오 링(O-Ring)

■ 개 요

씰중에서 가장 많이 사용되는 씰이 오링이다. 따라서 가장 기본이 되는것으로 정확히 숙지하고 사용하면 실질적 경제적 상승은 물론, 수명 연장에도 직접적 효과를 가져다 준다. 오링은 고정용, 왕복 운동용, 회전용의 어느 부분에도 적용할 수 있다. 운동용과 회전용부분에 사용할 때는 반드시 조건을 검토하여 당사와 협의를 갖기를 희망한다. 오링의 특징중 하나는 규격과 재질이 다양하며 경제성이 우수하고, 종류는 무려 4천여종을 상회하고 있다. 오링의 규격은 내경과 두께를 기준으로 정의하며 밀리미터 또는 인치로 표기한다.

 

■ 특 징

오링은 홈에 조립되어 습동면과의 압착에 의해 접촉되면서 밀폐력을 가진다. 압착 방법에는 두가지가 있다. 그림에서 보는것처럼 첫째는 피스톤이나 로드씰처럼 내경과 외경 면에 압착되는 반지름, 반경방향이 있고 둘째는 표면 씰처럼 위와 아래 면이 압착되는 축방향 방법이 있다. 오링은 조립과 동시에 압착되어 밀폐력이 자동적으로 형성되며 고정용일 경우 수명이 길다. 하지만 마찰계수가 크다는 단점이 있다.

 

■ 장 점

● 가격이 가장 저렴하다

● 장비의 크기를 줄일수 있다.

● 설계, 가공 및 조립이 쉽다.

● 보수시 대체규격을 쉽게 구할 수 있다.

● 사용 유체에 따른 재질의 종류가 다양하다

● 조건에 맞게 광범위하게 사용할 수 있다.

● 규격이 다양하여 원하는 치수로 설계가 가능하다

 

■ 적용 조건

● 재 질 : ER-01, ER-03, ER-06등 50여종   ● 온 도 : -250℃ ∼ + 315℃

● 매 체 : 유체, 기체등 3000여종                 ● 압 력 : 초고진공 ∼ 3000 bar

● 속 도 : 왕복 20m/s, 회전 5m/s

 

■ 규격

오링의 규격은 대부분 AS568A 계열이 국제적으로 사용되고 있다. 특히 미국, 캐나다, 유럽 등의 부품이나 장비는 AS568A 계열을 기본으로 사용하고 있기 때문에 외국 선진국에 수출을 추진하는 관련 담당자의 사고력이 다시 한번 요구된다.

 

★AS568A = ARP = PRP = AN = BS1806 계열

  오링의 두께 : 1.78, 2.62, 3.53, 5.33, 7.00

★ ISO 3601, DIN 3771 계열

  오링의 두께 : 1.80, 2.65, 3.55, 5.30, 7.00

★ JIS B2401 P, G 계열

  오링의 두께 : 1.9, 2.4, 3.0, 5.7, 8.4

★ MS 33649, MS 28774, MS 28775, MS 29513, SMS 1586

● 마이크로 오링 : 내경 0.2mm ¡­ 1.0mm

●  마크로오링 : 내경 127mm ¡­ 12,700mm

 

■ 재 질

★오링의 재질과 경도는 매우 다양하기 때문에 적용되는 조건에 맞게 정확한 선택이 요구된다.

대부분의 엔지니어 및 사용자는 한정된 재질만으로 선정하고 있지만, 실제로 용도에 맞는지를 재검토함이 사료된다. 본 자료에 언급된 재질관련 모든 사항은 단지 (주)신원기계부품에서 취급하는 것으로 한정지으며, 타사의 제품과 일치하지 않는 것도 있음을 미리 염두 해 두길 바란다.

재질별 온도의 일반적 사용 범위는 그림 3과 같이 나타내어지며, 칼레즈 같은 특수한 것은 가격이 고가인 반면 수명이 길기 때문에 사용에 신중을 기하여야 사용한다.


