KR20130090448A - 기어펌프용 플라스틱 기어의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기어펌프용 플라스틱 기어의 제조방법 및 그 제품에 관한 것으로, 아라미드섬유 또는 유리섬유에 금속분말과 카본블랙을 일정 비율로 혼합하여 카본블랙에 의해 형성되는 요홈에 스핀들유가 함침되도록 함으로써 내마모성이 우수한 기어를 제조할 수 있도록 하여 구동시 기어의 마모가 최소화될 수 있도록 함에 그 목적이 있다. 이를 위해 구성되는 본 발명은 (a) 용융 아라미드섬유 또는 유리섬유 100 중량부에 금속분말 70∼80 중량부, 용융 페놀수지 35∼40 중량부, 연마제 10∼15 중량부 및 카본블랙 20∼30 중량부의 비율로 혼합하여 기어재료 혼합물을 조성하는 단계; (b) 단계(a) 과정에서 조성된 기어재료 혼합물을 믹서를 통해 2∼10시간 동안 교반하는 단계; (c) 단계(b) 과정에서 교반된 기어재료 혼합물을 프레스를 통해 제조하고자 하는 기어의 두께로 기어판재를 성형하는 단계; (d) 단계(c) 과정에서 성형된 기어판재를 파인 블랭킹(Fine Blanking) 금형을 통해 기어로 가공하는 단계; (e) 단계(d) 과정에서 가공된 기어를 200∼300℃의 온도 조건하에서 2∼8시간 동안 열처리를 하는 단계; (f) 단계(e) 과정에서 열처리된 기어를 점도 6∼8의 스핀들유에 12∼36시간 동안 담가두어 파인 블랭킹을 통해 기어 가공시 가공단면의 카본블랙에 의해 형성되는 요홈으로 스핀들유를 함침시키는 단계; 및 (g) 단계(f) 과정에서 스핀들유가 함침된 기어를 상온에서 건조시키는 단계를 포함한 구성으로 이루어진다.

Description

기어펌프용 플라스틱 기어의 제조방법 및 그 제품{Plastics gear manufacturing methods and its products for gear pump}
본 발명은 기어펌프용 플라스틱 기어의 제조방법 및 그 제품에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아라미드섬유 또는 유리섬유에 금속분말과 카본블랙을 일정 비율로 혼합하여 카본블랙에 의해 형성되는 기공에 스핀들유가 함침되도록 한 기어판재를 파인 블랭킹(Fine Blanking) 금형을 통해 기어를 가공함으로써 보다 정밀한 기어펌프용 플라스틱 기어를 제조할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.
일반적으로 기어펌프란 케이싱(Casing)의 내측에 상호의 치가 맞물려 설치되는 구동기어와 종동기어가 구성된 구조로 이루어진다. 이때, 구동기어가 종동기어를 구동시켜 서로 맞물려 회전을 하면서 펌핑작용이 일어나게 된다.
전술한 바와 같이 펌핑작용은 기어의 치가 흡입구 측에서 서로 떨어질 때 기어의 치와 치 사이에 흡입실이 형성되고, 이 흡입실의 용적이 한 개의 이들이 점유한 용적만큼 증대되기 때문에 약간의 진공상태로 되어 기어홈과 케이싱 외주 사이에 끼어 토출구 방향으로 유체를 압송하게 된다.
다시 말해서, 전술한 바와 같은 기어펌프(Gear Pump)는 서로 맞물리는 두 개의 구동기어와 종동기어로 이루어진 펌프기어를 이에 외접하는 케이싱에 넣고 기어를 회전시켜 톱니의 홈과 둘레의 벽 사이에 형성되는 공간의 이동을 통해 유체를 유동시키기 위한 펌핑부의 구조로 이루어진다.
다음은 일반적인 기어펌프의 구조를 보인 것이다.
도 1 은 종래의 기술에 따른 기어펌프를 보인 측단면 구성도, 도 2 는 종래의 기술에 따른 기어펌프를 보인 정단면 구성도이다.
도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이 종래의 기술에 따른 기어펌프(10)는 흡입구(12a)와 토출구(12b)가 형성된 케이싱(12)의 내부에 서로 맞물려 회전되는 구동기어(14)와 종동기어(16)가 구비된 구조로 이루어진다.
