KR20070015501A - Multi-layered seal structure - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 넓은 범위의 온도에 걸쳐서 유체 누출을 최소화하거나 제어하거나 또는 본질적으로 제거하는 다층 시일(seal) 링 또는 다른 기하학적 구성에 관한 것이다.The present invention is directed to a multilayer seal ring or other geometry that minimizes, controls or essentially eliminates fluid leakage over a wide range of temperatures.
밀봉 링은 예를 들어, 압축기, 펌프, 자동 변속기, 동력 조향 장치와 같은 여러 유형의 기계적 장치에서 샤프트 또는 로드와 보어 또는 실린더의 벽 사이에 밀봉을 형성하는데 사용된다.Sealing rings are used to form a seal between a shaft or rod and a wall of a bore or cylinder in various types of mechanical devices, for example compressors, pumps, automatic transmissions, power steering devices.
시일 링은 개방 환형 형상을 일반적으로 가지며 원통형 하우징 내에 위치하는 샤프트 또는 로드(예를 들어, 피스톤)의 원주 방향 홈 내에 장착된다. 시일 링의 일반적인 기능은 그것이 배치된 샤프트 또는 로드가 원통형 하우징 내에서 회전하거나, 진동하거나 또는 왕복할 수 있게 하면서 유체가 링 구조를 가로질러 한 측면에서 다른 측면으로 누출되는 것을 방지하거나 제어하는 것이다.The seal ring generally has an open annular shape and is mounted in the circumferential groove of the shaft or rod (eg piston) located in the cylindrical housing. The general function of the seal ring is to prevent or control fluid from leaking from one side to the other across the ring structure while allowing the shaft or rod on which it is placed to rotate, oscillate or reciprocate within the cylindrical housing.
조인트(joint)를 갖는 몇몇 시일 링 구조가 산업계에서 기술되었는데, 상기 조인트는 시일 링이 장착된 원통형 부재, 로드 또는 샤프트의 열 팽창 및/또는 수축에 대응하여 시일 링이 팽창 또는 수축할 수 있게 한다. 이러한 시일 링의 조인트는 예를 들어, 스텝 조인트, 스카프 조인트 및 버트(butt) 조인트와 같은 다양한 기하학적 구성을 갖는다. 그러나, 열 팽창과 사용 중 시일 링에 가해지는 다른 힘에 대한 노출은 이러한 유형의 조인트를 사용하는 시일 링이 그 구조 내에서 간극을 갖게 하는 원인이 된다. 이러한 간극은 그 구조를 통한 유체의 과도한 누출을 허용한다는 점에서 바람직하지 않다.Several seal ring structures with joints have been described in the industry, which allow the seal ring to expand or contract in response to thermal expansion and / or contraction of the cylindrical member, rod or shaft on which the seal ring is mounted. . Joints of such seal rings have various geometric configurations, such as, for example, step joints, scarf joints, and butt joints. However, thermal expansion and exposure to other forces exerted on the seal ring during use cause the seal ring using this type of joint to have a gap in its structure. Such gaps are undesirable in that they allow excessive leakage of fluid through the structure.
적합한 작동을 위해 유체 시스템(예를 들어, 자동 변속기)에서 고려할 필요가 있는 인자인 온도의 범위에 따라 다양한 정도의 누출이 발생한다. 넓은 범위의 온도가 최초 개시부터 기계적인 과정의 작동 온도 범위의 상부에 걸쳐서 관찰된다. 예를 들어, 오일과 같은 유체는 온도 변화에 대응하여 점성이 변화하게 되고, 이에 따라 누출율이 점성이 감소함에 따라 증가하고, 그 결과 누출율이 커지게 된다. 더욱이, 예를 들어, 열 팽창으로 인해 금속 샤프트 또는 로드와 같은 특정한 재료의 크기가 온도에 따라 변화하는데, 온도의 증가는 일반적으로 당업계에서 공지된 시일 링의 조인트 간극의 크기를 증가시키며, 그 결과 다시 누출이 커지게 된다.Various degrees of leakage occur depending on the range of temperatures that is a factor that needs to be considered in the fluid system (eg automatic transmission) for proper operation. A wide range of temperatures is observed from the initial inception over the top of the operating temperature range of the mechanical process. For example, a fluid, such as oil, will change in viscosity in response to temperature changes, thereby increasing the leak rate as the viscosity decreases, resulting in a larger leak rate. Moreover, for example, due to thermal expansion, the size of a particular material, such as a metal shaft or rod, changes with temperature, with increasing temperature generally increasing the size of the joint gap of the seal ring known in the art, and The result is a greater leak.
