KR101835064B1 - 밀봉 장치 - Google Patents

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KR101835064B1
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고요 실링 테크노 가부시키가이샤
나부테스코 가부시키가이샤
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Abstract

밀봉 장치(1)는, 탄성 소재에 의해 형성된 환상의 실부(5)를 구비하고 있다. 실부(5)의 안둘레면에는 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 미끄럼 접촉하는 메인 립(10)과, 메인 립(10)으로부터 진공 공간(V) 측을 향해 점차 지름 확장하고 있는 진공 공간 측 경사면(11)이 형성되어 있다. 진공 공간 측 경사면(11)에는, 회전축(S)의 바깥둘레면에 미끄럼 접촉하는 제1 환상 돌기(20)와, 메인 립(10)과 제1 환상 돌기(20) 사이에 배치되어 지름 방향 내측으로 돌출된 제2 환상 돌기(21)가 형성되어 있다. 제2 환상 돌기(21)는, 밀봉 장치(1)의 사용 초기의 상태에서는 회전축(S)에 미끄럼 접촉하지 않고, 필요한 밀봉성을 유지할 수 없을 정도로 메인 립(10)이 마모되면, 회전축(S)에 대한 미끄럼 접촉을 개시하도록 형성되어 있다.

Description

밀봉 장치{SEAL DEVICE}
본 발명은, 예를 들면 회전축과, 상기 회전축을 포위하고 있는 하우징 사이의 환상(環狀) 공간을 대기압 공간과 진공 공간으로 칸막이하기 위한 밀봉 장치에 관한 것이다.
종래, 진공 공간으로 된 진공 용기 내의 기기에 회전력을 부여하기 위해, 회전력 전달용 회전축을, 상기 진공 용기의 내부로부터 외부로 돌출되도록 설치시키는 경우가 있다.
이 경우, 상기 회전축과, 상기 진공 용기에 마련된 상기 회전축을 삽입하기 위한 관통 구멍 사이의 환상 공간으로부터 상기 진공 용기 내로 대기가 리크(leak)되는 것을 방지하여 진공 상태를 유지하기 위해, 상기 환상 공간에는 밀봉 장치가 장착된다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본 공개특허공보 2001-99328호
상기 밀봉 장치에서는, 상기 회전축에 대하여 미끄럼 접촉하여 상기 진공 용기 내외를 밀봉하고 있는 상기 밀봉 장치 실 립(seal lip)이, 미리 마련된 간섭(interference)에 더하여, 상기 진공 용기 내외에서의 압력차에 의해 상기 회전축에 대하여 과도하게 가압되는 일이 있다. 이와 같이 실 립이 회전축에 대하여 과도하게 가압되면, 실 립의 마모가 촉진되고 상기 밀봉 장치에 의한 밀봉성이 조기에 저하되어, 밀봉 장치로서의 수명을 현저하게 저하시킬 우려가 있다.
본 발명은, 이와 같은 사정에 비추어 보아 이루어진 것이며, 장기에 걸쳐 밀봉성을 유지할 수 있는 밀봉 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 회전축과, 이 회전축을 포위하고 있는 하우징 사이에 형성된 환상 공간을, 축 방향에서 저압 공간과, 상기 저압 공간보다도 고압인 고압 공간으로 칸막이하는 밀봉 장치로서, 탄성 소재에 의해 형성되어 있음과 함께 상기 회전축의 바깥둘레면에 미끄럼 접촉하는 환상의 실부(seal portion)를 구비하고, 상기 실부의 안둘레면에는, 상기 회전축의 바깥둘레면에 미끄럼 접촉하는 메인 립(main lip)과, 상기 메인 립으로부터 상기 저압 공간 측을 향해 연장되어 있음과 함께 상기 저압 공간 측을 향해 점차 지름 확장하고 있는 경사면이 형성되고, 상기 경사면에는, 상기 메인 립이 상기 회전축의 바깥둘레면에 미끄럼 접촉한 상태로 상기 회전축의 바깥둘레면에 미끄럼 접촉하는 제1 환상 돌기와, 상기 메인 립과 상기 제1 환상 돌기 사이에 배치되어 지름 방향 내측으로 돌출된 제2 환상 돌기가 형성되며, 상기 제2 환상 돌기는, 상기 밀봉 장치가 사용 초기의 상태에서는 상기 회전축의 바깥둘레면에 미끄럼 접촉하지 않고, 상기 밀봉 장치의 사용에 의해 필요한 밀봉성을 유지할 수 없을 정도로 상기 메인 립 및 상기 제1 환상 돌기가 마모되면, 상기 회전축의 바깥둘레면에 대한 미끄럼 접촉을 개시하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기와 같이 구성된 밀봉 장치에 의하면, 밀봉 장치가 사용 초기의 상태에서는 메인 립 및 제1 환상 돌기에 의해 필요한 밀봉성을 확보한다. 