KR101300483B1 - 로터리 액츄에이터용 다단 씨일 - Google Patents

로터리 액츄에이터용 다단 씨일 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유압의 공급 방향에 따라 정역방향으로 회전하는 로터리 액츄에이터에서 오일의 누출에 따라 유압이 낮아지는 것을 방지하는 로터리 액츄에이터용 다단 씨일에 관한 것으로, 특히 중심에 배치되는 센터 씨일과, 상기 센터 씨일의 양측에 각각 배치되는 제1 사이드 씨일 및 제2 사이드 씨일을 구비함으로써, 제1 사이드 씨일과 제2 사이드 씨일에 의해 유입되는 오일의 양을 한정하고, 센터 씨일에 의해서는 한정적으로 유입된 오일이 누출되는 것을 방지할 수 있는 로터리 액츄에이터용 다단 씨일에 관한 것이다.

Description

로터리 액츄에이터용 다단 씨일{Multi-stage seal for rotary actuator}
본 발명은 유압의 공급 방향에 따라 정역방향으로 회전하는 로터리 액츄에이터에서 오일의 누출에 따라 유압이 낮아지는 것을 방지하는 로터리 액츄에이터용 다단 씨일에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중심에 배치되는 센터 씨일과, 상기 센터 씨일의 양측에 각각 배치되는 제1 사이드 씨일 및 제2 사이드 씨일을 구비함으로써, 제1 사이드 씨일과 제2 사이드 씨일에 의해 유입되는 오일의 양을 한정하고, 센터 씨일에 의해서는 한정적으로 유입된 오일이 누출되는 것을 방지할 수 있는 로터리 액츄에이터용 다단 씨일에 관한 것이다.
로터리 액츄에이터(rotary actuator)는 제1방향으로 공급되는 유압에 의해서는 일측 방향(혹은, 정방향)으로 회전자를 회전시키고, 제2방향으로 공급되는 유압에 의해서는 타측 역방향(혹은, 역방향)으로 회전자를 회전시켜, 각종 기계·기구나 구조물에 회전력을 제공하고 가동시키는 장치이다.
이러한 로터리 액츄에이터는 한국등록특허 제393687호 '쿠션기구부착 로터리 액츄에이터'나 한국등록특허 제956849호 '로터리 액추에이터 및 로터리 액추에이터형 관절구조'를 비롯한 다양한 문헌 등을 통해 공지되어 있는데, 이들 로터리 액츄에이터는 공통적으로 유압의 누출에 따른 압력저하를 방지하여 원하는 토크 및 속도로 장치를 가동시킬 수 있도록 하고 있다.
즉, 도 1 및 도 2와 같이 로터리 액츄에이터(100)는 본체(110), 구동부(120), 전면 커버부(130) 및 후면 커버부(140)를 포함하고, 이때 본체(110)의 일측면에는 장착공(113)까지 연결된 제1 오일 공급공(111)과 제2 오일 공급공(112)이 관통 형성되어 있고, 장착공(113)이 형성된 본체(110)의 내측면에는 스토퍼(stopper)(113, 114)를 설치하였다.
또한, 구동부(120)는 동력 전달축(121)과, 상기 동력 전달축(121)과 동축선상에 결합된 회전자(rotor)(122) 및 상기 회전자(122)의 외주면에 결합된 베인(vein)(123, 124)을 포함하고 있어서, 회전자(122)와 베인(123, 124)을 장착공(113)에 끼워 조립한 후, 본체(110)의 전방과 후방에 각각 전면 커버부(130)와 후면 커버부(140)를 밀폐 조립하였다.
따라서, 제1 오일 공급공(111)을 통해 좌측 베인(123)과 상측 스토퍼(113)에 의해 둘러싸인 제1 공간으로 고압의 오일을 공급하면 좌측 베인(123)에 힘이 가해져 구동부(120)가 정방향으로 회전하고, 제2 오일 공급공(112)을 통해 우측 베인(124)과 상측 스토퍼(113)에 의해 둘러싸인 제2 공간으로 고압의 오일을 공급하면 우측 베인(124)에 힘이 가해져 역방향으로 회전하며, 구동부(120)의 회전은 베인(123, 124)이 스토퍼(113, 114)에 의해 걸림 동작이 일어나 제한되었다.
