KR20060002943A

KR20060002943A - 리프형 실

Info

Publication number: KR20060002943A
Application number: KR1020057019004A
Authority: KR
Inventors: 코이치로 오이야마; 야스히로 이케다; 하지메 이치야스; 이치로 미야이; 타케시 야마다; 마사미 오사코
Original assignee: 이구루코교 가부시기가이샤; 가부시키가이샤 도요다 지도쇽키
Priority date: 2003-04-07
Filing date: 2004-04-05
Publication date: 2006-01-09
Also published as: CN100396974C; JP4647488B2; EP1612460A4; WO2004090391A1; EP1612460B1; US7467797B2; EP1612460A1; JPWO2004090391A1; CN1771406A; US20060208428A1; KR101085159B1

Abstract

본 발명의 리프형 실은, 소정의 하우징(H)에 지지된 회전축(S)의 외주를 밀봉하는 리프형 실이다. 이 리프형실은 하우징에 삽입부착되는 환형의 삽입부착부(21) 및 삽입부착부로부터 직경방향 내측으로 향하여 약 원추환형으로 연장하여 회전축에 접촉하는 리프부(23)를 갖도록 탄성재료로 형성된 실링(20), 삽입부착부에 접합되는 환형의 접합부(31) 및 회전축을 통과하는 구멍(30a)을 한정하고 접합부측으로부터 리프부의 도중의 영역까지 연장하여 리프부를 내측으로부터 지지하는 환형의 지지부(33)를 가진 서포트링(30)을 포함하고, 리프부(23)는 지지부(33)와 비접촉으로 되는 영역으로부터 선단으로 향하여 서서히 얇아지는 선단이 가는 단면형상을 가진다. 이에 의해, 소망의 실성능을 확보하면서, 고압하에서의 마모가 경감되어 내구성이 향상된다.

리프형 실, 실링, 서포트링, 리프부, 홀더링, 스페이서링, 회전축, 밀봉, 삽입부착부, 접합부, 마모, 컴프레서

Description

리프형 실 {LIP-TYPE SEAL}

본 발명은 내압용의 리프형 실(lip-type seal)에 관한 것이며, 특히, 자동차 등의 공조시스템에 적용되는 에어컨용의 컴프레서의 회전축과 하우징의 사이를 밀봉하는 리프형 실에 관한 것이다.

자동차 등에 탑재되는 종래의 컴프레서에는 그 하우징으로부터 외부로 돌출하는 회전축의 주위를 밀봉해야하고, 하우징과 회전축의 사이에 리프형 실이 삽입부착되어, 하우징 내의 내부공간(유체)(F)을 대기(A)로부터 차단하도록 되어 있다.

이 리프형 실로서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 하우징(H)의 구멍(Ha)에 삽입부착되는 삽입부착부(1a) 및 삽입부착부(1a)로부터 직경방향 내측으로 향하여 원추환형으로 연장하는 리프부(lip portion : 1b)를 한정하도록 고무형 탄성재료에 의해 형성된 실링(seal ring : 1), 삽입부착부(1a)에 접합되는 접합부(2a) 및 접합부(2a)로부터 리프부(1b)의 도중까지 연출하여 리프부(1b)를 내측으로부터 지지하는 지지부(2b)를 가진 서포트링(support ring : 2) 등에 의해 구성된 것이 알려져 있다 (예를 들면, 일본특허 제 3346743호 명세서)

이 리프형 실에 있어서는, 서포트링(2)의 지지부(2b)에서 실링(1)의 리프부(1b)를 내측으로부터 지지함과 함께, 리프부(1b)의 강성을 높이기 위해, 리프부 (1b)는 그 뿌리측으로부터 선단에 걸쳐 약 동일의 두께를 이루도록 형성되어 있다.

그리고, 유체(F)가 미치는 압력이 고압의 경우에도, 리프부(1b)의 변형을 가능한한 억제하여, 리프부(1b)의 선단이 회전축(S)의 외주면과 선접촉상태를 유지하도록 형성되어 있다.

