| 【発明の名称】 |
シールガスケット |
| 【発明者】 |
【氏名】内澤 修
【氏名】目黒 俊勝
【氏名】柄崎 英夫
【氏名】石川 亨一
【氏名】田中 達人
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| 【要約】 |
【課題】外部からの衝撃に強く、且つ締め付け荷重が小さくて済む復元性の高いシールガスケットを得る。
【解決手段】シールガスケット１のリングの上面部および下面部には、任意のＲ部、平坦部、テーパー部等によるシールを構成する凸部と、過度の変形を防止するためのストッパー部が設けられ、凸部とストッパー部との間の高さの差は、“つぶし代”を構成する。このストッパー部の働きにより塑性変形の発生を防止している。ストッパー部の働きにより過度の変形が防止され、外部から衝撃が加わった場合でも、高純度流体の漏洩を確実に防ぎ、安全性を確保できる。また、集積化ユニットの組立・分解を容易にする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 複数の流路ブロック体を締結して積層化する際に前記流路ブロック体間に挟持して流体の漏洩を防ぐシールガスケットであり、前記流体の漏洩を防ぐシール部と、過度の変形を防止するためのストッパー部とが設けられ、該ストッパー部の働きにより塑性変形の発生を防止したことを特徴とするシールガスケット。
【請求項２】 請求項１に記載のシールガスケットにおいて、前記シール部とストッパー部とは、該シールガスケットの上面および下面の両面に設けられたことを特徴とするシールガスケット。
【請求項３】 請求項１または２に記載のシールガスケットにおいて、前記シール部は、任意のＲ部、平坦部、テーパー部の、少なくとも一を含み形成されたことを特徴とするシールガスケット。
【請求項４】 請求項３に記載のシールガスケットにおいて、前記シール部と前記ストッパー部との間の高さの差が、つぶし代を構成することを特徴とするシールガスケット。
【請求項５】 請求項１から４の何れかに記載のシールガスケットは、超弾性金属材料を用いて構成され、塑性変形の発生を防止し繰り返しの使用性を高めたことを特徴とするシールガスケット。
【請求項６】 請求項１から５の何れかに記載のシールガスケットは、前記流路ブロックの材料よりも硬い金属材料からなり、該シールガスケットを流路ブロックのシール面に食い込ませてシールすることを特徴とするシールガスケット。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シールガスケットに関し、特に、半導体製造装置の高純度流体を供給する集積化ユニットにおいて各流路ブロック間を連結する際に高純度流体の漏洩を防ぐ、シールガスケットに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体製造装置等に用いられる流路ブロック体の多くは、ステンレス鋼の金属製である。このために、流路ブロック体同士の締結の際に使用するシールガスケットは、締め付け解除後の断面形状復元度が大きく、再使用が可能で、また、外部からの曲げや引っ張り力が加わっても流体の漏れがないという利点を生かして、超弾性金属材料から作られることがある。なお、このことは、実公平６−２０９４６号公報等で既知とされている。集積化ユニットの構成例は、特開平１０−３１１４５０号公報等において明示されている。
【０００３】図１１は、従来のシールガスケットの構成形態例を示す平面図である。図１１において、従来から継手間のガスケットとして、（ａ）メタルＯリング、（ｂ）メタルＣリング、（ｃ）サンカップ（バネ入メタルＣリング）等がある。これらの特徴として、（ａ）メタルＯリングは、最も実績のあるメタルシールであり、超高圧から超真空までの幅広い用途でシール性を発揮する。（ｂ）メタルＣリングは、メタルＯリングに比べ締め付け力が小さく、超高真空までシールが可能である。また、（ｃ）サンカップ（バネ入メタルＣリング）は、復元量が大きく、温度・圧力サイクルに対しシール性を維持する。さらに最近では、シールガスケットを各流路ブロック間に挿入して締め付ける際、シールガスケットを塑性変形させてシールに最適な断面形状にするもの等が使用されている。
【０００４】図１２は、従来の流路ブロックのシール面の断面形状を示しており、ある深さ“Ｗ”を持って形成される。さらに、図１３は、流路ブロック３、４の組立時のシール面と従来のシールガスケット１００との関係を示す図である。
