JP2006153214A - ガスケット、および、それを用いた管継手 - Google Patents

Abstract

【課題】介在場所の気密性を向上できるガスケット、および、これを用いた気密性の高い管継手を提供すること。
【解決手段】管継手は、第１管ピース１と、第１管ピース１に連通して接続される第２管ピース２と、ガスケット３を挟んで第１、第２管ピース1，２を締結させる締結具とを備え、第１、第２管ピース1，２の接続面１４，２４の間に介在されるリング形状のガスケット３は、両接続面１４，２４に対向する各対向側面３４の少なくとも一方に、環状かつ線状に接続面に当接する線状当接部３７と、リング形状の内壁面に沿って環状に形成された収納溝と、この収納溝に収納されたリング形状のスプリングとを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、互いに接続される管ピースの間に介在され、これら管ピースの接続面における気密性を高めるガスケット、および、それを用いた管継手に関する。

従来、半導体および液晶などの製造には、薄膜成形するための材料としてアンモニア、笑気ガス、三フッ化窒素、および、フッ素等のフッ素系ガスなどのプロセスガスが用いられている。また、これらプロセスガスを、薄膜成形が行われるリアクターへ供給するガス供給装置が知られている。
これらプロセスガスは、不純物が含まれると反応の大きさが小さくなることから、高純度が求められている。そのため、ガス供給装置では、ガスタンクからリアクターまで、配管を通してプロセスガスを輸送しているが、この配管内に異物が混入しないように注意する必要がある。また、ガスは有害性であるので、配管からのガス漏れを防がなければならない。
特に異物が混入しやすい、および、ガス漏れが起きやすい配管の個所の１つとして、配管と配管を接続する管継手が挙げられる。従来の管継手の構造として、図７に示す構造や、図８に示す構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図７に示す管継手は、第１管ピース１０と、第１管ピース１０に連通して接続される第２管ピース２０と、第１、第２管ピース１０，２０の互いに対向する接続面１４０，２４０との間に介在されるリング状のガスケット３０と、第１管ピース１０および第２管ピース２０を締結する袋ナット部材４０とから構成される。
ガスケット３０は、リング状かつ樹脂製のガスケット本体３１０と、ガスケット本体の外周面に沿って嵌合されたリング状かつ金属製のリング枠３２０とから構成されている。このガスケット本体３１０の両側面３３０が、第１、第２管ピース１０，２０の接続面１４０，２４０に密着している。

図８に示す管継手の構造は、基本的には図7の管継手と同様である。ただし、この管継手に用いられているガスケット３０Ａは、平坦な両側面３３０Ａを有するリング状の樹脂製部材から形成されている。

特開２００４−５３００６号公報

しかし、図７および図８に示す管継手には、ガスケット３０，３０Ａに樹脂製部材を用いているために、周囲の熱や水分等を吸収することによって、ガスケット本体３１０、および、ガスケット３０Ａの樹脂製部材が膨潤する恐れがある。これより、ガスケット本体３１０、および、ガスケット３０Ａが変形し、第１、第２管ピースの接続面１４０，２４０に隙間が生じる恐れがある。

このような問題を解決するため、ガスケットを金属製部材から加工した例がある。例えば、図８の管継手において、ガスケット３０Ａが金属製である場合である。しかし、金属製のガスケットを用いた管継手には、次のような課題がある。
まず、ガスケットの側面３３０Ａを、第１、第２管ピース１０，２０の接続面１４０，２４０に隙間無く密着させるため、側面３３０Ａは、高い平面度を持つことが求められる。高い平面度を有する表面の形成は難しく、ガスケットの加工に手間がかかる。
また、ガスケットの側面３３０Ａと、接続面１４０，２４０とは、面で接触しているため、例え、強い力で締結を行ったとしても、側面３３０Ａに働く押圧力は、この面上で分散される。つまり、接続面１４０，２４０と、ガスケットの側面３３０Ａとが押圧し合う力は、十分に働かない。よって、これら接続面１４０，２４０、および、側面３３０Ａの間に隙間が生じる恐れがあり、この管継手の気密性は高いとは言えない。

