BLISTANCE®シリーズ HLT IIの紹介

バルカー技術誌

1. はじめに待度が高いことがうかがえる2）。

現在、日本を含めた世界の多くの国では石油や石炭・天程学会より発表された「省エネルギー車と新エネルギー車の然ガスを代表とする化石燃料由来のエネルギーに依存して技術ロードマップ」の策定や、その後の商用車の普及、2020いる。それら化石燃料は燃焼時に温室効果ガスの代表であ

年 6月にドイツの「国家水素戦略」の策定、2020 年 7月のEU

更に日本に限らず、2016 年 10月に中国では、中国汽車工るCO2を排出することが、1985 年にオーストリアで開催されたにおける「水素戦略」の発表といった動きをみると、各国のフィラハ会議以降、現在に至るまで長らくの間、問題視され「2℃目標」や「2050 年カーボンニュートラル」を達成するため続けている。その後1997 年に定められた京都議定書の後継の力の入れ具合や注目度合いは明らかである3）。

Summer 2022にあたるパリ協定が 2015 年に採択され、そこでは『世界的な水素をエネルギーとして活用したアプリケーションの中でも平均気温上昇を産業革命以前に比べて2℃より十分低く保ポピュラーな例では「家庭用燃料電池」や「燃料電池自動車つとともに、1.5℃に抑える努力を追求すること』といった「2℃目（FCV）・水素ステーション」が挙げられる。これらアプリケー

標」と、『 今世紀後半に温室効果ガスの人為的な発生源によションの中で、エラストマー製シール材に焦点を当てた際の課る排出量と吸収源による除去量との間の均衡を達成するこ

題は、水素ステーションから自動車への充填過程に存在してと』といった「2050 年カーボンニュートラル」の2 つが世界共通いると考えられる。

1）の長期目標として掲げられた 。

No.43

課題について述べる前段として、水素ステーションから自上記目標を達成するため、水力や風力、バイオマスといった代替エネルギーの活用推進のための研究や開発が、それまで以上に盛んになった。その中の一つとして、水素をエネルギー源として活用した燃料電池技術が注目されている。日動車へ充填する際の簡略図をFigure1に掲載する。
Figure1の中で、エラストマー製シール材にとって過酷な環境は多数存在している。
まず一つは水素がプレクーラーで－40℃まで冷却される点

本においては、第5 次エネルギー基本計画の構成 第2 章 第である。この冷却の過程が必要な理由としては、例えば水素2 節 6に「水素社会実現に向けた取り組みの抜本強化」としガスをプレクールなしで、ガス温 20℃で車へ充填した場合、て掲載されており、温室効果ガス削減の取り組みとしても期

断熱圧縮熱の影響により、車載水素タンク内で120℃まで上Figure115

水素ステーションでの自動車への水素充填 概略図

製品の紹介昇するとされている4）。水素タンクの素材は、強度上の関係かかつ大きな圧力変動でもブリスターが発生しないという、2 つら、現行のType IVではCFRP が採用されている。CFRPの特性併せ持ったエラストマーシール材料の開発を行った。の耐熱温度は100℃程度であり、安全性を考慮すると最大今回、当社独自の配合設計技術を活用することで、低温85℃程度までに抑えることが望ましいと考えられている。この

特 性とブリスター耐 性を両 立させた、 高 圧 水 素ガス用

ことから、ガス温 20℃での充填では、車載タンクの破裂といっEPDMシール材料として、BLISTANCE®
（ブリスタンス）

た事故発生につながる可能性が非常に高くなる事が予想出-HLT IIを開発したので、本報にて紹介する。

来る。そのため、水素ガスをディスペンサへ流入する直前にプレクーラーで－40℃まで冷却し、車載水素タンクの内部が上昇しないように設計されている。

2. BLISTANCE®-HLT IIの特徴
BLISTANCE Ⓡ -HLT IIはバルカーテクノロジーニュース

された場合、分子の運動が制限され、ゴム弾性が消失する

2020 年夏号にてご紹介させていただいたBLISTANCE Ⓡ

ことで、シール材としての機能を果たさなくなるといった問題-HLTと比較し、低温領域下での弾性回復率を改良しつつが発生する。

も、同等のブリスター耐性を有する製品である。本報にてそ二つ目に、大きな圧力変動が頻繁に発生する点が挙げら

れらの特徴を記載する。

れる。
水素ガスはFCVに充填される際、蓄圧機やディスペンサ内は87.5MPaといった高圧状態になる。またFCVのタンクへは、差圧を利用する事で70MPaまで充填される。その後ディたれるわけでは無く、大気圧環境下になると考えられる。

