KR101338773B1 - 씰 부재의 제조 방법 및 성형 장치 - Google Patents

Abstract

실린더와 피스톤과의 사이의 씰성을 유지하면서 펌프의 내구성의 향상을 도모할 수 있는 씰 부재의 제조 방법을 제공한다.
평면부(50a)와 씰부(50b)를 가지는 씰 부재의 제조 방법에 있어서, 제1 원통부(111)와 제1 저면부(112)를 가지는 제1 치구(110)에, 제1 원통부(111)의 내경 보다 큰 외경을 가지는 원형의 수지 시트(50S)를 장착하고, 제1 원통부(111)의 내경 보다 작은 외경을 가지는 제2 원통부(121)와, 제2 저면부(122)를 가지는 제2 치구(120)를 제1 치구(110)에 장착하고, 제1 저면부(112)와 제2 저면부(122)에 의해 시트 부재(50S)를 소정 압력으로 협재하여 소정 온도에 가열하기 때문에, 제1 저면부(112)와 제2 저면부(122)와의 사이에 평면부(50a)를 형성하고, 제1 원통부(111)와 제2 원통부(121)와의 사이에 씰부(50b)를 형성한다.

Description

씰 부재의 제조 방법 및 성형 장치{SEALING MEMBER MANUFACTURING METHOD AND FORMING APPARATUS}

본 발명은, 실린더 내에서의 피스톤의 왕복 운동에 의해 기체를 수송하는 피스톤 진공 펌프(왕복동 펌프)에 이용되는 씰 부재에 관계되고, 더욱 자세하게는, 실린더 내를 접동하는 피스톤에 장착되는 씰 부재의 제조 방법 및 이것에 적절한 성형 장치에 관한 것이다.

피스톤 진공 펌프는, 실린더와 실린더의 내부를 이동 가능한 피스톤을 가지고, 실린더 내에서의 피스톤의 왕복동에 의해 흡기와 배기를 교대로 실시하는 용적 이송식의 드라이 진공 펌프이다.

이런 종류의 진공 펌프는, 실린더의 내면과 피스톤의 주위면과의 사이의 씰성이 요구되고 있다. 예를 들면 아래와 같이 특허 문헌 1에는, 실린더와 피스톤에 의해 형성되는 흡배기실에 대해서 멀어지는 방향으로 늘어나는 보조 씰부를 가지는 컵 패킹(cup packing)을 갖춘 진공 펌프가 기재되어 있다. 상기 보조 씰부는, 컵 패킹의 가장자리에 플랜지 상태로 일체 형성되고 있다.

특허 문헌 1 : 일본특허공개 2003-328937호 공보

근래, 피스톤 진공 펌프에는, 실린더와 피스톤과의 사이의 씰성의 향상과, 진공 펌프의 내구성의 향상이 요구되고 있다. 하지만, 실린더 내면을 접동하는 피스톤의 씰부는, 펌프의 운전 시간에 따라 경시적(longitudinal)으로 마모하고, 마모량이 많아질수록 씰성이 저하하는 경향이 있다. 그 결과, 배기 성능이 저하하고, 펌프의 수명이 짧아진다.

이상과 같은 사정을 고려하여, 본 발명의 목적은, 실린더와 피스톤과의 사이의 씰성을 유지하면서 펌프의 내구성의 향상을 도모할 수 있는 씰 부재의 제조 방법 및 성형 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 형태와 관련되는 씰 부재의 제조 방법은, 실린더 내를 왕복 움직이는 피스톤에 장착되어, 원형의 평면부와, 상기 평면부의 주변연(peripheral border)에 형성된 환상의 씰부를 가지는 씰 부재의 제조 방법이며, 제1 내경을 가지는 제1 원통부와, 상기 제1 원통부의 일단에 형성된 제1 저면부를 가지는 제1 치구에, 상기 제1 내경 보다 큰 제1 외경을 가지는 원형의 수지 시트를 장착하는 것을 포함한다.

상기 제1 내경 보다 작은 제2 외경을 가지는 제2 원통부와, 상기 제2 원통부의 일단에 형성된 제2 저면부를 가지는 제2 치구는, 상기 제1 치구에 장착된다.

상기 제1 저면부와 상기 제2 저면부에 의해 상기 시트 부재를 소정 압력으로 협압하고, 상기 제1 치구와 상기 제2 치구를 소정 온도로 가열하기 때문에, 상기 제1 저면부와 상기 제2 저면부와의 사이에 상기 평면부가 형성되고, 상기 제1 원통부와 상기 제2 원통부와의 사이에 상기 씰부가 형성된다.

본 발명의 일 형태와 관련되는 성형 장치는, 금속제의 제1 치구와, 금속제의 제2 치구와, 압박 기구를 구비한다.

상기 제1 치구는, 제1 단부를 가지고 제1 내경에 형성된 제1 원통부와, 상기 제1 단부에 형성된 제1 저면부를 포함하고, 상기 제1 내경 보다 큰 제1 외경을 가지는 원형의 수지 시트가 장착된다.

상기 제2 치구는, 제2 단부를 가지고 상기 제1 내경 보다 작은 제2 외경으로 형성된 제2 원통부와, 상기 제2 단부에 형성된 제2 저면부를 포함한다. 상기 제2 치구는, 상기 제1 저면부와 상기 제2 저면부에서 상기 수지 시트를 협지하고, 상기 제1 원통부와 상기 제2 원통부에서 상기 수지 시트의 주변연을 협지한다.

