シール部材及びその製造方法
【課題】
耐熱性、耐薬品性及び低温特性に優れたシール部材及びその製造方法を提供する。
【解決手段】
本発明にかかるシール部材は、パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）に平均直径が０．４ｎｍ〜２３０ｎｍのカーボンナノファイバーが分散した炭素繊維複合材料５０を成形したシール部材である。パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）は、ＪＩＳ Ｋ６２６１に準じた低温弾性回復試験（ＴＲ試験）におけるＴＲ−１０値が−１０℃以下である。炭素繊維複合材料５０の架橋体は、動的粘弾性試験における損失正接（ｔａｎδ）のピークの温度が−１５℃以下である。
耐熱性、耐薬品性及び低温特性に優れたシール部材及びその製造方法を提供する。
【解決手段】
本発明にかかるシール部材は、パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）に平均直径が０．４ｎｍ〜２３０ｎｍのカーボンナノファイバーが分散した炭素繊維複合材料５０を成形したシール部材である。パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）は、ＪＩＳ Ｋ６２６１に準じた低温弾性回復試験（ＴＲ試験）におけるＴＲ−１０値が−１０℃以下である。炭素繊維複合材料５０の架橋体は、動的粘弾性試験における損失正接（ｔａｎδ）のピークの温度が−１５℃以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノファイバーを用いたシール部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者他が先に提案した炭素繊維複合材料の製造方法によれば、エラストマーを用いることで、これまで困難とされていたカーボンナノファイバーの分散性を改善し、エラストマーにカーボンナノファイバーを均一に分散させることができた（例えば、特許文献１参照）。このような炭素繊維複合材料の製造方法によれば、エラストマーとカーボンナノファイバーを混練し、剪断力によって凝集性の強いカーボンナノファイバーの分散性を向上させている。より具体的には、エラストマーとカーボンナノファイバーとを混合すると、粘性を有するエラストマーがカーボンナノファイバーの相互に侵入し、かつ、エラストマーの特定の部分が化学的相互作用によってカーボンナノファイバーの活性の高い部分と結合し、この状態で、分子長が適度に長く、分子運動性の高い(弾性を有する)エラストマーとカーボンナノファイバーとの混合物に強い剪断力が作用すると、エラストマーの変形に伴ってカーボンナノファイバーも移動し、さらに剪断後の弾性によるエラストマーの復元力によって、凝集していたカーボンナノファイバーが分離されて、エラストマー中に分散していた。このように、マトリックスへのカーボンナノファイバーの分散性を向上させることで、高価なカーボンナノファイバーを効率よく複合材料のフィラーとして用いることができるようになった。
【０００３】
また、本発明者他は、３元系の含フッ素エラストマーに平均直径が３０ｎｍを超え２００ｎｍ以下の気相成長炭素繊維と、平均粒径が２５ｎｍ〜５００ｎｍのカーボンブラックを配合することで、耐熱性に優れたシール材を提案した（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
しかしながら、シール部材が高温にさらされる用途においては、シール部材に対しさらに耐薬品性の向上が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−９７５２５号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ／２００９／１２５５０３Ａ１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、耐熱性、耐薬品性及び低温特性に優れたシール部材及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかるシール部材は、
パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）に平均直径が０．４ｎｍ〜２３０ｎｍのカーボンナノファイバーが分散した炭素繊維複合材料を成形したシール部材であって、
前記パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）は、ＪＩＳ Ｋ６２６１に準じた低温弾性回復試験（ＴＲ試験）におけるＴＲ−１０値が−１０℃以下であり、
前記炭素繊維複合材料の架橋体は、動的粘弾性試験における損失正接（ｔａｎδ）のピークの温度が−１５℃以下であることを特徴とする。
【０００８】
本発明にかかるシール部材によれば、パーフルオロエラストマーにカーボンナノファイバーを分散した炭素繊維複合材料を用いることで耐熱性及び耐薬品性に優れることができる。しかも、ＴＲ−１０値が−１０℃以下のパーフルオロエラストマーを用いることで、低温特性にも優れることができる。
【０００９】
本発明にかかるシール部材において、
前記炭素繊維複合材料は、パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）１００質量部に対してカーボンナノファイバー７質量部以上３５質量部以下と平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍのカーボンブラック０質量部以上５０質量部以下とが配合され、
前記炭素繊維複合材料の架橋体は、２００℃、最大引張応力２Ｎ／ｍｍ、周波数１Ｈｚの引裂き疲労試験における破断回数が１０，０００回以上であることができる。
【００１０】
本発明にかかるシール部材において、
前記シール部材は、油田装置に用いることができる。
【００１１】
本発明にかかるシール部材において、
前記油田装置は、坑井内において検層を行う検層装置であることができる。
【００１２】
本発明にかかるシール部材において、
前記シール部材は、前記油田装置内に配置された無端状のシール部材であることができる。
【００１３】
本発明にかかるシール部材において、
前記シール部材は、前記油田装置内に配置された流体駆動モータのステータであることができる。
【００１４】
本発明にかかるシール部材において、
前記流体駆動モータはマッドモータであることができる。
【００１５】
本発明にかかるシール部材において、
前記シール部材は、前記油田装置内に配置された流体駆動モータのロータであることができる。
【００１６】
本発明にかかるシール部材において、
前記流体駆動モータはマッドモータであることができる。
【００１７】
本発明にかかるシール部材の製造方法は、
パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）に、平均直径が０．４ｎｍ〜２３０ｎｍのカーボンナノファイバーを混合した後、ロール間隔が０．５ｍｍ以下のオープンロールを用いて、０℃ないし５０℃で薄通しを行って炭素繊維複合材料を得る工程と、
前記炭素繊維複合材料を成形してシール部材を得る工程と、
を含み、
前記パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）は、ＪＩＳ Ｋ６２６１に準じた低温弾性回復試験（ＴＲ試験）におけるＴＲ−１０値が−１０℃以下であり、
前記炭素繊維複合材料の架橋体は、動的粘弾性試験における損失正接（ｔａｎδ）のピークの温度が−１５℃以下であることを特徴とする。
【００１８】
本発明にかかるシール部材の製造方法によれば、パーフルオロエラストマーにカーボンナノファイバーを分散した炭素繊維複合材料を用いることで耐熱性及び耐薬品性に優れたシール部材を成形することができる。しかも、ＴＲ−１０値が−１０℃以下のパーフルオロエラストマーを用いることで、低温特性にも優れたシール部材を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】炭素繊維複合材料の製造方法を模式的に示す図である。
【図２】炭素繊維複合材料の製造方法を模式的に示す図である。
【図３】炭素繊維複合材料の製造方法を模式的に示す図である。
【図４】シール部材の引裂き疲労試験を模式的に示す図である。
【図５】ダウンホール装置の使用状態を説明する模式図である。
【図６】ダウンホール装置の一部を示す模式図である。
【図７】ダウンホール装置の圧力容器の連結部分を示す縦断面図である。
【図８】ダウンホール装置用のＯリングの他の一使用形態を示す縦断面図である。
【図９】ダウンホール装置用のＯリングの他の一使用形態を示す縦断面図である。
【図１０】地下用途の検層装置を模式的に示す断面図である。
【図１１】図１０の検層装置を模式的に示す部分断面図である。
【図１２】図１１の検層装置のマッドモータを模式的に示すＸ−Ｘ’断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
本発明の一実施の形態にかかるシール部材は、パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）に平均直径が０．４ｎｍ〜２３０ｎｍのカーボンナノファイバーが分散した炭素繊維複合材料を成形したシール部材であって、パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）は、ＪＩＳ Ｋ６２６１に準じた低温弾性回復試験（ＴＲ試験）におけるＴＲ−１０値が−１０℃以下であり、炭素繊維複合材料の架橋体は、動的粘弾性試験における損失正接（ｔａｎδ）のピークの温度が−１５℃以下であることを特徴とする。
【００２２】
シール部材に用いるパーフルオロエラストマーは、いわゆるＦＦＫＭであって、主鎖炭素（Ｃ）−炭素（Ｃ）結合を構成する炭素原子に結合している水素原子（Ｈ）が完全にフッ素化されているフッ素ゴムである。一般的に、パーフルオロエラストマーは耐熱性と耐薬品性に優れているが、低温特性に劣っており、例えばＪＩＳ Ｋ６２６１に準じた低温弾性回復試験（ＴＲ試験）におけるＴＲ−１０値が通常０℃付近である。これに対し、本実施の形態に用いるパーフルオロエラストマーは、低温特性に優れ、ＪＩＳ Ｋ６２６１に準じた低温弾性回復試験（ＴＲ試験）におけるＴＲ−１０値が−１０℃以下であり、さらにＴＲ−１０値が−１５℃以下であることができ、特にＴＲ−１０値が−２０℃以下であることができる。このように、低温特性に優れたパーフルオロエラストマーを用いることにより、耐薬品に優れかつ低温環境から高温環境まで幅広い温度領域で使用できるシール部材とすることができる。このような低温特性に優れたパーフルオロエラストマーとしては、例えば、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）／パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＡＶＥ）系共重合体などを挙げることができ、ここで用いることができるパーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＡＶＥ）としては、例えば、パーフルオロメトキシビニルエーテル（ＰＭＯＶＥ）、パーフルオロメチルビニルエーテル（ＰＭＶＥ）、パーフルオロエチルビニルエーテル（ＰＥＶＥ）、パーフルオロプロピルビニルエーテル（ＰＰＶＥ）およびその他の同様の化合物を挙げることができる。
【００２３】
シール部材に用いるカーボンナノファイバーは、平均直径（繊維径）が０．４ｎｍ〜２３０ｎｍである。さらに、シール部材に用いるカーボンナノファイバーは、平均直径（繊維径）が９ｎｍ〜１１０ｎｍであることができ、特に９ｎｍ〜２０ｎｍまたは６０ｎｍ〜１１０ｎｍであることができる。カーボンナノファイバーは、その平均直径が比較的細いため、比表面積が大きく、マトリックスであるパーフルオロエラストマーとの表面反応性が向上し、パーフルオロエラストマー中におけるカーボンナノファイバーの分散不良を改善しやすい傾向がある。平均直径（繊維径）が０．４ｎｍ〜２３０ｎｍであるカーボンナノファイバーを用いることで、パーフルオロエラストマーを補強することができる。カーボンナノファイバーによって形成される微小セル構造は、カーボンナノファイバーが３次元に張り巡らされた網目構造によってマトリックス材料を囲むように形成されることができる。これまでの研究結果から１つのセルの最大径はおおよそカーボンナノファイバーの平均直径の２倍〜１０倍程度になることが判っている。カーボンナノファイバーの平均直径は、電子顕微鏡による観察によって計測することができる。カーボンナノファイバーは、その表面におけるパーフルオロエラストマーとの反応性を向上させるために、酸化処理することもできる。なお、本発明の詳細な説明においてカーボンナノファイバーの平均直径及び平均長さは、電子顕微鏡による例えば５，０００倍の撮像（カーボンナノファイバーのサイズによって適宜倍率は変更できる）から２００箇所以上の直径及び長さを計測し、その算術平均値として計算して得ることができる。
【００２４】
炭素繊維複合材料におけるカーボンナノファイバーの配合量は、所望の特性に応じて適宜配合することができる。炭素繊維複合材料の架橋体が優れた耐摩耗特性として、例えば、２００℃、最大引張応力２Ｎ／ｍｍ、周波数１Ｈｚの引裂き疲労試験における破断回数が１０，０００回以上であるためには、炭素繊維複合材料においてパーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）１００質量部に対してカーボンナノファイバー７質量部以上３５質量部以下と平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍのカーボンブラック０質量部以上５０質量部以下とが配合することができる。なお、引裂き疲労試験は、後述するように、炭素繊維複合材料の耐摩耗特性を評価することに採用できる。カーボンブラックの配合量は、カーボンナノファイバーの平均直径や配合量に応じて調整することができる。炭素繊維複合材料の優れた上記耐摩耗特性を得るためには、例えば、パーフルオロエラストマー１００質量部に対し、平均直径が９ｎｍ〜２０ｎｍのカーボンナノファイバーを１０質量部以上〜２５質量部以下と平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍのカーボンブラック０質量部以上５０質量部以下とを配合することができ、平均直径が９ｎｍ〜２０ｎｍのカーボンナノファイバーを７質量部以上１０質量部未満配合する場合であれば平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍのカーボンブラックを４０質量部〜５０質量部をさらに配合することができる。また、炭素繊維複合材料の優れた上記耐摩耗特性を得るためには、例えば、パーフルオロエラストマー１００質量部に対し、平均直径が６０ｎｍ〜１１０ｎｍのカーボンナノファイバー１５質量部以上３５質量部以下と、平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍのカーボンブラック１５質量部以上５０質量部以下と、を配合することができる。カーボンナノファイバーとして、特に平均直径が９ｎｍ〜２０ｎｍのカーボンナノファイバーを用いた場合には比較的少量であっても耐摩耗特性が向上する傾向があり、また、１０質量部未満の配合量であれば、他の補強剤、例えば平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍのカーボンブラックを比較的大量に配合することによって耐摩耗特性を向上することができる。平均直径が６０ｎｍ〜１１０ｎｍのカーボンナノファイバーを用いた場合には、他の補強材、例えば平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍのカーボンブラックを配合することによって耐摩耗特性を向上することができる。ここで、「質量部」は、特に指定しない限り「ｐｈｒ」を示し、「ｐｈｒ」は、ｐａｒｔｓ ｐｅｒ ｈｕｎｄｒｅｄ ｏｆ ｒｅｓｉｎ ｏｒ ｒｕｂｂｅｒの省略形であって、ゴム等に対する添加剤等の外掛百分率を表すものである。
【００２５】
カーボンナノファイバーは、炭素六角網面のグラファイトの１枚面（グラフェンシート）を巻いて筒状にした形状を有するいわゆる多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ：マルチウォールカーボンナノチューブ）であり、平均直径が９ｎｍ〜２０ｎｍのカーボンナノファイバーとしては、例えばバイエルマテリアルサイエンス社のバイチューブ（Ｂａｙｔｕｂｅｓ）Ｃ１５０Ｐ及びＣ７０Ｐ並びにナノシル（Ｎａｎｏｃｙｌ）社のＮＣ−７０００などを挙げることができ、平均直径が６０ｎｍ〜１１０ｎｍのカーボンナノファイバーとしては、例えば保土谷化学工業社のＮＴ−７などを挙げることができる。また、部分的にカーボンナノチューブの構造を有する炭素材料も使用することができる。なお、カーボンナノチューブという名称の他にグラファイトフィブリルナノチューブ、気相成長炭素繊維といった名称で称されることもある。
【００２６】
カーボンナノファイバーは、気相成長法によって得ることができる。気相成長法は、触媒気相合成法（Catalytic Chemical Vapor Deposition：ＣＣＶＤ）とも呼ばれ、炭化水素等のガスを金属系触媒の存在下で気相熱分解させて未処理の第１のカーボンナノファイバーを製造する方法である。より詳細に気相成長法を説明すると、例えば、ベンゼン、トルエン等の有機化合物を原料とし、フェロセン、ニッケルセン等の有機遷移金属化合物を金属系触媒として用い、これらをキャリアーガスとともに高温例えば４００℃〜１０００℃の反応温度に設定された反応炉に導入し、浮遊状態あるいは反応炉壁に第１のカーボンナノファイバーを生成させる浮遊流動反応法（Floating Reaction Method）や、あらかじめアルミナ、酸化マグネシウム等のセラミックス上に担持された金属含有粒子を炭素含有化合物と高温で接触させてカーボンナノファイバーを基板上に生成させる触媒担持反応法（Substrate Reaction Method）等を用いることができる。平均直径が９ｎｍ〜２０ｎｍのカーボンナノファイバーは触媒担持反応法によって得ることができ、平均直径が６０ｎｍ〜１１０ｎｍのカーボンナノファイバーは浮遊流動反応法によって得ることができる。カーボンナノファイバーの直径は、例えば金属含有粒子の大きさや反応時間などで調節することができる。平均直径が９ｎｍ〜２０ｎｍのカーボンナノファイバーは、窒素吸着比表面積が１０ｍ２／ｇ〜５００ｍ２／ｇであることができ、さらに１００ｍ２／ｇ〜３５０ｍ２／ｇであることができ、特に、１５０ｍ２／ｇ〜３００ｍ２／ｇであることができる。
【００２７】
カーボンブラックを用いる場合には、種々の原料を用いた種々のグレードのカーボンブラックを用いることができる。カーボンブラックは、平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍであることができ、さらに平均粒径が１０ｎｍ〜２５０ｎｍであることができ、特に平均粒径が４０ｎｍ〜２３０ｎｍであることができる。カーボンブラックの平均粒径は、基本構成粒子の算術平均粒径である。このようなカーボンブラックとしては、例えば、ＳＡＦ，ＩＳＡＦ，ＨＡＦ，ＳＲＦ，Ｔ，ＧＰＦ，ＦＴ，ＭＴなどの補強用カーボンブラックなどを用いることができる。
