JPH05248542A

JPH05248542A - メタルガスケットを用いた真空シール構造、真空シール方法、真空シール用メタルガスケットおよびメタルガスケット用真空フランジ

Info

Publication number: JPH05248542A
Application number: JP4354199A
Authority: JP
Inventors: Kenjiro Obara; 建治郎小原; Yoshio Murakami; 義夫村上; Saburo Saito; 三良斉藤
Original assignee: NIPPON BATSUKUSU METAL KK; Japan Atomic Energy Research Institute
Current assignee: NIPPON BATSUKUSU METAL KK; Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 1991-12-30
Filing date: 1992-12-14
Publication date: 1993-09-24
Also published as: GB2263143B; GB2263143A; GB9227082D0; US5630592A

Abstract

(57)【要約】【構成】内側側壁部４７が傾斜したシール溝４５を有
し、内周側のフランジ面５１ａが外周側のフランジ面５
１ｂよりも低いフランジ本体４３の間に、断面形状が幅
／厚さの比が０．５〜４の略矩形で、ビッカース硬度が
５０〜１２０のメタルガスケットを圧締して真空シール
する。【効果】ベーキングの繰返し後も確実にシールするこ
とができ、メタルガスケットの再使用もできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空装置における配管
等の接続部の真空シールに用いられるメタルガスケッ
ト、フランジおよびこれらを用いた真空シール構造なら
びに真空シール方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、真空を利用した各種装置にお
いて、取り外し可能に真空配管等を接続することを目的
として、フランジとメタルガスケットを用いた真空シー
ル構造が用いられている。

【０００３】ここで、メタルガスケットを用いる理由
は、真空容器、真空配管等の内壁に吸着しているガスの
速やかな除去や、真空装置内での処理条件の設定のた
め、高温にベーキングする必要があるためである。

【０００４】従来から、この目的で使用される真空シー
ル構造としては、ナイフエッジ式フランジと無酸素銅製
のメタルガスケットとの組み合わせが知られており、図
１４(Ａ)，(Ｂ)にそのシール構造を、図１５にメタルガ
スケットの斜視図を示す。

【０００５】従来のメタルガスケット１５は、幅ｗ、厚
さｔのリング状であり、後に説明する使用方法上の要請
からも、一般に幅ｗが厚さｔに対して十分大きく形成さ
れている。具体的には、以下の表１のように、外径が７
０ｍｍのナイフエッジ式フランジでは幅ｗが約６ｍｍ、
厚さが約２ｍｍでｔ／ｗ＝約０．３３である。また、外
径が７０ｍｍを超えるナイフエッジ式フランジでは幅が
約９ｍｍ、厚さが約２ｍｍでｔ／ｗの値が約０．２２で
ある。

【０００６】

【表１】表１：従来型ナイフエッジ式フランジ用ガスケット寸法ナイフエッジ式フランジガスケット寸法(mm) の外径(mm) 幅(ｗ) 厚さ(ｔ) ｔ／ｗ 70 6 2 0.33 114，152，203，253 9 2 0.22

【０００７】フランジ本体２３，２３の内周側には突出
部２３ａ，２３ａが形成され、この突出部２３ａ，２３
ａに配管２１，２１が気密的に溶接されている。フラン
ジ本体２３，２３の対向面には内周側が低くなるように
段差が設けられて内壁２９，２９が形成され、この内壁
２９，２９よりも内周側にナイフエッジ２５，２５が突
出している。

【０００８】両フランジ本体２３，２３間のシールに際
しては、メタルガスケット１５を一方のフランジ本体２
３の内壁２９内に収納し、他方のフランジ本体２３を重
ねあわせ、締め付けボルト３５とナット３７とにより圧
締する。締め付け用ボルトナット３５，３７で締め付け
られたフランジ本体２３，２３は、その締め付け力をフ
ランジ本体２３，２３のシール部のナイフエッジ２５，
２５に伝え、ナイフエッジ２５，２５の先端部２５ａ，
２５ａがメタルガスケット１５に喰い込み、メタルガス
ケット１５を塑性変形させる。これにより、メタルガス
ケット１５の外側面がフランジ本体２３，２３の内壁２
９，２９に押し付けられ、その結果、メタルガスケット
１５内部に生じる反力がメタルガスケット１５とナイフ
エッジ２５との接触面に作用し、シール性能が保たれ
る。

