JP5404824B2

JP5404824B2 - ゴム／樹脂複合シールの製造方法

Info

Publication number: JP5404824B2
Application number: JP2012013131A
Authority: JP
Inventors: 直也九澤; 秀幸猪谷
Original assignee: Nichias Corp
Current assignee: Nichias Corp
Priority date: 2012-01-25
Filing date: 2012-01-25
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2026-12-28
Also published as: JP2012087939A

Description

本発明は、耐プラズマ性、耐薬品性、耐熱性等が要求される部位に使用されるシール材及びその製造方法に関する。

プラズマ雰囲気や薬品雰囲気等の環境下で使用される装置に用いるシール材は、様々な化学種に対して高い安定性が求められており、主にフッ素系エラストマーからなる成形体が使用される。しかし、これらの装置では、近年、効率化等の理由から高濃度で化学反応性の高いガスや薬液等が使用されるようになっており、これまで広く用いられているフッ素系エラストマーからなるシール材では、劣化が激しく早期の交換が必要になってきている。

フッ素系エラストマーの中でもパーフルオロエラストマーは特に優れた耐プラズマ性や耐薬品性を示すことから、上記の激しい環境下で使用される装置のシール材として多用されている。しかしながら、パーフルオロエラストマーは非常に高価であるという問題がある。

一方、このような状況に対し、プラズマ接触面に耐プラズマ性の高いフッ素系樹脂からなるシール部を配置し、プラズマ非接触部にはフッ素系エラストマーからなるシール部を配置するといった複合型シール材が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００５−１６４０２７号公報ＷＯ２００４／０３８７８１号パンフレット

しかし、上記特許文献１及び特許文献２に記載の複合型シール材は、何れもフッ素系樹脂からなるシール部は、プラズマがフッ素系エラストマーからなるシール部側に回り込まないようにするためだけのものであり、厳密にいうとこのフッ素系樹脂からなるシール部はシール性能を発揮していない。そのため、フッ素系樹脂からなるシール部が僅かな変形を起こすだけでもプラズマがフッ素系エラストマーからなるシール部側に回り込む可能性がある。更に、フッ素系樹脂は加熱圧縮によって変形しやすく復元しにくい性質を持つため、加熱雰囲気下や繰り返し圧縮を受けるような環境下で長期間使用した場合、プラズマがフッ素系エラストマーからなるシール部側に回り込む可能性が高くなる。

本発明は、このような状況に鑑みなされたものであり、耐プラズマ性、耐薬品性、シール性、特に加熱雰囲気下や繰り返し圧縮を受けるような環境下で長期間使用した場合でも優れた耐プラズマ性を発揮するシール材及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、ゴム状弾性体からなる基材と、フッ素樹脂製フィルムとを接着剤で接合することで、耐プラズマ性、耐薬品性、シール性、特に加熱雰囲気下や繰り返し圧縮を受けるような環境下で長期間使用した場合でも優れた耐プラズマ性を発揮するシール材が得られることを見出した。

即ち、本発明は下記のゴム／樹脂複合シール材の製造方法を提供する。
（１）流路を形成する一対の部材の接合部をシールするために使用され、ゴム状弾性体からなる円環状の基材の流路側側面から前記部材との接触面にかけて、フッ素樹脂製フィルムが接着剤により接合されているゴム／樹脂複合シール部材の製造方法であって、
外枠金型と内枠金型とで構成され、かつ、両金型を同心に配置した際に形成される円環状の隙間と、基材の断面形状を有し、外周側の一部が前記隙間に連続する円環状の空所とを有する金型を用い、片面に接着剤を塗布したフッ素樹脂製フィルムを、接着剤が塗布されていない面が前記隙間の底面及び内周面を向くように凹状に配置し、更に前記フッ素樹脂製フィルムの接着剤の塗布面にゴム状弾性体を載置した後、前記隙間に円環状の押し込み部材を挿入し、加熱下、前記隙間と前記空所との連続部を通じて前記ゴム状弾性体を前記空所に押し込むことにより、前記基材の外周面の前記連続部を除いた部分を、前記フッ素樹脂製フィルムで被覆することを特徴とするゴム／樹脂複合シール材の製造方法。
（２）前記フッ素樹脂製フィルムの厚さが１〜４０μｍであることを特徴とする上記（１）記載のゴム／樹脂複合シールの製造方法。
（３）前記フッ素樹脂製フィルムがポリテトラフルオロエチレン、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、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またはこれらの混合物からなることを特徴とする上記（１）または（２）記載のゴム／樹脂複合シール材の製造方法。

