JP3120622B2 - メタルガスケット - Google Patents
メタルガスケットInfo
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- JP3120622B2 JP3120622B2 JP05079111A JP7911193A JP3120622B2 JP 3120622 B2 JP3120622 B2 JP 3120622B2 JP 05079111 A JP05079111 A JP 05079111A JP 7911193 A JP7911193 A JP 7911193A JP 3120622 B2 JP3120622 B2 JP 3120622B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は真空フランジ用のメタル
ガスケットに関し、特に、高温での信頼性を高めて品質
を向上させたメタルガスケットに関する。
ガスケットに関し、特に、高温での信頼性を高めて品質
を向上させたメタルガスケットに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、１０-5Ｐａ（１０-7Ｔｏｒｒ）
以下の超高真空領域で使用する真空装置では、静止箇所
であるフランジ継手部分のシールを行うために銅，アル
ミ，金等から成るメタルガスケットが使用されている。
このメタルガスケットは、高い真空度を提供できること
からコンフラットタイプのフランジと組み合わせて使用
されることが多く、材質としては無酸素銅が広く用いら
れている。
以下の超高真空領域で使用する真空装置では、静止箇所
であるフランジ継手部分のシールを行うために銅，アル
ミ，金等から成るメタルガスケットが使用されている。
このメタルガスケットは、高い真空度を提供できること
からコンフラットタイプのフランジと組み合わせて使用
されることが多く、材質としては無酸素銅が広く用いら
れている。
【０００３】図７には、上記したコンフラットタイプの
フランジとメタルガスケットを組み合わせたシール機構
が示されている。このシール機構は、ナイフエッジ３を
有する２つのフランジ２の間にメタルガスケット１を配
置させてシール機能を発揮させたものであり、フランジ
２をボルト４とナット５で締め付けて、フランジ２のナ
イフエッジ３をメタルガスケット１の表面に押し込み、
メタルガスケット１とナイフエッジ３の接触面に高い面
圧を発生させることによって、高い気密性を得るように
なっている。
フランジとメタルガスケットを組み合わせたシール機構
が示されている。このシール機構は、ナイフエッジ３を
有する２つのフランジ２の間にメタルガスケット１を配
置させてシール機能を発揮させたものであり、フランジ
２をボルト４とナット５で締め付けて、フランジ２のナ
イフエッジ３をメタルガスケット１の表面に押し込み、
メタルガスケット１とナイフエッジ３の接触面に高い面
圧を発生させることによって、高い気密性を得るように
なっている。
【０００４】一方、このような超高真空装置は、通常、
到達圧力を改善するために、容器と排気系を予め加熱し
て表面に吸着している水，油，及びガス分子を除去する
ベーキング処理を行っている。これを装置を組み上げた
状態で排気しながら行うと、より効果的に吸着分子を除
去することができる。一般的なベーキング処理の温度は
１５０〜３００℃程度であるが、到達圧力をより低圧に
するためには高温に加熱することが必要であり、５００
℃を越える温度でベーキング処理が行われている。この
ため、装置を組み上げ、排気しながらこのような高温で
のベーキング処理を行う場合、装置のフランジ継手部に
用いられるメタルガスケットは高温下でも十分な気密性
を保持する特性が求められている。
到達圧力を改善するために、容器と排気系を予め加熱し
て表面に吸着している水，油，及びガス分子を除去する
ベーキング処理を行っている。これを装置を組み上げた
状態で排気しながら行うと、より効果的に吸着分子を除
去することができる。一般的なベーキング処理の温度は
１５０〜３００℃程度であるが、到達圧力をより低圧に
するためには高温に加熱することが必要であり、５００
℃を越える温度でベーキング処理が行われている。この
ため、装置を組み上げ、排気しながらこのような高温で
のベーキング処理を行う場合、装置のフランジ継手部に
用いられるメタルガスケットは高温下でも十分な気密性
を保持する特性が求められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の無酸素
銅を用いたメタルガスケットでは、材料である無酸素銅
の軟化温度が低いため、３００℃を越える温度でベーキ
ング処理を行うと、メタルガスケットが軟化してフラン
ジとの接触面に働く面圧が低下し、リークが生じる恐れ
がある。このため、排気しながらベーキング処理する
と、リークの発生によって外部からガスが侵入し、効果
的に吸着分子を除去することができなくなるという不都
