加速器用ゴムシール材
【課題】 アウトガスの発生を格段に抑えた加速器用ゴムシールを提供する。
【解決手段】 重量平均分子量が１００００以下の低分子量成分の割合が１．５質量％以下であるエチレン−プロピレンゴム１００重量部と、カーボンブラック５０〜１００重量部と、チタネート系カップリング剤０．５〜３．０重量部と、架橋剤とを含むゴム組成物を所定形状に架橋成形し、かつ、超純水で洗浄してなることを特徴とする加速器用ゴムシール材。
【解決手段】 重量平均分子量が１００００以下の低分子量成分の割合が１．５質量％以下であるエチレン−プロピレンゴム１００重量部と、カーボンブラック５０〜１００重量部と、チタネート系カップリング剤０．５〜３．０重量部と、架橋剤とを含むゴム組成物を所定形状に架橋成形し、かつ、超純水で洗浄してなることを特徴とする加速器用ゴムシール材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子や中間子、ニュートリノ等の２次粒子を発生させる加速器の配管等に使用される加速器用ゴムシール材に関する。
【背景技術】
【０００２】
物質科学や生命科学の研究等では、しばしば中性子や中間子、ニュートリノ等の二次粒子が利用されている。２次粒子を発生させるには加速陽子が必要であり、加速器はこの加速陽子を得るための装置である。陽子を十分に加速させるためには、加速器内は真空に保たれる必要があり、配管の継手部分等にはゴム製のシール材が使用されている。例えば、ビーム輸送ラインの接続には、ゴム製のＯリングを用いて高真空を保持することが行なわれている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３３７２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の加速器用ゴムシール材では、水分や低分子量成分、加工助剤等を多く含んでいることから、ビーム輸送ライン等の真空系に使用されると、これらの物質がアウトガスとなって放出され、真空系の圧力が高くなるおそれがある。また、加速器内ではビームロスによって放射線が発生することが判っており、この放射線によって加速器用ゴムシール材が劣化してアウトガスとなって放出され、同様の問題が起こるおそれがある。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、アウトガスの発生を格段に抑えた加速器用ゴムシール材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは上記の課題を解決するために検討を重ねたところ、低分子量成分を極力排し、更に超純水で洗浄することにより、アウトガスの発生が抑えられることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は以下に示す加速器用ゴムシール材を提供する。
（１）重量平均分子量が１００００以下の低分子量成分の割合が１．５質量％以下であるエチレン−プロピレンゴム１００重量部と、カーボンブラック５０〜１００重量部と、チタネート系カップリング剤０．５〜３．０重量部と、架橋剤とを含むゴム組成物を所定形状に架橋成形し、かつ、超純水で洗浄してなることを特徴とする加速器用ゴムシール材。
（２）エチレン−プロピレンゴムにおけるエチレン含有量が５０〜７０重量％であることを特徴とする上記（１）記載の加速器用ゴムシール材。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の加速器用ゴムシール材は、アウトガス源となる低分子量成分が少なく、また放射線による劣化も少ないため、加速器の真空系に使用したときに系内を高真空に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に関して参照して詳細に説明する。
【００１０】
本発明の加速器用ゴムシール材（以下、単に「シール材」ともいう）は、エチレン−プロピレンゴムをベースとする。このエチレン−プロピレンゴムは、放射線による劣化が少なく、ビームロスに由来する放射線に曝されてもアウトガスの発生が少ない。また、本発明で使用するエチレン−プロピレンゴムは、アウトガスとなって放出されやすい重量平均分子量１００００以下の低分子量成分が、ゴム全量の１．５質量％以下に抑えられている。この低分子量成分の含有量は、少ないほど好ましい。更に、優れたシール性能を確保するという理由から、エチレン−プロピレンゴムにおけるエチレン含有量は、５０〜７０重量％であることが好ましい。このようなエチレン−プロピレンゴムは市販品でもよく、例えば、出光ＤＳＭ製ＥＰＤＭゴム「Keltan 6640B」等を市場から入手することができる。
【００１１】
