KR102193966B1

KR102193966B1 - 진공튜브 피팅 부재 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR102193966B1
Application number: KR1020180168559A
Authority: KR
Inventors: 박복우
Original assignee: 박복우
Priority date: 2018-08-08
Filing date: 2018-12-24
Publication date: 2020-12-22
Also published as: KR20200017317A

Abstract

본 발명의 진공튜브 피팅은 서로 다른 진공 튜브를 서로 연결하기 위한 진공튜브 피팅 부재로서, 밀폐 부재가 삽입될 수 있는 공간이 형성된 조인트부와, 상기 조인트부에서 연장된 튜브 연장부를 포함하고, 상기 조인트부는 밀폐 부재가 삽입되는 영역은 스테인레스 스틸로 이루어지고, 반대 영역은 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

진공튜브 피팅 부재 및 이의 제조방법{Vacuum tube fitting member and manufacturing method thereof}

본 발명은 진공튜브 피팅 부재 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알루미늄 진공 챔버에 연결이 가능한 진공튜브 피팅 부재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

반도체, 디스플레이 장치의 제조공정에는 증착, 에칭, 이온주입과 같은 진공공정이 널리 이용된다. 상기 진공 공정들은 진공챔버 내부에 기판을 위치하고 진행되는데, 진공챔버에는 가스를 배기하기 위한 배기 튜브, 가스를 주입하기 위한 가스주입 튜브와 같은 다수의 연결관들이 결합된다.

이때, 진공 튜브들은 외부에서 다른 튜브들과 연결되는데, 이때 사용되는 부품이 진공튜브 피팅이다. 상기 피팅은 진공을 유지하기 위하여 O-링, 가스킷 등이 삽입되는 구조로 이루어지고, 진공도의 수준에 따라 서로 다른 진공 피팅이 사용된다.

진공 피팅에 관한 선행기술로는 한국등록특허 제1612064가 있다. 상기 선행문헌에는 너트부, 후위패럴, 전위패럴 및, 몸체부로 구성되고 상기 너트부, 후위패럴, 전위패럴이 배관에 끼워지고, 상기 배관의 끝단이 몸체부의 단턱홈에 삽입된 상태에서 상기 너트부와 상기 몸체부가 나사체결되어 사용되는 튜브피팅재로서, 상기 너트부는 외측을 관통하여 내부와 외부를 연통시키는 리크홀(leak hole)이 형성된 튜브 피팅재에 관한 기술을 개시하고 있다. 다만, 상기 선행문헌에 개시된 피팅재는 서로 다른 금속 재료 간의 접합 문제점 해결이 고려되어 있지 않다.

최근 반도체 제조공정에 알루미늄 챔버가 널리 이용되고 있는데, 일반적으로 이용되는 진공튜브들은 스테인레스 스틸이 이용되고 있으므로 이러한 스테인레스 스틸 진공튜브와 알루미늄 챔버의 연결에 어려움이 있다. 이러한 어려움은 이종 금속 간의 접합이 용이하기 않기 때문이다. 이종 금속간의 용접 방법 중 하나는 폭발 압접 방식이다. 폭발 압접은 폭발 용접이라고도 불리는데, 폭발 용접은 접합될 소재 중 얇은 쪽 상부에서 폭약을 폭발시키면서 이에 의하여 생성된 압력을 이용하여 용접하는 방식이다. 그러나, 이러한 폭발 압접 방식은 판상의 소재 용접에는 적당하지만, 봉과 같이 둥근 단면을 가진 소재 사이의 길이방향 접합에는 적당하지 않아 중간에 구리와 같은 중간 삽입체를 삽입하는 방식이 적용되고 있다. 다만, 이런 경우에는 접합 부위에 열이 가해질 경우, 구리와 다른 금속과의 열 팽창계수 차이에 의하여 균일이 발생할 가능성이 있다.

따라서, 서로 다른 금속 재료로 이루어진 챔버와 진공튜브 간의 연결 문제를 해결하면서, 고온에 의한 용접 시에도 진공튜브 피팅 부재의 접합 부위가 영향을 받지 않는 새로운 방식의 진공튜브 피팅 부재의 개발 필요성이 크다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 알루미늄 진공챔버에 용이하게 용접이 가능하고, 스테인레스 스틸 재질의 진공튜브와 진공유지 연결이 용이한 진공튜브 피팅 부재를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 상기 진공튜브 피팅 부재의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 첫 번째 과제를 달성하기 위하여, 서로 다른 진공 튜브를 서로 연결하기 위한 진공튜브 피팅 부재로서, 밀폐 부재가 삽입될 수 있는 공간이 형성된 조인트부와, 상기 조인트부에서 연장된 튜브 연장부를 포함하고, 상기 조인트부는 밀폐 부재가 삽입되는 영역은 스테인레스 스틸로 이루어지고 반대 영역은 알루미늄으로 이루어지거나, 밀폐 부재가 삽입되는 영역은 알루미늄으로 이루어지고 반대 영역은 스테인레스 스틸로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공튜브 피팅 부재를 제공한다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 조인트부의 스테인레스 스틸 영역과 알루미늄 영역의 접합부는 이종접합된 합금으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 접합부에는 요철이 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 요철은 스테인레스 스틸 영역에 형성된 함몰부와 알루미늄 영역에 형성된 돌출부로 구성되거나, 스테인레스 스틸 영역에 형성된 돌출부와 알루미늄 영역에 형성된 함몰부로 구성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 요철은 알루미늄 영역 방향 또는 스테인레스 스틸 방향으로 역경사가 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 요철은 복수개의 동심원 형태로 이루어질 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 요철은 알루미늄과 스테인레스 스틸의 수평 접합부에서 위쪽 및 아래쪽으로 형성된 복수개의 수직 방향 연장부를 포함할 수 있다.