【０００９】したがって、この機構においてシール性能
を確実なものとするためには、塑性変形させられたメタ
ルガスケット１５の外側面が、メタルガスケット１５の
全周にわたってフランジ本体２３の内壁２９に接触する
ことが必要不可欠な要素となる。しかし一方において、
ナイフエッジ２５の喰い込みによりメタルガスケット１
５の半径方向の移動が拘束されることから、メタルガス
ケット１５の外側面が全周にわたってフランジ本体２３
の内壁と接触することを可能にするためには、メタルガ
スケット１５をフランジ本体２３に装着した時点で、既
にメタルガスケット１５の外側面とフランジ本体２３の
内壁面２９とが接触している必要がある。このために
は、メタルガスケット１５に高度の製作精度が要求され
るが、プレス加工による現状の製作法では自ずと限界が
ある。また、仮に装着時にメタルガスケット１５の外側
面とフランジ本体２３の内壁２９とが全周にわたって接
触している状態を実現できたとしても、その場合には使
用後のメタルガスケット１５の取り外しが極めて困難と
なる。

【００１０】このように現実には、ナイフエッジ２５の
喰込みによるメタルガスケット１５の半径方向への移動
の拘束、フランジ本体２３およびメタルガスケット１５
のそれぞれの製作誤差により、塑性変形させられたメタ
ルガスケット１５の外側面がフランジ本体２３の内壁２
９の全周にわたって接触していることは稀であり、その
結果が、真空装置において施される１００℃以上の高温
加熱処理（ベーキング）時に、フランジ締結部からリー
クを発生させる原因となっている。

【００１１】また、フランジ２３の突出部２３ａに配管
２１を溶接する際に溶接歪みが生じると、フランジ本体
２３の内周側（突出部２３が形成されている側面）が、
“ダレル”ように変形して、全周でナイフエッジ２５の
高さが均一にならず、全体に湾曲してナイフエッジ２５
の高さが不均一となる。そのため、部分的にナイフエッ
ジ２５の喰い込み不良を生じてリーク発生の原因となり
やすかった。特に、回転フランジの場合には溶接歪みを
生じやすく、回転フランジに溶接されるパイプの径精
度、平面度を厳しく管理し、溶接歪をできるだけ少なく
する方法が取られてきた。

【００１２】さらに、従来のナイフエッジ式のフランジ
では、ナイフエッジ頂部に傷が生じると、リークの発生
する可能性が強かった。そのため、フランジの取扱い・
管理が面倒であった。また、大きなキズが傷じた場合は
再生が困難であった。

【００１３】また、図１４のようにフランジ面が天地方
向を向いている場合は問題ないが、フランジ面が水平方
向を向いている場合（パイプ２１が水平方向に延びてい
る場合）には、ガスケットの装着が困難であった。すな
わち、片方のフランジのシール溝内にガスケットを装着
し、もう一方のフランジを位置合わせてフランジ間にガ
スケットを装着しようとすると、この作業の間にガスケ
ットがフランジのシール溝内から抜け落ちてしまう。こ
の作業はガスケット径が大きなものほど困難で、また、
特に回転フランジの場合に問題が大きかった。

【００１４】また一方において、真空装置においては、
真空を破ることなく、内部の状態を外部から観察した
り、内部からの信号光等の電磁波を取りだしたり、ある
いは外部から電磁波を供給するために、真空装置に観察
窓や供給ポートなどを取り付ける場合がある。この場
合、ベーキングされる真空装置においては、シールを保
ってガラス板などをメタルガスケットで固定する適当な
手段がないため、ガラス板などを金属筒に融着あるいは
ロウ付けで固定し、この金属筒のフランジを利用してメ
タルガスケットでシールして真空装置本体に取り付け、
観察窓などを設けていた。しかしこのような観察窓はそ
れ自体非常に高価であり、また、金属とガラスとの熱
膨張係数の違いから、繰返しのベーキング操作で破壊し
やすい、ガラス内面が真空蒸着されて汚れやすいため
に、その交換に際しても費用的に大きな負担となってい
た。

