KR102065614B1

KR102065614B1 - 오일 씰

Info

Publication number: KR102065614B1
Application number: KR1020170178499A
Authority: KR
Inventors: 임성주; 정유준
Original assignee: 평화오일씰공업 주식회사
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2020-01-13
Also published as: KR20190076584A

Abstract

케이스와, 케이스의 외부에서 내부로 관통하는 샤프트 사이의 누유를 방지하는 오일 씰이 개시된다. 개시된 오일 씰은, 강체 프레임, 및 고무 소재로 형성되고 강체 프레임에 접합 지지되는 것으로, 말단이 샤프트의 외주면에 접촉되도록 중앙 측으로 돌출된 메인 립, 및 메인 립보다 케이스의 외측에 더 가깝게 위치하고 말단이 샤프트의 외주면에 접촉되도록 중앙 측으로 돌출된 더스트 립을 구비한 고무 부재를 구비한다. 고무 부재는, 샤프트의 외주면과 마주보는 메인 립의 내측면에서 돌출되고, 연속파 형태로 연장되고 폐곡선을 이루며 이어진 파동형 댐을 구비한다. 파동형 댐은, 메인 립의 내측면 영역 중에서 메인 립의 말단에서 케이스의 외측으로 확장된 영역에 형성된다.

Description

오일 씰{Oil seal}

본 발명은 케이스를 외부에서 내부로 관통한 상태로 회전하는 샤프트와 상기 케이스 사이의 누유를 방지하는 오일 씰(oil seal)에 관한 것이다.

예컨대, 차량의 엔진, 변속기, 파워 스티어링(power steering) 장치와 같은 차량 장치에는 케이스(case)와, 상기 케이스의 외부에서 내부로 관통하는 샤프트(shaft)와, 상기 케이스와 샤프트 사이의 누유를 방지하는 오일 씰이 구비된다. 상기 오일 씰은 상기 케이스 내부의 윤활유와 같은 오일이 케이스 외부로 누유되지 않도록 차단하고, 상기 케이스 외부에서 먼지 등의 이물질이 케이스 내부로 침투하지 않도록 차단한다.

오일 씰에 구비된 메인 립(main lip)이 샤프트의 외주면에 접촉되어 누유를 차단하는데, 반복적인 사용으로 메인 립이 마모됨에 따라 케이스 내부에서 외부로 누유량이 증대된다. 한편, 누유량을 줄이고 내구성을 향상하기 위하여 메인 립의 내측면에 사선 방향으로 연장된 복수의 돌기를 구비한 오일 씰도 공지되어 있다. 샤프트가 회전함에 따라 샤프트의 외주면에서 상기 샤프트와 함께 회전하는 오일은 상기 사선 방향의 돌기에 막히고 상기 사선 방향 돌기를 따라 상기 케이스 내부로 펌핑(pumping)된다. 이에 따라 누유가 감소하게 된다.

그러나, 상기 사선 방향 돌기를 구비한 오일 씰의 경우에도 샤프트의 회전 속도가 10,000 rpm 이상으로 빨라지면, 케이스 외부로부터 메인 립까지 이물질의 유입이 증대되고, 상기 이물질이 상기 사선 방향 돌기 사이의 경로를 통해 메인 립을 통과하여 케이스 내부로 유입되거나 메인 립의 말단과 샤프트 외주면 사이에 쌓이게 된다. 이로 인해 메인 립의 펌핑력(pumping force)도 약해지고, 오일 씰 및 이를 구비한 장치의 내구성도 저하된다.

대한민국 등록실용신안공보 제20-0232960호

본 발명은, 샤프트가 고속으로 회전하는 경우에도 오일의 펌핑력(pumping force)과 누유 차단 성능이 신뢰성있게 유지되고, 이물질의 침투 차단 성능도 신뢰성있게 유지되는 오일 씰을 제공한다.

본 발명은 샤프트가 양 방향으로 회전하는 경우에도 신뢰성있게 누유를 차단하고 이물질 침투를 차단하는 오일 씰을 제공한다.

