KR101076301B1 - 밀봉 링 - Google Patents

Abstract

밀봉 링(5)의 측면에 내주면(23)과 그 측면으로 개방되는 오목부로서의 제1 경사면(51)을 복수개 이간하여 형성한다. 인접하는 경사면(51) 사이의 기둥부(54)가 미끄럼 접촉면으로 되고, 제1 경사면(51)의 양측 단부는 기둥부(54)로 수속(收束)하는 매끄러운 원추 형상의 경사면으로서의 수속부(52)로 되어 있다. 기둥부(54)에는 제2 경사면(57)을 형성한다.

밀봉 링, 링홈, 샤프트, 가공 정밀도, 오일 누설

Description

밀봉 링{SEAL RING}

본 발명은 오토매틱 트랜스미션(이하, AT라 한다) 등의 기기의 샤프트에 형성한 링홈에 장착되어, 그 기기의 동작에 필요한 유압을 유지하는 밀봉 링에 관한 것이다.

AT 등의 기기에 이용되는 밀봉 링은, 샤프트의 외주면에 형성된 쌍을 이루는 이간(離間)된 링홈에 장착된다. 밀봉 링의 외주면은 클러치판이나 브레이크판을 수납하는 하우징의 내주면에 미끄럼 접촉하고, 양측 링홈 사이에 있는 유로로부터 공급되는 작동유를 양측 밀봉 링의 한쪽의 수압측면(受壓側面)과 내주면에서 받아, 반대측의 접촉측면(接觸側面)과 외주면에서 링홈의 측면과 하우징 내주면을 밀봉한다. 밀봉 링은 링홈의 홈 벽면과 밀봉 링 측면 사이에서 상대적으로 서로 슬라이딩하여, 양측 밀봉 링간의 작동유의 유압을 적정하게 유지한다.

이 조건하에 있어서, 밀봉 링은 마찰 손실이 적으면서, 동시에 양호한 밀봉성을 장시간 유지할 것이 요구되고 있다. 밀봉 링 장착 상태에 있어서, 밀봉 링 측면과 샤프트의 링홈 벽면과의 마찰력이 낮을 필요가 있지만, 종래의 기술인 밀봉 링 단면이 직사각형인 경우, 밀봉 링 측면과 링홈 벽면의 접촉 면적이 넓어서, 마찰 손실이 커진다.

최근, 차량 성능의 향상과 환경 기준 강화의 관점에서, 한층 더 AT를 경량화함에 따른 연비 향상과 저마찰이 요구되고 있어, 밀봉 링도 링과 링홈 벽면 사이의 프릭션 즉 마찰 저감과, 링홈의 가공 정밀도와 관계없이 양호한 밀봉성을 겸비한 특성의 개선이 요구되고 있다.

종래의 대표적인 수단으로서, 일본 실용공개 평6-18764호 공보에는, 도 4와 도 5에 도시하는 바와 같은 밀봉 링이 개시되어 있다. 샤프트(1)의 링홈(4)에 장착된 밀봉 링(5')은, 그 측면에 원주 방향으로 연장하는 환상 홈(22)과, 둘레 방향으로 이간하면서 지름 방향을 향하여 형성된 복수개의 홈(21)을 갖고, 그 지름 방향 홈(21)을 통해 환상 홈(22)은 밀봉 링(5')의 내주면측(23)으로 개방된다. 밀봉 링(5')의 측면은 지름 방향 홈(21)과 환상 홈(22)을 통해 링홈(4)의 측면과 대접(對接)한다. 참조 번호 2는 하우징을 나타내며, 8은 공급되는 오일(기름)의 흐름을 나타낸다.

또한, 일본 특허공개 평9-210211호 공보에는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 밀봉 링(5''의 측면에 내주면측으로 개방되는 복수개의 이간된 오일홈(24)과, 그 오일홈의 둘레 방향측으로 연장하면서 동시에 그 오일홈에 접속되는 쐐기 효과 발생면으로서 경사상의 오목부(24')를 갖는 밀봉 링이 개시되어 있다.

