JP3946466B2

JP3946466B2 - Sealing material for dovetail

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Publication number: JP3946466B2
Application number: JP2001202488A
Authority: JP
Inventors: 彰上田; 晃村松; 将廣今井
Original assignee: Nippon Valqua Industries Ltd
Current assignee: Nippon Valqua Industries Ltd
Priority date: 2001-07-03
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2021-07-03
Also published as: JP2003014126A; WO2003004912A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蟻溝用シール材およびシール構造に関し、詳しくは、高い気密性を要求される真空装置や配管機器などにおいて、部材同士の接合個所に装着されて接合個所の封止を図るシール材を対象にしている。
【０００２】
【従来の技術】
シール構造として、断面台形状をなす蟻溝を利用する技術が知られている。例えば、ＪＩＳ−Ｂ２４０１には、シール材としてＯリングを装着する蟻溝の寸法形状が規定されている。
【０００３】
真空装置など各種装置の出入口ポートに設けられるゲートバルブ等の弁体と弁座とのシール構造において、シール材であるＯリングを、片側の部材表面に設けられた蟻溝に装着しておくと、弁体を開いてＯリングが露出したときでも、Ｏリングが蟻溝から浮き上がったり脱落したりし難く、再び蓋などを閉めたときに、Ｏリングが不適切な位置や姿勢になり難いという利点があるとされている。また、蟻溝であれば、真空環境でシール材が収容溝から吸い出されることも阻止できる。
【０００４】
このような蟻溝を利用するシール構造において、密封性などの性能を向上させるために、シール材の形状や構造を改善する技術が種々提案されている。
【０００５】
例えば、特開平１０−３１８３７３号公報には、断面ハート形のシール材が開示されている。基本的な円形断面の円周の一部に凹状部を設けており、凹状部の両側が脚状をなしている。この凹状部と脚状部分とで構成される形状が、蟻溝の内形状に沿って配置され、蟻溝の底に脚状部分が当接して密着した状態になる。その結果、封止リングが蟻溝の内部で捩じれを生じたり転動したりすることなく安定した姿勢で全長にわたって均一に装着できるとされている。凹状部を有することで反発弾性力が良好に作用し封止機能が高まる、ともされている。
【０００６】
特開平１１−３３６９０９号公報には、円形断面からなる本体を基本にして、その外周に概略三日月状の膨出部を設け、膨出部に隣接して凹窪部を設けたシール部材の構造が提案されている。本体と膨出部の片面が、蟻溝の底面に配置されることで、安定した取付姿勢になり、捩れや転動も生じ難いとされている。また、凹窪部を蟻溝の開口縁に引っ掛けるようにしてシール材の出し入れを行なうことで、シール材の装脱作業が容易になるとされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来における蟻溝用のシール材は、封止する部材同士を締め付けたときに、シール材の噛み込みが発生したり、シール材から欠落した破片や粉が発生したりし易いという問題がある。
【０００８】
蟻溝は、開口縁が楔状に突き出している。締め付け圧縮されて外側に膨れたシール材が、蟻溝の開口縁に引っ掛かると、その部分に局所的に過大な応力が発生して、シール材が損傷したり欠落したりし易い。シール材が開口縁に擦れて磨耗粉が発生する。シール材から欠落した破片や粉が、隣接する空間や流体に混入することは好ましくない。
【０００９】
蟻溝の開口縁に引っ掛かったシール材は、封止する両側の部材面の間に挟み込まれ、いわゆる噛み込みを生じる。特に、シール材に隣接する空間が真空状態であると、シール材が真空側に吸い出されて、前記噛み込みを生じ易い。噛み込みが生じると、締め付け圧力を増やしても封止機能が高まらない。漏れが発生し易くなる。噛み込まれたシール材は、損傷や欠落が生じ易くなる。シール材の耐久性も低下する。真空によるシール材の吸い出しは、シール材の転動や捩れを起こす原因にもなる。
【００１０】
真空環境等のシール構造では、シール材の隣接空間における圧力変動が非常に大きく、シール材に生じる締め付け応力が大きく変動する。締め付け応力が変動すると、封止機能も大きく変化し、封止不良が発生し易い。
【００１１】
本発明の課題は、蟻溝に装着されて使用されるシール材として、噛み込みや転動、捻れなどの問題を起こしにくく、封止機能に優れた蟻溝用シール材を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる蟻溝用シール材は、部材同士の接合個所で何れか一方の部材の表面に設けられた蟻溝に装着され他方の部材の表面と当接することで両部材間を封止する蟻溝用シール材であって、弾性材料からなり、断面形状において、前記蟻溝の底面に配置される平坦な底辺と、底辺の両側から斜め外向きに立ち上がる左右の斜辺と、左右の斜辺のそれぞれ先端に設けられ前記蟻溝の内部で開口近くに配置される左右の張出肩部と、左右の張出肩部の中央に設けられ前記蟻溝の開口よりも上方に突出して配置される中央凸部と、張出肩部と中央凸部との間に設けられ、張出肩部と中央凸部との接線よりも内側に凹んだ凹入部とを備える。
【００１３】
〔接合個所〕
シール材は、各種の機械装置において、一対の部材同士が対面して接合される個所において、接合個所を高い機密性を維持して封止するために使用される。このような封止機能を要求される構造部分であれば、接合個所を構成する部材の構造や形状などは特に限定されない。
【００１４】
高い気密性が要求される接合個所として、半導体・液晶の製造プロセスで使用される処理チャンバーの、チャンバー本体と開閉蓋との接合個所が挙げられる。このような処理チャンバーに設けられる開閉可能なゲート弁の取付部分も挙げられる。その他にも、真空装置などの開閉蓋や付属機器の取付個所、配管機器の連結個所などもある。
【００１５】
何れの場合も、接合個所では一対の部材が対面し、一方の部材の表面には蟻溝が設けられ、この蟻溝にシール材が装着される。他方の部材の表面は単なる平坦面からなるものであってもよいし、蟻溝と対応する個所に浅い溝や段差が設けられている場合もある。
【００１６】
〔蟻溝〕
蟻溝の基本的な断面構造は、開口よりも内部側の幅が広くなった概略台形状である。
【００１７】
蟻溝の底面は開口と平行な平坦面であることができる。蟻溝の両側面は、底側から開口側へと内向きに傾斜した傾斜面であることができる。両側面で傾斜角度が違っていてもよい。側面が湾曲面であってもよい。側面と底面とが交わる隅部、および、開口の内縁には、円弧状のアール（丸み）や面取りを施しておくことができる。
【００１８】
蟻溝は、前記した接合個所において、封止しなければならない領域を囲んで環状に配置される。例えば、真空空間、流体通路などの外周を囲む環状に配置される。蟻溝の配置形状としては、円形のほか、楕円形や長円形、矩形状、多角形状等、封止個所の形状に応じて適宜に設定することができる。
【００１９】
接合個所において、一対の部材のうち、どちら側に蟻溝を設けても良い。例えば、上下に開閉する蓋の底面に蟻溝を設けることができる。
【００２０】
〔蟻溝用シール材〕
蟻溝用シール材の材料や基本的な構造は、通常のＯリングその他の蟻溝用シール材と共通する技術が採用できる。
【００２１】
シール材の材料は、封止機能に要求される弾性変形が可能な弾性材料であれば、天然あるいは合成のゴム材料、弾性樹脂材料が使用できる。具体的には、封止される環境の条件（流体の種類、温度、圧力などの条件）に応じて適切な材料を選択することができる。例えば、半導体分野で、乾燥用チャンバーの開閉蓋個所に使用される場合、耐アルコール性やクリーン性に優れ、コストも比較的安価なＥＰＤＭ系ゴムが使用できる。各種プラズマ条件下などの腐食環境では、フッ素ゴムが好ましい。
【００２２】
シール材の基本構造は、特定の断面形状を有する環状体すなわちリングである。シール材の環径および環の配置形状は、装着する蟻溝の環径や配置形状に合わせて設定される。
【００２３】
シール材の断面形状は、底辺、斜辺、張出肩部、中央凸部および凹入部を備えており、全体の概略形状が「ダルマ形」を呈する。以下では、本発明の蟻溝用シール材を、ダルマ形シール材と称することがある。
【００２４】
＜底辺＞
底辺は平坦である。蟻溝に装着する際に、蟻溝の底面にシール材の底辺が配置されることで、シール材が傾いたり捻れたりすることなく、安定した状態で配置される。装着後に部材同士が締め付けられたときには、蟻溝の底面との間で圧力を受ける。
【００２５】
底辺は、全面が平坦であってもよいし、底辺の一部に凹みや溝などを備えておくこともできる。
【００２６】
底辺の幅が蟻溝の開口幅よりも狭いと、蟻溝にシール材を装着する作業の際に、底辺からスムーズに蟻溝の開口を通過させることができる。
【００２７】
＜斜辺＞
斜辺は、底辺の両側から斜め外向きに立ち上がる。装着時に、蟻溝の開口縁にシール材の斜辺が当接しながら装着動作が行なわれる。この装着動作がスムーズに行なえる形状を有するのが好ましい。
【００２８】
通常、左右の斜辺は同じ傾き角度に設定されるが、必要に応じて、傾きを違えることもできる。
【００２９】
斜辺は、直線状であってもよいし、内側あるいは外側に湾曲していてもよい。
【００３０】
＜張出肩部＞
左右の斜辺のそれぞれ先端に設けられる。装着状態で、張出肩部の外側端が蟻溝の開口縁よりも内側の内斜面に当接する。これによって、蟻溝からシール材が脱落することが防げる。蟻溝内におけるシール材の姿勢や位置を決める機能もある。
【００３１】
張出肩部は、円弧状などの滑らかな外形状を有することで、蟻溝の内斜面への当接がスムーズになり、取り扱いおよび装着使用時に張出肩部が欠けたり磨耗したりすることが防げる。
