KR20160018504A - 내압축성 쇽 업소버 피스톤 씰 - Google Patents

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Abstract

쇽 업소버는 제 1 챔버와 제 2 챔버를 갖는 실린더를 포함하고 제 1 챔버와 제 2 챔버 중 적어도 하나는 유체를 포함한다. 피스톤은 실린더 내의 왕복 운동을 위하여 구성되고 유체가 제 1과 제 2 챔버 사이를 이동하는 것을 가능하게 하기 위한 적어도 하나의 관통 홀을 정의한다. 플로팅 디스크와 플로팅 리테이너는 각각 피스톤에 이동 가능하게 연결되고, 플로팅 디스크와 플로팅 리테이너는 플로팅 디스크와 플로팅 리테이너 사이의 공간을 정의하며 공간은 단면적을 갖는다. 씰 요소는 공간 내에 안착되고 씰 요소의 전체 표면이 피스톤의 왕복 운동 동안에 실린더의 내부 벽과 맞물리고 밀봉을 형성하는 공간의 단면적과 동일한 단면적을 갖는다.

Description

내압축성 쇽 업소버 피스톤 씰{COMPRESSION-RESISTANT SHOCK ABSORBER PISTON SEAL}
우선권
본 정규 특허출원은 2013년 5월 2일에 출원된 미국가특허출원 제 61/818,558호 및 2013년 10월 11월에 출원된 미국가특허출원 제 61/889,737호의 우선권 및 이익을 주장하고, 전체 내용이 여기에 참조로써 통합된다.
유압 텔레스코핑(hydraulic telescoping) 쇽 업소버들은 정밀 튜브들, 로드(rod)들, 밸브들, 씰(seal)들 및 유압 오일로 채워진 베어링 요소들로 구성된다. 피스톤 밸브, 및 더 구체적으로, 밸브 바디(valve body)는 밸브를 리바운드 측(rebound side)과 압축 측으로 분리하고 제어된 댐핑(damping)을 제공하기 위하여 오일의 리바운드 및 압축 흐름을 제어한다. 밸브 바디 주위의 씰 요소 또는 씰은 쇽 업소버의 성능에 영향을 미치는 밸브 바디를 우회하는 오일을 최소화하거나 또는 제거하도록 디자인된다. 피스톤 밸브를 가로질러 오일의 압력 강하에 의해 발생되는 힘은 피스톤 로드에 의해 쇽 업소버가 부착되는 차량 바디로 전달된다.
피스톤 밸브(또한 "케이지 밸브(cage valve)"로서 알려진)는 플로팅 리테이너(floating retainer, 10) 및 플로팅 디스크(11) 사이에 수용되는, 씰 요소가 압축 감쇠력(compression damping force)을 제어하기 위하여 스프링(13)에 대항하여 댐퍼 압축 방향으로의 유압에 의해 밸브 바디(12)에 대하여 이동한다는 점에서 다른 모든 댐핑 밸브들에 비해 독특하다. 도 1은 폐쇄 위치에서의 밸브를 도시하고 도 1a와 4는 개방 위치에서의 밸브를 도시한다. 특히, 도면들에서 식별되는 플로팅 디스크(11)는 각각 밸브 바디(12)를 통한 상이한 흐름 경로를 허용하는, 폐쇄 및 개방 위치에서 도시된다. 압축 및 리바운드 흐름 패턴들이 도 1, 1a 및 4에 도시된다.
피스톤 밸브 또는 케이지 밸브는 또한 피스톤 로드에 고정되는 부가적인 패스너(fasterner), 즉, 너트, 볼트, 나사 등이 없이 피스톤 로드의 단부에 직접적으로 스레딩됨으로써(threaded) 피스톤 밸브의 중심으로부터 피스톤 로드(14)의 단부로의 오일 흐름을 가능하게 한다는 점에서 독특하다.