이상 2개의 밀봉 링(5', 5'')은, 밀봉 링홈 벽면으로 밀어 붙이는 힘이 상기 밀봉 링 측면의 지름 방향 홈(21, 24) 및 둘레 방향 홈(22) 및 오목부에 도입된 유압에 의해 저감되므로, 밀봉 링과 밀봉 링홈 측면 사이의 압접력(壓接力)은 저감되게 되어, 프릭션의 저감 및 윤활 기능의 향상에 유효하다.

그러나, 도 6에 도시하는 바와 같이 밀봉 링홈 벽면의 가공 정밀도의 불균일에 의해, 홈이 외측으로 확장되는 것, 즉 홈 바닥의 폭이 좁고 홈의 입구의 폭이 넓은 테이퍼 형상을 갖는 링홈 벽면(7')으로 되는 경우가 많다. 이와 같은 링홈에 도 4와 도 6에 도시하는 밀봉 링을 사용하면, 밀봉 링홈 벽면(7')과 밀봉 링 측면의 내주 각부(角部)가 대접(對接)하여, 오일이 링의 내주부를 통하여 이간된 간극으로부터 누설하여, 측면 밀봉 특성에 열화 현상이 발생하는 난점이 있다.

상기 난점을 해소하는 것을 목적으로 하는 밀봉 링으로서 일본 특허공개 평8-219292호 공보 및 일본 특허공개 평9-217836호 공보에 기재된 것이 알려져 있다. 이것은, 도 7에 도시하는 바와 같이 밀봉 링(5''')의 측면을 2 내지 10°의 테이퍼면(57)으로서 내주측의 폭을 외주측의 폭보다도 작게 한 것이다. 상기 밀봉 링(5''')은 밀봉 링 측면(57)이 테이퍼 형상이기 때문에, 링홈 측벽면의 가공 정밀도의 불균일에 의해 홈이 외측으로 확장된 테이퍼 형상으로 기울어져 있는 링홈 벽면(7')에 있어서도, 링 측면(57)과 링홈 벽면(7')의 대접은 이간되지 않아, 밀봉 특성에 극단적인 열화 현상은 발생하지 않는 효과가 있다.

그리고, 밀봉 링 측면이 내경 방향 내측으로 경사하는 테이퍼면으로 형성되어 있기 때문에, 밀봉 링 측면과 밀봉 링홈 측벽면 사이에 지름 방향 내측을 향하여 개방하는 쐐기 형상의 간극(56)이 형성되고, 그 간극(56)으로 도입되는 유압의 작용에 의해 밀봉 링(5''')과 밀봉 링홈 측벽면과의 사이의 압접력이 저감되어, 프릭션이 저감된다.

그러나, 밀봉 링홈 벽면의 가공 정밀도의 불균일에 의해 홈이 외측으로 확장 되었을 때에는 밀봉 링 측면과 밀봉 링홈 측벽면과의 사이에 지름 방향 내측을 향하여 개방하는 쐐기 형상의 간극이 없어져, 그 간극으로 도입되는 유압의 작용을 충분히 얻지 못하여, 프릭션의 저감 효과가 발휘되지 않는 난점도 있다.

또한, 상기 일본 특허공개 평8-219292호를 개량한 링으로서, 밀봉 링의 양측면간의 내주측의 폭이 외주측의 폭보다 작아지도록 테이퍼면을 형성한 밀봉 링(5'''')을 도 8에 도시한다.

이 밀봉 링(5'''')은 양측면의 테이퍼면을 2단으로 하여, 외주면측의 제1 경사면(58)의 경사 각도에 대해 내주면측의 제2 경사면(59)의 경사 각도를 크게 한 것을 특징으로 한다. 여기에서는, 외주면측의 테이퍼면(58)의 경사 각도를 0.5° 이상 3° 이하로 하고, 내주면측의 테이퍼면(59)의 경사 각도를 9° 이상 11° 이하로 크게 하고 있다.