本発明によれば、耐プラズマ性等に優れるフッ素樹脂をフィルム状とし、ゴム状弾性体からなる基材に接合したため、ゴム状弾性体からなる基材によるシール性を確保、維持しつつ、耐プラズマ性や耐薬品性が付与されており、特に加熱雰囲気下や繰り返し圧縮を受けるような環境下で長期間使用した場合にも優れた耐プラズマ性を発揮するゴム／樹脂複合シール材が得られる。

本発明のゴム／樹脂複合シール材からなるＯリングをシール部に装着した状態を示す模式図である。本発明のゴム／樹脂複合シール材の一例であるＯリングを作製するための工程を示す模式図である。図２に示す工程により得られるゴム／樹脂複合シール材（Ｏリング）を示す断面図である。比較例２のシール材を作製するために使用した金型を示す断面図である。比較例２のシール材を示す断面図である。プラズマ曝露試験の試験方法を説明するための模式図である。ヘリウムリーク試験の試験方法を説明するための模式図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）について説明する。

本発明のゴム／樹脂複合シール材は、ゴム状弾性体からなる基材と、フッ素樹脂製フィルムとを接着剤により接合したものである。

ここで、ゴム状弾性体とは、ゴム組成物を架橋させたものを指し、例えばゴム材料としては、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、ハイパロン、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、パーフルオロゴム等が使用可能であるが、これらに限定されない。加熱雰囲気下や繰り返し圧縮を受けるような環境下で使用することを考慮すると、エチレンプロピレンゴムやフッ素ゴムが望ましい。尚、架橋方法は特に限定されない。

フッ素樹脂は、耐プラズマ性や耐薬品性、耐熱性の観点から、ポリテトラフルオロエチレン、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、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が望ましいが、これに限定されない。また、これらは混合して使用することもできる。但し、状況によっては、上記フッ素樹脂に限らずその他のフッ素樹脂も使用可能である。

フッ素樹脂フィルムの厚さは、ゴム状弾性体からなる基材によるシール性と、耐プラズマ性とを確保するために５０μｍ以下が望ましく、１〜４０μｍがより望ましい。

フッ素樹脂フィルムは、ゴム状弾性体からなる基材の全面を覆うように接合されることが好ましいが、装着箇所において、シールされるべき流体と接触する部分のみを覆うように接合されてもよい。前記シールされるべき流体と接触する部分とは、流体との接触部分の他、フランジ等との接触面であるシール面も含む。図１は、ゴム／樹脂複合シール材からなるＯリングをシール部に装着した状態を示す模式図であるが、ゴム状弾性体１からなるＯリングは第１部材２の円環状の溝２に収容され、第２部材４がその上に置かれ、第１部材２と第２部材４とを図中上下方向に締め付けることで両部材の接合部がシールされる。流体（気体や液体）５は、第１部材２と第２部材４との中心軸に沿って設けられた流路６を流通するため、フッ素樹脂製フィルム１０は、Ｏリングにおいて、第１部材２の溝３の内周面３ａとの接触部Ａから第２部材４の下面４ａとの接触部Ｂまでの表面、即ち断面において少なくとも流路側の４分の１以上の円弧面を覆うように接合すればよい。

ゴム状弾性体からなる基材と、フッ素樹脂製フィルムとを接合するには、接着剤を用いる。接着剤は、ゴム弾性体とフッ素樹脂製フィルムとを接着できるものであれば制限はなく、ゴム弾性体及びフッ素樹脂の種類に応じて適宜選択される。

