KR20130038240A - 개선된 시일 요소 접착 이음매를 가지는 저 토크 샤프트 시일 - Google Patents

Abstract

샤프트 시일 조립체(10)는 중심축(16)을 중심으로 원통형으로 뻗어있는 벽(14)을 가지고 벽(14)으로부터 중심축(16)을 향하여 반경방향으로 안쪽으로 뻗어있는 환형 레그(18)를 가진 금속 케이스(12)를 포함하다. 탄성중합체 재료(20)는 레그(18)에 접착되고, PTFE 시일 요소(22)는 접착 이음매에서 탄성중합체 재료(20)에 부착된다. 접착 이음매는 레그(18)로부터 반경방향으로 안쪽으로 이격되고 레그(18)와 반경방향으로 정렬되어 있으며 탄성중합체 재료(20)가 굴곡짐을 억제한다. 따라서, 탄성중합체 재료(20)는 사용 동안 PTFE 시일 요소(22)의 충돌 실행으로부터 대체로 고립되거나 고립된다. 따라서, 접합 이음매는 마찰 슬리브 또는 샤프트의 활주면에 대하여 PTFE 시일 요소(22)의 신뢰할만한 시일을 제공한다.

Description

개선된 시일 요소 접착 이음매를 가지는 저 토크 샤프트 시일{LOW TORQUE SHAFT SEAL WITH IMPROVED SEAL ELEMENT BOND JOINT}

본 발명은 대체로 시일 조립체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 PTFE 시일 립(lip)을 가지는 회전하는 샤프트 시일 조립체에 관한 것이다.

샤프트 시일은 많은 유형의 차량에 걸쳐서 일반적으로 사용된다. 회전하는 샤프트 또는 마모 슬리브의 활주면에 대하여 신뢰할만한 시일을 확립하는 샤프트 시일은 별도로 하고, 오염물의 유입 및 바람직한 윤활유의 유출 모두를 막기 위하여, 시일이 샤프트에 대하여 최소한의 작동 토크를 제공하는 것은 바람직하다. 시일의 감소된 작동 토크는 차량의 전체적인 연료 절약을 강화하는데 도움이 되며, 이는 보다 낮은 토크가 샤프트의 활주면에 대하여 샤프트 시일에 의하여 생성되는 보다 적은 항력으로 인하여 예컨대 크랭크 샤프트와 같은 샤프트를 돌리는데 보다 적은 기생 마력을 필요로 하기 때문이다. 따라서, 활주면과의 맞닿음을 위한 시일 립을 제공하기 위하여 낮은 마찰 재료를 사용한다고 알려져 있다. 그렇게 알려진 일 재료는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이다. 최적의 시일을 달성하기 위하여, PTFE 시일 립 상에 시일을 형성하는 단독의 활성 부분으로서 시일면을 제공하는 것이 바람직하다. 더욱이, 사용 중 PTFE 시일 립의 굴곡짐(flexing)을 제어함으로써 신뢰할만한 시일을 달성하는 것이 바람직하다.

회전하는 샤프트 시일 조립체는 중심축을 중심으로 원통형으로 뻗어있는 벽을 가지고, 벽으로부터 중심축을 향하여 반경방향으로 안쪽으로 뻗어있는 환형 레그를 가진 금속 케이스를 포함하다. 탄성중합체 재료는 레그에 접착되고, PTFE 시일 요소는 접착 이음매에서 탄성중합체 재료에 부착된다. 접착 이음매는 레그로부터 반경방향으로 안쪽으로 이격되고 레그와 반경방향으로 정렬되어 있다.

접착 이음매는 PTFE 시일 요소에 샤프트 또는 마찰 슬리브의 활주면에 대하여 신뢰할만한 시일을 형성하고 유지하는 능력을 제공한다. 접착 이음매는 사용 동안 요구되는 대로 PTFE 시일 요소가 굴곡지는 것을 허용하는 반면에, 탄성중합체 재료가 굴곡지는 것을 억제한다. 따라서 탄성중합체 재료가 PTFE 시일 요소의 굴곡 운동으로부터 분리되거나 대체로 분리되며, 따라서, 탄성중합체 재료는 사용 동안 PTFE 시일 요소의 작동으로부터 이탈되지 않는다. 더욱이, 접착 이음매를 통하여 전달되는 하중은 최소화되고, 그로써 시일 조립체의 이 영역에서의 실패 가능성을 감소시킨다. 더욱이, PTFE 시일 요소를 저 비용의 탄성중합체 재료를 거쳐서 금속 운반체(metal carrier)에 부착할 수 있다는 점에서, 시일 조립체는 제조면에서 경제적이다.

