(57)【要約】【課題】  締付け率を大きくすると、より大きな反発力および接触部圧力が得られるようにする。【解決手段】  第１のプレート１１と、該第１のプレート１１に形成された弾性シールリング嵌合用の環状溝１２と、該環状溝１２に嵌合される弾性シールリング１０と、該弾性シールリング１０を介して前記第１のプレート１１に圧接される第２のプレート１３とからなる弾性シール構造において、前記弾性シールリング１０の断面形状を多角形として、環状溝１２に嵌合した状態の断面多角形形状の弾性シールリング１０を第２のプレート１３で押圧した場合に、断面円形形状のＯリングの場合に比べて弾性シールリング１０と環状溝１２内面との圧接部が増大し、同じ締付け率であっても、より大きな反発力および接触部圧力が得られるようにしている。【選択図】        図１
2006046446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のプレート（１１）と、該第１のプレート（１１）に形成された弾性シールリング嵌合用の環状溝（１２）と、該環状溝（１２）に嵌合される弾性シールリング（１０）と、該弾性シールリング（１０）を介して前記第１のプレート（１１）に圧接される第２のプレート（１３）とからなる弾性シール構造であって、前記弾性シールリング（１０）の断面形状を多角形としたことを特徴とする弾性シール構造。
【請求項２】
前記環状溝（１２）を断面四角形形状の角溝（１２Ａ）により構成するとともに、前記弾性シールリング（１０）の断面形状を三角形としたことを特徴とする請求項１記載の弾性シール構造。
【請求項３】
前記環状溝（１２）を断面四角形形状の角溝（１２Ａ）により構成するとともに、前記弾性シールリング（１０）の断面形状を四角形としたことを特徴とする請求項１記載の弾性シール構造。
【請求項４】
前記環状溝（１２）を断面台形形状の蟻溝（１２Ｂ）により構成するとともに、前記弾性シールリング（１０）の断面形状を台形としたことを特徴とする請求項１記載の弾性シール構造。
【請求項５】
前記弾性シールリング（１０）の角部を、所定の曲率半径を有するアール部としたことを特徴とする請求項１、２、３および４のいずれか一項記載の弾性シール構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、２部材間を高度に密閉シールする弾性シール構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体の製造工程において、製造したシリコンウエハー等の半導体ウエハーに、ドライ洗浄処理としてのプラズマ処理を施して表面の汚染物質を除去するような場合、例えば図４６に示すような真空チャンバー１を用いて、プラズマ放電電極６によりプラズマを発生させ、該プラズマを前記真空チャンバー１内に収納した半導体ウエハー２に照射する方法が採用されている。また、この場合、前記真空チャンバー１内には、不活性ガスが導入される。
【０００３】
そして、このようなプラズマによる半導体洗浄装置では、上記真空チャンバー１内を高い真空度に保つために、例えばチャンバー１上部の反応室開閉用の蓋部３や、半導体ウエハー２を出し入れするドア部４、空気および不活性ガス等を排出するための配管５との接続部、前記配管５と排気用の真空ポンプ７との接続部に設けられた開閉バルブ部８などの各種開口部には、弾性シール部材として、一般にシール性の高い例えばフッ素ゴム製の弾性シールリング１０を使用した弾性シール構造が採用されている（例えば、これと同様の弾性シール構造を採用したものとして、下記の特許文献１を参照）。
【０００４】
上記した弾性シールリング１０としては、断面円形形状のＯリングが採用されることとなっており、該Ｏリングとこれを装着する環状溝とは、現在のところ、日本工業規格（ＪＩＳ  ２５０）に基づいて設計されることとなっている。
【０００５】
【特許文献１】公表特許公報２００１−５１２８９７号（明細書第１〜１９頁、図１）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、実際に計測して見ると、断面円形形状のＯリングを使用した場合、装着用の環状溝が角溝であっても、蟻溝であっても、締付け率を大きくしたとしても、十分大きな反発力も、十分大きな接触部圧力も得られず、シール性能のさらなる向上が困難であることが判明した。
【０００７】
本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、締付け率を大きくすると、より大きな反発力および接触部圧力が得られるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明では、上記課題を解決するための第１の手段として、第１のプレート１１と、該第１のプレート１１に形成された弾性シールリング嵌合用の環状溝１２と、該環状溝１２に嵌合される弾性シールリング１０と、該弾性シールリング１０を介して前記第１のプレート１１に圧接される第２のプレート１３とからなる弾性シール構造において、前記弾性シールリング１０の断面形状を多角形としている。
【０００９】
上記のように構成したことにより、環状溝１２に嵌合した状態の断面多角形形状の弾性シールリング１０を第２のプレート１３で押圧すると、断面円形形状のＯリングの場合に比べて弾性シールリング１０と環状溝１２内面との圧接部が増大するところから、同じ締付け率であっても、より大きな反発力および接触部圧力が得られることとなる。その結果、シール性能を十分に向上させることができる。
