JPH06281000A - ベローズ製造方法 - Google Patents

ベローズ製造方法

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JPH06281000A
JPH06281000A JP6158493A JP6158493A JPH06281000A JP H06281000 A JPH06281000 A JP H06281000A JP 6158493 A JP6158493 A JP 6158493A JP 6158493 A JP6158493 A JP 6158493A JP H06281000 A JPH06281000 A JP H06281000A
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JP
Japan
Prior art keywords
bellows
nozzle
heat treatment
space
layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP6158493A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroyoshi Kobayashi
博栄 小林
Hiroto Kawakami
博人 川上
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Toshiba Corp
IHI Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
IHI Corp
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Publication date
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  • Diaphragms And Bellows (AREA)
  • Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱処理時の拡散接合を防止することを可能と
する。 【構成】 内層1とこれを空間部4を隔てて覆う外層2
とからなる複数層のベローズ3を成形した後、これを熱
処理するに際し、上記ベローズ3にノズル12を取り付
け、上記熱処理時に内層1と外層2との間の空間部内圧
力を上記ノズル12から大気開放するようにしたことを
特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はベローズ製造方法に係
り、特に熱処理時に内層と外層とが接合することを防止
できるベローズ製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】容器とこれに接続される貫通管との間に
は熱膨張を許容するステンレス製多層ベローズが介設さ
れているケースは知られている。このベローズは同板厚
の一層のベローズに比べ内圧が高いにも拘らずバネ定数
を小さくしたいときに内圧に対する応力は同じでもバネ
定数を1/4 にすることができる。
【0003】例えば、二層のベローズを製造するには先
ず内筒とこれを覆う外筒とからなる二重円筒管の上下端
部を互いに溶接接合し、その二重円筒管を型に嵌めて内
筒に液圧を加えると共に二重円筒管を軸方向に圧縮する
と、図11に示すように波形の内筒1とこれを覆う波形
の外筒2とからなるベローズ3が成形される。このよう
に成形されたベローズ3は塑性加工による残留応力を除
去するために炉内で熱処理(SHT)される。炉内で例
えば1050℃×5〜10分熱処理された後、ベローズ3は
急冷される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、冷却水によ
る冷却の際にベローズ3の内外層1,2間に冷却水が浸
入することを防止するために、ベローズ3の内層1と外
層2との間の空間部4は完全に密封され、その密閉状態
で熱処理される。内層1と外層2との間が密閉されると
熱処理時においては内外層1,2間の内圧が上昇するこ
とになる。
【0005】一方、ベローズ3の内層1および外層2の
板厚を薄くし、これら内層1および外層2に形成される
山高を大きくすると、熱処理時においては内外層1,2
間の圧力上昇により内層1と外層2とが互いに押し付け
合って接合するという拡散接合が生じる。すなわち、図
8、図9および図10に内層1と外層2との間に内圧を
加えたときに板厚および山高の異なる3種類のベローズ
3a,3b,3cの変形を示すと、図8に示す板厚t1
×2層のベローズ3aにおいては拡散接合が生じ、図9
に示す板厚t2 ×2層のベローズ3bにおいても拡散接
合が生じる。t1 <t2 であり、5は接合部である。こ
れに対し、図10に示す板厚t2 ×2層のベローズ3c
にあっては山高が小さいために内外層1,2間は略平行
に離反されており、拡散接合は生じない。
【0006】本来、二層ベローズは内層1と外層2が互
いに離反され伸縮させたときにそれぞれ独立した動きに
なる。したがって、内外層1,2間が接合してしまう
と、その接合部分5はベローズ3を伸縮させた際に曲げ
られるのでベローズ3の曲げ剛性を高めてしまうことに
なる。例えば、板厚t1 ×2層のベローズ3aにおいて
は接合部5の厚さが2t1 となるため、接合部5では2
1 ×1層の動きとなる。曲げ剛性は板厚の3乗に比例
するので、(t1 3 ×2層の曲げ剛性が接合部5にお
いては(2t1 3 ×1層の4倍の曲げ剛性となり、伸
縮性に富んだ柔軟なベローズ3が得られないことにな
る。
【0007】本発明は上記問題点を有効に解決すべく創
案されたものである。
【0008】本発明は熱処理時の拡散接合を防止できる
