2020年

バルカー技術誌
No.38 Winter 2020

● ご挨拶・
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・1
代表取締役会長ＣＥＯ 瀧澤利一● バルカーテクノロジーニュース 冬号発刊にあたって・・・・・2
取締役CTO● 技術論文青木睦郎

ボルト締付け方法が大口径管フランジ締結体の密封特性に及ぼす影響について・
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・3

● 技術論文グランドパッキンの圧縮方法によるシール性への影響評価・
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・10

● 技術論文

セミメタリックガスケットの性能比較及びカンプロファイルガスケットシリーズの紹介・
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・14

● 製品の紹介

急速開閉形シリンダバルブの紹介・
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・18

● 製品の紹介

タンク洗浄用スプレーボール®の開発・
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・21

● テクノロジーニュース 直近のバックナンバー・
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ご挨拶
株式会社バルカー代表取締役会長 CEO

瀧澤利一

令和2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5月1日から新しい時代「令和」が始まりました。
初めての令和の新年は、米中関係悪化や新型ウイルスの影響などが市況に反映し世界景気が減速する懸念
バルカー技術誌が増大する中、我が国においても消費増税による内需の減退や自然災害の爪痕の残る中で迎えることになりました。今後は、落ち込みを続けてきた半導体需要や自動車販売などに底打ち反転の兆しもあるとは言え、昨今の事業環境は恒常的に激しい変化にさらされております。このような、変化の激しい事業環境を企業が勝ち抜いていくためには、市場の課題に対するソリューションを迅速に提供していくことを可能とすることが重要となってまいります。

Winter 2020

当社グループも、昨年を新生バルカー元年と位置付け、H&Sカンパニーとして飛躍するための強い決意のもとに、ハードオンリーからサービスを含めた顧客価値の創造を追求するマインドセットとビジネスモデルの構築を目指す企業へと脱皮出来るように、自らを変革していく強固な覚悟を持ち事業に取り組んでまいりました。その中で昨年は、そのような当社の決意を明確に内外へと発信するために新たな経営体制の構築も行い、当社の社名の由来でもあります「Value（価値）」と「Quality（品質）」に対する徹底的なこだわりの下、グローバル市場がNo.38必要とする足元から未来に起こりうる様々な課題へのソリューションを提供していくために、イノベーションの創造に注力し顧客の皆さまに対して新たな価値を持つ製品とサービスを提供するための体制強化に努めてまいりました。
このような背景の下、当社は2018年度よりスタートした第8次中期経 営計画「New Valqua Stage Eight（NV・S8）」を2019年度において終了させ、2020年度より新たな中期経営計画の下で創業100周年に向けた事
業成長を実現する活動を新たに構築していく決断をいたしました。この新たな中期計画においては、
H&Sコンセプトを基軸として更にイノベーティブな活動を実行することにより、世界市場での課題に寄り添ったソリューション
を顧客の皆さまに提供してまいる所存です。当社にとって基本的な課題である、「安心・安全」をシールエンジ
ニアリング・サービスにより顧客の皆さまに提供することに加えて、喫緊のグローバルな課題である環境負荷問題に対しても、当社が提供出来る技術解により広義の持続可能性に関する課題解決へ取り組むことで、国連による国際的な開発目標であるSDGs（Sustainable Development Goals）にも即した多様な社会における健全で持続的な成長に貢献していくことも考えてまいる所存です。
夏に東京五輪が予定される本年は、当社にとっては変革元年となる新しい令和の時代にふさわしい幕開けとなりました。本年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、読者の皆さまの更なる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バルカーテクノロジーニュース
冬号発刊にあたって謹んで令和2年新春のお慶びを申し上げます。皆さまには日頃からValqua Technology Newsをご愛読いた
だき、心より感謝申し上げます。
令和の時代を迎えて、企業の成長に向けてイノベーションが果たす役割に対しては関心と期待が非常に高まっております。IoTやAIなどの技術革新がもたらす変化は、単一の製品技術開発によるソリューションが他されることが求められるように変遷しつつあります。また、その変化を後押しする技術開発では、効率化とス
ピードを追求した成果を創出することが必要不可欠であり、グローバルに展開する多種多様な技術開発活動
が有機的に結びつく技術開発のエコシステム構築が、産官民の組織を巻き込んだオープンイノベーションというキーワードの下で鋭意実行されております。

計画NV･S8の中では様々な取り組みを行ってまいりました。特に、昨年度は産業技術総合研究所内にバルカー
産総研先端材料技術研究所を開設するとともに、シリコンバレーなどのStart Ups企業から発信される技術を活用する仕組み作りを推進してまいりました。本年度から開始される新たな中期経営計画の中においても、こWinter 2020

そのような潮流の中で、当社も時代の流れに乗り遅れることが無いように、2018年より開始された中期事業

バルカー技術誌の技術解と結びつき、複合化あるいは多様化された新たな付加価値を持った製品やサービスが市場へ提供

れらの新たな技術解を活用し、当社は創業以来蓄積されたシーリング技術、ふっ素樹脂をはじめとする樹脂の加工技術といったコア技術領域に、先端新素材、センシング技術、IoTやAI技術といった新たな技術要素を組み込み、顧客が真に求めるソリューションをハード製品からサービスまでを包含する領域に対しH&S商品として提供する技術開発活動を強化しております。更に、先端的技術ソリューションを高品質な商品として市場へ提供するため、生産技術革新に対してもRPAの導入なども視野に入れた活動の展開を推進しております。
このような背景の下、今号のテクノロジーニュースでは当社が推進する次世代技術の導入を見据え、先ずは
そのベースとなるべきシールエンジニアリングのコア技術に焦点を当てて、当社の技術を紹介する論文、そしてコア製品の紹介という構成といたしました。技術論文につきましては、大口径フランジ締結体で締付け方法
が密封特性などに与える影響の解析、グランドパッキンの締付けによる圧縮挙動に対する考察、セミメタリッ
クガスケットの性能評価を取り上げ、読者の皆さまがプラントの安心安全のためご参考にいただける技術レビューとして構成いたしました。また、製品紹介は、有用性が市場で再認識されている急速開閉シリンダーバ
ルブ、新たに開発された洗浄用スプレーボールを取り上げ、顧客の皆さまにとって今後の製品選定に対して有用な情報を提供させていただいております。
本年も、これまでと同様にこのバルカーテクノロジーニュースを引き続きご愛顧いただけますようお願い申し上げます。
取締役 CTO

青木

睦郎
2

No.38

ボルト締付け方法が大口径管フランジ締結体の密封特性に及ぼす影響について

バルカー技術誌

Winter 2020
No.38

1. はじめにとを明らかにしている8）。しかしASME PCC-16）でもいくつか

ガスケット付き管フランジ締結体は様々な産業の圧力容器が締結体の密封特性に及ぼす影響は検討されていない。

のボルト締付け方法が示されているが、これらの締付け方法

や配管締結部に多数使用されている。締結部の密封特性

本 報 ではASMEクラス300 24インチ 締 結 体を用 い、は、ガスケット特性だけでなくガスケットを圧縮するボルトの締ASME PCC-16）に新たに加えられたAlternative #1、#2、

結方法も影響することが知られている。高圧ガス保安協会に#3も合わせた締付け方法がボルト軸力のばらつき，密封特よると1）、ガスケット締結部からの漏えい事故の約 67%はボル性、ボルト締付け時間及びレンチ移動距離に及ぼす影響をト締付け不良によるものと報告されている。締付け不良の要検討することを目的としている。ここでは対象ガスケットを当社因の一つとして、ボルト締付けの際に生じる弾性相互作用が製品の高機能ガスケットNo.GF300 及び膨張黒鉛フィラーう

挙げられる。多数のボルトを締結する際に相互に影響する

ず巻形ガスケットNo.6596Vとする。

現象であり、各ボルト軸力が目標ボルト軸力より低下し、更に個々のボルト軸力がばらつく。この結果、適切なボルト軸力を発生させられないため、密封に必要なガスケット圧縮力が得られず漏れが生じることがある。この弾性相互作用の影響を

2. 試験方法
2-1）試験装置ゼロにすることは困難であり、締付け周回数を多くする、あるFigure1は本研究で用いたガスケット付き管フランジ締結

いはボルトを対角で締め付けるなど、その影響を低減するた体である。寸法はASME規格の中で最大呼び径である24イ

めの対策が行われている。しかしながら、いずれも経験に基ンチとし、圧力レートはクラス300、形状はW/N、座はRF、づいたものであり、十分な技術的検討がなされているとは言

材質はSUS304である。管の有無によってフランジ締結体の

い難い

2）〜5）

。

このような背景のもとで、近年では適切なボルト軸力を達成するためのボルト締付け方法が各規格で提案されている。

力学的挙動が変わることが知られており、本研究では約800mmの管を有した装置を用いることで実機に近い条件での検討を行う。

米国ではASME PCC-16）Guidelines for Pressure Boundary

ボルトはSNB7 製とし、呼び寸法 M39の六角ボルトを24 本

Bolted Flange Joint Assembly が 2000 年 に 提 案 され、用いている。各ボルト胴部には2 枚のひずみゲージを貼り付

2013 年及び 2019 年には改定されている。日本ではJIS B

けており、全てのボルトの軸力が測定出来るようにしている。

22517）“フランジ継手締付け方法”
が 2008 年に発行され、なお、各ボルトのひずみゲージは予め校正されており、ボル2018 年には中国で“フランジ方法取付技術仕様書”
も公表さ