외주측의 경사각에 의해 홈이 외측으로 확장하는 테이퍼 형상으로 기울어져 있는 링홈 벽면(7')에 있어서도, 링 측면과 링홈 측벽면의 대접은 이간되지 않고 밀봉 특성에 극단적인 열화 현상은 발생하지 않는 효과가 있어, 내주측의 경사각은 그 간극(56)으로 도입되는 유압의 작용에 의해 밀봉 링(5'''')과 밀봉 링홈 측벽면과의 사이의 압접력이 저감되어, 프릭션이 저감되는 것이다.

그러나, 상기 1단 테이퍼 링에서는, 이음매 구조의 돌출부편의 선단부와 링홈 벽면의 선단부에 대향하는 단면 사이의 간극에는, 쐐기 형상 간극을 통해 내부의 유압을 외부로 개방하는 누설 회로를 형성하게 되어, 이런 종류의 특수 이음매 구조의 본래의 밀봉 효과가 충분히 발휘되지 않는 난점을 나타낸다.

또한, 후자의 2단 경사를 갖는 테이퍼 링도 일단 테이퍼보다도 밀봉성은 향상되지만, 상기 테이퍼 링의 기본적 이론은 마찬가지이며, 아직 밀봉성에는 과제가 남아 있다.

이 발명은, 전술한 바와 같은 종래 기술에서는 대응이 곤란하였던 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 밀봉 링홈 측벽면의 가공 정밀도의 영향을 받는 일 없이, 또한 밀봉 링의 이음매 구조에 의존하는 일 없이, 저프릭션을 유지하면서 또한 기름 누설을 저감할 수 있는 밀봉 링을 제공하는 데에 있다.

종래 기술의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 밀봉 링의 측면에 오목부와 링 본체의 골격으로서의 역할을 담당하는 평면 형상의 기둥부를 교대로 연속시킨 구성을 기본적으로 이용한다. 여기에서, 오목부는, 밀봉 링 측면의 내주측에 내주 방향을 향하여 밀봉 링의 두께가 얇아지도록 형성된 최심(最深) 경사부(제1 경사부)와, 제1 경사부의 둘레 방향 양측에 위치하고, 인접하는 기둥부의 가장 내주측의 점을 향하여 수속하는 수속부로 이루어지고, 기둥부 및 수속부의 내주측 부분에는 내주 방향을 향하여 밀봉 링의 두께가 얇아지도록 제2 경사부가 설치되어 있다.

이 구조에서는, 밀봉 링 측면의 오목부와 링홈벽 측면간의 쐐기 간극에 의해, 다른 한쪽의 링 측면을 누르는 힘을 캔슬시켜 밀봉 링 측면과 홈벽 사이에 발생하는 손실 토크를 저감할 수 있다. 또한, 기둥부를 면취하여, 내주 방향을 향하여 밀봉 링 두께가 얇아지도록 제2 경사면을 형성함으로써, 링홈이 외측으로 확장되어 있는 경우에도, 링홈과의 접촉 위치를 종래 기술보다 외주측으로 할 수 있다.

이에 따라, 내부의 유압이 외부로 개방되는 유압 개구부가 작아져서, 밀봉 특성이 현저하게 개선된다.

또한, 본건 발명의 밀봉 링에서는, 외주측 측면은 외주면에 대하여 직각인 평면으로 구성되어 있기 때문에, 이음매부의 형상에 의존하는 일 없이 뛰어난 밀봉 특성을 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 측면 오목부의 기능은, 샤프트 즉 축의 환상 링홈과 상대하는 밀봉 링의 측면이, 내주면측으로만 개구하는 오목부의 최심부 경사부(제1 경사부)와, 그 최심 경사부의 둘레 방향의 양측에 그 밀봉 링 측면의 평면과 접속하는 쐐기 효과 발생 경사면으로서의 매끄러운 수속부가, 링홈벽 측면과 밀봉 링 오목부 사이의 쐐기 간극에 의해 다른 한쪽의 링 측면을 누르는 힘을 캔슬시켜 밀봉 링 측면과 홈벽과의 사이에 발생하는 손실 토크의 저감을 확보시켜 밀봉 링이 사용되는 제품의 연비를 향상시킬 수 있는 것이다.

