KR20080021788A - 필터 립 시일과 방법 - Google Patents

Abstract

립 시일은 탄성계 고리에 대치된 내부 스프링 부재를 갖는다. 스프링 부재는 내부로 지향하여 각을 이루는 핑거를 갖는 목부분 각도 교차 구역을 갖는다.

Description

필터 립 시일과 방법{FILTER LIP SEAL AND METHOD}

본 발명은 전반적으로 탄력성이 있는 시일(seal) 분야에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 예를 들어, 변속기(transmission)와 같은 기계의 보어(bore) 내의, 목(neck)을 가진 변속기 필터와 같은 아이템의 시일링(sealing)에 관한 것이다. 더 구체적으로 말해서, 본 발명은 일부 측면에서 "립 시일(lip seal)"이라고 부르는 시일에 관한 것이다.

압축성 탄력 립 시일이 바람직한 여러 가지 환경이 존재한다. 이러한 응용들 중의 하나는, 예를 들어 차량 변속기와 같은 장치에 있는 보어 또는 오리피스(orifice)에 대한, 예를 들어 변속기 필터와 같은 유체 필터의 연결이다. 변속기 필터의 경우, 일반적으로 필터는 필터로부터 연장하는 목을 갖는데, 일반적으로 이것은 필터 케이싱에 대하여 유체의 입구 또는 출구를 제공한다. 이 목은 일반적으로 변속기 또는 변속기 부품의 일부인 보어 또는 소켓 내로 삽입되어, 필터와 변속기 또는 변속기 부품 사이에 유체 소통(communication)을 제공한다. 예를 들어, 필터의 목은, 펌프 입구, 밸브체, 또는 펌프 입구로 안내하는 케이스 캐스팅과 유체 소통을 하게 될 수 있다.

필터 목과 입구 보어 사이에 시일을 제공하기 위해, 필터 목의 외부를 둘러 싸고, 보어 내부에 시일링이 되도록 끼워맞춤되는 탄성 시일링 고리, 즉 "립 시일"을 제공하는 것이 알려져 왔다.

일반적으로 변속기 필터는 변속기의 원 장비 제조 중에 변속기 내로 설치되고, 끝으로 서비스 기술자에 의해 교체될 수 있다. 이러한 설치 단계에서, 이미 탄성 시일이 위에 있는 필터 목은 일반적으로 손으로 변속기 또는 변속기 부품의 유체 입구 보어에 삽입된다. 일반적으로, 시일링 고리는 필터의 조립 중이나 변속기 보어 내로의 필터 목의 삽입 전의 다른 단계에서 필터 목 상에 삽입된다. 이 설치 단계에서, 시일링 고리를 목 상의 바람직한 위치에 유지(즉, 시일이 목에서 미끄러지거나 굴러 내려가는 것을 막는 것)하는 한편, 시일링 고리가, 필터 목과 설치된 보어 사이에서 시일을 유지할 정도로 충분히 압축된 상태에서 보어 내로 슬라이딩하는 것을 허용하는 것이 바람직하다는 것을 이해할 것이다.

설치 단계에서 필터 목 상의 적절한 위치에 시일을 유지하기 위해 다양한 방법이 이용되어 왔다. 예를 들어, 시일은, 마찰방식으로 시일을 붙들도록, 일반적으로 느슨해졌을 때 이것이 놓이는 목 위치의 외경(outer diameter)보다 약간 작은 내경(inner diameter)을 갖는다. 또한, 때때로 삽입 단계에서 목 상의 시일의 운동을 저지하는 시일 엣지를 만나도록 목 상에 숄더(shoulder)가 제공된다.

