KR20180110191A - 회전축 시일 - Google Patents

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KR20180110191A
KR20180110191A KR1020187027817A KR20187027817A KR20180110191A KR 20180110191 A KR20180110191 A KR 20180110191A KR 1020187027817 A KR1020187027817 A KR 1020187027817A KR 20187027817 A KR20187027817 A KR 20187027817A KR 20180110191 A KR20180110191 A KR 20180110191A
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sealing element
seal
shaft seal
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KR1020187027817A
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마리오 보스코브스키
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생-고뱅 퍼포먼스 플라스틱스 코포레이션
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Abstract

회전축 시일은, 중앙축 및 내면을 형성하는 개구를 가지는 환형체; 적어도 부분적으로 환형체 내부에 위치하고, 방사방향으로 연장되어 환형체 및 환형체의 개구에 배치되는 축 사이에 시일을 형성하는 밀봉 요소; 및 적어도 밀봉 요소 일부를 방사방향으로 편향시키는 편향 요소를 포함한다.

Description

회전축 시일{ROTARY SHAFT SEAL}
본 발명은 축 시일, 더욱 상세하게는 편향 요소를 가지는 축 시일에 관한 것이다.
회전, 또는 왕복, 기계는 축을 구동하는 봉입된 내부 기구를 포함한다. 일부 경우들에서, 축은 일단 또는 양단에서 기계의 하우징을 관통한다. 이러한 경우들에서, 때로 립 시일로 칭하는, 회전축 시일은 출구점 근처에 배치되어 윤활유, 예컨대 오일 또는 그리스를 하우징 내에 유지하고 오염물, 예컨대 습기 및 먼지 침입을 방지한다. 회전축 시일은 하우징에 대하여 시일을 제공하는 외경, 및 축에 대하여 시일을 제공하는 밀봉 립을 가진다. 밀봉 립은 축에 과도한 마찰 또는 마모 없이 충분한 밀봉 특성을 제공하는 방사방향 하중을 인가하여야 한다.
밀봉 특성이 개선된 회전축 시일에 대한 필요성이 여전히 존재한다.
실시태양들은 실시예로서 설명되고 첨부 도면에 제한되지 않는다.
도 1은 실시태양에 의한 시일의 평단면도이다.
도 2는 실시태양에 의한 시일의 평단면도이다.
도 3은 실시태양에 의한 편향 요소의 사시도이다.
도 4는 실시태양에 의한 편향 요소의 사시도이다.
도 5A는 실시태양에 의한 시일의 평단면도이다.
도 5B는 실시태양에 의한 시일의 사시단면도이다.
도 6A는 실시태양에 의한 시일의 평단면도이다.
도 6B는 실시태양에 의한 시일의 사시도이다.
도 7A는 실시태양에 의한 시일의 평단면도이다.
도 7B는 실시태양에 의한 시일의 사시도이다.
도 8은 실시태양에 의해 축과 체결되는 시일의 평단면도이다.
하기 상세한 설명은 도면들과 함께 본원의 교시의 이해를 위하여 제공된다. 하기 논의는 본 발명의 특정 구현예들 및 실시태양들에 집중될 것이다. 이러한 논의는 본 교시를 설명하기 위한 것이고 본 발명의 범위 또는 적용 가능성을 제한하는 것으로 해석되어서는 아니된다. 그러나, 다른 실시태양들이 본원에 개시된 교시들을 바탕으로 적용될 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "구성한다(comprises)", "구성하는(comprising)", "포함한다(includes)", "포함하는(including)", "가진다(has)", 가지는(having)" 또는 이들의 임의의 다른 변형은 비배타적인 포함을 커버하기 위한 것이다. 예를들면, 특징부들의 목록을 포함하는 방법, 물품, 또는 장치는 반드시 이러한 특징부들에만 한정될 필요는 없으며 명시적으로 열거되지 않거나 이와 같은 방법, 물품, 또는 장치에 고유한 다른 특징부들을 포함할 수 있다. 게다가, 명시적으로 반대로 기술되지 않는다면, "또는"은 포괄적인 의미의 "또는"을 가리키며 배타적인 의미의 "또는"을 가리키지 않는다. 예를들면, 조건 A 또는 B는 다음 중의 어느 하나에 의해 만족된다: A가 참이고 (또는 존재하고) B는 거짓이며 (또는 존재하지 않으며), A가 거짓이고 (또는 존재하지 않고) B는 참이며 (또는 존재하며), A와 B 모두가 참 (또는 존재한다)이다.
또한, "하나의 (a)" 또는 "하나의 (an)"은 여기에서 설명되는 요소들과 구성요소들을 설명하는데 사용된다. 이는 단지 편의성을 위해 그리고 본 발명의 범위의 일반적인 의미를 부여하기 위해 행해진다. 이 설명은 하나 또는 적어도 하나를 포함하는 것으로 읽혀져야 하며, 다르게 의미한다는 것이 명백하지 않다면 단수는 또한 복수를 포함한다. 예를들면, 단일 사항이 본원에 기재되면, 하나 이상의 사항이 단일 사항을 대신하여 적용될 수 있다. 유사하게, 하나 이상의 사항이 본원에서 기재되면, 단일 사항이 하나 이상의 사항을 대신할 수 있는 것이다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 분야의 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 재료, 방법 및 실시예들은 예시적인 것일 뿐이고 제한적이지 않다. 본원에 기재되지 않는 한, 특정 재료 및 공정과 관련된 많은 상세 사항들은 통상적이고 참고 서적들 및 축 시일 분야의 기타 자료들에서 발견될 수 있다.
제1 양태에서, 축 시일은 일반적으로 몸체, 즉, 환형체, 몸체 내부에 배치되는 밀봉 요소, 및 회전축에 대하여 밀봉 요소를 편향시키는 편향 요소를 포함한다.
먼저 도 1을 참조하면, 시일 (1)은 일반적으로 환형체 (2) 및 환형체 (2) 내부에 적어도 부분적으로 위치하는 밀봉 요소 (4)를 포함한다.
환형체 (2)는 약 70 내지 약 150을 포함한 이들 사이 범위, 예컨대 약 75 내지 약 145 사이 범위, 약 80 내지 약 140 사이 범위, 약 85 내지 약 135 사이 범위, 약 90 내지 약 130 사이 범위, 약 95 내지 약 125 사이 범위, 약 100 내지 약 120 사이 범위, 또는 약 105 내지 약 115 사이 범위의 브리넬 경도 (HB)를 가지는 재료를 포함한다.
특정 양태에서, 환형체 (2)는 극한 인장강도가 적어도 약 350 메가파스칼 (MPa), 예컨대 적어도 약 360 MPa, 적어도 약 370 MPa, 적어도 약 380 MPa, 적어도 약 390 MPa, 적어도 약 400 MPa, 또는 적어도 약 410 Mpa인 재료를 포함한다. 추가 실시태양들에서, 환형체 (2)는 약 5000 MPa 이하, 예컨대 약 4000 MPa 이하, 약 2000 MPa 이하, 약 1000 MPa 이하, 또는 약 500 MPa 이하의 극한 인장강도를 가지는 재료를 포함한다. 또한, 환형체 (2)는 인장강도가 상기 임의의 값들을 포함한 범위, 예를들면, 약 275 내지 약 355인 재료를 포함할 수 있다.
또 다른 양태에서, 환형체 (2)는 탄성계수 (MOE)가 약 10 MPa 내지 약 1000 MPa, 예컨대 약 15 MPa 내지 약 750 MPa, 약 20 MPa 내지 약 500 MPa, 약 30 MPa 내지 약 250 MPa, 약 45 MPa 내지 약 200 MPa, 약 75 MPa 내지 약 150 MPa, 또는 약 90 MPa 내지 약 130 Mpa인 재료를 포함한다. 더욱 특정한 실시태양에서, 환형체 (2)는 MOE가 약 100 MPa 내지 약 125 Mpa인 재료를 포함한다.
추가 양태에서, 환형체 (2)는 열팽창계수 (CTE)가 약 1 x10-6 in/in°F 내지 약 75 x10-6 in/in°F, 예컨대 약 2 x10-6 in/in°F 내지 약 50 x10-6 in/in°F, 약 3 x10-6 in/in°F 내지 약 25 x10-6 in/in°F, 약 5 x10-6 in/in°F 내지 약 15 x10-6 in/in°F, 또는 약 7 x10-6 in/in°F 내지 약 11 x10-6 in/in°F인 재료를 포함한다.
추가 양태에서, 환형체 (2)는 파단연신율 (EAB)이 약 60% 이하, 예컨대 약 55% 이하, 약 50% 이하, 약 45% 이하, 약 40% 이하, 약 30% 이하, 약 20% 이하, 또는 약 10% 이하인 재료를 포함한다. 추가 실시태양들에서, 환형체 (2)는 EAB가 약 0.5% 이상, 예컨대 약 1% 이상, 약 2% 이상, 또는 약 5% 이상인 재료를 포함한다. 또한, 환형체 (2)는 EAB가 상기 임의의 값들을 포함한 범위, 예를들면, 약 45% 내지 약 55%인 재료를 포함한다.
