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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2019-157986(P2019-157986A)
(43)【公開日】2019年9月19日
(54)【発明の名称】シール構造体及びシール方法
(51)【国際特許分類】
   F16J 15/06 20060101AFI20190823BHJP
【FI】
   F16J15/06 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2018-44943(P2018-44943)
(22)【出願日】2018年3月13日
(71)【出願人】
【識別番号】591097632
【氏名又は名称】長州産業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100120329
【弁理士】
【氏名又は名称】天野 一規
(74)【代理人】
【識別番号】100159581
【弁理士】
【氏名又は名称】藤本 勝誠
(74)【代理人】
【識別番号】100159499
【弁理士】
【氏名又は名称】池田 義典
(74)【代理人】
【識別番号】100158540
【弁理士】
【氏名又は名称】小川 博生
(74)【代理人】
【識別番号】100106264
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 耕治
(74)【代理人】
【識別番号】100187768
【弁理士】
【氏名又は名称】藤中 賢一
(74)【代理人】
【識別番号】100139354
【弁理士】
【氏名又は名称】松浦 昌子
(72)【発明者】
【氏名】末永 真吾
(72)【発明者】
【氏名】山下 和吉
(72)【発明者】
【氏名】濱永 教彰
【テーマコード(参考)】
3J040
【Fターム(参考)】
3J040AA01
3J040AA12
3J040AA15
3J040AA18
3J040BA01
3J040EA18
3J040FA02
3J040HA02
3J040HA03
(57)【要約】
【課題】任意の形状に比較的容易に設計可能であり、十分なシール性能を有するシール構造体、及びこのシール構造体を用いたシール方法を提供する。
【解決手段】本発明は、シール部をそれぞれ有する一対のフランジ、及び上記一対のフランジのシール部間に配置される環状の金属ガスケットを備え、上記一対のフランジが、上記各シール部に環状に形成されたナイフエッジをそれぞれ有し、上記各シール部に形成されたナイフエッジが平面視において相似形であり、かつこれらのナイフエッジの半径の差が0mm超3mm以下であり、上記金属ガスケットの上記各シール部に対向する一対の面がそれぞれ平面であるシール構造体である。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
シール部をそれぞれ有する一対のフランジ、及び
上記一対のフランジのシール部間に配置される環状の金属ガスケット
を備え、
上記一対のフランジが、上記各シール部に環状に形成されたナイフエッジをそれぞれ有し、
上記各シール部に形成されたナイフエッジが平面視において相似形であり、かつこれらのナイフエッジの半径の差が0mm超3mm以下であり、
上記金属ガスケットの上記各シール部に対向する一対の面がそれぞれ平面であるシール構造体。
【請求項2】
上記金属ガスケットの厚さが2mm以上5mm以下である請求項1に記載のシール構造体。
【請求項3】
上記ナイフエッジの先端の角度が、40°以上80°以下である請求項1又は請求項2に記載のシール構造体。
【請求項4】
真空蒸着装置に用いられる請求項1、請求項2又は請求項3に記載のシール構造体。
【請求項5】
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のシール構造体を用いたシール方法であって、
上記一対のフランジのシール部間に上記金属ガスケットを配置した状態で、上記一対のフランジを押圧することにより、上記各シール部に形成されたナイフエッジを上記金属ガスケットに食い込ませる工程
を備えるシール方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、シール構造体及びシール方法に関する。
【背景技術】
【0002】
真空蒸着装置等の真空を利用した各種装置等においては、蓋や配管等の取り付けや接続のために、フランジと金属ガスケットとを組み合わせたシール構造体が用いられている。特に、真空装置においては、ナイフエッジ型のフランジを有するシール構造体が広く用いられている(特許文献1、2参照)。
【0003】
