KR101979793B1 - 오일 보유능력을 갖는 회전용 오일씰 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오일 보유능력을 갖는 회전용 오일씰에 관한 것이다. 이는, 일정직경의 링의 형태를 취하며 샤프트의 외주면에 밀착하는 메인립 및 더스트립을 구비한 씰본체와; 상기 씰본체에 고정되어 씰본체의 형태를 유지하는 금속링과; 상기 금속링과 결합하여 금속링과의 사이에 사이공간부를 형성함과 아울러 상기 샤프트를 씰본체의 내측으로 압입할 때 샤프트를 가이드 하는 것으로서, 상기 메인립에 대해 일정간격을 유지하고, 외부로부터 가해진 오일을 통과시켜 상기 사이공간부로 유도하는 다수의 오일통로를 갖는 가이드포켓링이 포함된다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 오일 보유능력을 갖는 회전용 오일씰은, 조립시 샤프트의 진입을 가이드 하여 조립불량을 방지함은 물론 샤프트와의 사이에 오일을 지속적으로 공급하므로 마찰에 의한 마모가 없어 장기 내구성이 뛰어나며 신뢰성이 좋다. 또한, 씰링 성능을 유지하면서 샤프트의 회전부담을 최소화하므로, 저토크 운전을 가능하게 하여 샤프트를 회전시키기 위한 에너지의 소비를 저감시킬 수 있다.

Description

오일 보유능력을 갖는 회전용 오일씰{Rotary oil seal with oil retention capability}

본 발명은 각종 시스템의 샤프트에 끼워져 오일의 누유를 방지하고 기밀성을 유지하는 회전용 오일씰에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 샤프트의 조립시 샤프트의 압입력에 의해 변형되지 않아 조립불량이 없고, 오일을 자체적으로 보유할 수 있어 샤프트에 대한 윤활이 안정적으로 유지되는 오일 보유능력을 갖는 회전용 오일씰에 관한 것이다.

많은 종류의 산업용 기계나 수송기계에는, 이를테면, 동력원으로부터 입력된 회전 토오크를 변속하여 출력하는 다양한 종류의 변속장치가 적용된다. 대표적인 변속장치로서 기어박스가 있는데, 기어박스의 내부에는 다수의 기어가 치합한 상태로 오일과 함께 봉입되어 있다. 상기 오일은 기어박스 내부의 윤활을 위한 것으로서, 가령, 기어의 회전에 따른 마찰을 완화하고 열을 냉각하며 이물질을 씻어내는 역할을 한다.

그런데 상기 오일은 기어박스의 케이싱과 샤프트 사이의 틈새를 통해 케이싱 외부로 누설될 수 있다. 따라서 샤프트와 케이싱의 사이에, 오일의 누설을 방지하고 외부의 이물질이 케이싱 내부로 침투하는 것을 차단하는 회전용 오일씰(oil seal)을 장착하여야 한다.

도 1에 상기한 회전용 오일씰(10)의 일 예를 도시하였다.

도시한 바와 같이, 종래의 회전용 오일씰(10)은, 씰본체(11), 씰본체의 형태를 유지하는 금속링(15), 씰본체를 샤프트(S)측으로 죄어주는 가압용 스프링(13)을 갖는다.

또한, 상기 씰본체(11)의 내측면에는 샤프트(S)의 외주면에 탄력 가압되는 메인립(11a)과 더스트립(11b)이 형성된다. 메인립(11a)은 케이싱 내부 오일의 누유를 방지하는 역할을 하며, 더스트립(11b)은 먼지 등의 미세 입자가 케이싱 내부로 유입하는 것을 차단한다.

상기 스프링(13)은 메인립(11a) 부분을 감싸며 죄는 역할을 함으로써 메인립(11a)이 샤프트의 외주면을 압박하도록 한다. 스프링(13)의 작용에 의해 메인립(11a)의 압박력이 상승한다.

