JP2012016772A - 平坦な封止面を有する封止部材及びその加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
封止溝を有する部材を相手材とする封止部材の加工において、加工工数を低減しながら確実に封止して信頼性を向上する。
【解決手段】
封止部材2は、Ｏリングまたは丸ゴムが嵌挿される溝が形成された相手材との間で、Ｏリングまたは丸ゴムを介して封止する。溝に対向する部分に形成される封止面２ｂは、刃先部が先端に向けて凸のエンドミル6により形成される。加工中は、エンドミルの中心軸１１より一方側だけを封止面に当接させて切削加工する。さらに加工中は、エンドミルは封止面に対して角度αだけ傾きながら、切削方向１２Ｆに直進または曲進する。
【選択図】図３

Description

本発明は、平端な封止面を有する封止部材及びその加工方法に係り、特に真空環境の形成に好適な平坦な封止面を有する封止部材及びその加工方法に関する。

従来の封止面を有する部材の例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載の真空シール用溝が形成された試料室では、Ｏリングを配置するための真空シール用溝をエンドミルで加工する際に、エンドミルの先端部に形成される切削刃をわずかに凸面に形成して真空シール用溝を切削している。

特開平１−１４３１２６号公報

圧力容器や真空容器では、Ｏリングや丸ゴムを用いて容器を封止することが多用される。特に真空容器内部の圧力が、１×１０^−５Ｐａ程度までの高真空や超高真空になる場合には確実な封止性能が求められ、封止溝形状や適用するOリング形状、サイズについては、ＪＩＳ(日本工業規格)で詳細に規格が定められている。このような真空容器では、計測用や観測用の窓の他、他の真空容器との接続のためのフランジ部や容器内部へのアクセスのための開口等数多くの封止部が形成されており、これらの形状も円形だけではなく四角形状等も採用される。

これら真空容器に形成される窓や開口は、当接する部材で封止されるが、その際、開口部に応じた形状の封止部材を用いる。そのため、Ｏリング溝が形成されるフランジ形状には、
円形のみではなく四角形状も使用される。これに対応して、溝が形成されたフランジだけではなくそのフランジに当接する相手部材である封止部材も、溝と対向する部分を平坦な四角に加工する必要が生じる。この四角形状の加工では旋盤等を使用できないので、エンドミルを用いたフライス加工となる。

ところで、一般に使用されるエンドミルを用いて四角の平板を加工するときには、エンドミルで平板全部を加工するか、微小量だけ残して粗加工し、封止部分だけ砥石を用いた研磨仕上げとしている。その際、封止部とその他の部分で段差が生じないように、加工公差を厳しくしなければならず、加工工数の増大を招いていた。

封止部の不具合を解消するために、特許文献1では平板の封止部ではなくOリングが嵌挿される溝について、カッターマークを消去する方法を提案している。しかしながらこの特許文献1は溝加工しか述べておらず、溝に対向する封止面を有する部材については、まったく考慮されていない。上述したように溝に対向する封止部材では、平面の確保が最も重要になる。

本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的はOリングが嵌挿される溝を有する部材を相手材とする封止部材において、加工工数を低減し、かつ封止性能を確保することにある。本発明の他の目的は、Oリングが嵌挿される溝を有する部材を相手材とする封止部材を、効率的に加工することにある。そして本発明は、これら目的の少なくともいずれかを達成することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の特徴は、Ｏリングまたは丸ゴムが嵌挿される溝が形成された相手材との間で、Ｏリングまたは丸ゴムを介して封止する封止部材において、前記溝に対向する部分に封止面を形成し、この封止面は、刃先部が外側に凸のエンドミルの中心軸より一方側だけを封止面に当接させて切削加工されたことにある。

そしてこの特徴において、エンドミルで加工する際に、エンドミルを切削方向に直角な平面内で、前記封止面に垂直な方向から封止面側へ傾けて加工して前記封止面を形成するのがよく、エンドミルの刃先部形状をＲ形状（球面形状）またはＲ形状（球面形状）と平面の組み合わせとし、このエンドミルの中心軸より一方側だけを前記封止面に当接させて前記封止部材を形成するのがよい。

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、Ｏリングまたは丸ゴムが嵌挿される溝が形成された相手材との間で、Ｏリングまたは丸ゴムを介して封止する封止部材の加工方法において、刃先部が外側に凸のエンドミルを加工機に装着し、次いでこのエンドミルの回転軸を切削方向に対しては垂直な面内で封止部材に対して傾いて位置させ、前記エンドミルの回転軸よりも一方側だけが前記封止部材に当接して加工するようにしたことにある。

