KR950008820B1 - 밀봉장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

밀봉장치

제1도는 본 발명의 제1실시예를 따른 밀봉장치의 단면도.

제1a도는 본 발명에 따른 밀봉장치의 한 부품을 형성하는 밀봉요소의 단면도로 무부하상태를 보여주는 도면.

제2도는 본 발명에 따른 밀봉장치의 한 부품을 형성하는 밀봉요소의 단면도로 부하가 걸린 상태에서 밀봉링상에 작용하는 압력을 설명하는 도면.

제3도와 4도는 밀봉링상의 압력분포를 예시적으로 설명하는 도면.

제5도는 제1도에서 일치하는 단면도로 하나의 밀봉요소의 또다른 실시예와 본 발명에 따른 밀봉장치의 일부를 형성하는 또다른 밀봉요소를 보여주는 도면.

제6도는 제5도에 일치하는 단면도로 처음 언급된 밀봉요소를 다른 위치에서 보인 도면.

제7도는 본 발명에 따른 밀봉요소의 부분을 형성하는 밀봉링의 또다른 실시예를 설명하는 도면.

제8도는 본 발명의 또다른 실시예의 단면도.

제9도는 제8도에 따른 실시예의 억압된 상태를 설명하는 도면.

제10도는 본 발명의 또다른 실시예의 단면도.

제11도는 제10도에서 도시한 실시예에서 밀봉링에 가해지는 압력분포를 설명하는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 밀봉링 2 : 밀봉요홈

3,4 : 부품 5 : (원통형)대향표면

6,7,8,9 : 측부표면 10,11 : 밀봉요소

12 : 틈(gap) 13,14,17,19,20 : 압력분포

21 : 정지돌기 22 : 요홈

23 : 바닥 25 : 밀봉요소

26 : 가이드 27,33 : 요홈

28,29,43 : 모서리면 30 : 몸체

31 : 플레이(play) 32 : 균압요홈

39,41,42 : 표면 50 : 공간

본 발명의 원통형의 분리되고 약간의 간격이 있으며, 서로에 관해 가동될 수 있는 두 부품 사이의 밀봉을 위한 밀봉장치에 관한 것이다. 부품들중 하나는 밀봉요홈을 구비하고 이 속에 하나의 링이 다른 부품의 원통형 표면에 맞대어 예비응력을 가지게 배열되어 이 표면에 대해 동적 밀봉을 유지하도록 위치되어 있는 것에 관한 것이다.

상기 밀봉 요홈은 밀봉링의 적어도 한쪽에 위치된 하나의 간극(gap)을 포함하고 적어도 하나의 밀봉요소가 전술한 밀봉 요홈에 밀봉링에 대해 예비응력을 가하도록 배열되어 있다.

고압에서의 밀봉 예를 들면 유압실린더와 이와 유사한 요소에서의 밀봉은 대부분은 동력작업기계와 복잡한 기계화 및 자동화 장치들에 대한 기능과 신뢰도에 한계로 간주되어 있다. 더욱 적합한 동적 밀봉을 개발하기 위한 발명 노력이 있음에도 불구하고 이들 마모성 부품은 실린더의 수명 기간중에 한번 이상 교환되어야 했었다. 또한 부적절한 밀봉기능이 유압식 장치의 고장의 통상적이고 대다수의 중대한 원인중 하나이었다.

오늘날의 밀봉기술과 이 밀봉기술의 봉착한 기능상 필요의 곤란성은 한계 최저수명뿐 아니라, 제품의 타입에 따라 변화하는 정도에서 제품의 기능을 저하시키고 더구나 유압기술의 응용범위를 제한하는 다른 여러질을 바라고 있다. 해로운 밀봉과 수명외에도 이는 고온과 저온에서의 모든 한계와 마찰 및 스턱-스립(stic-slip)등의 심각한 결점으로 생각되는 여러 한계가 있다. 밀봉기능의 주요성의 결과로 또 만족한 밀봉기능을 얻는데 어려움의 결과로 최상의 가능한 결과를 얻는데 직경의 오차를 비교적 작게한 밀봉표면 예를들면 실린더 파이프와 봉 피스톤의 표면의 마감을 극히 우수하게 가공함에 의해 비교적 만족하고 비교적 간단한 제품을 만들어왔다. 통상 폴리머(polymer) 재료로 만들어지는 밀봉요소들은 조합되는 표면의 조건이 재료 비용에 비해 주된 비용이기는 하지만 구성요소의 비용의 일부의 일반적으로 담당한다. 따라서 밀봉요소를 위한 총비용은 주된 비용이고 밀봉요소 재료 자체의 비용은 일반적으로 무시해도 된다.

수명문제는 기본적으로 3개의 주원인으로부터 발생한다. 밀봉체는 압력과 압력변화에 의해 피로 부하를 받고 결과적으로 크랙(cracks)이 형성되어 누설되며 파괴되는 결과를 가져온다. 압력때문에 밀봉요소는 힘을 받아 밀봉된 두 부품사이에 크랙(crack)으로 간극이 생기게 되고 누설되며 결국 파괴된다. 낮은 동적누설을 이루기 위해 밀봉몸체에 액체막을 가르는 밀봉립 혹은 표면돌기들이 형성된다. 만일 최대 접촉압을 받는 이 부분의 밀봉요소가 마모되면 최대 접촉압이 더이상 이루어지지 않아 동적누설(dynamic leakage)을 증가시키게 되고 따라서 운전에 혼란이 있게 된다. 오늘날의 전통적인 밀봉법은 따라서 밀봉표면의 마모에 대한 적당한 저항성과 피로강도, 교환등을 고려하여 형성된다. 어떤 신규한 밀봉타입도 최근 20-30년 대에는 거의 개발되지 않았다. 그러나, 밀봉체의 새로운 부품과 새롭고 더 개선된 재료들은 피로강도와 교체의 질 및 마모의 질을 개선하여 왔다. 비록 오늘날의 모든 타입에서 수명문제가 있더라도 그것은 주로 밀봉 접촉표면의 마모이다. 이는 아직 포괄적인 미해결 문제이다. 공지된 재료중 가장 내마모성이 강한 재료를 사용했음에도 불구하고 마모는 말할것도 없이 대부분의 경우에 극히 크다. 수년간의 전세계적인 응접된 노력에도 불구하고 더 연구하지 않는 이유는 종래 밀봉법을 위한 기능적 원리가 밀봉기능을 결정하고 동시에 밀봉립이 마모되지 않거나 혹은 재료가 일정하다는 가정하에 매우 높은 정도로 만든 밀봉요소가 변형됨에 따라 변형하는 립(lip)에서 극히 높은 접촉압력을 나타낸다. 재료와 접촉위치에서, 즉 밀봉립에서의 압력은 마모와 동시에 재료의 경화를 증가시키는 인자이다. 아직 아무도 밀봉요소 형상과 재질에서 만족할만한 밀봉요소를 개발하는데 성공하지 못했고, 또 아마도 그 어느 누구도 공지의 재료와 재료의 질에 의해 장래에 이것을 완전히 할 수 있을 것이며 단지 그 정도를 변화시킬 수 있을뿐일 것이다. 그러므로, 오늘날의 밀봉기술 수준은 그들의 잠재력의 극한까지 이미 개발되었으며 어떤 결정적인 방법으로든 더이상 진보될 수 없다고 믿어지는데는 이유가 있다.

밀봉립내의 고압은 액체압력과 밀봉요소가 그의 밀봉요홈내에서 압축되었을때 밀봉재료에서 일어나는 압력의 합으로 구성된다. 밀봉요소의 예비-압축은 저압과 재료(zero)압에서 동적 밀봉상태를 유지하기 위해 필요하다. 시간이 지남에 따라 밀봉요소는 그의 예비-응력이 풀어지고 따라서 밀봉립에서의 압력이 이완되어 가끔 일정한 시간이 흐른후 저압에서 밀봉에 문제가 발생한다. 이러한 문제들은 통상적으로 겨울에 점도가 높고, 저온에서 밀봉재료의 탄성도가 감소되었을 때 심하게 된다.

장착과 관련된 이런 문제들을 감소시키기 위해 결국 밀봉요소들은 폴리머 재료에서 비교적 큰 반경방향 두께를 가지게 형성되어야 한다. 이는 비합리적인 큰 칫수를 가지는 밀봉요소를 형성하게 되고 제품으로 만들기 어렵고 비싼 결과를 초래하게 된다.

이를 요약하면, 저압에서의 통상적인 폴리머 밀봉요소의 밀봉기능은 비교적 높은 밀봉단면의 예비압력에 도달해 있어야 말할 수 있다. 이때 밀봉립에서 요구되는 표면압력은 통상 2-5MPa 정도이다. 밀봉립에서 경화와 마모를 하게 되는 압력은 10과 30MPa 사이인 통상적인 25MPa이다. 즉 필수적으로 밀봉기능을 수행하는데 필요한 표면압력 보다 크다. 따라서, 이는 종래의 밀봉기술의 기능적 원리에는 근본적인 불안전함이 존재하며 이는 이들 밀봉요소가 밀봉이 요구하는 동기보다 훨씬 더 높은 부하가 걸리고 마모되는 결과를 초래한다.

ㆍ액체압에 종속하여 밀봉요소와 해당표면 사이의 높은 접촉압의 결과는 초기마찰이 높게 되는 것이다. 즉 운동에 따라 마찰이 감소하여 소위 스틱-스립운동이 발생된다는 것이다.

ㆍ압력과 점도 및 여러 인자들이 스틱-스립운동에 영향을 줄때 통상적인 밀봉요소는 유압장치가 전자장치에 비해 그들 자신의 정밀도에 대한 신뢰를 부여받기에 미흡하다는 사실에 기여하고 있다.

밀봉요소상의 마멸을 감소시키는 한 방법은 저속에서 미리 유막을 형성하여 결국 미끄럼 베어링으로 작용하도록 밀봉요소를 형성시키는 것이다. 내부적 누설이 아무런 해로운 결과를 주지 않는 밀봉피스톤에 대해, 이 방법이 사용될 수 있다. 또한 이 방식은 오늘날 비교적 많이 사용되고 있다. 그러나 피스톤 로드(piston rod)에서 외부누설을 허용될 수 없고 이와 관련하여 항상 막을 형성하고 있어야 한다. 만일 막형성이 증가한다면, 이는 고속과 고점도에서 발생한다. 반전을 위해 실린더에서의 왕복운동에서 점도가 제로로 감소되어야 한다는 사실에 의해 막형성은 행정의 일부분에서만 일어난다. 저점도에서는 마모가 크고 한계점이며 따라서 실제에 있어 양호한 막형성을 하는 밀봉이 어떤 국한적인 방식에서도 막을 형성할 수 없는 밀봉보다 더 내마모성이 있지 않다.

