JP4871217B2 - アリ溝用シール材 - Google Patents

Description

この発明は、たとえば半導体製造や液晶製造等において用いられる真空装置に好適に使用されるアリ溝用シール材に関する。

このようなアリ溝用シール材として、下記特許文献１の装置を案出した。

このアリ溝用シール材は、断面形状が左右対称に形成され、断面形状における下端部が平らに形成されるとともに、この下端部の幅がアリ溝の開口部の幅よりも狭く形成されている。そして、下端部の両側から上に向けてテーパ状の傾斜面が形成され、アリ溝の深さ内において断面形状のうち最も幅広の最大幅部が形成されている。この最大幅部の幅寸法は、アリ溝も開口部の幅よりも幅広に設定され、最大幅部の上に、アリ溝の開口部より下側の面に当接して抜け止めされる抜け止め部が形成される。そして、この抜け止め部の上には、アリ溝の開口部から突出する円弧状の湾曲面が形成されている。

このような断面形状をなすアリ溝用シール材によれば、下端部がアリ溝の開口部よりも幅狭で、その上に傾斜面が形成されているので、装着に際しては傾斜面がガイドになるため、装着性が良好である。また、シール時に、アリ溝の開口部から突出している湾曲面部分が圧縮されると、抜け止め部がアリ溝の開口部より下側の面に当接するとともに、湾曲面部分がアリ溝の開口部における最も幅狭の部分を塞ぐように圧縮変形するので、脱落が防止される。さらに、アリ溝内に対する装着時には、下端部と抜け止め部との３箇所で接触してアリ溝内に収まるので、安定性が良好で、開閉時の変位による捩れや、真空差圧による捩れを防止することができ、確実に高気密性を得ることができ、その上、シール材自体の摩耗を抑えることができる。これらの結果、高清浄空間を得ることができるという良好な効果が得られた。

しかし、使用に伴って、アリ溝シール材を装着した蓋体と、この蓋体による開閉される部分同士の接触、すなわちメタルタッチによると思われる、粉塵の発生が起ることが判明した。

これまで、メタルタッチを防止するものとして、たとえば下記特許文献２に開示された弾性シールがある。

この弾性シールは、断面形状が、アリ溝内に入る胴部と、アリ溝の開口部から突出する頭部とからなり、頭部の上端面が、平らな頂面ストレート部で形成されている。また、胴部は、アリ溝の開口部の近傍で近接ないし当接する両肩部を備えるとともに、底面に、平らな底面ストレート部を有した形状である。

上記の頂面ストレート部と底面ストレート部との存在により、高荷重に耐えるようにしてメタルタッチを避けるというものである。

しかし、このような構成でメタルタッチを避けるには、弾性シールとアリ溝とに極めて高い寸法精度が要求される。
特許第３５９０７９４号公報 特開２００５−４８８７６号公報

そこで、この発明は、より一層確実にメタルタッチを防止でき、高清浄空間を得ることができるようにすることを主たる課題とする。

そのための手段は、アリ溝が形成された部材とこれに対向する部材とのメタルタッチを防止すべく前記アリ溝に嵌め込んで使用されるアリ溝用シール材であって、当該アリ溝用シール材の断面形状におけるアリ溝内に収容される溝収容部の上に、アリ溝の開口部から突出する頭部が形成されるとともに、該頭部には、アリ溝の溝幅方向外側の側部に張り出す張り出し部が形成され、該張り出し部の下面が、前記アリ溝の外側縁部の上面に密着する平面で、かつ溝幅方向の外側に向けて下がるように傾斜して形成され、前記溝収容部が、アリ溝の開口部の幅よりも幅狭で平らな底面部と、該底面部から上方に先太りになるように傾く嵌め込み傾斜面と、該嵌め込み傾斜面の上方において溝幅方向に張り出し、アリ溝の開口部よりも幅広で断面形状における最も幅広となる最大幅部を形成する湾曲部と、該湾曲部から先細るように上に延びてアリ溝の開口部より下側の傾斜面に当接する抜け止め傾斜面とを有するとともに、前記底面部が、アリ溝内に収容された非加圧状態で、アリ溝の底面から浮くように形成されたアリ溝用シール材である。

