KR101610904B1 - 모노펌프 고정자의 제조방법 - Google Patents

모노펌프 고정자의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모노펌프의 고정자를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하면 모노펌프에 구비되는 회전자의 외측에 위치되는 고정자의 내부에 형성된 유동로의 형태와 유동로에 형성되는 나사산을 상기 회전자의 편심회전에 의하여 형성된 회전 외주의 형태와 회전자의 외부에 형성된 나사산 각각이 최대한 기밀될 수 있도록 제조하는 모노펌프 고정자의 제조방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 유동로에 내재되는 회전자의 수평방향 회전에 의하여 형성된 수직단면의 회전 외주보다 작은 수직단면의 외주를 가지는 유동로 성형틀을 이용하여 고정자의 유동로를 성형시키기 때문에, 회전자의 편심회전에 의하여 형성되는 회전 외주와 고정자의 내부에 형성된 유동로의 형태를 긴밀하게 유지시켜, 유동물의 이송압력을 일정하게 유지시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있고; 고정자의 내부에 형성된 유동로의 수직단면 외주가 회전자의 수평방향 회전에 의하여 형성된 수직단면의 회전 외주보다 작기 때문에, 모노펌프의 사용으로 인하여 고정자의 유동로가 일부 마모되더라도, 회전자의 외주와 고정자의 유동로 내부면 사이에 틈이 발생하지 않아, 모노펌프의 급격한 이송압력 저하를 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

모노펌프 고정자의 제조방법{MANUFACTURING METHOD FOR MONO PUMP OF STATOR}
본 발명은 모노펌프의 고정자를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하면 모노펌프에 구비되는 회전자의 외측에 위치되는 고정자의 내부에 형성된 유동로의 형태와 유동로에 형성되는 나사산을 상기 회전자의 편심회전에 의하여 형성된 회전 외주의 형태와 회전자의 외부에 형성된 나사산 각각이 최대한 기밀될 수 있도록 제조하는 모노펌프 고정자의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 모노 펌프는 추진공동형펌프(Progressive Cavity Pump), 편심스크류펌프(Eccentric Screw Pump) 또는 나선형 로타펌프(Helical Rotor Pump) 등으로 불리고, 점도성이 높은 유동물을 압축 이송하여 연속적으로 배출할 수 있는 장치로서, 화학, 도료, 화장품, 제지펄프, 제당, 요업, 농수산, 토목건설, 광업, 선박, 농축슬러지, 약액슬러지, 응집제, 오일슬러지 또는 빌리지 등의 다양한 분야에 이용된다.
또한 일반적인 모노펌프는 구동모터의 회전축과 연결되는 구동축에는 유니버셜조인트에 의해 굴곡 형상의 회전자와 결합되어 있고, 상기 구동축의 외측에는 베어링 하우징에 설치된 볼 베어링에 의해 회전이 원활하도록 되어 있으며, 유동물투입구가 형성되어 유동물이 유입되는 몸체 내부에는 유니버셜조인트가 배치되고, 상기 몸체와 베어링 하우징 사이에는 패킹부에 의해 몸체내부에 존재하는 유동물이 베어링 하우징으로 유입되지 않도록 차단되어 있으며, 상기 몸체와 와 베어링 하우징은 일체로 형성되어 있다.
또한 몸체 일측에는 고정자 몸체 내측에 고무재질의 이송부가 타원 형상의 스크류가 형성되어 부착된 고정자가 설치되고, 상기 이송부에 형성된 스크류 진행 방향으로 회전자가 유입되어 회전하도록 되어 있으며, 몸체의 일측에 형성된 토출구를 통해 고정자 내부에 유동물이 유입되도록 구성되고, 상기 고정자의 타측에는 회전자에 의해 일정 압력으로 연속 배출되는 유동물 배출구가 설치되어 구성된다.
다음은 모노펌프에 관한 대표적인 종래 기술이다.
대한민국 등록특허공보 제10-0274572호는 모노 펌프의 고정자에 관한 것으로서, 모노 펌프의 고정자에 공간층을 형성하고, 이 공간층의 외측에 원료가 이송되는 고무재질의 이송부가 일정한 두께와 균일한 표면을 갖도록 형성되는 구성을 하였다.
또한 상기 종래기술에 의한 모노펌프는 회전자가 고정자 내부에서 회전하여 원료를 이송시킬 경우 회전자와 고무재질인 이송부와의 마찰력을 최소화하는 한편, 고정자에 형성된 공간층에 의해 회전자와 이송부의 마찰력에 의한 열을 흡수시킴으로써 열 발생에 따른 이송부의 손상을 방지할 수 있도록 하는 효과를 실현하였으나, 탄성을 가지는 고정자를 성형하여 제조할 때, 실제 고정자의 유동로에서 회전되는 회전자와 동일한 형태와 크기의 회전자모델을 이용하여 고정자의 유동로를 형성시키기 때문에, 모노펌프의 사용으로 인하여 고정자의 유동로가 일부 마모된 경우, 모노펌프의 이송압력이 급격하게 저하되는 문제가 발생하여, 이를 해결하기 위한 지속적인 연구개발이 요구되는 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-0274572호(2000.09.14.) 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0081434호(2010.07.15.) 대한민국 공개실용신안공보 제20-2009-0004491호(2009.05.13.)
