室温から250℃までの温度、磁気環境、そして超高真空（通常10⁻⁷Pa未満の圧力と定義）を必要とする厳しい動作条件においては、適切なシールリングの選択が極めて重要です。このような条件は、高度な科学研究施設（粒子加速器、核融合実験装置など）、半導体製造装置（エッチング装置、イオン注入装置など）、航空宇宙推進システムなどでよく見られます。
主な課題とシーリング要件
効果的なシーリングを実現するには、次の重要な要件を同時に満たす必要があります。
- 耐高温性:材料は、250°C での長期動作に耐え、分解や軟化を起こすことなく弾力性とシール性能を維持する必要があります。
- 低いガス放出率:超高真空環境では、真空を汚染する可能性のある揮発性物質の放出を避けるために、材料の総ガス放出率を極めて低く（通常、<1×10⁻⁸ Pa・m³/s）する必要があります。
- 磁気干渉耐性/互換性:磁気環境では、シーリング リングの材質自体が非磁性であるか、磁場に干渉しないものである必要があり、通常は非強磁性材料を使用する必要があります。
- 耐放射線性（該当する場合）:電離放射線が存在する場合（例：一部の実験設定）、材料は放射線による損傷に耐える必要があります。
- 機械的特性:システム圧力の変動や熱サイクルに対処するには、十分な弾性回復率（通常は 80% 以上が必要）と圧縮永久歪みに対する耐性が不可欠です。
適切なシールリングの種類と材質
検索結果に基づいて、以下のシーリング リング タイプと材料がこれらの厳しい条件に適したソリューションです。
1. 金属シール
金属シールは、超高真空環境のゴールドスタンダードと考えられており、低ガス放出、高温耐性、磁気適合性の要件を完全に満たしています。
- 材料の選択:
- 無酸素銅: 最も一般的な選択肢です。優れた塑性変形能力を有し、圧縮下で塑性流動することでフランジ表面の微細な欠陥を埋め、シール効果を発揮します。非磁性で優れた耐熱性を備え、高温ベーキング（多くの場合250℃をはるかに超える）にも耐え、ガス放出を促進して高真空レベルを実現できるため、幅広い用途で第一の選択肢となっています。
- 純アルミニウム:非磁性で比較的安価です。柔らかく、成形や封着が容易ですが、高温での機械的強度は無酸素銅に劣る可能性があります。
- シルバー / ゴールド:これらの金属は優れた性能と極めて低いガス放出率を備えています。しかし、非常に高価なため、通常は特殊な研究用途や極限研究用途に限定されます。
- 一般的な構成:
- コンフラットフランジ（CF）シール：無酸素銅ガスケットとステンレス鋼製ナイフエッジフランジを組み合わせています。ボルトの予圧を受けると、銅ガスケットが塑性変形してナイフエッジに食い込み、極めて高い信頼性を備えた静的シールを形成します。これは超高真空システムにおける標準的な構成です。
- スプリング式シール（例：Helicoflex）:金属ジャケット（無酸素銅、銀、ステンレス鋼など）と内部スプリングで構成されています。スプリングは継続的な補償力を提供し、システム内の熱膨張／収縮や微小な変形に適応することで、非常に高いシール信頼性を実現します。特に温度サイクルや振動を伴う用途に適しています。
2. パーフルオロエラストマー（FFKM）
システム設計がエラストマーシールに適している場合、またはより設置の利便性が必要な場合、非常に高価ではあるものの、パーフルオロエラストマー (FFKM) がポリマー材料の中で最上位の選択肢となります。
- 特徴:フッ素ゴムの究極形とも言えるFFKM。分子中のほぼすべての水素原子がフッ素原子に置換されているため、優れた耐高温性（300℃以上）と驚異的な耐薬品性を備え、ほとんどの過酷な化学媒体やプラズマにも耐えることができます。
- 真空性能:特殊な配合とクリーンなプロセスで製造された FFKM シーリング リングは、ガス放出率と抽出量が非常に低く、半導体や超高真空装置の厳しい要件を満たしています。
- 磁気特性:エラストマー材料は一般に非磁性であり、磁場に干渉しません。
- アプリケーション:半導体リソグラフィーおよびエッチング装置の真空チャンバーや腐食性ガス供給システム、また航空宇宙エンジンの酸化剤シーリングによく使用されます。
3. フッ素ゴム（FKM/バイトン）
フッ素カーボンゴムは、高温真空環境で一般的に使用されるエラストマーシーリング材であり、性能とコストのバランスが取れています。