그런데 상기한 종래의 오일씰(10)은, 오일씰(10)에 대한 샤프트(S)의 조립시, 메인립(11a)이 변형되거나 심할 경우 스프링(13)이 이탈될 수 있다는 문제를 갖는다. 말하자면, 오일씰(10)과 샤프트(S)의 조립을 위해, 샤프트(S)를 오일씰(10)의 중앙으로 압입할 때, 메인립(11a)이 샤프트(S)와의 마찰에 의해 뒤틀려 변형되고 그에 따라 스프링(13)이 분리될 수 있는 것이다. 이러한 현상은 진입하는 샤프트(S)가 편심된 경우 자주 발생한다.

한편, 오일씰(10)은, 회전하는 샤프트에 대한 안정적인 씰링을 유지해야 하는 동시에, 샤프트의 토크 상승을 최소화 하여야 한다. 오일씰이 샤프트에 가하는 마찰 항력을 최소화함으로써, 가령, 엔진을 구동하기 위한 에너지 소모량을 줄일 수 있기 때문이다. 마찰 항력을 최소화하기 위한 방법에는 여러 가지가 있지만, 간편하기로는 오일씰(10)과 샤프트(S)의 사이에 오일이 항상 충분히 유지되도록 하는 것이다.

그런데, 종래의 경우, 시스템의 환경이나 운전 조건에 따라, 오일씰과 샤프트의 사이에 오일이 부족한 경우가 빈번히 발생한다. 오일이 부족한 경우, 오일씰의 마모 및 경화가 가속화되어 오일씰로서의 기능을 제대로 수행할 수 없게 된다.

국내 등록특허공보 제10-0499798호 (오일실) 국내 등록특허공보 제10-0517566호 (일체화된 오일실 및 제조방법) 국내 등록특허공보 제10-1402874호 (디프렌셜 사이드 오일씰)

본 발명은, 조립불량이 방지되고 마찰에 의한 마모가 없어 장기 내구성이 뛰어나 그만큼 신뢰성이 좋고, 씰링 성능을 유지하면서 샤프트의 회전부담을 최소화하므로, 저토크 운전을 가능하게 하여 샤프트를 회전시키기 위한 에너지의 소비를 저감시킬 수 있는 오일 보유능력을 갖는 회전용 오일씰을 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 과제의 해결수단으로서의 본 발명의 오일 보유능력을 갖는 회전용 오일씰은, 일정직경의 링의 형태를 취하며 샤프트의 외주면에 밀착하는 메인립 및 더스트립을 구비한 씰본체와; 상기 씰본체에 고정되어 씰본체의 형태를 유지하는 금속링과; 상기 금속링과 결합하여 금속링과의 사이에 사이공간부를 형성함과 아울러 상기 샤프트를 씰본체의 내측으로 압입할 때 샤프트를 가이드 하는 것으로서, 상기 메인립에 대해 일정간격을 유지하고, 외부로부터 가해진 오일을 통과시켜 상기 사이공간부로 유도하는 다수의 오일통로를 갖는 가이드포켓링이 포함된다.

또한, 상기 가이드포켓링은; 상기 금속링에 대해 면접 결합하는 결합면부, 상기 결합면부에 대해 절곡 형성되며 상기 사이공간부를 커버하는 커버면부, 상기 커버면부의 단부에 일체를 이루고, 샤프트의 압입시 샤프트와 메인립의 충돌을 방지하며 샤프트의 진입을 가이드하고, 사이공간부 내부의 오일을 메인립과 샤프트의 사이로 유도하는 경사면부를 구비한다.

아울러, 상기 가이드포켓링에는, 상기 오일통로를 통해 사이공간부로 유입한 오일을 사이공간부 내부에 유지하는 오일유지부가 더 포함된다.

또한, 상기 오일유지부는; 일정폭을 가지며, 그 폭방향 일단부가 상기 커버면부에 일체를 이루는 링형 유지판과, 상기 유지판의 폭방향 타단부에 구비되고, 커버면부와의 사이에 오일을 가두는 오일댐을 구비한다.

