KR102348134B1 - 오일 씰 및 이를 구비한 장치 - Google Patents

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Abstract

통공이 형성된 케이스와, 통공을 관통하는 샤프트 사이의 누유를 방지하는 오일 씰, 및 이를 구비한 장치가 개시된다. 개시된 오일 씰은, 통공을 한정하는 내주면에 밀착 고정되는 강체 프레임, 및 고무 소재로 형성되고 강체 프레임에 접합 지지되는 것으로, 샤프트의 외주면에 탄성 밀착되도록 내측으로 돌출된 메인 립을 구비한 고무 부재를 구비한다. 강체 프레임은, 메인 립을 지지하도록 샤프트의 외주면을 향해 연장된 립 지지부, 외주면이 통공의 내주면에 밀착 고정되는 케이스 고정부, 및 케이스 고정부와 이어지며, 케이스 고정부의 외주면보다 더 외측으로 돌출되도록 탄성 바이어스된 복수의 후크를 구비한다.

Description

오일 씰 및 이를 구비한 장치{Oil seal and apparatus with the same}
본 발명은 케이스를 외부에서 내부로 관통하는 샤프트와 상기 케이스 사이의 누유 및 이물질 침투를 방지하는 오일 씰(oil seal)에 관한 것이다.
예컨대, 차량의 엔진, 변속기, 파워 스티어링(power steering) 장치뿐만 아니라, 차량 외의 일반 기계 장치에서도 케이스(case)와 상기 케이스의 외부에서 내부로 관통하는 샤프트(shaft) 사이의 누유 및 이물질 침투를 방지하는 오일 씰이 구비된다. 오일 씰은 설치되는 환경에 따라 형태와 재질이 다르게 설계될 수 있는데, 케이스 내부의 압력이 3 bar 이상인 고압 환경의 유압 장치에 설치되는 오일 씰도 있다.
케이스 내부의 압력이 고압인 경우 오일 씰을 구비한 장치의 작동 중에 오일 씰을 통해 압력 손실이 발생할 수도 있고, 심한 경우에는 오일 씰이 케이스에서 분리 이탈될 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2003-0000051호
본 발명은, 케이스 내부의 압력이 고압인 경우에도 케이스 내부의 압력 손실이나 오일 씰의 분리 이탈이 발생하지 않는 오일 씰 및 이를 구비한 장치를 제공한다.
본 발명은, 통공이 형성된 케이스(case)와, 상기 통공을 관통하는 샤프트(shaft) 사이의 누유를 방지하는 오일 씰로서, 상기 통공을 한정하는 내주면에 밀착 고정되는 강체 프레임, 및 고무 소재로 형성되고 상기 강체 프레임에 접합 지지되는 것으로, 상기 샤프트의 외주면에 탄성 밀착되도록 내측으로 돌출된 메인 립(main lip)을 구비한 고무 부재를 구비하고, 상기 강체 프레임은, 상기 메인 립을 지지하도록 상기 샤프트의 외주면을 향해 연장된 립 지지부, 외주면이 상기 통공의 내주면에 밀착 고정되는 케이스 고정부, 및 상기 케이스 고정부와 이어지며, 상기 케이스 고정부의 외주면보다 더 외측으로 돌출되도록 탄성 바이어스(elastic bias)된 복수의 후크(hook)를 구비하는 오일 씰(oil seal)을 제공한다.
상기 케이스 고정부는 상기 케이스의 외부를 향해 연장되고, 상기 후크는, 상기 케이스 고정부 말단의 모서리에서 상기 케이스의 내부를 향해 연장되고 서로 이격된 한 쌍의 슬릿(slit)과, 상기 한 쌍의 슬릿의 말단을 잇는 접음선에 의해 상기 케이스 고정부와 구분되고, 상기 후크는 상기 접음선을 따라 상기 케이스 고정부의 외주면보다 더 외측으로 돌출되게 외측으로 접힐 수 있다.
상기 고무 부재는 상기 통공의 내주면에 탄성 밀착되는 탄성 밀착부를 더 구비하고, 상기 케이스 고정부가 상기 탄성 밀착부보다 상기 케이스의 외부에 더 가깝게 위치할 수 있다.
상기 강체 프레임은, 상기 탄성 밀착부를 접합 지지하는 부분으로, 상기 케이스 고정부와 이어지고 상기 통공의 내주면에서 이격되게 경사지며 연장된 경사 연장부를 더 구비할 수 있다.
