Valqua
Technology
News
● ご挨拶

……………………………………………………………………

1

朝比奈

稔

有限要素解析を用いたガスケット締結体の長期特性予測手法の構築 …

2

野々垣

肇

日本バルカー工業株式会社

執行役員 製品開発部長● 技術論文日本バルカー工業株式会社

製品開発部

佐藤

広嗣

黒河

真也

出口 聡美

● 技術論文インフラートシール®

……………………………………………………

日本バルカー工業株式会社

上田彰…………………………………

16

重合性モノマーライン用ガスケット ……………………………………

21

製品開発部 山邊雅之

● 技術論文高周波アンテナ用の低誘電体開発

日本バルカー工業株式会社

製品開発部

8

製品開発部

祝

誠一郎

● 製品の紹介日本バルカー工業株式会社 シール事業部

http://www.valqua.co.jp

秋山聡

バルカー技術誌

2009年

夏号

No.17 Summer 2009

ご挨拶

読者の皆様には、本誌をご愛読いただき心より御礼申し上げます。

さて、米国の金融危機に端を発した世界同時不況は、経済対策の効果や在庫調整進展に伴い一部に生産回復も見られ、自動車や電機などを中心に景況感が改善する反面、設備投資や個人消費の回復は進まず、引き続き
厳しい経済環境が続いています。
こうした環境下において、当社では第５次中期経営計画（NV・S5）を新たにスタートさせ、徹底した合理化・効率化の推進、コア事業・コア技術の強化と次なる成長へ向けた基盤の再構築、
CSR 経営の強化と人材育成のさらなる強化に取り組んでいます。

Summer 2009
No.17

研究開発では、組織の再編強化を行い、コア技術であるシール関連技術の強化とシール以外の機能で価値を提供する機能製品の創出、また成長する中国・アジア市場に向けた製品開発に注力しています。
コア技術である
シール技術においては、例えば本誌でもご紹介しています、「製品をより安心・安全にお使いいただくための長期
寿命予測技術」を開発し、お客様の現場でご利用いただくべく展開を始めました。
また、次なる成長に向けた機能製品においては、本誌でご紹介する「高周波関連製品」や「電極膜などの機能膜」に関わる技術を育成強化し製品化を進めております。
その一方、グローバル展開の技術拠点となる中国総合研究所では現地スタッフにより、中国・アジア市場の顧客ニーズにより適合した製品開発を強化しています。

このように、当社ではお客様の課題を解決し、より多くの価値を提供できるよう、「The Valqua Way」の企業理念のもと、さらに努力してまいります。
また本誌は、多くのお客様に当社技術をご理解いただきご利用いただくため、今後ともより充実した技術情報をお手元にお届けします。読者の皆様におかれましては、引き続き当社製品をご愛顧いただきますと共に忌憚のないご意見を頂戴いたしたくお願い申し上げます。

執行役員

1

製品開発部長 朝比奈

稔

技術論文

有限要素解析を用いた
ガスケット締結体の長期特性予測手法（特許出願中）の構築
日本バルカー工業株式会社
製品開発部

佐藤 広嗣
野々垣 肇
黒河 真也
出口 聡美

Summer 2009

Non-asbestos gasket is recently widely used as a substitute of compressed asbestos sheet gasket, and theconstruction of the long-term characteristic forecast technique of non-asbestos gasket is hoped for. In thisstudy, the purpose is to construct the evaluation technique of long-term characteristics of the gasketed
connection. Gasket contact stress - time from finite element simulation which considers temperature and timedependent gasket material properties and gasket sealing performance – contact stress from leakage test
under high temperature condition are investigated.
Here, evaluation technique of long-term characteristics of the gasketed connection when the gasket is GF300
is constructed. And, the evaluation at the gasket leakage time and the gasket stress maintenance examination
technique are shown.

No.17

KeyWords：Creep, FEM, Flange connection, Gasket, Leak, PTFE, Relaxation, Thermal expansion, Viscosity.

1. はじめに石綿規制により、ガスケットにおいても非石綿製品の使用が急速に拡大した。ガスケット締結体特性においては理論が少ないことから経験則に依存している部分が多く、これまでの石綿ガスケットでは長年の使用実績からガスケットの長期使用に対して信頼性が得られていた。それに対し、非石綿ガスケットにおいては使用実績が少なく、また、石綿ガスケットと故障モードが異なるため、ユーザーでは長期使用に対する安全を考慮して比較的短い期間でのガスケット交換を行っているのが現状であり、経済的な使用を行っているとは言えない。実績に代わるガスケット締結体の長期特性を予測する手

これまでにガスケットの非線形性、ヒステリシス特性などを考慮した研究は多く行われており、近年では粘弾性や高温を山口らは 3 次元粘弾
考慮した研究も報告されている 1）2）3）。
性要素を用いてガスケットをモデル化することでクリープ特性を考慮し、高温定常温度状態におけるボルト軸力の低下を
しかしながら、常温で締め付け、高温で使用評価している 4）。
するという非定常条件や長期条件は考慮されていない。数年、数十年の長期条件などの実機に近い条件は大変複雑で多大の労力が必要であり、それらを考慮した研究はない。
また、ユーザーにより使用条件が多岐にわたることも実機条件を十分に考慮できていない原因の一つである。

法を構築することが急務となっている。
2

有限要素解析を用いたガスケット締結体の長期特性予測手法の構築

本研究では、短期的な評価によって、ガスケットを含む締のガスがボンベから供給されることとなり、この供給量をマス

結体の長期的なシール特性の予測手法を構築することを目

フローメーターによって測定することで、ガスケット漏洩量が的としている。除荷過程におけるガスケットシール特性を実験測定できる。ここでは、漏洩量検出感度は 5×10 -5 Pa･m3/s

により評価し、シールに必要な最小のガスケット応力を求めとなっている。

た。一方で，ガスケット圧縮特性の温度依存性、非線形性、
ヒステリシス特性、粘弾性、熱膨張等を考慮した有限要素解

圧縮負荷の前にあらかじめガスケットを挟み込んだフランジを

析により、ガスケット応力の経時変化を推定した。これらの結バンドヒーターによって加熱し、フランジに設置した熱電対と果から図 1 に示すような関係を導き出し、長期的なガスケット

加熱制御装置によって温度を制御した。
初期ガスケット圧縮応力負荷後、段階的にガスケット応力

締結体のシール特性の予測を行った。
ここではガスケットを GF300（当社製）厚さ 3.0mm、流体を減少させていき、その際のシール性を評価した。除荷過程

温度 200℃とした場合を例として検討する。GF300 は耐薬において漏洩量が増加し、シール基準を超えない最小応力

品性、耐熱性にたいへん優れており、石綿ガスケットの代替をシール限界応力とした。ここでは、シール基準を 1.7×10 -4

品としてすでに広く使用されている。構成材料の耐熱性がPa･m3/s（10 分間に 1mm3 の漏洩量）とする。

高いことから材料劣化がなく、短期的な評価より精度の高い
長期的な予測が可能であると考える 5）。GF300 は材料劣化がないため、図 1 のシール限界応力は時間に依存しないと考えられる。

