KR102251420B1 - 오일 씰 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

케이스와, 케이스의 외부에서 내부로 관통하는 샤프트 사이의 틈새를 통한 누유를 방지하는 환형의 오일 씰과, 이의 제조 방법이 개시된다. 개시된 오일 씰은, 강체 프레임, 고무 소재로 형성되고 강체 프레임에 접합 지지되는 것으로, 샤프트의 외주면에 탄성 밀착되도록 내측으로 돌출된 메인 립을 구비한 고무 부재, 및 메인 립을 샤프트의 중심 측으로 조여주는 탄성력 보강 스프링을 구비하고, 탄성력 보강 스프링은 고무 부재에 일체로 접합된다.

Description

오일 씰 제조 방법{Method for fabricating oil seal}
본 발명은 케이스를 외부에서 내부로 관통하는 샤프트와 상기 케이스 사이의 틈새를 통한 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 틈새를 통한 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.
도 1은 종래의 일 예에 따른 오일 씰의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 오일 씰(10)은 케이스(case)의 내주면(3)과 샤프트(shaft)의 외주면(7) 사이의 틈을 막아 케이스의 외부에서 내부를 향한 이물질의 침투를 억제하고, 케이스의 내부에서 외부를 향한 누유을 억제하는 링(ring) 형상의 부재이다. 상기 오일 씰(10)은 예컨대, 금속과 같은 강체로 이루어진 강체 프레임(11)과, 고무 소재로 형성되고 상기 강체 프레임(11)에 접합 지지되는 고무 부재(12)를 구비한다. 고무 부재(12)는 상기 샤프트 외주면(7)에 탄성 밀착되도록 내측으로 연장된 메인 립(main lip)(14)을 구비한다.
상기 오일 씰(10)은 상기 메인 립(14)이 상기 샤프트 외주면(7)에 밀착되는 탄성력이 보강되도록 상기 메인 립(14)을 샤프트의 중심 측으로 조여주는 탄성력 보강 스프링(spring)(17)을 더 구비한다. 고무 부재(12)의 메인 립(14) 외주면에는 상기 탄성력 보강 스프링(17)이 안착되도록 단면이 대략 반원 형상으로 파여진 스프링 안착 홈(groove)(15)이 형성된다. 그러나, 상기 오일 씰(10)은 케이스에 조립할 때 가해지는 외력에 의해, 오일 씰(10)이 적용된 장치의 작동 도중에 가해지는 외부 충격이나 샤프트의 회전 또는 승강에 의한 진동에 의해, 또는 오일 씰(10)의 운송 도중에 탄성력 보강 스프링(17)이 스프링 안착 홈(15)에서 분리 이탈될 가능성이 커서, 스프링(17)의 망실(亡失) 가능성이 크고, 오일 씰의 품질에 대한 신뢰성이 낮아지며, 오일 씰의 장착 작업의 생산성이 저하되는 문제가 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2003-0000051호
본 발명은, 메인 립의 탄성력을 보강하는 스프링을 고무 부재에 일체화한 오일 씰과, 상기 오일 씰의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 케이스(case)와, 상기 케이스의 외부에서 내부로 관통하는 샤프트(shaft) 사이의 틈새를 통한 누유를 방지하는 환형의 오일 씰로서, 강체 프레임, 고무 소재로 형성되고 상기 강체 프레임에 접합 지지되는 것으로, 상기 샤프트의 외주면에 탄성 밀착되도록 내측으로 돌출된 메인 립(main lip)을 구비한 고무 부재, 및 상기 메인 립을 상기 샤프트의 중심 측으로 조여주는 탄성력 보강 스프링(spring)을 구비하고, 상기 탄성력 보강 스프링은 상기 고무 부재에 일체로 접합된다.
상기 탄성력 보강 스프링은 상기 고무 부재의 내부에 매몰될 수 있다.
또한 본 발명은, 상기한 오일 씰을 제조하는 방법으로서, 서로 밀착 가능한 상부 코어(core) 및 하부 코어를 구비하고, 상기 상부 코어 및 하부 코어가 밀착되면 상기 오일 씰의 형상에 대응되는 캐비티(cavity)가 형성되는 가류 금형을 준비하는 가류 금형 준비 단계, 상기 상부 코어 및 하부 코어가 이격된 상태에서 상기 탄성력 보강 스프링 및 강체 프레임을 상기 가류 금형에 탑재하고, 상기 상부 코어 및 하부 코어를 밀착하여 상기 캐비티 내에 상기 탄성력 보강 스프링 및 강체 프레임을 삽입 고정하는 탄성력 보강 스프링 및 강체 프레임 삽입 형합 단계, 및 상기 캐비티 내에 용융된 고무 소재를 주입하고 가류하는 가류 성형 단계를 구비하는 오일 씰 제조 방법을 제공한다.