또한, 상기 유지판은 다수개가 상호 나란하게 배치되며, 상기 오일댐은 이웃 오일댐과의 사이로 오일을 통과시킬 수 있도록, 이웃 오일댐에 대해 이격된다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 오일 보유능력을 갖는 회전용 오일씰은, 조립시 샤프트의 진입을 가이드 하여 조립불량을 방지함은 물론 샤프트와의 사이에 오일을 지속적으로 공급하므로 마찰에 의한 마모가 없어 장기 내구성이 뛰어나며 신뢰성이 좋다.

또한, 씰링 성능을 유지하면서 샤프트의 회전부담을 최소화하므로, 저토크 운전을 가능하게 하여 샤프트를 회전시키기 위한 에너지의 소비를 저감시킬 수 있다.

도 1은 종래의 일반적인 회전용 오일씰의 문제점을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오일 보유능력을 갖는 회전용 오일씰을 샤프트와 함께 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 가이드포켓링을 별도로 도시한 절제 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 오일 보유능력을 갖는 회전용 오일씰의 변형 예를 나타내 보인 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

기본적으로, 본 발명의 회전용 오일씰은, 가이드포켓링을 적용함으로써, 오일씰에 대한 샤프트의 조립시 오일씰의 물리적인 변형을 방지함은 물론 얼마간의 오일을 자체적으로 보유할 수 있어 샤프트에 대한 오일씰의 윤활이 안정적으로 유지되는 구조를 갖는다. 샤프트에 대한 오일씰의 윤활이 안정적으로 유지됨으로써 오일씰의 마모가 거의 없어 뛰어난 장기 내구성을 갖는다.

이러한 본 발명의 오일 보유능력을 갖는 회전용 오일씰은, 일정직경의 링의 형태를 취하며 샤프트의 외주면에 밀착하는 메인립 및 더스트립을 구비한 씰본체와; 상기 씰본체에 고정되어 씰본체의 형태를 유지하는 금속링과; 상기 금속링과 결합하여 금속링과의 사이에 사이공간부를 형성함과 아울러 상기 샤프트를 씰본체의 내측으로 압입할 때 샤프트를 가이드 하는 것으로서, 상기 메인립에 대해 일정간격을 유지하고, 외부로부터 가해진 오일을 통과시켜 상기 사이공간부로 유도하는 다수의 오일통로를 갖는 가이드포켓링의 기본 구성을 갖는다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오일 보유능력을 갖는 회전용 오일씰(30)을 샤프트(S)와 함께 도시한 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시한 가이드포켓링(40)을 별도로 도시한 절제 사시도이다.

도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 오일 보유능력을 갖는 회전용 오일씰(30)은, 고무로 제작된 씰본체(31), 금속링(35), 스프링(33), 가이드포켓링(40)을 포함하여 구성된다.

상기 씰본체(31)는 일정직경의 링의 형태를 취하도록 제작된 고무 부재로서, 샤프트(S)를 그 중앙으로 통과시키며 내향면에 메인립(31a)과 더스트립(31b)을 갖는다. 메인립(31a)은 화살표 a 방향으로 다가오는 오일의 흐름을 차단하여 오일의 누설을 방지하는 것이고, 더스트립(31b)은 화살표 b방향으로 침투하려는 외부의 미세 먼지나 이물질을 차단하는 역할을 한다. 씰본체(31)의 형상이 다양하게 변경 가능함은 물론이다.

또한, 금속링(35)은 직각으로 절곡된 형태의 단면형상을 가지는 링형 부재로서, 씰본체(20)의 내측면에 고정된 상태로 오일씰(30)의 형상을 유지한다. 스프링(33)은 메인립(31a)을 감싸 탄력적으로 죔으로써 메인립(31a)이 샤프트(S)의 외주면을 압박하게 한다.

한편, 상기 가이드포켓링(40)은 금속으로 제작된 링형 부재로서, 대략, 금속링(35)과 마주한 상태로 금속링(35)과 결합하여 사이공간부(50)를 형성한다. 금속링(35)에 대한 가이드포켓링(40)의 결합은 압입방식일 수 있다. 하지만, 압입방식 이외에도 용접이나 나사식 또는 끼움방식으로 결합시킬 수도 있다. 아울러 가이드포켓링(40)을 금속이 아닌 합성수지로 제작할 수도 있다.

