KR20070020498A - 씰링 시스템 - Google Patents

Abstract

압력변동이 씰링 시스템에 부여되더라도, 버퍼 링의 거동이 안정되고, 상시 밀봉성능을 발휘될 수 있는 씰링 시스템을 제공한다. 버퍼 링(B)은 강성이 높고, 큰 조임공차가 확보될 수 있어서, 압력변동에 의한 거동을 안정시켜 슬라이드면이 로드(5)로부터 떨어지는 것을 억제할 수 있게 된, 로드 패킹(R)보다 큰 단면을 가진 것으로, 내주 립부(6)의 립 선단(9)의 엣지를 둥글게 해서 최대 접촉압력구배가 적어지게 한 U패킹(2)과, 이 U패킹(2)의 두꺼운 힐부분(3)에 닿아 이 두꺼운 힐부분(3)을 보호하는 백업 링(4)으로 구성된다.

Description

씰링 시스템 {SEALING SYSTEM}

본 발명은, 예컨대 건설기계나 운반차량 등의 액츄에이터로 쓰이는 유압실린더 등에 사용되는 로드 씰링 시스템과 같은 씰링 시스템에 관한 것이다.

씰링 시스템으로는 유압실린더 등에 사용되는 로드 씰링 시스템(rod sealing system)이 알려져 있다. 로드 씰링 시스템은 도 9에 도시된 것과 같이, 외부로 작동유가 누설되는 것을 방지하는 로드 패킹(R)과, 이 로드 패킹(R)의 유압측(유체압측;O)에 장착되어 고부하시의 충격압이나 변동압을 완충하거나 고온의 작동유가 로드 패킹(R) 측으로 유입되는 것을 차단하거나 해서 로드 패킹(R)의 내구성을 향상시키는 버퍼 링(buffer ring;B)과, 로드 패킹(R)의 외부측(A)으로부터 외부의 흙탕물이나 먼지가 침입하는 것을 방지하는 더스트 씰(dust seal;D)을 구비한 구조로 되어 있다.

이 로드 씰링 시스템(101)에서, 근래에는 사용환경 온도의 고온화(최대 120℃)나 수명연장 요청의 요구가 있게 되어, 이에 대해 특허문헌 1에 개시된 것과 같이, 버퍼 링(B)에 내열우레탄재료를 사용함으로써 그에 대응하도록 한 시스템이 있 다. 특허문헌 1에 개시된 로드 씰링 시스템(101)에서는, 버퍼 링(B)의 피로수명을 향상시키고, 버퍼 링(B)의 성능유지에 의해 로드 패킹(R)의 부하억제가 도모되어, 로드 패킹(R)의 장기수명화가 가능하고, 나아가 로드 씰링 시스템(101) 전체의 장기수명화가 가능하게 되었다.

특허문헌 1 : 일본국 특개 2001-355739호 공보

(발명이 해결하고자 하는 과제)

그러나 특허문헌 1의 로드 씰링 시스템(101)에서는 수명연장은 도모될 수 있으나, 이하와 같은 상황에서는 문제가 생길 염려가 있다.

되풀이되는 압력의 빈도가 큰 경우, 예컨대 건설기계의 쇼벨(shovel)작업에서 버킷 대신 브레이커(breaker)를 부착공구로 사용하는 경우 등에는, 10 ~ 30Hz 정도의 압력변동이 로드 씰링 시스템(101)에 부여되게 된다. 이 경우, 미소한 스트로크를 따르는 왕복운동을 실행하게 되고, 압력에 의한 버퍼 링(B)의 변형과 회복이 되풀이되어, 버퍼 링(B)의 거동이 불안정해짐과 더불어 그것과 합쳐 프릭션(마찰)에 의해 거동의 불안정이 더욱 조장되어, 버퍼 링(B)의 내주 립부가 압력변동에 따를 수가 없게 됨으로써, 순간적으로 도 10에 도시된 것과 같이, 슬라이드면이 로드(102)에서 떨어져, 즉 버퍼 링(B)과 로드(102)와의 사이에 간극이 생겨, 로드 패킹(R)에 직접 고압이 부가된다(유압의 빠짐). 이와 같은 로드 패킹(R)에 직접 고압이 부가되는 것이 되풀이되면, 로드 패킹(R)이 손상되고, 마모되거나 피로가 촉진되어, 로드 패킹(R)의 밀봉성이 저하되는바, 그 결과 기름이 누설되는 문제가 생길 염려가 있다.

