(57)【要約】【課題】高圧および、または高純度ガスチャンネルのためのシールされたフランジジョイントを提供すること。【解決手段】高圧および／または高純度流体チャンネルのためのシールされたフランジジョイントは、第１流体チャンネル（１２）および円筒形正面キャビティ（１４）を有する第１フランジ（１０）を備える。正面キャビティ（１４）は、研磨された表面（１８）により軸方向の境界が定められ、周辺表面（２０）により径方向の境界が定められている。第１流体チャンネル（１２）は、第１フランジ（１０）を軸方向に貫通し、研磨された表面（１８）内に開口している。ポリマーシールリング（３０）は、径方向外側表面（３２）および径方向内側表面（３４）を有し、このシールリングは径方向外側表面（３２）が正面キャビティの周辺表面（２０）に係合するように、円筒形正面キャビティ（１４）内に取り付けられている。第１フランジ（１０）には第２フランジ（１６）が取り外し自在に固定されており、この第２フランジは第１流体チャンネル（１２）と軸方向に連続する第２流体チャンネル（２２）を有する。この第２フランジ（１６）は、円錐形ヘッド（２６）を有する、軸方向に突出する円筒形正面ニップル（２４）を有し、第２流体チャンネル（２２）は、円錐形ヘッド（２６）の端部表面（２８）内に軸方向に開口している。円錐形ヘッド（２６）は、シールリング（３０）の径方向内側表面（３４）に係合し、径方向外側表面（３２）を有するシールリングを正面キャビティ（１４）の周辺表面（２０）に径方向に押圧する。【選択図】図３
2009526183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体チャンネル（１２）および円筒形正面キャビティ（１４）を有する第１フランジ（１０）を備え、前記正面キャビティ（１４）は、研磨された表面（１８）により軸方向の境界が定められており、周辺表面（２０）により径方向の境界が定められており、前記第１流体チャンネル（１２）は前記第１フランジ（１０）を軸方向に貫通し、前記正面キャビティ（１４）の前記研磨された表面（１８）内に開口しており、
径方向外側表面（３２）および径方向内側表面（３４）を有し、前記径方向外側表面（３２）が前記正面キャビティの前記周辺表面（２０）に係合するように、前記円筒形正面キャビティ（１４）に嵌合されたポリマーシールリング（３０）と、
前記第１流体チャンネル（１２）に軸方向に連続するように前記第２フランジ（１６）を貫通する第２流体チャンネル（２２）および円錐形ヘッド（２６）の付いた軸方向に突出する円筒形正面ニップル（２４）を有する第２フランジ（１６）を備え、前記第２流体チャンネル（２２）は、前記円錐形ヘッド（２６）の端部表面（２８）内に軸方向に開口し、前記第１フランジ（１０）と前記第２フランジ（１６）とは互いに取り外し自在に固定されており、
前記円錐形ヘッド（２６）は、前記ポリマーシールリング（３０）の前記径方向内側表面（３４）に係合し、前記シールリングの径方向外側表面（３２）が前記正面キャビティ（１４）の前記周辺表面（２０）に接触するように、前記シールリングを径方向に押圧するようになっている、流体チャンネルのためのシールされたフランジジョイント。
【請求項２】
前記正面キャビティ（１４）の前記周辺表面（２０）は、前記ポリマーシールリング（３０）の前記径方向外側表面（３２）に係合する中心バルジ部（３６）を有する、請求項１に記載のシールされたフランジジョイント。
【請求項３】
前記第１フランジ（１０）および前記ニップル（２４）は、前記円筒形正面キャビティ（２４）内にシールリングチャンバ（４２）を構成し、圧縮された状態の前記シールリング（３０）は、前記シールリングチャンバ（４２）と実質的に同じ横断面形状を有する、請求項１または２に記載のシールされたフランジジョイント。
【請求項４】
圧縮されていない状態では、前記シールリング（３０）の横断面は、前記シールリングチャンバ（４２）の横断面よりも１.０３〜１.１０倍、好ましくは１.０３〜１.０７倍となっている、請求項３に記載のシールされたフランジジョイント。
【請求項５】
前記第１フランジ（１０）は、前記円筒形正面キャビティ（１４）を囲む第１軸方向当接表面（３８）を備え、
前記第２フランジ（１６）は、前記ニップル（２４）を囲む第２軸方向当接表面（４０）を備え、
前記第１当接表面（３８）と前記第２当接表面（４０）とは、互いに軸方向に押圧されている、請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載のシールされたフランジジョイント。
【請求項６】
前記第１当接表面（３８）と、前記第２当接表面（４０）とが互いに軸方向に押圧されているとき、小さいギャップ（ｇ）が前記ニップル（２４）の前記円錐形ヘッド（２６）の前記端部表面（２８）を前記正面キャビティ（１４）の前記研磨された表面（１８）から分離する、請求項５に記載のシールされたフランジジョイント。
【請求項７】
圧縮された状態のときに、前記シールリング（３０）は、前記小さいギャップ（ｇ）に径方向に進入し、このギャップを満たすようになっている、請求項６に記載のシールされたフランジジョイント。
【請求項８】
前記第１フランジ（１０）は更に、
前記第１軸方向当接表面（３８）内に設けられたリング状溝（４４）を備え、前記リング状溝（４４）は、前記円筒形正面キャビティ（１４）を囲むと共に、内側径方向表面（４６）および外側径方向表面（４８）により径方向の境界が定められており、
前記リング状溝（４４）内に設けられた第２シールリング（５０）を更に備え、この第２シールリング（５０）は、前記外側径方向表面（４８）に係合すると共に、前記内側径方向表面（４６）から径方向に離間し、前記リング状溝（４４）内の内側リングチャンネル（５２）を外側まで径方向にシールするようになっており、
