KR102621711B1 - 휠 베어링용 시일 조립체 - Google Patents

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Abstract

개시된 휠 베어링용 시일조립체는, 휠 베어링조립체의 내측을 향해 면하는 메탈코어; 상기 휠 베어링조립체의 외측을 향해 면하는 슬링거; 상기 메탈코어에 고정되고, 상기 슬링거에 가압되는 복수의 실링 립을 가진 실링부재; 및 상기 슬링거에 장착된 제1스프링 및 상기 제2스프링을 가지며, 차량의 속도에 따라 상기 슬링거의 변형을 허용하도록 구성된 변형유닛;을 포함하고, 상기 제1스프링 및 상기 제2스프링은 서로 평행하도록 배치된다.

Description

휠 베어링용 시일 조립체{SEAL ASSEMBLY FOR WHEEL BEARING}
본 발명은 휠 베어링용 시일 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 속도에 따라 시일 구조를 가변함으로써 저속에서는 시일 성능을 확보할 수 있고 고속에서는 연비 개선을 도모할 수 있는 휠 베어링용 시일 조립체에 관한 것이다.
차량용 휠 베어링조립체는 차륜을 차량에 회전가능하게 장착하는데 이용된다.
휠 베어링조립체는 휠 허브와, 휠 허브의 외면에 장착되는 내륜과, 내륜의 외측에 배치된 외륜과, 내륜 및 외륜 사이에 개재되는 복수의 롤링요소(rolling element)를 포함한다. 그리고, 휠 베어링조립체는 롤링요소 측으로 이물질이 유입됨을 방지하는 시일조립체를 포함한다.
시일조립체는 내륜 및 외륜 사이에 배치된 환형의 실링플레이트(sealing plate)과, 시일 플레이트에 가압되는 복수의 실링 립(sealing lip)을 가진 시일 부재(sealing member)를 포함한다.
하지만, 시일조립체는 복수의 실링 립이 실링플레이트에 가압됨에 따라 실링 립과 실링플레이트 사이의 마찰력이 증가하고, 이로 인해 차량의 고속 운전조건에서는 시일조립체가 저항으로 작용함으로써 차량의 연비가 저하되는 단점이 있었다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 안출한 것으로, 차량의 속도에 따라 시일 구조를 가변함으로써 저속에서는 시일 성능을 확보할 수 있고 고속에서는 연비 개선을 도모할 수 있는 휠 베어링용 시일 조립체를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 휠 베어링용 시일조립체는,
휠 베어링조립체의 내측을 향해 면하는 메탈코어;
상기 휠 베어링조립체의 외측을 향해 면하는 슬링거;
상기 메탈코어에 고정되고, 상기 슬링거에 가압되는 복수의 실링 립을 가진 실링부재; 및
상기 슬링거에 장착된 제1스프링 및 상기 제2스프링을 포함하고, 차량의 속도에 따라 상기 슬링거의 변형을 허용하도록 구성된 변형유닛;을 포함하고,
상기 제1스프링의 축선 및 상기 제2스프링의 축선은 서로 평행하게 배치될 수 있다.
상기 제1스프링 및 상기 제2스프링은 서로 다른 강성을 가진 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제1스프링의 길이변화율 및 상기 제2스프링의 길이변화율이 다르게 설정될 수 있다.
상기 메탈코어는 휠 베어링조립체의 외륜에 끼움결합된 외측 원통부 및 상기 외측 원통부로부터 반경방향을 따라 연장된 외측 링부를 포함할 수 있다.
상기 슬링거는 휠 베어링조립체의 내륜에 끼움결합된 내측 원통부와, 상기 내측 원통부로부터 반경방향을 따라 연장된 내측 링부와, 상기 내측 링부에 대해 상기 휠 베어링조립체의 내측을 향해 오프셋된 오프셋부를 포함할 수 있다.
