KR101335636B1

KR101335636B1 - 씰 장치

Info

Publication number: KR101335636B1
Application number: KR1020087013859A
Authority: KR
Inventors: 히로시 에비하라; 야스히사 아리타; 야스히로 이케다
Original assignee: 이구루코교 가부시기가이샤
Priority date: 2006-03-08
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2013-12-03
Also published as: US8708343B2; JPWO2007102267A1; PT2949973T; US20090166983A1; JP2012255565A; EP2949973B1; JP5133868B2; EP1992848A1; JP5591896B2; WO2007102267A1; EP1992848B1; JP2014206277A; BRPI0621390A2; US20110285092A1; PT1992848E; US8052153B2; KR20130086084A; JP5710053B2; EP1992848A4; EP2949973A1

Abstract

고압의 피밀봉유체에 대하여 씰립에 의해 확실한 축씰을 유지하면서 씰립에 발생하는 상당 미제스 응력의 경감을 도모하고 씰립의 내용기간(耐用其間)을 장기로 연장할 수 있는 씰장치를 제공한다. 백업링(2)은 그 고정부(21)에서 연속하여서 연장되는 테이퍼부(23), 그리고 선단부(24)를 가지고 이루어지며 적어도 테이퍼부(23)의 표면D에서 선단부(24)의 표면F로 이동하는 경계부(26)에는 곡률반경(R-1)의 곡면E가 형성되어 있으면서 경계부(26)인 곡면E에 접하고 있는 테이퍼부(23)의 표면D의 일부가 경계부(26)의 곡률반경(R-1)보다 큰 곡률반경을 갖는 볼목 곡면이다.

씰립, 백업링, 곡률반경, 테이퍼부

Description

씰 장치{SEAL DEVICE}

본 발명은 씰립(seal lip)을 가지고 축을 밀폐하는 씰 장치에 관한 것으로 특히 고압의 냉매 등 피밀봉 유체에 대하여 씰립에 의해 확실한 축 밀봉을 가능하게 하면서 씰립의 내용기간을 장기로 연장시키는 것이 가능한 씰 장치에 관한 것이다.

최근 자동차 냉방기 등에 사용되는 냉매로서 환경으로의 영향을 배려하여 프론가스에서 이산화탄소가스로의 변경이 진행되고 있으며 이산화탄소가스인 피밀봉 유체를 축 밀봉하는 구조가 일반화되고 있다. 그러나 냉매로 이산화탄소가스를 이용한 경우 냉매로서의 피밀봉 유체는 종래보다도 고압으로 설정되어져 축 씰부분의 밀봉력 향상이 급선무되고 있으며 자동차 냉방기의 콤프레샤용 립형 씰로서 여러 가지의 고밀봉력 씰 장치가 개발되고 있다.

예를 들면 실개평3-41264호 공보(특허문헌1,1페이지 도1)에 나타내어지는 립형 씰 장치(도10)가 존재한다. 이 립형 씰장치는 씰립(101)의 대기측인 내주면과 회전축(102) 사이에 고리모양을 이루는 금속재의 백업링(103)이 씰립(101)의 내주면에 가볍게 접촉 결합하는 상태로 배치되어 있다. 그리고 또한 백업링(103)의 대기측B에는 수지제의 환상부(104)가 백업링(103)과 같은 형상으로 배치되어 있다. 그리고 또한 백업링(103)의 피밀봉 유체측A에는 보강환(105)를 매설한 기부(106)에서 씰립(101)이 피밀봉 유체측에 경사하여서 연장된 단부(107)에 회전축(102)의 외주면과 밀접한 씰면(107a)이 설치되고 이 씰면(107a)를 압박하는 가터스프링(108)이 단부(107)의 외주면에 설치된 환상홈에 장착되어 있다.

또한 환상부(104)의 대기측에는 링모양의 서포트플레이트(109)가 배치되고 백업링(103)과 환상부(104)와 서포트플레이트(109)는 외주부가 단면 'ㄷ'자형의 유지링(110)에 의해 끼워진다. 이 끼워 넣어진 세 개 부품 전체가 씰부로 병렬된 씰립(101)을 보조한다.

또한 씰립(101)의 선단부의 씰면(107a)과 환상홈의 거리도 정확하게 제작해야만 하는데 씰립(101)이 고무제로 이루어져 있기 때문에 변형되기 쉬우며, 고무 성형상 이 거리치수를 확보하는 것이 곤란하다. 그리고 백업링(103)과 씰립(101)의 접합도 정확하게 접합시켜야 하고, 씰립(101)에 대하여 백업링(103)을 압접하면 씰립(101)이 회전축 외주면으로부터 부상하므로 밀봉 능력을 악화시키게 된다.

