JP2006322545A - 真空接続装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダクト先端に設けられたフランジを対向させ、対向面の間にガスケットを挟み、両フランジを締結部材で締結して真空シールする真空接続装置において、様々なダクト形状に対応して、フランジの脱着が容易にできる真空接続装置を得る。
【解決手段】両フランジ２，４の外形を矩形状とし、対向面の裏面側に一組の対辺に向かって薄くなるようなテーパ面２ａ，４ａを形成し、テーパ面２ａ，４ａに係合する断面Ｖ字状の溝部６ａ，７ａが形成された一対のクランプ６，７でフランジ２，４を挟み、溝部６ａ，７ａをテーパ面２ａ，４ａに圧接させる方向に締付具１０で締め付けるように構成した。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、超高真空を必要とする真空ダクトや真空チャンバ等の接続部に用いられて真空状態を保つための真空接続装置に関するものである。

例えば、シンクロトロン等の物理実験施設、又は粒子線治療装置等に用いられる加速器のビームダクトでは、ダクト内部を真空状態に保ちダクト同士の接続部において気体漏れが無いように、接続部には真空フランジが使用されている。このような真空接続部に関する従来の技術としては、例えば、接続されるパイプの端部に、それぞれコンフラットフランジ（商標、以下、ＣＦフランジと略す）が対向するように設けられており、両ＣＦフランジ間に形成された環状スペース内に金属ガスケットを挟み込み、両ＣＦフランジの外周部近傍に設けられた数個〜数十個の貫通穴に締め付けボルトを挿入し、この締め付けボルトとナットにより両ＣＦフランジを締めつけるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

また、フランジ締結部の締結作業を容易にするための技術としては、例えば、図４に示すように、テーパ型フランジとクランプによりフランジ同士を締結する接続方法が知られている。図４（ｂ）の断面図に示すように、パイプの一端側に外周面がテーパ形状に形成されているテーパフランジ２１が形成され、対向する他端側にも同様のテーパフランジ２２が形成され、間にＯリング２３とセンターリング２４とを挟み、両フランジの外周の両側からフランジ２１，２２のテーパ部に係合するクランプ２５，２６によって締め上げることにより、真空シール結合するように構成されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平６−２０７６９１号公報（第３頁、図ｌ） 特開平８−２１０５７２号公報（第２頁、図１）

従来の真空装置は上述のように構成されているため、特許文献１のようなフランジ構造を、長方形又は楕円形等をした断面形状が大きなダクトの真空接続部に適用しようとすれば、それに伴ってフランジの外形が大きくなり締結ボルトの本数が増えるので、接続部の締め付けに多くの時間と労力が必要となってくる。このため、真空接続装置の使用場所が、例えば、放射線管理区域等のような長時間作業をすることが危険な場所の場合には、メンテナンス性が悪いという問題点があった。さらに、締め付け用のボルト・ナットは、ＣＦフランジの軸方向からから差し込んで締結するので、真空接続部の周辺に他の装置を配置する場合、ＣＦフランジと他機器の間にボルト挿入用の空間を確保する必要があるなどの問題点があつた。

締結作業を簡素化するために、特許文献２に示すようなクランプを用いて締め付ける方法があるが、これは主に小口径の真空配管や真空ポンプ、真空バルブ用である。シンクロトロン等の物理実験施設、又は粒子線治療装置等に用いられる加速器のビームダクトや真空チヤンバー等では、それらに比較すると大口径である場合が多く、特許文献２に示すクランプ式をそのまま適用するには、締め付け力確保の点から問題があつた。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、特に大口径となるような様々なダクト形状に対応して、フランジの脱着が容易にできる真空接続装置を得ることを目的とする。

この発明に係わる真空接続装置は、一対のフランジを対向させ、対向面の間にガスケットを挟み、両フランジを締結部材で締結することにより対向面を真空シールする真空接続装置において、両フランジは、外形が矩形状であって、対向面の裏面側に一組の対辺に向かって薄くなるようなテーパ面が形成されており、締結部材は、テーパ面に係合する断面Ｖ字状の溝部が形成された一対のクランプと、溝部をテーパ面に圧接させる方向に両クランプを締め付ける締付具とで構成したものである。

この発明の真空接続装置によれば、対向面の裏面側にテーパ面が形成された、矩形状をした一対のフランジの間にガスケットを挟み、テーパ面を持つ対辺側から、テーパ面に係合するＶ字状の溝部が形成された一対のクランプで挟み、両クランプを締付具で締め付けるようにしたので、締付具の個数を削減して十分な締め付け力が得られるため、フランジの脱着の作業時間を大幅に削減することができる。

実施の形態１．
以下、この発明を図に基づいて説明する。図１は実施の形態１による真空接続装置であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂから見た一部断面で示す側面図である。図のように、ダクト１の端部に設けられたフランジ２とダクト３の端部に設けられたフランジ４とを対向させ、対向面の間にガスケット５を挟み、両フランジ２，４を後述の締結部材で締結することにより対向面を真空シールするようになっている。

