KR101979847B1

KR101979847B1 - 메커니컬 씨일 구조

Info

Publication number: KR101979847B1
Application number: KR1020180048676A
Authority: KR
Inventors: 손호연; 김당주; 김용길; 김동욱; 김봉근
Original assignee: (주)대호하이드로릭
Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2018-04-26
Publication date: 2019-05-20

Abstract

본 발명은 차량, 예를 들면, 믹서 트럭의 믹서 드럼을 구동하는데 사용되는 동력 기계 장치의 메커니컬 씨일 구조에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 내부 공간을 포함하고, 상기 내부 공간을 외부에 노출시키는 개구를 포함하는 하우징; 상기 개구를 관통하고, 적어도 일부분이 상기 개구를 통해 상기 하우징의 외부로 노출되는 샤프트; 상기 하우징 내부 공간에서 샤프트의 외주에 위치하는 베어링; 상기 개구에 위치하며 상기 샤프트의 외주를 둘러싸는 샤프트 플레이트; 상기 베어링에 인접하여 상기 개구 방향에 배치되는 샤프트 씨일;및 상기 샤프트 씨일과 밀착되며 상기 샤프트 플레이트와 상기 샤프트 씨일 사이에 배치되는 샤프트 캡;을 포함하는 메커니컬 씨일 구조를 제공할 수 있다.

Description

메커니컬 씨일 구조{MECHANICAL SEAL STRUCTURE}

본 발명은 차량, 예를 들면, 믹서 트럭의 믹서 드럼을 구동하는데 사용되는 동력 기계 장치의 메커니컬 씨일 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 펌프는 모터의 동력을 이용하여 임펠러를 고속으로 회전시켜 유체나 분체를 펌핑하는 장치이다. 이러한, 펌프는 크게 하우징, 상기 하우징 일측에 구비되는 모터, 및 상기 모터의 샤프트에 결합되어 고속회전하는 임펠러로 구성된다. 여기에 상기 샤프트가 상기 하우징을 관통하는 곳, 예를 들면 하우징의 개구에는 상기 샤프트와 상기 하우징 사이에 간극이 형성된다. 따라서, 상기 펌프로 유입된 유체나 분체는 토출구로 나가는 과정에서 상기 샤프트와 상기 하우징 사이의 틈을 통해 누출될 수 있는데, 이러한 누출을 막기 위하여 메커니컬 씨일(Mechanical Seal)이 사용될 수 있다.

상기 메커니컬 씨일은 면 접촉식 밀봉장치로, 샤프트와 함께 동기되어 회전하는 회전자와 하우징에 고정된 고정자를 밀착시켜 유체나 분체의 누출을 방지할 수 있다. 상기 회전자와 고정자의 접촉면, 즉, 씨일 면(Seal face)은 마찰이 생겨도 항상 밀착되도록 회전자의 일단이 샤프트의 길이방향으로 이동가능하게 설치되며, 그 뒤쪽에서 탄성체가 샤프트의 길이 방향과 평행한 방향으로 상기 고정자를 탄성 가압하게 된다.

종래의 메커니컬 씨일은 하우징 내부의 내압을 견디고, 유체의 누출을 안정적으로 방지하기 위해 복잡한 씨일 구조를 사용하였다. 그런데, 메커니컬 씨일에서 마모되는 부품을 교체해주기 위해서는 복잡한 씨일 구조를 모두 분해해야되고, 새로운 부품을 재조립하는 과정에서 시간과 비용적인 노력이 많이 소모되는 문제가 있다. 또한, 종래의 메커니컬 씨일은 높은 원주 속도, 긴 수명, 내마모성 등의 특성 향상이 요구되는 최근의 추세에 부합하기에 어려운 문제점이 있다.

한국 등록특허 10-1837626

본 발명의 목적은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 회전자와 고정자가 접촉하는 씨일면의 구조를 개선하여 내구성이 향상되고, 긴 사용수명을 갖도록 하는 메커니컬 씨일을 제공하고자 한다.

