KR100263357B1

KR100263357B1 - 금속가스킷

Info

Publication number: KR100263357B1
Application number: KR1019960053181A
Authority: KR
Inventors: 토시야수 이나가키; 요시노리 모루카; 아키히로 코지마
Original assignee: 아마노 시게루; 씨케이디 가부시키 가이샤; 간다 소우헤이
Priority date: 1995-12-25
Filing date: 1996-11-09
Publication date: 2000-08-01
Also published as: KR970045063A; US5797604A; US6056291A; MY113007A; SG43450A1; JPH09177977A; JP2991651B2

Abstract

시일성이 뛰어나고, 또 작은 압압력으로 시일할 수 있는 금속가스킷을 제공하는 것이다.

본 발명의 금속가스킷(1)은 단면 C자형상의 적어도 1매의 금속피복(3)의 내부에 환상의 탄성을 가지는 금속코아(2)를 내포하고, 축실방향으로의 힘을 받아 푸싱되므로서 시일면(10a)과의 압접에 의하여 시일하는 것으로서, 금속피복(3)이 변형시 가공부(5)가 박육부에 응력집중을 받으므로서 축심방향으로 휘어짐으로서 그 휨의 양단에 발생하는 정상부(6)에서 상기 시일면에 압접되도록 하여 시일하는 것이다.

Description

금속가스킷

본 발명은 장전한 시일부의 시일면에 압접되므로서 높은 기밀성을 얻게 되는 금속가스킷에 관한 것이다.

반도체 제조공정에 있어서는 실리콘 웨이퍼 베이스에 시란, 알신, 호스핀, 지보란 등의 초독성가스를 불순물원으로 하고, 열확산을 행하게 되며, 또한 자연발화성 가스등도 사용되고 있다.

이와 같은 반도체 제조공정에서 사용되는 가스는 예를들어 알신의 치사량은 0.5ppm이며, 소량의 누출이 즉 인신사고에 연결되는 위험성을 포함하는 것이기에 종래부터 이들 가스배관은 누출을 방지하기 위하여 용접접속하거나 가스킷에 의해 시일하는 등을 행하였다. 그리고 가스킷으로 시일하는 경우 고무나 수지를 사용할 수가 없고, 금속가스킷이 사용되고 있었다.

여기서, 종래로 이와 같은 위험한 가스를 취급하는 반도체 제조장치에서는 높은 기밀성을 요구해 여러 가지 금속가스킷이 고안되어 사용되어 왔다. 이하 그 일예를 들어 설명한다.

도6은 금속가스킷의 제1종래예를 나타낸 사시도이다. 이 금속가스킷(51)은 축방향으로 연속하는 단면 C자형상의 내피복(53)과 외피복(54)와의 2층구조를 이루는 금속피복이 환상이며, 탄성을 갖는 금속의 코일스프링으로 이루어지는 금속코아(52)를 내포하며 구성되어 있다. 그리고 이와는 별도로 금속가스킷의 제2종래예로서 특개평 2-138575호 공보에 개시된 것을 도7에 나타낸다. 이 금속가스킷(61)은 중공이며 타원형의 가로단면을 가지며 또한 환상으로 탄성을 갖는 금속코일스프링으로 이루어지는 금속코아(62)와 이 금속코아(62)의 외주를 포위하고, 또 외측으로서 축방향으로 연속하는 단면 C자형상의 1층 금속피복(63)과로 구성되는 것이다.

그리고, 이와 같은 구성의 금속가스킷(61)은 브래킷(60)으로 단경방향으로 받는 압축력이 소정의 값을 초과하면 도8에 나타낸 바와 같이, 상하면이 각각의 중앙부근에서 휘어지는 아치면(64,64)를 형성하고 이것을 사이끼움하여 두 개의 원(65,66)으로 상하의 각각의 면을 시일한다. 따라서 2중의 시일선을 얻어 높은 시일효과를 얻을 수 있다.

그러나, 최근에는 금속가스킷의 피복의 재질을 가스에 반응하여 독소를 발생시킬 우려가 있는 니켈에 대신하여, 내식성 등에 뛰어난 오스테나이트계 스테인레스 강재 특히, SUS 316(이하 간단히 「SUS」라 함)의 사용이 요망되고 있으나, 이것으로서 시일성의 안정성이 나빠진다는 문제가 생기고 있다.

