專利名稱：密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及密封裝置。
作為密封裝置以真空裝置為例說(shuō)明已有技術(shù)。
例如用于制造半導(dǎo)體裝置的等離子體CVD裝置等的真空裝置，如圖5所示，是通過(guò)O型圈O1、O2、O3密封多個(gè)艙室構(gòu)件(機(jī)架構(gòu)件3、蓋構(gòu)件2、真空系統(tǒng)構(gòu)件4、法蘭盤5)裝配成的。
在圖5所示的例子中有3個(gè)場(chǎng)所的密封部S1、S2、S3。即，機(jī)架構(gòu)件3和蓋構(gòu)件2通過(guò)O型圈O1在密封部S1密封，機(jī)架構(gòu)件3和真空系統(tǒng)構(gòu)件4在密封部S3通過(guò)O型圈O3密封，蓋構(gòu)件2和法蘭盤5通過(guò)O型圈O2在密封部S2密封。當(dāng)然，根據(jù)真空裝置的種類同樣根據(jù)各種目的，往往用多個(gè)艙室構(gòu)件裝配真空裝置，在該場(chǎng)合密封部的數(shù)量也可以變化。
在圖5中，W是基片，EL是下部電極，EU是有簇射室的上部電極。MFC是質(zhì)量流調(diào)節(jié)器，M/B是微調(diào)室，TMP是渦輪分子泵，RF是高頻電源。
可是，以往作為艙室構(gòu)件通常是不銹鋼制成的，但最近以裝置的輕量化為目的，或者以提高均熱性和其它作為目的，以至于在艙室構(gòu)件使用鋁合金。
然而，鋁合金和不銹鋼不同，由于其硬度低，反復(fù)使用時(shí)，在與O型圈接觸的O型圈接納部遺留著凹跡。特別是作為鋁合金在使用JI SA5052那樣的硬度比較低的合金時(shí)，這種傾向更明顯。這樣的凹速成為漏泄源，使真空裝置的漏泄程度變大。
為了防止發(fā)生這樣的漏泄，降低真空裝置的漏泄程度，對(duì)O型圈的改良進(jìn)行試驗(yàn)。即，是在由SUS304(Hv200～300)組成的O型圈的基材表面涂覆純鋁(Hv30)的技術(shù)。使用這樣O型圈時(shí)，直至生成凹跡的反復(fù)次數(shù)稍微增加一些，但不能完全防止上述凹跡。
因此，試驗(yàn)使艙室構(gòu)件的表面變硬的下述技術(shù)。
①是通過(guò)在O型圈接納部涂覆數(shù)10μm左右厚度的TiN膜提高表面硬度的技術(shù)。
可是，該技術(shù)由于基底仍然軟，如反復(fù)使用，基底凹下，在表面也出現(xiàn)該凹跡，所以仍然無(wú)法避免漏泄。特別是作為基底使用的JISA5052(Hv60～70)那樣材料時(shí)，漏泄更顯著。
并且，TiN膜的形成在200～250℃的溫度下進(jìn)行。因此，作為鋁合金，在基底使用因時(shí)效硬化而提高硬度的合金，例如JISA2219-T87(Hv130)的場(chǎng)合也會(huì)引起軟化(Hv50～60)，產(chǎn)生和上述JISA5052的場(chǎng)合相同的凹跡，仍然無(wú)法避免漏泄。
②是另一種技術(shù)，如圖7所示，在O型圈的接觸部7形成凹部8(圖7(b))，在該凹部8內(nèi)放置Ni絲9等(圖7(c))，通過(guò)焊接將該Ni絲9全部溶化到基材中從而形成由Al-Ni合金(Hv100～200)組成的焊接部10(圖7(d))，為了使表面平坦，通過(guò)機(jī)械加工進(jìn)行表面精加工(圖7(e))。