ベローズ製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は内層とこれを空
間部を隔てて覆う外層とからなる複数層のベローズを成
形した後、これを熱処理するに際し、上記ベローズにノ
ズルを取り付け、上記熱処理時に内層と外層との間の空
間部内圧力を上記ノズルから大気開放するようにしたも
のである。この場合、内外層間の内部圧力はノズルを介
してベローズの内外層間の空間部容積より充分に大きな
容積を有する密閉容器内に開放するようにしてもよい。
【0010】また、上記ベローズに一端部が取り付けら
れたノズルの他端部をベローズ据付後に内外層間のガス
サンプリングの配管に接続するようにしたものである。
さらに、ベローズに複数のノズルを取り付けると共にそ
のノズルを経由して内外層間の内部ガスを不活性ガスに
置換し、熱処理時にノズルの他端部を水槽に浸漬させる
ようにしたものである。
【0011】また、上記ベローズの板厚t、山高W,ピ
ッチの半分hを用いて定義される形状係数をt3 /(h
0.5 ・W2.5 )以下とするようにしたものである。
【0012】
【作用】拡散接合は内外層間を密閉した状態で熱処理す
ることにより生じる。したがって、熱処理時に内外層間
に生じる内圧を大気開放すれば、拡散接合を未然に防止
できることになる。
【0013】また、上記ベローズに一端部が取り付けら
れたノズルの他端部をベローズ据付後に内外層間のガス
サンプラインに接続すれば、圧力開放用のノズルをガス
サンプリングのために有効利用できる。拡散接合は内外
層の酸化に起因して生じるため、内外層間を不活性ガス
に置換することにより、拡散接合を防止できる。さら
に、ベローズの板厚t、山高W,ピッチの半分hを用い
て定義される形状係数以上のとき拡散接合が発生するた
め、その形状係数以下のベローズを形成するものであ
る。
【0014】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。
【0015】図1および図2に示すように、例えば2層
のベローズ3を製造するために、従来通り、内筒とこれ
を空間部を隔てて覆う外筒とからなる二重円筒管の上下
端部を溶接接合し、その二重円筒管を型に嵌めて内筒に
液圧を加えると共に二重円筒管を軸方向に圧縮すると、
波形の内層1とこれを空間部4を隔てて覆う波形の外層
2とからなるベローズ3が成形される。ベローズ3の成
形の後、ベローズ3に形成される耳部11にはノズル1
2が取り付けられる。
【0016】このように塑性加工されたベローズ3はそ
の残留応力を除去するために炉13内で熱処理(SH
T)される。炉13内で例えば1050℃×5〜10分熱処
理された後、ベローズ3は冷却水で急冷される。
【0017】特に、熱処理時においてはベローズ3に一
端部が取り付けられたノズル12の他端部が炉13外に
延出されて大気開放されているために、温度上昇に伴い
内層1と外層2との間の内圧が高くなっても、その内圧
はバルブ14を開放することによりノズル12を介して
開放されることになる。したがって、内圧上昇による内
外層1,2が接触し、それによる拡散接合を防止でき、
内層1と外層2とは互いに離反された状態で加熱処理さ
れることになる。
【0018】図3はベローズ(供試体A)3の内外層
1,2間を密封した状態で加熱処理する場合を示すもの
であり、図4はベローズ(供試体B)3の内外層1,2
間を圧力開放した状態で加熱処理する場合を示すもので
ある。
【0019】図3は炉13内のベローズ3の耳部11に
一端部が取り付けられたノズル12の他端部を炉13外
に引き出し、そのノズル12に圧力計15および開閉弁
14を取り付け、開閉弁14を閉じて熱処理時状態にお
ける層間内圧力を測定したものである。他方、図4は同
様にベローズ3の耳部11に等間隔に複数個のノズル1
2の一端部を取り付け、炉13外に引き出されるノズル
12の他端部を水槽16に入れ、開閉弁14を開放して
昇温時、保持時の空気の流れを確認するようにしたもの
である。
【0020】このように熱処理されて得られた供試体
A,Bを伸縮させたときの荷重と変位との関係を図5に
示す。この図において傾きがバネ定数である。この図か
ら両者の剛性を比較すると、内外層1,2間の内圧があ
る場合(供試体A)のバネ定数に対し、内圧を除去した
場合(供試体B)のバネ定数が小さいことは明らかであ
る。供試体Aは熱処理した場合に内外層1,2の全てが
接合されると,圧力開放された供試体Bの4倍のバネ定
数となる。上述したように、実際には内外層1,2の全
てが接合されるのではなく一部が互いに接合し、その場
合においても供試体Aのバネ定数は供試体Bに比べると
略2.5 倍と高くなる。
【0021】したがって、熱処理時に内外層1,2間を
圧力開放することにより、内外層1,2がそれぞれ独立
して伸縮し、かつ、内圧には強く本来の剛性を有するベ
ローズを得ることができる。
【0022】また、圧力開放のために取り付けられたノ
ズル12は容器とこれに接続される貫通管との間にベロ
ーズ3を据付る際に途中で切断され、その切断部には内
外層1,2間のガスサンプリングのための配管が接続さ
れる。万一、ベローズ3に破損が生じた場合にはリーク
ガスをノズル12を経由してガスサンプリングラインで
検出できることになる。したがって、ベローズ3に取り
付けられるノズル12は熱処理時には圧力開放用として
使用され、ベローズ3の据付時にはガスリーク検出ライ
ンとして有効に利用できる。
【0023】また、図4において内外層1,2間の内部
ガスをHe等の不活性ガスに置換し、熱処理時に外部空
気が内外層1,2内に混入することを防止するようにし
てもよい。すなわち、ベローズ3に取り付けられた複数
のノズル12を利用して不活性ガスを導入すると共に内
