JP4549749B2 - シール構造体 - Google Patents
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Description
本発明は、流体（真空）の密封に用いられる密封構造体に係り、特に、半導体製造装置又は液晶パネルの表面処理装置のチャンバーゲート部等に使用されるシール構造体に関する。
半導体製造装置又は液晶パネルの表面処理装置に使用されるシール構造体には、図９（ａ）に示す環状の蟻溝42に装着されたＯリング41や、図９（ｂ）に示す金属部材45に形成された環状凹溝44に接着剤で固着された三又状の弾性シール43があった。
しかし、図９（ａ）に示すＯリング41は、蟻溝42内で姿勢が不安定で、Ｏリング41が蟻溝42から脱落したりシール性が充分に発揮できない場合があり、また、図９（ｂ）に示す弾性シール43は、接着剤で固着させるための処理工程が必要であり、また、弾性シール43が劣化した場合に金属部材45から剥がして金属部材45を再利用することが困難であった。
しかし、図９（ａ）に示すＯリング41は、蟻溝42内で姿勢が不安定で、Ｏリング41が蟻溝42から脱落したりシール性が充分に発揮できない場合があり、また、図９（ｂ）に示す弾性シール43は、接着剤で固着させるための処理工程が必要であり、また、弾性シール43が劣化した場合に金属部材45から剥がして金属部材45を再利用することが困難であった。
そして、上記問題を解決するために従来のシール構造体は、図９（ｃ）に示すように、金属部材45の表て面46に環状凹溝44が形成され、裏面47に拡大部48を有する貫通孔49が環状凹溝44の底面から裏面47に貫設されており、ゴム部材50が、貫通孔49内に一体状に固着されると共に環状凹溝44内にシール部51を形成していた（例えば、特許文献１参照）。このシール構造体によれば、接着剤を使用せずともシール部51を安定して環状凹溝44内に保持でき、さらに、金属部材45を再利用可能であった。
特許２７７９９４６号公報
しかし、図９（ｃ）に示す従来のシール構造体では、ゴム部材50の成型後の冷却過程に於てゴムの収縮により、シール部51の貫通孔49が配置されている部分に対応する表面に窪み（ヒケ）Ｚが生じ、シール性（密封性）が損なわれるという問題があった。一般的に、半導体製造装置又は液晶パネルの表面処理装置の気体収納室（真空室）の扉（蓋）を閉じるには、必要最小限の押圧力をもって行われるため、高い押圧力（圧縮力）をシール部51に及ぼすことができず、従って、窪み（ヒケ）Ｚによるシール性の低下をなくすことはできなかった。
そこで、本発明は、シール性に関する部位に窪み（ヒケ）Ｚが発生しないシール構造体を提供することを目的とする。
そこで、本発明は、シール性に関する部位に窪み（ヒケ）Ｚが発生しないシール構造体を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係るシール構造体は、金属製板部材と、シール部を形成すると共に該板部材に一体状に固着されたゴム部材と、を備えたシール構造体に於て、上記板部材は表て面に環状凹溝が形成され、さらに、裏面側に拡大開口端部を有する複数の貫通孔を、上記環状凹溝の底面から上記裏面に貫設し、さらに、上記環状凹溝の上記底面に当接状として配設され上記貫通孔の上記底面への開口部を部分的に閉じるように環状帯板材を設け、かつ、上記ゴム部材は、上記貫通孔に充填されると共に上記環状帯板材を包囲して、上記環状凹溝内の上記シール部と一体に連設されている。
また、上記貫通孔の上記開口部を上記環状帯板材が、上記シール部の少なくともシールリップ中央部に対応する位置を、部分的に閉じるように設けられている。
また、環状帯板材には、上記環状凹溝の上記底面に対応する当接面側に於て、上記開口部に対向して切欠部が幅方向に形成され、さらに、環状帯板材の幅寸法を開口部の幅寸法より小さくなるように設定されている。
