TWI806716B - 密封材 - Google Patents

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Abstract

本發明之密封材(100)包含底部(101)、第1側壁部(102)、第2側壁部(103)、及外壁部(104)，至少第1側壁部(102)及第2側壁部(103)之任一者係以相對於與軸(AL)正交之假想平面(VP)而自底部(101)朝向外壁部(104)向外側擴展的方式設置，外壁部(104)係於第1側壁部(102)與第2側壁部(103)之間具有朝向底部(101)側凹陷之凹部(105)，且隔著凹部(105)，於包含第1側壁部(102)之區域構成第1唇形區域(R1)，於包含第2側壁部(103)之區域構成第2唇形區域(R2)。

Description

密封材
本發明係關於一種密封材，更特定而言，係關於一種安裝於設置於圓筒狀構件之外周面之環狀之槽的密封材。
關於先前之密封材，例如，於日本專利特表2015-515760號公報(專利文獻1)中，於設置於裝置之圓筒形狀構件之外周面設置環狀之槽，於該槽安裝剖面為圓形形狀之密封構件。
藉由以壓入至槽之狀態安裝該密封構件，可於槽之內部基於密封構件之回復力而將外側與內側氣密地遮斷。藉此，阻止外側之具有不良影響之環境侵入至內側。
[先前技術文獻] (專利文獻)
專利文獻1：日本專利特表2015-515760號公報。
使用彈性構件之密封材係以於半徑方向上壓縮變形之狀態安裝於槽之內部，藉由密封材自身欲恢復為原來之形狀之回復力(彈性力)而提高密封材與槽之壁面之密接性。但是，於剖面形狀為圓形形狀之密封材之情形時，於欲為了提高密封性能而使與槽之壁面之接觸面積擴大時，必須使密封材於半徑方向上較大地變形。但是，若使密封材於半徑方向上較大地變形，則壓縮力變大，而將密封材向槽之內部安裝時之作業性變得困難。
另一方面，於以抑制密封材之變形之狀態將密封材安裝於槽之內部的情形時，密封材與槽之壁面之接觸面積變小，因此，於因自密封材之外側之劣化而導致接觸面積逐漸減少之情形時，作為密封材之壽命變短。
本發明之目的在於解決上述問題，並提供一種密封材，其安裝於設置於圓筒狀構件之外周面之環狀之槽，且具備可容易地安裝於該槽並且可延長作為密封材之壽命的構成。
該密封材係安裝於環狀之槽之閉環狀之密封材，上述環狀之槽設置於沿著軸向延伸之圓筒狀構件之外表面且於半徑方向上凹陷，且該密封材由彈性構件構成，上述槽包含：底壁；第1側壁，其位於上述軸向之一側；及第2側壁，其位於上述軸向之另一側，且與上述第1側壁對向；該密封材 係於以沿著包含上述軸之假想平面之剖面形狀觀察之情形時，包含：底部，其位於上述底壁側；第1側壁部，其位於上述第1側壁側；第2側壁部，其位於上述第2側壁側；及外壁部，其與上述底部對向；至少上述第1側壁部及上述第2側壁部之任一者係以相對於與上述軸正交之假想平面而自上述底部朝向上述外壁部向外側擴展的方式設置，上述外壁部係於上述第1側壁部與上述第2側壁部之間具有朝向上述底部側凹陷之凹部，且隔著上述凹部，於包含上述第1側壁部之區域構成第1唇形區域，於包含上述第2側壁部之區域構成第2唇形區域。
於另一形態中，上述第1側壁部及上述第2側壁部均以相對於與上述軸正交之假想平面而自上述底部朝向上述外壁部向外側擴展的方式設置。
於另一形態中，上述第1側壁部及上述第2側壁部均具有向外側膨出之圓弧狀之形態。
根據該密封材，其安裝於設置於圓筒狀構件之外周面之環狀之槽，且具備可容易地安裝於該槽並且可延長作為密封材之壽命的構成。
10:圓筒狀構件
10A:第1構件
10B:第2構件
20:接著劑
30:槽
30a:底壁
30b:第1側壁
30c:第2側壁
100:密封材
100A:密封材
100B:密封材
101:底部
102:第1側壁部
103:第2側壁部
104:外壁部
105:凹部
500:O形環
AL:軸
R1:第1唇形區域
R2:第2唇形區域
VP:假想平面
W11:接觸寬度
W12:接觸寬度
W13:接觸寬度