또한, 이음매부에는 측면에 오목부를 형성하지 않고 평면상으로 함으로써, 특수 이음매의 구조가 충분히 발휘되어, 낮은 누설 특성을 갖는 밀봉성을 확보하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에서는, 밀봉 링 측면의 기둥부와 오목부 최심부의 접속을 원추 형상의 경사면으로 함으로써, 오목부로 들어간 오일을 기둥부인 슬라이딩면에 평활하게 취득시켜, 오일을 슬라이딩면에 공급하여 내마모성을 향상시키면서 또한 원추 형상의 경사면에 의해 링이 회전하는 방향과 수직인 각도에 가까워지기 때문에, 양력(揚力)도 가산되어, 캔슬압이 더욱 증폭되어 프릭션이 저감된다. 또한, 오목부와 기둥부의 수를 최적화함으로써, 더욱 효과적으로 프릭션을 저감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일례인 밀봉 장치의 밀봉 링 장착 부분을 도시하는 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일례인 밀봉 링의 내주면을 측면으로 전개하여 도1의 좌측 밀봉링의 단면에 표시된 모서리 a-b-b'-c가 일 평면상에 도시된 부분 측면도이다.

도 3의 (a)는 도 2의 본 발명의 밀봉 링의 II-II선을 따라 취한 단면도이고, (b)는 도 2의 III-III선을 따라 취한 단면도이다.

도 4는 종래의 측면홈 밀봉 장치의 밀봉 링 장착 부분을 도시하는 단면도이다.

도 5는 도 4에 도시하는 종래의 밀봉 링의 일부 평면도이다.

도 6은 종래의 측면 오일홈 밀봉 장치의 밀봉 링 장착 부분을 도시하는 단면도이다.

도 7은 종래의 밀봉 장치, 측면 테이퍼 형상의 밀봉 링 장착 부분을 도시하는 단면도이다.

도 8은 종래의 밀봉 장치, 측면 테이퍼 형상으로 개량하여 측면을 2단 형성한 밀봉 링 장착 부분을 도시하는 단면도이다.

도 9는 실시예에 이용한 홈의 형상을 도시한다.

도 10은 본 발명에 의한 밀봉 장치와 종래의 밀봉 장치의 테스트 결과를 나타내는 그래프도이다.

도 11은 본 발명의 일례에 의한 밀봉 링의 오목부에 작용하는 캔슬압의 분력을 나타내는 밀봉 링의 내주면을 도시한다.

도 12는 본 발명에 의한 밀봉 링의 오목부의 수와 프릭션의 관계의 테스트 결과를 나타내는 그래프도이다.

이하에 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 상술한다. 도 1은 본 발명의 밀봉 링(5)이 샤프트(1)의 외주면에 형성된 쌍을 이루는 이간된 링홈(4)에 장착되어 있는 상태를 나타낸다. 여기에서, 쌍을 이루는 링홈(4) 사이에서 각 링홈(4)에 공급된 작동유(8)를 그 수압측면(9)과 내주면(23)에서 받아, 반대측의 접촉측면(6)과 외주면(55)에서 링홈 측벽면(7)과 하우징(2)의 내주면을 밀봉하고 있다. 밀봉 링(5)의 양측면의 내주측에는 오목부가 형성되어 있다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 오목부는 제1 경사면(51)과, 제1 경사면(51)의 둘레 방향 양측에 형성되고 인접하는 기둥부(54)의 가장 내주측의 점 B를 향하여 수속하는 수속부(52)로 이루어지며, 그 형상은 둘레 방향으로 긴 포켓과 같은 형태이다.

오목부는 최심부(제1 경사면)(51)를 둘레 방향으로 늘린 형상이며, 둘레 방향으로 이간하여 형성되어 있다. 오목부 사이에는 평면의 제방 형상 기둥부(54)가 있으며, 기둥부(54) 및 수속부(52)의 내주측에는 내주 방향을 향하여 밀봉 링의 두께가 얇아지도록 제2 경사면(57)이 형성되어 있다.