前記内側リングチャンネル（５２）を前記第１フランジ（１０）内の漏れテストポート（５６）に接続する接続チャンネル（５４）を更に備える、請求項４〜７のうちのいずれか１項に記載のシールされたフランジジョイント。
【請求項９】
前記第１フランジ（１０）は、前記第１軸方向当接表面（３８）を形成する軸方向に突出する位置決めヘッドを備え、
前記第２フランジ（１６）は、前記第２軸方向突出する（４０）を形成する位置決めキャビティを備え、前記位置決めキャビティは、前記軸方向に突出する位置決めヘッドを受け、これを径方向に位置決めするようになっている、請求項５〜８のうちのいずれか１項に記載のシールされたフランジジョイント。
【請求項１０】
前記ニップル（２４）は、前記位置決めキャビティの深さ以下または等しいの高さを有する、請求項９に記載のシールされたフランジジョイント。
【請求項１１】
前記第１フランジ（１０）と前記第２フランジ（１６）とは、ネジ（３５）により一体に軸方向に押圧されている、請求項１〜１０のうちのいずれか１項に記載のシールされたフランジジョイント。
【請求項１２】
ピン割り出しシステム（６０、６０’）を更に備える、請求項１〜１１のうちのいずれか１項に記載のシールされたフランジジョイント。
【請求項１３】
前記流体チャンネルは、高圧および／または高純度ガスチャンネルとなっている、請求項１〜１２のうちのいずれか１項に記載のシールされたフランジジョイント。
【請求項１４】
径方向内側表面（３４）および径方向外側表面（３２）を有し、
前記径方向外側表面（３２）は、中空中心円筒形表面（６４）を備え、
前記径方向内側表面（３４）は、中心切頭円錐形表面（６４）を備える、請求項１〜１３のうちのいずれか１項に記載のシールされたフランジジョイントのためのシールリング。
【請求項１５】
前記径方向内側表面（３４）は更に、
前記中心切頭円錐形表面（６４）の直径が最大となっている端部までの第１円筒形表面（６６）と、
前記中心切頭円錐形表面（６４）の直径が最小となっている端部までの第２円筒形表面（６８）とを備え、
圧縮されていない状態では前記第１円筒形表面（６６）の領域内の前記シールリングの幅は、前記第２円筒形表面（６８）の領域内の前記シールリングの幅の約１.４〜２.２倍となっている、請求項１４に記載のシールリング。
【請求項１６】
平坦な環状上部表面（７０）および平坦な環状下部表面（７２）を含む、請求項１４または１５に記載のシールリング。
【請求項１７】
前記平坦な環状上部表面（７０）および前記平坦な環状下部表面（７２）を前記中空中心円筒形表面（６４）に接合する、面取りされたコーナー（７４、７４’）を含む、請求項１６記載のシールリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には流体チャンネルのための、特に高圧および／または高純度ガスチャンネルのためのシールされたフランジジョイントに関する。
【背景技術】
【０００２】
特殊ガスの使用が増加したことおよび今日の業界の一部で要求される純度のレベルが高くなることによって、最高の品位および無欠性の、次第に複雑かつ高度となる送り出しシステムに対するニーズが生じている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えば半導体／チップ製造業界では、高品位のガスチャンネルが求められている。その理由は、ガス内の不純物はデバイスの電気特性に悪影響を与えたり、製造の歩留まりを大幅に低下し得るからである。これらガスは、極めて反応性、腐食性および／または毒性も有することが多い。
【０００４】
従って、超純度ガスを閉じ込め、取り扱い、かつ送り出しをするには、特に適合された設備および高品位機器が必要である。かかるシステムでは、ジョイントおよびシール部材の質は、ガスの漏れまたはシステムへの空気の侵入を防止する上で特に重要である。高品位のシールは、２００バールを超える圧力に耐えなければならないので、高品位のシールを得ることはより重要であり、かつ困難である。
【０００５】
純度に対するこれらの厳格な条件および高い作動圧に起因し、超高純度システムのためのシールシステムは、注文製造されることが多い。これに関連し、送り出しパイプとガスシリンダのバルブ出口ポートとの間の接合部で、金属製Ｏリングまたは平坦な金属製ガスケットを使用することが知られている。しかしながら、金属製Ｏリングが高圧力に耐える場合、これらリングは、これらリングが接触するシール表面に凹部を残し、これによってＯリングは取り外しできない接続部と共に使用するには不適合となる。
【０００６】
不幸なことに、高純度用途では取り外し自在な接続部に対する強いニーズが存在する。その理由は、取り外し自在な接続部では機器の交換および破損または欠陥のある部品の置換が可能となるからである。
【０００７】
従って、高純度、高圧ガスチャンネルに適合し、取り外し自在な接続部に適したシール技術が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これら条件を満たすために、本発明は、請求項１に記載された、改良されたシールされたフランジジョイントを提案するものである。
【０００９】
本発明における流体チャンネルのためのシールされたフランジジョイントは、第１流体チャンネルおよび円筒形正面キャビティを有する第１フランジを備える。正面キャビティは、研磨された表面により軸方向の境界が定められ、周辺表面により径方向の境界が定められている。第１流体チャンネルは、第１フランジを軸方向に貫通し、研磨された正面キャビティの表面内に開口している。ポリマーシールリングは、径方向外側表面および径方向内側表面を有し、このシールリングは径方向外側表面が正面キャビティの周辺表面に係合するように、円筒形正面キャビティ内に取り付けられている。このフランジジョイントは更に第２フランジを備え、第１フランジと第２フランジは互いに取り外し自在に固定されている。第２流体チャンネルは、この第１流体チャンネルと軸方向に連続してこの第２フランジに貫通している。この第２フランジは、第１流体チャンネルと軸方向に連続する第２流体チャンネルを有する。この第２フランジは、円錐形ヘッドを有する、軸方向に突出する円筒形正面ニップルを有し、第２流体チャンネルは、円錐形ヘッドの端部表面内に軸方向に開口している。円錐形ヘッドは、ポリマーシールリングの径方向内側表面に係合し、径方向外側表面を有するシールリングを正面キャビティの周辺表面に径方向に押圧することに注目すべきである。