【００１０】
本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第２の手段として、上記第１の手段を備えた弾性シール構造において、前記環状溝１２を断面四角形形状の角溝１２Ａにより構成するとともに、前記弾性シールリング１０の断面形状を三角形とすることもでき、そのように構成した場合、弾性シールリング１０と角溝１２Ａ内面との圧接部がより増大するところから、同じ締付け率であっても、より大きな反発力および接触部圧力が得られることとなり、シール性能をより向上させることができる。
【００１１】
本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第３の手段として、上記第１の手段を備えた弾性シール構造において、前記環状溝１２を断面四角形形状の角溝１２Ａにより構成するとともに、前記弾性シールリング１０の断面形状を四角形とすることもでき、そのように構成した場合、弾性シールリング１０と角溝１２Ａ内面との圧接部がより増大するところから、同じ締付け率であっても、より大きな反発力が得られるとともに、接触部圧力の最大値はＯリングの場合とほとんど変わらないが、分布範囲が広くなり、シール性能をより向上させることができる。
【００１２】
本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第４の手段として、上記第１の手段を備えた弾性シール構造において、前記環状溝１２を断面台形形状の蟻溝１２Ｂにより構成するとともに、前記弾性シールリング１０の断面形状を台形とすることもでき、そのように構成した場合、弾性シールリング１０と蟻溝１２Ｂ内面との圧接部がより増大するところから、同じ締付け率であっても、より大きな反発力および接触部圧力が得られることとなり、シール性能をより向上させることができる。
【００１３】
本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第５の手段として、上記第１、第２、第３又は第４の手段を備えた弾性シール構造において、前記弾性シールリング１０の角部を、所定の曲率半径を有するアール部とすることもでき、そのように構成した場合、弾性シールリング１０の環状溝１２への嵌合が容易となり、シール構造を得るための作業性が向上する。
【発明の効果】
【００１４】
本願発明の第１の手段によれば、第１のプレート１１と、該第１のプレート１１に形成された弾性シールリング嵌合用の環状溝１２と、該環状溝１２に嵌合される弾性シールリング１０と、該弾性シールリング１０を介して前記第１のプレート１１に圧接される第２のプレート１３とからなる弾性シール構造において、前記弾性シールリング１０の断面形状を多角形として、環状溝１２に嵌合した状態の断面多角形形状の弾性シールリング１０を第２のプレート１３で押圧した場合に、断面円形形状のＯリングの場合に比べて弾性シールリング１０と環状溝１２内面との圧接部が増大するようにしたので、同じ締付け率であっても、より大きな反発力および接触部圧力が得られることとなり、シール性能を十分に向上させることができるという効果がある。
【００１５】
本願発明の第２の手段におけるように、上記第１の手段を備えた弾性シール構造において、前記環状溝１２を断面四角形形状の角溝１２Ａにより構成するとともに、前記弾性シールリング１０の断面形状を三角形とすることもでき、そのように構成した場合、弾性シールリング１０と角溝１２Ａ内面との圧接部がより増大するところから、同じ締付け率であっても、より大きな反発力および接触部圧力が得られることとなり、シール性能をより向上させることができる。
【００１６】
本願発明の第３の手段におけるように、上記第１の手段を備えた弾性シール構造において、前記環状溝１２を断面四角形形状の角溝１２Ａにより構成するとともに、前記弾性シールリング１０の断面形状を四角形とすることもでき、そのように構成した場合、弾性シールリング１０と角溝１２Ａ内面との圧接部がより増大するところから、同じ締付け率であっても、より大きな反発力が得られるとともに、接触部圧力の最大値はＯリングの場合とほとんど変わらないが、分布範囲が広くなり、シール性能をより向上させることができる。
【００１７】
本願発明の第４の手段におけるように、上記第１の手段を備えた弾性シール構造において、前記環状溝１２を断面台形形状の蟻溝１２Ｂにより構成するとともに、前記弾性シールリング１０の断面形状を台形とすることもでき、そのように構成した場合、弾性シールリング１０と蟻溝１２Ｂ内面との圧接部がより増大するところから、同じ締付け率であっても、より大きな反発力および接触部圧力が得られることとなり、シール性能をより向上させることができる。
【００１８】
本願発明の第５の手段におけるように、上記第１、第２、第３又は第４の手段を備えた弾性シール構造において、前記弾性シールリング１０の角部を、所定の曲率半径を有するアール部とすることもでき、そのように構成した場合、弾性シールリング１０の環状溝１２への嵌合が容易となり、シール構造を得るための作業性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付の図面を参照して、本願発明を幾つかの好適な実施の形態について説明する。