그러나, 컴프레서의 냉매로서 CO₂등을 이용하는 경우에는, 통상 5 MPa 이상의 고압환경하에 노출되기 때문에, 서포트링(2)으로 리프부(1b)를 지지함에도 불구하고, 리프부(1b)의 마모가 현저하게 진행되고, 내구성이 저하한다는 문제가 있다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은 고압환경하에서의 실성능(seal capability)을 확보하면서, 간략한 구조로써 내구성이 우수한 리프형 실을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명자 등은 열심히 연구를 거듭한 결과, 실성능을 확보하기 위해서는 종래로부터 선접촉상태를 유지하는 것이 상식으로 되어 있지만, 고압하에서는 리프부의 접촉폭을 넓히는 쪽이 내구성의 점에서 바람직하다는 것을 알게 되었다.

즉, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리프형 실은 소정의 하우징에 지지된 축의 외주를 밀봉하는 리프형 실에 있어서, 하우징의 구멍에 삽입부착되는 환형의 삽입부착부 및 삽입부착부로부터 직경방향 내측으로 향하여 약 원추환형으로 연장하여 축에 접촉할 수 있는 리프부를 한정하도록 탄성재료로 형성된 실링과, 삽입부착부에 접합되는 환형의 접합부 및 축을 통과하는 구멍을 한정함과 함께 접합부측으로부터 리프부의 도중의 영역까지 연장하여 리프부를 직경방향 내측으로부터 지지하는 환형의 지지부를 가지는 서포트링을 포함한다. 그리고, 리프부는 서포트링의 지지부와 비접촉으로 되기 시작하는 영역으로부터 선단을 향하여 서서히 얇아지는 선단이 가는 단면형상을 갖도록 형성되어 있다.

이 구성에 따르면, 서포트링의 지지부로부터 벗어난 영역에 있는 실링의 리프부는 고압환경하에 노출되면 적절하게 변형하여, 축과의 접촉폭이 넓어진 상태로 접촉한다. 이에 의해, 실성능이 확보되는 적절한 면압이 얻어짐과 동시에, 내압이 분산되어 최대면압이 저하하기 때문에, 리프부의 마모가 경감되어 내구성이 향상된다.

상기 구성에서, 리프부는 서포트링의 지지부와 비접촉으로 되기 시작하는 영역의 두께를 T1, 선단의 두께를 T0로 할 때, α=T0/T1의 값이, 0.3 ~ 0.7로 되도록 형성되는 구성을 채용할 수가 있다.

이 구성에 따르면, 서포트링의 지지부로부터 벗어난 영역에 있는 실링의 리프부가, 상기의 조건(α= 0.3 ~ 0.7)을 만족시키는 두께로 형성되는 것에 의해, 리프부의 전영역에서 굽힘강도가 균일화되어, 국부적인 마모가 방지될 수 있고, 실성능 및 내구성이 더욱 향상된다.

또한, 상기 구성에서, 리프부의 선단의 내경을 D0, 축의 외경을 D1으로 할 때, β = (D1 - D0) / D1 의 값이 0.03 ~ 0.15 로 되도록 형성되어 있는 구성을 채용할 수가 있다.

이 구성에 따르면, 리프부의 선단이, 상기의 조건 (β = 0.03 ~ 0.15)을 만족시키는 조임여유로 되도록 형성되는 것에 의해, 국부적인 마모를 방지할 수 있고, 실성능 및 내구성이 더욱 향상된다.

상기 구성에 있어서, 리프부는 서포트링의 지지부와 비접촉으로 되기 시작하는 영역의 두께를 T1, 선단의 두께를 T0로 할 때, α=T0/T1의 값이, 0.3 ~ 0.7로 되도록 형성되고, 또한, 리프부의 선단의 내경을 D0, 축의 외경을 D1으로 할 때, β = (D1 - D0) / D1 의 값이 0.03 ~ 0.15 로 되도록 형성되어 있는 구성을 채용할 수가 있다.

이 구성에 따르면, 서포트링의 지지부로부터 벗어난 영역에 있는 실링의 리프부가 상기의 조건 (α= 0.3 ~ 0.7)을 만족시키는 두께로 형성되고, 또한, 리프부의 선단이, 상기의 조건 (β = 0.03 ~ 0.15)을 만족시키는 조임여유(締め代, interference)로 되도록 형성되는 것에 의해, 리프부의 전영역의 굽힘강도가 균일화되어, 국부적인 마모를 더욱 방지할 수 있고, 실성능 및 내구성이 보다 일층 향상된다.