그러나, 변속기의 수명 중에, 때때로 필터를 교체해야 할 수 있다. 이 교체 서비스 중에, 필터 목은 일반적으로 손으로 입구 보어로부터 빼내어지고, 필터는 폐기되며, 새로운 필터가 전술한 것과 동일한 방식으로 삽입되어 교체된다. 이 필터 제거 단계는 립 시일과 관련한 여러 가지 문제를 제기하였다. 종종 필터가 손으 로 제거될 때, 립 시일이 목으로부터 슬라이딩하여 입구 내에 머문다. 이 문제는, 필터 목이 통상 주입 성형 부분(injection moulded part)이라는 사실로 인해 필터 목의 외측이 일반적으로 매우 매끄럽다는 사실에 의해 심화된다. 반면, 입구 보어는 더 거칠게 가공된 표면인 경향이 있다. 립 시일이 필터 목으로부터 슬라이딩한 후 입구 내의 뒤에 마찰방식으로 남겨지는 문제는 부분적으로, 통상 주입 성형 플라스틱 부분인 필터 목이 그 수명 중에 겪는 열 사이클(heat cycle)로 인해 수축하는 경향이 있다는 사실에 의해서도 유발된다. 이 문제를 완화시키려는 일부 시도로서, 제거 중에 립 시일을 맞물리게 하는 것을 돕기 위해, 필터 목의 외측을 거칠게 하거나 여기에 리브(rib) 또는 다른 특징들을 제공하는 것이 있었다. 그러나 이 해결책은 필터 케이싱 자체에 대한 주입 성형 단계와 관련하여 추가적인 노력이나 어려움을 야기할 수 있어서 항상 바람직한 것은 아니다. 립 시일이 필터의 제거 중에 필터 목으로부터 슬라이딩하여 입구 보어에 남겨지면 일부 부정적인 결과가 나타날 수 있다. 예를 들어, 서비스 기술자는 도구를 사용하여 뒤에 남겨진 시일을 끌어내거나 끌어내려고 할 수 있고, 이것은 보어의 내부에 흠, 자국, 또는 다른 파손을 일으킬 수 있고, 이렇게 되면 이어서 설치되는 필터와 시일링 고리에 있어서 양의(positive) 시일 손실을 일으킬 수 있다. 립 시일을 뒤에 남기는 것의 또 다른 단점은, 수리공이 립 시일이 뒤에 남겨진 것을 깨닫지 못하고 단순히 새로운 필터를 자체 시일과 함께 보어 내로 삽입하여, 새로운 시일링 고리가 제대로 안착되지 못하거나 필터가 변속기에 바르게 끼워맞추어지지 못하게 할 수 있는 시일링 고리 스택 업(stack-up)을 일으킬 수 있다는 것이다.

상기의 관점에서, 목보다 큰 보어에 삽입되는 목의 외측 둘레를 시일링하는 개선된 립 시일과 시일링 방법을 갖는 것이 바람직하다. 보어에서 시일이 제거될 때 이러한 시일이 적어도 어느 정도로 목 상의 시일의 유지를 개선할 수 있다면 바람직할 것이다.

본 발명의 일부 실시예의 일부 측면에서, 개선된 립 시일과 시일링 방법이 제공된다. 목보다 큰 보어에 삽입되는 목의 외측 둘레를 시일링하는 개선된 립 시일과 시일링 방법을 갖는 것이 바람직하다. 보어에서 시일이 제거될 때 이러한 시일이 적어도 어느 정도로 목 상의 시일의 유지를 개선할 수 있다면 바람직할 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 목의 외측 표면과 보어의 내측 표면 사이의 시일링을 위한 립 시일은 탄성계 부분, 및 탄성계 부분 내에 배치된 스프링 부재를 포함하고, 부재의 적어도 일부분은 시일이 놓이는 평면에 대하여 각을 이룬다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 목의 외측 표면과 보어의 내측 표면 사이의 시일링을 위한 립 시일은 탄성계 부분, 및 탄성계 부분 내에 배치된 스프링 수단을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 립 시일을 사용하여 목의 외측 표면과 보어의 내측 표면 사이에 시일링을 하는 방법은, 탄성계 부분, 및 탄성계 부분 내에 배치된 스프링 부재를 갖는 립 시일을 제공하는 단계; 및 립 시일을 목 상에 삽입하는 단계를 포함한다.

지금까지 상세 설명과 본 기술 분야에 대한 기여가 더 잘 이해되도록 다소 포괄적으로 본 발명의 특정 실시예들을 개관하였다. 물론, 이하에 설명되고 첨부된 청구의 범위의 주제를 형성할 본 발명의 추가적인 실시예들이 있다.

이러한 측면에서, 본 발명의 적어도 일 실시예를 상세히 설명하기 전에, 본 발명은 그 응용에 있어서, 이하의 설명에서 개시되거나 도면에서 도시된 부품의 구성 및 배치의 상세 내용에 한정되지 않는다. 본 발명은 설명된 실시예들 이외의 실시예들이 가능하고, 다양한 방법으로 실습 및 수행될 수 있다. 또한, 요약문과 더불어 여기에 이용된 용어와 표현들은 설명을 목적으로 한 것이며, 제한적인 것으로 여겨져서는 안됨을 이해해야 한다.

