JP5838227B2 - 金属粉じん発生の少ないベローズ溶接用冷却リング - Google Patents

Description

本発明は、ベローズ溶接用冷却リングに係り、特に溶接時に電気伝導性の高い銅、アルミニウム、金、銀などの金属粉じんを発生させないベローズ溶接用冷却リングに関する。

ベローズ（Ｂｅｌｌｏｗｓ）は、内部と外部との気密維持を行うと同時に、伸縮可能なジャバラであり、真空装置、半導体製造装備、小型産業器機類、精密機械などに多く使われる部品である。

図１には、このようなベローズ１００の一例が図示されているが、前記ベローズ１００は、一般的に両端にフランジ１がそれぞれ結合された状態で使われ、第１隔膜１０と、前記第１隔膜１０と向い合うように配された第２隔膜２０とが対をなす複数対の隔膜１０、２０を一列に配した状態で、互いに隣接している前記第１隔膜１０と前記第２隔膜２０とをずらして連結することで、ジャバラの形態を持つようになる。

前記ベローズ１００を製造する方法をさらに詳細に説明すれば、先ず、金属薄板をプレス加工し、図３に示したように前記第１隔膜１０及び第２隔膜２０を製造した後、溶接によって各対の前記第１隔膜１０及び第２隔膜２０の内側端部を互いに溶接して、図４に示したように、内周面溶接部ＩＷを形成し、このように内周面溶接部ＩＷによって溶接された複数対の隔膜１０、２０を、図５に示したように、一列に配した状態で、図６に示したように、互いに隣接している対の前記第１隔膜１０及び第２隔膜２０の外側端部を互いに溶接して外周面溶接部ＯＷを形成する。

この時、前記外周面溶接部ＯＷを形成するために、図７または図８に示した平面形状と、図６または図９に示した断面形状とを持つ金属材質のベローズ溶接用冷却リング３０、１３０が使われる。

前記ベローズ溶接用冷却リング３０、１３０は、前記各対の前記第１隔膜１０及び第２隔膜２０の外側端部の間に挿入されて、前記第１隔膜１０及び第２隔膜２０の外側端部間の距離を一定に維持し、前記第１隔膜１０と前記第２隔膜２０とを互いに密着させてクランピングし、前記外周面溶接部ＯＷを形成する時に発生する溶接熱を速かに消散させるためのものである。

しかし、従来のベローズ溶接用冷却リング３０、１３０は、柔らかい材質の金属である銅、銅合金、アルミニウム、金、銀などの金属で製造されているので、使用後に前記ベローズ１００の外周面に微細な銅粉じん（ｃｏｐｐｅｒ ｄｕｓｔ）またはアルミニウム粉じんなどの金属粉じんを残すようになり、このような金属粉じんは電気伝導性が非常に大きいため、前記ベローズ１００が半導体装備などに使われる場合、前記金属粉じんによる電気的ショートで半導体製造工程に不良を引き起こすという問題点がある。

したがって、従来のベローズ溶接用冷却リング３０、１３０を使う場合、ベローズ１００を半導体装備などに装着する前に、外周面に残っている銅粉じんなどの金属粉じんを除去する必要がある。特に、前記銅粉じんは、銅の特性上、化学的に非常に安定しており、かつ吸着力に優れて高圧の空気噴射や化学的な洗浄によっても、前記ベローズ１００の表面から容易に除去されないという問題点があり、前記ベローズ１００の外周面に残っている銅粉じんを作業者の手作業でいちいち除去せねばならない。

本発明は前記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、溶接時に電気伝導性の高い銅、アルミニウム、金、銀などの金属粉じんを発生させないように構造の改善されたベローズ溶接用冷却リングを提供することである。

前記目的を解決するために、本発明によるベローズ溶接用冷却リングは、第１隔膜と、前記第１隔膜と向い合うように配された第２隔膜とが対をなす複数対の隔膜を含む、ベローズの製造に使われる溶接用冷却リングであり、前記第１隔膜と前記第２隔膜のうち少なくとも一つに接触した状態で、前記第１隔膜と前記第２隔膜とを互いに密着させるように配され、銅を含む円弧状の本体と、前記本体にメッキされるメッキ層と、を備え、前記メッキ層は、ニッケル及びクロムからなる群から選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする。

