KR101422409B1

KR101422409B1 - 도브테일 홈에 설치되는 씨일 링

Info

Publication number: KR101422409B1
Application number: KR1020130064469A
Authority: KR
Inventors: 박영락; 유대천
Original assignee: 주식회사 엠앤이
Priority date: 2013-06-05
Filing date: 2013-06-05
Publication date: 2014-07-22

Abstract

제1 부재와, 상기 제1 부재에 대해 선회 이동하는 제2 부재 사이를 밀봉하도록, 상기 제1 부재에 형성된 도브테일 홈에 설치된 씨일 링이 개시된다. 상기 씨일 링의 단면 외곽 형상은, 상기 도브테일 홈의 후방 바닥면을 따라 형성되어 상기 바닥면에 면하는 저변과; 상기 저변의 상부 모서리로부터 상기 도브테일 홈의 입구 부근까지 이어진 후방 상부변과; 상기 저변의 하부 모서리로부터 상기 도브테일 홈의 입구 부근까지 이어진 후방 하부변과; 상기 후방 하부변의 전단에서 상기 도브테일 홈의 전방 외측으로 이어진 전방 하부변과; 상기 후방 상부변의 전단에서 상기 도브테일 홈의 전방 외측으로 아래로 경사지게 이어지되, 상기 전방 하부변보다 긴 길이를 갖는 전방 상부변과; 상기 전방 상부변과 상기 후방 상부변이 만나는 위치에 형성되되, 상기 도브테일 홈의 중심선보다 아래에 치우쳐 위치하는 정정부를 포함한다.

Description

도브테일 홈에 설치되는 씨일 링{SEAL RING INSTALLED IN A DOVE TAIL GROOVE}

본 발명은 도브테일 홈(dove tail groove)에 설치되는 씨일 링(seal ring)에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 반도체 공정 장비 또는 LCD 공정자비의 오링 홈 또는 도브테일 일 홈에 설치되어 게이트 밸브의 밀봉에 이용될 수 있는 씨일 링에 관한 것이다.

반도체 공정 장비에 게이트 밸브가 이용되고 있다. 이러한 게이트 밸브의 밀봉을 위해 씨일 링이 대략 사다리꼴 단면의 환형 도브테일 홈에 설치되어 이용된다.

도 1은 도브테일 홈에 설치되는 종래의 씨일 링을 설명하기 위한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 씨일 링(40)은 고정 부재(42)에 형성된 도브테일 홈(41)에 설치된다. 씨일 링(40)은, 원형 단면을 갖되, 도브테일 홈(41)의 깊이보다 큰 단면 직경을 가지므로, 일부분이 도브테일 홈(41)의 외부로 돌출된다. 또한, 씨일 링(40)의 단면 직경이 도브테일 홈(41)의 입구 폭보다 크므로, 도브테일 홈(41)에 설치된 씨일 링(40)은 도브테일 홈(41)으로부터 쉽게 분리되지 않는다. 이동 부재(43)가 선회 모션으로 고정 부재(42)에 최대로 접근하면, 씨일 링(40)은 기계적 에너지를 받으며 씨일 링(40) 주변을 밀봉한다.

하지만 종래의 씨일 링(40)은 부재들(42, 33) 사이가 최대로 밀착될 때까지 변형되는데 과도하게 큰 압축 하중을 요구하며, 이는 부재들(42, 43) 또는 씨일 링(40)에 과도한 부하가 걸리게 하여 장비(특히, 반도체 장비)의 수명을 단축시킬 수 있다. 특히, 이동 부재(42)가 선회하면서 씨일 링(40)을 가압하므로, 씨일 링(40)은 도브테일 홈(41) 내에서 밀리고 뒤틀리면서 변형되고, 이에 의해, 씨일 링(40)과 부재(42, 43)들 사이에는 많은 마찰력이 발생한다. 이 마찰력은 씨일 링(40)의 원치 않는 마모와 씨일 링(40)이 뒤틀려 파손되는 현상을 야기한다. 이러한 마찰력과 뒤틀림 현상은 씨일 링(40)의 원형 단면으로 인해 초기 가압 면적이 크다는 점, 그리고 씨일 링(40)에 대한 이동 부재(43)의 가압 방향이 연속적으로 변화하는 점에 주로 기인한다. 또한 종래의 씨일 링(40)은 원형 단면으로 인해 최종적인 기계적 에너지를 받는 밀봉 위치에서 이동 부재(43)에 대한 접촉 면적이 작다는 문제점을 갖는다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 도브테일 홈에 설치된 씨일 링에 있어서, 가압될 때 도브테일 홈 내에서 뒤틀림 현상, 밀림 현상 및 마찰력 발생을 최소화할 수 있는 단면 형상을 갖춘 씨일 링을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따라, 제1 부재와, 상기 제1 부재에 대해 선회 이동하는 제2 부재 사이를 밀봉하도록, 상기 제1 부재에 형성된 도브테일 홈에 설치된 씨일 링이 제공되며, 상기 씨일 링의 단면 외곽 형상은, 상기 도브테일 홈의 후방 바닥면을 따라 형성되어 상기 바닥면에 면하는 저변과; 상기 저변의 상부 모서리로부터 상기 도브테일 홈의 입구 부근까지 이어진 후방 상부변과; 상기 저변의 하부 모서리로부터 상기 도브테일 홈의 입구 부근까지 이어진 후방 하부변과; 상기 후방 하부변의 전단에서 상기 도브테일 홈의 전방 외측으로 이어진 전방 하부변과; 상기 후방 상부변의 전단에서 상기 도브테일 홈의 전방 외측으로 아래로 경사지게 이어지되, 상기 전방 하부변보다 긴 길이를 갖는 전방 상부변과; 상기 전방 상부변과 상기 후방 상부변이 만나는 위치에 형성되되, 상기 도브테일 홈의 중심선보다 아래에 치우쳐 위치하는 정점부를 포함한다.

