베인의 제조방법

베인의 제조방법{Method of manufacturing vane}

본 발명은 베인의 제조방법에 관한 것이다.

본원은 2008년 2월 21일에 출원된 국제출원PCT/IB2008/000385호에 기초하여 우선권을 주장하고 그 내용을 여기에 원용한다.

여러 개의 베인의 압축 일에 의해 배기를 행하는 회전날개형 오일 회전 진공 펌프가 이용되고 있다. 오일 회전 진공 펌프는, 실린더 내부에서 회전하는 로터와, 로터로부터 실린더를 향해 돌출된 베인을 가지고 있다. 오일 회전 진공 펌프의 베인은, 압축하는 공간을 나누는 기능을 가지며, 열경화성 수지 등의 수지 재료로 구성되어 있다(예를 들면, 일본 공개특허 제2006-328215호 공보 및 일본 공개특허 제2005-272652호 공보 참조).

도 5는, 종래기술에 관한 베인의 제조방법의 공정도이다. 종래기술에 관한 베인의 제조공정은, (a)모재(131)를 형성하는 모재 성형 공정(도 5a), (b)모재(131)로부터 조(粗)가공품(132)을 형성하는 조가공(粗加工) 공정(도 5b), (c)히터(146)에 의한 조가공품(132)의 건조 또는 열처리 공정(도 5c), (d)조가공품(132)을 최종 형상품(130)으로 마무리하는 최종 가공 공정(도 5d), (e)건조제(152)에 의 해 흡습을 방지하면서 최종 형상품(130)을 보관하는 보관 공정(도 5e), 및 (f)오일 회전 진공 펌프에서 사용되는 오일(190)에 최종 형상품(130)을 침지시키는 오일 함침 공정(도 5f)을 포함한다.

오일 회전 진공 펌프는 운전중의 압축 일에 의해 발열된다. 이로써 베인을 구성하는 열경화성 수지의 미경화 부분이 경화되어 베인이 수축되는 경우가 있다. 베인이 수축되어 실린더와의 틈이 커지면, 도달 압력이 높아지고 배기 속도가 저하되고 또 소음 레벨이 상승한다.

그래서 종래기술에 관한 베인의 제조방법의 열처리 공정(도 5c)은 운전중인 오일 회전 진공 펌프에서의 베인의 온도보다 높은 온도에서 수행되고 있다.

오일 회전 진공 펌프의 운전중에 베인의 주변 압력은 진공에 가까워진다. 그러나 종래기술에 관한 베인의 제조방법에서는 열처리 공정(도 5c)을 대기중에서 수행한다. 대기중의 열처리는, 진공중의 열처리에 비해 열경화성 수지의 경화 속도가 늦어지기 때문에 열경화성 수지의 미경화 부분의 경화를 완료시킬 수 없다. 따라서 오일 회전 진공 펌프의 운전중에 수지 재료의 경화가 진행되어 베인이 수축 변형된다는 문제가 있다.

또 열처리 공정(도 5c)을 대기중에서 수행하기 때문에 베인 재료에 포함되는 저증기압 성분의 이탈을 완료시키기 어렵다. 따라서 오일 회전 진공 펌프의 운전중에 베인으로부터 저증기압 성분이 이탈되어 베인이 수축 변형된다는 문제가 있다.

또 열처리 공정(도 5c)을 고온에서 수행함으로써 저증기압 성분의 이탈이 완료되더라도 이탈 후의 공간에 대기중의 수분이 침입(흡습)하여 최종 가공 공정(도 5d) 전에 베인이 팽창 변형된다. 따라서 오일 회전 진공 펌프의 운전중에 베인으로부터 수분이 이탈하여 베인이 수축 변형된다는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 오일 회전 진공 펌프의 운전중에 베인이 변형되는 것을 방지할 수 있는 베인의 제조방법의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 관한 베인의 제조방법은, 오일 회전 진공 펌프에 사용되는, 적어도 일부가 수지 재료로 구성된 베인의 제조방법으로서, 상기 베인을 최종 형상으로 마무리하는 최종 가공 공정 전에, 상기 오일 회전 진공 펌프에 사용되는 오일에 감압 환경에서 상기 베인을 침지시키는 오일 함침 공정을 갖는다.

