JP4430884B2 - 蟻溝用シール材 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蟻溝用シール材に関し、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。
【０００２】
【従来の技術】
気密性を必要とされる封止個所のシール構造として、断面台形状をなす蟻溝を利用する技術が知られている。
蟻溝構造は、装着したシール材が脱落し難いという利点がある。開閉を繰り返すゲートバルブなどに適した構造であるとされている。
このような蟻溝を利用するシール構造において、密封性などの性能を向上させるために、シール材の形状や構造を改善する技術が種々提案されている。
特許文献１には、大きな弧状部分と小さな弧状部分とが直線辺でつなげられ、おおよそ涙滴形状をなす蟻溝用シール材が提案されている。蟻溝に対して、シール材の小さな弧状部分から先に押し込むことで装着が容易になる。装着状態では、蟻溝の底面に一つの直線辺が当接し、小さな弧状部分が蟻溝の片側の奥隅に嵌り込み、別の直線辺が蟻溝の傾斜した内面に当接することで、安定した状態で配置され、ねじれを起こし難いとされている。
【０００３】
本件特許出願人が先になした特許出願に係る特許文献２には、３方向に突出する円弧状の突出部と、各突出部の間にそれぞれ配置される凹入部とで構成された蟻溝用シール材が示されている。蟻溝への装着時に、蟻溝用シール材の一つの凹入部を蟻溝の開口縁に配置した状態で、この凹入部を基点にして対向する円弧状突出部側を蟻溝の内部に押し込むことで、蟻溝の狭い開口を比較的容易に通過できる。蟻溝に装着された状態では、蟻溝の底面に左右対称形で配置された一対の円弧状突出部が当接し、残りの一つの円弧状突出部が中央で蟻溝と対向する部材に当接することによって、良好な弾力的変形あるいは封止機能が果たせる。
【０００４】
【特許文献１】
特表平９−５１０２８６号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２００２−１３０４８１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記した先行技術においても、蟻溝への装着が行い難かったり、蟻溝からの脱落が生じ易くなったりするという問題がある。
特許文献１の技術は、涙滴型の蟻溝用シール材を、小さな弧状部分を下向きにして蟻溝に挿入した後、全体を捻るようにして、小さな弧状部分を片側の奥隅に押し込まなければならない。狭い蟻溝内で蟻溝用シール材の全体を適切に捻る動作は難しく、装着の方向性があるため、誤装着を起こし易い。蟻溝の上方からは、小さな弧状部分が片側の奥隅に確実に配置されたか否かを確認できず、装着が不十分なままで使用されてしまう心配がある。また、蟻溝に対するシール材の占有率が小さくなるため、繰り返し圧縮された場合には、蟻溝の内壁面との接触を繰り返し、摩擦によってパーティクルが発生し易い。
【０００７】
特許文献２の技術は、特許文献１の涙滴型シール材に比べると、蟻溝への装着は容易である。それでも、前記凹入部を基点として対向する円弧状突出部側の旋回押し込み動作には大きな力が必要である。これは、円弧状突出部の全体を弾力変形させなければ、蟻溝の開口を通過させることができないためであると考えられる。ゲートバルブの開放動作時など、蟻溝用シール材による封止を解除しようとしたときに、蟻溝用シール材が相手側部材について蟻溝から抜け出してしまうことが起こる。この固着現象は、封止個所にグリースやコーティングなどの固着防止手段が施せない半導体製造装置のゲートバルブなどに適用したときに、ゴムなどからなるシール材と金属部材との間で顕著に生じる現象である。装着時に基点として利用される凹入部に対して左右対称位置に配置されている凹入部は、装着機能には関与せず、３個所に凹入部がある分だけ蟻溝用シール材の弾力的な反発力や封止機能を損なう可能性がある。
【０００８】
本発明の課題は、蟻溝への装着が行い易く、良好な封止機能を発揮でき、封止個所の開放時に相手側部材に固着したまま蟻溝から抜け出してしまうことが起こり難い蟻溝用シール材を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる蟻溝用シール材は、部材同士の接合個所で何れか一方の部材の表面に設けられた蟻溝に嵌め込まれて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蟻溝用シール材であって、弾性変形可能な材料からなり、断面形状において、前記蟻溝の底面に配置される直線状底辺と、前記蟻溝と対向する位置において前記他方の部材の表面に当接する弧状凸辺と、前記底辺の一端につながり外側に張り出す第１張出辺と、前記第１張出辺と前記弧状凸辺との間に位置する凹入部と、前記直線状底辺の他端につながり外側に張り出す直線で構成される第２張出辺と、前記第１張出辺とは反対側において一端が前記弧状凸辺につながり他端が前記第２張出辺につながる直線状の傾斜辺と、前記直線状底辺から第２張出辺を経て傾斜辺にいたる間に構成される少なくとも１個所の角部とを備え、前記蟻溝に嵌め込む際には、蟻溝の開口縁に前記凹入部が配置され、この凹入部を基点にして蟻溝用シール材の全体が蟻溝の内部に向かうよう旋回させられ、前記角部の周辺が弾性変形させられて蟻溝に押し込まれる。
