JP5084617B2 - 低締付金属ガスケット - Google Patents

Description

本発明は、低締付金属ガスケットに関し、さらに詳しくは、低締付応力で高いシール性が得られるような低締付金属ガスケットに関する。

半導体分野のシール材において、エラストマー系シール材が多く用いられるが、高い耐熱性を要求される部位では使用が困難である。また、透過漏洩を生じるため、高い気密性を要求される場合はそのシール性が問題となる。

高い気密性を持ち、また耐熱性も高いシール材として金属ガスケットがある。しかし金属ガスケットは、高いシール性を確保するための締付応力が大きいため、容器や装置などの装着部位の設計が大型化、厚肉化するという点が依然問題となる。

例えば、金属ガスケットの中で、比較的低い締付応力で高いシール性が得られるバネ入りメタルＣリングにおいてもゴムＯリングの締付応力の十倍以上の高い応力が必要とされる。

これに対して、以下の（１）、（２）に示すような方法が提案されている。
（１）金属ガスケットのシール面に加工を施して応力集中が起こり易くし、荷重（締付力）としては低くても高い応力を発生させてなじみを得るようにする方法。

例えば、実開２０００−１０号公報(特許文献１)には、シール面に凸加工を施すことが記載されているが、締付力が大き過ぎる(図２の符番１８)。これをゴムと組み合わせても締付力が大きすぎる。

また、特許第３１１０３０７号公報(特許文献２)には、シール面に凹加工を施す（溝を設ける）ことが記載されているが、溝の角が相手部材と当たるという問題点がある。
このように、上記（１）では応力集中させるとしても金属を変形させるには、やはりある程度大きな力が必要となる。

（２）金属ガスケットに軟質被覆層(コート、メッキ)を設ける方法。
例えば、特開平９−３２９２８号公報(特許文献３)には、メタルガスケットにポリイミド樹脂コートを設けることが記載されている。

しかし、（２）においては、低い応力段階においては、軟質被覆層が優先的に変形し金属ガスケットのシール面の変形は促進されないため、低い応力段階において安定したシール性能を確保できない。

このように上記（１）、（２）のどちらも一定の効果があるが、（１）と（２）とを組み合わせても、所望の高いシール性を得るにはまだ必要な締付力が例えば、Ｏリングの数倍以上と過大であり、より低い締付力で高い気密性を得られるシール材が求められている。
実開２０００−１０号公報 特許第３１１０３０７号公報 特開平９−３２９２８号公報

本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであって、低締め付け力で、エラストマー系二重シールの性能と同等もしくはそれ以上の高いシール性が得られるような低締付金属ガスケットを提供することを目的としている。

そこで、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、下記添付図１に示すような、メタルＣリング基材４０の外表面４０Ａ（２０Ａ）に、例えば、フッ素ゴムコート、フッ素樹脂コートなどにて形成された、高分子材料を含んで成る、特定の物性（すなわち、代表的には、コート膜の酸素透過性、弾性率）を有するコート膜３０を設けると、係る構成の低締付金属ガスケット５０では、低締め付け力で、高いシール性が得られるような低締付金属ガスケットを提供できることなどを見出して本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係る低締付金属ガスケットは、
高分子材料を含んで成るコート膜を少なくともシール面に設けた低締付金属ガスケットであって、
前記低締付金属ガスケットが、
メタルＣリングもしくはバネ入りメタルＣリングであり、前記メタルＣリングもしくはバネ入りメタルＣリングの基材外表面に下記（１）〜（３）の条件を満たすコート膜が設けられていることを特徴とする低締付金属ガスケット：
（１）２５℃における酸素ガス透過係数が、１０×１０^-12〜０．１×１０^-12（ｍ²／ｓ）であるフッ素ゴムまたはフッ素樹脂であり、前記フッ素ゴムまたはフッ素樹脂は、四フッ化エチレンから誘導される成分単位を主構造単位とし、パーフルオロアルキル基（アルキル基の炭素数Ｃ２〜１６）を有する構造である。
（２）圧縮変形において、２００℃における貯蔵弾性率（Ｅ'）が１．０×１０⁷〜１．０×１０²Ｐａの範囲にある。
（３）コート膜の膜厚が１〜４０μｍである。