本発明の目的は、介在場所の気密性を向上できるガスケット、および、これを用いた気密性の高い管継手を提供することである。

本発明のガスケットは、第１管ピース、および、第１管ピースに連通して接続される第２管ピースの互いに対向する両接続面の間に介在されるリング形状のガスケットにおいて、金属製部材から成り、両接続面に対向する各対向側面の少なくとも一方に、環状かつ線状に接続面に当接する線状当接部が設けられていることを特徴とする。

このような構成によれば、ガスケットの線状当接部は、対向する接続面に線状、つまり、線接触で当接するため、第１、第２管ピースの接続によって対向側面に与えられる押圧力は、この線接触部分に集中する。つまり、線状当接部と接続面とは、強い力で押圧しあう。さらに、線状当接部は、接続面に環状に当接することから、これら線状当接部と接続面との間に隙間が生じることは少なく、第１、第２管ピースの接続面における気密性が向上する。

また、ガスケットは金属製部材から加工されているため、つまり、周囲の熱や水分等を吸収し膨潤する部材が用いられていないため、形態が変形して接続面に隙間が生じることは少なく、第１、第２管ピースの接続面における気密性が保たれる。
ガスケットに設けられた構成、つまり、線状当接部の構成によって、第１、第２管ピースの接続面における気密性を向上させることができるので、第１、第２管ピースに特別な表面加工処理を施す必要はなく、表面処理の手間を低減できる。

本発明のガスケットは、線状当接部は、対向側面を底辺とし、この底辺より接続面側へ頂角を有する断面三角形状に形成されていることが好ましい。
このような構成によれば、線状当接部は断面三角という簡単な形状であるので、ガスケットの加工がしやすい。

本発明のガスケットは、リング形状の内壁面に沿って環状に形成された収納溝と、この収納溝に収納されたリング形状のスプリングとを備えていることが好ましい。
このような構成によれば、例えば、第１，第２管ピースの接続面の一方に円柱凸部を形成し、ガスケットが、その円柱凸部の外周に嵌合された状態で使用される場合、円柱凸部と、ガスケットとが嵌め合い状態になるような精度に、ガスケットの寸法を仕上げなくてもよいので、加工の手間やコストを低減させることができる。つまり、ガスケットの内径寸法を円柱凸部の外径寸法より大きく形成しても、スプリングが円柱凸部の外周を保持しているので、ガスケットが円柱凸部から脱落しにくく、かつ、外しやすい。また、このことは、ガスケットを円柱凸部の外周に嵌めやすい利点もある。従って、ガスケットの交換作業を容易に行うことができる。

本発明のガスケットは、スプリングを除くガスケット本体は、第１、第２管ピースよりも低い硬度を有する。
このような構成によれば、ガスケット本体は、第１、第２管ピースよりも硬度が低いことから、接続時の押圧力等によって、第１、第２管ピースを傷つける恐れが少ない。

本発明の管継手は、第１管ピースと、この第１管ピースに連通して接続される第２管ピースと、第１、第２管ピースの互いに対向する両接続面の間に介在されるリング形状のガスケットと、このガスケットを挟んで第１、第２管ピースを締結させる締結具とを備えた管継手において、ガスケットは、金属製部材から成り、両接続面に対向する各対向側面の少なくとも一方に、環状かつ線状に接続面に当接する線状当接部が設けられていることを特徴とする。

このような構成によれば、本発明の管継手は、前述した効果を備えることができる。

本発明の管継手は、線状当接部は、対向側面を底辺とし、この底辺より接続面側へ頂角を有する断面三角形状に形成されており、接続面には、線状当接部の断面三角形状部分と対向して、環状に形成されたＶ字溝が設けられ、このＶ字溝は、断面三角形状部分の頂角よりも小さい開き角と、断面三角形状部分の底辺よりも小さい溝幅とを有することが好ましい。

