JP3866882B2

JP3866882B2 - 金属ｃリングガスケットおよび金属ガスケットの製造方法

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Publication number: JP3866882B2
Application number: JP18531299A
Authority: JP
Inventors: 秀史柴田; 完治花島; 一郎窪; 周一郎和田; 雅人種元
Original assignee: Nichias Corp
Current assignee: Nichias Corp
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2019-06-30
Also published as: US6502833B1; JP2001012609A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置や原子力装置などで使われる超高真空機器において、流体の漏れを防止するために用いられる金属Ｃリングガスケットおよび金属ガスケットの製造方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造装置等では高い気密性を得る目的で各種の金属ガスケットが使用されている。
このうち、金属中空Ｏリングガスケットは一般にステンレス鋼やインコネルなどの金属パイプを曲げ加工等でリング状に成形し、その両端を相互に溶接することによって製造している。この構造の金属中空Ｏリングは、強い締付圧力を与えることによって金属リングが変形して良好なシールが得られるようになっている。
【０００３】
ところが、上記の金属中空Ｏリングガスケットは、前述したようにリング状に曲げ加工した金属パイプの両端を相互に溶接することによって製造するため、通常溶接の際に生じるバリがパイプの内外部に残り、外側のバリを切削・研磨等によって削除処理するため、パイプの肉厚が多少薄くなることから、締め付けた時に溶接部分とその他の部分の圧縮強度が不均一になることがあり、超高真空を要求される用途に用いられる場合は肉厚が薄くなった溶接部分から漏れが発生することがある。
【０００４】
また、ガスケットの径サイズが例えば１０ｍｍ程度の極少の場合は曲げ加工や溶接が困難であるという問題があり、かつ強い締付圧力を与えることのできる高強度のボルトが要求されるという不具合がある。
【０００５】
そのため、金属板を折り曲げ加工して製造するために溶接部分がなく、小さい径サイズの成形も容易な断面が略Ｃ字形状の金属Ｃリングガスケットが使用されるようになってきている。
【０００６】
上記Ｃ字形状の金属Ｃリングガスケットは、所要の板厚を有する金属板をドーナツ状に打ち抜き、そのドーナツ形金属板をプレス加工して断面Ｃ字形状に成形することによって得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この金属Ｃリングガスケットは相手面とのなじみを良くするために、表面にニッケル等の軟質金属をメッキあるいは蒸着させたものが多用されているが、最近の半導体産業では、使用するガスとニッケルが反応して毒素を発生させる恐れがあるため、耐食性に優れているＳＵＳ３１６Ｌおよびその真空２重溶解材、真空３重溶解材（汚染の原因となる各種の化学成分を低減するために２回〜３回と真空で溶解／精練を行った材料）のようなオーステナイト系ステンレス鋼の単一材が望まれている。
【０００８】
ところが、ＳＵＳ３１６Ｌ等の金属Ｃリングガスケットは、金属板あるいは金属チューブを折り曲げ加工してＣ字形状に成形する際に、表面が加工硬化して硬度が高くなるため、低い締付圧力では十分なシール性が得られず、締付圧力を高くするとＣ字形状が変形して復元力がなくなるという不具合がある。
【０００９】
そこで、成形された金属Ｃリングガスケットの中にコイルスプリング等を入れて復元量を大きくしたものが用いられているが、コイルスプリングはＣリング内面に当接する部分と当接しない部分があって、反発弾性が不均一になったり、高い締付圧力が必要なため、高強度のボルトを使用するか、あるいはボルト径を太くする等の対策を必要とするという問題点がある。
【００１０】
本発明は、以上のような従来のＣ字形状金属ガスケットの問題点を解消するためになされたものであって、低い締付圧力で使用しても十分なシール性が確保できる金属Ｃリングガスケットを提供することを主たる目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成するべく、低い締付圧力でもシールできる金属Ｃリングガスケットについて更に検討した結果、図３に示すように、金属ＣリングガスケットＧ₂の肉厚を相手面と接する部分の肉厚ｔ₁は薄く、中央部分の肉厚ｔ₂は厚くして、断面を略三日月状となし、これを無酸素雰囲気中で焼鈍して表面の硬度を３００Ｈｖ以下にすることにより、シール性の良いガスケットが得られることを見いだしている（特願平１１−１２５６９９号）。
【００１２】
ところが、焼鈍処理を行うと不純物が付着することや、その後の取り扱いの際に微少な傷が入り漏れを発生させることがあり、焼鈍後に再研磨して表面の仕上げを良くする必要があることが判った。このときガスケットに機械的研磨たとえばバレル研磨を行うと、再度加工硬化を起こし、表面の硬度が上がるために相手面とのなじみが悪くなり、漏れが発生するという問題が生じた。そこで、さらに鋭意検討した結果、バレル研磨を行った金属ガスケットの表面を電解研磨し、機械的研磨によってできた表面の硬化層を衝撃を与えずに取り除くことで、ガスケットの表面硬度を２３０Ｈｖ以下に低下させるとともに、表面粗さを０．２μｍＲａ以下に維持することにより、シール性が良好になることを見いだした。