일 실시예에 따라, 상기 씨일 링은 상기 중심선을 기준으로 상기 도브테일 홈의 상부를 점유하는 면적이 상기 중심선을 기준으로 상기 도브테일 홈의 하부를 점유하는 면적보다 크게 정해진다.

일 실시예에 따라, 상기 중심선에서 상기 후방 상부변에 이르는 수직 거리는 상기 중심선에서 상기 후방 하부변에 이르는 거리보다 항상 크게 정해진다.

일 실시예에 따라, 상기 후방 상부변은 상기 도브테일 홈의 상부 경사면과 접하면서 상기 상부 경사면의 경사를 따라 이어지며, 상기 후방 하부변과 상기 도브테일 홈의 하부 경사면 사이에는 갭이 존재하고, 상기 갭은 상기 도브테일 홈의 입구를 향하여 점진적으로 감소한다.

일 실시예에 따라, 상기 후방 상부변은 상기 도브테일 홈의 상부 경사면과 접하면서 상기 상부 경사면의 경사를 따라 이어지며, 상기 후방 하부변과 상기 도브테일 홈의 하부 경사면 사이에는 갭이 존재하며, 상기 갭의 확장을 위해 상기 후방 하부변은 오목부를 포함한다.

일 실시예에 따라, 상기 바닥면과 평행하게 상기 정점부의 끝점을 지나는 수직선에 대한 상기 전방 하부변의 각도가 상기 수직선에 대한 상기 후방 상부변의 각도보다 크게 정해진다.

일 실시예에 따라, 상기 수직선에 대한 상기 전방 상부변의 각도는 상기 수직선에 대한 상기 전방 하부변 각도의 1/2 ~ 1/3으로 정해진다.

일 실시예에 따라, 상기 정점부는 볼록한 곡선으로 형성된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면 제1 부재와 제2 부재 사이를 밀봉하도록, 제1 부재의 도브테일 홈에 설치되는 씨일 링이 제공되며, 상기 씨일 링의 단면 외곽 형상은, 상기 도브테일 홈의 바닥면을 따라 형성되어 상기 바닥면에 면하는 저변과; 상기 저변의 상부 모서리로부터 상기 도브테일 홈의 입구 부근까지 상기 도브테일 홈의 상부 경사면을 따라 이어진 후방 상부변과; 상기 저변의 하부 모서리로부터 상기 도브테일 홈의 입구 부근까지 이어진 후방 하부변과; 상기 후방 하부변의 전단에서 상기 도브테일 홈의 전방 외측으로 이어진 전방 하부변과; 상기 후방 상부변의 전단에서 상기 도브테일 홈의 전방 외측으로 아래로 경사지게 이어지되, 상기 전방 상부변보다 긴 길이를 갖는 전방 상부변과; 상기 전방 상부변과 상기 후방 상부변이 만나는 위치에 볼록한 곡선으로 형성되되, 상기 도브테일 홈의 중심선보다 아래에 치우쳐 위치하는 정점부를 포함한다. 상기 씨일 링은 상기 중심선을 기준으로 상기 도브테일 홈의 상부를 점유하는 면적이 상기 중심선을 기준으로 상기 도브테일 홈의 하부를 점유하는 면적보다 크게 정해진다.

부가적으로, 상기 씨일 링의 전체 높이에 대한 상기 씨일 링의 돌출 높이의 비는 0.1 ~ 0.2일 수 있고, 상기 후방 상부면에는 오목부가 형성될 수 있다.

본 명세서의 설명 및 특허청구범위에서, 도브테일 홈의 바닥에서 입구를 향하는 방향을 "전방" 또는 "전"으로 정의하고, 그 반대 방향을 "후방" 또는 "후"로 정의한다.

또한, 본 명세서의 설명 및 특허청구범위에서, 상, 하, 위, 아래 등 방위를 나타내는 용어들은 첨부된 도면을 기준으로 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것임에 유의한다. 예컨대, 실제 적용된 씨일 링의 경우, 상부변에 해당되는 부분이 아래에 위치하고 하부변에 해당되는 부분이 위쪽에 위치할 수 있다. 물론, 상부변에 해당하는 부분이 좌측에 위치하는 경우, 하부변에 해당하는 부분은 우측에 위치할 것이다.