소정의 실시태양들에서, 환형체 (2)는 금속을 포함한다. 예를들면, 특정 실시태양들에서, 환형체 (2)는 알루미늄, 청동, 구리, 또는 납을 포함한다.
다른 실시태양들에서, 환형체 (2)는 합금을 포함한다. 예를들면, 비-제한적 실시태양들에서, 환형체 (2)는 구리-아연 합금, 구리-아연-납 합금, 구리-니켈-아연 합금, 함연 구리, 황동, 청동, 철, 철합금, 또는 강을 포함한다. 본 발명은 어떤 방식으로도 상기 실시태양들에 기재된 환형체 (2)의 재료로 제한되지 않는다. 예를들면, 또 다른 실시태양들에서, 환형체 (2)는 중합체, 예를들면, 초고분자량 폴리우레탄 (UHMWPE), 폴리(염화비닐) (PVC), 지방족 폴리아미드, 또는 파라-아라미드 예컨대 Kevlar®를 포함한다.
환형체 (2)는 대체로 원통형이고 내면 (8) 및 중앙축 (10)을 정의하는 개구 (6)를 더욱 포함한다. 특정 양태에서, 개구 (6)는 중앙축 (10)과 동축, 또는 실질적으로 동축이다.
소정의 실시태양들에서, 환형체 (2)는 다중 구성요소들이 서로 연결되어 형성될 수 있다. 다중 구성요소들이 본 분야에서 인식되는 임의의 방법, 예를들면, 용융, 소결, 용접, 나사 또는 비-나사식 체결, 또는 임의의 이들 조합으로 체결되어 환형체 (2)를 형성한다.
환형체 (2)는 균일 조성물 또는 상이한 조성물을 가지는2 이상의 다른 부분을 포함할 수 있다.
또한, 모든 실시태양들에 적용되지는 않아도 비-제한적 하나의 실시태양에서, 환형체 (2)는 중합체를 포함하지 않고, 더욱 상세하게는, 임의의/모든 중합체가 실질적으로 부재이다. 특정 양태에서, 환형체 (2)는 임의의 코팅물 또는 표면층이 없는 단일 재료를 포함한다.
환형체 (2)는 물성 또는 화학적 특성을 개선하기 위하여 처리 또는 미-처리된다. 예를들면, 특정 실시태양들에서, 환형체 (2)는 예컨대 레이저 용융 또는 융제, 기계적 샌드블라스트 또는 화학적 피킹 (chemical picking)과 같은 기술을 이용하여 처리될 수 있다. 추가 실시태양들에서, 환형체 (2)는 아연도금, 크롬산염 또는 인산염 처리, 또는 양극 처리될 수 있다.
특정 양태에서, 환형체 (2)는 중앙축 (10)에서 방사방향으로 연장되는 평면에 수직 방향에서 관찰될 때 대략 C-형상의 단면을 가진다. 또 다른 양태에서, 환형체 (2) 중앙축 (10)에서 방사방향으로 연장되는 평면에 수직 방향에서 관찰될 때 임의의 다른 형상, 예를들면, 대략 I-형상, 대략 J-형상, 또는 일반적으로 L-형상을 가질 수 있다.
특정 실시태양들에서, 환형체 (2)는 제1 단 (14) 및 제1 단 (14) 반대측 제2 단 (16)을 가지는 외부 부재 (12)를 형성한다. 제1 플랜지 (18)는 외부 부재 (12)의 제1 단 (14)에 근접하게 배치되고 이로부터 방사방향으로 내향 연장된다. 제2 플랜지 (20)는 외부 부재 (12)의 제2 단 (16)에 근접하게 배치되고 이로부터 방사방향으로 내향 연장된다.
제1 및 제2 플랜지 (18, 20)는 각각 외부 부재 (12)의 가장 내면으로부터 측정될 때 방사방향 거리, D1 및 D2, 연장된다.
일부 실시태양들에서, D1 은 D2와 같다.
다른 실시태양들에서 D1 은 D2 이상이다. 예를들면, D1/D2 은 적어도 약 1.01, 예컨대 적어도 약 1.05, 적어도 약 1.25, 적어도 약 1.50, 적어도 약 1.75, 적어도 약 2.0, 적어도 약 2.25, 적어도 약 2.50, 적어도 약 2.75, 또는 적어도 약 3.0이다. 추가 실시태양들에서, D1/D2 은 약 6.0 이하, 예컨대 약 5.0 이하, 약 4.0 이하, 또는 약 3.5 이하이다. 또한, D1/D2 은 상기 임의의 값들을 포함한 범위, 예를들면, 약 2.0 내지 약 2.75일 수 있다.
외부 부재 (12)는 제1 및 제2 단 (14, 16) 사이 거리로 측정되는 높이, HOM을 가진다. 특정 실시태양들에서, HOM/D2 은 적어도 약 0.5, 예컨대 적어도 약 0.75, 적어도 약 1.0, 적어도 약 1.25, 적어도 약 1.5, 또는 적어도 약 2.0이다. 추가 실시태양들에서, HOM/D2 은 약 8.0 이하, 예컨대 약 7.0 이하, 약 6.0 이하, 약 5.0 이하, 약 4.0 이하, 또는 약 3.0 이하이다. 또한, HOM/D2 은 상기 임의의 값들을 포함한 범위, 예를들면, 약 1.75 내지 약 2.25이다.
소정의 실시태양들에서, HOM/D1 은 적어도 약 0.75, 예컨대 적어도 약 1.0, 적어도 약 1.25, 적어도 약 1.5, 또는 적어도 약 2.0이다. 추가 실시태양들에서, HOM/D1 은 약 10.0 이하, 예컨대 약 9.0 이하, 약 8.0 이하, 약 7.0 이하, 약 6.0 이하, 또는 약 5.0 이하이다. 또한, HOM/D1 은 상기 임의의 값들을 포함한 범위, 예를들면, 약 2.0 내지 약 2.5이다.
특정 실시태양들에서, 환형체 (2)는 중앙축 (10)으로부터 방사방향으로 외향 환형체 (2)쪽으로 연장되는 환형 공동 (22)을 형성한다. 환형 공동 (22)은 중앙축 (10)과 동축이다. 소정의 양태에서, 환형 공동 (22)은 외부 부재 (12)의 내면 (8) 및 제1 및 제2 플랜지 (18, 20) 사이에 형성되는 공간 내에 들어있다.
환형 공동 (22)은 중앙축 (10)에서 방사방향으로 연장되는 평면에 수직 방향에서 관찰될 때 대략 직선적 단면을 형성한다. 또한, 환형 공동은 하나 이상의 필릿, 만곡 에지, 각형 구성요소들, 또는 임의의 이들 조합을 포함할 수 있다.
밀봉 요소 (4)는 적어도 부분적으로 환형체 (2) 내부에 배치된다. 상세하게는, 밀봉 요소 (4)는 부분적으로 환형체 (2)의 환형 공동 (22) 내부에 배치된다.
특정 실시태양에서, 밀봉 요소 (4)는 제1 플랜지 (24) 및 제2 플랜지 (26)를 형성한다. 밀봉 요소 (4)의 제1 플랜지 (24)는 환형체 (2)의 제1 및 제2 플랜지 (18, 20) 사이에 배치된다. 부재 (28)은 제1 및 제2 플랜지 (24, 26) 사이에 연장되거나 또는 연결한다. 한편, 제2 플랜지는 제1 플랜지의 정점에서 연결되며 제1 플랜지는 제2 플랜지의 방사방향 외측에 배치된다.
제1 및 제2 플랜지 (24, 26) 각각은 부재 (28)로부터 측정될 때 길이, L1 및 L2로 연장된다. 특정 실시태양에서, L1 은 L2 와 같다 (도 1).
또 다른 실시태양에서, L1 은 L 2 이상이다. 예를들면, L1/ L2 은 적어도 약 1.01, 예컨대 적어도 약 1.05, 적어도 약 1.25, 적어도 약 1.50, 적어도 약 1.75, 적어도 약 2.0, 적어도 약 2.25, 적어도 약 2.50, 적어도 약 2.75, 또는 적어도 약 3.0이다. 추가 실시태양들에서, L1/ L2 은 약 6.0 이하, 예컨대 약 5.0 이하, 약 4.0 이하, 또는 약 3.5 이하이다. 또한, L1/ L2 은 상기 임의의 값들을 포함한 범위, 예를들면, 약 1.05 내지 약 1.25이다.
소정의 실시태양들에서, 밀봉 요소 (4)는 변형되지 않은 상태에서 제1 및 제2 플랜지 (24, 26) 사이 최대 방사방향 거리로 측정되는 방사방향 폭, WM을 가진다. WM/ L2 은 적어도 약 0.05, 예컨대 적어도 약 0.1, 적어도 약 0.25, 적어도 약 0.5, 적어도 약 0.75, 또는 적어도 약 1.0이다. WM/ L2 은 약 3.0 이하, 예컨대 약 2.0 이하, 약 1.5 이하, 약 1.25 이하, 또는 약 1.05 이하이다. 또한, WM/ L 2 은 상기 임의의 값들을 포함한 범위, 예를들면, 약 0.15 내지 약 0.25이다.