도 1, 1a 및 2에 도시된 종래의 씰 요소(15) 디자인은 실린더 벽(16)에 대항하여 단일의 작은 접촉 표면적을 갖는 둥근 단면을 갖는다. 이러한 작은 접촉 면적은 실린더 벽과의 적절한 밀봉을 제공하지 않고 시간이 지남에 따라 악화되며, 이는 쇽 업소버의 성능에 부정적으로 영향을 미치는 불충분한 밀봉 능력 및 압력 누출을 야기한다. 대안으로서, 둥근 단면의 씰 요소(15)는 씰 요소의 압축 동안에 실린더 벽(16)과의 단일 접촉 지점을 야기하는, 장방형(oblong) 단면으로 변형된다. 실린더 내의 씰 요소(15)의 반복적인 왕복 운동은 단일 접촉 지점에서 씰 요소의 일부분이 실린더 벽(16)에 마찰하고 너무 이르게 마모되도록 야기한다. 씰 요소(15)가 마모됨에 따라, 씰 요소(15)와 실린더 벽(16) 사이에 형성되는 밀봉, 즉 밀봉의 실효성은 감소하고 이에 의해 쇽 업소버 단면의 기능과 실효성을 감소시킨다.
따라서 저속 변이를 감소시키고 리바운드 및 압축 동안에 충격 흡수를 향상시키기 위하여 증가된 밀봉 표면적을 갖는 쇽 업소버 씰이 바람직하다.
씰 요소의 기하학적 형태와 맞물림 및 피스톤 캐리어와 내부 실린더와의 접속 방법을 변경함으로써 피스톤 씰링 요소와 실린더 벽 사이의 저속 오일 누출을 감소시키는 향상된 씰 요소가 제공된다.
일 실시 예에서, 제 1 챔버와 제 2 챔버를 갖는 실린더를 포함하는 쇽 업소버가 제공되는데, 제 1 챔버와 제 2 챔버 중 적어도 하나는 유체를 포함한다. 피스톤은 실린더 내의 왕복 운동을 위하여 구성되고 유체가 제 1 및 제 2 챔버 사이를 이동하는 것을 가능하게 하기 위한 적어도 하나의 관통 홀을 정의한다. 플로팅 디스크와 플로팅 리테이너는 각각 피스톤에 이동 가능하게 연결되고, 플로팅 디스크와 플로팅 리테이너는 플로팅 디스크와 플로팅 리테이너 사이의 공간을 정의한다. 씰링 요소는 공간 내에 안착되고 씰 요소의 전체 표면이 피스톤의 왕복 운동 동안에 실린더의 내부 벽과 맞물리고 밀봉을 형성하는 공간의 단면적과 동일한 단면적을 갖는다.
또 다른 실시 예에서, 쇽 업소버가 제공되고 제 1 챔버와 제 2 챔버를 갖는 실린더를 포함하며, 제 1 챔버와 제 2 챔버 중 적어도 하나는 유체를 포함한다. 제 1 챔버와 제 2 챔버를 분리하는 밸브 바디를 갖는 피스톤은 실린더 내의 왕복 운동을 위하여 구성되고, 밸브 바디는 유체가 제 1 및 제 2 챔버 사이를 이동하는 것을 가능하게 하는 적어도 하나의 관통 홀을 정의한다. 플로팅 디스크와 플로팅 리테이너는 각각 밸브 바디에 이동 가능하게 연결되고, 플로팅 디스크와 플로팅 리테이너는 플로팅 디스크와 플로팅 리테이너 사이의 공간을 정의한다. 씰링 요소는 공간 내에 안착되고 씰링 요소의 전체 제 1 표면이 플로팅 디스크와 플로팅 리테이너의 적어도 하나의 내부 표면과 맞물리고, 씰링 요소의 전체 제 2 표면이 피스톤의 왕복 운동 동안에 실린더의 내부 벽과 맞물리고 밀봉을 형성하는 사각형 단면을 갖는다.
도 1은 종래 기술의 디자인을 갖는 쇽 업소버의 부분 단면도이다.
도 2는 폐쇄 위치에서의 쇽 업소버를 도시한 도 1의 쇽 업소버의 부분 단면도이다.
도 3은 종래 기술의 씰 요소의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 씰 요소의 일 실시 예의 사시도이다.
도 5는 플로팅 디스크, 도 4의 씰 요소와 플로팅 리테이너의 확대 사시도이다.
도 6은 도 4의 씰 요소를 포함하는 쇽 업소버의 부분 단면도이다.
도 7a-7f는 씰 요소의 도 다른 실시 예들의 세로 단면도들을 도시한다.