산업계는 시일 링을 통한 누출을 최소화하거나 제거하기 위해 방도를 강구해 왔지만, 이러한 시도는 실패한 것으로 밝혀졌다. 예로서, 마이크로-컷, 스텝 간극 또는 버트(butt) 간극(및 다른 것들)과 같은 공지의 조인트를 통한 누출율은 냉온에서 보다 작은 간극을 갖도록 시일 링의 크기를 조정함으로써 감소된다. 그러나, 이것은 링이 작동 온도에 대응하여 열적으로 팽창함에 따라 완전히 밀폐된 간극이 홈 안으로 링 접합을 야기하거나 또는 심지어 비틀릴 수도 있다는 점에서 문제가 있다. 상기 접합 또는 비틀림은 조기 마모를 야기하고/야기하거나 링이 부적합하게 밀봉하는 원인이 되고, 고온 오일의 낮은 점성에 따라 누출율은 실제로 증가한 다.The industry has been trying to minimize or eliminate leaks through the seal ring, but these attempts have been found to fail. As an example, the leak rate through known joints, such as micro-cut, step clearance or butt clearance (and others), is reduced by resizing the seal ring to have a smaller clearance at cold temperatures. However, this is problematic in that as the ring thermally expands in response to the operating temperature, a fully closed gap may cause or even twist the ring joint into the groove. The joining or twisting causes premature wear and / or causes the ring to seal improperly, and the leak rate actually increases with the low viscosity of the hot oil.
따라서, 누출을 제거하거나 넓은 범위의 온도에 걸쳐서 그 구조를 통한 최소한의 제어된 누출량만을 허용하는 시일 링 개발에 대한 요구가 산업계 내에 존재한다. 본 발명은 이러한 시일 링을 제공한다.Thus, there is a need in the industry to develop seal rings that eliminate leaks or only allow a minimum controlled amount of leak through the structure over a wide range of temperatures. The present invention provides such a seal ring.
본 발명은 샤프트, 로드 또는 다른 원통형 부재 위로 설치 가능한 팽창 가능한 다층 시일 링 구조 또는 다른 기하학적 구성에 관한 것이며, 본 발명은 넓은 범위의 작동 온동에 걸쳐서 최소한의 오직 제어된 누출만을 허용하거나 본질적으로 제거한다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an inflatable multi-layer seal ring structure or other geometry that can be installed over a shaft, rod or other cylindrical member, and the present invention allows or essentially eliminates only minimal controlled leakage over a wide range of operating temperatures. .
본 발명의 실시예는 a) 그 내부에 간극 또는 파단부를 갖는 제1 환형 또는 비환형부와,Embodiments of the present invention include a) a first annular or acyclic portion having a gap or fracture portion therein;
b) 그 내부에 간극 또는 파단부를 갖는 제2 환형 또는 비환형부를 포함하고,b) a second annular or acyclic part having a gap or breakage therein,
상기 제2 환형부는 상기 제1 환형부와 인접하거나 접촉하며,The second annular portion is adjacent to or in contact with the first annular portion,
적어도 상기 제1 및 제2 환형부는 부착제로 부착 영역에서 서로 부착되는 다층 시일 링 또는 다른 기하학적 구조에 관한 것이다.At least the first and second annular portions relate to a multilayer seal ring or other geometry that is attached to each other at an attachment area with an adhesive.
본 발명은 적어도 제1 환형 또는 비환형부와 제2 환형 또는 비환형부를 부착제로 부착 영역에서 서로 부착하는 단계를 포함하고, 적어도 상기 제1 환형 또는 비환형부는 상기 제2 환형 또는 비환형부와 접촉하거나 인접하는 다층 시일 링 또는 다른 기하학적 구조의 형성 방법에 관한 것이다.The present invention includes the step of attaching at least a first annular or acyclic portion and a second annular or acyclic portion to each other in an attachment region with an adhesive, wherein at least the first annular or acyclic portion is in contact with the second annular or acyclic portion, or A method of forming adjacent multilayer seal rings or other geometries.
본 발명의 다른 대안, 수정 또는 균등물은 이하의 상세한 기재를 볼 때 당업자에게 자명하다. 이러한 추가적인 대안, 수정, 균등물은 이러한 기재 및 본 발명의 보호 범위 내에 포함된다.Other alternatives, modifications, or equivalents of the present invention will be apparent to those skilled in the art upon reviewing the following detailed description. Such additional alternatives, modifications, and equivalents are included within the scope of this description and the present invention.
도1은 본 발명에 따른 다층 시일 링의 실시예의 측면도이다.1 is a side view of an embodiment of a multilayer seal ring according to the present invention.
도2는 본 발명에 따른 다층 시일 링의 실시예의 분해 측면도이다.2 is an exploded side view of an embodiment of a multilayer seal ring in accordance with the present invention.
도3은 로드 또는 샤프트 상에 위치하는 다층 시일 링의 실시예의 측면도이다.3 is a side view of an embodiment of a multilayer seal ring located on a rod or shaft.
도4는 그 안에 파단부를 갖는 다층 시일 링의 실시예의 측면도이다.4 is a side view of an embodiment of a multilayer seal ring having breaks therein.
