KR20060043735A - 메커니칼 씰 장치 - Google Patents

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코우지 카메타카
켄지 키류
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이구루코교 가부시기가이샤
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Abstract

메커니칼 씰 장치는, 가공 코스트와 조립 코스트를 절감시켜주는 것과 동시에, 씰면에 발생하는 우는 현상을 방지하여 씰면의 마모를 방지하는 것에 있다. 그리고, 메커니칼 씰 장치는, 한 쌍의 밀봉환 중 외주면에 계지부를 가지는 제 1밀봉환과, 제 1밀봉환의 내주면을 지지하는 제 1지지부와, 계지부와 계지부를 제 2지지부가 마련되어 있는 것과 동시에, 씰 하우징 또는 축에 고정하는 유지환과, 유지환에 제 1밀봉환에 밀봉하여 연결하는 가스켓을 구비하고, 제 2지지부와 계지부의 회전방향의 조립 계지간격(C)이 0.5㎜ 이내로 형성되어 있는 것이다.

Description

메커니칼 씰 장치{Mechanical seal device}
도 1은, 본 발명에 관련된 제 1실시형태의 메커니칼 씰 장치의 단면도이다.
도 2는, 도 1의 제 1씰부의 유지환의 요부(要部)를 도시한 정면도이다.
도 3은, 도 2의 평면도이다.
도 4는, 관련기술의 메커니칼 씰 장치의 편측 단면도이다.
도 5는, 도 4의 메커니칼 씰 장치의 요부의 정면도이다.
도 6은, 다른 관련기술의 메커니칼 씰 장치의 씰면에서 본 단면도이다.
본 발명은, 부품의 조립 코스트와 가공 코스트를 절감함과 동시에, 접동면의 우는 현상 즉, 날카로운 기계 마찰음 발생 현상과 마모 등을 방지한 메커니칼 씰 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 조립부품의 구성에 의해, 접동 시에 밀봉환의 씰면에 발생하는 우는 현상과 마모 등을 방지함과 동시에, 밀봉환을 지지하는 가스켓의 내구력을 향상시킨 메커니칼 씰 장치에 관한 것이다.
피밀봉유체를 씰링하는 밀봉환은, 씰면의 마모를 방지하기 위해, 탄화규소 등의 경질재에 의해 형성된다. 이 밀봉환을 유지하는 부착면을 씰링함과 동시에 밀 봉환을 지지하기 위해, 고무상 탄성재질의 가스켓이 마련되어 있다. 그러나 가스켓으로 지지되고 있는 탓에, 씰면에 회전 토크가 작용하면, 이 힘에 의해 가스켓이 원주방향으로 비틀려 변형된다. 또한, 이 비틀림 변형을 방지하기 위해서 밀봉환을 유지환의 지지부에 의해 고정하는데, 밀봉환이 가스켓과 감착하면서 계지부와 유지환을 고정해야 하므로, 이 유지환과 밀봉환 사이의 계지구조가 복잡해진다. 이 계지구조가 복잡한 탓에 밀봉환의 씰면과 가스켓에 다양한 불량이 야기된다.
도 4는, 본 발명의 제 1관련기술을 나타내는 메커니칼 씰 장치(211)이다. 이 도 4는, 메커니칼 씰 장치(211)의 편측측면도이다. 도 4에 있어서, 씰면(202A)을 마련한 회전용 밀봉환(202)은 내주면이 컵가스켓(204)에 감착하고 있다. 그리고 컵가스켓(204)은 슬리브(203)의 부착부(203D)에 감착하고 있다. 또한, 회전용 밀봉환(202)의 외주면에는, 2등분 또는 4등분의 홈부(202G)가 마련되어 있으며, 이 홈부(202G)의 바닥에 계지 평면(202T)이 형성되어 있다. 한편, 부착부(203D)에는 판상으로 돌출되는 누름판(203A)이 마련되어 있다. 이 누름판(203A)은 홈부(202G) 내에 삽입되어 홈부(202G)의 양측면과 유합(遊合)하고 있다. 이 회전용 밀봉환(202)을 컵가스켓(204)에 감착함과 동시에, 이 컵가스켓(204)을 슬리브(203)에 부착한 구성의 일방의 회전용 씰부(201)의 고정부(203C)는, 내주면을 회전축에 감착할 수 있도록 형성되어 있다.
한편, 고정용 밀봉환(212)는 벨로스(214)에 감착하여 부착되어 있다. 벨로스(214)의 양단부(端部)의 외주는 제 1유지부(213A) 및 제 2유지부(213B)와 감합하는데, 이 때 제 1유지부(213A)와 제 2유지부(213B)는 벨로스(214)의 양단부를 고정한 다. 또한, 카트리지(215)는 일단부가 하우징에 고정됨과 동시에, 타단부가 고정용 밀봉환(212)의 내주면과 자유자재로 접동하도록 감합하고 있다. 그리고, 제 1유지부(213A)와 카트리지(215)의 사이에 코일상의 스프링(219)이 배치되어 있다. 이 스프링(219)에 의해 고정용 밀봉환(212)을 회전용 밀봉환(202)방향으로 탄성적으로 가압하고 있다. 그리고, 고정용 밀봉환(212)의 대향 씰면(212A)을 회전용 밀봉환(202)의 씰면(202A)에 밀접시켜서 피밀봉유체를 씰링한다.
