JP2008190675A - Metal o-ring - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば半導体製造用配管部材を気密に連結するために使用されるメタルOリングに関する。 The present invention relates to a metal O-ring used for, for example, airtightly connecting piping members for semiconductor manufacturing.
一般に半導体製造用には、薄膜成形するための材料としてアンモニア、臭気ガス、三フッ化窒素、および、フッ素等のフッ素系ガスなどのプロセスガスが用いられている。これらプロセスガスは、不純物が含まれると反応の大きさが不安定になったり、プロセスガスを供給する流体制御装置の流路内に反応生成物が付着し流体の制御を不安定になることから、高純度が求められている。
また、腐食性ガスを扱うラインでは、ガス透過性や耐食性の面で、ゴムや樹脂などを用いることができないケースも多い。このため、通常、このような配管部材や流体制御装置の接続部には、金属ガスケットや断面Cリング状の金属リングが用いられ、例えばこれら接続部の許容漏れ量は1×10−10Pa・m3/sec以下である。
In general, for semiconductor manufacturing, process gases such as ammonia, odor gas, nitrogen trifluoride, and fluorine-based gases such as fluorine are used as materials for forming thin films. When these process gases contain impurities, the magnitude of the reaction becomes unstable, or reaction products adhere to the flow path of the fluid control device that supplies the process gas, resulting in unstable fluid control. High purity is demanded.
Moreover, in a line handling corrosive gas, there are many cases where rubber or resin cannot be used in terms of gas permeability and corrosion resistance. For this reason, normally, a metal gasket or a metal ring having a C-shaped cross section is used for the connecting portion of such a piping member or fluid control device. For example, the allowable leakage amount of these connecting portions is 1 × 10 −10 Pa · m 3 / sec or less.
例えば特許文献1には、真空装置用継手に挟まれ、かつ当該継手の当接部に押圧されて圧潰・変形してシールしてなる、真空装置用金属製ガスケットにおいて、前記当接部に押圧されて圧潰・変形するシール面を、前記当接部に当接しないランド部に対して厚さ方向に薄く構成し、前記シール面に傷が付かないように前記ランド部が該シール面に対して保護してなる金属製ガスケットが記載されている。また、この金属製ガスケットは、ステンレス鋼からなり、熱処理工程による焼なましにより、ビッカース硬さ120〜180Hvに調整することが記載されている。
For example, in
また特許文献2には、断面Cリング状の金属外被材からなる外被と前記外被に装着されたバネ材からなるバネとを備える金属ガスケットであって、前記バネ材が析出硬化型ステンレス鋼である金属ガスケットが記載され、前記金属外被材は焼鈍または固溶化熱処理によって表面硬度がHv80乃至150まで低減可能な外被材とすることが記載されている。
Further,
さらに特許文献3には、重量比でNiが12.90〜15.00%、Crが16.50〜18.00%、Moが2.00〜3.00%、Cが0.02%以下、Siが0.30%以下、Mnが0.40%以下、Pが0.03%以下、Sが0.003%以下、Cuが0.25%以下、Alが0.01%以下であるステンレス鋼製であり、表面のビッカース硬度が90〜160であるガスケットが記載されている。 Furthermore, in Patent Document 3, Ni is 12.90 to 15.00% by weight, Cr is 16.50 to 18.00%, Mo is 2.00 to 3.00%, and C is 0.02% or less. Si is 0.30% or less, Mn is 0.40% or less, P is 0.03% or less, S is 0.003% or less, Cu is 0.25% or less, and Al is 0.01% or less. A gasket made of stainless steel and having a surface Vickers hardness of 90-160 is described.
上記の特許文献1から特許文献3に記載された技術によれば、高気密性が確保され配管内部を流れる流体を高純度に維持することができるものであるが、いずれも焼鈍または固溶化熱処理によって表面硬度を低く維持させる製造工程を必要とするという問題があった。また断面Cリング状外被に装着されたバネを備えるなど複雑な形状・構造であり、配管部材の接続部を小型化することが困難であるという問題があった。
According to the techniques described in
これに対して、断面中空のステンレス製Oリングの表面にニッケルメッキ層を設けたメタルOリングは、構造がシンプルであり配管接続部を小型化するためには好適であった。
しかしながら、上述のプロセスガスの中には例えば酸素のようにニッケルと化学反応するものがある。したがって、このようなニッケルと反応するプロセスガスには使用できないという問題があった。
一方で、ニッケルメッキ層を設けないステンレス製Oリングでは、高気密性を維持できないという問題があった。
On the other hand, a metal O-ring in which a nickel plating layer is provided on the surface of a stainless steel O-ring having a hollow cross section has a simple structure and is suitable for downsizing a pipe connection portion.
