(57)【要約】【課題】低い面圧で優れた密封性能を発揮することのできるフランジ及びシール構造、並びに、前記シール構造を有する金属キャスクの提供を目的とする。【解決手段】フランジ１は、７８．５Ｎ／ｍｍ２以上のシール面圧で１×１０−１０Ｐａ・ｍ３／ｓ以下の漏洩レベルを確保し、かつ、３９．２Ｎ／ｍｍ２以上のシール面圧で１×１０−５ Ｐａ・ｍ３／ｓ以下の漏洩レベルを確保する、ガスケット座面１１をセレーション仕上げしたフランジであって、ガスケット座面１１におけるセレーションのピッチｐを０．５３ｍｍ以下０．０１ｍｍ以上とし、セレーションの山高さＨを４４μｍ以下１μｍ以上とし、セレーションの山角度θを１６１°以下６０°以上とした構成としてある。【選択図】  図１
2015014361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
７８．５Ｎ／ｍｍ２以上のシール面圧で１×１０−１０
Ｐａ・ｍ３／ｓ以下の漏洩レベルを確保し、かつ、３９．２Ｎ／ｍｍ２以上のシール面圧で１×１０−５ Ｐａ・ｍ３／ｓ以下の漏洩レベルを確保する、ガスケット座面をセレーション仕上げしたフランジであって、
前記ガスケット座面におけるセレーションのピッチｐを０．５３ｍｍ以下０．０１ｍｍ以上としたことを特徴とするフランジ。
【請求項２】
前記ピッチｐを０．２４ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１に記載のフランジ。
【請求項３】
７８．５Ｎ／ｍｍ２以上のシール面圧で１×１０−１０
Ｐａ・ｍ３／ｓ以下の漏洩レベルを確保し、かつ、３９．２Ｎ／ｍｍ２以上のシール面圧で１×１０−５ Ｐａ・ｍ３／ｓ以下の漏洩レベルを確保する、ガスケット座面をセレーション仕上げしたフランジであって、
前記ガスケット座面におけるセレーションの山高さＨを４２μｍ以下１μｍ以上としたことを特徴とするフランジ。
【請求項４】
前記山高さを１０μｍ以下としたことを特徴とする請求項３に記載のフランジ。
【請求項５】
７８．５Ｎ／ｍｍ２以上のシール面圧で１×１０−１０
Ｐａ・ｍ３／ｓ以下の漏洩レベルを確保し、かつ、３９．２Ｎ／ｍｍ２以上のシール面圧で１×１０−５ Ｐａ・ｍ３／ｓ以下の漏洩レベルを確保する、ガスケット座面をセレーション仕上げしたフランジであって、
前記ガスケット座面におけるセレーションの山角度θを１６１°以下６０°以上としたことを特徴とするフランジ。
【請求項６】
前記山角度θを１５０°以下としたことを特徴とする請求項５に記載のフランジ。
【請求項７】
７８．５Ｎ／ｍｍ２以上のシール面圧で１×１０−１０
Ｐａ・ｍ３／ｓ以下の漏洩レベルを確保し、かつ、３９．２Ｎ／ｍｍ２以上のシール面圧で１×１０−５ Ｐａ・ｍ３／ｓ以下の漏洩レベルを確保する、ガスケット座面をセレーション仕上げしたフランジであって、
前記ガスケット座面におけるセレーションのピッチｐを０．５３ｍｍ以下０．０１ｍｍ以上とし、
前記ガスケット座面におけるセレーションの山高さＨを４２μｍ以下１μｍ以上とし、
前記ガスケット座面におけるセレーションの山角度θを１６１°以下６０°以上としたことを特徴とするフランジ。
【請求項８】
前記ピッチｐ、前記山高さＨ、及び、前記山角度θが、下記の式（１）を満足することを特徴とする請求項７に記載のフランジ。
−９９．７≧１４５．４ｐ−１．７０Ｈ−０．８４４θ  式（１）
【請求項９】
前記セレーション仕上げが、同心円状のセレーション仕上げであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のフランジ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のフランジと、このフランジのガスケット座面に接触して用いられるガスケットとを有するシール構造であって、
前記ガスケットが、少なくとも前記フランジのガスケット座面と接触する部分を軟質金属で構成したことを特徴とするシール構造。
【請求項１１】
前記ガスケットが、前記軟質金属を前記ガスケット座面に付勢する弾性部材を有することを特徴とする請求項１０に記載のシール構造。
【請求項１２】
