KR20190044674A - 시일재 - Google Patents

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Abstract

시일재 (100) 는, 바닥부 (101) 와, 제 1 측벽부 (102) 와, 제 2 측벽부 (103) 와, 외벽부 (104) 를 포함하고, 적어도 제 1 측벽부 (102) 및 제 2 측벽부 (103) 의 어느 일방은, 축 (AL) 에 직교하는 가상 평면 (VP) 에 대해, 바닥부 (101) 로부터 외벽부 (104) 를 향하여 외측으로 확대되도록 형성되어 있고, 외벽부 (104) 는, 제 1 측벽부 (102) 와 제 2 측벽부 (103) 사이에, 바닥부 (101) 측을 향하여 오목한 오목부 (105) 를 갖고, 오목부 (105) 를 사이에 두고, 제 1 측벽부 (102) 를 포함하는 영역에 있어서 제 1 립 영역 (R1) 을 구성하고, 제 2 측벽부 (103) 를 포함하는 영역에 있어서 제 2 립 영역 (R2) 을 구성한다.

Description

시일재
이 발명은, 시일재에 관한 것으로, 보다 특정적으로는, 원통상 부재의 외주면에 형성된 환상의 홈에 장착되는 시일재에 관한 것이다.
종래의 시일재에 관해서, 예를 들어, 일본 공표특허공보 2015-515760호 (특허문헌 1) 에는, 장치에 형성된 원통 형상 부재의 외주면에 환상의 홈이 형성되고, 이 홈에, 단면이 원형 형상인 시일 부재가 장착되어 있다.
이 시일 부재를 홈에 압입한 상태에서 장착함으로써, 홈의 내부에 있어서, 시일 부재의 복원력에 기초하여 외측과 내측을 기밀적으로 차단하는 것을 가능하게 하고 있다. 이로써, 외측의 악영향이 있는 환경을 내측에 침입하는 것을 저지하고 있다.
일본 공표특허공보 2015-515760호
탄성 부재가 사용된 시일재는, 반경 방향으로 압축 변형된 상태에서, 홈의 내부에 장착되고, 시일재 자체가 원래의 형상으로 돌아오려고 하는 복원력 (탄성력) 에 의해, 시일재와 홈의 벽면의 밀착성이 높아져 있다. 그러나, 단면 형상이 원형 형상인 시일재의 경우에는, 시일 성능을 높이기 위해서 홈의 벽면과의 접촉 면적을 확대시키고 싶은 경우에는, 시일재를 반경 방향으로 크게 변형시킬 필요가 있다. 그러나, 시일재를 반경 방향으로 크게 변형시키면 압축력이 커져, 시일재의 홈의 내부에 대한 장착시의 작업성이 곤란해진다.
한편, 시일재의 변형을 억제한 상태에서, 홈의 내부에 시일재를 장착한 경우에는, 시일재와 홈의 벽면의 접촉 면적이 작아지는 점에서, 시일재의 외측으로부터의 열화에 의해 접촉 면적이 서서히 감소된 경우에는, 시일재로서의 수명이 짧아진다.
이 발명의 목적은, 상기의 과제를 해결하는 것에 있고, 원통상 부재의 외주면에 형성된 환상의 홈에 장착되는 시일재에 있어서, 용이하게 당해 홈에 장착할 수 있음과 함께, 시일재로서의 수명을 늘리는 것이 가능한 구성을 구비하는 시일재를 제공하는 것에 있다.
