| 【発明の名称】 |
管継手 |
| 【発明者】 |
【氏名】岩井 博久
【氏名】城山 魁助
【氏名】柄崎 英夫
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| 【要約】 |
【課題】管継手の締め付けで、流体の漏れない管継手、特にこれに使用するガスケットを開発すること。
【解決手段】第１、第２の金属製管体の先端弁座同士を、孔を有するガスケットを介して突き合わせた状態で、締結手段により接続される管継手において、前記のガスケットが、ＮｉＴｉ系合金材であって、且つ前記の合金材の室温における圧縮応力−歪み曲線において、圧縮歪み１％のときの圧縮応力が、前記の金属製管体の降伏応力（又は耐力）以下の特性を有する材料で構成されていることを特徴とする管継手である。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 第１、第２の金属製管体の先端弁座同士を、孔を有するガスケットを介して突き合わせた状態で、締結手段により接続される管継手において、前記のガスケットが、ＮｉＴｉ系合金材であって、且つ前記の合金材の室温における圧縮応力−歪み曲線において、圧縮歪み１％のときの圧縮応力が、前記の金属製管体の降伏応力（又は耐力）以下の特性を有する材料で構成されていることを特徴とする管継手。
【請求項２】 前記の金属製管体が、Cr-Ni-Moステンレス鋼製管体であり、前記のガスケットが、ＮｉＴｉ系合金材であって、且つ前記の合金材の室温における圧縮応力−歪み曲線において、圧縮歪み１％のときの圧縮応力が、５０〜２７５Ｎ／ｍｍ2 の特性を有する材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の管継手。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属製配管の管継手に関するものであり、詳しくは、例えば半導体製造ライン等においてガス等の流体を流す金属製配管を接続するための管継手であって、特に管継手に使用するＮｉＴｉ系合金製ガスケットの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】管継手の構造は、図１に示すように、配管（６）に接続した管体（２）、（３）の先端の弁座（２ａ）、（３ａ）同士を、孔を有するガスケット（１）を介して突き合わせ、袋ナット等の締結手段（４）、（５）により、管継手を軸方向（管延長方向）に締め付けて第１の管体（２）と第２の管体（３）とをつなぎ合わせ、ガス等の流体を流している。なお、このガスケット（１）は、締結手段の締め付けにより変形して、弁座（２ａ）、（３ａ）からの漏れを防止するものである。
【０００３】従来、管継手用のガスケットは、ゴムやテフロン樹脂等の高分子材料が多く使用されてきたが、近年の半導体製造においては、非常に高純度のガスを使用することから、前記の高分子材料が使用できなくなり、それに代わってステンレス鋼又はニッケル合金等の金属製ガスケットが使用されるのが普通である。しかも管継手の管体及びガスケットは、同材質のステンレス鋼製である場合がほとんどである。このステンレス鋼又はニッケル合金からなるガスケットは、弾性変形域が狭く、管継手の一回の締め付けによって、大きな永久変形をきたし、再使用ができなくなる欠点がある。このため、実公平６−２０９４６号公報には、室温において超弾性現象を有する金属材料（例えば超弾性特性を有するＮｉＴｉ合金材）が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】発明者等の検討結果によると、前記の室温において超弾性現象を有するＮｉＴｉ合金からなる管継手用ガスケットは、なお問題点を有することがわかった。即ち、このような材料からなるガスケットは、管継手の締め付けによってガスケット自体は弾性変形し、除荷すると元の形状に戻るため、何回でも使用することが可能であるが、この締め付け特に多数回の締め付けによって、ガス等が漏れるという問題がある。なお、かかる管継手の１回使用のための締め付けは、接続する管体の軸方向の圧縮歪み量１％程度が普通である。
