JP2883178B2 - 密封装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、内部を常に外気から遮断する必要のある機
器・装置類の開口部の密封装置に関するものであり、半
導体製造設備や原子力関係設備、航空機関係設備等に於
いて主に利用されるものである。

（従来の技術） 半導体製造設備や原子力関係設備に於いては、外気の
流入を防止して機器・装置の内部を特に清潔に保持する
必要のあるものが多くあり、特別な場合には機器内部を
真空状態に保持したり、或いは不活性ガスによる加圧状
態とすることにより、内部の安定化が図られている。

ところで、半導体製造設備や原子力関係設備に於いて
上述の如き機器・装置を取り替える場合、例えば核融合
設備のプラズマ加熱装置に於けるプラズマ容器等を交換
する場合には、通常第７図に示す如く、先ずプラズマ容
器Ａの出・入口部に設けられた形状記憶合金継手B,Bを
解離し、プラズマ容器Ａを同軸ガンＣ等から切り離す。
次に、密封板Ｅにより開口部Ｄを開鎖し、内部を真空に
した新たなプラズマ容器Ａ′を搬入し、密封板Ｅを取外
した後、形状記憶合金継手B,Bを加熱してこれを同軸ガ
ンＣ等へ連結する。そして、最後に機器並びに管路内部
を所定の真空度にまで真空引きすることにより、プラズ
マ容器Ａの取替えを完了する。

しかし乍ら、前述の如き方法では、プラズマ容器Ａ′
の連結前に密封板Ｅを取り外す為、機器内部の真空が一
旦破られ、外気の流入によって機器内部が汚損するとい
う難点がある。

又、機器・装置の連結後に機器内部を再度真空引きす
る必要があり、真空引き操作に時間が掛る等の問題があ
る。

一方、前述の如き問題を避ける為、前記密封板Ｅに替
えてプラズマ容器Ａの開口部にゲートバルブ（図示省
略）を固設し、容器Ａの連結後に管路内等を真空引きし
た後、ゲートバルブを開くようにすることも可能であ
る。

しかし、容器Ａの開口部が大きくなると、ゲートバル
ブ自体が大型となり、経済性や容器Ａの設置用スペース
等の点に新たな問題が発生する。

また、ゲートバルブは、その構造上真空漏れを完全に
防止するのが困難で、様々な不都合が発生する。

そこで、本件出願人は、これらの問題を解決する為に
様々な実験・研究を行なった結果、前述の如き問題を解
決する密封装置を開発した。

即ち、前記密封装置は、第８図に示す如く、シート受
けフランジ３、収納溝4aを有する押えフランジ４、通孔
10aを有するアルミニウム製の密封シート10、傾斜面9b
を有する形状記憶合金製のリング状押圧体９、傾斜面8b
を有するリング状シート押え８及びヒータ11等から構成
されている。

尚、図に於いて、１は機器装置本体（プラズマ容
器）、２はその開口部、５はスペーサ、６はボルトナッ
ト、７は連結管、13はシート保持器、14はシート巻取
器、15は密閉ケースである。

而して、押圧体９をヒータ11により変態点温度以上の
温度に加熱して縮径させると、押圧体９の縮径により発
生した機械力が押圧体９及びシート押え８の傾斜面9b,8
bを介してシート押え８に作用し、該シート押え８を密
封シート10側へ押圧する。これによって、密封シート10
はシート受けフランジ３へ押圧され、開口部２を密封す
る。

又、ヒータ11への通電を遮断し、押圧体９を変態点温
度以下の温度に冷却すると、押圧体９が拡径して押圧体
９に掛る機械力が喪失し、シート押え８及び密封シート
10はフリーになる。この状態で密封シート10を移動さ
せ、その通孔10aを開口部２へ合致せしめた後、ヒータ1
1で押圧体９を再度加熱することにより開口部２は開放
状態に保持される。

前記密封装置は、小体積でも大きな発生力が得られる
形状記憶合金製の押圧体９やアルミニウム製の密封シー
ト10を用いて開口部２を密封若しくは開閉している為、
開口部２の口径が大きくても装置自体の小形化を図れ、
然も開口部２の密封を確実に行える等の利点がある。

（考案が解決しようとする課題） 然し乍ら、前記密封装置に於いても未だ解決すべき問
題点が残されている。

即ち、前記密封装置は、機器装置本体１内及び連結管
７内の真空系と押圧体９が収納される収納溝4a内の加熱
・冷却系とが連通状態にあり、押圧体９が事実上真空系
内に位置していた為、押圧体９の冷却が自然冷却となっ
ていた。その結果、押圧体９が密封シート10をフリーの
状態にできるまで冷却されるのに長時間を要し、密封装
置の動作時間が極めて長くなると云う問題があった。

