製品の紹介

原子力向け製品ラインアップ2-1）改良 EPDM H3070 及び H0880

1. はじめに

当該改良EPDMはバルカーテクノロジーニュースNo.304）、
1）

トラル実現に向けた取り組みとして、温室効果ガスの排出抑性を特徴としており、一般のEPDMとは一線を画している。そ制が重要である。特に2021 年 4月に表明された『2030 年度のため、使用環境においては精査する必要はあるものの、原の温室効果ガス排出46％削減（2013 年度比）』を実現するた

子力設備のシール材として使用出来る範囲は広いと考えられ、めには、これらの目標に配慮したエネルギーミックス 2）が行わ優れたユーティリティー性を有している。また、様々な断面形れる必要がある。今後、化石燃料依存からの脱却を進める状や、大口径品の製作も可能であり、既設シール材にて問題にあたり、再生可能エネルギーが重要視されるのはもちろんが生じているのであれば、改良EPDMは問題解決につながるであるが、真のエネルギーミックを考えれば、決してコストとい糸口になり得る製品と考えている。

う点を無視するわけにはいかない。これらの点をカバーし得るエネルギーとして期待されているのが、CO2 排出が限りなく2-2）TOUGHUORO®シリーズ

低く、発電コストが比較的安いと考えられている原子力発電改良EPDM程の耐放射線性を有していないが、高温の耐蒸である。安全性の観点から、慎重に慎重を重ねた上で運用

気性や、各種耐薬品性は、むしろTOUGHUORO®シリーズのされることが前提ではあるが、日本政府の2030 年度エネル方が優れていると考えられる。材質としてはFEPMであり、ふっギーミックス目標値として、原子力比率が 20～22％（2019 年

素ゴムの一種であるが、EPDMに近い構造を有している。この度比率は約 6％）まで引き上げられていることからも、その期構造により、ふっ素ゴムでは使用困難な高温蒸気や、無機酸、待が感じられる。

無機アルカリに対しての使用が可能であり、また、EPDMでは使当社としても、過去から、原子力設備の安全性向上のた用困難な乾熱環境での高温使用が可能な材料となっている。

め、重大事故時のシール健全性改善取り組みを進めており、

TOUGHUORO®シリーズ（SS70：JISタイプA硬度70 度品）

使用環境に適した実績材料の提案や、新規材料の開発、と標準 FKMとの耐蒸気性の差異を確認するため、当社及び、形状提案などを常に行っている。本報では、材料面、FKM-70 品（JISB2401-1

形状面などの複数の点から、原子力用途で推奨され得る製環境下での比較を行った。

従来の識別記号 4 種 D）との各種

乾熱 200℃中圧縮永久ひずみグラフをFigure1、飽和蒸品を紹介する。

気 200℃中圧縮永久ひずみグラフをFigure2に示す。
圧縮永久ひずみ率は、エラストマー材料の耐熱性を判断2. エラストマー材料の提案する指標の一つであり、実際の使用状態を模擬した試験方3）法である。試験方法としては、試料を所定の圧縮率まで潰を想定するのであれば、200℃の高温蒸気や、数百 kGyの高し、その圧縮率のまま、試験環境内（実機を想定した高温乾放射線量が重畳することが想定される。また、使用部位によっ熱や蒸気環境など）で所定時間保持する。試験環境から取ては、高温蒸気に曝される可能性はあるものの、放射線量が出し後、圧縮を開放し、試験試料の復元性を確認すること重大事故時より低い部位も想定されるため、環境に適した材で、その環境に対する耐性を確認する手法である。評価とし料提案が必要と考えられる。このことから以下の材料の紹介て、圧縮永久ひずみ率が 0％に近いほど、劣化が少ない健を行う。

全な状態であり、逆に100％に近くなるほど、劣化が進行し、原子力用材料として使用する場合、重大事故時の環境

18

Summer 2023

No.34にて紹介している。優れた耐放射線性と、耐高温蒸気バルカー技術誌2020 年10月に政府より宣言 された2050 年カーボンニューNo.45

原子力向け製品ラインアップ

Figure3

圧縮永久ひずみ率の測定、及び算出方法

FKMには大きな差異は確認されず、むしろ、SS70の方が僅
Figure1

かながら耐熱性に優れているように見える。Figure2のグラフ

乾熱 200℃中圧縮永久ひずみグラフ

より、飽和蒸気 200℃環境では、汎用 FKM が加水分解と考えられる大幅な変形を生じているのに対し、SS70では、近似

バルカー技術誌

曲線の傾きが小さく、当該環境では長期使用が可能と予測

Summer 2023
No.45

される。また、SS70の近似曲線の傾きは、乾熱、飽和蒸気共に近似している。このことから、TOUGHUORO®シリーズは暴露環境違いによる寿命への影響は非常に少ないことが確認出来る。
上記結果から、放射線量がない、もしくは低線量環境において、200℃近傍の乾熱、蒸気などの環境が長期間連続して続くのであれば、改良 EPDMより、TOUGHUORO®シFigure2