なお、以下の記載において、「直線状底辺」を「直線底辺」と表記することがある。
【００１０】
〔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、接合個所を高い機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が挙げられる。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。特に、シール材が金属部材に固着し易い個所に適している。具体的には、グリースやコーティングによる固着防止手段が適用できない用途や、熱やガスとの接触などで固着が進行し易い個所に適している。
【００１１】
何れの場合も、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。
【００１２】
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、多角形状等、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。
【００１３】
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。具体例として、フッ素ゴム、シリコンゴム、ＥＰＤＭ系ゴムが挙げられる。より具体的には、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、半導体製造技術分野において、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。乾燥用チャンバーの開閉蓋個所に使用される場合、耐薬品性やクリーン性に優れ、コストも安価なＥＰＤＭ系ゴムが好ましい。
【００１４】
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。
シール材の断面形状は、直線底辺、弧状凸辺、第１張出辺、凹入部、第２張出辺、傾斜辺、角部とを備えている。全体の概略形状が、ハート形を平坦面に斜め状態で置いた形状（以下では「斜めハート形」と称することがある）をなしている。
＜直線底辺＞
シール材を蟻溝に装着したときに蟻溝の底面に配置され直線状をなす。相手側部材と接触しておらず圧接力が加わっていない状態でも、蟻溝の底面と面接触をする。
【００１５】
直線底辺の長さが十分にあれば、封止解除動作の際に、シール材と相手側部材との固着力よりも、蟻溝によるシール材の固定力のほうが大きくなり、シール材が蟻溝から抜け出ることが良好に防止できる。要求される封止機能や蟻溝およびシール材の全体寸法によっても異なるが、直線底辺の長さＬ0を、シ−ル材の全幅Ｙに対して、Ｌ0／Ｙ＝０．３５〜０．６に設定できる。
＜弧状凸辺＞
蟻溝と対向する他方の部材すなわち相手側部材の表面に当接する。相手側部材に圧接されて弾力的に変形することで、適切な封止機能を果たす。
【００１６】
弧状とは、円弧状のほか、楕円弧状などの滑らかな曲線弧状をなすものも含まれる。相手側部材と当接する個所の曲率半径によって、弾力的な変形性や相手側部材との接触面積、接触面圧の分布などが変わる。通常の蟻溝用シール材における相手側部材との当接個所における曲率半径と同様の範囲が採用できる。シール材全体の寸法や要求性能によっても異なるが、相手側部材と当接する個所における弧状凸辺の曲率半径をＲ1、シール材の全高をＨとすると、Ｒ1／Ｈ＝０．２５〜０．３に設定できる。
＜第１張出辺＞
直線底辺の一端につながり直線底辺の端部よりも外側に張り出す。蟻溝に装着された状態で、蟻溝の内部で開口よりも外側で蟻溝の傾斜面の下側空間に収容される。
【００１７】
第１張出辺の形状は、全体が凸形状をなしていれば、特に限定されない。具体的には、円弧状などの曲線形状、複数の直線で構成する屈曲線形状、曲線形状と直線形状との組み合わせが挙げられる。第１張出辺が弧状をなす場合、その曲率半径Ｒ2は、弧状凸辺の曲率半径Ｒ1に対して、Ｒ1／Ｒ2＝０．９５〜１．０５に設定できる。通常は、Ｒ1＝Ｒ2でよい。
第１張出辺は、直線底辺を十分な長さで確保するのに有効である。封止解除動作時に、シール材が蟻溝から引き出されようとしても、第１張出辺が蟻溝の傾斜面に当接して抵抗力を発揮し、シール材の抜け出しを防止するのにも役立つ。
