JP2009156404A - 蟻溝用シール材 - Google Patents

Abstract

【課題】 装着性に優れ、容易に脱落せず、噛み込みを起こさず、シール材の捻れとシール材の損傷や欠落が充分に抑制され、封止機能にも優れた蟻溝用シール材を提供する。
【解決手段】 弾性材料からなる蟻溝用シール材１０の断面形状が、蟻溝２０の底面と接する底面１１を備えるとともに、蟻溝２０の開口よりも上方に突出する凸部１２も備える蟻溝用シール材であって、前記底面１１から内部にかけて凹部１３が設けられ、蟻溝２０内に位置したとき、前記凸部１２の両方の裾１２ｂ、１２ｂが蟻溝２０の内部で開口縁よりも内側に位置するとともに、両側面の各一部が蟻溝の両側面の各一部とそれぞれ面接触するようになっており、かつ、各接触面の上端と下端までの高さの差が、蟻溝の高さＨ_０に対し０．５Ｈ_０以上となるように設計されている、ことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、蟻溝用シール材に関するものであり、詳しくは、高い気密性を要求される真空装置や配管機器などにおいて、部材同士の接合個所に装着されて接合個所の封止を図るシール材を対象にしている。

シール構造として、断面台形状をなす蟻溝を利用する技術が知られている。例えば、ＪＩＳ−Ｂ２４０１には、シール材としてＯリングを装着する蟻溝の寸法形状が規定されている。
真空装置など各種装置の出入口ポートに設けられるゲートバルブなどの弁体と弁座とのシール構造において、シール材であるＯリングを、片側の部材表面に設けられた蟻溝に装着しておくと、弁体を開いてＯリングが露出したときでも、Ｏリングが蟻溝から浮き上がったり脱落したりし難く、再び蓋などを閉めたときに、Ｏリングが不適切な位置や姿勢になり難いという利点があるとされている。また、蟻溝であれば、真空環境でシール材が収容溝から吸い出されることも阻止できる。

しかし、前記Ｏリングなどの従来のシール材は、以下に示す問題があった。
蟻溝にシール材を装着したのち、相手方の部材を当接し、圧縮すると、シール材と相手方の部材が固着する場合があり、シール材の最大幅が蟻溝の開口幅よりも狭いと、両部材を離したときに、相手方部材とともにシール材が引っ張られて蟻溝から脱落してしまう場合がある。この脱落を防止するために、シール材の最大幅を蟻溝の開口幅よりも広くした場合には、蟻溝へのシール材の装着性が低下する。
蟻溝にシール材を装着する際、シール材の位置が安定せず、シール材が捩れて、充分な密着性が得られない。

蟻溝は、開口縁が楔状に突き出している。そのため、締め付け圧縮されて外側に膨れたシール材が、蟻溝の開口縁に引っ掛かると、その部分に局所的に過大な応力が発生して、シール材が損傷したり欠落したりし易い。シール材が開口縁に擦れて磨耗粉が発生する。シール材から欠落した破片や粉が、隣接する空間や流体に混入することは好ましくない。
蟻溝の開口縁に引っ掛かったシール材は、封止する両側の部材面の間に挟み込まれ、いわゆる噛み込みを生じる。特に、シール材に隣接する空間が真空状態であると、シール材が真空側に吸い出されて、前記噛み込みを生じ易い。噛み込みが生じると、締め付け圧力を増やしても封止機能が高まらない。漏れが発生し易くなる。噛み込まれたシール材は、損傷や欠落が生じ易くなる。シール材の耐久性も低下する。真空によるシール材の吸い出しは、シール材の捩れを起こす原因にもなる。

真空環境などのシール構造では、シール材の隣接空間における圧力変動が非常に大きく、シール材に生じる締め付け応力が大きく変動する。締め付け応力が変動すると、封止機能も大きく変化し、封止不良が発生し易い。
そこで、本願出願人は、上記課題を解決するための技術を提案し、特許出願した（特許文献１参照。）。
本願出願人により特許出願された技術は、図７に示すように、シール材断面の概略形状がダルマ形状を呈するものである。この技術によれば、シール材を底辺から斜辺へと蟻溝に挿入することで、極めてスムーズな装着が可能であり、底辺が蟻溝の底面に配置され、左右の張出肩部が蟻溝の内斜面に配置されることで、適切な位置および姿勢で安定して装着され、シール材の捻れや、蟻溝からの浮き上がりが生じにくい。特に、蟻溝を下向きにしても、張出肩部によって、シール材の脱落は確実に阻止される。シール材の一部が蟻溝の開口縁に接触して損傷することが良好に阻止される。負荷時には、相手側部材と頂部との圧接、および、底辺と蟻溝底面との圧接によって、両部材間を確実に封止することができる。張出肩部が蟻溝の内斜面に当接することで、シール材の過度の変形を抑制でき、シール材と両部材間の強力な圧接によって、良好な封止機能を発揮させることができる。

