Valqua
Technology
News
● ご挨拶

…………………………………………………………………… 1
常務執行役員 CTO（最高技術責任者）
黒田 博之● 技術論文ガスケットの寿命推定技術の開発 …………………………………… 2
シールマーケティング開発本部 シール開発グループ
野々垣 肇● 技術論文地震対策うず巻形ガスケットの検討 ……………………………………… 7
シールマーケティング開発本部 シール開発グループ
佐藤 広嗣
広島大学 大学院工学研究院 特任教授
澤 俊行
● 製品の紹介
耐熱タイプパーフロロエラストマー FLUORITZ®-HS …………………… 10
シールマーケティング開発本部 シール開発グループ
岡崎 雅則● 製品の紹介PTFEナノファイバー不織布……………………………………………… 13
研究開発部
辻 和明
研究開発部 メンブレン開発グループ
瀬戸口 善宏● 製品の紹介
優れた耐熱性を有するマイカフィラーうず巻形ガスケット
No.M590シリーズ ……………………………………………………… 16
シールマーケティング開発本部 シール開発グループ
黒河 真也● 製品の紹介
火力発電所向けグランドパッキンのラインアップ紹介 ………………… 20
シールマーケティング開発本部 シール開発グループ
出口 善久
佐藤 広嗣

http://www.valqua.co.jp

バルカー技術誌

2012年

夏号

No.23 Summer 2012

ご挨拶

2012年がスタートし早や半年を過ぎようとしています。昨年、日本では東日本大震災による多くの被災地、被災者の皆様への打撃、福島原発事故による安全神話への不信、中国などの台頭によるパワーバランスの変化、
南欧諸国の不安定な政治経済情勢など、様々な出来事を通して多くの問題が顕在化しました。今年に入ってからも、フランスとギリシャの政治情勢の変化や北朝鮮をはじめとする新興国への核拡散など、不安定な世界情
バルカー技術誌

勢を反映して経済見通しも困難な時期が続いています。21世紀に入って10年を過ぎ、新しい秩序への変化があらゆる面で起きているようにも感じられます。しかしながら一方で、「混迷する日本政治」という根本的な問題を抱えながらも、多くの日本企業が戦略的な新たな行動をとりつつあり、また、昨年来の想像を超えた災害からの復興の過程で時代に合った規制緩和へ僅かながら進んでいると思われ、将来への明るい兆しも感じます。こうSummer 2012

した行動が今後の発展と安定に必ず繋がるものと確信し、当社も積極的に事業環境の変化に対応して、バル

No.23における成長機会への挑戦、環境ビジネス拡大に向けた環境関連事業部の設置など、新たな飛躍へ向けて積カーらしさを追求して参ります。

当社では、この4月から新しい中期経営計画“NV・S6”をスタートいたしました。中国をはじめとする海外市場極的に事業基盤の拡張を図っております。研究開発においても、日本だけでなく中国総合研究所においても中国の大学との共同研究を含め環境関連開発を加速しつつあります。この夏号では、地震災害などの際も機器・配管接合面での高度なシール性を保持するための研究などの技術論文に加え、新たなふっ素樹脂系メンブレン
素材としてPTFEナノファイバー不織布などの製品をご紹介いたします。本誌でのご紹介が、当社をご理解いた
だく一助となれば幸いです。今後とも当社の理念である“The Valqua Way”に基づき、差別的で独自性の高い技術の追求を通じて、当社ならではの製品とサービスを提供し社会に貢献して参る所存です。読者の皆様にはなお一層のお引き立てを賜りますようお願いいたします。

最後になりましたが、読者の皆様のご発展を祈念いたします。

常務執行役員1

CTO（最高技術責任者） 黒田

博之

技術論文

ガスケットの寿命推定技術の開発
シールマーケティング開発本部

シール開発グループ

野々垣肇
バルカー技術誌

Summer 2012

Nowadays, we have to focus on non-asbestos gaskets development and evaluate the long term reliabilityof gaskets. The long-term reliability evaluation is especially important depending on demand for safety andreliability over a long period of time.
Our company was a pioneer in introducing life time evaluation technology of the various gaskets.
Aging of gasket stress is predicted from a stress-time curve. This is a lifetime evaluation technique. Duration of
lifetime is determined when residual gasket stress reaches the limiting sealing point. Another lifetime evaluation
technique is measuring activation energy degradation during oxidation of expanded graphite. Lot of problems
still remain in predicting lifetime of composite materials containing organic material.
However, aging of gasket stress is the most important factor to predict the lifetime of a seal. One of the meritsof creep relaxation characteristics at high temperature is that it gives a clear view of reliability fluctuation for
non-asbestos gaskets.
Keywords:
long term reliability, safety and reliability, creep relaxation

No.23

1. はじめに評価方法が必要となった。非石綿製品の実績は乏しく、長期

労働安全衛生法施行令の一部を改正する政令（平成 18

使用条件における実証試験とともに、長期性能を理論的に評

年政令第 257 号）
により、平成 18 年
（2006 年）9月1日から、石綿等の製造、輸入、譲渡、提供または使用が一部を除き禁止された。さらに、平成 24 年
（2012 年）3月1日をもって、一間使用の安全性に対する信頼を得るには、ユーザー個々の価推定する技術が必要であると考えられる。
本報では、当社が他社に先駆けて技術開発を行ってきた
各種ガスケットの寿命評価技術について紹介する。

部の適用除外事例も廃止され、石綿品の製造などは全面禁止となった。
非石綿化の過程にあっては、非石綿ガスケットの開発と並行して、その信頼性評価についても様々な検討が加えられて

2. 締切型フランジにおける
メタルガスケットの事例

きた。非石綿ジョイントシートにおいては、従来からの規格物

信頼性評価のための寿命推定方法は、使用済み核燃料性試験で石綿ジョイントシートと同等の性能を持つことが確認

輸送貯蔵容器（キャスク）用ガスケットの開発を契機として検されたにもかかわらず、実際のフィールドでは、非石綿ジョイン

討が始められた 1）−3）。その方法はFigure1に示すように、使トシートには多くの課題があることが明らかとなった。このこと

用環境におけるガスケット応力の経時変化を応力緩和線よりは、従来の規格物性試験が、実績評価に代わる信頼性評価

予測し、ガスケット残留応力が密封限界点に達する時点を試験としては使えないことを意味し、実績に代わる新たな機能寿命とするものである。
2

ガスケットの寿命推定技術の開発

さらに、ガスケット応力の低下がシール寿命に関係することから、加藤ら４）５）はLMP（Larson-Miller Parameter）
を適用し、塑性変形（圧縮永久歪）およびシール性能の温度・時間依存性の相関を求め、所定温度におけるシール寿命を予測する手法を提案した。
ただ、こうした試みは、締切型フランジにおけるメタルガス
ケットについての事例であり、非石綿ガスケットに適用するについては、より一般的な締込型フランジにおけるガスケット残留応力について考慮する必要がある。

3. 締込型フランジへの適用
バルカー技術誌

Summer 2012
No.23

締込型フランジにおける寿命評価についても、ガスケット残Figure1

留応力が密封限界応力に達する時点を寿命とするという、

寿命予測の考え方

基本的な考え方は同じである。ただし、ガスケット残留応力

使用済核燃料輸送貯蔵容器用ガスケットには、バネ入りメについては、ガスケットだけではなく、フランジ締結体の応力

タルCリング（トライパック®）が採用され、断面径φ10のバネ入変化をも考慮する必要がある。最近では、こうした締込型フ

３）

りメタルCリングの200℃における寿命評価を実施した 。

ランジにおけるガスケット応力の経時変化について、粘弾性Figure2に示す応力緩和試験装置を用い、ガスケット溝まで模型を用いた有限要素解析（Finite Element Analysis；の締切を想定したガスケット変位を与え、変位量一定状態でFEA）による研究６）−９）が進められている。特に、常温で締めの応力経時変化を荷重計で測定した。Figure3に応力緩和