図5に従来のシール構造体30を示す。従来のナイフエッジ型のフランジ31a、31bは、シール部33a、33bに環状のナイフエッジ34a、34bが形成されている。ナイフエッジ34a、34bは、通常、その横断面が鋭角な突起形状を有する。また、シール部33a、33bの外側には、外枠35a、35bが設けられている。一対のフランジ31a、31bを突き合わせて結合する際、シール部33a、33b間に環状の金属ガスケット32が配置される。フランジ31a、31bの固定は通常ボルト等(図示しない)によって行われ、図5における上下方向に締め付けられる過程で、図5に示されるようにナイフエッジ34a、34bが、金属ガスケット32に食い込んでいく。この食い込みに伴って、金属ガスケット32は塑性変形して外向きへ膨出するため、金属ガスケット32の外周面38が、フランジ31a、31bの外枠35a、35bの内面に圧接する。このように、従来のナイフエッジ型のフランジを有するシール構造体30においては、金属ガスケット32は、フランジ31a、31bにより上下及び外側(ナイフエッジ34a、34b及び外枠35a、35b)から押圧されてシールされることとなる。
【0004】
このようなシール構造体30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金属ガスケット32の外周面38が、全周にわたってフランジ31a、31bの外枠35a、35bの内面に均等に接触することが重要となる。このためには、フランジ31a、31b及び金属ガスケット32に高度な製作精度が要求される。しかし、プレス加工等による現状の製作法では自ずと限界がある。特に、円形以外の形状の金属ガスケットの場合、塑性変形の際の外向きへの膨出長さが均一ではなくなる。このため、円形以外の形状の金属ガスケットを有するシール構造体において、締め付けの際に均等な外向きの押圧が生じるような設計とし、これを作製することは極めて難しい。
【0005】
また、従来のナイフエッジ型のフランジを有するシール構造体30においては、上述のように、ボルトの締め付けに伴って、金属ガスケット32の外周面38がフランジ31a、31bの外枠35a、35bの内面に接触し、金属ガスケット32の外向きの膨出が拘束される。このため、締め付けの際には、非常に大きな力が必要となるといった不都合も有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平6−174097号公報
【特許文献2】特開平10−159979号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、任意の形状に比較的容易に設計可能であり、十分なシール性能を有するシール構造体、及びこのシール構造体を用いたシール方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するためになされた本発明は、シール部をそれぞれ有する一対のフランジ、及び上記一対のフランジのシール部間に配置される環状の金属ガスケットを備え、上記一対のフランジが、上記各シール部に環状に形成されたナイフエッジをそれぞれ有し、上記各シール部に形成されたナイフエッジが平面視において相似形であり、かつこれらのナイフエッジの半径の差が0mm超3mm以下であり、上記金属ガスケットの上記各シール部に対向する一対の面がそれぞれ平面であるシール構造体である。
【0009】
当該シール構造体によれば、十分なシール性能を発揮することができる。この理由は定かではないが、以下が推測される。当該シール構造体においては、一対のフランジに設けられたナイフエッジの大きさが異なるように形成されている。このため、一対のフランジのシール部間に金属ガスケットを配置した状態で一対のフランジを対向方向に押圧した際、2つのナイフエッジが金属ガスケットに食い込みやすい。さらに、位置がずれている上下のナイフエッジが食い込むことによって、金属ガスケットに剪断変形が生じると推測される。当該シール構造体においては、このようなナイフエッジの食い込みと金属ガスケットの剪断変形とによって、一対のフランジと金属ガスケットとの間をシール可能な構造となっており、従来のシール構造体のように、金属ガスケットの外周面とフランジの外枠との押圧を必ずしも利用するものでは無い。従って、当該シール構造体によれば、比較的弱い力で一対のフランジ間を締め付けても十分なシール性能を発揮することができる。また、当該シール構造体は、金属ガスケットの外周面とフランジの外枠との押圧を必ずしも利用するものでは無いため、金属ガスケットの外周面やフランジの外枠の内面の形状やサイズに関して厳密な精度が要求されない。このため、当該シール構造体は、任意の形状に比較的容易に設計可能である。
【0010】
さらに、当該シール構造体においては、一対のナイフエッジの位置が互いにずれているため、一度使用した金属ガスケットを裏返して使用しても、ナイフエッジは最初の食い込み箇所と異なる箇所に食い込むこととなる。このため、当該シール構造体によれば、一度使用した金属ガスケットを裏返して使用しても十分なシール性を発揮することができ、金属ガスケットの2度の利用が可能となる。
【0011】
なお、「環状」とは、平面視で穴部分を有する形状をいい、円形に限定されるものではない。すなわち、「環状」とは、平面視で穴部分を有する形状であれば、その外縁形状は、例えば楕円、四角等の形状であってよい。また、外縁形状と内縁形状とは異なっていてもよい。例えば、外縁が四角であって、円形の穴が形成された、すなわち内縁形状が円であるものであってもよい。