상기 실링부재는 상기 슬링거의 내측 원통부에 가압되는 제1실링 립과, 상기 슬링거의 내측 링부에 가압되는 제2실링 립과, 상기 슬링거의 오프셋부에 가압되는 제3실링 립을 포함할 수 있다.
상기 제1스프링 및 상기 제2스프링은 상기 내측 원통부 및 상기 내측 링부 사이에 배치되고, 상기 제1스프링 및 상기 제2스프링은 상기 내측 링부의 길이방향을 따라 평행할 수 있다.
상기 제1스프링은 상기 휠 베어링조립체의 내측을 향해 위치하고, 상기 제2스프링은 상기 휠 베어링조립체의 외측을 향해 위치할 수 있다.
상기 제1스프링는 상기 제2스프링 보다 낮은 횡탄성계수를 가진 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제1스프링의 선경이 상기 제2스프링의 선경 보다 얇을 수 있다.
상기 제1스프링의 외경이 상기 제2스프링의 외경 보다 클 수 있다.
상기 제1스프링의 코일권수가 상기 제2스프링의 코일권수 보다 많을 수 있다.
상기 변형유닛은 상기 제1스프링 및 제2스프링 측으로 이물질 유입을 방지하기 위한 제1 및 제2 더스트 커버를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 차량의 속도에 따라 시일 구조를 가변함으로써 저속에서는 시일 성능을 확보할 수 있고 고속에서는 연비 개선을 도모할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 휠 베어링을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 휠 베어링용 시일 조립체를 도시한 단면도로서, 저속운전 조건에서 변형유닛이 변형되지 않은 상태를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 휠 베어링용 시일 조립체의 변형유닛을 구체적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 화살표 A 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 휠 베어링용 시일 조립체를 도시한 단면도로서, 고속운전 조건에서 변형유닛이 변형된 상태를 나타낸다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1을 참조하면, 휠 베어링조립체(1)는 휠 허브(2)와,휠 허브(2)의 외면에 장착되는 내륜(3)과, 내륜(3)에 대해 외경방향으로 이격된 외륜(4)과, 내륜(3) 및 외륜(4) 사이에 배치되는 복수의 롤링요소(5, rolling element)를 포함한다. 각 롤링요소(5)는 케이징(6)에 의해 지지될 수 있다.
휠 베어링조립체(1)는 이물질이 유입됨을 방지하는 시일조립체(10)를 포함한다.
시일조립체(10)는 휠 베어링조립체(1)의 내측을 향해 면하는 메탈코어(11, metal core)와, 휠 베어링조립체(1)의 외측을 향해 면하는 슬링거(12)와, 메탈코어(11)에 고정된 실링부재(13, sealing member)를 포함할 수 있다.
메탈코어(11)는 외륜(4)의 내면에 끼움결합된 외측 원통부(21, outer cylinderical portion) 및 외측 원통부(21)로부터 내경방향을 따라 연장된 외측 링부(22, outer ring portion)을 포함할 수 있다.
외측 원통부(21)는 휠 베어링조립체(1)의 길이방향을 따라 연장될 수 있고, 외측 링부(22)는 휠 베어링조립체(1)의 반경방향을 따라 연장될 수 있다.
슬링거(12)는 내륜(3)의 외면에 끼움결합된 내측 원통부(23, inner cylinderical portion)와, 내측 원통부(23)로부터 외경방향으로 연장된 내측 링부(24, inner ring portion)와, 내측 링부(24)에 대해 휠 베어링조립체(1)의 내측을 향해 오프셋된 오프셋부(25)를 포함할 수 있다.
내측 원통부(23)는 휠 베어링조립체(1)의 길이방향을 따라 연장될 수 있고, 내측 링부(24) 및 오프셋부(25)는 휠 베어링조립체(1)의 반경방향을 따라 연장될 수 있다.
실링부재(13)는 러버 등과 같은 탄성물질(resilient material, for example, an elastomer such as a rubber)로 이루어질 수 있다. 실링부재(13)는 인서트 사출 등을 통해 메탈코어(11)에 고정될 수도 있다.
