シール部材
【課題】
耐フッ素系流体性に優れたシール部材及びそのシール部材を用いたバルブを提供する。
【解決手段】
本発明にかかるシール部材は、フッ素含有量が６５質量％以下の３元系含フッ素エラストマー１００質量部に対し、カーボンナノファイバー５質量部〜２５質量部と、カーボンブラック１０質量部〜４０質量部と、を含む。シール部材は、１３０℃のパーフルオロポリエーテル（＞９９．９％［Ｗ／Ｗ］）に１０３時間浸漬する耐液性試験後の５０％伸び時の応力が８ＭＰａ以上である。シール部材は、耐液性試験の前後において体積変化率が４．０％以下である。本発明にかかるバルブＶは、そのシール部材９を用いている。
耐フッ素系流体性に優れたシール部材及びそのシール部材を用いたバルブを提供する。
【解決手段】
本発明にかかるシール部材は、フッ素含有量が６５質量％以下の３元系含フッ素エラストマー１００質量部に対し、カーボンナノファイバー５質量部〜２５質量部と、カーボンブラック１０質量部〜４０質量部と、を含む。シール部材は、１３０℃のパーフルオロポリエーテル（＞９９．９％［Ｗ／Ｗ］）に１０３時間浸漬する耐液性試験後の５０％伸び時の応力が８ＭＰａ以上である。シール部材は、耐液性試験の前後において体積変化率が４．０％以下である。本発明にかかるバルブＶは、そのシール部材９を用いている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐フッ素系流体性に優れたシール部材及びそのシール部材を用いたバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
低温から高温まで幅広い温度範囲で使用でき、熱伝導性に優れたフッ素系流体として、例えば、パーフルオロポリエーテルがチャンバーの温度調節用の熱媒体として使用されている。半導体製造装置のチャンバー温調においては、熱媒体に対して、不活性、高い電気絶縁性、低毒性、不燃性、耐溶剤性などが求められることがある。パーフルオロポリエーテルは、これらの要求に応える熱媒体であり、半導体製造装置の熱媒体として使用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
パーフルオロポリエーテルを例えば半導体製造装置のチャンバー温調に用いる場合には、パーフルオロポリエーテルを装置の各部分へ移送するための配管やバルブが必要であり、配管やバルブには弾性体で形成されたシール部材が多数装着されている。特に、パーフルオロポリエーテルを高温で用いる場合には、シール部材にも耐熱性が要求されることになり、フッ素ゴム系のシール部材が望まれている。
【０００４】
しかしながら、フッ素ゴム系のシール部材を採用した場合、パーフルオロポリエーテルがフッ素ゴムに対して溶剤として作用し、シール部材が劣化してしまうことがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３１１３４６号公報
【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、耐フッ素系流体性に優れたシール部材及びそのシール部材を用いたバルブを提供することにある。また、本発明の別の目的は、微小流量の制御性を数値化して評価するバルブの評価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、
フッ素含有量が６５質量％以下の３元系含フッ素エラストマー１００質量部に対し、カーボンナノファイバー５質量部〜２５質量部と、カーボンブラック１０質量部〜４０質量部と、を含み、
１３０℃のパーフルオロポリエーテル（＞９９．９％［Ｗ／Ｗ］）に１０３時間浸漬する耐液性試験後の５０％伸び時の応力が８．０ＭＰａ以上であって、
前記耐液性試験の前後において体積変化率が４．０％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、パーフルオロポリエーテルと接触することによる劣化を抑制することができる。
【０００９】
本発明にかかるシール部材において、
前記耐液性試験の前後において質量変化率が４．０％以下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、
前記耐液性試験の前後において５０％伸び時の応力の変化率が±７．０％以内であることができる。
【００１１】
本発明にかかるシール部材において、
前記耐液性試験の前後において５０％伸び時の応力の変化率が負とならないことができる。
【００１２】
本発明にかかるバルブは、前記シール部材を用いたことを特徴とする。
【００１３】
本発明にかかるバルブによれば、シール部材がパーフルオロポリエーテルと接触することによる劣化が抑制されるため、安定した流量制御特性を備えることができる。
【００１４】
本発明にかかるバルブの評価方法は、
弁体を弁座に対して進退移動して流体の流量を制御するバルブの評価方法であって、
開弁動作における弁の開度（％）に対するＣｖ値からなる第１の流量特性曲線と、閉弁動作における弁の開度（％）に対するＣｖ値からなる第２の流量特性曲線と、を測定し、
前記弁の微小開度における前記第１の流量特性曲線と前記第２の流量特性曲線との間に形成された閉じられた領域の面積を流量制御指数として算出し、
前記流量制御指数によって流量の制御性を評価することを特徴とする。
【００１５】
本発明にかかるバルブの評価方法において、
１３０℃のパーフルオロポリエーテル（＞９９．９％［Ｗ／Ｗ］）に１０３時間浸漬する耐液性試験前のシール材を装着したバルブの前記流量制御指数を第１の流量制御指数として算出し、
前記耐液性試験後のシール材を装着したバルブの前記流量制御指数を第２の流量制御指数として算出し、
前記第１の流量制御指数と前記第２の流量制御指数との差分によって流量の制御性を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるニードルバルブの縦断面図である。
【図２】図１におけるニードルバルブの開弁状態を示した部分拡大断面図である。
【図３】図１におけるニードルバルブの閉弁状態を示した部分拡大断面図である。
【図４】Ｏリングのつぶし率を説明する模式図である。
【図５】比較例１のニードルバルブにおける流量特性を示すグラフである。
【図６】実施例３のニードルバルブにおける流量特性を示すグラフである。
【図７】比較例１のニードルバルブにおける流量特性を示すグラフである。
【図８】比較例４のニードルバルブにおける流量特性を示すグラフである。
【図９】実施例３のニードルバルブにおける流量特性を示すグラフである。
【図１０】実施例１１のニードルバルブにおける流量特性を示すグラフである。
【図１１】実施例１２のニードルバルブにおける流量特性を示すグラフである。
【図１２】実施例１３のニードルバルブにおける流量特性を示すグラフである。
【図１３】実施例１４のニードルバルブにおける流量特性を示すグラフである。
【図１４】比較例１のニードルバルブにおける流量特性を示すグラフを用いた流量制御指数の測定方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
本発明の一実施の形態にかかるシール部材は、フッ素含有量が６５質量％以下の３元系含フッ素エラストマー１００質量部に対し、カーボンナノファイバー５質量部〜２５質量部と、カーボンブラック１０質量部〜４０質量部と、を含み、１３０℃のパーフルオロポリエーテル（＞９９．９％［Ｗ／Ｗ］）に１０３時間浸漬する耐液性試験後の５０％伸び時の応力が８．０ＭＰａ以上であって、前記耐液性試験の前後において体積変化率が４．０％以下であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の一実施形態にかかるバルブは、前記シール部材を用いたことを特徴とする。
【００２０】
本発明の一実施の形態にかかるバルブの評価方法は、弁体を弁座に対して進退移動して流体の流量を制御するバルブの評価方法であって、開弁動作における弁の開度（％）に対するＣｖ値からなる第１の流量特性曲線と、閉弁動作における弁の開度（％）に対するＣｖ値からなる第２の流量特性曲線と、を測定し、前記弁の微小開度における前記第１の流量特性曲線と前記第２の流量特性曲線との間に形成された閉じられた領域の面積を流量制御指数として算出し、前記流量制御指数によって流量の制御性を評価することを特徴とする。
【００２１】
本発明の一実施の形態にかかるシール部材について説明する。シール部材は、３元系含フッ素エラストマー中にカーボンナノファイバーとカーボンブラックとを含む。
【００２２】
３元系の含フッ素エラストマーは、分子中にフッ素原子を含むフッ化ビニリデン系の合成ゴムであり、３元系フッ素ゴムとも呼ばれ、例えば、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）−ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）−テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）３元共重合体（ＶＤＦ−ＨＦＰ−ＴＦＥ）、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）−パーフルオロ（メチルビニルエーテル）（ＦＭＶＥ）−テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）３元共重合体（ＶＤＦ−ＨＦＰ−ＴＦＥ）などが挙げられる。３元系の含フッ素エラストマーとしては、例えば、デュポン社製の商品名バイトン、ダイキン工業社製の商品名ダイエル、ソルベイソレクシス社製の商品名テクノフロンなどをあげることができる。以下の説明では、３元系の含フッ素エラストマーをＦＫＭと省略する場合がある。３元系の含フッ素エラストマーは、重量平均分子量が好ましくは５０，０００〜３００，０００であることができる。３元系の含フッ素エラストマーの分子量がこの範囲であると、３元系の含フッ素エラストマー分子が互いに絡み合い、相互につながっているので、３元系の含フッ素エラストマーはカーボンナノファイバーを分散させるために良好な弾性を有することができる。３元系の含フッ素エラストマーは、粘性を有しているので凝集したカーボンナノファイバーの相互に侵入しやすく、さらに弾性を有することによってカーボンナノファイバー同士を分離することができる。３元系の含フッ素エラストマーの重量平均分子量が５０，０００より小さいと、３元系の含フッ素エラストマー分子が相互に充分に絡み合うことができず、後の工程で剪断力をかけても弾性が小さいためカーボンナノファイバーを分散させる効果が小さくなる傾向がある。また、３元系の含フッ素エラストマーの重量平均分子量が３００，０００より大きいと、３元系の含フッ素エラストマーが固くなりすぎて加工が困難となる傾向がある。３元系の含フッ素エラストマーは、フッ素含有量が６５質量％以下であり、さらに、６０質量％〜６５質量％であることができ、特に、６３質量％〜６５質量％であることができる。３元系の含フッ素エラストマーは、フッ素含有量が６５質量％以下であると耐パーフルオロポリエーテル性に優れることができる。３元系の含フッ素エラストマーは、ムーニー粘度（ＭＬ１＋４１２１℃）の中心値が２５〜６５またはムーニー粘度（ＭＬ１＋４１００℃）の中心値が２５〜７０、比重が１．７５ｇ／ｃｍ３〜２．０ｇ／ｃｍ３であることができる。また、ムーニー粘度（ＭＬ１＋４１２１℃）の中心値が２５以上またはムーニー粘度（ＭＬ１＋４１００℃）の中心値が２５以上であると引張強さ（ＴＳ）や圧縮永久ひずみ（ＣＳ）などの基本要求性能を有することができ、ムーニー粘度（ＭＬ１＋４１２１℃）の中心値が６５以下またはムーニー粘度（ＭＬ１＋４１００℃）の中心値が７０以下であれば適度な粘度を有するので加工することができる。
【００２３】
本発明の一実施の形態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、さらに９ｎｍ〜２０ｎｍであることができる。このような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エラストマーとの表面反応性が向上し、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。カーボンナノファイバーは、直径が９ｎｍ以上ではカーボンナノファイバーによってマトリックス材料を囲むように形成された微小セル構造が小さすぎず適度な柔軟性を有すると予測され、逆に１１０ｎｍ以下では微小セル構造が大きすぎず耐摩耗性の効果を有すると予測される。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。また、カーボンナノファイバーは、その表面のエラストマーとの反応性を向上させるために、公知の活性化処理を施すことができる。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。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】
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、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。
【００２５】
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。例えば、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、これより太い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。
【００２６】
カーボンナノファイバーの配合量は、カーボンブラックの配合量と共に調整することができ、３元系の含フッ素エラストマー１００質量部に対し、５質量部〜２５質量部を配合する。特に、カーボンナノファイバーは、３元系の含フッ素エラストマー１００質量部に対し、１０質量部〜２０質量部を配合することができる。カーボンナノファイバーは、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５質量部以上を３元系の含フッ素エラストマーへ配合することによって、ナノサイズのセル構造を形成することができると考えられる。また、カーボンナノファイバーが２５質量部以下の配合量であれば、耐パーフルオロポリエーテル性が向上する傾向がある。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。
【００２７】
カーボンブラックは、平均粒径が１０ｎｍ〜３００ｎｍであることができる。カーボンブラックを３元系の含フッ素エラストマーに配合することによって、含フッ素エラストマーのマトリックス領域をカーボンブラックによって微小サイズに分割することができ、その微小サイズに分割されたマトリックス領域はカーボンナノファイバーによって補強すればよいので、カーボンブラックを配合することでカーボンナノファイバーの配合量を少なくすることができる。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配合量と合わせて調整することができ、３元系の含フッ素エラストマー１００質量部に対し、１０質量部〜４０質量部であり、特に、１５質量部〜２５質量部であることができる。
【００２８】
充填剤としては、エラストマーの充填剤として用いることのできる、シリカ、クレー、タルクなどから少なくともひとつを選択することができる。シリカ、タルク及びクレーは、平均粒径が５ｎｍ〜５０ｎｍであることができる。
【００２９】
シール部材は、１３０℃のパーフルオロポリエーテル（＞９９．９％［Ｗ／Ｗ］）に１０３時間浸漬する耐液性試験後の５０％伸び時の応力が８．０ＭＰａ以上であって、耐液性試験の前後において体積変化率が４．０％以下である。含フッ素エラストマー製のシール部材を１３０℃のパーフルオロポリエーテルに長時間浸漬すると、シール部材が劣化するとともに体積変化が起こる傾向がある。これに対し、本実施の形態にかかるシール部材においては、耐液性試験の前後の体積変化率が４．０％以下と小さく、耐液性試験後の５０％伸び時の応力も８．０ＭＰａ以上と高いため、耐パーフルオロポリエーテル性に優れているということができる。なお、本明細書において耐液性試験は、１３０℃のパーフルオロポリエーテルに１０３時間浸漬することをいう。さらに、シール部材は、耐液性試験後の５０％伸び時の応力が８．０ＭＰａ以上、３０．０ＭＰａ以下であることができ、特に、耐液性試験後の５０％伸び時の応力が８．０ＭＰａ以上、２０．０ＭＰａ以下であることができる。シール部材が耐液性試験後の５０％伸び時の応力が８．０ＭＰａ以上であると、パーフルオロポリエーテルに接触する環境下においても高い強度を維持することができ、例えばシール部材をバルブに用いたとき、微小流量制御性に優れることができる。さらに、シール部材は、耐液性試験の前後において体積変化率が０．０％〜４．０％であることができ、特に、１．０％〜３．０％であることができる。シール部材が耐液性試験の前後において体積変化率が４．０％以下であると、パーフルオロポリエーテルに接触する環境下においてもシール部材の劣化が少ないということができ、例えばシール部材をバルブに用いたとき、安定した流量制御特性を有することができる。本明細書中で「変化率」とは、耐液性試験前の測定値に対する耐液性試験前後の測定値の差の百分率であり、耐液性試験前後の測定値の差は耐液性試験後の測定値から耐液性試験前の測定値を引き算する。例えば、体積変化率であれば、（Ｖｃ１−Ｖｃ０）／Ｖｃ０×１００である。なお、Ｖｃ０は耐液性試験前の体積、Ｖｃ１は耐液性試験後の体積である。
【００３０】
シール部材は、耐液性試験の前後において質量変化率が４．０％以下であることができ、さらに、耐液性試験の前後において質量変化率が４．０％以下、０．０％以上であることができ、特に、耐液性試験の前後において質量変化率が３．０％以下、１．０％以上であることができる。シール部材が耐液性試験の前後において質量変化率が４．０％以下であると、パーフルオロポリエーテルに接触する環境下においてもシール部材の劣化が少ないということができる。
【００３１】
シール部材は、耐液性試験の前後において５０％伸び時の応力の変化率が±７．０％以内であることができ、耐液性試験の前後において５０％伸び時の応力の変化率が±６．５％以内であることができる。シール部材が耐液性試験の前後において５０％伸び時の応力の変化率が７．０％以下であると、耐液性試験の前後において高い強度を維持することができ、例えばシール部材をバルブに用いたとき、微小流量制御性に優れることができる。シール部材は、耐液性試験の前後において５０％伸び時の応力の変化率が負とならないことができ、このようなシール部材をバルブに用いたとき、開弁時と閉弁時における微小流量制御の再現性に優れることができる。微小流量制御の再現性とは、バルブの開弁時における弁の開度に対する流量の増加曲線と、バルブの閉弁時における弁の開度に対する流量の減少曲線とが近似することをいう。