본 발명의 이런 저런 양태, 특징 및 장점은 다음의 본 발명의 바람직한 실시예 및 최선의 실시예에 대한 발명의 상세한 설명, 첨부된 특허청구범위 및 첨부의 도면과 관련하여 고려될 때 더욱 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 설치되지 않은 상태로 도시된 본 발명의 일 양태에 따라 구성된 샤프트 시일 조립체의 횡단면도이다.
도 2는 설치된 상태로 도시된 도 1의 샤프트 시일 조립체의 도면이다.
도 3은 미설치된 상태로 도시된 본 발명의 다른 하나의 양태에 따라 구성된 샤프트 시일 조립체의 횡단면도이다.
도 4는 설치된 상태로 도시된 도 3의 샤프트 시일 조립체의 도면이다.

도면을 보다 상세하게 참조하면, 도 1에는 대체로 본 발명과 일치되게 구성된 회전하는 샤프트 시일 조립체(10)(이하 조립체라 함)가 도시되어있다. 조립체(10)는 일반적으로 L자 형상이고 외벽(14) 및 레그(18)를 가지는 것으로서 여기에 예로서 제한 없이 나타나는 외측 금속 케이스(12)를 가지고, 외벽(14)은 조립체(10)의 중심축(16)을 중심으로 대체로 원통형으로 뻗어있거나 원통형으로 뻗어있으며, 레그(18)는 벽(14)으로부터 중심축(16)을 향하여 반경방향으로 안쪽으로 뻗어있다. 케이스(12)의 형상은 도시된 형상으로 제한되지 않고, 외측 하우징에 부착되도록 구성된 적합한 어떠한 형상이라도 본 특허청구범위의 범위 내의 것으로 여겨지는 사실은 인식되어야 한다. 조립체(10)는 레그(18)에 접착되는 탄성중합체 재료(20), 예컨대 저 비용의 고무 및 탄성중합체 재료(20)에 접착되는 PTFE 시일 요소(22)를 추가로 포함하며, 탄성중합체 재료(20)는 시일 요소 접착 이음매(이하 접착 이음매(24)라 함)를 형성하고, PTFE 시일 요소(22)와 레그(18) 사이에 끼어있다. 접착 이음매(24)는 레그(18)로부터 반경방향으로 안쪽으로 이격되고 레그(18)와 반경방향으로 정렬되어 있다. 사용 중, 접착 이음매(24)는 굴곡 운동으로부터 분리되어 있거나 대체로 고립되어 있으며, 그로써 PTFE 시일 요소(22)의 활성 시일 부분이 신뢰할만한 시일을 제공하는데 필수적인 만큼 굴곡지는 것이 허용된다.

케이스 레그(18)는 자유 단부(26)에 반경방향으로 안쪽으로 뻗어있다. 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서, 레그(18)는 축(16)에 대해 횡단하거나 대체로 횡단하게 뻗어있는 제 1 부분(28) 및 제 1 부분(28)으로부터 자유 단부(26)로 뻗어있는 제 2 부분(30)을 가지고 있다. 제 2 부분(30)은 대체로 원추형이며, 반경방향으로 이격되고 외벽(14)의 적어도 일부와 반경방향으로 정렬되어 제 1 부분(28)으로부터 외벽(14)의 반경방향으로 밑으로 뻗어있다. 제 2 부분(30)은 전체적으로 외벽(14)을 향하도록 기울어져 있는 케이스(12)의 내면(32) 및 전체적으로 축(16)을 향하도록 기울어져 있는 케이스(12)의 외면(34)에 의하여 일부 형성된다. 따라서, 내면(32) 및 외면(34)은 축(16)에 대해 비스듬히 뻗어있고, 내면(32)은 기울어져서 전체적으로 조립체(10)의 오일면(O)를 향하며 외면(34)은 기울어져서 전체적으로 조립체(10)의 공기면(A)을 향한다. 따라서, 폐쇄된 환형 포켓(36)은 외면(32) 제 1 부분(28) 및 외벽(14) 사이에 경계가 형성되고, 포켓(36)은 조립체(10)의 오일면(O)을 향한다.

