(57)【要約】      （修正有）【課題】従来のＯ−リングよりも低い浸透性を持つＯ−リング、より具体的にはフルオロエラストマーＯ−リング（非コーティング）よりも優れたＯ−リングを提供する。【解決手段】シールを形成するためのコーティングＯ−リングであり、前記Ｏ−リングのコア２０１はポリマー及び／又は合成ゴムを含み、前記コーティング２０２ａが無機コーティング、より具体的にはＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、又はＴｉＯなどの金属酸化物の厚さが１０ｎｍとμｍ、より好ましくは２０ｎｍと１００ｎｍ、最も具体的には２０ｎｍと５０ｎｍの間であり、その結果Ｏ−リングが、非コーティングＯ−リングよりも低い浸透性を示し、さらに前記コーティングは、前記Ｏ−リングが局所曲率２０％で変化する際にもわずかな又は全くクラックを示さないこととなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シール形成のためのコーティングＯ−リングであり、前記Ｏ−リングのコアがポリマー及び／又は合成ゴムを含み、前記コーティングが無機コーティングを含み、その厚さが１０ｎｍと１μｍ、より好ましくは２０ｎｍと１００ｎｍ、最も具体的には２０ｎｍと５０ｎｍの間であり、非コーティングＯ−リングよりも低透過性を示し、前記コーティングは、前記Ｏ−リングの局所曲率が２０％変化する場合にもほとんど又は全くクラックを生じることがなく、前記コーティングが、金属酸化物、より具体的にはＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３及びＴｉＯからなる群から選択される金属酸化物を含む、Ｏ−リング。
【請求項２】
請求項１に記載のＯ−リングであり、前記コーティングが２つの層を含み、前記Ｏ−リングのコアと接触するＡｌ２Ｏ３であり、及び前記Ａｌ２Ｏ３層の回りのＳｉＯ２層である、Ｏ−リング。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれ一項に記載のＯ−リングであり、前記Ｏ−リングのコアが、フルオロエラストマー、パーフルオロエラストマー、ニトリルゴム、フルオロシリコーン又はウレタンを含む、Ｏ−リング。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれ一項に記載のＯ−リングであり、前記無機コーティングが、厚さ１００ｎｍと１０μｍ、より好ましくは１００ｎｍと２．５μｍの間の保護ポリマーフィルムでコーティングされ、前記ポリマーフィルムが前記無機膜のための化学的及び／又は機械的保護層として作用する、Ｏ−リング。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれ一項に記載のＯ−リングであり、コーティングの前に、前記Ｏ−リングが加熱、より具体的には真空加熱により脱ガスされる、Ｏ−リング。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれ一項に記載のＯ−リングであり、前記コーティングが、（ＰＥ）ＣＶＤ、Ｅ−ビーム蒸着、反応性蒸着又は原子堆積により提供される、Ｏ−リング。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれ一項に記載のＯ−リングであり、前記Ｏ−リングが、非コーティングＯ−リングよりも少なくとも１０倍低い水蒸気の浸透性を有する、Ｏ−リング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシール形成のためのコーティングＯ−リングに関し、ポリマー及び／又は合成ゴムを含む。
【０００２】
コーティングＯ−リングは、封入Ｏ−リングとしてもよく知られており、例えばＦＥＰ又はＰＦＡコーティングされたフルオロエラストマーＯ−リングである。前記コーティングは、前記Ｏ−リングの性質が、例えば耐薬品性や機械的挙動（前記コーティングは、例えば潤滑効果を持つ）の点で強化されている。例えば、インターネット刊行物「ＦＥＰ−  ｏｒ  ＰＦＡ−Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ  Ｏ−ｒｉｎｇｓ」（ＫＥＤ−ｓｅａｌｓ）（参考文献１）が参照できる。
【０００３】
Ｏ−リングは、高圧環境及び低圧環境の間にシール（密閉）を形成するために使用される。従って、Ｏ−リングは、加圧容器（例えば室温での蒸気液体プロパン／ブタン）の内部から大気を分けることを可能とし、又は大気と真空の分割を形成することを可能とする。特に、後者の応用では、Ｏ−リングを通してガスや蒸気の拡散は、前記真空の最終的な圧力を決定する、これについてはインターネット刊行物「Ａ  ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｐｒａｃｔｉｃａｌ  ａｎｄ  ｕｓｅｆｕｌ  ｖａｃｕｕｍ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」（Ｐｈｉｌ  Ｄａｎｉｅｌｓｏｎ）（参考文献２）を参照できる。
