KR101441731B1 - 메탈 개스킷 - Google Patents

Abstract

[과제] 본 발명은 저체부력(低締付力)으로 고실링성을 얻을 수 있고, 또한, 일정한 체부 하중을 가한 경우의 변형량이 큰 것에 의해, 수작업으로 볼트 체부를 행한 경우에도 볼트 체부의 관리를 행하는 것이 가능한 동시에, 상대측의 플랜지면에 흠집을 발생시킬 우려도 없는 메탈 개스킷을 제공하는 것을 과제로 한다.
[해결수단] 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 메탈 개스킷은 둘레방향의 개구에 의해 단면이 대략 C자형상으로 형성된 외부링(12)과, 이 외부링(12)의 내측에 감합(嵌合)상태로 배치되는 내부링(14)으로 구성되는 메탈 개스킷(10)으로서, 내부링(14)이 예를 들면, 단면이 사각형인 다각형체로 구성되어 있는 동시에, 이 내부링(14)에 있어서의 서로 대향하는 한 쌍의 모서리부가, 외부링(12)에 있어서의 개구를 사이에 두고 양측의 내주면에 각각 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

메탈 개스킷{Metal gasket}

본 발명은 원자력분야, 반도체분야 등에 있어서의 각종 배관, 기계 설비 등 고온 고압, 진공 등의 과혹한 조건에서 실링부재로서 사용되는 메탈 개스킷에 관한 것으로, 특히 낮은 체부력(締付力)으로 실링성이 양호한 메탈 개스킷에 관한 것이다.

고진공 용도와 같이 투과 누설을 허용할 수 없는 높은 실링성능과, 탈가스의 베이킹처리 등으로의 내열성이 요구되는 용도에 있어서는, 고무나 엘라스토머 등으로 되는 소재보다, 그들의 특성이 우수한 연질 금속재료로 되는 메탈 개스킷이 일반적으로 사용되고 있다.

이와 같이 메탈 개스킷을 사용하여 안정한 실링성을 확보하기 위해서는, 고무나 엘라스토머의 경우에 비해 체부력을 매우 크게 해야만 한다. 그 결과, 메탈 개스킷을 사용하는 경우는, 체부작업의 부담과 플랜지나 볼트 등의 체결체가 대형화되어버리는 것이 통상이다.

또한, O링 형상의 개스킷 즉 시트형상이 아닌 개스킷의 경우는, 장착시에 개스킷 장착홈에 완전히 체부된 상태로 사용하는 것이 일반적이나, O링 형상이고 고무제 또는 엘라스토머제의 개스킷의 경우는, 낮은 체부 하중으로 크게 변형되기 때문에, 볼트를 단계적으로 체부해 가면, 개스킷을 체부하고 있을 때에는 간단히 볼트가 돌아가 체부해 갈 수 있다. 한편, 볼트가 홈에 완전히 체부된 상태가 되면, 바로 볼트가 돌아가지 않게 되거나, 또는 거의 돌아가지 않게 된다.

따라서, O링 형상이고 고무제 또는 엘라스토머제의 개스킷의 경우는, 수작업으로도 볼트의 체부 관리를 행하는 것이 용이하였다.

이에 반하여, 금속제이고 O링 형상의 개스킷의 경우는, 변형시키기 위해 원래 커다란 힘이 필요하기 때문에, 볼트가 홈에 완전히 체부된 상태가 된 순간의 변화를 알기 어렵다. 그 때문에, 수작업으로의 볼트 체부의 관리를 행하기 어렵다는 문제가 있었다.