【００１５】特開昭５９−５４８５７号公報には、断面
矩形状のメタルガスケットを圧縮変形させてシールする
に際し、メタルガスケットの変形膨出部を逃がすフラン
ジ切欠部あるいはガスケット自体の切欠溝を設けること
が記載されている。しかしながら、このメタルガスケッ
トは、変形により大きな膨出が生じることを前提とした
軟質の材料からなり、本発明とはシール原理が全く異な
る。また、メタルガスケットは、フランジのシール溝全
体に密着、閉塞するように変形する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、真空装置の
ように高度の真空シール特性が要求されるフランジ締結
部を確実にシールすることが可能なメタルガスケット、
フランジおよびシール構造、ならびにメタルガスケット
の装着作業が容易な真空シール方法を提供するものであ
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明のメタルガスケッ
トを用いた真空シール構造は、シール溝断面の幅が深さ
方向に向かって漸減するように少なくとも内側側壁部が
傾斜しているシール溝をフランジ面に有する一対のフラ
ンジと、該フランジのシール溝に収納され圧締される断
面形状が略矩形のビッカース硬度５０〜１２０のリング
状メタルガスケットから構成されることを特徴とする。

【００１８】また、フランジ間でメタルガスケットを圧
締することに代えて、フランジと板状体との間にメタル
ガスケットを圧締して真空シール構造を構成することが
できる。このシール構造は、外部から真空装置の内部を
観察する観察窓や、真空を破ることなく真空装置の内部
と外部で電磁波などをやり取りする供給ポート等として
利用できる。

【００１９】一方、本発明のメタルガスケット用フラン
ジは、断面の幅が深さ方向に向かって漸減するメタルガ
スケット収納用シール溝を有し、シール溝の内側側壁部
あるいは更に外側側壁部が傾斜していることを特徴とす
る。

【００２０】本発明のメタルガスケットは、断面形状が
略矩形のリング状体からなり、リング部の幅をｗ、厚さ
をｔとしたとき、ｔ／ｗ＝０．５〜４の範囲にあり、ビ
ッカース硬度が５０〜１２０であることを特徴とする。

【００２１】このメタルガスケットは、少なくとも内側
側壁部が傾斜したシール溝を具えたフランジと組み合わ
せることによりシール構造を実現できる。また、幅ｗを
２．５ｍｍ以下とすることにより、従来のナイフエッジ
式フランジのナイフエッジテーパ部をそのまま利用し
て、良好なシール構造を実現できる。

【００２２】また、本発明の真空シール方法は、断面形
状が略矩形の真円状のリング状体からなり、リング部の
幅をｗ、厚さをｔとしたとき、ｔ／ｗ＝０．５〜４の範
囲にあり、ビッカース硬度が５０〜１２０であるメタル
ガスケットを、わずかに楕円状のリング状体に変形させ
て楕円状ガスケットとし、平面形状が真円状で断面の幅
が深さ方向に向かって漸減するように少なくとも内側側
壁部が傾斜しているシール溝を有するフランジの該シー
ル溝に、楕円の長軸方向でシール溝に対して圧入される
ように、楕円状ガスケットを撓ませてシール溝に対して
装着し、撓んだ楕円状ガスケットが元の楕円形状に復帰
しようとする力により、シール溝から一部を突出させた
状態で楕円状ガスケットをシール溝内に仮固定し、つい
で、楕円状ガスケットをシール溝内で圧締して真円状の
シール溝形状に追従させ、フランジ面を真空シールする
ことを特徴とする。

【００２３】

【実施例】図１は、本発明のガスケット１１の実施例を
示す斜視図である。ガスケット１１は、縦断面が略矩形
のリング状体であり、そのリング部の幅ｗと厚さｔとの
比は、ｔ／ｗ＝０．５〜４の範囲にある。ｔ／ｗを０．
５以上とすることにより、締め付けストロークが十分に
とれ、また、装置の分解時等のあとに繰り返し使用する
こと、あるいはその繰返し使用回数の増加が可能とな
る。一方、ｔ／ｗを４以下とすることにより、安定して
圧締、シールすることが可能となる。ｔ／ｗが大きくな
りすぎると、圧締時の締め付けバランスにより、シール
性能が低下する場合がある。両側壁部が傾斜するシール
溝に装着する場合には、メタルガスケットはｔ／ｗ＝１
〜４とすることが好ましい。また、内側側壁部が傾斜
し、外側側壁部がほぼ垂直のシール溝に装着する場合
は、メタルガスケットはｔ／ｗ＝０．８〜２とすること
が好ましい。

