JP2005048876A - 密封構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】 大きな横断面であって、高荷重に耐えると共に、蟻溝への装着作業性が良好で、常に安定して正常な姿勢を、蟻溝内で保つ弾性シールを備えた密封構造体を提供する。
【解決手段】 弾性シール１と、蟻溝３を有する被取付部材２と、から成る。弾性シール１は、蟻溝３の開口部４から突出可能な頭部９を有し、この頭部９は頂面ストレート部10を有する。また、胴部８は、蟻溝３の開口部４近傍で近接する両肩部12, 12を有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流体（真空）の密封に用いられる密封構造に係り、特に大型液晶製造装置等に好適な密封構造に関する。

従来、半導体（液晶）製造装置等に用いられる密封構造としては、Ｏリングが広く使用されており、また三叉状横断面の弾性シールと蟻溝から構成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。さらに、従来から、図６（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）の各々に示すような各種横断面形状の弾性シール41ａ，41ｂ，41ｃ，41ｄ，41ｅと蟻溝42から成る密封構造が知られている。
いずれの弾性シール41ａ，41ｂ，41ｃ，41ｄ，41ｅにせよ、平面図は図７に例示するような全体環状の形状である。また、上述のＯリングは自由状態下で円形環状であるが、これを無理やり図７のような矩形に変形してシール溝に嵌着していたので、シール面に問題が生ずる場合があった。
特開２０００−３５６２６７号公報

ところで、最近の液晶パネルはしだいに大型化して、例えば図７に於て、縦横各寸法は各々約2000mm前後にも達し、液晶製造装置も大型化して、製造装置内を真空にすると、蓋体に高荷重が掛かる。
上記特許文献１に記載の三叉状の弾性シールは、特に、低荷重を特徴とした形状であり、また、図６（Ｂ）や図６（Ｅ）に示した横断面形状の弾性シール41ｂ，41ｅも低荷重には好適なものである。

しかしながら、大型化した液晶パネルの製造装置のチャンバーゲート部に適用すると、メタルタッチの問題を生ずる。即ち、チャンバーの開口端面（蟻溝近傍）と、蓋体とが相互に接触（メタルタッチ）して、粉塵を発生する虞がある。このメタルタッチは、液晶の製造に於ては厳禁すべきことである。
また、図６（Ａ）に示した弾性シール（Ｏリング）41ａは、蟻溝42内で捩れを生じ、切断に至る虞があり、また、上記蓋体による圧接で蓋体に固着して蟻溝42から脱落する（抜け出る）という問題があり、さらに、蟻溝42の開口端縁部43，43と摩擦して摩耗粉（パーティクル）が生ずるという問題がある。また、高荷重に対しても十分に支えきれず、メタルタッチを生ずることもある。

次に、図６（Ｂ）は溝底面側の凹部44の存在によって、高荷重を保持できない（既述）ことの他に、蟻溝42内への装着作業が困難である。
次に、図６（Ｃ）の弾性シール41ｃは蟻溝42内へ逆組付けを行ってしまう虞がある。また、（図６（Ａ）と同様に）ゴムの摩耗粉（パーティクル）を発生する。また、大断面径の場合、蟻溝42内への装着作業が難しい。
次に、図６（Ｄ）の弾性シール41ｄは蟻溝42内へ逆組付けを行う虞があり、また、ゴムの摩耗粉（パーティクル）を生じるという問題がある。さらに、溝底面部の凹部44が存在するので高荷重を保持できず、上記メタルタッチを生ずる。

本発明に係る密封構造は、上述の従来の弾性シールの問題点を解決して、高荷重に耐えることでメタルタッチを防止し、かつ、大きな横断面積でも蟻溝内へ装入し易く、かつ、一旦装着後は蟻溝から不意に脱落することのない弾性シール（密封構造）を提供することを目的とする。特に、大型液晶パネルの製造装置に於て安定した密封性能を長期間にわたって発揮できる等の好適な密封構造を提供することを、目的とする。