【００３２】
本発明の一実施の形態にかかるシール部材は、カーボンナノファイバー及びカーボンブラックを、３元系の含フッ素エラストマーに混合し、かつ、剪断力で該３元系の含フッ素エラストマー中に均一に分散して炭素繊維複合材料を得る工程を含む製造方法によって得ることができる。シール部材は、炭素繊維複合材料を所望形状に成形することで得られる。一般に、３元系の含フッ素エラストマー中に凝集しやすいカーボンナノファイバーを解して分散することは容易ではない。以下に説明するように、３元系の含フッ素エラストマーとカーボンナノファイバーとの特性を利用して製造することができる。オープンロール法による炭素繊維複合材料の製造方法について説明する。なお、製造方法の説明においては、３元系の含フッ素エラストマーを単にエラストマーと省略して説明する。
【００３３】
２本ロールのオープンロールにおける第１のロールと第２のロールとは、所定の間隔、例えば０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの間隔で配置され、回転速度Ｖ１，Ｖ２で回転する。まず、第１のロールに巻き付けられたエラストマーの素練りを行ない、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。
【００３４】
次に、第１のロールに巻き付けられたエラストマーのバンクに、カーボンナノファイバー及びカーボンブラックを投入し、混練する。この混練におけるエラストマーの温度は、例えば１００℃〜２００℃であることができ、さらに１５０℃〜２００℃であることができる。このように、後で説明する薄通しに比べて比較的高温でエラストマーとカーボンナノファイバーとが混練されることでカーボンナノファイバーの隙間にエラストマーが侵入しやすくなると考えられる。エラストマーとカーボンナノファイバー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。
【００３５】
さらに、第１のロールと第２のロールとのロール間隔を、例えば０．５ｍｍ以下、より好ましくは０〜０．５ｍｍの間隔に設定し、混合物をオープンロールに投入して薄通しを１回〜複数回行なう。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のロールの表面速度をＶ１、第２のロールの表面速度を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であることができる。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は、エラストマーの弾性による復元力で大きく変形し、その際に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。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、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、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、エラストマー中に分散される。特に、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を得ることができる。なお、薄通しして得られた炭素繊維複合材料は、さらにロールで圧延されて所定厚さのシート状に分出しすることができる。
【００３６】
より具体的には、オープンロールで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する。次に、エラストマーに強い剪断力が作用すると、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されることになる。本実施の形態によれば、薄通しで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、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、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。
【００３７】
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。エラストマーの架橋は、例えば、耐薬品性に優れたパーオキサイド加硫を用いることができる。架橋剤は、例えばカーボンナノファイバー及びカーボンブラックをエラストマーへ混合する前、カーボンナノファイバー及びカーボンブラックと一緒、あるいはカーボンナノファイバー、カーボンブラック及び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。
【００３８】
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、プレス成形法、射出成形法、押出成形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、加硫された炭素繊維複合材料によって形成することができ、例えばプレス成形において一次加硫した後、熱オーブンなどで二次加硫することができる。
【００３９】
本実施の形態にかかるシール部材の製造方法において、通常、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、加硫促進剤、加硫遅延剤、軟化剤、可塑剤、硬化剤、補強剤、充填剤、老化防止剤、着色剤、受酸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エラストマーに投入することができる。
【００４０】
シール部材は、例えば、固定部分に使われるガスケットや可動部分に使われるパッキンとして用いることができ、例えば、外形が連続する無端状である無端状シール部材がある。無端状シール部材は、外形が円形だけでなく、シール部材を配置する溝や部材の形状に併せて例えば多角形であってもよい。無端状シール部材としては、横断面が円形のＯリングであることができる。シール部材は、パーフルオロポリエーテルと接触する配管やバルブ内に装着して用いることができる。配管においては、例えば配管同士あるいは配管と他の装置とを接続する継ぎ手部分にシール部材が用いられ、液密にシールすることができる。また、バルブにおいては、例えばバルブ内の可動部分である弁体にシール部材を装着し、シール部材と弁座とを密着してシールし、シール部材と弁座との間に所定間隔を有することでバルブ内を流れる流体の流量を制御することができる。
【００４１】
炭素繊維複合材料は、未架橋体において、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって１５０℃、観測核が１Ｈで測定した、特性緩和時間（Ｔ２’ＨＥ／１５０℃）が５００〜１２００μ秒であることができ、さらに５００〜１３００μ秒であることができ、特に５００〜１１００μ秒であることができる。なお、特性緩和時間（Ｔ２’ＨＥ）における「ＨＥ」は、後述するソリッドエコー法の「ＳＥ」と区別するために用いた表記である。ハーンエコー法による特性緩和時間（Ｔ２’ＨＥ）は、３元系の含フッ素エラストマーの分子運動性を示す尺度であって、多成分系の平均的緩和時間を表す。したがって、特性緩和時間（Ｔ２’ＨＥ）は、ハーンエコー法によって検出された複数の緩和時間の平均値であり、「１／Ｔ２’ＨＥ＝ｆａ／Ｔ２ａ＋ｆｂ／Ｔ２ｂ＋ｆｃ／Ｔ２ｃ・・・」と表すことができる。カーボンナノファイバーが分散した炭素繊維複合材料は、マトリックスであるエラストマー分子をカーボンナノファイバーが拘束する力を表すと言え、（Ｔ２’ＨＥ／１５０℃）が３元系の含フッ素エラストマー単体に比べてカーボンナノファイバーの配合量に応じて小さくなる。したがって、カーボンナノファイバーを混合した炭素繊維複合材料であっても、カーボンナノファイバーが均一に分散していない場合にはエラストマー分子を全体に拘束しにくいため、１５０℃におけるハーンエコー法による特性緩和時間（Ｔ２’ＨＥ／１５０℃）が３元系の含フッ素エラストマー単体と大きく変わらないと考えられる。
【００４２】
炭素繊維複合材料は、未架橋体において、パルス法ＮＭＲを用いてソリッドエコー法によって１５０℃、観測核が１Ｈで測定した、特性緩和時間（Ｔ２’ＳＥ／１５０℃）が１０〜７００μ秒であることができ、さらに特性緩和時間（Ｔ２’ＳＥ／１５０℃）が１０〜５００μ秒であることができ、特性緩和時間（Ｔ２’ＳＥ／１５０℃）が１０〜２００μ秒であることができる。ソリッドエコー法による特性緩和時間（Ｔ２’ＳＥ）は、カーボンナノファイバーによる磁場の不均一性を示す尺度であって、多成分系の平均的緩和時間を表す。したがって、特性緩和時間（Ｔ２’ＳＥ）は、ハーンエコー法によって検出された複数の緩和時間の平均値であり、「１／Ｔ２’ＳＥ＝ｆａ／Ｔ２ａ＋ｆｂ／Ｔ２ｂ＋ｆｃ／Ｔ２ｃ・・・」と表すことができる。カーボンナノファイバーが分散した炭素繊維複合材料は、カーボンナノファイバーが均一に分散することで磁場の不均一性が起こり、１５０℃におけるソリッドエコー法による特性緩和時間（Ｔ２’ＳＥ／１５０℃）が３元系の含フッ素エラストマー単体に比べてカーボンナノファイバーの配合量に応じて小さくなる。また、カーボンナノファイバーを混合した炭素繊維複合材料であっても、カーボンナノファイバーが均一に分散していない場合には磁場の不均一性があまり導入されず、したがって１５０℃におけるソリッドエコー法による特性緩和時間（Ｔ２’ＳＥ／１５０℃）が３元系の含フッ素エラストマー単体とほとんど変わらないと考えられる。
【００４３】
また、カーボンナノファイバーの周囲には、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。
【００４４】
次に、本発明の一実施の形態にかかるシール部材をＯリングとして用いたバルブの一例としてニードルバルブについて説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかるニードルバルブＶの縦断面図である。ニードルバルブＶの弁本体１には、流入口２と、流出口３と、流入口２から流出口３への流路に設けた弁室４と、弁室４と連通する軸装穴５と、が設けられている。弁室４には、流入口２に開口して装着された環状の弁座６と、弁座６を弁室４内に固定する筒体１３と、弁座６に離接するニードル７と、が配置されている。ニードル７は、弁座６に着座する円錐状のテーパ部７ａと、テーパ部７ａよりも大きい外径を有するフランジ部７ｂと、テーパ部７ａとフランジ部７ｂとの間に形成された環状の溝からなる外周溝１０と、外周溝１０に装着されたシール部材であるＯリング９と、フランジ部７ｂからテーパ部７ａとは反対方向へ延びる軸部８と、軸部８の端部に設けられた軸部８よりも大きい外径を有する係合片１６と、を有している。弁本体１の軸装穴５には、筒体１３の弁座６と対向する側に保持体１４と、筒状のブッシュ１７と、筒体１３と保持体１４との間に配置したガイド体３１と、係合片１６と保持体１４との間に配置されたスプリング１５と、軸部８の端部に当接してブッシュ１７の内壁内を移動可能な軸受け３０と、が設けられている。ブッシュ１７は、環状の断熱プレート３２内に装着され、ブッシュ１７と断熱プレート３２には、ブッシュ１７の内部から外部へ連通する連通孔３２ａ，１７ａが設けられている。
【００４５】
弁本体１には断熱プレート３２及びブッシュ１７を介してアクチュエータ２０が取り付けられている。アクチュエータ２０は、筐体２０ａ内にネジ固定された直動型電動モータ１８を有する。直流型電動モータ１８は、図示しないロータと、ネジ部が形成された出力軸（スクリューシャフト）１９と、ロータの回転力を出力軸１９に伝達する図示しない回転伝達機構などから成り、このロータの回転力は、出力軸１９によって直線運動に変換され、この出力軸１９が軸方向に摺動するように構成されている。
【００４６】
ニードルバルブＶは、流体、特に水系流体及び油系流体の流量制御に優れており、パーフルオロポリエーテルの流量制御弁に用いることができる。
【００４７】
図２は、図１におけるニードルバルブの開弁状態を示した部分拡大断面図である。図３は、図１におけるニードルバルブの閉弁状態を示した部分拡大断面図である。図４は、Ｏリングのつぶし率を説明する模式図である。弁座６は、弁室４の流入口２側に設けた段部１ｂにシールリング２１を介して装着されており、この弁座６の流入口２側の開口部である弁口６ｂと、上方（流入口２から弁室４へ向かう方向）に向って拡がる傾斜面６ａと、弁口６ｂと傾斜面６ａとを連結する角部である縮径部６ｃと、が形成されている。なお、本例では金属製の弁座６を採用しているが、樹脂製、或はその他材料から成るものでもよく、実施に応じて任意に採用することができる。勿論、その他の構成部品も同様に実施に応じて任意に採用することができる。
【００４８】
ニードル７の先端の外周部は先端に向けて縮径する円錐状のテーパ部７ａが形成され、テーパ部７ａの上方位置すなわちテーパ部７ａとフランジ７ｂとの間には外周溝１０が設けてあり、着座時にこのニードル７と弁座６との間を密封するＯリング９が装着されている。この外周溝１０には、外周溝１０のテーパ部７ａ側を下方に向けて傾斜するように拡げて空隙部１０ａが形成され、且つ、この外周溝１０におけるＯリング９が当接する面を円弧面１０ｂが形成され、この円弧面１０ｂの半径をＯリング９の半径と略一致させている。この外周溝１０の構造によって、弁微開状態における流体圧の影響を軽減させ、所謂ブローアウト現象の発生を防ぐ機能が発揮される。
【００４９】
ニードル７は、ガイド体３１と、円盤状の保持体１４と、を組み合わせて形成される貫通孔３１ａによって軸部８が案内される。筒体１３と保持体１４は、軸部８の周囲にダストシール３３、ガイド体３１及びＯリング１１を装着するための取付溝１２を形成する。なお、筒体１３、ガイド体３１、及び保持体１４は、樹脂製とすることができる。ニードル７は、弁本体１に組み付けられる前に、軸部８に筒体１３とダストシール部材３３とガイド体３１とＯリング１１とを介して保持体１４を組付け、さらに、この保持体１４の上部に、スプリング１５の一端を取り付け、このスプリング１５の他端を軸部８に設けた係合片１６によって圧縮しながら係止させて、ニードルユニット２３として組み立てることができる。
【００５０】
弁本体１は、弁室４内の段部１ｂ上に弁座６を載置し、ニードルユニット２３を弁室４と連通形成した軸装穴５から弁本体１に装入して弁座６の上面に位置させた後、軸装穴５からブッシュ１７を装入して保持体１４の上面に位置させ、軸受け３０をブッシュ１７内に装入して軸部８の押し下げることで、ニードル７を介して弁座６を調芯することができる。本実施の形態では、ニードル７のテーパ部７ａにおける最大径を有する拡径部７ｃが、弁座６の傾斜面６ａ下方の縮径部６ｃの一部を押圧しながら調芯することができる。弁座６の調芯の完了後、ボルト等の取付部品を用いて、アクチュエータ２０の筐体２０ａが断熱プレート３２を介して弁本体１に固定されると、ブッシュ１７を介して軸装体である筒体１３と保持体１４が押圧され、弁座６も弁本体１に固定される。従って、本実施の形態ではアクチュエータ２０の設置が完了したとき、ニードル７の軸芯ｏと弁座６の軸芯ｏとが一致した状態となる。
【００５１】
ニードル７は、直動型電動モータ１８の出力軸１９の先端１９ａが軸受け３０を介してニードル７の軸部８の端部を押圧している。また、ニードル７は、スプリング１５の付勢力によって常時軸受け３０を押圧している。即ち、ニードル７の昇降動が直ちに直動型電動モータ１８の駆動に追随可能となり、弁の開度を正確に制御することができる。
【００５２】
図３に示すように、ニードル７の外周溝１０に取り付けられたＯリング９は、フランジ７ｂの下面が弁座６の上面に当接した閉弁時において、弁座６の環状の傾斜面６ａに対して押しつぶされるように接触して流路を液密に閉鎖することができる。Ｏリング９は、平坦な傾斜面６ａに対して面接触し、角部である縮径部６ｃには接触することなく流路を閉鎖することができる。Ｏリング９は、エラストマー中にカーボンナノファイバーを含む炭素繊維複合材料で形成される。カーボンナノファイバーを含む炭素繊維複合材料を用いることで、Ｏリング９の剛性を向上させることができ、Ｏリング９のつぶし率が小さくても優れたシール性を有することができる。炭素繊維複合材料を用いたＯリングのつぶし率は、例えば、１１％以下に設定することができる。このように、Ｏリング９のつぶし率を小さくすることができるので、Ｏリング９が弁座６の傾斜面６ａから離接する瞬間における優れた微小流量制御特性を得ることができる。より詳細には、剛性の高いＯリング９を用いることによって、開弁動作時においてＯリング９が弁座６から離れた直後の微小流量と、閉弁動作時においてＯリング９が弁座６に接触する直前の微小流量との差を小さくすることができる。
【００５３】
本実施の形態において、傾斜面６ａの傾斜角度は、約４５度に設定している。これにより、ニードルバルブＶのＯリング９のつぶし率は、閉弁時において、１１％以下に設定されている。具体的には、Ｏリング９のつぶし率は、３％より大きく、１１％以下とすることができる。また、Ｏリング９のつぶし率が３％より大きければ閉弁時における流体の微小漏れを確実に防止し、１１％以下であればＯリングの寿命をほとんど低下することなく微小流量制御が可能である。特に、Ｏリングのつぶし率は、８％以上、１０％以下とすることができる。なお、本発明において、傾斜面６ａの傾斜角度は、ニードル７の軸部８の軸芯ｏに直交する仮想平面ｃに対する傾斜面６ａの角度であり、また、つぶし率（ｋ）は、図４に示すように、その圧縮前すなわち開弁時における線径をａ、圧縮後すなわち閉弁時における線径をｂとして、下記式（１）で表わされる。
ｋ＝１００×（ａ−ｂ）／ａ・・・（１）
【００５４】
このようなニードルバルブに耐パーフルオロポリエーテル性に優れたシール部材を用いることにより、パーフルオロポリエーテルによってシール部材が劣化しにくく、長期間に渡り安定した流量制御性を有するバルブを得ることができる。
【００５５】
また、シール部材としてのＯリング９に用いられる炭素繊維複合材料の５０％伸び時の応力及び２５℃における貯蔵弾性率が高くなると、ニードルバルブＶにおける微小流量制御特性が改善される傾向がある。
【００５６】
Ｏリング９は、５０％伸び時の応力が７．０ＭＰａ以上であることができる。Ｏリング９の５０％伸び時の応力は、架橋体の炭素繊維複合材料を引張試験することで得られ、具体的には、７．０ＭＰａ以上、３０．０ＭＰａ以下とすることができる。５０％伸び時の応力が７．０ＭＰａ以上のＯリング９を用いることでニードルバルブＶにおける微小流量特性が改善され、また、５０％伸び時の応力が３０．０ＭＰａ以下であれば成形性に支障を来すことなく高い剛性を有するＯリング９を得ることができる。特に、Ｏリング９は、５０％伸び時の応力が８．０ＭＰａ以上、２２．０ＭＰａ以下とすることができる。