그 이유는 외피복표면의 닛켈의 경도가 약 Hv180임에 대하여 SUS 316이 약 Hv320으로 높은 경도를 가지고 있다. 한편 이 금속가스킷을 장전하는 플랜지는 SUS 316 이나 VIM-VAR재에 수조로 표면처리를 하므로서 약 300Hv전후의 높은 경도를 가진다.

따라서, 피복에 닛켈을 사용하여 플랜지와의 사이에 경도차가 있는 경우에는 시일부분이 브래킷의 시일면에 면하여 변형되기 때문에 기밀성이 높혀진다. 그러나 피복에 SUS 등의 고경도의 것을 사용하여 플랜지와의 사이에 경도차가 없는 경우는 금속가스킷이 시일면에 추종하여 균일하게 변형하지 않기 때문에 시일면의 안정성이 나빠진다는 문제가 생기게 되었다.

그리고 피복에 니켈을 사용하여 플랜지와의 사이에 경도차가 있는 경우에는 피복이 플랜지의 시일면에 높은 압력으로 압압되어 변형이 발생하므로서 플랜지의 시일면에 발생하므로서 플랜지의 시일면에 피복의 소재가 들어가서 기밀성이 높아지는 현상이 있었다.

그러나 피복에 SUS 등의 고경도의 것을 사용하여 플랜지와의 사이에 경도차가 없는 경우에는 단면원형의 제 1종래예의 것으로 하여도 장원형의 횡단면으로 이루어지는 그 중의 시일선을 생성하는 제 2종래예의 것으로 하여도 곡면에서 불래킷과 접촉하기 때문에 접촉면적이 비교적 커지기 때문에 면끼리 접촉하면 면적당의 푸싱력이 낮고 피복의 소재가 시일면에 들어가는 일이 없으며 기밀성이 높아지지 않기 때문에 시일의 안전성이 나빠지는 문제가 있었다.이로 인해 시일의 안정성을 좋게하고자 할 경우에는 매우 큰 푸싱력이 필요하였다.

여기서 본 발명은 이같은 문제점을 해소한 시일의 안정성이 뛰어나고 또 작은 푸싱력으로 유효하게 유체의 누출을 방지가능하게 금속 가스킷을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 금속가스킷은 단면 C자 형상의 제어도 1매의 금속 피복의 내부에 환상의 탄성을 가지는 코아를 내포한 환상의 것으로서 축심 방향으로의 힘을 받아 압압되므로서, 시일면과의 압점에 의하여, 유체의 누출을 방지하는 금속 가스킷으로서 상기 금속 피복의 외주에 국부적으로 얇은 두께로 형성된 박육부를 가지며, 상기 금속피복이 상기 압압력을 받아 변형할 때 상기 박육부에 응력 집중을 받게 되어 축심 방향에 힘이 생겨서 이 힘의 양측에 발생하는 정상부에서 상기시일면으로 압접을 하여 유체 의 누출을 방지하는 것을 특징으로 한다. 그리고 본 발명의 금속 가스킷은 상기 금속가스킷에 있어서 상기 박육부가 상기 금속피복의 양면에 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 가스킷은 상기 금속 가스킷에 있어서 상기 금속 피복의 박육부가 평면인 것을 특징으로 한다.

그리고 본발명의 금속 가스킷은 상기 금속 가스킷에 있어서 상기 금속 피복의 가공부가 단면 U자상, V자 혹은 ??자 형상의 홈인 것을 특징으로 한다. 상기 구성을 가진 본 발명의 금속 가스킷은 다음과 같이 작용한다. 즉 시일부에 배설되어 축심방향으로의 힘을 받아 눌림을 받게 되면 금속 피복에 형성된 박육부에 응력이 집중하여 그 박육부가 휘어 변형이 일어난다. 금속 피복이 응력집중을 받아 축심 방향으로 휘어지므로써 그 힘이 양측에 생기는 정상부에 의하여 2중의 시일선으로 되어 당접한다. 각각의 시일선에 있어서 정상부는 에지에 의하여 시일면에 프레스 푸싱을 받기 때문에 에지의 선단부의 단위면적당의 압압력이 높아져 유체의 누출을 방지한다.

즉, 금속가스킷은 2중의 시일선이고 다시 그 시일선이 정상부에서 하여 높은 접촉압력으로 시일면에 당접하므로써 시일의 안정성을 시도하고 있다.