수치 범위가 본 명세서에서 인용되는 경우에, 다르게 기술되지 않는다면, 그 범위는 그 종료점과, 그 범위 내의 모든 정수 및 분수를 포함하는 것으로 본다. 본 발명의 보호 범위는 수치 범위를 정의할 때 인용되는 특정한 값에 한정되지 않는다. 더욱이, 본 명세서에서 기술되는 모든 범위는 구체적으로 기재되는 특정한 범위 및 그 내의 어떠한 값들의 조합도 포함하며, 인용되는 최소 및 최대 값을 포함한다.Where a numerical range is cited herein, unless stated otherwise, the range is deemed to include the endpoint and all integers and fractions within that range. The protection scope of the present invention is not limited to the specific values recited when defining the numerical range. Moreover, all ranges described herein include the specific ranges specifically described and any combination of values therein, including the minimum and maximum values recited.
본 발명에 따른 다층 시일 링은 밀봉 기능을 수행하는 정적이거나, 왕복하거나 회전하는 제품을 포함하는 다양한 제품에 사용될 수 있다. 다층 시일 링은 액체 또는 가스의 형태인 유체가 격리되어 유체가 시일 링에 대해 압력을 가하여 밀봉된 표면을 생성하는 제품에서 사용된다. The multilayer seal ring according to the invention can be used in a variety of products, including static, reciprocating or rotating products that perform a sealing function. Multilayer seal rings are used in articles where the fluid in the form of a liquid or gas is isolated so that the fluid presses against the seal ring to create a sealed surface.
본 발명은 샤프트, 로드 또는 다른 원통형 부재에 설치가 가능하며, 소정의 위치에 있게 되면 연속적인 고체 링과 같은 밀봉을 제공하는 팽창 가능한 다층 시일 링 구조 또는 다른 기하학적 구조에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 넓은 범위의 작동 온도에 걸쳐서 최소의 제어된 누출만을 허용하거나 본질적으로 제거하는 다층 시일 링을 제공한다. 보다 구체적으로는, 도1 내지 도3에서 도시되는 바와 같이, 본 발명의 실시예는 a) 그 내부에 간극(4)을 갖는 제1 환형부(2)와, b) 그 내부에 간극(4)을 갖는 제2 환형부(3)를 포함하고, 상기 제2 환형부는 상기 제1 환형부와 인접하거나 접하고, 적어도 상기 제1 및 제2 환형부는 부착 영역(5)에서 부착제(6)로 서로 부착되는 다층 시일 링(1)에 관한 것이다.The present invention relates to an expandable multilayer seal ring structure or other geometry that can be installed on a shaft, rod, or other cylindrical member and, when in place, provides a seal such as a continuous solid ring. In addition, the present invention provides a multilayer seal ring that permits or essentially eliminates only minimal controlled leakage over a wide range of operating temperatures. More specifically, as shown in Figures 1-3, embodiments of the present invention comprise a) a first
본 발명의 구조는 여러 개의 환형 또는 비환형부의 사용을 고려하며, 적어도 두 개의 개별 환형 또는 비환형부가 형성되고 서로 연결된다. 기재의 편이를 위해, 두 개의 환형부를 이용하는 실시예가 본 명세서에서 기술된다. 바람직하게는, 두 개의 환형부만이 이용될 때 각각의 단일 환형부는 통상의 대응하는 시일 링 두께의 절반인 두께를 갖는다.The structure of the present invention contemplates the use of several annular or acyclic parts, wherein at least two separate annular or acyclic parts are formed and connected to one another. For ease of description, embodiments using two annular portions are described herein. Preferably, each single annular portion has a thickness that is half of the conventional corresponding seal ring thickness when only two annular portions are used.
본 발명에 따른 다층 시일 링의 적어도 제1 및 제2 환형부는 넓은 범위의 직경을 일반적으로 가지며 그것의 특별한 장점을 제공할 수 있다.At least the first and second annular portions of the multilayer seal ring according to the invention generally have a wide range of diameters and can provide their particular advantages.