本発明は、開口部と、相互に該開口部側に近づくにつれて接近する第１側壁面・第２側壁面と、底壁面とを、有する蟻溝を備えた被取付部材と、該蟻溝内へ装着される弾性シールと、から成る密封構造体であって、該弾性シールは、上記蟻溝内へ装着されかつ相手部材の平坦面が押圧されない未圧縮装着状態に於て、横断面形状が胴部と頭部から成り、上記開口部から突出する上記頭部が頂面ストレート部を有すると共に上記胴部が上記底壁面に対応する底面ストレート部を有し、さらに、上記胴部は、開口部の近傍にて上記第１側壁面・第２側壁面に近接乃至当接する両肩部を備え、かつ、該両肩部の幅寸法と略同一幅寸法のままで連設される最大幅形成域部と、該最大幅形成域部から上記底面ストレート部に渡って形成されて幅寸法が減少するテーパ部とを、備えている。
また、上記頭部の幅寸法を上記蟻溝の開口部の幅寸法の70％〜90％に設定して、上記開口部を介して上記両肩部から突出状に連設された上記頭部と上記開口部の開口端縁部との間に間隙部を形成した。
また、上記肩部が第１側壁面・第２側壁面に近接乃至当接する、上記底壁面からの高さ寸法が、上記蟻溝の深さ寸法の80％〜95％に設定されている。

本発明に係る密封構造体は、頂面ストレート部を治具にて水平姿勢で押圧しつつ、テーパ部によって蟻溝内へ誘導され易く、大きな断面積の弾性シールであっても、円滑に装入できる。
また、頂面ストレート部を有することで、大きな荷重に対しても接触面圧が低く抑えることができ、例えば、大型液晶製造装置のチャンバーゲート部等に好適である。さらに、両肩部を有するので、蟻溝から脱落することを有効に防止できる。また、底面ストレート部を有するので、常に蟻溝内で安定姿勢を保ち、ぐらつかず、安定したシール性能を発揮し、過大な局部的弾性変形も防止できる。

以下、実施の形態を示す図面に基づき、本発明を詳説する。
図１〜図４に於て、本発明に係る密封構造体の実施の一形態を示す。この密封構造体は、蟻溝３を備えた被取付部材２と、この蟻溝３内へ装着されるゴム製等の弾性シール１と、から成る。
弾性シール１は全体が略矩形状（図７参照）や、競技トラック状（長円形状）等の環状である。

この密封構造体は、半導体製造装置───特に大型液晶製造装置───のチャンバー入口のゲート部の（主として真空の）密封用として、好適である。このとき、上記被取付部材２はバルブシート（又はゲート）が相当し、他方、これに接近離間自在に対応する平坦面20を有する相手部材21は、ゲート（又はバルブシート）が相当する。

上記蟻溝３は、開口部４と、相互に開口部４に近づくにつれて接近する第１側壁面５・第２側壁面６と、底壁面７とを、有する横断面略台形状である。なお、底壁面７と第１側壁面５との隅部28、及び、底壁面７と第２側壁面６との隅部28は、アール状（弯曲状）に連結されている。このように蟻溝３は（やや丸味のある）横断面略台形状として、平坦面２ａに凹設され、奥側が拡大した形状である。

弾性シール１の横断面形状について説明すると、この弾性シール１は、蟻溝３内へ装着されかつ相手部材21の平坦面20が押圧（接触）しない未圧縮装着状態───図１と図２参照───に於て、胴部８と頭部９から成り、図１に於て２点鎖線Ｃにて両者の境界を概略示した。さらに具体的に言えば、この横断面形状は、中央線Ｌに関して左右対称形であって、いわば、首部の無いダルマ型であり、頭部９は左右に長い扁平形状である。

開口部４から頭部９は突出しているが、この頭部９は頂面ストレート部10を有する。つまり頂面は平坦面として、大きな当接面積をもって、その後、相手部材21と接触する。
また、胴部８は、蟻溝３の底壁面７に対応する底面ストレート部11を有し、蟻溝３内で常に姿勢を安定させる作用をなし、かつ、圧縮時の面圧を低く抑える作用をなす。

