KR102437869B1 - 시일 및 시일 기구 - Google Patents

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KR102437869B1
KR102437869B1 KR1020170122295A KR20170122295A KR102437869B1 KR 102437869 B1 KR102437869 B1 KR 102437869B1 KR 1020170122295 A KR1020170122295 A KR 1020170122295A KR 20170122295 A KR20170122295 A KR 20170122295A KR 102437869 B1 KR102437869 B1 KR 102437869B1
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shaft
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야스노부 오가사와라
나오키 모모이
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나부테스코 가부시키가이샤
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Abstract

본 출원은, 소정의 회전축을 둘러싸는 시일 부재와, 상기 시일 부재에 의해 미끄럼 접촉되는 슬리브부와, 상기 슬리브부로부터 상기 회전축을 향하여 돌출되는 플랜지부를 포함하는 슬링거를 구비하는 시일을 개시한다.

Description

시일 및 시일 기구{SEAL AND SEAL MECHANISM}
본 발명은 장치 내에 수용된 유체의 유출이나 장치 내에의 유체의 유입을 방지하기 위한 시일 기술에 관한 것이다.
시일은, 여러가지 기술분야에서 이용된다. 시일이 내장된 장치가, 고속으로 회전하면, 또는, 메인터넌스 작업 없이, 장기간에 걸쳐서 가동되면, 시일과 장치의 표면 사이의 경계에서의 높은 내마모성이 요구된다. 시일이 내장된 장치가, 부식성의 기체 또는 액체가 충만한 환경 하에서 사용되면, 시일과 장치의 표면 사이에서의 높은 내부식성이 요구된다. 일본 특허 공개 제2016-84911호 공보는, 높은 내마모성 및/또는 내부식성이 요구되는 사용 환경 하에서 바람직하게 이용될 수 있는 기술을 개시한다.
일본 특허 공개 제2016-84911호 공보는, 시일 부재와 시일 부재에 둘러싸인 슬링거를 갖는 시일을 개시한다. 슬링거는, 샤프트를 둘러싸는 슬리브와, 샤프트를 둘러싸는 하우징을 향하여 구부러진 플랜지를 포함한다. 플랜지는, 슬링거의 강성을 향상시키므로, 작업자가, 시일을 장치에 내장할 때에 시일에 힘을 가해도, 시일은, 변형되기 어렵다.
일본 특허 공개 제2016-84911호 공보의 기술은, 플랜지와 하우징 사이의 접촉을 피하기 위해서, 대형의 하우징을 필요로 한다. 따라서, 일본 특허 공개 제2016-84911호 공보의 기술은, 소형화가 요구되는 장치에는 부적합하다.
본 발명은 소형화가 요구되는 장치에 바람직하게 적용 가능한 시일 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 국면에 관한 시일은, 소정의 회전축을 둘러싸는 시일 부재와, 상기 시일 부재에 의해 미끄럼 접촉되는 슬리브부와, 상기 슬리브부로부터 상기 회전축을 향하여 돌출되는 플랜지부를 포함하는 슬링거를 구비한다.
본 발명의 다른 국면에 관한 시일 기구는, 상술한 시일과, 상기 슬리브부에 의해 둘러싸이는 외주면을 갖는 샤프트 부재를 구비한다. 상기 플랜지부는, 상기 외주면으로부터 오목해지도록 마련된 오목부에 의해 형성되는 공간에 수용된다.
상술한 시일 기술은, 소형화가 요구되는 장치에 바람직하게 적용 가능하다.
도 1은, 예시적인 시일 기구의 개략적인 단면도이다.
도 1은, 예시적인 시일 기구(100)의 개략적인 단면도이다. 도 1을 참조하여, 시일 기구(100)가 설명된다.
시일 기구(100)는 시일(200)과, 샤프트 부재(300)와, 하우징(400)을 구비한다. 시일(200), 샤프트 부재(300) 및 하우징(400)은 장치의 일부를 형성한다. 장치는, 감속기여도 되고, 다른 장치여도 된다. 본 실시 형태의 원리는, 시일 기구(100)가 구축되는 특정한 장치에 한정되지 않는다.
샤프트 부재(300)는 소정의 회전축(RAX) 상에 배치된다. 샤프트 부재(300)는 원기둥 상의 부재여도 되고, 원통형의 부재여도 된다. 본 실시 형태의 원리는, 샤프트 부재(300)의 특정한 형상에 한정되지 않는다.