이와 같은 여러 가지의 문제점에 착안하여 특허 제3346743호 공보(특허문헌2, 2페이지 도2), 특개평2003-120821호 공보(특허문헌3, 2페이지 도1)에 나타내어진 것과 같은 기술이 개발되었으며 이들 특허문헌의 기술은 씰립에서의 테이퍼면에 백업링의 경사 지지부를 압입 결합하여서 씰부면의 지름을 확장하고 이 경사 지지부에서 경사된 씰립의 확장 테이퍼면을 압접 유지하고 대기측 씰부 면을 일정한 각도로 유지하도록 한 것이다. 이와 같은 구성에 따르면 이 백업링으로 유지된 긴박상태의 씰부 면이 축의 외주면과 샤프한 면압으로 밀접되어지며 씰부 면이 축과 작 은 접촉면적으로 접촉하여 씰부 면이 압입된 이상한 변형으로 인해 씰능력이 저하되는 것을 효과적으로 방지하면서 씰모서리부가 샤프한 면압으로 접촉하는 상태를 유지하여 우수한 밀봉 능력을 발휘하는 것이다.

그러나 상술한 특허 제334673호 공보(특허문헌2), 특개평2003-120821호 공보(특허문헌3)에서 나타내어진 바와 같은 종래기술에서는 큰 피밀봉 유체압이 고무재로 만들어진 씰립의 외주에 가해지면 씰립이 회전축 방향으로 눌리고 백업링의 테이퍼면이 회전축방향으로 되접히는 모서리부와, 씰립의 씰내면 사이에 과대한 응력이 발생하고 백업링의 상기 모서리부에 위치하는 씰립에는 대단히 큰 상당 미제스 응력이 발생하며 장기 사용에 따라 씰립에 파단 현상이 나타날 위험이 있으며 현상에서는 상술한 백업링의 모서리부에 알(R)을 형성하고 씰립에 발생하는 상당 미제스 응력의 경감을 도모하고 있는 바, 한 층 더 상당 미제스 응력의 경감이 요망된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로 고압의 피밀봉 유체에 대하여 씰립에 의해 확실한 축 씰을 유지하면서 씰립을 발생하는 상당 미제스 응력의 경감을 도모하고 씰립의 내용기간을 장기로 늘릴 수 있는 씰장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 청구항1에 기재된 씰 장치는 회전축을 둘러싸도록 유체 수납실측으로 연출하는 백업링을 갖으며 적어도 상기 백업링이 앞이 가는 형상으로 이루어져 있으며 이 백업링에 의해 지지된 씰립의 립 선단부가 회전축에 대하여 맞닿을 수 있도록 되어 있는 씰장치로서, 상기 백업링은 그 고정부에서 연속하여 연장되는 테이퍼부, 그리고 선단부를 갖고 이루어지며, 적어도 상기 테이퍼부의 표면에서 상기 선단부의 표면으로 이동하는 경계부에는 곡률반경(R-1)의 곡면이 형성되어 있으면서 상기 경계부인 곡면에 접하는 테이퍼부의 표면의 일부가 상기 경계부의 곡률반경(R-1)보다 큰 곡률반경을 갖는 볼록 곡면임을 특징으로 한다.

이 특징에 따르면 유체 수납실측의 압력이 씰립에 작용하고 립 선단부가 회전축에 대하여 압접되는 동시에 씰립으로부터의 누름력이 백업링으로 전달되게 된다. 그리고 특히 씰립은 백업링의 테이퍼부의 표면에서 선단부의 표면으로 이동하는 경계부(백업링의 모서리부)에 강력하게 맞닿아지고 여기에 대단히 큰 상당 미제스 응력이 집중하는 경향이 있는데 본 발명에 따르면 상기 경계부인 곡면과 연속되어 있는 테이퍼부의 표면의 일부에 비교적 큰 곡률반경을 갖는 직선면이 아닌 면이 형성되어 있기 때문에 이 테이퍼부에서의 적어도 일부의 부풀어오른 둥그스름한 모양(곡률반경)이 씰립을 유지하는 백업링의 테이퍼부의 면적의 증대에 기여하고 이 증대한 접촉면의 마찰력 증대에 의해 유체 수납실의 압력이 씰립에 작용하여도 씰립과 백업링의 테이퍼면 사이에 생기는 약간의 어긋남 발생을 효과적으로 억제하게 된다. 따라서 백업링의 테이퍼부의 표면에서 선단부의 표면으로 이동하는 경계부(백업링의 모서리부)에 위치하는 씰립에 상당 미제스 응력이 극단적으로 집중되지 않고 씰립에 의해 확실한 축 밀봉을 유지하면서 씰립에 발생하는 상당 미제스 응력의 경감이 도모되고 씰립의 내용기간(耐用其間)을 장기로 연장시킬 수 있게 된다.

