JPH11351394A - 金属ガスケット取付構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シールの安定性に優れ、また小さな押圧力で
シールできる金属ガスケット取付構造を提供すること。 【解決手段】 金属ガスケット３は、断面Ｃ字形状の少
なくとも１枚の金属被覆であって、軸芯方向への力を受
けて押さえつけられることによって、シール面との圧接
によりシールするものであって、金属被覆が、局部的に
薄肉に形成した加工部５を全長にわたって有し、力を受
けて金属被覆が変形する際、加工部５が薄肉な部分に応
力集中を受けて軸芯方向に撓むことによって、その撓み
の両側に生じる頂部でシール面に圧接するようにしてシ
ールする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、装填したシール部
のシール面に圧接させることによって高い気密性を得る
金属ガスケットの取付構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程においては、シリコンベ
ースにシラン、アルシン、ホスフィン、ジボラン等の超
毒性ガスを不純物源として熱拡散することが行われ、ま
た自然発火性ガス等も使用されている。このような半導
体製造工程で使用されるガスは、例えばアルシンの致死
量は０．５ｐｐｍであって少量の漏れが即人身事故につ
ながる危険性を含むものであるため、従来からこれらガ
スの配管は、漏れを防止するために溶接接続したりガス
ケットによりシールする等していた。そして、ガスケッ
トでシールする場合は、使用するガスが毒性に加え腐食
性の強いものであるため、ゴムや樹脂を使用することが
できず金属ガスケットが用いられていた。

【０００３】そこで、従来からこのような危険なガスを
取り扱う半導体製造装置には、高い気密性を求めて種々
の金属ガスケットが考案され使用されてきた。以下、そ
の一例を挙げて説明する。図６は、金属ガスケットの第
１従来例を示した斜視図である。この金属ガスケット５
１は、軸方向に連続する断面Ｃ字形状の内被５３と外被
５４との２層構造をなした金属の被覆が、環状で弾性を
有する金属のコイルスプリングからなる金属コア５２を
内包して構成されたものである。

【０００４】また、これとは別に金属ガスケットの第２
従来例として特開平２−１３８５７５号公報に開示され
たものを図７に示す。この金属ガスケット６１は、中空
で長円形の横断面を有しかつ環状で弾性を有する金属の
コイルスプリングからなる金属コア６２と、この金属コ
ア６２の外周を包囲しかつ外側であって軸方向に連続す
る断面Ｃ字形状の１層の金属被覆６３とから構成された
ものである。そして、このような構成の金属ガスケット
６１は、ブラケット６０から短径方向に受ける圧縮力が
所定の値を超えると、図８に示すように、上下面がそれ
ぞれの中央付近から撓んだアーチ面６４，６４を形作
り、それを挟んで２つの円６５，６６で上下のそれぞれ
面をシールする。従って、２重のシール線を得て高いシ
ール効果を得ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、最近では金属
ガスケットの被覆の材質をガスに反応して毒素を発生さ
せるおそれのあるニッケルに変えて、耐食性等に優れた
オーステナイト系ステンレス鋼材、特にＳＵＳ３１６
（以下、単に「ＳＵＳ」という）の使用が望まれている
が、このことによってシール性の安定性が悪くなるとい
った問題が生じた。というのも、ニッケルの硬度が約Ｈ
ｖ１８０であるのに対してＳＵＳ３１６が約Ｈｖ３２０
と高い硬度を有する一方、この金属ガスケットを装填す
るフランジの材質にもＳＵＳ３１６やＶＩＭ−ＶＡＲ材
にスパロール処理を施す等を使用することによって、や
はり約３００Ｈｖ前後の高い硬度を有する。

【０００６】従って、被覆にニッケルを使用してフラン
ジとに硬度差がある場合には、シール部分がブラケット
のシール面に面して歪むため気密性が高められる一方、
被覆にＳＵＳ等の高硬度のものを使用しフランジとの間
に硬度差がない場合には、金属ガスケットがシール面に
ならって均一に歪まないためにシールの安定性が悪くな
るといったことが生じた。

