WO2022059267A1 - ガスケット、及び流路継手構造 - Google Patents

ガスケット、及び流路継手構造 Download PDF

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清敬 大前
真史 刀谷
歩 黒▲崎▼
慎悟 樋口
一清 手嶋
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日本ピラー工業株式会社
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    • F16L23/00—Flanged joints
    • F16L23/02—Flanged joints the flanges being connected by members tensioned axially

Definitions

  • the present invention relates to a gasket and a flow path joint structure.
  • FIG. 4 is an axial sectional view showing a conventional gasket.
  • the conventional gasket 100 includes a cylindrical main body portion 110, a pair of annular primary seal portions 111 formed so as to project outward in the axial direction inside the diameter of both ends in the axial direction of the main body portion 110, and a shaft of the main body portion 110. It is provided with a pair of annular secondary seal portions 112 formed so as to project outward in the axial direction on the outer diameters of both end portions in the direction.
  • a tapered surface 113 whose diameter gradually increases from the inner side in the axial direction toward the outer end in the axial direction is formed at the outer end portion in the axial direction on the inner peripheral surface of the gasket.
  • FIG. 5 is an axial sectional view showing a state in which flow paths 153 formed in two fluid devices 150 by a conventional gasket 100 are connected to each other.
  • the internal space of the main body 110 is a fluid flow path 114 that communicates the flow paths 153 of both fluid devices 150 with each other.
  • the primary seal portion 111 and the secondary seal portion 112 are press-fitted into the annular primary seal groove 151 and the secondary seal groove 152 formed in each fluid device 150. As a result, the sealing performance between each fluid device 150 and the gasket 100 is ensured, and fluid leakage can be prevented.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to prevent the outer end portion of the inner peripheral surface of the gasket from protruding into the fluid flow path.
  • a pair is press-fitted into an annular seal groove formed at the connection end of the flow paths of both fluid devices.
  • An annular seal portion is provided on both sides in the axial direction, and a fluid flow path is formed inside the diameter of the inner peripheral surface.
  • the axial outer end of the surface is provided with a tapered surface formed by gradually expanding the diameter from the inner side in the axial direction toward the outer end in the axial direction. It is a gasket located on the deformation starting point position where the inner peripheral surface is deformed by receiving an external force from the fluid device when the seal portion is press-fitted.
  • the diameter expansion start point of the tapered surface is preferably located on the deformation starting point position. In this case, only the tapered surface in which the inward deformation allowance is secured is deformed inward in the axial direction outside the deformation starting point position of the inner peripheral surface of the gasket, so that the outer end in the axial direction on the inner peripheral surface of the gasket is deformed. It is possible to further suppress the portion from protruding into the fluid flow path.
  • the present invention describes the gasket of the above (1) or (2) for connecting the flow paths formed in the two fluid devices, and the flow paths of both fluid devices. It is a flow path joint structure including a pair of annular seal grooves formed at each connection end and into which each seal portion of the gasket is press-fitted. According to the flow path joint structure of the present invention, the same function and effect as those of the gasket are obtained.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of FIG. 2 showing a tapered surface on the inner peripheral surface of the gasket. It is sectional drawing in the axial direction which shows the conventional gasket. It is sectional drawing in the axial direction which shows the use state of the conventional gasket.
  • FIG. 2 is an axial sectional view showing the gasket 3.
  • the gasket 3 is made of polyvinyl chloride (PVC), polypropylene (PP), polyethylene (PE), or fluororesin (perfluoroalkoxy alkane (PFA), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), etc.). It is made of synthetic resin material.
  • a fluid flow path 3b is formed inside the diameter of the inner peripheral surface 3a of the gasket 3.
  • the fluid flow path 3b communicates the flow paths 2a and 2a of the two fluid devices 2 and 2 with each other.
  • the gasket 3 includes a main body portion 10 formed in a cylindrical shape, a pair of annular primary seal portions (seal portions) 11, and a pair of cylindrical secondary seal portions 12.