본 발명의 청구항2에 기재된 씰 장치는 회전축을 둘러싸도록 유체 수납실측으로 연출하는 백업링을 갖으며 적어도 상기 백업링이 앞이 가는 형상으로 이루어져 있으며 이 백업링에 의해 지지된 씰립의 립 선단부가 회전축에 대하여 맞닿을 수 있도록 이루어져 있는 씰 장치로서, 상기 백업링은 그 고정부에서 연속하여 연장되는 테이퍼부, 그리고 선단부를 가지고 이루어지며, 적어도 상기 테이퍼부의 표면에서 상기 선단부의 표면으로 이동하는 경계부에는 곡률반경(R-1)의 곡면이 형성되어 있으면서 상기 테이퍼부의 표면은 상기 경계부의 곡률반경(R-1)보다 큰 거의 일정한 곡률반경(R-2)을 갖는 볼록 곡면임을 특징으로 한다.

이 특징에 따르면 상기 테이퍼부의 표면이 상기 경계부의 곡률반경(R-1)보다 큰 거의 일정한 곡률반경(R-2)을 갖는 앞이 가는 테이퍼면임에 따라 이 곡률반경(R-2)은 씰립을 유지하는 백업링의 테이퍼면의 면적 증대에 기여하고 유체 수납실의 압력이 씰립에 작용하여도 씰립과 백업링의 테이퍼면 사이에 생기는 약간의 어긋남 발생을 효과적으로 억제할 수 있게 된다. 따라서 백업링의 테이퍼부의 표면에서 선단부의 표면으로 이동하는 경계부(백업링의 모서리부)에 위치하는 씰립에 상당 미제스 응력이 극단적으로 집중되지 않고, 씰립에 의해 확실한 축 밀봉을 유지하면서 씰립에 발생되는 상당 미제스 응력의 경감이 도모되며 씰립의 내용기간을 장기로 연장시킬 수 있게 된다.

본 발명의 청구항3에 기재된 씰 장치는 청구항2에 기재된 씰 장치로서 상기 백업링은 그 고정부에서 연속하여 연장되는 연출부를 갖고 이루어지며 그 연출부의 표면이 상기 회전축과 대략 평행한 면으로 이루어져 있으며 상기 연출부의 표면에서 테이퍼부의 표면으로 이동하는 경계부는 상기 테이퍼부의 표면인 테이퍼면의 곡률반경(R-2)이상의 곡률반경을 갖는 곡면임을 특징으로 한다.

이 특징에 따르면 종래 백업링에 있어서 연출부의 표면에서 테이퍼부의 표면으로 이동하는 경계부에 비교적 곡률반경이 작은 굴곡부가 존재하면 유체 수납실의 내부압 변동에 의해 씰립이 이 굴곡부에서 백업링과 괴리를 일으키기 쉬워지고, 씰립과 백업링의 테이퍼면 사이에 생기는 약간의 어긋남 발생을 조장하게 되는데 상기 구성에 따르면 상기 연출부의 표면에서 테이퍼부의 표면으로 완만하게 옮겨지는 경계부를 형성할 수 있어서 극단적인 굴곡부가 존재하지 않게 되고 씰립과 백업링의 테이퍼면 사이에 생기는 약간의 어긋남 발생을 효과적으로 억제할 수 있게 된다.

본 발명의 청구항4에 기재된 씰 장치는 회전축을 둘러싸도록 유체 수납실측으로 연출하는 백업링을 갖으며 적어도 상기 백업링이 앞이 가는 형상으로 이루어져 있고 이 백업링에 의해 지지된 씰립의 립 선단부가 회전축에 대하여 맞닿을 수 있도록 이루어져 있는 씰 장치로서, 상기 백업링은 그 고정부에서 연속하여 연장되는 테이퍼부, 그리고 선단부를 가지고 이루어지며 적어도 상기 테이퍼부의 표면에서 상기 선단부의 표면으로 이동하는 경계부에는 곡률반경(R-1)의 곡면이 형성되어 있으면서 상기 테이퍼부의 표면은 상기 경계부의 곡률반경(R-1)보다 큰 복수의 다른 곡률반경의 조합으로 이루어지는 직선면이 존재하지 않는 볼록 곡면임을 특징으로 한다.

이 특징에 따르면 상기 테이퍼부의 표면이 상기 경계부의 곡률반경(R-1)보다 큰 복수의 다른 곡률반경의 조합으로 이루어지는 직선면이 존재하지 않는 앞이 가는 테이퍼면임에 따라 유체 수납실의 압력분포에 맞도록 곡선을 여러 가지로 변경할 수 있게 되며, 씰립과 백업링의 테이퍼면 사이에 생기는 약간의 어긋남 발생을 효과적으로 억제할 수 있게 된다.

