JP2013137054A

JP2013137054A - 流体継手

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Publication number: JP2013137054A
Application number: JP2011288149A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Okabe; 庸之岡部; Shuji Moriya; 修司守谷; Kenichi Sato; 健一佐藤; Tomohiro Nakada; 知宏中田; Tsutomu Shinohara; 努篠原; Michio Yamaji; 道雄山路
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Fujikin Inc
Current assignee: Tokyo Electron Ltd; Fujikin Inc
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2013-07-11
Anticipated expiration: 2031-12-28
Also published as: JP6072410B2

Abstract

【課題】着脱を繰り返しても、おねじ部材とめねじ部材とをねじ合わせていく時の共回り防止効果が低下しない流体継手を提供する。
【解決手段】共回り防止手段は、２枚のスラストワッシャ9,10が重ね合わされることで形成されている。各スラストワッシャ9,10は、ステンレス鋼表面にＮｉ−Ｐ＋ＰＴＦＥ複合皮膜が形成されてかつ熱処理が施されたものである。袋ナット7に、２枚のスラストワッシャ9,10を収納する環状の凹所21と、凹所21開口に設けられてスラストワッシャ9,10を脱落しにくくする爪22とが設けられている。
【選択図】図２

Description

この発明は、流体継手に関し、特に、共回り防止機能を有している流体継手に関する。

従来、流体継手として、互いに連通する流体通路を有している一対の継手部材と、両継手部材の突合わせ端面の間に介在させられるシール手段とを備えており、いずれか一方の継手部材に設けられたおねじ部材と他方の継手部材に設けられためねじ部材とによって継手部材同士が結合されるとともに、スラストワッシャを含んだ共回り防止手段によってねじ部材と継手部材との共回りが防止されているものが知られている（特許文献１）。

特開平１０−６８４８０号公報

上記従来の流体継手において、おねじ部材とめねじ部材とが一旦結合された後、メンテナンスなどの必要性から、脱着が繰り返されることがあり、この場合に、共回り防止手段は、取り出すことが困難であり、繰り返し使用される。

特許文献１のような１枚のスラストワッシャでは、最初の結合時に共回りしなかった場合であっても、着脱を繰り返したときには共回り防止効果が低下するという問題があった。

この発明の目的は、着脱を繰り返しても、おねじ部材とめねじ部材とをねじ合わせていく時の共回り防止効果が低下しない流体継手を提供することにある。

この発明による流体継手は、互いに連通する流体通路を有している一対の継手部材と、両継手部材の突合わせ端面の間に介在させられるシール手段とを備えており、いずれか一方の継手部材に設けられたおねじ部材と他方の継手部材に設けられためねじ部材とによって継手部材同士が結合されるとともに、スラストワッシャを含んだ共回り防止手段によってねじ部材と継手部材との共回りが防止されている流体継手において、共回り防止手段は、２枚のスラストワッシャが重ね合わされることで形成されており、各スラストワッシャは、基材金属表面にＮｉ−Ｐ＋ＰＴＦＥ複合皮膜が形成されてかつ熱処理が施されたものであることを特徴とするものである。

スラストワッシャとしては、摩擦係数が小さいものが適しており、例えば、ステンレス鋼にＰＴＦＥがコーティング（いわゆるテフロン（登録商標）コーティング）されたスラストワッシャを使用することで共回り性能（共回り防止効果）が向上する。

この発明による流体継手では、共回り性能として、従来考慮されていなかった着脱性能（繰り返し着脱を行った際の共回り防止効果の持続性および皮膜の剥離の発生の有無）が考慮されている。そして、ステンレス鋼にＰＴＦＥがコーティングされたスラストワッシャを使用しただけでは、着脱性能の確保に問題があるとの知見に基づき、共回り防止手段が、基材金属（例えばステンレス鋼）表面にＮｉ（ニッケル）−Ｐ（リン）＋ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）複合皮膜が形成されてかつ熱処理が施された２枚のスラストワッシャからなるものとされている。