【００２８】
シール部材は炭素繊維複合材料を成形して架橋して得られるが、炭素繊維複合材料の架橋体は動的粘弾性試験における損失正接（ｔａｎδ）のピークの温度が−１５℃以下である。炭素繊維複合材料の架橋体の損失正接（ｔａｎδ）のピークはエラストマーのガラス転移点（Ｔｇ）付近の領域であって、このピークよりも低温の領域では炭素繊維複合材料が硬くなりすぎてクッション性を失うので、炭素繊維複合材料としての使用限界温度であって、使用最低温度ということができる。一般にパーフルオロエラストマーはフッ素ゴム（ＦＫＭ）よりも耐薬品性には優れているものの耐寒性に劣るが、本実施の形態におけるパーフルオロエラストマーはＴＲ−１０値が−１０℃以下であり、したがって、炭素繊維複合材料の架橋体は耐寒性、耐熱性及び耐薬品性に優れる性能を有することができる。損失正接（ｔａｎδ）は、ＪＩＳ Ｋ６３９４に基づいて動的粘弾性試験を行い、動的貯蔵弾性率（Ｅ’、単位はｄｙｎ／ｃｍ２）と動的損失弾性率（Ｅ’’、単位はｄｙｎ／ｃｍ２）とを求め、損失正接（ｔａｎδ＝Ｅ’’／Ｅ’）を計算して得ることができる。損失正接（ｔａｎδ）のピーク温度は、こうして計算して得られた損失正接（ｔａｎδ）曲線におけるピーク値が表れる温度である。
【００２９】
シール部材の製造方法
本発明の一実施の形態にかかるシール部材の製造方法は、パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）に、平均直径が０．４ｎｍ〜２３０ｎｍのカーボンナノファイバーを混合した後、ロール間隔が０．５ｍｍ以下のオープンロールを用いて、０℃ないし５０℃で薄通しを行って炭素繊維複合材料を得る工程と、炭素繊維複合材料を成形してシール部材を得る工程と、を含み、パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）は、ＪＩＳ Ｋ６２６１に準じた低温弾性回復試験（ＴＲ試験）におけるＴＲ−１０値が−１０℃以下であり、炭素繊維複合材料の架橋体は、動的粘弾性試験における損失正接（ｔａｎδ）のピークの温度が−１５℃以下であることを特徴とする。シール部材の製造方法について図１〜図３を用いて詳細に説明する。
【００３０】
図１〜図３は、本発明の一実施形態にかかるオープンロール法によるシール部材の製造方法を模式的に示す図である。
図１〜図３に示すように、２本ロールのオープンロール２における第１のロール１０と第２のロール２０とは、所定の間隔ｄ、例えば０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの間隔で配置され、図１〜図３において矢印で示す方向に回転速度Ｖ１，Ｖ２で正転あるいは逆転で回転する。まず、図１に示すように、第１のロール１０に巻き付けられたパーフルオロエラストマー３０の素練りを行ない、パーフルオロエラストマー分子鎖を適度に切断してフリーラジカルを生成する。素練りによって生成されたパーフルオロエラストマーのフリーラジカルがカーボンナノファイバーと結びつきやすい状態となる。
【００３１】
次に、図２に示すように、第１のロール１０に巻き付けられたパーフルオロエラストマー３０のバンク３４に、カーボンナノファイバー８０及び必要に応じて図示していない充填剤を投入し、混練する。この混練におけるパーフルオロエラストマー３０の温度は、例えば０℃〜５０℃であることができ、さらに１０℃〜２０℃であることができる。パーフルオロエラストマー３０とカーボンナノファイバー８０とを混合する工程は、オープンロール法に限定されず、例えば密閉式混練法あるいは多軸押出し混練法を用いることもできる。
【００３２】
さらに、図３に示すように、第１のロール１０と第２のロール２０とのロール間隔ｄを、例えば０．５ｍｍ以下、より好ましくは０〜０．５ｍｍの間隔に設定し、混合物３６をオープンロール２に投入して薄通しを行なう。薄通しの回数は、例えば１回〜１０回程度行なうことができる。第１のロール１０の表面速度をＶ１、第２のロール２０の表面速度をＶ２とすると、薄通しにおける両者の表面速度比（Ｖ１／Ｖ２）は、１．０５〜３．００であることができ、さらに１．０５〜１．２であることが好ましい。このような表面速度比を用いることにより、所望の剪断力を得ることができる。このように狭いロール間から押し出された炭素繊維複合材料５０は、パーフルオロエラストマーの弾性による復元力で図３のように大きく変形し、その際にパーフルオロエラストマーと共にカーボンナノファイバーが大きく移動する。薄通しして得られた炭素繊維複合材料５０は、ロールで圧延されて所定厚さのシート状に分出しされる。この薄通しの工程では、できるだけ高い剪断力を得るために、ロール温度を例えば０〜５０℃、より好ましくは５〜３０℃の比較的低い温度に設定して行われ、パーフルオロエラストマーの実測温度も０〜５０℃に調整されることができる。このようにして得られた剪断力により、パーフルオロエラストマーに高い剪断力が作用し、凝集していたカーボンナノファイバーがパーフルオロエラストマー分子に１本ずつ引き抜かれるように相互に分離し、パーフルオロエラストマー中に分散される。特に、パーフルオロエラストマーは、弾性と、粘性と、カーボンナノファイバーとの化学的相互作用と、を有するため、カーボンナノファイバーを容易に分散することができる。そして、カーボンナノファイバーの分散性および分散安定性（カーボンナノファイバーが再凝集しにくいこと）に優れた炭素繊維複合材料５０を得ることができる。
【００３３】
より具体的には、オープンロールでパーフルオロエラストマーとカーボンナノファイバーとを混合すると、粘性を有するパーフルオロエラストマーがカーボンナノファイバーの相互に侵入し、かつ、パーフルオロエラストマーの特定の部分が化学的相互作用によってカーボンナノファイバーの活性の高い部分と結合する。カーボンナノファイバーの表面の活性が適度に高いと、特にパーフルオロエラストマー分子と結合し易くなることができる。次に、パーフルオロエラストマーに強い剪断力が作用すると、パーフルオロエラストマー分子の移動に伴ってカーボンナノファイバーも移動し、さらに剪断後の弾性によるパーフルオロエラストマーの復元力によって、凝集していたカーボンナノファイバーが分離されて、パーフルオロエラストマー中に分散されることになる。本実施の形態によれば、炭素繊維複合材料が狭いロール間から押し出された際に、パーフルオロエラストマーの弾性による復元力で炭素繊維複合材料はロール間隔より厚く変形する。その変形は、強い剪断力の作用した炭素繊維複合材料をさらに複雑に流動させ、カーボンナノファイバーをパーフルオロエラストマー中に分散させると推測できる。そして、一旦分散したカーボンナノファイバーは、パーフルオロエラストマーとの化学的相互作用によって再凝集することが防止され、良好な分散安定性を有することができる。
【００３４】
パーフルオロエラストマーにカーボンナノファイバーを剪断力によって分散させる工程は、前記オープンロール法に限定されず、密閉式混練法あるいは多軸押出し混練法を用いることもできる。要するに、この工程では、凝集したカーボンナノファイバーを分離できる剪断力をパーフルオロエラストマーに与えることができればよい。特に、オープンロール法は、ロール温度の管理だけでなく、混合物の実際の温度を測定し管理することができるため、好ましい。パーフルオロエラストマーとカーボンナノチューブとの混合前、混合中、あるいは薄通し後の分出しされた炭素繊維複合材料に、架橋剤を混合することができ、架橋して架橋体の炭素繊維複合材料とすることができる。パーフルオロエラストマーの架橋は、例えば、耐熱性に優れたパーオキサイド加硫を用いることができる。
【００３５】
シール部材は、炭素繊維複合材料を一般に採用されるゴムの成形加工例えば、射出成形法、トランスファー成形法、プレス成形法、押出成形法、カレンダー加工法などによって所望の形状例えば無端状に成形することで得ることができる。シール部材は、架橋された炭素繊維複合材料からなることができる。
【００３６】
本実施の形態にかかる炭素繊維複合材料の製造方法において、通常、パーフルオロエラストマーの加工で用いられる配合剤を加えることができる。配合剤としては公知のものを用いることができる。配合剤としては、例えば、架橋剤、加硫剤、軟化剤、可塑剤、補強剤、充填剤、着色剤などを挙げることができる。これらの配合剤は、混合の過程の適切な時期にパーフルオロエラストマーに投入することができる。架橋剤としては、パーオキサイドを用いることができ、例えばカーボンナノファイバーをパーフルオロエラストマーへ混合する前、カーボンナノファイバーと一緒、あるいはカーボンナノファイバーとパーフルオロエラストマーを混合した後に投入することができ、例えばスコーチ防止のために架橋剤は薄通し後の未架橋の炭素繊維複合材料に配合することができる。
【００３７】
このように成形されたシール部材は、パーフルオロエラストマーをカーボンナノファイバーによって補強することによって、高温における物性に優れ、しかも耐摩耗性に優れることができる。そのため、シール部材は、静的シール部材及び動的シール部材のどちらにも使用することができる。シール部材は、公知の形態を有することができ、例えば無端状であることができ、いわゆるＯリングや、断面形状が矩形の角シール、断面形状がＤ字状のいわゆるＤリング、断面形状がＸ字状のいわゆるＸリング、断面形状がＥ字状のいわゆるＥリング、断面形状がＶ字状のいわゆるＶリング、断面形状がＵ字状のＵリング、断面形状がＬ字状のＬリングなどを採用することができる。また、シール部材は、例えばマッドモータなどの流体駆動用モータのステータまたはロータとすることができる。
【００３８】
図４は、本発明の一実施形態にかかるシール部材の引裂き疲労試験を模式的に示す図である。
図４に示すように、本実施の形態におけるシール部材の引裂き疲労試験は、架橋体の炭素繊維複合材料を長さ１０ｍｍ×幅４ｍｍ×厚さ１ｍｍの短冊状の試験片１００に打ち抜き、その試験片１００の長辺１０２の中心から幅方向へ深さ１ｍｍの切込み１０６を入れ、試験片１００の両端の短辺１０４，１０４付近をチャック１１０，１１０にて保持して、２００℃の大気雰囲気中、周波数１Ｈｚの条件で図４の矢印Ｔ方向に繰り返し引張荷重（０Ｎ／ｍｍ〜２Ｎ／ｍｍ）をかけ、破断するかあるいは２０万回までの繰り返し回数（引裂き疲労寿命）を測定することができる。試験片１００の切込み１０６は、カミソリ刃によって１ｍｍの深さに切込むことで形成することができる。ゴム組成物の耐摩耗性試験は、これまでも幾つかの測定方法が提案されていたが、このような引裂き疲労試験によって耐摩耗性の評価を行うことができると考えられる。ゴム組成物が摩擦によって摩耗する現象は、被接触面にゴム組成物が引きちぎられるようにして起こると考えられるので、試験片に切込み１０６を入れて引裂き疲労試験を行い、破断するまでの回数が多ければシール部材の耐摩耗性が良好であると推測できる。また、シール部材の高圧における耐摩耗特性の指標として、上記引裂き疲労寿命（第１の回数）に対する、引張荷重を０Ｎ／ｍｍ〜２．５Ｎ／ｍｍに上げる他は同様に引裂き疲労試験を行って得られる引裂き疲労寿命（第２の回数）の比（第２の回数／第１の回数）を計測することができる。この疲労寿命の比が１に近いほど高圧における耐摩耗特性に優れていると推測でき、疲労寿命は例えば０．５〜１．０であることができ、さらに０．６〜１．０であることができる。
【００３９】
また、カーボンナノファイバーの周囲には、パーフルオロエラストマーの一部が混練中に分子鎖切断され、それによって生成されたフリーラジカルがカーボンナノファイバーの表面をアタックして吸着したパーフルオロエラストマー分子の凝集体と考えられる界面相が形成される。界面相は、例えばエラストマーとカーボンブラックとを混練した際にカーボンブラックの周囲に形成されるバウンドラバーに類似するものと考えられる。このような界面相は、カーボンナノファイバーを被覆して保護し、また、カーボンナノファイバーを所定量以上配合することで界面相同士が連鎖した界面相に囲まれてナノメートルサイズに分割されたパーフルオロエラストマーの小さなセルを形成すると推定される。このような小さなセルが炭素繊維複合材料の全体にほぼ均質に形成されることで、単に２つの材料を複合したことによる効果を超えた効果を期待することができる。
【００４０】
さらに、本発明の一実施形態によれば、シール材は、過酷な条件を備えた油田用途に使用可能である。上述のように、このシール材は、優れた耐熱性、耐薬品性及び低温特性を有しているからである。以下に、油田用途を詳述する。
【００４１】
油田用途
油田用途のシール部材は、例えば、油田装置（Ｏｉｌｆｉｅｌｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ）に用いることができる。油田装置のシール部材は、静的シール部材及び動的シール部材に用いることができ、例えば、検層装置（ｌｏｇｇｉｎｇ ｔｏｏｌ）やモータのような回転機械やピストンのような往復動機械などに用いる場合には動的シール部材において高い効果を得ることができる。油田装置の代表的な実施形態について以下に説明する。
【００４２】
図５〜図１２を用いて、検層装置に用いられる本発明の一実施形態のシール部材について説明する。図５は、ダウンホール装置の使用状態を説明する模式図である。図６は、ダウンホール装置の一部を示す模式図である。図７は、ダウンホール装置の圧力容器の連結部分を示す縦断面図である。図８は、ダウンホール装置用のＯリングの他の一使用形態を示す縦断面図である。図９は、ダウンホール装置用のＯリングの他の一使用形態を示す縦断面図である。図１０は、本発明の一実施形態にかかる地下用途の検層装置を模式的に示す断面図である。図１１は、本発明の一実施形態にかかる図１０の検層装置を模式的に示す部分断面図である。図１２は、図１１の検層装置のマッドモータを模式的に示すＸ−Ｘ’断面図である。
【００４３】
検層装置は、例えば掘削された坑井（ｂｏｒｅｈｏｌｅ）内及び坑井周辺の地層、油層などの物理的特性や坑井あるいはケーシングの幾何学的特性（孔径、方位、傾斜等）、油層の流れの挙動などを深度毎に記録するための装置であって、例えば油田（ｏｉｌｆｉｅｌｄ）において用いることができる。油田用途の検層装置としては、例えば、図５に示す海底（ｓｕｂｓｅａ）用途と、図１０に示す地下（ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ）用途と、を挙げることができる。検層装置には、ワイヤーライン検層（Ｗｉｒｅｌｉｎｅ ｌｏｇ／ｌｏｇｇｉｎｇ）や泥水検層（Ｍｕｄ ｌｏｇｇｉｎｇ）などがあり、測定機器が掘削編成に装備されている掘削同時検層(ＬＷＤ：Ｌｏｇｇｉｎｇ Ｗｈｉｌｅ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ)や掘削同時測定（ＭＷＤ：Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｗｈｉｌｅ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ）などがある。これらの検層装置は、地中の深い位置で作業するため、周囲環境はシール部材にとって苛酷になり、高温特に１７５℃以上にさらされた状態で摩擦に耐えて液密状態を保たなければならない場合があり、ＨＮＢＲの複合材よりも高い耐熱性が要求されることがある。
【００４４】
図５に示すように、地下資源の探査は、例えば海５２に浮くプラットホーム５１から海底５４に設けられた縦穴や横穴などで構成される井戸５６内にダウンホール装置６０を進入させ、地中の地質構造などを探査し、目標物質である例えば石油の有無を探査する。ダウンホール装置６０は、例えばプラットホーム５１から延びる長いロッドの先端に固定され、図６に示すような複数の圧力容器６２ａ、６２ｂを有し、さらにその先端に図示しないドリルビットを有してもよい。圧力容器６２ａ、６２ｂは、その両端の連結部６４ａ、６４ｂ、６４ｃで隣接する圧力容器と液密にシールして連結している。圧力容器６２ａ、６２ｂの内部には、例えば音波検層システムなどの電子機器６３ａ，６３ｂが封入され、地中の地質構造などを探査することが可能である。
【００４５】
図７に示すように、圧力容器６２ａの端部６６ａは、圧力容器６２ｂの端部６６ｂの内径よりも多少小さな外径を有する円筒状であり、端部６６ａの外周に設けられた無端状溝６８ａに無端状シール部材例えばＯリング７０がはめ込まれている。Ｏリング７０は、耐熱シール材を用いて形成されかつ外形が連続する円形の無端状シール部材であって、横断面が円形である。圧力容器６２ａの端部６６ａが圧力容器６２ｂの端部６６ｂの内側に入り込み、Ｏリング７０を偏平に押しつぶして組み付けられることによって圧力容器６２ａ、６２ｂの連結部６４ｂは液密にシールされている。ダウンホール装置６０は、地中深く掘られた井戸５６内で作業するため、高温・高圧力下で圧力容器６２ａ，６２ｂ内を液密に保たなければならない。本実施形態にかかるダウンホール装置６０用のＯリング７０は、高温によるエラストマーの劣化が少なく、しかも高温においても高い柔軟性と高い強度を維持することができる。
【００４６】
図８に示すように、例えば、Ｏリング７０と共に無端状溝６８ａ内に樹脂製のバックアップリング７２を設置してもよいし、図９に示すように、例えばＯリング７０ａ，７０ｂを２本並べて無端状溝６８ａ内に設置してシール性を向上させてもよい。
【００４７】
図１０に示すように、地表１５５における、掘削編成に装備された測定機器による地下資源の探査は、例えば坑井（ｂｏｒｅｈｏｌｅ）１５６の上方に配置されたプラットホーム及びデリック編成１５１と、デリック編成１５１から地下に設けられた縦穴や横穴などで構成される坑井１５６内に配置された検層装置として例えば坑底機器編成（ＢＨＡ：ｂｏｔｔｏｍ ｈｏｌｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ）１６０と、を有する。デリック編成１５１は、例えば、フック１５１ａと、回転スイベル（ｒｏｔａｒｙ ｓｗｉｖｅｌ）１５１ｂと、ケリー（ｋｅｌｌｙ）１５１ｃと、回転テーブル１５１ｄと、を含むことができる。坑底機器編成１６０は、例えばデリック編成１５１から延びる長いドリル・ストリング（ｄｒｉｌｌ ｓｔｒｉｎｇ）１５３の先端に固定される。ドリル・ストリング１５３の内部には、図示していないポンプから回転スイベル１５１ｂを介して泥水が送り込まれ、坑底機器編成１６０の流体駆動モータを駆動させることができる。なお、坑底機器編成１６０は、一実施形態として、ドリルビット１６２と、回転操作システム１６４と、マッドモータ１６６と、掘削同時測定モジュール１６８と、掘削同時検層モジュール１７０と、を有する例について説明したが、これに限らず、検層用途に合わせて選択して組み合わせることができる。
【００４８】
