JP6664298B2 - シール材 - Google Patents

Description

この発明は、シール材に関し、より特定的には、円筒状部材の外周面に設けられた環状の溝に装着されるシール材に関する。

従来のシール材に関して、たとえば、特表２０１５−５１５７６０号公報（特許文献１）には、装置に設けられた円筒形状部材の外周面に環状の溝が設けられ、この溝に、断面が円形形状のシール部材が装着されている。

このシール部材を溝に圧入した状態で装着することにより、溝の内部において、シール部材の復元力に基づき外側と内側とを気密的に遮断することを可能としている。これにより、外側の悪影響のある環境を内側に侵入することを阻止している。

特表２０１５−５１５７６０号公報

弾性部材が用いられたシール材は、半径方向に圧縮変形した状態で、溝の内部に装着され、シール材自身が元の形状に戻ろうとする復元力（弾性力）により、シール材と溝の壁面との密着性が高められている。しかし、断面形状が円形形状のシール材の場合には、シール性能を高めるために溝の壁面との接触面積を拡大させたい場合には、シール材を半径方向に大きく変形させる必要がある。しかし、シール材を半径方向に大きく変形させると圧縮力が大きくなり、シール材の溝の内部への装着時の作業性が困難になる。

一方、シール材の変形を抑えた状態で、溝の内部にシール材を装着した場合には、シール材と溝の壁面との接触面積が小さくなることから、シール材の外側からの劣化により接触面積が徐々に減少した場合には、シール材としての寿命が短くなる。

この発明の目的は、上記の課題を解決することにあり、円筒状部材の外周面に設けられた環状の溝に装着されるシール材において、容易に当該溝に装着することができるとともに、シール材としての寿命を延ばすことが可能な構成を備えるシール材を提供することにある。

このシール材は、軸方向に沿って延びる円筒状部材の外表面に設けられた半径方向に凹む環状の溝に装着される閉環状のシール材であって、当該シール材は、弾性部材により構成され、上記溝は、底壁と、上記軸方向の一方側に位置する第１側壁と、上記軸方向の他方側に位置し、上記第１側壁に対向する第２側壁とを含み、当該シール材は、上記軸を含む仮想平面に沿った断面形状で見た場合に、上記底壁側に位置する底部と、上記第１側壁側に位置する第１側壁部と、上記第２側壁側に位置する第２側壁部と、上記底部に対向する外壁部とを含み、少なくとも上記第１側壁部および上記第２側壁部のいずれか一方は、上記軸に直交する仮想平面に対して、上記底部から上記外壁部に向って外側に拡がるように設けられており、上記外壁部は、上記第１側壁部と上記第２側壁部との間に、上記底部側に向って凹む凹部を有し、上記凹部を挟んで、上記第１側壁部を含む領域において第１リップ領域を構成し、上記第２側壁部を含む領域において第２リップ領域を構成する。

他の形態では、上記第１側壁部および上記第２側壁部のいずれもが、上記軸に直交する仮想平面に対して、上記底部から上記外壁部に向って外側に拡がるように設けられている。

他の形態では、上記第１側壁部および上記第２側壁部のいずれもが、外側に膨出する円弧状の形態を有している。

このシール材によれば、円筒状部材の外周面に設けられた環状の溝に装着されるシール材において、容易に当該溝に装着することができるとともに、シール材としての寿命を延ばすことが可能な構成を備えている。

実施の形態１におけるシール材の平面図である。 図１中ＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。 図２中のＩＩＩで囲まれた領域の拡大断面図である。 実施の形態１におけるシール材の溝への装着状態を示す模式図である。 実施の形態１におけるシール材を、溝に装着する直前の状態を示す模式断面図である。 実施の形態１におけるシール材を、溝の内部に装着した後の状態を示す模式断面図である。 （ａ）から（ｃ）は、シール材の溝への誤った装着状態を示す断面模式図である。 実施の形態１におけるシール材の解析結果を示す第１図である。 実施の形態１におけるシール材の解析結果を示す第２図である。 実施の形態１におけるシール材の解析結果を示す第３図である。 従来Ｏリングの解析結果を示す第１図である。 従来Ｏリングの解析結果を示す第２図である。 従来Ｏリングの解析結果を示す第３図である。 実施の形態１におけるシール材と従来Ｏリングとの解析結果を比較する図である。 実施の形態２におけるシール材の断面図である。 実施の形態３におけるシール材の断面図である。