低温特性はJIS K6261-4に則り、低温弾性回復試験（以下 TR 試験）を実施し評価した。
評価用のサンプルは、厚さ2 mm±0.2のシート準備し、伸長部幅 2 mm±0.2、長さ50 mm±0.2、つかみ部 6.5 mm

よって、ディスペンサ周辺に搭載されている、配管系の部四方の専用の型で打ち抜いた試験片を用いた。

材は87.5MPa から大気圧までの範囲内で加圧・減圧が頻繁

評価は ①試験片をTR 試験機のつかみ部に装着 ② 50%に繰り返されることとなり、その部材にはエラストマー製シール伸長させてつかみ部を固定 ③－70℃のエタノール中で10材も含まれている。

min 試験片を冷却 ④つかみ具の固定を解除したのち、1℃ /そのような個所では、ブリスターと呼ばれる、エラストマーminで温度上昇させるといった手順で実施する（Figure3）。

5）

製シール材を内部から破壊する現象が発生することがある 。
ブリスターはエラストマー製シール材が、ガスや揮発性液体などの流体と高温・高圧で接触するとき、急激な圧力変動の影響で、流体がシール材内部に滞留したまま膨張することにより、内部や表面層に気泡や亀裂を生じさせる現象である（Figure2）。

Figure3

TR 試験 模式図

Figure2 ブリスターが発生したOリング

雰囲気温度（ = 試験片温度）の上昇に伴いゴム弾性を取このような事象が発生した場合、水素ガスが漏えいし、時には人命にかかわる災害に繋がり得る。

り戻すため、試験片は徐々に収縮する。その収縮率を2℃昇温するごとにプロットし、材料の低温特性の評価を行う。

今後の水素社会の発展に伴い、そのような事態が発生し中でも、JIS K 6261-4では、収縮率が 10・30・50・70%

ないためにも、当社では低温環境下でゴム弾性が失われず、になったときの温度をTR10・TR30・TR50・TR70として表16

Summer 2022

スペンサや、それに付随しているカプラ周辺は高圧状態で保2-1）低温特性

バルカー技術誌－40℃という環境下において、汎用エラストマー材料が曝No.43

BLISTANCE® シリーズ HLT II の紹介

記し、その数値も併せて記録をする（Figure4）。

Figure5
Figure4

バルカー技術誌

Summer 2022
No.43

温度－弾性回復率曲線の例

BLISTANCE® －HLT II  TR 試験結果（グラフ）
BLISTANCE®-HLT II  TR 値比較

Table1

TR 試験の結果は、収縮率 = ゴム弾性の回復と見なし、

BLISTANCE®HLT II

BLISTANCE®HLT

汎用 EPDM
H0970

TR 値（特にTR10）の数値が低いほど、低温環境下でもシーTR10（℃）－57－51－43

ルが可能な材料であり、TR10とTR70の温度差が小さいほTR30（℃）－51－47－30

ど、ゴム弾性の回復が早い材料であるという判断をする。

TR50（℃）－46－44－21TR70（℃）－38－39－13−40℃時の収縮率（%）

666713使用される雰囲気の温度や圧力、流体といった要素に大きく左右されるところではあるが、一般的にTR 試験の結果より得られたTR10で示された温度が、低温領域でのシール限界として用いられることが多い。しかし、本報で紹介するⓇ2-2）機械的特性

BLISTANCE -HLT IIの使用想定環境下は、約 90 MPa

BLISTANCE Ⓡ -HLT IIと、比較のためBLISTANCE Ⓡと非常に高圧であるため、TR10 = －40℃前後では－40℃の-HLTの常態物性、及び 120℃での空気老化試験、圧縮永

水素ガスをシールするには性能不足になるということは十分

久ひずみ率の測定結果をTable2に示す。に想定される。

試験はそれぞれ JISの測定方法に準用した試験を実施しⓇ

そのような中、BLISTANCE -HLT IIはTR10 = －57℃ており、対応するJISの規格番号も併せて表中に記載する。という値を示し、汎用 EPDM H0970 のTR10 = －43℃といまた表中の数値は、実測値であり、規格値とは異なる旨をう数値と比較すると明らかに良い低温特性を有している。更に、2020 年度に上市した、同じく高圧水素ガス用エラストマー
シール材で、低温特性に特別優れたBLISTANCE Ⓡ -HLT