제1 플랜지 (24)는 변형되지 않은 상태에서, 즉, 시일 (1)이 축과 체결되기 전에 부재 (28)에 대하여 측정될 때 상대각, A1을 가진다. 특정 실시태양들에서, A1 은 약 90 ° 이상, 예컨대 약 100 ° 이상, 약 110 ° 이상, 약 120 ° 이상, 약 130 ° 이상, 또는 약 140 ° 이상이다. 추가 실시태양들에서, A1 은 약 180 ° 이하, 예컨대 약 170 ° 이하, 약 160 ° 이하, 또는 약 150 ° 이하이다. 또한, A1 은 상기 임의의 값들을 포함한 범위, 예를들면, 약 105 ° 내지 약 115 °이다.
유사하게, 제2 플랜지 (26)는 변형되지 않은 상태에서 부재 (28)에 대하여 측정될 때 상대각, A2를 가진다. 특정 실시태양들에서, A2 는 약 90 ° 이상, 예컨대 약 100 ° 이상, 약 110 ° 이상, 약 120 ° 이상, 약 130 ° 이상, 또는 약 140 ° 이상이다. 추가 실시태양들에서, A2 는 약 180 ° 이하, 예컨대 약 170 ° 이하, 약 160 ° 이하, 또는 약 150 ° 이하이다. 또한, A2 는 상기 임의의 값들을 포함한 범위, 예를들면, 약 105 ° 내지 약 115 ° 이다.
변형되지 않은 상태에서, 각 A1 및 A2 는 동일하거나 상이하다. 또한, L1 및 L2 는 동일하거나 상이하다. 이러한 측면에서, 밀봉 요소 (4)는 중앙축 (10)에서 방사방향으로 연장되는 평면에 수직 방향에서 관찰될 때 대칭 단면을 요구하지 않는다. 예를들면, 이제 도 2를 참고하면, 특정 실시태양들에서, 밀봉 요소 (4)는 분절형 (segmented), 또는 다각형, 단면 프로파일을 가질 수 있다.
다시 도 1을 참고하면, 특정 실시태양에서, 밀봉 요소 (4)는 중앙축 (10)에서 방사방향으로 연장되는 평면에 수직 방향에서 관찰될 때 대략 V-형상의 단면을 포함한다. 제1 및 제2 플랜지 (24, 26)는 변형되지 않은 상태에서 이들 사이에서 측정될 때 상대각, A3을 형성한다. 소정의 양태에서, A3 은 약 20 ° 이상, 예컨대 약 30 ° 이상, 약 40 ° 이상, 약 50 ° 이상, 약 60 ° 이상, 약 70 ° 이상, 약 80 ° 이상, 또는 약 90 ° 이상이다. 또 다른 양태에서, A3 은 약 150 ° 이하, 예컨대 약 140 ° 이하, 약 130 ° 이하, 약 120 ° 이하, 약 110 ° 이하, 또는 약 100 ° 이하이다. 또한, A3 은 상기 임의의 값들을 포함한 범위, 예를들면, 약 45 ° 내지 약 55 °일 수 있다.
소정의 양태에서, 밀봉 요소 (4)는 일체 구성으로 형성된다. 또 다른 양태에서, 밀봉 요소 (4)는 본 분야에서 인지되는 임의의 수단, 예를들면, 기계적 변형 (예를들면, 압착 또는 스플라인), 접착, 용접, 용융, 또는 임의의 이들 조합에 의해 함께 결합되는 다중 구성요소들로 형성된다.
특정 실시태양들에서, 밀봉 요소 (4)는 탄성계수 (MOE)가 약 0.01 기가파스칼 (GPa) 이상, 예컨대 약 0.5 GPa 이상, 약 0.75 GPa 이상, 또는 약 1.0 Gpa 이상인 재료를 포함한다. 추가 실시태양들에서, 밀봉 요소 (4)는 MOE가 약 5.0 GPa 이하, 예컨대 약 4.0 GPa 이하, 약 3.0 GPa 이하, 약 2.0 GPa 이하, 또는 약 1.5 Gpa 이하인 재료를 포함한다. 또한, 밀봉 요소 (4)는 MOE가 상기 임의의 값들을 포함한 범위, 예를들면, 약 0.45 내지 약 1.5인 재료를 포함한다.
소정의 실시태양들에서, 밀봉 요소 (4)는 중합체를 포함한다. 예를들면, 밀봉 요소 (4)는 폴리케톤, 폴리아릴에테르케톤 (PEAK) 예컨대 폴리에테르 에테르 케톤 (PEEK), 폴리아라미드, 폴리이미드, 폴리테르이미드, 폴리페닐렌 술피드, 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리페일렌 (polypheylene) 술폰, 폴리아미드이미드, 초고분자량 폴리에틸렌, 플루오로중합체, 폴리아미드, 폴리벤즈이미다졸, 또는 임의의 이들 조합을 포함한 재료로 구성된다. 플루오로중합체 예시로는 불화 에틸렌 프로필렌 (FEP), 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 폴리불화비닐리덴 (PVDF), 퍼플루오로알콕시 (PFA), 삼원중합체테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 및 불화비닐리덴 (THV), 폴리클로로트리플루오로에틸렌 (PCTFE), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌 공중합체 (ETFE), 에틸렌 클로로트리플루오로에틸렌 공중합체 (ECTFE), 또는 임의의 이들 조합을 포함한다. 플루오로중합체는 특정 실시태양들에 따라 사용된다.
특정 실시태양에서, 밀봉 요소 (4)는 저온 코팅물, 예를들면, 내부에 함침되는 다이아몬드-유사 코팅물 (DLC)을 가지는 재료를 포함한다. 특정 실시태양들에서, DLC는 다이아몬드와 유사한 격자 구조를 가지고, 각각 탄소원자는 서로 동일하게 이격되는 4개의 탄소원자를 포함한다. 대안으로, 밀봉 요소 (4)는 고속화염용사 (HVOF) 코팅을 이용하여 함침되는 재료를 포함한다. HVOF 코팅은 밀봉 요소의 마모 및 부식 저항성을 증가시킴으로써 밀봉 표면 수명을 연장시킨다. 또한, HVOF 코팅은 대략 제곱 인치 당 10,000 파운드를 초과하는 결합 강도로 더욱 부드러운 표면 마무리에 영향을 준다.
특정 양태에서, 밀봉 요소 (4)는 하나 이상의 필러, 예컨대 흑연, 유리, 방향족 폴리에스테르 (EKONOL®), 청동, 아연, 질화붕소, 탄소, 및/또는 폴리이미드를 더욱 포함한다. 중합체 예컨대 PTFE 중 이들 각각의 필러 농도는 중량 기준으로 1% 이상, 예컨대 5% 이상, 10% 이상 또는 20% 이상이다.
또한, 밀봉 요소 (4)는 축에 대한 활주 특성을 개선하기 위한 윤활제를 더욱 포함한다. 예시적 윤활제는 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐, 흑연, 그래핀 (grapheme), 팽창 흑연, 보론 나이트레이드 (boron nitrade), 활석, 불화칼슘, 또는 임의의 이들 조합을 포함한다. 추가로, 윤활제는 알루미나, 실리카, 이산화티탄, 불화칼슘, 질화붕소, 운모, 규회석, 탄화규소, 질화규소, 지르코니아, 카본블랙, 안료, 또는 임의의 이들 조합을 포함한다.
도 2를 참고하면, 밀봉 요소 (4)는 중앙축 (10)에서 방사방향으로 연장되는 평면에 수직 방향에서 관찰될 때 두께, TSE를 포함한다. 특정 양태에서, TSE 는 밀봉 요소 (4)에 걸쳐 가변적이거나 또는 실질적으로 균일하다.
특정 실시태양들에서, TSE는 약 0.05 인치 이상, 예컨대 약 0.10 인치 이상, 약 0.15 인치 이상, 또는 약 0.20 인치 이상이다. 추가 실시태양들에서, TSE 는 약 1.5 인치 이하, 약 1.25 인치 이하, 약 1.0 인치 이하, 약 0.75 인치 이하, 약 0.5 인치 이하, 또는 약 0.25 인치 이하이다. 또한, TSE 는 상기 임의의 값들을 포함한 범위일 수 있다.
또 다른 실시태양에서, 밀봉 요소 (4)는 중앙축 (10)에서 방사방향으로 연장되는 평면에 수직 방향에서 관찰될 때 총 폭, WSE, 즉, L1+L2+WM 를 가지고, WSE/TSE 는 적어도 약 10, 예컨대 적어도 약 25, 적어도 약 50, 적어도 약 75, 적어도 약 100, 적어도 약 125, 적어도 약 150, 또는 적어도 약 200이다. 추가 실시태양들에서, WSE/TSE 는 약 1000 이하, 예컨대 약 900 이하, 약 800 이하, 약 700 이하, 약 600 이하, 약 500 이하, 약 400 이하, 또는 약 300 이하이다. 또한, WSE/TSE 는 상기 임의의 값들을 포함한 범위, 예를들면, 약 30 내지 약 45일 수 있다.