ここで、前記メッキ層は、総重量１００重量部に対してニッケル９９重量部以上を含むことが望ましい。

ここで、前記メッキ層は、総重量１００重量部に対してクロム９９重量部以上を含むことが望ましい。

前記目的を解決するために、本発明によるベローズ溶接用冷却リングは、第１隔膜と、前記第１隔膜と向い合うように配された第２隔膜とが対をなす複数対の隔膜を含む、ベローズの製造に使われる円弧状の溶接用冷却リングであり、前記第１隔膜と前記第２隔膜のうち少なくとも一つに接触した状態で、前記第１隔膜と前記第２隔膜とを互いに密着させるように配され、タングステンとモリブデンとニッケルとクロムとからなる群から選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする。

ここで、総重量１００重量部に対してタングステン９９重量部以上を含むことが望ましい。

ここで、総重量１００重量部に対してモリブデン９９重量部以上を含むことでもありうる。

ここで、総重量１００重量部に対してニッケル９９重量部以上を含むことでもありうる。

ここで、総重量１００重量部に対してクロム９９重量部以上を含むことでもありうる。

本発明によれば、銅を含む円弧状の本体と、前記本体にメッキされるメッキ層とを備えることで、溶接時に電気伝導性の高い銅、アルミニウム、金、銀などの金属粉じんを発生させないという効果がある。

一般的なベローズの断面斜視図である。

図１に示したベローズのＩＩ−ＩＩ線の断面図である。

金属薄板をプレス加工して製造された第１隔膜及び第２隔膜を互いに向い合うように配した状態を示す断面図である。

図３に示した一対の第１隔膜及び第２隔膜の内側端部を互いに溶接して内周面溶接部を形成した状態を示す断面図である。

内周面溶接部によってそれぞれ溶接された複数対の隔膜を一列に配した状態で、ベローズ溶接用冷却リングが前記各対の前記第１隔膜及び第２隔膜の外側端部の間に挿入された状態を示す断面図である。

互いに隣接している対の前記第１隔膜及び第２隔膜の外側端部を互いに溶接して外周面溶接部を形成した状態を示す断面図である。

図５に示したベローズ溶接用冷却リングの一例を示す平面図である。

図５に示したベローズ溶接用冷却リングの他の一例を示す平面図である。

円形以外の断面形状を持つベローズ溶接用冷却リングを示す断面図である。

本発明の第１実施形態であるベローズ溶接用冷却リングの断面を示す図面である。

本発明の第２実施形態であるベローズ溶接用冷却リングの断面を示す図面である。

本発明の第３実施形態であるベローズ溶接用冷却リングの断面を示す図面である。

本発明の第４実施形態であるベローズ溶接用冷却リングの断面を示す図面である。

本発明のベローズ溶接用冷却リングを使って、一対の第１隔膜及び第２隔膜の内側端部を互いに溶接する状態を示す図面である。

図１４に示したベローズ溶接用冷却リングのＸＶ部分拡大図である。

図１５に示したベローズ溶接用冷却リングを使って溶接された一対の第１隔膜及び第２隔膜の内側端部に内周面溶接部が形成された状態を示す図面である。

以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。

図７は、本発明の第１実施形態であるベローズ溶接用冷却リングの平面図であり、図１０は、本発明の第１実施形態であるベローズ溶接用冷却リングの断面を示す図面である。

図７及び図１０を参照すれば、本発明の望ましい実施形態によるベローズ溶接用冷却リング３０は、ベローズ１００を製造するために使われる溶接用冷却リングであり、図１に示したように、前記第１隔膜１０と前記第２隔膜２０のうち少なくとも一つに接触した状態で、前記第１隔膜１０と前記第２隔膜２０とを互いに密着させるように、前記第１隔膜１０と第２隔膜２０との間に挿入される。このベローズ溶接用冷却リング３０は、本体３５とメッキ層３６とを備える。

