KR102193094B1 - 알루미늄 보강재를 이용한 진공챔버용 벨로우즈의 용접 결합구조 - Google Patents

알루미늄 보강재를 이용한 진공챔버용 벨로우즈의 용접 결합구조 Download PDF

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Abstract

진공챔버용 벨로우즈(10)에 알루미늄 보강재(20)를 개재시켜서 벨로우즈(10)가 용접 설치될 진공챔버(30)와 같은 모재와의 결합력을 향상시키고 높은 밀봉성을 유지하며 용접시 벨로우즈(10)의 변형을 방지할 수 있는 진공챔버용 벨로우즈의 용접 결합구조가 개시된다. 진공챔버용 벨로우즈(10)는 원통형의 벨로우즈 몸체(11) 및 상기 벨로우즈 몸체(11)의 좌우측 양단부에서 방사상 외부로 확장하여 일체로 형성된 플랜지(12)를 포함하며, 벨로우즈(10)의 양측에는 알루미늄 보강재(20)가 각각 삽입하여 장착되고, 상기 알루미늄 보강재(20)는 원통형의 보강재 몸체부(20a), 보강재 헤드부(20b), 및 보강재 체결부(20c)로 구성되고, 진공챔버(30)의 측벽(32)을 구성하는 제1 모재에 상기 플랜지부(12) 및 상기 알루미늄 보강재(20)로 구성되는 제2 모재를 용접 결합시키려는 경우, 상기 제1 모재와 상기 보강재 헤드부(20b)의 방사상 외주부 사이에 용접제가 충진되어 용접부(50)가 형성된다.

Description

알루미늄 보강재를 이용한 진공챔버용 벨로우즈의 용접 결합구조 {Welded combining structure of bellows for a vacuum chamber by using an aluminum reinforced member}
본 발명은 예를 들어 디스플레이 및 반도체 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진공챔버용 벨로우즈에 알루미늄 보강재를 개재시켜서 벨로우즈가 용접 설치될 진공챔버와 같은 모재와의 결합력을 향상시키고 높은 밀봉성을 유지하며 용접시 벨로우즈의 변형을 방지할 수 있는 진공챔버용 벨로우즈의 용접 결합구조에 관한 것이다.
벨로우즈는 관과 종단 이음관과의 상대적인 축 방향 움직임을 허용하면서 그 사이의 가스 또는 액체물을 밀폐시키고자 할 때 쓰이는 것으로서, 산업현장에서는 반도체 장비 및 LCD 장비등 챔버 내부를 진공상태로 유지하기 위해 많이 사용된다. 또한, 벨로우즈는 항공우주, 조선, 자동차, 군사 및 건축분야 등에도 사용되며, 재질의 특수성 및 벨로우즈 표면의 청정도, 대형화, 긴 수명 등 매년 고도의 사양이 요구되고 있다.
벨로우즈는 용접형 벨로우즈(welded bellows)와 성형 벨로우즈(formed bellows)의 두 가지 유형으로 분류되며, 이중에서 용접형 벨로우즈는 고리형 스테인리스스틸 시트의 내경과 외경을 교대로 플라즈마 용접하여 만든 얇은 벽 주름 형 호스이며, 초고진공 시스템에서 진공챔버와 진공챔버 사이, 진공챔버와 밸브 사이, 또는 분자펌프와 기계펌프를 연결하기 위해 양쪽 끝에 플랜지가 형성되어 있다.
이와 같은 구조의 용접형 벨로우즈는 반도체 및 LCD 제조라인에서 진공챔버와 진공챔버사이, 또는 진공챔버와 밸브사이에 용접 설치되는데, 진공챔버의 경우 큰 외압을 견뎌야 하기 때문에 큰 압력을 충분히 견딜 수 있을 뿐만아니라 내부의 진공도를 유지하기 위해서 완벽한 기밀구조를 가져야 한다. 이에 따라서 진공챔버의 제작시 벽면을 구성하는 모재간 용접 결합성을 향상시키기 위한 다양한 연구들이 진행되고 있고 그 결과로서 기밀성이 향상된 진공챔버가 개발된 바 있다.