図１１に示す回転操作システム１６４は、ドリルビット１６２を回転させたまま一定の方向へビットを偏向させる図示しない偏向機構を有し、傾斜制御掘削を可能とするシステムである。回転操作システム１６４は、本発明の一実施形態のシール部材を適用することができる。回転操作システム１６４は、例えば最大約２１０℃において高い耐摩耗性をもったシール部材や、様々な泥水への暴露に対する高い耐薬品性を有するシール部材が必要である。従来のシール部材は、ゴムの摩耗及び断裂によって機能しなくなる傾向があった。特に、厳しい化学的環境においては、問題は深刻となる傾向があった。米国特許出願公開第２００６／０１５７２８３号に示されているようなロータリー・ステアラブル・システムのためのシール部材は、高い摺動速度（〜１００ｍｍ／ｓｅｃ）で機能を果たすことが要求されるが、使用温度におけるエラストマーの特性低下及び掘削流体の摩耗特性により、シール部材の前記問題が助長される傾向があった。これに対して、本発明の一実施形態のシール部材を回転操作システム１６４のシール部材に用いることによって、上述のシール部材の特性に加えて、粒子を含む掘削マッドから密閉するための高い耐摩耗性、広範な掘削流体に対するより優れた耐薬品性、及び断裂を減少させる高温におけるより優れた機械的特性により、上記の諸課題を解決することができる。回転操作システム１６４は、回転しない円筒形の筐体１６４ａと、筐体１６４ａ内を貫通してマッドモータ１６６の回転力をドリルビット１６２へ伝える伝達軸１６４ｂと、伝達軸１６４ｂを筐体１６４ａ内で回転可能に支持するシール部材１６４ｃとを有する。シール部材１６４ｃは、筐体１６４ａに設けられた環状溝にはめ込まれた例えば無端状のＯリングであることができ、回転する伝達軸１６４ｂの表面との間で密封する機能を有する。このシール部材１６４ｃが前記製造方法で得られたシール部材であることで、高温例えば２００℃程度までの地下の過酷な環境においても耐摩耗性に優れるため、長時間密封機能を維持することができる。このようなシール部材の使用は、例えば、本明細書において全体として援用される米国特許出願公開第２００６／０１５７２８３号と米国特許第７，１８８，６８５号とにおいて見られる。より詳細に述べると、米国特許出願公開第２００６／０１５７２８３号の図５は、ロータリー可変アセンブリのバイアス装置の穴３０を密閉するピストン３６上のシール部材３８を示している。米国特許第７，１８８，６８５号は、バイアス装置を示している。
【００４９】
図１２に示すマッドモータ１６６は、ダウンホール・モーターとも呼ばれ、泥水の流力を動力として、ドリルビット１６２を回転させるための流体駆動モータである。マッドモータ１６６は、例えば、偏距坑井掘削用（ｆｏｒ ｄｅｖｉａｔｅｄ ｗｅｌｌｂｏｒｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）のマッドモータを挙げることができ、本発明の一実施形態のシール部材を適用することができる。マッドモータ１６６は、例えば、最大約１５０℃〜２００℃の高温特性を持ったシール部材、極度の摩耗条件下で機能することができるシール部材、あるいは様々な掘削マッドを取り扱うための耐薬品性を有するシール部材が必要である。従来のマッドモータのシール部材は、例えば、シール部材の膨張、クラック及びシール部材本体の大きな断片の脱落（チャンキング現象）による密閉不足、高温における摩耗による密閉不足、そしてシール部材の摩耗作用によるシール部材の局部加熱及びさらなる劣化が生じる傾向があった。これに対して、本発明の一実施形態のシール部材をマッドモータ１６６のシール部材に用いることによって、上述のシール部材の特性に加えて、高温におけるより優れた機械的特性により断裂及び脱落を減少させ、優れた耐薬品性による広範な掘削流体に対する耐性、より優れた熱伝導性による局部加熱部分の減少などにより、上記の諸課題を解決することができる。マッドモータ１６６は、円筒形の筐体１６６ａと、筐体１６６ａの内周面には管状のステータ１６６が固定され、ステータ１６６ｄの内側にはロータ１６６ｃが回転可能に配置されている。ステータ１６６ｂの内周面１６６ｄは、例えば５本の螺旋状の溝が回転操作システム１６４側から掘削同時測定モジュール１６８側へと延びている。ステータ１６６ｂは、前記製造方法で得られた本発明の一実施形態のシール部材を用いることができる。例えば金属製のロータ１６６ｃの外周面１６６ｅは、例えば４本の螺旋状に突出したねじ山を有し、ステータ１６６ｂの内周面１６６ｄの溝に沿って配置されている。ステータ１６６ｂの内周面１６６ｄとロータ１６６ｃの外周面１６６ｅとは、図１２のように一部で接触し、内周面１６６ｄと外周面１６６ｅとの隙間１６６ｆに泥水を流す流路が形成される。この隙間１６６ｆを流れる泥水とロータ１６６ｃの外周面１６６ｅが接触することによって、ロータ１６６ｃがステータ１６６ｂ内を例えば図１１，図１２の矢印の方向へ偏心回転することができる。このとき、ステータ１６６ｂの内周面１６６ｄとロータ１６６ｃの外周面１６６ｅとは、接触し、かつ、泥水によって偏心回転するため、ステータ１６６ｂの内周面１６６ｄはいわゆるシール部材と同様に機能する。したがって、前記したような地下の過酷な環境においても耐摩耗性に優れるため、マッドモータ１６６のロータ１６６ｃを長時間回転駆動させることができる。なお、本実施の形態においては、流体駆動モータとしてマッドモータ１６６を用いて説明したが、同様の構造を有しかつ流体を用いて駆動する他の流体駆動モータに採用することができ、また、ロータを前記製造方法で得られたシール部材で形成し、ステータを例えば金属で形成することもできる。このようなシール部材の使用は、例えば、本明細書において全体として援用される米国特許出願公開第２００６／０２１６１７８号と、米国特許第６，６０４，９２２号とにおいて見られる。より詳細に述べると、米国特許出願公開第２００６／０２１６１７８号の図３は、ロータを密閉してロータ上に掘削トルクを発生するエラストマーステータ（ライニング）としてのシール部材を示している。マッドは、ステータとロータの間を流れる。また、同じく図４は、ステータを密閉する、ロータに取り付けられたエラストマースリーブとしてのシール部材を示している。同じく図５は、ステータを密閉するロータ上のエラストマースリーブとしてのシール部材を示している。米国特許第６，６０４，９２２号の図４は、ステータに取り付けられたライナーの弾性層は密閉機能を有することを示し、この弾性層がシール部材として機能する。同じく図１３は、エラストマー層からなるロータライニングが密閉機能を有することを示し、このエラストマー層がシール部材として機能する。
【００５０】
掘削同時測定モジュール１６８は、ドリルカラー（ｄｒｉｌｌ ｃｏｌｌａｒ）と呼ばれる厚い壁を有するパイプの壁部に設けられたチャンバー１６８ａ内に図示しない掘削同時測定器具が配置されている。掘削同時測定器具は、各種センサを含み、例えば、方位、傾斜、ビットの向き、荷重、トルク、温度、圧力等の坑底データを計測するとともに、これらの計測データをリアルタイムに地上へ伝送することができる。
【００５１】
掘削同時検層モジュール１７０は、ドリルカラー（ｄｒｉｌｌ ｃｏｌｌａｒ）と呼ばれる厚い壁を有するパイプの壁部に設けられたチャンバー１７０ａ内に図示しない掘削同時検層機器が配置されている。掘削同時検層機器は、各種センサを含み、例えば、比抵抗、孔隙率、音波速度及びガンマ線等を測定し、物理検層データを取得することができ、この物理検層データをリアルタイムに地上へ伝送することができる。
【００５２】
掘削同時測定モジュール１６８及び掘削同時検層モジュール１７０は、各種センサを泥水などから守るため、チャンバー１６８ａ，１７０ａ内において前記製造方法で得られた本発明の一実施形態のシール部材を用いることができる。
【００５３】
油田用途は、前記検層装置に限定されない。例えば、ワイヤーライン検層に用いられるダウンホール・トラクターに、本発明の一実施形態のシール部材を適用することができる。このようなダウンホール・トラクターの一例としては、シュルンベルジェ社のＭａｘＴＲＡＣ又はＴｕｆｆＴＲＡＣ（いずれもシュルンベルジェ社の商標）がある。このようなダウンホール・トラクターは、高い耐摩耗性をもった往復動シール部材を、最大約１７５℃において、長期の運用年数と信頼性のために必要とする。
【００５４】
これまでのシール部材は、ダウンホール・トラクターにあるシーリングピストンの表面に対して高度な研磨を必要としていた。このようにシール部材を研摩することで、製造の際に鏡面加工されたピストンやシリンダの表面の高い歩留まりにつながっていた。通常のエラストマーからなる従来のシール部材は、摩耗、漏洩、機器の寿命の低下、故障が発生していた。また、シール部材は、最大２０００ｆｔ／ｈｏｕｒの高い摺動速度で使用される場合もある。ダウンホール・トラクターに用いられるシール部材は、両側に油圧オイルが存在する状態又は一方の側に油圧オイルが存在し、他方の側に場合によっては粒子を含む泥水又は流体が存在する状態で機能する必要がある。また、トラクター作業においては、牽引距離よりも大きな摺動距離にわたって摺動シール部材が十分に機能することが必要となる。例えば、１０，０００フィートのトラクター作業では、シール部材は最大２０，０００フィート以下の累積摺動距離にわたって確実に機能することが求められる。さらに、シール部材は、通常、最大で２００ｐｓｉの差圧を受けることになる。
【００５５】
これに対して、本発明の一実施形態のシール部材をダウンホール・トラクターに用いることによって、上述のシール部材の特性により、上記の諸課題を解決することができる。特に、密閉性のピストンや円筒の表面に対する加工が緩和され、製造費用を低減することができる。また、優れた耐摩耗性は、より長寿命かつ信頼できるシール機能に役立つことになる。さらに、長寿命は、低摩擦性によっても可能となる。
【００５６】
このようなシール部材の使用は、例えば、本明細書において全体として援用される米国特許第６,１７９,０５５号において見られる。より詳細に述べると、この米国特許の図７Ａ及び図８Ａはピストン上のシール部材を示している。この特許の図７Ｂ，１０Ｂ，１２も同様である。この特許の図１５，１２，１６Ｂは、管材及びハウジングを密封するピストン上のシール部材を示している。また、この米国特許の図１６Ｂは、ロッド上のシール部材を示している。
【００５７】
また、油田用途として、例えば、地層検査及び油層流体サンプリング機器（Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｆｌｕｉｄ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｔｏｏｌ）にも、本発明の一実施形態のシール部材を適用することができる。このような機器は、例えば、シュルンベルジェ社のモジュラー・フォーメーション・ダイナミックス・テスター（ＭＤＴ：シュルンベルジェ社の商標）を含む。このような地層検査及び油層流体サンプリング機器は、ポンプアウトモジュール及びその他ピストンにおいて、高い耐摩耗性を持ったシール部材を必要とする。また、地層検査及び油層流体サンプリング機器は、坑井を密封するために、高い耐摩耗性と最大約２１０℃の高温特性を持ったシール部材を必要とする。
【００５８】
これまでのシール部材は、ポンプアウトモジュールの移動装置（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｕｎｉｔ）のピストンにおいては、多数の往復動が、油層流体を移動し、抽出し、供給して、サンプリングと、機器作動と、分析とをしていた。通常のシール部材を使用した従来のピストンシール部材は摩耗し、限られた寿命後に機能しなくなる傾向があった。この問題は、より高い温度において顕著に発生した。また、流体中の粒子の存在は、シール部材の摩耗及び破損を加速した。
【００５９】
これに対して、本発明の一実施形態のシール部材を地層検査及び油層流体サンプリング機器に用いることによって、上述のシール部材の特性により、上記の諸課題を解決することができる。特に、高温において高い耐摩耗性を有するシール部材は、寿命を向上することができる。低摩擦性を有するシール部材は、摩耗の減少及び寿命を向上することができる。また、高温における高い機械的特性を有するシール部材は、寿命及び信頼性を向上することができる。さらに、高い耐薬品性を有するシール部材は、高温における油井及び流体へ暴露する使用もできる。
【００６０】
このようなシール部材の使用は、例えば、本明細書において全体として援用される米国特許第６，０５８，７７３号及び米国特許第３，６５３，４３６号において見られる。より詳細に述べると、米国特許第６，０５８，７７３号の図２は、ポンプアウトモジュールに設けられた移動装置（ＤＵ）内のシャトルピストン上の往復運シール部材を示している。また、米国特許第３，６５３，４３６号の図２、図３、図４は、マッドケーキでライニングされた坑井表面を密閉しているエラストマー部材を示している。
【００６１】
また、油田用途として、例えば、その場流体サンプリングボトル（Ｉｎ ｓｉｔｕ ｆｌｕｉｄ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｂｏｔｔｌｅｓ）及びその場流体分析・サンプリングボトル（Ｉｎ ｓｉｔｕ ｆｌｕｉｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｂｏｔｔｌｅｓ）にも、本発明の一実施形態のシール部材を適用することができる。このような機器は、例えば、地層検査及び油層流体サンプリング機器やワイヤーライン検層に用いることができる。このようなその場流体サンプリングボトル及びその場流体分析・サンプリングボトルは、低温及び高温において、高圧での使用を可能とするシール部材を必要とする。また、このようなその場流体サンプリングボトル及びその場流体分析・サンプリングボトルは、産出された様々な流体に暴露された場合に、高い耐薬品性を有するシール部材を必要とする。さらに、このようなその場流体サンプリングボトル及びその場流体分析・サンプリングボトルは、耐ガス性を有するシール部材を必要とする。
【００６２】
このようなその場流体サンプリングボトル及びその場流体分析・サンプリングボトルにおいて、油層流体は、高圧高温を有する現場の油層条件で回収されていた。これらのボトルを地表まで回収すると、温度が低下するけれども圧力は高いままであった。回収後、サンプルは他の貯蔵用、輸送用又は分析用の容器に移された。サンプルボトル内の摺動ピストン上のシール部材は、サンプルの回収中はサンプルの輸送中と同様に、以下に説明する重要な機能を担っていた。例えば、地表まで回収する際に高圧低温密封ができない場合の深海域等におけるサンプルのロス、回収時の地表におけるサンプルのロス、サンプルとの化学的な不適合性及びガス吸収による膨張によって生じる密閉不良によるサンプルのロス、ガス吸収したシール部材が膨張してピストンの摩擦と抗力が増加する、シール部材の過度の膨張によりサンプルをボトルから他の貯蔵場所又は分析装置に移す際に固着及び密閉不足又はその他の問題、及び作業時に複数のサンプルボトルが重ねて使用されことによる問題などがあった。回収時の地表におけるサンプルのロスは、特にサンプルがＨ２Ｓ、ＣＨ４，ＣＯ２などの物質を含む場合に、何らかの問題につながる可能性があった。
【００６３】
これに対して、本発明の一実施形態のシール部材をその場流体サンプリングボトル及びその場流体分析・サンプリングボトルに用いることによって、上述のシール部材の特性に加え、高い耐ガス性と、高い耐薬品性と、高圧高温要求特性を満たしながら優れた低温密閉性能を達成することにより、上記の諸課題を解決することができる。
【００６４】
このようなシール部材の使用は、例えば、本明細書において全体として援用される米国特許第６，０５８，７７３号、米国特許第４，８６０，５８１号、及び米国特許第６，４６７，５４４号（ｂｒｏｗｎ他）において見られる。より詳細に述べると、米国特許第６，０５８，７７３号の図５は、サンプルボトル内のピストン上のシール部材を示している。米国特許第４，８６０，５８１号の図２における２つのボトルからなる構成は、サンプルボトル内のピストン上のシール部材を示している。米国特許第６，４６７，５４４号の図１は、シール弁を示している。
【００６５】
また、油田用途として、例えば、その場流体分析機器（ＩＦＡ：ＩｎＳｉｔｕ Ｆｌｕｉｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｏｏｌ）にも、本発明の一実施形態のシール部材を適用することができる。このようなその場流体分析機器は、ダウンホールＰＶＴ用の高い耐摩耗性及び耐ガス性を有するシール部材を必要とする。ＰＶＴは、圧力、体積、及び温度を分析することを意味する。また、その場流体分析機器は、産出した流体を取り扱うための高い耐薬品性有するシール部材を必要とする。さらに、その場流体分析機器は、高圧と最大約２１０℃の高温特性と高い耐ガス性とを持ったフローライン固定シール部材を必要とする。フローラインは、サンプリングした流体に暴露される領域のことである。
【００６６】
その場流体分析機器は、例えば、ダウンホールＰＶＴでは、油層流体サンプルを回収し、圧力を減少させてガス生成を開始させると共にバブルポイントを決定することが必要となっていた。減圧は非常に急速で例えば３０００ｐｓｉ／分超であり、ＰＶＴサンプル室に直接接続されたシール部材において急激な減圧が生じることがあった。シール部材は、２００以上のＰＶＴサイクルに耐えることができなければならなかった。また、ダウンホールＰＶＴ用のシール部材は、急激な減圧によるガスによって機能しなくなることがあった。そのため、従来の市販のシール部材では、２１０℃でダウンホールＰＶＴを行うことができなかった。従来のシール部材では、フローライン中において、膨張による不良及びガス透過による水泡形成が生じることがあった。
【００６７】
これに対して、本発明の一実施形態のシール部材をその場流体分析機器に用いることによって、上記の諸課題を解決することができる。高圧高温における機械的特性が優れているシール部材は、膨張傾向を減少することができる。カーボンナノファイバーによってシール部材中の空隙が減少したシール部材は、耐ガス性を向上することができる。シール部材の材料特性の向上によって、膨張及び急激な減圧に対する耐性を向上することができる。耐薬品性に優れたシール部材は、広範な産出流体に対して耐薬品性を向上することができる。
【００６８】
このようなシール部材の使用は、例えば、本明細書において全体として援用される米国特許出願公開第２００９／００７８４１２号、米国特許第６，７５８，０９０号、米国特許第４，７８２，６９５号、及び米国特許第７，４６１，５４７号において見られる。より詳細に述べると、米国特許出願公開第２００９／００７８４１２号の図５は弁上のシール部材を示し、図５はピストンシール装置上のシール部材を示している。米国特許第６，７５８，０９０号の図２１ａは、弁及びピストン上のシール部材を示している。米国特許第４，７８２，６９５号は、ニードルとＰＶＴ処理室の間のシール部材を示している。米国特許第７，４６１，５４７号は、ＰＶＴ分析用ＰＶＣＵ（圧力体積制御装置）内のピストンスリーブ装置のシール部材として、ＰＶＣＵにおいて流体を隔離するための弁上のシール部材を示している。
【００６９】
また、油田用途として、例えば、ワイヤーライン検層、掘削同時検層、坑井試験、穿孔（ｐｅｒｆｏｒａｔｉｏｎ）、サンプリング作業に用いられる全ての機器にも、本発明の一実施形態のシール部材を適用することができる。このような機器は、例えば、低温及び高温における高圧密閉を可能にするシール部材を必要とする。
【００７０】
このような機器は、例えば、深海における利用では、低温から高温にかけて広い温度範囲で機能するシール部材が要求され、低温においてシール部材が正常に機能しない場合には、電子部品等の空気室への漏洩や機器の故障が生じる可能性があった。また、深海域や北海等の冷水域でのサンプリングにおいて、シール部材は、低温から高温にかけて広い温度範囲で機能しなければならなかった。このような水域において、地中で回収したときのサンプルは高温であるが、地表へ運んだサンプルの温度は地表温度まで低下するからである。例えば、シール部材による高圧低温における密閉が不十分な場合には、サンプルの漏洩やロス及びその他の問題が生じる可能性があった。このような機器の多くは、油圧オイルで充填され、１００〜２００ｐｓｉに加圧されるため、低温において十分に機能するシール部材を使用しない場合には、冷表面条件においてオイルの漏洩が生じたり、低温の深海部からの回収時に不具合が生じたりする可能性があった。
