KR102218905B1 - 스프링 가스켓 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 (a) 코일링된 스프링을 성형하는 단계 및 (b) 상기 코일링된 스프링에 열처리를 하는 단계를 포함하며, 상기(a) 코일링된 스프링을 성형하는 단계는 상기 코일링된 스프링을 뒤틀린 형태로 성형하는 것을 특징으로 하는 스프링 가스켓 제조방법에 관한 것이다.

Description

스프링 가스켓 제조방법{METHOD FOR SPRING GASKET}

본 발명은 스프링 가스켓 제조방법에 관한 것이다.

RF PLASMA, DRY-ETCH 등의 반도체 제조 설비, LCD 또는 LED 공정 설비, 통신용 중계기 박스, 콘넥터 등에는 전자파 차폐를 위한 스프링 가스켓이 사용되고 있다.

이러한 스프링 가스켓은 일방향으로 다수의 마디들이 일정 간격 거리를 갖도록 원형으로 감겨진 구조를 가지며, 반도체 제조설비, 통신박스의 홈에 간편하게 끼워서 조립하도록 구성된다.

예를 들면, 무선주파수 플라즈마(RF Plasma) 발생부위 및 마이크로파(MICRO WAVE)사용으로 인한 노이즈 발생부위를 비롯하여, 전자파에 의한 신호간섭 발생 부위에 스프링 가스켓을 적용시키면, 전자파를 차단하여 상기의 장비/장치의 성능 저하를 방지할 수 있다.

또한, 스프링 가스켓은 상기의 장비 및 장치뿐만 아니라 전자기기를 구성하는 각 부품의 조립시 각 부품 사이에 적용되어 조립의 긴밀성을 향상시키고, 충격 및 진동흡수를 위한 부속품으로도 사용 가능하다.

한편, 종래에는 대한민국 등록특허공보 제10-0461686호에서 개시하는 선형스프링을 성형하기 위한 방법에서와 같이, 스프링 가스켓의 소재가 되는 판재를 가공툴에 감아서 한 방향의 곧은 상태로 코일링하는 방식이 주로 이용되어 왔다.

그러나, 상기 방법을 이용하여 스프링 가스켓을 제조하면, 코일링 후 시간이 경과하거나 열처리와 같은 후속 공정에 의해 스프링 가스켓이 변형이 발생할 수 있으며, 이로 인해 제조 불량율이 높아지는 단점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0461686호

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 코일링 후 시간이 경과하거나 열처리와 같은 후속 공정에 의해 스프링 가스켓이 변형되는 것을 방지할 수 있는 스프링 가스켓 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, (a) 코일링된 스프링을 성형하는 단계; 및 (b) 상기 스프링에 열처리를 하는 단계; 를 포함하며, 상기(a) 코일링된 스프링을 성형하는 단계는 상기 스프링을 뒤틀린 형태로 성형하는 것을 특징으로 하는, 스프링 가스켓 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 제조 방법을 이용하면, 코일링 후 시간이 경과하거나 열처리와 같은 후속 공정에 의해 제조된 스프링 가스켓이 변형되는 문제를 방지하여 생산 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 제조 완료된 각각의 스프링 가스켓의 코일 간격차이를 최소화함으로써 각 제품별 임피던스 조절 기능이 일률적인 제품을 생산할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따라 뒤틀린 형태로 성형된 스프링 가스켓을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 스프링 가스켓에 본 발명의 일 구현예에 따라 열처리가 수행된 후의 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 스프링 가스켓의 뒤틀림 각도를 설명하기 위한 도면이다.

이하 도면을 참고하여, 본 발명의 실시예를 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안 된다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따라 뒤틀린 형태로 성형된 스프링 가스켓을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 스프링 가스켓에 본 발명의 일 구현예에 따라 열처리가 수행된 후의 상태를 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 스프링 가스켓의 제조방법은 (a) 코일링된 스프링을 성형하는 단계 및 (b) 상기 스프링에 열처리를 하는 단계를 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 (a) 코일링된 스프링을 성형하는 단계는, 스프링을 뒤틀린 형태로 성형하는 것을 특징으로 한다.

