专利名称：密封构件的制造方法及成型装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过汽缸内的活塞的往复运动来输送气体的活塞真空泵(往复运动泵)所使用的密封构件，更详细而言，涉及一种安装于在汽缸内滑动的活塞上的密封构件的制造方法及与其相适应的成型装置。
背景技术：
活塞真空泵是指具备汽缸及可以在汽缸内部移动的活塞，并通过汽缸内的活塞的往复运动交互进行吸气和排气的容积移送式干式真空泵。这种真空泵要求汽缸内面和活塞周面之间具有密封性。例如,下述专利文献I中 记载了一种真空泵，其具备杯形衬垫，该杯形衬垫具有向相对于由汽缸和活塞形成的吸气排气室远离的方向延伸的辅助密封部。所述辅助密封部在杯形衬垫的缘部一体形成为法兰状。现有技术文献专利文献专利文献I日本特开2003-328937号公报
发明内容
近年来，对于活塞真空泵，要求提高汽缸和活塞之间的密封性，并提高真空泵的耐久性。但是，在汽缸内面滑动的活塞的密封部存在随着泵的运转时间而发生经时性磨损，磨损量越多密封性越低的倾向。其结果，排气性能降低，泵的寿命变短。鉴于以上情况，本发明的目的在于提供一种可以实现维持汽缸和活塞之间的密封性并提高泵的耐久性的密封构件的制造方法及成型装置。为达成所述目的，本发明的一个实施方式涉及的密封构件的制造方法中，该密封构件安装于在汽缸内往复运动的活塞上并具有圆形平面部以及形成于所述平面部周缘的环状密封部，该方法包括在具备具有第一内径的第一圆筒部以及形成于所述第一圆筒部一端的第一底面部的第一治具上，安装具有比所述第一内径大的第一外径的圆形树脂板；将具备具有比所述第一内径小的第二外径的第二圆筒部以及形成于所述第二圆筒部一端的第二底面部的第二治具安装于所述第一治具上；通过所述第一底面部和所述第二底面部以规定压力夹压所述板构件，并将所述第一治具和所述第二治具加热至规定温度，从而在所述第一底面部和所述第二底面部之间形成所述平面部，在所述第一圆筒部和所述第二圆筒部之间形成所述密封部。本发明的实施方式涉及的成型装置具备金属制的第一治具、金属制的第二治具及夹持机构。所述第一治具包括具有第一端部并以第一内径形成的第一圆筒部、以及形成于所述第一端部的第一底面部，并安装有具有比所述第一内径大的第一外径的圆形树脂板；所述第二治具包括具有第二端部并以比所述第一内径小的第二外径形成的第二圆筒部、以及形成于所述第二端部的第二底面部。所述第二治具通过所述第一底面部和所述第二底面部夹持所述树脂板，通过所述第一圆筒部和所述第二圆筒部夹持所述树脂板的周缘；所述夹持机构在使所述第一底面部和所述第二底面部接近的方向夹持所述第一治具和所述第二治具。
图I为示出了具备安装了本发明的实施方式涉及的密封构件的活塞的真空泵的结构的概略剖面示意图；图2为示出了所述活塞及其周缘构造的放大图；图3为说明所述活塞的动作的示意图；图4为成型所述密封构件的成型装置的分解立体图；图5为所述成型装置的概略剖面示意图；图6为说明从所述成型装置取出密封构件的工序的概略剖面图；图7为示出了使用以不同成型条件制作的多个密封构件构成真空泵时的各密封构件的磨损量的实验结果；图8为示出了使用以不同成型条件制作的多个密封构件构成真空泵时的该真空泵的电力消耗的实验结果；图9为示出了所述密封构件的成型温度与磨损量之间的关系的实验结果；图10为示出了所述密封构件的成型温度与真空泵的电力消耗之间的关系的实验结果;图11为示出了所述密封构件的成型温度与真空泵的温度上升量之间的关系的实验结果。附图标记说明I真空泵5 活塞50密封构件50a平面部50b密封部50S树脂板100成型装置110 第一治具111第一圆筒部112第一底面部113第一嵌合部120 第二治具121第二圆筒部 122第二底面部123第二嵌合部
130紧固件
