JPH08145257A - 真空用フランジ及びそれを用いたダクト結合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダクトとの接合が容易で、変形が少なく、部
品点数も少なくて済む真空用フランジ及びその製造方法
を提供すること。 【構成】 真空用フランジ１０を形成するステンレス鋼
などの真空用フランジ材の外周部分１１と、この外周部
分１１にダクト１と略同一材の銅などの円板部材１２を
接合して一体のクラッド材のようにした後、この円板部
材１２にダクト外形に対応する取付け孔１３を形成する
ようにし、この取付け孔１３にダクト１の端部を挿入し
て電子ビーム溶接などで接合する。真空用フランジ１０
の外周部分１１と円板部材１２をクラッド材とした後に
シール面１１ａ等の加工ができ、ダクト１との接合が同
一材同志となるとともに、電子ビーム溶接やろう付け等
の通常の接合法が適用でき、入熱も小さく変形も防止で
き、部品点数も少なくなるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、真空用フランジ及び
それを用いたダクトの結合方法の改良に関し、外周のシ
ール部分をステンレス鋼やアルミニウムの真空用フラン
ジ材とし、ダクトが取付けられる内周部分を銅等のダク
トとほぼ同一材料にして接合を容易としており、高エネ
ルギ物理学の研究やＳＯＲ光（シンクロトロン放射光）
の研究に用いられる加速器の真空チェンバー等のダクト
の連結に用いて好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】超高真空状態を保持しなければならない
ダクトの連結に用いる真空用フランジは、ステンレス鋼
やアルミニウムで作られたものが使用されており、真空
用フランジの内周部分にダクトの形状に対応した孔を機
械加工などで形成し、ダクトをこの取付け孔に溶接など
で接合し、真空用フランジ同志をガスケットを介して締
付けて、超高真空状態を保持できる状態で連結するよう
にしている。

【０００３】このような超高真空状態を保持しながら連
結しなければならないダクトの一つに高エネルギ物理学
の素粒子研究やＳＯＲ光（シンクロトロン放射光）の研
究に用いられる粒子加速器の真空チェンバーがある。

【０００４】この粒子加速器を用いて高エネルギの粒子
や高強度のＳＯＲ光を取出そうとすると、加速器を高エ
ネルギ化や高電流化する必要があり、使用される真空チ
ェンバーの中には、加速粒子の偏向にともなって放射さ
れるＳＯＲ光が接線方向外側の内壁に当たり発熱するた
め、この発熱に耐えるように熱伝導に優れた銅等の合金
で真空チェンバー（ダクト）を作る必要がある。

【０００５】このようにダクトを銅等の合金で作り、し
かも超高真空状態を保持できるようなステンレス鋼やア
ルミニウムの真空用フランジを取付けようとすると、真
空用フランジとダクトの材料が異なるため、異材の接合
が必要となる。

【０００６】従来、このような異材の接合、例えばステ
ンレス鋼の真空用フランジと銅のダクトとの接合には、
次のような接合方法が採られている。

【０００７】(1) 真空ろう付け法を用い、図３に示すよ
うに、ダクト１の端部にろう材を介在させて真空用フラ
ンジ２の取付け孔３に装着した状態で真空ろう付け炉内
に入れ、加熱することで接合する方法。

【０００８】(2) バタリング法を用い、図４に示すよう
に、ダクト１の端部外周にインコネル４などを溶接し、
このインコネル４などを介してその外周に真空用フラン
ジ２の取付け孔３を装着してインコネル４とフランジ２
とを溶接する方法。

【０００９】(3) トランジッションピース法を用い、図
５に示すように、ダクト１の材料と同一材料の銅のリン
グ状のピース５とこの銅のリング状のピース５の外側に
嵌合される真空用フランジ２と同一材料のステンレス鋼
のリング状のピース６を用意し、これら銅のピース５と
ステンレス鋼のピース６とを予めろう付け等で接合して
おき、これら２つのピース５，６を介在させて同一材の
接合として溶接などでダクト１と真空用フランジ２を接
合する方法。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】これらの異材の接合、
例えば銅のダクト１とステンレス鋼の真空用フランジ２
との接合には、次のような問題がある。