회전축(RAX)은, 샤프트 부재(300)의 중심축에 상당한다. 하우징(400)은 샤프트 부재(300)와 대략 동축이 되도록, 당해 샤프트 부재(300)의 직경 방향(도 1 중의 상하 방향)의 외측에 배치되어 있다. 샤프트 부재(300) 및 하우징(400) 중 적어도 한쪽은, 회전축(RAX) 주위로 회전시킨다. 즉, 샤프트 부재(300)가 고정되어 있으면, 하우징(400)은 회전축(RAX) 주위로 회전해도 된다. 하우징(400)이 고정되어 있으면, 샤프트 부재(300)는 회전축(RAX) 주위로 회전해도 된다.
하우징(400)은 환상으로 형성되어 있고, 샤프트 부재(300)가 부분적으로 수용되는 내부 공간을 형성한다. 즉, 샤프트 부재(300)는 그 일부가 하우징(400)의 내부 공간에 삽입되어 있다. 장치의 일부로서 사용되는 여러가지 부품이, 하우징(400)의 내부 공간에 추가로 수용되어도 된다. 예를 들어, 샤프트 부재(300)에 연결된 기어 부품이 하우징(400) 내에 배치되어도 된다.
시일(200)은 상술한 내부 공간을, 하우징(400)의 외측의 외부 공간으로부터 구획한다. 샤프트 부재(300) 및 하우징(400)은 내부 공간과 외부 공간 사이의 경계에 환상의 공간을 형성한다. 시일(200)은 당해 환상의 공간에 감입된다. 이에 의해, 내부 공간은, 시일(200)에 의해 외부 공간으로부터 격리된다.
샤프트 부재(300)는 회전축(RAX) 방향으로 연장함과 함께 시일(200)에 의해 밀착되는 외주면(310)을 포함한다. 시일성의 접착제는, 외주면(310)에 도포되고, 접착층(AHL)을 형성한다. 하우징(400)은 샤프트 부재(300)의 외주면(310)과 협동하여 시일(200)을 직경 방향으로 그 사이에 두는 내주면(410)을 포함한다. 상술한 환상의 공간은, 외주면(310)과 내주면(410) 사이에 형성된다. 즉, 하우징(400)의 내주면(410)은 샤프트 부재(300)의 외주면(310)에 대하여 상술한 환상의 공간을 두고 직경 방향으로 대향하고 있고, 당해 환상의 공간에 시일(200)이 배치되어 있다.
시일(200)은 시일 부재(210)와, 슬링거(220)을 포함한다. 시일 부재(210)는 하우징(400)의 내주면(410)에 전체적으로 맞닿아지는 외주면을 갖는 링 형상의 부재이다. 시일 부재(210)는 회전축(RAX)을 둘러싼다. 회전축(RAX)은, 시일 부재(210)의 중심축에 상당한다.
슬링거(220)는 시일 부재(210)보다도 직경 방향 내측에 배치되어 있다. 슬링거(220)는 회전축(RAX) 방향으로 연장되는 원통형의 슬리브부(221)와, 슬리브부(221)의 연장 방향에 있어서의 내측 단부(즉, 내부 공간에 나타나는 단부)로부터 직경 방향 내향으로 굴곡되고, 회전축(RAX)을 향하여 돌출되는 플랜지부(222)를 포함한다. 슬리브부(221)는 전체 주위에 걸쳐서, 시일 부재(210)와 샤프트 부재(300) 사이에 놓여진다.
슬리브부(221)는 샤프트 부재(300)측을 향하는 내주면(223)과, 내주면(223)은 반대측의 면이며 시일 부재(210)측을 향하는 외주면(224)을 포함한다. 슬리브부(221)의 내주면(223)은 접착층(AHL)에 의해, 샤프트 부재(300)의 외주면(310)에 전체적으로 접착된다. 따라서, 샤프트 부재(300)의 외주면(310)은 슬리브부(221)에 의해 둘러싸인다. 샤프트 부재(300) 및 하우징(400) 중 적어도 한쪽이 회전하고 있는 동안, 슬리브부(221)의 외주면(224)은 시일 부재(210)에 의해 미끄럼 접촉된다.