한편, 이상과 같은 종래의 로터리 액츄에이터(100)는 제1 공간으로 공급된 오일이 제2 공간으로 누출됨으로써 제1 공간에 가해지는 압력이 낮아지거나 혹은 제2 공간에 유압이 작용함으로써 구동부(120)를 원하는 방향으로 원하는 토크 및 속도 등으로 구동시키지 못하는 것을 방지하고, 마찬가지로 제2 공간으로 공급된 오일이 제1 공간으로 누출되는 것을 방지하기 위해 씨일(114a, 115a, 123a, 124a)을 구비하였다.
씨일(114a, 115a, 123a, 124a)은 스토퍼(113, 114)에 구비된 스토퍼 씨일(114a, 115a) 및 베인(123, 124)에 구비된 베인 씨일(123a, 124a)이 있는데, 스토퍼 씨일(114a, 115a)은 1개로 이루어지되 전면 커버부(130), 회전자(122) 및 후면 커버부(140)를 향해 돌출되도록 스토퍼(113, 114)의 전면, 하면 및 후면에 걸쳐 고정되어 있었다.
따라서, 스토퍼(113, 114)와 회전자(122) 사이, 스토퍼(113, 114)와 전면 커버부(130) 사이 및 스토퍼(113, 114)와 후면 커버부(140) 사이의 틈새를 막아 이들을 통해 오일이 누출되는 것을 방지하였다.
그와 유사하게 베인 씨일(123a, 124a)은 베인(123, 124)의 전면, 외측면 및 후면에 걸쳐 고정되어 있어서 베인(123, 124)과 본체(110) 사이, 베인(123, 124)과 전면 커버부(130) 사이 및 베인(123, 124)과 후면 커버부(140) 사이의 틈새를 막아 오일 누출을 방지하였다.
그러나, 상측 스토퍼(114)를 도시한 도 3의 (a)와 같이 스토퍼 씨일(114a)은 편평한 형상으로 이루어져 있는 하단부(114a')가 스토퍼(113)의 하면으로부터 일정 길이 돌출 형성되어 있어서, 도 3의 (b)와 같이 본체(110)의 장착공(113)에 구동부(120)를 억지끼움 방식으로 조립하면 회전자(122)가 스토퍼 씨일(114a)의 하부를 강하게 압박함으로써 스토퍼 씨일(114a)의 하부가 탄성 압축 및 변형되면서 스토퍼(113)와 회전자(122) 사이의 틈새를 막고 오일의 누출을 방지할 수는 있지만, 스토퍼 씨일(114a)의 과도한 밀착으로 인한 마찰력 증가 및 가압으로 인해 회전자(122)의 회전을 방해한다는 문제점이 있었다.
또한, 이상과 같이 하측으로 돌출된 스토퍼 씨일(114a)이 변형될 정도로 회전자(122)의 표면에 강하게 밀착되어 있어서 이 힘을 이기고 회전자(122)를 회전시키기 위해서는 더욱 강한 유압을 가해야 하므로 에너지 낭비를 발생시킴은 물론, 장시간 사용시에는 회전자(122)의 회전력을 스토퍼 씨일(114a)이 그대로 받아 스토퍼 씨일(114a)이 마모, 변형 혹은 절단되어 오일 누출이 심해지게 되고, 스토퍼 씨일(114a)을 교체에 많은 작업 공수 및 비용 추가가 발생되는 문제점이 있었다.