또 본 발명의 금속 가스킷은 상기가공부가 평평한 면으로 되어 금속 피복에 극부적으로 얇은 두께의 부분을 형성한 것을 프레스 푸싱함으로서, 그 박육부인 평평한면의 중앙부가 축심방향으로 휘어진 양단에 정상부를 얻어 높은 접촉압력으로 시일면에 당접하는 2중의 시일선에 의하여 시일의 안전성을 시도하고 있다.

이 평평한 면은 금속피복의 단면을 절삭하는 것만으로 용이하게 가공할 수 있기 때문에 제조코스트를 낮게 할 수 있다.

그리고 본 발명의 금속가스킷은 상기 가공부가 단면이 U자 V자 또는 ㄷ자형상의 홈으로하여 금속피복에 극부적으로 얇은 두께의 부분을 형성한 것을 프레스 푸싱하므로서 그 박육부인 ㄷ자형상 홈의 오목부 중앙 또는 U자 혹은 V자 형상의 곡부가 축심방향으로 휘어진 양단에 정상부를 형성하고, 높은 접촉압력에 의해 시일면에 당접하는 2중의 시일선에 의하여 시일의 안전성을 시도하고 있다.

도 1은 본 발명에 관한 금속가스킷의 제1실시의 형태를 나타낸 단면사시도.

도 2는 제1실시형태의 금속가스킷의 시일시의 상태를 나타낸 단면도.

도 3은 제1실시형태의 금속가스킷의 시일후의 상태를 나타낸 단면도.

도4는 본 발명에만 금속가스킷에 제2실시형태를 나타낸 단면사시도.

도 5는 제2실시형태의 금속가스킷의 시일시의 상태를 나타낸 단면도.

도 6은 제1종래예의 금속가스킷을 나타낸 단면도.

도 7은 제2종래예의 금속가스킷을 나타낸 단면도.

도 8은 제2종래예의 금속가스킷의 시일시의 상태를 나타낸 단면도.

도 9는 본 발명에 관한 제1실시형태의 금속가스킷의 평면을 현미경으로 관찰한 시일후의 상태를 나타낸 사진.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,21 : 금속가스킷 2,22 : 코일스프링

2,23 : 피복 4,24 : 개방부

5 : 평평면 6,26 : 정상부

10 : 플랜지 25 : V자 홈

다음에 본 발명에 관련한 금속가스킷의 일실시예 형태에 관하여, 도면을 참조하여 설명한다. 도1은 제1실시형태의 금속가스킷 1에 나타낸 단면사시도이다. 이 금속가스킷(1)도 상술한 제1종래예와 같이 축방향으로 연속하는 단면이 C자형상의 피복(3)이 환상으로 탄성을 갖는 금속의 코일스프링(Z)을 내포하여 구성된 것이다.

그리고, 본 실시형태의 금속가스킷(1)의 피복(3)에 특징을 가진 것으로서 단면이 C자형상을 이루는 피복(3)의 개방부(4)를 대칭으로하여 상하에는 금속가스킷(1)의 전장에 걸쳐서 평평면(5,5)가 형성되어 있다. 이 피복(3)은 경도가 약 320Hv의 SUS 316에 의하여 형성된다.

이와같은 구성의 금속가스킷(1)을 시일부인 플랜지에 장전하고, 다시 압축한 상태의 단면을 도2에 나타낸다. 이 금속가스킷(1)이 플랜지(10)에 배설된 상태에서는 평평면(5,5)가 플랜지(10)의 시일면(10a,10a)에 당접한다. 여기서, 서로 대향하는 평평면(5,5)에 플랜지(10)으로부터 압축력을 받게 되면 금속가스킷(1)은 축심방향으로 변형하게 된다.

이때 플랜지(10)으로부터 받은 피복(3)은 평평면(5,5)의 중앙이 가장 얇으며, 끝부가 퍼짐에 따라 두께가 두껍게 되기 때문에 얇은 두께로 가공된 중앙부(5a,5a)에는 극부적으로 응력집중이 발생하게 된다.