Ｎｉ−Ｐ＋ＰＴＦＥ複合皮膜は、金属皮膜（Ｎｉ−Ｐ皮膜）中に複合材としてのＰＴＦＥ超微粒子を含有させることで得ることができる。この複合皮膜が形成されていることで、スラストワッシャの静摩擦係数が小さいものとなり、共回り性能が向上する。熱処理は、所定時間（３０分以上）、高温（２５０℃以上）で加熱するもので、これにより、金属皮膜の硬度が上がり、着脱性能が向上する。

基材金属は、通常、ステンレス鋼とされるが、ステンレス鋼には分類されないが、これに類似の合金とすることもできる。

共回り性能の向上については、公知のスラストワッシャを１枚から２枚にすることによっても可能であるが、共回り性能を向上したこの構成によっても、着脱性能を向上することは困難であった。この困難な課題がＮｉ−Ｐ＋ＰＴＦＥ複合皮膜を２枚（３枚以上であってもよいが、２枚で十分）使用することによって解決される。

各スラストワッシャの複合皮膜の厚みは、４〜７μｍとされていることが好ましい。

複合皮膜の厚みが４μｍ未満であると、摩擦係数が高くなって、共回りしやすくなり、また、複合皮膜の厚みが７μｍを超えると、剥離が発生しやすくなり、着脱性能が悪くなる。

共回り防止手段は、めねじ部材としての袋ナットに設けられており、袋ナットに、２枚のスラストワッシャを収納する環状の凹所と、凹所開口に設けられてスラストワッシャを脱落しにくくする爪とが設けられていることがある。

このようにすると、スラストワッシャが環状の凹所から脱落しにくいことから、繰り返し着脱を行った場合でも、スラストワッシャが適正位置に保持され、共回り性能の低下を防止することができる。

スラストワッシャは、円板状であってもよく、また、スラストワッシャは、円板状の一部が欠損したＣ状体であってもよい。

各継手部材は、内周が流体通路となる円筒状のスリーブ本体と、その突き合わせ端部に一体に設けられたフランジとからなる同一形状とされており、別体とされたおねじ部材と袋ナット（めねじ部材）とによって、両継手部材が結合されていることがあり、また、継手部材に一体に形成されたおねじ部と袋ナット（めねじ部材）とがねじ合わされることによって、両継手部材が結合されていることがある。

この発明の流体継手によると、共回り防止手段は、２枚のスラストワッシャが重ね合わされることで形成されており、各スラストワッシャは、基材金属表面にＮｉ−Ｐ＋ＰＴＦＥ複合皮膜が形成されてかつ熱処理が施されたものであるので、着脱を繰り返しても、おねじ部材とめねじ部材とをねじ合わせていく時の共回り防止効果が低下しない。したがって、着脱を繰り返しても、継手のシール性を維持することができる。

図１は、この発明による流体継手の１実施形態を示す縦断面図である。図２は、この発明による流体継手の要部の拡大縦断面図である。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、図１の左右を左右とする。

図１は、この発明による流体継手の１実施形態を示しており、流体継手(1)は、互いに連通する流体通路を有している第１および第２の管状継手部材(2)(3)と、両継手部材(2)(3)間に介在させられた円環状ガスケット(4)と、ガスケット(4)を保持して自身が第１継手部材(2)に保持されるリテーナ(5)と、第１の継手部材(2)に嵌められた略円筒状のおねじ部材(6)と、第２の継手部材(3)に嵌められた略円筒状のめねじ部材(7)とを備えている。

各継手部材(2)(3)は、内周が流体通路となる円筒状のスリーブ本体(11)(13)と、その突き合わせ端部に一体に設けられたフランジ(12)(14)とからなり、同一形状とされている。

ガスケット(4)は、ニッケル合金等の金属製とされ、これが両継手部材(2)(3)の突き合わせ端面間で塑性変形することでシール性を得るようになっている。ガスケット(4)の内径は、各継手部材(2)(3)の内径に等しくなされている。

スリーブ本体(11)(13)同士は、ガスケット(4)を介して対向し、フランジ(12)(14)同士は、その突き合わせ端面がスリーブ本体(11)(13)よりも突出し、適正な締付け状態では、突き合わせ端面間の隙間がゼロとされている。フランジ(12)(14)の突き合わせ端面には、リテーナ(5)を収めるための凹所(12a)(14a)が形成されている。

