総論

ガスケットをとりまく社会環境の変化

2. 石綿規制

シールとは、各種プラントの配管や機器、装置において、石綿の健康障害に関する報告が 20 世紀初頭になされ、流体が内部から外部へ、あるいは外部から内部へ流れないその危険性が広く認識されるようになった。石綿の販売、使ようにすること、またはその部材を指す。固定部のシールをガ用の制限が、欧米を中心として進められ、日本でも2004 年

スケット、運動部のシールをパッキンと呼ぶ。ガスケットやパッに、石綿製品について輸入、製造、譲渡、提供、使用がキンは機械要素の一つであり、一般の認知度は低いが、機禁止された。しかし、石綿の使用用途のほとんどが建材であ械装置の重要な部品である。

り、また実績で石綿に代わるシール材がなかったことから、シール製品、石綿紡織品は対象外であった。2006 年には全も給配水管の遺構が発見されている。そこでは、アスファル石綿製品の使用等が禁止されたが、特定分野の部材につト、タールなどが、コーキング材のように使われていたことが想いては、代替品が確立していないとの理由で、規制猶予対像される。細い管同士のねじ込み継手を経て、産業革命に照表（ポジティブリスト）が設定され使用が続けられた。ポジよる紡績産業、製鉄業の発展に伴い、溶接技術とねじ切りティブリストが完全撤廃されたのは、2012 年 3月のことであっ旋盤の出現によって、ボルト締めフランジ継手が実用化された。

るようになり、今日見られるガスケットの原型が整備されるに至った。
石 綿ジョイントシートが 1887 年オーストリアのRichard

このように、シール製品における全面的な非石綿化には長い年月を要したが、これはガスケットの非石綿化に大きな技術的課題が存在していたためであった。

Klingerによって発明され、うず巻形ガスケットは1912 年アメ

石綿ガスケットの代表的なものとしては、石綿ジョイントシーリカのHenry Bohmerによって発明された。さらには、20 世

ト、及び石綿フィラーうず巻形ガスケットが挙げられる。しか紀初頭にドイツでHaber-Bosch法による高温高圧下でのアンし、うず巻形ガスケットはシール性や耐薬品性、耐熱性に優モニア合成が実用化され、重化学工業の発展によって各種れた膨張黒鉛フィラーやふっ素樹脂フィラーを用いた高級化の高圧用金属ガスケットが開発された。

がすでになされていた。そのため、非石綿化の際に、無機

日本では、明治以降、石綿ジョイントシートの高級品を輸入フィラーを用いたうず巻形ガスケットも開発されたが、多くはすに頼っていたが、国産化が進み、1935 年当社において、日でに市場で実績のあった膨張黒鉛フィラーうず巻形ガスケッ本人だけによる純国産品が誕生した。またこれは、120インチ

トに代替された。という大型シートであり、世界的に見ても画期的な製品であった。

Summer 2015

漏れを防ぐということは、重要な技術であり、古代遺跡からバルカー技術誌

1. はじめに一方、低温・低圧及びユーティリティ用途として最も汎用性の高い石綿ジョイントシートは、JISなどに示された常態物

こうした黎明期を経て、戦後は石油化学工業をはじめとす性試験で石綿ジョイントシートと同等と評価された非石綿ジョる各種産業が発展していったのに伴い、ガスケットもその適イントシートが、フィールドにおいて多くの問題を引き起こした。

用範囲を広げるとともに、多種多様な新材料が使われるよう当社は、石綿ジョイントシートが長年に渡る使用実績があったになっていった。しかし、こうした急激な産業の発展は、多くが、そのため、その物性試験は実績のある製品の、生産工の環境問題も発生させることになった。

程管理のための品質検査であり、実際に使用するにあたって本当に必要とされる機能を評価するものではなかったということを明らかにした。
2No.29ガスケットをとりまく社会環境の変化

石綿ジョイントシートの場合、石綿繊維の配合量は65～化（毛羽立ち）による繊維同士の絡み合いを利用して非石綿85%であったのに比べ、非石綿ジョイントシートの場合、アラミジョイントシートは開発されたが、石綿繊維の絡み合いに比ド繊維などの有機繊維、及びロックウール、炭素繊維などのべて弱く、ゴムバインダーが強度因子のかなりの部分を担う無機繊維は5～25%しか配合されていない。ジョイントシート形になっている。そのため、ゴムバインダーが高温にさらされの材料構成をFigure1に示す。また、石綿繊維は細く長く、硬化した場合、配管応力や増締めなどの外部応力が負荷さ繊維同士が強く絡み合い、繊維自身が強度因子となっていれると、ガスケットに割れが生じる事故が多発した。

