(57)【要約】【課題】高温動作及び／又は少なくとも一部の攻撃的材料に耐性を示しかつ比較的低いクランプ力で効果的なシールをもたらすシールを提供すること【解決手段】非エラストマー材料で形成されたシールが開示される。シールは、内側部分を囲む外壁で構成される断面を有する。内側部分は、外壁に取り付けられた連続固体構造体を備え、シールの変形に抵抗する弾性をもたらすことでシールの弾性を増加させるように構成される。【選択図】図５
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
非エラストマー材料から形成されるシールであって、
前記シールは、内側部分を囲む外壁から成る断面を有し、
前記内側部分は、前記外壁に取り付けられた連続固体構造体を備え、前記シールの変形に抵抗する弾性をもたらすことで前記シールの弾性を増加させるように構成され、
前記連続固体構造体は、
前記断面を横切って延びる少なくとも１つの内側壁、及び／又は
多孔性又は多泡性材料、を備えている、
ことを特徴とするシール。
【請求項２】
前記連続固体構造体の少なくとも一部は、前記内側部分を横切って延びて前記外壁を少なくとも２つの箇所で結合する、
請求項１に記載のシール。
【請求項３】
前記連続固体構造体は、前記内側部分を横切って延びる複数の内側壁を備える、
請求項１又は２に記載のシール。
【請求項４】
前記外壁及び前記内側部分は円形断面を有する、
請求項１から３のいずれか１項に記載のシール。
【請求項５】
前記少なくとも１つの内側壁は、前記内側部分の直径を横切って延びる、
請求項４に記載のシール。
【請求項６】
前記連続固体構造体は、前記シールの長さに沿って不均一であり、前記シールの弾性が前記長さに沿って変わるようになっている、
請求項１から５のいずれか１項に記載のシール。
【請求項７】
前記内側壁の厚さは、前記シールの長さに沿って少なくとも１０％だけ、好ましくは少なくとも５０％だけ変わる、
請求項６に記載のシール。
【請求項８】
前記多孔性又は多泡性材料の密度は、前記シールに沿って少なくとも１０％だけ、好ましくは少なくとも２５％だけ変わる、
請求項６又は７に記載のシール。
【請求項９】
前記シールは、シールされる表面と合わさるように構成され、前記シールは、使用時、前記表面の間で前記シールをクランプするためのクランプ要素から遠く離れた前記多孔性又は多泡性材料の前記密度が、低減されるように構成され、前記クランプ要素から離れている前記シールの弾性が、低減されるようになっている、
請求項１から８のいずれか１項に記載のシール。
【請求項１０】
前記シールの外周のシール部分に近接する前記材料の密度は、前記シールの前記外周の前記シール部分から遠く離れた前記材料の密度よりも低い、
請求項１から９のいずれか１項に記載のシール。
【請求項１１】
前記非エラストマー材料は、例えば金属材料から成り、前記金属材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、貴金属、鋼、ステンレス鋼、銅のうちの少なくとも１つから成る、
請求項１から１０のいずれか１項に記載のシール。
【請求項１２】
前記非エラストマー材料は、例えば１又は２以上の熱可塑性プラスチックから成り、前記ポリマー材料は、フッ素重合体、ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）、及びポリフェニルエーテル（ＰＰＳ）のうちの少なくとも１つから成る、
請求項１から１１のいずれか１項に記載のシール。
【請求項１３】
前記外壁は、前記内側部分を取り囲む、
請求項１から１２のいずれか１項に記載のシール。
【請求項１４】
前記壁及び前記内側部分は円形断面を有し、前記壁は長手方向に延びかつ管形状を有する、
請求項１から１３のいずれか１項に記載のシール。
【請求項１５】
前記壁は、円形構造を形成するように延びる、
請求項１４に記載のシール。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか１項に記載の少なくとも１つのシールを備える真空システム。
【請求項１７】
請求項１１に記載の少なくとも１つのシールと、２つの協働する面の間で前記少なくとも１つのシールを保持するための少なくとも１つのクランプ要素を備え、前記シールは、前記シールの弾性が前記少なくとも１つのクランプ要素から遠く離れた部分で低減されるように構成される、
請求項１６に記載の真空システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案の技術分野はシール、このようなシールを有する真空システム、及びこのシールを製作する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空システムなどの圧力差で動作するシステムは、効率的に動作するために異なる構成要素の間の接続部に効果的なシールを必要とする。