そしてこの特徴において、前記エンドミルの切削深さを、前記封止面が対向するＯリングまたは丸ゴムの溝の許容加工深さ以下とすることにより、エンドミルが封止部材上を実質的に１周するだけで封止面の形成を可能としてもよい。

本発明によれば、加工具の先端部を凸形状とし、最大でも加工具の半分だけ使用して加工具を加工面に対して傾斜させて加工するので、平板の封止面を少ない工数で平坦度高く加工できる。その結果、封止部材の加工工数を低減し、かつ封止性能を確保できる。

本発明に係る封止部材の一実施例の正面図。 図1に示した封止部材の一部分の断面図であり、Ａ−Ａ方向矢視図。 図１に示した封止部材の加工法を説明する図。 図１に示した封止部材の加工法を説明する図。 図1に示した封止部材の加工に用いる加工具。

以下、本発明の一実施例を、図面を用いて説明する。本実施例では、真空容器を例にとり説明するが、本発明は真空容器に限るものではなく、高圧容器にも適用できる。ただし、丸ゴムまたはＯリングを溝に嵌挿してシールする部材を相手材にするものに限る。

図１に、本発明に係る封止部材を備える真空容器1の正面図および側面図を示す。真空容器１は直方体状をしており、側面の一方に開口部が形成されている。開口部にはフランジ１ａが取り付けられており、フランジ1ａには詳細を後述するようにＯリング３を嵌挿する溝５が形成されている。

フランジ１ａに対向して封止部材２、本実施例では矩形板が、ボルト４ａおよびナット４ｂを用いて取り付けられている。ボルト締めすることによりＯリング３が変形し、フランジ１ａと封止部材2とが気密に結合される。

図２に、図１のＡ−Ａ断面を示す。エンドミル等で加工された溝５には、Ｏリング３が嵌挿されている。溝５は、ＪＩＳ規格により使用するＯリング３毎に寸法およびその許容加工誤差が定められている。フランジ１ａに対向して封止部材２が位置しており、Ｏリング３に対向する位置には、封止面2ｂが形成されている。封止面2ｂは溝５をなぞるので、角部が丸い四角形の外周形状となる。

次に、この封止面２ｂを有する封止部材２の加工方法について、図３および図４を用いて説明する。図３は、封止面2ｂの加工中の様子を、斜視図で示したものである。図示しないフライス盤等にエンドミル6がチャッキングされている。封止部材２は、加工テーブル上に水平に置かれている。加工テーブル１２面をＸ−Ｙ面とし、エンドミルの切削方向１２ＦをＹとし、上下方向をＺ方向とする。このとき、エンドミル6の回転軸１１はＺ−Ｘ面上にあるが、Ｘ方向には角度αだけ傾斜している。

エンドミル６は角度αだけ傾いたまま回転方向１３に回転し、Ｏリング３溝に対応した形状となるように直進および曲進し、封止部材2に角部が丸くなった四角形である封止面２ｂを形成する。

加工中のエンドミル6の先端部位置を、図４を用いて説明する。図４は、Ｘ−Ｚ平面図である。エンドミル6の中心である回転軸１１は、封止部材2の表面または表面よりも上方に位置させる。したがって、エンドミル６は、常に片側でしか切削しない。言い換えれば、エンドミル６の底刃で加工しているにもかかわらず、エンドミル6の側面削りまたはボールエンドミル等で加工した切削面に類似した面が得られる。このように本実施例のエンドミル6を使用すると、封止部材２の封止面2ｂを平坦とみなせる面に加工できる。

このときの加工（切削）深さδは、エンドミル１１の回転軸１１先端とエンドミル６の外周部刃先端を結ぶ仮想線から、エンドミル６の径方向中間部で刃先が最大突出している部分までの距離以下である。したがって、この深さδを、使用するＯリング３に応じて定められた相手部材の溝形状の許容加工誤差の数分の一以下にして、Ｏリング３の変形不足または溝５の拡大による封止性能不足を回避する。通常は、この切削深さδを５０μｍ以下にする。