このような構成によれば、線状当接部が断面三角形状を持ち、接続面には、この断面三角形状部分の頂角に対向して、環状に形成されたＶ字溝が設けられ、このＶ字溝は、頂角よりも小さい開き角と、断面三角形状部分の底辺よりも小さい溝幅とを有することから、管継手の締結時に、この線状当接部およびＶ字溝は、頂角の両側傾斜面と、Ｖ字溝の溝口の角とが当接して押圧される。つまり、線状当接部およびＶ字溝は、線接触で当接する。このように、環状の線接触が２箇所で行われることから、管継手の接続面における隙間が生じにくくなる。また、締結による押圧力が２箇所に分散されることから、線状当接部が、強い押圧力によって押し潰されすぎてしまうことを防ぐことができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図３には、本実施形態が示されている。図１は管継手の軸方向断面図、図２は管継手の分解斜視図、図３はガスケットの厚み方向断面図である。
本実施形態の管継手は、これらの図に示すように、第１管ピース１と、第１管ピース１に連通して接続される第２管ピース２と、第１、第２管ピース１，２の互いに対向する接続面１４，２４の間に介在されるリング形状のガスケット３と、このガスケット３を挟んで第１、第２管ピース１，２を締結させる締結具としての袋ナット部材４と、この袋ナット部材４および第２管ピース２の間に介在されたベアリング５とから構成される。

第１管ピース１は、ステンレス製であり、半径約１ｃｍの円筒状の管本体１１と、管本体１１の基端面から軸方向へ向かって延設されたパイプ１２と、これら管本体１１およびパイプ１２の内部に軸方向に沿って形成された第１管通路１３とから構成される。
管本体１１は、先端面に設けられた第１接続面１４と、外周面に先端側から形成された雄ねじ１５と、基端部外周に形成された六角部１６とから構成されている。
第１接続面１４には、第１管通路１３に連通する第１管口１４１と、第１管口１４１の外周に沿って環状に形成された第１Ｖ字溝１４２とが設けられている。

第２管ピース２は、ステンレス製であり、図２に示すように、半径約１ｃｍの円筒状の管本体２１と、管本体２１の基端面から軸方向へ向かって延設されたパイプ２２と、これら管本体１１およびパイプ２２の内部に軸方向に沿って形成された第２管通路２３とから構成される。
管本体２１は、先端面に第２接続面２４を備えており、第２接続面２４には、同心円柱状に凸設された円柱凸部２４１と、円柱凸部２４１の上面に形成され、第２管通路２３に連通する第２管口２４２と、円柱凸部２４１の底面外周に沿って環状、かつ、第１Ｖ字溝１４２と対向するように形成された第２Ｖ字溝２４３とが設けられている。

ガスケット３は、図２および図３に示すように、リング形状であり、両側面が緩やかな山となる六角形状断面を有するガスケット本体３１と、ガスケット本体３１の内壁面側に取付けられるリング形状のスプリング３２とから構成される。
ガスケット本体３１は、熱処理を施すことで、第１、第２管ピース１，２よりも硬度を下げたステンレス製部材であり、電解研磨された滑らかな表面を持つ。ガスケット本体３１には、図３に示すように、ガスケット口３３と、第１，第２管ピース１，２の第１、第２接続面１４，２４にそれぞれ対向する対向側面３４と、ガスケット口３３の内壁面に沿って環状、かつ、断面矩形状に形成された収納溝３５とが設けられている。

対向側面３４には、対向側面３４を底辺とし、この底辺より、それぞれ対向する第１、第２接続面側へ頂角部３６を有する断面三角形状に形成された線状当接部３７が設けられている。
線状当接部３７の頂角部３６、および、第１、第２Ｖ字溝１４２，２４３は、互いに対向する位置に形成されており、第１、第２Ｖ字溝１４２，２４３は、対向する頂角部３６の角度よりも小さい開き角と、線状当接部３７の断面三角形状部分の底辺よりも小さい溝幅とを持つ。
スプリング３２は、Ｃ字状に歪曲させたステンレス製の線条材である。スプリング３２は、周方向に変形および復元する弾性を有し、この復元力によって、収納溝３５に保持される。