나아가, 이러한 문제점들은 스토퍼 씨일(114a, 115a)과 전면 커버부(130) 사이나 스토퍼 씨일(114a, 115a)과 후면 커버부(140) 사이에서도 발생하였음은 물론, 베인(123, 124)에 구비된 베인 씨일(123a, 124a)에서도 발생하였다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 중심에 배치되는 센터 씨일과, 상기 센터 씨일의 양측에 각각 배치되는 제1 사이드 씨일 및 제2 사이드 씨일을 구비함으로써, 제1 사이드 씨일과 제2 사이드 씨일에 의해 유입되는 오일의 양을 한정하고, 센터 씨일에 의해서는 한정적으로 유입된 오일이 누출되는 것을 방지할 수 있는 로터리 액츄에이터용 다단 씨일을 제공하고자 한다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 액츄에이터용 다단 씨일은, 각각 회전자(rotor)를 바라보는 스토퍼(stopper)의 일측면으로부터 돌출되어 있으며, 상기 스토퍼의 중심 부분에 결합되고, 단부가 접촉 대상인 상기 회전자에 접촉하는 센터 씨일(center seal)과; 상기 센터 씨일의 일측에 이격 설치되고, 상기 회전자와의 사이에 틈새를 갖도록 단부가 상기 회전자에 접촉하지 않는 제1 사이드 씨일(side seal); 및 상기 센터 씨일의 타측에 이격 설치되고, 상기 회전자와의 사이에 틈새를 갖도록 단부가 상기 회전자에 접촉하지 않는 제2 사이드 씨일;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 로터리 액츄에이터용 다단 씨일은, 각각 상기 회전자(rotor)에 설치된 베인(vein)의 측면으로부터 돌출되어 있으며, 상기 베인의 중심 부분에 결합되고, 단부가 접촉 대상인 고정체와 접촉하는 센터 씨일과; 상기 센터 씨일의 일측에 이격 설치되고, 상기 고정체와의 사이에 틈새를 갖도록 단부가 상기 고정체에 접촉하지 않는 제1 사이드 씨일; 및 상기 센터 씨일의 타측에 이격 설치되고, 상기 고정체와의 사이에 틈새를 갖도록 단부가 상기 고정체에 접촉하지 않는 제2 사이드 씨일;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 센터 씨일은 외력이 가해지지 않은 원형(original form) 상태에서 단부가 상기 접촉 대상과 접촉하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 센터 씨일의 단부는 상기 접촉 대상의 표면과 동일한 형상으로 이루어져 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 센터 씨일은 테프론 재질로 이루어져 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 틈새는 10um 이상 25um 이하인 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명에 따른 로터리 액츄에이터용 다단 씨일에 의하면, 센터 씨일과, 제1 사이드 씨일 및 제2 사이드 씨일을 구비함으로써, 제1 사이드 씨일과 제2 사이드 씨일에 의해 유입되는 오일의 양을 한정하고, 센터 씨일에 의해서는 한정적으로 유입된 오일이 누출되는 것을 방지할 수 있게 한다.
또한, 센터 씨일에 가해지는 유압이 제1 사이드 씨일과 제2 사이드 씨일에 의해 약해지게 되므로 센터 씨일을 접촉 대상에 강하게 밀착시킬 필요가 없게 되므로, 씨일과 구동부 사이의 마찰력이나 가압력을 저감시켜 구동부의 회전을 방해하지 않음은 물론, 센터 씨일의 파손을 방지할 수 있게 한다.
또한, 이상과 같이 약한 압력으로 공급된 오일이 센터 씨일과 구동부 사이의 접촉면에 약간 유입되어 머금을 정도가 되면, 그 유입된 오일이 윤활유의 역할을 하게 되므로 구동부의 회전을 자연스럽게 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 로터리 액츄에이터를 나타낸 조립 상태도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 로터리 액츄에이터를 나타낸 분해 상태도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 로터리 액츄에이터의 씨일을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 로터리 액츄에이터를 나타낸 분해 상태도이다.
도 5는 본 발명에 따른 로터리 액츄에이터를 나타낸 조립 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 로터리 액츄에이터용 다단 씨일을 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명에 따른 로터리 액츄에이터용 다단 씨일을 통해 흐르는 유량 계산용 도이다.
