KR20150139778A - 사인파형으로 만곡된 씰 선단부를 가지는 회전축 씰 링을 구비한 조립체 및 회전축 씰 링 - Google Patents

Abstract

회전축 씰 링이 많은 적용 사례에 있어서 하나의 부품으로서 높은 동적 밀봉성을 발휘할 수 있는 조립체 및 회전축 씰 링을 제공하기 위하여, 조립체는 축(1)과 회전축 씰 링(2)을 가지며, 회전축 씰 링(2)은 축(1)을 둘러싸며, 엘라스토머 바디(4)와 결합된 지지체(3)를 구비한다. 엘라스토머 바디(4)는 축(1)에 맞닿아 접하는 씰 립(5)을 형성하며, 씰 립(5)은 축(1)과 대향하는 면에, 씰 립(5)의 내측 둘레를 따라 연장된 사인파형으로 만곡된 씰 선단부(6)를 구비한다. 씰 선단부(6)는 축(1)의 외주면(7)에 맞닿아 접하고, 씰 선단부(6)는, 축(1)의 길이 방향 축선과 40 냐지 80도 범위 내의 적어도 하나의 각도(α)를 이루는 제1 측면(6a)을 구비함과 동시에, 축(1)의 길이 방향 축선과 10 내지 60도 범위 내의 적어도 하나의 각도(β)를 이루는 제2 측면(6b)을 구비한다. 회전축 씰 링(2)은, 상기 조립체에 있어서 적용된다.

Description

사인파형으로 만곡된 씰 선단부를 가지는 회전축 씰 링을 구비한 조립체 및 회전축 씰 링{ASSEMBLY WITH A ROTATION SHAFT SEAL RING HAVING A DISTAL END PORTION OF SEAL CURVED WITH SINE WAVE SHAPE AND THE ROTATION SHAFT SEAL RING}

본 발명은, 축과 회전축 씰 링을 가진 조립체 및 회전축 씰 링에 관한 것이다.

사인파형으로 만곡된 씰 선단부를 구비한 회전축 씰 링은 특허문헌 1에 의하여 이미 공지되어 있다.

이러한 공지의 회전축 씰 링은, 윤활제, 특히 오일에 대한 완전한 밀봉성을 보증할 수 있는 것이 많기 때문에, 통상은 표준적인 씰과 조립된다. 이와 같은 조립은, 특허문헌 1의 도 1에 개시되어 있다.

이러한 배경에 근거하여, 다른 씰 요소를 필요로 하지 않도록, 동작 조건과는 거의 관계 없이, 특히 축의 회전수 및 축의 회전 방향과 무관하게, 다양한 종류의 윤활제를 더할 나위없이 확실히 밀봉하는 회전축 씰 링의 수요가 생기고 있다.

독일특허발명 제19522890호 명세서

따라서, 본 발명은, 앞에서 서술한 종류의 조립체를 개량하여, 회전축 씰 링이 많은 적용 사례에 있어서 하나의 부품으로서 높은 동적 밀봉성을 발휘할 수 있는 조립체 및 회전축 씰 링을 제공하고자 하는 과제에 기초한 것이다.

본 발명에 의하면, 전술한 과제는, 청구항 1의 특징을 구비한 조립체에 의하여 해결된다.

본 발명에 의하여, 우선, 오일에 대한 밀봉성은 다만 하나의 씰 요소에 의하여 달성 가능함이 판명되었다. 복수의 회전축 씰 링의 조립은 불필요하고, 본 발명에 있어서는 구비되어 있지 않다. 회전축 씰 링은, 사인파형으로 만곡된 씰 선단부를 가진 씰 립을 구비하고, 상기 씰 선단부는, 조립된 상태에 있어서, 축의 길이 방향 축선과 2개의 각도를 형성한다. 이들 각도는, 본 발명에 의하면, 적어도 오일에 대한 밀봉성이 부여되어 있도록 선택된다. 다른 기하학적 파라미터와 상응하여, 여러가지 종류의 윤활제에 대한 더할 나위없는 밀봉성을 보증하는 각도 범위가, 적절한 선택에 의하여 발견되었다. 밀봉성은, 본 발명에 의하면, 동작 조건, 특히 축의 회전수와는 거의 관계없이 보증된다.

