KR20130090449A

KR20130090449A - 기어펌프

Info

Publication number: KR20130090449A
Application number: KR1020120011565A
Authority: KR
Inventors: 이억수; 최준용; 윤지환; 김근호; 박병환; 박병훈
Original assignee: 주식회사 대유에스이
Priority date: 2012-02-06
Filing date: 2012-02-06
Publication date: 2013-08-14

Abstract

본 발명은 기어펌프에 관한 것으로, 구동기어의 양측에 종동기어를 배열하여 편측기어의 치(齒)에 치중하던 편심하중을 구동기어의 양측에서 균일하게 하중이 작용되도록 함으로써 치(齒)의 부러짐이나 손상을 방지할 수 있도록 함에 그 목적이 있다. 이를 위해 구성되는 본 발명은 케이싱의 내부에 치합을 통해 상호 맞물려 회전을 하면서 유체를 펌핑하는 기어펌프에 있어서, 케이싱 내부에 회전 가능하게 설치되어 구동로터의 구동에 의해 회전되는 구동기어; 케이싱 내부에 구동기어의 동일선상 양측 또는 상하에 치합을 통해 서로 맞물려 구동기어의 회전에 의해 회전되는 제 1 종동기어와 제 2 종동기어; 구동기어와 제 1 종동기어 사이의 동일 경로선 상에 위치하는 케이싱 양측 또는 상하에 형성되어 유체의 흡입과 토출이 이루어지는 제 1 흡입구와 제 1 토출구; 구동기어와 제 2 종동기어 사이의 동일 경로선 상에 위치하는 케이싱 양측 또는 상하에 형성되어 유체의 흡입과 토출이 이루어지되 제 1 흡입구와 제 1 토출구와는 역방향으로 유체의 흐름이 이루어지는 제 2 흡입구와 제 2 토출구; 및 제 1 토출구와 제 2 흡입구에 연결되어 제 1 토출구를 통해 토출된 유체를 제 2 흡입구로 안내하는 연결호스를 포함한 구성으로 이루어진다.

Description

기어펌프{Gear pump}

본 발명은 기어펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구동기어의 양측에 종동기어를 배열하여 편측기어의 치(齒)에 치중하던 편심하중을 구동기어의 양측에서 균일하게 하중이 작용되도록 하여 치(齒)의 부러짐이나 손상을 방지할 수 있도록 한 기어펌프에 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 구동기어 1개와 종동기어 1개가 서로 치합을 통해 맞물려 있기 때문에 기어의 치(齒)가 서로 맞물린 편측에만 하중이 편심되는 문제가 발생하게 된다.

따라서, 전술한 바와 같은 종래 기술에 따른 기어펌프는 기어의 치(齒)가 서로 맞물린 편측에만 하중이 편심되는 편심하중의 문제가 발생되기 때문에 치(齒)의 부러짐이나 손상 등의 문제가 발생하게 되어 기어펌프의 수명이 저하되는 원인으로 작용된다.

아울러, 전술한 바와 같은 종래 기술에 따른 기어펌프는 구동기어 1개와 종동기어 1개가 서로 치합을 통해 맞물려 있는 구조이기 때문에 기어의 구동에 따른 유체의 흡입과 토출이 일방으로만 이루어져 펌핑 능력에 한계가 있다는 문제가 발생하게 된다.

아울러, 종래 기술의 따른 기어펌프는 구동 로터 및 종동 로터가 금속재로 되어 있어 기어의 마모나 손상으로 인하여 고순도(高純度)를 요하는 액체나 식품류를 송출할 경우에는 기어의 마모로부터 발생하는 분순물이 혼합되어 이로 인한 많은 문제점을 일으킬 우려가 있다.

본 발명은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 구동기어의 양측에 종동기어를 배열하여 편측기어의 치(齒)에 치중하던 편심하중을 구동기어의 양측에서 균일하게 하중이 작용되도록 함으로써 치(齒)의 부러짐이나 손상을 방지할 수 있도록 한 기어펌프를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 기술의 다른 목적은 구동기어의 양측에 종동기어를 배열하여 편측기어의 치(齒)에 치중하던 편심하중을 구동기어의 양측에서 균일하게 하중이 작용되도록 함으로써 치(齒)의 부러짐이나 손상을 방지하여 기어펌프의 기대수명을 연장시킬 수 있도록 함에 있다.

