KR101879454B1 - 건설기계의 밀봉 장치 - Google Patents

건설기계의 밀봉 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건설기계의 구동부에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건설기계의 구동부에 있어서 핀과 붓싱과 같은 원통 형상의 마찰 부재에 대한 밀봉장치에 관한 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 건설기계의 밀봉 장치는 동축을 이루고 일단이 상호 근접 배치되는 두개의 원통형의 회전 부재를 포함하는 건설기계의 관절부에 있어서, 상기 회전 부재가 상호 근접하는 각각의 끝단에 밀착되는 환형의 제1 탄성 부재(100) 및 상기 제1 탄성 부재(100)가 상기 회전 부재에 밀착되도록 원주 외측에 결합되는 환형의 제2 탄성 부재(200)를 포함하고, 상기 제1 탄성 부재(100)는 원주 내측에 상기 회전 부재와 밀착되는 밀착부(120)와 원주 외측에 상기 제2 탄성 부재(200)와 결합하는 결합부(110)가 마련되며, 상기 제1 탄성 부재(100)와 제2 탄성 부재(200)의 탄성은 서로 상이한 것을 특징으로 한다.

Description

건설기계의 밀봉 장치 {Sealing device for construction machine}
본 발명은 건설기계의 구동부에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건설기계의 구동부에 있어서 핀과 붓싱과 같은 원통 형상의 마찰 부재에 대한 밀봉장치에 관한 것이다.
건설기계에서 동작이 반복되는 관절부는 일반적으로 핀(Pin)과 붓싱(bushing)으로 결합되는 구조로 지속적으로 마찰하면서 작동하게 되어 건설기계의 내구성 및 동작 안정성과 직결되는 부위이므로, 작업환경에 따라 이물질 유입을 방지하기 위하여 더스트 씨일(dust seal)과 같은 밀봉 부재를 장착하여 사용한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 일반적으로 건설기계에서 버켓 구동부와 같은 핀과 붓싱을 포함하는 결합부위에서 원통 형상의 두개의 부재 사이에서는 축의 원주를 따라 측면 외곽에 밀봉 부재 중에 하나인 오링(O-ring)을 사용하여 이물질 유입을 방지하고 있다.
즉, 오링(10)은 제1 회전 부재(20)와 제2 회전 부재(30)의 일단이 상호 근접하는 각각의 끝단에 밀착하게 배치되어 양 회전 부재(20)(30) 사이에 이물질의 유입을 방지하게 된다.
종래 오링(O-ring)의 경우, 탄성을 높이면 조립시 장착이 용이하나 유연한 재질로서 내마모성 및 밀봉의 효과가 떨어지며, 탄성을 낮춰 내마모성 및 밀봉효과를 높이면 장착이 힘들어 조립성이 떨어지는 단점이 있다.
도 3을 참고하면, 단면이 원형인 일반적인 오링은 외부로 돌출되는 타입이기 때문에 건설기계가 굴착 작업 같은 가혹한 운전을 하게 되면 오링이 있는 부분까지 외부에 닿거나 작업 대상에 부딪히는 때가 많아 손상 및 파손이 발생하는 문제가 있다.
오링이 사용되는 부위는 이물질 유입이 많은 곳이기 때문에 이물질의 유입을 방지함과 동시에 내마모 성능이 우수한 제품이 적용되어야 한다. 그러나 해당 부위의 구조상, 재질의 내 마모성능 향상 및 적정 최대 압축율(Compression set)을 맞추기 위해 경도가 높은 비교적 단단한 재질을 적용하게 되면 탄성이 떨어져 조립에 어려움이 있어 재질 변경에 한계가 있다.
또한, 일반적인 오링 형상인 경우 탄성이 떨어지면 부재와 접촉 면적이 달라져 밀봉의 효과가 현저히 떨어지기 때문에 종래의 밀봉장치로는 이물질의 유입을 방지하면서도 내마모성능을 높이는데 한계를 가지고 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 건설기계에 있어서 밀봉 효과 및 내구성을 높이면서도 조립 편의성을 확보할 수 있는 건설기계의 밀봉장치를 제공하는 데 목적이 있다.
