JP6606704B2 - 圧力チャンバの締結構造 - Google Patents

Description

本発明は、複数の部材を組み合わせて圧力チャンバを形成するための締結構造に関する。

従来、様々な場面で、圧力チャンバが用いられている。例えば内部空間を負圧にする真空チャンバは、半導体製造設備や、電子部品の製造設備、化学材料の製造設備等で利用される。例えば内部空間を正圧にする高圧チャンバは、ボイラや原子力発電設備等で利用される。

図１４に示す従来の圧力チャンバＣは、第一筒部材Ｔ１と、第一筒部材Ｔ１の一方の端面に配置される第一蓋部材Ｆ１と、第一筒部材Ｔ１の他方の端面に配置される第二蓋部材Ｆ２と、第二蓋部材Ｆ２を介在させて第一筒部材Ｔ１の反対側に配置される第二筒部材Ｔ２と、第二筒部材Ｔ２の端面に配置される第三蓋部材Ｆ３を有する。結果、第一筒部材Ｔ１、第一蓋部材Ｆ１及び第二蓋部材Ｆ２によって第一圧力空間Ａ１が形成され、第二筒部材Ｔ２、第二蓋部材Ｆ２及び第三蓋部材Ｆ３によって第二圧力空間Ａ２が形成されるので、所謂多段構造となる。このような多段構造の圧力チャンバＣも、半導体製造設備では多用される。

圧力チャンバＣにおいて部材を締結する構造について説明する。例えば、第一筒部材Ｔ１の端面には、タップによって複数の雌ねじ穴Ｈが直接形成される。一方、第一蓋部材Ｆ１には、この雌ねじ穴Ｈと一致するように複数の貫通孔Ｋが形成される。従って複数の雄ねじ体Ｏを、貫通孔Ｋを介して雌ねじ穴Ｈと螺合させることで、第一蓋部材Ｆ１と第一筒部材Ｔ１が結合される。

第一筒部材Ｔ１と第一蓋部材Ｆ１の当接面の間には、第一筒部材Ｔ１の環状の端面に沿うようにして、複数の大径のシール材Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が配設される。具体的には、雄ねじ体Ｏと干渉しないように、その内側に二個のシール材Ｓ１、Ｓ２が配置され、外側には一個のシール材Ｓ３が配置される。このように、シール材Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を三重構造にすることで、第一筒部材Ｔ１と第一蓋部材Ｆ１の隙間から圧力が開放されないようにし、密閉性を高める構造となっている。なお、第一筒部材Ｔ１と第二蓋部材Ｆ２の間、第二蓋部材Ｆ２と第二筒部材Ｔ２の間、第二筒部材Ｔ２と第三蓋部材Ｆ３の間も同様の締結構造となっている。

従来の圧力チャンバＣは、絶縁性を高める目的で、第一及び第二筒部材Ｔ１、Ｔ２や第一乃至第三蓋部材Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３が、全てアルマイト処理されたアルミ合金で構成される。アルミ合金は、鉄よりも柔らかいので、密閉性を高めるために雄ねじ体Ｏを強く締めようとすると、雌ねじ穴Ｈのねじ溝が変形することから、高い締結力を得ることが難しい。

また、第一及び第二筒部材Ｔ１、Ｔ２に対してタップによって雌ねじ穴Ｈを形成すると、各雌ねじ穴Ｈの底に、微粉末の切り子が残存する。真空チャンバＣの分解メンテナンスにおいて、この切り子が、圧力空間内に飛散すると、圧力空間下位の製造プロセスに混入して、悪影響を及ぼす。

更に、部材としてアルミ合金を採用しても、雌ねじ穴Ｈの雌ねじ溝のアルマイト処理が不完全になることで、雄ねじ体Ｏを介して、アルミ合金が通電する可能性がある。

圧力チャンバＣは、例えば半導体製造設備の場合、圧力空間の内部でプラズマを放射したり、高周波又は低周波の電圧を印加したり、加熱又は冷却したり、圧力を変化させたりする。従って、圧力チャンバＣは、周期的（例えば数分から数時間のサイクル）に、数十℃から数百℃の温度変化や、圧力変化が生じる結果、各種部材に変形が生じて、上記締結構造に隙間が形成される。同様に、シール材Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３も大きな環境変化に曝されるので、クリープによってシール能力が低下し、圧力が漏れる場合がある。

本発明は、上記問題点に鑑みて本発明者の鋭意研究により成されたものであり、圧力チャンバの密閉性を長期間に亘って高めることが可能な締結構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明は、圧力チャンバの締結構造であって、圧力チャンバの締結構造であって、内周側に圧力空間を形成する筒部材と、上記筒部材の一方の端面に配置され、第一蓋側貫通孔を有する第一蓋部材と、上記筒部材の他方の端面に配置され、第二蓋側貫通孔を有する第二蓋部材と、複数の雄ねじ体及び該雄ねじ体と螺合する複数の雌ねじ体と、を備え、上記筒部材は、該筒部材における軸方向の両端まで延びる第一筒側貫通孔と、該第一筒側貫通孔の一方の端部に凹設された第一筒側座部と、該筒部材における軸方向の両端まで延びる第二筒側貫通孔と、該第二筒側貫通孔の他方の端部側に凹設された第二筒側座部と、を有し、雄ねじ体の頭部が上記第一筒側座部に嵌合し、且つ該雄ねじ体の軸部が上記第一筒側貫通孔及び上記第一蓋側貫通孔に挿入された状態で雌ねじ体と螺合することで、上記第一蓋部材と上記筒部材とを締結する第一ねじ締結構造を成し、雄ねじ体の頭部が上記第二筒側座部に嵌合し、且つ該雄ねじ体の軸部が上記第二筒側貫通孔及び上記第二蓋側貫通孔に挿入された状態で雌ねじ体と螺合することで、上記第二蓋部材と上記筒部材とを締結する第二ねじ締結構造を成すことを特徴とする。