도 8은 본 발명에 따른 로터리 액츄에이터용 다단 씨일을 통해 흐르는 유량 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로터리 액츄에이터용 다단 씨일에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 로터리 액츄에이터용 다단 씨일이 적용되는 로터리 액츄에이터는 몸체를 구성하는 본체(210)와, 유압 입력 방향에 따라 정역 방향으로 회전하는 구동부(220)와, 상기 구동부(220)가 설치된 본체(210)의 전면을 밀폐시킴과 동시에 구동부(220)의 전방부를 회전 가능하게 지지하는 전면 커버부(230) 및 본체(210)의 후면을 밀페시킴과 동시에 구동부(220)의 후방부를 회전 가능하게 지지하는 후면 커버부(240)를 포함한다.
이때, 대략 사각 박스 형상으로 이루어진 본체(210)의 중심부에는 구동부(220)가 삽입된 상태로 회전할 수 있는 장착공(213)이 형성되어 있고, 본체(210)의 일측면에는 상기 장착공(213)까지 관통하여 연결된 제1 오일 공급공(211)과 제2 오일 공급공(212)이 형성되어 있으며, 장착공(213)이 형성된 본체(210)의 내측면에는 베인(vein)(223, 224)의 회전을 제한하는 스토퍼(stopper)(214, 215)가 설치되어 있다.
또한, 구동부(220)는 동력 전달축(221)과, 상기 동력 전달축(221)과 동축선상에 결합된 회전자(rotor)(222) 및 상기 회전자(222)의 외주면에 결합된 베인(223, 224)을 포함하고 있어서, 회전자(222)와 베인(223, 224)을 본체(210)의 장착공(213)에 끼워 조립한 후, 본체(210)의 전방과 후방에 각각 전면 커버부(230)와 후면 커버부(240)를 조립하여 장착공(213)을 본체(210)의 앞뒤에서 밀폐한다.
따라서, 오일 공급관(미도시) 등을 제1 오일 공급공(211)에 연결한 상태에서, 제1 오일 공급을 통해 좌측 베인(223)과 상측 스토퍼(214)에 의해 둘러싸인 제1 공간(도 5의 L1 참조)으로 고압의 오일을 공급하면 좌측 베인(223)에 힘이 가해져 구동부(220)가 정방향으로 회전하게 되며, 좌측 베인(223)은 하측 스토퍼(215)에 의해 회전각이 제한됨과 동시에 우측 베인(224)은 상측 스토퍼(214)에 의해 회전각이 제한된다.
반면, 제1 오일 공급공(211)을 통한 오일 공급을 중단한 상태에서, 제2 오일 공급공(212)을 통해 우측 베인(224)과 상측 스토퍼(214)에 의해 둘러싸인 제2 공간(도 5의 L1 참조)으로 고압의 오일을 공급하면 우측 베인(224)에 힘이 가해져 구동부(220)가 역방향으로 회전하며, 마찬가지로 좌측 베인(223)과 우측 베인(224)은 상측 스토퍼(214)와 하측 스토퍼(215)에 의해 회전각이 제한된다.
다만, 제1 오일 공급공(211)을 통해 공급된 오일의 압력으로 구동부(220)를 정방향으로 회전시키고, 제2 오일 공급공(212)을 통해 공급된 오일의 압력으로 구동부(220)를 역방향으로 회전시킬 수만 있으면 제1 오일 공급공(211)과 제2 오일 공급공(212)의 설치 위치나 오일 공급 수단 혹은 방법에 큰 제약은 없다.
또한, 스토퍼(214, 215)도 도시된 바와 같이 상측과 하측인 12시 방향과 6시 방향에 각각 설치하는 대신 다른 방향에 설치될 수 있으며 설치 개수도 2개가 아닌 1개 또는 3개 이상일 수 있다. 물론, 베인(223, 224)도 좌측과 우측인 3시 방향과 9시 방향에 각각 설치하는 대신 다른 방향에 설치될 수 있다.
한편, 이상과 같은 로터리 액츄에이터는 제1 공간(L1)으로 공급된 오일이 제2 공간으로 누출됨으로써 제1 공간(L1)에 가해지는 압력이 낮아지거나 혹은 제2 공간(L2)에 유압이 작용함으로써 구동부(220)를 원하는 방향(예: 정방향)으로 원하는 토크 및 속도 등으로 구동시키지 못하는 것을 방지해야 한다.
