KR20100085844A - 시일 - Google Patents

Abstract

(과제)
저온 용도를 위한 래디얼 축 시일 링을, 비용 대 효과를 보다 높여 제조할 수 있도록 개발한다.
(해결 수단)
환 형상의 시일 엘리먼트(3)가 고정된 지지체(2)를 포함하며, 시일 엘리먼트(3)가 정적 시일을 형성하고 있고 자유단(4)을 가지도록 지지체(2)에 고정되어 있는 시일(1)에 있어서, 시일체(5)가 자유단(4)에 배치되어 있고 상기 시일체로 동적 시일 엣지(6)가 형성되고 있으며, 시일체(5)가 시일 엘리먼트(3)와는 상이한 재료로 형성되어 있다.

Description

시일{SEAL}

본 발명은, 환 형상의 시일 엘리먼트(sealing element)가 고정된 지지체를 포함하며, 시일 엘리먼트가, 정적 시일(static seal)을 형성하고 또한 자유단을 가지도록 지지체에 고정되고 있는 시일에 관한 것이다.

이러한 시일은, 국제공개 제 2008/009317 호 팜플렛에 공지되어 있다. 종래 공지의 시일은, L자형의 지지 링을 가지고 있어 이 지지 링에 PTFE의 환 형상 시일 엘리먼트가 고정되어 있고, 시일 엘리먼트는, 단면에 있어서 지지 링을 포위하고, 외측에 있어서 정적 시일을 형성하고, 내측에 있어서 동적 시일을 형성하는 돌출된 자유단을 가지도록 지지 링에 고정되어 있다. 이 시일 엘리먼트의 자유단은, PTFE 재료의 복원력에 의해 반경 방향으로 예장력(pretension)을 발생시키면서, 시일 되는 재료에 인접하고 있다.

저온에 있어서, 즉 빙점보다 꽤 낮은 온도에 있어서의 이용 분야를 위한 기계요소를 위해서 사용되는 래디얼 축 시일 링에는, 저온 용도에 적절한 엘라스토머(elastomer)로 형성된 시일 립(seal lips)이 장비되어 있다. 사용되는 엘라스토머의 유리 전위 온도(glass transition temperature)보다 낮은 사용 온도는, 재료의 취화, 나아가서는 시일 립의 불충분한 밀봉 효과를 발생시킨다. 예를 들면, 특수 불화 고무(special fluorinated rubbers)는, 낮은 사용 온도를 위해서 알려져 있는 엘라스토머 재료 그룹이다. 이러한 특수 불화 고무는, 일반적으로 인정되는 바로는, 통상의 불화 고무보다 낮은 유리 전위 온도를 가지지만, 매우 고가이다.

국제공개제2008/009317호팜플렛

본 발명의 기초가 되는 과제는, 전술한 저온 용도를 위한 래디얼 축 시일 링을, 비용 대 효과를 보다 높여 제조할 수 있도록 개발하는 것이다.

이 과제는 청구항 1의 특징에 의해 해결된다. 종속 청구항은 유리한 실시 형태에 관한 것이다.

이 과제를 해결하기 위해서, 동적 시일 엣지(dynamic sealing edge)가 형성된 시일체는 자유단에 배치되어 있고, 시일체는 시일 엘리먼트와는 상이한 재료로 형성되어 있다. 시일 엘리먼트는, 내측에 있어서 지지체로부터 돌출하고 또한 자유단을 형성하도록 지지체에 고정되어 있다. 이 자유단은 움직일 수 있으며, 이것에 의해 시일체는 스프링 부착 방식(spring-mounted manner)으로 시일 엘리먼트에 고정되어 있다. 시일체는 비교적 작은 체적을 가지는 것이 특히 유리하고, 이것에 의해, 시일체에 대한 재료 요구는 작다. 따라서, 사양이, 특히 밀봉되는 기계요소에 인접하는 동적 시일체가 조달 비용이 높은 엘라스토머로 형성될 것을 요구한다고 해도, 재료비를 저감시킬 수 있다.

시일 엘리먼트는 PTFE로 형성될 수 있다. PTFE는 넓은 온도 범위에서 사용될 수 있다. PTFE는 약 70℃의 유리 전이 온도를 가진다. 이것은, 재료가 이 온도보다 낮은 경우에게만 잘 부러진다는 것을 의미한다. 그렇지만, 대체로, PTFE는 불화 고무(FKM, FPM, FFKM) 등의 엘라스토머 시일 재료와 비교해 보다 뒤떨어진 탄성 특성을 가진다. 따라서, PTFE는 모든 경우에 동적 시일로서 기능할 수 없다. 시일 립의 탄성 특성이 보다 요구되는 경우에는, 본 발명에 의하면, PTFE로 형성된 시일 엘리먼트의 자유단에, 엘라스토머 재료로 형성된 시일체를 마련하는 방안이 제공된다. PTFE의 또 다른 이점은 높은 내화학성이다.