上記圧力チャンバの締結構造に関連して、前記第一蓋側貫通孔及び／又は前記第二蓋側貫通孔の端部近傍には、前記雌ねじ体のねじ側座部と当接する蓋側座部が設けられ、上記蓋側座部は、錐状又は部分球状の蓋側テーパ面を有することを特徴とする。

上記圧力チャンバの締結構造に関連して、前記第一蓋側貫通孔及び／又は前記第二蓋側貫通孔の端部近傍には、前記雌ねじ体のねじ側座部と当接する蓋側座部が設けられ、上記蓋側座部と上記ねじ側座部の間に、環状のシール部が形成されることを特徴とする。

上記圧力チャンバの締結構造に関連して、前記雄ねじ体の頭部が、前記第一筒側座部及び／又は前記第二筒側座部に予め回転不能に配設されることを特徴とする。

上記圧力チャンバの締結構造に関連して、前記雌ねじ体が、前記蓋側座部に予め回転不能に配設されることを特徴とする。

上記圧力チャンバの締結構造に関連して、前記第一蓋部材及び／又は前記第二蓋部材に対して蓋側座部が別体であって、上記蓋側座部は、前記第一蓋側貫通孔及び／又は前記第二蓋側貫通孔の端部に設けられた凹部に収容され、前記第一蓋部材及び／又は前記第二蓋部材と上記蓋側部材との間にシール部を配し、上記蓋側部材と前記雌ねじ体との間にシール部を配することを特徴とする。

上記圧力チャンバの締結構造に関連して、前記蓋側座部が前記凹部に嵌合することを特徴とする。

上記圧力チャンバの締結構造に関連して、前記第一ねじ締結構造及び／又は前記第二ねじ締結構造のねじ側座部は、錐状又は部分球状のねじ側テーパ面を有することを特徴とする。

上記圧力チャンバの締結構造に関連して、前記ねじ側テーパ面は、一部に凹設された環状溝を有し、該環状溝にはシール部が設けられることを特徴とする。

上記圧力チャンバの締結構造に関連して、前記第一ねじ締結構造及び／又は前記第二ねじ締結構造のねじ側座部には、皿ばね型ワッシャが介在されることを特徴とする。

上記圧力チャンバの締結構造に関連して、前記第一ねじ締結構造及び／又は前記第二ねじ締結構造のねじ側座部には、多層で層同士の間で摺動性を有するワッシャが介在されることを特徴とする。

上記圧力チャンバの締結構造に関連して、前記雌ねじ体は、キャップナットであることを特徴とする。

本発明によれば、圧力チャンバの密閉性を長期間に亘って高めることが可能になる。

本発明の第一実施形態に係る締結構造が適用される圧力チャンバを示す正面断面図である。 同締結構造を拡大して示す正面断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は同締結構造の変形例を示す正面断面図である。 同締結構造の変形例を示す正面断面図である。 同締結構造の変形例を示す（Ａ）は雌ねじ体の側面図、（Ｂ）は蓋側座部の平面図及び正面断面図、（Ｃ）は締結構造の正面断面図である。 同締結構造の変形例を示す正面断面図である。 同締結構造の変形例を示す正面断面図である。 同締結構造の変形例を示す正面断面図である。 同締結構造の変形例を示す正面断面図である。 同締結構造の変形例で用いられる（Ａ）雌ねじ体の斜視図、（Ｂ）雌ねじ体の断面図、（Ｃ）雄ねじ体の軸部の正面図である。 本発明の第二実施形態に係る締結構造に関して、筒部材の部材厚さ中心を通って周方向に延びる断面を展開した状態を示す展開断面図である。 本発明の第三実施形態に係る締結構造が適用される圧力チャンバを示す正面断面図である。 同圧力チャンバの変形例を示す正面断面図である。 従来の圧力チャンバを示す正面断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。

図１に、第一実施形態に係る圧力チャンバＣの締結構造１を示す。なお、圧力チャンバＣ自体の構造は、使用目的等によって様々であるが、ここでは、二つの圧力空間Ａ１、Ａ２が隣接する二段構造の圧力チャンバＣを紹介する。

（圧力チャンバの構造）

圧力チャンバＣは、第一筒部材Ｔ１と、第一筒部材Ｔ１の一方の端面に配置される第一蓋部材Ｆ１と、第一筒部材Ｔ１の他方の端面に配置される第二蓋部材Ｆ２と、第二蓋部材Ｆ２を介在させて第一筒部材Ｔ１の反対側に配置される第二筒部材Ｔ２と、第二筒部材Ｔ２の他端面に配置される第三蓋部材Ｆ３を有する。これらの全ての材料は、金属材料で構成され、例えば、アルマイト処理されたアルミ合金が採用される。