또한, 금속제이고 O링 형상의 개스킷으로서, 메탈 중공(中空) O링이나 용수철 함유 메탈 C링 등도 알려져 있다. 그러나, 메탈 중공 O링이나 용수철 함유 메탈 C링의 경우에도, 볼트가 홈에 완전히 체부된 상태가 된 순간의 변화를 알기 어려워, 수작업의 볼트 체부 관리를 행하는 것은 곤란하였다. 또한, 이들 메탈 중공 O링이나 용수철 함유 메탈 C링 등의 경우는, 「O」나 「C」 등 전체 형상을 규정하는 부분의 두께나 치수를 변경함으로써 변형되기 쉽게 할 수 있다. 또한, 용수철 함유 메탈 C링의 경우는, 내장되는 용수철의 굵기 등을 적절히 변경함으로써, 변형되기 쉽게 할 수 있다. 그러나, 용수철의 굵기 등을 변경하면, 반력(反力) 또는 실링면의 응력도 손상되는 점에서, 실링성능이 손상되어버린다는 문제가 있었다.

메탈 중공 O링이나 용수철 함유 메탈 C링에 있어서, 실링성능을 향상시키기 위해, 다양한 제안이 이루어져 있다.

예를 들면, 메탈 개스킷의 실링면에 연질의 층(금속 도금, 고무 코팅 등)을 설치하거나, 또는 메탈 개스킷의 실링면에 응력 집중을 발생시키는 형상을 채용하는 것이 행해지고 있다. 즉, 특허문헌 1에서는, 실링면에 돌출부를, 특허문헌 2에서는 실링면에 오목홈을 설치하여, 응력 집중이 발생하는 형상으로 하고 있다.

그러나, 이와 같은 개선안의 경우도, 아직 낮은 체부력으로 충분한 실링성능을 발휘하는 것은 충분하지 않았다.

또한 특히, 특허문헌 1, 2와 같이, 실링면을 응력 집중이 발생하는 형상으로 하면, 그 형상에 의해 상대측의 플랜지면에 흠집이 남기 쉬워, 결과적으로, 플랜지의 재사용에 문제가 발생하는 경우가 있었다. 또한, 응력 집중부가 볼록형상으로 되기 때문에, 흠집이 발생하기 쉬워, 취급시에 특히 주의가 필요해지는 등의 문제가 있었다.

일본국 특허공개 평2-113171호 일본국 특허공개 평9-264427호

본 발명은 이와 같은 종래의 실정을 감안하여, 낮은 체부력으로 고실링성을 얻을 수 있고, 또한, 수작업으로 볼트 체부를 행한 경우에도 볼트 체부의 관리를 행하는 것이 용이하며, 더 나아가서는 상대측의 플랜지면에 흠집을 발생시킬 우려도 없는 메탈 개스킷을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 메탈 개스킷은,

둘레방향(周方向)의 개구에 의해 단면이 대략 C자형상으로 형성된 외부링(外環)과, 이 외부링의 내측에 감합(嵌合)상태로 배치되는 내부링(內環)으로 구성되는 메탈 개스킷으로서,

상기 내부링이 단면이 다각형체로 구성되어 있는 동시에, 이 내부링에 있어서의 서로 대향하는 한 쌍의 모서리부가, 상기 외부링에 있어서의 상기 개구를 사이에 두고 양측의 내주면에 각각 배치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이와 같은 구성의 메탈 개스킷에 의하면, 내부링의 모서리부가 외부링에 맞닿아 부분적으로 강하게 압압(押壓)되는 동시에, 다른 부분은 완만하게 외부링에 맞닿기 때문에, 실링력을 얻기 위한 전체의 체부력은 낮아도 된다.

여기에서, 본 발명에서는, 상기 내부링은 단면이 사각형체인 것이 바람직하다.

이와 같은 구성이면, 간단한 구성의 내부링에 의해 실링성능을 높게 할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 상기 내부링 상기 다각형체의 정부(頂部)는 원호형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성이면, 내부링의 외부링에 대한 밀착성이 양호하기 때문에, 실링성능을 양호하게 유지할 수 있는 동시에, 내부링의 둘레방향으로의 이동을 방지하는 것도 가능하다.

