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KR102200569B1 - 스프링리스 오일 씰 - Google Patents

스프링리스 오일 씰 Download PDF

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KR102200569B1
KR102200569B1 KR1020180084984A KR20180084984A KR102200569B1 KR 102200569 B1 KR102200569 B1 KR 102200569B1 KR 1020180084984 A KR1020180084984 A KR 1020180084984A KR 20180084984 A KR20180084984 A KR 20180084984A KR 102200569 B1 KR102200569 B1 KR 102200569B1
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shaft
oil seal
main lip
reinforcing rib
case
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이해성
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평화오일씰공업 주식회사
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

케이스와, 케이스의 외부에서 내부로 관통하는 샤프트 사이의 누유를 방지하는 스프링리스 오일 씰이 개시된다. 개시된 스프링리스 오일 씰은, 강체 프레임, 및 고무 소재로 형성되고 강체 프레임에 접합 지지되는 것으로, 강체 프레임의 표면을 덮어 가리며 강체 프레임의 표면에 일체로 접합된 커버부, 내주측 말단이 샤프트의 외주면에 접촉되는 메인 립부, 및 메인 립부의 내주측 말단이 샤프트의 외주면에서 이격되지 않게 탄성력을 보강하는 복수의 보강 리브를 구비한 고무 부재를 구비하나, 메인 립부를 샤프트의 외주면 측으로 탄성 가압하는 코일 스프링을 구비하지느 않는다. 복수의 보강 리브는 서로 이격 배치된다. 복수의 보강 리브의 내측 말단은 메인 립부의 외주면에 이어지고 외측 말단은 커버부의 표면에 이어진다.

Description

스프링리스 오일 씰{Spring-less oil seal}
본 발명은 케이스를 외부에서 내부로 관통하는 샤프트와 상기 케이스 사이의 누유를 방지하는 오일 씰(oil seal)에 관한 것이다.
예컨대, 차량의 엔진, 변속기, 파워 스티어링(power steering) 장치와 같은 차량 장치에는 케이스(case)와, 상기 케이스의 외부에서 내부로 관통하는 샤프트(shaft)와, 상기 케이스와 샤프트 사이의 누유를 방지하는 오일 씰이 구비된다. 상기 오일 씰은 상기 케이스 내부의 윤활유와 같은 오일이 케이스 외부로 누유되지 않도록 차단하고, 상기 케이스 외부에서 먼지 등의 이물질이 케이스 내부로 침투하지 않도록 차단한다.
도 1은 종래의 일 예에 따른 오일 씰의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 오일 씰(10)은 케이스(case)의 내주면(3)과 샤프트(shaft)의 외주면(7) 사이의 틈을 막아 케이스의 외부에서 내부를 향한 이물질의 침투를 억제하고, 케이스의 내부에서 외부를 향한 누유을 억제하는 링(ring) 형상의 부재이다. 상기 오일 씰(10)은 예컨대, 금속과 같은 강체로 이루어진 강체 프레임(11)과, 고무 소재로 형성되고 상기 강체 프레임(11)에 접합 지지되는 고무 부재(12)를 구비한다. 고무 부재(12)는 상기 샤프트 외주면(7)에 탄성 밀착되도록 내측으로 연장된 메인 립(main lip)(14)을 구비한다.
상기 오일 씰(10)은 상기 메인 립(14)이 상기 샤프트 외주면(7)에 밀착되는 탄성력이 보강되도록 상기 메인 립(14)을 샤프트의 중심 측으로 조여주는 탄성력 보강 스프링(spring)(17)을 더 구비한다. 고무 부재(12)의 메인 립(14) 외주면에는 상기 탄성력 보강 스프링(17)이 안착되도록 단면이 대략 반원 형상으로 파여진 스프링 안착 홈(groove)(15)이 형성된다. 그러나, 상기 오일 씰(10)은 케이스에 조립할 때 가해지는 외력에 의해, 또는 오일 씰(10)이 적용된 장치의 작동 도중에 가해지는 외부 충격이나 샤프트의 회전 또는 승강에 의한 진동에 의해 탄성력 보강 스프링(17)이 스프링 안착 홈(15)에서 분리 이탈될 가능성이 커서 품질의 신뢰성이 낮고, 오일 씰의 장착 작업의 생산성이 저하되는 문제가 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2003-0000051호
본 발명은, 고무 부재에서 쉽게 분리되는 스프링(spring)을 없애고도 립(lip)이 샤프트의 외주면에 밀착되는 탄성 밀착력이 약화되지 않는 스프링리스 오일 씰을 제공한다.