  • the pair of primary seal portions 11 are formed so as to project outward in the axial direction from the inner diameter of the outer end portions on both sides in the axial direction of the main body portion 10.
  • the outer peripheral surface 11a of each primary seal portion 11 is formed by gradually reducing the diameter from the inner end in the axial direction to the outer end in the axial direction.
  • Each primary seal portion 11 is press-fitted into the primary seal groove 2b of the corresponding fluid device 2.
  • the pair of primary seal portions 11 and the pair of secondary seal portions 12 of the gasket 3 are press-fitted into the primary seal groove 2b and the secondary seal groove 2c of each fluid device 2, so that the gasket 3 provides two pairs. It is possible to secure the sealing performance of the connection portion between the flow paths 2a and 2a in the fluid devices 2 and 2.
  • Each tapered surface 14 is formed by gradually increasing the diameter from the inner side in the axial direction toward the outer end in the axial direction at the outer end portion in the axial direction of the inner peripheral surface 3a.
  • the tapered surface 14 of the present embodiment is formed so as to be inclined in a curved shape, for example, in a cross-sectional view.
  • the tapered surface 14 may be formed so as to be inclined linearly in a cross-sectional view.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part of FIG. 2 showing a tapered surface 14 on the inner peripheral surface 3a of the gasket 3.
  • the diameter expansion start point P1 of the tapered surface 14 is preferably located within the range R from the deformation starting point position P2 of the inner peripheral surface 3a to the axial center position P3 of the inner peripheral surface 3a.
  • "within the range R from the deformation starting point position P2 ... to the center position P3" means that the deformation starting point position P2 and the center position P3 are also included.
  • the diameter expansion start point P1 of the tapered surface 14 is located on the deformation starting point position P2 within the range R.
  • the deformation starting point position P2 is inside the gasket 3 by receiving an external force from the corresponding fluid device 2 through the primary seal groove 2b when the primary seal portion 11 is press-fitted into the primary seal groove 2b. This is the position where the outer end portion in the axial direction on the peripheral surface 3a becomes the starting point of deformation so as to fall inward in the diameter.
  • the deformation starting point position P2 in the present embodiment is located at the intersection of the virtual tangent K extending in the radial direction of the annular groove 13 and the inner peripheral surface 3a.
  • the portion outside the axial direction from the deformation starting point position P2 is deformed so as to collapse inward in diameter. Since the outer portion in the axial direction is a tapered surface 14 whose diameter is gradually expanded from the inner end in the axial direction (starting point P1 for expanding the diameter) toward the outer end in the axial direction, the inside of the tapered surface 14 is described as described above. A deformation allowance is secured in which the outer part in the axial direction collapses.
  • the tapered surface 14 in the present embodiment is expanded in diameter by being deformed so that the entire tapered surface 14 collapses inward when the primary seal portion 11 is press-fitted into the primary seal groove 2b. It is in a state of extending straight in the axial direction along the inner peripheral surface 3a on the inner side in the axial direction from the starting point P1. Therefore, when the primary seal portion 11 is press-fitted into the primary seal groove 2b, the outer end portion in the axial direction on the inner peripheral surface 3a of the gasket 3 is deformed so as to collapse inward in diameter, but remains in the fluid flow path 3b. It does not protrude.
  • the primary seal portion 11 has an external force from the fluid device 2. It is located within the range R from the deformation starting point position P2, which is the starting point at which the inner peripheral surface 3a is deformed by receiving, to the axial center position P3 of the inner peripheral surface 3a. As a result, a deformation allowance is secured in which the portion outside the deformation starting point position P2 of the inner peripheral surface 3a of the gasket 3 is deformed inward in the radial direction.
  • the diameter expansion start point P1 of the tapered surface 14 is located on the deformation starting point position P2 within the range R.
