KR20190001061A - 다이어프램 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다이어프램 제조방법에 관한 것으로, 트랜스퍼 몰딩을 통해 PFA을 원료로 이용하여 볼트가 있거나 없는 다이어프램을 사출성형으로 제작함으로써, 내약품성과 화학약품에 대한 내투과성이 우수하고 입자가 발생하지 않으면서 유연성을 가진 다이어프램을 제조할 수 있다.

Description

다이어프램 제조방법{Method for producing diaphragm}
본 발명은 밸브에 사용되는 다이어프램(Diaphragm)의 제조방법에 관한 것이다.
반도체 공정의 밸브에 사용되는 다이어프램은 내약품성이 우수해야 하며, 유연성(Flexibility)이 좋아야 반복적으로 열고 닫을 때 크랙이 발생하지 않고 오래 사용할 수 있으며, 또한 기공이 없고 표면조도가 좋아야 반도체 공정에서 사용시 유체 투과(Permeation) 및 입자(particle) 발생이 없다.
본 발명의 목적은 내약품성과 화학약품에 대한 내투과성이 우수하고 입자가 발생하지 않으면서 유연성을 가진 다이어프램을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 제1실시형태에 따른 다이어프램 제조방법은 볼트가 없는 다이어프램의 제조방법으로서, 다이어프램 형상에 따른 캐비티를 갖도록 상판 금형과 하판 금형으로 분할되고 주입구를 구비하는 다이어프램 금형을 준비하는 단계; 원료 충진공간 및 주입구를 구비하는 원료 금형을 준비하는 단계; 하판 금형에 인서트 부품을 장착하는 단계; 인서트 부품이 장착된 하판 금형 위에 상판 금형을 조립하는 단계; 원료 금형에 원료로서 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로알콕시의 공중합체를 충진하는 단계; 인서트 부품이 장착된 다이어프램 금형 및 원료가 충진된 원료 금형을 가열하는 단계; 주입구가 서로 정렬되도록 다이어프램 금형 위에 원료가 녹은 원료 금형을 배치하여 두 금형을 결합시키는 단계; 프레스로 가압하여 원료를 다이어프램 금형에 충진하면서 프레스 성형을 수행하는 단계; 다이어프램 금형을 냉각한 후 탈형하는 단계; 성형품으로부터 불필요 부위를 제거하는 단계; 및 성형품으로부터 인서트 부품을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2실시형태에 따른 다이어프램 제조방법은 볼트가 있는 다이어프램의 제조방법으로서, 다이어프램 형상에 따른 캐비티를 갖도록 상판 금형과 하판 금형으로 분할되고 주입구를 구비하는 다이어프램 금형을 준비하는 단계; 원료 충진공간 및 주입구를 구비하는 원료 금형을 준비하는 단계; 하판 금형에 볼트를 장착하는 단계; 볼트가 장착된 하판 금형 위에 상판 금형을 조립하는 단계; 원료 금형에 원료로서 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로알콕시의 공중합체를 충진하는 단계; 볼트가 장착된 다이어프램 금형 및 원료가 충진된 원료 금형을 가열하는 단계; 주입구가 서로 정렬되도록 다이어프램 금형 위에 원료가 녹은 원료 금형을 배치하여 두 금형을 결합시키는 단계; 프레스로 가압하여 원료를 다이어프램 금형에 충진하면서 프레스 성형을 수행하는 단계; 다이어프램 금형을 냉각한 후 탈형하는 단계; 및 성형품으로부터 불필요 부위를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방법을 이용하면, 내약품성과 화학약품에 대한 내투과성이 우수하고 입자가 발생하지 않으면서 유연성을 가진 다이어프램을 제조할 수 있다.
도 1은 종래의 볼트가 없는 PTFE 다이어프램의 제조공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 볼트가 없는 PFA 다이어프램의 제조공정도이다.
도 3은 종래의 볼트가 있는 PTFE 다이어프램의 제조공정도이다.
도 4는 본 발명에 따른 볼트가 있는 PFA 다이어프램의 제조공정도이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
테트라플루오로에틸렌(Tetrafluoroethylene) 및 퍼플루오로알콕시(Perfluoroalkoxy)의 공중합체(이하, PFA)는 내약품성 등이 우수하여 반도체 공정의 밸브에 사용되는 다이어프램의 소재로서 합당하다.