効果的なシールは、弾性があり隙間を埋めるために変形することができるシールである。多くの場合、シールは、弾性がありかつ変形可能なエラストマー材料を用いて作製されている。
【０００３】
一部の真空システムは、高温で動作し及び／又は攻撃的材料を処理する。エラストマーシールは、このシステムで効果的なシールとして機能するための高温又は攻撃的材料に対する十分な耐性がない場合がある。
【０００４】
このような環境に対して高い耐性をもつ材料としては金属を挙げることができる。金属シールは公知である。金属シールの欠点は、これらが効果的にシールを行うために、その間でシールをしようとする各表面上で高クランプ力及び精密仕上げの両方を必要とする点である。高クランプ力は、クランプされる構成要素の変形につながる可能性があり、専門的なクランプ部品及びこのクランプ部品を解除及び締結するための工具を必要とする場合がある。表面の精密仕上げには費用がかかる。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
高温動作及び／又は少なくとも一部の攻撃的材料に耐性を示しかつ比較的低いクランプ力で効果的なシールをもたらすシールを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の態様は、非エラストマー材料から形成されるシールを提供し、シールは、内側部分を囲む外壁から構成される断面を有し、内側部分は、外壁に取り付けられた連続固体構造体を備え、シールの変形のための弾性をもたらすことでシールの弾性を増加させるように構成される。
【０００７】
シールの変形可能性の程度及び弾性の程度は、そのシール特性に影響を与える。本考案者は、高い変形可能性を相殺するために何らかの高い弾性をもたらすことができるとすれば、シール外面の変形可能性を高めて効果的なシールを提供することができることを認識する。シール内にシール面部分を形成しない連続固体構造体を設けることで弾性を高めると、シール面の少なくとも一部の変形可能性を低減させると同時にシールの全体的な弾性を維持することができる。実際には、シール外壁に取り付けられる連続固体構造体は、シールの弾性の増加をもたらし、結果的に外壁特性の選択の大きな自由度を可能にする。
【０００８】
一部の実施形態において、連続固体構造体の少なくとも一部は、内側部分を横切って延びて外壁を少なくとも２つの箇所で結合する。
【０００９】
高い弾性は、内側部分を横切って延びる固体構造体によってもたらすことができる。一部の実施形態において、連続固体構造体は、内側部分を横切って延びる少なくとも１つの内側壁を備え、一方で、一部の実施形態において、連続固体構造体は、内側部分を横切って延びる複数の内側壁を備える。
【００１０】
１又は２以上の内側壁は弾性を高め、シールの全体断面形状を変形するように作用する力への抵抗力をもたらす。
【００１１】
シールは多くの形状を有することができるが、一部の実施形態において、壁及び内側部分は円形断面を有する。
【００１２】
一部の実施形態において、少なくとも１つの内側壁は、内側部分の直径を横切って延びる。
【００１３】
他の実施形態において、連続固体構造体は、多孔性又は多泡性材料から成る。
多孔性又は多泡性構造体は空隙を含んでおり、圧縮すること、さらに弾性をもたらすことができる。
【００１４】
一部の実施形態において、連続固体構造体は、シールの長さに沿って不均一であり、シールの弾性が長さに沿って変わるようになっている、代替的に及び／又は追加的に、連続固体構造体は、シールの断面にわたって不均一とすることができる。
【００１５】
シールの長さに沿った弾性の変動は、シールが特定のシール位置に関して適切な特性をもつのを可能にするので望ましい。この点に関して、真空システムで使用する場合、シールを所定位置に保持するために加えられたクランプ力が存在することになる。これらの力は、クランプ要素に近い一部の箇所で他の箇所よりも高い場合がある。これらの変動をもたらすために弾性を変えることが好都合であろう。この変動は、シール内部の構造体をシールの長さに沿って不均一にすることで得ることができる。
【００１６】
加えて、シールの外周の周りには、シール面を形成する領域及びシール面を形成しない他の領域が存在できる。シール面の近くで高い変形可能性を提供し、これを相殺するために他の部分の近くで高い弾性を提供することは同様に好都合であり、シールの有効性を高めることができる。
【００１７】