【０００４】
留意すべきことは、用語「浸透」と「拡散」は、Ｏ−リングを通じてガスや流体が移動することを説明するための同意語であるということである。
【０００５】
フルオロエラストマーＯ−リング（例えばＶｉｔｏｎ（登録商標）Ｏ−リング）を１０−５ｍｂａｒ（ミリバール）以下の真空で使用する場合、Ｏ−リングを通じての水の拡散が非常に大きな限定因子（ｌｉｍｉｔｉｎｇ  ｆａｃｔｏｒ）となる。このことは前記真空の一部が、水が凍結する低温度である場合さらに悪化する。閉鎖された低温部分を持つかかる真空の例は、低温度で生物サンプルが観察され得る低温電子顕微鏡、例えばＦＥＩ社（Ｈｉｌｌｓｂｏｒｏ，アメリカ合衆国）で製造される「Ｔｅｃｎａｉ  Ｇ２  Ｐｏｌａｒａ」又は「Ｔｉｔａｎ  Ｋｒｉｏｓ」で生じる。
【０００６】
留意すべきは、ＰＦＥ及びフルオロエラストマーなどの異なる材料は、通常は異なるガスに対して異なる選択性を持つということであり、即ち：ある流体は、第１の材料中で第２の材料中での浸透と同程度の拡散を示し得るが、これは他のガスでも該当するとは限らない。これについてはＰ．Ｓｔｕｒｍらの「Ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｇａｓｅｓ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｏ−ｒｉｎｇｓ  ｕｓｅｄ  ｉｎ  ｆｌａｓｋｓ  ｆｏｒ  ａｉｒ  ｓａｍｐｌｉｎｇ」（参考文献３）、より詳細にはその表１を参照できる。この表では、例えば、ＶｉｔｏｎＯ−リングはＨ２Ｏ／Ｏ２選択性が約４０／１（約４０）を示すが、一方でＰＴＦＥは、約２７／０．０４（約６７５）を示すことが示されており、これは同じ参考文献（Ｐｅａｃｏｃｋ）を用いている。
【０００７】
知られたコーティングＯ−リングの欠点は、前記コーティングが、フルオロエラストマーＯ−リングなどの最善の非コーティングＯ−リングに比較して前記拡散を低減しないこということである。
【０００８】
そこで、低浸透性の、より具体的には水分に対するより低浸透性を持つＯ−リングの必要性が存在する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｐ．Ｓｔｕｒｍ  ｅｔ  ａｌ．，”Ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｇａｓｅｓ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｏ−ｒｉｎｇｓ  ｕｓｅｄ  ｉｎ  ｆｌａｓｋｓ  ｆｏｒ  ａｉｒ  ｓａｍｐｌｉｎｇ”，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ  ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｖｏｌ．１０９，Ｄ０４３０９，ｄｏｉ：１０．１０２９／２００３ＪＤ００４０７３，２００４．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前記知られたＯ−リングよりも低い浸透性を持つＯ−リング、より具体的にはフルオロエラストマーＯ−リング（非コーティング）よりも優れたＯ−リングを提供することを意図するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題を解決するための本発明によるコーティングＯ−リングは、前記コーティングが、１０ｎｍと１μｍ、より具体的には２０ｎｍと１００ｎｍ、より具体的には２０ｎｍと５０ｎｍとの間の厚さを持つ、薄い無機コーティングであることを特徴とし、その結果、非コーティングＯ−リングよりも低い浸透性を示すＯ−リングとなり、及び前記コーティングは、前記Ｏ−リングが任意の方向で局所的曲率が２０％変化した場合でも、クラック（ひび割れ）はほとんど又は全く見られないこととなる。
【００１２】
ポリマーフィルム上のガスバリアとして無機コーティングを使用することはすでに知られており、例えばＭ．Ｄ．Ｇｒｏｎｅｒらの「Ｇａｓ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｂａｒｒｉｅｒｓ  ｏｎ  ｐｏｌｙｍｅｒｓ  ｕｓｉｎｇ  Ａｌ２Ｏ３  ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ８８，０５１９０７（２００６）（参考文献４）が参照できる。
【００１３】
