KR950003001B1 - 유압식 밀봉 조립체 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

유압식 밀봉 조립체

제1도는 저 유압하에서 기계의 고정부분내에 환상홈내의 응력부재와 밀봉부재를 구비하는 본 발명의 밀봉 봉 구조체를 나타내고 또한 회전부재 또는 피스톤 봉에 대한 상기 부분들의 관계를 나타낸 부분단면도.

제2도는 고유압하에서의 제1도와 동일한 구조체의 부분단면도.

제3도는 본 발명의 또다른 실시예의 부분도.

본 발명은 유압식으로 작동되는 피스톤 또는 피스톤 봉들에 사용될 수 있는 밀봉 구조체에 관한 것이며, 특히 고·저 유입이 번갈아 작용되는 밀봉구조체에 유용한 것이다.

"선회가능한 슬리퍼 밀봉체를 구비한 밀봉 조립체"라는 명칭의 미합중국 특허 제3,909,016호 개시된 바와같이, 좋은 유체 밀봉체를 획득하기란 어려우며, 특히 밀봉체에 고·저 압력이 번갈아 작용될때는 더욱 그러하다. 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 상기 특허에서는 상대적으로 운동가능한 두개의 기계부분들과 함께 사용되는 장치에 대해 설명한다. 그것은 밀봉부재로서 O-링 또는 기계부분들중의 하나에 작용되는 기타의 압력과 연결되는 특별히 설계된 슬리퍼 밀봉체를 사용한다. 상기 장치는, 그것에 저유압이 작용될때는 슬리퍼 밀봉체가 슬리퍼 밀봉체의 모서리를 통하여 피스톤과 같은 제2기계부분과 접촉하게 되도록 설계되어 있으며 ; 이 결과 매우 작은 마찰력이 작용하게 되며, 다만, 저압 장치내에서의 누설을 방지된다. 밀봉체에 고유압이 작용할때는, O-링의 압축력은 변화하여 슬리퍼 밀봉체를 회전시키고 제2기계부분을 향하는 슬리퍼 밀봉체의 전체면을 그 부분과 접하게 만든다. 슬리퍼 밀봉체의 상기 면은 언더컷 또는 보이드(void)를 가지고 있지 않아서 그것이 제2기계부분의 상기면에 순응하게 된다.

제2의 밀봉장치로는 "밀봉링 구조체"라는 명칭의 미합중국 특허 제 3,942,806호에 개시된 것을 들 수 있다. 이 특허에서는, 밀봉부재의 저압 접촉점은 밀봉부재의 일단부로부터 축방향으로 내측으로 연장하는 원통형 오목부와 밀봉부재의 반대단부로부터 축방향으로 내측으로 연장하는 반경방향으로 내측으로 경사진 원추형 오목부와의 교차에 의해 형성된다. 미합중국 특허 제 3,909,061호의 발명에서와 마찬가지로, 저유압하에서는, 밀봉부재의 예리한 모서리는 제2기계부분과 접하며, 다만 고유압하에서는 제2기계부분과 반대편 밀봉부재의 전체면은 그 부분에 대하여 압축된다.

"유압식 피스톤 봉 용 팩킹"이라는 명칭의 미합중국 특허 제 4,449,718호의 제3의 장치에는 미합중국 특허 제 3,942,806호에 개시된 장치의 변형이 개시되었다. 원통형 오목부의 반경방향 면의 하단부는 점접촉부의 반경축과 45각도를 이루도록 경사져 있다. 이것은 소재 변위를 통한 접촉면의 손상 또는 일그러짐이 없이 피스톤 또는 기타 운동부분위에 팩킹(packing)링이 적재되기 쉽도록 하기 위한 것이다.