본 발명은, 케이스(case)와, 상기 케이스의 외부에서 내부로 관통하는 샤프트(shaft) 사이의 누유를 방지하는 오일 씰로서, 강체 프레임, 및 고무 소재로 형성되고 상기 강체 프레임에 접합 지지되는 것으로, 말단이 상기 샤프트의 외주면에 접촉되도록 중앙 측으로 돌출된 메인 립(main lip), 및 상기 메인 립보다 상기 케이스의 외측에 더 가깝게 위치하고 말단이 상기 샤프트의 외주면에 접촉되도록 중앙 측으로 돌출된 더스트 립(dust lip)을 구비한 고무 부재를 구비하고, 상기 고무 부재는, 상기 샤프트의 외주면과 마주보는 상기 메인 립의 내측면에서 돌출되고, 연속파(continuous wave) 형태로 연장되고 폐곡선을 이루며 이어진 파동형 댐(wave type dam)을 구비하고, 상기 파동형 댐은, 상기 메인 립의 내측면 영역 중에서 상기 메인 립의 말단에서 상기 케이스의 외측으로 확장된 영역에 형성된 오일 씰(oil seal)을 제공한다.

상기 파동형 댐이 상기 메인 립 내측면에서 돌출된 두께는 0.03 내지 0.1 mm 일 수 있다.

상기 파동형 댐은 상기 샤프트의 외주면과 마주보는 상기 더스트 립의 내측면까지 확장되지 않을 수 있다.

상기 파동형 댐은, 상기 연속파의 진행 방향이 교번하여 전환되는 피크부(peak portion)와, 인접한 한 쌍의 피크부 사이를 연결하며 상기 샤프트의 길이 방향에 대해 기울어지게 연장되는 사선부를 구비할 수 있다.

상기 파동형 댐의 연속파는 사인파(sine wave)일 수 있다.

본 발명의 오일 씰은 연속파 형태로 연장되고 중간에 끊기지 않고 폐곡선을 이루며 이어진 파동형 댐을 구비한다. 따라서, 샤프트가 고속 회전하는 경우에도 신뢰성 있게 이물질의 침투가 차단되고, 오일의 누출이 차단된다. 또한, 샤프트가 양 방향으로 회전하는 경우에도 신뢰성 있게 오일의 누출이 차단되고 이물질의 침투가 차단된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오일 씰이 적용된 예를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 오일 씰의 단면도이다.
도 3은 도 1의 III 부분을 확대 도시한 단면도로서, 파동형 댐(wave type dam)의 기능을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 오일 씰을 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 1은 본 발명의 실시예에 따른 오일 씰이 적용된 예를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 오일 씰의 단면도이며, 도 3은 도 1의 III 부분을 확대 도시한 단면도로서, 파동형 댐(wave type dam)의 기능을 설명하기 위한 도면이다. 도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 오일 씰(10)은 케이스(2)와 상기 케이스(2)의 외부에서 내부로 관통하는 샤프트(shaft)(6)를 구비하는 장치에서, 상기 케이스(2)와 샤프트(6) 사이의 누유를 방지하기 위해 사용된다. 상기 케이스(2)와 샤프트(6)를 구비하는 장치는 예를 들어, 엔진, 변속기, 파워 스티어링 장치 등과 같은 차량내 장치일 수 있다. 구체적인 예로서, 상기 샤프트(6)는 크랭크 샤프트(crank shaft)이고, 상기 케이스(2)는 크랭크 케이스(crank case)일 수 있다.

도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 상기 오일 씰(10)은 강체 프레임(11), 고무 부재(15), 및 탄성 보조 스프링(30)을 구비한다. 강체 프레임(11)은 예컨대, 금속과 같은 강체로 이루어진 링(ring) 형상의 부재이다. 상기 강체 프레임(11)의 단면의 형상은 대체로 알파벳 'L' 또는 한글 자음 'ㄱ' 및 'ㄴ' 과 유사하다.