W21:接觸寬度
W22:接觸寬度
W23:接觸寬度
圖1係實施形態1中之密封材之俯視圖。
圖2係圖1中II-II線箭視剖視圖。
圖3係圖2中之由III包圍之區域之放大剖視圖。
圖4係表示實施形態1中之密封材於槽之安裝狀態之模式圖。
圖5係表示將要將實施形態1中之密封材安裝於槽之前之狀態的模式剖視圖。
圖6係表示將實施形態1中之密封材安裝於槽之內部後之狀態的模式剖視圖。
圖7A係表示密封材於槽之錯誤安裝狀態之剖視模式圖。
圖7B係表示密封材於槽之錯誤安裝狀態之剖視模式圖。
圖7C係表示密封材於槽之錯誤安裝狀態之剖視模式圖。
圖8係表示實施形態1中之密封材之解析結果之第1圖。
圖9係表示實施形態1中之密封材之解析結果之第2圖。
圖10係表示實施形態1中之密封材之解析結果之第3圖。
圖11係表示先前O形環之解析結果之第1圖。
圖12係表示先前O形環之解析結果之第2圖。
圖13係表示先前O形環之解析結果之第3圖。
圖14係將實施形態1中之密封材與先前O形環之解析結果進行比較的圖。
圖15係實施形態2中之密封材之剖視圖。
圖16係實施形態3中之密封材之剖視圖。
以下，一面參照圖，一面對基於本發明之各實施形態中之密封材進行說明。再者，於以下說明之各實施形態中，於提及個數、量等之情形時，除了有特別記載之情形以外，本發明之範圍不一定限定於該個數、量等。又，有對相同零件、相當零件標註相同之參照號碼且不反覆進行重複說明的情形。
(實施形態1：密封材100)
參照圖1至圖4，對本實施形態中之密封材100之構造進行說明。圖1係密封材100之俯視圖，圖2係圖1中II-II線箭視剖視圖，圖3係圖2中之由III包圍之區域之放大剖視圖，圖4係表示密封材100於槽之安裝狀態之模式圖。
本實施形態中之密封材100具有如圖4所示的安裝於環狀之槽30之閉環狀之形態，該環狀之槽30設置於沿著軸AL方向延伸之圓筒狀構件10之外表面且於半徑方向上凹陷。
槽30包含底壁30a、位於軸AL方向之一側之第1側壁30b、及位於軸AL方向之另一側且與第1側壁30b對向的第2側壁30c。圓筒狀構件10包含第1構件10A與第2構件10B，且第1構件10A與第2構件10B藉由接著劑20而接合。於槽30之底壁30a，接著劑20露出。槽30之尺寸例如係內徑為約355mm、高度為約1.85mm(圖4中之上下方向)、且寬度為約1.85mm(圖4中之左右方向)。
具有此種構造之圓筒狀構件10例如可列舉用於半導體製造裝置之電漿蝕刻裝置之半導體基板載置台之支柱等。
參照圖1至圖3，密封材100整體上具有閉環狀之形態。該密封材100例如內徑之直徑為約351mm、高度為約2.4mm(圖3之上下方向)、且寬度為約1.6mm(圖3中之左右方向)左右。
密封材100具有如下外形形態，即，於以沿著包含軸AL之假想平面之剖面形狀觀察之情形時，包含：底部101，其位於槽30之底壁30a側；第1側壁部102，其位於槽30之第1側壁30b側；第2側壁部103，其位於槽30之第2側壁30c側；及外壁部104，其與底部101對向。
第1側壁部102及第2側壁部103係以相對於與軸AL正交之假想平面VP而自底部101朝向外壁部104向外側擴展的方式設置。第1側壁部102與假想平面VP之交叉角度(α°)係於5°~45°左右之間適當設定。第2側壁部103與假想平面VP之交叉角度(α°)亦同樣地於5°~45°左右之間適當設定。
外壁部104於第1側壁部102與第2側壁部103之間具有朝向底部101側凹陷之凹部105。藉此，隔著該凹部105，於包含第1側壁部102之區域構成第1唇形區域R1，於包含第2側壁部103之區域構成第2唇形區域R2。
作為用作密封材100之材質，由於如下述般使第1唇形區域R1及第2唇形區域R2彈性變形而使用，故而使用 橡膠等彈性構件。作為用作密封材100之彈性構件，例如主要使用氟橡膠(FKM)或全氟彈性體(FFKM)。
對密封材100要求耐電漿性、純粹性、真空密封性、耐熱性、維護性、動態用途下之動作穩定性、成本效率等。尤其是，於要求耐電漿性之部位，主要使用全氟彈性體。