第一筒部材Ｔ１と、その両端の開口を覆う第一蓋部材Ｆ１及び第二蓋部材Ｆ２によって、第一圧力空間Ａ１が形成される。また、第二筒部材Ｔ２と、その両端の開口を覆う第二蓋部材Ｆ２及び第三蓋部材Ｆ３によって、第二圧力空間Ａ２が形成される。

なお、ここでは特に図示しないが、第一圧力空間Ａ１、第二圧力空間Ａ２に対しては、真空又は加圧ポンプにより、所望の配管を通じて減圧乃至真空或いは負圧又は正圧が供給される。また、例えば第一乃至第三蓋部材Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３には、開閉自在な扉等が設置され、第一及び第二圧力空間Ａ１、Ａ２に対して、処理対象部材（半導体材料や電子部品材料）等が搬入・搬出されたり、第一及び第二圧力空間Ａ１、Ａ２間を処理対象部材が搬送可能に構成してもよい。

（締結構造）

次に、圧力チャンバＣの部材の締結構造１について説明する。なお、以下では、第一筒部材Ｔ１と第一蓋部材Ｆ１と第二蓋部材Ｆ２の締結構造１を説明するが、本締結構造１は、第二蓋部材Ｆ２と第二筒部材Ｔ２と第三蓋部材Ｆ３との締結にも適用され得る。

第一筒部材Ｔ１には、一方の端面Ｔ１ａから他方の端面Ｔ１ｂに亘って、軸方向に延びる第一筒側貫通孔Ｈ１が形成される。この第一筒側貫通孔Ｈ１は、第一筒部材Ｔ１の周方向に沿って複数形成される。

第一筒部材Ｔ１の端面Ｔ１ａを覆う第一蓋部材Ｆ１には、この第一筒側貫通孔Ｈ１の場所と一致するようにして、複数の第一蓋側貫通孔Ｋ１が形成される。

端面Ｔ１ａと、第一蓋部材Ｆ１の内側面Ｆ１ｉｎの間には、端面Ｔ１ａに沿うようにして、複数の大径のシール材Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が挿入される。

第一筒部材Ｔ１の端面Ｔ１ｂを覆う第二蓋部材Ｆ２には、第一筒側貫通孔Ｈ１の場所と一致するようにして、複数の第二蓋側貫通孔Ｋ２が形成される。

端面Ｔ１ｂと、第二蓋部材Ｆ２の第一面Ｆ２ａの間には、端面Ｔ１ｂに沿うようにして、複数の大径のシール材Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が挿入される。

これらのシールＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、後述する締結構造１と干渉しないように、その内側に二個のシール材Ｓ１、Ｓ２が配置され、外側には一個のシール材Ｓ３が配置される。これらの材料は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン樹脂などが好ましいが、フッ化エチレン等の他の材料を採用しても良い。このように、シール材Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を三重構造にすることで、第一筒部材Ｔ１と第一蓋部材Ｆ１の隙間から圧力が開放されないようにし、密閉性を高める。また、シール材Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、異種材としても同種材としてもよい。勿論、シール材は、必須ではなく、また三重構造にする必要はなく、シール材Ｓ１のみ、或いはシール材Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の何れか二つ、若しくは四つ以上のシール材を併用した四重以上のシール構造としてもよい。

図２に拡大して示すように、第一蓋部材Ｆ１と第一筒部材Ｔ１と第二蓋部材Ｆ２を締結するねじ締結構造Ｎは、雄ねじ体Ｏと雌ねじ体Ｍを有する。雄ねじ体Ｏは、頭部２０と軸部１０を有しており、軸部１０の先端側に雄ねじ溝（部）が形成される。軸部１０は、第二蓋側貫通孔Ｋ２、第一筒側貫通孔Ｈ１、第一蓋側貫通孔Ｋ１に対してこの順に挿入される。結果、雄ねじ体Ｏの頭部２０は、第二蓋部材Ｆ２の第二圧力空間Ａ２側に配置され、軸部１０の先端は、第一蓋部材Ｆ１の外側面Ｆ１ｏｕｔ側に突出する。雌ねじ体Ｍは、第一蓋部材Ｆ１の外側面Ｆ１ｏｕｔ側、即ち第一圧力空間Ａ１の外部に配置されて、雄ねじ体Ｏの軸部１０と螺合する。結果、ねじ締結構造Ｎは、雄ねじ体Ｏの頭部２０と雌ねじ体Ｍによって、第一蓋部材Ｆ１と第一筒部材Ｔ１と第二蓋部材Ｆ２を挟持するように締結する。なお、ねじ締結構造Ｎは、表面又は材料自体が絶縁体であることが望まれることがあり、この場合、例えば、表面に絶縁被膜を形成したり、締結体自体を絶縁素材で構成して対応することが好ましい。

ねじ締結構造Ｎは、雄ねじ体Ｏの頭部２０に形成される雄ねじ用ねじ側座部２０Ａと、雌ねじ体Ｍの雌ねじ用ねじ側座部ＭＡを有する。これらのねじ側座部２０Ａ，ＭＡは、錐状又は部分球状であって、かつ、凸状のねじ側テーパ面となる。なお、本実施形態では、円錐状のテーパ面となっている。