使用済燃料を収納する金属キャスクにおいて、請求項１０〜１１のいずれか一項に記載のシール構造を、キャスク本体と蓋体の間に設けたことを特徴とする金属キャスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フランジ、シール構造及び金属キャスクに関し、特に、優れた密封性能を発揮することのできるフランジ及びシール構造、並びに、前記シール構造を有し、使用済燃料を輸送及び貯蔵するための金属製乾式容器である金属キャスクなどに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フランジのガスケット座面の仕上げに関して、ＪＩＳ  Ｂ  ２２２０−２００４やＡＳＭＥ  Ｂ１６  ５−２００３などに記載されており、通常、セレーション仕上げと呼ばれる先丸工具での旋削仕上げが行われている。また、ガスケットに関して、ＪＩＳ  Ｂ  ２２２０―２００４などに記載されており、使用条件などに応じて、様々なシール構造が開発されてきた。
【０００３】
また、原子力発電所の炉心で一定期間使用された核燃料は、再処理するために炉心から取り出され、冷却のため使用済燃料プールに一時保管される。この所定の冷却期間が終了した使用済燃料は、使用済燃料用の金属キャスクに収納されて、貯蔵、輸送又は一時保管される。
この金属キャスクは、使用済み燃料を密封するためにシール構造を有しており、このシール構造は、優れた密封性能などが要求されている。
【０００４】
上述したＪＩＳ  Ｂ  ２２２０―２００４が適用されるガスケットでは、座面の仕上げの粗さと旋削条件は、図１２の表７、８に示すように、推奨されている。
また、このようなフランジで使用されるガスケットの要求される漏洩レベルは、ＪＩＳ  Ｂ  ２４９０―２００８では、１．６９×１０−４
Ｐａ・ｍ３／ｓとなっている。
さらに、金属平形ガスケットでは、ガスケットメーカ(ニチアス)の技術手帳には、「この時の締付面圧の最小は軟質アルミニウムで７８．５Ｎ／ｍｍ２」と規定されている。
【０００５】
また、本発明に関連する技術として、次のような技術が提案されている。
たとえば、特許文献１には、真空用フランジにおけるシール材の当たる面を加工し、渦状の切削キズを付ける方法において、シール材の当たる面の大きさに合わせて形成した刃物によって真空フランジを加工してなることを特徴とする真空用フランジの加工方法が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、配管接続部に備えられる管用フランジのフランジ面の内周端と、フランジ面の外周端から間隔を隔てた位置との間に、螺旋状に連続した溝を形成することを特徴とする管用フランジのセレーション形成方法が開示されている。
【０００７】
また、特許文献３には、放射性物質を収容する放射性物質用金属キャスクにおいて、前記放射性物質を収容する容器を構成する胴本体と、該胴本体の外側に間隔をとって設けられた外筒と、前記胴本体から径方向外方に延びて、前記外筒に伝熱させる伝熱フィンとを備え、前記伝熱フィンは、２種類の金属板を互いに合わせて接合したクラッド材から構成され、且つ、該クラッド材の一方の金属は前記胴本体及び外筒と同種の金属材料で、且つ他方は前記同種の金属材料より熱伝導度の良好な良伝熱金属材料で構成されており、前記胴本体と、前記クラッド材の前記同種の金属材料と、が直接溶接されることを特徴とする放射性物質用金属キャスクの技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５７―４１１０１号公報
【特許文献２】特開平１０−１９３２０１号公報
【特許文献３】特開２００７−２０５９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、近年、フランジで使用されるガスケットの要求される漏洩レベルは上がり、例えば、上述した使用済燃料を輸送及び貯蔵するための金属製乾式容器である金属キャスクで使用される金属ガスケットは、密封性能を長期間維持するため高度なシール性を要求されている。
すなわち、日本原子力学会標準ＡＥＳＪ−ＳＣ−Ｆ００２では、この金属キャスクで使用される金属ガスケットの漏洩レベルが、厳しく規定されており、計算上は１×１０−６
Ｐａ・ｍ３／ｓの漏洩レベルを確保していることになっており、実際は１×１０−９〜１×１０−１０
Ｐａ・ｍ３／ｓの漏洩レベルを確保することが要求されている。
【００１０】
ここで、一般のフランジで通常のボルト締付けで負荷される面圧では、ＪＩＳ  Ｂ  ２４９０−２００８に記載されているように、１．６９×１０−４