상기 압박 기구는, 상기 제1 저면부와 상기 제2 저면부가 근접하는 방향으로 상기 제1 치구와 상기 제2 치구를 압박한다.

도 1은 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 씰 부재가 장착된 피스톤을 구비한 진공 펌프의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 상기 피스톤 및 그 주변 구조를 나타내는 확대도이다.
도 3은 상기 피스톤의 동작을 설명하는 모식도이다.
도 4는 상기 씰 부재를 성형하는 성형 장치의 분해 사시도이다.
도 5는 상기 성형 장치의 개략 단면도이다.
도 6은 상기 성형 장치로부터 씰 부재를 취출하는 공정을 설명하는 개략 단면도이다.
도 7은 성형 조건을 다르게 하여 제작한 복수의 씰 부재를 이용하여 진공 펌프를 구성했을 때의 각 씰 부재의 마모량을 나타내는 일 실험 결과이다.
도 8은 성형 조건을 다르게 하여 제작한 복수의 씰 부재를 이용하여 진공 펌프를 구성했을 때의 해당 진공 펌프의 소비 전력을 나타내는 일 실험 결과이다.
도 9는 상기 씰 부재의 성형 온도와 마모량과의 관계를 나타내는 일 실험 결과이다.
도 10은 상기 씰 부재의 성형 온도와 진공 펌프의 소비 전력과의 관계를 나타내는 일 실험 결과이다.
도 11은 상기 씰 부재의 성형 온도와 진공 펌프의 온도 상승량과의 관계를 나타내는 일 실험 결과이다.

본 발명의 일실시 형태와 관련되는 씰 부재의 제조 방법은, 실린더 내를 왕복 움직이는 피스톤에 장착되고, 원형의 평면부와, 상기 평면부의 주변연에 형성된 환상의 씰부를 가지는 씰 부재의 제조 방법이며, 제1 내경을 가지는 제1 원통부와, 상기 제1 원통부의 일단에 형성된 제1 저면부를 가지는 제1 치구에, 상기 제1 내경 보다 큰 제1 외경을 가지는 원형의 수지 시트를 장착하는 것을 포함한다.

상기 제1 내경 보다 작은 제2 외경을 가지는 제2 원통부와, 상기 제2 원통부의 일단에 형성된 제2 저면부를 가지는 제2 치구는, 상기 제1 치구에 장착된다.

상기 제1 저면부와 상기 제2 저면부에 의해 상기 시트 부재를 소정 압력으로 협압하고, 상기 제1 치구와 상기 제2 치구를 소정 온도로 가열하기 때문에, 상기 제1 저면부와 상기 제2 저면부와의 사이에 상기 평면부가 형성되고, 상기 제1 원통부와 상기 제2 원통부와의 사이에 상기 씰부가 형성된다.

상기 수지 시트는, 제1 치구와 제2 치구에 의해 소정 압력으로 협압되고, 게다가 소정 온도로 가열되기 때문에, 평면부와, 그 주변연에 형성된 환상의 씰부를 가지는 씰 부재가 형성된다. 상기 제조 방법에 의하면, 씰 부재를 가열하면서 성형하도록 하고 있기 때문에, 씰부의 지름 바깥쪽으로 향하는 탄성력을 조정할 수 있다. 즉 씰 부재를 가열 성형하기 때문에, 비가열로 성형하는 경우와 비교하여, 씰부의 지름 바깥쪽으로 향하는 탄성력을 저하시킬 수 있다.

따라서 해당 씰 부재를 드라이 진공 펌프의 피스톤에 장착하여 사용할 때, 실린더의 내면에 대해서 씰 부재의 씰부를 적당한 탄성력으로 압접(壓接)시킬 수 있게 되고, 씰부의 불필요한 마모가 억제된다. 이에 의해, 실린더와 피스톤과의 사이의 씰성을 유지하면서 펌프의 내구성의 향상을 도모할 수 있다. 또 씰부의 양호한 씰성을 유지할 수 있기 때문에, 펌프의 소비 전력의 저감을 도모할 수 있다.

상기 소정 온도는 특별히 한정되지 않고, 씰 부재의 크기, 요구되는 씰 특성 및 내구성에 따라 적당히 설정된다. 가열 온도가 저온일수록 씰부의 지름 바깥쪽으로 향하는 탄성력은 커지는 경향이 있고, 가열 온도가 고온일수록 상기 탄성력은 저하하는 경향이 있다. 일실시 형태에서 상기 소정 온도는, 예를 들면 160℃ 이상 250℃ 이하이다.

상기 수지 시트의 구성 재료도 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene) 시트로 구성된다.

본 발명의 일실시 형태와 관련되는 성형 장치는, 원형의 수지 시트를 성형하는 성형 장치이며, 금속제의 제1 치구와, 금속제의 제2 치구와, 압박 기구를 구비한다.

상기 제1 치구는, 제1 단부를 가지고 제1 내경으로 형성된 제1 원통부와, 상기 제1 단부에 형성된 제1 저면부를 포함하고, 상기 제1 내경 보다 큰 제1 외경을 가지는 원형의 수지 시트가 장착된다.

상기 제2 치구는, 제2 단부를 가지고 상기 제1 내경 보다 작은 제2 외경으로 형성된 제2 원통부와, 상기 제2 단부에 형성된 제2 저면부를 포함한다. 상기 제2 치구는, 상기 제1 저면부와 상기 제2 저면부로 상기 수지 시트를 협지하고, 상기 제1 원통부와 상기 제2 원통부로 상기 수지 시트의 주변연을 협지한다.