★오링의 재질에 따른 사용온도 범위







■ 재질에 따른 재질번호, 경도, 색상, 온도 및 적용범위

적용 범위.

 

재 질

재 질 번 호

경도

색 상

사용온도

(℃)

적 용

NBR

Buna-N

아크로니트릴

부타디엔

36624

44601

47702

70BN

366Y

70

80

90

70

70

검정색

검정색

검정색

검정색

검정색

-40∼110

-40∼110

-40∼110

-40∼120

-50∼120

가장 광범위하게 사용. 유공압 장비, 자동차,선 박, 항공기 연료 시스템, 건설 장비 등.유압유, 물, 알코올, 실리콘그리스, 탄화수소 연료, HFA, HFB, HFC, 에스테르류 등에 저항성이 뛰어남. UL, FDA 승인.

HNBR

수소화

아크로니트릴

부타디엔

574BF

75ZT

70

75

검정색

검정색

-30∼130

-45∼150

물리적 특성과 내마모성이 뛰어남. 자동차 연료 시스템, 탄화수소계 및 디이젤 연료, 냉매 R-11, R-12, R-13, 134a, 산화 방지제, 유압유, 오일 첨가제, 오존, 묽은 산과 염기, 오존 등에 저항성이 뛰어남. 인장 강도가 크다.

FPM

FKM

Viton

플로르카본


51414

514320

75VT

70VT

514AD

70

80

75

70

70

검정색

검정색

검정색

검정색

검정색

-20∼220

-20∼220

-30∼220

-40∼220

-45∼250

내열성이 요구되는 곳에 사용.

항공기 엔진, 자동차 연료 시스템, 고온의 저 압축 영구 줄음율, 고진공, 탄화수소계 연료, 가솔린, UV 빛, 오존, 가솔린/알코올 혼합, 디이젤 연료, 실리콘 그리스, LP 가스, 도시 가스, 나프타, 케로센등에 저항성이 뛰어남. 가스 투과율이 낮음. UL 승인.

EPDM

에틸렌

프로필렌디엔


55914

55918

70EP

559N

70

80

70

70

검정색

검정색

검정색

검정색

-55∼150

-55∼150

-55∼150

-60∼150

스팀, 뜨거운 물, 오존, 햇빛, 유압유, 자동차 브레이크/냉각 시스템, 아세톤, 케톤, MEK같은 극성용매, 실리콘 오일/그리스, 묽은 산과 알칼리, 자동차 브레이크유등에 좋음. 인장강도 압축 영구 줄음율 좋음

식음료/식수용 FDA, NSF 승인

CR

네오프렌

클로로프렌


32906

40501

70CR

486CT

70

80

70

70

검정색

검정색

검정색

검정색

-45∼100

-45∼100

-45∼120

-55∼120

자동차, 철도등 운송분야에 폭넓게 사용. 특히 냉매인 암모니아, 프레온, 수바에 뛰어난 저항성을 갖고 있다. 산 염기, 난연제, 기후 저항성. 오존, 햇빛, 산소에 내노화성. 탄성과 압축 영구 줄음율이 좋다.

식품과 음료용 FDA 승인.

재 질

재질 번호

경도

색 상

사용온도

(℃)

적 용

VMQ

PVMQ

실리콘

714655

714177

71417C

70SL

50

70

70

70

 

붉은색

붉은색

붉은색

붉은색

 

-60∼230

-60∼230

-95∼260

-60∼230

고정용으로 사용. 고온용 실리콘으로 315℃까지 가능하며, 극저온에도 사용 가능한 재질이 있다. 오존과 햇빛에 저항성이 우수하다. 인열 강도, 인장강도 및 내마모성이 약하다. 의료용, 식품용 FDA 승인.

ACM

아크릴레이트

335LN

70PY

70

70

-

검정색

-20∼150

-20∼175

뜨거운 오일, 자동 변속기 오일, 파워 스티어링 오일에 뛰어난 저항성. 오존, 턴화수소계 연료, 햇빛, 기후, 가스 투과에 내성을 지님.