Ｐａ・ｍ３／ｓレベルの漏洩となってしまう可能性があり、金属キャスク用の金属ガスケットで１×１０−９〜１×１０−１０
Ｐａ・ｍ３／ｓの漏洩レベルを確保するためには、ガスケットメーカ推奨の最小締付面圧７８．５Ｎ／ｍｍ２よりも、さらに大きな面圧を負荷させる必要が生じる。
このためには、フランジのボルト締付けの締付トルクを増加させる、ボルト本数を増加させる、ボルトの径を太くする、フランジ自体が強い締付けで変形しないように厚くする設計変更が生じるなどの手間と時間そしてコストが増大するという問題が生じる。
【００１１】
また、高温高圧の配管フランジで使用するうず巻形ガスケットは、酸素が存在する大気などの雰囲気では、約４５０℃以下で使用されている。なお、うず巻形ガスケットでは、ガスケットメーカ(ニチアス)の技術手帳には、「この時の締付面圧の最小は膨張黒鉛フィラーで３９．２Ｎ／ｍｍ２」と規定されている。
しかしながら、近年、火力発電の高効率化によって、さらに高温の配管で、うず巻形ガスケットと同様の締付面圧でＪＩＳ  Ｂ  ２４９０−２００８に記載されている漏洩レベル１．６９×１０−４
Ｐａ・ｍ３／ｓ以下を確保できるフランジ及びシール構造が要求されている。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑み提案されたものであり、優れた密封性能を発揮することのできるフランジ及びシール構造、並びに、前記シール構造を有する金属キャスクの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明のフランジは、７８．５Ｎ／ｍｍ２以上のシール面圧で１×１０−１０
Ｐａ・ｍ３／ｓ以下の漏洩レベルを確保し、かつ、３９．２Ｎ／ｍｍ２以上のシール面圧で１×１０−５ Ｐａ・ｍ３／ｓ以下の漏洩レベルを確保する、ガスケット座面をセレーション仕上げしたフランジであって、前記ガスケット座面におけるセレーションのピッチｐを０．５３ｍｍ以下０．０１ｍｍ以上とし、あるいは、前記ガスケット座面におけるセレーションの山高さＨを４２μｍ以下１μｍ以上とし、あるいは、前記ガスケット座面におけるセレーションの山角度θを１６１°以下６０°以上とした構成としてある。
【００１４】
また、本発明のフランジは、７８．５Ｎ／ｍｍ２以上のシール面圧で１×１０−１０
Ｐａ・ｍ３／ｓ以下の漏洩レベルを確保し、かつ、３９．２Ｎ／ｍｍ２以上のシール面圧で１×１０−５ Ｐａ・ｍ３／ｓ以下の漏洩レベルを確保する、ガスケット座面をセレーション仕上げしたフランジであって、前記ガスケット座面におけるセレーションのピッチｐを０．５３ｍｍ以下０．０１ｍｍ以上とし、前記ガスケット座面におけるセレーションの山高さＨを４２μｍ以下１μｍ以上とし、前記ガスケット座面におけるセレーションの山角度θを１６１°以下６０°以上とした構成としてある。
【００１５】
また、本発明のシール構造は、上記のフランジと、このフランジのガスケット座面に接触して用いられるガスケットとを有するシール構造であって、前記ガスケットが、少なくとも前記フランジのガスケット座面と接触する部分を軟質金属で構成してある。
【００１６】
また、本発明の金属キャスクは、使用済燃料を収納する金属キャスクにおいて、上記のシール構造を、キャスク本体と蓋体の間に設けた構成としてある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のフランジ及びシール構造によれば、優れた密封性能を発揮することができる。たとえば、フランジのガスケット座面のセレーション仕上げのピッチ、山角度、山高さなどを適切に設定することにより、いままでと同様の面圧で、すなわち、同様のボルト締付けトルク、同じボルト本数、同じボルト径、同じフランジ構造（ガスケット座面のセレーション仕上げを除く、同じフランジ構造）で、高度な漏洩レベルを維持することができる。
また、本発明の金属キャスクは、上記のシール構造を有することにより、安全性及び信頼性などを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の第一実施形態にかかるフランジの要部の概略拡大斜視図を示している。
【図２】図２は、本発明の第一実施形態にかかるフランジとともに用いられる金属ガスケットの要部の概略拡大断面図を示している。