또, 쇼벨, 휠 로더와 같은 건설기계의 통상적인 작업에서도, 굴삭과 토사 등의 적하작업 빈도가 연속적으로 많은 경우에는, 상기와 마찬가지로 압력변동이 로드 씰링 시스템(101)에 부여되어, 마찬가지 문제가 생길 염려가 있다.

본 발명은 상기와 같은 실정을 감안해서 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 압력변동이 씰링 시스템에 부여되더라도, 버퍼 링의 거동이 안정되어, 항상 밀봉성능이 발휘될 수 있는 씰링 시스템을 제공함에 있다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는, 이하의 구성을 채용한다.

왕복동하는 2개 부재 사이의 환상간극에, 유체압측으로부터 외부측으로 버퍼 링, 메인 씰, 더스트 씰이 순차적으로 배치되어 구성되는 씰링 시스템에서,

상기 버퍼 링이 강성이 높고 큰 조임공차(tightening allowance)가 확보될 수 있어서, 압력변동에 의한 거동을 안정시켜 슬라이드면이 피슬라이드부재로부터 떨어지는 것을 억제할 수 있게 된, 상기 메인 씰보다도 큰 단면을 가진 것으로, 슬라이드측 립의 립 선단의 엣지를 둥글게 해서 최대 접촉압력구배(maximum contact pressure gradient)를 적게 한 U패킹과, 이 U패킹의 힐부(heel section)의 슬라이드측 힐부분(hell portion)에 닿아 이 슬라이드측 힐부분을 보호하는 백업 링으로 구성된 것을 특징으로 하는 씰링 시스템이다.

상기 버퍼 링의 U패킹의 힐부는, 그 축방향의 길이가 U패킹 전체의 축방향 길이의 40 ~ 90%를 점하는 것이 좋다.

(발명의 효과)

본 발명에 의하면, 압력변동이 씰링 시스템에 부여되더라도, 버퍼 링의 거동이 안정되어, 항상 밀봉성능을 발휘할 수 있게 된다.

도 1은, 제1실시예에 따른 로드 씰링 시스템을 나타낸 반단면도,

도 2는, 제1실시예에 따른 버퍼 링을 나타낸 반단면도,

도 3은, 제1실시예에 따른 버퍼 링의 압력변동시의 거동을 나타낸 반단면도,

도 4는, 제1실시예에 따른 버퍼 링의 단면 사이즈의 변화에 따른 사용내구 시험 결과를 나타낸 도면,

도 5는, 제2실시예에 따른 로드 씰링 시스템을 나타낸 반단면도,

도 6은, 제2실시예에 따른 버퍼 링을 나타낸 반단면도,

도 7은, 제2실시예에 따른 버퍼 링의 립 선단의 변화에 따른 슬라이드 발열 비교시험 결과를 나타낸 도면,

도 8은, 제3실시예에 따른 버퍼 링의 재료와 압축영구왜곡의 비교를 나타낸 도면,

도 9는, 배경기술의 로드 씰링 시스템을 나타낸 반단면도,

도 10은, 배경기술의 로드 씰링 시스템의 문제점을 나타낸 반단면도이다.

(부호의 설명)

1 - - - - 로드 씰링 시스템 2 - - - - U패킹

3 - - - - 내주 힐부분 4 - - - - 백업 링

5 - - - - 로드 6 - - - - 내주 립부

7 - - - - 외주 립부 8 - - - - 부착홈

9 - - - - 립 선단 10 - - - - 실린더

11 - - - - U패킹 12 - - - - 내주 립부

13 - - - - 외주 립부 14 - - - - 부착홈

15 - - - - 백업 링 16 - - - - 부착홈

17 - - - - 오일 립 18 - - - - 더스트 립

19 - - - - 금속링 20 - - - - 내경 플랜지부

21 - - - - 미소돌기 22 - - - - U패킹

23 - - - - 내주 립부 24 - - - - 외주 립부

B - - - - 버퍼 링 R - - - - 로드 패킹

D - - - - 더스트 씰

(제1실시예)

도 1 ~ 도 4를 참조해서, 제1실시예에 대해 설명한다. 도 1은 제1실시예에 따른 로드 씰링 시스템을 나타낸 반단면도이다. 도 2는 제1실시예에 따른 버퍼 링을 나타낸 반단면도이다. 도 3은 제1실시예에 따른 버퍼 링의 압력변동 때의 거동 을 나타낸 반단면도이다. 도 4는 제1실시예에 따른 버퍼 링의 단면 사이즈의 변화에 따른 사용내구 시험 결과를 나타낸 도면이다.