AU

폴리우레탄



522219

9001

70MP

522NR

70

90

70

90

검정색

검정색

검정색

-

-30∼70

-30∼70

-40∼80 -50∼100

인열 강도가 크고, 내마모성이 뛰어나다.

고압, 고부하의 유압시스템, 유압유, 탄화수소계 연료, 오존, 햇빛 등에 사용된다.

염기, 산, 산소계 용매, 뜨거운 물, 스팀, 습기 등에 사용하면 좋지 않다.

FFPM

Kalrez

과불과탄성체

4079

2035

1050LF

3018

75

80

80

90

검정색

검정색

검정색

검정색

-35∼343

-35∼220

-35∼260

-35∼343

현재 지구상에서 존재하는 탄성체중 최고의 고온까지 내열성을 갖고 있다.

화학 약품에는 약 2,000여 종류에 내화학성을 갖고 있어, 테프론과 비슷하다. 내화학성의 자료는 (주)신원기계부품에 요청시 즉시 송부.

 

PTFE

Teflon

폴리-테트라

플로로에틸렌

TF

98

흰 색

-180 ∼

230

주로 고정용에 사용한다. 내화학성이 뛰어나며, 마찰계수가 낮다. 탄성력이 매우 작은 고체이므로 사용할 때 주의를 필요로 한다.

식품용, 화학 약품용에 주로 사용한다.

* 재질의 기호 표기는 ISO 1629와 ASTM 1418에 따름. 기타 재질은 아프라스(FPM), 부틸, 플로로실리콘(FVMQ), 하이파론(클로로 솔폰네이티드 폴리에틸렌, CSM), 에피크로하이드린(CO, CEO), 천연(NR), 스티렌 부타디엔(SBR), 바맥(에틸렌과 메틸아크릴레이트, AEM), 폴리썰파이드(T) 등. 

* Viton, Teflon, Kalrez는 Du Pont Dow Elastomers 회사의 고유 상표입니다.

★  오링탄성체의 일반적 성질

■ 설 계

일반적으로 오링은 설계하는 엔지니어 및 사용자에 의해 대부분 치수가 미리 선정된다. 하지만 수명과 직접 연관된 가장 중요한 홈의 치수, 가공 면의 표면조도는 너무 쉽게 간과한다. 오링의 설계를 완벽히 하려면, 규격, 압착, 늘림, 내화학성, 압력, 온도, 마찰, 틈새, 표면조도, 오링의 두께, 경도등 모든 변수을 고려하여야 한다. 따라서 (주)신원기계부품이 제시한 자료를 상세하게 검토한 후 작업에 임하면 보다 나은 제품이 될 것으로 확신한다. 오링은 공압용 유압용의 구분이 없고 적용조건에 맞는 경도와 재질을 선정함이 옳다.

가) 압력에 따른 설계 고안

오링은 압력에 의해 직접적인 영향을 받는다. 압력이 증가하면 비틀림이 생기고, 접촉면의 한쪽에 대하여 압착이 형성되며, 홈과 습동면 사이의 틈새가 봉쇄된다. 오링 자신은 고압에 견딜 수 없기 때문에, 압력이 증가하면 홈과 면 사이의 틈새로 밀림 현상, 찢김 현상, 누유 현상, 조기 실패 현상 등이 발생된다.

압력이 증가할 때 오링의 밀림, 찢김, 누유 현상을 방지하기 위해서,

● 틈새 치수를 줄인다. ● 오링의 경도를 높인다.

● 오링의 재질을 바꾼다. ● 빽업링을 사용한다.

그림 4는 압력에 따른 오링의 밀림 현상을 나타냈으며, 그림 5는 오링 재질의 경도에 따른 틈새별 최대 허용 압력을 나타낸 것이며, 변수들도 고려해야 한다.