しかし、上記特許文献１に記載の技術においても、以下の問題があった。
すなわち、図７に示すように、蟻溝にシール材を装着した時に、底辺における蟻溝底面との面接触および左右の張出肩部における蟻溝側面部との接触により、捩れはある程度抑制され、Ｏリングなどと比べると顕著な優位性を有するものの、蟻溝の下部両隅において、空間Ｘが存在するため、シール材の捩れの問題が完全に解消されたとは言い難かった。
また、上記技術では、蟻溝にシール材を装着した時、シール材と蟻溝側面との接触は張出肩部のみである。そのため、圧縮時において、シール材が蟻溝の空間Ｘへと膨出するに従い、張出肩部の位置が斜め下方へ移動して蟻溝側面との摩擦が生じる問題があった。さらに、張出肩部よりも下方にあるシール材斜辺においても、蟻溝の空間Ｘを埋めるように斜め下方に膨出し、すなわち、蟻溝の側面との接触面積を増しながら、その接触領域が下方へと移動していくので、この動きによっても摩擦が生じる。このようなシール材と蟻溝側面部との摩擦により、シール材が磨耗し、シール材が損傷したり欠落したりするおそれがあった。
特許第３９４６４６６号公報

そこで、本発明の課題は、蟻溝に装着されて使用されるシール材として、装着性に優れ、容易に脱落せず、噛み込みを起こさず、シール材の捻れとシール材の損傷や欠落が充分に抑制され、封止機能にも優れた蟻溝用シール材を提供することである。

本発明者は、上記課題を解決するべく鋭意検討を行った。この検討の中で、本発明者は、まず、非圧縮状態において、蟻溝両隅にシール材が動ける空間がなるべく存在しないように、シール材の両側面と蟻溝の両側面との接触面積を広くすることを考えた。これにより、シール材が蟻溝内で捩れることを充分に抑制でき、シール材の脱落も同時に顕著に抑制され、さらに、シール材の両側面と蟻溝の両側面との接触位置や接触面積が、圧縮と非圧縮を繰り返しても殆ど変動せず、摩擦を抑えることができると期待された。さらに、シール材の装着性を考慮して、シール材の底面から内部にかけて凹部を設けて、装着時には、この凹部を幅方向に押しつぶすようにして、シール材の最大幅を一時的に狭くすることでスムーズな装着を図った。また、シール材が蟻溝の開口縁に引っ掛かったり、開口縁外へと食み出して噛み込みを生じたりすることを防ぐために、前記特許文献１において凹入部を設けたように、蟻溝の開口よりも上方に突出する凸部の裾が蟻溝の内部で開口縁よりも内側に位置するように構成した。

以上の構成を全て満たすシール材は、捩れの充分な抑制、シール材の脱落防止、シール材との接触面における摩擦の抑制、優れた装着性、蟻溝の開口縁への引っ掛かりや噛み込みによる発塵抑制、の全てが見事に実現されることが確認された。特に、シール材の凸部は、凹部の存在により下方向への動きが促進されるため、左右への膨出が適度に抑制され、前記した蟻溝開口縁への引っ掛かりや噛み込みによる発塵抑制が極めて顕著であることが分かった。加えて、相手側部材と凸部の頂部との圧接、シール材の底面と蟻溝底面との圧接、および、シール材の両側面と蟻溝の両側面との圧接によって、極めて優れたシール性を発現すること、また、シール材の凹部に広がるようにシール材が変形できるので、締め付け荷重が過大となることはなく、その一方で、前記変形は、良好な応力バランスにより制御されるので、適度な圧縮抵抗が得られ、メタルタッチの問題が生じないことも確認できた。

本発明は、上記知見により完成されたものである。
すなわち、本発明にかかる蟻溝用シール材は、弾性材料からなり、蟻溝の底面と接する底面を備えるとともに、蟻溝の開口よりも上方に突出する凸部も備えてなり、部材同士の接合個所で一方の部材の表面に設けられた蟻溝に装着され他方の部材の表面と当接することで両部材間を封止するのに用いられる蟻溝用シール材であって、前記底面から内部にかけて凹部が設けられ、蟻溝内に位置したとき、前記凸部の両方の裾が蟻溝の内部で開口縁よりも内側に位置するとともに、両側面の各一部が蟻溝の両側面の各一部とそれぞれ面接触するようになっており、かつ、各接触面の上端と下端までの高さの差が、蟻溝の高さＨ_０に対し０．５Ｈ_０以上となるように設計されている、ことを特徴とする。

本発明にかかる蟻溝用シール材は、底面から内部にかけて凹部が設けられているので、前記凹部を幅方向に押しつぶすようにして、シール材の最大幅を狭くすることができるので、蟻溝への装着性に優れる。
装着後は、シール材が元の形状に復元するため、シール材の両側面が蟻溝の両側面に広がって、自緊作用で蟻溝の両側面に密着するため、容易に脱落することがない。蟻溝を下向きにしても、シール材の脱落は確実に阻止される。
装着状態では、蟻溝の底面にシール材の底面が当接し、両側面が蟻溝の両側面に配置されることで、適切な位置および姿勢で安定して装着される。蟻溝の下部両隅にはシール材との間に殆ど空間が存在しないので、シール材が捻れることもない。

