パッキンのシール構造
【課題】 圧力差のある２つの雰囲気を隔離する手段として、シール面に開口して形成された単純な構造のパッキン溝内に単純な形状のパッキンを収納して構成され、シール部の厚みを薄肉にすることが可能で、かつ使用条件や使用回数に左右されず常時高いシール性が確保されるパッキンのシール構造を提供することを課題とする。
【解決手段】 断面矩形の弾性パッキンを用いると共に、一方及び他方のシール面それぞれに断面コの字形パッキン溝を少なくとも一部が互いに対向するように形成し、該パッキン溝は、前記シール面に直交する断面上で、少なくとも低圧雰囲気側において一方が他方に対して相対的に張り出して構成し、両パッキン溝により挟持させて収容した前記パッキンを、パッキン溝の底面、側面、及び低圧雰囲気側に張り出していない方のパッキン溝の溝口の低圧雰囲気側の縁角、に当接させてシールする。
【解決手段】 断面矩形の弾性パッキンを用いると共に、一方及び他方のシール面それぞれに断面コの字形パッキン溝を少なくとも一部が互いに対向するように形成し、該パッキン溝は、前記シール面に直交する断面上で、少なくとも低圧雰囲気側において一方が他方に対して相対的に張り出して構成し、両パッキン溝により挟持させて収容した前記パッキンを、パッキン溝の底面、側面、及び低圧雰囲気側に張り出していない方のパッキン溝の溝口の低圧雰囲気側の縁角、に当接させてシールする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧または減圧装置における継手や接続部を、パッキンを用いてシールするためのシール構造の改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
内部が加圧または減圧される容器又は筐体は、通常、容器又は筐体の本体と蓋部材との間にパッキン部材を介在させてシール性を保つことが行なわれている。その際に採用されるシール構造としては、容器又は筐体の本体あるいは蓋部材のいずれかに、パッキン溝を形成してその内部にパッキン部材を収容し、シール時には、パッキン部材を蓋あるいは容器本体に押し付ける形式のものが古くから知られている。パッキン部材としては、フッ素ゴムないしフッ素樹脂系材質の弾性部材から成るものが多く使われるが、全体形態は通常、環状であり、断面形状は円形、矩形、三角形など、様々である。
【０００３】
図９により、従来のシール構造を説明する。図９は、例えば、内部が大気圧より高圧に保たれる筐体のシール時におけるシール部の要部拡大断面図である。このような構造を有する装置としては、例えば、稼動時に筐体内部を窒素パージし波長１８５ｎｍ以下の紫外線を発生するランプを使用するオゾン洗浄装置がある。容器内雰囲気６１の圧力は容器外雰囲気６２（大気）より高い圧力（０．２ＭＰａ程度）になっている。５１はＯリング、５４は筐体（その一部が示されている）５２のシール面５３に開口して形成された断面矩形の環状パッキン溝、５５はシール面５３に対向するシール面５６を有する窓枠部材である。７０は、紫外線照射窓板であり、例えば石英ガラス等で構成される。
【０００４】
シール状態に至るまでの状況を説明すると、パッキン溝５４に収納されたＯリング５１は、当初、断面形状が多少変形している程度であり、パッキン溝５４の底面５４Ａと、側面５４Ｂ及び５４Ｃとに当接すると共に、シール面５６に対してはパッキン溝５４の中央部に対向する点５６Ａを中心として当接している。次に、ねじ（図示せず）等による締め付けによって、筐体５２のシール面５３と窓枠部材５５のシール面５６とを両者が互いに完全に接触するまで接近させると、Ｏリング５１はシール面５６に押されて、その断面形状に変形がますます進行し、Ｏリング５１は、シール面５６、パッキン溝５４の底面５４Ａ、側面５４Ｂ及び５４Ｃと完全に密着することになり、これによって容器内雰囲気６１は容器外雰囲気６２と隔離され、シール状態が完成する。
【０００５】
しかしながら、Ｏリングを始めとする従来のパッキンは、その全面を一方向から均一に押圧して変形させることで密着性を確保し、シール性を実現していたので、そのパッキンを実際に押圧するシール部構成部材は、自身の厚みにその押圧に対抗できるだけ厚みを加えた板厚（剛性）を備えている必要があった。このことは、前記オゾン洗浄装置のように、大気によるエネルギー減衰をできるだけ小さくするために、紫外線ランプとワーク（照射窓板）との距離を短くしたい要求がある場合には、装置性能を低減させる要因になるという問題を抱えていた。
【０００６】
シール部の厚みを薄くするには、パッキンを薄くし、パッキン溝も浅くすると効果的である。パッキンとしては、例えば、断面長方形で、厚さ１ｍｍ、幅１０ｍｍの帯状リング形状の薄型弾性パッキンの使用が考えられる。パッキン溝の深さも、これに応じて、０．１ｍｍオーダーの深さとする。しかしながら、プラスチックゴム等の材質の弾性パッキンは、この程度の厚みになると、幅方向から加わる力に対して極めて弱く、反りやうねり等の変形が生じて平面性が保ちにくくなるという性質がある。従って、例えば図９に示すのと同じ構造で深さだけが浅いパッキン溝にこのようなパッキンを適用すれば、シール面やパッキン溝の底面との密着性が十分でなくなる。しかし従来は、こうした問題に対する解決策が提案されることはなく、また、シール部の厚みを薄くする手段として、薄型パッキンが用いられることもなかった。
【０００７】
一方では、上記のような従来のシール構造の場合は、窓枠部材５５の付け外しの繰り返しによって、Ｏリング５１はシール面５６の５６Ａとの接触部周辺で磨耗が進行しやすく、また、Ｏリングは低温時に弾性が低下し硬度が増す傾向があり、シール面５６との密着性を低下させるという問題があった。その場合、シール性を確保するため、シール面５３、５６やパッキン溝５４は高い加工精度が要求されるという側面を抱えることにもなっていた。また、容器内雰囲気６１の圧力が特に高い場合は、図１０に示すように、流路６０の高圧側開口端５７から流路６０に侵入した高圧気体によってＯリング５１が低圧側に押されて潰れ変形する。この時、Ｏリング５１とパッキン溝５４の側面５４Ｂとの密着性が弱まり、さらに、Ｏリング５１とシール面５６との間に侵入しようとする高圧気体がこの両者を引き剥がす方向に作用し、この両者の密着性を悪化させることになる。こうして、従来のシール構造においては、容器内雰囲気６１と容器外雰囲気６２の隔離が十分でなく、必ずしもシール性が保証されないという欠点を有していた。
【０００８】
こうした問題に対しては、例えば、特許文献１に記載のように、パッキン溝の底部に円弧状またはＶ字状断面でなる傾斜部を設け、高圧側雰囲気から気体等の流入によりＯリングに圧力が加わった際に、この傾斜面によってＯリングがパッキン溝の対向面に押圧されることを利用してシール性を向上させる提案もなされている。しかしながら、この提案を採用した場合でも、Ｏリングの材質の経時的劣化に伴なうＯリング外面の変質によって、シール面に作用するＯリングの面圧の低下は避けられず、依然として、シール性は十分とは言えなかった。
【特許文献１】特開平５−２４０３５６号公報
【０００９】
経時的劣化に伴なうＯリング外面の変質は、パッキンの当接面の変形やパッキン自体の屈曲などをもたらすが、こうした問題の解決のために、例えば、特許文献２に記載のように、互いに対向するシール面に対向するパッキン溝をそれぞれ設け、各溝の底部には傾斜部と突起部とを形成し、この溝の間にパッキンを収納・挟持してシール性を高める提案も行なわれている。このような構成の場合は、対応する一対の溝の間にパッキンが挟持され、しかも溝の内面の構造が複雑であるため、パッキンが溝内で動くことがなく確実に固定され、従って高いシール性が確保されるという利点がある。しかし、この提案には、パッキン溝の構造が複雑で形成が容易でなく汎用性が乏しく、また、パッキン自体の形状もＨ字状断面で成り、特殊なパッキンを必要とするという欠点を抱えていた。