本発明のゴム／樹脂複合シール材は、例えば図２に示す成形工程により作製することができる。尚、ここでは、Ｏリングを作製する場合を例示する。成形には、（Ａ）に示すように、外枠金型１００と、外枠金型１００と同心に配置される内枠金型１１０とを用いるが、両金型１００，１１０は、円環状で断面円形の空所１２０と、空所１２０の外周側の一部から連続する円環状の隙間１３０とを形成する形状を有する。そして、先ず（Ａ）に示すように、外枠金型１００と内枠金型１１０との隙間１３０の底面１３０ａ及び内周面１３０ｂの下部を覆うように、セメンタブル処理した面に接着剤を塗布したフッ素樹脂製フィルム１０を断面略凹状に配置し、更にフッ素樹脂製フィルム１０の上に、断面矩形のゴム状弾性体１を載置する。尚、フッ素樹脂製フィルム１０の面積を空所１２０の内壁のほぼ全面を覆える面積とし、ゴム状弾性体１の容積を空所１２０の内容積とほぼ同じになるように調整する。次いで、（Ｂ）に示すように、外枠金型１００と内枠金型１１０との隙間１３０に、円環状の押し込み部材１４０を挿入し、加熱下、図中下方に押し込む。これにより、（Ｃ）に示すように、空所１２０の内壁の隙間１３０との連続部以外を除く部分がフッ素樹脂製フィルム１０で覆われ、かつ、フッ素樹脂製フィルム１０の内側をゴム状弾性体１で充満した状態となる。次いで、この状態で加熱することにより、フッ素樹脂製フィルム１０とゴム状弾性体１とが接着剤により強固に接合される。また、必要に応じて、ゴム状弾性体の２次架橋を行ってもよい。

図３は得られたＯリングを模式的に示す断面図であるが、図１に示したように、流体と接触する部分がフッ素樹脂製フィルム１０で覆われたものとなる。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
ゴム状弾性体として、ダイキン工業（株）製フッ素ゴムＤＣ２２８０を用いた。フッ素樹脂製フィルムとして、厚さ２０μｍのＰＴＦＥフィルムをセメンタブル処理したものを用いた。接着剤にはLord Far East Inc製ケムロック５１５０を用いた。そして、図２に示す工程に従い、図３に示すようなＰＴＦＥフィルムで覆われたＯリング（ＡＳ５６８−２１４サイズ）を作製した。成形条件は１７０℃で１０分間とし、２３０℃で２４時間加熱して二次架橋を施した。

（実施例２）
厚さ４０μｍのＰＴＦＥフィルムを用いた以外は実施例１と同様にしてＯリングを作製した。

（比較例１）
厚さ１００μｍのＰＴＦＥフィルムを用いた以外は実施例１と同様にしてＯリングを作製した。

（比較例２）
図４に示すように、断面形状において、内径側が矩形で、その外側に円形が重なり合った円環状の空所２００を形成する上下一対の金型２１０を用いてシール材を作製した。図５に示すように、空所２００の矩形部２０１には、断面形状において、矩形で、外周側に円弧状の凹部が形成され、更に凹部がセメンタブル処理されたＰＴＦＥブロック２２０を配置し、円形部２０２にダイキン工業（株）製フッ素ゴムＤＣ２２８０からなるＯリング２３０を配置して成形した。尚、ＰＴＦＥブロック２２０の高さＨは、Ｏリング２３０の直径の０．７５倍である。接着剤にはLord Far East Inc製ケムロック５１５０を用い、成形条件は１７０℃で１０分間とし、その後２３０℃で２４時間加熱して二次架橋を施した。得られたシール材は、図５に示すようにＰＴＦＥブロック２２０の外側にフッ素ゴムからなるＯリング２３０が接合したものであり、その寸法は略ＡＳ５６８−２１４サイズである。

（比較例３）
ダイキン工業（株）製フッ素ゴムＤＣ２２８０を用いて、ＡＳ５６８−２１４サイズのＯリング（フッ素樹脂製フィルム無し）を作製した。成形条件は１７０℃で１０分間とし、その後２３０℃で２４時間加熱して二次架橋を施した。

上記で作製したＯリングまたはシール材を下記に示す（１）プラズマ曝露試験、（２）ヘリウムリーク試験及び（３）加熱圧縮後のプラズマ暴露試験に供した。試験結果を表１に示す。

