KR20080097428A - 시일 - Google Patents

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KR20080097428A
KR20080097428A KR1020087020250A KR20087020250A KR20080097428A KR 20080097428 A KR20080097428 A KR 20080097428A KR 1020087020250 A KR1020087020250 A KR 1020087020250A KR 20087020250 A KR20087020250 A KR 20087020250A KR 20080097428 A KR20080097428 A KR 20080097428A
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임마뉴엘 우조마 오코로어포
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에드워즈 리미티드
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Abstract

진공 펌프는 2개의 스테이터(stator) 구성요소(10, 14)와, 구성요소들 사이에 위치되어 구성요소들 사이에 유체-밀봉 시일(fluid-tight seal)을 제공하는 시일(20)을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 시일은 유연한 환형 본체(24), 환형 본체 내에 매설된 환형 보강 부재(26) 및 FFKM 엘라스토머의 코팅(28)을 포함한다.

Description

시일{SEAL}
본 발명은 시일(seal)에 관한 것이다. 시일은 특히, 하지만 비한정적으로 진공 펌프에서 용도를 찾을 수 있다.
펌핑 챔버에 오일이 없는 따라서 반도체 산업계에서 찾아볼 수 있는 것과 같은 청정한 제조 환경에서 유용한 진공 펌프가 알려져 있다. 그러한 건식 진공 펌프는 통상적으로 각각의 펌핑 스테이지에서 서로 맞물리는 로터를 채용하는 다단의 용적형 펌프(positive displacement pump)이다. 로터는 각 스테이지에 동일한 타입의 프로파일(profile)을 가질 수 있거나 또는 프로파일이 스테이지마다 변할 수 있다.
루트(Roots) 및/또는 노데이("클로")[Northey("claw")] 타입의 건식 진공 펌프에 있어서, 스테이터는 전형적으로 다수의 별개의 스테이터 구성요소로 형성되고, 로터는 스테이터 구성요소들 사이에 형성된 펌핑 챔버 내에 위치된다. 따라서, 펌프로부터 펌핑된 유체의 누출을 방지하기 위해 그리고 주위 공기가 펌프 내로 들어가는 것을 방지하기 위해 스테이터 구성요소들 사이에 밀봉을 제공하는 것 이 필요하다. O-링 시일이 전형적으로 마련되어 이러한 밀봉 기능을 수행한다.
건식 진공 펌프는 할로겐 가스 및 용제를 비롯하여 상당량의 부식성 유체를 펌핑하는 것을 요구받는 용도에 종종 배치된다. 그러한 물질은 O-링 시일을 공격하고, 그 결과로서 시일은 과도하게 가소성이 되거나 매우 부서지기 쉬워질 수 있으며, 이것은 스테이터 구성요소들 사이에 제공된 시일의 일체성에 악영향을 미칠 수 있다. 시일에 대한 공격의 강도는, 예를 들어 펌핑된 유체, O-링 재료 및 펌프 온도를 비롯하여 여러 변수에 따라 좌우된다. 예를 들어, Viton® 또는 Tecnoflon® 과 같은 FKM 엘라스토머(또는 플루오르 엘라스토머)로 형성된 시일은 예를 들어 140℃를 초과하는 온도에서 플루오르 가스를 펌핑할 때 특히 공격받기 쉽다. 가혹한 펌핑 환경에서 사용하기 위한 현존하는 대체 시일은 Kalrez® 또는 Chemraz® 와 같은 FFKM 엘라스토머(또는 과불소화 엘라스토머)로 형성되지만, 이들은 Viton®보다 훨씬 비싸다. 더욱이, FFKM 엘라스토머는 FKM 엘라스토머와 비교하여 상대적으로 높은 압축 경화(compressin set), 즉 정해진 시간 주기 동안 표준 압축 응력을 받은 후 초기 두께로 회복되지 않는 재료의 상대적으로 많은 양을 갖는다.
발명의 요약
적어도 본 발명의 바람직한 실시예의 목적은 이러한 문제점을 해결하는 것이다.
제 1 실시형태에 있어서, 본 발명은 유연한 환형 본체와, 환형 본체 내에 매설된 환형 보강 부재와, FFKM 엘라스토머의 코팅을 포함하는 시일을 제공한다.