또한 본 발명은, 통공이 형성된 케이스, 상기 통공을 관통하는 샤프트, 및 상기 통공을 한정하는 내주면에 밀착 고정되어 상기 통공의 내주면과 상기 샤프트의 외주면 사이의 누유를 방지하는, 상기한 본 발명의 오일 씰을 구비하고, 상기 통공의 내주면에는 상기 복수의 후크가 안착되는 후크 안착 홈(groove)이 형성되고, 상기 오일 씰이 상기 통공의 내주면에 밀착 고정되도록 진입하는 방향과 반대 방향으로 빠져 나가지 못하도록, 상기 통공의 내주면에는 상기 후크 안착 홈에 안착된 후크가 걸리는 단턱이 형성될 수 있다.
상기 오일 씰은 상기 케이스의 외부로부터 상기 통공에 끼워져서 상기 통공의 내주면에 밀착 고정될 수 있다.
본 발명의 오일 씰을 구비한 장치는, 케이스의 통공 내주면에 형성된 후크 안착 홈에 오일 씰의 복수의 후크가 안착되면, 상기 복수의 후크가 상기 통공 내주면에 형성된 단턱에 걸려서 상기 오일 씰이 케이스의 외부로 이탈되지 않는다. 따라서, 케이스 내부의 압력이 3 bar 이상인 유압 장치의 경우에도 케이스 내부의 압력 손실이나 오일 씰의 분리 이탈이 발생하지 않는다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오일 씰은 케이스의 외부로부터 케이스의 통공에 끼워져서 상기 통공의 내주면에 밀착 고정된다. 즉, 본 발명의 오일 씰은 케이스에 용이하게 장착할 수 있으면서도, 후크가 단턱에 의해 가로막혀서 케이스의 외부로 분리 이탈되지 않는다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 오일 씰의 사시도로서, 도 1은 위에서 본 그림이고, 도 2는 아래에서 본 그림이다.
도 3은는 도 1 및 도 2의 오일 씰을 구비한 장치의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 오일 씰 및 이를 구비한 장치를 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 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 오일 씰의 사시도로서, 도 1은 위에서 본 그림이고, 도 2는 아래에서 본 그림이고, 도 3은는 도 1 및 도 2의 오일 씰을 구비한 장치의 단면도이다. 도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 오일 씰(20)을 구비한 장치(1)는, 내주면(5)에 의해 한정되는 통공이 형성된 케이스(case)(2)와, 상기 케이스(2)의 통공을 관통하는 샤프트(shaft)(10)와, 상기 통공의 내주면(5)에 밀착 고정된 오일 씰(20)을 구비한다.
상기 오일 씰(20)은 상기 내주면(5)과 상기 샤프트(10)의 외주면(11) 사이에서 상기 케이스(2)의 내부에서 외부를 향한 누유를 방지하고, 상기 케이스(2)의 외부에서 내부를 향한 이물질의 침투를 차단한다. 상기 오일 씰(20)을 구비한 장치(1)는 케이스(2)의 내부 공간(9)의 압력이 3 bar 이상인 유압 장치일 수 있다.
오일 씰(20)은 강체 프레임(21), 고무 부재(40), 및 메인 립 보강 스프링(51)을 구비한다. 강체 프레임(21)은 예컨대, 스테인레스스틸(stainless steel)과 같은 강체(rigid)로 이루어진 링(ring) 형상의 부재로서, 상기 케이스(2)의 내주면(5)에 밀착 고정된다. 상기 고무 부재(40)는 고무 소재로 형성되고 상기 강체 프레임(21)에 접합 지지되는 부재로서, 메인 립(main lip)(41), 더스트 립(dust lip)(43), 중간부(47), 및 외주부(48)를 구비한다.
메인 립(41)은 말단(42)이 샤프트(10)의 외주면(11)에 탄성 밀착되도록 내측으로, 즉 샤프트(10)의 중심 축선(CX)을 향한 방향으로 돌출된다. 메인 립(41)은 케이스(2)의 내부 공간(9)에서 케이스(2)의 외부를 향하여 흐르는 예컨대, 윤활제와 같은 오일(oil)의 누유를 막는다. 더스트 립(43)은 말단(44)이 샤프트(10)의 외주면(11)에 접촉되도록 상기 중심 축선(CX)을 향한 방향으로 돌출된다. 더스트 립(43)은 케이스(2)의 외부에서 상기 내부 공간(9)을 향한 예컨대, 먼지, 미세 입자와 같은 이물질의 침투를 막는다. 메인 립(41)과 더스트 립(43)의 말단(42, 44)은 상기 중심 축선(CX)을 중심으로 하는 원 궤도를 따라 연장된다.