【０００５】図１４、図１５は、シールガスケットへ適用される素材の特性を示す図であり、図１４は、一般の金属材料の応力対歪みの特性を示した図である。また、図１５は、超弾性現象を有する金属材料の応力対歪みの特性を示した図である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来のシールガスケットには以下のような欠点がある。第一に、従来のシールガスケットにはステンレスあるいはニッケル等の一般の金属材料がよく使われるが、弾性変形域が狭いため集積化ユニットに衝撃あるいは過大な力が加わった場合、それによりシールガスケットが塑性変形に至り、シール性を失う場合がある。
【０００７】第二に、シールガスケットが塑性変形に至らない場合でも、衝撃力等により今まで形成されていたシール面が一瞬でも引き剥がされると、シール性を失う場合がある。再び良好なシール性を得るには更に過大な締め付け力を必要とする。
【０００８】第三に、シールガスケットの材質がステンレスあるいはニッケルの場合、何回か脱着を行っているうちにシールガスケット材が流路ブロックのシール面に転移し、シール性を失う場合がある。
【０００９】第四に、流路ブロックのシール面の溝の深さ“Ｗ”にはバラツキがあり、例えば、図１２に示すように±３０μｍまで許容されている。従って、図１３に示す通り、組立時の流路ブロックのシール面間には、保持具の厚さのバラツキと合わせて±６０μｍ以上バラツキが存在する。また、締め付け前のシールガスケット１００自身にも厚さ寸法のバラツキが存在する。このため、シールガスケット１００の潰し量のバラツキは、±１００μｍ程度になると予想できる。よって、潰し量のバラツキの影響を受けずにシール性を確保するには、通常、２００〜４００μｍと大きな潰し量が必要となる。
【００１０】第五に、殆どシールガスケットは大なり小なり形状を塑性変形させてシール性を確保するので、締め付け解除後、形状が完全に復元せず再使用回数には限度がある。中には、一度締め付ける毎に新品に交換しなければならないものもある。
【００１１】第六に、上記のようにシールガスケットを塑性変形させて使用するので、過大な締め付け力を要する。過剰な締め付けが行われ、形状が完全に復元する歪み量の限界値を越えた場合には、上記の超弾性金属材料シールガスケットの断面形状の復元が不十分となり、シール性は劣化する。
【００１２】第七に、シールガスケットあるいは流路ブロックのシール面にキズが付いた場合、シール性を失う。
【００１３】第八に、シールガスケットあるいは流路ブロックのシール面の表面粗さが粗いとシール性を確保できないため、シール面の仕上げ加工が要求され、加工コストが増加する。
【００１４】本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、従来のシールガスケットに見られる欠点を解消すべく、以下に示す１〜５の事項を満足するシールガスケットを提供することを目的とする。
１．外部からの衝撃に強い。
２．シール面のキズに強い。
３．締め付け解除後に断面形状がほぼ完全に復元し、何回でも再使用が可能である。
４．締め付け荷重が小さくて済む。
５．シール面の表面粗さが粗くても、シール性を確保できる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するため、請求項１記載の発明のシールガスケットは、複数の流路ブロック体を締結して積層化する際に流路ブロック体間に挟持して流体の漏洩を防ぐシールガスケットであり、流体の漏洩を防ぐシール部と、過度の変形を防止するためのストッパー部が設けられ、このストッパー部の働きにより塑性変形の発生を防止したことを特徴としている。
【００１６】請求項２記載の発明では、請求項１に記載のシールガスケットにおいて、上記のシール部とストッパー部とは、このシールガスケットの上面および下面の両面に設けらるとよい。
【００１７】請求項３記載の発明では、請求項１または２に記載のシールガスケットは、シール部は、任意のＲ部、平坦部、テーパー部の、少なくとも一を含み形成されるとよい。
【００１８】請求項４記載の発明では、請求項３に記載のシールガスケットにおいて、シール部とストッパー部との間の高さの差がつぶし代を構成するとよい。
【００１９】請求項５記載の発明では、請求項１から４の何れかに記載のシールガスケットは、超弾性金属材料を用いて構成され、塑性変形の発生を防止し繰り返しの使用性を高めるとよい。
