2016年

冬号

No.30 Winter 2016

日本の主要産業を支える
エラストマー製品特集号● ご挨拶・
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代表取締役社長

瀧澤

兼

利一

CEO

● 日本の主要産業を支えるエラストマー製品
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・2
特集号の発行にあたり ・常務執行役員 研究開発本部長

青木睦郎● 技術論文高圧油圧用シールシステム ・
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・3
研究開発本部

山下

純一

開発部

● 技術論文回転用低トルクシール・
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・9
研究開発本部

永野

晃広

開発部

● 製品の紹介

耐放射線性エラストマー製品の展開
高機能EPDM H3070 H0880・
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・14
研究開発本部

鈴木憲

開発部● 製品の紹介

産業機器用エラストマー製品・
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・20
研究開発本部

南暢開発部● 製品の紹介

飲料市場用エラストマー製品・
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・25
研究開発本部

岡﨑

雅則

開発部

● 製品の紹介

高機能パーフロロエラストマー製品・
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・30
研究開発本部

大住

直樹

開発部

ご挨拶
日本バルカー工業株式会社
代表取締役社長 兼 CEO

瀧澤利一

平成28年の初春を迎え謹んでお慶びを申し上げます。
読者の皆さまには日頃から本誌をご愛読いただき、厚く御礼申し上げます。

昨年を振り返ると、
わが国経済は前半には企業収益の改善を反映して設備投資の増加傾向が持続するとともに、個人消費においても一部で回復に向けた動きがみられましたが、後半に入りやや勢いが鈍化し一部の経済
バルカー技術誌

Winter 2016
No.30

指標で弱含みの数値が示されるようになりました。
海外経済では、米国は概ね拡大傾向を示しておりますが、中国をはじめとする新興国で成長の鈍化がみられ、更に地政学的問題の増加や通貨危機の再燃など、グローバル経済全体に悪影響を及ぼしました。

こうした状況の中、当社は2015年度から開始しました第7次中期経営計画 「New Valqua Stage Seven」を基軸に、製品とサービスの品質向上を図るとともに、“選択と集中＂を推進することで持続的成長に向けた基盤の確立に努めてまいります。当社は、創業より現在にいたるまで、シール技術をリードするメーカーとして、どのような製品・サービスを提供することが本当の顧客価値となるか常に考えてまいりましたが、そのような取り組みの一例として、より実践的で効果的な「シールエンジニアリング」の体験の場を実現し、皆さまに安全と安心をお届けしてまいります。これからも、様々な産業分野でのビジネスニーズに対して真の顧客価値を提供するために、製品だけでなく情報やサービスなどを包含したソリューションを新たな視点でスピーディーに継続的に開発・提供
し続けてまいる覚悟です。また、製品からサービスソフトにわたる、トータルとしてのH&Sバリューチェーンをあらゆる角度から見直し、さらなる顧客満足度の向上に努めてまいります。

さて、今回の本誌で取り上げました「エラストマー製品」は、自動車や半導体分野に対して豊富な供給実績があり、今後は宇宙ロケットや地中掘削など過酷な環境に需要の拡大が予測される製品群です。このエラスト
マー製品の材料物性や使用方法など全般にわたり、特に当社として顧客価値の高いソリューションを提供できる製品群の一つであり、今回の特集として取り上げることといたしました。

最後になりましたが、今後とも一層のお引き立てを賜りますようお願い申し上げますとともに、読者の皆さまの益々の発展を祈念いたしまして、新年のご挨拶とさせていただきます。

1

日本の主要産業を支えるエラストマー製品
特集号の発行にあたり読者の皆さまには日頃から本誌をご愛読いただき、誠に有難うございます。
当社では、創業以来弛まぬ技術開発活動を継続し、世界中の市場へ多種多様なシール製品を供給し続けてまいりました。歴史を遡りますと、日本の高度経済成長に不可欠であった重厚長大といわれる基幹産業へ
基盤技術を活用し、進化させ、現在は電子産業、エネルギー産業などの新たな成長産業へとシール製品を拡大させてまいりました。これからも、このような先人達の独創的な技術成果を時代と共に発展させ、更なる成長の基盤となる技術を獲得し、「顧客感動の提供」を実現させてまいる所存です。

別の用途、その製品機能を支える技術成果をご紹介させて頂きます。非常に小さな部品ではありますが、「シール」という極めて単純な機能を発現させるために、原材料を選択し、配合設計技術、コンパウンド技術、最適形状設計技術、成型加工技術を駆使し、全ての技術を積み上げてこそ完成される、当社の蓄積された

Winter 2016

さて、今冬号では、当社の主力製品群の一つである「エラストマーシール製品」に焦点を当て、各種産業

バルカー技術誌の多種多様な製品価値提供を通じて、今日の我々の技術の根幹を築き上げることができました。それらの技術の全てが包含されている製品となっています。単に顧客の要望に合った製品を提供するのではなく、真の顧客ニーズ（用途、使用環境、寸法形状）に徹底的にこだわり、これまでに2000社以上の顧客へ価値を提供し続けてまいりました。また、長年にわたって年間300件以上にも及ぶ顧客での多様な適用実績を日々
技術情報として蓄積し、設計にフィードバックすることで、更なる開発パフォーマンスの研鑽に励んでおります。
今回は特に、「建設機械」、「工作機械」、「原子力」、「プレス加工機械」、「飲料市場」、「半導体」を抽出し、これらの産業界へ提供している製品の紹介、及び技術開発活動についてまとめた内容となっております。
世界の中でも日本が競争優位性を持つこれらの市場において、当社の社名でもある「Value＆Quality」のスピリッツが刻み込まれた製品が常に存在していることを本誌を通じて、より理解を深めて頂ければ幸いです。
今後も、当社は世界の産業発展に寄与できる技術開発を進め、H&S（H：ハード＝製品とS：シールエンジ
ニアリング・サービス）の両面から、顧客価値の最大化を図ってまいります。読者の皆さまにおかれましては、
引き続き、当社製品をご愛顧くださいますよう宜しくお願い申し上げます。

常務執行役員

研究開発本部長

青木

睦郎

2

No.30

高圧油圧用シールシステム

バルカー技術誌

Winter 2016
No.30

1. はじめに

2-1）
ピストン部のシールシステム構成

高圧で使用する油圧シリンダとして代表的なものとしては、る。

ピストン部はFigure2で示す構造とシールで構成されてい油圧ショベルの油圧シリンダがある。建設機械の多くを油圧ショベルが占めており複雑な作業が可能であることから、様々な工事に使用され、災害による復興作業にもおおいに貢献している。油圧ショベルは近年、地球温暖化防止、環１）境への負荷低減への活動が行われており、
省エネルギー化、クリーン化が進みシステムの効率化、機器類の小型化などによる軽量化が進められてきている。油圧ショベルには、掘削作業を行うための油圧シリンダが使用され、この油圧シリン
ダのシールは、様々なエラストマー製品が使用されており重要な役割を果たしている。油圧シリンダは油圧ショベルの改

Figure2 ピストン部のシールシステム構成①スライドリング良とともに改良され高圧化に伴う温度上昇等で使用条件が油中に含まれる異物などがピストンシール部に侵入するの過酷になってきており、シールには、より耐圧性、耐摩耗性、を防止する。主に材料はPTFE（四ふっ化エチレン樹脂）

２）
耐熱性の向上が必要となってきている。
また、環境への負荷低減としてシリンダからの油の外部漏れを抑制するため密封性の向上も必要となる。
本報では、この度、当社が開発した高圧領域用のシール技術、及び製品の紹介をする。

が使用されている。
②ウェアリング
シリンダ作動時のピストンの軸受機能を果たす。主に材料
は布入りフェノール樹脂が使用されている。
③ピストンシール
シリンダを作動させるためのメインのシールであり、摺動リン

2. 油圧シリンダ用シールの構成例

グ、バックリング、バックアップリングの複数の部品から構成されている。

油圧ショベルの油圧シリンダのような高圧用シリンダには、
一般的にFigure1で示すような複数のシールと部品が使用されている。

ロッド部はFigure3で示す構造とシールで構成されている。

Figure132-2）ロッド部のシールシステム構成

油圧シリンダの構成

Figure3 ロッド部のシールシステム構成

技術論文

吸い込み特性はリップの形状ではなくヒールの内径側の形状④バッファリング
初期の高圧を受けることでメインシールであるロッドシールに関係するという仮説をたて検証を進めてきた。ヒール形状

への負荷を抑制するためのシールでありバックアップリング

が吸い込み特性に影響を与えるという仮説に至った経緯をが併用される。

述べていく。初期評価として当社の標準的なUパッキン（UHR）の高圧シリンダへの適合性の評価をFigure6で実施⑤ロッドシール（Uパッキン）
油を密封するためのメインのシールであり、油をシリンダのしたところ、外部漏れが多く発生し適合は困難という結果と外部に漏れさせないための、重要なシールでありバックアッなった。

プリングが併用される。
⑥ダストシール
外環に金属を使用し、ハウジングに圧入する構造を採用しており、外部からの異物、土砂などをシリンダの内部に侵入させないためのシールであり、ロッドシールからの微小な条 件
押し工程 50MPa、引き工程 0.6MPa

試験速度

押し工程約 116mm/s、引き工程：142mm/s

ストローク

440mm

支持姿勢

水平

試験距離

30km

試料

UHRとダストシール（DHS）を装着し評価バルカー技術誌漏れを防止する機能も同時に果たす。

項 目
試験圧力

この様に油圧ショベルの油圧シリンダのような高圧用シリン
ダには多種の製品が使用されており、当社では新たに高圧シ
リンダ用のシールとしてラインアップしている。次章から油の外部漏れに対して重要なシールであるロッドシール（Uパッキン）に関する技術について述べる。

Winter 2016

3. ロッドシール（Uパッキン）の技術開発
シリンダが作動する際に、シールと相手面の間に油膜が発Figure6

標準的なU パッキンの評価

生する。この油膜は、油の漏れに密接に関係している。ロッドシール（Uパッキン）からの油の漏れはFigure4のシリンダの引き工程の際に油膜がシリンダに戻せないために起こるとさNo.30

れている。シールが油膜をかきとることでシリンダ作動の繰り返しによって油膜をシリンダに戻しきれず外部漏れになると考えられる。一般的にシールの密封性には吸い込み／かき出しの特性が密接に関係しており吸い込み特性が良いものが密３）
封性が良好なシールとされている。

このロッドシールの油膜の吸い込み特性はFigure5のリッ

Figure7プの形状や相手面へ接触する応力勾配の大きさで決まり、ヒール側よりリップ側の応力勾配が大きいことが吸い込み特

当社の標準的なUパッキンのヒール形状はFigure7の形状をしており内径側のヒール形状が C 面取りである。この形状

３）性が良いとされる。

このように、密封性はシールのリップとその接触状態が密接に関係しているとされているが、当社が開発したシールは

Figure4 シリンダの作動

FEM 解析

Figure5 リップの応力勾配の場合、FEM 解析（有限要素法解析）Figure7の結果から
面圧分布が Figure8の分布となる。

Figure8

標準 U パッキンのヒール形状、面圧分布
4高圧油圧用シールシステム

この面圧分布からヒールのC 面取り部に面圧のピークが発

この漏れ量の差は標準的なUパッキンの形状 Figure8の生していることがわかる。当社は密封性に影響するのは、こ

ヒール部のC 面取りの部分が油をシリンダに戻す際の抵抗とれまでの技術及び経験からリップカット時のカット角度も密封なり、吸い込み特性を悪くしていると考える。対し、Figure9

性に影響すると考えられていたこともあり、密封性を確認するの形状は、FEM 解析の結果からヒール部に面圧のピークがためリップの角度とFigure8の内径ヒールのC 面取り部の面発生しておらずブロードの面圧分布を示している。この面圧圧のピークに着目しヒールの形状も複数にてTable1に示す分布にするためにはFigure9で示しているヒール部のRとa及条件下で評価した。