Summer 2009

Averaged Gasket stress [MPa]バルカー技術誌
No.17

温度条件は室温と200℃としている。200℃での測定では、Band heater

Load

Thermocouple

GasketMass flow
meter
N2
Sealing limit stress

Heat control
図2

Sealing life
図1

Leakage test equipment

Time

Estimate sealing life of gasket

2. ガスケットシール性評価

3. ガスケットシール性評価試験結果

実使用時の漏洩を想定し、ガスケットの応力除荷過程の図 3 にシール性評価結果を示す。この結果より、室温に比シール性評価を行った。図 2 にシール性評価試験装置概要

べて 200℃のほうが漏洩量は少なく、シール性が高いことが図を示す。ガスケット寸法を JIS 10K 25A（φ 74×φ 35）とわかる。これは、高温になることでガスケット表面が軟化し、フし、初期ガスケット圧縮応力を 1 9 . 7 、2 5 . 5 、3 5 . 0 M P a とランジ面とのなじみが向上したためだと考える。また、室温時し た 。ガスケットを挟 み 込 んだフランジを圧 縮 試 験 機

では初期ガスケット応力が高いほどシール性は高いのに対AUTOGRAPH 500KND 型（島津製作所製）によって圧し、200℃の場合では初期ガスケット応力による違いはほとん

縮し、ボンベより供給される窒素ガスの漏洩量を測定した。

ど見られない。これも、ガスケット軟化によるなじみ向上に起漏洩量測定にはボンベ−フランジ間に設置したマスフロー

因しており、初期ガスケット応力の影響が小さくなったと考え

メーター ハイグレードマスフローメーター MODEL 3100（コられる。200℃条件でシール基準を 1.7×10 -4 Pa･m3/sとした

フロック社製）を用いた。ボンベに付属したレギュレーターに場合、シール限界応力は約 2.5MPaとなる。

よって容器内圧を一定とすると、ガスケットから漏洩した同量
3

技術論文

70
Initial gasket stress [MPa]
200℃
RT
19.7
25.5
35.0

1.E-03

1.E-04

50℃

RT

60

100℃

200℃

50

Stress [MPa]Leak rate [Pam3/s]

1.E-02

40
30
20
10
0
0.0

1.E-05
5

10
15
20
25
Gasket stress [MPa]
図3

30

35

Leak rate

0.1
図44. ガスケット特性

端に剛性が低いため、ガスケット特性が締結体全体に及ぼす影響が大きいことは知られており、精度良くガスケット特性を考慮することが精度良い締結体評価につながる。本章ではガスケット特性について記述する。
応力−ひずみ関係を表している。ガスケットは温度が高くなる

図5ほど剛性が低下するという温度依存性を有することがわか

0.4

50

100
150
200
Temperature [℃]

250

300

Expansion thermal coefficient of gasket

る。そのため、負荷挙動についてはこの温度依存性を考慮
析に入力した。
図 5、6 にはガスケットの線膨張係数および比熱の値を示している。両方の挙動とも温度依存性を有しており、解析においても考慮した。
図 7 は GF300 ガスケット（3.0t）を 200℃温 度 条 件 下で12.5、25.0、35.0MPa で圧縮した場合のクリープ特性を示し

Specific heat [J/kg·K]

し、除荷挙動はヤング率を 1GPa で一定として有限要素解

1400
1200
1000
800
600
400
200
0

図6

た式（1）で同定した。同図には同定した結果も併記している。同定式は実験結果と比較的よく一致しており、同定式の0.030

して用いる。同定式は応力依存性を考慮しており、実験で検0.025討していない応力段階も補完することができる。
・εc = A・σn・t m

0.020[s]、A,n,m：実験から得られる定数 であり、最小二乗近似により以下の値を特定した。
A = 4.96×10
n = 1.98m = ‒0.830‒7

Creep strain [-]

妥当性が確認できる。有限要素解析にはこの同定式を入力

ここで、：クリープひずみ速度 [/s]、σ：応力 [MPa]、t：時間

50

100

150

200

250

300

350

Temperature [℃]

た三要素粘弾性モデルにモデリングし、応力依存性を考慮し

（1）

No.17

0

ている。実験から得られた結果をばねとダッシュポッドを用い

Specific heat of gasket

35.0
25.0

0.015
0.010

12.5

0.005
0.000
0

Summer 2009

図 4 は温度が室温、50、100、200℃の場合のガスケットの0.3

バルカー技術誌

締結体において、ガスケットはフランジ、ボルトに比べて極0.2
Strain [-]Stress-strain curves of gasket

4.0E-04
3.5E-04
3.0E-04
2.5E-04
2.0E-04
1.5E-04
1.0E-04
5.0E-05
0.0E+00
0

Expansion thermal coefficient [/K]02000004000006000008000001000000

Time [s]図7Creep curves of gasket
4有限要素解析を用いたガスケット締結体の長期特性予測手法の構築

5. 有限要素解析
汎用有限要素解析コード ABAQUS を用い、締結体におを 1500 時間行っている。その際の実験結果と解析結果がよく一致していることからガスケット締結体の解析手法妥当性を確認できている。

けるガスケット応力挙動をシミュレートした。ここでは例として
JIS 10K 600A RF 管フランジ締結体の有限要素モデルを
図 8 に示す。締結体の主な条件は表 1 に示す。締結体を軸対称体と仮定し、また軸方向の対称性も考慮している。ボルトは周方向に連続的に存在するモデルとなり、実機と異なるため、ボルトモデルのヤング率と密度は実機とモデルの断面積の割合から換算した値を用いている。フランジ、ボルトは軸対称 4 節点伝熱弾性要素を用い、線形弾性体としてモデ

Flangeル化した。ガスケットは軸対称 4 節点伝熱弾塑性要素を用

Bolt

バルカー技術誌

い、応力−ひずみ関係の非線形特性と負荷−除荷曲線のヒGasketステリシス特性、温度依存性、粘性を入力している。用いた

図8

FE model of flange connection

材料特性を表 1 に示す。ガスケットの圧縮特性は図 4 を用
い、線膨張係数は図 5、比熱は図 6 に示す特性を用いた。
図 9 の境界条件に示すように、締付け時には呼びガスケッ
ト応力に相当するボルト応力をボルトモデル下端部に与え、Pressure
Heat

Summer 2009

締付け完了時には軸方向に拘束する。ここでは軸対称モデ
ルを用いているため、複数のボルトを同時に締付ける条件となる。運転時の内部流体の影響は、管内径部に内圧と温度を与えることで再現している。締付け時には静的問題として扱い、締付け後の運転時には非定常問題として扱い、運転開始による加熱、時間の影響を考慮した評価を行った。