ト、ナットのねじ部及び座面には二硫化モリブデンを塗布してれている。しかしながら、これら規格で指標とされているのはいる。

最終のボルト軸力であり、実際に必要な締結体の密封特性については扱われていない。
前報のValqua Technology News Vol.37ではASME ク
ラス150 4インチの小口径とASME クラス300 24インチの大口径管フランジ締結体を用いASME PCC-16）とJIS B 22517）の締付け方法が密封特性に及ぼす影響を検討評価し、いずれも十分な密封特性を発揮する為に適切な方法であるこ3

試験ガスはヘリウムガスを用い、内圧は 2MPaとしている。
締結体の漏れ量は圧力降下法で測定した。圧力計で圧力変化を測定し、次の式（1）により算出する。
MV
T1
L=1atm×ρtRT c P1− T P 2 （1）
1
2

（

）

技術論文

ここでは
L：ガスケットの外周あたりの漏れ量、［Pa·m3/（s·m）］
M：モル質量、［mg/mol］
V：管フランジ締結体の内容積、［ml］
ρ：試験気体密度、［mg/ml］
t：測定時間、［s］
R：気体定数（=8.314）［、J/mol·k］
T1：試験開始時の絶対温度、［K］
T2：試験終了時の絶対温度、［K］
P1：試験開始時の絶対内圧、［MPa］
P2：試験終了時の絶対内圧、［MPa］

Figure 2

c：ガスケットの接触外径周長、［m］

Table1 目標トルク、目標ボルト軸力及びガスケット面圧
フランジ締結体寸法

Class300 24B
No.6596V

No.GF300

ボルト締付けはトルクを指標にトルクレンチを用いて行う。目標

推奨締付け面圧［MPa］

5035

目標ガスケット応力［MPa］

40

25

ガスケット面圧をガスケットNo.6596Vでは40MPa、ガスケット

目標ボルト軸力［kN］

98.4

85.6

No.GF300では25MPaとし、以下の式（2）から目標トルク値 T

目標トルク
［N·m］

520

451

を決定した。Table1は目標ガスケット応力とトルクを示している。
σg
T＝K N Agd （2）ここでは2-2）使用ガスケット
本研究に用いるガスケット寸法は、No.GF300ではφ612×

T：トルク、［N・m］

φ772×t 3.0、No.6596Vで は φ603.2×φ628.6×φ685.8×

K：トルク係数、（=0.135）

φ 717.6×t 4.5である。いずれもASMEクラス300 24インチの

σg：目標ガスケット応力、［MPa］

径寸法である。

Ag：ガスケット接触面積、［mm2］
N：ボルト数、［本］
d：ボルト呼び径、
［m］

No.38

3. 締付け方法
本研究では7 種類のボルト締付け方法により締結体のボル実験では締付け周回毎にボルト軸力とフランジ隙間を測定する。

ト軸力のばらつき、密封特性及び締付け時間の比較を行った。Table2は各締付け方法を示し、以下に各締付け方法の概略を述べる。
3-1）JIS B 2251 による締付け方法 7）
JIS B 2251 フランジ継手締付け方法 7）では、4b）項に「フランジボルト本数が 12 本以上の場合は、指定された締付けトル
クの110%を目標締付けトルクとする。
」と述べられており、本研究では目標トルクを100%に加えて110%とした場合も測定及び検討する。5.3b）4）項には「うず巻形ガスケットを用いる場
合は、ガスケット幅が狭いので片締めが生じやすく、これを防止するために仮締付けの最後に、すべてのボルトに対し、締付けトルクを目標締付けトルクの50%として、時計回り又は反Figure1

実験に用いたASME クラス300 24インチ管
フランジ締結体装置の写真

Winter 2020

ガスケット

Figure2は管フランジ締結体の締付け作業の写真を示し、バルカー技術誌

atm：標準気圧（=0.101325）［、MPa］

締付け作業の写真

時計回りの締付け手順によって1 周の締付けを行う」と記述されているため、うず巻形ガスケットNo.6596Vとシートガスケット
4ボルト締付け方法が大口径管フランジ締結体の密封特性に及ぼす影響について

No.GF300では締付け方法が異なる。また、JIS B 22517）で用されている締付け方法であるが、多くの時間を要するといは場合によっては増締めを提案されており、本研究でも増締う課題が指摘されている。
Alternative #1 及び #2はStep1とStep2では4 本ずつ異めを実施した。
7）なるボルトに対して段階的にトルクを上げることで序盤のステッ

JIS B 2251による締付け方法 の大きな特徴は、4 本だけ

プにおいて締結ボルト本数を低減する方法である。

（ボルト本数が 24 本以下の場合）を先に仮締めし、本締めでAlternative #3はJIS B 22517）と同様に4 本だけを仮締め

は全てのボルトを周回締めすることである。本締めは単純な周回締めであるため、時間短縮と締忘れなどのミス防止が期した後に周回締めという単純な締付け方法となっている。
ASME PCC-16）の4 種類の締付け方法の最終ステップは、

待出来る。

いずれも
「ナットが回らなくなるまで」とされており、Table2に記3-2）ASME PCC-1 による締付け方法
6）

6）

載されている締付け周回数は本実験でナットが回らなくなっ

7）

た周回数の結果である。

ASME PCC-1 ではJIS B 2251 とは異なりガスケット種類
によって締付け方法が変わることはない。本研究では従来か

バルカー技術誌

3-3）3 Rounds 締付け方法

ら提案されているLegacy、及び 2013 年から新たに加えられ

JIS B 2251 及び ASME PCC-1の締付け方法に加えて、たAlternative #1、#2、#3を対象としている。

段階的に対角締めを3 周する簡便な方法も検討する。

Legacyは全てのボルトを対角締めする方法で、最も広く採Table2
目標トルク

本研究で用いたボルト締付け方法

ガスケット

Winter 2020

No.6596V
JIS B 2251 110%

110%
No.GF300

No.38

No.6596V
JIS B 2251 100%

100%
No.GF300

ASME
Legacy

5

100%

ASME
Alt.#1

100%

ASME
Alt.#2

100%

ASME
Alt.#3100%

3rounds100%

No.6596V
No.GF300

No.6596V
No.GF300

No.6596V
No.GF300

No.6596V
No.GF300

No.6596V
No.GF300

Step 1

Step 2

Step 3

Step 4

ボルト数

4

24

24

24

締付け周回数

4

1

6

2
周回

順序

対角

周回

周回

ボルト数

4

24

24

締付け周回数

4

6

2

順序

対角

周回

周回

ボルト数

4

24

24

24

締付け周回数

4

1

6

2
周回

順序

対角

周回

周回

ボルト数

4

24

24

締付け周回数

4

6

2

順序

対角

周回

周回

ボルト数

24

24

24

締付け周回数

3

3

3

─

計
232
bolts

208
bolts

232
bolts

─

208
bolts

─

216
bolts

順序

対角

周回

周回

ボルト数

4

16

24

24

締付け周回数

2

1

1

3

順序

対角

対角

対角

周回

ボルト数

4

16

24

24

締付け周回数

2

1

1

3

対角

周回

─

─

108
bolts

─

─

72
bolts

順序

対角

対角

ボルト数

4

24

締付け周回数

3

4

順序

対角

周回

ボルト数

24

締付け周回数

3

順序

対角

─

120
bolts

120
bolts

技術論文

4. 実験結果
4-1）フランジ面間隙間分布

Figure6 及びFigure7はガスケットをNo.6596Vとした場合のそれぞれ最終ボルト軸力分布及び軸力のばらつき結果を示している。No.GF300の場合と同様に3 Rounds 方法でば

Figure3は7 種類の方法で締め付けた場合のフランジ面

らつきが著しく、3 本に1 本はボルト軸力がゼロであった。

間 隙 間 分 布を示している。 組み込んだガスケットが No.