びθが重要となり、このヒール形状を最適値に設定することでTable1
項 目

形状の違いによる密封性の評価
条 件

試験圧力

14MPa

シリンダ

140H-8D

吸い込み特性の良いシール、すなわち密封性の良いシールが開発可能であることが検証出来た。

4. 高圧シリンダ用ロッドシールへの技術展開

バルカー技術誌

試験速度300mm/s

ストローク

300mm

支持姿勢

水平

た技術を実際に高圧シリンダ用のシールとして高圧シリンダの試験距離1,000km仕様に耐え得るパッキンへの技術展開及び評価による検証

試料

ダストシールは装着せずUパッキンのみ装着し評価を実施した。シールの形状はFigure9のヒール部を基本とし前章までは基礎的な技術開発及び検証であり、前章で得吸い込み特性を重視し、更にロッドシール自体の密封性も向Winter 2016

複数の形状で評価した中でFigure9に示す形状が、漏れ上できるリップ部を最適な設計とした。しかし、形状だけでは量が最も少ない結果が現れた。この結果から、リップカット角仕様に耐えられるシールの開発が達成できないことがFigure

度よりも内径部のヒールの形状が吸い込み特性に影響を与

6の標準的なUパッキンの評価結果から得られている。そこ

えていることが実証された。両者の漏れ量をFigure10に示で、シールの材料を標準のR5590ではなく、圧縮永久ひずみ

す。両者では漏れ量の差が明確に出ている。

特性に優れたR6390を適用した。
R5590とR6390の物性の比較をTable2に示す。R6390はR5590より圧縮永久ひずみが良く耐熱性４）に優れていることから高圧シリンダの過酷な温度条件においても使用可能、かNo.30

つ、長寿命化が図れると考えた。

Figure9

開発品のヒール形状、面圧分布

Table2

R5590とR6390 の物性比較

項 目

単

常態物性

位

R5590

R6390

89

93

硬さ

JIS A

引張強さ

MPa

41

42

伸び

％

420

510

100％引張応力

MPa

9

12

硬さ変化

Point

-1

±0

引張変化率

％

+32

+25

伸び変化率

％

+11

+5

圧縮永久ひずみ（80℃×70h）

％

40

22

空気老化試験
120℃×70h※本データは規格値ではない。

4-1）FEM 解析による机上評価
FEM 解析によりシールが異常変形を起こさないか、ヒール
Figure105標準的なU パッキンと開発品（Figure 9）（ヒール形状の違い）
による漏れ量の比較

部にピークが発生しないかを評価した結果、問題ないことを
Figure11で確認出来ている。

技術論文

Figure13

開発品の FEM 解析結果

バルカー技術誌

Figure11

開発品の外部漏れ評価結果

4-2）模擬シリンダによる耐久評価
模擬シリンダにより密封性の評価を実施した。評価は、シリンダからの外部漏れと、ピストン部に装着されるシールから漏れが発生した場合、シリンダが正常に作動しなくなる内部漏れにおける、外部漏れ量をFigure13、ピストン部の内部漏れ量をFigure14に示す。耐久評価後のいずれのシールも密封性

Figure14Winter 2016

（圧力保持状態）を実施した。Figure12の500km 耐久試験
開発品の 500km 試験後の内部漏れ評価結果に影響を与えるような異常はみられず十分に継続使用が可能な状態であることから密封性、及び耐久性において問題

4-3）模擬シリンダによる耐圧評価
模擬シリンダにより高圧力負荷時のシールの耐圧性を評価ないことが確認出来ている。
項 目

条 件

するため、
Figure15の耐圧評価を実施した。結果は50MPa

試験圧力37.2MPaの高圧負荷の100 万回の繰り返しに対して、いずれの製品も

逆圧
（背圧）

19.6MPa

シリンダ

模擬シリンダ

試験速度400mm/s

ストローク

400mm

支持姿勢

水平

試験距離

500km

Figure12

開発品の耐久試験条件、試験機

密封性に影響を与えるような異常はみられず十分に継続可能な状態であることから耐圧性に関しては問題がないことが確認出来ている。
項 目

条 件

試験圧力

50MPa

加圧サイクル

約 2 秒毎

試験回数

100 万回

Figure15

開発品の耐久試験条件、試験機
6

No.30

高圧油圧用シールシステム

4-4）模擬シリンダによる環境評価
模擬シリンダにより低温環境下に始動させた場合を想定し油漏れが発生しないかの確認、及び高温環境下の作動を想定しシリンダからの外部漏れとピストン部の内部漏れ（圧力保持状態）の評価をそれぞれ恒温槽 Figure16を使用し低温評価はTable3、高温評価はTable4で実施した。低温評
価における始動時の油漏れは発生せず密封性は問題がな
い結果となった。高温評価においては外部漏れが Figure
17、ピストン部の内部漏れが Figure18の結果であり評価後のいずれの製品も密封性に影響を与えるような異常はみられず十分に継続使用が可能な状態であることから密封性及びFigure17

高温評価の外部漏れ評価結果

高温環境下での使用に問題ないことが確認出来ている。

バルカー技術誌

Winter 2016
Figure16
Table3No.30

低温評価条件

項 目

条 件

試験圧力

37.2MPa

逆圧（背圧）

19.6MPa

シリンダ

模擬シリンダ

試験速度400mm/s

ストローク

400mm

支持姿勢

水平

試験距離

100m

環境温度

-20℃

Table47恒温槽

高温評価条件

項 目

条 件

試験圧力

37.2MPa

逆圧（背圧）

19.6MPa

シリンダ

模擬シリンダ

試験速度400mm/s

ストローク

400mm

支持姿勢

水平

試験距離

100km

環境温度

110℃

Figure18

高温評価の 100km 試験後の内部漏れ評価結果

以上にて新たな技術を取り入れて開発した各種シール、及び部品は十分な性能を有することが確認出来ている。
4-5）製品ラインアップ
当社はシール製品としてTable5をラインアップしており、使用している材料も汎用樹脂などを採用することでコストダウンを図っている。
Table5
シール
システム

製 品
バッファリング

ロッド部

ロッドパッキンダストシール
ピストンシール

ピストン部

ウェアリングスライドリング

製品ラインアップ
呼び番号

材料・特徴

URBF
40 ～ 150
URHP
40 ～ 150
DSB
40 ～ 150

R6395
ロングライフグレード
R6390
ロングライフグレード
R5590-S
特殊グレードPTFE：摺動リング
CPL
NBR：バックリング
80 ～ 215
ナイロン：バックアップリング
WPG
ガラス入りナイロン
80 ～ 215 強化グレード
SRPG ガラス入りナイロン
80 ～ 215 強化グレード

問合せ先：シール営業本部 テクニカルシールソリューショングループ 村木 弘昌

技術論文

5. おわりに

6. 参考文献

今回、紹介した高圧シリンダ用のシールシステムは、当社

１）下 垣内 宏 , 油圧ショベルの技術動向 , 建機の施工企画

が技術開発で得たノウハウ、技術を用いて高圧領域で使用

2007.01.25

できるよう開発した製品であり、かつ、当社のグローバルに展

２）清水 考悦 , シール技術の最近の動向 油圧機器用パッキ

開した生産拠点を活用しコストダウンを行った製品でもある。

ンの技術動向 , 潤滑経済 2012.07.05

既に数社で油圧ショベルの油圧シリンダで採用頂いてい３）これでわかるシール技術 , 工業調査会 1999.12.10
４）
中野 健次, バルカーレビュー第38 巻第4 号, タフレタン® 新る。油圧ショベルの油圧シリンダ以外にも高圧領域でのシリン
ダでも十分な性能を発揮できるものと考える。

シリーズ, 1994.4

5-1）用途例
・油圧ブレーカー

・圧延機

・高圧用特殊シリンダ（Abstract）

Hydraulic shovel is a typical application of high pressure hydraulic cylinder. In construction machinery, hydraulic shovel has
been used in the various types of construction work, and also contributed for restoration work after disaster. Valqua has
provided sealing products for general purpose cylinders, however, less for high pressure cylinders. In this paper, our new
inﬂuence the sealing performance, and the stress gradient with the contact surface which related with lip shape of sealing
is known important factor in the suction behavior. We found the inner side heel design of sealing was more effective for
improvement in suction behavior than its lip shape. The new type of sealing product for high pressure cylinder usage has
been developed through combination with new design technology and low compression set elastomeric material in Valqua.
Keywords:

Winter 2016

products and technologies for high pressure cylinders were shown. In general, their suction/scrape behaviors are known to

バルカー技術誌

・プレス機

No.30

hydraulic cylinder, sealing products, high pressure cylinders, suction behaviors, compression set（摘要）
油压挖掘机上的油缸是有代表性的高压用油缸。油压挖掘机也是建筑机械的主力机型，用于各种工程的施工，也为受灾后的重建做出了重大贡献。本公司虽然拥有通用油缸的密封技术，但是在高压领域的密封技术还有所欠缺。本文介绍了本公司研发的高压领域用密封技术及产品。一般来说油封的密封性与其吸入性/挤出性密切相关，唇口部的形状和接触面的应力梯度对
吸入性来说比较重要。但是本公司通过研究后发现，内径侧跟部的形状对吸入性也有影响。将这种技术应用到高压油缸用的
油封中，结合本公司压缩永久变形特性优异的材料，成功研发出在高压领域中使用的油封。
关键词：
油缸、密封、高压领域、吸入性、跟部的形状、压缩永久变形

山下 純一
研究開発本部 開発部
8

回転用低トルクシール

1. はじめにＴ ：トルク［N・m］

近年、様々な産業で盛んに取り組まれている地球温暖化

ｄ ：摺動部直径［mm］

Ｆ ：摺動抵抗［N］

バルカー技術誌対策に関連して、各種生産設備や装置類の省電力化・低μ ：摩擦係数発熱化などが求められるようになってきている。その中でも、

κ ：側圧係数

日本が技術で世界をリードする工作機械は、数多くの市場を

Ａ ：接触面積［mm2 ］
・・・π×ｄ×Ｈ

支える重要なものとして幅広く活用されていることからも、グＰｇ ：内圧［MPa］

ローバル規模での効果が期待されている。

Ｐ
ｆ ：緊迫力［N］

このような背景を受けて、工作機械を含む回転機器の省

Winter 2016

電力・低発熱を実現するために、回転用低トルクシールとし®

てLFR SEAL を開発した。

このことから、LFR SEAL® は、μ・Ａ・Ｐ
ｆを低減すること
で低トルクとしている。

本報では、低トルクとする技術、及び LFR SEAL® につい

製品構成をFigure1、製品写真をFigure2に示す。

て紹介する。

2. 求められる特性
No.30

回転機器の省電力・低発熱を実現するために求められる特性をTable1に纏める。
Table1
特求められる特性

性

内 容

低トルク

回転トルクの低減

省スペース

取付けスペースのコンパクト化

Figure1

LFR SEAL® の構成

3. 技術紹介
３-1）低トルク
回転用シールを低トルクとするためには、摺動抵抗を低くする必要があるが、摺動抵抗は摩擦係数、及び相手シール
面（回転軸）との接触面積、緊迫力に関係性がある。
トルクの算出式を次に紹介する。

Figure2・〔トルク〕 Ｔ＝Ｆ×ｄ／ 2000
・
〔摺動抵抗〕Ｆ1 ＝μκ×Ａ×Ｐｇ（圧力負荷時）Ｆ2 ＝μκ×Ｐ
ｆ（非圧力負荷時）
9

LFR SEAL®

① μ：摩擦係数
回転軸と接触するシールの内面に摩擦係数の低い樹脂

技術論文

を、エラストマーと同時成型することで複合化する。

３-2）省スペース
LFR SEAL®は、回転用シールの取り付けスペースとして、② Ａ：接触面積

汎用性が高く、規格が定められている溝寸法に適合するもの

流体圧力が作用した場合でも、非圧力側のテーパー面がとしている。

溝側面に接触するセルフシール時の傾きにより、回転軸と接触 する円弧 状シール面の接 触 面 積をコントロールする。

〔適合溝〕（Figure3 参照）

・JIS B 2406-P

こうすることで、圧力の上昇に伴う接触面積の増加を抑え・ISO 3320

る。
（Figure4 参照）

4. 機能評価③Ｐ
ｆ：緊迫力

機能評価を回転軸φ100mmのFigure6に示す試験機に面となる内面と外面を円弧状とすることで緊迫力を低減する。

て、Table2の条件下で実施した結果、LFR SEAL® は低ト（Figure5 参照）

ルクで摺動特性に優れていることが検証された。評価結果をTable3、並びにFigure7～8に示す。
機能評価によって得られたLFR SEAL® の特徴を以下にまとめる。
・起動時のトルクが低い