본 발명의 청구항5에 기재된 씰장치는 청구항 1 내지 4의 어느 항에 기재된 씰 장치로서, 상기 백업링의 선단부에는 회전축과 거의 평행한 내단면이 형성되고 상기 선단부의 표면에서 상기 내단면으로 이동하는 경계부에는 상기 곡률반경(R-1)의 곡면보다 작은 곡률반경(R-0)의 곡면이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 특징에 따르면 상기 백업링의 선단부의 내단면의 모서리부에서 씰립이 상처를 입는 일이 없다.

본 발명의 청구항6에 기재된 씰 장치는 청구항 1 내지 5의 어느 항에 기재된 씰 장치로서, 고정부에서 연속하여 연장되는 연출부, 테이퍼부, 그리고 선단부를 가지고 이루어지는 상기 백업링에 의해 지지되는 상기 씰립의 내측면이 적어도 상기 씰립의 성형시에 있어서 미리 상기 백업링의 테이퍼부인 볼록 곡면에 합치하는 오목 곡면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 특징에 따르면 상기 씰립이 상기 백업링의 테이퍼부인 볼록 곡면의 알(R)면에 합치되는 오목 곡면의 알면에 미리 형성되어 있어서 씰립 자체의 소재 강도와 어울려 씰립과 백업링의 테이퍼면 사이에 생기는 약간의 어긋남 발생을 효과적으로 제어할 수 있다.

도1은 본 발명의 제1실시 형태에서의 씰 장치의 반단면도,

도2는 백업링의 사시도,

도3은 백업링의 상반단면도,

도4는 백업링에 의해 초래되는 상당 미제스 응력의 측정(시험1)과 씰립의 잘리기 쉬움을 평가하는 실험(시험2)을 나타내는 도면,

도5는 시험1의 결과는 나타내는 도면,

도6은 시험2의 결과를 나타내는 도면,

도7은 제1실시예의 형태와 비교예3의 백업링을 비교한 도면,

도8은 씰립의 구조는 나타낸 도면,

도9는 제2실시형태의 씰 장치를 나타내는 도면,

도10은 실개평3-41264호 공보(특허문헌1)에서 나타내는 립형 씰 장치를 나타낸 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 씰 장치

2 백업링

3 씰립

4 씰립

5 씰립

6 하우징

7 감착부

7A 씰부분

8 보강환

21 고정부

22 연출부

23 테이퍼부

24 선단부

26 경계부

27 내단면

29 경계부

31 립 선단부

32 오목 곡면

50 회전축

61 결합홀

본 발명의 실시예를 아래에서 설명한다.

본 발명의 실시예를 도면을 근거로 설명하면 우선 도1은 본 발명의 제1실시형태에서의 씰장치의 반단면도이다. 도2는 백업링의 사시도이다. 도3은 백업링의 상반단면도이다. 도4는 백업링에 의해 초래되는 상당 미제스 응력의 측정(시험1)과 씰립의 잘리기 쉬움을 평가하는 실험(시험2)을 나타낸 도면이다. 도5는 시험1의 결 과를 나타낸 도면이다. 도6은 시험2의 결과를 나타낸 도면이다. 도7은 제1실시형태와 비교예3의 백업링을 비교한 도면이다. 도8은 씰립의 구조를 나타낸 도면이다. 도9는 제2실시형태의 씰 장치를 나타낸 도면이다. 도10은 실개평3-41264호 공보(특허문헌1)에 나타낸 립형 씰 장치를 나타낸 도면이다.

도1은 본 발명에 관련되는 제1실시형태의 씰 장치를 나타낸 것으로서 축에 장착되지 않은 상태의 반단면도이다. 이 도1에서 (1)은 대기Y측과 유체수납실X측 사이에 설치되는 씰 장치이며, 이 씰 장치(1)에는 하우징(6)의 결합홀(61)에 안착되는 고무재의 감착부(7)가 설치된다. 이 감착부(7)의 외주면에는 볼록부 형상의 씰부분(7A)가 형성된다. 또한 감착부(7)에는 보강환(8)이 매설되어 있으며 이 보강환(8)에 의해 하우징(6)과의 결착을 강고하게 하면서 감착부(7)에 의해 제2씰립(4), 제3씰립(5)이 지지된다.

또한 이 보강환(8)을 통하여 고무재의 씰립(3)이 감착부(7)에서 회전축(50)을 향하여 경사진 통형상으로 형성되어 있다. 이 씰립(3)의 립 선단부(31)가 씰 기능면을 이루어 회전축(50)에 최적으로 밀접되면 면압을 높여서 씰 능력을 발휘한다.