그러나, PFA 수지(PFA Resin)는 흐름성이 일반 플라스틱 수지보다 좋지 않아서, 다이어프램의 막 부분 중에서 두께가 0.3 내지 1.2 mm인 얇은 부분은 사출이 어렵다. 가령, PFA 사출 원료로 사출하여도, 사출 원료는 유연성이 없어서, 사출한 다이어프램을 밸브에 조립하여 열고 닫을 시 쉽게 크랙(Crack)이 발생하므로, 그 동안 PFA를 사용할 수 없었다. 그래서, 현재까지는 PTFE(Polytetrafluoroethylene)로 다이어프램을 제작하여 사용하였다. 요즘, 유연성이 좋은 PFA 수지가 개발되었지만, 수지의 흐름성은 여전히 일반 사출 원료보다 낮아서 사출이 어려웠다.
이에, 본 발명에서는 사출성형의 일종인 트랜스퍼 몰딩(Transfer Molding)을 이용하여 상술한 문제를 해결하였다. 즉, 트랜스퍼 몰딩을 통해 PFA을 원료로 이용하여 다이어프램을 사출성형으로 제작할 수 있다.
도 1은 종래의 볼트가 없는 PTFE 다이어프램의 제조공정도로서, 종래 공정은 (a) 하판 금형 준비, (b) 원료 충진, (c) 상판 금형 장착, (d) 예비성형, (e) 열처리, (f) 냉각, (g) 절삭 가공 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 하판 금형(10)을 준비하고, 하판 금형(10)에 원료로서 PTFE 파우더(11)를 충진한다. 이때, 하판 금형(10)의 양측면에는 측판 금형이 설치되어 원료 충진공간을 형성할 수 있다. 다음, 충진된 PTFE 파우더(11) 위에 상판 금형(12)을 장착한 후, 상온에서 상판 금형(12)을 누르는 누름 가공(화살표 방향)을 통해 예비성형을 수행한다. 다음, 성형품(13)을 360 내지 380℃에서 열처리한 후, 열처리된 성형품(14)을 상온에서 냉각한다. 마지막으로, 선반에서 절삭 가공을 통해 다이어프램(15)을 제작한다.
도 2는 본 발명에 따른 볼트가 없는 PFA 다이어프램의 제조공정도로서, 본 발명에 따른 트랜스퍼 몰딩 PFA 제작공정은 (a) 하판 금형 준비, (b) 인서트 부품 장착, (c) 상판 금형 장착, (d) 원료 충진, (e) 열처리, (f) 결합 후 프레스 성형, (g) 냉각 후 불필요 부위 제거, (h) 인서트 부품 제거 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 다이어프램 형상에 따른 캐비티(22, 25)를 갖도록 상판 금형(24)과 하판 금형(21)으로 분할되고 주입구(26)를 구비하는 다이어프램 금형(20)을 준비한다. 이때, 다이어프램 금형(20)은 양측면에 측판 금형을 포함할 수 있다. 또한, 원료 충진공간(28) 및 주입구(29)를 구비하는 원료 금형(27)을 준비한다.
다음, 하판 금형(21)의 캐비티(22)에 인서트 부품(23)을 장착한다. 인서트 부품(23)은 볼트 등의 형상을 가질 수 있다. 다음, 인서트 부품(23)이 장착된 하판 금형(21) 위에 캐비티(25)와 주입구(26)를 구비한 상판 금형(24)을 조립한다. 다음, 원료 금형(27)의 충진공간(28)에 원료(30)로서 PFA 수지를 충진한다.
다음, 인서트 부품(23)이 장착된 다이어프램 금형(20) 및 원료(30)가 충진된 원료 금형(27)을 가열 처리한다. 이때, 열처리는 오븐에서 수행될 수 있고, 열처리 온도는 360 내지 380℃일 수 있다. 다음, 주입구(26, 29)가 서로 정렬되도록 다이어프램 금형(20) 위에 원료(30)가 녹은 원료 금형(27)을 배치하여 두 금형(20, 27)을 결합시킨다. 즉, PFA 수지가 모두 녹으면, 유압 프레스에 다이어프램 금형(20)을 올려놓고 그 위에 원료 금형(27)을 놓는다.