先ず、フランジ２，４の形状を説明する。
それぞれのフランジ２，４の外形は、矩形状をしており、両フランジ２，４とも、対向面の裏面側には、一組の対辺に向かって薄くなるようなテーパ面２ａ及び４ａが形成されている。対向面側には、ダクトを取り囲むように、環状のガスケット５を挿入するための凹部が形成され、更に、ガスケット５と当接する面には、拡大図に示すように、ガスケット５の形状に合わせて環状にナイフエッジ２ｂ及び４ｂが突設されている。なお、この場合のガスケット５の材質は、例えば、無酸素銅のような軟質金属である。

次に、締付部材について説明する。
締付部材は、フランジ２，４のテーパ面２ａ，４ａに係合する断面Ｖ字状の溝部６ａが形成されたクランプ６と、同様に、フランジ２，４のテーパ面２ａ，４ａに係合する断面Ｖ字状の溝部７ａが形成されたクランプ７と、各溝部６ａ，７ａをテーパ面２ａ，４ａに圧接させる方向に両クランプ６，７を締め付けるねじ棒８，ナット９（ワッシャを含む）とで構成されている。ねじ棒８とナット９で締付具１０を構成する。クランプ６，７の幅方向の両端部には、ねじ棒８を通すための貫通穴６ｂ，７ｂが設けられている。
また、ガスケット５のコーナ部の締め付け力確保のため、クランプ６，７の高さ方向（図では上下方向）は、中央部に比べ両端部を、より中心部付近まで延長させている。

次に、フランジの締結方法について説明する。
両フランジ２，４の対向面のガスケット溝にガスケット５を挿入し、両フランジの２，４のテーパ面を有する対辺側から、クランプ６，７の溝部６ａ，７ａをテーパ面２ａ、４ａに係合させて挟み、クランプ６，７の両端部に設けた貫通穴６ｂ，７ｂにねじ棒８を貫通させ、その両端からナット９を螺合させる。このとき、ねじ棒８が共回りしないように、ねじ棒８の一端側には掴み代として２面幅８ａを設けている。ナット９を締め付けることにより、クランプ６，７の溝部６ａ，７ａがテーパ面２ａ、４ａに圧接されて、両フランジ２，４が締め付けられ、対向面に設けたナイフエッジ２ｂ，４ｂがガスケット５に食い込んで対向面が真空シールされる。これにより、ダクト１，３に接続される真空機器が高真空を保つことができる構造となっている。

図２は、実施の形態１の応用例として、別の形態例を示す真空接続装置の正面図である。図１と同等部分は同一符号を付し説明は省略する。図１では、断面が矩形状のダクトの長辺方向に対応するフランジの対辺側にテーパ面を形成したものについて説明したが、図２に示すように、ダクトの形状が正方形に近い場合は、フランジ２，４のダクト短辺方向に対応する対辺側にテーパ面を形成し、クランプ６，７をその方向から取り付けるようにしても良い。短辺方向を図のように左右方向に配置すれば、ねじ棒８の挿入方向も左右方向となり、締め付け時においてナット９により仮止めしていなくても、ねじ棒８が脱落することがないため、分解、組立時の作業性が向上する。

なお、フランジ２，４に接続されるダクト１，３は、断面矩形状のものを示したが、矩形状以外にも、例えば、楕円状や円形状でも良い。但し、正方形や円形より一方が長い形状に対して、本発明はより効果的である。
また、フランジのガスケット溝とガスケットは、ナイフエッジ型の溝と金属ガスケットの組み合わせの場合について説明したが、これに限定するものではなく、フランジの片側又は両側に断面コの字状の溝を設け、Ｏリングを使用するようなものでも良い。
また、締付具１０はねじ棒８とナット９としたが、ボルトとナットの組み合わせや、一方のクランプにねじを設け他方のクランプには貫通穴を設けて、貫通穴側からボルトを挿入して締め付ける構造でも良い。また貫通穴とせずに外側に開放したＵ字溝とすれば、ねじ棒又はボルトの挿入が容易となる。

以上のように、本実施の形態の発明によれば、一対のフランジの対向面間にガスケットを挟み、両フランジを締結部材で締結することにより真空シールする真空接続装置において、両フランジの外形を矩形状とし、対向面の裏面側に一組の対辺に向かって薄くなるようなテーパ面を形成し、テーパ面に係合する断面Ｖ字状の溝部が形成された一対のクランプでフランジを挟み、溝部をテーパ面に圧接させる方向に締付具で締め付けるように構成したので、少ない締付具（例えば、２本のねじ棒とナット）でクランプを締め付けるだけでフランジの締結ができるため、多くのボルト・ナットを締め付ける必要がなく、フランジの脱着を素早く容易に行うことができる。従って、例えば、放射線管理区域等のような長時間作業をすることが危険な場所に適用すれば、大きな効果を期待できる。
また、ねじ棒はフランジの軸に直角方向から挿入されるので、軸方向にボルトを挿入するための空間を確保する必要が無くなり、例えば、真空容器等の機器が複雑に入り組んで配置されている場合でも、装置の組立、解体が容易にできる。