付け、高温で使用するという、非定常条件や長期条件を考試験結果を示す。別途、200℃における密封限界応力を測慮に入れ、ガスケット圧縮特性の温度依存性、非線形性、ヒ

定し、Figure3の応力緩和線の外挿線が密封限界応力とな

ステリシス特性、粘弾性、熱膨張などを考慮した有限要素

る経過時間を寿命とした。このとき、200℃における密封限界

解析を行うことによって、より現実的なガスケット応力の経時

応力は30kN/mであり、推定寿命は500 年以上という結果と変化の推定が可能となった。
Figure4に粘弾性要素モデルの一例を、Figure5にふっなった。

素樹脂系シートガスケットであるNo.GF30010）の200℃におけるシミュレーション結果を示す。なお、ふっ素樹脂系ガスケットでは、推奨使用温度が、材料の耐熱温度を超えることがないため、密封限界応力は熱劣化によって上昇することはなく、むしろ軟化による“なじみ”の向上によって低下する傾向にあるため、寿命予測においては、ガスケットの熱劣化は考慮す
Figure2

Figure33

応力緩和試験装置

３）
応力緩和試験結果（時間軸対数整理）

る必要はなく、応力減少だけを考慮すればよいと考えた。

Figure4

粘弾性要素モデル

技術論文ての使用が一般的であり、非石綿ジョイントシートのように繊維成分が少ないと、熱劣化による割れといった初期故障が発生する場合があり、そのガスケット応力変化から寿命を推定するには至っていない。また、熱劣化がある場合、石綿ジョイントシートの密封限界応力の経時変化 12）はFigure10のように増加傾向を示す。そのため、ゴムなどの有機材料については、高温下での熱劣化をも考慮した密封限界応力の経時変化を確認する必要があり、今後の課題である。
Figure5

有限要素解析による寿命推定例

Figure5に示すように、No.GF300は温度サイクルが負荷される使用条件であっても長期使用が可能であるが、ガス

バルカー技術誌

ケット種によっては温度低下時などの面圧低下時に密封限界を下回るケースも見られた。
また、締結ボルトに取り付けた歪みゲージにより、ボルト軸力の経時変化を測定することで、ガスケット応力緩和を実験的に求めることも行っている11）。Figure6にその試験装置概要図を、Figure7に熱サイクル試験結果の一例を示す。

Figure8

No.GF300 増締めによる面圧変動

Summer 2012
No.23
Figure6

Figure7

応力緩和試験装置概要図

熱サイクル応力緩和試験結果

この取り組みの中では、ガスケットの寿命評価以外に、増締めの効果［Figure8］
や片締めの影響［Figure9］など、非石綿ガスケットを安全に使用するための管理手法についても検討している。
一方、ジョイントシートでは、ゴムバインダの耐熱限界を超え

Figure9

Figure10

No.GF300 片締め時のボルト軸力変動

10）
石綿ジョイントシートの寿命予測（200℃）

4. 材料劣化による寿命
原子力工学分野にあっても非金属材料の健全性評価 13）が検討されていた。ASME QME（Qualification of Active
Mechanical Equipment Used in Nuclear PowerPlants）
4

ガスケットの寿命推定技術の開発

は、電気絶縁用ゴム材料の規格を参考に、非金属材料識

ギーから対象温度での膨張黒鉛消失の速度定数を求め、別のためにArrhenius式による活性化エネルギーを規定して膨張黒鉛消失速度を算出する。さらに消失速度から、限いた。しかし、複合材の劣化反応は複雑であり、劣化の指界減量率となる時間を導出する。

標となる代用物性の設定にも課題が残るため、Arrhenius式

 NEDOの実証試験では、Table1に示したように、600℃のシール材への適用は限定的なものとなると考えられる。

で4.5ヶ月、450℃で約 16ヶ月といった寿命予測結果が得ら

そうした中、非石綿化のための緊急プロジェクトであるれた。

2006 年 NEDO 開発支援事業において、膨張黒鉛の酸化減

 また膨張黒鉛については、熱減量後の圧縮復元線か量にArrhenius 式の適用を検討した。内外周にマイカフィ

ら、ガスケット残留応力を求める手法 15）も開発されている。

ラーを配した複合型膨張黒鉛系うず巻形ガスケット［Figure Figure13は、うず巻形ガスケット（SWG）のガスケット応

11］について、膨張黒鉛フィラー酸化の活性化エネルギーを力と歪みの関係に対する熱減量の影響を表している。

14）

測定し、その寿命予測が可能であることを確認した 。

バルカー技術誌

Summer 2012

Figure11

複合型うず巻形ガスケットの構成と使用状態の消失量（限界消失量）
が求まれば、膨張黒鉛消失の反応
速度定数から算出される膨張黒鉛の消失速度によって、

No.23

Figure12

すなわち、許容漏洩量以上の漏洩が発生する膨張黒鉛

シール寿命を推定できると考えるものである。フランジ締結状
態での膨張黒鉛の反応速度は、膨張黒鉛熱減量線の傾き

温度
推定寿命

膨張黒鉛熱減量と漏洩量の関係

Table1 シール寿命推定例
℃
600
500

month
day
h

4.5
136
3,260

9.8
294
7,066

450

15.7
470
11,272

から求められ、この温度領域での任意温度での反応速度定数は活性化エネルギーを用いて求めることができる。
複合型うず巻形ガスケットにおいて提案した寿命推定手
順を、内圧 0.1MPaの場合について、以下に示す。
①

許容漏洩量を確認する。

 通常、許容漏洩量は、使用者が使用条件に応じて決定するが、ここでは、石綿うず巻形ガスケットのシール性能
データから、内圧が 0.1 MPaの場合の漏洩量を換算し、許容漏洩量として4.7×10−3 Pa･m3/sを用いた。
②

膨張黒鉛限界減量率を確認する。

 Figure12に示す膨張黒鉛の熱減量と漏洩量の関係から、ガスケットの漏洩量が、許容漏洩量に達する膨張黒鉛の限界減量率を求める。

Figure14は、膨張黒鉛 SWGの熱減量とガスケット応力の−3

 漏洩量が、①で求めた4.7×10

Pa･m /sになる膨張3

黒鉛減量率は、約 67%であった。
③

寿命を推定する。

 フランジ締結状態での膨張黒鉛消失の活性化エネル
5Figure13 エイジングした膨張黒鉛 SWG の圧縮曲線

関係を示している。
減量の生じたガスケット（エイジングガスケット）の圧縮応力
は、その歪みが、フィラー減量を生じていないガスケット（バージンガスケット）の所定応力での歪みに等しいとして、

技術論文

Figure13 から求められる。ここで、所定応力として膨張黒鉛
SWGの初期締付応力 50MPaとすると、Figure13よりバージ

３）野々垣 , 大断面径トライパックの長期性能評価 , バルカー
技術誌 , No.6, p1（2003）

ンガスケットの所定応力による歪みは0.28mmとなる。ガスケッ４）加藤 , 伊藤 , 使用済核燃料貯蔵容器用ガスケットの長期

ト圧縮応力の減少は、フィラーの熱減量による応力低下であ密封特性 , 電力中央研究所報告 , U92009（1992）

るとして、Figure14の縦座標は高温時のガスケット残留応力５）加藤 , 伊藤 , 三枝 , 使用済核燃料貯蔵キャスクの長期密を意味する。すなわち、Figure14は熱減量と高温時の残留応力の関係を表すものとなる。