그 후, 밀봉 장치가 사용되어 메인 립 및 제1 환상 돌기가 회전축의 바깥둘레면에 대하여 미끄럼 접촉함으로써 필요한 밀봉성을 유지할 수 없을 정도로 마모됐다고 해도, 제2 환상 돌기가 회전축의 바깥둘레면에 대하여 미끄럼 접촉을 개시하므로 제2 환상 돌기를 새롭게 밀봉성 확보에 기여시킬 수 있어 필요한 밀봉성을 유지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 밀봉 장치에 의하면, 사용에 의한 마모에 의해 메인 립 및 제1 환상 돌기에서는 필요한 밀봉성의 유지가 곤란해졌다고 해도, 그때까지 미끄럼 접촉하지 않고 있던 제2 환상 돌기를 회전축의 바깥둘레면에 새롭게 미끄럼 접촉시킴으로써 밀봉 장치로서 필요한 밀봉성을 유지할 수 있다. 그 결과, 장기에 걸쳐 밀봉성을 유지할 수 있다.
상기 밀봉 장치에서, 상기 제2 환상 돌기는 복수 형성되어 있는 것이 바람직하다. 그때, 복수의 상기 제2 환상 돌기는, 필요한 밀봉성을 유지할 수 없을 정도로 상기 메인 립 및 상기 제1 환상 돌기가 마모되면, 그 마모량에 따라 복수의 상기 제2 환상 돌기의 내, 상기 메인 립에 가까운 상기 제2 환상 돌기부터 순서대로 미끄럼 접촉을 개시하도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이 경우, 메인 립 및 제1 환상 돌기의 마모량에 따라 복수의 제2 환상 돌기가 순서대로 미끄럼 접촉을 개시하므로, 메인 립 및 상기 제1 환상 돌기의 마모가 진행된다. 그 후, 미끄럼 접촉을 개시한 제2 환상 돌기가 마모되기 시작했다고 해도, 순차적으로, 새롭게 제2 환상 돌기가 미끄럼 접촉을 개시한다. 이로써, 보다 장기에 걸쳐 밀봉성을 유지할 수 있다.
또한, 상기 밀봉 장치에서 상기 경사면에는, 상기 메인 립과 상기 제2 환상 돌기 사이에, 상기 밀봉 장치가 사용 초기의 상태에서, 상기 회전축의 바깥둘레면에 미끄럼 접촉하는 제3 환상 돌기가 더 형성되어 있어도 된다.
이 경우, 밀봉 장치가 사용 초기의 상태에서, 메인 립, 제1 환상 돌기, 및 제3 환상 돌기 각각에 의해 저압 공간과 고압 공간 사이를 다단계로 칸막이할 수 있다. 이로써, 고압 공간 측으로부터 압력 리크가 생겼다고 해도 단계적으로 저감할 수 있다. 따라서, 제2 환상 돌기가 미끄럼 접촉을 개시할 때까지의 사용 초기의 상태에서의 밀봉성을 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다.
본 발명의 밀봉 장치에 의하면, 장기에 걸쳐 밀봉성을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시형태에 따른 밀봉 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1 중, 실부의 주요부를 확대한 단면도이다.
도 3은 밀봉 장치의 안둘레 측에 회전축을 삽입했을 때의 메인 립의 단면도이며, (a)는 밀봉 장치의 사용 초기의 상태, (b)는 밀봉 장치가 사용된 결과, 메인 립, 제1 환상 돌기, 및 제3 환상 돌기가 마모된 상태를 나타내고 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 메인 립의 단면도이며, 밀봉 장치(1)의 사용 초기의 상태를 나타내고 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 메인 립의 단면도이다.