따라서, 종래 밀봉요소의 수명은 근본적으로 내마모성 밀봉재료의 선택에 의해 연장될 수 있고 또 마주보는 대향표면에 대한 얕은 단면깊이와 다른 단면형상보다 비교적 낮은 마모를 가지는 표면형상을 가짐에 의해 연장될 수 있다. 오늘날의 가장 보편적인 밀봉재료는 여러 마모 감소 첨가제를 가진 폴리우레탄과 나일론이다. 그러나 다른 재료와 조합된 PTFE도 비교적 통상적인 밀봉재료이다. 폴리머재료의 밀봉은 오래전부터 실린더와 이와 유사한 요소에서의 밀봉재료로 가장 많이 사용되어 왔다. 그러나, 하나의 예외로서 특히 미국에서는 금속의 피스톤링이 비교적 자주 사용된다. 이들 피스톤링은 밀봉방식으로 찢어진 틈을 덮으며 분할되어 있다. 이런 밀봉타입의 장점은 수명이 길고, 고온에 잘 견디며, 비교적 마찰이 적고, 양호한 스틱-스립질을 가지며 칫수가 작다는 것이다. 그러나 매우 큰 결점은 누설이 매우 크다는 것이다. 이는 이 결점은 피스톤링을 특별히 산업적 기계에의 장치에서만 피스톤 밀봉요소로 사용되도록 제한한다. 금속으로 된 피스톤링은 만일 누설이 폴리머 재료로 된 유연한 밀봉요소보다 100-1000배를 넘지 않으며 훌륭하게 밀봉되고 있다할 것이다. 말할것도 없이 금속으로 된 피스톤링이 성공적으로 사용되어 왔다는 사실은 피스톤누설이 실린더를 조정하는 밸브에서의 누설과 동일한 정도의 것인 사실에 의해 설명된다. 상이한 재료들간의 주요한 차이는 그들의 스틱-스립질과 마찰의 질 및 다른 표면의 분자에 일시적으로 국부적 분자결합을 형성하려는 이들의 경향이다. 이 관점에서 통상의 폴리우레탄과 질화물 재료는 나쁘고 상이한 형태의 PTFE-조합이 좀 나으며 일반적으로 금속이 가장 좋다. 오늘날의 통상적인 밀봉요소로는 모든 타입의 장치에 다좋은 밀봉요소는 없고 밀봉타입과 재료 둘다가 가능한한 가장 좋은 장치를 얻도록 하기 위해 선택되는 것이다.

본 발명은 상기 언급한 결점과 공지된 다른 결점들을 제거한다. 일부 증가된 정적 초기 누설은 허용된다. 그러나 본 발명에서 또 동일한 밀봉에서 하기의 장점들이 얻어졌다.

a) 밀봉요소와 이와 조합되는 대향표면을 위한 총 비용의 감소.

b) 대향표면이 비교적 큰 단면깊이(high profile depth)를 가지고 비교적 마모성인 표면 윤곽을 가지더라도 장시간의 수명보장.

c) 낮은 마찰.

d) 스틱-스립에 대한 낮은 경향.

e) 고온과 저온에 대한 영향없음.

f) 압력유체에 의해 화학적으로 영향을 받지 않는 무감각한 밀봉재료.

g) 밀봉요소와 대향표면간의 일시적인 국부 분자결합에 대한 낮은 경향.

h) 장착되었을때와 장착되지 않았을때의 양쪽다에서 저장에 안정한 밀봉.

i) 작은 칫수(체적).

본 발명에 따른 밀봉장치는 하나에서 동일한 말봉요소에서 동시에 상기에 언급된 모든 질을 가지면 종래 밀봉타입의 최선의 질과 비교하여 각각의 질보다 더 나은 혹은 적어도 그들의 질과 같은 정도의 질을 가진다. 이를 가능하게 하기 위해 본 발명에 따른 밀봉장치는 신규한 기능적 원리가 질에 있어 선호적인 기능을 주고난 후 주요점에서 작동한다.

이를 얻기 위하여 본 발명은 청구범위에서 기술된 바와 같은 특징을 가진다.

종래 밀봉요소의 타입은 밀봉요소와 직접 액체압력을 증가시키는 조합되는 대향표면 사이에 높은 접촉압을 가지고 있다. 또한 이들은 이들의 밀봉기능을 위해 결정적인 특정한 "밀봉립" 혹은 이와 유사한 것을 가지고 있다. 이 밀봉요소는 재료에서의 마모와 경화에 따라 저하되어 누설을 증가시키는 결과를 가져온다. 본 발명은 긴 수명을 위한 제1의 필수적 요건으로 밀봉요소와 이와 조합되는 대향표면 사이의 접촉압이 낮고 액체압에 의해 받는 영향이 비교적 제한된 범위내에 있게 되는 조건에 맞는다. 긴 수명과 양호한 밀봉을 위한 제2의 필수요건으로 본 발명에 따른 밀봉장치는 밀봉을 위한 밀봉형상의 요부가 고착 혹은 마모에 의해 해침을 받지 않는 조건에 맞는다. t

오늘날의 밀봉기술은 발명 노력에도 불구하고 예비응력을 구비하는 문제를 해결하는데 성공하지 못했다.

문제해결 과제는 균일하고 충분히 크며 시간이 흐름에 따라 변하지 않고 마모 주변환경의 인자에 따라 변하지 않게 하는 것이다. 대부분의 탄성물질 예를 들면 고무폴리우레탄등과 같은 물질들은 재료선택에 완전히 결정적이다. 일반적으로 완전히 불충분한 탄성물질로 간주되는 금속에 관해서는 한가지 예가 피스톤링이고 이는 굽힘과 굽힘응력을 통하여 그들의 직경을 변화시킬 수 있는 비교적 큰 능력을 얻는다. 고무, 폴리우레탄등과 같은 탄성체 상대의 종래 밀봉요소의 예비-응력은 주로 밀봉요소의 단면을 압축함에 의해 약간 원주방향으로 변형시킴에 의해 얻어겼다. 유연한 종래의 밀봉요소들은 원주 주위로 비교적 균일한 표면압력을 수용한다. 그러나 이는 시간이 지남에 따라 재료의 경화와 마모에 기인하여 또한 여러 주변인자의 영향에 의해 감소한다. 경화를 감소시키기 위하여 밀봉요소의 반경방향 높이는 증가되어야 하고 적어도 하나의 재료가 비교적 양호한 경화질을 가지는 재료들 혹은 재료의 조합이 사용되어야 한다. 통상의 피스톤링에서의 예비-압력은 허용가능하게 높기 위하여 피스톤링의 반경방향 높이가 휘청거리지 않을 정도로 비교적 높아야 한다. 피스톤링과 관련된 문제는 이렇게 높게 되어서 링이 조합되는 대향표면의 결합타원, 파형등을 따라 형성되기에는 너무 굽힘 및 비틀림 강성이 크게 된다는 것이다. 따라서 금속으로 된 통상의 피스톤링은 극히 불균일한 원주상의 접촉압력을 갖게 되고 표면접촉이 있는 부분을 포함하게 되어 결과적으로 비교적 높은 누설율을 나타내게 되어 결정적인 단점으로 제기된다. 본 발명에 따른 밀봉장치가 고정이 자유롭고 탄성이며 강성인 재료 예를 들면 강철과 같은 재료를 가진 밀봉링을 포함하며 상기 언급한 징점을 얻고 소망의 탄성도를 얻으며, 균일하고 충분히 높은 접촉압을 가지며, 시간경과에 무감각하고 마모와 주변환경 인자에 영향을 받지 않는 밀봉장치를 만들 수 있게 되는 것은 극히 놀라운 일이다.

본 발명은 해당 대향표면의 직경에 대한 허용영역은 만일 링방향에서의 밀봉링의 재료가 그의 항복점까지 압축응력 혹은 인장응력을 받을 때 얻어지는 직경의 변화보다 작다는 사실의 관찰과 필요 요건에 따라 구성되었다. 또한 링방향에서 비교적 큰 인장 혹은 압축응력을 형성하는데 극히 작은 접촉압력으로 가능하다는것이 놀랍다. 본 발명에 따른 밀봉장치에서 높은 밀봉효과를 위해 필요한 밀봉링의 가로단면의 원주방향에서 낮은 접촉압과 굽힘 및 비틀림 능력 둘다는 링이 극히 낮은 반경방향 중간높이(h)을 가지고 있다는 사실에 의해 얻어진다. 밀봉링의 접촉압(P), 그의 직경(d), 그의 단면적(A), 그의 중간높이(h_m), 그의 폭(b), 그의 직경변화(△d) 및 그의 탄성계수(E)는 하기의 식으로부터 만족하고 정확히 증명된다.

어떤 경우, 직경(d)와 또한 예비압력 즉 직경변화(△d)는 일정하다. 예비압력(△d)은 물론 직경(d)의 틈새영역 보다 커야 한다. 적당하게 낮은 탄성계수를 가진 재료를 선택함에 의해 또 중간높이(h_m)를 충분히 낮게 만들면 접촉압력도 충분히 낮게 된다. 식으로부터 중간높이(h_m)가 직경(d)의 증가시 증가할 수 있음이 명백하다. 그의 단부표면에서 밀봉요소는 밀봉요소가 밀봉을 하고 있는 부품 사이의 반경방향 높이를 넘는 높이를 가져야 한다. 그러나 이들 표면 사이의 두께는 감소되는 것이 유리하다. 통상적으로 존재하는 필요간격을 염두에 두면 밀봉요소는 일반적으로 중간높이 1mm 이하로 주어질 수 있다. 중간높이(h_m)는 직경(d)이 증가함에 따라 큰 직경(d)에서는 표면압력(P)가 너무 높게됨이 없이 비교적 높은 값으로 증가될 수있다. 밀봉링이 대향표면을 따르고 완벽한 밀봉기능을 줄 수 있으므로 중간높이(h_m)는 일정한 정도로 제한되어야 하고 또 그의 폭(b)도 제한되어야 한다. 본 발명에 따른 밀봉장치는 밀봉링의 원주방향에서 고정되지 않는 탄성 예비응력을 통하여 접촉압력을 발생시킨다. 이는 근본적으로 그들의 예비-압력을 실질적으로 그들의 탄성압축과 고착된 경사단면에 의해 발생시키면 통상의 유연성 혹은 반-강성 밀봉요소와 다르다.금속으로 된 종래의 피스톤링과 비교하여도, 또한 동일한 근본적 차이점을 발견할 수 있다. 그 차이점은 고착이 없어 접촉압을 주는 그의 단면에서 단지 굽힘응력만 가진다는 사실이다. 밀봉링과 대향표면 사이의 총접촉압력은 통상의 유연성 밀봉요소에 있어서 거의 예비-압축압력에 밀봉요소상의 매개체 압력강하를 더한값이다. 금속으로 된 종래 피스톤링에 대한 접촉압력은 대략적으로 예비-압축압력에 밀봉링상의 압력강하의 반을 더한 값이다. 만일 다른 측정이 없다면, 이 또한 본 발명에 대해 확정적이다. 종래의 유연성 밀봉요소와 오버랩핑 슬릿(overlaping slits)를 통해 공지의 금속 피스톤링으로 구별되는 바와 같이 본 발명에 따른 밀봉장치는 비교적 높은 접촉압이 매개체의 압력에 독립하도록 형성될 수 있다.