다시 도 1 내지 7을 참고하면, 소정의 실시태양들에서, 시일 (1)은 밀봉 요소 (4)에 인접 위치하는 편향 요소 (30)를 더욱 포함한다.
소정의 실시태양들에서, 밀봉 요소 (4)는 중앙축 (10)에서 방사방향으로 연장되는 평면에 수직 방향에서 관찰될 때 편향 요소 (30) 및 환형체 (2) 사이에 배치된다. 이러한 방식으로, 편향 요소 (30)는 밀봉 요소 (4)의 적어도 일부에 대하여 적어도 부분적으로 방사방향으로 힘을 가할 수 있다.
더욱 특정한 실시태양들에서, 편향 요소 (30)는 적어도 부분적으로 밀봉 요소 (4)의 내면 (32)을 따라, 예를들면, 밀봉 요소 (4)의 제1 및 제2 플랜지 (24, 26) 사이 방사방향으로 위치한다. 이러한 방식으로, 편향 요소 (30)는 밀봉 요소 (4)의 제1 및 제2 플랜지 (24, 26)에 방사방향으로 편향 힘을 제공한다. 구체적으로, 제2 플랜지의 일부는 방사방향으로 편향되며 제1 플랜지의 전체 또는 대부분은 편향되지 않는다.
소정의 실시태양들에서, 편향 요소 (30)는 밀봉 요소 (4)의 적어도 일부를 방사방향, 또는 실질적으로 방사방향으로 편향하도록 구성되는 스프링을 포함한다. 더욱 특정한 실시태양들에서, 편향 요소 (30)는 환형 스프링 예를들면, 가터 스프링 (도 6), 림드 (rimmed) 스프링 (예를들면, 도 3), 또는 굽혀져 원환체를 형성하는 압축 스프링 (나사선 스프링)을 포함할 수 있다.
비-제한적 실시태양에서, 편향 요소 (30) 중앙축 (10)에서 방사방향으로 연장되는 평면에 수직 방향에서 관찰될 때 대략 L-형상의 단면을 포함한다 (도 2 및 3). 예컨대 도 5A 및 5B에 도시된 다른 실시태양들에서, 편향 요소 (30)는 임의의 다른 형상, 예를들면, 대략 V-형상, 대략 U-형상, 대략 C-형상, 또는 임의의 이들 조합을 포함할 수 있다.
소정의 실시태양들에서, 편향 요소 (30)는 축방향 길이를 따라 적어도 부분적으로 연장되는 축방향 갭 (34)을 포함한다. 축방향 갭이 없는 원주 연속적인 편향 요소와 비교할 때 축방향 갭 (34)으로 인해 제작 및 시일 (1) 조립이 용이하다. 소정의 실시태양들에서, 축방향 갭 (34)에 의해 형성되는 원주방향 에지들은 함께 연결되어 연속 몸체를 형성한다. 원주방향 에지는 인접 몸체들을 결합시키는 임의의 공지 프로세스, 예를들면, 용접, 기계적 변형 (예를들면, 압착), 접착, 파스너 (나사식 또는 비-나사식) 또는 임의의 이들 조합으로 연결될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 편향 요소 (30)는 환형 부재 (36) 및 환형 부재 (36)에서 연장되는 환형 플랜지 (38)를 포함한다. 변형되지 않은 상태에서, 즉, 밀봉 요소 (4)와 체결 전에 관찰될 때 환형 부재 (36) 및 환형 플랜지 (38) 간에, 상대각, A4가 형성된다. 특정 실시태양에서, A4는 약 90 ° 이상, 예컨대 약 100 ° 이상, 또는 약 110 ° 이상이다. 추가 실시태양들에서, A4 는 약 150 ° 이하, 예컨대 약 140 ° 이하, 약 130 ° 이하, 또는 약 120 ° 이하이다. 또한, A4 는 상기 임의의 값들을 포함한 범위, 예를들면, 약 110 ° 내지 약 120 °일 수 있다.
편향 요소 (30)의 환형 부재 (36)는 방사방향 폭, WAM을 가지고, 환형 플랜지 (38)는 환형 부재 (36)로부터 연장되는 환형 플랜지 (38) 거리로 측정되는 방사방향 길이, LAF를 가진다. 소정의 실시태양들에서, LAF/WAM 는 약 1.0 이상, 예컨대 약 1.25 이상, 약 1.5 이상, 약 1.75 이상, 또는 약 2.0 이상이다. 다른 실시태양들에서, LAF/WAM 는 약 10 이하, 예컨대 약 5.0 이하, 약 4.0 이하, 약 3.0 이하, 또는 약 2.5 이하이다. 또한, LAF/WAM 는 상기 임의의 값들을 포함한 범위, 예를들면, 약 4.0 내지 약 4.5일 수 있다.
추가 실시태양들에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 편향 요소 (30)는 환형 부재 (36)에서 환형 플랜지 (38) 반대측으로 연장되는 적어도 하나의 분지 (tine, 40)를 포함한다. 적어도 하나의 분지 (40)는 환형 부재 (36)에 대하여 상대각, A5를 형성한다. 특정 실시태양에서, A5 는 약 90 ° 이상, 예컨대 약 100 ° 이상, 또는 약 110 ° 이상이다. 추가 실시태양에서, A5 는 약 150 ° 이하, 예컨대 약 140 ° 이하, 약 130 ° 이하, 또는 약 120 ° 이하이다. 또한, A5 는 상기 임의의 값들을 포함한 범위, 예를들면, 약 110 ° 내지 약 120 °이다.
편향 요소 (30)는 대안으로 다수의 분지 (40), 예를들면, 적어도 2 개의 분지, 적어도 3 개의 분지, 적어도 4 개의 분지, 적어도 5 개의 분지, 적어도 6 개의 분지, 적어도 7 개의 분지, 적어도 8 개의 분지, 적어도 9 개의 분지, 적어도 10 개의 분지, 적어도 20 개의 분지, 또는 적어도 50 개의 분지를 포함한다. 바람직한 실시태양에서, 인접 분지 (40)는 편향 요소 (30) 주위로 원주방향으로 균일하게 이격된다. 또 다른 실시태양에서, 인접 분지 (40)는 편향 요소 (30)의 환형 부재 (36) 원주 주위로 가변 거리로 이격된다.
각각 분지 (40)는 환형 부재 (36)로부터 분지 (40)가 연장되는 거리로 측정되는 방사방향 길이, LT를 가진다. 특정 실시태양들에서, LAF/LT 는 약 0.75 이상, 약 1.0 이상, 약 1.25 이상, 약 1.5 이상, 약 1.75 이상, 또는 약 2.0 이상이다. 다른 실시태양들에서, LAF/LT 는 약 10.0 이하, 예컨대 약 5.0 이하, 약 4.0 이하, 약 3.0 이하, 또는 약 2.5 이하이다. 또한, LAF/LT 는 상기 임의의 값들을 포함한 범위, 예를들면, 약 4.5 내지 약 5.5일 수 있다.
소정의 실시태양들에서, 편향 요소 (30)는 탄성계수가 약 5.0 기가파스칼 (GPa) 이상, 예컨대 약 10.0 GPa 이상, 약 25.0 GPa 이상, 약 50 GPa 이상, 약 100 GPa 이상, 또는 약 150 Gpa 이상의 재료를 포함한다. 추가 실시태양에서, 편향 요소 (30)는 탄성계수가약 300 GPa 이하, 예컨대 약 250 GPa 이하, 또는 약 225 GPa 이하인 재료를 포함한다. 또한, 편향 요소 (30)는 탄성계수가 상기 임의의 값들을 포함한 범위, 예를들면, 약 120 MPa 내지 약 180 Mpa인 재료를 포함한다.
특정 양태에서, 편향 요소 (30)는 인장강도가 약 1000 메가파스칼 (MPa) 이상, 예컨대 약 1200 MPa 이상, 또는 약 1500 Mpa 이상의 재료를 포함한다. 추가 실시태양에서, 편향 요소 (30)는 인장강도가 약 2500 메가파스칼 (MPa) 이하, 예컨대 약 2000 MPa 이하, 또는 약 1800 MPa 이하인 재료를 포함한다. 또한, 편향 요소 (30)는 인장강도가 상기 임의의 값들을 포함한 범위, 예를들면, 약 1600 MPa 내지 약 1750 Mpa인 재료를 포함한다.
또 다른 양태에서, 편향 요소 (30)는 열팽창계수 (CTE)가 대략 5.0 x10-6 in/in°F 내지 대략 15.0 x10-6 in/in°F, 예컨대 대략 7.0 x10-6 in/in°F 내지 대략 12.0 x10-6 in/in°F, 대략 8.5.0 x10-6 in/in°F 내지 대략 11.5 x10-6 in/in°F, 또는 대략 10.0 x10-6 in/in°F 내지 대략 10.5 x10-6 in/in°F인 재료를 포함한다.