다음, 프레스로 가압하여 원료(30)를 다이어프램 금형(20)의 캐비티(22, 25)에 충진하면서 프레스 성형을 수행한다. 다음, 다이어프램 금형(20)을 물이나 공기로 냉각한 후 탈형한다. 다음, 다이어프램 성형품(31)으로부터 불필요 부위를 제거한다. 다음, 다이어프램 성형품(31)으로부터 인서트 부품(23)을 제거한다. 인서트 부품(23)이 제거되면서 비게 되는 공간에는 볼트 등과 같은 다른 부품이 장착될 수 있다.
도 3은 종래의 볼트가 있는 PTFE 다이어프램의 제조공정도로서, 현재 PTFE 다이어프램 제작공정은 (a) 하판 금형 준비, (b) 볼트 고정, (c) 원료 충진, (d) 상판 금형 장착, (e) 예비성형, (f) 열처리, (g) 냉각, (h) 절삭 가공 단계를 포함할 수 있다.
먼저, 하판 금형(40)의 볼트 삽입구(41)에 스테인리스스틸 볼트(SUS Bolt)(42)를 삽입 고정한다. 다음, 원료인 PTFE 파우더(43)를 충진한다. 다음, 충진된 PTFE 파우더(43) 위에 상판 금형(44)을 삽입 장착한 후, 금형(40, 44)을 유압프레스에 올려놓고 누름 가공(화살표 방향)을 통해 상온에서 가압 예비성형을 수행한다. 다음, 금형(40, 44)에서 예비 성형품(45)을 빼낸 후, 오븐에서 360 내지 380℃로 열처리한 다음, 열처리된 성형품(46)을 상온까지 냉각한다. 마지막으로, 선반에서 절삭 가공을 통해 볼트(42)가 포함된 다이어프램(47)을 제작한다.
도 1 및 도 3에 따라 제작한 종래 PTFE 다이어프램의 단점은 다음과 같다. 첫째, 상온에서 PTFE 파우더를 압축 성형한 후 열처리한 제품으로, 분자와 분자 사이의 기공이 있어서, 화학약품공정에 사용시 투과가 발생할 수 있다. 둘째, PTFE 다이어프램을 밸브에 조립하여 밸브를 열고 닫을 시 크랙이 발생하기 쉽다. 셋째, PTFE 다이어프램은 예비성형 및 열처리 후 선반가공으로 표면조도가 거칠어서, 거친 틈 사이에 이물질이 발생하여 반도체 공정의 입자의 원인이 된다.
도 4는 본 발명에 따른 볼트가 있는 PFA 다이어프램의 제조공정도로서, 본 발명에 따른 트랜스퍼 몰딩 PFA 제작공정은 (a) 하판 금형 준비, (b) 볼트 고정, (c) 상판 금형 장착, (d) 원료 충진, (e) 열처리, (f) 결합 후 프레스 성형, (g) 냉각 후 불필요 부위 제거 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 다이어프램 형상에 따른 캐비티(52, 55)를 갖도록 상판 금형(54)과 하판 금형(51)으로 분할되고 주입구(56)를 구비하는 다이어프램 금형(50)을 준비한다. 이때, 다이어프램 금형(50)은 양측면에 측판 금형을 포함할 수 있다. 또한, 원료 충진공간(58) 및 주입구(59)를 구비하는 원료 금형(57)을 준비한다.
다음, 하판 금형(51)의 캐비티(52)에 볼트(53)를 삽입 장착한다. 다음, 볼트(53)가 장착된 하판 금형(51) 위에 캐비티(55)와 주입구(56)를 구비한 상판 금형(54)을 조립한다. 다음, 원료 금형(57)의 충진공간(58)에 원료(60)로서 PFA 수지를 충진한다.
다음, 볼트(53)가 장착된 다이어프램 금형(50) 및 원료(60)가 충진된 원료 금형(57)을 오븐에 넣고 360 내지 380℃의 온도로 열처리한다. 다음, 주입구(56, 59)가 서로 정렬되도록 다이어프램 금형(50) 위에 원료(60)가 녹은 원료 금형(57)을 배치하여 두 금형(50, 57)을 결합시킨다. 즉, PFA 수지가 모두 녹으면, 유압 프레스에 다이어프램 금형(50)을 올려놓고 그 위에 원료 금형(57)을 놓는다.