不過(guò)，若仔細(xì)看，當(dāng)細(xì)心地檢查表面精加工后的表面，該技術(shù)也有存在小凹部的場(chǎng)合。認(rèn)為該凹部是由下述那樣的理由產(chǎn)生的。即被認(rèn)為是，在鋁合金表面作為氧化物存在的氧由于焊接而變成氧的氣泡，殘留在合金中，在表面精加工時(shí)該氣泡從基材脫離，氣泡脫離的痕跡作為凹部而遺留。該表面的凹部成為漏泄源。氣泡的脫離痕跡由于艙室構(gòu)件或存在或不存在，例如真空裝置有多個(gè)密封部，即使在一個(gè)地方如有漏泄，則作為整體的真空度就惡化，所以，該技術(shù)作為有多個(gè)密封部的裝置而使用是不適合的。
試研究焊接后的焊接部10的硬度分布，硬度是不均勻，引起硬度不均勻的原因被認(rèn)為是細(xì)微的裂紋。該裂紋仍成為漏泄源。
本發(fā)明的目的在于提供一種即使反復(fù)使用后密封部的密封性仍明顯地優(yōu)良且密封性偏差少的密封裝置。
本發(fā)明的密封裝置的特征在于，在內(nèi)外有壓力差的隔離構(gòu)件的密封部的密封構(gòu)件接納部埋設(shè)由比該隔離構(gòu)件的基材硬的材料組成的另一構(gòu)件，并且在該另一構(gòu)件和上述基材的側(cè)部界面局部地融化在一起。
在本發(fā)明中，由于隔離構(gòu)件的密封構(gòu)件(例如O型圈)的接納部是由比基材還硬的材料構(gòu)成，所以即使反復(fù)使用也不會(huì)發(fā)生凹面，提高密封性?；暮土硪粯?gòu)件，其整體沒有融化，僅在側(cè)部界面局部地融化著。因而，在密封構(gòu)件的接納部不存在氣泡，經(jīng)常保證良好的密封性，多個(gè)密封部的密封性偏差也極少。即使在融化部發(fā)生氣泡痕跡，由于該處不會(huì)成為和密封構(gòu)件的接觸部，密封性不惡化，從該部分不產(chǎn)生漏泄。
作為本發(fā)明的密封裝置，例如可以是真空裝置，內(nèi)燃機(jī)和其它的密封作為必要的裝置。在真空裝置中，能可靠地實(shí)現(xiàn)比以前高的真空度。同樣，在內(nèi)燃機(jī)中能可靠地實(shí)現(xiàn)比以前高的壓縮比、高輸出功率。
在本發(fā)明中，隔離構(gòu)件的基材鋁合金較好，特別是耐蝕性耐等離子性體優(yōu)良的Al-Mg系合金更理想。更詳細(xì)地說(shuō)，例如適宜使用JISA5052、MX534(商標(biāo)三菱物資(株))，MX533(商標(biāo)三菱物資(株))。
這些Al-Mg系合金，由于在輕量方面、耐蝕性優(yōu)良的同時(shí)耐等離子性體也優(yōu)良，適宜使用于真空裝置尤其是等離子體處理裝置用的艙室構(gòu)件(隔離構(gòu)件)。而且，Al-Mg系合金的Hv是60～70程度，更能顯著地體現(xiàn)本發(fā)明的效果。
在要求內(nèi)燃機(jī)等那樣高的耐熱性、高的機(jī)械強(qiáng)度的場(chǎng)合，例如適宜使用Al-Cu系合金、Al-Cu-Zn系合金、Al-Cu-Zn-Mg系合金，Al-Mg-Fe系合金。
作為本發(fā)明的另一構(gòu)件，也可以是比隔離構(gòu)件硬的材料。最好Hv在100以上。從輕量化觀點(diǎn)最好是鋁合金。作為這樣的鋁合金，具體地說(shuō)，JISA2219、JISA2017等的Al-Cu系合金或JISA6061等的Al-Mg-Si系合金等的析出硬化型合金是理想的。作為另一構(gòu)件，在使用Al-Cu系合金或Al-Si-Mg系合金時(shí)，在謀求輕量化的同時(shí)能達(dá)到Hv100以上的高硬度，因此能得到密封性更好的密封裝置。隔離構(gòu)件在JISA5052的場(chǎng)合，JISA2219較好。該組合的場(chǎng)合焊接性優(yōu)良。
在隔離構(gòu)件的基材使用機(jī)械強(qiáng)度高的Al-Cu系合金等時(shí)，另一構(gòu)件可以使用硬度比其高的鋁合金以外的合金?？紤]焊接性在另一構(gòu)件想用和基材相同的材料時(shí)，因另一構(gòu)件的析出硬化程度比基材高且另一構(gòu)件的硬度比基材高而可以使用。