환형 본체 내에 매설된 환형 보강 부재의 존재는 시일이 아주 낮은 압축 경화를 갖는 것을 가능하게 할 수 있다. 보강 부재는 바람직하게 압축 경화에 저항적이고, 따라서 높은 밀봉 응력이 시일에 의해 곧 보유될 수 있다. FFKM 엘라스토머(또는 과불소화 엘라스토머)의 코팅은 시일이 양호한 누출 방지 및 낮은 가스 침투성과 함께 상대적으로 높은 부식 저항성을 갖는 것을 가능하게 할 수 있다. (상대적으로 비싼) FFKM 엘라스토머의 코팅만의 사용은 FFKM 엘라스토머 환형 본체만으로 형성된 시일과 비교하여 상당히 비용을 감소시킬 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 환형 본체는 FKM 엘라스토머, 또는 플루오르 엘라스토머로 형성되고, 그래서 제 2 실시형태에 있어서, 본 발명은 FKM 엘라스토머의 환형 본체와, 환형 본체 내에 매설된 환형 보강 부재와, FFKM 엘라스토머의 코팅을 포함하는 시일을 제공한다.
FKM 엘라스토머는 다이킨 어시몬트 소재의 듀퐁(DuPont)사로부터 입수가능한 (Viton® 타입 A, Viton® 타입 B, Viton® 타입 F 및 Viton® 익스트림 재료 중 임의의 것을 비롯하여) 플루오르 엘라스토머, 및 아사히 글래스 엘티디(Asahi Glass Ltd.)사로부터 입수가능한 Aflas® 플루오르 엘라스토머 중 하나를 포함할 수 있다.
유연한 본체는 탄소, 플루오르화 칼슘, 규토, 황산 바륨 및 산화 티타늄을 포함하는 그룹으로부터 선택된 충전재 재료를 포함할 수 있다.
FFKM 엘라스토머는 듀퐁사로부터 입수가능한 Kalrez® 과불소화 엘라스토머, 그리니, 트위드 앤 코, 인크.(Greene, Tweed & Co, Inc.)사로부터 입수가능한 Chemraz® 과불소화 엘라스토머, 파커 한니핀 코포레이션(Parker Hannifin Corp.)사로부터 입수가능한 ParofluorTM 과불소화 엘라스토머와 HifluorTM 과불소화 엘라스토머, 프로이던베르크 심릿 엘피(Freudenberg Simrit LP)사로부터 입수가능한 Simriz® 과불소화 엘라스토머, 및 부삭 앤 샴반(트렐러보르그)[Busak and Shamban(Trelleborg)]사로부터 입수가능한 Isolast® 과불소화 엘라스토머 중 하나를 포함할 수 있다. 코팅은 바람직하게 0.1 내지 0.3mm 범위의 두께를 갖는다.
FFKM 엘라스토머는 환형 본체가 형성되는 FKM 엘라스토머보다 우수한 부식 저항을 갖는 다른 FKM 엘라스토머에 의해 교체될 수 있다. 따라서, 제 3 실시형태에 있어서, 본 발명은 제 1 FKM 엘라스토머의 환형 본체와, 환형 본체 내에 매설된 환형 보강 부재와, 제 1 FKM 엘라스토머에 비해 우수한 부식 저항을 갖는 제 2 FKM 엘라스토머의 코팅을 포함하는 시일을 제공한다.
다른 변형으로서, 환형 본체는 코팅과 동일한 재료로 형성될 수 있다. 본 발명은 또한 바람직하게 FKM 엘라스토머의 유연한 환형 본체와, 환형 본체 내에 매설된 환형 보강 부재와, FKM 엘라스토머의 코팅을 포함하는 시일을 제공한다.
이상의 실시형태 모두에 있어서, 보강 부재는 바람직하게 금속성 코일 및 천공된 금속성 또는 플라스틱 튜브 중 하나를 포함한다. 보강 부재를 위한 변형 형태는 꼰 금속 와이어, 꼰 흑연 와이어 및 가요성 흑연 튜브형 부재를 포함한다.