본 발명은 모노펌프 고정자의 제조방법에 관한 종래기술에 따른 문제점들을 개선하고자 안출된 기술로서, 종래 제조방법으로 제조되는 모노펌프의 고정자는 회전자의 편심회전에 의하여 형성되는 회전 외주와 고정자의 내부에 형성된 유동로의 형태가 긴밀하지 못하기 때문에, 유동물의 이송압력이 미흡한 문제가 발생하였고;
탄성을 가지는 고정자를 성형하여 제조할 때, 실제 고정자의 유동로에서 회전되는 회전자와 동일한 형태와 크기의 회전자모델을 이용하여 고정자의 유동로를 형성시키기 때문에, 모노펌프의 사용으로 인하여 고정자의 유동로가 일부 마모된 경우, 모노펌프의 이송압력이 급격하게 저하되는 문제가 발생하였으며;
이송압력의 저하로 인한 고정자의 잦은 교체로 인한 경제적인 손실이 상당한 문제가 발생하여, 이에 대한 해결점을 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자,
회전자를 내부에 형성된 유동로에서 수평방향으로 회전 가능하도록 내재시키는 모노펌프 고정자의 제조방법에 있어서, 상기 고정자는, 유동로에 내재되는 회전자의 수평방향 회전에 의하여 형성된 수직단면의 회전 외주보다 1~5mm 작은 수직단면의 외주를 가지는 유동로 성형틀을 만드는 유동로 성형틀 제작과정; 상기 유동로 성형틀 제작과정에서 만들어진 유동로 성형틀을 금형의 성형홈 중앙에 위치시킨 후 금형의 성형홈에 용융된 탄성수지를 주입하여 탄성을 가지는 고정자를 성형하는 고정자 성형과정;을 포함하여 구성되는 모노펌프 고정자의 제조방법을 제시한다.
상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 모노펌프 고정자의 제조방법은 유동로에 내재되는 회전자의 수평방향 회전에 의하여 형성된 수직단면의 회전 외주보다 작은 수직단면의 외주를 가지는 유동로 성형틀을 이용하여 고정자의 유동로를 성형시키기 때문에, 회전자의 편심회전에 의하여 형성되는 회전 외주와 고정자의 내부에 형성된 유동로의 형태를 긴밀하게 유지시켜, 유동물의 이송압력을 일정하게 유지시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있고;
고정자의 내부에 형성된 유동로의 수직단면 외주가 회전자의 수평방향 회전에 의하여 형성된 수직단면의 회전 외주보다 작기 때문에, 모노펌프의 사용으로 인하여 고정자의 유동로가 일부 마모되더라도, 회전자의 외주와 고정자의 유동로 내부면 사이에 틈이 발생하지 않아, 모노펌프의 급격한 이송압력 저하를 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있으며;
손상된 고정자의 교체 주기를 연장시켜 경제적인 손실을 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 모노펌프 고정자의 제조방법의 공정순서를 나타내는 블럭도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의하여 제조된 고정자가 장착된 모노펌프를 나타내는 측단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 모노펌프 고정자의 제조방법에 의하여 제조된 고정자를 나타내는 측단면도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의하여 제조된 고정자가 장착된 모노펌프의 회전자의 회전각도에 따른 유동물의 이송상태를 나타내는 수직단면도.
본 발명은 모노펌프의 고정자(10)를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 회전자(20)를 내부에 형성된 유동로에서 축방향으로 회전 가능하도록 내재시키는 모노펌프 고정자의 제조방법에 있어서, 상기 고정자(10)는, 유동로에 내재되는 회전자(20)의 축방향 회전을 위한 수직단면의 회전 외주보다 1~5mm 작은 수직단면의 외주를 가지는 유동로 성형틀을 만드는 유동로 성형틀 제작과정(S100); 상기 유동로 성형틀 제작과정(S100)에서 만들어진 유동로 성형틀을 금형의 성형홈 중앙에 위치시킨 후 금형의 성형홈에 용융된 탄성수지를 주입하여 탄성을 가지는 고정자(10)를 성형하는 고정자 성형과정(S200);을 포함하여 구성되는 모노펌프 고정자의 제조방법에 관한 것이다.
이하 본 발명의 실시예를 도시한 도면 1 내지 4를 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
우선 본 발명에 의한 고정자(10)가 장착되는 모노펌프는 화학, 도료, 화장품, 제지펄프, 제당, 요업, 농수산, 토목건설, 광업, 선박, 농축슬러지, 약액슬러지, 응집제, 오일슬러지 또는 빌리지 등의 다양한 분야에 적용될 수 있다.