나아가, 오랜 사용에도 파손의 우려가 적고 밀봉 성능이 지속적으로 유지되는 구조를 가지는 건설기계의 밀봉장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 건설기계의 밀봉 장치는 동축을 이루고 일단이 상호 근접 배치되는 두개의 원통형의 회전 부재를 포함하는 건설기계의 관절부에 있어서, 상기 회전 부재가 상호 근접하는 각각의 끝단에 밀착되는 환형의 제1 탄성 부재(100) 및 상기 제1 탄성 부재(100)가 상기 회전 부재에 밀착되도록 원주 외측에 결합되는 환형의 제2 탄성 부재(200)를 포함하고, 상기 제1 탄성 부재(100)는 원주 내측에 상기 회전 부재와 밀착되는 밀착부(120)와 원주 외측에 상기 제2 탄성 부재(200)와 결합하는 결합부(110)가 마련되며, 상기 제1 탄성 부재(100)와 제2 탄성 부재(200)의 탄성은 서로 상이한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 탄성 부재(100)의 상기 결합부(110)는 적어도 상기 제2 탄성 부재(200)의 일부를 감싸고 제1 탄성 부재(100)의 내측으로 위치하도록 마련되고, 상기 제2 탄성 부재(200)는 환형인 제1 탄성 부재(100)의 원주 외측단 보다 원주 내측으로 삽입된 형상으로 결합되는 것을 특징으로 할 수 있다.
나아가, 상기 제1 탄성 부재(100)의 상기 밀착부(120)는 적어도 일부가 상기 회전 부재와 이격되는 이격부(121)가 형성되어 상기 회전 부재에 대해 복수의 밀착 부위를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 제1 탄성 부재(100)의 상기 결합부(110)는 상기 제2 탄성 부재(200)와 결합시 제2 탄성 부재(200)가 제1 탄성 부재(100)의 원주 바깥쪽으로 이탈되지 않도록 마련된 돌출부(111)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제1 탄성 부재(100)는 인장 강도가 210 내지 300(kgf/cm2)인 재질로 이루어져 있고, 상기 제2 탄성 부재(200)는 인장 강도가 50 내지 180(kgf/cm2)인 재질로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 제1 탄성 부재(100)는 쇼어 A 경도 70 내지 95이며, 최대 압축률은 15 내지 45%인 것을 특징으로 할 수 있다.
나아가, 상기 제1 탄성 부재(100)는 우레탄 재질로 마련되고 상기 제2 탄성 부재(200)는 고무재질로 마련되며, 상기 제1 탄성 부재(100)의 우레탄 재질은 쇼어 A 경도가 70 내지 95이고 최대 압축률이 15 내지 45% 이며, 상기 제2 탄성 부재(200)의 고무재질은 인장 강도가 50 내지 180 (kgf/cm2)인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 건설기계의 밀봉 장치는 종래의 단순한 원형의 단면형태의 오링을 사용한 밀봉 수단에 비하여 마찰이 발생하는 접촉부위의 밀봉 부재와 비접촉 부위의 밀봉 부재의 재질과 형상을 달리 적용하여 밀봉 효과 및 내구성을 높이면서도 조립 편의성을 보장할 수 있다.
또한, 형상의 변경으로 인한 작업 시 파손 우려를 낮추고, 접촉부위의 밀봉부재는 원주 방향으로 2곳 이상의 접점을 가지므로 밀봉성능을 대폭 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 건설기계에 있어서 회전 부재에 대하여 밀봉장치가 적용되는 사용예를 설명하는 도면이다.
도 2는 종래의 건설기계의 밀봉장치로 사용되는 오링의 형태를 설명하는 도면이다.
도 3은 종래의 건설기계의 밀봉장치로 사용되는 오링의 구조를 설명하는 단면도이다..
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 밀봉장치의 개략적인 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 밀봉장치에서 제1 탄성 부재의 형상을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 밀봉장치에서 제1 탄성 부재의 밀착부에서 이격부가 마련된 경우 작용을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 밀봉장치에서 회전 부재에 적용되어 사용되는 구조를 나타내는 도면이다.
도 8은 건설기계의 밀봉장치에 있어서 최대 압축률의 변화에 따른 이물질 유입을 나타낸 실험 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 밀봉장치에 대해서 설명한다.
