KR101306828B1

KR101306828B1 - 립타입 시일

Info

Publication number: KR101306828B1
Application number: KR1020087000945A
Authority: KR
Inventors: 요스케 콘도; 야스아키 타나베; 쥰이치 나카야마; 타미오 이나무라; 코이치 미즈노야; 타케오 오타니; 코키치 하마모토
Original assignee: 엔오케이 가부시키가이샤
Priority date: 2005-06-14
Filing date: 2006-05-24
Publication date: 2013-09-10
Also published as: EP1892444A1; US7942423B2; EP1892444B1; JP4877460B2; CN101194119A; EP1892444A4; WO2006134756A1; JP2006348995A; KR20080019706A; US20090302549A1

Abstract

본 발명은, 수지제 립타입 시일(1)에서 대략 쐐기형상 오목부(8)의 선단 A점을 중심으로 굴곡되어 있는 판형상 립(4)에 대하여, 강성을 저감시켜 A점에서의 응력집중을 경감하여 파괴에 대한 안전율을 향상시키며, 크리프의 저감으로 인한 시일성의 저하를 억제하는 동시에, 축편심에 대한 추수성을 향상시키는 것을 목적으로 한다. 그 해결수단으로서, 판형상 립(4)의 슬라이딩 접촉면(41) 또는/및 슬라이딩 접촉면 반대측(42)에 노치부를 형성하였다. 또한 내주 립(2)의 경사 슬라이딩 접촉면(21)에도 노치부(7)를 형성하고, 또한 노치부(7)가 형성되어 있는 부분의 비율은, 그 슬라이딩 접촉면(21 또는 41 또는 42)의 표면적에 대하여 1/2 이상이 되도록 하였다.

Description

립타입 시일{LIP TYPE SEAL}

본 발명은, 고압연료펌프의 시일로서 가솔린 직접분사(direct injection) 엔진용 분사펌프에 이용되며, 기타 유압·공압·수압기기 전반에 이용되는 PTFE 등의 수지제 립타입 시일에 관한 것이다.

가솔린 직접분사 엔진용 분사펌프의 고성능화에 따라, 펌프의 플런저부에 사용되는 가솔린과 엔진 오일을 시일하는 2개 액체의 시일 사용환경은 점점 더 엄격해지는 경향에 있다. 시일로서는, 내압성 및 조악 연료에 대응하여 내약품성(chemical resistance)의 향상이 요구되어, 최근에는 종래의 오일 시일로부터 PTFE 등의 수지제 립타입 시일로 변경하는 검토가 진행되고 있다.

종래의 립타입 시일(101)은, 도 7에 나타낸 바와 같이, 제 1 밀봉 유체측(A)에 면(面)하여 개구된 대략 원통형상 오목부(102)를 가지고, 상기 원통형상 오목부(102)의 내외주에 설치된 축 및 하우징에 슬라이딩 접촉하는 내주 립(103) 및 외주 립(104)과, 제 2 밀봉 유체측(B)에 축에 면하여 개구된 대략 쐐기형상 오목부(106)를 가지고, 상기 쐐기형상 오목부(106)의 제 2 밀봉 유체측(B)에 설치된 판형상 립(105)이 수지에 의해 일체로 성형되어 있으며, 상기 판형상 립(105)은, 내주측으로 축(107)을 굵은 선 화살표 X방향으로 삽입하였을 때, 대략 쐐기형상 오목부(106)의 선단 A점을 지지점으로 하여 화살표 Y방향으로 크게 굴곡되어, 원상회복하고자 하는 반력에 의해 체결여유(interference)가 확보되어 있다. 그러나, 립타입 시일(101)은 수지로 성형되어 있으므로, 판형상 립(105)은 수지에 기인하는 크리프 특성(creep characteristics)의 악화로 인한 체결여유 저하로 인해 시일성이 저하되는 결점이 있었다. 즉, 판형상 립(105)은 A점을 지지점으로 굴곡시켜 그 반력에 의해 시일하고 있으므로 A점에 응력이 집중되어 파손될 우려가 있으며, 파손을 고려하지 않더라도 크리프에 의한 립의 체결여유가 저하된다는 결점이 있었다. 더욱이, 고무재료 등을 이용한 립타입 시일에 비하면, 수지이기 때문에 탄성 특성이 결핍되고, 축에 대한 밀착성능이 떨어져 시일성도 약해진다는 결점이 있었다.