シール材の両側面は、非負荷時において広範囲で蟻溝の両側面と接触しており、負荷時においても、その接触位置や面積が大きく変動しないため、摩擦を生じ難い。さらに、シール材の凸部の裾が蟻溝の内部で開口よりも内側に位置するとともに、シール材の凸部は、凹部の存在により、下方向への動きが促進されるため、負荷時において、左右への膨出が適度に抑制され、シール材の一部が蟻溝の開口縁に接触して損傷したり、蟻溝の外に食み出して噛み込みを生じたりすることが良好に阻止される。
負荷時には、また、相手側部材とシール材凸部との圧接、シール材の底面と蟻溝底面との圧接、および、シール材の両側面と蟻溝の両側面との圧接によって、両部材間を確実に封止することができる。

負荷時においては、さらに、シール材の凹部が狭まるようにしてシール材の変形を容易に受け入れるので、締め付け荷重が過大となることはなく、また同時に過大な圧縮量となることもない。適度な圧縮抵抗が得られるので、メタルタッチの問題が生じることもない。

〔接合個所〕
シール材は、各種の機械装置において、一対の部材同士が対面して接合される個所において、接合個所を高い気密性を維持して封止するために使用される。このような封止機能を要求される構造部分であれば、接合個所を構成する部材の構造や形状などは特に限定されない。
高い気密性が要求される接合個所として、半導体・液晶の製造プロセスで使用される処理チャンバーの、チャンバー本体と開閉蓋との接合個所が挙げられる。このような処理チャンバーに設けられる開閉可能なゲート弁の取付部分も挙げられる。その他にも、真空装置などの開閉蓋や付属機器の取付個所、配管機器の連結個所などもある。

いずれの場合も、接合個所では一対の部材が対面し、一方の部材の表面には蟻溝が設けられ、この蟻溝にシール材が装着される。他方の部材の表面は単なる平坦面からなるものであってもよいし、蟻溝と対応する個所に浅い溝や段差が設けられている場合もある。
〔蟻溝〕
蟻溝の基本的な断面構造は、開口よりも内部側の幅が広くなった概略台形状である。
蟻溝の底面は開口と平行な平坦面であることができる。蟻溝の両側面は、底側から開口側へと内向きに傾斜した傾斜面であることができる。両側面で傾斜角度が違っていてもよい。側面が湾曲面であってもよい。側面と底面とが交わる隅部、および、開口の内縁には、円弧状のアール（丸み）や面取りを施しておくことができる。

蟻溝は、前記した接合個所において、封止しなければならない領域を囲んで環状に配置される。例えば、真空空間、流体通路などの外周を囲む環状に配置される。蟻溝の配置形状としては、円形のほか、楕円形や長円形、矩形状、多角形状など、封止個所の形状に応じて適宜に設定することができる。
接合個所において、一対の部材のうち、どちら側に蟻溝を設けても良い。例えば、上下に開閉する蓋の底面に蟻溝を設けることができる。
〔蟻溝用シール材〕
蟻溝用シール材の材料や基本的な構造は、通常のＯリングその他の蟻溝用シール材と共通する技術が採用できる。

シール材の材料は、封止機能に要求される弾性変形が可能な弾性材料であれば、天然あるいは合成のゴム材料、弾性樹脂材料が使用できる。具体的には、封止される環境の条件（流体の種類、温度、圧力などの条件）に応じて適切な材料を選択することができる。例えば、半導体分野で、乾燥用チャンバーの開閉蓋個所に使用される場合、耐アルコール性やクリーン性に優れ、コストも比較的安価なＥＰＤＭ系ゴムが使用できる。各種プラズマ条件下などの腐食環境では、フッ素ゴムが好ましい。
シール材の基本構造は、特定の断面形状を有する環状体すなわちリングである。シール材の環径および環の配置形状は、装着する蟻溝の環径や配置形状に合わせて設定される。

以下、本発明にかかる蟻溝用シール材の構造の一実施形態について、図１に示す断面形状を参照しながら、具体的に説明する。
蟻溝用シール材１０は、全体が弾性変形可能なゴム材料からなり、図示された断面形状で連続する環状をなしている。ゴム材料としては、硬度Ａ８０／Ｓ（ＪＩＳ Ｋ６２５３）程度のＥＰＤＭ系ゴムが使用できる。
蟻溝用シール材１０は、蟻溝の底面と接するシール材の底面１１と、蟻溝の開口よりも上方に突出する凸部１２を有する。また、シール材の底面１１から内部にかけて設けられた凹部１３を有している。

前記シール材の底面１１は、全面が平坦であってもよいし、シール材の底面１１の一部に凹みや溝などを備えておくこともできる。
凸部１２の頂部１２ａは、図１に示すように円弧形状であってもよいが、三角山形、台形状、矩形状などの直線形状も採用でき、また、複数の凹凸が設けられていてもよい。局部的な応力集中が生じ難く、適度な弾性変形によって封止機能が発揮できる形状が選択される。
前記凹部１３は、図１では概略台形状をなしているが、その他の形状を採用することもできる。例えば、凹部の上面が円弧形状、三角山形、矩形状などであるものや、凹部全体が逆台形状、三角形状、矩形状などであってもよい。ただし、蟻溝への装着性や、圧縮時における応力バランスを考慮すると、概略台形状であることが好ましい。

