ISSN0913-0020

The Japan Research and Development Center for Metals

一般財団法人

金属系材料研究開発センター

2017.11No.373

TODAY「次の欲しい」を先取りし、 ネになると予測した上で、モータに関する全世界の文献を調査し、翌年、当時の新入社員山際と 2 人で新たな価値を創造する 2 つの新しいモータの試作を始めた。何もかもが新たな挑戦という強みと、完成後の価値に対する信念を大山 和伸持って、大学の先生方から絶大なる支援を得た。ひ
とつは、大阪府立大学の武田先生・森本先生と取り高効率モーター用磁性材料組んだ IPM モータ、もうひとつは、長岡技術科学大技術研究組合 理事長
学院大学の故高橋先生との超高速 SPM モータである。
ダイキン工業株式会社
どちらも、次なる時代の要請と予測した省エネに対常務専任役員する要求が何年継続しても陳腐化しないよう、原理原則から超高効率になる本物の技術を指向した。
1996 年 3 月量産を開始した IPM モータについてモータが発明されてから 190 年、産業・民生機器の省エネや自動車の EV 化が進む今、モータが面白 は、多くを語る必要が無いほど、省エネ性に優れる
い。モータ開発の歴史を振り返ると、新たな磁性材 モータとして有名になった。古くからある IPM モー料の発明が、モータ性能の飛躍的向上や新形式モー タにネオジム磁石を適用し、インバータで精密に電流を制御すれば、超省エネと言えるレベルに到達すタの実用化に直結していることがわかる。
1890 年 代 に、 誘 導 モ ー タ・ 同 期 モ ー タ の 実 用 ると考えるとともに、産学協同の成果を早い段階か化が急速に進んだ頃、珪素鋼板が発明されている。 ら公表することで、多くの情報が集まってくるよう1930 年代に日本が中心的役割を果たした永久磁石 になったことが成功の要因だったと思う。一方、もの発明は、様々な形式の永久磁石モータを生み出し う一つのモータは、これからが面白い。超高速回転た。フェライト磁石の Br が画期的に向上した 1950 する永久磁石モータは超小型で超高効率になる。商年代に永久磁石直流モータが実用化され、1960 年 用電源で駆動されるモータの何分の一にも小型化で頃 に は 表 面 磁 石 同 期 モ ー タ（Surface Permanent き、画期的な省資源モータとして有望である。加えMagnet Synchronous Motors：以下、SPM モータと て、数 kW クラスのモータでも 99%を超えるレベルの超高効率化が夢ではない。MagHEM（高効率モー略す）が実用化されている。
このような中、現在省エネモータとして有名な ター用磁性材料技術研究組合）で取り組んでいる新埋 込 磁 石 同 期 モ ー タ（Interior Permanent Magnet たな磁石が実用化されれば、次なる時代の要請に応Synchronous Motors：以下、IPM モータと略す）は、 える本物の技術になると、信じている。
ところで、表題はダイキン工業の経営理念の一番一度実用化が諦められたようである。割れやすい磁石を保護する目的で、永久磁石をロータの内部に埋 目の項目「社会動向の変化に対する鋭いウォッチンめ込むため、使用できる永久磁石の体積が小さくな グによって、お客様自身も気づいていない " 次の欲り、SPM モータより性能が悪かったからではないか 求 " や " 夢 " を見つけ出し、具体化することが、私と思う。一方、1970 年代のパワーエレクトロニク たちの使命であり存立基盤です。（中略）常に一歩スの進展により、モータの世界が一変した。マイコ 進んだ最高の利便性と快適性をお客様に提供するこンやパワーデバイスが高性能化し、モータを高速か とは当然のこと、お客様に新鮮な驚きと満足を提供つ高精度に制御できるようになったのである。IPM し続けます。」のヘッドラインである。モータ開発
モータも同様に、1980 年代になってから新たに高 を振り返ると、まさにこの言葉の重要性を感じる。
精度な電流制御法に関する研究がスタートしたよう 顕在化した短期の成果を重視しては、短命の技術しか出来ない。社会動向レベルでの「次の欲しい」をである。
モータを使う立場にいた私が、モータを開発する 企業と大学、さらに、材料技術者とモータ技術者が方向に転じたのは、ネオジム磁石が発明されてから 共有できて始めて、息の長い新たな価値を生む技術6 年後の 1989 年であった。次なる時代の要請が省エ が創造できるのではないかと思う。