【図３】図３は、本発明の第一実施形態にかかるフランジの漏洩状態を説明する概略図であり、（ａ）は同心円状のセレーション仕上げにおける説明図を示しており、（ｂ）は渦巻き状のセレーション仕上げにおける説明図を示している。
【図４】図４は、本発明の第一実施形態にかかるフランジのガスケット座面におけるセレーションのピッチｐ、セレーションの山角度θ、及び、セレーションの溝深さＲｚなどを説明するための概略拡大断面図を示している。
【図５】図５は、本発明の第一実施形態にかかるフランジに関連する実験装置の概略断面図を示している。
【図６】図６は、本発明の第一実施形態にかかるフランジに関連する、面圧と漏洩レベルのグラフを示している。
【図７】図７は、本発明の第一実施形態にかかるフランジに関連する、実験結果の表を示している。
【図８】図８は、本発明の第一実施形態にかかるフランジの表面粗さに関連する、実験結果のグラフを示している。
【図９】図９は、本発明の第一実施形態にかかるフランジに関連する、実験結果のグラフを示している。
【図１０】図１０は、本発明の第一実施形態にかかるフランジに関連する、測定値と推定値の表を示している。
【図１１】図１１は、隙間高さ(ε)を説明するための概略図を示している。
【図１２】図１２は、ＪＩＳ  Ｂ  ２２２０―２００４の表であり、（ａ）は表７を示しており、（ｂ）は表８を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［フランジの第一実施形態］
図１は、本発明の第一実施形態にかかるフランジの要部の概略拡大斜視図を示している。
図１において、本実施形態のフランジ１は、７８．５Ｎ／ｍｍ２以上のシール面圧で１×１０−１０
Ｐａ・ｍ３／ｓ以下の漏洩レベルを確保し、かつ、３９．２Ｎ／ｍｍ２以上のシール面圧で１×１０−５ Ｐａ・ｍ３／ｓ以下の漏洩レベルを確保する、ガスケット座面１１をセレーション仕上げしたフランジである。また、フランジ１は、ガスケット座面１１におけるセレーションのピッチｐを０．５３ｍｍ以下０．０１ｍｍ以上とし、前記セレーションの山高さＨを４２μｍ以下１μｍ以上とし、前記セレーションの山角度θを１６１°以下６０°以上としてある。
なお、セレーションとは、後述するように、ガスケット座面１１に渦巻き状（スパイラル）又は同心円状（コンセントリック）の細い溝１２を施した仕上げ面のことをいう。
また、フランジ１は、通常、鋼製又はステンレス製などであり、フランジの種類、大きさ、ガスケット座の種類などは、特に限定されるものではない。さらに、フランジ１は、後述するように、金属キャスクなどの蓋体であってもよい。
【００２０】
このようにすると、軟質金属を有する金属ガスケットに、好適に用いることができる。そして、後述するように、７８．５Ｎ／ｍｍ２以上のシール面圧で１×１０−１０
Ｐａ・ｍ３／ｓ以下の漏洩レベルを確保することができ、また、３９．２Ｎ／ｍｍ２以上のシール面圧で１×１０−５ Ｐａ・ｍ３／ｓ以下の漏洩レベルを確保することができる。
【００２１】
また、本実施形態では、ボールエンドミル２を用いたマシニング加工を行っており、ボールエンドミル２は、先端径Ｒで丸まっている。これにより、セレーション仕上げを行うことによって、隣り合う溝１２どうしの間に、山１３が形成されている。
なお、加工方法は、ボールエンドミル２を用いたマシニング加工に限定されるものではなく、たとえば、バイトを用いた旋盤加工としてもよい。このバイトは、図示してないが、通常、半径Ｒのコーナ（ノーズとも呼ばれる。）を有しているので、旋盤加工によっても、マシニング加工とほぼ同様に、溝１２及び山１３が形成される。
【００２２】
また、フランジ１とともに用いられるガスケットは、金属ガスケットとしてあり、この金属ガスケットは、フランジ１と接触する部分が軟質金属（たとえば、アルミニウム、銅、黄銅、銀など）である。
本実施形態では、金属ガスケットとして、図２に示すばね入りＣリングガスケット３が用いられる。
このばね入りＣリングガスケット３は、弾性を有する一対のコイルスプリング３１、該コイルスプリング３１を包む硬質金属からなる一対の内被３２、及び、該内被３２を包む軟質金属からなる外被３３を有している。
【００２３】
なお、フランジ１とともに用いられる金属ガスケットは、ばね入りＣリングガスケット３に限定されるものではない。たとえば、単一の軟質金属からなる金属平形ガスケットなど（図示せず）を用いてもよく、このようにすると、フランジ１は、高温高圧の環境で使用される配管（たとえば、火力発電所内の配管など）や容器（たとえば、原子炉など）などにも適用することができる。