合がある。また、たとえリークに至らなくてもメタルガ
スケットの軟化によってフランジとの間に緩みが生じる
ため、ベーキング処理後にフランジ継手部を増し締めす
る作業が必要になる。
銅を用いたメタルガスケットでは、材料である無酸素銅
の軟化温度が低いため、３００℃を越える温度でベーキ
ング処理を行うと、メタルガスケットが軟化してフラン
ジとの接触面に働く面圧が低下し、リークが生じる恐れ
がある。このため、排気しながらベーキング処理する
と、リークの発生によって外部からガスが侵入し、効果
的に吸着分子を除去することができなくなるという不都
合がある。また、たとえリークに至らなくてもメタルガ
スケットの軟化によってフランジとの間に緩みが生じる
ため、ベーキング処理後にフランジ継手部を増し締めす
る作業が必要になる。
【０００６】また、前述したように、到達圧力をより低
圧にするために５００℃を越える温度でベーキング処理
すると、フランジとメタルガスケットの間で原子の拡散
が起こり、両者が接着してしまう現象が生じる。このよ
うにメタルガスケットとフランジが接着してしまうと、
フランジの開閉ができなくなり、ベーキング処理後の作
業に困難が生じる。
圧にするために５００℃を越える温度でベーキング処理
すると、フランジとメタルガスケットの間で原子の拡散
が起こり、両者が接着してしまう現象が生じる。このよ
うにメタルガスケットとフランジが接着してしまうと、
フランジの開閉ができなくなり、ベーキング処理後の作
業に困難が生じる。
【０００７】従って、本発明の目的は３００〜５００℃
を越える高温でベーキング処理を行っても、リークやフ
ランジとの接着を防ぐことができるメタルガスケットを
提供することである。
を越える高温でベーキング処理を行っても、リークやフ
ランジとの接着を防ぐことができるメタルガスケットを
提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点に鑑
み、３００〜５００℃を越える高温でベーキング処理を
行っても、リークやフランジとの接着を防ぐため、酸素
含有量が１０ｐｐｍ以下の銅にジルコニウム，クロム，
ハフニウムの中から選ばれた少なくとも１種を０．０１
〜１重量％添加した銅合金の表面に、厚さ１０〜５０ｎ
ｍの窒化チタン層，又は窒化クロム層を形成したメタル
ガスケットを提供するものである。
み、３００〜５００℃を越える高温でベーキング処理を
行っても、リークやフランジとの接着を防ぐため、酸素
含有量が１０ｐｐｍ以下の銅にジルコニウム，クロム，
ハフニウムの中から選ばれた少なくとも１種を０．０１
〜１重量％添加した銅合金の表面に、厚さ１０〜５０ｎ
ｍの窒化チタン層，又は窒化クロム層を形成したメタル
ガスケットを提供するものである。
【０００９】無酸素銅（酸素含有量１０ｐｐｍ以下）に
ジルコニウム，クロム，ハフニウムの中から選ばれた少
なくとも１種を添加する理由は、軟化温度を高くしてベ
ーキング処理時のメタルガスケットの軟化を防ぐためで
ある。銅に添加されたときその銅合金の軟化温度が高く
なる添加元素として、この他にインジウム，カドミウ
ム，スズ等があるが、これらはそれ自身の融点が低いた
め、加熱したときにメタルガスケットとフランジの融着
を引き起こす恐れがあって適当ではない。このため、上
記元素，或いはこれらに加えてチタン，銀等を用いるの
が適当である。これらの元素は活性なものが多いため、
ベースとなる銅中に含まれる酸素等の不純物の影響を受
けやすく、従って、銅中の酸素濃度を１０ｐｐｍ以下に
抑える必要がある。
ジルコニウム，クロム，ハフニウムの中から選ばれた少
なくとも１種を添加する理由は、軟化温度を高くしてベ
ーキング処理時のメタルガスケットの軟化を防ぐためで
ある。銅に添加されたときその銅合金の軟化温度が高く
なる添加元素として、この他にインジウム，カドミウ
ム，スズ等があるが、これらはそれ自身の融点が低いた
め、加熱したときにメタルガスケットとフランジの融着
を引き起こす恐れがあって適当ではない。このため、上
記元素，或いはこれらに加えてチタン，銀等を用いるの
が適当である。これらの元素は活性なものが多いため、
ベースとなる銅中に含まれる酸素等の不純物の影響を受
けやすく、従って、銅中の酸素濃度を１０ｐｐｍ以下に
抑える必要がある。
【００１０】また、元素の添加量を０．０１〜１重量％
とする理由は、０．０１重量％以下では、軟化温度を十
分に高めることができず、また、１重量％以上では、添
加量に対する軟化温度の上昇率が低下すると共に、フラ
ンジで締め付けた際に潰れ難くなる等の不都合が生じる
からである。
とする理由は、０．０１重量％以下では、軟化温度を十
分に高めることができず、また、１重量％以上では、添
加量に対する軟化温度の上昇率が低下すると共に、フラ
ンジで締め付けた際に潰れ難くなる等の不都合が生じる
からである。
【００１１】更に、上記元素を添加した銅合金の表面
に、厚さ１０〜５０ｎｍの窒化チタン層，又は窒化クロ