【０００５】発明者等は、前記のガス漏れの原因について詳細に検討した結果、締め付けにより継手管体（例えばステンレス鋼製の管体）の弁座を塑性変形してしまうためであるということがわかった。即ち、室温において超弾性現象を有するようなＮｉＴｉ系合金材は、管継手の締め付け歪み量１％のときの圧縮応力が非常に高く、継手を構成する管体の金属材料（例えばステンレス鋼）の降伏応力（又は耐力）を大幅に越えており、この締め付けにより継手管体の弁座を塑性変形してしまうためである。
【０００６】図５に、室温（２０℃）におけるCr-Ni-Moステンレス鋼316LN の圧縮応力−歪み曲線を、図６に室温（２０℃）における超弾性特性を有するＮｉＴｉ系合金（Ｎｉ50.5at% −Ｔｉ49.1at% −Ｆｅ0.4at%合金）の圧縮応力−歪み曲線を示す。この二つの曲線から、ガスケットに超弾性現象を有するようなＮｉＴｉ系合金材を使用した場合は、ガスケットよりも継手管体を構成するステンレス鋼の方が弱いため、管体の弁座が塑性変形することは容易に理解することができる。
【０００７】本発明の課題は、継手管体（例えばステンレス鋼）の弁座を塑性変形させない金属製ガスケットを開発することであり、また、何回締め直しても、流体の漏れない管継手を開発することであるが、本発明は、前記の問題点に対する発明者等の検討結果とその知見に基づいて完成したものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するための請求項１の発明は、第１、第２の金属製管体の先端弁座同士を、孔を有するガスケットを介して突き合わせた状態で、締結手段により接続される管継手において、前記のガスケットが、ＮｉＴｉ系合金材であって、且つ前記の合金材の室温における圧縮応力−歪み曲線において、圧縮歪み１％のときの圧縮応力が、前記の金属製管体の降伏応力（又は耐力）以下の特性を有する材料で構成されていることを特徴とする管継手である。
【０００９】また、請求項２の発明は、前記の金属製管体が、Cr-Ni-Moステンレス鋼製管体であり、前記のガスケットが、ＮｉＴｉ系合金材であって、且つ前記の合金材の室温における圧縮応力−歪み曲線において、圧縮歪み１％のときの圧縮応力が、５０〜２７５Ｎ／ｍｍ2 の特性を有する材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の管継手である。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、前記各発明について、詳細に説明する。まず、請求項１の発明は、管継手において、特にガスケットが、ＮｉＴｉ系合金材であって、且つ前記のＮｉＴｉ系合金材の室温における圧縮応力−歪み曲線において、圧縮歪み１％のときの圧縮応力が、締結手段により接続される金属製管体の降伏応力（又は耐力）以下の特性を有する材料で構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】ガスケットに使用されるＮｉＴｉ系合金材の特性をこのように規定するのは、締め付けによってガスケットのみが弾性変形し、金属製管体特にその先端の弁座を塑性変形させないためである。即ち、ＮｉＴｉ系合金材の圧縮歪み１％のときの圧縮応力ｐが、金属製管体の降伏応力（又は耐力）ｙを越える場合は、締め付け特に多数回の締め付けによって管体の弁座が塑性変形しやすく、流体の漏れの原因となるからである。