また、図２において、フランジ１´は、中央部が開口してあり、ばね入りＣリングガスケット３を収納するガスケット用溝１４が形成されている。このガスケット用溝１４は、底面がガスケット座面１１´であり、ガスケット座面１１´は、ガスケット座面１１とほぼ同様のセレーション仕上げが施される。
【００２４】
また、フランジ１は、同心円状のセレーション仕上げが施された場合と、渦巻き状のセレーション仕上げが施された場合とでは、漏洩の状態が異なる。
すなわち、図３（ａ）に示すように、同心円状のセレーション仕上げが施された場合、径方向の漏洩が発生する。また、図３（ｂ）に示すように、渦巻き状のセレーション仕上げが施された場合、径方向の漏洩と周方向の漏洩が発生する。
ここで、好ましくは、セレーション仕上げが、同心円状のセレーション仕上げとしてある。このようにすると、周方向の漏洩が発生しないので、より優れた密封性能を発揮することができる。
なお、同心状のセレーション仕上げの場合においては、溝深さＲｚ（＝山高さＨ）とピッチｐの漏洩レベルに与える影響が小さいことから、セレーションの山角度θが上記の値を満たすように加工したものであってもよい。
【００２５】
次に、ガスケット座面１１におけるセレーションのピッチｐ、及び、セレーションの山角度θなどについて、図面を参照して説明する。
図４において、フランジ１は、ピッチｐで送られる、先端径Ｒのボールエンドミル２によって、セレーション仕上げが行われている。
ここで、ピッチｐ及び先端径Ｒは、適宜、設定されており、これらの設定によって、後述するように、漏洩レベルに大きな影響を与えるセレーションの山角度θ及びセレーションの溝深さＲｚ（＝山高さＨ）が決定される。
【００２６】
すなわち、四つの変数ｐ、Ｒ、θ、Ｒｚに対して、下記の式（２）〜（５）が成立し、たとえば、ピッチｐ及び先端径Ｒが設定されると、山角度θ及び溝深さＲｚを算出することができる。
Ｒｚ＝Ｒ（１−ｃｏｓδ）      式（２）    
δ＝ａｒｃｃｏｓ（１−Ｒｚ／Ｒ）      式（３）
θ＝２（９０°−δ）
＝２（９０°−ａｒｃｃｏｓ（１−Ｒｚ／Ｒ））      式（４）
Ｒｚ＝Ｒ−（Ｒ２−（ｐ／２）２）（１／２）      式（５）
なお、δは、工具の接触角である。
【００２７】
次に、上述した数値限定の理由、及び、これらの数値限定を行うために用いた実験装置などについて説明する。
まず、数値限定を行うために用いた実験装置１００は、図５に示すように、下側基部１０１、実験用フランジ１０２、実験用ガスケット１０３、圧縮リング１０４、及び、上側基部１０５などを有している。
この実験装置１００は、実験用ガスケット１０３の周囲に大気圧のヘリウムガスが供給され、上側基部１０５がプレス機（図示せず）によって押圧された状態で、実験用フランジ１０２と実験用ガスケット１０３の間を漏洩したヘリウムガスを、下側基部１０１と接続されたヘリウムリークディテクタ（図示せず）によって検出する。
【００２８】
なお、実験用フランジ１０２は、ステンレス製の平板であり、上面に後述するセレーション仕上げが施されている。
また、実験用ガスケット１０３は、軟質アルミニウム製の円板型の金属平形ガスケットであり、外形６０ｍｍ×厚さ０．５ｍｍである。
また、圧縮リング１０４は、ステンレス製のリングであり、外形４０ｍｍ×内径３２ｍｍ×厚さ２ｍｍである。
【００２９】
上記のフランジ１を用いて、面圧（圧縮リング１０４により押圧される面圧）に対する漏洩レベルを測定すると、たとえば、図６に示すグラフが得られる。
このグラフにおいて、実験用フランジ１０２は、渦巻き状のセレーション仕上げ（◇印：Ｒａ＝１．４（μｍ））が施されたものと、同心円状のセレーション仕上げ（◆印：Ｒａ＝１．８（μｍ））が施されたものである。
また、漏洩レベルの第一の漏洩基準を１×１０−５ Ｐａ・ｍ３／ｓとし、第二の漏洩基準を１×１０−１０
Ｐａ・ｍ３／ｓとする。そして、第一の漏洩基準以下、かつ、第二の漏洩基準を超える場合、低いシール性（あるいは、通常のシール性）であると判断し、また、第二の漏洩基準以下の場合、高いシール性であると判断する。
【００３０】
