KR20130122425A - 엔진 크랭크축 엔코더 장치용 씰링 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진 크랭크축 엔코더 장치용 씰링 모듈에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엔진 크랭크축 엔코더 장치용 씰링 모듈은, 엔코더 및 상기 엔코더와 인접 배치된 리테이너를 포함하는 차량의 엔진 크랭크축에 결합되는 엔코더 장치에 적용되는 것으로서, 상기 리테이너의 일면에 결합되며, 크랭크 축이 삽입되는 중공이 형성된 연결 플레이트와; 상기 연결 플레이트와 크랭크축 사이를 씰링되는 PTFE 재질의 오일씰과; 적어도 상기 연결 플레이트 일측면에 결합되어서, 상기 리테이너와의 사이를 씰링하는 AEM 고무 재질의 가스켓;을 포함한다. 이 경우, 상기 가스켓의 고무 조성물은: AEM 소재의 폴리머와; 상기 폴리머 100 중량부 대비 80 내지 100 중량부를 갖는 카본 블랙과; 가류속도를 지연시키는 살리실산(salycilic acid)과; 폴리머의 압축 특성을 향상시키는 아미노실란(3-amiopropyltrimehoxysilane);을 포함한다.

Description

엔진 크랭크축 엔코더 장치용 씰링 모듈{Sealing module for engine crank shaft encoder apparatus}
본 발명은 엔진 크랭크축 엔코더 장치용 씰링 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 엔진 크랭크축에 포함된 엔진 크랭크축 엔코더 장치에 적용되는 씰링 모듈에 관한 것이다.
일반적인 차량의 엔진룸에서 엔진크랭크축과 트랜스미션 사이에, 엔진오일의 누유를 방지하기 위한 엔진 오일씰이 장착된다.
상기 엔진 오일씰이 엔진룸 내에 배치되기 때문에, 내열성 및 내유성이 우수한 불소고무를 적용하고 있다.
최근에는, 차량의 엔진 크랭크축에 엔코더가 사용된다. 상기 엔코더는 통상 PTFE재질의 오링과, 알루미늄 리테이너와 함께 조립되어서, 크랭크의 위치, 회전수 정보를 ECU(Engine Control Unit)로 전달해 주는 장치이다. 이에 따라서 ECU는 점화시점, 연료분사시점을 결정할 수 있다. 이 경우, 통상적으로 상기 엔코더와 크랭크축과 씰링을 위해서, 종래의 불소고무보다 토르크가 낮은 PTFE 재질을 이용한다.
이와 더불어, 상기 엔코더 장치에는 알루미늄 리테이너의 장착면을 씰링하기 위한 가스켓이 배치된다.
작업의 편의성 및 작업 시간 단축을 위하여, 가스켓과 오일 씰을 일체로 형성시키는 것이 바람직하며, 이 경우 상기 가스켓은 상기 PTFE 재질과 상용성이 우수할 필요가 있고, 기계적 물성과 압축 특성이 우수할 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명은 PTFE소재의 오링과, 고무 소재의 가스켓을 일체화시킴과 동시에, 상기 가스켓이 PTFE 재질과 상용성이 우수하고, 기계적 물성과 압축 특성이 우수한 엔진 크랭크축 엔코더 장치용 씰링 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엔진 크랭크축 엔코더 장치용 씰링 모듈은, 엔코더 및 상기 엔코더와 인접 배치된 리테이너를 포함하는 차량의 엔진 크랭크축에 결합되는 엔코더 장치에 적용되는 것으로서, 상기 리테이너의 일면에 결합되며, 크랭크 축이 삽입되는 중공이 형성된 연결 플레이트와; 상기 연결 플레이트와 크랭크축 사이를 씰링되는 PTFE 재질의 오링과; 적어도 상기 연결 플레이트 일측면에 결합되어서, 상기 리테이너와의 사이를 씰링하는 AEM 고무 재질의 가스켓;을 포함한다. 이 경우, 상기 가스켓의 고무 조성물은: AEM 소재의 폴리머와; 상기 폴리머 100 중량부 대비 80 내지 100 중량부를 갖는 카본 블랙과; 가류속도를 지연시키는 살리실산(salycilic acid)과; 폴리머의 압축 특성을 향상시키는 아미노실란(3-amiopropyltrimehoxysilane);을 포함한다.
