KR101980881B1 - 디퍼렌셜 사이드 오일씰 - Google Patents

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KR101980881B1 KR1020170173448A KR20170173448A KR101980881B1 KR 101980881 B1 KR101980881 B1 KR 101980881B1 KR 1020170173448 A KR1020170173448 A KR 1020170173448A KR 20170173448 A KR20170173448 A KR 20170173448A KR 101980881 B1 KR101980881 B1 KR 101980881B1
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Abstract

차동기어 하우징과 차동기어 하우징의 외부에서 내부로 관통하는 회전 샤프트 사이의 누유를 방지하는 디퍼렌셜 사이드 오일씰이 개시된다. 개시된 디퍼렌셜 사이드 오일씰은, 강체 프레임, 및 고무 소재로 형성되고 강체 프레임에 접합 지지되는 것으로, 차동기어 하우징의 내주면에 밀착되는 외주면과, 회전 샤프트의 외주면에 접촉되도록 내측으로 돌출된 적어도 하나의 립을 구비한 고무 부재를 구비한다. 고무 부재는, 회전 샤프트에 고정된 더스트 커버의 내측면에 접촉되도록 연장된 사이드 립을 더 구비한다. 사이드 립의 외주부에서 더스트 커버에 접촉되는 측면의 반대 측면에는 더스트 커버의 내측으로 유입된 이물질이 수용되도록 파여진 더스트 포켓이 형성된다.

Description

디퍼렌셜 사이드 오일씰{Differential side oil seal}
본 발명은 차동기어 하우징 내부에서 외부로 윤활 오일이 누유되지 않게 막는 디퍼렌셜 사이드 오일씰에 관한 것이다.
차동기어 장치는 한 개의 기어가 다른 기어의 둘레를 회전하면서 동력을 전달하는 장치이다. 통상적으로 차동기어 장치는 차량의 차축의 중앙부에 장착되며 차량이 커브(curve)를 돌 때 양 측 바퀴를 다른　속도로 회전하도록 하여 운행을 원활하게 한다.
차동기어는 바퀴 구동축과 연결된다. 차동기어의 하우징(housing)에는 상기 바퀴 구동축이 삽입되는 홀(hole)이 형성되며, 상기 바퀴 구동축 삽입 홀에는 디퍼렌셜 사이드 오일씰(differential side oil seal)이 장착된다. 부연하면, 디퍼렌셜 사이드 오일씰은 차동기어 하우징과 바퀴 구동축에 연결되는 회전 샤프트 사이에 개재되어, 상기 차동기어 하우징 내의 오일이 외부로 누출되거나, 외부로부터 차동기어 하우징 내로 먼지 등 이물질이 유입되는 것을 방지한다.
도 1은 종래의 일 예에 따른 디퍼렌셜 사이드 오일씰이 설치된 모습을 확대 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 디퍼렌셜 사이드 오일씰(10)은 차동기어 하우징(2)의 내주면(3)과, 상기 차동기어 하우징(2)을 관통하는 회전 샤프트(5)의 외주면(6) 사이의 링(ring) 형상의 간극에 삽입 설치된다. 차동기어 하우징(2)의 바깥에 회전 샤프트(5)의 외주면에는 먼지, 니수(泥水)와 같은 이물질이 차동기어 하우징(2)의 내부로 침입하지 않도록 막아주는 더스트 커버(dust cover)(7)가 설치된다.
종래의 디퍼렌셜 사이드 오일씰(10)은 강체 프레임(11)과, 상기 강체 프레임(11)에 접합 지지되는 고무 부재(12)를 구비한다. 고무 부재(12)는 차동기어 하우징 내주면(3)에 밀착되는 외주면(13)과, 회전 샤프트 외주면(6)에 접촉되는 메인 립(main lip)(14), 제1 더스트 립(dust lip)(15), 및 제2 더스트 립(16)과, 상기 더스트 커버(7)의 내측면(8)에 접촉되는 사이드 립(side lip)(17)을 구비한다. 사이드 립(17)은 더스트 커버(7)의 외주와 차동기어 하우징(2)의 말단 사이의 틈새(9)로 유입되는 이물질이 회전 샤프트(5) 측으로 침투하지 못하도록 막는 기능을 수행한다. 그러나, 상기 오일씰(10)의 사이드 립(17)은 더스트 커버(7) 내측으로 유입된 이물질로 인해 쉽게 마모되고, 이에 따라 이물질이 회전 샤프트(5) 측으로 침투하는 것을 신뢰성있게 차단하지 못하는 문제가 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0077747호
본 발명은, 더스트 커버 내측으로 유입된 이물질이 회전 샤프트 측으로 침투하지 못하도록 막는 이물질 차단 성능이 개선되고, 내구성이 향상된 디퍼렌셜 사이드 오일씰을 제공한다.