상기 고무 부재(15)는 고무 소재로 형성되고 상기 강체 프레임(11)에 접합 지지되는 부재로서, 메인 립(main lip)(20), 더스트 립(dust lip)(17), 외주부(16), 및 파동형 댐(wave type dam)(25)을 구비한다. 메인 립(20)은 말단(21)이 샤프트(6)의 외주면(7)에 접촉되도록 샤프트(6)의 축선(CL)을 향한 방향, 즉 중앙 측으로 돌출된다. 메인 립(20)은 케이스(2)의 내부 공간(5)에서 케이스(2)의 외부를 향하여 흐르는 예컨대, 윤활제와 같은 오일(oil)의 누유를 방지한다. 더스트 립(17)은 말단(18)이 샤프트(6)의 외주면(7)에 접촉되도록 상기 축선(CL)을 향한 방향, 즉 중앙 측으로 돌출된다. 더스트 립(17)은 케이스(2)의 외부에서 상기 내부 공간(5)을 향한 예컨대, 먼지, 미세 입자와 같은 이물질의 침입을 방지한다. 더스트 립(17)과 메인 립(20)의 말단(18, 21)은 상기 축선(CL)을 중심으로 하는 원 궤도를 따라 연장된다.

더스트 립(17)과 메인 립(20)은 이격되게 위치하고, 더스트 립(17)은 메인 립(20)보다 케이스(2)의 외측에 더 가깝게, 즉 케이스(2)의 내부 공간(5)에서 더 멀어지게 위치한다. 고무 부재(15)의 외주부(16)는 오일 씰(10)이 상기 케이스(2)의 내주면(3)에 억지 끼움에 의해 설치될 때 상기 케이스 내주면(3)에 밀착되는 부분이다. 구체적으로, 상기 외주부(25)의 최외곽의 외주면이 상기 케이스 내주면(3)에 밀착된다. 탄성 보조 스프링(30)은, 메인 립(20)이 샤프트(6)의 외주면(7)에 밀착되는 밀착력이 커지도록 메인 립(20)의 외측면을 내측으로 조여준다.

샤프트(6)의 외주면(7)과 마주보는 고무 부재(15)의 내주면은, 메인 립(20)의 내측면(22, 23)과, 더스트 립(17)의 내측면(19)을 구비한다. 상기 메인 립(20)의 내측면(22, 23)은 상기 메인 립 말단(21)을 기준으로 상기 축선(CL) 방향을 따라 케이스(2)의 내부 공간(5)에 가까이 갈수록 내경(inner diameter)의 크기가 커지게 테이퍼(taper)진 제1 메인 립 내측면 영역(22)과, 상기 축선(CL) 방향을 따라 케이스(2)의 내부 공간(5)에서 멀어질수록 내경의 크기가 커지게 테이퍼진 제2 메일 립 내측면 영역(23)으로 구분된다. 부연하면, 상기 메인 립(20)의 내측면의 영역 중에서 상기 제1 메인 립 내측면 영역(22)은 상기 메인 립 말단(21)에서 케이스(2)의 내부 공간(5) 측으로 확장된 영역이고, 상기 제2 메인 립 내측면 영역(23)은 상기 메인 립 말단(21)에서 케이스(2)의 외측으로 확장된 영역이다. 상기 더스트 립(17)의 내측면(19)은 더스트 립(17)의 말단(18)을 기준으로 상기 축선(CL) 방향을 따라 케이스(2)의 내부 공간(5)에 가까이 갈수록 내경의 크기가 커지게 테이퍼진다.

파동형 댐(wave type dam)(25)은 상기 제2 메인 립 내측면 영역(23)에서 돌출된 것으로, 연속파(continuous wave) 형태로 연장되고 폐곡선을 이루며 이어진다. 즉, 상기 파동형 댐(25)은 끊어져서 이어지지 않은 부분이 없다.

파동형 댐(25)은 상기 연속파의 진행 방향이 교번하여 전환되는 피크부(peak portion)(26, 27)와, 인접한 한 쌍의 피크부(26, 27) 사이를 연결하며 상기 샤프트(6)의 길이 방향, 즉 축선(CL) 방향에 대해 기울어지게 연장되는 사선부(28, 29)를 구비한다. 상기 피크부(26, 27)는 케이스(2) 내부 공간(5)에 상대적으로 더 가까운 내측 피크부(26)와, 상기 케이스 내부 공간(5)으로부터 상대적으로 더 먼 외측 피크부(27)로 구분된다. 다시 말하면, 도 2에서 보여지는 바와 같이 내측 피크부(26)는 메인 립(20)의 말단(21)에 상대적으로 더 가깝고, 외측 피크부(27)는 상기 내측 피크부(26)보다 메인 립(20)의 말단(21)에서 더 멀다. 또한, 상기 사선부(28, 29)는 내측 피크부(26) 또는 외측 피크부(27)를 기준으로 좌우 대칭되는 형태로 형성된 제1 사선부(28)와 제2 사선부(29)로 구분된다.