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JRCM REPORT

超高 圧 水 素 配 管用 メ タ ル ガ ス ケ ッ ト 継 手株式会社フジキン

1. はじめにフジキンは、昭和 5 年（1930 年）に配管機材、機械工具問屋として創業以来、常に極限に挑戦し、技術の究極を越えることを企業ポリシーとし、宇宙ロケッ
ト用、原子力用、半導体製造装置用等特殊バルブ機器のみならず、精密ながれ（流体）制御システム装置の研究開発型のメーカーとして歩み続けてきた。
本稿では、当社が燃料電池自動車水素供給設備の超高圧配管用に開発した高性能メタルガスケット継手を紹介する。

中浜 隆泰

扱うため、設備に使用する配管継手には外部漏洩に対する高い信頼性が要求される。
UPG 継手が半導体製造装置配管において高い信頼性を有している実績から、この技術を水素ステーション用配管継手に応用し、超高圧水素配管用メタルガスケット継手 ( 図 1) として製品化した。
3. UPG 継手のシール構造
通常ガスケット継手のシール部は 1 箇所でシールする構造だが、UPG 継手は①～④の 4 段階のステップでシールが行われる構造になっている。すなわち ①手締めでスリーブとガスケット接触を接触させる ②スリーブ突起がガスケットに喰込み、内側フラット面が密着する ③続いて外側フラット面が密着し、スリーブとガスケットが全面密着する ④規定回転数を超えた過剰締め付けには、ストッパーが働きスリーブ突起を保護する。（図 2）
この 4 段階のシール構造によりシール性、外力に対する強度が向上する。また、継手締付の過程でスリーブとガスケットの接触面積が変化することにより、締付感の違いが生じ確実・安全な施工ができる。

2. 超高圧水素配管用メタルガスケット継手開発の経緯
超高圧水素配管用メタルガスケット継手は、弊社が半導体製造装置のガスを供給する配管用継手として開発したメタルガスケット継手（以下「UPG 継手」）の技術を基にしている。
半導体製造において配管、バルブからの外部リークは、きわめて反応活性なガスが工場内に拡散し非常に危険であることは言うまでもない。さらに微少な外部リークであっても逆拡散により配管中に大気成分が混入するため材料ガスの純度低下を引き起こし、デバイスの歩留まりを低下させる要因となる。
同様に、燃料電池自動車に水素を充填するための設備（以下「水素ステーション」）においても、燃料電池自動車に水素を充填する際は、一般の消費者が水素ス
テーション内にいる状況で 82MPa の高圧水素を取り

4. UPG 継手のシール性能
UPG 継手のシール性能のデータを図 3 に示す。UPG継手をヘリウムリークディテクタに取付けリーク量を確認しながら締付けを行ったところ、UPG 継手のユニオ
ン ナ ッ ト を 手 締 め か ら 4N・m（締付角度 40°）付近まで締付けるとヘリウムリークディテクタの最小検出感度以下となり、リークはほぼ測定できない状態となった。弊社施工要領の図 1 超高圧水素配管用メタルガスケット継手 外観と構造①（手締め時）②③規定締付時

図 2 UPG 継手の施工完了までのステップ（ナット回転角）
JRCM NEWS No.373

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図 3 UPG 継手のシール性能

規定締付トルクは 11N・m（手締めから更に 1/4 回転締付、締付角度 90°）であるので、規定締付け位置に対して大きなマージンがあり、シール性に対して信頼性の高い継手であることが分かる。

