JP2001012609A - 金属ｃリングガスケットおよび金属ガスケットの製造方法 - Google Patents

金属ｃリングガスケットおよび金属ガスケットの製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低い締付圧力で使用しても十分なシール性
が確保できる金属Ｃリングガスケットを提供する。 【解決手段】 金属Ｃリングの材質がオーステナイト
系ステンレス鋼で、電解研磨によってその表面粗さを
０．２μｍＲａ以下、表面硬度を２３０Ｈｖ以下に構成
する。 【効果】 表面粗さ、表面硬度を上記の値とすることに
より、金属Ｃリングガスケットのシール性を格段と向上
させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置や
原子力装置などで使われる超高真空機器において、流体
の漏れを防止するために用いられる金属Ｃリングガスケ
ットおよび金属ガスケットの製造方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体製造装置等では高い気密性
を得る目的で各種の金属ガスケットが使用されている。
このうち、金属中空Ｏリングガスケットは一般にステン
レス鋼やインコネルなどの金属パイプを曲げ加工等でリ
ング状に成形し、その両端を相互に溶接することによっ
て製造している。この構造の金属中空Ｏリングは、強い
締付圧力を与えることによって金属リングが変形して良
好なシールが得られるようになっている。
【０００３】ところが、上記の金属中空Ｏリングガスケ
ットは、前述したようにリング状に曲げ加工した金属パ
イプの両端を相互に溶接することによって製造するた
め、通常溶接の際に生じるバリがパイプの内外部に残
り、外側のバリを切削・研磨等によって削除処理するた
め、パイプの肉厚が多少薄くなることから、締め付けた
時に溶接部分とその他の部分の圧縮強度が不均一になる
ことがあり、超高真空を要求される用途に用いられる場
合は肉厚が薄くなった溶接部分から漏れが発生すること
がある。
【０００４】また、ガスケットの径サイズが例えば１０
ｍｍ程度の極少の場合は曲げ加工や溶接が困難であると
いう問題があり、かつ強い締付圧力を与えることのでき
る高強度のボルトが要求されるという不具合がある。
【０００５】そのため、金属板を折り曲げ加工して製造
するために溶接部分がなく、小さい径サイズの成形も容
易な断面が略Ｃ字形状の金属Ｃリングガスケットが使用
されるようになってきている。
【０００６】上記Ｃ字形状の金属Ｃリングガスケット
は、所要の板厚を有する金属板をドーナツ状に打ち抜
き、そのドーナツ形金属板をプレス加工して断面Ｃ字形
状に成形することによって得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】この金属Ｃリングガス
ケットは相手面とのなじみを良くするために、表面にニ
ッケル等の軟質金属をメッキあるいは蒸着させたものが
多用されているが、最近の半導体産業では、使用するガ
スとニッケルが反応して毒素を発生させる恐れがあるた
め、耐食性に優れているＳＵＳ３１６Ｌおよびその真空
２重溶解材、真空３重溶解材（汚染の原因となる各種の
化学成分を低減するために２回〜３回と真空で溶解／精
練を行った材料）のようなオーステナイト系ステンレス
鋼の単一材が望まれている。
【０００８】ところが、ＳＵＳ３１６Ｌ等の金属Ｃリン
グガスケットは、金属板あるいは金属チューブを折り曲
げ加工してＣ字形状に成形する際に、表面が加工硬化し
て硬度が高くなるため、低い締付圧力では十分なシール
性が得られず、締付圧力を高くするとＣ字形状が変形し
て復元力がなくなるという不具合がある。
【０００９】そこで、成形された金属Ｃリングガスケッ
トの中にコイルスプリング等を入れて復元量を大きくし
たものが用いられているが、コイルスプリングはＣリン
グ内面に当接する部分と当接しない部分があって、反発
弾性が不均一になったり、高い締付圧力が必要なため、
高強度のボルトを使用するか、あるいはボルト径を太く
する等の対策を必要とするという問題点がある。
【００１０】本発明は、以上のような従来のＣ字形状金
属ガスケットの問題点を解消するためになされたもので
あって、低い締付圧力で使用しても十分なシール性が確
保できる金属Ｃリングガスケットを提供することを主た
る目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するべく、低い締付圧力でもシールできる金属Ｃ
リングガスケットについて更に検討した結果、図３に示