종래 기술의 경우, 임의의 부재의 도브테일 홈에 설치된 씨일 링이 다른 임의의 부재(특히, 선회 이동하는 부재)에 의해 가압될 때, 그 씨일 링은 도브테일 홈 내에서 뒤틀리거나 밀리면서 큰 마찰력을 받아 손상의 위험이 큰 반면에, 본 발명에 따른 씨일 링은 부재, 더 나아가서는, 선회 이동하는 부재에 의해 가압되더라도 도브테일 홈 내에서 밀리거나 뒤틀리는 현상이 거의 없이 탄성 변형되므로, 손상이 최소화될 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 씨일 링이 선회 이동하는 부재에 대해 초기에는 작은 표면적으로 접촉하고, 최종 위치에서는 상기 부재와 큰 표면적으로 접촉한 채 신뢰성 있게 부재와 부재 사이의 밀봉을 수행한다.

도 1은 원형 단면 형상으로 도브테일 홈에 설치되는 종래의 씨일 링을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 씨일 링을 제1 부재의 도브테일 홈에 설치된 채 제2 부재와 초기 접촉하는 상태로 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 씨일 링의 특징적인 단면 형상들을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨일 링을 제1 부재의 도브테일 홈에 설치된 채로 제2 부재와 초기 접촉하는 상태로 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 씨일 링의 특징적인 단면 형상들을 설명하기 위한 도면이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위해 과장되어 표현될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 씨일 링을 제1 부재의 도브테일 홈에 설치된 채 제2 부재와 초기 접촉하는 상태로 도시한 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 씨일 링의 특징적인 단면 형상들을 설명하기 위한 도면이다.

도 2 및 3을 참조하면, 씨일 링(1)은 제1 부재(2)의 환형 도브테일 홈(21)에 설치된다. 상기 제2 부재(3)는 상기 제1 부재(2)에 대하여 적어도 일정 구간 선회 이동될 수 있도록 설치된다. 상기 씨일 링(1)은 선회 이동하는 제2 부재(3)에 의해 가압된다. 그리고, 상기 씨일 링(1)은 최종 가압된 위치에서 상기 제1 부재(2)와 상기 제2 부재(3) 사이를 밀봉한다. 상기 씨일 링(1)은 반도체 장비에 적용되는 경우 고온에서도 탄성 변형 가능한 소재, 예컨대, 과불소 고무 재료로 이루어지는 것이 좋다. 하지만, 상기 씨일 링(1)을 구성하는 재료는 불소 고무, 실리콘 고무, EPDM 계 고무 등 다양한 종류의 점탄성 재료들로부터 선택될 수 있다.

도브테일 홈(21)은 전단 입구에서 후단의 평평한 바닥면(21a)까지 경사지게 확대되는 사다리꼴을 형상을 갖는다. 이에 의해, 상기 도브테일 홈(21)은 한 쌍의 마주하는 경사면(21b, 21c)과 평탄한 바닥면(21a)을 갖는다. 도 3에는 상기 도브테일 홈(21)의 바닥면 폭은 W1으로 표시되고 상기 도브테일 홈(21)의 입구 폭은 W2로 표시되어 있다. 상기 도브테일 홈(21)의 입구 가장자리는 상기 씨일 링(1)과의 접촉시 상기 씨일 링(1)의 손상을 막도록 라운드부로 형성된다. 또한, 상기 도브테일 홈(21)의 바닥면(21a)과 상부 및 하부 경사면(21b, 21c)이 만나는 코너들로 라운드부로 형성되는 것이 좋다. 상기 씨일 링(1)은 상기 도브테일 홈(21) 내에 끼워져 고정되는 형상으로 형성된 후방부와 상기 도브테일 홈(21) 외부로 돌출되어 나와 있는 전방부를 포함한다.

예컨대, 상기 씨일 링(1), 제1 부재(2) 및 제2 부재(3)는 반도체 장비의 게이트 밸브에 적용될 수 있으며, 이 경우, 상기 제1 부재(2)는 도브테일 홈(21)이 형성되고 그 도브테일 홈(21)에 상기 씨일 링(1)이 고정되어 있는 씨일 플레이트일 수 있다. 또한, 제2 부재(3)는 상기 씨일 플레이트에 대응되게 그리고 적어도 일 구간에서 선회 이동 가능하게 설치되도 상기 씨일 링(1)을 가압할 때 상기 게이트 밸브를 닫는 밸브 부재일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 씨일 링(1)의 단면 외곽 형상을 도 3을 참조하여 그리고 도 3에 표시한 기준들에 대해 설명하면 다음과 같다. 도브테일 홈(21)의 바닥면(21a)을 따라 수직으로 연장된 선을 기준선이라 칭하고 R로 표시한다. 상기 기준선과 직각을 이루며 상기 도브테일 홈(21)의 중심을 지나는 선을 중심선이라 칭하고 C로 표시한다.

상기 씨일 링(1)의 단면 외곽 형상은 상기 기준선(R)을 따라 형성되어 상기 도브테일 홈(21)의 바닥면에 면하는 직선 저변(14)을 포함한다. 상기 직선 저변(14)의 상부 모서리로부터 하부 모서리까지의 폭은 전술한 도브테일 홈(21)의 바닥 폭(W1)보다 작게 정해진다. 또한, 상기 중심선(C)으로부터 상기 직선 저변(14)의 상부 모서리까지의 수직 거리는 상기 중심선(C)으로부터 상기 직선 저변(14)의 하부 모서리까지의 수직 거리보다 크게 정해진다.