【００１２】ここで、ガスケットに使用するＮｉＴｉ系合金材の特性を室温状態での特性としたのは、この継手は室温で締め付け使用されるからであり、また圧縮歪み１％のときの圧縮応力ｐを問題とするのは、継手の締め付けは通常、継手全体の圧縮歪みが１％程度であるからである。ガスケットに使用されるＮｉＴｉ系合金材を「圧縮歪み１％のときの圧縮応力が、接続される金属製管体の降伏応力（又は耐力）以下となる材料」として圧縮応力を具体的に規定しないのは、管体の降伏応力（又は耐力）は、金属の種類（例えば鉄系合金、ニッケル系合金、チタン系合金、銅系合金等）によって異なるからである。従って、本発明のこの考え方に基づいて、管体を構成する金属材料の種類により、ガスケットに使用されるＮｉＴｉ系合金材の圧縮歪み１％のときの圧縮応力が具体的に決定されることになる。
【００１３】なお、使用上、金属製管体の弁座をできるだけ塑性変形させないためには、ＮｉＴｉ系合金製のガスケットは、ＮｉＴｉ系合金材の圧縮歪み１％のときの圧縮応力Ｐが、金属製管体の降伏応力（耐力）ｙの８０％以下となるような材料とするのが、より好ましい。
【００１４】本発明におけるＮｉＴｉ系合金材とは、ＮｉとＴｉがａｔ％で５０：５０及びその近傍のＮｉＴｉ合金材、もしくはＮｉＴｉ合金材のＮｉ又はＴｉの一部をＦｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｕ等で置換したＮｉＴｉ系合金材を意味する。また、本発明に適用されるＮｉＴｉ系合金材は、従来ガスケット材として知られれている前記のＮｉＴｉ系合金材（室温において超弾性特性を有するもの、図６参照））とは、異なる材質である。即ち、本発明に適用されるＮｉＴｉ系合金材は、室温において超弾性特性を有しないものであり、その一例としてＮｉ50.5at% −Ｔｉ49.1at% −Ｆｅ0.4at%合金材の室温（２０℃）における圧縮応力−歪み曲線を図３に示す。
【００１５】この図６と図３の比較から明らかなごとく、超弾性材（図６）は、ある応力で大きく歪む（カーブが横にねる）が、本発明に係わるＮｉＴｉ系合金材（図３）は、ある応力で大きく歪むところがなく、いわゆる超弾性特性は示さない。また、歪み１％程度での両者の圧縮応力に大きな差があり、本発明に係わるＮｉＴｉ系合金材の発生圧縮応力は小さい。即ち、従来の図６の室温において超弾性特性を有するＮｉＴｉ系合金材の歪み１％のときの圧縮応力ｐは、約４１９Ｎ／ｍｍ2 であるが、本発明に係わる図３のＮｉＴｉ系合金材の歪み１％のときの圧縮応力ｐは、約１５３Ｎ／ｍｍ2 である。なお、本発明のガスケットに使用する前記の特性を有するＮｉＴｉ系合金材は、後に記す実施例でも明らかなごとく、材料の製造条件（熱処理条件等）によって得ることができる。
【００１６】次に、請求項２の発明は、請求項１の発明の好ましい実施態様である。即ち、金属製管体が、Cr-Ni-Moステンレス鋼製の管体であり、この場合、ガスケットに使用するＮｉＴｉ系合金材は、圧縮歪み１％のときの圧縮応力が５０〜２７５Ｎ／ｍｍ2 となる材料で構成することを特徴とするものである。ここで、Cr-Ni-Moステンレス鋼とは、オーステナイト系ステンレス鋼で、鋼種がCr-Ni-Moステンレス鋼であり、具体的には、JIS のSUS316、SUS316L 、SUS316N 、SUS316LNを意味する。なお、これらの鋼種のJIS の耐力規格は、SUS316が205 N/mm2 以上、SUS316Lが175 N/mm2 以上、SUS316N が275N/mm2以上、SUS316LNが245N/mm2以上である。
【００１７】従って、締め付けによってCr-Ni-Moステンレス鋼からなる管体先端の弁座を塑性変形させないためには、ガスケットは、これに使用するＮｉＴｉ系合金材の特性として、圧縮歪み１％のときの圧縮応力が、上記鋼種の耐力以下（例えば、SUS316N の場合は275N/mm2以下、SUS316L の場合は175N/mm2以下）となるような材料で構成する必要がある。本発明においては、管体にCr-Ni-Moステンレス鋼を使用する、ガスケットに使用するＮｉＴｉ系合金材の圧縮歪み１％のときの圧縮応力の範囲は、上記４種類の鋼種のJIS の耐力規格を考慮して、５０〜２７５Ｎ／ｍｍ2 とする。