【００１１】(1) の真空ろう付け法を用いる場合には、
ダクト１とその端部の真空用フランジ２全体を真空ろう
付け炉内にいれて加熱しなければならず、製作できるダ
クト１の長さが真空ろう付け炉の大きさによって制限さ
れてしまい、粒子加速器の真空チェンバーへの適用は困
難である。

【００１２】(2) のバタリング法を用いる場合には、ダ
クト１の端部にインコネル４などの別材を介在させ、イ
ンコネル４の内周側でダクト１と溶接し、インコネル４
の外周側で真空用フランジ２と溶接するため、ダクト１
の端部や真空用フランジ２への入熱が大きく、変形によ
って真空用フランジ２のシール面のナイフエッジがなま
ってシール性が悪化するなどの問題がある。

【００１３】(3) のトランジッションピース法を用いる
場合には、ダクト１の外周に装着する銅のピース５とこ
のピース５の外周に装着するステンレス鋼のピース６を
それぞれ高精度に加工しなければならず、しかも部品点
数が多くなってしまうという問題がある。

【００１４】この発明は、かかる従来技術の課題に鑑み
てなされたもので、ダクトとの接合が容易で、変形が少
なく、部品点数も少なくて済む真空用フランジ及びその
製造方法を提供しようとするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
この発明の真空用フランジは、ダクトの端部に取付けら
れて真空シール状態で使用される真空用フランジであっ
て、真空用フランジのシール面を含む外周部分を真空用
フランジ材で形成するとともに、この真空用フランジ材
の内周に一体にダクトと略同一材で円板部材を接合し、
この円板部材にダクト外形に対応する取付け孔を形成し
てなることを特徴とするものである。

【００１６】また、この発明の真空用フランジを用いた
ダクトの結合方法は、真空用フランジを形成する真空用
フランジ材の外周部分とこの外周部分にダクトと略同一
材の円板部材を接合した後、この円板部材にダクト外形
に対応する取付け孔を形成し、この取付け孔にダクトを
挿入溶接し、真空用フランジ同志を結合するようにした
ことを特徴とするものである。

【００１７】

【作用】この発明の真空用フランジによれば、真空用フ
ランジのシール面を含む外周部分をステンレス鋼やアル
ミニウム等の真空用フランジ材で形成するとともに、こ
の真空用フランジ材の内周にダクトと略同一材の銅など
の円板部材を接合し、この円板部材にダクト外形に対応
する取付け孔を形成して一体とするようにしており、ス
テンレス鋼と銅のクラッド材でフランジが形成され、ダ
クトとの接合を同一材料同志として接合できるようにな
り、電子ビーム溶接などで簡単に接合でき、入熱も小さ
く変形も防止できるとともに、部品点数も少なくなるよ
うにしている。

【００１８】また、この発明の真空用フランジを用いた
ダクトの結合方法によれば、真空用フランジを形成する
ステンレス鋼などの真空用フランジ材の外周部分と、こ
の外周部分にダクトと略同一材の銅などの円板部材を接
合して一体のクラッド材のようにした後、この円板部材
にダクト外形に対応する取付け孔を形成するようにして
おり、取付け孔をクラッド材とした後に加工でき、ダク
トとの接合が同一材同志となるとともに、電子ビーム溶
接やろう付けが適用でき、入熱も小さく変形も防止で
き、部品点数も少なくなるようにしている。

【００１９】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき詳細
に説明する。図１（ａ），（ｂ），（ｃ）はこの発明の
真空用フランジの一実施例を粒子加速器の真空チェンバ
ーに適用した断面図、正面図、部分拡大図である。

【００２０】この発明の真空用フランジ１０が取付けら
れて超高真空状態で連結される加速器の真空チェンバー
（ダクト）１は、水平方向に偏平な中空楕円部分１ａと
この中空楕円部分１ａに連結されて内周側に配置される
中空矩形部分１ｂとで構成されており、中空楕円部分１
ａと中空矩形部分１ｂとがスロット１ｃで連通されてい
る。

