JPH0231097A - 真空フランジ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は真空装置９例えば核融合装置のプラズマ真空容
器と各種装置との接続部にをする真空フランジに関する
。

（従来の技術） 真空機器、真空配管等の接続部に使用される真空フラン
ジとしては、各種の形状、材質のものがあり、これらは
目的とする真空の質と到達圧力によって選択される。例
えば、−膜面に清浄な超真空度を得るためのフランジと
してはメタルガスケット類を使用したフランジがあり、
また低又は高真空度を保持するためのフランジとしては
エラストマー系のガスケット類を使用したフランジがあ
る。

これらのフランジはガスケットの剛性に対応した剛性を
有するものが使用され、ガスケットとの強力な接触によ
りシール性能を確保している。

ところで、超高真空状態に保持される真空装置。

例えば核融合装置のプラズマ真空容器およびこれに接続
される各種装置の接続部に有する真空フランジとしては
、−船釣に第１図に示すようなナイフェツジ型メタルシ
ールフランジが使用されている。すなわち、このナイフ
ェツジ型メタルシールフランジは第１図に示すように、
１対のフランジ部１ａ、ｌｂをその円周方向に適宜の間
隔を存して複数本のボルト２で締結することにより、フ
ランジ部１ａ、ｌｂの内端側に刃先角度が７０°〜１０
０”に形成されたナイフェツジ部３をその間に挿入され
た中空円板状の銅ガスケット４に食込ませてシールする
構造となっている。この場合、真空フランジのシール性
能はナイフェツジ部３の円周上に作用するシール線荷重
により決定される。

したがって、シール線荷重はその大きさと分布。

つまり各ボルト間における荷重の大きさが均一に作用し
ているかどうかが重要なことであり、具体的にはフラン
ジ部１ａ、Ｉｂの剛性（フランジ厚さ、材質）とボルト
の本数、ボルト締付はトルクおよびガスケットの材質に
より決められる。

そこで、従来ではかかる真空フランジにおいて、充分な
シール性能を確保するには高い締付はトルク、すなわち
シール線荷重が大きく、且つ均一な分布とする必要があ
ることから、多数のボルトと、それらに耐え得る板厚の
フランジが使用されてきた。

ここで、その仕様については日本真空協会で昭和５７年
１２月１日に制定された「真空装置用ベーカブルフラン
ジの形状・寸法」と題したＪＶＩＳ−００３に規定され
ており、その値は次の通りである。

上記表において、シール線荷重Ｗ　ｓ　１はＷｓｌ−σ
・ｎ−８／π・Ｂ（８７１１１ｍ）・・・・・・（１） また、シール線荷重Ｗｓ２はＪＶＩＳ−００３には規定
されていないが、（２）式より求めたものである。

Ｗｓ２−　ａ　＊　ｎ　拳Ｓ　／　ｙｒ　・Ｄｅ　　　
（Ｎ／ｍｍ）・・・・・・（２） 但し、σ；ボルト引張り応力（ＭＰａ）、ｎ；ボルト数
、Ｓ；ボルト有効断面積（ｍｍ２）、Ｂ；ボルトピッチ
円形（ｍｍ）　、Ｄｅ　；ナイフェツジ円形（ｍｍ　）
である。

なお、表中のシール線荷重の値は、σ−２００ＭＰａと
して求めである。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記表に示すような仕様の真空フランジとして
も、核融合装置のようにプラズマ真空容器に接続される
機器、計測機器類が非常に多い狭あいな環境下で、数多
くの接続あるいは分解作業を行なうには次のような問題
がある。

すなわち、プラズマ真空容器に接続される数多くの機器
、計測機器類の接続箇所には核融合装置の性能をより高
いものとするため、必要最小限の作業空間が確保されて
いるに過ぎない。したがって、このような狭い空間でフ
ランジ部の締結又は分解作業を行なうことは非常に多く
の労力を必要とし、しかも作業の信頼性を得るためには
多大な時間が必要となる。