【００１０】
従って本発明は、ポリマーシールリングの内側を押圧するニップルがポリマーシールリングを強力に径方向に圧縮するようなジョイント構造を提案するものである。このことは、双方のフランジを組み立て、一体に固定したときの、ニップルとポリマーシールリングの構造に起因するものである。円錐形ヘッドを有するニップルは軸方向の圧力をポリマーシールリングの径方向の圧縮に変換する。従って、このシールリングは径方向に圧縮され、実際にニップルと正面キャビティの表面との間に閉じ込められ、これによって、高純度ガス用途におけるケースで多いように、高い作動圧力に適合した高品位シールを提供できる。
【００１１】
改良されたシール機能の他に、本ジョイントは多くの点で有利であることが分かっている。まず第１に、ポリマーシールリングは、このリングと接触している表面を傷つけず、よって金属製の平坦なガスケットまたはＯリングよりもジョイントを再接続したり取り外したりするのに、より適す。第２に、フランジジョイントを使用していることにより、ジョイントの軸方向の組み立てが可能となっている。例えばネジにより、２つのフランジを一体に締結できるので、組み立て中にねじり力は生じない。このことは、望ましくない金属粒子を発生し得るシール領域での摩擦の問題も解決している。
【００１２】
更に、本構造により組み立て中にポリマーシールリングの変形を開始すること（または強制すること）が可能となり、ポリマーシールリングを正面キャビティ内の所定位置に置くことが可能となる。このことは、径方向の力を加え、よって（軸方向の）組み立て力を低減するニップルの円錐形ヘッドによって主に達成される。
【００１３】
また、ニップルは、（少なくともその円錐形ヘッドが）シールリングの径方向内側表面に載るので、シールリングを流体チャンネルから隔離し、よってシールリングが流体に直接接触しないように、シールリングを保護できる。シールリングの保護構造の影響は、特に断熱チョック評価中の改善された挙動によって観察される。
【００１４】
高い品質のシール機能が必要とされる種々のタイプの機器の間の接続を行うのに、本発明に係わるシールされたフランジジョイントを有利に使用できる。このフランジジョイントには、種々のビジネス領域、例えば航空宇宙、機械エンジニアリング、固定液圧技術、化学業界、プロセスエンジニアリング、半導体／チップ製造、医療エンジニアリングに用途がある。本発明のジョイントは、必ずしも２つの異なるフランジを含む必要はなく、機器の所定の部分に１つのフランジを一体化してもよい（この場合、嵌合フランジに相当する）。
【００１５】
正面キャビティの周辺表面は、ポリマーシールリングの径方向外側表面に係合する中心バルジ部を有することが好ましい。このように周辺表面が凸状形状となっている結果、シールリングの中心での圧縮力がより高くなり（圧力がより高くなり）、よってシール機能を強化できる。更に、このバルジ部はジョイントを外す間、正面キャビティ内にポリマーシールリングを係止できる。
【００１６】
２つのフランジを組み立てる際に、第１フランジとニップルとは、円筒形正面キャビティ内のシールリングチャンバの境界を定める。圧縮された状態のシールリングは、シールリングチャンバと実質的に同じ横断面の形状を有することが好ましい。従って、圧縮されていない状態では、前記シールリングの横断面は、前記シールリングチャンバの横断面よりも１.０３〜１.１０倍、好ましくは１.０３〜１.０７倍となる。
【００１７】
第１フランジは、円筒形正面キャビティを囲む第１軸方向当接表面を備え、他方、第２フランジは、ニップルを囲む第２軸方向当接表面を備えることが好ましい。フランジを組み立てる際に、第１当接表面と第２当接表面とを互いに軸方向に押圧する。これら当接表面の接触は、相互に接近するフランジの軸方向変位を制限し、よってポリマーシールリングのクラッシュを防止する。更に、シール領域（シールリング、ニップル、シールリングチャンバ）を軸方向のチョックからも保護する。
【００１８】
一実施例では、第１フランジは更に、第１軸方向当接表面内に設けられたリング状溝を備え、リング状溝は、円筒形正面キャビティを囲むと共に、内側径方向表面および外側径方向表面により径方向の境界が定められている。リング状溝には、第２シールリングが配置され、この第２シールリングは外側径方向表面に係合し、内側径方向表面から径方向に離間し、リング状溝内の内側リング表面の外側を径方向に密封する。漏れをチェックするため、接続チャンネルは、リングチャンネルを第１フランジ内の漏れテストポートに接続している。
【００１９】
この第２シールリング、すなわちエラストマーＯリングは、当接表面の間のジョイントにおける内側リングチャンネルをシールし、このシールは、空気の侵入を防止すると共に、主要シールリングのシールの質を管理できる。更に、湿分およびその他の不純物が、主要なポリマーシールリングの近くに達することも防止できる。
【００２０】
フランジジョイントの組み立てを容易にするために、第１フランジは、第１軸方向当接表面を形成する軸方向に突出する位置決めヘッドを備えることができ、第２フランジは、第２軸方向当接表面を形成する位置決めキャビティを備えることができ、位置決めキャビティは、軸方向に突出する位置決めヘッドを受け、これを径方向に位置決めするようになっている。この構造は、２つのフランジの位置決めを助けるだけでなく、ヘッド／キャビティ構造の位置決めは、ジョイントにおける径方向の力に耐えることのできるようにしている。