예를 들면, 본 발명은 코일링된 스프링을 도 1과 같이 뒤틀린 형태로 성형할 수 있다.

상기 뒤틀린 형태는 코일링된 스프링의 길이방향을 따라 골부(a)와 산부(b)가 반복되는 파형 형태이다. 상기 파형 형태는 스프링 코일 제조장치의 Y축 값을 조절함으로써 형성될 수 있다. 이 때, Y축은 스프링 코일 제조장치에서 코일의 뒤틀린 형태를 만들 수 있는 축으로, Y축의 값은 코일 투입량이다. 또한, X축은 코일의 간격(Pitch)을 조절하는 축이며, Z축 외경 사이즈를 조절하는 축이다.

본 발명에 따르면, 코일링된 스프링을 뒤틀린 형태로 성형하기 위해서 통상적인 스프링 코일 제조장치를 이용할 수 있으며, 그 장치가 특별히 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일 구현에 따르면, 코일링된 스프링을 뒤틀린 형태로 형성하는 것은 Y축 값만을 조정하여 형성할 수 있다. 필요에 따라서는, Y축 값과 함께 X축 및 Z축의 값을 함께 조정할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 스프링 가스켓의 뒤틀림 각도, 즉 스프링 가스켓을 이루는 각 코일의 꼬임 각도를 설명하기 위한 도면이다.

이하의 설명에서, 코일링된 스프링의 중심 위치를 코일링된 스프링의 중심점(C)이라 한다 (도 3 참조). 또한, 코일링된 스프링의 중심점(C)을 지나며, 스프링 가스켓의 좌우 방향으로 연장되는 선분을 좌우 방향선(A)이라 하며, 코일링된 스프링의 중심점(C)을 지나며, 스프링 가스켓의 상하 방향으로 연장되는 선분을 상하 방향선(B)이라 한다.

상기 좌우 방향선(A) 및 상하 방향선(B)은 서로 직교할 수 있다. 본 발명의 코일링된 스프링의 단면은 원 또는 타원 형태일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일 예로, 본 발명의 코일링된 스프링의 단면이 타원 형태일 경우, 상기 좌우 방향선(A)은 코일링된 스프링의 단면의 반경 중 가장 짧은 반경이 연장된 선 일 수 있으며, 상기 상하 방향선(B)은 코일링된 스프링의 단면의 반경 중 가장 긴 반경이 연장된 선 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 코일링된 스프링은 코일의 뒤틀림에 의해, 임의의 서로 다른 위치에서 코일링된 스프링의 좌우 방향선(A) 및 상하 방향선(B)이 서로 일치하지 않는다. 구체적으로, 임의의 제1위치에서의 코일링된 스프링의 좌우 방향선(A) 및 상기 제1위치와 인접한 임의의 제2위치에서의 코일링된 스프링의 좌우 방향선(A)이 평행하지 않다. 예를 들어, 도 1에서 a 위치에서의 코일링된 스프링의 좌우 방향선(A) 및 b 위치에서의 코일링된 스프링의 좌우 방향선(A)이 서로 평행하지 않을 수 있다.

도 3을 참조하면, 꼬임 각도는, 코일링된 스프링의 정면 방향에서, 좌우 방향선(A)의 기준점(P1) 0°를 기준으로 시계방향을 따라 제1 지점(P2)이 90°, 제2 지점(P3)이 180°, 제3 지점(P4)이 270°인 것을 의미한다.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 코일링된 스프링을 뒤틀린 형태로 성형하는 것은, 스프링 코일 제조장치의 Y축 값을 3.80 내지 6.90의 값으로 조절함으로써 코일링된 스프링에 각 코일의 꼬임 각도가 160 내지 190°가 되도록 제조할 수 있다. Y축 값을 상기 범위 미만의 값으로 설정하는 경우, 각 꼬임 각도가 160°미만의 각도로 형성된다. Y축 값을 상기 범위를 초과하여 설정하는 경우에는, 코일링된 스프링의 꼬임 각도가 190°보다 높은 각도로 형성된다. 구체적으로, 임의의 제1위치에서의 코일링된 스프링의 좌우 방향선(A) 및 상기 제1위치와 인접한 임의의 제2위치에서의 코일링된 스프링의 좌우 방향선(A)이 160 내지 190°일 수 있다. (상기 제1위치에서의 코일링된 스프링의 좌우 방향선(A) 및 상기 제1위치와 인접한 임의의 제2위치에서의 코일링된 스프링의 좌우 방향선(A)이 이루는 각이 0°인 경우를 평행한 것으로 한다.)