切削深さδが５０μｍ以下であれば、封止面２ｂもほぼ平坦面とみなせる。そこで、溝深さδが５０μｍ以下となるように形成したエンドミル形状を、図５に示す。これらはいずれも一般的に使用されるエンドミル等、刃具の刃先部を修正加工して製作した形状である。上部がフライス盤等の加工機へのチャッキング部１０であり、下部は刃部7である。同図（ａ）には、先端部を同一の半径Ｒで形成した例を示す。回転軸１１部でエンドミル6の軸方向長さが最長になる。半径方向外周側に行くにつれてエンドミル６の刃先端の高さは滑らかに減少する。

同図（ｂ）に、エンドミル6の刃先部形状を直線で形成した例を示す。回転軸１１を中心として直径ｄ０だけ軸に直角な平面にし、その周りを角度θだけ傾いた円錐面としている。加工時には、エンドミル6をθだけＸ軸方向に傾ける。そして所定切削深さ以下になるようにエンドミル6の位置を設定する。切削時には、片面だけが封止面２ｂに当接するので、エンドミル6の大きさをＯリング溝５の幅の２倍以上にすれば、1回の切削で必要な封止面2ｂを加工できる。なお、このエンドミル６においても、軸心から外周側に向けて刃先端の高さが次第に減少するようにしている。

同図（ｃ）に、（ｂ）図の変形例を示す。本実施例のエンドミル6が（ｂ）図に示したエンドミル６と相違するのは、円錐面部を球面としたことにある。中心部に直径ｄ１の円形の平坦部を形成し、その周りは半径Ｒの面とする。このエンドミル6においても、軸心から外周側に向けて、エンドミルの刃先端の高さが次第に減少するようにしている。

以上詳細に述べたように、本実施例によれば、エンドミルの刃先端の形状を、中心部から外周に向けて段差のない次第に刃先端高さが減少する形状としたので、切削されて形成される封止面がほぼ平坦になる。また、エンドミルの傾き角度αと切削深さδを適切に設定すれば、Ｏリング溝の加工時に許容される誤差よりも十分小さい値とすることが可能であり、封止部の封止効果を損ねるおそれを回避できる。さらに、エンドミル径を適切に選定することにより、１回の切削で封止部に要求される面粗さを達成できる。さらに中心部が軸方向最大長さ位置であり、外周部に向かうに従いその軸方向長さを減らしている、すなわち刃先が外側に凸形状としたので、従来見られた加工後に円形の多数のカッターマーク等が形成されず、カッターマーク除去のための手仕上げ等が不要になる。なお、上記実施例ではエンドミルの刃数を２枚刃を仮定して説明したが、１枚以上であれば刃数は何枚でもよく、奇数枚でも偶数枚でもよい。

１…真空容器、
１ａ…フランジ、
２…封止部材
２ｂ…封止面、
３…Ｏリング、
４ａ…ボルト、
５…溝、
６…エンドミル、
７…刃部、
１０…チャッキング部、
１１…回転軸、
１２…加工テーブル
１２Ｆ…切削方向、
１３…エンドミルの回転。

Claims (5)

1. Ｏリングまたは丸ゴムが嵌挿される溝が形成された相手材との間で、Ｏリングまたは丸ゴムを介して封止する封止部材において、
   前記溝に対向する部分に封止面を形成し、この封止面は、刃先部が先端に向けて凸のエンドミルの中心軸より一方側だけを封止面に当接させて切削加工されたものであることを特徴とする封止部材。
2. エンドミルで加工する際に、エンドミルを切削方向に直角な平面内で、前記封止面に垂直な方向から封止面側へ傾けて加工して前記封止面を形成したことを特徴とする請求項１に記載の封止部材。
3. 前記エンドミルの刃先部形状をＲ形状（球面形状）またはＲ形状（球面形状）と平面の組み合わせとし、このエンドミルの中心軸より一方側だけを前記封止面に当接させて前記封止部材を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の封止部材。
4. Ｏリングまたは丸ゴムが嵌挿される溝が形成された相手材との間で、Ｏリングまたは丸ゴムを介して封止する封止部材の加工方法において、
   刃先部が先端側に凸のエンドミルを加工機に装着し、次いでこのエンドミルの回転軸を切削方向に対しては垂直な面内で封止部材に対して傾いて位置させ、前記エンドミルの回転軸よりも一方側だけが前記封止部材に当接して加工するようにしたことを特徴とする封止部材の加工方法。
5. 前記エンドミルの切削深さを、前記封止面が対向するＯリングまたは丸ゴムの溝の許容加工深さ以下とすることにより、エンドミルが封止部材上を実質的に１周するだけで封止面の形成を可能とした請求項４に記載の封止部材の加工方法。

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