袋ナット部材４は、管面が六角形断面を持つステンレス製の六角筒部材であり、部外周に形成された六角部４１と、先端側内壁面に形成された雌ねじ４２とを備えている。袋ナット部材４の筒内には、ベアリング５を介して、第２管ピース２が収納される。さらに、雌ねじ４２が、第１管ピース１０の雄ねじ１５に螺合することにより、第１管ピース１０と第２管ピース２０とが締結される。収納された第２管ピース２の外周面、および、袋ナット部材４の内壁の間には、シール部材４３が介在されている。

上述のガスケット３、および、袋ナット部材４等を用いて、第１、第２管ピースを締結させる管継手の組立方法を説明する。
まず、ガスケット本体３１の収納溝３５に、スプリング３２を、その半径が小さくなるように変形させながら収納する。そして、第２管ピース２の円柱凸部２４１にガスケット３を嵌合する。このとき、ガスケット３の第２管ピース２と対向する対向側面３４における頂角部３６は、第２接続面２４に形成されたＶ字溝２４３に当接している。次に、第２管ピース２を、袋ナット部材４の筒内へ収納する。

第２管ピース２を完全に収納させてから、第１管ピース１の雄ねじ１５と雌ねじ４２とを螺合させていく。このとき、第１管ピース１および袋ナット部材４にそれぞれ形成された六角部１６，４１をレンチ等で挟み、袋ナット部材４の六角部４１を挟んだレンチを回して、袋ナット部材４を回転させながらねじ１５，４２の螺合を行う。このとき、第２管ピース２および袋ナット部材４との間には、ベアリング５が介在されているため、袋ナット部材４のみが回転し、第２管ピース２は回転しない。ねじ１５，４２を完全に締め付けるために必要なトルクは、１００〜３００ｋｇｆ．ｃｍ程度である。

ねじ１５，４２が締め付けられるにつれて、各管ピース１，２の基端側から先端側へ向かう軸方向の押圧力が、それぞれの第１、第２接続面１４，２４に働く。これによって、第１、第２接続面１４，２４が、ガスケット３を挟んで互いに強い力で押圧し合う。第１、第２接続面１４，２４のＶ字溝１４２，２４３にそれぞれ当接していたガスケット３の線状当接部３７は、断面三角形状部分の頂角部３６の両側傾斜面が、Ｖ字溝２４３の溝口の角とに当接して押圧される。ガスケット３は、第１，第２管ピース１，２よりも低い硬度を持つことから、この押圧によりＶ字溝２４３の溝口の角が押し潰されるという恐れを低減できる。

ねじ１５，４２が完全に締め付けられると、線状当接部３７の線接触部は、幅０．１ｃｍ程度の環線となる。この線接触部の幅は、０．０５ｃｍ〜０．２ｃｍ程度であることが望ましいが、管継手の寸法、または、管継手を流れる流体の流量などに合わせて選択するのがよい。
このようにすると、第１、２管ピース１，２の締結が完了し、第１、第２管通路１３，２３が高い気密性で連通される。

このような構成によれば、本実施形態の管継手は、次のような効果を期待できる。
（１）ガスケット３の線状当接部３７は、対向する第１、第２接続面１４，２４に幅１ｍｍ程度の線状、つまり、線接触で当接するため、第１、第２管ピース１，２の締結によって対向側面３４に与えられる押圧力は、この線接触部に集中する。つまり、線状当接部３７と第１、第２接続面１４，２４とは、強い力で押圧しあう。さらに、線状当接部３７は、第１、第２接続面１４，２４に環状に当接することから、これら線状当接部３７と第１、第２接続面１４，２４との間に隙間が生じることは少なく、第１、第２管ピース１，２の第１、第２接続面１４，２４における気密性が向上する。