リーズを使用したほうが、設備自体の健全性を向上させること

飽和蒸気 200℃中圧縮永久ひずみグラフも可能ではないかと考えられる。形状に関しても、改良シール限界に近づいていると判断する。グラフの見方として

EPDM 同様に、様々な断面形状、大口径品の製作が可能

は、近似曲線が下側にあり、かつ傾きが小さくなるほど、そであるため、改良 EPDMとの併用により、原子炉設備の広の試験環境における耐性が強いと判断出来る。

い範囲の網羅が可能と考えられる。

圧縮永久ひずみ率の測定、及び算出方法をFigure3に示す。
Figure1のグラフより、乾熱 200℃環境では、SS70と汎用
Table1TOUGHUORO®シリーズバリエーション及び、乾熱、蒸気環境での老化試験データをTable1に示す。

TOUGHUORO®シリーズバリエーション
Low compression set
TOUGHUORO®
ZS series

Steam-resistant TOUGHUORO®
‐SS series

Material name
SS70

SS80

SS90

ZS80

Physical properties
Hardness （ShoreA）

74

84

9085

Tensile strength （MPa）

23.1

24.6

22.8

24.3

Elongation （%）

190

150

110

120

100% Modulus （MPa）

8.3

15.2

20.9

19.9

Aging test in air

200℃×168hHardness change（ShoreA）±0+1−1−1Tensile strength change（%）−3−7−8−7Elongation change（%）−5−7−5−4

Aging test in steam

200℃×168hHardness change（ShoreA）+1±0−1−1

Tensile strength change（%）−23−19−14−14

Elongation change（%）+8+19+27+13

Volume change（%）+1+1+1+119

製品の紹介TOUGHUORO®シリーズはTable1の通り、耐高温蒸気用・甲丸シール：装着溝内で転動やねじれが発生せず、シーのSSシリーズがJISタイプA 硬度 70 度、80 度、90 度品の3 種

ル面との接触側はOリングのようにR 形状に類と、SSシリーズの圧縮永久ひずみ性を、更に改善したZS80したシールである。

度品の計 4 種類のバリエーションを用意している。

3. エラストマーシール

標準ラインアップ標準品の設定はなし

製作可能寸法小口径品～大口径品まで対応可

・横 Uガスケット：フランジ面にうねり・歪みがある場合や強3-1）
シール形状

度の弱いフランジ（樹脂製など）に使用

当社として、ガスケット用途（固定用）、パッキン用途（運動出来、自緊式シールのため低締付力で用）として色々な製品をラインアップしており、各種機器取り付使用出来る。非加圧側にスペーサーリンけ部やご使用条件に合わせた特注品についても対応可能でグを設けることで耐圧性を持たせることある。固定用はフランジ溝に装着後、圧縮変形状態を考慮が可能である。

特性（低摺動、耐圧性など）を確保しつつ、劣化についても考慮された形状とすることが望ましい。

標準ラインアップ

標準品の設定はなし

製作可能寸法小口径品～大口径品、楕円、
額縁タイプまで対応可

バルカー技術誌

した形状とすることが望ましい。運動用は機器に要求されるシール形状により期待される特性が大きく変わるため、以下に形 状ごとの特 徴を記 載する。シール形 状の一 覧を

横 Uガスケットシール方法をFigure4に示す。

Table2に示す。

Summer 20233-2）特徴・Oリング：シールの中で最も汎用性が高く、各種規格品がラインアップされており、コストも安く使い勝手が良い。固定用、運動用両方に使用可能である。
標準ラインアップJIS 規格品、ISO 規格品、JASO 規格品