ガスケット(4)とリテーナ(5)とは、互いに嵌め合わされるようになされており、リテーナ(5)は、ガスケット(4)を保持してフランジ(12)(14)の凹所(12a)(14a)に嵌め入れられているとともに、断面円形の金属製線材がＣ状に形成されたスナップリング(8)によって第１の継手部材(2)に保持されている。ガスケット(4)、リテーナ(5)およびスナップリング(8)によって、この流体継手(1)のシール手段が構成されている。

おねじ部材(6)は、円筒状の本体(15)と、本体(15)の右端面（突き合わせ端面）から右方（軸方向）に突出して両継手部材(2)(3)の突き合わせ部外周面を覆う円筒状カバー部(16)と、本体(15)の右端部（突き合わせ端部）の外周に設けられたおねじ部(17)と、本体(15)の左端部（反突き合わせ端部）の外周に設けられた六角係合部(18)とを有している。おねじ部材(6)は、第１継手部材(2)に左方から嵌められて、その本体(15)右面が第１継手部材(2)のフランジ(12)の左面に左方から当接させられている。

めねじ部材(7)は、袋ナットと称されるもので、第２継手部材(3)に右方から嵌められている。めねじ部材(7)は、本体(19)と、本体(19)の右端部に設けられた内向きフランジ(20)とを有している。本体(19)の左端部の内周には、おねじ部材(6)のおねじ部(17)にねじ合わされているめねじ部(19a)が形成されている。内向きフランジ(20)は、第２継手部材(3)のスリーブ本体(13)の周囲にはめられて、第２継手部材(3)のフランジ(12)の右面に右方から当接させられている。

おねじ部材(6)のカバー部(16)の内径は、第１および第２継手部材(2)(3)のフランジ(12)の外径よりわずかに大きくされ、外径は、めねじ部材(7)の内径よりもわずかに小さくなされている。

第２継手部材(3)のフランジ(14)とめねじ部材(7)の内向きフランジ(20)との間に共回り防止手段としての２枚のスラストワッシャ(9)(10)が介在させられている。

めねじ部材(7)の内向きフランジ(20)左面には、図２に拡大して示すように、２枚のスラストワッシャ(9)(10)を収納する環状の凹所(21)が設けられており、この凹所(21)開口には、スラストワッシャ(9)(10)を脱落しにくくする爪(22)が設けられている。爪(22)は、凹所(21)の開口縁部の径が凹所(21)の径よりも小さくされることで形成されている。

爪(22)によって、スラストワッシャ(9)(10)が環状の凹所(21)から脱落しにくいものとなっており、繰り返し着脱を行った場合でも、スラストワッシャ(9)(10)が適正位置に保持され、共回り性能の低下が防止される。

各スラストワッシャ(9)(10)は、ステンレス鋼表面にＮｉ（ニッケル）−Ｐ（リン）＋ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）複合皮膜が形成されてかつ熱処理が施されたものとされている。

Ｎｉ−Ｐ＋ＰＴＦＥ複合皮膜は、金属皮膜（Ｎｉ−Ｐ皮膜）中に複合材としてのＰＴＦＥ超微粒子（粒子径０．１〜０．３μｍ）を含有（含有量：３０〜３５ｖｏｌ％）させることで、Ｎｉ−Ｐの析出に伴い、ＰＴＦＥ超微粒子が同時に共析した複合皮膜として得ることができる。

熱処理は、大気雰囲気の熱風循環炉内において、設定温度を３３０℃として、１時間加熱するもので、これにより、Ｎｉ−Ｐの金属皮膜の硬度が上がるとともに、ＰＴＦＥが均一に分散し、摩擦係数が低くなる。

表１に、本発明を得るに至った性能評価結果を示す。

表１において、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤの４種類の表面処理について、共回り性能と着脱性能とを評価した結果を、良好であれば○、不十分であれば×で示している。Ａの表面処理は、Ｎｉ−Ｐ＋ＰＴＦＥ（５μｍ）複合皮膜（熱処理無し）であり、Ｂの表面処理は、Ｎｉ−Ｐ＋タングステン複合皮膜（熱処理有り）であり、Ｃの表面処理は、Ｎｉ−Ｐ＋ＰＴＦＥ（５μｍ）複合皮膜（熱処理有り）であり、Ｄの表面処理は、Ｎｉ−Ｐ＋ＰＴＦＥ（１０μｍ）複合皮膜（熱処理無し）である。各表面処理のスラストワッシャ(9)(10)について、１枚使用した場合および２枚使用した場合の両方について評価している。スラストワッシャ(9)(10)は、円板状とされている。