【００１８】管体の材料との関係でのＮｉＴｉ系合金材の使用方法は、管体に使用するCr-Ni-Moステンレス鋼の種類により、管体の耐力ｙが高いもの（SUS316N ）は、上記の範囲内（５０〜２７５Ｎ／ｍｍ2 ）において、圧縮応力ｐが高いもの（275N/mm2以下）を使用する。又、管体の耐力ｙが低いもの（SUS316L ）は、上記の範囲内において、圧縮応力ｐが低いもの（175N/mm2以下）を使用する。
【００１９】なお、使用方法は上記のごとくであるが、Cr-Ni-Moステンレス鋼製管体の弁座をできるだけ塑性変形させないためには、ガスケット用のＮｉＴｉ系合金材の圧縮応力ｐが、管体の耐力ｙの８０％以下となるような材料とするのが、より好ましい。本発明において、この圧縮応力の範囲に下限（５０Ｎ〜／ｍｍ2 ）を設けたのは、締め付けである程度の圧縮応力が発生していないと、管継手に外部から衝撃力等が加わった場合に、好ましくないからである。
【００２０】図３、図４は、本発明に係わる管継手のガスケットに適用できるＮｉＴｉ系合金材の室温における圧縮応力−歪み曲線の例である。図３は、すでに説明したＮｉ50.5at% −Ｔｉ49.1at% −Ｆｅ0.4at%合金材の室温（２０℃）における圧縮応力−歪み曲線であり、この図からこの材料の圧縮歪み１％のときの圧縮応力ｐは１５３Ｎ／ｍｍ2 である。また、図４は、Ｎｉ50.2at% −Ｔｉ残合金材の室温（２０℃）における圧縮応力−歪み曲線である。この図から、この材料は、圧縮歪み１％のときの圧縮応力ｐが１６７Ｎ／ｍｍ2 である。
【００２１】管継手の管体が、Cr-Ni-Moステンレス鋼製の管体の場合、ガスケットにこのような特性を有するＮｉＴｉ系合金材を適用することによって、締め付けの際に、管体先端の弁座を塑性変形させることがないため、繰り返して締め付けても、ガス等の流体の漏れを防止することが可能となる。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の実施例について、詳細に説明する。
〔実施例１〕ＮｉＴｉ系合金の配合組成をＮｉ50.5at% 、Ｔｉ49.1at% 、Ｆｅ0.4at%とした合金を真空溶解鋳造して鋳塊とし、この鋳塊を外削後温度８００℃で熱間プレス加工を行い、厚さ３０ｍｍ×幅１６０ｍｍ×長さ５００ｍｍのスラブを作成した。次に、このスラブをサンドブラストで酸化膜を除去した後、８５０℃で熱間圧延加工を行って、厚さ５ｍｍとした。
【００２３】この熱間圧延板の表面を研削して酸化膜を除去し、焼鈍と冷間圧延を適宜施して生地焼鈍後、加工率２０％の仕上げ冷間圧延を行い厚さ３．１ｍｍとした。次に、これに温度３５０℃×保持時間２時間の熱処理を施し、外径１２ｍｍ、内径４ｍｍのリングに切断した後、旋盤加工を行って図２に示すような形状のガスケット（厚さ３．０ｍｍ）に仕上げて試験用ガスケット（Ａ）とした。
【００２４】この試験用ガスケット（Ａ）について、室温（２０℃）で圧縮試験を行い、圧縮応力−歪み曲線を求めた。その結果を図３に示す。この図から明らかなように、圧縮歪み１％のときの圧縮応力ｐは、１５３Ｎ／ｍｍ2 であり、本発明に係わるガスケットの圧縮応力の範囲内（５０〜２７５Ｎ／ｍｍ2 ）であることがわかる。従って、例えば、管体がCr-Ni-Moステンレス鋼316LN （耐力245N/mm2以上）からなる管継手のガスケットに、このＮｉＴｉ系合金材を適用した場合、この合金材の圧縮歪み１％のときの圧縮応力ｐ（153N/mm2）は、管体の耐力ｙ（245N/mm2）より十分に小さいことから、問題ないことがわかる。
【００２５】次に、ＮｉＴｉ系合金の配合組成をＮｉ50.2at% 、Ｔｉ残とした合金を真空溶解鋳造して鋳塊とし、この鋳塊を外削後温度８００℃で熱間プレス加工を行い、厚さ３０ｍｍ×幅１６０ｍｍ×長さ５００ｍｍのスラブを作成した。次に、このスラブをサンドブラストで酸化膜を除去した後、８５０℃で熱間圧延加工を行って、厚さ３．２ｍｍとした。次に、これに温度４４０℃×保持時間１時間の熱処理を施し、外径１２ｍｍ、内径４ｍｍのリングに切断した後、旋盤加工を行って図２に示すような形状のガスケット（厚さ３．０ｍｍ）に仕上げて試験用ガスケット（Ｂ）とした。
