정에 있어서, 몰드내로 엘라스토머물질이 유입될 때 소위 "런닝(running)" 상태에서 PTFE 인써트를 이동시키는 경향이 있음이 확인되었다. PTFE 인써트는 보통 두께가 0.020 인치 정도로 비교적 얇기 때문에, 압축몰드내에서 엘라스토머물질에 접착된 상태로 인써트를 고정시키는 것이 더욱 어렵다. 본 발명에 따라서, PTFE 인써트의 일측 단부에 확대부를 형성함으로써 이를 몰드 캐비티에 장입할 때 다루기가 보다 용이하고 성형과정중에 그 위치가 유지될 수 있음을 알게 되었다.

또한 본 발명에 따라서, 동체와 이러한 동체 보다 두께가 두꺼운 확대단부를 갖는 PTFE 물질의 웨이퍼가 몰드 캐비티내에 지지된다. 엘라스토머 밀폐부재의 예비성형물인 프리폼을 형성하고 이를 웨이퍼에 접착시킬 수 있도록 엘라스토머 물질이 몰드 캐비티내로 강제 주입된다. 프리폼과 접착된 웨이퍼가 몰드 캐비티로부터 분리된 후에, 프리폼의 단부와 웨이퍼의 확대단부는 엘라스토머 부재와 PTFE 인써트를 얻을 수 있도록 트리밍된다. 성형과정중에 웨이퍼를 고정하는데 보조하기 위하여, 몰드는 웨이퍼의 기단부와 결합되는 내부돌출부를 갖도록 구성되는 것이 좋다.

도면의 간단한 설명

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따라서 복합형 구조의 밀폐립이 구비된 씨일을 갖는 씨일조립체의 일부를 보인 방사상 단면도,

도 2는 도 1의 씨일조립체를 제조하기 위하여 사용된 몰드의 단면도, 및

도 3은 PTFE 웨이퍼가 상이한 구조를 갖는 도 2와 유사한 단면도이다.

실시예

첨부도면의 도 1에서는 원통형 벽(14)과 환상의 방사상 플랜지(16)를 구비한 원통 컵형의 금속용기의 형태인 견고한 환상 케이스(12)를 가진 립형태의 유체 씨일조립체(10)를 보이고 있다.

또한, 씨일조립체(10)는 환상 밀폐부재(18)가 케이스(12)에 실린 씨일(17)을 포함한다. 밀폐부재(18)는 고무, 실리콘, 폴리아크릴, 플루오로엘라스토머, 에틸렌 아크릴, 수소화 니트릴 또는 니트릴 엘라스토머와 같은 적당한 엘라스토머 물질로 제조된다. 밀폐부재(18)는 케이스(14)의 플랜지(16)에 고정된 환상 동체(20)와, 환상의 유연부(22)를 구비하고 있고, 유연부(22)는 동체(20)에서 방사상 외측으로 경사지게 환상의 립(26)까지 뻗어 있으며, 환상 립(26)에는 밀폐립 변부(28)가 형성되어 있다.

밀폐부재(18)의 재질보다 경질인 PTFE 물질로 된 환상의 비탄력성 인써트(30)가 밀폐부재(18)의 립(26)과 유연부(22)의 축방향 내측부에 접착된다. 인써트(30)는 약 0.020 인치 정도의 비교적 균일한 두께를 갖는 환상 동체(32)를 갖는다. 인써트(30)는 밀폐립 변부(38)를 형성하는 환상 립(36)을 갖는다. 엘라스토머 및 PTFE 밀폐립 변부(28)(38)는 회전부재(44)의 원통형 밀폐면(42)에 밀폐결합될 수 있게 되어 있다. 밀폐부재(18)의 립(26)과 인써트(30)의 립(36)은 함께 복합형 구조의 환상 밀폐립(46)을 형성한다.

엘라스토머물질의 립(26)은 복합형 밀폐립(46)의 오염된 환경측, 즉 공기에 접촉되는 쪽에 배치되는 반면에, PTFE물질의 립(36)은 보호되어야 하는 유체측인 반대쪽에 배치된다. 복합형 밀폐립(46)은 분진, 먼지, 모래, 노면오염물, 염기, 물 등의 오염물이 유체측으로 유입되는 것을 방지할 수 있게 되어 있다.

엘라스토머물질의 변부(28)는 공기측으로부터 PTFE물질의 립(36)을 차폐하도록 연속하여 원주둘레방향으로 형성되어 있다. PTFE 립 변부(38)도 연속하여 원주둘레방향으로 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 복합형의 밀폐립(46)은 공기측에 엘라스토머 물질의 연속밴드와 유체측에 PTFE물질의 연속밴드를 갖는 밀폐면을 제공한다.