이와 같이, 본 기술 분양의 당업자들은 본 명세서가 기초하는 개념이, 본 발명의 여러 가지 목적을 이행하는 기타 구조, 방법, 및 시스템 설계의 기초로서 쉽게 활용될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않는 한 청구의 범위는 대응한 구성들을 포함하는 것으로 간주하는 것은 중요하다.

도 1은 필터 목 상에 설치된 상태로 있고, 변속기 부품의 입구 하우징에 대하여 작동 방위에 있는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 립 시일의 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 립 시일의 절단(cutaway) 평면도이다.

도 3은 립 시일의 도 2의 선 3-3을 통해 본 단면도이다.

도 4는 도 3에 도시된 립 시일의 일부인 와셔 부재의 평면도이다.

도 5는 도 4에 도시된 와셔 부재의 사시도이다.

본 발명의 일부 실시예에서, 목보다 큰 보어에 삽입되는 목의 외측 둘레를 시일링하는 개선된 립 시일 및 시일링 방법이 제공된다. 일부 실시예에서는 보어로부터 시일이 제거될 때 적어도 어느 정도로 목 상의 시일의 유지를 개선하는 시일에 부재가 추가된다. 이제 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들이 더 자세히 설명되며, 전 도면에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 부분을 가리킨다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 립 시일(10)을 도시한다. 립 시일(10)은 설치된 형태의 배치도(layout view)로 도시되어 있다. 립 시일(10)은 변속기 필터의 목(12)의 외측과 변속기 부품(16)의 입구 보어(14) 사이에 시일링을 제공한다. 목(12)은 일반적으로 주입 성형 형태의 것으로서, 변속기의 외부 케이싱이나 다른 유체 필터와 통합될 수 있다. 변속기 부품(16)은 변속기 캐스팅, 밸브체, 또는 펌프 입구, 또는 유체를 활용하는 또 다른 변속기 부품일 수 있다. 또한, 비록 변속기 필터의 변속기 부품이 본 발명의 실시예로서 제시되지만, 립 시일(10)은, 목이 외부 표면과 이에 대응하는 보어의 내부 표면 사이의 시일링에 립 시일이 바람직한 곳에서는 어디에서나 활용될 수 있다.

립 시일(10)은 도 1에서 배치도의 형태로 도시되어 있다. 즉, 립 시일(10)은 느슨한 구조로 도시되어 있고, 따라서 그 엣지는 목 및 입구와 각각 겹치게 보인다. 본 기술 분야의 당업자는, 실제 설치 상태에서는 립 시일(10)이 압축되는 것을 인지할 것이다. 립 시일의 내경은 목 둘레에 끼워맞추어지도록 확장되고, 그 외경은 목 내에 끼워맞추어지도록 압축된다.

립 시일(10)은 일반적으로 두 부분, 즉 탄력 탄성 부분(16)과 더 단단한 와셔 부재(18)로 구성된다. 이 부품들은 이하에서 더 상세히 설명된다. 탄성계 구역(16) 내의 와셔 부재(18)의 구조와 배치는, 목(12) 상에 삽입하기 쉬운 전체적인 립 시일(10)을 제공하고(즉, 필터 제조 중에 손 또는 도구로 목(12) 상에 쉽게 설치될 수 있도록 비교적 낮은 삽입력을 갖는다), 보어(14) 내로 삽입되는 필터 및 립 시일에 대해서 비교적 낮은 삽입력도 제공한다. 또한, 와셔 부재(18)의 제공은 추가적으로, 목(12)으로부터 립 시일(10)을 제거하는 힘은 비교적 크다는 이점을 제공한다. 따라서, 필터 목이 보어(14)로부터 제거되거나 끌어내어질 때, 립 시일은 목(12)으로부터 슬라이딩하거나 보어(14)에 남겨지기 보다는 목(12)의 제자리에 머무르는 경향이 있다.

일부 실시예에서 시일(10)의 이러한 "일방적인(one-way)" 특징은, 시일이 비교적 쉽게 목 상으로 슬라이딩 되지만, 시일이 파괴되지 않고는 목으로부터 슬라이딩시키는 것은 힘들거나, 일부 실시예에의 경우 사실상 불가능하게 되는 정도로 달성될 수 있다.