また、各フランジ部の接続終了後に清浄な超高真空を得
るための一つの手段として、通常高ｌＨベーキング（加
熱、脱ガス）が行なわれるが、この場合バイブ、フラン
ジ真空容器等各部品間の熱容量の違いによる温度分布が
生じ易く、これに起因して熱歪みによりフランジ接続部
よりリークが発生することもある。

本発明はフランジ接続部の組立１分解作業を容易に短時
間に行なうことができ、またベーキングによって発生す
るリークに対する信頼性を向上させることができる真空
フランジを提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため、フランジ接合面の内
端側を刃先角度７０°〜１００″のナイフェツジ部に形
成したオーステナイト系ステンレス鋼材からなる１対の
メタルシールフランジ部の前記ナイフェツジ部間に中空
円板状の銅ガスケットを挿入し、前記両メタルシールフ
ランジ部間を複数本のボルトにより締結し、前記銅ガス
ケットにナイフェツジ部を食込ませてナイフエ・ノジ円
周上に作用するシール線荷重により真空装置内を真空状
態にシールする構造の真空フランジにおいて、前記各ボ
ルトの中心軸線間を同一Ｉ′、而」―で結ぶ円の直径を
Ｂとしたとき、前記メタルシールフランジ部の厚さｔと
しては ｔ−Ｆ「１０ｒＱ°０２Ｂ（ｍ１１）から求められる値
−０，ＯＩＢ の範囲とし、またボルトの本数ＮとしてはＮ−３（Ｂ＋
２８）／６５二０°０２Ｂ（個）から求められる値の範
囲としたものである。

（作用） したがって、かかる構成の真空フランジにあっては上記
のようにメタルシールフランジ部の厚さｔを、ｔ　＝　
Ｆ「−璽ｒＯ゛０２Ｂ（ｍｕ　）から求めら−０，０１
Ｂ れる値の範囲とし、且つフランジ部の 締結に必要とするボルトの本数Ｎを、 Ｎ−３（Ｂ＋２８）／６５二０゛０２″（イ固）から求
められる値の範囲とすることにより、従来に比べてフラ
ンジ部の板厚を薄く、しかもボルト本数を少なくでき、
さらにシール線荷重を小さくすることにより充分なシー
ル性能を得ることが可能となり一用期の目的を達成する
ことができる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

本実施例では第１図に示すナイフエ・ソジ型メタルシー
ルフランジにおいて、フランジ部１ａ。

１ｂの厚さ（１）およびフランジ部１ａ、ｌｂを締結す
るボルト２の本数（Ｎ）を次の式から求めた値の範囲と
なるように構成するものである。

ｔ−□＋０・０２Ｂ（ｍ、） −０，ＯＩＢ ＋０．０２Ｂ Ｎ−３（Ｂ＋２８）／６５−　　　　（個）但し、Ｂは
各ボルト２の中心軸線間を同一平面上で結ぶ円の直径（
以下ボルトピッチ円径と呼ぶ）〔ｍ１１〕 この場合、フランジ応力（ｔ）、ボルト本数（Ｎ）を決
定する上記各式は、ナイフェツジ型メタルシールフラン
ジにおいて、ＪＶＩＳ−００３に規定された口径４０〜
２００のものについてシール性能との関係をボルト本数
、締付はトルク。

フランジ板厚をパラメータとして多くの実験、数値的解
析を行なった結果から得たものである。

ここで、−例として外径１５２＋ａ＋ｓ（呼び径１００
ｍｍ）のフランジに対し、シール線荷重とボルト本数と
の関係およびシール線荷重、フランジ応力とフランジ板
厚との関係について実験を行なった結果を第２図および
第３図に示し、またその数値解析およびリーク試験結果
についてまとめると第２表のようになる。なお、第３図
はボルト本数が８本のときの結果である。