아울러, 본 발명에 따른 기술은 구동기어의 양측에 종동기어를 배열하여 일측의 경로를 통해 흡입·토출된 유체가 타측의 경로를 통해 흡입·토출되도록 함으로써 펌핑 능력이 배가되도록 함에 그 목적이 있다.

나아가, 본 발명에 따른 기술은 기어를 카본 플라스틱으로 제조함으로써 내마모성이 우수한 기어를 제조할 수 있도록 하여 구동시 기어의 마모가 최소화될 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 기어펌프는 케이싱의 내부에 치합을 통해 상호 맞물려 회전을 하면서 유체를 펌핑하는 기어펌프에 있어서, 케이싱 내부에 회전 가능하게 설치되어 구동로터의 구동에 의해 회전되는 구동기어; 케이싱 내부에 구동기어의 동일선상 양측 또는 상하에 치합을 통해 서로 맞물려 구동기어의 회전에 의해 회전되는 제 1 종동기어와 제 2 종동기어; 구동기어와 제 1 종동기어 사이의 동일 경로선 상에 위치하는 케이싱 양측 또는 상하에 형성되어 유체의 흡입과 토출이 이루어지는 제 1 흡입구와 제 1 토출구; 구동기어와 제 2 종동기어 사이의 동일 경로선 상에 위치하는 케이싱 양측 또는 상하에 형성되어 유체의 흡입과 토출이 이루어지되 제 1 흡입구와 제 1 토출구와는 역방향으로 유체의 흐름이 이루어지는 제 2 흡입구와 제 2 토출구; 및 제 1 토출구와 제 2 흡입구에 연결되어 제 1 토출구를 통해 토출된 유체를 제 2 흡입구로 안내하는 연결호스를 포함한 구성으로 이루어진다.

전술한 바와 같은 본 발명의 구성에서 제 1 항에 있어서, 상기 구동기어와 종동기어는 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 조성하여 교반기를 통해 2∼10시간 동안 교반한 다음, 교반된 기어재료 혼합물을 프레스를 통해 제조하고자 하는 기어의 두께로 기어판재를 성형하고, 성형된 기어판재를 파인 블랭킹(Fine Blanking) 금형을 통해 기어로 가공한 다음, 가공된 기어를 200∼300℃의 온도 조건하에서 2∼8시간 동안 열처리하여 열처리된 기어를 점도 6∼8의 스핀들유에 12∼36시간 동안 담가두어 파인 블랭킹을 통해 기어 가공시 가공단면의 카본블랙에 의해 형성되는 요홈으로 스핀들유를 함침시킨 상태에서 기어를 상온에서 건조시켜 제조된다.

그리고, 본 발명에 따른 구성에서 카본블랙은 특수용 카본블랙으로 CF(Conductive Furnace) 타입의 구슬(bead) 형태로 이루어지되 입자 크기는 1∼2미크론(μ)인 HIBLACK인 것을 사용할 수 있다.

본 발명의 기술에 따르면 구동기어의 양측에 종동기어를 배열하여 편측기어의 치(齒)에 치중하던 편심하중을 구동기어의 양측에서 균일하게 하중이 작용되도록 함으로써 치(齒)의 부러짐이나 손상을 방지할 수가 있다.

또한, 본 발명에 따른 기술의 다른 효과로는 구동기어의 양측에 종동기어를 배열하여 편측기어의 치(齒)에 치중하던 편심하중을 구동기어의 양측에서 균일하게 하중이 작용되도록 함으로써 치(齒)의 부러짐이나 손상을 방지하여 기어펌프의 기대수명을 연장시킬 수가 있다.

아울러, 본 발명에 따른 기술은 구동기어의 양측에 종동기어를 배열하여 일측의 경로를 통해 흡입·토출된 유체가 타측의 경로를 통해 흡입·토출되도록 함으로써 펌핑 능력이 배가되도록 할 수가 있다.

