JP4911275B2 - 密封構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えば半導体や液晶デバイス等の製造において使用されるチャンバ等の密封手段として好適に利用される技術であって、互いに対向する部品のうち一方の部品に形成した蟻溝にシールリングを装着し、このシールリングによって前記部品の対向面間の密封を行う密封構造に関する。

半導体製造装置や液晶製品の製造装置では、各種真空処理システムを利用し、真空環境下で、半導体デバイスの製造に必要なシリコンウエハの加工プロセスや液晶ガラスの製造プロセスを実行する。このような真空環境を創出するための真空チャンバにおけるゲートバルブ、スリットバルブ、チャンバリッド等の開閉部分を密封するための密封構造としては、前記開閉部分で互いに対向する部品間に介在させるシールリングを、一方の部品に形成した蟻溝に保持した構造が採用されており、その典型的な従来技術が、下記の特許文献１〜３に開示されている。
特開２００４−１７６８３４号公報 特開２００３−０１４１２６号公報 特開２００５−０７６８６４号公報

図１０は、従来の技術として特許文献１に記載の密封構造を示す断面図、図１１は、図１０のシールリングを圧縮した状態を示す断面図、図１２は、他の従来の技術として特許文献２に記載の密封構造を示す断面図、図１３は、他の従来の技術として特許文献３に記載の密封構造を示す断面図である。

まず図１０（特許文献１）に示される密封構造において、参照符号１１０は、真空チャンバ等を構成する第一部材であって、不図示の開口部の外周に沿って、蟻溝１１１が形成されている。この蟻溝１１１は、溝肩１１１ａ，１１１ｂ側の溝幅が相対的に狭く、溝底１１１ｃ側の溝幅が相対的に広くなるように傾斜した一対の内側勾配面１１１ｄ，１１１ｅを有する。

ゴム状弾性材料からなるシールリング２００は、内周面及び外周面に形成された凹部２００ａ，２００ｂによってくびれた断面形状をなすもので、この凹部２００ａ，２００ｂを境にして、相対的にボリュームの大きい基部２００ｃと、相対的にボリュームの小さい頭部２００ｄが形成されている。そして、凹部２００ａ，２００ｂが溝肩１１１ａ，１１１ｂと嵌合されると共に、基部２００ｃの底面が溝底１１１ｃに密接され、蟻溝１１１から突出した頭部２００ｄが、図１１に示されるように、第一部材１１０に対して進退自在に配置された第二部材１２０に密接され、この第二部材１２０と溝底１１１ｃとの間で適当に圧縮される。

また、図１２（特許文献２）に示される密封構造は、シールリング２００が、蟻溝１１１の溝底１１１ｃに密接される平坦な底面２００ｅと、その両側から斜め外向きに立ち上がる一対の斜面２００ｆ，２００ｇと、その先端にそれぞれ形成され溝肩１１１ａ，１１１ｂの内側（内側勾配面１１１ｄ，１１１ｅ）に当接される肩部２００ｈ，２００ｉと、更に両肩部２００ｈ，２００ｉ間から半円弧の凸面状に形成され溝肩１１１ａ，１１１ｂ間から突出した頭部２００ｄを有する。

更に、図１３（特許文献３）に示される密封構造は、シールリング２００が、蟻溝１１１の溝幅方向に対して非対称の断面形状をなし、すなわち、蟻溝１１１の溝底１１１ｃに密接される平坦な底面２００ｅと、蟻溝１１１における一方の内側勾配面１１１ｄの中間深さ位置に密接される中間肩部２００ｊと、その反対側の凸面状側面２００ｋと、蟻溝１１１の溝幅方向に対して非対称の凸面状に形成され溝肩１１１ａ，１１１ｂ間から突出した頭部２００ｄを有する。

上述した密封構造によれば、シールリング２００の頭部２００ｄが、図１１に示される第二部材１２０に粘着しても、この第二部材１２０の開閉動作に伴いシールリング２００が蟻溝１１１から抜け出てしまうのを有効に防止することができる。しかしながら、シールリング２００が間違った姿勢で蟻溝１１１に装着されたり、シールリング２００の圧縮に必要な荷重が大きくなるといった問題が指摘される。図１４、図１５及び図１６は、それぞれ従来の密封構造によるシールリングの誤装着状態を示す断面図である。