すなわち、第２図について考察して見るに、シール線荷
重とボルト本数とを変えて多数の点をプロットし、その
各点のリークの有無を調べて見ると、ボルト本数が８本
のときリーク無しの点が最も多い。また第３図について
考察して見るに、ンール線荷重、フランジ応力とフラン
ジ板厚とを変えて多数の点をプロットし、その各点のリ
ークの有無を調べて見ると、フランジ板厚が１５ｍｍの
ときリーク無しの点が最も多い。そして、これら第２図
および第３図に示す結果と第２表から分ることは、フラ
ンジ板厚の減少と共にフランジ応力が増加して、シール
線荷重の周方向分布差が大きくなり、板厚が１０〜１１
ｍｍ程度以下になるとその値が急激に増加するが、逆に
板厚が１５ｍｍ以上ではほぼ一定である。また、締付力
の増加と共にシール線荷重、フランジ応力が増加する。

さらに、ボルト本数の減少と共にシール線荷重の周方向
の分布差が大きくなる。

因みに、第２図および第３図に示されている従来の真空
フランジについて見ると、板厚、ボルト数、シール線荷
重の何れにおいても過剰な値になっており、特にシール
線荷重について注目すると実験値の最低値の約３倍、ボ
ルト数についても約２倍になっていることが分る。

以上のような多数の実験結果の中からシール性能を損う
ことなく、ボルト本数を少なく、シール線荷重を小さく
、しかも板厚を薄くでき、且つフランジ部、ボルトに過
大な応力が加わらない範囲として、前述した式からフラ
ンジ厚さ（ｔ）、ボルト本数（Ｎ）を求め、且つシール
線荷重を決定することにより、作業空間の狭い環境下に
おいてもフランジ接続部の組立１分解作業を容易に短時
間行なうことができ、しかもリークに対する信頼性を向
上させることができる。