【００２１】この真空チェンバー１は加速粒子の偏向に
よって接線方向外側に放射されるＳＯＲ光が当たっても
効率良く冷却でき、損傷が生じないようにするため銅等
の合金、たとえば無酸素銅C1020 で作られ、溶接やろう
付け等で接合されている。

【００２２】このような銅等の合金で作られている真空
チェンバー１の端部に取付けられるこの発明の真空用フ
ランジ１０は円板状であり、シール面１１ａを備えた環
状の外周部分１１が超高真空用フランジ材としてＪＩＳ
で規格されているステンレス鋼でつくられており、その
内径Ｄ1 が真空チェンバー１の最も長い辺Ｂより大きく
形成してある。

【００２３】この真空用フランジ１０のステンレス鋼の
外周部分１１の内側には、真空チェンバー１とほぼ同一
材料の銅等の合金で構成された円板部材１２が配置さ
れ、外周部分１１の内周と円板部材１２の外周とが予め
一体に接合されてクラッド材と同様にしてある。

【００２４】この真空フランジ１０の銅等の合金の円板
部材１２には、真空チェンバー１の外形に対応した取付
け孔１３が機械加工などで形成してあり、外周部分１１
には、シール面１１ａが機械加工されるとともに、連結
用のボルト孔１１ｂが加工される。

【００２５】このような真空用フランジ１０と真空チェ
ンバー１との接合は、真空用フランジ１０の真空チェン
バー１とほぼ同一材料の銅等の合金でつくられている円
板部材１２の取付け孔１３に真空チェンバー１の端部を
挿入し、銅同志の接合として電子ビーム溶接法やろう付
け法によって接合する。

【００２６】こうして接合された真空チェンバー１同志
を連結する場合には、真空用フランジ１０のシール面１
１ａに銅のガスケットが介装されてボルト孔１１ｂにボ
ルトを挿通して締付けることで連結される。

【００２７】次に、この発明の真空用フランジを用いた
ダクトの連結方法について、図２に示す工程にしたがっ
て説明する。

【００２８】ここで製造する真空用フランジは、図１で
説明した外周部分１１がステンレス鋼で円板部分１２を
銅等の合金とした真空用フランジ１０の場合とする。

【００２９】まず、真空用フランジ１０の外周部分１１
に対応する外径及び内径のステンレス鋼製の管２１と真
空用フランジ１０の円板部分１２に対応する外径の銅等
の合金の円柱２２をＨＩＰ法やろう付け法などで接合し
てクラッド材を作る（図２（ａ）参照）。

【００３０】この後、外周部分２１がステンレス鋼で円
板部材２２が銅等の合金のクラッド材から真空用フラン
ジ１０の素材となる円板を切り出し、この素材に機械加
工を行ってステンレス鋼の外周部分２１には、シール面
１１ａやボルト孔１１ｂを形成し、円板部材２２には、
真空チェンバー１を装着するための取付け孔１３を形成
する（図２（ｂ）参照）。

【００３１】こうして外周部分１１がステンレス鋼で内
周部分が銅等の合金の真空用フランジ１０が完成する。

【００３２】この真空用フランジ１０の取付け孔１３に
真空チェンバー１の端部を挿入し、取付け孔１３の周囲
と真空チェンバー１とを電子ビーム溶接法やろう付け法
で接合する。

【００３３】このような真空用フランジ１０によれば、
シール面１１ａが形成された外周部分１１がステンレス
鋼で作られており、超高真空状態のフランジとして使用
することができる。

【００３４】また、この真空用フランジ１０では、真空
チェンバー１の端部と接合される円板部材１２が真空チ
ェンバー１とほぼ同一の材料の銅等の合金で作られてお
り、同一材料の接合として電子ビーム溶接法やろう付け
法等の通常の接合法を適用することができ、真空ろう付
け法のような加熱炉による製作可能な真空チェンバーの
長さの制約がなく、バタリング法のようなインコネルの
内外周を溶接する場合に比べ入熱を減少して変形を防止
することができる。

