容器の圧力が異常に上昇した場合、フランジは安全上の弱点となりますか？
物理学および圧力容器工学設計において、容器内の内部圧力（正圧）が異常に上昇した場合、光ファイバー真空シールフランジは確かにシステムにおける物理的および安全上の弱点となり得ます。
実験および産業システムの安全を確保するため、力学構造および接続メカニズムから過圧状態下のフランジの挙動を分析する必要があります。
一、圧力異常上昇時の応力解析
シール容器内の圧力が異常に上昇すると、フランジ、シールリング、および貫通する光ファイバー自体が容器外部に向かう圧力差にさらされ、外部への合力 F = \Delta P \times A （ここで \Delta P は容器内外の圧力差、 A は有効受圧面積）が発生します。
光ファイバー真空フランジの安全上の弱点は、主にフランジ自体の接続強度と光ファイバー貫通部（Feedthrough）のシール材せん断強度の2つの側面に現れます。フランジ規格（KFおよびCFシリーズなど）の違いにより、過圧破壊メカニズムは著しく異なります。
1. KFシリーズ光ファイバー真空フランジ（KF25、KF40など）
- 接続メカニズム：KFフランジは通常、中心位置決めのためにゴム製Oリング（例：フッ素ゴムViton）を使用し、外部のクランプ（Clamp）で側方を締め付けます。この設計は、真空状態において外部大気圧によりフランジ同士を圧着させることに依存しています。
- 過圧時の挙動：KFシリーズは正圧過圧に対する耐性が極めて弱いです。容器内の圧力が異常に上昇した場合、わずかな正圧（通常 0.1\ \text{MPa} ～ 0.2\ \text{MPa} を超える過圧）で、クランプやOリングが機械的に変形する可能性があります。
- 破損結果：シールリングが押し出されたり、クランプが物理的に外れたりすることがあります。これは「制御不能な突発的な圧力解放」につながります。ある意味では、漏気や脱落によって容器自体の爆発を防ぎますが、この圧力解放は非常に危険であり、脱落したフランジや噴射された高圧媒体は深刻な人身傷害や設備損傷を引き起こす可能性があります。これを設計上の「安全防線」と見なすべきではありません。
2. CFシリーズ光ファイバー真空フランジ（CF35など）
- 接続メカニズム：CFフランジは金属製銅ガスケット（Copper Gasket）によるハードシールを採用し、一連の高強度ボルトによる剛性予圧に依存します。
- 過圧時の挙動：CFフランジの機械的接続強度は非常に高く、通常、数MPaの正圧に耐えてもフランジの変位はありません。しかし、この場合、安全上の弱点は光ファイバー貫通部（Feedthrough）に移ります。
- 破損結果：光ファイバーがフランジ金属基体の開口部を通過する際の開口部は非常に小さく、通常は高真空用特殊エポキシ樹脂またはガラス/金属ろう付けでシールされます。内部圧力が過度に高くなり、シール材と金属開口部または光ファイバー表面とのせん断接着限界を超えると、「光ファイバー吹出」（Blow-out）効果が発生します。光ファイバーとシールブロックが弾丸のように高圧で吹き飛ばされ、瞬時に噴出する漏れが発生します。
二、産業および実験安全原則：不可欠な圧力解放保護装置
標準的な真空および圧力工学において、「光ファイバー真空フランジ」を安全弁の代替となる圧力解放経路として設計してはなりません。
- 専用圧力解放装置の追加：圧力容器システムには、専用の破裂板（Rupture Disk）または安全弁（Safety Valve）を装備する必要があります。
- 圧力等級の整合（Pressure Rating）：光ファイバー真空シールフランジの定格正圧耐圧値は、専用安全弁の設定作動圧力よりも高くする必要があります。これにより、圧力解放装置が安全に作動し、過剰な圧力を安定して解放する前に、光ファイバーフランジが最初に壊滅的な物理的破損を起こさないことが保証されます。
三、公式関連の光ファイバー真空シールフランジ製品
大成永盛 (OFSCN®) が製造する OFSCN® Fiber Optic Vacuum Sealed Flange は、真空チャンバーに極めて高い真空度と気密性を提供する光ファイバー貫通を実現します。主な製品パラメータは以下の通りです。
- 規格シリーズ：CFとKFの2シリーズに分かれ、メス型とオス型があり、シングルヘッドとマルチヘッドのカスタマイズに対応します。
- 動作温度：常温使用、最大250℃の高温製品にもカスタマイズ可能。
- 高真空性能：真空度 1 \times 10^{-7}\ \text{Pa} （KFシリーズ）および 1 \times 10^{-9}\ \text{Pa} （CFシリーズ）以上を保証し、超高真空環境下での極低漏れ率を保証します。