【００２０】請求項６記載の発明では、請求項１から５の何れかに記載のシールガスケットは、流路ブロックの材料よりも硬い金属材料からなり、このシールガスケットを流路ブロックのシール面に食い込ませてシールするとよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】次に図面を参照して、本発明の一実施の形態に係るシールガスケットを詳細に説明する。図１〜図１０は、本発明の一実施形態に係るシールガスケットの図である。図１〜図５が実施例を示し、図６〜図１０は変化例を示している。なお、図１は、実施形態のシールガスケットの構成例を示す縦断面図である。また、図２は、図１中の円Ａで示した部分拡大図である。
【００２２】図１において、本実施形態のシールガスケットはＯリング形状に形成され、リングの外側側面の略中央部に保持具取り付け溝が設けられ、リングの上面部および下面部は図２に示す構成とされる。
【００２３】図２において、図１に示した本実施形態のシールガスケット１のリングの上面部および下面部には、任意のＲ部１２、平坦部１３、テーパー部１４、およびストッパー部１５から構成される凸部が形成される。前後の任意のＲ部１２、テーパー部１４、およびテーパー部１４と繋がる平坦部１３と、ストッパー部１５との間の高さの差は、子細を後述するいわゆる“つぶし代”を構成し、この高さの間隔距離を、つぶし代＝δ、とする。
【００２４】図３は、シールガスケットを保持する保持具２の構成例を示す平面図である。本実施形態に適用される保持具２は、方形状の薄板で構成され、中央部に保持穴２１が形成されている。この保持穴２１は、左右二個の穴２１ａ、２１ｂとこれらの穴２１ａ、２１ｂをまたいだ、より小さな穴２１ｃとで構成される。左右二個の穴２１ａ、２１ｂの内周部には、略均等間隔で各穴２１ａ、２１ｂにそれぞれ三個の突起２１１が設けられる。これらの突起２１１は、シールガスケット１の外周溝１１に入り、シールガスケット１を保持する働きをする。なお、保持具２の四隅には、ボルト用穴２２が設けられる。
【００２５】図４は、本実施形態のシールガスケット１と保持具２を用いた各流路ブロック３、４の連結組立の手順を説明するための概念図である。図４において、二個のシールガスケット１、１が突起２１１を用いて取り付けられた保持具２を中間に挟み、第１の流路ブロック３と第２の流路ブロック４とが、ボルト等の締結手段５を用いて相互に連結接続される。
【００２６】図５は、図４に基づき組み立てられた後の集積化された流路ブロックの連結部を示す、断面図である。図５において、集積化された流路ブロックの連結部は、保持具２に二個のシールガスケット１、１が突起部２１１で保持された状態で、第１の流路ブロック３と第２の流路ブロック４との間に挟持され、二つの流路ブロック３、４間の連結を構成する。
【００２７】図１および図２に示すように、シールガスケット１の断面形状は、任意のＲ部１２、直線部１３、テーパー部１４から構成されるシール部を持ち、内径側でシールが行われる。また、シールガスケット１を締め付けることにより上記のシール部がδだけ潰れるとストッパー部１５が流路ブロック３、４のシール面と接触し、接触面積および締め付け反力が急激に増大する。このことにより、作業者に締め付け具合を知らせる。外周部には保持具２に取り付けるための溝１１を持つ。
【００２８】上記によって構成された集積化された流路ブロックを示す図４において、本実施形態のシールガスケット１は、各流路ブロック３、４を連結する際、流路ブロック３、４のガスケットシール面同士を向かい合わせ、保持具２に取り付けられたシールガスケット１をその間に介在させて、締結手段５によりシールガスケット１を締め付け、高純度流体のシールを確実に行う。
【００２９】シールガスケット１は、超弾性現象を有する金属材料、例えば、ニッケル・チタン合金のような形状記憶合金より形成される。このような材料は、マルテンサイト変態温度以下にすると、母相からマルテンサイト相に変態し、外力が加わり形状が変化しても、マルテンサイト変態温度以上に加熱すると、マルテンサイト相から母相に逆変態し、形状が完全に元に戻るという形状記憶効果を持つ。また、マルテンサイト変態温度以上において、外力を負荷することによってマルテンサイト変態が誘起されので、外力を除くとマルテンサイト相から母相に逆変態し形状が元に戻るという超弾性の性質を持つ。
【００３０】図１４に示した通り、一般の金属材料では、降状点を越える外力が加わった場合、塑性変形が起こり外力を除いても永久歪みが残る。しかし、例えば、ニッケル・チタン合金の場合は、図１５に示した通り、マルテンサイト変態温度以上であれば、外力が加わって変形歪みが発生しても外力を除くことにより形状が元に戻る。従って、この超弾性現象により、集積化ユニットに外力が加わっても流路ブロックのガスケット面間のクリアランスの変化にシールガスケットの形状が追従し、高純度流体の漏洩を確実に防ぐ。また、シールガスケットの締め付け解除後、断面形状がほぼ完全に復元し、何回でも再使用が可能となる。