실링부재(13)는 복수의 실링 립(31, 32, 33, sealing lip)을 가질 수 있다. 복수의 실링 립(31, 32, 33)은 슬링거(12)의 내측 원통부(23)에 가압되는 제1실링 립(31)과, 슬링거(12)의 내측 링부(24)에 가압되는 제2실링 립(32)과, 슬링거(12)의 오프셋부(25)에 가압되는 제3실링 립(33)을 포함할 수 있다.
메탈코어(11)는 휠 베어링조립체(1)의 내측을 향해 위치하고, 슬링거(12)는 휠 베어링조립체(1)의 외측을 향해 위치하며, 실링부재(13)가 메탈코어(11) 및 슬링거(12) 사이에 위치한다.
본 발명의 실시예에 따른 시일조립체(10)는 차량의 속도 변화에 따라 슬링거(12)의 변형을 허용하도록 구성된 변형유닛(40)을 포함할 수 있다.
변형유닛(40)은 슬링거(12)에 장착된 제1스프링(41) 및 제2스프링(42)을 포함할 수 있다.
제1스프링(41) 및 제2스프링(42)은 슬링거(12)의 내측 원통부(23) 및 내측 링부(24) 사이에 배치될 수 있고, 제1스프링(41)의 축선 및 제2스프링(42)의 축선은 내측 링부(24)의 길이방향을 따라 서로 평행하게 배치될 수 있다.
제1스프링(41)은 휠 베어링조립체(1)의 내측을 향해 위치하고, 제2스프링(42)은 휠 베어링조립체(1)의 외측을 향해 위치할 수 있다.
내측 링부(24)에는 상측 연결부(24a)가 마련되고, 제1스프링(41)의 상단 및 제2스프링(42)의 상단이 상측 연결부(24a)에 결합될 수 있다. 내측 원통부(23)에는 하측 연결부(23a)가 마련되고, 제1스프링(41)의 하단 및 제2스프링(42)의 하단이 하측 연결부(23a)에 결합될 수 있다. 이에 제1스프링(41)의 축선 및 제2스프링(42)의 축선은 상측 연결부(24a) 및 하측 연결부(23a) 사이에 서로 평행하게 배열될 수 있다. 복수의 제1스프링(41) 및 복수의 제2스프링(42)이 내측 원통부(23) 및 내측 링부(24) 사이에서 원주방향을 따라 배열될 수 있다.
제1스프링(41) 및 제2스프링(42)은 서로 다른 스프링강성을 가질 수 있다.
스프링강성(K)을 아래의 식(1)과 같다.
...식(1)
여기서, K는 스프링강성이고, G는 횡탄성계수이며, d는 스프링의 선경이며, n은 스프링의 코일권수이며, D는 스프링의 외경이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1스프링(41)의 스프링강성이 제2스프링(42)의 스프링강성 보다 작게 형성될 수 있고, 이에 의해 차량의 속도변화에 따른 외력이 변형유닛(40)에 작용할 때 제1스프링(41)의 길이변화율이 제2스프링(42)의 길이변화율 보다 크도록 구성될 수 있다.
일 예에 따르면, 제1스프링(41)은 제2스프링(42) 보다 낮은 횡탄성계수를 가진 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제1스프링(41)은 SUS 계열, 황동선 등일 수 있고, 제2스프링(42)은 스프링강재 등일 수 있다.
다른 예에 따르면, 제1스프링(41)의 선경(d1)이 제2스프링(42)의 선경(d2) 보다 얇을 수 있다.
다른 예에 따르면, 제1스프링(41)의 외경(D1)이 제2스프링(42)의 외경(D2) 보다 클 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 제1스프링(41)의 코일권수가 제2스프링(42)의 코일권수 보다 많을 수 있다.