前記本体３５は、図７及び図１０に示したように、隙間３３のある円弧状の環部材であり、銅、銅合金、アルミニウム、金、銀などの金属のうち少なくとも一つを含むが、これら金属の特徴は、融点が比較的低くて電気伝導性が比較的高いということである。本実施形態では、前記本体３５の材料として銅が使われる。ここで、純粋銅は、熱伝導度が４０１Ｗ／ｍ℃であり、融点は１０８４℃であり、硬度（Ｖｉｃｋｅｒｓ硬度）は３６９Ｍｐａであり、熱伝導度が相対的に高くて硬度は相対的に低い。

前記メッキ層３６は、図１０に示したように、前記本体３５にメッキされる金属層であり、ニッケル及びクロムからなる群から選択される少なくとも一つを含む金属層である。本実施形態では、前記メッキ層３６は、総重量１００重量部に対してニッケル９９重量部以上を含んでいるところ、純粋なニッケルに近い。ここで、純粋ニッケルは、熱伝導度９０．９Ｗ／ｍ℃、融点１４５５℃、硬度６３８Ｍｐａであり、純粋クロムは、熱伝導度９３．９Ｗ／ｍ℃、融点１９０７℃、硬度１０６０Ｍｐａである。よって、ニッケル及びクロムの場合、熱伝導度は銅に比べて低いが、融点及び硬度は銅に比べて高い。一方、金属の電気伝導性は熱伝導度と比例するので、銅がニッケル及びクロムに比べて電気伝導性は相対的に高い。

前述した構成のベローズ溶接用冷却リング３０は、銅を含む円弧状の本体３５と、前記本体３５にメッキされるニッケルメッキ層３６とを備えてているので、硬度及び融点が相対的に低い銅材質の本体３５が、硬度及び融点の相対的に高いニッケルメッキ層３６で保護されることで、図６に示したようにベローズ１００の溶接に使われるとしても、電気伝導性の高い銅粉じん（ｃｏｐｐｅｒ ｄｕｓｔ）を前記ベローズ１００の外周面に残さないという長所がある。

したがって、前記ベローズ溶接用冷却リング３０は、前記ベローズ１００が半導体装備などに使われる場合、前記銅粉じんによって半導体製造工程に不良を引き起こさないという長所がある。一方、前記ベローズ溶接用冷却リング３０の場合、ニッケル粉じんが微量発生する可能性はあるが、ニッケルの融点及び硬度が相対的に非常に高く、電気伝導性は相対的に低いため、半導体製造工程に不良を引き起こさない。

本実施形態では、前記メッキ層３６として純粋ニッケルに近い金属を使っているが、前記メッキ層３６が、総重量１００重量部に対してクロム９９重量部以上を含むことで、純粋クロムに近い金属でありうるということはいうまでもない。

本実施形態では、前記ベローズ溶接用冷却リング３０が隙間３３のある円弧状の環部材で形成されるが、図８に示したように、一対の半円形状部材３１、３２を備えてもよい。このように一対の半円形状部材３１、３２を使えば、溶接後に前記ベローズ溶接用冷却リング３０を、変形なしに前記ベローズ１００から分離させられるところ、繰り返して再使用できるという長所がある。

本実施形態では、前記ベローズ溶接用冷却リング３０が円形断面で形成されているが、図９及び図１１に示したように、円形以外の断面形状を持つベローズ溶接用冷却リング１３０を形成できるということはいうまでもない。前記ベローズ溶接用冷却リング１３０は、前記第１隔膜１０の形状に対応する第１面１３１と、前記第２隔膜２０の形状に対応する第２面１３２と、前記第１面１３１と前記第２面１３２との外側端部を互いに連結する外周面１３３と、を備え、前記外周面１３３の両端部には凹状の段差部１３４がそれぞれ形成されている。前記ベローズ溶接用冷却リング１３０は、前記段差部１３４によって前記外周面溶接部ＯＷの溶接時に必要な作業空間を容易に確保でき、前記第１面１３１及び第２面１３２によって前記第１隔膜１０及び第２隔膜２０の間に差し込まれる深さの調節が容易であるという長所がある。

