JP7096401B1 - Sealing material - Google Patents
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Abstract
【課題】シール材本体がガスを透過しやすくても、優れたシール性能を得ることができるシール材を提供する。
【解決手段】シール材10は、環状に形成されているとともに、その外側領域及び内側領域のうちの一方が相対的に高圧気相H及び他方が相対的に低圧気相Lとされて用いられる。シール材10は、高圧気相Hへの暴露面を含み且つ第1エラストマーで形成されたシール材本体11と、シール材本体11と複合するとともに低圧気相Lへの暴露面の少なくとも一部分を含み且つ第1エラストマーよりもガス透過係数が小さい第2エラストマーで形成された低ガス透過部材12とを有する。
【選択図】図1D
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sealing material capable of obtaining excellent sealing performance even if the main body of the sealing material easily permeates gas.
SOLUTION: The sealing material 10 is formed in an annular shape, and one of the outer region and the inner region thereof is used as a relatively high pressure gas phase H and the other as a relatively low pressure gas phase L. .. The sealing material 10 includes a sealing material main body 11 which includes an exposed surface to the high-pressure gas phase H and is formed of the first elastomer, and includes at least a part of an exposed surface to the low-pressure gas phase L while being combined with the sealing material main body 11. Moreover, it has a low gas permeation member 12 made of a second elastomer having a gas permeability coefficient smaller than that of the first elastomer.
[Selection diagram] FIG. 1D
Description
本発明は、シール材に関する。 The present invention relates to a sealing material.
2種の材料で形成された部材が複合したシール材が知られている。例えば、特許文献1には、合成樹脂で形成された第1のシール部材と、フッ素ゴムで形成された第2のシール部材とが複合したシール材が開示されている。特許文献2には、アクリルゴムで形成された外層と、ニトリルゴムで形成された内層とが複合したシール材が開示されている。
A sealing material in which members made of two kinds of materials are combined is known. For example,
シリコーンゴムは、低温でも柔軟性を保つことができるので、低温環境下で使用されるシール材の形成材料として広く用いられている。しかしながら、シリコーンゴムは、ガス透過係数が比較的大きいので、高圧気相の領域と低圧気相の領域との間のガスシールの用途で用いられるシール材を形成した場合、ガスの透過リークが生じやすいという問題がある。 Silicone rubber can maintain its flexibility even at low temperatures, and is therefore widely used as a material for forming a sealing material used in a low temperature environment. However, since silicone rubber has a relatively large gas permeability coefficient, gas permeation leakage occurs when a sealing material used for gas sealing between a high-pressure gas phase region and a low-pressure gas phase region is formed. There is a problem that it is easy.
本発明の課題は、シール材本体がガスを透過しやすくても、優れたシール性能を得ることができるシール材を提供することである。 An object of the present invention is to provide a sealing material capable of obtaining excellent sealing performance even if the sealing material main body easily permeates gas.
本発明は、環状に形成されているとともに、その外側領域及び内側領域のうちの一方が相対的に高圧気相及び他方が相対的に低圧気相とされて用いられるシール材であって、前記高圧気相への暴露面を含み且つ第1エラストマーで形成されたシール材本体と、前記シール材本体と複合するとともに前記低圧気相への暴露面の少なくとも一部分を含み且つ前記第1エラストマーよりもガス透過係数が小さい第2エラストマーで形成された低ガス透過部材とを有し、前記シール材本体が周方向に延びる環状溝を有し、前記シール材本体の前記環状溝に前記低ガス透過部材が嵌合している。 The present invention is a sealing material which is formed in an annular shape and is used in which one of the outer region and the inner region thereof is a relatively high pressure gas phase and the other is a relatively low pressure gas phase. A sealing material main body including a surface exposed to the high-pressure gas phase and formed of the first elastomer, which is combined with the sealing material main body and includes at least a part of the exposed surface to the low-pressure gas phase and is more than the first elastomer. It has a low gas permeation member made of a second elastomer having a small gas permeation coefficient , the sealing material main body has an annular groove extending in the circumferential direction, and the low gas permeation member is formed in the annular groove of the sealing material main body. Is fitted .
本発明によれば、高圧気相への暴露面を含むシール材本体が第1エラストマーで形成されているとともに、低圧気相への暴露面の少なくとも一部分を含む低ガス透過部材が第1エラストマーよりもガス透過係数が小さい第2エラストマーで形成されているので、シール材本体がガスを透過しやすくても、優れたシール性能を得ることができる。 According to the present invention, the main body of the sealing material including the surface exposed to the high pressure gas phase is formed of the first elastomer, and the low gas permeation member including at least a part of the surface exposed to the low pressure gas phase is made of the first elastomer. Since it is made of a second elastomer having a small gas permeability coefficient, excellent sealing performance can be obtained even if the sealing material body easily permeates gas.