すように、金属ＣリングガスケットＧ2の肉厚を相手面
と接する部分の肉厚ｔ1は薄く、中央部分の肉厚ｔ2は厚
くして、断面を略三日月状となし、これを無酸素雰囲気
中で焼鈍して表面の硬度を３００Ｈｖ以下にすることに
より、シール性の良いガスケットが得られることを見い
だしている（特願平１１−１２５６９９号）。
【００１２】ところが、焼鈍処理を行うと不純物が付着
することや、その後の取り扱いの際に微少な傷が入り漏
れを発生させることがあり、焼鈍後に再研磨して表面の
仕上げを良くする必要があることが判った。このときガ
スケットに機械的研磨たとえばバレル研磨を行うと、再
度加工硬化を起こし、表面の硬度が上がるために相手面
とのなじみが悪くなり、漏れが発生するという問題が生
じた。そこで、さらに鋭意検討した結果、バレル研磨を
行った金属ガスケットの表面を電解研磨し、機械的研磨
によってできた表面の硬化層を衝撃を与えずに取り除く
ことで、ガスケットの表面硬度を２３０Ｈｖ以下に低下
させるとともに、表面粗さを０．２μｍＲａ以下に維持
することにより、シール性が良好になることを見いだし
た。
【００１３】なお、この時の電解研磨量は１０μｍ以上
ないと表面粗さと表面硬度を好ましい値にできないこと
が判っている。さらに、上記電解研磨は機械的研磨によ
って付着した微粉末を取り除くこともできるため、清浄
性にも優れたガスケットが得られる。
【００１４】本発明は、上述した知見に基づいて完成さ
れたものであって、請求項１の発明による金属Ｃリング
ガスケットは、金属Ｃリングの材質がオーステナイト系
ステンレス鋼で、電解研磨によってその表面粗さが０．
２μｍＲａ以下、表面硬度が２３０Ｈｖ以下であること
を要旨とする。
【００１５】また、請求項２の発明による金属Ｃリング
ガスケットは、請求項１において、断面が略三日月状と
されていることを要旨とする。
【００１６】また、請求項３の発明による金属ガスケッ
トの製造方法は、金属ガスケットの表面を電解研磨によ
って処理することを要旨とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の形態とし
ては、ＳＵＳ３１６Ｌ製金属板を図２に示すように絞り
加工した後、複数段の型でプレス加工し、図１に示す金
属ＣリングガスケットＧ1を製作し、これを水素雰囲気
中で焼成した後、バレル研磨を行い、それからガスケッ
トの表面層が１０μｍ薄くなる条件で電解研磨を行い、
表面粗さが０．１７μｍＲａ、表面硬度が２３０Ｈｖの
金属Ｃリングガスケットを構成した。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と共に具体的
に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるもので
はない。
【００１９】実施例１ 実施例１は、板厚０．５０ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌ製金属
板を、図２に示すように絞り加工した後、複数段の型で
プレス加工し、外径Ｄ1が７．８ｍｍ、内径Ｄ2が５．２
ｍｍ、高さＨが１．８ｍｍの図１に示すＣリングガスケ
ットを製作し、水素雰囲気の電気炉で、保持温度１１０
０℃、保持時間１２ｍｉｎで焼成した後、バレル研磨を
行い、それからガスケットの表面層が１０μｍ薄くなる
条件で電解研磨を行い、金属ＣリングガスケットＧ1を
得る。なお、このガスケットの表面粗さは０．１７μｍ
Ｒａ、表面硬度は２３０Ｈｖである。
【００２０】実施例２ 実施例２は、実施例１と同じ方法で製作した金属Ｃリン
グガスケットを水素雰囲気の電気炉で、保持温度１１０
０℃、保持時間１２ｍｉｎで焼成した後、バレル研磨を
行い、それからガスケットの表面層が５０μｍ薄くなる
条件で電解研磨を行い、金属Ｃリングガスケットを得
る。なお、このガスケットの表面粗さは０．０８μｍＲ
ａ、表面硬度は２００Ｈｖである。
【００２１】実施例３ 実施例３は、板厚０．５ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌ製金属板
をドーナツ状に打ち抜いたものを複数段の型でプレス加
工し、図４（ａ）〜（ｅ）に示すように多段階で変形さ
せ、図３に示すように、断面が略三日月状で、外径Ｄ1
が７．８ｍｍ、内径Ｄ2が５．２ｍｍ、高さＨが１．８
ｍｍ、中央部の肉厚ｔ2が０．５４ｍｍ、相手面と接す
る部分の肉厚ｔ1が０．４５ｍｍの金属Ｃリングガスケ
ットＧ2を得る。得られた金属Ｃリングガスケットを水