본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따르면, 콘크리트 믹서 트럭의 믹서 드럼에 포함된 메커니컬 씨일 구조에 있어서, 내부 공간을 포함하고, 상기 내부 공간을 외부와 연통하도록 마련된 개구를 포함하는 하우징; 상기 개구를 관통하고, 적어도 일부분이 상기 개구를 통해 상기 하우징의 외부로 노출되는 샤프트; 상기 하우징의 상기 내부 공간에서 상기 샤프트의 외주에 위치하는 베어링으로서, 상기 베어링을 기준으로 상기 내부 공간을 상기 개구 측에 형성된 제 1 공간과 상기 제 1 공간의 반대 측에 형성된 제 2 공간으로 구분하는 베어링; 상기 하우징과 상기 샤프트 사이의 상기 개구를 막기 위한 구성으로서, 상기 샤프트의 외주를 둘러싸며 상기 하우징의 내벽과 밀착된 상태로 고정되는 샤프트 플레이트; 상기 하우징의 내벽에 형성된 리세스에 끼워 넣어지고, 상기 하우징과 상기 샤프트 플레이트 사이에 배치되어 상기 샤프트 플레이트가 하우징 내벽으로부터 이탈되지 않도록 하는 스냅링; 상기 제 1 공간 상에서 상기 베어링에 인접하여 배치되고, 상기 샤프트의 외측에 형성된 단턱 구조를 포함하여 상기 샤프트의 적어도 일 부분을 감싸도록 구성되며 상기 샤프트의 회전시 회전 가능하게 구성되는 샤프트 씨일; 상기 제 1 공간 상에서 상기 샤프트 플레이트와 상기 샤프트 씨일 사이에 배치되고, 상기 샤프트 플레이트와 함께 고정되며, 상기 샤프트 씨일과 면대 면으로 밀착되는 샤프트 캡; 및 상기 샤프트 플레이트 및 상기 샤프트 캡 사이에 배치되어, 상기 샤프트 플레이트 및 상기 샤프트 캡 사이를 상기 샤프트의 길이 방향과 평행한 방향으로 탄성 지지하는 복수 개의 탄성체를 더 포함하고, 상기 내부 공간에 포함된 유체가 상기 샤프트 플레이트 및 상기 샤프트 캡 사이를 통해 외부로 누출되는 것을 방지하도록 상기 샤프트 플레이트 및 상기 샤프트 캡 사이에 배치된 제 1 링과, 상기 샤프트 플레이트가 상기 하우징의 내측면에 밀착되어 고정상태를 유지하도록 상기 샤프트 플레이트 및 상기 하우징 사이에 배치된 제 2 링과, 상기 샤프트 씨일이 상기 샤프트에 걸림 상태로 고정되도록 상기 샤프트 및 상기 샤프트 씨일 사이에 배치된 제 3 링을 더 포함하고, 상기 샤프트 씨일은 상기 샤프트 캡보다 내마모성이 높은 재료로 형성되며, 상기 샤프트 캡은 상기 샤프트 씨일과 밀착되는 면 상에, 상기 샤프트의 길이 방향과 평행한 방향으로 돌출된 환형상의 제 1 돌출부를 구비하고, 상기 샤프트 씨일은 상기 샤프트 캡과 밀착되는 면 상에, 상기 제 1 돌출부와 대응되는 위치에서 상기 제 1 돌출부와 맞닿도록 상기 샤프트의 길이 방향과 평행한 방향으로 돌출된 환형상의 제 2 돌출부를 구비하며, 상기 제 1 돌출부의 단면의 폭은, 상기 제 2 돌출부의 단면의 폭보다 넓게 형성되어, 상기 제 2 돌출부가 상기 제 1 돌출부의 표면을 파고 들어가는 더깅(dugging) 현상 발생 시, 상기 제 1 돌출부의 파여진 표면의 내벽이 상기 제 2 돌출부의 외벽을 잡아주도록 형성되고, 상기 복수 개의 탄성체가 상기 샤프트의 회전 축의 중심으로부터 소정거리 이격되어 탄성지지되는 위치는, 상기 샤프트의 회전 축으로부터 이격된 상기 제 1 돌출부 및 상기 제 2 돌출부가 서로 맞닿도록 형성된 위치 보다 멀리 형성되는 메커니컬 씨일 구조를 제공할 수 있다.

삭제

본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 내구성이 향상되고, 긴 사용수명을 갖도록 하는 메커니컬 씨일을 제공할 수 있다.
특히, 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 마모가 발생하더라도 기능적으로 중요도가 낮은 특정 부품만 교체해주면 되므로 비용 절감이 가능하며, 기계 장치의 가동 안정성을 높여주는 효과를 가질 수 있다.

도 1은, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른, 메커니컬 씨일 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른, 메커니컬 씨일 구조의 분리 사시도이다.
도 3은, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른, 메커니컬 씨일 구조가 조립된 모습의 단면을 나타내는 사시도이다.
도 4는, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른, 샤프트 캡 및 샤프트 씨일이 밀착된 모습을 확대한 단면도이다.
도 5는, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른, 샤프트 플레이트를 나타내는 도면이다.
도 6은, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른, 샤프트 캡을 나타내는 도면이다.
도 7은, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른, 샤프트 씨일을 나타내는 도면이다.