ム層を形成する理由は、ベーキング処理時のフランジと
の接着を防ぐためである。すなわち、両者の界面に窒化
チタン層，又は窒化クロム層を形成して原子の拡散を妨
げるようにしている。また、厚さを１０〜５０ｎｍにし
た理由は、被覆厚が薄すぎると、原子の拡散を妨げるこ
とができず、また厚すぎると、フランジとの接触面での
気密性を低下させる恐れがあるからである。
に、厚さ１０〜５０ｎｍの窒化チタン層，又は窒化クロ
ム層を形成する理由は、ベーキング処理時のフランジと
の接着を防ぐためである。すなわち、両者の界面に窒化
チタン層，又は窒化クロム層を形成して原子の拡散を妨
げるようにしている。また、厚さを１０〜５０ｎｍにし
た理由は、被覆厚が薄すぎると、原子の拡散を妨げるこ
とができず、また厚すぎると、フランジとの接触面での
気密性を低下させる恐れがあるからである。
【００１２】
【実施例】以下、本発明のメタルガスケットについて添
付図面を参照しながら詳細に説明する。
付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】図１，及び図２には、本発明の一実施例に
係るメタルガスケット１の構造が示されている。このメ
タルガスケット１は、酸素含有量１０ｐｐｍ以下の無酸
素銅にジルコニウム，クロム，ハフニウムの少なくとも
１種を０．０１〜１重量％添加した銅合金１１と、その
表面に形成された厚さ１０〜５０ｎｍの窒化チタン，或
いは窒化クロム等の被覆層１２より構成されている。
係るメタルガスケット１の構造が示されている。このメ
タルガスケット１は、酸素含有量１０ｐｐｍ以下の無酸
素銅にジルコニウム，クロム，ハフニウムの少なくとも
１種を０．０１〜１重量％添加した銅合金１１と、その
表面に形成された厚さ１０〜５０ｎｍの窒化チタン，或
いは窒化クロム等の被覆層１２より構成されている。
【００１４】以上の実施例において、銅合金１１として
無酸素銅にジルコニウムを０．０５重量％添加した銅合
金インゴットを製造し、熱間圧延と冷間圧延して厚さ２
ｍｍの板材を本発明品として得た。
無酸素銅にジルコニウムを０．０５重量％添加した銅合
金インゴットを製造し、熱間圧延と冷間圧延して厚さ２
ｍｍの板材を本発明品として得た。
【００１５】一方、無酸素銅にジルコニウムを０．００
９重量％添加して同様に板材としたものを比較品１，添
加元素が含まれない無酸素銅を同様に板材としたものを
比較品２とした。
９重量％添加して同様に板材としたものを比較品１，添
加元素が含まれない無酸素銅を同様に板材としたものを
比較品２とした。
【００１６】次に、上記３種（本発明品，比較品１，
２）の板材から２０ｍｍ×２０ｍｍの試験片を採取し、
２００〜７００℃の温度で１時間加熱し、加熱後の硬度
を測定した。
２）の板材から２０ｍｍ×２０ｍｍの試験片を採取し、
２００〜７００℃の温度で１時間加熱し、加熱後の硬度
を測定した。
【００１７】図３には、その測定結果が示されている。
これから判るように、比較品１，２は３００℃で軟化し
ているのに対し、無酸素銅にジルコニウムを０．０５重
量％添加した本発明品は、６００℃まで軟化せず、耐熱
性が良好になっている。
これから判るように、比較品１，２は３００℃で軟化し
ているのに対し、無酸素銅にジルコニウムを０．０５重
量％添加した本発明品は、６００℃まで軟化せず、耐熱
性が良好になっている。
【００１８】更に、本発明品と比較品２（無酸素銅）の
板材から外径４８．２ｍｍ，内径３７．０ｍｍのリング
状にプレス打抜きしてメタルガスケットを製造した。こ
れらのメタルガスケットを排気用の配管を溶接したフラ
ンジと盲フランジの間の接続に用い、接続した状態で５
００℃×１時間の加熱を行った。加熱後、ヘリウムリー
クディテクターを用いてリークの有無を調べ、リークが
生じるまで加熱を繰り返した。その結果、比較品２のメ
タルガスケットが５７回目の加熱でリークが発生したの
に対し、本発明品のメタルガスケットは２２３回目の加
熱でリークが発生した。これから判るように、本発明品
のガスケットは加熱時の耐リーク性が高くなっている。
板材から外径４８．２ｍｍ，内径３７．０ｍｍのリング
状にプレス打抜きしてメタルガスケットを製造した。こ
れらのメタルガスケットを排気用の配管を溶接したフラ
ンジと盲フランジの間の接続に用い、接続した状態で５
００℃×１時間の加熱を行った。加熱後、ヘリウムリー
クディテクターを用いてリークの有無を調べ、リークが
生じるまで加熱を繰り返した。その結果、比較品２のメ
タルガスケットが５７回目の加熱でリークが発生したの
に対し、本発明品のメタルガスケットは２２３回目の加
熱でリークが発生した。これから判るように、本発明品
のガスケットは加熱時の耐リーク性が高くなっている。
【００１９】このように耐熱性と耐リーク性が向上した
理由は、次のように考えられる。すなわち、本発明品は
銅にジルコニウムを０．０５重量％添加しているが、ジ
ルコニウムは、図４に示すように、銅に添加したときに
その銅合金の軟化温度を高くする。また、ハフニウム，