전술한 바와 같은 종래 기술에 따른 기어펌프(10)의 구성에서 구동기어(14)와 종동기어(16) 각각의 중심부에는 구동축(14a)과 종동축(16a)이 구성되어진다. 이때, 구동수단(모터 등)에 의해 구동기어(14)의 축(14a)을 통해 동력이 전달되어 회전이 이루어지면 구동기어(14)와 맞물린 종동기어(16)의 회전이 이루어져 펌핑작용이 이루어진다.
그러나, 전술한 바와 같은 종래 기술에 따른 기어펌프는 액체를 송출하는 기어를 직접 구동시키는 구조이므로 구동시 기어의 치합면이 상호 마찰로 인하여 마모되는 문제가 있다.
따라서, 종래의 기술에 따른 기어펌프는 액체를 송출하는 기능을 수행하는 데에는 별 문제점이 없는 것이라 하겠으나 고순도(高純度)를 요하는 액체나 식품류를 송출할 경우에는 기어의 마모로부터 발생하는 분순물이 혼합되어 이로 인한 많은 문제점을 일으킬 우려가 있다.
특히, 전술한 바와 같이 기어의 마모로 인하여 주로 섬유질이나 기타 각종 이물질(철편 또는 모래 등)을 다량 함유하고 있는 산업용 슬러지와 같은 점성이 높은 유체의 경우 펌핑 효율이 떨어지는 문제가 있다.
아울러, 종래 기술의 따른 기어펌프는 구동 로터 및 종동 로터가 금속재로 되어 있어 사용함에 따른 시간의 경과에 따라 구동 로터 및 종동 로터의 외주면에 형성된 기어가 마모되거나 손상되어 펌핑실 내의 흡입력이 떨어짐으로 인해 펌프의 수명이 단축된다는 문제점이 있다.
본 발명은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 아라미드섬유 또는 유리섬유에 금속분말과 카본블랙을 일정 비율로 혼합하여 카본블랙에 의해 형성되는 요홈에 스핀들유가 함침되도록 함으로써 내마모성이 우수한 기어를 제조할 수 있도록 하여 구동시 기어의 마모가 최소화될 수 있도록 한 기어펌프용 플라스틱 기어의 제조방법 및 그 제품을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 기술의 다른 목적은 아라미드섬유 또는 유리섬유에 금속분말과 카본블랙을 일정 비율로 혼합하여 카본블랙에 의해 형성되는 요홈에 스핀들유가 함침되도록 함으로써 기어의 가공시 가공 단면이 매끄러운 기어를 제조할 수 있도록 함에 있다.
아울러, 본 발명에 따른 기술은 아라미드섬유 또는 유리섬유에 금속분말과 카본블랙을 일정 비율로 혼합하여 카본블랙에 의해 형성되는 요홈에 스핀들유가 함침되도록 함으로써 기어의 마모가 최소화되도록 하여 기어의 수명을 연장시킬 수 있도록 함에 그 목적이 있다.