次に、図７に示すように、セレーションのピッチｐ、山高さＨ及び山角度θの異なる実験用フランジ１０２に対して、漏洩レベルが第一の漏洩基準（１×１０−５ Ｐａ・ｍ３／ｓ）となる面圧（シール開始面圧σ０１とも呼ばれる。）、及び、漏洩レベルが第二の漏洩基準（１×１０−１０ Ｐａ・ｍ３／ｓ）となる面圧（シール開始面圧σ０２とも呼ばれる。）を測定した。
なお、図７に示す実験結果において、実験用フランジ１０２は、渦巻き状のセレーション仕上げが施されている。また、比較のために、フランジ面にセレーション仕上げでなく平面研削を施したフランジの実験結果も併記した。
【００３１】
ここで、図８は、図７に示す実験結果のうち、表面粗さ（算術平均粗さＲａ）とシール開始面圧との関係を示すグラフである。図８の破線の矢印で示すように、ほぼ同じフランジ面の表面粗さ（２．４μｍと２．２μｍ）であっても、フランジ面が平面研削の場合よりもセレーション仕上げの場合の方が、シール開始面圧が大幅に低くなり、シール性が良好となっている。
【００３２】
次に、図９（ａ）に示すように、測定したセレーションの山角度θに対するシール開始面圧σ０１、σ０２をグラフ化し、各測定点の最小二乗法による推定線（破線で示してある。）を引き、上述した軟質アルミニウムに対する締付面圧の最小値（７８．５Ｎ／ｍｍ２）と対応するポイント、及び、うず巻形ガスケットに対する締付面圧の最小値（３９．２Ｎ／ｍｍ２）と対応するポイントを、仮想線上にプロット（上向き矢印で示してある。）した。すなわち、７８．５Ｎ／ｍｍ２と対応するポイントは、１６１．８°であり、３９．２Ｎ／ｍｍ２と対応するポイントは、２０３．１°であった。
これらのポイントから、フランジ１のガスケット座面１１におけるセレーションの山角度θを、上述したように、１６１°以下とした。また、セレーションの山角度θの下限は、加工上の限界などを考慮して、６０°以上とした。
【００３３】
また、図９（ｂ）に示すように、測定したセレーションのピッチｐに対するシール開始面圧σ０１、σ０２をグラフ化し、各測定点の最小二乗法による推定線（破線で示してある。）を引き、上述した、軟質アルミニウムに対する締付面圧の最小値（７８．５Ｎ／ｍｍ２）と対応するポイント、及び、うず巻形ガスケットに対する締付面圧の最小値（３９．２Ｎ／ｍｍ２）と対応するポイントを、仮想線上にプロット（上向き矢印で示してある。）した。すなわち、７８．５Ｎ／ｍｍ２と対応するポイントは、０．５３８ｍｍであり、３９．２Ｎ／ｍｍ２と対応するポイントは、０．６２１ｍｍであった。
これらのポイントから、フランジ１のガスケット座面１１におけるセレーションのピッチｐを、上述したように、０．５３ｍｍ以下とした。また、セレーションのピッチｐの下限は、加工上の限界などを考慮して、０．０１ｍｍ以上とした。
【００３４】
また、図９（ｃ）に示すように、測定したセレーションの山高さＨに対するシール開始面圧σ０１、σ０２をグラフ化し、各測定点の最小二乗法による推定線（破線で示してある。）を引き、上述した、軟質アルミニウムに対する締付面圧の最小値（７８．５Ｎ／ｍｍ２）と対応するポイント、及び、うず巻形ガスケットに対する締付面圧の最小値（３９．２Ｎ／ｍｍ２）と対応するポイントを、仮想線上にプロット（上向き矢印で示してある。）した。すなわち、７８．５Ｎ／ｍｍ２と対応するポイントは、４４．３μｍであり、３９．２Ｎ／ｍｍ２と対応するポイントは、４２．３μｍであった。
これらのポイントから、フランジ１のガスケット座面１１におけるセレーションの山高さＨを、上述したように、４２μｍ以下とした。また、セレーションの山高さＨの下限は、加工上の限界などを考慮して、１μｍ以上とした。
【００３５】
上述したように、ピッチｐ、山高さＨ、及び、山角度θを設定すると、７８．５Ｎ／ｍｍ２以上のシール面圧で１×１０−１０
Ｐａ・ｍ３／ｓ以下の漏洩レベルを確保することができ、また、３９．２Ｎ／ｍｍ２以上のシール面圧で１×１０−５ Ｐａ・ｍ３／ｓ以下の漏洩レベルを確保することができる。
【００３６】
ここで、好ましくは、上記のピッチｐ、山高さＨ、及び、山角度θが、下記の式（１）を満足するとよい。
−９９．７≧１４５．４ｐ−１．７０Ｈ−０．８４４θ  式（１）
この式（１）は、図７に示すピッチｐ、山高さＨ、山角度θ、及び、シール開始面圧σ０２に対して重回帰分析から得られたシール開始面圧σ０２を求める下記の推定式（１´）が、締付面圧の最小値（７８．５Ｎ／ｍｍ２）以下になることにより得た式である。
σ０２＝１４５．４ｐ−１．７０Ｈ−０．８４４θ＋１７８．２
式（１´）
