JP2007032605A

JP2007032605A - 金属ガスケット

Info

Publication number: JP2007032605A
Application number: JP2005212991A
Authority: JP
Inventors: Miyuki Yamanaka; 幸山中; Kyoichi Yasui; 経一安井
Original assignee: IIDA PACKING KOGYO KK; Nippon Valqua Industries Ltd; Nihon Valqua Kogyo KK
Current assignee: IIDA PACKING KOGYO KK; Nippon Valqua Industries Ltd; Nihon Valqua Kogyo KK
Priority date: 2005-07-22
Filing date: 2005-07-22
Publication date: 2007-02-08

Abstract

【課題】
高温、超真空雰囲気中でも良好なシール性を発揮することができるとともに、低い締付力でも接面のなじみ性が得られる金属ガスケットを提供する。
【解決手段】
周方向に連続した開口部が形成され、横断面が略Ｃ字形状を有する周方向に連続した金属外皮３２と、この金属外皮３２の内部に収容され、この金属外皮３２の弾力性を向上させる金属弾性部材３４とからなる金属ガスケット３０であって、
前記金属弾性部材３４は、リボン状の金属板材をコイル状に巻回したものから構成され、この巻回された金属板材の両端部が突き合わされて接続されることにより、無端状に形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は金属ガスケットに関するもので、詳しくは、超高真空機器、半導体関連用途などで好適に使用される金属ガスケットに関する。

例えば、ゴム製のシール材は、締め付け力が小さいて良い反面、耐熱性に劣るため、例えば、半導体製造分野などの超真空雰囲気中で使用されると、脱ガスのベーキング時にその高温に耐えることができず、内部から放出ガスが発散されてしまう。また、半導体用途などでは耐プラズマ性、耐薬品性が要求されるが、その要求に答えることができない。

そこで、このような用途にはゴム製のシール材に代えて金属製のガスケットが使用されている。金属製のガスケットであれば、高温となるベーキング時にも不純なガスの発生もなく、耐プラズマ性、耐薬品性にも優れているので、半導体製造分野、原子力分野などにおいて良好なシール性を発揮することができる。

ところで、金属製ガスケットの場合には、ゴム製シール材のような相手部材との接面なじみを良好にするためには、ゴム製シール材に比べてはるかに高い締め付け力が必要となる。

そこで、金属製ガスケットにおいて、このような高い締め付け力を小さくするために、様々な提案がなされており、その具体的な金属製ガスケットを例示すれば、ナイフエッジ型メタルシール、バネ入りメタルＣリングなどが知られている。

このうち、ナイフエッジ型メタルシールは、図３に示したように、金属製の平板ガスケット１２を挟持する一対のフランジ１４，１６側に加工を施したもので、これらフランジ１４，１６の締付け面にエッジ１４ａ，１６ａを立てることにより、金属ガスケット１２に対して高いシール性を得るものである。このシール構造においてはエッジ部分に応力が集中するためエッジがない場合に比べ低い締め付け力で高いシール性能を得られるが、それでもゴム製シール材と比べると締付力ははるかに高い。また、エッジ部が傷つくとシール性が低下するため取り扱いに注意を要する。

一方、バネ入りメタルＣリングは、コイルスプリングを弾性要素としたもので、例えば、図４に示したように、断面略Ｃ字状の金属外皮８の内部にコイルスプリング９を内嵌したものである。このように、内部にコイルスプリング９を介在させたバネ入りメタルＣリング１０によれば、コイルスプリングの反発力により小さな締め付け力で大きなシール力を得ることが可能になる。
特開平９−３２９２８号公報

ところで、図４においてバネ入りメタルＣリング１０内に内蔵されたコイルスプリング９は、例えば、図５に示したように、金属線材９''を密着したコイルバネ状に巻きクセをつけ、周方向に連続させて最後に両端部を溶接することにより構成されている。