이에 필수적인 것은 강하고, 작으며 찢어지지 않는 단면이다.

설사 금속으로 된 종래의 피스톤링과 같이 본 발명에 따른 밀봉장치(sealing device)가 밀봉요소에 걸린 압력강하의 반을 포함하는 접촉압력으로 작동된다 하더라도 밀봉링(sealing ring)을 감압하고 접촉압력이 낮춤에 의해 많이 극복될 수 있다. 이때 마모와 마찰이 감소될 수 있고 대향표면상의 불균일 표면도 허용될수 있다. 본 발명의 선호된 실시예에서 밀봉요소가 금속으로 만들어져 있다는 사실에 의해 제3의 기본적인 필수요건이 만들어지도록 하는 것이 가능하다. 즉 수명과 밀봉요소와 주변환경에 대한 영향을 받지 않게 하기 위한 기본적 조건, 이를 테면 밀봉재료와 밀봉의 질이 고온과 저온에서 혹은 매개체에 의한 화학적 영향을 받지않게 혹은 대향표면과 일시적으로 분자결합하지 않도록 하는 필수조건을 구비하는 것이 가능하다. 밀봉링과 대향표면 사이의 접촉압력에서의 낮은 압력에 기인하여 또 균등하고 주변환경에 의해 비교적 약하게 영향을 받는 마찰력을 가지는 선호된 딱딱한 밀봉재료에 기인한 필수적인 하나의 힘의 실현이 가능하여 마찰을 줄이고 스틱-스립운동에 대한 경향을 낮추게 한다. 밀봉링은 장착되었을 때 예로써 피스톤 밀봉에서 압축응력에 따라 틈새(split)가 압축되고 혹은 인장응력에 따라 예로써 피스톤 로드 밀봉에서 틈새가 없으므로 항상 "틈새없는(unsplit)" 상태이다.

연성 및 강성 밀봉재료의 밀봉요소가 각기 대향표면에 압압되었을때 밀봉능력과 마모 양쪽다에서 큰 차이가 있다. 종래의 연성 밀봉요소는 초기 약 1000 행정중에 대향표면을 마모시키고, 운동방향으로 절반의 프로필 깊이(profile depth)로 측정된다. 표면마모는 급격히 감소한다. 이때 많은 경우 운동방향의 단면으로 측정되었을 때 표면 불균일도는 증가한다. 연성 밀봉요소는 높은 곳과 낮은 곳 모두를 마모시키는 경향을 가진다. 이는 무엇보다도, 깊은 곳의 연질 재료가 연질 밀봉재료에 의해 깎여 나갈 수 있음을 의미한다. 강한 밀봉재료는 높은 곳의 재료만 마모시킨다. 이는 모든 방향에서 측정된 표면을 항상 개선시킨다. 단단한 밀봉요소는 대향표면 윤곽의 높은 곳 아래로는 절대 내려갈 수 없기 때문에 깊은 곳의 재료를 건드리지 않은 채 놓아둔다. 통상의 연질 및 반-경질 밀봉요소와 본 발명에 따른 실시예에서의 밀봉장치 사이의 비교수명시험은 금속 밀봉요소가 그의 무시할 수 있는 정도로만 마모되나 연질과 반-경질의 밀봉재료는 상당히 많이 마모됨을 보여준다.

더구나 경질 밀봉요소는 그의 원형 형상을 유지하지만, 연질 및 반-경질 밀봉요소는 표면압력이 제일 높은 "밀봉립"에서 심각하게 마모되었다. 열처리된 강으로 된 금속 밀봉요소의 마모는 장시간의 시험이 완료된 후 1 마이크로미터보다도 작았다. 이는 마모가 공장에서 제조된 그대로의 밀봉표면 윤곽의 높은 곳은 부분적으로 마모시키도록 제한되기 때문에 안전하게 확정될 수 있다. 경금속 밀봉재료는 그의 국부적인 최고부하를 밀봉표면과 대향표면이 서로 만나 상부와 상부가 만나는 점에서 받는다. 이는 본 발명에 따른 밀봉장치가 그의 극히 낮은 밀봉마모르 연질과 반-경질의 밀봉요소와는 다른 것으로서 대향표면의 윤곽깊이와 표면 특성에 비교적 무감각한 것 같이 보인다. 통상적으로 호닝(honing), 연마(grinded), 혹은 롤-포리쉬(ro11-polished)된 표면은 기능은 양호하다. 그러나 표면에 긁힘이 많다. 통상의 연질및 반-경질 밀봉요소는 밀봉요소의 접촉표면과 대향면 사이의 미세한 틈새를 막는다는 점에서 더 안전한 기밀능력을 가졌다. 경질 밀봉요소는 이 관점에서 한계가 있고 정적 초기 누설과 특정한 경우의 동적 누설(dynamic leakage)이 통상의 연질 밀봉요소 보다 크게 될 수 있다. 이는 내부 누설만 있는 피스톤 밀봉으로서는 심각한 결점이 아니다. 그 이유는 밀봉의 누설이 실린더 밸브의 누설에 비해 현저히 작고 누설에 해당하는 비작동 유체 실린더에서의 유압오일의 냉각보다 현저히 작기 때문이다. 1-5 마이크로미터 정도의 크기를 가지는 높이의 통로에서의 미세 누설은 오일 분자의 유압에 따른 밀봉작용후 빠르게 중지되므로 후에 정적으로 완전히 기밀상태로 된다. 누설이 외부로 진행되는 경우 피스톤 로드를 밀봉할때는 경질 밀봉요소가 혼자서 완벽한 밀봉기능을 할 수 있다. 종래의 연질 밀봉요소는 압력이 크고 속도와 점도가 낮을 때 특히 급속히 마모된다.

저압에서 마모가 상당히 적어진다. 내마모성이고 고압에서도 작동하는 본 발명의 밀봉장치를 결합시킴으로써 누설방향이 하향으로 위치되어 연질 밀봉만이 저압에서 기밀을 유지할 수 있는 종래의 연질 밀봉일지라도 낮은 누설을 가지고 낮은 마찰 및 긴 수명을 가지는 피스톤로드 밀봉이 얻어질 수 있다. 이 밀봉장치의 밀봉을 더 향상시키기 위하여 두가지 척도가 있다. 대부분 누설은 비교적 거친 대향표면의 미세통로부터 유도되기 때문에, 이 표면은 금속이 아닌 부드러운 물질의 층으로 피복될 수 있다. 예를 들면 랙커(laczuer)층을 도포할 수 있다.

이는 미국특허 A-4,532,151호의 스웨덴 특허 A-8203892-1호에서 기술된 표면 코팅방법에 의해 선호적으로 실시될 수 있다. 이 방법에 따르면 표면이 먼저 진공처리되고 여기에 "랙커"가 고압으로 직접 공급되어 선택된 일정한 두께의 균일한 층으로 분무된다. 이 방법으로, 피스톤로드 표면에 통상으로 존재하는 공극성 크롬층을 충진하고 긴장시킬 뿐 아니라 비교적 거친 일반 표면을 피복하고 또 대체로 조그만 연발홈이 가지는 해로운 효과를 제거할 수 있다. 진공은 우수한 접착력 및 침투성을 또한 양호한 표면 충진성을 제공하지만 안정하고 우수한 표면층 충진을 위해서는 압력이 필요하다.

이 방법으로 연질 표면을 완성하고 이들 연질 재료가 실질적으로 경질 표면, 불순물, 홈등의 골에 위치되어 있는 금속표면은 본 발명과 통상의 연질 밀봉에 따른 밀봉장치에 의해 다른 방법으로 영향을 받는다. 경질 밀봉의 누설은 감소하고 막형성이 용이해진다. 그 이유는 밀봉요소와 대향표면 사이의 흐름에 관한 표면이 더 매끈하고 틈이 없어지기 때문이다. 또한 밀봉요소와 대향표면 사이의 두 접촉압력은 각 표면의 금속상부에서 발생되지만 이 압력은 감소된다. 연질의 종래 밀봉요소는 금속표면의 상부의 양쪽에서 높은 액체압력에서 마모되고 연질의 재료는 표면의 골에서 가장 길게 남아있는다. 공급된 표면층 연질 밀봉재의 타입등의 마모질에 따라 표면이 더 혹은 적게 마모되어 표면의 하층표면 윤곽이 나타나도록 된다. 저압과 양호한 피복재료를 쓰면 연질 밀봉재의 표면코팅상의 마모는 작아질 수 있다. 이는 값어치 있고 피스톤로드의 밀봉에 먼저 본 발명에 따른 밀봉장치로 이용되어 고압을 사용할 수 있고 따라서 예를 들어 폴리우레탄으로된 U-링 같은 저압에서 높은 밀봉능력을 유지하는 통상의 연질 밀봉요소는 이용할 수 있다. 경질재료로 만들어진 본 발명의 밀봉장치의 밀봉능력을 향상시킬 수 있는 다른 가능성은 대향면에 대한 밀봉요소의 접촉표면을 비교적 얇은 연질 내마모성 재료로 피복하는 것이다. 또한 밀봉요소를 두 부분으로 만들 수 있으며, 접촉부분은 반-경질성 및 형태안정성 있고 내마모성인 재질 즉 강화 고분자 재료로 된 좀더 두꺼운 링에 위치하고, 한편 형태안정성이 더 우수하고 무경화성 재질인 금속으로 된 더 얇은 링으로부터 예비 응력을 얻는다.