탄성중합체 재료(20)는 접착 이음매(24)를 형성하는 것은 별도, 케이스(12)의 전체 외면(34) 주위에 또는 대체로 전체 외면(34) 주위에 성형될 수 있다. 따라서, 탄성중합체 재료(20)의 반경방향으로 최외측 부분(38)은 외벽(14)의 외면(34) 주위에 성형될 수 있고, 최외측 부분(38)은 선간 끼움(line-to-line fit) 또는 약간의 간섭 압축 끼움과 같이 하우징의 보어(미도시)에 수용될 수 있는 직경으로 크기가 형성된다. 더구나, 탄성중합체 재료(20)는 레그 제 1 부분(28)의 외면(34) 주위에 성형될 수 있다. 따라서, 레그(18)의 전체 외면(34)은 탄성중합체 재료(20)로 피복될 수 있고, 그로써 부식에 대비한 케이스(12)의 보호를 제공한다. 더욱이, 탄성중합체 재료(20)는 환형의 돌출 립(exclusion lip)(39)을 형성하도록 성형될 수 있다. 돌출 립(39)은 여기서는 예시적으로 레그(18)의 제 1 부분(28) 및 제 2 부분(30) 사이의 접착 이음매에 매달린 것으로 예시되며, PTFE 시일 요소(22)로부터 조립체(10)의 공기면(A)을 향하여 대체로 멀리 떨어져서 오염물질이 PTFE 시일 요소(22)에 도달하는 것을 억제한다.

PTFE 시일 요소(22)는 제 1 접착 부분(40) 및 제 2 비지지, 비접착 부분(42)을 가진다. 접착 부분(40)은 접착 이음매(24)를 따라 뻗어있고, 접착 이음매(24)는 제 2 부분(30) 레그의 길이를 따라 뻗어있거나 대체로 이 길이를 따라 뻗어있다. 비접착 부분(42)은 접착 이음매(24)를 넘고 레그(18)의 자유 단부(26)를 넘어서 대체로 축(16)을 향하여 반경방향으로 안쪽으로 뻗어있다. 따라서, 비접착 부분(42)은 외벽(14)의 적어도 일부와 반경방향으로 정렬되어 뻗어있는 비지지 부분을 형성한다. 케이스(12)에 성형되자마자 그리고 미설치 상태 동안에, 비지지 부분(42)은 샤프트 활주면을 넘어서 반경방향으로 안쪽으로 뻗어있어서, 샤프트의 주위에 설치되자마자 비지지 부분(42)의 활성 시일 부분은 비지지 부분(42)의 물리적 특성 및 재료적 특성에 기초하여 미리 정해진 양의 바이어스(bias)에 의해 샤프트와 밀봉되게 맞닿는다. 설치되는 동안에는, PTFE 시일 요소(22)의 샤프트에 대한 굴곡짐은 비지지 부분(42)을 넘어 전체적으로 발생하며, 접착 이음매(24) 내에서 발생하는 것은 아니다. 따라서, 비지지 부분(42)의 굴곡량 및 비지지 부분(42)에 의하여 주어지는 밀봉력의 크기는 엄격히 제어될 수 있다.

사용 동안 샤프트에 대한 PTFE 시일 요소(22)의 비지지 부분(42)의 활성 시일 부분의 굴곡짐을 촉진하기 위하여, 비지지 부분(42)은, 예컨대 코이닝 공정(coining process)에서 물결형 벽을 가지도록 형성될 수 있다. 물결형 벽은 그 길이를 따라 대칭적인, 균일한 벽 두께를 가지도록 형성될 수 있고 또는 비대칭적인 벽 두께를 가지도록 형성될 수 있고, 이것에 의해 벽의 두꺼워진 영역 사이에 두께가 감소된 환형의 굴곡 이음매를 제공한다.

도 3 및 도 4에서, 본 발명의 또 다른 양태에 따라 구성된 샤프트 시일 조립체(110)가 도시되어 있고, 여기에서 앞서 사용한 부재 번호에 100을 더한 부재 번호는 앞서 설명한 부재를 동일하게 지시하도록 사용된다. 조립체(110)는 원통형의 외벽(114) 및 레그(118)를 가지는 케이스(112)를 포함한다. 레그(118)는 외벽(114)으로부터 중심축(116)을 향하여 자유 단부(126)에 대해 횡단방향으로 또는 대체로 횡단방향으로 안쪽으로 뻗어있다. 따라서, 케이스(112)는 횡단면에서 대체로 L자 형상이다.

탄성중합체 재료(120)는 자유 단부(126)에 접착되고, 탄성중합체 재료(120)가 원추형 환형부(46)를 형성하며, 환형부는 "성형된 것과 같은" 반대편의 힌지 영역(49)으로부터 조립체(110)의 오일면(O)를 향하여 반경방향으로 안쪽으로 수렴하여 반경방향으로 안쪽으로 향하는 접착면(48) 및 반경방향으로 바깥쪽으로 향하는 표면(50)을 제공한다. 더욱이, 탄성중합체 재료(120)는 조립체의 공기면(A)을 향하여 분기하는 돌출 립(139)을 가지도록 형성된다. 접착면(48)은 자유롭고, 바이어스되지 않고, 미조립된 상태 동안에는, 축(116)에 비스듬하고 조립체의 오일면(O)을 향하여 수렴하는 한편, 접착면(48)과 마주하는 표면(50)은 레그(118)의 자유 단부(26)로부터 반경방향으로 정렬되어 반경방향으로 안쪽으로 이격되어서 자유 단부(126)와 표면(50) 사이에서 환형의 V자 형상의 구멍(pock)(136)을 제공한다.