However, some of the process gases described above chemically react with nickel, such as oxygen. Therefore, there is a problem that it cannot be used for such a process gas that reacts with nickel.
On the other hand, a stainless steel O-ring not provided with a nickel plating layer has a problem that high airtightness cannot be maintained.
したがって本発明の目的は、上記の問題点を解消して、高気密性と高耐食性とを兼ね備え、構造がシンプルなメタルOリングを提供することにある。 Accordingly, it is an object of the present invention to provide a metal O-ring that solves the above-described problems, has both high airtightness and high corrosion resistance, and has a simple structure.
上記目的を達成するために、本発明のメタルOリングは、断面中空のオーステナイト系ステンレス鋼で環状に形成され、表面硬度がビッカース硬さ200から250Hvとし、かつ断面肉厚を0.27から0.30mmとしたことを特徴とする。
また、断面外径dはφ0.8から1.0mmであることが好ましい。
In order to achieve the above object, the metal O-ring of the present invention is formed in an annular shape with austenitic stainless steel having a hollow cross section, the surface hardness is set to 200 to 250 Hv, and the cross section thickness is set to 0.27 to 0. .. 30 mm.
The outer diameter d of the cross section is preferably φ0.8 to 1.0 mm.
本発明によれば、断面中空のオーステナイト系ステンレス鋼で環状に形成され、表面硬度がビッカース硬さ200から250Hvとし、かつ断面肉厚を0.27から0.30mmとしているので、高気密性と高耐食性とを兼ね備え、構造がシンプルなメタルOリングとすることができる。
According to the present invention, the austenitic stainless steel having a hollow cross section is formed in an annular shape, the surface hardness is Vickers
本発明の詳細を添付図面を参照して説明する。
図1は本発明の実施の形態に係わるメタルOリングの断面図、図2は本発明のメタルOリングを配管接続部材に組み込んだ状態を説明する断面図、図3は本発明のメタルOリングの気密性を評価した結果を示すグラフ、である。
The details of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
1 is a cross-sectional view of a metal O-ring according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a state in which the metal O-ring of the present invention is incorporated in a pipe connecting member, and FIG. 3 is a metal O-ring of the present invention. It is a graph which shows the result of having evaluated the airtightness of.
図1に示すように、メタルOリング1は、全体が環状に形成され、断面は中空の円形に形成されている。また材質は、オーステナイト系ステンレス鋼で、SUS304、SUS316、SUS321等を選択することができる。特に耐食性においてSUS316Lが好適である。
As shown in FIG. 1, the metal O-
メタルOリング1は、以下の工程を経て製造することができる。
まず、肉厚と硬度と巾寸法を適宜管理されたフープ材料を円筒状に曲げ加工し、フープの突合せ部をシーム溶接しチューブ状に形成する。続いて、引抜きダイスを通過させ、シーム溶接部の凹凸を最小に矯正する。さらに、メタルOリングの円周長さ程度に切断し、リング状に曲げ加工した後、両端をシーム溶接する。最後にバレル研磨を施して表面粗さの仕上げを行う(以下、この一連の工程をセミシームレスともいう)。
この工程において、フープ材料の硬度や肉厚は、加工硬化や引抜き工程における減肉分を考慮して適宜設定することができる。また、シーム溶接部の寸法差は線径φdにおいて0.04mm以下に管理されている。
The metal O-
First, a hoop material whose thickness, hardness and width are appropriately controlled is bent into a cylindrical shape, and the butt portion of the hoop is seam welded to form a tube shape. Subsequently, the drawing die is passed to correct the unevenness of the seam weld to a minimum. Furthermore, after cutting to the circumference length of a metal O-ring and bending it into a ring shape, both ends are seam welded. Finally, barrel polishing is performed to finish the surface roughness (hereinafter, this series of steps is also referred to as semi-seamless).
