專利名稱：：泵用非注油型活塞、其制造方法及使用該活塞的泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及活塞、該活塞的制造方法，以及使用該活塞的氣體壓縮機(jī)、真空泵等的泵以及其他涉及食品材料的供料泵。歷來(lái)、市場(chǎng)上出售的線型的氣體泵，都是將氟樹(shù)脂帶用粘接劑粘到活塞的滑動(dòng)面上。這種公知方式的特點(diǎn)是從注油型的活塞處排出的氣體內(nèi)不會(huì)混入油的成分，而且摩擦系數(shù)小，有一定的效果。但是現(xiàn)在市場(chǎng)上出售的氟樹(shù)脂帶的制造方法是從擠壓成形的氟樹(shù)脂棒的外圍、沿圓周方向薄薄地剝?nèi)∠聛?lái)的薄片以使呈帶狀。其厚度的精度為±20微米。帶的厚度最多有1mm左右。而且由于粘接劑涂布量部分不均勻等原因，氟樹(shù)脂帶外圍的圓度受到本身的限度。為此，為提高圓度，在粘貼上述氟樹(shù)脂帶后，要用精密研磨機(jī)研磨其表面。這樣不僅提高成本，而且上述氟樹(shù)脂帶層變薄，大大降低了使用壽命。現(xiàn)在市場(chǎng)上出售的氟樹(shù)脂帶的線膨脹系數(shù)約為9.0×10-5/℃。這個(gè)值比活塞本體及構(gòu)成汽缸的鋁材的值要大的多，為此必須有一個(gè)很大的間隙公差。其結(jié)果是使活塞在汽缸內(nèi)會(huì)晃動(dòng)；此外，由于氟樹(shù)脂帶像上述那樣很薄，造成前后邊緣欠缺的可能。由于兩者的線膨脹系數(shù)不同，運(yùn)轉(zhuǎn)中的摩擦熱又產(chǎn)生延伸率的差別，從而可能使上述氟樹(shù)脂帶從活塞外周面剝離。本項(xiàng)發(fā)明的目的是取代上述氟樹(shù)脂帶，使用注塑成形方式，在活塞外周的滑動(dòng)面注塑成形一層氟樹(shù)脂，而向市場(chǎng)提供圓度好、具有耐久性的活塞以及使用該活塞制造出的空氣泵、真空泵和其他流體泵。為完成上述目的，本發(fā)明在活塞本體的外周面形成沿圓周方向的槽、粗糙表面中至少有一種凹凸?fàn)畈糠?，在?nèi)側(cè)含有該凹凸部分的上述活塞本體的外圍面上，注塑一層摩擦系數(shù)、摩損系數(shù)及初始摩損量小、線膨脹系數(shù)與上述活塞本體的材料性質(zhì)近似的氟樹(shù)脂層，使其與活塞本體形成整體。該氟樹(shù)脂層的外周面作為與活塞的滑動(dòng)面。這就是泵用不注油型活塞。為完成上述目的，本發(fā)明的泵用不注油型活塞，其特征是所述氟樹(shù)脂層的前后邊緣包住活塞的前后端，使其向內(nèi)側(cè)伸出。為完成上述課題，本發(fā)明的泵用不注油型活塞的氟樹(shù)脂層，其特征是以四氟乙烯(PTFE)作為主材料，在其中加入聚醚砜(PES)、聚砜(PSF)、聚酰亞胺(PI)、聚丙烯酸酯、聚苯硫醚(PPS)等材料中的至少一種，混合而成形。為完成上述目的，本發(fā)明的泵用不注油型活塞的上述氟樹(shù)脂層，根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISK7218、其摩擦系數(shù)為0.03～0.2；根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)的摩損系數(shù)是3×10-8.cm3·秒/kgf·cm·hr～4.5×10-8·cm3·秒/kgf·cm·hr；按上述標(biāo)準(zhǔn)初始摩損量為每24小時(shí)1.0～1.2mg；彈性系數(shù)為每1cm2是70,000kgf·cm～125,000kgf·cm；根據(jù)TMA法測(cè)得的線膨脹系數(shù)為0.9～2.4×10-5/℃。為完成上述目的，本發(fā)明方法由三道工序形成，其第一道工序是，采用模鑄成形方法，在外周面上形成至少有一個(gè)條沿圓周方向的槽的活塞本體。