"밀봉조립체"라는 명칭의 미합중국 특허 제 3,663,024호의 제4의 밀봉장치에는 일부재와 타부재와의 배열을 촉진하기 위해 0-링과 상호작용하도록 곡선형상을 구비한 밀봉부재가 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 운동부분들을 구비한 기계에 사용되는 개선된 봉 밀봉체를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은, 밀봉부재가 저유압하에서 점접촉을 하며, 고유압하에서 점접촉으로부터 변위되어 지역접촉을 하는 봉밀봉체를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은, 밀봉 부재가 고유압하에서 또다른 기계부분에 대하여 압착될때 유체를 보유함으로서 따라서 밀봉부재 및 운동부분 사이의 마찰을 최소화하고 밀봉부재의 마모를 감소시킬 수 있도록 두개의 접촉면들 사이에 얕은 오목부를 구비하는 밀봉부재를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은, 종래기술에 따른 구조체의 직각형상이 최소화되고 따라서 응력 및 응력집중 그리고 관련된 결점들을 감소시키는 밀봉부재를 제공하는 것이다.

본 발명을 설명하기 위하여 피스톤 봉 둘레의 하우징과 관련하여 설명할 것이다. 봉 밀봉체는 하우징내의 환상홈내에 자리하며, 밀봉부재 및 응력 또는 압축성 부재를 구비한다. 밀봉부재는 피스톤 봉에 접하는 두개의 지역과 네개의 측면을 구비한다. 제1지역은, 밀봉부재의 제1측면 즉, 하우징의 기저부에 위치한 고압출구를 향한 측면위의 토로이드 곡선형 또는 보통 S-형 저단부에 형성된 점접촉부이다. S형 곡선부는 주로 축방향으로 그리고 약간 반경방향으로 진행하는 볼록부와, 하부가 주로 반경방향으로 진행하는 오목부를 구비한다.

얕은 오목부는 대체로 밀봉부재의 제2측면의 길이를 따라 연장하며 ; 상기 측면은 피스톤 봉을 향한다. 제1 및 제2측면의 교차는 점 접촉부를 형성한다.

제2측면은 고유압하에서 피스톤 봉과의 제2접촉지역을 형성하는 호로서 끝나며; 그리고 나서 호는 저유압측을 향하여 그리고 상향으로 연장한다. 장치에 고유압이 작용할때, 호 부분 및 점접촉부 양자는, 저압측을 향한 응력부재의 회전에 의해 발생되는 증가된 압력에 의해 피스톤 봉에 대하여 압착된다. 접촉점 및 접촉지역은 밀봉부재 및 피스톤 봉 사이에 작음 댐(dam)을 형성하며, 수용된 유체는 장치의 수명을 연장하도록 윤활을 제공한다. 호의 접촉지역은, 장치에 고유압(다만, 필요이상은 아닌 정도의)이 작용할때 완전밀봉을 제공하기 위하여 장치의 필요조건에 따라 조절되어야 하며 ; 그렇지 않으면, 그것은 장치에 너무 많은 드랙(drag)을 발생시킨다.

제3측면은 대체적으로 곧으며, 제2측면으로부터 원격한 호의 단부로부터 응력부재를 향하여 진행한다. 저유압하에서, 제3측면은 환상홈의 저압측에 반경방향 벽을 가진 V형 홈을 형성하며 ; 제3측면의 호에 인접한 부분은 상기 벽과 접한다. 상기 홈은 유압이 증가 또는 감소할때 밀봉부재의 회전을 용이하게 한다. 장치에 고유압이 작용할때, 제3측면 전체는, 응력부재로부터의 증가된 압력과 점접촉부 둘레의 밀봉부재의 회전에 의해 홈의 측면에 대하여 압박된다.

밀봉부재의 제4측면은 제1측면 및 제3측면 사이에서 진행하며 ; 그것은 저압하에서 응력부재의 중심에 대해 약간 만곡된다. 양호한 실시예에서, 그것은 응력부재를 향한 면위에 경사 또는 경사로를 구비한다. 경사로는 경사면 또는 얕은 오목부 일 수 있다. 유체압력이 증가할때, 응력부재는 저압측으로 압박된다. 경사로는 단부에서 밀봉부재의 두께를 증가시키므로, 응력부재는 호접촉 지역에 증가된 압력을 작용시키고, 따라서 그 지점에서 훌륭한 유체 밀봉을 보장한다. 이 경사로는 응력부재가 O-링 일때 특히 유효하다. 제4측면은 제1측면과의 교차부에서 시작하는 축부분을 구비하는 것이 바람직하며 경사로 또는 경사면은 제1측면으로부터 대략 삼분의 일 내지 이분의 일 거리에서 시작하게 된다. 경사로 또는 경사면은 상기 측면의 초기 축 부분의 연속된 직선과 약 5 도 내지 10도의 각도를 이루는 것이 바람직하다.