【００２０】
第１の実施の形態
図１ないし図４には、本願発明の第１の実施の形態にかかる弾性シール構造が示されている。
【００２１】
この弾性シール構造は、図１に示すように、シール部の一方側シール面を構成するシールプレート（第１のプレート）１１と、該シールプレート１１に形成された弾性シールリング嵌合用の環状溝１２と、該環状溝１２に嵌合されるフッ素ゴム製の弾性シールリング１０と、該弾性シールリング１０を介して前記シールプレート１１に圧接され、シール部の他方側シール面を構成する蓋プレート（第２のプレート）１３とを備えて構成されており、本実施の形態においては、前記環状溝１２は、断面四角形形状の角溝１２Ａとされるとともに、前記弾性シールリング１０の断面形状は三角形とされている。
【００２２】
そして、前記角溝１２Ａ内に前記弾性シールリング１０を、例えば図１に示すように、内周側に嵌合して、その上方側から蓋プレート１３を所定の締付け率で圧接することにより、図４に示すように、弾性シールリング１０を外周側に圧縮変形させて蓋プレート１３側に所望の反発力を得ることにより、前記シールプレート１１と前記蓋プレート１３との間の弾性シールリング１０により内側と外側とに区画された空間を高精度にシールするようになっている。
【００２３】
前記角溝１２Ａは、その溝幅がＷ、内径がＤｇ、深さがＨｇ、溝底部の内外コーナ部の曲率半径がＲ1とされている（図１参照）。
【００２４】
一方、前記弾性シールリング１０は、リング部の内径がＤｏ、断面部の幅がＷ′、角部の曲率半径がＲｔ、角部の角度αｔとされている（図２および図３参照）。
【００２５】
上記のように構成したことにより、角溝１２Ａに嵌合した状態の断面三角形形状の弾性シールリング１０を蓋プレート１３で押圧した場合に、断面円形形状のＯリングの場合に比べて弾性シールリング１０と角溝１２Ａ内面との圧接部が増大することとなる。その結果、同じ締付け率であっても、より大きな反発力および接触部圧力が得られることとなり、シール性能を十分に向上させることができる。
【００２６】
第２の実施の形態
図５および図６には、本願発明の第２の実施の形態にかかる弾性シール構造が示されている。
【００２７】
この場合、環状溝１２は、断面四角形形状の角溝１２Ａとされるとともに、前記弾性シールリング１０の断面形状は四角形とされている。
【００２８】
そして、前記角溝１２Ａ内に前記弾性シールリング１０を、例えば図５に示すように、内周側に嵌合して、その上方側から蓋プレート１３を所定の締付け率で圧接することにより、図６に示すように、弾性シールリング１０を外周側に圧縮変形させて蓋プレート１３側に所望の反発力を得ることにより、前記シールプレート１１と前記蓋プレート１３との間の弾性シールリング１０により内側と外側とに区画された空間を高精度にシールするようになっている。
【００２９】
前記角溝１２Ａは、その溝幅がＷ、内径がＤｇ、深さがＨｇ、溝底部の内外コーナ部の曲率半径がＲ1とされている。
【００３０】
一方、前記弾性シールリング１０は、リング部の内径がＤｏ、断面部の幅がＷ′、角部の曲率半径がＲｒ、角部の角度αｒが９０°とされている。
【００３１】
上記のように構成したことにより、角溝１２Ａに嵌合した状態の断面四角形形状の弾性シールリング１０を蓋プレート１３で押圧した場合に、断面円形形状のＯリングの場合に比べて弾性シールリング１０と角溝１２Ａ内面との圧接部が増大することとなる。その結果、同じ締付け率であっても、より大きな反発力および接触部圧力が得られることとなり、シール性能を十分に向上させることができる。
【００３２】
第３の実施の形態
図７および図８には、本願発明の第３の実施の形態にかかる弾性シール構造が示されている。
【００３３】
この場合、環状溝１２は、断面台形形状の蟻溝１２Ｂとされるとともに、前記弾性シールリング１０の断面形状は台形とされている。
【００３４】
そして、前記蟻溝１２Ｂ内に前記弾性シールリング１０を、例えば図７に示すように、嵌合して、その上方側から蓋プレート１３を所定の締付け率で圧接することにより、図８に示すように、弾性シールリング１０を圧縮変形させて蓋プレート１３側に所望の反発力を得ることにより、前記シールプレート１１と前記蓋プレート１３との間の弾性シールリング１０により内側と外側とに区画された空間を高精度にシールするようになっている。
【００３５】
前記蟻溝１２Ｂは、その内径がＤｇ、深さがＨｇ、溝底部の内外コーナ部の曲率半径がＲ2とされている。
【００３６】
一方、前記弾性シールリング１０は、リング部の内径がＤｏ、角部の曲率半径がＲｚ、角部の角度がαｚとされている。
【００３７】
上記のように構成したことにより、蟻溝１２Ｂに嵌合した状態の断面台形形状の弾性シールリング１０を蓋プレート１３で押圧した場合に、断面円形形状のＯリングの場合に比べて弾性シールリング１０と蟻溝１２Ｂ内面との圧接部が増大することとなる。その結果、同じ締付け率であっても、より大きな反発力および接触部圧力が得られることとなり、シール性能を十分に向上させることができる。
【００３８】
なお、角溝１２Ａの場合、弾性シールリング１０の断面形状は、五角形以上の多角形とすることもでき、蟻溝１２Ｂの場合、弾性シールリング１０の断面形状は、三角形、四角形あるいは台形以外の多角形とすることもできる。また、弾性シールリング１０の材質としては、フッ素ゴム以外のものを使用することもできる。