No.17

締結体の使用条件として、フランジおよびボルト材料は
SS400、ガスケットは GF300 とする。呼びガスケット応力を

Bolt stress
Step1

35MPa とし、温度 200℃、内圧 1MPa の流体を作動させる

図9

場合を検討する。
運転条件として以下の 4 種類を検討した。
・ 基本条件・ 増し締め条件
・ 運転サイクル条件
・ 運転サイクル+増し締め条件
運転開始後に外力のないものを基本条件とした。基本条件
では締付け後、運転開始による内部流体の加熱と内圧が作用され、温度が一定となった後は外力がない条件としている。
加えて、外力がある 3 条件でそれぞれ解析した。運転サイク
ル条件では 1 年毎に内部流体による内圧と温度の作用を停止し、1 日後に再運転するという作業を想定した。増し締め
条件は運転開始 1 日後に初期ガスケット応力に相当する締付けを行うことを想定した。
別途、高温用ひずみゲージを貼り付けたボルトを有する実験用締結体装置を 200℃まで加熱した際のボルト軸力測定
5表1Connection condition

Connection size
Flange material
Bolt material
GasketMean gasket stress
Fluid temperature
Fluid pressure
表2

Step2

Boundary condition of FEA

JIS 10K 600A RF
SS400
SS400
GF300
35MPa
200℃
1MPa

Material properties used in FE simulations

parameter
Young’s modulus [GPa]Poisson’s ratio
Expansion thermal
coefficint [/K]
Thermal conductivity[W/m·K]
Specific heat [J/kg·K]
Density [kg/m3]

flange
200
0.3
11.8
×10-6

bolt
37
0.3
11.8
×10-6

gasket
Fig.3
0.46

5160

5160

25

500
7800

500
1923

Fig.5
2500

Fig.4

技術論文

6. 有限要素解析結果
図 10 に有限要素解析から得られたガスケット応力挙動を変化時に締結体におけるガスケット応力の変動が大きいことがわかった。また、増し締めによってガスケット応力を増加させ、漏洩時期を延長できることがわかった。

示す。なお、図は見やすくするためにデータを 0.03 年ずつ横基本条件、増し締め条件ではガスケット応力は十分な大きさを維持するが、運転サイクル条件では運転停止時にガス
ケット応力は大きく低下することがわかる。しかしながら、運転
サイクル条件でも増し締めを行った場合は運転停止時にも大きなガスケット応力を維持する結果となった。
基本条件の場合、初期に 35MPa から約 23MPa まで応力は大きく低下し、その後は緩やかに低下していることがわ

40
Averaged gasket stress [MPa]軸方向にずらして記載している。

base
cycle
additional load
additional load + cycle

35
30
25
20
15
10
5
0

図10

は運転開始直後の温度変化（昇温）時に生じたものとわかっ

1

2Time [year]

34

Gasket stress curves for flange connection

バルカー技術誌

かる。解析結果から考察した結果、初期の大きな応力低下0た。初期にガスケットクリープが顕著であることに加え、温度変化時には各部材の熱膨張、ガスケットの剛性低下の影響

F1がある。特に剛性低下によって、ガスケット厚さは小さくなり応力は大きく低下する。ガスケットひずみが大きくなることでボルp2

も同様の現象である。温度安定後はガスケットクリープによる増し締め条件の場合、増し締め後の応力低下勾配は基本条件に比べて若干大きいものの、基本条件よりも大きな応

大きな応力低下がない。基本条件に比べて低下勾配が大き

:h

ea

t

δg1

δb1
δb2

δg2
Displacement
図11

力を保持し続ける。増し締め後は温度変化がなく、ガスケット
クリープによる影響だけを受けるため、初期締付け時のような

ht

tig

ste

し、締結力が低下する。ガスケットクリープによる締結力低下
影響だけとなり、応力低下は緩やかになる。

Summer 2009

1:

Force

ep

ケットひずみが増加することで、延伸されていたボルトが収縮

st

ト締結力が低下する現象を図 11 の締結線図に示す。ガス

F2

No.17

Tightening Diagram

7. 長期特性予測

いのはガスケットクリープに応力依存性があり、応力が大きい
ほうがクリープは顕著であるためである。

2〜 6 頁において、ガスケットのシール限界応力は 2.5MPa

運転サイクル条件の場合、運転停止−再運転時に応力がであること、締結体におけるガスケット応力挙動の再現が可

大きく低下していることがわかる。運転停止時に温度が低下能であることを示した。これらを用いた長期特性予測手法にすることで各部材が熱収縮を起こす。ガスケットは高温時のよって、締結体の漏洩時期の予測が可能となる。

軟化によって大きく圧縮塑性変形している上にさら熱収縮す

図 10 の例に適用すると、基本条件、増し締め条件の場る。その際に、延伸されていたボルトは収縮するため締結力合には漏洩は生じないが、運転サイクル条件の再運転時にが低下し、ガスケット応力も大きく低下する。再運転時、再び漏洩のおそれがある結果となる。一方、運転開始一日後に加熱されることで各部材は膨張し、運転停止前よりも小さい

増し締めを行った運転サイクル条件では大幅な応力低下時値で応力挙動は安定する。また図 10 より、サイクル毎に応にも約 10MPa 程度を保持しており、漏洩のおそれはなくなる

力も低下していることもわかる。

ことがわかる。

運転サイクル + 増し締め条件の場合、運転停止時でも応このように、本長期特性予測手法をもちいることで、ガス力は約 10MPa となっており、増し締めによって ガスケット応

ケット漏洩時期の予測だけではなく、漏洩時期延長の検討も力保持が改善できている。

可能となる。ここでは増し締めの検討を行ったが、締付け力、以上の結果より、運転開始直後や運転サイクル時の温度

締結体材料、増し締め時期などの検討も可能である。
6

有限要素解析を用いたガスケット締結体の長期特性予測手法の構築

8．考察
本研究では、ガスケットを GF300、使用温度を 200℃とした

1）高木知弘，福岡俊道； 管フランジの三次元有限要素

場 合の締 結 体の長 期 特 性 予 測 手 法の構 築を行った。

解析（石綿ジョイントシートガスケットを用いた場合） 、日GF300 のような PTFE 系ガスケットは耐熱性、耐薬品性が本機械学会論文集 A 編、第 68 巻、625 号。

高い反面、応力低下が大きいという問題は周知の事実であっ

2）高木知弘、佐藤広嗣、山中幸、福岡俊道； 管フランジ

たがその現象は不明瞭であった。温度、時間の非定常状態

締結体の漏洩特性の評価 、日本機械学会論文集 Cを考慮した本研究によって、締結体の挙動を明確にしたと考編、第 71 巻、702 号。

える。この手法を用いて漏洩時期の予測を行い、ユーザーには漏洩事故の防止や効率的なメンテナンス方法の提案ができると考える。加えて、増し締め、初期締付け力の変更、締結
体材料の変更などの改善方法の推奨も行うことができる。
ここで検討した長期特性予測手法はガスケット特性評価

バルカー技術誌に数ヶ月必要であるが、数年後、数十年後の評価には実際

Summer 2009

証を行う予定である。また，他のガスケット、他の温度条件へ

3）名護典弘、高木知弘、佐藤広嗣； ガスケットの粘弾性特性とボルト締結体の軸力緩和予測
Valqua technology news No.16．
4）Atsushi Yamaguchi, Hirokazu Tsuji,；Evaluation of
creep properties of non-asbestos joint sheet
gaskets at elevated temperature byに試験を行うことに比べて簡便であると考える。また、有限要

three-dimensional viscoelasticity model, Proc.