（２）ガスケット３は金属製部材から加工されているため、つまり、周囲の熱や水分等を吸収し膨潤する部材が用いられていないため、形態が変形して第１，第２接続面１４，２４に隙間が生じることは少なく、第１、第２管ピースの第１、第２接続面１４，２４における気密性を保つことができる。
（３）ガスケット３に設けられた構成、つまり、線状当接部３７によって、第１、第２管ピース１，２の第１、第２接続面１４，２４における気密性を向上させることができるので、第１、第２管ピース１，２に特別な表面加工処理を施す必要はなく、表面処理の手間を低減できる。
（４）ガスケット３は、弾性を有する合成樹脂製部材等が、第１、第２接続面１４，２４、および、円状凸部２４１に密着しているわけではないので、ガスケット３を第１、第２接続面１４，２４に着脱しやすい。このため、ガスケット３の交換作業を容易に行うことができる。

（５）線状当接部３７は断面三角という簡単な形状であるので、ガスケット３の加工がしやすい。
（６）スプリング３２が円柱凸部２４１の外周を保持していることから、円柱凸部と、ガスケット３とが嵌め合い状態になるような精度に、ガスケット３の寸法を仕上げなくてもよいので、加工の手間やコストを低減させることができる。つまり、ガスケット３の内径寸法を円柱凸部２４１の外径寸法より大きく形成しても、ガスケット３は、円柱凸部２４１から脱落しにくく、かつ、外しやすい。また、このことは、ガスケット３を円柱凸部２４１の外周に嵌めやすい利点もある。従って、ガスケット３の交換作業を容易に行うことができる
（７）ガスケット本体３１は、第１、第２管ピース１，２よりも硬度が低いことから、締結時の押圧力等によって、第１、第２管ピース１，２を傷つける恐れが少ない。

（８）線状当接部３７が断面三角形状を持ち、第１、第２接続面１４，２４には、この断面三角形状部分の頂角部３６に対向して、環状に形成されたＶ字溝２４３が設けられ、このＶ字溝２４３は、頂角部３６の角度よりも小さい開き角と、断面三角形状部分の底辺よりも小さい溝幅とを有することから、管継手の締結時に、この線状当接部３７およびＶ字溝２４３は、頂角部３６の両側傾斜面と、Ｖ字溝２４３の溝口の角とが当接して押圧される。つまり、線状当接部３７およびＶ字溝２４３は、線接触で当接する。このように、環状の線接触が２箇所で行われることから、管継手の第１、第２接続面１４，２４における隙間が生じにくくなる。また、締結による押圧力が２箇所に分散されることから、線状当接部３７が、強い押圧力によって押し潰されすぎてしまう恐れを低減できる。

（９）スプリング３２は、Ｃ字形状であり、周方向へ変形および復元する弾性を備えているため、ガスケット３の収納溝３５に収納する際に、その半径が小さくなるように変形させることで、環状の収納溝３５よりも半径を小さくすることができるため、収納溝３５に入れやすくなる。また、同様の作用により、収納溝３５から外しやすい。これより、ガスケット３の交換作業がしやすくなる。
（１０）スプリング３２は、Ｃ字形状であり、周方向へ変形および復元する弾性を備えているため、この弾性によって、（６）に示すように、円柱凸部２４１の外周を保持しやすい。

＜変形例＞
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本実施形態では、第１、第２管ピース１、２の第１、第２接続面１４，２４にＶ字溝１４２，２４３が形成されているとしたが、本発明では、このＶ字溝１４２，２４３を形成しなくともよく、つまり、第１、第２接続面１４，２４は平坦であってもよい。
本発明では、ガスケット本体３１の線状当接部３７の形状は、ガスケット３の対向側面３４が、第１、第２管ピース１，２の第１、２接続面１４，２４に、線状かつ環状に当接するように形成されていればよい。例えば、図４〜図６に示す例などが考えられる。
図４に示す線状当接部３７Ａは、対向側面３４を底辺とし、かつ、対向する接続面（１４，２４）側へ頂角部３６Ａを有する三角形状部が２つ並列した断面を持つ。この２つの頂角部３６Ａが、接続面（１４，２４）に当接し、押圧されて押し潰される。この押し潰された部分によって、線状当接部３７Ａは、接続面（１４，２４）に対し線状、かつ、環状の線接触を行う。