【００３５】さらに、この真空用フランジ１０では、ト
ランジションピース法のように、真空チェンバー１の外
形に対応した銅やステンレス鋼のピースをそれぞれ作る
必要がなく、部品数が少なく、製造も容易である。

【００３６】また、真空用フランジ１０と真空チェンバ
ー１との接合部の構造が単純となり、ＲＦシールド等を
取付けることもでき、インピーダンスの対策も容易とな
る。

【００３７】なお、上記実施例では、真空用フランジの
シール面を含む外周部分をステンレス鋼としたが、超高
真空用フランジとして規格されているアルミニウムを用
いるようにしても良く、ダクトも真空チェンバーとする
場合に限らず他のダクトであっても良く、このダクトと
ほぼ同一の材料で円板部材を形成するようにすれば良
い。

【００３８】

【発明の効果】以上、実施例とともに具体的に説明した
ようにこの発明の真空用フランジによれば、真空用フラ
ンジのシール面を含む外周部分をステンレス鋼やアルミ
ニウム等の真空用フランジ材で形成するとともに、この
真空用フランジ材の円板部材を接合し、この円板部材に
ダクトと略同一材の銅などでダクト外形に対応する取付
け孔を形成して一体とするようにしたので、ステンレス
鋼と銅のクラッド材でフランジが形成され、ダクトとの
接合を同一材料同志として接合することができるととも
に、電子ビーム溶接などで簡単に接合でき、入熱も小さ
く変形を防止することもでき、部品点数も少なくなる。

【００３９】また、この発明の真空用フランジの製造方
法によれば、真空用フランジを形成するステンレス鋼な
どの真空用フランジ材の外周部分と、この外周部分にダ
クトと略同一材の銅などの円板部材を接合して一体のク
ラッド材のようにした後、この円板部材にダクト外形に
対応する取付け孔を形成するようにしたので、取付け孔
をクラッド材とした後に加工でき、ダクトとの接合が同
一材同志となるとともに、電子ビーム溶接法やろう付け
法が適用でき、入熱が少なく変形も防止でき、部品点数
も少なくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の真空用フランジの一実施例を粒子加
速器の真空チェンバーに適用した断面図、正面図、部分
拡大図である。

【図２】この発明の真空用フランジを用いたダクトの結
合方法の一実施例にかかる工程図である。

【図３】従来の真空用フランジに真空ろう付け法を適用
して接合する場合の断面図及び正面図である。

【図４】従来の真空用フランジにバタリング法を適用し
て接合する場合の断面図及び正面図である。

【図５】従来の真空用フランジにトランジッションピー
ス法を適用して接合する場合の工程図である。

【符号の説明】

１ 真空チェンバー（ダクト） １ａ 中空楕円部分 １ｂ 中空矩形部分 １ｃ スロット １０ 真空用フランジ １１，２１ 外周部分（ステンレス鋼） １１ａ シール面 １１ｂ ボルト孔 １２，２２ 円板部材（銅等の合金） １３ 取付け孔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ダクトの端部に取付けられて真空シール状
   態で使用される真空用フランジであって、真空用フラン
   ジのシール面を含む外周部分を真空用フランジ材で形成
   するとともに、この真空用フランジ材の内周に一体にダ
   クトと略同一材で円板部材を接合し、この円板部材にダ
   クト外形に対応する取付け孔を形成してなることを特徴
   とする真空用フランジ。
2. 【請求項２】真空用フランジを形成する真空用フランジ
   材の外周部分とこの外周部分にダクトと略同一材の円板
   部材を接合した後、この円板部材にダクト外形に対応す
   る取付け孔を形成し、この取付け孔にダクトを挿入溶接
   し、真空用フランジ同志を結合するようにしたことを特
   徴とする真空用フランジを用いたダクトの結合方法。