【００２４】メタルガスケット１１の材料としては、ビ
ッカース硬度５０〜１２０、好ましくは８０〜１１０の
ものが用いられ、無酸素銅、Ｃｕ−Ｚｒ合金（Ｚｒ含有
量：０．０１〜０．２重量％）などが好適である。

【００２５】このメタルガスケットは、ｔ／ｗが比較的
大きいため、直径方向に変形させて楕円状とすることが
可能であり、また、この楕円状ガスケットは長径方向に
撓むことができる。この性質を利用し真空シール時のメ
タルガスケットの装着性を改善することができる。

【００２６】図２，３は、この方法を説明するための模
式図であり、若干誇張して楕円形状を描いてある。図２
（Ａ）に示すように当初は平面形状が真円状であったメ
タルガスケット１１に力を加えて変形させ、楕円状のメ
タルガスケット１１′（図２（Ｂ）参照）とする。この
メタルガスケット１１′の長軸方向の最大外径Ｌは、メ
タルガスケット１１′が装着されるフランジ本体４３の
シール溝４５（図３参照）の最大外径より大きい。そこ
で、メタルガスケット１１′の撓みを利用して、シール
溝４５に押し込むようにして装着すると、元の楕円形状
に復帰しようとする力（弾性力）により、図３に示した
ように、フランジ面が水平方向を向くように配管２１に
固定されたフランジ４３のシール溝４５に仮固定され、
メタルガスケット１１′の厚さの半分以上がシール溝４
５から突出しているにもかかわらず、メタルガスケット
１１′は抜け落ちない。この作用効果は、大きな変形量
と弾性力が得られやすい大径（例えば外径１１４ｍｍ以
上）のメタルガスケット１１において、特に顕著であ
る。ついで、対向するフランジを押し当て、ボルトやク
ランプで締め付けると、この力により、シール溝４５の
形状に適合してメタルガスケット１１′は元の真円状の
メタルガスケット１１に変形し・復帰、真空シールが完
了する。

【００２７】図１５に示したような従来の偏平なメタル
ガスケット１５では、上記の如く楕円形に変形させるこ
とは不可能である。なお前述の通り、図２（Ｂ）は若干
誇張して描いており、楕円状のガスケット１１′の長径
（Ｌ）／短径（Ｍ）比は、比較的小さい。変形量は、長
径Ｌがシール溝４５の最大外径より若干大きくなる程度
でよい。

【００２８】メタルガスケット１１の幅ｗを２．５ｍｍ
以下とすることにより、従来のナイフエッジ式フランジ
をそのまま用いて、シール構造を実現することができ
る。図４（Ａ）は、このシール構造の実施例を示す半断
面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のシール部の拡大
断面図である。

【００２９】配管２１，２１に気密的に溶接されたフラ
ンジ本体２３，２３がメタルガスケット１１を介して対
向し、締め付け用ボルト、ナット３５，３７で圧締され
ている。メタルガスケット１１は、ナイフエッジ２５の
先端部２５ａと内壁２９との間のナイフエッジテーパ部
２７（傾斜部）と、内壁２９との間で内周側の２ケ所の
ガスケット角１１ａ，１１ｂと外側面を接触させて圧締
されている。

【００３０】図４に示したメタルガスケットおよび真空
シール構造では、メタルガスケット１１がナイフエッジ
２５の先端部２５ａによって塑性変形させられることが
なく、２ケ所のガスケット角１１ａ，１１ａとメタルガ
スケット１１の外側面が全周にわたって、フランジ本体
２３，２３からの締め付け力を受けることができ、シー
ル性能は確実なものとなる。

【００３１】また、メタルガスケット１１は、ナイフエ
ッジ２５による塑性変形が生じないので、装置分解時に
取り外しが容易であり、しかも、繰返し使用することが
できる。

【００３２】図５は本発明のフランジおよびシール構造
を示す他の実施例である。前述の図４の実施例ではナイ
フエッジ式フランジのナイフエッジテーパ部２７と内壁
２９とによって形成される凹部を、メタルガスケット１
１が収納されるフランジ本体のシール溝として利用して
いた。

