KR101064308B1

KR101064308B1 - 베어링 밀봉재 편향자를 구비하며 클램프 없이 유지되는추진축 부트

Info

Publication number: KR101064308B1
Application number: KR1020040054448A
Authority: KR
Inventors: 로버트조셉위너
Original assignee: 아메리칸 액슬 앤드 매뉴팩쳐링, 인코포레이티드
Priority date: 2003-10-16
Filing date: 2004-07-13
Publication date: 2011-09-14
Also published as: EP1524458A1; US7086952B2; EP1524458B1; KR20050036695A; US20050085305A1; JP2005121212A; BRPI0402873A; JP4768241B2

Abstract

회전용 조인트 요소를 구비하는 기계적 조인트용 밀봉 부트가 개시된다. 밀봉 부트는 탄성 몸체부와 상기 몸체부의 일단과 결합되는 플랜지 단을 포함한다. 상기 플랜지 단은 축 방향을 따라 조인트 요소들을 밀봉하는 플랜지 밀봉부 및 상기 플랜지 밀봉부에 대하여 원주방향으로 연장되어 기계 잔해물이나 습기로부터 상기 플랜지 밀봉부를 보호하는 환상 립을 포함한다.

Description

베어링 밀봉재 편향자를 구비하며 클램프 없이 유지되는 추진축 부트{PROPSHAFT BOOT WITH INTEGRATED BEARING SEAL DEFLECTOR AND CLAMPLESS RETENTION}

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 밀봉 부트의 평면도이다.

도 2는 회전하는 한 쌍의 조인트 요소와 결합하여 동작 중인 도1에 도시된 밀봉 부트의 길이방향 단면도이다.

도 3은 도 1을 3-3선을 따라 절단한 단면도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 밀봉 부트의 평면도이다.

도 5는 도 4를 5-5선을 따라 절단한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 밀봉 부트 12 : 탄성 몸체부

14 : 커플링 단 16 : 플랜지 단

18 : 기계적 조인트 20 : 외부 스플라인 축

22 : 이송 케이스 24 : 스플라인 출력축

26 : 수(male) 스플라인 단 28 : 암(female) 스플라인 단

30 : 나선 34 : 기저

40 : 클램프 플랜지 42 : 부트 클램프

44 : 리브 50 : 플랜지 밀봉부

52 : 환상 립 54 : 접착부

56 : 모따기 면 58 : 리딩 에지

60 : 제1 부분 62 : 제2 부분

본 발명은 회전 동력을 전달하기 위한 기계적 조인트에 관한 것으로서, 개선된 밀봉특성 및 커플링 특성을 구비하는 밀봉 부트(boot seal)에 관한 것이다.

내부 스플라인 축과 짝으로 연결되는 외부 스플라인 축과 같이 회전력을 전달하는 기계적 조인트는 일반적으로 동력 전달 부재를 감싸는 밀봉 부트를 사용한다. 통상적인 밀봉 부트는 몸체부의 대향 측부(opposite side)에 연결되는 다수의 커플링 부를 포함한다. 상기 몸체부는 상기 커플링부가 축방향으로 상대운동 할 수 있도록 주름(bellows), 나선(convolutions) 또는 이와 유사한 수단으로 구성된다. 일반적으로, 상기 커플링 부는 금속이나 플라스틱으로 형성된 부트 클램프를 수용하도록 원주방향으로 연장되는 홈을 구비한다. 상기 부트 클램프는 상기 커플링 부를 상기 기계적 조인트의 동력 전달부재(대개는 입력요소 또는 출력요소)에 유지시켜 상기 밀봉 부트를 상기 동력전달 부재에 고정한다.