상술한 구성도 포함하여, 도 4와 도 5에 도시하는 바와 같이, 부착부(203D)의 원주 위에 마련된 복수의 누름판(203A)이 회전용 밀봉환(202)의 원주 위의 각 홈부(202G) 내에 삽입되어 배치되어 있는데, 서로 삽입되는 누름판(203A)의 폭(B)과 홈(202G)의 폭(A)을 동일한 치수로 가공하는 것은, 가공 오차가 있기 때문에, 현재의 가공 기술에서 동일한 치수로 하는 것은 곤란하다. 또한, 이 폭 A와 폭 B를 동일한 치수로 가공할 수 있더라도, 원주를 따라 복수로 배치되어 있는 각 누름판(203A)과 각 홈부(202G)를 원주 위에서 동일한 위치에 가공하는 것도 극히 곤란하다. 따라서, 누름판(203A)의 폭(B)을 홈부(202G)의 폭(A) 보다 작게 형성하여, 누름판(203A)의 양단에 삽입 가능한 간격을 마련하고 있다. 이렇게 해서 비로소, 각 누름판(203A)과 각 홈부(202G)는 감합이 가능하게 된다. 또한, 회전용 밀봉환(202)은, 탄성변형 가능한 컵가스켓(204)으로 유지되고 있다. 그리고 회전용 밀봉환(202)의 씰면(202A)은, 회전 중에 고정용 밀봉환(212)의 대향 씰면(212A)과 접동하면, 접동 시의 마찰력에 의한 토크가 발생하므로, 슬리브(203)와 회전용 밀봉환(202) 사이를 연결하는 컵가스켓(204)은, 누름판(203A)과 홈부(202G)의 사이에서 왕복하여 비틀림을 야기시킨다. 이 때문에, 씰면(202A)은 스틱과 슬립를 반복하면서 작동하게 되어, 상대접동하는 양 씰면(202A, 212A)에 우는 현상이 발생한다. 또한, 우는 현상과 비정상적인 슬립 현상은, 상대접동하는 각 씰면(202A, 212A)에 마모를 야기시킨다. 또한, 컵가스켓(204)은 반복적인 토크를 받게 되어 내구력이 저하된다. 그 결과, 메커니칼 씰 장치(211)의 씰 능력과 내구력이 저하될 우려가 있다.
또한, 본 발명에 관련된 메커니칼 씰 장치로서, 도 6에 도시하는 제 2관련 기술의 메커니칼 씰 장치(111)가 존재한다. 이 메커니칼 씰 장치(111)의 전체 구성은, 도 4와 유사하므로 도시는 생략한다. 이 전체 구성은 도 6과 도 5를 참조하여 설명한다. 이 도 6의 메커니칼 씰 장치(111)가 도 4의 메커니칼 씰 장치(211)와 상이한 점은, 밀봉환(102)과 슬리브의 부착부(103D)이다. 이 밀봉환(102)과 부착부(103D)에 대해서, 도 6에 의해 설명한다. 도 6에 있어서, 이 회전용 밀봉환(102)은, 외주면의 상하대칭의 위치에 계지 평면(102B)이 형성되어 있다. 그리고, 회전용 밀봉환(102)의 내주면은 링상의 컵가스켓(104)의 외주면에 감착하고 있다. 이 회전용 밀봉환(102)은 컵가스켓(104)을 연결부로 하여 슬리브의 환상(環狀)의 부착부(103D)에 감착되어 있다. 또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, 부착부(103D)에 있어서의 외주통부(外周筒部) 주위의 일부에 편판으로 한 누름판(103A)이 마련되어 있다. 이 누름판(103A)은, 밀봉환(102)의 계지 평면(102B)에 근접상태로 배치되어 있다.
이 회전용 밀봉환(102)에 대향한 위치는, 미도시하므로, 도 4를 참조한다. 회전용 밀봉환(102)에 대향한 위치에는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 고정용 밀봉환(212)이 배치되어 있다. 이 고정용 밀봉환(212)은, 고정용 밀봉환(212)과 하우징으로 고정된 카트리지(215)의 사이에 배치된 벨로스(214)에 접합하고 있다. 그리고, 벨로스(214)의 일단부는, 스프링(219)에 의해 가압되고 있다. 이 스프링(219)에 의해 일단부를 통하여 가압된 고정용 밀봉환(212)의 대향 씰면(212A)은, 도 6의 회전용 밀봉환(102)의 씰면(102A)과 밀접하도록 구성된다.