도 2 내지 도 5를 보면, 시일(10)은, 예를 들어 비톤(Viton) 또는 버막(Vamac), 또는 고온 고무(high temperature rubber)와 같은 중합체로 만들어질 수 있는 탄성계 중합체 부분(16)을 포함한다. 탄성 부분(16)은 일반적으로 와셔 부재(18) 상에 오버몰드(over-molded)된다. 와셔 부재(18)는, 예를 들어 스프링 강을 포함하여 다양한 재료로 만들어질 수 있다. 다른 금속이나 강성 플라스틱이 제공될 수도 있다.

와셔 부재(18)는 일반적으로, 내부로 돌출한 이빨을 가진 Belleville 와셔의 프로파일로 구성될 수 있다. 예를 들어, 실시예의 고리(18)는, 수평으로부터 상방으로 약간 기울어진 외부 고리 구역(20)과 수평에 대하여 큰 각으로 상방으로 기울어지고 내부로 돌출한 수많은 이빨(22)을 갖는다. 이러한 구조는 Belleville 와셔와 유사하며, 내부 스프링 특성을 제공한다. 수평에 대한 외부 고리(20)의 각도는 일반적으로 수평에 대하여 10도와 15도 사이가 되도록 선택되지만, 다른 각도를 포함할 수도 있다. 핑거(finger)(22)의 상방향 각도는 수평에 대하여 15도 내지 45도가 되도록 선택거나 다른 각도가 될 수도 있다. 핑거(22)와 외부 고리(20)는 목(12)으로부터의 설치된 시일(10)의 제거를 저지하는 토글링(toggling) 또는 재밍(jamming) 효과를 제공한다. 즉, 시일(10)이 목(12) 상에 삽입될 때, 핑거(22)는 목(12) 상으로 시일(10)을 슬라이딩시키기 위한 낮은 삽입력을 허용하기 위해 필요에 따라 바깥 상방으로 휘는 경향이 있다. 그러나, 필터의 제거 중에는, 시일(10)이 목(12)으로부터 빠지는 경향이 있으면, 시일(10)의 내부 표면(26)의 마찰 조임(friction gripping)이 핑거(22)를 아래 방향으로 미는 경향이 있고, 이때 이것은 아래 방향의 내부로 방사상으로 휘어서, 시일(10)이 목(12)을 더 단단히 붙잡는 경향이 있도록 한다. 축 인력(pulling force)이 증가하면, 부재(18)와 시일(10)의 나머지 부분의 결합에 의해 제공된, 조이거나 고정, 또는 붙잡는 힘은 시일을 목(12) 상에 유지하는 경향이 있다.

본 실시예에서, 고리(18)는 적어도 어느 정도는 Belleville 와셔 형상을 가지며, 더 바람직하게는 시일에 전반적으로 낮은 삽입력과 높은 제거력을 제공하며 내부로 돌출하는 이빨을 가진 형상을 갖는다. 이것은 시일의 설계와 관련하여 다른 장점들을 허용한다. 특히 일부 실시예에서는, 시일(10)의 외부 표면은 두 개 이상의 바깥으로 돌출한 마루(26)와 골(28)을 포함할 수 있다. 설치된 상태일 때, 마루(26)는 압축되어 시일링 접촉을 제공한다. 와셔 부재(18)에 의해 제공되는 목으로부터의 시일 제거에 대한 저항으로 인해, 본 발명은, 시일이 와셔 부재(18)가 없는 탄성계 시일을 이용하여 달성되는 것보다 크게 돌출한 마루(26)를 갖는 실시예들을 제공할 수 있다(즉, 시일은 큰 "공극 체적(void volume)"을 갖는다). 이는, 와셔 부재(18)가 없는 큰 공극 체적을 갖는 것이 입구 보어(14)와의 큰 마찰 접촉을 일으켜서, 필터 목(12)의 제거가 시일(10)을 뒤에 남겨 놓는 경향이 있기 때문이다. 그러나, 와셔 부재(18)로 인해, 필요한 경우 시일(10)과 목(12)의 제거를 동시에 허용하면서 더 큰 공극 체적을 달성할 수 있다.