또한 상기 모노펌프는 도 2와 같이 회전모터의 회전축과 연결된 구동축(60), 상기 구동축(60)과 일측이 유니버셜조인트(31)로 연결된 로드(30), 상기 로드(30)의 타측에 구비된 유니버셜조인트(31)와 연결된 회전자(20), 상기 회전자(20)의 외측에 위치되어 내부에 형성된 유동로에 상기 회전자(20)를 회전가능하도록 내재시키는 고정자(10), 상기 구동축(60), 양측 각각에 유니버셜조인트(31)를 구비하는 로드(30)와 회전자(20)의 일측 일부분을 내재시키는 제1케이싱(40) 및 상기 제1케이싱(40)의 타측에 일측이 연결되고 상기 회전자(20)를 유동로에 내재시키는 고정자(10)를 내재시키는 제2케이싱(50)을 포함하여 구성된다.
이때, 상기 로드(30)와 회전자(20)의 일측 일부분을 내재시키는 상기 제1케이싱(40)의 타측 일정부분에는 유동물을 투입받는 인입구(41)가 형성되고, 상기 제2케이싱(50)의 타측에는 고정자(10)의 타측으로 이송된 유동물을 외부로 배출시키기 위한 배출구(51)가 형성된다.
즉, 유동물은 제1케이싱(40)의 인입구(41)로 투입되어 제1케이싱(40)의 내부공간으로 유입된 후, 제1케이싱(40)의 내부공간 타측과 제2케이싱(50)에 내재된 고정자(10)의 유동로 일측에 의하여 형성된 연결로로 유동되고, 상기 연결로로 유동된 유동물은 회전자(20)의 회전에 의하여 형성되는 회전자(20)의 외주와 고정자(10)의 유동로 내부면 간의 이송압력에 의하여 유동로 타측으로 이송되어 제1케이싱(40)의 타측에 형성된 배출구(51)로 배출된다.
아울러 제2케이싱(50)의 내부에 내재되는 고정자(10)는 회전자(20)의 편심회전 시에 회전자(20)에 의하여 고정자(10)에 가해지는 가압력에 의하여 고정자(10)가 제2케이싱(50)의 타측으로 밀리지 않도록 제2케이싱(50)의 내부에 견고하게 고정 부착되어 내재되어야 한다.
또한 이하의 본 발명에 의한 모노펌프에 구비되는 회전자(20)는 도 2와 같이 고정자(10)의 내부에 수평방향으로 길이가 형성된 유동로에 내재되고, 수평방향으로 내재된 회전자(20)는 편심회전축을 이루면서 축의 반경방향으로 회전하도록 한다.
이때, 상기 회전자(20)는 나사산의 개수에 따라 1선 이상의 나사산을 가지도록 구성될 수 있고, 나사산의 개수에 따라 회전자(20)의 편심회전축의 위치가 연속적으로 변화되고, 회전자(20)의 편심회전축의 위치변화에 대응되며 회전자(20)에 구동력을 연속적으로 제공하기 위하여, 로드(30)의 양단에 연결된 유니버셜조인트(31)는 연속적으로 굽힘과 펼침을 반복한다.
아울러 상기 회전자(20)는 나사산의 개수에 따라 편심회전축이 일정의 회전궤도를 형성하며 회전하는데, 일예로서, 회전자(20)가 단일의 나사산으로 구성되는 경우(회전자(20) 자체가 마루와 골을 형성하는 형태로 꼬여진 형태임.) 회전자(20)의 편심회전축의 회전궤도는 상하로 형성되고, 회전자(20)가 2선의 나사산으로 구성되는 경우(2개의 나사산이 서로 꼬이며 마루와 골을 형성하는 형태로 꼬여진 형태임.) 회전자(20)의 편심회전축의 회전궤도는 삼각형으로 형성되며, 회전자(20)가 3선의 나사산으로 구성되는 경우(3개의 나사산이 서로 꼬이며 마루와 골을 형성하는 형태로 꼬여진 형태임.) 회전자(20)의 편심회전축의 회전궤도는 사각형으로 형성된다.
이하, 본 발명의 주안점인 고정자(10)에 대한 구체적인 설명 이외의 다른 구성의 기술적 설명은 하기에서 구체적으로 설명하지 아니하는 이상 공지의 기술을 적용할 수 있다.
본 발명에 의한 고정자(10)는 유동로 성형틀 제작과정(S100)과 고정자 성형과정(S200)을 포함하여 구성된다.
구체적으로 상기 유동로 성형틀 제작과정(S100)은 유동로에 내재되어 축회전하는 회전자(20)의 수직단면의 회전 외주보다 1~5mm 작은 수직단면의 외주를 가지는 유동로 성형틀을 만드는 과정으로서, 하기 고정자 성형과정(S200)에서 성형되는 고정자(10)의 유동로를 형성시키는 유동로 성형틀을 제작하는 과정이다.
이때, 상기 유동로 성형틀은 고정자(10)의 내부에 유동로를 형성시키는 형틀의 기능을 하는 구성으로서, 실제 유동로 내에서 편심회전하는 회전자(20)의 편심회전축의 회전궤도와 상기 회전궤도로 회전하는 회전자(20)의 수직단면의 회전 외주보다 1~5mm 작은 수직단면의 외주를 가지도록 구성된다.