이하, 도 4와 도 6의 작동 구성은 거의 동일하므로, 도 4를 참조하면서 도 6의 문제점을 설명한다. 또한, 괄호 안은 도 6의 부호이다. 도 4 및 도 6의 메커니칼 씰 장치(211(111))는, 스프링(219)에 의해 벨로스(214)를 통하여 고정용 밀봉환(212)이 가압되고, 고정용 밀봉환(212)의 대향 씰면(212A)은 회전용 밀봉환(202(102))의 씰면(202A)과 접합하여 기기 내측의 피밀봉유체를 씰링한다. 또한, 슬리브(203)는, 회전축에 감착하여 회전축과 동시에 회동한다. 이 때, 부착부 (203D(103D))에 컵가스켓(214(104))을 통하여 부착된 회전용 밀봉환(202(102))은, 계지 평면(102B)이 누름판(103A)을 계지하여 회전축과 회동하기 때문에, 계지 평면(102B)과 누름판(103A)을 밀접시키는 것은 가공상 곤란해진다. 이는, 부착부(203D(103D))에 컵가스켓(204(104))을 감착함과 동시에, 컵가스켓(204(104))을 회전용 밀봉환(202(102))에 감착시켜야 하기 때문이다. 더욱이, 환상의 부착부(203D(103D))에 직접적으로 누름판(103A)을 프레스가공해야 하므로, 가공 정밀도를 향상시킬 수 없기 때문이다. 또한, 계지 평면(102B)에 누름판(103A)을 강하게 압접시키면 씰면(202A)에 일그러짐이 발생한다.
또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, 회전용 밀봉환(102)의 대칭을 이루는 계지 평면(102B)을 서로 가압하면, 씰면(202A)에 일그러짐이 발생한다. 이 때문에, 계지 평면(102B)과 누름판(103A)의 사이에는 간극(間隙)을 마련하고 있다. 그리고, 씰면(202A)과 대향 씰면(212A)은, 상대 접동할 때에, 컵가스켓(204(104))의 주(周)방향의 트위스트 탄성 및 계지 평면(102B)의 평면 치수(B)와 누름판(103A)의 평면 치수(A)의 간극 치수 차에 의해 스틱과 상대 회동을 반복하게 된다. 이 스틱과 상대회동을 반복하는 것에 의해, 우는 현상의 발생이 발견되고 있다. 또한, 이 스틱은 상대되는 씰면(202A)에 마모를 촉진시킨다. 그 결과, 메커니칼 씰 장치(211(111))의 씰 능력이 저하되게 된다.
본 발명은 상술한 문제점에 착안하여 이루어진 것이다. 이 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 메커니칼 씰 장치의 부품가공과 조립을 용이하게 함과 동시에, 밀봉환을 지지하는 가스켓의 트위스트 피로를 보호하여 가스켓의 내구력을 향상시키는데 있다. 또한, 접동 시 씰면이 우는 현상을 방지함과 동시에, 씰면의 마모를 절감시키는 데 있다.
본 발명은, 상술한 기술적 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이다. 그 기술적 해결수단은 이하와 같이 구성되어 있다.
제 1항에 관한 본 발명의 메커니칼 씰 장치는, 하우징에 마련된 홀과, 홀에 삽입 설치되는 축 사이를 씰링하는 마련한 메커니칼 씰 장치로서, 한 쌍의 밀봉환 과, 한 쌍의 밀봉환 중 외주면에 계지부를 가지는 제 1밀봉환과, 제 1밀봉환을 지지하는 제 1지지부를 가짐과 동시에, 계지부에 대해서 회전 방향으로 계지하는 제 2지지부를 가지고, 하우징 또는 축에 유지되는 유지환과, 유지환과 제 1밀봉환 사이에 밀착하여 제 1밀봉환과 유지환을 연결하는 고무상 탄성재질의 가스켓을 구비하고, 제 2지지부의 계지단부와 계지부의 계지면과 대향하는 계지간격(C)이 0.5㎜ 이내로 형성되어 있는 것이다.
이 제 1항에 관한 본 발명의 메커니칼 씰 장치에서는, 상기 제 2지지부가 가스켓에 감착하고 있는 제 1밀봉환의 계지부에 대해 회전방향 시에 계지함과 동시에, 양 부품의 계지간격(C)이 0.5㎜ 이내로 근접한 구성이다. 따라서, 회전 중에는 제 2지지부가 밀봉환의 계지홈의 계지면에 항상 계지할 수 있다. 이 계지면의 계지에 의해 가스켓은 씰면이 접동되는 밀봉환의 회전 중에, 트위스트 토크가 발생하여 피로해지는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 가스켓의 내구력이 향상된다. 동시에, 밀봉환이 고무상 탄성의 가스켓에 유지되고 있어도, 계지부와 제 2지지부의 계지에 의해 씰면이 접동 중에 스틱과 슬립이 반복되지 않으므로, 씰면의 접동 중에 있어서의 우는 현상을 방지할 수 있다. 나아가, 비정상적인 접동상태인 우는 현상의 방지는, 씰면의 마모를 방지할 수 있다. 또한, 제 2지지부와 결합부의 접촉에 의한 피로·손상도 방지할 수 있다.
이하, 본 발명에 관련된 바람직한 실시형태의 메커니칼 씰 장치를, 도면에 근거하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 각 도면은, 정확한 설계도를 기준으로 한 것이다. 도 1은, 본 발명에 관련된 제 1실시형태를 나타내는 메커니칼 씰 장치(M)의 단면도이다. 또한, 도 2는 도 1에 있어서의 제 1씰부(1)의 정면도의 일부이다. 그리고, 도 3은, 도 2에 나타내는 제 2지지부 부근의 평면도이다.