나아가, 본 발명에 따른 기술은 아라미드섬유 또는 유리섬유에 금속분말과 카본블랙의 혼합을 통해 전기 전도성과 정전기 방지 효과를 갖는 기어를 제조할 수 있도록 함으로써 정전기 방지를 통해 전기적 충격으로부터 기어펌프를 보호할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 기어펌프용 플라스틱 기어의 제조방법은 케이싱의 내부에 치합을 통해 상호 맞물려 회전을 하면서 유체를 펌핑하는 기어펌프용 기어의 제조방법에 있어서, (a) 용융 아라미드섬유 또는 유리섬유 100 중량부에 금속분말 70∼80 중량부, 용융 페놀수지 35∼40 중량부, 연마제 10∼15 중량부 및 카본블랙 20∼30 중량부의 비율로 혼합하여 기어재료 혼합물을 조성하는 단계; (b) 단계(a) 과정에서 조성된 기어재료 혼합물을 믹서를 통해 2∼10시간 동안 교반하는 단계; (c) 단계(b) 과정에서 교반된 기어재료 혼합물을 프레스를 통해 제조하고자 하는 기어의 두께로 기어판재를 성형하는 단계; (d) 단계(c) 과정에서 성형된 기어판재를 파인 블랭킹(Fine Blanking) 금형을 통해 기어로 가공하는 단계; (e) 단계(d) 과정에서 가공된 기어를 200∼300℃의 온도 조건하에서 2∼8시간 동안 열처리를 하는 단계; (f) 단계(e) 과정에서 열처리된 기어를 점도 6∼8의 스핀들유에 12∼36시간 동안 담가두어 파인 블랭킹을 통해 기어 가공시 가공단면의 카본블랙에 의해 형성되는 요홈으로 스핀들유를 함침시키는 단계; 및 (g) 단계(f) 과정에서 스핀들유가 함침된 기어를 상온에서 건조시키는 단계를 포함한 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같은 본 발명의 구성에서 단계(a) 과정의 상기 카본블랙은 특수용 카본블랙으로 CF(Conductive Furnace) 타입의 구슬(bead) 형태로 이루어지되 입자 크기는 1∼2미크론(μ)인 HIBLACK인 것을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 구성에서 단계(c) 과정의 기어판재는 25∼75톤 프레스를 통해 150∼250kgf/cm2의 압력으로 압착 성형될 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 구성에서 단계(d) 과정의 기어 가공은 200∼300톤 프레스를 통해 350∼450kgf/cm2의 압력으로 기어판재로부터 가공하고자 하는 기어 형태로 기어를 따낼 수 있다.
본 발명의 다른 특징인 기어펌프용 플라스틱 기어는 앞서 기술한 바와 같은 제조방법을 통해 제조되어진다.
본 발명의 기술에 따르면 아라미드섬유 또는 유리섬유에 금속분말과 카본블랙을 일정 비율로 혼합하여 카본블랙에 의해 형성되는 요홈에 스핀들유가 함침되도록 함으로써 내마모성이 우수한 기어를 제조할 수가 있다.
따라서, 전술한 바와 같은 내마모성의 우수성을 통해 기어의 가공시 가공 단면이 매끄러운 기어를 제조할 수 있음은 물론, 기어의 수명을 연장시켜 기어펌프의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 발현된다.
아울러, 본 발명에 따른 기술은 아라미드섬유 또는 유리섬유에 금속분말과 카본블랙의 혼합을 통해 정전기 방지 효과를 갖는 기어를 제조할 수 있도록 함으로써 정전기 방지를 통해 전기적 충격으로부터 기어펌프를 보호할 수가 있다.
도 1 은 종래의 기술에 따른 기어펌프를 보인 측단면 구성도.
도 2 는 종래의 기술에 따른 기어펌프를 보인 정단면 구성도.
도 3 은 본 발명에 따른 기어펌프용 플라스틱 기어의 제조 과정을 보인 블록도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 기어펌프용 플라스틱 기어의 제조방법 및 그 제품의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3 은 본 발명에 따른 기어펌프용 플라스틱 기어의 제조 과정을 보인 블록도이다.
도 3 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 기어펌프용 플라스틱 기어의 제조 과정을 살펴보면 (a) 용융 아라미드섬유 또는 유리섬유에 금속분말, 용융 페놀수지, 연마제 및 카본블랙을 일정 비율로 혼합하여 기어재료 혼합물을 조성하는 과정(S100), (b) 조성된 기어재료 혼합물을 믹서를 통해 일정 시간동안 교반하는 과정(S110), (c) 교반된 기어재료 혼합물을 프레스를 통해 제조하고자 하는 기어의 두께로 기어판재를 성형하는 과정(S120), (d) 성형된 기어판재를 파인 블랭킹(Fine Blanking) 금형을 통해 기어로 가공하는 과정(S130), (e) 가공된 기어를 열처리를 하는 과정(S140), (f) 열처리된 기어를 스핀들유에 담가두어 가공단면의 카본블랙에 의해 형성되는 요홈으로 스핀들유를 함침시키는 과정(S150) 및 (g) 스핀들유가 함침된 기어를 상온에서 건조시키는 과정(S160)을 포함한 구성으로 이루어진다.