FKM 또는 FFKM 엘라스토머의 코팅은 진공과 조화되기 때문에, 시일은 진공 펌프에서 특별한 용도를 찾을 수 있다. 따라서, 다른 실시형태에 있어서, 본 발명은 2개의 스테이터 구성요소와 구성요소들 사이에 위치된 전술한 바와 같은 시일을 포함하는 진공 펌프로서, 각 구성요소가 시일과 접촉하여 구성요소들 사이에 유체 밀봉 시일을 제공하는, 상기 진공 펌프를 제공한다.
이제 본 발명의 바람직한 특징이 첨부된 도면을 참조하여 예시만의 목적으로 기술될 것이다.
도 1은 진공 펌프의 스테이터 구성요소의 정면도,
도 2는 도 1의 시일의 측면 횡단면도,
도 3은 도 2의 시일용 인서트(insert)의 예의 사시도,
도 4는 진공 펌프에 사용하기에 적합한 다른 시일의 측면 횡단면도,
도 5는 도 4의 시일용 인서트의 예의 사시도.
도 1은 전형적인 다단 건식 펌프의 펌핑 스테이지로부터 스테이터 구성요소(12)의 표면(10)을 도시한다. 펌프 조립 동안, 제 2 스테이터 구성요소의 대응 표면(14)(도 2 참조)은 구성요소(12)의 표면(10)과 접촉하게 되어 스테이터 구성요소들 사이에 캐비티(cavity)(16)를 형성한다. 이 캐비티(16)는 펌프의 로터 구성요소(도시되지 않음)를 수용하기 위해 마련된다. 루트(Roots) 및/또는 노데이("클로")[Northey("claw")] 타입의 로터를 갖는 건식 펌프는 전형적으로 몇몇의 그러한 스테이지를 포함하고, 각 스테이지의 캐비티(16)는 포트(18)를 통해 인접한 하류측 스테이지와 연통한다.
이러한 타입의 종래의 펌프에서와 같이, 시일(20)이 캐비티(16)의 둘레 주위에 마련되어 인접한 스테이터 구성요소의 표면(10, 14) 사이에 유체 밀봉 시일(fluid tight seal)을 제공하여, 펌프가 사용 중일 때 처리 유체가 캐비티(16)로부터 빠져나오는 것이 방지되고 주위 공기가 캐비티(16) 내로 들어가는 것이 방지된다.
도 2는 본 발명에 따른 시일(20)의 일 예를 도시한다. 시일(20)은 스테이터 구성요소 중 하나의 표면에 형성된 그루브(groove)(22) 내에 위치된다. 시일(20)은 유연한 환형 본체(24)와, 환형 본체(24) 내에 매설된 환형 보강 부재(26)와, 예를 들어 Kalrez® 과불소화 엘라스토머, Chemraz® 과불소화 엘라스토머, ParofluorTM 과불소화 엘라스토머, HifluorTM 과불소화 엘라스토머, Simriz® 과불소화 엘라스토머, Isolast® 과불소화 엘라스토머 및 Perlast® 과불소화 엘라스토머 중 하나인 FFKM 엘라스토머의 코팅(28)을 포함한다.
환형 본체(24)는 시일이 사용되는 환경에 적합한 임의의 재료로 형성될 수 있다. 상대적으로 고온에서의 사용을 위해, FEP(fluorinated ethylene propylene), PFA(perfluoroalkoxy), CTFE(polychlorotrifluoroethylene), PVDF(polyvinylidene fluoride) 및 PVF(polyvinylfluoride)와 같은 용융 가공가능한 플루오르화플라스틱 재료로 환형 본체를 형성함으로써 열적 안정성이 제공될 것이다. 상대적으로 저온에서의 사용을 위해, FKM 엘라스토머로 환형 본체를 형성함으로써 열적 안정성이 제공될 것이다. FKM 엘라스토머는 다이킨 어시몬트 소재의 듀퐁(DuPont)사로부터 입수가능한 (Viton® 타입 A, Viton® 타입 B, Viton® 타입 F 및 Viton® 익스트림 재료 중 임의의 것을 비롯하여) 플루오르 엘라스토머, 및 아사히 글래스 엘티디(Asahi Glass Ltd.)사로부터 입수가능한 Aflas® 플루오르 엘라스토머 중 하나를 포함할 수 있다. 탄소, 플루오르화 칼슘, 규토, 황산 바륨 및 산화 티타늄을 포함하는 그룹으로부터 선택된 충전재 재료가 환형 본체(24) 내에 분산될 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 예에 있어서, 환형 보강 부재(26)가 압축 설정 저항 코일(26)에 의해 제공된다. 코일(26)은 바람직하게 스테인리스 스틸과 같은 금속성 재료로 형성된다. 도 4 및 도 5에 도시된 예에 있어서, 환형 보강 부재는 천공된 금속성 또는 플라스틱 튜브(26)에 의해 제공된다. 환형 본체(24)는 당업자에게 알려진 기술을 사용하여 압축 또는 사출 성형에 의해 보강 부재(26) 위에 형성된다.