【００３２】
＜中央凸部＞
左右の張出肩部の中央に設けられ、蟻溝の開口よりも上方に突出して配置される。
【００３３】
装着状態で、蟻溝の開口縁よりも内側に配置される必要がある。
【００３４】
中央凸部の中央先端が、接合する相手側部材の表面に当接して締め付け圧力を受ける。相手側部材との当接がスムーズに行なえ、圧力が良好に受けられ、十分なシール面圧が発生する形状が好ましい。
【００３５】
中央凸部の具体的形状として、半円形状、半楕円形状、半長円形状などの曲線形状が採用できる。三角山形、台形状、矩形状などの直線形状も採用できる。直線形状の場合、角部には円弧状のアールのような曲線形状を組み合わせることが好ましい。局部的な応力集中が生じ難く、適度な弾性変形によって封止機能が発揮できる形状が選択される。
【００３６】
＜凹入部＞
張出肩部と中央凸部との間に設けられる。張出肩部と中央凸部との接線よりも内側に凹んでいる。
【００３７】
具体的には、張出肩部と中央凸部との外形に沿って１本の直線状をなす接線を想定したときに、凹入部の外形は、接線よりも内側に存在している。
【００３８】
凹入部は、張出肩部と中央凸部の形状を滑らかにつなぐことができれば、直線形状および曲線形状の何れでもよい。
【００３９】
〔蟻溝および蟻溝用シール材の各部寸法〕
ダルマ形をなすシール材の各部の寸法を適切に設定することによって、シール材の性能を向上させることができる。
【００４０】
蟻溝の寸法形状としては、ＪＩＳ−Ｂ２４０１やＡＳ５６８Ａなどの規格で規定された条件が採用される。このようにして決められた蟻溝の寸法形状に合わせて、シール材の寸法が設定される。
【００４１】
具体的には、蟻溝の寸法が、高さＨ、開口幅Ｇ、断面積Ａであるときに、蟻溝用シール材を以下の寸法条件に設定することが有効である。
【００４２】
全幅Ｗp1 ＝１．０５Ｇ〜１．１５Ｇ
全幅が広すぎると、装着時に蟻溝の開口縁を張出肩部が通過し難い。全幅が狭すぎると、装着後に蟻溝からシール材が脱落したり、蟻溝の内部で転動や捩れが発生し易くなる。張出肩部が蟻溝の内斜面にちょうど配置されるように、全幅を設定しておけば、蟻溝内でのシール材のずれや移動が規制できる。
【００４３】
底辺の幅Ｗp2 ＝０．６５Ｇ〜０．７６Ｇ
底辺の幅が狭すぎると、圧力が加わったときに底辺に生じる応力が過大になり、シール材の耐久性が低下する。底辺の幅が広すぎると、蟻溝に底辺から挿入する装着作業が行い難い。
【００４４】
中央凸部の幅Ｗp3 ＝０．７５Ｇ〜０．９０Ｇ
中央凸部の幅が広すぎると、蟻溝の開口縁に引っ掛かったり噛み込みを起こしたりし易くなる。中央凸部の幅が狭すぎると、圧力が加わったときの変形が過大になり、中央凸部の物理的強度が低下する。但し、使用条件によっては、下限値よりも狭い幅でも採用できる。
【００４５】
全高Ｈp1 ＝１．３５Ｈ〜１．６０Ｈ
全高が小さ過ぎると、接合個所の締め付け時に締め代が十分に確保できず、部材同士が直接に接触し易くなり、十分な封止機能も発揮し難い。全高が大き過ぎると、変形によって外側に大きく膨れ、蟻溝の開口縁に接触したり噛み込みを発生したりし易くなる。中央凸部の変形が過大になって、中央凸部が折れ曲がったり損傷したりする。
【００４６】
断面積Ａp ＝０．９５Ａ〜１．４０Ａ
断面積が大き過ぎると、蟻溝に収容され難く、取り付け取り外しが行い難い。断面積が小さ過ぎると、蟻溝内でシール材が転動したり捻れたり、蟻溝からシール材が脱落したりし易くなる。部材同士のメタルタッチも発生し易い。また、断面積は、シール材の総合的な変形容量や封止能力と相関するので、適切な断面積を有することで、封止機能も良好になる。
【００４７】
なお、使用条件によって、部材同士がメタルタッチを起こす心配が少ない場合には、下限値よりも小さな断面積でも使用可能な場合がある。
【００４８】
断面積Ａp と全高Ｈp1 との関係で、全高Ｈp1 を大きく断面積Ａp を小さくすると、圧縮率が大きく弾性に富んだシール材が得られる。このようなシール材は、一般的には、低い締め付け力で使用される小型品に適している。これとは逆に、全高Ｈp1 を小さく断面積Ａp を大きくすると、腰の強いシール材が得られる。このようなシール材は、大きな締め付け力で使用される大型品に適している。
【００４９】
底辺から張出肩部上端までの高さＨp2 ＝０．９０Ｈ〜０．９５Ｈ
この張出肩部の高さが大き過ぎると、負荷時の変形で、張出肩部が蟻溝の開口縁に引っ掛かったり噛み込みを起こしたりし易くなる。張出肩部の高さが小さ過ぎると、蟻溝内でシール材が左右に動いたり姿勢が変わったりし易くなる。
【００５０】
一般的には、張出肩部が出来るだけ蟻溝の開口縁に近い位置で開口縁よりは内側に配置されるように設定するのが好ましい。
【００５１】
中央凸部を、半径Ｒp3 ＝０．３５〜０．４５Ｇの概略半円形に設定できる。半径Ｒp3 が大きいほど、負荷時に中央凸部と相手側部材との接触量が増え、接触個所の応力は小さくなる。半径Ｒp3 は、中央凸部の幅Ｗp3 に影響を与える。具体的には、中央凸部の幅Ｗp3 は半径Ｒp3 の２倍に相当することになる。
【００５２】
張出肩部を、半径Ｒp1 ＝０．０８〜０．２０Ｇの円弧状に設定できる。半径Ｒp1 は、張出肩部と蟻溝の内斜面との接触量や発生する応力に影響を与える。
【００５３】
斜辺の傾斜角度θ＝１０〜３５°（底辺から直立する鉛直線に対して）
傾斜角度が小さいほど、シール材を蟻溝に挿入する作業がスムーズに行なえるが、底辺に対する張出肩部の張り出し量が少なくなる。
【００５４】
〔蟻溝用シール材の使用〕
環状をなす蟻溝に沿って、同じ環状などをなす蟻溝用シール材を一端から順次挿入する。
【００５５】
シール材は、底辺側から蟻溝の開口に挿入していく。シール材の斜辺が蟻溝の開口縁に当接して滑るように移行する。シール材は全幅が狭まるように弾性変形する。張出肩部を蟻溝の開口縁から内側に通過させれば、シール材は蟻溝に装着される。
【００５６】
装着状態では、蟻溝の底面にシール材の底辺が当接し、シール材の左右の張出肩部が蟻溝の内斜面に当接もしくは近接することで、蟻溝に対するシール材の姿勢および位置は適切な状態に決められる。蟻溝内で、シール材が転動したり捻れたりすることが防げる。
【００５７】
特に、蟻溝が下向きに開口しているような状態でも、内部に装着されたシール材は、張出肩部が蟻溝の開口縁よりも内側の内斜面に引っ掛かるので、蟻溝から落下したり、はみ出したりすることがない。蟻溝が、開閉蓋の底面に下向きに設けられている場合などに、極めて有効である。
【００５８】
さらに、左右の張出肩部が蟻溝の内斜面に当接することで、中央凸部および凹入部は、蟻溝の開口縁よりも確実に内側の空間に配置される。シール材が偏って開口縁に接触したり引っ掛かったりすることが防げる。開口縁よりも上方に突出する中央凸部の突出量も確実に設定される。
【００５９】
〔蟻溝用シール材の封止機能〕
蟻溝用シール材が装着された蟻溝に、相手側の部材を配置して部材同士を接合することで、シール材を相手側部材の表面と当接させて接合個所を封止する。
【００６０】
部材同士の接合個所で、蟻溝に装着されたシール材は、蟻溝の上方に突出する中央凸部の先端が相手側部材の表面に当接する。中央凸部の先端が弾性的に変形することで相手側部材の表面との間に封止機能を果たすための十分な大きさの接触面積および面圧力が発生する。
【００６１】
中央凸部の弾性的変形に伴って、中央凸部から凹入部、張出肩部および斜辺を含むシール材の全体が左右の外側に膨れるように変形する。蟻溝の開口縁と、シール材の中央凸部や凹入部との間には十分な余裕があるので、シール材の一部が開口縁に引っ掛かったり、部材表面で開口縁の外側にはみ出したりすることが防げる。張出肩部が蟻溝の内斜面に当接することで、シール材がそれ以上は外側に膨出変形し難くなるという作用もある。
【００６２】
シール材の底辺は、蟻溝の内底面に当接することで、十分な面積で封止機能が発揮される。シール材の底辺が蟻溝の内底面に当接していれば、シール材が傾いたり捻れたりすることが阻止される。中央凸部の先端にある程度まで偏った力が加わったとしても、シール材は安定した姿勢を維持できる。例えば、一辺が軸支された旋回動作する開閉蓋では、開閉蓋と本体側とは正確な平行状態で閉まらないことがあり、シール材の中央凸部を相手側部材が倒したり捻じ曲げたりする方向に力を加えることがある。そのような場合でも、シール材が傾いたり捻れたりし難い。
【００６３】
〔補助シール材の使用〕
前記した概略ダルマ形をなす蟻溝用シール材を、別の構造のシール材と組み合わせて使用することができる。
【００６４】
具体的なシール構造として、前記蟻溝用シール材を蟻溝に装着するとともに、蟻溝の内部で底部両隅に断面円形をなす補助シール材を配置することができる。
【００６５】
補助シール材は、汎用のＯリングを使用することができる。Ｏリングの材料や構造は、特に限定されない。使用環境に合わせて、前記ダルマ形の蟻溝用シールと共通する材料を採用するのが好ましい。
【００６６】
蟻溝に前記蟻溝用シール材を装着した状態で、蟻溝用シール材の斜辺と蟻溝の底の隅部との空間を、補助シール材で埋めるようにする。
【００６７】
負荷時には、蟻溝用シール材の斜辺が外側に膨れるように変形しようとすると、補助シール材に当接する。蟻溝の隅部と蟻溝用シール材の斜辺とで挟まれた補助シール材が弾力的に変形し、その弾性反発力が蟻溝用シール材の斜辺を元の状態に押し戻すように作用する。
【００６８】
その結果、蟻溝用シール材と両部材との間に発生する応力が高くなり、封止機能が向上する。
【００６９】
蟻溝用シール材の左右を補助シール材で支えることで、蟻溝用シール材が傾いたり捻れたりすることを防ぐ機能も発揮できる。
【００７０】
【発明の実施形態】
図１に断面形状を示すように、概略ダルマ形をなす蟻溝用シール材１０は、全体が弾性変形可能なゴム材料からなり、図示された断面形状で連続する環状をなしている。ゴム材料としては、硬度６５ＨＡ程度のＥＰＤＭ系ゴムが使用できる。
【００７１】
〔蟻溝用シール材の構造〕
蟻溝用シール材１０の断面形状は、平坦な底辺１２と、底辺１２の両端から斜め外向きに立ち上がる左右の斜辺１４、１４を有する。斜辺１４の先端には張出肩部１６を有する。張出肩部１６は、外側に向かって突出する円弧状をなしている。
