KR101644953B1 - 밀봉링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 낮은 누출 특성과 낮은 마찰 특성을 함께 가지고, 자동변속기의 구동 손실을 개선하여 자동차의 연비 향상에 공헌할 수 있는 밀봉링을 제공하는 것을 과제로 한다. 축의 외주면에 형성된 축홈에 장착되는 밀봉링의 적어도 접촉측면의 내주측에, 둘레 방향으로 이간하여 복수의 오목부를 형성하고, 오목부의 내주측에 내벽 및 내주면을 향하여 개구하는 오일 도입구멍부를 설치한다. 내벽은 오목부의 둘레방향 양측에 설치하여도 좋은데, 회전방향 반대측에만 설치할 수도 있다.

Description

밀봉링{Seal Ring}

본 발명은 밀봉링에 관한 것으로, 특히 자동차의 자동변속기 등의 유압기기에 이용되는 밀봉링에 관한 것이다.

최근에 자동차의 연비 향상을 도모하기 위하여, 자동변속기의 구동 손실의 저감이 요구되고 있다. 자동변속기에는 유압 밀봉을 목적으로 하여 밀봉링이 장착되는데, 밀봉링의 마찰 손실은 자동변속기의 구동 손실로 이어진다. 그 때문에, 밀봉링의 마찰 저감이 중요한 과제로 되어 있다. 또한, 자동변속기의 오일펌프의 용량은, 구동 손실 중에서 큰 비중을 차지하고 있으므로, 밀봉링으로부터의 오일 누출량을 저감하여, 오일 펌프를 소용량화하는 것이 요구되고 있다. 이와 같이, 자동변속기의 구동 손실을 저감하고, 자동차의 연비를 향상시키기 위하여, 밀봉링에는 낮은 마찰 및 낮은 누출 기능이 요구되고 있다.

도 1에 밀봉링을 이용한 유압회로의 기본 구조를 나타낸다. 밀봉링(1)은, 축(2)의 외주면의 유압통로(3)의 축방향 양측에 형성된 축홈(링홈)(4)에 장착된다. 유압통로(3)로부터 공급되는 작동 오일을 밀봉링의 수압측면(11)과 내주면(12)에서 받아, 밀봉링의 외주면(13)이 하우징(5)의 내면과 접촉하여, 밀봉링의 접촉측면(14)이 축홈(4)의 측면과 접촉함으로써 유압을 밀봉한다. 일반적으로는 축(2)이 회전하고, 하우징(5)이 고정되는데, 그 반대의 조합도 있다.

밀봉링의 마찰(마찰 손실)을 저감하기 위해서는, 통상적으로 슬리이딩 운동 주체면이 되는 밀봉링의 접촉측면을 링홈에 누르는 수압 하중을 저감하는 수법이 채용되고 있다. 구체적으로는, 밀봉링의 접촉측면과 링홈 사이에 공급 유압이 작용하는 단면 형상을 가지는 밀봉링을 채용하고, 취소 하중의 작용에 의하여 수압 하중을 저감시키고 있다.

일본등록특허공보 제3437312호에는, 밀봉링의 측면을 외주측에서 내주측을 향하여 축방향 폭이 작아지는 테이퍼 형상으로 함으로써, 밀봉링 측면과 링홈 사이에 캔슬 하중을 발생시켜서, 수압 하중의 저감을 도모하는 방법이 기재되어 있다. 측면 테이퍼 형상은 수압 하중을 대폭 저감할 수 있어, 현상태에서 가장 마찰이 작은 밀봉링의 형상으로 알려져 있다.

또한, 국제공개공보 WO2004/090390호에는, 도 2의 (A)에 나타내는 바와 같이, 적어도 접촉측면의 내주측에 둘레방향으로 이간하여 형성된 오목부(포켓)(6)와 오목부(6) 사이에 배치된 기둥부(7)를 가지는 밀봉링이 기재되어 있다. 도 2의 (B) 및 (C)에 나타내는 바와 같이, 오목부(6)는 내주방향을 향하여 밀봉링의 축방향 폭(두께)이 얇아지도록 설치된 가장 깊은 경사부(51)와, 가장 깊은 경사부(51)의 둘레방향 양측에 위치하고, 인접하는 기둥부(7)의 가장 내주측의 점을 향하여 수속(收束)하는 수속부(52)로 이루어진다. 이러한 구성에서는, 밀봉링의 회전에 의하여, 오목부(6) 내에 채워진 오일을 수속부(52)의 경사면으로 모음으로써 발생하는 양력(60)과, 접촉측면의 오목부(6)에 유압이 작용하고, 누름 하중을 저감시키는 효과(취소 압력(61))에 의하여 마찰이 저감된다. 더욱이, 국제공개공보 WO2004/090390호의 밀봉링에서는, 도 2의 (D)에 나타내는 바와 같이, 밀봉링의 측면이 링홈과 면으로 슬라이딩 접촉하므로, 이음매 틈의 누출 유로가 형성되지 않아, 낮은 누출 특성이 얻어진다.

일본등록특허공보 제3437312호의 밀봉링에서는, 밀봉링의 측면과 링홈의 슬라이딩 접촉이 선접촉이 되어, 슬라이딩 운동 직경이 밀봉링의 이음매 틈 상에 위치하므로, 이음매 틈으로부터 오일의 누출(leak)이 발생하는 문제가 있다. 한편, 국제공개공보 WO2004/090390호의 오목부를 채용함으로써, 마찰은 저감되지만, 일본등록특허공보 제3437312호의 밀봉링에는 미치지 않아, 마찰의 저감이 더욱 요구되고 있다.

본 발명은 상기 사정에 감안하여 이루어진 것으로, 낮은 마찰 특성과 낮은 누출 특성을 함께 가지고, 자동변속기의 구동 손실을 저감하여, 자동차의 연비 향상에 공헌할 수 있는 밀봉링을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적에 감안하여 예의 연구한 결과, 본 발명자들은, 접촉측면의 내주측에 둘레방향으로 이간하여 오목부가 형성되고, 그 사이에 기둥부가 배치된 밀봉링에 있어서, 오목부의 내주측에 내벽, 및 내주면을 향하여 개구하는 오일 도입구멍을 설치함으로써, 마찰이 저감되는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하였다. 즉, 본 발명의 밀봉링은, 축의 외주면에 형성된 축홈에 장착되는 밀봉링으로서, 적어도 밀봉링의 접촉측면의 내주측에, 둘레방향으로 이간하여 복수의 오목부가 형성되고, 오목부의 내주측에는, 내벽, 및 내주면을 향하여 개구하는 오일 도입구멍이 구비되어, 상기 내벽의 직경방향 폭이 상기 오목부의 둘레방향 선단을 향하여 커지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 밀봉링의 접촉측면에 형성된 오목부의 내주측에 내벽을 형성하고, 더욱이 내주면을 향하여 개구하는 오일 도입구멍을 설치한다. 오목부에 내벽을 설치함으로써, 오일 도입구멍으로부터 도입된 오일이 오목부의 둘레방향 선단에 위치하는 쐐기 형상의 경사면으로 안내된다. 이에 따라, 양력이 작용하여, 기둥부에 오일막이 형성되며, 기둥부가 부상하는 동시에, 오목부의 외주측에 위치하는 고리 형상의 밀봉면으로의 오일의 개재가 촉진되어, 밀봉면이 유체 윤활 상태에 가까워져서 마찰계수가 저감된다. 더욱이, 접촉측면의 오목부에 유압이 작용하여, 누름 하중이 저감된다. 이러한 두 가지 상승 효과에 의하여, 본 발명의 밀봉링에서는, 마찰을 효과적으로 저감할 수 있다. 또한, 본 발명의 밀봉링에서는, 접촉측면과 링홈측면이 면으로 접촉하므로, 오일의 누출도 억제할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 밀봉링은, 낮은 마찰 및 낮은 누출의 양쪽 특성을 함께 가지므로, 자동변속기의 구동 손실을 효과적으로 저감할 수 있다.