특정 실시태양들에서, 편향 요소 (30)는 금속을 포함한다. 더욱 특정한 실시태양들에서, 편향 요소 (30)는 강, 예컨대 스프링 강을 포함한다.
이제 도 7을 참고하면, 특정 실시태양들에서, 시일 (1)은 하우징 (2) 내부에서 밀봉 요소 (4)를 유지하는 압착 링 (42)을 포함한다. 압착 링 (42)은 대략 환형 링을 포함한다. 또한, 압착 링 (42)은 임의선택적으로 플랜지 (18)에서 하우징 (2)에 부착된다. 예를들면, 압착 링 (42)은 용접, 접착, 스플라인, 기계적 변형 (예를들면, 크림프), 또는 임의의 이들 조합으로 하우징 (2)에 부착된다. 대안의 실시태양에서, 압착 링 (42)은 하우징 (2) 내부에 억지 끼워 맞춤을 형성한다.
소정의 실시태양들에서, 조립 과정에서, 압착 링 (42)의 최상부 표면이 하우징 (2)의 최상부 표면과 평면을 이룰 때까지 압착 링 (42)은 시일 (1)의 중앙축 (10)을 따라 활주하여, 여기에서 밀봉 요소 (4)가 고정된다. 다른 실시태양들에서, 압착 링 (42)의 최상부 표면은 하우징 (2)의 최상부 표면 위 또는 아래에 있을 수 있다.
도 8은 본원 실시태양들에 따라 축 (100) 주위로 체결되는 시일 (1)의 단면도이다. 이러한 방식으로, 밀봉 요소 (4)의 일부는 축 (100)과 접촉면 (44)을 형성한다. 밀봉 요소 (4)는 편향 요소 (30)에 의해 방사방향으로 편향되어, 밀봉 요소 (4)의 접촉면 (44)에 의해 축 (100)에 대하여 인가되는 힘을 증가시킨다.
도 1에 도시된 바와 같이, 밀봉 요소 (4)는 밀봉 요소 (4) 직경방향으로 대향 내측들 사이 최소 거리로 측정되는 최소 직경 DMIN을 가진다. 당업자는 자유 상태에서, 즉, 축과 체결되기 전의 밀봉 요소 (4) 직경 DMIN 는, 축 (100)의 직경보다 더욱 작다는 것을 이해할 것이다. 이러한 방식으로, 시일 (1), 즉, 밀봉 요소 (4)는, 축 (100)에 대하여 유효한 시일을 형성한다.
특정 실시태양들에서, 편향 요소 (30)는, 시일 (1)에 설치될 때, 적어도 약 1.0 킬로파스칼 (KPa), 예컨대 적어도 약 5 KPa, 적어도 약 10 KPa, 적어도 약 25 KPa, 적어도 약 50 KPa, 적어도 약 100 KPa, 또는 적어도 약 250 KPa의 방사방향 편향력을 제공한다. 추가 실시태양들에서, 편향 요소 (30)는 약 500 KPa 이하, 예컨대 약 400 KPa 이하, 또는 약 300 KPa 이하의 편향력을 제공한다. 또한, 편향 요소 (30)는 상기 임의의 값들을 포함한 범위, 예를들면, 약 225 KPa 내지 약 275 KPa의 편향력을 제공한다.
특정 실시태양들에서, 시일 (1)은 직경이 약 50 mm 이하, 예컨대 약 15 mm 이하, 약 10 mm 이하, 약 9 mm 이하, 약 8 mm 이하, 약 7 mm 이하, 약 6 mm 이하, 또는 약 5 mm 이하의 축 (100)을 수용한다. 다른 실시태양들에서, 시일 (1)은 직경이 약 51 mm 내지 약 100 mm인 축을 수용한다. 추가 실시태양들에서, 시일 (1)은 직경이 100 mm 이상인 축을 수용한다.
시일 (1)은 유효 밀봉율을 유지하면서 광범위한 온도 범위에서 작동된다. 예를들면, 시일 (1)은 약 -275°C 내지 약 300°C, 예컨대 약 -250°C 내지 약 250°C, 약 -100°C 내지 약 100°C, 또는 약 -40°C 내지 약 20°C에서 작동하고, 누출율은 약 10 mL/min/mm 이하, 예컨대 약 9 mL/min/mm 이하, 약 8 mL/min/mm 이하, 약 7 mL/min/mm 이하, 약 6 mL/min/mm 이하, 약 5 mL/min/mm 이하, 약 4 mL/min/mm 이하, 약 3 mL/min/mm 이하, 약 2 mL/min/mm 이하, 약 0 mL/min/mm 이하, 약 0.75 mL/min/mm 이하, 약 0.5 mL/min/mm 이하, 약 0.25 mL/min/mm 이하, 약 0.1 mL/min/mm 이하, 또는 약 0.01 mL/min/mm 이하이다. 또한, 시일 (1)은 누출율 약 0mL/min/mm을 유지하면서 상기 온도 범위에서 작동된다.
실시예들
샘플 1은 하우징을 포함하고 하우징 내부에 일부 배치되는 V-형상의 밀봉 요소를 가지는 시일이다. 밀봉 요소는: 두께가 0.4 mm; 테스트 전 측정된 표면 거칠기는 0.1; ASTM D1708에 의거 측정된 연신율은 150%; 및 ASTM D1708에 의거 측정된 인장강도는 17.2 MPa이다. 샘플 1의 시일에는 내부 편향 요소가 없다.
샘플 2는 하우징을 포함하고, 하우징 내부에 일부 배치되는 V-형상의 밀봉 요소, 및 본원 실시태양에 의해 L-형상으로 밀봉 요소를 대략 방사방향으로 편향하는 편향 요소를 포함하는 시일이다. 밀봉 요소는: 두께가 0.4 mm; 테스트 전 측정된 표면 거칠기는 0.1; ASTM D638에 의거 측정된 연신율은 450%; 및 ASTM D638에 의거 측정된 인장강도는 26.9 MPa이다.
먼저 보어를 가지는 외부 구성요소에 원통형 축을 삽입하여 정적 테스트를 수행하였다. 각각 시일을 축 및 보어 사이 환형 공간 내로 삽입하였다. 샘플을 실온 유지하고 (대략 23°C) 누출율을 기록하였다. 샘플 1 및 2를 -40°C 내지 160°C에서 소성 속도로 1회 순환하고 시일에 대한 정적 축 및 외부 구성요소의 보어에 대하여 누출율을 기록하였다. 테스트를 3회 반복하고 샘플 1 및 2 모두에 대하여 평균 누출율을 계산하였다.
온도 최소 누출율 (mL/min) 최대 누출율
(mL/min)		 평균 누출율
(mL/min)
25°C 0.00 31.79 24.12
160°C 10.56 11.70 11.03
25°C 14.29 19.32 18.30
-40°C 32.62 35.10 33.85
25°C 20.53 24.48 22.79
표 1 - 샘플 1 테스트 데이터
온도 최소 누출율
(mL/min)		 최대 누출율
(mL/min)		 평균 누출율
(mL/min)
25°C 0.00 7.44 6.61
160°C 6.20 7.04 6.65
25°C 6.78 9.06 8.02
-40°C 17.16 20.37 18.94
25°C 7.55 8.50 9.95
표 2 - 샘플 2 테스트 데이터
표 1 및 2에 나타낸 바와 같이, 완전한 온도 사이클 과정에서 측정되는 샘플 2의 평균 누출율은 대략 10 mL/min이고 샘플 1의 평균 누출율은 대략 22 mL/min이다. 따라서, 샘플 2는 샘플 1의 평균 누출율 대비 대략 45%의 평균 누출율을 보였다.
이후 시일을 보어를 가지는 외부 구성요소로 삽입한 왕복 원통형 축으로 시험하였다. 각각 시일을 축 및 보어 사이 환형 공간 내로 삽입하였다. 샘플을 실온 유지하고 (대략 23°C) 축이 초 당 1 선형 사이클을 왕복하면서 (1 사이클은 보어 내에서 축의 완전한 1 이동을 포함한다)누출율을 기록하였다. 시일은 각각 6 단계의 시험 조건을 거친다. 단계 1에서, 시스템은 압력 0.00 mbar를 가지고, 즉, 시일 측들 사이에 압력 구배가 없고, 200,000 사이클 운전한다. 단계 2에서, 시스템은 압력 1,000 mbar를 가지고, 즉, 압력 구배 1,000 mbar가 존재하고, 800,000 사이클 운전한다. 단계 3에서, 시스템은 압력 2,000 mbar를 가지고 500,000 사이클 운전한다. 단계 4에서, 시스템은 압력 2,000 mbar를 가지고 1,000,000 사이클 운전한다. 단계 5에서, 시스템은 압력 2,000 mbar를 가지고 2,000,000 운전한다. 단계 6에서, 시스템은 압력 3,000 mbar를 가지고 500,000 사이클 운전한다.