또한, 정부가 예각이면 과도하게 응력 집중이 발생하여, 그것에 의해 외부링의 파괴나 상대 플랜지의 실링면으로 팬 곳(窪) 발생 등의 손상을 줄 우려가 있으나, 정부가 원호형상이면, 그들을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 상기 내부링을 구성하는 금속이, 상기 외부링을 구성하는 금속보다 경질의 금속으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 내부링이 외부링보다 경질이면, 고경도의 내부링이 저경도의 내부링을 외측으로 압압하는 동시에, 저경도의 외부링에 의한 상대 부재에 대한 융화성이 양호하기 때문에, 실링성도 양호하다.

또한, 상기 외부링의 적어도 바깥둘레측 표면에, 연질층을 설치하는 것도 가능하다. 여기에서, 연질층으로서는, 수지 또는 적절한 고무, 더 나아가서는 연질 금속에 의한 도금층이어도 된다.

이와 같이 외부링의 적어도 외주측 표면에 연질층을 설치한 경우에도, 상대 부재에 대한 융화성을 양호하게 유지할 수 있다.

본 발명의 메탈 개스킷에 의하면, 종래의 메탈 개스킷에 비해 동등한 실링성을 얻기 위해 필요한 전체로서의 체부 하중은 낮아지는 동시에, 일정 하중을 가한 경우의 변형량은 커지기 때문에, 낮은 체부력으로 충분한 실링성을 확보할 수 있는 동시에, 수작업에 의한 볼트 체부를 행했을 때, 볼트가 홈에 완전히 체부된 상태가 된 순간에 볼트가 거의 돌아가지 않게 되기 때문에, 수작업에 의한 볼트 체부의 관리를 행하는 것이 용이하다.

또한, 외부링의 외주면은 돌출된 부분이 존재하지 않는 곡면이기 때문에, 상대측의 플랜지면에 흠집을 발생시켜버릴 우려가 없다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 메탈 개스킷의 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 외부링을 형성할 때의 순서를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 메탈 개스킷을 배관 등의 플랜지부에 사용한 상태를 나타내는 부분 확대 단면도이다.

이하, 본 발명의 메탈 개스킷에 대해 설명한다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 의한 메탈 개스킷을 나타낸 반단면도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 메탈 개스킷(10)은, 단면이 대략 C자형상인 외부링(12)과, 단면이 대략 사각형상인 중공의 내부링(14)으로 구성되어 있다.

여기에서, 내부링(14)을 구성하는 금속은, 외부링(12)을 구성하는 금속보다 경질의 금속으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

예를 들면, 외부링(12)은 소위 연질 금속으로 불리는 알루미늄, 내부링(14)은 알루미늄보다 경질의 금속, 예를 들면 스테인리스 등으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

즉, 본 실시예의 메탈 개스킷(10)에서는, 실링면에 배치되는 외부링(12)이 내부링(14)보다 저경도이고, 이것에 의해 외부링(12)이 변형되기 쉽게 형성되어 있다. 또한 외부링(12)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 링형상이고 또한 평판형상으로 펀칭된 알루미늄판(12')을 사전에 준비하여, 이 알루미늄판(12')을 파이프형상으로 롤링·리포밍함으로써 형성되고 있다.

한편, 내부링(14)은, 예를 들면, 단면이 사각형체인 각통(角筒) 파이프 등이 준비되어, 이 각통 파이프가 고리형상으로 둘러쳐진 후, 양단부를 용접함으로써 형성되고 있다. 또한, 이 각통 파이프로 되는 내부링(14)은, 한 쌍의 모서리부(14a, 14b)를 축방향(상하방향)으로, 다른 한 쌍의 모서리부(14c, 14d)를 수평방향(지름방향)으로 배치한 상태에서 고리형상으로 둘러침으로써 도 1과 같이 형성되고 있다. 따라서, 먼저, 고리형상의 내부링(14)을 제작한 후, 그 내부링(14)의 바깥쪽을 덮는 태양으로, 상기 외부링(12)을 롤링·리포밍하면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 내부링(14)과 외부링(12)으로 되는 메탈 개스킷(10)을 형성할 수 있다. 또한, 외부링(12)과 내부링(14)의 제작방법, 조립방법은, 상기 실시예에 전혀 한정되지 않는다.