特に、押圧体９は、通常70〜80℃まで加熱される為、
自然冷却に頼ると、前記問題がより一層顕著に現れるこ
とになる。

又、シート押え８が収納溝4a内にフリーの状態で収納
されている為、シート押え10は収納溝4a内でガタツキ易
く密封シート10の巻取り時に密封シート10がシート押え
８に引っ掛って損傷したりすることがあり、シール性能
が著しく低下すると云う問題もあった。

然も、シール押え８がフリーの状態になっていると、
密封装置を設置する向きによってはシート押え８が密封
シート10に常時接触することになり、密封シート10の巻
取り時にこれがより損傷し易くなる。

本発明は、上記の問題点を解決する為に創案されたも
のであり、その目的は押圧体の冷却を短時間で行えると
共に、密封シートの損傷を防止できる密封装置を提供す
るにある。

（課題を解決する為の手段） 上記目的を達成する為に、本発明の密封装置は、シー
ト受けフランジ、押えフランジ、密封シート、押圧体、
シート押え及び加熱装置等から構成した密封装置に於い
て、押圧体の内外方位置でシート押えと押えフランジと
の間にベローズを夫々介設してシート押えを支持すると
共に押圧体の周囲に機器装置本体内及び連結管内から遮
断された密閉状の空間を形成し、前記押えフランジに空
間内へ冷却流体若しくは加熱流体を供給し得る流路を形
成したものである。

前記密封シートを、通孔を一定間隔で穿設したアルミ
ニウム製の帯状シートとすることが好ましい。

又、押えフランジ若しくはシート受けフランジに、密
封シートを巻取り保持するシート保持器とシート保持器
から繰り出した密封シートを巻取るシート巻取器とを設
けることが好ましい。

更に、シート受けフランジ、押えフランジ、シート保
持器及びシート巻取器等を密閉ケース内に気密状に収納
することが好ましい。

（作用） 加熱装置により形状記憶合金製の押圧体をその変態点
温度以上の温度に加熱すると、リング状の押圧体９は縮
径し、縮径時に発生した機械力は、その前面側の傾斜面
9bを介してシート押え８に印加され、該シート押え８を
密封シート側へ押圧する。

密封シート10は前記シート押え８によってシート受け
フランジ３側へ押圧され、開口部２が密封される。

前記加熱装置による押圧体の加熱を停止したあと、押
えフランジに形成した流路から押圧体の周囲に冷却流体
を流して当該押圧体を変態点温度以下に強制冷却する
と、押圧体は拡径して押圧体に掛る機械力が喪失し、密
封シートは移動自在となる。

この状態でシート保持器及びシート巻取器を操作して
密封シートをシート巻取器へ巻取り、密封シートの通孔
を開口部へ合致せしめた後、再度加熱装置を作動させる
ことにより開口部は開放状態に保持される。

この密封装置は、押圧体を冷却流体で強制冷却してい
る為、密封シートを短時間でフリーの状態にでき、動作
時間を大幅に短縮することができる。

又、シート押えがベローズで支持された状態になって
いる為、シート押えのガタツキがなくなり、密封シート
の移動時にこれがシート押えに引っ掛ると云うこともな
く、密封シートの損傷を防止することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明の実施例に密封装置の断面図であり、
１は機器装置本体（例えばプラズマ容器）、２は本体１
の開口部、３はシート受けフランジ、４は押えフラン
ジ、５はスペーサ、６はボルト・ナット、７は連結管、
８はシート押え、９は押圧体、10は密封シート、11は加
熱装置を形成するヒータ、12はベローズ、13はシート保
持器、14はシート巻取器、15は密閉ケースである。

前記機器装置本体１は、密封構造に形成されて居り、
その開口部２は短管により形成されている。

又、開口部２を形成する短管の先端部にはシート受け
フランジ３が溶接されて居り、該フランジ３のフランジ
面3aが後述する密封シート10に対する弁座面となってい
る。

前記押えフランジ４は、スペーサー５を介設したうえ
前記シート受けフランジ３と対向状に配設され、ボルト
・ナット６によりフランジ３に固設されて居り、連結管
７の一端がその外側面に溶接されている。

又、押えフランジ４の内側面には断面形状が略四角状
の収納溝4aが環状に形成されて居り、この中に後述する
リング状のシート押え８、リング状の押圧体９及び加熱
装置を形成するヒータ11が挿着されている。