Figure7において、Qの値はJIS110％でQ=1.47となり一番

GF300の結果は実線、No.6596Vの結果は破線で示されて小さい値を示している。さらにQの値は No.6596Vの締付けいる。ガスケットが No.GF300の場合、締付け方法の影響はの方が No.GF300の締付けより大きいことを示している。

軽微であった。一方でNo.6596Vの場合、JIS B 22517）とASME PCC-16）の規格に基づく方法ではほぼ同様の結果が得られたが、3rounds 方法では少し隙間が大きく、圧縮量が小さいという結果であった。

バルカー技術誌

Winter 2020
No.38
Figure4 ボルト軸力分布（No.GF300）

Figure3 フランジ面間隙間分布

4-2）ボルト軸力分布
Figure4 及びFigure5はガスケットをNo.GF300とした場合のそれぞれ最終ボルト軸力分布及び軸力のばらつきを示している。いずれの締付け方法でも弾性相互作用によって軸力のばらつきが見られる。特に3 Rounds 方法ではばらつきが大きく、締付け係数 Q（=Fmax/Fmin）
は2.62であった。最小ボルト軸力Fminについては弾性相互作用の影響により全て

Figure5 ボルト軸力のばらつき（No.GF300）の締付け方法で目標ボルト軸力85.6kNを達成出来なかった。
これによると、JIS110％（Table2）でQの値は1.31であり、Alt#3の場合が Q=1.33となり一番小さい値を示している。
6

ボルト締付け方法が大口径管フランジ締結体の密封特性に及ぼす影響について

ジ締結体においては、一部でもボルト軸力が低い場合はその付近のガスケット接触面から漏れが生じやすくなると考えられる。密封特性向上のためには最小ボルト軸力を出来るだ
け大きくすることが重要であることが示されている。

バルカー技術誌

Figure8Winter 2020

Figure6 ボルト軸力分布（No.6596V）

密封特性

4-4）
レンチの移動距離
Figure9は6 種類の締付け方法における締結時のレンチの移動距離を示す。移動距離はボルト穴間の直線距離ではなく、円周に沿った最短距離で計算している。JIS B 2251
及 び ASME Alt#3は 比 較 的 移 動 距 離 が 短 か った。
3 Rounds 方法は締結ボルト数が最も少ないにもかかわらず移動距離が長かった。周回締めが多い締付け方法では移No.38

動距離が短くなり、対角締めが多い締付け方法では移動距
離が長くなる傾向と言える。

Figure7 ボルト軸力のばらつき（No.6596V）

4-3）密封特性
Figure8は各方法で締め付けた管フランジ締結体の漏れ量の測定結果を示している。いずれの締付け方法でもガスケットが No.GF300の場合の締結体の方が、No.6596Vの場
合の締結体よりも漏れ量が小さかった。また、同図には24 本の最小ボルト軸力 Fminも併記している。各締付け方法による

Figure9 レンチの移動距離

漏れ量を比較すると、最小ボルト軸力が大きいほど、漏れ量が小さくなることが分かる。逆に言えば最小ボルト軸力が小さ

4-5）締付け時間

いほど局所的にガスケット接触応力がより小さくなり漏れ量がFigure10は6 種類の締付け方法のそれぞれに要した締大きくなる。すなわち最小のガスケット接触応力が漏れ量に付け時間を示す。本実験では締付け作業中にフランジ面間及ぼす影響が大きいことを示している。ガスケット付き管フラン隙間を測定しているが、Figure10の結果は隙間測定時間を

7

技術論文

含まないものとする。締付けボルト数が多いJIS B 22517）及びASME PCC-16） Legacyは締付け時間がより長く、締付け

6. おわりに

ボルト数が少ない3 Rounds 締付け方法は最も短い締付け

米国機械学会（ASME）では締付け効率η
（assembly

時間となった。ここではトルクレンチを用いたが、油圧レンチ、

efficiency）
なる因子を導入している。ηは達成された全ボル

トルクテンショナーなど、工具及び現場の環境によって締付け

ト軸力と目標ボルト軸力の比であり、値は1より小さい。すなわ

時間は大きく変わると考えられる。

ち実際の設計施工ではボルト軸力の目標値に更に1/ηを掛けて大きめに設定する。JIS B 22517） 110％の基本的考え方
は10％大きめに締め付けることである。しかしこれはボルト軸力基準であり、必ずしも適切ではないことが知られ、漏れ量基準の締付け効率を用いることも提案されている9）。求める
ガスケット締結体の密封特性を指標とする、より効率的な締付け方法へと改良の余地があると考えられる。本研究がプラ
なお、本実験に関しては三菱ケミカル株式会社の森本吏
一氏より御助言を賜った。記して感謝の意を表したい。

Figure10

締付け時間

7. 参考文献1）‌村松 晃，“体験型シール施工研修センターシールトレーニン

本報では、大口径管フランジ締結体を用い、No.GF300 及2）‌H. Lejeunt, Y. Birembaut, Alexander Riedl, Arne

び No.6596Vの2 種類のガスケットに対し、7 種類の締付け方

Schunemann,“Investigation on Different Tightening

法で締め付けた際の密封特性、フランジ隙間、ボルト軸力、Procedures on Several Bolted Flange Types,

トルクレンチの移動距離及び締付け時間を測定し、以下のdimensions and Their Associated Gasket Types”,

結果が得られた。

PVP2011-57525, Proceeding of ASME PVP 2011（1）‌いずれの締付け方法を用いてもフランジ隙間分布に大きConference,（2011）

グセンター”，Valqua Technology News Vol. 33，（2017）

な差異は見られなかった。
（2）‌管フランジ締結体の密封特性は締付け方法に影響さ
7）

3）‌H. Gong, Russell R. Flocken,“Study of Bolt Tightening
Methods Using Load Indicating Bolts”, PVP2016-

れ、JIS B 2251 110% 締付け方法が最も漏れ量が少な

63723, Proceeding of ASME PVP 2016 Conference,

かった。ついでJIS B 22517） 100%であった。3 Rounds（2016）

締付け方法は簡便であるが密封特性が劣ることが示さ

4）‌H. Gong, Wesley Pudwill, Elysia J. Sheu,“Study of
Alternative Assembly Patterns Using Finite Elementれた。
（3）‌管フランジ締結体の密封特性は最小ボルト軸力に影響されることを示し、最小ボルト軸力をできるだけ大きくする

Analysis and Lab Tests”, PVP2018-84465, Proceedingof ASME PVP 2018 Conference,（2018）

ことが密封特性向上に重要であることが示された。

5）‌W. Brown,“Efficient Assembly of Pressure Vessel（4）‌締付け方法は、対角締めが多いとトルクレンチの移動距

Bolted Joints”, PVP2004-2635, PVP-Vol. 478, Analysis

離が長くなる傾向にあり、締付け回数が多い締付け方
法は締付時間が長くなる傾向にある。
（5）‌JIS B 22517）及びASME PCC-16） Legacy、
Alt#1は漏れ量が比較的少ないが、多くの締付け時間が必要となる。3 Rounds方法は比較的漏れ量が大きかったものの、7）

JIS B 2251 に比べると締付け時間は半分以下である。

of Bolted Joints,（2004）
6）‌ASME PCC-1,“Guidelines for Pressure Boundary
Bolted Flange Joint Assembly”,（2013）7）‌Japanese Industrial Standards. JIS B 2490“フランジ継手締付け方法”,（2008）8）‌藤原隆寛，“密封特性に対する締付手順の影響”，Valqua
Technology News Vol. 37，（2019）
8

Winter 2020

5. まとめバルカー技術誌

ントの締付け作業の一助になれば幸いである。

No.38

ボルト締付け方法が大口径管フランジ締結体の密封特性に及ぼす影響について9）‌X. Zheng, K. Sato, T. Fujihara, Y. Akamatsu, T.
Sawa,“Effect of Tightening Procedure on theFlange Connections”, PVP2019-93497, Proceedingsof ASME PVP 2019 Conference,（2019）

Sealing Performance of Bolted Gasketed Pipe鄭興

中国総合研究所
シールエンジ開発チーム

バルカー技術誌

藤原隆寛

Winter 2020研究開発本部
第 1 商品開発部

No.38

9

佐藤 広嗣
研究開発本部
第 1 商品開発部

澤

俊行

広島大学

名誉教授

グランドパッキンの圧縮方法によるシール性への影響評価
1. はじめに

この試験装置を用い一括圧縮及び分割圧縮での圧縮手順

グランドパッキンはパッキン押えをボルトで締付け、グランドした後、増締めと同じ効果が得られる再圧縮した時のシール

パッキンを圧縮することで内部流体をシールさせる。そのため性も測定した。グランドパッキンには炭素繊維グランドパッキン

シール性は圧縮面圧に大きく依存していることが分かってい（No.6137）及びPTFEグランドパッキン（No.7233）、膨張黒鉛

るが、圧縮する手順の影響は分かっていない。圧縮手順にグランドパッキン（No.VF-10T）の3 種を使用した。

によるシール性能を比較した。更に一括圧縮又は分割圧縮

2-2）試験条件

パッキンの密度が高くなりシール性が良いと考えられている

圧縮面圧：19.6MPaが、定量的な効果は分かっていない。また手間がかかるた

流

：窒素ガス

体

め一括圧縮の方が一般的に使用されている。本研究では材

流体圧力：1、5、10MPa

質の異なるグランドパッキンを用いて、圧縮手順によるシール

パッキン数

：6 個

Winter 2020

分けて圧縮する分割圧縮がある。分割圧縮の方がグランド性への影響を応力緩和などの力学的挙動とともに評価した。
また、圧縮手順ごとにかかる作業時間の測定を行い、シール
性と作業効率の観点からも評価した。

2-3）試験手順
一括圧縮、一括圧縮＋再圧縮（以下、一括＋再圧縮）、分
割圧縮、分割圧縮＋再圧縮（以下、分割＋再圧縮）の4 種類の圧縮手順で行い、応力緩和が安定した後、シール試験を