未圧縮装着状態に於て、胴部８は、開口部４の近傍にて第１側壁面５・第２側壁面６に近接乃至軽く当接する両肩部12, 12を備える。そして、この両肩部12, 12の幅寸法Ｗ₁₂と略同一幅寸法のままで連設される最大幅形成域部13を、胴部８が有する。さらに、この最大幅形成域部13から底面ストレート部11に渡って、幅寸法が単純減少するテーパ部14を、胴部８が備えている。このテーパ部14は大きな弯曲半径のアール状とするも自由である。なお、テーパ部14と底面ストレート部11の角部15は小さなアール状（弯曲部）を有するのが望ましい。また、最大幅形成域部13は、図１〜図３ではストレート状（直線状）で、かつ、左右の直線が相互に平行な場合を示したが、これを、弯曲凸状に形成して、両肩部12, 12の幅寸法Ｗ₁₂よりも、プラス５％以内で、大きな幅寸法となるようにしても良い（これも略同一幅寸法という）。あるいは、最大幅形成域部13の最大幅寸法が上端の両肩部12, 12の部位であって、その両肩部12, 12から僅かに下方へ幅寸法が減少している場合もあり得る。

そして、頭部９の幅寸法Ｗ₉ は、蟻溝３の開口部４の幅寸法Ｗ₄ の70％〜90％に設定して、開口部４を介して上記頭部９は両肩部12, 12から突出状に連設され、いわば首部が存在しない。このようにして、図１と図２からも明らかな如く、扁平横長状の頭部９の左右側面と、開口部４の開口端縁部（角部）４ａとの間に、間隙部Ｇを形成する。
上記幅寸法Ｗ₉ が開口部４の幅寸法Ｗ₄ の70％未満であると、間隙部Ｇが過大となって、デポ（成膜時の酸化粉塵）等が溜まったり、また、頂面ストレート部10の幅寸法を十分に大きくとれなくなる。逆に、Ｗ₉ がＷ₄ の90％を越すと、未圧縮装着状態から、図５に示した圧縮状態に変形する途中、又は、圧縮（使用）状態で、開口端縁部（角部）４ａに頭部９の側面が干渉（接触）して、ゴム等の摩耗粉（パーティクル）を発生することとなり、好ましくない。

次に、肩部12, 12が第１側壁面５・第２側壁面６に近接乃至軽く当接する、底壁面７からの高さ寸法Ｈ₁₂は、蟻溝３の深さ寸法Ｈ₃ の80％〜95％に設定する。このように、その近接乃至軽く当接する位置（高さ）を、開口部４の近傍とする。このように肩部12, 12が蟻溝３の第１・第２側壁面５，６に近接乃至当接し、弾性シール１が蟻溝３から脱落することを確実に防止する作用をなす。

ところで、Ｈ₁₂＜0.80×Ｈ₃ であれば、上記間隙部Ｇに対応した空間が大きくなって、液晶成膜時の酸化粉塵（いわゆるデポ）等が溜まる虞がある。逆にＨ₁₂＞0.95×Ｈ₃ であれば、十分な係止（抜け止め用係り）を取れず、弾性シール１が蟻溝３から脱落する虞が生ずる。
なお、図２に於て、最大幅形成域部13とテーパ部14との境界部17の高さ寸法Ｈ₁₇は、0.50×Ｈ₁₂≦Ｈ₁₇≦0.75×Ｈ₁₂のように設定するのが良い。Ｈ₁₇＜0.50×Ｈ₁₂であると、テーパ部14が十分に形成できず、後述の（図４で示す）シール装着が難しくなる。Ｈ₁₇＞0.75×Ｈ₁₂であると、蟻溝３内で姿勢が安定しにくくなる。

