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O-Ring의 특성

O-Ring은 가장 기본적인 Seal로써 홈에 조립되어 습동면과의 압착에 의해 접촉되면서 고무의 반발탄성으로 인하여 밀폐력을 갖게 된다. O-Ring은 피스톤이나 로드씰처럼 내경과 외경면에 압착되는 반경방향 씰(Radial Seal)이 있고, 위면과 아랫면이 서로 압착되는 축방향 씰(Axial Seal)이 있다. O-Ring은 조립과 동시에 압착되어 자동적으로 밀폐력이 형성되며 특히 고정용(固定用)일 경우 수명이 길다.

O-Ring의 설계포인트

O-Ring은 가장 일반적인 Seal인 반면에 고무재질의 마찰 특성 때문에 운동용으로는 사실상 부적합하다고 볼 수 있으며 따라서 운동용으로 사용할 경우 수명이 짧게 된다.

고정용 (Static Seal) : 씰링 면(Sealing Surface)의 방향에 따라 축방향 Seal, 반경방향 Seal

운동용 (Dinamic Seal) : 회전용(Rotary), 왕복운동용(Reciprocation), 진동용(Oscillating)

O-Ring의 선정시 고려요소

Materials : NBR, EPDM, Silicone, FPM, CR 등 사용환경에 따라 적정한 재질을 선택
Temperature : -80℃ ~ 320℃, 재질의 종류에 따라 다름
Fluids Sealed : 액체, 기체의 종류에 따라 알맞은 재질 선정
Pressure : 고정용- 100Bar 이하 (백업링 없이), 100bar이상 (백업링 필수)
운동용- 50Bar 이하 (백업링 없이), 50Bar 이상 (백업링 필수)
Speed : 왕복운동 최대 0.5m/sec, 회전운동 최대 2.0m/sec

O-Ring의 설계

1)설계시 고려사항
압력, 사용온도, 매체의 종류, O-Ring의 재질 및 치수, 홈가공 치수, 표면조도, 마찰계수, 윤활제 등

틈새치수

압 력		경도/틈새치수
PSI	kgf/㎠	70HS	90HS
~498	~35	0.40	0.70
498~996	35~70	0.25	0.60
1010~1493	71~105	0.15	0.50
1508~1991	106~140	0.10	0.40
2006~2987	141~210	0.04	0.25

O-Ring의 두께 선정

아래 그림은 오링의 두께와 영구 압축 변형율과의 관계를 표시한 것으로 압축율을 일정하게 한 경우에 두께가 클수록 두께 대비 영구 변형률이 그만큼 작아지므로 가능한 두께가 큰 오링을 사용한 것이 보다 안전한 밀봉성능을 기대할 수 있다.

압력과 틈새치수와의 관계

특히 압력은 오링설계에 있어서 가장 중요한 고려사항중 하나로써, 아래 그림에서 보는 바와 같이 유체의 압력이 높으면 홈과 습동면 사이의 틈새가 봉쇄되면서 나중에는 오링의 밀림, 찢김, 그리고 누유현상이 일어나게 된다. 이러한 현상을 방지하기 위해서는

1. 틈새를 줄인다. 2. 오링의 경도를 높인다. 3. 오링의 재질을 변경한다. 4. 백업링을 사용한다.

O-Ring의 기능에 대한 고려

다음 그림은 O-Ring의 줄음률율과 영구압축변형률의 관계를 표시한 것입니다. 그림에서 표시하는 것처럼 고무 O-Ring은 40%이상에서 압축 갈라짐이 발생할 가능성이 있습니다. 줄음률이 작아지면 밀봉성에서 문제가 발생할 가능성이 있기 때문에 줄음률을 8% 이상으로 설정합니다.

O-Ring의 치수 설계기준

O-Ring의 줄음률이 30%이상이 되면 장착하기가 힘들어지기 때문에 20~30%의 범위가 가장 영구압축변형율이 작고 내구성이 뛰어나게 됩니다. 이상의 기능을 고려한 치수 설계기준을 다음 표와 같이 표시합니다.

O-Ring의 손상요인 분석

아래와 같이 오링의 손상된 상태로 문제의 요인을 여러 방면으로 예측해 볼 수 있으며 경우에 따라 오링의 재질이나 장비의 장착면의 재검토가 요구됩니다.

O-Ring의 규격 O-ring Standard Dimenstion

AS-568 계열 O-Ring (미국 항공우주국 표준규격)
JIS B2401 P계열 O-Ring
JIS B2401 G계열 O-Ring
JIS B2401 V계열 O-Ring
JIS B2401 S계열 O-Ring