또한, 하기 특허문헌에서는 지지링에 고정되어 있는 오일 시일에 대하여, 립에 톱형상의 패턴을 형성하는 것이 개시되어 있으나, 수지제 립타입 시일에 대해서는 어떠한 개시도 되어 있지 않다.

특허문헌 1 : 일본실용신안공개공보 S61(1986)-117962호

특허문헌 2 : 일본특허공개공보 제2000-320689호

본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 수지제 립타입 시일에서 대략 쐐기형상 오목부의 선단 A점을 중심으로 굴곡되어 있는 판형상 립에 대하여, 강성을 저감시키는 것을 목적으로 하며, 이에 따라 A점에서의 응력집중을 경감하여 파괴에 대한 안전율을 향상시키고, 크리프의 저감으로 인한 시일성의 저하를 억제하는 동시에, 축편심에 대한 추수성(追隨性)을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

또한, 수지제 립타입 시일에 있어서, 시일성능을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

더욱이, 수지제 립타입 시일에 있어서, 립의 강성을 컨트롤하여 슬라이딩 이동 저항을 컨트롤하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 립타입 시일은 작동부재와 고정부재와의 사이의 환형 틈새에 설치되어, 제 1 밀봉 유체측에 면하여 개구된 대략 원통형상 오목부를 가지고, 상기 원통형상 오목부의 내외주(內外周)에 설치된 상기 작동부재 및 고정부재에 슬라이딩 접촉하는 내주 립 및 외주 립과, 상기 제 1 밀봉 유체측과는 축방향 반대측에 위치하는 제 2 밀봉 유체측에, 작동부재측에 면하여 개구된 직경방향으로 연장되는 대략 쐐기형상 오목부를 가지고, 상기 쐐기형상(wedge-shaped) 오목부의 제 2 밀봉 유체측에 설치된 제 2 밀봉 유체측으로 연장되어 상기 작동부재에 슬라이딩 접촉하는 판형상 립이 일체로 성형되어 있는 수지제 시일 본체(5)와, 상기 원통형상 오목부(6)에 내장되어 있는 단면이 U자형상인 스프링(61)을 구비한 립타입 시일로서, 상기 판형상 립의 상기 작동부재에 대한 슬라이딩 접촉면 또는/및 슬라이딩 접촉면 반대측에 노치부(indentation)를 형성한 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 립타입 시일은, 내주 립의 경사 슬라이딩 접촉면에 노치부가 형성되어 있어도 되고, 노치부가 형성되어 있는 립의 슬라이딩 접촉면 및 슬라이딩 접촉면 반대측 중 적어도 일면은, 노치부가 형성되어 있는 면의 표면적에 대하여 상기 노치부가 형성되어 있는 부분의 비율이 1/2 이상이어도 된다. 더욱이, 노치부는 단면형상이 삼각형 또는 반원형이어도 되고, 노치부의 단면형상이 삼각형일 때에는, 노치부가 작동부재와 형성하는 경사각 중 시일 대상물측이 시일 대상물 반대측보다 큰 각도 구배(句配)가 부여되어 있어도 된다.

또한, 상기 립타입 시일에 있어서는, 제 1 밀봉 유체측을 가솔린 등의 연료측으로 하고, 상기 제 2 밀봉 유체측을 엔진 오일측으로 해도 된다.

(발명의 효과)

본 발명은, 다음과 같은 효과를 거둔다.

즉, 상기 구성을 구비한 본 발명에 관한 PTFE 등의 수지제 립타입 시일은, 판형상 립의 슬라이딩 접촉면 또는/및 슬라이딩 접촉면 반대측에 노치부가 형성되어 있으므로, 수지로 성형되어 있어도 립 강성을 저감할 수 있으며, 대략 쐐기형상 오목부의 선단 A점에 발생되는 응력 집중을 경감하여 손상에 대한 안전율을 향상시킬 수 있다.