一部の実施形態において、内側壁の厚さは、シールの長さに沿って少なくとも１０％だけ、好ましくは少なくとも５０％だけ変わる。
内側壁の厚さは、シールの長さに沿って変化してその長さに沿って弾性変化をもたらすことができる。
【００１８】
追加的に及び／又は代替的に、外壁の厚さは、その長さに沿って変化することができる。この点に関して、外壁の壁の厚さは、一部の実施形態において一部の場所では０．０１ｍｍと小さくすることができ、他の場所ではおそらく０．５ｍｍに増やすことができる。いずれの場合でも、変動は少なくとも１０％とすることができ、多くの実施形態では、５０％以上、又は１００％以上とすることができる。内側構造体を設けると、シールの弾性が高くなり、外壁はこれを設けなかった場合に比べて薄くすることができ、従って、内側構造体のおかげで０．０１ｍｍと小さい寸法を実現することができることに留意されたい。
【００１９】
一部の実施形態において、連続固体構造体を形成する多孔性又は多泡性材料の密度は、シールに沿って少なくとも１０％だけ、好ましくは少なくとも２５％だけ変わる。
シールの長さに沿って多孔性又は多泡性材料の密度を変えると、シールの弾性をその長さに沿って変えることができ、シールは、その特定の部分に適合した弾性を提供することができる。
【００２０】
例えば、一部の実施形態において、シールは、シールされる表面と合わさるように構成され、シールは、使用時、表面の間でシールをクランプするためのクランプ要素から遠く離れた多孔質材の密度が低減されるように構成され、クランプ要素から離れているシールの弾性が低減されるようになっている。
【００２１】
特に、使用時にクランプ要素に近接するように構成されるシール部分で高密度材料を有し、これらの領域から遠く離れて低密度材料を有することが好都合であろう。これは、弾性クランプ要素から遠くでシールの低い弾性をもたらし、弾性クランプ要素の近くでは弾性は高い。クランプ要素の近くではクランプ力は高くなることになり、従って、シールは高圧縮状態になる。シールのより均一な圧縮断面は、このように密度を変えることで得ることができる。さらに、クランプ要素から遠くのシールの弾性の減少は、低いクランプ力の使用を可能にする。
【００２２】
一部の実施形態において、多孔性又は多泡性材料の密度は、シールに沿って少なくとも１０％だけ、好ましくは少なくとも２５％だけ変わる。
【００２３】
一部の実施形態において、内側部分の材料の密度は、断面にわたって変化することができる。例えば、シールの外周のシール部分に近接する材料の密度は、シールの外周のシール部分から遠く離れた材料の密度よりも低い。
【００２４】
シール表面に隣接して密度が低減され、結果的に変形可能性が高くなるように、断面にわたって多孔性又は多泡性材料の密度を変えることが好都合であろう。
【００２５】
一部の実施形態において、非エラストマー材料は金属材料から成る。
一部の実施形態において、金属材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、貴金属、鋼、ステンレス鋼、銅のうちの少なくとも１つから成る。
【００２６】
他の実施形態において、材料は、１又は２以上の熱可塑性プラスチックから成るポリマー材料から成る。
【００２７】
一部の実施形態において、ポリマー材料は、フッ素重合体、ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）、及びポリフェニルエーテル（ＰＰＳ）のうちの少なくとも１つから成る。
【００２８】
シール全体は、金属材料又はポリマー材料で形成することができるが、一部の実施形態において、これらの材料を組み合わせで形成することができる。
【００２９】
外壁は、内側部分の周りに位置し、一部の実施形態において、外壁は内側部分を取り囲む。
【００３０】
一部の実施形態、壁は長手方向に延びかつ管形状を有する。
【００３１】
一部の実施形態において、壁は円形構造を形成するように延びる。
【００３２】
一部の実施形態において、壁及び内側部分は円形断面を有する。
【００３３】
一部の実施形態において、シールは、長手方向の又は細長いシールであり、その長さはその断面を横切る幅よりも長い。
【００３４】
本考案の第２の態様は、本考案の第１の態様による少なくとも１つのシールを備える真空システムを提供する。
【００３５】
一部の実施形態において、真空システムは、内側構造体の特性を変えることで様々な弾性を有する部分で構成される少なくとも１つのシールを備え、真空システムは、弾性の高いシール部分で２つの協働する面の間で少なくとも１つのシールを保持するためのクランプ要素を有する。
【００３６】
本考案の第３の態様は、付加製造技術を利用して上記のシールを作製する方法を提供する。