도 1은 밀봉링이 장착된 유압회로를 나타내는 단면도이다.
도 2는 국제공개공보 WO2004/090390호에 기재된 밀봉링의 구조를 나타내는 평면도(A), 사시도(B), 오목부 형상을 내주면에서 본 원주방향의 직동전개도(C), 및 국제공개공보 WO2004/090390호에 기재된 밀봉링이 링홈에 장착된 상태를 나타내는 개략도(D)이다.
도 3은 본 발명의 밀봉링의 일 실시형태를 나타내는 사시도(A), 및 다른 실시형태를 나타내는 사시도(B)이다.
도 4는 본 발명의 밀봉링의 다른 2가지 실시형태를 나타내는 사시도(A), (B), (A)의 밀봉링의 접촉측면의 스캔 화상(C), (A), (B)의 밀봉링의 오목부 형상을 나타내는 사시도(D), 및 (D)의 오목부 형상을 내주면에서 본 원주방향의 직동전개도(E)이다.
도 5는 본 발명의 밀봉링의 다른 실시형태를 나타내는 사시도(A), (A)의 밀봉링의 접촉측면의 스캔 화상(B), (A)의 밀봉링의 오목부 형상을 나타내는 사시도(C), 및 (C)의 오목부 형상을 내주면에서 본 원주방향의 직동전개도(D)이다.
도 6은 본 발명의 밀봉링의 이음매의 일 실시형태를 나타내는 사시도이다.
도 7은 마찰 측정장치를 나타내는 개략도이다.
도 8은 실시예 1 내지 3의 밀봉링의 마찰 측정결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 실시예 3 및 비교예 1의 밀봉링의 회전수와 마찰의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 실시예 2의 (A), 실시예 4 내지 6((B), (C), (D)) 및 비교예 3(E)의 밀봉링의 접촉측면의 스캔 화상이다.
도 11은 내벽의 길이와 마찰과의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하에 본 발명의 밀봉링에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3에, 본 발명의 일 실시형태인 밀봉링의 사시도를 나타낸다. 도 3의 오목부 형상은 국제공개공보 WO2004/090390호에 기재되어 있는 오목부 형상, 즉 도 2에 나타내는 오목부 형상과 기본적으로 마찬가지이다. 오목부(6)는 밀봉링의 적어도 접촉측면의 내주측에 둘레방향으로 이간하여 형성되고, 오목부(6)와 오목부(6) 사이에는 기둥부(7)가 배치된다. 도 2의 (B)에 나타내는 바와 같이, 오목부(6)는 내주방향을 향하여 밀봉링의 축방향 폭(두께)이 얇아지도록 설치된 가장 깊은 경사부(51)와, 가장 깊은 경사부(51)의 둘레방향 양측에 위치하고, 인접하는 기둥부(7)의 가장 내주측의 점을 향하여 수속하는 수속부(52)로 이루어진다. 이와 같은 오목부(6)의 형상에서는, 밀봉링의 회전에 의하여 오목부(6) 내에 채워진 오일이 수속부(52)에 모아져서, 그 쐐기 형상 효과에 의하여 회전방향에 수직인 양력이 발생한다. 더욱이, 접촉측면측의 오목부(6)에 유압이 작용하여, 누름 하중을 저감하므로, 마찰이 저감된다.

도 2의 (B)의 예에서는, 수속부의 경사면과 밀봉링 측면이 이루는 각도, 즉 도 2의 (B) 중의 경사면 각도(θ)는 16°, 가장 깊은 경사부(52)의 깊이(h), 즉 수속부(52)의 내주단에서의 축방향 깊이(h)는 0.42㎜로 설정되어 있다.

여기에서, 오목부(6)의 수(1개의 밀봉링의 일측 측면에 형성되는 오목부의 수)는, 4~16개가 바람직하고, 8~12개가 보다 바람직하다. 또한, 오목부(6)의 둘레방향 폭은, 기둥부(7)의 둘레방향 폭의 8~50배가 되는 것이 바람직하고, 수속부(52)의 둘레방향 폭(일측)은, 가장 깊은 경사부(51)의 둘레방향 폭의 1/50 이상으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 밀봉링은, 오목부(6)의 내주측에 내벽(8), 및 내주면(12)을 향하여 개구하는 오일 도입구멍(10)을 설치한 것을 특징으로 한다. 도 3의 (A)에서는, 내벽(8)은 오목부(6)의 둘레방향의 양단에서 내주단부를 따라서 연장되고, 중앙에 오일 도입구멍(10)이 되는 개구부가 설치되어 있다. 오목부(6)의 내주측에 벽, 즉 내벽(8)을 설치함으로써 오목부(6)에 도입되고, 모인 오일의 쐐기 경사면(수속부)으로부터 내주면(12)으로의 흐름이 억제되며, 쐐기 단면의 깊이와 원주방향의 삼차원에서의 조임 효과에 의하여, 더욱 큰 양력이 작용한다. 이 때문에, 기둥부(7)에 오일막이 형성되고, 기둥부(7)가 부상하는 동시에, 오목부(6)의 외주측에 위치하는 고리 형상의 밀봉면으로의 오일의 개재가 촉진되어, 마찰계수가 저감된다. 또한, 접촉측면의 오목부(6)에 유압이 작용하여, 누름 하중이 저감된다. 이들의 상승 효과에 의하여 마찰이 저감된다. 여기에서, 본 실시형태와 같이 내벽(8)을 오목부(6)의 양단, 즉 오일 도입구멍(10)의 양측에 형성하는 경우에는, 한쪽 내벽(8)의 둘레방향 길이는, 오목부(6) 전체(가장 깊은 경사부와 수속부의 합계)의 둘레방향 길이를 100으로 하고 20~45로 하는 것이 바람직하며, 양측을 합한 내벽의 길이는, 오목부(6) 전체의 둘레방향 길이를 100으로 하고 40~90으로 하는 것이 바람직하다. 이 범위에서는 보다 뛰어난 쐐기 형상 효과가 얻어져서, 마찰이 더욱 저감된다.