이하 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로서 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.

그리고 여기서의 "연결"이란 일 부재와 타 부재의 직접적인 연결, 간접적인 연결을 포함하며, 접착, 부착, 체결, 접합, 결합 등 모든 물리적인 연결 또는 전기적인 연결을 의미할 수 있다.

또한 '제1, 제2, 제3' 등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.

도면 설명에 앞서, 종래기술과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용해 설명하기로 한다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 메커니컬 씨일 구조(100)에 대하여 설명한다.

도 1은, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른, 메커니컬 씨일 구조(100)를 나타내는 단면도이다. 도 2는, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른, 메커니컬 씨일 구조(100)의 분리 사시도이다. 도 3은, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른, 메커니컬 시일 구조가 조립된 모습의 단면을 나타내는 사시도이다. 도 4는, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른, 샤프트 캡(140) 및 샤프트 씨일(150)이 밀착된 모습을 확대한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 메커니컬 씨일 구조(100)는 내부 공간(110a, 110b)을 포함하고, 상기 내부 공간(110a, 110b)을 외부에 노출시키는 개구(111)를 포함하는 하우징(110); 상기 개구(111)를 관통하고, 적어도 일부분이 상기 개구(111)를 통해 상기 하우징(110)의 외부로 노출되는 샤프트(120); 상기 하우징(110) 내부 공간(110a)에서 샤프트(120)의 외주에 위치하는 베어링(122); 상기 개구(111)에 위치하며 상기 샤프트(120)의 외주를 둘러싸는 샤프트 플레이트(130); 상기 베어링(122)에 인접하여 상기 개구(111) 방향에 배치되는 샤프트 씨일(150);및 상기 샤프트 씨일(150)과 밀착되며 상기 샤프트 캡(140)과 상기 샤프트 씨일(150) 사이에 배치되는 샤프트 캡(140);을 포함할 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 상기 메커니컬 씨일 구조(100)는 믹서 드럼의 펌프, 모터 또는 감속기 등 회전이나 왕복 운동 등을 하는 다양한 동력 기계 장치에서, 가동 부분을 패킹하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 샤프트를 축으로 회전운동을 하는 유압 펌프 또는 유압 모터를 사용하는 기계 장치에서, 외부 동력을 샤프트를 통해 전달하고자 할때는 샤프트가 기계 장치의 외부로 노출되므로 본 발명의 메커니컬 씨일 구조(100)가 사용되어 샤프트 주변을 밀봉시킬 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 메커니컬 씨일 구조(100)의 하우징(110)의 내부에는 공간(110a, 110b)이 형성될 수 있는데, 상기 공간(110a, 110b)은 개구 측의 제 1 공간(110a)과 유압 펌프 또는 유압 모터 등이 위치하게 되는 제 2 공간(110b)으로 구분될 수 있다. 메커니컬 씨일 구조(100)는 빗물과 같은 외부 이물질의 유입으로부터 내부에 수용된 전장품을 보호하기 위해 각종 실링(sealing)하는 부재, 밀폐하는 구조 또는 기계 장치의 내압을 유지하기 위한 구조일 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 샤프트(120)는 상기 하우징(110)의 일측에 형성된 개구(111, opening)를 통해 상기 하우징(110) 내부에 적어도 일부가 수용되며 기계 장치의 외부에 위치한 구동 모터로부터 구동력을 전달받아 기계 장치 내부의 펌프 또는 모터에 전달할 수 있다. 물론, 이와 반대되는 방향으로서 기계 장치 내부의 펌프 또는 모터로부터 상기 구동 모터로 회전력이 전달될 수도 있다. 또한, 샤프트(120)는 소정의 길이를 가질 수 있으며, 축방향으로 복수 개의 키(key)가 절삭될 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 개구(111)는 제 1 공간(110a)에서 하우징(110)의 표면에 형성된 중공의 홀을 의미할 수 있다. 개구(111)에 샤프트(120)가 관통하여 배치되면, 샤프트(120) 주위로 기계 장치의 밀봉을 위해 샤프트 플레이트(130)가 구비될 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 샤프트 플레이트(130)는 하우징(110)과 샤프트(120) 사이의 개구(111)를 막기 위한 구성으로서, 제 1 공간(110a)을 기준으로 하우징의 최외곽 위치에 배치될 수 있다. 샤프트 플레이트(130)의 외주연은 하우징(110)의 내주연과 밀착될 수 있으며, 샤프트 플레이트(130)는 하우징(110)과 샤프트(120) 사이의 위치에서 고정될 수 있다. 일 실시예예 따르면, 샤프트 플레이트(130)는 외주연에 나사산이 형성되고, 샤프트 플레이트(130)의 외주연은 하우징(110)의 내측벽과 밀착된 상태로 고정될 수 있다.