상기 상부 코어 및 하부 코어 중 하나는 상기 탄성력 보강 스프링의 위치가 고정되도록 상기 탄성력 보강 스프링을 접촉 지지하는 복수의 돌기를 구비한 스프링 홀더(holder)를 구비하고, 상기 스프링 홀더의 복수의 돌기는 원 궤도를 따라 등각도 간격으로 배치될 수 있다.
본 발명의 오일 씰은 메인 립의 탄성력을 보강하는 탄성력 보강 스프링이 고무 부재에 일체화되어 있다. 따라서, 탄성력 보강 스프링이 고무 부재에서 이탈 망실되지 않아서 메인 립의 누유 방지 성능이 오랜 기간 유지된다. 즉, 오일 씰의 내구성이 향상되고 품질 신뢰성이 향상된다. 또한, 오일 씰을 장치에 장착할 때 탄성력 보강 스프링의 이탈 염려가 없어서 장착 작업의 생산성이 향상된다.
본 발명의 오일 씰 제조 방법에 의하면, 탄성력 보강 스프링을 고무 부재를 가류 성형한 후 끼우거나 접합하지 않고, 가류 금형 내에 탄성력 보강 스프링을 삽입하여 용융된 고무 소재가 가류될 때 탄성력 보강 스프링이 고무 부재에 매몰됨과 동시에 고무 부재에 일체로 접합된다. 따라서, 오일 씰의 생산성이 향상된다.
도 1은 종래의 일 예에 따른 오일 씰의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 오일 씰의 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 오일 씰 제조 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 오일 씰 및 이의 제조 방법을 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 오일 씰의 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 오일 씰(20)은 강체 프레임(21), 고무 부재(25), 및 탄성력 보강 스프링(42)을 구비한다. 환형의 오일 씰(20)은 케이스와, 케이스의 외부에서 내부로 관통하는 샤프트 사이의 틈새를 통한 누유를 방지한다. 상기 케이스와 샤프트를 구비하는 장치는 예를 들어, 엔진, 변속기, 파워 스티어링 장치, 쇽 업소버 등의 차량내 장치이거나, 세탁기 등의 전기 제품일 수 있다. 구체적인 예로서, 상기 샤프트는 크랭크 샤프트(crank shaft)이고, 상기 케이스는 크랭크 케이스(crank case)일 수 있다.
강체 프레임(21)은 예컨대, 금속과 같은 강체로 이루어진 환형의 부재이다. 강체 프레임(21)은 상기 샤프트와 평행하게 연장되는 케이스 지지부(22)와, 상기 케이스 지지부(22)의 일 측 말단에서 상기 샤프트에 가까워지는 방향으로 절곡 연장된 립 지지부(23)를 구비한다. 따라서, 상기 강체 프레임(21)의 단면의 형상은 대체로 알파벳 'L' 또는 한글 자음 'ㄱ' 및 'ㄴ' 과 유사하다.
상기 고무 부재(25)는 고무 소재로 형성되고 상기 강체 프레임(21)에 접합 지지되는 부재로서, 메인 립(main lip)(30) 및 더스트 립(dust lip)(39)을 구비한다. 메인 립(30)은 상기 샤프트(미도시)의 외주면에 탄성 밀착되도록 내측으로 돌출된다. 메인 립(30)은 상기 케이스(미도시)의 내부 공간에서 상기 케이스의 외부를 향하여 흐르는 예컨대, 윤활제와 같은 오일(oil)의 누유를 방지한다.
더스트 립(39)은 상기 샤프트의 외주면에 접촉되도록 내측으로 돌출된다. 더스트 립(39)은 상기 케이스의 외부에서 상기 내부 공간을 향한 예컨대, 먼지, 미세 입자와 같은 이물질의 침입을 방지한다. 더스트 립(39)과 메인 립(30)의 말단은 오일 씰(20)의 중심 축선(CX1)을 중심으로 하는 원 궤도를 따라 연장된다. 메인 립(30)과 더스트 립(39)은 강체 프레임(21)의 립 지지부(23)의 내측 말단부에 지지된다. 메인 립(30)은 강체 프레임(21)의 립 지지부(23)의 위치보다 상기 케이스의 내부 공간 측으로 더 삽입된 위치에 마련되고, 더스트 립(39)은 상기 메인 립(30)보다 상기 케이스의 외측에 더 가깝게, 즉 케이스의 내부 공간에서 더 멀어지게 위치한다.