또한 상기 씨일 링(1)의 단면 외곽 형상은, 상기 상부 모서리로부터 상기 도브테일 홈(21)의 입구 부근까지 경사지게 이어진 후방 상부변(15)과, 상기 하부 모서리로부터 상기 도브테일 홈(21)의 입구 부근까지 경사지게 이어진 후방 하부변(16)을 포함한다. 상기 후방 상부변(15)은 상기 도브테일 홈(21)의 상부 경사면(21b)과 거의 접하면서 상기 상부 경사면(21b)의 경사를 따라 이어진다. 또한, 상기 후방 하부변(16)은 상기 도브테일 홈(21)의 하부 경사면(21c)과 갭을 두고 상기 직선 저변(14)과 거의 직각을 이루면서 이어진다. 상기 갭은 입구를 향하여 점진적으로 감소한다.

상기 후방 상부변(15)이 상기 도브테일 홈(21)의 상부 경사면(21b)과 거의 접해 있고 상기 후방 하부변(16)이 상기 도브테일 홈(21)의 하부 경사면과 갭을 두고 이격되어 있으므로, 상기 중심선(C)에서 상기 후방 상부변(15)에 이르는 수직 거리는 상기 중심선(C)에서 상기 후방 하부변(16)에 이르는 거리보다 항상 크다. 따라서, 상기 중심선(C)을 기준으로 상기 씨일 링(1)의 상부 점유 면적이 상기 씨일 링(1)의 하부 점유 면적보다 크게 된다. 상기 상부 점유 면적은 상기 후방 상부변(15)과 상기 중심선(C) 사이에 한정되는 영역이 상기 도브테일 홈(21)을 차지하는 면적 의미하고, 상기 하부 점유 면적은 상기 후방 하부변(16)과 상기 중심선(C) 사이에 한정되는 영역이 상기 도브테일 홈(21)을 차지하는 면적 의미한다.

따라서, 상기 중심선(C)을 기준으로 상기 도브테일 홈(21)의 하부 공간에 상기 씨일 링(1)이 확장할 수 있는 많은 여유 공간이 생긴다. 상기 후방 상부변(15) 및 상기 후방 하부변(16) 각각은 직선일 수 있으며, 하나 이상의 곡률 반경을 갖는 곡선일 수 있다.

상기 씨일 링(1)의 단면 외곽 형상은 상기 도브테일 홈(21)의 입구 부근, 즉, 상기 후방 상부변(15)의 전단에서 상기 도브테일 홈(21)의 외측 전방으로 이어진 전방 상부변(17)과, 도브테일 홈(21)의 입구 부근, 즉, 상기 후방 하부변(16)의 전단 부근에서 상기 도브테일 홈(21)의 외측 전방으로 이어진 전방 하부변(18)을 포함한다. 또한, 상기 씨일 링(1)의 단면 외곽 형상은 상기 전방 상부변(17)과 전방 하부변(18)이 만나는 전방 정점부(19)를 포함한다.

상기 전방 상부변(17)은 상기 도브테일 홈(21)의 입구 부근에서 아래로 점진적으로 경사지게 이어져서 상기 전방 정점부(19)와는 상기 중심선(C) 아래에서 만난다. 또한 상기 전방 하부변(18)은 상기 후방 하부변(16)과 거의 동일한 각도로 연장될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 전방 하부변(18)과 상기 후방 하부변(16)이 상기 기준선(R)과 거의 직각을 이루면서 그리고 상기 중심선(C)과 거의 평행을 이루면서 이어진다.

상기 전방 하부변(18)은 하나 이상의 기울기를 갖는 직선(들)으로 이루어지거나 또는 하나 이상의 곡률 반경을 갖는 원 성분(들)을 포함하는 곡선(들)로 이루어지거나 또는 직선들과 곡선들의 조합으로 이루어질 수 있다. 또한 상기 정점부는(19)는 볼록한 곡선으로 형성된 것이 바람직하다. 상기 정점부(19)의 끝점을 지나며 상기 기준선(R)과 평행한 수직선(V)에 대하여 상기 전방 상부변(17)의 각도 α는 상기 전방 하부변(18)의 각도 β보다 작게 정해진다. 가장 바람직하게는, 상기 전방 상부변(17)의 각도 α는 상기 전방 하부변 각도 β의 1/2 ~ 1/3으로 정해진다. 또한 상기 전방 상부변(17)의 길이 L1은 상기 전방 하부변(18)의 길이 L2보다 크게 정해진다. 또한 도브테일 홈(21; 도 2 참조)의 깊이를 L3로 정의할 때, 씨일 링(1)의 전체 높이는 상기 전방 하부변(18)의 길이에 해당되는 씨일 링(1)의 돌출 높이 L2와 상기 깊이 L3의 합으로 정해진다. 이때, 상기 씨일 링(1)의 전체 높이(L2+L3)에 대한 상기 씨일 링(1)의 돌출 높이 L2의 비, 즉, L2/(L3+L2)는 0.1 ~0.2인 것이 바람직하다.