ご了承いただきたい。
Table2 BLISTANCE®-HLT II 機械的特性
BLISTANCE®- BLISTANCE®HLT II
HLTのTR10 = －51℃という数値よりもさらに優れている。また
TR10 以降の弾性回復の速さはBLISTANCEⓇ-HLTと比較して緩やかではあるが、弾性回復率が約 60%となる－41℃まではBLISTANCE Ⓡ -HLT IIに優位性があり、以降も同程度 の 低 温 特 性を有 する材 料 である事 が 確 認され た（Figure5・Table1）。

常態物性JIS K 6251 ※ 1引裂試験
JIS K 6252 ※ 2硬度－9093

引張強度

MPa

13.014.3

伸び%100110100%
引張応力

MPa

13.010.4

引裂強度 N/mm

31.1

42.0

硬度変化

－±0+2%－11+4%－15－9%

816

空気老化試験 引張強度
（120℃×72h） 変化率
JIS K 6257 ※ 1
伸び変化率

圧縮永久ひずみ試験（120℃×72h）
JIS K6262 ※ 3※1 JIS ダンベル状3号形試験片を使用 ※2 JIS アングル形試験片を使用※3 JIS 大型試験片（φ29.0 × H12.5）を使用

17製品の紹介前表からBLISTANCEⓇ-HLT IIはBLISTANCEⓇ-HLTと比較しても遜色なく、低温特性だけでなく、圧縮永久ひず2-4）高圧水素ガス圧力サイクル試験
2-3）で 行ったブリスター 耐 性 の 評 価 に 加え、 同じくHyTReCにて実機模擬評価として、継手に組み込んだ状態み率も向上していることが分かるでの高圧水素ガス圧力サイクル試験を実施した。
2-3）水素暴露試験

本試験では、高温 90℃、低温－40℃の環境下において、Ⓡ

BLISTANCE -HLT IIのOリングを、実機模擬評価とし95MPaの水素ガスの圧力負荷・急減圧を繰り返し行い、規て継手に組み込み行う、高圧水素ガス圧力サイクル試験の定の圧力負荷回数までの間、漏れの発生がないこと、そして実施前に、ブリスター耐性を確認する試験を行った。試験方

試験後のOリングの状態（ブリスターの発生が無いか）を確認

法は、高圧容器中にOリングなどの試験片を投入し、30℃した。
圧力負荷のサイクル数は、よりブリスターが発生しやすいとる。減圧後のサンプル外観や断面のブリスターの有無を確認考えられている90℃の条件で11,250サイクル 6）、－40℃の条することで、材料のブリスター耐性を評価した。当社ではこの件で6,600サイクル実施した。下表に試験条件、及び継手を試験を水素暴露試験と呼んでおり、本試験は公益財団法人組 み 込んだ試 験 機と継 手 の 写 真を掲 載 する
（Table5・

水素エネルギー製品研究試験センター（以下 HyTReC）
にて

Figure6）。

実施した。
以下、試験条件及び試験後の試験片の表面・断面状態の写真を掲載する（Table3・4）。
Table3

高圧水素ガス圧力サイクル試験 試験条件※ 1

温度（℃）

水素暴露試験 試験条件
条件

圧力90MPa

温度30℃

圧力（MPa）
サイクル数（回）サイクル条件

保持時間

24h

減圧速度

大気圧まで10 秒未満

試験片寸法

AS568-214（φ3.53×24.99）

Table4

水素暴露試験後 Oリングの表面・断面
試作品 1

高温

低温

90－40
大気圧 ⇔ 95

11,2506,600

昇圧時間（s）

7

保持時間（s）

1減圧時間（s）1※ 1 高温サイクル試験から低温のサイクル試験の間に、Oリングの取り換えは行っていない。

No.43

試作品 2

表面

断面

また今回比較評価として、BLISTANCE Ⓡ -HLT IIの配合内容をベースとし、添加量を変え、物性を調整した試作品
2 つの評価結果も併せて掲載する。
暴露試験後のサンプルを確認したところ、試作品 1・2は共に少なくとも断面を見るとブリスターの発生が確認されたが、BLISTANCE Ⓡ -HLT IIでは、確認されなかった。
以上の結果から、高圧水素ガスが急減圧されるといった状況における、BLISTANCE Ⓡ -HLT IIのブリスター耐性の高さが確認された。