【００１８】
＜凹入部＞
第１張出辺と前記弧状凸辺との間に配置される。シール材を蟻溝に装着する際に、蟻溝の開口縁に配置されることで、シール材を旋回させて蟻溝に押し込む際の基点になる。
このような機能を果たすことができれば、その形状は特に限定されない。蟻溝の開口縁に合わせた形状が採用できる。例えば、蟻溝の開口縁がアールを有する場合、このアールよりも少し大きな曲率半径を有する凹円弧状が採用できる。
＜第２張出辺＞
直線底辺の他端につながり直線で構成されて外側に張り出す。後述する角部を構成するための構造にもなる。
【００１９】
直線底辺の端部から斜め外向きに延びる１本の直線辺であってもよいし、直線底辺の端部から順次折れ曲がってつながる複数の直線辺の組み合わせであってもよい。一対すなわち２本の直線辺を互いに凸状に屈曲させて「へ」字状に組み合わせることができる。長さの異なる直線辺を組み合わせたり、屈曲角度を違えて直線辺を組み合わせたりすることもできる。さらに、目的とする機能が損なわれない範囲で、一部に曲線部分が含まれていてもよい。
蟻溝への装着時に、第２張出辺が蟻溝の内部で開口よりも外側で傾斜面の下方に配置される。前記した第１張出辺とともに、第２張出辺の張出量によって、直線底辺の長さが変わり、蟻溝からの抜け出し防止機能を高める。
【００２０】
第２張出辺に含まれる直線辺同士の交差位置、第２張出辺と直線底辺および傾斜辺との交差位置に構成される角部が、蟻溝への装着性を高めたり、蟻溝底面への固着力を高めたりする機能を果たす。
第２張出辺と直線底辺との交差個所で、直線底辺に対する第２張出辺の傾斜角度はθ1＝３０〜７０°に設定できる。
＜傾斜辺＞
一端が弧状凸辺のうち第１張出辺とは反対側の端部につながり他端が第２張出辺につながり直線状をなす。
【００２１】
弧状凸辺に対して滑らかにつながっていることが望ましい。第２張出辺とは、交差して角部が構成されることが望ましい。シール材を平坦面に配置したときの垂直方向に対してθ2＝３０〜４５°の傾斜角度を持たせることができる。
傾斜辺を有することで、第２張出辺の上方でシール材の厚みを十分に確保することができる。その結果、相手側部材で弧状凸辺が圧接されたときに、十分な反発力を生じさせて接触面圧を高めることができる。封止解除動作時に、第２張出辺から傾斜辺の部分が蟻溝の開口よりも外側で蟻溝の傾斜面に当接し、蟻溝の傾斜面に対してシール材の傾斜辺が広い範囲で面接触することで、シール材の抜け出しを強力に阻止することができる。
【００２２】
＜角部＞
直線底辺から第２張出辺を経て傾斜辺にいたる間に構成される。少なくとも１個所に存在していればよく、複数個所に構成される場合もある。
第２張出辺の形状によって、角部の配置数および位置が変わる。第２張出辺の下端が直線であれば、直線底辺と第２張出辺の直線部分との間に角部が構成される。第２張出辺が複数の直線部分を屈曲させて組み合わせている場合は、それぞれの屈曲個所に角部が構成される。第２張出辺の上端が直線であれば、第２張出辺の上端で傾斜辺との間に角部が構成される。
【００２３】
角部は、直線同士が交差する数学的な意味での交差点を意味する角部であってもよいし、直線同士の交差個所を小さなアールで丸めたものも角部の概念に含まれる。工業的に製造されるシール材の場合は、実質的に前記アールを有する角部になることが多い。アールの大きさは０．１〜０．５ｍｍに設定できる。
角部から凹入部までの距離の最大値Ｘを、蟻溝の開口幅Ｂに対して、Ｘ／Ｂ＝１．００〜１．１０の関係に設定できる。好ましくは、Ｘ／Ｂ＝１．０１〜１．０６である。
角部が一つであれば、その角部と凹入部とを結ぶ距離が距離Ｘになる。ここで角部と凹入部とを結ぶ距離とは、角部にアールがあったり凹入部が凹弧状であったりした場合に、それぞれの形状を直線で結ぶ最短の距離を意味する。角部が複数存在する場合は、それぞれの角部と凹入部とを結ぶ距離を比べて、最も長い距離を距離Ｘとする。
【００２４】
蟻溝にシール材を装着する際には、距離Ｘと開口幅Ｂとの差の分だけ、シール材を縮める方向に弾力変形させる必要がある。したがって、Ｘ／Ｂが小さいほど、装着時の変形量が少なくて済み、装着が容易になる。但し、Ｘ／Ｂが小さくなり過ぎると、蟻溝の内部で開口よりも外側に収容される部分が少なくなり、直線底辺の長さが十分に確保できなくなったり、封止解除動作時にシール材が蟻溝から抜け出し易くなったりする。
＜垂直辺＞
弧状凸辺と凹入部とは直接につながっていてもよいが、弧状凸辺と凹入部とをつなぐ垂直辺をさらに備えることができる。
【００２５】
垂直辺とは、シール材の直線底辺を平坦面に載せた状態で、平坦面あるいは直線底辺に対して直交する垂直方向に延びる辺である。