また前記低締付金属ガスケットは、そのシール面が癖付け加工されていることが低締付力で所望の高いシール性が得られるため望ましい。
上記コート膜は、フッ素ゴム製またはフッ素樹脂製であることが耐熱性および耐薬品性、耐プラズマ性の点で望ましい。

上記低締付金属ガスケットが、メタルＣリングもしくはバネ入りメタルＣリングであることが、金属ガスケットの中では低い締付力で高いシール性を得られる点、Ｃ形状に癖付けして製作しているため加工硬化や軟化現象による硬度分布が生じており、ガスケット圧縮変形時にシール面が変形しやすい点、で望ましい。

本発明に係る低締付金属ガスケットによれば、低締め付け力で、高いシール性が得られる。

以下、本発明に係る低締付金属ガスケットについて、図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本発明の低締付金属ガスケットの好適な一態様を示す。

本発明に係る低締付金属ガスケット５０は、高分子材料を含んで成るコート膜を少なくともシール面に設けた金属ガスケット（シール面コートメタルＣリング）であって、図１では、コート膜３０として、フッ素ゴムコート（膜）が施されている。

すなわち、この低締付金属ガスケット５０では、高分子材料を含んで成るコート膜３０が、メタルＣリング基材４０の外表面（シール面）４０Ａ（２０Ａ）に設けられている。
本発明では、このコート膜３０は、メタルＣリング基材４０の開口部６０や、バネ（断面リング状バネ）１０の表面１０Ａ（図１のバネ１０の左側１０Ａ）にも設けられていてもよい（図示せず）。

本発明では、低締付金属ガスケットの上記コート膜３０は、上記フッ素ゴムコート（膜）に限らず、例えば、フッ素樹脂膜であってもよい。
本発明に係るこの低締付金属ガスケット５０は、メタルＣリングもしくはバネ入りメタルＣリングであり、前記メタルＣリングもしくはバネ入りメタルＣリングの基材外表面に下記（１）〜（３）に記載した物性（すなわち、コート膜の酸素透過性、弾性率）のコート膜を有している。
（１）２５℃における酸素ガス透過係数が、１０×１０^-12〜０．１×１０^-12（ｍ²／ｓ）であるフッ素ゴムまたはフッ素樹脂であり、前記フッ素ゴムまたはフッ素樹脂は、四フッ化エチレンから誘導される成分単位を主構造単位とし、パーフルオロアルキル基（アルキル基の炭素数Ｃ２〜１６）を有する構造である。
（２）圧縮変形において、２００℃における貯蔵弾性率（Ｅ'）が１．０×１０⁷〜１．０×１０²Ｐａの範囲にある。
（３）コート膜の膜厚が1〜４０μｍ、好ましくは、１〜２０μｍである。

所望の酸素ガス透過漏洩量を得るためには、コート膜の酸素ガス透過係数と膜厚を制御する必要がある。膜厚を一定としたとき、この酸素ガス透過係数が大きすぎる（例えば、１０×１０^-12ｍ²／ｓを超え、特に１５×１０^-12ｍ²／ｓを超える。）と、膜厚の制御に非常に高い精度が要求されるため、実際の製造において困難である。また、酸素ガス透過係数が小さすぎる（例えば、０．１×１０^-12ｍ²／ｓ未満、特に０．８×１０^-13ｍ²／ｓ未満である。）と、所定の荷重により所望の膜変形（膜厚）を得られない可能性がある。酸素ガス透過係数が小さいことは、フッ素ゴムにおいては架橋の程度が高いことを示す。即ち、得てして高弾性率となり変形し難くなる。また酸素透過係数を極めて小さくする、即ち完全弾性体を得ることは製法としても困難である。

また、貯蔵弾性率が１．０×１０⁷Ｐａより大きいと、上述の理由と同様、所定の荷重
により所望の膜変形（膜厚）を得られず、コート膜と相手シール面とのなじみが十分に得られない。一方で、貯蔵弾性率が１．０×１０²Ｐａ（１Ｅ＋０２Ｐａ）より小さいと、
所定の荷重によりコート膜の緩和が大きく、フロー・破壊が生じ、被膜の役を成さない。従って、いずれの場合も十分な締付を行った場合でも十分なシール性を得られなくなる傾向がある。