【特許文献２】実開平５−７９１２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、安価で単純な形状の弾性パッキンを高い加工精度が要求されない単純な構造のパッキン溝内に収納して構成され、シール部の厚みを薄肉にすることが可能で、かつ使用条件や使用回数に左右されず常時高いシール性が確保されるパッキンのシール構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を達成するために次の構成とする。すなわち、請求項１に記載のパッキンのシール構造は、圧力差のある２つの雰囲気が、互いに接する一方及び他方のシール面を断面矩形の弾性パッキンを用いてシールすることによって隔離されるパッキンのシール構造であって、
前記一方及び他方のシール面にそれぞれ開口し少なくとも一部が互いに対向する、一組の断面コの字形パッキン溝が形成され、該パッキン溝は、前記シール面に直交する断面上で、溝の中心線が互いに一致せず、かつ少なくとも低圧雰囲気側において一方が他方に対して相対的に張り出して構成され、
前記パッキン溝の互いに対向し合う領域で両パッキン溝により挟持させて収容された前記パッキンを、低圧雰囲気側に張り出した一方のパッキン溝（パッキン溝Ａ）の底面と、該パッキン溝Ａの低圧雰囲気側の側面と、他方のパッキン溝（パッキン溝Ｂ）の底面と、該パッキン溝Ｂの溝口の低圧雰囲気側の縁角と、に当接させてシールすることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載のパッキンのシール構造は、更に、シール時に前記パッキンが押し潰されて減少する体積の割合はパッキン全体の１０％以内であることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載のパッキンのシール構造は、更に、前記パッキンが、断面長方形で、その断面における長辺に対する短辺の長さの比が８％〜１３％であり、前記パッキン溝が、前記シール面に直交する断面上における、底辺の長さに対する深さの比が０．７％〜８％であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載のパッキンのシール構造によれば、断面矩形の弾性パッキンを、溝の中心線が互いに一致しない、断面コの字形の一組の対向し合うパッキン溝によって挟持させ、パッキン溝の底面、側面及び溝口の縁角に当接させてシールするので、パッキンやパッキン溝の高い寸法精度を必要とせずに、高圧側雰囲気と低圧側雰囲気とをパッキンによって確実に隔離できるという効果がある。また、シール時に、パッキンが高さ方向でなく水平方向に押し潰し変形されることでシール性が確保されるので、シール部を構成する部材の厚みを薄肉化することができるという効果がある。
【００１５】
請求項２に記載のパッキンのシール構造によれば、シールが常時保証されるという効果がある。
【００１６】
請求項３に記載のパッキンのシール構造によれば、シール部を構成する部材の厚みを特に顕著に薄肉化することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、図面に基づいて本発明の作用及び最良の実施形態を、例を挙げながら説明するが、本発明はそれに限定されるものではない。
図１は、装置分解時等、パッキン溝を挟む前後の雰囲気に圧力差が生じていない状態における、本発明のパッキンのシール構造を示す模式的部分断面図である。図２は、装置稼動時等、パッキン溝を挟む前後の雰囲気に圧力差が生じ、その２つの雰囲気がパッキンによって隔離され、シール状態が完成した様子を示す模式的部分断面図である。図１、図２はまた、図１２に示す装置のシール部を拡大して示したもので、共に、左右対称の片側（左側）について示してあり、他方側を省略してある。なお、各構成部材の縦横の寸法比率、シール面とシール面の間の間隙の大きさ等については、実際通りではなく適宜誇張して描画してある。（図３以降の図についても同様。）
【００１８】
本発明のシール構造は、例えば、図１２に示すように、波長１８５ｎｍ以下の紫外線を発生する管型長尺紫外線ランプ３と、これを内部に備えた反射鏡４、等から構成される紫外線照射器２を有するオゾン洗浄装置１の照射開口部に設けて成る窓枠１２と照射器筐体１５とのシール部の構造に適している。図１は、このような装置の窓枠と照射器筐体との片方のシール部を拡大して示したものである。１１は断面矩形のバイトンゴム製環状パッキンであり、十分な弾性を有している。１２はアルミニウム等の低ヤング率材料から構成される窓枠部材、１５は筐体である。パッキン溝１４及び１７は、断面コの字形に形成され、それぞれシール面１３及び１６に開口している。この両パッキン溝は、一部が互いに対向する領域を有しているが、溝口部は互いに重なり合わない配置となっている。筐体１５側のパッキン溝１７は高圧側（雰囲気２１側）に張り出しており、窓枠部材１２側のパッキン溝１４は低圧側（雰囲気２２側）に張り出している。２５は筐体１５と窓枠部材１２とのシールを確実にするための締め付けねじ部である。３０は、紫外線透過性部材、例えば石英ガラスから構成される紫外線照射窓板であり、窓枠部材１２に密着して取り付けられ、筐体１５の内部を高圧雰囲気に保っている。なお、筐体１５と窓枠部材１２との間の間隙２０は、誇張して描画したものであり、実際には、筐体１５と窓枠部材１２との間には目視で確認できる程度の間隙はない。
【００１９】
シールの作業はまず、締め付けねじ部２５を外すなどして、窓枠部材１２を筐体１５から分離し、窓枠部材１２のパッキン溝１４にパッキン１１を装着する。次に、パッキン１１が筐体１５側のパッキン溝１７にも納まり、パッキン溝１４とパッキン溝１７とで挟持されるようにして、窓枠部材１２のシール面１３と筐体１５のシール面１６を当接させ、締め付けねじで締め付けて両者を固定する。この段階では、パッキン１１がパッキン溝の底面１４Ａ及び１７Ａに密着している。
【００２０】
次いで、筐体１５の内部に窒素ガス等の不活性ガスが供給されて、筐体１５の内部雰囲気２１の圧力が装置外雰囲気（大気圧）２２よりも高まり、パッキン溝１４、１７を挟む前後の雰囲気２１と２２の圧力差が増大すると、パッキン１１は、間隙２０の入口１８から流入する内部雰囲気２１の気体分子によって低圧側（大気圧；雰囲気２２側）に押されて（図１中では左側に）移動を始め、同時に、パッキン溝１７の溝口の低圧側縁角１７Ｋに当接して押し潰され、変形が進行する。最後には、パッキン１１の左側面がパッキン溝１４の低圧側側面１４Ｂに当接して、パッキン１１の移動が停止する。こうして、図２に示すように、入口１８から出口１９へ至る間隙２０が構成する微細な流路は、パッキン１１自身の変形によって遮断され、圧力差に応じたシール状態が完成する（自己シール）。
【００２１】
ここで、対向し合う２つのパッキン溝の溝口が互いに重なり合わない部位が存在することがもたらす効果について説明する。図１１は、（少なくとも低圧雰囲気側の）パッキン溝８４、８７の溝口が互いに重なり合う場合のシール部の構造を示している。パッキン溝８４、８７内には、前記パッキン１１と同等材質の断面矩形の環状パッキン８１が両パッキン溝の底面の間に挟持されている。シール状態が完成するまでの途中過程は、上記の、溝口が互いに重なり合わない場合と同様に進行し、最後には、パッキン８１が内部雰囲気１０１の気体分子によって押されて、パッキン溝の低圧雰囲気側の側面８４Ｂ、８７Ｂに当接して、シール状態が完成する。
【００２２】
このシール状態は、パッキン８１が新品のうちは完全であるが、何度も使い古されているうちにパッキン８１の表面が変質し平坦さが失われ、荒れや凹凸が生じる場合がある。こうなると、高圧側の気体分子による押圧だけでは、パッキン８１の表面の、パッキン溝の側面８４Ｂ、８７Ｂへの当接のしかたが十分ではなくて、密着が不完全となり、内部雰囲気１０１の高圧気体分子がこの当接部からリークする恐れが生じる。なお、パッキン８１が断面円形の環状パッキン（Ｏリング）の場合は、元来、パッキン溝の底面、側面との接触面積が十分確保し難いため、使い古しによるシール性の悪化は更に顕著である。
