(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の接続部と第２の接続部とを、第１の支持部材、第２の支持部材およびガスケットを介して接続する真空シール構造において、
第１および第２の支持部材のそれぞれには外周に向って拡がるテーパ面と該テーパ面の外周側端部に連続した外周側壁とからなるテーパ溝が設けられ、
前記第１および第２の接続部の少なくとも一方の端部には外方に拡開する鍔状部が設けられ、
該鍔状部の一方の面は前記支持部材のテーパ溝のテーパ面と接触しており、
前記ガスケットは環状であって断面が矩形であり、
該ガスケットの内周側の一方の角部は、一方の前記支持部材のテーパ溝に位置する前記鍔状部の他方の面に接触し、
該ガスケットの内周側の他方の角部は、他方の前記支持部材のテーパ溝に位置する前記鍔状部の他面に接触するか、もしくは、他方の前記支持部材のテーパ溝のテーパ面に接触し、
前記第１の支持部材と第２の支持部材とを締付部材にて締付けることにより、上記接触を密にすると共に、前記ガスケットの外周面を、前記第１および第２の支持部材の外周側壁に密接させる真空シール構造。
【請求項２】
前記第１及び第２の支持部材の少なくとも一方が、複数に分割されてなる請求項１記載の真空シール構造。
【請求項３】
前記ガスケットが金属製である請求項１記載の真空シール構造。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、大気に対して真空状態を維持する真空シール構造に係り、詳しくは、真空槽と他の部材又は管と管を真空状態を維持して連結する際などに有用な真空シール構造に関する。
背景技術
真空蒸着装置、スパッタリング装置、プラズマ発生装置、高真空実験装置などの各種真空装置に、フランジを介して監視窓（ビユーイングポート）などの部品を真空シールして取り付けることが従来から行なわれている。
第１１図は、従来のビユーイングポート４１´の取り付け構造を示す断面図である。
図中、１３は真空シール構造に連結される配管であり、その下端は図示を省略する真空槽に溶接され、その上端は真空シール構造の一部を構成するナイフエッジ型の本体側フランジ１１の内周に突出した突出部１１ｅと溶接（１３ａは溶接部を示す。）されている。前記本体側フランジ１１の上面には、ナイフエッジ１１ｄが形成されている。
一方、ビユーイングポート４１´は、ナイフエッジ型の外側フランジ２３にコバール製の円筒体７１を溶接（７３は溶接部を示す。）し、この円筒体７１にガラス板４５を封着（４７は封着部を示す。）してなり、このガラス板４５を通して真空室の内部を観察する。ビユーイングポート４１´は、前記外側フランジ２３と本体側フランジ１１との間に金属ガスケット３３を挟み込んで圧締することによりナイフエッジ１１ｄ、２３ｄを金属ガスケット３３にくい込まさせて真空シールを実現している。
このように、ビユーイングポート等の異種の部品又は異種の材料（被真空シール体）を真空シールして取り付ける際には、フランジとガスケットとを用いたシール構造を利用し、外側フランジ２３に異種の部品又は異種の材料を溶接又は封着することにより真空シールを実現している。
第１２図は、従来の管と管を真空状態を維持して連結する構造を示す断面図である。
図中、１３’及び７１’は真空シール構造に連結される配管であり、それらの端は、フランジ２３及び２３’に溶接され、該フランジ２３及び２３’の各端には、真空シール構造の一部を構成するナイフエッジ２３ｄ及び２３ｄ’が各々形成されている。そして、前記フランジ２３及びフランジ２３’との間に金属ガスケット３３を挟み込んで圧締することによりナイフエッジ２３ｄ及び２３ｄ’を金属ガスケット３３にくい込ませて真空シールを実現している。
しかしながら、前述のシール構造の場合には溶接工程又は封着工程を必要とするためコストの上昇を紹き、更に、溶接や封着の際に部品の損傷を発生する可能性があった。そして、真空装置の装着後、ガラス板４５等の部品の一部を破損したときは、外側フランジ２３、該外側フランジ２３と溶接した円筒体７１及び該円筒体７１と封着したガラス板４５により構成されるビユーイングポート４１’ごと、又は管７１’とフランジ２３ごと交換しなければならないため、メンテナンス費用が増大していた。
従って、本発明は、真空を内在する配管をフランジに溶接する必要がなく、製造ならびに保守・交換が容易な真空部品等のシール構造を提供することを目的としている。
発明の開示
本発明は、上述事情に鑑みなされたものであって、第１の接続部（１３，５３）と第２の接続部（４３）とを、第１の支持部材（１１，１１'）、第２の支持部材（２１，２１'）およびガスケット（３１）を介して接続する真空シール構造（１）において、