이하, 도 1, 도 2, 도 3의 각 도면을 참조하여 설명한다. 메커니칼 씰 장치(M)는, 제 1(일방의)씰부(1)와 제 2(타방의)씰부(11)가 대향하여 한쌍으로 구성된다. 제 1씰부(1)에 마련된 제 1밀봉환(일방의 밀봉환)(2)의 씰면(2A)과, 제 2씰부(11)에 마련된 제 2밀봉환(타방의 밀봉환)(12)의 대향씰면(12A)이 서로 밀접하여 피밀봉유체를 씰링한다. 이 제 1밀봉환(2)의 내주면(2C)과 단면(2D)은, 컵상의 고무 또는 탄성수지재질의 가스켓(4)으로 밀착된다. 또한, 가스켓(4)은, 유지환(3)에 밀봉 감착되어, 제 1 밀봉환(2)과 유지환(3)을 연결한다. 한편, 제 2밀봉환(12)은, 벨로스(14)와 스프링(19)을 통하여 카트리지(15)에 지지된다.
도 1, 도 2 및 도 3에서는 회전용 밀봉환에 해당하는 제 1밀봉환(2)은, 단면이 방형상(方形狀)이며 환상체를 이루고 있다. 이 제 1밀봉환(2)의 선단면은, 경면(鏡面)마무리한 제 1씰면(2A)에 형성한다. 그리고, 제 1밀봉환(2)에 있어서의 제 1씰면(2A)과 반대측은 단면(2D)에 형성한다. 또한, 제 1밀봉환(2)의 내주에는 내주면(2C)을 형성한다. 그리고, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 제 1밀봉환(2)의 외주면(2E)에는 주면을 따라서 삼등배(等配)로 홈상의 계지부(2B)를 형성한다. 계지부(2B)의 홈 폭(L)은, 제 2지지부(3A)의 판 폭(W)보다 크게 형성한다. 이 계지부(계지홈이라고도 한다)(2B)의 홈의 양 측면 중 회전하는 전방의 측면에는, 계지면(2B2)을 마련한다. 이 계지부(2B)는, 주면을 따라 등배의 복수개로 형성되어 있다. 또한, 계지부(2B)가 제 2지지부(3A)에 의해 압접되어 씰면(2A)에 일그러짐이 발생 한 경우에는, 제 1밀봉환(2)의 주면에 있어서 각 계지부(2B)가 대칭이 되지 않도록 하는 것이 좋다. 또한, 계지부(2B)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 그 저면(2B1)을 원호면으로 형성하여도 된다. 그리고, 주면의 일부를 수평으로 컷팅한 평면에 형성할 수도 있다. 또한, 제 1밀봉환(2)은, 경질접동재로 제작된다. 경질접동재는, 예를 들어, 탄화규소, 세라믹, 초경합금, 카본재 등이다.
유지환(3)은, 스테인레스강판으로 제작된 슬리브이다. 유지환(3)은, 원통상으로 형성되어 있다. 이 원통상의 일단측에 축(50)과 감착하는 고정부(3C)를 마련한다. 이 원통부의 고정부(3C)에 대해 반대측에는, 제 1지지부(3D)를 마련한다. 제 1지지부(3D)는, 부착통부와, 이 부탁통부의 단부에서 지름 방향으로 늘어나는 플랜지부로 형성된다. 플랜지부의 외주단에는, 더욱 작은 원호상 또는 원통상의 외환(3B)를 형성한다. 이 외환(3B)에는, 주면을 따라 삼등배로 형성된 제 2지지부(3A)를 마련한다. 이 제 2지지부(3A)는, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 외환(3B)에서 축방향으로 늘어난 장방형상의 제 2지지부(3A)(제 2지지부를 편지판(片持板)이라고도 한다)에 형성한다. 이 제 2지지부(3A)의 길이는, 제 1밀봉환(2)의 씰면(2A)의 길이와 거의 같게 하면 된다.
또한, 편지판(3A)의 판 폭(W)은, 계지부(2B)의 홈 폭(L) 보다 작게 한다. 계지부(2B)와 편지판(3A)는 주면을 따라 복수개(예를 들어, 3개 또는 4개 혹은 5개)가 마련되어 있기 때문에, 편지판(3A)의 판 폭(W)과 계지부(2B)의 홈 폭(L)의 치수를 동일하게 한 것에서는, 제 2지지부(3A)와 계지부(2B)를 감합시키는 것이 곤란해진다. 특히, 주면에 복수개를 마련한 경우에는, 더욱, 양 부품의 조합이 곤란해진 다. 가령, 홈 폭(L)과 판 폭(W)을 정밀 가공하여 동일한 치수로 감합시키기 위해서는, 각 조합의 접합면을 맞춘 가공을 해야 하므로, 하나의 조합에 장시간이 걸리게 되어, 가공 코스트와 함께 조립 코스트가 높아져 산업상 채산이 맞지 않게 된다. 또한, 이 제 2지지부(3A)의 회전 방향(N)의 접촉부에는, 계지부(2B)의 계지면(2B2)과 접합하여 계지하는 계지단부(3A1)를 마련한다. 그리고, 이 제 2지지부(3A)는 평면에 요철을 절곡하여 보강함과 동시에, 계지부(2B)의 계지면(2B2)과 접촉하는 계지단부(3A1)를 마련하는 것이 좋다.