In this step, the hardness and thickness of the hoop material can be appropriately set in consideration of the thickness reduction in the work hardening or drawing process. Further, the dimensional difference of the seam welded portion is controlled to 0.04 mm or less at the wire diameter φd.
メタルOリング1は、所謂シームレスパイプから得ることもできる。しかし、シームレスでは微妙な肉厚の管理が困難であるために、上述のセミシームレスが望ましい。
また、最終工程のバレル研磨は、化学研磨や電解研磨としても良く、またこれらを組み合わせることもできる。
The metal O-
The barrel polishing in the final step may be chemical polishing or electrolytic polishing, or a combination thereof.
このようにして得られるメタルOリングは、表面硬度がビッカース硬さ200から250Hvとし、かつ断面肉厚tは0.27から0.30mmであり、断面の外径dはφ0.9mmである。また、リングの外径寸法Dは例えばφ25.4mmであるが、配管部材の大きさによって適宜設定することができる。
図2に示すように、メタルOリング1は、鏡面仕上げされた印籠部21が形成された配管部材2と、鏡面仕上げされた印籠部31が形成されたフランジ部材3とに挟着され、配管部材2とフランジ部材3とを図示しないボルト等で締結されることによって、メタルOリングが圧縮され高気密にシールされる。例えば、メタルOリング1の圧縮代は0.15mmである。
The metal O-ring thus obtained has a surface hardness of 200 to 250 Hv, a cross-sectional thickness t of 0.27 to 0.30 mm, and a cross-sectional outer diameter d of φ0.9 mm. The outer diameter D of the ring is, for example, φ25.4 mm, but can be set as appropriate depending on the size of the piping member.
As shown in FIG. 2, the metal O-
(実施例)
図2に示したように配管部材2とフランジ部材3とに装着されたメタルOリング1の気密性の評価を行った結果を図3に示す。
評価は、配管部材2の他端側(図2の上方側)を封止し、フランジ部材3の他端側(図2の下方側)を真空ポンプに連結して、内部を高真空にした後、周囲をヘリウム環境に設け、メタルOリング部から侵入するヘリウム量を測定するヘリウムリークデテクタを用いて行った。評価において、漏れ量が1×10−10Pa・m3/sec以下であった試料は黒丸で、漏れ量が1×10−10Pa・m3/sec以上であった試料は白抜き菱形で示している。また、図3は、縦軸がメタルOリング1の肉厚t、横軸がメタルOリング1の表面硬度をビッカースHvで示している。
(Example)
FIG. 3 shows the result of evaluating the airtightness of the metal O-
In the evaluation, the other end side (upper side in FIG. 2) of the
図3に示すように、肉厚tが0.27mm以上で、ビッカース硬さが250Hv以下の領域では、漏れ量が1×10−10Pa・m3/sec以下を満足していることが判る。
肉厚tは0.30mm以上であると曲げ加工に影響があり、また材料費も嵩むこととなるので、上限は0.30mmとすることが好ましい。また、ビッカース硬さは、200Hv以下であっても基準とした漏れ量を満足することができるが、200Hv以下を安定的にするためには焼鈍または固溶化熱処理を必要とするのでコストが嵩んでしまう。
As shown in FIG. 3, it can be seen that in the region where the thickness t is 0.27 mm or more and the Vickers hardness is 250 Hv or less, the leakage amount satisfies 1 × 10 −10 Pa · m 3 / sec or less. .
If the wall thickness t is 0.30 mm or more, the bending process is affected, and the material cost increases, so the upper limit is preferably set to 0.30 mm. In addition, even if the Vickers hardness is 200 Hv or less, it can satisfy the standard leakage amount, but in order to stabilize 200 Hv or less, annealing or solution heat treatment is required, so the cost is increased. End up.
したがって、メタルOリング1の高気密シール性を維持させるためには、表面硬度がビッカース硬さ200から250Hvとし、かつ断面肉厚を0.27から0.30mmとするべきである。
Therefore, in order to maintain the high airtight sealability of the metal O-
1:メタルOリング、2:配管部材、3:フランジ部材
1: Metal O-ring, 2: Piping member, 3: Flange member
Claims (2)
2. The metal O-ring according to claim 1, wherein a cross-sectional outer diameter d is φ0.8 to 1.0 mm.
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