【００３９】
今、これをＦＥＭ解析によって確認して見ると、次のようになった。
【００４０】
（１）  解析モデル
図１および図４、図５および図６、図７および図８に示す構成の弾性シール構造（シールプレート１１および蓋プレート１３の材料：アルミナ、角溝１２Ａの溝幅Ｗ、溝部の内径Ｄｇ、溝部の深さＨｇ、溝部の底部内外コーナ部の曲率半径Ｒ1、蟻溝１２Ｂの溝部の深さＨｇ、溝部の底部内外コーナ部の曲率半径Ｒ2）において、フッ素ゴム製の弾性シールリング１０を採用した。
【００４１】
そして、弾性シールリング１０を、上記構造のシールプレート１１の角溝１２Ａ内に嵌合し、蓋プレート１３を介して中心方向下方に所定の締付け率を加えて、図４、図６および図８に示すように、圧縮変形させることにより、その挙動を解析した（ＪＩＳ：Ｐ２２Ａ〜Ｐ５０を参照）。
【００４２】
フッ素ゴム製の弾性シールリング１０に比べると、上記アルミナ製のシールプレート１１および蓋プレート１３は、著しく剛性が高く、剛体として扱うことができる。そこで、溝１２Ａあるいは１２Ｂ部分と蓋プレート１３をそれぞれ径方向と鉛直方向に強制変位を有する節点でモデリングした。ここで、解析モデルにおいては、弾性シールリング１０と溝部１２Ａあるいは１２Ｂの内壁と、弾性シールリング１０と蓋プレート１３の内面との接触を摩擦なしの接触として考えることとした。本解析では、ＪＩＳ：Ｐ２２Ａ〜Ｐ５０のＯリングに対応したＪＩＳ規格準拠の角溝と蟻溝とを用い、弾性シールリング１０の断面形状は、三角形、四角形、台形とされ、形状パラメータの変化範囲は表１の通りである。
【００４３】
【表１】
2006046446.tif 000003
【００４４】
（２）  解析条件
（拘束条件）
この解析では、溝の内側形状を表す節点を径方向以外に固定し、また、蓋プレートの内面形状を表す節点を鉛直方向以外に固定する。
【００４５】
（荷重条件）
装着による初期応力と初期変形を求めるには、溝全体に径方向の強制変位ｕを与える必要がある。強制変位ｕは次式で求められる。
【００４６】
ｕ＝（Ｄｇ−Ｄｏ）／２
ここで、Ｄｇは溝の内径、Ｄｏは弾性シールリングの内径である。表２に溝径方向の強制変位ｕを示す。
【００４７】
【表２】
2006046446.tif 000004
【００４８】
弾性シールリング１０を締め付ける場合、図９に示すように、蓋プレートに鉛直方向の強制変位ｕを与える。角溝と蟻溝の場合、締付け率ξを用いた表現が分かり易い。そこで、弾性シールリング１０の締付け率ξを、次式で定義する。ここでは、弾性シールリング１０としてＯリングを採用している。
【００４９】
ξ＝（Ｈ−ｈ）／Ｈ
ここで、Ｈは、弾性シールリング１０の圧縮変形前の断面高さで、ｈは、弾性シールリング１０の圧縮変形後の断面高さである。蓋プレート１３の鉛直方向の最大強制変位量ｕ＝（Ｈ−ｈ）はξＨで求められる。表３には、角溝と蟻溝における蓋プレートの最大強制変位量ｕと弾性シールリングの最大締付け率ξとの関係を示す。
【００５０】
【表３】
2006046446.tif 000005
【００５１】
（３）  解析結果
上記の解析条件に基づき、フッ素ゴム製の弾性シールリング１０が蓋プレート１３に締め付けられた場合の挙動（断面の変形と応力分布、反発力と接触部圧力の最大値）を汎用ＦＥＭ解析コードＭＳＣ／ＮＡＳＴＲＡＮ  Ｖ７０．５を用いて求めた。ここでは、角溝１２Ａにおいて弾性シールリング１０の断面形状を三角形と四角形とに変化させた場合と、蟻溝１２Ｂにおいて弾性シールリング１０の断面形状を台形とした場合の弾性シールリング１０の挙動の解析を行った。なお、ここに用いた応力と歪みは、それぞれ真応力（ＣＡＵＣＨＹ応力）と対数歪みである。
【００５２】
（角溝１２Ａにおける弾性シールリング１０の挙動）
ＪＩＳ規格Ｐ２２Ａ〜Ｐ５０に対応する角溝１２Ａは、溝幅Ｗ＝４．７ｍｍ、溝内径Ｄｇ＝２４．０ｍｍ、溝高さＨｇ＝２．４ｍｍとされる。
（イ）  三角形断面の弾性シールリング１０の場合
三角形断面の弾性シールリング１０における角部の曲率半径Ｒｔと締付け率ξの違いによる弾性シールリング１０の反発力Ｆと、弾性シールリング１０と蓋プレート１３との接触部における圧力（正応力）σｎの最大値の変化を表４に示す。
【００５３】
【表４】
2006046446.tif 000006
【００５４】
また、分かり易く表示するため、反発力Ｆと圧力σｎの最大値に及ぼす締付け率ξと角部の曲率半径Ｒｔの影響を図１０〜図１３に示す。
【００５５】
これらによれば、締付け率ξが大きくなるにつれ、当然のことながら反発力Ｆと接触部圧力σｎの最大値が上がることが明らかである。また、角部の曲率半径Ｒｔが大きくなるにしたがい、反発力Ｆと接触部圧力σｎの最大値の低下が見られる。例えば、締付け率ξ＝３０．０％の場合、曲率半径Ｒｔが１．２ｍｍから１．７５ｍｍに大きくなると、反発力Ｆは４７．９ｋｇｆから４０．７ｋｇｆに、接触部圧力σｎの最大値は３１．６×１０-2ｋｇｆ／ｍｍ2から２４．６×１０-2ｋｇｆ／ｍｍ2に下がっている。なお、本実施の形態の場合、曲率半径Ｒｔ＝１．７５ｍｍの場合、三角形は円形となる。上述のことをまとめると、反発力Ｆと接触部圧力σｎの最大値とを高めるには、三角形断面の角部の曲率半径Ｒｔを小さくすることが望ましいことが分かる。
【００５６】