상기 구성에 있어서, 서포트링의 지지부는 리프부측으로 향하여 돌출형으로 되도록 만곡하여 형성되어 있는 구성을 채용할 수가 있다.

이 구성에 따르면, 서포트링의 만곡한 지지부가 실링의 리프부를 국부적 뿐 아니라 균일하게 완만한 곡면으로 지지하기 때문에, 고압환경하에서의 리프부의 완만한 경사를 이루는 변형을 촉진하여, 접촉면압을 보다 균일화할 수가 있다.

상기 구성에 있어서, 실링의 리프부는 그 재질경도가 JIS (DuroA) 경도로 85 도 ~ 98 도인 구성을 채용할 수가 있다.

이 구성에 따르면, 실링의 리프부와 축과의 접촉상태를 최적의 상태로 유지할 수가 있고, 내마모성, 내구성이 더욱 향상된다.

도 1은 종래의 리프형 실을 도시하는 부분단면도이다.

도 2는 본 발명에 관한 리프형 실을 컴프레서의 하우징 및 회전축의 사이에 장착한 상태를 도시하는 부분단면도이다.

도 3은 본 발명에 관한 리프형 실의 장착전의 상태를 도시하는 부분단면도이다.

도 4A 및 도 4B는 도 3에 도시하는 리프형 실의 일부를 확대한 확대단면도이다.

도 5A는 본 발명에 관한 리프형 실의 리프부에 대하여 압력이 작용하지 않은 상태를 도시하는 부분단면도, 도 5B는 리프부에 고압이 작용하고 있는 상태를 도시하는 부분단면도, 도 5C는 도 5B의 상태에서 실면의 면압분포를 도시하는 도면이다.

도 6A는 종래의 리프형 실의 리프부에 대하여 압력이 작용하고 있는 상태를 도시하는 부분단면도, 도 6B는 리프부에 고압이 작용하고 있는 상태를 도시하는 부분단면도, 도 6C는 도 6B의 상태에서 실면의 면압분포를 도시하는 도면이다.

도 7A는 리프형 실의 실부에 발생하는 "도려내기 마모"를 도시하는 부분단면도, 도 7B는 리프형 실의 리프부가 "기울어지기 현상"을 발생시킬 때에 발생하는 마모를 도시하는 부분단면도이다.

도 8은 본 발명에 관한 리프형 실의 내구성시험의 결과를 도시하는 도면이다.

도 9는 본 발명에 관한 리프형 실의 다른 실시형태를 도시하는 장착전의 부분단면도이다.

도 10A 및 도 10B는 도 9에 도시하는 리프형 실의 일부를 확대한 확대단면도이다.

발명을 실시하기 위한 최량의 형태

이하, 본 발명의 최량의 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 여기서는 본 발명에 관한 리프형 실이 자동차 등의 공조시스템의 일부를 이루는 에어컨용의 컴프레서로 이용되는 경우에 대해서 설명한다.

컴프레서는 외측 윤곽을 한정하는 하우징(H), 하우징(H) 내로 수용된 압축기구에 외부로부터 회전구동력을 전달하는 회전축(S) 등을 구비하고 있다. 그리고, 회전축(S)(의 외주면)과 하우징(H)(의 구멍의 내벽면)과의 사이를 밀봉하도록 본 발명에 관한 리프형 실(10)이 장착되어, 내부공간(유체)(F)을 대기(A)로부터 차단하고 있다.

리프형 실(10)은 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 외측 윤곽을 한정함과 함께 내부공간 (유체)(F)측과 마주보는 실링(seal ring : 20), 실링(20)의 내측에 접합된 서포트링(support ring : 30)을 기본 구성으로 구비하고 있고, 또한, 서포트링(30)에 이어서 회전축(S)의 축선방향(S1)에 순차로 배열하여 접합된, 제 2 실 링(40), 제 2 서포트링(50), 스페이서링(60), 홀더링(70), 제 3 실링(80), 제 3 서포트링(90) 등을 구비하고 있다.