위와 같이, 씨일 링(1)의 단면 외곽 형상을 설계함으로써, 상기 정점부(19)는 상기 중심선(C)을 기준으로 하측에 치우쳐 위치한다. 따라서, 상기 정점부(19)가 상기 중심선(C) 아래에서 상기 제2 부재(3)와 처음 접촉한 후 가압된다.

참고로, 원형 단면의 씨일 링을 이용하는 종래 기술을 채택할 경우, 전술한 것과 같이 선회 이동하는 제2 부재가 처음 접촉하는 씨일 링의 부분은 정점부가 아닌 정점부 후방의 측면 부분이다. 따라서, 종래 기술은, 제2 부재가 상기 정점부 후방의 측면 부분과 경사지게 초기 접촉 후 상당 각도 더 선회해야만 정점부와 접촉할 수 있다. 이는 씨일 링의 초기 가압 면적의 원치 않는 증가를 야기하게 되어 씨일 링의 원치 않는 마모, 밀림 및 비틀림을 초래한다.

반면, 본 실시예에 따르면, 제2 부재(3)는 중심선 (C) 아래에 있는 씨일 링(1)의 정점부(19)와 초기 접촉한다. 따라서, 씨일 링(1)의 초기 접촉 면적을 크게 줄일 수 있다. 또한, 초기 접촉 후, 제2 부재(3)가 전방 상부변(17)에 밀착되기 전까지 선회하며 이 구간에서는, 상기 2 부재(3)는 씨일 링(1)에 대하여 후방으로 압축력을 가하게 되고 상기 씨일 링(1)은 후방으로 주로 압축 변형되며, 이에 의해 정점부(19)는 도브테일 홈(21)의 입구 가까이 후퇴한다. 이 구간에서 상기 제2 부재(3)가 전방 상부변(17)과의 접촉은 거의 일어나지 않아 마찰력 발생이나 씨일 링(1)의 뒤틀림 또는 밀림 현상이 거의 발생하지 않는다.

정점부(19)의 충분한 후퇴가 이루어지고. 그에 따라 씨일 링(1)과 제2 부재(3)가 거의 나란하게 근접한 상태에서 상기 전방 상부변(17)에 대한 제2 부재(3)의 가압이 이루어지며 따라서 전방 상부변(17)과 제2 부재(3) 사이에 원치 않는 마찰력 발생이나 밀림을 최소화할 수 있다. 그리고, 씨일 링(1), 특히, 전방 상부변(17) 부분과 도브테일 홈(21)의 입구 부근이 서로 접촉되는 것 또한 최소화될 수 있다.

씨일 링(1)이 설치된 도브테일 홈(21)은 앞에서 설명한 것과 중심선(C)를 기준으로 하부에 여유 공간이 많고 중심선(C)를 기준으로 상부에는 여유 공간이 거의 없다. 따라서, 상기 씨일 링(1)은 초기 접촉 후 압축 변형되면서 도브테일 홈(21)의 하부 여유 공간을 채운다. 상기 씨일 링(1)은 상기 제2 부재(3)와 초기 접촉하는 정점부(19)와 대향 180도 대향하는 방향으로 가장 많은 힘을 받는다. 이때, 도브테일 홈(21)의 바닥면(21a)과 상부 경사면(21b)이 모두 씨일 링(1)의 직선 저변 및 전방 하부변(18)과 거의 접촉하면서 상기 씨일 링(1)을 구속하고 대항력을 제공한다. 이에 따라, 씨일 링(1)은 전술한 것과 같이 도브테일 홈(21)의 하부 공간을 메우도록 변형된다. 씨일 링(1)의 변형을 허용하는 공간이 빈 공간으로 남아 있고 변형하는 씨일 링(1)과 접촉하는 부분이 거의 없으므로 상기 변형의 과정에서 원치 않는 마찰력의 발생을 최소화할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 씨일 링을 제1 부재의 도브테일 홈에 설치된 채로 제2 부재와 초기 접촉하는 상태를 도시한 단면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 씨일 링의 특징적인 단면 형상들을 설명하기 위한 도면이다.

도 4 및 5를 참조하면, 씨일 링(10)은 제1 부재(20)의 환형 도브테일 홈(201)에 설치된다. 상기 제2 부재(30)는 상기 제1 부재(20)에 대하여 적어도 일정 구간 선회 이동될 수 있도록 설치된다. 상기 씨일 링(10)은 선회 이동하는 제2 부재(30)에 의해 가압된다. 그리고, 상기 씨일 링(10)은 최종 가압된 위치에서 상기 제1 부재(20)와 상기 제2 부재(30) 사이를 밀봉한다. 상기 씨일 링(10)은 반도체 장비에 적용되는 경우 고온에서도 탄성 변형 가능한 소재, 예컨대, 과불소 고무 재료로 이루어지는 것이 좋다. 하지만, 상기 씨일 링(10)을 구성하는 재료는 불소 고무, 실리콘 고무, EPDM 계 고무 등 다양한 종류의 점탄성 재료들로부터 선택될 수 있다.