作為較佳之材料，作為能夠應對技術革新有所進展之新型半導體製造裝置之密封材，作為耐電漿性、非黏著性、純粹性、耐熱性優異之無填充系全氟彈性體，可列舉日本華爾卡公司製造之FLUORITZ(註冊商標)系列。FLUORITZ(註冊商標)系列係與先前之全氟彈性體相比使耐電漿性(抗自由基性、抗龜裂性)、非黏著性大幅度提昇所得之材料。
(安裝性)
其次，參照圖4至圖7C，對本實施形態中之密封材100於槽30之安裝性進行說明。圖5係表示將要將密封材100安裝於槽30之前之狀態的模式剖視圖，圖6係表示將密封材100安裝於槽30之內部後之狀態的模式剖視圖，圖7A、圖7B及圖7C係表示密封材100於槽30之錯誤安裝狀態之剖視模式圖。
本實施形態中之密封材100係以第1側壁部102及第2側壁部103相對於與軸AL正交之假想平面VP而自底部101朝向外壁部104向外側擴展的方式設置。藉此，如 圖4所示，使密封材100之內徑相較圓筒狀構件10之外形擴徑而使底部101側位於槽30側。
藉此，如圖5及圖6所示，可基於經擴徑之密封材100欲縮徑之回復力而將密封材100以正確之姿勢安裝於槽30。藉由逐漸將密封材100壓入並插入至槽30，而成為如下狀態，即，第1唇形區域R1及第2唇形區域R2均朝向凹部105側傾動，並且第1側壁部102壓接於槽30之第1側壁30b，第2側壁部103壓接於槽30之第2側壁30c。藉此，可提高密封材100與槽30之壁面之密接性。密封材100之壓縮率設定於約7%至35%之間。壓縮率係以「((密封材100之自然高度-槽30之高度)/密封材100之自然高度)×100%」定義。
如圖7A、圖7B、及圖7C所示，本實施形態中之密封材100由於以第1側壁部102及第2側壁部103自底部101朝向外壁部104向外側擴展的方式設置，故而外觀上容易辨識形態。因此，即便於密封材100產生扭轉之情形時，亦可容易地確認其狀態，故而可事先避免於槽30之錯誤安裝。
(解析結果)
其次，參照圖8至圖14，將本實施形態中之密封材100與剖面為圓形形狀之密封材(簡稱為先前O形環500)之解析結果進行比較。圖8至圖10係表示本實施形態中之密封材100之解析結果之圖，圖11至圖13係表示先前O形環500之解析結果之圖。圖8及圖11表示常溫下之安裝狀態之 解析結果，圖9及圖12表示0℃下之安裝狀態之解析結果，圖10及圖13表示50℃下之安裝狀態之解析結果。
密封材100之外形尺寸、材質如上所述。先前O形環500之尺寸係內徑為約350mm且寬度及高度均為約2.0mm。先前O形環500係使用日本華爾卡公司製造之FLUORITZ(註冊商標)系列。常溫狀態下之安裝負荷於密封材100之情形時為約0.7N/mm，於先前O形環500之情形時為約1.1N/mm。
於使用本實施形態中之密封材100之情形時，與槽30之接觸寬度於圖8之常溫(W11)及0℃(W12)之情形時均為約0.62mm，於50℃(W13)之情形時為約0.85mm。於使用先前O形環500之情形時，與槽30之接觸寬度於圖11之常溫(W21)及0℃(W22)之情形時均為約0.49mm，於50℃(W23)之情形時為約0.59mm。
(作用效果)
如此，於使用本實施形態中之密封材100之情形時，儘管安裝負荷較先前O形環500低，但成功地確保與槽30之接觸寬度較大。其結果，如圖14之對比圖所示，即便於密封構件暴露於外部環境、例如因蝕刻氣體而導致密封構件之腐蝕朝向內部發展的情形時，本實施形態中之密封材100由於接觸寬度較先前O形環500長，故而亦可維持作為製品之壽命較長。
(實施形態2：密封材100A)
參照圖15，對實施形態2中之密封材100A進行說明。圖15係密封材100A之剖視圖。實施形態1中之密封材100係以第1側壁部102及第2側壁部103均自底部101朝向外壁部104向外側擴展的方式設置，與此相對，本實施形態之密封材100A係以僅一方之第1側壁部102朝向外壁部104向外側擴展的方式設置，另一方之第2側壁部103係以沿相對於底部101大致垂直之方向延伸之方式設置。