씰립(3)의 감착부(7)에서 유체 수납실 X측에는 씰립(3)의 면을 따라서 대략 씰립(3)과 근사한 형상의 백업링(2)이 설치된다. 이 백업링(2)은 씰립(3)에 피밀봉유체의 압력을 받아도 변형되지 않는 내압성을 갖는 두께로 형성된다.

이 제1실시형태의 씰 장치(1)에 있어서는 회전축을 둘러싸는 유체수납실 X측으로 연출되는 백업링(2)는 적어도 백업링의 전방부분이 도1, 도2에서 나타내는 바 와 같이 앞이 가는 형상으로 이루어져 있으며 이 백업링(2)에 의해 지지된 씰립(3)의 립 선단부(31)가 회전축(50)에 대하여 맞닿을 수 있도록 이루어져 있다. 이 씰장치(1)의 백업링(2)은 제2씰립(4)과 보강환(8)으로 지지된 고무제의 씰립(3) 사이에 끼워짐으로써 씰장치(1)에 고정되는 부분인 고정부(21)를 갖는다.

그리고 백업링(2)은 이 고정부(21)에서 연속하여 연장되는 연출부(22), 테이퍼부(23), 그리고 선단부(24)를 갖는다. 도3에는 백업링(2)의 상반단면도가 나타내어져 있으며 각부의 표면이 차례로 고정부(21)의 표면A, 연출부(22)의 표면B, 테이퍼부(23)의 표면D, 그리고 선단부(24)의 표면F로서 나타내어져 있다. 그리고 적어도 상기 테이퍼부(23)의 표면D에서 선단부(24)의 표면F로 이동하는 제1경계부(26)의 표면에는 곡률반경(R-1)의 곡면E가 형성되어 있으면서 상기 연출부(22)의 표면B로부터 테이퍼부(23)의 표면D로 이동하는 제2경계부(29)의 표면에는 곡률반경(R-3)의 곡면C가 형성된다. 이 제1실시형태의 씰 장치에 있어서는 특히 테이퍼부(23)의 표면D의 전면이 제1경계부(26)의 곡면E의 곡률반경(R-1)보다 큰 거의 일정한 곡률반경(R-2)을 갖는 오목 곡면으로 이루어지는 앞이 가는 테이퍼면으로 형성되어 있으며 그리고 상기 연출부(22)의 표면B에서 테이퍼부(23)의 표면D로 이동하는 제2경계부(29)의 표면인 곡면C도 테이퍼부(23)의 표면D의 곡률반경(R-2)와 같은 곡률반경(R-2)의 오목 곡면으로 되어 있다. 이 경우 곡면C의 곡률반경(R-3)과 테이퍼부(23)의 표면D의 곡률반경(R-2)이 같은 곡률반경으로 되어 있으면 곡면C와 테이퍼부(23)의 표면D의 가공이 용이해지고 또한 상기 연출부(22)의 표면B에서 테이퍼부(23)의 표면D로 평온한 곡면만으로 이행될 수 있다.

다만 본 실시예에 한정되지 않으며 제1경계부(26)의 표면인 곡면E와 연속되어 있는 테이퍼부(23)의 표면D의 일부에만 제1경계부(26)의 곡면E의 곡률반경(R-1)보다 큰 곡률반경(R-2)을 갖는 볼록 곡면이 형성되어 있으면 된다.

즉 본 발명에 있어서는 테이퍼부(23)의 표면D에 있어서 직선면의 존재를 가능한 한 협소한 것으로 하는 것이라면 좋고 백업링(2)의 테이퍼면에서의 적어도 일부(전면에도 가능)의 부풀어오른 둥그스름한 모양(곡률반경)이 씰립(3)을 유지하는 백업링(2)의 테이퍼면의 면적 증대에 기여하면 되는 것이다.

여기서 테이퍼부(23)의 표면D의 일부에만 제1경계부(26)의 곡면E의 곡률반경(R-1)보다 큰 곡률반경(R-2)을 갖는 볼록 곡면을 형성하는 경우, 곡면E 주위의 테이퍼부(23)의 표면D의 일부에 곡면E의 곡률반경(R-1)보다 큰 곡률반경(R-2)을 갖는 볼록 곡면을 형성하는 쪽이 이 볼록 곡면의 영향이 곡면E 근방에 미치기 쉬우므로 보다 적합하다.

그리고 또한 상기 백업링(2)의 선단부(24)에는 회전축(50)과 거의 평행한 내단면(27)이 형성되어 있으며 상기 선단부(24)의 표면F에서 상기 내단면(27)로 이동하는 부분에는 제1경계부(26)의 곡면E의 곡률반경(R-1)보다 작은 곡률반경(R-0)의 곡면F'가 형성되어 있다. 또한 상기 선단부(24)에 관하여 선단부(24)의 표면F는 기본적으로 회전축(50)에 대하여 수직을 향하는 부분인데 여기에 수직면을 설치하지 않고 선단부(24)의 표면F가 곡률반경(R-1)의 곡면E에서 곡률반경(R-0)의 곡면F'로 직접 이행하는 곡면이라도 좋다. 적어도 곡률반경(R-0)의 곡면F'의 존재에 의해 상기 백업링(2)의 선단부(24)의 내단면에 형성되는 모서리부에서 씰립(3)이 상처를 입는 일이 없다.