素雰囲気の電気炉で、保持温度１１００℃、保持時間１
２ｍｉｎで焼成した後、バレル研磨を行い、それからガ
スケットの表面層が１０μｍ薄くなる条件で電解研磨を
行い、金属Ｃリングガスケットを得る。なお、このガス
ケットの表面粗さは０．１０μｍＲａ、表面硬度は２２
０Ｈｖである。
【００２２】比較例１ 比較例１は、実施例１と同じ方法で製作した金属Ｃリン
グガスケットを水素雰囲気の電気炉で、保持温度１１０
０℃、保持時間１２ｍｉｎで焼成した後、バレル研磨を
行い、金属Ｃリングガスケットを得る。なお、このガス
ケットの表面粗さは０．２３μｍＲａ、表面硬度は３０
０Ｈｖである。
【００２３】比較例２ 比較例２は、実施例１と同じ方法で製作した金属Ｃリン
グガスケットを水素雰囲気の電気炉で、保持温度１１０
０℃、保持時間１２ｍｉｎで焼成した後、バレル研磨を
行い、それから酸性溶液を用いて化学研磨を行い、金属
Ｃリングガスケットを得る。なお、このガスケットの表
面粗さは０．１９μｍＲａ、表面硬度は２７０Ｈｖであ
る。
【００２４】比較例３ 比較例３は、実施例３にしたがって金属Ｃリングガスケ
ットＧ2を得て、その後の焼成、バレル研磨および電解
研磨を行わないガスケットである。
【００２５】上記実施例および比較例の金属Ｃリングガ
スケットのシール性を比較するために、フランジにガス
ケットを装着して締め付け、フランジをフードで覆い、
フード内をヘリウムガスで満たして、フランジ内部に漏
れてくるヘリウムガスをヘリウムリークディテクターを
用いて測定した。シール試験結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】表１から明らかなように、実施例１は比較
例１に比べて漏れ量が１／１０以下となり、さらに電解
研磨量を増やした実施例２は実施例１よりもさらに漏れ
量が著しく少なくなることが確認された。また、表面の
清浄性を向上させるために用いられる化学研磨を施した
比較例２は実施例に比べて漏れが多く、表面層を数μｍ
しか除去できないため、硬化層が十分に除去できなかっ
たものと思われる。
【００２８】なお、前記実施例における電解研磨による
表面処理は、金属Ｃリングガスケットだけでなく、金属
中空Ｏリングやその他の半導体製造装置等で用いられる
金属ガスケットに応用できることは言うまでもない。
【００２９】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の金属Ｃリ
ングガスケットによれば、半導体製造装置などの超高真
空機器に使用しても、流体の漏れがなくなり、良好なシ
ール性を維持できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す金属Ｃリングガスケッ
トの縦断面図である。
【図２】本図（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施例を示す
金属Ｃリングガスケットの製造方法を示す断面図であ
る。
【図３】本発明の他の実施例を示すもので、肉厚を相手
面と接する部分は薄く、中央部は厚くした断面が略三日
月状の金属Ｃリングガスケットの縦断面図である。
【図４】本図（ａ）〜（ｅ）は断面が三日月状の金属Ｃ
リングガスケットの製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
Ｇ1，Ｇ2 金属Ｃリングガスケット
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２５Ｆ 3/24 Ｃ２５Ｆ 3/24 (72)発明者 種元 雅人 静岡県浜松市新都田５−24−26 Ｆターム(参考） 3C059 AA02 AB00 GC01 HA03 3J040 AA11 AA15 BA05 EA18 FA02 HA01 HA03 HA15

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属Ｃリングの材質がオーステナイト系
    ステンレス鋼で、電解研磨によってその表面粗さが０．
    ２μｍＲａ以下、表面硬度が２３０Ｈｖ以下であること
    を特徴とする金属Ｃリングガスケット。
  2. 【請求項２】 金属Ｃリングガスケットは断面が略三日
    月状とされている請求項１に記載の金属Ｃリングガスケ
    ット。
  3. 【請求項３】 金属ガスケットの表面を電解研磨によっ
    て処理することを特徴とする金属ガスケットの製造方
    法。
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