도 1 및 도 3을 함께 참조하면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 메커니컬 씨일 구조(100)는 스냅 링(113)을 더 포함할 수 있다. 스냅 링(113)은 도 2 에 도시된 예와 같이 얇은 링 형상의 구조물로서, 일부분이 절단되고, 절단된 부분을 기준으로 스냅 링(113)의 일단과 타단이 서로 이격되어 있는 구조물을 의미할 수 있다. 스냅 링(113)은 상기 절단된 부분으로 인해, 구조적인 탄성을 가질 수 있게 된다. 샤프트 플레이트(130)를 하우징(110)의 내벽에 안착시킨 후 상기 스냅 링(113)을 상기 하우징(110)의 내벽에 형성된 리세스(112, recess)에 끼워넣으면, 상기 스냅 링(113)이 상기 리세스(112)에 의해 걸리고, 상기 샤프트 플레이트(130)가 하우징(110) 내벽으로부터 이탈되지 않도록 샤프트 플레이트(130)를 하우징 내부 공간(110a) 방향으로 지지하게 된다.

본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 메커니컬 씨일 구조(100)는, 샤프트(120)의 외주에 인접하여 위치하는 베어링(122)을 포함할 수 있다. 베어링(122)은 기계 장치의 가동에 따른 샤프트(120)의 회전 동작시, 샤프트(120)의 회전을 안정적으로 지지하고, 샤프트(120)를 포함한 구조물에 걸리는 하중을 하우징(110) 측으로 분산시키는 역할을 할 수 있다. 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따르면, 상기 베어링(122)은 하우징 내부의 공간을 제 1 공간(110a)과 제 2 공간(110b)으로 구분하는 역할을 할 수도 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 메커니컬 씨일 구조(100)는 제 1 공간(110a) 내에서 상기 베어링에 인접하며, 개구(111) 방향(베어링을 기준으로 하우징 외부를 향하는 방향)에 배치되는 샤프트 씨일(150)을 포함할 수 있다. 그리고, 샤프트 씨일(150)과 밀착되며 샤프트 플레이트(130)와 상기 샤프트 씨일(150) 사이에 배치되는 샤프트 캡(140)을 포함할 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 샤프트 씨일(150)은 베어링(122)과 샤프트(120) 사이의 공간을 밀폐하는 역할을 할 수 있다. 그리고 샤프트 씨일(150)은 샤프트(120)와 고정된 채로 샤프트(120)의 회전에 동기되어 회전할 수 있다. 샤프트(120)에는 단턱 구조(121)가 형성될 수 있는데, 샤프트 씨일(150)이 단턱 구조(121)의 전/후면을 감싸도록 형성됨으로써 샤프트(120)와 안정적인 고정구조를 이룰 수 있다. 보다 구체적으로 샤프트(120)는 그 길이 방향을 따라 좁은 단면적을 가지는 부분과 상대적으로 넓은 단면적을 가지는 부분으로 나뉘어지며, 이 경계에 단턱 구조(121)가 형성될 수 있다. 샤프트 씨일(150)은 단턱 구조(121)를 포함하여, 샤프트(120)의 적어도 일 부분을 감싸도록 구성된 것으로서, 샤프트 씨일(150)의 내연에는 샤프트(120)의 키(key)에 끼워져 샤프트(120)의 길이방향으로는 부분적으로 슬립운동이 가능하도록 스플라인(sp)이 형성될 수도 있다.

본 문서에 개시된 실시예에서, 샤프트 캡(140)은 샤프트 플레이트(130)와 샤프트 씨일(150) 사이에 게재되는 구성으로서, 샤프트 플레이트(130)와는 고정구조를 이루되, 샤프트 씨일(150)과는 면 대 면으로 밀착되는 구조를 이룰 수 있다. 일 실시예에 따르면 샤프트 플레이트(130)는 하우징(110)에 고정된 상태이므로, 샤프트 캡(140) 또한 고정되어 움직이지 않게 된다.