제1실시형태의 씰장치에 있어서는 적합한 예로서 곡면F'의 곡률반경(R-0)이 0.1mm, 곡면E의 곡률반경(R-1)이 0.4mm, 표면D의 곡률반경(R-2)가 3.0mm, 곡면C의 곡률반경(R-3)이 3.0mm이 된다.

또한 제1실시형태의 씰장치에 있어서는 백업링(2)은 그 고정부(21)로부터 연속하여 연장되는 연출부(22)의 표면B가 상기 회전축(50)과 대략 평행한 면으로 이루어져 있으며 상기 연출부(22)의 표면B에서 테이퍼부(23)의 표면D로 이동하는 제2경계부(29)의 표면인 곡면C는 테이퍼부(23)의 표면D의 곡률반경(R-2)보다도 큰 곡률반경(R-3)의 곡면으로 하여도 좋다. 그리고 또한 고정부(21)의 형상은 임의이며 또한 연출부(22)의 표면B이 상기 회전축(50)과 대략 평행한 면일 필요가 없을 뿐만 아니라 고정부(21)와 연출부(22)를 특별히 구별할 필요도 없다.

일반적으로 전술한 바와 같이 큰 피밀봉 유체압이 고무제의 씰립(3)의 외주에 가해진 경우 씰립(3)이 회전축(50)의 축방향으로 밀리고 백업링(2)의 테이퍼면이 회전축방향으로 되접히는 모서리부(곡면E의 근방)와 씰립(3)의 씰내면 사이에 과다한 응력이 발생되고 곡면E의 근방에 위치하는 씰립(3)에 상당 미제스 응력이 가하지게 된다. 여기서 도4에서 나타내는 바와 같이 제1실시형태의 씰장치(본발명품)의 백업링(2)에 의해 초래되는 상당 미제스 응력과, 비교예1,2,3의 구조가 다른 백업링을 이용한 경우에 초래되는 상당 미제스 응력의 측정(시험1)과 온도조건을 변경하면서 압력변동을 주어 씰립의 잘리기 쉬움을 평가하는 실험(시험2)을 수행하였다.

여기서 (1)백업링의 비교예1에 있어서는 곡면C1이 대략 알(R)이 존재하지 않는 각이며, 표면D1이 대략 알이 존재하지 않는 평면, (2)백업링의 비교예2에 있어서는 곡면C2가 곡률반경 1.5mm이며 표면D2가 거의 알이 존재하지 않는 평면, (3)백업링의 비교예3에 있어서는 곡면C3가 곡률반경1.0mm이며, 표면D3가 거의 알이 존재하지 않는 평면으로 이루어졌다.

시험1의 시험 조건으로서 기름 온도를 200℃로 정하고 피밀봉 유체압력으로서 8MPa의 압력을 거는 것으로 하며 각 백업링 형상에 의한 립 선단 최대 상당 미제스 응력을 FEM해석 결과로서 출력하였다.

시험2의 시험 조건으로서 기름 온도를 200℃로 정하고, 압력변동폭을 2MPa로 하며 6MPa와 8MPa의 압력을 번갈아 거는 것으로 하며, 이 맥동회수를 2400회로 하였다. 그리고 또한 축의 편심으로서 축편심을 0.3mm으로 하고 각 백업링 형상에 따른 씰립의 잘리기 쉬움을 평가하였다.

시험1의 결과로서 도5에서 나타내는 바와 같이 비교예1에 있어서는 립 선단 최대 상당 미제스 응력이 15.2MPa, 비교예2에 있어서는 립 선단 최대 상당 미제스 응력이 13.3MPa, 비교예3에 있어서는 립 선단 최대 상당 미제스 응력이 8.3MPa이며 제1실시의 형태인 씰장치(본발명품)에 있어서는 립 선단 최대 상당 미제스 응력이 7.9MPa이었다. 그리고 도6에서와 같이 긴박력(N)에 관한 측정에서도 제1실시의 형태의 씰 장치(본발명품)의 것이 약 184N으로 다른 비교예의 것보다 낮고 발열에 대해서 강한 것이 확인되었다.

시험2의 결과에서는 다른 비교예1,2,3의 씰립 모두에 끊어짐이 발생된 후에 도 제1실시형태의 씰장치(본발명품)의 씰립에 끊어짐이 발생되지 않고 씰립에 발생하는 상당 미제스 응력의 경감이 도모되고 있음이 분명해졌다.