また、環状凹溝の両側壁は、上記板部材に相対的に接近する相手部材側に向かって相互に接近するように傾斜し、その両側壁の傾斜角度がそれぞれ０°＜θ≦10°、好ましくは、１°≦θ≦10°に設定されている。
また、上記板部材に相手部材が相対的に接近して、シール部が該相手部材から圧縮荷重を受けた圧縮使用状態に於て、環状帯板材の幅寸法をシール部の相手部材と密着するシールリップ幅寸法以上になるように設定している。
また、環状凹溝が直線部及び曲線部とを備え、環状凹溝の上記直線部に配置される各貫通孔の間隔が、環状凹溝の上記曲線部に配置される各貫通孔の間隔より大きくなるように設定したものである。
本発明は、次のような著大な効果を奏する。
本発明に係るシール構造体によれば、シール部のシール性に関する部位に窪み（ヒケ）Ｚが発生することがなく、高い密封性（シール性）を発揮する。
また、半導体製造装置又は液晶パネルの表面処理装置のチャンバーゲート等に適用して、密封室部の扉（蓋）を開ける（相手部材が板部材から相対的に離れる）際に、シール部が扉（相手部材）に密着して剥がれゴム部材が破損する虞れがない。
また、ゴム部材を板部材から容易に剥がすことができ、板部材を再利用することができる。
本発明に係るシール構造体によれば、シール部のシール性に関する部位に窪み（ヒケ）Ｚが発生することがなく、高い密封性（シール性）を発揮する。
また、半導体製造装置又は液晶パネルの表面処理装置のチャンバーゲート等に適用して、密封室部の扉（蓋）を開ける（相手部材が板部材から相対的に離れる）際に、シール部が扉（相手部材）に密着して剥がれゴム部材が破損する虞れがない。
また、ゴム部材を板部材から容易に剥がすことができ、板部材を再利用することができる。
以下、実施の形態に示す図面に基づき本発明を詳説する。
図１〜図７に示す第１の実施の形態に於て、40は、金属製の板部材１と、板部材１に一体状に固着されるゴム部材２と、環状帯板材11と、から成るシール構造体であり、板部材１は平面視して角が丸みを帯びた略矩形であり、その表て面４に環状凹溝６が形成されている。ゴム部材２はシール部３を有している。13は板部材１の表て面４に相対的に接近する相手部材であり、図３、図４及び図６は、シール部３が相手部材13から圧縮荷重を受けていない状態──未圧縮状態──を示し、図７は、シール部材３が相手部材13から圧縮荷重を受けている状態──圧縮使用状態──を示す。また、図７に於て、19は真空雰囲気、または、プラズマ化したガス等の腐食ガス存在空間（チャンバーゲート内）であり、20は大気存在空間を示す。
図１〜図７に示す第１の実施の形態に於て、40は、金属製の板部材１と、板部材１に一体状に固着されるゴム部材２と、環状帯板材11と、から成るシール構造体であり、板部材１は平面視して角が丸みを帯びた略矩形であり、その表て面４に環状凹溝６が形成されている。ゴム部材２はシール部３を有している。13は板部材１の表て面４に相対的に接近する相手部材であり、図３、図４及び図６は、シール部３が相手部材13から圧縮荷重を受けていない状態──未圧縮状態──を示し、図７は、シール部材３が相手部材13から圧縮荷重を受けている状態──圧縮使用状態──を示す。また、図７に於て、19は真空雰囲気、または、プラズマ化したガス等の腐食ガス存在空間（チャンバーゲート内）であり、20は大気存在空間を示す。
板部材１には、環状凹溝６の底面９から板部材１の裏面５へ複数の貫通孔７を貫設し、貫通孔７は裏面５側に幅広に形成された抜け止め用の拡大開口端部８を有している。貫通孔７と拡大開口端部８は横断面円形に形成されているが、他の形状であってもよい。また、貫通孔７は底面９への開口部10を有する。