바람직한 와셔 부재(18)는 수평에 대하여 일정한 각도를 가진 외부 고리 영역과 제2 각도로 내부로 돌출한 복수의 핑거 영역을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 다른 실시예들은 이러한 각도의 조합에 한정되지 않는다. 예를 들어, 적절한 Belleville 타입 와셔 또는 다른 와셔 부재(18)는 공통의 상방 각도를 갖는 외부 고리와 내부 핑거, 또는 내부 상방으로 각도를 이루어 돌출하는 핑거 또는 핑거 대신 제공되는 원뿔형 고리 구역을 갖고 일반적으로 편평한 수평 방향 형태를 갖는 외부 고리를 포함할 수 있다. 또한, 와셔 부재(18)는 완전히 원형일 필요가 없으며, 대신 서로 이격된 일련의 아르캐스트(arcast)가 제공될 수 있다.

본 발명의 여러 특징과 장점들은 상세한 설명으로부터 분명하며, 따라서 첨 부된 청구항들이 본 발명의 진정한 정신과 범위에 들어오는 본 발명의 이 모든 특징과 장점들을 포함하도록 되어있다. 또한, 본 기술 분양의 당업자들에게 다양한 수정과 변형이 쉽게 일어나므로, 본 발명을 도시 및 설명된 정확한 구성과 작동으로 안정하는 것은 바람직하지 않으며, 따라서 모든 적절한 수정 및 동등한 것들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 분류될 수 있다.

Claims (21)

1. 목의 외부 표면과 보어의 내부 표면 사이를 시일링하는 립 시일(lip seal)로서,

   탄성계 부분; 및

   상기 탄성계 부분 내에 배치되고, 상기 시일이 놓인 평면에 대하여 각을 이루는 부재의 일부분을 적어도 가진 스프링 부재를 포함하는 립 시일.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 부재는 Belleville 와셔의 형상으로 된, 시일.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 부재는 스프링 강으로 만들어진, 시일.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 부재는 외부 고리 부분과 복수의 방사상의 상방 내부로 지향된 핑거(finger) 부분을 갖는 고리 형상 구조인, 시일.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 핑거 부분은 평면에 대하여 각을 이루는, 시일.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 외부 고리는 평면에 대하여 각을 이루고, 상기 핑거 부분은 외부 고리에 대하여 각을 이루는, 시일.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 탄성계 부분은 부재 상에 오버몰드(over-molded)되는, 시일.
8. 목의 외부 표면과 보어의 내부 표면 사이를 시일링하는 립 시일로서,

   탄성계 부분; 및

   상기 탄성계 부분 내에 배치된 스프링 수단을 포함하는, 립 시일.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 스프링 수단은 Belleville 와셔의 형상인, 시일.
10. 청구항 8에 있어서,

    상기 부재는 스프링 강으로 만들어진, 시일.
11. 청구항 8에 있어서,

    상기 스프링 수단은 외부 고리 부분과 복수의 방사상 내부 상방으로 지향된 핑거 부분을 갖는 고리형상의 구조인, 시일.
12. 청구항 11에 있어서,

    상기 핑거 부분은 상기 시일이 놓인 평면에 대하여 각을 이루는, 시일.
13. 청구항 12에 있어서,

    상기 외부 고리는 상기 평면에 대하여 각을 이루고, 상기 핑거 부분은 상기 외부 고리에 대하여 각을 이루는, 시일.
14. 청구항 8에 있어서,

    상기 탄성계 부분은 상기 스프링 수단 상에 오버몰드되는, 시일.
15. 목의 외부 표면과 보어의 내부 표면 사이를 시일링하는 방법으로서,

    탄성계 부분과 상기 탄성계 부분 내에 배치된 스프링 부재를 가진 립 시일을 제공하는 단계; 및

    상기 목 상에 상기 립 시일을 삽입하는 단계를 포함하는 방법.
16. 청구항 15에 있어서,

    상기 부재는 Belleville 와셔 형상인, 시일.
17. 청구항 15에 있어서,

    상기 부재는 스프링 강으로 만들어진, 시일.
18. 청구항 15에 있어서,

    상기 부재는, 외부 고리 부분과 복수의 방사상 내부 상방으로 지향된 핑거 부분을 갖는 고리 형상의 구조인, 시일.
19. 청구항 18에 있어서,

    상기 핑거 부분은 상기 시일이 놓인 평면에 대하여 각을 이루는, 시일.
20. 청구항 19에 있어서,

    상기 외부 고리는 상기 평면에 대하여 각을 이루고, 상기 핑거는 상기 외부 고리와 각을 이루는, 시일.
21. 청구항 15에 있어서,

    상기 탄성계 부분은 상기 고리 부재 상에 오버몰드되는, 시일.

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