【００２１】
位置決めキャビティの別の利点は、第１フランジが第２フランジに組み立てられていないときに、ニップルを保護できることである。従って、このニップルは、位置決めキャビティの深さ以下のまたは等しい高さを有する。所望する場合、キャビティ、従ってニップルを取り外し自在なカバーによってカバーしてもよい。
【００２２】
一部の実施例では、ニップルの高さは、第１当接表面と第２当接表面を互いに軸方向に押圧したときに、小さいギャップがニップルの円錐形ヘッドの端部表面を正面キャビティの研磨された表面から分離するように定めることができる。かかる場合、ポリマーシールリングは、圧縮状態においてこの小さいギャップに進入し、これを満たすようにポリマーシールリングを設計することが好ましい。このようにすることにより、粒子、凝縮物またはガス／流体が堆積することのある流体チャンネルの周辺におけるデッド容積の形成を防止できる。
【００２３】
より詳細には、主要ポリマーシールリングに関して、ガスに対する透過率が低く、負荷（即ち高圧）下でのクリーピングが小さい熱可塑性ポリマーから、このポリマーシールリングを製造することが好ましい。当然ながら、シール表面の破損を防止するよう、選択されるポリマーには硬質粒子（例えばガラス等）を充填してはならない。これら基準を満たす好ましいポリマーは、−６０℃〜１００℃のレンジ内の作動温度に対して使用できる、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）であり、主要シールリングに使用できる他の材料としてポリイミドまたはＰＦＡがある。
【００２４】
組み立て時および整合時のミスを防止するために、本フランジジョイントは当技術分野で知られているようなピン割り出しシステムを含むことができる。
【００２５】
本発明の別の特徴によれば、上記のようなシールされたフランジジョイント用シールリングは、径方向内側表面および径方向外側表面を有し、径方向外側表面は、中空中心円筒形表面を備え、径方向内側表面は、中心切頭円錐形表面を備える。
【００２６】
好ましい実施例では、径方向内側表面は更に、中心切頭円錐形表面の直径が最大となっている端部までの第１円筒形表面と、中心切頭円錐形表面の直径が最小となっている端部までの第２円筒形表面とを備えている。好ましくは、圧縮されていない状態では第１円筒形表面の領域内の前記シールリングの幅は、第２円筒形表面の領域内の前記シールリングの幅の約１.４〜２.２倍となっている。
【００２７】
シールリングは、平坦な環状の上部および下部表面を有することができる。面取りされたコーナーが平坦な環状の上部および下部表面を中空中心円筒形表面に接合できる。
【００２８】
以下、添付図面を参照し、例により本発明について説明する。
【００２９】
図には、本発明に係わるシールされたフランジジョイントの好ましい一実施例が示されている。このシールされたフランジジョイントは、後に明らかとなるように、シールされた状態で一対のフランジの組立体を必要とする。かかるフランジジョイント構造は、例えばガスシリンダのバルブポートと送り出しパイプの間の、流体内、特にガス、チャンネルの種々のシールされた接続部および流体内／ガス閉じ込め、取り扱いまたは計量小出しシステムのために使用できる。このタイプのフランジジョイントは、超純度で、極めて腐食性があり、高圧のガスを使用する用途に特に適す。
【００３０】
次に図３を参照すると、ここには第１ガスチャンネル１２と、円筒形正面キャビティ１４を有する第１フランジ１０が示されている。この第１フランジ１０は、例えば送り出しパイプ１５の端部に設けることができる。参照符号１６は、一般に第２フランジを示し、２つのフランジ１０と１６は、後に更に説明するように、互いに取り外し自在に固定されている。かかる第２のフランジ構造は、例えばガスシリンダバルブの計量小出しポートに設けることができる。理解できるように、この第２フランジ１６は、バルブポートに組み込まれており、別個のフランジとして作成されていないので、嵌合フランジとして見ることもできる。
【００３１】
第１フランジ１０の前方キャビティ１４は、軸方向の境界が研磨された表面１８によって定められており、径方向の境界が周辺表面２０によって定められている。第１ガスチャンネル１２は、第１フランジ１０を軸方向に貫通し、正面キャビティ１４の研磨された表面１８内に開口している。
【００３２】
第２フランジ１６は、第１ガスチャンネル１２の軸方向に連続する第２フランジ１６を貫通する第２ガスチャンネル２２を有する。第２フランジ１６は、円錐形ヘッド２６を有する軸方向に突出する円筒形正面ニップル２４を更に備える。第２ガスチャンネル２２は、この円錐形ヘッド２６の先端にて、端部表面２８内に軸方向に開口している（図５）。
【００３３】
円筒形正面キャビティ１４には、径方向外側表面３２および径方向内側表面３４を有するポリマーシール３０が嵌合されており、よって径方向外側表面３２が正面キャビティ１４の周辺表面２０に係合していることに留意すべきである。更に、第２フランジ１６の円錐形ヘッド２６は、ポリマーシールリング３０の径方向内側表面３４に係合し、シールリング３０を径方向外側表面３２と共に正面キャビティ１４の周辺表面２０に径方向に押圧している。
【００３４】
図から理解できるように、フランジ１０と１６との組み立ては、これらフランジを１つになるように軸方向（軸３３）に押圧することによって行われる。これらフランジは、これらフランジを互いに接触状態に維持するネジ３５により一体となるように締結することが好ましい。本実施例では、第１フランジ（図１）の露出面から４つのネジ３５が挿入されており、これらネジのネジ切りされた部分は、第２フランジ１６内の対応するネジ切りされたボアに係合している（図４参照）。