この構成によれば、溝収容部はアリ溝内に収まって、アリ溝用シール材が嵌め込まれた状態を保持するとともに、頭部とその張り出し部が、アリ溝の開口部高さよりも上の位置で、アリ溝開口部の幅方向側部の上面と、これに対向する部位との間に介在してシールを行う。このため、メタルタッチを確実に防止できる。

以上のように、この発明によれば、メタルタッチを確実に防止できるので、高清浄空間を得ることが可能である。

この発明を実施するための一形態を、以下図面を用いて説明する。
図１は、アリ溝用シール材１１（以下、「シール材」という。）と、このシール材１１が取付けられるアリ溝２１とを示す断面図であり、図２は、シール材１１の使用状態を示す説明図である。すなわち、図２（ａ）は、半導体製造等において用いられ、内部空間を真空にする真空装置３１の一部を示す断面図である。図２（ｂ）は、この真空装置に開閉可能に取付けられる蓋体の内側面を示す正面図である。このように、シール材１１は、蓋体３２の内側面に装着され、真空装置３１内の気密性を得るのに使用される。

シール材１１は、適宜のゴム材等の弾性材料で環状（無端状）に形成されている。環状の形態は、装着位置の形態に応じて、図示例のような長方形のほかに正方形、円形などもある。

まず、アリ溝２１は、周知の通り、断面鳩尾形の溝であり（図１参照）、上端の開口部２２より内側の底面２３の方が幅広で、ハの字型をなす傾斜面２４，２４を有した形である。このアリ溝２１は、開口部２２の口縁部２２ａと底面２３の角部分がアール状に形成されている。

ここで、図１に示したように、アリ溝２１の開口部における最も幅狭の部分の寸法をｗ１、アリ溝２１の最も幅広の部分の寸法をｗ２、アリ溝２１の深さをｄ１とする。

つぎに、シール材１１の断面形状について説明する。
シール材１１は、左右対称形状で、アリ溝２１内に収容される溝収容部１２と、この溝収容部１２の上に一体に形成され、アリ溝２１の開口部２２から突出してアリ溝２１の幅方向の両側に張り出す頭部１３とを有する。

上記の溝収容部１２は、下端に位置する底面部１４と、底面部１４から上方に先太りなるように傾く嵌め込み傾斜面１５，１５と、嵌め込み傾斜面１５，１５の上方において幅方向に張り出して最も幅広となる最大幅部１６ａを形成する湾曲部１６と、湾曲部１６から先細るように上に延びてアリ溝２１の開口部２２より下側の傾斜面２４に当接する抜け止め傾斜面１７，１７とを有する。

底面部１４は、アリ溝２１の底面２３に平面で面接触するように平坦に形成され、その幅Ｗ１は、アリ溝２１の開口部２２の幅ｗ１と同一またはそれよりも狭く形成される。図示したように幅狭であるほうが、装着性の点で好ましい。

嵌め込み傾斜面１５の傾斜角度は適宜設定されるが、設定に際しては、上記底面部１４の幅Ｗ１や最大幅部１６ａ、アリ溝２１の深さｄ１等の寸法に基づいて、嵌め込み操作性が考慮される。

最大幅部１６ａの幅Ｗ２は、アリ溝２１の開口部２２における最も幅狭の部分の寸法ｗ１よりも幅広で、アリ溝２１の最も幅広の部分の寸法ｗ２よりも狭い適宜の値に設定される。また、この最大幅部１６ａを形成する湾曲部１６の湾曲は、アリ溝２１に対する装着性を考慮すると、抜け止め傾斜面１７を形成可能な範囲で、比較的大きなアールであるのが好ましい。