다시 말해서, 전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 기어펌프용 플라스틱 기어의 제조는 먼저, 아라미드섬유 또는 유리섬유에 금속분말, 페놀수지, 연마제 및 카본블랙을 일정 비율로 혼합하여 기어재료 혼합물을 조성(S100)한 다음, 조성된 기어재료 혼합물을 믹서를 통해 일정 시간동안 교반(S110)하여 재료의 혼합이 균일하게 이루어질 수 있도록 한다. 물론, 아라미드섬유 또는 유리섬유와 페놀수지는 용융 상태이어야 한다.
다음으로, 전술한 바와 같이 교반(S110)을 통해 아라미드섬유(또는 유리섬유), 금속분말, 페놀수지, 연마제 및 카본블랙의 혼합이 균일하게 이루어진 기어재료 혼합물을 제조하고자 하는 기어펌프용 기어의 두께로 일정 크기의 기어판재를 성형(S120)한다. 이때, 본 발명에서는 50톤 프레스를 통해 일정 압력으로 압착하여 가로 세로 1m×1m 크기의 판재로 성형하였다.
전술한 바와 같이 제조하고자 하는 기어펌프용 기어의 두께에 해당하는 일정 크기의 기어판재로 성형한 다음에는 성형된 기어판재를 파인 블랭킹(Fine Blanking) 금형을 통해 기어로 가공(S130)한다. 이때, 기어판재를 파인 블랭킹(Fine Blanking) 금형을 통해 기어로 가공시 250톤 프레스를 통해 일정 압력으로 펀칭하여 제조하고자 하는 형태의 기어를 기어판재로부터 따낸다.
다시 말해서, 성형된 기어판재는 프레스기에서 기어부재의 형상을 갖는 파인 블랭킹 금형을 통해 블랭킹 가공으로 제조하고자 하는 기어를 성형한다. 이때 허용공차는 ±0.05mm로 가공하는 것이 바람직하다.
다음으로, 전술한 바와 같이 기어판재를 파인 블랭킹(Fine Blanking) 금형을 통해 기어로 가공한 다음에는 가공된 기어를 일정 온도조건하에서 열처리(S140)를 하여 가공된 기어의 강도를 더욱 향상시킬 수 있도록 한다.
그리고, 전술한 바와 같이 열처리된 기어를 스핀들유에 담가두어 가공단면의 카본블랙에 의해 형성되는 요홈으로 스핀들유의 함침(S150)이 이루어질 수 있도록 한다. 이때, 스핀들유는 점도 6∼8의 스핀들유를 사용한다.
다시 말해서, 전술한 바와 같은 스핀들유의 함침은 파인 블랭킹(Fine Blanking) 금형을 통해 가공된 기어는 파인 블랭킹 가공시 표면에서 카본블랙이 포함된 부분이 커팅되어 미세한 요홈들이 형성된다. 이처럼 가공된 기어를 스핀들유에 침지시 요홈들에 스핀들유가 함침되어 유지되므로 기어는 가공단면에 윤활 특성을 갖게 된다. 따라서, 두 개의 기어가 맞물려 회전될 때 윤활막이 형성되어 마찰이 감소되고 원활하게 회전될 수 있게 된다.
다음으로, 전술한 바와 같이 스핀들유에 열처리된 기어를 일정 시간 동안 침지시켜 파인 블랭킹 가공시 표면에서 카본블랙이 포함된 부분에 형성되는 요홈에 스핀들유의 함침이 이루어질 수 있도록 한 다음에는 스핀들유가 함침된 기어를 상온에서 건조(S160)시켜 본 발명에서 제조하고자 하는 기어펌프용 플라스틱 기어를 완성한다.
본 발명에 따른 기어펌프용 플라스틱 기어의 제조방법을 구성하는 각각의 과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 먼저, 본 발명을 구성하는 단계(a) 과정은 기어재료를 혼합 조성하는 과정(S100)으로, 이러한 단계(a) 과정의 기어재료 혼합 조성 과정(S100)은 도 3 에 도시된 바와 같이 용융 아라미드섬유 또는 유리섬유에 금속분말, 용융 페놀수지, 연마제 및 카본블랙을 일정 비율로 혼합하여 기어재료 혼합물을 조성한다.