第１および第２の支持部材のそれぞれには外周に向って拡がるテーパ面（１１ｃ，２１ｃ，１１ｃ'，２１ｃ'）と該テーパ面の外周側端部に連続した外周側壁（１１ｂ，２１ｂ，１１ｂ'，２１ｂ'）とからなるテーパ溝（１１ａ，２１ａ，１１ａ'，２１ａ'）が設けられ、
前記第１および第２の接続部の少なくとも一方の端部には外方に拡開する鍔状部（４３ａ，５３ａ）が設けられ、
該鍔状部の一方の面は前記支持部材のテーパ溝のテーパ面と接触しており、
前記ガスケット（３１）は環状であって断面が矩形であり、
該ガスケットの内周側の一方の角部（Ｙ）は、一方の前記支持部材のテーパ溝に位置する前記鍔状部の他方の面に接触し、
該ガスケットの内周側の他方の角部（Ｘ）は、他方の前記支持部材のテーパ溝に位置する前記鍔状部の他面に接触するか、もしくは、他方の前記支持部材のテーパ溝のテーパ面に接触し、
前記第１の支持部材と第２の支持部材とを締付部材（１５）にて締付けることにより、上記接触を密にすると共に、前記ガスケットの外周面を、前記第１および第２の支持部材の外周側壁に密接させる真空シール構造にある。
また、前記支持部材（２１）が前記鍔状部（４３ａ）から離隔可能であると好ましい。
更に、前記支持部材（２１）が複数に分割されてもよい。
また、前記ガスケット（３１）が金属製であると更に好ましい。
以上の構成に基づき、内側面がテーパ面を形成する一対のフランジ間に、矩形金属ガスケット（３１）とビユーイングポート（４１）等の被真空シール体（２）の板状端部からなる鍔状部（４３ａ）とを当接させて圧締することにより、被真空シール体（２）を簡単にシールする真空シール構造を実現できる。
また、内側面がテーパ面を形成する一対のフランジ（１１’、２１’）間に、一対の配管の端部を外方に開拡した鍔状部（４３ａ）に矩形金属ガスケット（３１）を直接接触すると共に、該鍔状部（４３ａ、５３ａ）の他面に前記テーパ溝（２１ａ’、１１ａ’）を接触して、前記フランジ（２１’）を締付部材（１５）にて締付け、テーパ状に形成された前記鍔状部（４３ａ、５３ａ）に前記ガスケット（３１）を圧締することにより、配管（４３、５３）を簡単にシールする真空シール構造を実現できる。
この真空シール構造（１）によれば、被真空シール体（２）をフランジに固定する必要がないため、固定のための溶接、封着時のトラブルが生じることがなく、また、被真空シール体が破損した場合には、それ自身のみを交換すればよくメンテナンスが容易である。
また、フランジ（１１’）と配管（５３）及びフランジ（２１’）と配管（４３）とを溶接する必要がないため、溶接時のトラブルが生じることがなく、配管（４３、５３）が破損した場合は、配管（４３、５３）のみを交換すればよくメンテナンスが容易である。
なお、上述カッコ内の符号は、図面を参照するためのものであって、本発明の構成をなんら限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の真空シール構造の実施の形態を示す正面断面図である。
第２図は、第１図の矩形金属ガスケットの近傍を示す部分拡大断面図である。
第３図は、第２図における状態から矩形金属ガスケットおよび板状端部を除いた状態を示す部分拡大断面図である。
第４図は、矩形金属ガスケット（圧締による変形前）の正面断面図である。
第５図は、本発明の構成の一部であるビューイングポートの部分切欠き正面図である。
第６図は、本発明に基づく真空シール構造を利用した電流導入端子の部分切欠き正面図である。
第７図は、本発明に基づく真空シール構造を利用したベローズの正面断面図である。
第８図は、フランジ部を一部変更した実施の形態を示す真空シール構造の正面断面図である。
第９図は、第８図の矩形金属ガスケットの近傍を示す部分拡大断面図である。
第１０図は、フランジ部が二分割されている状態を示す斜視図である。
第１１図は、従来例によるビューイングポートの真空シール構造を示す正面断面図である。
第１２図は、従来例による管継手の真空シール構造を示す正面断面図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面に沿って本発明の実施の形態について説明する。尚、第１図は本発明の構成を示しているが、従来例と同一機能を有するものは同一符号、同一名称を使用して説明する。
第１図は本発明の真空シール構造の実施の形態を示す正面断面図であり、被真空シール体（真空シール部品）として円形のビユーイングポート４１を用いた場合を示す。第２図は、第１図の矩形金属ガスケット周辺の部分拡大断面図である。第３図は、第２図から矩形金属ガスケット３１及び板状端部４３ａ（円筒体４３）を省略した状態を示す。
