KR101181576B1 - 밀봉장치 - Google Patents

Abstract

슬라이드 면의 전체 주위에 걸쳐 양호한 윤활유 막을 형성할 수 있는 밀봉장치를 제공한다. 축구멍을 가진 하우징과 축구멍에 삽입되는 축 중의 한쪽 부재에 형성된 환상홈에 장착되어, 이들 2 부재 사이의 환상 간극을 밀봉하는 밀봉장치(1)로서, 2 부재의 축 방향의 상대운동에 의해 다른 쪽 부재와 슬라이드 이동하는 씰 링(2)을 구비한 밀봉장치(1)에서, 씰 링(2)은, 다른 쪽 부재와의 슬라이드 면(20)의 축 방향 양단부에, 씰 링(2)의 단면(21)으로부터 슬라이드 면(20)의 축 방향 중앙 측을 향해 뻗은 홈(22)이, 각각 복수로 형성되고, 홈(22)과 슬라이드 면(20)과의 경계선이, 슬라이드 면(20)의 슬라이드 이동 방향에 대해 경사진 선만으로 구성됨과 더불어, 경계선이 경사진 선으로 구성되는 영역이 슬라이드 면(20)의 전체 주위에 걸쳐 연속하도록, 복수의 홈(23)이 원주방향에 인접해서 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

밀봉장치 {SEALING DEVICE}

본 발명은, 유압실린더 등에 사용되는 밀봉장치에 관한 것이다.

종래, 유압실린더와 피스톤과의 사이에는, 도 15에 도시되어 있는 것과 같은 밀봉장치가 사용되고 있다. 도 15는, 종래의 기술에 따른 밀봉장치의 모식적 반단면도이다.

밀봉장치(100)는, 실린더(200)의 내주면(201)과 피스톤(300)의 외주면(301) 사이의 환상 간극(400)을 밀봉하는 것으로, 피스톤(300)의 외주면(301)에 형성된 환상 홈(302)에 장착된다. 밀봉장치(100)는, 실린더(200)의 내주면(201)에 슬라이드 이동 접촉하는 수지제의 씰 링(101)과, 씰 링(101)과 환상 홈(302)의 홈 바닥(303) 사이에 장착되어, 씰 링(101)으로 확장력을 부여하는 탄성 링(102)으로 구성된다.

이와 같은 밀봉장치에서는, 씰 링(101)과 실린더(200)의 내주면(201)과의 슬라이드 면에 윤활유에 의한 유막이 형성됨으로써, 슬라이드 면에서의 마모, 슬라이드 이동 저항의 저감이나, 이음, 스틱 슬립(stick slip), 발열 등의 발생 방지가 도모되도록 되어 있다.

그리고, 이와 같은 윤활유 막의 형성을 보다 확실하게 하고, 또 윤활유막을 보다 장기적으로 유지하기 위해, 씰 링의 슬라이드 면에 윤활유를 도입하기 위한 홈을 형성한 것이, 예컨대, 특허문헌 1 및 2에 기재되어 있다.

특허문헌 1 : 일본국 특개 2001-304413호 공보

특허문헌 2 : 일본국 실개평 07-043672호 공보

(발명이 해결하고자 하는 과제)

그러나, 특허문헌 1에 기재되어 있는 기술은, 실린더 내주면과 베어링 부재 표면과의 슬라이드 면에 밀봉대상 측과 반밀봉대상 측을 연통하는 홈을 설치하는 것으로, 밀봉성이 요구되는 곳에 적용할 수가 없다.

또, 특허문헌 2에 기재되어 있는 기술은, 슬라이드 면의 홈을 밀봉대상 측과 반밀봉대상 측이 연통하지 않도록 설치되어 있어서, 홈에 의한 윤활유 막의 형성이 슬라이드 면 전체 주위를 커버하지 않아 충분한 효과를 얻을 수가 없는 경우가 있다.

본 발명은 상기의 종래기술의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 슬라이드 면의 전체 주위에 걸쳐 양호한 윤활유 막을 형성할 수가 있는 밀봉장치를 제공함에 있다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서의 밀봉장치는,

축구멍을 가진 하우징과 상기 축구멍에 삽입되는 축 중의 한쪽 부재에 형성된 환상 홈에 장착되어, 이들 2 부재 사이의 환상 간극을 밀봉하는 밀봉장치로서,

상기 2 부재의 축 방향 상대운동에 의해 다른 쪽 부재와 슬라이드 이동하는 씰 링을 구비한 밀봉장치에서,

상기 씰 링은, 상기 다른 쪽 부재와의 슬라이드 면의 축 방향 양단부에, 상기 씰 링의 단면으로부터 상기 슬라이드 면의 축 방향 중앙 측을 향해 뻗은 홈이, 각각 복수로 형성되고,

상기 홈과 상기 접동면과의 경계선이, 상기 슬라이드 면의 슬라이드 이동 방향에 대해 경사진 선만으로 구성됨과 더불어,

상기 경계선이 경사진 선으로 구성되는 영역이 상기 슬라이드 면의 전체 주위에 걸쳐 연속하도록, 복수의 상기 홈이 원주방향으로 인접해서 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 홈과 슬라이드 과의 경계선을 슬라이드 이동 방향에 대해 경사진 선만으로 구성함으로써, 홈에 유도된 윤활유는, 2 부재의 상대운동에 의해, 슬라이드 면의 가장자리부에 대해 경사지게 침입하는 것으로 된다. 이에 의해, 윤활유가 슬라이드 면에 침입하는 때의 저항이 저감되어, 윤활유 막을 양호하게 형성할 수 있다.