변형유닛(40)은 제1스프링(41) 및 제2스프링(42) 측으로 이물질 유입을 방지하기 위한 제1 및 제2 더스트 커버(43, 44)를 더 포함할 수 있다.
제1더스트 커버(43)는 제1스프링(41)을 커버하도록 내측 원통부(23) 및 내측 링부(24)에 결합될 수 있다. 제1더스트 커버(43)는 그 상단 및 하단에 개별적으로 형성된 한 쌍의 제1결합홈(45)을 가질 수 있고, 슬링거(12)는 한 쌍의 제1결합홈(45)에 대응하는 한 쌍의 제1결합돌기(46)를 가질 수 있으며, 각 제1결합홈(45)이 각 제1결합돌기(46)에 결합될 수 있다. 제1결합돌기(46)의 외경이 제1결합홈(45)의 내경 보다 미세하게 크게 형성될 수 있다. 이에, 제1더스트 커버(43)의 제1결합홈(45)들이 슬링거(12)의 제1결합돌기(46)들에 각각 억지끼움결합될 수 있다.
제2더스트 커버(44)는 제2스프링(42)을 커버하도록 내측 원통부(23) 및 내측 링부(24)에 결합될 수 있다. 제2더스트 커버(44)는 그 상단 및 하단에 개별적으로 형성된 한 쌍의 제2결합홈(47)을 가질 수 있고, 슬링거(12)는 한 쌍의 제2결합홈(47)에 대응하는 한 쌍의 제2결합돌기(48)를 가질 수 있으며, 제2결합돌기(48)의 외경이 제2결합홈(47)의 내경 보다 미세하게 크게 형성될 수 있다. 이에, 제2더스트 커버(44)의 제2결합홈(47)들이 슬링거(12)의 제2결합돌기(48)들에 각각 억지끼움결합될 수 있다.
본 발명에 의한 시일조립체(10)는 차량의 속도에 따라 휠 베어링조립체(1)의 길이방향을 따라 생성된 외력에 의해 변형유닛(40)이 변형될 수 있다.
차량의 속도가 저속인 경우에는 외력이 휠 베어링조립체(1)의 길이방향을 따라 거의 발생하지 않으므로, 변형유닛(40)의 제1스프링(41) 및 제2스프링(42)은 서로 평행한 상태를 유지할 수 있고, 이에 도 2와 같이 슬링거(12)의 내측 원통부(23)는 휠 베어링조립체(1)의 반경방향을 따라 평탄해지므로 실링부재(13)의 제1실링 립(31)은 슬링거(12)의 내측 원통부(23)에 가압되고, 실링부재(13)의 제2실링 립(32)은 슬링거(12)의 내측 링부(24)에 가압되며, 실링부재(13)의 제3실링 립(33)은 슬링거(12)의 오프셋부(25)에 가압될 수 있다. 즉, 차량의 저속 조건에서는 복수의 실링 립(31, 32, 33)이 슬링거(12)에 가압됨으로써 실링성능을 충분히 확보할 수 있다.