다음으로, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 첨부 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시형태에 따른 밀봉 장치의 단면도이다. 이 밀봉 장치(1)는, 내부가 진공 환경으로 된 진공 용기(도시하지 않음)에 장착되는 것이다. 밀봉 장치(1)는, 회전축(S)과, 회전축(S)를 포위하고 있는 하우징(H) 사이에 형성된 환상 공간(T)을, 축 방향에서 대기압 공간(A)(고압 공간, 도 1 중, 지면 좌측)과 진공 공간(V)(저압 공간, 도 1 중, 지면 우측)에 밀봉 상태로 칸막이하기 위해 이용되고 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 진공 공간(V)은 10-3Pa(절대 압력) 이하의 높은 진공으로 유지되어 있다.
회전축(S)은, 상기 진공 용기 내에 설치된 기기에 회전력을 부여하기 위한 회전력 전달용 축이다. 회전축(S)은, 상기 진공 용기에 마련되어 상기 진공 용기의 내외를 연통하고 있는 통상(筒狀)의 하우징(H)에 삽입되고, 상기 진공 용기의 내부인 진공 공간(V)으로부터 외부인 대기압 공간(A)을 향해 돌출되도록 설치되어 있다.
밀봉 장치(1)는, 회전축(S)이 회전 가능하게 환상 공간(T)을 축 방향으로 칸막이하고 있다. 밀봉 장치(1)는, 금속제 심금(2)과, 심금(2)에 가황 접착함으로써 형성된 불소 고무 등의 탄성 소재로 이루어지는 실 부재(3)를 구비하고 있다.
심금(2)은, SPCC 등의 강판을 프레스 가공함으로써 환상으로 형성되어 있다. 심금(2)은, 원통상의 원통부(2a)와, 원통부(2a)의 축 방향 한쪽 측의 단부(端部)를 지름 방향 내측으로 구부려 형성된 환상부(2b)를 가지고 있다. 심금(2)은 절단면 L자형으로 형성되어 있다.
실 부재(3)는, 원통부(2a)의 바깥둘레면으로부터 대기압 공간(A) 측의 단면(端面)을 돌아 들어가 상기 원통부(2a)의 안둘레면을 따름과 함께 환상부(2b)의 대기압 공간(A) 측의 측면을 따라 접착 형성된 본체부(4)와, 환상부(2b)의 안둘레 끝으로부터 연장되는 실부(5)와, 동일하게 환상부(2b)의 안둘레 끝으로부터 연장되는 보조 립(7)을 가지고 있다.
심금(2)은, 본체부(4)를 통해 하우징(H)에 프레스 피트(press-fit)되어 있다. 이로써, 밀봉 장치(1)는 하우징(H)에 고정되어 있다.
보조 립(7)은, 환상부(2b)의 안둘레 끝을 기단(基端)으로 하여 진공 공간(V) 측으로 연장됨과 함께, 지름 방향 내측으로 돌출되도록 설치되어 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 미끄럼 접촉하고 있다.
실부(5)는, 환상부(2b)의 안둘레 끝을 기단으로 하여 대기압 공간(A) 측으로 연장되어 있는 환상의 부재이다.
실부(5)의 바깥둘레면 측에는, 상기 실부(5)를 지름 방향 내측으로 조여 가압함으로써 밀봉성을 높이기 위한 가터 스프링(garter spring)(8)이 장착되어 있다.
실부(5)는, 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 미끄럼 접촉함으로써, 회전축(S)과 하우징(H) 사이로부터 대기압 공간(A)의 압력이 진공 공간(V)으로 리크되지 않도록 양 공간의 사이를 밀봉하고 있다.
실부(5)의 안둘레면에는, 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 미끄럼 접촉하는 메인 립(10)과, 메인 립(10)으로부터 진공 공간(V) 측을 향해 연장되어 있음과 함께, 진공 공간(V) 측을 향해 점차 지름 확장하고 있는 진공 공간 측 경사면(11)과, 메인 립(10)으로부터 대기압 공간(A) 측을 향해 연장되어 있음과 함께, 대기압 공간(A) 측을 향해 점차 지름 확장하고 있는 대기 공간 측 경사면(12)이 형성되어 있다. 따라서, 메인 립(10)은, 진공 공간 측 경사면(11)과 대기 공간 측 경사면(12)이 교차하는 정점에 의해 구성되어 있고, 절단면 산형(山形)으로 형성되어 있다.