2. 試験方法実施した。

2-1）試験装置及び試験方法概略
圧縮試験機及び試験治具の概要図をFigure1に示す。

一括圧縮① グランドパッキンを試験治具に6 個装着②

圧 縮試験機でグランドパッキンを19.6MPaで30 秒圧
縮後、圧縮試験機のヘッド位置固定③

応力緩和が安定するまで放置④

試験治具に窒素ガス（1、5、10MPa）を導入し漏れ測定⑤

窒素ガスを排出⑥②と同条件で再圧縮（一括＋再圧縮）⑦③～④を実施分割圧縮① グランドパッキンを試験治具に2 個装着②

圧縮試験機でグランドパッキンを19.6MPaで30 秒圧縮
し圧縮開放Figure1

圧縮試験機及び試験治具

バルカー技術誌

は数リングを一回で圧縮する一括圧縮及び、2～3リング毎に③

①～②を2 回繰り返し合計 6 個装着し圧縮した状態
10

No.38

グランドパッキンの圧縮方法によるシール性への影響評価

で圧縮試験機のヘッド位置固定3-2）PTFEグランドパッキン（No.7233）
Figure4はPTFEグランドパッキン（以下、PTFE）の応力④

応力緩和が安定するまで放置⑤

試験治具に窒素ガス（1、5、10MPa）を導入し漏れ測定

緩和後の残留応力を示し、Figure5は応力緩和後のシール⑥

窒素ガスを排出試験結果を示す。一括圧縮と分割圧縮の残留応力がほとん⑦

圧縮試験機でグランドパッキンを19.6MPaで30 秒

ど同じになり、一括＋再圧縮と分割＋再圧縮もほとんど同じに

再圧縮後、圧縮試験機のヘッド位置固定なった。しかし、それぞれのシール性には差が見られた。

⑧（分割＋再圧縮）

これはFigure6に示すように一括圧縮は圧縮回数が1 回だ④～⑤を実施と圧縮によるシール面への押し付けられる回数が少ないため、シール面とグランドパッキンの隙間が大きくなることから漏れが

3. 試験結果・考察多くなり、分割圧縮は3 回圧縮したことでグランドパッキンとシール面の隙間が埋まり漏れが減少したと考えられる。

3-1）炭素繊維グランドパッキン（No.6137）

バルカー技術誌

Figure2は炭素繊維グランドパッキン（以下、炭素繊維）の応力緩和後の残留応力を示す。残留応力は低い順に、一括
圧縮＜分割圧縮＜一括＋再圧縮＜分割＋再圧縮となった。
Figure3は応力緩和後のシール試験結果を示す。漏れは多い順に、一括圧縮＞分割圧縮＞一括＋再圧縮＞分割＋再圧縮となった。残留応力が高い圧縮手順ほど漏れが減少す

Winter 2020

ることから、残留応力と漏れに相関性があると考えられる。

Figure4

PTFE（No.7233）
の残留応力

No.38

Figure2

炭素繊維（No.6137）の残留応力
Figure5

Figure3

PTFE（No.7233）
の漏れ

炭素繊維
（No.6137）の漏れ
Figure6 シール面の状態と漏れ量

11

技術論文

3-3）膨張黒鉛グランドパッキン（No.VF-10T）

3-4） パッキン種類ごとの圧縮手順の効果

Figure7は膨張黒鉛グランドパッキン（以下、膨張黒鉛）のFigure9に圧縮手順の効果をパッキンの材質ごとに比較し応力緩和後の残留応力を示す。膨張黒鉛は元々空隙が小さたグラフを示す。グラフの縦軸は青色の一括圧縮の漏れをく密度が高いため応力緩和が小さく全ての圧縮手順で残留100%としたとき、その他の圧縮方法の漏れの変化率を表し

応力が 95% 以上と高くなり、差も小さかった。圧縮手順でのている。全ての種類のパッキンで分割+再圧縮が最も漏れが残留応力に差はほとんどなかったが、シール性に差が出た。

少ない圧縮手順だった。

Figure8は応力緩和後のシール試験結果を示す。炭素繊

一括＋再圧縮と分割＋再圧縮を比較すると炭素繊維と維及び PTFEは一括＋再圧縮の漏れの方が分割圧縮よりもPTFEの漏れの差は10～14%と圧縮手順による差が小さかっ少なかったが、膨張黒鉛は逆に分割圧縮の漏れの方が一括た。これに対し膨張黒鉛は漏れの差が43%と圧縮手順による＋再圧縮よりも少なくなった。分割圧縮は次のグランドパッキン

差が大きくなった。これは3-3）で述べたように炭素繊維及びPTFEは繊維状で復元しやすい性質に対し、膨張黒鉛は粉固めたものであるため、分割圧縮で圧縮が開放されても復元を固めた物で復元しにくい。これにより密度低下やシール面しにくく、密度低下やシール面への馴染みの悪化が起こりにくへの馴染み悪化が起こりにくいため、膨張黒鉛では分割圧

くなり分割圧縮の漏れの方が一括＋再圧縮よりも小さくなった縮による効果が顕著に出たと考えられる。

と考えられる。
繊維状である炭素繊維及び PTFEは復元しやすいため、
グランドパッキンの密度低下及びシール面への馴染みの悪化が起こりやすく、膨張黒鉛と比較すると分割圧縮の効果が小Winter 2020

さかったと考えられる。

Figure9

圧縮手順による漏れ量の違い

No.383-5） 圧縮手順ごとの作業時間
Figure10に圧縮手順ごとの作業時間を示す。分割 + 再圧縮にかかる作業時間は一括 + 再圧縮の3.6 倍かかった。
Figure7

膨張黒鉛（No.VF-10T）の残留応力

Figure8

バルカー技術誌を入れるために一旦圧縮を開放する。膨張黒鉛は粉を押し漏れの差が 10～14%の炭素繊維及び PTFEで分割＋再圧縮を実施するのは非効率であると考えられる。

膨張黒鉛（No.VF-10T）の漏れ
Figure10

圧縮手順ごとの作業時間
12

グランドパッキンの圧縮方法によるシール性への影響評価

膨張黒鉛は分割 + 再圧縮が一括 + 再圧縮より43%シールの漏れに大きな差がなかったことから作業効率の観点から一性が改善した。分割 + 再圧縮は3.6 倍作業時間がかかるの括締め後増締めを行うことが推奨される。膨張黒鉛の場合、で高いシール性が求められる用途で推奨する。

作業効率を優先する場合は一括締め後増締めを実施し、シール性を優先する場合は分割締め後増締めを使用するな
ど、用途にあった圧縮手順を使用することで求める効果を選

4. おわりに択可能であることが分かった。

本研究により圧縮手順の違いによるシール性と作業時間

プラントなどの現場においてグランドパッキンの脱着や締付の関係を評価することが出来た。本試験条件において炭素けなどの作業は非常に多くの時間が掛かっている。本研究

繊維及び PTFEの場合、一括＋再圧縮及び分割＋再圧縮が作業の効率化の一助になれば幸いである。

バルカー技術誌

濱出 真人
研究開発本部
商品開発部

Winter 2020
No.38

13

技術論文

セミメタリックガスケットの性能比較
及びカンプロファイルガスケットシリーズの紹介
1. はじめにプラント稼働時の漏れ量判定で使用される石鹸水発泡法での検知以下となるシール性が得られる。

石油精製、石油化学、及びエネルギーなどの分野では、セバルカー技術誌

ミメタリックガスケットである、うず巻形ガスケット、メタルジャケッ
トガスケット、カンプロファイルガスケットが多く使用されている。
うず巻形ガスケットは、配管から機器類まで幅広く使用されており、メタルジャケットガスケットは、シール幅が狭く、枝付
きのガスケットも出来ることから、熱交換器などの機器類に多く使用されている。カンプロファイルガスケットは、海外で多くWinter 2020

使用されていたが、近年、性能や取扱性の良さから国内でも普及しつつある。
セミメタリックガスケットはこのように使い分けされてきたが、設備の経年劣化や保守管理に対する考え方が多様化する中で、使用条件により再選定されるようになってきた。しかしながら、これらのセミメタリックガスケットの性能比較データはFigure1

常温シール特性あまりない。そこで今回、ユーザーがガスケットを選定する一つの指標となるよう、セミメタリックガスケットの比較評価データを示す。併せて、当社でラインアップを拡充させたカンプロ
ファイルガスケットシリーズの特長を紹介する。
今回対象とした製品は、膨張黒鉛を使用したうず巻形ガ
スケット（No.6596V）、カンプロファイルガスケット（No.6540H）、
及びメタルジャケットガスケット（No.N520）
である。

No.38

2-2）圧縮復元特性
圧縮復元特性をFigure2 示す。面圧5MPaと面圧100MPa
時のガスケット変位量差を圧縮量、面圧 100MPaとその後面
圧 12.5MPaまで除荷した際のガスケット変位量差を復元量とした。Table1に各ガスケットの圧縮量、復元量を示す。
Table1より、うず巻形ガスケットが圧縮量、復元量とも最も大きい結果あった。メタルジャケットガスケットは、圧縮量は大2. 特性比較評価
2-1）常温シール特性
常温シール特性をFigure1に示す。評価方法はJIS B

きいが復元量は小さく、カンプロファイルガスケットでは、圧縮量、復元量とも小さい結果であった。熱サイクルなど、フランジ面間の変化が大きい場合は、圧縮復元特性が最も優れているうず巻形ガスケットが適している。