【００２３】
これに対して、本発明のシール構造では、断面矩形のパッキンが使用されており、また、シール面に直交する断面上で、断面コの字形の対向し合う２つのパッキン溝が、その溝口が互いに重なり合わない部位を有して配置されているので、たとえパッキンの表面が、その変質により荒れや凹凸が生じ、完全な密着に適さない状態になっても、シール時には必ずパッキンの一部を押し潰し変形させる部位（すなわち、パッキン溝の溝口の縁角）が存在し、そこにパッキンの側面が当接する過程を経ることになるため、シールが完全になるという従来にない優れた効果が得られる。
【００２４】
これに加えて、本発明のシール構造では、パッキンはシール時に、高さ方向に関しては対向する２つのパッキン溝間に挟持される程度であり、ほとんど押し潰されないが、水平方向に関してはパッキン溝の溝口の縁角への押圧により大きく押し潰し変形されることでシール性を確保するものであるから、高さ方向に関しては押圧に対抗できるだけの部材の厚みを必要としないので、薄肉化が可能である優れた効果も享受できる利点がある。
【００２５】
なお、図１に示す装置は、紫外線照射方向が下向きの場合であるが、装置全体が上下逆の配置で、紫外線照射方向が上向きの場合でも同様の効果があることはもちろんである。
【００２６】
また、図１に示す装置では、筐体１５側のパッキン溝１７は高圧側（雰囲気２１側）に張り出しており、窓枠部材１２側のパッキン溝１４は低圧側（雰囲気２２側）に張り出していたが、図３に示すように、両パッキン溝の張り出しの関係が逆で、筐体１５側のパッキン溝１７が低圧側（雰囲気２２側）に張り出し、窓枠部材１２側のパッキン溝１４が高圧側（雰囲気２１側）に張り出していてもよい。すなわち、本発明では、シール面に直交する断面上で、対向し合う２つのパッキン溝の一方が他方に対して、少なくとも低圧雰囲気側へ相対的に張り出していればよい。言い換えれば、対向し合う２つのパッキン溝の溝口の重なり合いに関しては、本発明では少なくとも溝口の低圧雰囲気側が重なり合わない状態であればよい。なお、この場合、パッキン１１を押し潰し変形させるパッキン溝の溝口の縁角（１４Ｋ）は、パッキン溝１４の低圧雰囲気側の溝口に存在している。
【００２７】
また、本発明は、筐体内の雰囲気の圧力が、筐体外部よりも高い場合も、低い場合も適用可能である。筐体内の雰囲気が外部よりも低圧である典型的な例は、内部を減圧にする真空装置である。
【００２８】
そこで、本発明の好ましい実施形態として、上記説明の形態の他に、次の３つのタイプのいずれかであってもよい。すなわち、図４に示すように、筐体内の雰囲気の圧力が筐体外部よりも高く、対向し合う２つのパッキン溝の溝口が、高圧雰囲気側で重なり合うが低圧雰囲気側で重なり合わない場合、図５に示すように、筐体内の雰囲気の圧力が筐体外部よりも低く、対向し合う２つのパッキン溝の溝口が、高圧雰囲気側、低圧雰囲気側共に重なり合わない場合（筐体内外の圧力関係が図１と逆の関係）、図６に示すように、筐体内の雰囲気の圧力が筐体外部よりも低く、対向し合う２つのパッキン溝の溝口が、高圧雰囲気側で重なり合うが低圧雰囲気側で重なり合わない場合（筐体内外の圧力関係が図４の場合と逆の関係）、の３つである。これらは、前記説明の実施形態と同様の効果を奏する。
【００２９】
弾性パッキンは、シール時に押し潰されて体積が減少するが、この体積減少は、本発明では大部分がパッキン溝の溝口の縁角に当接する際に生じている。しかし、無制限に体積が減少してもよい訳ではない。それは、パッキンが弾性限度を超えて押し潰し変形すると、パッキンの内部構造が崩れ、元に戻らなくなり、また押される力に対するパッキンの抗力が弱まり、結果的に、パッキン溝の溝口の縁角や側面等の当接部位での密着性が不十分となり、またパッキンの再使用が不可能となるからである。そこで本発明では、この体積減少の割合はパッキン全体の１０％以内であることが好ましい。１０％を超えると、当接部位でのパッキンの密着性が不十分となり、また再使用に適さなくなる。逆に、１０％以内であれば、密着性を実現するに足りるパッキンの抗力が確保され、シールが常時保証される。
【００３０】
本発明のパッキンのシール構造は、浅いパッキン溝に薄型弾性パッキンが装着される組合せの場合、シール部の厚みの薄肉化に特に顕著な効果を発揮する。図７は、そのようなシール構造を有するシール部を示す模式的部分断面図であり、シール前の状態を示している。図７に示すシール部及びその周辺の構成は、パッキン及びパッキン溝の寸法・形状が異なる以外、図１に示すシール部と基本的に同じである。
【００３１】
シール状態が完成するまでの様子を説明する。弾性パッキン１１１は、厚さ１ｍｍ程度の帯状薄型リング形状で、プラスチックゴム製である。パッキン１１１の装着は、パッキン１１１をパッキン溝１１４とパッキン溝１１７とで挟持させて行なうが、対向し合うこの両パッキン溝の溝口が互いに重なり合わないために、この段階で既に、一方のパッキン溝１１７の溝口の縁角１１７Ｋによって、パッキン１１１の一部が押し潰されている。
【００３２】
筐体１１５の内部に窒素ガス等の不活性ガスが供給されて、内部雰囲気１２１の圧力が装置外雰囲気（大気圧）１２２よりも高まり、両雰囲気１２１と１２２の圧力差が増大すると、パッキン１１１は、間隙１２０の入口１１８から流入する内部雰囲気１２１の気体分子によって低圧側（大気圧；雰囲気１２２側）に押される。この時、パッキン１１１は、圧力の高い内部雰囲気１２１に面した側は圧縮され変形するが、一部が溝口の縁角１１７Ｋによって押さえ付けられているためにほとんど移動しない。この圧縮変形は、パッキン１１１の幅方向の変形であるが、この変形によって、パッキン１１１は厚み方向の密度が高まってその方向の応力を生み、パッキン１１１とパッキン溝の底面１１４Ａ、１１７Ａそれぞれとの密着性を一層高める（水平方向に受けた応力が垂直方向に変換される）。なお、この場合、押し潰し及び圧縮によるパッキンの体積減少の割合は、全体の１０％以内であることが好ましい。
【００３３】
こうして、図８に示すように、溝口の縁角１１７Ｋによる押し潰しと内部雰囲気１２１からの圧力とがパッキン１１１の変形を生み、入口１１８から出口１１９へ至る間隙１２０が構成する微細な流路は遮断され、シール状態が完成する。このシール状態は、パッキンやパッキン溝の寸法精度には影響されず、例えば、パッキン溝の底面に若干の凹凸や傾斜があっても維持される。
【００３４】
本発明が効果を発揮するには、パッキンとパッキン溝に寸法的条件がある。すなわち、断面長方形で、その断面における長辺に対する短辺の長さの比が８％〜１３％であるパッキンと、シール面に直交する断面上における、底辺の長さに対する深さの比が０．７％〜８％であるパッキン溝との組合せから成るパッキンのシール構造であることが好ましい。
【００３５】
パッキンについては、その断面における長辺に対する短辺の長さの比が８％未満の場合は、薄すぎて反り、たわみ等の変形や、破断等が起こりやすく、またはシール部への装着自体が行ないにくく、好ましくない。１３％を超える場合は、シール性は十分確保されるが、シール部の薄肉化効果が小さくなる。パッキン溝については、シール面に直交する断面上における、底辺の長さに対する深さの比が０．７％未満の場合は、溝口の縁角によりパッキンを押さえ付ける力が弱く、または溝自体の加工製作が難しく、好ましくない。８％を超える場合は、シール性は十分確保されるが、シール部の薄肉化効果が小さくなる。
【実施例１】
【００３６】
以下に、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３７】