한편, 전술한 바와 같은 단계(a) 과정(S100)에서 기어재료 혼합물의 조성비는 용융 아라미드섬유 또는 유리섬유 100 중량부에 금속분말 70∼80 중량부, 용융 페놀수지 35∼40 중량부, 연마제 10∼15 중량부 및 카본블랙 20∼30 중량부의 비율로 혼합 조성되어진다.
전술한 단계(a) 과정(S100)에서와 같이 용융 아라미드섬유(또는 유리섬유), 금속분말, 용융 페놀수지, 연마제 및 카본블랙으로 이루어지는 기어재료 혼합물 구성에서 아라미드섬유 또는 유리섬유는 기어의 강도를 부여하는 강화제(또는 보강제)로, 이러한 기어의 강도를 부여하는 강화제로써의 아라미드섬유(aramid fiber)는 강도와 내열성이 뛰어난 방향족 폴리아라마이드 섬유이다.
다시 말해서, 아라미드섬유(aramid fiber)는 CONH가 벤젠고리와 같은 방향족고리를 결합시켜 고분자 폴리아미드를 형성하고 있는 것으로, 인장강도와 강인성(强靭性) 및 내열성이 뛰어나며, 고강력·고탄성률을 갖고 있어 같은 무게 강철보다 5배 강한 것을 알려져 있다. 5mm 정도 굵기의 가느다란 실이지만, 2t의 자동차를 들어올릴 정도의 막강한 힘을 가지고 있다. 또한, 아라미드섬유는 불에 타거나 녹지 않으며, 500℃가 넘어야 비로소 검게 탄화(炭化)한다.
아울러, 전술한 바와 같은 아라미드섬유는 아무리 힘을 가해도 늘어나지 않아 가장 좋은 플라스틱 보강재(補强材)로 꼽힌다. 이런 장점으로 인하여 방탄재킷이나 방탄 헬멧 등 군수물자와 골프채 및 테니스 라켓 등을 만드는데 알맞은 소재이다. 보잉 747 등 항공기의 내부골재(內部骨材)는 이 섬유로 보강된 에폭시수지(FRP)를 쓴다. 1984년 한국과학기술연구원(KIST) 윤한식(尹漢殖) 박사팀이 미국·네덜란드에 이어 세계에서 3번째로 아라미드섬유를 개발했으며, 1992년에는 아라미드섬유의 단점인 역거동성(逆擧動性 : 주위의 온도상승에 따라 팽창하는 물질의 일반적 속성과 반대로 온도가 올라가면 수축하는 성질)을 없앤 신아라미드섬유 개발에 성공했다.
그리고, 전술한 바와 같은 기어의 강도를 부여하는 강화제로써의 유리섬유(glass fiber)의 경우는 인조 섬유의 하나로, 이러한 유리섬유는 알칼리 성분이 적은 유리를 녹여서 고속으로 늘리거나 고압 공기로 불어 날려서 길게 만든 것이다. 이러한 유리섬유는 열과 습기에 강하고 녹슬지 않아서 단열재, 방음재, 절연재 및 광 통신 용재 등은 물론 플라스틱의 강화재로도 쓰인다.
전술한 바와 같은 유리섬유는 연속 필라멘트 공정을 통해 섬유를 실(yarn) 형태로 만든다. 용융된 유리가 공급되는 금속통의 끝에는 방사구가 달려 있어서 매우 섬세한 필라멘트사(絲)를 압출시킨다. 압출된 수백 가닥의 필라멘트는 합쳐져서 단일 스트랜드사를 형성하게 된다. 단섬유(글래스 울) 생산에서 원심력을 이용하는 현대 공정에서는 수백 개의 섬세한 구멍이 나 있는 금속 원반방적기를 이용한다. 원심력에 의해 뿜어져 나온 용융유리는 송풍장치에 의해 섬유 상이 형성된다.
한편, 전술한 바와 같은 기어재료 혼합물을 조성하는 폐놀수지는 결합제로써 용융 아라미드섬유(또는 유리섬유), 금속분말, 연마제 및 카본블랙의 재료들을 결합시키는 기능을 한다. 이러한 페놀수지는 페놀류와 알데히드를 축합하고 중합하여 만든 수지를 통틀어 이르는 말로, 베이클라이트는 이 일종이다. 내연성과 기계 강도가 높고, 절연성과 내수성이 뛰어나 전기 부품이나 접착제 등에 널리 쓰인다.