さらに、図１に示す実施形態において、シール材の両側面についてみると、シール材の底面１１の両端から外向きに立ち上がる左右の斜辺１４、１４と、蟻溝２２の両側面と面接触するために、蟻溝の側面の傾斜角度とほぼ等しい傾斜角度を有する左右の斜辺１５、１５と、凸部の裾１２ｂ、１２ｂと、凸部斜辺１２ｃ、１２ｃを備えている。前記斜辺１４、１４を設けておくと、シール材１０を蟻溝２２へ装着する作業がよりスムーズに行ない得るという点において好ましい。図１に示す実施形態では、斜辺１５、１５の各上端および下端が、シール材の両側面の各一部が蟻溝の両側面の各一部と面接触したときにおける各接触面の上端および下端となる。

なお、図１に示す斜辺１４、１５、凸部斜辺１２ｃという直線形状と異なって、アール形状とすることもできる。以下の説明においても、「斜辺１３」、「斜辺１４」、「凸部斜辺１２ｃ」という語を用いているが、斜辺に代えて、アール形状としてもよい。
〔蟻溝および蟻溝用シール材の寸法〕
蟻溝の寸法形状としては、ＪＩＳ−Ｂ２４０１やＡＳ５６８Ａなどの規格で規定された条件が採用される。このようにして決められた蟻溝の寸法形状に合わせて、シール材の寸法が設定される。シール材の各部の寸法を適切に設定することによって、シール材の性能を向上させることができる。以下、図２を参照しながら、具体的に説明する。蟻溝の寸法は、図２に示すように、蟻溝の高さをＨ_０、開口部の幅をＷ_０、側面の傾斜をθ_０とする。

全高Ｈ_１は、蟻溝用シール材１０の最も高い個所の高さ寸法であり、具体的には、シール材の底面１１から凸部１２の上端までの寸法である。全高Ｈ_１の寸法を以下の範囲に設定することが好ましい。
Ｈ_１＝１．３５Ｈ_０〜１．７５Ｈ_０
Ｈ_１が小さ過ぎると、接合個所の締め付け時に締め代が十分に確保できず、部材同士が直接に接触し易くなり、十分な封止機能も発揮し難い。Ｈ_１が大き過ぎると、変形によって外側に大きく膨れ、蟻溝の開口縁に接触したり噛み込みを発生したりし易くなる。頂部の変形が過大になって、頂部が折れ曲がったり損傷したりする。

シール材の底面１１から斜辺１４の上端までの高さＨ_２の寸法は、以下の範囲に設定することが好ましい。
Ｈ_２＝０．２５Ｈ_０〜０．３５Ｈ_０
Ｈ_２が高すぎるとシール材の両側面と蟻溝の両側面との接触面積が低下してしまい、Ｈ_２が低すぎるとシール材の幅が広くなって蟻溝への装着性が低下するおそれがある。
シール材の底面１１から斜辺１５の上端までの高さＨ_３の寸法は、以下の範囲に設定することが好ましい。
Ｈ_３＝０．７５Ｈ_０〜０．９０Ｈ_０
Ｈ_３が高すぎるとシール材が蟻溝の開口縁に引っかかるおそれがあり、Ｈ_３が低すぎるとシール材の両側面と蟻溝の両側面との接触面積が低下してしまう。

Ｈ_２、Ｈ_３の高さは、シール材を蟻溝内に位置したときに、両側面の各一部が蟻溝の両側面の各一部とそれぞれ面接触したときにおける各接触面の上端と下端までの高さの差Δｈに影響するので、この差Δｈが０．５Ｈ_０以上となるように適切に設計するとよい。
斜辺１５、１５の上端間の距離Ｗ_１は、以下の範囲とすることが好ましい。
Ｗ_１＝１．００Ｗ_０〜１．１５Ｗ_０
Ｗ_１が広すぎると、シール材を蟻溝へ装入することが困難となる。
斜辺１４、１４の上端間の距離Ｗ_２は、シール材を、蟻溝に装入する時、すなわち、凹部を幅方向につぶすように変形させた時（以下、「クローズ時」という場合がある。）のシール材の幅に影響する。具体的には、Ｗ_２が広すぎると、クローズ時のシール材の幅が広くなってしまい、シール材を蟻溝に装入することが困難となる。例えば、以下の範囲に設定することが好ましい。

Ｗ_２＝１．２０Ｗ_０〜１．４０Ｗ_０
斜辺１４の傾斜角度θ_１は、シール材と蟻溝の接触面積を考慮して、適宜に決定することができるが、例えば、以下の範囲とすることが好ましい。
θ_１＝θ±５°
斜辺１５の傾斜角度θ_２は、通常、蟻溝の側面の傾斜角度θと同等であるが、シール材の蟻溝への装入を妨げない範囲で、θよりも大きくしてもよい。例えば、以下の範囲とすることが好ましい。
θ_２＝１５°〜６０°
シール材の底面１１から凸部の裾１２ｂまでの高さＨ_４の寸法は、シール材を蟻溝内に位置したとき、前記凸部の両方の裾が蟻溝の内部で開口縁よりも内側に位置するように、適宜設計すればよい。例えば、以下の範囲に設定することが好ましい。