2490に基づいて実施した。なお、メタルジャケットガスケットはTable1

一般的な使用方法に基づきペースト（No.6）を塗布した。
常温シール性は、うず巻形ガスケットが最も優れている結果であった。カンプロファイルガスケット及びメタルジャケットガ
スケットは、 低 面 圧（12.5～50MPa）では漏 れ 量 が 多く、50MPa 以上を負荷すると、測定感度以下の漏れ量であり、No.6596 t4.5
No.6540H t4.0
No.N520 t3.0
（No.6 塗布）

圧縮量と復元量

圧縮量［mm］
面圧 5MPa →面圧 100MPa0.850

復元量［mm］
面圧 100MPa →面圧 12.5MPa
0.198

0.432

0.060

0.918

0.079

14

セミメタリックガスケットの性能比較及びカンプロファイルガスケットシリーズの紹介

Figure2

バルカー技術誌

Winter 2020
No.38

圧縮復元特性2-3）熱サイクル特性
高温のシール特性評価として、ガスケットをフランジに締結した状態で加熱、冷却を繰り返し、冷却後の常温シール性を
Figure4

評価した。

500℃熱サイクル特性

熱サイクル特性をFigure3、4に示す。締付け面圧は全サンプル共通で70MPaとし、合わせて各ガスケットの推奨締付

2-4）セミメタリックガスケットの使い分け

け面圧でも実施した。加熱温度は400℃及び 500℃とした。

セミメタリックガスケットの中で性能面ではうず巻形ガスケッ

Figure3、4より、うず巻形ガスケット、カンプロファイルガス

トが最も優れている。しかしながら、取り扱いし難い大口径、ケットは安定したシール性を維持していた。一方、メタルジャ及びガスケット幅が狭い形状など、うず巻形ガスケットの使用

ケットガスケットでは、加熱前は測定検知以下の漏れ量でが難しい場合がある。よって、ガスケットの径がおおよそあったが、加熱後に漏れ量が増加した。これは、温度サイクφ1000 未満、及びシール幅が確保できる場合はうず巻ガス

ルを繰り返すことにより、中芯材の復元性が低下するためとケットが適している。一方、大口径（φ1000 以上）、シール幅考えられる。

が確保出来ない場合、及び高所作業ではカンプロファイルガ
スケットやメタルジャケットガスケットが適している。また、メタル
ジャケットガスケットは、楕円や矩形など様々な形状に加工できる特長があり、カンプロファイルガスケットと比較すると経済的なガスケットである。

3. カンプロファイルガスケットシリーズ
3-1）特長
先に述べたようにカンプロファイルガスケットは、近年、国内でも普及しつつある。これを受け、当社では、新たなカンプロ
ファイルガスケットを開発し、製品のラインアップを拡充した。
使用条件に従い、溝付きメタルガスケットに貼り合わせる表層材を選択することが可能となった。
膨張黒鉛シート貼り合わせ品（No.6540H）
は様々な条件で使用出来る汎用品である。膨張黒鉛の酸化消失が懸念される温度領域である400℃以上で使用する場合は、より耐熱
Figure3

400℃熱サイクル特性

性の高いバルカーヒートレジストシート®貼り合わせ品（No.
HR540H）が 適し て い る。PTFEシ ート貼り合 わ せ 品

15

技術論文

（No.7540H）
は、膨張黒鉛品と比較して使用温度は低くなるがある。カンプロファイルガスケットに過剰な面圧を負荷し、表が、コンタミが懸念され膨張黒鉛の使用が難しいラインに適

層材に亀裂が入るか評価した結果をTable2、Figure8に示している。

す。No.HR540H、No.6540Hでは、面圧 200MPaを負荷しても金属の露出は見られず、過剰面圧を負荷してもフランジ3-2）特性評価を傷つける恐れは少ない。No.7540Hは面圧140MPaで金属

No.HR540Hの特長として耐熱性が挙げられる。Figure5の露出が確認された。これは、PTFEシートが膨張黒鉛シー

は、表面層をバルカーヒートレジストシート®、膨張黒鉛シート

トと比較してフローしやすいためと考えられる。しかしながら、としたカンプロファイルガスケットの600℃での熱サイクル特性

No.7540Hの推奨締付け面圧は60MPaであり、推奨締付けである。

面圧の2 倍の面圧を負荷しても金属の露出は見られず、使600℃の結果より、No.HR540Hは加熱温度が高くなった場

用上は問題ないと考える。

合でも、漏れ量に大きな変化はないが、No.6540Hは大きく漏れ量が増加した。これは、膨張黒鉛の酸化消失による影響

バルカー技術誌である。膨張黒鉛は400℃以上では徐々に酸化消失するた
め、長期的なシール性維持が懸念される。Figure6、7に膨
張黒鉛シートとバルカーヒートレジストシート®の温度、時間ごとの重量減少率を示す。Figure7は、240 時間までの評価結果であるが、400℃～500℃程度の温度でも膨張黒鉛の減少は生じるため、2～4 年の長期的に見ればシール安定性にWinter 2020欠ける。バルカーヒートレジストシート®は、加熱初期にわずかに減量するだけで、長期的に大部分が残存している。また、
加熱温度を上げても減少率は変わらず、長期的な減少率も一定であり、安定したシール性が得られる。

Figure6温度による重量減少率の変化

No.38

Figure7

時間による重量減少率の変化

Table2

圧縮変形特性

寸法：JPI Class300 2B
バルカー
No.HR540H
ヒートレジストシート®

Figure5

600℃熱サイクル特性

大口径はフランジローテーションなどで、ガスケットに推奨

No.6540H

膨張黒鉛シート

No.7540HPTFEシート

金属露出の有無
200MPaで金属露出なし200MPaで金属露出なし140MPaで金属露出

締付け面圧以上の荷重が負荷される場合がある。そのため、締付け時に金属部分が露出し、フランジを傷つける懸念16

セミメタリックガスケットの性能比較及びカンプロファイルガスケットシリーズの紹介

No.HR540H

面圧 200MPa

4. おわりに
国内の石油精製、及び石油化学プラントでは、プラントの老朽化や定期メンテナンスの長期化で、より安定したシール製品が求められている。今回のセミメタリックガスケットの性能比較、及びラインアップを拡充させたカンプロファイルガスケッ
トシリーズがガスケットを選定する一つの指標に活用いただけ
れば幸いである。

バルカー技術誌

No.6540H

面圧 200MPa

No.7540H

面圧 140MPa

Winter 2020
No.38

Figure8

過剰面圧負荷後の外観写真

高橋 聡美
研究開発本部
商品開発部

17

製品の紹介急速開閉形シリンダバルブの紹介

1. はじめに

２-3）
コンパクトで取扱い性抜群

従来、短時間で開閉操作が出来、流体の流れ抵抗が小トかつ軽量であり、取扱いも容易である。また、駆動部がさいエアー操作式自動弁としてはボールバルブやバタフライ

出っ張っていないため、配管スペースも少なくでき、取付姿勢

バルブが多用されてきたが、「耐久性・高速作動性」に難点に制限がない。シリンダバルブカットサンプル写真をFigure1

があった。

に示す。

バルブに駆動部を内蔵し一体化されているので、コンパク

少ないが、高頻度、高速作動で使用される製鉄所の圧延ライン冷却水切換弁では問題となることがあった。

Winter 2020

その問題とは、弁座シール部が摺動接触となっており、作
動回数の積み重ねにより弁座が摩耗、損傷するため、長期間良好なシールを達成することが困難なことである。開閉回数としては10 万～20 万回が限度であった。また、開閉作動時間が短い場合には、急閉止に伴って発生するウォータハン
マ現象によるバルブ1 次側の急激な圧力上昇が、弁座シール部や弁体支持軸受、操作用ステムに損傷を与えバルブが操作不可能になることがある。
本報では、これらの問題を解決出来、更なる価値を付加して約 40 年前に開発・製造販売開始し、現在も沢山のご支持を得ている急速開閉形シリンダバルブを紹介する。

2. 特長
２-1）
シール寿命が長い
弁座シールは摺動接触ではないため、摩耗によるシール性の低下はない。
２-2）作動信頼性は良好
内部構造をシンプルにして、可動部品を少なくしたため、トラブルの発生は極めて少ない。また、ウォータハンマ現象による、急激な圧力負荷に対してもバルブ全体が円筒形状であるので、十分な強度を有しているので、作動不良になることはない。

Figure1

駆動部を内蔵し一体化したシリンダバルブ

２-4）高速作動性良好
可動部は軽量であり、作動ストロークも短いため高速作動が可能で、その作動性も良好である。標準仕様での作動時
間一覧表をTable1に示す。
Table1 シリンダバルブ標準作動時間
作動時間（秒）
流体圧力0.98MPa
1.96MPa作動
開→閉 閉→開 開→閉 閉→開呼び径
15A
0.10 0.10 0.10 0.10
20A
0.11 0.10 0.13 0.10
25A
0.14 0.12 0.17 0.12
32A
0.21 0.19 0.26 0.17
40A
0.21 0.19 0.26 0.17
50A
0.33 0.28 0.43 0.26
65A
0.30 0.26 0.36 0.25
80A
0.34 0.29 0.42 0.27
100A
0.44 0.38 0.57 0.35
125A
0.68 0.59 0.85 0.54
150A
0.94 0.81
1.2
0.74
200A
1.7
1.5
2.1
1.3
250A
2.4
2.0
3.1
1.8
300A
2.6
2.1
3.5
1.9
350A
3.1
2.6
4.0
2.4
400A
3.4
3.1
3.8
2.8
450A
4.8
4.5
5.3
4.1