바람직한 실시예에서, 상기 파동형 댐(25)의 연속파는 사인파(sine wave)일 수 있다. 그러나, 본 발명의 오일 씰에서 상기 파동형 댐의 형태는 사인파에 한정되는 것은 아니며, 예컨대, 톱니파 형태일 수도 있다. 상기 파동형 댐(25)이 제2 메인 립 내측면 영역(23)에서 돌출된 두께(PT)는 0.3 내지 0.1mm 일 수 있다.

상기 파동형 댐(25)은 제2 메인 립 내측면 영역(23)에서 끊어진 부분이 없이 이어지고, 특히, 내측 피크부(26)와 그 주변은 샤프트(6)의 외주면(7)에 접촉된다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 먼지, 니수(泥水)와 같은 이물질(DU)이 더스트 립(17)의 말단(18)을 통과하여 제2 메인 립 내측면 영역(23)으로 유입되더라도, 파동형 댐(25)에 가로막혀 메인 립(20)의 말단(21)을 통과하지 못하게 된다. 부연하면, 이물질(DU)이 메인 립 말단(21)과 샤프트 외주면(7) 사이에 끼어 상기 메인 립 말단(21)을 오염시키거나 상기 메인 립 말단(21)과 샤프트 외주면(7) 사이의 틈새를 확장시키지 않으며, 이물질(DU)이 케이스(2)의 내부 공간(5) 측으로 침투하지 않게 된다.

도 3에 실선 화살표로 도시된 바와 같이 샤프트(6)가 축선(CL)을 중심으로 반시계 방향(RD1)으로 회전하는 경우에, 케이스(2) 내부의 오일은 상기 반시계 방향(RD1)의 회전 방향과, 축선(CL)과 평행하고 케이스(2)의 외측을 향한 방향, 즉 Z축 음(-)의 방향의 벡터 합(合) 방향으로 샤프트 외주면(7)에서 나선 궤도를 따라 케이스(2) 내측에서 외측으로 이동한다. 상기 오일의 대부분은 상기 메인 립 말단(21)에 의해 진행이 차단되지만, 일부는 상기 메인 립 말단(21)을 통과하여 제2 메인 립 내측면 영역(23)으로 넘어갈 수 있다.

도 3에서 샤프트(6)가 반시계 방향(RD1)으로 회전하는 경우에 상기 메인 립 말단(21)을 통과하여 제2 메인 립 내측면 영역(23)에 진입한 오일의 이동 방향(PO1)은 실선 화살표로 표시된다. 상기 실선 화살표(PO1)로 도시된 바와 같이, 메인 립 말단(21)을 통과한 오일은 제1 사선부(28)에 가로막히고, 제1 사선부(28)가 내측 피크부(26)를 향해 연장된 방향을 따라 이동하도록 진행 방향이 전환된다. 다시 말해, 메인 립 말단(21)을 통과한 오일이 케이스(2)의 외측으로 누출되지 않고 다시 케이스 내부 공간(5)을 향한 방향으로 이동하도록 펌핑(pumping)된다.

한편, 도 3에 이점 쇄선 화살표로 도시된 바와 같이 샤프트(6)가 축선(CL)을 중심으로 시계 방향(RD2)으로 회전하는 경우에, 케이스(2) 내부의 오일은 상기 시계 방향(RD2)의 회전 방향과, 축선(CL)과 평행하고 케이스(2)의 외측을 향한 방향, 즉 Z축 음(-)의 방향의 벡터 합(合) 방향으로 샤프트 외주면(7)에서 나선 궤도를 따라 케이스(2) 내측에서 외측으로 이동한다. 상기 오일의 대부분은 상기 메인 립 말단(21)에 의해 진행이 차단되지만, 일부는 상기 메인 립 말단(21)을 통과하여 제2 메인 립 내측면 영역(23)으로 넘어갈 수 있다.