본 발명의 진공튜브 피팅 부재 및 이의 제조방법은 아래의 효과를 가진다.

1. 진공튜브 피팅의 조인트 부위가 스테인레스 스틸 영역과 알루미늄 영역으로 이루어져, 스테인레스 스틸 영역은 스테인레스 스틸로 이루어진 다른 피팅과 연결될 수 있고, 알루미늄 영역은 알루미늄 진공챔버에 용이하게 용접 접합될 수 있다.

2. 진공튜브 피팅의 스테인레스 스틸 영역은 강도가 높아서 가스킷에 의한 실링이 가능하도록 나이프 엣지를 형성할 수 있고, 스웨즈락(swagelok)의 피팅 구성을 형성할 수도 있다.

3. 진공튜브 피팅의 스테인레스 스틸과 알루미늄 접합 부위는 폭발 압접 등에서 삽입체 금속에 의하여 형성되는 구리층을 포함하지 않으므로, 진공튜브 피팅의 알루미늄 영역을 알루미늄 진공챔버에 용접하는 동안에서 접합부의 실링 파손이 일어나지 않는다.

4. 진공튜브 피팅의 접합부에 요철이 형성되어 있으므로, 이종금속에 의한 접합 면적이 증가하여 접합부의 결합력이 우수하고, 접합부의 일부에 파손이 발생하는 경우에도 실링이 파괴되기 어렵다.

5. 진공튜브 피팅의 접합부의 요철이 알루미늄 영역 방향으로 역경사를 유지하므로, 접합부의 결합력이 우수하고, 접합부에 열 팽창이 발생하는 경우에도 열 팽창률이 스테인레스 스틸에 비하여 상대적으로 높은 알루미늄에 의하여 접합 부위의 실링이 증가되는 방향으로 열 팽창이 일어난다.

6. 스테인레스 스틸과 알루미늄의 회전마찰에 의한 접합에 의하여 이종금속의 접합이 이루어지므로 원형의 단면을 가지는 봉의 접합이 유리하고, 접합된 봉의 길이방향 관통에 의하여 진공튜브 피팅을 용이하게 제조할 수 있다.

7. 진공튜브 피팅이 접합부의 요철은 알루미늄과 스테인레스 스틸의 수평 접합부에서 위쪽 또는 아래쪽으로 형성된 복수개의 수직 방향 연장부를 포함하여, 스테인레스 스틸 영역에 피팅 부위가 용접되는 과정에서 발생하는 각 소재의 열 팽창률 차이에 의한 접합 부위 균열 발생을 억제할 수 있다.

8. 알루미늄 영역에 함몰부가 형성되고 스테인레스 스틸 영역에 돌출부가 형성된 구조의 피팅 부재에서는 알루미늄의 열 수축률이 스테인레스 스틸보다 크므로 극 저온에서 피팅 부재를 사용할 수 있다.