まず、図１０（特許文献１）の密封構造によれば、シールリング２００が凹部２００ａ，２００ｂにおいて蟻溝１１１の溝肩１１１ａ，１１１ｂと嵌合しているので、図１１に示されるように第二部材１２０からの荷重を受けた時に、第一及び第二部材間１１０，１２０間にシールリング２００の頭部２００ｄが膨出変形して噛み込まれることによって、圧縮反力が高くなり、このため大きな圧縮荷重が必要になるものと思われ、更には、第一及び第二部材間１１０，１２０間に噛み込まれた部分２００ｄ’にゴムの割れが発生し、これに起因してシール性の低下を来すおそれがあった。また、溝肩１１１ａ，１１１ｂとの接触部分で応力が高くなるので、第二部材１２０を繰り返し開閉運動させると、溝肩１１１ａ，１１１ｂとの接触部分が摩耗して、半導体や液晶製品の製造に有害なパーティクルを発生しやすくなることも懸念される。

そして、この密封構造によれば、シールリング２００の基部２００ｃと頭部２００ｄが、共に円弧面をなしていて、近似した形状であるため、図１４に示されるように逆さまに誤装着されても、外見上、誤装着に気が付きにくく、正規の姿勢で装着された時と同様、装着の過程で、凹部２００ａ，２００ｂが溝肩１１１ａ，１１１ｂと嵌合されることによる手応えがあるため、この点でも誤装着に気が付きにくいものと考えられる。しかも、このように逆さまに誤装着された場合は、頭部２００ｄが浮き上がった状態となるため、シールするための圧縮が正常に行われなくなり、所要の密封性を確保できなくなる。

次に、図１２（特許文献２）の密封構造によれば、シールリング２００が、蟻溝１１１内での捩れを防止するために底面２００ｅを平坦に形成してあるため、Ｏリングのように底面が円弧面をなすものに比較して、シールリング２００の圧縮に必要な荷重が大きくなる。また、図１５に示されるように、蟻溝１１１に、横向きに倒れた状態で誤装着されるおそれもある。

また、図１３（特許文献３）の密封構造も同様、シールリング２００の底面２００ｅが平坦であるため、シールリング２００の圧縮に必要な荷重が大きくなり、図１６（Ａ）あるいは（Ｂ）に示されるように、蟻溝１１１に、傾斜した状態で誤装着されるおそれもある。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題とするところは、蟻溝に装着されたシールリングにより密封を行う密封構造において、蟻溝からシールリングが脱落しにくく、開閉運動に伴うシールリングの捩れを防止し、しかも蟻溝へのシールリングの装着が容易で、パーティクルが発生しにくく、更にはシールリング装着時の捩れや誤装着が発生せず、過大な圧縮荷重を必要としない密封構造を提供することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る密封構造は、内側勾配面が溝内側へ倒れるように傾斜した蟻溝に、ゴム状弾性材料からなるシールリングが装着され、このシールリングは、前記蟻溝の溝底に密接される円弧状凸面状の底部と、その両側に形成され前記内側勾配面に密接又は近接される側面張出部と、両側の側面張出部における前記底部と反対側の端部間に円弧状凸面状に突出形成されて前記蟻溝の外側へ露出される頭部とを有し、前記側面張出部の頂点から前記頭部の頂点までの高さが、前記蟻溝の溝肩の幅方向突端から溝底までの深さより大きいことを特徴とするものである。

請求項２の発明に係る密封構造は、請求項１に記載の構成において、シールリングにおける底部と頭部の頂点間の高さが、蟻溝の溝肩間の幅より大きいことを特徴とするものである。

請求項３の発明に係る密封構造は、請求項１に記載の構成において、シールリングにおける側面張出部と頭部との境界が、前記側面張出部の頂点から前記頭部への接線より内側へ凹んでいることを特徴とするものである。