제 1밀봉환(2)의 계지부(2B)와 편지판(3A)의 조립은, 도 2 및 도 3과 같이 조합된다. 도 2 및 도 3에 나타내는 제 1씰부(1)에 있어서, 제 1씰부(1)의 회전방향은 N방향이다. 그리고, 제 1씰부(1)의 조립 시에, 계지부(2B)와 제 2지지부(3A)와의 감합은, 회전방향(N)의 계지부(2B)의 계지면(2B2)과 제 2지지부(3A)의 계지단부(3A1)와의 계지간격(C)을 0.5㎜ 이내의 수치로 한다. 이 계지간격(C)는, 더욱 바람직하게는 0.1㎜로 하는 것이 좋다. 또한, 이 계지간격(C)을 0.1㎜ 이내로 하여 각 제 2지지부(3A)와 계지부(2B)를 조합시키는 것은, 제 2지지부(3A)에 있어서의 양 단부 중, 한 쪽의 단부의 계지간격(C)뿐이므로, 가공이 가능해진다. 이 조합은, 제 2지지부(3A)의 계지단부(3A1)가 계지부(2B)의 계지면(2B2)에 접합되도록 조립하면, 가스켓(4)의 스프링백이 있더라도, 계지간격(C)을 0.5㎜로 유지하는 것이 용이하다. 또한, 홈 폭(L)과 판 폭(W)의 치수 관계는, 제 1밀봉환(2)의 회전 토크에서 판 폭(W)의 강도를 고려하여 결정하는 것이 좋다. 그리고, 홈 폭(L)은, 제 1밀봉환(2)을 유지환(3)에 조립할 때에, 생산 공정에서 제 2지지부(3A)를 계지부(2B)에 간 단히 조합시킬 수 있는 치수로 하는 것이 좋다. 이렇게 하면, 계지부(2B)와 제 2지지부(3A)의 가공 코스트가 크게 절감 가능하다.
이 제 2지지부(3A)는, 계지부(2B)의 저면(2B1)에 대해 조립하기 쉽게 하기 위해, 비접촉상태로 한다. 또한, 이 제 2지지부(3A)를 계지부(2B)의 저면(2B1)에 대해 접촉상태로 하는 경우에는, 계지부(2B)의 외경과 제 2지지부(3A)의 내경 차, 즉 시메다이를 0에서 0.30㎜ 범위로 한다. 더욱 바람직하게는, 제 2지지부(3A)는 계지부(2B)에 대해서 시메다이의 범위를 0.01㎜에서 0.25㎜로 하는 것이 좋다. 즉, 제 2지지부(3A)의 내경은, 계지부(2B)의 외경보다 시메다이의 치수 범위만큼 작은 치수이다. 이 제 2지지부(3A)의 압축결합 상태에서는, 씰면에 일그러짐 발생을 방지할 수 있다. 또한, 편지판(3A)의 자유단은, 조립 시에, 제 1밀봉환(2)을 제 2지지부(3A)에 삽입하기 쉽도록 하기 위해서 바깥 쪽으로 절곡시킬 수도 있다. 유지환(3)의 타단부는, 외경방향으로 확장하여 축(50)에 삽입하기 쉽도록 형성하고 있다. 이 유지환(3)의 재질은, 스테인레스강, 알루미늄, 동, 강판 등 피밀동유체의 적성(適性)에 따라 적절히 선택한다.
컵상의 가스켓(4)은 유지환(3)에 있어서의 제 1지지부(3D)의 부착통부와 플랜지부에 밀착한다. 나아가, 가스켓(4)은, 제 1밀봉환(2)의 내주면(2C) 및 단면(2D)과 밀착하여 제 1밀봉환(2)을 유지환(3)의 제 1지지부(3D)에 연결한다. 이 가스켓(4)은 플랜지상의 지부(4A)와 지부(4A)의 내주에서 통상을 이루는 감착부(4B)를 형성한다. 이 가스켓(4)의 감착부(4B)의 내주면은, 제 1지지부(3D)에 감착함과 동시에, 감착부(4B)의 외주면은 제 1밀봉환(2)의 내주면(2C)과 밀착한다. 이 감착 부(4B)와 제 1밀봉환(2)은, 일체로 회동가능하도록 감착하고 있다. 또한, 지부(4A)는 제 1밀봉환(2)을 축방향으로 탄성적으로 지지한다. 그리고, 가스켓(4)은 유지환(3)과 제 1밀봉환(2)의 사이에서 피밀봉유체가 누출되는 것을 씰링함과 동시에, 제 1밀봉환(2)을 가스켓(4)에 의해 탄성적으로 유지환(3)에 유지한다. 이 가스켓(4)은 고무재질이다. 이 가스켓(4)의 재질은, FKM, NBR, IIR, U, Q, CR 등을 사용하면 된다.