이 시일재는, 축 방향을 따라 연장되는 원통상 부재의 외표면에 형성된 반경 방향으로 오목한 환상의 홈에 장착되는 폐환상의 시일재로서, 당해 시일재는, 탄성 부재에 의해 구성되고, 상기 홈은, 바닥벽과, 상기 축 방향의 일방측에 위치하는 제 1 측벽과, 상기 축 방향의 타방측에 위치하고, 상기 제 1 측벽에 대향하는 제 2 측벽을 포함하고, 당해 시일재는, 상기 축을 포함하는 가상 평면을 따른 단면 형상에서 본 경우에, 상기 바닥벽측에 위치하는 바닥부와, 상기 제 1 측벽측에 위치하는 제 1 측벽부와, 상기 제 2 측벽측에 위치하는 제 2 측벽부와, 상기 바닥부에 대향하는 외벽부를 포함하고, 적어도 상기 제 1 측벽부 및 상기 제 2 측벽부의 어느 일방은, 상기 축에 직교하는 가상 평면에 대해, 상기 바닥부로부터 상기 외벽부를 향하여 외측으로 확대되도록 형성되어 있고, 상기 외벽부는, 상기 제 1 측벽부와 상기 제 2 측벽부 사이에, 상기 바닥부측을 향하여 오목한 오목부를 갖고, 상기 오목부를 사이에 두고, 상기 제 1 측벽부를 포함하는 영역에 있어서 제 1 립 영역을 구성하고, 상기 제 2 측벽부를 포함하는 영역에 있어서 제 2 립 영역을 구성한다.
다른 형태에서는, 상기 제 1 측벽부 및 상기 제 2 측벽부 전부가, 상기 축에 직교하는 가상 평면에 대해, 상기 바닥부로부터 상기 외벽부를 향하여 외측으로 확대되도록 형성되어 있다.
다른 형태에서는, 상기 제 1 측벽부 및 상기 제 2 측벽부 전부가, 외측으로 팽출되는 원호상의 형태를 가지고 있다.
이 시일재에 의하면, 원통상 부재의 외주면에 형성된 환상의 홈에 장착되는 시일재에 있어서, 용이하게 당해 홈에 장착할 수 있음과 함께, 시일재로서의 수명을 늘리는 것이 가능한 구성을 구비하고 있다.
도 1 은 실시형태 1 에 있어서의 시일재의 평면도이다.
도 2 는 도 1 중의 Ⅱ-Ⅱ 선 화살표 단면도이다.
도 3 은 도 2 중의 Ⅲ 으로 둘러싸인 영역의 확대 단면도이다.
도 4 는 실시형태 1 에 있어서의 시일재의 홈에 대한 장착 상태를 나타내는 모식도이다.
도 5 는 실시형태 1 에 있어서의 시일재를, 홈에 장착하기 직전의 상태를 나타내는 모식 단면도이다.
도 6 은 실시형태 1 에 있어서의 시일재를, 홈의 내부에 장착한 후의 상태를 나타내는 모식 단면도이다.
도 7A 는 시일재의 홈에 대한 잘못된 장착 상태를 나타내는 단면 모식도이다.
도 7B 는 시일재의 홈에 대한 잘못된 장착 상태를 나타내는 단면 모식도이다.
도 7C 는 시일재의 홈에 대한 잘못된 장착 상태를 나타내는 단면 모식도이다.
도 8 은 실시형태 1 에 있어서의 시일재의 해석 결과를 나타내는 제 1 도이다.
도 9 는 실시형태 1 에 있어서의 시일재의 해석 결과를 나타내는 제 2 도이다.
도 10 은 실시형태 1 에 있어서의 시일재의 해석 결과를 나타내는 제 3 도이다.
도 11 은 종래 O 링의 해석 결과를 나타내는 제 1 도이다.
도 12 는 종래 O 링의 해석 결과를 나타내는 제 2 도이다.
도 13 은 종래 O 링의 해석 결과를 나타내는 제 3 도이다.
도 14 는 실시형태 1 에 있어서의 시일재와 종래 O 링의 해석 결과를 비교하는 도면이다.
도 15 는 실시형태 2 에 있어서의 시일재의 단면도이다.
도 16 은 실시형태 3 에 있어서의 시일재의 단면도이다.
본 발명에 기초한 각 실시형태에 있어서의 시일재에 대해, 이하, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 각 실시형태에 있어서, 개수, 양 등을 언급하는 경우, 특별히 기재가 있는 경우를 제외하고, 본 발명의 범위는 반드시 그 개수, 양 등에 한정되지 않는다. 또, 동일한 부품, 상당 부품에 대해서는, 동일한 참조 번호를 붙여, 중복되는 설명은 반복하지 않는 경우가 있다.