상기 압박 기구는, 상기 제1 저면부와 상기 제2 저면부가 근접하는 방향으로 상기 제1 치구와 상기 제2 치구를 압박한다.

상기 수지 시트는, 상기 제1 내경 보다 큰 외경을 가진다. 제1 치구 및 제2 치구는, 상기 수지 시트를 소정 압력으로 협압한다. 또 제1 치구 및 제2 치구는 모두 금속제이기 때문에, 외부로부터 공급되는 열을 수지 시트로 효율적으로 전달한다. 따라서 상기 성형 장치에 의하면, 수지 시트를 소정의 형상으로 프레스 한 상태로 수지 시트의 가열 처리가 가능해지기 때문에, 지름 바깥쪽으로 향하는 탄성력이 적당히 조정된 씰부를 가지는 씰 부재를 성형할 수 있다.

상기 성형 장치는, 상기 제1 치구와 상기 제2 치구를 가열하는 가열 기구를 더 구비하여도 무방하다. 상기 가열 기구는, 제1 치구 및 제2 치구 중 적어도 일방에 구비할 수 있어도 무방하고, 이들 치구와는 별도로 구성되어도 무방하다.

상기 제1 치구는, 상기 제1 원통부의 중심으로 설치되어 상기 수지 시트의 중심홀에 감합(interlocking) 가능한 제1 감합부를 더 가져도 무방하다. 한편, 상기 제2 치구는, 상기 제2 원통부의 중심으로 설치되어 상기 제1 감합부에 감합 가능한 제2 감합부를 더 가져도 무방하다.

이에 의해, 수지 시트의 주연부에 씰부를 균일하게 형성할 수 있다. 또 제1 치구에 대해서, 수지 시트 및 제2 치구를 정밀도 좋게 위치 결정 할 수 있다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태를 설명한다.

도 1은, 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 씰 부재가 적용되는 진공 펌프의 일례를 나타내는 단면도이다. 본 실시 형태에서는, 진공 펌프로서 요동 피스톤형 드라이 진공 펌프를 예로 들어 설명한다.

[진공 펌프의 개략 구성]

동 도면에 도시한 바와 같이 진공 펌프(1)는, 모터(2), 샤프트(3), 커넥팅 로드(4), 피스톤(5), 실린더(6), 흡기실(7) 및 배기실(8)을 가진다. 커넥팅 로드(4), 피스톤(5), 실린더(6), 흡기실(7) 및 배기실(8)은 「실린더」를 구성하고 있고, 해당 진공 펌프(1)는 2기의 실린더를 가진다. 도 2는, 실린더를 확대하여 도시하는 도면이다. 또한, 실린더의 수는 각각 2기로 한정되지 않고, 1기 혹은 3기 이상이라도 무방하다.

진공 펌프(1)에서는, 모터(2)에 접속된 샤프트(3)에, 커넥팅 로드(4)가 접속되고, 커넥팅 로드(4)에 피스톤(5)이 접속되고 있다. 피스톤(5)은, 실린더(6)에 수용되고 있다. 실린더(6)에는, 흡기실(7) 및 배기실(8)이 인접하여 설치되고 있다. 상기 구성 중 샤프트(3), 커넥팅 로드(4), 피스톤(5), 실린더(6)는 케이스(9)에 수용되고 있다.

모터(2)는, 회전 동력을 발생시켜, 샤프트(3)를 축회전으로 회전시킨다. 모터(2)는, 일반적인 모터, 예를 들면 DC 브러스리스 모터(brushless motor)로 구성된다.

샤프트(3)는, 모터(2)로부터 케이스(9)의 내부에 직선 형상으로 연신(延伸)되고, 케이스(9)에 베어링(10)을 통해 회전 가능하게 지지를 받고 있다.

커넥팅 로드(4)는, 일단이 편심축(12)과 베어링(11)에 의해 샤프트(3)에 접속되고, 타단은 피스톤(5)에 접속되고 있다. 커넥팅 로드(4)와 편심축(12)은 샤프트(3)의 회전운동을 왕복(요동) 운동으로 변환한다.

피스톤(5)은 커넥팅 로드(4)에 의해 실린더(6) 내를 왕복 운동하고, 흡기 및 배기를 실시한다. 진공 펌프(1)는, 피스톤(5)과 실린더(6)과의 사이를 씰 하는 씰 부재(50)를 구비한다. 씰 부재(50)는, 피스톤(5)에 장착된다. 피스톤(5)은, 피스톤 본체(51)와 고정구(52)를 가진다.

피스톤 본체(51)는, 커넥팅 로드(4)의 선단부에 일체적으로 형성된다. 고정구(52)는, 피스톤 본체(51)에 장착되어, 씰 부재(50)를 고정한다. 씰 부재(50)는, 피스톤 본체(51)와 고정구(52)와의 사이에 협지된다. 씰 부재(50)는 원형의 수지 시트이고, 본 실시 형태에서는 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소 수지로 구성된다.

씰 부재(50)는, 피스톤 본체(51)와 고정구(52)와의 사이에 협지되는 평면부(50a)와, 평면부(50a)의 주변연에 형성된 씰부(50b)를 가지는 컵 패킹을 구성한다. 씰부(50b)는, 평면부(50a)의 주면(周面)부로부터 커넥팅 로드(4) 측으로 늘어나고 있고, 실린더(6)의 내면과 피스톤(5)의 주면과의 사이에 개재(介在)한다. 그리고 씰부(50b)는, 실린더(6) 내에서의 피스톤(5)의 왕복동 시, 피스톤(5)과 실린더(6)과의 사이를 씰 하는 기능을 수행한다.