- 特徴:優れた耐高温性（通常-20〜250°C）、耐油性、およびほとんどの化学物質に対する耐性を備えています。
- 真空性能:標準的なFKMのアウトガス率は、金属やFFKMよりも高く、一般的に高真空（10⁻⁴～10⁻⁷ Pa）環境に適しています。超高真空用途では、アウトガス率の低い配合の製品を選択し、脱ガス処理のために高温ベーキングが必要となる場合があります（ベーキングの最高温度制限に注意）。
- 磁気特性:非磁性。
- 注:強アルカリ、ケトン、一部のエステル溶剤には耐性がありません。
主要なプロパティの比較: 説明した主なシール オプションである無酸素銅メタル シール、パーフルオロエラストマー (FFKM)、およびフルオロカーボン ゴム (FKM) は、主要な特性が大きく異なります。無酸素銅シールは 400°C を超える温度に耐え、ガス放出が極めて少ないため、超高真空 (<10⁻⁷ Pa) の用途に最適です。非磁性で耐放射線性に優れていますが、弾性と補正は塑性変形または内部スプリングに依存しています。相対的にコストが高くなります。パーフルオロエラストマー (FFKM) シールは、約 320°C まで動作できます。ガス放出が極めて少ないため (クリーン グレード バージョンが必要)、超高真空 (<10⁻⁷ Pa) にも適しており、非磁性で耐放射線性に優れ、優れた固有の弾性と補正能力を備えています。ただし、相対的にコストが非常に高く、FKM の 10 倍を超える可能性があります。フッ素ゴム（FKM）シールは、最高動作温度が約250℃と低くなっています。ガス放出率は中程度（低ガス放出処方が必要）で、高真空（約10⁻⁴～10⁻⁷ Pa）に適しています。非磁性で耐放射線性も良好ですが、弾性にも優れており、中価格帯の選択肢となります。
選択と使用に関する推奨事項
- 優先選択:
- 純粋で極めて要求の厳しい超高真空システム（例：粒子加速器、宇宙環境シミュレーションチャンバー）の場合、金属シール（無酸素銅）は 最も好まれ、最も信頼できる 解決策。
- 超高真空環境にも対応しており、腐食性媒体 （例：半導体エッチングガス）または 弾力性が向上し、取り付けが簡単、 パーフルオロエラストマー（FFKM）は高性能エラストマーの選択肢ですが、超高真空クリーングレード製品。
- 真空要件がわずかに低く（例えば、高真空）、温度範囲が250°C以内の場合、フッ素ゴム（FKM）は経済的で実用的選択。
- 設計と設置のポイント:
- 表面品質: 表面粗さ（Ra）シール面の仕上げは非常に重要です。金属シールの場合、通常はRa ≤ 0.8 μm、あるいはそれ以下が求められます。エラストマーシールの場合は、より高い仕上げ（Ra ≤ 0.4 μm）が摩耗や漏れの危険性を低減するのに役立ちます。
- 圧縮比制御: 圧縮比取り付け時には、シールリングの圧縮を厳密に管理する必要があります。過剰な圧縮は永久変形や損傷を引き起こす可能性があり、圧縮不足は漏れにつながります。
- 均一な締め付け: 雇用する 対称的な複数ボルトの締め付け順序フランジ上の力が均等に分散され、シール面の反りや歪みが防止されます。
- ベーキング：超高真空システムではベーキングが必要となることがよくあります。選択したシールリングの材質がベーキングに耐えられることを必ず確認してください。システムのベーキング温度に耐える.
まとめ
以下の条件の下で室温から250℃、磁場の存在、超高真空の必要性、 無酸素銅金属シール（特にコンフラットフランジまたはスプリング駆動構成の場合）は、通常、最も信頼性が高く、主要な技術的ソリューションと見なされています。極めて低いガス放出率、優れた耐高温性、非磁性システム設計上または腐食性媒体を扱う必要があるためにエラストマーが必要な場合は、パーフルオロエラストマー（FFKM）は、これらの極端な要求を同時に満たすことができる唯一のエラストマー材料ですが、その高コストを覚悟する必要があります。
最終的な選択は、以下の点を考慮した総合的なトレードオフに基づいて行う必要があります。特定の真空レベルインジケータ、予算、システム構造、メンテナンスと信頼性の要件いずれの場合も、専門のシーリングコンポーネントサプライヤーからの技術的なアドバイスとサポートを優先する必要があります。
投稿日時: 2025年9月5日