(실시형태 1 : 시일재 (100))
도 1 내지 도 4 를 참조하여, 본 실시형태에 있어서의 시일재 (100) 의 구조에 대해 설명한다. 도 1 은, 시일재 (100) 의 평면도, 도 2 는, 도 1 중의 Ⅱ-Ⅱ 선 화살표 단면도, 도 3 은, 도 2 중의 Ⅲ 으로 둘러싸인 영역의 확대 단면도, 도 4 는, 시일재 (100) 의 홈에 대한 장착 상태를 나타내는 모식도이다.
본 실시형태에 있어서의 시일재 (100) 는, 도 4 에 나타내는 바와 같은, 축 (AL) 방향을 따라 연장되는 원통상 부재 (10) 의 외표면에 형성된 반경 방향으로 오목한 환상의 홈 (30) 에 장착되는 폐환상의 형태를 갖는다.
홈 (30) 은, 바닥벽 (30a) 과, 축 (AL) 방향의 일방측에 위치하는 제 1 측벽 (30b) 과, 축 (AL) 방향의 타방측에 위치하고, 제 1 측벽 (30b) 에 대향하는 제 2 측벽 (30c) 을 포함한다. 원통상 부재 (10) 는, 제 1 부재 (10A) 와 제 2 부재 (10B) 로 구성되고, 제 1 부재 (10A) 와 제 2 부재 (10B) 는, 접착제 (20) 에 의해 접합되어 있다. 홈 (30) 의 바닥벽 (30a) 에는, 접착제 (20) 가 노출되어 있다. 홈 (30) 의 치수는, 예를 들어, 내경이 약 355 ㎜, 높이가 약 1.85 ㎜ (도 4 중의 상하 방향), 폭이 약 1.85 ㎜ (도 4 중의 좌우 방향) 이다.
이와 같은 구조를 갖는 원통상 부재 (10) 는, 예를 들어, 반도체 제조 장치에 사용되는 플라즈마 에칭 장치의 반도체 기판 재치대 (載置臺) 의 지주 등을 들 수 있다.
도 1 내지 도 3 을 참조하여, 시일재 (100) 는, 전체적으로는, 폐환상의 형태를 가지고 있다. 이 시일재 (100) 는, 예를 들어, 내경의 직경이 약 351 ㎜, 높이가 약 2.4 ㎜ (도 3 의 상하 방향), 폭이 약 1.6 ㎜ (도 3 중의 좌우 방향) 정도이다.
시일재 (100) 는, 축 (AL) 을 포함하는 가상 평면을 따른 단면 형상에서 본 경우에, 홈 (30) 의 바닥벽 (30a) 측에 위치하는 바닥부 (101) 와, 홈 (30) 의 제 1 측벽 (30b) 측에 위치하는 제 1 측벽부 (102) 와, 홈 (30) 의 제 2 측벽 (30c) 측에 위치하는 제 2 측벽부 (103) 와, 바닥부 (101) 에 대향하는 외벽부 (104) 를 포함하는, 외형 형태를 가지고 있다.
제 1 측벽부 (102) 및 제 2 측벽부 (103) 는, 축 (AL) 에 직교하는 가상 평면 (VP) 에 대해, 바닥부 (101) 로부터 외벽부 (104) 를 향하여 외측으로 확대되도록 형성되어 있다. 제 1 측벽부 (102) 와 가상 평면 (VP) 의 교차 각도 (α°) 는, 5° ∼ 45°정도의 사이에서 적절히 설정된다. 제 2 측벽부 (103) 와 가상 평면 (VP) 의 교차 각도 (α°) 도 동일하게, 5° ∼ 45°정도의 사이에서 적절히 설정된다.
외벽부 (104) 는, 제 1 측벽부 (102) 와 제 2 측벽부 (103) 사이에, 바닥부 (101) 측을 향하여 오목한 오목부 (105) 를 갖는다. 이로써, 이 오목부 (105) 를 사이에 두고, 제 1 측벽부 (102) 를 포함하는 영역에 있어서 제 1 립 영역 (R1) 이 구성되고, 제 2 측벽부 (103) 를 포함하는 영역에 있어서 제 2 립 영역 (R2) 이 구성된다.