이 구성에 의하면, 베인을 감압 환경에 배치함으로써 베인 내부로부터 저증기압 성분을 이탈시킬 수 있다. 또 베인을 오일에 침지시키기 때문에 베인 내부의 공간에 오일을 함침시킬 수 있다. 따라서 최종 가공 공정 전에, 베인이 수분을 흡수하여 팽창 변형되는 것을 방지할 수 있다. 이로써 오일 회전 진공 펌프의 운전중에 베인으로부터 수분이 이탈하여 베인이 변형되는 것을 방지할 수 있다.

상기 오일 함침 공정에서는 상기 오일을 통해 상기 베인을 소정 온도로 가열해도 좋다.

이 구성에 의하면, 감압 환경에서 베인을 가열함으로써 베인 내부로부터 저증기압 성분을 효율적으로 이탈시킬 수 있다. 그리고 이탈 후의 공간에 오일을 함침시킬 수 있기 때문에 오일 회전 진공 펌프의 운전중에 베인이 변형되는 것을 방 지할 수 있다.

한편, 본 발명에 관한 다른 베인의 제조방법은, 오일 회전 진공 펌프에 사용되는, 적어도 일부가 수지 재료로 구성된 베인의 제조방법으로서, 상기 베인을 최종 형상으로 마무리하는 최종 가공 공정 전에, 감압 환경에서 상기 베인을 소정 온도로 가열하는 가열 공정과, 상기 가열 공정부터 상기 베인을 감압 환경으로 유지한 채 상기 오일 회전 진공 펌프에 사용되는 오일에 상기 베인을 침지시키는 오일 함침 공정을 가진다.

이 구성에 의하면, 가열 공정시 베인 내부로부터 저증기압 성분을 효율적으로 이탈시킬 수 있다. 또 가열 공정에서 오일 함침 공정까지 베인을 감압 환경으로 유지하기 때문에 베인의 흡습을 방지한 채, 저증기압 성분이 이탈된 후의 공간에 오일을 함침시킬 수 있다. 따라서 오일 회전 진공 펌프의 운전중에 베인이 변형되는 것을 방지할 수 있다.

상기 소정 온도는 상기 오일 회전 진공 펌프의 운전시 상기 베인의 최고 온도 이상의 온도인 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 베인을 최고 온도 이상으로 가열하여 미리, 베인 내부로부터 저증기압 성분을 이탈시킴으로써, 오일 회전 진공 펌프의 운전중에 베인 내부로부터 저증기압 성분이 이탈하는 것을 방지할 수 있어 오일 회전 진공 펌프의 운전중에 베인이 변형되는 것을 방지할 수 있다.

상기 감압 환경은, 상기 오일 회전 진공 펌프의 운전시 상기 베인 주변의 최저 압력 이하의 압력인 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 베인을 최저 압력 이하로 유지하여 미리, 베인 내부로부터 저증기압 성분을 이탈시킴으로써, 오일 회전 진공 펌프의 운전중에 베인 내부로부터 저증기압 성분이 이탈하는 것을 방지할 수 있어, 오일 회전 진공 펌프의 운전중에 베인이 변형되는 것을 방지할 수 있다.

상기 수지 재료는 열경화성 수지여도 좋다.