더스트 립(43)과 메인 립(41)은 서로 이격되게 위치하며, 더스트 립(43)이 메인 립(41)보다 케이스(2)의 외부에 더 가깝게, 즉 케이스(2)의 내부 공간(9)에서 더 멀게 위치한다. 메인 립 보강 스프링(51)은, 고무 부재(40)에 장착되어 메인 립(41)을 샤프트(10)의 외주면(11) 측으로 탄성 가압한다. 메인 립 보강 스프링(51)은 메인 립(41)의 말단(42)이 샤프트(10)의 외주면(11)에 보다 강하게 탄성 밀착되도록 메인 립(41)을 상기 중심 축선(CX) 측으로 조여준다. 이로 인해 메인 립(41)의 말단(42)이 약간 마모되더라도 메인 립(41)과 샤프트(10)의 외주면(11) 사이에 간섭이 계속 유지되고, 누유 방지 성능이 신뢰성 있게 유지된다. 고무 부재(40)의 메인 립(41) 외주면에는 상기 메인 립 보강 스프링(51)이 안착되도록 단면이 대략 반원 형상으로 파여진 스프링 안착 홈(groove)이 형성된다.
강체 프레임(21)은 금속판이 정해진 형상으로 굴곡되고 절개되도록 상기 금속판을 프레스 가공하여 제조되며, 립 지지부(22), 케이스 고정부(30), 경사 연장부(27), 중간 절곡부(24), 및 복수의 후크(hook)(33)를 구비한다. 립 지지부(22)는 메인 립(41)과 더스트 립(43)을 지지하도록 샤프트(10)의 외주면(11)을 향해 연장된다. 케이스 고정부(30)는 외주면(31)이 상기 내주면(5)에 밀착 고정되며 말단 모서리(32)가 케이스(2)의 외부를 향하도록 상기 케이스(2)의 외부를 향해 연장된 파이프(pipe) 형상의 부분이다.
상기 고무 부재(40)의 외주부(48)는 상기 케이스(2)의 통공을 한정하는 내주면(5)에 탄성 밀착되는 부분이다. 상기 강체 프레임(21)의 경사 연장부(27)는 상기 고무 부재(40)의 외주부(48)를 접합 지지하는 부분으로, 상기 케이스 고정부(30)와 이어지고, 상기 중심 축선(CX)과 평행하게 케이스(2) 내부로 갈수록 상기 내주면(5)에서 이격되게 경사지며 연장된다. 상기 강체 프레임(21)의 중간 절곡부(24)는 상기 립 지지부(22)와 경사 연장부(27)를 이어주는, 알파벳 L 자 형상의 종단면 형상을 갖는 부분이다. 상기 고무 부재(40)의 중간부(47)는 상기 중간 절곡부(24)를 덮으면서 상기 외주부(48)와 메인 립(41) 및 더스트 립(43)을 이어주는 부분이다.
상기 오일 씰(20)을 구비한 장치(1)가 동작하면 케이스(2), 샤프트(10), 및 오일 씰(20)의 온도가 상승하여 케이스(2)와 강체 프레임(21)이 열 팽창하면서, 강체 프레임(21)의 케이스 고정부(30)의 외주면(31)이 케이스(2)의 내주면(5)에 더욱 강하게 밀착 고정된다. 이로 인해, 상기 케이스(2)의 내주면(5)과 케이스 고정부(30)의 외주면(31) 사이를 통한 압력 손실이 억제된다. 게다가, 상기 고무 부재(40)의 외주부(48)가 상기 케이스 고정부(30)보다 상기 케이스(2)의 내부 공간(9)에 더 가깝게 위치하여, 다시 말해 상기 케이스 고정부(30)가 상기 외주부(48)보다 상기 케이스(2)의 외부에 더 가깝게 위치하여 고무 소재가 빈틈 없이 상기 내주면(5)에 탄성 밀착되므로, 상기 내주면(5)과 상기 외주부(48) 및 케이스 고정부(30) 사이를 통한 압력 손실이 더욱 신뢰성있게 방지된다.