Ｈ_４＝０．７５Ｈ_０〜０．９５Ｈ_０
凸部の裾１２ｂ、１２ｂの距離Ｗ_３は、シール材を蟻溝内に位置したとき、前記凸部の裾が蟻溝の内部で開口縁よりも内側に位置するように適宜に設計すればよい。斜辺１５の上端から滑らかに連設させることが好ましい。例えば、以下の範囲に設定することが好ましい。
Ｗ_３＝０．７５Ｗ_０〜０．９５Ｗ_０
頂部幅Ｗ_４は、凸部１２における頂部１２ｃで最も広い部分の幅であり、具体的には、頂部１２ａの左右の最下端で、凸部斜辺１２ｃ、１２ｃとの境界点、すなわち、頂部１２ａの外向き円弧から凸部斜辺１２ｃ、１２ｃへと変化する点で規定する。Ｗ_４を以下の範囲に設定することが好ましい。

Ｗ_４＝０．５０Ｗ_０〜０．６５Ｗ_０
Ｗ_４が広すぎると、蟻溝の開口縁に引っ掛かったり噛み込みを起こしたりし易くなる。Ｗ_４が狭すぎると、圧力が加わったときの変形が過大になり、頂部の物理的強度が低下する。ただし、使用条件によっては、下限値よりも狭い幅でも採用できる。
頂部１２ａを、半径Ｒ_１＝０．４０Ｗ_０〜０．７０Ｗ_０の円弧形状に設定できる。半径Ｒ_１が大きいほど、負荷時に頂部と相手側部材との接触量が増え、接触個所の応力は小さくなる。特に、本発明では、凹部１３を設けて、凸部１２が下方向に移動するように変形するため、左右への膨出を危惧する必要性が低いので、半径Ｒ_１を大きくすることができる。

凸部斜辺１２ｃの傾斜角度θ_３は、頂部幅Ｗ_４や凸部１２の左右の裾１２ｂ、１２ｂ間の距離Ｗ_３などによって好適範囲が変わってくるが、例えば、以下の範囲とすることが好ましい。
θ_３＝０°〜４５°
シール材の底面１１から凹部１３の上端までの高さＨ_５の寸法は、圧縮時の応力バランスの点から、以下の範囲に設定することが好ましい。
Ｈ_５＝０．５５Ｈ_０〜０．８５Ｈ_０
凹部１３の上面の幅Ｗ_５、凹部１３の両下端の距離Ｗ_６は、前記斜辺１４、１４の上端間の距離Ｗ_２と同様に、クローズ時のシール材の幅に影響する。具体的には、Ｗ_５、Ｗ_６が狭すぎると、クローズ時のシール材の幅が広くなってしまい、シール材を蟻溝に装入することが困難となる。例えば、以下の範囲に設定することが好ましい。

Ｗ_５＝０．１０Ｗ_０〜０．２０Ｗ_０
Ｗ_６＝０．３５Ｗ_０〜０．５５Ｗ_０
このように、Ｗ_２、Ｗ_５、Ｗ_６の値は、互いに関連しあっているので、個別に好適範囲を定めることは難しく、蟻溝の開口幅Ｗ_０を考慮して、適宜の組み合わせを決定すればよいが、圧縮時におけるシール材の応力バランスに優れる点で、それぞれ、上記範囲とすることが好ましい。
凹部１３の斜辺の傾斜角度θ_４は、凹部１３の上面の幅Ｗ_５、凹部１３の両下端の距離Ｗ_６などを考慮して、例えば、以下の範囲とすることが好ましい。

θ_４＝５°〜３０°
シール材の底面１１の両端間の距離Ｗ_７は、以下の範囲に設定することが好ましい。
Ｗ_７＝０．９Ｗ_０〜１．３Ｗ_０
Ｗ_７が狭すぎると、圧力が加わったときに底辺に生じる応力が過大になり、シール材の耐久性が低下する。Ｗ_７が広すぎると、凹部の両下端の距離Ｗ_６が狭くなってしまうので、装着性が低下する。
蟻溝に対するシール材の断面積比Ａ（％）（蟻溝に対するシール材の占有率、（シール材の断面積）／（蟻溝の断面積）×１００）を以下の範囲に設定することが好ましい。

断面積比Ａ＝９０％〜１２０％
断面積比が大き過ぎると、蟻溝に収容され難く、取り付けや取り外しが行い難い。断面積比が小さ過ぎると、蟻溝内でシール材が捻れたり、蟻溝からシール材が脱落したりし易くなる。部材同士のメタルタッチも発生し易い。また、断面積比は、シール材の総合的な変形容量や封止能力と相関するので、適切な断面積比を有することで、封止機能も良好になる。
なお、使用条件によって、部材同士がメタルタッチを起こす心配が少ない場合には、下限値よりも小さな断面積比でも使用可能な場合がある。