【００７１】
これに対して、本発明の一実施形態のシール部材をこのような機器に用いることによって、上述のシール部材の特性に加え、優れた低温密封性、高温におけるより優れた機械的特性による高圧高温における優れた密閉性によって、上記の諸課題を解決することができる。
【００７２】
また、油田用途として、例えば、側壁コアリング機器（Ｓｉｄｅ ｗａｌｌ Ｃｏｒｉｎｇ Ｔｏｏｌ）にも、本発明の一実施形態のシール部材を適用することができる。このような側壁コアリング機器は、例えば、低摩擦性・高耐摩耗性を有するシール部材、長い寿命及び高い密閉信頼性を有するシール部材、最大約２００℃の高温特性を持ったシール部材、あるいはデルタＰが１００ｐｓｉ以下（低速摺動）であるシール部材を必要とする。ここで、デルタＰはピストンのシール部材両側における圧力差であり、例えばシール部材が低摩擦性を有することで、デルタＰは小さくなり、すなわち小さな圧力差でピストンを動かすことができることを示す。
【００７３】
このような側壁コアリング機器は、例えば、シール部材が固着又は摩擦力の増加をもたらす場合には、コアリングを停止する場合があった。また、各コアの掘削では、地層を切断する間、シール部材と係合させることによってドリルビットを回転・摺動させることが要求された。さらに、高いコア掘削効率を維持するためには、シール部材における低いシーリング摩擦性が重要であった。
【００７４】
これに対して、本発明の一実施形態のシール部材をこのような機器に用いることによって、上述のシール部材の特性に加え、以下の特性によって、上記の諸課題を解決することができる。低摩擦性のシール部材は、コア掘削作業及び作動／移動のための電力消費量を減少することができる。また、低摩擦性のシール部材は、固着（ｓｔｉｃｋｉｎｇ）及び転がり摩耗（ｒｏｌｌｉｎｇ）の傾向が減少し、コア掘削作業の効率を向上することができる。さらに、高い耐摩耗性を有するシール部材は、摩耗性を有する流体中における密閉寿命を向上することができる。
【００７５】
このようなシール部材の使用は、例えば、本明細書において全体として援用される米国特許公開第２００９／０１３３９３２号、米国特許第４，７１４，１１９号、及び米国特許第７，１９１，８３１号において見られる。より詳細に述べると、米国特許公開第２００９／０１３３９３２号の図４及び図５は、モータによって駆動されるコアリングアセンブリのコアリングビット上のシール部材を示している。米国特許第４，７１４，１１９号の図３Ｂ、図５、図６は、最大２０００ｒｐｍでモータによって試錐孔からコアを採掘するように駆動されたドリルビット上のシール部材を示している。米国特許第７，１９１，８３１号の図２Ａ及び図２Ｂは、モータによって駆動されるコアリングビット及びコアリングアセンブリ間のシール部材を示し、図３及び図４で符号２０１〜２０４で示される部品の境界又は図６Ｂのビットとハウジング間には、本実施形態のシール部材のような低摩擦性シール部材を用いることで高い効率を達成することができる。
【００７６】
また、油田用途として、例えば、掘削用途のためのテレメトリー・発電機器（Ｔｅｌｅｍｅｔｒｙ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｔｏｏｌ ｉｎ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）にも、本発明の一実施形態のシール部材を適用することができる。このようなテレメトリー・発電機器は、例えば、高い耐摩耗性を有する回転シール部材、低摩擦性を有する回転・摺動シール部材、最大約１７５℃の高温特性を持ったシール部材を必要とする。
【００７７】
このようなテレメトリー・発電機器、例えば、米国特許第７，０８３，００８号に開示されているようなマッドパルステレメトリ装置は、オイルで充填された機器の内部を、回転シール部材によって坑井流体（掘削泥水）から保護することが要求された。しかしながら、坑井流体中に粒子が含まれるため、シール部材の摩耗や断裂が増加する傾向があった。また、シール部材の摩滅及び摩耗による不十分な密閉により、泥水が侵入すると機器の故障が発生する可能性があった。また、米国特許第７，０８３，００８号に開示されているテレメトリー及び発電機器は、外部流体で内部油圧を補償するピストン上の摺動シール部材を使用して動作しており、シール部材の摩耗、摩滅、膨張、固着により、外部流体の侵入による機器の故障が発生する可能性があった。
【００７８】
これに対して、本発明の一実施形態のシール部材をテレメトリー・発電機器に用いることによって、上述のシール部材の特性に加え、シール部材の耐摩耗性及び低摩擦性の向上により、より信頼性の高い作業及びより長いシール寿命が得られることによって、上記の諸課題を解決することができる。
【００７９】
このようなシール部材の使用は、例えば、本明細書において全体として援用される米国特許第７，０８３，００８号において見られる。より詳細に述べると、米国特許第７，０８３，００８号の図２はロータ間のシール部材／軸受アセンブリにおけるロータリシール部材を示し、図３ａは圧力補償室内において油と坑井流体（マッド）を分離する補償形ピストン上の摺動シール部材を示している。
【００８０】
また、油田用途として、例えば、サンプリング及び地層検査のために坑井の一部を隔離するために使用される膨張パッカー（ｉｎｆｌａｔｅ ｐａｃｋｅｒ）にも、本発明の一実施形態のシール部材を適用することができる。このような膨張パッカーにおけるシール部材は、坑井内の複数の位置における膨張・収縮の繰り返し作業を可能とするために高い摩耗強度と高温特性を有することが必要である。
【００８１】
従来のパッカーにおけるシール部材は、所望の高温特性を有していないために密閉機能に劣化・低下する傾向があった。また、従来のパッカーのシール部材は、所望の寿命を満たさない傾向があった。
【００８２】
これに対して、本発明の一実施形態のシール部材を膨張パッカーに用いることによって、シール部材がより優れた耐摩耗性及びより高い高温特性を有することにより、パッカー部材の寿命と信頼性を向上することができる。
【００８３】
このようなシール部材の使用は、例えば、本明細書において全体として援用される米国特許第７，５７８，３４２号、米国特許第４，８６０，５８１号、及び米国特許第７，３９２，８５１号において見られる。より詳細に述べると、米国特許第７，５７８，３４２号の図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃは、シール部材が膨張して発破孔を密閉し、符号１６で示される部材を隔離することを示している。また、図４Ａのエラストマーシール部材（パッカー部材）又は図５、図６の符号７１２、８１２で示される部材がシール部材を示している。米国特許第４，８６０，５８１号の図１は、坑井を密閉する膨張パッカー部材を示している。米国特許第７，３９２，８５１号は、膨張パッカー部材を示している。
【００８４】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。したがって、このような変形例はすべて、本発明の範囲に含まれるものとする。
【実施例】
【００８５】
（１）実施例１〜１３及び比較例１〜５のサンプルの作製
以下、本発明の実施例について述べるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００８６】
オープンロール（ロール温度１０〜２０℃、ロール間隔０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ）に、パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）を投入し素練りした後、表１〜４に示す配合に従って、カーボンブラック（ＦＥＦ−ＣＢ，ＭＴ−ＣＢ）及びカーボンナノファイバー（ＭＷＣＮＴ−１〜３）をパーフルオロエラストマーに投入し、混練りを行った後、ロールから取り出した。さらに、その混合物をオープンロール（ロール温度１０〜２０℃、ロール間隔０．３ｍｍ）に巻きつけ、薄通しを繰り返し５回行なった。このとき、２本のロールの表面速度比を１．１とした。さらに、薄通しして得られた未架橋の炭素繊維複合材料に、表１〜４に示す配合に従って、架橋剤としてパーオキサイド（ＰＯ）及びトリアリルイソシアヌレート（ＴＡＩＣ）を加えて混練し、分出ししたシートをプレス加硫、二次加硫で成形して厚さ１ｍｍの実施例１〜１３及び比較例１〜５のシート状の炭素繊維複合材料の架橋体サンプルを得た。
【００８７】
表１〜４において、実施例１〜１３及び比較例１〜４の「ＦＦＫＭ」はムーニー粘度（ＭＬ１＋４１００℃）の中心値が２５、ＴＲ−１０値が−３０℃、損失正接（ｔａｎδ）のピーク値が−１５℃のパーフルオロエラストマー、比較例５の「ＦＦＫＭ」はムーニー粘度（ＭＬ１＋４１００℃）の中心値が３５、ＴＲ−１０値が−２℃、損失正接（ｔａｎδ）のピーク値が１４．８℃のパーフルオロエラストマー、「ＦＥＦ−ＣＢ」は平均粒径４３ｎｍのＦＥＦグレードのカーボンブラック、「ＭＴ−ＣＢ」は、平均粒径２００ｎｍのＭＴグレードのカーボンブラック、「ＭＷＣＮＴ−１」は嵩密度４５ｋｇ／ｃｍ３〜９５ｋｇ／ｃｍ３の平均直径１３ｎｍの多層カーボンナノチューブ、「ＭＷＣＮＴ−２」は嵩密度１３０ｋｇ／ｃｍ３〜１５０ｋｇ／ｃｍ３の平均直径１３ｎｍの多層カーボンナノチューブ、「ＭＷＣＮＴ−３」は平均直径６８ｎｍの多層カーボンナノチューブであった。
【００８８】
【表１】
【００８９】
【表２】
【００９０】
【表３】
【００９１】
【表４】
【００９２】
（２）物理試験
実施例１〜１３及び比較例１〜５の炭素繊維複合材料の架橋体サンプルについて、ゴム硬度（Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ））をＪＩＳ Ｋ ６２５３に基づいて測定した。
【００９３】
実施例１〜１３及び比較例１〜５の炭素繊維複合材料の架橋体サンプルをＪＩＳ６号形のダンベル形状に打ち抜いた試験片について、島津製作所社製の引張試験機を用いて、２３±２℃、引張速度５００ｍｍ／ｍｉｎでＪＩＳ Ｋ６２５１に基づいて引張試験を行い、５０％応力（σ５０（ＭＰａ））、１００％応力（σ１００（ＭＰａ））、引張強さ（ＴＳ（ＭＰａ））及び破断伸び（Ｅｂ（％））、を測定した。
【００９４】
実施例１〜１３及び比較例１〜５の炭素繊維複合材料の架橋体サンプル（直径２９．０±０．５ｍｍ、厚さ１２．５±０．５ｍｍの試験片）を、ＪＩＳ Ｋ６２６２に準拠して、２００℃、７０時間、２５％圧縮の条件で、圧縮永久ひずみ（ＣＳ（％））を測定した。
【００９５】
実施例１〜１３及び比較例１〜５の炭素繊維複合材料の架橋体サンプルをＪＩＳ Ｋ ６２５２切込み無しのアングル形試験片に打ち抜き、島津製作所社製オートグラフＡＧ−Ｘを用いて、引張速度５００ｍｍ／ｍｉｎでＪＩＳ Ｋ ６２５２に準拠して引裂き試験を行い、最大引裂き力（Ｎ）を測定し、その測定結果を試験片の厚さ１ｍｍで除して、引裂き強さ（ＴＲ（Ｎ／ｍｍ））を測定した。
【００９６】
実施例１〜１３及び比較例１〜５の炭素繊維複合材料の架橋体サンプルを短冊形（４０×１×２（巾）ｍｍ）に打ち抜いた試験片について、ＳＩＩ社製の動的粘弾性試験機ＤＭＳ６１００を用いて、チャック間距離２０ｍｍ、測定温度−７０〜４００℃、周波数１Ｈｚ、動的ひずみ±０．０５％でＪＩＳ Ｋ６３９４に基づいて動的粘弾性試験を行い損失正接（ｔａｎδ）を測定し、ガラス転移点（Ｔｇ）付近の領域における損失正接（ｔａｎδ）のピーク温度（℃）を測定した。
【００９７】
実施例１〜１３及び比較例１〜５の炭素繊維複合材料の架橋体サンプルを短冊形（４０×１×２（巾）ｍｍ）に打ち抜いた試験片について、ＳＩＩ社製の動的粘弾性試験機ＤＭＳ６１００を用いて、チャック間距離２０ｍｍ、測定温度−７０〜４００℃、周波数１Ｈｚ、動的ひずみ±０．０５％でＪＩＳ Ｋ６３９４に基づいて動的粘弾性試験を行い２００℃における貯蔵弾性率（Ｅ’（ＭＰａ））を測定した。
【００９８】
実施例１〜１３及び比較例１〜５の炭素繊維複合材料の架橋体サンプルを、図４に示すような１０ｍｍ×幅４ｍｍ×厚さ１ｍｍの短冊状の試験片に打ち抜き、その試験片の長辺の中心から幅方向へ深さ１ｍｍの切込みを入れ、ＳＩＩ社製ＴＭＡ／ＳＳ６１００試験機を用いて、大気雰囲気中、１５０℃、最大引張応力２Ｎ／ｍｍ、周波数１Ｈｚの条件で繰り返し引っ張り荷重（０Ｎ／ｍｍ〜２Ｎ／ｍｍ）をかけて引裂き疲労試験を行い、試験片が破断するかあるいは２０万回までの引張回数（（ａ）疲労（回））を測定した。なお、引張回数が２０万回になっても破断しなかった場合には、表には「２０万中断」と記載した。さらに、この引裂き疲労寿命を第１の回数（（ａ）疲労（回））として、引張荷重を０Ｎ／ｍｍ〜２．５Ｎ／ｍｍに上げる他は同様に引裂き疲労試験を行って得られる引裂き疲労寿命を第２の回数（（ｂ）疲労回数）として測定した。第１の回数に対する、第２の回数の比（（ｂ）／（ａ））を計算した。
【００９９】
各測定結果は、表５〜９において、ゴム硬度は「Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）」、５０％応力は「σ５０（ＭＰａ）」、１００％応力は「σ１００（ＭＰａ）」、引張強さは「ＴＳ（ＭＰａ）」、破断伸びは「Ｅｂ（％）」、圧縮永久ひずみは「ＣＳ（％）」、引裂き強さは「ＴＲ（Ｎ／ｍｍ）」、損失正接のピーク温度は「ｔａｎδ（℃）」、貯蔵弾性率は「Ｅ’（２００℃）（ＭＰａ）」、引裂き疲労寿命の第１の回数は「（ａ）疲労（回）」、引裂き疲労寿命の第２の回数は「（ｂ）疲労（回）」及び引裂き疲労寿命の比は「（ｂ）／（ａ）」と示した。
【０１００】
【表５】
【０１０１】
【表６】
【０１０２】
【表７】
【０１０３】
【表８】
【０１０４】
【表９】
【０１０５】
表５〜表８によれば、比較例５の架橋体サンプルにおける損失正接（ｔａｎδ）のピーク値が１４．５℃であったのに対し、実施例１〜１３の炭素繊維複合材料の架橋体サンプルは、損失正接（ｔａｎδ）のピーク値が−１９℃以下であった。また、実施例１〜１０、１２及び１３の炭素繊維複合材料の架橋体サンプルは、カーボンブラックを０質量部〜５０質量部配合した比較例１〜５の架橋体サンプルよりも引裂き強さ（ＴＲ）が大きかった。
【０１０６】
さらに、比較例１〜５の架橋体サンプルの引裂き疲労寿命回数（（ａ）疲労回数）は１回〜８回であったのに対し、実施例１〜８の炭素繊維複合材料の架橋体サンプルの引裂き疲労寿命回数（（ａ）疲労回数）は１０，０００回以上であり、耐摩耗特性に優れていると推測できた。特に、表９に示すように、引裂き疲労寿命の比は「（ｂ）／（ａ）」は、比較例４に比べて実施例１〜３が１に近いかもしくは１であり、実施例１〜３の炭素繊維複合材料の架橋体サンプルは高圧における耐摩耗特性に優れていることが推測できた。
【符号の説明】
【０１０７】
２ オープンロール、１０ 第１のロール、２０ 第２のロール、３０ エラストマー、３４ バンク、３６ 混合物、５０ 炭素繊維複合材料、５１ プラットホーム、５４ 海底、５６ 井戸、６０ダウンホール装置、６２ａ，６２ｂ 圧力容器、６４ａ，６４ｂ，６４ｃ 連結部、６３ａ，６３ｂ 電子機器、７０ Ｏリング、８０ カーボンナノファイバー、Ｖ１，Ｖ２ 回転速度、１００ 試験片、１０６ 切り込み、１１０ チャック、１５１ デリック編成、１５１ａ フック、１５１ｂ 回転スイベル、１５１ｃ ケリー、１５１ｄ 回転テーブル、１５３ ドリル・ストリング、１５５ 地表、１５６ 坑井、１５６ａ 坑底部、１６０ 坑底機器編成、１６２ ドリルビット、１６４ 回転操作システム、１６６ マッドモータ、１６８ 掘削同時測定モジュール、１７０ 掘削同時検層モジュール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノファイバーを用いたシール部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者他が先に提案した炭素繊維複合材料の製造方法によれば、エラストマーを用いることで、これまで困難とされていたカーボンナノファイバーの分散性を改善し、エラストマーにカーボンナノファイバーを均一に分散させることができた（例えば、特許文献１参照）。このような炭素繊維複合材料の製造方法によれば、エラストマーとカーボンナノファイバーを混練し、剪断力によって凝集性の強いカーボンナノファイバーの分散性を向上させている。より具体的には、エラストマーとカーボンナノファイバーとを混合すると、粘性を有するエラストマーがカーボンナノファイバーの相互に侵入し、かつ、エラストマーの特定の部分が化学的相互作用によってカーボンナノファイバーの活性の高い部分と結合し、この状態で、分子長が適度に長く、分子運動性の高い(弾性を有する)エラストマーとカーボンナノファイバーとの混合物に強い剪断力が作用すると、エラストマーの変形に伴ってカーボンナノファイバーも移動し、さらに剪断後の弾性によるエラストマーの復元力によって、凝集していたカーボンナノファイバーが分離されて、エラストマー中に分散していた。このように、マトリックスへのカーボンナノファイバーの分散性を向上させることで、高価なカーボンナノファイバーを効率よく複合材料のフィラーとして用いることができるようになった。
【０００３】
また、本発明者他は、３元系の含フッ素エラストマーに平均直径が３０ｎｍを超え２００ｎｍ以下の気相成長炭素繊維と、平均粒径が２５ｎｍ〜５００ｎｍのカーボンブラックを配合することで、耐熱性に優れたシール材を提案した（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
しかしながら、シール部材が高温にさらされる用途においては、シール部材に対しさらに耐薬品性の向上が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−９７５２５号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ／２００９／１２５５０３Ａ１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、耐熱性、耐薬品性及び低温特性に優れたシール部材及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかるシール部材は、
パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）に平均直径が０．４ｎｍ〜２３０ｎｍのカーボンナノファイバーが分散した炭素繊維複合材料を成形したシール部材であって、
前記パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）は、ＪＩＳ Ｋ６２６１に準じた低温弾性回復試験（ＴＲ試験）におけるＴＲ−１０値が−１０℃以下であり、
前記炭素繊維複合材料の架橋体は、動的粘弾性試験における損失正接（ｔａｎδ）のピークの温度が−１５℃以下であることを特徴とする。
【０００８】