시일체는 불화 고무로 형성될 수 있다. 불화 고무는, 높은 내화학성과 넓은 온도 적용 범위를 가지는 엘라스토머이다. 게다가 불화 고무는 유리한 열화 특성을 가진다. 특수 불화 고무 화합물은 특히 유리한 내한성(low-temperature resistance)을 나타낸다. 이러한 화합물로 형성된 시일은 -40℃까지 사용될 수 있다. 그렇지만, 이러한 화합물은 지극히 고가이고, 본 발명의 효과는 이러한 화합물을 이용함으로써 특히 유리하게 나타난다.

외주에 있어서, 시일체는, 스프링체가 배치되는 오목부를 가질 수 있다. PTFE의 시일 엘리먼트, 관 모양의 반제품으로 제조된 와셔는, 이미 그 자체에 의해서 복원력을 일으키며, 이것은, 밀봉되는 기계요소에 대해서 반경 방향으로 시일체의 가압을 야기시킨다. 저온에서는, 샤프트의 안내 정밀도에 따라, 이 복원력이 충분하지 않은 우려가 있고, 이것에 의해 시일체의 필요한 접촉압을 단지 시일 엘리먼트만으로는 보증할 수 없다. 스프링체, 예를 들면 환 형상의 코일 스프링은, 시일체의 접촉압을 증가시키고, 또한 저온에서의 접촉압을 유지한다.

시일 엘리먼트는, 적어도 일측에 도막(coating)이 제공될 수 있다. 따라서 시일 엘리먼트는 일측 또는 양측에 있어서의 도막의 제공에 의해, 공격성 매체(aggressive media)에 의한 공격에 대항하여 보호된다.

시일체 및 도막은, 동일한 재료로, 일체로 형성되도록 설계될 수 있다. 이것에 의해 시일 엘리먼트와 도막과의 사이의 결합 영역이 증대되고, 그에 따라 시일 엘리먼트와 시일체와의 사이의 결합이, 재료 요구의 증대를 최소한으로 하면서 개선된다.

시일 엘리먼트는 지지체의 단면을 피복시킬 수 있다. 그 결과, 지지체는 공격성 매체에 의한 공격에 대항하여 보호된다. 지지체의 별개의 처리, 예를 들면 도막은 생략될 수 있다. 그렇지만, 시일 엘리먼트와 지지체와의 사이의 결합을 개선하기 위해서, 예를 들면 플라스마 처리에 의해서 지지체를 사전-처리하는 것이 권장될 수 있다.

시일체는 더스트 립(dust lip)을 구비할 수 있다. 더스트 립은, 보다 심한 오염에 대항하여 실제 동적 시일 립(actual dynamic sealing lip)을 보호한다.

지지체는 L자형으로 설계될 수 있다. 이러한 지지체는, 스탬핑 가공에 의해서 특히 용이하게 제조되거나, 시트 형상 금속 스트립으로부터 절취될 수도 있다.

본 발명에 따른 시일의 실시형태의 복수의 예를, 도면을 참조하여 이하에 상세하게 설명한다.

본 발명에 따르면, 저온 용도를 위한 래디얼 축 시일 링을, 비용 대 효과를 보다 높여 제조할 수 있게 된다.

도 1은 시일체에 스프링체가 설치된 시일을 나타내는 도면,
도 2는 시일 엘리먼트의 일측에 도막이 설치된 시일을 나타내는 도면,
도 3은 스프링체가 설치되지 않은 시일을 나타내는 도면,
도 4는 시일체가 더스트 립을 가지는 시일을 나타내는 도면,
도 5는 PTFE에 얇은 탄성 도막을 갖춘 시일을 나타내는 도면이다.

도면에는, -40℃까지의 저온 용도를 위한 유리한 저온-작동 특성을 갖춘 시일(seal)(1)이 도시되어 있다. 시일(1)은, 금속 스탬핑 가공으로서 형성된, L자형의 지지체(supporting body)(2)를 포함하고 있고, 이 지지체에는 PTFE의 환 형상의 시일 엘리먼트(sealing element)(3)가 고정되어 있다. 시일 엘리먼트(3)는, 지지체(2)의 끝면(end face)(10)을 둘러싸고 있으며, 외측에 있어서 정적 시일(static seal)을 형성하고 내측에 있어서 지지체로부터 돌출하는 자유단(free end)(4)을 가지는 방식으로 끝면(10)을 둘러싸고 있다. 환 형상의 시일체(sealing body)(5)는, 고정적으로 결합되는 방식으로 자유단(4) 상에 배치되어 있고 반경 방향으로 움직일 수 있으며, 동적 시일 엣지(dynamic sealing edge)(6)는 상기 시일체로 형성되고 있다. 시일체(5)는, 불화 고무 화합물(fluorinated rubber compound)(FKM, FPM, FFKM)로 형성되며, 따라서 시일 엘리먼트(3)와는 상이한 재료로 형성되고 있다. 시일체(5)는, PTFE로 형성된 시일 엘리먼트(3)의 복원력에 의해 탄성 예장력(elastic pretensioning)을 발생시키면서 밀봉 방식으로 밀봉되는 기계요소(12)에 인접하여 놓여진다.