이때 도7을 근거로 제1실시의 형태의 씰 장치의 백업링과, 이에 비교적 근사한 비교예3의 백업링을 비교한다. 일반적으로 유체수납실X측의 압력이 씰립(3)에 작용하면 립 선단부가 회전축에 대하여 압접되는 동시에 씰립(3)으로부터의 누름력이 백업링(2)에 전달되게 된다. 그리고 특히 씰립(3)은 백업링(2)의 테이퍼부의 표면에서 선단부의 표면으로 이동하는 경계부(백업링의 모서리부)에 강력하게 접촉되어져 여기에 대단히 큰 상당 미제스 응력이 집중하는 경향이 있다.

도7에 따르면 비교예3의 백업링(2)의 테이퍼부인 표면D3는 직선면으로서 형성된다. 그리고 고정부에서 연속하여 연장되는 직선면인 연출부의 표면B3과 직선면인 테이퍼부의 표면D3의 경계부에는 곡면C3이 형성된다. 이에 대하여 제1실시형태의 씰 장치에서 이용되는 백업링(2)은 테이퍼부의 표면D의 전면부(또는 일부)에 비교적 큰 곡률반경을 갖는 직선면이 아닌 면이 형성된다.

상기 비교시험의 결과에서도 분명한 바와 같이 제1실시형태의 씰장치에서 이용되는 백업링(2)의 테이퍼면에서의 적어도 일부(전면이라도 가능)의 부풀어오른 둥그스름한 모양(곡률반경)은 씰립(3)을 유지하는 백업링(2)의 테이퍼면의 면적 증대에 기여하고 있으며, 유체수납실X의 압력이 씰립(3)에 작용하여도 이 증대된 접촉면의 마찰력에 의해 씰립(3)과 백업링(2)의 테이퍼면 사이에 생기는 약간의 어긋남의 발생을 효과적으로 억제할 수 있게 된다. 따라서 백업링의 테이퍼부의 표면에서 선단부의 표면으로 이동하는 제1경계부(26)의 곡면E에 위치하는 씰립에 상당 미 제스 응력이 극단적으로 집중하지 않으며 씰립(3)에 의해 확실한 축 씰을 유지하면서 씰립(3)에 발생하는 상당 미제스 응력의 경감이 도모되고 씰립의 내용기간을 종래품과 비교하여 장기로 연장할 수 있게 된다.

특히 이 제1실시형태의 씰 장치로서는 테이퍼부(23)의 표면D의 전면이 제1경계부(26)의 곡면E의 곡률반경(R-1)보다 큰 거의 일정한 곡률반경(R-2)을 갖는 볼록 곡면으로 이루어지는 앞이 가는 테이퍼면으로 형성되어 있으며 그리고 또한 상기 연출부(22)의 표면B에서 테이퍼부(23)의 표면D로 이동하는 제2경계부(29)의 표면인 곡면C도 곡률반경(R-2)의 볼록 곡면으로 되어 있다. 이 경우 곡면C의 곡률반경(R-3)도 테이퍼부(23)의 표면D의 곡률반경(R-2)과는 같은 곡률반경이 된다.

이와 같이 곡면C의 곡률반경(R-3)과 테이퍼부(23)의 표면D의 곡률반경(R-2)를 같은 곡률반경으로 하면 백업링(2)의 제조가 용이해지는데 이에 한정되지 않고 테이퍼부의 표면인 테이퍼면의 곡률반경(R-2)이상의 곡률반경(R-3)을 갖는 곡면C로 할 수도 있다.

특히 비교예3의 백업링(2) 등에 있어서는 고정부에서 연속하여서 연장되는 직선면인 연출부의 표면B3과 직선면인 테이퍼부의 표면D3의 경계부에는 곡면C3가 비교적 눈에 띄는 굴곡부로서 나타내어진다. 이와 같이 비교적 곡률반경이 작은 굴곡부가 존재하면 유체 수납실의 내부압의 변동에 의해 씰립(3)이 이 굴곡부에서 백업링(2)과 괴리를 일으키기 쉬워지게 되며 씰립(3)과 백업링(2)의 테이퍼면 사이에 생기는 약간의 어긋남을 조장하게 된다. 그러나 제1실시형태의 씰장치로서는 테이퍼부의 표면D는 이미 소정의 곡률반경으로 연장되어 있으며 테이퍼부의 표면D에서 상기 연출부의 표면B로 완만하게 이동하는 경계부가 되므로 극단적인 굴곡부가 존재하지 않게 되며 씰립(3)과 백업링(2)의 테이퍼면 사이에 생기는 약간의 어긋남의 발생을 효과적으로 제어할 수 있게 된다.