탄성력 보강 스프링(42)은 메인 립(30)을 상기 샤프트의 외주면 측으로 탄성 가압한다. 부연하면, 탄성력 보강 스프링(42)은 메인 립(30)의 말단이 상기 샤프트의 외주면에 보다 강하게 탄성 밀착되도록 메인 립(30)을 상기 샤프트의 중심 측, 다시 말해 오일 씰(20)의 중심 축선(CX1) 측으로 조여준다. 탄성력 보강 스프링(42)은 예컨대, 스프링 강(spring steel)과 같은 금속 소재로 이루어진 코일 스프링(coil spring)으로서, 폭이 일정한 나선 궤도를 따라 감겨지며 연장된다. 탄성력 보강 스프링(42)은 일 측 말단과 타 측 말단이 연결되어 링(ring) 형상의 폐곡선을 형성한 상태로 상기 고무 부재(25)에 일체로 접합된다.
탄성력 보강 스프링(42)은 고무 부재(25)의 내부에 매몰된다. 고무 부재(25)는 오일 씰(20)의 방사 방향으로 메인 립(30)의 외측에 상기 탄성력 보강 스프링(42)이 노출되지 않게 가리는 스프링 커버(cover)(33)를 구비한다. 상기 오일 씰(20)은 메인 립(30)의 탄성력을 보강하는 탄성력 보강 스프링(42)이 고무 부재(25)에 일체화되어 있다. 따라서, 탄성력 보강 스프링(42)이 고무 부재(25)에서 이탈 망실되지 않아서 메인 립(30)의 누유 방지 성능이 오랜 기간 유지된다. 즉, 오일 씰(20)의 내구성이 향상되고 품질 신뢰성이 향상된다. 또한, 오일 씰(20)을 케이스와 샤프트를 구비한 장치에 장착할 때 탄성력 보강 스프링(42)의 이탈 염려가 없어서 장착 작업의 생산성이 향상된다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 오일 씰 제조 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다. 도 2 내지 도 4를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 오일 씰(20)의 제조 방법은, 가류 금형 준비 단계(S10), 탄성력 보강 스프링 및 강체 프레임 삽입 형합 단계(S10), 가류 성형 단계(S30), 및 형개 및 취출 단계(S40)를 구비한다. 가류 금형 준비 단계(S10)는 오일 씰(20)을 가류 성형하기 위한 가류 금형(50)을 준비하는 단계이다.
가류 금형(50)은 서로 밀착 및 분리 가능한 상부 코어(core)(51) 및 하부 코어(70)를 구비한다. 도 4에 도시된 바와 같이 상부 코어(51)와 하부 코어(70)가 밀착된 경우에 가류 금형(50)이 형합(型合)되었다고 하고, 도 3에 도시된 바와 같이 상부 코어(51)와 하부 코어(70)가 분리 이격된 경우에 가류 금형(50)이 형개(型開)되었다고 한다. 통상적으로 상부 코어(51)를 포함하는 상부 금형은 고정되어 있고, 하부 코어(70)를 포함하는 하부 금형이 상기 상부 금형에 대해 상하로 이동하여 가류 금형(50)이 형합 또는 형개되지만, 이와 반대로, 하부 코어(70)를 포함하는 하부 금형이 고정되어 있고, 상부 코어(51)를 포함하는 상부 금형(51)이 상기 하부 금형에 대해 상하로 이동하여 가류 금형(50)이 형합 또는 형개될 수도 있다.
상부 코어(51)와 하부 코어(70)가 밀착되면, 즉 형합되면 도 4에 도시된 바와 같이 오일 씰(20)의 형상에 대응되는 캐비티(CA)가 형성된다. 상부 코어(51)에는 가류 금형(50)이 형합되었을 때 캐비티(CA) 내에서 탄성력 보강 스프링(42)의 위치가 고정되도록 탄성력 보강 스프링(42)을 접촉 지지하는 스프링 홀더(holder)(56)를 구비한다. 상기 스프링 홀더(56)는 탄성력 보강 스프링(42)의 외측면, 하측면, 및 상측면을 접촉 지지하는 복수의 외측면 지지 돌기(57), 복수의 하측면 지지 돌기(58), 및 복수의 상측면 지지 돌기(59)를 구비한다.