샘플 단계 1
(L/min)		 단계 2
(L/min)		 단계 3
(L/min)		 단계 4
(L/min)		 단계 5
(L/min)		 단계 6
(L/min)
1 0.003 0.000 0.220 0.000 0.002 0.003
2 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002
표 3 - 샘플 1 및 2 테스트 데이터
표 3에 나타낸 바와 같이, 축이 초 당 1 선형 사이클 왕복할 때 샘플 2는 모든 6 단계 테스트에서 동일하거나 더 낮은 누출율을 가진다.
항목들
항목 1. 회전축 시일로서:
중앙축 및 내면을 형성하는 개구를 가지는 환형체;
적어도 부분적으로 환형체 내부에 위치하고, 방사방향으로 연장되어 환형체 및 환형체의 개구에 배치되는 축 사이에 시일을 형성하는 밀봉 요소; 및
적어도 밀봉 요소 일부를 방사방향으로 편향시키는 편향 요소를 포함하는, 회전축 시일.
항목 2. 회전축 시일로서:
중앙축을 형성하고, 유지 요소를 가지는 환형체;
적어도 부분적으로 환형체 내부에 배치되는 밀봉 요소; 및
적어도 플랜지형 밀봉 요소 일부를 방사방향으로 편향하는 편향 요소를 포함하는, 회전축 시일.
항목 3. 회전축 시일로서:
중앙축을 형성하고, 중앙축에서 방사방향으로 연장되는 평면에 수직 방향에서 관찰될 때 대략 C-형상의 단면을 가지는 환형체; 및
적어도 부분적으로 환형체 내부에 배치되고, 중앙축에서 방사방향으로 연장되는 평면에 수직 방향에서 관찰될 때 대략 U-형상의 단면을 가지는 밀봉 요소를 포함하는, 회전축 시일.
항목 4. 항목들 2 또는 3에 있어서, 몸체는 중앙축과 동축인 개구를 형성하는, 회전축 시일.
항목 5. 항목들 3 또는 4에 있어서, 회전축 시일은 개구를 통해, 직경이 약 50 mm 이하, 약 15 mm 이하, 약 10 mm 이하, 약 9 mm 이하, 약 8 mm 이하, 약 7 mm 이하, 약 6 mm 이하, 또는 약 5 mm 이하인 축을 수용하는, 회전축 시일.
항목 6. 선행 항목들 중 어느 하나의 항목에 있어서, 회전축 시일은 약 -275°C 내지 약 300°C, 약 -250°C 내지 약 250°C, 약 -100°C 내지 약 100°C, 또는 약 -40°C 내지 약 20°C의 온도 범위에서 작동되는, 회전축 시일.
항목 7. 항목 1에 있어서, 환형체는 중앙축에서 방사방향으로 연장되는 평면에 수직 방향에서 관찰될 때 대략 C-형상의 단면을 가지는, 회전축 시일.
항목 8. 선행 항목들 중 어느 하나의 항목에 있어서, 환형체는 외부 부재를 형성하고 외부부재는 제1 단 및 제2 단, 외부 부재의 제1 단 인근에 배치되고 외부 부재로부터 방사방향으로 내향 연장되는 제1 플랜지, 및 외부 부재의 제2 단 인근에 배치되고 외부 부재로부터 방사방향으로 내향 연장되는 제2 플랜지를 가지는, 회전축 시일.
항목 9. 항목 8에 있어서, 제1 플랜지는 외부 부재로부터 측정될 때 방사방향 거리, D1 연장되고, 제2 플랜지는 외부 부재로부터 측정될 때 방사방향 거리, D2 연장되고, D1 은 D2 이상인, 회전축 시일.
항목 10. 항목 9에 있어서, D1/D2 은 적어도 약 1.01, 적어도 약 1.05, 적어도 약 1.25, 적어도 약 1.50, 적어도 약 1.75, 적어도 약 2.0, 적어도 약 2.25, 적어도 약 2.50, 적어도 약 2.75, 또는 적어도 약 3.0인, 회전축 시일.
항목 11. 항목들 8 또는 9에 있어서, D1/D2 은 약 6.0 이하, 약 5.0 이하, 약 4.0 이하, 또는 약 3.5 이하인, 회전축 시일.
항목 12. 항목들 9-11 중 어느 하나의 항목에 있어서, 외부 부재는 높이, HOM을 가지고 HOM/D2 은 적어도 약 0.5, 적어도 약 0.75, 적어도 약 1.0, 적어도 약 1.25, 적어도 약 1.5, 또는 적어도 약 2.0인, 회전축 시일.
항목 13. 항목 12에 있어서, HOM/D2 은 약 8.0 이하, 약 7.0 이하, 약 6.0 이하, 약 5.0 이하, 약 4.0 이하, 또는 약 3.0 이하인, 회전축 시일.
항목 14. 선행 항목들 중 어느 하나의 항목에 있어서, 환형체는 개구의 중앙축에 동심이고 중앙축으로부터 환형체로 외향 연장되는 환형 공동을 형성하는, 회전축 시일.
항목 15. 항목 14에 있어서, 밀봉 요소는 적어도 부분적으로 환형 공동 내부에 배치되는, 회전축 시일.
항목 16. 선행 항목들 중 어느 하나의 항목에 있어서, 환형체는 브리넬 경도 (HB)가 약 70 내지 약 150, 약 75 내지 약 145, 약 80 내지 약 140, 약 85 내지 약 135, 약 90 내지 약 130, 약 95 내지 약 125, 약 100 내지 약 120, 또는 약 105 내지 약 115의 범위를 가지는 재료를 포함하는, 회전축 시일.
항목 17. 선행 항목들 중 어느 하나의 항목에 있어서, 환형체는 인장강도가 적어도 약 350 메가파스칼 (MPa), 적어도 약 360 MPa, 적어도 약 370 MPa, 적어도 약 380 MPa, 적어도 약 390 MPa, 적어도 약 400 MPa, 또는 적어도 약 410 Mpa인 재료를 포함하는, 회전축 시일.
항목 18. 선행 항목들 중 어느 하나의 항목에 있어서, 환형체는 인장강도가 약 5000 MPa 이하, 약 4000 MPa 이하, 약 2000 MPa 이하, 약 1000 MPa 이하, 또는 약 500 MPa 이하인 재료를 포함하는, 회전축 시일.
항목 19. 선행 항목들 중 어느 하나의 항목에 있어서, 환형체는 구리-아연 합금을 포함하는, 회전축 시일.
항목 20. 항목 19에 있어서, 환형체는 납을 더욱 포함하는, 회전축 시일.
항목 21. 항목들 1, 2, 또는 4-20 중 어느 하나의 항목에 있어서, 밀봉 요소는 중앙축에서 방사방향으로 연장되는 평면에 수직 방향에서 관찰될 때 대략 U-형상의 단면을 가지는, 회전축 시일.
항목 22. 선행 항목들 중 어느 하나의 항목에 있어서, 밀봉 요소는 부재를 형성하고 부재는 제1 단 및 제2 단, 부재의 제1 단 인근에 배치되고 부재로부터 적어도 부분적으로 방사방향으로 내향 연장되는 제1 플랜지, 및 부재의 제2 단 인근에 배치되고 부재로부터 적어도 부분적으로 방사방향으로 내향 연장되는 제2 플랜지를 가지는, 회전축 시일.
항목 23. 항목 22에 있어서, 제1 플랜지는 외부 부재로부터 측정될 때 방사방향 거리, D1 연장되고, 제2 플랜지는 외부 부재로부터 측정될 때 방사방향 거리, D2 연장되고, D1 은 D2 이상인, 회전축 시일.
항목 24. 항목 23에 있어서, D1/D2 은 적어도 약 1.01, 적어도 약 1.05, 적어도 약 1.25, 적어도 약 1.50, 적어도 약 1.75, 적어도 약 2.0, 적어도 약 2.25, 적어도 약 2.50, 적어도 약 2.75, 또는 적어도 약 3.0인, 회전축 시일.
항목 25. 항목들 23 또는 24에 있어서, D1/D2 은 약 6.0 이하, 약 5.0 이하, 약 4.0 이하, 또는 약 3.5 이하인, 회전축 시일.
항목 26. 항목들 23-25 중 어느 하나의 항목에 있어서, 외부 부재는 폭, WM을 가지고 WM/D2 은 적어도 약 0.05, 적어도 약 0.1, 적어도 약 0.25, 적어도 약 0.5, 적어도 약 0.75, 또는 적어도 약 1.0인, 회전축 시일.
항목 27. 항목 26에 있어서, WM/D2 은 약 3.0 이하, 약 2.0 이하, 약 1.5 이하, 약 1.25 이하, 또는 약 1.05 이하인, 회전축 시일.
항목 28. 항목들 22-27 중 어느 하나의 항목에 있어서, 제1 플랜지는 변형되지 않은 상태에서 측정될 때 외부 부재와 상대각, A1을 형성하고, A1 은 약 90 ° 이상, 약 100 ° 이상, 약 110 ° 이상, 약 120 ° 이상, 약 130 ° 이상, 또는 약 140 ° 이상인, 회전축 시일.
항목 29. 항목 28에 있어서, A1 은 약 180 ° 이하, 약 170 ° 이하, 약 160 ° 이하, 또는 약 150 ° 이하인, 회전축 시일.