るため、ゴムが硬化してもガスケットとしての機能が維持できこうした非石綿ジョイントシートの割れの問題は、ゴムバインていた。一方、非石綿ジョイントシートは繊維量が少なく、まダーによることがほぼ確実であると見られたが、市場にあるた繊維も太く短く、剛直であるので、アラミド繊維のフィブリル

非石綿繊維では、石綿繊維の様な補強効果は期待できないことが明らかになった。そのため、当社はいち早くゴムを使わないシートガスケットの開発に着手した。
バルカロン®のような充填材入りふっ素樹脂シートは、非石バルカー技術誌

綿化以前から耐薬品性の求められる化学プラントに多く使用されており、非石綿化の初期にはジョイントシートに代えて使用されることもあった。しかし、ふっ素樹脂特有のフローにより、高温時の締付力低下が大きく、耐熱性については、石綿ジョイントシートを完全に代替することはできなかった。
ふっ素樹脂のフローを改善するには、その流動性を抑制

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するために多量な充填材が必要となるため、相対的にふっ素樹脂の含有量が少なくなり、その少ないふっ素樹脂含有量で充填材の間の空隙を埋めて、適正なシール性が維持できるよう、配合と加工方法を検討する必要があった。その開発は困難を極めたが、ついには石綿ジョイントシートと同等以上のクリープ緩和特性とシール性を有する高機能シートガスケット“No.GF300”を開発した。こうした、低クリープ緩和仕様

No.29のシートガスケットは他 社にはないものであり、このNo.
GF300、及びそれに続くNo.SF300、No.MF300、No.UF300といった高機能シートガスケットによって、石綿ジョイントシートの代替は完成した。
Figure1 ジョイントシートの材料構成イメージ

Figure2にガスケットの変遷についてまとめた。

Figure2 ガスケットの変遷
3

総論

3. 信頼性評価技術

スケットの新たな分類体系、及び非石綿ガスケットの試験温

また、同時に当社は、実績に代わる新たな信頼性評価技“パッキン及びガスケット用語（2015）”の改正にも引き継がれ、術の開発にも着手した。非石綿製品の実績は乏しく、長期ガスケットの分類体系、及び非石綿ガスケットの関連用語が使用に対する信頼性を得るには、ユーザー個々の使用条件新たに登録された。これにより非石綿ガスケットの中でのにおける実証試験を行うとともに、長期性能を理論的に評価No.GF300の位置が明確になった。

度などの評価基準が明確にされた。この成果はJIS B 0116

推定する技術が必要であると考えたからである。
ガスケットの長期信頼性評価のための寿命推定方法は、
使用済み核燃料輸送貯蔵容器（キャスク）用ガスケットの開発を契機として検討が始められた1）-3）。その方法は使用環境

4. 大気濃度規制
大気汚染物質の大気中への排出を規制すべく、米国は1963 年に大気浄化法（Clean Air Act；CAA）を制定した。
その後、数度の改正を経て，1990 年改正大気浄化法（Cleanものである。ただ、こうした試みは、締切型フランジにおけるAir Act Amendment of 1990；CAAA）が公布された。こメタルガスケットについての事例であり、非石綿ガスケットに適のCAAAでは、酸性雨対策、自動車排ガス規制の強化、用するについては、より一般的な締込型フランジにおけるガス毒性化学物質の排出規制の強化、オゾン層破壊の抑制を目ケット残留応力について考慮する必要がある。

的とし、189 種類の有害大気汚染物質（VHAP）が指定された。これらは工業プラントからの揮発性有機化合物（VOC）留応力が密封限界応力に達する時点を寿命とするという、の微少漏れ（Low Emission）を規制するものである。漏れ基本的な考え方は同じである。ただし、ガスケット残留応力の規制値としては、大気濃度 500ppm が規定され、大気汚については、ガスケットだけではなく、フランジ継手の応力変染の深 刻なカリフォルニア州では、1997 年 州 規 制により化をも考慮する必要がある。最近では、こうした締込型フラ100ppmに規制強化されている。