십분지 수밀리미터 혹은 최대 1밀리미터의 두께가 주어진 접촉표면에서의 연질 혹은 반-경질재료는 밀봉능력을 향상시키나 불량한 표면에 대해서는 더 예민하고 또한 더 큰 마모를 받게된다. 그러나 밀봉링의 접촉표면상의 마모에 따라 이는 실질적으로 그의 원래 원통형상을 유지하고 마모와 셋팅(setting)은 근본적으로 밀봉문제가 되지 않는다. 하지만 많은 마모가 예비압력을 감소시키고 너무 낮은 접촉압을 유발시켰을 때는 문제가 된다. 다른 밀봉타입으로는 연질의 내마모성 재료를 가진 대향표면의 밀봉요소가 두께와 수명을 증가시키는 장점이다.

본 발명이 첨부된 도면을 참조하여 좀더 상세히 설명될 것이다.

본 발명에 따른 밀봉장치는 두 부품 사이에 밀봉요소가 존재해야 하고 다른 부품의 원통형 대향표면(5)에 동적(dynamically)으로 밀봉이 되어야 하는 부품(3)(4)중 하나에 형성된 밀봉요홈(2)내에 위치된 하나의 밀봉링(1)을 포함하고 있다. 그러나, 실제적인 해결의 필수요전은 밀봉요소가 부품에 정적(statically)으로 밀봉하고 여기서 밀봉요홈(2)은 부품(3)(4)가 움직임, 변형등에 기인하여 서로에 관해 이동될 수 있게됨과 동시에 형성된다는 것이다. 예비응력을 받게 배열된 밀봉링(1)이 전술한 대향표면(5)에 대해 압축되어 있기 때문에 밀봉요소는 이 표면을 따른다. 따라서 밀봉은 반경방향 이동없이 적어도 밀봉요소앞의 고압이 밀봉후의 저압으로 떨어지는 밀봉요홈(2)측에 대해 밀봉되어야 한다.

본 발명에 따라 이 밀봉을 실현하는 여러 가능성이 있다. 다르게 응용되는 안정성을 가진 3개의 선호적 해결방법이 하기에서 기술된다. 제1의 해결방법은 제1도-제7도의 도움으로 거의 완벽히 기술된다. 이방식은 밀봉요소가 높은 비용을 요하지만 더욱 무한정하게 압력부하를 받지 않을 수 있고 또한 압력제한 기능을 할 수 있다. 제2의 해결방식은 제8도-제9도를 참조로 하여 좀 짧게 또 제1방식과 다른 점이 기술되고 있다. 제2의 방식은 밀봉요소에 대한 비용이 낮지만 그의 기능 특히 이중작용 밀봉장치의 압력-무부하의 가능성과 관련된 한계를 가진다. 제3의 해결방식은 제1의 방식(제1도-제7도)보다 더 낮지만 제2의 방식(제8도-제9도)과는 거의 같은 비용이 드는 밀봉요소가 나타낸다. 이는 가장 작은 크기를 보이고 제1방식과 같이 압력 무부하로 될 수 있다.

제1도의 실시예에서, 밀봉은 밀봉링의 측부표면(6)(7)과 밀봉요홈의 각 측부표면(8)(9) 사이의 공간을 밀봉요소(보통 탄성와샤(resilient washer)(10)(11)에 의해 각기 동시에 밀봉함에 의해 실현된다. 따라서 밀봉요소(10)(11)는 밀봉링(1) 양쪽과 도시된 부품중 한 부품(3)에 수동적으로 붙고 밀봉하는 한편 밀봉링(1) 단독으로 다른 부품(4)에 동적으로 밀봉한다. 부품(3)(4) 사이의 틈(12)은 이들 부품이 서로에 관해 움직일 수 있도록 한다. 부품(3)(4) 사이의 운동은 밀봉요소(10)(11)와 밀봉링(1) 사이의 접촉표면 즉, 밀봉링의 측부표면(6)(7)에서 연결되고 밀봉된다. 따라서 밀봉은 접촉장소에서 부품(3)(4) 사이의 이동영역보다 큰 최소높이를 가져야 한다. 밀봉 및 대향표면 사이의 가능한 최소표면 압력을 만들기 위해 밀봉링(1)은 될수 있는데로 얇아야 하고 이는 밀봉요소(10)(11)에 접촉한 측부표면(6)(7) 내측에서 더 얇게 만들어진다. 밀봉링(1)에 걸리는 압력강하가 없을 경우 밀봉링과 밀봉요소(10)(11)는 중간위치에 있다. 밀봉요소중 하나에 압력강하가 일어났을때 제1도에서 도시된 밀봉요소(10)는 일정한 압력강하에서 밀봉요홈(2)의 측부표면에 압압된다. 밀봉요소(10)(11)과 밀봉링(1) 사이의 고정밀봉을 위한 여러 기능적 요건이 있다. 밀봉요소(10)(11)의 칫수설정 요건한계는 부품(4)이 압력강하 방향의 반대편으로 부품(3)에 대해 움직일때 최대 스프링-지지상태에서의 밀봉요소(11)의 스프링 힘이 밀봉링(1)을 밀봉요소(10)에 대향하여 고정할 수 있어야 하는 것이다. 물론 이는 고압과 저압 양쪽다에 대해 유효하다. 밀봉요소(11)에서의 스프링 힘은 밀봉링(1)이 이것과 부품(4)의 표면 사이의 마찰력에 의해 밀봉요소(10)에 있는 밀봉링 사이의 밀봉장소와 접촉표면으로부터 끌어 당겨지지 않을 정도로 커야 한다. 마찰력은 접촉표면이 작고 마찰계수가 낮으며 다른것들 사이의 압력 균형때문에 접촉압력이 낮아 비교적 낮게 유지될 수 있다.

어떻게 압력균형이 얻어지기는 제2도에서 알 수 있다. 밀봉링(1)은 반경방향에서 압력분포(13)으로부터 나타난 바와 같이 부품(4)에 누르는 방향으로 작용하고 밀봉링(1)에서 형성된 압력보상 요홈(15)와 구멍(16)에 의해 얻어지는 압력분포(14)로부터 알 수 있는 바와 같이 부품(4)으로부터 반대방향으로 작용한다. 따라서, 부품(4)에 가하는 압력분포(17)는 밀봉표면의 비교적 작은 표면에 작용하여 압력이 높은 압력으로부터 더 낮은 압력으로 떨어진다. 표면 사이에서 발생되고 압력차이를 균등화하는 접촉압력은 밀봉요소의 단면이 단단하기 때문에 밀봉요소 전체에 걸쳐 분포한다. 분포는 여러 인자에 의해 영향을 받지만 항상 균형잡히지 않은 대부분의 밀봉표면에서의 표면압력이 가장 높게 된다. 제2도에서 축방향 압력이 도시되었다.

실험은 링이 마모되었을 때 그의 표면 전체에 걸쳐 비교적 균일하게 증가하는 법칙에 따라 밀봉요소와 같이 동시에 마모된다. 밀봉링의 접촉력의 실질적인 부분은 밀봉링의 예비응력으로부터 압력-균형된 밀봉링을 위해 작용한다. 제3도에서 어떻게 압력매체서의 반경방향의 압력분포(17)의 밀봉링의 유사하게 반경방향 배열된 직경변화와 예비-응력으로부터 연유된 "압력분포"(18)이 전체 압력분포(19)로 구성되는지를 보여준다. 제4도는 어떻게 압력분포(19)가 밀봉링(1)과 부품(4)의 대향표면(5) 사이에서 접촉압력분포에 의해 균등화되는가를 보여준다. 밀봉요소가 대향표면(5)에 아무런 상당한 비틀림 없이 붙어있기 때문에 두 압력분포(19)(20)는 힘과 모멘트 둘다에 관해 평형된다. 총폭의 비평형 표면부분이 약 20%이기 때문에 접촉표면에서의평균압력은 매개체의 압력의 약 10%만에 의해 영향을 받고 증가된다. 이는 대향표면(5)이 탄성돌출하지 않는한 유효하게 밀봉링(1)의 예비-압력의 감소 혹은 증가에 따라 접촉압력을 감소 혹은 증가시킨다.

피스톤로드가 봉체이거나 혹은 관형체인 곳의 피스톤로드 밀봉요소는 그의 저항이 없는 표면으로 작동되지만 실린더 튜브에 닿아 작동하는 피스톤 밀봉요소는 압력이 증가하면 튜브의 직경도 증가되어야 한다. 그러므로. 피스톤 밀봉에 대해, 기술자는 안전을 이유로 그의 허용영역내의 최대직경의 튜브에 대해 고압면에서의 최대압력 영향을 받을때 예를 들어 이 압력의 약 63% 정도로 저압면이 영향을 받도록 밀봉링(1)의 예비-응력과 비평형 표면을 조정한다. 밀봉장소에서 튜브는 밀봉요소 전후의 압력의 평균치에 비례하여 외부로 밀린다. 만일 특정한 압력에서 긴 튜브가 일정한 정도의 탄성을 가지면, 외부로의 탄성요량(elastic deflexion)은 밀봉장소에서 통상적으로 이 탄성요량의 반이된다. 그 이유는 밀봉요소의 저압측에서의 압력이 영(0)이기 때문이다. 비평형 평면상의 압력이 원인이 되는 접촉압력의 증가는 밀봉요소의 고압측과 저압측에 각기 존재하는 압력사이의 차이에 비례한다. 밀봉요소의 두께가 튜브두께의 양 10%일 수 있기 때문에 단지 조그만 비평형표면과 낮은 압력차이가 매개체에서의 압력에 기인한 대향부품(4)의 편향시 밀봉링의 예비-응력감소를 위해 보상하는데 필요하다. 실린더튜브는 일반적으로 매개체의 최대압력에서 튜브의 인장응력이 튜브재료의 항복응력치의 약 40-70%가 되도록 칫수가 정해진다. 밀봉요소의 평균두께가 튜브두께의 약 10%일때, 매개체의 최대압력의 10%의 표면압력, 접촉압력만은 영(0)으로 부터 최대압력으로 튜브의 최대 반경 탄성도에 해당하는 직경차이를 동일재료의 밀봉링을 압축하기 위해 필요로 한다. 이때 통상적으로 밀봉요소내에서 일어나는 응력차이는 튜브에서 응력으로 얻어지는 튜브재료의 항복응력치의 40-70%의 반정도만 된다. 따라서 피스톤 밀봉요소에서의 응력변화는 튜브재료에 대한 항복응력치의 약 20-35%만 된다. 피스톤 밀봉요소에서의 응력은 통상적으로 피로손상을 주지않는 압축응력이기 때문에 피스톤 밀봉요소의 예비응력의 효과는 피로강도의 관점에서 해로움이 없다. 또한 피스톤 밀봉요소는 압축될 수 있는 슬릿을가실 수 있다. 피스톤로드를 위해 밀봉요소가 하나의 조각으로 되고 틈새가 없으면 인장응력을 받아 약화되는 손상을 줄수 있게된다. 대부분의 경우 피스톤로드는 고체 혹은 거친 관상체이고 거의 탄성이 없어 응력변화가 무시할 수 있을 정도로 작다. 일부의 경우 내부에 정압(positivie pressure)이 있은 얇은벽으로 피스톤로드에서는 인장응력 변화가 튜브재료의 항복응력치의 최대 20-35%까지로 제한되어진다. 이는 약한 피로강도를 가지는 튜브재료가 높은 응력변화의 두배로 잡혀야 하기 때문에, 즉, 만일 튜브가 정지하면 밀봉요소가 정지하도록 밀봉요소가 정지하기 때문에 허용될 수 있다. 만일 예비-응력과 접촉압력을 감소시키기 위해 강철보다 탄성계수가 낮은 재료 예를 들면 알루미늄이 선택된다면 재료의 피로강도는 감소하고 또한 그의 응력도 감소한다. 따라서 이는 어느쪽도 문제삼을 필요가 없다. 밀봉링(1)의 최대 변형의 대부분과 예비응력으로부터 유도된 최대접촉압의 대부분은 틈새영역내의 최소와 최대직경 양쪽다에서 밀봉을 조정하기 위한 필요 예비-응력에 기인한다. 실린더튜브는 오늘날 통상적으로 10등급-11등급의 큰 허용오차를 가지지만 피스톤로드는 통상 8등급-9등급의 정도를 가진다. 즉 2등급의 좁은 허용오차영역을 가진다. 즉 2등급의 좁은 허용오차영역을 가진다. 튜브재료를 위한 항복응력치에서 실린더튜브는 가끔 ISO등급 10등급의 허용오차 영역의 약 두배인 최대 탄성도를 가진다. 따라서, 피스톤 밀봉요소에 주어지는 최대 예비-응력은 튜브재료의 항복응력치의 약반보다 큰 압력응력을 밀봉링이 준다. 그러므로 실린더에 약 10등급의 ISO-허용오차 등급을 사용하고 피스톤봉에는 약 8-9등급을 사용하는 것이 적절하다고 가능하다.