도 1은 진공튜브 피팅의 일반적인 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 진공튜브 피팅의 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 진공튜브 피팅의 제조방법을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 이종금속의 접합부에 요철이 형성된 구조를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따라 이종금속의 접합부에 역경사의 요철이 형성된 구조를 나타낸 것이다.
도 6와 도 7은 본 발명의 이종금속의 접합부에 요철에 형성된 이종금속의 접합부에 요철의 다양한 구현 형태를 나타낸 것이다.
도 8은 스테인레스 스틸과 알루미늄으로 이루어진 본 발명의 진공튜브 피팅의 외관 사진이다.
도 9는 본 발명의 진공튜브 피팅의 제조방법에서 접합된 스테인레스 스틸 봉과 알루미늄 봉의 접합 단면을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 구현예에 따라 이종금속 접합부의 스테인레스 스틸 영역의 하부에 스테인레스 제1수직 연장부가 형성된 구현 형태를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일 구현예에 따라 이종금속 접합부의 스테인레스 스틸 영역의 하부에 스테인레스 제1수직 연장부와 스테인레스 수평 연장부가 형성된 구현 형태를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 일 구현예에 따라 이종금속 접합부의 스테인레스 스틸 영역의 하부에 스테인레스 제1수직 연장부, 스테인레스 수평 연장부 및 스테인레스 제2수직 연장부가 형성된 구현 형태를 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 스테인레스 수직 연장부가 형성되지 않은 진공튜브 피팅의 구현예에서 알루미늄 튜브 영역에 용접을 수행할 경우에 알루미늄과 스테인레스 스틸의 경계 영역에서 발생하는 열 팽창의 차이를 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 스테인레스 제1수직 연장부가 형성된 진공튜브 피팅의 구현예에서 알루미늄 튜브 영역에 용접을 수행할 경우에 알루미늄과 스테인레스 스틸의 경계 영역에서 발생하는 열 팽창의 차이를 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 스테인레스 제1수직 연장부와 스테인레스 수평 연장부가 형성된 진공튜브 피팅의 구현예에서 알루미늄 튜브 영역에 용접을 수행할 경우에 알루미늄과 스테인레스 스틸의 경계 영역에서 발생하는 열 팽창의 차이를 나타낸 것이다.
도 16은 본 발명의 스테인레스 제1수직 연장부, 스테인레스 수평 연장부 및 스테인레스 제2수직 연장부가 형성된 진공튜브 피팅의 구현예에서 알루미늄 튜브 영역에 용접을 수행할 경우에 알루미늄과 스테인레스 스틸의 경계 영역에서 발생하는 열 팽창의 차이를 나타낸 것이다.
도 17은 본 발명의 일 구현예에 따라 스테인레스 제1수직 연장부가 형성된 진공튜브 피팅의 단면 사진이다.
도 18은 본 발명의 일 구현예에 따라 스테인레스 돌출부가 형성된 진공튜브 피팅을 나타낸 것이다.
도 19는 본 발명의 일 구현예에 따라 유체 흐름이 이루어지는 내부 공간에 알루미늄 라이너가 형성된 진공튜브 피팅을 나타낸 것이다.

이하, 본 발명을 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 진공튜브 피팅은 길이 방향으로 서로 다른 금속 영역을 포함한다. 상기 금속은 스테인레스 스틸과 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 진공튜브 피팅의 조인트 영역은 스웨즈락, 가스킷을 이용하는 VCR 조인트 등일 수 있다. 본 발명의 진공튜브 피팅의 스테인레스 스틸 영역은 강도가 높아서 스웨즈락, VCR 조인트 등의 진공용 조인트 재료로 적합하다. 또한 본 발명의 진공튜브 피팅의 알루미늄 영역은 알루미늄 챔버와 동일한 금속 재질이므로 용접이 용이하고, 따라서 진공챔버에 간단한 방식으로 연결될 수 있다.

본 발명의 진공튜브 피팅은 스테인레스 스틸 봉과 알루미늄 봉에 압력을 가하면서 회전하는 열에 의하여 접합되므로 접합부 영역에 구리와 같은 또 다른 금속층이 포함되어 있지 않다. 만약 접합부위에 구리층이 포함되면, 알루미늄 영역을 진공챔버에 용접하는 과정에서 접합부에 전달된 열에 의하여 구리층이 팽창하면서 접합부의 파괴가 일어날 수 있다. 본 발명의 진공튜브 피팅은 접합부에 구리층이 포함되지 않아서 열 팽창에 의한 접합부 파손을 최소화할 수 있다.

본 발명의 진공튜브 피팅은 접합부에 요철이 형성될 수 있다. 상기 요철은 접합된 부분의 면적을 증가시켜 접합력을 향상시킬 수 있다. 또한 요철은 알루미늄 영역으로 역경사를 형성하여 접합부에 열팽창이 일어나는 경우에도 접합 부위의 실링이 높아지는 방향으로 변형이 일어나도록 할 수 있다.

진공튜브 피팅의 이종금속 접합부에 형성된 요철은 알루미늄 영역으로 역경사를 형성하는 요철의 형상은 알루미늄 영역으로 정경사가 형성된 삼각형, 직각 경사를 유지하는 사각형, 정경사 또는 역경사를 가지는 일부가 잘라진 원형, 역경사를 가지는 오각형, 역경사를 가지는 사각형 형태로 이루어질 수 있다.

아래에서 도면을 이용하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 진공튜브 피팅의 일반적인 구조를 나타낸 것이다. 도 1의 (가)를 참조하면, 진공튜브 피팅 부재(100)는 서로 다른 피팅과 연결되는 구성이 포함된 조인트부(110)와 진공튜브 형태로 연장된 튜브 연장부(120)를 포함한다. 조인트부(110)는 VCR 조인트, 스웨즈락 등의 구조로 이루어질 수 있다. 도 1의 (나)를 참조하면, 2개의 진공튜브 피팅이 조인트부를 서로 마주보고 배치되고, 그 사이에 가스킷(200)이 삽입되어 연결될 수 있다. 조인트부가 VCR 조인트인 경우에 조인트부에는 가스킷을 파고들어 실링을 형성하는 나이프 엣지가 형성될 수 있다.