실링(20)은 고무재료에 의해 형성되고, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 하우징(H)의 구멍(Ha)에 삽입부착되는 삽입부착부(21), 축선방향(S1)의 내부공간(F)으로 향하여 삽입부착부(21)로부터 연장하는 원통부(22), 원통부(22)로부터 직경방향 내측으로 향하여 소정의 경사각도를 이루도록 약 원추환형으로 연장하여 회전축(S)(의 외주면)에 접촉하는 리프부(lip portion : 23) 등에 의해 구성되어 있다.

삽입부착부(21)는 그 내측에 매설된 금속환(24)을 일체적으로 가진다. 금속환(24)은 직경방향 내향의 플랜지부(24a) 및 코킹부(24b)를 가지는 원통형으로 형성되어 있고, 삽입부착부(21)의 강도를 높임과 함께, 부품전체의 조립부착후에 코킹(caulking)처리를 행하여 코킹부(24b)를 성형함으로써, 전체를 고정하도록 되어 있다.

원통부(22)는 삽입부착부(21)와 리프부(23)를 일체적으로 연결하는 것이고, 축선방향(S1)에서 그 길이는 적절히 선정된다. 즉, 원통부(22)는 리프부(23)를 삽입부착부(21)로부터 직경방향 내측으로 연장시키기 위해 개재하는 것이고, 리프부(23)가 삽입부착부(21)에 인접하여 형성되도록, 원통부(22)는 짧게 형성되어도 좋다.

리프부(23)는 도 3, 도 4A 및 도 4B에 도시한 바와 같이, 전체로서 영역(L)의 길이를 가지고, 약 동일의 두께로 형성된 베이스부(23a)(영역 L1), 베이스부 (23a)에 이어서 일체적으로 형성된 선단부(23b)(영역 L2)에 의해 형성되어 있다. 또한, 여기서는 선단부(23b)(영역 L2)는 리프부(23)(영역 L) 전체의 약 절반의 길이로 형성되어 있다.

선단부(23b)는 도 4B에 도시하는 바와 같이, 베이스부(23a)의 종단 즉, 후술하는 서포트링(30)의 지지부(33)와 비접촉으로 되는 영역(23b')으로부터 선단(23b'')으로 향하여, 서서히 얇게 되는 선단이 가는 단면형상으로 형성되어 있다.

이와 같이, 리프부(23)에 있어서, 선단이 가는 단면형상을 이루는 선단부(23b)를 설치한 것에 의해, 내부공간(F)이 고압으로 된 경우에, 리프부(23)(선단부 23b)는 적절하게 변형되어 회전축(S)과의 접촉폭이 넓어진 상태(최대밀착 상태)로 접촉한다. 이에 의해, 실성능이 확보되는 적절한 면압이 얻어짐과 동시에 면압이 분산되어 최대면압이 저하하기 때문에, 리프부의 마모가 경감되어, 내구성이 향상된다.

여기서, 리프부(23)(선단부 23b)는 도 4B에 도시한 바와 같이, 후술하는 서포트링(30)의 지지부(33)와 비접촉으로 되기 시작하는 영역(23b')의 두께(즉, 베이스부(23a)의 두께)를 T1, 선단(23b")의 두께를 T0로 할 때, α = T0/T1의 값이, 0.3 ~ 0.7, 바람직하게는 0.35 ~ 0.65 로 되도록 형성되어 있다.

이에 의해, 리프부(23)의 전영역에서 발생하는 굽힘응력이 균일화, 즉, 굽힘강도의 균일화가 이루어져, 특이한 형태의 변형이 억제되어 국부적인 마모가 방지될 수 있어서, 실성능 및 내구성이 더욱 향상된다.

또한, 리프부(23)는 도 4A에 도시하는 바와 같이, 선단(23b")의 내경을 D0, 회전축(S)의 외경을 D1으로 할 때, β = (D1 - D0) / D1 의 값이 0.03 ~ 0.15, 바람직하게는 0.04 ~ 0.12 로 되도록 형성되어 있다.