また、ガスケットは金属ガスケットとし、両フランジの対向面のガスケット当接面には環状にナイフエッジを突設して、ナイフエッジに金属ガスケットを食い込ませることにより真空シールするようにした場合は、上記の効果に加え、高い真空度を有する信頼性の高い真空シール接続構造を提供することができる。

実施の形態２．
図３は実施の形態２による真空接続装置の正面図である。側面から見た形状は、実施の形態１で説明した図１（ｂ）と同等である。フランジは一方に長い矩形状をしており、図で紙面に垂直方向の手前側にあるフランジ１２にはダクト１１ａ，１１ｂ，１１ｃが接続されており、垂直方向の向こう側のフランジ１４にはダクト１３ａ，１３ｂ，１３ｃが接続されている。そして、各フランジ１２，１４の対向面には、実施の形態１の図１（ｂ）の拡大図に示したガスケット５と同様のガスケット１５が挟持される溝とナイフエッジが形成されている。また、両対向面の裏面側には、長辺側の対辺に向かって薄くなるようなテーパ面が形成されている（側面図は図１（ｂ）参照）。

両フランジ１２，１４を締結する締結部材は、両フランジのテーパ面に係合する断面Ｖ字状の溝部が形成されたクランプ１６と、同様に、両フランジのもう一方のテーパ面に係合する断面Ｖ字状の溝部が形成されたクランプ１７と、各溝部をテーパ面に圧接させる方向に両クランプ１６，１７を締め付けるねじ棒１８，ナット１９（ワッシャを含む）とで構成されている。ねじ棒１８とナット１９で締付具２０を構成する。
フランジの締め付け方法は、実施の形態１の場合と同様である。

なお、図では３個のダクトを接続した場合について説明したが、３個に限定するものではなく、複数個のダクトであれば良い。また、ダクトの形状は矩形に限定するものではなく、楕円形や円形でも良い。
また、ガスケット部は実施の形態１と同様に、例えば、Ｏリングとコの字状溝の組み合わせでも良い。
また、締付具２０は、ねじ棒とナット以外に、例えば、ボルトとナットでも良い。

以上のように、本実施の形態の発明によれば、実施の形態１の発明と同様のフランジと締結部材の構成に加えて、フランジには、複数個のダクトが接続されるようにしたので、複数のダクトを同時に接続する場合においても、各ダクト共通のフランジを用いることでコンパクトにでき、実施の形態１と同様の効果が得られる。
このように、フランジに接続されるダクトが複数個あって、フランジが横長になっても、締付けボルトの本数は増加させることなく、ボルトサイズのみの調整で対応可能なため、フランジサイズの大型化によって分解・組立の作業性が悪化することを防止出来る。

この発明の実施の形態１における真空接続装置を示す図である。 この発明の実施の形態１の真空接続装置の他の例を示す正面図である。 この発明の実施の形態２における真空接続装置を示す正面図である。 従来の真空接続装置を示す図である。

符号の説明

１，３，１１ａ〜１１ｃ，１３ａ〜１３ｃ ダクト
２，４，１２，１４ フランジ
２ａ，４ａ テーパ面
２ｂ，４ｂ ナイフエッジ
５，１５ ガスケット
６，７，１６，１７ クランプ
６ａ，７ａ 溝部
８，１８ ねじ棒
９，１９ ナット
１０，２０ 締付具。

Claims (3)

1. 一対のフランジを対向させ、対向面の間にガスケットを挟み、上記両フランジを締結部材で締結することにより上記対向面を真空シールする真空接続装置において、
   上記両フランジは、外形が矩形状であって、上記対向面の裏面側に一組の対辺に向かって薄くなるようなテーパ面が形成されており、上記締結部材は、上記テーパ面に係合する断面Ｖ字状の溝部が形成された一対のクランプと、上記溝部を上記テーパ面に圧接させる方向に上記両クランプを締め付ける締付具とで構成されていることを特徴とする真空接続装置。
2. 請求項１記載の真空接続装置において、上記ガスケットは金属ガスケットとし、上記両フランジの上記対向面のガスケット当接面には環状にナイフエッジが突設され、上記ナイフエッジに上記金属ガスケットを食い込ませることにより真空シールするようにしたことを特徴とする真空接続装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の真空接続装置において、上記フランジは、複数個のダクトが接続されることを特徴とする真空接続装置。

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