以下、実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail.
(実施形態1)
図1A乃至Dは、実施形態1に係るシール材10を示す。実施形態1に係るシール材10は、平面視形状及び断面形状がいずれも略矩形に形成された環状部品であって、例えば半導体製造装置等において、その外側領域が相対的に高圧気相H及び内側領域が相対的に低圧気相Lとされるガスシールの用途で用いられるものである。
(Embodiment 1)
1A to 1D show the sealing
実施形態1に係るシール材10は、環状の外側に設けられたシール材本体11と、内側に設けられた低ガス透過部材12とを備える。
The sealing
シール材本体11は、内側に周方向に延びる環状溝111を有し、断面形状が内側に開口したコの字状に形成されている。シール材本体11の内側の環状溝111は、内側の開口部111aと、それに連続して外側に向かって一定溝幅が続く相対的に幅狭の幅狭部分111bと、それに連続して外側に向かって溝幅が漸次拡がった後に断面円弧状の外向きに凹の曲面に続くように形成された相対的に幅広の幅広部分111cと、それに連続する平坦な溝底111dとを有する。
The sealing material
シール材本体11は、第1エラストマーで形成されている。第1エラストマーとしては、例えば、シリコーンゴム、ポリブタジエンゴムなどの架橋ゴム、ポリエチレンなどの熱可塑性エラストマー等が挙げられる。シリコーンゴムでは、例えば、ビニルメチルシリコーンゴム(VMQ)、フェニルメチルシリコーンゴム(PMQ)等が挙げられる。第1エラストマーは、耐低温性が優れる観点から、シリコーンゴムであることが好ましく、フェニルメチルシリコーンゴム(PMQ)であることがより好ましい。
The sealing material
第1エラストマーのガラス転移温度は、耐低温性が優れる観点から、好ましくは-50℃以下である。ガラス転移温度は、JIS K6240:2011に基づいて測定されるものである。 The glass transition temperature of the first elastomer is preferably −50 ° C. or lower from the viewpoint of excellent low temperature resistance. The glass transition temperature is measured based on JIS K6240: 2011.
第1エラストマーのTR10は、好ましくは-40℃以下、より好ましくは-50℃以下である。このTR10は、JIS K6261:2006に基づいて測定されるものである。 The TR10 of the first elastomer is preferably −40 ° C. or lower, more preferably −50 ° C. or lower. This TR10 is measured based on JIS K6261: 2006.
第1エラストマーのタイプAデュロメータで測定される標準試験温度でのゴム硬さは、好ましくは50以上80以下、より好ましくは65以上75以下である。ゴム硬さは、JIS K6253-3:2012に基づいて測定されるものである。 The rubber hardness at the standard test temperature measured by the type A durometer of the first elastomer is preferably 50 or more and 80 or less, and more preferably 65 or more and 75 or less. Rubber hardness is measured based on JIS K6253-3: 2012.
第1エラストマーの標準試験温度での100%応力は、好ましくは1.0MPa以上、より好ましくは1.5MPa以上である。第1エラストマーの-60℃での100%応力は、好ましくは1.0MPa以上、より好ましくは1.5MPa以上である。100%応力は、JIS K6251:2010に基づいて測定されるものである。 The 100% stress of the first elastomer at the standard test temperature is preferably 1.0 MPa or more, more preferably 1.5 MPa or more. The 100% stress of the first elastomer at −60 ° C. is preferably 1.0 MPa or more, more preferably 1.5 MPa or more. The 100% stress is measured based on JIS K6251: 2010.