이에 의해, 리프부(23)의 선단(23b")이 회전축(S)에 의해 압축될 때의 조임여유가 바람직한 상태로 관리되어, 국부적인 마모가 방지될 수 있고, 실성능 및 내구성이 더욱 향상된다.

여기서, 실링(20)의 재료로서는, 경질의 H-NBR계의 고무재료 등과 같이, 탄성변형이 가능한 재료가 사용된다. 그리고, 실링(20)의 리프부(23)의 재질경도는 JIS(일본공업규격)(DuroA) 경도로, 85 도 ~ 98 도, 바람직하게는 90 도 ~ 98 도로 되도록 형성되어 있다.

이와 같이 경도를 설정하는 것에 의해, 실링(20)의 리프부(23)(선단부 23b)와 회전축(S)과의 접촉상태를 최적의 상태로 유지할 수가 있고, 내마모성, 내구성이 더욱 향상된다.

또한. 실링(20)의 재료로서는 고압하에서 적절한 탄성변형이 얻어질 수 있는 재료라면, 고무재료에 한하지 않고, 수지재료를 적용해도 좋다.

서포트링(30)은 금속 또는 경질의 수지재료에 의해 형성되어 있어서, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 실링(20)의 삽입부착부(21)에 접합되는 환형의 접합부(31), 회전축(S)을 통과하는 원형구멍(30a)을 한정함과 함께 접합부(31)로부터 축선방향(S1)의 내부공간(F) 측으로 연장하는 원통부(32), 원통부(32)로부터 직경방향 내측으로 약 원추환형으로 연장하는 지지부(33) 등에 의해 구성되어 있다.

그리고, 원통부(32)는 실링(20)의 원통부(22)의 내벽면과 접촉 또는 비접촉 의 상태로 배치되어, 지지부(33)는 접합부(31)측으로부터 리프부(23)의 도중의 영역 즉 리프부(23)의 베이스부(23a)(영역 L1)까지 연장하여, 리프부(23)를 직경방향 내측으로부터 지지하도록 되어 있다.

또한, 지지부(33)의 선단영역(33a)은, 도 4A 및 도 4B에 도시한 바와 같이, 고압에서 압축되어 변형된 리프부(23)에 대하여 엣지작용을 미치지 않도록 (국부적으로 응력이 높아지지 않도록), 만곡되어 형성되어 있다.

제 2 실링(40)은 PTFE 등의 수지재료에 의해 형성되고, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 서포트링(30)의 접합부(31)를 사이에 끼운 상태에서 실링(20)에 접합되는 환형의 접합부(41), 접합부(41)로부터 직경방향내측으로 향하여 소정의 경사각도를 이루도록 약 원추환형으로 연장하여 회전축(S)(의 외주면)에 접촉할 수 있는 리프부(42) 등에 의해 구성되어 있다.

또한, 리프부(42)의 내벽면(회전축 S의 외주면과 접촉하는 영역)에는 나사형의 나선홈(43)이 설치되어 있다. 나선홈(43)은 그 나사펌프작용에 의해 밀봉유체를 내부공간(F)내로 되돌리는 역활을 한다.

제 2 서포트링(50)은 금속 또는 경질의 수지재료에 의해 형성되어, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 회전축(S)을 통과하는 원형구멍(50a)을 한정함과 함께, 제 2 실링(40)의 접합부(41)에 접합되는 환형의 접합부(51), 접합부(51)로부터 축선방향(S1)의 내부공간(F)으로 향하여 돌출하는 환형의 지지부(52) 등에 의해 구성되어 있다.

스페이서링(60)은, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 약 L자형의 단면을 이 루는 금속환(61), 금속환(61)에 일체로 고착된 고무제의 환형 패킹(62) 등에 의해 구성되어 있다. 금속환(61)은 제 2 서포트링(50)의 접합부(51)에 접합되고, 환형 패킹(62)은 실링(20)의 내주면(금속환 24)에 삽입되어 있다. 즉, 스페이서링(60)을 삽입하는 것으로 실링(20)의 내측에서 서포트링(30), 제 2 실링(40), 제 2 서포트링(50)을 끼워 고정할 수 있도록 되어 있다.