還有，另一構(gòu)件除了Al合金，例如也可以用Cu合金、Ni合金等。
本發(fā)明局部地融化著另一構(gòu)件和基材的側(cè)部界面。為了進(jìn)行這樣的融化，電子束焊接最好。
即，若用電子束焊接進(jìn)行隔離構(gòu)件和另一構(gòu)件的融化，就能盡量減少熱影響部。即，在另一構(gòu)件用析出硬化型的合金例如Al-Cu系合金(例如JISA2219)時(shí)，焊接時(shí)的熱影響所引起的析出物的固溶，引起硬度下降，也有因反復(fù)使用而產(chǎn)生凹面的場(chǎng)合，如使用電子束焊接，就能防止這樣硬度的下降。


圖1(a)、圖1(b)、圖1(c)和圖1(d)是表示本發(fā)明的隔離構(gòu)件的制造例的工序圖；圖2(a)是用于測(cè)定隔離構(gòu)件密封性的裝置的剖面圖；圖2(b)是隔離材料的密封構(gòu)件的接納部的放大圖3是表示實(shí)施例1和已有技術(shù)例1的漏泄程度測(cè)定結(jié)果的曲線圖；圖4是表示實(shí)施例2和已有技術(shù)例2的漏泄程度測(cè)定結(jié)果的曲線圖；圖5是概念地表示真空裝置的剖面圖；圖6是內(nèi)燃機(jī)的剖面圖；圖7是表示已有的隔離構(gòu)件的制造工序的構(gòu)件的剖面圖。
下面，根據(jù)圖1說(shuō)明制造次序。
在圖1(a)所示的隔離構(gòu)件6的密封構(gòu)件接納部形成凹部8(圖1(b))，在該凹部8內(nèi)埋設(shè)另一構(gòu)件11。
埋設(shè)另一構(gòu)件11后(圖1(c))，僅在基材和另一構(gòu)件11的側(cè)部邊界照射例如電子束，僅在邊界部分局部地融化著。
即使進(jìn)行了融化，由于在冷卻時(shí)不發(fā)生所謂的氣孔，所以能確保平坦度。因而，作為后工序即使不進(jìn)行平坦化也可以。但是，需要更高表面光潔度時(shí)也可以進(jìn)行平坦化。
實(shí)施例1根據(jù)圖2(a)和圖2(b)說(shuō)明實(shí)施例1。
圖2(a)是用于測(cè)定隔離構(gòu)件的密封性裝置的剖面圖，圖2(b)是隔成材料的密封構(gòu)件接納部的放大圖。
在本實(shí)施例中，準(zhǔn)備一對(duì)外徑105mm、厚度15mm帶溝的法蘭盤VG22和無(wú)溝的法蘭盤VF21，材料雙方都采用JISA5052的H112處理材。
首先，對(duì)于無(wú)溝的法蘭盤VF21，在作為密封構(gòu)件的O型圈的接納部形成深度5mm、寬度15mm的溝，在該溝中埋設(shè)由JISA2219的T851處理材組成的厚度5mm、寬度15mm的另一構(gòu)件30。
然后，用電子束融化著基材和另一構(gòu)件30的側(cè)部界面、邊界。還有，焊接照下述那樣條件進(jìn)行。
真空度10-4Torr加速電壓120KeV引出電流50mA電子束直徑1mm電子束送進(jìn)速度1cm/sec電子束焊接深度15～20mm另外，對(duì)于帶溝的法蘭盤VG22，在該溝中埋設(shè)有深度3mm、寬度10mm的溝且厚度8mm、寬度15mm的另一構(gòu)件31。另一構(gòu)件31的材料選擇A2219(T851)。埋設(shè)后，以無(wú)溝的法蘭盤VF21的上述融化條件僅在兩者的側(cè)部界面局部地融化著另一構(gòu)件31和基材。
對(duì)于如以上那樣制成的無(wú)溝法蘭盤VF21和帶溝法蘭盤VG22的一對(duì)法蘭盤，用圖2所示的裝置測(cè)定漏泄特性。