상기 복수의 후크(33)는 상기 케이스 고정부(30)와 이어지며, 상기 케이스 고정부(30)의 외주면(31)보다 더 외측으로 돌출되도록 탄성 바이어스(elastic bias)된다. 다시 말해, 샤프트(10)의 중심 축선(CX)에서 후크(33)의 외측 말단(33t)까지의 거리(HR)가, 상기 중심 축선(CX)에서 상기 케이스 고정부(30)의 외주면(31)까지의 거리 및 상기 중심 축선(CX)에서 상기 내주면(5)까지의 거리(IR)보다 크다.
도시된 실시예에서 복수의 후크(33)는 상기 중심 축선(CX)을 기준으로 90° 간격으로 4개가 구비되지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대, 2개, 3개, 6개, 또는 10개일 수 있다. 각각의 후크(33)는, 케이스 고정부(30)의 말단의 모서리(32)에서 케이스(2)의 내부를 향한 방향으로 상향 연장되고 서로 이격된 한 쌍의 슬릿(slit)(34)과, 상기 한 쌍의 슬릿(34)의 말단(34p)을 잇는 접음선(35)에 의해, 주변의 케이스 고정부(30)와 구분된다. 상기 후크(33)는 상기 접음선(35)을 따라 상기 케이스 고정부(30)의 외주면(31)보다 더 돌출되게 외측으로 접히도록 소성 변형되어 형성된다. 그리고, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 후크(33)의 두께는 일정하고, 상기 후크(33)의 두께와 상기 케이스 고정부(30)의 두께는 같다.
상기 케이스(2)의 통공을 한정하는 내주면(5)에는 상기 복수의 후크(33)가 안착되는 후크 안착 홈(groove)(6)이 형성된다. 상기 후크 안착 홈(6)은 케이스(2)의 외부에 가까워질수록 상기 중심 축선(CX)과 멀어지는 방향으로 경사진 경사면(7)과, 상기 경사면(7)과 절곡되게 상기 경사면(7) 아래에 이어진 단턱(8)을 구비한다. 상기 후크(33)가 상기 후크 안착 홈(6)에 안착되면, 상기 접음선(35)에서 후크(33)의 외측 말단(33t) 사이의 후크(33)의 외측면은 상기 경사면(7)과 마주보게 된다. 또한, 상기 후크(33)가 상기 후크 안착 홈(6)에 안착되면, 상기 후크(33)의 외측 말단(33t)이 상기 단턱(8)에 걸리게 된다.
이로 인해, 상기 후크(33)가 상기 후크 안착 홈(6)에 안착되면서 상기 오일 씰(20)이 케이스(2)의 내주면(5)에 밀착 고정된 이후에는 상기 오일 씰(20)은 상기 내주면(5)에 밀착 고정되도록 진입하는 방향과 반대 방향으로 빠져 나가지 못하게 된다. 본 발명의 실시예에 따른 오일 씰(20)은 케이스(2)의 외부에서 상기 케이스(2)의 통공과 일렬로 정렬되고, 화살표 LD 로 나타낸 바와 같이 상기 케이스(2)의 외부에서 내부 공간(9)을 향한 방향으로 밀어서 상기 케이스(2)의 통공에 끼워지며 상기 케이스(2)의 내주면(5)에 밀착 고정된다. 다시 말해서, 상기 오일 씰(20)은 케이스(2)의 외부로부터 상기 케이스(2)의 통공에 접근하여 내주면(5)에 끼울 수 있어서 장착이 용이하면서도, 일단 상기 내주면(5)에 고정 설치되면 복수의 후크(33)가 상기 단턱(8)에 걸려서 케이스(2)의 내부 공간(9)의 압력이 3 bar 이상의 고압이더라도 오일 씰(20)이 상기 통공의 내주면(5)에서 분리 이탈되지 않는다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 상기 후크 안착 홈(6)은 상기 중심 축선(CX)을 중심으로 한 원 궤도를 따라 이어지게 상기 내주면(5)에서 파여진 링(ring) 형상의 홈일 수 있다. 이처럼 링 형상의 후크 안착 홈(6)을 형성하는 것이, 복수의 후크(33)에 대응되게 이격된 복수의 후크 안착 홈을 형성하는 것보다 기계 가공이 용이하다. 또한, 후크 안착 홈을 기계 가공하지 않고 다이캐스팅 성형만으로 케이스(2)를 형성하는 경우에도, 링 형상의 후크 안착 홈(6)을 형성하는 것이 이격된 복수의 후크 안착 홈을 형성하는 것보다 용융된 금속 소재를 절약할 수 있다. 또한, 오일 씰(20)을 상기 케이스(2)의 내주면(5)에 설치할 때에도 복수의 후크(33)와 복수의 후크 안착 홈을 일대일로 대응되게 정렬할 필요가 없어 설치 작업도 더 용이하다.