이 구성에 의하면, 베인을 감압 환경에서 가열함으로써 수지 재료의 경화를 향상시킬 수 있다. 이로써 오일 회전 진공 펌프의 운전중에 수지 재료의 경화가 진행되어 베인이 변형되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명은 베인을 감압 환경에 배치함으로써 베인 내부에서 저증기압 성분을 이탈시킬 수 있다. 또 베인을 오일에 침지시키기 때문에 베인 내부의 공간에 오일을 함침시킬 수 있다. 따라서 최종 가공 공정 후에 베인이 수분을 흡수하여 팽창 변형되는 것을 방지할 수 있다. 이로써 오일 회전 진공 펌프의 운전중에 베인으로부터 수분이 이탈하여 베인이 변형되는 것을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시형태에 관한 오일 회전 진공 펌프에 대해서 도면을 사용하여 설명하기로 한다.

(오일 회전 진공 펌프)

도 1은, 오일 회전 진공 펌프의 개략 구성을 도시한 정면 단면도이다. 오일 회전 진공 펌프(10)는 원통형 실린더(12)를 구비하고 있다. 실린더(12)의 상부에는 흡기구(14) 및 배기구(16)가 마련되어 있다. 실린더(12)의 안쪽에는 원기둥형 로터(20)가 배치되어 있다. 로터(20)의 회전축선은, 실린더(12)의 중심축선으로부터 윗쪽으로 오프셋되어 배치되어 있다.

도 2는, 로터의 분해 사시도이다. 로터(20)의 외주면으로부터 회전축을 향해 회전축과 평행하게 여러 개(본 실시형태에서는 2개)의 슬롯(22)이 형성되어 있다. 슬롯(22)에는 베인(30)이 삽입되어 있다.

베인(30)은, 화학섬유나 유리섬유 등의 섬유를 망형으로 짜넣어 형성된 시트에 수지 재료를 코팅하여 평판 형태로 형성되어 있다. 수지 재료로서 페놀 수지 등의 열경화성 수지가 사용되어 있다. 한편, 베인(30)은 수지 재료로만 형성해도 좋다. 또 펌프의 사용 온도 조건에 따라서는 수지 재료로서 열가소성 수지를 사용해도 좋다.

도 1로 돌아가, 로터(20)가 회전하면 베인(30)은 원심력에 의해 슬롯으로부터 튀어나오는 방향으로 변위된다. 이로써 베인(30)의 선단을 실린더(12)의 내면에 접촉시키면서 로터(20)가 회전한다. 로터(20)의 회전축은 실린더(12)의 중심축으로부터 오프셋 배치되어 있기 때문에 로터(20), 실린더(12) 및 베인(30)에 의해 둘러싸인 공간의 용적은 로터(20)의 회전과 함께 변화된다. 이 용적 변화에 의해 기체 수송이 이루어진다.

오일 회전 진공 펌프(10)는 실린더나 밸브의 부분을 오일 탱크(미도시) 내의 오일에 담가서 바깥 공기의 침입을 막는 구조인 것이 일반적이다. 그리고 윤활과 오일막에 의한 실링에 필요한 유량만큼 오일을 흡인시키는 구조의 것이 제작되어 있다.

(베인의 제조방법)

(제1실시형태)

다음으로, 본 실시형태에 관한 베인의 제조방법에 대해서 설명하기로 한다.

도 3a～도 3d는, 본 실시형태에 관한 베인의 제조방법의 공정도이다. 본 실시형태에 관한 베인의 제조방법은, (a)소재 성형 공정(도 3a), (b)조가공(粗加工) 공정(도 3b), (c)오일 함침 공정(도 3c), 및 (d)최종 가공 공정(도 3d)을 포함한다.

(a)소재 성형 공정에서는 모재(31)를 형성한다. 구체적으로는 우선 망형으로 짜넣은 섬유 시트를 액상의 열경화성 수지 풀에 담근다. 액상의 열경화성 수지가 스며든 섬유 시트를 풀에서 건져내어 프레스 장치에 끼워 가열시켜 열경화성 수지를 경화시킴으로써 모재(31)를 형성한다. 모재(31)을 평면(平面)에서 보았을 때의 면적(이하, 평면적)은, 여러 개의 최종 형상품을 꺼낼 수 있는 크기로 형성한다.