나아가, 본 발명에 따른 기술은 기어를 카본 플라스틱으로 제조함으로써 내마모성이 우수한 기어를 제조할 수 있도록 하여 구동시 기어의 마모가 최소화될 수 있도록 할 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 기어펌프를 보인 측단면 구성도.
도 4 는 본 발명에 따른 기어펌프를 보인 정단면 구성도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 기어펌프의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3 은 본 발명에 따른 기어펌프를 보인 측단면 구성도, 도 4 는 본 발명에 따른 기어펌프를 보인 정단면 구성도이다.

도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 기어펌프(100)는 케이싱(110) 내부에 회전 가능하게 설치되어 구동로터(150)의 구동에 의해 회전되는 구동기어(120), 케이싱(110) 내부에 구동기어(120)의 동일선상 양측 또는 상하에 치합을 통해 서로 맞물려 구동기어(120)의 회전에 의해 회전되는 제 1 종동기어(130a)와 제 2 종동기어(130b), 구동기어(120)와 제 1 종동기어(130a) 사이의 동일 경로선 상에 위치하는 케이싱(110) 양측 또는 상하에 형성되어 유체의 흡입과 토출이 이루어지는 제 1 흡입구(112)와 제 1 토출구(112a), 구동기어(120)와 제 2 종동기어(130b) 사이의 동일 경로선 상에 위치하는 케이싱(110) 양측 또는 상하에 형성되어 유체의 흡입과 토출이 이루어지되 제 1 흡입구(112)와 제 1 토출구(112a)와는 역방향으로 유체의 흐름이 이루어지는 제 2 흡입구(114)와 제 2 토출구(114a) 및 제 1 토출구(112a)와 제 2 흡입구(114)에 연결되어 제 1 토출구(112a)를 통해 토출된 유체를 제 2 흡입구(114)로 안내하는 연결호스(140)를 포함한 구성으로 이루어진다.

다시 말해서, 본 발명에 따른 기어펌프(100)는 도 3 및 도 4 의 예에서와 같이 구동기어(120)의 상하 동일 선상에 제 1 종동기어(130a)와 제 2 종동기어(130b)를 배열하여 치합을 통해 서로 맞물려진 구성으로 이루어진다. 이처럼 구성된 기어펌프(100)는 구동기어(120)와 제 1 종동기어(130a)를 통해 펌핑된 유체를 구동기어(120)와 제 2 종동기어(130b)를 통해 다시 유입 펌핑시켜 기어펌프(100)의 펌핑 능력이 배가될 수 있도록 한 것이다.

한편, 전술한 바와 같은 구성에 더하여 구동기어(120)와 상부측의 제 1 종동기어(130a) 사이의 동일 경로 선상에 위치된 케이싱(110)의 좌측에는 유체의 흡입이 이루어지는 제 1 흡입구(112)가 형성되고, 우측에는 유체의 토출이 이루어지는 제 1 토출구(112a)가 형성된다.

아울러, 본 발명에는 구동기어(120)와 하부측의 제 2 종동기어(130b) 사이의 동일 경로 선상에 위치된 케이싱(110)의 우측에는 제 1 토출구(112a)로부터 토출된 유체의 흡입이 이루어지는 제 2 흡입구(114)가 형성되고, 좌측에는 유체의 토출이 이루어지는 제 2 토출구(114a)가 형성된다.

그리고, 본 발명에는 전술한 바와 같이 구동기어(120)와 제 1 종동기어(130a)의 구동에 의해 제 1 흡입구(112)와 제 1 토출구(112a)를 통해 펌핑된 유체를 제 2 흡입구(114)로 안내하여 구동기어(120)와 제 2 종동기어(130b)의 구동에 의해 제 2 토출구(114a)로 유체의 토출이 이루어질 수 있도록 제 1 토출구(112a)와 제 2 흡입구(114)를 연결하는 연결호스(140)가 구성되어진다.

본 발명에 따른 기어펌프(100)를 구성하는 각각의 구성요소를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 먼저, 본 발명을 구성하는 구동기어(120)는 회전 구동을 통해 제 1 종동기어(130a)와 제 2 종동기어(130b)를 회전시키는 것으로, 이러한 구동기어(120)는 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이 구동축(122)을 회전 중심으로 하여 케이싱(110) 내부에 설치되어 구동로터(150)에 의해 회전 구동되는 구성으로 이루어진다.