さらに、本発明においてコート膜の好ましい態様では、膜厚が１〜４０μｍ、より好ましくは、１〜２０μｍである。この範囲において、上述の特性を満たすコート膜を金属ガスケットに設ければよい。

本発明の好ましい態様では、上記低締付金属ガスケット５０は、相手面となじみやすいように、そのシール面が癖付け加工されていることが望ましい。
このような本発明の低締付金属ガスケットは、上記（１）〜（３）に示すコート膜物性を有しているため、低い締付応力で高いシール性を確保することができる。
［金属ガスケットの製法］
このような低締付金属ガスケットの製法は、好適には以下の通り。
＜フッ素コートメタルＣリングの製造＞
メタルＣリングあるいはバネ入りメタルＣリングについては市販品の使用が可能であり、例えば「Ｎｏ．３６４５トライパック」日本バルカー工業（株）製がある。製法として例えば特公平７−１０３９３２に記載されているような従来技術およびその他の技術が利用できる。

このような低締付金属ガスケット５０の寸法あるいはそれの各部の寸法は、その用途等に応じて適宜設計変更可能であり特に限定されないが、例えば、半導体製造装置用としては、ガスケット内径が１０〜３００ｍｍ程度、高さＬ０が２〜５ｍｍ程度であり、フッ素コート材３０の厚みｔが１〜５００μｍ程度である低締付金属ガスケット５０が挙げられる。

該フッ素コート材において、フッ素樹脂、ゴムの種類は、特に限定されないが、上記のように、フッ素樹脂、ゴムコート（膜）３０の酸素透過係数、弾性率をそれぞれ前記範囲に設定するには下記のようにすればよい。

一般に、酸素透過係数は結晶や分子の絡み合い、分子間相互作用に依存する。上記コート膜の酸素透過係数を上記のようにするには、フッ素樹脂やフッ素ゴム製のコート（膜）３０の比重もしくは硬度（架橋密度）を調節すれば良く、既知の手法が利用できる。

例えば、フッ素ゴムコート膜では、トリアリルイソシアヌレート（商品名「TAIC」、日本化成（株）製）など既知の架橋剤等を利用し、加熱条件、加熱雰囲気の制御により架橋密度を調節できる。

また、フッ素樹脂コート膜では、四フッ化エチレン由来の成分単位をパーフルオロアルキル基で修飾する、あるいは四フッ化エチレンとエチレンとを特定量比で共重合させてなる四フッ化エチレン／エチレン共重合体を用いるなど、特定の化学構造の選択を行い、また、これら（共）重合体にガラス、ブロンズなどの充填剤を添加することなどにより、該フッ素樹脂コート膜の比重を制御することができる。

これら手法によりコート膜の弾性率（貯蔵弾性率Ｅ’）も所定の範囲に設計できる。
＜フッ素樹脂コート膜の製造＞
また、低締付金属ガスケットのうちで、フッ素樹脂コートメタルＣリングを製造するには、以下のようにすればよい。

図１に示すようなメタルガスケット基材（メタルＣリング基材）４０にフッ素樹脂コート（膜）３０形成用のコート材を１回もしくは複数回、好ましくは１〜１０回程度刷毛塗りし、室温にて風乾することで、乾燥塗膜３０の膜厚ｔが約１〜５００μｍである、所定の膜硬度、弾性率および接着強度を有するフッ素樹脂コートメタルＣリング５０が得られる。

フッ素樹脂コート材としては、例えば、フッ素樹脂と溶剤｛例：フッ素系溶剤および／または非フッ素系溶剤のＭＥＫ（メチルエチルケトン）など。｝を含むコート材が挙げられ、含まれるフッ素樹脂成分はコート材溶液の１〜１５ｗｔ％（例：１〜８ｗｔ％）程度であり、溶剤が揮発することでフッ素樹脂製のコート膜が形成される。