(b)조가공 공정에서는, 모재(31)의 폭 절단 및 두께 가공을 하여 조가공품(32)을 형성한다. 조가공품(32)의 평면적 및 두께는 최종 형상품의 평면적 및 두께보다 약간 크게 형성한다.

(c)오일 함침 공정에서는 조가공품(32)을 오일(90)에 침지시킨다.

도 4는, 오일 함침 공정에 사용하는 오일 함침 장치의 개략 구성도이다. 오일 함침 장치(40)는 챔버(41)을 구비하고 있다. 챔버(41)에는 내부를 감압하는 진공 펌프(42)가 접속되어 있다. 챔버(41)의 내부에는 유조(油槽)(44)가 마련되어 있 다. 유조(44)의 내부에는 오일 회전 진공 펌프(10)에 사용되는 오일(90)이 저장되어 있다. 유조(44)의 바닥에는 오일(90)을 가열하는 히터(46)가 마련되어 있다.

오일 함침 장치(40)에서 진공 펌프(42)에 의해 챔버(41)의 내부를 감압한다. 구체적으로는 챔버(41)의 압력이, 오일 회전 진공 펌프(10) 운전중의 베인 주변의 최저 압력(즉 오일 회전 진공 펌프(10)의 도달 압력) 이하의 소정 압력이 되도록 감압한다. 예를 들면, 1000Pa 정도로 감압하면 좋다.

히터에 의해 오일(90)을 가열한다. 구체적으로는 오일(90)에 침지되는 조가공품(32)의 온도가, 오일 회전 진공 펌프(10) 운전중의 베인의 최고 온도 이상의 소정 온도가 되도록 가열한다. 또 조가공품(32)의 온도가 베인 재료에 포함되는 열경화성 수지의 경화 온도 이상이 되도록 가열하는 것이 바람직하다. 또 조가공품(32)의 온도가, 베인 재료에 포함되는 저증기압 성분(예를 들면, 수분이나 탄화수소 등)이 이탈하는 온도 이상이 되도록 가열하는 것이 바람직하다. 또 조가공품(32)의 온도가, 베인 재료의 기계 강도를 유지할 수 있는 온도 이하로서, 베인 재료의 열화(劣化) 한계(예를 들면, 유리 전이(轉移)나 열분해 등)의 온도 이하가 되도록 가열하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 150℃～160℃ 정도로 가열하면 좋다.

그리고 가열한 오일(90)에 조가공품(32)를 침지시킨다. 탄화수소계 오일인 경우에는 처리를 거듭함으로써 산화열화(酸化劣化)되어 저증기압 성분이 증가되기 때문에 정기 교환하는 것이 바람직하다.

(a)소재 성형 공정에서는 프레스 장치에서의 가압 및 가열 얼룩에 의해 열경 화성 수지의 경화 진행에 불균일이 생기는 경우가 있다. 이 경우, 오일 회전 진공 펌프(10)의 운전중에 베인이 고온이 되면 부분적으로 열경화성 수지의 경화가 진행되어 베인이 수축 변형된다는 문제가 있다.

이에 반해, 본 실시형태에 관한 베인의 제조방법에서는, (c)오일 함침 공정에서 감압 환경에서 조가공품(32)을 가열하기 때문에 열경화성 수지의 경화를 촉진시킬 수 있다. 특히 오일 회전 진공 펌프(10)의 운전중보다 혹독한 환경(압력?온도)에서 (c)오일 함침 공정을 수행하기 때문에 오일 회전 진공 펌프(10)의 운전중에 경화가 진행되는 것을 방지할 수 있다. 또한 베인 재료에 포함되는 열경화성 수지의 경화 온도 이상이 되도록 조가공품을 가열하기 때문에 열경화성 수지의 경화를 완료시킬 수 있다. 이로써 오일 회전 진공 펌프(10)의 운전중에 베인이 변형되는 것을 방지할 수 있다.