상기 사이공간부(50)는 금속링(35)과 가이드포켓링(40)과 메인립(31a)으로 구획되는 공간으로서, 오일씰(30)을 향해 다가오는 오일의 일부를 받아들여 그 내부에 임시로 저장한다. 상기 사이공간부(50)는 외부에 대해 밀폐되어 있지 않으며 오일이 출입할 수 있는 공간이다.

상기 사이공간부(50)로 오일이 유입할 수 있도록 가이드포켓링(40)에는 다수의 오일통로(47)가 마련되어 있다. 오일통로(47)에 대한 설명은 후술된다. 상기 사이공간부(50) 내부의 오일은 경사면부(45)를 타고 화살표 e방향으로 배출되어 메인립(31a)과 샤프트(S)의 외주면 사이로 공급되어, 샤프트에 대한 메인립(31a)의 윤활을 도모한다.

상기 가이드포켓링(40)을 도 3에 별도로 도시하였다. 가이드포켓링(40)은 두 가지의 역할을 한다. 그 중 하나는, 오일씰(30)과 샤프트(S)의 조립을 위해, 샤프트를 오일씰(30)의 중앙으로 압입할 때 샤프트(S)의 이동을 가이드 하는 것이다. 이를테면, 압입 중의 샤프트(S)의 선단부가 메인립(31a)과 충돌하지 않도록 메인립(31a)을 보호하는 것이다.

나머지 하나의 역할은 금속링(35)과 결합하여 금속링과의 사이에 상기 사이공간부(50)를 형성하는 것이다. 사이공간부(50)를 확보하여 오일을 수용시키는 이유는, 메인립(31a)과 샤프트(S)의 사이에 윤활용 오일을 지속적으로 공급하여 습동면의 마찰이나 씰본체(31)의 경화를 방지하기 위한 것이다.

상기 가이드포켓링(40)은, 금속링(35)의 내측면에 면접 결합하는 결합면부(41)와, 결합면부(41)에 대해 대략 직각으로 절곡되며 사이공간부(50)를 커버하는 커버면부(43)와, 커버면부(43)의 단부에 일체를 이루고 메인립(31a)을 향하여 경사진 경사면부(45)를 갖는다.

상기한 바와 같이, 경사면부(45)는, 샤프트(S)가 오일씰(30)의 중앙으로 진입할 때, 샤프트(S)와 메인립(31a)의 충돌을 방지함과 아울러 샤프트의 원활한 진입을 가이드 한다. 또한, 경사면부(45)의 단부는 메인립(31a)에 대해 일정 간격으로 이격되며, 사이공간부(50) 내부의 오일을 화살표 e방향으로 흘려 내려 보낸다. 오일이 경사면부(45)의 경사를 타고 샤프트측으로 이동하여, 메인립(31a)과 샤프트를 윤활시킨다.

특히 상기 경사면부(45)에는 다수의 오일통로(47)가 형성되어 있다. 오일통로(47)는, 경사면부(45)의 단부로부터 커버면부(43) 측으로 연장된 개방형 슬릿이다. 상기 오일통로(47)는 오일씰(30)의 중심을 기준으로 다수개가 등각 배치된다.

상기한 바와 같이 오일은, 오일통로(47)를 통과해 화살표 z방향으로 이동하여 사이공간부(50) 내부에 채워진다. 위에 언급한 것처럼, 사이공간부(50)에 채워진 오일은 경사면부(45)를 타고 메인립(31a)과 샤프트의 사이로 공급된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 오일 보유능력을 갖는 회전용 오일씰(30)의 변형 예를 나타내 보인 단면도이다.

이하, 상기한 도면부호와 동일한 도면부호는 동일한 기능의 동일한 부재를 가리키며 그에 관한 반복 설명은 생략하기로 한다.

도면을 참조하면, 상기 사이공간부(50)의 내부에 오일유지부(49)가 구비되어 있음을 알 수 있다. 오일유지부(49)는 사이공간부(50) 내부에 유입된 오일을, 사이공간부(50) 내에, 보다 긴 시간동안 유지하기 위한 것이다.