【００３７】
従来、金属シールは、金属管体又は他の外形のものを形成して溶接で接合することで作られていた。これらの従来の方法で作られたシール要素のヤング係数及び他の機械的特性を管理することは難しい。付加製造技術を利用することで、内側構造体を備えるシールを作製することができ、内側構造体の機械的特性は、シールの断面に沿って及びシールの長さに沿っても変えることができる。これにより、シールをその環境に適切な特性の変動でもって設計することができ、効果的なシールをもたらす低弾性材料が可能になる。これは、システムを低クランプ力で使用して、さらに依然として高いシール完全性を提供するのを可能にする。
【００３８】
一部の実施形態において、付加製造技術は、ステレオリソグラフィー（ＳＬＡ）、熱溶解積層法（ＦＤＭ）、マルチジェットモデリング（ＭＪＭ）、３Ｄプリンティング及び粉末焼結積層造形法（ＳＬＳ）から選択される。
【００３９】
さらなる特定の及び好ましい態様は、独立クレーム及び従属クレームに記載される。従属クレームの特徴部は、必要に応じて独立クレームの特徴部と組み合わせることができ、これら以外の組み合わせは、クレームに明確に記載されている。
【００４０】
装置特徴部が、機能をもたらすために動作可能と説明される場合、その機能をもたらす又はその機能をもたらすように適合又は構成された装置特徴部を含むことを理解されたい。
本考案の実施形態は、以下に添付図面を参照してさらに説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】関連手法による変動する壁厚を有するシールの断面図を示す。
【図２】関連手法によるシールの長さに沿って変動する壁厚を有するシールの縦断面図を示す。
【図３】関連手法による断面を横切って変動する密度を有するシールの断面図を概略的に示す。
【図４】関連手法による断面を横切って変動する密度を有するシールの断面図を概略的に示す。
【図５】一実施形態による弾性を高めるための内部構造体を有するシールの断面を示す。
【図６】一実施形態によるシールの長さに沿って密度が変動する内側構造体を有するシールの縦断面図を示す。
【考案を実施するための形態】
【００４２】
実施形態をより詳細に説明する前に、まず概要を提示する。
シールの作製に付加製造技術を採用すると、クランプ力に対するシール有効性を最適にするのを可能にする、目標とする弾性変動をもつシールを作製することができる。さらに、シールの弾性を高めるように構成された固体(solid)材料を内側部分に設けると、より変形可能な外壁を備えたシールが可能になり、結果的に小さなクランプ力で高いシール安全性が得られる。
【００４３】
この外壁の変形可能性を高めてシール設計を微調整する能力によって、シールは金属などの低い弾性特性の材料で作ることができる。このような材料は、高い耐熱性及び耐薬品性をもつことができる。
【００４４】
小さなクランプ力でこの高いシール完全性を可能にする特徴部としては、弾性を高めるためのシール内部の複合構造を挙げることができる。一部の例では、輪郭要素に対して変動する厚さ、及びシール面での構造又は密度の変化も提供され、例えば、つぶれて合わせ面に適合する発泡体などの開放構造が提供される。
【００４５】
図１は、図５及び図６に示すような実施形態によるシールと共に用いることができる関連手法によるシールの断面を示す。この例において、内側部分を囲む外壁１０は変動する壁厚を有する。壁厚に変動を与えると、壁の一部、最も厚い部分は高い弾性をもたらすが、最も薄い部分は高い変形可能性をもつことができる。高い変形可能性の部分は、容易に変形するので効果的なシール面を提供する。従って、使用時、真空システムに取り付けられる場合にシール効果をもたらす外面領域であるシールのシール領域は、このシール部分から離れた他の部分よりも薄い壁をもつように構成される。このように、効果的なシール部分はより変形可能であるが、全体シールは厚い部分のおかげでおの弾性を持ち続ける。
【００４６】
図２は、関連手法によるのシールの第２の実施形態を通る縦断面図を示し、これは図１の例と同様に変動する外壁１０の厚さを有し、本考案の実施形態と共に用いることができる。この特定の例において、厚さの変動は、シールの長さにわたって生じる。変動は、シールの断面にわたって及び／又は外周にわたって及び／又は長さにわたって生じ得ることに留意されたい。この場合、シールのより厚い部分は、クランプ要素に隣接して真空システムの中に位置するように構成され、クランプ力２０は、シールのより弾性のある部分に作用し、クランプ要素から遠く離れてこれに作用するクランプ力が小さいシール部分は、より薄い壁で形成され、弾性が低いが大きな変形可能性を有する。このように、その用途に適合されて、クランプ力に対するシール有効性を得るためにシール力を最適化すること又は少なくも改善することが可能になるシールが提供される。