따라서, 샤프트 캡(140)과 샤프트 씨일(150)은 면과 면이 서로 밀착된 상태를 이루되, 샤프트 씨일(150)이 샤프트(120)의 회전에 동기되어 함께 회전할 경우, 샤프트 캡(140)과 샤프트 씨일(150) 사이에는 마찰이 발생할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 메커니컬 씨일 구조(100)는 샤프트 플레이트(130) 및 샤프트 캡(140) 사이에 배치되어, 샤프트 플레이트(130) 및 샤프트 캡(140) 사이를 탄성 지지하는 탄성체(170)을 더 포함할 수 있다. 샤프트 플레이트(130) 및 샤프트 캡(140)은, 탄성체(170)를 통해 샤프트(120)의 길이방향과 평행한 방향으로 서로 밀어줄 수 있게 된다. 여기서 샤프트 플레이트(130)는 고정된 상태이면, 샤프트 캡이 하우징의 내측 공간 측으로 밀리게 된다. 이와 같이 탄성체(170)를 구비하면, 실링(sealing) 효과는 극대화시킬 수 있는 반면, 샤프트 캡(140)과 샤프트 씨일(150) 사이의 마모도가 급격히 증가할 수 있다.

본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따르면, 샤프트 씨일(150)의 재료를 샤프트 캡(140)의 재료보다 내마모성이 높은 재료로 형성할 수 있다. 예를 들면, 샤프트 캡(140)을 크롬동(CRCU)와 같은 재료로 성형하고, 샤프트 씨일(150)을 침탄 처리된 강(SCM)과 같은 재료로 성형할 수 있다.

본 문서에 개시된 실시예에서 샤프트 캡(140)은 샤프트 플레이트(130)보다 부피가 작고, 샤프트 씨일(150)과 샤프트 플레이트(130) 사이에 게재되는 중간 구조물에 해당한다. 샤프트 캡(140)은 하우징(110)과 샤프트(120) 사이를 밀폐하는 샤프트 플레이트(130) 및 샤프트(120)와 베어링(122) 사이를 밀폐하는 샤프트 씨일(150)에 비해 기능적 중요도가 낮다. 또한 샤프트 씨일(150)에 비해 하우징(110)의 외곽측에 위치하므로 교체가 용이하다. 따라서, 사용상 마모가 발생하더라도, 샤프트 캡(140) 부분만 교체해주면 족하다.

예를 들면, 샤프트 캡(140)을 크롬동(CRCU)과 같은 재료로 성형하고, 샤프트 씨일(150)을 침탄 처리된 강(SCM)과 같은 재료로 성형할 수 있다.

도 4를 참조하면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 메커니컬 씨일 구조(100)는 샤프트 캡(140)에서 샤프트 씨일(150)과 밀착되는 면에 제 1 돌출부(143)를 구비하고, 샤프트 씨일(150)에서 샤프트 캡(140)과 밀착되는 면에는 제 2 돌출부(153)를 구비할 수 있다. 이에 따르면, 샤프트 캡(140)과 샤프트 씨일(150) 사이에서 마찰이 작용하는 부분을 제 1 돌출부(143)의 일부분(143a)과 제 2 돌출부(153)의 일부분(153a)으로 국한시킬 수 있다. 이 경우에는 상기 제 1 돌출부(143)와 제 2 돌출부(153)에서 서로 마찰되는 면만 침탄 처리 또는 연마 등의 작업을 수행하면 족하다.

나아가, 상기 제 1 돌출부(143)의 폭(D1)을 상기 제 2 돌출부(153)의 폭(D2)보다 넓게 형성할 수도 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 만약 제 1 돌출부(143) 및 제 2 돌출부(153) 간의 마모가 발생하여, 내마모성이 강한 제 2 돌출부(153)가 제 1 돌출부(143)의 표면을 파고 들어가는 '더깅(dugging) 현상'이 발생할 수 있다. 전술한 바와 같이 탄성체(170)가 샤프트 캡(140)과 샤프트 씨일(150)간의 밀착력을 유지하는 상태에서는, 상기 제 1 돌출부(143)에 파여진 표면에, 상기 제 2 돌출부(153)의 일 부분이 삽입된 채로 지속적으로 마찰하게 된다. 일 실시예에 따르면 제 1 돌출부(143)의 파여진 표면의 내벽이 제 2 돌출부(153)의 외벽(153b)을 잡아주게 되어, 샤프트(120)와 고정된 채로 움직이는 샤프트 씨일(150)의 회전 안정성을 높여주는 역할을 할 수도 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 도 4b에 도시된 바와 같이 초기 조립 단계에서부터 제 1 돌출부(143)의 단부면 중 제 2 돌출부(153)의 단부면가 맞닿는 표면에 홈(groove)을 형성하여, 상기 제 2 돌출부(153)가 상기 홈(groove) 내에서만 움직일 수 있도록 할 수 있다. 이 때 제 1 돌출부의 홈(groove)의 내벽(143b) 사이의 폭은 제 2 돌출부(153)의 폭(D2) 보다 크게 형성할 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 도 4c에 도시된 바와 같이 샤프트 캡(140)에 두 개의 돌출부(143, 144)를 구비하고, 이에 대응하여 샤프트 씨일(150)에 두 개의 돌출부(153, 154)를 구비할 수도 있다. 기본적으로 샤프트 캡(140)과 샤프트 씨일(150)이 접촉하는 마찰면은 좁으면 좁을수록 유리할 수 있지만, 필요한 경우 동일한 마찰면적을 도 4c에 도시된 바와 같이 두 개의 영역으로 나누어 배치하면 작동 하중이 분산되는 효과와 함께 마찰되는 부분의 마모도를 낮출 수 있게 되고, 이에 따라 사용수명을 연장하는 효과를 가질 수 있다.