本発明に基づいた各実施の形態におけるシール材について、以下、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する各実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。

（実施の形態１：シール材１００）
図１から図４を参照して、本実施の形態におけるシール材１００の構造について説明する。図１は、シール材１００の平面図、図２は、図１中ＩＩ−ＩＩ線矢視断面図、図３は、図２中のＩＩＩで囲まれた領域の拡大断面図、図４は、シール材１００の溝への装着状態を示す模式図である。

本実施の形態におけるシール材１００は、図４に示すような、軸ＡＬ方向に沿って延びる円筒状部材１０の外表面に設けられた半径方向に凹む環状の溝３０に装着される閉環状の形態を有する。

溝３０は、底壁３０ａと、軸ＡＬ方向の一方側に位置する第１側壁３０ｂと、軸ＡＬ方向の他方側に位置し、第１側壁３０ｂに対向する第２側壁３０ｃとを含む。円筒状部材１０は、第１部材１０Ａと第２部材１０Ｂとで構成され、第１部材１０Ａと第２部材１０Ｂとは、接着剤２０により接合されている。溝３０の底壁３０ａには、接着剤２０が露出している。溝３０の寸法は、たとえば、内径が約３５５ｍｍ、高さが約１．８５ｍｍ（図４中の上下方向）、幅が約１．８５ｍｍ（図４中の左右方向）である。

このような構造を有する円筒状部材１０は、たとえば、半導体製造装置に用いられるプラズマエッチング装置の半導体基板載置台の支柱等が挙げられる。

図１から図３を参照して、シール材１００は、全体としては、閉環状の形態を有している。このシール材１００は、たとえば、内径の直径が約３５１ｍｍ、高さが約２．４ｍｍ（図３の上下方向）、幅が約１．６ｍｍ（図３中の左右方向）程度である。

シール材１００は、軸ＡＬを含む仮想平面に沿った断面形状で見た場合に、溝３０の底壁３０ａ側に位置する底部１０１と、溝３０の第１側壁３０ｂ側に位置する第１側壁部１０２と、溝３０の第２側壁３０ｃ側に位置する第２側壁部１０３と、底部１０１に対向する外壁部１０４とを含む、外形形態を有している。

第１側壁部１０２および第２側壁部１０３は、軸ＡＬに直交する仮想平面ＶＰに対して、底部１０１から外壁部１０４に向って外側に拡がるように設けられている。第１側壁部１０２と仮想平面ＶＰとの交差角度（α°）は、５°〜４５°程度の間で適宜設定される。第２側壁部１０３と仮想平面ＶＰとの交差角度（α°）も同様に、５°〜４５°程度の間で適宜設定される。

外壁部１０４は、第１側壁部１０２と第２側壁部１０３との間に、底部１０１側に向って凹む凹部１０５を有する。これにより、この凹部１０５を挟んで、第１側壁部１０２を含む領域において第１リップ領域Ｒ１が構成され、第２側壁部１０３を含む領域において第２リップ領域Ｒ２が構成される。

シール材１００に用いられる材質としては、後述するように第１リップ領域Ｒ１および第２リップ領域Ｒ２を弾性変形させて用いることから、ゴム等の弾性部材が用いられる。シール材１００に用いられる弾性部材としては、たとえば、ふっ素ゴム（ＦＫＭ）やパーフロロエラストマー（ＦＦＫＭ）が主に使用されている。

シール材１００には、耐プラズマ性、純粋性、真空シール性、耐熱性、メンテナンス性、動的用途での動作安定性、コストパフォーマンスなどが求められる。特に、耐プラズマ性が要求される部位では、パーフロロエラストマーが主に使用されている。