封性能評価手法の開発 , 日本原子力学会誌 , 38（6），p95（1996）６）高木 , 名護 , 佐藤 , 山中, ガスケットの粘弾塑性挙動を考慮したボルト締結体の力学的特性の評価 , 日本機械学会論文集 C 編 , 73（728），p1245（2007）７）名護 , 高木 , 佐藤 , ガスケットの粘弾塑性特性とボルト締
結 体の軸 力緩 和 予 測 , バルカー技 術 誌 , No.16 p11
8）渡辺, 山口, 本田, 辻, フランジ継手用ガスケットの高温粘弾性特性の評価 , 日本機械学会山梨講演会講演論文
集 , p145（2008）９）佐藤, 黒河, 高木, ガスケットを用いた締結体の長期漏洩特性の予測手法の検討 , 日本機械学会山梨講演会講

膨張黒鉛 SWG の熱減量とガスケット応力の関係

演論文集 , p139（2008）10）黒河 , 高機能ノンアスベストシートガスケット「ブラックハイパーNo.GF300」, バルカー技術誌 , No.9, p5（2004）

5. おわりに11）野々垣 , 山邊 , 森本 , ガスケット締結体の応力緩和特性 ,石綿ガスケットの長期実績に代わる、非石綿ガスケットの12）山中, 石綿ジョイントシートガスケットにおける高温寿命評

信頼性評価のための寿命評価方法の検討はまだ緒についた段階であり、特に、有機材料を用いた複合材の熱劣化についてはまだまだ課題が多く残されている。

配管技術 , 52（7），p28（2010）
価 , バルカー技術誌 , No.7, p10（2003）
13）西田 , 原子力用非金属シールの環境劣化と寿命の予測 ,バルカーレビュー, 44（6），p6（2000）

しかしながら、シール寿命については、ガスケット応力の経14）NEDO平成18 年度成果報告書, 緊急アスベスト削減実時変化が最も重要な要素であり、高温でのクリープ緩和特用化基盤技術開発プロジェクト, シール材の非石綿代替性の優劣が非石綿ガスケットの信頼性を大きく左右するもの

製品に関する寿命推定実証技術の研究開発, 2007 年3であることは明白である。

月

今後更に、
「安全 ･ 安心」
をキーワードに、信頼性評価の

15）Asahina, M., Nishida, T. and Yamanaka, Y., Gasket

ための寿命評価技術を構築していくとともに、信頼性の高い

Performance of SWG in ROTT and Short Term

製品の研究開発を進めていく所存である。

Estimation at Elevated Temperature, ASME PVP
326, p28（1996）

6. 参考文献
１）Nishida T., Sealability of Spring-Energized Elastic
Metal Gaskets, SAE Technical Paper Series
870004, Proc. ’
87 SAE International Congress andExposition Detroit, Michigan, Feb 23-27（1987）
２）掘井 , トライパックの長期性能評価 , バルカーレビュー, 35（3），p7（1991）
6

Summer 2012

Figure14

バルカー技術誌（2009）

No.23

地震対策うず巻形ガスケットの検討

地震対策うず巻形ガスケットの検討
シールマーケティング開発本部

シール開発グループ

佐藤
広島大学

大学院工学研究院

広嗣

特任教授

バルカー技術誌

澤俊行

Summer 2012

More importance has been attached to the earthquake resistance of plants since the Great East Japan
Earthquake and tsunami that followed. The anti-earthquake spiral wound gasket which suppresses theincrease of the amount of leakage due to the bending moment has been discussed. The main concept of
the anti-earthquake spiral wound gasket is to increase the bending rigidity of the connection by achieving a
metal contact between the flange face and the inner and centering ring at the bolt tightening. In this study,
a sealing performance evaluation of the various gaskets including the anti-earthquake spiral wound gasket
using the actual pipe flange connection under the bending moment is conducted. Results demonstrated
that the increase of the amount of leakage in case of the connection with the anti-earthquake spiral woundgasket under the bending moment is small. It was found that the anti-earthquake spiral wound gasket is highly
earthquake-resistant.

No.23

Keywords:
earthquake, gasket, leakage, bending

1. はじめに器や配管の倒壊防止を目的としたものであり、機器、配管接1995 年の阪神・淡路大震災、2011 年の東日本大震災ではによる漏洩事故への対策が急務となっている。

合面からの漏洩に対するものとはなっていない。従って、地震

多くの建造物が破壊され、多大な被害が報告されている。各

本研究では、ガスケット付締結体に対する地震の影響を実種プラントや港などの配管ラインにおいても漏洩が生じ、火災際の管フランジ締結体を用いて考察し、地震を受けても漏洩が発生した例もあった 1）。多くのプラントにおいては、地震発が増加し難いガスケットの検討を行う。

生の際に緊急停止装置が作動し、ライン運転が停止すること
で大きな事故は生じなかったが、ライン運転が停止すること
で、様々な製品の出荷が止まることがあった。特に、石油化

2. 締結体に対する地震の影響の検討

学製品の原料、ガソリン、ガス、電力などは我々の生活に欠地震が管フランジ締結体に及ぼす影響として「振動」と「配

かせないものであり、速やかに再稼動を行わなければならない

管曲げ」が想定される。振動については時間が数十秒であるという課題も浮かび上がった。

ことと、熱応力吸収用の配管などで影響は軽微となると考え

プラントなどでは、すでに耐震補強として機器や配管の固る。それに対し、配管曲げは地盤の沈下や液状化などにより定が広く行われつつある。しかしながら、この耐震補強は機機器やそれを繋ぐ配管が大きく移動することによって、機器・

7

技術論文

配管接合部に大きな曲げモーメントが作用することがあり、この配管曲げによりフランジの一部が開き、漏洩が生じる事例がある。Figure1は地震により配管に配管曲げが作用し漏洩が発生する模式図を示す。阪神・淡路大震災の際には大事には至らなかったものの地盤の液状化による配管曲げが生じ、LPGの漏洩が発生している２）。地面ごと揺れる地震では機器や配管の移動を防ぐことは困難であり、それに伴う配管曲げは避けられない。
以上より、地震による管フランジ締結体への影響は配管曲

Figure2

地震対策うず巻形ガスケット

げが大きいと考えられる。従って、管フランジ締結体に配管曲げが作用した際の漏洩防止が地震対策の重要事項となる。
地震対策ガスケットについて次項から述べる。

バルカー技術誌

Figure3

地震対策ガスケットのコンセプト

Figure4, 5に配管曲げに対する性能を評価するために用いた装置の概略図と写真を示す。配管曲げを与える試験体

Summer 2012

4. 実験方法

は、片方 2m ずつの配管を有するJPI 600lb 3inch 管フランジ締結体である。8 本すべてのボルトに歪みゲージを貼り付け
Figure1

地震による配管曲げの発生てあり、ボルト軸力が測定できる。配管曲げは4 点へ応力を作用させることで発現する。試験はヘリウムガス内圧 5MPa

3. 地震対策うず巻形ガスケットを作用させ、一定時間後の圧力変化から漏洩量を計測する

Figure2, 3に耐配管曲げとして開発した地震対策うず巻は以下に示す。

圧力降下法を用いる。圧力降下法から漏洩量を算出する式

形ガスケットの写真とコンセプトを示す。内部流体が流出する＝

流路が広がるということすなわち、フランジが開くことにより締（ 1− 2）
ρ

結体から漏洩が生じる。このフランジの開きを防ぐためボルト

L：漏洩量［Pa･m3/s］、M：ヘリウムガスのモル質量［mg/締結時にフランジ面とガスケット内外輪がメタルタッチするまで

mol］、V：配管容器内体積［mm3 ］、R：気体定数［cc·MPa/

締め付け、締結体全体の曲げ剛性を増加させることで、フラK·mol］、T：試験温度［℃］、t：測定時間［s］、ρ：ヘリウムンジ面間が開きにくいようにする考えである。