断面積比Ａと全高Ｈ_１との関係で、全高Ｈ_１を大きく断面積比Ａを小さくすると、圧縮率が大きく弾性に富んだシール材が得られる。このようなシール材は、一般的には、低い締め付け力で使用される小型品に適している。これとは逆に、全高Ｈ_１を小さく断面積比Ａを大きくすると、腰の強いシール材が得られる。このようなシール材は、大きな締め付け力で使用される大型品に適している。
〔蟻溝用シール材の装着〕
図３に示すように、蟻溝用シール材１０は、蟻溝２２に装着して使用される。
蟻溝２２は、圧力容器の蓋と容器本体、真空装置の開口蓋と本体装置など、複数の部材２０、３０が互いに対面して配置され、両部材２０、３０間を封止しておく必要がある個所に設けられる。

図３では、上下に配置された部材２０、３０を接合しているが、部材２０、３０が左右方向や斜め方向で対面している場合もある。
片方の部材２０の表面に、断面台形状の蟻溝２２が設けられる。図３では、説明を判り易くするために、下方側の部材２０における上向きの面に蟻溝２２を配置した状態で図示しているが、上方側の部材３０における下向きの面に蟻溝２２を設けることもできる。
蟻溝２２は、平坦な底面とその両側に立ち上がる内斜面とで構成され、底側の幅が広く、開口側の幅が狭い。底面と内斜面とが交差する内隅部は円弧状をなして滑らかにつながっている。開口縁２４は、断面が小さな円弧状をなしている。

蟻溝２２に蟻溝用シール材１０を装入する様子を、図３（ａ）に二点鎖線で示している。なお、断面のみを図示しているが、環状をなす蟻溝に沿って、同じ環状などをなす蟻溝用シール材を一端から順次挿入する。
蟻溝用シール材の底面１１、１１を、蟻溝用シール材の凹部１３を幅方向につぶすようにして接近させ、一時的に蟻溝用シール材１０の幅を狭めて、蟻溝２２の開口を通過できるようにする。蟻溝用シール材の両側面に、底面１１、１１から外向きに立ち上がる左右の斜辺１４、１４を設けておくと、図３（ａ）に見るように、蟻溝用シール材１０の凹部１３を幅方向につぶした状態において、左右の斜辺１４、１４が、下端から上端にかけて、シール材の幅が徐々に広がるようになるため、左右の斜辺１４、１４が蟻溝２２の開口縁２４に当接して滑るようにして、極めてスムーズに装入することができる。このような装入態様においては、左右の斜辺１４、１４が蟻溝２２の開口縁２４を通過する間、蟻溝用シール材１０の凹部１３を幅方向につぶす方向に力が作用するので、この点においても、優れた装着性が発揮される。なお、蟻溝２２の開口縁２４における蟻溝内幅Ｗ_０よりも幅の広い個所がある場合には、蟻溝用シール材１０を弾性的に変形させると良い。

蟻溝用シール材１０は、開口縁２４を通過すれば元の形状に復元するため、シール材の両側面が蟻溝の両側面に広がって、自緊作用で蟻溝２２の両側面に密着する。これにより、図３（ａ）に実線で示すような装着状態となる。さらに、装着状態では、蟻溝用シール材の底面１１も蟻溝２２の底面に当接する。これらの結果、蟻溝用シール材１０は、蟻溝２２に対して安定した位置に適切な姿勢で配置される。蟻溝用シール材１０の底面１１、１１の接触面と、両側面の接触面とで、蟻溝２２に対する位置決めがなされる。これにより、蟻溝内で、シール材が捻れることが防げ、また、蟻溝が下向きに開口しているような状態でも、内部に装着されたシール材は、蟻溝の開口縁よりも内側の内斜面で面接触しているので、蟻溝から落下することがない。蟻溝が、開閉蓋の底面に下向きに設けられている場合などに、極めて有効である。

〔蟻溝用シール材の封止機能〕
図３（ｂ）に示すように、蟻溝２２を備えた部材２０に対して、別の部材３０が配置される。部材２０、３０を、図示を省略した締め付けボルトなどで締め付け固定することで、両部材２０、３０が接合一体化される。
このとき、部材３０の表面が蟻溝用シール材１０の上端すなわち凸部１２の頂部１２ａに当接し、蟻溝用シール材１０を上下方向に押しつぶすように変形させる。
蟻溝用シール材１０が上下方向に圧縮されることで、頂部１２ａは円弧が平坦に押しつぶされるようになり、部材３０の表面と一定の面積で圧接される。この圧接によって、蟻溝用シール材１０と部材３０との間に必要なシール面圧が確保され、封止機能が発揮される。