【００１３】
なお、この時の電解研磨量は１０μｍ以上ないと表面粗さと表面硬度を好ましい値にできないことが判っている。
さらに、上記電解研磨は機械的研磨によって付着した微粉末を取り除くこともできるため、清浄性にも優れたガスケットが得られる。
【００１４】
本発明は、上述した知見に基づいて完成されたものであって、請求項１の発明による金属Ｃリングガスケットは、金属Ｃリングの材質がオーステナイト系ステンレス鋼で、焼鈍後、バレル研磨を行った表面に、さらに電解研磨を行うことによってその表面粗さが０．２μｍＲａ以下、表面硬度が２３０Ｈｖ以下であることを要旨とする。
【００１５】
また、請求項２の発明による金属Ｃリングガスケットは、請求項１において、断面が略三日月状とされていることを要旨とする。
【００１６】
また、請求項３の発明による金属ガスケットの製造方法は、オーステナイト系ステンレス鋼でなる金属ガスケットを焼鈍後、表面をバレル研磨し、さらにバレル研磨した表面を電解研磨することを要旨とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態としては、ＳＵＳ３１６Ｌ製金属板を図２に示すように絞り加工した後、複数段の型でプレス加工し、図１に示す金属ＣリングガスケットＧ₁を製作し、これを水素雰囲気中で焼成した後、バレル研磨を行い、それからガスケットの表面層が１０μｍ薄くなる条件で電解研磨を行い、表面粗さが０．１７μｍＲａ、表面硬度が２３０Ｈｖの金属Ｃリングガスケットを構成した。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と共に具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００１９】
実施例１
実施例１は、板厚０．５０ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌ製金属板を、図２に示すように絞り加工した後、複数段の型でプレス加工し、外径Ｄ₁が７．８ｍｍ、内径Ｄ₂が５．２ｍｍ、高さＨが１．８ｍｍの図１に示すＣリングガスケットを製作し、水素雰囲気の電気炉で、保持温度１１００℃、保持時間１２ｍｉｎで焼成した後、バレル研磨を行い、それからガスケットの表面層が１０μｍ薄くなる条件で電解研磨を行い、金属ＣリングガスケットＧ₁を得る。なお、このガスケットの表面粗さは０．１７μｍＲａ、表面硬度は２３０Ｈｖである。
【００２０】
実施例２
実施例２は、実施例１と同じ方法で製作した金属Ｃリングガスケットを水素雰囲気の電気炉で、保持温度１１００℃、保持時間１２ｍｉｎで焼成した後、バレル研磨を行い、それからガスケットの表面層が５０μｍ薄くなる条件で電解研磨を行い、金属Ｃリングガスケットを得る。なお、このガスケットの表面粗さは０．０８μｍＲａ、表面硬度は２００Ｈｖである。
【００２１】
実施例３
実施例３は、板厚０．５ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌ製金属板をドーナツ状に打ち抜いたものを複数段の型でプレス加工し、図４（ａ）〜（ｅ）に示すように多段階で変形させ、図３に示すように、断面が略三日月状で、外径Ｄ₁が７．８ｍｍ、内径Ｄ₂が５．２ｍｍ、高さＨが１．８ｍｍ、中央部の肉厚ｔ₂が０．５４ｍｍ、相手面と接する部分の肉厚ｔ₁が０．４５ｍｍの金属ＣリングガスケットＧ₂を得る。
得られた金属Ｃリングガスケットを水素雰囲気の電気炉で、保持温度１１００℃、保持時間１２ｍｉｎで焼成した後、バレル研磨を行い、それからガスケットの表面層が１０μｍ薄くなる条件で電解研磨を行い、金属Ｃリングガスケットを得る。なお、このガスケットの表面粗さは０．１０μｍＲａ、表面硬度は２２０Ｈｖである。
【００２２】
比較例１
比較例１は、実施例１と同じ方法で製作した金属Ｃリングガスケットを水素雰囲気の電気炉で、保持温度１１００℃、保持時間１２ｍｉｎで焼成した後、バレル研磨を行い、金属Ｃリングガスケットを得る。なお、このガスケットの表面粗さは０．２３μｍＲａ、表面硬度は３００Ｈｖである。
【００２３】
比較例２
比較例２は、実施例１と同じ方法で製作した金属Ｃリングガスケットを水素雰囲気の電気炉で、保持温度１１００℃、保持時間１２ｍｉｎで焼成した後、バレル研磨を行い、それから酸性溶液を用いて化学研磨を行い、金属Ｃリングガスケットを得る。なお、このガスケットの表面粗さは０．１９μｍＲａ、表面硬度は２７０Ｈｖである。
【００２４】
比較例３
比較例３は、実施例３にしたがって金属ＣリングガスケットＧ₂を得て、その後の焼成、バレル研磨および電解研磨を行わないガスケットである。
【００２５】
上記実施例および比較例の金属Ｃリングガスケットのシール性を比較するために、フランジにガスケットを装着して締め付け、フランジをフードで覆い、フード内をヘリウムガスで満たして、フランジ内部に漏れてくるヘリウムガスをヘリウムリークディテクターを用いて測定した。シール試験結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】

