KR101174100B1 - 금속 분진 발생이 적은 벨로우즈 용접용 냉각링. - Google Patents

Abstract

본 발명은 벨로우즈 용접용 냉각링에 관한 것으로서, 제1 격막과 상기 제1 격막과 마주하도록 배치된 제2 격막이 쌍을 이루는 복수 쌍의 격막을 포함하는 벨로우즈의 제조에 사용되는 용접용 냉각링으로서, 상기 제1 격막과 상기 제2 격막 사이에 삽입되며, 구리를 포함하는 원호 형상의 본체; 상기 본체에 도금되는 도금층;을 구비하며, 상기 도금층은, 니켈과 크롬으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 구리를 포함하는 원호 형상의 본체와, 상기 본체에 도금되는 도금층을 구비함으로써, 용접시에 전기전도성이 높은 구리, 알루미늄, 금, 은 등의 금속 분진을 발생시키지 않는다는 효과가 있다.

Description

금속 분진 발생이 적은 벨로우즈 용접용 냉각링.{cooling ring for welding of Bellows generating less metal powder.}

본 발명은 벨로우즈 용접용 냉각링에 관한 것으로서, 특히 용접시에 전기전도성이 높은 구리, 알루미늄, 금, 은 등의 금속 분진을 발생시키지 않는 벨로우즈 용접용 냉각링에 관한 것이다.

벨로우즈(Bellows)는, 내부와 외부의 기밀 유지를 하는 동시에 신축 운동이 가능한 주름관으로서, 진공장치, 반도체 제조장비, 소형 산업기기류, 정밀기계 등에 많이 사용되는 부품이다.

도 1에는 이러한 벨로우즈(100)의 일례가 도시되어 있는데, 상기 벨로우즈(100)는, 일반적으로 양단에 플랜지(1)가 각각 결합된 상태로 사용되며, 제1 격막(10)과 상기 제1 격막(10)과 마주하도록 배치된 제2 격막(20)이 쌍을 이루는 복수 쌍의 격막(10, 20)을 일렬로 배치한 상태에서, 서로 인접한 상기 제1 격막(10)과 상기 제2 격막(20)을 엇갈리게 연결함으로써 주름관의 형태를 가지게 된다.

상기 벨로우즈(100)를 제조하는 방법을 좀 더 상세히 설명하면, 먼저, 금속 박판을 프레스 가공하여, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제1 격막(10) 및 제2 격막(20)을 제조한 뒤에, 용접에 의하여 각 쌍의 상기 제1 격막(10) 및 제2 격막(20)의 내측 단부를 서로 용접하여, 도 4에 도시된 바와 같이 내주면 용접부(IW)를 형성하고, 이렇게 내주면 용접부(IW)에 의하여 용접된 복수 쌍의 격막(10, 20)을 도 5에 도시된 바와 같이 일렬로 배치한 상태에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 서로 인접한 쌍의 상기 제1 격막(10) 및 제2 격막(20)의 외측 단부를 서로 용접하여 외주면 용접부(OW)를 형성한다.

이때, 상기 외주면 용접부(OW)를 형성하기 위하여, 도 7 또는 도 8에 도시된 평면 형상과 도 6 또는 도 9에 도시된 단면 형상을 가진 금속 재질의 벨로우즈 용접용 냉각링(30, 130)이 사용된다.

상기 벨로우즈 용접용 냉각링(30, 130)은, 상기 각 쌍의 상기 제1 격막(10) 및 제2 격막(20)의 외측 단부 사이에 삽입되어, 상기 제1 격막(10) 및 제2 격막(20)의 외측 단부 사이의 거리를 일정하게 유지하여, 상기 제1 격막(10)과 상기 제2 격막(20)를 서로 밀착시켜 클램핑(clamping)하며, 상기 외주면 용접부(OW)를 형성할 때 발생하는 용접열을 신속하게 소산시키기 위한 것이다.

그러나, 종래의 벨로우즈 용접용 냉각링(30, 130)은, 무른 재질의 금속인 구리, 구리합금, 알루미늄, 금, 은 등의 금속으로 제조되어 있으므로, 사용 후에 상기 벨로우즈(100)의 외주면에 미세한 구리 분진(copper dust) 또는 알루미늄 분진 등의 금속 분진을 남기게 되며, 이러한 금속 분진은 전기전도성이 매우 크므로, 상기 벨로우즈(100)가 반도체 장비 등에 사용될 경우, 상기 금속 분진으로 인한 전기적 쇼트로 반도체 제조 공정에 불량을 야기하는 문제점이 있다.