【０００７】また、被覆にニッケルを使用してフランジ
とに硬度差がある場合には、ブラケットのシール面に面
して歪み高い圧力で押圧されれば、ブラケットの粗面に
被覆の素材が入り込んで気密性が高められる。しかし、
被覆にＳＵＳ等の高硬度のものを使用しフランジとの間
に硬度差がない場合には、断面円形の第１従来例のもの
にしても、長円形の横断面からなる２重のシール線を生
じる第２従来例のものにしても、曲面でブラケットと接
触するために接触面積が比較的大きくなるため、粗面同
志が面すれば接触面に圧力差が生じる等してシールの安
定性が悪くなるといったことが生じた。そにため、シー
ルの安定性を良くしようとする場合には、非常に大きな
押圧力が必要であった。

【０００８】そこで、本発明は、かかる問題点を解消し
たシールの安定性に優れ、また小さな押圧力でシールで
きる金属ガスケット取付構造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】本発明の金属ガスケット
取付構造は、（ａ）断面Ｃ字形状の少なくとも１枚の金
属被覆から成る金属ガスケットを、端面に流路と、該流
路を取り囲んで該金属ガスケットを収納する収納空間と
が形成された一対の流路ブロックに対して取り付ける金
属ガスケット取付構造であって、（ｂ）金属ガスケット
が、局部的に薄肉に形成した加工部を全長にわたって有
し、（ｃ）一対の流路ブロックを締結したときに形成さ
れる収納空間の厚みが、金属ガスケットの厚みよりも小
さくて、（ｄ）締結時に、金属ガスケットが一対の流路
ブロックから力を受けて、金属ガスケットが変形する
際、加工部が薄肉な部分に応力集中を受けて軸芯方向に
撓むことによって、その撓みの両側に生じる頂部でシー
ル面に圧接するようにしてシールする。また、本発明の
金属ガスケット取付構造は、前記金属ガスケットの加工
部が、平面であることが望ましい。また、本発明の金属
ガスケット取付構造は、前記金属ガスケットの加工部
が、断面がＵ字、Ｖ字若しくはコ字形状の溝であること
が望ましい。

【００１０】本発明の金属ガスケット取付構造で使用さ
れる金属ガスケットは、シール部に配設され軸芯方向へ
の力を受けて押さえつけられると、金属ガスケットに形
成された加工部の薄肉な部分が応力集中を受けて軸芯方
向に撓むことによって、その撓んだ両側に生じる頂部に
よって２重のシール線を得て当接することとなる。従っ
て、金属ガスケットは、２重のシール線であって、更に
そのシール線が頂部によって高い接触圧力でシール面に
当接することによってシールの安定性を図っている。

【００１１】また、本発明の金属ガスケットは、前記加
工部がフラットな面として金属被覆に局部的に薄肉な部
分を形成したものを押圧することにより、その薄肉部で
あるフラットな面の中央部が軸芯方向に撓んだ両端に頂
部を得て、高い接触圧力でシール面に当接する２重のシ
ール線によってシールの安定性を図っている。また、本
発明の金属ガスケットは、前記加工部が断面がＵ字、Ｖ
字またはコ字形状の溝として金属被覆に局部的に薄肉な
部分を形成したものを押圧することにより、その薄肉部
であるコ字形状溝の凹部中央、そしてＵ字またはＶ字形
状の谷部が軸芯方向に撓んだ両端に頂部を得て、高い接
触圧力でシール面に当接する２重のシール線によってシ
ールの安定性を図っている。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明にかかる金属ガスケ
ット取付構造の一実施の形態について図面を参照して説
明する。図１は、第１の実施の形態で使用される金属ガ
スケット１を示した断面斜視図である。この金属ガスケ
ット１も上述した第１従来例のように、軸方向に連続す
る断面がＣ字形状の被覆３が、環状で弾性を有する金属
のコイルスプリング２を内包して構成されたものであ
る。そして、本実施の形態の金属ガスケット１は被覆３
に特徴を有するものであり、断面がＣ字形状をなす被覆
３の開部４を対称にして上下には、金属ガスケット１の
全長にわたってフラット面５，５が形成されている。こ
の被覆３は、硬度が約３２０ＨｖのＳＵＳ３１６によっ
て形成されている。