시일재 (100) 에 사용되는 재질로는, 후술하는 바와 같이 제 1 립 영역 (R1) 및 제 2 립 영역 (R2) 을 탄성 변형시켜 사용하는 점에서, 고무 등의 탄성 부재가 사용된다. 시일재 (100) 에 사용되는 탄성 부재로는, 예를 들어, 불소고무 (FKM) 나 퍼플루오로 엘라스토머 (FFKM) 가 주로 사용되고 있다.
시일재 (100) 에는, 내플라즈마성, 순수성, 진공 시일성, 내열성, 메인터넌스성, 동적 용도에서의 동작 안정성, 비용 퍼포먼스 등이 요구된다. 특히, 내플라즈마성이 요구되는 부위에서는, 퍼플루오로 엘라스토머가 주로 사용되고 있다.
바람직한 재료로는, 기술 혁신이 진행되는 새로운 반도체 제조 장치에 대응할 수 있는 시일재로서, 내플라즈마성, 비점착성, 순수성, 내열성이 우수한 무충전계 퍼플루오로 엘라스토머로서, 니혼 발카사 제조의 FLUORITZ (등록상표) 시리즈를 들 수 있다. FLUORITZ (등록상표) 시리즈는, 종래의 퍼플루오로 엘라스토머와 비교하여, 내플라즈마성 (내라디칼성, 내크랙성), 비점착성을 대폭 향상시킨 재료이다.
(장착성)
다음으로, 도 4 내지 도 7C 를 참조하여, 이 실시형태에 있어서의 시일재 (100) 의 홈 (30) 에 대한 장착성에 대해 설명한다. 도 5 는, 시일재 (100) 를, 홈 (30) 에 장착하기 직전의 상태를 나타내는 모식 단면도이고, 도 6 은, 시일재 (100) 를, 홈 (30) 의 내부에 장착한 후의 상태를 나타내는 모식 단면도이고, 도 7A, 도 7B 및 도 7C 는, 시일재 (100) 의 홈 (30) 에 대한 잘못된 장착 상태를 나타내는 단면 모식도이다.
이 실시형태에 있어서의 시일재 (100) 는, 제 1 측벽부 (102) 및 제 2 측벽부 (103) 는, 축 (AL) 에 직교하는 가상 평면 (VP) 에 대해, 바닥부 (101) 로부터 외벽부 (104) 를 향하여 외측으로 확대되도록 형성되어 있다. 이로써, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 시일재 (100) 의 내경을, 원통상 부재 (10) 의 외형보다 확경 시켜 바닥부 (101) 측을 홈 (30) 측에 위치시킨다.
이로써, 도 5 및 도 6 에 나타내는 바와 같이, 확경된 시일재 (100) 의 축경 하고자 하는 복원력에 기초하여, 시일재 (100) 를 홈 (30) 에 올바른 자세로 장착할 수 있다. 서서히 시일재 (100) 를 홈 (30) 에 밀어 넣어 삽입함으로써, 제 1 립 영역 (R1) 및 제 2 립 영역 (R2) 은 모두 오목부 (105) 측을 향하여 경동 (傾動) 됨과 함께, 제 1 측벽부 (102) 가, 홈 (30) 의 제 1 측벽 (30b) 에 압접되고, 제 2 측벽부 (103) 가, 홈 (30) 의 제 2 측벽 (30c) 에 압접된 상태가 된다. 이로써, 시일재 (100) 와 홈 (30) 의 벽면의 밀착성을 높이는 것을 가능하게 한다. 시일재 (100) 의 크러싱률은, 약 7 ％ 내지 35 ％ 의 사이로 설정된다. 크러싱률은, 「((시일재 (100) 의 자연 높이 － 홈 (30) 의 높이)/시일재 (100) 의 자연 높이) × 100 ％」로 정의된다.