이 경우, 상기 살리실산은 상기 폴리머 100 중량부 대비 0.1 내지 2 중량부를 갖고, 상기 아미노실란은 폴리머 100 중량부 대비 0.1 내지 3 중량부를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 연결 플레이트는 중공이 형성되고, 상기 오링은 상기 연결 플레이트의 중공을 감싸도록 형성되며, 상기 가스켓은, 상기 오링과 접하면서 상기 연결 플레이트의 내곽에 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 오링 및 가스켓은 상기 연결 플레이트에 일체로 성형되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 본 발명은 PTFE소재의 오링과, 고무 소재의 가스켓을 연결플레이트로 일체화시킴과 동시에, 가스켓의 소재를 PTFE 재질과 접착성이 우수하고, 기계적 물성과 압축 특성이 우수한 조성물로 제공함으로써, 씰링 효과가 향상된다. 특히, 가스켓의 소재의 고무 조성물을 변경하여서, 내열성 및 내유성이 향상되고, 가공성이 향상되어서 복잡한 형상이더라도 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 씰링모듈이 적용된 엔진 크랭크축 엔코더 장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 씰링모듈을 도시한 사시도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엔진 크랭크축 엔코더 장치용 씰링 모듈에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엔진 크랭크축 엔코더 장치(10)는 엔코더(20)와, 리테이너(30)와, 씰링 모듈(40)을 포함한다.
엔코더(20)는 플라이 휠에 결합되며, 그 외측면은 일정 간격마다 극이 다른 자성을 갖고 엔코더(20)의 중앙부는 크랭크 축이 삽입되도록 중공 형상을 한다.
리테이너(30)는 상기 엔코더(20)와 인접한 위치에 배치되고, 미도시된 프레임 등에 고정된다. 상기 리테이너(30)의 재질은 알루미늄 등의 금속이 적용될 수 있다. 상기 리테이너(30)에는 회전 검출기(35)가 장착된다.
따라서, 미도시된 엔진 크랭크축이 회전하게 되면, 엔코더(20)도 회전하게 되고, 회전 검출기(35)는 상기 엔코더(20)의 회전에 의한 자계 변화를 센서로 검출하고, 그 검출 신호를 계산한다.
씰링 모듈(40)은 연결 플레이트(41)와, 오일씰(43)과, 연결 플레이트(45)를 포함한다.
연결 플레이트(41)는 적어도 리테이너(30) 후면 일부를 덮으면서 결합되도록 형성되며, 통상 금속 소재로 이루어진다. 상기 연결 플레이트(41)는 크랭크 축이 삽입되도록 중공형상을 가진다.
오일씰(43)은 상기 리테이너(30)의 중공을 덮도록 형성된다. 상기 오일씰(43)은 PTFE(PolyTetra Fluoro Ethylene) 소재로 이루어진다. 상기 PTFE 소재는 종래의 불소 고무보다 토르크가 작다는 장점이 있고, 내열성 및 내유성이 불소 고무와 적어도 동일한 수준으로 우수하다. 따라서 가혹한 주위 환경에서도 오일이 누유되는 것을 적절하게 방지할 수 있다.
가스켓(45)은 적어도 상기 연결 플레이트 후면에 결합되어서, 상기 리테이너(30)와의 사이를 씰링한다. 이 경우 상기 가스켓은 상기 연결 플레이트 하면까지 연장 형성될 수 있다. 상기 가스켓은 상기 오일씰과 접하도록 형성하여서, 가스켓 및 오일씰이 상기 연결 플레이트에 고정력이 우수하도록 할 수 있다.
상기 가스켓(45)은 복잡한 리테이너 형상에 맞추어 흐름성이 우수하여야 하며, 기계적 성질이 우수하여야 한다. 또한, 우수한 압축 특성이 요구된다.
따라서 가스켓(45)의 고무 조성물은, AEM(에틸렌아크릴고무) 소재의 폴리머를 가지는 것이 바람직하다.