【００２７】
表１から明らかなように、実施例１は比較例１に比べて漏れ量が１／１０以下となり、さらに電解研磨量を増やした実施例２は実施例１よりもさらに漏れ量が著しく少なくなることが確認された。また、表面の清浄性を向上させるために用いられる化学研磨を施した比較例２は実施例に比べて漏れが多く、表面層を数μｍしか除去できないため、硬化層が十分に除去できなかったものと思われる。
【００２８】
なお、前記実施例における電解研磨による表面処理は、金属Ｃリングガスケットだけでなく、金属中空Ｏリングやその他の半導体製造装置等で用いられる金属ガスケットに応用できることは言うまでもない。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の金属Ｃリングガスケットによれば、半導体製造装置などの超高真空機器に使用しても、流体の漏れがなくなり、良好なシール性を維持できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す金属Ｃリングガスケットの縦断面図である。
【図２】本図（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施例を示す金属Ｃリングガスケットの製造方法を示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施例を示すもので、肉厚を相手面と接する部分は薄く、中央部は厚くした断面が略三日月状の金属Ｃリングガスケットの縦断面図である。
【図４】本図（ａ）〜（ｅ）は断面が三日月状の金属Ｃリングガスケットの製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
Ｇ₁，Ｇ₂ 金属Ｃリングガスケット

Claims

焼鈍後、バレル研磨を行った表面に、さらに電解研磨を行うことによって表面粗さが０．２μｍＲａ以下、表面硬度が２３０Ｈｖ以下としたオーステナイト系ステンレス鋼でなることを特徴とする半導体製造装置用金属Ｃリングガスケット。
断面が略三日月状とされている請求項１に記載の半導体製造装置用金属Ｃリングガスケット。
オーステナイト系ステンレス鋼でなる金属ガスケットを焼鈍後、表面をバレル研磨し、さらにバレル研磨した表面を電解研磨することを特徴とする半導体製造装置用金属ガスケットの製造方法。