JPH08769U - メタルシールの取付構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ゴム材質を使用しないメタルシールの取付構
造の提供。 【構成】 側壁に雌ねじ３’，２７”を形成した環状溝
２７’，４１’と、この溝に螺合する雄ねじ３，２８’
と、雄ねじ３，２８’の先端部にスラストベアリング２
９，４０を介して配設された圧接部材２６，３７とから
なり、圧接部材２６，３７と環状溝２７’，４１’の底
部の間に、弾性コイルスプリングとこれを覆う一層又は
二層の金属被覆からなるＯリング状のメタルシール２
７，４１を挟み、雄ねじ３，２８’を締めこむことによ
り、メタルシール２７，４１を圧縮する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、メタルシールの取付構造に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】

ガスの計測と制御は、従来体積流量計（ローターメーター等）で行われてきた が、最近、製造装置の自動化、コンピューター化に伴い、電気信号ですべての操 作を行うことができるマスフローコントローラーが多く用いられるようになって きた。

【０００３】 マスフローコントローラー（質量流量制御装置）が、ガス流量を精密に計測し 、自動的に制御するもので、従来の体積流量計と異なり、温度、圧力の影響を受 けることなく、ガスの計測及び制御を全て電気信号により行うことができるもの である。

【０００４】 ところで、このようなマスフローコントローラーにおいては、ガスの通過部と なるベース部分に、まずガスの入力部としてのインレットフィッティング、次い で流量検知部にセンサー管、流量制御部には流量制御用バルブ、更に出力側の継 手をそなえたフィッティングを夫々取付けることが必要であり、夫々の取付け部 分には当然のことながらガスの漏れを防ぐためにシールを設ける必要があり、こ の場合、従来はゴム等の材質からなる通常のＯリングが用いられていた。

【０００５】 とこらが、従来のＯリングを用いるかぎり、そのシール性能には限度があり、 ガスの漏れをますます小さくしなければならないという要求に応えることが困難 である。このことは、例えば、アルシンのような有毒ガスを扱わねばならない場 所では安全性の見地から極めて重要なことになっている。そして、従来のＯリン グでは、材質に付随して、腐蝕性ガスに対する耐久性、高温度に対する耐久性、 真空状態でのガス分子の透過性等の問題があった。

【０００６】 この問題の対策として、出願人は既に実開昭61-94906号に示すような、メタル シールを用いたマスフローコントローラーを提案している。

【０００７】 前記考案において、メタルシールを締付けるに際しては、対となる締付けボル トが対称位置にくるようにして均等に力が加わるようにするため、インレットフ ィッティング及びバルブの取付け部においては、４本のボルトを９０°ごとに配 列した締付け方を採用し、センサー管の取付け部においては１８０°の間隔をお いて２個のボルトによって締付けるようにしている。したがって、取付けが面倒 であるばかりでなく、締付けボルトのためにスペースが取られ、コンパクト化を 図ることができなかった。

【０００８】 更に、通常のバルブのディスクの材質にはゴムが用いられており、耐食性及び 接触摩耗によりゴムの微粉末が発生する問題が残っていた。

【０００９】

【問題点を解決するための手段】

本考案は、側壁に雌ねじを形成した環状溝と、該溝に螺合する雄ねじと、該雄 ねじの先端部にスラストベアリングを介して配設された圧接部材とからなり、前 記圧接部材と環状溝の底部の間に、弾性コイルスプリングとこれを覆う一層又は 二層の金属被覆からなるＯリング状のメタルシールを挟み、前記雄ねじを締めこ んで前記メタルシールを圧縮する構成により前記問題点を解決した。

【００１０】 また、バルブのディスク及び弁座をすべてメタル製とすることによりゴム材料 の使用に伴う問題を解決した。

【００１１】

【作用】

本考案においては、雄ねじを締めこんで圧接部材によりメタルシールを圧縮す るが、１つの雄ねじを締めこむだけでよいから操作が簡便であり、しかもスラス トベアリングを介して締めこむようにしているから、比較的小さいトルクで強力 な圧縮力を得ることができ、メタルシールの取付を容易に行うことができる。

【００１２】 前記のようなＯリング状のメタルシールは、非常に延性の高い金属被覆が気密 面の表面とコイルスプリングからなる弾性コアとの間に挟まれて、この被覆が塑 性変形をを起こすことにより高い気密性が得られる。コイルスプリングは適当な 弾性力を持ち、これが変形させられる力により外部の被覆に圧縮が加わり、また この圧縮力と逆方向に働く反力により気密面とシールの接触が完全に保持できる ように作用する。そして、巻きが細かな、各コイルが近接しているコイルスプリ ングを弾性コアとして使用することにより、シールの断面をなす円管がラジアル 方向に圧縮されるとき、各コイルが互いに働きあって、各々のコイルが全く独立 に前記機能を果たす。