請求項１の発明に係る密封構造によれば、内側勾配面に密接又は近接される側面張出部により、装着時の捩れや開閉運動に伴う捩れが防止される。また、シールリングの頭部と底部が双方共円弧状凸面をなすため、低荷重で所要の圧縮量を確保でき、パーティクルの発生やシールリングの捩れも有効に抑えられ、シールリングを、その頭部が溝底を向いた天地逆の状態で蟻溝に装着しようとしても、側面張出部の頂点が溝肩の幅方向突端を通過することができないので、シールリングが天地逆の状態で蟻溝に誤装着されてしまうのを確実に防止することができる。

請求項２の発明に係る密封構造によれば、シールリングの底部の頂点と頭部の頂点が蟻溝の幅方向両側を向いた横向き状態では、前記頂点が蟻溝の溝肩間を通過することができないので、請求項１による効果に加えて、シールリングが横向きに誤装着されてしまうのを確実に防止することができる。

請求項３の発明に係る密封構造によれば、シールリングを蟻溝に装着する際に、このシールリングにおける側面張出部と頭部との間の相対的な窪みを、溝肩に接触させて、その接触部を支点としながら底部を回転するように溝内へ挿入することができるので、請求項１による効果に加え、シールリングの装着を容易に行うことができる。

以下、本発明に係る密封構造を、図面を参照しながら説明する。まず図１及び図２は、それぞれ本発明に係る密封構造が適用される半導体製造のための真空チャンバを示す概略的な斜視図、図３は、本発明に係る密封構造の好ましい第一の形態を示す断面図、図４は、第一の形態におけるシールリングと蟻溝との関係を示す説明図、図５は第一の形態による密封状態を示す断面図、図６は、第一の形態におけるシールリングの装着過程を順を追って示す説明図である。

図１に示されるように、半導体製造のための真空チャンバは、半導体ウエハ等のワーク４を出し入れするための開口部１１を有する本体側のハウジング１と、開口部１１を開閉する蓋体２を備えており、この蓋体２による閉塞状態において、開口部１１の外周を密封状態に保持するためのシールリング３が、ハウジング１又は蓋体２に前記開口部１１の外周に沿って形成した後述の蟻溝に装着されている。以下に説明する実施の形態では、便宜上、図１のように、シールリング３がハウジング１側に装着されるものとする。

図３に示される第一の形態による密封構造において、ハウジング１には、開口部１１の外周に沿って蟻溝１２が形成されている。この蟻溝１２は、図４に示されるように、溝肩１２ａ，１２ｂ側の幅ｗ_１が相対的に狭く、溝底１２ｃ側の幅ｗ_２が相対的に広くなるように傾斜した一対の内側勾配面１２ｄ，１２ｅを有する。溝肩１２ａ，１２ｂはＲ面加工がなされている。

シールリング３は、ゴム状弾性材料で無端状に成形されたものであって、図３に示されるように、蟻溝１２の溝底１２ｃに密接される円弧状凸面をなす底部３ａと、その両側に形成され蟻溝１２の内側勾配面１２ｄ，１２ｅに密接又は近接される側面張出部３ｂ，３ｃと、この側面張出部３ｂ，３ｃにおける底部３ａと反対側の端部間に突出形成されて蟻溝１２の外側へ露出される円弧状凸面をなす頭部３ｄとを有する。また、側面張出部３ｂ，３ｃは、蟻溝１２の内側勾配面１２ｄ，１２ｅと対応する方向へ倒れた傾斜面をなし、図４に示されるように、側面張出部３ｂ，３ｃの傾斜角度θ_２を、蟻溝１２の内側勾配面１２ｄ，１２ｅの傾斜角度θ_１よりも大きくすることによって、この内側勾配面１２ｄ，１２ｅに対する適当なつぶし代が設定されている。