샤프트 부재(300)의 외주면(310)으로부터 회전축(RAX)을 향하여 오목하게 들어간 링 형상의 오목부(320)가 샤프트 부재(300)에 형성된다. 샤프트 부재(300)의 오목부(320)는 회전축(RAX)에 직교하는 가상 평면(PLN)을 따르는 링 형상의 제1 면(321)을 포함한다. 샤프트 부재(300)의 오목부(320)는 제1 면(321)의 내주연으로부터 내부 공간을 향해서, 회전축(RAX)에 대략 평행하게 연장하는 모선에 의해 형성되는 제2 면(322)을 더 포함한다. 오목부(320)는 제1 면(321)과 제2 면(322)에 의해 부분적으로 둘러싸이는 환상의 공간을 형성한다.
플랜지부(222)는 오목부(320)에 상보적이다. 플랜지부(222)는 오목부(320)에 의해 형성되는 공간에 수용된다. 플랜지부(222)는 제1 면(321)에 대향하는 제1 플랜지면과, 당해 제1 플랜지면과 반대측의 제2 플랜지면(내부 공간측을 향하는 면)을 갖는다. 이들 제1 및 제2 플랜지면은, 회전축(RAX)에 대하여 수직인 면이다. 플랜지부(222)는 접착층(AHL)에 의해 제1 면(321)에 접착되어 있어도 된다.
샤프트 부재(300)는 제2 면(322)으로부터 회전축(RAX)을 향하여 굴곡되고, 또한, 제1 면(321)에 대략 평행한 제3 면(323)을 포함한다. 도 1에 도시되는 가상 평면(PLN)은, 제1 면(321)과 제3 면(323) 사이에서 정의되어 있다. 도 1은, 오목부(320)의 폭 W를 나타낸다. 폭 W는, 회전축(RAX)의 연장 설치 방향에 있어서의 제1 면(321)과 제3 면(323) 사이의 거리로서 정의되어도 되고, 제2 면(322)을 형성하는 모선의 길이로서 정의되어도 된다. 플랜지부(222)의 두께는, 폭 W와 동등해도 되고, 폭 W보다도 작아도 된다. 이 경우, 플랜지부(222)는 회전축(RAX)의 연장 설치 방향에 있어서, 제3 면(323)보다도 내부 공간측으로 돌출되지 않는다. 이 결과, 하우징(400)에 의해 둘러싸인 내부 공간은, 여러가지 부품의 배치를 위하여 유효하게 이용된다. 이것은, 시일 기구(100)가 구축된 장치의 축길이 치수(즉, 회전축(RAX)의 연장 설치 방향에 있어서의 장치의 치수)의 저감에 공헌한다.
시일 부재(210)는 주링부(211)와, 환상의 메인 립(212)과, 환상의 더스트 립(213)과, 스프링 링(214)을 포함한다. 주링부(211)는 도 1의 단면에서 보아 L자상의 부분이며, 제1 부분(215)과, 당해 제1 부분(215)에 대하여 수직으로 연장하는 제2 부분(216)을 포함한다. 제1 부분(215)은 하우징(400)의 내주면(410)을 따라서 연장됨과 함께, 회전축(RAX)에 대략 일치하는 중심축을 갖는 원통형의 부위이다. 제1 부분(215)의 외주면은, 하우징(400)의 내주면(410)에 대략 전체적으로 맞닿아진다.
제2 부분(216)은 제1 부분(215)의 연장 방향에 있어서의 외측 단부(즉, 외부 공간에 나타나는 단부)로부터 직경 방향 내향으로 굴곡되고, 회전축(RAX)을 향하여 돌출되는 링 형상의 부위이다. 제2 부분(216)은 슬리브부(221)의 외주면(224)에 대하여 직경 방향으로 대향하는 내주단(217)을 포함한다. 더스트 립(213) 및 메인 립(212)은 내주단(217)에 접속된다.
더스트 립(213)은 주링부(211)(제2 부분(216))의 내주단(217)으로부터 외부 공간 및 회전축(RAX)을 향하여 비스듬히 돌출된다. 더스트 립(213)은 외부 공간에서 부유하는 진애와 같은 이물이 내부 공간에 침입하는 것을 방지하기 위하여 사용된다.
더스트 립(213)의 선단은 슬리브부(221)의 외주면(224)에 맞닿는다. 샤프트 부재(300) 및 하우징(400) 중 적어도 한쪽이 회전하고 있는 동안, 더스트 립(213)의 선단은 슬리브부(221)의 외주면(224)에 마찰된다. 슬링거(220)는 샤프트 부재(300)보다도 내마모성이 우수한 재료로 형성되므로, 슬리브부(221)에의 더스트 립(213)의 미끄럼 접촉 하에 있어서도, 슬링거(220)는 거의 마모되지 않는다.