製作可能寸法小口径品～大口径品まで対応可

No.45・角リング：比較的汎用的に使用が出来、装着溝内で転動やねじれが発生しないため、Oリングで転動やねじれが発生した場合に使用される。
標準ラインアップ

標準品の設定はなし

製作可能寸法小口径品～大口径品まで対応可

Figure4

横 Uガスケットシール方法

Table2 シール形状の一覧
用途

固定用

運動用形状

名称

Oリング

角リング

甲丸

横U

コスト※ 1

低低低中タイプ

スクイーズタイプ

リップタイプ

インフラートシール
反転タイプ

膨張タイプ

高高中空タイプ

Oリング

Xリング

Uパッキン

低低〜中低〜中スクイーズタイプ

リップタイプ注）※１ イメージ感を示す。

20原子力向け製品ラインアップ

・インフラートシール 5）：中空構造をしており、中空部を空気・Uパッキン：運動用シールで、低摺動で使用することがで加圧させることで膨張させシール可能である。ロッド用、ピストン用、ロッド・ピ相手面に接触してシールするタイ

ストン兼用タイプがあり、フルードパワーを用プ。反転タイプと膨張タイプがある。

いた機器で良く使われている。

標準ラインアップ

反転タイプ：断面寸法 4サイズ
膨張タイプ：断面寸法 3サイズ

標準ラインアップ

ロッド用、ピストン用、ロッド・ピストン兼用、大断面タイプ、小断面タイプ、空気圧用製作可能寸法

小口径品～大口径品、額縁型など対応可製作可能寸法

小口径品～大口径品まで対応可

反転タイプシール方法をFigure5に示す。
膨張タイプシール方法をFigure6に示す。

Figure8

U パッキンの種類

バルカー技術誌

4. グランドパッキン
Figure5反転タイプシール方法

4-1）制御弁用グランドパッキン 6）
原子力用の弁としては、大きく分類するとON-OFF 弁と制御弁の2 種類がある。ON-OFF 弁は弁開度を全開または全Summer 2023

閉で使用される場合が主であり、常時作動しない。これに対し制御弁は弁の開度により、流量や圧力を調整するため、常時作動する弁となる。
Figure6膨張タイプシール方法

代表的な弁の構造とグランド部の構造について、例として空気作動制御弁概要図をFigure9に示す。

・Xリング：運 動用シールでシール接触部のくぼみに潤滑剤を保持することで、低摺動で使用が出来、No.45長時間の潤滑効果が得られる。
標準ラインアップ

軸径φ7 ～φ100

製作可能寸法小口径品～大口径品まで対応可

Xリング組付け状態をFigure7に示す。

Figure7

Xリング組付け状態
Figure921

空気作動制御弁概要図

製品の紹介制御弁用グランドパッキンは摺動部と、同時に漏れに対するシール部となっており、弁の制御性を考慮すると、摺動抵抗が小さく、かつ同時にシール性に優れると言う相反する機能が要求される。また、原子力用グランドパッキンは、耐放射線性、水質規制などからの不純物規制、性能安定性、耐久性など高い信頼性が要求される。
過去およそ30 年前から原子力用制御弁に使用されている

Figure12 グランドパッキン組み合わせ概要図

グランドパッキンについて、シビアアクシデントに想定される耐放射線性 800kGyに対する影響の評価結果を含め、原子力用グランドパッキンNo.6399LAE（アダプターパッキン）、
No.VF-20LAE（メインパッキン）
について紹介する。

4-3）特徴・制御弁用グランドパッキンに必要な要素である低摺動抵抗と優れたシール性能を長期にわたり安定して発揮する。
・シビアアクシデントに想定される耐放射線性を有する。

No.6399LAEは炭素繊維をPTFEディスパージョンで処理・ハロゲンイオンや硫黄、低融点金属合金などの成分濃したのち断面角形に編組し、PTFEディスパージョンと微粒黒度を厳重に規制し、使用材料も放射線劣化を起こさない鉛で仕上げたのち、潤滑油で処理したパッキンである。

ものを厳選している。

No.6399LAEはアダプターパッキンとして使用し、構成概要図をFigure10に示す。
ヤーンを断面角形に編組したのち、潤滑油で処理したパッキ

No.6399LAEとNo.VF-20LAEを組み合わせた場合の、使用範囲をTable3に示す。

ンである。
No.VF-20LAEメインパッキンとして使用し、構成概要図をFigure11に示す。
制御弁に使用する場合は、No.6399LAEとNo.VF-20LAEを組み合わせて使用する。グランドパッキン組み合わせ概要

Table3使用範囲

用 途

制御弁・ON-OFF 弁

最高使用温度

363℃

最高使用圧力18.9MPapH 範囲

0 ～ 14No.45

図の例をFigure12に示す。
4-5）
グランドパッキンの耐放射線性
No.6399LAEとNo.VF-20LAEの放射線照射の有無による基礎特性（圧縮特性、摺動特性、シール特性）及び耐熱特性（熱減量特性）を相対比較し耐放射線性の影響を評価する。
・放射線照射条件：未照射、100kGy、800kGy
・グランドパッキン組み合わせ概要図
・基礎特性試験治具概要図
Figure10No.6399LAE 構成概要図