차량의 속도가 고속인 경우에는 원심력 등과 같이 외력이 휠 베어링조립체(1)의 길이방향을 따라 발생하고, 제1스프링(41)이 제2스프링(42) 보다 상대적으로 스프링강성이 낮으므로 제1스프링(41)의 길이변화율이 제2스프링(42)의 길이변화율 보다 커지고, 이에 도 5와 같이 변형유닛(40) 및 변형유닛(40)에 연결된 내측 링부(24) 및 오프셋부(25)가 휠 베어링조립체(1)의 외측을 향해 변형(벤딩)될 수 있다. 이와 같이, 슬링거(12)의 내측 링부(24) 및 오프셋부(25)가 휠 베어링조립체(1)의 외측을 향해 변형됨에 따라 실링부재(13)의 제2실링 립(32)은 슬링거(12)의 내측 링부(24)로부터 이격되고, 실링부재(13)의 제3실링 립(33)은 슬링거(12)의 오프셋부(25)로부터 이격될 수 있다. 즉, 차량의 고속 조건에서는 변형유닛(40)의 변형에 의해 실링부재(13)의 일부 실링 립(32, 33)이 슬링거(12)로부터 이격됨으로써 그 마찰력을 상대적으로 줄일 수 있으므로 차량의 주행 시에 드래그 등의 최소화를 통해 차량의 연비를 개선할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 휠 베어링조립체 2: 휠 허브
3: 내륜 4: 외륜
5: 롤링요소 10: 시일조립체
11: 메탈코어 12: 슬링거
13: 실링부재 21: 외측 원통부
22: 외측 링부 23: 내측 원통부
24: 내측 링부 25: 오프셋부
31: 제1실링 립 32: 제2실링 립
33: 제3실링 립 40: 변형유닛
41: 제1스프링 42: 제2스프링
43: 제1더스트커버 44: 제2더스트커버

Claims (13)

  1. 휠 베어링조립체의 내측을 향해 면하는 메탈코어;
    상기 휠 베어링조립체의 외측을 향해 면하는 슬링거;
    상기 메탈코어에 고정되고, 상기 슬링거에 가압되는 복수의 실링 립을 가진 실링부재; 및
    상기 슬링거에 장착된 제1스프링 및 제2스프링을 포함하고, 차량의 속도에 따라 상기 슬링거의 변형을 허용하도록 구성된 변형유닛;을 포함하고,
    상기 제1스프링 및 상기 제2스프링은 서로 평행하게 배치되고, 상기 제1스프링는 상기 제2스프링 보다 낮은 횡탄성계수를 가진 재질로 이루어지는 휠 베어링용 시일조립체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1스프링 및 상기 제2스프링은 서로 다른 강성을 가진 재질로 이루어지는 휠 베어링용 시일조립체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1스프링의 길이변화율 및 상기 제2스프링의 길이변화율이 다르게 설정되는 휠 베어링용 시일조립체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 메탈코어는 휠 베어링조립체의 외륜에 끼움결합된 외측 원통부 및 상기 외측 원통부로부터 반경방향을 따라 연장된 외측 링부를 포함하는 휠 베어링용 시일조립체.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 슬링거는 휠 베어링조립체의 내륜에 끼움결합된 내측 원통부와, 상기 내측 원통부로부터 반경방향을 따라 연장된 내측 링부와, 상기 내측 링부에 대해 상기 휠 베어링조립체의 내측을 향해 오프셋된 오프셋부를 포함하는 휠 베어링용 시일조립체.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 실링부재는 상기 슬링거의 내측 원통부에 가압되는 제1실링 립과, 상기 슬링거의 내측 링부에 가압되는 제2실링 립과, 상기 슬링거의 오프셋부에 가압되는 제3실링 립을 포함하는 휠 베어링용 시일조립체.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1스프링 및 상기 제2스프링은 상기 내측 원통부 및 상기 내측 링부 사이에 배치되고, 상기 제1스프링 및 상기 제2스프링은 상기 내측 링부의 길이방향을 따라 평행한 휠 베어링용 시일조립체.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1스프링은 상기 휠 베어링조립체의 내측을 향해 위치하고, 상기 제2스프링은 상기 휠 베어링조립체의 외측을 향해 위치하는 휠 베어링용 시일조립체.
  9. 삭제
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1스프링의 선경이 상기 제2스프링의 선경 보다 얇은 휠 베어링용 시일조립체.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1스프링의 외경이 상기 제2스프링의 외경 보다 큰 휠 베어링용 시일조립체.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1스프링의 코일권수가 상기 제2스프링의 코일권수 보다 많은 휠 베어링용 시일조립체.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 변형유닛은 상기 제1스프링 및 제2스프링 측으로 이물질 유입을 방지하기 위한 제1 및 제2 더스트 커버를 더 포함하는 휠 베어링용 시일조립체.
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