실린더(6)는 피스톤(5)의 외경에 가까운 내경을 가지는 통 형상의 실이고, 피스톤(5)의 감삽이 가능하게 구성되어 있다. 실린더(6)에는, 흡기 밸브(13) 및 배기 밸브(14)가 설치되고, 이들 밸브는 피스톤(5)의 왕복 운동에 따라 개폐한다.

흡기실(7)은, 흡기 밸브(13)를 통해 실린더(6)와 연통하고, 흡기실(7)에는 흡기관(15)이 접속되고 있다. 흡기관(15)은 챔버 등의 배기 대상물에 접속되고 있다.

배기실(8)은, 배기 밸브(14)를 통해 실린더(6)와 연통하고, 배기실(8)에는 배기관(16)이 접속되고 있다. 배기관(16)은 대기 또는 배기 설비 등에 접속되고 있다.

또한, 도 2는, 샤프트(3)에 평행한 방향으로부터 실린더를 본 도면이지만, 흡기실(7) 및 배기실(8)의 방향은 설명의 편의상, 도 1과는 상이하게 도시하고 있다.

[진공 펌프의 동작]

다음으로, 진공 펌프(1)의 동작에 대해 설명한다. 또한, 여기에서는, 진공 펌프(1)의 한 기의 실린더에 대해 설명하지만, 다른 실린더에 대해서도 동작은 동일하다. 도 3은 피스톤(5)의 요동 운동을 나타내는 모식도이다. 도 3(a), 도 3(b), 도 3(c), 도 3(d)의 순으로 피스톤(5)이 구동되고, 다시 도 3(a)에 도시하는 상태로 회귀한다.

도 3(a)에서 피스톤(5)은 상사점에 있다. 이 상태에서는, 피스톤(5)이 실린더(6)의 저부에 근접하고 있다. 샤프트(3)가 회전하면, 도 3(b)에 도시한 바와 같이 편심축(12)과 베어링(11)을 통해 커넥팅 로드(4)가 경사하면서 하강하고, 피스톤(5)이 실린더(6)으로부터 멀어진다. 이 때, 실린더(6)와 피스톤(5)의 사이의 용적이 확대하기 때문에, 흡기실(7) 및 연통하는 흡기관(15)으로부터 흡기 밸브(13)를 통해 배기 대상 기체가 실린더(6) 내에 유입한다.

샤프트(3)가 더 회전하면, 도 3(c)에 도시한 바와 같이 피스톤(5)이 하사점에 도달한다. 이 때, 실린더(6) 내에는 배기 대상 기체가 존재하고 있다. 게다가 샤프트(3)가 회전하면, 도 3(d)에 도시한 바와 같이, 편심축(12)과 베어링(11)을 통해 커넥팅 로드(4)가 경사하면서 상승한다. 이 때, 실린더(6)와 피스톤(5)의 사이의 용적이 감소하기 때문에, 실린더 내의 배기 대상 기체가 배기 밸브(14)를 열어 배기실(8) 및 연통하는 배기관(16)으로부터 배출된다. 이와 같이, 샤프트(3)의 회전에 의해 피스톤(5)의 기울기를 동반하는 상승과 하강(요동 운동)이 반복되고, 도시하지 않는 챔버 내의 기체가 배기된다.

여기서, 도 3에 도시한 바와 같이, 피스톤(5)의 요동 운동에서, 씰 부재(50)의 씰부(50b)는 항상 실린더(6)의 내벽에 당접하고, 실린더(6)와 피스톤(5)과의 사이를 씰 하고 있다. 이 때문에, 장기적 사용에서 씰부(50b)의 마모가 문제가 된다.

일반적으로 씰부의 탄성력이 큰 만큼 높은 씰성을 얻을 수 있지만, 씰부의 탄성력이 과도하게 크면, 실린더에 대해서 상대 이동하는 씰부의 마모량이 불필요하게 증가하기 때문에, 씰부의 내구성이 저하한다. 또 씰성이 저하하기 때문에 도달 진공도가 저하하고, 게다가 펌프의 소비 전력이 상승한다. 따라서 씰성의 저하는, 씰 부재의 교환을 불가피하게 하고, 결과적으로 펌프의 내구성을 저하시킨다.

본 실시 형태는, 씰부의 탄성력을 목적으로 하는 씰성을 얻을 수 있는 적당한 크기로 조정하기 때문에, 씰성을 유지하면서, 펌프의 내구성을 향상시킨다. 이하, 씰 부재(50)의 제조 방법에 대해 설명한다.

[씰 부재의 성형 장치]

도 4는, 씰 부재(50)의 제조에 이용되는 성형 장치의 구성을 나타내는 분해 사시도이다. 도 5는, 해당 성형 장치의 조립 상태에서의 단면도이다. 우선, 성형 장치(100)에 대해 설명한다.

성형 장치(100)는, 제1 치구(110)와, 제2 치구(120)와, 압박구(130)를 가진다. 성형 장치(100)는, 제1 치구(110)와 제2 치구(120)와의 사이에 수지 시트(50S)를 수용하고, 압박구(130)에 의해 양 치구(110, 120)을 서로 압박하고, 수지 시트(50S)를 가열하기 때문에, 수지 시트(50S)를 성형한다.

제1 치구(110)는, 스테인리스강, 알루미늄 합금 등의 금속제의 원통 부재로 구성되어 있다. 제1 치구(110)는, 제1 원통부(111)와, 제1 원통부(111)의 하단에 형성된 제1 저면부(112)를 가진다.