ンジにおけるガスケット応力の経時変化については、ガスケッ

微少漏れの規制は、ドイツにおいても1986 年に大気浄化法

トを 粘 弾 性 体とし た 有 限 要 素 解 析（Finite Element（Technische Anleitung zur reinhaltung der Luft；TA-Analysis；FEA）
による研究

4）-7）が進められている。特に、Luft）として制定され、イギリスでも1990 年にEnvironmental

常温で締付け、温度サイクル下で使用するという、非定常かProtection Act of 1990 が施行されるなど、環境規制が拡

つ長期運転条件を考慮に入れ、ガスケット圧縮特性の温度大している。

依存性、非線形性、ヒステリシス特性、熱膨張などを考慮しプラントでの漏れの管理は、基本的には閾境界での環境て有限要素解析を行うことによって、より現実的なガスケット濃度と、各プラントでの物質収支を基にした排出総量で管理応力の経時変化の推定が可能となった。

してきたが、環境規制ではガスケットからの微小漏れを直接ガスケットの材料劣化による寿命評価への取り組みとして管理するために、フランジ継手周辺の環境濃度を測定するこは、 非 石 綿 化のための緊 急プロジェクトである2006 年とを要求した。このことはガスケットを選定する上での重要なNEDO 開発支援事業において、膨張黒鉛の酸化減量に評価基準となりつつある。すなわち、継手からの漏れは、従Arrhenius式を適用することを検討した。ライン入りマイカフィ

来の漏れるか漏れないかの定性的な検査ではなく、定量的

ラーうず巻形ガスケット（No.M596L）について、膨張黒鉛フィな漏れ量としてとらえる必要が高まってきた。

ラー酸化の活性化エネルギーから寿命予測が可能であるこ
８）

一般に、“漏れが無い”という状況は存在せず、微少な漏とを確認した 。さらに、膨張黒鉛フィラーうず巻形ガスケット

れは必ず存在する。すなわち、“漏れが無い”というのは、漏（No.6596）
については、熱減量後の圧縮復元線から、ガスれ試験の検出感度を越える漏れが無いということであり、そ９）

ケット残留応力を求める手法 も提案した。
高圧力技術協会（HPI）のSTOP 委員会では、従来のASME codeに代わるフランジ継手設計の検討がなされ、非れを設計上“漏れが無い”状態として許容しているにすぎない。
各種ガスケットの漏れ量をFigure 3に示す。

石綿ガスケットを評価するために高圧力技術協会規格 HPIS
Z108“ボルト締めフランジ締結体用ガスケットの分類及び特性評価指針（2014）”
が新たに制定された。この規格では、ガ4

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締込型フランジにおける寿命評価についても、ガスケット残バルカー技術誌

におけるガスケット応力の経時変化を応力緩和線より予測し、ガスケット残留応力が密封限界点に達する時点を寿命とする

No.29

ガスケットをとりまく社会環境の変化技術と併せ、非石綿化に貢献できたものと自負する。
また、フロンや環境ホルモン（外因性内分泌撹乱物質）、及び一部のふっ素樹脂の製造に使用される助剤であるPFOA（パーフルオロオクタン酸及びその塩類を含む化合物の総称）などの環境負荷物質への対応として、シール材料の配合変更など、その安全性について不断の検証を続けている。
大気濃度規制に伴う漏れ量の管理や、漏れ量を前提とする合理的なフランジ継手設計など、今後起こるであろう様々な環境変化に対しても真摯に取り組み、シールにかかわる全ての人々に貢献するべく努力する所存である。

Figure3 ガスケットの漏れ量

バルカー技術誌

石油化学プラントやその周辺機器では、通常は発泡漏れ試験によって漏れの有無が検査されるが、発泡漏れ試験の検出感度は、3×10−４ Pa･m3/s 程度であるとされている。

1）Nishida T., Sealability of Spring-Energized Elastic

日本におけるこうした目視での検査は、世界的に見ても厳Metal Gaskets, SAE Technical Paper Series 870004、

しい基準のもとに行われているが、漏れを数値化して環境へ

Proc、’87 SAE International Congress and Expositionの影響度を評価しようという動きに対しては、数値化された漏

Detroit、Michigan, Feb（1987）, pp23-27

Summer 20152）掘 井賢二、トライパックの長期性能評価、バルカーレれ量でない限り評価の対象にはならない。
なお、CAAAで規定された管理値である500ppm 及び100ppm が、どの程度の漏れ量に相当するのか、その換算を示した公的なものはないが、当社では、同一条件で行った環境濃度測定結果とガスケット漏れ試験結果を比較し、より厳しい100ppmでも、3～6×104）高木知弘、名護典寛、佐藤広嗣、山中幸、ガスケットのPa･m /s 程度で、発評 価、日 本 機 械 学 会 論 文 集 C 編、vol.73、No.728,