また、曲率半径Ｒｔと締付け率ξを変化させた場合の弾性シールリング１０と蓋プレート１３との接触部における圧力σｎの分布を図１４〜図１７に示す。これによれば、締付け率ξが高くなるにともない、接触部の範囲が広がることが分かる。また、圧力σｎの分布は逆Ｖ字型を示し、最大値が接触部の中心近傍において生じることが読み取れる。
【００５７】
曲率半径Ｒｔと締付け率ξの違いによる弾性シールリング１０の変形とＭｉｓｅｓ応力分布の変化を図１８〜図２１に示す。いずれの場合においても、蓋プレート１３に締め付けられると、弾性シールリング１０は径方向に広がって変形することが読み取れる。Ｍｉｓｅｓ応力の最大値が弾性シールリング１０の断面の中央近傍において生じることから、断面の中央近傍から弾性シールリング１０の破裂は開始すると推測される。また、曲率半径Ｒｔが大きくなるにしたがい、Ｍｉｓｅｓ応力の最大値が下がることが分かる。
【００５８】
以上のことをまとめると、三角形断面の弾性シールリング１０では、曲率半径Ｒｔを小さくとれば、反発力Ｆと接触部圧力σｎの最大値が上がる。
（ロ）  四角形断面の弾性シールリング１０の場合
四角形断面の弾性シールリング１０における角部の曲率半径Ｒｒと締付け率ξの違いによる弾性シールリング１０の反発力Ｆと、弾性シールリング１０と蓋プレート１３との接触部における圧力（正応力）σｎの最大値の変化を表５に示す。
【００５９】
【表５】
2006046446.tif 000007
【００６０】
また、分かり易く表示するため、反発力Ｆと圧力σｎの最大値に及ぼす締付け率ξと角部の曲率半径Ｒｒの影響を図２２〜図２５に示す。
【００６１】
これらによれば、当然のことながら締付け率ξが大きくなると、反発力Ｆと接触部圧力σｎの最大値が上がることが分かる。また、角部の曲率半径Ｒｒが大きくなるにしたがい、反発力Ｆが顕著に低下するのに対して、接触部圧力σｎの最大値はあまり変わらないことが読み取れる。例えば、締付け率ξ＝３０．０％の場合、曲率半径Ｒｒが１．２ｍｍから１．７５ｍｍに大きくなると、反発力Ｆは６６．５ｋｇｆから４０．７ｋｇｆに３８．８％も下がるのに対し、接触部圧力σｎの最大値は２６．３×１０-2ｋｇｆ／ｍｍ2から２４．６×１０-2ｋｇｆ／ｍｍ2に６．５％しか小さくならない。
【００６２】
また、曲率半径Ｒｒと締付け率ξを変化させた場合の弾性シールリング１０と蓋プレート１３との接触部における圧力σｎの分布を図２６〜図２９に示す。これによれば、締付け率ξが高くなるにしたがい、接触部の範囲が広がることが分かる。また、圧力σｎの分布はＭ字型を示し、最大値が接触部中央から離れた左右二ケ所において生じるが、角部の曲率半径Ｒｒが大きくなるにしたがい、接触部圧力σｎの最大値の発生位置は二ケ所から一ケ所に変化していくことが分かる。これは、曲率半径Ｒｒが大きくなるにつれ、四角形が円形に近づくからである。なお、本実施の形態の場合、曲率半径Ｒｔ＝１．７５ｍｍの場合、四角形は円形となる。
【００６３】
曲率半径Ｒｒと締付け率ξの違いによる弾性シールリング１０の変形とＭｉｓｅｓ応力分布の変化を図３０〜図３３に示す。変形については、曲率半径Ｒｒが大きくなると、弾性シールリング１０と蓋プレート１３、弾性シールリング１０と溝外側との接触面積が小さくなることが読み取れる。接触面積の違いは反発力変化の原因で、接触面積が減少すれば、反発力は低下すると推測される。Ｍｉｓｅｓ応力の最大値が弾性シールリング１０の断面中央近傍において生じることから、断面中央近傍から弾性シールリング１０の破裂は開始すると推測される。また、曲率半径Ｒｒが大きくなるにしたがい、Ｍｉｓｅｓ応力の最大値の低下が見られる。
【００６４】
以上のことをまとめると、四角形断面の弾性シールリング１０では、曲率半径Ｒｒを小さくとれば、反発力Ｆが顕著に上昇する。
【００６５】
角溝１２Ａと弾性シールリング１０の断面形状との関係について、以上のことをまとめると、次のようなことが言える。
【００６６】
反発力Ｆを高めるには、断面形状を角部の曲率半径Ｒｒの小さい四角形とするのが望ましく、弾性シールリング１０と蓋プレート１３との接触部における圧力σｎの最大値を高くしたいのであれば、断面形状を角部の曲率半径Ｒｔの小さい三角形とするのが望ましい。
【００６７】
（蟻溝１２Ｂにおける弾性シールリング１０の挙動）
一般的に言えば、蟻溝１２Ｂには、台形断面の弾性シールリング１０が最もよいと思われる。本解析では、ＪＩＳ規格Ｐ２２Ａ〜Ｐ５０に対応する蟻溝１２Ｂ（溝角θ＝２５．０ｄｅｇ、溝底部角部の曲率半径Ｒ2＝０．４ｍｍ、溝高さＨｇ＝２．５ｍｍ）を用いて、台形の角部における曲率半径Ｒｚを変化させた場合の弾性シールリング１０の挙動変化を求めた。なお、蟻溝１２Ｂの場合、装着による初期応力と初期変形がほとんど生じないので、初期状態を考慮に入れずに解析を行う。
【００６８】
台形断面の角部における曲率半径Ｒｚと締付け率ξの違いによる弾性シールリング１０の反発力Ｆと、弾性シールリング１０と蓋プレート１３との接触部における圧力（正応力）σｎの最大値の変化を表６に示す。
【００６９】
【表６】
2006046446.tif 000008
【００７０】
また、分かり易く表示するため、反発力Ｆと圧力σｎの最大値に及ぼす締付け率ξと角部の曲率半径Ｒｚの影響を図３４〜図３７に示す。
【００７１】