도 1은 시일(1)을 나타내고 있으며, 시일(1)의 시일체(5)는 외주부에 있어 오목부(7)을 가지고 있고, 이 오목부(7)에는 스프링체(8), 즉 금속재료로 형성된 환 형상의 나선형 스프링이 배치되어 있고, 이 스프링체(8)는 밀봉되는 기계요소(12)에 대한 시일체(5)의 접촉압을 증대시켜 저온에서도 접촉압을 유지한다.

도 2는 시일(1)을 나타내고 있으며, 시일(1)의 시일체(5)는 외주부에 있어 오목부(7)을 가지고 있고, 이 오목부(7)에는 스프링체(8), 즉 금속재료로 형성된 환 형상의 나선형 스프링이 배치되어 있고, 이 스프링체(8)는 밀봉되는 기계요소(12)에 대한 시일체(5)의 접촉압을 증대시켜 저온에서도 접촉압을 유지한다. 게다가 시일 엘리먼트(3)에는, 일측, 즉 시일되는 매체에 면한 쪽에, 도막(9)이 설치되어 있다. 도막(9)은, 시일체(5)와 동일한 재료로 일체로 형성되어 있다.

도 3은 시일(1)을 나타내고 있으며, 시일 엘리먼트(3)와 이 시일 엘리먼트(3)에 속하는 자유단(4)은, 밀봉되는 기계요소에 대한 시일체(5)의 반경방향 가압이 충분하여, 부가적인 스프링체가 필요하지 않게 되도록 설계되어 있다.

도 4는, 도 1에 따른 시일을 나타내고 있으며, 이 실시형태에 있어서의 시일체(5)에는 부가적으로 더스트 립(11)이 설치되어 있다.

도 5는 시일(1)을 나타내고 있으며, 시일 엘리먼트(3)에는 자유단(4)에 있어서 엘라스토머 재료로 형성된, 특히 불화 고무 화합물로 형성된 도막(9)이 설치되어 있다. 도막(9)은 시일체(5)를 형성하고 있다. 이 실시형태의 이점은, 엘라스토머 재료의 재료 요구가 최소한이라는 것이다.

1 시일, 2 지지체, 3 시일 엘리먼트, 4 자유단, 5 시일체, 6 시일 엣지, 7 오목부, 8 스프링체, 9 도막, 10 끝면, 11 더스트 립, 12 기계요소

Claims (10)

1. 환 형상의 시일 엘리먼트(3)가 고정된 지지체(2)를 포함하며, 시일 엘리먼트(3)가 정적 시일을 형성하고 자유단(4)을 가지도록 지지체(2)에 고정되어 있는 시일(1)에 있어서, 시일체(5)가 자유단(4)에 배치되어 있고 상기 시일체로부터 동적 시일 엣지(6)가 형성되고 있으며, 시일체(5)가 시일 엘리먼트(3)와는 상이한 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 시일.
2. 청구항 1에 있어서,
   시일 엘리먼트(3)는 PTFE로 형성되는 것을 특징으로 하는 시일.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   시일체(5)는 불화 고무로 형성되는 것을 특징으로 하는 시일.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   시일체(5)는 외주에 있어서 오목부(7)를 가지고 있으며, 이 오목부에 스프링체(8)가 배치되는 것을 특징으로 하는 시일.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   시일 엘리먼트(3)는 적어도 일측에 도막(9)이 설치되는 것을 특징으로 하는 시일.
6. 청구항 5에 있어서,
   시일체(5) 및 도막(9)은, 동일한 재료로 형성되어 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 시일.
7. 청구항 1 내지 청구항 6에 있어서,
   시일 엘리먼트(3)는 지지체(2)의 끝면(10)을 피복하는 것을 특징으로 하는 시일.
8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
   시일체(5)에 더스트 립(11)이 설치되는 것을 특징으로 하는 시일.
9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
   지지체(2)는 L자 형상으로 설계되는 것을 특징으로 하는 시일.
10. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    시일체(5)는 도막(9)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 시일.

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