  • the tapered surface 14 having an inward deformation allowance is deformed inward in the axial direction outside the deformation starting point position P2 of the inner peripheral surface 3a of the gasket 3, so that the inner peripheral surface of the gasket 3 is deformed. It is possible to further suppress the axial outer end portion of 3a from protruding into the fluid flow path 3b, and further suppress the deterioration of the replacement characteristic of the fluid flowing through the fluid flow path 3b.
  • the gasket 3 of the above embodiment includes the primary seal portion 11 and the secondary seal portion 12, but it is sufficient that the gasket 3 includes at least the primary seal portion 11. Further, the gasket 3 may have a tapered surface 14 formed on at least one of a pair of primary seal portions 11 on both sides in the axial direction. Further, the flow path joint structure and gasket of the present invention can be applied not only to the semiconductor manufacturing apparatus but also to the liquid crystal / organic EL field, the medical / pharmaceutical field, the automobile-related field, and the like.

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Abstract

ガスケット３の環状の一次シール部１１が、流体デバイス２の環状の一次シール溝２ｂに圧入される前の状態において、ガスケット３の内周面３ａの軸方向外端部に、軸方向内側から軸方向外端へ向かって漸次拡径するテーパ面１４が形成されている。テーパ面１４の拡径始点Ｐ１は、一次シール部１１が一次シール溝２ｂに圧入されたときに一次シール部１１が流体デバイス２から外力を受けることによって内周面３ａが変形する起点となる変形起点位置Ｐ２から、内周面３ａの軸方向の中心位置Ｐ３までの範囲Ｒ内に位置する。

Description

ガスケット、及び流路継手構造
　本発明は、ガスケット、及び流路継手構造に関する。
　半導体製造、医療・医薬品製造、及び食品加工・化学工業等の各種技術分野の製造工程で取り扱われる薬液、高純度液、超純水、或いは洗浄液等の流体の配管経路では、ポンプ、バルブ、アキュムレータ、フィルタ、流量計、圧力センサ、及び配管ブロック等の２つの流体デバイスに形成された流路同士を接続する接続構造として、流体の漏洩を防止するガスケットが採用されている（例えば、特許文献１参照）。
　図４は、従来のガスケットを示す軸方向の断面図である。従来のガスケット１００は、円筒状の本体部１１０と、本体部１１０の軸方向両端部の径内側において軸方向外側に突出して形成された一対の環状の一次シール部１１１と、本体部１１０の軸方向両端部の径外側において軸方向外側に突出して形成された一対の環状の二次シール部１１２と、を備えている。ガスケットの内周面における軸方向外端部には、軸方向内側から軸方向外端へ向かって漸次拡径するテーパ面１１３が形成されている。
特開２０１９－１７３８４４号公報