홀더링(70)은, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 약 L 자형의 단면을 이루도록 금속 또는 경질의 수지재료에 의해 형성되어 있고, 스페이서링(60)의 환형 패킹(62)에 삽입결합하도록 조립되어 있다.

제 3 실링(80)은 PTFE 등의 수지재료에 의해 형성되고, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 홀더링(70) 및 환형 패킹(62)에 접합되는 환형의 접합부(81), 접합부(81)로부터 직경방향 내측으로 향하여 소정의 경사각도를 이루도록 약 원추환형으로 연장하여 회전축(S)(의 외주면)에 접촉할 수 있는 리프부(82) 등에 의해 구성되어 있다.

제 3 서포트링(90)은 금속 또는 경질의 수지재료에 의해 형성되고, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 회전축(S)을 통과하는 원형 구멍(90a)을 한정함과 함께, 제 3 실링(80)의 접합부(81)에 접합되는 환형의 접합부(91), 접합부(91)로부터 축선방향(S1)의 내부공간(F)으로 향하여 돌출하는 환형의 지지부(92) 등에 의해 구성되어 있다.

접합부(91)는 실링(20)의 코킹부(24b)에서 제 3 실링(80)의 접합부(81)로 향하여 압축부착되어 견고하게 고정되어 있다.

상기 구성을 이루는 리프형 실(10)의 조립부착에 대하여 설명하면, 먼저, 코킹부(24b)가 굽혀지지 않은 (코킹처리되어 있지 않은) 실링(20)을 준비하고, 서포트링(30), 제 2 실링(40), 제 2 서포트링(50), 스페이서링(60), 홀더링(70), 제 3 실링(80), 제 3 서포트링(90)을 순차적으로 삽입한 후, 코킹처리를 실시하여, 코킹부(24b)를 형성한다.

이에 의해, 순차적으로 삽입된 서포트링(30), 제 2 실링(40), 제 2 서포트링(50), 스페이서링(60), 홀더링(70), 제 3 실링(80), 제 3 서포트링(90)은 모두 실링(20)에 의해 지지되고 고정되어 리프형 실(10)이 완성된다.

여기서, 상기 구조를 이루는 리프형 실(10)의 변형형태 및 실면의 면압분포를 도 5A 내지 도 5C에 도시하고, 비교예로서, 도 1에 도시하는 종래의 리프형 실의 변형 형태 및 실면의 면압분포를 도 6A 내지 도 6C에 도시하였다.

본 발명의 리프형 실(10)에서는 리프부(23)에 고압이 작용하는 않는 경우에는, 도 5A에 도시하는 바와 같이, 리프부(23)는 서포트링(30)의 지지부(33)에 지지되어 직선적으로 신장되어 회전축(S)과 좁은 폭으로 접촉하고 있고, 리프부(23)에 고압이 작용하면, 도 5B에 도시하는 바와 같이, 리프부(23)의 선단부(23b)가 적절히 탄성변형하여, 회전축(S)과의 접촉폭(W)이 넓어진다.

한편, 종래의 리프형 실에서는 리프부(1b)에 고압이 작용하지 않는 경우는, 도 6A 에 도시하는 바와 같이, 리프부(1b)는 서포트링(2)의 지지부(2b)에 지지되어 직선적으로 신장하여 회전축(S)과 좁은 폭으로 접촉하고 있고, 리프부(1b)에 고압이 작용하면, 도 6B에 도시하는 바와 같이, 리프부(1b)의 선단부분이 약간 탄성변 형하지만 기본적으로 변형하기 어렵고, 회전축(S)과의 접촉폭은 약간 넓은 폭(Wc)으로 되고, 도 6C에 도시하는 바와 같이, 최대면압(Pcmax)도 매우 높게 되어 마모가 진행하는 상태이다.

이에 대하여, 본 발명의 리프형 실(10)의 접촉영역(W)(실면)의 면압은, 도 5C에 도시하는 바와 같이, 종래의 것(도 6C 참조)에 비하여, 경사가 완만하게 되어 면압의 균일화가 이루어지고, 또한, 최대압력(Pmax) (<Pcmax)도 적절히 저하한다.