본 발명에서, 코일링된 스프링에 각 코일의 꼬임 각도가 160 내지 190°를 벗어나는 범위로 형성되면, 후속 공정의 열처리를 수행하여도 코일링된 스프링의 뒤틀림이 원복되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 뒤틀린 형태는 코일링된 스프링에 각 코일의 꼬임 각도가 160° 내지 190°가 되도록 성형하는 것이 바람직하다.

상기 (a) 단계에서, 코일링된 스프링을 뒤틀린 형태로 성형하여 복수개의 파형이 형성되는 경우, 인접한 산부 사이의 각도는 각각 동일하거나 상이할 수 있다.

본 발명의 제조방법은, 변형 후에 원래 상태로 돌아오는 스프링 백(Spring Back) 현상을 이용하는 것으로서, 도 1과 같이 코일링된 스프링을 의도적으로 뒤틀리게 형성한 후, 도 2와 같이 원래의 상태(즉, 정상 방향)로 돌아오도록 열처리가 수행된다.

이에 따라, 본 발명의 제조방법을 이용하여 제조된 스프링 가스켓은, 코일링 후 시간이 경과하거나 열처리와 같은 후속 공정에 의해 제조된 스프링 가스켓이 변형되는 문제를 방지하여 생산 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 코일링된 스프링을 성형하는 단계 전에, 최종 제품의 스프링 가스켓이 반도체 챔버에 대한 인피던스 조절 기능을 역할을 하고, 챔버 내 와이퍼 공정시 보다 우수한 접지력과 차폐율을 나타낼 수 있도록 스프링 가스켓의 소재가 되는 판재의 단부를 타원형으로 일정 간격을 두고 코일링하는 과정이 수행될 수 있다.

이에 따라 본 발명에 의해 제조된 스프링 가스켓은 도 2에서와 같이 코일 형상이 정원이 아닌 타원형으로 이루어질 수 있다.

상기에서, 판재의 단부를 타원형으로 형성하는 것은, 스프링을 사선형태로 소정 각도로 기울어지게 형성하는 것이다. 스프링 가스켓에 있어서 코일링된 스프링의 각도는 반도체 장치 등의 챔버 내 임피던스에 영향을 줄 수 있다. 또한, 반도체 장치 등의 부품 사이에 삽입되어 위아래 누르는 힘이 가해졌을 시 쉽게 눌릴 수 있어, 그라운드 씰(Ground Seal) 역할을 할 수 있다.

본 발명에서는, 상부와 하부간 접지력과 차폐율을 보다 향상시키기 위한 측면에서, 스프링의 기울기 각도(θ₁)가 51°±5°, 즉 46° 내지 56°가 되도록 제조할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 코일링된 스프링을 뒤틀린 상태로 성형한 후, 상기 뒤트린 상태의 스프링을 도 2와 같이 정상 방향으로 원복시키고, 압축하중을 높이기 위하여 코일링된 스프링에 열처리를 하는 단계(b)를 포함한다. 예를 들면, 상기 열처리는 템퍼링(Tempering) 방식으로 수행되는 것일 수 있다.

본 발명의 제조방법을 통해 제조된 스프링 가스켓은 열처리 단계를 포함함으로써 스프링을 눌렀을 때 지지하는 지지력, 즉 압축하중이 향상된다. 이에 의해 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 스프링 가스켓은 낮은 전기 저항 특성 및 높은 RF 차폐율을 나타내어, 반도체 제조설비, LCD 또는 LED 공정 설비, 통신용 중계기 박스, 콘넥터 등에 용이하게 적용 가능하다.

상기 (b) 단계는 열처리 시 온도 및 시간에 따라 코일링된 스프링의 뒤틀린 상태에 대한 풀림 정도 즉, 뒤틀린 상태의 스프링이 원복 정도가 달라질 수 있으며, 또한 압축하중의 경도가 달라질 수 있다.