【００３５】
フランジ１０と１６とを組み立てる際に、正面キャビティ１４内にニップル２４を位置決めする。円錐形ヘッド２６を有するニップル２４は、軸方向の圧力をシールリング３０の径方向圧縮力に変換する。こうして、ニップル２４と正面キャビティ１４の周辺表面２０との間にシールリング３０が径方向に圧縮され、閉じ込められ、これによって高作動流体またはガス圧力に適合した高品位のシールが提供される。
【００３６】
図５および６から良好に分かるように、正面キャビティ１４の周辺表面２０は、ポリマーシールシング３０の径方向外側表面３２に係合する中心バルジ部３６を有することが好ましい。周辺表面２０のこのような凸状形状の結果、シールリング３０の中心での圧縮力（圧力）がより高くなり、よってジョイントのシール性を高めることができる。バルジ部３６は、フランジ１０と１６とが互いに分離しているときに、シールリング３０を正面キャビティ１４内に保持することもできる。
【００３７】
本実施例では、第１フランジ１０は円筒形正面キャビティ１４を囲む第１軸方向当接表面３８を備え、第２フランジ１６はニップル２４を囲む第２軸方向当接表面４０を備えることが好ましい。これら当接表面３８と４０は、フランジ１０と１６が組み立てられるときに当接し、フランジを締結する結果生じる軸方向の圧力に耐えるようになっている。実際にこれら当接表面３８および４０は、組み立て中のシールリング３０の過剰な圧縮を防止し、より一般的にはシール機能を軸方向のチョックから保護している。シール機能およびジョイントの更なる保護として、ネジ３５はジョイントに加えられるねじり力に耐え、これを防止する。
【００３８】
種々の図から観察できるように第１フランジ１０およびニップル２４は、円筒形正面キャビティ１４内のシールリングのチャンバ４２（図６にしか示されていない）の境界を定めている。ポリマーシールリング３０の圧縮状態も意味する組み立てられた状態（すなわち当接表面が互いに接触する状態）では、ポリマーシールリングは、好ましくはこのシールリング３０によって完全に満たされているシールリングチャンバ４２（図６）と（図６に示されるように）実質的に同じ横断面を有する。
【００３９】
これに関連し、第１当接表面と第２当接表面とが互いに軸方向に押圧されているとき、ニップルの円錐形ヘッド２４の端部表面２８と正面キャビティ１４の研磨された表面１８との間には、小さいギャップｇが残っていることも更に理解できよう。本実施例では、シールリング３０は、この小さいギャップｇ内に径方向に進入し、このギャップを満たす。シールリングチャンバ４２およびニップル先端２８と研磨された表面１８との間の小さいギャップｇさえも、シールリング３０によって満たされているので、ガス／流体、凝縮物または粒子が累積し得るようなデッド容積部はこの領域には生じない。
【００４０】
図６では、チャンバ４２およびギャップｇを完全に満たすようなポリマーシールリング３０のこのような特殊な構造を良好に観察できる。これと対照的に、組立体が完全でない（当接表面が接触していない）図５では、シールリング３０はニップル先端２８と研磨された表面１８とを分離するギャップｇを満たしていないことを観察できる。
【００４１】
本実施例は、２つのフランジ１０と１６との間の境界部において、ガス／流体チャンネル１２および２２を囲む特殊な有効なシール機能を提供している。図６から明らかに分かるように、ニップル２４と正面キャビティ１４の壁（１８、２０）との間のシールリングチャンバ内には、シールリング３０が閉じ込められている。当接表面３８と４０との間の密な接触は、シールリングチャンバ４２を閉じ、よってこの接合部における（またはこの接合部を通した）シールリングのクリーピングを防止している。シールリングチャンバ４２内の開口部だけが、極めて狭いギャップｇとなっているので、シールリング３０の極めて小さい部分だけがチャンネル内のガス圧力に直接露出する。この構造に起因し、特にシールリングチャンバ４２が当接表面３８および４０によって閉じられる場合、ガスチャンネル１２および２２内を流入した高圧ガスによってシールリング３０が動かされることはない。
【００４２】
しかしながら、上記構造に関連し、組み立て状態において、シールリング３０がガスチャンネル１２、２２内で突出することなく、チャンバ４２を満たすだけでなくギャップｇも満たすように、シールリング３０を設計することが好ましいことが理解できよう。図６から分かるように、ギャップｇ内のシールリング３０は、第１フランジ１０内のチャンネル１２の表面と面一となる。
【００４３】
要約すれば、円錐形ヘッド２６を有するニップル２４を特徴とする、提案された構造によれば、フランジ１０と１６とを組み立てたときに、シールリング３０の径方向の圧縮を引き起こす。これによって、シールリング３０の牽引力が主に径方向であるため、軸方向の集合作用力が減少し、シールリングをシールリングチャンバ４２に押し込むことになるような径方向のシールリングの変形を開始できる。（図６に示されるような）最終的な組み立て構造では、シールリング３０はシールリングチャンバ４２内に閉じ込められ、基本的には（ギャップｇを除く）全周にわたってシールリングチャンバ内に圧縮される。
【００４４】
本実施例では、第１フランジ１０は第１軸方向当接表面３８内にリング状の溝４４を備える。このリング状軸方向溝４４は、円筒形正面キャビティ１４を囲み内側径方向表面４６および外側径方向表面４８によって径方向の境界が定められている。リング状溝内には、エラストマー材料から製造することが好ましい第２シールリング５０が配置されている。この第２シールリング５０は外側径方向表面４８に係合し、内側径方向表面４６から径方向に離間し、前記リング状溝４４内の内側リングチャンネル５２の外側に向けて密封する。接続チャンネル５４によりリングチャンネル５２は第１フランジ１０内の漏れテストポート５６に接続している。この漏れテストポートはプラグ５８によって閉じることができる。