이와 같이, 본 발명의 밀봉 링 측면은 오목부와 기둥부(54)가 둘레 방향으로 교대로 연속하여 존재하는 형상을 특징으로 한다.

제1 경사부의 둘레 방향의 폭은 그 최대 깊이보다도 크고, 제2 경사면(57)의 둘레 방향의 폭보다 크게 하는 것이 바람직하다. 여기에서 제2 경사면(57)의 둘레 방향의 폭이란, 기둥부의 둘레 방향폭(도 2의 B-B간의 폭)을 말한다. 제1 경사부의 둘레 방향폭은 제2 경사면의 둘레 방향폭의 8 내지 50배로 하는 것이 더욱 바람직하다. 8배보다 작으면, 링 측면과 홈 벽면의 접촉 면적이 증가하여, 프릭션 저감의 효과가 적어지는 것이 실험에 의해 실증되어 있다. 반대로 50배보다 크면, 후술하는 양력의 효과가 작아 프릭션의 저감이 현저하게 인정되지 않는다.

또한, 수속부의 둘레 방향의 폭(편측)은 제1 경사면(51)의 둘레 방향의 폭의 1/50 이상으로 하는 것이 바람직하다. 1/50보다 작으면 수속부의 경사가 급해지기 때문에 후술하는 양력의 효과가 작아 손실 토크의 저감이 현저히 인정되지 않는다. 수속부의 둘레 방향의 폭에는 특별히 상한은 없고, 오목부에 제1 경사면(51)이 없이 수속부만으로 구성되어 있어도(기둥부와의 접촉점으로부터 최심 경사부에 도달 후, 즉 반대측 기둥부의 내주측부를 향하여 수속한다) 본건 발명의 효과를 얻을 수 있다. 단, 제1 경사면을 형성함으로써 프릭션 저감 효과가 더욱 향상되고, 특히 제1 경사면의 폭과 수속부의 폭이 1:1 부근까지에서는 프릭션이 큰폭으로 저감된다.

도 2 중의 II-II선 및 III-III선에서의 단면도를 각각 도 3의 (a) 및 (b)에 나타낸다. 도 3(a)에 도시하는 바와 같이, 밀봉 링 측면의 오목부를 구성하는 제1 경사면(51)의 경사각(α)은, 그 밀봉 링(5)의 외주면(55)과 직각을 이루는 면, 즉 밀봉 링(5)의 축심에 대해 직각을 이루는 면에 대한 각도이며, 경사각(α)은 8° 이상 45° 이하가 바람직하고, 14° 이상 18° 이하가 더욱 바람직하다. 여기에서, 오목부에 제1 경사면이 없는 경우에는, 최심 경사부의 경사각이 앞에서 설명한 범위이면 된다.

경사각(α)을 상기 범위로 함으로써, 링홈 측벽면과 밀봉 링 오목부, 즉 제1 경사면(51) 사이의 쐐기 간극(53)과 오목부 양단에 있는 원추 형상의 수속부(52)에 의해 링이 회전하는 방향과 수직인 각도에 가까워지고, 그것이 오일에 작용하는 양력에 의해, 다른 한쪽의 링 측면을 누르는 힘을 캔슬하여, 밀봉 링 측면과 홈벽과의 사이에 발생하는 손실 토크를 저감시켜, 밀봉 링이 사용되는 제품의 연비를 향상시킬 수 있다.

양력의 작용을 도 11에 나타낸다. 제1 경사면(51)에 작용하는 캔슬압이 수속부(52)에 작용하고, 이 압력의 일부가 분력으로서의 양력으로 되어, 캔슬압과 같은 방향으로 작용한다. 이것이 손실 토크의 저감에 기여한다.