제 1밀봉환(2)과 대향하는 제 2밀봉환(12)은, 스테인레스강판제의 카트리지(15)에 축방향으로 이동이 자유롭게 지지되어 있다. 이 제 2밀봉환(12)과 카트리지(15)사이에는, 고무재질의 벨로스(16)를 배치한다. 또한, 벨로스(16)의 일단부와 제 1부착환(13)은, 스프링(19)에 의해 가압가능하도록 감착된다. 그리고, 벨로스(16)와 스프링(19)에 의해 제 2밀봉환(12)을 제 1밀봉환(2)으로 탄성적으로 가압한다. 벨로스(16)의 일단부는, 외주면이 제 1부착환(13)에 의해 조임으로써 내주면을 제 2밀봉환(12)의 외주면에 고정부착시킨다. 또한, 벨로스(16)의 타단은, 제 2부착환(14)에 의해 카트리지(15)에 고정부착한다.
이 카트리지(15)는 씰 하우징(60)의 홀에 고정부착부(15A)를 감착함과 동시에, 플랜지(15B)를 씰 하우징(60)의 단면에 접촉시켜 고정한다. 또한, 제 2밀봉환(12)도 접동재로서 바람직하게는 경질접동재를 채용한다. 경질재로서는, 예를 들어, 탄화규소 또는 카본 혹은 초경합금제가 있다.
그리고, 제 2실시형태의 메커니칼 씰 장치는 미도시한다. 이 메커니칼 씰 장치에 있어서, 도 1의 메커니칼 씰 장치(1)와 상이한 점은, 제 1씰부(1)에 마련한 유지환(3)의 제 2지지부(3A)이다. 이하, 이 도 1과 동일한 부호의 제 2지지부(3A)는, 제 1지지부(3D)의 외주단에서부터 통상(筒狀)으로 외환(3B)을 형성한다. 이 외환(3B)에 대해서 계지부(2B)의 홈 폭(L)보다 작은 치수의 판 폭(W)이 되도록 축방향으로 슬릿가공을 실시하여 제 2지지부(5)를 등배로 형성한다. 이 편지판에 형성한 제 2지지부(3A)를 내경방향으로 절곡하여 계지부(2B)의 저면(2B1)에 대한 제 2지지부(3A)의 대향면의 시메다이를 0.15㎜로 하여 접합한다. 이 시메다이는 0에서 0.30㎜ 범위로 하는 것이 좋다. 더욱 바람직하게는, 제 2지지부(3A)는 계지부(2B)에 대해서 시메다이(H)를 0.01㎜에서 0.25㎜로 하는 것이 좋다. 이와 같이 외환(3B)에서 제 2지지부(3A)를 형성함으로써, 슬릿가공의 축방향의 깊이에 따라, 편지판인 제 2지지부(3A)의 길이를 가감할 수 있으므로, 제 2지지부(3A)에서 계지부(2B)를 가압 시 스프링백이 적게 할 수 있음과 동시에, 제 2지지부(3A)의 강도도 향상시킬 수 있다.
도 1에 도시한 본 발명의 메커니칼 씰 장치(M)와 도 4 및 도 5에 도시한 비교예의 메커니칼 씰 장치(211)에 대해서, 씰면의 접동 시의 우는 현상을 시험한 결과는 하기와 같다.
A. 시험기
1) 볼반식 메커니칼 단체(單體) 우는 현상 시험기(시판 시험기로, 메커니칼 씰 장치를 액조(液槽) 내에 부착하여 씰면에서 누출된 액체를 아래쪽 수조에 담아서 계측하는 구조이다)
B. 시험 조건
1) 밀봉환의 회전수는 0에서 2000min-1로 속도를 단계적으로 올리고 내려 테스트한다.
2) 피밀봉유체의 액온(液溫)은, 40℃, 60℃, 80℃, 100℃의 각 단계에서 테스트한다.
3) 피밀봉유체의 액압(液壓)은, 대기압이다.
4) 피밀봉유체으 액종(液種)은, LLC(Long Life Coolant) 50% 수용액
5) 계지부(2B)의 홈 폭(L)은, 5.5㎜이다.
6) 제 2지지부(3A)의 판 폭(W)은, 4㎜이다.
7) 계지간격(C)은, 0.5㎜이다.
C. 시험 결과
1) 본 발명의 메커니칼 씰 장치(M)
본 발명의 우는 현상의 발생률은, 3%~10%(단, 60℃ 부근, 500min-1 이하에서 발생하였다)이다.
2) 비교예의 메커니칼 씰 장치(211)
비교예의 우는 현상의 발생률은, 25%~35%이다.
3) 상술한 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 메커니칼 씰 장치는 비교예에 비해 우는 현상이 훨씬 적다.