따라서, 전술한 과제는 해결된다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 조립체에 있어서, 제1 측면 및 제2 측면이 축의 외주면 상의 위치에서 각각 길이 방향 축선을 이루는 각도의 합계는, 90도이어도 좋다. 이것에 의한 결과로서 특히 양호한 씰 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이물질 입자는 윤활제측으로 되돌아가는 점이 유리하다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 조립체에 있어서, 사인파형으로 만곡된 씰 선단부의 2배 진폭은 0.3 내지 1.0mm이어도 좋다. 따라서, 상기 씰 선단부는, 비교적 폭넓은 접촉면으로, 축의 외주면에 접촉한다. 그 결과, 축에 대한 방열이 분명하게 더욱 신속히 이루어진다. 따라서, 씰 립의 임계 온도는 종래의 씰 립에 비하여 분명히 낮아진다. 윤활제도 또한, 종래의 씰 립의 경우만큼, 열적 및 기계적으로 현저히 열화되지 않는다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 조립체에 있어서, 씰 립은, 스프링에 의하여 탄성 지지되어 있지 않아도 좋다. 이 때문에, 유리한 것으로, 통상, 씰 립을 축의 외주면에 대하여 밀어 누르는 비교적 고가의 코일 스프링을 이용하지 않아도 좋다. 씰 립을 축의 외주면에 대하여 밀어 누르기 위하여 코일 스프링 또는 유사한 개별 스프링을 구비하지 않는 것은 바람직하다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 조립체에 있어서, 씰 선단부는, 축의 외주면으로부터 거리(s)를 두어 2차 씰 선단부가 축선 방향과 인접하여도 좋다. 따라서, 윤활제 저장부로서 기능할 수 있는 하나의 링 형상 간격 또는 링 형상 공간이 형성된다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 조립체에 있어서, 거리(s)는, 0.03 내지 0.05mm 범위 내에 있어도 좋다. 10bar까지 내압성을 보증하기 때문에, 동시에 윤활제 저장부로서의 기능을 수행하는 링 형상 공간의 뒤에는, 링 형상의 2차 씰 선단부가 배치되고 설치된다. 이러한 2차 씰 선단부는, 무 가압 상태에 있어서는 축의 외주면까지 거리(s)를 전술한 범위 내에서 유지하고, 가압시에는 축에 맞닿아 접한다. 따라서 가압에 의하여 유도되고 일어나는 추가적인 접촉 압력이 서로 상쇄되고, 사인파형의 씰 선단부는 부하가 경감된다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 조립체에 있어서, 씰 선단부는 씰 립의 축과 대향하는 면으로부터 돌출되어도 좋고, 여기서, 이러한 축에 대향하는 면은 축의 외주면으로부터 0.05 내지 0.5mm 범위 내의 간격 거리(x)를 가지고 이격된다. 이러한 간격 거리에 의하여 양호한 밀봉성을 얻을 수 있음과 동시에, 이물질 입자가 윤활제측에 유지된다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 조립체에 있어서, 씰 선단부의 선단은, 씰 립의 윤활제측의 단부로부터 0.5 내지 1mm 이격하여도 좋다. 이러한 거리의 길이에 의하여 양호한 밀봉성을 얻을 수 있음과 동시에, 이물질 입자가 윤활제측에 유지된다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 조립체에 있어서, 하우징과 회전축 씰 링의 지지체와의 사이에는 끼움 결합부가 배치되어도 좋다. 끼움 결합부는 엘라스토머 제인 것이 유리하다. 이와 같이 하여, 특허문헌 1에 개시되어 있는 것과 같은 금속끼리에 의한 씰이 회피된다.