본 발명은, 케이스(case)와, 상기 케이스의 외부에서 내부로 관통하는 샤프트(shaft) 사이의 누유를 방지하는 오일 씰로서, 강체 프레임, 및 고무 소재로 형성되고 상기 강체 프레임에 접합 지지되는 것으로, 상기 강체 프레임의 표면을 덮어 가리며 상기 강체 프레임의 표면에 일체로 접합된 커버부(cover portion), 내주측 말단이 상기 샤프트의 외주면에 접촉되는 메인 립부(main lip portion), 및 상기 메인 립부의 내주측 말단이 상기 샤프트의 외주면에서 이격되지 않게 탄성력을 보강하는 복수의 보강 리브(rib)를 구비한 고무 부재를 구비하고, 상기 메인 립부를 상기 샤프트의 외주면 측으로 탄성 가압하는 코일 스프링(coil spring)을 구비하지 않으며, 상기 복수의 보강 리브는 서로 이격 배치되고, 상기 복수의 보강 리브의 내측 말단은 상기 메인 립부의 외주면에 이어지고 외측 말단은 상기 커버부의 표면에 이어지는 스프링리스 오일 씰(spring-less oil seal)을 제공한다.
상기 복수의 보강 리브는 상기 샤프트의 축선을 중심으로 방사 방향으로 연장될 수 있다.
상기 복수의 보강 리브는 8 내지 50개가 구비되고, 상기 샤프트의 축선을 중심으로 등각도 간격으로 배치될 수 있다.
상기 샤프트의 축선과 평행한 방향으로, 상기 보강 리브의 외측 말단에서 상기 메인 립부 내주측 말단까지 메인 립부의 높이에 대한 상기 보강 리브의 외측 말단에서 내측 말단까지 보강 리브의 높이의 비(ratio)는, 0.5 내지 1.5일 수 있다.
상기 샤프트의 축선과 평행한 방향으로 상기 보강 리브의 외측 말단에서 내측 말단까지 보강 리브의 높이가, 상기 보강 리브의 두께보다 클 수 있다.
본 발명의 스프링리스 오일 씰은 립이 샤프트의 외주면에 탄성 밀착되게 가압하는 스프링이 없음에도 불구하고, 고무 부재에 구비된 복수의 보강 리브로 인하여 립의 탄성 밀착력이 약화되지 않으며 내구성이 유지된다. 따라서, 스프링리스 오일 씰을 생산하는 생산 원가가 절감되고, 생산성도 향상된다.
또한, 스프링을 고무 부재에 조립하지 않으므로, 오일 씰을 장치에 탑재하는 오일 씰 장착 작업의 생산성이 향상되고, 오일 씰이 적용된 장치의 작동 도중에 스프링이 고무 부재에서 이탈될 우려가 없으므로 오일 씰이 적용된 장치의 품질에 대한 신뢰성도 향상된다.
도 1은 종래의 일 예에 따른 오일 씰의 단면도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스프링리스 오일 씰의 사시도 및 평면도이다.
도 4는 도 2 및 도 3의 스프링리스 오일 씰이 적용된 예를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 스프링리스 오일 씰을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스프링리스 오일 씰의 사시도 및 평면도이고, 도 4는 도 2 및 도 3의 스프링리스 오일 씰이 적용된 예를 도시한 단면도이다. 도 2 내지 도 4를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스프링리스 오일 씰(20)은 케이스(2)와 상기 케이스(2)의 외부에서 내부로 관통하는 샤프트(shaft)(6)를 구비하는 장치에서, 상기 케이스(2)의 외부에서 내부를 향한 이물질의 침투를 억제하고, 상기 케이스(2)의 내부에서 외부를 향한 누유을 방지하기 위해 사용된다. 상기 케이스(2)와 샤프트(6)를 구비하는 장치는 예를 들어, 엔진, 변속기, 파워 스티어링 장치, 쇽 업소버 등의 차량내 장치이거나, 세탁기 등의 전기 제품일 수 있다. 구체적인 예로서, 상기 샤프트(6)는 크랭크 샤프트(crank shaft)이고, 상기 케이스(2)는 크랭크 케이스(crank case)일 수 있다.