【0012】
また、「ナイフエッジの半径」とは、平面視における中心からの距離をいう。すなわち、平面視において一方(小さい方)のナイフエッジを他方(大きい方)のナイフエッジ内に互いの中心を一致させた配置した際の、両者の離間距離が0mm超3mm以下である。半径の差(離間距離)が一定ではない場合、最小の半径の差(離間距離)が0mm超3mm以下であればよいが、最小の半径の差(離間距離)及び最大の半径の差(離間距離)が共に0mm超3mm以下の範囲内にあることが好ましい。
【0013】
上記金属ガスケットの厚さが2mm以上5mm以下であることが好ましい。当該シール構造体においては、このように金属ガスケットの厚さを比較的大きくすることで、ナイフエッジが十分に金属ガスケットに食い込むことができること、ナイフエッジの食い込みに伴って十分に金属ガスケットが剪断変形されやすくなることなどにより、シール性能をより高めることができる。
【0014】
上記ナイフエッジの先端の角度が、40°以上80°以下であることが好ましい。ナイフエッジの先端の角度を上記範囲とすることで、ナイフエッジが十分に金属ガスケットに食い込むことができること、ナイフエッジの食い込みに伴って十分に金属ガスケットが剪断変形されやすくなることなどにより、シール性能をより高めることができる。
【0015】
当該シール構造体は、真空蒸着装置に用いられることが好ましい。当該シール構造体は、真空蒸着装置のシール構造体に対応可能な十分なシール性能を有する。
【0016】
上記課題を解決するためになされた別の本発明は、当該シール構造体を用いたシール方法であって、上記一対のフランジのシール部間に上記金属ガスケットを配置した状態で、上記一対のフランジを押圧することにより、上記各シール部に形成されたナイフエッジを上記金属ガスケットに食い込ませる工程を備えるシール方法である。
【0017】
当該シール方法によれば、比較的弱い力で十分なシールを可能とするため、作業性を高めることなどができる。また、当該シール方法に用いられるシール構造体は、任意の形状に比較的容易に設計可能であるため、当該シール方法によれば、様々な形状のシールを可能とする。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、任意の形状に比較的容易に設計可能であり、十分なシール性能を有するシール構造体、及びこのシール構造体を用いたシール方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
図1図1は、本発明の一実施形態に係るシール構造体を示す模式的部分断面図である。
図2図2は、図1のシール構造体のナイフエッジ及び金属ガスケットの位置関係を示す模式的平面図である。
図3図3は、図1のシール構造体を用いたシール方法を示す模式的部分断面図である。
図4図4は、図1とは異なる実施形態に係るシール構造体を示す模式的部分断面図である。
図5図5は、従来のシール構造体を示す模式的部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、適宜図面を参照にしつつ、本発明の一実施形態に係るシール構造体及びシール方法について詳説する。
【0021】
<シール構造体10>
図1のシール構造体10は、一対のフランジ11a、11b及び金属ガスケット12を備える。
【0022】
(フランジ)
フランジ11aは、筒状体である。一方、フランジ11bは、有底の蓋である。フランジ11aは、シール部13aを有する。また、フランジ11bは、シール部13bを有する。シール部とは、封止状態を形成する部分である。シール部13aは、図1におけるフランジ11aの上側部分であり、金属ガスケット12が載置される部分を含む。シール部13bは、図1におけるフランジ11bの下側部分である。金属ガスケット12は、一対のフランジ11a、11bのシール部13a、13b間に配置される。
【0023】
フランジ11aのシール部13aには、ナイフエッジ14aが環状に形成されている。また、フランジ11bのシール部13bには、ナイフエッジ14bが環状に形成されている。ナイフエッジとは、先端がナイフのように尖った、線状の突起である。この線状の突起が、平面視で環を形成している。
【0024】
図2に示されるように、ナイフエッジ14a及びナイフエッジ14bは、平面視において共に環状であり、具体的には略長方形状(各頂点が丸みを帯びた長方形状)を有する。ナイフエッジ14aとナイフエッジ14bとは、平面視において同一中心を有する相似形である。なお、図2において、ナイフエッジ14a、14bは、その先端(稜線)を図示している。
【0025】
