JPH06264165A - メタルガスケット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、３００を越える高温でベーキング
処理を行っても、リークの発生，及びフランジとの間に
緩みが生じるのを防ぐことを目的とする。 【構成】 本発明のメタルガスケットは、酸素含有量が
１０ｐｐｍ以下の銅にジルコニウム，クロム，銀，チタ
ン，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％添加した銅合金を、６００℃以上の温度
で焼鈍してビッカース硬度を７０Ｈｖ以下にした構成を
有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【０００３】図６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。

【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。

【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。

【０００６】従って、本発明の目的は３００℃を越える
高温でベーキング処理を行ってもリークの発生，及びフ
ランジとの間に緩みが生じるの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。

【０００７】

【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℃を越える高温でベーキング処理を行っても
リークの発生，及びフランジとの間に緩みが生じるのを
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，銀，チタン，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
を、６００℃以上の温度で焼鈍してビッカース硬度を７
０Ｈｖ以下としたメタルガスケットを提供するものであ
る。

【０００８】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
が適用である。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。

【０００９】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。

【００１０】更に、上記元素を添加した銅合金を、６０
０℃以上の温度で焼鈍してビッカース硬度を７０Ｈｖ以
下にする理由は、フランジで締め付けを行う際、ナイフ
エッジの食い込みを容易にすると共に、高温時の軟化を
起こり難くするためである。すなわち、ガスケットの初
期の硬度が高いと、締付時にナイフエッジが食い込み難
くなるため、フランジとの接触面積が少なくなり、効果
的にシールすることができなくなると共に、高温でベー
キング処理したとき、初期の硬度が高いほど軟化が起こ
り易くなるからである。

【００１１】

【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。

【００１２】酸素含有量１０ｐｐｍ以下の無酸素銅にジ
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、これを熱間圧延と冷間圧延して厚さ２ｍｍの
板材を本発明品として得た。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】図１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。

【００１６】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ガスケットを製造した。これらの
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５００℃×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のガスケットが５
７回目の加熱でリークしたのに対し、本発明品のガスケ
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。

【００１７】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２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。

【００１８】次に、本発明品のメタルガスケットを７０
０℃で１時間焼鈍して、ビッカース硬度を６５Ｈｖとし
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％添加した銅合金を本発明
品と同様にプレス打抜きし、これを５５０℃で１時間焼
鈍してビッカース硬度が８５Ｈｖのメタルガスケットを
製造した。これらのガスケットを前述したフランジ間に
はさみ、１００ｋｇｆ／ｃｍのトルクでボルト締めして
接続し、解体後のメタルガスケットに残ったナイフエッ
ジ痕の深さを測定した。その結果、本発明品であるビッ
カース硬度６５Ｈｖのものにあっては、０．１２ｍｍの
深さまでナイフエッジが食い込んでいたのに対し、ビッ
カース硬度８５Ｈｖのものにあっては、０．０５ｍｍの
深さしか食い込んでおらず、シール部分に相当するフラ
ンジとの接触面積が本発明品の半分以下であった。

【００１９】更に、これらのメタルガスケットを上記と
同様にフランジ間で締め付けた状態で、２００〜６００
℃，１時間の加熱を行い、加熱後のメタルガスケットの
シール部近傍の硬度を測定した。図３には、その測定結
果が示されている。この結果から初期硬度８５Ｈｖのメ
タルガスケットは６５Ｈｖの本発明品のものより軟化を
起こし易いことが判る。以上のことから初期硬度を低く
（７０Ｈｖ以下）することで、締付時にナイフエッジを
深く食い込ませることができ、且つ、高温時の軟化を抑
制することができることが判った。

【００２０】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４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５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。

【００２１】

【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，銀，チタン，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
た銅合金を、６００℃以上の温度で焼鈍してビッカース
硬度を７０Ｈｖ以下としたため、３００℃を越える高温
でベーキング処理を行ってもリークの発生，及びフラン
ジとの間に緩みが生じるのを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ジルコニウム添加量と軟化特性の関係を表すグ
ラフ。

【図２】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。

【図３】初期硬度と軟化特性の関係を表すグラフ。

【図４】本発明の他の実施例の使用状態を示す断面図。

【図５】本発明の他の実施例の使用状態を示す断面図。

【図６】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。

【符号の説明】 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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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，銀，チタン，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
   合金を、６００℃以上の温度で焼鈍してビッカース硬度
   を７０Ｈｖ以下としたことを特徴とするメタルガスケッ
   ト。