チタン，クロム，銀等も同様の効果があるため、本発明
品に適用することができる。一方、インジウム，カドミ
ウム，スズ等も軟化温度が高いことを示しているが、こ
れらはそれ自身の融点が低いため、加熱したときガスケ
ットとの融着を引き起こす恐れがあり適当ではない。
理由は、次のように考えられる。すなわち、本発明品は
銅にジルコニウムを０．０５重量％添加しているが、ジ
ルコニウムは、図４に示すように、銅に添加したときに
その銅合金の軟化温度を高くする。また、ハフニウム，
チタン，クロム，銀等も同様の効果があるため、本発明
品に適用することができる。一方、インジウム，カドミ
ウム，スズ等も軟化温度が高いことを示しているが、こ
れらはそれ自身の融点が低いため、加熱したときガスケ
ットとの融着を引き起こす恐れがあり適当ではない。
【００２０】次に、本発明品のメタルガスケットの表面
をイオンプレーディング処理し、厚さ１０ｎｍの窒化チ
タン層を形成した。また、この本発明品と比較するため
に、無酸素銅にジルコニウムを０．０５重量％添加した
メタルガスケットの表面に上記方法で厚さ２００ｎｍの
窒化チタン層を形成したメタルガスケットと、同一の銅
合金にイオンプレーディング処理をしていないメタルガ
スケットを製造した。これらのガスケットをフランジ間
の接続に用い、接続した状態で６００℃×２４時間の加
熱を行った。その結果、被覆層がないものはフランジと
の接着が生じたに対し、被覆層を形成したものは接着が
生じなかった。また、厚さを２００ｎｍにしたメタルガ
スケットについてはリークの発見が見られた。以上の結
果から判るように、被覆層の形成は接着防止の効果を奏
するが、被覆厚が厚すぎると気密性の低下を招くことに
なる。
をイオンプレーディング処理し、厚さ１０ｎｍの窒化チ
タン層を形成した。また、この本発明品と比較するため
に、無酸素銅にジルコニウムを０．０５重量％添加した
メタルガスケットの表面に上記方法で厚さ２００ｎｍの
窒化チタン層を形成したメタルガスケットと、同一の銅
合金にイオンプレーディング処理をしていないメタルガ
スケットを製造した。これらのガスケットをフランジ間
の接続に用い、接続した状態で６００℃×２４時間の加
熱を行った。その結果、被覆層がないものはフランジと
の接着が生じたに対し、被覆層を形成したものは接着が
生じなかった。また、厚さを２００ｎｍにしたメタルガ
スケットについてはリークの発見が見られた。以上の結
果から判るように、被覆層の形成は接着防止の効果を奏
するが、被覆厚が厚すぎると気密性の低下を招くことに
なる。
【００２１】以上述べた実施例は、コンフラットタイプ
のフランジによるシール機構について説明したが、本発
明のメタルガスケットは、図５に示すようなＳＦ（コン
プレッションシール）型フランジ６，或いは図６に示す
ようなＣＳ（ホイラー）型フランジ７についても同様の
効果を奏することができる。ＳＦ型フランジ６では、ガ
スケット溝６ａの一部が斜面となっており、この部分で
メタルガスケット１を押し潰して面圧を発生させる。一
方、ＣＳ型フランジ７では、メタルガスケット１の断面
形状は平角ではなく、丸型のリング形状となるが、フラ
ンジ７の２つの斜面７ａ，及び垂直面７ｂで面圧を発生
させてシールする構成になっている。
のフランジによるシール機構について説明したが、本発
明のメタルガスケットは、図５に示すようなＳＦ（コン
プレッションシール）型フランジ６，或いは図６に示す
ようなＣＳ（ホイラー）型フランジ７についても同様の
効果を奏することができる。ＳＦ型フランジ６では、ガ
スケット溝６ａの一部が斜面となっており、この部分で
メタルガスケット１を押し潰して面圧を発生させる。一
方、ＣＳ型フランジ７では、メタルガスケット１の断面
形状は平角ではなく、丸型のリング形状となるが、フラ
ンジ７の２つの斜面７ａ，及び垂直面７ｂで面圧を発生
させてシールする構成になっている。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のメタルガ
スケットによると、酸素含有量が１０ｐｐｍ以下の銅に
ジルコニウム，クロム，ハフニウムの中から選ばれた少
なくとも１種を０．０１〜１重量％添加した銅合金の表
面に、厚さ１０〜５０ｎｍの窒化チタン層，又は窒化ク
ロム層を形成したため、３００〜５００℃を越える高温
でベーキング処理を行っても、リークやフランジとの接
着を防ぐことができる。従って、高温での信頼性を高め
て品質を向上させることができる。
スケットによると、酸素含有量が１０ｐｐｍ以下の銅に
ジルコニウム，クロム，ハフニウムの中から選ばれた少
なくとも１種を０．０１〜１重量％添加した銅合金の表
面に、厚さ１０〜５０ｎｍの窒化チタン層，又は窒化ク
ロム層を形成したため、３００〜５００℃を越える高温
でベーキング処理を行っても、リークやフランジとの接
着を防ぐことができる。従って、高温での信頼性を高め
て品質を向上させることができる。
【図１】本発明の一実施例を示す説明図。
