CN1166535A

CN1166535A - 密封装置

Info

Publication number: CN1166535A
Application number: CN97103745A
Authority: CN
Inventors: 相原正己
Original assignee: FRANDICK Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1996-03-31
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 1997-12-03
Anticipated expiration: 2017-03-31
Also published as: KR100255587B1; US5921559A; JPH09324272A; CN1061386C

Abstract

本发明提供一种漏泄极少的密封装置。其特征在于，在内外有压力差的隔离构件6密封部的密封构件接纳部埋设由比该隔离构件的基材硬的材料组成的另一构件11，而且局部也熔融粘着在另一构件11和基材6的侧部界面上。该装置即使反复使用，密封部的密封性也显著地优越且密封性的误差少。

Description

密封装置

本发明涉及密封装置。

作为密封装置以真空装置为例说明已有技术。

例如用于制造半导体装置的等离子体CVD装置等的真空装置，如图5所示，是通过O型圈O1、O2、O3密封多个舱室构件(机架构件3、盖构件2、真空系统构件4、法兰盘5)装配成的。

在图5所示的例子中有3个场所的密封部S1、S2、S3。即，机架构件3和盖构件2通过O型圈O1在密封部S1密封，机架构件3和真空系统构件4在密封部S3通过O型圈O3密封，盖构件2和法兰盘5通过O型圈O2在密封部S2密封。当然，根据真空装置的种类同样根据各种目的，往往用多个舱室构件装配真空装置，在该场合密封部的数量也可以变化。

在图5中，W是基片，EL是下部电极，EU是有簇射室的上部电极。MFC是质量流调节器，M/B是微调室，TMP是涡轮分子泵，RF是高频电源。

可是，以往作为舱室构件通常是不锈钢制成的，但最近以装置的轻量化为目的，或者以提高均热性和其它作为目的，以至于在舱室构件使用铝合金。

然而，铝合金和不锈钢不同，由于其硬度低，反复使用时，在与O型圈接触的O型圈接纳部遗留着凹迹。特别是作为铝合金在使用JI SA5052那样的硬度比较低的合金时，这种倾向更明显。这样的凹速成为漏泄源，使真空装置的漏泄程度变大。

为了防止发生这样的漏泄，降低真空装置的漏泄程度，对O型圈的改良进行试验。即，是在由SUS304(Hv：200～300)组成的O型圈的基材表面涂覆纯铝(Hv：30)的技术。使用这样O型圈时，直至生成凹迹的反复次数稍微增加一些，但不能完全防止上述凹迹。

因此，试验使舱室构件的表面变硬的下述技术。

①是通过在O型圈接纳部涂覆数10μm左右厚度的TiN膜提高表面硬度的技术。

可是，该技术由于基底仍然软，如反复使用，基底凹下，在表面也出现该凹迹，所以仍然无法避免漏泄。特别是作为基底使用的JISA5052(Hv：60～70)那样材料时，漏泄更显著。

并且，TiN膜的形成在200～250℃的温度下进行。因此，作为铝合金，在基底使用因时效硬化而提高硬度的合金，例如JISA2219-T87(Hv：130)的场合也会引起软化(Hv：50～60)，产生和上述JISA5052的场合相同的凹迹，仍然无法避免漏泄。

②是另一种技术，如图7所示，在O型圈的接触部7形成凹部8(图7(b))，在该凹部8内放置Ni丝9等(图7(c))，通过焊接将该Ni丝9全部溶化到基材中从而形成由Al-Ni合金(Hv：100～200)组成的焊接部10(图7(d))，为了使表面平坦，通过机械加工进行表面精加工(图7(e))。

不过，若仔细看，当细心地检查表面精加工后的表面，该技术也有存在小凹部的场合。认为该凹部是由下述那样的理由产生的。即被认为是，在铝合金表面作为氧化物存在的氧由于焊接而变成氧的气泡，残留在合金中，在表面精加工时该气泡从基材脱离，气泡脱离的痕迹作为凹部而遗留。该表面的凹部成为漏泄源。气泡的脱离痕迹由于舱室构件或存在或不存在，例如真空装置有多个密封部，即使在一个地方如有漏泄，则作为整体的真空度就恶化，所以，该技术作为有多个密封部的装置而使用是不适合的。

试研究焊接后的焊接部10的硬度分布，硬度是不均匀，引起硬度不均匀的原因被认为是细微的裂纹。该裂纹仍成为漏泄源。

本发明的目的在于提供一种即使反复使用后密封部的密封性仍明显地优良且密封性偏差少的密封装置。

本发明的密封装置的特征在于，在内外有压力差的隔离构件的密封部的密封构件接纳部埋设由比该隔离构件的基材硬的材料组成的另一构件，并且在该另一构件和上述基材的侧部界面局部地融化在一起。

在本发明中，由于隔离构件的密封构件(例如O型圈)的接纳部是由比基材还硬的材料构成，所以即使反复使用也不会发生凹面，提高密封性。基材和另一构件，其整体没有融化，仅在侧部界面局部地融化着。因而，在密封构件的接纳部不存在气泡，经常保证良好的密封性，多个密封部的密封性偏差也极少。即使在融化部发生气泡痕迹，由于该处不会成为和密封构件的接触部，密封性不恶化，从该部分不产生漏泄。