平面視において、ナイフエッジ14aは、ナイフエッジ14bの外側に設けられている。具体的には、ナイフエッジ14aの半径とナイフエッジ14bの半径との差Aは、0mm超3mm以下である。すなわち、一対のフランジ11a、11bを対向させた際、対向方向視(図2に示す平面視)において、ナイフエッジ14aは、ナイフエッジ14bから0mm超3mm以下離れた外側位置となるように形成されている。なお、ナイフエッジの半径は、ナイフエッジの先端(稜線)の位置に基づくものとする。当該シール構造体10によれば、このように一対のナイフエッジ14a、14bの位置がずれていることにより、2つのナイフエッジ14a、14bが金属ガスケット12に食い込むと共に、金属ガスケット12に剪断変形が生じうるため、比較的弱い力でも十分なシール性能が発現される(後述する図3参照)。
【0026】
ナイフエッジ14aの半径とナイフエッジ14bの半径との差Aの下限は、0.1mmが好ましく、0.3mmがより好ましく、0.5mmがさらに好ましく、1mmがよりさらに好ましい。また、この差Aの上限は、2mmが好ましく、1.5mmがより好ましく、1mmがさらに好ましい。
【0027】
ナイフエッジ14a、14bの先端の角度θの下限としては、40°が好ましく、50°がより好ましい。ナイフエッジ14a、14bの先端の角度θが上記下限以上であることで、ナイフエッジ14a、14bの先端が欠け難く、また、押圧の際に金属ガスケット12に効果的に剪断変形を生じさせることができる。一方、上記角度θの上限としては、80°が好ましく、70°がより好ましい。この角度θが上記上限以下であることで、押圧の際に金属ガスケット12にナイフエッジ14a、14bが効果的に食い込むことができる。なお、ナイフエッジ14a、14bの先端の角度とは、ナイフエッジ14a、14bの稜線に垂直な断面における角度をいう。この断面におけるナイフエッジ14a、14bの形状は、二等辺三角形状であってもよく、その他の三角形状であってもよい。また、ナイフエッジ14a、14bの先端は、丸みを帯びていてもよい。
【0028】
ナイフエッジ14a、14bの高さBとしては、特に限定されないが、下限としては0.5mmが好ましく、0.8mmがより好ましい。ナイフエッジ14a、14bの高さBを上記下限以上とすることで、押圧の際により十分な食い込みや剪断変形を生じさせることができる。一方、この高さBの上限としては、3mmが好ましく、1.5mmがより好ましい。ナイフエッジ14a、14bの高さBを上記上限以下とすることで、ナイフエッジ14a、14bの欠けを抑制し、シール性能を高めることができる。
【0029】
フランジ11a、11bのシール部13a、13bの外縁部分には、それぞれ外枠15a、15bが設けられている。また、この外枠15a、15bには、フランジ11a、11bを締め付けるためのボルト16用の穴(図示しない)が設けられている。
【0030】
フランジ11a、11bの材質としては、特に限定されず、通常、金属である。フランジ11a、11bの材質としては、ステンレス鋼、チタン等を挙げることができ、良好な硬度を有することなどから、ステンレス鋼が好ましい。
【0031】
(金属ガスケット)
金属ガスケット12は、平面視環状の板状体である。具体的には、図2に示されるように、金属ガスケット12は、平面視において外縁及び内縁が略長方形状(各頂点が丸みを帯びた長方形状)の環状形状を有する。また、平面視において、金属ガスケット12の内縁は、ナイフエッジ14bよりも小さく、金属ガスケット12の外縁は、ナイフエッジ14aよりも大きい。すなわち、図2に示されるように、平面視において、2つのナイフエッジ14a、14bは、金属ガスケット12に覆われる大小関係になっている。
【0032】
金属ガスケット12においては、一対のフランジ11a、11bの各シール部13a、13bに対向する一対の面17a、17b(図1における金属ガスケット12の上面及び下面)は、それぞれ平面である。すなわち、金属ガスケット12は、平板である。シールする際は、この一対の面17a、17bに、ナイフエッジ14a、14bがそれぞれ食い込まれる。
【0033】
金属ガスケット12の厚さCの下限としては、2mmが好ましく、2.5mmがより好ましい。金属ガスケット12の厚さCを上記下限以上とすることで、十分にナイフエッジ14a、14bを食い込ませることができ、シール性能を高めることができる。一方、この厚さCの上限としては、5mmが好ましく、4mmがより好ましい。この厚さCを上記上限以下とすることで、効果的に剪断変形が生じることなどにより、シール性能を高めることができる。
【0034】
金属ガスケット12の環部分の幅Dの下限としては、3mmが好ましく。4mmがより好ましい。一方、この幅Dの上限としては、8mmが好ましく、6mmがより好ましい。金属ガスケット12のこの幅Dを上記範囲内とすることで、ナイフエッジ14a、14bの食い込みや金属ガスケット12の剪断変形がより生じやすくなり、シール性能を高めることができる。
【0035】