이와 같이, 접촉폭(W)이 넓어지는 것으로, 실면에서의 면압이 분산되어 마모가 경감되고, 내구성이 향상된다. 또한, 실면 전영역에 걸쳐서 어느 정도의 면압이 얻어지고, 최대압력도 극단적으로 저하하지 않고 적절한 면압으로 유지되기 때문에, 양호한 실성능이 얻어진다.

또한, 실링(20)의 리프부(23)에 있어서는, 바람직하게는, 그 두께 또는 조임여유가 상술의 조건, α = 0.03 ~ 0.07, β = 0.03 ~ 0.15를 만족시키도록 설정되는 것으로, 도 7A에 도시하는 바와 같이, 얇은 경우에 생길 수 있는 "도려내기 마모"(えぐれ磨耗, cutaway wear)를 방지할 수 있고, 또한, 도 7B로 도시하는 바와 같이, 두꺼운 경우에 생길 수 있는 "기울어지기 현상"(つんのめり現象)에 동반하는 마모를 방지할 수 있다.

도 8은 본 발명에 관한 리프형 실의 내구시험의 결과를 도시하는 것이다. 이 내구시험에서는 α의 값 및 β의 값이 상이한 여러 종류의 사이즈의 리프형 실을 성형하여 준비하고, 내부공간(F)에 충전되는 밀봉유체로서, 압력(Pf)이 5.8 MPa의 CO₂를 이용하여, 외경(φ D1)이 9.0 mm 의 회전축(S)을, 8000 rpm의 회전속도(Rv)로 소정시간에 걸쳐 회전시킨 후에 리프부(23)의 마모상황을 관찰했다.

그 결과, 도 8에 도시하는 바와 같이, α (=T0/T1)의 값이 0.65를 넘으면, "기울어지기 현상"이 크게 되는 경향이 있다. 한편, α의 값이 0.35 보다 작으면, 선단부 (23a)의 강성저하가 과도하게 크게 된다.

결과적으로는, α의 값이 0.35 ~ 0.65의 범위에서 실면의 접촉폭이 넓게 되는 적절한 변형이 얻어질 수 있다는 것이 확인되었다.

또한, α의 값으로는, 0.30 ~ 0.70 의 범위에서도 충분히 허용되는 것이 확인되었다.

또한, "도려내기 마모"나 "기울어지기 현상"은 회전축(S)과의 조임여유도 영향을 미치며, β (= (D1-D0)/D1)의 값이 0.04 보다도 작으면, 초기변형이 작은 "기울어지기 현상"을 생기게 하게 쉽게 된다. 한편, β의 값이 0.12 를 넘으면 "도려내기 마모"의 영향이 증가하는 경향이 있다.

결과적으로, β의 값이 0.04 ~ 0.12 의 범위에서 특이한 변형이 방지되어, 실면의 접촉폭이 넓어지는 적절한 변형이 얻어지는 것이 확인되었다.

또한, β의 값으로는, 0.03 ~ 0.15의 범위에서도 충분히 허용되는 것이 확인되었다.

도 9 및 도 10은 본 발명에 관한 리프형 실의 다른 실시형태를 도시하는 것이고, 전술의 실시형태와 동일의 구성에 대해서는 동일의 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.

이 실시형태에 관한 리프형 실(10')은, 도 9에 도시하는 바와 같이, 외부윤곽을 한정함과 함께 내부공간(유체)(F)측에 마주하는 실링(20), 실링(20) 내측에 접합된 서포트링(30')을 기본구성으로서 구비하고 있고, 또한, 서포트링(30')에 이어서 회전축(S)의 축선방향(S1)에 순차로 배열되어 접합된 제 2 실링(40), 제 2 서포트링(50), 스페이서링(60), 홀더링(70), 제 3 실링(80), 제 3 서포트링(90) 등을 구비하고 있다.

서포트링(30')은 금속 또는 경질의 수지재료에 의해 형성되어 있고, 도 9 및 도 10에 도시하는 바와 같이, 상술한 바와 같은 접합부(31) 및 원통부(32)와, 원통부(32)로부터 직경방향 내측으로 만곡하면서 약 원추환형으로 연장하는 지지부(33') 등에 의해 구성되어 있다. 그리고, 지지부(33')는 리프부(23) 측으로 향하여 돌출형으로 되도록 만곡하여 형성되어 있다.