도 2는 본 발명의 진공튜브 피팅의 구조를 나타낸 것이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 진공튜브 피팅 부재(300)는 스테인레스 스틸부(310)와 알루미늄부(320)를 포함한다. 스테인레스 스틸부(310)는 스테인레스 스틸 재질로 이루어지고, 서로 다른 피팅과 연결되기 위한 구조를 가진다. 알루미늄부(320)는 알루미늄 재질로 이루어지고, 진공튜브로 연장되는 영역을 구성한다. 스테인레스 스틸부와 알루미늄부의 경계에는 접합부가 형성되어 있다. 접합부는 스테인레스 스틸과 알루미늄의 합금으로 이루어지고, 그 외의 다른 금속에 의한 합금 영역은 포함하지 않는다.

도 3은 본 발명의 진공튜브 피팅의 제조방법을 나타낸 것이다. 도 3의 (가)를 참조하면, 먼저 소정의 직경과 길이를 가지는 봉 형태의 스테인레스 스틸 부재(400)와 알루미늄 부재(500)을 준비하고, 스테인레스 스틸 봉과 알루미늄 봉이 길이방향으로 평행하게 배치한다. 이때 스테인레스 스틸 봉 또는 알루미늄 봉은 회전 및/또는 압력이 가해질 수 있는 고정장치에 고정될 수 있다. 이어서 도 3의 (나)를 참조하면, 스테인레스 스틸 부재(400)와 알루미늄 부재(500)가 서로 접하도록 압력을 가한 상태에서 스테인레스 스틸 봉 및/또는 알루미늄을 회전시킨다. 이러한 과정에서 접합 영역에 열이 발생하고, 접합 영역은 접합부(700)를 형성하면서 이종금속의 접합이 이루어진다. 이어서 도 3의 (다)를 참조하면, 상대적으로 녹는점이 낮은 알루미늄의 일부가 둘레 방향으로 튀어나오면서 돌출 알루미늄(510)이 형성되면서 스테인레스 스틸 봉과 알루미늄 봉의 접합이 이루어진다. 이어서, 도 3의 (라)를 참조하면, 스테인레스 스틸 봉과 알루미늄 봉의 내부에 관통홀(600)을 형성한다. 관통홀의 형성은 드릴 등에 의하여 수행될 수 있다. 도면에는 도시하지 않았지만 이 과정에서 스테인레스 스틸 영역에 VCR 조인트, 스웨즈락 조인트와 같은 추가적인 구성을 형성할 수 있다. 이어서 도 3의 (마)를 참조하면, 접합과정에서 둘레방향으로 돌출된 알루미늄을 깎아낸다. 도 3의 (라), (마)의 순서는 서로 바뀌거나 중간에 조인트 부위의 구성을 형성하기 위한 추가적인 단계를 삽입하는 것이 가능하다. 본 발명의 진공튜브 피팅 부재 제조방법에서는 스테인레스 스틸 영역과 알루미늄 영역의 접합에 또 다른 금속이 사용되지 않는 특징을 가진다. 폭발 압접과 같이 구리가 중간에 삽입된 접합 방식에서는 접합 부위에 열이 가해지는 경우에 구리의 열팽창에 의하여 접합부의 파괴가 일어날 수 있으나, 본 발명에서는 이러한 위험성이 발생하지 않는다.

도 4는 본 발명의 일 구현예에 이종금속의 접합부에 요철이 형성된 구조를 나타낸 것이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 진공튜브 피팅 부재는 스테인레스 스틸부재(400)와 알루미늄 부재(500)의 접합부에 알루미늄 돌출부(800)가 형성되어 있다. 스테인레스 스틸 부재의 대응하는 영역에는 스테인레스 스틸 함몰부가 형성되어 있고, 알루미늄 돌출부와 스테인레스 스틸 함몰부에 의하여 접합부의 요철이 형성된다. 상기 요철은 도 3에 도시한 제조방법에서 알루미늄 부재가 녹으면서 스테인레스 스틸 함몰부에 채워지면서 형성될 수 있다. 이때 접합부에는 스테인레스 스틸과 알루미늄 합금에 의한 합금이 형성된다. 요철은 스테인레스 스틸 부재와 알루미늄 부재의 길이 방향과 직각인 방향으로 절단한 단면에서 링 형태로 구성될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 구현예에 따라 이종금속의 접합부에 역경사의 요철이 형성된 구조를 나타낸 것이다. 도 5를 참조하면, 진공튜브 피팅 부재의 접합부에 형성된 요철은 알루미늄 영역으로 역경사를 형성할 수 있다. 이러한 역경사는 스테인레스 스틸 영역에서 알루미늄 영역으로 갈수록 알루미늄 돌출부의 단면적이 증가하는 형태의 경사를 의미한다. 접합부에 역경사가 형성되면 물리적으로 두 개의 이종금속이 견고하게 결합되는 구조를 가지게 된다. 또한 접합부에 열이 발생할 경우에 상대적으로 열팽창이 큰 알루미늄에 의하여 요철의 경계면에서 스테인레스 스틸과 알루미늄의 접합면 방향으로 압력이 발생하여 접합부의 결합의 보다 견고해질 수 있다. 이러한 구조는 알루미늄 부재가 진공챔버에 용접되는 과정에서 접합부의 파괴가 일어나는 것을 방지한다. 알루미늄 부재를 진공챔버에 용접하는 과정에서 발생한 열은 접합부까지 전달되는데, 이때 열에 의한 2가지 금속의 팽창에 의하여 접합부가 파괴되는 방향으로 힘이 발생하는 것을 방지한다.