여기서, 슬라이드 면에 발생하는 면압은, 슬라이드 면의 단부에서 가장 높아지고, 그 면압 분포 형상은, 슬라이드 면의 단부에서 가장자리부로부터 안쪽으로 향해 급격히 상승하는 급구배의 사면이 형성된 것과 같은 형상으로 된다. 그 때문에, 슬라이드 면의 가장자리부에 대해 직교하는 방향으로 침입하는 윤활유는, 관계되는 사면을 급구배로 똑바로 오르는 것과 같은 저항을 받게 되는 것으로 된다. 한편, 윤활유가 슬라이드 면의 가장자리부에 대해 경사지게 침입하는 경우에는, 윤활유가 받게 되는 저항은 급구배의 사면을 비스듬히 오른다, 즉, 완만한 구배로 사면을 오르도록 한 저항으로 되기 때문에, 윤활유의 슬라이드 면에 대한 침입 저항이 저감된다.

따라서, 보다 많은 윤활유를 슬라이드 면으로 보내기 쉽게 되어, 보다 두꺼운 윤활유 막을 형성할 수가 있다.

또, 홈에 유도된 윤활유가 슬라이드 면의 가장자리부에 대해 경사지게 침입하는 영역이, 원주방향으로 연속하기 때문에, 윤활유의 침입 저항이 슬라이드 면 전체 주위에 걸쳐 줄여지게 된다. 따라서, 슬라이드 면 전체 면에 걸쳐 양호한 윤활유 막이 형성될 수 있게 된다.

상기 슬라이드 면은, 한쪽 단부에 형성되는 홈과 다른 쪽 단부에 형성되는 홈 사이에 오목부를 갖도록 하여도 좋다.

이러한 오목부를 형성함으로써, 2 부재의 상대운동의 스트로크가 짧은 경우라 하더라도, 효율적으로 유막을 형성할 수가 있게 된다. 즉, 첫 번째의 스트로크에서 한쪽 단부의 홈으로부터 오목부 측에 도달한 윤활유는 오목부에서 일단 보유되고, 두 번째의 스트로크에서 다시 다른 쪽 단부 측을 향해 이동하게 되어, 스트로크가 짧은 경우라 하더라도 슬라이드 면의 한쪽에서부터 다른 쪽까지 유막을 퍼지게 할 수가 있다.

상기 홈은, 축 방향에 대해 경사지게 뻗은 경사 홈으로서, 원주방향으로 인접하는 경사 홈의 한쪽 경사 홈과 다른 쪽 경사 홈 사이에, 축 방향으로 바라본 경우에 겹치는 부분이 형성되도록, 상기 한쪽 경사 홈과 상기 다른 쪽 경사 홈이 인접해 있는 것도 좋다.

홈을 이러한 경사 홈으로 함으로써, 윤활유를 슬라이드 면의 가장자리부에 대해 경사지게 침입시킬 수가 있다.

또, 원주방향으로 인접하는 홈 끼리를, 원주방향에서 부분적으로 오버랩시킴으로써, 홈에 유도된 윤활유가 슬라이드 면의 가장자리부에 대해 경사지게 침입하는 영역이, 원주방향으로 연속하는 구성으로 된다. 이에 의해, 슬라이드 면 전체 주위에 걸쳐 윤활유의 침입 저항이 저감되어, 양호한 윤활유 막의 형성이 가능해진다.

상기 홈은, 쐐기모양 홈으로서, 상기 슬라이드 면의 전체 주위에 걸쳐 연속해서 형성되어도 좋다.

홈을 쐐기모양 홈으로 함으로써, 윤활유를 슬라이드 면의 가장자리부에 대해 경사지게 침입시킬 수가 있다. 또, 홈으로 유도되는 윤활유가 서서히 좁은 공간에 밀려져 들어갈 수 있게 되기 때문에, 쐐기효과에 의해 슬라이드 면의 면압을 줄일 수가 있다.

또, 이러한 쐐기모양 홈을 연속해서 형성함으로써 슬라이드 면의 가장자리부가 톱니 형상으로 되기 때문에, 슬라이드 면의 전체 주위에 걸쳐 윤활유가 슬라이드 면의 가장자리부에 대해 비스듬히 진입하는 구성으로 된다. 따라서, 슬라이드 면 전체 주위에 걸쳐, 윤활유의 침입 저항이 줄어들어, 양호한 윤활유 막의 형성이 가능해진다.

상기 슬라이드 면의 축 방향 폭이, 전체 주위에 걸쳐 변화되지 않도록 하여도 좋다.

이에 의해, 씰 링의 슬라이드 이동 폭이 원주방향으로 일정해지게 되어, 단면 볼륨이 원주방향으로 균일해지게 됨으로써, 씰 링의 강도의 균일화?안정화가 도모된다. 따라서, 강도 불균일에 의한 파손의 발생이 억제된다. 또, 축 방향의 슬라이드 이동 폭이 어느 단면에서도 일정해지게 됨으로써, 이물(異物)에 의한 슬라이드 면 상의 관통상(貫通傷)의 발생이 억제되어, 밀봉성의 안정화가 도모될 수 있게 된다.

(발명의 효과)

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의해, 슬라이드 면 전체 주위에 걸쳐 양호한 윤활유 막을 형성할 수가 있다.

도 1은, 실시예 1에 따른 밀봉장치의 구성을 나타낸 모식도이다.

도 2는, 실시예 1에 따른 밀봉장치의 모식적 사시도이다.