또 종래기술에 관한 베인의 제조방법에서는 열처리 공정을 대기중에서 수행한다. 따라서 오일 회전 진공 펌프의 운전중에 베인의 최고 온도 이상의 온도에서 열처리 공정을 수행해도 베인 재료에 포함되는 저증기압 성분의 이탈을 완료시키기 어렵다. 오일 회전 진공 펌프의 운전중에 베인으로부터 저증기압 성분이 이탈하면 베인이 수축 변형된다는 문제가 있다.

이에 반해, 본 실시형태에 관한 베인의 제조방법에서는, (c)오일 함침 공정시 감압 환경에서 조가공품(32)을 가열하기 때문에 베인 재료에 포함되는 저증기압 성분의 이탈을 촉진시킬 수 있다.

예를 들면, 종래기술의 열처리 공정보다 저온으로 조가공품을 가열하여도 종 래기술과 같은 수준의 저증기압 성분의 이탈을 실현할 수 있다. 본 실시형태에서는 오일 회전 진공 펌프(10)의 운전중 보다 혹독한 환경(압력?온도)에서 (c)오일 함침 공정을 수행하기 때문에 오일 회전 진공 펌프(10)의 운전중에 저증기압 성분이 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 또한 베인 재료에 포함되는 저증기압 성분이 이탈하는 온도 이상의 온도로 조가공품을 가열하기 때문에 베인 재료에 포함되는 저증기압 성분의 이탈을 완료시킬 수 있다. 이로써 오일 회전 진공 펌프(10)의 운전중에 베인이 변형되는 것을 방지할 수 있다.

또 종래기술에 관한 베인의 제조방법에서는 열처리 공정을 고온으로 수행함으로써 저증기압 성분의 이탈을 완료시킬 수 있어도 이탈 후의 공간에 대기중의 수분이 침입(흡습)하여 최종 가공 공정 전에 베인이 팽창될 우려가 있다. 따라서 오일 회전 진공 펌프의 운전중에 베인으로부터 수분이 이탈하여 베인이 수축 변형된다는 문제가 있다.

이에 반해, 본 실시형태에 관한 베인의 제조방법에서는, (c)오일 함침 공정시에 감압 환경에서 조가공품(32)를 가열시키면서 오일(90)에 침지시키기 때문에 저증기압 성분이 이탈한 후의 공간에 오일을 함침시킬 수 있다. 이로써 이탈 후의 공간에 수분이 침입하는 것을 방지할 수 있어 오일 회전 진공 펌프(10)의 운전중에 베인이 변형되는 것을 방지할 수 있다.

아울러 저증기압 성분이 이탈한 후의 미세 공간 뿐만 아니라 짜넣어진 섬유의 틈새나 수지의 열경화 진행에 따른 체적 변화에 의해 생긴 공간, 경화중에 발생한 불필요한 성분의 가스가 봉입된 공간에도 오일이 함침되어 오일 회전 진공 펌 프(10)의 운전중에 베인이 변형되는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이 베인 재료 중에 틈이 생길 수 있는 모든 경우에 본 발명은 유효하게 작용한다.

(d)최종 가공 공정(도 3d)에서는 조가공품을 고정밀도로 가공하여 최종 형상품(30)을 형성한다. 본 실시형태에서는 최종 가공 공정 전에, 베인을 구성하는 열경화성 수지의 경화를 완료시키고, 수지 내부로부터 저증기압 성분을 이탈시키고, 이탈 후의 공간에 오일을 함침시켰기 때문에 최종 가공 후에 최종 형상품이 팽창 및 수축되지 않는다. 따라서 오일 회전 진공 펌프(10)의 운전중에 베인이 변형되는 것을 방지할 수 있다.