도 1의 로드 씰링 시스템(1)은, 외부로의 작동유의 누설을 방지하는 메인씰(main seal)로서의 로드 패킹(R)과, 로드 패킹(R)의 유체압측인 유압측(O)에 장착되어 고부하시의 충격압이나 변동압을 완충하거나 고온의 작동유의 로드 패킹(R) 측으로의 유입을 차단하거나 해서 로드 패킹(R)의 내구성을 향상시키는 버퍼 링(B)과, 이 로드 패킹(R)의 외부측(A)에서 외부의 흙탕물이나 먼지의 침입을 방지하는 더스트 씰(D)을 구비한 구성이다.

로드 씰링 시스템(1)은 유압측(O)으로부터 외부측(A)으로 가면서 버퍼 링(B), 로드 패킹(R), 더스트 씰(D)이 순차로 배치된 구조로 되어 있다.

버퍼 링(B)은 인장강도, 내마모성, 내압성이 뛰어난 폴리우레탄 고무(이하, PU)제의 U패킹(2)과, 폴리아미드 수지(이하, PA)제로서 U패킹(2)의 힐부의 슬라이드측 힐부분으로서의 내주 힐부분(3)에 끼워지는 백업 링(4)을 이용하는 구조로 되어 있다.

이 버퍼 링(B)은 로드 패킹(R)보다도 큰 단면을 가진 것으로, 그 단면 면적비율은 로드 패킹(R)에 대해 1.5배 정도로 되어 있다(도 1 참조). 한편, 여기서 말하는 단면(斷面)이라 함은 축의 중심선을 포함한 평면에 의해 특정되는 단면인 것을 말한다. 이 때문에, 뒤에 설명되지만, 버퍼 링(B)의 강성(剛性)이 높고, 큰 조임공차가 확보될 수 있는바, 이에 의해 압력변동에 의한 거동을 안정시켜 슬라이드면이 로드(5)로부터 떨어지는 것을 억제할 수 있다. 여기서, 「조임공차」란 부착 홈(8)의 홈 바닥의 직경 치수와 버퍼 링(B)의 외경 치수와의 차이를 말하고, 「강성이 높다」라는 말은 외력에 의한 변형에 저항하는 능력이 높아진다 것을 말한다. 한편, 본 실시예에서는, 버퍼 링(B)은 외경 비율이 로드 패킹(R)에 대해 1.5배 정도로 되어 있으나, 이에 한하지 않고, 버퍼 링(B)의 외경 비율은 로드 패킹(R)에 대해 1배보다 크고 2배 이하의 범위이면 된다. 이는, 로드 패킹(R)보다도 큰 외경이면 상기의 효과를 얻을 수가 있고, 로드 패킹(R)보다 2배 이상의 큰 외경이면 일체적인 부착홈(8)에 장착될 수가 없게 되기 때문이다.

버퍼 링(B)의 U패킹(2)은 내주 립부(6) 및, 이 내주 립부(6)보다 축방향 길이가 짧은 외주 립부(7)를 갖되, 유압측(O)으로부터 내주 립부(6)의 선단 및 외주 립부(7)의 선단을 향하는 상태로 실린더 내주의 부착홈(8)에 장착되도록 되어 있다. 또, 내주 립부(6) 및 외주 립부(7)를 지지하는 힐부는 그 축방향 길이가 U패킹(2) 전체의 축 방향 길이의 40 ~ 90%를 점하도록 형성되어 있다. 여기서, 힐부의 축방향 길이라 함은, 내주 립부(6)와 외주 립부(7) 사이의 U자형 홈의 홈바닥으로부터, U패킹(2)의 외부측 단부(부착홈(8)의 측면에 접하는 단부)까지의 축방향 길이(도 2 중의 L)를 말한다. 이와 같이, U패킹(2) 전체에 대한 힐부의 체적이 증가함에 따라, 내주 립부(6) 및 외주 립부(7)를 지지하는 힐부의 강성이 더 높아져, 로드(5)에 대한 내주 립부(6)의 추수성(追隋性)을 향상시킬 수가 있어서, 버퍼 링(B)의 거동을 안정시킬 수가 있게 된다.