도 4를 참고하면, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 건설기계의 밀봉장치는 동축을 이루고 일단이 상호 근접 배치되는 두개의 원통형의 회전 부재를 포함하는 건설기계의 관절부에 있어서, 상기 회전 부재가 상호 근접하는 각각의 끝단에 밀착되는 환형의 제1 탄성 부재(100) 및 상기 제1 탄성 부재(100)가 상기 회전 부재에 밀착되도록 결합되는 환형의 제2 탄성 부재(200)를 포함한다.
그리고, 상기 제1 탄성 부재(100)는 원주 내측에 상기 회전 부재와 밀착되는 밀착부(120)와 원주 외측에 상기 제2 탄성 부재(200)와 결합하는 결합부(110)가 마련되며, 상기 제1 탄성 부재(100)와 제2 탄성 부재(200)의 탄성은 서로 상이한 것을 특징으로 한다.
따라서, 회전 부재와 밀착하여 접촉하여 실질적으로 밀봉 역할을 하는 제1 탄성 부재(100)와 상기 제1 탄성 부재(100)를 회전 부재에 밀착시키는 역할을 하는 제2 탄성 부재(200)로 구성되고 각각의 기능과 특성에 맞는 탄성을 가지는 소재를 적용할 수 있다.
또한, 상기 제1 탄성 부재(100)의 상기 결합부(110)는 적어도 상기 제2 탄성 부재(200)의 일부를 감싸고 제1 탄성 부재(100)의 내측으로 위치하도록 마련되고, 상기 제2 탄성 부재(200)는 환형인 제1 탄성 부재(100)의 원주 외측단 보다 원주 내측으로 삽입된 형상으로 결합될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 환형의 제1 탄성 부재(100)에서 원주 내측은 회전 부재 간의 틈에 밀착되고 원주 외측에는 상기 제2 탄성 부재(200)가 제1 탄성 부재(100)의 원주 내측으로 삽입되어 결합하는 결합부가 형성되어 결과적으로 제1 탄성부재는 회전 부재 틈으로 움푹 들어간 형상을 가질 수 있다.
따라서, 상기 제2 탄성 부재(200)는 환형인 제1 탄성 부재(100)의 원주 외측단 보다 원주 내측으로 삽입된 형상으로 결합되므로 종래의 오링에 비하여 회전 부재의 틈으로 밀착되고 들어간 형상이 되므로 작업시 다른 물체와의 접촉에 따른 밀봉부재의 파손의 우려가 줄어드는 효과가 있다.
또한, 상기 제1 탄성 부재(100)의 상기 밀착부(120)는 적어도 일부가 상기 회전 부재와 이격되는 이격부(121)가 형성되어 상기 회전 부재에 대해 복수의 밀착 부위를 가질 수 있다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 밀봉 장치의 형상은 종래의 오링과 달리 상기 이격부(121)에 의하여 접촉되는 밀착부(120)의 밀착부위가 복수로 되어 장착시 리브(rib)가 형성된 씨일(seal)과 같은 기능을 수행하여 지속적인 사용에 따른 탄성의 변화에도 이중의 밀봉 장치와 같이 향상된 밀봉 효과를 나타낸다.
상기 이격부(121)는 상기 밀착부(120)에 대해서 적용부위 및 목적에 의해 다양한 형상으로 단일 형상 또는 복수로 구성될 수 있으며 다양한 접촉부위를 구성할 수 있다.
또한, 상기 제1 탄성 부재(100)의 상기 결합부(110)는 상기 제2 탄성 부재(200)와 결합시 제2 탄성 부재(200)가 제1 탄성 부재(100)의 원주 바깥쪽으로 이탈되지 않도록 마련된 돌출부(111)를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 탄성 부재(200)는 환형으로 자체적으로 탄성이 있어 상기 제1 탄성 부재(100)를 원주 안쪽으로 밀착하여 결합 되나 제2 탄성 부재(200)가 결합 후 쉽게 이탈 되지 않도록 제1 탄성 부재(100)에 돌출부(111)가 마련되면 좀 더 안정적인 결합의 유지가 가능하다.
나아가, 상기 제1 탄성 부재(100)와 제2 탄성 부재(200)의 결합은 제2 탄성 부재(200)의 탄성 및 상호 결합되는 형상에 의한 구조적 결합뿐만 아니라, 상호 소재가 화학적으로 결합되는 특징을 가질 수도 있다.