다음으로, 본 발명을 구성하는 제 1 종동기어(130a)와 제 2 종동기어(130b)는 구동기어(120)의 회전 구동에 따라 회전되어 구동기어(120)와의 사이에서 유체의 펌핑 작용이 발생되도록 하는 것으로, 이러한 제 1 종동기어(130a)와 제 2 종동기어(130b)는 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이 종동축(130a-1, 130b-1)을 회전 중심으로 하여 케이싱(110) 내부에 구동기어(120)의 동일선상 상하에 치합을 통해 서로 맞물려 구동기어(120)의 회전에 의해 회전되는 구성으로 이루어진다.

전술한 바와 같이 구성된 제 1 종동기어(130a)와 제 2 종동기어(130b)는 구동기어(120)의 회전이 시계방향으로 회전하는 경우 제 1 종동기어(130a)는 반시계방향으로 회전하여 유체의 흐름이 케이싱(110)의 좌측에 형성된 제 1 흡입구(112)로부터 우측의 제 1 토출구(112a)로 펌핑될 수 있도록 하고, 제 2 종동기어(130b) 역시 반시계방향으로 회전되어 제 1 토출구(112a)를 통해 토출된 유체를 케이싱(110)의 우측에 형성된 제 2 흡입구(114)를 흡입하여 좌측의 제 2 토출구(114a)로 펌핑될 수 있도록 한다.

그리고, 본 발명을 구성하는 제 1 흡입구(112)와 제 1 토출구(112a)는 구동기어(120)와 제 1 종동기어(130a)의 구동에 따른 유체의 펌핑이 이루어질 수 있도록 하는 것으로, 이러한 제 1 흡입구(112)와 제 1 토출구(112a)는 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이 구동기어(120)와 제 1 종동기어(130a) 사이의 동일 경로선 상에 위치하는 케이싱(110) 양측 또는 상하에 형성되어 유체의 흡입과 토출이 이루어진다.

전술한 바와 같이 구성되는 제 1 흡입구(112)와 제 1 토출구(112a)는 본 발명에서는 구동기어(120)와 종동기어(130a, 130b)가 상하의 상방향으로 설치되기 때문에 케이싱(110) 양측에 설치된다. 이때, 구동기어(120)의 회전 방향이 시계방향이므로 제 1 흡입구(112)는 케이싱(110)의 좌측에 형성되고, 제 1 토출구(112a)는 케이싱(110)의 우측에 형성된다.

다음으로, 본 발명을 구성하는 제 2 흡입구(114)와 제 2 토출구(114a)는 구동기어(120)와 제 2 종동기어(130b)의 구동에 따른 유체의 펌핑이 이루어질 수 있도록 하는 것으로, 이러한 제 2 흡입구(114)와 제 2 토출구(114a)는 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이 구동기어(120)와 제 2 종동기어(130b) 사이의 동일 경로선 상에 위치하는 케이싱(110) 양측 또는 상하에 형성되어 유체의 흡입과 토출이 이루어지되 제 1 흡입구(112)와 제 1 토출구(112a)와는 역방향으로 유체의 흐름이 이루어지는 구성으로 이루어진다.

다시 말해서, 본 발명을 구성하는 제 2 흡입구(114)와 제 2 토출구(114a)를 통해 펌핑되는 유체의 흐름은 제 1 흡입구(112)와 제 1 토출구(112a)를 통해 펌핑되는 유체의 흐름과는 반대의 방향으로 이루어진다. 즉, 제 2 흡입구(114)는 제 1 토출구(112a)와 같이 케이싱(110)의 우측 방향에 형성되고, 제 2 토출구(114a)는 제 1 흡입구(112)와 같이 케이싱(110)의 좌측 방향에 형성되어진다.

그리고, 본 발명을 구성하는 연결호스(140)는 제 1 토출구(112a)와 제 2 흡입구(114)를 연결하는 것으로, 이러한 연결호스(140)는 도 4 에 도시된 바와 같이 제 1 토출구(112a)와 제 2 흡입구(114)에 연결되어 제 1 토출구(112a)를 통해 토출된 유체를 제 2 흡입구(114)로 안내하는 구성으로 이루어진다.