ガスの密度［mg/mm3 ］、P1：試験初期内圧［MPa］、P2：

標準的なうず巻形ガスケットでは圧縮剛性が高く、メタル

一定時間後の内圧［MPa］

タッチには大きなボルト締め付け力が必要となる。地震対策う

試験ガスケットは、地震対策うず巻形ガスケットと標準的なず巻形ガスケットでは、小さなボルト締め付け力でも圧縮変形

膨張黒鉛フィラーうず巻形ガスケットNo.6596に加え、シートガを大きくとり、締結体に充分な剛性を与えるため、金属フー

スケットNo.6500とNo.GF300も評価した。

プ、内外輪の突起 ･ 溝の寸法形状に工夫がなされている。

試験手順は以下に示す。配管曲げの前後で漏洩量測定

加えて、フープ、フィラー形状も工夫してガスケット接触応力を行い、配管曲げが管フランジ締結体の漏洩に及ぼす影響

50MPa 程度でメタルタッチするよう設計されている。

を評価する。
8

No.23

地震対策うず巻形ガスケットの検討①

平均ガスケット応力 50MPaに相当する初期締め付け

必要な締め付け力が小さく、代替は可能である。

力でボルトを締結②

内圧 5MPaを負荷③

実使用時のボルト軸力低下を想定し、ガスケット面応
力が 10MPaとなるまでボルトを緩める④

漏洩量を測定⑤配管曲げを負荷⑥

漏洩量測定Table1試験条件

締結体寸法
ボルト寸法×数
試験ガス
試験内圧
漏洩量測定

JPI 600lb 3inch

Figure6

10UNI×8
ヘリウムガス
5MPa
圧力降下法

曲げ負荷時のシール性評価

バルカー技術誌

Summer 2012

Figure7
Figure4

地震対策 SWGとシートガスケットの締め付け力

配管曲げ試験装置概要

6. おわりに
地震対策うず巻形ガスケットを含む様々なガスケットを対象に配管曲げを受けた配管を有する管フランジ締結体装置のNo.23

シール性評価を行い、以下の結論を得た。
・配管曲げが作用すると、配管接合部からの漏洩量が増加することが明らかとなった。
・地震対策うず巻形ガスケットは配管曲げを受けた場合でFigure5

配管曲げ試験装置

5. 漏洩量測定結果

も漏洩量増加は軽微であり、優位性が確認された。
本研究において、フランジ面をガスケット内外輪にメタルタッチさせることで、配管曲げに対する耐性が向上すること

Figure6は配管曲げ負荷前後の各ガスケットの漏洩量測が確認できた。地震を受けても高いシール性を保持するシー

定結果を示す。全てのガスケットにおいて、配管曲げを負荷

ル製品を提供することがシールメーカーの責務と考え、このコすることで漏洩量が増加することが確認された。しかしながンセプトのガスケットを2012 年夏に製品化する予定である。

ら、地震対策うず巻形ガスケットは標準品に比べて漏洩量増
加がわずかであり、その優位性が確認できる。
標準的なうず巻形ガスケットに対する優位性も確認できたが、特にシートガスケットに対する優位性は顕著であった。
シートガスケットに換えて地震対策うず巻形ガスケットを用いる
ことも、有効な地震対策になると考える。Figure7に示すように、地震対策うず巻形ガスケットはシートガスケットに比べて
9

7. 参考文献
1）
“最新 シーリングテクノロジー －密封 漏れの解明とトラブ
ル対策－”
2）高圧ガス保安協会,“兵庫県南部地震に伴うLPガス貯蔵
設備ガス漏洩調査最終報告書”

製品の紹介耐熱タイプ
パーフロロエラストマー
FLUORITZ®-HS
シールマーケティング開発本部

シール開発グループ岡崎雅則
バルカー技術誌

Summer 2012

In semiconductor fabrication equipment, many of the manufacturing processes are performed within avacuum environment. Seal materials are an important factor in achieving this vacuum environment. In
recent years, semiconductor manufacturing has become more complicated and the manufacturing process
is also more severe for seal materials requiring a higher performance than previous generations of sealmaterial. FLUORITZ®-HS has been developed in response to these factors. It is a heat-resistant typeof perfluoroelastomer with excellent heat resistance, low adhesion property, purity, and low outgassing
performance compared to conventional perfluoroelastomers.
Keywords:
semiconductor, vacuum, seal, perfluoroelastomer, heat resistance, low adhesion, purity, low outgassing

1. はじめに介したが１）、今回はエッチング装置やCVD 装置の高温部位
や拡散装置など、高温下における使用を想定して、独自の材

半導体製造装置の製造プロセスの多くは真空環境下にお料設計技術、及び加工技術を駆使し、耐熱性を従来品よりいて実施されている。この真空環境を作り出す上で、シール向上させ、非粘着性、純粋性、低放出ガス特性に優れた耐材は非常に重要な役割を果たしており、従来より、ふっ素ゴム

熱タイプパーフロロエラストマーFLUORITZ®-HSを開発した（FKM）
やパーフロロエラストマー（FFKM）
が耐熱性、耐プ

ので紹介する。

ラズマ性、純粋性、低放出ガスなどの特性の面から主に用いられてきた。近年、半導体の回路パターンの微細化、高集積化、多層化、及び三次元化が進み、それに伴い製造プロセ

2. FLUORITZ®
-HSの特長スも複雑化してきており、シール材にとってもこれまで以上に過FLUORITZ®-HSは従来のパーフロロエラストマーと比較酷な環境下での機能発現が求められるようになってきている。

して、耐熱性を大幅に向上させ、非粘着性、純粋性、低放そのため、これらの厳しい環境下においては従来のシール材

出ガス特性に優れた製品である。以下に、
FLUORITZ®-HS

では性能が不足するケースが見られ、特に耐プラズマ性、耐の各種特性を紹介する。

熱性などが必要とされる部位にはより高性能なパーフロロエラ
ストマーが使用されるようになってきている。

２-1）耐熱性

当社では、技術革新が進む半導体製造装置環境へ対応

シール材の耐熱性を評価する代表的な指標の一つとしできるシール材として、耐プラズマ性、非粘着性、純粋性、耐て、圧縮永久歪率が用いられる。圧縮永久歪率は、Figure1

熱性に優れた無充填系パーフロロエラストマーFLUORITZ®-に示した方法により算出され、シール材の劣化による塑性変

TRを上市し、バルカーテクノロジーニュース2011 年夏号で紹形の度合いを表したものであり、圧縮永久歪率が小さいほど
10

No.23

耐熱タイプパーフロロエラストマー

良好なシール特性を有していると判断され、一般的に圧縮永２）

久歪率80％をシール限界と考えて寿命評価する 。Figure2

FLUORITZ®-HSを示す場合が多い。そのため、シール材には固着力が低い
ことが求められる。

にFLUORITZ®-HSの300℃における圧縮永久歪率測定結果を示した。FLUORITZ®-HSの圧縮永久歪率は、従来のパーフロロエラストマーと比べ、非常に優れており、より長寿命化が期待できる。

バルカー技術誌

Figure1

圧縮永久歪率算出方法

固着力測定結果

固着力測定方法概要をFigure3に示し、FLUORITZ®HSの固着力測定結果をFigure4に示した。FLUORITZ®HSは、従来のパーフロロエラストマーと比較して、低い固着