【００３３】これに対して図５に示した実施例では、断
面矩形のメタルガスケットに好適な本発明のフランジお
よびこれと組み合わせたシール構造が示されている。配
管２１，２１の端部には、フランジ本体４３，４３が気
密的に溶接されている。フランジ本体４３，４３のフラ
ンジ面５１（対向面）には、内側側壁部４７が傾斜して
傾斜部を形成し、外側側壁部４９がほぼ垂直に刻設され
たシール溝４５，４５が形成されている。そして、２つ
のシール溝４５，４５間に断面が略矩形のメタルガスケ
ット１１が収納され、締め付けボルト、ナット３５，３
７により圧締されてシール構造を形成している。このシ
ール構造においても、図４に示した場合と同様の作用効
果が得られる。すなわち、メタルガスケット１１は、傾
斜した内側側壁部４７，４７と垂直の外側側壁部４９，
４９とにより、２ケ所のガスケット角１１ａ，１１ｂと
メタルガスケット１１の外側面全周で、フランジ本体４
３，４３からの締め付け力を受ける。

【００３４】さらに、それぞれが適合するように、シー
ル溝４５，４５とメタルガスケット１１の寸法を任意に
調整できるので、メタルガスケット１１のリング部の幅
ｗと厚さｔは任意に決定することができる（ｗ＞ｔでも
よい）。しかし、図１で説明した事と同様の理由から、
ｔ／ｗ＝０．５〜４のものが好ましく、より好ましくは
０．８〜２である。

【００３５】図６に示すように、シール溝４５の傾斜し
た内側側壁部４７とフランジ面５１(５１ａ)との角度α
(傾斜角)は、１５〜４５度が好ましく、より好ましくは
１５〜３０度とする。これにより、確実にいっそう良好
なシール効果が得られる。

【００３６】図５に示したように、一方の側壁部を垂直
としたシール溝を用いることにより、フランジ面の延設
方向に対する耐荷重性が向上する。すなわち、図３に示
したように、配管２１が横方向に延び、フランジ面が水
平方向を向く場合の真空シールに有利である。

【００３７】図７は、本発明の他のフランジおよびシー
ル構造の実施例を示す断面図であり、シール溝６５の断
面形状を除いては、図５の場合と同様である。フランジ
本体６３には、断面Ｖ字形のシール溝６５が形成されて
いる。すなわち、シール溝６５の内側側壁部６７および
外側側壁部６９が、共に傾斜して傾斜部を形成してい
る。断面略矩形のメタルガスケット１１は、このシール
溝４５の傾斜した内・外側側壁部６７，６９と４つのガ
スケット角１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄで接触し、
全周にわたってフランジ本体６３，６３からの締め付け
力を確実に受けることができる。このように、メタルガ
スケット１１がすべて線接触でシール溝６５に接触して
いるので、シール効果が確実である。

【００３８】図８は、シール溝の傾斜角について示す断
面説明図である。シール溝６５の側壁部６７，６９のフ
ランジ面５３ａに対する傾斜角γは、１５〜７５度が好
ましく、さらに好ましくは２５〜６５度である。傾斜角
をこの範囲に設定することにより、いっそう優れたシー
ル性能が得られる。このように、シール溝６５の内およ
び外の両側壁部６７および６９に傾斜をもたせる場合、
両者の傾斜角はほぼ等しいことが望ましい。

【００３９】また、本発明のシール構造では、配管２１
のフランジ本体２３，４３，６３への溶接による歪によ
って、ナイフエッジテーパ部２７、シール溝４５，６５
が変形して円周方向で不均一となった場合でも、本発明
のメタルガスケット１１がこの変形に追従して塑性変形
し、確実に真空シールすることができる。従来のナイフ
エッジによるシール法では、エッジ高さが０．０３ｍｍ
以上不均一となると確実なシールが保障されない。本発
明のガスケットでは０．１〜０．１２ｍｍ程度の溶接歪
でもリークせず、また、それだけフランジの加工精度の
要求が緩和される。