上記エチレン−プロピレンゴムには、得られるシール材の機械的特性を高めるためにカーボンブラックが配合される。カーボンブラックは、ＭＡＦ、ＦＥＦ、ＳＲＦタイプ等の通常のゴム補強材として用いられるカーボンブラックを使用することができるが、引張強さや伸び、圧縮永久歪等を良好な値にするためにＨＡＦ以上の粒径の細かいものを使用することが好ましい。また、カーボンブラックの配合量は、エチレン−プロピレンゴム１００重量部に対して５０〜１００重量部であり、好ましくは６０〜８０重量部である。配合量が５０重量部未満では機械的強度が低下し、これに対し１００重量部を越えると、得られるシール材が硬くなり過ぎてシール性が保てなくなる可能性がある。
【００１２】
また、上記エチレン−プロピレンゴムには、架橋剤が配合される。架橋剤は過酸化物が好ましく、従来からエチレン−プロピレンゴムの架橋に使用されている各種過酸化物を使用することができる。架橋剤の配合量は、上記エチレン−プロピレンゴムを架橋できる量であれば制限がないが、得られるシール材のシール性等を考慮すると、エチレン−プロピレンゴム１００重量部に対し１〜４重量部が適当である。また、共架橋剤を併用してもよく、エチレン−プロピレンゴム１００重量部に対して１〜３重量部配合する。
【００１３】
更に、上記エチレン−プロピレンゴムには、チタネート系カップリング剤が配合される。チタネート系カップリング剤としては、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリス（ジオクチルパイロホスフェート）チタネート、イソプロピルトリ（Ｎ−アミノエチル−アミノエチル）チタネート等が好適に挙げられる。これらチタネート系カップリング剤はそれぞれ単独でも、適宜組み合わせて使用してもよい。また、チタネート系カップリング剤の配合量は、エチレン−プロピレンゴム１００重量部に対して０．５〜３重量部、好ましくは２〜３重量部配合される。チタネート系カップリング剤は、低分子量成分とカーボンブラックとの結合を高める作用があり、低分子量成分が溶出し、アウトガスとなって放出されるのを抑える効果が得られる。そのため、チタネート系カップリング剤の配合量が０．５重量部未満では、このような効果が十分に発現しない。但し、チタネート系カップリング剤の配合量が３重量部を越えると、余剰分が溶出物あるいはアウトガスとなって放出されるようになり、好ましくない。
【００１４】
上記のエチレン−プロピレンゴムには、得られるシール材の各種性能を高めるために、他の添加剤を配合することができる。例えば、加工性を向上させるための可塑剤や、熱劣化を抑えるための老化防止剤等を配合することができる。しかし、過剰の配合は溶出物あるいはアウトガスの発生につながるため、その配合量は最小限に抑える必要がある。
【００１５】
本発明の加速器用ゴムシール材は、上記配合のゴム組成物を所定形状、例えばＯリング等の形状に架橋成形し、更に得られた成形体を超純水で洗浄して得られる。尚、架橋成形後に２次架橋を施してもよい。超純水は不純物が極力排除されており、洗浄用媒体としては好ましい。ここで、超純水とは、工業的に使用されている一般的な超純水であり、厳密な定義では無いが、例えば電気抵抗で１７ＭΩ・ｃｍ以上の水である。
【００１６】
洗浄方法としては、洗浄能力の点から超音波洗浄が最も好ましい。重量平均分子量が１００００〜３００００程度の中分子量成分は、通常の真空環境ではアウトガスになり難いが、ビームロスに由来する放射線に曝されると低分子化が進み、アウトガスとなって放出されるようになる。このような中分子量成分は、超純水に浸漬しただけでは除去するのが難しく、超音波による物理的作用を併用して洗浄する必要がある。
【実施例】
【００１７】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明する。
（実施例１、比較例１〜３）
表１に示す配合の各成分をオープンロールで１０分間混練し、得られたゴム組成物を表記の条件にて架橋成形及び２次架橋してＪＩＳ Ｐ−５０ Ｏリングを作製した。次いで、Ｏリングを超純水を用いて超音波洗浄し、実施例１、比較例１〜２のサンプルを得た。また、比較のために、超音波洗浄しないものを比較例３とした。そして、各サンプルについて、下記の方法により硬度及びアウトガス量を測定した。結果を表１、並びに図１〜４に示す。
【００１８】
（硬度測定）
定圧・定速荷重器（Asker CL-150）及びＡＳＴＭ Ｄ２２４０（タイプＡ）のデュロメータにより測定した。その際、サンプルの異なる４箇所にて押針接触１５秒後に測定した。サンプル数は各２個であり、その平均値を硬度とした。
（アウトガス量測定）
ＳＵＳ３０４製の円筒形の容器（外径２５０ｍｍ、全長２９０ｍｍ）にサンプルを収容し、直径１０ｍｍのオリフィスを介して真空引きし、容器内部の圧力を測定した。そして、サンプルを収容せずに真空引きしたときの容器内部の圧力との差を求め、コンダクタンスとの積からアウトガス量を求めた。尚、真空計は、１０-3Ｐａ〜１０-5Ｐａの圧力範囲ではスピニングローターゲージを用い、それ以下の圧力範囲ではＢ−Ａゲージを用いた。また、測定温度は２４℃で一定とした。
【００１９】