이상에서 설명한 오일 씰(20)을 구비한 장치(1)는, 케이스(2)의 통공 내주면(5)에 형성된 후크 안착 홈(6)에 오일 씰(20)의 복수의 후크(33)가 안착되면, 상기 복수의 후크(33)가 상기 통공 내주면(5)에 형성된 단턱(8)에 걸려서 상기 오일 씰(20)이 케이스(2)의 외부로 이탈되지 않는다. 따라서, 케이스(2) 내부의 압력이 3 bar 이상인 유압 장치의 경우에도 케이스(2) 내부의 압력 손실이나 오일 씰(20)의 분리 이탈이 발생하지 않는다.
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.
5: 케이스 6: 후크 안착 홈
20: 오일 씰 21: 강체 프레임
30: 케이스 고정부 33: 후크
40: 고무 부재 48: 탄성 밀착부

Claims (6)

  1. 통공이 형성된 케이스(case)와, 상기 통공을 관통하는 샤프트(shaft) 사이의 누유를 방지하는 오일 씰로서,
    상기 통공을 한정하는 내주면에 밀착 고정되는 강체 프레임; 및, 고무 소재로 형성되고 상기 강체 프레임에 접합 지지되는 것으로, 상기 샤프트의 외주면에 탄성 밀착되도록 내측으로 돌출된 메인 립(main lip)을 구비한 고무 부재;를 구비하고,
    상기 강체 프레임은 금속판이 굴곡되고 절개되도록 상기 금속판을 프레스 가공하여 제조되며,
    상기 강체 프레임은, 상기 메인 립을 지지하도록 상기 샤프트의 외주면을 향해 연장된 립 지지부, 외주면이 상기 통공의 내주면에 밀착 고정되는 케이스 고정부, 및 상기 케이스 고정부와 이어지며, 상기 케이스 고정부의 외주면보다 더 외측으로 돌출되도록 탄성 바이어스(elastic bias)된 복수의 후크(hook)를 구비하고,
    상기 케이스 고정부는 상기 케이스의 외부를 향해 연장되고,
    상기 후크는, 상기 케이스 고정부 말단의 모서리에서 상기 케이스의 내부를 향해 연장되고 서로 이격된 한 쌍의 슬릿(slit)과, 상기 한 쌍의 슬릿의 말단을 잇는 접음선에 의해 상기 케이스 고정부와 구분되고,
    상기 후크는 상기 접음선을 따라 상기 케이스 고정부의 외주면보다 더 외측으로 돌출되게 외측으로 접히도록 소성 변형되어 형성되고,
    상기 후크의 두께는 일정하고, 상기 후크와 상기 케이스 고정부의 두께는 같은 것을 특징으로 하는 오일 씰(oil seal).
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 통공이 형성된 케이스; 상기 통공을 관통하는 샤프트; 및, 상기 통공을 한정하는 내주면에 밀착 고정되어 상기 통공의 내주면과 상기 샤프트의 외주면 사이의 누유를 방지하는 제1 항의 오일 씰;을 구비하고,
    상기 통공의 내주면에는 상기 복수의 후크가 안착되는 후크 안착 홈(groove)이 형성되고,
    상기 오일 씰이 상기 통공의 내주면에 밀착 고정되도록 진입하는 방향과 반대 방향으로 빠져 나가지 못하도록, 상기 통공의 내주면에는 상기 후크 안착 홈에 안착된 후크가 걸리는 단턱이 형성된 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 오일 씰은 상기 케이스의 외부로부터 상기 통공에 끼워져서 상기 통공의 내주면에 밀착 고정되는 것을 특징으로 하는 장치.
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