【００５７】
また、Ｏリング９は、２５℃における貯蔵弾性率が６０ＭＰａ以上であることができる。Ｏリング９の２５℃における貯蔵弾性率は、架橋体の炭素繊維複合材料を貯蔵粘弾性試験することで得られ、具体的には、６０ＭＰａ以上、２５０ＭＰａ以下とすることができる。２５℃における貯蔵弾性率が６０ＭＰａ以上のＯリング９を用いることでニードルバルブＶにおける微小流量特性が改善され、また、２５０ＭＰａ以下であれば成形性に支障を来すことなく高い剛性を有するＯリング９を得ることができる。特に、Ｏリング９は、７０ＭＰａ以上、２００ＭＰａ以下であることができる。
【００５８】
さらに、Ｏリング９は、ＪＩＳ Ｋ６２６２に基づいて、圧縮率２５％、１７５℃、２２時間の条件で測定した圧縮永久ひずみが１０．０％以下であることができる。カーボンナノファイバーを配合することによってＯリング９の圧縮永久ひずみは大きくなる傾向があるが、嵩密度の低いカーボンナノファイバーを用いることによってＯリング９の圧縮永久ひずみを小さくすることができる。圧縮永久ひずみの小さいＯリング９を用いたＯリング９は、ニードルバルブＶにおける長期的に安定した流量制御性を得ることができる。Ｏリング９の圧縮永久ひずみは、架橋体の炭素繊維複合材料を圧縮永久ひずみ試験することで得られ、具体的には、１．０％以上、１０．０％以下であることができる。圧縮永久ひずみが１．０％以上、１０．０％以下のＯリング９を用いることでニードルバルブＶにおける長期的に安定した流量特性が得ることができる。さらに、Ｏリング９は、１．０％以上、９．０％以下であることができ、特に、Ｏリング９は、１．０％以上、７．０％以下であることができる。
【００５９】
次に、本発明の一実施の形態にかかるバルブの評価方法について説明する。
【００６０】
まず、バルブの評価方法は、開弁動作における弁の開度（％）に対するＣｖ値からなる第１の流量特性曲線と、閉弁動作における弁の開度（％）に対するＣｖ値からなる第２の流量特性曲線と、を測定する。次に、測定された第１の流量特性曲線と第２の流量特性曲線の、特に、弁の微小開度における第１の流量特性曲線と第２の流量特性曲線との間に形成された閉じられた領域の面積を流量制御指数として算出し、流量制御指数によって流量の制御性を評価する。
【００６１】
弁の開度は、例えば、図２，３におけるニードル７と弁座６との間隔を表わし、フランジ７ｂの下面が弁座６の上面に当接した閉弁時が弁の開度０％であり、開弁してニードル７が弁座６から最も離れた位置が弁の開度１００％である。したがって、ニードル７と弁座６との間にはＯリング９があるため、Ｏリング９のつぶし代分は、ニードル７が上昇しても、すなわち、弁の開度が０％より多少大きくなっても、流路は形成されず、流体は流れない。Ｃｖ値は、いわゆる弁容量係数であり、バルブの容量を表す指標である。ある弁の開度におけるＣｖ値は、その前後差圧を一定（１ｐｓｉ）に保って６０°Ｆの水が１分間に流れる量をＵＳガロンで表した値で示すことができる。
【００６２】
弁の微小開度は、微小流量におけるバルブの制御性の評価をするために設定される弁の開度の一定範囲である。弁の微小開度は、バルブの大きさや種類によって適宜設定することができるが、弁の開度が０％〜１０％の範囲であることができ、さらに弁の開度が０％〜５．０％の範囲であることができ、特に弁の開度が０％〜３．５％の範囲であることができる。弁の微小開度は、所定のバルブにおける複数種類のシール部材を使用して複数の流量特性曲線を測定したときに、これら複数の流量特性曲線の異なる特徴が顕著に現れる弁の開度範囲とすることができる。
【００６３】
また、弁の微小開度は、Ｏリング９のつぶし率によっても表わすことができ、例えば、弁の開度をつぶし率に換算すると、つぶし率０％〜５０％相当の弁の開度範囲において微小流量における流量特性曲線の特徴が顕著に現れると推測できる。工業用途の一般的なＯリングのつぶし率の値は、８％〜３０％であるが、例えば、Ｏリングのつぶし率（閉弁時の最大つぶし率）が３０％の場合、Ｘ軸を弁の開度に代えてつぶし率で３０％〜０％に加えてつぶし率０％〜２０％相当分（合計でつぶし率０％〜５０％相当になる）で表すことができる。つぶし率０％〜２０％相当分は、Ｏリングと弁座との離間距離がつぶし率０％〜２０％に相当する距離（すなわち、Ｏリングがつぶし率０％から２０％になるまでＯリングがつぶれる距離）という意味である。実際には、つぶし率が０％を超えると、Ｏリングは弁座から離れていてつぶれていないので、Ｏリングのつぶし率に換算したときに相当する距離として説明することができる。したがって、この場合、Ｏリングのつぶし率１％が弁の開度０．１％に相当する設計のバルブとすると、つぶし率３０％が弁の開度０％、つぶし率０％が弁の開度３．０％、つぶし率２０％相当が弁の開度５．０％である。つぶし率０％の前後において流量特性曲線の特徴が現れるため、Ｘ軸をつぶし率０％〜５０％相当に設定することで、工業用途の一般的なＯリングのつぶし率８％〜３０％に設計した場合でも、流量制御指数を測定することができる。
【００６４】
流量制御指数は、例えば、同じ大きさに印刷された第１の流量特性曲線及び第２の流量特性曲線のグラフを用いて、それらの間に形成された閉じられた領域の面積を測定することで得ることができる。具体的な測定方法については、後述する実施例３、１１〜１４及び比較例１，４において説明する。こうして測定された流量制御指数を比較することによって、バルブにおける流量の制御性を評価する。流量制御指数が小さければ、第１の流量特性曲線と第２の流量特性曲線とが接近した位置にあり、開弁動作時と閉弁動作時とで同じように流量を制御できていることを示すので、微小流量の制御性が優れているバルブであると評価することができる。
【００６５】
また、バルブの評価方法は、１３０℃のパーフルオロポリエーテルに１０３時間浸漬する耐液性試験前のシール材としてのＯリング９を装着したバルブの流量制御指数を第１の流量制御指数として算出し、耐液性試験後のシール材としてのＯリング９を装着したバルブの流量制御指数を第２の流量制御指数として算出し、第１の流量制御指数と第２の流量制御指数との差分によって流量の制御性を評価することによって、耐液性に優れたバルブであることを評価することができる。
【００６６】
上記のように、本発明の一実施の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。本実施の形態及び以下の実施例においては、シール部材としてＯリングを用い、ニードルバルブのニードルに装着する用途について説明したが、これに限ることなく、半導体製造装置用のシール部材として、他の形状、例えば、円環状のガスケットなどに適用することもできる。
【実施例】
【００６７】
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。
【００６８】
（１）サンプルの作製
密閉式混練機ブラベンダーに、３元系含フッ素エラストマー（表１〜３では「ＦＫＭ−１」、「ＦＫＭ−２」、「ＦＫＭ−３」で示した）を投入し素練り後、表１〜３に示す所定量のカーボンナノファイバー（表１〜３では「ＣＮＴ−１」、「ＣＮＴ−２」、「ＣＮＴ−３」、「ＣＮＴ−４」で示した）及びカーボンブラック（表１〜３では「ＭＴ」で示した）を３元系含フッ素エラストマーに投入しチャンバー温度１５０℃〜２００℃で混練りの後、第１の混練工程を行い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、ロール間隙を１．１ｍｍにセットして、薄通しして得られたゴム組成物を投入し、分出しした。分出ししたシートを１２０℃、２分間圧縮成形して厚さ１ｍｍの未架橋体の炭素繊維複合材料を得た。さらに、薄通しして得られた未架橋体の炭素繊維複合材料に表１〜３に示した量のパーオキサイド（表１〜３では「ＰＯ」で示した）、トリアリルイソシアヌレート（表１〜３では「ＴＡＩＣ」で示した）、酸化亜鉛（表１〜３では「ＺｎＯ」で示した）及び可塑剤を加えて分出ししたシートをプレス加硫（１７０℃／１０分）、二次加硫（２００℃／２４時間）で成形して厚さ１ｍｍのシート状の架橋体の炭素繊維複合材料（実施例１〜１０及び比較例２〜３）を得た。比較例１は具体的な配合が不明の従来品のＯリングと同等のゴム組成物である。
【００６９】
表１〜３において、「ＦＫＭ−１」は、フッ素含有量が６６質量％、ムーニー粘度（ＭＬ１＋１０１２１℃）の中心値が５３、比重が１．８３ｇ／ｃｍ３の３元系ＦＫＭであり、「ＦＫＭ−２」は、フッ素含有量が６４質量％、ムーニー粘度（ＭＬ１＋１０１２１℃）の中心値が５４、比重が１．７８ｇ／ｃｍ３の３元系ＦＫＭであり、「ＦＫＭ−３」は、フッ素含有量が６４質量％、ムーニー粘度（ＭＬ１＋１０１００℃）の中心値が６５、比重が１．７９ｇ／ｃｍ３の３元系ＦＫＭであった。表１〜３において、「ＭＴ」は、算術平均直径が約２００ｎｍのＭＴグレードのカーボンブラックであった。表１〜３において、「ＣＮＴ−１」は触媒担持反応法（Substrate Reaction Method）によって製造され
た平均直径１５ｎｍ、頻度最大直径１８ｎｍ、剛直度指数４．８、ラマンピーク比（Ｄ／Ｇ）１．７、窒素吸着比表面積２６０ｍ２／ｇの多層カーボンナノファイバーであり、「ＣＮＴ−２」は平均直径１５．３ｎｍ、剛直度指数４．４の多層カーボンナノファイバーであり、「ＣＮＴ−３」は平均直径１８．６ｎｍ、剛直度指数３．１、嵩密度１３０〜１５０ｋｇ／ｍ３の多層カーボンナノファイバーであり、「ＣＮＴ−４」は平均直径１８．６ｎｍ、剛直度指数３．１、嵩密度４５〜９５ｋｇ／ｍ３の多層カーボンナノファイバーであった。
【００７０】
（２）常態物性、貯蔵弾性率等の測定
常態物性として、実施例１〜１０及び比較例１〜３の架橋体の炭素繊維複合材料について、室温における硬度、引張強さ、破断伸び、５０％及び１００％モジュラス及び破壊エネルギーを測定した。
【００７１】
ゴム硬度（表１〜３において「Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）」で示した。）は、ＪＩＳ Ｋ ６２５３に基づいて測定した。
【００７２】
引張強さ（表１〜３において「ＴＳ（ＭＰａ）」で示した。）、破断伸び（表１〜３において「Ｅｂ（％）」で示した。）、５０％伸び時の応力（表１〜３において「σ５０（ＭＰａ）」で示した。）、１００％伸び時の応力（表１〜３において「σ１００（ＭＰａ）」で示した。）及び破壊エネルギー（表１〜３において「破壊Ｅ（Ｊ）」で示した。）は、ＪＩＳ３号形もしくは６号形のダンベル形状に切り出した試験片について、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測定した。なお、「σ５０」及び「σ１００」は、「５０％モジュラス（Ｍ５０）」及び「１００％モジュラス（Ｍ１００）」と呼ばれることがある。
【００７３】
実施例１〜１０及び比較例１〜３について、測定温度が２５℃における貯蔵弾性率を測定した。貯蔵弾性率（表１〜３において「Ｅ’（２５℃）（ＭＰａ）」で示した）は、短冊形（４０×１×２（巾）ｍｍ）に切り出した試験片について、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−１００〜３００℃、動的ひずみ±０．０５％、周波数１ＨｚでＪＩＳ Ｋ６３９４に基づいて動的粘弾性試験を行い測定した。
【００７４】
実施例１〜１０及び比較例１〜３について、ＪＩＳ Ｋ６２６２に基づいて、圧縮率２５％、１７５℃、２２時間の条件で圧縮永久ひずみ試験を行い、圧縮永久ひずみ（表１〜３において「ＣＳ（％）」で示した）を測定した。
【００７５】
【表１】
【００７６】
【表２】
【００７７】
【表３】
【００７８】
表１〜３から、実施例１〜１０によれば、従来品の比較例１に比べて、５０％伸び時の応力が向上し、８．１ＭＰａ〜１０．４ＭＰａであった。また、実施例１〜１０によれば、比較例２，３に比べて、圧縮永久ひずみが小さく、４．８％〜１０．６％であった。実施例１〜１０によれば、貯蔵弾性率が４２ＭＰａ〜１１２ＭＰａであった。
【００７９】
（３）ニードルバルブの流量特性の測定
前記（１）で作成した実施例１〜１０及び比較例１〜３の炭素繊維複合材料を用いてＯリングを作製した。Ｏリングの呼び寸法は、内径φ４．５ｍｍ、線径φ１ｍｍであった。実施例１〜１０及び比較例１〜３のＯリングを組みつけた図１〜４に示すキッツ社製の電動比例制御ニードルバルブ（サイズ１／２Ｂ）について、弁の開度が０％〜１００％におけるＣｖ値を測定した。図１〜４に示す実施例のニードルバルブＶの弁座６の傾斜面６ａの角度が４５度であった。そして、Ｏリングのつぶし率は９．０％であった。流体は、水道水を用いた。
【００８０】
比較例１は、従来品のＯリングを図１〜４に示すニードルバルブに組み付けてＣｖ値を測定した。その結果として、微小流量特性を示す弁の開度０〜７％に対するＣｖ値の流量特性グラフを図５に示した。図５において、符号５０で示した曲線が閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度７％）までのニードル７を弁座６から上昇させたときの流量特性であり、符号５１で示した曲線が開弁状態（開度７％）から閉弁状態（開度０％）までのニードル７を弁座６へ下降させたときの流量特性である。図５において、比較例１の流量特性グラフは、弁の開度が１．０％〜３．５％の間で曲線５０と曲線５１との間隔が広く、ヒステリシスループで閉じられた面積が大きかったので、開弁動作時の微小流量と閉弁動作時の微小流量との差が大きく、正確に制御できていないことが判った。
【００８１】
実施例３のＯリングを図１〜４に示すニードルバルブに組み付けてＣｖ値を測定した。その結果として、微小流量特性を示す弁の開度０〜７％に対するＣｖ値の流量特性グラフを図６に示した。図６において、符号５７で示した曲線が閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度７％）までのニードル７を弁座６から上昇させたときの流量特性であり、符号５８で示した曲線が開弁状態（開度７％）から閉弁状態（開度０％）までのニードル７を弁座６へ下降させたときの流量特性である。
【００８２】
ここでは図示しないが、実施例３及び比較例１と同様に、実施例１〜２、４〜１０及び比較例２〜３のＯリングについて流量特性グラフを求めた。実施例１〜２、４〜１０のＯリングは、実施例３と同様に開弁時の曲線と閉弁時の曲線との間隔が狭く、ヒステリシスループで閉じられた面積が小さかったので、開弁動作時の微小流量と閉弁動作時の微小流量との差が小さく、正確に制御できていることが判った。さらに、弁の開度が２．０％〜５．０％の間において曲線５７〜６８の傾斜がほぼ一定であり、弁の開度に応じて概ね比例して流量が制御されていることを示し、微小流量における比例制御性に優れることが判った。また、比較例２〜３も比較例１に比べれば微小流量における制御性に優れていることが判った。
【００８３】
（４）耐液性試験
耐液性試験（表４〜６では「ＰＦＰＥテスト」と示した）として、実施例１〜１０及び比較例１〜３の炭素繊維複合材料について、１３０℃のパーフルオロポリエーテル（＞９９．９％［Ｗ／Ｗ］）に１０３時間浸漬した後の炭素繊維複合材料について、前記（２）と同様の条件で、硬度、引張強さ、破断伸び、５０％及び１００％モジュラスを測定した。その測定結果を表４〜表６に示した。
【００８４】
また、表１〜３における各測定結果に対する表４〜６における各測定結果の差を計算し、表４〜６にΔＨｓ，ΔＴＳ，ΔＥｂ，Δσ５０，Δσ１００で示した。さらに、耐液性試験前の実施例１〜１０及び比較例１〜３の炭素繊維複合材料に対する耐液性試験後の実施例１〜１０及び比較例１〜３の炭素繊維複合材料の体積変化（表４〜６では「ΔＶ」と示した）及び質量変化（表４〜６では「ΔＷ」と示した）を測定し、表４〜６に示した。
【００８５】
【表４】
【００８６】
【表５】
【００８７】
【表６】
【００８８】
表４〜６から、実施例１〜１０の炭素繊維複合材料は、耐液性試験後の５０％伸び時の応力が８．０ＭＰａ以上であった。また、実施例１〜１０の炭素繊維複合材料は、耐液性試験の前後において体積変化率が２．５％以下であった。実施例１〜１０の炭素繊維複合材料は、耐液性試験の前後において質量変化率が３．２％以下であった。これに対し、フッ素含有量が６６質量％のＦＫＭ−１を用いた比較例２−３の炭素繊維複合材料は、耐液性試験の前後において体積変化率が７．０％以上で、質量変化率が８．０％以上であった。実施例１〜１０の炭素繊維複合材料は、耐液性試験の前後において５０％伸び時の応力の変化率が±６．５％以内であった。実施例１，３，４，６，８の炭素繊維複合材料は、耐液性試験の前後において５０％伸び時の応力の変化率が負ではなかった。実施例１〜１０の炭素繊維複合材料は、耐液性試験によって劣化しにくく、しかもＯリングとしてバルブに装着したときの微小流量制御性に優れていた。
【００８９】
（５）耐液性試験によるニードルバルブの流量特性の変化
まず、前記（１）と同様にして表７に示す配合で実施例１１〜１４及び比較例４の炭素繊維複合材料を作成した。実施例１１〜１４及び比較例４の炭素繊維複合材料を前記（２）と同様に、室温における硬度、引張強さ、破断伸び、５０％及び１００％モジュラス及び破壊エネルギーを測定した。測定結果は、表７に示した。表７において、「ＣＮＴ−５」は平均直径１２．８ｎｍ、嵩密度７０〜１１０ｋｇ／ｍ３、剛直度指数４．７の多層カーボンナノファイバーであった。
【００９０】
【表７】
【００９１】
実施例１１〜１４及び比較例４の炭素繊維複合材料を前記（４）と同様にして耐液性試験（表８では「ＰＦＰＥテスト」と示した）を行い、硬度、引張強さ、破断伸び、５０％及び１００％モジュラスを測定した。また、前記（４）と同様に計算して、ΔＨｓ，ΔＴＳ，ΔＥｂ，Δσ５０，Δσ１００を表８に示した。さらに、前記（４）と同様に、耐液性試験前後の炭素繊維複合材料の体積変化（表８では「ΔＶ」と示した）及び質量変化（表８では「ΔＷ」と示した）を測定し、表８に示した。
【００９２】
【表８】
【００９３】
実施例３、１１〜１４及び比較例１、４の炭素繊維複合材料を用いてＯリングを作製した。
【００９４】
実施例３、１１〜１４及び比較例１、４のＯリングを用いてニードルバルブの流量特性を測定した。より詳細には、まず、耐液性試験をしていないＯリングを図１〜図４に示したキッツ社製の電動比例制御ニードルバルブ（サイズ１／２Ｂ）に組みつけてＣｖ値を測定した。また、これらのＯリングと同配合、同一ロットのＯリングについて耐液性試験を実施した後に、同ニードルバルブに組みつけてＣｖ値を測定した。各Ｏリングを組みつけたニードルバルブについて、弁の開度が０％〜１００％におけるＣｖ値を測定し、開度０％〜５．０％におけるＣｖ値を拡大して図７〜図１３に示した。図７〜図１３において、破線で示した曲線が耐液性試験を行っていないＯリングを組みつけたニードルバルブの流量特性曲線であり、実線で示した曲線が耐液性試験を行った後のＯリングを用いたニードルバルブの流量特性曲線である。