一方、図１２には、本発明の第３実施形態であるベローズ溶接用冷却リング２３０が示されているが、前記ベローズ溶接用冷却リング２３０は、前記ベローズ溶接用冷却リング３０とは異なってメッキ層３６を備えず、タングステンとモリブデンとニッケルとクロムとからなる群から選択される少なくとも一つを含む金属材質で形成される。ここで、純粋タングステンは、熱伝導度１７３Ｗ／ｍ℃、融点３４２０℃、硬度３４３０Ｍｐａであり、純粋モリブデンは、熱伝導度１３８Ｗ／ｍ℃、融点２６２３℃、硬度１５３０Ｍｐａである。よって、タングステン及びモリブデンの場合、熱伝導度は銅に比べて低いが、融点及び硬度は銅に比べて非常に高く、電気伝導性、融点、硬度いずれもニッケル及びクロムに比べて相対的に高い。一方、タングステン及びモリブデンは、購入値段がニッケル及びクロムに比べて高いという短所がある。

本実施形態では、前記ベローズ溶接用冷却リング２３０が、総重量１００重量部に対して、タングステン９９重量部以上を含んで純粋タングステンに近い金属材質で形成される。

前述した構成のベローズ溶接用冷却リング２３０は、融点、硬度いずれも銅、ニッケル、クロムに比べて相対的に高い純粋タングステンに近い金属材質で形成されるので、溶接温度が高くて多量の溶接熱が発生する大型ベローズ１００を製造する場合に使われても、容易に溶融せず銅粉じんを残さないという長所がある。

また、前記ベローズ溶接用冷却リング２３０は、前述したベローズ溶接用冷却リング３０に使われるニッケルより電気伝導性の優秀なタングステンを使うので、溶接時に発生する溶接熱を前記ベローズ溶接用冷却リング３０よりさらに速かに消散させられるという長所がある。

本実施形態では、前記ベローズ溶接用冷却リング２３０が純粋タングステンに近い金属材質で形成されるが、総重量１００重量部に対してモリブデン９９重量部以上を含んで純粋モリブデンに近い金属、総重量１００重量部に対してニッケル９９重量部以上を含んで純粋ニッケルに近い金属、総重量１００重量部に対してクロム９９重量部以上を含んで純粋クロムに近い金属からなる群から選択される一つの金属材質で形成されうるということはいうまでもない。

本実施形態では、前記ベローズ溶接用冷却リング２３０が円形断面で形成されているが、図９及び図１３に示したように、円形以外の断面形状を持つベローズ溶接用冷却リング３３０で形成されうるということはいうまでもない。

一方、図１４には、前記ベローズ溶接用冷却リング２３０を使って、一対の第１隔膜１０及び第２隔膜２０の内側端部を互いに溶接する状態が図示されている。

前記ベローズ溶接用冷却リング２３０は、一対が設けられ、第１ジグ４０及び第２ジグ５０にそれぞれ装着される。

前記第１ジグ４０は、ステンレススチールで製造される環状金属部材であり、中央部には中空４４が形成されており、下面には第１装着部４１と、第１空間部４２と、第１結合部４３とが形成されている。

前記第１装着部４１は、前記中空４４の下端部エッジに沿って下方に突き出ており、前記第１空間部４２は、前記第１装着部４１の外側に形成された空間であり、前記第１結合部４３は、前記第１空間部４２の外側に形成された溝部である。

前記第１装着部４１の下端には、前記ベローズ溶接用冷却リング２３０の一つが取り付けられている。

前記第２ジグ５０は、ステンレススチールで製造される円板型金属部材であり、上面には第２装着部５１と、第２空間部５２と、第２結合部５３とが形成されている。

前記第２装着部５１は、上端に前記ベローズ溶接用冷却リング２３０の残りの一つが装着される部分であり、底部５４の上面から上方に突き出ており、前記第１装着部４１と対応する位置に形成されている。

前記第２空間部５２は、前記第２装着部５１の外側に形成された空間であり、前記第１空間部４２に対応する位置に形成され、前記第１空間部４２と協力して前記一対の第１隔膜１０及び第２隔膜２０の外側端部を収容する。