素解析においては締結体寸法、材料、締付け力や内圧など

ASME PVP 2008 Conference．

の締結体条件の変更が容易であり、さまざまなユーザー使用
条件に対応可能であると考える。
今後、実機フランジとの比較評価を行い、予測精度の検No.1710．参考文献の適用が課題にあげられる。
なお、この手法は特許出願中である。

9．おわりに除荷過程における高温ガスケットシール特性評価試験と温度および時間に依存したガスケットの材料特性を考慮した長期的なボルト締結体の有限要素解析を行うことにより、以下の結論を得た。
・ 高温条件におけるガスケットシール性評価試験を行い、200℃条件におけるGF300ガスケットのシール限界応力は約2.5MPaであることを確認した。
・ 温度および時間を考慮した有限要素解析によってガスケット締結体のガスケット応力挙動を評価した。
・ 実験によるガスケットシール性評価、有限要素解析による
ガスケット応力挙動評価によって、ガスケット締結体の長期特性予測手法を構築した。
・ ガスケット締結体長期特性予測手法によって、漏洩時期の予測、ガスケット応力保持方法の検討手法を提案した。

謝辞
本研究を進めるにあたり、ご指導を頂いた高木知弘 准教授（京都工芸繊維大学）に感謝いたします。
75）日本バルカー工業株式会社、
ノンアス製品カタログ

技術論文

インフラートシール®
日本バルカー工業株式会社
製品開発部

上田

彰

インフラートシール ® はスライドドアやゲートなどの可動部分の隙間を有する箇所に多く用いられているシール材で、内圧を供給することにより膨張し、シール相手面に対してコンタクト
してシールする特長を有している。本稿においては、より多く

Summer 2009

1. はじめにバルカー技術誌

This technical report describes the function and the performance of our unique product that is
the InﬂateSeal. It is necessary to compress O-RING that is general seal parts to seal up the seal
object (gas and liquid with pressure). O-RING is diﬃcult to sealing up in the case with largenessthe distortion of the sealing surface, the curve of the sealing surface, and a big structure. InﬂateSeal can be used even on a three-dimensional sealing surface. And, the InﬂateSeal can be used
for gripper and lifter only as not seal parts. Our InﬂateSeal is the best for sealing up by such asituation, and we introduce this usage example and a basic performance in this report. We wish
the use of our InﬂateSeal this chance of the customer and to be trying.

接触面圧を発生させ、流体のシールを行う画期的な構造のシール材である。
（図１）
インフラートシール ® はその構造上、シール材としてだけではなく、パワーアクチュエータ、ハンドリングシステム、エアー
チャックなどにも適用が可能である。
（図２）のお客様にご使用いただけるよう、技術的な解説をする。お客様各位には本品を広くご認知して頂くと共に、今後のお客様の機器・装置設計にご活用いただければと考えている。

2. インフラートシール ® とはインフラートシール ® は補強布入りのゴム、又はゴム単体によって構成された中空状で、使用方法、使用条件、使用目的

図1

によって円形状、額縁形状のエンドレス、及び直線形状に成形したシール材である。
一般的なパッキン・ガスケット（Oリング、配管フランジガスケットなど）はシール材自体を圧縮した際に発生する反発力
でシール性を付与させるが、インフラートシール ® は中空部分に圧力を印加してシール材自体を膨張させ、印加した圧力で

図2
8

No.17

インフラートシール®

3．インフラートシール ® の特長

好なシール性能を発揮する。またシール面が圧力や動きによって変動した場合でも許容ストローク範囲内であれば追インフラートシール ® はそのユニークな機構により以下のよ随が可能である。

うな特長を有しており、従来のシール材とは異なる特性を活かして、機器・装置の設計が可能になる。
①③ クリープ耐性
圧縮タイプのガスケット、パッキンと異なり、インフラート

面圧付加機能シール ® はクリープ現象が発生せず、クリープ（圧縮永久従来のパッキンのように外力によって締め付ける（圧縮歪み）に起因するシール性能の経時変化が起こらず、する）必要が無くインフラートシール ® 自体が膨張しシール

増し締めの必要もない。

面に対して面圧を発生させることが出来る。この機能によ

4．断面構造について

り、シール材を外力で圧縮する必要が無く、シール面の隙間を保ったままで扉やシャッターを開閉させることができ、大きな駆動力や複雑な機構を不要にする。

バルカー技術誌

インフラートシール ® は内部の中空部分に圧力を供給して膨張させるシール部品である。標準品（標準断面）には①② シール面を選ばない
自らが膨張してシール面に接触する構造で変位量が大きいため、従来のシール材（Oリングなど）ではシール性能に影響が発生するようなシール面（扉やシャッターなど）に多少のうねりや凹凸（滑らかなもの）がある場合でも、良Summer 2009

表1

断面のタイプ

反転タイプ と ②膨張タイプがあり、各々の断面構造で膨張するメカニズムと特長が異なり、各々にメリットデメリットがある。
（表 1）概ね反転タイプと膨張タイプの特性は相反することが多い傾向にある。

断面構造について

反転タイプ

膨張タイプ

断面構造
（形状）

No.17

9

断面タイプ

タイプ A

タイプ B

タイプ C

タイプ D

タイプ E

タイプ F

タイプ G

断面寸法

15W×125H

20W×19H

25W×24H

35W×34H

30W×16H

50W×21H

80W×28H

クリアランス

0〜1

1〜5

5〜8

8〜12

0〜5

0〜12.5

0〜25

膨張の
メカニズム

シール中央の凹部が中空部分への供給圧力によって反転し膨張する。
膨張は両肩部分より中央の凹部の膜が転動するようにせり出す。
膨張過程では中央の凹部が残ったままシール相手面に接触する。

供給圧力によって扁平な膜が膨らみ断面が円形状に変形する。
膜の中央部（断面上部の中心）がせり出すように膨張す
る。

メリット

必要なストロークに対して幅寸法が小さくできる。
（設定する隙間寸法に対して溝及びシール材の幅方向の寸法がコンパクトになる。）

シール面の変動許容範囲が広い。
（隙間ゼロから最大までの間で変動しても使用可能である。）
膨張過程に於いてシール相手面と擦れることがない。

デメリット

隙間の変動に対しての許容範囲が狭い。
（断面寸法で使用可能な隙間が限定される。）
膨張過程に於いてシール相手面と擦れが発生する。

必要なストロークに対して幅寸法が大きくなる。
（設定する隙間寸法に対してシール材の幅及びリテーナを使用する構造であるが故に幅方向の寸法が大きくなる。）

技術論文

5. 各種性能

表2 インフラートシール®のシール試験結果（1） シール性能
インフラートシール ® のシール性能は、供給圧力によって

供給能力
MPa

発生するシール面圧に依存する。通常、標準品では供給シール可能な流体圧力（限界圧力） MPa
反転タイプ

膨張タイプ

タイプA タイプB タイプC タイプD タイプE タイプF タイプG

0.05

−

−

0.02

0.03

0.03

0.03

0.03

0.1

0.07

0.07

0.08

0.08

0.08

0.08

0.08

0.15

0.13

0.13

0.13

0.13

0.12

0.12

0.13

0.2

0.18

0.18

0.17

0.18

0.17

0.17

0.17

シール相手面の状態等）によって異なるのでご注意のこ

0.25

0.23

0.23

0.21

0.22

0.23

0.23

0.22

と。本稿ではタイプごとのシール試験結果を紹介する。

0.3

0.26

0.26

0.26

0.26

0.27

0.27

0.27

圧力とシール流体圧力の差圧が 0.05MPa 以上でシール可能であり、供給圧力の設定を、シール流体圧力の 1.5 〜
2 倍を目安とするよう推奨している。
但しシール可能最低差圧は使用条件（シール流体、シール試験条件（2） 供給圧力と膨張量の関係