제1 경사면(51)의 경사 각도(α)가 8° 미만인 경우, 밀봉 링 측면과 밀봉 링홈 측벽면 사이에 지름 방향 내측을 향하여 개방하는 쐐기 형상의 간극(53)이 형성되기 어려워져, 프릭션 저감 효과가 충분하지 않다. 또한, 45°를 초과하여 큰 경우도 쐐기 형상의 간극(53)이 형성되지 않아, 캔슬압이 발생하지 않게 되어, 프 릭션을 충분히 저감할 수 없다.

제1 경사면(51)의 최외경부는 링 지름 방향폭(L)과의 경계에 위치한다. 링 지름 방향폭(L)은 밀봉 링의 외주면(55)보다 0.4∼1.2mm, 또는 a1 치수의 2/3 이하의 폭으로 간헐 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

여기에서, 링 지름 방향폭(L)은 제1 경사면(51)의 최외경부와 링 외주면(55) 사이의 평탄한 나머지 폭이다. 링 지름 방향폭을 외주면(55)에서 O.4mm 미만으로 하면 하우징 내지는 샤프트의 회전 축심의 떨림 때문에, 밀봉 링홈 측벽면(7)으로부터 밀봉 링의 오목부 최외경이 벗어날 확률이 높아, 리크 특성이 열화할 가능성이 있다.

또한, 링 지름 방향폭(L)이 외주면(55)에서 1.2mm를 초과하여 크거나, 또는 지름 방향의 나머지폭 치수(L)가 링 a1(두께) 치수의 2/3를 초과하면, 밀봉 링 측면과 밀봉 링홈 측벽면 사이에 지름 방향 중심을 향하여 개방하는 쐐기 형상의 간극이 작고, 결과적으로, 캔슬압의 발생이 적어, 프릭션 저감의 효과가 충분하지 않다.

또한, 밀봉 링홈 벽면(7)의 가공 정밀도의 불균일에 의해 링홈(4)이 외측으로 확장되게 기울어진 경우에서도 밀봉성을 유지할 수 있도록, 둘레 방향으로 이간된 오목부의 사이에 있는 평면의 기둥부(54)의 내주측에, 제2 경사면(57)을 형성한다. 이 제2 경사면(57)은 수속부(52)의 내주측까지 연속하여 형성되어 있다.

도 3(b)에 기둥부의 단면도를 도시하는데, 제2 경사면(57)의 지름 방향의 길이(M)는, 바람직하게는, 밀봉 링(5)의 내주로부터 제1 경사면(51)의 최외경까지의 폭(a1-L)의 1/5 이상 1/2 이하의 범위로 한다. 이에 따라, 밀봉 링 측면의 평면부 내주 위치가 측면 오목부 최외주에 근접하기 때문에, 내부의 유압이 외부로 개방되는 유압 개구부(도 1 중의 A에 상당한다)가 작아져, 뛰어난 밀봉 특성을 유지할 수 있다.

여기에서, 기둥부(54)의 내주에서의 제2 경사면(57)의 지름 방향의 길이(M)가 a1-L의 1/5 미만에서는 축홈벽(軸溝壁)이 외측으로 확장되게 기울어져 있을 때에 유압 개구부를 충분히 작게 할 수 없어, 밀봉성에 큰 개선 효과를 얻을 수 없게 되고, 또한, 지름 방향의 길이(M)가 a1-L의 1/2 이상에서는 기둥부(54)의 형상의 특성을 얻을 수 없다.

경사각(β)은 8° 이상 60° 이하가 바람직하고, 45° 근방이 더욱 바람직하다. 8°보다도 작으면 이음매부(50)도 경사면이 되어 밀봉성이 악화할 가능성이 있다. 60°보다도 크면 링 내주가 홈벽에 접촉함으로써, 측면 오목부에 홈벽과의 사이에 간격이 생겨, 누설 유통로가 발생하여 밀봉 기능을 손실할 가능성이 있다.