따라서 피복(3)은 응력집중을 받는 중앙부(5a,5a)가 힘의 방향인 축심방향으로 휨을 받고, 만곡되며 평평면(5,5)의 엣지(5b,5b)에 의하여 중앙부(5a,5a)를 사이에 끼워 돌출된 정상부(6,6)를 얻게 된다. 이 정상부(6,6)는 금속가스킷(1)의 전장에 걸쳐서 얻어지고, 플랜지(10)의 시일면(10a,10a)를 2중으로 시일하게 된다.

여기서, 이같은 압축변형에 의하여 얻어진 정상부(6,6)가 당접하는 플랜지(10)의 시일면을 확인해본다. 그리고, 금속가스킷의 평면을 현미경으로 관찰한 시일후의 상태의 사진을 도9에 나타낸다. 그리고, 도3은 이 도9의 사진을 도면화한 시일후의 금속가스킷(1)을 나타내는 평면도이다.

금속가스킷(1)은 도9의 사진 및 도3에 나타낸 바의 피복(3)에 코일스프링(2)가 내포된 것이 링상으로 형성되고, 그 상하의 시일부분을 절삭가공하여 평평면(5,5)를 형성한 것이다. 그리고 이것을 플랜지(10)에 장전한 후에 해체하여 보면, 도9의 사진 및 도3에 나타낸 바와 같은 평평면(5)을 형성한 엣지에는 내측 및 외측에 2중시일흔적(8,8)이 원이 되어 명확하게 나타나 있는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 실시형태의 금속가스킷(1)에서는 가공부인 평평면(5,5)를 가지므로서, 압축에 의해 생기는 정상부(6,6)이 시일면(10a,10a)를 시일하고 있음이 확인된다.

그리고, 본 실시형태의 금속가스킷(1)을 시일면(10a,10a)을 스퍼로울처리하여 피트가 적은 면조도(面組度)를 양호하게 한 것이다. 그렇지 못한 플랜지(10)에 대하여 사용하고 헬륨을 불어대어 30초후의 외부누출의 발생을 복수회 반복하여 검사하였으나, 어느 것이나 외부누설방법은 확인되지 않았다.

이때의 플랜지(10)의 경도는 어느 것이나 300Hv정도였고, 검출감도는 2.8×10^-12Pa·m³/s 이하이였다.

따라서 본 실시형태의 금속가스킷(1)과 같이 정상부(6,6)에 의하여 시일하므로서, 그 예각인 정상부(6,6)이 시일면(10a,10a)에 대하여 작은 면적으로 당접하기 때문에, 압압력이 그 당접면에 균일하고, 또한 높은 압력으로 걸럼으로서 면조도가 양호한 것들은 물론 양호하지 못한 것들도 시일의 안전성이 도모되어 있다.

그리고 2중으로 형성된 정상부(6,6)에 의한 시일선에 의하여 높은 기밀성을 얻을 수 있었다.

또한 정상부(6,6)에 의한 2중의 시일선반에 의하여 시일면(10a,10a)에도 당접하기 때문에 접촉면적이 작은 분, 금속가스킷(1)을 압압하는 플랜지(10)의 조임력이 작아도 높은 접촉압력을 얻을 수 있었다.

한편, 플랜지(10)에 경도가 120∼130Hv정도의 유연한 것을 사용한 경우에는 시일면(10a,10a)에 오목진 시일흔적이 남게 된다. 이 경우에는 부착 및 해체를 반복하면 시일면(10a,10a)에는 시일흔적이 크로스하는 개소가 생기게 된다. 그러나 본 실시형태의 금속가스킷(1)에서는 정상부(6,6)에 의하여 높은 압력으로 압압선과 동시에 그 정상부(6,6)에 의한 2중의 시일선으로 시일하고 있기 때문에 누출하는 일이 없었다.

다음에 본 발명의 금속가스킷의 제2실시형태에 관하여 설명한다. 도4는 제2실시형태에서의 금속가스킷(21)를 나타낸 단면사시도이다. 이 금속가스킷(21)도 상술한 제1실시형태의 것과 같이 단면의 C자형상의 피복(23)이 코일스프링(22)을 내포하여 구성된 것이다. 그리고, 본 실시형태의 금속가스킷(21)도 피복(23)에 특징을 가지며 단면이 C자형상을 이루는 피복(23)의 개방부(24)를 대칭으로 한 상하에 그 금속가스킷(21)의 전방에 걸쳐서 V자 홈(25,25)가 형성되어 있다.