그리고, 제2 공간(L2)으로 공급된 오일이 제1 공간(L1)으로 누출됨으로써 제2 공간(L2)에 가해지는 압력이 낮아지거나 혹은 제1 공간(L1)에 유압이 작용함으로써 구동부(220)를 원하는 방향(예: 역방향)으로 원하는 토크 및 속도 등으로 구동시키지 못하는 것 역시 방지해야 한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 로터리 액츄에이터용 다단 씨일은 본체(210)에 구비된 스토퍼(214, 215)와 구동부(220)에 구비된 베인(223, 224)에 각각 설치된다.
본 발명의 일 실시예로서 스토퍼(214, 215)에 설치된 액츄에이터용 다단 씨일은 스토퍼(214, 215)의 중심에 설치된 센터 씨일(214a)과, 상기 센터 씨일(214a)의 일측에 이격 설치된 제1 사이드 씨일(214b) 및 상기 센터 씨일(214a)의 타측에 이격 설치된 제2 사이드 씨일(214c)을 포함하여 복수개의 씨일이 다단으로 배치된다.(상하측 스토퍼는 서로 대칭이므로 상측 스토퍼에 구비된 씨일에 대해서만 도면부호 명기 함, 이하 동일)
이때, 센터 씨일(214a)과, 제1 사이드 씨일(214b) 및 제2 사이드 씨일(214c)은 모두 스토퍼(214, 215)의 하면으로부터 회전자(222)를 향해 돌출되어 있는데, 센터 씨일(214a)은 회전자(222)의 외주면(즉, 표면)에 접촉하도록 돌출되고, 제1 사이드 씨일(214b)과 제2 사이드 씨일(214c)은 회전자(222)의 외주면에 접촉하지 않을 정도로 돌출되어 있어서, 센터 씨일(214a)과 회전자(222) 사이에는 틈새가 없고, 제1 사이드 씨일(214b)이나 제2 사이드 씨일(214c)과 회전자(222) 사이에는 약간의 틈새(도 6의 h 참조)가 있다.
따라서, 회전자(222)와 접촉하지 않는 제1 사이드 씨일(214b)과 제2 사이드 씨일(214c)은 상기 회전자(222)와의 접촉에 따른 마찰력이나 가압력을 발생시키지는 않으면서도 센터 씨일(214a) 측을 향해 유입되는 유압을 현격히 저하시키는 방어벽으로서의 역할을 하게 되므로, 센터 씨일(214a)을 통해 제1 공간(L1)과 제2 공간(L2) 사이에 오일이 누출되는 것을 충분히 방지할 수 있게 한다.
또한, 종래에는 스토퍼 씨일(도 2의 114a, 115a)의 과도한 밀착으로 인한 마찰력 증가 및 가압으로 인해 회전자(도 2의 122)의 회전을 방해하였던 것에 비해, 본 발명은 제1 사이드 씨일(214b)과 제2 사이드 씨일(214c)가 있기 때문에 센터 씨일(214a)과 회전자(222) 사이에 가해지는 압력이 현격히 저하되어, 센터 씨일(214a)과 회전자(222) 사이의 밀착 정도를 감소시켜도 오일의 누출을 충분히 방지할 수 있게 된다.
그러므로, 센터 씨일(214a)이 회전자(222)를 가압함으로써 발생하는 마찰력 역시 감소되어 회전자(222)의 회전(즉, 구동부(220)의 회전)을 방해하지 않으므로 구동 대상물을 정확히 구동시키고, 에너지 낭비 역시 방지한다.
또한, 센터 씨일(214a)이 회전자(222)에 밀착되는 정도를 저감시킬 수 있어서, 접촉 대상인 회전자(222)가 회전을 하더라도 센터 씨일(214a) 자체의 마모, 변형 및 절단 현상 등을 현저히 저감시킬 수 있으므로, 오일의 누출 방지 신뢰성을 향상시킴은 물론, 부품 교체에 따른 작업공수 및 교체 비용을 현저히 저감시킬 수 있게 한다.