垂直辺を有することで、第１張出辺および凹入部を蟻溝の内部に収容した状態で、弧状凸辺の頂点から直線底辺までの距離すなわちシール材の全高を高くできる。封止状態で、シール材の高さ方向における圧縮変形量を増やして、接触面圧を高めることができる。また、蟻溝の開口の内縁とシール材との間に十分な隙間を設けるのにも役立つ。弧状凸辺の側面が蟻溝の開口縁と接触して損傷したり耐久性が損なわれたりすることを防ぐ。封止部分の開閉動作時に、蟻溝側の部材と相手側部材とが水平方向に少しぐらいずれてシール材が変形しても、弧状凸辺が蟻溝の開口縁に衝突することが防げる。
【００２６】
＜周長＞
環状の蟻溝に装着される環状のシール材は、環状の外周側に第１張出辺および凹入部が配置され、環状の内周側に第２張出辺、傾斜辺および角部が配置されることが望ましい。
このような配置構造を有するシール材の周長を調整することによって、シール材の性能をより効果的に発揮させることができる。
真空用途に使用される場合、蟻溝の周長に対してシール材の周長を短くしておくことが望ましい。蟻溝にシール材を装着した状態で、シール材の内周部分すなわち傾斜辺や第２張出辺の部分に構成される角部が、蟻溝の内周側面に当接するようにすることで、チャンバー内部空間に通ずる蟻溝空間が少なくなり、真空用のシール材に適するものとなる。本発明のシール材では、第２張出辺の構造が、装着を容易にする反面、脱落し易くなる傾向を有するが、装着状態でシール材の内径が伸長させられることで、シール材の保持力が高められる。また、装着動作時には、蟻溝の開口を通過したあと、直ちに内径側に縮んで所定の位置および姿勢で装着されるので、装着ミスが起こり難くなる。
【００２７】
さらに、シール材の周長が短い場合は、シール材が引き伸ばされた状態になり、シール材の弾力変形が生じたり内部応力が発生したりして、蟻溝に対するシール材の固定力が増大する。凹入部が蟻溝の開口縁に接触してシール材の噛み込みを生じ、凹入部に集中的に応力が発生することで強度や耐久性が低下する問題も防止できる。
シール材が環状の蟻溝に装着された状態で、シール材に外力が加わっていない自由状態に比べて、周長が１〜１０％伸ばされるようにしておくことが望ましい。好ましくは周長が４〜６％伸ばされるようにする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１、２に示すように、概略斜めハート形をなす蟻溝用シール材３０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６０〜７０ＨＡ程度の、フッ素ゴム、シリコンゴム、ＥＰＤＭ系ゴムが使用できる。
シール材３０は、一対の部材１０、２０の封止個所に装着される。一方の部材２０の表面には、環状の蟻溝１２が形成されている。蟻溝１２は、上端の開口から下端にかけてテーパー状に拡がる台形状をなしている。左右の傾斜面と平坦な底面を有する。開口の幅をＢで表す。開口縁には小さなアールが設けられている。左右の傾斜面と底面とが交わる隅角部にも丸みが付けられている。
【００２９】
〔全体の装着形態〕
図９、１０は、シール材３０の全体的な装着形態として、半導体製造装置のゲートバルブの封止部材であるシールプレート１０に組み込んだ場合を表す。
シールプレート１０は、矩形板状をなし、片面の外周に沿って矩形環状に蟻溝１２が配置されている。この蟻溝１２に蟻溝用シール材３０が装着される。シールプレート１０を、封止する相手側の部材であるゲートバルブの開口の外周に設けられた弁座面に圧接することで、ゲートバルブの開口を封止する。ゲートバルブの開閉動作によって、シールプレート１０は、弁座面に圧接されて接合個所を封止する状態と、蟻溝１２に装着されたシール材３０とともに弁座面から離れる状態とを繰り返す。
【００３０】
シール材３０の周長は、蟻溝１２の周長に対して少し短く形成されており、蟻溝１２に装着された状態では、シール材３０の周長が引き伸ばされた状態になっている。シール材３０が蟻溝１２の内周側に押し付けられた状態になっている。
〔蟻溝用シール材の構造〕
図２に示すシール材３０の断面輪郭形状を、蟻溝１２の底面に対応する水平線ｈと、水平線ｈと直交する垂直線ｖを基準にして説明する。
直線底辺３４は、水平線ｈに沿って延びており、蟻溝１２への装着時には、蟻溝１２の底面に当接する。直線底辺３４の長さがＬ0である。
【００３１】
直線底辺３４の左右には、第１張出辺３３と第２張出辺３５、３６とを有する。
第１張出辺３３は、曲率半径Ｒ2の円弧状をなし、直線底辺３４の端部から外側に張り出している。第１張出辺３３の上部は、小さな凹円弧状をなす凹入部３９に滑らかにつながっている。凹入部３９の上部は、垂直線ｖと平行な直線からなる垂直辺３２に滑らかにつながっている。垂直辺３２の上部は、曲率半径Ｒ1の円弧状をなす弧状凸辺３１に滑らかにつながっている。