試料寸法：中心径φ1200mm

インフラートシール の膨張特性は製品断面（形状・寸シール相手面：SS400 25S 仕上げ（旋盤加工面）法）、膨張方向（シール方向）などによって変化する。特に外径方向への膨張は変化度合いが大きく、平面での使用と比較して 70 〜 90% の膨張量になるため、クリアランスを流体：空気（内圧供給流体、シール流体共に）

温度

：室温

※−はシール不可の結果（発泡水塗布の方法で発泡を検知した）

表１に示す最大値から差し引いて設定するなどの対応がバルカー技術誌

シール方向 ：平面／上面®

必要である。
（シール面間隙間）を設定している。この使用可能範囲内において装置の設計を行うこと。標準品ではストローク（クインフラートシール ® は低圧領域で膨張（ストローク）がリアランス）を満足しない場合にはニーズに応じてカスタム完了し、それ以降はほぼ膨張量が増加しない。これは内部メイドにて対応が可能である。
インフラートシール 標準品の供給圧力と膨張量の関®

からなる製品構造を有しているためである。
（但しゴム単体

No.17

品、セミチューブタイプではこの限りではない。）

膨張量係を図３及び図４に示す。

圧力によって膨張する薄い膜と膜の伸びを抑制する補強布図3

Summer 2009

標準品は表 1 に示すように予め使用可能なストローク

供給圧力と膨張量の関係（反転タイプ タイプA〜D）
10

膨張量

インフラートシール®

バルカー技術誌

Summer 2009
No.17

図4

供給圧力と膨張量の関係（膨張タイプ タイプE〜G）

全面に供給圧力と同一の接触面圧が一律に発生すること（3） 接触幅と面圧の関係
インフラートシール ® は自らが膨張し、シール相手面に接はない。反転タイプでは、中央及び両肩部分に供給圧力

触することで供給圧力を伝達してシール能力を発揮する。

を超えるピーク面圧が発生し、膨張タイプでは接触面両端

即ち接触している面には供給した圧力がそのまま、若しくをピークとして比較的フラットな供給圧力程度の面圧が発は付加される形で伝播し、接触面の両端等（断面での生する。

接触面の両端等）には接触面圧の低下が起こる。また、

この結果からシールの構造としては、反転タイプは供給

実際の膨張時には形状、内部に挿入する補強布などの圧力よりも大きな接触面圧が線状に発生し、膨張タイプで影響により、接触面圧が変化する。

は大きな面で接触し、且つ面圧のピークでは供給圧力の

本稿では FEA により求めた代表タイプの供給圧力と接触面圧の関係を紹介する。下の図５に示すように、接触面
対象

圧力無供給

約 1.6 倍の接触面圧が発生してシールさせていることが分かる。

圧力供給後（膨張後）タイプB（反転タイプ）タイプF（膨張タイプ）

図511供給圧力と接触面圧の関係

技術論文（4） 供給圧力とストロークと推力（発生する力）の関係

インフラートシール ® はその構造により、膨張量の増加に

インフラートシール ® は自らが膨張し、シールする機構で伴って相手面への接触幅が減少し推力が低下する。またあることは繰り返し述べたが、この特性を利用して、パワー

当然ではあるが、供給圧力の変化に応じて推力が変化す

アクチュエータとしても使用することが可能である。使用例

る。リフト又はチャッキングを行う場合にはこの推力の変化

としては、シール板を介して Oリングなどのシール材を圧縮に注意が必要である。FEA によって求めた供給圧力によする方法や、摩擦材をリフトして回転体に摩擦させる減速る推力変化を図６に、ストロークによる推力の変化を図７にシステム、ダイレクト又は部材を介して行うワークのリフト、示す。
（代表としてタイプＦを紹介）

エアチャックなどがあり、隙間・パワー・リフト・一定圧、等のキーワードで表される装置や部位に対して、適用が可能である。

供給圧力と推力の関係

バルカー技術誌

稼働状態

Summer 2009
No.17
図6

稼働状態

供給圧力と推力の関係（タイプＦを用いた場合）ストロークと推力の関係

図7 ストロークと推力の関係（タイプＦを用いた場合）
12インフラートシール®

（5） 耐久性

この基礎（膨張／収縮繰り返し）耐久性をベースとしインフラートシール 標準品は、膨張／収縮の単純な繰て、ユーザーにて確認をいただいて寿命設定をするようおり返し耐久性（基礎耐久性）は 10 万回以上有している。

願いする。なお、この 10 万回耐久性は保証値ではない。

®

耐久性は、使用環境（温度、圧力、流体、頻度など）によって低下が起こることがあると考える。

表3

耐久性（試験結果）

タイプB

タイプF

試料寸法：中心径φ1200

試料寸法：中心径φ1200

膨張方向：平面／上面

膨張方向：平面／上面

隙間

隙間

供給試料

耐久試験条件：5mm

バルカー技術誌

雰囲気 ：空気（RT）

雰囲気 ：空気（RT）

供給圧力：空気圧 0.25MPa

供給圧力：空気圧 0.2MPa

流体圧力：圧力負荷無し

流体圧力：圧力負荷無し

サイクル ：10sec ／サイクル

サイクル ：10sec ／サイクル

結果

サイクル数

結果

新品時と変化無し

新品時と変化無し

20,000 サイクル

新品時と変化無し

新品時と変化無し

50,000 サイクル

シール面に摩擦痕が発生

新品時と変化無し

100,000 サイクル

シール面に摩擦痕が発生（スキン層に摩耗）

新品時と変化無し
若干伸び永久歪み発生（膨らむ）

270,000 サイクル

シール面の摩耗が成長、その他は異常なし（深さ 0.3mm）

10,000 サイクル

Summer 2009

耐久性

：10mm

No.17
膨張タイプではリテーナ（固定用部品）のボルトアップに

6. 設計指針

よって固定のこと。

（1） ハウジング、クリアランスの設計
インフラートシール 標準品のハウジング寸法及びクリア®

ランスは７項〔ラインアップ〕の表４に示す寸法にて設計・製作願う。標準品では満足できない仕様の場合には、個別にカスタムメイドにて対応をする。
（2） シール方向
インフラートシール ® は平面、内径、外径、斜面のいずれの方向でも膨張させて使用することが可能である。但し
外径方向への膨張での使用は膨張量の変化度合いが大きく、平面での場合の 70 〜 90% の膨張量となる。外径方向への膨張の場合は標準クリアランスの 70% 以下で設計のこと。
（3） ハウジングへの固定方法
反転タイプでは、接着剤で、溝底面へ固定して使用のこと。
13