그런데, 초고진공 시스템에서 진공챔버와 진공챔버 사이, 진공챔버와 밸브 사이, 또는 분자펌프와 기계펌프를 연결하는 중요한 역할을 수행하는 벨로우즈를 해당 요소와 용접 결합할 때 그 용접성을 향상시키고 용접 결합부위에 대한 기밀성을 유지시키기 위한 연구 개발노력은 부족한 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1049087호(등록일자: 2011년 07월 07일) 대한민국 등록특허공보 제10-1173569호(등록일자: 2012년 08월 07일)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 진공챔버용 벨로우즈에 알루미늄 보강재를 개재시켜서 벨로우즈가 용접 설치될 진공챔버와 같은 모재와의 결합력을 향상시키고 높은 밀봉성을 유지하며 용접시 벨로우즈의 변형을 방지할 수 있는 진공챔버용 벨로우즈의 용접 결합구조를 제공하려는 것이다.
전술한 바와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은,
진공챔버용 벨로우즈의 용접 결합구조로서,
상기 진공챔버용 벨로우즈는 원통형의 벨로우즈 몸체 및 상기 벨로우즈 몸체의 좌우측 양단부에서 방사상 외부로 확장하여 일체로 형성된 플랜지를 포함하며,
상기 벨로우즈의 양측에는 알루미늄 보강재가 각각 삽입하여 장착되고, 상기 알루미늄 보강재는 원통형의 보강재 몸체부, 상기 보강재 몸체부의 상부에서 상기 보강재 몸체부에 대하여 수직하게 연장되어 일체로 연결 형성된 보강재 헤드부, 및 상기 보강재 헤드부의 하부면으로부터 하방향으로 상기 보강재 몸체부에 대하여 평행하게 일정길이만큼 연장된 보강재 체결부로 구성되고,
진공챔버의 측벽을 구성하는 제1 모재에 상기 플랜지부 및 상기 알루미늄 보강재로 구성되는 제2 모재를 용접 결합시키려는 경우, 상기 제1 모재와 상기 보강재 헤드부의 방사상 외주부 사이에 용접제가 충진되어 용접부가 형성되는 것을 특징으로 하는 진공챔버용 벨로우즈의 용접 결합구조를 제공한다.
상기 벨로우즈 몸체는 얇은 벽 주름형의 호스부, 및 상기 호스부로부터 상기 벨로우즈 몸체의 좌우측 양단부까지 연장하여 형성된 연장부로 구성되고, 상기 플랜지는 원통형의 플랜지 몸체부, 및 상기 플랜지 몸체부의 상부에서 방사상 외부로 일정길이만큼 연장된 플랜지 연장부로 구성되며, 상기 플랜지 연장부에는 제1 체결홈이 일정 깊이와 폭으로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 알루미늄 보강재는 상기 벨로우즈 몸체를 종방향으로 관통하여 형성된 중앙 개구부에 상기 보강재 몸체부가 삽입되는 방식으로 상기 벨로우즈 몸체의 양측에 각각 장착되며, 상기 보강재 체결부는 상기 제1 체결홈내로 삽입되고, 상기 보강재 헤드부의 하부면은 상기 플랜지 몸체부 및 상기 플랜지 연장부의 외측 노출표면상에 밀착되는 것을 특징으로 한다.