따라서, 종래의 벨로우즈 용접용 냉각링(30, 130)을 사용하는 경우, 벨로우즈(100)를 반도체 장비 등에 장착하기 전에, 외주면에 잔류한 구리 분진 등의 금속 분진을 제거할 필요성이 생긴다. 특히, 상기 구리 분진은 구리의 특성상 화학적으로 매우 안정되어 있고 흡착력이 좋아서 고압의 공기를 분사하거나 화학적인 세척으로도 상기 벨로우즈(100)의 표면으로부터 쉽게 제거되지 않는다는 문제점이 있어, 상기 벨로우즈(100)의 외주면에 잔류한 구리 분진을 작업자의 수작업으로 일일이 제거해줘야 하는 불편함이 따른다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 용접시에 전기전도성이 높은 구리, 알루미늄, 금, 은 등의 금속 분진을 발생시키지 않도록 구조가 개선된 벨로우즈 용접용 냉각링을 제공하기 위함이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 벨로우즈 용접용 냉각링은, 제1 격막과 상기 제1 격막과 마주하도록 배치된 제2 격막이 쌍을 이루는 복수 쌍의 격막을 포함하는 벨로우즈의 제조에 사용되는 용접용 냉각링으로서, 상기 제1 격막과 상기 제2 격막 사이에 삽입되며, 구리를 포함하는 원호 형상의 본체; 상기 본체에 도금되는 도금층;을 구비하며, 상기 도금층은, 니켈과 크롬으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 도금층은, 총중량 100중량부에 대하여, 니켈 99중량부 이상을 함유한 것이 바람직하다.

여기서, 상기 도금층은, 총중량 100중량부에 대하여, 크롬 99중량부 이상을 함유한 것이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 벨로우즈 용접용 냉각링은, 제1 격막과 상기 제1 격막과 마주하도록 배치된 제2 격막이 쌍을 이루는 복수 쌍의 격막을 포함하는 벨로우즈의 제조에 사용되며, 상기 제1 격막과 상기 제2 격막 사이에 삽입되는 용접용 냉각링으로서, 텅스텐과 몰리브덴으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수도 있다.

여기서, 총중량 100중량부에 대하여, 텅스텐 99중량부 이상을 함유한 것이 바람직하다.

여기서, 총중량 100중량부에 대하여, 몰리브덴 99중량부 이상을 함유한 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 구리를 포함하는 원호 형상의 본체와, 상기 본체에 도금되는 도금층을 구비함으로써, 용접시에 전기전도성이 높은 구리, 알루미늄, 금, 은 등의 금속 분진을 발생시키지 않는다는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 벨로우즈의 단면사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 벨로우즈의 II-II선 단면도이다.
도 3은 금속 박판을 프레스 가공하여 제조된 제1 격막 및 제2 격막을 서로 마주하게 배치한 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 한 쌍의 제1 격막 및 제2 격막의 내측 단부를 서로 용접하여 내주면 용접부를 형성한 상태를 나타낸 단면도이다.
도 5는 내주면 용접부에 의하여 각각 용접된 복수 쌍의 격막을 일렬로 배치한 상태에서, 벨로우즈 용접용 냉각링이 상기 각 쌍의 상기 제1 격막 및 제2 격막의 외측 단부 사이에 삽입된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 6은 서로 인접한 쌍의 상기 제1 격막 및 제2 격막의 외측 단부를 서로 용접하여 외주면 용접부를 형성한 상태를 나타낸 단면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 벨로우즈 용접용 냉각링의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 8은 도 5에 도시된 벨로우즈 용접용 냉각링의 다른 일례를 나타내는 평면도이다.
도 9는 원형 이외의 단면 형상을 가진 벨로우즈 용접용 냉각링을 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예인 벨로우즈 용접용 냉각링의 단면을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예인 벨로우즈 용접용 냉각링의 단면을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예인 벨로우즈 용접용 냉각링의 단면을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예인 벨로우즈 용접용 냉각링의 단면을 나타내는 도면이다.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명의 제1 실시예인 벨로우즈 용접용 냉각링의 평면도이며, 도 10은 본 발명의 제1 실시예인 벨로우즈 용접용 냉각링의 단면을 나타내는 도면이다.

도 7 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벨로우즈 용접용 냉각링(30)은, 벨로우즈(100)를 제조하기 위하여 사용되는 용접용 냉각링(cooling ring)으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 벨로우즈(100)의 제1 격막(10)과 상기 제2 격막(20)의 사이에 삽입된다. 상기 벨로우즈 용접용 냉각링(30)은, 본체(35)와, 도금층(36)을 포함한다.

상기 본체(35)는, 도 7 및 도 10에 도시된 바와 같이, 틈새(33)가 있는 원호 형상의 고리 부재로서, 구리, 구리 합금, 알루미늄, 금, 은 등의 금속 중 적어도 하나를 포함할 수 있는데 이들 금속의 특징은 녹는점이 비교적 낮고 전기전도성이 비교적 높다는 특성이 있다. 본 실시예에서는, 상기 본체(35)의 재료로 구리가 사용된다. 여기서, 순수 구리는, 열전도도가 401 W/m℃이고, 녹는점은 1084℃이며, 경도(Vickers 경도)는 369Mpa 으로서, 열전도도가 상대적으로 높고 경도는 상대적으로 낮은 편이다.