第二道工序是，將這個(gè)活塞本體插入注塑成形金屬模具內(nèi)，通過(guò)上述注塑成型金屬模具內(nèi)的上述活塞本體和注塑成形型模具而形成該注塑成型模具內(nèi)的活塞本體外周部及靠近其前后端外周部包住的模腔。第三道工序是，在模腔內(nèi)注塑一層摩擦系數(shù)、摩損系數(shù)及初始摩損量小、線膨脹系數(shù)與上述活塞本體的材料性質(zhì)近似的氟樹(shù)脂材料。然后將在活塞本體的外周面及前后邊緣部分注塑有上述氟樹(shù)脂層的活塞從注塑成型金屬模具內(nèi)脫模而成。為完成上述目的，作為上述泵用不注油型活塞的制造方法中最好所用的氟樹(shù)脂是上述本發(fā)明所記載的材料，和具有本發(fā)明材料特性的材料制成的。為完成本發(fā)明的目的，作為本發(fā)明相關(guān)發(fā)明的流體泵的特征是在按本發(fā)明所記述的汽泵用不注油型活塞的活塞本體內(nèi)裝有線性馬達(dá)電樞(armature)，在與活塞一起滑動(dòng)的汽缸一側(cè)裝有固定電磁鐵，汽缸設(shè)置帶有吸氣閥和排出閥的吸氣口和排氣口。本發(fā)明流體泵的特點(diǎn)在于按本發(fā)明所述的氣體泵用不注油型活塞，可以通過(guò)設(shè)置在以旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸上的曲軸、偏心輪，而使活塞在油缸內(nèi)自由來(lái)往滑動(dòng)，并在所述汽缸內(nèi)設(shè)有吸氣閥和排氣閥的吸氣口和排氣口。以下結(jié)合實(shí)施方案并參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖1活塞的部分縱斷側(cè)面2其他實(shí)施方案的活塞部分縱斷側(cè)面3線性電樞型的泵結(jié)構(gòu)4曲軸驅(qū)動(dòng)型的泵結(jié)構(gòu)圖附圖中各部件與其標(biāo)號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下10活塞46汽缸45吸氣口11活塞本體41吸氣閥46排氣口12矩形槽42排氣閥51軸20氟樹(shù)脂層43電磁鐵52曲軸21內(nèi)凸綠44螺旋彈簧53曲桿30電樞實(shí)施方案實(shí)施方案1以下是所述發(fā)明的實(shí)施方案。附圖1中，10是活塞，它通常由鋁合金制的活塞本體11和氟樹(shù)脂層20所組成。活塞本體11的外周部分設(shè)有(至少)一種凹凸?fàn)畹陌磮A周方向的矩形槽12。矩形槽12的深度是0.3～0.6mm，在活塞本體11的前后各設(shè)一條，共有二條矩形槽。此外，矩形槽12的寬度是1mm～3mm。如果不用矩形槽12，則在活塞本體外周面模鑄成型的坯表面上、或在模鑄成型金屬模內(nèi)面進(jìn)行梨皮面加工，使活塞本體11的外周面形成粗糙的凹凸面。將活塞本體11插入注塑成形金屬模具(圖中未示)內(nèi)，將可以注塑成形的氟樹(shù)脂在含有上述凹凸部分并在上述活塞本體11的外周部注塑成形，在活塞本體11的外周面上形成氟樹(shù)脂層20。氟樹(shù)脂層20在活塞前后(縱型時(shí)是上下)形成向內(nèi)側(cè)突出的內(nèi)凸緣21，呈包住活塞的狀態(tài)。這樣，活塞本體11的前后邊緣不至暴露在外。作為上述活塞外周的凹凸的部分一側(cè)的沿圓周方向的2條矩形槽12的位置并不限定，如圖2所示，也可將其設(shè)在活塞本體11的兩端部分。這種情況下，矩形槽12部分就成為向內(nèi)側(cè)突出的內(nèi)凸緣21。作為上述氟樹(shù)脂層20使用的材料是，以四氟乙烯(PTFE)為主要材料，并在主料中混入聚醚砜(PES)、聚砜(PSF)、聚酰亞胺(PI)、聚丙酸酯、聚苯硫醚(PPS)等材料中的至少一種，后成型。