また、シール部３の横断面は相手部材13側に三股状に突出部を有する略山の字形であり、その中央の突出部が相手部材13と密着するシールリップ21である。図５に示すように、環状凹溝６内には環状帯板材11が、開口部10を部分的に閉じるように底面９に当接して配置され、かつ、図示省略の金型内に設置され、拡大開口端部８側から貫通孔７内にゴム材料を注入し（シール部３を形成する）キャビティ内に充填され、シール部３が形成される。その後、加熱によって、ゴム部材２が加硫される。このようにして、ゴム部材２は、環状凹溝６内にシール部３を形成すると共に環状帯板材11を包囲している。具体的には、環状帯板材11は、少なくともシールリップ21の頂点部分であるシールリップ中央部15に対応する開口部10の位置を、部分的に閉じるように設けられている。
さらに、図７に示す圧縮使用状態に於て、環状帯板材11の幅寸法Ｗｍは、シールリップ21の相手部材13と密着するシールリップ幅寸法Ｗｓ以上になるように設定されている。
さらに、図７に示す圧縮使用状態に於て、環状帯板材11の幅寸法Ｗｍは、シールリップ21の相手部材13と密着するシールリップ幅寸法Ｗｓ以上になるように設定されている。
また、環状凹溝６の底面９に対応する環状帯板材11の当接面18には、開口部10に対向して切欠部12が環状帯板材11の幅方向に形成されている。さらに、環状帯板材11の幅寸法Ｗｍは、開口部10の幅寸法Ｂより小さくなるように設定されている（図６参照）。
図１と図２に示すように、環状凹溝６は平面視して角が丸みを帯びた略矩形の環状に形成され、直線部16と曲線部17とを備えている。さらに、直線部16に配置される各貫通孔７の間隔Ａ1 は、曲線部17に配置される各貫通孔７の間隔Ａ2 より大きくなるように設定されている。具体的に説明すると、相手部材13が板部材１から相対的に離れる（圧縮使用状態から未圧縮状態へと変化する）際に、ゴム部材２のシール部３が相手部材13に密着している場合は、相手部材13に引っ張られて環状凹溝６から抜け出たりゴム部材２から剥離する虞れがあるが、このことは環状凹溝６の直線部16よりも曲線部17で起こり易く、曲線部17に配置される各貫通孔７は、シール部３の強度を維持するのに必要な間隔で配置されなければならない。しかし、直線部16に配置される各貫通孔７は、曲線部17の各貫通孔７と同様の間隔で配置される必要はなく、板部材１を再利用する場合にゴム部材２を板部材１から剥がし易くするため、直線部16に配置される貫通孔７の個数は最小限に（間隔Ａ1 を間隔Ａ2 より大きく）設定されている。なお、環状凹溝６の平面視の形状は、円形や楕円形、又はそれ以外の形状であってもよい。
相手部材13が板部材１から相対的に離れる（圧縮使用状態から未圧縮状態へと変化する）際、シール部３が剥離するのを防止するために、環状凹溝６の両側壁14，14は、相手部材13側に向かって相互に接近するように傾斜し、その両側壁14，14の傾斜角度θはそれぞれ０°＜θ≦10°、好ましくは、１°≦θ≦10°に設定されている（図６参照）。傾斜角度θが０°以下である場合、シール部３が相手部材13に引っ張られて剥離することを抑制できず、傾斜角度θが10°を超える場合は、環状凹溝６の加工が困難となる。
板部材１は、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス（ＳＵＳ）、鋼（炭素鋼、特殊鋼）等で成型され、中でも、軽量という点でアルミニウム、アルミニウム合金が好ましい。さらに、板部材１の素材として、アルミニウム、アルミニウム合金を使用する場合は、板部材１の表面をアルマイト処理を施したものが特に好ましい。そのようにすることで、腐食ガスによる板部材１の腐食（劣化）を防止できる。また、他の素材を用いた場合も、それぞれ腐食防止用の表面処理を施すことが好ましい。
また、ゴム部材２は、シリコーンゴム製又はフッ素ゴム製であるが、半導体製造装置等内で行われる処理作業およびシール性の維持によって、適宜、材料を選定する。例えば、プラスイオン、マイナスイオンとなった原子が存在する環境下でシール構造体40を使用する場合（エッチングを行う）は、ゴム部材２はシリコーンゴム製が好ましく、電気的に中性な環境下でシール構造体40を使用する場合（エッチングを行う）や、エッチングが行われている箇所から離れている箇所でシール構造体40を使用する場合は、ゴム部材２はフッ素ゴム製が好ましい。特に、酸素プラズマ処理（酸素ラジカル状態）の環境下でシール構造体40を用いる場合、ゴム部材２は以下に記す耐酸素プラズマ性に優れた（ア）又は（イ）の素材から成型されることが好ましい。