【００３１】図６〜図１０は、シールガスケットの変化例を示すシールガスケットの部分的な縦断面である。これらの図６はＲ＋テーパ型、図７はテーパ型、図８は平坦＋テーパ型、図９は丸型、図１０はテーパ＋平坦＋テーパ型の構成例を示している。断面形状は図１および図２に示す形状に限らず、図６〜図１０に示すような台形・角・丸等であってもよい。
【００３２】なお、シールガスケットの材料は、ニッケル・チタン合金に限らず、例えば、銅・亜鉛・アルミ合金、銅・アルミ・ニッケル合金のような他の超弾性現象を有する金属材料であってもよい。
【００３３】上記実施形態に構成されるシールガスケットは、各流路ブロックを連結する際に流路ブロックのガスケットシール面同士を向かい合わせ、その間にシールガスケットを介在させてシールガスケットを締め付け、高純度流体のシールを確実に行う。
【００３４】シールの形成において、構成素材の材資が超弾性金属であるため、外部から衝撃が加わっても流路ブロックのガスケット面間のクリアランスの変化にシ一ルガスケットが追従し、高純度流体の漏洩を確実に防ぐ。
【００３５】締め付け解除後に、断面形状がほぼ完全に復元し、何回でも再使用が可能である。また、締め付け荷重が小さくて済む。
【００３６】シールガスケットの材料に、流路ブロックの一般的な材料であるステンレス材（ＳＵＳ３１６Ｌ）よりも硬い超弾性合金を用いる場合、シールガスケットの締め付けを行うと、シールガスケットの凸部が流路ブロックシール面に食い込んで圧痕を残す。この作用は、シールガスケットあるいは流路ブロックのシール面にキズが存在していたり、シール面の表面粗さが粗い場合に非常に有効となる。例えば、流路ブロックシール面にキズが有る場合、そのキズをシールガスケットの凸部で押し潰すことによりシール性を確保できるし、逆に、シールガスケット面にキズが有る場合でも、凸部形状を流路ブロックに転写することによりシール性を確保できる。シール面に深さが５０μｍ程度の大きなキズが存在しても、シール可能であることが確認されている。したがって、シール面のキズに対して必要以上の注意を払う必要がないので、シールガスケットあるいは流路ブロックの取扱や管理方法が楽である。
【００３７】流路ブロックに圧痕を残した場合、再シール性が懸念されるが、キズの場合と同様、シールガスケットの凸部が一度付いた圧痕を更に押し潰すので、再シール性は確保できる。２０回以上の繰り返し使用が可能であることが確認されている。
【００３８】上記理由により、シール面の表面粗さが粗い場合でも、シール性は確保できる。したがって、シールガスケットあるいは流路ブロックの加工コストを改善できる。
【００３９】
【発明の効果】以上の説明より明かなように、本発明によれば、ストッパー部の働きにより過度の変形が防止され塑性変形の発生を無くすことができる。よって、外部から衝撃が加わった場合でも、高純度流体の漏洩を確実に防ぎ、安全性を確保できる。更に、締め付け解除後に、シールガスケットの断面形状がほぼ完全に復元するので、何回でも再使用が可能であり経済的である。締め付け荷重を小さく抑え、集積化ユニットの組立・分解を容易にする。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１５５０５６
【氏名又は名称】株式会社本山製作所
【識別番号】５９７０１１２０１
【氏名又は名称】テイ・エフ・シイ株式会社
【識別番号】３９９０５４７４５
【氏名又は名称】株式会社エー・シー・イー
【識別番号】５９４０９５５９０
【氏名又は名称】株式会社礒野製作所
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| 【出願日】 |
平成１１年９月９日（１９９９．９．９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８８０９６
【弁理士】
【氏名又は名称】福森 久夫
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| 【公開番号】 |
特開２００１−８２６０９（Ｐ２００１−８２６０９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月３０日（２００１．３．３０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２５５９３８ |
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