【００７２】
左右の張出肩部１６の中央で張出肩部１６の上方には中央凸部１８を有する。中央凸部１８は、上方に突出する大きな円弧状をなしている。中央凸部１８と左右の張出肩部１６との連結個所には、中央凸部１８と張出肩部１６とをつなぐ接線よりも内側に円弧状に凹んだ凹入部１７を有する。中央凸部１８と凹入部１７との間、および、凹入部１７と張出肩部１６との間は何れも、滑らかに移行するように連結されている。
【００７３】
その結果、全体の断面形状は、概略ダルマ形をなしている。
【００７４】
〔蟻溝用シール材の寸法〕
図２に示すように、前記した基本構造を有する蟻溝用シール材１０は、各部の寸法を規定することで、全体形状が決定される。これらの寸法の名づけ方は、蟻溝用シール材１０を蟻溝に装着した姿勢を基準にしている。
【００７５】
全幅Ｗp1は、蟻溝用シール材１０のうち、最も広い幅寸法であり、具体的には、左右の張出肩部１６、１６の外端間の寸法となる。左右の張出肩部１６，１６を構成する半径Ｒp1 の円弧同士の距離で規定される。
【００７６】
底辺幅Ｗp2 は、蟻溝用シール材１０の底辺で平坦な部分の幅である。
【００７７】
全高Ｈp1 は、蟻溝用シール材１０の最も高い個所の高さ寸法であり、具体的には、底辺１２から中央凸部１８の上端までの寸法である。中央凸部１８は半径Ｒp3 の円弧で構成されているので、円弧の中央先端位置で規定される。
【００７８】
張出肩部高さＨp2 は、底辺１２から張出肩部１６の上端までの高さ寸法である。張出肩部１６の上端は、張出肩部１６と凹入部１７との境界点、すなわち、張出肩部１６の外向き円弧から凹入部１７の内向き円弧へと曲率が変化する点で規定する。凹入部１７は、半径Ｒp2 の円弧で構成されている。
【００７９】
中央凸部幅Ｗp3 は、中央凸部１８で最も広い部分の幅であり、具体的には、中央凸部１８の左右の最下端で、凹入部１７との境界点、すなわち、中央凸部１８の外向き円弧から凹入部１７の内向き円弧へと曲率が変化する点で規定する。
【００８０】
〔蟻溝用シール材の装着〕
図３に示すように、蟻溝用シール材１０は、蟻溝２２に装着して使用される。
【００８１】
蟻溝２２は、圧力容器の蓋と容器本体、真空装置の開口蓋と本体装置など、複数の部材２０、３０が互いに対面して配置され、両部材２０、３０間を封止しておく必要がある個所に設けられる。
【００８２】
図３では、上下に配置された部材２０，３０を接合しているが、部材２０，３０が左右方向や斜め方向で対面している場合もある。
【００８３】
片方の部材２０の表面に、断面台形状の蟻溝２２が設けられる。図３では、説明を判り易くするために、下方側の部材２０における上向きの面に蟻溝２２を配置した状態で図示しているが、上方側の部材３０における下向きの面に蟻溝２２を設けることもできる。
【００８４】
蟻溝２２は、平坦な内底面とその両側に立ち上がる内斜面とで構成され、底側の幅が広く、開口側の幅が狭い。内底面と内斜面とが交差する内隅部は円弧状をなして滑らかにつながっている。開口縁２４は、断面が小さな円弧状をなしている。蟻溝２２の具体的寸法形状は、ＪＩＳ規格などで規定されている。通常、内底面から開口縁２４までの高さＨと、開口縁２４の内幅Ｇで、蟻溝２２の寸法が規定される。内斜面の傾斜は通常、２４°に設定される。
【００８５】
図３(a)に二点鎖線で示すように、蟻溝用シール材１０を、底辺１２側から蟻溝２２に装入する。このとき、蟻溝内幅Ｇよりも蟻溝用シール材１０の底辺幅Ｗp2 のほうが狭いので、蟻溝用シール材１０は底辺１２側からスムーズに蟻溝２２へと挿入される。
【００８６】
蟻溝用シール材１０の張出肩部１６における全幅Ｗp1 は、蟻溝２２の開口縁２４における蟻溝内幅Ｇよりも大きいので、張出肩部１６が蟻溝開口縁２４を通過する際には、蟻溝用シール材１０を弾性的に変形させる。このとき、蟻溝用シール材１０の斜辺１４が蟻溝２２の開口縁２４に当接して滑るようにしながら蟻溝用シール材１０が変形するので、大きな抵抗が発生せず、滑らかに移行させることができる。従来のＯリングに比べて、はるかに優れた挿入性を示す。
【００８７】
張出肩部１６が開口縁２４を通過すれば、蟻溝用シール材１０は溝元の形状に復元する。
【００８８】
図３(a)の装着状態では、蟻溝用シール材１０の底辺が蟻溝２の底面に当接する。張出肩部１６は、蟻溝２２の開口縁２４よりも下方で内斜面に当接する。
【００８９】
その結果、蟻溝用シール材１０は、蟻溝２２に対して安定した位置に適切な姿勢で配置される。蟻溝用シール材１０の底辺１２と、左右の張出肩部１６，１６との３個所で、蟻溝２２に対する位置決めがなされる。但し、無負荷時には、張出肩部１６は蟻溝２２の内斜面に当接せず近接しているだけでもよい。
【００９０】
〔蟻溝用シール材の封止機能〕
図３(b)に示すように、蟻溝２２を備えた部材２０に対して、別の部材３０が配置される。部材２０、３０を、図示を省略した締め付けボルトなどで締め付け固定することで、両部材２０、３０が接合一体化される。
【００９１】
このとき、部材３０の表面が蟻溝用シール材１０の上端すなわち中央凸部１８に当接し、蟻溝用シール材１０を上下方向に押しつぶすように変形させる。
【００９２】
蟻溝用シール材１０が上下方向に圧縮されることで、中央凸部１８は円弧が平坦に押しつぶされるようになり、部材３０の表面と一定の面積で圧接される。この圧接によって、蟻溝用シール材１０と部材３０との間に必要なシール面圧が確保され、封止機能が発揮される。
【００９３】
蟻溝２２の内部では、底辺１２が蟻溝２２の内底面に圧接される。中央凸部１８が押しつぶされることに伴い、左右の斜辺１４，１４は外側に膨れるように変形する。張出肩部１６は、蟻溝２２の内斜面に押し付けられる。底辺１２と蟻溝２２の内底面との接触、および、張出肩部１６と蟻溝２２の内斜面との当接によって、蟻溝用シール材１０と部材２０との間が封止される。
【００９４】
底辺１２は比較的に広い面積で蟻溝２２の内底面と接触するので、底辺１２に発生する応力は比較的小さく、変形量も少ない。また、底辺１２から左右の斜辺１４，１４を経て張出肩部１６に至る逆台形の形状は、上下方向の圧縮に対して変形し難い構造である。
【００９５】
その結果、シール材１０は、上下方向の変形が少なくなる。締め付け力が変動したり、周囲の圧力環境が変動したりしても、シール材１０の圧縮変形量は変動し難くなる。圧力条件の変動に関わらず、常に良好な封止機能を発揮することができる。
【００９６】
シール材１０が上下方向に変形し難いことで、部材２０，３０同士が直接に接触してしまう、いわゆるメタルタッチも生じ難い。
【００９７】
蟻溝用シール材１０が左右に膨れるように変形すると、蟻溝用シール材１０の側面が蟻溝２２の開口縁２４に近づくことになるが、蟻溝２２の開口縁２４には、張出肩部１６よりも上方の凹入部１７から中央凸部１８が配置されることになるので、蟻溝２２の開口縁２４に強く当接したり引っ掛かったりすることが防がれる。開口縁２４よりも上方の空間で、蟻溝用シール材１０の一部が開口縁２４よりも外側に膨れてはみ出すことも起き難い。
【００９８】
図３(b)の状態で、左右何れかの空間が真空状態であった場合、蟻溝用シール材１０が、蟻溝２２から部材２０，３０間の隙間へと吸い出される作用が生じる。しかし、この場合でも、中央凸部１８および凹入部１７と開口縁２４との間には余裕があるので、シール材１０の一部が部材２０，３０間に噛み込まれることが防止できる。特に、張出肩部１６が蟻溝２２の内斜面に当接していることで、シール材１０が真空側に吸い出されたり転動したりすることが確実に阻止できる。
【００９９】
〔蟻溝用シール材の製造〕
図１、２に示す構造の概略ダルマ形をなす蟻溝用シール材を製造した。
【０１００】
＜弾性材料＞
ベースゴムにエスプレン５０１Ａ（住友化学社製ＥＰＤＭ系ゴム）を用い、加工助剤や、補強剤としてのカーボンブラック、老化防止剤、架橋剤などを配合して、弾性ゴム材料とした。
【０１０１】
＜製造＞
各材料の配合物を、予備成形して、短冊状に裁断した。
【０１０２】
予備成形体を、所定形状の金型に装着し、１７０℃×１５分で加熱加圧成形し、蟻溝用シール材を得た。
【０１０３】
弾性ゴム材料の硬度は、６５ＨＡ（ＪＩＳ規格に準じて測定）であった。
【０１０４】
＜寸法＞
得られた蟻溝用シール材の、図２に示す断面形状における各寸法は以下のとおりであった。
【０１０５】
全幅Ｗp1 ＝１２．６０ｍｍ、
底辺幅Ｗp2 ＝７．９３ｍｍ、
全高Ｈp1 ＝１２．０ｍｍ、
中央凸部半径Ｒp3 ＝５．０ｍｍ、
張出肩部高さＨp2 ＝７．６３ｍｍ、
張出肩部半径Ｒp1 ＝１．５ｍｍ、
凹入部半径Ｒp2 ＝２．０ｍｍ、
中央凸部幅Ｗp3 ＝１０ｍｍ、
蟻溝用シール材は、上記断面形状であって、内径１１０８ｍｍの環状をなしている。
【０１０６】
〔封止性能の評価〕
製造した概略ダルマ形の蟻溝用シール材１０の性能を評価した。比較品として、同じゴム材料で断面直径φ１２ｍｍのＯリングを製造して、対比試験を行なった。
【０１０７】
蟻溝の寸法：ＪＩＳ−Ｂ２４０１、Ｏリングの呼び番号Ｐ１２に対応する規格を採用した。内幅Ｇ＝１１．７５ｍｍ、高さＨ＝７．６ｍｍ、開口縁アールＲ＝０．６ｍｍ、内斜面角度＝２４°（鉛直方向に対して）である。
【０１０８】
＜平面ひずみモデル解析＞
解析に用いた材質条件：表面摩擦係数＝１．０、縦弾性係数＝６．５３１Ｎ／ｍｍ²（０．６６５９５ｋｇｆ／ｍｍ²）。
【０１０９】
圧縮荷重を負荷したときの、歪量と圧縮荷重値を解析した。その結果を、図４に示す。実線が実施例、破線が比較例を示す。
【０１１０】
比較例（Ｏリング）に比べて本発明の実施品（ダルマ形）は、同じ歪を生じさせるために必要な荷重値が大きく、変形し難いことが判る。また、グラフの傾きから、圧縮荷重の変動量が同じときに歪量の変化が少ない。これは、使用環境でシール材に加わる負荷が変動しても歪量は変動せず、安定した封止機能を発揮できることを裏付けている。
【０１１１】
３．８ｍｍ圧縮した状態の、歪モデルを画像表示させて評価した。比較品（Ｏリング）の場合は、蟻溝の開口縁にシール材の一部が噛み込まれていた。実施品（ダルマ形）では、図３(b)に示すように、蟻溝の開口縁とシール材との間には隙間があいており、噛み込みは発生していなかった。