다음으로, 도 1에 있어서의 제 1씰부(1)의 조립방법에 대하여 설명한다. 제 1씰부(1)의 계지부(2B)와 제 2지지부(3A)는, 도 2 및 도 3과 같이 조립한다. 그리 고, 유지환(3)의 제 1지지부(3D)에 고무재질의 컵상 가스켓(4)을 타단부에서부터 확장하여 삽입하고, 제 1지지부(3D)에 감착한다. 이 가스켓(4)의 감착부(4B)의 감합면(4B1)과 제 1밀봉환(2)의 내주면(2C)은 압입(壓入)하여 감착한다. 또한, 제 1밀봉환(2)의 내주면(2C)에 요철을 마련하여 가스켓(4)과 계합시켜도 된다. 그리고, 가스켓(4)의 감착부(4B)의 감합면(4B1)과 제 1밀봉환(2)의 내주면(2C)과의 압입상태는, 제 2지지부(3A)의 계지단부(3A1)가 계지부(2B)의 계지면(2B2)에 대해서 계지간격(C)을 0.5㎜ 이내로 한다. 또한, 제 2지지부(3A)의 내면은, 계지부(2B)의 저면 (2B1)에 대해서 비접촉상태로 계합한다. 또한, 제 2지지부(3A)를 계지부(2B)의 저면(2B1)에 대하여 접촉상태로 계합하는 경우에는, 제 2지지부(3A)의 시메다이분을 0㎜에서 0.30㎜의 범위 내로 압착하여 계지한다. 또한, 제 1밀봉환(2)의 계지부(2B)의 계지면(2B2)에 대하여 제 2지지부(3A)의 계지단부(3A1)의 계지간격(C)을 0. 5㎜ 이내로 조립하면, 씰면의 접동 시 우는 현상이 거의 발견되지 않는다.
이어서, 본 발명에 관련된 다른 바람직한 실시예의 발명에 대하여 설명한다.
본 발명에 관련된 제 2실시예의 발명의 메커니칼 씰 장치(M)는, 계지부(2B)가 축방향을 향하여 계지부(2B)에 형성되어 있는 것과 동시에, 제 2지지부(3A)가 계지부(2B) 내에 삽입되는 편지판에 형성되어 있는 것이다.
이 제 2실시예의 발명에 관한 메커니칼 씰 장치(M)에 따르면, 제 2지지부(3A)가 제 1지지부(3D)에서 축방향으로 편지판에 형성되어 있는 것과 동시에, 이 편지판을 계지홈(계지부(2B))에 삽입하면 되므로, 편지판의 계지단부(3A1)와 계지홈(2B)의 계지면(2B2)이 계지간격(C)을 0.5㎜ 이내에 배치하면, 용이하게 계지할 수 있다. 특히, 편지판을 계지홈에 대해 삽입하는 것이 용이해지므로, 편지판 및 계지홈의 가공이 용이해져, 가공코스트를 절감할 수 있다. 그리고, 각 씰면(2A, 12A)의 우는 현상을 방지하고, 우는 현상에 동반되는 마모도 방지할 수 있다. 따라서, 메커니칼 씰 장치(M)의 씰 능력이 장기에 걸쳐 발휘된다.
본 발명에 관련된 제 3실시예의 발명의 메커니칼 씰 장치(M)는, 계지부(계지홈)(2B)의 저면(2B1)에 대해서 제 2지지부(3A)의 내주면(대향면)이 시메다이를 0에서 0.25㎜의 범위에서 접합하고 있는 것이다.
이 제 3실시예의 발명에 관련된 메커니칼 씰 장치(M)에 따르면, 계지부(2B)의 저면에 대해 제 2지지부(3A)의 대향면이 시메다이를 0에서 0.25㎜의 범위로 하여 접합하고 있는 것이다. 이 제 2지지부(3A)가 계지부(2B)에 대해서 압접하는 시메다이를 0.01㎜에서 0.25㎜의 범위로 하면, 제 1밀봉환(2)의 씰면(2A)에 대해서 씰 능력을 저하시키는 면일그러짐이 거의 발견되지 않는다. 따라서, 제 1밀봉환(2) 주면의 복수의 계지부(2B)와 복수의 제 2지지부(3A)의 계합 간에 형성되는 각각의 계지간격(C)에 오차가 발생해도 제 1밀봉환(2)과 제 2지지부(3A)를 확실하게 계지상태로 유지할 수 있는 효과를 발휘한다. 나아가, 메커니칼 씰 장치(M)가 외부에서 진동력을 받는 경우에, 제 2지지부(3A)를 계지부(2B)에 접합하고, 회전 중의 외력에 의해 제 2지지부(3A)가 요동하여 계지부(2B)의 계지가 불량이 되는 것도 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 제 2지지부(3A)와 계지부(3B)의 확실한 계지는, 각 씰면(2A, 12A)에 발생하는 우는 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명에 관련된 제 4실시예의 발명의 메커니칼 씰 장치(M)는, 제 1밀봉환 (2)의 계지부(계지홈)(2B)와, 유지환(3)의 제 2지지부(3A)가 주면을 따라 복수개로 계합하고 있는 동시에, 제 2지지부(3A)와 계지부(2B)의 저면(2B1)이 비접촉적으로 배치되어 있는 것이다.