씨일(17)을 제조하는 방법이 도 2에서 설명되는 바, 이러한 방법은 PTFE 물질의 환상 웨이퍼(50)를 이용하는 것을 포함한다. 웨이퍼(50)는 적어도 그 일부가 PTFE 인써트(30)가 되는 환상 동체(52)를 가지고 있고, 또한 이 동체의 일측 단부에는 환상단부 또는 헤드(54)가 구비된다. 웨이퍼(50)의 이 헤드(54)는 도 2에서 보인 바와 같이 확대되어 동체(52)의 두께보다 두껍다. 동체(52)와 웨이퍼(50)의 헤드(54)의 면(56)(58)은 원호형으로 만곡된 요입형의 전이면(60)에 의하여 연결된다.

도 2는 웨이퍼(50)와 이후 상세히 설명되는 밀폐부재(18)의 엘라스토머 프리폼(61)이 몰드(66)의 몰드 캐비티(62)내에 있음을 보이고 있다. 몰드 캐비티는 각각 독립된 몰드부분(74)(76)(78)의 대향면(68)(70)(72)으로 구성된다. 몰드부분(78)의 면(72)은 구조상으로 결합되어 동체(52)의 각 면(56)(58)과 웨이퍼(50)의 헤드(54)를 지지할 수 있게 된 면부분(82)(84)을 갖는 섹션(80)을 포함한다. 이들 면부분(82)(84)은 구조상으로 결합되어 웨이퍼(50)의 원호형 전이면(60)을 지지할 수 있게 된 만곡형의 볼록한 면부분(86)에 의하여 연결되고, 면부분(86)은 몰드부분(78)의 돌출부(88)상에 형성되어 있다. 성형압력과 열에 의해서 웨이퍼가 이들 몰드면에 대하여 강제로 밀착되게 되므로서 넓은 의미에서 몰드 캐비티의 면부분(82)(84)(86)과 웨이퍼의 면(56)(58)(60)은 구조상으로 정확히 결합될 필요는 없다. 섹션(80)은 웨이퍼(50)의 기단부(92)에 결합되어 이 기단부의 위치를 정할 수 있게 된 벽(90)에서 끝난다. 몰드부분(78)의 면(72)에는 이후 상세히 설명되는 바와 같이 엘라스토머 접속부(98)를 형성한 댐(96)을 구성하기 위하여 벽(90)에 인접하여 제2돌출부(94)가 형성되어 있다.

몰드(66)가 개방되면, 각각의 면(56)(58)(60)이 섹션(80)의 면부분(82)(84)(86)에 의하여 면과 면이 완전히 지지되고 기단부(92)가 벽(90)에 접속되게 몰드부분(78)의 면(72)에서 웨이퍼(50)가 섹션(80)에 전개된다. 웨이퍼(50)의 헤드(54)의 자유단부는 몰드 캐비티(62)의 면(93)에 접한다.

몰드부분(74)(76)(78)이 닫히면, 웨이퍼(50)가 상기한 바와 같이 몰드부분(78)의 면(72)의 섹션(80)에 지지된 상태에서, 밀폐부재(18)의 프리폼(61)을 형성하고 이를 웨이퍼 인써트에 접착시키기 위하여 몰드 캐비티(62)에 엘라스토머 물질이 강제주입된다. 프리폼(61)은 립형성부분(100)을 포함한다.

동체(52)보다 두꺼운 웨이퍼(50)의 헤드(54)는 웨이퍼가 몰드내에 장입될 때 이 웨이퍼(50)를 다루기 용이하도록 한다. 돌출부(88)에 결합되는 이 헤드(54)는 몰드 캐비티(62)에 엘라스토머 물질을 주입하기 전에 그리고 주입하는 동안에 웨이퍼(50)가 몰드에서 미끄러지는 것을 방지한다. 볼드부분(78)의 벽(90)은 엘라스토머 물질이 몰드내로 주입되는 동안에 웨이퍼가 움직이지 않도록 보조하기 위하여 웨이퍼(50)의 동체(54)의 기단부(92)와 결합하는 고정구로서 작용한다.