これらによれば、当然のことながら、締付け率ξが大きくなると、反発力Ｆと接触部圧力σｎの最大値が上がることが分かる。また、角部の曲率半径Ｒｚが大きくなるにしたがい、反発力Ｆと接触部の圧力σｎの最大値は顕著に低下することが読み取れる。例えば、締付け率ξ＝２７．０％の場合、曲率半径Ｒｒが１．５ｍｍから１．７５ｍｍに大きくなると、反発力Ｆは７７．６ｋｇｆから４４．５ｋｇｆに４２．７％も下がり、接触部圧力σｎは３７．４×１０-2ｋｇｆ／ｍｍ2から２７．８×１０-2ｋｇｆ／ｍｍ2に２５．７％も低下する。
【００７２】
また、曲率半径Ｒｚと締付け率ξを変化させた場合の弾性シールリング１０と蓋プレート１３との接触部における圧力σｎの分布を図３８〜図４１に示す。これによれば、締付け率ξが高くなるにしたがい、接触部の範囲が広がることが明らかである。また、圧力σｎの分布はＭ字型を示し、最大値が接触部中央から離れた左右二ケ所において生じることが分かるが、曲率半径Ｒｚが大きくなるしたがい、接触部圧力σｎの最大値は二ケ所から一ケ所に変化していくことが読み取れる。これは、曲率半径Ｒｚが大きくなるにつれ、台形が円形に近づくからである。なお、本実施の形態の場合、曲率半径Ｒｚ＝１．７５ｍｍの場合、台形は円形となる。
【００７３】
曲率半径Ｒｚと締付け率ξの違いによる弾性シールリング１０の変形とＭｉｓｅｓ応力分布の変化を図４２〜図４５に示す。変形については、曲率半径Ｒｚが大きくなると、弾性シールリング１０と蓋プレート１３、弾性シールリング１０と溝外側との接触面積が小さくなることが読み取れる。接触面積の違いは反発力の変化につながり、接触面積が減少すれば、反発力は低下する。Ｍｉｓｅｓ応力の最大値が弾性シールリング１０の断面中央近傍において生じることから、断面中央近傍から弾性シールリング１０の破裂は開始すると推測される。また、曲率半径Ｒｚが大きくなるにしたがい、Ｍｉｓｅｓ応力の最大値が下がることが分かる。
【００７４】
以上のことをまとめると、蟻溝１２Ｂの場合、反発力Ｆと接触部圧力σｎの最大値を高めるには、弾性シールリング１０の断面形状を、角部の曲率半径Ｒｚの小さい台形とするのが望ましいことが分かる。
【００７５】
以上の解析の結果をまとめると、以下のような結論に至る。
（１）  角溝の場合：反発力Ｆを高めるには、弾性シールリング１０の断面形状を角部の曲率半径Ｒｒの小さい四角形にするとよい。接触部における圧力σｎの最大値を高くしたいのであれば、弾性シールリング１０の断面形状を角部の曲率半径Ｒｔの小さい三角形にすればよい。
（２）  蟻溝の場合：反発力Ｆと接触部圧力σｎの最大値を高めるには、弾性シールリング１０の断面形状を角部の曲率半径Ｒｚの小さい台形にするとよい。
（３）  一般的に言えば、同様な断面形状の場合、角溝と比べて蟻溝において弾性シールリング１０の反発力Ｆと接触部圧力σｎの最大値が大きいことが今までの解析結果から分かる。とくに、蟻溝と角部の曲率半径Ｒｚの小さい台形断面の弾性シールリングとの組み合わせが望ましいと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本願発明の第１の実施の形態にかかる弾性シール構造のシール前の状態を示す断面図である。
【図２】本願発明の第１の実施の形態にかかる弾性シール構造における弾性シールリングを示す平面図である。
【図３】本願発明の第１の実施の形態にかかる弾性シール構造における弾性シールリングの環状溝への嵌合状態を示す一部を断面とした斜視図である。
【図４】本願発明の第１の実施の形態にかかる弾性シール構造のシール状態を示す断面図である。
【図５】本願発明の第２の実施の形態にかかる弾性シール構造のシール前の状態を示す断面図である。
【図６】本願発明の第２の実施の形態にかかる弾性シール構造のシール状態を示す断面図である。
【図７】本願発明の第３の実施の形態にかかる弾性シール構造のシール前の状態を示す断面図である。
【図８】本願発明の第３の実施の形態にかかる弾性シール構造のシール状態を示す断面図である。
【図９】Ｏリングを例とした場合のシール時の変形状態を示す説明図である。
【図１０】環状溝として角溝を採用した場合における三角形断面形状の弾性シールリングの反発力Ｆに及ぼす締付け率ξの影響を示す特性図である。
【図１１】環状溝として角溝を採用した場合における三角形断面形状の弾性シールリングの反発力Ｆに及ぼす角部の曲率半径Ｒｔの影響を示す特性図である。
【図１２】環状溝として角溝を採用した場合における三角形断面形状の弾性シールリングと蓋プレートとの接触部圧力σｎの最大値に及ぼす締付け率ξの影響を示す特性図である。
【図１３】環状溝として角溝を採用した場合における三角形断面形状の弾性シールリングと蓋プレートとの接触部圧力σｎの最大値に及ぼす角部の曲率半径Ｒｔの影響を示す特性図である。
【図１４】環状溝として角溝を採用した場合における三角形断面形状の弾性シールリング（角部の曲率半径Ｒｔ＝１．２ｍｍ）と蓋プレートとの接触面における圧力σｎの分布を示す特性図である。
【図１５】環状溝として角溝を採用した場合における三角形断面形状の弾性シールリング（角部の曲率半径Ｒｔ＝１．４ｍｍ）と蓋プレートとの接触面における圧力σｎの分布を示す特性図である。
【図１６】環状溝として角溝を採用した場合における三角形断面形状の弾性シールリング（角部の曲率半径Ｒｔ＝１．６ｍｍ）と蓋プレートとの接触面における圧力σｎの分布を示す特性図である。
【図１７】環状溝として角溝を採用した場合における三角形断面形状の弾性シールリング（角部の曲率半径Ｒｔ＝１．７５ｍｍ）と蓋プレートとの接触面における圧力σｎの分布を示す特性図である。