도브테일 홈(201)은 전단 입구에서 후단의 평평한 바닥면(201a)까지 경사지게 확대되는 사다리꼴을 형상을 갖는다. 이에 의해, 상기 도브테일 홈(201)은 한 쌍의 마주하는 경사면(201b, 201c)과 평탄한 바닥면(201a)을 갖는다. 도 5에는 상기 도브테일 홈(201)의 바닥면 폭은 w1으로 표시되고 상기 도브테일 홈(201)의 입구 폭은 w2로 표시되어 있다. 상기 도브테일 홈(201)의 입구 가장자리는 상기 씨일 링(10)과의 접촉시 상기 씨일 링(10)의 손상을 막도록 라운드부로 형성된다. 또한, 상기 도브테일 홈(201)의 바닥면과 상기 경사면이 만나는 코너들로 라운드부로 형성되는 것이 좋다. 상기 씨일 링(10)은 상기 도브테일 홈(201) 내에 끼워져 고정되는 형상으로 형성된 후방부와 상기 도브테일 홈(201) 외부로 돌출되어 나와 있는 전방부를 포함한다.

도브테일 홈(201)의 바닥면을 따라 수직으로 연장된 선을 기준선이라 칭하고 r로 표시한다. 상기 기준선과 수직을 이루며 상기 도브테일 홈(201)의 중심을 지나는 선을 중심선이라 칭하고 c로 표시한다.

상기 씨일 링(10)의 단면 외곽 형상은 상기 기준선(r)을 따라 형성되어 상기 도브테일 홈(201)의 바닥면에 면하는 직선 저변(104)을 포함한다. 상기 직선 저변(104)의 상부 모서리로부터 하부 모서리까지의 폭은 전술한 도브테일 홈(201)의 바닥 폭(w1)보다 작게 정해진다. 또한, 상기 중심선(c)과 상기 직선 저변(104)의 상부 모서리까지의 수직 거리는 상기 중심선(c)과 상기 직선 저변(104)의 하부 모서리까지의 수직 거리보다 크게 정해진다.

또한 상기 씨일 링(10)의 단면 외곽 형상은, 상기 상부 모서리로부터 상기 도브테일 홈(201)의 입구 부근까지 경사지게 이어진 후방 상부변(105)과, 상기 하부 모서리로부터 상기 도브테일 홈(201)의 입구 부근까지 이어진 후방 하부변(106)을 포함한다. 상기 후방 상부변(105)은 상기 도브테일 홈(201)의 상부 경사면(201b)과 거의 접하면서 상기 상부 경사면(201b)의 경사를 따라 이어진다. 이때, 상기 씨일 링은 상기 후방 상부변(105) 상에 보조 오목부(105a)를 포함하여 씨일 링의 변형의 허용하는 갭을 제공하는 것이 좋다.

또한, 상기 후방 하부변(106)은 상기 도브테일 홈(201)의 하부 경사면(201c)과 갭을 형성하는 오목부(106a)를 포함한다. 상기 오목부(106a)는 상기 도브테일 홈(201)의 하부에 씨일 링(10)의 변형을 허용하는 여유 공간을 만드는 갭을 제공함과 동시에 상기 씨일 링(10)이 상기 도브테일 홈(201)에 보다 더 확실하게 고정될 수 있도록 해준다. 또한, 상기 오목부(106a)를 둠으로써, 작업자가 상기 씨일 링(10)을 상기 도브테일 홈(201)에 보다 더 용이하게 삽입할 수 있다.

상기 후방 상부변(105)이 작은 크기의 갭을 제외한 채 상기 도브테일 홈(201)의 상부 경사면(201b)과 거의 접해 있고 상기 후방 하부변(106)이 상기 도브테일 홈(201)의 하부 경사면과 충분한 크기의 갭을 두고 이격되어 있으므로, 상기 중심선(c)에서 상기 후방 상부변(105)에 이르는 수직 거리는 상기 중심선(c)에서 상기 후방 하부변(106)에 이르는 거리보다 크다.

따라서, 상기 중심선(c)을 기준으로 상기 씨일 링(10)의 상부 점유 면적이 상기 씨일 링(10)의 하부 점유 면적보다 크게 된다. 따라서, 상기 중심선(c)을 기준으로 상기 도브테일 홈(201)의 하부 공간에 상기 씨일 링(10)이 확장할 수 있는 많은 여유 공간이 생긴다. 상기 후방 상부변(105) 및 상기 후방 하부변(106) 각각은 직선일 수 있으며, 하나 이상의 곡률 반경을 갖는 곡선일 수 있으며, 직선과 곡선의 조합일 수 있다.

상기 씨일 링(10)의 단면 외곽 형상은 상기 후방 상부변(105)의 전단에서 상기 도브테일 홈(201)의 외측 전방으로 이어진 전방 상부변(107)과 상기 후방 하부변(106)의 전단에서 상기 도브테일 홈(201)의 외측 전방으로 이어진 전방 하부변(108)을 포함한다. 또한, 상기 씨일 링(10)의 단면 외곽 형상은 상기 전방 상부변(107)과 전방 하부변(108)이 만나는 전방 정점부(109)를 포함한다.