본 발명의 효과는, 내벽(8) 및 오일 도입구멍(10)을 구비하는 오목부(6)를 밀봉링의 접촉측면에 형성함으로써 얻어진다. 하지만, 본 실시형태의 오목부(6)의 형상은, 둘레방향 중앙에 대하여 양측이 대칭형상이므로, 작업성을 고려하면, 밀봉링의 접촉측면 및 수압측면의 양쪽에 오목부(6)를 설치하고, 양측면 모두 대칭으로 방향성이 없는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

도 3의 (A)에서는, 내벽(8)을 오목부(6)의 양단에 설치하고 있는데, 도 3의 (B)에서는 회전방향 반대측의 경사면(수속부)의 단부에만 내벽(8)을 설치하고 있다. 이러한 형태에서는, 밀봉링이 우회전함으로써, 회전방향 반대측(좌측)의 수속부 선단에 오일이 모여서 양력이 발생한다(쐐기 형상 효과). 쐐기 형상 효과는 회전방향 반대측의 수속부에서 발생하고, 한편, 회전방향 측에서는 오일막이 형성되기 어려워서, 윤활 상태가 저해되는 경향이 있다. 이 때문에, 회전방향 반대측에만 내벽(8)을 설치한 본 구성에서는, 보다 뛰어난 마찰 저감 효과가 얻어진다.

여기에서, 회전방향 반대측에만 내벽을 설치한 경우, 내벽의 둘레방향 길이는, 오목부 전체의 둘레방향 길이를 100으로 하고 5~95로 하는 것이 바람직하며, 50~95로 하는 것이 보다 바람직하다. 이 범위에서는, 보다 뛰어난 쐐기 형상 효과가 얻어져서 마찰이 더욱 저감된다.

도면 중에서, 내벽(8)의 축방향의 높이는, 밀봉링 측면의 높이와 거의 같게 설정, 즉 내벽(8)의 선단면과, 오목부(6)가 형성되어 있지 않은 측면이 동일한 평면이 되도록 설정되어 있다. 그리고, 도 3의 (A)에서는 오목부(6)의 둘레방향의 중앙부에, 도 3의 (B)에서는 회전방향의 단부에 내벽(8)을 설치하지 않은 부분을 설치함으로써, 각각 내벽(8) 사이, 또는 내벽(8)과 기둥부(7) 사이에, 내주면(12)을 향하여 개구하는 오일 도입구멍(10)을 형성하고 있다. 하지만, 오일 도입구멍(10)의 구성은, 이것으로 한정되지 않고, 예를 들어 오목부(6)의 둘레방향 전역에 걸쳐서 내벽(8)을 형성하고, 그 축방향의 높이를 부분적으로 밀봉링 측면보다 낮게 설정함으로써 오일 도입구멍(10)으로 할 수도 있다.

내벽(8)의 폭, 즉 내벽(8)의 직경방향의 길이는 특별히 한정되지 않지만, 보다 뛰어난 마찰 저감 효과를 얻기 위해서는, 밀봉링의 직경방향 폭을 100으로 하고 5~20으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 오목부(6)의 선단을 향하여 내벽(8)의 직경방향 폭을 크게 함으로써, 즉 오목부(6)의 직경방향 폭을 작게 함으로써, 수속부 선단이 깊이 방향, 즉 축방향뿐만 아니라, 직경방향에서도 끝이 가는 형상이 되므로, 삼차원의 조임 효과가 더욱 향상된다. 이 때문에, 양력이 증가하여, 마찰이 더욱 저감된다.

도 4의 (A) 및 (B)에 본 발명의 다른 실시형태의 밀봉링의 사시도를 나타내고, 도 4의 (C)에는 도 4의 (A)의 밀봉링의 접촉측면의 스캔 화상을 나타낸다. 본 실시형태는, 도 3의 (A) 및 (B)의 밀봉링과 오목부 형상이 상이하다. 도 4의 (D) 및 (E)에는, 각각 도 4의 (A)의 밀봉링의 내벽이 없는 상태의 사시도 및 내주면에서 본 원주방향의 직동전개도를 나타낸다. 한편, 이하의 기재에 있어서, 상기 전개도에서의 직선부를 평면 또는 평탄면이라고 하고, 곡선부를 곡면이라고 한다. 본 실시형태에서는, 도 4의 (E)에 나타내는 바와 같이, 오목부(6) 양단이 기둥부(7)를 향하여 볼록한 형상의 곡면, 즉 내주면에서 본 원주방향의 직동전개도(도 4의 (E))에 있어서, 위로 볼록한 형상의 곡면으로 이루어지는 조임부(20)로 구성되어, 기둥부(7)와 연결되고 있다. 이와 같이 기둥부(7)와 오목부(6)가 완만한 경사곡면으로 이어져 있으므로, 내벽(8)을 설치함으로써, 도 3의 (A)의 오목부(6) 형상보다 더욱 조임 효과가 향상되므로, 양력이 증가하여 마찰이 더욱 저감된다. 또한, 본 실시형태에서는, 도 4의 (E)에 나타내는 바와 같이, 오목부(6)의 중앙에 측면에 평행한 오목부(6)의 가장 깊은 부(21)가 형성되고, 가장 깊은 부(21)의 양단에서 조임부(20)를 향하여, 가장 깊은 부(21)를 향하여 볼록한 형상의 곡면, 즉 도 4의 (E)에 있어서 아래로 볼록한 형상의 곡면으로 이루어지는 경사면부(22)가 형성되어 있다. 그리고, 경사면부(22)와 조임부(20)의 경계도 완만한 곡면으로 연결되어 있다. 경사면부(22)를 이와 같은 구성으로 함으로써, 보다 뛰어난 마찰 저감 효과를 얻을 수 있다. 하지만, 본 발명의 밀봉링의 경사면부(22)는 이와 같은 곡면으로 이루어지는 구성으로 한정되지 않으며, 평면 단독으로 하여도, 평면과 곡면으로 이루어지는 구성으로 하여도 좋다.

또한, 도면에서는, 가장 깊은 부(21)는 소정의 둘레방향 길이를 가지고, 측면과 평행한 평탄면으로 형성되어 있는데, 평탄면을 설치하지 않은 구성으로 할 수도 있다. 즉, 오목부(6)의 중앙은, 가장 깊은 부(21)를 포함하고, 가장 깊은 부(21)를 향하여 볼록한 형상, 즉 도 4의 (E)에 있어서 아래로 볼록한 형상의 1개의 곡면으로 이루어지는 경사면부(22)로 구성되고, 이러한 경사면부(22)의 양측에서 기둥부(7)까지를, 기둥부(7)를 향하여 볼록한 형상, 즉 도 4의 (E)에 있어서 위로 볼록한 형상의 곡면으로 이루어지는 조임부(20)로 연결한 오목부(6)의 구성으로 할 수도 있다. 단, 보다 뛰어난 마찰 저감 효과를 얻기 위해서는, 가장 깊은 부(21)는 측면과 평행한 평탄면으로 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 가장 깊은 부의 둘레방향의 폭(b)은 1개의 오목부(6)의 둘레방향 폭(a)을 100으로 하고 2~20으로 하는 것이 바람직하며, 8~16으로 하는 것이 보다 바람직하다.

