特許 7096401 シール材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-27

(45)【発行日】2022-07-05

(54)【発明の名称】シール材

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/10 20060101AFI20220628BHJP

【ＦＩ】

F16J15/10 A

F16J15/10 T

F16J15/10 Y

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021084531

(22)【出願日】2021-05-19

【審査請求日】2022-02-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000003263

【氏名又は名称】三菱電線工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】坂本 純一

(72)【発明者】

【氏名】田邊 貴史

(72)【発明者】

【氏名】竹田 龍平

【審査官】山田 康孝

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２０２７８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１９０８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０７０３６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｊ １５／００－１５／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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シール材。

【請求項2】

請求項１に記載されたシール材において、
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。

【請求項3】

請求項１又は２に記載されたシール材において、
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。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれかに記載されたシール材において、
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。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれかに記載されたシール材において、
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。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれかに記載されたシール材において、
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。

【請求項7】

請求項１乃至６のいずれかに記載されたシール材において、
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。

【請求項8】

請求項１乃至７のいずれかに記載されたシール材において、
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。

【請求項9】

請求項１乃至８のいずれかに記載されたシール材において、
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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シール材に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－６０１０７号公報

【文献】国際公開第２００６／１１５０６４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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。

【0005】

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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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。

【発明の効果】

【0007】

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。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1A】実施形態１に係るシール材の平面図である。

【図1B】図１ＡにおけるIB-IB断面図である。

【図1C】実施形態１に係るシール材の取付状態を示す断面図である。

【図1D】実施形態１に係るシール材の部分拡大断面図である。

【図2】実施形態２に係るシール材の取付状態を示す断面図である。

【図3】実施形態３に係るシール材の取付状態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態について詳細に説明する。

【0010】

（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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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／（ｍ^２・ｓ・Ｐａ）以下、より好ましくは１．０×１０^-１２ｍｏｌ・ｍ／（ｍ^２・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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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・ｍ^３／ｓ及び－６０℃で１．４×１０^－８Ｐａ・ｍ^３／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・ｍ^３／ｓ及び－６０℃で４．２×１０^－８Ｐａ・ｍ^３／ｓであった。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

（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。

【0030】

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。

【0031】

（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。

【0032】

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。

【0033】

（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。

【0034】

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。

【産業上の利用可能性】

【0035】

本発明は、シール材の技術分野について有用である。

【符号の説明】

【0036】

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

【要約】

【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

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図2】

【図3】