이상과 같은 구조는 습기나 기계 잔해물로부터 상기 동력 전달용 조인트 부 재를 잘 보호해 왔지만, 개선된 밀봉 부트가 강하게 요구되고 있음은 당업자라면 누구나 알 수 있다. 즉, 동력 전달용 조인트 부재에 대한 부트 밀봉 어셈블리가 좀 더 효율이 높고 상대적으로 가공을 덜 필요로 하는 것에 대한 요청은 아주 강하다. 게다가, 기계적 마모와 침식을 야기하는 기계 잔해물이나 습기가 밀봉 부트의 개방단을 통하여 이동하는 것은 보기 드문 경우가 아니다. 따라서, 상기 밀봉 부트의 개방단을 통한 기계 잔해물이나 습기의 침투를 보다 더 잘 막을 수 있는 개선된 밀봉 부트에 대한 필요성은 여전히 당업계에 남아 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 회전 조인트 요소를 구비하는 기계적 조인트용 부트 실링재를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기계적 조인트용 밀봉 부트는 탄성 몸체부와 상기 탄성 몸체부의 단부와 결합된 플랜지 단을 포함한다. 상기 플랜지 단은 상기 플랜지 단의 길이방향 축을 횡단하는 방향을 따라 상기 조인트 요소에 대하여 밀봉하도록 구성되는 플랜지 밀봉부와 상기 플랜지 밀봉부에 대하여 원주방향을 따라 연장하여 기계 잔해물이나 습기로부터 상기 플랜지 밀봉부를 보호하는 환상 립을 구비한다. 바람직하게는, 상기 플랜지 밀봉부는 회전하는 상기 조인트 요소와 밀봉상태에서 탄성적으로 결합하여 상기 밀봉 부트가 종래의 부트 클램프 없이 상기 회전용 조인트 요소와 결합할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 기계적 조인트를 밀봉하기 위한 밀봉 부트를 부트 클램프 없이 결합할 수 있으며, 원심력에 의해 상기 환상 립(52)이나 상기 베어링 밀봉재(22c) 및 출력축(20) 사이를 비집고 들어오는 기계 잔해물이나 습기를 제거할 수 있다. 이에 따라 상기 밀봉재(22c)의 무결성을 더욱 보장할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 가르침에 따라 구성된 밀봉 부트는 도면번호 10으로 표시된다. 상기 밀봉 부트(10)는 천연고무나 합성고무 또는 적당한 플라스틱과 같은 탄성물질로 단일하게 형성되며 탄성 몸체부(12), 커플링 단(14) 및 플랜지 단(16)을 포함한다. 회전동력을 전달하기 위한 기계적 조인트와 결합된 상기 밀봉 부트(10)가 도 2에 개시되어 있다. 상기 기계적 조인트(18)는 일실시예로서, 이송 케이스(22)의 내부 출력 스플라인 축인 제1 요소 및 추진축(24a)과 연결되는 외부 스플라인 축(20)인 제2 요소를 포함한다. 비록 예시적인 스플라인 축(24)이 스플라인 출력축(24) 상에 형성되는 짝 스플라인 요소들(28)을 짝을 이루어 결합시키는 스플라인 요소들(26)을 포함하도록 도시되어 있지만, 다른 다양한 수단이 상기 기계적 조인트(18)의 구성요소들을 연결하여 상기 구성요소들 사이에서 회전 동력의 전달을 용이하게 할 수 있음은 당업자에게 자명하다.

도 1 내지 도 3을 다시 참조하면, 일반적으로 상기 탄성 몸체부(12)는 반경방향을 따라 내측으로 연장되어 환상의 기저들(annular roots, 34)에 연결되는 각진 측벽들(32)을 구비하는 다수의 나선(30)들을 포함한다. 상기 환상의 기저(34)들 은 탄성 힌지를 형성하여 상기 기계적 조인트(18)가 작동되는 동안 상기 몸체부(12)의 축방향 운동(즉, 압축 또는 신장)과 유연성을 용이하게 한다.

상기 커플링 단(14)은 상기 몸체부(12)의 제1 단과 연결되며, 웨이티커(Oetiker)에 허여된 미국특허 제3,402,436에 개시된 부트 클램프와 같은 종래의 부트 클램프(42)를 수용할 수 있을 정도의 크기를 갖는 환상의 클램프 플랜지(40)를 포함한다. 이로써, 상기 미국특허에 개시된 내용은 참조에 의해 본 명세서에 완전히 설명된 것처럼 본 발명에 포함된다. 상기 커플링 단(14)의 내측 지름은 슬립-핏(slip-fit) 방식으로 상기 스플라인 축(20)과 결합할 수 있는 크기를 갖는다. 상기 부트 클램프를 조이면, 상기 커플링 단(14)은 상기 스플라인 축(20)에 단단히 고정되어 상기 커플링 단(14)과 스틀라인 축(24) 사이에서 상대적인 회전이 방지된다. 단부 인근에서 상기 탄성 몸체부(12)와 연결되고 반경방향으로 연장된 다수의 리브들(44)은 상기 커플링 단(14)의 강도(strength)와 강성(rigidity)을 증가시킨다.