【００９５】
耐液性試験（表９では「ＰＦＰＥテスト」と示した）は、Ｏリングを前記（４）と同様に１３０℃のパーフルオロポリエーテル（＞９９．９％［Ｗ／Ｗ］）に１０３時間浸漬した。ニードルバルブＶの弁座６の傾斜面６ａの角度は、４５度であった。Ｏリングのつぶし率は、９．０％であった。流体は、水道水を用いた。「開度％」は、ニードル７と弁座６との間隔、すなわちニードル７のストロークである。したがって、ニードル７が弁座６に着座した状態が開度０％であり、ニードル７が弁座６から最も離れた位置（上限位置）が開度１００％である。シール部材の体積変化率あるいは質量変化率が４．０％以下の理想的な状況であれば、弁の開度が０．５％〜２．０％の範囲で開弁動作時には水が流れ始め、閉弁動作時には水が止まると仮定できる。したがって、Ｏリングの材質等によって微小流量が影響されるのは、弁の開度がおおよそ０％〜３．０％程度であることが予測でき、後に説明する機械的な影響を考慮すれば弁の開度が０％〜５．０％の範囲の流量特性曲線をグラフにすることでバルブの流量制御性を評価することができると推測できた。
【００９６】
図７は、比較例１のＯリングを用いた流量特性グラフである。符号６０ｏで示した破線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号６０ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。比較例１の流量特性グラフは図５にも示したが、同じ配合で別のＯリングを作成し、新たなニードルバルブに装着して実験した結果を改めて図７に示した。また、符号６２ｏで示した実線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号６２ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。なお、図５と図７とでは、開度にして１．３％程度の誤差が生じている。
【００９７】
図８は、比較例４のＯリングを用いた流量特性グラフである。符号６４ｏで示した破線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号６４ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。また、符号６６ｏで示した実線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号６６ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。
【００９８】
図９は、実施例３のＯリングを用いた流量特性グラフである。符号６８ｏで示した破線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号６８ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。実施例３の流量特性グラフは図６にも示したが、同じ配合で別のＯリングを作成して実験した結果を改めて図９に示した。また、符号７０ｏで示した実線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号７０ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。
【００９９】
図１０は、実施例１１のＯリングを用いた流量特性グラフである。符号７２ｏで示した破線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号７２ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。また、符号７４ｏで示した実線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号７４ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。
【０１００】
図１１は、実施例１２のＯリングを用いた流量特性グラフである。符号７６ｏで示した破線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号７６ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。また、符号７８ｏで示した実線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号７８ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。
【０１０１】
図１２は、実施例１３のＯリングを用いた流量特性グラフである。符号８０ｏで示した破線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号８０ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。また、符号８２ｏで示した実線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号８２ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。
【０１０２】
図１３は、実施例１４のＯリングを用いた流量特性グラフである。符号８４ｏで示した破線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号８４ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。また、符号８６ｏで示した実線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号８６ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。
【０１０３】
図７〜図１３の流量特性グラフをみると、実施例３，１１〜１４、比較例１，４におけるニードルバルブにおける微小流量の制御性は、０％〜５．０％の弁の開度（％）において各流量特性曲線の特徴が表れていた。具体的には、各グラフを参照すると、開度４．５％付近からＣｖ値の増加が顕著となる傾向を示していた。供試品のニードルバルブは、構成部品の加工公差などの影響により、その流量特性には若干のばらつきが生じる。従って、供試品によっては、Ｃｖ値の増加が顕著となる開度が、５．０％付近となるケースがあった。そこで、実施例３，１１〜１４及び比較例１，４においては、弁の微小開度として０％〜５．０％の弁の開度（％）における開弁動作時の第１の流量特性曲線と閉弁動作時の第２の流量特性曲線との間に形成された閉じられた領域の面積の大きさによって判断した。閉じられた領域の面積は、第１の流量特性曲線と第２の流量特性曲線が異なる軌道を描くことによって囲むように形成されたいわゆるヒステリシスループの内側の領域である。このようなヒステリシスループが複数ある場合には複数の領域の面積を合わせた面積を測定した。
【０１０４】
図７（比較例１）、図８（比較例４）の弁の開度０％〜５．０％における、破線の第１及び第２の流量特性曲線６０ｏ、６０ｓ、６４ｏ、６４ｓによって形成された閉じられた領域の面積は、図９（実施例３）〜図１３（実施例１４）の０％〜５．０％の弁の開度における、破線の第１及び第２の流量特性曲線６８ｏ、６８ｓ〜８４ｏ、８４ｓによって形成されたヒステリシスで閉じられた領域の面積よりも明らかに大きく、開弁動作時の微小流量と閉弁動作時の微量流量との差が大きく、正確な制御ができていないことがわかった。
【０１０５】
次に、上述した図７〜図１３に示した破線の第１及び第２の流量特性曲線６０ｏ、６０ｓ〜８４ｏ、８４ｓによって形成された面積と、実線の第１及び第２の流量特性曲線６２ｏ、６２ｓ〜８６ｏ、８６ｓによって形成された面積と、の差によって耐液性試験による微小流量の制御性の低下を判断した。すなわち、破線の第１及び第２の流量特性曲線６０ｏ、６０ｓ〜８４ｏ、８４ｓによって形成された面積と、実線の第１及び第２の流量特性曲線６２ｏ、６２ｓ〜８６ｏ、８６ｓによって形成された面積と、の差が小さければ、耐液性試験によるＯリングの劣化が少なく、ニードルバルブにおける微小流量の制御性が低下しないことがわかる。
【０１０６】
図７（比較例１）及び図８（比較例４）の弁の開度０％〜５．０％における、破線の第１及び第２の流量特性曲線６０ｏ、６０ｓ、６４ｏ、６４ｓによって形成された面積と、実線の第１及び第２の流量特性曲線６２ｏ、６２ｓ、６６ｏ、６６ｓによって形成された面積と、を比較すると、耐液性試験を実施した後のＯリングを用いた実線の第１及び第２の流量特性曲線の面積の方が大きかった。
【０１０７】
これに対し、図９（実施例３）〜図１３（実施例１４）における、破線の第１及び第２の流量特性曲線６８ｏ、６８ｓ〜８４ｏ、８４ｓによって形成された面積と、実線の第１及び第２の流量特性曲線７０ｏ、７０ｓ〜８６ｏ、８６ｓによって形成された面積と、を比較すると、目視による面積の差はほとんどなかった。
【０１０８】
そこで、図７〜図１３に示した流量特性曲線よって形成された面積に基づいて、流量制御指数を計算し、微小流量における流量制御性を数値化した。流量制御指数は、表９に示した。流量制御指数は、図７〜図１３の弁の開度０％〜５．０％における、破線の第１及び第２の流量特性曲線によって形成された面積と、図７〜図１３の弁の開度０％〜５．０％における、実線の第１及び第２の流量特性曲線によって形成された面積であった。なお、表９における流量制御指数は、弁の開度０％〜５．０％をＸ軸に２１４ｍｍ、Ｃｖ値０．０００〜０．０２０をＹ軸に１２４ｍｍとしたグラフ上に第１及び第２の流量特性曲線を作成した場合の面積を計算した。
【０１０９】
流量制御指数の計算方法について、図１０（実施例１１）を用いて具体的に説明する。実線で示された第１の流量特性曲線７４ｏ及び第２の流量特性曲線７４ｓによって１．５％〜２．２％の間でヒステリシスループが形成されている。このヒステリシスループで閉じられた面積（ｍｍ２）を計算し、さらに同様にして、０％〜５．０％の間の他のヒステリシスループで閉じられた面積を計算し、それらを足した合計を流量制御指数とした。
【０１１０】
また、ニードルバルブ自体の機械的な影響によって、例えば、図７（比較例１）に示したように、流量特性曲線６０ｏ、６０ｓによって閉じられた面積が正確に測定できない場合があった。機械的な影響とは、例えば、ニードルバルブの直流型電動モータが有する、バックラッシと、分解能の限界に起因する入力電流（４−２０ｍＡ）とモータストローク（０−約１０ｍｍ）の非直線性である。その機械的な影響によって面積が大きくなった分をメカニカルヒステリシスループの面積として計算し、元のヒステリシスループの面積からメカニカルヒステリシスループの面積を除いた面積を流量制御指数（絶対値）とした。
【０１１１】
機械的な影響がある場合の具体的な測定方法を図１４に示した。図１４は、図７における破線６０ｏ、６０ｓ（比較例１のＰＦＰＥテスト無し）の流量制御指数の測定方法を説明する図である。まず、第１の流量特性曲線６０ｏ及び第２の流量特性曲線６０ｓによって囲まれた面積を測定し、表９の「ヒステリシスループの面積」の欄に記載した。
【０１１２】
次に、弁の開度が４．０％〜５．０％で第１の流量特性曲線６０ｏと第２の流量特性曲線６０ｓとの間隔が無くなるように、第２の流量特性曲線６０ｓを距離Ｌ分だけ第１の流量特性曲線６０ｏへ水平移動した仮想第２の流量特性曲線６０ｓ’を描いた。弁の開度が４．０％を超えた領域、特に４．５％を超えた領域では、Ｏリングの特性による影響が少なくなるため、第１の流量特性曲線は第２の流量特性曲線とほぼ同じ流量特性曲線となるはずであるので、この距離Ｌ分だけ機械的な影響があると推測できた。したがって、第２の流量特性曲線６０ｓを距離Ｌ分だけ第１の流量特性曲線６０ｏへ水平移動した仮想第２の流量特性曲線６０ｓ’は、機械的な影響を排除することができた。この仮想第２の流量特性曲線６０ｓ’と第２の流量特性曲線６０ｓとの間に形成された閉じられた領域Ｎがメカニカルヒステリシスループであり、領域Ｎの面積を表９の「メカニカルヒステリシスループの面積」の欄に記載した。
【０１１３】
さらに、「ヒステリシスループの面積」と「メカニカルヒステリシスループの面積」との差を「流量制御指数」（絶対値）として計算し、表９に記載した。流量制御指数は、図１４における符号Ｍで示された斜線部分の領域である。このように、メカニカルヒステリシスループの面積を取り除くことで、弁の開度０％〜５．０％の微小開度領域におけるヒステリシスループの面積、すなわち流量制御指数で評価することができた。
【０１１４】
比較例１のＰＦＰＥテスト無しのサンプルと同様にして、比較例４、実施例３、１１〜１４の流量制御指数を計算し、表９に記載した。なお、比較例１，３を除けば、実施例においては、図９〜図１３に示したように、弁の開度０％〜３．５％の範囲で面積を測定しても、流量制御指数によって評価することができたが、ここでは比較例との正確な比較のために、０％〜５．０％までの範囲で面積を測定した。
【０１１５】
【表９】
【０１１６】
表９によれば、比較例１、４に比べて実施例３、１１〜１４の流量制御指数が小さく、弁の開度が０％〜５．０％における微小流量において、開弁時、閉弁時のいずれでも流量が正確に制御されていることがわかった。また、実施例３、１１〜１４における流量制御指数は、耐液性試験を行っても大きく変化せず、Ｏリングが劣化せず、Ｏリングに耐液性試験を施しても安定して微小流量が制御できたことがわかった。
【０１１７】
以上の結果から、本実施例によれば、耐液性試験していないＯリングを装着したバルブの流量制御指数は、２０以下であった。この結果から、本実施例における耐液性試験していないＯリングを装着したバルブの流量制御指数は、２０以下であることができ、さらに１０以下であることができる。流量制御指数がこの範囲にあるとき、弁の微小開度、本実施例では弁の開度が０％〜５．０％において、開弁時及び閉弁時のヒステリシスループの面積を抑制することができ、正確に微小流量を制御することができる。
【０１１８】
また、本実施例によれば、耐液性試験したＯリングを装着したバルブの流量制御指数は、２０以下であった。この結果から、本実施例における耐液性試験したＯリングを装着したバルブの流量制御指数は、２０以下であることができ、さらに１３以下であることができる。流量制御指数がこの範囲にあるとき、弁の微小開度、本実施例では弁の開度が０％〜５．０％において、開弁時及び閉弁時のヒステリシスループの面積を抑制することができ、正確に微小流量を制御することができる。
【０１１９】
さらに、本実施例によれば、耐液性試験前の流量制御指数と耐液性試験後の流量制御指数との差分が１２以内であった。この結果から、本実施例における耐液性試験前の流量制御指数と耐液性試験後の流量制御指数との差分が１２以内であることができ、さらに９以内であることができる。流量制御指数の差分がこの範囲にあるとき、耐液性試験を行ってもＯリングの劣化が少なく、耐液性試験の前後において正確に微小流量を制御することができる。
【符号の説明】
【０１２０】
Ｖ ニードルバルブ、１ 弁本体、２ 流入口、３ 流出口、４ 弁室、５ 軸装穴、６
弁座、７ ニードル、８ 軸部、９ Ｏリング、１０ 外周溝、１１ Ｏリング、１２
取付溝、１３ 筒体、１４ 保持体、１５ スプリング、１６ 係合片、１７ ブッシュ、１８ 直動型電動モータ、１９ 出力軸、２０ アクチュエータ、２１ シールリング、２３ ニードルユニット、３０ 軸受け、３１ ガイド体、３２ 断熱プレート、３３ ダストシール、６０ｏ、６４ｏ、６８ｏ、７２ｏ、７６ｏ、８０ｏ、８４ｏ 耐液性試験をしていないＯリングを用いた第１の流量特性曲線、６０ｓ、６４ｓ、６８ｓ、７２ｓ、７６ｓ、８０ｓ、８４ｓ 耐液性試験をしていないＯリングを用いた第２の流量特性曲線、６２ｏ、６６ｏ、７０ｏ、７４ｏ、７８ｏ、８２ｏ、８６ｏ 耐液性試験をしたＯリングを用いた第１の流量特性曲線、６２ｓ、６６ｓ、７０ｓ、７４ｓ、７８ｓ、８２ｓ、８６ｓ 耐液性試験をしていないＯリングを用いた第２の流量特性曲線、６０ｓ’ 仮想第２の流量特性曲線、ｏ 中心軸、ｃ 中心軸ｏに直交する仮想平面、Ｌ 距離、Ｍ 領域、Ｎ 領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐フッ素系流体性に優れたシール部材及びそのシール部材を用いたバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
低温から高温まで幅広い温度範囲で使用でき、熱伝導性に優れたフッ素系流体として、例えば、パーフルオロポリエーテルがチャンバーの温度調節用の熱媒体として使用されている。半導体製造装置のチャンバー温調においては、熱媒体に対して、不活性、高い電気絶縁性、低毒性、不燃性、耐溶剤性などが求められることがある。パーフルオロポリエーテルは、これらの要求に応える熱媒体であり、半導体製造装置の熱媒体として使用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
パーフルオロポリエーテルを例えば半導体製造装置のチャンバー温調に用いる場合には、パーフルオロポリエーテルを装置の各部分へ移送するための配管やバルブが必要であり、配管やバルブには弾性体で形成されたシール部材が多数装着されている。特に、パーフルオロポリエーテルを高温で用いる場合には、シール部材にも耐熱性が要求されることになり、フッ素ゴム系のシール部材が望まれている。
【０００４】
しかしながら、フッ素ゴム系のシール部材を採用した場合、パーフルオロポリエーテルがフッ素ゴムに対して溶剤として作用し、シール部材が劣化してしまうことがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３１１３４６号公報
【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、耐フッ素系流体性に優れたシール部材及びそのシール部材を用いたバルブを提供することにある。また、本発明の別の目的は、微小流量の制御性を数値化して評価するバルブの評価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、
フッ素含有量が６５質量％以下の３元系含フッ素エラストマー１００質量部に対し、カーボンナノファイバー５質量部〜２５質量部と、カーボンブラック１０質量部〜４０質量部と、を含み、
１３０℃のパーフルオロポリエーテル（＞９９．９％［Ｗ／Ｗ］）に１０３時間浸漬する耐液性試験後の５０％伸び時の応力が８．０ＭＰａ以上であって、
前記耐液性試験の前後において体積変化率が４．０％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、パーフルオロポリエーテルと接触することによる劣化を抑制することができる。