도 6은 본 발명의 이종금속의 접합부에 요철에 형성된 이종금속의 접합부에 요철을 구성하는 알루미늄 돌출부의 다양한 구현 형태를 나타낸 것이다. 도 6의 (가)를 참조하면, 알루미늄 돌출부(810)는 삼각형의 단면을 가지고, 삼각형의 변은 알루미늄 방향으로 갈수록 폭이 넓어지는 정경사로 이루어진다. 도 6의 (나)를 참조하면, 알루미늄 돌출부(820)는 직각 사각형 형태를 가진다. 도 6의 (다)를 참조하면, 알루미늄 돌출부(830)는 알루미늄 영역으로 갈수록 폭이 넓어지는 곡면을 가진다. 도 6의 (라)를 참조하면, 알루미늄 돌출부(840)는 알루미늄 영역으로 갈수록 폭이 넓어지는 곡면과 알루미늄 영역으로 갈수록 폭이 좁아지는 곡면을 모두 포함한다. 도 6의 (마)를 참조하면, 알루미늄 돌출부(850)은 오각형의 단면을 가지고 알루미늄 영역으로 갈수록 폭이 넓어지는 직선경사와 알루미늄 영역으로 갈수록 폭이 좁아지는 직선경사를 모두 가진다. 도 6의 (바)를 참조하면, 알루미늄 돌출부(860)는 사각형의 단면을 가지고 알루미늄 영역으로 폭이 좁아지는 역경사를 가진다. 이 중 알루미늄 돌출부가 역경사를 가지는 (라), (마), (바)의 구조가 접합부의 열안정성에 유리한데, (라) 구조의 경우는 가공이 상대적으로 어려운 단점을 가지고, 접합부 면적이 증가하면서도 가공이 용이한 (바) 구조와 (마) 구조가 열안정성과 가공성의 측면에서 유리하다.

도 7은 본 발명의 이종금속의 접합부에 요철에 형성된 이종금속의 접합부에 요철을 구성하는 알루미늄 돌출부가 복수개로 형성된 다양한 구현 형태를 나타낸 것이다. 도 7의 (가) ~ (바)를 참조하면, 스테인레스 스틸과 알루미늄의 경계 영역에 동심원 형태의 제1알루미늄 돌출부(810a, 820a, 830a, 840a, 850a, 860a)와, 제2알루미늄 돌출부(810b, 820b, 830b, 840b, 850b, 860b)가 형성되어 있다. 이와 같은 구조에서는 도 6에 도시된 구조에 비하여 스테인레스 스틸과 알루미늄의 접합 부위의 면적이 증가되어 리크 발생의 가능성이 낮아지고, 만약 어느 하나의 알루미늄 돌출부에서 균열이 발생한 경우에도 다른 알루미늄 돌출부에서 실링이 이루어질 수 있는 유리한 효과를 가진다.

도 8은 스테인레스 스틸과 알루미늄으로 이루어진 본 발명의 진공튜브 피팅의 외관 사진이다. 도 8을 참조하면, VCR 조인트 진공튜브의 조인트부는 스테인레스 스틸, 튜브 연장부는 알루미늄으로 이루어지고, 경계 영역에 접합부가 형성된 것을 확인할 수 있다.