상기 진공챔버의 측벽에는 제2 체결홈이 형성되되, 상기 제2 체결홈은 상기 알루미늄 보강재의 상부 방사상 외경보다 크게 형성되며, 상기 제1 모재에 상기 제2 모재를 용접 결합시키려는 경우, 상기 제2 체결홈에는 상기 보강재 헤드부의 노출표면이 삽입되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 반도체 장비 및 LCD 장비등의 제조라인에서 진공챔버와 밸브 사이, 또는 진공챔버들 사이에 설치되어 이들간의 상대적인 축 방향 움직임을 허용하면서 그 사이의 기밀상태를 유지하기 위해 사용되는 진공챔버용 벨로우즈에 있어서, 진공챔버의 측벽을 구성하는 제1 모재에 벨로우즈의 플랜지부 및 알루미늄 보강재로 구성되는 제2 모재를 용접 결합시키면서 제1 모재와 보강재 헤드부의 방사상 외주부 사이에 용접부를 형성함으로써, 용접부위의 열이 주변으로 전달되는 것이 상당히 저감되어 용접시 수반되는 열의 영향을 최소화할 수 있고, 용접에 의한 재료 강도의 저하 또는 제품의 열변형을 개선할 수 있게 된다. 또한, 모재와의 결합력을 향상시키고 높은 밀봉성을 유지하며 용접시 벨로우즈의 변형을 방지할 수 있다. 이에 따라서, 유체 순환을 개선하며, 열적 팽창과 충격을 흡수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 알루미늄 보강재를 구비한 진공챔버용 벨로우즈를 진공챔버와 밸브 사이에 용접 결합시킨 상태도;
도 2는 도 1에 도시된 진공챔버용 벨로우즈와 알루미늄 보강재의 사시도; 및
도 3은 도 2에 도시된 진공챔버용 벨로우즈와 알루미늄 보강재의 결합상태 종단면도.
본 출원의 도면과 그 상세한 설명은 단지 본 발명의 실시 예에 관한 것이다. 여기에서 발표한 기구 및 방식들의 장점 및 다른 특징들은 본 발명의 대표적인 실시 예를 나타낸 첨부도면을 참조한 상세한 설명을 통해서 해당 기술분야의 숙련된 당업자에게 보다 명백해질 것이다.
이하, 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 알루미늄 보강재를 이용한 진공챔버용 벨로우즈의 용접 결합구조에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 알루미늄 보강재를 구비한 진공챔버용 벨로우즈를 진공챔버와 밸브 사이에 용접 결합시킨 상태도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 진공챔버용 벨로우즈(10)는 예를 들어 반도체 장비 및 LCD 장비등의 제조라인에서 진공챔버(30)와 밸브(40) 사이에 설치되어 이들간의 상대적인 축 방향 움직임을 허용하면서 그 사이의 기밀상태를 유지하기 위해 사용된다.
도 2는 및 도 3에는 진공챔버용 벨로우즈(10)의 구조가 잘 도시되어 있다. 벨로우즈(10)는 원통형의 벨로우즈 몸체(11) 및 상기 벨로우즈 몸체(11)의 좌우측 양단부에 방사상 외부로 확장하여 일체로 형성된 플랜지(12)를 포함한다.
상기 벨로우즈 몸체(11)는 고리형 스테인리스스틸 시트의 내경과 외경을 교대로 플라즈마 용접하여 만든 얇은 벽 주름형의 호스부(11a), 및 상기 호스부(11a)로부터 상기 벨로우즈 몸체(11)의 좌우측 양단부까지 연장하여 형성된 연장부(11b)로 구성된다. 플렉시블한 호스부(11a)는 진공챔버용 벨로우즈(10)를 설치하게될 현장의 요구에 따라서 다양한 길이 및 크기를 갖도록 설계될 수 있다.
상기 플랜지(12)는 원통형의 플랜지 몸체부(12a), 및 상기 플랜지 몸체부(12a)의 상부(= 도 3에서는 플랜지 몸체부(12a)의 좌측 또는 우측)에서 방사상 외부로 일정길이만큼 연장된 플랜지 연장부(12b)로 구성된다. 이때, 플랜지 연장부(12b)에는 제1 체결홈(13)이 일정 깊이와 폭으로 형성된다. 즉, 제1 체결홈(13)은 플랜지 연장부(12b)의 표면에서 원형띠 형태의 움푹들어간 홈으로 형성된다.