特に−役向に行なわれているベーキング温度３００＠〜
３５０＠Ｃでベーキングを実施した結果においても充分
なシール性能を維持することができる。

［発明の効果］ 以ヒ述べたように本発明によれば、従来の比べて板厚が
薄く、ボルト本数が少なくなるので、フランジ接続部の
組立１分解作業を容易に短時間に行なうことができ、ま
たベーキングによって発生するリークに対する信頼性を
向上させることができる真空フランジを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用されるナイフェツジ型メタルシー
ルフランジの断面図、第２図はシール線荷重とボルト本
数の関係を示す図、第３図はシール線荷重とフランジ板
厚の関係を示す図である。 ｌａ、ｌｂ・・・・・・フランジ部、２・・・・・・ボ
ルト、３・・・・・・ナイフェツジ部、４・・・・・・
銅ガスケット。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 １、事件の表示 特願昭６３−１７８１７１号 ２、発明の名称 真空フランジ ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 （４０９）　　日本原子力研究所 （ほか１名） ４、代理人 東京都千代田区霞が関３丁目７番２号　ＵＢＥビル７、
補正の内容 （１）特許請求の範囲を別紙の通り訂正する。 （２）明細書第２頁第１５行目の「、；’ｊ空度」を「
高真空」と訂正する。 （３）明細書第２頁第１７行目の「高真空度」を「高真
空」と訂正する。 （４）明細書第３頁第１４行目の「中空円板状」を「円
環状」と訂正する。 （５）明細書第５頁に記載の第１表を別紙の通り訂正す
る。 （６）明細書第６頁第１１行目の「ボルトピッチ円形」
を「ボルトピッチ円径」と訂正する。 （７）明細書第６頁第１２行目の「形（龍）」を［径（
＋ｎ＋ｓ）Ｊと訂正する。 （８）明細書第６頁第１７行１」の「とじても、」を「
にも、」と５１正する。 （９）明細書第８頁第７行目の「中空円板状」を「円環
状」と訂正する。 （１０）明細書第８頁第１７行「１の「本数Ｎ」を「本
数ｎ」と訂正する。 （１１）明細書第８頁第１８行目の「Ｎ−」を「ｎ−」
と訂正する。 （１２）明細書第９頁第６行目の「本数Ｎ」を「本数ｎ
」と訂正する。 （１３）明細書第９頁第７行目の「Ｎ−」を「ｎ−」と
訂正する。 （１４）明細書第９頁第１２行目の「初期」を「所期」
と訂正する。 （１５）明細書第９頁第１９行目の「本数（Ｎ）」を「
本数（ｎ）」と訂正する。 （１６）明細書第１０頁第２行目の「Ｎ＝」を「ロー」
と訂正する。 （１７）明細書第１０頁第７行目のｒ　（Ｎ）Ｊをｒ　
（ｎ）Ｊと訂正する。 （１８）明細書第１２頁第４行目乃至第５行目の「ボル
ト本数が・・・・・・多い。」を次のように訂正する。 「ボルト本数８本の線とシール線荷重１００（Ｎ　／　
ｎｎ　）の線で仕切られた第１象限の部分においてはリ
ークがない。」 （１９）明細書第１２頁第８行１］乃至第９行目の「フ
ランジ板厚・・・・・・最も多い。」を次のように訂正
する。 「板厚１５ｍｍの線とシール線荷重１００（Ｎ／ｍｕ）
の線で仕切られた第１象限の部分においてはリフがない
。」 （２０）明細書第１３頁第１０行口のｒ　（Ｎ）　Ｊを
ｒ（ｎ）Ｊと訂正する。 （２１）明細書第１３頁第１３行目の「間行なう」を「
間で行なう」と訂正する。 （２２）明細書第１４頁第２行１］の「従来の」を「従
来に」と訂正する。 ２、特許請求の範囲 フランジ接合面の内端側を刃先角度７０°〜１００°の
ナイフェツジ部に形成したオーステナイト系ステンレス
鋼材からなる１対のメタルシールフランジ部の前記ナイ
フェツジ部間に円環状の銅ガスケットを挿入し、前記両
メタルシールフランジ部間を複数本のボルトにより締結
し、前記銅ガスケットにナイフェツジ部を食込ませてナ
イフェツジ円周上に作用するシール線荷重により真空装
置内を真空状態にシールする構造の真空フランジにおい
て、前記各ボルトの中心軸線間を同−平゛面上で結ぶ円
の直径をＢとしたとき、前記メタルシールフランジ部の
厚さｔとしては １−、／丁、　　７　Ｂ　＋０””’　（ｍｍ）から求
められる値−０，０１Ｂ の範囲とし、またボルトの本数ｎとしてはられる値の範
囲としたことを特徴とする真空フランジ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 フランジ接合面の内端側を刃先角度７０°〜１００°の
   ナイフエッジ部に形成したオーステナイト系ステンレス
   鋼材からなる１対のメタルシールフランジ部の前記ナイ
   フエッジ部間に中空円板状の銅ガスケットを挿入し、前
   記両メタルシールフランジ部間を複数本のボルトにより
   締結し、前記銅ガスケットにナイフエッジ部を食込ませ
   てナイフエッジ円周上に作用するシール線荷重により真
   空装置内を真空状態にシールする構造の真空フランジに
   おいて、前記各ボルトの中心軸線間を同一平面上で結ぶ
   円の直径をＢとしたとき、前記メタルシールフランジ部
   の厚さｔとしては ｔ＝√（１．７Ｂ）＾＋＾０＾．＾０＾２＾Ｂ＿−＿０
   ＿．＿０＿１＿Ｂ（ｍｍ）から求められる値の範囲とし
   、またボルトの本数Ｎとしては Ｎ＝３（Ｂ＋２８）／６５＾＋＾０＾．＾０＾２＾Ｂ＿
   −＿０（個）から求められる値の範囲としたことを特徴
   とする真空フランジ。