그리고, 이와 같은 V자 홈(25,25)가 형성된 금속가스킷(21)을 플랜지(10)에 장전한 경우에는 도5에 나타낸 바와 같이 정상부(26,26)이 생겨 시일하게 되는 것이다.

즉, 금속가스킷(21)을 플랜지(10)에 배설한 상태로 상하의 V자 홈(25,25)부분에 플랜지(10)으로부터 압축력이 걸리면 금속가스킷(21)은 축심방향으로 변형하는 것으로 된다. 이때 플랜지(10)로부터 직접 힘을 받는 V자 홈(25,25)는 중앙부(25a,25a)가 가장 얇기 때문에 거기에 응력집중이 생긴다.

따라서 도5에 나타낸 바와 같이 피복(23)은 응력집중을 받은 중앙부(25a,25a)가 힘의 방향인 축심방향으로 휘어서 만곡한다. 이 때문에 V자 홈(25,25)의 엣지(25b,25b)가 그 중앙부(25a,25a)를 사이에 끼워 돌출하여 정상부(26,26)을 구성한다. 여기서 금속가스킷(1)의 전장에 걸쳐 얻어진 이 예각의 정상부(26,26)이 플랜지(10)의 시일면(10a,10a)를 2중으로 시일하는 것이 된다.

본 실시형태의 금속가스킷(21)에선 V자 홈(25,25)에 의한 가공부를 형성하였기 때문에, 제1실시형태의 것보다도 예각의 정상부(26,26)을 얻을 수가 있고, 또 시일의 안전성이 증가하였으며, 또 보다 적은 푸싱 프레스로 금속가스킷(21)을 조이게 되면 족하게 되었다. 또, 본 발명의 금속가스킷은 상기 실시형태의 것에 한정되는 것이 아니고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경이 가능하다.

예를들어 상기 실시예에서는 피복에 형성한 가공부에는 평평면과 V자 홈만을 나타냈으나, 압축시에 정상부를 얻을 수 있는 박육부를 가지는 것이라면 또 특허청구범위에서 표시한 바와 같이 단면이 ㄷ자형상이나 U자형상 홈, 기타의 가공부라도 가하다.

또한, 예를들어 상기 실시의 형태에서는 피복을 1중의 것을 나타내였으나, 제1종래예와 같이, 2중으로 하여도 좋으며, 또한 그 이상의 것이여도 좋다.

본 발명은 금속피복에 극부적으로 얇은 두께로 형성한 가공부를 전장에 걸쳐 형성한 것에 의해, 그 금속피복이 힘을 받아 변형할 때 가공부의 얇은 두께의 부분에 응력집중을 받아 축심방향으로 변형하므로서 그 휨의 양측에 생기는 정상부에서 시일면에 압접하므로, 금속가스킷의 경도를 높게 한 경우에도 시일의 안전성이 뛰어나며 또 적은 압압력에 의해 시일될 수 있는 금속가스킷을 제공하는 것이 가능하게 된다.

Claims

단면 C자형상의 적어도 1매의 금속피복의 내부에 환상의 탄성을 갖는 코아를 내포한 환상의 물건이며, 축심방향으로 힘을 받아 압압되므로서 시일면과의 압접에 의해 유체의 누출을 방지하는 금속가스킷에 있어서 상기 금속피복의 외주에 극부적으로 얇은 두께로 형성된 박육부를 가지며, 상기 금속피복이 상기 압압력을 받아 변형할 때, 상기 박육부가 응력집중을 받아 축심방향으로 굽어져서 그 굽힘의 양측에 발생하는 정상부에서 상기 시일면에 압접하므로서 유체의 누출을 방지하는 것을 특징으로 하는 금속가스킷.
제1항에 있어서, 상기 박육부가 상기 금속피복의 양면에 형성되어 이루어짐을 특징으로 하는 금속가스킷.
제1항에 있어서, 상기 금속피복의 박육부가 평면인 것을 특징으로 하는 금속가스킷.
제2항에 있어서, 상기 금속피복의 박육부가 평면인 것을 특징으로 하는 금속가스킷.
제1항에 있어서, 상기 금속피복의 가공부가 단면이 U장상, V자 혹은 ㄷ자형상의 홈인 것을 특징으로 하는 금속가스킷.
제2항에 있어서, 상기 금속피복의 가공부가 단면이 U자상, V자 혹은 ㄷ자형상의 홈인 것을 특징으로 하는 금속가스킷.