抜け止め傾斜面１７の角度は、アリ溝２１の傾斜面２４と同程度の角度に設定される。

上記の頭部１３は、茸の笠状に形成されている。具体的には、頭部１３における溝収容部１２より張り出す張り出し部１８，１８の下面１８ａは、平面に形成され、頭部１３の上面１９は、円弧状に形成されている。上記下面１８ａは、アリ溝２１開口部２２の両外側縁部の上面に密着する部分で、溝幅方向の外側に向けて下がるように傾斜している。傾斜角度θは、僅かでよく、たとえば３度くらいでよい。

頭部１３の高さＨ１は、圧縮変形時の変形量に基づいて適宜設定される。また、幅Ｗ３は、張り出し部１８がアリ溝２１の開口部２２よりも両側に適宜長さＬ１張り出すように設定される。

また、シール材１１は、アリ溝２１内に収容された非加圧状態で、溝収容部１２の下端面である底面部１４がアリ溝２１の底面２３から浮いて、抜け止め傾斜面１７，１７がアリ溝２１の傾斜面２４，２４に当接するように形成される。すなわち、溝収容部１２の高さＨ２がアリ溝２１の深さｄ１よりも低い、或いは、頭部１３における傾斜した下面１８ａの仮想延長線を結んだ位置と、底面部１４との間の高さＨ３がアリ溝２１の深さｄ１と同一またはそれよりも低く設定される。

さらに、頭部１３の下端、すなわち溝収容部１２の上端部分の幅Ｗ４は、アリ溝２１の開口部２２の幅ｗ１よりも幅狭である。

好ましくは、Ｗ１はｗ１の５０〜７０％程度に、Ｗ２はｗ１の１１０〜１２０％程度、Ｗ３はｗ１の１５０〜１７０％程度に設定し、Ｈ３をｄ１と同程度、最大幅部の位置を、ｄ１の半分程度の高さに設定し、Ｈ１をＨ３の５０〜６０％程度の設定する。Ｗ４はｗ１の９５〜９９％程度に設定する。

このような断面形状に形成されたシール材１１は、その溝収容部１２をアリ溝２１に対して嵌め込んで、図３（ａ）に示したように装着される。

この装着に際しては、シール材１１の底面部１４の幅Ｗ１がアリ溝２１の開口部の幅ｗ１よりも狭く、また底面部１４の上側には嵌め込み傾斜面１５，１５があるので、これらの傾斜面１５，１５がシール材１１の最大幅部１６ａを押し縮めるためのガイドとなり、円滑に装着できる。そのうえ、底面部１４が平らであるので、装着に際してシール材１１が不測に捩れてしまうことを防止できる。つまり、装着が簡単かつ確実に行える。

しかも、溝収容部１２がアリ溝２１に収まると、底面部１４がアリ溝２１の底面２３に面接触するとともに、溝収容部１２の抜け止め傾斜面１７，１７がアリ溝２１の傾斜面２４に当接して抜け止めがなされる。そして、頭部１３における左右両側の張り出し部１８，１８が、アリ溝２１両外側の上面に密着する。このように各部の働きにより、アリ溝２１内での姿勢が安定するとともに、底面部１４とアリ溝２１との面接触により、接触抵抗が大きく、高荷重に耐え得るとともに、装着状態が強力である。

このような状態に装着した後、蓋体３２を閉じると、図３（ｂ）に示したように、シール材１１は圧縮され、変形する。つまり、シール材１１の頭部１３が、蓋体１３とその対向部との間で圧縮され変形するとともに、その変形による圧力が溝収容部１２にかかって、溝収容部１２も変形する。これによって、溝収容部１２の上端部分や抜け止め傾斜面１７，１７、底面部１４が、アリ溝２１の対向部に圧接する。溝収容部１２の上端部分、あるいは頭部１３の下端部分は、アリ溝２１の開口部２２の口縁に接するが、アリ溝２１の開口部２２の口縁部２２ａは、アール状に形成され、また両者の間には隙間があるので、シール材１１が徒に傷付いたり過度に擦れたりすることを回避できる。