따라서, 오늘날 통상적으로 현존하는 직경 허용오차를 가지는 실린더와 피스톤로드로부터 출발하여 본 발명에 따른 실린더 밀봉요소의 칫수가 정해져서 허용가능한 응력을 가지며 동시에 비교적 극히 낮은 접촉압과 밀봉마찰을 가지는 것이 가능하다.

여기에다가 밀봉링(1)의 폭은 약 3밀리미터 정도로 좁개 만들어질 수도 있다. 밀봉요소의 반경방향 높이는 제한되는 것이 좋기 때문에 밀봉요소(10)(11)는 낮은 반경방향 높이를 가져야 한다. 여러가지 중요한 인자가 포함되고 극히 복잡한 실제 칫수 설정은 밀봉요소(2)의 깊이가 4-5밀리미터로 제한될 수 있음을 보여준다. 밀봉링에 접한 접촉장소에서의 밀봉요소(10)(11)는 약 1밀리미터만의 폭을 가질 수 있고 밀봉요홈(2)의 폭은 단지 약 5밀리미터이다. 낮은 밀봉높이, 낮은 밀봉폭, 낮은접촉압력, 낮은밀봉마찰 및 밀봉요소의 낮은 높이와 폭 때문인 결합사슬은 본 발명의 예외적으로 작은 밀봉칫수를 위해 근본적으로 필수적이다. 조그만 밀봉칫수와 조합상태의 낮은 접촉압력과 대향표면(5)에 대한 낮은 감도는 밀봉요소와 대향표면에 대한 총비용의 감소를 얻는것이 가능하게 만드는데 필수적인 것이다.

칫수가 비교적 작은 밀봉요소(10)(11)는 본 발명에 따른 밀봉장치에 있어서 많은 장점을 제공하고 한편 안전하고 양호한 작동을 위한 중요한 필수요건이 되는 해결방식에서 수용하는 많은 어려움을 갖고 있다. 근본적인 것은 밀봉요소가 대향표면(5)으로부터 제한된 반경방향 위치를 가지고 부품(3)(4)사이에 있어야 하는 틈(12)을 감소시키지 않는다는 것이다. 또한 중요한 것은 밀봉요홈(2)내에서 밀봉요소의 위치를 반경방향내측으로 제한하여 밀봉요소에 닿는 접촉표면이 가능한 작아지게 한다. 이는 밀봉링(1)의 평균높이를 줄이고 접촉압력과 밀봉마찰을 낮춘다. 밀봉요소에 걸리는 압력강하에 따라 제1도에 도시된 바와 같은 밀봉요소(10)중의 하나는 부품(3)내의 요홈측 표면에 매우 심하게 압축된다. 예를 들면 만일 밀봉요소가 부품(4)상의 표면과 접촉되지 않으면 이동될 수 없다. 이러한 접촉은 부품(4)과 밀봉요소에 손상을 주게될 것이다. 제1도에서 예로 든 바와 같이 밀봉요소(10)(11)는 각 밀봉요소에 형성된 고정돌기(21)와 밀봉요홈(2)의 측벽에 형성된 요홈(22)을 통하여 부품(3)의 외부직경 외측에 위치됨이 방지된다. 따라서, 부품(3)(4)사이의 틈(12)은 부품(4)상의 표면이 밀봉요소(10)(11)와 접촉함이 없이 이용될수 있다. 더구나, 밀봉요소는 제1도에서 도시된 바와같이 밀봉요소(2)의 바닥(23)에 의해 반경방향 내측으로 움직임이 방지된다.

밀봉요소(10)(11)이 반경방향에서 작은 높이를 가지기 때문에 이들은 고압면과 저압면 사이에서 반경방향으로 작용하는 내부정압에 대한 저항성을 가지지 않는다. 본 발명에 따른 밀봉장치의 예시된 실시예에서 이문제는 3개의 동시적으로 작용하는 척도에 의해 해결되었다. 제1척도로써 내부정압(internal positivepressure)을 조정하는 밀봉요소(10)(11)의 소유능력은 그들의 평균두께를 밀봉요소가 밀봉링(1)에 따라 기밀을 유지하는 곳의 직경에서의 두께에 관련하여 가능한데로 크게 만들므로써 증가될 수 있다. 제2척도로써 밀봉요소(10)(11)가 전술한 고정돌기(21)를 요홈(22)과 맞들리게하여 밀봉요소의 반경방향 이동과 직경 변화가 제한되게 한다. 제3척도로써 마찰력이 제1도에서 도시한 바와 같이 밀봉요소(10)와 밀봉요홈(2)의 측부표면(9)사이에서 작용한다. 밀봉요소(10)(11)의 회동점(24)을 밀봉요홈의 바닥(23)에 가까운 밀봉요홈의 측부표면(8)(9)에 위치시킴에 의해 밀봉요소가 반경방향에서 보다 축방향에서 기본적으로 더 큰 압력표면을 갖는다. 밀봉요소가 그들의 직경을 바꿀려는 경향은 마찰력에 의해 실질적으로 역으로 작용한다.

3개의 척도는 밀봉요소(10)(11)가 압력으로 인하여 낮은 응력을 가지는 그의 작은강도의 강성도 및 그의 작은칫수에도 불구하고 좁은 위치영역내로 잘 안내된다. 동시에 밀봉요소(10)(11)중 하나만 각기 밀봉요홈의 측부표면(8)(9)에 눌리어질 수 있기 때문에 항상 적어도 하나의 밀봉요소가 양방향에서 압력제한 밸브로작용하는데 자유롭다. 따라서 밀봉요소 사이에서 위험한 높은 압력은 발생할수 없다.

이미 언급한 바와같이 피스톤로드의 밀봉과 관련하여, 본 발명에 따른 밀봉장치는 연질 혹은 반-경질 밀봉요소와 결합될 수 있다. 종래의 밀봉요소를 따르는 낮고 균등한 압력이 연질 밀봉요소와 마주보는 밀봉요소(11)에 의해 우수한 방식으로 제어된다. 연질 혹은 반-경질 밀봉요소를 포함하는 이러한 본 발명에 따르는 밀봉장치는 제5도와 제6도에서 예시되었다. 피스톤로드 밀봉요소가 예시되었고 여기서 피스톤로드는 제1도에서 도시된 바와같이 밀봉요소 옆에 있는 부품(4)로 도시되었고 U-밀봉요소(25)에 의해 밀봉되어있다. 밀봉요소들 사이에 가능한 배열의 예로서 하나의 피스톤로드 가이드(26)가 구비되었고 여기에서 비교적 큰 부피의 액체가 밀봉요소들 사이에 위치된다. 매개체와 연질밀봉요소(25)의 압축을 통하여 밀봉요소들사이의 공간은 축압기로 작용할 수 있다. 제5도에서 밀봉링(1)과 밀봉요소(10)(11)가 어떻게 압력강하가 밀봉요소에 걸릴때 조절되는가를 보여준다. 이동과 압력이 동시에 있고 한계 때문에 행정상태에 있을때 길이와 피스톤로드 속도는 비교적 짧게 된다. 만일 고압 밀봉요소에 걸린 누설은 작지만 연질밀봉(25)에 대한 것보다 높다면 압력은 행정과 시간에 따라 비교적 저압으로 밀봉요소들 사이에서 증가한다. 따라서 만일 통상과 같이 고압면의 압력이 피스톤의 양측에 놓인 압력 때문에 풀어진다면 고압면 상의 밀봉요소는 제6도에서 표시한 방법대로 탄성적으로 다시 되돌아간다. 대부분의 경우 밀봉링(1)과 밀봉요소(10)(11)는 중간위치로 잡는다. 밀봉링(1)의 운동영역내의 링 고정구는 밀봉마찰의 정도와 방향에 따른다. 위치에 따라 밀봉요소(11)내에서의 힘은 얼마쯤 변하고 두 밀봉요소 사이에서 제한되는 압력은 비교적 좁게 제어된다. 이 압력은 이때 약 2-5MPa이고 이는 종래의 피스톤로드 밀봉요소가 기밀과 수명의 최적 조합상태를 유지하던 압력준위와 잘 조화된다. 또한 마찰과 스틱-스립의 경향을 고려하면, 여기서 비교적 유리한 영역이다. 두 피스톤로드 밀봉요소(1)(10)(11) 및 (25)사이에서 가해지는 압력손상을 막기 위하여 밀봉링(1)과 밀봉요소(10)(제5도와 제6도 참조) 사이의 밀봉은 일부에서 제거된다. 제5도와 제6도에서 도시된 바와같이 이는 예로서, 밀봉링(1)의 측부표면의 요홈(27)에 의해 실현될 수 있다. 비록 통상의 피스톤이고 높은 기밀이 없는 대부분의 질이 본 발명에 따른 밀봉장치의 질에서와 같이 높지는 않더라도 상기에서 기술된 밀봉조합으로 종래의 밀봉요소가 압력영역내에서 그의 최선의 질의 조합과 그의 최대 저항으로 환경에 작용하도록 하는 가능성이 강조되어진다.