전술한 바와 같이 연결호스(140)를 통해 제 1 토출구(112a)와 제 2 흡입구(114)를 연결함으로써 구동기어(120)와 제 1 종동기어(130a)의 펌핑작용에 의한 토출압력에 의해 제 1 토출구(112a)로 토출된 유체가 연결호스(140)를 통해 제 2 흡입구(114)로 압력하에 안내되도록 하여 구동기어(120)와 제 2 종동ㄱ어(130b)의 펌핑작용에 의한 흡입압력에 의해 제 2 흡입구(114)로 연결호스(140)를 통해 흡입된 유체가 흡입되도록 함으로써 기어펌프(100)의 펌핑 능력이 배가되도록 함을 알 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 기어펌프(100)의 구성에서 구동기어(120)와 종동기어(130a, 130b)는 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.

전술한 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.

한편, 전술한 바와 같은 구성에서 아라미드섬유(또는 유리섬유), 금속분말, 페놀수지, 연마제 및 카본블랙으로 이루어진 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.

다음으로, 전술한 바와 같이 교반을 통해 아라미드섬유(또는 유리섬유), 금속분말, 페놀수지, 연마제 및 카본블랙의 혼합이 균일하게 이루어진 기어재료 혼합물을 제조하고자 하는 기어펌프용 기어의 두께로 일정 크기의 기어판재를 성형한다. 이때, 본 발명에서는 25∼75톤 프레스를 통해 150∼250kgf/cm²의 압력으로 압착 성형하여 가로 세로 1m×1m 크기의 판재로 성형하였다.

전술한 바와 같이 제조하고자 하는 기어펌프용 기어(120, 130a, 130b)의 두께에 해당하는 일정 크기의 기어판재로 성형한 다음에는 성형된 기어판재를 파인 블랭킹(Fine Blanking) 금형을 통해 기어로 가공한다. 이때, 기어판재를 파인 블랭킹(Fine Blanking) 금형을 통해 기어로 가공시 200∼300톤 프레스로 350∼450kgf/cm²의 압력 하에서 펀칭하여 제조하고자 하는 형태의 기어(120, 130a, 130b)를 기어판재로부터 따낸다.

다시 말해서, 성형된 기어판재는 프레스에서 기어부재의 형상을 갖는 파인 블랭킹 금형을 통해 블랭킹 가공으로 제조하고자 하는 기어(120, 130a, 130b)를 성형한다. 이때 허용공차는 ±0.05mm로 가공하는 것이 바람직하다.

다음으로, 전술한 바와 같이 기어판재를 파인 블랭킹(Fine Blanking) 금형을 통해 기어(120, 130a, 130b)로 가공한 다음에는 가공된 기어(120, 130a, 130b)를 200∼300℃의 온도 조건하에서 2∼8시간 동안 열처리를 하여 기어의 경도와 강도 및 인성 등 기계적 성질을 더욱 향상시킬 수 있도록 하였다.

그리고, 전술한 바와 같이 열처리된 기어(120, 130a, 130b)를 스핀들유에 담가두어 가공단면의 카본블랙에 의해 형성되는 요홈으로 스핀들유의 함침이 이루어질 수 있도록 한다. 이때, 스핀들유는 점도 6∼8의 스핀들유를 사용하고, 기어(120, 130a, 130b)를 스핀들유에 침지시키는 시간은 12∼36시간 동안 담가둔다.

다시 말해서, 전술한 바와 같은 스핀들유의 함침은 파인 블랭킹(Fine Blanking) 금형을 통해 가공된 기어(120, 130a, 130b)는 파인 블랭킹 가공시 표면에서 카본블랙이 포함된 부분이 커팅되어 미세한 요홈들이 형성된다. 이처럼 가공된 기어(120, 130a, 130b)를 스핀들유에 침지시 요홈들에 스핀들유가 함침되어 유지되므로 기어는 가공단면에 윤활 특성을 갖게 된다. 따라서, 두 개의 기어(120, 130a, 130b)가 맞물려 회전될 때 윤활막이 형성되어 마찰이 감소되고 원활하게 회전될 수 있게 된다.