도 7A, 도 7B, 및, 도 7C 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서의 시일재 (100) 는, 제 1 측벽부 (102) 및 제 2 측벽부 (103) 는, 바닥부 (101) 로부터 외벽부 (104) 를 향하여 외측으로 확대되도록 형성되어 있는 점에서, 외관으로서 형태를 인식하기 쉽다. 따라서, 시일재 (100) 에 비틀림이 발생한 경우라도, 용이하게 그 상태를 확인할 수 있기 때문에, 홈 (30) 에 대한 잘못된 장착을 미연에 회피할 수 있다.
(해석 결과)
다음으로, 도 8 내지 도 14 를 참조하여, 본 실시형태에 있어서의 시일재 (100) 와, 단면이 원형 형상인 시일재 (간단히, 종래 O 링 (500) 이라고 칭한다) 의 해석 결과를 비교한다. 도 8 내지 도 10 은, 본 실시형태에 있어서의 시일재 (100) 의 해석 결과를 나타내는 도면이고, 도 11 내지 도 13 은, 종래 O 링 (500) 의 해석 결과를 나타내는 도면이다. 도 8 및 도 11 은, 상온에서의 장착 상태에 있어서의 해석 결과, 도 9 및 도 12 는, 0 ℃ 에서의 장착 상태에 있어서의 해석 결과, 도 10 및 도 13 은, 50 ℃ 에서의 장착 상태에 있어서의 해석 결과를 나타낸다.
시일재 (100) 의 외형 치수, 재질은 상기한 바와 같다. 종래 O 링 (500) 의 치수는, 내경이 약 350 ㎜, 폭 및 높이 모두 약 2.0 ㎜ 이다. 종래 O 링 (500) 에는, 니혼 발카사 제조의 FLUORITZ (등록상표) 시리즈를 사용하였다. 상온 상태에서의 장착 하중은, 시일재 (100) 의 경우에는 약 0.7 N/㎜ 이고, 종래 O 링 (500) 의 경우에는 약 1.1 N/㎜ 이다.
본 실시형태에 있어서의 시일재 (100) 를 사용한 경우, 홈 (30) 과의 접촉 폭은, 도 8 의 상온 (W11) 및 0 ℃ (W12) 의 경우에는 모두 약 0.62 ㎜ 이고, 50 ℃ (13) 의 경우에는 약 0.85 ㎜ 였다. 종래 O 링 (500) 을 사용한 경우, 홈 (30) 과의 접촉 폭은, 도 11 의 상온 (W21) 및 0 ℃ (W22) 의 경우에는 모두 약 0.49 ㎜ 이고, 50 ℃ (W23) 의 경우에는 약 0.59 ㎜ 였다.
(작용 효과)
이와 같이, 본 실시형태에 있어서의 시일재 (100) 를 사용한 경우에는, 장착 하중이 종래 O 링 (500) 보다 낮음에도 불구하고, 홈 (30) 과의 접촉 폭을 크게 확보하는 것에 성공하고 있다. 그 결과, 도 14 의 대비도에 나타내는 바와 같이, 시일 부재가 외부 환경에 노출되고, 예를 들어 에칭 가스에 의해 시일 부재의 침식이 내부를 향하여 진행된 경우라도, 본 실시형태에 있어서의 시일재 (100) 는, 접촉 폭이 종래 O 링 (500) 보다 긴 점에서, 제품으로서의 수명을 길게 유지하는 것을 가능하게 하고 있다.
(실시형태 2 : 시일재 (100A))
도 15 를 참조하여, 실시형태 2 에 있어서의 시일재 (100A) 에 대해 설명한다. 도 15 는, 시일재 (100A) 의 단면도이다. 실시형태 1 에 있어서의 시일재 (100) 는, 제 1 측벽부 (102) 및 제 2 측벽부 (103) 가, 모두 바닥부 (101) 로부터 외벽부 (104) 를 향하여 외측으로 확대되도록 형성되어 있는 것에 반해, 본 실시형태의 시일재 (100A) 는, 일방의 제 1 측벽부 (102) 만이, 외벽부 (104) 를 향하여 외측으로 확대되도록 형성되어 있고, 타방의 제 2 측벽부 (103) 는, 바닥부 (101) 에 대해 대략 수직 방향으로 연장되도록 형성되어 있다.