도 9는 본 발명의 진공튜브 피팅의 제조방법에서 접합된 스테인레스 스틸 봉과 알루미늄 봉의 접합 단면을 나타낸 것이다. 도 9을 참조하면, 스테인레스 스틸 봉과 알루미늄 봉이 접합되어 있고, 경계면에 역경사 방향의 알루미늄 돌출부가 있는 것을 확인할 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 진공튜브 피팅의 스테인레스 스틸과 알루미늄의 접합 영역에 스테인레스 제1수직 연장부가 형성될 수 있다. 스테인레스 제1수직 연장부는 알루미늄 부재 방향으로 연장된 스테인레스 스틸 부분을 의미하는데, 상기 스테인레스 제1수직 연장부는 진공튜브의 단면 중심에서 외곽 영역의 중간 또는 외곽 영역의 끝 부분에 형성될 수 있다. 이와 같이 스테인레스 제1수직 연장부가 형성되어 있으면, 스테인레스 스틸 튜브 영역의 끝에 가스킷 등의 피팅 연결부가 용접되는 과정에서 열이 스테인레스 스틸과 알루미늄의 접합 부위로 전달되어도 각 소재의 열 팽창률 차이에 의한 힘이 수평방향으로 수직 방향으로 분산되어서 열에 의한 균열 발생을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한 상기 스테인레스 제1수직 연장부에 스테인레스 수평 연장부가 추가로 형성되거나, 상기 스테인레스 수평 연장부에 제2수직 연장부가 추가로 형성된 구조에서는 상기 열 팽창률 차이에 의한 힘의 분산이 더욱 효과적으로 이루어질 수 있어서 상기 효과를 극대화할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 구현예에 따라 이종금속 접합부의 스테인레스 스틸 영역의 하부에 스테인레스 제1수직 연장부가 형성된 구현 형태를 나타낸 것이다. 도 10을 참조하면, 이종금속 접합부의 스테인레스 스틸과 알루미늄의 수평 접합 부위에서 알루미늄 영역으로 연장된 스테인레스 제1수직 연장부(900)가 형성되어 있다. 도면에서는 상기 스테인레스 제1수직 연장부(900)가 스테인레스 스틸 부재(400)의 최외곽 영역과 관통홀의 최내곽 영역에 형성된 것으로 도시하였지만, 스테인레스 제1수직 연장부는 최외곽 영역에서 튜브 중심 영역으로 소정의 간격으로 이격된 형태로 형성될 수도 있다. 상기 스테인레스 제1수직 연장부는 튜브의 중심을 기준으로 동심원을 이루는 복수개의 링 형태로 형성될 수 있고, 동심원을 이루는 복수개의 링 형태가 아닌 단일 개수의 링 형태로 이루어질 수도 있다. 이때, 스테인레스 스틸과 알루미늄 수평 접합부 상에 링 형태의 알루미늄 돌출부가 형성될 수 있다. 도면에서는 알루미늄 돌출부를 역경사 형태로 도시하였지만, 알루미늄 돌출부는 도 6 또는 도 7에 도시한 것와 같이 다양한 형태의 단면 구조를 가질 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 구현예에 따라 이종금속 접합부의 스테인레스 스틸 영역의 하부에 스테인레스 제1수직 연장부와 스테인레스 수평 연장부가 형성된 구현 형태를 나타낸 것이다. 도 11을 참조하면 스테인레스 제1수직 연장부(900)의 끝 부분에서 수평방향으로 소정의 길이로 연장된 스테인레스 수평 연장부(910)가 형성되어 있다. 상기 스테인레스 수평 연장부는 외곽의 스테인레스 제1수직 연장부에서는 튜브의 중심방향으로, 내측의 스테인레스 제1수직 연장부에서는 튜브 중심의 반대방향으로 형성될 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 구현예에 따라 이종금속 접합부의 스테인레스 스틸 영역의 하부에 스테인레스 제1수직 연장부, 스테인레스 수평 연장부 및 스테인레스 제2수직 연장부가 형성된 구현 형태를 나타낸 것이다. 도 12를 참조하면, 스테인레스 제1수직 연장부(900)의 끝 부분에서 수평방향으로 소정의 길이로 연장된 스테인레스 수평 연장부(910)가 형성되어 있고, 상기 스테인레스 수평 연장부(910)에 스테인레스 제2수직 연장부(920)가 형성되어 있다. 상기 스테인레스 제2수직 연장부는 제1수직 연장부와 반대 방향으로 연장되는 것이 바람직한데, 상기 구조에서 스테인레스 제1수직 연장부에 알루미늄 영역이 고리 형태로 갇히게 되므로 접합 영역의 견고성 및 열 팽창에 의한 균열 저항성이 증가될 수 있다.

아래에서 도 13 내지 도 16을 이용하여 스테인레스 수직 연장부의 형성에 의하여 열 팽창에 의한 균열 발생이 억제되는 효과를 설명한다.

본 발명의 진공튜브 피팅 부재는 도 3에서 설명한 이종 금속의 접합 및 관통홀 형성 단계 후에, 어느 하나의 소재에 가스킷 등이 포함된 연결 영역을 용접 접합하게 된다. 상기 용접 접합은 마찰 용접이 아닌, 아크 용접이나 토치 용접에 의하여 수행될 수 있는데, 이러한 용접 접합은 주로 스테인레스 스틸 튜브 영역에서 이루어진다. 상기 용접 과정에서 용접 부위에 높은 열이 발생하고 상기 열이 알루미늄과 스테인레스 스틸의 접합 부위에 전달된다. 알루미늄과 스테인레스 스틸의 접합 부위 온도가 상승하면 각각의 금속 소재는 열에 의하여 팽창하게 되는데, 스테인레스 스틸의 열 팽창률이 상대적으로 크므로 접합 영역에서 발생한 힘에 의하여 균열이 발생할 가능성이 있다. 본 발명의 일 구현예에 따라 스테인레스 수직 연장부가 형성된 경우에는 수평방향의 힘에 의한 변형을 수직 연장부가 완화시키면서 균열의 발생 가능성을 낮추게 된다.