第２張出辺３５、３６は、２本の直線辺３５、３６で構成されている。直線底辺３４の端部から斜め外向きに直線辺３５が延びている。直線底辺３４と直線辺３５との交差個所には角部３７ｃが存在する。直線底辺３４に対する直線辺３５の傾斜角度がθ1である。この実施形態の場合、傾斜角度θ1＝３０〜４０°程度に設定できる。直線辺３５の上端に、直線辺３５よりも傾斜角度が大きな次の直線辺３６がつながっている。直線辺３５と３６の交差個所にも角部３７ｂが存在する。直線辺３６の上端は、内向きに傾斜している傾斜辺３８につながっている。直線辺３６と傾斜辺３８との交差個所にも角部３７ａが存在する。傾斜辺３８の上端は弧状凸辺３１に滑らかにつながっている。傾斜辺３８の垂直線ｖに対する傾斜角度がθ2である。
【００３２】
シール材３０の全幅Ｙは、直線辺３６と傾斜辺３８との角部３７ａから第１張出辺３３の外周端までの距離となる。シール材３０の全高Ｈは、直線底辺３４から弧状凸辺３１の上端までの距離となる。角部３７ａ、３７ｂ、３７ｃから凹入部３９までの距離の最大値Ｘは、直線辺３５、３６の間の角部３７ｂから凹入部３９までの距離Ｘとなる。
〔蟻溝への装着形態〕
上記のような断面輪郭形状の各部の寸法は、装着する蟻溝１２に対して、図１に示すような装着形態が実現できるように設定される。具体的には、蟻溝１２の底面に直線底辺３４が当接する。傾斜辺３８と直線辺３６との角部３７ａが、蟻溝１２の内周側の傾斜面に当接する。第２張出辺３５、３６の全体は、蟻溝１２の開口よりも外側に張り出して蟻溝１２の傾斜面の下側に収容される。第１張出辺３３も、蟻溝１２の開口よりも外側に張り出して蟻溝１２の傾斜面の下側に収容される。凹入部３９は、蟻溝１２の開口よりも少し下方かつ内側に配置され、開口縁との間に少し隙間を有する。垂直辺３２は、蟻溝１２の開口縁よりも少し内側から開口縁の上方まで延びている。弧状凸辺３１は、部材１０の表面よりも突き出している。弧状凸辺３１の上端が、相手側部材２０の表面と対向している。弧状凸辺３１の蟻溝１２上方への突出量が、封止時の締め代になる。
【００３３】
前記したように、蟻溝１２に装着されたシール材３０は、周長が引き伸ばされた状態になっていることで、シール材３０の内周側の角部３７ａが、蟻溝１２の内周側の傾斜面に押し付けられた状態になる。シール材３０の凹入部３９および垂直辺３２は、蟻溝１２の外周側の傾斜面や開口縁から離れた状態になる。
〔蟻溝用シール材の装着〕
図３は、シール材３０の装着動作を段階的に２点鎖線で表している。
まず、シール材３０の凹入部３９を、蟻溝１２の開口縁に位置決めする。シール材３０の垂直辺３２を蟻溝１２の開口縁に当てた状態で滑らせるようにすれば、凹入部３９が確実に蟻溝１２の開口縁に位置決めされる。
【００３４】
凹入部３９を基点にして、第２張出辺３５，３６側を下向きに回すようにすると、第２張出辺３５、３６の一部が蟻溝１２の開口縁に当たる。具体的には、角部３７ｂに近い直線辺３５が蟻溝１２の開口縁に当たる。
シール材３０をさらに下向きに回して蟻溝１２に押し込むようにする。角部３７ｂの周辺でシール材３０が弾力的に変形させられて、角部３７ｂが蟻溝１２の開口縁を通過する。
シール材３０が蟻溝１２の開口を通過すれば、シール材３０はそのまま下方に移動し、シール材３０の直線底辺３４が蟻溝１２の底面に当接すれば、シール材３０は蟻溝１２に装着されることになる。
【００３５】
上記のような装着動作では、凹入部３９を蟻溝１２の開口縁に配置して位置決めした後、シール材３０の全体を回すようにして蟻溝１２に押し込むだけで、確実に適切な装着状態が得られる。凹入部３９は、視覚的にも確認しやすく表面を触って触感でも凹みが確認できるので、蟻溝１２の開口縁に凹入部３９を配置する動作を誤ることは起こり難い。凹入部３９を基点にすれば、シール材３０の押し込み動作は簡単で確実に行える。蟻溝１２に装着する際のシール材３０の弾力変形は、角部３７ｂの周辺のわずかな部分だけでよいので、比較的小さな力を加えるだけで、シール材３０の蟻溝１２への押し込みができる。角部３７ｂの部分が蟻溝１２の開口縁を通過すれば、蟻溝１２の内部でシール材３０を捻ったり大きく姿勢を変えたりすることなく、そのまま自然と蟻溝１２の底面にシール材３０の直線底辺が当接して所定の位置および姿勢で装着される。
【００３６】
このように、装着動作が容易であることから、シール材３０の製造時に寸法公差をそれほど厳格に規定しなくてもよいという利点がある。シール材３０の寸法が少しぐらい大き過ぎても、蟻溝１２への押し込み動作が困難になることはない。シール材３０の寸法が少しぐらい小さ過ぎても、蟻溝１２に装着された状態では、第１張出辺３３および第２張出辺３５，３６が蟻溝１２の開口よりも外側に張り出して、蟻溝１２からシール材３０が脱落することを確実に防ぐ。蟻溝１２内部に装着された状態では、直線底辺３４が蟻溝１２の底面と広い面積で接触することによって、転動や姿勢の変更、位置ずれなどを、良好に阻止することができる。
【００３７】
＜誤装着の検出＞