FFKM 엘라스토머(28)는 바람직하게 0.1 내지 0.3mm 범위의, 가장 바람직하게 약 0.2mm의 두께를 갖는다. 환형 본체(24)는 트랜스퍼 성형(transfer moulding) 또는 유사한 것에 의해 FFKM 엘라스토머로 코팅된다.
다른 실시예에 있어서, 환형 본체(24)는 Viton® 타입 A 플루오르 엘라스토머로 제조될 수 있고, 코팅(28)은 Viton® 타입 A 플루오르 엘라스토머에 비해 우수한 부식 저항을 갖고 FFKM 엘라스토머를 사용하는 것보다 값싼 Viton® 익스트림 플루오르 엘라스토머로 제조된다. 그러한 시일은 코팅(28)에 대해 FFKM 엘라스토머를 사용하는 것이 불필요한 것으로 고려되는 덜 가혹한 환경에서의 사용에 적합할 것이다. 또 다른 실시예에 있어서, 코팅(28)은 환형 본체(24)와 동일한 재료로 형성될 것이다.

Claims (10)

  1. 시일(seal)에 있어서,
    유연한 환형 본체와,
    상기 환형 본체 내에 매설된 환형 보강 부재와,
    FKM 엘라스토머 및 FFKM 엘라스토머 중 하나의 코팅을 포함하는
    시일.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 환형 본체는 용융 가공가능한 플루오르화플라스틱을 포함하는
    시일.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 환형 본체는 FKM 엘라스토머를 포함하는
    시일.
  4. 시일에 있어서,
    FKM 엘라스토머를 포함하는 환형 본체와,
    상기 환형 본체 내에 매설된 환형 보강 부재와,
    상기 FKM 엘라스토머에 비해 우수한 부식 저항을 갖는 제 2 FKM 엘라스토머 와 FFKM 엘라스토머 중 하나의 코팅을 포함하는
    시일.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 환형 본체의 FKM 엘라스토머는 Viton® 타입의 플루오르 엘라스토머 및 Aflas® 플루오르 엘라스토머 중 하나를 포함하는
    시일.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유연한 본체는 탄소, 플루오르화 칼슘, 규토, 황산 바륨 및 산화 티타늄을 포함하는 그룹으로부터 선택된 충전재 재료를 포함하는
    시일.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 FFKM 엘라스토머는 Kalrez® 과불소화 엘라스토머, Chemraz® 과불소화 엘라스토머, ParofluorTM 과불소화 엘라스토머, HifluorTM 과불소화 엘라스토머, Simriz® 과불소화 엘라스토머, Isolast® 과불소화 엘라스토머 및 Perlast® 과불소화 엘라스토머 중 하나를 포함하는
    시일.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보강 부재는 금속성 코일을 포함하는
    시일.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보강 부재는 천공된 금속성 또는 플라스틱 튜브를 포함하는
    시일.
  10. 진공 펌프에 있어서,
    2개의 스테이터 구성요소와, 상기 구성요소 사이에 위치된 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 시일을 포함하고,
    각각의 구성요소는 상기 시일과 접촉하여 상기 구성요소 사이에 유체 밀봉 시일(fluid tight seal)을 제공하는
    진공 펌프.
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