【００４５】
第２シールリング５０は、当接表面の間のジョイントで内側リングチャンネル５２をシールし、これによって空気の進入を防止すると共に、接続チャンネル５４およびポート５６を介して主要シールリング３０のシールの質を管理できるようになっている。更にこのことは、湿分（および不純物）が主要シールリング３０の近くに達することも防止している。
【００４６】
大気圧および湿分に対するシールも保証するように、プラグ５８はポート５６内の対応するネジ部に螺合されるネジ（例えばＭ４ネジ）であることが好ましい。参照符号５９は、ネジ５８のヘッドの下方に配置されたシールリング、例えばＰＴＦＥシールリングを示す。
【００４７】
２つのフランジ１０と１６との組み立ては、本実施例の設計により容易とされる。図３では、第１フランジ１０は、第１軸方向の当接表面３８を形成する軸方向に突出する位置決めヘッドを含むことが認識できよう。第２フランジ１６は、次に第２軸方向当接表面４０を形成する位置決めキャビティを備え、よってこの位置決めキャビティは軸方向に突出する位置決めヘッドを受け、これを径方向に位置決めするようになっている。このような構造によって、主要シール機能の異なる要素を正しく位置決めすることが保証される。更に、ヘッドおよびキャビティの軸方向に延びる嵌合表面５７および５７’は、それぞれ径方向のチョックに耐え、よってシール機能を保護している。
【００４８】
ニップル２４は位置決めキャビティの深さ以下の高さを有することが好ましい。よってニップルは、第１フランジ１０が第２フランジに接続されていないときに、周辺キャビティによって保護される。更に、キャビティの内部をカバー（図示せず）によって保護できる。
【００４９】
当技術分野では、従来行われているように、本ジョイントはピン割り出しシステムを含むことができる。このことは、図２に示されており、図２では参照符号６０は第１割り出しピンを示し、参照符号６０’は第２割り出しピンを示すが、コード化機能を奏するには１つのピンだけで十分である。第１フランジ１０にはピン６０が固定され（ねじ込まれ）、このピンは第２フランジ１６内の対応する孔６１内に係合している。（軸方向に延びる）割り出しピンは、コード化目的のために働くだけでなく、ジョイントでの回転力にも耐える。
【００５０】
本実施例では、ポリマーシールリング３０は、非圧縮状態では、シールリングチャンバ４２の形状に適合した特定の形状となっている。一般に、使用前（圧縮前）のシールリング３０の（図５および６に示されるような）横断面は、圧縮状態における横断面よりも３〜１０％大きくなり得る。
【００５１】
図５から分かるように、径方向外側表面３２は、中心の中空円筒形表面６２を含む。この径方向内側表面３４は、中心の切頭円錐形表面６４と、この中心切頭円錐形表面６４の直径が最大となっている端部までの第１円筒形表面６６と、中心切頭円錐形表面の直径部が最小となっている端部までの第２円筒形表面６８とを備える。非圧縮状態では、第１円筒形表面６６の領域内のシールリング３０の幅は、第２円筒形表面６８の領域内のシールリング３０の幅の約１.４〜２.２倍となっている。第１円筒形表面６６の設計にあたって、より重要なことは、圧縮状態ではこの第１円筒形表面が既に前で述べたように、好ましくはガスチャンネル内に突出すべきでないことである。
【００５２】
更に、軸方向３３から見ると、シールリング３０は、平坦な環状の上部表面７０および平坦な環状の下部表面７２を有する。面取りされたコーナー７４、７４’は、環状の上部表面７０および下部表面７２を中心の中空円筒形表面６４に接合している。
【００５３】
シールリング３０の表面およびシールリングチャンバ４２のこれらすべての構造上の特徴は、形状の一致の改善に寄与しており、この形状の一致は、ポリマーシールリング３０により、チャンバ４２を完全に密に充填することを可能にしており、ポリマーシールリング３０は、圧縮（容積の低減）に起因するチャンバ４２の壁（ギャップｇを除く）により、周辺において一定圧力に維持されている。
【００５４】
要約すれば、本シールされたフランジジョイントでは、シールリング３０は実際には、シールリングチャンバ４２への閉じ込めにより（ギャップｇを除く）、基本的にはその全周にわたって圧縮される。フランジ１０、１６の組み立て中、シールリング３０は、まず径方向に押され、ニップル２４の円錐形ヘッド２６により圧縮される。組み立て時にシールリングはシールリングチャンバ４２（その横断面は圧縮されていないシールリング３０の横断面よりも小さい）内に囲まれ、よってシールリングチャンバの壁はシールリングのほぼ全周に圧力を加える。この結果、シールリングには周辺圧力が加わり、高品位のシールを提供できる。更に、ニップル２４とバルジ部３６との間のシールリング３０の径方向の圧縮が大きくなることによっても、シールの質が高められる。ニップル円錐形ヘッド２６を通る径方向圧縮力が発生することは、軸方向の必要な組み立て力を小さくできる。
【００５５】
換言すれば、本設計は、組み立て力を低減すると共に、シールリング３０を所定位置に移動し、シールリングをシールリングチャンバ４２内に閉じ込め、シールリングチャンバ４２に一致させるようにシールリングを押圧する形状を提供でき、このシールリングチャンバ内では、シールリング３０はギャップｇ（その形状については既に説明したとおりである）を除き、周辺部が圧縮される。従って、シールリング３０のほぼ全周の表面がシールに関与する。このような構造は、例えば２つの対向する周辺部分で（一般に組み立て軸方向に）Ｏリングが圧縮される従来のシール構造とは全く異なっている。
【００５６】
本実施例では、特に高い圧力ではポリマー材料は、ガスに対する透過率が低く、クリーピングが小さくなっていなければならないことにも、依然として注目すべきである。かかる材料は、一般にエラストマーではなく、弾性度が小さい、より剛性なポリマーであるので、シールリングは組み立て中、一般に塑性変形を受ける。