更に、押えフランジ４の内周縁部には収納溝4a内と外
部とを連通状態にする流路4bが複数形成されて居り、こ
の流路4bの一部は冷却流体供給源（図示省略）に接続さ
れ、残りの流路4bは冷却流体の出口となっている。

尚、前記スペーサー５は、後述するごとくフランジ３
とフランジ４の間に、密封シート10がスライド移動し得
るだけの間隙Ｇを形成する為のものであり、本実施例で
はフランジ４と別体としているが、フランジ４と一体的
に形成しても良く、或いはフランジ３側に一体的に設け
ても良いことは勿論である。

前記シート押え８は、リング状を呈し、その前面側に
は密封シート10に接当する押圧用突起8aが環状に形成さ
れ、その後面側には環状の傾斜面8bが形成されている。

前記押圧体９は、所謂可逆性形状記憶合金によりリン
グ状に形成されて居り、その前面側はシート押えリング
８の傾斜面8bに摺接する傾斜面9bに、またその後面側は
収納溝4aの底面に摺接する平面状に夫々形成されてい
る。尚、本実施例に於けるリング状の押圧体９は、Ti-N
i系の形状記憶合金インゴットから加工形成した一方向
形状記憶特性を持つリング体（変態完了温度Mf＝約15
℃、逆変態開始温度Af＝約75℃）に、機械的トレーニン
グを行なって二方向性形状記憶効果を保持させ、所謂可
逆特性を具備するようにしたものであり、前記加熱装置
を形成するヒータ11により変態点以上の温度に加熱する
ことによって縮径すると共に、変態点以下の温度に冷却
することにより拡径するように為されている。

前記密封シート10は、厚さ100μｍ〜200μｍ程度のア
ルミニウム薄膜により形成されて居り、適宜の長さのシ
ート10がシート保持器12に巻取り収納されている。

当該密封シート10には第４図に示す如く、開口部２の
口径に相当する直径の通孔10aが適宜のピッチで穿設さ
れて居り、その先端は両フランジ3,4の間隙Ｇを通して
シート巻取器14へ巻取り自在に固着されている。

前記ベローズ12は、金属部材（例えばステンレス材）
により伸縮自在に構成されて居り、押圧体９の内方位置
及び外方位置に夫々配設され、その一端がシート押え８
の後面に、又、他端が押えフランジ４及びスペーサー５
の前面に夫々固着されている。

従って、ベローズ12によってシート押え８が支持され
ると共に押圧体９の周囲には機器装置本体１内及び連結
管７内から遮断された密閉状の空間16が形成されること
になる。

尚、ベローズ12は、その弾性力によって密封シート10
の移動時にシート押え８が密封シート10に当接しないよ
うに当該シート押え８を押えフランジ４側へ附勢してい
る。

又、押圧体９の周囲に形成された空間16には流路4bが
連通され、冷却流体17を供給できるように為されてい
る。

前記シート保持器13及びシート巻取器14は、支持片1
8,18を介して押えフランジ４に夫々固定されて居り、シ
ート巻取器14の上部ハンドル14aを回転させることによ
り、矢印方向へ繰り出されて行く。

前記両フランジ3,4、シート保持器13及びシート巻取
器14等は、二つ割り型の密閉ケース15内へ気密状に格納
されて居り、密封装置の要部が外気から遮断されるよう
になっている。又、シート保持器13及びシート巻取器14
のハンドル13a,14aは密閉ケース15外に突設され、外部
から操作できるように為されている。

尚、本実施例ではシート保持器13等の取替えを考慮し
て二つ割り型の密閉ケース15を使用するようにしている
が、溶接構造の密閉ケース15としても良いことは勿論で
ある。

また、本実施例では密閉ケース15により両フランジ3,
4等を気密状に覆う構成としているが、密閉ケース15を
取り外し、両フランジ3,4等を露出せしめても良いこと
は勿論である。

更に、本実施例では、開口部２を繰返し開・閉するた
め、密閉シート10を、通孔10aを一定間隔で形成した帯
状の密閉シートとし、これをシート保持器13に巻取り保
持すると共にその先端部をシート巻取器14へ巻取る構成
としているが、開口部２の開閉を繰り返す必要のない場
合には、密封シート10に通孔10aを設けたり、或いはシ
ート保持器13やシート巻取器14を設けたりする必要も無
く、適宜の大きさに切断した密封シート10を両フランジ
3,4間へ差し込む構成としても良い。