프리폼(61)이 경화되고 웨이퍼(50)에 접착된 후에, 몰드가 개방되고 캐리어, 프리폼 및 접착된 웨이퍼가 분리되며, 이때에 프리폼의 립형성부(100)와 웨이퍼가 라인(102)을 따라서 횡방향으로 절단되고 엘라스토머 립(26)과 립(36)을 갖는 PTFE 인써트(30)를 남기고 프리폼의 립형성부(100)와 두꺼운 헤드(54)를 포함하는 웨이퍼의 내측부는 폐기된다. 이로써 엘라스토머 밀폐부재(18)와 PTFE 인써트(30)를 포함하는 유체 씨일(17)이 완성된다. 댐(96)은 인써트(30)의 기단부(92)에 결합되는 엘라스토머 접속부(98)를 형성한다. 엘라스토머 립 변부(28)와 PTFE 립 변부(38)가 절단선(102)을 따라서 형성된다.

도 3은 도 2와 유사하나 웨이퍼(50)와는 약간 상이한 구조를 갖는 웨이퍼(150)를 보이고 있다. 이 웨이퍼(150)는 동체(152)가 동일하여 웨이퍼(50)와 같으나 헤드(154)의 구조가 상이하다. 일반적으로 웨이퍼(150)의 헤드(154)는 이것이 웨이퍼(150)의 동체(152) 보다 두꺼운 점에서 웨이퍼(50)의 헤드(54)와 유사하다. 그러나, 이러한 증가된 두께는 헤드(154)의 면(153)을 공기측으로 이동시킴으로서 이루어지는 반면에, 웨이퍼(50)의 헤드(54)의 두께는 헤드(54)의 해당 면을 유체측으로 이동시킴으로서 증가된다. 그밖에, 웨이퍼(150)는 웨이퍼(50)와 유사하며 몰드 캐비티의 나머지부분이 동일하고 웨이퍼의 헤드를 따른 영역(155)이 약간 얇아진 것을 제외하고는 엘라스토머 프리폼(161)의 형태가 실질적으로 동일하다.

Claims (8)

1. 유체 씨일이 PTFE 인써트에 접착되는 엘라스토머 밀폐부재를 구비하고 있는 회전부재 밀폐용 유체 씨일의 제조방법에 있어서,

   이 방법이, 몰드 캐비티를 갖는 몰드를 구비하는 단계, 소정의 두께를 가진 동체와 이러한 동체의 두께보다 두꺼운 단부를 갖는 PTFE 물질의 웨이퍼를 구비하는 단계, 웨이퍼의 일측부가 몰드 캐비티의 면부분에 대향되게 웨이퍼를 몰드 캐비티에 배치하는 단계, 엘라스토머 밀폐부재의 프리폼을 성형하여 이 프리폼을 웨이퍼의 일측부에 대향된 면에 접착시키기 위하여 몰드 캐비티내로 엘라스토머 물질을 주입하는 단계, 및 몰드 캐비티로부터 성형된 프리폼과 웨이퍼를 분리하고 프리폼의 단부와 웨이퍼의 단부를 트리밍하여 엘라스토머 밀폐부재가 PTFE 인써트에 접착된 씨일을 얻는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합형 씨일의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 웨이퍼의 물질이 엘라스토머 물질보다 경질인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 웨이퍼가 몰드 캐비티내에 배치되었을 때 웨이퍼의 일측부를 몰드 캐비티의 면부분에 완전히 지지되게 한 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 웨이퍼가 몰드내에 배치될 때 몰드 캐비티가 웨이퍼의 기단 부에 결합되는 고정구를 형성하는 벽을 갖게 한 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 웨이퍼가 몰드내에 배치되고 엘라스토머 물질이 몰드내에 주입될 때 몰드 캐비티가 웨이퍼의 기단부와 결합되는 엘라스토머 물질의 접속부분을 형성하기 위한 댐을 구성할 수 있도록 벽에 인접하여 돌출부를 갖게 한 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 웨이퍼의 물질이 엘라스토머 물질보다 경질이고, 웨이퍼가 몰드 캐비티내에 배치되었을 때 웨이퍼의 일측부가 몰드 캐비티의 면부분에 완전히 지지되게 한 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 웨이퍼가 몰드내에 배치될 때 몰드 캐비티가 웨이퍼의 기단부에 결합되는 고정구를 제공하는 벽을 갖게 한 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 웨이퍼가 몰드내에 배치되고 엘라스토머 물질이 몰드내에 주입될 때 몰드 캐비티가 웨이퍼의 기단부와 결합되는 엘라스토머 물질의 접속부분을 형성하기 위한 댐을 구성할 수 있도록 벽에 인접하여 돌출부를 갖게 한 것을 특징으로 하는 방법.

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