도 3은, 실시예 1에 따른 밀봉장치의 장착상태를 나타낸 모식적 반단면도이다.

도 4는, 실시예 1에 따른 밀봉장치의 씰 링의 외주면의 구성을 나타낸 모식도이다.

도 5는, 씰 링의 슬라이드 면에 형성되는 면압 분포를 모식적으로 나타낸 도 면이다.

도 6은, 실시예 2에 따른 밀봉장치의 구성을 나타낸 모식도이다.

도 7은, 실시예 2에 따른 밀봉장치의 모식적 사시도이다.

도 8은, 시험장치의 개략적인 구성을 나타낸 모식도이다.

도 9는, 씰 링의 슬라이드 이동 저항을 비교한 도표이다.

도 10은, 씰 링의 도달 온도를 비교한 도표이다.

도 11은, 수압 면적과 도달 온도와의 관계를 설명하는 도면 표이다.

도 12는, 실시예 3에 따른 밀봉장치의 구성을 나타낸 모식도이다.

도 13은 실시예 4에 따른 밀봉장치의 씰 링의 외주면의 구성을 나타낸 모식도이다.

도 14는. 변형 예에 따른 밀봉장치의 모식적 반단면도이다.

도 15는, 종래의 기술에 따른 밀봉장치의 모식적 반단면도이다.

(부호의 설명)

1 - - - - 밀봉장치

2 - - - - 씰 링

20 - - - - 외주면

21 - - - - 측면

22 - - - - 홈

23 - - - - 쐐기모양 홈

24 - - - - 오목부

3 - - - - 탄성 링

4 - - - - 하우징

40 - - - - 내주면

5 - - - - 축

50 - - - - 환상 홈

51 - - - - 측면

52 - - - - 홈 바닥

6 - - - - 환상 간극

이하 도면을 참조해서, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를, 실시예에 기해 예시적으로 상세히 설명한다. 단, 이 실시예에 기재되어 있는 구성부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은, 특히 특정적인 기재가 없는 한 본 발명의 범위를 그들만으로 한정한다는 취지는 아니다.

(실시예 1)

먼저, 도 1 ~ 도 3을 참조해서, 본 발명의 실시예에 따른 밀봉장치의 개략적인 구성에 대해 설명한다. 도 1은, 본 실시예에 따른 밀봉장치의 구성을 나타낸 모식도로서, (a)는 축 방향에서 바라본 모습을 나타내고 있고, (b)는 (a)의 A-A 단면도이고, (c)는 (a)의 화살표 B 방향에서 바라본 도면이다. 도 2는, 본 실시예에 따른 밀봉장치의 모식적 사시도이다. 도 3은, 본 실시예에 따른 밀봉장치의 장착상태를 나타낸 모식적 반단면도로서, (a)는 무압시(無壓時)의 상태를 나타내고, (b)는 가압시의 상태를 나타낸다.

본 실시예에 따른 밀봉장치(1)는, 예컨대 유압실린더에서의 피스톤용 밀봉장치로 이용되고 있는 것으로, 씰 링(2)과 탄성 링(3)으로 구성되어 있다. 밀봉장치(1)는, 축 구멍을 가진 하우징(실린더; 4)와 당해 축 구멍에 삽입되는 축(피스톤이나 로드 등; 5) 사이의 환상 간극(6)을 밀봉하기 위해 축(5)의 외주면에 형성된 환상홈(50)에 장착된다.

씰 링(2)은, 단면 대략 사각형의 환상부재로서, 환상 홈(50)의 개구부 측에 배치된다. 그리고, 씰 링(2)의 외주면(20)이 하우징(4)의 내주면(40)과 슬라이드 이동 접촉함으로써, 하우징(4)에 대한 밀봉면이 형성된다. 또, 유압(OP)이 걸리면, 씰 링(2)이 환상 홈(50)의 반유압 측(反油壓側)으로 밀어 넣어짐으로써, 씰 링(2)의 반유압 측의 측면(단면; 21)이 환상 홈(50)의 측면(51)에 밀착되어, 축(5)에 대한 밀봉면이 형성된다.

씰 링(2)의 재료로는, 슬라이드 이동 부재로서 일반적으로 널리 사용되는 4불화에틸렌에틸렌(PTFE) 외에, 폴리아미드(PA), 폴리에텔에텔케톤(PEEK), 폴리파닐렌설파이드(PPS), 폴리아세탈(POM)과 같은 범용의 열가소성 엔지니어링 수지 전반을 이용할 수가 있다.

탄성 링(3)은, 니트릴고무와 같은 고무재료로 된 단면이 대략 원형인 환상부재로서, 씰 링(2)과 환상 홈(50)의 홈 바닥(52) 사이에 압축되어 장착된다. 그리고, 탄성복원력에 의해 씰 링(2)을 하우징(4) 측으로 밀어붙여, 씰 링(2)과 하우징(4)과의 밀착성을 높여주고 있다. 한편, 탄성 링(3)의 단면형상은 원형으로 한정 되지 않고, 여러 가지 형상을 적의 채용할 수 있다.

씰 링(2)은, 하우징(4)의 내주면(40)과의 슬라이드 면인 외주면(20)에 복수의 홈(22)이 형성되어 있다. 홈(22)은, 씰 링(2)의 측면(21)으로부터 외주면(20)의 안쪽(축 방향 중앙 측)을 향해 뻗은 경사 홈이다. 홈(22)은, 외주면(20)의 축 방향 양측(양단부)에 각각 형성되어 있고, 그 깊이는, 직경방향으로 외주면(20)의 단부로부터 중앙부의 바로 앞까지 뻗은 구성으로 되어 있다.