シールリング３における側面張出部３ｂ，３ｃと頭部３ｄとの境界は、図４に示されるように、側面張出部３ｂ，３ｃの頂点（底部３ａ側の端部）から前記頭部３ｄへ引いた接線Ｌより内側へ凹んだ窪み３ｅ，３ｆとなっている。また、頭部３ｄの幅ｗ_３、言い換えれば側面張出部３ｂ，３ｃと頭部３ｄとの境界（窪み３ｅ，３ｆ）間の幅ｗ_３は、溝肩１２ａ，１２ｂ間の幅（溝肩１２ａ，１２ｂの幅方向突端１２ａ’，１２ｂ’間の幅）ｗ_１より僅かに小さく、側面張出部３ｂ，３ｃの頂点（底部３ａ側の端部）間の幅ｗ_４は、前記幅ｗ_１より大きいものとなっている。

シールリング３における底部３ａと頭部３ｄの頂点間の高さｈ_１は、蟻溝１２の深さｄ_１及び溝肩１２ａ，１２ｂ間の幅ｗ_１より大きく、好ましくは、
ｈ_１≧1.1ｗ_１
となっている。また、両側の側面張出部３ｂ，３ｃの頂点（底部３ａ側の端部）から頭部３ｄの頂点までの高さｈ_２は、溝肩１２ａ，の幅方向突端１２ａ’，１２ｂ’から溝底１２ｃまでの深さｄ_２より大きいものとなっている。

以上の構成において、シールリング３は、図５に示されるように、蓋体２による開口部１１の閉塞時に、この蓋体２に適当な圧縮状態で頭部３ｄが密接されることによって、図１あるいは図２に示される真空チャンバ内を密封するものである。また、このシールリング３は、蟻溝１２の溝底１２ｃに密接される底部３ａ及び蓋体２に密接される頭部３ｄが、双方共、円弧状凸面をなすため、小さな圧縮荷重で容易につぶされ、良好なシール面が形成される。

詳しくは、シールリング３は、ハウジング１（蟻溝１２の溝底１２ｃ）と蓋体２の間で、高さｈ_１を減少するように圧縮変形を受けると、例えば、側面張出部３ｂ，３ｃと頭部３ｄとの間の窪み３ｅ，３ｆが溝肩１２ａ，１２ｂに嵌合している場合、先に説明した図１１のように変形されて、頭部３ｄに圧縮応力が集中することになるが、本形態によれば、頭部３ｄの幅ｗ_３が溝肩１２ａ，１２ｂ間の幅ｗ_１より小さく、側面張出部３ｂ，３ｃと頭部３ｄとの間の窪み３ｅ，３ｆは、溝肩１２ａ，１２ｂと非接触、非嵌合状態にあるため、頭部３ｄでの応力集中が起こらない。したがって、ハウジング１と蓋体２前記両部材間への頭部の膨出変形による噛み込みや、溝肩への圧接が起こりにくく、その結果、低荷重で所要の圧縮量を確保でき、半導体の製造プロセスに有害なパーティクルの発生や、噛み込みによるゴムの割れに起因するシール性の低下も有効に抑えられる。

また、このシールリング３は、側面張出部３ｂ，３ｃが蟻溝１２の傾斜面状の内側勾配面１２ｄ，１２ｅに適当な面圧で密接されているので、頭部３ｄがゴムの粘着特性によって蓋体２に粘着されても、この蓋体２の開放動作時に、シールリング３が蓋体２に引っ張られて蟻溝１２から抜け出してしまうようなことはなく、蟻溝１２内での捩れや倒れも生じない。

シールリング３を蟻溝１２に装着するには、まず図６（Ａ）に示されるように、シールリング３における一方の窪み３ｆ又はその近傍を、蟻溝１２における一方のＲ面状溝肩１２ｂへ当接させるように、このシールリング３を、図示の断面上で傾斜させる（捩る）。

次に、図６（Ｂ）に示されるように、窪み３ｆ又はその近傍と、蟻溝１２における一方の溝肩１２ｂとの当接部を支点として、シールリング３を、その捩れを戻す方向へ、図示の断面上で回転させることによって、シールリング３の円弧状凸面をなす底部３ａが、図６（Ｃ）→（Ｄ）→（Ｅ）に示されるように、適当に変形を受けながら他方のＲ面状溝肩１２ａ上を滑るようにして、蟻溝１２内へ挿入されて行く。