Pa･m /sであり、3

泡漏れ試験によって検知できる漏れとほぼ同程度であることを示した

カー技術誌、No.6, pp.1-5（2003）.
粘弾塑性挙動を考慮したボルト締結体の力学的特性の500ppmに相当する漏れ量は2～4×10−４

ビュー、vol.35、No.3, pp.7-13（1991）.
3）野々垣、肇 大断面径トライパックの長期性能評価、バル3−3

No.29

6. 参考文献

pp.1245-1252（2007）.
5）名護典宏、高木知弘、佐藤広嗣、ガスケットの粘弾塑性

10，11）。

また、漏れ量を考慮したフランジ継手のシール設計が検討されている。これらはいずれも気体の漏れを基準としたもので特性とボルト締結体の軸力緩和予測、バルカー技術誌、Vol.16, pp.11-19（2009）.

ある。これは、液体の微小漏れは定量測定が困難であると

6）渡辺将広、山口篤志、本田尚、辻裕一、フランジ継手用いうことと、液体漏れ量は気体漏れ量に対して極めて少ないガスケットの高温粘弾性特性の評価、日本機械学会山梨と考えられていたためである。それに対して、当社で液体の講演会講演論文集 , pp.145-146（2008）.

微小漏れ量を測定し、同様の条件で測定した気体漏れ量を7）佐藤広嗣、黒河真也、高木知弘、ガスケットを用いた締比較したところ、両者の体積漏れ量には1×10 倍の差がみら

結体の長期漏洩特性の予測手法の検討、日本機械学会れたが、質量漏れ量はほぼ同じオーダーであることを見出し

山梨講演会講演論文集 , pp.139-140（2008）.

812）

た 。これは、質量漏れ量を基準とすることで、気液ともに合理的なシール設計ができる可能性を示している。

8）NEDO 平成 18 年度成果報告書、緊急アスベスト削減実用化基盤技術開発プロジェクト、シール材の非石綿代替製品に関する寿命推定実証技術の研究開発、2007 年 3月

5. おわりに石綿規制に対して、当社は独自技術による取り組みを進め、石綿ジョイントシートを代替しうる、No.GF300をはじめとする高機能シートガスケットを開発した。更に、信頼性評価59）Asahina, M., Nishida, T. and Yamanaka, Y., Gasket
Performance of SWG in ROTT and Short Term
Estimation at Elevated Temperature, ASME PVP ,Vol.326,（1996）, pp47-59
10）宮本悟、地球環境に対応のバルブ（ベローズバルブ）、バ総論12）赤松淑子、佐藤広嗣、野々垣肇、西田隆仁、液体漏

ルカーレビュー、Vol.43、No.2, pp.7-12（1998）.

洩量の実測と気体漏洩量との比較、日本機械学会論文11）山中幸、赤松淑子、黒河真也、ガスケットの環境規制に

集 A 編、Vol.77、No.777, pp.749-753（2011）.

関する技術動向、トライボロジスト、Vol.56, No.2, pp.8792（2011）.
（Abstract）

VALQUA reviewed the impact of gasket on the social environment. In particular, with respect to Asbestos regulations, wehave taken steps ahead of the competitors, developed high-performance sheet including No.GF300 and we also started
long-term reliability assessment considering long service life of asbestos products. Moreover, the necessity of leakage
amount management for atmospheric concentration regulation and the measurement of liquid micro- leakage were alsomentioned.

Asbestos regulations, long-term reliability assessment, atmospheric concentrations regulation, liquid micro-leakage（摘要）简单介绍了为应对社会环境变化公司在密封垫片方面开展的工作。特别是在石棉规制方面，先于其它公司开发了以No.GF300
为代表的高机能板材，并且在取代石棉产品的实绩，建立长期可靠性评价方面也开展了一些工作。另介绍了大气浓度规制背Summer 2015

景下泄漏量管理的重要性以及液体微小泄漏的测定。

バルカー技術誌

Keywords:关键词：石棉规制、长期可靠性评价、大气浓度规制、液体微小泄漏

No.29
野々垣 肇
シール営業本部
テクニカルソリューショングループ

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