AEM은 에틸렌, 메틸 아크릴레이트에 카르복실산기를 가진 가교단량체와의 삼원 공중합체이다. 고분자내의 카르복실산기는 디아민같은 이작용기성 반응물bifunctional reagents)에 의해 가교가 가능하게 된다. 완전히 포화된 사슬은 우수한 내오존성, 내열성을 부여하는 반면, 메틸 아크릴레이트기는 내유성을 나타낸다.
상기 AEM 폴리머는 우수한 내유성을 가진다. 따라서 엔진 오일에 침적되더라도 적용 가능하다. 또한, 상기 AEM 폴리머는 내열성을 가진다. 이에 따라서 엔진의 온도가 높더라도 적용 가능하다.
특히 AEM 폴리머는 상기 PTFE 소재의 오일씰과 접착력이 우수하다. 따라서 오일씰과, 연결 플레이트와, 가스켓을 일체로 제조할 수 있다.
충진 보강제는 폴리머의 접착성을 향상시키는 한편, 가공성 및 보강성을 높이기 위한 것이다. 상기 충진 보강제는 카본 블랙을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 카본 블랙은 입자가 작고 순도가 낮을 필요가 있는데, 이는 가스켓으로의 요구 물성치, 예를 들어 인장강도 등의 기계적 물성과, 우수한 압축 성능을 맞추기 위함이다. 본 발명에서는 N550보다 입자가 작고 순도가 높은 (주)오리온 carbon의 HS22 제품을 적용할 수 있다. 여기서 카본 블랙이란 천연가스, 석유계, 또는 석탄타아르계 중질유 등의 함탄소 물질을 불완전 연소 또는 열분해하여 만든 물질로서, 탄소원자들이 무질서한 육각형 꼴로 배열되어 있어서 보강성이 우수하다.
한편, 상기한 바와 같이 가스켓은, 리테이너의 복잡한 형상에 맞추어서 형상이 복잡할 필요가 있다. 이에 따라서 가스켓의 가류 속도를 지연시킬 필요가 있다. 본 발명에서는 가스켓의 가류 속도를 지연시키기 위하여 살리실산(salycilic Acid)를 사용한다. 상기 살리실산은 방향족　옥시카복실산의 하나로서, 가류 중에 폴리머의 가류 속도를 지연시킴으로써, 가스켓이 충분히 복잡한 형상이 되도록 한다.
한편, 상기 가스켓의 압축 성능을 향상시키기 위하여, 아미노실란(3-aminopropyltrimethoxysilane)을 사용한다.
통상적으로 AEM 가교를 위하여, 실리카 충진제를 사용하나, 본 발명에서는 실리카 충진제를 사용하지 않고 아미노실란을 사용하여서 압축 성능을 향상시킨다. 통상적으로 아미노실란은 페인트 등에 사용되나, 본 출원인은 아미노실란을 본 발명에 적용시키면, 압축 성능이 보다 향상됨을 새롭게 발견하였다.
이 경우, 상기 폴리머 100 중량비 대비, 카본 블랙은 50 내지 100 중량부로, 아미노실란은 0.1 내지 3 중량부로, 살리실산은 0.1 내지 2 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 씰링모듈은 인서트 금형 및 이중 사출을 통하여 상기 가스켓 및 오일씰을 동시에 형성시킬 수 있다. 즉, 연결 플레이트를 금형 캐비티에 설치하고, 하나의 사출 성형기를 통하여 오일씰을 상기 연결 플레이트의 중공 외곽에 성형시킨다. 그 후에 금형을 회전시켜서, 다른 사출 성형기를 통하여 가스켓을 상기 연결 플레이트의 전면에 형성시킨다.
표 1은 본 실험에서 사용된 실시예 및 비교예를 구성하는 물질을 비교하여 나타낸 것이다.
이 경우, 실시예는 따른 엔진 크랭크축 엔코더 장치용 씰링모듈에서 적용되는 가스켓의 조성성분을 나타내고, 비교예1은 실시예와 달리 충진 보강제로 N550을 사용하고, 살리실산 및 아미노실란을 적용하지 않은 경우이며, 비교예2는 실시예와 달리 아미노실란을 사용하지 않은 경우를 나타낸다.