즉, 상기와 같이 유동로 성형틀의 수직단면 외주가 회전자(20)의 축방향 수직단면의 회전 외주보다 작게 형성되면, 고정자(10)의 유동로 내부면이 회전자(20)의 회전 외주보다 작게 형성되어 회전자(20)의 외주 일정부분과 유동로의 내부면 일정부분 간의 압착에 의한 이송압력이 긴밀하게 형성되는 효과를 실현한다.
결과적으로, 유동로 성형틀의 수직단면에 형성되는 마루와 골에 의하여 형성된 유동로 성형틀의 외주는 회전자(20)의 마루와 골에 의하여 형성된 회전자(20)의 외주보다 1~5mm 작은 외주를 가진다.
이때, 상기 유동로 성형틀의 외주에 형성되는 마루와 골의 개수는 회전자(20)의 외주에 형성된 마루와 골의 개수보다 각각 1피치당 2~3배 더 많도록 구성되어, 유동로 성형틀에 의하여 성형된 유동로 1피치 내의 일정부분의 마루와 골은 회전자(20)의 골과 마루에 각각 대응되어 압착되고, 유동로 1피치 내의 다른 마루와 골은 회전자(20)의 골과 마루와 이격되어 이송공간을 형성하고, 상기 이송공간을 통하여 유동물이 연속적으로 이송된다.
상기와 연관하여, 상기 이송공간은 회전자(20)의 회전에 의하여 연속적으로 유동로의 타측방향으로 위치이동되어 유동물을 유동로의 타측방향으로 이송한다.
아울러 유동로 성형틀의 수직단면 외주가 회전자(20)의 축방향 수직단면의 회전 외주보다 1mm 미만으로 작게 구성되면, 성형된 고정자(10)의 유동로 내부면과 회전자(20)의 외주 간의 압착부분이 지나치게 좁고 압착력이 미흡하여 유동로 내부면의 마모로 인한 이송압력 약화 현상이 지나치게 자주 발생할 수 있고, 5mm를 초과하면, 성형된 고정자(10)의 유동로 내부면과 회전자(20)의 외주 간의 압착부분이 지니치게 넓고 압착력이 강하여 고정자(10)의 유동로 내부면의 마모성이 심해지고 회전자(20)의 회전을 위한 구동력이 지나치게 요구되는 문제가 발생하므로, 유동로 성형틀의 수직단면 외주와 회전자(20)의 축방향 수직단면의 회전 외주 간의 차이는 상기 범위 내를 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유동로 성형틀은 회전자(20)가 2선의 나사산으로 구성되는 경우, 장방형을 하는 회전자(20)의 수직단면의 장축길이(21)와 단축길이(22)의 차이 길이의 1/2의 해당하는 골깊이를 가지도록 구성될 수 있다.
즉, 도 3과 같이 회전자(20)가 2선 나사산으로 구성되는 경우, 2선 나사산의 꼬임에 의하여 형성된 장축과 단축의 말단을 상호 연결하면, 장방형(타원형) 형태의 임의의 외주(이하, '타원형 외주'라 칭함.)가 형성된다. 이때, 상기 타원형 외주의 장축의 말단은 회전자(20)의 마루를 형성하고 2선 나사산이 상호 맞닿는 부분에 형성된 홈은 회전자(20)의 골을 형성하게 된다.
더불어 유동로 성형틀에 형성되는 골은 유동로 내부면의 마루를 형성시키는데, 이때 편심회전하는 회전자(20)의 골이 압착되는 유동로의 마루의 돌출높이(유동로 성형틀의 골깊이와 동일함.)가 회전자(20)의 수직단면의 장축길이(21)와 단축길이(22)의 차이 길이의 1/2의 해당하는 길이를 가지면, 회전자(20)의 골과 유동로의 마루가 이격되거나 지나치게 압착되지 않을 정도로 긴밀하게 압착될 수 있도록 하는 효과를 발휘한다.
또한 회전자(20)가 2선의 나사산으로 구성되고, 상기 유동로 성형틀이 장방형을 하는 회전자(20)의 수직단면의 장축길이(21)와 단축길이(22)의 차이 길이의 1/2의 해당하는 골깊이를 가지도록 구성되는 경우, 상기 고정자(10)에 형성되는 유동로의 수직단면은, 장방형을 하는 회전자(20)의 수직단면을 유동로 성형틀의 골깊이의 1/2에 해당하는 편심반경으로 편심회전시켰을 때 형성되는 삼각형 형태 회전 외주와 동일한 내주를 가지도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 장방형을 하는 회전자(20)의 수직단면인 상기 타원형 외주를 상기와 같이 유동로 성형틀의 골깊이의 1/2에 해당하는 편심반경으로 하여 편심회전시키면, 도 3과 같이 타원형 외주(장방형을 하는 회전자(20)의 임의의 외주임.)는 삼각형 형태의 회전 외주(편심회전에 의하여 형성된 임의의 외주임.)를 형성시키고, 이때 상기 삼각형 형태의 회전 외주는 유동로 성형틀의 수직단면 외주를 형성시킨다.
