JP4266264B2 - 光学窓構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高温，低温，真空等、常温常圧大気中でないの環境を保つための容器に設けられた光学窓の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の光学窓構造として、たとえば特開平１１−９０２０８号公報に開示されたようなものが知られている。この特開平１１−９０２０８号公報に開示されたものは、真空処理装置の真空容器の開口部に光学窓としてののぞき窓装置が設けられている。こののぞき窓装置は、真空容器の開口部に挿通された筒状本体部を備えており、筒状本体部の内周壁の中央部にはリング状受け部が突設されており、このリング状受け部には、ガラス板用Ｏリングを間に挟んで、透明な窓部材である円形ガラス板が載置されている。この円形ガラス板は止め輪によって筒状本体部の内側に固定されると共に、リング状受け部に押圧されており、ガラス板用Ｏリングによって円形ガラス板とリング状受け部との間の気密性が確保されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高温，低温，真空等、常温常圧大気中でないの環境を保つための容器に設けられた光学窓の構造に関し、光学窓を薄型化することが可能な光学窓構造を提供することを課題としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上述した真空容器のような、高温，低温，真空等、常温常圧大気中でない環境を保つための容器内を十分に観察することができる光学窓の構造に関し、光学窓の薄型化、すなわち、上述した円形ガラス板といった窓材を容器側の部材に形成された開口部にできる限り近づけて設けることが可能な光学窓の構造について、調査研究を続けてきた。この結果、本発明者らは、上述した窓材として石英板を採用し、開口部を有するコバール金属部材と、コバール金属部材の開口部を覆うようにして設けられる石英板と、コバール金属部材と石英板との間に介在するアルミニウム製のシールリングとを備え、熱圧着等のプロセスを用いてシールリングを介在させた状態で石英板をコバール金属部材に設け、シールリングを介在させた状態で石英板が設けられたコバール金属部材を容器側の部材に形成された容器開口部を覆うように容器側の部材に対して締結部材により固定することにより、光学窓を薄型化することが可能な光学窓構造を発案するに至った。
【０００５】
しかしながら、本発明者の更なる調査研究の結果、上述したような光学窓構造においては、コバール金属部材を容器側の部材に締結部材により固定したときに生じる応力が石英板に作用して、この石英板が破損してしまうという問題を有していることが新たに判明した。
【０００６】
かかる研究結果を踏まえ、本発明に係る光学窓構造は、高温，低温，真空等、常温常圧大気中でない環境を保つための容器に設けられる光学窓の構造であって、開口部を有するコバール金属部材と、開口部を覆うようにして設けられる石英板と、コバール金属部材と石英板との間に介在するアルミニウム製のシールリングと、を備え、シールリングを介在させた状態で石英板が設けられたコバール金属部材は、容器側の部材に形成された容器開口部を覆うように容器側の部材に対して締結部材により固定されており、コバール金属部材には、締結部材により容器側の部材に固定されるときに生じて石英板に作用する応力を緩和するための応力緩和部が、シールリングを囲むようにして設けられていることを特徴としている。
【０００７】
本発明に係る光学窓構造では、開口部を有するコバール金属部材と、開口部を覆うようにして設けられる石英板と、コバール金属部材と石英板との間に介在するアルミニウム製のシールリングとを備え、シールリングを介在させた状態で石英板が設けられたコバール金属部材は、容器側の部材に形成された容器開口部を覆うように容器側の部材に対して締結部材により固定されるので、容器開口部に対して石英板を近づけて配設することが可能となり、光学窓の構造を薄型化することができる。また、コバール金属部材には、締結部材により容器側の部材に固定されるときに生じて石英板に作用する応力を緩和するための応力緩和部がシールリングを囲むようにして設けられているので、コバール金属部材を容器側の部材に締結部材により固定したときに生じて、シールリングを介して石英板に作用する応力が緩和されることになり、石英板の破損を防ぐことができる。
【０００８】
また、コバール金属部材は、薄肉状に形成されており、応力緩和部として、コバール金属部材における容器側の部材に固定される部分とシールリングが位置する部分との中間部に折り返し部が設けられていることが好ましい。このように、コバール金属部材が薄肉状に形成され、応力緩和部として、コバール金属部材における容器側の部材に固定される部分とシールリングが位置する部分との中間部に折り返し部が設けられることにより、上述した応力を折り返し部により緩和することができる。また、コバール金属部材に上述した応力を緩和するための応力緩和部を配設し得る構造を簡易且つ低コストで実現することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による光学窓構造の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態による光学窓構造が適用された真空容器を示す全体図であり、図２は、本発明の実施形態を示す平面図であり、図３は、同じく実施形態を示す断面図である。本実施形態においては、本発明を真空容器の光学窓、いわゆるビューイングポートに適用した例を示している。