図１は、本発明の実施例のシール構造を備える紫外線照射装置、例えば、波長１８５ｎｍ以下の紫外線を使用する紫外線洗浄装置１の、長手方向に垂直な面における概略断面図の一部を、左右対称な紫外線照射窓部の一方の端についてシール部を中心にして、シール前の状態を示してある。同装置１の筐体１５は、例えばステンレス等の金属材料により概略箱型に構成してあり、全長、幅、高さがそれぞれ例えば１４００ｍｍ、２５０ｍｍ、３００ｍｍである。
【００３８】
パッキン溝１４及び１７は、それぞれシール面１３及び１６に開口するように、断面コの字形に穿屈形成した。パッキン溝１４の幅Ｍｗ、深さＭｄはそれぞれ８ｍｍ、３ｍｍ、パッキン溝１７の幅Ｎｗ、深さＮｄはそれぞれ８ｍｍ、３ｍｍとした。パッキン１１は、幅６ｍｍ、高さ６ｍｍの断面正方形のバイトンゴム製環状パッキンを使用した。
【００３９】
また、窓枠部材１２のシール面１３及び筐体１５のシール面１６の幅ｈは６０ｍｍ、窓枠部材１２の厚みｅは７ｍｍ、筐体１５のシール部の厚みｆは６ｍｍとした。石英ガラス製紫外線透過窓板３０の厚みは３ｍｍとした。図９に示す典型的な従来の紫外線洗浄装置では、窓枠部材の厚みｓが８ｍｍ、筐体のシール部の厚みｔが８ｍｍ必要としたのに比べ、シール部を４／５程度に薄肉化することができ、その分だけ紫外線ランプとワークとの距離を小さくすることができた。
【００４０】
紫外線ランプ（図示せず）は、長尺管型で、装置１の長手方向に沿って配置し、例えば有効発光長８００ｍｍ、管径３５ｍｍの直管型８００Ｗエキシマランプを使用した。
【００４１】
筐体１５内は窒素ガスでパージされ、装置稼動前に圧力０．２ＭＰａに調整したが、稼動時に装置外へのガスのリークは確認されなかった。この状態は、装置稼動延べ１００時間経過後も維持されていた。
【００４２】
なお、本実施例の装置におけるエキシマランプの冷却方法は、水冷式である。冷却水流量は、４リットル／ｍｉｎ程度とした。装置稼動時の温度条件は、筐体外雰囲気２２（外気）が２０℃程度の常温の時、筐体内雰囲気２１の温度がおよそ２５℃、シール部（窓枠部材近傍）の温度がおよそ３０℃と推定された。
【００４３】
シール時のパッキンの体積減少率は、パッキン材料の弾性データや装置内外の圧力条件等を用いた、押し潰し変形に関するシミュレーション計算からおよそ５％と推定された。
【実施例２】
【００４４】
図７は、本発明の別の実施例のシール構造を備える紫外線照射装置のシール部の模式的部分断面図であり、シール前の状態を示してある。同装置の構成は、パッキン、パッキン溝及びその周辺のシール部の寸法的違い以外は、図１に示す装置と同じである。
【００４５】
パッキン溝１１４及び１１７は、それぞれシール面１１３及び１１６に開口するように、断面コの字形に穿屈形成した。パッキン溝１１４の幅Ｐｗ、深さＰｄはそれぞれ１２ｍｍ、０．１ｍｍ、パッキン溝１７の幅Ｑｗ、深さＱｄはそれぞれ１２ｍｍ、０．９ｍｍとした。パッキン１１は、幅１０ｍｍ、高さ１．０ｍｍの断面矩形のバイトンゴム製環状パッキンを使用した。
【００４６】
また、窓枠部材１２のシール面１３及び筐体１５のシール面１６の幅ｈは６０ｍｍ、窓枠部材１２の厚みｅは６ｍｍ、筐体１５のシール部の厚みｆは５ｍｍとした。石英ガラス製紫外線透過窓板３０の厚みは３ｍｍとした。図９に示す典型的な従来の紫外線洗浄装置では、窓枠部材の厚みｓが８ｍｍ、筐体のシール部の厚みｔが８ｍｍ必要としたのに比べ、シール部を２／３程度に薄肉化することができ、その分だけ紫外線ランプとワークとの距離を小さくすることができた。
【００４７】
筐体１５内は窒素ガスでパージされ、装置稼動前に圧力０．２ＭＰａに調整したが、稼動時に装置外へのガスのリークは確認されなかった。この状態は、装置稼動延べ１００時間経過後も維持されていた。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明のパッキンのシール構造は、例えば、稼動時に筐体内部を窒素パージし波長１８５ｎｍ以下の紫外線を発生するランプを使用するオゾン洗浄装置に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施例の、シール前の状態におけるパッキンのシール構造を示した模式的部分断面図である。
【図２】図１に示す実施例の、シール時のパッキンのシール構造を示した模式的部分断面図である。
【図３】図１に示す構成の変形例の、シール時のパッキンのシール構造を示した模式的部分断面図である。
【図４】本発明の別の実施例の、シール時のパッキンのシール構造を示した模式的部分断面図である。
【図５】本発明の別の実施例の、シール時のパッキンのシール構造を示した模式的部分断面図である。
【図６】本発明の別の実施例の、シール時のパッキンのシール構造を示した模式的部分断面図である。
【図７】本発明の別の実施例の、シール前の状態におけるパッキンのシール構造を示した模式的部分断面図である。
【図８】図７に示す実施例の、シール時のパッキンのシール構造を示した模式的部分断面図である。
【図９】従来例の、シール時のパッキンのシール構造を示した模式的部分断面図である。
【図１０】従来例の、シール時のパッキンのシール構造を示した模式的部分断面図である。
【図１１】本発明に含まれない構成例の、シール時のパッキンのシール構造を示した模式的部分断面図である。
【図１２】本発明のパッキンのシール構造を有する装置の模式的断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…オゾン洗浄装置
１１…パッキン
１２…窓枠部材
１３…シール面
１４…パッキン溝（パッキン溝Ａ）
１４Ａ…パッキン溝の底面
１４Ｂ、１４Ｃ…パッキン溝の側面
１５…筐体
１６…シール面
１７…パッキン溝（パッキン溝Ｂ）
１７Ａ…パッキン溝の底面
１７Ｂ、１７Ｃ…パッキン溝の側面
１４Ｋ、１７Ｋ…パッキン溝の溝口の縁角
１８…入口
１９…出口
２０…間隙
２１…高圧雰囲気
２２…低圧雰囲気（大気）
２５…締め付けねじ部
３０…照射窓板
５１…パッキン
５２…筐体
５３…シール面
５４…パッキン溝
５４Ａ…パッキン溝の底面
５４Ｂ、５４Ｃ…パッキン溝の側面
５５…窓枠部材
５６…シール面
５７…入口
５８…出口
６０…間隙
６１…高圧雰囲気
６２…低圧雰囲気（大気）
７０…照射窓板
８１…パッキン
８２…窓枠部材
８３…シール面
８４、８７…パッキン溝
８４Ａ、８７Ａ…パッキン溝の底面
８４Ｂ、８４Ｃ、８７Ｂ、８７Ｃ…パッキン溝の側面
８４Ｋ、８７Ｋ…パッキン溝の溝口の縁角
８８…入口
８９…出口
９０…間隙
９１…高圧雰囲気
９２…低圧雰囲気（大気）
９５…照射窓板
１００…オゾン洗浄装置
１１１…パッキン
１１２…窓枠部材
１１３…シール面
１１４…パッキン溝
１１４Ａ…パッキン溝の底面
１１５…筐体
１１６…シール面
１１７…パッキン溝
１１７Ａ…パッキン溝の底面
１１７Ｋ…パッキン溝の溝口の縁角
１１８…入口
１１９…出口
１２０…間隙
１２１…高圧雰囲気
１２２…低圧雰囲気（大気）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧または減圧装置における継手や接続部を、パッキンを用いてシールするためのシール構造の改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
内部が加圧または減圧される容器又は筐体は、通常、容器又は筐体の本体と蓋部材との間にパッキン部材を介在させてシール性を保つことが行なわれている。その際に採用されるシール構造としては、容器又は筐体の本体あるいは蓋部材のいずれかに、パッキン溝を形成してその内部にパッキン部材を収容し、シール時には、パッキン部材を蓋あるいは容器本体に押し付ける形式のものが古くから知られている。パッキン部材としては、フッ素ゴムないしフッ素樹脂系材質の弾性部材から成るものが多く使われるが、全体形態は通常、環状であり、断面形状は円形、矩形、三角形など、様々である。
【０００３】