실부(5)는, 상술한 바와 같이 환상부(2b)의 안둘레 끝을 기단으로 하여 대기압 공간(A) 측으로 연장되어 있다. 따라서, 실부(5)는, 진공 공간(V) 측의 단부를 지점(支點)으로 하여, 대기압 공간(A) 측의 단부가 지름 방향으로 요동 가능하게 되어 있다. 또한, 도 1은 자유 상태에 있는 실부(5)를 나타내고 있다.
실부(5)는, 안둘레 측에 회전축(S)이 삽입되면, 상기 실부(5)의 대기압 공간(A) 측의 단부가 지름 방향 외측으로 요동하고, 대기압 공간(A) 측의 단부 및 메인 립(10)이 약간 지름 확장하도록 탄성 변형된다. 메인 립(10)은, 약간 지름 확장하도록 탄성 변형된 상태로 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 미끄럼 접촉한다.
도 2는, 도 1 중, 실부(5)의 주요부를 확대한 단면도이다. 또한, 도 2는 자유 상태에 있는 실부(5)를 나타내고 있다.
실부(5)의 진공 공간 측 경사면(11)은, 축 방향에 대한 경사 각도(d)가, 예를 들면 10~20도의 범위로 설정된 원뿔 형상의 안둘레면에 형성되어 있다.
진공 공간 측 경사면(11)에는, 상기 진공 공간 측 경사면(11)으로부터 지름 방향 내측으로 돌출되도록 설치한 제1 환상 돌기(20)가 형성되어 있다.
또, 메인 립(10)과 제1 환상 돌기(20) 사이에는, 제1 환상 돌기(20)와 동일하게 진공 공간 측 경사면(11)으로부터 지름 방향 내측으로 돌출되도록 설치한 제2 환상 돌기(21)가 형성되어 있다.
또한, 메인 립(10)과 제2 환상 돌기(21) 사이에는, 진공 공간 측 경사면(11)으로부터 지름 방향 내측으로 돌출되도록 설치한 제3 환상 돌기(22)가 형성되어 있다.
각 환상 돌기(20~22)는, 그 선단이 절단면 원호(圓弧) 형상으로 형성되어 있다.
제2 환상 돌기(21) 및 제3 환상 돌기(22)는, 진공 공간 측 경사면(11)을 기준으로 한 돌출 치수가 서로 동일한 돌출 치수(t1)로 형성되어 있다.
또한, 제1 환상 돌기(20)는, 그 돌출 치수(t2)가 제2 환상 돌기(21) 및 제3 환상 돌기(22)의 돌출 치수(t1)보다도 큰 값(예를 들면, t1의 2~3배 정도)이 되도록 형성되어 있다.
제1 환상 돌기(20)의 돌출 치수(t2)는, 후술하는 바와 같이, 밀봉 장치(1)에 회전축(S)이 삽입되어, 메인 립(10)(및 제3 환상 돌기(22))이 바깥둘레면(S1)에 미끄럼 접촉했을 때에 그 선단이 바깥둘레면(S1)에 미끄럼 접촉하는 값으로 설정되어 있다.
한편, 제2 환상 돌기(21)의 돌출 치수(t1)는, 밀봉 장치(1)가 사용 초기의 상태에서는 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 미끄럼 접촉하지 않고, 메인 립(10) 및 제1 환상 돌기(20)가 사용에 의해 마모되면, 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 대한 미끄럼 접촉을 개시하는 값으로 설정되어 있다.
또한, 밀봉 장치(1)에서의 사용 초기의 상태란, 미사용의 밀봉 장치(1)를 하우징(H)에 고정하여 사용을 개시한 직후로서 메인 립(10)이나 제1 환상 돌기(20)에 마모가 보이지 않는 상태를 말한다.
도 3은, 밀봉 장치(1)의 안둘레 측에 회전축(S)를 삽입했을 때의 메인 립(10)의 단면도이다. 도 3(a)는, 밀봉 장치(1)의 사용 초기의 상태를 나타내고 있다.
상술한 바와 같이, 실부(5)의 안둘레면 측에 회전축(S)이 삽입되면, 상기 실부(5)는 진공 공간(V) 측의 단부를 지점으로 하여, 대기압 공간(A) 측의 단부가 지름 방향 외측으로 요동한다. 또한, 메인 립(10)은, 약간 지름 확장하도록 탄성 변형된 상태로 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 미끄럼 접촉한다.