(1)使O型圈介于一對(duì)法蘭盤21、22之間，用鋁合金制造的螺栓和螺母23、24通過(guò)O型圈20配置兩法蘭盤21、22。
即，帶O型圈用溝的法蘭盤VG22和無(wú)溝法蘭盤VF21之間通過(guò)O型圈20而張緊組合，再用鋁螺栓23和鋁螺母24夾緊，由此進(jìn)行密封。夾緊轉(zhuǎn)矩為170Kgf·cm。O型圈20用U型密封圈(日井國(guó)際產(chǎn)業(yè)制)。
(2)通過(guò)法蘭盤NW40(ISO規(guī)格)26用撓性軟管25使法蘭盤VF21和氯漏泄檢測(cè)器連接。
(3)用氯漏泄檢測(cè)器對(duì)由法蘭盤VF21和法蘭盤VG22形成的空間內(nèi)部抽真空至10-5mbar。
(4)從外側(cè)吹氯，測(cè)定漏泄程度。
然后，取下緊固的螺栓進(jìn)行O型圈20的交換，再次進(jìn)行上述(1)～(4)的順序。
如以上那樣，測(cè)定反復(fù)裝卸中的漏泄程度，求出裝卸次數(shù)和漏泄程度的關(guān)系。
其結(jié)果在圖3用○符號(hào)表示。
已有技術(shù)例1對(duì)于已有技術(shù)例中①所述的TiN膜的涂覆材料也進(jìn)行同樣的試驗(yàn)。TiN膜的厚度是50μm。法蘭盤的材料和尺寸和實(shí)施例1相同。
用●符號(hào)在圖3同時(shí)表示該結(jié)果。
從圖3所示的結(jié)果就能明白，即使實(shí)施例1反復(fù)50次后，漏泄量是10-10atm·cc/sec，極低。
另外，已有技術(shù)例1從20次時(shí)，漏泄程度開始增大。
實(shí)施例2在本實(shí)施例中制作5對(duì)和實(shí)施例1同樣的法蘭盤。
對(duì)這5對(duì)法蘭盤依次根據(jù)實(shí)施例1所述的(1)～(4)的順序進(jìn)行測(cè)定，測(cè)得漏泄程度。
對(duì)各法蘭盤進(jìn)行漏泄程度的平均值、最大值和最小值的測(cè)定。
其結(jié)果表示于圖4?！鸱?hào)表示平均值。
已有技術(shù)例2用圖7所示的工序，制作有已有技術(shù)②所述的A1-Ni焊接部的法蘭盤。
對(duì)帶溝的法蘭盤，從圖7(d)所示的狀態(tài)通過(guò)切削加工，在焊接部?jī)?nèi)形成凹部溝。
準(zhǔn)備5對(duì)這樣的帶溝法蘭盤和無(wú)溝法蘭盤，進(jìn)行和實(shí)施例2相同的漏泄程度的測(cè)定。
其結(jié)果表示于圖4?！穹?hào)表示平均值。
從圖4就可明白，實(shí)施例2的場(chǎng)合，5對(duì)法蘭盤的漏泄程度都是10-10atm·cc/sec。并且，在同樣法蘭盤中漏泄程度的最大值和最小值相同，沒有偏差。
另外，已有技術(shù)例的場(chǎng)合，法蘭盤之間有漏泄程度偏差，在平均值方面，有表示和10-10atm·cc/sec的實(shí)施例2相同的極低漏泄程度的法蘭盤對(duì)(No.4)，另外也有表示6×10-8atm·cc/sec的大的漏泄程度的法蘭盤對(duì)(No.5)。即，法蘭盤之間的偏差變大。
即使在同樣的法蘭盤中，最大值和最小值之間有很大差別，即使同樣的法蘭盤中漏泄程度也有偏差。
實(shí)施例3在本實(shí)施例中本發(fā)明適用于圖5所示的真空裝置。
在本實(shí)施例中，構(gòu)成艙室構(gòu)件(隔離構(gòu)件)的蓋構(gòu)件2、機(jī)架構(gòu)件3、真空系統(tǒng)構(gòu)件4、法蘭盤5都采用A1-Mg系鋁合金。
在密封部S1、S2、S3的O型圈O1、O2、O3的接納部埋設(shè)另一構(gòu)件。另一構(gòu)件采用JISA2219和T851處理材并使另一構(gòu)件和基材的側(cè)部界面融化著。