作為上述氟樹(shù)脂層20的特性，是根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISK7218、其摩擦系數(shù)為0.03～0.2；根據(jù)同樣標(biāo)準(zhǔn)的摩損系數(shù)是3×10-8·cm3·秒/kgf·cm·hr～4.5×10-8·cm3·秒/kgf·cm·hr；根據(jù)上述同樣標(biāo)準(zhǔn)，其初始摩損量是每24小時(shí)1.0～1.2mg，彎曲彈性系數(shù)為每cm270,000kgf·cm～125,000kgf·cm；根據(jù)TMA法測(cè)得的線膨脹系數(shù)為0.9～2.4×10-5/℃。實(shí)施方案2在上述實(shí)施方案1中的活塞10中，裝有線型馬達(dá)電樞(armature)30，它是本發(fā)明的一種實(shí)施方案。在活塞10的沒(méi)有上述氟樹(shù)脂層20的部位中裝有線型馬達(dá)電樞30后，將活塞10稍稍加長(zhǎng)，把上述氟樹(shù)脂層20分設(shè)在前后兩處。40是活塞10往返滑動(dòng)的汽缸，在這部分和上述活塞10內(nèi)部的空間部位設(shè)置有吸入吐出空氣或其他氣體的吸氣閥41和排出閥42的吸氣口45和排氣口46。上述汽缸40處還裝有對(duì)應(yīng)上述線型馬達(dá)電樞30的電磁鐵43。當(dāng)電磁鐵43對(duì)活塞10激磁時(shí)，上述活塞10向一個(gè)方向抵住螺旋彈簧44而動(dòng)作并吸住，消磁時(shí)，通過(guò)螺旋彈簧44的反彈力而回復(fù)到原來(lái)的位置。(參照?qǐng)D1、圖3)實(shí)施方案3本實(shí)施方案是另一發(fā)明的實(shí)施方案。在以旋轉(zhuǎn)電機(jī)50驅(qū)動(dòng)的軸51處，通過(guò)曲軸52、曲桿53，將實(shí)施方案1所述的活塞10裝到的汽缸40內(nèi)。汽缸40內(nèi)還設(shè)置有吸氣閥41和排氣閥42的吸氣口45和排氣口46(參照?qǐng)D4)。實(shí)施方案1～3的作用實(shí)施方案1是按實(shí)施方案2～3所述，將活塞10按裝到與其內(nèi)徑相對(duì)應(yīng)的汽缸內(nèi)使用。以下進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施方案1～3所述活塞的制造方法。方法發(fā)明的實(shí)施方案第一道工序用鋁合金按模鑄成形方法制成在其外周面至少有1條深為0.5mm、寬為2mm的按圓周方向的槽的活塞本體10；第二道工序是，將該活塞插入注塑成型金屬模具內(nèi)，通過(guò)注塑成型金屬模具內(nèi)的上述活塞和注塑成型金屬模具，形成該注塑成型金屬模具內(nèi)的活塞外周部及靠近其前后外周包住的模腔；第三道工序是，在模腔內(nèi)注塑成形一層上述實(shí)施方案1中所述的氟樹(shù)脂；然后，將在活塞本體的外周面及前后邊緣部分注塑成形有氟樹(shù)脂層的活塞從注塑成形金屬模具內(nèi)脫模而制成。以上就是泵用不注油型活塞的制造方法。本發(fā)明所述的具有上述材料性質(zhì)及特性的氟樹(shù)脂層20，是采用注塑成形方式，把活塞本體11插入注塑成形金屬模具內(nèi)整體成形的，只要注塑成形金屬模具的精度高，氟樹(shù)脂層20的尺寸精度就可在±2.5微米以內(nèi)進(jìn)行成形。與活塞的配合公差小，與活塞的中心偏差小，因此沖擊也小，耐久性顯著提高。特別是在上述活塞本體11上設(shè)有凹凸?fàn)睿摪纪共糠趾趦?nèi)周面上，上述氟樹(shù)脂層20與活塞本體11結(jié)合成整體，因此，即使活塞10的軸方向往返滑動(dòng)激烈，由于上述凹凸部分的作用，活塞本體11和氟樹(shù)脂層20也牢固地結(jié)合在一起而不會(huì)分離。