압력 일정

틈새 크게

경도 증가

틈새 크게

압력 변화

틈새 작게

두께 증가

틈새 크게

온도 증가

틈새 작게

편심 증가

틈새 크게

나) 마찰 계수에 따른 설계 고안

운동용의 경우 마찰 계수는 매우 중요한 요인이며, 일정한 시간 동안 정지한 상태에서 움직이기 시작할 경우 최소한의 힘을 필요로 한다. 이는 씰이 홈의 벽에 접착되려는 현상 때문에 작동압력 보다 초기 압력이 크게 요구된다. 마찰에 따른 변수 조정을 하려면,

● 압착력이 감소하면 출발과 동작 사이의 마찰이 감소한다.

● 경도가 낮아지면 초기 마찰이 낮아지고, 경도가 높으면 작동시 마찰이 높아진다.

● 윤활제의 사용으로 씰 접착을 최소화 할 수 있다.

● 가공에서 표면의 조도를 8 ∼ 16 RMS로 하면 마찰을 최소화하는데 도움이 된다..

● 재질을 에리프론 같은 고체 씰을 사용하면 마찰계수가 현격히 낮아진다.

● 오링의 두께가 작을수록 마찰이 작아진다.

● 온도, 압력에 따라 작동 마찰계수에 영향을 주므로 조건에 맞는 것을 선정한다.

다) 압착에 따른 설계 고안

수십 년간 오링의 압착율을 변화 없이 사용하여 왔다. 그러나 최근에는 유압 운동용, 공압 운동용, 고정용 등을 구분하여, 동일한 제품일지라도 제품의 품질 향상에 많은 심혈을 기울인다. 따라서 설계시 조건에 맞게 본 자료의 활용을 적극 추천한다. 오링의 두께, 경도, 압착되는 힘이 주요 요인이고 초기 씰의 압착율은 두께에 대해 고정용은 15∼30 %, 운동용은 6∼20 % 이다. 압착에 있어서 압축 영구 줄음율은 재질의 중요한 변수중 하나인데, 가열 압축에 의하여 잔류되는 줄음율로 표기된다.

● 저온에서 사용할 경우 압착율을 증가시킨다.

● 작동중의 압력 변화시에 사용 할 경우 압착율을 증가시킨다.

 

라) 온도에 따른 설계 고안

고온에서 일정시간 이상을 초과하여 열이 오링과 직접 접하거고, 극저온 상태로 있으면, 오링은 물리적 성질, 화학적 성질을 잃게 되고 씰로서의 기능을 하지 못한다. 오링의 적용은 재질에 언급된 온도 범위를 참조하여 선정하여야 한다.

● 온도가 높으면 홈안에서 부풀음, 굳음, 해중합 현상으로 형상이 변형된다.

● 온도가 낮아지면 압착율이 감소하여 오링의 접촉면이 매우 작아져 누유 된다.

● 수축되거나 팽창하면 형상의 변형으로 누유가 된다.

마) 오링의 내경 및 두께에 따른 설계 고안

● 오링 내경을 기준으로 늘림율은 1 ∼ 5 %로 하고 최대 5 %를 초과하지 말아야 한다.

● 오링 내경은 홈의 직경 ÷ 원하는 늘림율(1 ∼ 5 %).

● 오링의 늘림율 %는 {(홈의 직경 ÷ 오링 내경) - 1} × 100.

● 운동용 오링의 두께 계산은, (실린더 내경 - 피스톤 홈 직경) ÷ 2 = 홈 깊이

홈 깊이 × 최소 압착율 ∼ 최대 압착율 = 최소 ∼ 최대 오링의 두께

● 오링의 두께가 커지면 밀림 현상이 적어지고, 압축 영구 줄음율이 좋아져 밀폐력이 좋아져, 저온에서의 사용이 무난하며, 압착에서 오링 공차의 영향이 적다.

표 면 조 도

씰링의 모든 분야에서 표면조도는 효율성과 직접적인 상관 관계에 있다. 그러나 표면조도 또는 결을 좋게 하려면 비용이 추가되기 때문에, 적용 조건을 검토하여 가장 뛰어난 효율성과 경제성을 고려하여 명시한다. 오링의 밀림, 뜯김, 직사각형, 일직선 등을 방지하기 위해서는 선형 홈으로 가공해야 한다.