제1 원통부(111)는, 수지 시트(50S)의 외경(제1 외경) 보다 작은 내경(제1 내경)으로 형성되고, 그 내경의 크기는, 씰 부재(50)의 평면부(50a)의 크기(직경)로 설정된다. 따라서 수지 시트(50S)가 제1 치구(110)에 장착될 때, 수지 시트(50S)의 주연부는 도 5에 도시한 바와 같이 거의 90도 접어 구부러진 상태로 제1 원통부(111)의 내부에 수용하게 된다.

제1 치구(110)는, 제1 감합부(113)를 더 가진다. 제1 감합부(113)는 제1 저면부(112)의 중심으로 형성되고, 제1 원통부(111)와 동심적인 원주 형상을 가진다. 제1 감합부(113)는, 수지 시트(50S)의 중심으로 형성된 중심홀(50c)과 감합하는 것이 가능하고, 그 외경은 중심홀(50c)의 내경과 거의 같은 크기로 설정되어 있다. 이에 의해 제1 치구(110)에 대해서 수지 시트(50S)를 정밀도 좋게 조립할 수 있다.

제2 치구(120)는, 스테인리스강, 알루미늄 합금 등의 금속제의 원통 부재로 구성되어 있다. 제2 치구(120)는, 제2 원통부(121)와, 제2 원통부(121)의 하단에 형성된 제2 저면부(122)와, 제2 저면부(122)의 중심으로 형성된 제2 감합부(123)를 가진다. 도 5에 도시한 바와 같이 제2 치구(120)는, 제2 저면부(122)가 제1 저면부(112)에 대향하도록 하여 제1 치구(110)에 조립할 수 있다.

제2 원통부(121)는, 제1 원통부(111)의 내경 보다 작은 외경(제2 외경)으로 형성되고, 그 외경의 크기는, 씰 부재(50)의 씰부(50b)의 내경 이하의 크기로 설정되어 있다. 따라서 수지 시트(50S)가 장착된 제1 치구(110)에 제2 치구(120)가 장착될 때, 수지 시트(50S)의 주연부는 도 5에 도시한 바와 같이 제1 원통부(111)와 제2 원통부(121)와의 사이에 수용하게 된다.

제2 감합부(123)는, 제2 저면부(122)의 중심부에 설치되고, 제1 감합부(113)와 감합 가능한 오목한 곳으로 구성되어 있다. 즉 제2 감합부(123)는, 제1 치구(110)와 제2 치구(120)와의 조립시, 제1 감합부(113)와 서로 감합한다. 이것에 의해, 제1 치구(110)에 대해서 제2 치구(120)를 정밀도 좋게 조립할 수 있다. 또, 제1 치구(110)에 대해서 제2 치구(120)를 정밀도 좋게 위치 결정 되기 때문에, 제1 원통부(111)와 제2 원통부(121)와의 사이에 일정한 크기의 환상 공간을 형성할 수 있다.

압박구(130)는, 볼트나 나사 등의 부품으로 구성되어 있고, 제1 치구(110) 및 제2 치구(120)의 중심부에 각각 장착된다. 여기서, 제1 치구(110)에는 제1 감합부(113)의 중심부에 압박구(130)의 축부(131)와 나합하는 장착홀(114)이 형성되고, 제2 치구(120)에는 제2 감합부(123)의 중심부에 축부(131)가 삽통되는 삽통홀(124)이 형성되고 있다. 이것에 의해 제1 및 제2 치구(110, 120)는, 압박구(130)에 의해 서로 고정되는 것과 동시에, 제1 저면부(112)와 제2 저면부(122)가 서로 근접하는 방향으로 압박할 수 있다. 압박구(130), 장착홀(114) 및 삽통홀(124)은, 제1 및 제2 치구(110, 120)를 서로 압박하는 압박 기구를 구성한다.

제1 및 제2 저면부(112, 122)은, 서로 평행으로 형성되어 있고, 압박구(130)에 의한 제1 및 제2 치구(110, 120)의 압박시에 수지 시트(50S)를 협지한다. 제1 및 제2 저면부(112, 122)에 의한 수지 시트(50S)의 협압력은, 압박구(130)에 의한 압박 토르크로 조정된다.

[씰 부재의 성형 방법]

계속해서, 상술한 바와 같이 하여 구성되는 성형 장치(100)를 이용한 씰 부재(50)의 제조 방법을 설명한다.

우선, 씰 부재(50)의 원형이 되는 수지 시트(50S)를 준비한다. 수지 시트(50S)는, 전형적으로는, 도 4에 도시한 바와 같이 링 형상으로 블랭킹(blanking) 형성된다. 수지 시트(50S)의 크기(외경)는, 적용되는 피스톤의 크기에 따라 적당히 설정되고, 예를 들면 직경 93 mm 이다. 수지 시트(50S)의 두께도 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 1.0 mm 이다. 중심홀(50c)의 홀 지름도 특별히 한정되지 않고, 피스톤(5)의 구성에 의해 정해진다.

계속해서 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 치구(110) 및 제2 치구(120)에 의해 수지 시트(50S)를 끼워 넣고, 수지 시트(50S)를 소정 온도로 협압하면서 가열하기 때문에, 씰 부재(50)를 제작한다.