상기 도금층(36)은, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 본체(35)에 도금되는 금속층으로서, 니켈과 크롬으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 금속층이다. 본 실시예에서는, 상기 도금층(36)은 총중량 100중량부에 대하여, 니켈 99중량부 이상을 함유하고 있는 바, 순수한 니켈에 근접한다. 여기서, 순수 니켈은, 열전도도 90.9 W/m℃, 녹는점 1455℃, 경도 638Mpa 이며, 순수 크롬은, 열전도도 93.9 W/m℃, 녹는점 1907℃, 경도 1060Mpa 이다. 따라서, 니켈과 크롬의 경우, 열전도도는 구리에 비하여 낮지만 녹는점과 경도는 구리에 비하여 높은 편이다. 한편, 금속의 전기전도성은 열전도도와 비례하므로, 구리가 니켈 및 크롬에 비하여 전기전도성은 상대적으로 높다.

상술한 구성의 벨로우즈 용접용 냉각링(30)은, 구리를 포함하는 원호 형상의 본체(35)와, 상기 본체(35)에 도금되는 니켈 도금층(36)을 구비하고 있으므로, 경도와 녹는점이 상대적으로 낮은 구리 재질의 본체(35)가 경도 및 녹는점이 상대적으로 높은 니켈 도금층(36)으로 보호됨으로써, 도 6에 도시된 바와 같이 벨로우즈(100)의 용접에 사용되더라도, 전기전도성이 높은 구리 분진(copper dust)을 상기 벨로우즈(100)의 외주면에 남기지 않는다는 장점이 있다.

따라서, 상기 벨로우즈 용접용 냉각링(30)은, 상기 벨로우즈(100)가 반도체 장비 등에 사용될 경우, 상기 구리 분진으로 인하여 반도체 제조 공정에 불량을 야기하지 않는 장점이 있다. 한편, 상기 벨로우즈 용접용 냉각링(30)의 경우, 니켈 분진이 미량 발생할 가능성은 있으나, 니켈의 녹는점과 경도가 상대적으로 매우 높고, 전기전도성은 상대적으로 낮기 때문에, 반도체 제조 공정에 불량을 야기하지 않는다.

본 실시예에서는, 상기 도금층(36)으로서 순수 니켈에 근접하는 금속을 사용하고 있으나, 상기 도금층(36)이, 총중량 100중량부에 대하여 크롬 99중량부 이상을 함유함으로써, 순수 크롬에 근접하는 금속일 수도 있음은 물론이다.

본 실시예에서는, 상기 벨로우즈 용접용 냉각링(30)이 틈새(33)가 있는 원호 형상의 고리 부재로 형성되나, 도 8에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 반원 형상 부재(31, 32)를 구비할 수도 있음은 물론이다. 이렇게 한 쌍의 반원 형상 부재(31, 32)를 사용하면, 용접 후에 상기 벨로우즈 용접용 냉각링(30)을 변형 없이 상기 벨로우즈(100)로부터 분리시킬 수 있는 바, 반복적으로 재사용할 수 있다는 장점이 있다.

본 실시예에서는, 상기 벨로우즈 용접용 냉각링(30)이 원형 단면으로 형성되어 있으나, 도 9 및 도 11에 도시된 바와 같이, 원형 이외의 단면 형상을 가진 벨로우즈 용접용 냉각링(130)을 형성될 수 있음은 물론이다. 상기 벨로우즈 용접용 냉각링(130)은, 상기 제1 격막(10)의 형상에 대응하는 제1면(131)과, 상기 제2 격막(20)의 형상에 대응하는 제2면(132)과, 상기 제1면(131)과 상기 제2면(132)의 외측 단부를 서로 연결하는 외주면(133)을 구비하며, 상기 외주면(133)의 양단부에는 함몰된 단차부(134)가 각각 형성되어 있다. 상기 벨로우즈 용접용 냉각링(130)은, 상기 단차부(134)로 인하여 상기 외주면 용접부(OW)의 용접시에 필요한 작업 공간을 용이하게 확보할 수 있으며, 상기 제1면(131) 및 제2면(132)에 의하여 상기 제1 격막(10) 및 제2 격막(20)의 사이로 삽입되는 깊이 조절이 용이하다는 장점이 있다.