상기 전방 상부변(107)은 상기 도브테일 홈(201)의 입구 부근에서 아래로 점진적으로 경사지게 이어져서 상기 전방 정점부(109)와는 상기 중심선(c) 아래로 치우쳐 만난다. 또한 상기 전방 하부변(108)은 상기 기준선(r)과 거의 직각을 이루면서 그리고 상기 중심선(c)과 거의 평행을 이루면서 연장될 수 있다.

상기 전방 하부변(108)은 하나 이상의 기울기를 갖는 직선(들)으로 이루어지거나 또는 하나 이상의 곡률 반경을 갖는 원 성분(들)을 포함하는 곡선(들)로 이루어지거나 또는 직선들과 곡선들의 조합으로 이루어질 수 있다. 또한 상기 정점부(109)는 볼록한 곡선으로 형성된 것이 바람직하다. 상기 정점부(109)의 끝점을 지나며 상기 기준선(r)과 평행한 수직선(v)에 대하여 상기 전방 상부변(107)의 각도 θ는 상기 전방 하부변(108)의 각도 λ보다 작게 정해진다. 가장 바람직하게는, 상기 전방 상부변(107)의 각도 θ는 상기 전방 하부변 각도 λ의 1/2 ~ 1/3으로 정해진다. 또한 상기 전방 상부변(107)의 길이 ℓ1은 상기 전방 하부변(108)의 길이 ℓ2보다 크게 정해진다. 또한 도브테일 홈의 깊이를 ℓ3로 정의할 때, 씨일 링의 전체 높이는 상기 전방 하부변의 길이에 해당되는 씨일 링의 돌출 높이 ℓ2와 상기 깊이 ℓ3의 합으로 정해진다. 이때, 상기 씨일 링의 전체 높이(ℓ2+ℓ3)에 대한 상기 씨일 링의 돌출 높이 ℓ2의 비, 즉, ℓ2/(ℓ3+ℓ2)는 0.1 ~0.2인 것이 바람직하다.

위와 같이, 씨일 링(10)의 단면 외곽 형상을 설계함으로써, 상기 정점부(109)는 상기 중심선(c)을 기준으로 하측에 치우쳐 위치한다. 따라서, 상기 정점부(109)가 상기 중심선(c) 아래에서 상기 제2 부재(30)와 처음 접촉한 후 가압된다.

위에서 설명한 바와 같이, 제2 부재(30)는 중심선 (c) 아래에 있는 씨일 링(10)의 정점부(109)와 초기 접촉한다. 따라서, 씨일 링(10)의 초기 접촉 면적을 크게 줄일 수 있다. 또한, 초기 접촉 후, 제2 부재(30)가 전방 상부변(107)에 밀착되기 전까지 선회하며 이 구간에서는, 상기 2 부재(30)는 씨일 링(10)에 대하여 후방으로 압축력을 가하게 되고 상기 씨일 링(10)은 후방으로 주로 압축 변형되며, 이에 의해 정점부(109)는 도브테일 홈(201)의 입구 가까이 후퇴한다. 이 구간에서 상기 제2 부재(30)가 전방 상부변(107)과의 접촉은 거의 일어나지 않아 마찰력 발생이나 씨일 링(10)의 뒤틀림 또는 밀림 현상이 거의 발생하지 않는다.

정점부(109)의 충분한 후퇴가 이루어지고. 그에 따라 씨일 링(10)과 제2 부재(30)가 거의 나란하게 근접한 상태에서 상기 전방 상부변(107)에 대한 제2 부재(30)의 가압이 이루어지며 따라서 전방 상부변(107)과 제2 부재(30) 사이에 원치 않는 마찰력 발생이나 밀림을 최소화할 수 있다. 그리고, 씨일 링(10), 특히, 전방 상부변(107) 부분과 도브테일 홈(201)의 입구 부근이 서로 접촉되는 것 또한 최소화될 수 있다.

씨일 링(10)이 설치된 도브테일 홈(201)은 앞에서 설명한 것과 중심선(c)를 기준으로 하부에 여유 공간이 많고 중심선(c)를 기준으로 상부에는 여유 공간이 거의 없다. 따라서, 상기 씨일 링(10)은 초기 접촉 후 압축 변형되면서 도브테일 홈(201)의 하부 여유 공간을 채운다. 상기 씨일 링(10)은 상기 제2 부재(30)와 초기 접촉하는 정점부(109)와 대향 180도 대향하는 방향으로 가장 많은 힘을 받는다. 이때, 도브테일 홈(201)의 바닥면(201a)과 상부 경사면(201b)이 모두 씨일 링(10)의 직선 저변 및 전방 하부변(108)과 거의 접촉하면서 상기 씨일 링(10)을 구속하고 대항력을 제공한다. 이에 따라, 씨일 링(10)은 전술한 것과 같이 도브테일 홈(201)의 하부 공간을 메우도록 탄성 변형된다. 씨일 링(10)의 변형을 허용하는 공간이 빈 공간으로 남아 있고 변형하는 씨일 링(10)과 접촉하는 부분이 거의 없으므로 상기 변형의 과정에서 원치 않는 마찰력의 발생을 최소화할 수 있다.