또, 도 2에 도시된 것과 같이, 내주 립부(6)의 로드(5)와의 사이의 접촉압이 가장 높아지는 립 선단(9)은, 엣지를 둥글게 해서 최대 접촉압력구배를 적어지도록 하고 있다. 이와 같이 최대 접촉압력구배가 적으면 유체윤활역이론(流體潤滑逆理論)으로부터 유도되듯이 U패킹(2)을 형성하는 유막(油膜)이 두꺼워지게 된다.

버퍼 링(B)의 U패킹(2)은, 외주 립부(7)가 내주 립부(6)보다도 축방향 길이가 짧기 때문에, 버퍼 링(B)과 로드 패킹(R) 사이에 유압이 모인 경우에 실린더(10) 내주에 형성된 부착홈(8) 내에서 버퍼 링(B)이 유압측(O)으로 쏠리면, 부착홈(8)의 유압측(O) 측면에 내주 립부(6)가 닿게 되지만 외주 립부(7)는 측면에 접하지 않아, 부착홈(8)의 바닥을 돌아나오는 유로(流路)가 형성되기 때문에, 버퍼 링(B)과 로드 패킹(R) 사이에 모여진 유압을 U패킹(2)의 U자형 홈으로 빠져나갈 수 있게 된다.

버퍼 링(B)의 U패킹(2)의 재료는 PU의 조성으로서, 폴리올, 디이소시아네이트, 사슬 신장제 등이 사용되고, 특히 내열형 폴리올, 내열형 디이소시아네이트가 PU의 조성에 함유되어 있는 것이 쓰이게 된다. 이 내열형 폴리올로는 헥사디올 아디페이트에스텔, 카보네이트에스텔 등을, 내열형 디이소시아네이트로는 올소트리딘 이소시아네이트, 파라페닐렌 디이소시아네이트 등을 이용하고 있다.

버퍼 링(B)의 U패킹(2)으로는 (A) 수평균 분자량이 500 ~ 6000인 고분자량 디올, (B) 방향족 디이소시아네이트 및 (c) 사슬 연장제로서의 저분자량 디올을 NCO/OH 비 0.95 ~ 1.20에서 반응시켜 얻어진 열가소성 폴리우레탄 성형품 등을 들 수 있다. 그리고, 이와 같은 열가소성 폴리우레탄은 말단 활성수소를 가진 고분자량 글리콜(긴 사슬 글리콜)과 사슬 연장제로서의 저분자량 디올(짧은 사슬 글리콜)과의 디이소시아네이트 중부가반응(重附加反應)에 의해 제조된다. 고분자량 글리콜 로는 수평균 분자량이 약 500 ~ 6000, 바람직하기는 약 1000 ~ 3000인 폴리에스텔 폴리올, 폴리에텔 폴리올, 아크릴 폴리올, 실리콘 폴리올, 1,4-폴리부타디엔 폴리올, 1,2-폴리부타디엔 폴리올, 페노릭 폴리올, 난연성 폴리올, 비버유 폴리올 등이 쓰이게 된다. 이들 중 폴리에스텔 폴리올로서는 아디핀산, 이소프탈산, 테레프탈산 등의 디칼본산과 에틸렌글리콜, 프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 1,6-헥산디올, 트리메티롤 프로판, 네오펜틸 글리콜 등의 폴리올과의 축합반응 생성물, 폴리카프로락톤 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올 등이 쓰이게 된다. 또, 폴리에텔 폴리올로는 폴리프로필렌 글리콜계 폴리올 또는 그의 에틸렌옥시드 변성물, 아민 변성물 또는 폴리옥시테트라메틸렌 글리콜 등이 쓰인다. 이들 폴리올 성분은 (A), (B), (C)의 3성분의 합계량 중 30 ~ 90 중량%, 바람직하게는 40 ~ 70 중량%의 비율로 쓰이게 되는바, 이보다 적게 쓰면 성형성이 악화되고, 많이 쓰면 내열성과 내압축 영구왜곡성이 악화된다. 또, (B) 방향족 디이소시아네이트로는 올소트리딘 이소시아네이트, 파라페닐렌 디이소시아네이트 등을 들 수 있다. 또, 사슬 연장제(C)로는 예컨대 1,4-부탄 디올, 1,6-헥산 디올, 2,3-부탄 디올, 1,4 -비즈(β-히드록시 에톡시)벤젠, p-키실렌 글리콜, 글리세린 모노아릴 에텔, 디메티롤 디히드피란 등의 글리콜류의 1종 또는 2종 이상이, (A), (B), (C)의 3성분의 합계량 중 1 ~ 60 중량%, 바람직하기는 5 ~ 40 중량%가 쓰이고, 이보다 많이 쓰이면 성형성이 악화되고, 적게 쓰이면 내열성, 내압축 영구왜곡성이 악화된다. 그리고 이들 각 성분을 이용한 폴리우레탄화 반응에서는, 유기 디이소시아네이트의 NCO기와 고분자 디올 및 사슬 연장제의 저분자량 디올의 OH기의 NCO/OH 비가 0.95 ~ 1.20, 바람직 하기는 1.05 ~ 1.10으로 되는 비율로 반응시킨다. 이와 같은 비율 범위에서 벗어나면, 생성 폴리우레탄의 분자량의 저하나 과잉의 이소시아네이트기 또는 수산기에 의한 부반응(副反應)이 일어나 물성이 저하된다. 또, 반응시에는, 필요에 따라 주석화합물, 아민화합물 등을 촉매로서 첨가하여도 좋고, 충전제, 금속산화물, 금속수산화물, 윤활제 등이 적의 배합된다. 이상의 각 성분은 원-샷(one-shot)법 또는 프리폴리머법으로, 사출성형기, 압출성형기 등을 이용해서 소정의 버퍼 링(B)의 U패킹 형상으로 성형하게 된다.

