(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水道機器、食品分野の製造加工プラント及び食品分野の製造加工装置のいずれかに用いられるシール材であって、
フッ素ゴムと、このフッ素ゴム100重量部に対して1〜100重量部のガラス充填材及び／又は真球状無孔質シリカ（非晶質二酸化ケイ素）充填剤を含んだフッ素ゴム組成物を加硫成形してなることを特徴とするシール材。
【請求項２】
請求項１に記載のシール材を組み込んでなる飲料製造ライン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フッ素ゴム組成物からなる水道機器、食品分野の製造加工プラント及び食品分野の製造加工装置に用いるシール材及びこのシール材を組み込んでなる飲料製造ラインに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、水道機器や食品加工装置で使用されるシール材の材料としては、EPDM、ブチルゴム(IIR)、水素添加ニトリルゴム(HNBR)、ウレタンゴム(U)、フッ素ゴム(FKM)、シリコーンゴム(VMQ)等が知られている。これらは、Ｏリング、ガスケット、パッキンなどのシール材に使用されている。
【０００３】
上記した材料のシール材を水道機器や、食品分野の製造加工プラント・装置などに使用する場合には、次のような問題がある。すなわち、各種の飲料の製造工場において、ジュースなどの複数種類の製品は、同じ飲料製造ラインを用いて生産されているため、ある飲料製品を製造した際の果汁成分等のニオイが、シール材に付着し(以下、「着香現象」という。)、そのシール材を介して、次に製造する飲料製品に移り、その品質を低下させるという問題がある。
【０００４】
上記した着香現象のために、シール材の交換頻度が上がり、メンテナンスコストの増大を引き起こしたり、或いは、上記したニオイの他飲料製品への移りを確実に防止するために別の製造ラインを構築したりすることが必要となり、飲料製品の製造コストが増大する。このため、着香しないシール材が要求されている。
【０００５】
また、食品や飲料製品の加工プラント・装置の大型化や複雑化、ライン化が進むなかで、その消毒や洗浄方法は、装置全体を分解し滅菌洗浄するという従来の方法に代わり、装置、設備の分解をせずに、自動洗浄を可能とするCIP(Cleaning in Place)システムが導入されている。
【０００６】
通常CIPシステムは、NaOHによるアルカリ洗浄プロセス、HN03やNaClOによる酸洗浄プロセス、高温スチームによる洗浄プロセス等からなり、こうしたシステムに使用されるシール材は従来以上に過酷な環境に曝されることとなる。このため、従来の上記したような材料では、耐薬品性や耐熱性の点で不十分であり、さらに高い耐熱性、耐薬品性のあるシール材が求められる。
【０００７】
現行、着香現象を防止するシール材としては、フッ素樹脂、ゴムにフッ素樹脂を被覆したパッキン、パーフロロゴム(FFKM)などがある。フッ素樹脂は着香性や耐薬品性には優れるが、クリープを起こしやすく長期シール性の確保に問題がある。また、弾力性がないことから、使用できる範囲が限られる。また、ゴムにフッ素樹脂を被覆したパッキンでは、ある程度の弾力性があり、ゴムの弾性によりフッ素樹脂のように大きなクリープも生じないが、被覆したフッ素樹脂が剥離したり、ゴムとフッ素樹脂間に蒸気や液体などが侵入し、ふくれを起こすなどの現象が発生することがあり、不向きな一面を持っている。また、パーフロロゴム(FFKM)は、耐熱性、耐薬品性、非着香性に優れたゴムであるが、非常に高価格であり、実際的に使用できない状況である。
【０００８】
なお、本発明に関連する参考文献としては次のような文献がある。
【特許文献１】特開平７−２５８４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記のような実状に鑑みて開発されたものである。その目的とするところは、パーフロロゴム（FFKM）よりも低価格でかつ非着香性に優れ、耐薬品性、耐熱性を有しているフッ素ゴム組成物からなるシール材及びこのシール材を組み込んでなる飲料製造ラインを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記の目的を有効に達成するために、次のような構成にしてある。すなわち、本発明のフッ素ゴム組成物は、フッ素ゴムと、このフッ素ゴム100重量部に対して1〜100重量部のガラス充填材及び／又は真球状無孔質シリカ（非晶質二酸化ケイ素）充填剤を含んだフッ素ゴム組成物を加硫成形してなることを特徴とする構成である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に用いられるフッ素ゴム組成物は、フッ素ゴムにニオイ成分を吸着しにくいシリカやガラスを充填したものであるので、非着香性を向上させ、パーフロロゴム（FFKM）よりも低価格でかつ非着香性に優れ、耐薬品性を有し、幅広い温度領域(−５〜１５０℃)で安定性(耐熱、耐低温性)を奏することができる。