具体实施例方式本发明的实施方式涉及的密封构件的制造方法中，该密封构件安装于在汽缸内往复运动的活塞上并具有圆形平面部以及形成于所述平面部的周缘的环状密封部，该方法包括在具备具有第一内径的第一圆筒部以及形成于所述第一圆筒部一端的第一底面部的第一治具上，安装具有比所述第一内径大的第一外径的圆形树脂板；具备具有比所述第一内径小的第二外径的第二圆筒部以及形成于所述第二圆筒部一端的第二底面部的第二治具安装于所述第一治具上；通过所述第一底面部和所述第二底面部以规定压力夹压所述板构件，并将所述第一治具和所述第二治具加热至规定温度，从而在所述第一底面部和所述第二底面部之间形成所述平面部，在所述第一圆筒部和所述第二圆筒部之间形成所述密封部。所述树脂板由第一治具和第二治具以规定压力夹压，并加热至规定温度，从而形 成具有平面部以及形成于所述平面部周缘的环状密封部的密封构件。通过所述制造方法，由于一边加热密封构件一边成型密封构件因而可以调整对于密封部的径外方的弹力。即，通过加热成型密封构件，相比非加热成型的情况，可以降低向密封部的径外方的弹力。因此，在将该密封构件安装于干式真空泵的活塞上使用时，可以使密封构件的密封部以适当的弹力压接汽缸的内面，从而抑制密封部的不必要的磨损。由此，可以实现维持汽缸和活塞之间的密封性并提高泵的耐久性。另外，由于可以维持密封部的良好密封性，所以可以实现泵的电力消耗的降低。所述规定温度无特别限定，可以根据密封构件的大小、要求的密封特性及耐久性适当设定。具有加热温度越低则向密封部的径外方的弹力越大的倾向，及加热温度越高所述弹力越低的倾向。一个实施方式中，所述规定温度为例如160°C以上、250°C以下。所述树脂板的结构材料也无特别限定，例如由聚四氟乙烯板构成。本发明的实施方式涉及的成型装置是成型圆形树脂板的成型装置，具备金属制的第一治具、金属制的第二治具及夹持机构。所述第一治具包括具有第一端部并以第一内径形成的第一圆筒部、以及形成于所述第一端部上的第一底面部，并安装有具有比所述第一内径大的第一外径的圆形树脂板；所述第二治具包括具有第二端部并以比所述第一内径小的第二外径形成的第二圆筒部、以及形成于所述第二端部上的第二底面部。所述第二治具通过所述第一底面部和所述第二底面部夹持所述树脂板，通过所述第一圆筒部和所述第二圆筒部夹持所述树脂板的周缘；所述夹持机构在使所述第一底面部和所述第二底面部接近的方向夹持所述第一治具和所述第二治具。所述树脂板具有比所述第一内径大的外径。第一治具及第二治具以规定压力夹压所述树脂板。另外，由于第一治具及第二治具都是金属制，因此从外部供给的热量可以有效地传递至树脂板。因此，通过所述成型装置，能够以将树脂板压制成规定形状的状态进行树脂板的加热处理，所以可以成型具有向径外方的弹力经过适度调整的密封部的密封构件。所述成型装置还可以具备加热所述第一治具和所述第二治具的加热机构。所述加热机构可以安装于第一治具及第二治具的至少一个上，也可以与所述治具分别构成。所述第一治具还可以具备设置于所述第一圆筒部的中心并可以嵌合于所述树脂板的中心孔的第一嵌合部。另一方面，所述第二治具还可以具备设置于所述第二圆筒部的中心并可以嵌合于所述第一嵌合部的第二嵌合部。由此，可以在树脂板的周缘部均匀地形成密封部。另外，可以相对第一治具，充分精准地定位树脂板 及第二治具。以下，结合附图对本发明的实施方式进行说明。图I是示出了本发明的实施方式涉及的密封构件所适用的真空泵的一个例子的剖面示意图。本实施方式中，真空泵以摇动活塞型干式真空泵为例进行说明。真空泵的概略结构如该图所示，真空泵I具备马达2、传动轴3、连杆4、活塞5、汽缸6、吸气室7及排气室8。连杆4、活塞5、汽缸6、吸气室7及排气室8构成“气筒”，该真空泵I具有两个气筒。图2为气筒的放大图。并且，气筒的数量不限于两个，可以是一个或三个以上。真空泵I中，在连接于马达2的传动轴3上连接有连杆4，连杆4上连接有活塞5。活塞5容纳于汽缸6中。汽缸6中，吸气室7及排气室8邻接设置。