얇고 휠 수 있으며 밀봉요소(10)(11)를 통하여 비교적 쉽게 움직일 수 있는 링(1)은 작동에서 안전하고 대향표면에서의 결함(제1도의 보기(5))과 불순물에 대해 무감각해지기 위해 양호하고 안전한 작동을 위해 주요한 또다른 특성을 필요로 한다. 이 특성은 접촉표면 사이의 절단을 피하는 능력이고 또 밀봉링(1)이 결함은 없애거나 표면을 평평하게 하기보다는 이런 표면의 결합을 지나가도록 허용하여 손상의 가속화를 막는 것이다. 본 발명에 따른 밀봉장치에서, 이 특성은 밀봉요소가 얇고 짧은 길이를 따라 비교적 휠 수 있고 회전될 수 있는 사실에 따라 달성되고, 또 밀봉링(1)의 표면이 매우 단단하며 선호적으로 대향표면 보다 단단한 사실과 그 단부에서의 밀봉링이 제7도에서 도시된 바와같이 작은 정사를 가진 비교적 짧은 모서리면(28)을 가진다는 사실에 의해 달성된다. 밀봉요소가 결함장소 혹은 낮은표면 압력을 가진 어떤 불순물 위를 밀봉링81)을 대향표면(5)로부터 멀어지게 또는 부분적으로 불순물 혹은 손상부분에서 멀어져 대향표면으로 향하도록 하는 힘으로 지나갈경우 2각도는 마찰각보다 낮아야하고, 선호적으로 약 15°이하가 된다. 경질 밀봉요소에서 모서리면(28)을 가지는 것은 실린더튜브 혹은 피스톤로드 상에 장착됨에 따라 밀봉요소에 예비압력을 줄 수 있게 하기 위한 것이다. 피스톤로드에서와 같이 실린더튜브 양쪽에 필요할 수 있는 장착 모서리면(29)는 모서리면(28)보다 작은 경사를 가져야 하고 동시에 모서리면(28)의 외부직경과 같이 두 모서리 면(28)(29)를 통한 밀봉링의 예비-응력 개시전에 모서리면(29)속으로 들어갈 수 있도록 되어야 한다. 국부표면 압력은 장착시 높게된다. 이들은 절취되지는 않지만 가끔 모서리면에서 연질표면의 작은 압축의 원인이 된다.

종래 밀봉요소에서와 같이 윤활수단이 밀봉요소와 대향표면 둘다를 장작하는데 유리하다. 제7도에서 도시된 직선 모서리면(28)은 비록 도시되지는 않았지만 둥근 모서리면으로 바꿀 수 있다. 실험은 15°근처 혹은 그이하의 경사가 중요하고 만일 경사가 밀봉링의 접촉표면을 향해 연속적으로 감소하면 유리함을 보여주었다. 밀봉링의 불균일한 접촉표면과 매개체 압력에 대한 그의 효과를 고려하면 모서리면 길이는 불균일한 표면폭의 약 10°이어야 하고 그정도에서 제한 되어야 한다. 밀봉링(1)과 대향표면(5)상의 적절한 모서리면없이 많을 경우 밀봉링은 손상없이 장착되는 것이 거의 불가능 할 수 있다. 만일 밀봉요소가 극히 짧은 모서리면(28)로 장착될 수 있다면 수백분의 l밀리미터만 정도의 모서리면이 양호한 결과를 줄 수 있다. 안전의 관점으로부터 또 장착을 염두에 두고, 모서리면 길이는 5백분의 1밀리미터 정도가 유리하다. 본 발명에 따른 밀봉장치에서 밀봉링(1)은 제한된 폭과 직경을 가지는 구명과 요홈위로 지나가는 작동과 장착에서의 특정한 능력을 가졌음을 알아야 한다. 때로 큰값의 종래 연질과 반-경질 밀봉요소에 있는 이 장점을 가지지 않는다.

상기에서 언급되고 도면에서 보여 주었으며 밀봉링(1)의 접촉 표면에 형성되어 있고 하나 혹은 여러구멍(16)(제1도와 제5도에서 각기 보인)을 통해 밀봉링의 뒷면에 압력과 일치하는 요홈의 압력을 만드는 균압요홈(15)은 작은 경사를 가져야 한다.

균압요홈(15)는 선호적으로 깊이에 관해 큰폭을 가지는 원형으로 형성되어 있다. 또한 이는 밀봉링(1)에서 특히 고압에서와 밀봉링과 밀봉요소(10)(11)사이의 접촉표면이 피스톤 밀봉을 위한 밀봉링의 내경과 피스톤로드 밀봉을 위한 그의 외경에서 위치되었을때 일어나는 만곡응력의 관점에서의 값이다.

본 발명에 따른 밀봉장치에서 밀봉링의 경도는 수명과 대향표면에 대한 감도와 대향표면의 불순물과 손상부분에 대한 감도를 위해 중요하다. 수명시험은 강화강이 매우 좋은 질을 가짐을 보여주었다. 다른 경질표면 예를들면 질화티타늄, 산화알루미늄, 경화크롬등과 같은 표면도 사용될 수 있다. 마모와 내마모성등의 능력을 개선하는 것으로 생각되고 있는 황화몰리브덴, 테프론등의 표면 코팅타입이 내마모성을 개선한다는것을 증명할 수 없었다. 그러나 접착된 얇고 비교적 연한 코팅은 밀봉링(1)과 밀봉요소(10)(11)양쪽다와 밀봉요홈(2)상의 측부표면에서 일정한 값을 가졌다. 만일 피복후 코팅이 표면의 골, 긁힌 부분등에 남아 있다면 기밀상태가 되어 누설을 감소시키고 밀봉요소의 막을 더 빨리 행할 수 있다.

본 발명에 따르고 제8도와 9도에서 도시된 밀봉요소의 실시예에서 요홈에 대한 밀봉요소는 0-링 혹은 유사한 연질 밀봉몸체(30)에 의해 구비되고 있는 일차로 밀봉링(1)의 뒷편과 요홈(2)의 바닥(23)사이를 밀봉한다. 밀봉링은 이 실시예에서 압력강하와 동일한 방향으로 부품(3)과 부품(4)사이의 상대운동과 마찰방향에 따라 밀봉링(1)의 받침대로 제한된 이들과 요홈 측부표면(8)(9)중 하나에 대향한 측부표면(6)(7)사이의 모든 위치에 고정될 수 있다. 요홈(2)과 밀봉링(1)사이의 폭의 차이는 그들 사이의 최대 플레이(31)가 플레이(31)에 걸린 최대 압력강하가 플레이를 통해 힘을 받지 않도록 작거나 혹은 기능이 방해 받거나 정지되도록 손상되도록 작아야 한다. 실제 높이는 약 0.1밀리미터 혹은 그이하이다. 통상적으로 미끄럼 맞춤 밀봉이라 불리는 슬라이드 슬리브실링은 유사한 밀봉형상을 가진다. 그러나 근본적인 차이가 있다. 종래의 슬라이드 슬리브실링에서는 밀봉몸체(30)에 해당하는 밀봉요소의 목적이 요홈에 밀봉링을 밀봉하고 동시에 부품(3)(4)사이의 운동을 있게할 뿐만 아니라, 또한 본 발명의 실시예와 구별되는 것으로 세팅을 위해 경사진 비교적 비탄성 재료로 만들어지는 밀봉링내의 예비응력을 조정하기 위한 것이다.

이는 종래적인 밀봉의 밀봉체는 높게 또 통상적으로 폭이넓게 만들어야함을 의미하고, 이는 본 발명에 따른 밀봉요소 보다 칫수가 큼을 의미한다. 본 발명의 미봉요소는 통상의 밀봉요소에 비교하여 약 4.5mm 높이에 4.5mm폭으로 만들어질 수 있다. 제8도에 따르는 밀봉요소는 단일-작용 밀봉요소를 위해 가장 적절한 밀봉링(1)의 실시예를 보여준다. 밀봉링(1)은 밀봉요소 주위를 달리는 압력 평형요홈(32)를 통해 압력을 평행시킨다.

상기 요홈은 적어도 하나의 측부요홈(33)을 통하여 높은 압력과 소통한다. 압력분포(34)는 밀봉링을 대향표면(5)에 미치는 압력분포로부터 멀어지도록 압출한다. 결과적으로 압력분포(36)는 상기에서 기출힌 바와같이 대향표면(5)에 대해 밀봉링을 압축한다. 실시예의 압력-해제된 부분은 단일-작용 밀봉요소, 피스톤로드 밀봉등 외에도 또한 실질적으로 하나의 압력강하 방향만 갖는 응용에서 이중-작용 밀봉요소로 사용될수도 있다. 이러한 응용은 예로서, 크레인와 다른 기계등 통상 중량물을 들어 올리는 기계들이다. 압력-무해제 방향으로 압력변화가 있으면 압력이 밀봉요소에 걸리는 총압력 강하에 의해 영향을 받게 된다. 물론 이는 단점이지만, 밀봉요소가 작동시 압력-해제되어 작동할때 허용될 수 있다. 이 실시예는 밀봉요소에 대한 예외적으로 값싼 비용과 작은 칫수를 가짐에 특성이 있다. 제1도-제7도에 따르는 실시예와 비교될때의 단점은 제5도와 제6도에서 도시된 이중 밀봉요소에서 압력제한 밸브로서 작용할 수 없는점, 그것이 이중으로 작용하기(double-acting) 때문에 하나의 압력강하 방향에서만 압력-무부하로될 수 있다는 점이다. 압력-무부하없이, 또 대부분의 직경에 대해 O-링어 적어도 필요로하는 약 4.5밀리미터까지의 폭 증가가 있으면 양호한 종래의 연질 혹은 반경질 밀봉요소의 경우보다 마찰력이 더 작아지지는 않는다.