밀봉부재는 점접촉부 둘레로 회전할 수 있어야 한다는 것은 중요하다. 이것은 호의 접촉지역으로 하여금 피스톤봉과 접할 수 있게 하며, 밀봉부재의 저압출구를 향한 측면은 고유압하에서 홈의 벽에 대해 밀봉을 이룰 수 있게 된다. 동일한 원리로서, 저유압하에서 필봉부재의 호지역이 피스톤봉으로부터 멀리 및 위로 회전하게 되고 제3측면이 하단부에서를 제외한 홈의 내측벽으로부터 멀리회전하도록 점접촉부 둘레로 회전할 수 있는 능력이 필요하다. 약 5도 내지 10도의 회전이 바람직하며, 약 7도 내지 9도는 더욱 바람직하다. 제2 또는 호밀봉이 중단될때, 그것은 전장치에 대한 드랙을 최소화하며 각부분들에 대한 마모를 상당히 감소시킨다.

밀봉부재 및 응력부재는 폴리 테트라 플루오르에틸렌, 그것의 충전 화합물 또는 고압장치에 사용되는 기타 고 모듈형 플래스틱 물질 등과 같은 플루오로 플래스틱 물질로 만들어 질 수 있다. 응력 부재는 대개 0-링과 같은 탄성 중합체 링이다.

본 발명은 밀봉체가 기계의 고정부분에 장착되는 상태로서 설명되었지만, 기계의 가동 또는 회전부분에도 똑같이 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한 그것은 버터플라이 밸브, 볼밸브, 게이트 밸브등등에도 사용될 수 있다.

도면들에 관하여 보면, 전도면을 통하여 유사한 참조번호는 유사한 요소를 지시한다. 제1도에는 저 유압하에서의 봉 밀봉 구조체(1)이 도시되었으며, 고정부재(5)(일부만이 도시됨)내의 환상홈(3) 및 봉(7)이 구비되어 있다. 환상홈(3)은 축방향 벽(13)에 의해 연결되는 반경방향으로 연장하는 벽(9) 및 (11)에 의해 형성된다.

홈(3)내에는 도면 O-링(15)로 도시된 동심 등력부재가 있으며, 이것은 저유압의 영향하에서 축방향 벽(13)에 접하며 ; 이것은, 본 실시예에서는 폴리 테트라 플루오르에틸렌 또는 폴리 테트라 플루오르에틸렌화합물 링(17)인 환상 밀봉주재에 증첩된다. 고정부재(5) 및 (7)사이에는 환상통로(19)가 있다. 기호(P+) 및 (P-)로 지속된 바와같이, 고압측은 고정부재(5)의 좌측이며 저유압측은 우측이다.

본 발명의 독창적인 밀봉부분(17)은 측향벽(9)의 대부분을 따라 이중만곡 또는 도로이드(toroidal) 구조체(21)을 구비한다. 이중 만곡부(21)의 상부는 볼록부(21a)이며 하부는 오목부(21)이다. 오목부(21b)는 가파른 경사로서 또는 약 90도 각도로서 종말하여 점(23)에서 피스톤봉(7)과 접한다. 봉(7)을 향한 측면(25)는 접촉점(23)에서 시작하고 측면(25)의 실질적인 모든 길이 부분을 따라 축방향으로 진행하는 얕은 오목부(27)을 구비한다. 벽(11)에 가까운 얕은 오목부(27)의 단부는 점(29)에서 만곡되며, 벽(11)을 향하여 외측으로 또한 상향으로 더욱 진행하는 또는 약 90도의 호(31)을 형성한다. 측면(25), 점(29) 및 호(31)은 함께 토로이드형을 이룬다.