도 1-7f를 참조하면, 본 발명의 씰 요소의 밀봉 능력과 실효성을 향상시키기 위하여, 실린더 벽에 대항하여 더 많은 표면적이 제공된다. 둥근 씰 요소 또는 원형 또는 둥근 단면을 갖는 씰 요소로부터의 접촉 지점보다는 오히려, 씰 요소와 실린더 벽 사이의 미끄럼 표면 접촉을 증가시키기 위하여 실린더 벽에 인접한 평평한 표면이 사용되고 이에 의해 씰 요소와 실린더 벽 사이에 형성되는 밀봉을 향상시킨다(도 4). 특히, 본 발명의 씰 요소는 아래에 설명되는 것과 같이 씰 요소와 실린더 벽 사이의 밀봉을 향상시키기 위하여 바람직하게는 사각형 단면을 갖는다. 씰 요소는 씰링 요소와 실린더 벽 사이의 표면 접촉을 향상시키기 위하여 평평한 표면을 포함하는 다양한 다른 단면을 가질 수 있고 그 밀봉 능력을 향상시킬 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 평평한 접촉 표면을 갖는 단면을 갖는 씰링 요소의 일례는 사다리꼴, 직사각형 또는 사각형 형태의 씰링 요소를 포함하는 사변형(quadrilateral) 또는 다각형 형태의 씰링 요소이다(도 5). 부가적으로 도 7에 도시된 것과 같이, 씰링 요소는 직사각형 형태의 단면을 가질 수 있거나 또는 실린더 벽에 인접하고 실린더 벽과의 밀봉을 형성하기 위하여 평평한 표면을 제공하는 어떠한 다각형 형태가 사용될 수 있다는 것에 유의하여야 한다.
도 5-6에 도시된 것과 같이, 쇽 업소버(20)는 밸브 바디가 쇽 업소버의 리바운드 및 압축 동안에 실린더 내를 왕복하는 것과 같이 스프링(27)에 의해 편향된 밸브 바디(24)를 갖는 피스톤 밸브(22)를 포함한다. 밸브 바디(24)는 플로팅 디스크(28), 플로팅 리테이너(30)와 씰 요소(34)를 갖는 씰 어셈블리(25)를 포함하고, 디스크와 리테이너는 서로에 대하여 그리고 또한 실린더(26)에 대하여 이동하고, 사각형 단면을 갖는 씰 요소(34)와 같은, 본 발명의 씰 요소를 유지하기 이하여 그것들 사이에 공간을 정의한다. 씰 요소는 바람직하게는 니트릴 부타디엔 고무(Nitrile Butadiene Rubber, NBR)로 만들어지고 90 경도계 경도를 갖는다. 씰 요소는 니트릴 부타디엔 고무, 수소화 니트릴 부타디엔 고무(HNBR), 바이톤(Viton), 톨론(Torlon), 폴리 테트라 플루로 에틸렌(PTFE), 나일론, 델린(Delrin), 또는 어떠한 다른 적절한 중합체, 탄성 또는 초탄성 재료를 포함하나 이에 한정되지 않는, 어떤 적절한 재료로 만들어질 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 또한 본 발명의 씰링 요소는 어떤 적절한 경도를 가질 수 있다는 것에 유의하여야 한다.
쇽 업소버(20)의 리바운드 및 압축 동안에, 씰 요소(34)는 벽과의 밀봉을 형성하기 위하여 실린더(26)의 실린더 벽(38)의 내부 표면(36)을 접촉한다. 도 4와 5에 도시된 것과 같이, 씰 요소(34)는 실린더 벽(38)의 평평한 내부 표면(36) 반대편과 접촉하고, 이에 의해 둥근 단면들을 갖는 종래의 씰 요소들과 비교하여 씰 요소와 벽 사이의 표면 접촉을 증가시킨다.