상기 오일유지부(49)는, 일정폭을 가지며, 그 폭방향 일단부가 커버면부(43)에 일체로 고정된 링형 유지판(49a)과, 유지판(49a)의 폭방향 타단부에 일체를 이루는 오일댐(49c)으로 이루어진다.

유지판(49a)은, 결합면부(41)와 나란하게 연장되어 링의 형태를 취하는 부분으로서 다수의 관통구멍(49b)을 갖는다. 관통구멍(49b)은 결합면부(41)의 두께방향으로 뚫린 구멍으로서 오일을 통과시킨다. 경우에 따라 관통구멍(49b)은 생략할 수도 있다.

또한 오일댐(49c)은, 유지판(49a)의 상부 및 하부로 돌출된 부분으로서, 커버면부(43)과의 사이에 오일수용공간(51)을 제공한다. 또한, 오일댐(49c)은 이웃 오일댐과의 사이로 오일을 통과시킬 수 있도록 이웃 오일댐과의 사이에 틈새부(49d)를 갖는다.

따라서, 상기 사이공간부(50)로 유입한 후, 오일수용공간(51)내에 수용된 오일은, 일단 오일댐(49c)에 막혀 외부로 급하게 빠져나가지 않고, 관통구멍(49b)이나 틈새부(49d)를 통해 빠져나갈 수 있다. 이와 같이, 오일유지부(49)를 적용함으로써, 메인립(31a)과 샤프트(S) 사이로의 오일 공급이 보다 안정적으로 유지될 수 있다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

10:오일씰 11:씰본체
11a:메인립 11b:더스트립
13:스프링 15:금속링
30:오일씰 31:씰본체
31a:메인립 31b:더스트립
33:스프링 35:금속링
40:가이드포켓링 41:결합면부
43:커버면부 45:경사면부
47:오일통로 49:오일유지부
49a:유지판 49b:관통구멍
49c:오일댐 49d:틈새부
50:사이공간부 51:오일수용공간

Claims (5)

1. 일정직경의 링의 형태를 취하며 샤프트의 외주면에 밀착하는 메인립 및 더스트립을 구비한 씰본체와;
   상기 씰본체에 고정되어 씰본체의 형태를 유지하는 금속링과;
   상기 금속링과 결합하여 금속링과의 사이에 사이공간부를 형성함과 아울러 상기 샤프트를 씰본체의 내측으로 압입할 때 샤프트를 가이드 하는 것으로서, 상기 메인립에 대해 일정간격을 유지하고, 외부로부터 가해진 오일을 통과시켜 상기 사이공간부로 유도하는 다수의 오일통로를 갖는 가이드포켓링을 구비하고,
   상기 가이드포켓링에는, 상기 금속링에 대해 면접 결합하는 결합면부, 상기 결합면부에 대해 절곡 형성되며 상기 사이공간부를 커버하는 커버면부, 상기 오일통로를 통해 사이공간부로 유입한 오일을 사이공간부 내부에 유지하는 오일유지부가 더 포함되고,
   상기 오일유지부는;
   일정폭을 가지며, 그 폭방향 일단부가 상기 커버면부에 일체를 이루는 링형 유지판과,
   상기 유지판의 폭방향 타단부에 구비되고, 커버면부와의 사이에 오일을 가두는 오일댐을 구비하는 오일 보유능력을 갖는 회전용 오일씰.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가이드포켓링은;
   상기 커버면부의 단부에 일체를 이루고, 샤프트의 압입시 샤프트와 메인립의 충돌을 방지하며 샤프트의 진입을 가이드하고, 사이공간부 내부의 오일을 메인립과 샤프트의 사이로 유도하는 경사면부를 구비하는 오일 보유능력을 갖는 회전용 오일씰.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 유지판은 다수개가 상호 나란하게 배치되며,
   상기 오일댐은 이웃 오일댐과의 사이로 오일을 통과시킬 수 있도록, 이웃 오일댐에 대해 이격된 오일 보유능력을 갖는 회전용 오일씰.

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