Summer 2012

力を示しており、フランジへの固着、脱落などを低減できると考えられる。
２-3）含有金属成分
シール材がプラズマ環境で使用されると、プラズマによる
Figure2

No.23

Figure4

圧縮永久歪率測定結果

２-2）固着特性

エッチングにより、シール材の体積減少が起こる。シール材に金属成分を多量に含有した充填材を使用している場合、エッチングにより金属成分が飛散し、パーティクルエラーなど

一般的に、エラストマーシール材は金属などの相手材に固の不具合を起こすことが考えられる。Figure5にFLUORITZ®
-

着しやすく、リッドなどの開閉部位を開くために大きな力が必HSの含有金属測定結果を示した。FLUORITZ®-HSは、充要となる場合や、ゲートバルブの動作遅れ、シール材の脱落

填材配合系の材料でありながら、従来のパーフロロエラストなどの問題が生じることがある。また、通常、フランジの開閉

マーより、金属含有量が少ない材料である。

は、高温時ではなく、冷却された後に行われ、高温から常温付近に冷却された後のシール材の固着力は非常に大きな値

Figure311

固着力測定方法概要

Figure5

含有金属量測定結果

製品の紹介２-4）放出ガス特性

うに半導体製造装置分野の高温環境のみならず、一般産

真空シールとして使用される場合、シール材からの放出ガスが多いと、真空の立ち上げ速度や到達真空度の低下を招

業用途における高温環境のシール材としても使用可能である。

く要因となることがある。また、ウェハー表面の汚染など、クリーンな真空環境を形成する上での阻害要素となることも考えられる。そのため、シール材には低放出ガス特性が求められる。Table1にGC-MS（ダイナミックヘッドスペース法）
により測定した放出ガス量測定結果を示した。FLUORITZ®-HSの放出ガス量は検出限界以下で、放出ガスは検出されず、従来のパーフロロエラストマーと比較して、低放出ガス特性

・半導体製造装置や液晶製造装置分野におけるエッチン
グ装置やCVD 装置の高温となる部位のシール材
・拡散装置、LPCVD、アニール装置等の高温プロセスが行われる装置のシール材
・プラント、化学工業、分析機器等において高温環境で使用される装置、部位のシール材
・その他、耐熱性が要求される装置、部位のシール材に優れる。
放出ガス測定結果（μg / g）

推定成分
FLUORITZ®-HS 黒色他社品
ND
110
テトラフルオロシラン
N-エチルトルエン
ND
8
スルホンアミドND
2ジブチルフタレート
ND
ND
その他
ND
120
合計放出ガス量

白色他社品

4. おわりに

ND

半導体製造装置におけるシール材の使用環境は、回路パ

4ターンの高集積化、多層化、3 次元化に伴う製造プロセスの2

複雑化、高温化により、ますます、厳しくなっていくと思われND6る。これらの使用環境に適したシール材を今後も開発していきたいと考えるが、そのためにはユーザー各位からのシール（試験条件）

い。

材使用環境の情報が不可欠であり、ご協力をお願いした
分析装置：GC-MS（ダイナミックヘッドスペース法）

なお、本文中のデータは、当社における一定環境での評

加熱条件：250℃×30min

価データの一例であり、すべての使用環境に適合するわけ

放出ガス量：ペンタデカン換算した場合の放出ガス量ではない。そのため、実際の使用に際して、使用環境での検出下限値：1μg / g評価を実施し、特に高温環境においては、十分に適性を確認した上で使用して頂きたい。

２- ５）機械的特性
Table2にFLUORITZ®-HSの機械的特性を示した。
FLUORITZ®-HSは優れた機械的特性を有している。

5. 参考文献
1）岡崎

Table2FLUORITZ®-HS の機械的特性
FLUORITZ®-HS

外観
硬さ（shore A）
引張り強さ
（MPa）
伸び（％）
100％モジュラス
（MPa）

黒色

雅則 バルカーテクノロジーニュース

2011 年夏号

P8（2011）2）川村敏雄：バルカーレビュー, Vol26, No.6（1982）

77
20.0
160
9.3

注）
上記データは測定値であり、規格値ではありません。

3. FLUORITZ®-HSの用途
FLUORITZ®-HSは従来のパーフロロエラストマーと比較して、優れた耐熱性を有することから、耐熱性が必要とされる
様々な高温環境に適用可能である。以下にFLUORITZ®
-HSの用途事例を示した。FLUORITZ®-HSは、以下に示したよ12

Summer 2012

ND：検出限界以下

バルカー技術誌

Table1

No.23

PTFE ナノファイバー不織布

PTFEナノファイバー
不織布
研究開発部

辻
研究開発部

和明

メンブレン開発グループ

バルカー技術誌

瀬戸口善宏

Summer 2012

PTFE Nanofiber non-woven is a nano-fiberized polytetrafluoroethylene product fabricated by electro spinningtechnology and it is the first product in the world of its kind to be industrialized.
This submicron, non-woven PTFE structure not only has the properties of PTFE such as chemical resistance,heat resistance, low friction, low dielectric constant etc. but also additional unique features.
In this report, we will present PTFE Nanofiber non-woven as a filter media, its distinctive properties, andpotential applications.
Keywords:
PTFE, nanofiber, non-woven, polytetrafluoroethylene, filter, electro spinning

No.23

1. はじめにし、ポリテトラフルオロエチレン（以下、PTFEと略）
は溶媒に溶

ナノファイバーとは、繊維径が1μmを下回る極細繊維を意

糸できない材料のひとつとされていた。

解させることが困難なため、エレクトロスピニング法を用いて紡味し、その繊維の細さゆえ、ミクロン繊維では考えられなかった以下のような特長を有することが知られている。
① 空気の抵抗が非常に小さくなる② 比表面積が大きくなる③ 超分子配列効果が得られる
ナノファイバーの作製方法としては、様々な方法があるが、近年、エレクトロスピニング法にて工業化がなされている。
エレクトロスピニング法の原理をFigure1に示す。
紡糸装置は、一般に直流高圧電源、紡糸口および、アースされたコレクターから構成されている。高電圧が印加された紡糸口からポリマー溶液が一定の速度で押し出され、コレク
ターに到達する際には、繊維径がナノレベルまで減少することによりナノファイバーが得られる。
エレクトロスピニング法では一般的に溶媒に高分子を溶解させた紡糸液を用意しそれを紡糸することで得られる。しか13

Figure1 エレクトロスピニング法の原理

製品の紹介2. PTFEナノファイバー不織布
PTFEナノファイバー不織布は、特殊なエレクトロスピニング
法によりPTFEディスパージョンから作られた繊維である。
100% PTFEからなるPTFEナノファイバー不織布の製法技術については、米国 ZEUS 社が、世界ではじめて工業化に成功した。当社はZEUS 社との共同開発体制の下、日本国内
における用途開発を進め、その用途に合わせた製品改良を
米国 ZEUS 社とともに進めてきた。
本報ではPTFEナノファイバー不織布の製品と用途例を紹介する。

バルカー技術誌

3. PTFEナノファイバー不織布の特徴
Figure2にナノファイバー不織布のSEM 画像（上：500 倍、
下：1000 倍）を示した。PTFEナノファイバー不織布の繊維径は600-700nmの繊維径であり、汎用不織布と比較するとその繊維径の細さがわかる。
PTFE ナノファイバー不織布（SEM 写真）① 低圧損で高通気性を実現
 小繊維径化による抵抗の低減、不織布形態による高通気性② 高い分級性能