溝、ハウジングへの固定が正しくなされない場合には脱落や飛び出しによる隙間への咬み込みなどの発生による損傷の可能性がある。
（4） 圧力供給口金
インフラートシール ® には圧力供給口金（バルブ）をシー
ル面（膨張サイド）の反対側に取り付ける。標準外として側面や端部に取り付けることも可能なので相談のこと。口金のサイズなどはカタログをご参照願う。
（5） 注意事項① クリアランス
標準品は７項〔ラインアップ〕の表４で指定するクリアランスの範囲（上、下限）を超えないように、標準外品は個別に設定する範囲を超えないように設定のこと。設定クリアランスを超えての使用はシール性能、耐久性などの機能の低下を引き起こすことがある。

技術論文② ハウジングの面取り・表面仕上げ
ハウジング、リテーナのインフラートシール ® への接触部は R1 以上の面取り（フィレット）を行うこと。
シール面及びインフラートシール ® の接触する表面は原則として Ra=1.6 〜 3.2 に仕上げること。
③

出来ない。

インフラートシール ® は断面構造で反転タイプと膨張タイ
プの 2 タイプ、断面サイズでタイプＡ〜Ｇまでの合計７サイ
能なクリアランスサイズの紹介を行う。インフラートシール ®
のラインアップはクリアランスサイズを基 本としている。
ユーザー側で設計する装置のクリアランスに応じた選定

真空吸着について一般的なシール材（パッキン）でも発生する現象ではあるが、インフラートシール ® は真空用途で使用した場合に、反転タイプでは吸着現象が発生し、供給象が起こる場合がある。この為真空での使用は、膨張タイプの使用、中空内部のバキューム機構、シール
対象物の駆動力アップなどで対処のこと。

ができる。
（2） 材質のラインアップ
インフラートシール ® は標準ゴム材質として EPDM、
CR、NBR、VMQ を準備しており、このゴム膜をポリアミド
又はアラミドの繊維（織布）で補強する。圧力供給口金材
質は SUS304 を基本とするが標準外として他の金属材質でも製作可能である。インフラートシール ® は、中空を形成するためにエンドレス加工部（継ぎ目）にゴム製の芯を挿摺動使用についてインフラートシール ® は原則として摺動使用は出来
摺動での使用を検討する場合は、別の部材を介して摺動させるなどの方法があるので別途相談のこと。

で成形された物で、本体材質に応じて当社にて設定する。
表 5 にゴム材質と補強布材質のラインアップについて紹介をする。

Summer 2009

ない。

入して製造する。このゴム製の芯は NBR、EPDM、FKM

バルカー技術誌

圧力を解放（排気）してもシール面から離脱しない現⑤（1） サイズのラインアップ

ズをラインアップしている。本稿では断面サイズと適用可

圧縮使用についてインフラートシール ® は原則として圧縮での使用が④

7. ラインアップ

No.17

表4 サイズラインアップ

断面タイプ

反転タイプ

膨張タイプ

断面形状

サイズ
タイプ A

W：15 mm

H：12.5 mm

C：0〜1.0 mm

タイプ B

W：20 mm

H：19 mm

C：1.0〜5.0 mm

タイプ C

W：25 mm

H：24 mm

C：5.0〜8.0 mm

タイプ D

W：35 mm

H：34 mm

C：8.0〜12.0 mm

タイプ E

W：30 mm

H：16 mm

C：0〜5.0 mm

タイプ F

W：50 mm

H：21 mm

C：0〜12.5 mm

タイプ G

W：80 mm

H：28 mm

C：0〜25.0 mm

14インフラートシール®

表5

ゴム材質
材料記号

EPDM
H0060

CR
J0060

NBR
B0060

VMQ
E1460

ポリアミド

アラミド

使用可能温度範囲

−10〜
150℃

−25〜
100℃

−20〜
80℃

−40〜
200℃

−40〜
100℃

−40〜
200℃

引き裂き抵抗

○

◎

○

×

伸張性

◎

◎

○

△

耐油性

×

○

◎

○

耐燃料油性

×

△

○

×

耐候性

◎

◎

×

◎

耐オゾン性

◎

○

×

◎

耐放射線性

○

○

○

△

耐酸性

○

△

△

×

耐アルカリ性

◎

○

△

△

耐水蒸気性

◎

×

×

△

特長
耐性

バルカー技術誌

Summer 2009

8. おわりに
本稿では当社のインフラートシール ® 標準品の紹介を行なった。本品は言わば、 知る人ぞ知る メジャーではない
シール部品ではあるが、本稿により、広く認知いただき、同時に本品がユーザー各位のお役に立てば幸いである。

No.17

15

材質ラインアップ技術論文

高周波アンテナ用の低誘電体開発
日本バルカー工業株式会社
製品開発部

祝

誠一郎

キーワード：誘電率

誘電正接

バルカー技術誌

Recently there are demands of large-capacity transmission at wireless communications.Higher frequency
wave is used for wireless communications equipments. The low dielectric properties are required to anantenna material.
The developed antenna material is composed of a thermoplastic resin of non-polarity and has excellent dielectric characteristics e.g. dielectric constant is 2.3 and dielectric loss tangent is 0.0009(3GHz). The material is
expected for use as high frequency antenna.
高周波 アンテナ
キシ樹脂をベースとしガラスクロスなどの基材で補強したものに、銅箔を貼付した銅張積層板（FR-4、紙フェノールなど）

近年の情報通信分野において、情報の多様化に伴う無が使用されている。これらは安価で耐熱性や機械強度に優

線機器の増加、または取り扱われる情報量の増加のためにれているが、誘電特性が高く、高周波帯域での無線機器等

チャンネル数が増加している。それに伴う無線情報通信に使への対応は難しくなってきており、現在は様々な低誘電の材用する電波の高周波化も進行している。そのために情報通料が開発されている状況である１）。

信に使用される通信部材も高周波化への対応が要求され、低誘電特性を示す樹脂材料としては PTFE( ポリテトラフ

通信時の情報伝達における伝送損失を小さくすることが重ルオロエチレン ) を代表とするフッ素樹脂や、ポリエチレン、ポ要になってきている。

リプロピレンなどのポリオレフィン系の熱可塑系の樹脂材料が無線通信において発信された電波が熱変換されることであげられ、寸法安定性や機械的強度の面よりガラスクロスな発生する伝送損失は式 1 によって表される 。損失量は誘どによる補強した銅張積層板がアンテナや回路材料として使１）

電率、誘電正接の積として表されるため、低損失通信の実
現には低誘電特性を示すアンテナ材料が必要となってくる。
特に高周波領域での伝送信号は、より熱に変わりやすい特徴をもっているため、より低誘電特性を示す材料を用いるのが好ましい。