【０００９】
本発明にかかるシール部材において、
前記耐液性試験の前後において質量変化率が４．０％以下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、
前記耐液性試験の前後において５０％伸び時の応力の変化率が±７．０％以内であることができる。
【００１１】
本発明にかかるシール部材において、
前記耐液性試験の前後において５０％伸び時の応力の変化率が負とならないことができる。
【００１２】
本発明にかかるバルブは、前記シール部材を用いたことを特徴とする。
【００１３】
本発明にかかるバルブによれば、シール部材がパーフルオロポリエーテルと接触することによる劣化が抑制されるため、安定した流量制御特性を備えることができる。
【００１４】
本発明にかかるバルブの評価方法は、
弁体を弁座に対して進退移動して流体の流量を制御するバルブの評価方法であって、
開弁動作における弁の開度（％）に対するＣｖ値からなる第１の流量特性曲線と、閉弁動作における弁の開度（％）に対するＣｖ値からなる第２の流量特性曲線と、を測定し、
前記弁の微小開度における前記第１の流量特性曲線と前記第２の流量特性曲線との間に形成された閉じられた領域の面積を流量制御指数として算出し、
前記流量制御指数によって流量の制御性を評価することを特徴とする。
【００１５】
本発明にかかるバルブの評価方法において、
１３０℃のパーフルオロポリエーテル（＞９９．９％［Ｗ／Ｗ］）に１０３時間浸漬する耐液性試験前のシール材を装着したバルブの前記流量制御指数を第１の流量制御指数として算出し、
前記耐液性試験後のシール材を装着したバルブの前記流量制御指数を第２の流量制御指数として算出し、
前記第１の流量制御指数と前記第２の流量制御指数との差分によって流量の制御性を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるニードルバルブの縦断面図である。
【図２】図１におけるニードルバルブの開弁状態を示した部分拡大断面図である。
【図３】図１におけるニードルバルブの閉弁状態を示した部分拡大断面図である。
【図４】Ｏリングのつぶし率を説明する模式図である。
【図５】比較例１のニードルバルブにおける流量特性を示すグラフである。
【図６】実施例３のニードルバルブにおける流量特性を示すグラフである。
【図７】比較例１のニードルバルブにおける流量特性を示すグラフである。
【図８】比較例４のニードルバルブにおける流量特性を示すグラフである。
【図９】実施例３のニードルバルブにおける流量特性を示すグラフである。
【図１０】実施例１１のニードルバルブにおける流量特性を示すグラフである。
【図１１】実施例１２のニードルバルブにおける流量特性を示すグラフである。
【図１２】実施例１３のニードルバルブにおける流量特性を示すグラフである。
【図１３】実施例１４のニードルバルブにおける流量特性を示すグラフである。
【図１４】比較例１のニードルバルブにおける流量特性を示すグラフを用いた流量制御指数の測定方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
本発明の一実施の形態にかかるシール部材は、フッ素含有量が６５質量％以下の３元系含フッ素エラストマー１００質量部に対し、カーボンナノファイバー５質量部〜２５質量部と、カーボンブラック１０質量部〜４０質量部と、を含み、１３０℃のパーフルオロポリエーテル（＞９９．９％［Ｗ／Ｗ］）に１０３時間浸漬する耐液性試験後の５０％伸び時の応力が８．０ＭＰａ以上であって、前記耐液性試験の前後において体積変化率が４．０％以下であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の一実施形態にかかるバルブは、前記シール部材を用いたことを特徴とする。
【００２０】
本発明の一実施の形態にかかるバルブの評価方法は、弁体を弁座に対して進退移動して流体の流量を制御するバルブの評価方法であって、開弁動作における弁の開度（％）に対するＣｖ値からなる第１の流量特性曲線と、閉弁動作における弁の開度（％）に対するＣｖ値からなる第２の流量特性曲線と、を測定し、前記弁の微小開度における前記第１の流量特性曲線と前記第２の流量特性曲線との間に形成された閉じられた領域の面積を流量制御指数として算出し、前記流量制御指数によって流量の制御性を評価することを特徴とする。
【００２１】
本発明の一実施の形態にかかるシール部材について説明する。シール部材は、３元系含フッ素エラストマー中にカーボンナノファイバーとカーボンブラックとを含む。
【００２２】
３元系の含フッ素エラストマーは、分子中にフッ素原子を含むフッ化ビニリデン系の合成ゴムであり、３元系フッ素ゴムとも呼ばれ、例えば、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）−ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）−テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）３元共重合体（ＶＤＦ−ＨＦＰ−ＴＦＥ）、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）−パーフルオロ（メチルビニルエーテル）（ＦＭＶＥ）−テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）３元共重合体（ＶＤＦ−ＨＦＰ−ＴＦＥ）などが挙げられる。３元系の含フッ素エラストマーとしては、例えば、デュポン社製の商品名バイトン、ダイキン工業社製の商品名ダイエル、ソルベイソレクシス社製の商品名テクノフロンなどをあげることができる。以下の説明では、３元系の含フッ素エラストマーをＦＫＭと省略する場合がある。３元系の含フッ素エラストマーは、重量平均分子量が好ましくは５０，０００〜３００，０００であることができる。３元系の含フッ素エラストマーの分子量がこの範囲であると、３元系の含フッ素エラストマー分子が互いに絡み合い、相互につながっているので、３元系の含フッ素エラストマーはカーボンナノファイバーを分散させるために良好な弾性を有することができる。３元系の含フッ素エラストマーは、粘性を有しているので凝集したカーボンナノファイバーの相互に侵入しやすく、さらに弾性を有することによってカーボンナノファイバー同士を分離することができる。３元系の含フッ素エラストマーの重量平均分子量が５０，０００より小さいと、３元系の含フッ素エラストマー分子が相互に充分に絡み合うことができず、後の工程で剪断力をかけても弾性が小さいためカーボンナノファイバーを分散させる効果が小さくなる傾向がある。また、３元系の含フッ素エラストマーの重量平均分子量が３００，０００より大きいと、３元系の含フッ素エラストマーが固くなりすぎて加工が困難となる傾向がある。３元系の含フッ素エラストマーは、フッ素含有量が６５質量％以下であり、さらに、６０質量％〜６５質量％であることができ、特に、６３質量％〜６５質量％であることができる。３元系の含フッ素エラストマーは、フッ素含有量が６５質量％以下であると耐パーフルオロポリエーテル性に優れることができる。３元系の含フッ素エラストマーは、ムーニー粘度（ＭＬ１＋４１２１℃）の中心値が２５〜６５またはムーニー粘度（ＭＬ１＋４１００℃）の中心値が２５〜７０、比重が１．７５ｇ／ｃｍ３〜２．０ｇ／ｃｍ３であることができる。また、ムーニー粘度（ＭＬ１＋４１２１℃）の中心値が２５以上またはムーニー粘度（ＭＬ１＋４１００℃）の中心値が２５以上であると引張強さ（ＴＳ）や圧縮永久ひずみ（ＣＳ）などの基本要求性能を有することができ、ムーニー粘度（ＭＬ１＋４１２１℃）の中心値が６５以下またはムーニー粘度（ＭＬ１＋４１００℃）の中心値が７０以下であれば適度な粘度を有するので加工することができる。
【００２３】
本発明の一実施の形態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、さらに９ｎｍ〜２０ｎｍであることができる。このような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エラストマーとの表面反応性が向上し、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。カーボンナノファイバーは、直径が９ｎｍ以上ではカーボンナノファイバーによってマトリックス材料を囲むように形成された微小セル構造が小さすぎず適度な柔軟性を有すると予測され、逆に１１０ｎｍ以下では微小セル構造が大きすぎず耐摩耗性の効果を有すると予測される。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。また、カーボンナノファイバーは、その表面のエラストマーとの反応性を向上させるために、公知の活性化処理を施すことができる。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。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】
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、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。
【００２５】
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。例えば、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、これより太い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。
【００２６】
カーボンナノファイバーの配合量は、カーボンブラックの配合量と共に調整することができ、３元系の含フッ素エラストマー１００質量部に対し、５質量部〜２５質量部を配合する。特に、カーボンナノファイバーは、３元系の含フッ素エラストマー１００質量部に対し、１０質量部〜２０質量部を配合することができる。カーボンナノファイバーは、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５質量部以上を３元系の含フッ素エラストマーへ配合することによって、ナノサイズのセル構造を形成することができると考えられる。また、カーボンナノファイバーが２５質量部以下の配合量であれば、耐パーフルオロポリエーテル性が向上する傾向がある。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。
【００２７】
カーボンブラックは、平均粒径が１０ｎｍ〜３００ｎｍであることができる。カーボンブラックを３元系の含フッ素エラストマーに配合することによって、含フッ素エラストマーのマトリックス領域をカーボンブラックによって微小サイズに分割することができ、その微小サイズに分割されたマトリックス領域はカーボンナノファイバーによって補強すればよいので、カーボンブラックを配合することでカーボンナノファイバーの配合量を少なくすることができる。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配合量と合わせて調整することができ、３元系の含フッ素エラストマー１００質量部に対し、１０質量部〜４０質量部であり、特に、１５質量部〜２５質量部であることができる。
【００２８】
充填剤としては、エラストマーの充填剤として用いることのできる、シリカ、クレー、タルクなどから少なくともひとつを選択することができる。シリカ、タルク及びクレーは、平均粒径が５ｎｍ〜５０ｎｍであることができる。
【００２９】
シール部材は、１３０℃のパーフルオロポリエーテル（＞９９．９％［Ｗ／Ｗ］）に１０３時間浸漬する耐液性試験後の５０％伸び時の応力が８．０ＭＰａ以上であって、耐液性試験の前後において体積変化率が４．０％以下である。含フッ素エラストマー製のシール部材を１３０℃のパーフルオロポリエーテルに長時間浸漬すると、シール部材が劣化するとともに体積変化が起こる傾向がある。これに対し、本実施の形態にかかるシール部材においては、耐液性試験の前後の体積変化率が４．０％以下と小さく、耐液性試験後の５０％伸び時の応力も８．０ＭＰａ以上と高いため、耐パーフルオロポリエーテル性に優れているということができる。なお、本明細書において耐液性試験は、１３０℃のパーフルオロポリエーテルに１０３時間浸漬することをいう。さらに、シール部材は、耐液性試験後の５０％伸び時の応力が８．０ＭＰａ以上、３０．０ＭＰａ以下であることができ、特に、耐液性試験後の５０％伸び時の応力が８．０ＭＰａ以上、２０．０ＭＰａ以下であることができる。シール部材が耐液性試験後の５０％伸び時の応力が８．０ＭＰａ以上であると、パーフルオロポリエーテルに接触する環境下においても高い強度を維持することができ、例えばシール部材をバルブに用いたとき、微小流量制御性に優れることができる。さらに、シール部材は、耐液性試験の前後において体積変化率が０．０％〜４．０％であることができ、特に、１．０％〜３．０％であることができる。シール部材が耐液性試験の前後において体積変化率が４．０％以下であると、パーフルオロポリエーテルに接触する環境下においてもシール部材の劣化が少ないということができ、例えばシール部材をバルブに用いたとき、安定した流量制御特性を有することができる。本明細書中で「変化率」とは、耐液性試験前の測定値に対する耐液性試験前後の測定値の差の百分率であり、耐液性試験前後の測定値の差は耐液性試験後の測定値から耐液性試験前の測定値を引き算する。例えば、体積変化率であれば、（Ｖｃ１−Ｖｃ０）／Ｖｃ０×１００である。なお、Ｖｃ０は耐液性試験前の体積、Ｖｃ１は耐液性試験後の体積である。
【００３０】
シール部材は、耐液性試験の前後において質量変化率が４．０％以下であることができ、さらに、耐液性試験の前後において質量変化率が４．０％以下、０．０％以上であることができ、特に、耐液性試験の前後において質量変化率が３．０％以下、１．０％以上であることができる。シール部材が耐液性試験の前後において質量変化率が４．０％以下であると、パーフルオロポリエーテルに接触する環境下においてもシール部材の劣化が少ないということができる。
【００３１】
シール部材は、耐液性試験の前後において５０％伸び時の応力の変化率が±７．０％以内であることができ、耐液性試験の前後において５０％伸び時の応力の変化率が±６．５％以内であることができる。シール部材が耐液性試験の前後において５０％伸び時の応力の変化率が７．０％以下であると、耐液性試験の前後において高い強度を維持することができ、例えばシール部材をバルブに用いたとき、微小流量制御性に優れることができる。シール部材は、耐液性試験の前後において５０％伸び時の応力の変化率が負とならないことができ、このようなシール部材をバルブに用いたとき、開弁時と閉弁時における微小流量制御の再現性に優れることができる。微小流量制御の再現性とは、バルブの開弁時における弁の開度に対する流量の増加曲線と、バルブの閉弁時における弁の開度に対する流量の減少曲線とが近似することをいう。
【００３２】
本発明の一実施の形態にかかるシール部材は、カーボンナノファイバー及びカーボンブラックを、３元系の含フッ素エラストマーに混合し、かつ、剪断力で該３元系の含フッ素エラストマー中に均一に分散して炭素繊維複合材料を得る工程を含む製造方法によって得ることができる。シール部材は、炭素繊維複合材料を所望形状に成形することで得られる。一般に、３元系の含フッ素エラストマー中に凝集しやすいカーボンナノファイバーを解して分散することは容易ではない。以下に説明するように、３元系の含フッ素エラストマーとカーボンナノファイバーとの特性を利用して製造することができる。オープンロール法による炭素繊維複合材料の製造方法について説明する。なお、製造方法の説明においては、３元系の含フッ素エラストマーを単にエラストマーと省略して説明する。
【００３３】
２本ロールのオープンロールにおける第１のロールと第２のロールとは、所定の間隔、例えば０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの間隔で配置され、回転速度Ｖ１，Ｖ２で回転する。まず、第１のロールに巻き付けられたエラストマーの素練りを行ない、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。
【００３４】
次に、第１のロールに巻き付けられたエラストマーのバンクに、カーボンナノファイバー及びカーボンブラックを投入し、混練する。この混練におけるエラストマーの温度は、例えば１００℃〜２００℃であることができ、さらに１５０℃〜２００℃であることができる。このように、後で説明する薄通しに比べて比較的高温でエラストマーとカーボンナノファイバーとが混練されることでカーボンナノファイバーの隙間にエラストマーが侵入しやすくなると考えられる。エラストマーとカーボンナノファイバー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。
【００３５】
さらに、第１のロールと第２のロールとのロール間隔を、例えば０．５ｍｍ以下、より好ましくは０〜０．５ｍｍの間隔に設定し、混合物をオープンロールに投入して薄通しを１回〜複数回行なう。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のロールの表面速度をＶ１、第２のロールの表面速度を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であることができる。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は、エラストマーの弾性による復元力で大きく変形し、その際に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。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、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、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、エラストマー中に分散される。特に、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を得ることができる。なお、薄通しして得られた炭素繊維複合材料は、さらにロールで圧延されて所定厚さのシート状に分出しすることができる。
【００３６】