前記第２結合部５３は、前記第２空間部５２の外側に形成された突出部であり、前記第１結合部４３と脱着自在に結合されて固定される部分である。

前記第２結合部５３の内側面５５は、前記一対の第１隔膜１０及び第２隔膜２０の外側末端部が接触して支持されるように、既定の直径を持つ円筒状内周面で形成される。

前述した構成の第２ジグ５０の上面に前記一対の第１隔膜１０及び第２隔膜２０を乗せた後、前記第１ジグ４０の下面が前記第２ジグ５０の上面を向い合うように配して前記第１ジグ４０及び第２ジグ５０を互いに密着させれば、図１５に示したように、前記第１ジグ４０のベローズ溶接用冷却リング２３０は、前記第１隔膜１０の内側端部上面に接触して加圧し、前記第２ジグ５０のベローズ溶接用冷却リング２３０は、前記第２隔膜２０の内側端部下面に接触して加圧する。

このように、前記第１隔膜１０と前記第２隔膜２０とを互いに密着させた状態で、前記第１ジグ４０の中空４４を介して前記第１隔膜１０及び第２隔膜２０の内側端部を互いに溶接すれば、図１６に示したような内周面溶接部ＩＷが形成される。

前記第１ジグ４０は、中央部に形成された中空４４を備えているので、図１５に示したように、互いに密着した前記第１隔膜１０及び第２隔膜２０の内側端部への接近性に優れ、前記隔膜１０、２０の内側端部への溶接作業が便利であるという長所がある。

また、前記第２ジグ５０は、前記一対の第１隔膜１０及び第２隔膜２０の外側末端部が接触して保持されるように、既定の直径を持つ円筒状内側面５５を備える前記第２結合部５３を備えているので、前記隔膜１０、２０らが揺れずに安定して正確な位置に固定されうるという長所がある。

そして、前記ジグ４０、５０は、互いに脱着自在に結合されて固定される前記結合部４３、５３を備えているので、正確な位置で互いに容易に結合され、結合された状態で揺れないという長所がある。

以上で本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は前述した実施形態に記載された内容に限定されるものではなく、当業者によって修正または変更された等価の構成は本発明の技術的思想の範囲を逸脱しないということは明らかである。

Claims (2)

1. 第１隔膜と、前記第１隔膜と向い合うように配された第２隔膜とが対をなす複数対の隔膜を含む、ベローズの製造に使われる溶接用冷却リングであり、
   前記第１隔膜と前記第２隔膜のうち少なくとも一つに接触した状態で、前記第１隔膜と前記第２隔膜とを互いに密着させるように配され、銅を含む円弧状の本体と、
   溶接時に銅粉塵が発生しないように、前記本体にメッキされるメッキ層と、
   を備え、
   前記メッキ層は、銅に比べて電気伝導性が低く、銅に比べて高融点及び高硬度のニッケル及びクロムからなる群から選択される少なくとも一つを含み、かつ、前記メッキ層は、総重量１００重量部に対し９９重量部以上の前記ニッケルを含むものであるか、総重量１００重量部に対して９９重量部以上の前記クロムを含むものであり、
   前記溶接時に発生する銅粉塵が前記ベローズの表面に残留せず、銅粉塵によって前記ベローズが使われる周辺装備に電気的ショートが発生しないように構成される、ことを特徴とするベローズ溶接用冷却リング。
2. 第１隔膜と、前記第１隔膜と向い合うように配された第２隔膜とが対をなす複数対の隔膜を含む、ベローズの製造に使われる円弧状の溶接用冷却リングであり、
   前記第１隔膜と前記第２隔膜のうち少なくとも一つに接触した状態で、前記第１隔膜と前記第２隔膜とを互いに密着させるように配され、
   溶接時に銅粉塵が発生しないように、銅に比べて電気伝導性が低く、銅に比べて高融点及び高硬度のタングステンとモリブデンとニッケルとクロムとからなる群から選択される少なくとも一つを含み、かつ、前記溶接用冷却リングが、総重量１００重量部に対して９９重量部以上の前記タングステンを含むものであるか、総重量１００重量部に対して９９重量部以上の前記モリブデンを含むものであるか、総重量１００重量部に対して９９重量部以上の前記ニッケルを含むものであるか、総重量１００重量部に対して９９重量部以上の前記クロムを含むものであり、
   溶接時に銅粉塵が前記ベローズの表面に残留せず、銅粉塵によって前記ベローズが使われる周辺装備に電気的ショートが発生しないように構成される、ことを特徴とするベローズ溶接用冷却リング。

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