그 결과, 회전자(20)의 편심회전에 의하여 형성된 수직단면 회전 외주는 삼각형 형태를 가지고, 유동로 성형틀의 수직단면 회전 외주 역시 상기 회전자(20)의 수직간면 회전 외주보다는 작지만 회전자(20)의 수직단면 회전 외주와 동일한 비율의 회전 외주를 가지되며, 상기 유동로 성형틀에 의하여 성형되는 고정자(10)의 유동로의 내주 역시 상기 유동로 성형틀의 수직단면 회전 외주와 동일한 형태 및 크기로 구성될 수 있다.
아울러 상기 고정자 성형과정(S200)은 상기 유동로 형성 바(Bar) 제작과정에서 만들어진 유동로 형성 바(Bar)를 금형의 성형홈 중앙에 위치시킨 후 금형의 성형홈에 용융된 탄성수지를 주입하여 탄성을 가지는 고정자(10)를 성형하는 과정으로서, 내부에 유동로가 형성된 탄성의 고정자(10)를 성형하는 과정이다.
이때, 상기 탄성수지는 본 발명에 의한 고정자(10)의 사용 용도 및 유동물의 종류에 따라 다양한 종류의 것을 이용할 수 있고, 보다 바람직하게는 니트릴, 부틸, 네오프렌, 하이파론, 에틸렌프로필렌, 폴리우레탄 또는 바이톤 중 어느 하나 이상의 합성고무, 테프론, 폴리아미드, 폴리비닐클로라이드 또는 폴리비닐알코올 중 어느 하나 이상의 합성수지 중 어느 하나 이상의 것을 이용할 수 있다.
또한 상기 종류의 탄성수지는 탄성수지의 종류에 적절한 용융열이 가해지는 압출기에 의하여 용융 압출된 후, 금형의 성형홈에 주입된다. 이하, 탄성수지를 용융시키기 위한 용융열 및 압출기의 가동조건에 관한 구체적인 설명은 공지의 기술을 적용할 수 있다.
더불어 본 발명은 상기 탄성수지가 합성고무로 구성되는 경우, 합성고무 100중량부에 대하여 폴리비닐리덴플루오라이드코헥사플루오로프로필렌[poly(vinylidene fluoride-co- hexafluoropropylene), PVDF-HFP] 50~60중량%와 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane, TEOS) 40~50중량%를 혼합하여 만든 유ㆍ무기 하이브리드 고분자 10~30중량부가 혼합되는 구성을 할 수 있다.
즉, 유ㆍ무기 하이브리드 고분자는 폴리비닐리덴플루오라이드코헥사플루오로프로필렌[poly(vinylidene fluoride-co- hexafluoropropylene), PVDF-HFP]와 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane, TEOS)를 혼합하여 만드는 구성으로서, 유기물질인 폴리비닐리덴플루오라이드코헥사플루오로프로필렌과 무기물질인 Si-OH 그룹의 결합이 격자구조를 이루면서 내구성과 내화학성이 우수한 상태를 가진다.
또한 상기 테트라에톡시실란은 실리카를 포함하여 실리카 고유의 물리ㆍ화학적인 물성을 어느 정도 유지하기 때문에 내열성 및 내화학성이 우수할 뿐만 아니라 상기 폴리비닐리덴플루오라이드코헥사플루오로프로필렌과 격자구조를 이루며 결합된 상태에서는 더욱 안정된 상태를 유지하며 유ㆍ무기 하이브리드 고분자를 구성하게 된다. 더불어 테트라에톡시실란은 유ㆍ무기 하이브리드 고분자로 만들어진 상태에서는 유기물질인 폴리비닐리덴플루오라이드코헥사플루오로프로필렌과 합성고무가 혼련되며 용융될 수 있도록 하는 효과를 발휘한다.
또한 유ㆍ무기 하이브리드 고분자의 제조방법은 폴리비닐리덴플루오라이드코헥사플루오로프로필렌 15~25중량%를 디메틸아세트아마이드 75~85중량%에 녹여 유기 고분자 용액을 만들고, 테트라에톡시실란 35~45중량%를 에탄올 55~65중량%에 녹인 테트라에톡시실란 용액에 테트라에톡시실란 용액 중량의 2~5배의 증류수를 혼합하여 가수분해한 무기 고분자 용액을 만든 후, 상기 유기 고분자 용액 50~60중량%와 무기 고분자 용액 40~50중량%를 교반혼합하여 만들 수 있다.
더불어 상기 무기 고분자 용액을 만들 때에는 증류수에 의한 테트라에톡시실란의 가수분해를 촉진시키기 위하여 테트라에톡시실란 용액 중량의 0.03~0.3배의 염산을 더 혼합하여 무기 고분자 용액을 만들 수 있다.
또한 상기 구성의 유ㆍ무기 하이브리드 고분자가 탄성수지 100중량부에 대하여, 10중량부 미만으로 포함되면 유ㆍ무기 하이브리드 고분자에 의한 고정자(10)의 내구성과 내화학성의 향상 효과가 다소 미흡해지고, 30중량부를 초과하면 과도하게 포함된 유ㆍ무기 하이브리드 고분자에 의하여 제조된 고정자(10)의 탄성력이 저하되는 문제가 발생하므로, 유ㆍ무기 하이브리드 고분자는 상기 범위 내의 조성비로 탄성수지에 포함되는 것이 바람직하다.