또한, 진공 공간 측 경사면(11)의 경사 각도(d)(도 2)는, 실부(5)의 대기압 공간(A) 측의 단부가 지름 방향 외측으로 요동함으로써 작아진다. 이로써, 진공 공간 측 경사면(11)이 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 접근한다. 이로써, 제1 환상 돌기(20)는, 그 선단이 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 미끄럼 접촉한다. 즉, 제1 환상 돌기(20)는, 메인 립(10)이 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 미끄럼 접촉한 상태로, 그 선단이 바깥둘레면(S1)에 미끄럼 접촉하도록 형성되어 있다.
또한, 제3 환상 돌기(22)도, 제1 환상 돌기(20)와 동일하게 메인 립(10)이 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 미끄럼 접촉한 상태로, 그 선단이 바깥둘레면(S1)에 미끄럼 접촉하도록 형성되어 있다.
실부(5)가 자유 상태에서의 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22) 각각의 안지름 치수는, 회전축(S)의 바깥지름 치수보다도 작은 소정 치수로 형성되어 있다.
상기 치수로 형성되어 있는 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22)는, 상술한 바와 같이 회전축(S)이 삽입되어 실부(5)가 탄성 변형됨으로써 지름 확장하고, 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 미끄럼 접촉한다. 이로써, 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22)에는 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 대하여 소정 간섭이 설정되어 있다.
또한, 제2 환상 돌기(21)는, 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22)를 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 미끄럼 접촉시켰을 때의 안지름 치수가, 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)보다도 커지도록 형성되어 있다.
이 때문에, 도 3(a)에서, 제2 환상 돌기(21)는, 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 접촉하고 있지 않다. 이와 같이, 밀봉 장치(1)가 사용 초기의 상태로서 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22)에 그다지 마모가 생겨 있지 않은 상태에서, 제2 환상 돌기(21)는, 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에는 미끄럼 접촉하지 않도록 형성되어 있다.
따라서, 밀봉 장치(1)가 사용 초기의 상태에서는, 밀봉 장치(1)는, 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22)에 의해, 대기압 공간(A)과 진공 공간(V) 사이를 밀봉한다.
도 3(a)의 상태에서 밀봉 장치(1)가 계속해서 사용되면, 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22)는, 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 대한 미끄럼 접촉에 의해 서서히 마모가 진행된다.
메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22)의 마모가 진행되면, 마모에 의해 접촉면이 증가하는 것에 더하여, 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22)에 미리 설정되어 있던 간섭이 마모에 의해 감소되고, 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22)의 바깥둘레면(S1)에 대한 면압도 저하된다. 이 결과, 밀봉 장치(1)의 밀봉성은 마모의 진행에 따라 서서히 저하된다.
도 3(b)는, 밀봉 장치(1)의 안둘레 측에 회전축(S)를 삽입했을 때의 메인 립(10)의 단면도로서, 밀봉 장치(1)가 장기에 걸쳐 사용된 결과, 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22)가 마모된 상태를 나타내고 있다.
도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22)에서의 진공 공간 측 경사면(11)으로부터 돌출되는 돌출 치수는, 그 마모에 의해 제2 환상 돌기(21)에 대하여 상대적으로 감소되어 있다. 이로써, 제2 환상 돌기(21)는, 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 대하여 미끄럼 접촉하고 있다.
제2 환상 돌기(21)의 진공 공간 측 경사면(11)에 대한 돌출 치수는, 밀봉 장치(1)로서 필요한 밀봉성을 유지할 수 없을 정도로 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22)가 마모되면, 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 대하여 미끄럼 접촉하는 값으로 설정되어 있다.
이로써, 제2 환상 돌기(21)는, 밀봉 장치(1)가 사용 초기의 상태에서는 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 미끄럼 접촉하지 않고, 그 후, 필요한 밀봉성을 유지할 수 없을 정도로 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22)가 마모되면, 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 대한 미끄럼 접촉을 개시하도록 형성되어 있다.