그리고, 조임부(20)의 R곡면의 내리막 길이(c), 즉 오목부(6) 선단에서 조임부(20)와 경사면부(22)와의 경계까지의 둘레방향 폭은, 오목부(6) 일측의 경사부의 둘레방향 폭, 즉 조임부(20)와 경사면부(22)의 둘레방향 폭의 합(c+d)을 100으로 하고 5~20으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 조임부(20)의 깊이(e), 즉 조임부(20)와 경사면부(22)와의 경계점의 축방향의 감퇴량은, 오목부(6)의 가장 깊은 부의 깊이(h)(축방향의 감퇴량)를 100으로 하여 0을 넘고 20% 이하로 하는 것이 바람직하다.

오목부(6)의 수(1개의 밀봉링의 일측 측면에 형성되는 오목부의 수)는 4~16개가 바람직하고, 6~10개가 보다 바람직하다. 또한, 오목부(6)의 1개당 둘레방향 폭(a)은 기둥부(7)의 1개당 둘레방향 폭(f)의 5~20배로 하는 것이 바람직하다. 오목부(6)의 깊이(h), 즉 오목부(6)의 가장 깊은 부(21)의 축방향 폭(h)은 밀봉링의 축방향 폭을 100으로 하고 2~20으로 하는 것이 바람직하며, 5~10으로 하는 것이 보다 바람직하다.

도 4의 (D)의 오목부(6)에 내벽(8)을 설치한 본 발명의 밀봉링을 도 4의 (A) 및 (B)에 나타낸다. 도 4의 (A)의 실시형태에서는, 내벽(8)은 내주단부를 따라서 오목부(6)의 둘레방향의 양단에서 오목부(6)의 중앙을 향하여 연장되고, 오목부(6)의 중앙에는 내주면(12)을 향하여 개구하는 오일 도입구멍(10)이 구비되어 있다. 오목부(6)의 내주측(단부)에 내벽(8)을 설치함으로서, 모인 오일의 쐐기 경사면(조임부)에서 내주면(12)으로의 흐름이 억제되고, 쐐기 단면의 깊이와 원주방향의 삼차원에서의 조임 효과에 의하여, 더욱 큰 양력이 작용한다. 이 때문에, 기둥부에 오일막이 형성되어, 기둥부가 부상하는 동시에, 오목부(6)의 외주측에 위치하는 고리 형상의 밀봉면으로의 오일의 개재가 촉진되어, 마차계수가 저감된다. 또한, 접촉측면의 오목부(6)에 유압이 작용하여, 누름 하중이 저감된다. 이들의 상승 효과에 의하여, 마찰이 더욱 저감된다. 본 실시형태의 밀봉링에서는, 기둥부(7)와 오목부(6)가 완만한 경사가 되는 R 형상으로 연결되어 있으므로, 내벽(8)을 설치함으로써, 도 3의 (A)의 밀봉링보다 더욱 조임 효과가 향상되므로, 양력이 증가하여, 마찰이 더욱 저감된다. 여기에서, 본 실시형태와 같이 내벽(8)을 오목부(6)의 양단, 즉 오일 도입구멍(10)의 양측에 형성하는 경우에는, 한쪽 내벽(8)의 둘레방향 길이는, 1개의 오목부(6)의 둘레방향 길이를 100으로 하고 20~45로 하는 것이 바람직하며, 양측의 내벽(8)을 합한 길이는, 오목부(6) 전체의 둘레방향 길이를 100으로 하고 40~90으로 하는 것이 바람직하다. 이 범위에서는 보다 뛰어난 쐐기 형상 효과가 얻어져서 마찰이 더욱 저감된다.

본 발명의 효과는, 내벽(8) 및 오일 도입구멍(10)을 구비하는 오목부(6)를 밀봉링의 접촉측면에 형성함으로써 얻어진다. 하지만, 본 실시형태의 오목부(6)의 형상은 둘레방향 중앙에 대하여 양측이 대칭 형상이므로, 작업성을 고려하면, 밀봉링의 접촉측면 및 수압측면의 양쪽에 오목부(6)를 설치하고, 양측면 모두 대칭으로 방향성이 없는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

도 4의 (A)에서는, 내벽(8)을 오목부(6)의 양단에 설치하고 있는데, 도 4의 (B)에 나타내는 바와 같이 회전방향 반대측의 경사면(조임부(20))의 단부에만 내벽(8)을 설치할 수도 있다. 이와 같은 구성에서는, 밀봉링이 우회전함으로써 회전방향 반대측(좌측)의 조임부(20) 선단에 오일이 모여, 양력이 발생한다(쐐기 형상 효과). 이와 같이 쐐기 형상 효과는 회전방향 반대측의 조임부(20)에서 발생하고, 한편, 회전방향 측에서는 경사면의 오일막이 형성되기 어려워서, 윤활 상태가 저해되는 경향이 있기 때문에, 회전방향 반대측에만 내벽(8)을 설치한 본 실시형태에서는 마찰이 더욱 저감된다.

여기에서, 회전방향 반대측에만 내벽을 설치한 경우, 내벽(8)의 둘레방향 길이는 오목부 전체의 둘레방향 길이를 100으로 하고 5~95로 하는 것이 바람직하며, 50~95로 하는 것이 보다 바람직하다. 이 범위에서는 보다 뛰어난 쐐기 형상 효과가 얻어져서 마찰이 더욱 저감된다.

도 4의 (C)에는 도 4의 (A)의 밀봉링의 접촉측면의 스캔 화상을 나타낸다. 여기에서, 내벽(8)은 오목부(6) 단부로부터 약 4㎜의 부분에서 오목부 선단을 향하여 직경방향 폭이 커지도록, 즉 오목부의 직경방향 폭이 작아지도록 경사각도 4°로 경사져 있다. 또한, 오목부(6)의 외주측의 밀봉면은 오목부(6)의 선단부를 향하여 직경방향 폭이 커지도록, 즉 오목부(6)의 직경방향 폭이 작아지도록 경사각도 3°로 경사져 있다. 이와 같이 선단부를 향하여 직경방향 폭이 작아지고, 더욱이 축방향 폭이 작아지는(깊이가 얕아지는) 끝이 가는 형상의 오목부(6)를 가지는 본 실시형태의 밀봉링에서는, 삼차원의 조임 효과가 더욱 향상된다. 이 때문에, 양력이 증가하여 마찰이 더욱 저감된다. 한편, 본 실시형태에서는, 오목부(6)의 선단은 곡면으로 형성되어 있다.

도 4의 (A) 및 (B)에서는, 내벽(8)의 축방향의 높이는, 측면의 높이와 거의 같게 설정되고, 즉 내벽(8)의 선단면과, 오목부(6)가 형성되어 있지 않은 측면이 동일한 평면이 되도록 설정되어 있다. 그리고, 내벽(8)을 둘레방향으로 불연속적으로 배치함으로써, 도 4의 (A)에서는 내벽(8) 사이에, 도 4의 (B)에서는 내벽(8)과 기둥부(7) 사이에, 내주면(12)을 향하여 개구하는 오일 도입구멍(10)이 형성되어 있다. 하지만, 오일 도입구멍(10)의 구성은, 이것으로 한정되지 않으며, 예를 들어 오목부(6)의 둘레방향 전역에 걸쳐서 내벽(8)을 형성하고, 내벽(8)의 축방향의 높이를 부분적으로 밀봉링 측면보다 낮아지도록 설계함으로써 오일 도입구멍(10)을 형성할 수도 있다.