於該構成中，於第1唇形區域R1，亦可獲得與實施形態1相同之功能。其結果，可獲得與實施形態1之密封材100大致同等之作用效果。
(實施形態3：密封材100B)
參照圖16，對實施形態3中之密封材100B進行說明。圖16係密封材100B之剖視圖。實施形態1中之密封材100係以第1側壁部102及第2側壁部103均自底部101朝向外壁部104呈直線狀地向外側擴展的方式設置，與此相對，本實施形態之密封材100B中，第1側壁部102及第2側壁部103具有向外側膨出之圓弧狀之形態。
於該構成之情形時，側壁部102及103壓接於槽30之第1側壁30b及第2側壁30c之狀態下，可使接觸長度比直線狀之情形長。其結果，可獲得與實施形態1相同之功能，並且可期待使作為製品之壽命更長。
應認為此次所揭示之實施形態於所有方面均為例示而並非限制性者。本發明之範圍並非由上述說明表示而 由申請專利範圍表示，意圖包含與申請專利範圍均等之意義及範圍內之所有變更。
100:密封材
101:底部
102:第1側壁部
103:第2側壁部
104:外壁部
105:凹部
AL:軸
R1:第1唇形區域
R2:第2唇形區域
VP:假想平面

Claims (19)

  1. 一種環狀密封材，其包含：閉環狀之密封構件，其具有中心軸且為一體式的元件，且由單一耐電漿性彈性材料構成，該閉環狀之密封構件包含：底部，其具有實質上平坦的表面；第1側壁部，其包含第1唇形區域，上述第1側壁部在第1圓弧狀角處鄰接上述底部；外壁部，其包含凹部，該凹部朝向上述底部延伸小於自上述外壁部至上述底部的距離的一半，且上述凹部朝向上述底部凹陷，上述外壁部被定位成與上述底部對向且在第2圓弧狀角處鄰接上述第1唇形區域；及第2側壁部，其包含第2唇形區域，上述第2側壁部在第3圓弧狀角處鄰接上述外壁部，且在第4圓弧狀角處鄰接上述底部，上述環狀之密封構件相對於穿過上述凹部的中心與上述底部的中心且垂直於上述中心軸之假想平面對稱；其中上述第1側壁部及上述第2側壁部自上述底部朝上述外壁部往外側擴展，且各自包含相對於上述假想平面傾斜的表面，且該表面在剖面圖中為實質上平坦。
  2. 如請求項1所述之環狀密封材，其中：上述單一耐電漿性彈性材料包含氟橡膠、全氟彈性體或無填充系全氟彈性體之其中一者。
  3. 如請求項1所述之環狀密封材，其中： 上述第1側壁部及上述第2側壁部各自與上述假想平面形成5~45度的夾角。
  4. 如請求項1所述之環狀密封材，其中：上述凹部設置於上述第1側壁部與上述第2側壁部之間。
  5. 如請求項1所述之環狀密封材，其中：上述第1側壁部與上述假想平面之間的一夾角是約5~45度。
  6. 如請求項5所述之環狀密封材，其中：上述第2側壁部與上述假想平面之間的一夾角是約5~45度。
  7. 如請求項1所述之環狀密封材，其中：上述第1側壁部及上述第2側壁部自上述底部朝上述外壁部線性擴展。
  8. 如請求項1所述之環狀密封材，其中：上述外壁部的一部分與上述底部平行。
  9. 一種環狀密封材，其被定位於一槽中且包含：圓筒狀構件，其包含：第1圓筒狀構件；第2圓筒狀構件，其藉由接著劑而接合至上述第1圓筒狀構件；凹陷的環狀之槽，其被定義於上述第1圓筒狀構件與前述第2圓筒狀構件之間，上述接著劑在上述第1 圓筒狀構件與前述第2圓筒狀構件之間暴露於上述環狀之槽；閉環狀之密封構件，其具有中心軸且為一體式的元件，且由單一耐電漿性彈性材料構成，該閉環狀之密封構件設置於前述凹陷的環狀之槽中且包含：底部，其具有實質上平坦的表面，該表面暴露於上述接著劑；第1側壁部，其密封接觸上述第1圓筒狀構件且包含第1唇形區域，上述第1側壁部在第1圓弧狀角處鄰接上述底部；外壁部，其包含凹部，該凹部朝向上述底部延伸小於自上述外壁部至上述底部的距離的一半，且該凹部朝向上述底部凹陷，上述外壁部與上述底部對向且在第2圓弧狀角處鄰接上述第1唇形區域；及第2側壁部，其密封接觸上述第2圓筒狀構件，上述第2側壁部在第3圓弧狀角處鄰接上述外壁部，且在第4圓弧狀角處鄰接上述底部，上述閉環狀之密封構件相對於穿過上述凹部的中心與上述底部的中心且垂直於上述中心軸之假想平面對稱；其中上述第1側壁部及上述第2側壁部自上述底部朝上述外壁部線性擴展，且各自包含相對於上述假想平面傾斜的表面，且該表面在剖面圖中為實質上平坦。