部ガスを排出し、内外層1,2内を不活性ガス雰囲気に
置換する。高温かつ長時間の熱処理、内圧の上昇による
他、内外層1,2の酸化に起因して管拡散接合が発生す
るため、不活性雰囲気にすることにより、拡散接合を防
止できる。
【0024】図6はベローズ3に一端部が接続されたノ
ズル12の他端部を炉13内に設置された密閉容器16
に接続するようにしたものである。この密閉容器16は
ベローズ3の内外層1,2間に形成される空間部4の容
積より充分に大きな容積を有する。熱処理時においては
内外層1,2間の内部ガスないし不活性ガスが密閉容器
16に導入されて熱処理時の圧力上昇を実質的に大気開
放と同レベルに抑えることができる。
【0025】また、図8、図9および図10に示すよう
に、内外層1,2に、熱処理中に内圧により接触する部
位が生じるのは山高が大きく、板厚が薄い場合である。
ここで、図7においてベローズのバネ定数は次式で表さ
れる。
【0026】K=(4・E・Dm・t3 ・C)/(3・
0.5 ・W2.5 ・Nd) 上式において、K:バネ定数、E:ヤング率,Dm:ベ
ローズの有効径、t:板厚、C:ベローズの層数、h:
ピッチ/2、W:ベローズの山高、Nd:定数=2であ
る。
【0027】上式からベローズの板厚t、山高W、ピッ
チの半分hを用いて t3 /(h0.5 ・W2.5 ) で定義される形状係数が3×10-5以上であれば、図8
および図9に示すような接触部位が発生することが既に
わかっており、ベローズを製造するときは上記形状係数
以下とすることにより、内外層1,2の接合しないベロ
ーズが製造できる。
【0028】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次の如き
優れた効果を発揮する。
【0029】(1) 請求項1においてはベローズに取り付
けられたノズルから熱処理時の内圧を大気開放するよう
にしたので、熱処理時の内外層が互いに接合するという
拡散接合を未然に防止できる。
【0030】(2) 請求項2においてはベローズに取り付
けられたノズルをガスサンプリングラインとして有効に
利用できる。
【0031】(3) 請求項3においてはベローズに取り付
けられたノズルにより、内外層間の内部ガスを不活性ガ
スに置換して外部空気の侵入を防止するため、拡散接合
を未然に防止できる。
【0032】(4) 請求項5においてはベローズの形状係
数を所定値以下にすることにより、拡散接合を未然に防
止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】内外層間の圧力開放を示す図である。
【図2】図1のA部を示す拡大断面図である。
【図3】内外層間を密閉した状態で熱処理する場合の説
明図である。
【図4】内外層間を開放した状態で熱処理する場合の説
明図である。
【図5】ベローズの荷重変位特性を示す図である。
【図6】内外層間を密閉容器内に開放した状態で熱処理
する場合を示す図である。
【図7】ベローズの形状係数を示すための説明図であ
る。
【図8】拡散接合した状態のベローズを示す図である。
【図9】拡散接合した状態のベローズを示す図である。
【図10】通常状態のベローズを示す図である。
【図11】ベローズの要部を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
1 内層 2 外層 3 ベローズ 4 空間部 12 ノズル 15 密閉容器

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内層とこれを空間部を隔てて覆う外層と
    からなる複数層のベローズを成形した後、これを熱処理
    するに際し、上記ベローズにノズルを取り付け、上記熱
    処理時に内層と外層との間の空間部内圧力を上記ノズル
    から大気開放するようにしたことを特徴とするベローズ
    製造方法。
  2. 【請求項2】 上記ベローズにノズルの一端部を取り付
    けると共に、該ノズルの他端部をベローズ据付後に内外
    層間のガスサンプリングの配管に接続することを特徴と
    する請求項1のベローズ製造方法。
  3. 【請求項3】 上記ベローズに複数のノズルの一端部を
    取り付けると共に該ノズルを経由して内外層間の内部ガ
    スを不活性ガスに置換し、熱処理時にノズルの他端部を
    水槽に浸漬させるようにしたことを特徴とする請求項1
    のベローズ製造方法。
  4. 【請求項4】 上記ベローズに一端部が取り付けられた
    ノズルの他端部を内外層間の空間容積より充分に大きな
    密閉容器に接続し、熱処理時の空間部内圧力を上記密閉
    容器内に開放するようにしたことを特徴とする請求項1
    のベローズ製造方法。
  5. 【請求項5】 上記ベローズの板厚t、山高W,ピッチ
    の半分hを用いて定義される形状係数がt3 /(h0.5
    ・W2.5 )以下であることを特徴とする請求項1のベロ
    ーズ製造方法。
JP6158493A 1993-03-22 1993-03-22 ベローズ製造方法 Pending JPH06281000A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6820317B2 (en) * 2002-01-08 2004-11-23 Nhk Spring Co., Ltd. Method of making a metallic bellows
WO2012147417A1 (ja) * 2011-04-26 2012-11-01 イーグル工業株式会社 半導体製造装置用溶接ベローズ
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