【００１３】このような構成の金属ガスケット１をシー
ル部であるフランジに装填し、更に圧縮した状態の断面
を図２に示す。この金属ガスケット１がフランジ１０に
配設された状態では、フラット面５，５がフランジ１０
のシール面１０ａ，１０ａに当接する。そこで、相対す
るフラット面５，５にフランジ１０から圧縮力を受ける
と、金属ガスケット１は軸芯方向に変形することとな
る。このとき、フランジ１０から力を受ける被覆３は、
フラット面５，５の中央が最も薄く端に広がるに従って
厚肉になっていくため、薄肉に加工された中央部５ａ，
５ａには局部的に応力集中が生じることとなる。従っ
て、被覆３は、応力集中を受けた中央部５ａ，５ａが力
の方向である軸芯方向に撓んで湾曲し、フラット面５，
５のエッジ５ｂ，５ｂ…によって中央部５ａ，５ａを挟
んで突出した頂部６，６…を得る。この頂部６，６…
は、金属ガスケット１の全長にわたって得られ、フラン
ジ１０のシール面１０ａ，１０ａを２重にシールするこ
ととなる。

【００１４】ところで、このような圧縮変形によって得
られた頂部６，６が当接したフランジ１０のシール面を
確認してみる。そこで、金属ガスケットの平面を顕微鏡
で観察したシール後の状態の写真を図９に示す。そし
て、図３は、この図９の写真を図面化したシール後の金
属ガスケット１を示す平面図である。金属ガスケット１
は、図９の写真及び図３に示すように被覆３にコイルス
プリング２が内包されたものがリング状に形成され、そ
の上下のシール部分を切削加工してフラット面５，５を
形成したものである。そして、これをフランジ１０に装
填した後に取り外して見ると、図９の写真及び図３に示
されているように、フラット面５を形成したエッジには
内側及び外側に２重のシール跡８，８が円となってクッ
キリと現われているのが分かる。従って、本実施の形態
の金属ガスケット１では、加工部であるフラット面５，
５を有することによって、圧縮によって生じる頂部６，
６…がシール面１０ａ，１０ａをシールしているとが確
認された。

【００１５】そして、本実施の形態で使用する金属ガス
ケット１を、シール面１０ａ，１０ａをスパロール処理
してピットの少ない面粗度の良好にしたものとそうでな
いフランジ１０に対して使用し、ヘリウムを吹きかけて
３０秒後の外部漏れの発生を複数回繰り返して検査した
が、いずれにも外部漏洩発生は確認されなかった。この
ときのフランジ１０の硬度はいずれも３００Ｈｖ程度で
あり、検出感度は２．８×１０^-12 Ｐａ・ｍ³ ／ｓ以下
である。従って、本実施の形態の金属ガスケット１のよ
うに頂部６，６…によってシールすることで、その鋭角
な頂部６，６…がシール面１０ａ，１０ａに対して小さ
い面積で当接するため、押圧力がその当接面に等しくか
つ高い圧力でかかることによって、面粗度の良好なもの
はもちろん良くないものでもシールの安定性が図られ
た。

【００１６】また、２重に形成された頂部６，６…によ
るシール線によって高い気密性を得ることができた。更
に、頂部６，６…による２重のシール線のみによってシ
ール面１０ａ，１０ａへ当接するため、接触面積が小さ
い分、金属ガスケット１を押圧するフランジ１０の締め
付け力が小さくても高い接触圧力を得ることができた。

【００１７】一方、フランジ１０に硬度が１２０〜１３
０Ｈｖ程度の柔らかいものを使用した場合には、シール
面１０ａ，１０ａに凹んだシール跡がのこってしまう。
そうした場合、取付及び取り外しを繰り返すとシール面
１０ａ，１０ａにはシール跡がクロスする箇所が生じる
こととなる。しかし、本実施の形態の金属ガスケット１
では、頂部６，６…によって高い圧力で押圧されるとと
もに、その頂部６，６…による２重のシール線でシール
しているため漏れることはなかった。

【００１８】次に、本発明の金属ガスケット取付構造の
第２実施の形態について説明する。図４は、第２の実施
の形態で使用する金属ガスケット２１を示した断面斜視
図である。この金属ガスケット２１も上述した第１実施
の形態のもののように、断面がＣ字形状の被覆２３が、
コイルスプリング２２を内包して構成されたものであ
る。そして、本実施の形態の金属ガスケット２１も被覆
２３に特徴を有し、断面がＣ字形状をなす被覆２３の開
部２４を対称にした上下に、その金属ガスケット２１の
全長にわたってＶ字溝２５，２５が形成されている。