低ガス透過部材12は、断面形状がシール材本体11の環状溝111の溝断面と同一形状の環状に形成されている。具体的には、低ガス透過部材12は、平坦な部材内側面12aと、それに連続して外側に向かって一定厚さが続く相対的に薄い薄肉部分12bと、それに連続して外側に向かって厚さが漸次大きくなった後に断面円弧状の外向きに凸の曲面に続くように形成された相対的に厚い厚肉部分12cと、それに連続する平坦な部材外側面12dとを有する。
The low
低ガス透過部材12は、第2エラストマーで形成されている。第2エラストマーは、第1エラストマーよりもガス透過係数が小さい。第1エラストマーがシリコーンゴムの場合、かかる第2エラストマーとしては、例えば、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、ブチルゴムなどの架橋ゴム、熱可塑性エラストマー等が挙げられる。フッ素ゴムでは、例えば、ビニリデンフルオライド(VDF)とヘキサフルオロプロピレン(HFP)との共重合体(二元系FKM)、ビニリデンフルオライド(VDF)とヘキサフルオロプロピレン(HFP)とテトラフルオロエチレン(TFE)との共重合体(三元系FKM)等が挙げられる。第2エラストマーは、フッ素ゴムであることが好ましく、二元系FKMであることがより好ましい。
The low
第2エラストマーの標準温度でのガス透過係数は、好ましくは3.0×10-12mol・m/(m2・s・Pa)以下、より好ましくは1.0×10-12mol・m/(m2・s・Pa)以下である。このガス透過係数は、JIS K6275-1:2009に基づいて測定されるものである。 The gas permeability coefficient of the second elastomer at the standard temperature is preferably 3.0 × 10 -12 mol · m / (m 2 · s · Pa) or less, more preferably 1.0 × 10 -12 mol · m /. It is (m 2 · s · Pa) or less. This gas permeability coefficient is measured based on JIS K6275-1: 2009.
第2エラストマーのガラス転移温度は、好ましくは-10℃以下、より好ましくは-20℃以下である。第2エラストマーのTR10は、好ましくは-5℃以下、より好ましくは-10℃以下である。第2エラストマーのガラス転移温度及びTR10は、第1エラストマーのガラス転移温度及びTR10よりも高くてもよい。第2エラストマーのタイプAデュロメータで測定される標準試験温度でのゴム硬さは、好ましくは60以上80以下、より好ましくは65以上75以下である。第2エラストマーの標準試験温度での100%応力は、好ましくは3.0MPa以上、より好ましくは3.5MPa以上である。 The glass transition temperature of the second elastomer is preferably −10 ° C. or lower, more preferably −20 ° C. or lower. The TR10 of the second elastomer is preferably −5 ° C. or lower, more preferably −10 ° C. or lower. The glass transition temperature and TR10 of the second elastomer may be higher than the glass transition temperature and TR10 of the first elastomer. The rubber hardness at the standard test temperature measured by the type A durometer of the second elastomer is preferably 60 or more and 80 or less, and more preferably 65 or more and 75 or less. The 100% stress of the second elastomer at the standard test temperature is preferably 3.0 MPa or more, more preferably 3.5 MPa or more.
実施形態1に係るシール材10は、シール材本体11の環状溝111に低ガス透過部材12が嵌合して複合しており、環状溝111の開口部111aに低ガス透過部材12の部材内側面12aが露出するとともに、環状溝111の幅狭部分111b、幅広部分111c、及び溝底111dに、それぞれ低ガス透過部材12の薄肉部分12b、厚肉部分12c、及び部材外側面12dが対応して接触している。ここで、シール材本体11と低ガス透過部材12とは接着剤を介して接着されていてもよいが、シール材本体11の環状溝111の幅広部分111cに、低ガス透過部材12の厚肉部分12cが係合して抜け止めされているので、接着されていなくても、シール材本体11から低ガス透過部が脱落するのを抑止することができる。また、シール材本体11と低ガス透過部材12とが接着剤で接着されていなければ、シール材本体11及び低ガス透過部材12をそれぞれ成形した後、シール材本体11の環状溝111に低ガス透過部材12を嵌め入れるだけという簡単な作業でシール材10を製造することができる。
In the sealing
実施形態1に係るシール材10は、突き合わせるように設けられる被シール部材である管状の第1及び第2部材21,22間に、厚さ方向の一方面が第1部材21及び他方面が第2部材22にそれぞれ接触して挟持されるように設けられる。そして、第1及び第2部材21,22の外側は相対的に高圧気相Hとされるとともに、内側は相対的に低圧気相Lとされる。そのため、シール材10の外側面及び内側面は、それぞれ高圧気相H及び低圧気相Lへの暴露面となる。シール材本体11は、高圧気相Hへの暴露面を構成するシール材10の外側面の全面と、低圧気相Lへの暴露面を構成するシール材10の内側面における厚さ方向の両側の部分とを含むこととなる。低ガス透過部材12は、低圧気相Lへの暴露面を構成するシール材10の内側面における厚さ方向の中央部分を含むこととなる。
In the sealing