Winter 2016

・起動時と摺動時のトルク差が小さい
・圧力上昇に伴うトルクの増加が少ない
・長期にわたって漏れ量が極めて少ない
・回転速度 3m/sでも良好なシール性能が得られる（注）連続回転時は発熱を抑えるための冷却が必要
Figure3

接触面積のコントロール

No.30

Figure6
Figure4

接触面積の低減試験機（概略図）

Table2
溝寸法

評価条件

Oリング溝 JIS B2406-P〔φ100×φ110×G7.5〕

シールサイズ

LFR 100

シール材質

NBR〔B2560〕＋PTFE〔3U8〕流体
圧力Figure5 エラストマー部の外径形状

バルカー技術誌基部となるエラストマーの外径ボリュームを小さくし、シール

作動油
空気
油圧 0 ⇔ 14 MPa 繰り返し
空気圧 0 ⇔ 0.7 MPa 繰り返し

温度

成り行き
〔～ 105℃〕

速度0.52m/s〔回転数 100 min −1〕
注：初期評価では～ 3m/sまでの評価を実施

走行距離1000km10

回転用低トルクシール

Table3

評価結果
6.6N・m〔0MPa〕

起動トルク
回転トルク
【油圧】
〔1pcあたり〕

20.7N・m〔7MPa〕
25.1N・m〔14MPa〕

6. LFR SEAL®のラインアップ
LFR SEAL® のラインアップをTable5に紹介する。

摺動トルク

漏れ量

20.4N・m〔7MPa〕

シリーズ名

LFR

LFRN

24.5N・m〔14MPa〕

適合溝

JIS B 2406-P

ISO 3320

作動油

0.03cc/100m 以下

空気

1cc/min 以下

耐久性

走行距離

1000km 以上

装着性

－

用途

ロッド用

回転／揺動

← 左同

圧力

～ 14 MPa

← 左同

使用範囲

速度

～ 0.5 m/s

← 左同

温度

－20 ～ 80 ℃

← 左同

エラストマー

NBR

← 左同

樹脂

充填材入 PTFE

← 左同

φ22.4

○

－

φ25

－

○

φ30

○

○

φ35

○

－

φ40

○

○

φ42

○

－

φ45

○

○

φ50

○

○

φ55

○

－

φ60

○

○

φ65

○

－

φ70

○

○

φ75

○

－

φ80

○

○

φ85

○

－

φ90

○

－

JIS Ｏリングと同等
標準材質

バルカー技術誌

Figure7

回転トルクと圧力の関係〔油圧 100min −１〕

Winter 2016

サイズ
（軸径）
○：保有
－：無

No.30
Figure8

LFR SEAL® のラインアップ

Table5

5.6N・m〔0MPa〕

回転トルクと速度の関係〔油圧 3MPa〕

5. 回転機器へのメリット
機能評価の結果に基づいて、LFR SEAL®を使用した場

φ95

○

－

φ100

○

－

φ105

○

－

φ110

○

－

φ120

○

－

合の回転機器へのメリットをTable4 に纏める。
Table4®

LFR SEAL の特性
低トルク
起動時と摺動時のトルク差が小さい
流体圧力の上昇に伴うトルクの増加が少ない
高速回転まで良好なシール性能
長寿命

11回転機器へのメリット
回転機器へのメリット
・省電力化
・低発熱化
・回転制御、位置精度の向上
・軸のスムーズな動き出し
・残留トルクの低減
・バックラッシの軽減
・高圧環境下でもスムーズな軸動作・軸動作が流体圧力変動に影響され難い
・高性能化
・高速化
・生産能力の向上
・機器信頼性の向上
・メンテサイクルの長期化
・メンテコストの削減

7. 使用実績の一例
現 在、LFR SEAL® が 使 用されている実 績の一 例をTable6に紹介する。
Table6
産

業

工作機械

使用実績
機 器
マシニングセンタ

タイヤ

タイヤ成形機自動車

ロータリージョイント

製鉄

ロータリージョイント

食品機械

ロータリージョイント

半導体

生産装置

技術論文

8. ロータリージョイントの回転用シール９-2）食品機器用途
・攪拌機の軸回転部
・自動生産ラインの回転／旋回部など

回転機器の駆動部を通る作動油、並びに空気などの圧力ポートは、Figure9に示すようなロータリージョイントの構造が採用されている。圧力ポートは使用する流体の数に合わせ９-3）油空圧機器用途てそれぞれ設けられており、各圧力ポートを密封するために・油圧シリンダ

回転用シールが使用されている。一般的なシールとしては、・射出成型機

汎用性が高く、コンパクトで取り扱いが容易なエラストマー製

・モーター

Oリングが使用されてきたが、漏れなどのトラブルが多いとい

・乾燥機（ドライヤー）

う問題点もあり、高性能化を阻害する要因となっていた。この・コンプレッサー®

・各種ポンプなどような箇所にLFR SEAL を使用することで、溝寸法を変更することなく、低トルクで摺動特性の優れたロータリージョイン

10. おわりに今まで使用されてきた回転用シールでは、実現することが困難であった回転機器の省電力化・低発熱化に対して、
LFR SEAL® は有効な製品であると考える。更には、この
LFR SEAL®の開発で得られた技術を応用することで、真空られる。今後も、様々な回転機器の多様化・高性能化に向けた製品開発を行っていきたいと考えている。

11. 参考文献
１）南 暢，
永野 晃広 バルカー技術誌, No.21, 11-14（2011）
Figure9 ロータリージョイントへの使用例

２）バルカー油圧用パッキン カタログ, No.LC10, 42（2010）３）
バ ルカー 回 転 用ローフリクションシール

カタログ,

No.LA08, 5（2014）

9. その他の使用例
９-1）真空用途
・ロボットの関節部
・半導体生産設備の回転導入部など（Abstract）

Nowadays, every industry is considering power-saving or low heat generation as measures against global warming.
Japanese machine tool that is leading the world in technology, from the fact that it is widely used as an important position to
support a number of markets, is expected the contribution to a global scale solution for the global warming.
In this paper, we introduced a low-torque technology for power-saving and low heat generation of the rotating equipment inmachine tools. In addition, the LFR SEAL® using a low torque technology were also introduced.
To make the torque lower of rotating seal, it is necessary to lower the sliding friction. For this purpose, lowering the
coefﬁcient of friction and minimizing the contact area and the contact force were important. LFR SEAL® was developed by
combining elastomer with low friction co-efﬁcient material, controlling contact area by using self sealing mechanism under
ﬂuid pressure and reducing radial load by design. LFR SEAL® was expected to contribute to power-saving and low heatgeneration of rotating equipment.
12

Winter 2016

／空気圧市場や水圧市場へも用途展開が可能であると考え

バルカー技術誌

トとすることが可能となった。

No.30

回転用低トルクシール

Keywords:
power-saving, low heat generation, low-torque, rotating equipment, LFR SEAL®, rotating seal
（摘要）
近年来，各种产业为了配合温室效应防治的大力推进，要求生产设备和各种装置省电低热。其中，日本在机床方面的技术处
于世界领先地位，作为支撑众多市场的主要产品在各领域被广泛使用，其在全球范围内的效果值得期待。
本文对包括机床在内的旋转机械实现省电低热所需的旋转用密封的低扭矩技术及LFR SEAL® 进行了介绍。
为了实现旋转用密封的低扭矩，需要降低滑动阻力，因此降低摩擦系数、接触面积和张紧力是非常重要的。因此本公司研发
了LFR SEAL®，其设计理念为采用低摩擦系数的树脂与弹性体复合，通过流体压力作用时的自密封控制接触面积，采用能够抑制张紧力的形状，通过这种设计可以实现旋转机械的省电低热。
关键词：

バルカー技術誌

省电、低热、旋转机械、旋转用密封、低扭矩、LFR SEAL®

Winter 2016永野 晃広
研究開発本部 開発部

No.30

13

耐放射線性エラストマー製品の展開
高機能EPDM H3070 H0880
1. はじめに

上記より、本報ではEPDMの各種評価を実施し、EPDMの各種健全性を確認する。
なお、流体として、高温蒸気の他、水素シール２）を考慮し、り、様々な部位、分野において、高いレベルでの安全性向

水素透過性も確認する。原子力設備のハード面から考える

上に向けての開発、改善が行われている。原子力規制委員と、決して高圧環境になることはなく、EPDMの水素シール

会により制定された新基準は、原子力設備のハード的な改は、低圧環境であれば、特別なシール技術を必要としないた

善にとどまらず、ソフト面においても深化しており、現在考えめ、当該用途にあえて高圧水素対策されたシール材を設定得る出来る限りの視点で検証が進められている。

することは不要である。
当該用途に限定せず、高圧水素シールを必要とする可能

ら、シール材の耐性についても、重要視されており、シール性を検証すると、周知されている用途として燃料電池シール材メーカーにて各種評価を実施している。シール材に求めらが挙げられる。70MPa ３）を超えるシール性を要求される環境れる特性として現在最も必要なのは、特定の環境においてであり、通常のEPDMでは非常に厳しい性能が必要とされのみ発現される優位性では無く、様々な条件において対応る。本報では、EPDMの高圧水素用途への可能性検証もすることが可能な、非常に幅広い使用範囲を持つシール材

含めて高圧水素暴露評価も実施することとする。

Winter 2016

当然、放射性物質の閉じ込め機能の強化といった観点か

バルカー技術誌

原子力設備の安全性を向上させる取り組みが進んでおの提供である。
例えば FKMに関しては、耐熱、耐油に関しては非常に優れているものの、汎用グレードにおいては、耐アルカリ性や、耐蒸気性において、決して高い能力を有しているわけではな

2. 評価内容

No.30

２-1）評価試料

い。耐アルカリ性や、耐蒸気性に耐性のあるグレードの場合

評価試料に関しては、通常のEPDMの使用領域においにおいても、低温域でのシール性能に不十分であり、また、て、幅広い実績があり、かつ、原子力関連製品としても使用

高線量のγ線１）に対しても十分な耐性を有しているとは言えな実績のある汎用 EPDM 当社材料番号 H0970を基準材料とい。シリコーンゴムに関しても同様であり、乾熱の環境におけして設定する。原子力関連用材料として当社が推奨する条る高温、低温特性は優れているが、高温蒸気や、ガス透過件として、①耐熱性に優れる、②高温蒸気性に優れる、③性といった点では、万能な材料というわけにはいかない。

耐放射線性に優れる、④破損し難い、ことを最低条件とす

原子力発電におけるシール環境を考えた場合、熱、蒸気、る。また、EPDMの使用環境を大きく超えた場合であっても、放射線性を考慮する必要がある。この点を考慮した材料選容易に崩壊等のシール異常を起こさない特性を有する必要定を行うと、選択肢は限られるが、中でもEPDMが有効な材がある。これらを満足する材料として、JIStypeA 硬度 70 度

料として浮上する。EPDM 材は、炭化水素系油には膨潤す

品当社 材 料 番 号 H3070、及び 動 的 用途を考 慮したJIS

るものの、合成油系には耐性を有しており、また、膨潤する

typeA 硬度 80 度品当社材料番号 H0880を設定する。

場合においても決して溶解するわけではない。グリース使用

なお、下記評価を実施するにあたり、試料に各種線量のγ時においても、耐熱を必要とする環境で使用されるシリコーン

線を照射し、未照射品との差異を確認する。照射条件はグリースや、ふっ素グリースに対して高い耐性を有している。

Table1に示す。

総合的に考えると、原子力用途にEPDMを使用することは、安全性の更なる向上に大きく寄与すると言える。
14

耐放射線性エラストマー製品の展開

Co60

H0880

ダメージを起こすことが確認されている。本報では、95MPa

放射線量

線量率 10kGy/h

H3070

ターと呼ばれる発泡現象を発生し、試料のシール性に対してTable1 γ線照射条件
照射条件

高機能 EPDM

100kGy 500kGy 800kGy

左記 3 条件

昇圧 7 分の高圧水素環境にて製品を20 分保持し、0.1MPa（大気圧）までの急減圧を20 秒にて実施するサイクルを、10２-2）評価方法

サイクル実施し、製品のブリスターの発生状態を確認し、健２- ２-1）圧縮永久ひずみ試験

全性を判断するものである。

試料の健全性を確認するためには、シール健全性の指標

なお、当該環境にてブリスターが発生しない可能性も考慮である各種環境における圧縮永久ひずみ試験を実施する。

し、窒素環境にて製品を30MPa から0.1MPaまでの急減圧測定方法はJISK6262：2013「加硫ゴム及び熱可塑性ゴを1 秒、0.1MPa から30MPaまでの急加圧を1 秒にて実施すム−常温、高温及び低温における圧縮永久ひずみの求めるサイクルを、85℃環境で100サイクル実施する。