氟樹(shù)脂層20的向內(nèi)突緣21包住上述活塞本體11的兩端，使活塞本體11的兩端不暴露在外，因此即使氟樹(shù)脂層20發(fā)生了摩損，活塞本體11也不會(huì)直接接觸汽缸。此外，向內(nèi)突緣21部分的氟樹(shù)脂層20的實(shí)際厚度比別的部分厚，所以，該向內(nèi)凸緣可起到使氟樹(shù)脂層20不會(huì)從其前后端邊處剝離的作用。氟樹(shù)脂層所選用的材料如前所述，其機(jī)械特性也如前所述，因此其摩擦系數(shù)、摩損系數(shù)及初始摩損量都比歷來(lái)氟樹(shù)脂帶小、特別是對(duì)鋁的摩損特性優(yōu)良，不易損傷鋁制汽缸。此外，由于在活塞10的活塞本體11與氟樹(shù)脂層20的線膨脹系數(shù)大致一樣，即使因摩擦熱造成活塞10和汽缸膨脹，也不會(huì)影響活塞10和汽缸的間隙公差，活塞本體11與氟樹(shù)脂層20的配合狀態(tài)也不會(huì)發(fā)生變化，可起到使其保持原來(lái)狀態(tài)的作用。實(shí)施例活塞本體11的材料選用易進(jìn)行鍛造或鑄造的Al-Si合金，其外形17mm、滑動(dòng)部分的長(zhǎng)度20mm、在其外周部分備有深度0.5mm、寬度2mm，的沿圓周方向的矩形槽12兩條、氟樹(shù)脂層20的厚度為1.5mm。使用的氟樹(shù)脂材料的代表名稱是日本CHEMITECH公司的NK501。注塑成形的金屬模具使用鑄鋼材料，考慮到注塑時(shí)的熱變化，使活塞10的外周面成形時(shí)的成形面以±2.5微米的公差進(jìn)行研磨加工。成形后的活塞10的直徑精度為±2.5微米。成形后的活塞10的氟樹(shù)脂層20的摩擦特性及線膨脹系數(shù)如表1所示。表1</tables>以上就是本發(fā)明的構(gòu)成及其所起的作用。因?yàn)榉鷺?shù)脂層是通過(guò)注塑成形而形成整體，所以結(jié)實(shí)、有充分的厚度、富有耐久性，使用中不會(huì)發(fā)生氟樹(shù)脂層從活塞本體剝離或脫落，氟樹(shù)脂層的摩擦系數(shù)、摩損系數(shù)及初始摩損量小，因而完全無(wú)需注油或注其他潤(rùn)滑劑?；钊倔w與氟樹(shù)脂層的線膨脹系數(shù)大致相同，運(yùn)轉(zhuǎn)中即使出現(xiàn)摩擦熱其間隙公差也幾乎無(wú)變化，而且可以在0℃～220℃的寬廣溫度范圍內(nèi)使用。以上敘述了本發(fā)明的一種構(gòu)成及其作用。除了具有上述效果外，由于上述氟樹(shù)脂層的前后端邊形成將上述活塞前后端包住的向內(nèi)凸緣，使活塞本體的前后端不暴露在外，即便氟樹(shù)脂層稍有摩損，也不會(huì)直接接觸汽缸，從而延長(zhǎng)了活塞和汽缸的使用壽命。以上還敘述了另一發(fā)明的構(gòu)成及其作用。除了具有上述效果外，由于所用材料的材料性質(zhì)是容易注塑成形的、其摩擦系數(shù)、摩損系數(shù)及初始摩損量小、與汽缸的間隙公差也小等效果。特別是對(duì)鋁的摩損特性好，當(dāng)作為滑動(dòng)配對(duì)部件的汽缸是鋁制的，則摩損量就會(huì)很小、汽缸的摩損也少。按本發(fā)明所述的制造方法就可以制造出本發(fā)明所述的活塞。按本發(fā)明所述另一方法就可以制造出具有所述另外特性的活塞。以上敘述了本發(fā)明的構(gòu)成及其作用。用此方法制造的泵即使不注潤(rùn)滑油也可維持其長(zhǎng)期的高精度狀態(tài)。此外，如果將這些裝置的排氣口作為作業(yè)點(diǎn)則可構(gòu)成壓縮機(jī)，如將吸氣口作為作業(yè)點(diǎn)則可構(gòu)成真空泵。權(quán)利要求1.一種泵用非注油型活塞，其特征在于，活塞本體的外周面上形成沿圓周方向的槽和粗糙表面中至少有一種凹凸形狀部分，在內(nèi)側(cè)設(shè)有這種凹凸形狀部分的活塞本體的外周面上，注塑一層摩擦系數(shù)、摩損系數(shù)及初始摩損量小、線膨脹系數(shù)與上述活塞本體的材料性質(zhì)相近似的氟樹(shù)脂層而使其與活塞本體形成整體，該氟樹(shù)脂層的外周面作為活塞的滑動(dòng)面。