気密シール
ハーメチックシールとは、特定の物体を気密にする（空気、酸素、その他のガスの通過を防ぐ）あらゆるタイプのシールです。この用語はもともと気密ガラス容器に適用されていましたが、技術の進歩に伴い、金属やゴムなど、より広範な材料に適用されるようになりました。ハーメチックシールは、多くの電子機器やヘルスケア製品の正常かつ安全な機能に不可欠です。
技術的には、この用語は特定の試験方法と使用条件に関連して使用されます。口語的には、このようなシールの正確な要件は用途によって異なります。
語源
「ヘルメス」という語は、ギリシャ神話の神ヘルメスに間接的に関連しています。「ヘルメスの封印」は、ヘルメス主義の伝統における錬金術に由来し、ヘルメス主義者によれば、秘密の封印を用いてガラス管を気密にする手法を発明した伝説の人物、ヘルメス・トリスメギストスにちなんで名付けられました。[ 1 ] [ 2 ]
用途
食品、医薬品、化学薬品、消費財などの包装には、ガスの流れを遮断する密閉性が必要です。この用語は、真空パックや缶詰などの食品保存方法の成果を指すこともあります。包装材料には、ガラス、アルミ缶、金属箔、ガス不透過性プラスチックなどがあります。
持続可能な建築原則に基づいて設計された建物の中には、エネルギーを節約するために気密技術を採用しているものがあります。グリーンビルディングには、熱伝導率を低減し効率を高めるために、アルゴンガスまたはクリプトンガスを併用した三重ガラス断熱窓が採用されている場合があります。景観・外装工事では、一般設備や景観照明の電気接続部／接合部を保護するために気密シールが使用されることがあります。気密とは、防水性と防湿性の両方を意味します。
気密シールは、居住可能なエリア内の呼吸可能な空気を密閉することで、有人宇宙飛行を可能にします。気密シールがなければ、空気は膨張して拡散し、ほぼ真空の宇宙空間を満たし、その結果、減圧が発生し、生物に傷害または死をもたらす可能性があります。
エアロックは気密封止技術を利用し、圧力や組成が異なる2つの領域間で物体や生物を出し入れするために使用されます。エアロックは、水中潜水、地下建設、鉱業、宇宙飛行などで利用されています。
気密封止を採用した電子機器には、半導体電子機器、サーモスタット、光学機器、MEMS、スイッチなどがあります。電気・電子部品は、水蒸気や異物 から保護し、適切な機能と信頼性を維持するために気密封止されることがあります。
重要な歴史的資料の保管には、気密状態を保つための密閉方法が用いられています。1951年、アメリカ合衆国憲法、アメリカ合衆国独立宣言、そしてアメリカ合衆国権利章典は、ワシントンD.C.の米国国立公文書館に収蔵されたガラスケースにヘリウムガスで密封されていました。2003年には、アルゴンガスで密封された新しいガラスケースに移されました。[ 3 ]
葬儀業界では、棺や納骨堂がゴム製のシールで密閉され、施錠されている場合もあります。
エポキシ気密シールの種類
一般的なエポキシ樹脂は、鎖上にペンダントヒドロキシル基（-OH）を有しており、酸化物または水酸基表面と結合したり、強い極性引力を形成したりします。ほとんどの無機表面（金属、鉱物、ガラス、セラミックスなど）は極性を持つため、高い表面エネルギーを持ちます。良好な接着強度を決定する重要な要素は、基材の表面エネルギーが硬化した接着剤の表面エネルギーに近いか、それよりも高いかということです。
特定のエポキシ樹脂とそのプロセスは、銅、真鍮、ステンレス鋼、特殊合金、プラスチック、または同様の熱膨張係数を持つエポキシ自体との気密結合を作成でき、気密電気シールおよび光ファイバー気密シールの製造に使用されます。エポキシベースのシールは、導電体間の間隔要件が最小限である他の技術と比較して、フィードスルー設計内の信号密度を高めることができます。エポキシ気密シール設計は、低真空または高圧力の気密シール用途に使用でき、ヘリウムガスなどのガスまたは流体を、ガラスまたはセラミックと同様の非常に低いヘリウムガスリーク率で効果的にシールします。気密エポキシシールは、ガラスまたはセラミック気密シールに必要な、はるかに導電性の低いコバールピン材料の代わりに、銅合金ワイヤまたはピンのいずれかをシールするという設計の柔軟性も提供します。典型的な動作温度範囲は-70℃～+125℃または150℃であり、エポキシ気密シールはガラスやセラミックシールに比べて制限が多いが、一部のエポキシ気密設計では200℃に耐えることができる。[ 4 ]
ガラスと金属の気密封止の種類
ガラスと気密封止される金属の熱膨張係数が同じ場合、「マッチドシール」はガラスと金属の酸化物との結合によって強度を得ます。このタイプのガラスと金属の気密封止は、一般的に電球の口金など、低照度の用途に使用されます。[ 5 ]
「圧縮シール」は、ガラスと金属の熱膨張係数が異なる場合に発生します。金属は冷却時に固化したガラスの周囲を圧縮します。圧縮シールは非常に高い圧力に耐えることができ、様々な産業用途で使用されています。
エポキシ気密シールと比較して、ガラスと金属のシールははるかに高い温度（圧縮シールでは250℃、整合シールでは450℃）まで使用できます。しかし、熱膨張の制約により、材料の選択はより制限されます。シール工程は、部品の変色を防ぐため、不活性雰囲気または還元雰囲気中で約1000℃で行われます。[ 6 ]
セラミックと金属の気密シール