　図５は、従来のガスケット１００により２つの流体デバイス１５０に形成された流路１５３同士を接続した状態を示す軸方向の断面図である。本体部１１０の内部空間は、両流体デバイス１５０の流路１５３同士を連通する流体流路１１４とされている。一次シール部１１１及び二次シール部１１２は、各流体デバイス１５０に形成された環状の一次シール溝１５１及び二次シール溝１５２に圧入される。これにより、各流体デバイス１５０とガスケット１００との間のシール性能が確保され、流体の漏洩を防止することができる。
　しかし、図５に示すように、ガスケット１００の一次シール部１１１は、流体デバイス１５０の一次シール溝１５１に押圧されることによって、径内側へ倒れ込むように変形する。これにより、ガスケット１００の内周面における軸方向外端部が流体流路１１４内へ突出するため、流体流路１１４を流れる流体の置換特性が低下し、ガスケット１００内のフラッシングに時間を要する等の悪影響が生じる。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ガスケットの内周面の軸方向外端部が流体流路内へ突出するのを抑制できるようにすることを目的とする。
　（１）本発明は、２つの流体デバイスにそれぞれ形成された流路同士を接続するために、前記両流体デバイスの流路の接続端部にそれぞれ形成された環状のシール溝に圧入される一対の環状のシール部を軸方向両側に備え、内周面の径内側に流体流路が形成されたガスケットであって、前記シール部が前記シール溝に圧入される前の状態において、前記内周面の軸方向外端部に、軸方向内側から軸方向外端へ向かって漸次拡径して形成されたテーパ面を備え、前記テーパ面の拡径始点は、前記シール部が前記シール溝に圧入されたときに前記シール部が前記流体デバイスから外力を受けることによって前記内周面が変形する起点となる変形起点位置上に位置する、ガスケットである。
　本発明のガスケットによれば、ガスケットの内周面の軸方向外端部に形成されたテーパ面の拡径始点は、シール部が流体デバイスから外力を受けることによって前記内周面が変形する起点となる変形起点位置から軸方向内側に位置する。これにより、ガスケットの内周面の変形起点位置よりも軸方向外側の部分が、径内側へ変形する変形代が確保されるので、ガスケットの内周面における軸方向外端部が流体流路内へ突出するのを抑制することができる。
　（２）前記テーパ面の前記拡径始点は、前記変形起点位置上に位置するのが好ましい。
　この場合、ガスケットの内周面の変形起点位置よりも軸方向外側において、径内側への変形代が確保されたテーパ面だけが径内側に変形するので、ガスケットの内周面における軸方向外端部が流体流路内へ突出するのをさらに抑制することができる。
　（３）他の観点から見た本発明は、２つの流体デバイスにそれぞれ形成された流路同士を接続するための前記（１）又は（２）のガスケットと、前記両流体デバイスの流路の接続端部にそれぞれ形成され、前記ガスケットの各シール部が圧入される一対の環状のシール溝と、を備える流路継手構造である。
　本発明の流路継手構造によれば、前記ガスケットと同様の作用効果を奏する。
　本発明によれば、ガスケットの内周面の軸方向外端部が流体流路内へ突出するのを抑制することできる。
本発明の実施形態に係る流路継手構造を示す軸方向の断面図である。 前記流路継手構造のガスケットを示す軸方向の断面図である。 前記ガスケットの内周面におけるテーパ面を示す図２の要部拡大断面図である。 従来のガスケットを示す軸方向の断面図である。 従来のガスケットの使用状態を示す軸方向の断面図である。
　次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
［流路継手構造の全体構成］
　図１は、本発明の実施形態に係る流路継手構造を示す軸方向の断面図である。図１に示す流路継手構造１は、例えば、半導体製造装置内で使用される薬液が流れる配管経路において、隣り合う２つの流体デバイス２，２にそれぞれ形成された流路２ａ，２ａ同士を接続する接続構造として使用される。本実施形態の流体デバイス２としては、ポンプ、バルブ、アキュムレータ、フィルタ、流量計、圧力センサ、又は配管ブロック等が挙げられる。