そして、図６（Ｅ）に示される状態から、側面張出部３ｂの頂部を、溝肩１２ａ上を乗り越えて蟻溝１２内へ滑り落とすことによって、図６（Ｆ）に示される装着状態となる。このとき、側面張出部３ｂ，３ｃが蟻溝１２の内側勾配面１２ｄ，１２ｅに適当な面圧で嵌まり込むので、シールリング３の高さ方向が蟻溝１２の深さ方向とほぼ平行になるように、自動的に位置決めされる。したがって、シールリング３はスムーズに且つ正確に蟻溝１２に装着される。

ここで、図７は、シールリング３を横向きに装着しようとした場合を示す断面図、図８は、シールリング３を天地逆向きに装着しようとした場合を示す断面図である。

すなわち、この形態によるシールリング３は、底部３ａの頂点と頭部３ｄの頂点間の高さｈ_１を溝肩１２ａ，１２ｂ間の幅ｗ_１より大きくし、好ましくはｗ_１の1.1倍以上としたため、図７に示されるように、底部３ａ及び頭部３ｄが蟻溝１２の幅方向両側を向いた横向きの状態では、溝肩１２ａ，１２ｂ間を通過することができない。したがって、シールリング３が蟻溝１２に横向きに誤装着されてしまうのを防止することができる。

また、窪み３ｅ，３ｆ間の幅ｗ_３は、頭部３ｄの幅と同等であり、溝肩１２ａ，１２ｂ間の幅ｗ_１より僅かに小さいため、図８（Ａ）に示されるように、シールリング３を逆向きに装着しようとしても、窪み３ｅ，３ｆは溝肩１２ａ，１２ｂに嵌合されない。このため、窪み３ｅ，３ｆが溝肩１２ａ，１２ｂに嵌合されることによる手応え（装着感）も発生せず、これらのことから、シールリング３が蟻溝１２に逆さに誤装着されてしまうのを防止することができる。

しかも、図８（Ｂ）に示されるように、シールリング３を逆さの状態で強引に蟻溝１２内へ押し込もうとしても、ｈ_２＞ｄ_２であるため、側面張出部３ｂ，３ｃの頂点（底部３ａ側の端部）が、溝肩１２ａ，１２ｂの幅方向突端１２ａ’，１２ｂ’を内側勾配面１２ｄ，１２ｅ側へ乗り越える前に、頭部３ｄが溝底１２ｃに当接状態となる。したがって、側面張出部３ｂ，３ｃの頂点が、Ｒ面をなす溝肩１２ａ，１２ｂの幅方向突端１２ａ’，１２ｂ’を乗り越えて内側勾配面１２ｄ，１２ｅに嵌まり込んでしまうことはないので、シールリング３が蟻溝１２に逆さに誤装着されてしまうのを防止することができる。

次に、図９は、本発明に係る密封構造の他の形態を示す断面図である。この形態において、上述した第一の形態と異なるところは、蟻溝１２が互いに分離可能に接合された内周側部材１３と外周側部材１４の間に沿って形成され、言い換えれば、ハウジング１が蟻溝１２に沿って内周側部材１３と外周側部材１４に分割されていることにある。

詳しくは、ハウジング１の内周側部材１３における外周側部材１４とのパーティング面１３ａは、蟻溝１２における一方（内周側）の内側勾配面１２ｄの延長面として形成されている。また、このパーティング面１３ａに密接衝合される外周側部材１４のパーティング面１４ａも、対応した勾配面をなしている。

言い換えれば、蟻溝１２は、内周側部材１３にその外周のパーティング面１３ａと連続して形成された内側勾配面１２ｄと、外周側部材１４のパーティング面１４ａから溝幅方向へ延びる平坦な溝底１２ｃと、この溝底１２ｃにおける外周側の端部から内側勾配面１２ｄと対称に傾斜して立ち上がった内側勾配面１２ｅとからなり、溝肩１２ａ，１２ｂがＲ面加工されたものである。