共焼成セラミックシールはガラスの代替品です。セラミックシールは、堅牢なシールが求められる高応力環境下において優れた気密性能を発揮するため、ガラスと金属のシールの設計上の障壁を上回ります。ガラスとセラミックのどちらを選ぶかは、用途、重量、熱ソリューション、そして材料要件によって決まります。
ガラス製品の密封
固体の密封
ガラステーパージョイントは、 PTFEシーリング（高真空気密、空気漏れ率10 −6 mBar × L/sec以下）[ 7 ] 、 Oリング（オプションでカプセル化されたOリング）、またはPTFEスリーブ[ 8 ]で気密にシールできます。PTFEスリーブは、溶解して汚染される可能性のあるグリースの代わりに使用されることがあります。PTFEテープ、PTFE樹脂糸、ワックスは、広く使用されている他の代替品ですが、ジョイントに巻き付ける際に、しっかりとシールするために少し注意が必要です。
グリース
この用途向けに作られたグリースを薄く、接続するすりガラスの表面に塗布し、内側ジョイントを外側ジョイントに挿入して、それぞれのすりガラスの表面が隣り合って接続されるようにします。グリースは、漏れのない接続を作るだけでなく、2 つのジョイントを後でより簡単に分離できるようにします。このようなグリースの潜在的な欠点は、高温の用途 (連続蒸留など) で実験室のガラス器具に長時間使用すると、グリースが最終的に化学物質を汚染する可能性があることです。[ 9 ]また、試薬がグリースと反応する場合があります[ 10 ] [ 11 ]特に真空下では。これらの理由から、グリースがガラス器具の内側に入り込まないように、テーパーの先端ではなく太い端にグリースを薄く塗布することをお勧めします。結合時にグリースがテーパー表面全体に広がる場合は、グリースが多すぎます。また、この目的のために特別に設計されたグリースを使用するのも良い考えです。これらのグリースは、真空状態での密閉性に優れ、粘度が高いためテーパーから流れ出る可能性が低く、ワセリン（一般的な代替品）よりも高温で流動性があり、他の代替品よりも化学的に不活性です。
クリーニング
すりガラス接合部は、汚れや異物がない状態では半透明です。溶剤、反応混合物、古いグリースは透明な斑点として現れます。グリースは適切な溶剤で拭き取れば除去できます。シリコーン系および炭化水素系グリースには、エーテル、塩化メチレン、酢酸エチル、またはヘキサンが効果的です。フルオロエーテル系グリースは有機溶剤に対して非常に耐性があります。ほとんどの化学者は、できるだけ拭き取るだけで済みます。一部のフッ素系溶剤はフルオロエーテル系グリースを除去できますが、実験室で使用する溶剤よりも高価です。
テスト
包装材料の水蒸気透過率、酸素透過率などを測定するための標準的な試験方法が存在します。しかし、完成した包装にはヒートシール、接合部、そしてクロージャーが含まれており、これらによって包装の有効なバリア性が低下することがよくあります。例えば、ガラス瓶のガラスは有効なバリア性を備えているかもしれませんが、スクリューキャップとクロージャーライナーはそうではないかもしれません。
参照
注記
- ^ 「オンライン語源辞典」 . etymonline.com .
- ^ Schwarcz, Joe (2025年2月19日). 「It's Hermetically Sealed!」科学社会局マギル大学. 2025年4月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。2025年7月17日閲覧。
- ^ 「自由の憲章プロジェクトの起源」 2022年4月5日。
- ^ 「ハーメチックフィードスルーのホワイトペーパー | Douglas Electrical Components」 Douglas Electrical Corp. 2021年12月23日閲覧。
- ^ 「ハーメチックシール | ガラス対金属シール | Elan Technology in USA」Elan Technology . 2015年12月3日閲覧。
- ^ 「ガラスと金属のシーリング技術」 Dietze Group . 2019年7月1日閲覧。
- ^ Glindemann, D., Glindemann, U. (2001).「グリースレステーパージョイントガラス製品と容器の密閉性と新型PTFEシーリング」Fusion (ASGS) 48 (2): 29–33.
- ^ Loughborough Glass Co., Ltd. (1957). 「すりガラス接合部のグリース代替スリーブ」. Journal of Scientific Instruments . 34 (1): 38. Bibcode : 1957JScI...34...38L . doi : 10.1088/0950-7671/34/1/429 .
- ^ Rob Toreki (2006年12月30日). 「ガラス製品のジョイント」 . Interactive Learning Paradigms Inc.
- ^ Haiduc, I.、「シリコーングリース：エキゾチック分子および超分子化合物の合成のための偶然の試薬」、Organometallics 2004、第23巻、 pp . 3–8。doi： 10.1021/om034176w
- ^ Lucian C. Pop、M. Saito (2015). 「シリコーングリースをめぐる偶然の反応」.配位化学レビュー. 314 : 64– 70. doi : 10.1016/j.ccr.2015.07.005 .