제10도와 제11도에서 도시된 밀봉의 실시예에서 제1도-제7도와 제8도-제9도에 따르는 실시예의 장점은 일체화되고 작은 요홈칫수를 가지는 압력-균형된 밀봉요소가 얻어져 적은 비용으로 제조될 수 있다. 요홈(2)에 대한 밀봉요소는 U-형링(37)에 의해 장설되고 이는 나일론 같은 반-경질재료로 만들어질 수있고 혹은 무경화형 들면 강철 혹은 알루미늄 혹은 이들의 조합일 수 있다. 밀봉은 밀봉링(1)의 내표면과 U-링(37)의 외표면 사이와 U-링의 축부표면(41) 혹은 (42)와 요홈(2)의 측부표면(8) 혹은 (9)사이에서 일어난다. 밀봉링(1)의 위치는 요홈(2)의 측부표면(8)과 (9)에 의해 제한된다. 그리고 최대 플레이(51)는 일정한 압력강하 방향에 의해 제10도에서 도시된 바와같이 측부표면(9)에 놓이도록 그러나 측부표면(8)에 놓이도록 될 수 있다. 또한 밀봉링(1)은 외부위치를 사이의 어떤 위치에든 위치될 수 있고 이 위치에서 밀봉링(1)의 위치에 독립한 U-링(37)이 압력이 강하되는 측부표면(8) 혹은 (9)에서 밀봉한다. 예비-응력을 받은 탄성변형에 의해 U-링(37)이 밀봉링(1)의 내표면에 접촉하는 것과 동시에 플레이가 없거나 약간 있는 U-링의 측부표면(41)과 (42)이 요홈(2)의 측부표면(8)(9)에 접하여 밀붕이 얻어진다. U-링(37)은 밀봉장소에서 압력강하에 의해 요홈의 측부표면(8) 혹은 (9)에 눌리어지고 또한 밀봉링의 내표면(39)에 눌리어진다.

U-링(37)은 항상 밀봉링(31)을 따르고 밀봉링에 압력-없는 상태로 U-링(37)의 예비-응력에 의해 또 압력분포에 의해 밀봉요소에 걸린 압력강하와 모서리면(43)과 측부표면(41)(42)를 가진 U-링(37)의 형상에 따라 U-링상에서 발생하는 힘에 따라 압축한다. U-링(37)상의 압력분포는 제11도로부터 증명된다. 함수로써 밀봉링(1)에 대해 U-링(37)을 누르는 압력은 밀봉링(1)과 U-링(37)이 부품(3)에서 요홈(2)에 관해 반경방향으로 움직일때 U-링(37)과 요홈(2)의 측부표면(8) 혹은 (9) 사이에 존재하는 마찰력 보다큼은 명확하다.

이제 제3실시예의 근본적 요구건은 플레이와 또한 요홈(2)의 측부표면(8) 혹은 (9)와 밀봉링(1) 사이에서 일어날 수 있는 누설장소가 압력-없는 상태에서 밀봉링(혹은 링들)에서의 예비압력을 통해 또 밀봉요소에 걸린 압력강하시 밀봉링(1)의 내표면과 요홈(2)의 측부표면(8)은 혹은 (9)상에서 작용하는 하나(혹은 여러개의)링에 의해 밀봉되어 압력이 언제나 밀봉링(37)을 밀봉링(1)에다 잡아두도록 하여, 요홈(2)의 측부표면(8)(9)에 대해 일어날 수 있는 마찰력을 극복할 수 있도록 한다. 이는 물론 다른 방식으로 해결될 수 있지만 제10도와 제11도에 따른 현상은 하나의 유리하고 선호되는 실시예를 보여주고 있다.

제11도에서는 U-링(37)이 어떵게 그의 측부표면(41)을 통하여 요홈(2)의 측부표면을 밀봉하는가를 보여주고 있다. 축방향 압력분포(45)와 축방향 압력분포(46)사이의 차이는 표면(41)과 (8)의 마찰을 통해 U-링(37)이 밀봉링(1)을 방사형으로 따르지 못하도록 하고 또한 표면(8)이 위치되어 있는 요홈(2)의 측부표면(40)(39) 사이를 밀봉하도록 하는 압력분포(47)를 제공한다. 방사형 압력분포(47)(48)차이는 압력분포(49)로 U-링(37)을 밀봉링(1)에다 밀어 접촉과 밀봉이 표면(40)과 (39)사이에서 일어나도록 한다. 중요한 것은 예를들어 하나 혹은 여러개의 구멍(44)을 통해 요홈(2)의 공간이 U-링(37)의 양측에서 동일한 압력을 가지는 것이다. 압력분포(49)는 안전기능으로 항시 방사형으로 그러한 큰 힘을 주어야 한다. 이힘은 밀봉링(1)과 U-링(37)이 방사형으로 움직여 U-링의 측부표면(41)과 요홈(2)의 측부표면(8) 사이의 미끄럼 위치에서 반경방향으로 배향된 마찰력을 발생시킬때 일어나는 마찰력 보다 크다. 양호하고 안전한 해결 방법은 만일 U-링(37)의 모서리면(43)에 의해 형성된 공간(50)이 선호적으로 방사형 만큼 축방향으로 길게 형성되고 표면(40)과 (39)사이의 접촉표면이 표면(4l)과 (8)사이의 접촉표면정도라면 얻어진다. 이때 약 1.0정도의 최대 마찰계수의 양호한 기능을 얻는다. 실제의 마찰계수는 선택된 재료에 따르고 요홈(2)의 측부표면을 따라 반경방향으르 모서리면을 증가시키고 접촉표면을 증가시키는 능력을 가지나 양호한 이유는 거의없다.

제10도와 제11도에서 도시된 타입의 실시예에서 중요함은 U-링(37) 혹은 해당 밀봉요소가 그의 예비-응력을 유지할 수 있어 밀봉요소의 전수 명중에 밀봉링(1)의 내표면(39)에 불리어질 수 있고 또 전수명 기간중에 측부표면(41)(42)는 그에 접촉하며 혹은 크 놀이없이 요홈(2)의 측부표면(8)(9)가까이에 위치될 수있도록 된다. 만일 U-링이 반-경질 폴리머 혹은 무경화형 재료 예를 들면 나일론으로 만들어지면 반경방향의 예비응력은 유지된다. 이를 보장하기 위해 특정한 경우 U-링(37)을 또다른 예비-응력링(38)(강철 혹은 알루미늄 같은 설착-자유재료로된)과 결합하는 것이 적당할 수도 있다.

경질재료 예를 들면 알루미늄 대신 반-경질재료 예를 들면 나일론을 선택하는 이유는 밀봉이 거친 혹은 긁힌 표면구조를 가지는 표면에 얼마쯤더 양호하기 때문이다. 금속재료로된 U-링 혹은 이와 유사한 것을 선택하는 이유는 온도와 매개체등에 대해 안전한 예비-응력이 있고 더큰 무감각성이 있기 때문이다. 제10도와 제1도에 따른 밀봉은 극히 작은 폭 예를들면 2.5밀리미터와 극히 적은 요홈깊이 예를들면 2.5밀리미터로-설치될 수 있다. 이때 밀봉링(1)과 U-링(37) 혹은 그와 유사한 것들을 이들을 요홈속으로 누름에 의해 다이어가 림에 장착되어 차에 장착하는 것과 같은 방식으로 분할과 장착없이 요홈을 만들 수 있는 가능성을 가지고 있다. 이때 필수적인 것은 요홈(2)의 바닥(23)의 직경이 이를 위해 적용되고 밀봉링(1)과 U-링(37)의 반경방향 운동을 위해 적용되지 않는 것이다.

본 발명에 따른 밀봉장치에서 얼마나 높은 최대 접촉압력이 허용될 수 있는가는 밀봉재료와 접촉표면에서의 대향표면재료 그들 각 표면형상과 매개체의 윤활능력의 조합이 언급될 수 있는 수많은 인자들과 함께 변화한다. 종래의 연질 및 반-경질 밀봉타입에서 접촉압력은 예비-응력에 매개체 압력을 더한 값에 거의 일치하게 된다. 본 발명에서 동일한 연질 혹은 반-경질재료가 접촉표면에서 사용될 수 있고, 또한 높은 접촉압력과 나쁜 대향표면에 견디는 경질재료가 사용될 수도 있다. 그러나 더 결정적인 것은 본 발명에 따른 밀봉장치에서 접촉압력이 상기에서 언급한 바와같이 저하될 수 있는 것이다. 예비응력은 중간높이(h_m), 직경변화(△d) 및 탄성계수(E)를 작은 값으로 하면 낮아질 수 있다. 접촉력에 크게 기여할 수 있는 중간압력은 이미 기술된 바와 같이 압력 평형에 의해 제한되거나 제거될 수 있다. 최대 접촉압력을 낮추는 이유는 불량한 재료와 표면 및 불량한 윤활능력을 가지는 매질을 사용할 수 있기 때문이다. 밀봉요소 비용을 줄여야 할때 얻어질 수 있는 압력보다 높은 접촉압을 수용할 이유는 대부분의 경우 제10도와 제11도에 따른 실시예가 최저 비용이므로 사라지지 않는다. 압력-무부하 없는 실시예는 양호한 밀봉조건에 따라 때때로 기능개선이 필요없는 사실에도 불구하고 양호한 전체 해결법을 부여한다. 제9도에 따른 실시예로 이미 언급한 예시는 예를 들어 호이스트 크레인이 대표적인 응용이다. 낮은 접촉압력만이 허용될 수 있는 분야에서, 만일 매질압력이 높다면 첫째로 압력을 평형화하고 둘째로 예비-응력압력으로 작동한다. 따라서, 밀봉링(1)의 중간높이(h_m)에 대한 상한치를 정한 예비-응력압력은 응용물의 재료, 표면 및 윤활상태가 허락하는 접촉압력에 대해 해결방법이 된다.