상기 회전축 씰 링은, 여기에 기재되어 있는 실시 형태의 조립체에 있어서 적용 가능한 것이다. 청구항에 있어서, 조립체에 관하여 개별적으로 또는 참조하여 조립되어 기재된 독자적인 구조적 특징을 구비한 회전축 씰 링은, 윤활제에 대한 밀봉에 관하여 매우 양호한 결과를 가져온다.

본 발명에 따른 조립체 및 회전축 씰 링에 의하면, 회전축 씰 링이 많은 적용 사례에 있어서 하나의 부품으로서 높은 동적 기밀성을 발휘할 수 있도록 하는 것이 가능하다.

도 1은 축의 외주면 상에 끼움 장착된, 사인파형으로 만곡된 선단부를 가진 회전축 씰 링을 구비한 본 발명의 실시 형태에 따른 조립체의 부분 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 씰 선단부를 확대하여 나타낸 확대 부분 단면도이다.
도 3은 부직포로 이루어진 보호 립을 가진 일 변형예로서의 회전축 씰 링을 나타낸 도면이다.
도 4는 엘라스토머로 이루어져 전술한 씰 립을 가진 일 변화예로서의 회전축 씰 링을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 따른 회전축 씰 링 및 조립체에 관하여 도면을 참조하면서 설명할 것이다.

도 1과 같이, 축(1)과 회전축 씰 링(2)을 가지는 본 발명의 실시 형태에 따른 조립체에 있어서, 회전축 씰 링(2)은 축(1)에 끼움 장착되어 있다. 회전축 씰 링(2)은 엘라스토머 바디(4)와 결합되어 있는 지지체(3, 보강 링)을 구비하고 있으며, 엘라스토머 바디(4)는 축(1)에 맞닿아 접하는 씰 립(5)을 형성하고 있다. 씰 립(5)은, 축(1)과 대향하는 면에, 씰 립(5)의 내측 둘레를 따라 연장된 사인파형으로 만곡된 씰 선단부(6, 립 선단부)를 구비하고 있으며, 씰 선단부(6)는 축(1)의 외주면(7)에 맞닿아 접하고 있다.

지지체(3)는 금속제이다.

도 2에 상세히 나타난 것과 같이, 씰 선단부(6)는, 축(1)의 길이 방향 축선과 40도 내지 80도 범위 내의 적어도 하나의 각도(α)를 이루는 제1 측면(6a)을 구비하고, 또한, 씰 선단부(6)는 축(1)의 길이 방향 축선과 10도 내지 60도 범위 내의 적어도 하나의 각도(β)를 이루는 제2 측면(6b)을 구비한다.

각도(α)는 윤활제측에 형성되어 있다.

제1 측면(6a) 및 제2 측면(6b)이 각각 축(1)의 외주면(7)상의 위치에서 길이 방향 축선을 이루는 각도의 합계는, 90도이다.

사인파형으로 만곡된 씰 선단부(6)의 2배 진폭(2a)은 0.3 내지 1.0mm이다.

씰 립(5)은 스프링에 의하여 탄성 지지되어 있지 않다.

씰 선단부(6)에는, 축(1)의 외주면(7)으로부터 거리(s)를 두어 2차 씰 선단부(8)가 축선 방향과 인접하고 있다. 이러한 거리(s)는, 0.03 내지 0.05mm 범위 내이다.

씰 선단부(6)는, 축(1)에 대향하는 씰 립(5)의 면(9)으로부터 돌출되고, 면(9)은 축(1)의 외주면(7)으로부터 0.05 내지 0.5mm 범위 내의 간격 거리(x)만큼 이격되어 있다.

씰 선단부(6)의 선단(6c)은, 씰 립(5)의 윤활제측의 단부로부터 0.5 내지 1mm 범위 내에의 길이(y)만큼 이격되어 있다.

도 1과 같이, 하우징(10)과 회전축 씰 링(2)의 지지체(3) 사이에 엘라스토머제의 끼움 결합부(11)가 배치되어 있다.

도 2는, 가장 최선의 밀봉 기능을 확보하기 위하여 필수의 구체적인 특징을 나타내고 있다. 씰 립(5)은, 축 직경에 대응하여, 내측 둘레 전체에 걸쳐 3 내지 5의 사인파형의 주기를 구비한다.