【００１１】
真空容器１は、図１に示されるように、容器本体２と、容器本体２から突設された筒部３と、筒部３の端部３ａに設けられるフランジ部４とを有している。フランジ部４は、本体側フランジ部５と、この本体側フランジ部５に着脱可能に取付けられる取付け用フランジ部６とで構成されている。本体側フランジ部５は、筒部３の端部３ａに溶接等により固設されている。本体側フランジ部５と取付け用フランジ部６とは取付け用ボルト７及びナット１０により固定され、本体側フランジ部５及び取付け用フランジ部６には、取付け用ボルト７を通すためのボルト穴８が複数箇所（本実施形態においては、４個所）穿設されている。真空容器１は、真空容器１内部に画成される空間が真空引きされることにより、大気圧よりも減圧され、実質的に真空状態とされる。
【００１２】
筒部３の端部３ａには、図３に示されるように、容器開口部９が形成される。この容器開口部９には、同じく図３に示されるように、真空容器１内を真空容器１外側から覗くことが可能な光学窓１１が設けられる。光学窓１１は、コバール金属部材１２と、石英板２１と、アルミニウム製のシールリング２２とで構成されている。ここで、筒部３は、各請求項における容器側の部材を構成している。
【００１３】
コバール金属部材１２は、コバール金属からなる薄肉状で且つ略ハット形状を呈する部材であり、縁部１３と、頂部１４とを有しており、この頂部１４には、石英板２１により覆われる開口部１５が形成されている。コバール金属部材１２の頂部１４には、石英板２１が、コバール金属部材１２の開口部１５を覆うように固着されている。石英板２１のコバール金属部材１２への固着は、石英板２１とコバール金属部材１２との間にシールリング２２を挟んだ状態で、これらを熱圧着することにより行われる。したがって、熱圧着が行われた状態では、シールリング２２は、石英板２１とコバール金属部材１２との間に介在して設けられることになる。石英板２１は、板状の石英（コルツ）ガラスの基材からなり、紫外線を透過するように構成されている。なお、石英板２１として、その側面の表面が公知の手法により滑らかで且つ傷が極めて少ない面に形成されているものを用いることが好ましい。
【００１４】
また、コバール金属部材１２における縁部１３と頂部１４との中間部には、図２に示されるように、シールリング２２の全周を外側から囲むようにして折り返し部１６が設けられている。上述した構成のコバール金属部材１２はプレス加工等により容易に製造することができ、コバール金属部材１２の量産に適している。
【００１５】
光学窓１１の真空容器１（筒部３）への固定は、石英板２１とコバール金属部材１２との間にシールリング２２を挟んで熱圧着して、石英板２１がシールリング２２を介在させた状態で設けられたコバール金属部材１２の縁部１３を、本体側フランジ部５と取付け用フランジ部６とで挟持することにより、コバール金属部材１２（頂部１４）及び石英板２１で容器開口部９を覆い、その後、取付け用ボルト７及びナット１０により本体側フランジ部５と取付け用フランジ部６とを締結することにより行われる。ここで、取付け用ボルト７及びナット１０は、各請求項における締結部材を構成している。
【００１６】
コバール金属部材１２（縁部１３）が本体側フランジ部５と取付け用フランジ部６とで挟持され、取付け用ボルト７及びナット１０により本体側フランジ部５と取付け用フランジ部６とが締結されるときには、上述した折り返し部１６は、コバール金属部材１２の縁部１３、すなわち本体側フランジ部５と取付け用フランジ部６とで挟持される部分と、シールリング２２が位置する部分（頂部１４）との中間部に位置することになる。
【００１７】
以上のことから、本実施形態においては、光学窓１１は、開口部１５を有するコバール金属部材１２と、開口部１５を覆うようにして設けられる石英板２１と、コバール金属部材１２と石英板２１との間に介在するアルミニウム製のシールリング２２とを備え、シールリング２２を介在させた状態で石英板２１が設けられたコバール金属部材１２は、縁部１３が本体側フランジ部５と取付け用フランジ部６とで挟持され、且つ、コバール金属部材１２（頂部１４）及び石英板２１が容器開口部９を覆った状態で、取付け用ボルト７及びナット１０により本体側フランジ部５と取付け用フランジ部６とが締結されることにより、真空容器１（筒部３）に固定されるので、容器開口部９に対して石英板２１を近づけて配設することが可能となり、光学窓１１の構造を薄型化することができる。
【００１８】
また、コバール金属部材１２は、薄肉状で、且つ、コバール金属部材１２の本体側フランジ部５と取付け用フランジ部６とで挟持される部分（縁部１３）と、シールリング２２が位置する部分（頂部１４）との中間部に折り返し部１６が設けられる。このため、上述した折り返し部１６は、コバール金属部材１２を、本体側フランジ部５と取付け用フランジ部６とで挟持し、取付け用ボルト７及びナット１０により本体側フランジ部５と取付け用フランジ部６とを締結して真空容器１（筒部３）に固定したときに生じて、シールリング２２を介して石英板２１に作用する応力を緩和するための応力緩和部として機能することになる。したがって、折り返し部１６が応力緩和部として機能して、シールリング２２の全周を外側から囲むようにして設けられるので、光学窓１１（石英板２１）が大面積化してシールリング２２を介して石英板２１に大きな応力が作用する場合においても、シールリング２２を介して石英板２１に作用する上述した応力が緩和されることになり、石英板２１の破損を防ぐことができる。