ここでＡｌ２Ｏ３層は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）及びＫａｐｔｏｎ（登録商標）ポリイミド基材上に堆積されたものであり、酸素及び水分の透過速度が決定された。実験では、水蒸気透過係数の減少は約３桁の大きさ（１０００ｘ）であることを示した。この減少を達成するための堆積層の厚さは約１５ｎｍであった。
【００１４】
本発明は、Ｏ−リングの前記エラストマー上のかかる層の使用により、Ｏ−リングが、大きく低減された水蒸気拡散を持つ結果となる、という知見に基づく。本発明者は、例えば原子層堆積（ＡＬＤ）方法で前記層を適用することによるコーティングが、前記エラストマーへの優れた接着性を示し、その結果前記層は、Ｏ−リングが通常の変形（２０％の曲率変化）を受ける場合にも前記変形に追従することができる、ということを見出した。
【００１５】
第１の結果は、Ｖｉｔｏｎ（登録商標）Ｏ−リングについて、弾性には変化を与えることなく水分への拡散において顕著な改善が見られた。前記エラストマーへ十分の接着されたコーティングは、動的Ｏ−リングとしての使用を可能にする。従って、前記Ｏ−リングは、同じコア材料の非コーティングＯ−リングが使用され得る全ての応用（溝）に使用され得る。
【００１６】
ひとつの実施態様では、無機コーティングは、金属酸化物、より具体的には、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３及びＴｉＯからなる群からの金属酸化物を含む。
【００１７】
ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３及びＴｉＯなどの金属酸化物を用いた実施例は、前記コアへの層の接着性及び拡散において好ましい結果を与えた。さらなる実施態様では、前記コーティングは２つの層、すなわちＡｌ２Ｏ３層を前記エラストマー側に、さらにＳｉＯ２層を外側に含む。
【００１８】
本発明者は、Ａｌ２Ｏ３層のみは水分でやや腐食されることを見出した。前記Ａｌ２Ｏ３層をＳｉＯ２層で被覆することで、前記ＳｉＯ２層は，Ａｌ２Ｏ３層を腐食から保護し、またＡｌ２Ｏ３層の穴（ピンポイント欠陥）を埋める。
【００１９】
好ましい実施態様では、前記ポリマー又は合成ゴムは、フルオロエラストマー、パーフルオロエラストマー、ニトリルゴム、フルオロシリコーン又はウレタンを含む。
【００２０】
これらの知られたエラストマーの使用により、知られた機械的（弾性）及び熱的（最大及び最小温度範囲）性質を持つコーティングＯ−リングが形成される。
【００２１】
他の実施態様では、前記無機コーティングは、１００ｎｍと１０μｍ、より好ましくは１００ｎｍと２．５μｍの間の厚さの保護ポリマーフィルムでコーティングされ、前記ポリマーフィルムが、前記無機膜のための化学的及び／又は機械的保護層として作用する。
【００２２】
発明者は、ポリマーフィルムが機械的及び化学的保護層として作用することを見出した。実施例は、１００ｎｍと２．５ｎｍの間の厚さが、優れた機械的及び化学的抵抗性を持つ層を与えることを見出した。しかし、より堅牢なＯ−リング（例えば前記コーティングへの機械的穿刺に対する堅牢性）では１０μｍまでのより厚いコーティングが使用可能である。
【００２３】
好ましい実施態様では、Ｏ−リングは、コーティングに先立ち加熱（ベーク）される。
【００２４】
例えばフルオロエラストマーの製造の際には、水分が前記フルオロエラストマー内部に形成される、このことは例えばＰｈｉｌ  Ｄａｎｉｅｌｓｏｎの「Ｖｉｒｇｉｎ  Ｏ−ｒｉｎｇｓ」（参考文献２）を参照できる。従って、使用の前にかかるＯ−リングを加熱すること、より具体的にはかかるＯ−リングを真空中で加熱することが好ましい。これを行わなければ、前記Ｏ−リングを前記水分透過性を低下させるコーティングでコーティングする際に、水分が前記Ｏ−リングのコア内に蓄積（又は捕捉）される得ることとなる。従って、前記コアがより少ない水分を含むように、コーティングの前に前記Ｏ−リングを（真空中で）加熱することが望ましい。
【００２５】
前記コーティングの前記コアへの良好な接着性のために、（ＰＥ）ＣＶＤ、Ｅ−ビーム蒸着、反応性蒸着、原子層堆積（ＡＬＤ）からなる群から選択されるプロセスが選択される。ＡＬＤで提供されたフルオロエラストマーのためのコーティングで実施された試験は、優れた結果を示した、即ち：前記コーティングは、前記Ｏ−リングが局所曲率２０％変化の変形に変形される際にも優れた接着性を示し、これは、幅Ｗ及びコア直径Ｄとして、（Ｗ／Ｄ−１）≦０．２（２０％に等しい）に対応するものであり、これはＯ−リングの「正常な」変形として見られるものである。
【００２６】
本発明者は、以下図面を用いて説明するが、同じ番号は対応する構成を意味する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、溝中のＯ−リングの断面を模式的に示す。