【００４７】
図３は、別の例を示し、使用時に作用する力に対してシールを適合させるために用いられる物理的特性は材料の密度であり、この材料密度は、外壁１０の変化を生じる。この場合、密度は、シールの断面にわたって変化することができ、及び／又はシールの長さにわたって変化することができる。従って、より弾性の低い低密度部分が提供され、かつ弾性の高い高密度部分が提供される。低弾性部分は、外周の周りのシール面を目的として設けることができ、一方で高弾性領域は、これらの部分から遠く離れた、使用時にシールが真空組立体に取り付けられる場合にクランプ要素が位置する場所に対応する長手方向位置に設けることができる。図１及び２の例と同様に、この手法は、本考案の実施形態と共に用いることができる。
【００４８】
図４は、関連する手法の別の例を示し、外壁は壁から突出する追加領域１２を備え、材料は多孔性であり結果として特に低密度である。これらは、シールのシール面に設けられ、合わせ面に押し付けられてこれに適合することになる。また、これらは、シールを真空システムの中で特定の向きに位置決めするように作用することができる。図１、２、及び３の各例と同様に、この技法は、本考案の実施形態と共に用いることができる。
【００４９】
図５は、一実施形態の断面を示し、外壁１０の中には内側構造体が設けられている。この実施形態において、シールの内側部分を横切り、シールの変形に対する弾性をもたらす内側壁２２が設けられている。このような内側構造体を追加することで、内側構造体が無い場合よりも外壁を薄くすることができる。これは、外側構造体の改善された変形可能性を提供し、改善されたシールをもたらすことができ、優れていないシール面仕上げのシールが真空システムの中で効果的なシールをもたらすのを可能にするという利点を有する。
【００５０】
この実施形態において、内側構造体は外壁１０にまで及んでこれに取り付けられた内側壁によって与えられるが、他の実施形態において、内側構造体は、様々とすることができ、例えば、多孔質材で形成することができる。この多孔質材は、その断面にわたって異なる密度を有することができ、その長さにわたって異なる密度を有することもでき、これによって、様々な箇所でシールの弾性の目的とする変化をもたらす。同様に、図５のシールは、弾性の差をもたらすためにその長さに沿って内側壁２２の幅の変動を有することができる。
【００５１】
図６は、別の実施形態によるシールを通る縦断面を示す。この実施形態において、シールは多孔性内部２４を備え、多孔性内部の密度は、シールの長さに沿って変化し、真空組立体に取り付けた場合に高密度領域及び高弾性領域がクランプ要素隣接し、低密度領域及び低弾性領域がクランプ要素から遠くに離れるようにシールを構成するのを可能にする。これにより、シールは、シール特性に過度に影響を与えることなく、低いクランプ力で所定位置に保持することができる。
【００５２】
シールは、断面図、縦断面図、又は側面図で示されている。シールは、管形状とすることができ、この管形状は、例えば真空ポンプの各ステータの間を又は真空ポンプの接続要素の周りをシールするのに適する円形構造とすることができる。このシールにエラストマー材料を使用しない能力のおかげで、シールは、攻撃的材料がポンプ送給されかつ高温が用いられ可能性がある除害システムで使用するのが特に効果的である。
【００５３】
シールを作製するために付加製造技術を利用すると、シールは、例えば金属で作ることができ、さらに長さに沿って及び／又は外周の周りで及び／又は断面を横切って変えることができる特性をもつことができる。これにより、シールは、特定の位置及び特定のクランプ力に適合することができ、シール効果を改善する。
【００５４】
本明細書では、添付図面を参照して本考案の例示的な実施形態が詳細に開示されているが、本考案は、詳細な実施形態に限定されず、当業者によって請求項及びその均等物によって定義される本考案の範囲から逸脱することなくその中で種々の変更及び修正を行うことができることを理解されたい。
【符号の説明】
【００５５】
１０  シール外壁
１２  多孔性構造体
２０  クランプ要素
２２  内側壁
２４  多孔性内側充填物
【図１】
0003234213.tif 000003
【図２】
0003234213.tif 000004
【図３】
0003234213.tif 000005
【図４】
0003234213.tif 000006
【図５】
0003234213.tif 000007
【図６】
0003234213.tif 000008