그리고, 전술한 바와 같은 기어재료 혼합물을 조성하는 카본블랙은 기어의 습동 조정제로, 이러한 카본블랙은 특수용 카본블랙으로 CF(Conductive Furnace) 타입의 구슬(bead) 형태로 이루어진 입자 크기 1∼2미크론(μ)인 HIBLACK인 것을 사용하였다. 즉, 기어 가공시 가공단면에서 카본블랙이 포함된 부분에 형성되는 요홈에 스핀들유의 함침이 이루어질 수 있도록 하여 두 기어의 마찰이 발생되지 않도록 한다.
전술한 바와 같은 카본블랙(carbon black)은 보통 탄화수소를 부분적으로 연소시켜 그을음 형태로 얻는다. 이러한 카본블랙은 주로 자동차 타이어 및 다른 고무제품의 강화제와 건조 피막의 은폐력이 큰 검은 색소로 인쇄용 잉크나 페인트 및 먹지 등에 사용한다.
또한, 전술한 바와 같은 카본블랙은 보호막이나 플라스틱 및 전자회로의 저항기로도 쓰이는 것을 물론, 강화 충전제로 사용하여 내마모성과 내연마성을 크게 한다. 자동차 표준 타이어 무게의 1/4 정도가 카본 블랙이다. 유조차나 병원차 같은 자동차에 쓰이는 타이어는 정전하가 바퀴에 축전되는 것을 방지하기 위해 카본 블랙을 첨가하여 고무의 전기전도도를 크게 한다.
전술한 바와 같은 카본블랙 입자는 보통 구형으로 이루어져 흑연보다 규칙성이 작은 결정성 물질이다. 카본블랙을 3,000℃에서 장시간 가열하면 흑연으로 변한다. 지금까지 알려진 대단히 미세한 입자로 된 물질 중에서 카본블랙은 제조공정에 따라 입자의 크기를 다양하게 변화시킬 수 있는 물질이다.
다시 말해서, 전술한 바와 같은 카본블랙은 입자의 크기 응집상태, 표면특성 등이 조절되는 공정조건하에서 만들어진 "탄소원소"로 정의할 수 있다. 이러한 카본블랙이 사용되기 시작한 지는 거의 100년 가까이 되었으며, 그 동안 제조방법의 발달과 함께 다양한 등급의 제품개발이 활발히 이루어져 왔고, 이에 따라 꾸준한 시장의 변화가 일어났다.
그리고, 전술한 바와 같은 기어재료 혼합물을 조성하는 금속분말로는 본 발명에서는 입자상의 철(Fe)을 사용하였다.
다음으로, 본 발명을 구성하는 단계(b) 과정은 단계(a) 과정에서 혼합 조성된 기어재료 혼합물을 균일하게 혼합되도록 하기 위해 교반하는 과정(S110)으로, 이러한 단계(b) 과정(S110)은 도 3 에 도시된 바와 같이 단계(a) 과정(S100)에서 조성된 기어재료 혼합물을 믹서를 통해 일정 시간 동안 교반한다.
전술한 바와 같이 단계(a) 과정(S100)에서 조성된 기어재료 혼합물을 믹서를 통해 교반하는 단계(b) 과정(S110)에서는 교반기에 혼합 조성된 기어재료 혼합물을 넣고 2∼10시간 동안 교반하여 기어재료 혼합물을 조성하는 용융 아라미드섬유(또는 유리섬유), 금속분말, 용융 페놀수지, 연마제 및 카본블랙이 균일하게 혼합될 수 있도록 한다. 이때, 아라미드섬유(또는 유리섬유)와 페놀수지는 용융된 상태이어야 한다.
그리고, 본 발명을 구성하는 단계(c) 과정은 제조하고자 하는 기어의 두께로 기어판재를 성형하는 과정(S120)으로, 이러한 단계(c) 과정(S120)은 도 3 에 도시된 바와 같이 단계(b) 과정(S110)에서 교반된 기어재료 혼합물을 프레스를 통해 제조하고자 하는 기어의 두께로 기어판재를 성형한다.