　流路継手構造１は、ガスケット３と、各流体デバイス２にそれぞれ形成された環状の一次シール溝（シール溝）２ｂ及び円筒状の二次シール溝２ｃと、を備えている。ガスケット３は、２つの流体デバイス２，２の流路２ａ，２ａ同士をシールして接続するシール部材である。以下、本実施形態では、便宜上、ガスケット３の軸方向中央から軸方向両側へ向かう方向を軸方向外側といい、ガスケット３の軸方向両側から軸方向中央へ向かう方向を軸方向内側という（図２，図３についても同様）。
　各流体デバイス２の一次シール溝２ｂは、流路２ａの接続端部の周面において、軸方向外端から軸方向内端へ向かって漸次拡径するように切り欠かれたテーパ形状とされている。各流体デバイス２の二次シール溝２ｃは、各流体デバイス２において一次シール溝２ｂよりも径外側に位置し、円筒状に形成されている。
［ガスケットの構成］
　図２は、ガスケット３を示す軸方向の断面図である。ガスケット３は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、又はフッ素樹脂（パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、又はポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等）の合成樹脂材料によって形成されている。
　図１及び図２において、ガスケット３の内周面３ａの径内側には、流体流路３ｂが形成されている。流体流路３ｂは、２つの流体デバイス２，２の流路２ａ，２ａ同士を連通する。ガスケット３は、円筒状に形成された本体部１０と、一対の環状の一次シール部（シール部）１１と、一対の円筒状の二次シール部１２と、を備えている。
　一対の一次シール部１１は、本体部１０における軸方向両側の外端部の径内側から、それぞれ軸方向外側に突出して形成されている。各一次シール部１１の外周面１１ａは、軸方向内端から軸方向外端へ向かって漸次縮径して形成されている。各一次シール部１１は、対応する流体デバイス２の一次シール溝２ｂに圧入される。
　一対の二次シール部１２は、本体部１０における軸方向両側の外端部の径外側から、それぞれ軸方向外側に突出して形成されている。各二次シール部１２は、円筒状に形成されており、対応する流体デバイス２の二次シール溝２ｃに圧入される。一次シール部１１と二次シール部１２との間には断面円弧状に形成された環状溝１３が形成されている。
　以上の構成により、ガスケット３の一対の一次シール部１１及び一対の二次シール部１２は、各流体デバイス２の一次シール溝２ｂ及び二次シール溝２ｃに圧入されるため、ガスケット３により２つの流体デバイス２，２における流路２ａ，２ａ同士の接続部分のシール性能を確保することができる。
［ガスケットの内周面］
　図２は、ガスケット３を示す軸方向の断面図であり、一次シール部１１及び二次シール部１２が、それぞれ流体デバイス２の一次シール溝２ｂ及び二次シール溝２ｃに圧入される前の状態を示している。図２に示すように、ガスケット３は、内周面３ａの軸方向両側の外端部にそれぞれ形成された一対のテーパ面１４を備えている。
　各テーパ面１４は、内周面３ａの軸方向外端部において、軸方向内側から軸方向外端へ向かって漸次拡径して形成されている。本実施形態のテーパ面１４は、例えば断面視において曲線状に傾斜するように形成されている。なお、テーパ面１４は、断面視において直線状に傾斜するように形成されていてもよい。
　図３は、ガスケット３の内周面３ａにおけるテーパ面１４を示す図２の要部拡大断面図である。図３において、テーパ面１４の拡径始点Ｐ１は、内周面３ａの変形起点位置Ｐ２から、内周面３ａの軸方向の中心位置Ｐ３までの範囲Ｒ内に位置するのが好ましい。ここで、「変形起点位置Ｐ２から・・・中心位置Ｐ３までの範囲Ｒ内」とは、変形起点位置Ｐ２上及び中心位置Ｐ３上も含む意味である。
　本実施形態では、テーパ面１４の拡径始点Ｐ１は、前記範囲Ｒ内において変形起点位置Ｐ２上に位置している。変形起点位置Ｐ２は、一次シール部１１が一次シール溝２ｂに圧入されたときに、一次シール部１１が対応する流体デバイス２から一次シール溝２ｂを介して外力を受けることによって、ガスケット３の内周面３ａにおける軸方向外端部が径内側へ倒れ込むように変形する起点となる位置である。本実施形態における変形起点位置Ｐ２は、環状溝１３の径方向に延びる仮想接線Ｋと内周面３ａとの交点に位置する。