복수의 외측면 지지 돌기(57), 복수의 하측면 지지 돌기(58), 및 복수의 상측면 지지 돌기(59)는 각각, 가류 금형(50) 내에서 가류 성형되는 오일 씰(20)의 중심 축선(CX1)에 대응되는 가류 금형(50)의 가상의 중심 축선(CX2)을 중심으로 하는 원 궤도를 따라 등각도 간격으로 배치된다. 예를 들어, 복수의 외측면 지지 돌기(57), 복수의 하측면 지지 돌기(58), 및 복수의 상측면 지지 돌기(59)는 각각, 4개씩 구비되고, 90° 간격으로 배치될 수 있다.
또한, 상부 코어(51)에는 가류 금형(50)이 형합되었을 때 캐비티(CA) 내에서 강체 프레임(21)이 고정되도록 강체 프레임(21)의 립 지지부(23)에 밀착되는 복수의 프레임 고정 상측 돌기(54)가 구비된다. 상기 복수의 프레임 고정 상측 돌기(54)는 상기 가류 금형(50)의 가상의 중심 축선(CX2)을 중심으로 하는 원 궤도를 따라 등각도 간격으로 배치된다. 각각의 프레임 고정 상측 돌기(54)는 하부 코어(51)를 향해 아래로 돌출된다.
하부 코어(70)에도 가류 금형(50)이 형합되었을 때 캐비티(CA) 내에서 강체 프레임(21)이 고정되도록 강체 프레임(21)의 립 지지부(23)에 밀착되는 복수의 프레임 고정 하측 돌기(72)가 구비된다. 상기 복수의 프레임 고정 하측 돌기(72)는 상기 가류 금형(50)의 가상의 중심 축선(CX2)을 중심으로 하는 원 궤도를 따라 등각도 간격으로 배치된다. 복수의 프레임 고정 상측 돌기(54)와 복수의 프레임 고정 하측 돌기(72)는 같은 개수가 구비되고, 상하 방향으로 서로 같은 각도 상에 배치된다.
탄성력 보강 스프링 및 강체 프레임 삽입 형합 단계(S20)는, 상부 코어(51) 및 하부 코어(70)가 이격된 상태에서 탄성력 보강 스프링(42) 및 강체 프레임(21)을 가류 금형(50)에 탑재하고, 상부 코어(51) 및 하부 코어(70)를 밀착하여 상기 캐비티(CA) 내에 탄성력 보강 스프링(42) 및 강체 프레임(21)을 삽입 고정하는 단계이다. 구체적으로, 금형 작업자는 탄성력 보강 스프링(42)을 상부 코어(51)에서 메인 립(30)의 형상을 한정하는 홈(groove)의 입구(60)를 통해 상기 홈으로 끼워 넣고, 상기 스프링 홀더(56)의 복수의 지지 돌기(57, 58, 59)에 접촉 지지할 수 있다.
또한, 상기 탄성 보강 스프링 및 강체 프레임 삽입 형합 단계(S20)에서 상기 복수의 프레임 고정 하측 돌기(72)에 상기 립 지지부(23)가 접촉 지지되도록 강체 프레임(21)을 하부 코어(70)에 올리고, 가류 금형(50)을 형합하여 상부 코어(51)와 하부 코어(70)를 밀착시키면, 복수의 프레임 고정 상측 돌기(54)에 상기 립 지지부(23)의 상측면이 밀착되고 복수의 프레임 고정 하측 돌기(72)에 상기 립 지지부(23)의 하측면이 밀착되어서, 상기 캐비티(CA) 내에서 강체 프레임(21)이 고정된다. 다시 말해, 상기 복수의 프레임 고정 상측 돌기(54) 및 복수의 프레임 고정 하측 돌기(72)에 강체 프레임(21)이 물려서 고정된다.
가류 성형 단계(S30)는 상기 캐비티(CA) 내에 용융된 고무 소재를 주입하고 가류하여 고무 부재(25)를 성형하는 단계이다. 가류 성형 단계(S30)를 통해 메인 립(30)과 더스트 립(39) 뿐만 아니라, 탄성력 보강 스프링(42)를 노출되지 않게 덮는 스프링 커버(33)도 성형된다. 고무 부재(25) 내에서 상기 메인 립(30)과 스프링 커버(33)에 의해 한정되는 공간 속에 탄성력 보강 스프링(42)이 매립된다.
캐비티(CA)에 주입된 용융된 고무 소재는 복수의 외측면 지지 돌기(57), 복수의 하측면 지지 돌기(58), 및 복수의 상측면 지지 돌기(59)에 막혀서 그 부분에 채워지지 않고 가류된다. 이로 인해, 고무 부재(25)에는 상기 복수의 외측면 지지 돌기(57)에 대응되는 복수의 외측면 지지 돌기 홀(hole)(35), 복수의 하측면 지지 돌기(58)에 대응되는 복수의 하측면 지지 돌기 홀(36), 및 복수의 상측면 지지 돌기(59)에 대응되는 복수의 상측면 지지 돌기 홀(37)이 형성된다.