所述结构中，传动轴3、连杆4、活塞5、汽缸6容纳于框体9中。马达2产生旋转动力，使传动轴3绕轴旋转。马达2由一般马达、例如DC无刷马达构成。传动轴3从马达2向框体9的内部直线状延伸，可介由轴承10可旋转地支撑于框体9中。连杆4的一端通过偏心轴12和轴承11连接于传动轴3，另一端连接于活塞5。连杆4和偏心轴12将传动轴3的旋转运动转换为往复(摇动)运动。活塞5通过连杆4在汽缸6内往复运动，进行吸气及排气。真空泵I具备将活塞5和汽缸6之间密封的密封构件50。密封构件50安装于活塞5。活塞5具有活塞主体51和固定具52。活塞主体51 —体化形成于连杆4的前端部。固定具52安装于活塞主体51，固定密封构件50。密封构件50夹持于活塞主体51和固定具52之间。密封构件50为圆形树脂板，本实施方式中由聚四氟乙烯等氟树脂构成。密封构件50构成为具有夹持于活塞主体51和固定具52之间的平面部50a及形成于平面部50a的周缘的密封部50b的杯形衬垫。密封部50b从平面部50a的周面部向连杆4侧延伸，介于汽缸6的内面和活塞5的周面之间。然后，密封部50b在汽缸6内的活塞5的往复运动时，发挥密封活塞5和汽缸6的功能。汽缸6是具有与活塞5的外径接近的内径的筒状室，构成为可插入活塞5。汽缸6中，设有吸气阀13及排气阀14，这些阀对应于活塞5的往复运动进行开闭。吸气室7经由吸气阀13与汽缸6连通，吸气室7中连接有吸气管15。吸气管15连接于腔室等排气对象物。排气室8经由排气阀14与汽缸6连通，排气室8中连接有排气管16。排气管16连接于大气或排气设备等。另外，图2是从与传动轴3平行的方向观察气筒的图，为了便于说明吸气室7及排气室8的朝向，与图I不同地表不。真空泵的动作接着，针对真空泵I的动作进行说明。另外，在此，针对真空泵I的一个气筒进行说明，其他气筒的动作是相同的。图3是示出了活塞5的摇动运动的示意图。按照图3(a)、图3 (b)、图3 (c)、图3 (d)的顺序驱动活塞5，然后恢复到图3(a)所示的状态。图3 (a)中，活塞5位于上止点。该状态下，活塞5接近汽缸6的底部。当传动轴3旋转时，如图3(b)所示，经由偏心轴12和轴承11，连杆4倾斜下降，活塞5离开汽缸6。这时，汽缸6与活塞5之间的容积扩大，因此，排气对象气体从吸气室7及连通的吸气管15经由吸气阀13流入汽缸6内。当传动轴3继续旋转时,如图3(c)所示,活塞5到达下止点。这时,汽缸6内存在排气对象气体。当传动轴3继续旋转时，如图3(d)所示，经由偏心轴12和轴承11，连杆4倾斜上升。这时，因为汽缸6和活塞5之间的容积减少，所以汽缸内的排气对象气体经由排气阀14从排气室8及连通的排气管16中排出。如此，通过传动轴3的旋转，重复进行活塞5的倾斜上升和下降(摇动运动)，排出图中未示出的腔室内的气体。其中，如图3所示，在活塞5的摇动运动中，密封构件50的密封部50b常常抵接汽缸6的内壁，将汽缸6和活塞5之间密封。因此，长期使用存在磨损密封部50b的问题。一般而言，密封部的弹力越大就越可以得到越高的密封性，但密封部的弹力过大时，就会不必要地增加密封部相对汽缸移动的磨损量，由此降低密封部的耐久性。另外，由于密封性的降低，达到的真空度也降低，进而泵的电力消耗上升。因此，密封性降低，不得不更换密封构件，结果导致泵的耐久性降低。本实施方式通过将密封部的弹力调整到能够得到目的密封性的适当大小，从而维持密封性，提高泵的耐久性。以下，对密封构件50的制造方法进行说明。密封构件的成型装置图4是示出了密封构件50的制造中使用的成型装置的结构的分解立体图。图5是该成型装置的组装状态的剖面示意图。首先，针对成型装置100进行说明。成型装置100具有第一治具110、第二治具120及紧固件130。成型装置100在第一治具110与第二治具120之间容纳树脂板50S，并通过紧固件130将两个治具110、120相互紧固，通过加热树脂板50S，从而成型树脂板50S。