밀봉부분(17)의 측면(33)은 근본적으로 직선이며 벽(11)을 향한다. 측면(35)는 봉(7)로부터 원격한 측면이다. 그것은, 접촉점(23)으로부터 대략 반경방향으로 원격한 지점으로부터 저압측을 향하여 진행하는 경사로 또는 경사부를 구비한다. 경사로 또는 경사부는 경사면 일 수 있으며 다만, 약간 오목부인 것이 바람직하다. 제1도에는 저 유압하에서의 본 발명의 봉 밀봉체가 되시되었다. 밀봉 링(17) 및 봉(7)사이의 접촉부만이 접촉점(23)에 위치한다. 측면(33)의 호(31) 또는 최하단부 벽(11)과 접힌다. 밀봉부재(17)은 측면(35)의 대략 중앙에 자리하며, 거기서 그것은 반경방향으로 점 접촉부(23)위에 있게 되고 축방향 벽(13)과의 접촉으로 인하여 밀봉링(17)에 약간의 압축력을 작용시킨다.

제2도는 고유압하에서의 본 발명의 봉 밀봉체가 도시되었다. 본 실시예에서는, 응력부재(15) 및 밀봉부재(17)은 우측으로 압박되어 벽(11)에 대해 압축된다. 밀봉 부재(17)은 하향 압박되어 호(31)의 점(29)는 피스톤 봉(7)과 밀봉 접촉하며 ; 따라서 일부유체는 오목부(27)에 갇힌다. 측면(33)은 벽(11)과 접하며 O-링 (15)또한 벽(11)과 접한다.

고유체압력이 제거되었을때, O-링(15)는 좌측을 향하여 이동하며 밀봉부재(17)은 접촉점(23)둘레로 회전하여 점(29)에서의 밀봉은 중단되고, 측면(33)은 호(31)의 상단부가 끝나는 그것의 단부에서만 벽(11)과 접촉하게 된다. 이것은 전체 구조물로 하여금 제1도에 도시된 관계를 다시 취하게 만든다.

제3도에는 본 발명의 봉 밀봉체의 또다른 실시예로서 밀봉부재(50)의 절반이 도시되었다. 여기서 밀봉체(50)은, 저압하에서 O-링(도시생략)의 중심과 밀봉체(50)의 밀봉점(56)이 일렬이 되도록 점선(54)를 따라 O-링이 중심이 맞추어지도록 O-링을 수용하기 위한 오목한 상면을 구비한 곡선면(52)를 구비한다는 점을 제외하고는 전술한 밀봉체와 모든면에서 유사하다.

또한, 큰 단면 밀봉체에 대해 고려할때는 밀봉체(50)의 부분(58) 또는 상기 문제로 인하여 제2도 및 제3도에 도시된 밀봉체는 만곡된 대신 평탄할 수도 있다.

도면들에 도시되고 상기에서 설명된 본 발명의 실시예는 단지 예로서 든 것이다. 당해 기술분야의 평균적 기술자에게는 본 발명의 영역과 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 변화, 변형 및 대체가 가능할 것이다.

Claims (9)