【図１８】環状溝として角溝を採用した場合における三角形断面形状の弾性シールリング（角部の曲率半径Ｒｔ＝１．２ｍｍ）の変形とＭｉｓｅｓ応力分布に及ぼす締付け率ξの影響を示す特性図であり、（イ）は締付け率ξ＝１０．０％の場合、（ロ）は締付け率ξ＝２０．０％の場合、（ハ）は締付け率ξ＝３０．０％の場合をそれぞれ示す。
【図１９】環状溝として角溝を採用した場合における三角形断面形状の弾性シールリング（角部の曲率半径Ｒｔ＝１．４ｍｍ）の変形とＭｉｓｅｓ応力分布に及ぼす締付け率ξの影響を示す特性図であり、（イ）は締付け率ξ＝１０．０％の場合、（ロ）は締付け率ξ＝２０．０％の場合、（ハ）は締付け率ξ＝３０．０％の場合をそれぞれ示す。
【図２０】環状溝として角溝を採用した場合における三角形断面形状の弾性シールリング（角部の曲率半径Ｒｔ＝１．６ｍｍ）の変形とＭｉｓｅｓ応力分布に及ぼす締付け率ξの影響を示す特性図であり、（イ）は締付け率ξ＝１０．０％の場合、（ロ）は締付け率ξ＝２０．０％の場合、（ハ）は締付け率ξ＝３０．０％の場合をそれぞれ示す。
【図２１】環状溝として角溝を採用した場合における三角形断面形状の弾性シールリング（角部の曲率半径Ｒｔ＝１．７５ｍｍ）の変形とＭｉｓｅｓ応力分布に及ぼす締付け率ξの影響を示す特性図であり、（イ）は締付け率ξ＝１０．０％の場合、（ロ）は締付け率ξ＝２０．０％の場合、（ハ）は締付け率ξ＝３０．０％の場合をそれぞれ示す。
【図２２】環状溝として角溝を採用した場合における四角形断面形状の弾性シールリングの反発力Ｆに及ぼす締付け率ξの影響を示す特性図である。
【図２３】環状溝として角溝を採用した場合における四角形断面形状の弾性シールリングの反発力Ｆに及ぼす角部の曲率半径Ｒｒの影響を示す特性図である。
【図２４】環状溝として角溝を採用した場合における四角形断面形状の弾性シールリングと蓋プレートとの接触部圧力σｎの最大値に及ぼす締付け率ξの影響を示す特性図である。
【図２５】環状溝として角溝を採用した場合における四角形断面形状の弾性シールリングと蓋プレートとの接触部圧力σｎの最大値に及ぼす角部の曲率半径Ｒｒの影響を示す特性図である。
【図２６】環状溝として角溝を採用した場合における四角形断面形状の弾性シールリング（角部の曲率半径Ｒｒ＝１．２ｍｍ）と蓋プレートとの接触面における圧力σｎの分布を示す特性図である。
【図２７】環状溝として角溝を採用した場合における四角形断面形状の弾性シールリング（角部の曲率半径Ｒｒ＝１．４ｍｍ）と蓋プレートとの接触面における圧力σｎの分布を示す特性図である。
【図２８】環状溝として角溝を採用した場合における四角形断面形状の弾性シールリング（角部の曲率半径Ｒｒ＝１．６ｍｍ）と蓋プレートとの接触面における圧力σｎの分布を示す特性図である。
【図２９】環状溝として角溝を採用した場合における四角形断面形状の弾性シールリング（角部の曲率半径Ｒｒ＝１．７５ｍｍ）と蓋プレートとの接触面における圧力σｎの分布を示す特性図である。
【図３０】環状溝として角溝を採用した場合における四角形断面形状の弾性シールリング（角部の曲率半径Ｒｒ＝１．２ｍｍ）の変形とＭｉｓｅｓ応力分布に及ぼす締付け率ξの影響を示す特性図であり、（イ）は締付け率ξ＝１０．０％の場合、（ロ）は締付け率ξ＝２０．０％の場合、（ハ）は締付け率ξ＝３０．０％の場合をそれぞれ示す。
【図３１】環状溝として角溝を採用した場合における四角形断面形状の弾性シールリング（角部の曲率半径Ｒｒ＝１．４ｍｍ）の変形とＭｉｓｅｓ応力分布に及ぼす締付け率ξの影響を示す特性図であり、（イ）は締付け率ξ＝１０．０％の場合、（ロ）は締付け率ξ＝２０．０％の場合、（ハ）は締付け率ξ＝３０．０％の場合をそれぞれ示す。
【図３２】環状溝として角溝を採用した場合における四角形断面形状の弾性シールリング（角部の曲率半径Ｒｒ＝１．６ｍｍ）の変形とＭｉｓｅｓ応力分布に及ぼす締付け率ξの影響を示す特性図であり、（イ）は締付け率ξ＝１０．０％の場合、（ロ）は締付け率ξ＝２０．０％の場合、（ハ）は締付け率ξ＝３０．０％の場合をそれぞれ示す。
【図３３】環状溝として角溝を採用した場合における四角形断面形状の弾性シールリング（角部の曲率半径Ｒｒ＝１．７５ｍｍ）の変形とＭｉｓｅｓ応力分布に及ぼす締付け率ξの影響を示す特性図であり、（イ）は締付け率ξ＝１０．０％の場合、（ロ）は締付け率ξ＝２０．０％の場合、（ハ）は締付け率ξ＝３０．０％の場合をそれぞれ示す。
【図３４】環状溝として蟻溝を採用した場合における台形断面形状の弾性シールリングの反発力Ｆに及ぼす締付け率ξの影響を示す特性図である。
【図３５】環状溝として蟻溝を採用した場合における台形断面形状の弾性シールリングの反発力Ｆに及ぼす角部の曲率半径Ｒｚの影響を示す特性図である。
【図３６】環状溝として蟻溝を採用した場合における台形断面形状の弾性シールリングと蓋プレートとの接触部圧力σｎの最大値に及ぼす締付け率ξの影響を示す特性図である。
【図３７】環状溝として蟻溝を採用した場合における台形断面形状の弾性シールリングと蓋プレートとの接触部圧力σｎの最大値に及ぼす角部の曲率半径Ｒｚの影響を示す特性図である。
【図３８】環状溝として蟻溝を採用した場合における台形断面形状の弾性シールリング（角部の曲率半径Ｒｚ＝１．４ｍｍ）と蓋プレートとの接触面における圧力σｎの分布を示す特性図である。