【００１２】
また、本発明のシール材では、上記の効果とともに、非着香性を有しているので、ジュースなどの複数種類の製品を、同じ飲料製造ラインを用いて生産した場合でも、先の飲料製品のニオイがシール材を介して、その後に製造する飲料製品に移行するといったことがなく、飲料製品の品質を低下させることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に本発明について説明すると、本発明に用いられるフッ素ゴム組成物は、フッ素ゴム(フッ素濃度64〜71%)と、このフッ素ゴム100重量部に対して1〜100重量部のガラス充填剤及び／又は真球状無孔質シリカ（非晶質二酸化ケイ素）充填剤を含んでなるものであり、本発明のシール材は、上記のフッ素ゴム組成物を加硫成形してなるものである。
【００１４】
フッ素ゴムについては、耐熱性、耐薬品性に優れ、着香しにくいと考えられる分子構造を持つ為、この開発目的のベースゴムとすることとした。フッ素ゴムは、フッ素濃度が64〜71%程度のものが市販されているが、本発明においては、いずれのものでもよく、用途に応じて適当なものを使用すればよい。
【００１５】
本発明における配合成分の検討
フッ素ゴムの非着香性をさらに向上させる為、充填剤の検討を行った。非着香住を向上させるためには、
１) ニオイ成分を吸着しても出さない
２) ニオイ成分を分解する
３) ゴム表面膜を形成させニオイの吸着を防ぐ
４) ニオイをゴムに着かないようにする
などの方法が考えられる。
【００１６】
これらの方法を検討したが、
１)の方法では、CIP洗浄や熱によって吸着したニオイ成分が脱着し思うような効果は得られなかった。
２)の方法は、ニオイ成分は数十種類におよぶものであり、全てを分解するのは難しいと判断した。
３)の方法においては、膜がゴムの伸びに追随せずシール材として必要とされる適当な伸びが得られず不向きと判断した。
４)の方法は、様々な種類の充填剤を検討したが、その中でもガラス及び真球状無孔質シリカ（非晶質二酸化ケイ素）充填剤は着香性が非常に少なく、CＩPや熱によってもニオイ成分の脱着が少なく総合的に非着香性に対して非常に良好な結果が得られた。
【００１７】
次に本発明にかかる試作例について説明する。
１)ベースゴム
今回の開発は、フッ素ゴムをベースゴムとして用い検討した。
フッ素ゴムは、フッ素濃度が64〜71%程度のものが市販されており、加硫系も過酸化物加硫、ポリオール加硫、アミン加硫などがあるが、本発明では特に限定はなく、使用条件や用途に応じて適宜選択すればよい。
【００１８】
２)ガラス或いはシリカ充填剤
ガラス充填剤についてはNa20-CaO-Si02系ガラス、A1203-B203-Si02系ガラス、A1203-CaO-Si02系ガラス、などがあるが、どのガラス充填剤を使用しても着香性に大きな差はなく、使用条件や用途に応じて適宜選択すればよい。
シリカ充填剤には、様々な種類があるが、真球状無孔質シリカ(非晶質二酸化ケイ素)がよい。ガラス及びシリカ充填剤の平均粒径は、１〜50μmが望ましい。粒径に関わらず、看香性は変わらないが、ゴムの補強に関しては、平均粒径が小さな方が望ましい。ゴムの補強効果を考えると、望ましくは1〜20μmである。
ガラス充填剤及び真球状無孔質シリカは、フッ素ゴム１００部に対して、ガラス充填剤及び真球状無孔質シリカ１部から１００部を配合するのがよいが、望ましくはフッ素ゴム１００部に対して１０〜８０部、さらに望ましくは２０〜６０部配合するのがよい。
【００１９】
３)その他の配合成分
各試料の成形用ゴム組成物は、上記の他、下記の表１に示すように加硫成形に必要な加硫剤、共架橋剤など一般的なゴム薬品を配合した。
【００２０】
４)ゴムの配合
全てのゴム配合はミキシングロールを使用して混練りを行った。
使用機器：６インチミキシングロール
下記の表１のベースゴム及び配合薬品を秤量した。その後、ベースゴムをロールに巻きつけ、素練りを５分行った。素練り後、加硫剤及び架橋剤以外の配合薬品（充填剤や加工助剤等）を数回に分けて投入し、数度の切り返しを行い配合薬品が分散するのを確認した(１５分)。最後に、加硫剤及び架橋剤を数回に分けて投入し、配合薬品が分散するのを確認した。その後、５回薄通しを行い、ゴムの厚みが、３mmになるようにロール間隔を調整し分出しを行った。
【００２１】
５)シール材の成形方法