버퍼 링(B)의 백업 링(4)은, 고압 부여시에 U패킹(2)의 힐부의 내주 힐부분(3)의 비져나옴이 방지되면 되고, 그 형상이나 재질은 한정되지 않기 때문에, U패킹(2)의 외부측(A)에 인접해서 설치되는 평판워셔 형상으로 된 것이어도 좋고, 재료도 46 나일론, 66 나일론, 6 나일론 등을 쓸 수가 있다.

다음, 로드 패킹(R)은 니트릴 고무(이하, NBR) 또는 수소화니트릴 고무(이하, H-NBR)제의 U패킹(11)이다. U패킹(11)은 내주 립부(12) 및 외주 립부(13)가 축방향으로 같은 길이이고, 버퍼 링(B)의 U패킹(2)과 마찬가지로, 유압측(O)으로 내주 립부(12)의 선단 및 외주 립부(13)의 선단이 향하는 상태로 실린더(10) 내주의 부착홈(14)에 장착된다.

이 U패킹(11)의 내주 립부(12)의 선단 및 외주 립부(13)의 선단에는, 로드 패킹(R)과 더스트 씰(D) 사이에 모인 유압을 유압측(O)으로 없애주는 축압회피를 위한 절결부가 원주주위에 같은 간격으로 배치되도록 형성되어 있다. 이 때문에, 로드 패킹(R)과 더스트 씰(D) 사이에 유압이 모인 경우에 실린더(10) 내주에 형성 된 부착홈(14) 내에서 로드 패킹(R)이 유압측(O)으로 쏠려지면, 부착홈(14)의 유압측(O) 측면에 내주 립부(12) 및 외주 립부(13)가 닿지만 절결부가 유로를 형성하기 때문에, 로드 패킹(R)과 더스트 씰(D) 사이에 모인 유압을 로드 패킹(R)의 유압측(O)으로 빠져나가게 할 수가 있다.

또, 평판워셔 형상의 4불화에틸렌 수지(이하, PTFE)제의 백업 링(15)을 U패킹(11)의 외부측(A)에 인접해서 병용하도록 되어 있다. 이 백업 링(15)을 병용하였기 때문에, U패킹(11)에 고유압이 부여된 경우에도 U패킹(11)의 힐부의 내주 힐부분이 비져나오는 것을 방지할 수가 있어, 로드 패킹(R)의 내압성능을 한층 더 향상시킬 수가 있다.