나아가 상기 두 개의 돌출부(143, 144) 사이의 샤프트 캡(140)의 플랜지(143) 상에 탄성체(170)가 위치하도록 설계하면, 탄성체(170)가 샤프트 캡(140)을 샤프트 씨일(150) 쪽으로 탄성 가압하는 힘이 두 개의 접촉면으로 분산되어 작용하므로, 샤프트 회전시 가동 안정성을 높일 수 있는 효과를 가질 수도 있다.

이와 같이, 샤프트 씨일(150)을 샤프트 캡(140)보다 내마모성이 높은 재료로 형성하고, 이와 대체적으로 또는 추가적으로, 샤프트 캡(140)에서 샤프트 씨일(150)과 밀착되는 면에 제 1 돌출부(143)를 구비하고, 샤프트 씨일(150)에서 샤프트 캡(140)과 밀착되는 면에 제 2 돌출부(153)를 구비하면 마모가 발생한 부품의 교체가 용이하고, 마모가 발생하되 기능적으로 중요도가 낮은 특정 부품만 교체해주면 되므로 비용 절감이 가능하며, 동력 기계 장치의 가동 안정성을 높여주는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 도 1 내지 도 4를 다시 참조하면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 메커니컬 씨일 구조(100)는 샤프트 플레이트(130) 및 샤프트 캡(140) 사이에 제 1 링(161)을 구비할 수 있다.

또한, 샤프트 플레이트(130) 및 상기 하우징(110) 사이에 제 2 링(162)을 구비할 수 있다.

또한, 샤프트(120)의 단턱 구조(121) 및 샤프트 씨일(150) 사이에 제 3 링(163)을 구비할 수 있다.

여기서 제 1 링(161), 제 2 링(162) 및 제 3 링(163)은 오링(O-ring) 또는 오일 씰(oil seal) 등이 해당될 수 있으며, 서로 인접한 구성요소 사이를 밀폐하는 역할 또는 피팅부의 내압 성능을 높이는 역할을 할 수 있다. 이하에서는 상기 제 1 링(161), 제 2 링(162) 및 제 3 링(163)이 오링(O-ring)으로 구성된 것을 가정하여 설명할 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 제 1 링(161)은 샤프트 플레이트(130)와 샤프트 캡(140) 사이에 위치할 수 있다. 제 1 링(161)은 샤프트 캡(140)이 샤프트(120)의 길이방향을 따라 탄성체(170)로부터 탄성 지지되어 선형 운동할 때, 하우징(110) 내측 공간(110a)의 유체가 샤프트 플레이트(130)와 샤프트 캡(140) 사이를 통해 하우징(110)의 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다. 제 1 링(161)은 선형 운동하는 물체에 인접하여 배치되므로 운동형 링으로서, 내마찰성 및 내마모성이 뛰어난 재질로 제조할 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 제 2 링(162)은 샤프트 플레이트(130)와 하우징(110) 사이에 위치할 수 있다. 샤프트 플레이트(130)는 하우징(110)의 내측면에 외주연이 밀착되어 고정상태를 유지하므로, 내압 특성이 좋은 고정형 링을 사용할 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 제 3 링(163)은 샤프트(120)와 샤프트 씨일(150)사이에 배치될 수 있다. 더욱 구체적으로 제 3 링(163)은 샤프트(120)의 단턱 구조(121)와 샤프트 씨일(150) 사이에 배치됨으로써, 샤프트 씨일(150)이 상기 샤프트(120)에 걸림상태로 고정배치될 수 있게 지지하는 할 수 있다. 제 3 링(163) 역시 샤프트(120)의 외주연과 샤프트 씨일(150) 내주연에 밀착되어 고정상태를 유지하므로, 내압 특성이 좋은 고정형 링을 사용할 수 있다.