このようなフッ素樹脂コート材としては、市販品を使用してもよく、例えば、上市されているフッ素樹脂コート材としては、「エヌアイマテリアル社製コート材、品番：ＩＮＴ３３２ＱＡ」（フッ素樹脂含有量８ｗｔ％、フッ素系溶剤、メチルエチルケトンを含有。）が挙げられ、このコート材は、溶剤が揮発することでフッ素樹脂製のコート膜ができる。

上記フッ素樹脂系コート剤を調製する際に用いられるフッ素樹脂としては、例えば、特開平２００６−１６０９３３号公報の［０００６］に記載のフッ素樹脂を使用でき、具体的には、例えば、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）、ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＥＣＴＦＥ（エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ポリ２−（パーフルオロアルキル−アルキル（メタ）アクリレート）など、従来より公知のものを使用できる。

このようなフッ素樹脂としては、好適には、例えば、特開平２００６−１６０９３３号
公報に記載の（メタ）アクリル酸のパーフロオロアルキル−アルキルエステル｛ＣＨ₂＝
ＣＲ¹−ＣＯＯ−（ＣＨ₂）_n−Ｒf、式中、Ｒ¹：ＨまたはＣＨ3を示し、ｎは０〜６の整数を示し、Ｒfは炭素数Ｃが２〜１６のパーフルオロアルキル基を示す。｝の（共）重合体
であって、その重量平均分子量Ｍｗ（測定法：溶媒としてのテトラヒドロフランにてＧＰＣを用いて測定し、ポリスチレン換算したもの。）が３千（３０００）〜４０万（４００，０００）のポリマーが挙げられる。

また、上記フッ素樹脂系コート剤を調製する際に用いられるフッ素樹脂用の溶剤としては、特開平２００６−１６０９３３号公報の［００１２］等に記載のものを広く使用でき、例えば、アセトン、ＭＥＫ、ＭＩＢＫ、等のケトン類；
酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系；ジエチルエーテル、ジオキサン等のエーテル系；
ヘプタン、ヘキサン等のアルカン系；エタノール、ＩＰＡ等のアルコール系；
が挙げられる。

これら溶剤のうちでも、特に、フッ素系溶剤が好ましい。
フッ素系溶剤はフッ素系ポリマーとの相溶性に優れ、しかも不燃であり、コーティングの際に特殊な排気・防爆設備が不要である。

フッ素系溶剤としては、例えば、ＰＦＣ（パーフルオロカーボン）、ＨＦＣ（ハイドロカーボン）、ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）、ＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）、ＰＦＰＥ（パーフルオロポリエーテル）、ＨＦＰＥ（ハイドロフルオロポリエーテル）などを１種または２種以上組み合わせて使用できる。
＜フッ素ゴムコート膜の製造＞
フッ素ゴムコート材としては、例えば、フッ素系生ゴム(例：商品名「ダイエルＧ9００シリーズ：Ｇ９０１」、ダイキン工業(株))とゴム溶剤（例：メチルエチルケトン）と架
橋剤｛例：商品名「ＴＡＩＣ」（トリアリルイソシアヌレート、日本化成(株)）｝と架橋開始剤（商品名「パーヘキサ２５Ｂ」、日本油脂(株)）などを含み、該フッ素ゴムコート材中に、生のフッ素ゴム(ＦＫＭ，ポリマー)含量が５〜２０ｗｔ％程度(例：１０ｗｔ％)であり、該ポリマー１００重量部に対して、架橋剤を２〜１５重量部(例：６重量部)、架橋開始剤を０．１〜５重量部(例：２重量部)で含むものが挙げられる。

なお、このようなフッ素ゴムコート材は、例えば、フッ素系生ゴム（「ダイエルＧ９００シリーズ」）をゴム用溶剤（ＭＥＫ）中に溶解させ、得られた粘性の生ゴム溶液（例：ゴム含量１０ｗｔ％強程度）に架橋剤（「ＴＡＩＣ」）と、架橋開始剤（「パーヘキサ２５Ｂ」）を入れて攪拌すれば得られる。