上記の硬度及びアウトガス量は、サンプルにγ線を照射した後についても行なった。γ線照射はＣｏ−６０照射設備を用いて行い、線量率５．２〜６．３ｋＧｙ／ｈとし、線量１ＭＧｙとした。また、γ線照射後のサンプルの表面を目視及び触感にて評価し、照射前の状態との差を調べた。
【００２０】
【表１】
【００２１】
表１に示すように、重量平均分子量１００００以下の低分子量成分が１．５質量％以下であるＥＰＤＭゴムを用いた実施例１のサンプルは、常態（γ線暴露前）でのアウトガスの発生が少なく、γ線暴露後もアウトガス量及び硬度が殆ど変化しないことがわかる。
【００２２】
これに対し、低分子量成分が１．５質量％を越えるＥＰＤＭゴムを用いた比較例１のサンプルは、γ線暴露による特性変化は殆ど見られないものの、粘着物質の溶出が見られ、更には常態でのアウトガス量が多くなっている。また、比較例２のサンプルでは、常態でのアウトガスの発生は少ないものの、γ線暴露による特性変化が大きく、粘着物質の溶出も見られる。また、比較例３のサンプルは、実施例１と同一の組成及び製造条件でありながら、洗浄処理されていないためアウトガス量が多くなっている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例１のサンプルのγ線照射時間とガス放出速度との関係を示すグラフである。
【図２】比較例１のサンプルのγ線照射時間とガス放出速度との関係を示すグラフである。
【図３】比較例２のサンプルのγ線照射時間とガス放出速度との関係を示すグラフである。
【図４】比較例３のサンプルのγ線照射時間とガス放出速度との関係を示すグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子や中間子、ニュートリノ等の２次粒子を発生させる加速器の配管等に使用される加速器用ゴムシール材に関する。
【背景技術】
【０００２】
物質科学や生命科学の研究等では、しばしば中性子や中間子、ニュートリノ等の二次粒子が利用されている。２次粒子を発生させるには加速陽子が必要であり、加速器はこの加速陽子を得るための装置である。陽子を十分に加速させるためには、加速器内は真空に保たれる必要があり、配管の継手部分等にはゴム製のシール材が使用されている。例えば、ビーム輸送ラインの接続には、ゴム製のＯリングを用いて高真空を保持することが行なわれている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３３７２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の加速器用ゴムシール材では、水分や低分子量成分、加工助剤等を多く含んでいることから、ビーム輸送ライン等の真空系に使用されると、これらの物質がアウトガスとなって放出され、真空系の圧力が高くなるおそれがある。また、加速器内ではビームロスによって放射線が発生することが判っており、この放射線によって加速器用ゴムシール材が劣化してアウトガスとなって放出され、同様の問題が起こるおそれがある。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、アウトガスの発生を格段に抑えた加速器用ゴムシール材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは上記の課題を解決するために検討を重ねたところ、低分子量成分を極力排し、更に超純水で洗浄することにより、アウトガスの発生が抑えられることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は以下に示す加速器用ゴムシール材を提供する。
（１）重量平均分子量が１００００以下の低分子量成分の割合が１．５質量％以下であるエチレン−プロピレンゴム１００重量部と、カーボンブラック５０〜１００重量部と、チタネート系カップリング剤０．５〜３．０重量部と、架橋剤とを含むゴム組成物を所定形状に架橋成形し、かつ、超純水で洗浄してなることを特徴とする加速器用ゴムシール材。
（２）エチレン−プロピレンゴムにおけるエチレン含有量が５０〜７０重量％であることを特徴とする上記（１）記載の加速器用ゴムシール材。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の加速器用ゴムシール材は、アウトガス源となる低分子量成分が少なく、また放射線による劣化も少ないため、加速器の真空系に使用したときに系内を高真空に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に関して参照して詳細に説明する。
【００１０】
本発明の加速器用ゴムシール材（以下、単に「シール材」ともいう）は、エチレン−プロピレンゴムをベースとする。このエチレン−プロピレンゴムは、放射線による劣化が少なく、ビームロスに由来する放射線に曝されてもアウトガスの発生が少ない。また、本発明で使用するエチレン−プロピレンゴムは、アウトガスとなって放出されやすい重量平均分子量１００００以下の低分子量成分が、ゴム全量の１．５質量％以下に抑えられている。この低分子量成分の含有量は、少ないほど好ましい。更に、優れたシール性能を確保するという理由から、エチレン−プロピレンゴムにおけるエチレン含有量は、５０〜７０重量％であることが好ましい。このようなエチレン−プロピレンゴムは市販品でもよく、例えば、出光ＤＳＭ製ＥＰＤＭゴム「Keltan 6640B」等を市場から入手することができる。