표 3. 오링의 적용 범위별 표면 조도.

표 면

적용 범위

압 력

표 면 조 도

Ra CLA Max

μm μin

하우징

옆면/고정직경

고정용

변화 무

교체 무

1.6

63

변화 유

교체 유

0.8

32

운동용

모든 형

0.8

32

접촉면

피스톤 씰의

실린더 면

운동용

변화 무

교체 무

0.8

32

변화 유

교체 유

0.4

16

운동용

모든 형

0.4

16





오링의 적용

모든 오링은 고정용과 왕복, 회전, 진동에 적용되는 운동용으로 크게 분류된다.

가) 고정용 ; 압착되는 부위에 따라 축과 반경 방향으로 구분된다.

● 축방향 씰 : 오링의 상하가 압착되어 밀폐되는 것으로, 내압의 경우 외경을 기준으로 하며, 외경 치수는 오링의 외경에서 1%를 빼고, 외압, 진공의 경우 내경을 기준으로 하며, 내경 치수는 오링의 내경에 1%를 더하여 설계한다. 즉, 오링은 언제나 홈의 저압 쪽에 기준이 되어 장착 되어야 한다. SAE는 AS568A 규 격을 추천하였고, 자세한 치수는 (주)신원기계부품 ☎ (02) 618-8737 로 문의 바랍니다.

● 반경 방향 씰 : 오링의 내경과 외경면 사이가 압착되어 밀폐되는 것으로, 고정된 피스톤이나 로드, 플러그 나 캡에 응용된다. SAE는 AS568A 규격을 추천하였고, 자세한 치수는 (주)신원기계부품에 문의 바랍니다.

● 압착 씰 : 오링을 압착하여 밀폐시키는 것으로, 45도 각도로 가공하여 조립시 짓눌림으로 완벽하게 삼각 형으로 만든다. AS568A 규격을 추천하였고, 자세한 치수는 (주)신원기계부품에 문의 바랍니다.

● 맞춤, 연계 씰 : 오링은 때때로 천천히 움직인 후 고정용으로 사용 할 때가 많다. 가공은 어렵지만 사용하 기가 편리하며 밸브에 적용된다. 압착은 축방향에 기본을 두고, 홈의 내경치수는 오링의 내경보다 5% 크 게 한다.

★ 오링 적용 사례고정용(반경,직경)  

★ 오링 설계 - 고정용 압착, 맞춤 형태 홈치수  



오링의 적용 - 운동용  

오링 - 오링에 가해진 힘에 따른 압착율  

img48.gif왕복 운동용 씰 : 공압 또는 유압의 피스톤이나 로드에 적용. 금속의 표면조도는 10 ~ 20 μinch가 요구 되며, 가장 이상적인 것은 전기 연마이다. 온도 변화 주기가 크면 반발 탄성과 압축 영구 줄음율에 영향 을 주기 때문에 재질의 선정이 중요하다. 순간 압력이 일어나면 빽업링을 사용하고, 피스톤 씰의 경우 늘림율이 2 ~ 5%일 경우 오링의 두께가 줄기 때문에 압착율을 정확히 계산하여야 한다. 마찰 계수를 낮추 려면 오링의 경도를 높이고, 오링의 두께와 압착을 줄이면서 윤활제를 약간 더 피복 시킨다.
img48.gif회전용 씰 : 회전용은 경도 80 ~ 85를 사용함이 적당하다. 
img48.gif 진동용 씰 : 진동용은 수도용 밸브에 많이 사용되며, 경도는 80 ~ 90를 사용함이 적당하다.