このフッ素ゴムコート材を、メタルＣリング基材４０(商品名：「トライパック」、日
本バルカー工業(株))の表面にコート(塗布)するには、メタルＣリング基材４０の表面４
０Ａ（２０Ａ）に加硫接着剤（例：「メタロックＳ１０Ａ」（(株)東洋化学研究所））を塗布し、１００〜２００℃(例：１５０℃)×１０〜６０分間(例：３０分)程度で焼付けて、予備処理されたメタルＣリング基材を得る。

次いで、予備処理されたメタルＣリング基材を、所望の膜厚になるように、上記のフッ素ゴムコート材（生ゴム溶液）中に１回もしくは複数回、好ましくは１〜１５回程度(例
：８回)浸漬（ディッピング）を繰り返し、
次いで、風乾等の方法で乾燥(膜厚：１〜５００μｍ程度)したのち、真空電気炉中で「１５０℃〜フッ素ゴムの分解温度未満(例：２００℃)」×「１０〜４８時間（例：２４時間）」加熱すれば、所定の膜弾性率を有するフッ素ゴムコートされたメタルＣリング（低締付金属ガスケット）が得られる。
［実施例］
以下、本発明に係る低締付金属ガスケット、特に好適なフッ素樹脂コートメタルＣリングと、フッ素ゴムコートメタルＣリングについてさらに具体的に説明するが、本発明は係る実施例により何ら限定されない。
＜＜フッ素コートＣリングの作製とシール試験＞＞

（フッ素樹脂コートメタルＣリング）
Ａ．シール試験
（A−１） 使用したガスケット・フランジの仕様
・ガスケット基材４０：

フランジ（ガスケットがセットされる相手材）：アルミニウム製で、シール面の表面粗さは３μｍ程度。
（A−２）コート方法
（A−２−１）フッ素樹脂系コート材
エヌアイマテリアル社製コート材、品番：ＩＮＴ３３２ＱＡを使用した。

コート材の組成は、フッ素樹脂、フッ素系溶剤、メチルエチルケトンからなるコート材である。樹脂成分量はコート材溶液の８ｗｔ％であり、溶剤が揮発することでフッ素樹脂のコート膜ができる。
（A−２−２）フッ素樹脂系コート材のコート方法
図１に示すようなメタルガスケット基材（メタルＣリング基材）４０にフッ素樹脂コート（膜）３０形成用のコート材を１〜１０回程度刷毛塗りし、室温（２５）℃にて風乾した。乾燥塗膜３０の膜厚ｔを、渦電流方式により測定（商品名「イソスコープＭＰ３０」、（株）フィッシャー・インストルメンツ製）したところ、約１〜３μｍであった。
（A−３） 試験内容
（A−３−１） ヘリウム漏洩試験
上記コート材にて被覆してなる本発明の「フッ素コート品」（フッ素樹脂コートメタルＣリングガスケット）と、該被覆無しの現行品（：本発明との関係では「従来品」である。すなわち、フッ素樹脂コートされていないメタルＣリング基材４０(商品名：「トライ
パック」、日本バルカー工業(株)製。以下同様。)について気密性試験を常温（２５℃）
下で行った。

この試験では、線圧をオートグラフにてモニタしながらガスケットを圧縮し、ヘリウムリークディテクター（略称：Ｈ．Ｌ．Ｄ．、（株）アルバック社製）で漏洩量を測定した。

なお、この試験に際しては、図３に示す、圧縮した締結体の内部をＨ．Ｌ．Ｄ．で真空引きし、締結体外からヘリウムガスをガスケットに吹付け、シール性を測定した。
なお、図４は、メタルＣリング基材４０の説明図である。

フッ素樹脂コート３０は、このメタルＣリング基材４０の表面に設けられる。
また、この試験では、次第に圧縮荷重を増加させ、Ｈ．Ｌ．Ｄ．の測定限度（１×１０^-11ａｔｍ・ｃｃ／ｓ）以下を「気密開始点」とし、また、除荷時に再びＨ．Ｌ．Ｄ．の
測定限度以上となった点を「気密限界点」とした。

該コートメタルＣリングの「気密開始点」は５０［ｋＮ／ｍ］、「気密限界点」は１５［ｋＮ／ｍ］となった。
全ての例における試験結果については後述、表４、図５に示した。
（A−３−２） 漏洩量の経時変化
本発明の「フッ素コート品」（フッ素樹脂コートメタルＣリングガスケット）については、別の試料を用いて、気密開始点において荷重を一定に保持し、漏洩量の経時変化をＨ．Ｌ．Ｄ．にて測定した。