一方、第一蓋部材Ｆ１の第一蓋側貫通孔Ｋ１の外側近傍、即ち、外側面Ｆ１ｏｕｔにおける第一蓋側貫通孔Ｋ１の周囲には、第一蓋側座部Ｋ１Ａが形成される。この第一蓋側座部Ｋ１Ａは、錐状又は部分球状であって、かつ、凹状の蓋側テーパ面となる。同様に、第二蓋部材Ｆ２の第二蓋側貫通孔Ｋ２の第二圧力空間Ａ２側の近傍、即ち、第二蓋部材Ｆ２の第二面Ｆ２ｂにおける第二蓋側貫通孔Ｋ２の周囲には、第二蓋側座部Ｋ２Ａが形成される。この第二蓋側座部Ｋ２Ａは、錐状又は部分球状であって、かつ、凹状の蓋側テーパ面となる。従って、第一蓋側座部Ｋ１Ａと雌ねじ用ねじ側座部ＭＡが互いに当接し、第二蓋側座部Ｋ２Ａと雄ねじ用ねじ側座部２０Ａが互いに当接する。

なお、蓋側テーパ面と、ねじ側テーパ面の傾斜角又は曲率半径を互いに一致させると、両者を面接触させることができる。一方で、例えば、凸状となるねじ側テーパ面の傾斜角を大きく又は曲率半径を小さくし、凹状となる蓋側テーパ面の傾斜角を小さく又は曲率半径を大きくすることで、互いに周方向に線接触又は幅の狭い面接触とできる。結果、締結力を局部に集中させることができるので、高い摩擦力及び密閉力を生じさせることも好ましい。

第一及び第二蓋側座部Ｋ１Ａ、Ｋ２Ａと、雄ねじ用ねじ側座部２０Ａ及び雌ねじ用ねじ側座部ＭＡの間には、それぞれ、シール部３０が形成される。このシール部３０は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン樹脂の環状のシート材であり、第一筒側貫通孔Ｈ１及び雄ねじ体Ｏの軸部１０を囲むように配置される。このシール部３０によって、第一及び第二圧力空間Ａ１、Ａ２の圧力（正圧又は負圧）が、座面を介してリークすることを抑制する。なお、シール部３０は、独立したシール部材の場合に限らず、第一筒側座部Ｈ１Ａ、及び／又は、ねじ側座部２０Ａ、ＭＡに一体的に形成されていても良い。

雌ねじ体Ｍは、所謂キャップナットであり、内周面に雌ねじ溝が形成される雌ねじ穴が、有底構造となっている。従って、この雌ねじ穴から外部に圧力が漏れない。また、キャップナットとしての雌ねじ体Ｍの座部には、環状を成す、該雌ねじ体Ｍの座部に沿って、環状を成すシール材が配設されても好い。更に、環状を成す、該雌ねじ体Ｍの座部に沿って、環状に凹設される環状溝に、シール材を配設してもよい。

以上、本実施形態の圧力チャンバＣの締結構造１によれば、雄ねじ体Ｏと雌ねじ体Ｍによるねじ締結構造を採用していることから、雄ねじ体Ｏと雌ねじ体Ｍの強度を高めておくことにより、十分な軸力によって筒部材Ｔ１、Ｔ２と蓋部材Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３を締結することができる。また、従来のように筒部材に直接雌ねじ穴に雄ねじ体を螺合させる構造ではないので、筒部材をアルミ等の比較的柔らかい材料を選定しても、十分な締結力を確保でき、またタップ加工時やボルト螺合時に発生する金属粉等のコンタミネーションを抑制できる。更に本実施形態によれば、仮にねじ締結構造Ｎが損傷しても、雄ねじ体Ｏと雌ねじ体Ｍを交換するだけで済むことから、圧力チャンバＣのランニングコストを低減させることができる。

また、本締結構造１では、蓋部材Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の蓋側座部Ｋ１Ａ、Ｋ２Ａ、Ｋ３Ａが、錐状かつ凹状の蓋側テーパ面となっており、また、雄ねじ用ねじ側座部２０Ａと雌ねじ用ねじ側座部ＭＡが、錐状かつ凸状のねじ側テーパ面となっており、両者を当接させて締結している。従って、熱膨張や内圧変化により蓋部材Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３が変形して、その平面方向が、ねじ締結構造Ｎの軸直角方向に対して傾斜する場合であっても、ある程度の角度範囲であれば、ねじ側テーパ面の蓋側傾斜面の当接状態を維持できるので、そこから圧力が漏れたり、ねじ締結構造Ｎが緩んだりする事態を抑制できる。

とりわけ本実施形態では、テーパ面となる蓋側座部Ｋ１Ａ、Ｋ２Ａ、Ｋ３Ａと、ねじ側座部２０Ａ、ＭＡの間に、それぞれシール部３０が形成されるので、ねじ締結構造Ｎ及び第一乃至第三蓋部材Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の熱膨張や変形が生じても、圧力の漏れを飛躍的に抑制することができる。

また、本締結構造１では、ねじ溝を介して圧力が漏れやすい雌ねじ体Ｍが、圧力空間Ａ１、Ａ２の外側に配置され、ねじ溝の影響を受けない雄ねじ体Ｏの頭部２０を、圧力空間Ａ１、Ａ２の内側に配置している。結果、雄ねじ体Ｏの頭部２０のシール部３０によって密閉すれば、本来的に、ねじ溝まで内圧が伝達し難い構造であり、ねじ締結構造Ｎからの圧力漏れを低減できる。更に本締結構造１では、雌ねじ体Ｍ自体をキャップナットにしているので、仮に、頭部２０のシール部３０から漏れた圧力がねじ溝に到達しても、ねじ溝から直接圧力が漏れずに、雌ねじ体Ｍのシール部３０によって、圧力の漏れを二重に規制できる。