다음으로 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 샤프트 플레이트(130), 샤프트 캡(140) 및 샤프트 씨일(150) 구조에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 5는, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른, 샤프트 플레이트(130)를 나타내는 도면이다. 도 6은, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른, 샤프트 캡(140)을 나타내는 도면이다. 도 7은, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른, 샤프트 씨일(150)을 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 샤프트 플레이트(130)의 일면에는 탄성체 삽입홀(134)과 핀 삽입홀(135)이 구비될 수 있다. 탄성체 삽입홀(134)은 샤프트 플레이트(130)의 중심으로부터 방사상 일정한 간격으로 구비될 수 있으며, 핀 삽입홀(135)은 샤프트 플레이트(130)의 중심에서 일부 편심된 위치에 구비될 수 있다. 복수의 탄성체 삽입홀(134)에 복수의 탄성체(170)가 삽입됨으로써 샤프트 캡(140)을 샤프트(120)의 축방향으로 탄성 신축되도록 가이드할 수 있는 한편, 핀 삽입홀(135)에 핀(180)이 삽입되도록 함으로써, 샤프트 플레이트(130)와 샤프트 캡(140) 간의 커플링(coupling)을 일정하게 유지시킬 수 있게 된다.

다양한 실시예들에 따르면, 샤프트 플레이트(130)의 외주연(131)에는 홈(131b)이 구비될 수 있다. 상기 홈(131b)에는 제 2 링(162)이 배치될 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 샤프트 플레이트(130)의 내주연(132)은 샤프트 캡(140)의 팁부(141a)와 마주보며 밀착되는 제 1 내측면(131a)과, 제 1 링(161)이 결합할 수 있는 공간을 제공하는 제 2 내측면(131b)을 포함할 수 있다.

도 6을 참조하면, 샤프트 캡(140)의 외주연(141)에는 샤프트 플레이트(130)의 제 1 내측면(131a)과 마주보되, 상기 제 1 내측면(131a)과 밀착성을 유지하기 위해 평활한면을 가지는 팁부(141a)를 포함하고, 상기 샤프트 플레이트(130)의 제 2 내측면(132b)에 대향하여 제 1 링(161)의 배치를 위한 공간을 제공하는 제 2 단턱부(141b)를 가질 수 있다. 또한, 샤프트 캡(140)은 탄성체(170)의 일단과 접촉하기 위한 면(141')이 형성된 플랜지부(141c)를 포함할 수 있다.

아울러, 샤프트 플레이트(130)의 내표면은 플랜지부(141c)가 배치되는 공간을 제공하는 제 3 내표면(131c)을 추가로 구비할 수 있다.

이에 따르면, 샤프트 플레이트(130)의 내표면 구조와, 샤프트 캡(140)의 외표면 구조가 서로 맞대향하고, 사이에 제 2 링(162)으로 밀폐하는 구조를 제공하게 되므로, 샤프트 플레이트(130)의 내측으로 샤프트 캡(140)이 배치될 때, 공간실장성을 최적화 할 수 있다.

즉, 샤프트 플레이트(130) 및 샤프트 캡(140)의 구조를 개선함으로써 메커니컬 씨일 구조(200)의 제한된 제 1 공간(101a)내부를 적절히 활용할 수 있게 된다.

도 7을 참조하면, 샤프트 씨일(150)의 내주연에는 제 3 링(163)의 배치를 위한 단턱구조(153a, 152b, 152c)를 가질 수 있다. 여기서의 단턱구조(152a, 152b, 152c)는 샤프트(120)와 샤프트 씨일(150) 사이의 안정적인 고정성을 위해 마련된 것으로 전술한 샤프트 플레이트(130) 및 샤프트 캡(140)의 단턱구조와 목적이 상이할 수 있다.

마지막으로 도 6과 도 7을 함께 참조하면, 다양한 실시예들에 따른, 샤프트 캡(140)의 일면에는 샤프트 씨일(150)과의 면 접촉을 위한 제 1 돌출부(143)가 형성될 수 있다. 또한, 샤프트 캡(140)의 일면에는 샤프트 캡(140)과의 면 접촉을 위한 제 2 돌출부(153)가 형성될 수 있다.

상기 제 1 돌출부(143)와 제 2 돌출부(153)는 각각 환형상의 돌출 구조로 형성되며, 제 1 돌출부(143)와 제 2 돌출부(153)를 제외한 다른 여하한 구성과 달리 침탄, 연마 작업 등을 수행한 뒤, 상기 메커니컬 씨일 구조의 조립체로 형성될 수 있다.