  10. 如請求項9所述之環狀密封材，其中：當上述閉環狀之密封構件被定位於上述槽中時，上述 第1側壁部與上述第1圓筒狀構件具有約0.62mm至0.85mm間的接觸表面。
  11. 如請求項9所述之環狀密封材，其中：上述單一耐電漿性材料包含氟橡膠、全氟彈性體或無填充系全氟彈性體之其中一者。
  12. 一種環狀密封材，其包含：閉環狀之密封構件，其具有中心軸且為一體式的元件，且由單一耐電漿性彈性材料構成，該閉環狀之密封構件包含：底部，其具有實質上平坦的表面；第1側壁部，其包含第1唇形區域，上述第1側壁部在第1圓弧狀角處鄰接上述底部；外壁部，其包含凹部，該凹部朝向上述底部凹陷，上述外壁部被定位成與上述底部對向且在第2圓弧狀角處鄰接上述第1唇形區域；及第2側壁部，其包含第2唇形區域，上述第2側壁部在第3圓弧狀角處鄰接上述外壁部，且在第4圓弧狀角處鄰接上述底部，上述環狀之密封構件相對於穿過上述凹部的中心與上述底部的中心且垂直於上述中心軸之假想平面對稱；其中上述第1側壁部及上述第2側壁部各自包含相對於上述假想平面傾斜的表面，且其中上述第1側壁部自上述第1唇形區域至上述第1圓弧狀角在剖面圖中形成第1弧，上述第2側壁部自上述第2唇形區域至上述第 2圓弧狀角在剖面圖中形成第2弧。
  13. 如請求項12所述之環狀密封材，其中：上述單一耐電漿性彈性材料包含氟橡膠、全氟彈性體或無填充系全氟彈性體之其中一者。
  14. 如請求項12所述之環狀密封材，其中：上述第1側壁部與上述第2側壁部自上述底部朝向上述外壁部擴展。
  15. 如請求項12所述之環狀密封材，其中：上述第1弧與上述第2弧朝向遠離上述假面平面的方向彎曲。
  16. 如請求項12所述之環狀密封材，其中：上述外壁部的一部分與上述底部平行。
  17. 如請求項12所述之環狀密封材，其中：上述凹部在第5圓弧狀角處及第6圓弧狀角處連接至上述外壁部。
  18. 一種環狀密封材，其包含：閉環狀之密封構件，其具有中心軸且為一體式的元件，且由單一耐電漿性彈性材料構成，該閉環狀之密封構件包含：底部，其具有實質上平坦的表面；第1側壁部，其包含第1唇形區域，上述第1側壁部在第1圓弧狀角處鄰接上述底部；外壁部，其包含凹部，該凹部朝向上述底部凹陷，上述外壁部被定位成與上述底部對向且在第2圓弧狀角處 鄰接上述第1唇形區域；及第2側壁部，其包含第2唇形區域，上述第2側壁部在第3圓弧狀角處鄰接上述外壁部，且在第4圓弧狀角處鄰接上述底部，上述環狀之密封構件相對於穿過上述凹部的中心與上述底部的中心且垂直於上述中心軸之假想平面對稱；其中上述第1側壁部及上述第2側壁部各自包含相對於上述假想平面傾斜的表面，且該表面在剖面圖中為實質上平坦；且上述第1側壁部與上述假想平面形成5~45度的夾角，且上述第2側壁部平行於上述假想平面。
  19. 一種環狀密封材，其包含：閉環狀之密封構件，其具有中心軸且為一體式的元件，且由單一耐電漿性彈性材料構成，該閉環狀之密封構件包含：底部，其具有實質上平坦的表面；第1側壁部，其包含第1唇形區域，上述第1側壁部在第1圓弧狀角處鄰接上述底部；外壁部，其包含凹部，該凹部朝向上述底部延伸小於自上述外壁部至上述底部的距離的一半，且該凹部朝向上述底部凹陷，上述外壁部被定位成與上述底部對向且在第2圓弧狀角處鄰接上述第1唇形區域；及第2側壁部，其包含第2唇形區域，上述第2側壁部在第3圓弧狀角處鄰接上述外壁部，且在第4圓弧狀角 處鄰接上述底部，上述環狀之密封構件相對於穿過上述凹部的中心與上述底部的中心且垂直於上述中心軸之假想平面對稱；其中上述第1側壁部及上述第2側壁部自上述底部朝向上述外壁部線性擴展，且各自包含相對於上述假想平面傾斜的表面，該表面在剖面圖中為實質上平坦。
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