도 5의 (A)에는 본 발명의 밀봉링의 또 다른 실시형태의 사시도를 나타내고, 도 5의 (B)에는 도 5의 (A)의 밀봉링의 접촉측면의 스캔 화상을 나타낸다. 또한, 도 5의 (C) 및 (D)에는, 각각 도 5의 (A)의 밀봉링의 내벽이 없는 구조를 나타내는 사시도, 및 내주면에서 본 원주방향의 직동전개도를 나타낸다. 본 실시형태는, 도 3 및 도 4의 실시형태와 오목부 형상이 상이하다. 본 실시형태에서는, 도 5의 (D)에 나타내는 바와 같이, 오목부(6)의 일측 단부는, 기둥부(7)를 향하여 볼록한 형상의 곡면, 즉 내주면에서 본 원주방향의 직동전개도(도 5의 (D))에 있어서, 위로 볼록한 형상의 곡면으로 이루어지는 조임부(20)로 구성되고, 기둥부(7)와 연결되어 있다. 한편, 오목부(6)의 타단은 가장 깊은 부(21)에서 기둥부(7)까지 급격한 경사면(23)으로 연결되어 있다. 본 실시형태의 밀봉링은, 조임부(20)를 가지는 완만한 경사면이 회전방향 반대측에 배치되고, 급격한 경사면(23)이 회전방향 측에 배치된다. 이 때문에, 밀봉링이 회전함으로써, 회전방향 반대측의 조임부(20) 선단에 오일이 모여 양력이 발생하고(쐐기 형상 효과), 마찰이 저감된다. 그리고, 본 실시형태에서는, 오목부(6)가 기둥부(7)와 완만한 경사곡면으로 연결되어 있으므로, 도 5의 (A)에 나타내는 바와 같이 내벽(8)을 설치함으로써, 조임 효과가 향상되므로 양력이 증가하여 마찰이 더욱 저감된다. 또한, 본 실시형태에서는, 오목부(6)의 회전방향 측의 단부는 급격한 경사면(23)에 의하여 구성되어 있다. 즉, 쐐기 형상 효과를 기대할 수 없는 회전방향 측의 경사면은 가급적 줄이고, 대부분이 쐐기 형상 효과를 가지는 경사면으로 구성된 오목부(6) 구조로 함으로써, 더욱 쐐기 형상 효과를 향상시켜서 마찰을 저감할 수 있다. 쐐기 형상 효과를 나타내지 않는 경사면의 면적을 감소시킴으로써 마찰 저감 효과는 얻어지지만, 회전방향 측의 경사면(23)의 경사각도(θ), 즉 경사면(23)과 밀봉링 측면이 이루는 각도는 이형성 등을 고려하면 8~45°로 하는 것이 바람직하다.

도 5의 (D)에서는, 가장 깊은 부(21)는 소정의 둘레방향 길이(b)를 가지고, 측면과 평행한 평탄면으로 형성되어 있다. 그리고, 회전방향 반대측의 가장 깊은 부(21)의 한쪽 단부에서 조임부(20)를 향하고, 가장 깊은 부(21)를 향하여 볼록한 형상, 즉 도 5의 (D)에 있어서 아래로 볼록한 형상의 곡면으로 이루어지는 경사면부(22)가 형성되어 있다. 그리고, 경사면부(22)와 조임부(20)의 경계도 완만한 곡면으로 연결되어 있다. 경사면부(22)를 이러한 구성으로 함으로써, 보다 뛰어난 마찰 저감 효과를 얻을 수 있다. 하지만, 본 발명의 밀봉링의 경사면부(22)는 이러한 곡면으로 한정되지 않으며, 평면 단독으로 하여도, 평면과 곡면으로 이루어지는 구성으로 하여도 좋다.

또한, 도면에서는, 가장 깊은 부(21)는 소정의 둘레방향 길이(b)를 가지고, 측면과 평행한 평탄면으로 형성되어 있는데, 평탄면을 설치하지 않은 구성으로 할 수도 있다. 예를 들어, 회전방향 반대측의 오목부(6)의 선단에서 조임부(20)와 경사면부(22)의 경계까지를, 기둥부(7)를 향하여 볼록한 형상, 즉 도 5의 (D)에 있어서 위로 볼록한 형상의 곡면으로 형성하고, 조임부(20)와 경사면부(22)의 경계에서 가장 깊은 부(21)까지를, 가장 깊은 부(21)를 향하여 볼록한 형상, 즉 도 5의 (D)에 있어서 아래로 볼록한 형상의 1개의 곡면으로 이루어지는 경사면부(22)로 형성하며, 가장 깊은 부(21)에 도달한 후, 즉 급격한 경사면(23)으로 기둥부(7)에 연결하는 오목부(6)의 구성으로 할 수도 있다. 단, 보다 뛰어난 마찰 저감 효과를 얻기 위해서는, 가장 깊은 부(21)는 측면과 평행한 평탄면으로 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 가장 깊은 부(21)의 둘레방향의 폭(b)은 1개의 오목부(6)의 둘레방향 폭(a)을 100으로 하고 2~20으로 하는 것이 바람직하며, 8~16으로 하는 것이 보다 바람직하다.

그리고, 조임부(20)의 R곡면의 내리막 길이(c), 즉 오목부(6) 선단에서 조임부(20)와 경사면부(22)의 경계까지의 둘레방향 폭은, 조임부(20)와 경사면부(22)로 구성되는 회전방향 반대측의 경사부의 둘레방향 폭의 합(c+d)을 100으로 하고 5~20으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 조임부(20)의 깊이(e), 즉 조임부(20)와 경사면부(22)의 경계에서의 축방향의 감퇴량은 오목부(6)의 가장 깊은 부(21)의 깊이(h)(축방향의 감퇴량)를 100으로 하여 0을 넘고 20 이하가 되는 것이 바람직하다.

오목부(6)의 수(1개의 밀봉링의 일측 측면에 형성되는 오목부의 수)는 밀봉링의 크기에 따르지만, 외경(호칭 지름)이 20~70㎜ 정도인 밀봉링에서는 4~16개가 바람직하다. 또한, 오목부(6) 1개당 둘레방향 폭(a)은 기둥부(7) 1개당 둘레방향 폭(f)의 5~20배가 되는 것이 바람직하다. 오목부(6)의 깊이(h), 즉 오목부(6)의 가장 깊은 부(21)의 축방향 감퇴량은 밀봉링의 축방향 폭을 100으로 하고 2~20으로 하는 것이 바람직하며, 4~10으로 하는 것이 보다 바람직하다.