항목 30. 항목들 22-29 중 어느 하나의 항목에 있어서, 제2 플랜지는 변형되지 않은 상태에서 측정될 때 외부 부재와 상대각, A2를 형성하고, A2 는 적어도 약 90 °, 적어도 약 100 °, 적어도 약 110 °, 적어도 약 120 °, 적어도 약 130 °, 또는 적어도 약 140 °인, 회전축 시일.
항목 31. 항목 30에 있어서, A2 는 약 180 ° 이하, 약 170 ° 이하, 약 160 ° 이하, 또는 이하 약 150 ° 이하인, 회전축 시일.
항목 32. 선행 항목들 중 어느 하나의 항목에 있어서, 밀봉 요소는 중앙축에서 방사방향으로 연장되는 평면에 수직 방향에서 관찰될 때 대략 V-형상의 단면을 포함하는, 회전축 시일.
항목 33. 항목 32에 있어서, 밀봉 요소는 제1 플랜지 및 제2 플랜지를 포함하고 이들은 변형되지 않은 상태에서 이들 사이에서 측정될 때 상대각, A3을 가지고, A3 은 약 20 ° 이상, 약 30 ° 이상, 약 40 ° 이상, 약 50 ° 이상, 약 60 ° 이상, 약 70 ° 이상, 약 80 ° 이상, 또는 약 90 ° 이상인, 회전축 시일.
항목 34. 항목 33에 있어서, A3 은 약 150 ° 이하, 약 140 ° 이하, 약 130 ° 이하, 약 120 ° 이하, 약 110 ° 이하, 또는 약 100 ° 이하인, 회전축 시일.
항목 35. 선행 항목들 중 어느 하나의 항목에 있어서, 밀봉 요소는 탄성계수 (MOE)가 약 0.05 기가파스칼 (GPa) 이상, 약 0.5 GPa 이상, 약 0.75 GPa 이상, 또는 약 1.0 GPa 이상인 재료를 포함하는, 회전축 시일.
항목 36. 항목 35에 있어서, 밀봉 요소는 MOE가 약 5.0 Gpa 이하, 약 4.0 GPa 이하, 약 3.0 Gpa 이하, 약 2.0 GPa 이하, 또는 약 1.5 GPa 이하인 재료를 포함하는, 회전축 시일.
항목 37. 선행 항목들 중 어느 하나의 항목에 있어서, 밀봉 요소는 중합체를 포함하는, 회전축 시일.
항목 38. 선행 항목들 중 어느 하나의 항목에 있어서, 밀봉 요소는 플루오로중합체, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)을 포함하는, 회전축 시일.
항목 39. 선행 항목들 중 어느 하나의 항목에 있어서, 밀봉 요소는 폴리아릴에테르케톤 (PEAK), 예컨대 폴리에테르 에테르 케톤 (PEEK)을 포함하는, 회전축 시일.
항목 40. 선행 항목들 중 어느 하나의 항목에 있어서, 밀봉 요소는 일체 부품을 포함하는, 회전축 시일.
항목 41. 선행 항목들 중 어느 하나의 항목에 있어서, 밀봉 요소는 중앙축에서 방사방향으로 연장되는 평면에 수직 방향에서 관찰될 때 평균 두께, TSE를 포함하고, TSE 는 약 0.05 인치 이상, 약 0.10 인치 이상, 약 0.15 인치 이상, 또는 약 0.20 인치 이상인, 회전축 시일.
항목 42. 항목 41에 있어서, TSE 는 약 0.75 인치 이하, 약 0.50 인치 이하, 또는 약 0.25 인치 이하인, 회전축 시일.
항목 43. 항목 3에 있어서, 회전축 시일은 적어도 밀봉 요소 일부를 방사방향으로 편향시키는 편향 요소를 더욱 포함하는, 회전축 시일.
항목 44. 항목들 1, 2, 또는 4-43 중 어느 하나의 항목에 있어서, 밀봉 요소는 중앙축에서 방사방향으로 연장되는 평면에 수직 방향에서 관찰될 때 편향 요소 및 환형체 사이에 위치하는, 회전축 시일.
항목 45. 항목들 1, 2, 또는 4-44 중 어느 하나의 항목에 있어서, 편향 요소는 스프링을 포함하는, 회전축 시일.
항목 46. 항목들 1, 2, 또는 4-45 중 어느 하나의 항목에 있어서, 편향 요소는 중앙축에서 방사방향으로 연장되는 평면에 수직 방향에서 관찰될 때 대략 L-형상을 포함하는, 회전축 시일.
항목 47. 항목 46에 있어서, 편향 요소는 환형 부재 및 환형 부재로부터 연장되는 환형 플랜지를 포함하고, 환형 부재 및 환형 플랜지 사이 상대각, A4가 형성되고, A4 는 약 90 ° 이상, 약 100 ° 이상, 또는 약 110 ° 이상인, 회전축 시일.
항목 48. 항목 47에 있어서, A4 는 약 150 ° 이하, 약 140 ° 이하, 약 130 ° 이하, 또는 약 120 ° 이하인, 회전축 시일.
항목 49. 항목들 47 또는 48에 있어서, 환형 부재는 방사방향 폭, WAM을 가지고, 환형 플랜지는 방사방향 길이, LAF를 가지고 LAF/WAM 는 약 1.0 이상, 약 1.25 이상, 약 1.5 이상, 약 1.75 이상, 또는 약 2.0 이상인, 회전축 시일.
항목 50. 항목 49에 있어서, LAF/WAM 는 약 10.0 이하, 약 5.0 이하, 약 4.0 이하, 약 3.0 이하, 또는 약 2.5 이하인, 회전축 시일.
항목 51. 항목들 46-50 중 어느 하나의 항목에 있어서, 편향 요소는 환형 부재로부터 환형 플랜지 반대측으로 연장되는 적어도 하나의 분지를 더욱 포함하고, 적어도 하나의 분지는 적어도 하나의 분지 및 환형 부재 사이에서 측정될 때 상대각, A5를 가지고, A5 는 약 90 ° 이상, 약 100 ° 이상, 또는 약 110 ° 이상인, 회전축 시일.
항목 52. 항목 51에 있어서, A5 는 약 150 ° 이하, 약 140 ° 이하, 약 130 ° 이하, 또는 약 120 ° 이하인, 회전축 시일.
항목 53. 항목들 51 또는 52에 있어서, 적어도 하나의 분지는 적어도 2 개의 분지, 적어도 3 개의 분지, 적어도 4 개의 분지, 적어도 5 개의 분지, 적어도 10 개의 분지, 적어도 20 개의 분지, 또는 적어도 50 개의 분지를 포함하는, 회전축 시일.
항목 54. 항목들 51-53 중 어느 하나의 항목에 있어서, 분지들은 환형 부재 주위로 균등하게 이격되는, 회전축 시일.
항목 55. 항목들 51-54 중 어느 하나의 항목에 있어서, 적어도 하나의 분지는 방사방향 길이, LT를 가지고 LAF/LT 는 약 0.75 이상, 약 1.0 이상, 약 1.25 이상, 약 1.5 이상, 약 1.75 이상, 또는 약 2.0 이상인, 회전축 시일.
항목 56. 항목 55에 있어서, LAF/LT 는 약 10 이하, 약 5.0 이하, 약 4.0 이하, 약 3.0 이하, 또는 약 2.5인, 회전축 시일.
항목 57. 항목들 1, 2, 또는 4-44 중 어느 하나의 항목에 있어서, 편향 요소는 밀봉 요소의 내면을 따라 배치되는 환형 스프링을 포함하는, 회전축 시일.
항목 58. 항목 57에 있어서, 편향 요소는 가터 스프링을 포함하는, 회전축 시일.
항목 59. 항목 57에 있어서, 편향 요소는 압축 스프링을 포함하는, 회전축 시일.
항목 60. 항목들 57-59 중 어느 하나의 항목에 있어서, 편향 요소는 축방향 갭을 더욱 포함하는, 회전축 시일.
항목 61. 항목들 57-60 중 어느 하나의 항목에 있어서, 편향 요소는 밀봉 요소의 외부 플랜지 내측에 방사방향으로 배치되는, 회전축 시일.
항목 62. 항목들 1, 2, 또는 6-61 중 어느 하나의 항목에 있어서, 편향 요소는 탄성계수가 약 5.0 기가파스칼 (GPa) 이상, 약 10.0 GPa 이상, 약 25.0 GPa 이상, 약 50 GPa 이상, 약 100 GPa 이상, 또는 약 150 GPa 이상인 재료를 포함하는, 회전축 시일.
항목 63. 항목들 1, 2, 또는 6-62 중 어느 하나의 항목에 있어서, 편향 요소는 탄성계수가 약 300 GPa 이하, 약 250 GPa 이하, 또는 약 225 GPa 이하인 재료를 포함하는, 회전축 시일.
항목 64. 항목들 1, 2, 또는 6-63, 편향 요소는 인장강도가 약 1000 메가파스칼 (MPa) 이상, 약 1200 MPa 이상, 또는 약 1500 MPa 이상인 재료를 포함하는, 회전축 시일.