아울러 본 발명은 상기 고정자(10)에 이온성 고분자 물질을 더 코팅시킬 수 있다.
즉, 이온성 고분자 물질이 더 코팅되어 만들어진 고정자(10)는 유동로 내부면이 이온성을 발휘하기 때문에, 유동로로 이송되는 유동물과 유동로 내부면 간의 마찰을 줄이고 이온성 유동물에 의한 고정자(10)의 손상을 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
구체적으로, 유동로에 음전하의 정전기적 극성을 가지는 유동물이 이송되는 경우, 고정자(10)의 유동로에 음이온성 고분자 물질이 코팅되면, 유동로 내부면이 음전하의 정전기적 극성을 가지게 되고, 그 결과 유동물과 유동로 내부면 간의 정전기적 반발력이 발생하여 유동물의 이송시 마찰을 줄일 수 있는 효과가 실현되고, 음전하의 정전기적 극성을 가지는 유동물에 의한 유동로 내부면의 손상을 줄일 수 있는 효과가 실현될 수 있다.
상기와 반대로, 유동로에 양전하의 정전기적 극성을 가지는 유동물이 이송되는 경우, 고정자(10)의 내부면에 양이온성 고분자 물질을 코팅시킴으로써, 유동물과 이동로 내부면 간의 마찰을 줄이고, 유동로 내부면의 손상을 줄일 수 있는 효과가 실현될 수 있다.
또한 이온성 고분자 물질은 고정자(10)의 유동로 내부면에 코팅되어 일정의 이온성을 지속적으로 발휘할 수 있는 물질이면 어떠한 것을 이용하여도 무방하나, 본 발명에 있어서는 PAA(poly acrylic acid) 또는 PDMA-ECH-EDA(poly (dimethylamine-co-epishlorohydrin-co-ethylenediamine) 중, 어느 하나의 것을 이용하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 PAA는 음이온성을 가지는 이온성 고분자 물질로서, 평균분자량이 15,000~250,000 Da인 것을 이용하는 것이 더욱 바람직하다. 이때, PAA는 고분자 아크릴 산으로서, 니트릴, 부틸, 네오프렌, 하이파론, 에틸렌프로필렌, 폴리우레탄 또는 바이톤 등과 같은 합성고무, 테프론, 폴리아미드, 폴리비닐클로라이드 또는 폴리비닐알코올 등과 같은 합성수지에 대한 코팅력이 우수한 효과를 가지고 있다.
또한 PAA의 평균분자량이 15,000 Da 미만이면 PAA의 분자량이 지나치게 가벼워 유동로에 대한 코팅력이 다소 미흡해지는 문제가 발생하고, 250,000 Da를 초과하면 유동로에 대한 코팅력은 우수해지나, 고정자(10)의 유동로 내부면에 형성된 기공 및 표면에 PAA를 코팅하기 위한 작업의 공정이 어려워지는 문제가 발생하므로, 상기 범위 내의 평균분자량을 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다.
상기와 연관하여, 본 발명의 PAA는 일정의 점도 확보를 위하여, sodium salt solution에 용해된 것을 이용할 수도 있다.
아울러 상기 PDMA-ECH-EDA는 양이온성을 가지는 이온성 고분자 물질로서, 평균분자량이 75,000~250,000 Da인 것을 이용하는 것이 더욱 바람직하다. 이때, PDMA-ECH-EDA는 고정자(10)의 유동로 내부면에 형성된 기공 및 표면에 대한 코팅력이 우수한 효과를 가지고 있다.
또한 PDMA-ECH-EDA의 분자량이 75,000 Da미만이면 PDMA-ECH-EDA의 분자량이 지나치게 가벼워 고정자(10)의 유동로 내부면에 형성된 기공 및 표면에 대한 코팅력이 다소 미흡해지는 문제가 발생하고, 250,000 Da를 초과하면 고정자(10)의 유동로 내부면에 형성된 기공 및 표면에 대한 코팅력은 우수해지나, 고정자(10)의 유동로 내부면에 형성된 기공 및 표면에 PDMA-ECH-EDA를 코팅하기 위한 작업의 공정이 어려워지는 문제가 발생하므로, 상기 범위 내의 평균분자량을 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다.
아울러 고정자(10)의 유동로 내부면에 형성된 기공 및 표면에 코팅되는 이온성 고분자 물질의 코팅두께는 50~200nm를 가지는 것이 바람직한데, 이때, 이온성 고분자 물질의 코팅두께가 50nm 미만이면 코팅두께가 지나치게 얇아 이온성 고분자 물질에 의한 이온성에 의한 정전기적 반발력 또는 인력의 정도가 미흡해질 수 있는 문제가 발생하고, 코팅두께가 200nm를 초과하면, 코팅두께가 지나치게 두꺼워 이온성 고분자 물질이 고정자(10)의 유동로 내부면에 형성된 기공 및 표면에서 쉽게 박리될 수 있는 문제가 발생하므로, 상기 범위 내의 코팅두께로 고정자(10)의 유동로 내부면에 코팅되는 것이 바람직하다.