본 발명은, 차동기어 하우징(housing)과 상기 차동기어 하우징의 외부에서 내부로 관통하는 회전 샤프트(shaft) 사이의 누유를 방지하는 것으로, 강체 프레임(frame), 및 고무 소재로 형성되고 상기 강체 프레임에 접합 지지되는 것으로, 상기 차동기어 하우징의 내주면에 밀착되는 외주면과, 상기 회전 샤프트의 외주면에 접촉되도록 내측으로 돌출된 적어도 하나의 립(lip)을 구비한 고무 부재를 구비하고, 상기 고무 부재는, 상기 회전 샤프트에 고정된 더스트 커버(dust cover)의 내측면에 접촉되도록 연장된 사이드 립(side lip)을 더 구비하고, 상기 사이드 립의 외주부에서 상기 더스트 커버에 접촉되는 측면의 반대 측면에는 상기 더스트 커버의 내측으로 유입된 이물질이 수용되도록 파여진 더스트 포켓(dust pocket)이 형성된 디퍼렌셜 사이드 오일씰(differential side oil seal)을 제공한다.
상기 더스트 포켓은 복수 개가 구비되고, 상기 복수의 더스트 포켓은 상기 회전 샤프트의 축선을 중심으로 하는 원 궤도를 따라 일렬로 이격되게 배열되고, 상기 이격된 복수의 더스트 포켓 사이에 상기 사이드 립 외주부의 탄성 및 강성을 보강하는 복수의 리브(rib)가 형성될 수 있다.
인접한 한 쌍의 리브 사이의 간격이 상기 리브의 길이보다 클 수 있다.
상기 리브의 폭은 0.7 내지 2mm 이고, 상기 리브의 길이는 1.5 내지 4mm 일 수 있다.
상기 축선에서 같은 거리만큼 이격된 위치에서 상기 더스트 포켓의 깊이는 상기 리브의 두께의 0.3 내지 0.7배일 수 있다.
사이드 립 외주부 말단에는 상기 더스트 포켓이 상기 사이드 립 외주부 말단 방향으로 개방되지 않도록 단차지게 두꺼운 외주 펜스(fence)가 구비될 수 있다.
본 발명의 디퍼렌셜 사이드 오일씰은 더스트 커버 내측으로 유입된 먼지, 니수(泥水) 등의 이물질 중 다량이 사이드 립에 형성된 더스트 포켓에 수용되는 효과로 인해, 더스트 커버 내측면과 사이드 립 말단 사이를 통해 회전 샤프트 측으로 침투하는 이물질이 감소한다. 결과적으로, 본 발명의 디퍼렌셜 사이드 오일씰은 종래의 디퍼렌셜 사이드 오일씰보다 이물질 차단 성능과 내구성이 향상된다.
도 1은 종래의 일 예에 따른 디퍼렌셜 사이드 오일씰이 설치된 모습을 확대 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디퍼렌셜 사이드 오일씰을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 디퍼렌셜 사이드 오일씰이 설치된 모습을 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3의 디퍼렌셜 사이드 오일씰을 부분적으로 확대하여 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 디퍼렌셜 사이드 오일씰을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디퍼렌셜 사이드 오일씰을 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 디퍼렌셜 사이드 오일씰이 설치된 모습을 도시한 단면도이며, 도 4는 도 3의 디퍼렌셜 사이드 오일씰을 부분적으로 확대하여 도시한 사시도이다. 도 2 내지 도 4를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 디퍼렌셜 사이드 오일씰(30)은 차동기어 하우징(2)의 내주면(3)과, 상기 차동기어 하우징(2)을 관통하는 회전 샤프트(5)의 외주면(6) 사이의 링(ring) 형상의 간극에 삽입 설치된다. 차동기어 하우징(2)의 바깥 회전 샤프트(5)의 외주면에는 먼지, 니수(泥水)와 같은 이물질이 차동기어 하우징(2)의 내부로 침입하지 않도록 막아주는 더스트 커버(dust cover)(7)가 설치된다.