バルカー技術誌方」に準拠する。試料形状は、JIS 大型試験片（直径φ対象としては、高硬度品であり、高圧に対して優れた耐性29mm、厚さ12.5mm 円柱状試験片）を使用し、圧縮率はを有しているH0880 材（未照射）を使用する。比較対象とし25％と設定する。

ては、同様に高硬度でブリスターの発生リスクが低いH0190

シール寿命に関しては、一般的に用いられている圧縮永（未照射、JIStypeA 硬度 90 度）を用いて差異を確認する。

４）

久ひずみ率 80％以下 を採用する。安全率をかけた上での値であるため、静的用途はもちろんのこと、動的用途であっても80％到達、即漏洩を起こすことはないため、余裕をもっ3. 試験結果及び考察
3-1）圧縮永久ひずみ試験 結果た値であることは御理解頂きたい。

Winter 2016

評価環境に関しては、原子力環境を考慮し、評価試料に

圧縮永久ひずみの結果として、各種材料のγ線照射量を

各種線量のγ線を照射し、乾熱環境、飽和蒸気環境にて比 較した乾 熱 及び 飽 和 蒸 気 圧 縮 永 久ひずみグラフを

各種温度条件下の圧縮永久ひずみを行う。飽和蒸気環境

Figure1～8に示す。

においては、飽和蒸気圧を維持するため、耐圧容器中にて評価を実施する。

また800kGｙ照射品の温度別乾熱及び飽和蒸気圧縮永久ひずみグラフをFigure9～12に示す。

圧縮永久ひずみ試験環境を以下に示す。

No.30

Table2

圧縮永久ひずみ試験条件

試験環境

試験温度

試験時間

空気中

200℃、225℃、250℃

24h、72h、168h

飽和蒸気

200℃、225℃、250℃

24h、72h、168h

注：空気中、飽和蒸気試料は未照射及び各種γ線照射品

3-1-1）各種材料のγ線による影響

各材料ともに、乾熱、飽和蒸気両環境において、シール
健全性を維持する良好な値を示しているが、未照射品同士の比較を行った場合、明らかに基準材料であるH0970 材の値が劣っていることが確認できる。また、乾熱、飽和蒸気のグラフの共通傾向として、H3070とH0880（特にH3070)は比２-2-2）水素透過係数

較的γ線照射量の違いによるグラフの傾きに大きな差異は確

測定方法はJISK6275-1：2009「加硫ゴム及び熱可塑性ゴ

認されないものの、H0970には、γ線照射線量によりグラフのム‐ガス透過性の求め方‐第 1 部：差圧法」の圧力センサ法

傾きが大きく変化していることが確認できる。結果的にγ線照に準拠する。試料の水素透過係数をγ線照射線量ごと射線量が増えるごとに圧縮永久ひずみ率が良化しているが、（Table1 参照）に測定し、γ線照射線量による水素透過係数

これはγ線による主鎖の切断、再結合が顕著に生じており、への影響を確認する。試料はH3070 材を用い、未照射品を架橋密度が上昇したためと推測される。

ベースとして、各種γ線照射品との水素透過係数の差異を確認する。
２-2-3）高圧水素暴露試験

EPDMの燃料電池市場への展開を考慮し、高圧水素暴
露試験を実施する。
根本的に水素に限らず、高圧からの急減圧時にはブリス
15

製品の紹介Figure5 H3070材γ線照射量別飽和蒸気200℃圧縮永久ひずみ比較

Figure2 H0970 材γ線照射量別乾熱 200℃圧縮永久ひずみ比較

Figure6 H0970材γ線照射量別飽和蒸気200℃圧縮永久ひずみ比較

バルカー技術誌

Figure1 H3070 材γ線照射量別乾熱 200℃圧縮永久ひずみ比較

Winter 2016
No.30

Figure3 H0880 材γ線照射量別乾熱 200℃圧縮永久ひずみ比較

Figure4

各種材量未照射乾熱 200℃圧縮永久ひずみ比較

Figure7 H0880材γ線照射量別飽和蒸気200℃圧縮永久ひずみ比較

Figure8

各種材量未照射飽和蒸気 200℃圧縮永久ひずみ比較
16耐放射線性エラストマー製品の展開

高機能 EPDM

H3070

H0880

シール材として考えた場合、圧縮永久ひずみ率が良化す

い環境になっており、圧縮永久ひずみ率の変化が緩やかにることは好ましいものの、あくまで結果論であり、それ以外のなっていると考えられる。よって、当該評価は、純粋に飽和特性面で劣化変化している可能性も考えられる。未処理品

蒸気と熱による影響を確認していることになるが、現在まで、と比べれば、「変化≒劣化」であり、γ線に対して変化しやす

飽和蒸気によると考えられるH3070 及び H0880 材への悪影

い傾向が確認されていることになり、好ましい傾向ではない。

響は、特に確認されていない。

そのため、H3070 及び H0880はγ線照射量による、圧縮永

上記圧縮永久ひずみの結果より、H3070 及び H0880 材

久ひずみ率への影響は少なく、EPDM中でもγ線に対して安は、一般的なEPDMの耐熱温度を大きく上回っており、当該定した耐性を有していると考えられる。

評価温度及び評価時間内の乾熱、飽和蒸気環境においては十分な耐性を有していると考えられる。

３-1-2）
γ線照射品の温度依存性

800kGy 照射されたH3070、H0880の温度依存性に関しては、最も条件の厳しい乾熱 250℃ 168 時間の段階でも、圧バルカー技術誌

縮永久ひずみ率としては、両材料共に30％であり、乾熱200℃ 168 時間の22％（800kGyH3070）に比べて極端に悪くなっているわけではないことが確認できる。

Winter 2016

Figure11

No.30

Figure9H0880 材 800kGy 乾熱温度別圧縮永久ひずみ比較

H3070 材 800kGy 乾熱温度別圧縮永久ひずみ比較

Figure12 H0880 材 800kGy 飽和蒸気温度別圧縮永久ひずみ比較

３-2）水素透過係数
H3070 材の水素透過係数の照射線量別グラフをFigure13に示す。

Figure10 H3070 材 800kGy 飽和蒸気温度別圧縮永久ひずみ比較

また、飽和蒸気環境においては、最も条件の厳しい250℃
168 時間の圧縮永久ひずみ率 22％（800kGyH3070）
に対し、200℃ 168 時間の圧縮永久ひずみは16％（800kGyH3070）と近似しており、乾熱環境に比べ、飽和蒸気の劣化傾向が緩やかになっていることが確認される。理由として、飽和蒸気環境の評価は、圧力容器中で行われており、酸素の絶対量が、乾熱環境に比べ圧倒的に少なく、酸化劣化されにく
17

Figure13

H3070 材γ線照射量別水素透過係数比較

製品の紹介

未照射品の水素透過係数は9.6×10−９mol・m/（m2・s・
MPa）であり、10−8 mol・m/（m2・s・MPa）未満の値を示している。γ線照射量別に比較した場合、全ての条件で未照射品と変わらない10−8mol・m/（m2・s・MPa）未満の値を示していることが確認できる。これらの値に関しては、誤差範疇
であり、差異は無いと考えられるため、γ線照射量による水素透過係数に対する影響は非常に少ないと考えられる。これ
らはγ線による圧縮永久ひずみ率への影響の少なさと相通じるものであり、整合性は取れている。
３-3）高圧水素暴露試験

Figure16 H0190 材窒素暴露試験後Оリング表面

H0880 材及び比較用のH0190 材の高圧水素暴露試験の

バルカー技術誌

試料外観写真をFigure14～17に示す。
これらの評価は、特殊な耐圧容器中で行われ、高圧から非常に短時間で0.1MPaまで減圧されており、汎用品レベルのシール材では、上記した発泡現象を生じる可能性が高い。
しかしながら、今回の比較材料は高硬度であり、非常に応力も高く発泡し難いと考えられるH0190 材を用いており、予想通
た。
Figure17 H0190 材窒素暴露試験後Оリング断面

30MPaの窒素試験に関しては、水素試験とは異なり、

Winter 2016

り95MPa高圧水素暴露試験では、ブリスターが発生しなかっH0190 材表面及び断面にFigure16、17のようにブリスターが確認されている。水素試験とは異なり、高温下での評価であり、圧力は低いながらも加減圧が1 秒で行われていることから、材料への負荷は厳しいものになったと推測される。
H0880 材は当該環境においても一切のブリスターは発生しておらず、ガスの急速な加減圧に対し、非常に強い耐性を有していることが確認できる。
Figure14 H0880 材窒素暴露試験後Оリング表面

4. まとめ
上記のように、H3070 材及び H0880 材は、高いγ線照射量、広い温度帯、乾熱、飽和蒸気問わず使用可能と判断され、原子力設備の安全性の向上取り組みに寄与する可能性が高い材料と考えられる。同様にγ線の暴露環境として航空宇宙産業でのシール材としての可能性も考えられる。
また、H0880 材に関しては、それ以外にも水素、窒素などの高圧ガスに対しての耐性も確認されており、電磁弁などの動的なシールはもちろんのこと、原子力設備にとどまらず、燃料電池シール用途や、同様なブリスター現象に対する対策とFigure15 H0880 材窒素暴露試験後Оリング断面

して高圧フロン用途に使用できる可能性が高い。
18

No.30

耐放射線性エラストマー製品の展開

5. おわりに

高機能 EPDM

H3070

H0880

6. 参考文献EPDM 材は、FKMやシリコーンゴムを除けば、それに追１）伊野 浩史 , “ 真空エラストマーの耐放射線性の調査 ”,

随する耐熱性を有している。また、蒸気や、耐薬品性にお第 27 回リニアック技術研究会 , 7P-19, Aug.2002

いても、秀でており、材料としてのポテンシャルは非常に高い

２）
原子力規制委員会 , “ 実用発電原子炉及び核燃料施設と考えている。

に係る新基準について”, 10.2015

昨今、原材料依存性が強くなる傾向が強い中、配合技術

３）高圧ガス保安協会，“70MPa 水素スタンド技術基準検討

により、更なる高みへと引き上げることが出来る材料であると委員会報告書 ” 2.2012

考えており、今後の可能性に関し、御意見、情報を頂けれ４）川村 敏夫，“ Оリングの寿命と信頼性 ”，バルカーレビュー，

ば幸いである。

Vol.26，No.6，1982（Abstract）

バルカー技術誌

In nuclear power plant facilities, various efforts are going on to develop and improve safety higher in every parts and ﬁelds.
Sealing product manufacturer should take more steps to improve safety. In this report, performances of our EPDM byconsidering γ-ray resistance, compression set in the high temperature steam and hydrogen permeation were shown. It
was conﬁrmed that our EPDM has excellent radiation resistant, heat resistance and steam resistance. From those result,
our EPDM could contribute to further safety of nuclear power plant facilities.