본 발명에 따른 적어도 제1 및 제2 환형부(2, 3)는 그것이 사용되는 환경에서 발생되는 힘 또는 온도를 견디면서 필수적인 밀봉 기능을 제공할 수 있는 다양한 재료, 예를 들어, 주철, 가요성 엘라스토머 및 다양한 중합체와 같은 금속으로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 적어도 제1 및 제2 환형부(2, 3)는 중합체 재료로 구성되며, 제1 및 제2 환형부(2, 3)는 동일한 중합체 또는 다른 중합체로 구성될 수 있다.At least the first and second
다층 시일 링(1)의 바람직한 실시예는 고성능 중합체를 포함한다. 보다 바람직하게는, 본 발명은 온도 저항성이고, 높은 융점을 갖고, 높은 압축 강도를 갖고, 쉽게 부서지지 않고, 낮은 열팽창 계수 및 낮은 마찰 계수를 갖는 합성 고성능 중합체를 포함한다.Preferred embodiments of the
예를 들어, 인장 강도, 모듈러스, 연신과 같은 다른 물리적 성질도 시일 링에서 중요하다. 금속 시일 링은 보다 나은 인장 강도 및 모듈러스를 갖는 경향이 있지만, 연신율은 중합체에서 더 높다. 본 발명의 링에서, 인장 강도는 약 9000 내지 18000 psi(62.1×103 내지 124.1×103 kPa)의 범위 내이어야 하고, 연신은 약 2.5% 내지 10%의 범위 내이어야 하고, 인장 모듈러스는 약 310,000 내지 약 750,000 psi(2.14×106 내지 5.17×10 kPa)의 범위 내이어야 한다. 당업자라면 이것이 단지 바람직한 범위이며 이에 한정하는 것은 아닌 것으로 이해할 것이다. 매우 다양한 중합체들이 본 발명의 다층 시일 링(1)에 사용하기에 적합하다. 특히 적합한 것들은 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리아미드 이미드(PAI), 폴리에테르 이미드, 폴리에테르 케톤 케톤(PEKK), 폴리에테르 케톤(PEK), 폴리페닐렌 설파이드(sulfide), 폴리벤지미다졸(polybenzimidazloe), 열가소성 폴리이미드(TPI), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 액정 고분자(LCP)이다.For example, other physical properties such as tensile strength, modulus, elongation are also important in the seal ring. Metal seal rings tend to have better tensile strength and modulus, but elongation is higher in the polymer. In the ring of the present invention, the tensile strength should be in the range of about 9000 to 18000 psi (62.1 × 10 3 to 124.1 × 10 3 kPa), the stretching should be in the range of about 2.5% to 10%, and the tensile modulus is about 310,000 to about 750,000 psi (2.14 × 10 6 to 5.17 × 10 kPa). Those skilled in the art will understand that this is only a preferred range and not a limitation. A wide variety of polymers are suitable for use in the
중합체가 폴리이미드이면, 적어도 하나의 디아민과 적어도 하나의 무수물(無 水物; anhydride)로부터 준비되는 것이 바람직하다. 바람직한 디아민은 엠-페닐렌 디아민(MPD), 피-페닐렌 디아민(PPD), 옥시디아닐린(ODA), 메틸렌 디아닐린(MDA), 톨루엔 디아민(TDA)을 포함한다. 바람직한 무수물은 벤조페논 테트라카르복실릭 이무수물(BTDA), 비페닐 이무수물(BPDA), 트리멜리틱 무수물(TMA), 피로멜리틱 이무수물(PMDA), 말레산 무수물(MA)와 나딕 무수물(NA)를 포함한다.If the polymer is polyimide, it is preferably prepared from at least one diamine and at least one anhydride. Preferred diamines include M-phenylene diamine (MPD), p-phenylene diamine (PPD), oxydianiline (ODA), methylene dianiline (MDA), toluene diamine (TDA). Preferred anhydrides are benzophenone tetracarboxylic dianhydride (BTDA), biphenyl dianhydride (BPDA), trimellitic anhydride (TMA), pyromellitic dianhydride (PMDA), maleic anhydride (MA) and nadic anhydride ( NA).
바람직한 폴리이미드는 이하의 무수물과 디아민의 조합인 BTDA-MPD, MA-MDA, BTDA-MDA-NA, TMA-MPD와 TMA-ODA, BPDA-ODA, BPDA-MPD, BPDA-PPD, BTDA-4, 4'-디아미노벤조페논, BTDA-bis(P-페녹시)-p, p'-비페닐로부터 준비되는 것을 포함한다. 본 발명의 시일 링에 유용한 본질적으로 만족스러운 폴리이미드는 피로메틸리틱 이무수물(dianhydride)과 4, 4'-옥시디아닐린(PMDA-ODA)으로부터 준비되는 것이다. 보다 바람직하게는, 다층 시일 링은, 예를 들어, 델라웨어주 윌밍턴시 소재의 이.아이. 듀퐁 드 네무르사(E.I. du Pont de Nemours and Company)에서 상업적으로 제공하는 베스펠(VESPEL) 열가소성 재료와 같은 상업적으로 제공되는 폴리이미드를 포함한다.Preferred polyimides are BTDA-MPD, MA-MDA, BTDA-MDA-NA, TMA-MPD and TMA-ODA, BPDA-ODA, BPDA-MPD, BPDA-PPD, BTDA-4, Prepared from 4'-diaminobenzophenone, BTDA-bis (P-phenoxy) -p, p'-biphenyl. Essentially satisfactory polyimides useful in the seal rings of the present invention are those prepared from pyromethylritic dianhydrides and 4,4'-oxydianiline (PMDA-ODA). More preferably, the multilayer seal ring is, for example, E. I. Wilmington, Delaware. Vespel commercially provided by EI du Pont de Nemours and Company (VESPEL) commercially available polyimides such as thermoplastic materials.