1, 10: 씨일 링 2, 20: 제1 부재
3, 30: 제2 부재 21: 도브테일 홈
14, 104: 저변 15, 105: 후방 상부변
16, 16: 후방 하부변 17, 107: 전방 상부변
18, 108: 전방 하부변, 19, 109: 정점부
C, c: 중심선

Claims

제1 부재와, 상기 제1 부재에 대해 선회 이동하는 제2 부재 사이를 밀봉하도록, 상기 제1 부재에 형성된 도브테일 홈에 설치된 씨일 링에 있어서, 상기 씨일 링의 단면 외곽 형상은,
상기 도브테일 홈의 후방 바닥면을 따라 형성되어 상기 바닥면에 면하는 저변;
상기 저변의 상부 모서리로부터 상기 도브테일 홈의 입구 부근까지 이어진 후방 상부변;
상기 저변의 하부 모서리로부터 상기 도브테일 홈의 입구 부근까지 이어진 후방 하부변;
상기 후방 하부변의 전단에서 상기 도브테일 홈의 전방 외측으로 이어진 전방 하부변;
상기 후방 상부변의 전단에서 상기 도브테일 홈의 전방 외측으로 아래로 경사지게 이어지되, 상기 전방 하부변보다 긴 길이를 갖는 전방 상부변; 및
상기 전방 상부변과 상기 후방 상부변이 만나는 위치에 형성되되, 상기 도브테일 홈의 중심선보다 아래에 치우쳐 위치하는 정점부를 포함하며,
상기 정점부는 볼록한 곡선으로 형성된 것을 특징으로 하는 씨일 링.
청구항 1에 있어서, 상기 씨일 링은 상기 중심선을 기준으로 상기 도브테일 홈의 상부를 점유하는 면적이 상기 중심선을 기준으로 상기 도브테일 홈의 하부를 점유하는 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 씨일 링.
청구항 1에 있어서, 상기 중심선에서 상기 후방 상부변에 이르는 수직 거리는 상기 중심선에서 상기 후방 하부변에 이르는 거리보다 항상 큰 것을 특징으로 하는 씨일 링.
청구항 1에 있어서, 상기 후방 상부변은 상기 도브테일 홈의 상부 경사면과 접하면서 상기 상부 경사면의 경사를 따라 이어지며, 상기 후방 하부변과 상기 도브테일 홈의 하부 경사면 사이에는 갭이 존재하고, 상기 갭은 상기 도브테일 홈의 입구를 향하여 점진적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 씨일 링.
청구항 1에 있어서, 상기 후방 상부변은 상기 도브테일 홈의 상부 경사면과 접하면서 상기 상부 경사면의 경사를 따라 이어지며, 상기 후방 하부변과 상기 도브테일 홈의 하부 경사면 사이에는 갭이 존재하며, 상기 갭의 확장을 위해 상기 후방 하부변은 오목부를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨일 링.
청구항 1에 있어서, 상기 바닥면과 평행하게 상기 정점부의 끝점을 지나는 수직선에 대한 상기 전방 하부변의 각도가 상기 수직선에 대한 상기 후방 상부변의 각도보다 큰 것을 특징으로 하는 씨일 링.
청구항 6에 있어서, 상기 수직선에 대한 상기 전방 상부변의 각도는 상기 수직선에 대한 상기 전방 하부변 각도의 1/2 ~ 1/3으로 정해지는 것을 특징으로 하는 씨일 링.
삭제
제1 부재와 제2 부재 사이를 밀봉하도록, 제1 부재의 도브테일 홈에 설치되는 씨일 링에 있어서, 상기 씨일 링의 단면 외곽 형상은,
상기 도브테일 홈의 바닥면을 따라 형성되어 상기 바닥면에 면하는 저변;
상기 저변의 상부 모서리로부터 상기 도브테일 홈의 입구 부근까지 상기 도브테일 홈의 상부 경사면을 따라 이어진 후방 상부변;
상기 저변의 하부 모서리로부터 상기 도브테일 홈의 입구 부근까지 이어진 후방 하부변;
상기 후방 하부변의 전단에서 상기 도브테일 홈의 전방 외측으로 이어진 전방 하부변;
상기 후방 상부변의 전단에서 상기 도브테일 홈의 전방 외측으로 아래로 경사지게 이어지되, 상기 전방 상부변보다 긴 길이를 갖는 전방 상부변; 및
상기 전방 상부변과 상기 후방 상부변이 만나는 위치에 볼록한 곡선으로 형성되되, 상기 도브테일 홈의 중심선보다 아래에 치우쳐 위치하는 정점부를 포함하며,
상기 후방 상부변에는 오목부가 형성된 것을 특징으로 하는 씨일 링.
청구항 9에 있어서, 상기 씨일 링은 상기 중심선을 기준으로 상기 도브테일 홈의 상부를 점유하는 면적이 상기 중심선을 기준으로 상기 도브테일 홈의 하부를 점유하는 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 씨일 링.
청구항 1 또는 청구항 9에 있어서, 상기 씨일 링의 전체 높이에 대한 상기 씨일 링의 돌출 높이의 비는 0.1 ~ 0.2인 것을 특징으로 하는 씨일 링.
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