【００１３】 また、バルブのディスクと弁座は接触面が鏡面仕上されており、従来のゴム材 料を用いたものと同様にバルブ作用を行なう。

【００１４】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基いて説明する。

【００１５】 マスフローコントローラそのものは従来公知のものであり、本考案の要旨をな すものではないが、必要な限度において簡略に説明を加えることとする。

【００１６】 図１はマスフローコントローラーを一部断面で示す正面図で、最初にガスの流 路について説明する。マスフローコントローラー１のベース２に雄ねじ３で取付 けられたインレットフィッティング４よりガスが流入し、バイパス部５で直進す る流れとセンサー部６へ向う流れにガスが分流される。分流されたガスは流路７ を通りセンサー部６に流入する。

【００１７】 センサー部６は熱式質量流量センサーで、センサー管（図示せず）の外側に一 対の抵抗発熱体（図示せず）が巻かれており、その抵抗発熱体がガスの通過によ り熱を奪われ抵抗発熱体に温度差が出る。この温度差をブリッジ回路（図示せず ）における抵抗値変化として検出し、出力として取出すものである。

【００１８】 バイパス部５は、直進する流量とセンサー部６を通過する流量の分量比が一定 になるようにするものであり、センサー管内を流せるガスの流量には限界があり 、多量のガスの制御を行うためこのようなバイパスという分離方式を利用するの である。このバイパス機構によりセンサー管内を流れているガスの検知で全体の 流量を計測することができる。

【００１９】 センサー管部６から出たガスは、流路８を通り流路９に流入し、直進したガス とともに弁座１０に導かれる。

【００２０】 ソレノイドバルブ１１の下端部に設けられた鏡面を有するメタルディスク１２ と同様に鏡面を有する前記弁座１０の間の僅かな間隙によりガスは流量調整され 、更に内孔１３を通り流路１４と連通して流出側のフィッティング１５より外部 に流出し次の機器へ流入する。

【００２１】 ところで、前記フィッティング４，１５、センサー部流路７，８、ソレノイド バルブ１１等の各接続部よりのリークを最小限度にとどめることは、半導体製造 に用いられるアルシンのような有毒ガスを扱わねばならない場所では安全性の見 地から極めて重要であるばかりでなく、リークによる流量制御の精度に及ぼす影 響を防ぐ上からも必要なことである。

【００２２】 センサーベース１６は、ボルト１７，１８によりメタルシール１９，２０を締 め付けてガスのリークを防止している。この部分には、比較的小さいメタルシー ルが用いられるので、従来どおりボルト１７，１８による締付方式によっている 。

【００２３】 図２はソレノイドバルブ１１の縦断面図を示し、センサー部６からの検出信号 と外部からの設定信号との差を電圧に変換してソレノイドバルブ１１のコイル２ １が励磁され、プランジャ２２が界磁鉄心２３に吸引され流量調整が行われる。 ヨーク２４にはベローズ２５を上部に設け、ベローズフランジ（圧接部材）２６ に接続し、ベローズフランジ２６でメタルシール２７を押圧して、マスフローコ ントローラー１に組込まれたときのソレノイドバルブ１１の取付部からのガスの 漏れをメタルシール２７で防止している。ベローズフランジ２６とコイルケース ２８の間にはスラストベアリング２９が介在している。

【００２４】 メタルシール２７は環状溝２７’内にあり、その側壁に設けた雌ねじ２７”（ 図１参照）にコイルケース２８の雄ねじ２８’が螺合する。締込みはコイルケー ス２８に設けられている六角部２８”で行う。

【００２５】 六角部２８”の底面がベース２の上面に当接すると、それ以上メタルシール２ ７は圧縮されず、これによりメタルシールを一定限度以上圧縮することがないよ うにしている。