다만, 본 발명은 당해 센터 씨일(214a)은 외력이 가해지지 않은 원형(original form) 상태에서 그 단부가 접촉 대상인 회전자(222)와 접촉하게 하는 것이 바람직한데, 이는 본체(210)의 장착공(213)에 구동부(220)를 끼우더라도 회전자(222)가 센터 씨일(214a)의 하단부를 변형시키지는 않고 센터 씨일(214a)과 정확히 접촉하도록 센터 씨일(214a)의 돌출 높이를 설정하면, 구동부(220)의 회전을 방해하지 않으면서도 센터 씨일(214a)의 마모나 파손 등을 더욱 효과적으로 방지할 수 있기 때문이다.
뿐만 아니라, 센터 씨일(214a)이 원형 상태에서 회전자(222)와 접촉을 하게 되면 센터 씨일(214a)과 회전자(222) 사이의 밀착력은 최소가 되므로, 제1 사이드 씨일(214b)이나 제2 사이드 씨일(214c)을 통해 약한 압력으로 유입된 오일이 센터 씨일(214a)과 회전자(222)의 접촉부 사이에 약간의 유입되어 윤활유 역할을 하게 되므로, 구동부(220)의 회전을 더욱 자연스럽게 한다. 물론, 이러한 윤활유 효과는 센터 씨일(214a)이 회전자(222)와 어느 정도의 밀착력을 갖는 경우에도 발생됨은 자명하다.
또한, 본 발명은 센터 씨일(214a)의 단부가 접촉 대상의 회전자(222)의 표면과 동일한 형상으로 이루어져 있는 것이 바람직한데, 회전자(222)의 외주면이 갖는 곡률과 동일하게 센터 씨일(214a)의 단부에 둥근 홈을 형성하여 회전자(222)의 표면(즉, 외주면)과 동일한 형상이 되도록 하면, 센터 씨일(214a) 단부 전체가 회전자(222)와 접촉을 하게 되므로 오일의 누출을 더욱 감소시킬 수 있게 한다.
또한, 센터 씨일(214a)은 테프론 재질로 이루어져 있는 것이 바람직한데, 테프론은 종래 일반적은 고무 재질에 비해 탄성은 다소 낮지만 강도는 높아 충분히 오일의 압력에도 견딜 수 있음은 물론, 마찰저항계수가 작아서 회전자(222)와의 마찰은 최소가 되게 한다.
이와 같이 센터 씨일(214a)에 테프론을 사용할 수 있는 이유는 제1 사이드 씨일(214b) 및 제2 사이드 씨일(214c)에 의해 센터 씨일(214a)에 가해지는 압력이 낮아짐과 동시에 종래처럼 탄성 변형이 일어날 정도로 회전자(222)와 강하게 밀착할 필요가 없기 때문이다.
한편, 이상에서는 움직이는 회전자(222)와 장착공(213) 내에 고정된 스토퍼(214, 215) 사이의 오일 누출이 크게 문제되므로, 스토퍼(214, 215)의 하면에 다단으로 배치된 센터 씨일(214a)과, 제1 사이드 씨일(214b) 및 제2 사이드 씨일(214c)을 중심으로 설명을 하였으나, 스토퍼(214, 215)와 전면 커버부(230)나 스토퍼(214, 215)와 후면 커버부(240) 사이에도 씰링이 필요할 것이다.
다만, 상기 스토퍼(214, 215)와, 전면 커버부(230) 및 후면 커버부(240)는 모두 고정되어 있는 것이므로 스토퍼(214, 215)의 전면과 후면에 각각 구비된 씨일은 종래와 같은 1개의 씨일로서 강한 밀착을 하는 것이나, 본 발명과 같은 다단 씨일 어느 것이나 사용가능할 것이다.