（ア）は、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、又は、及び、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン−四フッ化エチレン共重合体 100重量部に対して、硫酸バリウム20〜100 重量部を配合して成る組成物をポリオール加硫した素材である。
（イ）は、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、又は、及び、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン−四フッ化エチレン共重合体 100重量部に対して、さらに四フッ化エチレン樹脂 0.5〜30重量部を配合して成る素材である。
（ア）は、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、又は、及び、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン−四フッ化エチレン共重合体 100重量部に対して、硫酸バリウム20〜100 重量部を配合して成る組成物をポリオール加硫した素材である。
（イ）は、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、又は、及び、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン−四フッ化エチレン共重合体 100重量部に対して、さらに四フッ化エチレン樹脂 0.5〜30重量部を配合して成る素材である。
図８に示す第２の実施の形態に於て、シール構造体40は未圧縮状態であり、環状帯板材11には切欠部12が形成されていない。相手部材13が板部材１から相対的に離れる（圧縮使用状態から未圧縮状態へと変化する）際、シール部３が剥離するのを防止するために、シールリップ21を細く成型し、圧縮使用状態で相手部材13と密着するシールリップ幅寸法Ｗｓを第１の実施の形態に於けるシールリップ幅寸法Ｗｓに比べて小さく設定されている。なお、図８に於て、図４と同一の符号は図４と同一の構成であるので、説明を省略する。
本発明は上述の実施の形態以外にも設計変更自由であり、例えば、シール部３として２つのシールリップ21，21を形成して、環状帯板材11は、少なくともシールリップ21の頂点部分であるシールリップ中央部15に対応する開口部10の位置を、部分的に閉じるように環状帯板材11を２本備え、それらがそれぞれのシールリップ21，21のシールリップ中央部15，15に対応する開口部10の位置を、部分的に閉じるように設けられていてもよい。また、１本の環状帯板材11が２つのシールリップ中央部15，15に対応する開口部10の位置を部分的に閉じるように設けても自由である。さらに、１本の環状帯板材11を用いる場合は、シール部３が相手部材13に引っ張られ剥離することがないように、切欠部12の底面部から環状帯板材11の当接面18と反対側の面へと貫通する孔部を設けて、その孔部にもゴム部材２を充填すると共にシール部３と連結し、シール部３の強度を向上させてもよい。
上述した本発明であるシール構造体40の使用方法（作用）について説明する。