Winter 2016

Keywords:
nuclear power, EPDM, γ-ray, compression set, high temperature, steam, hydrogen permeation, radiation（摘要）为了将核能设备的安全性提升到更高的水平，在各种场所、各种领域内正在进行研发和改善。作为密封件厂家，为了对提升
密封件的安全性尽一份力，本文对推荐用于核能设备的 EPDM的耐γ射线射线性、高温蒸汽中的压缩永久变形、氢透过性等No.30

进行了验证。结果显示，耐放射线性、耐热性、耐蒸汽性都非常优秀，EPDM对进一步提升安全性有很大的帮助。
关键词：
核能、EPDM、γ射线、高温、蒸汽、压缩永久变形、氢透过、放射线鈴木 憲
研究開発本部

19

開発部

産業機器用エラストマー製品

1. はじめに点でいわゆるグランドパッキン（締め込み式）と全く異なる。

パッキンは、古くから使われ、シールの中でも大きな分野を動用のパッキンと認識されている。しかし、バルブステムのよVパッキンはJIS B2403に示されるように、一般には往復運
うな、ごく遅い回転軸ならば同じように使うことができる。

近年は高分子化学の発達のお陰で、優れたゴム材料が使え、その用いられる範囲も非常に広くなった。

当社のVパッキン形状には、標準品（Sタイプ）とNタイプ品の2 種類がある。標準品はJIS B 2403に基づき設計、Nタ

パッキンメーカーは各社それぞれ特色を持った形状のパッ

イプ品はJISに準拠しつつ、かつ、シール性能・耐久性の向キンを製造・販売しているが、要は、「シール性をいかにして上を計りさらにパッキンの装着作業性を改善すべく、当社独向上させるか」という問題と取り組んでいるのである。

自の設計によるものである。

効果を有し、広範囲の圧力に使用可能であるという特長を有するVパッキンが古くから現在に至るまで50 年近く使用され続けている、Vパッキン、MVパッキン、バルフロンVパッキン、ハイドロリックリップパッキンについて、その特長を生かした使い方や、使用上注意すべき点などについて、紹介する。

Table1
バルカーNo.
品
名種類及び構成材料
構成材料

布入りゴム製品

ゴム他単体製

No.2630
補強材綿布に合成ゴムコ
布入り合成ゴム ンパウンドを擦り込み、加熱
Vパッキン
加圧成形したもの
No.2631
合成ゴム
Vパッキン

―

―
二トリルゴムコンパウンド単体を加熱加圧成形したもの

N0.4630
補強材綿布にふっ素ゴムを布入りふっ素ゴム 擦り込み、加熱加圧成形し
Vパッキン
たもの

2. パッキン紹介２-1）V パッキン
日本工業規格であるJIS
B 2403

N0.4631
ふっ素ゴム
Vパッキン

Winter 2016

産業機器用として、V 字断面を有することでセルフシール――
ふっ素ゴムを加熱加圧成形
したもの

Vパッキンは、1963

布入りVパッキンのシール性は、Uパッキンよりも一般的に年に制定され今日まで大きは劣るが、ゴムVパッキンと組み合わせることで改善できる。

な改定もされずに使われている、ゴム及び布入りゴムV
パッキンを対象とした外国に
Figure1

V パッキン

も例のない規格である。
しかし、規格では使用条件の範囲を、石油系作動油を使用する一般油圧機器用としているが、実際には更に広い範囲で使われている。具体的には、水グリコール系作動油やエマルジョン系作動油などの水系作動油、回転部分の軸シールなどに使用されている。
Vパッキンは断面が V 字形の加硫成形されたパッキンで、リップ部に弾性をもたせ、流体圧自身によってシール圧が発生するセルフシールパッキン（self seal packing）
である。このバルカー技術誌

占め、重要な役目を果たしている。

Figure2 シール性比較データ
20

No.30

産業機器用エラストマー製品

２-3）V パッキンの組合せ使用例２-2）MV パッキン
MVパッキンは特殊 Uパッ①スペーサーリングの使用例

キン形状で布入りVパッキン

Figure6に示す様に、Vパッキンにスペーサーリングを組合との組合せ使用の高性能せて使用することで、更に広い範囲での使用が可能になる。

複合シールで、下記の特長を持っている。

Figure3

MV パッキン①シール性能：油圧用 U

パッキンと同等の安定したシール性能を持っている。②摺動
抵抗：布入りVパッキンに比べ摺動抵抗が低い。③耐圧性：
布入りVパッキンがバックアップリング効果となるため高圧力でバルカー技術誌も使用可能。④耐久性：従来の布入りVパッキンのみの組合せと同等。⑤装着性：従来の布入りVパッキンと互換性があるので、パッキン溝はそのまま使用可能。
Figure6

布入りV パッキン組合せ例

スペーサーリングを使用することの効果と用途は、Winter 2016a）一つ一つのパッキンリップの働きを確実にし、シール効果を良くする。
b）高摺動速度で使用した際に発生する摩擦熱を早く放散させる。
c）パッキンの寿命をより長くし、圧力変動や衝撃的な負荷に対して、耐圧性、持久性が向上する。
d）特に、超高圧の場合にパッキン自体の浸透を防ぐ。

No.30

Figure4 シール性能比較

設計上の注意点は、通常アダプタと摺動面との接触を避けるが、静圧で約 70MPa 以上、衝撃圧力では20～30MPa以上の高圧になると、スペーサーリングやアダプタのリップ部
は簡単にたわんで軸に接触する。
従って、軸がスペーサーリングやアダプタと接触することを前提に、軸の材質、硬さに対し考慮を払う必要がある。
スペーサーリングの材質としては、青銅、アルミ青銅、樹脂などが使用される。
②スプリングを併用する使用例

Figure7 スプリング組合せ例

Figure7に示すようにVパッキンの圧力側にスプリングを使
Figure521摺動抵抗比較

用する方法があり、次の様な長所がある。

製品の紹介a）パッキン押さえをスタフィングボックスの前面に密着させるいる。

ような設計に出来る。増締めの必要がなく、組立て、保２-5）バルフロン V パッキン

守が簡単になる。
b）摩擦抵抗を大略均一に出来るので、多数が同時に昇バルフロンVパッキンはPTFE樹脂を切削加工したリップ形
パッキンで、エラストマー製品に比べ、耐薬品性と低摩擦製降する機械などに有利である。
c）パッキンを締付け過ぎる危険が無く、常に適当な締付力が与えられるので、パッキンを傷めることが少ない。

に優れている。また、充填材入り材料を使用することで温度、圧力、耐摩耗性を改善することも可能である。

ｄ）
パッキンの高さが低くなっても、パッキンがスタフィングボッ
クスの中で動く心配がない。
e）欠点として、スタフィングボックスの深さが大きくなる。
スプリングはパッキンの高さの変化（製作誤差も含めて）に対して、荷重が大きく変動しない様に小さなばね常数を設定ての無理なスプリングの設計は好ましくない。
スプリング荷重 F（N）
＝k×d

k：4.9（ガス系流体：8.8）

Figure9 バ
 ルフロンVパッキン（PTFE）
Ｌd：パッキンボックス中心径類

H２-4）ワンカットした使用方法
きない場合や、直接用

Figure8 パッキンカット例

ような時、Vパッキンは1ヵ所切断して軸をまたいで装着できる利点がある。
カットは図のように中心軸に対して45 度の面になるように、装着するときはカット部が重ならない様に、90 度または120

No.30の3 種類に別れ、各々用途区分がされている。
Table2
種

類
ＬＭ

鋭利な刃物などで切り、Vパッキン中央にある小さい溝へ、
フィラーリングを装着する。

プランジャーポンプ
高圧バルブ

パッキンの断面形状はFigure11に示す様に、H、M、Lで装着できないことがしばしば起こる。このh2

h2

Figure11 バルフロンV パッキンの種類と用途が要求される場合なパッキンを円形のまま

95°
95°

90°
90°

バルブ（コントロールバルブなど）
撹拌機

途

現場でメインテナンス
どのように、装着部に

H

H

h2

型

95°
W
90°

90°
W
60°

45°
120°
120°

長尺であるなどの理由からシリンダを設置場所から搬出で

H
h1

45°
120°
W
40°
種

型

Winter 2016

る。

Ｍ
h1

締付けておくときは、上記スプリング荷重を標準にとることが適当である。ただし、均等に締付けることはもちろん必要であ型

h1

スプリングを使わない場合においてもパッキンをあらかじめ

Figure10 バ ルフロンVパッキン（充塡材入りPTFE）

使用圧力とパッキン数

使用圧力範囲、MPa｛kgf/cm2｝

パッキン数

0 ～ 1.96MPa｛ 0 ～ 20kgf/cm ｝

2～3

1.96 ～ 4.90MPa｛ 20 ～ 50kgf/cm2 ｝

34.90 ～ 6.86MPa｛ 50 ～ 70kgf/cm ｝

4

2

2

6.86 ～ 14.70MPa｛ 70 ～ 150kgf/cm ｝

514.70 ～ 29.40MPa｛ 150 ～ 300kgf/cm2 ｝

6

2

Ｈ（１）

バルカー技術誌することが肝要である。従って、スタフィングボックスを浅くし

注（１） スペーサーリング併用

度ずつ互にずらす。切断面がちょうど合致しておさまるように押し込む。ワンカットしておくと、パッキン間に空気、油などが装着すべきリングの数がむやみに多いことは、かえって摩留まりにくいことから、充分に密着させてきっちりパッキン押え擦を増加しシール効果を減じることになる。最小標準装着数

を締めることが出来る。漏れの量はエンドレスの場合とほとん

はTable2に示す。

ど変わらない。アダプタはエンドレスのまま最初の組立時にはめ込んでおけばよい。二つ割りにする方法もあるが、パッキンを安定させて押さえることが出来やすい前者の方が優れて
22

産業機器用エラストマー製品

２-6）ハイドロリックリップパッキン
ハイドロリックリップパッキン
は、純良な厚 織 綿 布に耐油圧水圧機器、化学機器においては、新しい技術が開発

水、耐油性のゴムコンパウン

され、高圧、高速化による小型、高性能に、あるいは大型、ドを擦込んだものを折りたた

大容量にと発展して行くが、いつでもパッキンはそれらに満足

み、摺動面のみリップ部を構して使われるように対応して行かなければならない。

成し、1ヵ所の堤（Dam）
を設

一方で世の中は電動化が進んでいるが、いまだ産業機械

けたリング状に成型していと油圧機器は切っても切れない関係にあり、今後も重要な位る。また摺動面とロッドとの置づけにあると考える。今後、電動とのハイブリッド化、サー摩擦を少なくする目的のためにパッキン摺動面に減磨合金をボ制御による高精度な位置制御化が進むと考えられ、その打ち込んで製作されている。このパッキンは主として高圧のプ要求に応えるためにパッキンも高寿命、低摺動化、シール性

ランジャー及びラムに使用するものであって、その構造上締向上を目指して日夜開発を続けていく所存である。

Figure12 ハイドロリックリップパッキン

バルカー技術誌

Winter 2016
No.30

4. おわりに過ぎになる懸念はない。パッキンの種類はTable3に示す。
Table3
バルカー
No.