本発明にかかるシール部材によれば、パーフルオロエラストマーにカーボンナノファイバーを分散した炭素繊維複合材料を用いることで耐熱性及び耐薬品性に優れることができる。しかも、ＴＲ−１０値が−１０℃以下のパーフルオロエラストマーを用いることで、低温特性にも優れることができる。
【０００９】
本発明にかかるシール部材において、
前記炭素繊維複合材料は、パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）１００質量部に対してカーボンナノファイバー７質量部以上３５質量部以下と平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍのカーボンブラック０質量部以上５０質量部以下とが配合され、
前記炭素繊維複合材料の架橋体は、２００℃、最大引張応力２Ｎ／ｍｍ、周波数１Ｈｚの引裂き疲労試験における破断回数が１０，０００回以上であることができる。
【００１０】
本発明にかかるシール部材において、
前記シール部材は、油田装置に用いることができる。
【００１１】
本発明にかかるシール部材において、
前記油田装置は、坑井内において検層を行う検層装置であることができる。
【００１２】
本発明にかかるシール部材において、
前記シール部材は、前記油田装置内に配置された無端状のシール部材であることができる。
【００１３】
本発明にかかるシール部材において、
前記シール部材は、前記油田装置内に配置された流体駆動モータのステータであることができる。
【００１４】
本発明にかかるシール部材において、
前記流体駆動モータはマッドモータであることができる。
【００１５】
本発明にかかるシール部材において、
前記シール部材は、前記油田装置内に配置された流体駆動モータのロータであることができる。
【００１６】
本発明にかかるシール部材において、
前記流体駆動モータはマッドモータであることができる。
【００１７】
本発明にかかるシール部材の製造方法は、
パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）に、平均直径が０．４ｎｍ〜２３０ｎｍのカーボンナノファイバーを混合した後、ロール間隔が０．５ｍｍ以下のオープンロールを用いて、０℃ないし５０℃で薄通しを行って炭素繊維複合材料を得る工程と、
前記炭素繊維複合材料を成形してシール部材を得る工程と、
を含み、
前記パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）は、ＪＩＳ Ｋ６２６１に準じた低温弾性回復試験（ＴＲ試験）におけるＴＲ−１０値が−１０℃以下であり、
前記炭素繊維複合材料の架橋体は、動的粘弾性試験における損失正接（ｔａｎδ）のピークの温度が−１５℃以下であることを特徴とする。
【００１８】
本発明にかかるシール部材の製造方法によれば、パーフルオロエラストマーにカーボンナノファイバーを分散した炭素繊維複合材料を用いることで耐熱性及び耐薬品性に優れたシール部材を成形することができる。しかも、ＴＲ−１０値が−１０℃以下のパーフルオロエラストマーを用いることで、低温特性にも優れたシール部材を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】炭素繊維複合材料の製造方法を模式的に示す図である。
【図２】炭素繊維複合材料の製造方法を模式的に示す図である。
【図３】炭素繊維複合材料の製造方法を模式的に示す図である。
【図４】シール部材の引裂き疲労試験を模式的に示す図である。
【図５】ダウンホール装置の使用状態を説明する模式図である。
【図６】ダウンホール装置の一部を示す模式図である。
【図７】ダウンホール装置の圧力容器の連結部分を示す縦断面図である。
【図８】ダウンホール装置用のＯリングの他の一使用形態を示す縦断面図である。
【図９】ダウンホール装置用のＯリングの他の一使用形態を示す縦断面図である。
【図１０】地下用途の検層装置を模式的に示す断面図である。
【図１１】図１０の検層装置を模式的に示す部分断面図である。
【図１２】図１１の検層装置のマッドモータを模式的に示すＸ−Ｘ’断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
本発明の一実施の形態にかかるシール部材は、パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）に平均直径が０．４ｎｍ〜２３０ｎｍのカーボンナノファイバーが分散した炭素繊維複合材料を成形したシール部材であって、パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）は、ＪＩＳ Ｋ６２６１に準じた低温弾性回復試験（ＴＲ試験）におけるＴＲ−１０値が−１０℃以下であり、炭素繊維複合材料の架橋体は、動的粘弾性試験における損失正接（ｔａｎδ）のピークの温度が−１５℃以下であることを特徴とする。
【００２２】
シール部材に用いるパーフルオロエラストマーは、いわゆるＦＦＫＭであって、主鎖炭素（Ｃ）−炭素（Ｃ）結合を構成する炭素原子に結合している水素原子（Ｈ）が完全にフッ素化されているフッ素ゴムである。一般的に、パーフルオロエラストマーは耐熱性と耐薬品性に優れているが、低温特性に劣っており、例えばＪＩＳ Ｋ６２６１に準じた低温弾性回復試験（ＴＲ試験）におけるＴＲ−１０値が通常０℃付近である。これに対し、本実施の形態に用いるパーフルオロエラストマーは、低温特性に優れ、ＪＩＳ Ｋ６２６１に準じた低温弾性回復試験（ＴＲ試験）におけるＴＲ−１０値が−１０℃以下であり、さらにＴＲ−１０値が−１５℃以下であることができ、特にＴＲ−１０値が−２０℃以下であることができる。このように、低温特性に優れたパーフルオロエラストマーを用いることにより、耐薬品に優れかつ低温環境から高温環境まで幅広い温度領域で使用できるシール部材とすることができる。このような低温特性に優れたパーフルオロエラストマーとしては、例えば、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）／パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＡＶＥ）系共重合体などを挙げることができ、ここで用いることができるパーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＡＶＥ）としては、例えば、パーフルオロメトキシビニルエーテル（ＰＭＯＶＥ）、パーフルオロメチルビニルエーテル（ＰＭＶＥ）、パーフルオロエチルビニルエーテル（ＰＥＶＥ）、パーフルオロプロピルビニルエーテル（ＰＰＶＥ）およびその他の同様の化合物を挙げることができる。
【００２３】
シール部材に用いるカーボンナノファイバーは、平均直径（繊維径）が０．４ｎｍ〜２３０ｎｍである。さらに、シール部材に用いるカーボンナノファイバーは、平均直径（繊維径）が９ｎｍ〜１１０ｎｍであることができ、特に９ｎｍ〜２０ｎｍまたは６０ｎｍ〜１１０ｎｍであることができる。カーボンナノファイバーは、その平均直径が比較的細いため、比表面積が大きく、マトリックスであるパーフルオロエラストマーとの表面反応性が向上し、パーフルオロエラストマー中におけるカーボンナノファイバーの分散不良を改善しやすい傾向がある。平均直径（繊維径）が０．４ｎｍ〜２３０ｎｍであるカーボンナノファイバーを用いることで、パーフルオロエラストマーを補強することができる。カーボンナノファイバーによって形成される微小セル構造は、カーボンナノファイバーが３次元に張り巡らされた網目構造によってマトリックス材料を囲むように形成されることができる。これまでの研究結果から１つのセルの最大径はおおよそカーボンナノファイバーの平均直径の２倍〜１０倍程度になることが判っている。カーボンナノファイバーの平均直径は、電子顕微鏡による観察によって計測することができる。カーボンナノファイバーは、その表面におけるパーフルオロエラストマーとの反応性を向上させるために、酸化処理することもできる。なお、本発明の詳細な説明においてカーボンナノファイバーの平均直径及び平均長さは、電子顕微鏡による例えば５，０００倍の撮像（カーボンナノファイバーのサイズによって適宜倍率は変更できる）から２００箇所以上の直径及び長さを計測し、その算術平均値として計算して得ることができる。
【００２４】
炭素繊維複合材料におけるカーボンナノファイバーの配合量は、所望の特性に応じて適宜配合することができる。炭素繊維複合材料の架橋体が優れた耐摩耗特性として、例えば、２００℃、最大引張応力２Ｎ／ｍｍ、周波数１Ｈｚの引裂き疲労試験における破断回数が１０，０００回以上であるためには、炭素繊維複合材料においてパーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）１００質量部に対してカーボンナノファイバー７質量部以上３５質量部以下と平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍのカーボンブラック０質量部以上５０質量部以下とが配合することができる。なお、引裂き疲労試験は、後述するように、炭素繊維複合材料の耐摩耗特性を評価することに採用できる。カーボンブラックの配合量は、カーボンナノファイバーの平均直径や配合量に応じて調整することができる。炭素繊維複合材料の優れた上記耐摩耗特性を得るためには、例えば、パーフルオロエラストマー１００質量部に対し、平均直径が９ｎｍ〜２０ｎｍのカーボンナノファイバーを１０質量部以上〜２５質量部以下と平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍのカーボンブラック０質量部以上５０質量部以下とを配合することができ、平均直径が９ｎｍ〜２０ｎｍのカーボンナノファイバーを７質量部以上１０質量部未満配合する場合であれば平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍのカーボンブラックを４０質量部〜５０質量部をさらに配合することができる。また、炭素繊維複合材料の優れた上記耐摩耗特性を得るためには、例えば、パーフルオロエラストマー１００質量部に対し、平均直径が６０ｎｍ〜１１０ｎｍのカーボンナノファイバー１５質量部以上３５質量部以下と、平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍのカーボンブラック１５質量部以上５０質量部以下と、を配合することができる。カーボンナノファイバーとして、特に平均直径が９ｎｍ〜２０ｎｍのカーボンナノファイバーを用いた場合には比較的少量であっても耐摩耗特性が向上する傾向があり、また、１０質量部未満の配合量であれば、他の補強剤、例えば平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍのカーボンブラックを比較的大量に配合することによって耐摩耗特性を向上することができる。平均直径が６０ｎｍ〜１１０ｎｍのカーボンナノファイバーを用いた場合には、他の補強材、例えば平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍのカーボンブラックを配合することによって耐摩耗特性を向上することができる。ここで、「質量部」は、特に指定しない限り「ｐｈｒ」を示し、「ｐｈｒ」は、ｐａｒｔｓ ｐｅｒ ｈｕｎｄｒｅｄ ｏｆ ｒｅｓｉｎ ｏｒ ｒｕｂｂｅｒの省略形であって、ゴム等に対する添加剤等の外掛百分率を表すものである。
【００２５】
カーボンナノファイバーは、炭素六角網面のグラファイトの１枚面（グラフェンシート）を巻いて筒状にした形状を有するいわゆる多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ：マルチウォールカーボンナノチューブ）であり、平均直径が９ｎｍ〜２０ｎｍのカーボンナノファイバーとしては、例えばバイエルマテリアルサイエンス社のバイチューブ（Ｂａｙｔｕｂｅｓ）Ｃ１５０Ｐ及びＣ７０Ｐ並びにナノシル（Ｎａｎｏｃｙｌ）社のＮＣ−７０００などを挙げることができ、平均直径が６０ｎｍ〜１１０ｎｍのカーボンナノファイバーとしては、例えば保土谷化学工業社のＮＴ−７などを挙げることができる。また、部分的にカーボンナノチューブの構造を有する炭素材料も使用することができる。なお、カーボンナノチューブという名称の他にグラファイトフィブリルナノチューブ、気相成長炭素繊維といった名称で称されることもある。
【００２６】
カーボンナノファイバーは、気相成長法によって得ることができる。気相成長法は、触媒気相合成法（Catalytic Chemical Vapor Deposition：ＣＣＶＤ）とも呼ばれ、炭化水素等のガスを金属系触媒の存在下で気相熱分解させて未処理の第１のカーボンナノファイバーを製造する方法である。より詳細に気相成長法を説明すると、例えば、ベンゼン、トルエン等の有機化合物を原料とし、フェロセン、ニッケルセン等の有機遷移金属化合物を金属系触媒として用い、これらをキャリアーガスとともに高温例えば４００℃〜１０００℃の反応温度に設定された反応炉に導入し、浮遊状態あるいは反応炉壁に第１のカーボンナノファイバーを生成させる浮遊流動反応法（Floating Reaction Method）や、あらかじめアルミナ、酸化マグネシウム等のセラミックス上に担持された金属含有粒子を炭素含有化合物と高温で接触させてカーボンナノファイバーを基板上に生成させる触媒担持反応法（Substrate Reaction Method）等を用いることができる。平均直径が９ｎｍ〜２０ｎｍのカーボンナノファイバーは触媒担持反応法によって得ることができ、平均直径が６０ｎｍ〜１１０ｎｍのカーボンナノファイバーは浮遊流動反応法によって得ることができる。カーボンナノファイバーの直径は、例えば金属含有粒子の大きさや反応時間などで調節することができる。平均直径が９ｎｍ〜２０ｎｍのカーボンナノファイバーは、窒素吸着比表面積が１０ｍ２／ｇ〜５００ｍ２／ｇであることができ、さらに１００ｍ２／ｇ〜３５０ｍ２／ｇであることができ、特に、１５０ｍ２／ｇ〜３００ｍ２／ｇであることができる。
【００２７】
カーボンブラックを用いる場合には、種々の原料を用いた種々のグレードのカーボンブラックを用いることができる。カーボンブラックは、平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍであることができ、さらに平均粒径が１０ｎｍ〜２５０ｎｍであることができ、特に平均粒径が４０ｎｍ〜２３０ｎｍであることができる。カーボンブラックの平均粒径は、基本構成粒子の算術平均粒径である。このようなカーボンブラックとしては、例えば、ＳＡＦ，ＩＳＡＦ，ＨＡＦ，ＳＲＦ，Ｔ，ＧＰＦ，ＦＴ，ＭＴなどの補強用カーボンブラックなどを用いることができる。
【００２８】
シール部材は炭素繊維複合材料を成形して架橋して得られるが、炭素繊維複合材料の架橋体は動的粘弾性試験における損失正接（ｔａｎδ）のピークの温度が−１５℃以下である。炭素繊維複合材料の架橋体の損失正接（ｔａｎδ）のピークはエラストマーのガラス転移点（Ｔｇ）付近の領域であって、このピークよりも低温の領域では炭素繊維複合材料が硬くなりすぎてクッション性を失うので、炭素繊維複合材料としての使用限界温度であって、使用最低温度ということができる。一般にパーフルオロエラストマーはフッ素ゴム（ＦＫＭ）よりも耐薬品性には優れているものの耐寒性に劣るが、本実施の形態におけるパーフルオロエラストマーはＴＲ−１０値が−１０℃以下であり、したがって、炭素繊維複合材料の架橋体は耐寒性、耐熱性及び耐薬品性に優れる性能を有することができる。損失正接（ｔａｎδ）は、ＪＩＳ Ｋ６３９４に基づいて動的粘弾性試験を行い、動的貯蔵弾性率（Ｅ’、単位はｄｙｎ／ｃｍ２）と動的損失弾性率（Ｅ’’、単位はｄｙｎ／ｃｍ２）とを求め、損失正接（ｔａｎδ＝Ｅ’’／Ｅ’）を計算して得ることができる。損失正接（ｔａｎδ）のピーク温度は、こうして計算して得られた損失正接（ｔａｎδ）曲線におけるピーク値が表れる温度である。
【００２９】
シール部材の製造方法
本発明の一実施の形態にかかるシール部材の製造方法は、パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）に、平均直径が０．４ｎｍ〜２３０ｎｍのカーボンナノファイバーを混合した後、ロール間隔が０．５ｍｍ以下のオープンロールを用いて、０℃ないし５０℃で薄通しを行って炭素繊維複合材料を得る工程と、炭素繊維複合材料を成形してシール部材を得る工程と、を含み、パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）は、ＪＩＳ Ｋ６２６１に準じた低温弾性回復試験（ＴＲ試験）におけるＴＲ−１０値が−１０℃以下であり、炭素繊維複合材料の架橋体は、動的粘弾性試験における損失正接（ｔａｎδ）のピークの温度が−１５℃以下であることを特徴とする。シール部材の製造方法について図１〜図３を用いて詳細に説明する。
【００３０】
図１〜図３は、本発明の一実施形態にかかるオープンロール法によるシール部材の製造方法を模式的に示す図である。
図１〜図３に示すように、２本ロールのオープンロール２における第１のロール１０と第２のロール２０とは、所定の間隔ｄ、例えば０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの間隔で配置され、図１〜図３において矢印で示す方向に回転速度Ｖ１，Ｖ２で正転あるいは逆転で回転する。まず、図１に示すように、第１のロール１０に巻き付けられたパーフルオロエラストマー３０の素練りを行ない、パーフルオロエラストマー分子鎖を適度に切断してフリーラジカルを生成する。素練りによって生成されたパーフルオロエラストマーのフリーラジカルがカーボンナノファイバーと結びつきやすい状態となる。
【００３１】
次に、図２に示すように、第１のロール１０に巻き付けられたパーフルオロエラストマー３０のバンク３４に、カーボンナノファイバー８０及び必要に応じて図示していない充填剤を投入し、混練する。この混練におけるパーフルオロエラストマー３０の温度は、例えば０℃〜５０℃であることができ、さらに１０℃〜２０℃であることができる。パーフルオロエラストマー３０とカーボンナノファイバー８０とを混合する工程は、オープンロール法に限定されず、例えば密閉式混練法あるいは多軸押出し混練法を用いることもできる。
【００３２】
さらに、図３に示すように、第１のロール１０と第２のロール２０とのロール間隔ｄを、例えば０．５ｍｍ以下、より好ましくは０〜０．５ｍｍの間隔に設定し、混合物３６をオープンロール２に投入して薄通しを行なう。薄通しの回数は、例えば１回〜１０回程度行なうことができる。第１のロール１０の表面速度をＶ１、第２のロール２０の表面速度をＶ２とすると、薄通しにおける両者の表面速度比（Ｖ１／Ｖ２）は、１．０５〜３．００であることができ、さらに１．０５〜１．２であることが好ましい。このような表面速度比を用いることにより、所望の剪断力を得ることができる。このように狭いロール間から押し出された炭素繊維複合材料５０は、パーフルオロエラストマーの弾性による復元力で図３のように大きく変形し、その際にパーフルオロエラストマーと共にカーボンナノファイバーが大きく移動する。薄通しして得られた炭素繊維複合材料５０は、ロールで圧延されて所定厚さのシート状に分出しされる。この薄通しの工程では、できるだけ高い剪断力を得るために、ロール温度を例えば０〜５０℃、より好ましくは５〜３０℃の比較的低い温度に設定して行われ、パーフルオロエラストマーの実測温度も０〜５０℃に調整されることができる。このようにして得られた剪断力により、パーフルオロエラストマーに高い剪断力が作用し、凝集していたカーボンナノファイバーがパーフルオロエラストマー分子に１本ずつ引き抜かれるように相互に分離し、パーフルオロエラストマー中に分散される。特に、パーフルオロエラストマーは、弾性と、粘性と、カーボンナノファイバーとの化学的相互作用と、を有するため、カーボンナノファイバーを容易に分散することができる。そして、カーボンナノファイバーの分散性および分散安定性（カーボンナノファイバーが再凝集しにくいこと）に優れた炭素繊維複合材料５０を得ることができる。