한편, 전술한 바와 같은 교반된 기어재료 혼합물을 프레스를 통해 제조하고자 하는 기어의 두께로 기어판재를 성형하는 단계(c) 과정(S120)에서는 두께가 제조하고자 하는 기어의 두께로 이루어지되 가로 세로 1m×1m 크기의 형틀에 교반된 기어재료 혼합물을 충진한 상태에서 25∼75톤 프레스를 통해 150∼250kgf/cm2의 압력으로 압착 성형하여 기어판재를 성형한다. 이때, 본 발명에서는 50톤 프레스를 통해 200kgf/cm2의 압력으로 압착하여 기어판재를 성형하였다.
다음으로, 본 발명을 구성하는 단계(d) 과정은 기어를 가공하는 과정(S130)으로, 이러한 단계(d) 과정(S130)은 도 3 에 도시된 바와 같이 단계(c) 과정(S120)에서 성형된 기어판재를 파인 블랭킹(Fine Blanking) 금형을 통해 기어로 가공한다.
다시 말해서, 전술한 바와 같은 단계(d) 과정(S130)은 파인 블랭킹 금형을 통해 200∼300톤 프레스로 350∼450kgf/cm2의 압력 하에서 15℃로 유지하는 가운데 2분간 상하펀치로 성형을 실시한 다음, 쉐이빙 방법으로 상하펀치가 기어판재로부터 기어를 따낸다. 본 발명에서는 250톤 프레스로 400kgf/cm2의 압력 하에서 기어를 가공하였다.
그리고, 본 발명을 구성하는 단계(e) 과정은 가공된 기어를 열처리하여 기어의 경도와 강도 및 인성 등 기계적 성질을 개선시키기 위한 과정(S140)으로, 이러한 단계(e) 과정(S140)은 도 3 에 도시된 바와 같이 단계(d) 과정(S130)에서 파인 블랭킹 금형을 통해 가공된 기어를 일정 온도조건하에서 열처리를 하여 기어의 기계적 성질을 개선킬 수 있도록 한다.
다시 말해서, 전술한 바와 같은 단계(e) 과정(S140)에서는 단계(d) 과정(S130)에서 파인 블랭킹 금형을 통해 가공된 기어를 200∼300℃의 온도 조건하에서 2∼8시간 동안 열처리를 하여 기어의 경도와 강도 및 인성 등 기계적 성질을 개선시킬 수 있도록 하였다. 이때, 본 발명에서는 기어를 250℃의 온도 조건하에서 5시간 동안 유지하여 열처리를 하였다.
다음으로, 본 발명을 구성하는 단계(f) 과정은 열처리된 기어에 스핀들유를 함침시켜 두 기어의 회전시 마찰없이 습동 상태가 부드럽게 이루어질 수 있도록 하는 과정(S150)으로, 이러한 단계(f) 과정(S150)은 도 3 에 도시된 바와 같이 단계(e) 과정(S140)에서 열처리된 기어를 스핀들유에 담가두어 파인 블랭킹을 통해 기어 가공시 기어 가공단면의 카본블랙에 의해 형성되는 요홈으로 스핀들유의 함침이 이루어질 수 있도록 한다.
전술한 바와 같이 단계(f) 과정(S150)을 통해 열처리된 기어를 스핀들유에 담가두어 파인 블랭킹을 통해 기어 가공시 기어 가공단면의 카본블랙에 의해 형성되는 요홈으로 스핀들유의 함침이 이루어질 수 있도록 함으로써 기어에 윤활 피막을 형성하여 두 기어의 마찰이 최소화되도록 할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 단계(f) 과정(S150)을 통해 열처리된 기어를 스핀들유에 담가두어 기어 가공단면의 카본블랙에 의해 형성되는 요홈으로 스핀들유의 함침시 사용되는 스핀들유는 점도 6∼8의 스핀들유를 사용하고, 기어를 스핀들유에 침지시키는 시간은 12∼36시간 동안 담가둔다. 이때, 본 발명에서는 기어를 스핀들유에 24시간 동안 침지시켰다.
한편, 본 발명을 구성하는 단계(g) 과정은 스핀들유의 함침이 이루어진 기어를 건조시키는 과정(S160)으로, 이러한 단계(g) 과정(S160)은 도 3 에 도시된 바와 같이 단계(f) 과정(S150)에서 스핀들유가 함침된 기어를 상온에서 건조시켜 기어를 완성한다.