ト内外径による係数から耐圧性を維持できる最適値を導き出し、シール部構造を新規考案した。( 図 4、図 5)
新規考案したシール構造の継手を最高使用圧力82MPa として、評価試験を実施した。
基本性能を確認したシール性、耐圧性評価、施工時
5. 超高圧水素配管への対応を想定したチューブの供回り、着脱の繰返し、配管にシール性に優れた UPG 継手であるが、最高使用圧力 生じる振動、及び水素ガスによる加圧サイクル評価をは 21.5MPa であり、そのままでは水素充填圧力に対し 実施した結果、全項目において良好であり、水素ステーて高圧ガス保安法が要求している設計圧力（82MPa） ション用高圧配管用継手として問題が無い事を確認で× 1.5 倍の耐圧試験においてシール性を維持できない きた。評価試験結果の一覧を表 1 に示す。
問題がある。
そこで、継手シール面の突起と構成部品寸法との関 6. 超高圧水素配管用メタルガスケット継手と従来継手係に着目し、継手内径、シール面突起の直径、ガスケッとの比較
現在、水素ステーションにはコー
解析対象箇所
ン＆スレッド継手が主に使用されているが、外部漏洩に対する信頼性に乏しく施工性、メンテナンス性にもスリーブスリーブ問題があるため、顧客の満足を得られていない。
また、圧縮水素スタンドの高圧ガス事故においては、漏洩事象が大半であり、その中でも締結部からの漏洩が大きな割合を占めている統計が
色は部材にかかる応力ある。
ガスケットを示す。
青(小)→ 赤→ 黄（大）超高圧水素配管用メタルガスケッ
ガスケット
82MPa 加圧時の応力解析結果：
82MPa 加圧時の応力解析結果：
ト継手と従来継手とを製品評価試験
内圧に負けてガスケットが外れてしまい、ガシール部からガスケットが外れることなく、特に項目で比較した結果、シール性、施スケット、スリーブに応力がかかっていないシール部（○で囲んだ部分）に高い応力がかかっ工性、着脱性において従来継手に対ことが分かる。ていることが分かる。
しての優位性が確認できた。( 表 2)
図 4 半導体製造装置用 UPG 継手
図 5 超高圧水素配管用メタルガスケット継手

表 1 超高圧水素配管用
メタルガスケット継手 評価結果
評価
項目

表 2 超高圧水素配管用メタルガスケット継手とコーン＆スレッド継手の比較 評価結果

試験条件
・結果

項目

試験圧力：82MPa、試験流体：ヘリウムガスにシール性試験て漏れ試験を行い、シール性に問題が無い事を(82MPa）確認した。

シール性(82MPa）

耐圧性試験 試験圧力：123MPa、試験流体：水にて、強度(82MPa × 1.5) に問題が無い事を確認した。
耐チューブ
供回り試験

継手シール面が施工後に回転した場合を想定し、チューブにねじりを加えながら試験圧力：82MPa、試験流体：ヘリウムガスにて漏れ試験を行い、シール性に問題が無い事を確認した。

耐久性試験

継手の着脱を 10 回繰返し、着脱毎に試験圧力：82MPa、試験流体：ヘリウムガスにて漏れ試験を行い、シール性に問題が無い事を確認した。

耐振性試験

JIS D1601 自動車部品振動試験方法に基づく評
価 と し て、 振 動 数 67Hz、 加 速 度 4.5G、 時 間
2Hr で加振後、試験圧力：82MPa、試験流体：ヘリウムガスにて漏れ試験を行い、シール性に問題が無い事を確認した。

耐圧性(82MPa × 1.5)

従来技術
超高圧水素配管用コーン＆スレッド継手 メタルガスケット継手△
99.9MPa 仕様〇
但し、施工性に影響され95MPa 仕様
シール性が不安定〇〇×〇
チューブにネジ切りと継手部品には先端部の追加工が必要
追加工不要
×〇
施工時の供回り対策なし
ナットにスラストベア
チューブ
リング方式の供回り供回り対策対策あり
×〇着脱を繰り返すとガスケットを交換する
着脱耐久性
シール面が劣化する 事でシール面が健全に保たれる
×〇
着脱性
着脱時にチューブを抜く 着脱時のスペース不要ためのスペースが必要△〇
耐振性
耐振機能は耐振構造が標準仕様
追加パーツで対応
評価結果 〇：優れている △：やや劣る ×：劣る
施工性

水素エネルギー製品研究試験センター (HyTReC)
殿にて評価。試験圧力：1MPa ～ 82MPa、試験耐水素性試験 流体：水素ガスにて、3 分間隔の加圧サイクルを 300 回加えてシール性に問題が無い事を確認した。

JRCM NEWS No.373

3特 に、 施 工 後 に 配 管 か ら の漏れの原因となる振動に対しては、シール部分と外力を受ける部分を分離しシール部に振動が伝わらない UPG シール構造に優位性がある。（図 6）
継手着脱を繰返した際も、ガスケットを交換する事でシール面が健全に保たれるため、長期に渡るシール性の維持が期待できる。