폴리이미드 조성물은 적어도 하나의 폴리이미드와, 약 400℃ 이하의 온도에서 용융 가공 가능하고 폴리아미드와 폴리에스테르 수지로부터 선택되고 약 45 내지 79.9 중량 퍼센트로부터의 농도에서 존재할 수 있는 적어도 하나의 다른 중합체의 혼합을 포함한다. 용융 가공은 종래의 의미에서 사용되고, 중합체는 중합체의 실질적인 열화 없이 지시된 온도에서 사출 장치에서 처리될 수 있다.The polyimide composition comprises at least one polyimide and at least one other polymer that is melt processable at temperatures up to about 400 ° C. and is selected from polyamides and polyester resins and may be present at a concentration from about 45 to 79.9 weight percent. Contains blends. Melt processing is used in the conventional sense, and the polymer can be processed in the injection apparatus at the indicated temperature without substantial degradation of the polymer.
다양한 폴리아미드 및/또는 폴리에스테르가 본 발명에서 사용될 수 있고/있 거나 폴리이미드와 혼합될 수 있다. 예를 들어, 폴리아미드가 사용될 수 있는데, 이것은 나일론 6, 나일론 6,6, 나일론 610 및 나일론 612를 포함한다. 폴리에스테르가 사용될 수 있는데, 이것은 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terepthalate)와 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terepthalate)를 포함한다.Various polyamides and / or polyesters can be used in the present invention and / or mixed with polyimides. For example, polyamide can be used, which includes
가용성이거나 용융 가공 가능한 폴리아미드 또는 폴리에스테르는 추가적으로 액정 고분자(LCP)의 형태일 수 있다. 액정 고분자는 일반적으로 폴리에스테르이고, 폴리에스테르아미드와 폴리에스테르이미드를 포함하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 액정 고분자는 예를 들어 잭슨 등에 의한 미국 특허 제4,169,933호, 제4,242,496호, 제4,238,600호 및 "액정 고분자: 대체 히드로퀴논의 브이아이 액정 폴리에스테르"에 기술된다.Soluble or melt processible polyamides or polyesters may additionally be in the form of liquid crystal polymers (LCPs). The liquid crystal polymer is generally polyester and includes, but is not limited to, polyesteramide and polyesterimide. Liquid crystal polymers are described, for example, in US Pat. Nos. 4,169,933, 4,242,496, 4,238,600 and "Liquid Crystal Polymers: V-I Liquid Substrate of Alternative Hydroquinone" by Jackson et al.
본 발명의 다층 시일 링(1)의 중합체는 다른 첨가물, 충전제 및 건조 윤활제를 더 포함할 수 있는데, 이것은 당업자에게 자명한 바와 같이, 완성된 시일 링의 전체 특징을 저하시키지 않는다. 예를 들어, 그래파이트의 조성물로의 통합은 내마모성 재료로서 그것의 사용 범위를 연장할 수 있다. 다른 이로운 첨가물은 열 팽창 계수를 감소시키기 위한 탄소 섬유이다. 다양한 무기 충전제가 마찰 계수를 감소시키고 내마모성을 개선하는 것으로 알려져 있다. 본 발명에서 사용되는 충전제가 시일 링의 파단을 막아서는 안 된다.The polymer of the
다르게는, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다층 시일 링(1)은 다양한 조합의 중합체로 구성될 수 있는데, 각각의 개별 환형부는 다른 중합체를 포함한다. 예를 들어, 중합체는 다양한 제품에서의 성능 및 사용을 기초로 하여 선택될 수 있는데, 두 개 층의 링의 마모 측면은 높은 마모성 및 낮은 마찰 특성을 제공하는 제1 중합체를 포함할 수 있고, 반면에 인접하는 환형부는 정적인 표면에 대해 보다 우수한 밀봉을 제공하는 보다 연성의 중합체를 포함한다. 중합체들의 조합이 사용될 때 유사한 열 팽창율을 갖는 중합체들을 사용하는 것이 바람직하고, 서로의 10% 이내가 바람직하다. Alternatively, as mentioned above, the
회전 설비는 종종 실질적으로 원형인 통로로 결론지어지기 때문에, 바람직하게는 본 발명은 다층 시일 링(1)에 관한 것이다. 그러나, 다층의 타원형 밀봉 구조를 포함하지만 이것에 한정되지는 않는 다양한 다른 다층의 기하학적 형상이 보다 전문화된 제품에서 사용될 수 있다.Since the rotary installation is often concluded with a substantially circular passageway, the invention preferably relates to the
바람직하게는, 본 발명에 따른 개별 환형부는 정사각형 또는 사각형의 단면 구성을 갖지만, 예를 들어, 모따기 된 코너와 같은 다른 단면 구성이 사용될 수 있다. 모따기부(chamfer)는 각을 이루거나 내부 반경을 가질 수 있다.Preferably, the individual annular parts according to the invention have a square or square cross-sectional configuration, but other cross-sectional configurations can be used, for example chamfered corners. The chamfers can be angled or have an inner radius.