【０１１２】
上記した３．８ｍｍ圧縮状態で、表面に発生するミーゼス相当応力を求めて、その結果を、図５（実施例）および図６（比較例）に示している。
【０１１３】
測定は、各図の(a)に示すように、各シール材の頂点を開始点（０）として、Ｘ矢印の方向に、シール材表面を、終了点（１）までスキャニングした。各図の(b)は各点における応力値をグラフで示す。縦軸はミーゼス相当応力を示し、横軸は、開始点を０、測定終了点を１としたときの相対距離Ｘを示す。
【０１１４】
図６の比較品（Ｏリング）では、蟻溝開口縁に相当するＸ＝０．４の位置に、極めて鋭いピーク（約５．４９２Ｎ／ｍｍ²＝約０．５６ｋｇｆ／ｍｍ²）が認められた。この部分に過大な応力が発生していることが判る。
【０１１５】
これに対し、図５の実施品（ダルマ形）では、Ｘ＝０．５４の位置に、比較品のピークに比べると、ブロードなピーク（約４．４１３Ｎ／ｍｍ²＝約０．４５ｋｇｆ／ｍｍ²）が認められた。この位置は、蟻溝の開口縁よりも内部であり、応力も比較的に小さいので、シール材に大きな悪影響は生じないものと判断できる。
【０１１６】
＜シール性能試験＞
常用のシール試験装置を用いた。試験装置の蟻溝にシール材を装着し、所定の締め付け力で締め付けた状態で、シール材の片側の空間を真空吸引して、反対側の空間との間に圧力差を生じさせた。真空吸引側の圧力を測定して、シール材のシール性能を評価した。
【０１１７】
その結果、比較品（Ｏリング）は初期状態でもかなり弱い真空状態（約１３０Ｐａ）しか得られず、しかも、経時的に圧力が増えていき、圧力の漏れが発生していることが判った。実施品（ダルマ形）は、初期状態では極めて高い真空状態（約１３Ｐａ未満）が得られ、経時的にも安定した真空状態が維持できた。
【０１１８】
また、試験装置として、真空チャンバーの本体と、本体の上に被さる開閉蓋との間のシール構造に、実施品および試験品を装着して、真空チャンバー内を真空状態にした。開閉蓋の底面に蟻溝が設けられ、シール材が装着される。
【０１１９】
比較品は、チャンバー本体と蓋との表面同士が直接に接触して、いわゆるメタル接触を起こしてしまった。実施品の場合は、チャンバー本体と蓋との間には確実に隙間が形成されており、メタル接触は生じなかった。
【０１２０】
真空チャンバーを継続的に使用して、蓋の開け閉めを繰り返したところ、比較品では、表面に指ですくえる程度の磨耗粉の発生が認められた。磨耗粉には、シール材の材料であるゴム粉とともに、蓋の材料であるアルミ粉が含まれており、シール材の転動などによる磨耗に加えて、メタル接触による磨耗が発生したことが確認された。実施品の場合は、約３ヶ月の使用後でも、ゴム粉およびアルミ粉の何れもが認められなかった。
【０１２１】
〔断面形状の違う実施形態Ａ〕
図７に示す実施形態の蟻溝用シール材１０は、基本的な構造は前記実施形態と共通するが、一部の形状が異なる。異なる点を主に説明する。
【０１２２】
底辺１２と斜辺１４との交差個所が、半径Ｒp4 の円弧になっている。したがって、底辺幅Ｗp2 は、円弧の除いた底辺１２の平坦部分の幅で規定される。
【０１２３】
中央凸部１８は、上辺が平坦で両側に垂直辺を有する概略矩形状をなし、左右の上端角部は、半径Ｒp5の円弧になっている。
【０１２４】
前記実施形態における円弧状の凹入部１７の代わりに、張出肩部１６から斜め内向きの傾斜辺と半径Ｒp5 の凹円弧で構成される凹入部１７が設けられている。
【０１２５】
この場合、張出肩部高さＨp2 は、張出肩部１６と凹入部１７の斜辺との境界点で規定する。中央凸部幅Ｗp3 は、矩形状の中央凸部１７の幅で規定する。
【０１２６】
凹入部１７の斜辺の傾斜は、蟻溝２２の内斜面の傾斜よりも水平に近い寝た状態になっているので、蟻溝２２の内斜面には張出肩部１６だけが当接し、凹入部１７が蟻溝２２の内斜面に当接することはない。
【０１２７】
〔断面形状の違う実施形態Ｂ〕
図８に示す実施形態の蟻溝用シール材１０も、基本的な構造は前記実施形態と共通するが、一部の形状が異なる。異なる点を主に説明する。
【０１２８】
底辺１２の中央に、半円形の凹部１９を有する。
【０１２９】
中央凸部１８は、比較的小さな半径Ｒp5 の円弧部分と、円弧部分の両側に延びる傾斜辺とで構成され、凹円弧状の凹入部１７を経て、張出肩部１６へと滑らかにつながっている。
【０１３０】
以上に説明した実施形態Ａ．Ｂのように、蟻溝用シール材１０の断面形状は、基本的な条件を備えていれば、細部については、使用状況や要求性能などによって種々変更することが可能である。
【０１３１】
〔補助シール材の併用〕
図９に示す実施形態では、前記した図１の概略ダルマ形をなす蟻溝用シール材１０と、Ｏリングからなる補助シール材４０とを併用する。
【０１３２】
図９(a)に示すように、蟻溝用シール材１０および蟻溝２２の構造は、前記実施形態と共通している。
【０１３３】
蟻溝２２に蟻溝用シール材１０を装着する際に、予め、補助シール材４０を装着しておく。補助シール材４０は、市販のＯリングをそのまま使用される。但し、蟻溝２２の規格寸法に適合するサイズのＯリングではなく、かなり小径のＯリングを２本使用する。具体的には、蟻溝２２の底部で左右の隅部における円弧形状よりも少し小径のＯリングを使用している。
【０１３４】
補助シール材４０は、小径であるから、蟻溝２２の開口縁２４を容易に通過して挿入できる。２本の補助シール材４０を、左右の隅部に分けて配置する。
【０１３５】
次いで、蟻溝用シール材１０を、前記したようにして、蟻溝２２に装着する。蟻溝用シール材１０の斜辺１４で左右に押し退けられた補助シール材４０は、左右の隅部に収まる。
【０１３６】
図９(b)に示すように、上方部材３０を下方部材２０に重ねて締め付け固定すると、蟻溝用シール材１０は、前記したとおりに変形して、部材２０，３０の間を封止する。
【０１３７】
但し、蟻溝２２の内部では、蟻溝用シール材１０が左右に膨れて変形することで、蟻溝用シール材１０の斜辺１４が補助シール材４０を蟻溝２２の隅部に押し付けて変形させる。補助シール材４０が弾力的に変形することで発生する反発力は、蟻溝用シール材１０の変形を阻止する方向に作用する。その結果、蟻溝用シール材１０は変形が抑制され、部材２０，３０の締め付け力に対する反発力が増大する。部材２０、３０の表面が直接に接触し難くなる。部材２０、３０と蟻溝用シール材１０の当接圧あるいは当接部の応力が高まるので、当接面における封止機能が高まる。
【０１３８】
なお、両部材２０、３０に当接して封止機能を果たすのは蟻溝用シール材１０であり、補助シール材４０は蟻溝用シール材１０の変形規制を果たすだけで良い。
【０１３９】
上記実施形態では、蟻溝用シール材１０に補助シール材４０を併用することで、蟻溝用シール材１０を単独で使用するのに比べて、さらにメタルタッチ防止機能を高めることが可能になる。蟻溝用シール材１０を設計変更したり、蟻溝用シール材１０の材料に特別に優れたものを使用したりしなくても良く、補助シール材４０は比較的簡単な構造の市販品などでも構わないので、コスト安価に性能向上を図ることができる。さらに、補助シール材４０の寸法や形状を変更することで、封止機能を調整することもできる。１種類の蟻溝用シール材１０を、複数の用途や要求性能に対応させることも可能になる。
【０１４０】
【発明の効果】
本発明にかかる蟻溝用シール材は、前記した概略ダルマ形の断面形状を有しており、蟻溝への装着作業は、底辺から斜辺へと蟻溝に挿入することで、極めてスムーズに挿入することができる。装着状態では、蟻溝の内底面に底辺が当接し、左右の張出肩部が蟻溝の内斜面に配置されることで、適切な位置および姿勢で安定して装着される。シール材が転動したり捻れたり蟻溝から浮き上がることがない。特に、蟻溝を下向きにしても、張出肩部によって、シール材の脱落は確実に阻止される。シール材の一部が蟻溝の開口縁に接触して損傷することが良好に阻止される。
【０１４１】
負荷時には、相手側部材と中央凸部との圧接、および、底辺と蟻溝内底面との圧接によって、両部材間を確実に封止することができる。張出肩部が蟻溝の内斜面に当接することで、シール材の過度の変形を抑制でき、シール材と両部材間の強力な圧接によって、良好な封止機能を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を表す蟻溝用シール材の断面図
【図２】蟻溝用シール材の寸法構造を示す模式図
【図３】蟻溝用シール材の使用状態を示す断面図
【図４】圧縮荷重−歪量の解析結果を示す線図
【図５】実施例のミーゼス応力測定結果を示す線図
【図６】比較例のミーゼス応力測定結果を示す線図
【図７】別の実施形態の使用状態を示す模式図
【図８】別の実施形態の使用状態を示す模式図
【図９】別の実施形態の使用状態を示す断面図
【符号の説明】
１０蟻溝用シール材
１２底辺
１４斜辺
１６張出肩部
１７凹入部
１８中央凸部
２０下方部材
２２蟻溝
２４開口縁
３０上方部材
４０補助シール材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a dovetail seal material and a seal structure, and more particularly, in a vacuum apparatus or piping equipment that requires high airtightness, a seal material that is mounted at a joint portion between members to seal the joint portion. It is intended for.
[0002]
[Prior art]
As a seal structure, a technique using a dovetail having a trapezoidal cross section is known. For example, JIS-B2401 defines the size and shape of a dovetail groove in which an O-ring is mounted as a sealing material.