第一治具110由不锈钢、铝合金等金属制的圆筒构件构成。第一治具110具有第一圆筒部111、以及形成于第一圆筒部111下端的第一底面部112。第一圆筒部111以比树脂板50S的外径(第一外径)小的内径(第一内径)形成，其内径的大小设定为密封构件50的平面部50a的大小(直径)。因此，树脂板50S安装于第一治具110时，树脂板50S的周缘部如图5所示，以大致弯折90度的状态容纳于第一圆筒部111的内部。第一治具110还具有第一嵌合部113。第一嵌合部113形成于第一底面部112的中心，具有与第一圆筒部111同心的圆柱形状。第一嵌合部113可以与形成于树脂板50S的中心的中心孔50c嵌合，且第一嵌合部113的外径设定为与中心孔50c的内径大致相同的大小。由此，可以相对于第一治具110充分精确地组装树脂板50S。第二治具120由不锈钢、铝合金等金属制的圆筒构件构成。第二治具120具有第二圆筒部121、形成于第二圆筒部121下端的第二底面部122以及形成于第二底面部122的中心的第二嵌合部123。如图5所示，第二治具120安装于第一治具110上使第二底面部122与第一底面部112相对。第二圆筒部121以比第一圆筒部111的内径小的外径(第二外径)形成，其外径的大小设定为密封构件50的密封部50b的内径以下的大小。因此，在安装有树脂板50S的第一治具110上安装第二治具120时，树脂板50S的周缘部如图5所示，容纳于第一圆筒部111与第二圆筒部121之间。第二嵌合部123设置于第二底面部122的中心部，由可与第一嵌合部113嵌合的凹部构成。S卩，在组装第一治具110和第二治具120时，第二嵌合部123与第一嵌合部113相互嵌合。由此，可以相对于第一治具110充分精确地组装第二治具120。另外，为了相对于第一治具110充分精确地定位第二治具120，因此可以在第一圆筒部111与第二圆筒部121之间形成一定大小的环状空间。紧固件130由螺栓或螺钉等部件构成，分别安装于第一治具110及第二治具120的中心部。其中，第一治具110中形成有在第一嵌合部113的中心部与紧固件130的轴部131螺合的安装孔114，第二治具120中形成有在第二嵌合部123的中心部插通轴部131的插通孔124。由此，第一治具110及第二治具120在通过紧固件130相互固定的同时，在第一底面部112和第二底面部122相互接近的方向被紧固。紧固件130、安装孔114及插通孔124构成相互紧固第一治具110及第二治具120的紧固机构。第一底面部112及第二底面部122相互平行地形成，在通过紧固件130紧固第一治具110及第二治具120时，夹持树脂板50S。第一底面部112及第二底面部122对树脂板50S的夹压力由紧固件130的紧固扭矩来调整。密封构件的成型方法接着，针对使用上述构成的成型装置100的密封构件50的制造方法进行说明。首先，准备作为密封构件50的原型的树脂板50S。树脂板50S典型地如图4所示冲压形成为圆环状。树脂板50S的大小(外径)根据适用的活塞的大小适当设定，例如直径93mm。树脂板50S的厚度无特别限定,例如I. 0mm。中心孔50c的孔径也无特别限定,根据活塞5的结构而定。接着如图4及图5所示，通过第一治具110及第二治具120夹持树脂板50S，并将夹压的同时将树脂板50S加热至规定温度，从而制作密封构件50。顺序是，首先，将树脂板50S安装于第一治具110。这时，通过树脂板50S的中心孔50c和第一嵌合部113之间的嵌合作用，可以确保树脂板50S相对于第一治具110的精确定位。因此，第一嵌合部113的外径与树脂板50S的中心孔50c的孔径的差越小，就越可以得到高定位精度。另外，由于第一圆筒部111的内径小于树脂板50S的外径，所以树脂板50S的周缘部抵接于第一圆筒部111的内面。