또한, 판형상 립은, 립 강성이 저감됨으로써 크리프가 저감되어, 체결여유 저하로 인한 시일성의 저하를 경감할 수 있는 동시에, 축의 편심에 대한 추수성(追隨性)을 향상시킬 수 있다.

더욱이, 내주 립의 경사 슬라이딩 접촉면 및 판형상 립의 슬라이딩 접촉면에 노치부가 형성되어 있으므로 다단(多段) 립이 되어, 시일성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 판형상 립 및 내주 립의 노치부가 형성되어 있는 면에 대해, 그 면의 표면적에 대하여 노치부가 형성되어 있는 부분의 비율을 바꿈으로써 립 강성을 컨트롤할 수 있으며, 이로써 슬라이딩 이동 저항을 컨트롤할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 관한 립타입 시일의 단면도이다.

도 2는 도 1의 C부를 확대한 부분 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시형태 2에 관한 립타입 시일의 단면도이다.

도 4는 본 발명의 실시형태 3에 관한 립타입 시일의 단면도이다.

도 5는 본 발명의 실시형태 4에 관한 립타입 시일의 단면도이다.

도 6은 본 발명에 관한 립타입 시일을 축에 장착한 상태의 단면도이다.

도 7은 종래예에 관한 립타입 시일을 축에 장착한 상태의 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 립타입 시일 2 : 내주 립

21 : 경사 슬라이딩 접촉면 3 : 외주 립

4 : 판형상 립 41 : 슬라이딩 접촉면

42 : 슬라이딩 접촉면 반대측 5 : 시일 본체

6, 8 : 오목부 61 : 스프링

7 : 노치부 9 : 축

A : 제 1 밀봉 유체측 B : 제 2 밀봉 유체측

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시형태에 대해 예시하여 설명한다. 단, 본 발명의 범위는 특별히 한정적 기재가 없는 한, 본 실시형태에 기재되어 있는 내용에 한정되는 취지의 것은 아니다.

본 발명의 실시형태에 관한 립타입 시일은, 하우징과 축간의 환형 공간에 설치되어 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시형태 1에 관한 립타입 시일(1)은, 제 1 밀봉 유체측(A)에 면하여 개구된 대략 원통형상 오목부(6)를 가지고, 원통형상 오목부(6)의 내외주에 설치된 축 및 하우징에 슬라이딩 접촉하는 내주 립(2) 및 외주 립(3)과, 제 1 밀봉 유체측(A)과는 축방향 반대측에 위치하는 제 2 밀봉 유체측(B)에, 축측에 면하여 개구된 직경방향으로 연장되는 대략 쐐기형상 오목부(8)를 가지고, 쐐기형상 오목부(8)의 제 2 밀봉 유체측(B)에 설치된 판형상 립(4)이 일체로 수지인 PTFE로 성형되어 있는 시일 본체(5)와, 원통형상 오목부(6)에 내장되어 있는 단면이 U자형상인 스프링(61)을 구비하고 있다.

내주 립(2)은, 축과 슬라이딩 접촉하는 도면의 우측에 나타낸 경사 슬라이딩 접촉면(21)에 단면이 대략 삼각형인 노치부(7)가 형성되어 있어, 대략 원통형상 오목부(6)에 내장되어 있는 스프링(61)에 의해 크리프되는 것이 억제되도록 되어 있다. 또한, 이러한 경우에 경사 슬라이딩 접촉면(21)의 표면적에 대하여 노치부(7)가 형성되어 있는 부분의 비율은, 경사 슬라이딩 접촉면(21)의 표면적의 1/2 이상으로 되어 있는 것이 적합하며, 사용조건에 따라 이 범위에서 적절히 선택하면 된다.