다음에는, 도 4 및 도 5를 참조해서, 본 실시예에 따른 밀봉장치(1)의 특징적인 구성인 외주면(20)에 형성된 홈(22)에 대해 상세히 설명한다. 도 4는, 본 실시예에 따른 밀봉장치(1)의 씰 링(2)의 외주면(20)의 구성을 나타낸 모식도이다. 도 5는, 씰 링의 슬라이드 면에 형성되는 면압 분포를 모식적으로 나타낸 도면이다. 한편, 홈(22)은, 외주면(20)의 양단부에 각각 마찬가지 구성으로 축 방향으로 대칭적으로 형성되는 것으로, 이하의 설명에서는, 한쪽 단부의 홈에 대해서만 설명하고, 다른 쪽 단부의 홈에 대해서는 설명을 생략한다.

홈(22)은, 하우징(4)의 내주면(40)과 씰 링(2)의 외주면(20)과의 슬라이드 부분에 윤활오일을 개재시키기 쉽도록 형성되는 것으로, 씰 링(2)의 측면(21)으로부터 외주면(20)의 중앙 측을 향해, 축 방향에 대해 경사진 방향으로 뻗어 있다.

홈(22)과 외주면(20)과의 경계선, 즉 홈(22)이 형성되어 있는 부분에서의 외주면(20)의 가장자리부(20a, 20b, 20c)는 모두 축 방향(씰 링의 슬라이드 이동 방향(C))에 대해 경사진 선으로 구성되어 있는바, 이에 의해 홈(22)에 유도된 윤활유는, 씰 링(2)의 슬라이드 이동에 의해 외주면(20)의 가장자리부(20a, 20b, 20c)에 대해 경사진 각도로 침입하는 것으로 된다.(화살표 D). 따라서, 윤활유가 외주면(20)으로 침입할 때의 저항이 저감되어, 윤활유 막을 양호하게 형성할 수 있게 된다.

즉, 씰 링(2)의 슬라이드 면(외주면)에 발생하는 면압(面壓)은, 도 5에 도시된 것과 같이, 슬라이드 면(S1)의 양단부(단면(S2) 측)에서 가장 높아지고, 그 면압 분포 형상(P)은, 슬라이드 면(S1)의 단부(端部)에서, 그의 가장자리부(S3)로부터 최대 면압(Pmax)까지가 급격히 상승하는 급구배(急句配)의 사면(斜面; P1)을 이루는 것과 같은 형상으로 된다.

따라서, 슬라이드 면(S1)의 가장자리부(S3)가 씰 링(S)의 슬라이드 이동 방향(화살표 E)에 대해 직교하는 경우에는, 윤활유는 슬라이드 면(S1)의 가장자리부(S3)에 대해 직교하는 방향으로 침입하게 되어, 사면(P1)을 급구배로 똑바로 오르는 것과 같은 저항을 받게 된다(화살표 F).

한편, 윤활유가 슬라이드 면(S1)의 가장자리부(S3)에 대해 경사지게 침입하는 경우에는, 윤활유가 받게 되는 저항은 급구배의 사면(P1)을 경사지게 오르는(화살표 G), 즉 사면(P1)을 완만한 기울기로 오르는 것과 같은 저항으로 되어, 윤활유의 슬라이드 면에 대한 침입 저항이 저감된다.

따라서, 도 4에 도시된 것과 같이, 홈(22)으로 유도된 윤활유의 씰 링(20)의 외주면(슬라이드 면; 20)에 대한 침입 각도가, 가장자리부(20a, 20b, 20c)에 대해 직교하지 않고 경사지게 구성됨으로써, 윤활유의 침입 저항을 저감시켜 보다 많은 윤활유를 외주면(20)으로 보내기 쉽게 되어 있다. 이에 의해, 하우징(4)의 내주면(40)과 씰 링(2)의 외주면(20) 사이에 두꺼운 윤활유 막을 개재시킬 수가 있게 된다.

또, 씰 링(2)의 슬라이드 면(20)에서의 원주방향을 따라 인접하는 홈(22a)과 홈(22b) 사이에는, 원주방향으로 일부가 중복되는 오버랩(overlap) 부분(H)이 형성되도록 구성되어 있다. 즉, 도 4에 도시되어 있듯이, 홈(22a)에서 가장 홈(22b) 쪽의 부분(홈(22a)의 입구 측 부분)과, 홈(22b)에서 가장 홈(22a) 쪽의 부분(홈(22b)의 안쪽 부분)이, 원주방향으로 부분적으로 서로 엇갈려(stggered) 중복되도록 배치되어 있다. 바꿔 말해, 인접하는 홈(22a)과 홈(22b) 중의 한쪽 홈(22a)이 씰 링(2)의 외주면(20)과 이루는 경계선상의 어느 한 점에서부터 축 방향(슬라이드 이동 방향)으로 연장시킨 가상선 상에, 다른 쪽 홈(22b)이 씰 링(2)의 외주면(20)과 이루는 경계선이 존재하도록, 홈(22a)과 홈(22b)이 인접해 있어서, 축 방향으로 바라본(투영(投影)한) 경우에 중복되는 부분(오버랩 부분(H))이 형성되도록 되어 있다.