[0003]
In a seal structure between a valve element such as a gate valve and a valve seat provided at an inlet / outlet port of various devices such as a vacuum device, an O-ring as a seal material is attached to a dovetail groove provided on the surface of one member. Even when the O-ring is exposed after opening the valve body, it is difficult for the O-ring to lift or drop out of the dovetail, and when the lid is closed again, the O-ring is unlikely to be in an inappropriate position or posture. There is an advantage. Moreover, if it is a dovetail groove | channel, it can also prevent that a sealing material is sucked out from an accommodation groove | channel in a vacuum environment.
[0004]
Various techniques for improving the shape and structure of the sealing material have been proposed in order to improve performance such as sealing performance in such a sealing structure using a dovetail groove.
[0005]
For example, JP-A-10-318373 discloses a sealing material having a heart-shaped cross section. A concave portion is provided on a part of the circumference of the basic circular cross section, and both sides of the concave portion are leg-shaped. The shape formed by the concave portion and the leg-shaped portion is arranged along the inner shape of the dovetail, and the leg-shaped portion comes into contact with and closely contacts the bottom of the dovetail. As a result, it is said that the sealing ring can be mounted uniformly over the entire length without causing twisting or rolling inside the dovetail groove. It is said that by having the concave portion, the resilience elastic force acts well and the sealing function is enhanced.
[0006]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-336909 discloses a structure of a seal member which is based on a main body having a circular cross section, and is provided with a substantially crescent-shaped bulged portion on the outer periphery thereof and a recessed portion adjacent to the bulged portion. Has been proposed. By arranging one side of the main body and the bulging portion on the bottom surface of the dovetail, a stable mounting posture is obtained, and twisting and rolling are unlikely to occur. In addition, it is said that the loading / unloading operation of the sealing material is facilitated by inserting / removing the sealing material so that the recessed portion is hooked on the opening edge of the dovetail groove.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The above-mentioned conventional sealing material for dovetails has a problem that when the members to be sealed are tightened, the sealing material is easily bitten, and fragments and powders missing from the sealing material are easily generated. is there.
[0008]
The dovetail has an opening edge protruding in a wedge shape. When the sealing material that has been squeezed and compressed and bulges outward is caught on the opening edge of the dovetail, excessive stress is locally generated in the portion, and the sealing material is likely to be damaged or missing. The sealing material is rubbed against the opening edge and wear powder is generated. It is not preferable that debris or powder missing from the sealing material is mixed into the adjacent space or fluid.
[0009]
The sealing material caught on the opening edge of the dovetail is sandwiched between the member surfaces on both sides to be sealed, and so-called biting occurs. In particular, when the space adjacent to the sealing material is in a vacuum state, the sealing material is sucked out to the vacuum side, and the biting is likely to occur. When biting occurs, the sealing function does not increase even if the tightening pressure is increased. Leakage is likely to occur. The sealed sealing material is likely to be damaged or missing. The durability of the sealing material also decreases. The sucking out of the sealing material due to the vacuum also causes the rolling and twisting of the sealing material.
[0010]
In a seal structure such as a vacuum environment, the pressure fluctuation in the adjacent space of the seal material is very large, and the tightening stress generated in the seal material varies greatly. When the tightening stress varies, the sealing function also changes greatly, and sealing failure tends to occur.
[0011]
An object of the present invention is to provide a sealing material for dovetails that is less likely to cause problems such as biting, rolling, and twisting, and has an excellent sealing function, as a sealing material that is used by being attached to the dovetails. .
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The dovetail seal material according to the present invention is mounted on a dovetail groove provided on the surface of one of the members at the joint between the members and seals between the two members by contacting the surface of the other member. A dovetail seal material, which is made of an elastic material, and has a cross-sectional shape with a flat bottom disposed on the bottom surface of the dovetail, left and right oblique sides rising obliquely outward from both sides of the bottom, and left and right oblique sides. Left and right overhanging shoulder portions provided near the opening inside the dovetail groove respectively provided at the tip, and provided at the center of the left and right overhanging shoulder portions and projecting upward from the opening of the dovetail groove A central convex portion, and a recessed portion that is provided between the projecting shoulder portion and the central convex portion and is recessed inward from a tangent line between the projecting shoulder portion and the central convex portion.
[0013]
[Joint points]
The sealing material is used in various mechanical devices in order to seal the joint portion with high confidentiality at a portion where the pair of members face each other and are joined. As long as it is a structural part that requires such a sealing function, the structure and shape of the members that constitute the joint are not particularly limited.
[0014]
As a junction where high airtightness is required, a junction between a chamber body and an opening / closing lid of a processing chamber used in a semiconductor / liquid crystal manufacturing process can be cited. An attachment part of an openable / closable gate valve provided in such a processing chamber is also included. In addition, there are open / close lids for vacuum devices, attachment points for attachments, and connection points for piping equipment.
[0015]
In either case, a pair of members face each other at the joint, and a dovetail groove is provided on the surface of one member, and a sealing material is attached to the dovetail groove. The surface of the other member may be a simple flat surface, or a shallow groove or step may be provided at a location corresponding to the dovetail.
[0016]
[Ant groove]
The basic cross-sectional structure of the dovetail is a substantially trapezoidal shape with the width on the inner side wider than the opening.
[0017]
The bottom surface of the dovetail can be a flat surface parallel to the opening. Both side surfaces of the dovetail groove can be inclined surfaces inclined inward from the bottom side to the opening side. The inclination angle may be different on both sides. The side surface may be a curved surface. Arc corners (roundness) or chamfering can be applied to the corner where the side surface and the bottom surface intersect and the inner edge of the opening.
[0018]
The dovetail groove is annularly arranged around the region to be sealed at the above-described joint. For example, it arrange | positions at the annular | circular shape surrounding outer periphery, such as a vacuum space and a fluid channel | path. The arrangement shape of the dovetail can be appropriately set according to the shape of the sealing portion, such as an ellipse, an oval, a rectangle, or a polygon, in addition to a circle.
[0019]
A dovetail groove may be provided on either side of the pair of members at the junction. For example, dovetail grooves can be provided on the bottom surface of the lid that opens and closes up and down.
[0020]
[Dovetail seal material]
For the material and basic structure of the dovetail seal material, the same technology as that of a normal O-ring or other dovetail seal material can be employed.
[0021]
As the material of the sealing material, natural or synthetic rubber materials and elastic resin materials can be used as long as they are elastic materials capable of elastic deformation required for the sealing function. Specifically, an appropriate material can be selected according to the conditions of the environment to be sealed (conditions such as the type of fluid, temperature, and pressure). For example, in the semiconductor field, when used as an opening / closing lid part of a drying chamber, EPDM rubber having excellent alcohol resistance and cleanliness and relatively low cost can be used. In corrosive environments such as various plasma conditions, fluororubber is preferred.
[0022]
The basic structure of the sealing material is an annular body or ring having a specific cross-sectional shape. The ring diameter of the sealing material and the arrangement shape of the ring are set according to the ring diameter and arrangement shape of the dovetail to be mounted.
[0023]
The cross-sectional shape of the sealing material includes a bottom side, an oblique side, a protruding shoulder, a central convex portion, and a concave portion, and the overall schematic shape exhibits a “Dharma shape”. Hereinafter, the dovetail seal material of the present invention may be referred to as a dharma-type seal material.
[0024]
<Bottom>
The base is flat. When the dovetail is mounted, the bottom side of the sealing material is arranged on the bottom surface of the dovetail so that the sealing material is arranged in a stable state without being tilted or twisted. When the members are tightened after mounting, pressure is received between the bottom surface of the dovetail groove.
[0025]
The bottom side may be entirely flat, or a part of the bottom side may be provided with a recess or a groove.
[0026]
When the bottom width is narrower than the opening width of the dovetail groove, the opening of the dovetail groove can be smoothly passed from the bottom edge during the work of attaching the sealing material to the dovetail groove.
[0027]
<Hypotenuse>
The hypotenuse rises diagonally outward from both sides of the base. At the time of mounting, the mounting operation is performed while the oblique side of the sealing material is in contact with the opening edge of the dovetail groove. It is preferable to have a shape that allows this mounting operation to be performed smoothly.
[0028]
Normally, the left and right hypotenuses are set to the same inclination angle, but the inclination can be changed as necessary.
[0029]
The hypotenuse may be linear or curved inward or outward.
[0030]
<Overhang shoulder>
It is provided at the tip of each of the left and right hypotenuses. In the mounted state, the outer end of the overhanging shoulder abuts on the inner slope inside the opening edge of the dovetail groove. This prevents the sealing material from falling off the dovetail. There is also a function to determine the posture and position of the sealing material in the dovetail.
[0031]
The overhanging shoulder has a smooth outer shape such as an arc shape, so that the dovetail can be smoothly abutted against the inner slope, and the overhanging shoulder may be chipped or worn during handling and use. Can be prevented.
[0032]
<Center convex part>
It is provided at the center of the left and right overhanging shoulders, and is disposed so as to protrude above the opening of the dovetail.
[0033]
In the mounted state, it is necessary to be arranged inside the opening edge of the dovetail.
[0034]
The central tip of the central convex portion comes into contact with the surface of the mating member to be joined and receives a clamping pressure. A shape that can smoothly come into contact with the counterpart member, can receive pressure well, and generates a sufficient seal surface pressure is preferable.
[0035]
As the specific shape of the central convex portion, a curved shape such as a semicircular shape, a semi-elliptical shape, and a semi-elliptical shape can be adopted. A linear shape such as a triangular mountain shape, a trapezoidal shape, or a rectangular shape can also be adopted. In the case of a linear shape, it is preferable to combine a curved shape such as an arc-shaped round at the corner. A shape is selected in which local stress concentration hardly occurs and a sealing function can be exhibited by appropriate elastic deformation.
[0036]
<Recessed part>
It is provided between the overhanging shoulder and the central protrusion. It is recessed inward from the tangent line between the overhanging shoulder and the central protrusion.
[0037]
Specifically, when assuming a straight tangent line along the outer shape of the overhanging shoulder portion and the central convex portion, the outer shape of the recessed portion exists inside the tangent line.
[0038]
The recessed portion may be either a linear shape or a curved shape as long as the shape of the overhanging shoulder portion and the central convex portion can be smoothly connected.
[0039]
[Dimensions of dovetail and dovetail seal material]
The performance of the sealing material can be improved by appropriately setting the dimensions of each part of the sealing material having a Dharma shape.
[0040]
As the dimensional shape of the dovetail, conditions defined by standards such as JIS-B2401 and AS568A are adopted. The dimension of the sealing material is set in accordance with the dimension and shape of the dovetail determined in this way.
[0041]
Specifically, when the dimensions of the dovetail are height H, opening width G, and cross-sectional area A, it is effective to set the dovetail sealing material to the following dimensional conditions.