作为本发明的密封装置，例如可以是真空装置，内燃机和其它的密封作为必要的装置。在真空装置中，能可靠地实现比以前高的真空度。同样，在内燃机中能可靠地实现比以前高的压缩比、高输出功率。

在本发明中，隔离构件的基材铝合金较好，特别是耐蚀性耐等离子性体优良的Al-Mg系合金更理想。更详细地说，例如适宜使用JISA5052、MX534(商标：三菱物资(株))，MX533(商标：三菱物资(株))。

这些Al-Mg系合金，由于在轻量方面、耐蚀性优良的同时耐等离子性体也优良，适宜使用于真空装置尤其是等离子体处理装置用的舱室构件(隔离构件)。而且，Al-Mg系合金的Hv是60～70程度，更能显著地体现本发明的效果。

在要求内燃机等那样高的耐热性、高的机械强度的场合，例如适宜使用Al-Cu系合金、Al-Cu-Zn系合金、Al-Cu-Zn-Mg系合金，Al-Mg-Fe系合金。

作为本发明的另一构件，也可以是比隔离构件硬的材料。最好Hv在100以上。从轻量化观点最好是铝合金。作为这样的铝合金，具体地说，JISA2219、JISA2017等的Al-Cu系合金或JISA6061等的Al-Mg-Si系合金等的析出硬化型合金是理想的。作为另一构件，在使用Al-Cu系合金或Al-Si-Mg系合金时，在谋求轻量化的同时能达到Hv100以上的高硬度，因此能得到密封性更好的密封装置。隔离构件在JISA5052的场合，JISA2219较好。该组合的场合焊接性优良。

在隔离构件的基材使用机械强度高的Al-Cu系合金等时，另一构件可以使用硬度比其高的铝合金以外的合金。考虑焊接性在另一构件想用和基材相同的材料时，因另一构件的析出硬化程度比基材高且另一构件的硬度比基材高而可以使用。

还有，另一构件除了Al合金，例如也可以用Cu合金、Ni合金等。

本发明局部地融化着另一构件和基材的侧部界面。为了进行这样的融化，电子束焊接最好。

即，若用电子束焊接进行隔离构件和另一构件的融化，就能尽量减少热影响部。即，在另一构件用析出硬化型的合金例如Al-Cu系合金(例如JISA2219)时，焊接时的热影响所引起的析出物的固溶，引起硬度下降，也有因反复使用而产生凹面的场合，如使用电子束焊接，就能防止这样硬度的下降。

图1(a)、图1(b)、图1(c)和图1(d)是表示本发明的隔离构件的制造例的工序图；

图2(a)是用于测定隔离构件密封性的装置的剖面图；

图2(b)是隔离材料的密封构件的接纳部的放大图；

图3是表示实施例1和已有技术例1的漏泄程度测定结果的曲线图；

图4是表示实施例2和已有技术例2的漏泄程度测定结果的曲线图；

图5是概念地表示真空装置的剖面图；

图6是内燃机的剖面图；

图7是表示已有的隔离构件的制造工序的构件的剖面图。

下面，根据图1说明制造次序。

在图1(a)所示的隔离构件6的密封构件接纳部形成凹部8(图1(b))，在该凹部8内埋设另一构件11。

埋设另一构件11后(图1(c))，仅在基材和另一构件11的侧部边界照射例如电子束，仅在边界部分局部地融化着。

即使进行了融化，由于在冷却时不发生所谓的气孔，所以能确保平坦度。因而，作为后工序即使不进行平坦化也可以。但是，需要更高表面光洁度时也可以进行平坦化。

实施例1

根据图2(a)和图2(b)说明实施例1。

图2(a)是用于测定隔离构件的密封性装置的剖面图，图2(b)是隔成材料的密封构件接纳部的放大图。

在本实施例中，准备一对外径105mm、厚度15mm带沟的法兰盘VG22和无沟的法兰盘VF21，材料双方都采用JISA5052的H112处理材。

首先，对于无沟的法兰盘VF21，在作为密封构件的O型圈的接纳部形成深度5mm、宽度15mm的沟，在该沟中埋设由JISA2219的T851处理材组成的厚度5mm、宽度15mm的另一构件30。

然后，用电子束融化着基材和另一构件30的侧部界面、边界。还有，焊接照下述那样条件进行。

真空度：10^-4Torr

加速电压：120KeV

引出电流：50mA

电子束直径：1mm

电子束送进速度：1cm/sec

电子束焊接深度：15～20mm

另外，对于带沟的法兰盘VG22，在该沟中埋设有深度3mm、宽度10mm的沟且厚度8mm、宽度15mm的另一构件31。另一构件31的材料选择A2219(T851)。埋设后，以无沟的法兰盘VF21的上述融化条件仅在两者的侧部界面局部地融化着另一构件31和基材。