シールリング３の構成は、図３と同様であり、蟻溝１２とシールリング３の寸法関係も、図４と基本的に同様である。

したがって、図９に示される第二の形態によれば、上述した第一の形態と同様の効果が実現される。加えて、ハウジング１が蟻溝１２に沿って内周側部材１３と外周側部材１４に分割可能であることから、シールリング３の装着に際して、図中に二点鎖線で示されるように、予め内周側部材１３と外周側部材１４を分離しておき、シールリング３を外周側部材１４側に形成された溝底１２ｃ上に配置してから、内周側部材１３を外周側部材１４に衝合してハウジング１を組み立てることによって、シールリング３を溝肩１２ａ，１２ｂ間で強制変形させることなく蟻溝１２に容易に装着することができる。

また、いったん蟻溝１２に装着されたシールリング３は、内周側部材１３と外周側部材１４を分離することによって蟻溝１２から取り外すことができる。

本発明に係る密封構造が適用される半導体製造装置を示す概略的な斜視図である。 本発明に係る密封構造が適用される半導体製造装置であって図１と異なる形態のものを示す概略的な斜視図である。 本発明に係る密封構造の好ましい実施の形態を示す断面図である。 第一の形態におけるシールリングと蟻溝との関係を示す説明図である。 第一の形態による密封状態を示す断面図である。 第一の形態におけるシールリングの装着過程を順を追って示す説明図である。 第一の形態におけるシールリング３を横向きに装着しようとした場合を示す断面図である。 第一の形態におけるシールリング３を天地逆向きに装着しようとした場合を示す断面図である。 本発明に係る密封構造の他の形態を示す断面図である。 従来の技術による密封構造を示す断面図である。 図１０のシールリングを圧縮した状態を示す断面図である。 他の従来の技術による密封構造を示す断面図である。 他の従来の技術による密封構造を示す断面図である。 図１０の密封構造におけるシールリングの誤装着状態を示す断面図である。 図１２の密封構造におけるシールリングの誤装着状態を示す断面図である。 図１３の密封構造におけるシールリングの誤装着状態を示す断面図である。

符号の説明

１ ハウジング
１１ 開口部
１２ 蟻溝
１２ａ，１２ｂ 溝肩
１２ｃ 溝底
１２ｄ，１２ｅ 内側勾配面
１３ 内周側部材
１３ａ，１４ａ パーティング面
１４ 外周側部材
２ 蓋体
３ シールリング
３ａ 底部
３ｂ，３ｃ 側面張出部
３ｄ 頭部
３ｅ，３ｆ 窪み

Claims (3)

1. 内側勾配面（１２ｄ，１２ｅ）が溝内側へ倒れるように傾斜した蟻溝（１２）に、ゴム状弾性材料からなるシールリング（３）が装着され、このシールリング（３）は、前記蟻溝（１２）の溝底（１２ｃ）に密接される円弧状凸面状の底部（３ａ）と、その両側に形成され前記内側勾配面（１２ｄ，１２ｅ）に密接又は近接される側面張出部（３ｂ，３ｃ）と、両側の側面張出部（３ｂ，３ｃ）における前記底部（３ａ）と反対側の端部間に円弧状凸面状に突出形成されて前記蟻溝（１２）の外側へ露出される頭部（３ｄ）とを有し、前記側面張出部（３ｂ，３ｃ）の頂点から前記頭部（３ｄ）の頂点までの高さ（ｈ _２ ）が、前記蟻溝（１２）の溝肩（１２ａ，１２ｂ）の幅方向突端（１２ａ’，１２ｂ’）から溝底（１２ｃ）までの深さ（ｄ _２ ）より大きいことを特徴とする密封構造。
2. シールリング（３）における底部（３ａ）と頭部（３ｄ）の頂点間の高さ（ｈ_１）が、蟻溝（１２）の溝肩（１２ａ，１２ｂ）間の幅（ｗ_１）より大きいことを特徴とする請求項１に記載の密封構造。
3. シールリング（３）における側面張出部（３ｂ，３ｃ）と頭部（３ｄ）との境界が、前記側面張出部（３ｂ，３ｃ）の頂点から前記頭部（３ｄ）への接線（Ｌ）より内側へ凹んだ窪み（３ｅ，３ｆ）をなすことを特徴とする請求項１に記載の密封構造。

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