このような構成のバネ入りメタルＣリング１０は、真空シール性に優れるとともに復元時の真空性能にも優れ、さらにベーキング温度が高くてゴム製Ｏリングでは使用できなかった真空ラインでの使用が可能であり、また放射線による劣化や放出ガスの影響がほとん
どなく、シール面にガスケット締め付けによる圧痕を残さず、さらには構造的にも応力的にも完全な連続性を有するといった利点がある。

しかしながら、このようなバネ入りメタルＣリング１０であっても、一層の低締付化を図るためには、金属線材９''すなわちコイルスプリング９として軟質材料を用いたり、線径を細くしたりするなどの方法があるが、使用材質としては溶接の必要があることから、硬質のＳＵＳ材が多用されている。また、線径を細くしてしまうと、金属中空Ｏリング１０の締付け力とともに反発力も低下するため相手シール面との接面なじみが悪くなってしまう。

また、金属線材９''の線径を細くして、ゴム製Ｏリングに近いような締付力にまで低減させるには、通常製造されないような細い線径の線材を用いる必要があり、線径のコントロールすなわちガスケット反力の制御が極めて困難であり安定したシール性能が得られなくなるとともにコストが極めて高くなるという問題がある。

一方、コイルスプリング９のピッチを大きくし隣接するコイル間に間隔を確保すると、反発力の分布が不均一になり安定したシール性が得られなくなる。また、コイルスプリング９が斜めに倒れこんでしまう虞もある。

このように、図４に示したようなバネ入りメタルＣリング１０であっても、シール性能を維持した上で大幅に締付力を低減することは困難であった。
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、高温、超真空雰囲気中でも良好なシール性を発揮することができるとともに、低い締付力でも接面のなじみ性が得られる金属ガスケットを提供することを目的としている。

上記目的を達成するための本発明は、
周方向に連続した開口部が形成され、横断面が略Ｃ字形状を有する周方向に連続した金属外皮と、
この金属外皮の内部に収容され、この金属外皮の弾力性を向上させる金属弾性部材とからなる金属ガスケットであって、
前記金属弾性部材は、リボン状の金属板材をコイル状に巻回したものから構成され、この巻回された金属板材の両端部が突き合わされて接続されることにより、無端状に形成されていることを特徴としている。

係る構成による本発明によれば、ゴム製シール材のように例えば，高温下におかれた場合であっても、内部から放出ガスの発生などが生じることはないので、半導体製造分野などでの使用に好適であるとともに、低締付力でも内部の金属弾性部材からの反発力により良好なシール力を得ることができ、しかもその締付け力は、小さくても相手部材に対するなじみ性が良好である。

ここで、前記リボン状の前記金属部材をコイル状に巻回するにあたり、互いに隣接する周縁部分が隙間無く巻回されていても、互いに隣接する周縁部分が所定間隔離間されていても良い。

本発明に係る金属ガスケットによれば、リボン状の金属部材からなる金属弾性部材を用いたことにより締付け力をかなり小さくしても良好なシール力を得ることができる。

以下、図面に示した実施例を参照しながら、本発明について説明する。
図１は、本発明の一実施例に係る金属ガスケットを示したもので、図２は図１の金属ガスケットに採用された金属弾性部材の製造工程を簡略化して示したものである。

本実施例による金属ガスケット３０は、図４に示したバネ入りメタルＣリング１０の場合と同様に、周方向に連続した開口部が形成され、横断面が略Ｃ字形状を有する周方向に連続した金属外皮３２と、この金属外皮３２の内部に収容され、金属外皮３２の弾性力を向上させる金属弾性部材３４とから構成されている。そして、この金属弾性部材３４は、図５に示した金属線材９''に代えて、断面平板状すなわちリボン状の金属弾性部材３４''が採用されている。そして、このリボン状の金属弾性部材３４''をコイル状に巻回し、巻き付けられたコイルスプリング３４の両端部を溶接することにより、無端状に形成されている点は、従来例と同様である。