【００１１】
上記エチレン−プロピレンゴムには、得られるシール材の機械的特性を高めるためにカーボンブラックが配合される。カーボンブラックは、ＭＡＦ、ＦＥＦ、ＳＲＦタイプ等の通常のゴム補強材として用いられるカーボンブラックを使用することができるが、引張強さや伸び、圧縮永久歪等を良好な値にするためにＨＡＦ以上の粒径の細かいものを使用することが好ましい。また、カーボンブラックの配合量は、エチレン−プロピレンゴム１００重量部に対して５０〜１００重量部であり、好ましくは６０〜８０重量部である。配合量が５０重量部未満では機械的強度が低下し、これに対し１００重量部を越えると、得られるシール材が硬くなり過ぎてシール性が保てなくなる可能性がある。
【００１２】
また、上記エチレン−プロピレンゴムには、架橋剤が配合される。架橋剤は過酸化物が好ましく、従来からエチレン−プロピレンゴムの架橋に使用されている各種過酸化物を使用することができる。架橋剤の配合量は、上記エチレン−プロピレンゴムを架橋できる量であれば制限がないが、得られるシール材のシール性等を考慮すると、エチレン−プロピレンゴム１００重量部に対し１〜４重量部が適当である。また、共架橋剤を併用してもよく、エチレン−プロピレンゴム１００重量部に対して１〜３重量部配合する。
【００１３】
更に、上記エチレン−プロピレンゴムには、チタネート系カップリング剤が配合される。チタネート系カップリング剤としては、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリス（ジオクチルパイロホスフェート）チタネート、イソプロピルトリ（Ｎ−アミノエチル−アミノエチル）チタネート等が好適に挙げられる。これらチタネート系カップリング剤はそれぞれ単独でも、適宜組み合わせて使用してもよい。また、チタネート系カップリング剤の配合量は、エチレン−プロピレンゴム１００重量部に対して０．５〜３重量部、好ましくは２〜３重量部配合される。チタネート系カップリング剤は、低分子量成分とカーボンブラックとの結合を高める作用があり、低分子量成分が溶出し、アウトガスとなって放出されるのを抑える効果が得られる。そのため、チタネート系カップリング剤の配合量が０．５重量部未満では、このような効果が十分に発現しない。但し、チタネート系カップリング剤の配合量が３重量部を越えると、余剰分が溶出物あるいはアウトガスとなって放出されるようになり、好ましくない。
【００１４】
上記のエチレン−プロピレンゴムには、得られるシール材の各種性能を高めるために、他の添加剤を配合することができる。例えば、加工性を向上させるための可塑剤や、熱劣化を抑えるための老化防止剤等を配合することができる。しかし、過剰の配合は溶出物あるいはアウトガスの発生につながるため、その配合量は最小限に抑える必要がある。
【００１５】
本発明の加速器用ゴムシール材は、上記配合のゴム組成物を所定形状、例えばＯリング等の形状に架橋成形し、更に得られた成形体を超純水で洗浄して得られる。尚、架橋成形後に２次架橋を施してもよい。超純水は不純物が極力排除されており、洗浄用媒体としては好ましい。ここで、超純水とは、工業的に使用されている一般的な超純水であり、厳密な定義では無いが、例えば電気抵抗で１７ＭΩ・ｃｍ以上の水である。
【００１６】
洗浄方法としては、洗浄能力の点から超音波洗浄が最も好ましい。重量平均分子量が１００００〜３００００程度の中分子量成分は、通常の真空環境ではアウトガスになり難いが、ビームロスに由来する放射線に曝されると低分子化が進み、アウトガスとなって放出されるようになる。このような中分子量成分は、超純水に浸漬しただけでは除去するのが難しく、超音波による物理的作用を併用して洗浄する必要がある。
【実施例】
【００１７】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明する。
（実施例１、比較例１〜３）
表１に示す配合の各成分をオープンロールで１０分間混練し、得られたゴム組成物を表記の条件にて架橋成形及び２次架橋してＪＩＳ Ｐ−５０ Ｏリングを作製した。次いで、Ｏリングを超純水を用いて超音波洗浄し、実施例１、比較例１〜２のサンプルを得た。また、比較のために、超音波洗浄しないものを比較例３とした。そして、各サンプルについて、下記の方法により硬度及びアウトガス量を測定した。結果を表１、並びに図１〜４に示す。
【００１８】
（硬度測定）
定圧・定速荷重器（Asker CL-150）及びＡＳＴＭ Ｄ２２４０（タイプＡ）のデュロメータにより測定した。その際、サンプルの異なる４箇所にて押針接触１５秒後に測定した。サンプル数は各２個であり、その平均値を硬度とした。