[0042]
Full width Wp1 = 1.05G to 1.15G
If the entire width is too wide, it is difficult for the overhanging shoulder portion to pass through the opening edge of the dovetail groove when mounted. If the overall width is too narrow, the sealing material will drop off from the dovetail after mounting, or rolling and twisting will easily occur inside the dovetail. If the full width is set so that the overhanging shoulder portion is arranged just on the inner slope of the dovetail, the displacement and movement of the sealing material in the dovetail can be regulated.
[0043]
Width of base Wp2 = 0.65G to 0.76G
If the width of the base is too narrow, the stress generated at the base when pressure is applied becomes excessive, and the durability of the sealing material decreases. If the width of the bottom is too wide, it is difficult to perform the installation work of inserting into the dovetail from the bottom.
[0044]
Center protrusion width Wp3 = 0.75G-0.90G
If the width of the central convex portion is too wide, it will be easily caught or bitten by the opening edge of the dovetail groove. If the width of the central convex portion is too narrow, deformation when pressure is applied becomes excessive, and the physical strength of the central convex portion is reduced. However, depending on the use conditions, even a width narrower than the lower limit value can be adopted.
[0045]
Total height Hp1 = 1.35H to 1.60H
If the overall height is too small, the tightening allowance cannot be sufficiently secured at the time of tightening the joint portion, the members easily come into direct contact with each other, and the sufficient sealing function is hardly exhibited. If the overall height is too large, it will swell greatly outward due to deformation, and it will be easy to come into contact with the opening edge of the dovetail or to bite. The deformation of the central convex portion becomes excessive, and the central convex portion is bent or damaged.
[0046]
Cross-sectional area Ap = 0.95A-1.40A
If the cross-sectional area is too large, it is difficult to be accommodated in the dovetail, and it is difficult to attach and remove. If the cross-sectional area is too small, the sealing material easily rolls or twists in the dovetail, and the sealing material easily falls off from the dovetail. Metal touch between members is also likely to occur. Moreover, since the cross-sectional area correlates with the overall deformation capacity and sealing ability of the sealing material, the sealing function is improved by having an appropriate cross-sectional area.
[0047]
In addition, when there is little fear that a member will cause a metal touch depending on use conditions, a cross-sectional area smaller than the lower limit value may be usable.
[0048]
If the total height Hp1 is increased and the cross-sectional area Ap is decreased due to the relationship between the cross-sectional area Ap and the total height Hp1, a sealing material having a large compressibility and rich elasticity can be obtained. Such a sealing material is generally suitable for a small product used with a low tightening force. On the contrary, if the total height Hp1 is reduced and the cross-sectional area Ap is increased, a strong sealing material can be obtained. Such a sealing material is suitable for a large product used with a large tightening force.
[0049]
Height from the base to the top of the overhanging shoulder Hp2 = 0.90H to 0.95H
If the height of the overhanging shoulder portion is too large, the overhanging shoulder portion is easily caught or bitten by the opening edge of the dovetail groove due to deformation under load. If the height of the overhanging shoulder is too small, the sealing material easily moves left and right or changes its posture in the dovetail.
[0050]
In general, it is preferable that the overhanging shoulder is set so as to be arranged on the inner side of the opening edge at a position as close to the opening edge of the dovetail as possible.
[0051]
The central convex portion can be set to a substantially semicircular shape having a radius Rp3 = 0.35 to 0.45G. The greater the radius Rp3, the greater the amount of contact between the central projection and the mating member during load, and the smaller the stress at the contact location. The radius Rp3 affects the width Wp3 of the central convex portion. Specifically, the width Wp3 of the central convex portion corresponds to twice the radius Rp3.
[0052]
The overhanging shoulder can be set in an arc shape with a radius Rp1 = 0.08-0.20G. The radius Rp1 affects the amount of contact and the stress generated between the overhanging shoulder and the inner slope of the dovetail.
[0053]
Inclination angle of the hypotenuse θ = 10 to 35 ° (for vertical line upright from the base)
The smaller the angle of inclination, the smoother the operation of inserting the sealing material into the dovetail groove, but the amount of overhang of the overhanging shoulder with respect to the bottom is reduced.
[0054]
[Use of dovetail seal material]
The dovetail sealing material having the same annular shape or the like is sequentially inserted from one end along the annular dovetail.
[0055]
The sealing material is inserted into the dovetail opening from the bottom side. The slanted side of the sealing material moves so as to slide against the opening edge of the dovetail. The sealing material is elastically deformed so that the entire width is narrowed. If the overhanging shoulder portion is passed inward from the opening edge of the dovetail, the sealing material is attached to the dovetail.
[0056]
In the mounted state, the bottom of the dovetail is in contact with the bottom of the seal material, and the left and right overhanging shoulders of the seal material are in contact with or close to the inner slope of the dovetail so that the posture and position of the seal material with respect to the dovetail Is determined in an appropriate state. It is possible to prevent the seal material from rolling or twisting in the dovetail.
[0057]
In particular, even when the dovetail is open downward, the sealing material installed inside falls from the dovetail because the overhanging shoulder is caught on the inner slope inside the dovetail opening edge. Or protruding. This is extremely effective when the dovetail groove is provided downward on the bottom surface of the opening / closing lid.
[0058]
Further, the left and right overhanging shoulders abut against the inner slope of the dovetail, so that the central convex portion and the recessed portion are surely arranged in the space inside the opening edge of the dovetail. It is possible to prevent the sealing material from being biased and coming into contact with or being caught by the opening edge. The amount of protrusion of the central protrusion protruding upward from the opening edge is also set reliably.
[0059]
[Sealing function of sealing material for dovetail]
The mating member is disposed in the dovetail groove in which the dovetail seal material is mounted, and the members are joined to each other so that the sealing material is brought into contact with the surface of the mating member to seal the joint portion.
[0060]
At the joint between the members, the seal material attached to the dovetail comes into contact with the surface of the mating member at the tip of the central projection protruding above the dovetail. The tip of the central convex portion is elastically deformed to generate a contact area and a surface pressure that are sufficiently large to perform a sealing function with the surface of the counterpart member.
[0061]
Along with the elastic deformation of the central convex portion, the entire sealing material including the concave portion, the overhanging shoulder portion, and the oblique side is deformed so as to swell outward on the left and right sides. Since there is sufficient margin between the opening edge of the dovetail groove and the central convex part or recessed part of the sealing material, a part of the sealing material may be caught on the opening edge or may protrude outside the opening edge on the member surface You can prevent it. Since the overhanging shoulder portion abuts against the inner slope of the dovetail, there is also an effect that the sealing material is more difficult to bulge and deform outward.
[0062]
The bottom side of the sealing material is brought into contact with the inner bottom surface of the dovetail groove, so that the sealing function is exhibited with a sufficient area. If the bottom side of the sealing material is in contact with the inner bottom surface of the dovetail groove, the sealing material is prevented from being tilted or twisted. Even if a biased force is applied to the tip of the central convex portion to some extent, the sealing material can maintain a stable posture. For example, in an open / close lid that is pivotally supported on one side, the open / close lid and the main body may not close in an exact parallel state, and the mating member tilts or twists the central convex portion of the seal material. May apply force in the direction. Even in such a case, the sealing material is difficult to tilt or twist.
[0063]
[Use of auxiliary sealing material]
The dovetail sealing material having the above-mentioned general dharma shape can be used in combination with a sealing material of another structure.
[0064]
As a specific sealing structure, the dovetail seal material can be mounted on the dovetail groove, and an auxiliary seal material having a circular cross section can be disposed at both corners of the bottom inside the dovetail groove.
[0065]
A general-purpose O-ring can be used as the auxiliary sealing material. The material and structure of the O-ring are not particularly limited. It is preferable to adopt a material common to the Dharma-shaped dovetail seal according to the usage environment.
[0066]
In a state where the dovetail sealing material is mounted in the dovetail groove, the space between the hypotenuse of the dovetail sealant and the bottom corner of the dovetail groove is filled with the auxiliary sealant.
[0067]
At the time of loading, if it tries to deform so that the hypotenuse of the dovetail seal material swells outward, it comes into contact with the auxiliary seal material. The auxiliary seal material sandwiched between the corner of the dovetail groove and the hypotenuse of the dovetail seal material is elastically deformed, and the elastic repulsive force acts to push the hypotenuse of the dovetail seal material back to its original state. .
[0068]
As a result, the stress generated between the dovetail seal material and both members is increased, and the sealing function is improved.
[0069]
By supporting the right and left of the dovetail seal material with the auxiliary seal material, the function of preventing the dovetail seal material from tilting or twisting can be exhibited.
[0070]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As shown in the cross-sectional shape of FIG. 1, the dovetail sealing material 10 having a substantially dharma shape is made of a rubber material that can be elastically deformed as a whole, and has a continuous annular shape in the illustrated cross-sectional shape. As the rubber material, EPDM rubber having a hardness of about 65 HA can be used.
[0071]
[Structure of seal material for dovetail]
The cross-sectional shape of the dovetail seal material 10 has a flat bottom 12 and left and right oblique sides 14 and 14 rising obliquely outward from both ends of the bottom 12. A projecting shoulder 16 is provided at the tip of the hypotenuse 14. The overhanging shoulder portion 16 has an arc shape protruding outward.
[0072]
A central protrusion 18 is provided at the center of the left and right overhanging shoulders 16 and above the overhanging shoulders 16. The central protrusion 18 has a large arc shape protruding upward. A connecting portion between the central convex portion 18 and the left and right overhanging shoulder portions 16 has a recessed portion 17 that is recessed in an arc shape inside a tangent line connecting the central convex portion 18 and the overhanging shoulder portion 16. Both the central convex portion 18 and the recessed portion 17 and the recessed portion 17 and the overhanging shoulder portion 16 are connected so as to make a smooth transition.
[0073]
As a result, the overall cross-sectional shape is substantially dharma.
[0074]
[Dimensions of dovetail seal material]
As shown in FIG. 2, the overall shape of the dovetail seal 10 having the basic structure described above is determined by defining the dimensions of each part. The naming of these dimensions is based on the posture in which the dovetail sealing material 10 is mounted in the dovetail.
[0075]
The total width Wp1 is the widest width dimension of the dovetail seal material 10, and specifically, is the dimension between the outer ends of the left and right overhanging shoulder portions 16,16. It is defined by the distance between the arcs of radius Rp1 constituting the left and right overhanging shoulder portions 16,16.
[0076]
The bottom width Wp2 is the width of the flat portion at the bottom of the dovetail seal 10.
[0077]
The total height Hp1 is the height dimension of the highest portion of the dovetail seal 10, specifically, the dimension from the bottom 12 to the upper end of the central protrusion 18. Since the center convex portion 18 is formed by an arc having a radius Rp3, it is defined by the position of the center tip of the arc.