바람직하게는, 상기 열처리는 200 내지 300℃의 온도로 수행될 수 있다. 이때 열처리 시간은 15분 내지 30분 동안 이루어 질 수 있다. 본 발명에서 상기 범위 미만의 온도로 열처리가 수행되는 경우, 뒤틀린 상태의 스프링이 정상 방향으로 완전한 복원이 이루어지지 않을 수 있다. 또한, 상기 범위를 초과하는 온도로 열처리가 수행되면 정상 방향보다 스프링의 꼬임이 더 발생할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 제조방법은, 상기 (a) 및 (b) 단계에 더하여, 추가적인 단계를 더 포함할 수 있다.

예를 들면, 본 발명의 스프링 가스켓 제조 방법은 (b) 단계를 통해 열처리된 스프링의 일단 및 타단 연결하기 위해 용접하는 단계를 더 수행할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 표시되었고, 더욱이 특허 청구범위 기록과 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 함유하고 있다.

실시예

(1) 압축하중 실험

1) 열처리 여부에 따른 압축하중 실험

본 실험은 대조군 및 실험군의 샘플을 제조하여 압축하중 평가를 실시하였다. 샘플로서 제조된 대조군 및 실험군은, 스프링 코일(Spring Coil) 제조장치를 이용하여, 코일링된 스프링을 제조하였다. 이때, 대조군 및 실험군은 스프링 코일 제조장치의 X축, Y축, Z축의 값을 하기 표 1에 기재된 값으로 설정하여 코일링된 스프링을 뒤틀린 형태로 성형하였다.

축	값
X	82
Y	4.97
Z	20

이후, 실험군만에 열처리를 수행하였다. 이때, 열처리는 Dry Oven을 통해 200℃로 15분간 수행하여 스프링 가스켓을 제작하였다.

다음으로, 상기 제조된 각각의 대조군 및 실험군을 Universal testing machine를 사용하여 시간 경과에 따른 압축하중을 측정하였다((23±2)℃, (50±5)% R.H.). 이 때, 시험속도는 1mm/min이고, 로드셀은 200N로 수행하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다.

열처리 전/후 압축 하중 DATA				단위
	시간	대조군	실험군
1	0hr	6.25	12.54	N
2	4hr	6.23	11.98
3	8hr	6.18	11.96
4	16hr	6.15	11.44
5	24hr	6.10	11.46

상기 표 2를 참조하면, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 스프링 가스켓은 대조군과 비교하였을 때, 압축하중이 약 2배 가까이 더 높게 나타난 것을 확인할 수 있었다.

Claims (6)

1. (a) 코일링된 스프링을 성형하는 단계; 및
   (b) 상기 코일링된 스프링에 열처리를 하는 단계; 를 포함하며,
   상기 (a) 코일링된 스프링을 성형하는 단계는,
   각 코일이, 코일링된 스프링의 임의의 서로 다른 위치에서 각 코일의 중심점을 지나며 직교하는 두 개의 직선이 비평행하는 소정의 꼬임 각도를 갖도록 상기 코일링된 스프링을 뒤틀린 형태로 성형하는 것을 특징으로 하는, 스프링 가스켓 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 뒤틀린 형태는 코일링된 스프링의 길이방향을 따라 골부와 산부가 반복되는 파형 형태인, 스프링 가스켓 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 뒤틀린 형태는 코일링된 스프링에 각 코일의 꼬임 각도가 160° 내지 190°가 되도록 성형하는, 스프링 가스켓 제조방법.
4. 청구항 1에 있어서, 제조된 스프링 가스켓은, 코일링된 스프링의 각 코일의 기울기 각도(θ₁)가 46° 내지 56°인 것인, 스프링 가스켓 제조방법.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 (b) 단계의 열처리는 200 내지 300℃의 온도로 15분 내지 30분 동안 수행되는, 스프링 가스켓 제조방법.
   
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 제조된 스프링 가스켓은 반도체 장치에 사용되는 것으로, 상기 코일링된 스프링의 각 코일의 외형상이 타원형인, 스프링 가스켓 제조방법.

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