이 제 4실시예의 발명에 관련된 메커니칼 씰 장치(M)에 따르면, 제 1밀봉환(2)의 계지부(2B)와, 유지환(3)의 제 2지지부(3A)가 주면을 따라 복수개로 형성되어 있는 것과 동시에, 계지부(2B)의 저면(2B1)과 제 2지지부(3A)가 비접촉상태로 배치되어 있는 것도 있다. 따라서, 제 2지지부(3A)와 계지부(2B)의 조립이 용이해지므로, 다수(4개에서 6개)의 제 2지지부(3A)와 제 1밀봉환(2)의 다수(4개에서 6개)의 계지부(2B)를 계합시킬 수 있다. 그리고, 제 2지지부(3A)에 의해 제 1밀봉환(2)과 계지하여 유지하는 강도가 늘어나므로, 내구능력을 향상시킬 수 있는 효과를 발휘한다. 또한, 이 제 2지지부(3A)에 의해 제 1밀봉환(2)의 강력한 유지는, 각 씰면(2A, 12A)의 씰 능력이 발휘 가능함과 동시에, 접동 시 우는 현상을 방지한다. 또한, 각 씰면(2A, 12A)의 마모 방지가 가능하다.
본 발명에 관련된 제 5실시예의 발명의 메커니칼 씰 장치(M)는, 제 2지지부(3A)가 제 1밀봉환(2)에 감합하는 외환(3B)에 형성되어 있는 것과 동시에, 외환(3B)을 축방향으로 잘라 넣어 형성시킨 편지판을 계지부(2B)내로 절곡한 것이다.
이 제 5 실시예의 발명에 관련된 메커니칼 씰 장치(M)에 따르면, 제 2지지부(3A)는, 제 1밀봉환(2)을 둘러싼 외환(3B)을 통의 축방향으로 잘라 넣어 편지판으로 형성하고, 이 편지판을 계지부(2B)내로 절곡하여 계합한 것이다. 따라서, 편지판은 외환(3B)에 유지되어 회전방향의 강도를 늘리는 것과 동시에, 편지판의 계지 부(2B)에 대한 계지를 보다 확실하게 한다. 게다가, 편지판은 외환(3B)에 접합하여 스프링백 방지가 가능하며, 계지부(2B)를 소정의 시메다이로 유지하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 각 씰면(2A, 12A)의 접동 중 우는 현상 방지가 가능함과 동시에, 각 씰면(2A, 12A)의 마모 절감이 가능하다.
본 발명의 메커니칼 씰 장치는, 자동차, 건설기계의 라디에이터, 쿨러, 컴프레서(compressor) 등의 펌프의 피밀봉유체의 씰로서 유용하고, 씰 능력이 뛰어나 접동 시에 우는 현상의 발생이 거의 발견되지 않는데다가, 씰면의 마모 방지가 가능한 씰로서 유용하다.
이상은, 본 발명의 특정한 실시예에 대하여 기재하였으나, 이러한 실시형태의 설명은, 발명의 전부를 망라하는 것은 아니며, 또한, 개시된 형태에 본 발명을 한정하는 것도 아니다. 이 실시예로부터 다양한 변경이나 수정이 가능한 점은, 기재례로부터 명백하다. 본 발명의 기술적 범위는 청구항에 의해서 규정되어 있다.

Claims (5)

  1. 씰 하우징에 마련된 홀과, 상기 홀에 삽입 설치되는 축 사이를 씰링하는 한 쌍의 밀봉환을 구비한 메커니칼 씰 장치로서,
    상기 한 쌍의 밀봉환 중 외주면에 계지(係止)부를 가지는 제 1밀봉환과,
    상기 제 1밀봉환을 지지하는 제 1지지부를 가짐과 동시에, 상기 계지부와 계합(係合)하여 회전방향으로 계지하는 제 2지지부를 가지고,
    또한, 상기 씰 하우징 또는 상기 축에 유지되는 유지환과,
    상기 유지환의 상기 제 1지지부와 상기 제 1밀봉환 사이에 밀착되어 제 1지지부와 상기 제 1밀봉환을 연결하는 고무상 탄성재질의 가스켓을 구비하며,
    상기 제 2지지부의 계지단부는 상기 계지부의 계지면에 대해 회전방향측의 계지간격(C)이 0.5㎜ 이내로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니칼 씰 장치.
  2. 상기 제 1항에 있어서,
    상기 계지부가 축방향을 이루는 계지홈에 형성되어 있는 것과 동시에, 상기 제 2지지부가 상기 계지홈 내에 삽입되는 편지판(片持板)에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니칼 씰 장치.
  3. 상기 제 2항에 있어서,
    상기 계지부의 저면(底面)은 상기 제 2지지부가 없는 주면(周面)에 대해서 시메다이가 0에서 0.25㎜의 범위에서 접합하고 있는 것을 특징으로 하는 메커니칼 씰 장치.
  4. 상기 제 1항에 있어서,
    상기 제 1밀봉환의 상기 계지부와, 상기 유지환의 상기 제 2지지부가 주면을 따라 복수개로 계합하고 있는 동시에 상기 제 2지지부와 상기 계지부의 저면이 비접촉적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니칼 씰 장치.
  5. 상기 제 1항에 있어서,
    상기 제 2지지부는 상기 제 1밀봉환을 둘러싼 외환으로 형성되어 있는 동시에, 상기 외환을 축방향으로 잘라 넣어 형성시킨 편지판을 상기 계지부 내로 절곡한 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 메커니칼 씰 장치.
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