이와 같이 구성된 벨로우즈(10)의 양측에는 알루미늄 보강재(20)가 각각 삽입하여 장착된다. 알루미늄 보강재(20)는 원통형의 보강재 몸체부(20a), 상기 보강재 몸체부(20a)의 상부(= 도 3에서는 보강재 몸체부(20a)의 좌측 또는 우측)에서 상기 보강재 몸체부(20a)에 대하여 수직하게 연장되어 일체로 연결 형성된 보강재 헤드부(20b), 및 상기 보강재 헤드부(20b)의 하부면으로부터 하방향으로 상기 보강재 몸체부(20a)에 대하여 평행하게 일정길이만큼 연장된 보강재 체결부(20c)로 구성된다. 이와 같이 구성된 알루미늄 보강재(20)는 벨로우즈 몸체(11)를 종방향으로 관통하여 형성된 중앙 개구부(14)에 보강재 몸체부(20a)가 삽입되는 방식으로 벨로우즈 몸체(11)의 상부와 하부(=도 3에서는 보강재 몸체(11)의 좌측 또는 우측)에 각각 장착된다. 이때, 알루미늄 보강재(20)의 보강재 체결부(20c)는 상기 플랜지(12)의 플랜지 연장부(12b)에 형성된 제1 체결홈(13)내로 삽입되며, 보강재 헤드부(20b)의 하부면은 플랜지 몸체부(12a) 및 플랜지 연장부(12b)의 외측 노출표면상에 밀착된다.
하기에서는 전술한 바와 같이 구성된 진공챔버용 벨로우즈(10)를 도 1에 나타낸 바와 같이 반도체 장비 및 LCD 장비등의 제조라인에서 진공챔버(30)와 밸브(40) 사이에 용접 설치하는 사례에 대해 간단하게 설명한다.
첨부도면 도 1은 진공챔버(30)의 측벽(32)을 구성하는 제1 모재에 벨로우즈(10)의 플랜지부(12) 및 알루미늄 보강재(20)로 구성되는 제2 모재를 용접 결합시킨 상태를 나타내고 있다. 이와 같은 제1 모재와 제2 모재의 용접 결합력을 향상시키고 높은 밀봉성을 유지시키기 위해서 제1 모재, 즉 진공챔버(30)의 측벽(32)에는 사전에 제2 체결홈(34)을 형성시킨다. 제2 체결홈(34)은 진공챔버용 벨로우즈(10)의 양측에 일체로 체결되는 알루미늄 보강재(20)의 사이즈를 고려하여 이를 수용하여 안착시킬 수 있도록 알루미늄 보강재(20)의 상부 방사상 외경보다 크게 형성된다.
제2 체결홈(34)이 형성된 진공챔버(30)의 측벽(32), 즉 제1 모재에 벨로우즈(10)의 플랜지부(12) 및 알루미늄 보강재(20)로 구성되는 제2 모재를 용접 결합시키려는 경우, 제2 체결홈(34)에는 알루미늄 보강재(20)의 보강재 헤드부(20b)의 노출표면이 먼저 삽입된다. 보강재 헤드부(20b)의 노출표면이 제2 체결홈(34)에 삽입되어 상기 제1 모재에 밀착하게 되면, 보강재 헤드부(20b)의 방사상 외주부와 제1 모재, 즉 진공챔버(30)의 측벽(32) 사이에는 용접제가 충진되어 용접부(50)가 형성된다.
이와 같이 보강재 헤드부(20b)의 노출 표면을 상기 진공챔버(30)의 측벽(32)에 접촉시킨 상태에서 접촉면의 주변부만을 용접함으로써 용접봉의 사용량을 크게 줄일 수 있다. 용접은 전자빔용접, 아크용접 등의 통상적인 용접방법을 이용하면 되며, 사용되는 용접봉은 모재보다 융점이 낮은 재질을 주로 이용한다. 공정챔버를 제조하기 위하여 알루미늄 재질의 모재를 이용하는 경우에는 모재보다 융점이 낮은 알루미늄 용접봉을 이용한다.