도 5의 (C)의 오목부(6)에 내벽(8)을 설치한 본 발명의 밀봉링을 도 5의 (A)에 나타낸다. 도 5의 (A)의 실시형태에서는, 내벽(8)은 조임부(20)와 경사면부(22)로 구성되는 경사부측의 선단에서 내주단부를 따라서, 둘레방향으로 연장되고, 오목부(6)의 회전방향 측에 내주면(12)을 향하여 개구하는 오일 도입구멍(10)이 구비되어 있다. 오목부(6)의 내주측(단부)에 내벽(8)을 설치함으로써, 모인 오일의 쐐기 경사면(수속부)에서 내주면(12)으로의 흐름이 억제되고, 쐐기 단면의 깊이와 원주방향의 삼차원에서의 조임 효과에 의하여, 더욱 큰 양력이 작용한다. 이 때문에, 기둥부(7)에 오일막이 형성되어, 기둥부(7)가 부상하는 동시에, 오목부(6)의 외주측에 위치하는 고리형상의 밀봉면으로의 오일의 개재가 촉진되어서, 밀봉면이 유체 윤활 상태로 이행하여 마찰계수가 저감된다. 또한, 접촉측면의 오목부(6)에 유압이 작용하여, 누름 하중이 저감된다. 이들 상승 효과에 의하여 마찰이 더욱 저감된다. 본 실시형태의 밀봉링에서는, 오목부(6)의 회전방향 반대측은, 기둥부(7)와 오목부(6)가 완만한 경사가 되는 R 형상으로 연결되어 있으므로, 내벽(8)을 설치함으로써, 도 3의 (A)의 밀봉링보다 더욱 윤활화가 촉진되어 마찰계수가 저감되므로, 마찰이 더욱 저감된다.

그리고, 본 실시형태에서는, 회전방향 반대측의 경사면에만 내벽(8)을 설치하고 있다. 밀봉링이 우회전함으로써, 회전방향 반대측(좌측)의 조임부 선단에 오일이 모여서 양력이 발생한다(쐐기 형상 효과). 이와 같이 쐐기 형상 효과는 회전방향 반대측의 조임부(20)에서 발생하고, 한편, 회전방향 측에서는 경사면의 오일막이 형성되기 어려워, 윤활 상태가 저해되는 경향이 있으므로, 회전방향 반대측에만 내벽을 설치함으로써, 더욱 마찰이 저감된다. 더욱이, 본 실시형태의 오목부(6)는 쐐기 형상 효과를 기대할 수 없는 회전방향 측의 경사면을 가급적 줄여서 대부분이 쐐기 형상 효과를 가지는 경사면으로 구성되어 있으므로, 내벽(8)을 설치함으로써 쐐기 형상 효과가 더욱 향상되어 마찰을 저감할 수 있다.

내벽(8)의 둘레방향 길이는, 1개의 오목부(6)의 둘레방향 길이를 100으로 하고 5~95로 하는 것이 바람직하며, 50~95로 하는 것이 보다 바람직하다. 이 범위에서는 보다 뛰어난 쐐기 형상 효과가 얻어져서 마찰이 더욱 저감된다.

도 5의 (B)에는, 도 5의 (A)의 밀봉링의 접촉측면의 스캔 화상을 나타낸다. 여기에서, 내벽(8)은 오목부(6)의 조임부(20) 및 경사면부(22)로 구성되는 경사부측 선단으로부터 약 4.5㎜의 부분에서 오목부(6) 선단을 향하여 직경방향 폭이 커지도록, 즉 오목부(6)의 직경방향 폭이 작아지도록 경사각도 4°로 경사져 있다. 또한, 오목부(6)의 외주측의 밀봉면은, 오목부(6)의 선단부를 향하여 직경방향 폭이 커지도록, 즉 오목부(6)의 직경방향 폭이 작아지도록 경사각도 3°로 경사져 있다. 이와 같이, 본 실시형태의 밀봉링에서는, 선단부를 향하여 직경방향 폭이 작아지고, 더욱이 축방향 폭도 작아지는(깊이가 얕아지는) 끝이 가는 형상의 오목부(6)를 가지므로, 삼차원의 조임 효과가 더욱 향상된다. 이 때문에, 양력이 증가하여, 유체 윤활이 되어 마찰이 더욱 저감된다. 한편, 본 실시형태에서는, 오목부(6)의 선단은 곡면으로 형성되어 있다.

도면에서는, 내벽(8)의 축방향 높이는, 측면의 높이와 거의 같게 설정되고, 즉 내벽(8)의 선단면과 오목부(6)가 형성되어 있지 않은 측면이 동일 평면이 되도록 설정되어 있다. 그리고, 내벽(8)은 오목부(6)의 둘레방향의 일부(회전방향 반대측)에 배치되고, 내벽(8)과 기둥부(7) 사이에, 내주면(12)을 향하여 개구하는 오일 도입구멍(10)이 형성되어 있다. 하지만, 오일 도입구멍(10)의 구성은 이것으로 한정되지 않으며, 오목부(6)의 둘레방향 전체에 걸쳐서 내벽(8)을 형성하고, 축방향의 높이를 부분적으로 밀봉링 측면보다 낮아지도록 함으로써, 오일 도입구멍으로 할 수도 있다.

본 발명의 밀봉링은, 장착성을 고려하여 이음매를 설치하는데, 이음매 형상은 특별히 한정되지 않으며, 직각(스트레이트) 이음매, 경사(앵글) 이음매, 단 부착(스텝) 이음매 이외에, 더블 앵글 이음매, 더블 커트 이음매, 및 도 6에 나타내는 트리플 스텝 이음매 등을 채용할 수 있다. 이음매 틈부로의 오일의 유통을 차단하고, 밀봉성을 향상시키기 위해서는, 더블 앵글 이음매, 더블 커트 이음매, 및 트리플 스텝 이음매가 바람직하다.

본 발명의 밀봉링의 재료는 특별히 한정되지 않으며, 폴리에스테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리이미드(PI) 등 이외에, 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 변성 폴리테트라플루오르에틸렌, 에틸렌테트라플루오르에틸렌(ETFE) 등의 불소계 수지 등이 이용된다. 일반적으로, 이들 수지에 탄소분말이나 탄소섬유 등의 첨가제를 충전한 재료가 바람직하게 이용된다.

본 발명의 밀봉링의 제조방법은 특별히 한정되지 않지만, 밀봉링 재료로서 PEEK, PPS, PI 등의 열가소성 수지를 이용하는 경우에는, 사출성형으로 제조하는 것이 바람직하다. 사출성형용 금형을 이용함으로써, 복잡한 내벽구조를 가지는 밀봉링도 쉽게 제조할 수 있다. 또한, 불소 수지를 이용하는 경우에는, 압축성형 후, 기계 가공함으로써 제조할 수 있다.