図９により、従来のシール構造を説明する。図９は、例えば、内部が大気圧より高圧に保たれる筐体のシール時におけるシール部の要部拡大断面図である。このような構造を有する装置としては、例えば、稼動時に筐体内部を窒素パージし波長１８５ｎｍ以下の紫外線を発生するランプを使用するオゾン洗浄装置がある。容器内雰囲気６１の圧力は容器外雰囲気６２（大気）より高い圧力（０．２ＭＰａ程度）になっている。５１はＯリング、５４は筐体（その一部が示されている）５２のシール面５３に開口して形成された断面矩形の環状パッキン溝、５５はシール面５３に対向するシール面５６を有する窓枠部材である。７０は、紫外線照射窓板であり、例えば石英ガラス等で構成される。
【０００４】
シール状態に至るまでの状況を説明すると、パッキン溝５４に収納されたＯリング５１は、当初、断面形状が多少変形している程度であり、パッキン溝５４の底面５４Ａと、側面５４Ｂ及び５４Ｃとに当接すると共に、シール面５６に対してはパッキン溝５４の中央部に対向する点５６Ａを中心として当接している。次に、ねじ（図示せず）等による締め付けによって、筐体５２のシール面５３と窓枠部材５５のシール面５６とを両者が互いに完全に接触するまで接近させると、Ｏリング５１はシール面５６に押されて、その断面形状に変形がますます進行し、Ｏリング５１は、シール面５６、パッキン溝５４の底面５４Ａ、側面５４Ｂ及び５４Ｃと完全に密着することになり、これによって容器内雰囲気６１は容器外雰囲気６２と隔離され、シール状態が完成する。
【０００５】
しかしながら、Ｏリングを始めとする従来のパッキンは、その全面を一方向から均一に押圧して変形させることで密着性を確保し、シール性を実現していたので、そのパッキンを実際に押圧するシール部構成部材は、自身の厚みにその押圧に対抗できるだけ厚みを加えた板厚（剛性）を備えている必要があった。このことは、前記オゾン洗浄装置のように、大気によるエネルギー減衰をできるだけ小さくするために、紫外線ランプとワーク（照射窓板）との距離を短くしたい要求がある場合には、装置性能を低減させる要因になるという問題を抱えていた。
【０００６】
シール部の厚みを薄くするには、パッキンを薄くし、パッキン溝も浅くすると効果的である。パッキンとしては、例えば、断面長方形で、厚さ１ｍｍ、幅１０ｍｍの帯状リング形状の薄型弾性パッキンの使用が考えられる。パッキン溝の深さも、これに応じて、０．１ｍｍオーダーの深さとする。しかしながら、プラスチックゴム等の材質の弾性パッキンは、この程度の厚みになると、幅方向から加わる力に対して極めて弱く、反りやうねり等の変形が生じて平面性が保ちにくくなるという性質がある。従って、例えば図９に示すのと同じ構造で深さだけが浅いパッキン溝にこのようなパッキンを適用すれば、シール面やパッキン溝の底面との密着性が十分でなくなる。しかし従来は、こうした問題に対する解決策が提案されることはなく、また、シール部の厚みを薄くする手段として、薄型パッキンが用いられることもなかった。
【０００７】
一方では、上記のような従来のシール構造の場合は、窓枠部材５５の付け外しの繰り返しによって、Ｏリング５１はシール面５６の５６Ａとの接触部周辺で磨耗が進行しやすく、また、Ｏリングは低温時に弾性が低下し硬度が増す傾向があり、シール面５６との密着性を低下させるという問題があった。その場合、シール性を確保するため、シール面５３、５６やパッキン溝５４は高い加工精度が要求されるという側面を抱えることにもなっていた。また、容器内雰囲気６１の圧力が特に高い場合は、図１０に示すように、流路６０の高圧側開口端５７から流路６０に侵入した高圧気体によってＯリング５１が低圧側に押されて潰れ変形する。この時、Ｏリング５１とパッキン溝５４の側面５４Ｂとの密着性が弱まり、さらに、Ｏリング５１とシール面５６との間に侵入しようとする高圧気体がこの両者を引き剥がす方向に作用し、この両者の密着性を悪化させることになる。こうして、従来のシール構造においては、容器内雰囲気６１と容器外雰囲気６２の隔離が十分でなく、必ずしもシール性が保証されないという欠点を有していた。
【０００８】
こうした問題に対しては、例えば、特許文献１に記載のように、パッキン溝の底部に円弧状またはＶ字状断面でなる傾斜部を設け、高圧側雰囲気から気体等の流入によりＯリングに圧力が加わった際に、この傾斜面によってＯリングがパッキン溝の対向面に押圧されることを利用してシール性を向上させる提案もなされている。しかしながら、この提案を採用した場合でも、Ｏリングの材質の経時的劣化に伴なうＯリング外面の変質によって、シール面に作用するＯリングの面圧の低下は避けられず、依然として、シール性は十分とは言えなかった。
【特許文献１】特開平５−２４０３５６号公報
【０００９】
経時的劣化に伴なうＯリング外面の変質は、パッキンの当接面の変形やパッキン自体の屈曲などをもたらすが、こうした問題の解決のために、例えば、特許文献２に記載のように、互いに対向するシール面に対向するパッキン溝をそれぞれ設け、各溝の底部には傾斜部と突起部とを形成し、この溝の間にパッキンを収納・挟持してシール性を高める提案も行なわれている。このような構成の場合は、対応する一対の溝の間にパッキンが挟持され、しかも溝の内面の構造が複雑であるため、パッキンが溝内で動くことがなく確実に固定され、従って高いシール性が確保されるという利点がある。しかし、この提案には、パッキン溝の構造が複雑で形成が容易でなく汎用性が乏しく、また、パッキン自体の形状もＨ字状断面で成り、特殊なパッキンを必要とするという欠点を抱えていた。
【特許文献２】実開平５−７９１２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、安価で単純な形状の弾性パッキンを高い加工精度が要求されない単純な構造のパッキン溝内に収納して構成され、シール部の厚みを薄肉にすることが可能で、かつ使用条件や使用回数に左右されず常時高いシール性が確保されるパッキンのシール構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を達成するために次の構成とする。すなわち、請求項１に記載のパッキンのシール構造は、圧力差のある２つの雰囲気が、互いに接する一方及び他方のシール面を断面矩形の弾性パッキンを用いてシールすることによって隔離されるパッキンのシール構造であって、
前記一方及び他方のシール面にそれぞれ開口し少なくとも一部が互いに対向する、一組の断面コの字形パッキン溝が形成され、該パッキン溝は、前記シール面に直交する断面上で、溝の中心線が互いに一致せず、かつ少なくとも低圧雰囲気側において一方が他方に対して相対的に張り出して構成され、
前記パッキン溝の互いに対向し合う領域で両パッキン溝により挟持させて収容された前記パッキンを、低圧雰囲気側に張り出した一方のパッキン溝（パッキン溝Ａ）の底面と、該パッキン溝Ａの低圧雰囲気側の側面と、他方のパッキン溝（パッキン溝Ｂ）の底面と、該パッキン溝Ｂの溝口の低圧雰囲気側の縁角と、に当接させてシールすることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載のパッキンのシール構造は、更に、シール時に前記パッキンが押し潰されて減少する体積の割合はパッキン全体の１０％以内であることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載のパッキンのシール構造は、更に、前記パッキンが、断面長方形で、その断面における長辺に対する短辺の長さの比が８％〜１３％であり、前記パッキン溝が、前記シール面に直交する断面上における、底辺の長さに対する深さの比が０．７％〜８％であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載のパッキンのシール構造によれば、断面矩形の弾性パッキンを、溝の中心線が互いに一致しない、断面コの字形の一組の対向し合うパッキン溝によって挟持させ、パッキン溝の底面、側面及び溝口の縁角に当接させてシールするので、パッキンやパッキン溝の高い寸法精度を必要とせずに、高圧側雰囲気と低圧側雰囲気とをパッキンによって確実に隔離できるという効果がある。また、シール時に、パッキンが高さ方向でなく水平方向に押し潰し変形されることでシール性が確保されるので、シール部を構成する部材の厚みを薄肉化することができるという効果がある。