또한, 쇽 업소버(20)의 리바운드 및 압축 동안에, 플로팅 디스크(28)와 플로팅 리테이너(30)는 압축 스프링 또는 코일 스프링(42)과 같은, 편위 부재(biasing member)에 의한 리테이너 상의 편향력에 기인하여 밸브 바디(24)에 데하여 그리고 서로에 대하여 이동한다(도 6). 플로팅 디스크(28)와 플로팅 리테이너(30) 모두는 일반적으로 씰 요소(34)의 상응하는 평평한 외부 표면들(40, 도 5)과 맞물리는 평평하거나 또는 평면의 내부 표면(44 및 46)을 갖고, 플로팅 디스크(28) 및/또는 플로팅 리테이너(30)와 씰링 요소가 서로 접촉되도록 야기한다. 플로팅 디스크(28)와 씰 요소(34) 및/또는 플로팅 리테이너(30)와 씰 요소(34) 사이의 완전한 측 또는 완전한 표면 접촉은 종래의 씰 요소들에 의해 제공되는 더 작은 접촉 영역 또는 단일 지점 접촉 영역과는 대조적으로, 씰링 요소의 전체 표면을 가로질러 씰링 요소 상의 힘 또는 압력을 더 균일하게 분산시킨다.
또한 도 5와 6에서 알 수 있는 것과 같이, 씰 요소(34)의 사각형 단면 또는 사각형 형태는 종래의 원형 단면 씰 요소들과 비교하여 씰 요소(34) 및 플로팅 디스크와 플로팅 리테이너 사이의 간격이 감소되는 것과 같이 플로팅 디스크(28)와 플로팅 리테이너(30) 사이에 정의되는 공간(32)의 형태와 상응한다. 바람직한 실시 예에서, 본 발명의 씰 요소(34)는 실질적으로 플로팅 디스크(28)와 플로팅 리테이너(30) 사이에 정의되는 공간(32)을 채우도록 크기화된다. 더 구체적으로, 그리고 도 5를 참조하면, 두 개의 일반적으로 "L" 형태를 정의하는, 플로팅 리테이너(30)의 평면 씰-맞물림 표면(48), 및 플로팅 디스크(28)의 평면 씰-맞물림 표면(50)은 일반적으로 다각형 또는 사각형 세로 단면을 갖는, 공간을 정의하도록 결합한다. 따라서, 바람직하게는 본 발명의 씰 요소(34)의 사각형 단면은 공간(32)을 채운다. 동시에, 씰 요소(34)의 탄성은 쇽 업소버 작동 동안에 플로팅 리테이너(30)를 향하여 플로팅 디스크(28)의 상대적 압착 운동을 수용한다. 씰 요소(34) 및 플로팅 디스크(28)와 리테이너(30) 사이의 증가된 표면 접촉 그리고 이러한 부품들 사이의 공간의 감소는 쇽 업소버(20)의 리바운드 및 압축 동안에 씰 요소의 변형의 양을 감소시키도록 결합한다. 씰 요소(34)의 더 적은 변형은 씰 요소와 실린더 벽(38) 사이의 향상된 표면적 밀봉을 유지하는데 도움을 준다. 부가적으로, 본 발명의 씰 요소(34)와 관련 공간(32) 사이의 상보적 면적 관계는 씰 요소의 수명을 연장시키는데, 그 이유는 씰 요소의 표면들 상의 마모가 씰 요소와 벽(38) 사이의 단일 지점 접촉 또는 더 작은 접촉 표면적에서보다 더 균일하기 때문이다. 이와 관련하여, 씰 요소(34)의 향상된 디자인은 쇽 업소버 내의 200,000 사이클부터 140만 피스톤 사이클까지의 종래의 씰 요소들에 대하여 씰 요소의 수명을 대략 7배(7×) 증가시켰다.
위에 설명된 것과 같이, 본 발명의 씰 요소(34)와 실린더 벽(38) 사이의 증가된 표면적 접촉 및 씰 요소의 압축과 결과로서 생긴 변형의 감소는 둥근 단면을 갖는 종래의 씰 요소들과 비해 접촉의 단일 지점 또는 작은 접촉 영역으로부터 야기할 수 있는 밸브 바디의 두 측 사이의 압력 누출을 최소화한다. 또한, 증가된 접촉 표면적은 마모와 변형에 기인하는 손실을 최소화하고 시간에 따른 더 일관된 충격력의 흡수를 야기한다.
여기에 쇽 업소버와 피스톤 씰의 특정 실시 예들이 설명되었으나, 통상의 지식을 가진 자들은 광범위한 양상들에서 그리고 아래의 청구항들에 제시된 것과 같이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 변경들과 변형들이 만들어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.