이와 같이 인접하는 홈 끼리 사이에 오버랩 부분(H)이 형성됨으로써, 홈(22)으로 유도된 윤활유가 외주면(20)의 가장자리부에 대해 경사지게 침입하는 영역이, 외주면(20)의 원주방향을 따라 전체 주위에 걸쳐 연속하게 된다. 따라서, 외주면(20) 전체 주위에 걸쳐 윤활유의 침입 저항이 저감되어, 양호한 윤활유 막을 외주면(20) 전체 주위에 걸쳐 형성시킬 수 있게 된다.

(실시예 2)

다음에는, 본 발명의 실시예 2에 따른 밀봉장치에 대해 도 6 및 도 7을 참조해서 설명한다. 도 6은, 본 실시예에 따른 밀봉장치의 구성을 나타낸 모식도로서, (a)는 축 방향에서 바라본 모습을 나타내고 있는바, (b)는 (a)의 I-I 단면도이고, (c)는 (a)의 화살표 J 방향에서 바라본 도면이다. 도 7은, 본 실시예에 따른 밀봉장치의 모식적 사시도이다. 한편, 상기 실시예 1과 공통하는 구성에 대해서는 같은 부호를 붙이고 그 설명을 생략하고, 다른 점에 대해서만 설명한다.

본 실시예에 따른 밀봉장치(1')에서는, 씰 링(2)의 외주면(20)에 형성되는 홈이 쐐기모양 홈(23)으로 되어 있다. 즉, 쐐기모양 홈(23)은, 씰 링(2)의 측면(21)으로부터 외주면(20)의 안쪽(축 방향 중앙 측)을 향해 홈 폭이 서서히 좁혀지도록 구성되어 있고, 그의 깊이는, 직경방향으로 씰 링(2)의 외주면(20)의 단부(표면)로부터 중앙부에 가깝기까지 파여 들도록 되어 있다.

또, 도 6 및 도 7에 도시된 것과 같이, 인접하는 쐐기모양 홈(23)은, 원주방향으로 간극 없이 연속적으로 형성되어 있는바, 쐐기모양 홈(23)과 외주면(20)과의 경계선, 즉 외주면(20)의 가장자리부는 톱니모양으로 되어 있다. 따라서, 외주면(20)의 가장자리부는, 모두 축 방향(씰 링(2)의 슬라이드 이동 방향)에 대해 경사진 선으로 구성되어, 윤활유의 침입 저항이 외주면 전체 주위에 걸쳐 저감된다.

또, 윤활유가, 쐐기모양 홈(23)에 의해 형성되는 슬라이드 이동 방향으로 서서히 좁혀지는 공간에 밀어 넣어짐으로써, 하우징(4)과 씰 링(2) 사이에 상호 떨어지는 방향으로 작용하는 힘이 발생해서, 하우징(4)의 내주면(40)과 씰 링(2)의 외주면(20)과의 사이의 면압이 저감된다(쐐기효과). 그 결과, 씰 링(2)의 외주면(20)의 면압 구배가 저감되어, 하우징(4)과 씰 링(2)과의 사이에 적당한 윤활유 막을 개재시킬 수가 있게 된다.

여기서, 쐐기모양 홈(23)에 의해 발휘되는 쐐기효과는, 각 쐐기모양 홈(23)과 외주면(20)과의 사이의 2개의 경계선이 이루는 각도가 작을수록, 즉 쐐기모양 홈(23)의 쐐기모양의 선단 각이 보다 예각으로 될수록 커지게 되어, 면압 구배 저 감의 효과를 높일 수가 있다.

또, 외주면(20)의 면적이 작아지면, 즉 하우징(4)의 내주면(40)과의 접촉면적이 작아질수록 면압이 커지기 때문에, 쐐기모양 홈(23)의 축 방향 깊이(길이)를 얕아지게(짧게) 해서, 외주면(20)의 면적을 필요 이상으로 작게 하지 않는 것이 바람직하다.

(윤활 개선효과의 검증)

여기서, 실시예 2의 윤활 특성의 개선효과에 대해, 도 8 ~ 도 11을 참조해서, 종래의 것과 대비한 시험결과에 기해 검증해보기로 한다. 도 8은, 시험장치의 개략적인 구성을 나타낸 모식도이다. 도 9는, 씰 링의 슬라이드 이동 저항을 비교한 도표이다. 도 10은, 씰 링의 도달 온도를 비교한 도표이다. 도 11은, 수압 면적과 도달 온도와의 관계를 설명하는 도표이다.

도 8에 도시된 것과 같이, 시험장치는, 실린더(4a)와, 도시되지 않은 구동 실린더에 연결됨과 더불어 실린더(4a) 내부를 축 방향으로 왕복동할 수 있도록 구성된 피스톤(5a)을 갖추고 있고, 피스톤(5a) 외주면의 양단에 형성된 환상 홈에 평가 샘플로서의 씰 링(2a, 2b)이 각각 장착된다. 또, 2개의 샘플 사이에는 웨어 링(wear ring; 7)이 장착됨과 더불어, 압력이 호스(8)를 매개로 피스톤(5a)의 내부를 통해 2개의 샘플 사이에 가해지도록 된 구성으로 되어 있다. 참조부호 9는 로드 셀, 참조부호 10은 실린더(4a)의 벽면 온도를 측정하는 벽온측정부이다.

2개의 샘플 사이를 소정(10MPa, 30MPa 등)의 일정 압력으로 가압해서, 밀봉장치(2a, 2b)에 압력이 작용해 있도록 한 상태에서, 피스톤(5a)을 구동 실린더에 의해 왕복동시켜, 밀봉장치(2a, 2b)를 실린더(4a) 내주면에 대해 슬라이드 이동시킨다.