将树脂板50S安装于第一治具110后，将第二治具120安装于第一治具110。这时，通过第一嵌合部113与第二嵌合部123之间的嵌合作用，可以确保第二治具120相对于第一治具110的精确定位。这时，第一嵌合部113的外径和第二嵌合部123的内径的差越小，也就越可以得到高定位精度。
在第一治具110上组装了第二治具120后，两个治具110、120通过紧固件130被紧固。这时，如图5所示，树脂板50S的周缘部以外的区域夹持于第一底面部112和第二底面部122之间，由此可以确保规定的平面度。另一方面，树脂板50S的周缘部如图5所示，在进入第一圆筒部111与第二圆筒部121之间的环状缝隙的同时，由于第二底面部122的按压作用在相对于第一底面部112的垂
直方向弯折。其中，第一圆筒部111与第二圆筒部121之间的缝隙的宽度设定为比树脂板50S的周缘部的厚度大的值。由此，可以使树脂板50S的周缘部在其全部区域顺畅且均等地弯折。另外，存在所述缝隙的宽度越大，向制作的密封构件50的密封部50b的径外方的弹力越高的倾向。
第二治具120相对于第一治具110的紧固力至少需要达到使树脂板50S密接于第一底面部112程度的压力。由此，可以将树脂板50S的周缘部适当地向垂直方向弯折。这时，树脂板50S也可以在第一底面部112和第二底面部122之间产生规定的压缩力。由此，可以将树脂板50S的周缘部顺利地向垂直方向弯折。所述规定的压缩力无特别限定，例如IMPa，若换算为紧固件130的紧固扭矩，本实施方式中为13N · m。将通过紧固件130相互紧固的成型装置100加热至规定温度。由此，树脂板50S成型为具有平面部50a和密封部50b的密封构件50 (图5)。成型装置100例如在设定为规定温度的烤箱的内部进行加热。除此以外，也可以在第一治具110及第二治具120的至少一个内内置加热器等加热源。由于第一治具110及第二治具120分别为金属制，所以可以有效地向树脂板50S传递热量。所述规定温度无特别限定，根据树脂板50S的材料、大小、厚度，例如为160°C以上、250°C以下。所述规定温度的保持时间也无特别限定，例如40分钟。密封构件50的平面部50a由于受到来自紧固件130的压缩作用和所述加热作用，从而形成于第一底面部112和第二底面部122之间。另一方面，密封部50b由于受到所述压缩作用及加热作用，从而形成于第一圆筒部111和第二圆筒部121之间。尤其是通过加热处理，缓和密封构件50的内部应力，可以稳定地形成相对于平面部50a弯曲的密封部50b。将树脂板50S的加热处理持续规定时间后，冷却成型装置100。冷却方法无特别限定，可以是自然冷却，也可以是强制冷却。冷却后，成型装置100与第一治具110和第二治具120分离，从第一治具110取出密封构件50 (树脂板50S)。图6是说明从第一治具110取出密封构件50的方法的剖面示意图。本实施方式中，使用如图6所示的取出治具200。取出治具200具有主体201以及设置于主体201的一个面上的多根销202。第一底面部112上，预先形成插通各销202的多个孔，通过各销202分别插通所述各孔，从而将主体201安装于第一治具110上。在图6中，第一底面部112上的密封构件50通过销202向上压出，并从第一治具110取出。如上所述，制作在平面部50a的周缘部上以环状形成密封部50b的密封构件50。通过本实施方式，由于一边加热密封构件50 —边成型因而可以调整密封部50b向径外方的弹力。即，通过加热成型密封构件50，相比非加热成型的情况，可以降低密封部向径外方的弹力。因此，在将密封构件50安装于真空泵I的活塞5上使用时，可以使密封构件50的密封部50b以适当的弹力压接于汽缸6的内面，抑制密封部50b的不必要的磨损。由此，可以实现维持汽缸6和活塞5之间的密封性并提高泵的耐久性。成型温度无特别限定，除了密封构件50的材质、大小、厚度等材料上、形状上的要素以外，还可以根据要求的密封特性、耐久性等产品的规格要素适当设定。