이 때문에, 필요한 밀봉성을 유지할 수 없을 정도로 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22)가 마모됐다고 해도, 제2 환상 돌기(21)가 미끄럼 접촉을 개시한다. 따라서, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 제3 환상 돌기(22), 및 제2 환상 돌기(21) 4개의 부분에서 진공 공간(V)과 대기압 공간(A) 사이를 다단계(4단계)로 칸막이할 수 있다. 이로써, 메인 립(10)을 통하여 대기압 공간(A) 측으로부터 압력의 리크가 생겼다고 해도, 진공 공간(V) 측에 형성된 각 환상 돌기(20~22)에 의해 단계적으로 저감시킬 수 있다. 이 결과, 대기압 공간(A)으로부터 진공 공간(V)을 향해 압력이 리크되는 것을 억제할 수 있다.
또한 본 실시형태에서는, 제2 환상 돌기(21)의 진공 공간 측 경사면(11)에 대한 돌출 치수는, 상술한 바와 같이 제3 환상 돌기(22)와 동일한 돌출 치수(t1)로 되어 있다. 또한, 제2 환상 돌기(21)가, 밀봉 장치(1)가 사용 초기의 상태에서는 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 미끄럼 접촉하지 않고, 그 후, 필요한 밀봉성을 유지할 수 없을 정도로 상술한 각 부가 마모되면, 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 대한 미끄럼 접촉을 개시하도록, 제1 환상 돌기(20)의 돌출 치수(t2)의 설정을 포함하는 각 부의 치수가 설정되어 있다.
상기와 같이 구성된 밀봉 장치(1)에 의하면, 상기 밀봉 장치(1)가 사용 초기의 상태에서는 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22)에 의해 필요한 밀봉성을 확보한다. 그 후, 밀봉 장치(1)가 사용되어, 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22)가 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 대하여 미끄럼 접촉함으로써 필요한 밀봉성을 유지할 수 없을 정도로 마모됐다고 해도, 제2 환상 돌기(21)가 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 대하여 미끄럼 접촉을 개시하므로, 제2 환상 돌기를 새롭게 밀봉성 확보에 기여시킬 수 있어 필요한 밀봉성을 유지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 밀봉 장치(1)에 의하면, 사용에 의한 마모에 의해, 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22)에서는 필요한 밀봉성의 유지가 곤란해졌다고 해도, 그때까지 미끄럼 접촉하지 않고 있던 제2 환상 돌기(21)를 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 새롭게 미끄럼 접촉시킴으로써 밀봉 장치(1)로서 필요한 밀봉성을 유지할 수 있다. 그 결과, 장기에 걸쳐 밀봉성을 유지할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 진공 공간 측 경사면(11)에는 메인 립(10)과 제2 환상 돌기(21) 사이에, 밀봉 장치(1)가 사용 초기의 상태에서, 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 미끄럼 접촉하는 제3 환상 돌기(22)를 형성했으므로, 밀봉 장치(1)가 사용 초기의 상태에서 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22) 각각에 의해 진공 공간(V)과 대기압 공간(A) 사이를 다단계(3단계)로 칸막이할 수 있다. 이로써, 대기압 공간(A) 측으로부터 압력 리크가 생겼다고 해도 단계적으로 저감할 수 있다. 이 결과, 제2 환상 돌기(21)가 미끄럼 접촉을 개시할 때까지의 사용 초기의 상태에서의 밀봉성을 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다.
또, 본 실시형태에 의하면, 각 환상 돌기(20~22)는, 서로 이웃하는 환상 돌기 또는 메인 립(10)과의 사이에서 복수의 환상 공간을 형성한다. 이들 환상 공간에 메인 립(10)과 회전축(S) 사이에 공급되는 윤활제를 머무르게 할 수 있다. 즉, 밀봉 장치(1)가 사용 초기의 상태에서는 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22)에 의해 복수의 환상 공간을 형성하여, 이들 환상 공간을 오일 리저버(oil reservoir)로서 기능시킬 수 있다. 또한, 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22)의 마모가 진행되어 제2 환상 돌기(21)가 바깥둘레면(S1)에 새롭게 미끄럼 접촉하면, 환상 공간의 수가 증가하여 더 오일 리저버로서의 기능이 높아진다.
이로써, 메인 립(10)과 회전축(S)의 바깥둘레면(S1) 사이의 마찰력을 저감할 수 있고, 스틱 슬립(stick slip)을 억제할 수 있음과 함께 마찰에 따르는 마모를 저감할 수 있어 더 장기에 걸쳐서 밀봉성을 유지할 수 있다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 메인 립(10)의 단면도이며, 밀봉 장치(1)의 사용 초기의 상태를 나타내고 있다.