　以上の構成により、ガスケット３の内周面３ａにおける軸方向外端部では、変形起点位置Ｐ２よりも軸方向外側の部分が、径内側へ倒れ込むように変形する。そして、前記軸方向外側の部分が、軸方向内端（拡径始点Ｐ１）から軸方向外端へ向かって漸次拡径するテーパ面１４とされているので、テーパ面１４の径内側に、前記軸方向外側の部分が倒れ込む変形代が確保されている。
　図１に示すように、本実施形態におけるテーパ面１４は、一次シール部１１が一次シール溝２ｂに圧入されたときに、テーパ面１４全体が径内側へ倒れ込むように変形することで、拡径始点Ｐ１よりも軸方向内側の内周面３ａに沿って軸方向に真っすぐ延びた状態となる。したがって、一次シール部１１が一次シール溝２ｂに圧入されたときに、ガスケット３の内周面３ａにおける軸方向外端部は、径内側へ倒れ込むように変形しても、流体流路３ｂ内に突出することはない。
［本実施形態の作用効果］
　本実施形態の流路継手構造１によれば、ガスケット３の内周面３ａの軸方向外端部に形成されたテーパ面１４の拡径始点Ｐ１は、一次シール部１１が流体デバイス２から外力を受けることによって内周面３ａが変形する起点となる変形起点位置Ｐ２から、内周面３ａの軸方向の中心位置Ｐ３までの範囲Ｒ内に位置する。これにより、ガスケット３の内周面３ａの変形起点位置Ｐ２よりも軸方向外側の部分が、径内側へ変形する変形代が確保されるので、ガスケット３の内周面３ａにおける軸方向外端部が流体流路３ｂ内へ突出するのを抑制することができ、流体流路３ｂを流れる流体の置換特性の低下を抑制することが可能となる。
　また、本実施形態では、テーパ面１４の拡径始点Ｐ１は、前記範囲Ｒ内において変形起点位置Ｐ２上に位置する。これにより、ガスケット３の内周面３ａの変形起点位置Ｐ２よりも軸方向外側において、径内側への変形代が確保されたテーパ面１４だけが径内側に変形するので、ガスケット３の内周面３ａにおける軸方向外端部が流体流路３ｂ内へ突出するのをさらに抑制することができ、流体流路３ｂを流れる流体の置換特性の低下をさらに抑制することが可能となる。
［その他］
　上記実施形態のガスケット３は、一次シール部１１と二次シール部１２とを備えているが、少なくとも一次シール部１１を備えていればよい。また、ガスケット３には、軸方向両側の一対の一次シール部１１のうち、少なくとも一方にテーパ面１４が形成されていればよい。また、本発明の流路継手構造及びガスケットは、半導体製造装置以外に、液晶・有機ＥＬ分野、医療・医薬分野、または自動車関連分野などにおいても適用することができる。
　今回開示された実施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、上記した意味ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、及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。
　１　流路継手構造
　２　流体デバイス
　２ａ　流路
　２ｂ　一次シール溝（シール溝）
　３　ガスケット
　３ａ　内周面
　３ｂ　流体流路
　１１　一次シール部（シール部）
　１４　テーパ面
　Ｐ１　拡径始点
　Ｐ２　変形起点位置
　Ｐ３　中心位置
　Ｒ　範囲

Claims (3)

  1. 　２つの流体デバイスにそれぞれ形成された流路同士を接続するために、前記両流体デバイスの流路の接続端部にそれぞれ形成された環状のシール溝に圧入される一対の環状のシール部を軸方向両側に備え、内周面の径内側に流体流路が形成されたガスケットであって、
    　前記シール部が前記シール溝に圧入される前の状態において、前記内周面の軸方向外端部に、軸方向内側から軸方向外端へ向かって漸次拡径して形成されたテーパ面を備え、
    　前記テーパ面の拡径始点は、前記シール部が前記シール溝に圧入されたときに前記シール部が前記流体デバイスから外力を受けることによって前記内周面が変形する起点となる変形起点位置から、前記内周面の軸方向の中心位置までの範囲内に位置する、ガスケット。
  2. 　前記テーパ面の前記拡径始点は、前記変形起点位置上に位置する、請求項１に記載のガスケット。
  3. 　２つの流体デバイスにそれぞれ形成された流路同士を接続するための請求項１又は請求項２に記載のガスケットと、
    　前記両流体デバイスの流路の接続端部にそれぞれ形成され、前記ガスケットの各シール部が圧入される一対の環状のシール溝と、を備える流路継手構造。
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