より具体的には、オープンロールで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する。次に、エラストマーに強い剪断力が作用すると、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されることになる。本実施の形態によれば、薄通しで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、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、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。
【００３７】
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。エラストマーの架橋は、例えば、耐薬品性に優れたパーオキサイド加硫を用いることができる。架橋剤は、例えばカーボンナノファイバー及びカーボンブラックをエラストマーへ混合する前、カーボンナノファイバー及びカーボンブラックと一緒、あるいはカーボンナノファイバー、カーボンブラック及び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。
【００３８】
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、プレス成形法、射出成形法、押出成形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、加硫された炭素繊維複合材料によって形成することができ、例えばプレス成形において一次加硫した後、熱オーブンなどで二次加硫することができる。
【００３９】
本実施の形態にかかるシール部材の製造方法において、通常、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、加硫促進剤、加硫遅延剤、軟化剤、可塑剤、硬化剤、補強剤、充填剤、老化防止剤、着色剤、受酸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エラストマーに投入することができる。
【００４０】
シール部材は、例えば、固定部分に使われるガスケットや可動部分に使われるパッキンとして用いることができ、例えば、外形が連続する無端状である無端状シール部材がある。無端状シール部材は、外形が円形だけでなく、シール部材を配置する溝や部材の形状に併せて例えば多角形であってもよい。無端状シール部材としては、横断面が円形のＯリングであることができる。シール部材は、パーフルオロポリエーテルと接触する配管やバルブ内に装着して用いることができる。配管においては、例えば配管同士あるいは配管と他の装置とを接続する継ぎ手部分にシール部材が用いられ、液密にシールすることができる。また、バルブにおいては、例えばバルブ内の可動部分である弁体にシール部材を装着し、シール部材と弁座とを密着してシールし、シール部材と弁座との間に所定間隔を有することでバルブ内を流れる流体の流量を制御することができる。
【００４１】
炭素繊維複合材料は、未架橋体において、パルス法ＮＭＲを用いてハーンエコー法によって１５０℃、観測核が１Ｈで測定した、特性緩和時間（Ｔ２’ＨＥ／１５０℃）が５００〜１２００μ秒であることができ、さらに５００〜１３００μ秒であることができ、特に５００〜１１００μ秒であることができる。なお、特性緩和時間（Ｔ２’ＨＥ）における「ＨＥ」は、後述するソリッドエコー法の「ＳＥ」と区別するために用いた表記である。ハーンエコー法による特性緩和時間（Ｔ２’ＨＥ）は、３元系の含フッ素エラストマーの分子運動性を示す尺度であって、多成分系の平均的緩和時間を表す。したがって、特性緩和時間（Ｔ２’ＨＥ）は、ハーンエコー法によって検出された複数の緩和時間の平均値であり、「１／Ｔ２’ＨＥ＝ｆａ／Ｔ２ａ＋ｆｂ／Ｔ２ｂ＋ｆｃ／Ｔ２ｃ・・・」と表すことができる。カーボンナノファイバーが分散した炭素繊維複合材料は、マトリックスであるエラストマー分子をカーボンナノファイバーが拘束する力を表すと言え、（Ｔ２’ＨＥ／１５０℃）が３元系の含フッ素エラストマー単体に比べてカーボンナノファイバーの配合量に応じて小さくなる。したがって、カーボンナノファイバーを混合した炭素繊維複合材料であっても、カーボンナノファイバーが均一に分散していない場合にはエラストマー分子を全体に拘束しにくいため、１５０℃におけるハーンエコー法による特性緩和時間（Ｔ２’ＨＥ／１５０℃）が３元系の含フッ素エラストマー単体と大きく変わらないと考えられる。
【００４２】
炭素繊維複合材料は、未架橋体において、パルス法ＮＭＲを用いてソリッドエコー法によって１５０℃、観測核が１Ｈで測定した、特性緩和時間（Ｔ２’ＳＥ／１５０℃）が１０〜７００μ秒であることができ、さらに特性緩和時間（Ｔ２’ＳＥ／１５０℃）が１０〜５００μ秒であることができ、特性緩和時間（Ｔ２’ＳＥ／１５０℃）が１０〜２００μ秒であることができる。ソリッドエコー法による特性緩和時間（Ｔ２’ＳＥ）は、カーボンナノファイバーによる磁場の不均一性を示す尺度であって、多成分系の平均的緩和時間を表す。したがって、特性緩和時間（Ｔ２’ＳＥ）は、ハーンエコー法によって検出された複数の緩和時間の平均値であり、「１／Ｔ２’ＳＥ＝ｆａ／Ｔ２ａ＋ｆｂ／Ｔ２ｂ＋ｆｃ／Ｔ２ｃ・・・」と表すことができる。カーボンナノファイバーが分散した炭素繊維複合材料は、カーボンナノファイバーが均一に分散することで磁場の不均一性が起こり、１５０℃におけるソリッドエコー法による特性緩和時間（Ｔ２’ＳＥ／１５０℃）が３元系の含フッ素エラストマー単体に比べてカーボンナノファイバーの配合量に応じて小さくなる。また、カーボンナノファイバーを混合した炭素繊維複合材料であっても、カーボンナノファイバーが均一に分散していない場合には磁場の不均一性があまり導入されず、したがって１５０℃におけるソリッドエコー法による特性緩和時間（Ｔ２’ＳＥ／１５０℃）が３元系の含フッ素エラストマー単体とほとんど変わらないと考えられる。
【００４３】
また、カーボンナノファイバーの周囲には、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。
【００４４】
次に、本発明の一実施の形態にかかるシール部材をＯリングとして用いたバルブの一例としてニードルバルブについて説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかるニードルバルブＶの縦断面図である。ニードルバルブＶの弁本体１には、流入口２と、流出口３と、流入口２から流出口３への流路に設けた弁室４と、弁室４と連通する軸装穴５と、が設けられている。弁室４には、流入口２に開口して装着された環状の弁座６と、弁座６を弁室４内に固定する筒体１３と、弁座６に離接するニードル７と、が配置されている。ニードル７は、弁座６に着座する円錐状のテーパ部７ａと、テーパ部７ａよりも大きい外径を有するフランジ部７ｂと、テーパ部７ａとフランジ部７ｂとの間に形成された環状の溝からなる外周溝１０と、外周溝１０に装着されたシール部材であるＯリング９と、フランジ部７ｂからテーパ部７ａとは反対方向へ延びる軸部８と、軸部８の端部に設けられた軸部８よりも大きい外径を有する係合片１６と、を有している。弁本体１の軸装穴５には、筒体１３の弁座６と対向する側に保持体１４と、筒状のブッシュ１７と、筒体１３と保持体１４との間に配置したガイド体３１と、係合片１６と保持体１４との間に配置されたスプリング１５と、軸部８の端部に当接してブッシュ１７の内壁内を移動可能な軸受け３０と、が設けられている。ブッシュ１７は、環状の断熱プレート３２内に装着され、ブッシュ１７と断熱プレート３２には、ブッシュ１７の内部から外部へ連通する連通孔３２ａ，１７ａが設けられている。
【００４５】
弁本体１には断熱プレート３２及びブッシュ１７を介してアクチュエータ２０が取り付けられている。アクチュエータ２０は、筐体２０ａ内にネジ固定された直動型電動モータ１８を有する。直流型電動モータ１８は、図示しないロータと、ネジ部が形成された出力軸（スクリューシャフト）１９と、ロータの回転力を出力軸１９に伝達する図示しない回転伝達機構などから成り、このロータの回転力は、出力軸１９によって直線運動に変換され、この出力軸１９が軸方向に摺動するように構成されている。
【００４６】
ニードルバルブＶは、流体、特に水系流体及び油系流体の流量制御に優れており、パーフルオロポリエーテルの流量制御弁に用いることができる。
【００４７】
図２は、図１におけるニードルバルブの開弁状態を示した部分拡大断面図である。図３は、図１におけるニードルバルブの閉弁状態を示した部分拡大断面図である。図４は、Ｏリングのつぶし率を説明する模式図である。弁座６は、弁室４の流入口２側に設けた段部１ｂにシールリング２１を介して装着されており、この弁座６の流入口２側の開口部である弁口６ｂと、上方（流入口２から弁室４へ向かう方向）に向って拡がる傾斜面６ａと、弁口６ｂと傾斜面６ａとを連結する角部である縮径部６ｃと、が形成されている。なお、本例では金属製の弁座６を採用しているが、樹脂製、或はその他材料から成るものでもよく、実施に応じて任意に採用することができる。勿論、その他の構成部品も同様に実施に応じて任意に採用することができる。
【００４８】
ニードル７の先端の外周部は先端に向けて縮径する円錐状のテーパ部７ａが形成され、テーパ部７ａの上方位置すなわちテーパ部７ａとフランジ７ｂとの間には外周溝１０が設けてあり、着座時にこのニードル７と弁座６との間を密封するＯリング９が装着されている。この外周溝１０には、外周溝１０のテーパ部７ａ側を下方に向けて傾斜するように拡げて空隙部１０ａが形成され、且つ、この外周溝１０におけるＯリング９が当接する面を円弧面１０ｂが形成され、この円弧面１０ｂの半径をＯリング９の半径と略一致させている。この外周溝１０の構造によって、弁微開状態における流体圧の影響を軽減させ、所謂ブローアウト現象の発生を防ぐ機能が発揮される。
【００４９】
ニードル７は、ガイド体３１と、円盤状の保持体１４と、を組み合わせて形成される貫通孔３１ａによって軸部８が案内される。筒体１３と保持体１４は、軸部８の周囲にダストシール３３、ガイド体３１及びＯリング１１を装着するための取付溝１２を形成する。なお、筒体１３、ガイド体３１、及び保持体１４は、樹脂製とすることができる。ニードル７は、弁本体１に組み付けられる前に、軸部８に筒体１３とダストシール部材３３とガイド体３１とＯリング１１とを介して保持体１４を組付け、さらに、この保持体１４の上部に、スプリング１５の一端を取り付け、このスプリング１５の他端を軸部８に設けた係合片１６によって圧縮しながら係止させて、ニードルユニット２３として組み立てることができる。
【００５０】
弁本体１は、弁室４内の段部１ｂ上に弁座６を載置し、ニードルユニット２３を弁室４と連通形成した軸装穴５から弁本体１に装入して弁座６の上面に位置させた後、軸装穴５からブッシュ１７を装入して保持体１４の上面に位置させ、軸受け３０をブッシュ１７内に装入して軸部８の押し下げることで、ニードル７を介して弁座６を調芯することができる。本実施の形態では、ニードル７のテーパ部７ａにおける最大径を有する拡径部７ｃが、弁座６の傾斜面６ａ下方の縮径部６ｃの一部を押圧しながら調芯することができる。弁座６の調芯の完了後、ボルト等の取付部品を用いて、アクチュエータ２０の筐体２０ａが断熱プレート３２を介して弁本体１に固定されると、ブッシュ１７を介して軸装体である筒体１３と保持体１４が押圧され、弁座６も弁本体１に固定される。従って、本実施の形態ではアクチュエータ２０の設置が完了したとき、ニードル７の軸芯ｏと弁座６の軸芯ｏとが一致した状態となる。
【００５１】
ニードル７は、直動型電動モータ１８の出力軸１９の先端１９ａが軸受け３０を介してニードル７の軸部８の端部を押圧している。また、ニードル７は、スプリング１５の付勢力によって常時軸受け３０を押圧している。即ち、ニードル７の昇降動が直ちに直動型電動モータ１８の駆動に追随可能となり、弁の開度を正確に制御することができる。
【００５２】
図３に示すように、ニードル７の外周溝１０に取り付けられたＯリング９は、フランジ７ｂの下面が弁座６の上面に当接した閉弁時において、弁座６の環状の傾斜面６ａに対して押しつぶされるように接触して流路を液密に閉鎖することができる。Ｏリング９は、平坦な傾斜面６ａに対して面接触し、角部である縮径部６ｃには接触することなく流路を閉鎖することができる。Ｏリング９は、エラストマー中にカーボンナノファイバーを含む炭素繊維複合材料で形成される。カーボンナノファイバーを含む炭素繊維複合材料を用いることで、Ｏリング９の剛性を向上させることができ、Ｏリング９のつぶし率が小さくても優れたシール性を有することができる。炭素繊維複合材料を用いたＯリングのつぶし率は、例えば、１１％以下に設定することができる。このように、Ｏリング９のつぶし率を小さくすることができるので、Ｏリング９が弁座６の傾斜面６ａから離接する瞬間における優れた微小流量制御特性を得ることができる。より詳細には、剛性の高いＯリング９を用いることによって、開弁動作時においてＯリング９が弁座６から離れた直後の微小流量と、閉弁動作時においてＯリング９が弁座６に接触する直前の微小流量との差を小さくすることができる。
【００５３】
本実施の形態において、傾斜面６ａの傾斜角度は、約４５度に設定している。これにより、ニードルバルブＶのＯリング９のつぶし率は、閉弁時において、１１％以下に設定されている。具体的には、Ｏリング９のつぶし率は、３％より大きく、１１％以下とすることができる。また、Ｏリング９のつぶし率が３％より大きければ閉弁時における流体の微小漏れを確実に防止し、１１％以下であればＯリングの寿命をほとんど低下することなく微小流量制御が可能である。特に、Ｏリングのつぶし率は、８％以上、１０％以下とすることができる。なお、本発明において、傾斜面６ａの傾斜角度は、ニードル７の軸部８の軸芯ｏに直交する仮想平面ｃに対する傾斜面６ａの角度であり、また、つぶし率（ｋ）は、図４に示すように、その圧縮前すなわち開弁時における線径をａ、圧縮後すなわち閉弁時における線径をｂとして、下記式（１）で表わされる。
ｋ＝１００×（ａ−ｂ）／ａ・・・（１）
【００５４】
このようなニードルバルブに耐パーフルオロポリエーテル性に優れたシール部材を用いることにより、パーフルオロポリエーテルによってシール部材が劣化しにくく、長期間に渡り安定した流量制御性を有するバルブを得ることができる。
【００５５】
また、シール部材としてのＯリング９に用いられる炭素繊維複合材料の５０％伸び時の応力及び２５℃における貯蔵弾性率が高くなると、ニードルバルブＶにおける微小流量制御特性が改善される傾向がある。
【００５６】
Ｏリング９は、５０％伸び時の応力が７．０ＭＰａ以上であることができる。Ｏリング９の５０％伸び時の応力は、架橋体の炭素繊維複合材料を引張試験することで得られ、具体的には、７．０ＭＰａ以上、３０．０ＭＰａ以下とすることができる。５０％伸び時の応力が７．０ＭＰａ以上のＯリング９を用いることでニードルバルブＶにおける微小流量特性が改善され、また、５０％伸び時の応力が３０．０ＭＰａ以下であれば成形性に支障を来すことなく高い剛性を有するＯリング９を得ることができる。特に、Ｏリング９は、５０％伸び時の応力が８．０ＭＰａ以上、２２．０ＭＰａ以下とすることができる。
【００５７】
また、Ｏリング９は、２５℃における貯蔵弾性率が６０ＭＰａ以上であることができる。Ｏリング９の２５℃における貯蔵弾性率は、架橋体の炭素繊維複合材料を貯蔵粘弾性試験することで得られ、具体的には、６０ＭＰａ以上、２５０ＭＰａ以下とすることができる。２５℃における貯蔵弾性率が６０ＭＰａ以上のＯリング９を用いることでニードルバルブＶにおける微小流量特性が改善され、また、２５０ＭＰａ以下であれば成形性に支障を来すことなく高い剛性を有するＯリング９を得ることができる。特に、Ｏリング９は、７０ＭＰａ以上、２００ＭＰａ以下であることができる。
【００５８】
さらに、Ｏリング９は、ＪＩＳ Ｋ６２６２に基づいて、圧縮率２５％、１７５℃、２２時間の条件で測定した圧縮永久ひずみが１０．０％以下であることができる。カーボンナノファイバーを配合することによってＯリング９の圧縮永久ひずみは大きくなる傾向があるが、嵩密度の低いカーボンナノファイバーを用いることによってＯリング９の圧縮永久ひずみを小さくすることができる。圧縮永久ひずみの小さいＯリング９を用いたＯリング９は、ニードルバルブＶにおける長期的に安定した流量制御性を得ることができる。Ｏリング９の圧縮永久ひずみは、架橋体の炭素繊維複合材料を圧縮永久ひずみ試験することで得られ、具体的には、１．０％以上、１０．０％以下であることができる。圧縮永久ひずみが１．０％以上、１０．０％以下のＯリング９を用いることでニードルバルブＶにおける長期的に安定した流量特性が得ることができる。さらに、Ｏリング９は、１．０％以上、９．０％以下であることができ、特に、Ｏリング９は、１．０％以上、７．０％以下であることができる。
【００５９】
次に、本発明の一実施の形態にかかるバルブの評価方法について説明する。
【００６０】
まず、バルブの評価方法は、開弁動作における弁の開度（％）に対するＣｖ値からなる第１の流量特性曲線と、閉弁動作における弁の開度（％）に対するＣｖ値からなる第２の流量特性曲線と、を測定する。次に、測定された第１の流量特性曲線と第２の流量特性曲線の、特に、弁の微小開度における第１の流量特性曲線と第２の流量特性曲線との間に形成された閉じられた領域の面積を流量制御指数として算出し、流量制御指数によって流量の制御性を評価する。
【００６１】
弁の開度は、例えば、図２，３におけるニードル７と弁座６との間隔を表わし、フランジ７ｂの下面が弁座６の上面に当接した閉弁時が弁の開度０％であり、開弁してニードル７が弁座６から最も離れた位置が弁の開度１００％である。したがって、ニードル７と弁座６との間にはＯリング９があるため、Ｏリング９のつぶし代分は、ニードル７が上昇しても、すなわち、弁の開度が０％より多少大きくなっても、流路は形成されず、流体は流れない。Ｃｖ値は、いわゆる弁容量係数であり、バルブの容量を表す指標である。ある弁の開度におけるＣｖ値は、その前後差圧を一定（１ｐｓｉ）に保って６０°Ｆの水が１分間に流れる量をＵＳガロンで表した値で示すことができる。
【００６２】
弁の微小開度は、微小流量におけるバルブの制御性の評価をするために設定される弁の開度の一定範囲である。弁の微小開度は、バルブの大きさや種類によって適宜設定することができるが、弁の開度が０％〜１０％の範囲であることができ、さらに弁の開度が０％〜５．０％の範囲であることができ、特に弁の開度が０％〜３．５％の範囲であることができる。弁の微小開度は、所定のバルブにおける複数種類のシール部材を使用して複数の流量特性曲線を測定したときに、これら複数の流量特性曲線の異なる特徴が顕著に現れる弁の開度範囲とすることができる。
【００６３】