次に、本発明の作動について説明する。

機器装置本体１の開口部２を開放状態から閉鎖状態に
する場合には、流路4bから押圧体９周囲の空間16に冷却
流体17（ベローズ破損時の汚染を考慮して液体窒素の蒸
気等を使用）を流して押圧体９を変態点温度以下の温度
に強制冷却し、押圧体９を拡径させる。

これによって、押圧体９に掛る機械力が喪失し、第５
図のようにシート押え８の密封力が解除され、密封シー
ト10はフリーの状態となる。

尚、押圧体９は、冷却流体17によって強制冷却される
為、短時間で拡径し、密封シート10の開放は迅速に行わ
れる。

そして、密封シート10を所定量だけシート巻取器14側
へ巻取り、その通孔10aに替えてシート部10bがフランジ
開口部へ対向するようにする。

このとき、シート押え８は、ベローズ12によって支持
され、密封シート10と非接触状態になっている為、密封
シート10の移動時にがたついて密封シート10に引っ掛っ
たりすると云うこともなく、密封シート10の損傷を防止
することができる。

その後、冷却流体17を止めると共に加熱装置を形成す
るヒータ11を加熱して押圧体９を変態点温度以上の温度
に加熱し、これを縮径させる。

押圧体９が縮径すると、第６図に示す如く、両傾斜面
8b,9bを介して押圧体９の縮径により生じた機械力がシ
ート押え８に作用し、矢印方向の押圧力が加えられる。
これにより、シート押え８の押圧用突起8aがシート10側
へ当接し、開口部２がシート10により密封される。

一方、密封状態にある開口部２を開放する場合には、
前記と同様に加熱装置を形成するヒータ11による加熱を
切り、押圧体９周囲の空間16に冷却流体17を流して押圧
体９を変態点温度以下の温度に冷却する。これにより、
押圧体９は第５図の如く拡径し、シート押え８の密封力
が解除される。この状態で、シート10を巻取り、その通
孔10aを開口部２と対向せしめることにより、開口部２
が完全に開放される。

尚、開口部２と通孔10aとを対向せしめた後で加熱装
置を形成するヒータ11を再加熱することにより、両フラ
ンジ3,4間の気密性がシート10を介して確保されると共
に開口部２が開放状態に保持される。

次に、開口部２を閉鎖し、内部を10^-4〜10^-6torrの真
空とした当該機器装置本体１を管路へ接続する様な場合
には、先ず連結管７と管路（図示省略）とを形状記憶合
金継手等によって連結する。次に、管路７内を所定の真
空度に排気し、その後開口部２を前述の如き操作によっ
て開放する。これにより、機器装置本体１は、その内部
を常時一定の真空度に保持した状態で、管路へ接続され
ることになる。又、前記開口部２の開放後にシート押え
８を作動させることにより、両フランジ3,4間の気密が
確実に保持され、万一密閉ケース15から漏れを生じて
も、機器装置本体１の内部は全く影響を受けることがな
い。

また逆に、機器装置本体１を管路（図示省略）から外
す場合も同様であり、シート10を移動して開口部２を閉
鎖した後、機器装置本体１を管路から外すことにより、
機器装置本体１内を常に気密下に保持できる。

尚、上記実施例に於いては、流路4bから空間16内へ冷
却流体17を供給して押圧体９を強制冷却するようにした
が、流路4bに熱媒体を流し、押圧体９を加熱するように
しても良い。即ち、上記実施例においては、押圧体９の
加熱装置として電気ヒータ式の加熱装置を使用している
が、当該電気ヒータ式の加熱装置に替えて、上述のよう
に流路4bに流す流体を熱媒体（加熱流体）に切り換えし
て空間16内へ加熱流体を供給し、この加熱流体により押
圧体９を強制加熱するようにした加熱流体式の加熱装置
としても良い。

（発明の効果） 本発明は、以上説明したように構成されているので、
以下に記載されるような効果を奏する。

（１）ベローズによって形状記憶合金製の押圧体の周囲
に機器装置本体内及び連結管内から遮断された空間を形
成し、この空間内へ冷却流体を流して押圧体を強制冷却
する構成とした為、押圧体を短時間で冷却でき、密封シ
ートの開放を迅速に行える。その結果、密封装置の動作
時間を大幅に短縮することができる。

（２）シート押えをベローズで支持する構成とした為、
密封装置がどの向きに設置されてもシート押えのガタツ
キを防止でき、密封シートの移動時にこれがシート押え
に引っ掛ると云うこともなく、密封シートの損傷を確実
に防止することができる。