4. PTFEナノファイバー不織布 物性表
Table1にPTFEナノファイバー不織布の物性表を示す。不 繊維径のばらつきが小さく、平均流量径分布幅が小さ

織布の平均流量径（ポアサイズ）は、繊維径および厚みに依い存する。1μm強から2.0μm程度のポアサイズに対応する。そ③ 高耐熱
260℃まで収縮せず連続使用が可能のため、ガーレー値が低く、高い通気性が得られる。
エレクトロスピニング法で得られたナノファイバーは、安定し④ PTFE 100% バインダーレス

た繊維径となるため、ポアサイズのばらつきが小さい。フィル⑤ 高い耐薬品性

ターに使用した場合は高い分級性能が期待できる。

酸、アルカリ、有機溶剤で使用可⑥ 撥水・撥油性

不織布厚さは、ナノファイバーの堆積量を増すことで容易に調整が可能である。

・親水化（コーティングタイプ）
対応可
・他の材料
（汎用不織布）との複層化にも対応⑦ 紡糸液にナノ粒子を混合することで複合膜が作成可能Summer 2012

Figure2

その形態と製法に起因するさまざまな特徴を有する。

Table1PTFE ナノファイバー 物性表
バブル
平均
通気性
ポイント ガーレー２）
厚み
目付
1）
流量径
【L/min/2
細孔径【s】【μｍ】 【g/m 】【μｍ】
cm2/psi】
【μｍ】
39

15.2

2.0

3.0

1.1

4.8

56

16.7

1.9

3.1

1.2

4.3

73

24.1

1.6

2.5

1.7

3.2

137

45.0

1.2

2.3

2.8

2.0

備考

1）
測定法 :ガスフロー法
2）JIS P 8117に準拠

試液：Galwick

14

No.23

PTFE ナノファイバー不織布

5. エアフィルターとしての評価
PTFEナノファイバー不織布の評価として、空気中からゴミ、塵埃などを取り除き、清浄空気にする目的で使用するエアフィ
ルターの一 種であるHEPA（High Efficiency Particulate
Air Filter）、ULPA（Ultra Low Penetration Air Filter）との膜の特性の比較評価を行った。
5-1）HEPAフィルターとの比較
HEPAフィルターの評価方法として、JIS Z 8122 によって「定格風量で粒径が0.3μmの粒子に対して99.97％以上の粒

Figure4

子捕集率をもち、かつ初期圧力損失が245Pa 以下の性能をバルカー技術誌持つエアフィルター」と規定されている。
一般的にHEPAフィルターとして使用されているグラスファイ

ULPAフィルター評価結果

6. PTFE ナノファイバー不織布用途例

バーHEPAと比較した。結果をFigure3に示した。その結果
PTFEナノファイバー不織布はグラスファイバーHEPAと比較
して圧力損失を約 1/2 以下に低減させることができる。

以上に述べた特異的な性能より、PTFEナノファイバー不織布は様々な分野への用途が考えられる。

Summer 2012

◆ 酸、アルカリ、有機溶媒などの液体フィルター◆ 腐食性ガス、高温下で使用するエアフィルター◆ クリーンな環境のエアフィルター （半導体用途）◆ UF 膜、NF 膜の基材
◆ 電池用セパレーター◆ ベントフィルターなど

No.23

7. おわりに

Figure3

HEPAフィルター評価結果

PTFEナノファイバー不織布は、世界で初めて工業化された製品である。PTFEの素材の持つ特徴を生かした用途、小繊維径不織布の形態を最大限生かせる用途、エレクトロスピ5-2）ULPAフィルターとの比較

ニング法という製法を利用した機能付与など、さまざまな視点

ULPAフィルター（Ultra Low Penetration Air Filter）ので用途展開が可能と考える。顧客ニーズに合致した提案を行評価方法としてJIS Z 8122 によって「定格風量で粒径が0.15

い、さまざまな用途への展開を進めることで、社会の発展に貢μmの粒子に対して99.9995％以上の粒子捕集率をもち、かつ献したい。

初期圧力損失が245Pa 以下の性能を持つエアフィルターと規定されている。
一般的にULPAフィルターとして使用されている延伸PTFE膜（e - PTFE）と比較した。結果をFigure4に示した。
その結果、PTFEナノファイバー不織布は延伸 PTFE 膜（e - PTFE）と比較して圧力損失を約 1/5 以下に低減させることができる。

15

製品の紹介優れた耐熱性を有する
マイカフィラーうず巻形ガスケット
No.M590シリーズ
シールマーケティング開発本部

シール開発グループ黒河真也
バルカー技術誌

Requirements for seal materials with high heat resistance have dramatically increased recently due factors
including the yield improvements in cracking furnaces in petrochemical plants and more efficient operation ofthermal power generation. Since 2006, we have sold spiral wound gaskets using mica filler with outstanding
heat resistance. This product is popular to users as seal material for high temperature fluid. Features of ourmica product are outstanding high temperature resistance and our not using glass fiber cloth which is inferior insteam resistance. Once again, we would like to introduce the mica filler spiral wound gasket.

Summer 2012

Keywords:
heat resistance, spiral wound gasket, mica filler

1. はじめに維のクロスを用いたものが一般的である。

うず巻形ガスケットは、高温高圧用として設計されたセミメタをおこし強度低下することが知られており、また、バインダー

ルガスケットであり、優れたシール性や耐熱性と高い信頼性かとのぬれ性が悪いため微小な空隙ができやすく、この空隙がしかし、ガラス繊維は、高温水蒸気雰囲気下で重量減少

ら、石油化学、石油精製、造船、鉄鋼など、幅広い分野に漏洩経路となりシール性に影響する。そのため、耐蒸気性と使用されている。当社では2006 年より、耐熱性に優れたマイシール性を考慮するとガラス繊維を排除する必要があるが、カフィラーを用いたうず巻形ガスケットを販売しており、高温流

当社では、ガラス繊維を排除するために補強材を必要としな体のシール材としてユーザーにご好評いただいている。近年、いフィラー開発を行った結果、十分なフィラー強度を付与す

石油化学プラントにおける分解炉の高収率化や火力発電にるためマイカ粒子の形状を最適化し粒子同士を緻密に積層おける発電効率向上に伴い、耐熱性の高いシール材の必要化することにより、マイカフィラーうず巻形ガスケットに優れた性は飛躍的に高まっている。そこで改めて、耐熱性に優れた

耐蒸気性とシール性を付与することができた。

マイカフィラーうず巻形ガスケットの製品紹介を行う。
２-2）耐熱性に優れたクロスレスマイカフィラー

2. 特徴２-1）ガラスクロスレスマイカフィラー
マイカは鱗片状の天然鉱物であり、その分解温度は900℃
以上ときわめて高い耐熱性を有する。しかし、マイカ自身には本開発においては、ガラス繊維を使用しないだけでなく、粒子同士を結びつける結着材をも減らすことにも成功し、耐熱性能を左右する有機成分を大幅に低減することができた。
その結果、当社のマイカフィラーうず巻形ガスケットは、極めて優れた高温シール性を有するものとなった。

結着力がないため、マイカをフィラーとして加工するためには、結着材である有機成分とともに、補強材としてガラス繊
16

No.23

優れた耐熱性を有するマイカフィラーうず巻形ガスケット No.M590 シリーズ２-3）酸化性流体に適用可能
うず巻形ガスケットの高温用途の一つとして溶融塩系熱媒体（HTS）が挙げられる。HTSは、高温で用いられること、そ