材料

5. 参考文献

種類と用途一覧
用

途

流体の種
類

温度

圧力

布入り
水圧プレスのラム
天然ゴム

水、温水

70℃

29.4MPa{300kgf/cm2}

布入り 水圧プレスまたは
2710
ニトリルゴム 油圧プレスのラム

水、温水
石油系作動油80℃

29.4MPa{300kgf/cm2}

710

使用機器

備 考 表中の数値は一般的な条件下での圧力・温度それぞれの限界参考値である。詳細は別途相談のこと。

1）赤司 泰三，バルカーレビュー，vol8 No.6，（1964）
2）赤司 泰三，バルカーレビュー，vol9 No.1，（1965）
3）バルカーレビュー編集室、バルカーレビュー、vol31 No.6,（1987）
4）
バルカーハンドブック 技術編5）松下一男、バルカーレビュー、vol3 No.1、（1959）
6）
バルカーレビュー編集室、バルカーレビュー、vol31No.3、3. パッキン用途（1987）
7）
パッキン及びガスケット用語

JIS B 0116：2105

ここに紹介したパッキンは、下記のようなところで使われている。
・［Vパッキン］製鉄所製鋼設備用油圧シリンダ、油圧プレス用シリンダなど、使用環境が厳しい場所や急な設備のダウンが許されないような設備用機器。

6. 用語の解説
アダプタ：Vパッキンを支えるために用いる部品。オスアダプ
タ、メスアダプタがある。
（Figure6 参照）

・［MVパッキン］射出成型油圧シリンダ用パッキン、油圧プ

スペーサーリング：パッキンの締付圧力の均一化、変形防レス用シリンダパッキンなど、Ｖパッキンよりもシール性が止、放熱などの目的でパッキンの間に入れ、または必要で使用環境が厳しい場所や急な設備のダウンが許パッキンの締過ぎ防止の目的で取付部に用いる部

されないような設備用機器。
・［バルフロンVパッキン］耐薬品性を必要とする、コントロー
ルバルブ、攪拌機、プランジャーポンプ、高圧バルブなど。
・
［ハイドロリックリップパッキン］水圧プレスのラム、油圧プレスのラムのシール。
上記以外に、作動条件によるもののグランドパッキンの代替としても使用可能である。

品。
（Figure6 参照）
スタフィンボックス：パッキンを入れるパッキン室。ハウジングとも言う。
減磨合金：機械の軸受け部分に用いる合金で、ホワイトメタ
ル（すず、または鉛を主成分とする軸受け合金）
・
バビットメタル（すずを主体とし、少量のアンチモン・
銅・鉛などを含む合金）などのことを指す。近年環境汚染を引き起こし得る鉛の使用が制限されつつあり、徐々に他の合金へ移行しつつある。

23

製品の紹介（Abstract）
Rubber-proofed cotton fabric V-packing, MV-packing, VALFLON® V- packing, has been used in the industrial application forlong time as sealing products. Although those are very basic type of packing, it was not well known how to use those.
Those types of packing show excellent sealing performance and wear resistance depend on the combination. Therefore,
They have played an important role in sealing under severe conditions and difﬁculties in maintenances. In this paper, thosepacking’s types, grades and combinations were shown with its properties and handling methods.
Keywords:
Rubber-proofed cotton fabric V-packing, MV- packing, VALFLON® V-packing, basic, sealing performance, wear resistance（摘要）产业界从很久以前就开始使用夹布V形密封圈、MV密封圈、华尔氟龙V形密封圈等产品。这些密封圈由于都非常普通，所以但是这些密封圈通过组合使用，可以得到优异的密封性和耐磨性，能够使用在维护困难或环境严酷的地方，发挥重要的作用。本文介绍了这些密封圈的种类和使用方法，重新对其作用进行说明。
关键词：夹布V形密封圈、MV密封圈、华尔氟龙V形密封圈、密封性、耐磨性

バルカー技術誌

平常很少被谈及。

Winter 2016
No.30
南暢
研究開発本部

開発部

24

飲料市場用エラストマー製品

バルカー技術誌

1. はじめに具を除く）：厚生労働省告示第 595 号があり、材質試験及び食品、飲料業界では食の安全に対する意識の高まりに伴規格に示されている成分以外の耐溶出性が求められる場合

い、異物混入や衛生上の問題が大きく取り上げられるようにもあるが、飲料製造設備に使用するエラストマー製品として、なり、各メーカーでは、消費者ニーズを満たした安全な製品

この規格に準拠しているということは最低限必要である。

溶出試験について試験方法及び規格値が規定されている。

を提供することが最も重要視されている。飲料市場においては消費者ニーズの多様化により、様々な種類の飲料が次々

２-2）耐 CIP 性

Winter 2016と販売され、その入れ替わりも激しく、年々増加する飲料品製造ラインを殺菌して清潔な状態に保つために、酸、アル種への対応や、味、香りなどの品質の向上への対応も必要

カリ、蒸気などを用いたCIP洗浄が行われる。そのため、CIPとなってきている。更には厳しい製品価格競争に対応するた洗浄に使用される酸、アルカリなどへの耐薬品性をはじめ、めにコスト削減技術、あるいは環境に配慮した技術の導入も耐熱性や耐蒸気性が求められる。近年では、飲料品種の増盛んに行われている。

加に伴い、品種切り替えに伴う洗浄頻度も増加する傾向でこのような飲料市場を取り巻く状況の中で、エラストマー製品は様々な飲料製造設備でガスケット、パッキンなど各種部あり、洗浄条件も高温化するなどエラストマー製品にとってますます過酷になってきている。

品に使用され、安全、安心な飲料製品の製造に重要な役割

No.30

を果たしている。

２-3）非着香性

本報では、飲料製造設備に使用されているエラストマー

市販されている飲料には、様々なフレーバーが使用されて製品に求められる特性、使用される材料と各種製品についおり、このフレーバー成分がエラストマー製品に吸着し、残存て説明する。

してしまうことがある。この吸着したフレーバー成分が別のも１）のに移ってしまう現象を着香という。
吸着したフレーバー成2. エラストマー製品に求められる特性分が洗浄で除去しきれずに、次に生産した飲料に移ってしまうと風味が失われ、商品価値がなくなり大きな損失となる。フ

エラストマー製品は、Oリング、ダイアフラムをはじめ様々なレーバーにもよるが、果汁系飲料などフレーバーを使用した

形で各種装置に使用されているが、飲料市場用として求め飲料を生産した後に茶系飲料などを生産した場合に起こりられる特性は機械的強度や圧縮永久ひずみなどのエラスト

やすい。エラストマー材料は着香が起こりやすく、着香の対マー材料としての基本的な特性の他に、次に示した様な特策として一般的には洗浄頻度、洗浄時間を増やしたり、四性が要求される。

ふっ化エチレン樹脂（以下 PTFE）被覆ガスケットへ変更するなどして対応している。

2-1）耐溶出性
食の安全の観点により、飲料製造設備に使用されるエラス

２-4）耐次亜塩素酸性（耐墨汁現象性）

トマー製品には人体に有害な物質が溶出しないことが求めら

エラストマー製品を水道水などの消毒剤として使用されるれる。その判断基準の一つとして、食品衛生法・食品、添

次亜塩素酸を含む流体に長時間曝すと、徐々に劣化が進行

加物等の規格基準、ゴム製の器具または容器包装（哺乳器し、黒い異物や黒く濁った流体が流出することがある。この現象は墨汁現象（Figure1 参照）と呼ばれる。墨汁現象はエ

25

製品の紹介ラストマーが次亜塩素酸によって塩素化、あるいは酸化され

3. 飲料市場用エラストマー材料て劣化が進むことによりエラストマーの崩壊が起こり、エラスト
マー中に添加されているカーボンブラックの脱離、表面から飲料製造設備に使用されるエラストマー材料は、主にエチ

２）３）の流出が起こり、水が黒く濁る現象である。 この現象は飲

レンプロピレンゴム（EPDM）、ニトリルゴム
（NBR）
、水素添加

料への異物混入要因の一つであり、商品価値を著しく低下

ニトリルゴム（HNBR）、シリコーンゴム（VMQ）、ふっ素ゴム

させてしまうため、エラストマー製品には墨汁現象の発生し（FKM、FEPM）、パーフロロエラストマー（FFKM）などがあげられる。以下にそれぞれのエラストマー材料の特長を示ないことが要求される。

した。
また、当社における代表的な飲料市場用エラストマー材料のラインアップをTable1に示した。飲料製造装置の各種用途に対応できるよう、高機能なラインアップを取り揃えており、
ますます過酷になってきている洗浄環境などに対応できる高せたH3070（EPDM）、
H0880（EPDM）
やB5170（HNBR）、
白色 系エラストマー材 料としてH1770（EPDM）やB5490
Figure1（HNBR）を上市している。

墨汁現象による異物

３-1）エチレンプロピレンゴム（EPDM）
エチレンプロピレンゴムは、主鎖に二重結合を持たない分

エラストマー製品が摺動用途で使用される場合は耐摩耗

子構造を有しており、耐熱性、耐薬品性、耐熱水性、耐蒸性が求められる。流体が油であれば、適度な厚さの油膜を気性に優れた材料である。特に熱水や蒸気の環境に使用で形成するため、これによって潤滑性を保持するが、水の場きる材料として、価格も比較的安価であることから、現在では合、粘性が低くいため膜厚が薄くなってしまい、適度な潤滑水に関連した用途のエラストマー材料として、最も一般的に膜を形成することができず、潤滑不良を起こしやすいことが

５）
６）
７）
使用されている材料である。
ただし、耐油性は有してお４）問題である。 そのため、潤滑不良の場合、エラストマー製

らず、また、その他エラストマー材料と同様に非着香性も劣品が摩耗し、異物の脱落、混入の可能性があるので注意がるため、着香が問題となる用途ではPTFEで被覆して使用さ必要である。

れる。
Table1
B5070

B5170

B5075

B5490

H0870

H0970

H1770

H3070

H0880

E0170

D0970 FLUORITZ-SB

NBR

HNBR

HNBR

HNBR

HNBR

EPDM

EPDM

EPDM

EPDM

EPDM

VMQ

FEPM

汎用

耐熱性
潤滑性
耐摩耗性

汎用

白色
耐熱性 耐熱性
耐墨汁用 耐 CIP 性 耐 CIP 性

ゴム種類

試験環境

区分
硬さ

飲料市場用エラストマー材料

材料記号 B0570

汎用

白色

運動用

FFKM

耐熱性 耐アルカリ性 耐熱性
低温性 耐蒸気性 耐薬品性

（shore A）

72

72

72

74

90

72

75

70

73

79

70

70

77

引張強さ （MPa）

18.6

30.7

29.9

18.1

28.8

20.0

17.9

14.2

17.4

19.8

8.5

17.8

17.9

（%）

290

280

260

250

270

340

230

390

160

160

240

320

160

100%引張応力 （MPa）

伸び

6.0

5.6

6.8

6.9

8.9

3.9

5.0

3.7

7.4

9.1

3.4

4.0

8.1

耐酸性

×

△

○

△

○

○

○

○

○

○

×

○

◎

耐アルカリ性

○

○

○

○

○

◎

◎

△

◎

◎

△

◎

◎

耐熱水性

△

◎

◎

◎

◎

◎

◎

◎

◎

◎

○

◎

◎

耐蒸気性

×

○

◎

○

◎

○

○

○

◎

◎

△

◎

◎

耐次亜塩素酸性( 耐墨汁現象性）

×

△

○

△

◎

△

△

◎

○

○

◎

◎

◎

適合

適合

適合

適合

適合

適合

適合

適合

適合

適合

適合

適合

適合

食品衛生法
用途

固定用 固定用 固定用 固定用
固定用 固定用
運動用 固定用 固定用
固定用 固定用 固定用
運動用 運動用 運動用 運動用
運動用 運動用
パッキン
Oリング
Oリング
Oリング
パッキン
Oリング
Oリング
Oリング等
Oリング等 Oリング等
Oリング等 Oリング等 Oリング等
ダイアフラム等 パッキン等 パッキン等 パッキン等 ダイアフラム等
パッキン等 パッキン等
固定用◎：優、 ○：良、 △：可、 ×：不可

表中の値は測定値の一例であり、規格値ではありません。

26

Winter 2016２-5）水環境における耐摩耗性

バルカー技術誌

機能材料として、汎用材料より耐熱性や耐薬品性を向上さ

No.30

飲料市場用エラストマー製品

３-2）ニトリルゴム（NBR）

３-6）パーフロロエラストマー（FFKM）

ニトリルゴムは分子構造に極性基であるニトリル基を有してパーフロロエラストマーは、PTFEと類似した構造を持つゴいることから、耐油性に優れる材料である。安価な材料であ

ム弾性体で、分子構造に水素原子を持たず、炭素、ふっるため、これまで汎用のシール材料として様々な用途で使用

素、酸素原子のみで構成されている。そのため、エラスト

されてきたが、耐熱性、耐薬品性、耐熱水性、耐蒸気性なマー材料の中で最も広範囲な耐薬品性を有し、耐熱性、耐ど、飲料製造装置に必要とされる特性に関してはEPDMと熱水性、耐蒸気性に極めて優れた材料である。耐熱性につ比較して劣り、非着香性も良くないため、飲料関連の用途で８）いてもエラストマー材料の中で最も優れた材料である。
また、は、耐油性が求められる個所、条件が比較的緩やかな個所