다음, 프레스로 가압하여 원료(60)를 다이어프램 금형(50)의 캐비티(52, 55)에 충진하면서 프레스 성형을 수행한다. 다음, 다이어프램 금형(50)을 물이나 공기로 냉각한 후 탈형한다. 다음, 볼트(53)를 구비한 다이어프램 성형품(61)으로부터 불필요 부위를 제거한다.
도 2 및 도 4에 따라 제작한 본 발명에 따른 PFA 다이어프램의 장점은 다음과 같다. 첫째, PFA 수지를 녹인 상태에서 프레스로 다이어프램 금형에 가압함으로써 기공이 없고, 이에 따라 반도체 등 화학약품 공정에 사용시 투과가 거의 없다. 둘째, 유연성이 좋은 PFA 수지를 사용하므로, 밸브를 장기간 열고 닫을 때에도 크랙의 발생 위험은 없다. 셋째, 금형에서 다이어프램의 형상을 만들기 때문에, 종래와 같이 선반에서의 가공공정이 없고, 또한 표면 조도가 매끈하여 이물질 등이 발생하지 않는다.
10, 21, 40, 51: 하판 금형, 11, 30, 43, 60: 원료, 12, 24, 44, 54: 상판 금형, 13, 45: 성형품, 14, 46: 열처리된 성형품, 15, 31, 47, 61: 다이어프램, 20, 50: 다이어프램 금형, 22, 25, 52, 55: 캐비티, 23: 인서트 부품, 26, 29, 56, 59: 주입구, 27, 57: 원료 금형, 28, 58: 원료 충진공간, 41: 볼트 삽입구, 42, 53: 볼트

Claims (2)

  1. 볼트가 없는 다이어프램의 제조방법으로서,
    다이어프램 형상에 따른 캐비티를 갖도록 상판 금형과 하판 금형으로 분할되고 주입구를 구비하는 다이어프램 금형을 준비하는 단계;
    원료 충진공간 및 주입구를 구비하는 원료 금형을 준비하는 단계;
    하판 금형에 인서트 부품을 장착하는 단계;
    인서트 부품이 장착된 하판 금형 위에 상판 금형을 조립하는 단계;
    원료 금형에 원료로서 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로알콕시의 공중합체를 충진하는 단계;
    인서트 부품이 장착된 다이어프램 금형 및 원료가 충진된 원료 금형을 가열하는 단계;
    주입구가 서로 정렬되도록 다이어프램 금형 위에 원료가 녹은 원료 금형을 배치하여 두 금형을 결합시키는 단계;
    프레스로 가압하여 원료를 다이어프램 금형에 충진하면서 프레스 성형을 수행하는 단계;
    다이어프램 금형을 냉각한 후 탈형하는 단계;
    성형품으로부터 불필요 부위를 제거하는 단계; 및
    성형품으로부터 인서트 부품을 제거하는 단계를 포함하는 다이어프램 제조방법.
  2. 볼트가 있는 다이어프램의 제조방법으로서,
    다이어프램 형상에 따른 캐비티를 갖도록 상판 금형과 하판 금형으로 분할되고 주입구를 구비하는 다이어프램 금형을 준비하는 단계;
    원료 충진공간 및 주입구를 구비하는 원료 금형을 준비하는 단계;
    하판 금형에 볼트를 장착하는 단계;
    볼트가 장착된 하판 금형 위에 상판 금형을 조립하는 단계;
    원료 금형에 원료로서 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로알콕시의 공중합체를 충진하는 단계;
    볼트가 장착된 다이어프램 금형 및 원료가 충진된 원료 금형을 가열하는 단계;
    주입구가 서로 정렬되도록 다이어프램 금형 위에 원료가 녹은 원료 금형을 배치하여 두 금형을 결합시키는 단계;
    프레스로 가압하여 원료를 다이어프램 금형에 충진하면서 프레스 성형을 수행하는 단계;
    다이어프램 금형을 냉각한 후 탈형하는 단계; 및
    성형품으로부터 불필요 부위를 제거하는 단계를 포함하는 다이어프램 제조방법.
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