상기 스프링리스 오일 씰(20)은 강체 프레임(21), 및 고무 부재(30)를 구비한다. 강체 프레임(21)은 예컨대, 금속과 같은 강체로 이루어진 링(ring) 형상의 부재이다. 강체 프레임(21)은 샤프트(6)의 축선(CL)과 평행하게 연장되는 케이스 지지부(22)와, 상기 케이스 지지부(22)의 일 측 말단에서 샤프트 외주면(7)에 가까워지는 방향으로 절곡 연장된 립 지지부(23)를 구비한다. 따라서, 상기 강체 프레임(21)의 단면의 형상은 대체로 알파벳 'L' 또는 한글 자음 'ㄱ' 및 'ㄴ' 과 유사하다.
상기 고무 부재(30)는 고무 소재로 형성되고 상기 강체 프레임(21)에 접합 지지되는 부재로서, 외주부(31), 커버부(cover portion)(32), 메인 립부(main lip portion)(35), 더스트 립부(dust lip portion)(40), 및 복수의 보강 리브(rib)(45)를 구비한다. 상기 외주부(31)는 스프링리스 오일 씰(20)이 상기 케이스(2)의 내주면(3)에 억지 끼움에 의해 설치될 때 상기 케이스 내주면(3)에 밀착되는 부분이다. 상기 외주부(31)가 상기 강체 프레임(21)의 케이스 지지부(22)의 외주면을 노출되지 않게 덮는다. 상기 외주부(31)는 상기 강체 프레임(21)의 케이스 지지부(22)에 접합되어 지지된다.
상기 커버부(32)는 강체 프레임(21)의 표면을 덮어 가리며 강체 프레임(21)의 표면에 일체로 접합된다. 구체적으로, 상기 커버부(32)는 상기 케이스 지지부(22)의 내측면과, 케이스(2)의 내부 공간(5)을 향하는 립 지지부(23)의 내측면을 덮어 가린다. 메인 립부(35)는 말단(35t)이 샤프트(6)의 외주면(7)에 접촉되도록 샤프트(6)의 축선(CL)을 향한 방향으로 돌출된다. 메인 립부(35)는 케이스(2)의 내부 공간(5)에서 케이스(2)의 외부를 향하여 흐르는 예컨대, 윤활제와 같은 오일(oil)의 누유를 방지한다.
더스트 립부(40)은 말단(40t)이 샤프트(6)의 외주면(7)에 접촉되도록 상기 축선(CL)을 향한 방향으로 돌출된다. 더스트 립부(40)는 케이스(2)의 외부에서 상기 내부 공간(5)을 향한 예컨대, 먼지, 미세 입자와 같은 이물질의 침입을 방지한다. 더스트 립부(40)과 메인 립부(35)의 말단(40t, 35t)는 상기 축선(CL)을 중심으로 하는 원 궤도를 따라 연장된다. 메인 립부(35)는 강체 프레임(21)의 립 지지부(23)의 위치보다 케이스(2)의 내부 공간(5) 측으로 더 삽입된 위치에 마련되고, 더스트 립부(40)는 상기 메인 립부(35)보다 케이스(2)의 외측에 더 가깝게, 즉 케이스(2)의 내부 공간(5)에서 더 멀어지게 위치한다.
복수의 보강 리브(45)는 메인 립부(35)의 내주측 말단(35t)이 샤프트(6)의 외주면(7)에서 이격되지 않게 탄성력을 보강한다. 복수의 보강 리브(45)는 서로 이격되게 배치된다. 각각의 보강 리브(45)는 내측 말단(46)과 외측 말단(47)을 구비한다. 상기 내측 말단(46)이 외측 말단(47)보다 상대적으로 샤프트(6)에 더 가까운 말단이다. 상기 내측 말단(46)은 메인 립부(35)의 외주면(36), 즉 메인 립부 내측 말단(35t)을 등지고 있는 면에 이어지고, 상기 외측 말단(47)은 상기 커버부(32)의 표면에 이어진다.