【００４０】図９（Ａ）は本発明のフランジ本体４３を
示す断面図、図９（Ｂ）はその部分拡大図である。フラ
ンジ本体４３のシール溝４５より内側のフランジ面５１
ａが、外側のフランジ面５１ｂよりΔｓだけ低くなるよ
うに段差が設けられている。そこで、シール構造として
使用する前に、フランジ面５１側を下にしてフランジ本
体４３を置いたり、あるいは何かがフランジ面５１上に
載せられた場合でも、内側のフランジ面５１ａがテーブ
ル面、床面や何らかの物体と接触して汚染されることが
ない。内側のフランジ面５１ａはシール構造を形成した
のち真空系内に位置する部位であり、これが汚染される
と真空雰囲気内で脱ガスするなどして、真空系に悪影響
を与える。また、内側のフランジ面５１ａと外側のフラ
ンジ面５１ｂとが同一面に位置する場合（Δｓ＝０の場
合）、メタルガスケット１１が繰返し使用によりつぶれ
てくると両フランジの対向面が密接状態に近くなり、メ
タルガスケット１１の内側面とフランジの内側側壁部と
で囲まれる部分がガス溜りとなりやすい。ガス溜りが生
じると、真空排気時にガス溜りのガスが徐々に放出さ
れ、高真空度の達成が困難となったり、排気に長時間を
要したりする。段差Δｓを設けることにより、このよう
な弊害が防止される。

【００４１】さらに、メタルガスケットとシール構造を
形成するシール溝４５は、ナイフエッジと異なり凹部で
あるので、傷が付きにくく、傷によるリーク等の心配が
ない。Δｓは０．３〜１．０ｍｍが適当であり、より好
ましくは０．３〜０．７ｍｍである。図１０は、本発明
の他のシール構造を示しており、真空装置の監視窓や供
給ポートへ応用する場合を示している。

【００４２】真空容器８３の開口部８５にはフランジ本
体６３が気密的に溶接されている。フランジ本体６３に
は図７と同様のＶ字形シール溝６５が刻設され、このシ
ール溝６５内に断面略矩形のメタルガスケット１１が収
納されている。メタルガスケット１１には透明ガラス板
８１（板状体）が当接され、メタルガスケット１１をＶ
字形シール溝に収納した固定用のフランジ本体６３′を
さらに当接し、締め付け用ボルト３５′をフランジ本体
６３に螺合することによりフランジ本体６３，６３′間
が圧締されている。ガラス板８１の周縁部は、厚さが薄
くなる方向への傾斜部を形成している。メタルガスケッ
ト１１は、２つのガスケット角１１ａ，１１ｃがシール
溝６５の外側側壁部６９および内側側壁部６７と線接触
し、ガラス板８１の傾斜部とガスケット角で線接触する
ことにより、全周面にわたって締め付け力を受け確実に
シールすることができる。その他のシール機能について
の使用効果は、図９に示した場合と同様である。なお、
ガラス板８１よりも外側（大気側のフランジ本体６
３′、メタルガスケット１３）については、ガラス板８
１とフランジ本体６３の間にメタルガスケット１１を圧
締しうるものであれば、いずれの構造でもよい。

【００４３】図１０に示した監視窓では、フランジ本体
６３とガラス板８１とが別体であるので、加熱時の熱膨
張係数の違いによる過度のストレスが両者に掛からず破
損を防止できる。また、仮にガラス板８１にヒビ等の破
損が生じた場合や、ガラス板７１の内面が蒸着物等で汚
れた場合も、ガラス板８１を交換すれば済むので、コス
ト的な負担とはならない。

【００４４】なお、フランジ本体６３に代えて、図５に
示したように一方の側壁部を傾斜させたフランジ４３、
あるいは図４に示したようなナイフエッジ式フランジ２
１を用いることもできる。

【００４５】また、ガラス板８１に代えて、他の板状体
も使用でき、例えば波長域によっては電磁波透過性を示
す、アルミナ、サファイア等のセラミックス板などを用
いることもできる。

【００４６】なお。以上の説明では、シール溝として直
線状に傾斜したものを示したが、図１１に示した部分図
のように、曲線状に傾斜した側壁部４７′を有するシー
ル溝４５′、あるいは内・外側側壁部６７′，６９′を
有するシール溝６５′でもよい。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、ビッカース硬度５０〜
１２０で断面略矩形のメタルガスケットと、従来のナイ
フエッジ式フランジあるいは少なくとも内側側壁部が傾
斜したシール溝を有するフランジと組み合わせることに
より、確実なシール構造を実現でき、また、メタルガス
ケットの繰り返し使用も可能である。