【図３９】環状溝として蟻溝を採用した場合における台形断面形状の弾性シールリング（角部の曲率半径Ｒｚ＝１．５ｍｍ）と蓋プレートとの接触面における圧力σｎの分布を示す特性図である。
【図４０】環状溝として蟻溝を採用した場合における台形断面形状の弾性シールリング（角部の曲率半径Ｒｚ＝１．６ｍｍ）と蓋プレートとの接触面における圧力σｎの分布を示す特性図である。
【図４１】環状溝として蟻溝を採用した場合における台形断面形状の弾性シールリング（角部の曲率半径Ｒｚ＝１．７５ｍｍ）と蓋プレートとの接触面における圧力σｎの分布を示す特性図である。
【図４２】環状溝として蟻溝を採用した場合における台形断面形状の弾性シールリング（角部の曲率半径Ｒｚ＝１．４ｍｍ）の変形とＭｉｓｅｓ応力分布に及ぼす締付け率ξの影響を示す特性図であり、（イ）は締付け率ξ＝１０．０％の場合、（ロ）は締付け率ξ＝２０．０％の場合、（ハ）は締付け率ξ＝２３．５％の場合をそれぞれ示す。
【図４３】環状溝として蟻溝を採用した場合における台形断面形状の弾性シールリング（角部の曲率半径Ｒｚ＝１．５ｍｍ）の変形とＭｉｓｅｓ応力分布に及ぼす締付け率ξの影響を示す特性図であり、（イ）は締付け率ξ＝１０．０％の場合、（ロ）は締付け率ξ＝２０．０％の場合、（ハ）は締付け率ξ＝２７．０％の場合をそれぞれ示す。
【図４４】環状溝として蟻溝を採用した場合における台形断面形状の弾性シールリング（角部の曲率半径Ｒｚ＝１．６ｍｍ）の変形とＭｉｓｅｓ応力分布に及ぼす締付け率ξの影響を示す特性図であり、（イ）は締付け率ξ＝１０．０％の場合、（ロ）は締付け率ξ＝２０．０％の場合、（ハ）は締付け率ξ＝２７．０％の場合をそれぞれ示す。
【図４５】環状溝として蟻溝を採用した場合における台形断面形状の弾性シールリング（角部の曲率半径Ｒｚ＝１．７５ｍｍ）の変形とＭｉｓｅｓ応力分布に及ぼす締付け率ξの影響を示す特性図であり、（イ）は締付け率ξ＝１０．０％の場合、（ロ）は締付け率ξ＝２０．０％の場合、（ハ）は締付け率ξ＝２７．０％の場合をそれぞれ示す。
【図４６】従来から一般的に弾性シール構造が採用されている装置の一例を示す該略図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０は弾性シールリング
１１は第１のプレート（シールプレート）
１２は環状溝
１２Ａは角溝
１２Ｂは蟻溝
１３は第２のプレート（蓋プレート）
【図１】
2006046446.tif 000009
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006046446.tif 000013
【図６】
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【図７】
2006046446.tif 000015
【図８】
2006046446.tif 000016
【図９】
2006046446.tif 000017
【図１０】
2006046446.tif 000018
【図１１】
2006046446.tif 000019
【図１２】
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【図１３】
2006046446.tif 000021
【図１４】
2006046446.tif 000022
【図１５】
2006046446.tif 000023
【図１６】
2006046446.tif 000024
【図１７】
2006046446.tif 000025
【図１８】
2006046446.tif 000026
【図１９】
2006046446.tif 000027
【図２０】
2006046446.tif 000028
【図２１】
2006046446.tif 000029
【図２２】
2006046446.tif 000030
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2006046446.tif 000033
【図２６】
2006046446.tif 000034
【図２７】
2006046446.tif 000035
【図２８】
2006046446.tif 000036
【図２９】
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【図３０】
2006046446.tif 000038
【図３１】
2006046446.tif 000039
【図３２】
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【図３３】
2006046446.tif 000041
【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
2006046446.tif 000046
【図３９】
2006046446.tif 000047
【図４０】
2006046446.tif 000048
【図４１】
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【図４２】
2006046446.tif 000050
【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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