高圧ガスなどの高い密封性が要求される箇所にはNo.
M590Lシリーズ、HTSなどの酸化性流体にはNo.M590シ
リーズを推奨する。

のため熱交換効率が高いこと、また消防法上非危険物扱いであることなど多くの利点がある反面、酸化性を有しているため、シールに用いる素材として膨張黒鉛や無機質フィラー材などでは劣化による漏洩リスクがある。このHTSに対しても、クロスレスマイカフィラーは酸化する成分を極限まで低減しており有用である。
Figure2

No.M590, No.M590Lシリーズ模式図（断面形状）

Table1 マイカフィラーうず巻形ガスケット品番

バルカー技術誌

構造

ライン入り製品

No.M590

No.M590L

No.M591

No.M591L

No.M592

No.M592L

No.M596

No.M596L

外輪付

内輪付

Summer 2012
No.23

マイカフィラー製品

基本形

内外輪付

Figure1

No.M590シリーズ外観

3. No.M590シリーズの用途
３-1）用途
石油精製、石油化学などの各種工業用配管フランジおよび各種機器接合部などに適用する。とりわけ、流動接触分

5. 製品寸法
JIS 10K～63K、JPI150lb～2500lbの他、ASMEなど各種規格管フランジ用に製作可能である。また、規格外フラン
ジ用としてもTable2の範囲内で製作可能である。

解装置（FCC）
やエチレンプラント、高温加熱蒸気ラインなどの高温環境を有する箇所や、HTSを熱媒体とする熱交換器
やポンプ、バルブなどに適する。
３-2）適用流体

Table2

製作可能寸法
製作可能内径（mm）
最小
最大

呼び厚さ
（mm）
（厚さ記号）
4.5（V）

10

2,500

6.4（W）

300

2,500

クラッキング装置における熱分解ガスや加熱蒸気などの超高温流体や、酸化性溶融塩からなる熱媒体（HTS）
などに
適用する。

6. 使用可能範囲、設計資料
マイカフィラーうず巻形ガスケットの使用可能範囲をTable

4. 製品構成
フィラーを全てクロスレスマイカフィラーとしたうず巻形ガスケットNo.M590シリーズと、クロスレスマイカフィラーの中間部にバルカホイル®フィラーを巻き込んだライン入り製品 No.
M590Lシリーズがある［Figure2］。金属製内外輪の有無により、以下の通り品番を定める［Table1］。
173に示す。推奨締付面圧およびm, y値をTable4, 5に示す。
Table3

使用可能範囲最高使用温度（℃）

最高使用圧力（MPa）

750

30

製品の紹介Table4７-3）No.M590Lシリーズの熱サイクルシール特性

m, y 値

ガスケット係数 m

最小設計締付圧力 y（N/mm2）

3.00

68.9

ガスシールの場合、上記 m, y 値によって求められるボルト荷重では十分な密封性が得られないことがあるため、最小締付圧力としてTable5に記載の推奨
締付面圧を推奨する。JIS B 8265 付属書 3に基づき計算された締付力（Wm1およびWm2）とTable5の推奨締付面圧から計算した締付力とを比較し、最大の値以上で締め付けを行う必要がある。

Table5

ライン入り製品No.M596Lにおける600℃加熱後の熱サイク
ルシール試験結果をFigure4に示す。他社品は加熱直後か
ら漏洩を示し加熱サイクルの増加に伴い漏洩量も増大しており、増締めの効果も乏しいが、No.M596Lは、熱サイクルを受けても長期間密封状態を保持しており、他社品と比較して優れたシール性を示すことが確認された。

推奨締付面圧

推奨締付面圧（MPa）
70
内部流体圧力によるオープニングフォースは考慮されていない一般的な条件
で必要な面圧である。

7. 特性評価
バルカー技術誌

７-1）
フィラー加熱劣化試験（マイカフィラー）
各種フィラーを空気中で600℃に加熱し、その後の重量減少率を測定した［Table6］。マイカフィラーは加熱による重量減少が軽微であり、耐熱性に優れていることが確認された。
Table6 フィラー加熱劣化試験結果
空気中 600℃×96Hr
重量減少率（%）

クロスレスマイカ

1.9

他社マイカ

4.8

他社バーミキュライト

6.0

Figure4

No.M596L 熱サイクルシール試験結果

７-4）
フィラーの HTS 耐性
各種フィラーを400℃に加熱したHTS へ浸漬し、その後の7-2）No.Ｍ５９０シリーズの熱サイクルシール特性
全量マイカ製品 No.M596における600℃加熱後の熱サイ
クルシール試験結果をFigure3に示す。他社品は加熱後に劣化状態を確認した［Table7］。クロスレスマイカフィラーは
HTS 浸漬後も形状を保持し劣化状況は軽微であったことから、耐酸化性に優れていることが確認された。

大きな漏洩を示し、増締めの効果も乏しいが、No.M596はTable7 フィラー劣化試験結果

他社品と比較して優れたシール性を示しており、他社品と比較して高温シール性に優れていることが確認された。

フィラー材料HTS 中 400℃×96Hr
劣化状態

クロスレスマイカ

良好
形状保持

他社マイカ

不良
破壊

７-5）HTS 浸漬試験（No.M590シリーズ）
フランジ締結体の内側に流体としてHTSを封入し、420℃
加熱下でHTSに加圧した際の漏洩有無を評価した［Figure5、Table8］。No.M590ではHTSの漏洩が見られず、酸化性
流体への耐性が高いことが確認された。
Figure3

Summer 2012

フィラー材料

No.M596 熱サイクルシール試験結果

18

No.23

優れた耐熱性を有するマイカフィラーうず巻形ガスケット No.M590 シリーズ

9. おわりに
今回紹介したマイカフィラーうず巻形ガスケットは、優れた高温シール性と酸化性流体への適性を有しており高温環境で使用可能とした製品である。危険性の高い領域でこれまでに無い高いパフォーマンスを発揮するハイグレードガスケッ
トになったと自負している。
今後ともユーザーの抱える困難な課題の解決に貢献をしていきたい。

バルカー技術誌

Summer 2012
No.23

Figure5

HTS 浸漬試験概要図

Table8

HTS 浸漬試験結果

フィラー材料

漏洩痕跡

クロスレスマイカ

漏洩なし

他社マイカ

漏洩あり
試験条件
試料寸法：JIS 10K-25A
締付面圧：初期締付 68.6MPa → 41.2MPaに強制緩和
浸漬液 ：HTS（硝酸ナトリウム・硝酸カリウム・亜硝酸ナトリウム
混合物、融点 142℃）
加熱条件：420℃×144 時間

8. 実績
マイカフィラーうず巻形ガスケットの使用実績をTable9に示す。FCCやエチレンプラントなど600℃を超える事例も多く、高温蒸気やHTS 用機器の実績もあり、高温用ガスケットとして十分な実績がある。
Table9 マイカフィラーうず巻形ガスケット使用実績
プラント名・
製品コード
温度
使用期間＊
使用状態
設備名
No.M596L

RFCC 設備

No.M596L

FCC 設備

No.M596L

エチレンプラント

No.M596L

エチレンプラント

No.M596L

エチレンプラント

No.M596L

ボイラー

No.M596L
No.M596

無機繊維製造ライン
HTSポンプ

600℃
400650℃
700℃
350500℃
500℃
400℃
以上

1 年で定期交換

良好

数ヶ月使用中良好

不明

良好

4ヶ月で定期交換

良好

1年10ヶ月使用中良好

11ヶ月使用中

良好

650℃

1 年 2ヶ月使用中

良好

420℃

2年～6年使用中良好＊2012 年 4月現在

19

製品の紹介火力発電所向け
グランドパッキンのラインアップ紹介
シールマーケティング開発本部

シール開発グループ

出口
佐藤

善久
広嗣
バルカー技術誌

Following the suspension of nuclear power plant operations, the importance of thermal power plants has
increased. Gland packing is used as dynamic seal material, such as boilers, fuel tanks, water supply machines,
steam condensers, and stack gas desulfurization facilities in thermal power plants. Suitable selection becomesvery important for the prevention of accidents since these products are used under very harsh conditions.
Here, gland packing suitable for thermal power plant equipment is introduced.