더스트 씰(D)은 실린더(10) 내주의 부착홈(16)에 장착되는 것으로, 인장강도와 내마모성이 우수한 PU제로서 유압측(O)에 설치되는 오일 립(17)과 외부측(A)에 설치되는 더스트 립(18)을 로드(5)에 슬라이드접촉시키고, 부착홈(16)에 장착되는 외주의 끼움부에 금속링(19)을 소부(燒付)해서 고정시킨 구성이다. 금속링(19)은 외부측(A)에 내경 플랜지부(20)를 갖고 있다.

한편, 더스트 씰(D)의 구성은 이에 한정되는 것은 아니나, 건설기계나 운반차량 등의 액츄에이터로 쓰이는 유압실린더 등에 적용되는 경우에는 더스트 씰(D)에도 고부하가 걸리기 때문에, 외주의 끼움부를 금속링(19)으로 보강한, 튼튼한 본 실시예의 구성을 사용하는 것이 바람직하다.

이상의 구성에 의한 로드 씰링 시스템(1)에서는 버퍼 링(B)이 종래보다도 외형이 큰 단면을 갖게 된다. U패킹(2) 및 백업 링(4)을 포함한 버퍼 링(B)의 외경의 길이는 로드 패킹(R)에 대해 약 1.5배이다. 이와 같이 단면이 크기 때문에, 각 부분이 두껍게 되어 강성이 높아짐과 더불어, 조임공차 부분도 증가해서 조임공차가 크게 확보될 수 있다. 이 때문에, 먼저 강성이 높아짐에 따라 내주 립부(6)가 변형되기 어렵게 되어, 안정된 자세를 유지할 수 있게 된다. 이에 더해, 큰 조임공차를 확보함에 따라 밀봉면이 유지되기 때문에, 내주 립부(6)가 계속 슬라이드를 할 수 있게 된다. 그리고, 내주 립부(6) 및 외주 립부(7)를 지지하는 힐부는, 그 축방향 길이가 버퍼 링(B) 전체의 축방향 길이의 40 ~ 90%를 점하도록 형성되어 있다. 이와 같이 버퍼 링(B) 전체에 대한 힐부의 볼륨이 크기 때문에, 내주 립부(6) 및 외주 립부(7)를 지지하는 힐부의 강성이 더 높아져, 로드(5)에 대한 내주 립부(6)의 추수성을 향상시킬 수가 있어서, 버퍼 링(B)의 거동을 안정시킬 수가 있게 된다. 따라서, 배경기술에서 설명한 것과 같은, 예컨대 건설기계의 쇼벨작업에서 버킷 대신 브레이커를 부착공구로 사용하는 경우, 쇼벨이나 휠 로더 등의 건설기계의 통상적인 작업에서도, 굴삭, 토사 등의 적하작업 빈도가 연속적으로 많은 경우와 같이 10 ~ 30Hz 정도의 압력변동이 로드 씰링 시스템(1)에 부여되어, 도 3에 도시된 것과 같이, 미소한 스트로크를 따르는 왕복운동을 실행하게 되더라도, 압력에 의한 버퍼 링(B)의 변형회복은 크게 변화하지 않게 되어, 버퍼 링(B)이 항상 로드(5)에 계속 슬라이드를 할 수 있게 됨으로써, 버퍼 링(B)의 거동이 안정되게 된다(도 3의 (a)에서는 로드(5)의 외부측(A)으로의 이동에서 거의 변형되지 않고, 도 3의 (b)에서는 로드(5)의 유압측(O)으로의 이동에서 백업 링(4)이 부착홈(8)의 홈 측면으로부터 떨어지는 것만으로 U패킹(2)은 슬라이드를 하고 있다). 또, 동시에 프릭션(마 찰)이 생기더라도 버퍼 링(B)의 거동의 안정은 해쳐지지 않는다. 이와 같이 버퍼 링(B)의 거동이 안정되면, 순간적이긴 하더라도, 버퍼 링(B)의 슬라이드면이 로드(5)에서 떨어져, 즉 버퍼 링(B)과 로드(5) 사이에 간극이 생겨, 로드 패킹(R)에 직접 고압이 부가(유압의 분출)되지 않게 된다. 그 때문에, 로드 패킹(R)에 직접 고압이 부가되지 않아, 로드 패킹(R)이 손상되지 않고, 마모나 피로가 억제되어, 로드 패킹(R)의 밀봉성이 유지될 수 있고, 그 결과 기름이 누설되는 일이 생기지 않게 된다. 나아가, 로드 씰링 시스템(1)이 상시 밀봉성능을 발휘할 수 있게 된다. 또, 도 4에 도시된 것과 같이, 종래의 단면이 작은 버퍼 링(도시: ○)에 비해, 본 실시예의 단면이 큰 버퍼 링(도시: ×)의 조임공차의 변화량이 시간을 경과하더라도 항상 양호하기 때문에, 사용에 따른 내구성에서도 종래보다도 뛰어난 밀봉성능을 계속 발휘할 수가 있게 된다. 한편, 도 4의 결과는 온도 80℃, 로드 직경 φ75인 것에 대해 사용에 따른 내구시험을 한 결과이다.