使用エアー機器（甲南電機製）
電磁弁

バルカー技術誌

これらの難点は、通常の使用条件では問題になることは

スピコン

453S202C
SC6-02-8A
413S302C

413S603C SC6-04-10A

413S604C SC6-04-15A

413S806C SC6-08-20A

18

No.38

急速開閉形シリンダバルブの紹介

２-5）空気消費量が少ない
内部流体圧力がバルブの作動に与える影響は、最小限にも製作できる。３方シリンダバルブの断面構造図をFigure4に示す。

しているためシリンダ有効面積は少ない。作動に必要な圧縮

ピストンはシリンダ（本体）に供給される作動エアー圧の切エアーは同一サイズのボール弁を作動させる必要量よりも少換えによって、弁座側または反弁座側に移動する。弁座側ない。

に移動したとき、ピストン先端が弁座パッキンに押し付けられ、本体流路及びピストン内部を流れてきた流体をシールし、バ２-6）流体流れ抵抗は小さい

ルブは「閉」の状態になる。次に、作動エアー圧を切換えピス

弁座が摺動接触しないバルブ（例：グローブバルブ）
では、トンが反弁座側に移動したとき、ピストン先端と弁座パッキン

流体の流れ方向が数回にわたり変化するため流れ抵抗は大の間は流路として開放され、流体は本体流路及びピストン内

きいが、シリンダバルブは流れ方向の変化が少なく、また流部を経てキャップ流路を通ってバルブは「開」の状態になる。

バルカー技術誌

路形状も流線形なので、流れ抵抗は小さく、比較的大流量

バルブの開閉状態は、ピストンに取り付けた開閉指示棒に用途でも使用出来る。2 方向弁のCv 値―差圧―流量関係

より目視で容易に確認できる構造である。また、開閉指示棒

図をFigure2に示す。

に操作バーなどを取り付けることにより、リミットスイッチ及び近接スイッチによる開閉状態の検知、ポジショナの取り付け・コ
ントロール弁化が可能である。

Winter 2020

Figure2

Cv 値―差圧―流量関係図
Figure4 ３方シリンダバルブ断面構造図

No.38

3. 構造と作動
シリンダバルブの主な構成部品は本体、キャップ、ピストン

4. 標準仕様の３点であり、その他に各接合部、可動部シールのシール材

シリンダバルブの標準仕様は以下の通りである。

が用いられた構造となっている。２方シリンダバルブの断面構■接液金属材質…… SCS13、SUS304

造図をFigure3に示す。また、２方弁の１次側（本体ラインフ■パッキン材質… …… NBR,AU（流体により他も選定）

ランジ側）にＴ形部品を取り付けることにより３方シリンダバルブ■接続……………… JIS 10k、20kフランジ（CLASS 150
も可）■サイズ… …………… 呼び径

15A～450A■シール寿命………… 50 万回サイクル■最高使用圧力……… Table2による■操作エアー圧力…… 0.4～0.7MPa■使用温度範囲……… パッキン材質により異なる（要相談）
Table2 シリンダバルブ最高使用圧力
分類
2 方弁
3 方弁

Figure3 ２方シリンダバルブ断面構造図
19

呼び圧力

最高使用圧力10K

1.37MPa

20K

3.33MPa

10K

0.98MPa

20K

2.45MPa

備考 ただし、20k-15A～25Aは2 方、3 方共 1.97MPa

製品の紹介OFF 弁の使用頻度が高い場合、エアーの内部漏れが発生

5. 用途

しラインを止めてメンテナンスを実施しなくてはならない。

５-1）従来からの主要用途開発目的であった製鉄所及び PSA 式窒素ガス発生装置

通常上記用途ではON-OFFボール弁が使用されるが、弁座が摺動接触のため、シール寿命が短い。シリンダバルブのが主要用途である。

採用により廃水設備の稼働率向上、メンテナンス工数削減に

5-1-1）製鉄所（非鉄金属含む）

寄与できる。

厚板及び熱間圧延ラインの製品、ロール冷却用切換弁。

顧客ニーズ：シール寿命、自動 ON-OFF 弁

顧客ニーズ：シール寿命、作動信頼性、高速開閉、自動弁
5-1-2）PSA 式窒素ガス発生装置

大型マウント式 PSA 式窒素ガス発生装置のガス切換弁。
顧客ニーズ：‌シール寿命、シール性、高速開閉、
自動 ON-OFF 弁
最近の用途事例を以下に紹介する。
5-2-1）テーマパーク噴水設備

テーマパーク内の噴水を含むショーに採用。シリンダバルブ

今回紹介した急速開閉形シリンダバルブは、顧客の抱える難点・問題（＝課題）
を確かなシール・バルブ技術ソリュー
ションにより解決（＝価値の提供）
したバルブであり、現在も継続してご使用いただいているのは高い品質を維持しているからである。まさに当社名の由来である「Value＆Quality」を具現化したものである。
これからも顧客の潜在ニーズを掘り起こし、ソリューション

用される。高速開閉を伴う噴水流量コントロールにより、従来の提供により顧客とWin-Winの関係構築に邁進していきたにない表現豊かなショーの実現に寄与。

い。

顧客ニーズ：‌作動信頼性、高速開閉、自動 ON-OFF 弁、コントロール弁
5-2-2）工場廃水設備濾過機

工場廃水は濾過機を通し、基準を満たした状態で工場外

7. 参考文献
1）‌社団法人日本バルブ工業会：新版 バルブ便覧 , 368-370に排出される。廃水を濾過した濾過機のフィルタにはゴミが（2011）

付着するが、そのまま使い続けると濾過能力の低下につなが2）北澤 正広：バルブ技報 . No.52, 80-81（2004）

Winter 2020

は噴水エフェクトのON-OFF 弁、及びコントロール弁として使バルカー技術誌

5-2）最近の新規用途事例

6. おわりにNo.38

る。そこでエアーブローによるゴミの除去が行われるが、ON-

村山 聡
営業本部
テクニカルソリューショングループ

20

タンク洗浄用スプレーボール®の開発

1. はじめに
近年、産業用タンク・配管などを対象として、組み付けやバルカー技術誌

取り外しに出来るだけ手間をかけず、作業員がほとんど又は全く介在しないCIP（定置洗浄：Cleaning In Place）
が主流となっている。
ここでは、様々な業界のタンク内の洗浄について、洗浄ノズルに着目し、当社製品の固定式・回転式スプレーボール ®
及び開発品の回転式スプレーボール ®を紹介する。

Winter 2020

なお、医薬品業界の重要工程の設備装置については洗浄バリテーションが実施されている。当社スプレーボール ®も洗浄設備の1 重要部品として採用され、顧客のリスクマネーの良い洗浄が可能であり、洗浄液の消費量を抑えられる。

2. 洗浄とは
No.38

固定式スプレーボール ® のイメージ図

Figure1

ジメントに貢献している。

穴は高精度の加工で効率よく配置されているが、小さな穴から圧力をかけて噴射されるため流体が引火性の場合、一般的に洗浄とは、汚れを取り除く行為を言う。

材質は導電性PTFEを推奨する。これは、噴射時に静電気

本報では、汚れ（表面に付着した固体物質）を後工程のが蓄積され、それが原因で引火する可能性があるからであ処理・加工などに問題ない程度まで取り除く行為を洗浄と定
義づける。

る。
使用本数の目安は、Table1のとおりである。

なお、広義の洗浄には気体や液体の中の不純物を取り除く行為も含まれるが、ここでは除外する。
洗浄の清浄度は、目的及び用途によって付着物を100％

Table1
缶体容積

缶体容積あたりの型式ごとの使用本数
スプレーボール ® の使用本数
縦型反応槽

縦型貯槽

除去するレベルから、見た目で少なくなっていれば合格とする

600ℓ以下50

2本

1本

レベルまで各業界からの要求は様々で、非常に幅が広いの

1 ～ 5㎥80

2本

1本

6 ～ 10㎥

100

2本

1本

である。

備考

3. 固定式スプレーボール®
医療・化学・食品など、あらゆる業界の反応槽、撹拌槽、型

式

上表の使用本数については、目安とする。

タンク内に攪拌軸やバッフルなどがある場合は、軸の裏側を洗浄するためにスプレーボール ® の本数を増やすことを推奨する。

貯槽などのタンク内の洗浄用として使用する。接液部が構造はFigure2のように①上ボール②下ボール③ 2 段フラPTFEなので耐熱・耐薬品性を生かし、タンク内に常時装着ンジで構成される。的確に狙った洗浄ポイントに噴射するた