실시예

본 발명을 이하의 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이들 예로 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

탄소섬유를 첨가한 PEEK재를 이용하여, 사출성형에 의하여 도 3의 (A)에 나타내는 구조의 오목부 형상을 가지는 밀봉링을 제작하였다. 여기에서, 오목부의 경사면 각도(θ)는 16°, 가장 깊은 경사부(52)의 깊이(h)는 0.42㎜로 하고, 접촉측면에 8개의 오목부를 형성하였다. 각각의 오목부의 둘레방향의 선단부에서 중앙을 향하여 내주단을 따라서 폭 0.3㎜, 둘레방향 깊이가 일측 10㎜인 내벽을 설치하고, 중앙에 둘레방향 길이가 3㎜인 오일 도입구멍을 형성하였다. 한편, 밀봉링의 외경(호칭 직경)은 67㎜, 두께(직경방향 폭)는 2.3㎜, 폭(축방향 폭)은 2.32㎜로 하고, 이음매는 도 6에 나타내는 트리플 스텝 이음매로 하였다.

(실시예 2)

탄소섬유를 첨가한 PEEK재를 이용하여, 사출성형에 의하여 도 4의 (A)에 나타내는 구조의 오목부 형상을 가지는 밀봉링을 제작하였다. 여기에서, 조임부의 곡률이 R40, 가장 깊은 부의 깊이가 0.22㎜인 오목부를 8개 형성하였다. 각각의 오목부의 양측에서 중앙을 향하여 내주단을 따라서 폭 0.3㎜, 둘레방향 길이가 일측 10㎜인 내벽을 설치하고, 중앙에 둘레방향 길이 3㎜인 오일 도입구멍을 형성하였다. 한편, 밀봉링의 외경(호칭 직경)은 67㎜, 두께(직경방향 폭)는 2.3㎜, 폭(축방향 폭)은 2.32㎜로 하고, 이음매는 도 6에 나타내는 트리플 스텝 이음매로 하였다.

(실시예 3)

탄소섬유를 첨가한 PEEK재를 이용하여, 사출성형에 의하여 도 5의 (A)에 나타내는 구조의 오목부 형상을 가지는 밀봉링을 제작하였다. 여기에서, 조임부의 곡률이 R100, 가장 깊은 부의 깊이가 0.15㎜인 오목부를 8개 형성하였다. 각각의 오목부의 회전방향 반대측에서 내주단을 따라서 폭 0.3㎜, 둘레방향 길이 20㎜인 내벽을 설치하고, 회전방향 측에 둘레방향 길이 2㎜인 오일 도입구멍을 형성하였다. 한편, 밀봉링의 외경(호칭 직경) 67㎜, 두께(직경방향 폭)는 2.3㎜, 폭(축방향 폭)은 2.32㎜로 하고, 이음매는 도 6에 나타내는 트리플 스텝 이음매로 하였다.

(마찰 및 오일 누출량의 측정)

실시예 1 내지 3의 밀봉링을 도 7에 나타내는 바와 같이 유압회로를 설치한 고정축(S45C 제품)의 외주면에 형성된 축홈에 장착하고, 시험장치에 설치하였다. 다음으로, 하우징(S45C 제품)을 장착하고, 회전수 2000rpm으로 회전시키며, 시험장치에 설치한 토크 검출기로부터 회전 토크·로스를 검출하였다. 또한, 동시에 오일의 누출량을 측정하였다. 한편, 여기에서 오일은 자동변속기 오일(ATF)을 이용하고, 유온(油溫) 80℃, 유압 0.8MPa로 하였다. 비교로서 실시예 1과 같은 오목부 형상으로 내벽을 가지지 않는 구성의 밀봉링(비교예 1), 및 외주측에서 내주측을 향하여 축방향 폭이 작아지도록 양측면을 경사각도 5°로 경사지게 한 단면이 사다리꼴의 밀봉링(비교예 2)에 대해서도 마찬가지로 마찰 및 오일 누출량을 측정하였다.

도 8에 실시예 1 내지 3의 밀봉링의 마찰을 측정한 결과를 나타낸다. 여기에서, 세로축은 실시예 1과 같은 오목부 형상으로 내벽을 가지지 않는 비교예 1의 밀봉링의 마찰을 100으로 하고 상대값을 나타내었다. 비교예 1에 비하여, 실시예 1에서는 10% 정도 마찰이 저감되어 있어, 내벽을 설치함에 따른 마찰 저감 효과가 확인되었다. 또한, 실시예 2에서는 더욱 마찰이 저감되어, 실시예 1보다 뛰어난 마찰 저감 효과가 얻어지는 것을 알 수 있었다.

이것은, 실시예 2에서는 오목부의 단부가 기둥부를 향하여 볼록한 형상의 곡면으로 구성되어, 기둥부와 오목부가 완만한 경사 각도로 연결되어 있으므로, 내벽을 설치함으로써, 오일이 보다 효과적으로 오목부의 선단에 모여, 양력이 증가하고, 기둥부에 오일막이 형성되기 쉬워져서, 밀봉면이 윤활화되어, 마찰계수가 저감되었기 때문인 것으로 생각된다. 실시예 3에서는, 비교예 1에 비하여, 40% 가까이 마찰이 저감되어, 실시예 1 및 2보다 더욱 뛰어난 마찰 저감 효과가 얻어졌다. 도 9에 실시예 3의 밀봉링에 대하여 1000~4000rpm 사이에서 회전수를 바꾸어 마찰을 측정한 결과를 나타낸다. 비교로서 비교예 1의 밀봉링에 대해서도 마찬가지로 마찰을 측정한 결과를 도 9에 나타낸다. 여기에서, 세로축은 비교예 1의 밀봉링의 1000rpm에서의 마찰을 100으로 하고 상대값을 나타내었다. 도 9로부터, 종래의 비교예 1의 밀봉링에서는 회전수의 증가와 함께 마찰이 증가하는 것에 대하여, 본 발명의 실시예 3의 밀봉링에서는 회전수가 증가하면 마찰이 저감되는 경향이 있는 것이 확인되었다. 이것은, 실시예 3의 밀봉링에서는 오일의 조임 효과에 뛰어나서, 오일막이 형성되기 쉬운 회전방향 반대측에만 쐐기 형상 효과를 가지는 완만한 경사면을 형성하며, 또한 내벽을 설치하였기 때문에, 회전방향 측에서의 윤활 저해의 영향을 받지 않고, 양력이 효과적으로 작용하여, 기둥부에서 형성되는 오일막이 두꺼워짐으로써, 유체 윤활로 이행한 것에 기인하는 것으로 생각된다. 유체 윤활 상태에서는, 회전수의 증가와 함께 양력 및 오일막 두께가 증가하므로, 마찰이 저감되는 것으로 추측된다.

한편, 실시예 1 내지 3의 밀봉링의 마찰은, 단면이 사다리꼴인 비교예 2의 밀봉링의 마찰 이하의 값이 되었다. 이러한 사실로부터, 본 발명에 의하여 종래의 낮은 마찰 사양의 밀봉링 이상의 마찰 저감이 가능하다는 것을 알 수 있었다.