【００１５】
請求項２に記載のパッキンのシール構造によれば、シールが常時保証されるという効果がある。
【００１６】
請求項３に記載のパッキンのシール構造によれば、シール部を構成する部材の厚みを特に顕著に薄肉化することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、図面に基づいて本発明の作用及び最良の実施形態を、例を挙げながら説明するが、本発明はそれに限定されるものではない。
図１は、装置分解時等、パッキン溝を挟む前後の雰囲気に圧力差が生じていない状態における、本発明のパッキンのシール構造を示す模式的部分断面図である。図２は、装置稼動時等、パッキン溝を挟む前後の雰囲気に圧力差が生じ、その２つの雰囲気がパッキンによって隔離され、シール状態が完成した様子を示す模式的部分断面図である。図１、図２はまた、図１２に示す装置のシール部を拡大して示したもので、共に、左右対称の片側（左側）について示してあり、他方側を省略してある。なお、各構成部材の縦横の寸法比率、シール面とシール面の間の間隙の大きさ等については、実際通りではなく適宜誇張して描画してある。（図３以降の図についても同様。）
【００１８】
本発明のシール構造は、例えば、図１２に示すように、波長１８５ｎｍ以下の紫外線を発生する管型長尺紫外線ランプ３と、これを内部に備えた反射鏡４、等から構成される紫外線照射器２を有するオゾン洗浄装置１の照射開口部に設けて成る窓枠１２と照射器筐体１５とのシール部の構造に適している。図１は、このような装置の窓枠と照射器筐体との片方のシール部を拡大して示したものである。１１は断面矩形のバイトンゴム製環状パッキンであり、十分な弾性を有している。１２はアルミニウム等の低ヤング率材料から構成される窓枠部材、１５は筐体である。パッキン溝１４及び１７は、断面コの字形に形成され、それぞれシール面１３及び１６に開口している。この両パッキン溝は、一部が互いに対向する領域を有しているが、溝口部は互いに重なり合わない配置となっている。筐体１５側のパッキン溝１７は高圧側（雰囲気２１側）に張り出しており、窓枠部材１２側のパッキン溝１４は低圧側（雰囲気２２側）に張り出している。２５は筐体１５と窓枠部材１２とのシールを確実にするための締め付けねじ部である。３０は、紫外線透過性部材、例えば石英ガラスから構成される紫外線照射窓板であり、窓枠部材１２に密着して取り付けられ、筐体１５の内部を高圧雰囲気に保っている。なお、筐体１５と窓枠部材１２との間の間隙２０は、誇張して描画したものであり、実際には、筐体１５と窓枠部材１２との間には目視で確認できる程度の間隙はない。
【００１９】
シールの作業はまず、締め付けねじ部２５を外すなどして、窓枠部材１２を筐体１５から分離し、窓枠部材１２のパッキン溝１４にパッキン１１を装着する。次に、パッキン１１が筐体１５側のパッキン溝１７にも納まり、パッキン溝１４とパッキン溝１７とで挟持されるようにして、窓枠部材１２のシール面１３と筐体１５のシール面１６を当接させ、締め付けねじで締め付けて両者を固定する。この段階では、パッキン１１がパッキン溝の底面１４Ａ及び１７Ａに密着している。
【００２０】
次いで、筐体１５の内部に窒素ガス等の不活性ガスが供給されて、筐体１５の内部雰囲気２１の圧力が装置外雰囲気（大気圧）２２よりも高まり、パッキン溝１４、１７を挟む前後の雰囲気２１と２２の圧力差が増大すると、パッキン１１は、間隙２０の入口１８から流入する内部雰囲気２１の気体分子によって低圧側（大気圧；雰囲気２２側）に押されて（図１中では左側に）移動を始め、同時に、パッキン溝１７の溝口の低圧側縁角１７Ｋに当接して押し潰され、変形が進行する。最後には、パッキン１１の左側面がパッキン溝１４の低圧側側面１４Ｂに当接して、パッキン１１の移動が停止する。こうして、図２に示すように、入口１８から出口１９へ至る間隙２０が構成する微細な流路は、パッキン１１自身の変形によって遮断され、圧力差に応じたシール状態が完成する（自己シール）。
【００２１】
ここで、対向し合う２つのパッキン溝の溝口が互いに重なり合わない部位が存在することがもたらす効果について説明する。図１１は、（少なくとも低圧雰囲気側の）パッキン溝８４、８７の溝口が互いに重なり合う場合のシール部の構造を示している。パッキン溝８４、８７内には、前記パッキン１１と同等材質の断面矩形の環状パッキン８１が両パッキン溝の底面の間に挟持されている。シール状態が完成するまでの途中過程は、上記の、溝口が互いに重なり合わない場合と同様に進行し、最後には、パッキン８１が内部雰囲気１０１の気体分子によって押されて、パッキン溝の低圧雰囲気側の側面８４Ｂ、８７Ｂに当接して、シール状態が完成する。
【００２２】
このシール状態は、パッキン８１が新品のうちは完全であるが、何度も使い古されているうちにパッキン８１の表面が変質し平坦さが失われ、荒れや凹凸が生じる場合がある。こうなると、高圧側の気体分子による押圧だけでは、パッキン８１の表面の、パッキン溝の側面８４Ｂ、８７Ｂへの当接のしかたが十分ではなくて、密着が不完全となり、内部雰囲気１０１の高圧気体分子がこの当接部からリークする恐れが生じる。なお、パッキン８１が断面円形の環状パッキン（Ｏリング）の場合は、元来、パッキン溝の底面、側面との接触面積が十分確保し難いため、使い古しによるシール性の悪化は更に顕著である。
【００２３】
これに対して、本発明のシール構造では、断面矩形のパッキンが使用されており、また、シール面に直交する断面上で、断面コの字形の対向し合う２つのパッキン溝が、その溝口が互いに重なり合わない部位を有して配置されているので、たとえパッキンの表面が、その変質により荒れや凹凸が生じ、完全な密着に適さない状態になっても、シール時には必ずパッキンの一部を押し潰し変形させる部位（すなわち、パッキン溝の溝口の縁角）が存在し、そこにパッキンの側面が当接する過程を経ることになるため、シールが完全になるという従来にない優れた効果が得られる。
【００２４】
これに加えて、本発明のシール構造では、パッキンはシール時に、高さ方向に関しては対向する２つのパッキン溝間に挟持される程度であり、ほとんど押し潰されないが、水平方向に関してはパッキン溝の溝口の縁角への押圧により大きく押し潰し変形されることでシール性を確保するものであるから、高さ方向に関しては押圧に対抗できるだけの部材の厚みを必要としないので、薄肉化が可能である優れた効果も享受できる利点がある。
【００２５】
なお、図１に示す装置は、紫外線照射方向が下向きの場合であるが、装置全体が上下逆の配置で、紫外線照射方向が上向きの場合でも同様の効果があることはもちろんである。
【００２６】
また、図１に示す装置では、筐体１５側のパッキン溝１７は高圧側（雰囲気２１側）に張り出しており、窓枠部材１２側のパッキン溝１４は低圧側（雰囲気２２側）に張り出していたが、図３に示すように、両パッキン溝の張り出しの関係が逆で、筐体１５側のパッキン溝１７が低圧側（雰囲気２２側）に張り出し、窓枠部材１２側のパッキン溝１４が高圧側（雰囲気２１側）に張り出していてもよい。すなわち、本発明では、シール面に直交する断面上で、対向し合う２つのパッキン溝の一方が他方に対して、少なくとも低圧雰囲気側へ相対的に張り出していればよい。言い換えれば、対向し合う２つのパッキン溝の溝口の重なり合いに関しては、本発明では少なくとも溝口の低圧雰囲気側が重なり合わない状態であればよい。なお、この場合、パッキン１１を押し潰し変形させるパッキン溝の溝口の縁角（１４Ｋ）は、パッキン溝１４の低圧雰囲気側の溝口に存在している。
【００２７】
また、本発明は、筐体内の雰囲気の圧力が、筐体外部よりも高い場合も、低い場合も適用可能である。筐体内の雰囲気が外部よりも低圧である典型的な例は、内部を減圧にする真空装置である。