（１）プラズマ曝露試験
図６に模式的に示すように、中央部にプラズマが通過するための貫通孔３００を設けた２枚のフランジ３１０Ａ，３１０Ｂの間にＯリングまたはシール材３５０を置き、その外側に、外径側からプラズマがＯリングまたはシール材３５０に回り込むことを防ぐためのＡＳ５６８−２２３サイズのシール用パーフルオロゴム製Ｏリング３６０を置き、更にその外側（フランジ端部）に、２５℃雰囲気下のＯリングまたはシール材３５０の高さの０．７５倍の厚さのスペーサ３７０を置き、全体をスペーサ３７０の厚さまで締め付けた。そして、フランジごとプラズマエッチング装置内に入れ、下記の条件によりプラズマ曝露を行い、プラズマ暴露前後のＯリングまたはシール材３５０の重量差から重量減少率を算出した。
＜プラズマ曝露条件＞
・プラズマ発生装置：神港精機株式会社製表面波プラズマエッチング装置
・試料サイズ：ＡＳ５６８−２１４
・エッチングガス：Ｏ_２／ＣＦ_４（２０００／２００ｍｌ／分）
・処理時圧力：１００Ｐａ
・消費電力：３０００Ｗ
・プラズマ曝露時間：２時間
・重量減少率（重量％）：（プラズマ曝露前の試料重量−プラズマ曝露後の試料重量）／
プラズマ曝露前の重量×１００

（２）ヘリウムリーク試験
図７に模式的に示すように、ヘリウム流入用の開口４００が設けられた下フランジ４１０と、無穴の上フランジ４２０との間にＯリングまたはシール材４５０を置き、その外側（フランジ端部）に、２５℃雰囲気下のＯリングまたはシール材４５０の高さの０．７５倍の厚さのスペーサ４７０を置き、全体をスペーサ４７０の厚さまで締め付けた。そして、フランジごとＬＥＹＢＯＬＤ製ヘリウムリークディテクターＵＬ５００に装着し、Ｏリングまたはシール材４５０の外部にヘリウムガスを導入した。１０分経過後にＯリングまたはシール材４５０の内部にリークしたヘリウムリーク量を測定した。

（３）加熱圧縮後のプラズマ暴露試験
上記の（１）プラズマ暴露試験と同様の方法で締め付けたフランジを２００℃に加熱されたオーブン中に入れ、７２時間保持した。その後、オーブンよりフランジを取り出し、上記と同様の条件でプラズマ暴露試験を行い、暴露前後のＯリングまたはシール材の重量差から重量減少率を算出した。

上記表１に示されるように、本発明に従う実施例１及び実施例２のＯリングは、プラズマ暴露試験による重量減少率が少なく、またヘリウムリーク試験においてもほとんどリークが見られない。更に、加熱圧縮後のプラズマ試験においても重量減少率は変化していない。

一方、比較例１のＯリングは、プラズマ暴露試験による重量減少率は少ないが、ヘリウムリーク試験によるリーク量が非常に多い。また、比較例２のシール材は、初期のプラズマ暴露試験による重量減少率及びヘリウムリーク試験によるリーク量は何れも小さいが、加熱圧縮後のプラズマ暴露試験では、重量減少率が著しく大きくなる。更に、比較例３のＯリングは、ＰＴＦＥフィルムで被覆されていないためプラズマ暴露試験による重量減少率が非常に大きい。

１ゴム状弾性体
１０フッ素樹脂製フィルム

Claims

流路を形成する一対の部材の接合部をシールするために使用され、ゴム状弾性体からなる円環状の基材の流路側側面から前記部材との接触面にかけて、フッ素樹脂製フィルムが接着剤により接合されているゴム／樹脂複合シール部材の製造方法であって、
外枠金型と内枠金型とで構成され、かつ、両金型を同心に配置した際に形成される円環状の隙間と、基材の断面形状を有し、外周側の一部が前記隙間に連続する円環状の空所とを有する金型を用い、片面に接着剤を塗布したフッ素樹脂製フィルムを、接着剤が塗布されていない面が前記隙間の底面及び内周面を向くように凹状に配置し、更に前記フッ素樹脂製フィルムの接着剤の塗布面にゴム状弾性体を載置した後、前記隙間に円環状の押し込み部材を挿入し、加熱下、前記隙間と前記空所との連続部を通じて前記ゴム状弾性体を前記空所に押し込むことにより、前記基材の外周面の前記連続部を除いた部分を、前記フッ素樹脂製フィルムで被覆することを特徴とするゴム／樹脂複合シール材の製造方法。
前記フッ素樹脂製フィルムの厚さが１〜４０μｍであることを特徴とする請求項１記載のゴム／樹脂複合シールの製造方法。
前記フッ素樹脂製フィルムがポリテトラフルオロエチレン、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、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またはこれらの混合物からなることを特徴とする請求項１または２記載のゴム／樹脂複合シール材の製造方法。