本発明のシール材３０は、特別な技術を要さず簡単かつ確実に、適切な装着状態が得られるが、作業手順を間違ったりして、誤装着が起きる場合もある。
例えば、図４に示すように、シール材３０の凹入部３９を蟻溝１２の開口縁に正確に当てた状態にしていなかったりして、シール材３０の全体が十分に蟻溝１２の内部に入る前に、凹入部３９が蟻溝１２の内部に落ち込んでしまうことが起きる場合がある。第１張出辺３３が直線底辺３４よりも先に蟻溝１２の底面に当たってしまう。この状態では、シール材３０をいくら蟻溝１２に強く押し込んでも、それ以上は押し込めなくなる。シール材３０を押し込めなくなった段階で、装着が適切に完了したと誤認される心配がある。
【００３８】
しかし、このような誤装着の状態では、蟻溝１２の上方に、第２張出辺３５、３６の中央の角部３７ｂ、および、傾斜辺３８と第２張出辺の直線辺３６との角部３７ａが露出したままになる。角部３７ａ、３７ｂは、周囲の曲面や平坦面とは明確に異なる稜線として視認できる。シール材３０が黒色などを呈していて各面の違いを見分け難い状態であっても、面と面とが交差する稜線は、明確に視認できる。また、蟻溝１２の外側でシール材３０の表面に沿って指を当てれば、稜線部分は周囲と明確に異なる感触を与える。
このような外観あるいは接触感の違いによって、誤装着であることが、容易に発見できる。その結果、誤装着に気がつかずに使用して封止不良やシール材３０の損傷などを起こすという問題が低減される。
【００３９】
〔蟻溝用シール材の封止機能〕
図５に示すように、蟻溝１２に装着されたシール材３０の上に、相手側部材２０が接触してくる。相手側部材２０は、シール材３０の弧状凸辺３１の頂点に当接して下向きに押圧する。弧状凸辺３１から下方に伝達された押圧力は、シール材３０の全体を弾力的に変形させる。弾力的に変形したシール材３０の反発力で、シール材３０と相手側部材２０との接触領域Ｌ2に高い接触面圧が生じ、接触領域Ｌ2が封止される。シール材３０の直線底辺３４も蟻溝１２の底面に圧接されるので、この接触領域Ｌ1にも高い接触面圧が発生して封止される。
【００４０】
なお、蟻溝１２の内部で、シール材３０は左右の側方に膨れるように変形する。その結果、円弧状の第１張出辺３３は、蟻溝１２の底面から傾斜面にかけて当接するように変形する。弧状凸辺３１から垂直辺３２を経て凹入部３９に至る形状も上下に圧縮されるとともに側方に拡がるように変形する。弧状凸辺３１は、上端面が平坦になる。但し、垂直辺３２と蟻溝１２の開口縁との間には、ある程度の隙間が維持される。
第２張出辺の直線辺３５，３６および傾斜辺３８も、蟻溝１２の底面から傾斜面に沿って変形する。上側の直線辺３６から傾斜辺３８が蟻溝１２の傾斜面に広い範囲で面接触する。この接触領域も封止機能に貢献する。下側の直線辺３５の一部は、蟻溝１２の隅角部を斜めに横切る形で配置される。
【００４１】
シール材３０の上端側における相手側部材２０との接触領域Ｌ2の長さと、シール材３０の下端側における蟻溝１２の底面との接触領域Ｌ1の長さとを比べると、Ｌ1＞Ｌ2になっている。蟻溝１２とシール材３０との固着力は、シール材３０と相手側部材２０との固着力よりも大きくなる。
＜接触面圧＞
図６は、シール材３０に作用する接触面圧の分布グラフを示している。シール材３０の下面側である蟻溝１２の底面との接触領域Ｌ1における接触面圧、および、シール材３０の上面側である相手側部材２０の表面との接触領域Ｌ2における接触面圧を表す。
【００４２】
まず、シール材３０の下面側（蟻溝底面側）について説明する。
グラフの原点は、図５において、シール材３０と蟻溝１２の底面との接触領域Ｌ1の左端に相当する。この原点から急激に接触面圧が上昇し、鋭く尖ったピークＰ1に至る。この上昇線は、シール材３０のうち、第２張出辺３５、３６から傾斜辺３８に至る部分の弾性的反発力によって生じている。ピーク点Ｐ1は、直線底辺３４と第２張出辺３５との角部３７ｃに対応する位置である。このように形状が断続変化する位置では、応力の集中などによって、接触面圧が極大化するものと推定できる。
【００４３】
前記ピークＰ1から先では接触面圧が下がる。但し、接触面圧が少し下がったあと、シール材３０の直線底辺３４に相当する領域では、接触面圧にはそれほど大きな変化は生じていない。
直線底辺３４から第１張出辺３３を経て接触領域Ｌ1の端部に至るところでも、接触面圧が上昇するピークＰ2がある。但し、この部分のピークＰ2は前記ピークＰ1よりは低く、かつ、尖りの少ない緩やかなピークＰ2になっている。これは、直線底辺３４から第１張出辺３３へは滑らかに形状が変化しているので、それほど極端に大きな応力集中が生じず、接触面圧が比較的緩やかに変化しているものと推定できる。第１張出辺３３の上方には凹入部３９が存在している分だけシール材３０の厚みが少なくなっており、このこともピークＰ2の高さがピークＰ1の高さよりも低くなる要因であると考えられる。