판형상 립(4)은, 시일 본체(5)의 제 2 밀봉 유체측(B)에 형성된 축측에 면하여 개구된 직경방향으로 연장되는 대략 쐐기형상 오목부(8)의 제 2 밀봉 유체측(B)에 설치된 단면이 대략 직사각형이며, 도면의 좌측에 나타낸 슬라이딩 접촉면(41)에는 단면이 대략 삼각형인 노치부(7)가 형성되어 있다. 도 2는 노치부(7)가 형성되어 있는 파선으로 둘러싸여 있는 C부분을 확대한 상태를 나타낸 도면이며, 선단부(71)의 형상은 최대한 뾰족한(sharp) 형상인 것이 적합하다. 또한, 슬라이딩 접촉면(41)의 표면적에 대하여 노치부(7)가 형성되어 있는 부분의 비율은, 슬라이딩 접촉면(41)의 표면적의 1/2 이상으로 되어 있는 것이 적합하며, 사용조건에 따라 이 범위에서 적절히 선택하면 된다. 또한, 내주 립(2)의 경사 슬라이딩 접촉면(21)에 형성되어 있는 노치부(7)의 선단부(71)의 형상도, 상기와 마찬가지로 뾰족한 형상인 것이 적합하다.

판형상 립(4)에 형성되어 있는 노치부(7)는, 도 3에 나타낸 본 발명의 실시형태 2와 같이, 슬라이딩 접촉면(41)이 아닌 슬라이딩 접촉면 반대측(42)에 형성되어 있어도 되고, 또한 도 4에 나타낸 본 발명의 실시형태 3과 같이, 양측면(41, 42)에 형성되어 있어도 된다. 또한, 슬라이딩 접촉면 반대측(42)에 노치부(7)가 형성되어 있을 경우에, 슬라이딩 접촉면(41)과 마찬가지로, 노치부(7)가 형성되어 있는 부분의 비율은 슬라이딩 접촉면 반대측(42)의 표면적의 1/2 이상으로 되어 있는 것이 적합하며, 사용조건에 따라 이 범위에서 적절히 선택하면 된다. 또한, 노치부(7)의 선단부(71)의 형상은, 상기와 마찬가지로 뾰족한 형상인 것이 적합하다.

더욱이, 노치부(7)의 단면형상은, 도 5에 나타낸 본 발명의 실시형태 4와 같이, 삼각형이 아닌 반원형이어도 되며, 그 이외의 형상이어도 된다. 또한, 이 경우에서도, 선단부(71)의 형상은 최대한 뾰족한 형상인 것이 적합하다. 또한, 판형상 립(4)에 대해서는, 노치부(7)의 단면형상이 양측면(41, 42)에서 달라도 된다.

또한, 내주 립(2)과 판형상 립(4)에 형성되어 있는 노치부(7)는 동심원인 것이 적합하지만, 노치부(7)의 형상은 양쪽 립(2, 4)에서 달라도 된다.

더욱이, 노치부(7)의 단면형상이 삼각형일 경우에는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 축(9)을 삽입한 후의 시일 대상물측의 경사각(α)이 시일 대상물 반대측의 경사각(β)보다 큰 각도 구배가 부여되도록 되어 있다. 즉, 내주 립(2)에서는 파선부분으로 둘러싸인 D부분의 확대도인 도 6의 (2)에 나타낸 바와 같이, 도면의 좌측에 나타낸 시일 대상물에 대하여 시일 대상물측인 제 1 밀봉 유체측(A)의 경사각(α)이 제 2 밀봉 유체측(B)의 경사각(β)보다 큰 각도 구배가 부여되어 있으며, 판형상 립(4)에서는 파선부분으로 둘러싸인 E부분의 확대도인 도 6의 (3)에 나타낸 바와 같이, 도면의 우측에 나타낸 시일 대상물에 대하여 시일 대상물측인 제 2 밀봉 유체측(B)의 경사각(α)이 제 1 밀봉 유체측(A)의 경사각(β)보다 큰 각도 구배가 부여되어 있다.

또한, 상기 실시형태에서는, 내주 립(2)에 노치부(7)가 형성되어 있는 경우에 대하여 설명하였으나, 내주 립(2)에는 노치부가 형성되어 있지 않고, 판형상 립(4)에만 노치부(7)가 형성되어 있어도 된다.