상기 스프링리스 오일 씰(20)은 금형(미도시) 내부에 마련된, 스프링리스 오일 씰(20)의 형상에 대응되는 캐비티(cavity)에 상기 강체 프레임(21)을 삽입 안착시키고, 상기 고무 소재에 대응되는 용융 수지를 상기 금형 내부의 캐비티에 사출 주입하고 가류하는 방법에 의해 형성된다. 즉, 상기 삽입 사출하고 가류하는 방법에 의해 강체 프레임(21)에 일체로 결합된 고무 부재(30)가 형성된다.
상기 보강 리브(45)의 외측 말단(47)의 위치는 상기 립 지지부(23)의 내주측 말단(24)의 위치보다 상기 축선(CL)으로부터 더 멀게 위치하고, 상기 보강 리브(45)의 내측 말단(46)의 위치는 상기 립 지지부(23)의 내주측 말단(24)의 위치보다 상기 축선(CL)에 더 가깝게 위치한다. 이에 따라 상기 보강 리브(45)의 외측 말단(47) 및 그 주변 부분은 상기 커버부(32)와 마찬가지로 상기 강체 프레임(21)의 립 지지부(23)에 고정 지지되고, 보강 리브(45)도 외력에 의해 쉽게 휘어지지 않게 된다.
복수의 보강 리브(45)는 상기 축선(CL)을 중심으로 방사 방향(radial direction)으로 연장되며, 상기 축선(CL)을 중심으로 등각도 간격으로 배치된다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스프링리스 오일 씰(20)에서 복수의 보강 리브(45)는 8 내지 50개가 구비될 수 있다. 상기 보강 리브(45)의 개수가 8개보다 작으면 메인 립부(35)가 샤프트(6)의 외주면(7)에 밀착되도록 메인 립부(35)를 가압하는 탄성력이 부족하여 누유가 많아질 수 있다.
한편, 상기 보강 리브(45)의 개수가 50개보다 많으면 상기 메인 립부(35)를 상기 샤프트 외주면(7) 측으로 가압하는 탄성력이 너무 커서 샤프트(6)와 메인 립부(35) 사이의 마찰이 커져 동력 손실이 커지고 상기 메인 립부 말단(35t)이 빨리 마모되어 내구성이 약해질 수 있다. 한편, 복수의 보강 리브(45)가 등각도 간격으로 배치되지 않으면 상기 축선(CL)을 중심으로 하는 각도에 따라 상기 메인 립부(35)가 상기 샤프트 외주면(7)를 가압하는 탄성력이 불균일하여 누유 및 마모가 촉진될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 스프링리스 오일 씰(20)에서, 상기 축선(CL)과 평행한 방향으로, 보강 리브(45)의 외측 말단(47)에서 상기 메인 립부 내주측 말단(35t)까지 메인 립부(35)의 높이(HL)에 대한 상기 보강 리브(45)의 외측 말단(47)에서 내측 말단(46)까지 보강 리브(45)의 높이(HR)의 비(ratio)는, 0.5 내지 1.5일 수 있다. 상기 HL에 대한 HR의 비가 0.5보다 작으면, 상기 복수의 보강 리브(45)의 개수가 너무 작은 경우와 마찬가지로 메인 립부(35)를 가압하는 탄성력이 부족하여 누유가 많아질 수 있다. 반대로, 상기 HL에 대한 HR의 비가 1.5보다 크면, 상기 복수의 보강 리브(45)의 개수가 너무 낳은 경우와 마찬가지로 샤프트(6)의 회전 동력 손실이 커지고 메인 립부 말단(35t)의 마모가 촉진될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 스프링리스 오일 씰(20)에서, 상기 축선(CL)과 평행한 방향으로 보강 리브(45)의 외측 말단(47)에서 내측 말단(46)까지 보강 리브(45)의 높이(HR)가 보강 리브(45)의 두께(TR)보다 클 수 있다. 상기 HR의 크기가 상기 TR의 크기보다 작거나 같으면 상기 복수의 보강 리브(45)의 개수가 너무 낳은 경우와 마찬가지로 샤프트(6)의 회전 동력 손실이 커지고 메인 립부 말단(35t)의 마모가 촉진될 수 있다.