（未実施）０時間保持：１．２Ｅ−０９［Ｐａ・ｍ³／ｓ］、
２４時間保持：１．０Ｅ−０９［Ｐａ・ｍ³／ｓ］。
全例における試験結果については後述、表５、図６に示した。

（フッ素ゴムコートメタルＣリング）
（Ａ）．シール試験
（A−１） 使用したガスケット・フランジの仕様
上述、実施例１と同仕様品を用いた。
（A−２）コート方法
（A−２−１） フッ素ゴムコート材（生ゴム溶液）
生ゴム（商品名「ダイエルＧ900シリーズ」の「ダイエルＧ９０１」、ポリマーともい
う。ダイキン工業（株）製）を、ＭＥＫ（メチルエチルケトン）中に、１０ｗｔ％強程度（具体的には、１２．５ｗｔ％）の量で溶解させて生ゴムの粘性溶液を調製した。

この粘性溶液に「ＴＡＩＣ」（架橋剤、日本化成（株）製）と、「パーヘキサ２５Ｂ」（架橋開始剤、日本油脂（株）製）を、ポリマー：「ＴＡＩＣ」：「パーヘキサ２５Ｂ」＝１００：６：２（重量比）で入れて、コート材を作成した。

表２にゴムコート材に用いた材料一覧を示す。

（A−２−２） フッ素ゴムコート材のコート方法
メタルガスケット基材（メタルＣリング基材、商品名「トライバック」、日本バルカー工業（株）製。）４０の表面に、加硫接着剤（「メタロックＳ10Ａ」（（株）東洋化学研究所製）を塗布し、１５０℃×３０ｍｉｎ.で焼付け処理した。

次いで、上記トライパックを上記（A−２−１）の生ゴム溶液中に、漬浸（ディッピン
グ）を８回繰り返したのち、風乾した。
ディッピング後のトライパックを真空電気炉中で２００℃×２４ｈ加熱、フッ素ゴムコ
ートメタルＣリングを得た。
（A−３）試験内容
（A−３−１） ヘリウム漏洩試験
上記コート材にて被覆してなる本発明の「フッ素コート品」（フッ素ゴムコートメタルＣリングガスケット）について気密性試験を常温（２５℃）下で行った。

この試験は、上述の実施例1と同条件にて行った。
該コートメタルＣリングの「気密開始点」は１０［ｋＮ／ｍ］、「気密限界点」は５０［ｋＮ／ｍ］となった。

全ての例における試験結果は後述する表４、図５にまとめて示した。
（A−３−２） 漏洩量の経時変化
本発明の「フッ素コート品」（フッ素ゴムコートメタルＣリングガスケット）については、別の試料を用いて、気密開始点において荷重を一定に保持し、漏洩量の経時変化をＨ．Ｌ．Ｄ．にて測定した。

漏洩量は以下の通り。
０時間保持：２．７Ｅ−１０ ［Ｐａ・ｍ³／ｓ］、
２４時間保持：２．１Ｅ−１０ ［Ｐａ・ｍ³／ｓ］。

全ての例における試験結果については後述する表５、図６に示した。
（Ｂ）．弾性率測定
上述したフッ素ゴムコート材と同組成・同コート条件で、５０×５０×１ｍｍのアルミニウム板（「Ｎｏ．３６４５トライパック」日本バルカー工業（株）製、外被２０と同組成）に該フッ素ゴムコート材を被覆し、「ＤＶＥレオスペクトラーＶ４」（レオロジー社製）にて貯蔵弾性率を測定した。

貯蔵弾性率測定条件は、−１００℃〜＋２５０℃の温度範囲、昇温速度５℃／ｍｉｎ、圧縮モード：１０Ｈｚ、２．０μｍ変位の条件にて測定した。
＜考察＞
０〜５０℃の範囲にｔａｎδピークが確認された。