存在成型温度越低，向密封部50b的径外方的弹力就越大的倾向，以及成型温度越高，所述弹力就越低的倾向。本发明人使第一圆筒部111的内径、第二圆筒部121的外径、成型温度不同而制作多个密封构件50的样品，并将它们实际安装于活塞5上驱动泵，对每个样品测定泵的电力消耗。另外，驱动泵一小时后，对每个样品测定密封部50b的磨损量。作为密封构件50的原型的树脂板50S使用直径93mm、厚度I. Omm的聚四氟乙烯板。成型温度下的保持时间为40分钟，之后进行20分以上的冷却。作为真空泵，使用爱发科机工公司(了 A y々機工社)生产的摇动活塞型干式真空泵。各样品的制作中使用的第一圆筒部111的内径、第二圆筒部121的外径、成型温度的条件如表I所示。另外，各样品的磨损量及泵的电力消耗的测定值分别如图7及图8所
/Jn ο表I
权利要求
1.一种密封构件的制造方法，其特征在于 该密封构件安装于在汽缸内往复运动的活塞上并具有圆形平面部以及形成于该平面部的周缘的环状密封部； 该方法包括在具备具有第一内径的第一圆筒部以及形成于该第一圆筒部一端的第一底面部的第一治具上，安装具有比该第一内径大的第一外径的圆形树脂板； 将具备具有比该第一内径小的第二外径的第二圆筒部以及形成于该第二圆筒部一端的第二底面部的第二治具安装于该第一治具上； 通过该第一底面部和该第二底面部以规定压力夹压该板构件，并将该第一治具和该第二治具加热至规定温度，在该第一底面部和该第二底面部之间形成该平面部，在该第一圆筒部和该第二圆筒部之间形成该密封部。
2.根据权利要求I所述的密封构件的制造方法，其特征在于，所述规定温度为160°C以上、250°C以下。
3.根据权利要求2所述的密封构件的制造方法，其特征在于，所述树脂板为聚四氟乙烯板。
4.一种成型装置，其特征在于，包括 金属制的第一治具，包括具有第一端部并以第一内径形成的第一圆筒部、以及形成于该第一端部的第一底面部，并安装有具有比该第一内径大的第一外径的圆形树脂板； 金属制的第二治具，包括具有第二端部并以比该第一内径小的第二外径形成的第二圆筒部、以及形成于该第二端部的第二底面部，并通过该第一底面部和该第二底面部夹持该树脂板，通过该第一圆筒部和该第二圆筒部夹持该树脂板的周缘； 紧固机构，在使该第一底面部和该第二底面部接近的方向夹持该第一治具和该第二治具。
5.根据权利要求4所述的成型装置，其特征在于，该成型装置还包括加热机构，用于加热所述第一治具和所述第二治具。
6.根据权利要求4或5所述的成型装置，其特征在于 所述第一治具还具有设置于所述第一圆筒部的中心并可以嵌合于所述树脂板的中心孔的第一嵌合部； 所述第二治具还具有设置于所述第二圆筒部的中心并可以嵌合于该第一嵌合部的第二嵌合部。
全文摘要
本发明提供一种实现维持汽缸与活塞之间的密封性并且提高泵的耐久性的密封构件的制造方法及成型装置。在该制造方法中，密封构件具有平面部(50a)和密封部(50b)，该方法包括在具有第一圆筒部(111)和第一底面部(112)的第一治具(110)上安装具有比第一圆筒部(111)的内径大的外径的圆形树脂板(50S)，将具备具有比第一圆筒部(111)的内径小的外径的第二圆筒部(121)及第二底面部(122)的第二治具(120)安装于第一治具(110)上，通过第一底面部(112)和第二底面部(122)以规定压力夹压板构件(50S)并加热至规定温度，由此在第一底面部(112)和第二底面部(122)之间形成平面部(50a)，在第一圆筒部(111)和第二圆筒部(121)之间形成密封部(50b)。
文档编号B29L31/26GK102626985SQ20121002161
公开日2012年8月8日 申请日期2012年1月31日 优先权日2011年2月1日
发明者古贺裕明, 牧之濑泰裕, 糸山龙二, 长野元泰 申请人:Ulvac机工株式会社