まず、図６に示すように、シール構造体40は未圧縮状態であり、次に、相手部材13が板部材１に相対的に近接し、ゴム部材２のシール部３を圧縮して圧縮使用状態となる。このとき、シール部３のシールリップ21は相手部材13に密着し密封する。大気存在空間20から空気が処理作業を行う空間（チャンバー内）19へ浸入するのを防止すると共に、処理作業を行う空間（チャンバー内）19の真空環境下を保ち、また、腐食ガスが大気中（大気存在空間20）に漏洩することを防止する（シール性を保つ）。また、相手部材13が板部材１から相対的に離れると、シール部は圧縮使用状態から未圧縮状態へと戻る。このとき、シール部３が相手部材13と密着したまま相手部材13が板部材１から相対的に離れた場合、環状凹溝６の両側壁14，14は、シール部３が相手部材13に引っ張られるのを抑制する。
まず、図６に示すように、シール構造体40は未圧縮状態であり、次に、相手部材13が板部材１に相対的に近接し、ゴム部材２のシール部３を圧縮して圧縮使用状態となる。このとき、シール部３のシールリップ21は相手部材13に密着し密封する。大気存在空間20から空気が処理作業を行う空間（チャンバー内）19へ浸入するのを防止すると共に、処理作業を行う空間（チャンバー内）19の真空環境下を保ち、また、腐食ガスが大気中（大気存在空間20）に漏洩することを防止する（シール性を保つ）。また、相手部材13が板部材１から相対的に離れると、シール部は圧縮使用状態から未圧縮状態へと戻る。このとき、シール部３が相手部材13と密着したまま相手部材13が板部材１から相対的に離れた場合、環状凹溝６の両側壁14，14は、シール部３が相手部材13に引っ張られるのを抑制する。
以上のように、本発明であるシール構造体40は、金属製板部材１と、シール部３を形成すると共に板部材１に一体状に固着されたゴム部材２と、を備えたシール構造体に於て、板部材１は表て面４に環状凹溝６が形成され、さらに、裏面５側に拡大開口端部８を有する複数の貫通孔７を、環状凹溝６の底面９から裏面５に貫設し、さらに、環状凹溝６の底面９に当接状として配設され貫通孔７の底面９への開口部10を部分的に閉じるように環状帯板材11を設け、かつ、ゴム部材２は、貫通孔７に充填されると共に環状帯板材11を包囲して、環状凹溝６内のシール部３と一体に連設されているので、シールリップ21のシール性に関する部位（圧縮使用状態に於てシール部３の相手部材13と密着する部分）に窪み（ヒケ）Ｚが発生することがなく、高い密封性（シール性）を発揮する。
また、貫通孔７の開口部10を環状帯板材11が、シール部３の少なくともシールリップ中央部15に対応する位置を、部分的に閉じるように設けられているので、シールリップ21のシール性に関する部位（圧縮使用状態に於てシール部３の相手部材13と密着する部分）に窪み（ヒケ）Ｚが発生することがなく、高い密封性（シール性）を発揮する。
また、環状帯板材11には、環状凹溝６の底面９に対応する当接面18側に於て、開口部10に対向して切欠部12が幅方向に形成され、さらに、環状帯板材11の幅寸法Ｗｍを開口部10の幅寸法Ｂより小さくなるように設定したので、ゴム部材２はシール部３と強固に一体に連設されて、シール部３が相手部材13に引っ張られ剥離することがない。また、シール部３が相手部材13から圧縮荷重を受けても破損することがない。
また、環状凹溝６の両側壁14，14は、板部材１に相対的に接近する相手部材13側に向かって相互に接近するように傾斜し、その両側壁14，14の傾斜角度θがそれぞれ０°＜θ≦10°（好ましくは、１°≦θ≦10°）に設定されたので、シール部３が相手部材13と密着したまま相手部材13が板部材１から相対的に離れた場合に、環状凹溝６の両側壁14，14は、シール部３が相手部材13に引っ張られるのを抑制する。このことにより、シール部３が相手部材13に引っ張られてゴム部材２から剥離するのを防止できる。
また、板部材１に相手部材13が相対的に接近して、シール部３が相手部材13から圧縮荷重を受けた圧縮使用状態に於て、環状帯板材11の幅寸法Ｗｍをシール部３の相手部材13と密着するシールリップ幅寸法Ｗｓ以上になるように設定したので、シールリップ21のシール性に関する部位（圧縮使用状態に於てシール部３の相手部材13と密着する部分）に窪み（ヒケ）Ｚが発生することがなく、高い密封性（シール性）を発揮する。