메인 립(212)은 압접 링(218)과, 연결 링(219)을 포함한다. 압접 링(218)은 더스트 립(213)과 내부 공간 사이에서, 슬리브부(221)의 외주면(224)에 맞닿는다. 연결 링(219)은 압접 링(218)을 주링부(211)의 내주단(217)에 연결시킨다. 즉, 주링부(211)의 내주단(217)으로부터 내부 공간을 향하여 연결 링(219)이 연장되어 있고, 그 연출단에 압접 링(218)이 설치되어 있다.
스프링 링(214)은 압접 링(218)에 설치된다. 압접 링(218)을 둘러싸는 스프링 링(214)은 회전축(RAX)을 향하는 힘을, 압접 링(218)의 전체 주위에 걸쳐서, 압접 링(218)에 가한다. 이 결과, 압접 링(218)은 슬리브부(221)의 외주면(224)에 밀착되어, 압접 링(218)과 슬리브부(221)의 외주면(224) 사이의 경계에 시일 구조가 형성된다. 내부 공간에 수용된 액체(예를 들어, 윤활액)는 압접 링(218)과 슬리브부(221)의 외주면(224) 사이의 경계에 형성된 시일 구조에 의해 막혀, 외부 공간에 누출되지 않는다.
샤프트 부재(300) 및 하우징(400) 중 적어도 한쪽이 회전하고 있는 동안, 압접 링(218)은 슬리브부(221)의 외주면(224)에 강하게 마찰된다. 슬링거(220)는 샤프트 부재(300)보다도 내마모성이 우수한 재료로 형성되므로, 슬리브부(221)에의 압접 링(218)의 미끄럼 접촉 하에 있어서도, 슬링거(220)는 거의 마모되지 않는다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 가상 평면(PLN)은, 플랜지부(222)와 압접 링(218)에 겹친다. 이것은, 폭 W에 의해 표시되는 영역이, 플랜지부(222)의 배치뿐만 아니라, 압접 링(218)의 배치에도 이용되는 것을 의미한다. 플랜지부(222) 및 압접 링(218)은 모두 가상 평면(PLN) 상에 위치하는 부위를 포함한다. 또한 압접 링(218)은 상술한 제1 플랜지면과 제2 플랜지면 사이에 위치하는 부위를 포함한다.
하우징을 향하여 굴곡되는 플랜지부를 갖는 종래의 슬링거에 대해서, 압접 링(218)이 폭 W에 의해 표현되는 영역에 돌출되면, 플랜지부는, 압접 링(218)에 간섭하게 된다. 한편, 본 실시 형태의 원리에 의하면, 플랜지부(222)는 회전축(RAX)을 향하여 굴곡되므로, 플랜지부(222)는 압접 링(218)에 간섭하지 않다. 폭 W에 의해 표현되는 영역이, 플랜지부(222) 및 압접 링(218)의 배치에 유효하게 이용되므로, 설계자는, 시일 기구(100)가 구축된 장치의 축길이 치수(즉, 회전축(RAX)의 연장 설치 방향에 있어서의 장치의 치수)에 작은 값을 부여할 수 있다.
상술한 실시 형태에 대해서, 시일성을 갖는 접착층(AHL)이, 시일(200)과 샤프트 부재(300)의 외주면(310) 사이에 형성되고, 이들의 경계를 시일한다. 그러나, 접착층(AHL) 대신에, 시일성을 갖는 고무 부재가, 시일(200)과 샤프트 부재(300)의 외주면(310) 사이에 배치되어도 된다. 상술한 실시 형태의 원리는, 시일(200)과 샤프트 부재(300)의 외주면(310) 사이에 배치되는 특정한 시일성 부재에 한정되지 않는다.
상술한 실시 형태를 개략적으로 설명하면, 이하와 같다.
상술의 실시 형태에 따른 시일은, 소정의 회전축을 둘러싸는 시일 부재와, 상기 시일 부재에 의해 미끄럼 접촉되는 슬리브부와, 상기 슬리브부로부터 상기 회전축을 향하여 돌출되는 플랜지부를 포함하는 슬링거를 구비한다.