순서로는 우선, 수지 시트(50S)가 제1 치구(110)에 장착된다. 이 때 수지 시트(50S)의 중심홀(50c)과 제1 감합부(113)와의 감합 작용에 의해, 제1 치구(110)에 대한 수지 시트(50S)의 위치 결정 정밀도가 확보된다. 따라서, 제1 감합부(113)의 외경과 수지 시트(50S)의 중심홀(50c)의 홀 지름과의 차이가 작을 수록, 높은 위치 결정 정밀도를 얻을 수 있다.

또, 제1 원통부(111)의 내경은 수지 시트(50S)의 외경 보다 작기 때문에, 수지 시트(50S)의 주연부는, 제1 원통부(111)의 내면에 당접한다.

수지 시트(50S)가 제1 치구(110)에 장착된 후, 제2 치구(120)가 제1 치구(110)에 조립할 수 있다. 이 때 제1 감합부(113)와 제2 감합부(123)와의 감합 작용에 의해, 제1 치구(110)에 대한 제2 치구(120)의 위치 결정 정밀도가 확보된다. 이 경우도, 제1 감합부(113)의 외경과 제2 감합부(123)의 내경과의 차이가 작을 수록, 높은 위치 결정 정밀도를 얻을 수 있다.

제1 치구(110)에 제2 치구(120)가 장착된 후, 양치구(110, 120)는 압박구(130)에 의해 압박된다. 이때 도 5에 도시한 바와 같이, 수지 시트(50S)의 주연부 이외의 영역은 제1 저면부(112)와 제2 저면부(122)와의 사이에 협지되기 때문에, 소정의 평면도가 확보된다.

한편, 수지 시트(50S)의 주연부는, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 원통부(111)와 제2 원통부(121)와의 사이의 환상의 틈새로 인입되는 것과 동시에, 제2 저면부(122)의 압압 작용에 의해 제1 저면부(112)에 대해서 수직인 방향으로 두겹으로 접는다.

여기서, 제1 원통부(111)와 제2 원통부(121)과의 사이의 틈새의 폭은, 수지 시트(50S)의 주연부의 두께 보다 큰 값으로 설정된다. 이것에 의해, 수지 시트(50S)의 주연부를 그 전역에 걸쳐 원활 또는 균등하게 반복 할 수 있다. 또, 상기 틈새의 폭이 커질수록, 제작된 씰 부재(50)의 씰부(50b)의 지름 바깥쪽으로 향하는 탄성력이 높아지는 경향이 있다.

제1 치구(110)에 대한 제2 치구(120)의 결합력은, 적어도 수지 시트(50S)가 제1 저면부(112)에 밀착하는 정도의 압력이 필요하게 된다. 이것에 의해 수지 시트(50S)의 주연부를 적정하게 수직 방향으로 반복 할 수 있다. 이 경우, 수지 시트(50S)는 제1 저면부(112)와 제2 저면부(122)와의 사이에 소정의 압축력을 발생시켜도 무방하다. 이것에 의해 수지 시트(50S)의 주연부를 원활히 수직 방향으로 반복 할 수 있다. 상기 소정의 압축력은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 1 MPa이며, 압박구(130)의 억압 토르크로 환산하면, 본 실시 형태에서는 13 Nm 이다.

압박구(130)에 의해 서로 압박될 수 있는 성형 장치(100)는, 소정 온도로 가열된다. 이것에 의해 수지 시트(50S)는, 평면부(50a)와 씰부(50b)를 가지는 씰 부재(50)로 성형된다(도 5).

성형 장치(100)는, 예를 들면 소정 온도로 설정된 오븐의 내부에서 가열된다. 이외에도, 제1 치구(110) 및 제2 치구(120) 중 적어도 일방으로, 히터 등의 가열원이 내장되어도 무방하다. 제1 및 제2 치구(110, 120)는 각각 금속제이기 때문에, 수지 시트(50S)에 효율적으로 열을 전달할 수 있다.

상기 소정 온도는 특별히 한정되지 않고, 수지 시트(50S)의 재료, 크기, 두께에 따라, 예를 들면 160℃ 이상 250℃ 이하이다. 상기 소정 온도의 보관 유지 시간도 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 40분이다.

씰 부재(50)의 평면부(50a)는, 압박구(130)에 의한 압축 작용과 상기 가열 작용을 받기 때문에, 제1 저면부(112)와 제2 저면부(122)와의 사이에 형성된다. 한편, 씰부(50b)는, 상기 압축 작용 및 가열 작용을 받는 때문에, 제1 원통부(111)와 제2 원통부(121)와의 사이에 형성된다. 특히 가열 처리에 의해 씰 부재(50)의 내부 응력이 완화되고, 평면부(50a)에 대해서 굴곡한 씰부(50b)를 안정하게 형성할 수 있다.

수지 시트(50S)의 가열 처리를 소정 시간 보관 유지한 후, 성형 장치(100)는 냉각된다. 냉각 방법은 특별히 한정되지 않고, 자연 냉각이라도 무방하고, 강제 냉각이라도 무방하다. 냉각 후, 성형 장치(100)는 제1 치구(110)와 제2 치구(120)로 분리되고, 제1 치구(110)로부터 씰 부재(50)(수지 시트(50S))가 취출된다.

도 6은, 제1 치구(110)로부터의 씰 부재(50)의 취득 방법을 설명하는 단면도이다. 본 실시 형태에서는, 도 6에 도시한 바와 같은 취출 치구(200)가 이용된다. 취출 치구(200)는, 본체(201)와 본체(201)의 일방의 면에 설치된 복수 개의 핀(202)을 가진다. 제1 저면부(112)에는, 각 핀(202)이 삽통되는 복수의 홀이 미리 형성되어 있고, 이들 각 홀에 각 핀(202)이 각각 삽통되기 때문에 제1 치구(110)에 본체(201)가 장착된다. 제1 저면부(112) 상의 씰 부재(50)는, 핀(202)에 의해 도 6에서 상방으로 압출되고, 제1 치구(110)로부터 취출된다.