상기 플랜지 단(16)은 상기 커플링 단(14)과 대향하는 상기 몸체부(12)의 제 2단과 연결된다. 일실시예로서, 상기 플랜지 단(16)은 플랜지 밀봉부(50)와 환상의 립(lip, 52)을 포함한다. 상기 플랜지 밀봉부(50)는 상기 몸체부(12) 내부로 기계 잔해물이나 습기가 침투하는 것을 방지하기 위해 상기 출력축(24)에 대하여 주된 밀봉작용을 수행한다. 본 실시예에 있어서, 상기 플랜지 밀봉부(50)는 상기 출력축(24)의 주변부에 형성된 짝홈(mating groove, 55)과 밀봉된 상태에서 결합되는 접착부(54)를 포함한다. 상기 밀봉 부트(10)를 구성하는 물질의 탄성적 성질에 따라, 상기 접착부(54)는 상기 밀봉 부트(10)를 설치하는 동안 상기 출력축(24)의 상부를 따라 탄성적으로 팽창하여, 상기 짝홈(55)에 정렬되면 상기 출력축(24)의 외측 직경 주변부를 압축함으로써 마찰력에 의해 상기 출력축(24)과 결합한다. 이러한 방법에 의한 구조는 종래의 부트 클램프에 관한 필요성을 제거한다는 점에서 상당한 장점이 있다. 상기 밀봉 부트(10)를 설치하는 동안 기술자를 돕기 위해 상기 플랜지 밀봉부(50)의 리딩 에지(58)면에 모따기(56)를 형성할 수도 있다.

상기 환상의 립(52)은 상기 플랜지 밀봉부(50)의 원주를 따라 연장하여 본 발명에 의한 밀봉재를 구비하는 원동기(미도시)의 운전동안 상기 이송 케이스(22)를 향하여 위로 튀는 기계 잔해물이나 습기로부터 상기 플랜지 밀봉부(50)를 보호하는 장벽을 생성한다. 특히, 본 실시예에서, 상기 환상의 립(52)은 L 형상을 가지며, 상기 플랜지 밀봉부(50)로부터 반경을 따라 외측으로 연장하는 제1 부분(60) 및 상기 제1 부분(60)을 가로지르는 제2 부분(62)을 포함한다. 상기 플랜지 밀봉부(50)의 길이방향 축에 대하여 구심적으로(concentrically) 위치하는 상기 제2 부분(62)은 바람직하게는 상기 플랜지 밀봉부(50)의 내측 직경의 약 2배에 해당하는 외측 직경을 갖는다. 특히, 본 실시예에서, 상기 환상 립(52)의 원단(distal end, 66)은 축방향을 따라 상기 플랜지 밀봉부(50)의 리딩 에지(58)가 상기 몸체부(12)로부터 멀어지도록 연장하는 정도와 거의 동일한 정도까지 상기 몸체부(12)로부터 멀어지도록 연장한다. 후술하는 바와 같은 이유에 의해, 상기 환상 립(52)에 의해 생성되는 장벽은 상기 플랜지 밀봉부(50)에 의해 생성되는 밀봉(상기 출력축(20)에 대한)과 같은 정도의 내구성(robustness) 및 무결성(integrity)은 필요하지 않다. 본 실시예에서, 상기 환상 립(52)은 상기 이송 케이스(22)의 하우징(22a)으로부터 실질적으로 떨어져 있다. 반경방향으로 연장하는 다수의 리브들(72)은 상기 환상 립(52)과 적어도 하나, 바람직하게는 두 몸체부(12) 및 상기 플랜지 밀봉부(50)를 서로 연결한다.

비록 밀봉된 베어링(22b)이 먼지나 습기의 침투를 방지하기 위하여 상기 이송 케이스(22)의 하우징(22a) 내부에 설치된다 할지라도, 상기 환상 립(52)에 의한 장벽은 대부분의 기계 잔해물이나 습기가 상기 베어링(22b)의 밀봉재(22c)에 도달하는 것을 방지함으로써 추가적인 보호수단을 제공한다. 뿐만 아니라, 상기 밀봉 부트(10)는 상기 기계 조인트(18)의 운전 중에 상기 기계 조인트(18)의 조인트 요소들(본 실시예의 외측으로 향하는 스플라인 축(20)과 출력축(24))과 함께 회전하기 때문에, 원심력이 상기 환상 립(52)이나 상기 베어링 밀봉재(22c) 및 출력축(20) 사이를 비집고 들어오는 기계 잔해물이나 습기를 제거하게 되고, 이에 따라 상기 밀봉재(22c)의 무결성을 더욱 보장할 수 있다.

본 발명에 의하면, 기계적 조인트를 밀봉하기 위한 밀봉 부트를 부트 클램프 없이 결합할 수 있으며, 원심력에 의해 상기 환상 립(52)이나 상기 베어링 밀봉재(22c) 및 출력축(20) 사이를 비집고 들어오는 기계 잔해물이나 습기를 제거할 수 있다. 이에 따라 상기 밀봉재(22c)의 무결성을 더욱 보장할 수 있다.

