小さなの隙間でも真空引きはできるのか

Question

ネジ蓋式のチタン合金製カプセルがあります。
このカプセルを真空状態に置き、溶接すれば、
カプセル内部を真空状態にすることはできるのでしょうか？

ゴムパッキン（Oリング）などはつけませんが、
空気の通り道は、ネジ山とネジ山との小さな隙間しかないと思われるため、
ちゃんと空気を抜くことができるのか不安です。

真空や空気に関する知識をお持ちの方、ご教授よろしくお願いします。

たくさんの回答ありがとうございます。
いくつか追記させていただきます。

?目標の真空度は？
５×１０-5ＴＯＲＲを予定いています。

?どうやって真空状態で溶接するのか？
MITSUBISHI ELECTRICの電子ビーム溶接機12KWを使用します。
目標の真空度到達に関しては問題ありません。

?どこで溶接するの？
真空チャンバー内で溶接します。

?ワーク（チタン合金カプセル）のサイズは？
Φ14 × 38mmの円柱です。

カプセルの構造イメージ図
http://www.dotup.org/uploda/www.dotup.org99457.png

Accepted Answer

当方、超高真空分野になじみが有ります。

微小隙間による排気は粘性流領域までの排気ならまだ可能性が有りますが分子流領域になる5*10^-5torrは実用的な時間では排気不可能と見た方がいいです。
今回の場合ネジの谷底部に出来る細長い経路となるため1Torrくらいで分子流条件を満たし、排気経路としての能力を失うと見るべきです。

高真空装置では添付のようなネジを使い、僅かな空間すら排気経路を確保する様にしています。

今回の様なバルブ無し真空封止を行う場合、ガラス容器を用いて溶断するか、添付の様なチップオフ装置を用いて焼き鈍し銅管をつぶすという方法がよく使われます。

もしくは電子ビーム溶接機内部にてローダー機構を用意し、溶接機チャンバー排気後にカプセルと蓋を勘合する様にする必要が有ります。

そのほかの注意点。
溶接前にプリベーク必須
長期真空保持が必要ならサエスゲッターズとかが出しているゲッター剤の同封が必要。

Answer

真空チャンバー内で溶接するんでしょうか？

回答（２）さんの
＞座面に切欠きを設けるなど空気の通り道をハッキリさせる

↓小さな穴を明けておいて真空チャンバー内で溶接
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それともやはり真空チャンバーから出してから溶接するんでしょうかねぇ？

電子ビーム溶接機
http://www.mitsubishielectric.co.jp/fa/products/mecha/ebm/
これなら真空チャンバー内で溶接してくれる

マルポ
http://okwave.jp/qa/q8887530.html
ＯＫＷａｖｅではマルチポスト禁止です
http://guide.okwave.jp/guide/prohibition.html
マルチポストがネットマナー違反というのは近年では必ずしも該当しないので
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/6099289.html
と、言う考え方は否定されないが推奨もされない

因みに当技森ではマルポ禁止は謳ってない
http://www.nc-net.or.jp/knowledge/mori/kinshi.html
http://www.nc-net.or.jp/knowledge/mori/kiyaku.html

Answer

回答（1）さんの言うように
>どの程度の真空度が必要であるか次第なように思います。
が肝心でしょう。

キーホルダーサイズだと、真空到達度はまず大きく取れませんし
真空引きも分子の粒子的振る舞いが顕著になり何日もかかりますよ
最短経路でホールを開けておき溶接で閉じるほうが生産性は良いと思う。

さらに言えば、高真空到達を狙うならば
チタン合金などでは水素分子などをかなり高濃度で含有している場合があり
真空引き後に高温になると水素が単離して染み出してきたり
外気の水素を透過してしまう可能性も視野に入れたほうが良いでしょう。

Answer

? “ネジ蓋式のチタン合金製カプセルがある”

↓　問題なし

? “このカプセルを真空状態に置く”

↓　ねじに狭量隙間経路が存在し、この状態で大気中に戻すと、
　　　　　　　真空の維持又は持続は難しい

? “このカプセルを溶接する”