도8에는 씰립(3)의 구조가 나타내어져 있으며 고정부에서 연속하여 연장되는 연출부, 테이퍼부, 그리고 립 선단부(31)를 가지고 이루어지는 상기 백업링(2)에 의해 지지되는 상기 씰립(3)의 내측면이 적어도 상기 씰립(3)의 성형시에 미리 상기 백업링(2)의 테이퍼부의 표면D인 볼록 곡면에 합치되는 오목곡면(32)으로서 형성된다. 이와 같이 씰립(3)이 상기 백업링(2)의 테이퍼부인 볼록 곡면의 표면D에 합치되는 오목 곡면(32)으로 미리 형성되어 있으면 씰립(3)의 오목 곡면(32)과 테이퍼부인 볼록 곡면의 표면D가 평상압 상태에서도 합치되며, 더 나아가 이 씰립(3)은 종래의 씰립의 내측면이 직선면을 갖는 것보다 변형되기 어렵고 씰립(3) 자체의 소재강도와 더불어 씰립(3)과 백업링(2)의 테이퍼면 사이에 생기는 약간의 어긋남의 발생을 효과적으로 억제할 수 있게 된다.

도9에는 제2실시형태의 씰 장치가 나타내어져 있으며, 제1실시형태의 씰 장치와 상이한 점은 제1의 실시형태의 씰 장치가 특히 테이퍼부(23)의 표면D의 전면이 제1경계부(26)의 곡면E의 곡률반경(R-1)보다 큰 거의 일정한 곡률반경(R-2)을 갖는 볼록 곡면으로 이루어지는 앞이 가는 테이퍼면으로 형성되어 있는 것에 대하여 제2실시형태의 씰장치가 테이퍼부(23)의 표면D가 상기 제1경계부의 곡률반경(R-1)보다 큰 곡률반경을 갖으며 또한 곡률반경이 각각 다른 면 D1,D2,D3‥로 이루어져 있으며 이 테이퍼부(23)의 표면D가 각각 다른 곡률반경의 조합으로 이루어지는 직선면이 존재하지 않는 앞이 가는 테이퍼면으로 되어 있는 점이며, 유체 수납실내의 압력분포에 맞도록 곡률반경이 각각 다른 면 D1,D2,D3를 결합시켜서 테이퍼부(23)의 표면D의 곡선을 여러 가지로 변경할 수 있기 때문에 씰립과 백업링의 테이퍼면 사이에 생기는 약간의 어긋남 발생을 효과적으로 억제할 수 있게 된다.

또한 (D1의 곡률반경)＞(D2의 곡률반경)＞(D3의 곡률반경)과 같이 제1경계부(26)의 곡면E에서 점차로 곡률반경이 커지도록 하면 테이퍼부의 표면D에서 상기 연출부의 표면B로 완만하게 이행하는 경계부가 되므로 극단적인 굴곡부가 존재하기 어려워진다.

이상 본 발명의 실시예를 도면에 의해 설명하였는데 구체적인 구성은 이들 실시예에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서의 변경이나 추가가 있어도 본 발명에 포함될 것이다.

Claims

회전축을 둘러싸도록 유체 수납실측으로 연출하는 백업링을 갖으며 적어도 상기 백업링이 앞이 가는 형상으로 이루어져 있으며 이 백업링에 의해 지지된 씰립의 립 선단부가 회전축에 대하여 맞닿을 수 있도록 이루어져 있는 씰장치로서, 상기 백업링은 그 고정부에서 연속하여 연장되는 테이퍼부, 그리고 선단부를 가지고 이루어지며 적어도 상기 테이퍼부의 표면에서 상기 선단부의 표면으로 이동하는 경계부에는 곡률반경(R-1)의 곡면이 형성되어 있으면서 상기 테이퍼부의 표면은 상기 경계부의 곡률반경(R-1)보다 큰 복수의 다른 곡률반경의 조합으로 이루어지는 직선면이 존재하지 않는 볼록 곡면임을 특징으로 하는 씰 장치.
제1항에 있어서,

상기 백업링의 선단부에는 회전축과 평행한 내단면이 형성되고 상기 선단부의 표면에서 상기 내단면으로 이동하는 경계부에는 상기 곡률반경(R-1)의 곡면보다 작은 곡률반경(R-0)의 곡면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 씰 장치.
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제1항 또는 제2항에 있어서,

고정부에서 연속하여 연장되는 연출부, 테이퍼부, 그리고 선단부를 가지고 이루어지는 상기 백업링에 의해 지지되는 상기 씰립의 내측면이, 적어도 상기 씰립의 성형시에 있어서 미리 상기 백업링의 테이퍼부인 볼록 곡면에 합치되는 오목 곡면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 씰 장치.