図５に示す線状当接部３７Ｂは、対向する接続面（１４，２４）側へ凸となる緩やかな円周断面を持つ。この円周の最大突出部分３６１Ｂが、接続面（１４，２４）に当接し、押圧されて押し潰される。この押し潰された部分によって、線状当接部３７Ｂは、接続面（１４，２４）に対し線状、かつ、環状の線接触を行う。
図６に示す線状当接部３７Ｃは、対向側面３４の断面中央に形成され、対向する接続面（１４，２４）側へ突出した三角状突起３６１Ｃを有する断面を持つ。この三角状突起３６１Ｃが、接続面（１４，２４）に当接し、押圧されて押し潰される。この押し潰された部分によって、線状当接部３７Ｃは、接続面（１４，２４）に対し線状、かつ、環状の線接触を行う。

図４〜図６に示すガスケット本体３１Ａ〜３１Ｃに対向する第１，第２接続面１４０，２４０は、各ガスケット本体３１Ａ〜３１Ｃに設けられた線状当接部３６Ａ〜３６Ｃが、線状、かつ、環状に当接される面形状を有しておればよく、例えば、図５に示す線状当接部３６Ｂと、Ｖ字溝３７を有する接続面１４０，２４０との組み合わせでもよい。

本発明は、２つの管ピースを締結する管継手に利用できる他、ある２つの部材を、隙間無く接続するための接続具にも利用することができる。

本発明の実施形態にかかる管継手の軸方向断面図。 同上の実施形態の管継手の分解斜視図。 同上の実施形態のガスケットの厚み方向断面図。 同上の実施形態のガスケットの変形例を示す厚み方向断面図。 同上の実施形態のガスケットの変形例を示す厚み方向断面図。 同上の実施形態のガスケットの変形例を示す厚み方向断面図。 従来の管継手を示す軸方向断面図。 図７とは異なる従来の管継手を示す軸方向断面図。

符号の説明

１…第１管ピース、１４，２４…接続面、１４２，２４３…Ｖ字溝、２…第２管ピース、３…ガスケット、３１…ガスケット本体、３２…スプリング、３４…対向側面、３５…収納溝、３６…頂角部、３7…線状当接部

Claims (6)

1. 第１管ピース、および、第１管ピースに連通して接続される第２管ピースの互いに対向する両接続面の間に介在されるリング形状のガスケットにおいて、
   金属製部材から成り、前記両接続面に対向する各対向側面の少なくとも一方に、環状かつ線状に前記接続面に当接する線状当接部が設けられている
   ことを特徴とするガスケット。
2. 請求項１に記載のガスケットにおいて、
   前記線状当接部は、前記対向側面を底辺とし、この底辺より前記接続面側へ頂角を有する断面三角形状に形成されている
   ことを特徴とするガスケット。
3. 請求項１または請求項２に記載のガスケットにおいて、
   リング形状の内壁面に沿って環状に形成された収納溝と、
   この収納溝に収納されたリング形状のスプリングとを備えている
   ことを特徴とするガスケット。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載のガスケットにおいて、
   前記スプリングを除くガスケット本体は、前記第１、第２管ピースよりも低い硬度を有する
   ことを特徴とするガスケット。
5. 第１管ピースと、この第１管ピースに連通して接続される第２管ピースと、前記第１、第２管ピースの互いに対向する両接続面の間に介在されるリング形状のガスケットと、このガスケットを挟んで前記第１、第２管ピースを締結させる締結具とを備えた管継手において、
   前記ガスケットは、金属製部材から成り、前記両接続面に対向する各対向側面の少なくとも一方に、環状かつ線状に前記接続面に当接する線状当接部が設けられている
   ことを特徴とする管継手。
6. 請求項５に記載の管継手において、
   前記線状当接部は、前記対向側面を底辺とし、この底辺より前記接続面側へ頂角を有する断面三角形状に形成されており、
   前記接続面には、前記線状当接部の断面三角形状部分と対向して、環状に形成されたＶ字溝が設けられ、
   このＶ字溝は、前記断面三角形状部分の頂角よりも小さい開き角と、前記断面三角形状部分の底辺よりも小さい溝幅とを有する
   ことを特徴とする管継手。
   

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