【図２】本発明の一実施例を示す断面図。
【図３】ジルコニウム添加量と軟化特性の関係を表すグ
ラフ。
ラフ。
【図４】主な元素を銅に添加したときの軟化温度の変化
を表すグラフ。
を表すグラフ。
【図５】本発明の他の実施例の使用状態を示す断面図。
【図６】本発明の他の実施例の使用状態を示す断面図。
【図７】コンフラット型フランジにおける使用状態を示
す断面図。
す断面図。
１ メタルガスケット ２ コンフラ
ット型フランジ ３ ナイフエッジ ４ ボルト ５ ナット ６ ＳＦ型フ
ランジ ６ａ ガスケット溝 ７ ＣＳ型フ
ランジ ７ａ 斜面 ７ｂ 垂直面 １１ 銅合金 １２ 被覆層
ット型フランジ ３ ナイフエッジ ４ ボルト ５ ナット ６ ＳＦ型フ
ランジ ６ａ ガスケット溝 ７ ＣＳ型フ
ランジ ７ａ 斜面 ７ｂ 垂直面 １１ 銅合金 １２ 被覆層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−263941（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−7793（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 F16J 15/00 - 15/14
Claims (1)
- 【請求項１】 酸素含有量が１０ｐｐｍ以下の銅にジル
コニウム，クロム，ハフニウムの中から選ばれた少なく
とも１種を０．０１〜１重量％添加した銅合金の表面
に、厚さ１０〜５０ｎｍの窒化チタン層，又は窒化クロ
ム層を形成したことを特徴とするメタルガスケット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05079111A JP3120622B2 (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | メタルガスケット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05079111A JP3120622B2 (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | メタルガスケット |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06264216A JPH06264216A (ja) | 1994-09-20 |
| JP3120622B2 true JP3120622B2 (ja) | 2000-12-25 |
Family
ID=13680799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05079111A Expired - Fee Related JP3120622B2 (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | メタルガスケット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3120622B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7495519B2 (ja) | 2020-10-27 | 2024-06-04 | 新明和工業株式会社 | 多芯ケーブルの撚り戻し装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008050655A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Hitachi Cable Ltd | 銅合金製バッキングプレートおよび該銅合金の製造方法 |
| JP2008232399A (ja) * | 2007-03-23 | 2008-10-02 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | シール構造及びそれに用いる金属シール材 |
| KR101078164B1 (ko) * | 2010-03-11 | 2011-10-28 | 포항공과대학교 산학협력단 | 전자빔 발생장치 및 이를 제조하는 방법 |
-
1993
- 1993-03-12 JP JP05079111A patent/JP3120622B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7495519B2 (ja) | 2020-10-27 | 2024-06-04 | 新明和工業株式会社 | 多芯ケーブルの撚り戻し装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06264216A (ja) | 1994-09-20 |
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