씰 립(5)의 씰 선단부(6)의 형상은, 각도(α) 및 각도(β), 간격 거리(x), 및 길이(y)에 의하여 나뉘어 정해지고, a는 사인파형 곡선부의 진폭에 대응한다. s는 축(1)의 외주면(7)으로부터 2차 씰 선단부(8)까지의 거리를 나타낸다.

바람직하게는, 이들 파라미터는 이하의 값으로 한다.

α=40~80°

β=10~60°

다만, 양 각도의 합계는 바람직하게는 90°로 하고, 양 각도는 같은 값을 취하는 것도 가능하다.

x=0.05~0.5mm

y=0.5~1.5mm

2a=0.3~1.0mm

s=0.03~0.05mm

씰 선단부(6)의 축선 방향의 늘어나는 길이, 즉 2배 진폭은, 축 직경에 대응하여 0.3mm 내지 최대로 1.0mm이다.

사인파형의 주기의 수는, 축 직경이 5 내지 25mm인 경우에는 바람직하게 3, 축 직경이 25 내지 200mm인 경우에는 바람직하게 5이다.

파라미터 x 및 y에 의하여 결정된 간격과, 사인파형의 씰 선단부(6)에 의하여, 밀봉 대상 공간에 있는 일이 많은 비교적 큰 입자가, 씰 선단부(6)에 퇴적되는 일은 없으며, 입자의 퇴적에 의하여 씰 효과에 영향을 미치는 것은 없는, 것이 보증된다.

10bar까지의 내압성을 보증하기 때문에, 동시에 윤활유 저장부로서의 기능을 수행하는 링 형상 공간(12)의 뒤에는, 링 형상의 2차 씰 선단부(8)가 배치되고 형성되어 있다. 이러한 2차 씰 선단부는, 무 가압 상태에 있어서는 축(1)의 외주면(7)까지의 거리(s)를 유지하고, 가압 부하시에는 축(1)에 맞닿아 접한다. 따라서 가압에 의하여 유도되어 일어나는 추가적인 접촉 압력은 상쇄되고, 사인파형의 씰 선단부(6)는 부하가 경감된다.

사인파형의 씰 선단부(6)에는, 종래의 씰 선단부와 비교하여, 이하의 이점이 있다.:

상기 씰 선단부(6)는, 축의 전체 둘레에, 종래의 씰 선단부와 비교하여 최대로 300% 큰, 또는 폭이 넓은 접촉면에 있어서 접촉된다. 그 결과, 축(1)에 대한 방열이 분명하게 더욱 신속히 이루어진다.

따라서, 씰 립의 임계 온도가 종래의 씰 립에 비하여 분명히 낮아진다. 윤활제도 또한, 종래의 씰 립의 경우만큼, 열적 및 기계적으로 현저히 열화되지 않는다.

사인파형 곡선부에 의하여, 씰 선단부(6)는 분명히 더욱 양호하게 윤활된다. 그 결과, 발생하는 마찰열 또는 동력 손실은 더욱 작아진다. 발생하는 축 마모는 더욱 작아지고 슬라이딩 폭에서의 마모는 더욱 작아진다.

사인파형의 씰 선단부는, 일반적으로, 그 곡선부에 기인하여, 점도가 낮은 윤활제를, 어느 회전 속도 범위에 있어서도 확실하게 밀봉하는 것은 어렵다. 사인파형의 씰 선단부의 진폭 및 경사에 의하여는, 축의 회전수, 및 예를 들면 축의 흔들림, 하우징의 어긋남 또는 윤활제의 습윤 특성 등 다른 동작 조건에 기인하여, 누설이 발생하는 일이 있다.

그리고, 상기 씰 선단부의, 부분적으로 큰 이송 작용에 의하여, 상기 씰 선단부는, 지속적으로 공기를 빨아들이므로, 배기가 이루어지지 않는 차축, 기어 장치, 또는 게다가 엔진에 있어서, 허용할 수 없는 높은 초고압력이 얻어지는 일이 많다.