더불어 고정자(10)의 유동로 내부면에 이온성 고분자 물질을 코팅시키는 방법은 당업자의 판단에 따라 다양한 방식으로 처리가능하나, 이온성 고분자 물질에 고정자 성형과정(S200) 처리되어 만들어진 고정자(10)를 함침시켜 이온성 고분자 물질을 고정자(10)의 유동로 내부면에 코팅시키는 것이 바람직하다.
즉, 이온성 고분자 물질이 일정의 농도로 용해된 이온성 고분자 물질용액을 20~30℃의 온도를 유지시키고, 상기 고분자 성형과정 처리되어 만들어진 고정자(10)를 이온성 고분자 물질용액에 12~20시간 동안 침지시켜, 고정자(10)의 유동로 내부면에 형성된 기공 및 표면에 이온성 고분자 물질을 코팅시키는 것이 바람직하다.
이때, 당업자는 이온성 고분자 물질의 종류에 따라 이온성 고분자 물질용액의 농도 또는 용매를 다양하게 적용 가능하지만, 이온성 고분자 물질이 PAA 또는 PDMA-ECH-EDA로 구성되는 경우에는, 이온성 고분자 물질용액의 용매로는 물을 이용하는 것이 바람직하고, 이온성 고분자 물질이 PAA인 경우에는 0.05~1.0mM의 농도를 가지고, 이온성 고분자 물질이 PDMA-ECH-EDA인 경우에는 0.05~1.0mM의 농도를 가지도록 이온성 고분자 물질용액을 구성하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 이온성 고분자 물질용액에 포함된 PAA의 농도가 0.05mM 미만이면 PAA의 농도가 지나치게 낮아 PAA가 고정자(10)의 유동로 내부면에 형성된 기공 및 표면에 바람직한 두께를 가지며 코팅될 수 없는 문제가 발생하고, 1.0mM을 초과한 농도를 가지면 농도가 지나치게 높아 PAA가 고정자(10)의 유동로 내부면에 형성된 기공 및 표면에 지나치게 두껍게 코팅되는 문제가 발생할 수 있으므로, 상기 범위 내의 농도를 유지하는 것이 바람직하다.
또한 이온성 고분자 물질용액에 포함된 PDMA-ECH-EDA의 농도 역시, 0.05mM 미만이면, PDMA-ECH-EDA의 농도가 지나치게 낮아 PDMA-ECH-EDA가 고정자(10)의 유동로 내부면에 형성된 기공 및 표면에 바람직한 두께를 가지며 코팅될 수 없는 문제가 발생하고, 1.0mM을 초과한 농도를 가지면 농도가 지나치게 높아 PDMA-ECH-EDA가 고정자(10)의 유동로 내부면에 형성된 기공 및 표면에 지나치게 두껍게 코팅되는 문제가 발생할 수 있으므로, 상기 범위 내의 농도를 유지하는 것이 바람직하다.
상기와 연관하여, 코팅처리 시의 이온성 고분자 물질용액의 온도가 20℃ 미만이면, PAA 또는 PDMA-ECH-EDA의 활성화 정도가 미흡하여, 코팅처리시간이 20시간을 초과하여 지나치게 길어지는 문제가 발생하고, 30℃를 초과하면, PAA 또는 PDMA-ECH-EDA의 활성화 정도는 우수해지나, PAA 또는 PDMA-ECH-EDA의 분자구조가 변형될 수 있는 문제가 발생하므로, 코팅처리온도는 20~30℃의 범위 내를 유지하는 것이 바람직하고, 상기 온도 범위 내에서의 바람직한 이온성 고분자 물질용액에 대한 고정자(10)의 침지시간은 12~20시간을 가진다.
아울러 상기와 같이 이온성 고분자 물질이 코팅된 고정자(10)는 20~30℃의 온도로 12~24시간 동안 건조시켜 고정자(10)의 유동로 내부면에 형성된 기공 및 표면에 코팅된 이온성 고분자 물질을 안정적으로 고착시킬 수 있다.
이때, 건조처리시의 온도가 30℃를 초과하면 온도가 지나치게 높아 고정자(10)의 유동로 내부면에 형성된 기공 및 표면에 코팅된 이온성 고분자 물질이 건조되면서 갈라질 수 있는 문제가 발생하고, 20℃ 미만이면 건조시간이 지나치게 길어지는 문제가 발생하여 생산성이 저하되는 문제가 발생하므로, 20~30℃의 온도를 유지하는 것이 바람직하다.
상기와 연관하여, 상기 온도 범위 내의 건조처리시에는 처리온도와 연관하여 12~24시간 동안의 건조처리시간을 가지도록 구성된다.
다음은 본 발명에 의한 모노펌프 조정자를 제조하는 바람직한 실시예이다.
제조되는 모노펌프의 회전자는 2선 나사산 형태이고, 고정자의 유동로에는 3선의 골과 마루가 형성되는 모노펌프의 고정자를 제조한다.