凸部１２の頂部１２ａが押圧されると、凹部１３の空間によって、凸部１２は下方向に沈むように変形するため、左右の凸部斜辺１２ｃ、１２ｃは、過剰に外側に膨出することがない。その上で、凸部１２の裾１２ｂが蟻溝の内部で開口よりも内側に位置していることにより、蟻溝の開口縁に引っ掛かることによる応力集中や、蟻溝の開口より外側に食み出すことによる噛み込みが生じたりすることが防止できる。
凸部１２が下方向に沈むように変形するのに対して、蟻溝内部においては、凸部１２から伝わる力によって、斜辺１５、１５が蟻溝の両側面に圧接され、シール材の底面１１、１１が蟻溝の底面に圧接される。このとき、圧縮前に、斜辺１５、１５において充分な面積で蟻溝の側面と接触しているため、圧縮後においても、接触面積が大きく変わることはなく、接触位置の移動もないので、シール材の両側面と蟻溝２２の両側面との間での摩擦はほとんど起こらない。次に、斜辺１５、１５やシール材の底面１１における圧接が充分に行われると、シール材１０は凹部１３へと体積を流動させる。この凹部１３への体積流動が、シール材の両側面と蟻溝の両側面との面接触部分において高い応力が発生することを抑制しており、摩擦によるシール材の損傷や欠落が良好に抑制されている。ただし、図３（ｂ）に見るように、凹部１３は、凸部１２から作用する下方向への力によって内側につぶれるのが幾分抑制されている。このシール材１０の変形に対する抵抗は、圧縮時における凹部１３の形状が三角形状に近い形であり、力の均衡がとれている状態であるためとも考えられる。以上のことは、圧縮時におけるシール材内部の応力分布を示す後述の図５からも明らかである。このように、凹部によって、シール材の両側面と蟻溝の両側面との接触部分における摩擦を抑制するという利点や、シール材への負荷を分散させて締め付け荷重が過大とならない利点を有しながらも、シール材の変形が適度に抑制されており、良好な応力バランスを発揮して、シール材への負担を少なくしながら適度な圧縮抵抗を得ることを可能としている。適度な圧縮抵抗が得られることで、メタルタッチの問題が生じず、封止機能にも優れたものとなっている。

〔蟻溝用シール材の封止機能〕
〔蟻溝用シール材の製造〕
（本発明にかかる蟻溝用シール材の製造）
図１、２に示す構造の蟻溝用シール材を製造した。
＜弾性材料＞
ベースゴムにＥＰＴ３０４５（三井化学社製ＥＰＤＭ系ゴム）を用い、加工助剤や、補強剤としてのカーボンブラック、老化防止剤、架橋剤などを配合して、弾性ゴム材料とした。

＜製造＞
各材料の配合物を、予備成形して、短冊状に裁断した。
予備成形体を、所定形状の金型に装着し、１７０℃×１５分で加熱加圧成形し、蟻溝用シール材を得た。
弾性ゴム材料の硬度は、Ａ８０／Ｓ（ＪＩＳ Ｋ６２５３）であった。
＜寸法＞
得られた蟻溝用シール材の、図２に示す断面形状における各寸法は以下のとおりであった。

Ｈ_１＝２０．５ｍｍ、
Ｈ_２＝４．０ｍｍ、
Ｈ_３＝１０．５ｍｍ、
Ｈ_４＝１１．５ｍｍ、
Ｈ_５＝１０．０ｍｍ、
Ｗ_１＝１８．３８ｍｍ、
Ｗ_２＝２４．０ｍｍ、
Ｗ_３＝１６．２ｍｍ、
Ｗ_４＝１０．０ｍｍ、
Ｗ_５＝３．０ｍｍ、
Ｗ_６＝８．０ｍｍ、
Ｗ_７＝１９．３８ｍｍ、
θ_１＝４８°、
θ_２＝４８°、
θ_３＝３０°、
θ_４＝２５°、
蟻溝用シール材は、上記断面形状であって、外径１９５６ｍｍ×１６０６ｍｍの矩形をなしている。

（比較用シール材の製造）
図４に示す構造の比較用シール材（ダルマ形）を製造した。
＜弾性材料および製造＞
上記本発明にかかる蟻溝用シール材の製造と同様にして行った。
＜寸法＞
得られた比較用シール材の、図４に示す断面形状における各寸法は以下のとおりであった。
Ｗ’_１＝１８．７ｍｍ、
Ｗ’_２＝１２．０ｍｍ、
Ｈ’_１＝２２．０ｍｍ、
Ｒ’_３＝６．０ｍｍ、
Ｈ’_２＝１１．５ｍｍ、
Ｒ’_１＝１．５ｍｍ、
Ｒ’_２＝２．５ｍｍ、
Ｗ’_３＝１５．７ｍｍ、
蟻溝用シール材は、上記断面形状であって、外径１９５６ｍｍ×１６０６ｍｍの矩形をなしている。

〔封止性能の評価〕
製造した蟻溝用シール材１０の性能を評価した。比較品として、上記比較用シール材を用いて、対比試験を行なった。
蟻溝の寸法：図２（ａ）に示す断面形状において、内幅Ｗ_０＝１７．４４ｍｍ、高さＨ_０＝１２．７５ｍｍ、内斜面角度θ_０＝４８°である。開口縁アールＲは１．０ｍｍとした。
＜平面ひずみモデル解析＞
解析に用いた材質条件：表面摩擦係数＝１．０、縦弾性係数＝１１．２５Ｎ／ｍｍ^２（１．１４７ｋｇｆ／ｍｍ^２）。