下記の表１の成分を含んだフッ素ゴム組成物を2g秤量し、金型内に充填して70tプレス装置にて170℃、20分間、ゲージ圧力15MPaで加熱加圧成形して、寸法(AS-568-214):線径3.53mm、内径24.99mm)のＯリングに成形した。
【００２２】
６)評価試験方法
試作例
(ａ)硬度試験の方法
JIS K6253に準拠し、JIS3号ダンベルを3枚重ねにして、デュロメータ―タイプＡ硬さ試験機で測定した。判定基準は、60〜95の範囲にあることとした。
【００２３】
（ｂ）引張強さ及び伸び試験の方法
JIS K6251に準拠し、JIS3号ダンベルを引張試験装置にて規定速度で切断まで引っ張り、引張強さ及び伸びを測定した。判定基準は、引張り強さを10MPa以上、伸びは100%以上とした。
【００２４】
（ｃ）圧縮永久歪み試験の方法
JIS K6262に準拠し、φ29×12.5ｈディスクを一定の圧縮割合(圧縮率25%)で圧縮し規定の温度(200℃)で規定時間（70時間）放置後、ひずみを取り除き規定時間後に試験片の厚さを測定した。判定基準は、40%以下とした。
【００２５】
（ｄ）着香性の評価
着香性の評価、対象物となる飲料(果汁ジュース)100mlに試料(試料寸法:縦50mm、横
20mm、厚さ2mm)を常温で24時間浸せきし、イオン交換水、80℃の水酸化ナトリウム水溶液(3%)、イオン交換水、80℃の硝酸水溶液(3%)、イオン交換水の順番で洗浄し、試料を取り出す。その後、第１段階の評価として被験者5名に試料のニオイをかがせて５段階で着香の度合いを評価した(EPDMを5、フッ素樹脂を0)。
第２段階の評価として、第１段階の試料を100m1のイオン交換水に浸せきし、20分間煮沸する。その後、冷却し室温になってから被験者５名にイオン交換水のニオイをかがせて５段階で着香の度合いを評価した(EPDMを5、フッ素樹脂をO)。これらの点数を平均して総合的に評価を行った。判定基準は、第１段階、第２段階ともに２未満であることとした。
【００２６】
（ｅ）成形性の評価方法
成形性は、シート及びＯリングを成形し、その流動性、離型性、成形品の状態から官能的に判断した。評価は、成形性が「良好」、「普通」、「悪い」、の三段階で評価した。判定基準は、成形性が「良好」、「普通」を合格とした。
【００２７】
７)試作実施例の結果の説明
以下、本発明の効果について、実験例を用いて説明する。
【実施例１】
【００２８】
フッ素ゴムに真球状無孔質シリカ(非晶質二酸化ケイ素)充填剤を入れたものである。充填剤量が少ない為、補強効果があまり見られないが、判定基準は満足している。着香性においても良好である。
【実施例２】
【００２９】
実施例1の真球状無孔質シリカ(非晶質二酸化ケイ素)充填剤の量を40重量部に増やしたものである。補強効果もあり、物性的にも良好なものとなっている。圧縮永久歪、着香性ともに優れたものになっている。
【実施例３】
【００３０】
実施例１の真球状無孔質シリカ(非晶質二酸化ケイ素)充填剤の量を100重量部に増やしたものである。実施例1よりもさらに大きな補強効果が見られるが、伸びが大きく減少しており、合格ラインぎりぎりであるが、その他の物性は全て合格範囲内である。圧縮永久歪、着香性ともに優れたものになっている。
【実施例４】
【００３１】
フッ素ゴムにA1203-CaO-Si02系ガラス充填剤を入れたものである。補強効果もあり、物性的にも良好なものとなっている。圧縮永久歪、着香性ともに優れたものになっている。
（比較例１）
【００３２】
実施例１に充填剤を何も入れない配合である。強度が合格ラインに達しておらず、また着香性も合格ラインに達していない。この配合より、充填剤の効果が確認できる。
（比較例２）
【００３３】
実施例１の真球状無孔質シリカ(非晶質二酸化ケイ素)充填剤の量を110重量部に増やしたものである。伸びが100%以下になり合格ラインを満たしておらず、シール材としては不向きな材料となった。
（比較例３）
【００３４】
実施例２のガラス充填剤の粒径が平均粒径57.5μmのものに変更した。強度及び圧縮永久歪が合格ラインに達せず、シール材として不向きなものとなった。これより、充填剤の平均粒径がこれより大きくなると物性低下が大きくなると予想される。
（比較例４）
【００３５】
EPDMの標準配合で着香性の評価を行った。その結果、第１段階、第２段階ともに５であり、目標値とは程遠い結果となった。
（比較例５）
【００３６】
ガラスおよびシリカ充填剤の代わりに活性炭を配合し、着香性の評価を行った。第１段階は３、第２段階は５でありガラスおよびシリカ充填剤とは程遠い結果となった。特に第２段階は５であり、吸着されたニオイ成分が放出されたものと考えられる。
【００３７】
【表１】
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