10 : 플로팅 리테이너
11 : 플로팅 디스크
12 : 밸브 바디
14 : 피스톤 로드
15 : 씰 요소
16 : 실린더 벽
20 : 쇽 업소버
22 : 피스톤 밸브
24 : 밸브 바디
26 : 실린더
27 : 스프링
28 : 플로팅 디스크
30 : 플로팅 리테이너
32 : 공간
34 : 씰 요소
36 : 실린더 벽의 내부 표면
38 : 실린더 벽
42 : 코일 스프링

Claims (16)

  1. 제 1 챔버와 제 2 챔버를 가지며, 상기 제 1 챔버와 상기 제 2 챔버 중 적어도 하나는 유체를 포함하는, 실린더;
    상기 실린더 내의 왕복 운동을 위하여 구성되고 상기 유체가 상기 제 1 및 제 2 챔버 사이를 이동하는 것을 가능하게 하기 위한 적어도 하나의 관통 홀을 정의하는 피스톤;
    각각 상기 피스톤에 이동 가능하게 연결되는 플로팅 디스크와 플로팅 리테이너로서, 상기 플로팅 디스크와 상기 플로팅 리테이너 사이의 공간을 정의하고 상기 공간은 단면적을 가지는, 플로팅 디스크와 플로팅 리테이너; 및
    상기 공간 내에 안착되고 상기 공간의 단면적과 동일한 단면적을 갖는 씰 요소;를 포함하고,
    상기 씰 요소의 한 표면 전체가 상기 피스톤의 왕복 운동 동안에 상기 실린더의 내부 벽과 맞물리고 밀봉을 형성하는 쇽 업소버
  2. 제 1항에 있어서, 상기 피스톤은 밸브 바디를 포함하고 상기 플로팅 디스크와 상기 플로팅 리테이너는 상기 밸브 바디에 부착되는 쇽 업소버.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 씰 요소는 다각형 단면을 갖는 쇽 업소버.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 씰 요소는 사각형 단면을 갖는 쇽 업소버.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 플로팅 리테이너는 L-형태의 단면을 갖는 쇽 업소버.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 씰 요소는 고무로 만들어지는 쇽 업소버.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 씰 요소는 니트릴 부타디엔 고무(nitrile butadiene rubber)로 만들어지는 쇽 업소버.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 씰 요소는 90의 경도계 경도를 갖는 쇽 업소버.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 유체는 작동유인 쇽 업소버.
  10. 제 1 챔버와 제 2 챔버를 가지며, 상기 제 1 챔버와 상기 제 2 챔버 중 적어도 하나는 유체를 포함하는, 실린더;
    상기 제 1 챔버와 상기 제 2 챔버를 분리하는 밸브 바디를 구비하고 상기 실린더 내의 왕복 운동을 위하여 구성되며, 상기 밸브 바디는 상기 유체가 상기 제 1 및 제 2 챔버 사이를 이동하는 것을 가능하게 하기 위한 적어도 하나의 관통홀을 정의하는, 피스톤;
    각각 상기 피스톤에 이동 가능하게 연결되는 플로팅 디스크와 플로팅 리테이너로서, 상기 플로팅 디스크와 상기 플로팅 리테이너 사이의 공간을 정의하고 상기 공간은 단면적을 가지는, 플로팅 디스크와 플로팅 리테이너; 및
    상기 공간 내에 안착되는 사각형 단면을 갖는 씰 요소;를 포함하고,
    상기 씰 요소의 제 1 표면 전체가 상기 플로팅 디스크와 상기 플로팅 리테이너의 적어도 하나의 내부 표면과 맞물리고, 상기 씰 요소의 제 2 표면 전체가 상기 피스톤의 왕복 운동 동안에 상기 실린더의 내부 벽과 맞물리고 밀봉을 형성하는 쇽 업소버.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 플로팅 리테이너는 L-형태의 단면을 갖는 쇽 업소버.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 씰 요소는 고무로 만들어지는 쇽 업소버.
  13. 제 10항에 있어서, 상기 씰 요소는 니트릴 부타디엔 고무로 만들어지는 쇽 업소버.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 씰 요소는 90의 경도계 경도를 갖는 쇽 업소버.
  15. 제 13항에 있어서, 상기 씰 요소는 90의 경도계 경도를 갖는 쇽 업소버.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 유체는 작동유인 쇽 업소버.
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