본 발명의 적어도 제1 및 제2 환형부(2, 3)는 그 구조 내에 간극(4)을 갖는데, 이것은 인접하는 링이 서로에 관하여 활주하는 것을 허용한다. 따라서, 간극(4)은 설치를 위해 본 발명의 설치 동안의 "조인트" 또는 팽창 지점으로서 작용한다. 본 발명의 여러 개의 환형부 내에 형성되는 간극(4)은 직접 형성되는 간극이 바람직하다. 도1 내지 도3에서 도시되는 바와 같이, 각각의 개별 환형부는 두께 전체를 관통하는 간극을 갖고, 이에 따라 실질적으로 서로 평행이고 부드러운 표면을 갖는 대향의 표면(4a, 4b)을 갖는 한 쌍의 단부를 형성한다. 추가하여, 간 극의 대향 표면(4a, 4b)은 특정한 개별 환형부의 주 축 또는 평면에 실질적으로 수직인 것이 바람직하다.At least the first and second
다르게는, 간극 대신에, 본 발명은 도4에서 도시되는 바와 같이 파괴된 개별 형태를 이용한다. 각각의 개별 환형부는 두께 전체를 관통하여 완전히 파단되고(12) 이에 의해 서로 실질적으로 평행한 대향의 표면(11a, 11b)을 갖는 한 쌍의 단부를 형성한다. 파단부의 대향 표면(11a, 11b) 또는 파괴 라인은 특정한 개별 환형부의 주 축 또는 평면에 실질적으로 수직인 것이 바람직하다. 일반적으로, 파단부의 대향 단부는 거칠고, 표면들이 접촉하도록 강제될 때 함께 맞물리고, 누설 방지에 도움이 될 수 있다.Alternatively, instead of a gap, the present invention utilizes a broken individual form as shown in FIG. Each individual annulus completely breaks through the entire thickness (12) thereby forming a pair of ends having opposing
당업자에게 통상적으로 공지된 바와 같이, 다층 시일 링(1)은 샤프트, 로드 또는 다른 원통형 부재의 회전 또는 왕복 운동 동안 가열되고, 다층 시일 링이 작동 상태에 있을 때 다층 시일 링이 열적으로 팽창하게 된다. 이러한 이유로, 대향 단부 표면(4a, 4b 또는 11a, 11b)은 작동 조건에 이르게 될 때까지 반드시 접촉하는 것은 아니다. 간극(4) 또는 파단부(12)는 냉온에서 개방되고 최고 작동 온도에서 밀폐되어, 제1 링에 의한 누출을 최소화하는 것이 바람직하다.As is commonly known to those skilled in the art, the
간극(4)의 폭은 결정적인 것은 아니지만, 그것의 크기는 다층 시일 링(1)이 형성될 때 적어도 제1 및 제2 환형 또는 비환형부(2, 3)의 중첩이 없는 정도로 커서는 안 된다. 바람직하게는, 간극 폭은 특정한 환형부의 전체 원주 치수의 작은 일부일 뿐이다. 추가하여, 간극 폭은 특정한 환형부의 직경에 대해 일반적으로 선형 관계이어서, 개별 환형부의 직경이 두 배이면, 간극의 폭도 마찬가지로 두 배이 다.The width of the
온도와 함께, 유체 압력은 또 다른 작동 조건인데, 이는 다층 시일 링의 밀봉 기능을 수행하는 능력에 영향을 미친다. 작동 압력이 다층 시일 링(1)의 가압된 측면에서 달성되고 작동 온도가 달성될 때, 대향 표면(4a, 4b와 11a, 11b)이 만나게 되고, 이에 따라 시일 링의 설치를 위해 생성되었던 간극(4) 또는 파단부(12)를 밀폐시키고 간극 또는 파단부(12)는 누출 지점이 되지 않게 된다. 따라서, 단일의 다층 시일 링이 밀봉 기능을 수행하는데 요구되는 전부이다.Along with temperature, fluid pressure is another operating condition, which affects the ability to perform the sealing function of a multilayer seal ring. When the operating pressure is achieved on the pressurized side of the
예측될 수 있는 바와 같이, 다층 시일 링(1)을 통한 유체의 바람직하지 않은 누출은 그것이 적합하게 기능하지 않고 있다는 증거가 된다. 상술한 바와 같이, 몇몇 예에서 누출의 완벽한 제거는 가능하지 않으며, 실제로 유체의 오직 최소량의 제어되는 누출이 바람직하다. 예를 들어, 제어되는 누출은 변속기 내에서와 같이 가압되지 않는 측면 위의 베어링 또는 부싱에 대해 윤활 또는 열 제거를 위해 사용될 수 있다. 다층 시일 링이 보어 또는 실린더 내에 사용되는 샤프트 또는 로드 위에 설치되고 가압될 때, 적합하게 기능하는 다층 시일 링은 유체의 누출을 방지하거나 적어도 최소화하게 된다. 실린더에서 설치된 다층 시일 링의 가압되는 측면 상류와 시일 링의 가압되지 않는 측면 하류를 갖는 것은 가압되는 측면을 가압되지 않는 측면으로부터 격리시키는 기능을 한다.As can be expected, the undesirable leakage of fluid through the
더욱이, 어떠한 누출 유체의 통로는 통상적으로 제1 환형부(2) 내의 간극(4) 또는 파단부(12)를 통하고, 이후 제2 환형부(3) 내의 간극(4) 또는 파단부(12)에 이를 때까지 인접하는 환형부들 사이의 경계면을 지난다. 인접하는 환형부의 간 극(4) 또는 파단부(12) 사이의 이러한 통로의 길이는 누출의 감소에 있어서 중요하다. 따라서, 통로가 길수록, 이에 대응하여 유체 누출도 더 감소된다. 따라서, 간극(4) 또는 파단부(12)가 다층 시일 링이 형성될 때 서로 정렬되지 않는 한, 이러한 간극(4) 또는 파단부(12)는 개별 환형부를 따라 어느 곳에서든 위치할 수 있다. 다층 시일 링 내의 간극(4) 또는 파단부(12)는 샤프트, 로드 또는 다른 원통형 부재(7)에 조립하기 쉽도록 서로 근접하여 위치할 수 있으며, 이에 의해 누출 통로를 줄이게 되지만, 누출 체적은 증가하게 된다. 간극(4) 또는 파단부(12)는 실질적으로 서로 대향인 것이 바람직하고, 약 180도 이격되어 누출 양을 제거 또는 최소화하는 것이 보다 바람직하다.Moreover, the passage of any leaking fluid is typically through the