しておくことが出来る。また、顧客のタンクノズルオリエンテー

め、ズレ防止目的から取り付けは2 段フランジを採用してションに合わせて噴射位置を設計するので、短時間に効率

いる。

21

製品の紹介●‌構造はFigure4にあるように、①本体②上ボール③下
ボール④固定用リング⑤ツバで構成されており、上下のボールが逆回転する。洗浄水そのものが回転をコントロールするため、内部には回転用の部品がない。よって、シンプルな構造のため、メンテナンスが容易である。
●‌スプレーパターンは直進棒流を形成し、低圧でも効率的な洗浄が出来る。
Figure2●‌噴射パターン（角度）、流量（穴径・穴数）
は、顧客仕様固定式スプレーボール ® の標準構造により変更可能である。

標準寸法については、Table2のとおりである。
Table2標準寸法
φC

15 ～ 40

25A×50A46

SB-80

30 ～ 70

25A×80A

SB-10070 ～ 100 40A×100A

式

SB-50

L（最大）
PTFE 導電性 PTFE
400

300

72

600

370

97

500

370

Figure4

バルカー技術誌

洗浄水量
フランジ（L/min） 組み合わせ型

回転式スプレーボール ® の標準構造

また、T 字管などへスプレーボール ®を取り付ける場合は、取り付け方法は、タンクのノズルと配管側のノズルに⑤のツ

そこに噴射圧が加わることでの反れを防止するためである。

バを挟み込む形で取り付ける。回転式スプレーボール ® の場

フランジ組み合わせについては、
Table2の他にサイズ指定

合、固定式スプレーボール ®とは異なり、狙ったポイントに噴が可能であり、フランジの材質についても標準ではSUS304となるが、SS400などの他材質の指定が可能である。

4. 回転式スプレーボール

射する必要がないからである。
標準寸法については、Table3のとおりである。
Table3標準寸法

洗浄水量（L/min）

φA

φB

SB-50R

約 25

100

42

57

1/2”

SB-80R

約 90

130

64

86

3/4”

SB-100R

約 140

155

88

118

1”

®

型

式

C

テーパーネジ

5. 固定式と回転式の選定について
これまで、固定式スプレーボール ®と回転式スプレーボー
ル®について説明したが、実際にどちらを取り付けたら良いのかわからないというご意見をよくいただくので、固定式と回転式の特徴についてTable4で比較する。

Figure3

回転式スプレーボール ®のイメージ図

回転式スプレーボール ®も用途・材質特性については、固定式スプレーボール ®と同様だが、特徴としては以下のとおりである。

Table4固定式と回転式の比較

タイプ

洗浄
水量

洗浄
時間

ポイント
洗浄

メンテ
ナンス

固定式

〇

〇

〇

△

〇

回転式

△

△

△

〇

〇

価

格

洗浄水量・洗浄時間・ポイント洗浄については、固定式は狙って洗浄するため、回転式のように洗浄液をまき散らすより
22

Winter 2020

つなぎや振れ止めを付ける。これは、一定個所に穴が集中し、No.38

タンク洗浄用スプレーボール ® の開発も効率的な洗浄が出来、洗浄水量と洗浄時間を抑えること

次に回転式スプレーボール®で検討した。同品で洗浄するが出来る。
一方、回転式はタンク内のリンスに向いており、構造がシン

場合、
Figure4にもあるように最大仰角が 50°であることと、決プルなので分解メンテナンスが容易である。また、穴径が大まった噴射軸しか通らないことからノズル内を洗浄することはきいので目詰まりの心配がない。

到底不可能である。

6. 洗浄の課題
6-1）背景7. 開発品 回転式スプレーボール®
前述のとおり固定式スプレーボール ® では設計に手間がか

タンク洗浄の課題となるのが各ノズル内の洗浄である。

かり、従来品の回転式スプレーボール ® ではノズル内が洗浄

バルカー技術誌

従来はタンク内の上鏡、マンホール（ハンドホール）、照明口

出来ないことから、顧客要望に応えるため、新規にスリットタ（透視灯口）が洗浄出来ていれば、洗浄検査は合格であっ

イプと穴配列タイプを開発した。次に各開発製品の特徴を説たが、近年では業界に限らず各ノズルの内部まで洗浄出来明する。

ていなければ不合格と判定されるようになった。
その背景として、従来はスプレーボール ® で洗浄出来ない
ノズルの内部等の細かい部分は、作業員がブラシや布などの手作業で洗浄していた。その結果、人が介在したことによ

穴配列タイプスリットタイプ

り布の繊維や埃などがタンク内に残留し、後工程に甚大な被Winter 2020

害をもたらした。いわゆるコンタミネーション（以後コンタミと表記）問題である。
そこで、各業界ではコンタミゼロを目標に人手を介さない洗浄 CIP（定置洗浄）を掲げたのである。CIPの利点としてもう一つ、一定の洗浄効果が期待出来るため、製品の品質安定と向上が図れることが挙げられる。これらのことから、CIP

No.38

計することは、骨が折れる作業である。

Figure6

回転式スプレーボール ® のノズル
（タイプ別）

が主流となり洗浄ノズルが注目されるようになったのである。
7-1）スリットタイプ
6-2）課題の解決
まず、各ノズル内の洗浄について固定式スプレーボール ®
で検討した。同品で洗浄する場合、Figure5のようにパイプ

直進棒流を長くし、下方向から各ノズルに噴射すれば洗浄は可能だ

広域噴射範囲が、
Figure2のように最大仰角が 55°のため、固定式スプレー

液膜形成範囲ボール ® の真上に洗浄出来ない範囲が出来てしまう。また、顧客のタンクノズルオリエンテーションごとに噴射ポイントを設洗浄出来ない範囲

Figure7 スリット洗浄イメージ

スリットタイプの構造・材質については従来からある標準品と同様で上下ボールが逆回転し、効率的な洗浄が可能であ長くするる。洗浄不可範囲となりやすい真上・真下は直進棒流で洗浄し、マンホール・照明口・各ノズルは広域噴射（スリット）で洗浄する。
（Figure7）
スリット開口部が広がっているため、噴射圧は穴形状と比較して若干弱くなるが、噴射に広がりがあるため穴よりも広範
囲の洗浄を得意とする。
Figure5 ノズル洗浄検討案

23

製品の紹介７-2）穴配列タイプ

この結果からもわかるように、タンク内・ノズル内の洗浄において標準品より開発品のスリット及び穴配列の方が優れていることがわかる。スリットタイプは短時間で広範囲を洗浄出
直進棒流

来、穴配列タイプは強い圧力を保ったまま洗浄ポイントに到

液膜形成範囲達するため、特にノズル内の洗浄に優れている。
なお、本洗浄評価試験は次の8．洗浄評価試験で述べている当社が考案した洗浄評価試験で実施した結果であり、

Figure8

穴配列洗浄イメージ

穴配列タイプの構造・材質についても従来からある標準品

グラフの数値が低めに出ているのは、汚れに見立てた試料に固着性の高い物質を使用しているからであり、より厳しい条件で評価試験を実施しているためである。

と同様で、上下ボールが逆回転する。洗浄不可範囲となりや
すい真上・真下は直進棒流で洗浄し、マンホール・照明口・穴は水圧を保ったまま洗浄ポイントに到達するので、固定式®

スプレーボール のような高い洗浄力を発揮する。穴と穴との8. 洗浄評価試験
代表的な洗浄評価方法として、目視検査や水を主体とした溶媒摘出法・表面からのサンプリング検査などがあるが、距離は、当社独自の設計・加工により密接されており、これ

洗浄評価方法を決める際には、対象とする設備装置に関係により各ノズル内への入射が可能となった。

する一般的な汚れをまず考え、適切な洗浄評価方法を選択

また、回転速度もスリットタイプと比較して低速のため、効

代 表 的な洗 浄 評 価 方 法とその長 所・短 所について、Table5にまとめる。

7-3）標準品と開発品の洗浄率比較
次に標準品と開発品であるスリットタイプ・穴配列タイプを洗浄率で比較するとFigure9のようになる。

Table5
評価方法

長洗浄評価法の比較
所

短

所

目視検査

・容易に実施可能
・主観的・‌表面の汚れが検出可能 ・‌設備全体の検出は不可
・分析装置等が不要
・低濃度が検出不可

リンス水のサンプリング検査

・容易に実施可能・‌付着残留物が検出不可
・‌洗浄剤その他の水溶性 ・‌高精度の分析対象物の物質が検出可能
回収が煩雑
・‌洗浄サイクルの日常的モニタリングに使用可能

スワブ検査

・付着物質が検出可能

・‌検査者により結果が変動する・‌設備内に入ったり分解する必要がある

洗浄評価試験方法や検査タイミングについては、各社運
タンク内洗浄率用マニュアルで規定されており、各業界において特に基準が定められているわけではない。
当社製品のスプレーボール®を納品する際、顧客立会いのもと洗浄評価試験が実施されることがある。これは、実機タン
クにスプレーボール ®を取り付け、顧客要望レベルの洗浄が可能か確認するためである。ここでの検査方法は目視検査が主流で、方法としては汚れに見立てたリボフラビン又は食紅（粘度は約100cp程度）
を実機タンク内に霧吹きなどで全体にまんべんなく吹き付けた後、スプレーボール ®を1～2 分程度