①②(a) コーン＆スレッド継手(a)コーン＆スレッド継手
機器を取り外すために①ナットを取り外す。
②チューブを機器本体から引き抜く必要があり、メンテナンス機器 1 箇所を取り外すために、それ以外の複数個所の配管を分解する必
要がある(b）超高圧水素配管用メタルガスケット継手(b)超高圧水素配管用機器を取り外すため
メタルガスケット継手①ナットを取り外す。
②機器を横に取り外す。
チューブを引き抜く必要がなく、メンテナンス機器 1 箇所だけを取外すことが可能。

図 7 コーン＆スレッド継手と超高圧水素配管用
メタルガスケット継手との着脱性の比較

外力を受ける部分
シール部分

シール部分と外力を受ける部分を分離する
シール部分と外力を受ける部分を分離する
ことにより、シール部に振動が伝わらず、ことにより、シール部に振動が伝わらず、標準の構造で耐振性を有する。
標準の構造で耐振性を有する。

(a) コーン＆スレッド継手

図 6 超高圧水素配管用
メタルガスケット継手耐振構造(b）超高圧水素配管用メタルガスケット継手

図 8 コーン＆スレッド継手と超高圧水素配管用
メタルガスケット継手との配管例

7. 経済性への効果
参考文献
超高圧水素配管用メタルガスケット継手は、施工時 1) 燃料電池実用化推進協議会ホームページにチューブにネジ切りと先端部の追加工が不要であり、 2) 高圧ガス保安協会ホームページ
継手の施工にかかる時間を大幅に短縮できる。
3) 中村、山路、土肥、西野、池田、篠原「ガス供給系
また、着脱時に配管引抜きスペースが不要な点は、ユニットの高品質化・高性能化」（クリーンテクノロ
配管施工時、機器のメンテナンス時の作業性に大きく
ジー Vol.11,No.1）
影響し、メンテナンス時間短縮の面で効果がある。
（図 7） 4) 篠原、中浜「高性能継手（UPG）の一般産業への展開」
加えて、着脱不要な配管分岐部を溶接継手とし、複（計装技術 Vol.32 No.4）数のバルブをブロック化すれば継手施工個所の削減と配管スペース縮小の効果が得られる。一例を図 8 に示
西山記念技術講座 開催のお知らせ
す。継手施工箇所は約半数に、配管スペースは約 35% 「破壊力学」の進展とインフラ・構造物の信頼性～安全、安心を管理するフラクチャー・コントロール～削減できる。
第 231 回（東京）2017 年 11 月 7 日（火） 9:00 ～ 17:00
8. おわりに
本超高圧水素配管用メタルガスケット継手は水素ス 大手町サンケイプラザ 3 階会議室
（東京都千代田区大手町 1-7-2 東京サンケイビル 3 階）
テーションに採用され始めている。遮断弁、調節弁、第 232 回（大阪）
手動弁、逆止弁、フィルター用の接続継手として、1
2017 年 11 月 28 日（火） 9:00 ～ 17:00
ステーションに 300 ヶ近く使用される。
株式会社ラソンテ 3 階会議室
燃料電池実用化推進協議会 (FCCJ) では、今後の水素（大阪市淀川区宮原 1-6-1 新大阪ブリックビル 3 階）
ステーションの整備目標を 2020 年までに 160 箇所、詳細は、日本鉄鋼協会のホームページを御確認ください。
2025 年までに 320 箇所と設定したシナリオを公表し https://www.isij.or.jp/mubicwtwxている。
＜講座に関する問合せ先＞
当社はバルブ機器メーカーとして、水素社会の実現 （一社）日本鉄鋼協会 育成グループに向けて、微力ながらお役に立てるよう、信頼性・経 TEL: 03-3669-5933 FAX: 03-3669-5934
済性の向上に継続して取組んでいく所存である。
E-mail: educact@isij.or.jp

The Japan Research and Development Center for Metals

発 行
発行人
発行所

JRCM NEWS ／第 373 号

2017 年 11 月 1 日
小紫 正樹
一般財団法人 金属系材料研究開発センター〒 105-0003 東京都港区西新橋一丁目 5 番 11 号 第 11 東洋海事ビル 6 階

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