본 발명의 다층 시일 링(1) 내의 간극 또는 파단부(12)가 제공하는 장점은 개별 환형부가 서로에 대해 회전하여, 샤프트, 로드 또는 다른 원통형 부재(7) 상에 간극(4) 또는 파단부(12)가 정렬되는 결과를 낳게 될 때 없어진다. 따라서, 적어도 제1 및 제2 환형부(2, 3)가 부착제를 사용하여 부착 영역(5)에서 서로 부착되어 도2 내지 도4에서 도시되는 바와 같이, 서로에 대한 회전을 방지한다.The advantage provided by the gaps or breaks 12 in the
부착제(6)는 예를 들어, 접착제, 도웰(dowel)을 사용하는 피닝(pinning), 하나의 환형부가 돌출부를 갖고 반면에 인접하는 환형부는 예를 들어 암/수 구성과 같은 상기 돌출부를 수용할 수 있는 리세스부를 갖는 성형되거나 제조되는 환형부와 같이 당업계에 공지된 어떠한 방식도 될 수 있다. 다층 시일 링(1)의 개별 형태들을 부착하는 것은 그것들이 서로에 대해 회전하지 않으면서 다층 링의 설치를 위한 팽창을 목적으로 서로에 대해 미끄러지는 능력은 보유할 수 있게 한다.The adhesive 6 may, for example, be adhesive, pinning using a dowel, one annular portion having a protrusion while the adjacent annular portion receives the protrusion, for example a male / male configuration. It may be any manner known in the art, such as shaped or manufactured annular parts with recesses that can. Attaching the individual forms of the
본 발명에서 사용되는 도웰은 작은 단면의 핀으로 형성될 수 있는 강도 있는 재료로 제조되어야 한다. 도웰은 충분히 단단해서 개별 환형부 내의 각 구멍으로의 삽입을 견디고 유체 시스템의 압력, 힘 및 열적 조건을 견디면서 다층 시일 링(1)의 개별 환형부의 보존성을 저하시키지 않도록 일정한 크기이어야 한다. 더욱이, 도웰은 불활성 재료이거나 그것이 사용되는 유체 시스템과 환형부 양자와 화학적으로 양립 가능한 것들로 제조되어야 한다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 도웰은 작은 게이지 와이어, 섬유 유리, 탄소 섬유, 스테인리스 강, 구리, 알루미늄, 유리, 폴리머 등으로부터 제조되는 것들을 포함한다. 바람직하게는, 도웰 직경은 개별 환형부의 벽 두께의 50% 이하이며, 보다 바람직하게는 벽 두께의 20% 이하이다.Dowels used in the present invention should be made of a rigid material that can be formed into pins of small cross section. The dowells should be sufficiently rigid so as to withstand the insertion into each hole in the individual annulus and withstand the pressure, force and thermal conditions of the fluid system while not degrading the retention of the individual annulus of the
통상적으로 도웰은 제자리로 가압될 때 그것들의 위치를 유지하는 크기이지만, 그것들을 제 위치에서 유지하는 것은 서로 환형부를 부착하는 것에 대해 이하에서 기술되는 것들과 같은 접착제의 사용에 의해 보충될 수 있다. 더욱이, 예를 들어, 환형부가 사용되는 몇몇 샤프트, 로드 또는 다른 원통형 부재에서 발견되는 링 홈과 같은 홈이 도웰이 위치를 벗어나서 작동하는 것을 방지하는 것을 돕는다. 도웰을 위치시키는데 있어서 도웰이 환형부를 서로 접촉하는 상태로 유지하고 서로에 대한 환형부들의 회전을 방지하도록 각각의 환형부 안으로 충분히 관통힐 필요가 있지만, 도웰의 단부 표면에 수직인 환형부의 인접하지 않는 평 표면을 넘어서 연장해서는 안 된다.Dowels are typically sized to retain their position when pressed in place, but holding them in place can be supplemented by the use of adhesives such as those described below for attaching annular portions to each other. Moreover, grooves such as ring grooves, for example found in some shafts, rods or other cylindrical members in which the annulus is used, help to prevent the dowel from working out of position. In positioning the dowell, the dowels need to be sufficiently penetrated into each annulus to keep them in contact with each other and to prevent rotation of the annulus relative to each other, but not adjacent to the annulus perpendicular to the end surface of the dowell. It should not extend beyond the flat surface.