【００１９】そして、このようなＶ字溝２５，２５が形
成された金属ガスケット２１をフランジ１０に装填した
場合には、図４に示すように頂部２６，２６…が生じて
シールすることとなる。すなわち、金属ガスケット２１
をフランジ１０に配設された状態で、上下のＶ字溝２
５，２５部分にフランジ１０から圧縮力がかかると、金
属ガスケット２１は軸芯方向に変形することとなる。こ
のとき、フランジ１０から直接力を受けるＶ字溝２５，
２５は中央部２５ａ，２５ａが最も薄いため、そこに応
力集中が生じる。従って、図５に示すように被覆２３は
応力集中を受けた中央部２５ａ，２５ａが力の方向であ
る軸芯方向に撓んで湾曲する。そのため、Ｖ字溝２５，
２５のエッジ２５ｂ，２５ｂ…が、その中央部２５ａ，
２５ａを挟んで突出して頂部２６，２６…を構成する。
そこで、金属ガスケット１の全長にわたって得られたこ
の鋭角な頂部２６，２６…が、フランジ１０のシール面
１０ａ，１０ａを２重にシールすることとなる。

【００２０】本実施の形態で使用する金属ガスケット２
１では、Ｖ字溝２５，２５による加工部を形成したた
め、第１実施の形態の場合よりも鋭角な頂部２６，２６
を得ることができ、更にシールの安定性が増した。ま
た、より小さい押圧力で金属ガスケット２１を締め付け
れば足りるようになった。

【００２１】なお、本発明の金属ガスケット取付構造は
上記実施の形態のものに限定されることなく、その趣旨
を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、
上記実施の形態では、被覆に形成した加工部には、フラ
ット面とＶ字溝のみを示したが、圧縮時に頂部を得るこ
とができる薄肉部を有するものであれば、更に特許請求
の範囲で記したように断面がコ字形状やＵ字形状溝、そ
の他の加工部であってもよい。また、例えば、上記実施
の形態では被覆を１重のものを示したが、第１従来例の
ように２重にしてもよく、更にそれ以上であってもよ
い。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、金属被覆に局部的に薄肉に形
成した加工部を全長にわたって形成したことにより、そ
の金属被覆が力を受けて変形する際、加工部の薄肉な部
分に応力集中を受けて軸芯方向に撓むことによって、そ
の撓みの両側に生じる頂部でシール面に圧接するので、
シールの安定性に優れ、また小さな押圧力でシールでき
る金属ガスケットを提供することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる金属ガスケットの第１実施の形
態を示した断面斜視図である。

【図２】第１実施の形態の金属ガスケットのシール時の
取付構造を示した断面図である。

【図３】第１実施の形態の金属ガスケットのシール後の
状態を示した平面図である。

【図４】本発明にかかる金属ガスケットの第２実施の形
態を示した断面斜視図である。

【図５】第２実施の形態の金属ガスケットのシール時の
取付構造を示した断面図である。

【図６】第１従来例の金属ガスケットを示した断面図で
ある。

【図７】第２従来例の金属ガスケット取付構造を示した
断面図である。

【図８】第２従来例の金属ガスケットのシール時の取付
構造を示した断面図である。

【図９】本発明にかかる第１実施の形態の金属ガスケッ
トの平面を顕微鏡で観察したシール後の状態を示す写真
である。

【符号の説明】

１ 金属ガスケット ２ コイルスプリング ３ 被覆 ５ フラット面 ６ 頂部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 断面Ｃ字形状の少なくとも１枚の金属被
   覆から成る金属ガスケットを、 端面に流路と、該流路を取り囲んで該金属ガスケットを
   収納する収納空間とが形成された一対の流路ブロックに
   対して取り付ける金属ガスケット取付構造において、 前記金属ガスケットが、局部的に薄肉に形成した加工部
   を全長にわたって有し、 前記一対の流路ブロックを締結したときに形成される収
   納空間の厚みが、前記金属ガスケットの厚みよりも小さ
   くて、 締結時に、前記金属ガスケットが前記一対の流路ブロッ
   クから力を受けて、前記金属ガスケットが変形する際、
   前記加工部が薄肉な部分に応力集中を受けて軸芯方向に
   撓むことによって、その撓みの両側に生じる頂部で前記
   シール面に圧接するようにしてシールすることを特徴と
   する金属ガスケット取付構造。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の金属ガスケット取付構
   造において、 前記金属ガスケットの加工部が、平面であることを特徴
   とする金属ガスケット取付構造。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の金属ガスケット取付構
   造において、 前記金属ガスケットの加工部が、断面がＵ字、Ｖ字若し
   くはコ字形状の溝であることを特徴とする金属ガスケッ
   ト取付構造。