【００１９】
また、コバール金属部材１２は、薄肉状で、且つ、コバール金属部材１２の本体側フランジ部５と取付け用フランジ部６とで挟持される部分（縁部１３）と、シールリング２２が位置する部分（頂部１４）との中間部に折り返し部１６が設けられることにより、コバール金属部材１２に上述した応力を緩和するための応力緩和部を配設し得る光学窓１１の構造を簡易且つ低コストで実現することが可能となる。また、コバール金属部材１２に折り返し部１６を設けることにより応力緩和部を実現しているので、コバール金属部材１２による石英板２１の支持強度の低下を伴うことなく、光学窓１１の信頼性を向上することができる。
【００２０】
なお、本実施形態においては、コバール金属部材１２の本体側フランジ部５と取付け用フランジ部６とで挟持される部分（縁部１３）と、シールリング２２が位置する部分（頂部１４）との中間部に折り返し部１６を設けるように構成しているが、応力緩和部としての構成はこれに限られることなく、たとえば上述した中間部を他の部分よりも薄肉に形成する等の他の構成を採用するようにしてもよい。
【００２１】
また、本実施形態においては、応力緩和部をシールリング２２の全周を外側から囲むようにして設けるように構成しているが、必ずしも応力緩和部をシールリング２２の全周を外側から囲むようにして設ける必要はなく、コバール金属部材１２を、本体側フランジ部５と取付け用フランジ部６とで挟持し、取付け用ボルト７及びナット１０により本体側フランジ部５と取付け用フランジ部６とを締結して真空容器１（筒部３）に固定したときに生じて、シールリング２２を介して石英板２１に作用する応力が緩和することができるのであれば、応力緩和部としての折り返し部１６等が部分的に途切れて設けられるように構成してもよい。また、コバール金属部材１２の平面形状、石英板２１の平面形状、シールリング２２の形状、開口部１５の開口形状、又は、容器開口部９の開口形状等の本発明の構成要素の形状は、図１〜図３に図示した形状に限られるものではなく、様々な形状を採用することができる。
【００２２】
また、本実施形態においては、容器として真空容器１を用いるようにしているが、これに限られることなく、高温，低温，真空等、常温常圧大気中でない環境を保つための容器であればよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、開口部を有するコバール金属部材と、開口部を覆うようにして設けられる石英板と、コバール金属部材と石英板との間に介在するアルミニウム製のシールリングとを備え、シールリングを介在させた状態で石英板が設けられたコバール金属部材は、容器側の部材に形成された容器開口部を覆うように容器側の部材に対して締結部材により固定されるので、容器開口部に対して石英板を近づけて配設することが可能となり、光学窓を薄型化することが可能な光学窓構造を実現することができる。また、コバール金属部材には、応力緩和部がシールリングを囲むようにして設けられているので、コバール金属部材を容器側の部材に締結部材により固定したときに生じて、シールリングを介して石英板に作用する応力が緩和されることになり、石英板の破損を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る光学窓構造が適用された真空容器を示す全体図である。
【図２】本発明の実施形態に係る光学窓構造を示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る光学窓構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１…真空容器、２…容器本体、３…筒部、３ａ…端部、４…フランジ部、５…本体側フランジ部、６…取付け用フランジ部、７…取付け用ボルト、９…容器開口部、１０…ナット、１１…光学窓、１２…コバール金属部材、１３…縁部、１４…頂部、１５…開口部、１６…折り返し部、２１…石英板、２２…シールリング。

Claims (1)

1. 高温，低温，真空等、常温常圧大気中でない環境を保つための容器に設けられる光学窓の構造であって、
   開口部を有するコバール金属部材と、
   前記開口部を覆うようにして設けられる石英板と、
   前記コバール金属部材と前記石英板との間に介在するアルミニウム製のシールリングと、を備え、
   前記シールリングを介在させた状態で前記石英板が設けられた前記コバール金属部材は、該コバール金属部材の縁部が一対のフランジ部で挟持されることにより前記容器側の部材に形成された容器開口部を覆うと共に、締結部材により前記フランジ部が締結されることにより前記容器側の部材に固定されており、
   前記コバール金属部材には、前記縁部が前記フランジ部で挟持されると共に前記締結部材により前記フランジ部が締結されるときに生じて前記石英板に作用する応力を緩和するための応力緩和部が、前記シールリングを囲むようにして設けられ、
   前記コバール金属部材は、薄肉状に形成されており、
   前記応力緩和部として、前記コバール金属部材における前記フランジ部で挟持される部分と前記シールリングが位置する部分との中間部に折り返し部が設けられ、
   前記折り返し部は、前記石英板及び前記フランジ部から離間して位置しており、
   前記石英板は、前記コバール金属部材が前記容器側の部材に固定された状態で前記フランジ部の内側に収容されていることを特徴とする光学窓構造。

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