본 실시예에 의하면, 내부링(14)에 있어서의 한 쌍의 모서리부(14a, 14b)가, 외부링(12)의 개구(12c)의 양측 내주면에 배치되기 때문에, 외부링(12)을 내측으로부터 강하게 압압할 수 있다. 이것에 의해, 내부링(14)은 탄성요소로서 기능되고, 또한 외부링(12)은 실링요소로서 기능된다.

이와 같은 메탈 개스킷(10)은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 반도체 제조에 사용된 배관(20, 21)의 연결부분의 플랜지면(22)에 개장(介裝)되고, 볼트(24) 등으로 체부된다. 또한, 메탈 개스킷(10)을 구성하는 외부링(12)의 실링성을 높이기 위해, 외부링(12)의 표면에, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리이미드 등의 코팅이나, 은, 니켈, 구리 등의 도금을 실시하는 것도 가능하다.

이와 같이 구성되는 메탈 개스킷(10)의 체부에 대해, 이하에 설명한다.

본 발명의 메탈 개스킷(10)의 경우는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 실링 대상 부재(20, 21)의 플랜지면(22)에, 개스킷(10)을 개재시키고, 볼트(24) 등에 의해 소정 체부력을 부여하면, 먼저, 외부링(12)의 외주면이 압축된다. 이때, 외부링(12)은, 내부링(14)의 한 쌍의 모서리부(14a, 14b)가 닿는 부분은 변형되기 어려우나, 다른 부분에서는, 적절한 압축력을 받아, 서서히 플랜지면(22)에 융화되게 된다. 이것에 의해, 실링성이 확보된다. 또한, 외부링(12)이 연질 금속으로 형성되고, 이 외부링(12)의 내주면이 한 쌍의 모서리부(14a, 14b)에서 압접되는 구조이기 때문에, 전체의 체부력을 낮게 억제한 상태로 실링성능을 유지할 수 있다.

이때, 외부링(12)은 내주면이 한 쌍의 모서리부(14a, 14b)에서 압접되는 구조이기 때문에, 이 부위에 응력이 집중하여, 전체의 체부력을 낮게 억제한 상태에서 플랜지면과의 융화성을 얻을 수 있어 실링성능을 유지할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 볼트 체부를 수동으로 행했다고 해도, 볼트가 홈에 완전히 체부된 상태가 된 순간에 볼트가 거의 돌아가지 않게 된다. 이것에 의해, 이 볼트 체부 관리를 수동으로 행할 수 있다.

또한, 메탈 개스킷(10)의 압축시에 있어서, 외부링(12)의 경우는, 내부링(14)의 한 쌍의 모서리부(14a, 14b)가 닿지 않는 부분에서는 변형되기 쉽다. 한편, 내부링(14)의 경우는, 그 내부링(14)이 압축과 함께 개스킷(10)의 지름방향(단면도의 가로방향)으로 퍼져가기 때문에, 변형되기 쉽고, 또한 변형시에는 상하방향(압축방향)으로의 반력이 유지되기 때문에, 개스킷(10)을 낮은 하중으로 크게 변형시킬 수 있다. 따라서, 볼트 체부를 수동으로 행한 경우에, 체부시에는, 볼트를 간단히 돌릴 수 있어, 완전히 체부된 상태까지 도달하면, 볼트가 돌아가지 않게 되기 때문에 볼트 체부 관리가 용이하다.

이와 같이, 본 발명의 메탈 개스킷의 경우는, O링 형상의 메탈 개스킷이더라도, 전체로서의 체부력을 낮게 억제한 상태로, 실링성을 확보할 수 있는 동시에, 볼트가 홈에 완전히 체부되면 바로 볼트가 돌아가지 않게 되기 때문에 수동 조작에 의한 볼트 체부 관리를 용이하게 행할 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 의한 메탈 개스킷에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 전혀 한정되지 않는다.