【００４４】
このような接触面圧の分布を有する場合、前記の尖ったピークＰ1における高い接触面圧が、シール材３０と蟻溝１２の底面との間における封止機能を格段に向上させることになる。しかも、シール材３０が蟻溝１２の底面に強固に固着した状態になることで、封止解除動作の際に、シール材３０が蟻溝１２から浮き上がることを抑える機能が高くなる。
次に、シール材３０の上面側（相手部材側）について説明する。
グラフの原点は、図５において、シール材３０と相手側部材２０の表面との接触領域Ｌ2の左端に相当する。接触面圧は、弧状凸辺３１の先端を頂点とする放物線を描く。頂点から両側に連続的に接触面圧が下がっている。
【００４５】
〔蟻溝用シール材の抜け出し防止〕
図７に示すように、ゲートバルブを開くときなどには、相手側部材２０が蟻溝１２を有する部材１０から引き離される。
高い接触面圧で圧接されていたシール材３０と相手側部材２０および蟻溝１２との間には、互いに固着してしまった固着領域Ｌ1´、Ｌ2´が生じている。
この状態で、相手側部材２０を引き離すと、シール材３０は、相手側部材２０との固着領域Ｌ2´と、蟻溝１２の底面との固着領域Ｌ1´との間で引き伸ばされるように変形する。上下の固着領域Ｌ1´、Ｌ2´で、固着力が小さいほうが先に剥がれることになる。
【００４６】
本来は、相手側部材２０とシール材３０との固着領域Ｌ2´が引き剥がされることで、シール材３０は蟻溝１２に装着されたままで残り、相手側部材２０だけが離れていくことになる。
しかし、シール材３０と蟻溝１２の底面との固着力が弱いと、シール材３０と蟻溝１２の底面との固着領域Ｌ1´が先に引き剥がされ、シール材３０は相手側部材２０に付いた状態で蟻溝１２から抜き出されてしまう問題が生じる。
特に、相手側部材２０の引き離し動作が、傾いた状態で引き離したり、ずれるような形で引き離したりすると、シール材３０と蟻溝１２の底面との固着力がある程度強くても、シール材３０と蟻溝１２の底面のほうが先に引き剥がされることが起こる。
【００４７】
この実施形態では、前記したように、蟻溝１２の底面とシール材３０の固着領域Ｌ1´には、その両端に接触面圧のピークＰ1、Ｐ2が存在するため、シール材３０と蟻溝１２との固着力は高く、容易に引き剥がされることはない。蟻溝１２の底面からシール材３０が引き剥がされるには、当然、固着領域の両端から中央へと徐々に剥がれていかなくてはならない。しかし、両端に接触面圧の高いピークが存在するので、このピーク点Ｐ1、Ｐ2における固着力を上回る引き剥がし力が加わらない限り、剥がれが中央側へと進行しないのである。
これに対し、シール材３０と相手側部材２０との固着領域Ｌ2では、シール材３０の弧状凸辺３１と相手側部材２０との間で作用する接触面圧が放物線状をなすので、固着力も、弧状凸辺３１の頂点がピークになり両側に緩やかに弱くなる。引き剥がし力は、固着領域の両端の弱い部分に作用してシール材３０と相手側部材２０とを引き剥がし、徐々に中央側に作用することで、固着領域の全体が容易に引き剥がされることになる。
【００４８】
以上の結果、シール材３０は、上端側における相手側部材２０との固着性と、下端側における蟻溝１２の底面との固着性との間に、極端に大きな違いが生じているので、シール材３０と相手側部材２０とは簡単に剥がれてしまい、シール材３０は蟻溝１２に収容された適切な装着状態を維持することができる。
さらに、図７において、シール材３０の傾斜辺３８が蟻溝１２の傾斜面に沿って広い範囲で当接した状態になり、この当接によって作用する抵抗力も、シール材３０が蟻溝１２から抜け出すことを阻止する機能を有効に果たす。
〔断面形状の違う実施形態〕
図８に示す実施形態の蟻溝用シール材３０は、基本的な構造は前記実施形態と共通するが、一部の形状が異なる。異なる点を主に説明する。
【００４９】
直線底辺３４と傾斜辺３８との間をつなぐ第２張出辺として、１本の直線辺３５のみが設けられている。直線辺３５の両端には角部３７ａ、３７ｃが構成されている。この実施形態における直線底辺３４と直線辺３５との傾斜角度θ1は、２本の直線辺３５，３６で第２張出辺を構成する図２などの実施形態よりも、少し大きな角度に設定されている。凹入部３９と第２張出辺３５とを結ぶ距離の最大値Ｘは、凹入部３９から角部３７ａまたは角部３７ｃまでの距離となる。シール材３０を蟻溝１２に装着する際には、角部３７ｃあるいは角部３７ａが蟻溝１２の開口を通過する際に、シール材３０の弾力的変形が必要になるが、何れも比較的に小さな力で変形させることができる。また、図４に示すような誤装着時には、やはり、角部３７ａが蟻溝１２の外に露出したままになるので、容易に検出することができる。
【００５０】