본 실시형태의 메인 립(10)은, 제2 환상 돌기(21)가 복수(도면예에서는 2개) 형성되어 있는 점에 있어서 상기 실시형태와 상이하다.
도면에서는, 밀봉 장치(1)가 사용 초기의 상태를 나타내고 있기 때문에 복수의 제2 환상 돌기(21a, 21b)는, 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 접촉하고 있지 않다.
메인 립(10) 측의 제2 환상 돌기(21a)는, 메인 립(10) 및 제1 환상 돌기(20)를 회전축(S)에 미끄럼 접촉시켰을 때의 안지름 치수가 제1 환상 돌기(20) 측의 제2 환상 돌기(21b)보다도 작아지도록 형성되어 있다.
이 때문에, 밀봉 장치(1)가 사용되어 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22)가 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 대하여 미끄럼 접촉함으로써 마모가 진행되면, 우선, 메인 립(10) 측의 제2 환상 돌기(21a)가 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 대하여 미끄럼 접촉을 개시한다.
그 후, 각 부의 마모가 사용에 의해 더 진행되어 그 마모량이 더 증가하면, 제1 환상 돌기(20) 측의 제2 환상 돌기(21b)가 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 대하여 미끄럼 접촉을 개시한다.
이와 같이, 본 실시형태에서는 복수의 제2 환상 돌기(21a, 21b)는, 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22)의 마모량에 따라, 복수의 제2 환상 돌기(21a, 21b)의 내, 메인 립(10)에 보다 가까운 메인 립(10) 측의 제2 환상 돌기(21a)부터 순서대로 미끄럼 접촉을 개시하도록 형성되어 있다.
본 실시형태에서의, 제2 환상 돌기(21a, 21b)의 진공 공간 측 경사면(11)에 대한 돌출 치수는, 각각 제3 환상 돌기(22)와 동일한 돌출 치수(t1)(도 2)로 되어 있다.
제2 환상 돌기(21a, 21b)는, 진공 공간(V) 측을 향해 점차 지름 확장하고 있는 진공 공간 측 경사면(11)을 따라 형성되어 있다. 제2 환상 돌기(21a, 21b)를 서로 동일한 돌출 치수(t1)로 함으로써, 메인 립(10) 측의 제2 환상 돌기(21a)는, 메인 립(10) 및 제1 환상 돌기(20)를 회전축(S)에 미끄럼 접촉시켰을 때의 안지름 치수가 제1 환상 돌기(20) 측의 제2 환상 돌기(21b)보다도 작아지도록 형성되어 있다.
본 실시형태에 의하면, 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22)의 마모량에 따라, 복수의 제2 환상 돌기(21a, 21b)가 순서대로 미끄럼 접촉을 개시하므로, 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22)의 마모가 진행되어, 그 후 미끄럼 접촉을 개시한 제2 환상 돌기(21a)가 마모됐다고 해도, 순차적으로, 새롭게 제2 환상 돌기(21b)가 미끄럼 접촉을 개시한다. 이로써, 더 장기에 걸쳐 밀봉성을 유지할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 제2 환상 돌기(21)를 2개 마련한 경우를 나타냈지만, 보다 다수의 제2 환상 돌기(21)를 마련해도 된다.
또한, 본 실시형태에서는 복수의 제2 환상 돌기(21a, 21b)는, 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22)의 마모량에 따라 복수의 제2 환상 돌기(21a, 21b)의 내, 메인 립(10)에 보다 가까운 메인 립(10) 측의 제2 환상 돌기(21a)부터 순서대로 미끄럼 접촉을 개시시키기 위해, 메인 립(10) 및 제1 환상 돌기(20)를 회전축(S)에 미끄럼 접촉시켰을 때의 안지름 치수가 제1 환상 돌기(20) 측의 제2 환상 돌기(21b)보다도 작아지도록 형성한 경우를 나타냈다.
그러나 예를 들면, 복수의 제2 환상 돌기(21a, 21b)는, 메인 립(10) 및 제1 환상 돌기(20)를 회전축(S)에 미끄럼 접촉시켰을 때의 안지름 치수가 동일해지도록 형성해도 된다.