전면과 후면에도 이상과 동일하게 다단 씨일을 사용하는 경우에는 전면 커버부(230), 회전자(222) 및 후면 커버부(240)를 향해 돌출되도록 스토퍼(214, 215)의 전면, 하면 및 후면에 걸쳐 연속적으로 다단 씨일을 설치함으로써 스토퍼(214, 215)와 회전자(222) 사이, 스토퍼(214, 215)와 전면 커버부(230) 사이 및 스토퍼(214, 215)와 후면 커버부(240) 사이의 틈새를 막아 오일이 누출되는 것을 방지한다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 로터리 액츄에이터용 다단 씨일에 대해 설명한다.
다만, 위에서 설명한 본 발명의 일 실시예가 본체(210)에 고정된 스토퍼(214, 215)에 설치된 것임에 비해 본 발명의 다른 실시예는 구동부(220)와 함께 회전하는 베인(223, 224)에 설치된 것이라는 점에서 차이가 있고, 그 외는 동일 혹은 유사하므로 가급적 중복적인 설명은 생략한다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 로터리 액츄에이터용 다단 씨일은 베인(223, 224)의 중심 부분에 결합되고, 단부가 접촉 대상인 고정체(즉, 장착공(213)이 형성된 본체(210)의 내측면)와 접촉하는 센터 씨일(223a)과, 상기 센터 씨일(223a)의 일측에 이격 설치되고, 고정체와의 사이에 틈새를 갖도록 단부가 고정체에 접촉하지 않는 제1 사이드 씨일(223b) 및 센터 씨일(223a)의 타측에 이격 설치되고, 고정체와의 사이에 틈새를 갖도록 단부가 상기 고정체에 접촉하지 않는 제2 사이드 씨일(223c)을 포함한다.
따라서, 제1 사이드 씨일(223b)과 제2 사이드 씨일(223c)은 센터 씨일(223a)로 유입되는 오일의 압력을 저하시키는 방어벽을 하므로, 센터 씨일(223a)이 고정체와 접촉만하여도 오일의 누출을 충분히 방지할 수 있게 하고, 그에 따라 당해 베인(223, 224)이 설치되어 있는 구동부(220)의 회전을 방해하지 않으면서도 센터 씨일(223a)의 파손을 방지할 수 있게 한다.
다만, 베인(223, 224)에 구비된 센터 씨일(223a) 역시 본 발명의 일 실시예에서 설명한 바와 같이 접촉 대상인 고정체의 표면과 동일한 형상으로 이루어져 있어서 센터 씨일(223a)의 단부 전체가 고정체와 접촉을 함으로서 밀폐력을 높이는데, 상기 고정체는 장착공(213)이 형성된 본체(210)의 내측면이므로 본 발명의 다른 실시예에서는 센터 씨일(223a)의 단부에 외측으로 돌출된 둥근 돌기를 형성해야할 것이다.
또한, 전면 커버부(230)와 후면 커버부(240)는 고정되어 있지만 베인(223, 224)은 회전하여 움직이는 것이므로, 베인(223, 224)의 전면과 후면에 필요한 씰링 수단도 본 발명과 같은 다단 씨일을 사용하는 것이 바람직하다는 점에서, 전술한 본 발명의 일 실시예가 스토퍼(214, 215)의 전면과 후면에 구비되는 씰링 수단으로서 큰 제약이 없는 것과 차이가 있다.
한편, 이상과 같은 본 발명에 따른 로터리 액츄에이터용 다단 씨일에 있어서, 틈새를 갖도록 이격 설치된 제1 사이드 씨일(214b, 223b)이나 제2 사이드 씨일(214c, 223c)을 통과하여 센터 씨일(214a, 223a) 측을 향해 유입되는 오일의 유입량은 로터리 액츄에이터의 사용 목적, 구동부(220)의 구동 속도나 회동 주파수 등에 따라 적응적으로 변화(예: 구동부가 15Hz로 회전하는 경우에는 1회에 3cc가 유입)할 것이며, 그 유입량은 아래의 [수학식 1] 및 상기 [수학식 1]의 각종 파라미터를 나타낸 도 7로부터 확인 가능하다.