また、弁の微小開度は、Ｏリング９のつぶし率によっても表わすことができ、例えば、弁の開度をつぶし率に換算すると、つぶし率０％〜５０％相当の弁の開度範囲において微小流量における流量特性曲線の特徴が顕著に現れると推測できる。工業用途の一般的なＯリングのつぶし率の値は、８％〜３０％であるが、例えば、Ｏリングのつぶし率（閉弁時の最大つぶし率）が３０％の場合、Ｘ軸を弁の開度に代えてつぶし率で３０％〜０％に加えてつぶし率０％〜２０％相当分（合計でつぶし率０％〜５０％相当になる）で表すことができる。つぶし率０％〜２０％相当分は、Ｏリングと弁座との離間距離がつぶし率０％〜２０％に相当する距離（すなわち、Ｏリングがつぶし率０％から２０％になるまでＯリングがつぶれる距離）という意味である。実際には、つぶし率が０％を超えると、Ｏリングは弁座から離れていてつぶれていないので、Ｏリングのつぶし率に換算したときに相当する距離として説明することができる。したがって、この場合、Ｏリングのつぶし率１％が弁の開度０．１％に相当する設計のバルブとすると、つぶし率３０％が弁の開度０％、つぶし率０％が弁の開度３．０％、つぶし率２０％相当が弁の開度５．０％である。つぶし率０％の前後において流量特性曲線の特徴が現れるため、Ｘ軸をつぶし率０％〜５０％相当に設定することで、工業用途の一般的なＯリングのつぶし率８％〜３０％に設計した場合でも、流量制御指数を測定することができる。
【００６４】
流量制御指数は、例えば、同じ大きさに印刷された第１の流量特性曲線及び第２の流量特性曲線のグラフを用いて、それらの間に形成された閉じられた領域の面積を測定することで得ることができる。具体的な測定方法については、後述する実施例３、１１〜１４及び比較例１，４において説明する。こうして測定された流量制御指数を比較することによって、バルブにおける流量の制御性を評価する。流量制御指数が小さければ、第１の流量特性曲線と第２の流量特性曲線とが接近した位置にあり、開弁動作時と閉弁動作時とで同じように流量を制御できていることを示すので、微小流量の制御性が優れているバルブであると評価することができる。
【００６５】
また、バルブの評価方法は、１３０℃のパーフルオロポリエーテルに１０３時間浸漬する耐液性試験前のシール材としてのＯリング９を装着したバルブの流量制御指数を第１の流量制御指数として算出し、耐液性試験後のシール材としてのＯリング９を装着したバルブの流量制御指数を第２の流量制御指数として算出し、第１の流量制御指数と第２の流量制御指数との差分によって流量の制御性を評価することによって、耐液性に優れたバルブであることを評価することができる。
【００６６】
上記のように、本発明の一実施の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。本実施の形態及び以下の実施例においては、シール部材としてＯリングを用い、ニードルバルブのニードルに装着する用途について説明したが、これに限ることなく、半導体製造装置用のシール部材として、他の形状、例えば、円環状のガスケットなどに適用することもできる。
【実施例】
【００６７】
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。
【００６８】
（１）サンプルの作製
密閉式混練機ブラベンダーに、３元系含フッ素エラストマー（表１〜３では「ＦＫＭ−１」、「ＦＫＭ−２」、「ＦＫＭ−３」で示した）を投入し素練り後、表１〜３に示す所定量のカーボンナノファイバー（表１〜３では「ＣＮＴ−１」、「ＣＮＴ−２」、「ＣＮＴ−３」、「ＣＮＴ−４」で示した）及びカーボンブラック（表１〜３では「ＭＴ」で示した）を３元系含フッ素エラストマーに投入しチャンバー温度１５０℃〜２００℃で混練りの後、第１の混練工程を行い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、ロール間隙を１．１ｍｍにセットして、薄通しして得られたゴム組成物を投入し、分出しした。分出ししたシートを１２０℃、２分間圧縮成形して厚さ１ｍｍの未架橋体の炭素繊維複合材料を得た。さらに、薄通しして得られた未架橋体の炭素繊維複合材料に表１〜３に示した量のパーオキサイド（表１〜３では「ＰＯ」で示した）、トリアリルイソシアヌレート（表１〜３では「ＴＡＩＣ」で示した）、酸化亜鉛（表１〜３では「ＺｎＯ」で示した）及び可塑剤を加えて分出ししたシートをプレス加硫（１７０℃／１０分）、二次加硫（２００℃／２４時間）で成形して厚さ１ｍｍのシート状の架橋体の炭素繊維複合材料（実施例１〜１０及び比較例２〜３）を得た。比較例１は具体的な配合が不明の従来品のＯリングと同等のゴム組成物である。
【００６９】
表１〜３において、「ＦＫＭ−１」は、フッ素含有量が６６質量％、ムーニー粘度（ＭＬ１＋１０１２１℃）の中心値が５３、比重が１．８３ｇ／ｃｍ３の３元系ＦＫＭであり、「ＦＫＭ−２」は、フッ素含有量が６４質量％、ムーニー粘度（ＭＬ１＋１０１２１℃）の中心値が５４、比重が１．７８ｇ／ｃｍ３の３元系ＦＫＭであり、「ＦＫＭ−３」は、フッ素含有量が６４質量％、ムーニー粘度（ＭＬ１＋１０１００℃）の中心値が６５、比重が１．７９ｇ／ｃｍ３の３元系ＦＫＭであった。表１〜３において、「ＭＴ」は、算術平均直径が約２００ｎｍのＭＴグレードのカーボンブラックであった。表１〜３において、「ＣＮＴ−１」は触媒担持反応法（Substrate Reaction Method）によって製造され
た平均直径１５ｎｍ、頻度最大直径１８ｎｍ、剛直度指数４．８、ラマンピーク比（Ｄ／Ｇ）１．７、窒素吸着比表面積２６０ｍ２／ｇの多層カーボンナノファイバーであり、「ＣＮＴ−２」は平均直径１５．３ｎｍ、剛直度指数４．４の多層カーボンナノファイバーであり、「ＣＮＴ−３」は平均直径１８．６ｎｍ、剛直度指数３．１、嵩密度１３０〜１５０ｋｇ／ｍ３の多層カーボンナノファイバーであり、「ＣＮＴ−４」は平均直径１８．６ｎｍ、剛直度指数３．１、嵩密度４５〜９５ｋｇ／ｍ３の多層カーボンナノファイバーであった。
【００７０】
（２）常態物性、貯蔵弾性率等の測定
常態物性として、実施例１〜１０及び比較例１〜３の架橋体の炭素繊維複合材料について、室温における硬度、引張強さ、破断伸び、５０％及び１００％モジュラス及び破壊エネルギーを測定した。
【００７１】
ゴム硬度（表１〜３において「Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）」で示した。）は、ＪＩＳ Ｋ ６２５３に基づいて測定した。
【００７２】
引張強さ（表１〜３において「ＴＳ（ＭＰａ）」で示した。）、破断伸び（表１〜３において「Ｅｂ（％）」で示した。）、５０％伸び時の応力（表１〜３において「σ５０（ＭＰａ）」で示した。）、１００％伸び時の応力（表１〜３において「σ１００（ＭＰａ）」で示した。）及び破壊エネルギー（表１〜３において「破壊Ｅ（Ｊ）」で示した。）は、ＪＩＳ３号形もしくは６号形のダンベル形状に切り出した試験片について、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測定した。なお、「σ５０」及び「σ１００」は、「５０％モジュラス（Ｍ５０）」及び「１００％モジュラス（Ｍ１００）」と呼ばれることがある。
【００７３】
実施例１〜１０及び比較例１〜３について、測定温度が２５℃における貯蔵弾性率を測定した。貯蔵弾性率（表１〜３において「Ｅ’（２５℃）（ＭＰａ）」で示した）は、短冊形（４０×１×２（巾）ｍｍ）に切り出した試験片について、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−１００〜３００℃、動的ひずみ±０．０５％、周波数１ＨｚでＪＩＳ Ｋ６３９４に基づいて動的粘弾性試験を行い測定した。
【００７４】
実施例１〜１０及び比較例１〜３について、ＪＩＳ Ｋ６２６２に基づいて、圧縮率２５％、１７５℃、２２時間の条件で圧縮永久ひずみ試験を行い、圧縮永久ひずみ（表１〜３において「ＣＳ（％）」で示した）を測定した。
【００７５】
【表１】
【００７６】
【表２】
【００７７】
【表３】
【００７８】
表１〜３から、実施例１〜１０によれば、従来品の比較例１に比べて、５０％伸び時の応力が向上し、８．１ＭＰａ〜１０．４ＭＰａであった。また、実施例１〜１０によれば、比較例２，３に比べて、圧縮永久ひずみが小さく、４．８％〜１０．６％であった。実施例１〜１０によれば、貯蔵弾性率が４２ＭＰａ〜１１２ＭＰａであった。
【００７９】
（３）ニードルバルブの流量特性の測定
前記（１）で作成した実施例１〜１０及び比較例１〜３の炭素繊維複合材料を用いてＯリングを作製した。Ｏリングの呼び寸法は、内径φ４．５ｍｍ、線径φ１ｍｍであった。実施例１〜１０及び比較例１〜３のＯリングを組みつけた図１〜４に示すキッツ社製の電動比例制御ニードルバルブ（サイズ１／２Ｂ）について、弁の開度が０％〜１００％におけるＣｖ値を測定した。図１〜４に示す実施例のニードルバルブＶの弁座６の傾斜面６ａの角度が４５度であった。そして、Ｏリングのつぶし率は９．０％であった。流体は、水道水を用いた。
【００８０】
比較例１は、従来品のＯリングを図１〜４に示すニードルバルブに組み付けてＣｖ値を測定した。その結果として、微小流量特性を示す弁の開度０〜７％に対するＣｖ値の流量特性グラフを図５に示した。図５において、符号５０で示した曲線が閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度７％）までのニードル７を弁座６から上昇させたときの流量特性であり、符号５１で示した曲線が開弁状態（開度７％）から閉弁状態（開度０％）までのニードル７を弁座６へ下降させたときの流量特性である。図５において、比較例１の流量特性グラフは、弁の開度が１．０％〜３．５％の間で曲線５０と曲線５１との間隔が広く、ヒステリシスループで閉じられた面積が大きかったので、開弁動作時の微小流量と閉弁動作時の微小流量との差が大きく、正確に制御できていないことが判った。
【００８１】
実施例３のＯリングを図１〜４に示すニードルバルブに組み付けてＣｖ値を測定した。その結果として、微小流量特性を示す弁の開度０〜７％に対するＣｖ値の流量特性グラフを図６に示した。図６において、符号５７で示した曲線が閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度７％）までのニードル７を弁座６から上昇させたときの流量特性であり、符号５８で示した曲線が開弁状態（開度７％）から閉弁状態（開度０％）までのニードル７を弁座６へ下降させたときの流量特性である。
【００８２】
ここでは図示しないが、実施例３及び比較例１と同様に、実施例１〜２、４〜１０及び比較例２〜３のＯリングについて流量特性グラフを求めた。実施例１〜２、４〜１０のＯリングは、実施例３と同様に開弁時の曲線と閉弁時の曲線との間隔が狭く、ヒステリシスループで閉じられた面積が小さかったので、開弁動作時の微小流量と閉弁動作時の微小流量との差が小さく、正確に制御できていることが判った。さらに、弁の開度が２．０％〜５．０％の間において曲線５７〜６８の傾斜がほぼ一定であり、弁の開度に応じて概ね比例して流量が制御されていることを示し、微小流量における比例制御性に優れることが判った。また、比較例２〜３も比較例１に比べれば微小流量における制御性に優れていることが判った。
【００８３】
（４）耐液性試験
耐液性試験（表４〜６では「ＰＦＰＥテスト」と示した）として、実施例１〜１０及び比較例１〜３の炭素繊維複合材料について、１３０℃のパーフルオロポリエーテル（＞９９．９％［Ｗ／Ｗ］）に１０３時間浸漬した後の炭素繊維複合材料について、前記（２）と同様の条件で、硬度、引張強さ、破断伸び、５０％及び１００％モジュラスを測定した。その測定結果を表４〜表６に示した。
【００８４】
また、表１〜３における各測定結果に対する表４〜６における各測定結果の差を計算し、表４〜６にΔＨｓ，ΔＴＳ，ΔＥｂ，Δσ５０，Δσ１００で示した。さらに、耐液性試験前の実施例１〜１０及び比較例１〜３の炭素繊維複合材料に対する耐液性試験後の実施例１〜１０及び比較例１〜３の炭素繊維複合材料の体積変化（表４〜６では「ΔＶ」と示した）及び質量変化（表４〜６では「ΔＷ」と示した）を測定し、表４〜６に示した。
【００８５】
【表４】
【００８６】
【表５】
【００８７】
【表６】
【００８８】
表４〜６から、実施例１〜１０の炭素繊維複合材料は、耐液性試験後の５０％伸び時の応力が８．０ＭＰａ以上であった。また、実施例１〜１０の炭素繊維複合材料は、耐液性試験の前後において体積変化率が２．５％以下であった。実施例１〜１０の炭素繊維複合材料は、耐液性試験の前後において質量変化率が３．２％以下であった。これに対し、フッ素含有量が６６質量％のＦＫＭ−１を用いた比較例２−３の炭素繊維複合材料は、耐液性試験の前後において体積変化率が７．０％以上で、質量変化率が８．０％以上であった。実施例１〜１０の炭素繊維複合材料は、耐液性試験の前後において５０％伸び時の応力の変化率が±６．５％以内であった。実施例１，３，４，６，８の炭素繊維複合材料は、耐液性試験の前後において５０％伸び時の応力の変化率が負ではなかった。実施例１〜１０の炭素繊維複合材料は、耐液性試験によって劣化しにくく、しかもＯリングとしてバルブに装着したときの微小流量制御性に優れていた。
【００８９】
（５）耐液性試験によるニードルバルブの流量特性の変化
まず、前記（１）と同様にして表７に示す配合で実施例１１〜１４及び比較例４の炭素繊維複合材料を作成した。実施例１１〜１４及び比較例４の炭素繊維複合材料を前記（２）と同様に、室温における硬度、引張強さ、破断伸び、５０％及び１００％モジュラス及び破壊エネルギーを測定した。測定結果は、表７に示した。表７において、「ＣＮＴ−５」は平均直径１２．８ｎｍ、嵩密度７０〜１１０ｋｇ／ｍ３、剛直度指数４．７の多層カーボンナノファイバーであった。
【００９０】
【表７】
【００９１】
実施例１１〜１４及び比較例４の炭素繊維複合材料を前記（４）と同様にして耐液性試験（表８では「ＰＦＰＥテスト」と示した）を行い、硬度、引張強さ、破断伸び、５０％及び１００％モジュラスを測定した。また、前記（４）と同様に計算して、ΔＨｓ，ΔＴＳ，ΔＥｂ，Δσ５０，Δσ１００を表８に示した。さらに、前記（４）と同様に、耐液性試験前後の炭素繊維複合材料の体積変化（表８では「ΔＶ」と示した）及び質量変化（表８では「ΔＷ」と示した）を測定し、表８に示した。
【００９２】
【表８】
【００９３】
実施例３、１１〜１４及び比較例１、４の炭素繊維複合材料を用いてＯリングを作製した。
【００９４】
実施例３、１１〜１４及び比較例１、４のＯリングを用いてニードルバルブの流量特性を測定した。より詳細には、まず、耐液性試験をしていないＯリングを図１〜図４に示したキッツ社製の電動比例制御ニードルバルブ（サイズ１／２Ｂ）に組みつけてＣｖ値を測定した。また、これらのＯリングと同配合、同一ロットのＯリングについて耐液性試験を実施した後に、同ニードルバルブに組みつけてＣｖ値を測定した。各Ｏリングを組みつけたニードルバルブについて、弁の開度が０％〜１００％におけるＣｖ値を測定し、開度０％〜５．０％におけるＣｖ値を拡大して図７〜図１３に示した。図７〜図１３において、破線で示した曲線が耐液性試験を行っていないＯリングを組みつけたニードルバルブの流量特性曲線であり、実線で示した曲線が耐液性試験を行った後のＯリングを用いたニードルバルブの流量特性曲線である。
【００９５】
耐液性試験（表９では「ＰＦＰＥテスト」と示した）は、Ｏリングを前記（４）と同様に１３０℃のパーフルオロポリエーテル（＞９９．９％［Ｗ／Ｗ］）に１０３時間浸漬した。ニードルバルブＶの弁座６の傾斜面６ａの角度は、４５度であった。Ｏリングのつぶし率は、９．０％であった。流体は、水道水を用いた。「開度％」は、ニードル７と弁座６との間隔、すなわちニードル７のストロークである。したがって、ニードル７が弁座６に着座した状態が開度０％であり、ニードル７が弁座６から最も離れた位置（上限位置）が開度１００％である。シール部材の体積変化率あるいは質量変化率が４．０％以下の理想的な状況であれば、弁の開度が０．５％〜２．０％の範囲で開弁動作時には水が流れ始め、閉弁動作時には水が止まると仮定できる。したがって、Ｏリングの材質等によって微小流量が影響されるのは、弁の開度がおおよそ０％〜３．０％程度であることが予測でき、後に説明する機械的な影響を考慮すれば弁の開度が０％〜５．０％の範囲の流量特性曲線をグラフにすることでバルブの流量制御性を評価することができると推測できた。
【００９６】
図７は、比較例１のＯリングを用いた流量特性グラフである。符号６０ｏで示した破線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号６０ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。比較例１の流量特性グラフは図５にも示したが、同じ配合で別のＯリングを作成し、新たなニードルバルブに装着して実験した結果を改めて図７に示した。また、符号６２ｏで示した実線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号６２ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。なお、図５と図７とでは、開度にして１．３％程度の誤差が生じている。
【００９７】
図８は、比較例４のＯリングを用いた流量特性グラフである。符号６４ｏで示した破線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号６４ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。また、符号６６ｏで示した実線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号６６ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。
【００９８】
図９は、実施例３のＯリングを用いた流量特性グラフである。符号６８ｏで示した破線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号６８ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。実施例３の流量特性グラフは図６にも示したが、同じ配合で別のＯリングを作成して実験した結果を改めて図９に示した。また、符号７０ｏで示した実線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号７０ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。
【００９９】
図１０は、実施例１１のＯリングを用いた流量特性グラフである。符号７２ｏで示した破線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号７２ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。また、符号７４ｏで示した実線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号７４ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。