이 구성에 있어서도, 제 1 립 영역 (R1) 에 있어서는, 실시형태 1 과 동일한 기능을 얻을 수 있다. 그 결과, 실시형태 1 의 시일재 (100) 와 대략 동등한 작용 효과를 얻을 수 있다.
(실시형태 3 : 시일재 (100B))
도 16 을 참조하여, 실시형태 3 에 있어서의 시일재 (100B) 에 대해 설명한다. 도 16 은, 시일재 (100B) 의 단면도이다. 실시형태 1 에 있어서의 시일재 (100) 는, 제 1 측벽부 (102) 및 제 2 측벽부 (103) 가, 모두 바닥부 (101) 로부터 외벽부 (104) 를 향하여 직선적으로 외측으로 확대되도록 형성되어 있는 것에 반해, 본 실시형태의 시일재 (100B) 는, 제 1 측벽부 (102) 및 제 2 측벽부 (103) 는, 외측으로 팽출되는 원호상의 형태를 가지고 있다.
이 구성의 경우에는, 제 1 립 영역 (R1) 및 제 2 립 영역 (R2) 이, 홈 (30) 의 제 1 측벽 (30b) 및 제 2 측벽 (30c) 의 압접된 상태에 있어서는, 직선상의 경우에 비해 접촉 길이를 길게 할 수 있다. 그 결과, 실시형태 1 과 동일한 기능을 얻을 수 있음과 함께, 제품으로서의 수명이 보다 길어지는 것을 기대할 수 있다.
금번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 하는 것이다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 청구의 범위에 의해 나타나고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함될 것이 의도된다.
10 : 원통상 부재
10A : 제 1 부재
10B : 제 2 부재
20 : 접착제
30 : 홈
30a : 바닥벽
30b : 제 1 측벽
30c : 제 2 측벽
100, 100A, 100B : 시일재
101 : 바닥부
102 : 제 1 측벽부
103 : 제 2 측벽부
104 : 외벽부
105 : 오목부
500 : 링
R1 : 제 1 립 영역
R2 : 제 2 립 영역

Claims (3)

  1. 축 방향을 따라 연장되는 원통상 부재의 외표면에 형성된 반경 방향으로 오목한 환상의 홈에 장착되는 폐환상의 시일재로서,
    당해 시일재는, 탄성 부재에 의해 구성되고,
    상기 홈은,
    바닥벽과,
    상기 축 방향의 일방측에 위치하는 제 1 측벽과,
    상기 축 방향의 타방측에 위치하고, 상기 제 1 측벽에 대향하는 제 2 측벽을 포함하고,
    당해 시일재는, 상기 축을 포함하는 가상 평면을 따른 단면 형상에서 본 경우에,
    상기 바닥벽측에 위치하는 바닥부와,
    상기 제 1 측벽측에 위치하는 제 1 측벽부와,
    상기 제 2 측벽측에 위치하는 제 2 측벽부와,
    상기 바닥부에 대향하는 외벽부를 포함하고,
    적어도 상기 제 1 측벽부 및 상기 제 2 측벽부의 어느 일방은, 상기 축에 직교하는 가상 평면에 대해, 상기 바닥부로부터 상기 외벽부를 향하여 외측으로 확대되도록 형성되어 있고,
    상기 외벽부는, 상기 제 1 측벽부와 상기 제 2 측벽부 사이에, 상기 바닥부측을 향하여 오목한 오목부를 갖고,
    상기 오목부를 사이에 두고, 상기 제 1 측벽부를 포함하는 영역에 있어서 제 1 립 영역을 구성하고, 상기 제 2 측벽부를 포함하는 영역에 있어서 제 2 립 영역을 구성하는, 시일재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 측벽부 및 상기 제 2 측벽부 전부가, 상기 축과 직교하는 가상 평면에 대해, 상기 바닥부로부터 상기 외벽부를 향하여 외측으로 확대되도록 형성되어 있는, 시일재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 측벽부 및 상기 제 2 측벽부 전부가, 외측으로 팽출되는 원호상의 형태를 가지고 있는, 시일재.
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