1. 유동로 성형틀 제작과정
2선 나사산 형태의 회전자를 편심회전시켰을 때 형성되는 삼각형 형태의 회전 외주와 대응하는 외주를 가지는 유동로 성형틀을 만든다.
이때, 상기 유동로 성형틀의 수직단면의 외주는 실제 회전자의 편심회전에 의하여 형성된 삼각형 형태의 회전 외주보다 2mm 작게 한다.
2. 고정자 성형과정
상기 유동로 성형틀 제작과정에서 만들어진 유동로 성형틀을 금형의 중앙에 위치시킨 후, 용융된 바이톤을 주입하고, 주입된 바이톤이 냉각되면 탈형하여 고정자의 내부에 내재된 유동로 성형틀을 분리하여 고정자 제조를 완료한다.
1. 유동로 성형틀 제작과정
상기 실시예 1의 유동로 성형틀 제작과정과 동일한 방법에 의하여 유동로 성형틀을 제작한다.
2. 고정자 성형과정
① 폴리비닐리덴플루오라이드코헥사플루오로프로필렌 2kg을 디메틸아세트아마이드 8kg에 녹여 유기 고분자 용액을 만든다.
② 테트라에톡시실란 4kg을 에탄올 6kg에 녹여 테트라에톡시실란 용액을 만들고, 상기 테트라에톡시실란 용액에 증류수 30kg을 혼합하고 교반하여 무기 고분자 용액을 만든 후, 상기 유기 고분자 용액 10kg과 무기 고분자 용액 10kg을 3시간 동안 교반혼합하여 유ㆍ무기 혼성 고분자를 만든다.
③ 바이톤 80kg에 상기에서 만들어진 유ㆍ무기 혼성 고분자 20kg을 혼합한 후, 가열하여 바이톤을 용융시켜 용융된 탄성수지를 만든다.
④ 상기 유동로 성형틀 제작과정에서 만들어진 유동로 성형틀을 금형의 중앙에 위치시킨 후, ③의 용융된 탄성수지를 주입하고, 주입된 탄성수지가 냉각되면 탈형하여 고정자의 내부에 내재된 유동로 성형틀을 분리하여 고정자 제조를 완료한다.
① 상기 실시예 2와 동일한 과정으로 고정자를 제조한다.
② 0.3mM 농도를 가지고 25℃의 온도로 유지되는 PDMA-ECH-EDA(poly (dimethylamine-co-epishlorohydrin-co-ethylenediamine)가 수용된 침적조에 상기 고정자를 침적시킨 후 14시간 동안 유지시켜 고정자의 유동로 내부면의 기공 및 표면에 평균두께 150nm의 양이온성 고분자 물질을 코팅시킨다.
③ 상기 ②에서 만들어진 고정자를 26℃의 온도로 16시간 동안 처리하여 고정자의 유동로 내부면의 기공 및 표면에 코팅된 양이온성 고분자 물질을 건조시켜 고정자 제조를 완료한다.
상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명하였으며, 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.
10 : 고정자
20 : 회전자
21 : 장방형을 하는 회전자의 수직단면의 장축길이
22 : 장방형을 하는 회전자의 수직단면의 단축길이
30 : 로드
31 : 유니버셜조인트
40 : 제1케이싱
41 : 인입구
50 : 제2케이싱
51 : 배출구
60 : 구동축
S100 : 유동로 성형틀 제작과정
S200 : 고정자 성형과정

Claims (4)

  1. 회전자(20)를 내부에 형성된 유동로에서 회전 가능하도록 내재시키는 모노펌프 고정자의 제조방법에 있어서,
    상기 고정자(10)는,
    유동로에 내재되는 회전자(20)의 축방향 수직단면의 회전 외주보다 1~5mm 작은 수직단면의 외주를 가지는 유동로 성형틀을 만드는 유동로 성형틀 제작과정(S100);
    상기 유동로 성형틀 제작과정(S100)에서 만들어진 유동로 성형틀을 금형의 성형홈 중앙에 위치시킨 후 금형의 성형홈에 용융된 탄성수지를 주입하여 탄성을 가지는 고정자(10)를 성형하는 고정자 성형과정(S200);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 모노펌프 고정자의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유동로 성형틀은,
    회전자(20)가 2선 나사산으로 구성되는 경우, 3선의 마루와 골을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모노펌프 고정자의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄성수지는,
    니트릴, 부틸, 네오프렌, 하이파론, 에틸렌프로필렌, 폴리우레탄 또는 바이톤 중 어느 하나 이상의 합성고무, 테프론, 폴리아미드, 폴리비닐클로라이드 또는 폴리비닐알코올 중 어느 하나 이상의 합성수지 중 어느 하나 이상의 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 모노펌프 고정자의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탄성수지는,
    합성고무로 구성되는 경우, 합성고무 100중량부에 대하여 폴리비닐리덴플루오라이드코헥사플루오로프로필렌[poly(vinylidene fluoride-co- hexafluoropropylene), PVDF-HFP] 50~60중량%와 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane, TEOS) 40~50중량%를 혼합하여 만든 유ㆍ무기 하이브리드 고분자 10~30중량부가 혼합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 모노펌프 고정자의 제조방법.
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