도달 온도의 측정은, 피스톤(5a)의 왕복동에 의한 발열로 실린더(4a)의 벽 온도가 상승하고, 그 상승이 새튜레이트(saturate) 되었을 때의 온도(발열과 방열이 평형상태로 되었을 때의 온도)를 도달 온도로서 측정을 실행하였다.

또, 슬라이드 이동 저항의 측정은, 피스톤(5a)의 왕복동에 요하는 하중을 로드 셀(9)로 측정하고, 그 파형으로부터 슬라이드 이동 저항을 채취함으로써 측정을 하였다.

실시 2에서의 씰 릴링(2)에 대응하는 것, 즉 씰 링의 외주면(슬라이드 면)의 축 방향 양단에 쐐기모양 홈을 연속해서 형성한 것을 실시예 품으로 하고, 쐐기모양 홈을 형성시키지 않은 종래의 기술에 따른 단면 사각형의 씰 링을 종래 품 1로 하고, 씰 링 외주면의 축 방향 양단이 테이퍼 면으로 되어 있는 씰 링을 종래 품 2로 하여, 도달 온도나 슬라이드 이동 저항 등의 각종의 값을 각각 비교하였다.

도 9에 나타나 있는 것과 같이, 슬라이드 이동 저항에 대해서는, 종래 품 1이 438kgf, 종래 품 2가 375kgf인 것에 대해, 실시예 품은 273kgf로 되어 있다. 즉, 쐐기모양 홈을 형성시킴으로써, 종래 품 1에 대해서는 37%, 종래 품 2에 대해서는 14% 슬라이드 이동 저항이 저감되어 있다. 따라서, 종래 품 2와 같이 테이퍼 면을 형성시키기보다도, 실시예 품과 같이 쐐기모양 홈을 형성시킨 쪽이, 홈 등을 하등 형성시키지 않은 종래 품 1에 비해 슬라이드 이동 저항이 대폭 저감됨을 알 수 있다. 여기서, 시험 조건은, 왕복동의 속도를 100mm/sec, 2개의 샘플 사이의 압력을 30MPa, 스트로크 길이를 100mm로 하고 있다. 또, 이 시험에서는, 실린더의 슬라이드부(내주면)에 극히 가까운 부분의 외주면(외벽) 온도가 100℃로 일정하게 유지되도록 해서 시험장치를 작동시켰다. 구체적으로는, 실린더의 외주측으로부터 내주측으로 관통하는 한쪽 바로 앞(lmm 정도)까지 드릴로 구멍을 뚫어, 그 내부에 온도 센서인 열전대(熱電對)를 매립함과 더불어, 열전대의 측정온도가 100℃로 되도록 히터로 가열?제어해서, 실린더의 슬라이드 면 근방에서의 온도가 100℃로 일정하게 되도록 하였다.

도 10에 나타나 있는 것과 같이, 2개의 샘플 사이의 압력을 10MPa로 한 경우의 도달 온도에 대해서는, 종래 품 1이 87℃인 데에 대해, 종래 품 2는 76℃, 실시예 품은 75℃로 되어 있어, 종래 품 1에 대해 12℃ 낮아져 있다. 또, 2개의 샘플 사이의 압력을 30MPa로 한 경우의 도달 온도에 대해서는, 종래 품 1이 126℃인 데에 대해, 실시예 품은 102℃로 되어 있어, 종래 품 1에 대해 24℃ 낮아져 있다. 즉, 실시예 품 쪽이, 종래 품 1과 비교해서 슬라이드 이동에 의한 발열의 영향을 받기 어렵다는 것을 알 수 있다. 여기서, 시험 조건은, 왕복동의 속도를 50mm/sec, 스트로크 길이를 100mm로 하고 있다.

도 11에 도시된 것과 같이, 실시예 품은, 종래 품 2보다도 접촉면적 및 유효수압 면적이 크고, 종래 품 1에 대한 수압면적 저감율이 종래 품 2보다도 작지만, 도달 온도가 종래 품 2와 같은 레벨로 되어 있다. 즉, 수압면적 저감율이 작음에도 불구하고, 도달 온도 저감율이 동등하기 때문에, 실시예 품의 같이 쐐기모양 홈을 형성한 쪽이, 종래 품 2와 같은 테이퍼면을 형성시키는 것보다도 윤활 개선효과가 크다는 것을 추측할 수가 있다.

(실시예 3)

다음에는, 도 12를 참조해서 본 발명의 실시예 3에 따른 밀봉장치에 대해 설명한다. 도 12는, 본 실시예에 따른 밀봉장치와 실시예 2에 따른 밀봉장치와의 구성의 차이를 설명하는 도면으로서, (a)는 실시예 2에 따른 밀봉장치의 단면 구성 및 씰 링의 외주면의 구성을 나타낸 모식도이고, (b)는 (a)의 K-K 단면이고, (c)는 (a)의 L-L 단면이고, (d)는 실시예 3에 따른 밀봉장치의 단면 구성 및 씰 링의 외주면의 구성을 나타낸 모식도이고, (e)는 (d)의 M-M 단면이고, (f)는 (d)의 N-N 단면이고, (g)는 (d)의 O-O 단면이다. 한편, 여기서 설명하는 단면(斷面)이라 함은, 밀봉장치를 축선을 포함한 면으로 절단한 단면인바, 이하 마찬가지이다.