여기서, 버퍼 링(B)이 큰 단면을 가진 것은, 로드(5)와의 접촉면적이 증가하게 되어, 슬라이드 발열의 증가를 일으켜 버린다. 이에 대해, 본 실시예에서는 내주 립부(6)의 립 선단(9)을, 엣지를 둥글게 해서 최대 접촉압력구배를 작게 형성하였기 때문에, 유체윤활역이론으로부터 유도되듯이 U패킹(2)을 형성하는 유막이 두꺼워져, 두꺼운 유막이 슬라이드를 할 때의 마모특성을 마모되기 어렵게 개선해서 슬라이드 발열을 줄이는 효과를 얻을 수가 있다.

(제2실시예)

도 5 ~ 도 7을 참조해서 제2실시예에 대해 설명한다. 도 5는 제2실시예에 따 른 로드 씰링 시스템을 나타낸 반단면도이다. 도 6은 제2실시예에 따른 버퍼 링을 나타낸 반단면도이다. 도 7은 제2실시예에 따른 버퍼 링의 립 선단의 변화에 따른 슬라이드 발열 비교시험 결과를 나타낸 도면이다.

도 5의 로드 씰링 시스템(1)은 도 1과 대체로 마찬가지 구조로 되어 있다. 제1실시예와 마찬가지로 된 구성에 대해서는 설명을 할애하고, 제1실시예와 다른 점에 대해서만 이하에서 설명한다.

버퍼 링(B)의 U패킹(2)은 도 6에 도시된 것과 같이, 내주 립부(6)의 로드(5)와의 사이의 접촉압이 가장 높아지는 립 선단(9)은, 엣지를 둥글게 해서 최대 접촉압력구배가 적어지게 하고 있다. 거기에 더해, 내주 립부(6)의 슬라이드면에, 유막보유지지능력을 향상시키는 미소돌기(21)를 복수로 갖도록 되어 있다. 이 때문에, 최대 접촉압력구배가 적어져, 유체윤활역이론으로부터 유도되듯이 U패킹(2)을 형성하는 유막이 두꺼워지게 된다. 또, 미소돌기(21) 사이에 유막을 보유지지하게 되어 유막보유지지능력이 향상되게 된다.

또, 로드 패킹(R)은 PU제의 U패킹(22)이다. U패킹(22)은 내주 립부(23)가 외주 립부(24)에 비해 축방향으로 짧게 형성되어 있고, 버퍼 링(B)의 U패킹(2)과 마찬가지로, 유압측(O)으로 내주 립부(23)의 선단 및 외주 립부(24)의 선단이 향하는 상태로 실린더(10) 내주의 부착홈(14)에 장착된다. 이 U패킹(22)의 내주 립부(23)의 선단 및 외주 립부(24)의 선단에는 축압회피를 위한 절결부가 형성되어 있지 않다. 또, 도 1에 도시된 것과 같이 평판워셔 형상의 백업 링도 배설되어 있지 않다.

본 실시예에서는, 로드 패킹(R)에 백업 링이 설치되어 있지 않아, 부품수가 삭감되어, 컴팩트화가 도모되어 있다.