【００２６】この試験用ガスケット（Ｂ）について、室温（２０℃）で圧縮試験を行い、圧縮応力−歪み曲線を求めた。その結果を図４に示す。この図から明らかなように、圧縮歪み１％のときの圧縮応力ｐは、１６７Ｎ／ｍｍ2 であり、本発明に係わるガスケットの圧縮応力の範囲内（５０〜２７５Ｎ／ｍｍ2 ）であることがわかる。同様に、管体がCr-Ni-Moステンレス鋼316LN （耐力245N/mm2以上）からなる管継手のガスケットに、このＮｉＴｉ系合金材を適用した場合、この合金材の圧縮歪み１％のときの圧縮応力ｐ（167N/mm2）は、管体の耐力ｙ（245N/mm2）より十分に小さいことから、問題ないことがわかる。
【００２７】〔実施例２〕実施例１の試験用ガスケット（Ａ）、（Ｂ）を用いて、実際の管継手の締め付け試験を行った。また、比較のため、図６に示す室温で超弾性特性を有するＮｉ50.5at% −Ｔｉ49.1at% −Ｆｅ0.4at%合金材についても、同様にガスケットを作成して、管継手の締め付け試験を行った。この場合、管体継手の金属材料は、Cr-Ni-Moステンレス鋼316LN （耐力245N/mm2以上）であり、締め付けはガスケットの圧縮変位量が０．０３ｍｍである。この変位量は、圧縮歪み量１％に相当する。ガスケットとしての機能は、配管内を流れるガス等の流体が管継手部から漏れないことであるが、本発明に係わるガスケットを使用して、管継手の上記の締め付けを行い、これを解除した後、再び同じ管継手とガスケットを用いて締結した結果、流体の漏れは発生しなかった。その結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】また、試験後、継手を解体して継手管体先端の弁座部を観察したところ、発明例の弁座部は当初の形状であり、弁座部の塑性変形も起こっていなかった。なお、表１には、管体継手を締め付け、これを解除した後、再び同じ管継手とガスケットを用いて締結した結果（２回の締め付け後の結果）を示したが、本発明に係わるガスケットは、３回の締め付け後の結果も、特に問題なかった。また、本発明に係わるガスケットは、ＮｉＴｉ系合金材からなっていることから、半導体製造ラインで使用される各種のガスについての耐食性は、全く問題ないことが確認されている。
【００３０】
【発明の効果】以上詳述したごとく、本発明に係わるＮｉＴｉ系合金材をガスケットに適用した管継手は、継手を締結した際、しかも繰り返し締結した際でも、継手を構成する管体先端の弁座部を塑性変形させることがなく、ガス等の流体の漏れを確実に防止することができ、工業上顕著な効果を奏するものである。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５２９０
【氏名又は名称】古河電気工業株式会社
【識別番号】５９７０４８７０２
【氏名又は名称】ティ・エフ・シィ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年６月１０日（１９９９．６．１０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９４０５３
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 隆久
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３４６２５５（Ｐ２０００−３４６２５５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１２月１５日（２０００．１２．１５） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１６３４０７ |
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