AMS Aerospace Material Specifications (1) AS568A 계열

AN Air Force/Navy Specifications (2) 900 듀브 조립 계열

M ; MIL ; MS Military Specifications

NAS National Aeronautical Specifications

재질 규격

표 기

경도 ±5

고분자

온도범위 ℃

적용 범위

AMS3209

N/A

70

네오프렌

-40 ∼ 107

내 기후성

AMS3301

N/A

40

실 리 콘

-60 ∼ 204

일반 용도

AMS3302

N/A

50

실 리 콘

-60 ∼ 204

일반 용도

AMS3303

N/A

60

실 리 콘

-60 ∼ 204

일반 용도

AMS3304

MS9068 (1)

70

실 리 콘

-60 ∼ 204

일반 용도

AMS3305

N/A

80

실 리 콘

-60 ∼ 204

일반 용도

AMS7271

MS9020 (2)

MS9021 (1)

65

니 트 릴

-54 ∼ 107

연료와 저온 저항성

AMS7277

N/A

70 85

부 틸

-55 ∼ 149

인산 에스테르류의 저항성

MIL-P-5315

MS29512 (2)

MS29513 (1)

70

니 트 릴

-54 ∼ 95

탄화수소계 연료

MIL-P-5510

MS28778 (2)

90

니 트 릴

-54 ∼ 100

유압 시스템

MIL-P-5516

AN6227

AN6230

70

니 트 릴

-54 ∼ 135

유압유, MIL-H-5606

MIL-R-7362

MS29561 (1)

NAS617 (2)

70

니 트 릴

-54 ∼ 121

MIL-L-7808유

MIL-P-25732

MS28775 (1)

70

니 트 릴

-54 ∼ 135

우압 시스템

MIL-R-83248

Type 1, Class 2

M83248/1 (1)

75

플로로카본

-29 ∼ 204


고온, 매체 & 압축 영구 줄음율

 

Type 1, Class 2

M83248/2 (2)

90

플로로카본

-29 ∼ 204

MIL-R-25988

Class 1, Grade70

M25988/1 (1)

70

플 로 로

실 리 콘

-60 ∼ 175

오일 & 연료 저항성

Class 1, Grade60

M25988/3 (1)

60

플 로 로

실 리 콘

-60 ∼ 175

오일 & 연료 저항성

Class 1, Grade80

M25988/4 (1)

80

플 로 로

실 리 콘

-60 ∼ 175

오일 & 연료 저항성

ZZR-765B

Class 1A & 1B

Grade 40

N/A

40

실 리 콘

-60 ∼ 225

고온 & 저 압축 영구 줄음율

Grade 50

N/A

50

실 리 콘

-75 ∼ 225

고온/저온 저항성, 저압축영구줄음율

Grade 60

N/A

60

실 리 콘

-75 ∼ 225

고온/저온 저항성, 저압축영구줄음율

Grade 70

N/A

70

실 리 콘

-75 ∼ 225

저온 저항성, 저압축영구줄음율

ZZR-765B

Class 2A & 2B

Grade 40

N/A

40

실 리 콘

-60 ∼ 225

고온, 저압축영구줄음율

Grade 50

N/A

50

실 리 콘

-75 ∼ 225

고온/저온 저항성, 저압축영구줄음율

Grade 70

N/A

70

실 리 콘

-60 ∼ 225

고온 저항성, 저압축영구줄음율

Grade 80

N/A

80

실 리 콘

-60 ∼ 225

고온 저항성, 저압축영구줄음율

ZZR-765B Class

2A Grade 60

N/A

60

실 리 콘

-75 ∼ 225

고온/저온 저항성, 저압축영구줄음율

ZZR-765B Class

2B Grade 60

N/A

60

실 리 콘

-60 ∼ 225

고온 저항성, 저압축영구줄음율

ZZR-765B Class

3B Grade 70

N/A

70

실 리 콘

-70 ∼ 200

인열과 굽음 저항성

Grade 80

N/A

80

실 리 콘

-70 ∼ 200

인열과 굽음 저항성

오링의 설계치수




 

 

 

오링의 내압/외압/진공용의 설계치수

나사에 적용되는 오링의 설계치수

DIN 3771에 의한 불완전한 오링 표면의 최대 허용치