【００３３】
より具体的には、オープンロールでパーフルオロエラストマーとカーボンナノファイバーとを混合すると、粘性を有するパーフルオロエラストマーがカーボンナノファイバーの相互に侵入し、かつ、パーフルオロエラストマーの特定の部分が化学的相互作用によってカーボンナノファイバーの活性の高い部分と結合する。カーボンナノファイバーの表面の活性が適度に高いと、特にパーフルオロエラストマー分子と結合し易くなることができる。次に、パーフルオロエラストマーに強い剪断力が作用すると、パーフルオロエラストマー分子の移動に伴ってカーボンナノファイバーも移動し、さらに剪断後の弾性によるパーフルオロエラストマーの復元力によって、凝集していたカーボンナノファイバーが分離されて、パーフルオロエラストマー中に分散されることになる。本実施の形態によれば、炭素繊維複合材料が狭いロール間から押し出された際に、パーフルオロエラストマーの弾性による復元力で炭素繊維複合材料はロール間隔より厚く変形する。その変形は、強い剪断力の作用した炭素繊維複合材料をさらに複雑に流動させ、カーボンナノファイバーをパーフルオロエラストマー中に分散させると推測できる。そして、一旦分散したカーボンナノファイバーは、パーフルオロエラストマーとの化学的相互作用によって再凝集することが防止され、良好な分散安定性を有することができる。
【００３４】
パーフルオロエラストマーにカーボンナノファイバーを剪断力によって分散させる工程は、前記オープンロール法に限定されず、密閉式混練法あるいは多軸押出し混練法を用いることもできる。要するに、この工程では、凝集したカーボンナノファイバーを分離できる剪断力をパーフルオロエラストマーに与えることができればよい。特に、オープンロール法は、ロール温度の管理だけでなく、混合物の実際の温度を測定し管理することができるため、好ましい。パーフルオロエラストマーとカーボンナノチューブとの混合前、混合中、あるいは薄通し後の分出しされた炭素繊維複合材料に、架橋剤を混合することができ、架橋して架橋体の炭素繊維複合材料とすることができる。パーフルオロエラストマーの架橋は、例えば、耐熱性に優れたパーオキサイド加硫を用いることができる。
【００３５】
シール部材は、炭素繊維複合材料を一般に採用されるゴムの成形加工例えば、射出成形法、トランスファー成形法、プレス成形法、押出成形法、カレンダー加工法などによって所望の形状例えば無端状に成形することで得ることができる。シール部材は、架橋された炭素繊維複合材料からなることができる。
【００３６】
本実施の形態にかかる炭素繊維複合材料の製造方法において、通常、パーフルオロエラストマーの加工で用いられる配合剤を加えることができる。配合剤としては公知のものを用いることができる。配合剤としては、例えば、架橋剤、加硫剤、軟化剤、可塑剤、補強剤、充填剤、着色剤などを挙げることができる。これらの配合剤は、混合の過程の適切な時期にパーフルオロエラストマーに投入することができる。架橋剤としては、パーオキサイドを用いることができ、例えばカーボンナノファイバーをパーフルオロエラストマーへ混合する前、カーボンナノファイバーと一緒、あるいはカーボンナノファイバーとパーフルオロエラストマーを混合した後に投入することができ、例えばスコーチ防止のために架橋剤は薄通し後の未架橋の炭素繊維複合材料に配合することができる。
【００３７】
このように成形されたシール部材は、パーフルオロエラストマーをカーボンナノファイバーによって補強することによって、高温における物性に優れ、しかも耐摩耗性に優れることができる。そのため、シール部材は、静的シール部材及び動的シール部材のどちらにも使用することができる。シール部材は、公知の形態を有することができ、例えば無端状であることができ、いわゆるＯリングや、断面形状が矩形の角シール、断面形状がＤ字状のいわゆるＤリング、断面形状がＸ字状のいわゆるＸリング、断面形状がＥ字状のいわゆるＥリング、断面形状がＶ字状のいわゆるＶリング、断面形状がＵ字状のＵリング、断面形状がＬ字状のＬリングなどを採用することができる。また、シール部材は、例えばマッドモータなどの流体駆動用モータのステータまたはロータとすることができる。
【００３８】
図４は、本発明の一実施形態にかかるシール部材の引裂き疲労試験を模式的に示す図である。
図４に示すように、本実施の形態におけるシール部材の引裂き疲労試験は、架橋体の炭素繊維複合材料を長さ１０ｍｍ×幅４ｍｍ×厚さ１ｍｍの短冊状の試験片１００に打ち抜き、その試験片１００の長辺１０２の中心から幅方向へ深さ１ｍｍの切込み１０６を入れ、試験片１００の両端の短辺１０４，１０４付近をチャック１１０，１１０にて保持して、２００℃の大気雰囲気中、周波数１Ｈｚの条件で図４の矢印Ｔ方向に繰り返し引張荷重（０Ｎ／ｍｍ〜２Ｎ／ｍｍ）をかけ、破断するかあるいは２０万回までの繰り返し回数（引裂き疲労寿命）を測定することができる。試験片１００の切込み１０６は、カミソリ刃によって１ｍｍの深さに切込むことで形成することができる。ゴム組成物の耐摩耗性試験は、これまでも幾つかの測定方法が提案されていたが、このような引裂き疲労試験によって耐摩耗性の評価を行うことができると考えられる。ゴム組成物が摩擦によって摩耗する現象は、被接触面にゴム組成物が引きちぎられるようにして起こると考えられるので、試験片に切込み１０６を入れて引裂き疲労試験を行い、破断するまでの回数が多ければシール部材の耐摩耗性が良好であると推測できる。また、シール部材の高圧における耐摩耗特性の指標として、上記引裂き疲労寿命（第１の回数）に対する、引張荷重を０Ｎ／ｍｍ〜２．５Ｎ／ｍｍに上げる他は同様に引裂き疲労試験を行って得られる引裂き疲労寿命（第２の回数）の比（第２の回数／第１の回数）を計測することができる。この疲労寿命の比が１に近いほど高圧における耐摩耗特性に優れていると推測でき、疲労寿命は例えば０．５〜１．０であることができ、さらに０．６〜１．０であることができる。
【００３９】
また、カーボンナノファイバーの周囲には、パーフルオロエラストマーの一部が混練中に分子鎖切断され、それによって生成されたフリーラジカルがカーボンナノファイバーの表面をアタックして吸着したパーフルオロエラストマー分子の凝集体と考えられる界面相が形成される。界面相は、例えばエラストマーとカーボンブラックとを混練した際にカーボンブラックの周囲に形成されるバウンドラバーに類似するものと考えられる。このような界面相は、カーボンナノファイバーを被覆して保護し、また、カーボンナノファイバーを所定量以上配合することで界面相同士が連鎖した界面相に囲まれてナノメートルサイズに分割されたパーフルオロエラストマーの小さなセルを形成すると推定される。このような小さなセルが炭素繊維複合材料の全体にほぼ均質に形成されることで、単に２つの材料を複合したことによる効果を超えた効果を期待することができる。
【００４０】
さらに、本発明の一実施形態によれば、シール材は、過酷な条件を備えた油田用途に使用可能である。上述のように、このシール材は、優れた耐熱性、耐薬品性及び低温特性を有しているからである。以下に、油田用途を詳述する。
【００４１】
油田用途
油田用途のシール部材は、例えば、油田装置（Ｏｉｌｆｉｅｌｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ）に用いることができる。油田装置のシール部材は、静的シール部材及び動的シール部材に用いることができ、例えば、検層装置（ｌｏｇｇｉｎｇ ｔｏｏｌ）やモータのような回転機械やピストンのような往復動機械などに用いる場合には動的シール部材において高い効果を得ることができる。油田装置の代表的な実施形態について以下に説明する。
【００４２】
図５〜図１２を用いて、検層装置に用いられる本発明の一実施形態のシール部材について説明する。図５は、ダウンホール装置の使用状態を説明する模式図である。図６は、ダウンホール装置の一部を示す模式図である。図７は、ダウンホール装置の圧力容器の連結部分を示す縦断面図である。図８は、ダウンホール装置用のＯリングの他の一使用形態を示す縦断面図である。図９は、ダウンホール装置用のＯリングの他の一使用形態を示す縦断面図である。図１０は、本発明の一実施形態にかかる地下用途の検層装置を模式的に示す断面図である。図１１は、本発明の一実施形態にかかる図１０の検層装置を模式的に示す部分断面図である。図１２は、図１１の検層装置のマッドモータを模式的に示すＸ−Ｘ’断面図である。
【００４３】
検層装置は、例えば掘削された坑井（ｂｏｒｅｈｏｌｅ）内及び坑井周辺の地層、油層などの物理的特性や坑井あるいはケーシングの幾何学的特性（孔径、方位、傾斜等）、油層の流れの挙動などを深度毎に記録するための装置であって、例えば油田（ｏｉｌｆｉｅｌｄ）において用いることができる。油田用途の検層装置としては、例えば、図５に示す海底（ｓｕｂｓｅａ）用途と、図１０に示す地下（ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ）用途と、を挙げることができる。検層装置には、ワイヤーライン検層（Ｗｉｒｅｌｉｎｅ ｌｏｇ／ｌｏｇｇｉｎｇ）や泥水検層（Ｍｕｄ ｌｏｇｇｉｎｇ）などがあり、測定機器が掘削編成に装備されている掘削同時検層(ＬＷＤ：Ｌｏｇｇｉｎｇ Ｗｈｉｌｅ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ)や掘削同時測定（ＭＷＤ：Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｗｈｉｌｅ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ）などがある。これらの検層装置は、地中の深い位置で作業するため、周囲環境はシール部材にとって苛酷になり、高温特に１７５℃以上にさらされた状態で摩擦に耐えて液密状態を保たなければならない場合があり、ＨＮＢＲの複合材よりも高い耐熱性が要求されることがある。
【００４４】
図５に示すように、地下資源の探査は、例えば海５２に浮くプラットホーム５１から海底５４に設けられた縦穴や横穴などで構成される井戸５６内にダウンホール装置６０を進入させ、地中の地質構造などを探査し、目標物質である例えば石油の有無を探査する。ダウンホール装置６０は、例えばプラットホーム５１から延びる長いロッドの先端に固定され、図６に示すような複数の圧力容器６２ａ、６２ｂを有し、さらにその先端に図示しないドリルビットを有してもよい。圧力容器６２ａ、６２ｂは、その両端の連結部６４ａ、６４ｂ、６４ｃで隣接する圧力容器と液密にシールして連結している。圧力容器６２ａ、６２ｂの内部には、例えば音波検層システムなどの電子機器６３ａ，６３ｂが封入され、地中の地質構造などを探査することが可能である。
【００４５】
図７に示すように、圧力容器６２ａの端部６６ａは、圧力容器６２ｂの端部６６ｂの内径よりも多少小さな外径を有する円筒状であり、端部６６ａの外周に設けられた無端状溝６８ａに無端状シール部材例えばＯリング７０がはめ込まれている。Ｏリング７０は、耐熱シール材を用いて形成されかつ外形が連続する円形の無端状シール部材であって、横断面が円形である。圧力容器６２ａの端部６６ａが圧力容器６２ｂの端部６６ｂの内側に入り込み、Ｏリング７０を偏平に押しつぶして組み付けられることによって圧力容器６２ａ、６２ｂの連結部６４ｂは液密にシールされている。ダウンホール装置６０は、地中深く掘られた井戸５６内で作業するため、高温・高圧力下で圧力容器６２ａ，６２ｂ内を液密に保たなければならない。本実施形態にかかるダウンホール装置６０用のＯリング７０は、高温によるエラストマーの劣化が少なく、しかも高温においても高い柔軟性と高い強度を維持することができる。
【００４６】
図８に示すように、例えば、Ｏリング７０と共に無端状溝６８ａ内に樹脂製のバックアップリング７２を設置してもよいし、図９に示すように、例えばＯリング７０ａ，７０ｂを２本並べて無端状溝６８ａ内に設置してシール性を向上させてもよい。
【００４７】
図１０に示すように、地表１５５における、掘削編成に装備された測定機器による地下資源の探査は、例えば坑井（ｂｏｒｅｈｏｌｅ）１５６の上方に配置されたプラットホーム及びデリック編成１５１と、デリック編成１５１から地下に設けられた縦穴や横穴などで構成される坑井１５６内に配置された検層装置として例えば坑底機器編成（ＢＨＡ：ｂｏｔｔｏｍ ｈｏｌｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ）１６０と、を有する。デリック編成１５１は、例えば、フック１５１ａと、回転スイベル（ｒｏｔａｒｙ ｓｗｉｖｅｌ）１５１ｂと、ケリー（ｋｅｌｌｙ）１５１ｃと、回転テーブル１５１ｄと、を含むことができる。坑底機器編成１６０は、例えばデリック編成１５１から延びる長いドリル・ストリング（ｄｒｉｌｌ ｓｔｒｉｎｇ）１５３の先端に固定される。ドリル・ストリング１５３の内部には、図示していないポンプから回転スイベル１５１ｂを介して泥水が送り込まれ、坑底機器編成１６０の流体駆動モータを駆動させることができる。なお、坑底機器編成１６０は、一実施形態として、ドリルビット１６２と、回転操作システム１６４と、マッドモータ１６６と、掘削同時測定モジュール１６８と、掘削同時検層モジュール１７０と、を有する例について説明したが、これに限らず、検層用途に合わせて選択して組み合わせることができる。
【００４８】
図１１に示す回転操作システム１６４は、ドリルビット１６２を回転させたまま一定の方向へビットを偏向させる図示しない偏向機構を有し、傾斜制御掘削を可能とするシステムである。回転操作システム１６４は、本発明の一実施形態のシール部材を適用することができる。回転操作システム１６４は、例えば最大約２１０℃において高い耐摩耗性をもったシール部材や、様々な泥水への暴露に対する高い耐薬品性を有するシール部材が必要である。従来のシール部材は、ゴムの摩耗及び断裂によって機能しなくなる傾向があった。特に、厳しい化学的環境においては、問題は深刻となる傾向があった。米国特許出願公開第２００６／０１５７２８３号に示されているようなロータリー・ステアラブル・システムのためのシール部材は、高い摺動速度（〜１００ｍｍ／ｓｅｃ）で機能を果たすことが要求されるが、使用温度におけるエラストマーの特性低下及び掘削流体の摩耗特性により、シール部材の前記問題が助長される傾向があった。これに対して、本発明の一実施形態のシール部材を回転操作システム１６４のシール部材に用いることによって、上述のシール部材の特性に加えて、粒子を含む掘削マッドから密閉するための高い耐摩耗性、広範な掘削流体に対するより優れた耐薬品性、及び断裂を減少させる高温におけるより優れた機械的特性により、上記の諸課題を解決することができる。回転操作システム１６４は、回転しない円筒形の筐体１６４ａと、筐体１６４ａ内を貫通してマッドモータ１６６の回転力をドリルビット１６２へ伝える伝達軸１６４ｂと、伝達軸１６４ｂを筐体１６４ａ内で回転可能に支持するシール部材１６４ｃとを有する。シール部材１６４ｃは、筐体１６４ａに設けられた環状溝にはめ込まれた例えば無端状のＯリングであることができ、回転する伝達軸１６４ｂの表面との間で密封する機能を有する。このシール部材１６４ｃが前記製造方法で得られたシール部材であることで、高温例えば２００℃程度までの地下の過酷な環境においても耐摩耗性に優れるため、長時間密封機能を維持することができる。このようなシール部材の使用は、例えば、本明細書において全体として援用される米国特許出願公開第２００６／０１５７２８３号と米国特許第７，１８８，６８５号とにおいて見られる。より詳細に述べると、米国特許出願公開第２００６／０１５７２８３号の図５は、ロータリー可変アセンブリのバイアス装置の穴３０を密閉するピストン３６上のシール部材３８を示している。米国特許第７，１８８，６８５号は、バイアス装置を示している。
【００４９】
図１２に示すマッドモータ１６６は、ダウンホール・モーターとも呼ばれ、泥水の流力を動力として、ドリルビット１６２を回転させるための流体駆動モータである。マッドモータ１６６は、例えば、偏距坑井掘削用（ｆｏｒ ｄｅｖｉａｔｅｄ ｗｅｌｌｂｏｒｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）のマッドモータを挙げることができ、本発明の一実施形態のシール部材を適用することができる。マッドモータ１６６は、例えば、最大約１５０℃〜２００℃の高温特性を持ったシール部材、極度の摩耗条件下で機能することができるシール部材、あるいは様々な掘削マッドを取り扱うための耐薬品性を有するシール部材が必要である。従来のマッドモータのシール部材は、例えば、シール部材の膨張、クラック及びシール部材本体の大きな断片の脱落（チャンキング現象）による密閉不足、高温における摩耗による密閉不足、そしてシール部材の摩耗作用によるシール部材の局部加熱及びさらなる劣化が生じる傾向があった。これに対して、本発明の一実施形態のシール部材をマッドモータ１６６のシール部材に用いることによって、上述のシール部材の特性に加えて、高温におけるより優れた機械的特性により断裂及び脱落を減少させ、優れた耐薬品性による広範な掘削流体に対する耐性、より優れた熱伝導性による局部加熱部分の減少などにより、上記の諸課題を解決することができる。マッドモータ１６６は、円筒形の筐体１６６ａと、筐体１６６ａの内周面には管状のステータ１６６が固定され、ステータ１６６ｄの内側にはロータ１６６ｃが回転可能に配置されている。ステータ１６６ｂの内周面１６６ｄは、例えば５本の螺旋状の溝が回転操作システム１６４側から掘削同時測定モジュール１６８側へと延びている。ステータ１６６ｂは、前記製造方法で得られた本発明の一実施形態のシール部材を用いることができる。例えば金属製のロータ１６６ｃの外周面１６６ｅは、例えば４本の螺旋状に突出したねじ山を有し、ステータ１６６ｂの内周面１６６ｄの溝に沿って配置されている。ステータ１６６ｂの内周面１６６ｄとロータ１６６ｃの外周面１６６ｅとは、図１２のように一部で接触し、内周面１６６ｄと外周面１６６ｅとの隙間１６６ｆに泥水を流す流路が形成される。この隙間１６６ｆを流れる泥水とロータ１６６ｃの外周面１６６ｅが接触することによって、ロータ１６６ｃがステータ１６６ｂ内を例えば図１１，図１２の矢印の方向へ偏心回転することができる。このとき、ステータ１６６ｂの内周面１６６ｄとロータ１６６ｃの外周面１６６ｅとは、接触し、かつ、泥水によって偏心回転するため、ステータ１６６ｂの内周面１６６ｄはいわゆるシール部材と同様に機能する。したがって、前記したような地下の過酷な環境においても耐摩耗性に優れるため、マッドモータ１６６のロータ１６６ｃを長時間回転駆動させることができる。なお、本実施の形態においては、流体駆動モータとしてマッドモータ１６６を用いて説明したが、同様の構造を有しかつ流体を用いて駆動する他の流体駆動モータに採用することができ、また、ロータを前記製造方法で得られたシール部材で形成し、ステータを例えば金属で形成することもできる。このようなシール部材の使用は、例えば、本明細書において全体として援用される米国特許出願公開第２００６／０２１６１７８号と、米国特許第６，６０４，９２２号とにおいて見られる。より詳細に述べると、米国特許出願公開第２００６／０２１６１７８号の図３は、ロータを密閉してロータ上に掘削トルクを発生するエラストマーステータ（ライニング）としてのシール部材を示している。マッドは、ステータとロータの間を流れる。また、同じく図４は、ステータを密閉する、ロータに取り付けられたエラストマースリーブとしてのシール部材を示している。同じく図５は、ステータを密閉するロータ上のエラストマースリーブとしてのシール部材を示している。米国特許第６，６０４，９２２号の図４は、ステータに取り付けられたライナーの弾性層は密閉機能を有することを示し、この弾性層がシール部材として機能する。同じく図１３は、エラストマー層からなるロータライニングが密閉機能を有することを示し、このエラストマー層がシール部材として機能する。