・耐熱特性条件：350℃

Figure11No.VF-20LAE 構成概要図

Figure13

Summer 2023

No.VF-20LAEはインコネルワイヤーで補強した膨張黒鉛

4-4）使用範囲

バルカー技術誌

4-2）材料構成

Figure12 参照

Figure13 参照

基礎特性概要図
22

原子力向け製品ラインアップ

4-6）耐放射線性評価結果概要
耐放射線性結果概要をTable4に示す。グランドパッキン
外観をTable5に示す。
基礎特性（圧縮特性、摺動特性、シール特性）及び耐熱特性（熱減量特性）については、放射線照射の影響は認められない。
放射線照射によりNo.6399LAEの補助材であるPTFEの低分子化の影響で、編組の解れが認められ、僅かに摺動抵抗の増加が認められるが問題の無い程度である。No.6399
LAEの解れは想定しており、炭素繊維に影響は及ぼさない。
また、スタフィングボックス内では拘束されており、アダプターパッキンとしての機能は果たすものと考える。

バルカー技術誌

No.6399LAEとNo.VF-20LAEは、シビアアクシデントで想定される放射線量においても使用上問題ないものと考える。
Table4

耐放射線結果概要
基礎特性＊1）

耐熱特性＊1）

圧縮特性摺動特性＊2）

シール特性

熱減量特性

100kGy◎◎◎◎800kGy◎〇◎◎Summer 2023

放射線量＊1）圧縮特性、摺動特性、シール特性は組み合わせ。 耐熱特性は単独。
◎：影響なし（未照射時と比較し同等）＊2）
摺動特性：μｋ値 ◎：0.030 以下 ○：0.040 以下

No.45

Table5 グランドパッキン外観
バルカーNo.

新品

未照射
熱処理後

100kGy
熱処理後

Figure14

圧縮特性結果Figure15

摺動特性結果

800kGy
熱処理後

No.6399LAE

No.VF-20LAE

4-7）耐性確認試験評価結果

Table6 シール特性結果

圧縮特性結果をFigure14、摺動特性結果をFigure15、シール特性結果をTable6、熱減量試験結果をFigure16、Figure17に示す。
各特性結果より、放射線照射による性能に影響する変化は軽微であり、使用上問題ないものと考える。

23

放射線照射量内圧をシールするために必要な締付面圧（MPa）
1MPa

4.9MPa9.8MPa未照射

9.8

14.7 ～ 19.6

19.6 ～ 24.5

100kGy9.8

14.7 ～ 19.6

19.6 ～ 24.5

800kGy9.8 ～ 14.7

24.5

24.5

製品の紹介

5. おわりに環境対策として、地球規模でのカーボンニュートラルへの取り組みが行われる中、温室効果ガスを排出しないエネルギーである原子力発電所の再稼働も進みつつある。我々
シールメーカーでは、災害などリスクヘッジによる安定供給体制へ取り組み、また、環境負荷を低減した製品開発を進めていく所存である。

6. 参考文献
1）資 源エネルギー庁：令和 2 年度エネルギーに関する年次
熱減量試験結果（No.6399LAE）

報告（エネルギー白書 2021）,第 2 章

第 3 節『2050 年カー

ボンニュートラルに向けた我が国の課題と取組』
2）森田 一成：朝日新聞デジタル SDGs ACTION,『エネルギーミックスとは？日本の2030 年度目標や現状、課題を紹介』（2022.08.22）
3）鈴木 憲，
松田 真一, 杉村 卓哉：バルカー技術誌．
No.34，
4）鈴木 憲：バルカー技術誌．No.30，14-19（2016）5）上田 彰，バルカー技術誌，No.17，8-15（2009）6）青木 晃、瀬戸田 末広、安東 博、松岡 邦彦：バルカー
レビュー VOL.38 No.5，1-8（1994）

Summer 2023

14-18（2018）

バルカー技術誌

Figure16

No.45
Figure17

熱減量試験結果（No.VF-20LAE）

鈴木 憲

南暢

H＆S 事業本部
商品開発部
エラストマー開発チーム

H＆S 事業本部
商品開発部
エラストマー開発チーム

須川 修司
H＆S 事業本部
商品開発部
ガスケット開発チーム
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