好適な材料としては、技術革新の進む新しい半導体製造装置に対応できるシール材として、耐プラズマ性、非粘着性、純粋性、耐熱性に優れた無充填系パーフロロエラストマーとして、日本バルカー社製のＦＬＵＯＲＩＴＺ（登録商標）シリーズが挙げられる。ＦＬＵＯＲＩＴＺ（登録商標）シリーズは、従来のパーフロロエラストマーと比較して、耐プラズマ性（耐ラジカル性、耐クラック性）、非粘着性を大幅に向上させた材料である。

（装着性）
次に、図４から図７を参照して、この実施の形態におけるシール材１００の溝３０への装着性について説明する。図５は、シール材１００を、溝３０に装着する直前の状態を示す模式断面図であり、図６は、シール材１００を、溝３０の内部に装着した後の状態を示す模式断面図であり、図７（ａ）から図７（ｃ）は、シール材１００の溝３０への誤った装着状態を示す断面模式図である。

この実施の形態におけるシール材１００は、第１側壁部１０２および第２側壁部１０３は、軸ＡＬに直交する仮想平面ＶＰに対して、底部１０１から外壁部１０４に向って外側に拡がるように設けられている。これにより、図４に示すように、シール材１００の内径を、円筒状部材１０の外形よりも拡径させて底部１０１側を溝３０側に位置させる。

これにより、図５および図６に示すように、拡径されたシール材１００の縮径しようとする復元力に基づき、シール材１００を溝３０に正しい姿勢で装着することができる。徐々にシール材１００を溝３０に押し込んで挿入することで、第１リップ領域Ｒ１および第２リップ領域Ｒ２はいずれも凹部１０５側に向けて傾動するとともに、第１側壁部１０２が、溝３０の第１側壁３０ｂに圧接され、第２側壁部１０３が、溝３０の第２側壁３０ｃに圧接された状態となる。これにより、シール材１００と溝３０との壁面との密着性を高めることを可能とする。シール材１００のつぶし率は、約７％から３５％の間に設定される。つぶし率は、「（（シール材１００の自然高さ−溝３０の高さ）／シール材１００の自然高さ）×１００％」で定義される。

図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、本実施の形態におけるシール材１００は、第１側壁部１０２および第２側壁部１０３は、底部１０１から外壁部１０４に向って外側に拡がるように設けられていることから、外観として形態を認識し易い。よって、シール材１００にねじれが発生した場合であっても、容易にその状態を確認することができるため、溝３０への誤った装着を未然に回避することができる。

（解析結果）
次に、図８から図１４を参照して、本実施の形態におけるシール材１００と、断面が円形形状のシール材（単に、従来Ｏリング５００と称する。）との解析結果を比較する。図８から図１０は、本実施の形態におけるシール材１００の解析結果を示す図であり、図１１から図１３は、従来Ｏリング５００の解析結果を示す図である。図８および図１１は、常温での装着状態における解析結果、図９および図１２は、０℃での装着状態における解析結果、図１０および図１３は、５０℃での装着状態における解析結果を示す。

シール材１００の外形寸法、材質は上記のとおりである。従来Ｏリング５００の寸法は、内径が約３５０ｍｍ、幅および高さともに、約２．０ｍｍである。従来Ｏリング５００には、日本バルカー社製のＦＬＵＯＲＩＴＺ（登録商標）シリーズを用いた。常温状態での装着荷重は、シール材１００の場合は、約０．７Ｎ／ｍｍであり、従来Ｏリング５００の場合は、約１．１Ｎ／ｍｍである。

本実施の形態におけるシール材１００を用いた場合、溝３０との接触幅は、図８の常温（Ｗ１１）および０℃（Ｗ１２）の場合はいずれも、約０．６２ｍｍであり、５０℃（１３）の場合は、約０．８５ｍｍであった。従来Ｏリング５００を用いた場合、溝３０との接触幅は、図１１の常温（Ｗ２１）および０℃（Ｗ２２）の場合はいずれも、約０．４９ｍｍであり、５０℃（Ｗ２３）の場合は、約０．５９ｍｍであった。