【００５０】
掘削同時測定モジュール１６８は、ドリルカラー（ｄｒｉｌｌ ｃｏｌｌａｒ）と呼ばれる厚い壁を有するパイプの壁部に設けられたチャンバー１６８ａ内に図示しない掘削同時測定器具が配置されている。掘削同時測定器具は、各種センサを含み、例えば、方位、傾斜、ビットの向き、荷重、トルク、温度、圧力等の坑底データを計測するとともに、これらの計測データをリアルタイムに地上へ伝送することができる。
【００５１】
掘削同時検層モジュール１７０は、ドリルカラー（ｄｒｉｌｌ ｃｏｌｌａｒ）と呼ばれる厚い壁を有するパイプの壁部に設けられたチャンバー１７０ａ内に図示しない掘削同時検層機器が配置されている。掘削同時検層機器は、各種センサを含み、例えば、比抵抗、孔隙率、音波速度及びガンマ線等を測定し、物理検層データを取得することができ、この物理検層データをリアルタイムに地上へ伝送することができる。
【００５２】
掘削同時測定モジュール１６８及び掘削同時検層モジュール１７０は、各種センサを泥水などから守るため、チャンバー１６８ａ，１７０ａ内において前記製造方法で得られた本発明の一実施形態のシール部材を用いることができる。
【００５３】
油田用途は、前記検層装置に限定されない。例えば、ワイヤーライン検層に用いられるダウンホール・トラクターに、本発明の一実施形態のシール部材を適用することができる。このようなダウンホール・トラクターの一例としては、シュルンベルジェ社のＭａｘＴＲＡＣ又はＴｕｆｆＴＲＡＣ（いずれもシュルンベルジェ社の商標）がある。このようなダウンホール・トラクターは、高い耐摩耗性をもった往復動シール部材を、最大約１７５℃において、長期の運用年数と信頼性のために必要とする。
【００５４】
これまでのシール部材は、ダウンホール・トラクターにあるシーリングピストンの表面に対して高度な研磨を必要としていた。このようにシール部材を研摩することで、製造の際に鏡面加工されたピストンやシリンダの表面の高い歩留まりにつながっていた。通常のエラストマーからなる従来のシール部材は、摩耗、漏洩、機器の寿命の低下、故障が発生していた。また、シール部材は、最大２０００ｆｔ／ｈｏｕｒの高い摺動速度で使用される場合もある。ダウンホール・トラクターに用いられるシール部材は、両側に油圧オイルが存在する状態又は一方の側に油圧オイルが存在し、他方の側に場合によっては粒子を含む泥水又は流体が存在する状態で機能する必要がある。また、トラクター作業においては、牽引距離よりも大きな摺動距離にわたって摺動シール部材が十分に機能することが必要となる。例えば、１０，０００フィートのトラクター作業では、シール部材は最大２０，０００フィート以下の累積摺動距離にわたって確実に機能することが求められる。さらに、シール部材は、通常、最大で２００ｐｓｉの差圧を受けることになる。
【００５５】
これに対して、本発明の一実施形態のシール部材をダウンホール・トラクターに用いることによって、上述のシール部材の特性により、上記の諸課題を解決することができる。特に、密閉性のピストンや円筒の表面に対する加工が緩和され、製造費用を低減することができる。また、優れた耐摩耗性は、より長寿命かつ信頼できるシール機能に役立つことになる。さらに、長寿命は、低摩擦性によっても可能となる。
【００５６】
このようなシール部材の使用は、例えば、本明細書において全体として援用される米国特許第６,１７９,０５５号において見られる。より詳細に述べると、この米国特許の図７Ａ及び図８Ａはピストン上のシール部材を示している。この特許の図７Ｂ，１０Ｂ，１２も同様である。この特許の図１５，１２，１６Ｂは、管材及びハウジングを密封するピストン上のシール部材を示している。また、この米国特許の図１６Ｂは、ロッド上のシール部材を示している。
【００５７】
また、油田用途として、例えば、地層検査及び油層流体サンプリング機器（Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｆｌｕｉｄ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｔｏｏｌ）にも、本発明の一実施形態のシール部材を適用することができる。このような機器は、例えば、シュルンベルジェ社のモジュラー・フォーメーション・ダイナミックス・テスター（ＭＤＴ：シュルンベルジェ社の商標）を含む。このような地層検査及び油層流体サンプリング機器は、ポンプアウトモジュール及びその他ピストンにおいて、高い耐摩耗性を持ったシール部材を必要とする。また、地層検査及び油層流体サンプリング機器は、坑井を密封するために、高い耐摩耗性と最大約２１０℃の高温特性を持ったシール部材を必要とする。
【００５８】
これまでのシール部材は、ポンプアウトモジュールの移動装置（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｕｎｉｔ）のピストンにおいては、多数の往復動が、油層流体を移動し、抽出し、供給して、サンプリングと、機器作動と、分析とをしていた。通常のシール部材を使用した従来のピストンシール部材は摩耗し、限られた寿命後に機能しなくなる傾向があった。この問題は、より高い温度において顕著に発生した。また、流体中の粒子の存在は、シール部材の摩耗及び破損を加速した。
【００５９】
これに対して、本発明の一実施形態のシール部材を地層検査及び油層流体サンプリング機器に用いることによって、上述のシール部材の特性により、上記の諸課題を解決することができる。特に、高温において高い耐摩耗性を有するシール部材は、寿命を向上することができる。低摩擦性を有するシール部材は、摩耗の減少及び寿命を向上することができる。また、高温における高い機械的特性を有するシール部材は、寿命及び信頼性を向上することができる。さらに、高い耐薬品性を有するシール部材は、高温における油井及び流体へ暴露する使用もできる。
【００６０】
このようなシール部材の使用は、例えば、本明細書において全体として援用される米国特許第６，０５８，７７３号及び米国特許第３，６５３，４３６号において見られる。より詳細に述べると、米国特許第６，０５８，７７３号の図２は、ポンプアウトモジュールに設けられた移動装置（ＤＵ）内のシャトルピストン上の往復運シール部材を示している。また、米国特許第３，６５３，４３６号の図２、図３、図４は、マッドケーキでライニングされた坑井表面を密閉しているエラストマー部材を示している。
【００６１】
また、油田用途として、例えば、その場流体サンプリングボトル（Ｉｎ ｓｉｔｕ ｆｌｕｉｄ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｂｏｔｔｌｅｓ）及びその場流体分析・サンプリングボトル（Ｉｎ ｓｉｔｕ ｆｌｕｉｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｂｏｔｔｌｅｓ）にも、本発明の一実施形態のシール部材を適用することができる。このような機器は、例えば、地層検査及び油層流体サンプリング機器やワイヤーライン検層に用いることができる。このようなその場流体サンプリングボトル及びその場流体分析・サンプリングボトルは、低温及び高温において、高圧での使用を可能とするシール部材を必要とする。また、このようなその場流体サンプリングボトル及びその場流体分析・サンプリングボトルは、産出された様々な流体に暴露された場合に、高い耐薬品性を有するシール部材を必要とする。さらに、このようなその場流体サンプリングボトル及びその場流体分析・サンプリングボトルは、耐ガス性を有するシール部材を必要とする。
【００６２】
このようなその場流体サンプリングボトル及びその場流体分析・サンプリングボトルにおいて、油層流体は、高圧高温を有する現場の油層条件で回収されていた。これらのボトルを地表まで回収すると、温度が低下するけれども圧力は高いままであった。回収後、サンプルは他の貯蔵用、輸送用又は分析用の容器に移された。サンプルボトル内の摺動ピストン上のシール部材は、サンプルの回収中はサンプルの輸送中と同様に、以下に説明する重要な機能を担っていた。例えば、地表まで回収する際に高圧低温密封ができない場合の深海域等におけるサンプルのロス、回収時の地表におけるサンプルのロス、サンプルとの化学的な不適合性及びガス吸収による膨張によって生じる密閉不良によるサンプルのロス、ガス吸収したシール部材が膨張してピストンの摩擦と抗力が増加する、シール部材の過度の膨張によりサンプルをボトルから他の貯蔵場所又は分析装置に移す際に固着及び密閉不足又はその他の問題、及び作業時に複数のサンプルボトルが重ねて使用されことによる問題などがあった。回収時の地表におけるサンプルのロスは、特にサンプルがＨ２Ｓ、ＣＨ４，ＣＯ２などの物質を含む場合に、何らかの問題につながる可能性があった。
【００６３】
これに対して、本発明の一実施形態のシール部材をその場流体サンプリングボトル及びその場流体分析・サンプリングボトルに用いることによって、上述のシール部材の特性に加え、高い耐ガス性と、高い耐薬品性と、高圧高温要求特性を満たしながら優れた低温密閉性能を達成することにより、上記の諸課題を解決することができる。
【００６４】
このようなシール部材の使用は、例えば、本明細書において全体として援用される米国特許第６，０５８，７７３号、米国特許第４，８６０，５８１号、及び米国特許第６，４６７，５４４号（ｂｒｏｗｎ他）において見られる。より詳細に述べると、米国特許第６，０５８，７７３号の図５は、サンプルボトル内のピストン上のシール部材を示している。米国特許第４，８６０，５８１号の図２における２つのボトルからなる構成は、サンプルボトル内のピストン上のシール部材を示している。米国特許第６，４６７，５４４号の図１は、シール弁を示している。
【００６５】
また、油田用途として、例えば、その場流体分析機器（ＩＦＡ：ＩｎＳｉｔｕ Ｆｌｕｉｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｏｏｌ）にも、本発明の一実施形態のシール部材を適用することができる。このようなその場流体分析機器は、ダウンホールＰＶＴ用の高い耐摩耗性及び耐ガス性を有するシール部材を必要とする。ＰＶＴは、圧力、体積、及び温度を分析することを意味する。また、その場流体分析機器は、産出した流体を取り扱うための高い耐薬品性有するシール部材を必要とする。さらに、その場流体分析機器は、高圧と最大約２１０℃の高温特性と高い耐ガス性とを持ったフローライン固定シール部材を必要とする。フローラインは、サンプリングした流体に暴露される領域のことである。
【００６６】
その場流体分析機器は、例えば、ダウンホールＰＶＴでは、油層流体サンプルを回収し、圧力を減少させてガス生成を開始させると共にバブルポイントを決定することが必要となっていた。減圧は非常に急速で例えば３０００ｐｓｉ／分超であり、ＰＶＴサンプル室に直接接続されたシール部材において急激な減圧が生じることがあった。シール部材は、２００以上のＰＶＴサイクルに耐えることができなければならなかった。また、ダウンホールＰＶＴ用のシール部材は、急激な減圧によるガスによって機能しなくなることがあった。そのため、従来の市販のシール部材では、２１０℃でダウンホールＰＶＴを行うことができなかった。従来のシール部材では、フローライン中において、膨張による不良及びガス透過による水泡形成が生じることがあった。
【００６７】
これに対して、本発明の一実施形態のシール部材をその場流体分析機器に用いることによって、上記の諸課題を解決することができる。高圧高温における機械的特性が優れているシール部材は、膨張傾向を減少することができる。カーボンナノファイバーによってシール部材中の空隙が減少したシール部材は、耐ガス性を向上することができる。シール部材の材料特性の向上によって、膨張及び急激な減圧に対する耐性を向上することができる。耐薬品性に優れたシール部材は、広範な産出流体に対して耐薬品性を向上することができる。
【００６８】
このようなシール部材の使用は、例えば、本明細書において全体として援用される米国特許出願公開第２００９／００７８４１２号、米国特許第６，７５８，０９０号、米国特許第４，７８２，６９５号、及び米国特許第７，４６１，５４７号において見られる。より詳細に述べると、米国特許出願公開第２００９／００７８４１２号の図５は弁上のシール部材を示し、図５はピストンシール装置上のシール部材を示している。米国特許第６，７５８，０９０号の図２１ａは、弁及びピストン上のシール部材を示している。米国特許第４，７８２，６９５号は、ニードルとＰＶＴ処理室の間のシール部材を示している。米国特許第７，４６１，５４７号は、ＰＶＴ分析用ＰＶＣＵ（圧力体積制御装置）内のピストンスリーブ装置のシール部材として、ＰＶＣＵにおいて流体を隔離するための弁上のシール部材を示している。
【００６９】
また、油田用途として、例えば、ワイヤーライン検層、掘削同時検層、坑井試験、穿孔（ｐｅｒｆｏｒａｔｉｏｎ）、サンプリング作業に用いられる全ての機器にも、本発明の一実施形態のシール部材を適用することができる。このような機器は、例えば、低温及び高温における高圧密閉を可能にするシール部材を必要とする。
【００７０】
このような機器は、例えば、深海における利用では、低温から高温にかけて広い温度範囲で機能するシール部材が要求され、低温においてシール部材が正常に機能しない場合には、電子部品等の空気室への漏洩や機器の故障が生じる可能性があった。また、深海域や北海等の冷水域でのサンプリングにおいて、シール部材は、低温から高温にかけて広い温度範囲で機能しなければならなかった。このような水域において、地中で回収したときのサンプルは高温であるが、地表へ運んだサンプルの温度は地表温度まで低下するからである。例えば、シール部材による高圧低温における密閉が不十分な場合には、サンプルの漏洩やロス及びその他の問題が生じる可能性があった。このような機器の多くは、油圧オイルで充填され、１００〜２００ｐｓｉに加圧されるため、低温において十分に機能するシール部材を使用しない場合には、冷表面条件においてオイルの漏洩が生じたり、低温の深海部からの回収時に不具合が生じたりする可能性があった。
【００７１】
これに対して、本発明の一実施形態のシール部材をこのような機器に用いることによって、上述のシール部材の特性に加え、優れた低温密封性、高温におけるより優れた機械的特性による高圧高温における優れた密閉性によって、上記の諸課題を解決することができる。
【００７２】
また、油田用途として、例えば、側壁コアリング機器（Ｓｉｄｅ ｗａｌｌ Ｃｏｒｉｎｇ Ｔｏｏｌ）にも、本発明の一実施形態のシール部材を適用することができる。このような側壁コアリング機器は、例えば、低摩擦性・高耐摩耗性を有するシール部材、長い寿命及び高い密閉信頼性を有するシール部材、最大約２００℃の高温特性を持ったシール部材、あるいはデルタＰが１００ｐｓｉ以下（低速摺動）であるシール部材を必要とする。ここで、デルタＰはピストンのシール部材両側における圧力差であり、例えばシール部材が低摩擦性を有することで、デルタＰは小さくなり、すなわち小さな圧力差でピストンを動かすことができることを示す。
【００７３】
このような側壁コアリング機器は、例えば、シール部材が固着又は摩擦力の増加をもたらす場合には、コアリングを停止する場合があった。また、各コアの掘削では、地層を切断する間、シール部材と係合させることによってドリルビットを回転・摺動させることが要求された。さらに、高いコア掘削効率を維持するためには、シール部材における低いシーリング摩擦性が重要であった。
【００７４】
これに対して、本発明の一実施形態のシール部材をこのような機器に用いることによって、上述のシール部材の特性に加え、以下の特性によって、上記の諸課題を解決することができる。低摩擦性のシール部材は、コア掘削作業及び作動／移動のための電力消費量を減少することができる。また、低摩擦性のシール部材は、固着（ｓｔｉｃｋｉｎｇ）及び転がり摩耗（ｒｏｌｌｉｎｇ）の傾向が減少し、コア掘削作業の効率を向上することができる。さらに、高い耐摩耗性を有するシール部材は、摩耗性を有する流体中における密閉寿命を向上することができる。
【００７５】
このようなシール部材の使用は、例えば、本明細書において全体として援用される米国特許公開第２００９／０１３３９３２号、米国特許第４，７１４，１１９号、及び米国特許第７，１９１，８３１号において見られる。より詳細に述べると、米国特許公開第２００９／０１３３９３２号の図４及び図５は、モータによって駆動されるコアリングアセンブリのコアリングビット上のシール部材を示している。米国特許第４，７１４，１１９号の図３Ｂ、図５、図６は、最大２０００ｒｐｍでモータによって試錐孔からコアを採掘するように駆動されたドリルビット上のシール部材を示している。米国特許第７，１９１，８３１号の図２Ａ及び図２Ｂは、モータによって駆動されるコアリングビット及びコアリングアセンブリ間のシール部材を示し、図３及び図４で符号２０１〜２０４で示される部品の境界又は図６Ｂのビットとハウジング間には、本実施形態のシール部材のような低摩擦性シール部材を用いることで高い効率を達成することができる。
【００７６】
また、油田用途として、例えば、掘削用途のためのテレメトリー・発電機器（Ｔｅｌｅｍｅｔｒｙ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｔｏｏｌ ｉｎ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）にも、本発明の一実施形態のシール部材を適用することができる。このようなテレメトリー・発電機器は、例えば、高い耐摩耗性を有する回転シール部材、低摩擦性を有する回転・摺動シール部材、最大約１７５℃の高温特性を持ったシール部材を必要とする。
【００７７】
このようなテレメトリー・発電機器、例えば、米国特許第７，０８３，００８号に開示されているようなマッドパルステレメトリ装置は、オイルで充填された機器の内部を、回転シール部材によって坑井流体（掘削泥水）から保護することが要求された。しかしながら、坑井流体中に粒子が含まれるため、シール部材の摩耗や断裂が増加する傾向があった。また、シール部材の摩滅及び摩耗による不十分な密閉により、泥水が侵入すると機器の故障が発生する可能性があった。また、米国特許第７，０８３，００８号に開示されているテレメトリー及び発電機器は、外部流体で内部油圧を補償するピストン上の摺動シール部材を使用して動作しており、シール部材の摩耗、摩滅、膨張、固着により、外部流体の侵入による機器の故障が発生する可能性があった。
【００７８】