또한, 오목부의 개수는 4개 내지 16개인 것이 바람직하다. 이 오목부의 수가, 4개 미만, 즉 1개 내지 3개이면, 오목부에 들어간 오일을 기둥부(54)로서의 슬라이딩면에 평활하게 취득시키는 효과가 적어, 내마모성 향상이 적고, 원추 형상의 경사면(52)에 의해 링이 회전하는 방향과 수직인 각도에 가까워지기 때문에 양력도 작아져, 드래그(drag) 토크 저감 효과는 현저하게 인정되지 않는다.

반대로 오목부의 수가 16개보다 많으면, 링홈벽 측면(7)과 밀봉 링 오목부의 사이에 발생하는 둘레 방향의 쐐기 간극이 작아지는 것과, 기둥부(54)의 수가 증가 함으로써 접촉 면적이 증가하여 밀봉 링 측면과 홈벽과의 사이에 발생하는 손실 토크의 저감의 효과가 현저하게 인정되지 않는 것이 실험에 의해 실증되고 있다. 오목부의 개수가 8개 내지 12개에서는 특별히 뛰어난 프릭션 저감 효과를 얻을 수 있다.

또, 「캔슬압」이란, 「반대측 측면의 유압에 의한 가압을 저감한다」의 의미이다.

도면 중에서는, 밀봉 링의 수압측면과 접촉측면을 대칭의 구조로 하고 있지만, 링홈 벽면과 접하는 접촉측면측만을 본 발명의 오목부 및 기둥부의 구조로 함으로써도 본 발명의 효과는 얻을 수 있다. 단, 설치시의 작업성을 고려하면, 양측면 대칭으로 되어 있어 방향성이 없는 편이 바람직하다.

[실시예]

본 발명의 실시예의 일례를 이하에 기재한다. 본 밀봉 링의 주된 특징은, 링홈벽 측면(7)의 제조 정밀도에 영향받지 않는 저누설 및 저프릭션에 있다. 따라서, 본 실시예에서는 홈 벽면(7)의 경사각이 1.5°로 외측으로 확장되어 있는 샤프트를 이용하였다(도 9 참조). 또, 샤프트(1)와 하우징(2)은 스틸 제품으로, 샤프트의 홈폭은 0.3mm, 홈 깊이는 0.17mm로 하였다.

밀봉 링(5)은 폴리에테르에테르케톤(PEEK)에 카본 섬유를 첨가한 합성 수지재로 하고, 외경 φ50, 축 방향폭 2.35mm, 반경 방향 두께 2.Omm, 측면 오목부 최심 경사부의 경사각(α)은 16±2°로 하였다. 또한, 최심 경사부 최외주와 링 외주면의 지름 방향의 나머지 폭(L)은 외주면에서 1.0mm로 하였다(반경 방향 두께 a1 의 1/2). 제2 경사면의 경사각(β)은 45±2°로 하고, 오목부의 수(1개의 오목부는 1개의 최심 경사부와 그 양측의 수속부로 이루어진다)는 14개, 제2 경사면(57)은 15개(이음매의 양측을 각각 1개로 한다) 형성하였다. 여기에서, 최심 경사부의 둘레 방향폭은 제2 경사면의 둘레 방향폭의 20배로 하였다. 수속폭의 둘레 방향폭(편측)은, 최심 경사부의 둘레 방향폭의 1/10로 하였다.

또한, 제1 비교예로서, 종래의 측면에 둘레 방향 홈을 갖는 링, 제2 비교예로서 측면이 균일한 경사각을 갖는 1단 테이퍼 링을 각각 실시예와 동일한 재질, 치수로 제작하였다. 여기에서, 1단 테이퍼 링의 측면 테이퍼면의 경사각은 5°±1°로 하였다.

상기 각 밀봉 링을 상기 설명한 샤프트홈에 장착하고, 하우징의 회전수 3000rpm, 유압 1.27MPa, 유온 120℃ 조건하에서의 오일 누설, 프릭션 테스트를 실시한 결과를 도 10에 나타낸다.