（３）形状記憶合金製のリング状押圧体の傾斜面とリン
グ状シート押えの傾斜面とを摺接自在に組合せ、押圧体
の加熱縮径及び冷却拡径によりシート押えを前後方向へ
移動させ、密封シートにより機器本体の開口部を開閉す
る構成としている為、万一リング状の押圧体の縮径時の
縮径量に部分的な不同が生じても、リング状のシート押
えはリングの外周全体に亘って略均等に押圧されること
になり、高い気密性を確保することが出来る。

又、押圧体の拡径時に万一温度下降の不同から拡径量
に不同が出ても、押圧体の移動がシート押えの傾斜面に
よって規制されることになり、拡径時に於けるリング状
の押圧体の所謂片寄りが完全に阻止される。

（４）押圧体の加熱・冷却により開口部の開閉を行って
いる為、簡単な操作によって開口部の開閉を円滑且つ確
実に行える。

（５）密閉装置の要部が２枚のフランジと両フランジ間
に介設した密封シート等から構成されている為、密封装
置そのものが極めて薄い構造のものとなり、装置の大幅
な小型化が可能となる。

（６）密封シートを、通孔とシート部とが交互に連続す
る帯状のシートとし、当該シートをシート巻取器により
順次巻き取る構成とした場合には、機器装置本体の開口
部を繰返し開・閉することが出来、常に機器装置本体の
内部を真空状態等に保持できると共に、経済性も著しく
向上する。

（７）両フランジ等を密閉ケースで囲繞した場合には、
シート押えの押圧力を解除し、シートを移動して開口部
を開放する時にも、両フランジの間隙を通して外気が機
器本体内へ流入する様なことが無く、機器装置本体の内
部をより完全に保護することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る密封装置の断面図、第２図は第１
図のII-II視図、第３図は、一部を破断した第１図のIII
-III視図、第４図は密封シートの一例を示す平面図、第
５図は押圧体が拡径し、シート押えの押圧力を解除した
状態を示す部分断面図、第６図は押圧体が縮径し、シー
ト押えに押圧力を加えた状態を示す部分断面図、第７図
は核融合設備に於けるプラズマ容器等の交換方法の説明
図、第８図は従来の密封装置の断面図である。 １は機器装置本体、２は開口部、３はシート受けフラン
ジ、４は押えフランジ、4aは収納溝、4bは流路、８はシ
ート押え、8bは傾斜面、９は押圧体、9bは傾斜面、10は
密封シート、10aは通孔、11はヒータ、12はベローズ、1
3はシート保持器、14はシート巻取器、15は密閉ケー
ス、16は空間、17は冷却流体、Ｇは間隙。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機器装置本体の開口部に固設したシート受
   けフランジと；シート受けフランジと一定の間隙Ｇを置
   いて対向状に配設され、その内側面に環状の収納溝を有
   すると共に外側面に連結管を固設した押えフランジと；
   両フランジ間に挿入した密封シートと；押えフランジの
   収納溝内に挿着され、シート受けフランジに対向する前
   面側に環状の傾斜面を備えた形状記憶合金製のリング状
   の押圧体と；押圧体の前方に位置して収納溝内に挿着さ
   れ、その後面側に押圧体の傾斜面と摺接する傾斜面を備
   えたリング状のシート押えと；押圧体を加熱する加熱装
   置とから構成した密封装置に於いて、前記押圧体の内外
   方位置でシート押えと押えフランジとの間にベローズを
   夫々介設してシート押えを支持すると共に押圧体の周囲
   に機器装置本体内及び連結管内から遮断された密閉状の
   空間を形成し、前記押えフランジに空間内へ冷却流体若
   しくは加熱流体を供給し得る流路を形成したことを特徴
   とする密封装置。
2. 【請求項２】密封シートが、機器装置本体内と連結管内
   とを連通させる通孔を一定間隔で穿設したアルミニウム
   製の帯状シートである請求項１記載の密封装置。
3. 【請求項３】押えフランジ若しくはシート受けフランジ
   に、密封シートを巻取り保持するシート保持器とシート
   保持器から繰り出した密封シートを巻取るシート巻取器
   とを夫々設けた請求項１又は２記載の密封装置。
4. 【請求項４】シート受けフランジ、押えフランジ、シー
   ト保持器及びシート巻取器等を密閉ケース内に気密状に
   収納し、シート保持器及びシート巻取器を外部から操作
   できる構成とした請求項３記載の密封装置。