図３は本発明に係る弾性シール１の横断面形状をさらに詳しく説明するための図であって、上述の図１と図２と合わせて説明すれば、頭部９は、直線で示された頂面ストレート部10の両端が大きな半径Ｒ₁ の突出角部16, 16に連続し、小さな半径Ｒ₂ の（下方拡大状の）基部18の一部をもって、構成される。
肩部12は、上記基部18の他部位（下半部）と、下方拡大勾配部19と、小さな半径Ｒ₃ の角部22をもって構成される。前記境界部17は所定半径Ｒ₄ にてアール状に形成され、この半径Ｒ₄ の円と上記半径Ｒ₃ の円の接線をもって最大幅形成域部13が構成されている。また、前記角部15は小さな半径Ｒ₅ のアールをもって形成され、この半径Ｒ₅ の角部15の円と、境界部17の半径Ｒ₄ の円の接線をもって、テーパ部14が形成される。左右の角部15の半径Ｒ₅ ，Ｒ₅ の２個の円の接線をもって、底面ストレート部11が形成される。

自由状態に於て、頂面ストレート部10の幅寸法をＷ₁₀とし、底面ストレート部11の幅寸法をＷ₁₁とすると、1.20×Ｗ₁₀≦Ｗ₁₁≦1.50×Ｗ₁₀のように設定する。Ｗ₁₁＜1.20×Ｗ₁₀であると弾性シール１が蟻溝３内で安定姿勢を保持しにくくなる。逆に、Ｗ₁₁＞1.50×Ｗ₁₀であると、頂面ストレート部10の押圧時（圧縮状態）での面圧が過大となり、好ましくない。そして、頂面ストレート部10の幅寸法Ｗ₁₀よりも底面ストレート部11の幅寸法Ｗ₁₁を大きく設定したので、相手部材21の平坦面20と、蟻溝３の底壁面７に対する固着力は、後者の方が大きくなり、弾性シール１は、確実に蟻溝３の底壁面７に固着して蟻溝３内に残る。（なお、従来広く用いられているＯリングでは両者の固着力に差が生じないので、相手部材に固着して蟻溝から抜け出ることがある。）

次に、図４は弾性シール１を蟻溝３に装入（装着）する方法を説明した断面図であり、大型液晶製造装置等に使用した場合、大きな荷重が作用するので、弾性シール１の断面積は、Ｏリングに換算すると、10〜20mmの直径に相当し、極めて大きく、蟻溝３へ通常では装着することは非常に困難である。しかしながら、本発明に係る弾性シール１は、テーパ部14, 14を有すると共に頂面ストレート部10を備えた形状であるので、この頂面ストレート部10を、強くかつ安定して押圧し、テーパ部14, 14にて誘導しつつ、開口部４から比較的スムースに蟻溝３内へ装着可能である。矢印Ｅは、そのような押圧（押込）方向を示す。
なお、蟻溝３内へ装入した後は、図１と図２に示すように、両肩部12, 12が第１側壁面５・第２側壁面６の開口端縁部４ａ近傍に係止して、脱落が防止される。

次に、図５（Ａ）は、本発明に係る弾性シール１を、蟻溝３内へ装着し、相手部材21の平坦面20を押圧した圧縮使用状態を示し、その状態での接触面圧力Ｐを示す（有限要素法による）ＦＥＭ解析図である。また、図５（Ｂ）はＯリング41ａについて同じ圧縮使用状態に於ける接触面圧力を示すＦＥＭ解析図である。この図５（Ａ）と（Ｂ）とを比較すれば分かるように、Ｏリング41ａでは相手部材21との接触面圧Ｐ分布が丸山型となり、中央にピーク圧が生じ、その積分値（耐荷重値）がやや小さく、従って、高荷重に耐えきれずに、被取付部材２との平坦面２ａと、相手部材21とが、接触し、いわゆるメタルタッチを生じて、金属粉塵発生の虞がある。これに対し、本発明に係る弾性シール１は、図５（Ａ）に示す如く、相手部材21との接触面圧Ｐ分布が左右端に小さなピークの存在する山脈型（高原型）となり、その積分値（耐荷重値）は大きく、高荷重に耐え、メタルタッチを防止できる。