전술한 바와 같이 모재들간에 알루미늄 재질의 보강재(20)를 개재시킴으로써, 용접부위의 열이 주변으로 전달되는 것이 상당히 저감되어 용접시 수반되는 열의 영향을 최소화할 수 있고, 따라서 용접에 의한 재료 강도의 저하 또는 제품의 열변형을 개선할 수 있게 된다. 또한, 모재와의 결합력을 향상시키고 높은 밀봉성을 유지하며 용접시 벨로우즈의 변형을 방지할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명에 표현된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 하기 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 진공챔버용 벨로우즈 11 : 벨로우즈 몸체
11a : 호스부 11b : 연장부
12 : 플랜지 12a : 플랜지 몸체부
12b : 플랜지 연장부 13,34 : 체결홈
20 : 알루미늄 보강재 20a : 보강재 몸체부
20b : 보강재 헤드부 20c : 보강재 체결부
30 : 진공챔버 32 : 측벽
40 : 밸브

Claims (4)

  1. 진공챔버용 벨로우즈(10)의 용접 결합구조로서,
    상기 진공챔버용 벨로우즈(10)는 원통형의 벨로우즈 몸체(11) 및 상기 벨로우즈 몸체(11)의 좌우측 양단부에서 방사상 외부로 확장하여 일체로 형성된 플랜지(12)를 포함하며,
    상기 벨로우즈(10)의 양측에는 알루미늄 보강재(20)가 각각 삽입하여 장착되고, 상기 알루미늄 보강재(20)는 원통형의 보강재 몸체부(20a), 상기 보강재 몸체부(20a)의 상부에서 상기 보강재 몸체부(20a)에 대하여 수직하게 연장되어 일체로 연결 형성된 보강재 헤드부(20b), 및 상기 보강재 헤드부(20b)의 하부면으로부터 하방향으로 상기 보강재 몸체부(20a)에 대하여 평행하게 일정길이만큼 연장된 보강재 체결부(20c)로 구성되고,
    진공챔버(30)의 측벽(32)을 구성하는 제1 모재에 상기 플랜지(12) 및 상기 알루미늄 보강재(20)로 구성되는 제2 모재를 용접 결합시키려는 경우, 상기 제1 모재와 상기 보강재 헤드부(20b)의 방사상 외주부 사이에 용접제가 충진되어 용접부(50)가 형성되되,
    상기 벨로우즈 몸체(11)는 얇은 벽 주름형의 호스부(11a), 및 상기 호스부(11a)로부터 상기 벨로우즈 몸체(11)의 좌우측 양단부까지 연장하여 형성된 연장부(11b)로 구성되고, 상기 플랜지(12)는 원통형의 플랜지 몸체부(12a), 및 상기 플랜지 몸체부(12a)의 상부에서 방사상 외부로 일정길이만큼 연장된 플랜지 연장부(12b)로 구성되며, 상기 플랜지 연장부(12b)에는 제1 체결홈(13)이 일정 깊이와 폭으로 형성된 것을 특징으로 하는 진공챔버용 벨로우즈의 용접 결합구조.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 알루미늄 보강재(20)는 상기 벨로우즈 몸체(11)를 종방향으로 관통하여 형성된 중앙 개구부(14)에 상기 보강재 몸체부(20a)가 삽입되는 방식으로 상기 벨로우즈 몸체(11)의 양측에 각각 장착되며, 상기 보강재 체결부(20c)는 상기 제1 체결홈(13)내로 삽입되고, 상기 보강재 헤드부(20b)의 하부면은 상기 플랜지 몸체부(12a) 및 상기 플랜지 연장부(12b)의 외측 노출표면상에 밀착되는 것을 특징으로 하는 진공챔버용 벨로우즈의 용접 결합구조.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 진공챔버(30)의 측벽(32)에는 제2 체결홈(34)이 형성되되, 상기 제2 체결홈(34)은 상기 알루미늄 보강재(20)의 상부 방사상 외경보다 크게 형성되며, 상기 제1 모재에 상기 제2 모재를 용접 결합시키려는 경우, 상기 제2 체결홈(34)에는 상기 보강재 헤드부(20b)의 노출표면이 삽입되는 것을 특징으로 하는 진공챔버용 벨로우즈의 용접 결합구조.
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