溝収容部１２の圧縮変形により、抜け止め傾斜面１７，１７では圧力が高まり、アリ溝２１の傾斜面２４，２４を下方から押圧するとともに、底面部１４では、両側に向けて張るように圧力がかかる。このため、シール材１１は、アリ溝２１内に強力に固定された状態となる。

また、溝収容部１２がアリ溝２１の底面２３から浮くように形成されているので、頭部１３が受ける荷重を溝収容部１２側に良好に逃がすことができ、頭部１３のみが極度の高荷重を受けることを回避して、耐久性のある良好なシール性を得ることができる。

さらに、頭部１３は、蓋体３２とこれに対向する部分との間に介在し、その存在がなくなることはないので、如何に圧縮されようとも、蓋体３２とその対向部とが相互に接触（メタルタッチ）することを皆無にすることができる。また、多少の寸法の誤差があったとしても、メタルタッチを防止することに影響はない。

また、頭部１３における張り出し部１８，１８の下面１８ａが平面であるので、装着時においては、吸盤作用により安定性よく装着状態が保持される。しかも、上記の下面１８ａは、外側に向けて下がるように傾斜しているので、効率よく吸盤作用が得られる。

このため、真空装置３１内を真空にしたとき、頭部１３は幅の広い安定した形態に圧縮変形されており、捩れを起すこともなく、高い気密性を得られる。しかも、頭部１３の正面は円弧状に湾曲した曲面で形成されているので、開閉に伴う圧縮と解放、真空と大気圧の圧力変化に際して掛かる力の偏りが少なく、捩れが発生することはなく、常に高い気密状態と、高い耐久性を得られる。

また、シール材１１の捩れが発生しないので、シール材１１の摩耗を抑制し、摩耗によって生ずる異物が内部空間に混入することを抑制できる。この結果、内部空間を高清浄空間にできる。

上記のような効果を確認すべく、図１に示した形状のシール材１１（以下、「本実施品」という。）と、比較例として図４に示したような形状をなすシール材１０１（以下、「比較例品」という。）を１年間ずつ、真空装置としての真空チャンバに使用した時の、シール材１１，１０１の状態と、真空チャンバ内での異物の数を調べた。
比較例品は、前記特許文献１に開示されたシール材１０１で、その断面形状は次のとおりである。
下端部１０２が平らで、その幅は、アリ溝２１の開口部２２のそれよりも狭い。また、下端部１０２の両側から上に向けてテーパ状の傾斜面１０３，１０３有し、アリ溝２１の深さ内において断面形状のうち最も幅広の最大幅部１０４を有する。この最大幅部１０４の上には、アリ溝２１の傾斜面２４，２４における開口部２２の下側部分に面で当接して抜け止めする抜け止め部１０５，１０５が形成され、抜け止め部１０５からは、上へ滑らかに連続して湾曲し、アリ溝２１の開口部２２から突出する上端面１０６が形成されている。

図５は、本実施品の取付け直後、すなわち、一度も使用していない状態を示す蓋体の写真である。図中（ａ）は、蓋体の内側面の正面図、（ｂ）は、それの斜視図である。

図６は、本実施品を一年間使用した後、開閉の回数で言えば約４６万回開閉した後の蓋体の写真である。同様に、図中（ａ）は、蓋体の内側面の正面図、（ｂ）は、それの斜視図である。

図７は、比較例品を、同様に一年間使用した後、開閉の回数で言えば約４６万回開閉した後の蓋体の写真である。図中（ａ）は、蓋体の内側面の正面図、（ｂ）は、それの斜視図である。

これらの写真（図７においては白抜きの楕円で囲った部分）に見られるように、比較例品の場合に、ほとんど捩れはないが、メタルタッチと、僅かだか発塵が確認できた。一方、本実施品の場合には、１年間使用した後も、使用前と同様に、シール材の捩れは見られず、メタルタッチや発塵、さらには偏摩耗、亀裂、変形も認められない。