이상과 같이 구성된 로드 씰링 시스템(1)에서는, 제1실시예와 마찬가지로 버퍼 링(B)이 커서 큰 단면을 갖기 때문에, 마찬가지 효과를 얻을 수가 있다. 또, 내주 립부(6)의 립 선단(9)을 엣지를 둥글게 해서 최대 접촉압력구배가 적어지게 형성하고, 거기에 더해 내주 립부(6)의 슬라이드면에 미소돌기(21)를 복수로 갖고 있기 때문에, 유체윤활역이론으로부터 유도되듯이 U패킹(2)을 형성하는 유막이 두꺼워짐과 더불어, 미소돌기(21) 사이에 유막을 보유지지하게 되어 유막의 보유지지능력이 향상되어, 안정되게 장기적인 유막보유지지가 이루어질 수 있고, 두껍고 적절히 보유지지된 유막이 슬라이드를 할 때의 마모특성을 한층 좋게 해서 마모되기 어렵게 개선하게 됨으로써, 제1실시예보다도 더욱 슬라이드 발열을 줄이는 효과를 거둘 수가 있다. 이에 더해, 두꺼운 유막을 유지할 수 있다는 것은, 버퍼 링(B)의 피로수명과 마모수명의 연장을 도모할 수가 있게 된다. 도 7에 도시된 것과 같이, 종래의 립 선단에 엣지가 있는 버퍼 링(도시: ○)에 비해, 본 실시예의 립 선단(9)에 엣지가 없고 립 슬라이드면에 미소돌기(21)를 가진 버퍼 링(도시: ×)의 슬라이드부 기름온도가, 압력이 높아져도 항상 낮게 되어 있기 때문에, 압력이 높아져도 종래보다도 슬라이드 발열을 항상 계속 낮아지도록 할 수가 있다. 한편, 도 7의 결과는 로드 직경 φ75, 속도 400mm/sec, 스트로크 1m의 슬라이드조건에서, 이용한 오일은 상품명 다픈 슈퍼하이드로 #46(뎃고고산(주) 제)인 것을 가지고 슬라이드 발열 비교시험을 한 결과이다.

(제3실시예)

다음에는 제3실시예에 대해 설명한다. 본 실시예의 로드 씰링 시스템(1)은 각 씰의 형상이 제2실시예와 마찬가지 구조로 되어 있다. 다른 점은 버퍼 링(B)의 재료에 H-NBR를 사용한 점이다.

도 8은 제3실시예에 따른 버퍼 링의 재료와 압축영구왜곡의 비교를 나타낸 도면이다. 즉, 도 8에서 PU, PU', PU"는 각각 다른 PU 재료로서, 이들 각종 PU와 본 실시예의 H-NBR의 압축영구왜곡을 비교하고 있다. 한편, NBR은 다른 재료의 예와의 비교를 위해 들고 있다.

제2실시예에서는, 슬라이드 발열을 줄이고, 버퍼 링(B)의 피로수명과 마모수명의 연장을 도모할 수 있었다. 이 결과, 립 선단의 엣지를 둥글게 해서 최대 접촉압력구배가 적어지게 함으로써, 유막이 두꺼워져 윤활이 유지됨으로써, 마모가 억제된다. 또, 단면을 크게 함으로써 강성의 향상을 도모할 수가 있게 된다. 따라서, 도 8에 도시된 것과 같이 PU에 비해 재료강도가 떨어지지만 매우 내열성이 뛰어난 H-NBR을 버퍼 링(B)에 사용할 수가 있다. 본 실시예와 같이 H-NBR을 버퍼 링(B)에 이용하면, 제2실시예보다도 더한 피로수명 연장효과를 얻을 수가 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 압력변동이 씰링 시스템에 부여되더라도, 버퍼 링의 거동이 안정되어, 항상 밀봉성능을 발휘할 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 왕복동하는 2개 부재 사이의 환상간극에서, 유체압측으로부터 외부측으로 버퍼 링과 메인 씰 및 더스트 씰이 순차적으로 배치되어 구성된 씰링 시스템에서,

   상기 버퍼 링은 강성이 높고, 큰 조임공차가 확보될 수 있어서, 압력변동에 의한 거동을 안정시켜 슬라이드면이 피슬라이드부재로부터 떨어지는 것을 억제할 수 있게 된, 상기 메인 씰보다 큰 단면을 가진 것으로,

   슬라이드측 립의 립 선단의 엣지를 둥글게 해서 최대 접촉압력구배가 적어지게 한 U패킹과, 이 U패킹의 힐부의 슬라이드측 힐부분에 닿아 이 슬라이드측 힐부분을 보호하는 백업 링으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 씰링 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 버퍼 링의 U패킹의 힐부가, 그 축방향 길이가 상기 U패킹 전체의 축방향의 길이의 40 ~ 90%를 점하도록 된 것을 특징으로 하는 씰링 시스템.

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