【図２】図２は、コーティングＯ−リングの断面を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、溝中のＯ−リング１００の断面を模式的に示す。
【００２９】
Ｏ−リング１００は、フランジ１０１と１０２の間にクランプされている。
その結果、前記Ｏ−リングは平坦化され、２つのシーリング面１１０及び１１１が形成される。容積１０３がポンプ手段（図示されていない）で減圧されると、容積１０４（通常は大気へ結合されている）及び容積１０３の間の圧力差が生じる。前記Ｏ−リングを通じる浸透が生じ得る。また面１１２でのシールがしばしば生じることに留意すべきである。
【００３０】
シールが生じる前記フランジでの面は完全に無傷であるべきである。従って、これらはしばしば凹んでいる。圧縮、即ち比（Ｗ／Ｈ）−１は、３ｍｍ未満のＯ−リング厚さ（コア断面）では最大３０％であり、５〜１０ｍｍｍの厚さでは２０〜１５％とするべきである。
【００３１】
図２は、本発明のよるコーティングＯ−リング２００の断面を模式的に示す。
【００３２】
エラストマーのコア２０１（最新のＯ−リングのコアに類似するコア）は、例えばＡｌ２Ｏ３の薄い層２０２ａで被覆される。前記層の適用に際（例えばＡＬＤを用いて）に残される穴を塞ぐために、Ａｌ２Ｏ３層は好ましくは、例えばＳｉＯ２の他の層２０２ｂで被覆される。この層はまたＡｌ２Ｏ３層を腐食から保護する。エラストマーのさらなる保護層２０３はさらに、化学的及び／又は機械的保護を加える。
【００３３】
全ての要素の通常のサイズは（他の厚さも使用され得る）：
コアＯ−リング（２０１）：１ｍｍ以上、
Ａｌ２Ｏ３層（２０２ａ）：２０〜５０ｎｍの間。
ＳｉＯ２層（２０２ｂ）：２０〜５０ｎｍの間。
エラストマー（２０３）：約１μｍである。
（参考文献）
（１）”ＦＥＰ−  ｏｒ  ＰＦＡ−Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ  Ｏ−ｒｉｎｇｓ”，  ＫＥＤ  ｓｅａｌｓ，  ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｉｃｈｔｕｎｇｅｎ−Ｏ−ｒｉｎｇｅ．ｄｅ／Ｏ−ｒｉｎｇｓ−ａｎｄ−ｓｅａｌｓ／ｆｅｐ−ｏｒ−ｐｆａ−ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ−Ｏ−ｒｉｎｇｓ．ｈｔｍｌ？Ｌ＝２
（２）”Ａ  ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｐｒａｃｔｉｃａｌ  ａｎｄ  ｕｓｅｆｕｌ  ｖａｃｕｕｍ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”，  Ｐｈｉｌ  Ｄａｎｉｅｌｓｏｎ，  ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｖａｃｕｕｍｌａｂ．ｃｏｍ／Ａｒｔｉｃｌｅｓ／Ｇａｓ％２０Ｌｏａｄｓ％２０ａｎｄ％２０Ｏ−ｒｉｎｇｓ．ｐｄｆ
（３）”Ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｇａｓｅｓ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｏ−ｒｉｎｇｓ  ｕｓｅｄ  ｉｎ  ｆｌａｓｋｓ  ｆｏｒ  ａｉｒ  ｓａｍｐｌｉｎｇ”，  Ｐ．Ｓｔｕｒｍ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ  ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｖｏｌ．１０９，Ｄ０４３０９，ｄｏｉ：１０．１０２９／２００３ＪＤ００４０７３，  ２００４．ｆｔｐ：／／ｆｔｐ．ｂｇｃ．ｍｐｇ．ｄｅ／ｐｕｂ／ｏｕｔｇｏｉｎｇ／ａｔｈｕｉｌｌｅ／Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ／２００４／Ｓｔｕｒｍ＿ＪｏＧＲ＿２００４．ｐｄｆ
（４）”Ｇａｓ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｂａｒｒｉｅｒｓ  ｏｎ  ｐｏｌｙｍｅｒｓ  ｕｓｉｎｇ  Ａｌ２Ｏ３  ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”，  Ｍ．Ｄ．  Ｇｒｏｎｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ８８，  ０５１９０７  （２００６）．
【図１】
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【図２】
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