金属外皮３２、金属弾性部材（コイルスプリング）３４を構成する材料は、特に限定されるものではなく、例えば、金属外皮として、アルミニウム、ニッケル、銀、銅、各種ＳＵＳ鋼などを挙げることができ、金属弾性部材３４として、各種ＳＵＳ鋼、ニッケル合金、各種バネ材料などを挙げることができる
バネ材料としては、
ａ）弾性限（引っ張り強さ）が高い。
ｂ）繰り返し荷重に対する耐疲労性が良い。
ｃ）バネの荷重の関係が設計と一致するために寸法精度が優れること。
などの要素が要求されるが、この他にも、耐食性（ステンレス鋼、銅合金）、耐熱性（ステンレス鋼、インコネルＸ）、導電性（銅合金）などの特殊要求が加わる場合もある。また、全般的には、材料の信頼性と加工性（特に冷間成形のばねの加工性）の見地から材料の均一性が重要となる。

また、バネ材料に強さを与える処理としては、
ｄ）焼入れ、焼き戻し処理
ｅ）恒温変態処理
ｆ）加工硬化処理（低温焼鈍型）
ｇ）析出硬化型処理
などがあるが、これらを必要に応じて施すこともできる。

ａ）〜ｃ）に例示したような材料からなるリボン状の金属弾性部材３４''をコイル状に巻回するには、バネ巻き機などで目標となるピッチになるように巻きぐせを付ける。
そして、所定長さに巻き付けられたコイル体の両端部同士を付き合わせて円環状にし、付き合わせ部をスポット溶接、ろう付けなど、適宜な手段で接続する。なお、接続後、必要に応じてｄ）〜ｇ）の熱処理を施すこともできる。

金属外皮３２を作成する方法として特に限定されず、公知の種々の方法を採用することができる（例えば、特開平１１−３０３３３号公報参照）。
外皮３２の厚さとしては、内部の金属弾性部材３４の反発力を均一に相手シール面に伝えるには、０．３〜０．８ｍｍとすることが好ましい。外皮３２の厚さがこのような範囲にあれば、コイルスプリング３４が適宜な隙間を設けて巻回されているとしても締付け応力が低下することがない。

また、コイルスプリング３４の厚さは、０．１〜０．５ｍｍ、幅１〜５ｍｍであることが好ましい。
さらに、コイルスプリング３４は、隙間なく密着されるか、０．１ｍｍ以下の隙間で巻回されることが好ましい。

このような金属外皮３２およびコイルスプリング３４とから構成される金属中空Ｏリング３０によれば、小さな締付け力で十分ななじみ性と、シール性を得ることができる。また、耐熱性は勿論、耐薬品性、耐プラズマ性にも優れ、超高真空機器、半導体関連用途などに好ましく適用することができる。

図１は本発明の一実施例に係る金属ガスケットを示した側面図で、そのうち左半部を断面で示している。図２は図１に示した金属ガスケットに採用された金属弾性部材を作成するための作業手順を簡略に示した概略図である。図３は従来の金属ガスケットの一例であるナイフエッジ型メタルシールの断面図である図４は従来のバネ入りメタルＣリングの側面図で、そのうち左半部を断面で示している。図５は従来のバネ入りメタルＣリングに採用された金属弾性部材を作成するための作業手順を簡略に示した概略図である。

符号の説明

３０金属ガスケット
３２金属外皮
３４コイルスプリング（金属弾性部材）
３４'' リボン状の金属弾性部材

Claims

周方向に連続した開口部が形成され、横断面が略Ｃ字形状を有する周方向に連続した金属外皮と、
この金属外皮の内部に収容され、この金属外皮の弾力性を向上させる金属弾性部材とからなる金属ガスケットであって、
前記金属弾性部材は、リボン状の金属板材をコイル状に巻回したものから構成され、この巻回された金属板材の両端部が突き合わされて接続されることにより、無端状に形成されていることを特徴とする金属ガスケット。