이에의해, 만곡된 지지부(33')가 실링(20)의 리프부(23)를 국부적으로가 아니라 균일하게 완만한 곡면으로 지지하기 때문에, 고압환경하에서의 리프부(23)의 완만한 경사를 이루는 변형을 촉진하고, 접촉면압을 보다 균일화할 수가 있다. 따라서, 상술한 바와 마찮가지로, 실링(20)의 리프부(23)와 회전축(S)과의 접촉상태를 최적의 상태로 유지할 수가 있고, 내마모성, 내구성이 향상된다.

상기 실시형태에 있어서는, 리프형 실(10, 10')로서, 실링(20) 및 서포트링(30) 외에, 2개의 실링(40, 80) 및 2개의 서포트링(50, 90)을 포함하는 구성을 도시했지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 실링(20) 및 서포트링(30) 외에, 하나의 실링 및 하나의 서포트링을 포함하는 구성, 혹은, 실링(20) 및 서포트링(30)만의 구성에 본 발명을 적용해도 좋다.

상기 실시형태에 있어서는, 리프형 실(10, 10')을 자동차 등의 공조시스템의 일부을 이루는 컴프레서에 적용한 경우를 도시했지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 회전축 또는 축선방향으로 왕복운동하는 축을 지지하는 하우징을 구비하는 기계 혹은 전기기기 등이라면, 어느 것에 대해서도 적용할 수가 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 리프형 실은 소망하는 실성능이 확보되면서, 마모가 경감되어, 내구성이 향상되므로, 특히 고압환경하에서 노출되는 영역에 장착하기에 적당하며, 회전축만이 아니라 왕복운동하는 축의 외주를 밀봉할 필요가 있는 기계, 전기기기 등에서도 유용하다.

Claims

소정의 하우징에 지지된 축의 외주를 밀봉하는 리프형 실에 있어서,

상기 하우징의 구멍에 삽입부착되는 환형의 삽입부착부, 상기 삽입부착부로부터 직경 방향 내측으로 향하여 약 원추환형으로 연장하여 상기 축에 접촉할 수 있는 리프부를 한정하도록 탄성재료에 의해 형성된 실링과,

상기 삽입부착부에 접합되는 환형의 접합부, 상기 축을 통과하는 구멍을 한정함과 함께 상기 접합부측으로부터 상기 리프부의 도중의 영역까지 연장하여 상기 리프부를 직경방향 내측으로부터 지지하는 환형의 지지부를 가지는 서포트링을 포함하며,

상기 리프부는 상기 지지부와 비접촉으로 되기 시작하는 영역으로부터 선단을 향하여 서서히 얇아지는 선단이 가는 단면형상을 가지는 리프형 실.
청구항 1에 있어서, 상기 리프부는 상기 서포트링의 지지부와 비접촉으로 되기 시작하는 영역의 두께를 T1, 상기 선단의 두께를 T0로 할 때, α=T0/T1의 값이, 0.3 ~ 0.7로 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리프형 실.
청구항 1에 있어서, 상기 리프부의 선단의 내경을 D0, 상기 축의 외경을 D1으로 할 때, β = (D1 - D0) / D1 의 값이 0.03 ~ 0.15 로 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리프형 실.
청구항 1에 있어서, 상기 리프부는 상기 서포트링의 지지부와 비접촉으로 되기 시작하는 영역의 두께를 T1, 상기 선단의 두께를 T0로 할 때, α=T0/T1의 값이, 0.3 ~ 0.7로 되도록 형성되고,

상기 리프부의 선단의 내경을 D0, 상기 축의 외경을 D1으로 할 때, β = (D1 - D0) / D1 의 값이 0.03 ~ 0.15 로 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리프형 실.
청구항 1에 있어서, 상기 서포트링의 지지부는 상기 리프부측으로 향하여 돌출형으로 되도록 만곡하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리프형 실.
청구항 1에 있어서, 상기 실링의 리프부는 그 재질경도가 JIS (DuroA) 경도로 85 도 ~ 98 도인 것을 특징으로 하는 리프형 실.