이상과 같이 하여, 평면부(50a)의 주연부에 씰부(50b)가 환상으로 형성된 씰 부재(50)가 제작된다. 본 실시 형태에 의하면, 씰 부재(50)를 가열하면서 성형하도록 하고 있기 때문에, 씰부(50b)에 지름 바깥쪽으로 향하는 탄성력을 조정하는 것이 가능해진다.

즉 씰 부재(50)를 가열 성형하기 때문에, 비가열로 성형하는 경우와 비교하여, 씰부의 지름 바깥쪽으로 향하는 탄성력을 저하시킬 수 있다. 따라서 씰 부재(50)를 진공 펌프(1)의 피스톤(5)에 장착하여 사용할 때, 실린더(6)의 내면에 대해 씰 부재(50)의 씰부(50b)를 적당한 탄성력으로 압접시킬 수 있게 되어, 씰부(50b)의 불필요한 마모가 억제된다. 이것에 의해, 실린더(6)와 피스톤(5)과의 사이의 씰성을 유지하면서 펌프의 내구성의 향상을 도모 할 수 있다.

성형 온도는 특별히 한정되지 않고, 씰 부재(50)의 재질, 크기, 두께 등의 재료적, 형상적 요소 이외, 요구되는 씰 특성, 내구성 등의 제품의 스펙(specification)적 요소에 따라 적당히 설정된다. 성형 온도가 저온일수록 씰부(50b)의 지름 바깥쪽으로 향하는 탄성력은 커지는 경향이 있고, 성형 온도가 고온일수록 상기 탄성력은 저하하는 경향이 있다.

본 발명자는, 제1 원통부(111)의 내경, 제2 원통부(121)의 외경, 성형 온도를 상이하게 한 복수의 씰 부재(50)의 샘플을 제작하고, 이들을 실제로 피스톤(5)에 장착하여 펌프를 구동시키고, 샘플 마다 펌프의 소비 전력을 측정하였다. 또 펌프를 1시간 구동시킨 후, 샘플 마다 씰부(50b)의 마모량을 측정하였다.

씰 부재(50)의 원형이 되는 수지 시트(50S)에는, 직경 93 mm, 두께 1.0 mm의 폴리테트라플루오로에틸렌 시트를 이용하였다. 성형 온도에서의 보관 유지 시간은 40분으로 하고, 그 후 20분 이상 걸쳐 냉각하였다. 진공 펌프에는, 아루박 기공사 제 요동 피스톤형 드라이 진공 펌프를 사용하였다.

각 샘플의 제작에 이용된 제1 원통부(111)의 내경, 제2 원통부(121)의 외경, 성형 온도의 조건을 표 1에 나타낸다. 또, 각 샘플의 마모량 및 펌프의 소비 전력의 측정치를 도 7 및 도 8에 각각 도시한다.

샘플 5에 관해서는, 씰부(50b)의 마모량이 각 샘플 중에서 최대이며, 도달 압력도 높았다. 그 이유는, 성형 온도가 130 ℃로 비교적 낮았기 때문에, 씰부(50b)의 탄성 복귀력이 높게 유지되고, 실린더(6)에 대한 탄성력이 각 샘플 중 가장 높았기 때문이라고 생각된다.

샘플 1~4, 6, 7에 관해서는, 마모량에 불균형이 있지만, 도달 진공도, 소비 전력 등이 주였던 펌프 성능은, 거의 동등하였다. 이들 샘플의 평가 결과로부터, 성형 온도가 높은 샘플일 수록 씰부(50b)의 마모량은 적은 것이 확인되었다. 또 씰부의 양호한 씰성을 유지할 수 있기 때문에, 펌프의 소비 전력의 저감을 도모할 수 있다.

여기서, 예를 들면 샘플 1, 3, 6 및 7과 같이, 제1 원통부(111)의 내경과 제2 원통부(121)의 외경이 샘플 간에 다른 경우에서도, 동일한 펌프 특성을 얻을 수 있는 것이 확인되었다. 이로부터 씰 부재의 씰성은 성형 온도에 강한 의존성을 갖고, 성형용 치구의 지름에는 강하게 의존하지 않는다고 생각된다.

다음으로, 샘플 7의 제작에 이용된 각 치구를 이용하여, 160 ℃~250 ℃의 성형 온도 범위에서 복수의 씰 부재(50)를 제작하였다. 그리고 샘플 마다 도달 압력, 대기 개방시(무부하시)의 토출 유량, 소비 전력, 펌프 케이스의 온도 상승량, 씰부의 마모량을 포함한 펌프 특성을 평가하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다. 또, 성형 온도와 씰부의 마모량, 펌프의 소비 전력 및 온도 상승량과의 관계를 도 9, 도 10 및 도 11에 각각 도시한다.