항목 65. 항목들 1, 2, 또는 6-64 중 어느 하나의 항목에 있어서, 편향 요소는, 인장강도가 약 2500 메가파스칼 (MPa) 이하, 약 2000 MPa 이하, 또는 약 1800 MPa 이하인 재료를 포함하는, 회전축 시일.
항목 66. 항목들 1, 2, 또는 6-65 중 어느 하나의 항목에 있어서, 편향 요소는, 회전축 시일과 조립될 때, 적어도 약 1.0 킬로파스칼 (KPa), 적어도 약 5 KPa, 적어도 약 10 KPa, 적어도 약 25 KPa, 적어도 약 50 KPa, 적어도 약 100 KPa, 또는 적어도 약 250 KPa의 편향력을 제공하는, 회전축 시일.
항목 67. 항목들 1, 2, 또는 6-66 중 어느 하나의 항목에 있어서, 편향 요소는, 회전축 시일과 조립될 때, 약 500 KPa 이하, 약 400 KPa 이하, 또는 약 300 KPa 이하의 편향력을 제공하는, 회전축 시일.
항목 68. 항목들 1, 2, 또는 4-67 중 어느 하나의 항목에 있어서, 편향 요소는 금속을 포함하는, 회전축 시일.
항목 69. 항목들 1, 2, 또는 4-68 중 어느 하나의 항목에 있어서, 편향 요소는 스프링 강을 포함하는, 회전축 시일.
항목 70. 선행 항목들 중 어느 하나의 항목에 있어서, 회전축 시일은 3000 mbar의 시스템 압력으로 실온에서 500,000 사이클로 측정될 때, 약 15 mL/min 이하, 예컨대 약 14 mL/min 이하, 약 13 mL/min 이하, 약 12 mL/min 이하, 약 11 mL/min 이하, 약 10 mL/min 이하, 약 5 mL/min 이하, 또는 약 2 mL/min 이하의 누출율을 가지는, 회전축 시일.
상기되는 모든 특징부들이 요구되지는 않으며, 특정한 특징부의 일부는 요구되지 않을 수 있으며, 하나 이상의 특징부들이 기술된 것들에 추가하여 제공될 수 있다. 게다가, 특징부들이 기술되는 순서가 반드시 이들이 구현되는 순서일 필요는 없다.
명료성을 위해 각각의 실시태양들과 관련해서 여기에서 설명되는 임의의 특징부들이 또한 단일 실시태양에서 조합하여 제공될 수 있다. 이와 반대로, 간결성을 위해 단일의 실시태양과 관련하여 설명되는 다양한 특징부들은 또한 별도로 또는 임의의 하위 조합으로 제공될 수 있다.
장점들, 다른 이점들, 및 문제점들에 대한 해결방안이 특정한 실시태양들과 관련하여 상기되었다. 그러나, 장점들, 이점들, 문제들에 대한 해결방안, 및 임의의 장점, 이점, 또는 해결방안을 발생하게 하거나 더 현저하게 할 수 있는 임의의 특징(들)이 청구항들의 일부 또는 전부의 중요하거나, 요구되거나, 또는 필수적인 특징으로 해석되지 말아야 한다.
명세서 및 본원에 개시된 실시태양들은 다양한 실시태양들 구조에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위할 목적으로 제공된다. 명세서 및 설명들은 본원에 기재된 구조 또는 방법들을 이용하는 모든 요소들 및 장치 및 시스템의 특징부들에 대한 전적이고 종합적인 설명으로 기능하지 않을 수 있다. 개별 실시태양들은 단일 실시태양의 조합으로도 제공되고, 반대로, 간결성을 위하여 단일 실시태양에 기재된 다양한 특징부들은, 개별적 또는 임의의 부조합으로도 제공될 수 있다. 또한, 범위 값들에 대한 언급은 범위에 속하는 각각 및 모든 값들을 포함한다. 본 명세서를 읽은 후 당업자들에게 많은 기타 실시태양들이 명백할 수 있다. 기타 실시태양들이 적용될 수 있고 본 발명에서 유래될 수 있고, 따라서 구조적 치환, 논리적 치환, 또는 다른 변형은 본 발명의 범위를 일탈하지 않고 가능하다. 따라서, 본 발명은 제한적이 아닌 단지 예시적으로 간주된다.

Claims (15)

  1. 회전축 시일로서:
    중앙축 및 내면을 형성하는 개구를 가지는 환형체;
    적어도 부분적으로 상기 환형체 내부에 위치하는 밀봉 요소로서, 상기 밀봉 요소는 방사방향으로 연장되어 상기 환형체 및 상기 환형체의 상기 개구 내부에 배치되는 축 사이에 시일을 형성하고, 상기 밀봉 요소는 제1 플랜지 및 제2 플랜지를 구비하며, 상기 제1 플랜지는 상기 제2 플랜지의 방사방향 외측에 배치되는, 상기 밀봉 요소; 및
    적어도 상기 제2 플랜지의 일부를 방사방향으로 편향시키는 편향 요소를 구비하고, 상기 제1 플랜지는 편향되지 않고, 상기 편향 요소는 실질적으로 L-형상 단면을 가지고, 상기 편향 요소는 환형 부재 및 상대각(A4)을 형성하는 상기 환형 부재로부터 연장되는 환형 플랜지를 구비하고, 상대각(A4)는 약 90°과 150°사이 이고, 상기 환형체는 일반적으로 C형 단면 프로파일을 가지는, 회전축 시일.
  2. 회전축 시일로서:
    중앙축을 형성하고, 유지 요소를 가지는 환형체;
    적어도 부분적으로 상기 환형체 내부에 배치되는 밀봉 요소로서, 상기 밀봉 요소는 제1 플랜지 및 제2 플랜지를 포함하고, 상기 제1 플랜지는 상기 제2 플랜지의 방사방향 외측에 배치되는, 상기 밀봉 요소; 및
    적어도 상기 제2 플랜지의 일부를 방사방향으로 편향시키는 편향 요소를 구비하고, 상기 제1 플랜지는 편향되지 않고, 상기 편향 요소는 상기 밀봉 요소를 상기 환형체에 고정하도록 구성되는 압착 링을 포함하는, 회전축 시일.
  3. 회전축 시일로서:
    중앙축을 형성하는 개구를 가지고, C-형상의 단면을 가지는 환형체;
    적어도 부분적으로 상기 환형체 내부에 배치되고, U-형상의 단면을 가지는 밀봉 요소; 및
    적어도 상기 밀봉 요소의 일부를 방사방향으로 편향시키는 편향 요소를 구비하고, 상기 밀봉 요소의 일부는 편향되지 않고, 상기 편향 요소는 환형 스프링을 포함하는, 회전축 시일.
  4. 제3항에 있어서, 상기 회전축 시일은 상기 개구를 통해, 직경 10 mm 이하의 축을 수용하도록 구성되는, 회전축 시일.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 환형체는 C-형상의 단면을 가지는, 회전축 시일.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 환형체는 제1 단 및 제2 단을 가지는 외부 부재, 상기 외부 부재의 상기 제1 단 인근에 배치되고 상기 외부 부재로부터 방사방향 내측으로 연장되는 제1 플랜지, 및 상기 외부 부재의 상기 제2 단 인근에 배치되고 상기 외부 부재로부터 방사방향 내측으로 연장되는 제2 플랜지를 가지는, 회전축 시일.
  7. 제6항에 있어서, 상기 환형체의 상기 제1 플랜지는 상기 외부 부재로부터 측정될 때 방사방향 거리, D1 연장되고, 상기 환형체의 상기 제2 플랜지는 상기 외부 부재로부터 측정될 때 방사방향 거리, D2 연장되고, D1/D2 는 1.05 이상인, 회전축 시일.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 환형체는 상기 개구의 상기 중앙축에 동심이고 상기 중앙축으로부터 상기 환형체 내로 외향 연장되는 환형 공동을 형성하는, 회전축 시일.
  9. 제8항에 있어서, 상기 밀봉 요소는 적어도 부분적으로 상기 환형 공동 내부에 배치되는, 회전축 시일.
  10. 제1항, 제2항, 및 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 밀봉 요소는 U-형상의 단면을 가지는, 회전축 시일.
  11. 제1항, 제2항, 및 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 밀봉 요소는 V-형상의 단면을 가지는, 회전축 시일.
  12. 제3항에 있어서, 상기 회전축 시일은 적어도 상기 밀봉 요소의 일부를 방사방향으로 편향시키는 편향 요소를 더 포함하는, 회전축 시일.
  13. 제1항, 제2항, 및 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 적어도 상기 밀봉 요소의 일부는 상기 편향 요소 및 상기 환형체 사이에 위치하는, 회전축 시일.
  14. 제2항에 있어서, 상기 압착 링은 상기 환형체에 부착되는, 회전축 시일.
  15. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 회전축 시일은 3000 mbar의 시스템 압력으로 실온에서 500,000 사이클로 측정될 때, 15 mL/min 이하의 누출율을 가지는, 회전축 시일.
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