도 3에서 샤프트(6)가 시계 방향(RD2)으로 회전하는 경우에 상기 메인 립 말단(21)을 통과하여 제2 메인 립 내측면 영역(23)에 진입한 오일의 이동 방향(PO2)은 이점 쇄선 화살표로 표시된다. 상기 이점 쇄선 화살표(PO2)로 도시된 바와 같이, 메인 립 말단(21)을 통과한 오일은 제2 사선부(29)에 가로막히고, 제2 사선부(29)가 내측 피크부(26)를 향해 연장된 방향을 따라 이동하도록 진행 방향이 전환된다. 다시 말해, 메인 립 말단(21)을 통과한 오일이 케이스(2)의 외측으로 누출되지 않고 다시 케이스 내부 공간(5)을 향한 방향으로 이동하도록 펌핑(pumping)된다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 오일 씰(10)은 연속파 형태로 연장되고 중간에 끊기지 않고 폐곡선을 이루며 이어진 파동형 댐(25)을 구비한다. 따라서, 샤프트(6)가 고속 회전하는 경우에도 신뢰성 있게 이물질(DU)의 침투가 차단되고, 오일의 누출이 차단된다. 또한, 샤프트(6)가 양 방향(RD1, RD2)으로 회전하는 경우에도 신뢰성 있게 오일의 누출이 차단되고 이물질(DU)의 침투가 차단된다.

한편, 상기 파동형 댐(25)은 더스트 립(17)의 내측면(19)까지 확장되지는 않는다. 파동형 댐(25)의 외측 피크부(27)가 상기 더스트 립 내측면(19)까지 확장된다 하더라도 이물질 차단의 효과가 더 향상되거나 오일은 케이스(2)의 내측으로 가압하는 오일 펌핑력(pumping force)이 더 향상되는 등의 추가적인 효과도 기대할 수 없고, 상기 제2 메인 립 내측면 영역(23) 및 더스트 립 내측면 영역(19)에 폐곡선으로 이어진 연속파 패턴(pattern)의 파동형 댐을 형성하기도 쉽지 않기 때문이다.

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.

10: 오일 씰 11: 강체 프레임
15: 고무 부재 17: 더스트 립
20: 메인 립 25: 파동형 댐
26, 27: 피크부 28, 29: 사선부

Claims

케이스(case)와, 상기 케이스의 외부에서 내부로 관통하는 샤프트(shaft) 사이의 누유를 방지하는 오일 씰로서,
강체 프레임; 및, 고무 소재로 형성되고 상기 강체 프레임에 접합 지지되는 것으로, 말단이 상기 샤프트의 외주면에 접촉되도록 중앙 측으로 돌출된 메인 립(main lip), 상기 메인 립보다 상기 케이스의 외측에 더 가깝게 위치하고 말단이 상기 샤프트의 외주면에 접촉되도록 중앙 측으로 돌출된 더스트 립(dust lip), 및 상기 샤프트의 외주면과 마주보는 상기 메인 립의 내측면에서 돌출되고, 연속파(continuous wave) 형태로 연장되고 폐곡선을 이루며 이어진 파동형 댐(wave type dam)을 구비한 고무 부재;를 구비하고,
상기 메인 립의 말단은 상기 샤프트의 축선을 중심으로 하는 원 궤도를 따라 연장되고,
상기 파동형 댐은, 상기 메인 립의 내측면 영역 중에서 상기 메인 립의 말단에서 상기 케이스의 외측으로 확장된 영역에 형성되고, 상기 연속파의 진행 방향이 교번하여 전환되는 피크부(peak portion)와, 인접한 한 쌍의 피크부 사이를 연결하며 상기 샤프트의 길이 방향에 대해 기울어지게 연장되는 사선부를 구비하며,
상기 피크부는 상기 메인 립의 말단에 상대적으로 더 가까운 내측 피크부와, 상기 내측 피크부보다 상기 메인 립의 말단에서 더 먼 외측 피크부로 구분되고,
상기 파동형 댐은 상기 내측 피크부와 그 주변이 상기 샤프트의 외주면에 접촉되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 오일 씰.
제1 항에 있어서,
상기 파동형 댐이 상기 메인 립 내측면에서 돌출된 두께는 0.03 내지 0.1 mm 인 것을 특징으로 하는 오일 씰.
제1 항에 있어서,
상기 파동형 댐은 상기 샤프트의 외주면과 마주보는 상기 더스트 립의 내측면까지 확장되지 않는 것을 특징으로 하는 오일 씰.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 파동형 댐의 연속파는 사인파(sine wave)인 것을 특징으로 하는 오일 씰.