蟻溝用シール材１０（実施品）の圧縮時における内部応力を示す断面図を図５に、前記比較用シール材４０（比較品）の圧縮時における内部応力を示す断面図を図６に、それぞれ示す。図５，６では、高い応力が発生している部分を典型的にハッチングで示している。実際には、ハッチングを施した部分とハッチングを施していない部分とで、内部応力が明確に変化しているわけではなく、連続的に変化している。
比較品では左右の張出肩部４１，４１において蟻溝の両側面との間に高い応力が発生しているが（図６）、実施品では斜辺１５，１５と蟻溝の両側面との接触面のどの部分にも、高い応力は発生していない（図５）。したがって、シール材圧縮時にシール材の両側面と蟻溝の両側面との摩擦（特に蟻溝の開口縁との摩擦）によるパーティクルの発生が抑制できる。

なお、図５，６から、実施品でも、比較品と同様に、シール材の頂部から底面へと、上下方向に連続して高い応力が発生しており、上下方向に高い反発力が得られることが分かる。これは、例えば、シール材に加わる負荷が変動しても安定した封止機能を発揮できることを裏付けている。
＜シール性能試験＞
常用のシール試験装置を用いた。試験装置の蟻溝にシール材を装着し、所定の締め付け力で締め付けた状態で、シール材の片側の空間を真空吸引して、反対側の空間との間に圧力差を生じさせた。真空吸引側の圧力を測定して、シール材のシール性能を評価した。

その結果、実施品、比較品ともに、１０Ｐａ以下の高い真空度が得られ、実施品が比較品と同等の高い真空シール性能を確保できていることが分かった。
また、試験装置として、真空チャンバーの本体と、本体の上に被さる開閉蓋との間のシール構造に、実施品および比較品を装着して、真空チャンバー内を真空状態にした。開閉蓋の底面に蟻溝が設けられ、シール材が装着される。
実施品、比較品ともに、チャンバー本体と蓋との間に隙間が形成されており、メタルタッチは生じなかった。具体的には、前記隙間の間隔は、実施品では３．４５ｍｍ、比較品では３．３ｍｍであった。

さらに、真空チャンバーを継続的に使用して、蓋の開け閉めを繰り返したところ、顕微鏡による観察において、比較品では、シール肩部および溝側面との接触部の表面に磨耗粉および磨耗の痕跡が確認された（特に、シール肩部において顕著であった。）のに対して、実施品では、磨耗の痕跡はわずかであり、磨耗粉は確認されなかった。

本発明にかかる蟻溝用シール材は、例えば、高い気密性を要求される真空装置や配管機器などにおいて、部材同士の接合個所に装着されて接合個所の封止を図るシール材として好適である。

本発明の実施形態を表す蟻溝用シール材の断面図 蟻溝用シール材の寸法構造を示す模式図 蟻溝用シール材の使用状態を示す断面図 比較用シール材の断面図 蟻溝用シール材の圧縮時における内部応力を示す断面図 比較用シール材の圧縮時における内部応力を示す断面図 従来のシール材（ダルマ形）の断面図

符号の説明

１０ 蟻溝用シール材
１１ シール材の底面
１２ 凸部
１３ 凹部
１４、１５ 斜辺
２０ 下方部材
２２ 蟻溝
２４ 開口縁
３０ 上方部材

Claims (4)

1. 弾性材料からなり、蟻溝の底面と接する底面を備えるとともに、蟻溝の開口よりも上方に突出する凸部も備えてなり、部材同士の接合個所で一方の部材の表面に設けられた蟻溝に装着され他方の部材の表面と当接することで両部材間を封止するのに用いられる蟻溝用シール材であって、
   前記底面から内部にかけて凹部が設けられ、
   蟻溝内に位置したとき、前記凸部の両方の裾が蟻溝の内部で開口縁よりも内側に位置するとともに、
   両側面の各一部が蟻溝の両側面の各一部とそれぞれ面接触するようになっており、かつ、各接触面の上端と下端までの高さの差が、蟻溝の高さＨ_０に対し０．５Ｈ_０以上となるように設計されている、
   ことを特徴とする、蟻溝用シール材。
2. 前記凹部は、その断面形状が概略台形状である、請求項１に記載の蟻溝用シール材。
3. 断面形状において、高さＨ_０、開口幅Ｗ_０の蟻溝に対し、下記の寸法条件を満足する、請求項１または２に記載の蟻溝用シール材。
   全高Ｈ_１＝１．３５Ｈ_０〜１．７５Ｈ_０、
   前記接触面の下端となる位置の高さＨ_２＝０．２５Ｈ_０〜０．３５Ｈ_０、
   前記接触面の上端となる位置の高さＨ_３＝０．７５Ｈ_０〜０．９０Ｈ_０、
   前記接触面の上端となる位置の左右の距離Ｗ_１＝１．００Ｗ_０〜１．１５Ｗ_０、
   前記凹部の上面の高さＨ_５＝０．５５Ｈ_０〜０．８５Ｈ_０、
   前記凹部の上面の幅Ｗ_３＝０．１０Ｗ_０〜０．２０Ｗ_０。
4. 前記弾性材料が、ＥＰＤＭ系ゴム、フッ素ゴムからなる群から選ばれるいずれか１種の材料である、請求項１から３までのいずれかに記載の蟻溝用シール材。
   

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