ビユーイングポート４１は、覗き窓として機能するガラス板４５と、前記ガラス４５と熱膨張係数が近いコバール等の金属製の円筒体４３とからなり、ガラス板４５と円筒体４３の上端部は、ガラスにより封着（４７は封着を示す。）されて真空シールされている。円筒体４３の他端部である下方部は外側に屈曲して板状端部４３ａを形成している。前記板状端部４３ａは、外周に接近するに従い上方に傾斜している。
真空装置本体（不図示）もしくは真空槽（不図示）から配管（第１の接続部）１３が真空シールして突設されており、これに対して本体側フランジ１１（フランジ）が溶接（１３ａは溶接部を示す。）して真空シールされている。この実施例では、本体側フランジ１１としてナイフエッジ型フランジが利用されており、そのナイフエッジ１１ｄの外周側のテーパ面１１ｃをシール溝（テーパ溝）１１ａとして利用しており、このシール溝１１ａの外周側壁１１ｂは略垂直に設けられている。
この本体側フランジ１１のシール溝１１ａ内に断面形状が矩形の矩形金属ガスケット３１が収納され、円筒体４３の板状端部（鍔状部）４３ａを介して外側フランジ（支持部材）２１とボルト（締付部材）１５により圧締されている。
本体側フランジ１１のテーパ面１１ｃと矩形金属ガスケツト３１との圧接部Ａ（第２図）、および板状端部４３ａと矩形金属ガスケツト３１との圧接部Ｂでシールされ、矩形金属ガスケツト３１の内周面側３１ｃが外部に対して真空シールされる。尚、圧接部Ａ及び圧接部Ｂは、矩形金属ガスケツト３１の内周側の角部Ｘ及びＹ（第４図）が圧締されることにより塑性変形して本体側フランジ１１のテーパ面１１ｃ及び円筒体４３の板状端部４３ａの平面に倣って平面状態になったものである。
本体側フランジ１１および外側フランジ２１ともに、シール溝１１ａ，２１ａは深さ方向に幅が狭まるようにテーパ面１１ｃ，２１ｃが外周に向って拡がる方向の傾斜面を含んで形成されている。第３図に示したテーパ角α，βの大きさは問わないが、１５〜２５度程度が好適であり、典型的には２０度である。また、第１図、第２図及び第３図では外周側壁（外側壁）１１ｂ，２１ｂは垂直面としたがテーパ面としてもよい。更に、第１図及び第２図では、本体側フランジ１１としてナイフエッジ１１ｄを有するものを示したが、外側フランジ２１と同様のシール溝を形成してもよく、ナイフエッジを形成する必要はない。
板状端部４３ａの厚さは、特に限定する必要はなく、矩形金属ガスケット３１と外側フランジ２１との間で挟持できる程度であればよい。なお、板状端部４３ａの屈曲角は外側フランジ２１のテーパ角βと正確に一致している必要はない。すなわち、板状端部４３ａと外側フランジ２１のテーパ面とは面接触している必要はない。
各部材の素材は特に問わないが、その一例を挙げればフランジ１１，２１がステンレス、矩形金属ガスケツト３１が無酸素銅、板状端部４３ａを含めて円筒体４３がコバールなどの金属である。なお、コバールはガラス板４５との封着を前提として選定されているので、被真空シール体がビューイングポート４１以外のものとなれば、それに応じて他の封着可能な素材が選択される。
上記構成において、ボルト（締付部材）１５により本体側フランジ１１及び外側フランジ２１を相互に接近させる。従って、本体側フランジ１１及び外側フランジ２１のシール溝（テーパ溝）２１ａが鍔状部４３ａを矩形金属ガスケツト３１に圧締する。当該圧締により、前記矩形金属ガスケツト３１は、上記テーパ面１１ｃ、２１ｃに基づき外径方向の推力が付与され、該矩形金属ガスケツト３１の外周面を上記垂直な外周側壁１１ｂ、２１ｂに当接すると共に、該矩形金属ガスケツト３１の内側の角部Ｘ及びＹ（第４図）が塑性変形して第２図に圧接部Ａ及びＢとして示す如く前記鍔状部４３ａ及び前記本体側フランジ１１のシール溝（テーパ溝）１１ａのテーパ面１１ｃに倣って平面状になり、真空の気密を維持して大気に対してシールする。
第５図、第６図及び第７図は、被真空シール体の一例について示す説明図であり、第５図は既に示したビューイングポート４１を示す部分切欠き断面図である。ガラス板４５に対して、板状端部４３ａを有する円筒体４３がガラスからなる封着部４７により封着されている。
第６図は、電流導入端子５１に対して、板状端部４３ａを有する円筒体４３が封着されている。
第７図は、ベローズ６１の一端側に対して、板状端部４３ａを有する円筒体４３が封着（６１ａは封着）されている。なお、ベローズ６１の他端側には所望の部材、装置、真空室等が真空シールされて結合される。
次いで、第８図、第９図及び第１０図に沿って一部変更した実施の形態について説明する。尚、先の実施の形態に対して、本体側フランジ及び接続部（配管）１３が相違するため、他の同一部分は、同一符号を付して説明を省略する。