표 2, 도 9~도 11에 도시한 바와 같이, 성형 온도가 높아질수록 씰부의 마모량, 펌프의 소비 전력 및 온도 상승량은 모두 저하하는 경향이 인정된다. 이것은, 성형 온도가 높을수록 씰 부재(50)의 내부 응력을 완화하고, 평면부(50a)에 대해서 굴곡한 씰부(50b)를 안정하게 형성할 수 있기 때문이라고 생각된다. 즉 성형 온도가 높을수록, 씰부(50b)의 형상 유지성이 높아지고, 피스톤 장착 후의 씰부의 외경이 감소한다. 이것에 의해 씰부의 탄성력이 저하하고, 씰부에 작용하는 접동 마찰력이 저하하기 때문에, 마모를 억제하는 것이 가능해진다. 씰성에 관해서도, 성형 온도의 고온화에 동반하여 소비 전력이 저하하고 있는 것으로부터, 실린더(6)와 피스톤(5)과의 사이의 안정된 씰성이 확보되고 있는 것이라고 인정된다.

이상과 같이, 씰 부재의 성형 온도를 160 ℃ 이상 250 ℃ 이하로 하는 것으로, 안정된 씰성을 유지하면서 씰부의 마모를 억제할 수 있는 것과 동시에, 펌프의 소비 전력의 저감을 도모하는 것이 가능해진다.

또 성형 온도의 상한을 250 ℃로 했지만, 씰 부재를 구성하는 재료의 열적 안정성이나, 목적으로 하는 씰성 등에 따라 적당히 설정하는 것이 가능하다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상에 근거하여 여러 가지의 변경이 가능하다.

예를 들면 이상의 실시 형태에서는, 요동 피스톤형 드라이 진공 펌프용의 피스톤에 적용되는 씰 부재의 제조 방법 및 그 성형 장치를 예로 들어 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 다른 용적 이송형의 진공 펌프에 적용되는 씰 부재의 제조에도 본 발명은 적용 가능하다.

또 이상의 실시 형태에서는, 제1 및 제2 치구(110, 120)의 감합부(113, 123)를 모두 원통 혹은 원주 형상으로 형성되었지만, 이것에 대신하여, 서로 감합 관계를 가지는 다른 기하학적 형상, 예를 들면 다각주 형상으로 형성되어도 무방하다. 또, 이들 감합부는 필요에 따라 생략 되어도 무방하다.

게다가 제1 및 제2 치구(110, 120)을 압박하는 압박 기구로서 압박구(130)이 이용되었지만, 이것에 대신하여, 클램프 등의 다른 부재가 이용되어도 무방하다.

1 진공 펌프
5 피스톤
50 씰 부재
50a 평면부
50b 씰부
50S 수지 시트
100 성형 장치
110 제1 치구
111 제1 원통부
112 제1 저면부
113 제1 감합부
120 제2 치구
121 제2 원통부
122 제2 저면부
123 제2 감합부
130 압박구

Claims (6)

1. 실린더 내를 왕복 움직이는 피스톤에 장착되고, 원형의 평면부와, 상기 평면부의 주변연에 형성된 환상의 씰부를 가지는 씰 부재의 제조 방법에 있어서,
   제1 내경을 가지는 제1 원통부와, 상기 제1 원통부의 일단에 형성된 제1 저면부와, 상기 제1 원통부의 중심에 설치된 제1 감합부를 가지는 제1 치구에, 상기 제1 내경 보다 큰 제1 외경을 가지는 원형의 수지 시트를 장착하면서, 상기 제1 감합부에 상기 수지 시트의 중심홀을 감합시키고,
   상기 제1 내경 보다 작은 제2 외경을 가지는 제2 원통부와, 상기 제2 원통부의 일단에 형성된 제2 저면부와, 상기 제2 원통부의 중심에 설치되어 상기 제1 감합부에 감합 가능한 제2 감합부를 가지는 제2 치구를 상기 제1 치구에 장착하고,
   상기 제1 저면부와 상기 제2 저면부에 의해 상기 시트 부재를 소정 압력으로 협압하고, 상기 제1 치구와 상기 제2 치구를 소정 온도에 가열하기 때문에, 상기 제1 저면부와 상기 제2 저면부와의 사이에 상기 평면부를 형성하고, 상기 제1 원통부와 상기 제2 원통부와의 사이에 상기 씰부를 형성하는
   씰 부재의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 소정 온도는, 160 ℃ 이상 250 ℃ 이하인,
   씰 부재의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 수지 시트는, 폴리테트라플루오로에틸렌 시트인,
   씰 부재의 제조 방법.
4. 제1 단부를 가지고 제1 내경으로 형성된 제1 원통부와, 상기 제1 단부에 형성된 제1 저면부를 포함하고, 상기 제1 내경 보다 큰 제1 외경을 가지는 원형의 수지 시트가 장착되는 금속제의 제1 치구와,
   제2 단부를 가지고 상기 제1 내경 보다 작은 제2 외경으로 형성된 제2 원통부와, 상기 제2 단부에 형성된 제2 저면부를 포함하고, 상기 제1 저면부와 상기 제2 저면부로 상기 수지 시트를 협지하고, 상기 제1 원통부와 상기 제2 원통부로 상기 수지 시트의 주변연을 협지하는 금속제의 제2 치구와,
   상기 제1 저면부와 상기 제2 저면부가 근접하는 방향으로 상기 제1 치구와 상기 제2 치구를 압박하는 압박 기구
   를 구비하고,
   상기 제1 치구는, 상기 제1 원통부의 중심에 설치되어 상기 수지 시트의 중심홀에 감합 가능한 제1 감합부를 더 가지고,
   상기 제2 치구는, 상기 제2 원통부의 중심에 설치되어 상기 제1 감합부에 감합 가능한 제2 감합부를 더 갖는
   성형 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 치구와 상기 제2 치구를 가열하는 가열 기구
   를 더 구비하는 성형 장치.
6. 삭제

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