예를 들면, 외부링(12)은 단일한 금속이 아닌 합금이어도 된다. 또한, 실링면을 구성하는 외부링(12)의 외측 표면에, 수지나 고무 등에 의한 코팅 또는 도금 등에 의해, 연질층을 설치해도 된다. 여기에, 연질층을 별도로 설치하는 경우, 재질은 조건에 맞추어 적절히 선택할 수 있다.

이와 같이, 외부링(12)의 외측 표면에 적절한 연질층을 설치하면, 개스킷에 의한 실링성을 향상시킬 수 있다. 또한 외부링(12)의 표면에, 연질층을 설치하는 경우, 외부링(12)의 외측 전체가 아닌 적어도 외주측 표면에 형성되어 있으면 된다. 그러나, 작업성을 고려하면, 외측 전체에 연질층을 설치하는 것이 실제적이다.

또한, 상기 실시예에서는, 내부링(14)은 단면이 사각형으로 형성되어 있으나, 이 내부링(14)은 다각형체라면, 사각형체에 한정되지 않고, 예를 들면, 단면이 육각형체여도 된다. 즉 외부링(12)의 중앙 개구를 사이에 두고 양측의 대칭위치를 대략 균등하게 압압하는 형상이면 된다.

이와 같은 본 발명의 메탈 개스킷은, 초진공 플랜지, 진공기기, 증착장치, 스퍼터링장치, CVD장치, 각종 진공펌프 등 고온, 고압, 진공, 저온 등의 과혹한 조건하에 있어서 광범위하게 사용하는 것이 가능하다.

또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 내부링(14)이 예를 들면, 사각형체인 경우에, 한 쌍의 모서리부(14a, 14b)의 바깥면 정부는, 원호형상, 특히 외부링(12)의 내주면에 밀접하는 크기의 지름으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이, 내부링(14)의 내주와 동일한 지름으로 형성되어 있으면, 내부링(14)이 밀접하게 슬라이딩 접촉(摺接)하기 때문에, 외부링(12)이 내부링(14)에 의해 변형해버리는 것을 방지할 수 있다.

또한, 내부링(14)의 한 쌍의 모서리부(14a, 14b)를 외부링(12)의 내주면에 밀접하게 접촉시키는 치수 설계를 행함으로써, 내부링(14)이 외부링(12)에 대해 작은 경우에 발생할 수 있는 내부링(14)의 벗어남이나 비스듬히 기우는 것을 억제할 수 있다.

또한 상기 실시예에서는, 외부링(12)의 개구부(12c)가, 플랜지면의 외주측에 배치되어 있으나, 이 개구부(12c)가 플랜지면의 내주측에 배치되도록 외부링(12)을 형성해도 된다.

또한, 외부링(12)의 개구부(12c)를 고압측에 배치하면, 그 압력이 외부링(12) 내로 들어가 외부링(12)을 외측으로 눌러 펴기 때문에 자긴(自緊, self tightness)기능이 발휘된다.

10 메탈 가스킷
12 외부링
12c 개구
14 내부링
14a, 14b 모서리부

Claims (5)

1. 둘레방향의 개구에 의해 단면이 C자형상으로 형성된 외부링과, 이 외부링의 내측에 감합(嵌合)상태로 배치되는 내부링으로 구성되는 메탈 개스킷으로서,
   상기 내부링은 중공이며 단면이 사각형체로 구성되어 있는 동시에, 이 내부링에 있어서의 서로 대향하는 한 쌍의 모서리부가, 상기 외부링에 있어서의 상기 개구를 사이에 두고 상하 양측의 내주면에 밀접하게 각각 배치되어 있음과 동시에,
   상기 내부링을 구성하는 금속이, 상기 외부링을 구성하는 금속보다 경질의 금속으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메탈 개스킷.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 내부링의 상기 사각형체의 정부(頂部)는 원호형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메탈 개스킷.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 외부링의 적어도 외주측 표면에 연질층을 설치한 것을 특징으로 하는 메탈 개스킷.

Images