（アウトガス量測定）
ＳＵＳ３０４製の円筒形の容器（外径２５０ｍｍ、全長２９０ｍｍ）にサンプルを収容し、直径１０ｍｍのオリフィスを介して真空引きし、容器内部の圧力を測定した。そして、サンプルを収容せずに真空引きしたときの容器内部の圧力との差を求め、コンダクタンスとの積からアウトガス量を求めた。尚、真空計は、１０-3Ｐａ〜１０-5Ｐａの圧力範囲ではスピニングローターゲージを用い、それ以下の圧力範囲ではＢ−Ａゲージを用いた。また、測定温度は２４℃で一定とした。
【００１９】
上記の硬度及びアウトガス量は、サンプルにγ線を照射した後についても行なった。γ線照射はＣｏ−６０照射設備を用いて行い、線量率５．２〜６．３ｋＧｙ／ｈとし、線量１ＭＧｙとした。また、γ線照射後のサンプルの表面を目視及び触感にて評価し、照射前の状態との差を調べた。
【００２０】
【表１】
【００２１】
表１に示すように、重量平均分子量１００００以下の低分子量成分が１．５質量％以下であるＥＰＤＭゴムを用いた実施例１のサンプルは、常態（γ線暴露前）でのアウトガスの発生が少なく、γ線暴露後もアウトガス量及び硬度が殆ど変化しないことがわかる。
【００２２】
これに対し、低分子量成分が１．５質量％を越えるＥＰＤＭゴムを用いた比較例１のサンプルは、γ線暴露による特性変化は殆ど見られないものの、粘着物質の溶出が見られ、更には常態でのアウトガス量が多くなっている。また、比較例２のサンプルでは、常態でのアウトガスの発生は少ないものの、γ線暴露による特性変化が大きく、粘着物質の溶出も見られる。また、比較例３のサンプルは、実施例１と同一の組成及び製造条件でありながら、洗浄処理されていないためアウトガス量が多くなっている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例１のサンプルのγ線照射時間とガス放出速度との関係を示すグラフである。
【図２】比較例１のサンプルのγ線照射時間とガス放出速度との関係を示すグラフである。
【図３】比較例２のサンプルのγ線照射時間とガス放出速度との関係を示すグラフである。
【図４】比較例３のサンプルのγ線照射時間とガス放出速度との関係を示すグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量平均分子量が１００００以下の低分子量成分の割合が１．５質量％以下であるエチレン−プロピレンゴム１００重量部と、カーボンブラック５０〜１００重量部と、チタネート系カップリング剤０．５〜３．０重量部と、架橋剤とを含むゴム組成物を所定形状に架橋成形し、かつ、超純水で洗浄してなることを特徴とする加速器用ゴムシール材。
【請求項２】
エチレン−プロピレンゴムにおけるエチレン含有量が５０〜７０重量％であることを特徴とする請求項１記載の加速器用ゴムシール材。
【請求項１】
重量平均分子量が１００００以下の低分子量成分の割合が１．５質量％以下であるエチレン−プロピレンゴム１００重量部と、カーボンブラック５０〜１００重量部と、チタネート系カップリング剤０．５〜３．０重量部と、架橋剤とを含むゴム組成物を所定形状に架橋成形し、かつ、超純水で洗浄してなることを特徴とする加速器用ゴムシール材。
【請求項２】
エチレン−プロピレンゴムにおけるエチレン含有量が５０〜７０重量％であることを特徴とする請求項１記載の加速器用ゴムシール材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−２３３０７６（Ｐ２００６−２３３０７６Ａ）
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１０８０（Ｐ２００５−５１０８０）
【出願日】平成１７年２月２５日（２００５．２．２５）
【出願人】（０００１１０８０４）ニチアス株式会社 (432)
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（５０４１５１３６５）大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 (125)
【出願人】（５０５３７４７８３）独立行政法人 日本原子力研究開発機構 (727)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月２５日（２００５．２．２５）
【出願人】（０００１１０８０４）ニチアス株式会社 (432)
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（５０４１５１３６５）大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 (125)
【出願人】（５０５３７４７８３）独立行政法人 日本原子力研究開発機構 (727)
【Ｆターム（参考）】
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