ここで、この推定式（１´）によるシール開始面圧σ０２の推定値は図１０に示す通り、確度の高い推定が行えていることがわかる。このようにすると、より確実に、シール性を向上させることができる。
【００３７】
以上説明したように、フランジ１によれば、優れた密封性能を発揮することができる。
たとえば、フランジ１のガスケット座面１１のセレーション仕上げのピッチｐ、山角度θ、山高さＨなどを適切に設定することにより、いままでと同様又はいままでより低い面圧で、高度な漏洩レベルを維持することができる。すなわち、７８．５Ｎ／ｍｍ２以上のシール面圧で１×１０−１０ Ｐａ・ｍ３／ｓ以下の漏洩レベルを確保することができ、また、３９．２Ｎ／ｍｍ２以上のシール面圧で１×１０−５ Ｐａ・ｍ３／ｓ以下の漏洩レベルを確保することができる。
【００３８】
［フランジの第二実施形態］
本実施形態のフランジは、上述した第一実施形態と比べると、セレーションのピッチｐを０．２４ｍｍ以下とし、山角度θを１５０°以下とし、さらに、山高さＨを１０μｍ以下とした点などが相違する。なお、本実施形態の他の構成は、フランジ１とほぼ同様としてある。
【００３９】
本実施形態のフランジによれば、第一実施形態とほぼ同様の効果を奏するとともに、図９に示すように、ピッチｐ、山角度θ、及び、山高さＨによって、シール開始面圧σ０１、σ０２をより下げる傾向とすることができ、シールの耐久性などを向上させることができる。
【００４０】
［シール構造の一実施形態］
また、本発明は、シール構造の発明としても有効である。
本実施形態のシール構造は、上述したフランジ１と、このフランジ１のガスケット座面１１に接触して用いられるガスケットとを有するシール構造であって、ガスケットを、図２に示すばね入りＣリングガスケット３としてある。
【００４１】
ここで、ばね入りＣリングガスケット３は、上述したように、ガスケット座面１１に軟質金属である外被３３を付勢する弾性部材（すなわち、コイルスプリング３１）を有している。このようにすると、厳しい第二の漏洩基準（１×１０−１０ Ｐａ・ｍ３／ｓ）を、低い面圧（たとえば、７８．５Ｎ／ｍｍ２）で実現でき、また、今までの漏洩レベルである１×１０−５
Ｐａ・ｍ３／ｓといった第一の漏洩基準を、さらに低い面圧（たとえば、３９．２Ｎ／ｍｍ２）で実現でき、優れた密封性能を発揮することができる。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態のシール構造によれば、上述したフランジ１とほぼ同様の効果を発揮することができる。
【００４３】
［金属キャスクの一実施形態］
また、本発明は、金属キャスクの発明としても有効である。
本実施形態の金属キャスク（図示せず）は、特許文献３などに記載された使用済燃料を収納する金属キャスクであり、上述した実施形態のシール構造を、キャスク本体と蓋体の間に設けた構成としてある。
このようにすると、上述したように、優れた密封性能を発揮することができ、金属キャスクの安全性を向上させることができる。
【００４４】
次に、金属キャスクに用いられるシール構造に漏洩について、図面を参照して説明する。
ばね入りＣリングガスケット３の蓋体の直径は、たとえば、約２ｍであり、直径が大きいために、通常、旋盤による渦巻き状のセレーション仕上げが施される。すなわち、このシール構造においては、図３（ｂ）に示すように、径方向の漏洩と周方向の漏洩が発生する。
【００４５】
そこで、渦巻き状のセレーション仕上げが施された直径２０００ｍｍのフランジ（蓋体とも呼ばれる。）の漏洩レベルＱｔ２０００を、以下の方法によって評価した。
（１）図５の実験用フランジ１０２の渦巻き状のセレーションのピッチｐ及び山高さＨを測定し、ｐ＝０．１６３ｍｍ、Ｈ＝１９．１μｍであった。
（２）上記の式（２）〜（４）により、山角度θを算出したところ、
θ＝１２５．６８°であった。
（３）この実験用フランジ１０２の漏洩レベルを測定したところ、２．１×１０−６ Ｐａ・ｍ３／ｓであった。
また、同心円状のほぼ同様のセレーション仕上げを施した実験用フランジ１０２の漏洩レベルを、９．０×１０−１１ Ｐａ・ｍ３／ｓと想定した。
さらに、渦巻き状のセレーション仕上げを施した実験用フランジ１０２の漏洩レベルＱｔ４０（＝２．１×１０−６ Ｐａ・ｍ３／ｓ）＝径方向の漏洩レベルＱｒ４０（＝９．０×１０−１１ Ｐａ・ｍ３／ｓ）＋周方向の漏洩レベルＱｃ４０と仮定した。