[0078]
The overhanging shoulder height Hp2 is a height dimension from the base 12 to the upper end of the overhanging shoulder 16. The upper end of the overhanging shoulder portion 16 is a point where the curvature changes from the boundary point between the overhanging shoulder portion 16 and the recessed portion 17, that is, from the outward arc of the overhanging shoulder portion 16 to the inward arc of the recessed portion 17. Stipulate. The recessed portion 17 is formed by an arc having a radius Rp2.
[0079]
The central convex portion width Wp3 is the width of the widest portion of the central convex portion 18, and specifically, at the left and right lower ends of the central convex portion 18, the boundary point with the recessed portion 17, that is, the central convex portion 18 is. This is defined by the point that the curvature changes from the outward arc to the inward arc of the recessed portion 17.
[0080]
[Installation of sealing material for dovetail]
As shown in FIG. 3, the dovetail seal 10 is used by being mounted on the dovetail 22.
[0081]
The dovetail 22 has a plurality of members 20 and 30 facing each other such as a pressure vessel lid and a container body, a vacuum device opening lid and a body device, and the members 20 and 30 need to be sealed. Is provided at a certain place.
[0082]
In FIG. 3, the members 20, 30 arranged up and down are joined, but the members 20, 30 may face each other in the left-right direction or the oblique direction.
[0083]
A dovetail groove 22 having a trapezoidal cross section is provided on the surface of one member 20. In FIG. 3, for ease of explanation, the dovetail groove 22 is illustrated on the upward surface of the lower member 20, but the dovetail groove 22 is provided on the downward surface of the upper member 30. It can also be provided.
[0084]
The dovetail 22 is composed of a flat inner bottom surface and inner slopes rising on both sides thereof, and has a wide bottom side and a narrow opening side. The inner corner where the inner bottom surface and the inner slope intersect is smoothly connected in an arc shape. The opening edge 24 has an arc shape with a small cross section. The specific size and shape of the dovetail 22 is defined by JIS standards and the like. Usually, the dimension of the dovetail groove 22 is defined by the height H from the inner bottom surface to the opening edge 24 and the inner width G of the opening edge 24. The inclination of the inner slope is usually set to 24 °.
[0085]
3A, the dovetail seal 10 is inserted into the dovetail 22 from the bottom 12 side. At this time, since the bottom width Wp2 of the dovetail seal material 10 is narrower than the dovetail inner width G, the dovetail seal material 10 is smoothly inserted into the dovetail 22 from the bottom 12 side.
[0086]
Since the full width Wp1 of the overhanging shoulder 16 of the dovetail seal 10 is larger than the dovetail inner width G at the opening edge 24 of the dovetail 22, the overhanging shoulder 16 passes through the dovetail opening edge 24. For this, the dovetail seal 10 is elastically deformed. At this time, the dovetail seal material 10 is deformed while the oblique side 14 of the dovetail seal material 10 abuts against the opening edge 24 of the dovetail groove 22 so that the dovetail seal material 10 is deformed. be able to. Compared to conventional O-rings, it shows much better insertability.
[0087]
If the overhanging shoulder portion 16 passes through the opening edge 24, the dovetail seal material 10 is restored to the original shape of the groove.
[0088]
3A, the bottom side of the dovetail seal 10 is in contact with the bottom surface of the dovetail 2. As shown in FIG. The overhanging shoulder 16 abuts against the inner slope below the opening edge 24 of the dovetail groove 22.
[0089]
As a result, the dovetail seal 10 is disposed in a proper position at a stable position with respect to the dovetail 22. Positioning with respect to the dovetail groove 22 is performed at three locations of the bottom 12 of the dovetail seal material 10 and the left and right projecting shoulder portions 16 and 16. However, when no load is applied, the overhanging shoulder portion 16 may not be in contact with the inner slope of the dovetail groove 22 but may be in proximity.
[0090]
[Sealing function of sealing material for dovetail]
As shown in FIG. 3B, another member 30 is arranged with respect to the member 20 provided with the dovetail groove 22. The members 20 and 30 are joined and integrated by fastening and fixing the members 20 and 30 with fastening bolts or the like (not shown).
[0091]
At this time, the surface of the member 30 comes into contact with the upper end of the dovetail seal material 10, that is, the central convex portion 18, and the dovetail seal material 10 is deformed so as to be crushed in the vertical direction.
[0092]
By compressing the dovetail seal material 10 in the vertical direction, the central convex portion 18 is flattened into a circular arc, and is pressed against the surface of the member 30 with a certain area. By this pressure contact, a necessary sealing surface pressure is ensured between the dovetail seal material 10 and the member 30, and a sealing function is exhibited.
[0093]
Inside the dovetail groove 22, the base 12 is pressed against the inner bottom surface of the dovetail groove 22. As the central protrusion 18 is crushed, the left and right hypotenuses 14 and 14 are deformed so as to swell outward. The overhanging shoulder portion 16 is pressed against the inner slope of the dovetail groove 22. The contact between the bottom 12 and the inner bottom surface of the dovetail groove 22 and the contact between the overhanging shoulder 16 and the inner slope of the dovetail groove 22 seals the dovetail groove sealing material 10 and the member 20. .
[0094]
Since the base 12 is in contact with the inner bottom surface of the dovetail groove 22 in a relatively large area, the stress generated in the base 12 is relatively small and the amount of deformation is small. Moreover, the inverted trapezoidal shape from the base 12 through the left and right oblique sides 14 and 14 to the overhanging shoulder 16 is a structure that is difficult to be deformed against compression in the vertical direction.
[0095]
As a result, the seal material 10 is less deformed in the vertical direction. Even if the tightening force fluctuates or the surrounding pressure environment fluctuates, the amount of compressive deformation of the sealing material 10 becomes difficult to fluctuate. Regardless of fluctuations in pressure conditions, a good sealing function can always be exhibited.
[0096]
Since the sealing material 10 is not easily deformed in the vertical direction, so-called metal touch in which the members 20 and 30 are in direct contact with each other is difficult to occur.
[0097]
When the dovetail seal material 10 is deformed so as to swell left and right, the side surface of the dovetail seal material 10 approaches the opening edge 24 of the dovetail groove 22. Since the central convex portion 18 is disposed from the recessed portion 17 above the shoulder portion 16, it can be prevented that the central edge 18 is strongly contacted or caught on the opening edge 24 of the dovetail groove 22. In the space above the opening edge 24, it is difficult for a part of the dovetail sealing material 10 to bulge outward from the opening edge 24 and protrude.
[0098]
In the state of FIG. 3B, when either the left or right space is in a vacuum state, the dovetail seal material 10 is sucked from the dovetail groove 22 into the gap between the members 20 and 30. However, even in this case, there is a margin between the center convex portion 18 and the recessed portion 17 and the opening edge 24, so that a part of the sealing material 10 can be prevented from being caught between the members 20 and 30. In particular, since the overhanging shoulder portion 16 is in contact with the inner slope of the dovetail groove 22, it is possible to reliably prevent the sealing material 10 from being sucked out or rolled to the vacuum side.
[0099]
[Manufacture of dovetail seals]
A dovetail seal material having a general Dharma structure having the structure shown in FIGS.
[0100]
<Elastic material>
An elastic rubber material was prepared by using Esprene 501A (EPDM rubber manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) as a base rubber and blending a processing aid, carbon black as a reinforcing agent, an anti-aging agent, a crosslinking agent, and the like.
[0101]
<Manufacturing>
The blend of each material was preformed and cut into strips.
[0102]
The preform was mounted on a mold having a predetermined shape and heat-press molded at 170 ° C. for 15 minutes to obtain a dovetail sealant.
[0103]
The hardness of the elastic rubber material was 65 HA (measured according to JIS standards).
[0104]
<Dimensions>
Each dimension in the cross-sectional shape shown in FIG. 2 of the obtained dovetail seal material was as follows.
[0105]
Full width Wp1 = 12.60 mm,
Base width Wp2 = 7.93 mm,
Total height Hp1 = 12.0mm,
Central convex radius Rp3 = 5.0mm,
Overhang shoulder height Hp2 = 7.63 mm,
Overhang shoulder radius Rp1 = 1.5mm,
Indentation radius Rp2 = 2.0mm,
Center convex width Wp3 = 10mm,
The dovetail sealing material has the above-mentioned cross-sectional shape and has an annular shape with an inner diameter of 1108 mm.
[0106]
[Evaluation of sealing performance]
The performance of the manufactured roughly dharma-shaped dovetail seal material 10 was evaluated. As a comparative product, an O-ring having a cross-sectional diameter of 12 mm was manufactured using the same rubber material, and a comparison test was performed.
[0107]
Dimensions of dovetail: Standards corresponding to JIS-B2401, O-ring nominal number P12 were adopted. The inner width G is 11.75 mm, the height H is 7.6 mm, the opening edge R is 0.6 mm, and the inner slope angle is 24 ° (relative to the vertical direction).
[0108]
<Plane strain model analysis>
Material conditions used for analysis: surface friction coefficient = 1.0, longitudinal elastic modulus = 6.531 N / mm ² (0.66595 kgf / mm ² ).
[0109]
The strain amount and compressive load value when compressive load was applied were analyzed. The result is shown in FIG. A solid line indicates an example, and a broken line indicates a comparative example.
[0110]
Compared with the comparative example (O-ring), it can be seen that the embodiment product (Dalma type) of the present invention has a large load value required to cause the same strain and is difficult to deform. Further, from the inclination of the graph, when the amount of change in the compression load is the same, the change in the amount of strain is small. This confirms that the amount of strain does not change even when the load applied to the sealing material changes in the use environment, and a stable sealing function can be exhibited.
[0111]
The distortion model in a state compressed to 3.8 mm was displayed and evaluated. In the case of the comparative product (O-ring), a part of the sealing material was caught in the opening edge of the dovetail. As shown in FIG. 3 (b), there was a gap between the opening edge of the dovetail groove and the sealing material in the actual product (Dalma type), and no biting occurred.
[0112]
FIG. 5 (Example) and FIG. 6 (Comparative Example) show the Mises equivalent stress generated on the surface in the compressed state of 3.8 mm.
[0113]
As shown in (a) of each figure, the measurement was performed by scanning the surface of the sealing material in the direction of the arrow X to the end point (1) with the vertex of each sealing material as the starting point (0). (B) of each figure shows the stress value in each point with a graph. The vertical axis represents Mises equivalent stress, and the horizontal axis represents the relative distance X when the start point is 0 and the measurement end point is 1.
[0114]
In the comparative product of FIG. 6 (O-ring), a very sharp peak (about 5.492 N / mm) at the position of X = 0.4 corresponding to the dovetail opening edge. ² = About 0.56kgf / mm ² ) Was recognized. It can be seen that excessive stress is generated in this portion.