ノズル内洗浄率（顧客により異なる）稼働し、その後、目視にて汚れが落ちて

Figure9 タンク内とノズル内の洗浄率

いるか確認するというものである。リボフラビンの場合は、ブ24Winter 2020

率の良い洗浄が可能である。
（Figure8）する必要がある。

バルカー技術誌

各ノズルは、縦 2 列に配列された小さな穴で洗浄する。このNo.38

タンク洗浄用スプレーボール ® の開発

ラックライトを照らすと反射するので汚れを見つけやすいが、光に弱いという特性があるので取扱いには注意が必要であ

9. おわりにる。食紅は入手・取扱が簡単なため利用されることが多い。

今回はタンク内洗浄ノズルと、洗浄評価試験について紹介

洗浄判定で目視を採用する場合、Table5にもあるように、容した。従来は当社の洗浄ノズルは固定式・回転式共に１種類

易に実施可能で分析装置が不要であるという長所はあるしかなかったため、顧客の広い要望にお応えすることが出来が、判定者の知識や経験により判定レベルが左右されるといなかった。

う短所がある。そこで、このような差を無くすために、洗浄評

このたび新しい洗浄ノズルの開発により、様々な噴射パ価試験結果を簡易的に数値化する方法を考案した。この評

ターンの提供が可能となった。それにより、今後は各用途に価方法の長所は、特殊な材料や分析機器を必要としないた合わせた洗浄ノズルを選定いただければ幸いである。

バルカー技術誌

め、簡単に安価で洗浄評価試験を実施出来、結果がすぐにまた、従来の技術の枠にとらわれることなく、洗浄評価試

得られるというところである。また、目視とは異なり数値化が

験の数値化に成功した。この取り組みを皮切りに、更なる洗可能なので、判定レベルが判定者により左右される心配がな

浄率の向上や新しい洗浄方法を考案し、時代や環境に順応い。課題として、設備全体の試験が難しく、設備に入ったりしたサービスの開発にも努めていきたいと考える。

する必要があるということである。
現在、実用化に向けて改良を検討している。

今後も真の顧客ニーズを追及し、新しい製品・サービスを提供出来るよう尽力していく所存である。

10. 参考文献

Winter 20201）
バルカー バルフロンライニングカタログ

本吉 真由美No.38

研究開発本部
商品開発部

25

テクノロジーニュース 直近のバックナンバー
No.37 Summer 2019
●ご

挨

拶

取締役 CTO 青木睦郎

地中事業本部副本部長（現埼玉センター長） 三栖

達夫●カスタマー・ソリューション《寄稿》新たな防錆技術の提案

東京電設サービス株式会社●カスタマー・ソリューション ASME PCC-1 に基づくガスケット締結体組立の基本トレーニングの紹介
営業本部●技 術 論 文

テクニカルソリューショングループ

野々垣

肇

山本

隆啓

商品開発部 藤原
岡山事業所 森本

隆寛
興
吏一

テクニカルソリューショングループ 保科

正次

P&I サービス開発部 本居

学

営業本部

シール性に対する締付手順の影響

H ＆ S 事業推進担当

研究開発本部
中国総合研究所

シールエンジ開発チーム 鄭

三菱ケミカル株式会社

エラストマーＯリングの選定指針及び選定トラブルとその対策
営業本部●製 品 の 紹 介

ハンディすき間・段差測定器 GD-PROBER™ の紹介
高温用ガスケット新ラインアップ うず巻形ガスケット
カンプロファイルガスケット No.HR540H

研究開発本部

No.H590 シリーズ
商品開発部 高橋

聡美

CEO 瀧澤利一

研究開発本部長 青木睦郎

研究開発本部

No.36 Winter 2019挨拶代表取締役社長● 2019 年 : バルカーテクノロジーニュース冬号発刊にあたって

常務執行役員兼●カスタマー・ソリューション《共著》


佐藤
油谷

央隆
康

温度差によるフランジ締結力変化体験学習設備
昭和四日市石油株式会社 四日市製油所 工務部装置管理課 高村●技 術 論 文 No.GF300 付き 24 インチ管フランジ締結体の力学的特性とシール性評価
研究開発本部 第 1 商品開発部 佐藤 広嗣
中国総合研究所 シールエンジ開発チーム 鄭健一●カスタマー・ソリューション《寄稿》広島大学

ライニングタンク（応用編）●製 品 の 紹 介

長寿命 FEPM TOUGHUORO
低トルク & 長寿命スイベルジョイント LFR JOINT

名誉教授 澤興俊行

機能樹脂 PM 付 横山竹志

研究開発本部

第 1 商品開発部 圖師

研究開発本部

第 1 商品開発部 西浩文
亮輔

常務執行役員

研究開発本部長 青木睦郎

Ｈ＆Ｓ事業本部 山本隆啓

No.35 Summer 2018
●ご

挨

拶

●カスタマー・ソリューション
国際条約（STCW 条約）準拠の海技訓練用シールトレーニングの紹介●カスタマー・ソリューション《寄稿》
低圧複合水流洗浄機（キャビテーションクリーニング）によるプラント設備洗浄の可能性ブルーエンジニアリング株式会社 北川●技 術 論 文

営業本部●製 品 の 紹 介

将ダイナミックベローズ ® の設計指針及び設計トラブルとその対策
ライニングタンク（基礎編）

機能樹脂 PM 付

菊川智志

テクニカルソリューショングループ 伊奈
研究開発本部

第２商品開発部 岩田

正文
敦利

リフラクトリーセラミックファイバー代替シール材
研究開発本部 第 1 商品開発部 濱出
高温用シートガスケット バルカーヒートレジストシート TM No.HRS真人

第 1 商品開発部 高橋聡美

研究開発本部●テクノロジーニュース 直近のバックナンバー●商号変更のお知らせ

Winter 2020

船舶機器の異常振動を検知するシステムの紹介～予防保全に向けた異常振動検知システムの可能性～
商船三井テクノトレード株式会社 常務取締役 羽根田 誠
研究開発本部 第 1 商品開発部
研究開発本部 第 1 商品開発部 米田 哲也
研究開発本部 先行技術開発部

バルカー技術誌

●ご



26

No.38

シートガスケットⓇ

ユニバーサルハイパー（UF300）
薬液ラインにおけるガスケットの統合を可能にする
シートガスケットです。
高温・長期安定性に加え、耐薬品性を向上させた
ことにより、適応流体が大幅に広がりました。
強酸、強アルカリ、どちらのラインにもご使用いた
だけます。

Ⓡ

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シートガスケットのベストセラーです。

■UF300・GF300共通● 使用温度範囲：−200〜300℃ ● 最大圧力：3.5MPa※カタログ、技術資料の注意事項をご参照下さい。

■本社（代）■M・R・T センター
■奈良事業所☎（03）5434-7370☎（042）798-6770☎（0747）26-3330

Fax.（03）5436-0560
Fax.（042）798-1040
Fax.（0747）26-3340●札幌営業所●仙台営業所●日立営業所●京浜営業所●高崎営業所●豊田営業所●名古屋営業所●北陸営業所●彦根営業所●大阪営業所●姫路営業所●岡山営業所●中国営業所●周南営業所●松山営業所●北九州営業所●長崎営業所●厚木駐在所●富士駐在所●四日市駐在●堺駐在所●広島駐在所●宇部駐在所●熊本駐在所●延岡駐在所●大分駐在☎（011）736-5620☎（022）264-5514☎（0294）22-2317☎（045）444-1715☎（027）341-8469☎（0566）77-7011☎（052）811-6451☎（076）442-0522☎（0749）26-3191☎（06）6265-5031☎（079）241-9827☎（086）435-9511☎（0827）54-2462☎（0834）27-5012☎（089）974-3331☎（093）521-4181☎（095）861-2545☎（046）401-1554☎（0545）87-2757☎（059）353-6952☎（072）227-1680☎（082）250-7551☎（0836）31-2727☎（096）364-3511☎（0982）92-0193☎（090）2502-6125

Fax.（011）736-5621
Fax.（022）265-0266
Fax.（0294）24-6519
Fax.（045）441-0228
Fax.（027）341-6717
Fax.（0566）77-7002
Fax.（052）811-6474
Fax.（076）442-0523
Fax.（0749）26-7503
Fax.（06）6265-5040
Fax.（079）241-8571
Fax.（086）435-9512
Fax.（0827）54-2466
Fax.（0834）22-5166
Fax.（089）972-3567
Fax.（093）531-4755
Fax.（095）862-0126
Fax.（046）401-1553
Fax.（0545）87-2213
Fax.（059）353-6950
Fax.（072）227-1681
Fax.（082）256-8623
Fax.（0836）32-0771
Fax.（096）364-3570
Fax.（0982）92-0192
Fax.（097）555-9340

冬号 No.38
Winter 20202020年2月 28日
株式会社バルカー■株式会社バルカーテクノ（03）5435-0264●本社・東京営業所 ☎（03）5434-7520 Fax.

●大 阪 営 業 所 ☎（06）4801-9586 Fax.
（06）
4801-9588●福 山 営 業 所 ☎（084）941-1444 Fax.
（084）
943-5643