본 발명의 디퍼렌셜 사이드 오일씰(10)은 상기 차동기어 하우징(2)의 내주면(3)과, 상기 회전 샤프트(5)의 외주면(6) 사이의 틈새를 통한 누유를 방지하는 것으로, 강체 프레임(31)과, 고무 부재(35)와, 탄성 보조 스프링(33)을 구비한다. 강체 프레임(31)은 예컨대, 금속과 같은 강체로 이루어진 링(ring) 형상의 부재이다. 고무 부재(35)는 고무 소재로 형성되며, 강체 프레임(31)에 접합 지지된다. 고무 부재(35)는 차동기어 하우징 내주면(3)에 밀착되는 외주면(36)과, 회전 샤프트 외주면(6)에 접촉되도록 내측으로 돌출된 메인 립(main lip)(37), 제1 더스트 립(dust lip)(38), 및 제2 더스트 립(39)과, 상기 더스트 커버(7)의 내측면(8)에 접촉되도록 연장된 사이드 립(side lip)(40)을 구비한다. 상기 메인 립(37), 제1 및 제2 더스트 립(38, 39), 및 사이드 립(40)의 말단은 회전 샤프트(5)의 축선(CL)을 중심으로 하는 원 궤도를 따라 연장된다.
메인 립(37)은 차동기어 하우징(2)의 내부 공간(4)에서 차동 기어 하우징(2)의 외부를 향하여 흐르는 윤활제의 누유를 억제한다. 제1 및 제2 더스트 립(38, 39)은 더스트 커버(7)의 내측으로 유입된 먼지, 니수(泥水) 등의 이물질이 회전 샤프트(5)의 외주면(6)을 따라 차동기어 하우징(2)의 내부 공간(4)으로 침투하는 것을 억제한다. 따라서, 상기 메인 립(37)이 상기 제1 및 제2 더스트 립(38, 39)보다 상기 차동기어 하우징 내부 공간(4)에 더 가깝게 배치된다.
사이드 립(40)은 더스트 커버(7)의 외주와 차동기어 하우징(2)의 말단 사이의 틈새(9)로 유입되는 이물질이 회전 샤프트(5) 측으로 침투하지 못하도록 막는 기능을 수행한다. 한편, 상기 탄성 보조 스프링(33)은, 메인 립(37)이 회전 샤프트(5)의 외주면(6)에 밀착되는 밀착력이 커지도록, 메인 립(37)의 외주면을 축선(CL) 방향으로 조여준다.
사이드 립(40)에는 복수의 더스트 포켓(dust pocket)(42)이 형성된다. 복수의 더스트 포켓(42)은 상기 더스트 커버(7)의 외주와 차동기어 하우징(2)의 말단 사이 틈새(9)를 통해 더스트 커버(7)의 내측으로 유입된 이물질을 수용하기 위하여 마련된다. 복수의 더스트 포켓(42)은 사이드 립(40)의 외주부에서 더스트 커버(7)의 내측면(8)에 접촉되는 측면의 반대 측면이 파여져 형성된다. 복수의 더스트 포켓(42)은 상기 축선(CL)을 중심으로 하는 원 궤도를 따라 일렬로 이격되게 배열된다. 이격된 보수의 더스트 포켓(42) 사이에는 사이드 립(40) 외주부의 탄성 및 강성을 보강하는 복수의 리브(rib)(44)가 형성된다. 또한, 사이드 립(40) 외주부 말단에는 더스트 포켓(42)이 사이드 립(40) 외주부 말단 방향, 즉 축선(CL)을 중심으로 하는 방사 방향(radial direction)으로 개방되지 않도록 단차지며 두껍게 형성된 외주 펜스(fence)(46)가 구비된다.
회전 샤프트(5)가 축선(CL) 중심으로 회전하면 더스트 커버(7)도 동일한 각속도로 회전하므로, 더스트 커버(7)의 내측으로 유입된 이물질은 원심력에 의해 더스트 커버(7)의 외주 측으로 치우쳐져서 상기 회전 샤프트(5)의 회전 방향과 같은 방향으로 회전하게 된다. 회전 샤프트(5)의 회전 속도에 따라 상기 축선(CL)으로부터의 이격 거리에 따른 이물질의 밀도 분포는 차이가 날 수 있지만, 다량의 이물질이 상기 사이드 립(40) 외주부의 말단, 즉 외주 펜스(46) 부근의 위치에 분포된다.