한편, 도 12에는 본 발명의 제3 실시예인 벨로우즈 용접용 냉각링(230)이 도시되어 있는데, 상기 벨로우즈 용접용 냉각링(230)은, 상기 벨로우즈 용접용 냉각링(30)과는 달리 도금층(36)을 구비하지 않으며, 텅스텐과 몰리브덴으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 금속 재질로 형성된다. 여기서, 순수 텅스텐은, 열전도도 173 W/m℃, 녹는점 3420℃, 경도 3430Mpa 이며, 순수 몰리브덴은, 열전도도 138 W/m℃, 녹는점 2623℃, 경도 1530Mpa 이다. 따라서, 텅스텐과 몰리브덴의 경우, 열전도도는 구리에 비하여 낮지만 녹는점과 경도는 구리에 비하여 매우 높으며, 전기전도성, 녹는점, 경도 모두에 있어서 니켈 및 크롬에 비하여 상대적으로 높다. 본 실시예에서는, 상기 벨로우즈 용접용 냉각링(230)이, 총중량 100중량부에 대하여, 텅스텐 99중량부 이상을 함유하여 순수 텅스텐에 근접하는 금속 재질로 형성된다.

상술한 구성의 벨로우즈 용접용 냉각링(230)은, 녹는점, 경도 모두에 있어서 구리, 니켈, 크롬에 비하여 상대적으로 높은 순수 텅스텐에 근접하는 금속 재질로 형성되므로, 용접온도가 높고 다량의 용접열이 발생하는 대형 벨로우즈(100)를 제조하는 경우에 사용되더라도, 쉽게 녹아내리지 않으며 구리 분진을 남기지 않는다는 장점이 있다.

또한, 상기 벨로우즈 용접용 냉각링(230)은, 상술한 벨로우즈 용접용 냉각링(30)에 사용되는 니켈보다 전기전도성이 우수한 텅스텐을 사용하므로, 용접시 발생하는 용접열을 상기 벨로우즈 용접용 냉각링(30)보다 더욱 신속하게 소산시킬 수 있다는 장점이 있다.

본 실시예에서는, 상기 벨로우즈 용접용 냉각링(230)이 순수 텅스텐에 근접하는 금속 재질로 형성되나, 총중량 100중량부에 대하여 몰리브덴 99중량부 이상을 함유하여 순수 몰리브덴에 근접하는 금속 재질로 형성될 수 있음은 물론이다.

본 실시예에서는, 상기 벨로우즈 용접용 냉각링(230)이 원형 단면으로 형성되어 있으나, 도 9 및 도 13에 도시된 바와 같이, 원형 이외의 단면 형상을 가진 벨로우즈 용접용 냉각링(330)으로 형성될 수 있음은 물론이다.

이상으로 본 발명을 설명하였는데, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니며, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 수정 또는 변경된 등가의 구성은 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것임은 명백하다.

＊ 도면의 주요부위에 대한 부호의 설명 ＊
100 : 벨로우즈 10 : 제1 격막
20 : 제2 격막 30, 130 : 벨로우즈 용접용 냉각링
31, 32 : 반원 형상 부재 33 : 틈새
35 : 본체 36 : 도금층
131 : 제1면 132 : 제2면
133 : 외주면 134 : 단차부
1 : 플랜지 IW : 내주면 용접부
OW : 외주면 용접부

Claims (6)

1. 제1 격막과 상기 제1 격막과 마주하도록 배치된 제2 격막이 쌍을 이루는 복수 쌍의 격막을 포함하는 벨로우즈의 제조에 사용되는 용접용 냉각링으로서,
   상기 제1 격막과 상기 제2 격막 사이에 삽입되며, 구리를 포함하는 원호 형상의 본체;
   상기 본체에 도금되는 도금층;
   을 구비하며,
   상기 도금층은, 니켈과 크롬으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 용접용 냉각링.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 도금층은, 총중량 100중량부에 대하여, 니켈 99중량부 이상을 함유한 것을 특징으로 하는 벨로우즈 용접용 냉각링.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 도금층은, 총중량 100중량부에 대하여, 크롬 99중량부 이상을 함유한 것을 특징으로 하는 벨로우즈 용접용 냉각링.
4. 제1 격막과 상기 제1 격막과 마주하도록 배치된 제2 격막이 쌍을 이루는 복수 쌍의 격막을 포함하는 벨로우즈의 제조에 사용되며, 상기 제1 격막과 상기 제2 격막 사이에 삽입되는 용접용 냉각링으로서,
   텅스텐과 몰리브덴으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 용접용 냉각링.
5. 제 4항에 있어서,
   총중량 100중량부에 대하여, 텅스텐 99중량부 이상을 함유한 것을 특징으로 하는 벨로우즈 용접용 냉각링.
6. 제 4항에 있어서,
   총중량 100중량부에 대하여, 몰리브덴 99중량부 이상을 함유한 것을 특징으로 하는 벨로우즈 용접용 냉각링.

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