도 12(a)에 도시된 것과 같이, 실시예 2에 따른 밀봉장치에서는, 씰 링(2)의 외주면(20)에 형성되는 쐐기모양 홈(23)에서, 외주면(20)의 축 방향 한쪽 편에 형성되는 쐐기모양 홈(23a)과, 다른쪽 편에 형성되는 쐐기모양 홈(23b)이, 축 방향으로 대칭적인 배치, 즉 원주방향으로 인접하는 쐐기모양 홈과의 경계선 및 쐐기모양의 정상부(頂上部)의 원주방향 위치가 같아지도록 배치되어 있다. 따라서, 슬라이드 면(외주면(20))의 축 방향 폭이 원주방향을 따라 변화하고, 씰 링(2)의 단면 볼륨이 원주방향을 따라 변화하는 구성으로 되어 있다.

즉, 도 12(b)에 도시된 것과 같이, 원주방향에 인접하는 쐐기모양 홈과의 경계선에서의 단면(斷面)에서는, 슬라이드 면(외주면(20))이 씰 링(2)의 폭 치수(외주면의 축 방향 길이)까지 형성되어 있어서, 슬라이드 이동 폭(Wa)이 최대로 되어 있다. 또, 이때의 씰 링(2)의 단면 볼륨도 최대로 된다. 또, 도 12(e)에 도시된 것과 같이, 쐐기모양 홈의 쐐기모양 정상부에서의 단면에서는, 슬라이드 면이 한쪽 쐐기모양 홈(23a)과 다른 쪽 쐐기모양 홈(23b)의 정상부 사이에서 슬라이드 이동 폭(Wb)이 최소로 되어 있다. 이때의 씰 링(2)의 단면 볼륨이 최소로 된다.

한편, 본 실시예에 따른 밀봉장치에서는, 씰 링(2)의 외주면에 형성되는 쐐기모양 홈(23)에서, 외주면(20)의 축 방향 한쪽 편에 형성되는 쐐기모양 홈(23a)과, 다른 쪽 편에 형성되는 쐐기모양 홈(23b)을 서로 다르게 어긋나도록 구성하도록, 즉 한쪽 편 쐐기모양 홈(23a)의 정상부의 원주방향 위치와, 다른 쪽 편의 쐐기모양 홈(23b)에서의 인접하는 쐐기모양 홈과의 경계선의 원주방향 위치가 일치하도록 배치되어 있다. 따라서, 도 12(d)에 도시된 것과 같이, 본 실시예에서는, 슬라이드 면이 원주방향으로 사행(蛇行)하게 되는 형상을 나타내어, 도 12(e) ~ 도 12(g)에 도시된 것과 같이, 슬라이드 면의 축 방향의 폭(Wc)이 원주방향으로 항상 일정하게 되는 구성으로 되어 있다. 또, 씰 링(2)의 단면 볼륨도 원주방향으로 일정하게 되어 있다.

본 실시예에서는, 씰 링(2)의 슬라이드 이동 폭(Wc)을 원주방향으로 일정하게 하고, 단면 볼륨이 원주방향으로 변화하지 않고 균일하도록 함으로써, 씰 링(2)의 강도의 균일화 및 안정화를 도모해서, 강도 불균일에 의한 파손의 발생을 억제하는 구성으로 되어 있다. 또, 축 방향의 슬라이드 이동 폭(Wc)이 어느 단면에서도 일정하게 됨으로써, 이물(異物)에 의한 슬라이드 면 상의 관통상(貫通傷)의 발생을 억제해서, 밀봉성의 안정화를 도모하는 구성으로 되어 있다.

(실시예 4)

다음에는, 본 발명의 실시예 4에 따른 밀봉장치에 대해, 도 13을 참조해서 설명한다. 도 13은, 본 실시예에 따른 밀봉장치의 씰 링의 외주면의 구성을 나타낸 모식도이다. 한편, 상기 실시예와 공통하는 구성에 대해서는 같은 부호를 붙이고서 그 설명을 생략하고, 다른 점에 대해서만 설명한다.

본 실시예에 따른 밀봉장치(1")는, 실시예 1에 따른 밀봉장치(1)의 씰 링(2)에서, 외주면(20)의 한쪽 단부에 형성되는 홈(22)과 다른 쪽 단부에 형성되는 홈(22)과의 사이 영역에, 오목부(24)를 형성한 구성으로 되어 있다.

이와 같이, 오목부(24)를 형성함으로써, 하우징(4)과 축(5)의 축 방향 상대운동의 스트로크가 짧은 경우라 하더라도, 효율적으로 유막을 형성할 수가 있게 된다. 즉, 첫 번째의 스트로크로 한쪽 단부의 홈(22)으로부터 오목부(24)까지 도달한 윤활유는 오목부(24)에서 일단 유지되고, 두 번째의 스트로크에서 다시 안쪽으로(다른 쪽의 단부 측으로) 이동하게 되어, 스트로크가 짧은 경우에도 외주면(20)의 한쪽에서부터 다른 쪽까지 유막을 퍼지게 할 수가 있다.

한편, 관계되는 오목부(24)는, 상기 각 실시예에 따른 밀봉장치에 적용하여도 마찬가지 효과를 얻을 수가 있다.

또, 이상의 설명에서는 각 실시예에 따른 밀봉장치를, 축의 외주에 형성된 장착 홈에 장착시켜 사용되는 것으로 해서 설명하였으나, 이에 한하지 않고, 하우징의 축 구멍에 형성시킨 장착 홈에 장착되어, 축의 외주면에 슬라이드 이동 접촉하도록 된 것이어도 좋다.