앞에서 기술된 바와 같이 낮은 접촉압력을 얻을 목적으로 밀봉링의 중간높이가 낮아진다. 실제로 얻어질수 있는 중간높이는 먼저 부품(3)(4)사이에서 허용되는 최대 마모 다음의 최대 틈새(12)에 따른다. 둘째로 두께는 대향부품의 허용오차에 의해 결정된다. 또한 최대틈새는 부품의 허용치 예를들면 실린더의 튜브 직경에 따른다. 밀봉링의 측부표면을 위한 필요두께와 그의 중앙부품의 계산은 틈, 마모깊이, 허용치와 고압에서의 밀봉링상에 가해지는 실제 응력을 고려한 응력계산과 같은 많은 파라메터를 포함한다. 약 60-80 밀리미터 이상의 직경에 대해 실린더튜브에 대한 통상의 정규 허용치도 강철의 밀봉링을 구비한 선호적인 구조를 비교적 쉽게 만들 수 있다. 약 50밀리미터 이하의 직경에 대해서는 만일 밀봉링이 낮은 탄성계수를 가지는 재료로 만들어진다면 결과는 개선된다. 알루미늄과 약 66%의 낮은 탄성계수를 가지는 그의 합금이 적당한 재료이지만 특정한 고합금강과 티타늄, 크롬등도 양호한 결과를 줄수 있다. 피스톤로드 밀봉을 생각하면 피스톤로드상의 허용오차는 실린더튜브에 대한 정도보다 통상적으로 약 2배의 더 정밀한 허용오차를 가진다. 그러나 동시에 피스톤 로드직경이 실린더에 대한 튜브직경의 약 45-63% 밖에 안된다. 따라서, 약40밀리미터 이하의 피스톤로드가 강보다 낮은 탄성계수를 가짐을 고려하는 이유가 된다. 원리적으로 밀봉링에서의 재료선택은 금속에 제한되지 않는다. 그러나 유리, 세라믹재료 및 비교적 경질의 폴리머재료, 선호적으로 상이한 종류의 섬유로 보강되어짐에 의해 형태가 한정되고 크리이프성이 개선된 경질폴리머 재료같은것 들이 좋은 기능을 할 수 있다. 실험은 본 발명의 밀봉장치가 극히 낮은 예비-응력에서도 잘 작동함을 보여주었다. 또한 경화성과 크리이프상에 대한 일정한 경향을 가지는 재료도 사용가능할 수 있다. 열팽창에서의 차이는 예비응력으로 보상되어야 하며, 거의 문제가 되지 않는다.

본 발명에 따른 밀봉장치는 근본적으로 유체기술과 관련하여 동적으로 밀봉하기 위해 개발되었다. 직선운동과 회전운동 둘다에서 밀봉될 수 있다. 물론 이 밀봉요소는 요구가 고급이고 특별한 많은 경우에 극히 적절한 정적(static) 밀봉요소일 수 있다. 명백한 응용은 실린더, 스위벨(swivels), 유압펌프 모우터들의 피스톤등이다. 석유, 화학, 식품등의 공정산업내에서도 본 발명은 시장성을 가진다. 예를 들어 내연기관과 압축기의 밀봉요소로도 적당하게 사용될 수 있다. 상기한 종류의 브레이크 장치에서와 온도와 매우 높은 곳의 베어링 인점부에 또 극히 온도가 높거나 낮은곳과 압력이 높은 장소의 다른형태의 밀봉장소에 사용될 수 있다. 예를들면 항공기술, 방위산업 기술 및 엔진기술분야에 많은 응용분야가 있다. 예비응력과 허용오차는 물로 응용물에 따라 적용된다.

여러다른 방법이 밀봉링(1)과 밀봉링(10)(11)의 제조를 위해 사용될 수 있다. 피스톤밀봉에서의 밀봉링에 관해서는 만일 완전히 틈새부분을 접근시킬 수 있는 압축응력이 밀봉링에 가해진다면 분할될 수 있고 만일 두 갈라진 표면이 서로 접근하여 붙는다면 완전한 밀봉요소를 줄 수 있다. 링을 형성시키기 위한 많은 가능성 있는 방법들중에서는 선반가공, 원형으로 만들어 용접한 프로필롤드왕이어, 플라스틱성형, 소결 및 주물등이 있다. 열처리가능한 금속에서는 열처리와 연마가 따른다. 극히 작은재료로 구성되어 재료비용이 극히 작은 밀봉요소일때는 재료의 소비를 피하는 것이 비교적 큰중요성을 갖는다. 예를 들면 특별한 절삭기계가 부조화적으로 클 수 있다. 성형-롤링 와이어로의 제조는 이 관점에서 흥미롭고 용접될 필요가 없는 피스톤링에 대해서는 적지않게 응용한다. 특히 큰 직경에 대해 여러 밀봉링, 밀봉요소 및 U-링이 동일한 단면을 갖도록하여 동일한 성형-롤링 와이어(form-ro1led wire)로 만들수 있다. 제조는 취급, 셋팅, 수단등에 따라 구별된다. 특별하다. 장착시 부품은 그들의 둥근 평면을 수용하기 때문에 비교적 큰 타원형태, 비틀림형상이 느슨한 밀봉링과 밀봉요소에 받아들여질 수 있다. 그런데 이는 일반적으로 그자체로써는 필수적인부품의 직경 허용오차가 아니라 길죽한 부품의 원주이다. 또한 밀봉링의 예비응력이 대향부품의 원주에 따라 다르므로 통상 밀봉링에서의 예비응력은 대향표면 직경 허용오차가 지시하는것 보다 더 균일하게 된다. 이는 특히 인발 실린더파이프를 사용할때 유리하다. 이런 파이프의 직경 허용오차는 상당한 범위까지 타원에 의해 발생하며, 이는 파이프의 원이 허용영역의 중앙부분의 직경에 일치함을 의미한다. 따라서 밀봉링과 스프링 와샤를 제조할때 대부분 라운드 이동(Round drifts)과 고정(fixtures)이 사용되어야 한다. 또한 이들이 원주형 드리프(drifts)에 혹은 원추형 튜브공구를 통하여 압축될때 얇은링에 정확한 직경칫수를 소성변형에 의해 주어질 수 있는 가능성의 많은 장점이 있다.

물론 본 발명은 상기에서 기술되고 도면에서 도시된 실시예서만 한정되는 것이 아니고 첨부된 청구범위의 범위내에서 여러방식으로 변화될 수 있다.

Claims (12)

1. 서로 상대 이동할 수 있고 원통형 표면을 가진 것으로서 틈(12)이 있는 두 부품(3,4)사이의 밀봉을 위한 것으로서, 부품중 하나(3)속에 있는 밀봉요소(2), 요홈내부의 밀봉링(1)으로 구성되고 이 밀봉링은 원통형 대향표면(5)에 대해 동적으로 밀봉하기 위한 다른쪽 부품(4) 표면에 배열되며 예비응력을 받고,- 밀봉요홈(2)은 밀봉링(1)보다 더 폭이 넓어 링(1)의 한면에서 밀봉링(1)과 요홈(2)사이에 동작할 수 있게 되고,- 하나이상의 밀봉요소(10,11,30)가 요홈속에 배열되어 요홈(2)에 대해 링을 밀봉시키고,- 링(1)은 이것이 요홈(2)속에 배열될 경우 폐쇄하는 슬릿에 의해서만 틈이 갈라지고,- 밀봉링(1)은 비-탄성재질로서 주로 항복점(yield point)이하의 변형에서는 장시간 변형후에도 링(1)이 본래의 치수로 돌아오는 특성을 가진 경질재료로 되고 본래치수중 하나는 틈(12)과 마주보는 밀봉링(1)의 양 측부표면(6,7)을 따라 결정되는 반경방향 높이(h)이고 이 높이(h)는 3mm이하이고 틈(12)의 반경방향 높이와 같거나 크며 링(1) 단면은 중심부에서 감소하고 총 단면의 반경방향 중간높이(h_m)는 식 h_m=

   

   에 따르고(A는 밀봉링의 단면적이고 b는 축나비이며) 밀봉링(1)은 원통형 대향표면(5)의 재질과 구조를 고려하여 이 요면에 대한 표면 입력(P)최대치를 갖고 매질의 윤활성은 다음식으로 표현되며

   

   여기서 E는 밀봉링의 탄성계수이고, d는 직경, △d는 직경방향의 탄성변형에 따른 직경변화이고, 또한 다른쪽 부품(4)에 대한 링(1)의 접촉압력이 링의 원주방향 응력에 의해 외부로부터 일어나는 것을 특징으로하는 밀봉장치.
2. 제1항에 있어서, 밀봉링(1)의 나비(b)는 15mm 이하인것을 특징으로 하는 밀봉장치.
3. 제1항에 있어서, 밀봉링(1)의 반경방향 중간높이(h_m)가 틈(12)에 마주보는 측부측면(6,7)에 따른 반경방향 높이(h)보다 작은 것을 특징으로 하는 밀봉장치.
4. 제1항에 있어시, 밀봉링(1)의 재질은 금속인 것을 특징으로 하는 밀봉장치.
5. 제1항에 있어서, 밀봉링(1)은 원통형 대향표면(5)에 대한 접촉면과 이것의 대향면 사이의 밀봉링에 미치는 압력 균형을 위한 수단(15,16,32)을 구비하는 것을 특징으로 하는 밀봉장치.
6. 제1항에 있어서, 밀봉링(1)은 원통면(5)에 대한 접촉면 일부를 따라 압력 도피를 위한 수단(33)을 구비하는 것을 특징으로 하는 밀봉장치.
7. 제1항에 있어서, 밀봉링(1)은 원통형 대향표면(5)에 대한 접촉면의 한 모서리에 모서리면(chamfet)(28)(모따기부)를 구비한 것을 특징으로 하는 밀봉장치.
8. 제1항에 있어서, 밀봉링(1)은 밀봉요홈(2)내 배열되고 이것이 링(1)의 양면사이의 틈(12)속에 있는 압력차에 기초하여 홈속에서 축변위하고, 또한 밀봉요소(10,11)은 밀봉링 측부표면(6,7)과 밀봉요홈(2)의 측부표면(8,9) 사이의 밀봉링(1)한면위에 있는 밀봉요홈(2)속에 배열되고, 이때의 밀봉요소는 압력차에 따라 축이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 밀봉장치.
9. 제8항에 있어서, 밀봉요소(10,11)는 원통형 대향표면(5)에 대해 밀폐기소의 반경방향 이동을 한정하는 고정돌기(21)을 구비하는 것을 특징으로 하는 밀봉장치.
10. 제8항에 있어서, 밀봉요소(10,11)는 스프링 와샤(spring washer)로 구성된 것임을 특징으로하는 밀봉장치.
11. 제1항 내지 7항중 한 항에 있어서, 밀봉요소는 밀봉링(1)과 밀봉요홈(2) 바닥(23)사이에 위치한 탄성재질의 O-링(30)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 밀봉장치.
12. 제1항에 있어서, 밀봉링(1)보다 연성인 밀봉요소(25)는 밀봉링(1)의 저압면 다음에 배치하는 것을 특징으로 하는 밀봉장치.

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