비교예 1의 밀봉링의 취소면적을 100으로 하면, 실시예 1 내지 3의 밀봉링의 취소면적은 각각 83.5, 78.2 및 80.4로, 비교예 1에 비하여 20% 정도 작은 값이었다. 취소면적이란 오일 체류부가 되는 오목부의 평면 화상에 의한 이차면적, 즉 투영면적을 말하며, 오목부만 착색되어 화상 처리함으로써 산출된다. 통상적으로 취소면적이 클수록, 즉 유압이 작용하는 면적이 클수록, 반압(反壓)으로서 되돌리는 힘이 커지므로, 수압하중이 저감되어 마찰은 저감된다. 하지만, 본 발명의 내벽을 채용함으로써, 보다 작은 취소면적으로 마찰을 저감할 수 있는 것이 확인되었다. 이것은, 본 발명의 밀봉링에서는, 마찰 저감 효과는 누름 하중의 저감보다, 슬라이딩 운동면의 윤활화에 따른 마찰계수의 저감에 크게 의존하고 있기 때문으로 생각된다. 이와 같이, 보다 작은 취소면적으로 마찰을 저감할 수 있는 본 발명의 밀봉링에서는, 취소면적에 크게 의존한 종래의 밀봉링보다 한계특성을 향상시키거나, 마모량을 저감시킬 수 있게 된다.

실시예 1 내지 3의 밀봉링의 오일 누출량은 단면이 사다리꼴인 비교예 2의 오일 누출량의 1/3 정도로 대폭 저감되어, 본 발명의 밀봉링은 뛰어난 낮은 누출 특성 또는 뛰어난 밀봉 특성을 가지는 것이 확인되었다.

(실시예 4 내지 6)

도 10에 나타내는 바와 같이 회전방향 반대측에만 둘레방향 길이가 각각 10㎜(B), 6.6㎜(C), 3.3㎜(D)인 내벽을 설치한 것 이외에, 실시예 2와 같은 구성인 밀봉링을 제작하였다(실시예 4, 5 및 6). 한편, 여기에서 오목부의 둘레방향 길이는 23㎜이므로, 실시예 4, 5 및 6의 내벽의 둘레방향 길이는 각각 오목부의 둘레방향 길이의 43%, 29% 및 14%에 상당한다. 각각의 밀봉링에 대하여, 실시예 1과 마찬가지로, 마찰을 측정하였다. 또한, 비교로서, 실시예 2와 마찬가지의 오목부 형상으로 내벽을 설치하지 않는 구성의 밀봉링에 대하여도 마찬가지로 마찰을 측정하였다.

(비교예 3)

도 11에 내벽의 길이와 마찰의 관계를 나타낸다. 여기에서, 내벽의 길이는, 오목부의 둘레방향 길이를 100으로 하고, 각각의 내벽의 길이를 상대값으로 나타내며, 마찰은 내벽이 없는 비교예 3의 마찰을 100으로 하고, 각각의 마찰을 상대값으로 나타내었다. 또한, 오목부의 양측에 내벽을 설치한 실시예 2의 값도 마찬가지로 도 11에 나타낸다. 내벽이 없는 비교예 3에 비하여, 양측에 내벽을 설치한 실시예 2 및 일측(회전방향 반대측)에만 내벽을 설치한 실시예 4 내지 6 중 어느 것에 있어서도 마찰 저감 효과가 인정되었다. 여기에서, 오목부의 양측에 내벽을 설치한 실시예 2에 비하여, 회전방향 반대측에만 내벽을 설치한 실시예 4 내지 6에서는 더욱 마찰이 저감되는 것이 확인되었다.

이것은, 쐐기 형상에 의하여 작용하는 양력이 큰 회전방향 반대측에만 내벽을 설치하여, 쐐기 형상에 의하여 작용하는 양력이 작아, 경사면의 오일막이 형성되기 어려워서, 윤활 상태를 저해하는 경향이 있는 회전방향 측에 내벽을 설치하지 않음으로써 밀봉면이 윤활화되었기 때문으로 생각된다. 내벽을 회전방향 반대측에만 설치한 경우, 오목부의 둘레방향 길이를 100으로 하고, 내벽의 둘레방향 길이를 5~95, 바람직하게는 50~95로 함으로써, 보다 뛰어난 마찰 저감 효과가 얻어지는 것을 알 수 있었다. 상술한 바와 같이, 통상적으로는 취소면적을 증가시킴으로써, 취소 하중의 증가에 의하여 수압하중이 저감되어 마찰은 저감된다. 하지만, 본 발명의 밀봉링에서는, 내벽을 길게 함으로써, 즉 취소면적을 작게 함으로써, 보다 뛰어난 마찰 저감 효과가 인정되었다. 이것은, 내벽을 설치함으로써, 내주면으로의 오일의 유출이 억제되어, 오일이 조임부의 경사면에 효율적으로 안내되는 것에 기인하는 것으로 생각된다. 그 때문에, 밀봉링이 회전하면, 보다 큰 양력이 작용하고, 기둥부에 오일막이 형성되기 쉬워진다. 이러한 기둥부의 오일막 형성에 의하여, 밀봉링의 내주측이 부상하여, 오목부의 외주측에 위치하는 고리 형상의 밀봉면으로의 오일의 개재도 촉진되어, 슬라이딩 운동면이 유체 윤활로 이행하므로, 마찰계수가 감소하여, 큰 마찰 저감효과가 얻어진 것으로 생각된다.

1: 밀봉링 2: 축
3: 유압통로 4: 축홈
5: 하우징 6: 오목부(포켓)
7: 기둥부 8: 내벽
10: 오일 도입구멍 11: 수압측면
12: 내주면 14: 접촉측면
20: 조임부 21: 가장 깊은 부
22: 경사면부 51: 가장 깊은 경사부
52: 수속부 60: 양력
61: 취소압력

Claims (7)

1. 축의 외주면에 형성된 축홈에 장착되는 밀봉링으로서, 적어도 상기 밀봉링의 접촉측면의 내주측에, 둘레방향으로 이간하여 복수의 오목부가 형성되고, 상기 오목부의 내주측에는, 내벽, 및 내주면을 향하여 개구하는 오일 도입구멍이 구비되어, 상기 내벽의 직경방향 폭이 상기 오목부의 둘레방향 선단을 향하여 커지며,
   상기 복수의 오목부의 사이에는 기둥부가 각각 배치되어 있으며, 상기 기둥부는 상기 접촉측면과 동일한 평면을 가지도록 설치되어 있으며,
   상기 내벽은 상기 접촉측면과 동일한 평면을 가지도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 밀봉링.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 내벽이 상기 오목부의 둘레방향 양측에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 밀봉링.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 내벽 일측의 둘레방향 길이가, 상기 오목부의 둘레방향 길이를 100으로 하고, 20~45인 것을 특징으로 하는 밀봉링.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 내벽이 상기 오목부의 둘레방향의 한쪽에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 밀봉링.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 내벽의 둘레방향 길이가, 상기 오목부의 둘레방향 길이를 100으로 하고, 5~95인 것을 특징으로 하는 밀봉링.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 내벽이 구비된 상기 오목부의 둘레방향의 한쪽 단부는, 기둥부를 향하여 볼록한 형상의 곡면으로 이루어지는 조임부로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 밀봉링.
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