본 발명에서 사용되는 접착제는 환형부를 약화, 예를 들어 화학적으로 저하 시켜서는 안 되며, 이러한 접착제는 수작업으로 적용되거나 이러한 제품들의 당업계에서 공지된 다양한 방법을 이용할 수 있다. 개별 환형부가 서로 부착되는 다층 시일 링(1)의 부분은 부착 영역(5)인데, 이것은 다층 시일 링의 전체 원주에 대해 일반적으로 작은 영역이다. 통상적으로 접착제의 사용으로, 개별 환형 또는 비환형부를 서로 부착할 수 있으면서, 간극(4) 또는 파단부(12) 사이의 환형부의 원주 방향의 중간 지점에 가깝게 유지되는 곳에서 부착 영역의 크기(또는 폭)는 가능한 한 작게 유지된다. 어떠한 적용된 접착제도 인접하는 환형부 사이로부터 압출되어서는 안되며, 따라서 적용 양에 주의해야 한다. 접착제를 과하게 적용하면 다층 구조의 밀봉 능력을 방해할 수 있고, 갑작스럽게 고장나고 다른 유체 시스템에 오염물이 될 수 있다.The adhesive used in the present invention should not weaken, for example chemically degrade, the annulus, and such adhesive can be applied by hand or use a variety of methods known in the art of these products. The portion of the
일반적으로, 부착 영역의 위치 설정을 결정할 때, 그것은 간극(4) 또는 파단부(12) 사이의 중심선의 중간 지점에 위치된다. 바람직하게는, 간극(4) 또는 파단부(12)가 180도 이격될 때, 부착 영역은 이러한 간극(4) 또는 파단부의 위치로부터 90도에 위치된다.In general, when determining the positioning of the attachment area, it is located at the midpoint of the centerline between the
본 발명에서 사용하기에 적합한 접착제는 당업자에게 잘 알려져 있으며, 통상적으로 화학적으로 불활성이고 사용되는 특정한 제품들에 적합한 온도 등급을 갖는다. 적합한 접착제는 예를 들어 코네티컷주 록키 힐 소재의 헨켈 록타이트사에서 제공하는 록타이트(Loctite)와 같이 상업적으로 제공된다.Adhesives suitable for use in the present invention are well known to those skilled in the art and are typically chemically inert and have a temperature rating suitable for the particular products used. Suitable adhesives are, for example, Loctite from Henkel Loctite, Rocky Hill, Connecticut. Commercially available as (Loctite).
본 발명에 따른 개별 환형부는 예를 들어, 사출 성형, 압출 성형, 압축 형성 등과 같은 당업계에서 공지된 다양한 방식에 의해 제조될 수 있다.The individual annulus according to the invention can be produced by various methods known in the art, for example injection molding, extrusion molding, compression molding and the like.
본 발명에 따른 파단부(12)를 갖는 개별의 적어도 제1 및 제2 환형부(2, 3)를 제조하는 방법은 당업계에서 잘 알려져 있으며, 변호사 도켓 번호 제AD7059 호(이.아이. 듀퐁 드 네무르 사)에서 기재된 것을 포함하지만, 이것에 한정되지 않는다.Methods of making individual at least first and second
본 발명은 본 발명에 따른 다층 시일 링을 형성하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 적어도 그 내부에 간극 또는 파단부를 갖는 제1 환형부와 그 내부에 간극 또는 파단부를 갖는 제2 환형부를 부착제로 부착 영역에서 서로 부착하는 단계를 포함하고, 적어도 제1 환형부는 제2 환형부와 인접하거나 접한다. 상기 기술된 방법은 다층 시일 구조를 형성하기 위해 비환형부들을 부착하는데 사용될 수 있다. The present invention relates to a method for forming a multilayer seal ring according to the present invention, which method comprises at least a first annular portion having a gap or breakage therein and a second annular portion having a gap or breakage therein as an adhesive. Attaching to each other at the attachment region, wherein at least the first annular portion is adjacent or abuts with the second annular portion. The method described above can be used to attach the acyclic portions to form a multilayer seal structure.
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