共回り性能は、締付け角度を５°から１００°まで徐々に増加していき、共回り角度を求め、各条件で共回り角度が５°未満の場合に良好と判定し、いずれかの条件で共回り角度が５°を超えたものは、不十分と判定した。

表１から、Ａの表面処理では、１枚使用するだけでは、十分な共回り性能を得ることができないが、２枚使用することで、十分な共回り性能が得られることが分かる。また、Ｂの表面処理では、２枚使用しても、十分な共回り性能を得ることができないことが分かる。ＣおよびＤの表面処理では、１枚および２枚いずれの場合でも、十分な共回り性能を有していることが分かる。

着脱性能は、着脱を３０回繰り返して、共回り角度を求めたものである。ここでは、１回目の取付け時における共回り性能が良好なもの（Ａ２枚、Ｃ１枚、Ｃ２枚、Ｄ１枚およびＤ２枚）について、複数回の着脱を繰り返した場合に、どうなるかを評価した。

着脱回数が５回を超えると、多くのケースで、共回り角度が大きくなることが分かり、表１から、Ｃの表面処理で枚数が２枚のものだけは、着脱を繰り返しても、共回り角度５°未満が維持されることが分かる。

なお、着脱性能については、着脱を繰り返した後の表面観察も行っており、バリや傷の発生、変形などについても、上記Ｃの表面処理で枚数が２枚のものは、良好な状態が維持されている。

したがって、共回り手段として、２枚のスラストワッシャ(9)(10)を使用するとともに、各スラストワッシャ(9)(10)をＮｉ−Ｐ＋ＰＴＦＥ（５μｍ）複合皮膜（熱処理有り）付きとすることで、着脱を繰り返しても、共回り性能が維持され、流体継手(1)のシール性が損なわれることがないものとできる。上記２枚のスラストワッシャ(9)(10)からなる共回り手段は、シール手段が上記に示した以外の構成の流体継手に対しても適用することができる。

スラストワッシャ(9)(10)は、円板状であってもよく、また、スラストワッシャ(9)(10)は、円板状の一部が欠損したＣ状体であってもよい。

なお、複合皮膜の厚みが４μｍ未満であると、摩擦係数が高くなって、共回りしやすくなり、また、複合皮膜の厚みが７μｍを超えると、剥離が発生し着脱性能が悪くなることから、Ｎｉ−Ｐ＋ＰＴＦＥ（５μｍ）複合皮膜の厚みは、４〜７μｍであることが好ましい。

(1)：流体継手、(2)(3)：継手部材、(6)：おねじ部材、(7)：袋ナット（めねじ部材）、(9)(10)：スラストワッシャ（共回り防止手段）、(21)：凹所、(22)：爪

Claims

互いに連通する流体通路を有している一対の継手部材と、両継手部材の突合わせ端面の間に介在させられるシール手段とを備えており、いずれか一方の継手部材に設けられたおねじ部材と他方の継手部材に設けられためねじ部材とによって継手部材同士が結合されるとともに、スラストワッシャを含んだ共回り防止手段によってねじ部材と継手部材との共回りが防止されている流体継手において、
共回り防止手段は、２枚のスラストワッシャが重ね合わされることで形成されており、各スラストワッシャは、基材金属表面にＮｉ−Ｐ＋ＰＴＦＥ複合皮膜が形成されてかつ熱処理が施されたものであることを特徴とする流体継手。
各スラストワッシャの複合皮膜の厚みが４〜７μｍとされていることを特徴とする請求項１の流体継手。
共回り防止手段は、めねじ部材としての袋ナットに設けられており、袋ナットに、２枚のスラストワッシャを収納する環状の凹所と、凹所開口に設けられてスラストワッシャを脱落しにくくする爪とが設けられていることを特徴とする請求項１または２の流体継手。
スラストワッシャは、円板状であることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の流体継手。
スラストワッシャは、円板状の一部が欠損したＣ状体であることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の流体継手。