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 isthe InﬂateSeal. It is necessary to compress O-RING that is general seal parts to seal up the sealobject (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28No.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.179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

1〜55〜88〜120〜50〜12.50〜25

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

0.080.150.130.13

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

0.230.22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

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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®

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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

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耐久性：10mmNo.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④7. 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

CRJ0060

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

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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.1715

材質ラインアップ