【００２６】 ヨーク２４下部にはストップリング３０を装着し、ナット３１とストップリン グ３０の間にディスクバネ３２の周辺を挟持している。

【００２７】 前記プランジャ２２には、下端部にフランジ３３を有するストップボルト３４ がばね３５を介在させて螺入されている。

【００２８】 ストップボルト３４には鏡面仕上げされたメタルディスク１２の上部ねじ部が 下端部より螺入し、ディスクバネ３２の中央部を挟持し、これによりプランジャ ２２はディスクバネ３２のばね力と釣り合う位置に移動可能になっている。なお 、コイルケース２８上部にはロックナット３６が螺入されて界磁鉄心２３が動か ないように抑え、ゼロ位置設定（ナット３６’により界磁鉄心２３を上下させ、 これと一体をなすヨーク２４を介してディスク１２を動かして行う。）後の動き をなくしている。ナット３６’及び界磁鉄心２３のねじ部が精密であれば、ロッ クナット３６は無くてもよい。ベローズ２５は、ヨーク２４の上下動に伴ってベ ローズフランジ２６との間で伸縮し、この部分からのガスの漏れを防止している 。

【００２９】 以上のほかに当然のことながら電気制御部（図示せず）が設けられているが、 これについては説明は省略する。

【００３０】 図３はフィッティング４，１５の縦断面図を示す。圧接部材３７に管３８が固 定され、雄ねじ３と圧接部材３７の間にスラストベアリング４０を介在せしめて 環状溝（図示せず）の底に対してメタルシール４１を圧縮する。他端部の雄ねじ （フィッティング用）４２は、配管作業時のゆるみ防止のため雄ねじ３とは逆方 向のねじにするとよい。

【００３１】 圧接部材３７の端面が肩部３７’に当接すると、メタルシール４１はそれ以上 圧縮されず、これによりメタルシールの一定限度以上の圧縮が防止されている。

【００３２】 なお、六角ボルト４３は、雄ねじ３を締込みやすくするためのものである。メ タルシール４１はメタルシール２７と同様に、側壁に雌ねじ３’（図１参照）を 形成した環状溝４１’（図１参照）に置かれるもので、この点は、前述のバルブ の取付と同じである。

【００３３】 本考案で用いられるＯリング状のメタルシールは、弾性コイルスプリングとこ れを覆う一層又は二層の金属被覆からなるものであって、この一例を図４及び図 ５に示す。この例に示すものは、二層の被覆Ａ，Ｂの中に弾性コイルスプリング Ｃを挟んだもので、図４が締付け前の状態、図５が締付け後の状態を夫々示して いる。図５の矢印は力の作用方向を示す。

【００３４】 なお、このメタルシールは例示のためのものであって、これに限定する趣旨で はない。

【００３５】 このようなメタルシールは、非常に延性の高い金属性被覆が気密面の表面と、 互いに近接したコイルスプリングからなる弾性コアとの間に挟まれて、この被覆 が塑性変形を起こすことにより、高い気密性を保持することができる。コイルス プリングは適当な弾性力を持つより硬い材質から成り、これが変形するには一定 の力を要するものであり、この力により、外部の被覆に圧縮が加わり、またこの 圧縮力と逆止弁方向に働く反力により気密面とシールの接触が完全に保持される 。また、巻きが細かなコイルが近接しているコイルスプリングを弾性コアとして 使用することにより、シールの断面をなす円管がラジアル方向に圧縮される時、 各コイルが互いに働きあって、各々のコイルが個々に独立してシール作用を果た すことができるのである。

【００３６】

【考案の効果】

メタルシールの取付を、取付けようとする部材に直接設けたねじにより行うの で、取付けが簡便となり、スペースを要しない。

【００３７】 また、スラストベアリングを介してトルクを伝達するので、小さいトルクで大 きな圧縮力が得られる。

【００３８】 バルブのディスク及び弁座全体をメタル製とすることにより、従来のこの部分 におけるゴム材料の使用に起因する微粒子（パーティクル）の発生をなくすこと ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案を適用したマスフローコントローラー
の一部断面正面図である。

【図２】 ソレノイドバルブのみの縦断面図である。

【図３】 フィッティングの縦断面図である。

【図４】 締付け前のメタルシールの断面図である。

【図５】 締付け後のメタルシールの断面図である。

【符号の説明】

２７，４１ メタルシール ２７’，４１’ 環状溝 ３’，２７” 雌ねじ ３，２８’ 雄ねじ ２６，３７ 圧接部材 ２９，４０ スラストベアリング

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 側壁に雌ねじを形成した環状溝と、 該溝に螺合する雄ねじと、 該雄ねじの先端部にスラストベアリングを介して配設さ
   れた圧接部材とからなり、 前記圧接部材と環状溝の底部の間に、弾性コイルスプリ
   ングとこれを覆う一層又は二層の金属被覆からなるＯリ
   ング状のメタルシールを挟み、前記雄ねじを締めこむこ
   とにより前記メタルシールを圧縮することを特徴とす
   る、 メタルシールの取付構造。