이러한 구성의 립타입 시일(1)에 대하여, 축(9)을 도면의 좌측으로부터 내주측에 삽입하였을 때의 상태를 나타낸 도 6과 같이, 내주 립(2)은 직경방향으로 가압되어 체결여유가 확보되는데, 노치부(7)가 형성되어 있으므로 다단 립화될 뿐만 아니라, 강성이 저하되어 축(9)에 대한 밀착성이 증가하므로, 시일성이 향상될 수 있다.

또한, 판형상 립(4)은 대략 쐐기형상 오목부의 선단 A점을 기점으로 하여 굴곡되어 그 반력에 의해 직경방향으로 가압되어 체결여유가 확보되는데, 노치부(7)가 형성되어 있으므로 강성이 저하되고, A부에 발생되는 응력집중이 경감되어 파손에 대한 안전율이 향상되며, 또한 크리프의 저감이 억제되어 시일성의 저하가 방지되는 동시에, 축(9)의 편심에 대한 추수성의 향상효과를 얻을 수 있게 된다. 더욱이, 슬라이딩 접촉면(41)에 노치부(7)가 형성되어 있을 때에는, 다단 립화되므로 시일성이 향상된다.

또한, 내주 립(2) 및 판형상 립(4)의 표면적에 대하여 노치부(7)가 형성되어 있는 부분의 비율은 1/2 이상인 것이 적합한데, 비율을 변경함으로써 각 립(2, 4)의 강성을 컨트롤하여 슬라이딩 이동 저항을 컨트롤할 수 있게 된다.

또한, 축(9)을 삽입한 후의 노치부(7)의 단면형상이 삼각형일 경우, 시일 대상물측의 경사각(α)이 시일 대상물 반대측의 경사각(β)보다 큰 각도 구배가 부여되어 있으면, 각 시일 대상물에 대한 시일성능을 한층 더 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 실시형태에 있어서, 제 1 밀봉 유체측을 가솔린 등의 연료측으로 하고, 제 2 밀봉 유체측을 엔진 오일측으로 해도 되며, 반대로 제 1 밀봉 유체측을 엔진 오일측으로 하고, 제 2 밀봉 유체측을 가솔린 등의 연료측으로 해도 된다.

Claims

작동부재와 고정부재와의 사이의 환형 틈새에 설치된 립타입 시일로서,

상기 립타입 시일은, 외측에 금속제 클램프 링이 없는 수지제 시일 본체를 구비하고,

상기 수지제 시일 본체는,

그들의 사이에 형성된 원통형상의 오목부를 가지는 내주 립 및 외주 립으로서, 그 원통형상의 오목부는 제1 밀봉 유체측을 향하여 개구되며, 내주 립 및 외주 립은 원통형상의 오목부의 내주 및 외주(內外周)에 설치되는 동시에, 작동부재와 고정부재에 각각 슬라이딩 가능하게 밀착접촉하고 있는 것과,

단면이 삼각형인 쐐기형상(wedge-shaped)의 오목부를 가지고, 또한 직경방향으로 연장되는 동시에 제 1 밀봉 유체측과 축방향으로 대향하는 제 2 밀봉 유체측에서 작동부재를 향하여 개구된 판형상 립으로서, 상기 판형상 립은 제 2 밀봉 유체측에 설치되는 동시에, 제 2 밀봉 유체측을 향하여 만곡된 형상으로 연장되도록 쐐기형상 오목부의 폐쇄된 단부로부터 활형상(弓形)으로 굴곡되며, 일방에서는 작동부재에 슬라이딩 가능하게 대면하여 밀착접촉하고 있는 것과,

내주 립 및 외주 립과 판형상 립과의 사이에 배치된, 단면이 직사각형인 솔리드 본체부(solid body section)를 구비하고,

상기 내주 립 및 외주 립은 판형상 립과 일체로 형성되어, 원피스(one-piece)의 일체 구조를 나타내고 있으며,

원통형상의 오목부에 장착된, 단면이 U자형상인 스프링을 구비하고,

판형상 립은, 작동부재에 슬라이딩 가능하게 대면하여 밀착접촉하고 있는 제1 표면과, 그 제1 표면에 대향하는 제2 표면 중, 적어도 일방의 표면에 노치부(indentation)를 가지고 있으며,