도 1에 도시된 종래의 디퍼렌셜 사이드 오일씰(10)의 경우에, 상기 이물질은 회전 샤프트(5)의 회전 속도가 변경됨에 따라 사이드 립(17) 외주부의 말단 부근에서 빈번하게 방사 방향 및 그 반대인 축선(CL) 방향으로 이동하는 도중에 사이드 립(17) 외주부 말단과 더스트 커버 내측면(8) 사이에 퇴적되거나, 상기 사이드 립(17) 외주부 말단과 더스트 커버 내측면(8) 사이로 침투한다. 그러나, 도 2 내지 도 4에 도시된 본 발명의 디퍼렌셜 사이드 오일씰(30)의 경우에는 사이드 립(40) 외주부 말단 부근에서 유동하는 이물질 중 다량이 복수의 더스트 포켓(42)에 수용된다.
일단 복수의 더스트 포켓(42)에 수용된 이물질은 더스트 포켓(42)의 바닥면과 단차지도록 두껍게 형성된 외주 펜스(36)에 걸려서 상기 더스트 포켓(42)에서 쉽게 빠져나올 수 없다. 또한, 이물질이 상기 더스트 포켓(42)에서 벗어난 경우에도 상기 외주 펜스(36)을 넘기 위해 소모된 에너지로 인해 약한 운동 에너지를 갖게 된다. 따라서, 상기 사이드 립(40) 외주부 말단 부근에서 상기 사이드 립(17) 외주부 말단과 더스트 커버 내측면(8) 사이를 침투하여 들어갈 충분한 운동 에너지를 갖는 이물질이 많이 감소하게 된다. 결과적으로, 상기 디퍼렌셜 사이드 오일씰(30)은 먼지, 니수 등의 이물질이 회전 샤프트(5) 측으로 침투하지 못하도록 차단하는 성능과 내구성이 향상된다.
상기 복수의 리브(44)는 사이드 립(40) 외주부의 탄성 및 강성을 보강한다. 만약, 복수의 리브(44) 없이 하나로 이어진 더스트 포켓이 있다면, 사이드 립(40) 외주부의 얇은 두께로 인해서 외란이 작용할 때 사이드 립(40) 외주부가 큰 진폭으로 오랜 동안 진동할 수 있으며, 이로 인해 이물질 차단 성능이 저하될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 리브(44)의 폭(WR)은 0.7 내지 2mm 이고, 리브(44)의 길이(LR)는 1.5 내지 4mm 일 수 있다. 또한, 축선(CL)에서 같은 거리만큼 이격된 위치에서 더스트 포켓(42)의 깊이(DP)는 리브(44)의 두께(TR)의 0.3 내지 0.7배이다. 상기 리브(44)의 폭(WR)이 0.7mm 보다 작으면 상술한 사이드 립(40) 외주부의 탄성 및 강성 보강의 효과가 미흡하고, 상기 리브(44)의 폭(WR)이 2mm 보다 크면 더스트 포켓(42)의 면적이 너무 축소되어 이물질 침투 차단의 효과가 미흡할 수 있다. 상기 리브(44)의 길이(LR)가 1.5mm 보다 작으면 더스트 포켓(42)의 면적이 너무 축소되게 되고, 상기 리브(44)의 길이(LR)가 4mm 보다 크면 더스트 포켓(42)이 과도하게 축선(CL) 측으로 확장되어서 이물질 침투 억제 효과는 없으면서 사이드 립(40)의 강성만 약화되는 역효과가 발생할 수도 있다.
또한, 더스트 포켓(42)의 깊이(DP)가 리브(44)의 두께(TR)의 0.3배보다 작으면 더스트 포켓(42) 내에 이물질이 수용되는 공간이 너무 작아지게 되고, 반대로 더스트 포켓(42)의 깊이(DP)가 리브(44)의 두께(TR)의 0.7배보다 크면 더스트 포켓(42)이 형성된 영역의 사이드 립(40) 외주부의 두께가 너무 얇아서 마모로 인한 천공이 발생하기 쉬우며, 결과적으로 내구성이 열화된다.