상술한 바와 같은 밀봉 부트는 종래의 부트 클램프를 이용하는 커플링 단을 포함하지만, 당업자라면 발명의 확장된 측면에서 본 발명이 어느 정도 다르게 구성될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 상기 밀봉 부트는 플랜지 단과 실질적으로 동일한 단을 구비하는 것으로 구성할 수 있다. 또한, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 밀봉 부트(10)는 본 실시예에서 상기 환상 립(52)과 상기 플랜지 밀봉부(50)의 적어도 하나 또는 양 몸체부(12)와 연결하도록 이산적으로(discretely) 반경 방향으로 연장하는 리브를 구비하지 않고 형성될 수 있다. 따라서, 비록 본 발명이 바람직한 실시예에 따라 도면과 발명의 상세한 설명에 서술되어 있지만, 클레임에 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변형이 가능하고 다양한 등가물들이 발명의 구성요소들을 대체할 수 있음은 당업자라면 쉽게 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명을 구현하기 위해 현재 생각할 수 있는 최적 모드로서 발명의 상세한 설명에 기재되고 도면에 도시된 본 실시예에 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 오히려 전술한 발명의 상세한 설명 및 후속하는 클레임의 범위내에 해당하는 모든 실시예는 본 발명의 범위에 속한다.

Claims

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축단(axial end)과, 상기 축단에 인접하며 제1 측벽 및 상기 제1 측벽으로부터 축 방향으로 이격된 제2 측벽을 갖는 환상의 그루부(groove)를 포함하는 제1 조인트 요소;

제2 조인트 요소;

상기 제1 조인트 요소가 통과하여 연장되는 구멍을 포함하며, 상기 제1 조인트 요소를 회전가능하게 지지하는 하우징;

상기 제1 조인트 요소에 결합된 암 스플라인들(female splines)의 세트(set);

상기 제2 조인트 요소에 결합되며, 상기 암 스플라인들 세트에 짝을 이루어 결합되어 상기 제1 및 제2 조인트 요소들이 슬라이딩 가능하나 회전 가능하지는 않게 연결되는 수 스플라인들(male splines)의 짝 세트(mating set);

커플링 단(coupling end), 몸체부 및 플랜지 단을 갖는 밀봉 부트,

이때, 상기 커플링 단은 상기 제2 조인트 요소에 인접하여 배치되고 환상의 클램프 플랜지를 가지며 상기 몸체부의 제1 축단에 결합되고,

상기 몸체부는 복수의 나선들(convolutions)을 가지며,

상기 플랜지 단은 상기 몸체부의 제1 축단에 대향하는 제2 축단에 결합되고, 플랜지 밀봉부 및 환상의 립(annular lip)을 포함하며,

상기 플랜지 밀봉부는 상기 환상의 그루부 속으로 수용되고 상기 제1 측벽에 접촉하여 상기 제1 조인트 요소에 축 방향으로 수용되고(retained), 상기 제1 조인트 요소에 대한 주요한 밀봉을 형성하며,

상기 환상의 립은 근단(proximal end)에서 상기 플랜지 밀봉부에 결합되고 상기 플랜지 밀봉부로 가로질러 연장되는 제1 부 및 상기 제1 부의 원단(distal end)에 결합되고 상기 제1 부로 가로질러 연장되는 제2 부를 포함하고,

상기 제2 부는 상기 플랜지 밀봉부의 반경을 따라 외측의(radially outwardly) 상기 제1 조인트 요소에 대해 동심원적으로 그리고 원주를 도는 방향으로(concentrically and circumferentially) 연장되며, 상기 하우징으로부터 축 방향으로 이격된 위치에서 끝나는 것을 특징으로 하고; 및

상기 환상의 클램프 플랜지 내에 수용되고, 상기 커플링 단을 상기 제2 조인트 요소에 회전가능하지 않게 결합시키는 싱글 부트 클램프로 구성된 기계적 조인트 장치.
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제11항에 있어서, 복수의 립들(ribs)이 상기 환상의 립(lip)에 결합되어, 상기 립들(ribs)이 상기 환상의 립(lip)을 강화시키는 것을 특징으로 하는 기계적 조인트장치.
제13항에 있어서, 상기 립들(ribs)은 상기 몸체부, 상기 플랜지 밀봉부 혹은 상기 몸체부 및 상기 플랜지 밀봉부 모두에 결합되는 것을 특징으로 하는 기계적 조인트 장치.
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삭제
제11항에 있어서, 상기 플랜지 밀봉부의 리딩 에지면에 모따기가 형성된 것을 특징으로 하는 기계적 조인트 장치.