또한, 상기 제1 탄성 부재(100)는 인장 강도가 210 내지 300(kgf/cm2)인 재질로 이루어져 있고, 상기 제2 탄성 부재(200)는 인장 강도가 50 내지 180(kgf/cm2)인 재질로 구성될 수 있으며 고무나 합성수지와 같은 탄성 부재가 적용되는 것이 일반적이다.
따라서, 제1 탄성 부재(100)는 제2 탄성 부재(200)에 비하여 인장 강도가 높아 내마모성이 뛰어나고 밀봉성능이 우수하며, 제2 탄성 부재(200)는 상대적으로 인장 강도가 낮아 탄성이 뛰어나므로 잘 늘어나는 성질로 제1 탄성 부재(100)를 회전 부재 사이에 안착시킨 후 제2 탄성 부재(200)로 둘레를 쉽게 감쌀 수 있으므로 조립성이 높아진다.
도 8을 참고하여 최대 압축률의 변화에 따른 밀봉 효과의 실험결과를 살펴보면, 최대 압축률이 15% 이하이면 진동이 없는 상태에서는 이물질의 유입은 적으나 진동 발생시 너무 경화된 특성에 의해 탄성 복원력이 떨어지는 경우가 발생하여 이물질 유입이 증가한다.
상대적으로 최대 압축률이 45% 이상일 경우는 진동발생시에도 탄성 복원력이 높아 이물질의 유입 방지는 용이하나 일정 이상 환경에서 가압이 작용하면 쉽게 이물질이 침투할 수 있게 된다.
따라서, 적용되는 밀봉 재질의 경도 범위는 최대 압축률이 15 내지 45%을 달성하기 위해서 설정될 수 있는 재질의 경도 범위로서 쇼어 A 70 내지 95(25도 기준)범위이며, 직접 회전 부재와 접촉하여 밀봉 기능을 수행하는 상기 제1 탄성 부재(100)는 쇼어 A 경도 70 내지 95이며, 최대 압축률은 15 내지 45%인 것을 특징으로 할 수 있다.
재질이 특수한 경우는 상기 범위 이외 수치가 적정 최대 압축률이 범위에 도달할 수 있으나 동일한 최대 압축률에서 경도가 70 미만인 경우의 내마모 수준은 건설기계에서 요구하는 내마모 성능 수준에 상응하지 못하고 95를 초과하는 경우는 경도가 상승된 만큼 탄성이 줄어들어 밀봉 효과가 저감되기 때문이다.
상기 요구조건인 경도가 쇼어 A 70~95(25도 기준)범위이면서 최대 압축률 15~45% 범위가 되는 인장강도는 우레탄재질의 경우 350 (kgf/cm2)이상이며, 경도가 높은 고무재질의 경우는 210~300(kgf/cm2)정도에 해당한다.
탄성이 우수해야 하는 제2 탄성 부재(200)의 재질은 탄성의 특성이 반영되는 인장강도가 50~180(kgf/cm2)수준이어야 한다. 50 이하일 경우는 충분한 밀봉을 할 수 있는 접촉 수직항력(contact normal force)이 작아져 기능이 저하될 위험이 증가하고 180(kgf/cm2) 이상일 경우는 조립성에 어려움이 존재하기 때문이다.
예를 들면, 상기 제1 탄성 부재(100)는 우레탄 재질로 마련되고 상기 제2 탄성 부재(200)는 고무재질로 마련되며, 상기 제1 탄성 부재(100)의 우레탄 재질은 쇼어 A 경도가 70 내지 95이고 최대 압축률이 15 내지 45% 이며, 상기 제2 탄성 부재(200)의 고무재질은 인장 강도가 50 내지 180 (kgf/cm2)인 것으로 구성될 수 있다.