第１張出辺３３は、全体が円弧状をなすとともに、直線底辺３４の端部とつながる部分に直線辺３３ａを有する。したがって、直線底辺３４と第１張出辺３３との境界にも角部が存在することになる。このような形状では、図６に示すような接触面圧の分布が、直線底辺３４の両端の何れでも鋭く尖った高いピークを示すことになる。その結果、シール材３０と蟻溝１２の底面との封止機能は高くなり、固着力も増大し、封止解除動作でシール材３０が蟻溝１２から抜け出すことも良好に阻止される。
【００５１】
【発明の効果】
本発明にかかる蟻溝用シール材は、その断面形状に有する凹入部を蟻溝の開口縁に配置し第２張出辺側を旋回させるようにして蟻溝に押し込むことで、極めて容易に適切な姿勢でシール材を蟻溝に装着することができる。特に、第２張出辺側では、角部の近傍だけを局部的に弾力変形させれば、シール材の広い範囲を変形させずとも、蟻溝の内部に容易に押し込めるので、装着作業は非常に簡単になる。蟻溝用シール材を定期的に交換する必要がある半導体装置のゲートバルブなどの用途では、装着作業の能率化および装着の確実性は、実用的価値において極めて有用である。
【００５２】
また、直線底辺が広い範囲で蟻溝の底面に当接し、傾斜辺や第２張出辺などの形状を弾性変形させたときに発生する反発力によって、蟻溝の底面に強い接触面圧を発生させることができる。その結果、封止機能を向上させることができ、シール材の蟻溝底面に対する固着力が増大する。
特に、直線底辺と第２張出辺との角部付近で、極めて大きな接触面圧のピークが発生し、シール材を蟻溝の底面から引き剥がす力に対して強力な抵抗となる固着力を発揮する。その結果、封止解除動作の際に、シール材が相手側部材に固着したまま蟻溝から抜け出してしまうという問題が解消される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態を表す蟻溝用シール材の装着状態における断面図
【図２】 蟻溝用シール材の断面形状と寸法を示す輪郭図
【図３】 蟻溝用シール材の装着作業を示す動作説明図
【図４】 誤装着状態の断面図
【図５】 封止状態の断面図
【図６】 封止状態における接触面圧の分布グラフ図
【図７】 封止解除動作時の断面図
【図８】 断面形状の変更形態を示す断面図
【図９】 シールプレート装着時の平面図
【図１０】 同上の断面図
【符号の説明】
１０ 蟻溝形成部材
１２ 蟻溝
２０ 相手側部材
３０ 蟻溝用シール材
３１ 弧状凸辺
３２ 垂直辺
３３ 第１張出辺
３４ 直線底辺
３５、３６ 第２張出辺（直線辺）
３７ａ〜３７ｃ 角部
３８ 傾斜辺
３９ 凹入部

Claims (5)

1. 部材同士の接合個所で何れか一方の部材の表面に設けられた蟻溝に嵌め込まれて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蟻溝用シール材であって、
   弾性変形可能な材料からなり、
   断面形状において、前記蟻溝の底面に配置される直線状底辺と、前記蟻溝と対向する位置において前記他方の部材の表面に当接する弧状凸辺と、前記底辺の一端につながり外側に張り出す第１張出辺と、前記第１張出辺と前記弧状凸辺との間に位置する凹入部と、前記直線状底辺の他端につながり外側に張り出す直線で構成される第２張出辺と、前記第１張出辺とは反対側において一端が前記弧状凸辺につながり他端が前記第２張出辺につながる直線状の傾斜辺と、前記直線状底辺から第２張出辺を経て傾斜辺にいたる間に構成される少なくとも１個所の角部とを備え、
   前記蟻溝に嵌め込む際には、蟻溝の開口縁に前記凹入部が配置され、この凹入部を基点にして蟻溝用シール材の全体が蟻溝の内部に向かうよう旋回させられ、前記角部の周辺が弾性変形させられて蟻溝に押し込まれる、
   蟻溝用シール材。
2. 前記角部から前記凹入部までの距離の最大値Ｘが、前記蟻溝の開口幅Ｂに対して、Ｘ／Ｂ＝１．００〜１．１０の関係にある
   請求項１に記載の蟻溝用シール材。
3. 前記第２張出辺が、一対の直線辺を凸状に屈曲させてつないでなり、
   前記角部が、前記直線状底辺と第２張出辺との間、前記第２張出辺の屈曲個所、および、第２張出辺と傾斜辺との間の３個所に構成される
   請求項１または２に記載の蟻溝用シール材。
4. 前記弧状凸辺と凹入部とをつなぐ垂直辺をさらに備え、
   前記蟻溝への装着時に前記垂直辺と蟻溝の開口縁との間に隙間が生じる
   請求項１〜３の何れかに記載の蟻溝用シール材。
5. 前記蟻溝が環状をなしており、前記環状の蟻溝に対応する環状をなして前記蟻溝に装着され、
   前記環状の外周側に前記第１張出辺および凹入部が位置し、
   前記環状の内周側に前記第２張出辺、直線状傾斜辺および角部が位置し、
   前記環状の蟻溝に装着された状態で、自由状態に比べて、周長が１〜１０％伸ばされる
   請求項１に記載の蟻溝用シール材。

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