即ち、大型液晶製造装置等では、相手部材21の重量が大きく、かつ、真空時の受圧面積が大きいことに伴って真空押圧（吸着）力も大きく、大きな荷重が弾性シール１に作用するが、図１〜図３のように、頭部９は頂面ストレート部10を有し、かつ、底面ストレート部11を有する断面形状であるので、図５（Ａ）に示したような接触面圧Ｐ分布によって、メタルタッチを起こさないように、十分な支持力で相手部材21を支持できる。言い換えれば、この弾性シール１は頂面ストレート部10・底面ストレート部11によって、単位面積当たりの受荷重を小さくすることで変形を抑えている。

なお、図５（Ａ）に示す如く、第１・第２側壁面５，６に対しても、ほとんど接触面圧力は零乃至僅少であり、このことは、本弾性シール１が、摩耗によるパーティクル（ゴム等の粉塵）を発生しにくいことを示している。このように、本発明に係る密封構造は、大型液晶製造装置のチャンバーゲート部等に好適であり、単位長さ当たりの荷重が大きい使用箇所で、メタルタッチを生じないで、高荷重に耐えることが可能である。また、通常、大断面径のＯリング等のシールは、非常に蟻溝３内へ装着しにくいが、本弾性シール１では、治具等を頂面ストレート部10に当てて、（図４の矢印Ｅ方向へ）押込むことができ、容易かつ迅速な装着を実現している。

また、上記高荷重に伴って、相手部材21と本弾性シール１とは密着状に固着して、相手部材21を開放する際に、弾性シール１も強く引き出されようとするが、両肩部12, 12が第１・第２傾斜面５，６の開口部４近傍に停止して、脱落が防止される。また、蟻溝３の開口端縁部４ａと、頭部９の側面乃至肩部12の上部との間に、間隙部Ｇを形成したことで、図１から図５（Ａ）へ、相手部材21を押圧しつつ圧縮弾性変形する際に、開口端縁部（角部）４ａとの接触を回避できる。また、絞り効果により装着時における弾性変形を容易としている。

ところで、本発明では弾性シール１は、メタルタッチを避け、高荷重に耐えるため、上下の接触面を、頂面ストレート部10・底面ストレート部11として、平坦面状としたことで、形状的には高い局部的接触面圧が得られず、シール力（密封性）が低下しようとするが、左右端に接圧ピークを有することで十分なシール性能（密封性能）を発揮できる。

本発明は、開口部４と、相互に該開口部側に近づくにつれて接近する第１側壁面５・第２側壁面６と、底壁面７とを、有する蟻溝３を備えた被取付部材２と、該蟻溝３内へ装着される弾性シール１と、から成る密封構造体であって、該弾性シール１は、上記蟻溝３内へ装着されかつ相手部材21の平坦面20が押圧されない未圧縮装着状態に於て、横断面形状が胴部８と頭部９から成り、上記開口部４から突出する上記頭部９が頂面ストレート部10を有すると共に上記胴部８が上記底壁面７に対応する底面ストレート部11を有し、さらに、上記胴部８は、開口部４の近傍にて上記第１側壁面５・第２側壁面６に近接乃至当接する両肩部12, 12を備え、かつ、該両肩部12, 12の幅寸法Ｗ₁₂と略同一幅寸法のままで連設される最大幅形成域部13と、該最大幅形成域部13から上記底面ストレート部11に渡って形成されて幅寸法が減少するテーパ部14とを、備えている構成であるので、蟻溝３内へ円滑に装入可能である。つまり、頂面ストレート部10を治具にて水平姿勢で押圧しつつ、テーパ部14によって蟻溝３内へ誘導され易く、大きな断面積の弾性シール１であっても、円滑に装入できる。
また、頂面ストレート部10を有することで、大きな荷重に対しても接触面圧Ｐが低く抑えることができ、例えば、大型液晶製造装置のチャンバーゲート部等に好適である。さらに、両肩部12, 12を有するので、蟻溝３から脱落することを有効に防止できる。また、底面ストレート部11を有するので、常に蟻溝３内で安定姿勢を保ち、ぐらつかず、安定したシール性能を発揮し、過大な局部的弾性変形も防止できる。