본 발명에 의하면, 상기한 점은, 씰 립의 기하학 형상의 독특한 구성에 의하여 보상된다. 제조에 기인하여 이송 나선 홈을 구비한 축 상에서도, 확실히 밀봉된다. 도 3 및 도 4는, 사인파형의 씰 선단부를 가진 다른 회전축 씰 링을 나타내고, 이들에 있어서는, 공기의 흡입은, 전술한 엘라스토머제의 씰 립(도 4) 및/또는 부직포 제의 보호 립에 의하여 최소로 억제된다.

1...축
2...회전축 씰 링
3...지지체(보강 링)
4...엘라스토머 바디
5...씰 립
6...씰 선단부(립 선단부)
6a...제1 측면
6b...제2 측면
6c...선단
7...축의 외주면
8...2차 씰 선단부
9...면
10...하우징
11...끼움 결합부
12...링 형상 공간
a...진폭
s...거리
x...간격 거리
y...길이
α...각도
β...각도

Claims (10)

1. 축(1)과 회전축 씰 링(2)을 가진 조립체에 있어서,
   상기 회전축 씰 링(2)은 상기 축(1)을 둘러싸고,
   상기 회전축 씰 링(2)은 엘라스토머 바디(4)와 결합된 지지체(3)를 구비하며,
   상기 엘라스토머 바디(4)는 상기 축(1)에 맞닿아 접하는 씰 립(5)을 형성하고,
   상기 씰 립(5)은 상기 축(1)과 대향하는 면에, 상기 씰 립(5)의 내측 둘레를 따라 연장된 사인파형으로 만곡된 씰 선단부(6)를 구비하며,
   상기 씰 선단부(6)는 상기 축(1)의 외주면(7)에 맞닿아 접하며,
   상기 씰 선단부(6)는, 상기 축(1)의 길이 방향 축선과 40도 내지 80도 범위 내의 적어도 하나의 각도(α)를 이루는 제1 측면(6a)을 구비함과 동시에, 상기 축(1)의 상기 길이 방향 축선과 10도 내지 60도 범위 내의 적어도 하나의 각도(β)를 이루는 제2 측면(6b)을 구비하는 것을 특징으로 하는 조립체.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 측면(6a) 및 상기 제2 측면(6b)이 각각 상기 외주면(7) 상의 위치에서 상기 길이 방향 축선을 이루는 각도의 합계는 90도인 것을 특징으로 하는 조립체.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 사인파형으로 만곡된 씰 선단부(6)의 2배 진폭(2a)은, 0.3 내지 1.0mm인 것을 특징으로 하는 조립체.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 씰 립(5)은, 스프링에 의하여 탄성지지되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 조립체.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 씰 선단부(6)에는, 상기 외주면(7)으로부터 소정 거리(s) 이격된 2차 씰 선단부(8)가, 상기 축선 방향에 인접한 것을 특징으로 하는 조립체.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 거리(s)는, 0.03 내지 0.05mm 범위 내인 것을 특징으로 하는 조립체.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 씰 선단부(6)는, 상기 축(1)에 대향하는 상기 씰 립(5)의 면(9)으로부터 돌출되고 상기 면(9)은 상기 외축 둘레면(7)으로부터 0.05 내지 0.5mm 범위 내의 간격 거리(x) 이격되는 것을 특징으로 하는 조립체.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 씰 선단부(6)의 선단(6c)은, 상기 씰 립(5)의 윤활제측의 단부로부터 0.5 내지 1mm 이격된 것을 특징으로 하는 조립체.
   
9. 청구항 1에 있어서,
   하우징(10)과 상기 회전축 씰 링(2)의 상기 지지체(3) 사이에, 끼움 결합부(11)가 배치되는 것을 특징으로 하는 조립체.
   
10. 회전축 씰 링에 있어서,
    청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 조립체에서 적용되는 회전축 씰 링(2)인 것을 특징으로 하는 회전축 씰 링.
    

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