なお、上記実施形態の圧力チャンバＣの締結構造１では、雌ねじ体Ｍがキャップナットの場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、図３（Ａ）に示すように、雌ねじ穴が貫通しているナット構造であっても良い。また、上記締結構造１では、ねじ側テーパ面及び蓋側テーパ面が、円錐形状となる場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、図３（Ｂ）に示すように、部分球状や平坦面としても良い。部分球状の場合、蓋部材Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３が、ねじ締結構造Ｎの軸直角方向に対して傾斜しても、ねじ側テーパ面及び蓋側テーパ面の当接状態を安定維持できるので、圧力の漏れをより高次に抑制できる。

更に、上記実施形態の圧力チャンバＣの締結構造１では、蓋部材Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の蓋側座部Ｋ１Ａ、Ｋ２Ａ、Ｋ３Ａが、一体的に形成される場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば図４に示すように、蓋部材Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３と蓋側座部Ｋ１Ａ、Ｋ２Ａ、Ｋ３Ａが別体に設けられていても良い。このようにすると、蓋部材Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の蓋側テーパ面が、ねじ締結構造Ｎとの接触で摩耗したり損傷したりした場合に、蓋側座部Ｋ１Ａ、Ｋ２Ａ、Ｋ３Ａのみ独立して交換することができるので、メンテナンス性を向上させることができる。この場合、蓋部材Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３と蓋側座部Ｋ１Ａ、Ｋ２Ａ、Ｋ３Ａの間にもシール部３２を形成することが好ましい。勿論、シール性を有する素材によって座部を構成することも可能である。

更に、蓋側座部ＫＡ１、Ｋ２Ａ、Ｋ３Ａを別体とする場合は、例えば図５に示すように（図５ではねじ側座部２０Ａの図示を省略する）、蓋側座部Ｋ１Ａ、Ｋ２Ａ、Ｋ３Ａとねじ側座部２０Ａ、ＭＡの間において、逆回転防止機構５０を構成することが好ましい。この逆回転防止機構５０は、少なくともねじ側座部２０Ａ、ＭＡが、緩める方向に回転しようとすると、互いの座面が互いに係合して、当該回転方向に対する相対回転を防止する。

具体的には、ねじ側座部２０Ａ、ＭＡには、ねじ側凹凸５２が形成され、蓋側座部Ｋ１Ａ、Ｋ２Ａ、Ｋ３Ａには、これと係合する蓋側凹凸５４が形成される。ねじ側凹凸５２及び蓋側凹凸５４は、周方向に複数連続して設けられる鋸刃形状となっている。従って、ねじ側座部２０Ａ、ＭＡと蓋側座部Ｋ１Ａ、Ｋ２Ａ、Ｋ３Ａが当接すると、ねじ側凹凸５２及び蓋側凹凸５４が互いに係合するが、両者の凹凸形状が鋸歯形状となっており、ねじ締結構造Ｎが、締結方向に回転しようとする際は、互いの傾斜面を乗り越えるようにして相対スライドを許容する。一方、ねじ締結構造Ｎが、緩み方向に回転しようとすると、互いの垂直面（傾斜が強い側の面）が当接して、両者の相対移動を防止する。なお、ここでは鋸刃形状の場合を例示したが、山型や波型でも良く、ローレット状であっても良い。

蓋側座部ＫＡ１、Ｋ２Ａ、Ｋ３Ａの周囲には、蓋側座部ＫＡ１、Ｋ２Ａ、Ｋ３Ａと蓋部材Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３との相対回転を防止する係合機構４０が構成される。本実施形態では、この係合機構４０として、蓋部材Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の内壁と、蓋側座部ＫＡ１、Ｋ２Ａ、Ｋ３の外壁が、ねじの軸心に対して偏心した円形状となっている。従って、蓋側座部ＫＡ１、Ｋ２Ａ、Ｋ３Ａが、蓋部材Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の収容凹部に収容されると、両者が嵌り合う結果となり、ねじの軸心を合わせた状態のままでは、両者の周方向の相対回転が規制される。以上の結果、締結した後はねじ締結構造Ｎが緩まない構造にすることができる。なお、この係合機構４０は、例えば、蓋側座部ＫＡ１、Ｋ２Ａ、Ｋ３Ａに突起や凹部を係合して、蓋部材Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の凹部や突起と係合させることで、互いの相対回転を規制するなど、他にも各種構造を採用できる。

また更に、上記実施形態の圧力チャンバＣの締結構造１では、シール部３０として面状のシール材を設置する場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図６に示すように、ねじ側座部２０Ａ、ＭＡ及び／又は蓋側座部Ｋ１Ａ、Ｋ２Ａ、Ｋ３Ａに、環状のリングシールを挿入するための環状溝Ｌを形成し、この環状溝Ｌの内部にリングシール材を挿入して、シール部３０としても良い。勿論、面状のシール材と、リングシールの双方を組み合わせたシール部３０としても良い。

また更に、上記実施形態の圧力チャンバＣの締結構造１では、座面がテーパ状に設けられる場合を例示したが、勿論、座面は必ずしもテーパ状に設けられる必要はない。例えば図７に示すように、ねじ側座部２０Ａ、ＭＡ及び／又は蓋側座部Ｋ１Ａ、Ｋ２Ａ、Ｋ３Ａを平坦面としてもよく、以下で説明する他の座部（座面）も同様に平坦としてもよい。