노치부는 또한 내주 립의 경사진 슬라이딩 접촉면에 형성되고, 또 노치부는 단면 삼각형상을 가지며, 더욱이 시일 대상물측의 제1 경사면의 제1 각도가 시일 대상물과 반대측의 제2 경사면의 제2 각도보다 크고, 그 제1 각도와 제2 각도는, 단면 삼각형의 노치부의 제1 및 제2 경사진 표면과 작동부재와의 사이에 각각 형성되어 있는 립타입 시일.
삭제
제 1항에 있어서,

노치부가 형성되어 있는 부분의 면적과, 노치부를 가지는 제1 및 제2 표면의 적어도 일방의 표면적간의 비가 1/2 이상인 것을 특징으로 하는 립타입 시일.
삭제
삭제
제 1항에 있어서,

제 1 밀봉 유체측이 연료측이고, 제 2 밀봉 유체측이 엔진 오일측인 것을 특징으로 하는 립타입 시일.
작동부재와 고정부재와의 사이의 환형 틈새에 설치된 립타입 시일로서,

상기 립타입 시일은, 외측에 금속제 클램프 링이 없는 수지제 시일 본체를 구비하고,

상기 수지제 시일 본체는,

내주 립과,

내주 립으로부터 직경방향으로 이격되며 그들 사이에 원통형상의 오목부를 형성하는 외주 립으로서, 원통형상의 오목부가 제1 밀봉 유체측을 향하여 개구되는 것과,

단면이 삼각형인 동시에 작동부재를 향하여 개구된, 직경방향으로 연장되는 쐐기형상(wedge-shaped)의 오목부로서, 제 1 밀봉 유체측과 축방향으로 대향하는 제 2 밀봉 유체측에 위치하는 것과,

제 2 밀봉 유체측에 위치하는 판형상 립으로서, 비장착상태에서는 시일 본체로부터 수직인 방향이며 또한 직경방향으로 연장되고, 또 제 2 밀봉 유체측을 향하여 만곡된 형상으로 연장되도록 쐐기형상 오목부의 폐쇄된 단부로부터 활형상(弓形)으로 굴곡되며, 일방에서는 장착상태에 있어서 작동부재에 슬라이딩 가능하게 대면하여 밀착접촉하고 있는 것과,

내주 립 및 외주 립과 판형상 립과의 사이에 배치된, 단면이 직사각형인 솔리드 본체부(solid body section)를 구비하고,

상기 내주 립 및 외주 립은 판형상 립과 일체로 형성되어, 원피스의 일체 구조를 나타내고 있으며,

원통형상의 오목부에 장착된, 단면이 U자형상인 스프링을 구비하고,

판형상 립은, 작동부재에 슬라이딩 가능하게 대면하여 밀착접촉하고 있는 제1 표면과, 그 제1 표면에 대향하는 제2 표면 중, 적어도 일방의 표면에 노치부(indentation)를 가지고 있으며,

장착상태에서는, 상기 내주 립 및 외주 립은 각각 작동부재 및 고정부재에 슬라이딩 접촉하고 있고,

노치부는 또한 내주 립의 경사진 슬라이딩 접촉면에 형성되고, 또 노치부는 단면 삼각형상을 가지며, 더욱이 시일 대상물측의 제1 경사면의 제1 각도가 시일 대상물과 반대측의 제2 경사면의 제2 각도보다 크고, 그 제1 각도와 제2 각도는, 단면 삼각형의 노치부의 제1 및 제2 경사진 표면과 작동부재와의 사이에 각각 형성되어 있는 립타입 시일.
제7항에 있어서,

노치부가 형성되어 있는 부분의 면적과, 노치부를 가지는 제1 및 제2 표면의 적어도 일방의 표면적간의 비가 1/2 이상인 것을 특징으로 하는 립타입 시일.