以上の構成の実施形態1に係るシール材10によれば、高圧気相Hへの暴露面の外側面を含むシール材本体11が第1エラストマーで形成されているとともに、低圧気相Lへの暴露面の一部分を含む低ガス透過部材12が第1エラストマーよりもガス透過係数が小さい第2エラストマーで形成されているので、シール材本体11がガスを透過しやすくても、第2エラストマーで形成された低ガス透過部材12がガスの透過リークを規制するため、低温乃至高温の広い温度範囲において、優れたシール性能を得ることができる。
According to the sealing
具体的には、実施形態1に係るシール材10について、シール材本体11をシリコーンゴム及び低ガス透過部材12をフッ素ゴムでそれぞれ形成したとき、ヘリウムリークテストでのHeリーク値は、23℃で2.9×10-7Pa・m3/s及び-60℃で1.4×10-8Pa・m3/sであった。一方、シリコーンゴム単体で形成した同一形状のシール材では、Heリーク値は、23℃で9.2×10-7Pa・m3/s及び-60℃で4.2×10-8Pa・m3/sであった。
Specifically, regarding the sealing
実施形態1に係るシール材10では、かかる優れたシール性能を得る観点から、シール材本体11の環状溝111の深さ、すなわち、低ガス透過部材12の内側から外側に向かう径方向の幅wが、シール材10の径方向の全幅Wにおける30%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましい。低圧気相Lへの暴露面の内側面における低ガス透過部材12の部材内側面12a(図中A)が占める割合は、同様の観点から、50%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましい。低ガス透過部材12の厚肉部分12cは、周方向に沿った断面の全断面積における低ガス透過部材12が占める面積の割合が最も大きい部分(図中B)を含むが、その低ガス透過部材12が占める面積の割合が最も大きい部分において、その割合は、同様の観点から、67%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましい。
In the sealing
また、実施形態1に係るシール材10では、第1エラストマーで形成されたシール材本体11が、被シール部材である第1及び第2部材21,22のそれぞれとの接触面の全てを含んでいるので、例えば第1エラストマーがシリコーンゴムの場合、-50℃程度の低温でも柔軟性が保たれるため、低温乃至高温の広い温度範囲において、いわゆる接面リークを抑制することもできる。加えて、第1及び第2部材21,22のそれぞれとの接触面が柔軟であれば、接面リークの抑制のために、シール材10を厚さ方向に圧縮して第1及び第2部材21,22に大きな圧接力で当接させる必要はないので、例えば第1及び第2部材21,22がセラミックスで形成されている場合でも、第1及び第2部材21,22がシール材10の圧接力により損傷を受けるのを回避することができる。
Further, in the sealing
さらに、シリコーンゴムは、ガスの透過リークが生じやすいことに加え、耐プラズマ性が低く、摩滅や発塵が生じやすいというデメリットを有するものの、実施形態1に係るシール材10では、シール材本体11を形成する第1エラストマーがシリコーンゴムの場合でも、低圧気相Lへの暴露面である内側面では、低ガス透過部材12が設けられてシール材本体11の露出が少なくされているので、これらのデメリットを減じることができる。
Further, the silicone rubber has a demerit that gas permeation leakage is likely to occur, plasma resistance is low, and abrasion and dust generation are likely to occur. However, in the sealing
(実施形態2)
図2は、実施形態2に係るシール材10を示す。なお、実施形態1と同一名称の部分は、実施形態1と同一符号で示す。
(Embodiment 2)
FIG. 2 shows the sealing
実施形態2に係るシール材10では、シール材本体11の環状溝111及びそこに嵌合した低ガス透過部材12の断面の形状が略矩形に形成されている。実施形態2に係るシール材10は、構造が簡易であることから、透過リークの抑制に対する要求が低い用途、シール材本体11からの低ガス透過部の脱落が問題とならない用途、成形上の理由からシール材本体11及び低ガス透過部材12にシンプルな形状が求められる用途等に好適に用いることができる。その他の構成及び作用効果は実施形態1と同一である。
In the sealing
(実施形態3)
図3は、実施形態3に係るシール材10を示す。なお、実施形態1と同一名称の部分は、実施形態1と同一符号で示す。
(Embodiment 3)
FIG. 3 shows the sealing
実施形態3に係るシール材10では、低ガス透過部材12の断面の形状が略H形に形成されており、低ガス透過部材12が、低圧気相Lへの暴露面を構成するシール材10の内側面の全面を含む。したがって、実施形態3に係るシール材10によれば、低圧気相Lへの暴露面を構成するシール材10の内側面の全面が、第2エラストマーで形成された低ガス透過部材12で占められているので、ガスの透過リークを一層効果的に抑制することができる。その他の構成及び作用効果は実施形態1と同一である。
In the sealing
(その他の実施形態)
上記実施形態1乃至3では、環状の外側領域が相対的に高圧気相H及び内側領域が相対的に低圧気相Lとされて用いられるシール材10としたが、特にこれに限定されるものではなく、環状の外側領域が相対的に低圧気相及び内側領域が相対的に高圧気相とされて用いられるもの、したがって、環状の内側にシール材本体が設けられるとともに、外側に低ガス透過部材が設けられたものであってもよい。
(Other embodiments)
In the
上記実施形態1乃至3では、平面視形状及び断面形状がいずれも略矩形に形成されたシール材10としたが、特にこれに限定されるものではなく、平面視形状及び断面形状がいずれも円形に形成されたいわゆるOリングであってもよい。
In the
本発明は、シール材の技術分野について有用である。 The present invention is useful in the technical field of sealing materials.