본 실시형태의 (c)오일 함침 공정에서는 가열한 오일 속에 베인을 침지시켰다. 이에 반해, 베인 재료가 가열에 의해 반응하지 않는 재료(예를 들면 광경화성 수지)로 이루어지고 또한 베인 재료에 저증기압 성분이 포함되지 않는 경우에는 가열하지 않은 오일 속에 베인을 침지시켜 (c)오일 함침 공정을 수행해도 좋다.

(제2실시형태)

다음으로, 본 발명의 제2실시형태에 관한 베인의 제조방법에 대해서 설명하기로 한다. 제1실시형태에서는 감압 환경에서 고온 오일 속에 베인을 침지시키는 오일 함침 공정을 가지고 있었으나 제2실시형태에서는 그 대신에 감압 환경에서 베인을 가열시키는 가열 공정과, 감압 환경에서 베인을 오일 속에 침지시키는 오일 함침 공정을 갖는 점에서 상이하다. 제1실시형태와 동일한 구성이 되는 부분에 관해서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

제2실시형태에서는, 조가공 공정에서 조가공품을 형성한 후 감압 환경에서 조가공품을 가열하는 가열 공정을 수행한다. 감압 환경에서는 복사(輻射)에 의한 가열이 곤란하기 때문에 전열(傳熱)에 의한 가열을 한다. 구체적으로는, 챔버 안에 핫플레이트를 설치하고 핫 플레이트 위에 조가공품을 안착시켜 핫 플레이트부터의 전열에 의해 조가공품을 가열한다. 챔버 안의 압력 및 베인의 가열 온도는 제1실시형태와 동일하다.

이로써 베인 재료인 열경화성 수지의 경화를 완료시킬 수 있으며 또한 베인 재료의 내부로부터 저증기압 성분을 이탈시킬 수 있다.

다음으로, 가열 공정에서 조가공품을 감압 환경으로 유지한 채 오일 속에 조가공품을 침지시키는 오일 함침 공정을 수행한다. 이로써 저증기압 성분이 이탈한 후의 공간에 오일을 함침시킬 수 있어 이탈 후의 공간에 대기중의 수분이 침입하는 것을 방지할 수 있다. 가열 공정시에 베인을 가열하므로 오일 함침 공정에서는 오일을 가열할 필요는 없지만, 가열해도 좋다.

그 후, 최종 가공 공정에서 최종 형상품을 형성한다. 제2실시형태에서도 최종 가공 공정 전에, 베인을 구성하는 열경화성 수지의 경화를 진행시켜 수지 내부로부터 저증기압 성분을 이탈시키고 이탈 후의 공간에 오일을 함침시켰기 때문에 오일 회전 진공 펌프의 운전중에 베인이 변형되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 기술범위는 상술한 각 실시형태로 한정되지 않으며, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 상술한 각 실시형태에 여러가지 변경을 추가한 것을 포함한다. 즉 각 실시형태에서 예를 든 구체적인 재료나 구성 등은 극히 일례에 불과하며 적절히 변경할 수 있다.

예를 들면, 본 실시형태에서는 2장의 베인을 구비한 오일 회전 진공 펌프(10)를 예로 들어 설명했으나 1장이나 3장 이상의 베인을 구비한 오일 회전 진공 펌프에 본 발명을 적용할 수도 있다.

또 본 실시형태에서는 원심력에 의해 베인이 실린더 내면에 접촉되는 오일 회전 진공 펌프(10)를 예로 들어 설명했으나, 코일 스프링 등에 의해 베인이 실린더 내면을 향해 탄성 가압되어 있는 오일 회전 진공 펌프에 본 발명을 적용할 수도 있다.

도 1은 오일 회전 진공 펌프의 개략 구성을 도시한 정면 단면도이다.

도 2는 로터의 분해 사시도이다.

도 3a 내지 도 3d는 본 실시형태에 관한 베인의 제조방법의 공정도이다.

도 4는 오일 함침 공정에 사용하는 오일 함침 장치의 개략 구성도이다.

도 5a 내지 도 5f는 종래기술에 관한 베인의 제조방법의 공정도이다.