Summer 2022

項目

BLISTANCE®HLT II

Table5

バルカー技術誌

90MPaの条件で水素ガスに24h 暴露し、その後急減圧させFigure6

高圧水素ガスサイクル試験 試験機・継手外観
18

BLISTANCE® シリーズ HLT II の紹介

次に高圧水素ガス圧力サイクル試験の高温側・低温側Table6

それぞれの規定サイクル数付近の圧力波形を掲載する

高圧水素ガス圧力サイクル試験後のサンプル
シール面

内径断面（Figure7・8）。
新品

サイクル
試験後品

以 上、 高 圧 水 素ガス圧 力サイクル試 験 の 結 果より、
Figure7

90℃ 95MPa 11,250サイクル付近の波形

BLISTANCE®-HLT IIは水素市場での要求仕様である、
温度－40～90℃、圧力 87.5 MPa（大気圧までの急減圧有）バルカー技術誌の環境下で使用するシール材に適した製品であることが確認された。
ただし注意していただきたい点としては、得られた試験結果は用いた継手の設計も重要なファクターであり、最適に設計された継手と、このBLISTANCE®-HLT IIのOリングを併用することで、ユーザー各位に問題なくご使用いただける

Summer 2022製品になるということである。
Figure8 －40℃ 95MPa 6,600サイクル付近の波形

そのため、ご使用の際は一度ユーザー各位の実機（または類する設備）
でBLISTANCE®-HLT II が性能上問題無また、試験に際して継手や試験機には、水素ガスの漏えい個所を明確にするために検知テープを貼っていた。Figure

いという点を確認していただくことが必須である旨は、ご了承いただきたい。

9に試験後の該当個所の写真を掲載する。
2-5）製品形状

No.43

BLISTANCE®-HLT IIは、Oリング（No.640）、Vパッキン（No.2631）、Xリング（No.641）など、様々な断面形状や大口径製品についても製作可能である。

3. BLISTANCE®-HLT IIの用途
BLISTANCE®-HLT IIは高圧水素ガス用途を目指して開発されているが、低温特性・ブリスター耐性を有しているため、それぞれの特性を切り分けた用途にも適用可能と考える。
Figure9

試験後の継手と水素ガス検知テープの状態

1. 低温特性
冷凍機用シール®

上のチャートと写真より、
BLISTANCE -HLT IIは95MPa
90℃ 11,250サイクル、95MPa －40℃ 6,600サイクルの条件において、水素ガスをシールすることが出来る材料であることが確認された。
最後に、継手に組み込んだOリングの試験後の表面、及び断面を以下に掲載する（Table6）。

19

寒冷地で使用されるEPDM 材料の置き換え
2. ブリスター耐性
水素以外のガスで、圧力変動の激しい部位のシール

製品の紹介

4. 謝辞

6. 参考文献

高圧水素ガス用シール材料 BLISTANCE®-HLT IIの開発に当たっては、イハラサイエンス株式会社 開発統轄室の皆様は、当初よりともに開発・評価に携わっていただいた。こ
こに厚く御礼を申し上げ、深謝の意を表する。

1）経済産業省 資源エネルギー庁 HP：CO2 排出量削減に必要なのは「イノベーション」と「ファイナンス」（2020），
2）経済産業省 資源エネルギー庁 HP：新しいエネルギー基
本計画の構成，（2018）
3）経済産業省 試験エネルギー庁：水素社会実現に向けた経済産業省の取組，（2020）

5. おわりに4）門出 正則：高圧水素充てん中の容器内水素温度と容器®

今回ご紹介させていただいたBLISTANCE -HLT IIは、壁温度特性，（2008）
5）圖師 浩文：バルカー技術誌，No.31，17-20（2016）

今後の水素燃料電池自動車業界の発展に伴い、自動車や

6）経 済産業省 商務流通保安グループ 高圧ガス保安室：

水素ステーションに組み込まれるシール材への要求がより一70MPa圧縮水素自動車燃料装置用容器に掛かる技術基層高くなった場合においても、十分に適応可能な製品になる準の策定について ,（2013）と考える。
水素市場向けのシール製品に限定した話ではなく、様々な※ ‌BLISTANCEは（株）
バルカーの登録商標です。

市場において、今後ともユーザー各位へのご要望に対して迅速にお応え出来るよう、新たなエラストマー材料の開発、Summer 2022

既存材料の改良に勤めていく所存である。

バルカー技術誌

高圧水素ガス環境下で最も優れた特性を示す材料である。

No.43

西原 亮平
研究開発本部20