본 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 의해 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 따라서, 이상에서 기술한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 발명의 일 실시예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 메커니컬 씨일 구조
110 : 하우징
110a 110b : 공간
111 : 개구
112 : 리세스
120 : 샤프트
122 : 베어링
130 : 샤프트 플레이트
140 : 샤프트 캡
143 : 제 1 돌출부
150 : 샤프트 씨일
153 : 제 2 돌출부
160 : 오링
170 : 탄성체
180 : 체결핀

Claims

콘크리트 믹서 트럭의 믹서 드럼에 포함된 메커니컬 씨일 구조에 있어서,
내부 공간을 포함하고, 상기 내부 공간을 외부와 연통하도록 마련된 개구를 포함하는 하우징;
상기 개구를 관통하고, 적어도 일부분이 상기 개구를 통해 상기 하우징의 외부로 노출되는 샤프트;
상기 하우징의 상기 내부 공간에서 상기 샤프트의 외주에 위치하는 베어링으로서, 상기 베어링을 기준으로 상기 내부 공간을 상기 개구 측에 형성된 제 1 공간과 상기 제 1 공간의 반대 측에 형성된 제 2 공간으로 구분하는 베어링;
상기 하우징과 상기 샤프트 사이의 상기 개구를 막기 위한 구성으로서, 상기 샤프트의 외주를 둘러싸며 상기 하우징의 내벽과 밀착된 상태로 고정되는 샤프트 플레이트;
상기 하우징의 내벽에 형성된 리세스에 끼워 넣어지고, 상기 하우징과 상기 샤프트 플레이트 사이에 배치되어 상기 샤프트 플레이트가 하우징 내벽으로부터 이탈되지 않도록 하는 스냅링;
상기 제 1 공간 상에서 상기 베어링에 인접하여 배치되고, 상기 샤프트의 외측에 형성된 단턱 구조를 포함하여 상기 샤프트의 적어도 일 부분을 감싸도록 구성되며 상기 샤프트의 회전시 회전 가능하게 구성되는 샤프트 씨일;
상기 제 1 공간 상에서 상기 샤프트 플레이트와 상기 샤프트 씨일 사이에 배치되고, 상기 샤프트 플레이트와 함께 고정되며, 상기 샤프트 씨일과 면대 면으로 밀착되는 샤프트 캡; 및
상기 샤프트 플레이트 및 상기 샤프트 캡 사이에 배치되어, 상기 샤프트 플레이트 및 상기 샤프트 캡 사이를 상기 샤프트의 길이 방향과 평행한 방향으로 탄성 지지하는 복수 개의 탄성체를 더 포함하고,
상기 내부 공간에 포함된 유체가 상기 샤프트 플레이트 및 상기 샤프트 캡 사이를 통해 외부로 누출되는 것을 방지하도록 상기 샤프트 플레이트 및 상기 샤프트 캡 사이에 배치된 제 1 링과,
상기 샤프트 플레이트가 상기 하우징의 내측면에 밀착되어 고정상태를 유지하도록 상기 샤프트 플레이트 및 상기 하우징 사이에 배치된 제 2 링과,
상기 샤프트 씨일이 상기 샤프트에 걸림 상태로 고정되도록 상기 샤프트 및 상기 샤프트 씨일 사이에 배치된 제 3 링을 더 포함하고,
상기 샤프트 씨일은 상기 샤프트 캡보다 내마모성이 높은 재료로 형성되며,
상기 샤프트 캡은 상기 샤프트 씨일과 밀착되는 면 상에, 상기 샤프트의 길이 방향과 평행한 방향으로 돌출된 환형상의 제 1 돌출부를 구비하고,
상기 샤프트 씨일은 상기 샤프트 캡과 밀착되는 면 상에, 상기 제 1 돌출부와 대응되는 위치에서 상기 제 1 돌출부와 맞닿도록 상기 샤프트의 길이 방향과 평행한 방향으로 돌출된 환형상의 제 2 돌출부를 구비하며,
상기 제 1 돌출부의 단면의 폭은, 상기 제 2 돌출부의 단면의 폭보다 넓게 형성되어, 상기 제 2 돌출부가 상기 제 1 돌출부의 표면을 파고 들어가는 더깅(dugging) 현상 발생 시, 상기 제 1 돌출부의 파여진 표면의 내벽이 상기 제 2 돌출부의 외벽을 잡아주도록 형성되고,
상기 복수 개의 탄성체가 상기 샤프트의 회전 축의 중심으로부터 소정거리 이격되어 탄성지지되는 위치는, 상기 샤프트의 회전 축으로부터 이격된 상기 제 1 돌출부 및 상기 제 2 돌출부가 서로 맞닿도록 형성된 위치 보다 멀리 형성되는 메커니컬 씨일 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 링은 운동형 링인 것을 특징으로 하는 메커니컬 씨일 구조.
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