式1

伝送損失の計算式 ⇒ α＝K×ｆ×√εｒ×tanδ
α ： 誘電体の伝送損失
K ： 比例定数

f

： 周波数

ε
ｒ ： 比誘電率tanδ ： 誘電正接

図 1 に各種誘電材料の誘電率と誘電正接の関係を示す。
一般的に使用されている誘電体にはフェノール樹脂やエポ

図1

各種誘電体の誘電特性（1MHz）
16

Summer 2009

1. はじめに

No.17

高周波アンテナ用の低誘電体開発

用されている。またポリフェニレンエーテルや液晶ポリマーな
どの材料も高周波用途の回路材料として使用されつつある。

3. 誘電特性の周波数依存性
アンテナ設計には誘電体部の誘電率、誘電正接が重要で

2. 低誘電体（開発品）の紹介

あることは 1 項において式１により説明した。しかし樹脂材料

本稿では当社の開発した品である低誘電材料について、誘電率、誘電正接の測定を中心に報告する。

には周波数によって誘電特性が変化するものが多い。ここでは高周波域での誘電率、誘電正接を測定した。空洞共振器法により3 〜６０GHz における誘電特性の測定を行った。

２−１） 構成3−１） 測定方法

誘電体の構成を図２に示す。本開発品は図１に示す低誘電樹脂をベースとしガラスクロスにて補強したシートに、両面に熱融着により張り合わせた銅箔から構成される。ここで使・測定周波数

3、
6、
9、
12、
24、
33、
60GHz

・測定方法

JIS

（空洞共振器法）

用される低誘電樹脂は耐熱性を有する熱可塑系のものであ

バルカー技術誌

Summer 2009
No.17

R1641（3、
6、
9、
12、
24、
33 GHz）

JIS R1660-1（60GHz のみ）り、誘電特性は低く、軽量である特徴を有す。

（空洞共振器法）
・測定装置

ネットワークアナライザー E8361A（アジレントテクノロジー製）[図3]

図2

低誘電体
（開発品）
の構成

２−2） 一般特性
一般特性を表１に示す。構成する樹脂の特性により、誘電特性、電気特性に関して非常に良好な数値を示し、吸水率も低く抑えられている。かつ軽量であることが特徴である。ま

図3 ネットワークアナライザー

た手半田による加工が可能なため、アンテナのようにリフロー工程のない加工には対応可能である。
3−2） 測定結果
表1

測定した誘電率を図４に、誘電正接を図５に示す。誘電

低誘電体
（開発品）
の一般特性表
測定条件

測定値

特性は高い周波数においても低く安定していることが確認さ2.26れた。このことより本開発品は広い周波数において誘電特性

試験項目

処理条件

単位

誘電率

A

−

誘電正接

A

−

体積抵抗率

A

MΩ・cm

500V

＜1×10

表面抵抗率

A

MΩ

500V

＜1×109

耐薬品性

40℃ 3min−

3%NaOH

異常なし

吸水率E-24/50+D-24/23

％

熱膨張係数

A

/℃

比重

A

−

0.90

はんだ耐熱性A−

235℃：120s

3GHzの変化が少なく、アンテナなどの設計において、広い周波数

0.00099域で低誘電材料としての使用が可能であると考えられる。

＜0.02
Z方向

1.24×10-4

処理条件の表示

C-96/20/65…処理の種類（方法）-処理の時間(hr)/処理の種類

A：受理のままの状態

処理の温度
（℃）
/処理の相対湿度(%)
D：恒温の水中での浸漬処理

E：恒温の空気中での処理※上表の値は実測値より導き出した参考値で保証値ではありません。

17

図4

開発品の周波数別誘電率

技術論文

図5

開発品の周波数別誘電正接

図7

誘電正接温度依存特性4−2） 測定結果測定した誘電率を図６に、誘電正接を図７に示す。120℃

4. 誘電特性の温度依存性の温度範囲の中でも誘電率、誘電正接がほぼ安定している

誘電体の用いられる環境の温度変化により、誘電特性の変化することは回路、アンテナ性能に大きな影響を与えると考えられ、大きな変化がないことが好ましいため、誘電体のた。

5. マイクロストリップラインによる誘電体評価

誘電特性の温度依存性を測定した。

バルカー技術誌

ため、実用上温度変化による影響は少ないことが確認され

誘電体の電気特性の評価方法の一つとして、マイクロスト

４−１） 測定方法

リップラインによる伝送損失の特性測定があげられる。マイク

温恒湿内に設置することで行った。測定は−40℃より10℃刻

ロストリップラインは誘電体の誘電特性、形状より設計されたみで行い、80℃まで測定を行った。また 80℃より−40℃まで降導体線路を形成したものであり、評価内容は線路間を流れる

温させ、同様に 10℃刻みで測定した。なお測定温度は誘電信号の減衰（伝送損失）の測定である。

体自体の温度を示す。

5−１） 測定方法

・測定方法

JIS

R1641（空洞共振器法）

・測定周波数

1〜12GHz・測定装置

ネットワークアナライザー E8361A

・測定方法

マイクロストリップライン法による（アジレントテクノロジー製）

・測定装置

ネットワークアナライザー E8361A

恒温恒湿槽

治具

（ナガノサイエンス製）
・測定周波数

9GHz・昇温速度、降温速度

15℃／h

・測定温度

−40℃ → 80℃ → −40℃

No.17

（アジレントテクノロジー製）

LH43 ‒13P

GK-HL10 （YOKOWO DS製）

5−2） 測定サンプル
マイクロストリップ線路サンプルを、図８、式２に示す計算式に基づき設計した２）。本測定ではインピーダンスを 50Ωに調整し、線路長を７５ｍｍとする。
比較対象としてフッ素基板（ε： 2.3、tanδ： 0.0013）を用いた。

図8 マイクロストリップライン
設計用図面【マイクロストリップラインの設計計算式】
W/h ≧ 1 のとき
図6

誘電率温度依存特性

Summer 2009

測定条件を下記に示す。測定はサンプルを共振器ごと恒Z0 =（87/√εr+1.414）In（5.98h/0.8W+t）
・
・
・ 式2
18

高周波アンテナ用の低誘電体開発5−3） 測定結果

ナ設計式（図１１、式３）により、パッチアンテナを設計した（図１〜１２GHｚにおける伝送利得（Ｓ21）の測定チャートを、

１２）。

図９（開発品）、図１０（フッ素基板）に示す。当社誘電体はまた設計したアンテナの形状に合わせ、フッ素基板を用い比較対象としたフッ素基板と同様、伝送利得が少ない材料て、同様にパッチアンテナサンプルを作成し , 比較対象としてであることが示された。6GHz 以上の周波数帯ではフッ素基測定を行った。

板に比べても損失が少なく、特に１１GHｚではフッ素基板が約 4ｄB の損失を示すのに比べ当社誘電体は約 3ｄBと低い数値を示していることがわかる。このことより当社誘電体は伝送特性の良好な材料であることが確認された。

図11 パッチアンテナの設計図面

図12 パッチアンテナサンプル
左：開発品 右：フッ素基板

バルカー技術誌【パッチアンテナ設計計算式】
W/h ≧ 1 のとき
εrel = (εr + 1) / 2 +｛(εr - 1) / 2｝
｛1/√
（1+12ｈ/W））｝
L