1. はじめにグランドパッキンが使用されている。Figure1は各設備に推奨

先の東日本大震災以降、定期メンテナンスで停止した原子

弁の種類に合わせて適切なグランドパッキン選定が必要であ力発電所の再稼動がかなわず、ほとんどの電力会社では電する当社のグランドパッキンを示している。流体の圧力、温度、るため機器に応じた選定について以下に述べる。

力供給のために停止していた火力発電所を再稼動させており、火力発電への依存が高まってきている。こうした中、火力発電においては、高温高圧化による効率の向上が検討されており、加えて、これまでの石油ガスの他にシェールガスやメタ
ンハイドレートを燃料とした発電も期待されてきている。
グランドパッキンは、火力発電設備における燃料タンク、ボイラー、蒸気タービン、給水器、復水器、通風器などのバルブ、回転ポンプに使用されるが、中には流体圧力や温度が高く非常に厳しい使用条件があり、事故防止のためには適切な選定が肝要である。
本報では火力発電所設備に適したグランドパッキン製品のラインアップを紹介するとともに、各製品の特徴を紹介する。

2. 各設備への推奨グランドパッキン
火力発電所では、ボイラー、燃料タンク、給水器、復水器、排煙脱硫装置などに使用されるバルブ・ポンプの動的シールにSummer 2012

Keywords:
thermal power plant, gland packing

Figure1

火力発電設備と推奨パッキン
20

No.23

火力発電所向けグランドパッキンのラインアップ紹介

2-1）ボイラー（バルブ）強度を向上させたパッキン。No.VF-20と同様に、硬度の高いボイラーは流体圧力が約30MPa、温度が600℃近くにもなり
非常に厳しい条件となる。グランドパッキンには高温で気化減

インコネル線を内部に編組しているため軸へのダメージを低減できる。

量しないこと、高圧で破壊されないことが求められる。
Table1にボイラー機器の手動弁と自動弁に推奨するグラン2-2）燃料タンク（バルブ）

ドパッキンを示す。自動弁には軸を往復させる力が小さい摺動

燃料タンクのバルブでは流体圧力は比較的低いものの、性の高いパッキンが望まれる。以下に各パッキンの特徴を概LNG（液化天然ガス）などの極低温流体が流されるため、極説する。

低温条件下でも凍結や破壊がない製品が求められる。
Table1 ボイラーに推奨するグランドパッキン
アダプター
メイン
最高使用
温度範囲
パッキン
パッキン
圧力

手動弁
自動弁

No.VFC-25

No.VF-20

No.VFC-25 No.VF-10W－200～650℃

No.VFC-25 No.VF-20L －200～400℃

Table2に燃料タンクの手動弁と自動弁に推奨するグランド
パッキンを示す。以下に各パッキンの特徴を概説する。

43.1MPa

Table2 燃料タンクに推奨するグランドパッキン
アダプター
メイン
最高使用
温度範囲
パッキン
パッキン
圧力

77.6MPa
43.1MPa

バルカー技術誌

No.VF-20、No.VF-20L（メインパッキン）

手動弁
自動弁

No.VFX-15
No.6399L

No.VF-20L－200～650℃

25.9MPa－50～300℃

25.9MPa

膨張黒鉛ヤーンをインコネルワイヤーで補強することで耐圧性を向上したパッキン。パッキン表面ではなく、パッキン内にワNo.VFX-15（単一使用）

Summer 2012

イヤーを編組することで、摺動性が失われず、軸の損傷が少

膨張黒鉛ヤーン一本一本に金属線を巻きつけることによっない。比較的安価で耐熱性、耐薬品性に極めて優れており、て、シール性と耐圧性の両立を達成したパッキン。膨張黒鉛

幅広く使用されている。自動弁向けには潤滑剤を含有させ摺は極低温においても物性変化がほとんどなく凍結や破壊する

動性とシール性を向上させたNo.VF-20Lが最適である。

ことがない。No.VFX-15を用いればアダプターパッキンが不要
で単一使用が可能であることから、管理が容易という利点も
ある。

No.23

Figure2No.VF-20, No.VF-20L

No.VF-10W（メインパッキン）

膨張黒鉛テープと金属網を層状に配して成形したパッキ

Figure4No.VFX-15

No.VF-20L（メインパッキン）ン。金属ワイヤーを用いたNo.VF-20シリーズに比べて金属補特徴は前述のとおりであるが、材料構成が膨張黒鉛と金属強材の比率が高いため、高圧な条件にも対応可能となっていワイヤーであるため、極低温条件においても物性変化がほとる。

んどなく、凍結や破壊がない。
No.6399L（アダプターパッキン）

高強度の炭素繊維糸を編組しているため、高い耐圧性を発揮するアダプターパッキン。

Figure3No.VF-10W

No.VFC-25（アダプターパッキン）

膨張黒鉛ヤーン、炭素繊維、インコネルワイヤーを編組し、212-3）給水器・復水器（回転ポンプ）
回転ポンプは、バルブに比べて摺動速度が速いため、軸との摩擦によって発熱してパッキンが焼き付いて、破壊されることがある。そのため、回転ポンプに使用されるグランドパッキン

製品の紹介には摺動性と耐摩耗性が求められる。

に一層の努力をしたいと考える。

Table3に給水器・復水器に推奨するグランドパッキンを示す。以下に給水器・復水器に推奨するグランドパッキンの特徴を示す。
Table3 給水器・復水器に推奨するグランドパッキン
アダプター
メイン
最高圧力
最高速度
最高温度
パッキン
パッキン
No.1110

No.VF-22

No.6262350℃

2.0MPa

20m/s

260℃

1.6MPa20m/s

No.VF-22（メインパッキン）

膨張黒鉛ヤーンの編組パッキンであるが、金属を一切含ま

バルカー技術誌ないため、摺動性が高く、軸を傷付けにくいパッキン。摺動速
度の速い回転ポンプに適している。
No.1110（アダプターパッキン）

軟質なアルミニウムと黒鉛から構成されていることから、耐圧性と摺動性を両立している。安価であることからアダプター

Summer 2012

パッキンとして広く使用される。
No.6262（単一使用）

高強度の炭素繊維糸にPTFEディスパージョンと潤滑油を含有させることで高い摺動性と耐摩耗性を達成したパッキン。
アダプターパッキンを用いずに単一使用が可能であることか
ら、管理が容易という利点がある。

No.232-4）排煙脱硫装置
排煙脱硫装置の回転ポンプが対象とする流体は、排気ガス内のSOxを除去するための水と石灰のスラリー流体である
ため、パッキンが研磨されやすい条件となる。そのため、排煙脱硫装置には耐摩耗性が優れたNo.8201が適している。
No.8201

高強度のアラミド繊維で編組したパッキン。優れた耐摩耗性を有しており、高寿命であることからメンテナンス回数の低減が望める。

3. おわりに本報では、火力発電所における設備に適したグランドパッキ
ンラインアップを紹介した。エネルギー供給の火力発電への依存が高まる今、より安全・安心なグランドパッキン選定に役立てば幸いである。今後も、社会に貢献できる製品の開発のため
22

VALQUA TECHNOLOGY NEWS夏号 No.23
Summer 2012

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