전술한 바와 같이 단계(g) 과정(S160)은 상온 즉, 15∼25℃의 온도 조건하에서 블로워를 통해 에어를 송풍시켜 스핀들유가 함침된 기어를 건조시키다. 이처럼 15∼25℃의 온도 조건하에서 블로워를 통해 에어를 송풍시켜 건조된 기어가 본 발명에서 제조하고자 하는 기어펌프용 기어이다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 기술은 기어의 원료로 아라미드섬유(또는 유리섬유)와 카본블랙을 사용함으로써 혼합함으로써 카본블랙으로 인하여 내마모성이 우수한 기어를 제조할 수 있음은 물론, 도전성의 카본블랙으로 인하여 전기 전도성이 있는 기어를 제조할 수가 있다. 따라서, 본 발명에 따른 제조되는 기어펌프용 플라스틱 기어는 정전기 방지를 통해 전기적 충격으로부터 기어펌프를 보호한다.
또한, 본 발명에 따른 기술은 앞서 기술한 바와 같이 스핀들유에 기어를 일정 시간 침지시킴으로써 기어의 가공시 가공단면 상에 카본블랙에 의해 형성되는 요홈으로 스핀들유의 함침이 이루어질 수 있도록 하여 윤활 피막을 형성함으로써 기어의 습동을 부드럽게 할 수가 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세히 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하며, 이러한 변형은 본 발명의 범위에 포함된다.
10. 기어펌프 12. 케이싱
12a. 흡입구 12b. 토출구
14. 구동기어 14a. 구동축
16. 종동기어 16a. 종동축

Claims (5)

  1. 케이싱의 내부에 치합을 통해 상호 맞물려 회전을 하면서 유체를 펌핑하는 기어펌프용 기어의 제조방법에 있어서,
    (a) 용융 아라미드섬유 또는 유리섬유 100 중량부에 금속분말 70∼80 중량부, 용융 페놀수지 35∼40 중량부, 연마제 10∼15 중량부 및 카본블랙 20∼30 중량부의 비율로 혼합하여 기어재료 혼합물을 조성하는 단계;
    (b) 단계(a) 과정에서 조성된 기어재료 혼합물을 믹서를 통해 2∼10시간 동안 교반하는 단계;
    (c) 단계(b) 과정에서 교반된 기어재료 혼합물을 프레스를 통해 제조하고자 하는 기어의 두께로 기어판재를 성형하는 단계;
    (d) 단계(c) 과정에서 성형된 기어판재를 파인 블랭킹(Fine Blanking) 금형을 통해 기어로 가공하는 단계;
    (e) 단계(d) 과정에서 가공된 기어를 200∼300℃의 온도 조건하에서 2∼8시간 동안 열처리를 하는 단계;
    (f) 단계(e) 과정에서 열처리된 기어를 점도 6∼8의 스핀들유에 12∼36시간 동안 담가두어 파인 블랭킹을 통해 기어 가공시 가공단면의 카본블랙에 의해 형성되는 요홈으로 스핀들유를 함침시키는 단계; 및
    (g) 단계(f) 과정에서 스핀들유가 함침된 기어를 상온에서 건조시키는 단계를 포함한 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 기어펌프용 플라스틱 기어의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(a) 과정의 상기 카본블랙은 특수용 카본블랙으로 CF(Conductive Furnace) 타입의 구슬(bead) 형태로 이루어지되 입자 크기는 1∼2미크론(μ)인 HIBLACK인 것을 특징으로 하는 기어펌프용 플라스틱 기어의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(c) 과정의 기어판재는 25∼75톤 프레스를 통해 150∼250kgf/cm2의 압력으로 압착 성형되는 것을 특징으로 하는 기어펌프용 플라스틱 기어의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(d) 과정의 기어 가공은 200∼300톤 프레스를 통해 350∼450kgf/cm2의 압력으로 기어판재로부터 가공하고자 하는 기어 형태로 기어를 따내는 것을 특징으로 하는 기어펌프용 플라스틱 기어의 제조방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 제조방법을 통해 제조된 기어펌프용 플라스틱 기어.
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