Summer 2009

図9=

W ＝ 1 /εrel ・ λ / ２

・
・
・ 式3

（εrel：実効誘電率）

開発品の伝送利得6−2） 放射特性測定条件
測定は図１３、１４に示す二方向について行った。また測定は電波暗室を用い、図１５に示す環境により行った。

No.17

図10 フッ素基板の伝送利得
図13放射パターン測定方向（XY方向）

図14

放射パターン測定方向（XZ方向）

6. パッチアンテナによる放射特性評価
誘電体の電気特性の評価方法の一つとして、バッチアン
テナによる放射特性測定があげられる３）４）５）。マイクロストリッ
プラインとは異なり、線路幅を広げることで、電波の放射を行い、その放射効率を計測する評価法である。当社誘電体よりパッチアンテナを作成し、放射特性の評価を行った。
6−１） パッチアンテナの設計
パッチアンテナの 設 計 の た め、5GHz 近 辺 におけるVSWR( 電圧定在波比 ) の測定を行ない、共振周波数を求めた。共振周波数は 4.775GHz であったため、パッチアンテ
19

図15

放射パターン測定系

技術論文6−3） 測定結果
当社誘電体及びフッ素基板の測定結果を図１６〜１９に示す。図 1６と図１７の放射パターンを比較すると、当社誘電体の放射パターンはフッ素基板同様、電波放射特性が優れていることが確認された。また当社誘電体の放射利得はフッ素
基板に対して約 1ｄB 大きく、電波を熱変換しにくい材料であることが言える。また XY 方向と XZ 方向においてほとんど差異が見られないために、当社誘電体はフッ素系基板同様

7. まとめ当社開発品は低誘電特性、低吸水性及び軽量を特徴とする誘電体である。また周波数及び温度による誘電特性への影響が少ないため、高周波特性に優れた材料である｡そのため広い帯域でのロスの少ないアンテナ材料としての利用が期待できる。

指向性の少なく、アンテナ用途としては良好な材料であることがわかる。

xy4670測定周波数：4.670GHz
最大利得：6.6dBi
平均利得：0.5dBi

当社開発品

制作範囲

厚さ0.26〜3.0mm

8. 参考文献

図16

開発品測定結果（XY方向）

図17 フッ素基板測定結果（XY方向）

２） 市川裕一

青木勝

工業調査会

GHz 時代の高周波回路設計

CQ 出版社
３） 根日屋英之、小川真紀 ユビキタス時代のアンテナ設計

xz4775測定周波数：4.775GHz
最大利得：7.8dBi
平均利得：1.5dBi

図18

開発品測定結果（XZ方向）

xz4670測定周波数：4.670GHz
最大利得：6.6dBi
平均利得：0.4dBi

Summer 2009

１） 図解 プリント配線板材料最前線

バルカー技術誌

xy4775測定周波数：4.775GHz
最大利得：7.9dBi
平均利得：1.7dBi

東京電機大学出版局
４） 後藤尚久

図説・アンテナ 電子情報通信学会

No.17５） アンテナ・ハンドブック CQ 出版社

図19 フッ素基板測定結果（XZ方向）

20

重合性モノマーライン用ガスケット

重合性モノマーライン用ガスケット
日本バルカー工業株式会社
シール事業部
製品開発部

The seat gasket might be destroyed because of the cubical expansion of infiltrated fluid by the polymerization if the service fluid is a monomer fluid under polymeric environment.
Now then, we developed the seat gasket installed a grommet to prevent the fluid infiltration in the inside diameter section to deal with this problem.

バルカー技術誌

Summer 2009
No.17

秋山
聡
山邊 雅之

1. はじめに重合環境下のモノマー流体にシートガスケットを使用した
場合、流体がガスケット内部に浸透し、重合することで体積膨張を起こし、ガスケットが破壊してしまう現象（以下、花咲現象。図 1 参照）が起こることがある。
そのため、重合環境下のモノマー流体に対しては、浸透しにくい、また、浸透、重合しても破壊しにくい内外輪付うず巻形ガスケットやメタルガスケットの使用を推奨しているのが現状であるが、フランジ強度や取扱性の面から、シートガスケッ

図1

花咲現象の例

トでの対応が望まれる。
今般、ガスケットの内径断面に金属材を被覆し（以下、グロメット）、ガスケット内部に流体が浸透することを防止した
シートガスケットを開発したので紹介する。

2. 構成
▼中芯
No.SF300（耐熱性、耐薬品性に優れ、白色シートである
No.SF300 を母材とした。
なお、No.SF300 以外も製作可能である。
別途問い合わせのこと）▼グロメットSUS316L
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図2

製品外観

製品の紹介3. 標準寸法
厚さ：1.5mm、3.0mm
内径：φ24 〜φ600mm （別途寸法表あり。大口径品は別途問い合わせのこと）

4. 設計指針
下記の設計指針はすべて母材シートガスケットと同様の値を適用できる。
▼推奨締付面圧
流体

推奨締付面圧（MPa）

液

体

25.5

ガ

ス

35

締付面圧は、内部流体によるオープニングフォースを考慮しない
一般的条件で必要な面圧である。
中芯材が No.SF300 以外の時は別途問い合わせのこと。

バルカー技術誌▼使用可能範囲
温度（℃）

圧力（MPa）−200 〜 300

3.5

温度と圧力区分は、それぞれ個別の使用限界を示す。
流体区分、温度により最高圧力が異なる。
ただし、中芯は No.SF300、グロメットは SUS316L の場合。

▼推奨締付面圧
ガスケット係数 m

最小設計締付圧力 y（N/mm2）

3.0

2.00

11.0

1.5

2.75

25.5

m、y 値は JIS B 8265 付属書 3 に定める石綿ジョイントシートの値が適用できる。

5. 特性データ

No.17▼常温シール性能● No.SF300＋グロメットを浸透する漏洩量を測定したものである。浸透漏洩が小さいほどモノマー流体のガスケッ
トへの浸透が小さくなるため、内部での重合が起こりにくく花咲現象を抑制できると考えられるが、グロメットを施すことにより浸透漏洩は漏洩量（Pa・m3/s）

以下にシール性能を示す。これはガスケット
表面にのみペーストを塗布し、ガスケット内部

Summer 2009

厚さ（mm）○ No.SF300 のみ
寸法：JIS 20K 50A

流体：ヘリウムガス

内圧：1MPa

ペースト：表面にニューバルフロンペースト

1/10 〜 1/100 に抑えられており、花咲現象

を塗布のリスクは 1/10 〜 1/100 になると考えられる。
面圧（MPa）
図3

常温シール試験結果

6. おわりに
今回紹介した製品で、ガスケット内部への流体の浸透を防止したことにより、花咲現象の問題が解消できるものと期待している。こ
れまでにご試用いただいたユーザー様から、効果ありとのご報告もいただいている。花咲現象の問題を抱えるユーザー各位において、本製品をご評価・ご使用いただければ幸いである。
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VALQUA TECHNOLOGY NEWS夏号 No.17
Summer 2009
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発行日・・・2009年7月10日
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