[0115]
On the other hand, in the embodiment product (Dalma type) in FIG. 5, a broad peak (about 4.413 N / mm) at the position of X = 0.54 compared to the peak of the comparison product. ² = About 0.45 kgf / mm ² ) Was recognized. Since this position is inside the opening edge of the dovetail groove and the stress is relatively small, it can be determined that there is no significant adverse effect on the sealing material.
[0116]
<Seal performance test>
A conventional seal tester was used. A sealing material was attached to the dovetail groove of the test apparatus, and a space on one side of the sealing material was vacuum-sucked in a state of being tightened with a predetermined tightening force, and a pressure difference was generated between the space on the opposite side. The pressure on the vacuum suction side was measured to evaluate the sealing performance of the sealing material.
[0117]
As a result, it was found that the comparative product (O-ring) could obtain only a fairly weak vacuum state (about 130 Pa) even in the initial state, and that the pressure increased with time and pressure leakage occurred. In the initial state, the product (Dalma type) had a very high vacuum state (less than about 13 Pa), and a stable vacuum state could be maintained over time.
[0118]
In addition, as a test apparatus, the working product and the test product were mounted on a seal structure between the main body of the vacuum chamber and the open / close lid covering the main body, and the inside of the vacuum chamber was evacuated. A dovetail groove is provided on the bottom surface of the opening / closing lid, and a sealing material is attached.
[0119]
In the comparative product, the surfaces of the chamber body and the lid were in direct contact with each other, and so-called metal contact was caused. In the case of the actual product, a gap was reliably formed between the chamber body and the lid, and metal contact did not occur.
[0120]
When the vacuum chamber was continuously used and the lid was opened and closed repeatedly, the comparative product showed generation of abrasion powder that could be scrubbed with a finger on the surface. The wear powder contains aluminum powder, which is a material for the lid, as well as rubber powder, which is the material for the seal material. In addition to wear due to rolling of the seal material, it has been confirmed that wear due to metal contact has occurred. It was done. In the case of the product, neither rubber powder nor aluminum powder was observed even after about 3 months of use.
[0121]
[Embodiment A with a different cross-sectional shape]
The dovetail seal material 10 of the embodiment shown in FIG. 7 has the same basic structure as that of the above embodiment, but is partially different in shape. The differences are mainly explained.
[0122]
The intersection of the base 12 and the hypotenuse 14 is an arc having a radius Rp4. Therefore, the base width Wp2 is defined by the width of the flat portion of the base 12 excluding the arc.
[0123]
The central convex portion 18 has a substantially rectangular shape with a flat upper side and vertical sides on both sides, and left and right upper corners are arcs with a radius Rp5.
[0124]
Instead of the arc-shaped recessed portion 17 in the above-described embodiment, a recessed portion 17 constituted by a slanted side that is obliquely inward from the overhanging shoulder portion 16 and a concave arc having a radius Rp5 is provided.
[0125]
In this case, the overhanging shoulder height Hp2 is defined by the boundary point between the overhanging shoulder 16 and the oblique side of the recessed portion 17. The center protrusion width Wp3 is defined by the width of the rectangular center protrusion 17.
[0126]
The slope of the oblique side of the recessed portion 17 is in a state of lying more horizontally than the slope of the inner slope of the dovetail groove 22, so that only the overhanging shoulder 16 abuts on the inner slope of the dovetail groove 22. The insertion portion 17 does not contact the inner slope of the dovetail groove 22.
[0127]
[Embodiment B with a different cross-sectional shape]
The dovetail seal material 10 of the embodiment shown in FIG. 8 is also the same in basic structure as the above embodiment, but is partially different in shape. The differences are mainly explained.
[0128]
A semicircular recess 19 is provided at the center of the base 12.
[0129]
The central convex portion 18 is composed of a circular arc portion having a relatively small radius Rp5 and inclined sides extending on both sides of the circular arc portion, and is smoothly connected to the overhanging shoulder portion 16 via a concave arc-shaped concave portion 17. Yes.
[0130]
Embodiment A. described above. Like B, if the cross-sectional shape of the dovetail seal material 10 is provided with basic conditions, the details can be variously changed depending on the use situation and required performance.
[0131]
[Combination of auxiliary seal material]
In the embodiment shown in FIG. 9, the dovetail sealing material 10 having the general dharma shape shown in FIG. 1 and the auxiliary sealing material 40 made of an O-ring are used in combination.
[0132]
As shown in FIG. 9 (a), the structures of the dovetail sealing material 10 and the dovetail 22 are common to the above embodiment.
[0133]
When the dovetail seal material 10 is installed in the dovetail 22, the auxiliary seal material 40 is installed in advance. As the auxiliary sealing material 40, a commercially available O-ring is used as it is. However, two O-rings having a considerably small diameter are used instead of an O-ring having a size that conforms to the standard dimension of the dovetail 22. Specifically, an O-ring having a slightly smaller diameter than the arc shape at the left and right corners at the bottom of the dovetail groove 22 is used.
[0134]
Since the auxiliary sealing material 40 has a small diameter, it can be easily inserted through the opening edge 24 of the dovetail groove 22. Two auxiliary sealing materials 40 are arranged separately in the left and right corners.
[0135]
Next, the dovetail seal 10 is mounted in the dovetail 22 as described above. The auxiliary seal material 40 pushed to the left and right at the oblique side 14 of the dovetail seal material 10 is accommodated in the left and right corners.
[0136]
As shown in FIG. 9 (b), when the upper member 30 is overlapped and fixed to the lower member 20, the dovetail seal 10 is deformed as described above to seal between the members 20, 30. .
[0137]
However, inside the dovetail groove 22, the dovetail seal material 10 swells left and right and deforms, so that the oblique side 14 of the dovetail seal material 10 presses the auxiliary seal material 40 against the corner of the dovetail groove 22 and deforms. Let The repulsive force generated by elastically deforming the auxiliary sealing material 40 acts in a direction to prevent the dovetail sealing material 10 from being deformed. As a result, deformation of the dovetail seal material 10 is suppressed, and a repulsive force against the tightening force of the members 20 and 30 increases. It becomes difficult for the surfaces of the members 20 and 30 to contact directly. Since the contact pressure between the members 20 and 30 and the dovetail seal material 10 or the stress at the contact portion is increased, the sealing function at the contact surface is enhanced.
[0138]
It is the dovetail seal material 10 that abuts against both the members 20 and 30 to perform the sealing function, and the auxiliary seal material 40 only needs to regulate the deformation of the dovetail seal material 10.
[0139]
In the above embodiment, by using the auxiliary seal material 40 in combination with the dovetail seal material 10, it is possible to further enhance the metal touch prevention function as compared with the case where the dovetail seal material 10 is used alone. . It is not necessary to change the design of the dovetail seal material 10 or use a specially superior material for the dovetail seal material 10, and the auxiliary seal material 40 is a commercially available product with a relatively simple structure. However, the performance can be improved at a low cost. Furthermore, the sealing function can be adjusted by changing the size and shape of the auxiliary sealing material 40. One kind of dovetail seal material 10 can be made to correspond to a plurality of uses and required performance.
[0140]
【The invention's effect】
The dovetail sealing material according to the present invention has the above-mentioned substantially dharma-shaped cross-sectional shape, and the mounting operation to the dovetail is inserted very smoothly by inserting into the dovetail from the bottom side to the oblique side. can do. In the mounted state, the bottom is in contact with the inner bottom surface of the dovetail groove and the left and right overhanging shoulder portions are disposed on the inner slope of the dovetail groove, so that the dovetail can be stably mounted at an appropriate position and posture. The sealing material does not roll, twist or lift from the dovetail. In particular, even if the dovetail is faced downward, the protruding shoulder portion reliably prevents the sealing material from falling off. It is well prevented that a part of the sealing material contacts and damages the opening edge of the dovetail groove.
[0141]
At the time of loading, it is possible to reliably seal between the two members by the pressure contact between the mating member and the central convex portion and the pressure contact between the bottom side and the bottom surface in the dovetail groove. When the overhanging shoulder portion abuts against the inner slope of the dovetail groove, excessive deformation of the sealing material can be suppressed, and a good sealing function can be exhibited by strong pressure contact between the sealing material and both members.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a dovetail seal representing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing the dimensional structure of a dovetail seal material
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a use state of a dovetail seal material
FIG. 4 is a diagram showing the analysis result of compressive load-strain amount
FIG. 5 is a diagram showing Mises stress measurement results of Examples
FIG. 6 is a diagram showing Mises stress measurement results of a comparative example.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a use state of another embodiment.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a use state of another embodiment.
FIG. 9 is a sectional view showing a use state of another embodiment.
[Explanation of symbols]
10 Dovetail seal material
12 Bottom
14 hypotenuse
16 Overhang shoulder
17 Recessed part
18 Central convex part
20 Lower member
22 Ant groove
24 Opening edge
30 Upper member
40 Auxiliary seal material

Claims

A dovetail sealing material that seals between the two members by being attached to the dovetail groove provided on the surface of one of the members at the joint between the members and contacting the surface of the other member,
Made of elastic material,
In the cross-sectional shape, the flat bottom disposed on the bottom surface of the dovetail, the left and right oblique sides rising obliquely outward from both sides of the bottom side, and the left and right oblique sides are provided near the openings inside the dovetails. Left and right overhanging shoulders, a center protrusion provided at the center of the left and right overhanging shoulders and projecting upward from the opening of the dovetail, an overhanging shoulder and a center protrusion A dovetail seal material provided with a recessed portion that is provided in between and recessed inward from the tangent line between the overhanging shoulder portion and the central convex portion.

When the dovetail has a height H, an opening width G, and a cross-sectional area A,
The dovetail seal material according to claim 1, wherein the cross-sectional shape satisfies the following dimensional condition.
Full width Wp1 = 1.05G to 1.15G,
Bottom width Wp2 = 0.65G to 0.76G,
Width of central convex portion Wp3 = 0.75G-0.90G,
Total height Hp1 = 1.35H to 1.60H,
Cross-sectional area Ap = 0.95A-1.40A,
Height from the bottom to the upper end of the overhanging shoulder Hp2 = 0.90H to 0.95H.

The central convex portion has a substantially semicircular shape with a radius Rp3 = 0.35 to 0.45G,
The dovetail seal material according to claim 1 or 2, wherein the projecting shoulder portion has an arc shape with a radius Rp1 = 0.08 to 0.20G.

The dovetail seal material according to any one of claims 1 to 3, wherein the elastic material is any one material selected from the group consisting of EPDM rubber and fluororubber.

A pair of members that face each other, a dovetail groove provided on the surface of one of the members, and a sealing material that seals between the members by being attached to the dovetail groove and contacting the surface of the other member A seal structure having
The dovetail seal material according to any one of claims 1 to 4, wherein the seal material is mounted in the dovetail groove, and an auxiliary seal material that is disposed at both bottom corners inside the dovetail groove and has a circular cross section. Including seal structure.