このような違いは、図８に示したパーティクル数によっても、明らかである。
図８は、真空チャンバ内での異物の数を示すグラフで、たて軸に異物の数、よこ軸に日付をとったものである。グラフ中、「Ｃタイプ」とは、本実施品のことである。つまり、最初の１年間は比較例品を用いた場合で、後の１年間は本実施品を用いた場合である。

また、「搬送」は、空搬送の状態、すなわちチャンバ内で処理をしていない状態での異物の数を示しており、「AL」及び「TiN/Ti」は、チャンバ内で基板に対して膜形成を行っている状態でのそれぞれの異物の数を示しており、「逆スパッタ」は、チャンバ内で基板表面の不純物を除去している状態での異物の数を示している。

なお、「搬送」、「AL」、「TiN/Ti」、「逆スパッタ」の各グラフにおいて、たて軸における個数の目盛り間隔が異なる。「搬送」の場合は、５個単位で３０個まで、「AL」及び「TiN/Ti」の場合には１０個単位で６０個まで、「逆スパッタ」では５個単位で５０個までの目盛りを有する。

これらのグラフから明らかなように、比較例品の場合には、パーティクルの数にバラツキがあり、突出する値が見られる。一方、本実施例品の場合には、比較例品の場合に比して、全体として安定しており、突出する値は見られない。

このように、パーティクルの個数に突出が見られない本実施品の場合には、チャンバ内でパーティクルが暴れまわるようなことなく、製品の不良発生率を抑えることができる。

なお、この発明は、上記の一形態の構成のみに限定されるものではなく、その他の形態を採用することができる。
たとえば、張り出し部は、アリ溝の溝幅方向の一方のみに張り出すように形成されるもよい。
また、溝収容部は、上記のような形態以外のものであるもよい。

アリ溝用シール材とアリ溝の断面図。 アリ溝用シール材の使用状態の説明図。 アリ溝用シール材の装着状態と作用状態の断面図。 比較例に係るシール材の断面図。 本実施品の装着状態の写真。 本実施品を１年間使用した後の写真。 比較例品を１年間使用した後の写真。 本実施品と比較例品でのパーティクル数の違いを示すグラフ。

符号の説明

１１…アリ溝用シール材
１２…溝収容部
１３…頭部
１４…底面部
１５…嵌め込み傾斜面
１６…湾曲部
１６ａ…最大幅部
１７…抜け止め傾斜面
１８…張り出し部
１８ａ…下面
１９…上面
２１…アリ溝
２２…開口部
２３…底面
２４…傾斜面

Claims (4)

1. アリ溝が形成された部材とこれに対向する部材とのメタルタッチを防止すべく前記アリ溝に嵌め込んで使用されるアリ溝用シール材であって、
   当該アリ溝用シール材の断面形状におけるアリ溝内に収容される溝収容部の上に、アリ溝の開口部から突出する頭部が形成されるとともに、
   該頭部には、アリ溝の溝幅方向外側の側部に張り出す張り出し部が形成され、
   該張り出し部の下面が、前記アリ溝の外側縁部の上面に密着する平面で、かつ溝幅方向の外側に向けて下がるように傾斜して形成され、
   前記溝収容部が、アリ溝の開口部の幅よりも幅狭で平らな底面部と、
   該底面部から上方に先太りになるように傾く嵌め込み傾斜面と、
   該嵌め込み傾斜面の上方において溝幅方向に張り出し、アリ溝の開口部よりも幅広で断面形状における最も幅広となる最大幅部を形成する湾曲部と、
   該湾曲部から先細るように上に延びてアリ溝の開口部より下側の傾斜面に当接する抜け止め傾斜面とを有するとともに、
   前記底面部が、アリ溝内に収容された非加圧状態で、アリ溝の底面から浮くように形成された
   アリ溝用シール材。
2. 前記張り出し部の下面の傾斜角度が３度である
   請求項１に記載のアリ溝用シール材。
3. 前記頭部の上面が、円弧状に形成された
   請求項１または請求項２に記載のアリ溝用シール材。
4. 前記溝収容部の上端部分の幅が、アリ溝の開口部よりも幅狭である
   請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載のアリ溝用シール材。