これに対して、本発明の一実施形態のシール部材をテレメトリー・発電機器に用いることによって、上述のシール部材の特性に加え、シール部材の耐摩耗性及び低摩擦性の向上により、より信頼性の高い作業及びより長いシール寿命が得られることによって、上記の諸課題を解決することができる。
【００７９】
このようなシール部材の使用は、例えば、本明細書において全体として援用される米国特許第７，０８３，００８号において見られる。より詳細に述べると、米国特許第７，０８３，００８号の図２はロータ間のシール部材／軸受アセンブリにおけるロータリシール部材を示し、図３ａは圧力補償室内において油と坑井流体（マッド）を分離する補償形ピストン上の摺動シール部材を示している。
【００８０】
また、油田用途として、例えば、サンプリング及び地層検査のために坑井の一部を隔離するために使用される膨張パッカー（ｉｎｆｌａｔｅ ｐａｃｋｅｒ）にも、本発明の一実施形態のシール部材を適用することができる。このような膨張パッカーにおけるシール部材は、坑井内の複数の位置における膨張・収縮の繰り返し作業を可能とするために高い摩耗強度と高温特性を有することが必要である。
【００８１】
従来のパッカーにおけるシール部材は、所望の高温特性を有していないために密閉機能に劣化・低下する傾向があった。また、従来のパッカーのシール部材は、所望の寿命を満たさない傾向があった。
【００８２】
これに対して、本発明の一実施形態のシール部材を膨張パッカーに用いることによって、シール部材がより優れた耐摩耗性及びより高い高温特性を有することにより、パッカー部材の寿命と信頼性を向上することができる。
【００８３】
このようなシール部材の使用は、例えば、本明細書において全体として援用される米国特許第７，５７８，３４２号、米国特許第４，８６０，５８１号、及び米国特許第７，３９２，８５１号において見られる。より詳細に述べると、米国特許第７，５７８，３４２号の図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃは、シール部材が膨張して発破孔を密閉し、符号１６で示される部材を隔離することを示している。また、図４Ａのエラストマーシール部材（パッカー部材）又は図５、図６の符号７１２、８１２で示される部材がシール部材を示している。米国特許第４，８６０，５８１号の図１は、坑井を密閉する膨張パッカー部材を示している。米国特許第７，３９２，８５１号は、膨張パッカー部材を示している。
【００８４】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。したがって、このような変形例はすべて、本発明の範囲に含まれるものとする。
【実施例】
【００８５】
（１）実施例１〜１３及び比較例１〜５のサンプルの作製
以下、本発明の実施例について述べるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００８６】
オープンロール（ロール温度１０〜２０℃、ロール間隔０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ）に、パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）を投入し素練りした後、表１〜４に示す配合に従って、カーボンブラック（ＦＥＦ−ＣＢ，ＭＴ−ＣＢ）及びカーボンナノファイバー（ＭＷＣＮＴ−１〜３）をパーフルオロエラストマーに投入し、混練りを行った後、ロールから取り出した。さらに、その混合物をオープンロール（ロール温度１０〜２０℃、ロール間隔０．３ｍｍ）に巻きつけ、薄通しを繰り返し５回行なった。このとき、２本のロールの表面速度比を１．１とした。さらに、薄通しして得られた未架橋の炭素繊維複合材料に、表１〜４に示す配合に従って、架橋剤としてパーオキサイド（ＰＯ）及びトリアリルイソシアヌレート（ＴＡＩＣ）を加えて混練し、分出ししたシートをプレス加硫、二次加硫で成形して厚さ１ｍｍの実施例１〜１３及び比較例１〜５のシート状の炭素繊維複合材料の架橋体サンプルを得た。
【００８７】
表１〜４において、実施例１〜１３及び比較例１〜４の「ＦＦＫＭ」はムーニー粘度（ＭＬ１＋４１００℃）の中心値が２５、ＴＲ−１０値が−３０℃、損失正接（ｔａｎδ）のピーク値が−１５℃のパーフルオロエラストマー、比較例５の「ＦＦＫＭ」はムーニー粘度（ＭＬ１＋４１００℃）の中心値が３５、ＴＲ−１０値が−２℃、損失正接（ｔａｎδ）のピーク値が１４．８℃のパーフルオロエラストマー、「ＦＥＦ−ＣＢ」は平均粒径４３ｎｍのＦＥＦグレードのカーボンブラック、「ＭＴ−ＣＢ」は、平均粒径２００ｎｍのＭＴグレードのカーボンブラック、「ＭＷＣＮＴ−１」は嵩密度４５ｋｇ／ｃｍ３〜９５ｋｇ／ｃｍ３の平均直径１３ｎｍの多層カーボンナノチューブ、「ＭＷＣＮＴ−２」は嵩密度１３０ｋｇ／ｃｍ３〜１５０ｋｇ／ｃｍ３の平均直径１３ｎｍの多層カーボンナノチューブ、「ＭＷＣＮＴ−３」は平均直径６８ｎｍの多層カーボンナノチューブであった。
【００８８】
【表１】
【００８９】
【表２】
【００９０】
【表３】
【００９１】
【表４】
【００９２】
（２）物理試験
実施例１〜１３及び比較例１〜５の炭素繊維複合材料の架橋体サンプルについて、ゴム硬度（Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ））をＪＩＳ Ｋ ６２５３に基づいて測定した。
【００９３】
実施例１〜１３及び比較例１〜５の炭素繊維複合材料の架橋体サンプルをＪＩＳ６号形のダンベル形状に打ち抜いた試験片について、島津製作所社製の引張試験機を用いて、２３±２℃、引張速度５００ｍｍ／ｍｉｎでＪＩＳ Ｋ６２５１に基づいて引張試験を行い、５０％応力（σ５０（ＭＰａ））、１００％応力（σ１００（ＭＰａ））、引張強さ（ＴＳ（ＭＰａ））及び破断伸び（Ｅｂ（％））、を測定した。
【００９４】
実施例１〜１３及び比較例１〜５の炭素繊維複合材料の架橋体サンプル（直径２９．０±０．５ｍｍ、厚さ１２．５±０．５ｍｍの試験片）を、ＪＩＳ Ｋ６２６２に準拠して、２００℃、７０時間、２５％圧縮の条件で、圧縮永久ひずみ（ＣＳ（％））を測定した。
【００９５】
実施例１〜１３及び比較例１〜５の炭素繊維複合材料の架橋体サンプルをＪＩＳ Ｋ ６２５２切込み無しのアングル形試験片に打ち抜き、島津製作所社製オートグラフＡＧ−Ｘを用いて、引張速度５００ｍｍ／ｍｉｎでＪＩＳ Ｋ ６２５２に準拠して引裂き試験を行い、最大引裂き力（Ｎ）を測定し、その測定結果を試験片の厚さ１ｍｍで除して、引裂き強さ（ＴＲ（Ｎ／ｍｍ））を測定した。
【００９６】
実施例１〜１３及び比較例１〜５の炭素繊維複合材料の架橋体サンプルを短冊形（４０×１×２（巾）ｍｍ）に打ち抜いた試験片について、ＳＩＩ社製の動的粘弾性試験機ＤＭＳ６１００を用いて、チャック間距離２０ｍｍ、測定温度−７０〜４００℃、周波数１Ｈｚ、動的ひずみ±０．０５％でＪＩＳ Ｋ６３９４に基づいて動的粘弾性試験を行い損失正接（ｔａｎδ）を測定し、ガラス転移点（Ｔｇ）付近の領域における損失正接（ｔａｎδ）のピーク温度（℃）を測定した。
【００９７】
実施例１〜１３及び比較例１〜５の炭素繊維複合材料の架橋体サンプルを短冊形（４０×１×２（巾）ｍｍ）に打ち抜いた試験片について、ＳＩＩ社製の動的粘弾性試験機ＤＭＳ６１００を用いて、チャック間距離２０ｍｍ、測定温度−７０〜４００℃、周波数１Ｈｚ、動的ひずみ±０．０５％でＪＩＳ Ｋ６３９４に基づいて動的粘弾性試験を行い２００℃における貯蔵弾性率（Ｅ’（ＭＰａ））を測定した。
【００９８】
実施例１〜１３及び比較例１〜５の炭素繊維複合材料の架橋体サンプルを、図４に示すような１０ｍｍ×幅４ｍｍ×厚さ１ｍｍの短冊状の試験片に打ち抜き、その試験片の長辺の中心から幅方向へ深さ１ｍｍの切込みを入れ、ＳＩＩ社製ＴＭＡ／ＳＳ６１００試験機を用いて、大気雰囲気中、１５０℃、最大引張応力２Ｎ／ｍｍ、周波数１Ｈｚの条件で繰り返し引っ張り荷重（０Ｎ／ｍｍ〜２Ｎ／ｍｍ）をかけて引裂き疲労試験を行い、試験片が破断するかあるいは２０万回までの引張回数（（ａ）疲労（回））を測定した。なお、引張回数が２０万回になっても破断しなかった場合には、表には「２０万中断」と記載した。さらに、この引裂き疲労寿命を第１の回数（（ａ）疲労（回））として、引張荷重を０Ｎ／ｍｍ〜２．５Ｎ／ｍｍに上げる他は同様に引裂き疲労試験を行って得られる引裂き疲労寿命を第２の回数（（ｂ）疲労回数）として測定した。第１の回数に対する、第２の回数の比（（ｂ）／（ａ））を計算した。
【００９９】
各測定結果は、表５〜９において、ゴム硬度は「Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）」、５０％応力は「σ５０（ＭＰａ）」、１００％応力は「σ１００（ＭＰａ）」、引張強さは「ＴＳ（ＭＰａ）」、破断伸びは「Ｅｂ（％）」、圧縮永久ひずみは「ＣＳ（％）」、引裂き強さは「ＴＲ（Ｎ／ｍｍ）」、損失正接のピーク温度は「ｔａｎδ（℃）」、貯蔵弾性率は「Ｅ’（２００℃）（ＭＰａ）」、引裂き疲労寿命の第１の回数は「（ａ）疲労（回）」、引裂き疲労寿命の第２の回数は「（ｂ）疲労（回）」及び引裂き疲労寿命の比は「（ｂ）／（ａ）」と示した。
【０１００】
【表５】
【０１０１】
【表６】
【０１０２】
【表７】
【０１０３】
【表８】
【０１０４】
【表９】
【０１０５】
表５〜表８によれば、比較例５の架橋体サンプルにおける損失正接（ｔａｎδ）のピーク値が１４．５℃であったのに対し、実施例１〜１３の炭素繊維複合材料の架橋体サンプルは、損失正接（ｔａｎδ）のピーク値が−１９℃以下であった。また、実施例１〜１０、１２及び１３の炭素繊維複合材料の架橋体サンプルは、カーボンブラックを０質量部〜５０質量部配合した比較例１〜５の架橋体サンプルよりも引裂き強さ（ＴＲ）が大きかった。
【０１０６】
さらに、比較例１〜５の架橋体サンプルの引裂き疲労寿命回数（（ａ）疲労回数）は１回〜８回であったのに対し、実施例１〜８の炭素繊維複合材料の架橋体サンプルの引裂き疲労寿命回数（（ａ）疲労回数）は１０，０００回以上であり、耐摩耗特性に優れていると推測できた。特に、表９に示すように、引裂き疲労寿命の比は「（ｂ）／（ａ）」は、比較例４に比べて実施例１〜３が１に近いかもしくは１であり、実施例１〜３の炭素繊維複合材料の架橋体サンプルは高圧における耐摩耗特性に優れていることが推測できた。
【符号の説明】
【０１０７】
２ オープンロール、１０ 第１のロール、２０ 第２のロール、３０ エラストマー、３４ バンク、３６ 混合物、５０ 炭素繊維複合材料、５１ プラットホーム、５４ 海底、５６ 井戸、６０ダウンホール装置、６２ａ，６２ｂ 圧力容器、６４ａ，６４ｂ，６４ｃ 連結部、６３ａ，６３ｂ 電子機器、７０ Ｏリング、８０ カーボンナノファイバー、Ｖ１，Ｖ２ 回転速度、１００ 試験片、１０６ 切り込み、１１０ チャック、１５１ デリック編成、１５１ａ フック、１５１ｂ 回転スイベル、１５１ｃ ケリー、１５１ｄ 回転テーブル、１５３ ドリル・ストリング、１５５ 地表、１５６ 坑井、１５６ａ 坑底部、１６０ 坑底機器編成、１６２ ドリルビット、１６４ 回転操作システム、１６６ マッドモータ、１６８ 掘削同時測定モジュール、１７０ 掘削同時検層モジュール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）に平均直径が０．４ｎｍ〜２３０ｎｍのカーボンナノファイバーが分散した炭素繊維複合材料を成形したシール部材であって、
前記パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）は、ＪＩＳ Ｋ６２６１に準じた低温弾性回復試験（ＴＲ試験）におけるＴＲ−１０値が−１０℃以下であり、
前記炭素繊維複合材料の架橋体は、動的粘弾性試験における損失正接（ｔａｎδ）のピークの温度が−１５℃以下である、シール部材。
【請求項２】
請求項１において、
前記炭素繊維複合材料は、パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）１００質量部に対してカーボンナノファイバー７質量部以上３５質量部以下と平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍのカーボンブラック０質量部以上５０質量部以下とが配合され、
前記炭素繊維複合材料の架橋体は、２００℃、最大引張応力２Ｎ／ｍｍ、周波数１Ｈｚの引裂き疲労試験における破断回数が１０，０００回以上である、シール部材。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記シール部材は、油田装置に用いられる、シール部材。
【請求項４】
請求項３において、
前記油田装置は、坑井内において検層を行う検層装置である、シール部材。
【請求項５】
請求項３において、
前記シール部材は、前記油田装置内に配置された無端状のシール部材である、シール部材。
【請求項６】
請求項３において、
前記シール部材は、前記油田装置内に配置された流体駆動モータのステータである、シール部材。
【請求項７】
請求項６において、
前記流体駆動モータはマッドモータである、シール部材。
【請求項８】
請求項３において、
前記シール部材は、前記油田装置内に配置された流体駆動モータのロータである、シール部材。
【請求項９】
請求項８において、
前記流体駆動モータはマッドモータである、シール部材。
【請求項１０】
パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）に、平均直径が０．４ｎｍ〜２３０ｎｍのカーボンナノファイバーを混合した後、ロール間隔が０．５ｍｍ以下のオープンロールを用いて、０℃ないし５０℃で薄通しを行って炭素繊維複合材料を得る工程と、
前記炭素繊維複合材料を成形してシール部材を得る工程と、
を含み、
前記パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）は、ＪＩＳ Ｋ６２６１に準じた低温弾性回復試験（ＴＲ試験）におけるＴＲ−１０値が−１０℃以下であり、
前記炭素繊維複合材料の架橋体は、動的粘弾性試験における損失正接（ｔａｎδ）のピークの温度が−１５℃以下である、シール部材の製造方法。
【請求項１】
パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）に平均直径が０．４ｎｍ〜２３０ｎｍのカーボンナノファイバーが分散した炭素繊維複合材料を成形したシール部材であって、
前記パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）は、ＪＩＳ Ｋ６２６１に準じた低温弾性回復試験（ＴＲ試験）におけるＴＲ−１０値が−１０℃以下であり、
前記炭素繊維複合材料の架橋体は、動的粘弾性試験における損失正接（ｔａｎδ）のピークの温度が−１５℃以下である、シール部材。
【請求項２】
請求項１において、
前記炭素繊維複合材料は、パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）１００質量部に対してカーボンナノファイバー７質量部以上３５質量部以下と平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍのカーボンブラック０質量部以上５０質量部以下とが配合され、
前記炭素繊維複合材料の架橋体は、２００℃、最大引張応力２Ｎ／ｍｍ、周波数１Ｈｚの引裂き疲労試験における破断回数が１０，０００回以上である、シール部材。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記シール部材は、油田装置に用いられる、シール部材。
【請求項４】
請求項３において、
前記油田装置は、坑井内において検層を行う検層装置である、シール部材。
【請求項５】
請求項３において、
前記シール部材は、前記油田装置内に配置された無端状のシール部材である、シール部材。
【請求項６】
請求項３において、
前記シール部材は、前記油田装置内に配置された流体駆動モータのステータである、シール部材。
【請求項７】
請求項６において、
前記流体駆動モータはマッドモータである、シール部材。
【請求項８】
請求項３において、
前記シール部材は、前記油田装置内に配置された流体駆動モータのロータである、シール部材。
【請求項９】
請求項８において、
前記流体駆動モータはマッドモータである、シール部材。
【請求項１０】
パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）に、平均直径が０．４ｎｍ〜２３０ｎｍのカーボンナノファイバーを混合した後、ロール間隔が０．５ｍｍ以下のオープンロールを用いて、０℃ないし５０℃で薄通しを行って炭素繊維複合材料を得る工程と、
前記炭素繊維複合材料を成形してシール部材を得る工程と、
を含み、
前記パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）は、ＪＩＳ Ｋ６２６１に準じた低温弾性回復試験（ＴＲ試験）におけるＴＲ−１０値が−１０℃以下であり、
前記炭素繊維複合材料の架橋体は、動的粘弾性試験における損失正接（ｔａｎδ）のピークの温度が−１５℃以下である、シール部材の製造方法。
【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２０１３−２３５７５（Ｐ２０１３−２３５７５Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５９５２３（Ｐ２０１１−１５９５２３）
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２３年度、独立行政法人科学技術振興機構「地域卓越研究者戦略的結集プログラム（エキゾチック・ナノカーボンの創成と応用プロジェクト）」委託研究、平成２３年度、経済産業省「地域イノベーション創出研究開発事業（ＭＷＣＮＴセル・タイ技術を用いたスーパーシールの実用化）」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００２２６６７７）日信工業株式会社 (840)
【出願人】（５０４１８０２３９）国立大学法人信州大学 (759)
【出願人】（５０００１７８６３）シュルンベルジェ ホールディングス リミテッド (13)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ Ｈｏｌｄｉｎｇｓ Ｌｉｍｉｔｅｄ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２３年度、独立行政法人科学技術振興機構「地域卓越研究者戦略的結集プログラム（エキゾチック・ナノカーボンの創成と応用プロジェクト）」委託研究、平成２３年度、経済産業省「地域イノベーション創出研究開発事業（ＭＷＣＮＴセル・タイ技術を用いたスーパーシールの実用化）」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００２２６６７７）日信工業株式会社 (840)
【出願人】（５０４１８０２３９）国立大学法人信州大学 (759)
【出願人】（５０００１７８６３）シュルンベルジェ ホールディングス リミテッド (13)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ Ｈｏｌｄｉｎｇｓ Ｌｉｍｉｔｅｄ
【Ｆターム（参考）】
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