一対のフランジ11a、11bのシール部13a、13b間に金属ガスケット12を配置した際、金属ガスケット12の外周面18は、フランジ11a、11bの外枠15a、15bの内周面19に接していてもよいし、接していなくてもよい。例えば、金属ガスケット12の外周面18と、フランジ11a、11bの外枠15a、15bの内周面19との最大距離Eの下限は、0.1mmが好ましく、0.3mmがより好ましい。最大距離Eが上記下限以上であることで、一対のフランジ11a、11bによって金属ガスケット12を押圧した際に、金属ガスケット12の外周面18が膨出することで外枠15a、15bの内周面19を圧接する力が大きくなりすぎないため、締め付けをより弱い力で行うことができる。一方、上記最大距離Eの上限としては、5mmが好ましく、3mmがより好ましい。最大距離Eが上記上限以下であることで、一対のフランジ11a、11bのシール部13a、13b間への金属ガスケット25の配置を精度よく容易に行うことなどができる。
【0036】
金属ガスケット12の材質としては、特に限定されず各種金属を用いることができるが、銅及び銅合金が好ましく、無酸素銅がより好ましい。これらは、特に真空中で使用する場合に良好な性能が発揮される。無酸素銅としては、JIS−C1020等で規定される無酸素銅等を挙げることができる。
【0037】
<シール構造体20>
図4のシール構造体20は、一対のフランジ21a、21b及び金属ガスケット22を備える。シール構造体20は、一対のフランジ21a、21bの双方が筒状であること以外は、実質的に図1のシール構造体10と同様である。すなわち、一対のフランジ21a、21bは、シール部23a、23bをそれぞれ有する。また、フランジ21aのシール部23aには、ナイフエッジ24aが環状に形成されている。フランジ21bのシール部23bには、ナイフエッジ24bが環状に形成されている。一方のフランジ21bが筒状であること以外は、シール構造体20は、図1のシール構造体10と同じであってよい。当該シール構造体20は、配管の接続部材として好適に用いられる。
【0038】
<用途等>
当該シール構造体10、20は、真空装置のシール構造体、あるいはその他のシール構造体として用いることができる。当該シール構造体10、20は、例えば400℃を超える高温環境下においても、十分な真空シールを可能とする。中でも、当該シール構造体10、20は、真空蒸着装置のシール構造体として好適に用いられる。
【0039】
真空蒸着装置としては、例えば蒸着材収容部、バルブ及び蒸着材放出部を備え、蒸着材収容部とバルブ、及びバルブと蒸着材放出部が、それぞれ配管によって連結された構造を有するものが挙げられる。図1のシール構造体10は、このような真空蒸着装置の蓋部分などに、図4のシール構造体20は、このような真空蒸着装置の連結部分などに用いることができる。当該シール構造体を有する真空蒸着装置は、当該シール構造体によって十分にシールされているため、良好な蒸着性能を発揮することができる。なお、当該シール構造体を有する真空蒸着装置においては、通常、金属ガスケットの両面には2つのナイフエッジがそれぞれ食い込まれており、また、2つのナイフエッジにより金属ガスケットは剪断変形されている。但し、金属ガスケットに剪断変形が生じていなくてもよい。
【0040】
<シール方法>
当該シール構造体10を用いたシール方法は、一対のフランジ11a、11bのシール部13a、13b間に金属ガスケット12を配置した状態(図1参照)で、一対のフランジ11a、11bを押圧することにより、2つのナイフエッジ14a、14bを金属ガスケット12に食い込ませる工程を備える(図3参照)。
【0041】
一対のフランジ11a、11bの押圧は、ボルト16の締め付けにより行うことができる。すなわち、一対のフランジ11a、11b同士が図1における上下方向に押圧されることで、2つのナイフエッジ14a、14bが金属ガスケット12の面17a、17bにそれぞれ食い込み、さらに2つのナイフエッジ14a、14bにより、金属ガスケット12の剪断変形が生じうる。当該シール方法によれば、このような作用により、比較的弱い力で十分なシールを可能とする。
【0042】
なお、当該シール方法においては、用途等に応じて、軟化真空焼鈍処理を施してもよい。また、当該シール構造体20を用いたシール方法は、上記シール構造体10を用いたシール方法と同様である。
【0043】
<他の実施形態>
本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。例えば、図1のシール構造体10においては、蓋側のフランジ11bのナイフエッジ14bの径を、もう一方のフランジ11aのナイフエッジ14aの径よりも小さくしているが、逆であってもよい。また、ボルト以外の方法によって、一対のフランジを押圧するような構造であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【0044】
本発明のシール構造体及びシール方法は、真空蒸着装置等の真空装置の部品及びシール方法などとして好適に用いることができる。
【符号の説明】
【0045】
10、20、30 シール構造体
11a、11b、21a、21b、31a、31b フランジ
12、22、32 金属ガスケット
13a、13b、23a、23b、33a、33b シール部
14a、14b、24a、24b、34a、34b ナイフエッジ
15a、15b、35a、35b 外枠
16 ボルト
17a、17b 面
18、38 外周面
19 内周面
図1
図2
図3
図4
図5