更に図８に示すように、ねじ側座部２０Ａ、ＭＡ及び／又は蓋側座部Ｋ１Ａ、Ｋ２Ａ、Ｋ３Ａに間に、皿ばね型ワッシャＢを介在させることも可能であり、ねじ締結構造Ｎの予張力の幅を増大させることにより、蓋部材Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３や筒部材Ｔ１、Ｔ２の膨張、収縮に対する対応性を向上させることができる。この際、皿ばね型ワッシャＢとねじ側座部２０Ａ、ＭＡの間、及び／又は、皿ばね型ワッシャＢと蓋側座部Ｋ１Ａ、Ｋ２Ａ、Ｋ３Ａに間に、環状のシール部３０を配設することが好ましい。

また更に、図９に示すように、ねじ側座部２０Ａ、ＭＡ及び／又は蓋側座部Ｋ１Ａ、Ｋ２Ａ、Ｋ３Ａを摺動可能とするべく、両者の間に摺動性を有するワッシャ、例えば、ポリテトラフルオロエチレンやステンレス鋼等の素材から成るワッシャＷを単層、又は、多層（多段）にして介在させてもよく、こうすることで、蓋部材の半径方向への膨張や収縮に対して、座部の摺動で対応することが可能となり、圧力チャンバの内外に亘るリークを防止出来、圧力空間内Ａ１、Ａ２の圧力をより高度に保持することが可能となる。なお、多段のワッシャＷの間や、ワッシャＷとねじ側座部２０Ａ、ＭＡの間、ワッシャＷと蓋側座部Ｋ１Ａ、Ｋ２Ａ、Ｋ３Ａの間には、別途シール部（図示省略）を配設するようにしても良い。

更にまた、ねじ締結構造Ｎの応用例として、図１０に示すように、雄ねじ体Ｏと雌ねじ体Ｍの間の螺合部に、一方向（締結方向）の相対回転を許容し且つ他方向（緩み方向）の相対回転を規制する逆回転防止機構６０を形成することが好ましい。このようにすると、締結後は、ねじ締結構造Ｎが緩まないので、振動や熱膨張・熱収縮等が生じても、長期間に亘って確実に固定することが可能となる（勿論、これは必須ではなく、例えば、座面の摩擦力が大きく作用する仕組みの逆回転防止機構を用いても好い。）。

具体的に雌ねじ体Ｍには、図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、逆回転防止機構６０として、雄ねじ体Ｏのねじ軸に向かって半径方向内向きに延設される突出部６４を有する。この突出部６４の突端縁は、雌ねじ体Ｍの内周雌ねじ部のリード方向と相異なるリード方向に設定される。

一方、図１０（Ｃ）に示すように、雄ねじ体Ｏの軸部１０は、雌ねじ体Ｍの内周雌ねじ部と螺合する第一雄ねじ螺旋構造６２Ａと、この第一雄ねじ螺旋構造６２Ａとリード角及び／又はリード方向が相異なるリード角及び／又はリード方向に設定される第二雄ねじ螺旋構造６２Ｂを重畳的に備えている。第二雄ねじ螺旋構造６２Ｂと突出部６４は断続的又は連続的に螺合する。この第二雄ねじ螺旋構造６２Ｂと突出部６４の螺合により、第一雄ねじ螺旋構造６２Ａに沿って雌ねじ体Ｍが緩もうとしても、相異なるリード角及び／又はリード方向が互いに干渉し合う結果、緩み方向の相対回転が係止される。なお、締結方向の相対回転は、突出部６４が半径方向外側へ弾性変形して、雄ねじ体Ｏのねじ山を乗り越えて進むことができる。なお、逆回転防止機構６０は、他にもラチェット構造等を利用して逆回転を防止することができる。

次に、図１１を参照して、本発明の第二実施形態に係る圧力チャンバＣの締結構造を説明する。なお、図１１では、第一筒部材Ｔ１の厚さ方向の中心において、周方向に沿った断面を平面状に展開した状態を示すものとし、説明の便宜上、第二筒部材Ｔ２及び第三蓋部材Ｆ３の締結構造の図示及び説明を省略する。また、ここでは第一実施形態と異なる点を中心に説明する。

本実施形態では、第一蓋部材Ｆ１と第一筒部材Ｔ１を締結する第一締結構造１Ｘと、第二蓋部材Ｆ２と第一筒部材Ｔ１を締結する第二締結構造１Ｙを、それぞれ周方向に独立して複数備える。また、第一締結構造１Ｘと第二締結構造１Ｙの周方向の位相が互いにずれており、両者が干渉しないようになっている。

第一締結構造１Ｘは、第一蓋側貫通孔Ｋ１と、第一蓋部材用の筒側貫通孔Ｈ１Ｘと、これらの貫通孔に軸部が挿入される雄ねじ体Ｏと、この雄ねじ体Ｏと螺合する雌ねじ体Ｍを備えて構成される。第一蓋部材用の筒側貫通孔Ｈ１Ｘは、第一筒部材Ｔ１の内部において、軸方向の両端まで延びており、第二蓋部材Ｆ２側の端面において筒側座部Ｈ１Ａが凹設される。この筒側座部Ｈ１Ａの形状は、雄ねじ体Ｏの頭部２０の形状、即ちここでは正六角形となっており、両者が嵌り合うことで、雄ねじ体Ｏが回転不能に収容される。この筒側座部Ｈ１Ａは、組み立て完了後において第二蓋部材Ｆ２によって覆われてしまうので、第二蓋部材Ｆ２を第一筒部材Ｔ１に設置する前に、予め、筒側座部Ｈ１Ａと筒側貫通孔Ｈ１Ｘに対して、雄ねじ体Ｏを配設しておく。この状態で、雄ねじ体Ｏに雌ねじ体Ｍを螺合させることで、第一筒部材Ｔ１と第一蓋部材Ｆ１を締結する。