非着香性にも優れる。特性だけをみると最も高性能なエラスなど、限定的な使用となっている。

トマー材料と言えるが、価格が極めて高価であることが課題である。そのため、イニシャルコストが非常に大きくなり、ラン３-3）水素添加ニトリルゴム（HNBR）

バルカー技術誌

Winter 2016
No.30

ニングコストでメリットがある場合などに使用は限られている。

ニトリルゴムの持つ二重結合を水素化して二重結合を限り

また、グレードによっては耐熱性が前述のふっ素ゴムと同等レ

なく少なくした構造を有する材料であり、NBRの耐油性はそ

ベルのものや耐熱水性、耐蒸気性に劣る種類もあるので材のままに、耐熱性、耐薬品性、耐熱水性、耐蒸気性を向上

料選定の際には注意が必要である。

させた材料である。また、優れた機械的強度を有しているため、耐摩耗性にも優れる。そのため、摺動用途や耐摩耗性が必要とされる用途に適した材料である。しかし、汎用的に

4. 飲料市場で使用されるエラストマー製品

使用するには価格が高価であり、費用対効果を考慮しなが当社では、長年の実績で培った材料選定、製品設計技

ら、EPDMの特性では不十分な個所などに使用される。

術を駆使して飲料市場向けにシール製品を主体として様々なエラストマー製品を提供している。以下に、飲料製造設備

３-4）
シリコーンゴム（VMQ）

で使用されるエラストマー製品を紹介する。

シリコーンゴムは炭化水素系のエラストマー材料とは異なり、主鎖がシロキサン結合（-Si-O-）
で構成されている材料で４-1）規格品ある。そのため、耐熱性、低温性に優れ、極低温から高温

４-1-1）
Ｏリングまで広範囲にわたって使用できる材料である。耐熱性ではOリングは、固定用、運動用の両方に使用できるシール材

EPDMやHNBRより優れる。しかし、耐油性、耐薬品性、で、低コスト、省スペース、装着性が容易などの理由から、

耐熱水性、耐蒸気性、耐摩耗性、機械的強度が劣り、価最も汎用的に使用されている製品である。使用用途に合わ

格もやや高価であることから、飲料製造装置用途での使用せた各種エラストマー材料での製作が可能である。

は一部の限定された個所のみとなっている。
３-5）ふっ素ゴム（FKM、FEPM）
ふっ素ゴムは、分子構造に結合エネルギーの大きなふっ素
原子を有する材料であり、耐熱性、耐薬品性、耐油性に優れる材料であり、耐熱性に関しては、EPDM、HNBRやシリコーンゴムよりも優れた材料である。一般的なふっ素ゴムは、
アルカリ、熱水、蒸気に対して劣るが、これらに対して耐性を持たせたグレードのふっ素ゴム（FEPM）もある。また、非着香性は、EPDMに比べて優れている。しかし、価格が高価であるため、HNBR、シリコーンゴム同様、費用対効果を考慮してメリットがある場合にのみ使用されることが多い。

Figure2

各種 Oリング

４-1-2）U パッキン

Uパッキンは、リップタイプのパッキンであり、主に往復運動用として使用される。往復運動部位ではOリングなどのスク
イーズタイプの場合、作動抵抗が高いことがしばしば問題と27

製品の紹介なるため、作動抵抗を低減できるUパッキンのようなリップタイ

４-2）オーダーメイド品

プのシール製品が使用される。

４-2-1）PTFE 被覆ガスケット

エラストマー材料は着香が起こりやすいため、着香が問題となる個所にはPTFE被覆ガスケットが用いられる。PTFE被覆ガスケットはエラストマー材料の接液部を非着香性に優れたPTFEで被覆したガスケットである。

Figure3

U パッキン

Figure6

Xリングは、断面がほぼ角形に近いX 形状をしたスクイー
ズタイプのパッキンで、ワンリングで両サイドのシールが可能である。主に回転運動用として使用されるが、Oリングのねじれ対策用と往復運動用にも使用されることもある。

PTFE 被覆ガスケット

４-2-2）
ダイアフラムダイアフラムは圧力の作用により変位を生じる膜で、圧力変動によりダイアフラムに生じる力により駆動させたり、圧力をなどに使用されているが、使用環境が過酷になるに従い、長寿命化が求められる。材料選定、補強布との組み合わせ、及び形状設計により各使用条件に最適な製品の提供が可能である。

Winter 2016

調整したりする役割を担っている。ダイアフラムは各種バルブ

バルカー技術誌

４-1-3）Xリング

No.30
Figure4Xリング

４-1-4）へルールガスケットへルールガスケットは、サニタリー配管のへルールフランジ

Figure7に対応したガスケットである。使用用途に合わせて、各種エラストマー材料での作製が可能である。

各種ダイアフラム

４- ２- ３）各種専用設計品

その他のエラストマー製品として、充填パッキンなど個別装置向けの専用設計品や、打ち抜きシートガスケット、エラス
トマー材料と金属、あるいは樹脂との複合製品、摺動用途に使用されるスリッパーシール、往復運動、回転運動のいずれにも使用できるTリングなど様々なニーズに応じた製品が使用される。
当社では、これまでエラストマーと樹脂などの複合製品の開発にも積極的に取り組んできており、製品設計においてはFEA 解析技術を駆使して、使用環境に合わせた製品形状の検討を行っている。そのため、飲料市場における各種製
Figure5 へルールガスケット品に対して、長年培った実績と経験を生かした高性能、長28

飲料市場用エラストマー製品

なるべく多くの用途に対応できる製品の開発が望まれる。

寿命なエラストマー製品の提案が可能である。

今後、皆さまからの貴重なご意見、情報を頂きながら、エラストマー材料の特性を十分に生かした付加価値の高い製品を開発し、ご紹介していきたいと考えている。

6. 参考文献１）
平 野耕生，鈴木憲，下村泰弘，バルカー技術誌，No.8

Figure8 スリッパーシール（2004）

5. おわりに２）武義人，古川睦久，工業材料，Vol.45，No.7（1997）

飲料市場におけるエラストマー製品は、食の安全、品質

４）フルードパワー工業会，フルードパワーの世界追補版

３）武義人，古川睦久，工業材料，Vol.50，No.9（2002）

バルカー技術誌（2014）の向上、コスト低減などに対応するため、異物対策や、耐薬品性、非着香性の向上が求められている。一つの材料で

５）平野耕生，バルカー技術誌，No.3（2002）

すべての特性を満足することは現状では困難であるため、

６）鈴木憲，バルカー技術誌，No.13（2007）

用途、使用個所に応じて最適な材料を使い分けたり、エラス７）鈴木憲，バルカー技術誌，No.15（2008）

トマーにPTFEを被覆するなどして対応している。そのため、

８）岡﨑雅則，バルカー技術誌，No.1（2001）

Winter 2016

（Abstract）
Contamination and hygiene issues are getting more focused with increasing awareness of food safety by consumers. For
beverage manufacturers, providing safer products which meet the consumer＇s needs are becoming the most important
issue.
Elastomeric products e.g. gaskets, packing and diaphragms are used in various locations of the beverage manufacturing
equipment and are playing a very important role in providing safe beverage products.

No.30

In this paper, our elastomeric products and materials for beverage manufacturing equipment are explained in point of viewof the required characteristics.
Keywords:
elastomeric products, gaskets, packing, diaphragms, beverage manufacturing equipment（摘要）
随着消费者对于食品安全的意识不断提高，异物混入和卫生上的问题经常被热议。各饮料生产厂家把提供满足消费者需求的
安全的产品作为最重要的任务。
弹性体产品用于各种饮料生产设备的垫片、密封圈、隔膜密封圈等各种部件中，为提供安全的饮料产品发挥了重要作用。
本文对饮料生产设备上使用的弹性体产品所要求的特性、使用的材料及各种产品进行说明。
关键词：弹性体产品、饮料生产设备、垫片、密封圈、隔膜密封圈

岡﨑 雅則
研究開発本部 開発部
29

高機能パーフロロエラストマー製品

1. はじめに

2. FLUORITZ®-SB

パーフロロエラストマー（FFKM）
は、ポリマーの主骨格がFLUORITZ®-SBは、耐薬品性に優れたFFKMであり、以下に各種特性を紹介する。

ため、極めて高い耐熱性と耐薬品性を有する。その特性を生かして、他のゴム材料では使用できない過酷な環境にお２-1）耐薬品性

いて用途を広げてきた。その用途例をTable1に示すが、用

Table2にFLUORITZ®-SBの耐薬品性を示す。ふっ素ゴ

途によって求められる特性も異なり、FFKMも材質やグレード

ムや一部のFFKMでは使用できない有機酸、アルカリ、アミ

によって特性が異なるため、各用途に応じたFFKM が使用

Table2

Table1 パーフロロエラストマーの用途例
分野

用途例

求められる特性

石油化学
化学工業

プラント内重合装置
各種ケミカルポンプ
コンプレッサーなど

耐熱性
反応性流体への耐性

航空宇宙

ガスタービン

食品
電力

サニタリー配管
蒸気チャンバー
蒸気タービン（原子力、火力、地熱発電）

半導体

熱酸化、熱拡散
アニール、CVD、エッチング

その他

分析機器、樹脂ゴム成形機
タイヤ加硫機、掘削機、熱交換器

耐熱性
反応性流体への耐性
純粋性
高温蒸気耐性
高温蒸気耐性
純粋性、耐熱性
反応流体への耐性
低放出ガス性
純粋性、耐熱性
高温蒸気耐性
反応性流体への耐性など

また、近年各産業分野における技術革新に伴い従来より

酸

アルカリ

含窒素化合物

アルデヒド
フラン
ケトン
エステル
エーテル
アルコール

も高いシール機能が求められるようになり、従来のFFKMでは十分にシール性能を発揮できないケースがあり、当社では炭化水素

用途に応じて要求される特性に対応したFFKMを展開してきた。
FFKMは他のエラストマーには無い類稀な特性を持つこ

ハロゲン化
炭化水素

とから、本報ではFFKMを材料の視点から取り上げ、各用途に応じて適 切な材 料 選 定をして頂けるよう、当 社のFFKM 製品についてその特徴と特性を紹介する。

その他

FLUORITZ®-SB の耐薬品性

薬品名
塩酸
（10%）
硫酸
（97%）
硝酸
（69%）
ふっ酸
（60%）
酢酸
（10%）
無水酢酸
りん酸
（85%）
水酸化ナトリウム（20%）
水酸化ナトリウム（50%）
アンモニア水（30%）
ジメチルアミン
ジメチルホルムアミド
エチレンジアミン
トリエタノールアミン
N-メチル-2-ピロリドン
ブチルアルデヒド
フラン
アセトン
ケトン
エステル
エーテル
MTBT
メタノール
イソプロピルアルコール
ヘキサン
アルコール
ベンゼン
炭化水素
スチレン
Freon11
Freon134A
Freon134A
トリクロロエチレン
水
水
エチレンオキサイド
IRM-903Oil
Mobil254Oil

A：体積変化率 5% 未満
C：体積変化率 20 ～ 50% 未満

試験条件
40℃×168 時間
40℃×168 時間
40℃×168 時間
23℃×168 時間
40℃×168 時間
23℃×168 時間
80℃×168 時間
100℃×168 時間
23℃×168 時間
23℃×168 時間
40℃×168 時間
23℃×168 時間
40℃×168 時間
23℃×168 時間
23℃×168 時間
23℃×168 時間
40℃×168 時間
23℃×168 時間
23℃×168 時間
23℃×70 時間
23℃×168 時間
23℃×168 時間
40℃×168 時間
23℃×168 時間
23℃×168 時間
40℃×168 時間
100℃×168 時間
40℃×168 時間
40℃×168 時間
15℃×168 時間
23℃×168 時間
100℃×168 時間
23℃×168 時間
100℃×168 時間
160℃×168 時間
23℃×168 時間
230℃×70 時間
200℃×70 時間

評価
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
B
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
B
A
A
B
B
C
A
A
B
A
A
A

B：体積変化率 5 ～ 20% 未満
D：体積変化率 50% 以上

30Winter 2016

されている。

バルカー技術誌

化学的に安定な炭素とふっ素（C-F 結合）で構成されている

No.30

高機能パーフロロエラストマー製品

ン、ケトン、エステルなどほとんどの薬品に対して安定である。

有すると推測される。

２-2）基本特性
Table3にFLUORITZ®-SBの基本特性を示す。機械的強度に優れ、各種用途に対応できる特性を有している。
Table3 パーフロロエラストマーの用途例
FLUORITZ®-SB FLUORITZ®-TR FLUORITZ®-HS