【００２８】
そこで、本発明の好ましい実施形態として、上記説明の形態の他に、次の３つのタイプのいずれかであってもよい。すなわち、図４に示すように、筐体内の雰囲気の圧力が筐体外部よりも高く、対向し合う２つのパッキン溝の溝口が、高圧雰囲気側で重なり合うが低圧雰囲気側で重なり合わない場合、図５に示すように、筐体内の雰囲気の圧力が筐体外部よりも低く、対向し合う２つのパッキン溝の溝口が、高圧雰囲気側、低圧雰囲気側共に重なり合わない場合（筐体内外の圧力関係が図１と逆の関係）、図６に示すように、筐体内の雰囲気の圧力が筐体外部よりも低く、対向し合う２つのパッキン溝の溝口が、高圧雰囲気側で重なり合うが低圧雰囲気側で重なり合わない場合（筐体内外の圧力関係が図４の場合と逆の関係）、の３つである。これらは、前記説明の実施形態と同様の効果を奏する。
【００２９】
弾性パッキンは、シール時に押し潰されて体積が減少するが、この体積減少は、本発明では大部分がパッキン溝の溝口の縁角に当接する際に生じている。しかし、無制限に体積が減少してもよい訳ではない。それは、パッキンが弾性限度を超えて押し潰し変形すると、パッキンの内部構造が崩れ、元に戻らなくなり、また押される力に対するパッキンの抗力が弱まり、結果的に、パッキン溝の溝口の縁角や側面等の当接部位での密着性が不十分となり、またパッキンの再使用が不可能となるからである。そこで本発明では、この体積減少の割合はパッキン全体の１０％以内であることが好ましい。１０％を超えると、当接部位でのパッキンの密着性が不十分となり、また再使用に適さなくなる。逆に、１０％以内であれば、密着性を実現するに足りるパッキンの抗力が確保され、シールが常時保証される。
【００３０】
本発明のパッキンのシール構造は、浅いパッキン溝に薄型弾性パッキンが装着される組合せの場合、シール部の厚みの薄肉化に特に顕著な効果を発揮する。図７は、そのようなシール構造を有するシール部を示す模式的部分断面図であり、シール前の状態を示している。図７に示すシール部及びその周辺の構成は、パッキン及びパッキン溝の寸法・形状が異なる以外、図１に示すシール部と基本的に同じである。
【００３１】
シール状態が完成するまでの様子を説明する。弾性パッキン１１１は、厚さ１ｍｍ程度の帯状薄型リング形状で、プラスチックゴム製である。パッキン１１１の装着は、パッキン１１１をパッキン溝１１４とパッキン溝１１７とで挟持させて行なうが、対向し合うこの両パッキン溝の溝口が互いに重なり合わないために、この段階で既に、一方のパッキン溝１１７の溝口の縁角１１７Ｋによって、パッキン１１１の一部が押し潰されている。
【００３２】
筐体１１５の内部に窒素ガス等の不活性ガスが供給されて、内部雰囲気１２１の圧力が装置外雰囲気（大気圧）１２２よりも高まり、両雰囲気１２１と１２２の圧力差が増大すると、パッキン１１１は、間隙１２０の入口１１８から流入する内部雰囲気１２１の気体分子によって低圧側（大気圧；雰囲気１２２側）に押される。この時、パッキン１１１は、圧力の高い内部雰囲気１２１に面した側は圧縮され変形するが、一部が溝口の縁角１１７Ｋによって押さえ付けられているためにほとんど移動しない。この圧縮変形は、パッキン１１１の幅方向の変形であるが、この変形によって、パッキン１１１は厚み方向の密度が高まってその方向の応力を生み、パッキン１１１とパッキン溝の底面１１４Ａ、１１７Ａそれぞれとの密着性を一層高める（水平方向に受けた応力が垂直方向に変換される）。なお、この場合、押し潰し及び圧縮によるパッキンの体積減少の割合は、全体の１０％以内であることが好ましい。
【００３３】
こうして、図８に示すように、溝口の縁角１１７Ｋによる押し潰しと内部雰囲気１２１からの圧力とがパッキン１１１の変形を生み、入口１１８から出口１１９へ至る間隙１２０が構成する微細な流路は遮断され、シール状態が完成する。このシール状態は、パッキンやパッキン溝の寸法精度には影響されず、例えば、パッキン溝の底面に若干の凹凸や傾斜があっても維持される。
【００３４】
本発明が効果を発揮するには、パッキンとパッキン溝に寸法的条件がある。すなわち、断面長方形で、その断面における長辺に対する短辺の長さの比が８％〜１３％であるパッキンと、シール面に直交する断面上における、底辺の長さに対する深さの比が０．７％〜８％であるパッキン溝との組合せから成るパッキンのシール構造であることが好ましい。
【００３５】
パッキンについては、その断面における長辺に対する短辺の長さの比が８％未満の場合は、薄すぎて反り、たわみ等の変形や、破断等が起こりやすく、またはシール部への装着自体が行ないにくく、好ましくない。１３％を超える場合は、シール性は十分確保されるが、シール部の薄肉化効果が小さくなる。パッキン溝については、シール面に直交する断面上における、底辺の長さに対する深さの比が０．７％未満の場合は、溝口の縁角によりパッキンを押さえ付ける力が弱く、または溝自体の加工製作が難しく、好ましくない。８％を超える場合は、シール性は十分確保されるが、シール部の薄肉化効果が小さくなる。
【実施例１】
【００３６】
以下に、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３７】
図１は、本発明の実施例のシール構造を備える紫外線照射装置、例えば、波長１８５ｎｍ以下の紫外線を使用する紫外線洗浄装置１の、長手方向に垂直な面における概略断面図の一部を、左右対称な紫外線照射窓部の一方の端についてシール部を中心にして、シール前の状態を示してある。同装置１の筐体１５は、例えばステンレス等の金属材料により概略箱型に構成してあり、全長、幅、高さがそれぞれ例えば１４００ｍｍ、２５０ｍｍ、３００ｍｍである。
【００３８】
パッキン溝１４及び１７は、それぞれシール面１３及び１６に開口するように、断面コの字形に穿屈形成した。パッキン溝１４の幅Ｍｗ、深さＭｄはそれぞれ８ｍｍ、３ｍｍ、パッキン溝１７の幅Ｎｗ、深さＮｄはそれぞれ８ｍｍ、３ｍｍとした。パッキン１１は、幅６ｍｍ、高さ６ｍｍの断面正方形のバイトンゴム製環状パッキンを使用した。
【００３９】
また、窓枠部材１２のシール面１３及び筐体１５のシール面１６の幅ｈは６０ｍｍ、窓枠部材１２の厚みｅは７ｍｍ、筐体１５のシール部の厚みｆは６ｍｍとした。石英ガラス製紫外線透過窓板３０の厚みは３ｍｍとした。図９に示す典型的な従来の紫外線洗浄装置では、窓枠部材の厚みｓが８ｍｍ、筐体のシール部の厚みｔが８ｍｍ必要としたのに比べ、シール部を４／５程度に薄肉化することができ、その分だけ紫外線ランプとワークとの距離を小さくすることができた。
【００４０】
紫外線ランプ（図示せず）は、長尺管型で、装置１の長手方向に沿って配置し、例えば有効発光長８００ｍｍ、管径３５ｍｍの直管型８００Ｗエキシマランプを使用した。
【００４１】
筐体１５内は窒素ガスでパージされ、装置稼動前に圧力０．２ＭＰａに調整したが、稼動時に装置外へのガスのリークは確認されなかった。この状態は、装置稼動延べ１００時間経過後も維持されていた。
【００４２】
なお、本実施例の装置におけるエキシマランプの冷却方法は、水冷式である。冷却水流量は、４リットル／ｍｉｎ程度とした。装置稼動時の温度条件は、筐体外雰囲気２２（外気）が２０℃程度の常温の時、筐体内雰囲気２１の温度がおよそ２５℃、シール部（窓枠部材近傍）の温度がおよそ３０℃と推定された。
【００４３】
シール時のパッキンの体積減少率は、パッキン材料の弾性データや装置内外の圧力条件等を用いた、押し潰し変形に関するシミュレーション計算からおよそ５％と推定された。
【実施例２】
【００４４】
図７は、本発明の別の実施例のシール構造を備える紫外線照射装置のシール部の模式的部分断面図であり、シール前の状態を示してある。同装置の構成は、パッキン、パッキン溝及びその周辺のシール部の寸法的違い以外は、図１に示す装置と同じである。
【００４５】