第二締結構造１Ｙは、第二蓋側貫通孔Ｋ２と、第二蓋部材用の筒側貫通孔Ｈ１Ｙと、これらの貫通孔に軸部が挿入される雄ねじ体Ｏと、この雄ねじ体Ｏと螺合する雌ねじ体Ｍを備えて構成される。第二蓋部材用の筒側貫通孔Ｈ１Ｙは、第一筒部材Ｔ１の内部において、軸方向の両端まで延びており、第一蓋部材Ｆ１側の端面において筒側座部Ｈ１Ａが凹設される。この筒側座部Ｈ１Ａの形状は、雄ねじ体Ｏの頭部２０の形状、即ちここでは正六角形となっており、両者が嵌り合うことで、雄ねじ体Ｏが回転不能に収容される。なお、この筒側座部Ｈ１Ａは、組み立て完了後において第一蓋部材Ｆ１によって覆われてしまうので、第一蓋部材Ｆ１を第一筒部材Ｔ１に設置する前に、予め、筒側座部Ｈ１Ａと筒側貫通孔Ｈ１Ｙに雄ねじ体Ｏを配設しておく。この状態で、雄ねじ体Ｏに雌ねじ体Ｍを螺合させることで、第一筒部材Ｔ１と第二蓋部材Ｆ２を締結する。なお、ここでは、雄ねじ体Ｏの頭部を、筒側座部Ｈ１Ａに予め収容する場合を例示しているが、雄ねじ体Ｏと雌ねじ体Ｍを反転させて、雌ねじ体Ｍを筒側座部Ｈ１Ａに予め収容するようにしても良い。また、雄ねじ体Ｏの頭部又は雌ねじ体Ｍと、筒側座部Ｈ１Ａとの周方向の係合構造は、外形を一致させる場合に限定されず、お互いに突起や凹部等を設けたりすることで、何らかの係合状態を得られれば良い。

本第二実施形態の締結構造１Ｘ、１Ｙによれば、各ねじ締結構造Ｎによって二つの部材を締結すれば良いので、組み立て作業を簡素化できる。更に、ねじ締結構造Ｎにおいて、雄ねじ体Ｏの頭部又は雌ねじ体Ｍの少なくとも一方を、筒側座部Ｈ１Ａに収容することで、第一蓋部材Ｆ１及び第二蓋部材Ｆ２によって密閉できる。結果、各ねじ締結構造Ｎを介して圧力が漏れ出すことを、より一層、抑制することが可能となる。

次に、図１２を参照して、本発明の第三実施形態に係る圧力チャンバＣの締結構造１を説明する。なお、ここでは第一実施形態と異なる点を中心に説明する。

この圧力チャンバＣは、第一及び第二筒部材Ｔ１、Ｔ２の両端に、それぞれ半径方向外側に拡張する拡径フランジ部Ｔ１Ｆ、Ｔ２Ｆが形成される。従って、第一及び第二筒部材Ｔ１、Ｔ２と第一乃至第三蓋部材Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３は、この拡径フランジ部Ｔ１Ｆ、Ｔ２Ｆを利用して締結される。

第一蓋部材Ｆ１は、第一筒部材Ｔ１の拡径フランジ部Ｔ１Ｆと締結構造１によって締結される。従って、第一筒部材Ｔ１の拡径フランジ部Ｔ１Ｆに形成される第一筒側貫通孔Ｈ１の端部近傍には、第一筒側座部Ｈ１Ａが形成される。この第一筒側座部Ｈ１Ａは、錐状又は部分球状であって、かつ、凹状の筒側テーパ面となる。従って、第一筒側座部Ｈ１Ａと、雄ねじ用ねじ側座部２０Ａが、互いに当接する。

この第一筒側座部Ｈ１Ａと、雄ねじ用ねじ側座部２０Ａの間には、シール部（図示省略）が形成される。このシール部３０は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン樹脂の環状のシート材であり、第一筒側貫通孔Ｈ１及び雄ねじ体Ｏの軸部１０を囲むように配置される。このシール部３０によって、第一及び第二圧力空間Ａ１、Ａ２の圧力（正圧又は負圧）が、仮に、複数の大径のシール材Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３から漏れ出した場合であっても、座面からのリークを抑制できる。なお、この場合は、シール部３０を省略しても良い。また、第一筒側座部Ｈ１Ａと雄ねじ用ねじ側座部２０Ａの間の締結に関して、既に第一及び第二実施形態で例示した各種構造を適用できることは言うまでもない。

なお、本第三実施形態では、第一及び第二筒部材Ｔ１、Ｔ２が拡径フランジ部Ｔ１Ｆ、Ｔ２Ｆを有する場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図１３の第一筒部材Ｔ１に示すように、両端において半径方向内側に縮径する縮径フランジ部Ｔ１Ｘを形成することもできる。このようにすると、圧力空間Ａ１を広く確保できる。この場合は、雄ねじ体Ｏの頭部２０が、圧力空間Ａ１の内側において、縮径フランジ部Ｔ１Ｘに形成される第一筒側座部Ｈ１Ａと当接することになるので、シール部（図示省略）を介在させることで、圧力がリークしないようにすることが好ましい。