（作用効果）
このように、本実施の形態におけるシール材１００を用いた場合には、装着荷重が従来Ｏリング５００よりも低いにも関わらず、溝３０との接触幅を大きく確保することに成功している。その結果、図１４の対比図に示すように、シール部材が外部環境に晒され、たとえばエッチングガスによりシール部材の浸食が内部に向けて進行した場合であっても、本実施の形態におけるシール材１００は、接触幅が従来Ｏリング５００よりも長いことから、製品としての寿命を長く維持することを可能としている。

（実施の形態２：シール材１００Ａ）
図１５を参照して、実施の形態２におけるシール材１００Ａについて説明する。図１５は、シール材１００Ａの断面図である。実施の形態１におけるシール材１００は、第１側壁部１０２および第２側壁部１０３が、いずれも底部１０１から外壁部１０４に向って外側に拡がるように設けられているのに対して、本実施の形態のシール材１００Ａは、一方の第１側壁部１０２のみが、外壁部１０４に向って外側に拡がるように設けられており、他方の第２側壁部１０３は、底部１０１に対して略垂直方向に延びるように設けられている。

この構成においても、第１リップ領域Ｒ１においては、実施の形態１と同様の機能を得ることができる。その結果、実施の形態１のシール材１００と略同等の作用効果を得ることができる。

（実施の形態３：シール材１００Ｂ）
図１６を参照して、実施の形態３におけるシール材１００Ｂについて説明する。図１６は、シール材１００Ｂの断面図である。実施の形態１におけるシール材１００は、第１側壁部１０２および第２側壁部１０３が、いずれも底部１０１から外壁部１０４に向って直線的に外側に拡がるように設けられているのに対して、本実施の形態のシール材１００Ｂは、第１側壁部１０２および第２側壁部１０３は、外側に膨出する円弧状の形態を有している。

この構成の場合には、第１リップ領域Ｒ１および第２リップ領域Ｒ２が、溝３０の第１側壁３０ｂおよび第２側壁３０ｃの圧接された状態においては、直線状の場合に比べて接触長さを長くすることができる。その結果、実施の形態１と同様の機能を得ることができるとともに、製品としての寿命をより長くなることが期待できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 円筒状部材、１０Ａ 第１部材、１０Ｂ 第２部材、２０ 接着剤、３０ 溝、３０ａ 底壁、３０ｂ 第１側壁、３０ｃ 第２側壁、１００，１００Ａ，１００Ｂ シール材、１０１ 底部、１０２ 第１側壁部、１０３ 第２側壁部、１０４ 外壁部、１０５ 凹部、５００ リング、Ｒ１ 第１リップ領域、Ｒ２ 第２リップ領域。

Claims (1)

1. 軸方向に沿って延びる円筒状部材の外表面に設けられた半径方向に凹む環状の溝に装着される閉環状のシール材であって、
   当該シール材は、弾性部材により構成され、
   前記溝は、
   底壁と、
   前記軸方向の一方側に位置する第１側壁と、
   前記軸方向の他方側に位置し、前記第１側壁に対向する第２側壁と、を含み、
   当該シール材は、前記軸を含む仮想平面に沿った断面形状で見た場合に、
   前記底壁側に位置する底部と、
   前記第１側壁側に位置する第１側壁部と、
   前記第２側壁側に位置する第２側壁部と、
   前記底部に対向する外壁部と、を含み、
   少なくとも前記第１側壁部および前記第２側壁部のいずれか一方は、前記軸に直交する仮想平面に対して、前記底部から前記外壁部に向って外側に拡がるように設けられており、
   前記外壁部は、前記第１側壁部と前記第２側壁部との間に、前記底部側に向って凹む凹部を有し、
   前記凹部を挟んで、前記第１側壁部を含む領域において第１リップ領域を構成し、前記第２側壁部を含む領域において第２リップ領域を構成し、
   前記第１側壁部および前記第２側壁部のいずれもが、外側に膨出する円弧状の形態を有している、シール材。
   
   

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