도 13은 본 발명의 스테인레스 수직 연장부가 형성되지 않은 진공튜브 피팅의 구현예에서 알루미늄 튜브 영역에 용접을 수행할 경우에 알루미늄과 스테인레스 스틸의 경계 영역에서 발생하는 열 팽창의 차이를 나타낸 것이다. 도 13을 참조하면, 스테인레스 스틸 부재(400)의 끝 부분에 가스킷이 삽입될 수 있는 연결 피팅이 용접되는 용접 부위(W)가 표시되어 있다. 용접 부위의 온도가 상승하면 스테인레스 스틸 부재를 따라 열이 접합 부위에 전달되는데, 스테인레스 스틸의 열 팽창(파란색 양쪽 화살표)이 알루미늄의 열 팽창(빨간색 양쪽 화살표)에 비하여 상대적으로 작으므로 수평 방향의 접합 부위에서 수평방향으로 힘이 발생하게 된다. 상기 수평 방향의 힘에 의하여 점선으로 표시한 수평방향의 접합 부위에 균열발생 가능 영역(1000)이 형성된다. 다만, 알루미늄 돌출부의 상부에 형성된 수평방향 접합 부위는 접합 길이가 짧고 돌출부의 수직 영역에 의하여 수평방향의 힘이 완화되어 균열이 발생하기 어렵다.

도 14는 본 발명의 스테인레스 제1수직 연장부가 형성된 진공튜브 피팅의 구현예에서 알루미늄 튜브 영역에 용접을 수행할 경우에 알루미늄과 스테인레스 스틸의 경계 영역에서 발생하는 열 팽창의 차이를 나타낸 것이다. 도 14를 참조하면, 용접 부위(W)에서 발생한 열이 접합 부위로 전달되는 경우에 알루미늄과 스테인레스 스틸의 경계 영역에서는 수평방향의 힘과 수직방향의 힘이 함께 발생한다. 이때, 수평방향의 팽창에 의한 힘(수평방향의 빨간색 양쪽 화살표)은 스테인레스 제1수직 연장부(900)에 막힌 상태가 되고 상기 힘에 의한 접합 부위의 변형은 억제될 수 있다. 수직방향의 팽창에 의한 힘(수직방향의 빨간색 양쪽 화살표)은 여전히 작용할 수 있지만, 수평방향의 접합 영역에 균열이 발생하지 않는 한 튜브 접합 부위의 실링은 여전히 유지될 수 있다.

도 15는 본 발명의 스테인레스 제1수직 연장부와 스테인레스 수평 연장부가 형성된 진공튜브 피팅의 구현예에서 알루미늄 튜브 영역에 용접을 수행할 경우에 알루미늄과 스테인레스 스틸의 경계 영역에서 발생하는 열 팽창의 차이를 나타낸 것이다. 도 15를 참조하면, 스테인레스 제1수직 연장부(900)에 추가로 스테인레스 수평 연장부(910)이 형성된 경우에는 수직방향의 팽창에 의한 힘(수직 방향의 빨간색 양쪽 화살표)도 위와 아래쪽의 스테인레스 스틸에 막힌 상태가 되고 접합 부위의 변형도 추가로 억제될 수 있다.

도 16은 본 발명의 스테인레스 제1수직 연장부, 스테인레스 수평 연장부 및 스테인레스 제2수직 연장부가 형성된 진공튜브 피팅의 구현예에서 알루미늄 튜브 영역에 용접을 수행할 경우에 알루미늄과 스테인레스 스틸의 경계 영역에서 발생하는 열 팽창의 차이를 나타낸 것이다. 도 16을 참조하면, 스테인레스 제2수직 연장부가 추가로 형성된 구조에서는 알루미늄이 스테인레스 스틸 내부에 견고하게 충진된 구조가 이루어지므로, 알루미늄의 열 팽창에 의한 변형을 가장 효과적으로 억제할 수 있는 구조가 된다. 스테인레스 수직 연장부 및 수평 연장부에 의한 리크 억제 효과는 접합 부위의 표면적 증가에도 기인한다.

도 17은 본 발명의 일 구현예에 따라 스테인레스 제1수직 연장부가 형성된 진공튜브 피팅의 단면 사진이다. 도 17을 참조하면, 마찰 용접에 의하여 스테인레스 제1수직 연장부 안쪽으로 알루미늄 소재가 균일하게 충진되면서 용접이 이루어진 것을 확인할 수 있다.