また、環状凹溝６が直線部16及び曲線部17とを備え、環状凹溝６の直線部16に配置される各貫通孔７の間隔Ａ1 が、環状凹溝６の曲線部17に配置される各貫通孔７の間隔Ａ2 より大きくなるように設定したので、相手部材13が板部材１から相対的に離れる際に、シール部３が相手部材13に引っ張られて環状凹溝６から抜け出たりゴム部材２から剥離することを防止し、かつ、ゴム部材２が劣化して交換が必要な場合等は、ゴム部材２を板部材１から容易に剥がすことができ、板部材１を再利用することができる。特に大型のシール構造体に対しては効果的である。
１ 板部材 ２ ゴム部材 ３ シール部 ４ 表て面 ５ 裏面 ６ 環状凹溝 ７ 貫通孔 ８ 拡大開口端部 ９ 底面
10 開口部
11 環状帯板材
12 切欠部
13 相手部材
14 側壁
15 シールリップ中央部
16 直線部
17 曲線部
18 当接面
Ａ1 直線部に配置される各貫通孔の間隔
Ａ2 曲線部に配置される各貫通孔の間隔
Ｂ 開口部の幅寸法
Ｗｍ 環状帯板材の幅寸法
Ｗｓ シールリップ幅寸法
θ 傾斜角度
10 開口部
11 環状帯板材
12 切欠部
13 相手部材
14 側壁
15 シールリップ中央部
16 直線部
17 曲線部
18 当接面
Ａ1 直線部に配置される各貫通孔の間隔
Ａ2 曲線部に配置される各貫通孔の間隔
Ｂ 開口部の幅寸法
Ｗｍ 環状帯板材の幅寸法
Ｗｓ シールリップ幅寸法
θ 傾斜角度
Claims (6)
- 金属製板部材（１）と、シール部（３）を形成すると共に該板部材（１）に一体状に固着されたゴム部材（２）と、を備えたシール構造体に於て、
上記板部材（１）は表て面（４）に環状凹溝（６）が形成され、さらに、裏面（５）側に拡大開口端部（８）を有する複数の貫通孔（７）を、上記環状凹溝（６）の底面（９）から上記裏面（５）に貫設し、さらに、上記環状凹溝（６）の上記底面（９）に当接状として配設され上記貫通孔（７）の上記底面（９）への開口部（10）を部分的に閉じるように環状帯板材（11）を設け、かつ、上記ゴム部材（２）は、上記貫通孔（７）に充填されると共に上記環状帯板材（11）を包囲して、上記環状凹溝（６）内の上記シール部（３）と一体に連設されていることを特徴とするシール構造体。 - 上記貫通孔（７）の上記開口部（10）を上記環状帯板材（11）が、上記シール部（３）の少なくともシールリップ中央部（15）に対応する位置を、部分的に閉じるように設けられている請求項１記載のシール構造体。
- 環状帯板材（11）には、上記環状凹溝（６）の上記底面（９）に対応する当接面（18）側に於て、上記開口部（10）に対向して切欠部（12）が幅方向に形成され、さらに、環状帯板材（11）の幅寸法（Ｗｍ）を開口部（10）の幅寸法（Ｂ）より小さくなるように設定した請求項１又は２記載のシール構造体。
- 環状凹溝（６）の両側壁（14)(14）は、上記板部材（１）に相対的に接近する相手部材（13）側に向かって相互に接近するように傾斜し、その両側壁（14)(14）の傾斜角度（θ）がそれぞれ０°＜θ≦10°に設定された請求項１，２又は３記載のシール構造体。
- 上記板部材（１）に相手部材（13）が相対的に接近して、シール部（３）が該相手部材（13）から圧縮荷重を受けた圧縮使用状態に於て、環状帯板材（11）の幅寸法（Ｗｍ）をシール部（３）の相手部材（13）と密着するシールリップ幅寸法（Ｗｓ）以上になるように設定した請求項１，２，３又は４記載のシール構造体。
- 環状凹溝（６）が直線部（16）及び曲線部（17）とを備え、環状凹溝（６）の上記直線部（16）に配置される各貫通孔（７）の間隔（Ａ1 ）が、環状凹溝（６）の上記曲線部（17）に配置される各貫通孔（７）の間隔（Ａ2 ）より大きくなるように設定した請求項１，２，３，４又は５記載のシール構造体。
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