【００４８】本発明のシール構造は、フランジ間シール
接続の他、ガラス板を用いた観察窓のように、フランジ
と板状体との真空シールにも利用できる。また、断面略
矩形のメタルガスケットを楕円状に変形させて使用する
ことにより、シール溝への装着が容易となる。さらに、
本発明のフランジは、シール面に傷や汚染物が付きにく
く、信頼性が高い。

【００４９】実験例従来のナイフエッジ式フランジに本発明のメタルガスケ
ットを用いた実験例を示す。表２に示すように、外径７
０ｍｍ、１５２ｍｍ、２５３ｍｍのナイフエッジ式フラ
ンジ用ガスケットとして、外径７０ｍｍフランジではガ
スケットの幅（ｗ）と厚さ（ｔ）との比、ｔ／ｗを約
１．９３としたのをそれぞれ２０サンプル、外径１５２
ｍｍと２５３ｍｍのフランジではその比、ｔ／ｗを約
２．１１としたのをそれぞれ２０サンプル製作し、図１
２に示す試験装置にて図１３に示す加熱パターンにより
熱サイクル試験を実施した。

【００５０】

【表２】表２：本発明による試験用ガスケット一覧試料ガスケット寸法（mm）試験試験に使用したナイフ番号幅（ｗ）厚さ（ｔ）ｔ／ｗ員数エッジ式フランジの外径（mm） 1.5 2.9 1.93 20 70 1.5 3.2 2.13 20 152 1.5 3.2 2.13 20 253

【００５１】試験は、はじめ室温にてフランジ本体２
３，２３に試験用のメタルガスケット１１を装着し、１
００ｋｇ−ｃｍのトルクでボルトを締めつけた。その後
ヘリウムリーク検出器９９を用いてリークテストを行な
い、リークのないことを確認した後３００℃まで昇温、
加熱した。温調器１０３により、３００℃で１時間保持
した後、高温状態でのリークテストを行ない終了後室温
まで降温した。以上を１サイクルとし、１個の試験用ガ
スケットについて５サイクルの熱サイクル試験を実施し
た。

【００５２】表３に試験結果を示す。試験した３種のガ
スケット各２０サンプル中、いずれの場合も測定時のヘ
リウムリーク検出器の最小検出量以上のリークは検出さ
れず、その有効性が実施された。

【００５３】

【表３】表３：本発明による試験用ガスケット試験結果試料ガスケット寸法（mm）試験ヘリウムリーク試験結果番号幅（ｗ）厚さ（ｔ）ｔ／ｗ員数（×10^-10Torr-l-s^-1） 1.5 2.9 1.93 20 1〜4(検出感度以下) 1.5 3.2 2.13 20 1〜4(検出感度以下) 1.5 3.2 2.13 20 1〜4(検出感度以下)

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のメタルガスケットの実施例を示す斜視
図である。

【図２】メタルガスケットの変形状態を示す説明図であ
る。

【図３】メタルガスケッシのシール溝への装着状態を示
す断面図である。

【図４】（Ａ）は本発明のシール構造の実施例を示す半
断面図である。（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大図である。