以上説明したように、本発明は多様な構成を採り得、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１、１Ｘ、１Ｙ 締結構造
１０ 軸部
２０ 頭部
３０ シール部
４０ 係合機構
５０ 逆回転防止機構
６０ 逆回転防止機構
６４ 突出部
Ａ１ 第一圧力空間
Ａ２ 第二圧力空間
Ｃ 圧力チャンバ
Ｆ１ 第一蓋部材
Ｆ２ 第二蓋部材
Ｆ３ 第三蓋部材
Ｈ１ 第一筒側貫通孔
Ｋ１ 第一蓋側貫通孔
Ｋ２ 第二蓋側貫通孔
Ｍ 雌ねじ体
Ｎ 締結構造
Ｏ 雄ねじ体
Ｔ１ 第一筒部材
Ｔ２ 第二筒部材
Ｔ２ 第二筒部材

Claims (12)

1. 圧力チャンバの締結構造であって、
   内周側に圧力空間を形成する筒部材と、
   上記筒部材の一方の端面に配置され、第一蓋側貫通孔を有する第一蓋部材と、
   上記筒部材の他方の端面に配置され、第二蓋側貫通孔を有する第二蓋部材と、
   複数の雄ねじ体及び該雄ねじ体と螺合する複数の雌ねじ体と、を備え、
   上記筒部材は、
   該筒部材における軸方向の両端まで延びる第一筒側貫通孔と、
   該第一筒側貫通孔の一方の端部に凹設された第一筒側座部と、
   該筒部材における軸方向の両端まで延びる第二筒側貫通孔と、
   該第二筒側貫通孔の他方の端部側に凹設された第二筒側座部と、を有し、
   雄ねじ体の頭部が上記第一筒側座部に嵌合し、且つ該雄ねじ体の軸部が上記第一筒側貫通孔及び上記第一蓋側貫通孔に挿入された状態で雌ねじ体と螺合することで、上記第一蓋部材と上記筒部材とを締結する第一ねじ締結構造を成し、
   雄ねじ体の頭部が上記第二筒側座部に嵌合し、且つ該雄ねじ体の軸部が上記第二筒側貫通孔及び上記第二蓋側貫通孔に挿入された状態で雌ねじ体と螺合することで、上記第二蓋部材と上記筒部材とを締結する第二ねじ締結構造を成すことを特徴とする圧力チャンバの締結構造。
2. 前記第一蓋側貫通孔及び／又は前記第二蓋側貫通孔の端部近傍には、前記雌ねじ体のねじ側座部と当接する蓋側座部が設けられ、
   上記蓋側座部は、錐状又は部分球状の蓋側テーパ面を有することを特徴とする、
   請求項１記載の圧力チャンバの締結構造。
3. 前記第一蓋側貫通孔及び／又は前記第二蓋側貫通孔の端部近傍には、前記雌ねじ体のねじ側座部と当接する蓋側座部が設けられ、
   上記蓋側座部と上記ねじ側座部の間に、環状のシール部が形成されることを特徴とする、
   請求項１又は２に記載の圧力チャンバの締結構造。
4. 前記雄ねじ体の頭部が、前記第一筒側座部及び／又は前記第二筒側座部に予め回転不能に配設されることを特徴とする、
   請求項１乃至３の何れかに記載の圧力チャンバの締結構造。
5. 前記雌ねじ体が、前記蓋側座部に予め回転不能に配設されることを特徴とする、
   請求項２又は３に記載の圧力チャンバの締結構造。
6. 前記第一蓋部材及び／又は前記第二蓋部材に対して蓋側座部が別体であって、
   上記蓋側座部は、前記第一蓋側貫通孔及び／又は前記第二蓋側貫通孔の端部に設けられた凹部に収容され、
   前記第一蓋部材及び／又は前記第二蓋部材と上記蓋側部材との間にシール部を配し、
   上記蓋側部材と前記雌ねじ体との間にシール部を配することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の圧力チャンバの締結構造。
7. 前記蓋側座部が前記凹部に嵌合することを特徴とする請求項６記載の圧力チャンバの締結構造。
8. 前記第一ねじ締結構造及び／又は前記第二ねじ締結構造のねじ側座部は、錐状又は部分球状のねじ側テーパ面を有することを特徴とする、
   請求項１乃至７の何れかに記載の圧力チャンバの締結構造。
9. 前記ねじ側テーパ面は、一部に凹設された環状溝を有し、該環状溝にはシール部が設けられることを特徴とする請求項８記載の圧力チャンバの締結構造。
10. 前記第一ねじ締結構造及び／又は前記第二ねじ締結構造のねじ側座部には、皿ばね型ワッシャが介在されることを特徴とする、
    請求項１乃至９の何れかに記載の圧力チャンバの締結構造。
11. 前記第一ねじ締結構造及び／又は前記第二ねじ締結構造のねじ側座部には、多層で層同士の間で摺動性を有するワッシャが介在されることを特徴とする、
    請求項１乃至９の何れかに記載の圧力チャンバの締結構造。
12. 前記雌ねじ体は、キャップナットであることを特徴とする、
    請求項１乃至１１の何れかに記載の圧力チャンバの締結構造。

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