【０１００】
図１１は、実施例１２のＯリングを用いた流量特性グラフである。符号７６ｏで示した破線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号７６ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。また、符号７８ｏで示した実線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号７８ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。
【０１０１】
図１２は、実施例１３のＯリングを用いた流量特性グラフである。符号８０ｏで示した破線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号８０ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。また、符号８２ｏで示した実線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号８２ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。
【０１０２】
図１３は、実施例１４のＯリングを用いた流量特性グラフである。符号８４ｏで示した破線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号８４ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。また、符号８６ｏで示した実線の曲線はニードル７を弁座６から上昇させたときの閉弁状態（開度０％）から開弁状態（開度５．０％）までの第１の流量特性曲線であり、符号８６ｓで示した破線の曲線はニードル７を弁座６へ下降させたときの開弁状態（開度５．０％）から閉弁状態（開度０％）までの第２の流量特性曲線である。
【０１０３】
図７〜図１３の流量特性グラフをみると、実施例３，１１〜１４、比較例１，４におけるニードルバルブにおける微小流量の制御性は、０％〜５．０％の弁の開度（％）において各流量特性曲線の特徴が表れていた。具体的には、各グラフを参照すると、開度４．５％付近からＣｖ値の増加が顕著となる傾向を示していた。供試品のニードルバルブは、構成部品の加工公差などの影響により、その流量特性には若干のばらつきが生じる。従って、供試品によっては、Ｃｖ値の増加が顕著となる開度が、５．０％付近となるケースがあった。そこで、実施例３，１１〜１４及び比較例１，４においては、弁の微小開度として０％〜５．０％の弁の開度（％）における開弁動作時の第１の流量特性曲線と閉弁動作時の第２の流量特性曲線との間に形成された閉じられた領域の面積の大きさによって判断した。閉じられた領域の面積は、第１の流量特性曲線と第２の流量特性曲線が異なる軌道を描くことによって囲むように形成されたいわゆるヒステリシスループの内側の領域である。このようなヒステリシスループが複数ある場合には複数の領域の面積を合わせた面積を測定した。
【０１０４】
図７（比較例１）、図８（比較例４）の弁の開度０％〜５．０％における、破線の第１及び第２の流量特性曲線６０ｏ、６０ｓ、６４ｏ、６４ｓによって形成された閉じられた領域の面積は、図９（実施例３）〜図１３（実施例１４）の０％〜５．０％の弁の開度における、破線の第１及び第２の流量特性曲線６８ｏ、６８ｓ〜８４ｏ、８４ｓによって形成されたヒステリシスで閉じられた領域の面積よりも明らかに大きく、開弁動作時の微小流量と閉弁動作時の微量流量との差が大きく、正確な制御ができていないことがわかった。
【０１０５】
次に、上述した図７〜図１３に示した破線の第１及び第２の流量特性曲線６０ｏ、６０ｓ〜８４ｏ、８４ｓによって形成された面積と、実線の第１及び第２の流量特性曲線６２ｏ、６２ｓ〜８６ｏ、８６ｓによって形成された面積と、の差によって耐液性試験による微小流量の制御性の低下を判断した。すなわち、破線の第１及び第２の流量特性曲線６０ｏ、６０ｓ〜８４ｏ、８４ｓによって形成された面積と、実線の第１及び第２の流量特性曲線６２ｏ、６２ｓ〜８６ｏ、８６ｓによって形成された面積と、の差が小さければ、耐液性試験によるＯリングの劣化が少なく、ニードルバルブにおける微小流量の制御性が低下しないことがわかる。
【０１０６】
図７（比較例１）及び図８（比較例４）の弁の開度０％〜５．０％における、破線の第１及び第２の流量特性曲線６０ｏ、６０ｓ、６４ｏ、６４ｓによって形成された面積と、実線の第１及び第２の流量特性曲線６２ｏ、６２ｓ、６６ｏ、６６ｓによって形成された面積と、を比較すると、耐液性試験を実施した後のＯリングを用いた実線の第１及び第２の流量特性曲線の面積の方が大きかった。
【０１０７】
これに対し、図９（実施例３）〜図１３（実施例１４）における、破線の第１及び第２の流量特性曲線６８ｏ、６８ｓ〜８４ｏ、８４ｓによって形成された面積と、実線の第１及び第２の流量特性曲線７０ｏ、７０ｓ〜８６ｏ、８６ｓによって形成された面積と、を比較すると、目視による面積の差はほとんどなかった。
【０１０８】
そこで、図７〜図１３に示した流量特性曲線よって形成された面積に基づいて、流量制御指数を計算し、微小流量における流量制御性を数値化した。流量制御指数は、表９に示した。流量制御指数は、図７〜図１３の弁の開度０％〜５．０％における、破線の第１及び第２の流量特性曲線によって形成された面積と、図７〜図１３の弁の開度０％〜５．０％における、実線の第１及び第２の流量特性曲線によって形成された面積であった。なお、表９における流量制御指数は、弁の開度０％〜５．０％をＸ軸に２１４ｍｍ、Ｃｖ値０．０００〜０．０２０をＹ軸に１２４ｍｍとしたグラフ上に第１及び第２の流量特性曲線を作成した場合の面積を計算した。
【０１０９】
流量制御指数の計算方法について、図１０（実施例１１）を用いて具体的に説明する。実線で示された第１の流量特性曲線７４ｏ及び第２の流量特性曲線７４ｓによって１．５％〜２．２％の間でヒステリシスループが形成されている。このヒステリシスループで閉じられた面積（ｍｍ２）を計算し、さらに同様にして、０％〜５．０％の間の他のヒステリシスループで閉じられた面積を計算し、それらを足した合計を流量制御指数とした。
【０１１０】
また、ニードルバルブ自体の機械的な影響によって、例えば、図７（比較例１）に示したように、流量特性曲線６０ｏ、６０ｓによって閉じられた面積が正確に測定できない場合があった。機械的な影響とは、例えば、ニードルバルブの直流型電動モータが有する、バックラッシと、分解能の限界に起因する入力電流（４−２０ｍＡ）とモータストローク（０−約１０ｍｍ）の非直線性である。その機械的な影響によって面積が大きくなった分をメカニカルヒステリシスループの面積として計算し、元のヒステリシスループの面積からメカニカルヒステリシスループの面積を除いた面積を流量制御指数（絶対値）とした。
【０１１１】
機械的な影響がある場合の具体的な測定方法を図１４に示した。図１４は、図７における破線６０ｏ、６０ｓ（比較例１のＰＦＰＥテスト無し）の流量制御指数の測定方法を説明する図である。まず、第１の流量特性曲線６０ｏ及び第２の流量特性曲線６０ｓによって囲まれた面積を測定し、表９の「ヒステリシスループの面積」の欄に記載した。
【０１１２】
次に、弁の開度が４．０％〜５．０％で第１の流量特性曲線６０ｏと第２の流量特性曲線６０ｓとの間隔が無くなるように、第２の流量特性曲線６０ｓを距離Ｌ分だけ第１の流量特性曲線６０ｏへ水平移動した仮想第２の流量特性曲線６０ｓ’を描いた。弁の開度が４．０％を超えた領域、特に４．５％を超えた領域では、Ｏリングの特性による影響が少なくなるため、第１の流量特性曲線は第２の流量特性曲線とほぼ同じ流量特性曲線となるはずであるので、この距離Ｌ分だけ機械的な影響があると推測できた。したがって、第２の流量特性曲線６０ｓを距離Ｌ分だけ第１の流量特性曲線６０ｏへ水平移動した仮想第２の流量特性曲線６０ｓ’は、機械的な影響を排除することができた。この仮想第２の流量特性曲線６０ｓ’と第２の流量特性曲線６０ｓとの間に形成された閉じられた領域Ｎがメカニカルヒステリシスループであり、領域Ｎの面積を表９の「メカニカルヒステリシスループの面積」の欄に記載した。
【０１１３】
さらに、「ヒステリシスループの面積」と「メカニカルヒステリシスループの面積」との差を「流量制御指数」（絶対値）として計算し、表９に記載した。流量制御指数は、図１４における符号Ｍで示された斜線部分の領域である。このように、メカニカルヒステリシスループの面積を取り除くことで、弁の開度０％〜５．０％の微小開度領域におけるヒステリシスループの面積、すなわち流量制御指数で評価することができた。
【０１１４】
比較例１のＰＦＰＥテスト無しのサンプルと同様にして、比較例４、実施例３、１１〜１４の流量制御指数を計算し、表９に記載した。なお、比較例１，３を除けば、実施例においては、図９〜図１３に示したように、弁の開度０％〜３．５％の範囲で面積を測定しても、流量制御指数によって評価することができたが、ここでは比較例との正確な比較のために、０％〜５．０％までの範囲で面積を測定した。
【０１１５】
【表９】
【０１１６】
表９によれば、比較例１、４に比べて実施例３、１１〜１４の流量制御指数が小さく、弁の開度が０％〜５．０％における微小流量において、開弁時、閉弁時のいずれでも流量が正確に制御されていることがわかった。また、実施例３、１１〜１４における流量制御指数は、耐液性試験を行っても大きく変化せず、Ｏリングが劣化せず、Ｏリングに耐液性試験を施しても安定して微小流量が制御できたことがわかった。
【０１１７】
以上の結果から、本実施例によれば、耐液性試験していないＯリングを装着したバルブの流量制御指数は、２０以下であった。この結果から、本実施例における耐液性試験していないＯリングを装着したバルブの流量制御指数は、２０以下であることができ、さらに１０以下であることができる。流量制御指数がこの範囲にあるとき、弁の微小開度、本実施例では弁の開度が０％〜５．０％において、開弁時及び閉弁時のヒステリシスループの面積を抑制することができ、正確に微小流量を制御することができる。
【０１１８】
また、本実施例によれば、耐液性試験したＯリングを装着したバルブの流量制御指数は、２０以下であった。この結果から、本実施例における耐液性試験したＯリングを装着したバルブの流量制御指数は、２０以下であることができ、さらに１３以下であることができる。流量制御指数がこの範囲にあるとき、弁の微小開度、本実施例では弁の開度が０％〜５．０％において、開弁時及び閉弁時のヒステリシスループの面積を抑制することができ、正確に微小流量を制御することができる。
【０１１９】
さらに、本実施例によれば、耐液性試験前の流量制御指数と耐液性試験後の流量制御指数との差分が１２以内であった。この結果から、本実施例における耐液性試験前の流量制御指数と耐液性試験後の流量制御指数との差分が１２以内であることができ、さらに９以内であることができる。流量制御指数の差分がこの範囲にあるとき、耐液性試験を行ってもＯリングの劣化が少なく、耐液性試験の前後において正確に微小流量を制御することができる。
【符号の説明】
【０１２０】
Ｖ ニードルバルブ、１ 弁本体、２ 流入口、３ 流出口、４ 弁室、５ 軸装穴、６
弁座、７ ニードル、８ 軸部、９ Ｏリング、１０ 外周溝、１１ Ｏリング、１２
取付溝、１３ 筒体、１４ 保持体、１５ スプリング、１６ 係合片、１７ ブッシュ、１８ 直動型電動モータ、１９ 出力軸、２０ アクチュエータ、２１ シールリング、２３ ニードルユニット、３０ 軸受け、３１ ガイド体、３２ 断熱プレート、３３ ダストシール、６０ｏ、６４ｏ、６８ｏ、７２ｏ、７６ｏ、８０ｏ、８４ｏ 耐液性試験をしていないＯリングを用いた第１の流量特性曲線、６０ｓ、６４ｓ、６８ｓ、７２ｓ、７６ｓ、８０ｓ、８４ｓ 耐液性試験をしていないＯリングを用いた第２の流量特性曲線、６２ｏ、６６ｏ、７０ｏ、７４ｏ、７８ｏ、８２ｏ、８６ｏ 耐液性試験をしたＯリングを用いた第１の流量特性曲線、６２ｓ、６６ｓ、７０ｓ、７４ｓ、７８ｓ、８２ｓ、８６ｓ 耐液性試験をしていないＯリングを用いた第２の流量特性曲線、６０ｓ’ 仮想第２の流量特性曲線、ｏ 中心軸、ｃ 中心軸ｏに直交する仮想平面、Ｌ 距離、Ｍ 領域、Ｎ 領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素含有量が６５質量％以下の３元系含フッ素エラストマー１００質量部に対し、カーボンナノファイバー５質量部〜２５質量部と、カーボンブラック１０質量部〜４０質量部と、を含み、
１３０℃のパーフルオロポリエーテル（＞９９．９％［Ｗ／Ｗ］）に１０３時間浸漬する耐液性試験後の５０％伸び時の応力が８ＭＰａ以上であって、
前記耐液性試験の前後において体積変化率が４．０％以下である、シール部材。
【請求項２】
請求項１において、
前記耐液性試験の前後において質量変化率が４．０％以下である、シール部材。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記耐液性試験の前後において５０％伸び時の応力の変化率が±７．０％以内である、シール部材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、
前記耐液性試験の前後において５０％伸び時の応力の変化率が負ではない、シール部材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項のシール部材を用いた、バルブ。
【請求項６】
シール部材が装着した弁を弁座に対して進退移動して流体の流量を制御するバルブの評価方法であって、
開弁動作における前記弁の開度（％）に対するＣｖ値からなる第１の流量特性曲線と、閉弁動作における前記弁の開度（％）に対するＣｖ値からなる第２の流量特性曲線と、を測定し、
前記弁の微小開度における前記第１の流量特性曲線と前記第２の流量特性曲線との間に形成された閉じられた領域の面積を流量制御指数として算出し、
前記流量制御指数によって流量の制御性を評価する、バルブの評価方法。
【請求項７】
請求項６において、
１３０℃のパーフルオロポリエーテル（＞９９．９％［Ｗ／Ｗ］）に１０３時間浸漬する耐液性試験前のシール部材を装着したバルブの前記流量制御指数を第１の流量制御指数として算出し、
前記耐液性試験後のシール部材を装着したバルブの前記流量制御指数を第２の流量制御指数として算出し、
前記第１の流量制御指数と前記第２の流量制御指数との差分によって流量の制御性を評価する、バルブの評価方法。
【請求項１】
フッ素含有量が６５質量％以下の３元系含フッ素エラストマー１００質量部に対し、カーボンナノファイバー５質量部〜２５質量部と、カーボンブラック１０質量部〜４０質量部と、を含み、
１３０℃のパーフルオロポリエーテル（＞９９．９％［Ｗ／Ｗ］）に１０３時間浸漬する耐液性試験後の５０％伸び時の応力が８ＭＰａ以上であって、
前記耐液性試験の前後において体積変化率が４．０％以下である、シール部材。
【請求項２】
請求項１において、
前記耐液性試験の前後において質量変化率が４．０％以下である、シール部材。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記耐液性試験の前後において５０％伸び時の応力の変化率が±７．０％以内である、シール部材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、
前記耐液性試験の前後において５０％伸び時の応力の変化率が負ではない、シール部材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項のシール部材を用いた、バルブ。
【請求項６】
シール部材が装着した弁を弁座に対して進退移動して流体の流量を制御するバルブの評価方法であって、
開弁動作における前記弁の開度（％）に対するＣｖ値からなる第１の流量特性曲線と、閉弁動作における前記弁の開度（％）に対するＣｖ値からなる第２の流量特性曲線と、を測定し、
前記弁の微小開度における前記第１の流量特性曲線と前記第２の流量特性曲線との間に形成された閉じられた領域の面積を流量制御指数として算出し、
前記流量制御指数によって流量の制御性を評価する、バルブの評価方法。
【請求項７】
請求項６において、
１３０℃のパーフルオロポリエーテル（＞９９．９％［Ｗ／Ｗ］）に１０３時間浸漬する耐液性試験前のシール部材を装着したバルブの前記流量制御指数を第１の流量制御指数として算出し、
前記耐液性試験後のシール部材を装着したバルブの前記流量制御指数を第２の流量制御指数として算出し、
前記第１の流量制御指数と前記第２の流量制御指数との差分によって流量の制御性を評価する、バルブの評価方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−８３３４０（Ｐ２０１３−８３３４０Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−８１７６８（Ｐ２０１２−８１７６８）
【出願日】平成２４年３月３０日（２０１２．３．３０）
【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、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、 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、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】（３９０００２３８１）株式会社キッツ (223)
【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】（５９８１２４２４９）エア・ウォーター・マッハ株式会社 (14)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月３０日（２０１２．３．３０）
【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、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、 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、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】（３９０００２３８１）株式会社キッツ (223)
【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】（５９８１２４２４９）エア・ウォーター・マッハ株式会社 (14)
【Ｆターム（参考）】
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