상기 스프링리스 오일 씰(20)은 메인 립부(35)가 샤프트(6)의 외주면(7)에 밀착되게 상기 메인 립부(35)를 상기 샤프트 외주면(7) 측으로 탄성 가압하는 코일 스프링(coil spring)을 구비하지 않는다. 그럼에도 불구하고, 고무 부재(30)에 구비된 복수의 보강 리브(45)로 인하여 메인 립부(35)의 탄성 밀착력이 약화되지 않으며 내구성이 유지된다. 따라서, 스프링리스 오일 씰(20)을 생산하는 생산 원가가 절감되고, 생산성도 향상된다.
또한, 코일 스프링을 고무 부재(30)에 조립하지 않으므로, 스프링리스 오일 씰(20)을 샤프트(6)의 외주면(7)과 케이스(2)의 내주면(3) 사이의 틈을 막도록 장치에 탑재하는 오일 씰 장착 작업의 생산성이 향상되고, 스프링리스 오일 씰(20)이 적용된 장치의 작동 도중에 코일 스프링이 고무 부재에서 이탈될 우려가 없다. 따라서, 스프링리스 오일 씰(20)이 적용된 장치의 품질에 대한 신뢰성도 향상된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
20: 스프링리스 오일 씰 21: 강체 프레임
30: 고무 부재 31: 외주부
32: 커버부 35: 메인 립부
40: 더스트 립부 45: 보강 리브

Claims (5)

  1. 케이스(case)와, 상기 케이스의 외부에서 내부로 관통하는 샤프트(shaft) 사이의 누유를 방지하는 오일 씰로서,
    상기 샤프트의 축선과 평행하게 연장되는 케이스 지지부와, 상기 케이스 지지부의 일 측 말단에서 상기 샤프트의 외주면에 가까워지는 방향으로 절곡 연장된 립 지지부를 구비한 강체 프레임; 및, 고무 소재로 형성되고 상기 강체 프레임에 접합 지지되는 것으로, 상기 강체 프레임의 표면을 덮어 가리며 상기 강체 프레임의 표면에 일체로 접합된 커버부(cover portion), 내주측 말단이 상기 샤프트의 외주면에 접촉되는 메인 립부(main lip portion), 및 상기 메인 립부의 내주측 말단이 상기 샤프트의 외주면에서 이격되지 않게 탄성력을 보강하는 복수의 보강 리브(rib)를 구비한 고무 부재;를 구비하고,
    상기 메인 립부를 상기 샤프트의 외주면 측으로 탄성 가압하는 코일 스프링(coil spring)을 구비하지 않으며,
    상기 복수의 보강 리브는 서로 이격 배치되고, 상기 복수의 보강 리브의 내측 말단은 상기 메인 립부의 외주면에 이어지고 외측 말단은 상기 커버부의 표면에 이어지고,
    상기 보강 리브의 외측 말단의 위치는 상기 립 지지부의 내주측 말단의 위치보다 상기 샤프트의 축선으로부터 더 멀게 위치하고, 상기 보강 리브의 내측 말단의 위치는 상기 립 지지부의 내주측 말단의 위치보다 상기 샤프트의 축선에 더 가깝게 위치하는 것을 특징으로 하는 스프링리스 오일 씰(spring-less oil seal).
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 보강 리브는 상기 샤프트의 축선을 중심으로 방사 방향으로 연장된 것을 특징으로 하는 스프링리스 오일 씰(spring-less oil seal).
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 보강 리브는 8 내지 50개가 구비되고, 상기 샤프트의 축선을 중심으로 등각도 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 스프링리스 오일 씰.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 샤프트의 축선과 평행한 방향으로, 상기 보강 리브의 외측 말단에서 상기 메인 립부 내주측 말단까지 메인 립부의 높이에 대한 상기 보강 리브의 외측 말단에서 내측 말단까지 보강 리브의 높이의 비(ratio)는, 0.5 내지 1.5인 것을 특징으로 하는 스프링리스 오일 씰.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 샤프트의 축선과 평행한 방향으로 상기 보강 리브의 외측 말단에서 내측 말단까지 보강 리브의 높이가, 상기 보강 리브의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 스프링리스 오일 씰.
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