また、上記頭部９の幅寸法Ｗ₉ を上記蟻溝３の開口部４の幅寸法Ｗ₄ の70％〜90％に設定して、上記開口部４を介して上記両肩部12, 12から突出状に連設された上記頭部９と上記開口部４の開口端縁部４ａとの間に間隙部Ｇを形成したので、頭部９の相手部材21に対する接触面圧を低く抑制できる。そして、間隙部Ｇを有することによって、弾性圧縮変形の途中に、蟻溝３の開口端縁部４ａとの接触を防止して、パーティクルゴム等の粉塵の発生を防止し、液晶製造装置半導体製造装置として、望ましい。
また、上記肩部12, 12が第１側壁面５・第２側壁面６に近接乃至当接する、上記底壁面７からの高さ寸法Ｈ₁₂が、上記蟻溝３の深さ寸法Ｈ₃ の80％〜95％に設定されているので、肩部12と開口端縁部４ａとの間には、大きな空間が形成されないので、半導体製造に於ける成膜時の酸化粉塵デポが溜まることを防止できる。

本発明の実施の一形態を示す未圧縮装着状態の断面図である。 形状と寸法関係を説明する簡略図である。 断面形状説明図である。 装着作業の説明図である。 本発明とＯリングとを比較説明した圧縮使用状態の比較図である。 従来例の説明用要部断面図である。 全体の平面図である。

符号の説明

１ 弾性シール
２ 被取付部材
３ 蟻溝
４ 開口部
４ａ 開口端縁部
５ 第１側壁面
６ 第２側壁面
７ 底壁面
８ 胴部
９ 頭部
10 頂面ストレート部
11 底面ストレート部
12 肩部
13 最大幅形成域部
14 テーパ部
20 平坦面
21 相手部材
Ｇ 間隙部
Ｈ₃ ，Ｈ₁₂ 高さ寸法
Ｗ₄ ，Ｗ₉ ，Ｗ₁₁，Ｗ₁₂ 幅寸法

Claims (3)

1. 開口部（４）と、相互に該開口部側に近づくにつれて接近する第１側壁面（５）・第２側壁面（６）と、底壁面（７）とを、有する蟻溝（３）を備えた被取付部材（２）と、該蟻溝（３）内へ装着される弾性シール（１）と、から成る密封構造体であって、該弾性シール（１）は、上記蟻溝（３）内へ装着されかつ相手部材（21）の平坦面（20）が押圧されない未圧縮装着状態に於て、横断面形状が胴部（８）と頭部（９）から成り、上記開口部（４）から突出する上記頭部（９）が頂面ストレート部（10）を有すると共に上記胴部（８）が上記底壁面（７）に対応する底面ストレート部（11）を有し、さらに、上記胴部（８）は、開口部（４）の近傍にて上記第１側壁面（５）・第２側壁面（６）に近接乃至当接する両肩部（12）（12）を備え、かつ、該両肩部（12）（12）の幅寸法（Ｗ₁₂）と略同一幅寸法のままで連設される最大幅形成域部（13）と、該最大幅形成域部（13）から上記底面ストレート部（11）に渡って形成されて幅寸法が減少するテーパ部（14）とを、備えていることを特徴とする密封構造体。
2. 上記頭部（９）の幅寸法（Ｗ₉ ）を上記蟻溝（３）の開口部（４）の幅寸法（Ｗ₄ ）の70％〜90％に設定して、上記開口部（４）を介して上記両肩部（12）（12）から突出状に連設された上記頭部（９）と上記開口部（４）の開口端縁部（４ａ）との間に間隙部（Ｇ）を形成した請求項１記載の密封構造体。
3. 上記肩部（12）（12）が第１側壁面（５）・第２側壁面（６）に近接乃至当接する、上記底壁面（７）からの高さ寸法（Ｈ₁₂）が、上記蟻溝（３）の深さ寸法（Ｈ₃ ）の80％〜95％に設定されている請求項１又は２記載の密封構造体。