본 발명의 진공튜브 피팅 부재에서 알루미늄 돌출부가 아닌 스테인레스 돌출부가 형성되도록 위치를 바꾸는 경우에는 극저온에서 안정적인 실링을 구현할 수 있다.

도 18은 본 발명의 일 구현예에 따라 스테인레스 돌출부가 형성된 진공튜브 피팅을 나타낸 것이다. 도 18을 참조하면, 알루미늄과 스테인레스 스틸의 접합 영역에 스테인레스 돌출부(880)가 형성되어 있다. 알루미늄과 스테인레스 스틸의 접합은 높은 온도에서 이루어지고, 피팅 부재의 사용이 극 저온에서 이루어지는 경우에는 알루미늄과 스테인레스 스틸이 함께 온도 하강에 의하여 수축하게 되는데 이때 알루미늄의 수축률이 상대적으로 커지게 된다. 이러한 환경에서는 스테인레스 돌출부(880)가 주위의 알루미늄보다 상대적으로 덜 수축하여 스테인레스 돌출부가 주변의 알루미늄을 미는 방향으로 힘이 발생하므로 스테인레스 돌출부의 접합 영역에서 실링이 견고해지는 방향으로 수축에 의한 힘이 발생하는 것이다.

도 19는 본 발명의 일 구현예에 따라 유체 흐름이 이루어지는 내부 공간에 알루미늄 라이너가 형성된 진공튜브 피팅을 나타낸 것이다. 도 19를 참조하면, 스테인레스 스틸과 알루미늄이 연결된 피팅의 내부에 알루미늄 라이너(500a)가 형성되어 있다. 알루미늄 라이너(500a)는 알루미늄 부재(500)의 내측에 얇은 튜브 형태로 형성되어 있고, 튜브 피팅의 내부에 스테인레스 스틸 표면이 노출되는 것을 방지한다. 스테인레스 스팅 부재 상부 프렌지, 오링 연결부, 가스킷 연결부 등이 용접되면 오링이나 가스킷 내측 일부에는 스테인레스 스틸 부분이 일부 노출될 수 있지만, 가스나 액체가 이송되는 공간에서 스테인레스 스틸 부분이 가스나 액체에 노출되는 것은 최소화될 수 있다. 상기 구조는 알루미늄봉과 스테인레스 스틸 봉의 단면 형상을 도 19와 같이 형성한 상태에서 마찰 용접을 수행함으로써 구현할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 일 구현 예를 이용하여 설명한 것으로써, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에서 설명된 구현 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 구현 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 진공튜브 피팅 부재 110 : 조인트부
120 : 튜브 연장부 200 : 가스킷
300 : 진공튜브 피팅 부재 310 : 스테인레스 스틸부
320 : 알루미늄부 400 : 스테인레스 스틸 부재
500 : 알루미늄 부재 510 : 돌출 알루미늄
600 : 관통홀 700 : 접합부
800, 810, 820, 830, 840, 850, 860, 870 : 알루미늄 돌출부
880 : 스테인레스 돌출부 900: 스테인레스 제1수직 연장부
910 : 스테인레스 수평 연장부 920 : 스테인레스 제2수직 연장부
W : 용접 부위

Claims

서로 다른 진공 튜브를 서로 연결하기 위한 진공튜브 피팅 부재에 있어서,
밀폐 부재가 삽입될 수 있는 공간이 형성된 조인트부; 및
상기 조인트부에서 연장된 튜브 연장부;를 포함하고,
상기 조인트부는 밀폐 부재가 삽입되는 영역은 스테인레스 스틸로 이루어지고 반대 영역은 알루미늄으로 이루어지거나, 밀폐 부재가 삽입되는 영역은 알루미늄으로 이루어지고 반대 영역은 스테인레스 스틸로 이루어지며,
상기 조인트부의 스테인레스 스틸 영역과 알루미늄 영역의 접합부는 요철이 형성되며,
상기 요철은 스테인레스 스틸 영역에 형성된 함몰부와 알루미늄 영역에 형성된 돌출부로 구성되거나, 스테인레스 스틸 영역에 형성된 돌출부와 알루미늄 영역에 형성된 함몰부로 구성되며,
상기 요철은 알루미늄 영역 방향 또는 스테인레스 스틸 방향으로 역경사가 형성된 것이며,
상기 요철은 알루미늄과 스테인레스 스틸의 수평 접합부에서 위쪽 및 아래쪽으로 형성된 복수개의 수직 방향 연장부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 진공튜브 피팅 부재.
청구항 1에 있어서,
상기 조인트부의 스테인레스 스틸 영역과 알루미늄 영역의 접합부는 이종접합된 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공튜브 피팅 부재.
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청구항 1에 있어서,
상기 요철은 복수개의 동심원 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공튜브 피팅 부재.
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