또한, 인접한 한 쌍의 리브(44) 사이의 간격(GR)은 상기 리브(44)의 길이(LR)보다 크다. 상기 한 쌍의 리브(44) 사이 간격(GR)이 리브(44)의 길이(LR)보다 작거나 같으면, 더스트 포켓(42)의 면적이 너무 축소되고 더스트 포켓(42)이 과도하게 축선(CL) 측으로 확장되어 이물질 침투 차단의 효과가 미흡하고 사이드 립(40)이 강성이 약화되는 역효과가 발생할 수 있다.
한편, 더스트 포켓(42)이 형성된 영역의 두께보다 두꺼운 외주 펜스(46)도 사이드 립(40) 말단의 탄성과 강성을 보강하여 이물질 침투 차단 성능을 향상시키는 효과가 있다. 만약, 두꺼운 외주 펜스(46)가 없다면 외란에 의해 사이드 립(40) 말단에 주름(wrinkle)이 쉽게 발생할 수 있다. 대부분의 경우 사이드 립(40)의 탄성 복원력에 의해 상기 주름은 감쇄 진동하며 없어지지만, 주름이 사라질 때까지 더스트 커버 내측면(8)과 사이드 립(40) 말단 사이로 침투하는 이물질은 증대된다. 그러나, 상기 디퍼렌셜 사이드 오일씰(30)은 두꺼운 외주 펜스(46)가 사이드 립(40) 말단의 진동과 주름을 최대한 억제하므로 이물질 침투 차단 성능이 향상되게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
30: 디퍼렌셜 사이드 오일씰 31: 강체 프레임
33: 탄성 보조 스프링 35: 고무 부재
40: 사이드 립 42: 더스트 포켓
44: 리브 46: 외주 펜스

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 차동기어 하우징(housing)과 상기 차동기어 하우징의 외부에서 내부로 관통하는 회전 샤프트(shaft) 사이의 누유를 방지하는 것으로,
    강체 프레임(frame); 및, 고무 소재로 형성되고 상기 강체 프레임에 접합 지지되는 것으로, 상기 차동기어 하우징의 내주면에 밀착되는 외주면과, 상기 회전 샤프트의 외주면에 접촉되도록 내측으로 돌출된 적어도 하나의 립(lip)을 구비한 고무 부재;를 구비하고,
    상기 고무 부재는, 상기 회전 샤프트에 고정된 더스트 커버(dust cover)의 내측면에 접촉되도록 연장된 사이드 립(side lip)을 더 구비하고,
    상기 사이드 립의 외주부에서 상기 더스트 커버에 접촉되는 측면의 반대 측면에는 상기 더스트 커버의 내측으로 유입된 이물질이 수용되도록 파여진 더스트 포켓(dust pocket)이 형성되고,
    상기 더스트 포켓은 복수 개가 구비되고,
    상기 복수의 더스트 포켓은 상기 회전 샤프트의 축선을 중심으로 하는 원 궤도를 따라 일렬로 이격되게 배열되고,
    상기 이격된 복수의 더스트 포켓 사이에 상기 사이드 립 외주부의 탄성 및 강성을 보강하는 복수의 리브(rib)가 형성된 것을 특징으로 하는 디퍼렌셜 사이드 오일씰.
  3. 제2 항에 있어서,
    인접한 한 쌍의 리브 사이의 간격이 상기 리브의 길이보다 큰 것을 특징으로 하는 디퍼렌셜 사이드 오일씰.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 리브의 폭은 0.7 내지 2mm 이고, 상기 리브의 길이는 1.5 내지 4mm 인 것을 특징으로 하는 디퍼렌셜 사이드 오일씰.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 축선에서 같은 거리만큼 이격된 위치에서 상기 더스트 포켓의 깊이는 상기 리브의 두께의 0.3 내지 0.7배인 것을 특징으로 하는 디퍼렌셜 사이드 오일씰.
  6. 제2 항에 있어서,
    사이드 립 외주부 말단에는 상기 더스트 포켓이 상기 사이드 립 외주부 말단 방향으로 개방되지 않도록 단차지게 두꺼운 외주 펜스(fence)가 구비되는 것을 특징으로 하는 디퍼렌셜 사이드 오일씰.
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