パッキン溝１１４及び１１７は、それぞれシール面１１３及び１１６に開口するように、断面コの字形に穿屈形成した。パッキン溝１１４の幅Ｐｗ、深さＰｄはそれぞれ１２ｍｍ、０．１ｍｍ、パッキン溝１７の幅Ｑｗ、深さＱｄはそれぞれ１２ｍｍ、０．９ｍｍとした。パッキン１１は、幅１０ｍｍ、高さ１．０ｍｍの断面矩形のバイトンゴム製環状パッキンを使用した。
【００４６】
また、窓枠部材１２のシール面１３及び筐体１５のシール面１６の幅ｈは６０ｍｍ、窓枠部材１２の厚みｅは６ｍｍ、筐体１５のシール部の厚みｆは５ｍｍとした。石英ガラス製紫外線透過窓板３０の厚みは３ｍｍとした。図９に示す典型的な従来の紫外線洗浄装置では、窓枠部材の厚みｓが８ｍｍ、筐体のシール部の厚みｔが８ｍｍ必要としたのに比べ、シール部を２／３程度に薄肉化することができ、その分だけ紫外線ランプとワークとの距離を小さくすることができた。
【００４７】
筐体１５内は窒素ガスでパージされ、装置稼動前に圧力０．２ＭＰａに調整したが、稼動時に装置外へのガスのリークは確認されなかった。この状態は、装置稼動延べ１００時間経過後も維持されていた。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明のパッキンのシール構造は、例えば、稼動時に筐体内部を窒素パージし波長１８５ｎｍ以下の紫外線を発生するランプを使用するオゾン洗浄装置に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施例の、シール前の状態におけるパッキンのシール構造を示した模式的部分断面図である。
【図２】図１に示す実施例の、シール時のパッキンのシール構造を示した模式的部分断面図である。
【図３】図１に示す構成の変形例の、シール時のパッキンのシール構造を示した模式的部分断面図である。
【図４】本発明の別の実施例の、シール時のパッキンのシール構造を示した模式的部分断面図である。
【図５】本発明の別の実施例の、シール時のパッキンのシール構造を示した模式的部分断面図である。
【図６】本発明の別の実施例の、シール時のパッキンのシール構造を示した模式的部分断面図である。
【図７】本発明の別の実施例の、シール前の状態におけるパッキンのシール構造を示した模式的部分断面図である。
【図８】図７に示す実施例の、シール時のパッキンのシール構造を示した模式的部分断面図である。
【図９】従来例の、シール時のパッキンのシール構造を示した模式的部分断面図である。
【図１０】従来例の、シール時のパッキンのシール構造を示した模式的部分断面図である。
【図１１】本発明に含まれない構成例の、シール時のパッキンのシール構造を示した模式的部分断面図である。
【図１２】本発明のパッキンのシール構造を有する装置の模式的断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…オゾン洗浄装置
１１…パッキン
１２…窓枠部材
１３…シール面
１４…パッキン溝（パッキン溝Ａ）
１４Ａ…パッキン溝の底面
１４Ｂ、１４Ｃ…パッキン溝の側面
１５…筐体
１６…シール面
１７…パッキン溝（パッキン溝Ｂ）
１７Ａ…パッキン溝の底面
１７Ｂ、１７Ｃ…パッキン溝の側面
１４Ｋ、１７Ｋ…パッキン溝の溝口の縁角
１８…入口
１９…出口
２０…間隙
２１…高圧雰囲気
２２…低圧雰囲気（大気）
２５…締め付けねじ部
３０…照射窓板
５１…パッキン
５２…筐体
５３…シール面
５４…パッキン溝
５４Ａ…パッキン溝の底面
５４Ｂ、５４Ｃ…パッキン溝の側面
５５…窓枠部材
５６…シール面
５７…入口
５８…出口
６０…間隙
６１…高圧雰囲気
６２…低圧雰囲気（大気）
７０…照射窓板
８１…パッキン
８２…窓枠部材
８３…シール面
８４、８７…パッキン溝
８４Ａ、８７Ａ…パッキン溝の底面
８４Ｂ、８４Ｃ、８７Ｂ、８７Ｃ…パッキン溝の側面
８４Ｋ、８７Ｋ…パッキン溝の溝口の縁角
８８…入口
８９…出口
９０…間隙
９１…高圧雰囲気
９２…低圧雰囲気（大気）
９５…照射窓板
１００…オゾン洗浄装置
１１１…パッキン
１１２…窓枠部材
１１３…シール面
１１４…パッキン溝
１１４Ａ…パッキン溝の底面
１１５…筐体
１１６…シール面
１１７…パッキン溝
１１７Ａ…パッキン溝の底面
１１７Ｋ…パッキン溝の溝口の縁角
１１８…入口
１１９…出口
１２０…間隙
１２１…高圧雰囲気
１２２…低圧雰囲気（大気）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力差のある２つの雰囲気が、互いに接する一方及び他方のシール面を断面矩形の弾性パッキンを用いてシールすることによって隔離されるパッキンのシール構造であって、
前記シール面に直交する断面上で、前記一方及び他方のシール面にそれぞれ開口し少なくとも一部が互いに対向する、一組の断面コの字形パッキン溝が形成され、該パッキン溝は、溝の中心線が互いに一致せず、かつ少なくとも低圧雰囲気側において一方が他方に対して相対的に張り出して構成され、
前記パッキン溝の互いに対向する領域で両パッキン溝により挟持させて収容した前記パッキンを、低圧雰囲気側に張り出した一方のパッキン溝（パッキン溝Ａ）の底面と、該パッキン溝Ａの低圧雰囲気側の側面と、他方のパッキン溝（パッキン溝Ｂ）の底面と、該パッキン溝Ｂの溝口の低圧雰囲気側の縁角と、に当接させてシールすることを特徴とするパッキンのシール構造。
【請求項２】
シール時に前記パッキンが押し潰されて減少する体積の割合はパッキン全体の１０％以内であることを特徴とする請求項１記載のパッキンのシール構造。
【請求項３】
前記パッキンは、断面長方形で、その断面における長辺に対する短辺の長さの比が８％〜１３％であり、前記パッキン溝は、前記シール面に直交する断面上における、底辺の長さに対する深さの比が０．７％〜８％であることを特徴とする請求項１または２記載のパッキンのシール構造。
【請求項１】
圧力差のある２つの雰囲気が、互いに接する一方及び他方のシール面を断面矩形の弾性パッキンを用いてシールすることによって隔離されるパッキンのシール構造であって、
前記シール面に直交する断面上で、前記一方及び他方のシール面にそれぞれ開口し少なくとも一部が互いに対向する、一組の断面コの字形パッキン溝が形成され、該パッキン溝は、溝の中心線が互いに一致せず、かつ少なくとも低圧雰囲気側において一方が他方に対して相対的に張り出して構成され、
前記パッキン溝の互いに対向する領域で両パッキン溝により挟持させて収容した前記パッキンを、低圧雰囲気側に張り出した一方のパッキン溝（パッキン溝Ａ）の底面と、該パッキン溝Ａの低圧雰囲気側の側面と、他方のパッキン溝（パッキン溝Ｂ）の底面と、該パッキン溝Ｂの溝口の低圧雰囲気側の縁角と、に当接させてシールすることを特徴とするパッキンのシール構造。
【請求項２】
シール時に前記パッキンが押し潰されて減少する体積の割合はパッキン全体の１０％以内であることを特徴とする請求項１記載のパッキンのシール構造。
【請求項３】
前記パッキンは、断面長方形で、その断面における長辺に対する短辺の長さの比が８％〜１３％であり、前記パッキン溝は、前記シール面に直交する断面上における、底辺の長さに対する深さの比が０．７％〜８％であることを特徴とする請求項１または２記載のパッキンのシール構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−２７０６９１（Ｐ２００９−２７０６９１Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２４１１８（Ｐ２００８−１２４１１８）
【出願日】平成２０年５月１２日（２００８．５．１２）
【出願人】（００００００１９２）岩崎電気株式会社 (533)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１２日（２００８．５．１２）
【出願人】（００００００１９２）岩崎電気株式会社 (533)
【Ｆターム（参考）】
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