[수학식 1] Q = (πh3Pr) / (6ηln(r0/ri))
여기서, Q는 오일 유압, h는 센터 씨일(214a)과 접촉 대상 간의 틈 간격, Pr은 유체의 압력, η는 유체의 점도, r0는 씨일의 외경, ri는 씨일의 내경을 의미한다.
다만, 위 식은 베르누이의 정리 및 그외 정리식을 이용하여 유도된 것으로서 도 7과 같이 O-링에 의해 환상 간극을 갖는 경우의 r0와, ri를 나타낸 것이므로, 본 발명에서는 도 6과 같이 스토퍼(214, 215)의 측단부로부터 제1 사이드 씨일(214b)이나 제2 사이드 씨일(214c)까지의 내경 및 외경을 사용해야 할 것이다.
또한, 본 발명은 제1 사이드 씨일(214b, 223b)이나 제2 사이드 씨일(214c, 223c)을 통해 센터 씨일(214a, 223a) 측으로 이동한 누유 유량에 상응하는 압력강하를 허용 최소압력과 비교하여 적정 틈 간격(h)을 선정하는데, 도 8에 도시된 그래프와 같이 제1 사이드 씨일(214b)이나 제2 사이드 씨일(214c)의 틈 간격(즉, 틈새)은 10um 이상 21um 이하인 것이 바람직하다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
210: 본체 211: 제1 오일 공급공
212: 제2 오일 공급공 213: 장치공
214, 215: 스토퍼 214a: 센터 씨일
214b: 제1 사이드 씨일 214c: 제2 사이드 씨일
220: 구동부 221: 동력 전달축
222: 회전자 223, 224: 베인
223a: 센터 씨일 223b: 제1 사이드 씨일
223c: 제2 사이드 씨일 230: 전면 커버부
240: 후면 커버부 h: 틈새 간격

Claims (6)

  1. 유압에 의해 회전자를 정역방향으로 회전시키는 로터리 액츄에이터용 다단 씨일에 있어서,
    각각 상기 회전자(rotor)를 바라보는 스토퍼(stopper)의 일측면으로부터 돌출되어 있으며,
    상기 스토퍼의 중심 부분에 결합되고, 단부가 접촉 대상인 상기 회전자에 접촉하는 센터 씨일(center seal)과;
    상기 센터 씨일의 일측에 이격 설치되고, 상기 회전자와의 사이에 틈새를 갖도록 단부가 상기 회전자에 접촉하지 않는 제1 사이드 씨일(side seal); 및
    상기 센터 씨일의 타측에 이격 설치되고, 상기 회전자와의 사이에 틈새를 갖도록 단부가 상기 회전자에 접촉하지 않는 제2 사이드 씨일;을 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 액츄에이터용 다단 씨일.
  2. 유압에 의해 회전자를 정역방향으로 회전시키는 로터리 액츄에이터용 다단 씨일에 있어서,
    각각 상기 회전자(rotor)에 설치된 베인(vein)의 측면으로부터 돌출되어 있으며,
    상기 베인의 중심 부분에 결합되고, 단부가 접촉 대상인 고정체와 접촉하는 센터 씨일과;
    상기 센터 씨일의 일측에 이격 설치되고, 상기 고정체와의 사이에 틈새를 갖도록 단부가 상기 고정체에 접촉하지 않는 제1 사이드 씨일; 및
    상기 센터 씨일의 타측에 이격 설치되고, 상기 고정체와의 사이에 틈새를 갖도록 단부가 상기 고정체에 접촉하지 않는 제2 사이드 씨일;을 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 액츄에이터용 다단 씨일.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 센터 씨일의 단부는 상기 접촉 대상의 표면과 동일한 형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 로터리 액츄에이터용 다단 씨일.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 센터 씨일은 테프론 재질로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 로터리 액츄에이터용 다단 씨일.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 틈새는 10um 이상 25um 이하인 것을 특징으로 하는 로터리 액츄에이터용 다단 씨일.
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JPH0893716A (ja) * 1994-09-19 1996-04-09 Tooshin Tec Kk ベーン式揺動アクチュエーターのシール構造
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