이로써, 필요한 밀봉성을 유지할 수 없을 정도로 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22)가 마모되면, 복수의 제2 환상 돌기(21a, 21b) 각각에 의한 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 대한 미끄럼 접촉을, 거의 동일한 타이밍으로 개시시킬 수 있다.
이 경우도, 메인 립(10), 제1 환상 돌기(20), 및 제3 환상 돌기(22)가 마모됐다고 해도, 그때까지 미끄럼 접촉하지 않고 있던 복수의 제2 환상 돌기(21a, 21b)를 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 새롭게 미끄럼 접촉시킴으로써 필요한 밀봉성을 유지할 수 있어 장기에 걸쳐 밀봉성을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 상기 각 실시형태에서는 메인 립(10)과 제2 환상 돌기(21) 사이에 제3 환상 돌기(22)가 형성되어 있는 경우를 예시했지만, 예를 들면 도 5에 나타내는 바와 같이, 메인 립(10)과 제1 환상 돌기(20) 사이에 제2 환상 돌기(21)만을 형성해도 된다.
이 경우에서도, 메인 립(10) 및 제1 환상 돌기(20)에서는 필요한 밀봉성의 유지가 곤란해졌다고 해도, 그때까지 미끄럼 접촉하지 않고 있던 제2 환상 돌기(21)를 회전축(S)의 바깥둘레면(S1)에 새롭게 미끄럼 접촉시킴으로써 필요한 밀봉성을 유지할 수 있어 장기에 걸쳐 밀봉성을 유지할 수 있다.
1: 밀봉 장치
10: 메인 립
11: 진공 공간 측 경사면(경사면)
20: 제1 환상 돌기
21, 21a, 21b: 제2 환상 돌기
22: 제3 환상 돌기
S: 회전축
S1: 바깥둘레면
T: 환상 공간
A: 대기압 공간(고압 공간)
V: 진공 공간(저압 공간)

Claims (4)

  1. 회전축과, 이 회전축을 포위하고 있는 하우징 사이에 형성된 환상(環狀) 공간을, 축 방향에서 진공 공간인 저압 공간과, 상기 저압 공간보다도 고압의 대기압 공간인 고압 공간으로 칸막이하는 밀봉 장치로서,
    탄성 소재에 의해 형성되어 있음과 함께, 상기 회전축의 바깥둘레면에 미끄럼 접촉하는 환상의 실부(seal portion)를 구비하고,
    상기 실부의 안둘레면에는, 상기 회전축의 바깥둘레면에 미끄럼 접촉하는 메인 립(main lip)과, 상기 메인 립으로부터 상기 저압 공간 측을 향해 연장되어 있음과 함께, 상기 저압 공간 측을 향해 점차 지름 확장하고 있는 경사면이 형성되고,
    상기 경사면에는, 상기 메인 립이 상기 회전축의 바깥둘레면에 미끄럼 접촉한 상태로 상기 회전축의 바깥둘레면에 미끄럼 접촉하는 제1 환상 돌기와, 상기 메인 립과 상기 제1 환상 돌기 사이에 배치되어 지름 방향 내측으로 돌출된 제2 환상 돌기가 형성되며,
    상기 제2 환상 돌기는, 상기 밀봉 장치가 사용 초기의 상태에서는 상기 회전축의 바깥둘레면에 미끄럼 접촉하지 않고, 상기 밀봉 장치의 사용에 의해 필요한 밀봉성을 유지할 수 없을 정도로 상기 메인 립 및 상기 제1 환상 돌기가 마모되면, 상기 회전축의 바깥둘레면에 대한 미끄럼 접촉을 개시하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 환상 돌기는, 복수 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    복수의 상기 제2 환상 돌기는, 필요한 밀봉성을 유지할 수 없을 정도로 상기 메인 립 및 상기 제1 환상 돌기가 마모되면, 그 마모량에 따라 복수의 상기 제2 환상 돌기의 내, 상기 메인 립에 가까운 상기 제2 환상 돌기부터 순서대로 미끄럼 접촉을 개시하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경사면에는, 상기 메인 립과 상기 제2 환상 돌기 사이에, 상기 밀봉 장치가 사용 초기의 상태에서, 상기 회전축의 바깥둘레면에 미끄럼 접촉하는 제3 환상 돌기가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
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