상기 각 실시예에 따른 밀봉장치에 의하면, 앞에서 설명한 바와 같이 슬라이 드 면의 윤활성이 향상됨으로써, 씰 링의 재료의 선택의 폭이 넓어진다. 즉, 슬라이드 이동 부재로서 종래에는 기본적으로 채용되지 않았던 폴리아미드와 같은 범용의 엔지니어링 수지재료(이하, PA 등)를 씰 링(2)의 재료로 채용할 수가 있게 된다.

슬라이드 이동 특성이 뛰어나고 가장 널리 사용되고 있는 4불화에틸렌에틸렌(이하, PTFE)에 대해, PA 등은 슬라이드 이동성의 면에서는 뒤떨어지지만, 원료 단가가 싸기 때문에, 씰 링의 재료비를 싸게 억제할 수가 있게 된다.

또, 고압용도로 PTFE를 채용하는 경우에는, 씰 링(2)이 환상 간극(6)으로 비어져 나오는 것을 방지하기 위해, PA 등으로 된 백업 링 병용할 필요가 있으나, PTFE에 대해 탄성이 높은 PA 등이라면, 씰 링을 백업 링의 기능을 겸하게 할 수가 있기 때문에, 고압용도에서도 백업 링 없이 단독으로 사용할 수가 있어서, 부재 점수의 삭감을 도모할 수도 있다.

그리고, 제작 면에서도, PTFE는 압축성형으로 소재를 만든 후에 절삭 등에 의해 나머지의 형상을 가공할 필요가 있는 데에 대해, PA 등은 사출성형에 의해 적은 공정으로 대량생산 할 수가 있게 된다. 따라서, 제조공정의 삭감을 도모할 수 있음과 더불어, 앞에서 설명한 바와 같이 재료비가 싸지게 됨으로써, 제조비용의 대폭적인 저감을 도모할 수가 있게 된다.

(변형예)

본 발명의 변형예에 따른 밀봉장치에 대해 도 14를 참조해서 설명한다. 도 14(a) ~ (c)는, 본 발명의 각종 변형예에 따른 밀봉장치의 구성을 나타낸 모식적 반단면도이다.

상기 각 실시예에서는, 밀봉장치의 구성으로서 대략 사각형 단면의 씰 링과 원형 단면의 탄성 링을 조합시킨 구성을 채용하고 있으나, 이러한 구성으로 한정되는 것은 아니다. 따라서, 밀봉장치의 구성으로는, 예컨대, 도 14(a)에 도시되어 있는 것과 같은 사각형 단면의 이른바 각 링(3a)이나, 도 14(b)에 도시되어 있는 것과 같은 대략 D자 형상 단면의 이른바 D 링(3b) 등을 씰 링의 부세 부재로서 조합시킨 구성을 채용할 수도 있다.

또, 도 14(c)에 도시된 것과 같이, 대략 T자 형상의 이형 단면으로 구성된 탄성 링(3c)과, 씰 링(2)과 탄성 링(3c)의 축 방향 양쪽에 각각 배치되어 환상 간극으로 씰 링(2)이 비져나오는 것을 방지하기 위한 백업 링(7)을 조합시킨 구성 등도 채용할 수가 있다.

또, 본 발명의 적용 범위로서는, 상기 각 실시예의 것과 같은 왕복동용 밀봉장치로서의 용도에 한정되지 않고, 예컨대 왕복동용 수지제의 웨어 링이나 금속제의 베어링 등에 적용하여도, 상기 실시예와 마찬가지 효과가 얻어지는 것은 물론이다.

Claims (5)

1. 축구멍을 가진 하우징(4)과 상기 축구멍에 삽입되는 축(5) 중의 한쪽 부재(5)에 형성된 환상 홈(50)에 장착되어, 이들 2 부재(4, 5) 사이의 환상 간극(6)을 밀봉하는 밀봉장치로서,

   상기 2 부재(4, 5)의 축 방향으로의 상대운동에 의해 다른 쪽 부재(4)와 슬라이드 이동하는 씰 링(2)을 구비한 밀봉장치(1)에 있어서,

   상기 씰 링(2)은, 상기 다른 쪽 부재(4)와의 슬라이드 면(20)의 축 방향 양단부에, 상기 씰 링(2)의 단면(端面)으로부터 상기 슬라이드 면(20)의 축 방향 중앙 측을 향해 뻗은 경사 홈(22)이 각각 복수로 형성되고,

   상기 경사 홈(22)과 상기 슬라이드 면(20)과의 경계선이, 상기 슬라이드 면(20)의 슬라이드 이동방향에 대해 경사진 선만으로 구성됨과 더불어,

   상기 씰 링(2)의 슬라이드 면(20)에서의 원주방향으로 인접하는 경사 홈(22)의 한쪽 경사 홈(22a)과 다른 쪽 경사 홈(22b)과의 사이에, 축 방향으로 바라본 경우에 중복되는 오버랩 부분(H)이 형성되도록, 상기 한쪽 경사 홈(22a)과 상기 다른 쪽 경사 홈(22b)이 인접해 있음으로써, 상기 경계선이 경사진 선으로 구성되는 영역으로서, 경사 홈(22)으로 유도된 윤활유가 침입하는 영역이 상기 슬라이드 면(20)의 전체 주위에 걸쳐 연속하도록 구성된 것을 특징으로 하는 밀봉장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 슬라이드 면(20)은, 한쪽 단부에 형성되는 경사 홈(22)과 다른 쪽 단부에 형성되는 경사 홈(22)과의 사이에 오목부(24)를 구비한 것을 특징으로 하는 밀봉장치.
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