這樣制作的真空裝置與已有技術(shù)的真空裝置相比，漏泄量少，能達(dá)到高真空。并且，在該真空裝置進(jìn)行鋁成膜時(shí)，得到疵點(diǎn)少的鋁膜。
實(shí)施例4圖6表示實(shí)施例4。
本實(shí)施例是密封裝置使用在內(nèi)燃機(jī)的場(chǎng)合。
在本實(shí)施例中，氣缸50和氣缸蓋55構(gòu)成隔離構(gòu)件，在氣缸50和氣缸蓋55的密封部的氣缸50側(cè)的密封構(gòu)件20的接納部埋設(shè)另一構(gòu)件11。圖6中，45是活塞。
在本實(shí)施例中，氣缸50的基材用A1-Cu系合金，另一構(gòu)件用不銹鋼。
使埋設(shè)另一構(gòu)件11的氣缸50和氣缸蓋55通過(guò)密封構(gòu)件20進(jìn)行密封，從而裝配成內(nèi)燃機(jī)。
另外，使不埋設(shè)另一構(gòu)件的氣缸和氣缸蓋通過(guò)密封構(gòu)件進(jìn)行密封，從而作為構(gòu)成內(nèi)燃機(jī)的比較例。
進(jìn)行兩種內(nèi)燃機(jī)的輸出試驗(yàn)，與比較例的內(nèi)燃機(jī)相比，本實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)表示高的輸出功率。
如采用本發(fā)明，即使反復(fù)使用也能得到密封部的密封性也顯著地優(yōu)越，且密封性誤差少的密封裝置。
權(quán)利要求
1.一種密封裝置，其特征在于，在內(nèi)外有壓力差的隔離構(gòu)件密封部的密封構(gòu)件接納部埋設(shè)由比該隔離構(gòu)件的基材更硬的材料組成的另一構(gòu)件，而且在該另一構(gòu)件和上述基材的側(cè)部界面局部地融化在一起。
2.如權(quán)利要求1所述的密封裝置，其特征在于，所述密封裝置是真空裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的密封裝置，其特征在于，所述密封裝置是內(nèi)燃機(jī)。
4.如權(quán)利要求1所述的密封裝置，其特征在于，所述隔離構(gòu)件的基材是由鋁合金組成的。
5.如權(quán)利要求4所述的密封裝置，其特征在于，所述鋁合金是Al-Mg系合金。
6.如權(quán)利要求4所述的密封裝置，其特征在于，所述另一構(gòu)件是由Al-Cu系合金或Al-Si-Mg系合金構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1所述的密封裝置，其特征在于，所述另一構(gòu)件和所述基材的側(cè)部界面局部地融化在一起是由電子束焊接進(jìn)行的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種漏泄極少的密封裝置。其特征在于，在內(nèi)外有壓力差的隔離構(gòu)件6密封部的密封構(gòu)件接納部埋設(shè)由比該隔離構(gòu)件的基材硬的材料組成的另一構(gòu)件11，而且局部也熔融粘著在另一構(gòu)件11和基材6的側(cè)部界面上。該裝置即使反復(fù)使用，密封部的密封性也顯著地優(yōu)越且密封性的誤差少。
文檔編號(hào)H01L21/3065GK1166535SQ9710374
公開日1997年12月3日 申請(qǐng)日期1997年3月31日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月31日
發(fā)明者相原正己 申請(qǐng)人:佛朗帝克股份公司