1. 유압 장치에 사용되는 환상 압축성 밀봉체에 있어서, 상기 밀봉체는 제1, 제2, 제3 및 제4의 측면을 구비하며; (a) 그 길이부분의 대부분을 따라 토로이드 형상인 제1측면은 축방향으로 진행하고 반경방향 내측으로 연장하여 축방향 및 반경방향으로 진행하는 오목부에 연결되는 볼록상부를 구비하고 ; (b) 제2측면은 제1측면의 오목부의 단부로부터 실질적으로 축방향으로 진행하며, 다만, 실질적으로 그것의 전길이를 따라 얕은 오목부를 구비하며 ; (c) 하나의 호가 제1측면으로부터 원격한 그것의 단부에서 제2측면으로부터 축방향 및 반경방향으로 진행하며, 제2측면과 상기 호는 함께 토로이드 형상을 이루며 ; (d) 제3측면은 상기 호로부터 반경방향으로 그리고 실질적으로 직선으로 진행하며 ; (d) 제4측면은 제1 및 제3측면을 연결시키고 또한 약간의 내향 곡선을 구비하며 ; 제1 및 제2측면은 점 접촉부를 형성하고, 제2측면에 연결되는 호의 일부분은 접촉지역을 형성하는 압축성 밀봉체.
2. 제1항에 있어서, 제4측면은 제1측면으로부터 약 삼분의 일 내지 이분의 일 거리의 지점으로부터 제3측면을 향하여 진행하는 경사부를 형성하는 것을 특징으로 하는 압축성 밀봉체.
3. 하나의 기계부분내의 환상홈내에 환상밀봉부재 및 환상응력부재를 구비하고 한쌍의 기계부분 사이에 유체밀봉을 이루기 위한 유압식 압축성 밀봉체에 있어서, 환상 밀봉부재는 제1, 제2, 제3 및 제4측면을 구비하고, (a) 그 길이부분의 대부분을 따라 토로이드 형상인 제1측면은 축방향으로 진행하고 반경방향 내측으로 연장하여 축방향 및 반경방향으로 진행하는 오목부에 연결되는 볼록상부를 구비하고 ; (b) 제2측면은 제1측면의 오목부의 단부로부터 실질적으로 축방향으로 진행하며, 다만, 실질적으로 그것의 전길이를 따라 얕은 오목부를 구비하며 ; (c) 하나의 호가 제1측면으로부터 원격한 그것의 단부에서 제2측면으로부터 축방향 및 반경방향으로 진행하며, 제2측면과 상기 호는 함께 토로이드 형성을 이루며 ; (d) 환상홈의 인접한 반경방향 벽에 대해 저유압하에서, 제3측면은 상기호로부터 반경방향으로 그리고 실질적으로 직선으로 연장하고 V형 홈을 형성하며 ; (e) 제4측면은 제1 및 제3측면을 축방향으로 연결시키며 ; 제1 및제2측면의 교차는 점 접촉부를 형성하며, 호의 제2측면에 연결되는 부분은 고유압하에서 접촉지역을 형성하는 것을 특징으로 하는 압축성 밀봉체.
4. 제1항에 있어서, 밀봉부재 및 응력부재는 강한 탄성 플루오르 플래스틱 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 봉 밀봉체.
5. 제1항에 있어서, 응력부재는 탄성 중합체 스프링인 것을 특징으로 하는 조립체.
6. 제1항에 있어서, 응력부재는 O-링 인 것을 특징으로 하는 조립체.
7. 제1항에 있어서, 기계부분들의 상기 쌓은 하나의 하우징과 하나의 피스톤 봉을 구비하는 것을 특징으로 하는 조립체.
8. 하우징내의 환상 홈내에 위치하며 고유압수준과 저유압수준이 작용되며 하우징 및 봉 사이에 밀봉을 이루기 위한 유압식 밀봉 조립체에 있어서, 상기 조립체는 탄성 중합체 링인 환상응력부재와 제1, 제2, 제3 및 제4측면들을 구비한 환상 밀봉 부재를 구비하며 ; (a) 그 길이부분의 대부분을 따라 토로이드 형상인 제1측면은 축방향으로 진행하고 반경방향 내측으로 연장하여 축방향 및 반경방향으로 진행하는 오목부에 연결되는 볼록상부를 구비하고 ; (b) 제2측면은 제1측면의 오목부의 단부로부터 실질적으로 축방향으로 진행하며, 다만, 실질적으로 그것의 전길이를 따라 얕은 오목부를 구비하며 ; (c) 하나의 호가 제1측면으로부터 원격한 그것의 단부에서 제2측면으로부터 축방향 및 반경방향으로 진행하며, 제2측면과 상기 호는 함께 토로이드 형상을 이루며 ; (d) 환상홈의 인접한 반경방향 벽에 대해 저유압하에서, 제3측면은 상기 호로부터 반경방향으로 그리고, 실질적으로 직선으로 연장하고 V형 홈을 형성하며 ; (e) 제4측면은 제1 및 제3측면을 축방향으로 연결시키며 ; 제1 및 제2측면의 교차는 점 접촉부를 형성하며, 호의 제2측면에 연결되는 부분은 고유압하에서 접촉지역을 형성하는 것을 특징으로 하는 유압식 밀봉조립체.
9. 제3항에 있어서, 상기 밀봉부재의 상기 제4측면에는, 저유압하에서 상기 제3측면의 상기 V형 홈에 의해 형성되는 점접촉부에 직각으로 정열되는 관계에 있는 상기 환상 응력 부재를 수용하도록 볼록 상면이 구비된 것을 특징으로 하는 압축성 밀봉체.