2.如權(quán)利要求1所述泵用非注油型活塞，其特征在于，上述氟樹(shù)脂層的前后邊緣包住所述活塞的前后端，而形成向內(nèi)伸出的凸緣。3.如權(quán)利要求1、2所述泵用非注油型活塞，其特征在于，所述氟樹(shù)脂層是選用四氟乙烯(PTFE)作為主要材料，混入聚醚砜(PES)、聚砜(PSF)、聚酰亞胺(PI)、聚丙烯酸酯、聚苯硫醚(PPS)中的至少一種，而成形。4.如權(quán)利要求1、2或3中所述泵用非注油型活塞，其特征在于，所述氟樹(shù)脂層根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISK7218，其摩擦系數(shù)為0.03～0.2；摩損系數(shù)是3×10-8cm3·秒/kgf·cm·hr～4.5×10-8cm3·秒/kgf·cm·hr；初始摩損量每24小時(shí)1.0～1.2mg；彎曲彈性系數(shù)為每cm270,000kgf·cm～125,000kgf·cm；根據(jù)TMA法測(cè)得線膨脹系數(shù)為0.9～2.4×10-5/℃。5.泵用非注油型活塞的制造方法，它包括三個(gè)工序第一道工序，采用模鑄成形方法，形成在外周面上有沿圓周方向的槽、粗糙面中至少有一種凹凸部分的活塞本體，第二道工序是將該活塞本體插入注塑成型金屬模具內(nèi)，通過(guò)上述注塑成形金屬模具內(nèi)的所述活塞本體和注塑成形金屬模具，形成注塑成形金屬模具內(nèi)的活塞本體外周部及靠近其前后外周部包住的模腔，第三道工序是在模腔內(nèi)注塑成形一層摩擦系數(shù)、摩損系數(shù)及初始摩損量小、線膨脹系數(shù)與上述活塞本體的材料性質(zhì)近似的氟樹(shù)脂層，然后，將活塞本體的外周面及前后邊緣部分注塑有氟樹(shù)脂層的活塞從注塑成形金屬模具內(nèi)取出。6.如權(quán)利要求5所述的泵用非注油型活塞的制造方法，其特征在于，所述氟樹(shù)脂是使用具有權(quán)利要求3的材料，權(quán)利要求4所述的特性的材料。7.使用權(quán)利要求1、2、3或4所述的泵用非注油型活塞，其特征在于，在活塞本體內(nèi)裝有線性電動(dòng)機(jī)電樞，并在與活塞一起滑動(dòng)的汽缸一側(cè)裝有固定電磁鐵，所述汽缸設(shè)置有吸氣閥和排出閥的吸氣口和排氣口。8.使用權(quán)利要求1、2、3或4所述的泵用非注油型活塞，其特征在于，通過(guò)以旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)置的曲軸、偏心輪，使活塞可以在汽缸內(nèi)自由來(lái)往滑動(dòng)，汽缸內(nèi)還設(shè)置帶有吸氣閥和排出閥的吸氣口和排氣口。全文摘要本發(fā)明涉及泵用非注油型活塞、活塞的制造方法及使用該活塞的泵。將活塞本體11的外周面設(shè)有沿圓周方向的矩形槽12。將可以注塑成型的、摩擦系數(shù)、磨損系數(shù)及初始磨損量小、線膨脹系數(shù)與活塞本體的材料性質(zhì)近似的氟樹(shù)脂材料注塑到活塞本體外周面上使氟樹(shù)脂層20,與活塞本體形成整體。在氟樹(shù)脂層20的前后端有內(nèi)突緣21。該氟樹(shù)脂層20的外周面作為與活塞10的相對(duì)滑動(dòng)面。作為泵可排除因運(yùn)轉(zhuǎn)的摩擦熱產(chǎn)生的延伸率之差、氟樹(shù)脂層不會(huì)從活塞外周面剝離、圓度高、具有耐久性。文檔編號(hào)F04B53/00GK1199826SQ97111480公開(kāi)日1998年11月25日申請(qǐng)日期1997年5月21日優(yōu)先權(quán)日1997年5月21日發(fā)明者高橋重雄申請(qǐng)人:高橋重雄