【図５】（Ａ）は本発明のフランジおよびシール構造の
実施例を示す断面図である。（Ｂ）は、（Ａ）の部分拡
大図である。

【図６】シール溝を示す一部断面図である。

【図７】（Ａ）は本発明のフランジおよびシール構造の
実施例を示す断面図である。（Ｂ）は、（Ａ）の部分拡
大図である。

【図８】シール溝を示す一部断面図である。

【図９】（Ａ）は本発明のフランジの実施例を示す断面
図、（Ｂ）はその部分拡大図である。

【図１０】（Ａ）は本発明のフランジおよびシール構造
の実施例を示す断面図である。（Ｂ）は、（Ａ）の部分
拡大図である。

【図１１】（Ａ），（Ｂ）ともに、それぞれシール溝の
変形例を示す部分断面図である。

【図１２】実験例で用いたリーク試験装置の説明図であ
る。

【図１３】熱サイクル試験の加熱パターンを示すグラフ
である。

【図１４】（Ａ）はナイフエッジ式フランジを用いた従
来のシール構造を示す半断面図である。（Ｂ）は、
（Ａ）の部分拡大図である。

【図１５】従来のメタルガスケットを示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１１，１１′，１３，１５メタルガスケット１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄガスケット角２１配管２３フランジ本体２５ナイフエッジ２７ナイフエッジテーパ部２９内壁３５，３５′ 締め付けボルト３７締め付けナット４３，４３′ フランジ本体４５，４５′ シール溝４７，４７′ 内側側壁部４９外側側壁部５１，５１ａ，５１ｂフランジ面６３，６３′ フランジ本体６３ａフランジ面６５，６５′ シール溝６７，６７′ 内側側壁部６９，６９′ 外側側壁部７１フランジ枠７３回転フランジ本体７５対向フランジ８１ガラス板８３真空容器８５開口部９１真空チャンバ９３真空用バルブ９５ターボ分子ポンプ９７油回転ポンプ９９ヘリウムリーク試験器１０１加熱用ヒータ１０３温調器１０５熱電対

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斉藤三良東京都大田区矢口２丁目32番15号日本バックスメタル株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シール溝断面の幅が深さ方向に向かって
漸減するように少なくとも内側側壁部が傾斜しているシ
ール溝をフランジ面に有する一対のフランジと、該フランジのシール溝に収納され圧締される断面形状が
略矩形のビッカース硬度５０〜１２０のリング状メタル
ガスケットから構成されることを特徴とするメタルガス
ケットを用いた真空シール構造。
【請求項２】シール溝断面の幅が深さ方向に向かって
漸減するように少なくとも内側側壁部が傾斜しているシ
ール溝をフランジ面に有するフランジと、該フランジのシール溝に収納されて圧締される断面形状
が略矩形のビッカース硬度５０〜１２０のリング状メタ
ルガスケットと、テーパ面を有し、該テーパ面をメタルガスケットに当接
してフランジとの間でメタルガスケットを圧締する板状
体とから構成されることを特徴とするメタルガスケット
を用いた真空シール構造。
【請求項３】シール溝の内側側壁部が傾斜し、外側側
壁部がフランジ面にほぼ垂直に刻設された請求項１〜２
項のいずれか一項に記載のメタルガスケットを用いた真
空シール構造。
【請求項４】シール溝の両側側壁部が傾斜した請求項
１〜２項のいずれか一項に記載のメタルガスケットを用
いた真空シール構造。
【請求項５】シール溝より内側のフランジ面が、シー
ル溝より外側のフランジ面より低くなるように段差が設
けられている請求項１〜４のいずれか一項に記載のメタ
ルガスケットを用いた真空シール構造。
【請求項６】断面の幅が深さ方向に向かって漸減する
メタルガスケット収納用シール溝をフランジ面に有し、
シール溝の外側側壁部がフランジ面にほぼ垂直で内側側
壁部が傾斜していることを特徴とするメタルガスケット
用真空フランジ。
【請求項７】断面の幅が深さ方向に向かって漸減する
メタルガスケット収納用シール溝をフランジ面に有し、
シール溝の内側側壁部および外側側壁部が共に傾斜して
いることを特徴とするメタルガスケット用真空フラン
ジ。
【請求項８】シール溝より内側のフランジ面が、シー
ル溝より外側のフランジ面より低くなるように段差が設
けられている請求項６〜７のいずれか一項に記載のメタ
ルガスケット用真空フランジ。
【請求項９】断面形状が略矩形のリング状体からな
り、リング部の幅をｗ、厚さをｔとしたとき、ｔ／ｗ＝
０．５〜４の範囲にあり、ビッカース硬度が５０〜１２
０であることを特徴とするメタルガスケット。
【請求項１０】断面形状が略矩形の真円状のリング状
体からなり、リング部の幅をｗ、厚さをｔとしたとき、
ｔ／ｗ＝０．５〜４の範囲にあり、ビッカース硬度が５
０〜１２０であるメタルガスケットを、わずかに楕円状
のリング状体に変形させて楕円状ガスケットとし、平面形状が真円状で断面の幅が深さ方向に向かって漸減
するように少なくとも内側側壁部が傾斜しているシール
溝を有するフランジの該シール溝に、楕円の長軸方向で
シール溝に対して圧入されるように、楕円状ガスケット
を撓ませてシール溝に対して装着し、撓んだ楕円状ガスケットが元の楕円形状に復帰しようと
する力により、シール溝から一部を突出させた状態で楕
円状ガスケットをシール溝内に仮固定し、ついで、楕円状ガスケットをシール溝内で圧締して真円
状のシール溝形状に追従させ、フランジ面を真空シール
することを特徴とする真空シール方法。