도 10으로부터 본 발명의 실시예에 관한 밀봉 링을 사용하는 경우에는, 제1 비교예의 밀봉 링보다도 프릭션이 저감하고, 제2 비교예의 1단 테이퍼 밀봉 링보다 더욱 저프릭션으로 되는 것이 확인되었다. 또한, 본 발명의 밀봉 링에서는 오일 누설량이 비교예의 1/2 이하로 되어 있고, 측면의 평탄 기둥부의 내주측에 경사각을 갖게 함으로써 링홈 측벽면의 가공 정밀도에 의존하지 않고 뛰어난 밀봉 특성을 얻을 수 있음을 알았다.

또한, 링 측면에 오목부를, 0개(제3 비교예: 단면 직사각형), 4개, 8개, 16개 형성한 밀봉 링을 제작하였다.

상기 각 밀봉 링을 상기 설명한 샤프트 홈에 장착하고, 하우징의 회전수 2000rpm, 유압 1.5MPa, 유온 120℃ 조건하에서 오일 누설, 프릭션 테스트를 실시하였다. 프릭션 테스트의 결과를 도 12에 나타낸다.

도 12로부터, 측면에 오목부를 형성한 본 발명의 밀봉 링에서는, 제3 비교예에 비해, 프릭션이 저감하는 것이 확인되었다. 오목부의 수와 프릭션의 관계는 아래로 볼록한 곡선으로 되어, 오목부가 4개 및 16개에서는 프릭션이 제3 비교예의 2/3 정도로 저감하였다. 또한, 오목부가 8개 내지 12개의 범위에서는 프릭션이 더욱 저감하는 것이 확인되었다.

한편, 오목부를 갖는 본 발명의 밀봉 링의 오일 누설량은, 오목부의 수에 의존하지 않고, 모든 실시예에 있어서, 제2 비교예의 1단 테이퍼 링의 1/2 이하로 되었다. 이로부터 본 발명의 밀봉 링에서는, 외측으로 확장된 홈에 있어서도 뛰어난 밀봉 특성을 얻을 수 있음을 알 수 있었다.

본 발명의 밀봉 링에서는, 샤프트의 링홈 벽면의 가공 정밀도에 관계없이 최적인 저프릭션 및 저리크를 양립할 수 있다.

이에 따라, 밀봉 링이 사용되는 제품의 연비를 향상시킬 수 있는 것이다.

Claims (4)

1. 샤프트의 외주면에 형성한 링홈에 장착되고, 링홈에 공급된 유압을 그 수압측면과 내주면에서 받아, 반대측의 링홈 벽면과 접하는 접촉측면과 외주면에서 밀봉하는 밀봉 링으로서,

   적어도 상기 밀봉 링 접촉측면에는 둘레 방향으로 이간하여 형성된 오목부와, 당해 오목부 사이의 기둥부를 갖고,

   상기 오목부는, 밀봉 링 측면의 내주측에 내주 방향을 향하여 밀봉 링의 두께가 얇아지도록 형성된 최심(最深) 경사부(제1 경사부)와 당해 최심 경사부의 둘레 방향 양측에 위치하고, 인접하는 기둥부의 가장 내주측의 점을 향하여 수속하는 수속부로 이루어지며, 상기 기둥부 및 수속부의 내주측에는 내주 방향을 향하여 밀봉 링의 두께가 얇아지도록 제2 경사부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 밀봉 링.
2. 제1항에 있어서, 상기 최심 경사부의 경사각이 8° 이상 45° 이하이고, 동시에 최심 경사부의 최외경부와 외주면 사이의 치수(L)가 0.4mm 이상이며 밀봉 링의 두께(a1)의 2/3 이하인 것을 특징으로 하는 밀봉 링.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 경사면의 경사각이 8° 이상 60° 이하이면서 또한 제2 경사면의 지름 방향의 치수(M)가 밀봉 링의 내주로부터 최심 경 사부의 최외경부까지의 치수(a1-L)의 1/5 이상 1/2 이하인 것을 특징으로 하는 밀봉 링.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 최심 경사부의 둘레 방향의 폭이 제2 경사면의 둘레 방향폭의 8배 내지 50배이고 상기 오목부의 수가 4개 이상 16개 이하인 것을 특징으로 하는 밀봉 링.

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