접촉이 발생하는 상기 제1 탄성 부재(100)는 내마모 성능과 밀봉효과가 동시에 이루어져야 하기 때문에 우레탄 계열재질 또는 경도가 높은 고무 재질을 적용하고 경도는 쇼어 A 경도가 70 내지 95 범위이어야 하며 (25도 기준) 최대 압축률(Compression set)은 15 내지 45% 범위인 것을 특징으로 한 것이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10; 오링 20; 제1 회전 부재
30; 제2 회전 부재 100; 제1 탄성 부재
110; 결합부 111; 돌출부
120; 밀착부 121; 이격부
200; 제2 탄성 부재

Claims (9)

  1. 동축을 이루고 일단이 상호 근접 배치되는 두개의 원통형의 회전 부재를 포함하는 건설기계의 관절부에 있어서,
    상기 회전 부재가 상호 근접하는 각각의 끝단에 밀착되는 환형의 제1 탄성 부재(100); 및
    상기 제1 탄성 부재(100)가 상기 회전 부재에 밀착되도록 원주 외측에 결합되는 환형의 제2 탄성 부재(200);를 포함하고,
    상기 제1 탄성 부재(100)는 인장 강도가 210 내지 300(kgf/cm2)인 재질로 이루어져 있고,
    상기 제2 탄성 부재(200)는 인장 강도가 50 내지 180(kgf/cm2)인 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 건설기계의 밀봉장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 탄성 부재(100)는 원주 내측에 상기 회전 부재와 밀착되는 밀착부(120)와 원주 외측에 상기 제2 탄성 부재(200)와 결합하는 결합부(110)가 마련되며,
    상기 제1 탄성 부재(100)의 상기 결합부(110)는 적어도 상기 제2 탄성 부재(200)의 일부를 감싸고 제1 탄성 부재(100)의 내측으로 위치하도록 마련되고,
    상기 제2 탄성 부재(200)는 환형인 제1 탄성 부재(100)의 원주 외측단 보다 원주 내측으로 삽입된 형상으로 결합되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 밀봉장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 탄성 부재(100)의 상기 밀착부(120)는 적어도 일부가 상기 회전 부재와 이격되는 이격부(121)가 형성되어 상기 회전 부재에 대해 복수의 밀착 부위를 갖는 것을 특징으로 하는 건설기계의 밀봉장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 탄성 부재(100)의 상기 결합부(110)는 상기 제2 탄성 부재(200)와 결합시 제2 탄성 부재(200)가 제1 탄성 부재(100)의 원주 바깥쪽으로 이탈되지 않도록 마련된 돌출부(111)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 밀봉장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 탄성 부재(100)는 쇼어 A 경도 70 내지 95이며, 최대 압축률은 15 내지 45%인 것을 특징으로 하는 건설기계의 밀봉장치.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 탄성 부재(200)는,
    상기 제1 탄성 부재(100) 보다 상대적으로 탄성이 큰 재질로 형성되어 상기 제1 탄성 부재(100)의 내주면이 상기 회전 부재와 인접해 지도록 가압하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 밀봉장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 탄성 부재(100)는 우레탄 재질로 마련되고 상기 제2 탄성 부재(200)는 고무재질로 마련되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 밀봉장치.
  8. 삭제
  9. 동축을 이루고 일단이 상호 근접 배치되는 제1 회전 부재와 제2 회전 부재를 포함하는 건설기계의 관절부에 있어서,
    중심부가 상기 제1 회전 부재와 제2 회전 부재 사이의 회전축을 향해 볼록하게 돌출 형성되고, 양단이 상기 중심부를 중심으로 상기 제1 회전 부재 및 상기 제2 회전 부재를 향해 상기 중심부의 돌출방향과 반대되는 방향으로 연장 형성되며 서로 멀어지는 방향으로 배치되어 상기 제1 회전 부재 및 상기 제2 회전 부재와 밀착되는 환형의 제1 탄성 부재(100); 및
    상기 제1 탄성 부재(100)의 중심부 외주면을 가압하여 상기 제1 탄성 부재(100)의 양단이 상기 제1 회전 부재 및 상기 제2 회전 부재와 밀착되도록 하는 환형의 제2 탄성 부재(200);를 포함하고,
    상기 제1 탄성 부재(100)는 원주 내측에 상기 제1 회전 부재 및 상기 제2 회전 부재와 밀착되는 밀착부(120)와 원주 외측에 상기 제2 탄성 부재(200)와 결합하는 결합부(110)가 마련되며, 상기 제1 탄성 부재(100)와 상기 제2 탄성 부재(200)의 탄성은 서로 상이한 것을 특징으로 하는 건설기계의 밀봉장치.
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JPH0849768A (ja) * 1994-08-05 1996-02-20 Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd シールリングの保護構造
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