↓　?の理由で、
　　　　　　　大気中に戻しての溶接では、カプセル内部を真空状態にするのは不可
　　　　　　　真空状態での溶接では、カプセル内部を真空状態にするのは可
　　　　　　　(但し、当たり前ですが、溶接は気密仕様)

? “カプセル内部を真空状態にする”
　 大気中に戻しての溶接では、カプセル内部を真空状態にするのは不可ですが、
　 その場合、ネジ蓋に細工をすれば、後で真空引きできます。
　 (この場合、パッキンゴム等も必要ですし、真空維持には、再度溶接が必要です)
　 因って、?の必要がなくなることにもなります。

以上。

食料品で、滅菌室で食材を加熱殺菌等で調理し、ポリ袋等で密閉したら、

その中身は、滅菌食品となります。(厳密には、他にクリアすべき内容がありますがね)

質問者さんが、聞いていない内容も記載しておりますが、

溶接等が上手くゆかない、量産等でコスト高になる、等々の方向転換時に、

役立てて下さいませ。

Answer

ネジは必ずガタがあるから空気の通り道です。

蓋が閉まる座面どうしが理想的平面なら閉じてしまう。
しかし現実には加工精度(ネジに対する直角度および平面度の狂い)、それに面粗さもあるから閉じません。
水道ガス管などの管用ネジはシールを噛ませたりパッキンを入れないと必ずもれる。

溶接するなら閉じるのも簡単なので、座面に切欠きを設けるなど空気の通り道をハッキリさせるのがスジです。

Answer

僅かな隙間であっても、隙間が存在すれば、十分に長い時間真空中に放置
することでカプセル内も真空になります。

なお、溶接時にカプセルの内面温度が上昇しますから、チタンの表面に吸着
されていたものがガス化して、真空度を低下させる懸念があります。

どの程度の真空度が必要であるか次第なように思います。

＞座面に切欠きを設けるなど空気の通り道をハッキリさせる
回答(2)さんのご指摘に賛同します。

ところで、溶接で接合するなら、精度の高いねじは不要と思います。
溶接の際に位置保持できる必要最小限の仮止め機能があれば良さそうです。

もう一歩遡れば、溶接で気密にするカプセル内部空間を、どうして真空に
する必要があるか。ご記入の情報だけでは理解できません。
貴殿の領域に土足で踏み込むつもりはありませんが、もし事情が許せば、
溶接で密封するカプセルの内部をどのような理由で真空状態にする必要が
あるか、ご教示頂ければ勉強になります。

追記有難うございました。
＞?どうやって真空状態で溶接するのか？
＞MITSUBISHI ELECTRICの電子ビーム溶接機12KWを使用します。
＞目標の真空度到達に関しては問題ありません。

真空装置の能力として、５×１０-5ＴＯＲＲはに対して十分であることは
了解できますが、カプセルの中の真空度は装置の能力よりは悪くなります。

恐縮ではございますが、
目標の真空度到達に関して問題ないと判断できる根拠があるのでしょうか？

マルチポスト先の回答に、次の記述があります。
＞別な位置に意識的にピンホールを作っておいて抜気後に溶接で埋める手も
＞ありますね。こちらのほうが加工は簡単かもしれませんね。

溶接時のカプセルの内面からのアウトガスを抑制して、良好な真空度を確保
するには、封じる際の入熱量が少ないこちらの方法が確実と思います。

http://www.sanpo-pub.co.jp/omoshiro/freshman/post_631.html
の資料に拠れば、電子ビーム溶接機内の真空度は、
６～７Ｐａ（大気圧の１万５０００分の１程度）とのこと。

6～7 Pa を Torrの単位に換算すると、約 5×10-2 Torr
ご所望の真空度よりも 3桁も悪いようです。アウトガスの影響を考慮すると
もっと悪化の可能性がありそうです。
少々心配になってきました。

圧力の換算サイト
　http://homepage2.nifty.com/NG/unit/press.htm

回答(6)さんのご指摘が的を射ていると思います。

元に戻って恐縮ですが、溶接で完全に密封してしまうカプセル内は、
外からみた場合、高真空であっても、多少ガスが残っていても全体のシステム
としての挙動に影響が無さそうに思いますが、如何でしょうか？

小さな隙間でも真空引きは可能か？