시일 조립체(110)는 상술한 바와 같이 제 1 결합 부분(140) 및 제 2 비지지, 비접착 부분(142)을 가지는 PTFE 시일 요소(122)를 가진다. 접착 부분(140)은 접착 이음매(124)를 따라 탄성중합체 재료(120)의 접착면(48)에 접착되고, 이 접착 이음매(24)는 레그(118)의 자유 단부(126)와 반경방향으로 정렬되어 반경방향으로 안쪽으로 이격된다. 비접착 부분(142)은 접착 이음매(124)를 넘어서 대체로 축(116)을 향하여 반경방향으로 안쪽으로 뻗어있어서, 상술한 바와 같이 외벽(114)의 적어도 일 부분과 반경방향으로 정렬되어 뻗어있는 PTFE 시일 요소(22)의 비지지 부분(142)을 형성한다. 설치될 때, 제어된 많은 양의 굴곡이 접착 이음매(124)로부터 이격된 힌지 영역(49)에서 발생할 수 있음에도 불구하고, PTFE 시일 요소(122)의 샤프트에 대한 굴곡은 상술한 바와 같이 대체로 비지지 부분(142) 상에서 발생한다. 따라서, 비지지 부분(142)의 굴곡량 및 비지지 부분(142)에 의하여 부여되는 밀봉력의 크기는 엄격히 제어될 수 있다.

명백하게, 위에서의 교시에 비추어 본 발명의 많은 수정 및 변경은 가능하다. 그러므로, 첨부된 특허청구범위 내에서 본 발명이 상세하게 기술한 바와 다른 방법으로 실시될 수 있음은 물론이다.

Claims (12)

1. 중심축을 중심으로 원통형으로 뻗어있는 벽을 가지고, 상기 벽으로부터 상기 중심축을 향하여 반경방향으로 안쪽으로 뻗어있는 환형 레그를 가진 금속 케이스;
   상기 레그에 접착된 탄성중합체 재료; 및
   접착 이음매에서 상기 탄성중합체 재료에 부착된 PTFE 시일 요소를 구비하고, 상기 접착 이음매는 상기 레그로부터 반경방향으로 안쪽으로 이격되고 상기 레그와 반경방향으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 샤프트 시일 조립체.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 접착 이음매는 상기 중심축에 비스듬히 뻗어있는 것을 특징으로 하는 샤프트 시일 조립체.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 레그는 자유 단부에 뻗어있고, 상기 접착 이음매는 상기 자유 단부로부터 반경방향으로 안쪽으로 이격되는 것을 특징으로 하는 샤프트 시일 조립체.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 PTFE 시일 요소는 상기 접착 이음매를 넘어서 뻗어있는 비지지 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 샤프트 시일 조립체.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 PTFE 시일 요소의 상기 비지지 부분은 상기 벽과 반경방향으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 샤프트 시일 조립체.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 레그는 상기 중심축을 향하여 자유 단부에 비스듬히 뻗어있는 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 샤프트 시일 조립체.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 레그의 상기 부분은 상기 중심축을 향하여 반경방향으로 안쪽으로 향하는 표면을 가지고, 상기 접착 이음매는 상기 표면과 대체로 평행하게 뻗어있는 것을 특징으로 하는 샤프트 시일 조립체.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 레그의 상기 부분은 상기 벽의 적어도 일 부분과 반경방향으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 샤프트 시일 조립체.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 접착 이음매는 상기 레그의 상기 표면으로부터 반경방향으로 안쪽에 있는 것을 특징으로 하는 샤프트 시일 조립체.
10. 제 6 항에 있어서, 상기 PTFE 시일 요소는 상기 자유 단부를 넘어서 상기 벽과 반경방향으로 정렬되게 뻗은 것을 특징으로 하는 샤프트 시일 조립체.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 PTFE 시일 요소는 상기 접착 이음매를 넘어서 뻗어있는 비지지 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 샤프트 시일 조립체.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 PTFE 시일 요소의 상기 비지지 부분은 상기 벽과 반경방향으로 정렬되어 뻗어있는 것을 특징으로 하는 샤프트 시일 조립체.

Images