そして、周方向の漏洩レベルＱｃ４０≒２．１×１０−６ Ｐａ・ｍ３／ｓと想定した。
（４）円盤平面間の隙間高さ(ε)（図１１（ａ）参照）は、下記の式（６）にもとづいて計算したところ、ε＝０．００４１μｍであった。
Ｑｒ＝πε３（Ｐ１−Ｐ０）／（１２η×Ｌｎ（ｒｏ／ｒｉ））  式（６）
なお、Ｑｒ：径方向のガス流れによる漏洩レベル（Ｐａ・ｍ３／ｓ）
ε：円盤平面間の隙間高さ（ｍ）
η：粘性係数（Ｈｅ＝０．０１９６×１０−３（Ｐａ・ｓ）
Ｐ０、Ｐ１：上流側内圧、下流側内圧（Ｐａ）
ｒｏ、ｒｉ：外側半径、内側半径
（５）上記のε＝０．００４１μｍを用いて、式（６）により、直径２０００ｍｍのフランジ（蓋体とも呼ばれる。）の径方向の漏洩レベルを算出したところ、径方向の漏洩レベルＱｒ２０００＝４．７×１０−９ Ｐａ・ｍ３／ｓであった。
（６）矩形平面間の隙間高さ(ε)（図１１（ｂ）参照）は、下記の式（７）にもとづいて計算したところ、ε＝９．６μｍであった。
Ｑｃ＝ｗε３（Ｐ１２−Ｐ０２）／（２４η×Ｌ）  式（７）
なお、Ｑｃ：周方向のガス流れによる漏洩レベル（Ｐａ・ｍ３／ｓ）
ε：矩形平面間の隙間高さ（ｍ）
η：粘性係数（Ｈｅ＝０．０１９６×１０−３（Ｐａ・ｓ）
ｗ：流路の幅（ｍ）
Ｌ：流路の長さ（ｍ）
（７）上記のε＝９．６μｍを用いて、式（７）により、直径２０００ｍｍのフランジ（蓋体とも呼ばれる。）の周方向の漏洩レベルを算出したところ、周方向の漏洩レベルＱｃ２０００＝４．１×１０−８ Ｐａ・ｍ３／ｓであった。
（８）全漏洩レベルＱｔ２０００＝径方向の漏洩レベルＱｒ２０００＋周方向の漏洩レベルＱｃ２０００＝４．７×１０−９ Ｐａ・ｍ３／ｓ＋４．１×１０−８
Ｐａ・ｍ３／ｓ＝４．６×１０−８ Ｐａ・ｍ３／ｓとなる。
ここで、周方向の漏洩レベルＱｃ２０００（＝４．１×１０−８ Ｐａ・ｍ３／ｓ）は、周方向の漏洩レベルＱｃ４０（≒２．１×１０−６ Ｐａ・ｍ３／ｓ）の約１／５０となり、大きな直径（たとえば、２０００ｍｍ）のフランジの周方向の漏洩レベルは、小さな直径（たとえば、４０ｍｍ）のフランジの周方向の漏洩レベルより微量であるといえる。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態の金属キャスクによれば、上述した実施形態のシール構造とほぼ同様の効果を発揮することができ、また、渦巻き状のセレーション仕上げが施されても、周方向の漏洩レベルを微量に抑制することができる。これにより、シールに関する安全性や信頼性などを向上させることができる。
【００４７】
以上、本発明のフランジ、シール構造及び金属キャスクについて、好ましい実施形態などを示して説明したが、本発明に係るフランジ、シール構造及び金属キャスクは、上述した実施形態などにのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
たとえば、図示してないが、金属ガスケットの軟質金属に、ガスケット座面１１の山１３と直交する方向（径方向）に沿って、多数の凸部を形成してもよい。このようにすると、渦巻き状のセレーション仕上げが施されたフランジ１において、周方向の漏洩レベルをさらに低減することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１、１´  フランジ
２  ボールエンドミル
３  ばね入りＣリングガスケット
１１、１１´  ガスケット座面
１２  溝
１３  山
１４  ガスケット用溝
３１  コイルスプリング
３２  内被
３３  外被
１００  実験装置
１０１  下側基部  
１０２  実験用フランジ  
１０３  実験用ガスケット
１０４  圧縮リング
１０５  上側基部
【図１】
2015014361.tif 000003
【図２】
2015014361.tif 000004
【図３】
2015014361.tif 000005
【図４】
2015014361.tif 000006
【図５】
2015014361.tif 000007
【図６】
2015014361.tif 000008
【図７】
2015014361.tif 000009
【図８】
2015014361.tif 000010
【図９】
2015014361.tif 000011
【図１０】
2015014361.tif 000012
【図１１】
2015014361.tif 000013
【図１２】
2015014361.tif 000014