다음으로, 전술한 바와 같이 스핀들유에 열처리된 기어(120, 130a, 130b)를 일정 시간 동안 침지시켜 파인 블랭킹 가공시 표면에서 카본블랙이 포함된 부분에 형성되는 요홈에 스핀들유의 함침이 이루어질 수 있도록 한 다음에는 스핀들유가 함침된 기어(120, 130a, 130b)를 상온(15∼25℃)에서 건조시켜 본 발명에서 제조하고자 하는 기어펌프용 플라스틱 기어를 완성한다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 기술은 구동기어(120)의 양측에 종동기어(130a, 130b)를 배열하여 편측기어의 치(齒)에 치중하던 편심하중을 구동기어(120)의 양측에서 균일하게 하중이 작용되도록 함으로써 치(齒)의 부러짐이나 손상을 방지할 수가 있다.

또한, 전술한 바와 같이 치(齒)의 부러짐이나 손상을 방지하여 기어펌프의 기대수명을 연장시킬 수 있음은 물론, 구동기어의 양측에 종동기어를 배열하여 일측의 경로를 통해 흡입·토출된 유체가 타측의 경로를 통해 흡입·토출되도록 함으로써 펌핑 능력을 배가시킬 수 있다.

아울러, 본 발명에 따른 기술은 기어를 카본 플라스틱으로 제조함으로써 내마모성이 우수한 기어를 제조할 수 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
100. 기어펌프 110. 케이싱
112 114. 흡입구 112a, 114a. 토출구
120. 구동기어 122. 구동축
130a, 130b. 종동기어 130a-1, 130b-1. 종동축
140. 연결호스 150. 구동로터

Claims

케이싱의 내부에 치합을 통해 상호 맞물려 회전을 하면서 유체를 펌핑하는 기어펌프에 있어서,
상기 케이싱 내부에 회전 가능하게 설치되어 구동로터의 구동에 의해 회전되는 구동기어;
상기 케이싱 내부에 구동기어의 동일선상 양측 또는 상하에 치합을 통해 서로 맞물려 상기 구동기어의 회전에 의해 회전되는 제 1 종동기어와 제 2 종동기어;
상기 구동기어와 제 1 종동기어 사이의 동일 경로선 상에 위치하는 상기 케이싱 양측 또는 상하에 형성되어 유체의 흡입과 토출이 이루어지는 제 1 흡입구와 제 1 토출구;
상기 구동기어와 제 2 종동기어 사이의 동일 경로선 상에 위치하는 상기 케이싱 양측 또는 상하에 형성되어 유체의 흡입과 토출이 이루어지되 상기 제 1 흡입구와 제 1 토출구와는 역방향으로 유체의 흐름이 이루어지는 제 2 흡입구와 제 2 토출구; 및
상기 제 1 토출구와 제 2 흡입구에 연결되어 상기 제 1 토출구를 통해 토출된 유체를 제 2 흡입구로 안내하는 연결호스를 포함한 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 기어펌프.
제 1 항에 있어서, 상기 구동기어와 종동기어는 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 조성하여 교반기를 통해 2∼10시간 동안 교반한 다음, 교반된 기어재료 혼합물을 프레스를 통해 제조하고자 하는 기어의 두께로 기어판재를 성형하고, 성형된 기어판재를 파인 블랭킹(Fine Blanking) 금형을 통해 기어로 가공한 다음, 가공된 기어를 200∼300℃의 온도 조건하에서 2∼8시간 동안 열처리하여 열처리된 기어를 점도 6∼8의 스핀들유에 12∼36시간 동안 담가두어 파인 블랭킹을 통해 기어 가공시 가공단면의 카본블랙에 의해 형성되는 요홈으로 스핀들유를 함침시킨 상태에서 기어를 상온에서 건조시켜 제조된 것임을 특징으로 하는 기어펌프.
제 2 항에 있어서, 상기 카본블랙은 특수용 카본블랙으로 CF(Conductive Furnace) 타입의 구슬(bead) 형태로 이루어지되 입자 크기는 1∼2미크론(μ)인 HIBLACK인 것을 특징으로 하는 기어펌프.