对于如以上那样制成的无沟法兰盘VF21和带沟法兰盘VG22的一对法兰盘，用图2所示的装置测定漏泄特性。

(1)使O型圈介于一对法兰盘21、22之间，用铝合金制造的螺栓和螺母23、24通过O型圈20配置两法兰盘21、22。

即，带O型圈用沟的法兰盘VG22和无沟法兰盘VF21之间通过O型圈20而张紧组合，再用铝螺栓23和铝螺母24夹紧，由此进行密封。夹紧转矩为170Kgf·cm。O型圈20用U型密封圈(日井国际产业制)。

(2)通过法兰盘NW40(ISO规格)26用挠性软管25使法兰盘VF21和氯漏泄检测器连接。

(3)用氯漏泄检测器对由法兰盘VF21和法兰盘VG22形成的空间内部抽真空至10^-5mbar。

(4)从外侧吹氯，测定漏泄程度。

然后，取下紧固的螺栓进行O型圈20的交换，再次进行上述(1)～(4)的顺序。

如以上那样，测定反复装卸中的漏泄程度，求出装卸次数和漏泄程度的关系。

其结果在图3用○符号表示。

已有技术例1

对于已有技术例中①所述的TiN膜的涂覆材料也进行同样的试验。TiN膜的厚度是50μm。法兰盘的材料和尺寸和实施例1相同。

用●符号在图3同时表示该结果。

从图3所示的结果就能明白，即使实施例1反复50次后，漏泄量是10^-10atm·cc/sec，极低。

另外，已有技术例1从20次时，漏泄程度开始增大。

实施例2

在本实施例中制作5对和实施例1同样的法兰盘。

对这5对法兰盘依次根据实施例1所述的(1)～(4)的顺序进行测定，测得漏泄程度。

对各法兰盘进行漏泄程度的平均值、最大值和最小值的测定。

其结果表示于图4。○符号表示平均值。

已有技术例2

用图7所示的工序，制作有已有技术②所述的A1-Ni焊接部的法兰盘。

对带沟的法兰盘，从图7(d)所示的状态通过切削加工，在焊接部内形成凹部沟。

准备5对这样的带沟法兰盘和无沟法兰盘，进行和实施例2相同的漏泄程度的测定。

其结果表示于图4。●符号表示平均值。

从图4就可明白，实施例2的场合，5对法兰盘的漏泄程度都是10^-10atm·cc/sec。并且，在同样法兰盘中漏泄程度的最大值和最小值相同，没有偏差。

另外，已有技术例的场合，法兰盘之间有漏泄程度偏差，在平均值方面，有表示和10^-10atm·cc/sec的实施例2相同的极低漏泄程度的法兰盘对(No.4)，另外也有表示6×10^-8atm·cc/sec的大的漏泄程度的法兰盘对(No.5)。即，法兰盘之间的偏差变大。

即使在同样的法兰盘中，最大值和最小值之间有很大差别，即使同样的法兰盘中漏泄程度也有偏差。

实施例3

在本实施例中本发明适用于图5所示的真空装置。

在本实施例中，构成舱室构件(隔离构件)的盖构件2、机架构件3、真空系统构件4、法兰盘5都采用A1-Mg系铝合金。

在密封部S1、S2、S3的O型圈O1、O2、O3的接纳部埋设另一构件。另一构件采用JISA2219和T851处理材并使另一构件和基材的侧部界面融化着。

这样制作的真空装置与已有技术的真空装置相比，漏泄量少，能达到高真空。并且，在该真空装置进行铝成膜时，得到疵点少的铝膜。

实施例4

图6表示实施例4。

本实施例是密封装置使用在内燃机的场合。

在本实施例中，气缸50和气缸盖55构成隔离构件，在气缸50和气缸盖55的密封部的气缸50侧的密封构件20的接纳部埋设另一构件11。图6中，45是活塞。

在本实施例中，气缸50的基材用A1-Cu系合金，另一构件用不锈钢。

使埋设另一构件11的气缸50和气缸盖55通过密封构件20进行密封，从而装配成内燃机。

另外，使不埋设另一构件的气缸和气缸盖通过密封构件进行密封，从而作为构成内燃机的比较例。

进行两种内燃机的输出试验，与比较例的内燃机相比，本实施例的内燃机表示高的输出功率。

如采用本发明，即使反复使用也能得到密封部的密封性也显著地优越，且密封性误差少的密封装置。

Claims

1.一种密封装置，其特征在于，在内外有压力差的隔离构件密封部的密封构件接纳部埋设由比该隔离构件的基材更硬的材料组成的另一构件，而且在该另一构件和上述基材的侧部界面局部地融化在一起。

2.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述密封装置是真空装置。

3.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述密封装置是内燃机。

4.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述隔离构件的基材是由铝合金组成的。

5.如权利要求4所述的密封装置，其特征在于，所述铝合金是Al-Mg系合金。

6.如权利要求4所述的密封装置，其特征在于，所述另一构件是由Al-Cu系合金或Al-Si-Mg系合金构成。

7.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述另一构件和所述基材的侧部界面局部地融化在一起是由电子束焊接进行的。