10 シール材
11 シール材本体
111 環状溝
111a 開口部
111b 幅狭部分
111c 幅広部分
111d 溝底
12 低ガス透過部材
12a 部材内側面
12b 薄肉部分
12c 厚肉部分
12d 部材外側面
21 第1部材(被シール部材)
22 第2部材(被シール部材)
H 高圧気相
L 低圧気相
10
22 Second member (member to be sealed)
H High pressure gas phase L Low pressure gas phase
Claims (9)
前記高圧気相への暴露面を含み且つ第1エラストマーで形成されたシール材本体と、前記シール材本体と複合するとともに前記低圧気相への暴露面の少なくとも一部分を含み且つ前記第1エラストマーよりもガス透過係数が小さい第2エラストマーで形成された低ガス透過部材とを有し、
前記シール材本体が周方向に延びる環状溝を有し、前記シール材本体の前記環状溝に前記低ガス透過部材が嵌合しているシール材。 It is a sealing material that is formed in an annular shape, and one of the outer region and the inner region thereof is used as a relatively high pressure gas phase and the other as a relatively low pressure gas phase.
The sealing material main body including the surface exposed to the high-pressure gas phase and formed of the first elastomer is combined with the sealing material main body and includes at least a part of the exposed surface to the low-pressure gas phase and is more than the first elastomer. Also has a low gas permeation member made of a second elastomer with a small gas permeation coefficient.
A sealing material in which the sealing material main body has an annular groove extending in the circumferential direction, and the low gas permeation member is fitted in the annular groove of the sealing material main body .
前記第1エラストマーが前記第2エラストマーよりもTR10が低いシール材。 In the sealing material according to claim 1,
A sealing material in which the first elastomer has a lower TR10 than the second elastomer.
前記シール材本体に前記低ガス透過部材が係合しているシール材。 In the sealing material according to claim 1 or 2 ,
A sealing material in which the low gas permeable member is engaged with the sealing material main body.
前記シール材本体が被シール部材との接触面を含むシール材。 In the sealing material according to any one of claims 1 to 3 , the sealing material
A sealing material in which the sealing material main body includes a contact surface with a member to be sealed.
前記低ガス透過部材の径方向の幅が全幅における30%以上であるシール材。 In the sealing material according to any one of claims 1 to 4 ,
A sealing material in which the radial width of the low gas permeation member is 30% or more of the total width.
前記低圧気相への暴露面における前記低ガス透過部材が占める割合が50%以上であるシール材。 In the sealing material according to any one of claims 1 to 5 ,
A sealing material in which the proportion of the low gas permeating member on the surface exposed to the low pressure gas phase is 50% or more.
周方向に沿った断面の全断面積における前記低ガス透過部材が占める面積の割合が最も大きい部分において、その割合が67%以上であるシール材。 In the sealing material according to any one of claims 1 to 6 .
A sealing material having a proportion of 67% or more in a portion where the proportion of the area occupied by the low gas permeating member in the total cross-sectional area along the circumferential direction is the largest.
前記第1エラストマーがシリコーンゴムであるシール材。 In the sealing material according to any one of claims 1 to 7 .
A sealing material in which the first elastomer is silicone rubber.
前記第2エラストマーが、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、又はブチルゴムであるシール材。 In the sealing material according to any one of claims 1 to 8 .
A sealing material in which the second elastomer is fluororubber, ethylene propylene rubber, urethane rubber, nitrile rubber, hydride nitrile rubber, or butyl rubber.
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