【００５７】
ポリマーシールリング３０に適したかかる材料は、例えばポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）である。この材料はガスに対する透過率が小さく、負荷を受けたときのクリーピングが小さい。この材料は、６０℃〜１００℃の間のバルブの作動も可能にする。
【００５８】
しかしながら、例えばより低い圧力で、特に液体を用いるような、あまり厳密でないシール条件の用途では、１つのエラストマーリングを使用してもよい。
【００５９】
二次的シール機能に関して、Ｏリング５０をエラストマーポリマー、例えばＮＢＲ（ニトリルブタジエンゴム）またはＶｉｔｏｎ（登録商標）（デュポン社のフルオロエラストマー）から製造できる。
【００６０】
既に述べたように、種々のガス／流体装置の間の取り外し自在なシールされた接続部を提供するのに、本ジョイント構造を適用できる。特色のある用途は、これまでガスライン等への接続のための特殊なカップリングを有するバルブを含んでいた高純度ガスシリンダの分野にある。バルブ本体のバルクに組み込まれたかかるバルクのカップリングは、極めて脆弱であり、機械的ショックによって破損されることが多い。これによってガスシリンダではバルブ全体を交換しなければならないので、このことは高純度用途に起因し、ガスシリンダのメンテナンスおよびクリーニング作業がかなり負担となることを意味する。
【００６１】
本フランジジョイントはカップリングが破損した場合のメンテナンスおよびクリーニングのかかる問題を解消するシーリングの解決案を提供するものである。例えばガスシリンダーバルブのバルブ開口部は、第２フランジ１６として設計でき、次にスリーブ部材の一端に第１フランジ１０の構造を設け、他方、他端は特定のカップリング構造となるように設計できる。このスリーブ部材は、その第１フランジ端部が第２フランジ構造を有するバルブ構造に位置するように取り付けられ、よってガスシリンダバルブには所望する特定のカップリングを設ける。この特定のカップリングが破損した場合、スリーブ部材を新しいスリーブ部材に置き換えるだけでよい。この置き換えは、本ジョイント構造により容易かつ効果的に行うことができる。もはやガスシリンダバルブ全体を置き換えなくてもよいので、面倒なメンテナンスおよびクリーニング作業は不要となる。
【００６２】
本フランジ構造の頑丈さにより、シールの質と妥協することなく、少なくとも５０回再接続したり、外したりすることが可能となると理解できよう（当然ながら、このシールリングは再接続前に置き換えてもよい）。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】第１フランジの外側から見た、本発明に係わるフランジジョイントの好ましい実施例の正面図である。
【図２】図３におけるＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図３】図１におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図５】圧縮前の状態のポリマーシールリングを示す、図４におけるＤ領域の詳細図である。
【図６】圧縮後の状態のポリマーシールリングを示す、図４におけるＤ領域の詳細図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０    第１フランジ
１２    第１流体チャンネル
１４    円筒形正面キャビティ
１５    送り出しパイプ
１６    第２フランジ
１８    研磨された表面
２０    周辺表面
２２    第２流体チャンネル
２４    円筒形正面ニップル
２６    円錐形ヘッド
２８    端部表面
３０    ポリマーシールリング
３２    径方向外側表面
３４    径方向内側表面
３５    ネジ
３８    第１軸方向当接表面
４０    第２軸方向当接表面
４２    シーリングチャンバ
４４    リング溝
【図１】
2009526183.tif 000003
【図２】
2009526183.tif 000004
【図３】
2009526183.tif 000005
【図４】
2009526183.tif 000006
【図５】
2009526183.tif 000007
【図６】
2009526183.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成20年3月4日(2008.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体チャンネル（１２）および円筒形正面キャビティ（１４）を有する第１フランジ（１０）を備え、前記正面キャビティ（１４）は、研磨された表面（１８）により軸方向の境界が定められており、周辺表面（２０）により径方向の境界が定められており、前記第１流体チャンネル（１２）は前記第１フランジ（１０）を軸方向に貫通し、前記正面キャビティ（１４）の前記研磨された表面（１８）内に開口しており、
径方向外側表面（３２）および径方向内側表面（３４）を有し、前記径方向外側表面（３２）が前記正面キャビティ（１４）の前記周辺表面（２０）に係合するように、前記円筒形正面キャビティに嵌合されたポリマーシールリング（３０）と、
前記第１流体チャンネル（１２）に軸方向に連続するように前記第２フランジ（１６）を貫通する第２流体チャンネル（２２）および円錐形ヘッド（２６）の付いた軸方向に突出する円筒形正面ニップル（２４）を有する第２フランジ（１６）を備え、前記第２流体チャンネル（２２）は、前記円錐形ヘッド（２６）の端部表面（２８）内に軸方向に開口し、前記第１フランジ（１０）と前記第２フランジ（１６）とは互いに取り外し自在に固定されており、