또한, 캐비티(CA)에 주입된 용융된 고무 소재는 복수의 프레임 고정 상측 돌기(54) 및 복수의 프레임 고정 하측 돌기(72)에 막혀서 그 부분에 채워지지 않고 가류된다. 이로 인해, 고무 부재(25)에는 상기 복수의 프레임 고정 상측 돌기(54)에 대응되는 복수의 프레임 고정 상측 돌기 홀(hole)(29), 및 복수의 프레임 고정 하측 돌기(72)에 대응되는 복수의 프레임 고정 하측 돌기 홀(28)이 형성된다.
형개 및 취출 단계(S40)는 고무 부재(25)가 가류 성형된 후에 가류 금형(50)을 형개하고, 다시 말해 상부 코어(51)와 하부 코어(70)를 분리 이격하고, 성형된 오일 씰(20)을 가류 금형(50)에서 취출하는 단계이다. 가류 금형(50)이 형개되면 성형된 오일 씰(20)은 상부 코어(51)에 부착된다. 고무 부재(25)는 탄성 수축이 가능하므로, 금형 작업자는 상기 메인 립(30)의 형상을 한정하는 홈(groove)의 입구(60)를 통해 메인 립(30), 스프링 커버(33), 및 탄성력 보강 스프링(42)를 상기 메인 립(30)의 형상을 한정하는 홈에서 빼내고, 오일 씰(20)을 상부 금형(51)에서 분리할 수 있다.
이상에서 설명한 오일 씰 제조 방법에 의하면, 탄성력 보강 스프링(42)을 고무 부재(25)를 가류 성형한 후 끼우거나 접합하지 않고, 탄성력 보강 스프링(42)을 가류 금형(50) 내에 삽입하여 용융된 고무 소재가 가류될 때 탄성력 보강 스프링(42)이 고무 부재(25)에 매몰됨과 동시에 고무 부재(25)에 일체로 접합된다. 따라서, 오일 씰(20)의 생산성이 향상된다.
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.
20: 오일 씰 21: 강체 프레임
25: 고무 부재 42: 탄성력 보강 스프링
50: 가류 금형 51: 상부 코어
56: 스프링 홀더 54: 프레임 고정 상측 돌기
70: 하부 코어 72: 프레임 고정 하측 돌기

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 케이스(case)와 상기 케이스의 외부에서 내부로 관통하는 샤프트(shaft) 사이의 틈새를 통한 누유를 방지하는 것으로, 강체 프레임, 고무 소재로 형성되고 상기 강체 프레임에 접합 지지되며, 상기 샤프트의 외주면에 탄성 밀착되도록 내측으로 돌출된 메인 립(main lip)을 구비한 고무 부재, 및 상기 메인 립을 상기 샤프트의 중심 측으로 조여주는 탄성력 보강 스프링(spring)을 구비하고, 상기 탄성력 보강 스프링이 상기 고무 부재에 일체로 접합된 오일 씰을 제조하는 방법으로서,
    서로 밀착 가능한 상부 코어(core) 및 하부 코어를 구비하고, 상기 상부 코어 및 하부 코어가 밀착되면 상기 오일 씰의 형상에 대응되는 캐비티(cavity)가 형성되는 가류 금형을 준비하는 가류 금형 준비 단계;
    상기 상부 코어 및 하부 코어가 이격된 상태에서 상기 탄성력 보강 스프링 및 강체 프레임을 상기 가류 금형에 탑재하고, 상기 상부 코어 및 하부 코어를 밀착하여 상기 캐비티 내에 상기 탄성력 보강 스프링 및 강체 프레임을 삽입 고정하는 탄성력 보강 스프링 및 강체 프레임 삽입 형합 단계; 및,
    상기 캐비티 내에 용융된 고무 소재를 주입하고 가류하는 가류 성형 단계;를 구비하고,
    상기 상부 코어 및 하부 코어 중 하나는 상기 탄성력 보강 스프링의 위치가 고정되도록 상기 탄성력 보강 스프링을 접촉 지지하는 복수의 돌기를 구비한 스프링 홀더(holder)를 구비하고,
    상기 스프링 홀더의 복수의 돌기는 원 궤도를 따라 등각도 간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 오일 씰 제조 방법.
  4. 삭제
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