貯蔵弾性率（Ｅ’）は５０〜２００℃においては１×１０⁷Ｐａで一定、２００〜２５
０℃においては０．８×１０⁷Ｐａにて一定となった。
２００℃における貯蔵弾性率（Ｅ’）は０．９×１０⁷Ｐａであった。
[比較例1]
（メタルＣリング）
（Ａ）．シール試験
（A−１）使用したガスケット・フランジの仕様
使用したガスケット・フランジは上述した実施例１と同仕様品である。

被覆無しの現行品（：本発明との関係では「従来品」である。すなわち、フッ素コートされていないメタルＣリング基材４０（商品名：「トライパック」、日本バルカー工業（株）製））を用いた。
（A−２）試験内容（ヘリウム漏洩試験）
上述の現行品（従来品）について気密性試験を常温（２５℃）下で行った。

この試験は、上述の実施例1と同条件にて行った。
該メタルＣリングの「気密開始点」は７０〜９０［ｋＮ／ｍ］、「気密限界点」は３０〜５０［ｋＮ／ｍ］となった。

全ての例における試験結果については後述する表４、図５に示した。
[比較例２]
（フッ素ゴムＯリング）
（Ａ）．シール試験
（A−１）使用したガスケット・フランジの仕様
ガスケット：フッ素ゴム製Ｏリングを使用。

フランジ（ガスケットがセットされる相手材）：アルミニウム製で、シール面の表面粗さは３μｍ程度。
（A−２）試験内容（漏洩量の経時変化）
試験に際しては、上記と同様に気密開始点において荷重を保持した状態での漏洩量経時変化を測定した。

漏洩量は以下の通り。
０時間保持：３．２Ｅ−０８ ［Ｐａ・ｍ³／ｓ］、
２４時間保持：５．１Ｅ−０８ ［Ｐａ・ｍ³／ｓ］。

全ての例における試験結果については後述する表５、図６に示した。
１−２ ＜シール試験結果まとめ＞
（１−２−１） ヘリウム漏洩試験
実施例１、実施例２、比較例１、比較例２におけるヘリウム漏洩試験結果を示す（表４、図５）。
＜考察＞
本発明に係るフッ素コート品（フッ素樹脂コートメタルＣリング、フッ素ゴムコートメタルＣリング）は、現行品（：従来品）に比べ気密開始点が小さく、気密限界点も小さいことが分かる。

即ち、本発明品（フッ素コート品）はメタルガスケットコートなし品（従来品）より低い応力で高いシール性を発揮できる。また、フッ素ゴムＯリングは気密しなかった。

（１−２−２） 漏洩量の経時変化
実施例１、実施例２、比較例１、比較例２におけるヘリウムガス漏洩量の経時変化について試験結果を示す（表５、図６）。
＜考察＞
本発明に係るフッ素コート品は、フッ素ゴムＯリングに比べ、初期（０時間保持後）の
漏洩量も少なく、２４時間経過後もその漏洩量に違いがない。

即ち、本発明品は適正な締付応力を付加すればゴムＯリングによるシールより高いシール性を得られ、経時変化によっても劣化がないといえる。

実施例２において、膜厚を２種、４０μｍと１０μｍに調整して、Ｈｅガス透過漏洩量を測定したところ、それぞれ２．７×１０^-10Ｐａ・ｍ³／ｓ、７．０×１０^-11Ｐａ・ｍ³／ｓとなった。図６には、膜厚４０μｍの測定結果を示す。

コート膜の圧縮弾性率は、６×１０⁷Ｐａであることから、線圧１０ｋＮ／ｍで圧縮し
た場合の膜厚は、それぞれ２０μｍと５μｍとなる。
ところで、本発明におけるシール性を表す指標である、透過漏洩量Ｑｐ（Ｐａ・ｍ³／
ｓ）は、Ｑｐ＝ＫＡ（Ｐ０−Ｐ１）／Ｌ（式１）で表される。

ここで、
Ｋ：透過係数（ｍ²／ｓ）、
Ａ：透過断面積（ｍ²）、
Ｌ：透過長さ（ｍ）、
Ｐ０，Ｐ１：ガスケット外・内径の圧力（Ｐａ）、
である。

シール時におけるコート膜の断面形状が近似的に長方形であるとすれば、コート膜厚ｄ（ｍ）として、Ａ＝２Ｌｄで表される。
即ち（式１）は、Ｑｐ＝２Ｋｄ（Ｐ０−Ｐ１）（式２）と表すことができる。