前記円錐形ヘッド（２６）は、前記ポリマーシールリング（３０）の前記径方向内側表面（３４）に係合し、前記シールリングの径方向外側表面（３２）が前記正面キャビティ（１４）の前記周辺表面（２０）に接触するように、前記シールリングを径方向に押圧するようになっており、
前記第１フランジ（１０）および前記ニップル（２４）は、前記円筒形正面キャビティ（２４）内にシールリングチャンバ（４２）を構成し、圧縮された状態の前記シールリング（３０）は、前記シールリングチャンバ（４２）と実質的に同じ横断面形状を有し、
前記第１フランジ（１０）は、前記円筒形正面キャビティ（１４）を囲む第１軸方向当接表面（３８）を備え、前記第２フランジ（１６）は、前記ニップル（２４）を囲む第２軸方向当接表面（４０）を備え、前記第１当接表面（３８）と前記第２当接表面（４０）とは、互いに軸方向に押圧されている、流体チャンネルのためのシールされたフランジジョイント。
【請求項２】
前記正面キャビティ（１４）の前記周辺表面（２０）は、前記ポリマーシールリング（３０）の前記径方向外側表面（３２）に係合する中心バルブ部（３６）を有する、請求項１に記載のシールされたフランジジョイント。
【請求項３】
圧縮されていない状態では、前記シールリング（３０）の横断面は、前記シールリングチャンバ（４２）の横断面よりも１.０３〜１.１０倍、好ましくは１.０３〜１.０７倍となっている、請求項１に記載のシールされたフランジジョイント。
【請求項４】
前記第１当接表面（３８）と、前記第２当接表面（４０）とが互いに軸方向に押圧されているとき、小さいギャップ（ｇ）が前記ニップル（２４）の前記円錐形ヘッド（２６）の前記端部表面（２８）を前記正面キャビティ（１４）の前記研磨された表面（１８）から分離する、請求項１に記載のシールされたフランジジョイント。
【請求項５】
圧縮された状態のときに、前記シールリング（３０）は、前記小さいギャップ（ｇ）に径方向に進入し、このギャップを満たすようになっている、請求項４に記載のシールされたフランジジョイント。
【請求項６】
前記第１フランジ（１０）は更に、
前記第１軸方向当接表面（３８）内に設けられたリング状溝（４４）を備え、前記リング状溝（４４）は、前記円筒形正面キャビティ（１４）を囲むと共に、内側径方向表面（４６）および外側径方向表面（４８）により径方向の境界が定められており、
前記リング状溝（４４）内に設けられた第２シールリング（５０）を更に備え、この第２シールリング（５０）は、前記外側径方向表面（４８）に係合すると共に、前記内側径方向表面（４６）から径方向に離間し、前記リング状溝（４４）内の内側リングチャンネル（５２）を外側まで径方向にシールするようになっており、
前記内側リングチャンネル（５２）を前記第１フランジ（１０）内の漏れテストポート（５６）に接続する接続チャンネル（５４）を更に備える、請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載のシールされたフランジジョイント。
【請求項７】
前記第１フランジ（１０）は、前記第１軸方向当接表面（３８）を形成する軸方向に突出する位置決めヘッドを備え、
前記第２フランジ（１６）は、前記第２軸方向突出する（４０）を形成する位置決めキャビティを備え、前記位置決めキャビティは、前記軸方向に突出する位置決めヘッドを受け、これを径方向に位置決めするようになっている、請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載のシールされたフランジジョイント。
【請求項８】
前記ニップル（２４）は、前記位置決めキャビティの深さ以下の高さを有する、請求項７に記載のシールされたフランジジョイント。
【請求項９】
前記第１フランジ（１０）と前記第２フランジ（１６）とは、ネジ（３５）により一体に軸方向に押圧されている、請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載のシールされたフランジジョイント。
【請求項１０】
ピン割り出しシステム（６０、６０’）を更に備える、請求項１〜９のうちのいずれか１項に記載のシールされたフランジジョイント。
【請求項１１】
前記流体チャンネルは、高圧および／または高純度ガスチャンネルとなっている、請求項１〜１０のうちのいずれか１項に記載のシールされたフランジジョイント。
【請求項１２】
径方向内側表面（３４）および径方向外側表面（３２）を有し、
前記径方向外側表面（３２）は、中空中心円筒形表面（６４）を備え、
前記径方向内側表面（３４）は、中心切頭円錐形表面（６４）を備える、請求項１〜１１のうちのいずれか１項に記載のシールされたフランジジョイントのためのシールリング。
【請求項１３】
前記径方向内側表面（３４）は更に、
前記中心切頭円錐形表面（６４）の直径が最大となっている端部までの第１円筒形表面（６６）と、
前記中心切頭円錐形表面（６４）の直径が最小となっている端部までの第２円筒形表面（６４）とを備え、
圧縮されていない状態では前記第１円筒形表面（６６）の領域内の前記シールリングの幅は、前記第２円筒形表面（６８）の領域内の前記シールリングの幅の約１.４〜２.２倍となっている、請求項１２に記載のシールリング。
【請求項１４】
平坦な環状上部表面（７０）および平坦な環状下部表面（７２）を含む、請求項１２または１３に記載のシールリング。
【請求項１５】
前記平坦な環状上部表面（７０）および前記平坦な環状下部表面（７２）を前記中空中心円筒形表面（６４）に接合する、面取りされたコーナー（７４、７４’）を含む、請求項１４記載のシールリング。
【国際調査報告】
2009526183.tif 000009
2009526183.tif 000010
2009526183.tif 000011
2009526183.tif 000012