本実施の形態は、真空を内在する配管である円筒体４３及び５３を真空状態を維持して連結する真空シール構造１であり、第８図は、その正面断面図を示している。
配管である円筒体５３の上端には、前述の実施の形態の円筒体４３と同様、外方に開拡した鍔状部５３ａを形成してある。フランジ１１’及び２１’は、前述の実施の形態の外側フランジ２１と同様にシール溝（テーパ溝）１１ａ’及び２１ａ’が形成してある。前記フランジ１１’及び２１’は、第１０図に示す通り、各々２個に分割されているため、予め円筒体４３及び５３に通しておく必要はない。
上記構成において、ボルト１５によりフランジ１１’及び２１’を相互に接近させる。従って、フランジ１１’及び２１’のシール溝（テーパ溝）１１ａ’及び２１ａ’が鍔状部４３ａ及び５３ａを矩形金属ガスケツト３１に圧締する。当該圧締により、前記矩形金属ガスケツト３１の外周面をフランジ１１’及び２１’のシール溝１１ａ’及び２１ａ’の外周側壁１１ｂ’及び２１ｂ’に当接すると共に、該矩形金属ガスケツト３１の内側の角部Ｘ及びＹ（第４図）が塑性変形して第９図に圧接部Ａ及びＢとして示す如く前記鍔状部４３ａ及び５３ａの平面に倣って平面状になり、真空の気密を維持して大気に対してシールする。
【実施例】
本発明に基づく真空シール構造の実験例においては、本体側フランジ１１および外側フランジ２１としてステンレス製のものを用い、第１図、第２図及び第３図に示したシール構造を製作した。ここで、円筒体４３としてはコバール製のものを用い、矩形金属ガスケットとしては無酸素銅製のものを用いた。
締付けトルク７１ｋｇで外側フランジ２１を圧締し、２４℃／分で３５０℃まで上昇させ、当該３５０℃の状態を３０分間維持し、ついで室温に戻す熱サイクルテストを１０回繰り返したところ、ビユーイングポート４１を取り付けた真空槽内のリークレートは１×１０-11Ｔｏｒｒ・ｌ／ｓｅｃ．以下であり、良好な非リーク特性が得られた。
以上説明したように、本発明によると、内側面がテーパ面を形成する一対のフランジ間に、矩形金属ガスケットとビユーイングポート等の被真空シール体の板状端部とを当接させて圧締することにより、被真空シール体を簡単にシールする真空シール構造を実現できる。
また、この真空シール構造によれば、被真空シール体をフランジに固定する必要がないため、固定のための溶接、封着時のトラブルが生じることがなく、また、被真空シール体が破損した場合にはそれ自身のみを交換すればよくメンテナンスが容易である。
更に、溶接性、放出ガス等の特性が要求され高価である真空用材料は、配管の部材である円筒体のみの使用でよく、フランジ部材の材質は限定されないため、真空シール構造が安価に製作できると共に、配管の部材である円筒体とフランジ部材を溶接する必要がないため、フランジ部材は再利用可能であり、経済的である。
そして、フランジ部材を２個に分割する構成により、配管の部材である円筒体を連結する作業が容易になると共に、予め円筒体にフランジ部材を嵌合させておく必要がなく管継手の製造が容易となりコストダウンが図れる。つまり、円筒体にフランジ部材を嵌合させた状態で該円筒体の両端に鍔状部を形成する複雑な作業が合理化される。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明に係る真空シール構造は、真空蒸着装置、スパッタリング装置、プラズマ発生装置、高真空実験装置などの各種真空装置に、フランジを介して監視窓（ビユーイングポート）などの部品を真空シールして取り付ける場合に利用することができる。この場合、監視窓（ビユーイングポート）などの部品を交換する際、フランジは交換せずに経費の節減ができると共に、監視窓（ビユーイングポート）とフランジとの溶接も不要になるため、フランジの材質が監視窓（ビユーイングポート）との溶接に基づく制約を受けることなく自由に選定することができる。
また、前記監視窓（ビユーイングポート）に換えて、電流導入端子に利用して真空中にある電装部材、アクチュエータに電流を導入する場合の真空シール構造に利用することができる。
更に、大気中の回転を真空中に伝達する場合、ベローズの端に鍔状部を形成した真空シール構造を利用することができる。
そして、真空を内在する配管を連結する場合、連結部に本発明の真空シール構造を利用することができる。この場合、管部材である円筒体を交換する際、フランジは交換せずに経費の節減ができると共に、円筒体とフランジとの溶接も不要になるため、フランジの材質が円筒体との溶接に基づく制約を受けることなく自由に選定することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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