分野外観
耐熱温度
目安

℃

D5575

黒色

濃褐色

黒色

黒色

200

260

300

300

バルカー技術誌

硬さ

ShoreA

77

72

77

77

引張強さ

MPa

17.9

11.1

20.0

20.8

伸び

%

160

160

160

180

100％引張
MPa
応力

8.1

3.1

9.3

10.7

Figure1

圧縮永久ひずみ率測定結果

３-2）非粘着性
ふっ素系エラストマーは、化学的に安定なC-F結合を有す
るため、他のゴム材料に比べ耐熱性や耐薬品性など優れた

Winter 2016２-3）FLUORITZ -SB の用途特性を示すが、一方で金属に固着しやすいという欠点があ®

FLUORITZ -SBは、耐薬品性、耐溶剤性、耐油性がりFFKMも例外ではない。FLUORITZ®-TRは、当社独自

非常に優れ、ほとんどの化学薬品、ガスに対して化学的安の材 料 設 計 技 術により金 属に対する固 着 力を低 減した定性を示す。そのため、半導体分野をはじめ石油化学、化FFKMである。Figure2に固着力の測定方法、
Figure 3に学工業、食品、航空宇宙、分析機器などにおける以下の用固 着 力の測 定 結 果を示 す。FLUORITZ®-TRは、 他の®

途への応用が期待できる。
・酸とアルカリ、極性溶剤と非極性溶剤の混合液など他のゴムシール材では、膨潤や溶解が起こる箇所

FFKMと比較して非常に低い固着力を示しており、シール面や溝への固着に対するトラブルのリスクを低減し、取り扱い性に優れると考えている。

・ふっ素ゴムでは使用できないケトン、エステル、アミン、アルカリなどでふっ素ゴム相当の耐熱性が必要な個所

No.30

・アミンや環状エーテルなど一般のFFKMでは使用できない箇所

3. FLUORITZ®-TRFLUORITZ®-TRは、半導体分野でのエッチングプロセス
やCVD 成膜プロセスにおいて優れたプラズマ耐性を有する
ほか、非粘着性に優れ、耐熱性やシール寿命の目安として用いられる圧縮永久ひずみ特性は、当社のFFKMのなかで

Figure2

固着力測定方法の概要

最も優れる。また、充填剤を一切配合していないため、純粋性に優れる。以下に、FLUORITZ®-TRの各種特性を紹介する。
３-1）耐熱性
Figure1にFLUORITZ®-TRの260℃における圧縮永久ひずみ率を示す。一般的に、圧縮永久ひずみ率が80％に達する時間がシール寿命と言われているが、FLUORITZ®-TR
は260℃の高温環境下において10000 時間の圧縮永久ひず
み率が 40％に達しないと予測され、極めて長いシール寿命を
31

Figure3

固着力測定結果

製品の紹介３-3）純粋性示 す。FLUORITZ®-TRはクラックの 発 生 時 間 が 遅く、Figure4にFLUORITZ®-TRの含有金属の測定結果を

他 の 材 料 に 比 べ、 耐クラック性 に 優 れている。また、示す。FLUORITZ®-TRは、充填剤や無機配合薬品を一FLUORITZ®-TRは純粋性に優れるため、真空チャンバー

切含んでいないため、他のFFKMと比較して含有金属量が内の汚染やパーティクルエラーに対して極めてリスクの少な

少なく純粋性に優れた材料である。

い材料である。

含有金属測定結果

Figure6

バルカー技術誌

Figure4

耐クラック性評価結果

３-4）耐プラズマ性（耐ラジカル性、耐クラック性）

Winter 2016

プラズマ環境ではラジカルなどの活性種により、ポリマーの分子鎖が切断されることよって、シール材のエッチングが起こる。また、シール材に応力がかかった状態でプラズマにさらされると、シール材にクラックが発生し、クラックがシール面にまで達するとリークにつながる。半導体プロセスにおいては、充填剤や無機成分がシール材に含まれているとエッチングやクFigure7 クラック発生状況

ラックの発生により、充填剤や無機成分が真空チャンバーに放出され、真空チャンバー内の汚染やパーティクルエラーのNo.30

３-5）基本特性原因となる可能性がある。Figure5にFLUORITZ®-TR のTable3にFLUORITZ®-TRの 基 本 特 性 を 示 す。

耐ラジカル性の評価結果を示す。FLUORITZ®-TR は従来

FLUORITZ®-TRは、硬さ、100％引張応力がやや低めにのFFKMと比較しても重量減少率が少なく、ラジカルにより設計されているため、比較的容易にあり溝へ装着でき、また、

エッチングされにくい材料である。また、シール材を伸長してフランジの締付けも容易になると考えられる。

応力をかけた状態でプラズマを照射してクラック発生時間を評価した結果をFigure6に、クラック発生状況をFigure7に３-6）FLUORITZ®-TR の用途
FLUORITZ®-TRは、プラズマ耐性に優れるほか、圧縮
永久ひずみ特性、非粘着性、純粋性に優れるため、半導体分野をはじめ食品、分析機器、石油化学、化学工業、航空宇宙などにおける以下の用途への応用が期待できる。
・高温環境下でシール寿命の延命が求められ、シールのランニングコストを低減したい箇所
・シール面との固着が問題になっている箇所
・プラズマ環境において、シール材のエッチングやクラックの発生が問題となっている箇所
・半導体プロセスにおいて、パーティクルや汚染が問題と

Figure5

耐ラジカル性評価結果

なっている箇所32

高機能パーフロロエラストマー製品

4. FLUORITZ®-HS

はじめ、各産業分野における高温環境のシール材として適した材料である。以下に応用が期待できる用途を示す。

FLUORITZ®-HSは、従来のFFKMと比較して極めて優・プラント、化学工業、分析機器、樹脂ゴム成形機などれた耐熱性を有し、純粋性にも優れた材料である。以下に、・半導体、液晶分野におけるエッチング装置やCVD 装®

FLUORITZ -HSの各種特性を紹介する。

置、拡散装置、アニール装置

４-1）耐熱性5. D5575

Figure8にFLUORITZ®-HSの300℃における圧縮永久ひずみ率を示す。FLUORITZ®-HSは、300℃においても圧D5575は、従来の耐水蒸気用ふっ素ゴムやFFKMでも使縮永久ひずみ率が小さく極めて耐熱性に優れた材料である。

用が難しかった高温での耐水蒸気性に優れた材料である。
以下に、D5575の各種特性を紹介する。

バルカー技術誌

５-1）耐熱性
Figure10にD5575の300℃における圧縮永久ひずみ率を示す。FLUORITZ®-SBは耐水蒸気性を有するFFKMであるが、300℃では圧縮永久ひずみ率が 80％を超すため高温[ 試験条件 ]温度：300℃、圧縮率：19％、試料：φ 3.53 × 40mm

Winter 2016

Figure8では使用できない。D5575は168hでも80％に達しておらず、300℃においても対応可能な耐熱性を有する。

圧縮永久ひずみ率測定結果

４-2）純粋性
Figure9にFLUORITZ®-HSの含有金属測定の結果を示す。FLUORITZ®-HS は、充填材配合系の材料でありながら金属含有量が少なく純粋性に優れた材料である。

No.30
Figure10

圧縮永久ひずみ率測定結果

5-2）耐水蒸気性
Figure11に175℃飽和蒸気下におけるD5575の圧縮永久ひずみ率を示す。他社の耐熱グレードは200 時間に満たない段階でシール寿命である80％に達しているが、D5575は初Figure9

含有金属測定結果

４-3）基本特性
Table3にFLUORITZ®-HSの基本特性を示す。機械的強度に優れ、各種用途に対応できる特性を有している。
４-4）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極めて優れた耐熱性を有することから、半導体分野を
33

Figure11

圧縮永久ひずみ率測定結果（飽和蒸気）

製品の紹介

ル性能を得るためには、各 FFKMの特徴や特性を把握し、期こそ変形がみられるものの48 時間以降でもほとんど変化がなく、高温の水蒸気環境においても長期で使用できると期待環境に適したFFKMを選定することが重要となる。本報がそされる。

の一助となれば幸いである。
また、今後も各産業分野の発展に伴ってシール材が使用

５-3）基本特性

される環境は厳しくなると予想され、新たな機能や更なる性能の向上が求められていくと考える。我々も、それらの期待

Table3にD5575の基本特性を示す。機械的強度に優に応えられるシール材を開発していく所存であり、皆さまのごれ、各種用途に対応できる特性を有している。

意見ご要望をお寄せ頂きたい。
５-4）D5575 の用途
D5575は、高温での耐水蒸気性に優れた材料であり、以7. 参考文献

下の用途への応用が期待できる。
・石油、ガス、地熱掘削機

・発電用蒸気タービン１）
岡崎 雅則 , バルカー技術誌，No.1, 2-4（2001）２）
岡崎 雅則 , バルカー技術誌，No.21, 8-10（2011）３）
岡崎 雅則 , バルカー技術誌，No.23, 10-12（2012）

6. おわりに４）岡崎 雅則、戸田 清華 , バルカー技術誌 , No.26，7-10

FFKM が使用される過酷な環境下において安定したシー５）
川村 敏雄 , バルカーレビュー, Vol.26, No.1（1982）（2014）

Perfluoroelastomer（FFKM）is known to have excellent chemical and heat resistance compared with other rubbermaterials because of its chemically stable structure composed with carbon and fluorine. However, in some severe
environment, conventional FFKM is not applied for. Therefore, it is very important to select FFKM types and grades to keep
reliable sealing performance according to the severe conditions. In this paper, the properties and performances of FFKM

Winter 2016

（Abstract）

バルカー技術誌

・タイヤ加硫機および蒸気循環ポンプ ・ポリマー重合釜

lineup in Valqua were shown related with recommendation usage.

No.30

Keywords:
perﬂuoroelastomer, FFKM, chemical resistance, heat resistance（摘要）
全氟弹性体（FFKM）由化学性质稳定的碳和氟构成，所以与其他橡胶材料相比，拥有极其优异的耐药品性和耐热性，但也并
非就是万能的。传统的FFKM在某些严酷的使用环境下无法使用。此外，FFKM根据材质或等级不同，其特性和适用环境也不用。因此为了保证严酷环境下的密封性能，根据各种FFKM特征和特性选择适合环境的FFKM显得尤为重要。本文对本公司生
产的各种FFKM的特征、特性、用途进行说明。
关键词：全氟弹性体、FFKM、耐药品性、耐热性大住 直樹
研究開発本部

開発部
34

■本社
（代）

☎（03）5434-7370

Fax.（03）5436-0560■大阪事業所☎（06）6443-5221

Fax.（06）6448-1019■M・R・T センター☎（042）798-6770

Fax.（042）798-1040■奈良事業所☎（0747）26-3330

Fax.（0747）26-3340●札幌営業所☎（011）736-5620

Fax.（011）736-5621●日立営業所☎（0294）22-2317

Fax.（0294）24-6519●仙台営業所●京浜営業所●豊田営業所☎（022）264-5514☎（045）444-1715☎（0566）77-7011

Fax.（022）265-0266

Fax.（045）441-0228
Fax.（0566）77-7002●名古屋営業所☎（052）811-6451

Fax.（052）811-6474●岡山営業所☎（086）435-9511

Fax.（086）435-9512●北陸営業所●中国営業所●周南営業所●松山営業所☎（076）442-0522☎（0827）54-2462☎（0834）27-5012☎（089）974-3331

Fax.（076）442-0523
Fax.（0827）54-2466
Fax.（0834）22-5166
Fax.（089）972-3567●北九州営業所☎（093）521-4181

Fax.（093）531-4755●四日市駐在☎（059）353-6952

Fax.（059）353-6950●長崎営業所●彦根駐在所●広島駐在所●宇部駐在所●熊本駐在所●大分駐在☎（095）861-2545☎（0749）26-3191☎（082）250-7551☎（0836）31-2727☎（096）364-3511☎（090）2502-6125

Fax.（095）862-0126

Fax.（0749）26-7503
Fax.（082）256-8623
Fax.（0836）32-0771

Fax.（096）364-3570

Fax.（097）555-9340

冬号 No.30
Winter 20162016年1月15日