상기 구성에 의하면, 시일 부재는, 슬리브부와 미끄럼 접촉하므로, 설계자는, 슬리브부에 높은 내마모성 및/또는 내부식성을 갖는 재료를 사용함으로써, 마모 및/부식에 강한 시일을 형성할 수 있다. 플랜지부는, 슬리브부로부터 회전축을 향하여 돌출되므로, 플랜지부는, 시일의 외경 치수를 증가시키지 않는다. 이것은, 시일 부재를 둘러싸는 장치의 하우징 내경이, 작은 값으로 설정될 수 있는 것을 의미한다. 따라서, 시일은, 소형화가 요구되는 장치에 바람직하게 내장될 수 있다.
상술의 실시 형태에 따른 시일 기구는, 상술한 시일과, 상기 슬리브부에 의해 둘러싸이는 외주면을 갖는 샤프트 부재를 구비한다. 상기 플랜지부는, 상기 외주면으로부터 오목해지도록 형성된 오목부에 의해 형성되는 공간에 수용된다.
상기 구성에 의하면, 슬리브부로부터 회전축을 향하여 돌출되는 플랜지부는, 슬리브부에 의해 둘러싸인 샤프트 부재의 외주면으로부터 오목 형성된 오목부에 의해 형성되는 공간에 수용되므로, 설계자는, 플랜지부가 내부 공간측으로 돌출되는 것을 방지하면서 슬리브부의 외경을 작게 할 수 있다. 이 결과, 시일 기구가 구축된 장치는, 회전축의 연장 설치 방향에 있어서, 작은 길이 치수를 가질 수 있다. 추가로, 플랜지부가 오목부에 의해 형성되는 공간에 수용되는 결과, 샤프트 부재와 슬링거 사이의 위치 관계는 대략 일정해진다. 즉, 플랜지부는, 샤프트 부재에 대한 슬링거의 위치 결정 기능을 가질 수 있다. 따라서, 슬링거는, 샤프트 부재에 고정밀도로 설치된다. 또한, 샤프트 부재에 오목부가 형성되지 않고, 샤프트 부재의 단부면(회전축에 수직인 면)에 플랜지부가 맞닿아 있어도 된다.
상기 구성에 대해서, 상기 시일 부재는, 상기 슬리브부에 가압할 수 있는 메인 립을 포함해도 된다. 상기 메인 립은, 상기 회전축에 대하여 직교하는 가상 평면 상에 있어서, 상기 플랜지부와 겹쳐도 된다.
상기 구성에 의하면, 메인 립은, 슬리브부에 가압할 수 있으므로, 슬리브부와 메인 립 사이의 경계를 통한 유체의 유통은 발생하기 어렵다. 메인 립은, 회전축에 대하여 직교하는 가상 평면 상에 있어서, 플랜지부와 겹치므로, 설계자는, 메인 립의 단부면으로부터의 플랜지부의 돌출량을 매우 작은 값으로 설정할 수 있다. 이 결과, 시일 기구가 구축된 장치는, 회전축의 연장 설치 방향에 있어서, 작은 길이 치수를 가질 수 있다.

Claims (3)

  1. 외주면을 갖는 샤프트 부재와,
    상기 샤프트 부재의 적어도 일부가 삽입되는 내부 공간이 형성된 하우징과,
    상기 내부 공간을 상기 하우징의 외측으로부터 구획하는 시일을 구비하고,
    상기 시일은,
    상기 하우징 및 상기 샤프트 부재 중 적어도 한쪽의 회전축을 둘러싸는 시일 부재와,
    상기 시일 부재에 의해 미끄럼 접촉되는 슬리브부와, 상기 슬리브부로부터 상기 회전축을 향하여 돌출되는 플랜지부를 포함하고, 상기 회전축으로부터 이격되는 방향으로 돌출되는 플랜지부를 포함하지 않는 슬링거를 구비하고,
    상기 하우징에는, 상기 회전축을 향하여 돌출되고 상기 플랜지부를 향해 단차 형상으로 돌출되는 부위가 형성되고,
    상기 시일 부재는, 상기 단차 형상으로 돌출되는 부위에 의해 규정되는 공간에 수용되어 있는
    시일 기구.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 샤프트 부재의 상기 외주면은, 상기 슬리브부에 의해 둘러싸이고,
    상기 플랜지부는, 상기 외주면으로부터 오목해지도록 마련된 오목부에 의해 형성되는 공간에 수용되는
    시일 기구.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 시일 부재는, 상기 슬리브부에 가압할 수 있는 메인 립을 포함하고,
    상기 메인 립은, 상기 회전축에 대하여 직교하는 가상 평면 상에 있어서, 상기 플랜지부와 겹치는
    시일 기구.
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