また、Ｐ０は大気圧下、Ｐ１は減圧下であるため、大気圧に対し０（ゼロ）と近似できる。
即ち、大気圧下Ｐ０は、１ａｔｍ≒１．０×１０⁵Ｐａであるから、Ｑｐ＝２Ｋｄ・（
１．０×１０⁵）（式３）と表すことができる。

透過係数は、その材料の種類により決定されるため、透過漏洩量は膜厚に比例するといえる。
（式３）に測定値を代入すると、Ｈｅの透過係数が求められ、本発明におけるＨｅ透過係数は７．０×１０^-11（ｍ²／ｓ）となる。

ところで文献値（具体的文献名：「バルカーハンドブック」（１４０頁、２００５年版）によれば、フッ素ゴムのＨｅガス透過係数、酸素ガスＯ₂の透過係数は、７．１×１０^-12〜１６×１０^-12（ｍ²／ｓ）、０．９９×１０^-12〜１．１×１０^-12（ｍ²／ｓ）であ
る。

これより、透過係数比Ｋ（Ｏ₂）／Ｋ（Ｈｅ）を求めると、
Ｋ（Ｏ₂）／Ｋ（Ｈｅ）≒０．０９となる。
本発明のコート膜もふっ素系素材であることから、この係数比に従うといえる。

ゆえに、２５℃におけるコート膜Ｏ₂透過係数Ｋ＝０．６３×１０^-11（ｍ²／ｓ）とな
り、酸素ガス透過係数を求めることができる。

図１は、本発明の好適な一例を示す、メタルＣリング基材の外表面がフッ素ゴムコートされてなるフッ素ゴムコートメタルＣリングの模式断面図である。 図２は、リング状バネ１０を、その上下方向から加圧して、メタルＣリングに嵌める様子を示す説明図である。 図３は、ヘリウムリークディテクターによる漏洩量測定の模式図である。 図４は、漏洩量測定におけるメタルＣリング基材４０の説明図である。フッ素樹脂コート３０は、このメタルＣリング基材４０の表面に設けられる。 図５は、ヘリウム漏洩試験結果を示す。 図６は、漏洩量の経時変化を測定した結果を示す。

符号の説明

１０・・・・・バネ（断面リング状バネ）、
１０Ａ・・・・・バネの表面、
２０・・・・・メタルＣリング、
２０Ａ・・・・・メタルＣリングの表面、
３０・・・・・フッ素ゴムコート、
３０Ａ・・・・・フッ素ゴムコートの表面、
４０・・・・・メタルＣリング基材、
４０Ａ・・・・・メタルＣリング基材の表面、
５０・・・・・外表面がフッ素ゴムコートされているメタルＣリングガスケット。

Claims (2)

1. 高分子材料を含んで成るコート膜を少なくともシール面に設けた低締付金属ガスケットであって、
   前記低締付金属ガスケットが、
   メタルＣリングもしくはバネ入りメタルＣリングであり、前記メタルＣリングもしくはバネ入りメタルＣリングの基材外表面に下記（１）〜（３）の条件を満たすコート膜が設けられていることを特徴とする低締付金属ガスケット：
   （１）２５℃における酸素ガス透過係数が、１０×１０^-12〜０．１×１０^-12（ｍ²／ｓ）であるフッ素ゴムまたはフッ素樹脂であり、前記フッ素ゴムまたはフッ素樹脂は、四フッ化エチレンから誘導される成分単位を主構造単位とし、パーフルオロアルキル基（アルキル基の炭素数Ｃ２〜１６）を有する構造である。
   （２）圧縮変形において、２００℃における貯蔵弾性率（Ｅ'）が１．０×１０⁷〜１．０×１０²Ｐａの範囲にある。
   （３）コート膜の膜厚が１〜４０μｍである。
2. 前記低締付金属ガスケットは、そのシール面が癖付け加工されていることを特徴とする請求項１に記載の低締付金属ガスケット。

Images