구성성분(중량부) 실시예 비교예1 비교예2
폴리머 AEM 1) 100 100 100
충진보강제 N550 0 70 0
Pures HS grade2 ) 70 0 70
살리실산3 ) 0.5 0 0.5
아미노실란4 ) 1 0 0
1) AEM : VAMAC GLS, Dupont
2) Pures HS grade : HS22, 오리온카본
3) 살리실산 : Rhodia
4) 아미노실란 :AMMO, DEGUSSA
표 2는 상기 실시예와, 비교예 1,2의 인장강도, 및 압축영구 줄음율을 비교한 표이다.
표 2에 기재된 바와 같이, 충진 보강제를 N550을 적용하고 살리실산을 작용하지 않은 비교예1과 비교시, 특수 충진 보강제를 사용하고 살리실산을 적용한 본 발명의 경우 인장강도가 훨씬 우수한 것을 알 수 있다. 이는 실시예와 동일한 충진보강제를 적용한 비교예2의 경우도 비교예1에 비하여 인장강도가 우수한 것으로 나타나서, 본원발명의 충진보강제가 인장강도를 향상시킨다는 것을 알 수 있다.
또한, 압축영구 줄음율의 경우, 실시예의 경우 아미노실란을 사용함으로써, 엔진 오일에 노출된 경우나, 공기에 노출된 경우에 관계없이 우수한 것으로 나타났다. 반면 비교예 1 및 비교예2의 경우 아미노실란을 적용하지 않음으로써 압축영구줄음율이 열화되는 것을 볼 수 있다.
항 목 실시예 비교예1 비교예2
인장강도
Kgf/cm2		 163 130 160
압축영구줄음율
at 150℃x1000hrs in air		 38 50 53
압축영구줄음율
at 150℃x1000hrs in eng. oil		 46 61 59
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 엔진 크랭크축 엔코더 장치
20: 엔코더
30: 리테이너
40: 씰링 모듈
41: 연결 플레이트
43: 오일씰
45: 가스켓

Claims (4)

  1. 엔코더 및 상기 엔코더와 인접 배치된 리테이너를 포함하는 차량의 엔진 크랭크축에 결합되는 엔코더 장치에 적용되는 것으로서,
    상기 리테이너의 일면에 결합되며, 크랭크 축이 삽입되는 중공이 형성된 연결 플레이트와;
    상기 연결 플레이트와 크랭크축 사이를 씰링되는 PTFE 재질의 오일씰과;
    적어도 상기 연결 플레이트 일측면에 결합되어서, 상기 리테이너와의 사이를 씰링하는 AEM 고무 재질의 가스켓;을 포함하고,
    상기 가스켓의 고무 조성물은:
    AEM 소재의 폴리머와;
    상기 폴리머 100 중량부 대비 80 내지 100 중량부를 갖는 카본 블랙과;
    가류속도를 지연시키는 살리실산(salycilic acid)과;
    폴리머의 압축 특성을 향상시키는 아미노실란(3-amiopropyltrimehoxysilane);을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 크랭크축 엔코더 장치용 씰링 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 살리실산은 상기 폴리머 100 중량부 대비 0.1 내지 2 중량부를 갖고,
    상기 아미노실란은 폴리머 100 중량부 대비 0.1 내지 3 중량부를 갖는 것을 특징으로 하는 엔진 크랭크축 엔코더 장치용 씰링 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연결 플레이트는 중공이 형성되고,
    상기 오일씰은 상기 연결 플레이트의 중공을 감싸도록 형성되며,
    상기 가스켓은, 상기 오일씰과 접하면서 상기 연결 플레이트의 내측면으로 연장 형성된 것을 특징으로 하는 엔진 크랭크축 엔코더 장치용 씰링 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 오일씰 및 가스켓은 상기 연결 플레이트에 일체로 성형되는 것을 특징으로 하는 엔진 크랭크축 엔코더 장치용 씰링 모듈.
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