アウトドア用品は、激しい雨、洗浄用ホース、ハウジングの底にできた水たまり、完全な水没、蒸気など、さまざまな水との接触にさらされます。これらすべてが、ごく少数の接合部に負荷をかけますが、漏れがライン上の明らかな不具合として現れることはめったにありません。その不具合は、数か月後に保証請求という形で表面化するのです。.
湿潤環境や屋外での使用には、通常、シリコーンシールが採用されます。これは、硬化したシリコーンのネットワークが広い温度範囲にわたって弾力性を維持し、不飽和ゴムのように紫外線やオゾンによる劣化を受けないためです。 組み立て部品が乾燥状態を保てるかどうかは、コンパウンドの名称ではなく、4つの設計上の選択によって決まります。すなわち、部品が耐えなければならない水への曝露条件、部品の硬度、圧縮量、そして数千回のサイクルにわたってその圧縮状態がどのように維持されるか、という4点です。.
その一連の流れ、つまり「接触」から「定着」に至る過程こそが、 シリコーンシールメーカー ウェットサービス部品を介して動作します。.
シリコーンシーラントは屋外での使用に適していますか？
はい、屋外におけるストレス要因そのものに対してです。 硬化したシリコーンシールは、ほとんどの汎用エラストマーよりも紫外線、オゾン、極端な温度変化に対して優れた耐性を示し、屋外で1シーズン経過しても脆化することはありません。ただし、屋外での性能は材料そのものの特性というよりは接合部の構造に依存するため、設計の悪い溝に優れたコンパウンドを使用しても、やはり漏れが生じる可能性があります。.
その主な理由は、シロキサン骨格にある。シリコンと酸素の結合を切断するには、有機ゴムに多く見られる炭素と炭素の結合を切断するよりも多くのエネルギーが必要となる。そのため、 シリコーンゴム より広い温度範囲にわたってその特性を維持し、圧縮されても平らなままになるのではなく、元の形状に戻ります。この骨格は、地表に到達する波長域の紫外線を強く吸収せず、オゾンが攻撃できる不飽和部位も持ちません。.
シーラントを塗布するか、成形済みシリコーンシールを使用するか？
同じ検索用語の背後には、2つの製品が存在します。現場で形成されるシーラント接合部は、ペースト状で塗布され、接合部内で硬化し、両面に密着して隙間を埋めることで密封します。その性能は、それらの表面がどれほど清潔であったかに依存し、接合部を2度圧縮することはできません。 あらかじめ成形されたシリコーンシールやガスケットは、組み立て前に所定のサイズに成形されており、2つの表面の間に所定の割合で圧縮されることで密封されます。したがって、密封結果は接着力ではなく、溝の深さ、圧縮率、および保持力によって決まります。以下で述べる圧縮率、溝の設計、および保持力に関する内容は、すべてこの2番目のカテゴリーに関するものです。.
屋外用シリコーンシーラントを選ぶ際のポイント
ペーストタイプの場合、ラベルよりも硬化システムの方が重要です。 アセトキシ系は硬化過程で酢酸を放出します。これはガラスやセラミックスには無害ですが、密閉された接合部では一部の金属を腐食させる可能性があるため、金属やコンクリートに対しては通常、中性のアルコキシ系やオキシム系が用いられます。さらに、弾性率、試験片ではなく実際の基材への接着性、およびデータシートで意図した水への曝露が許容されているかを確認してください。.
100%シリコーンシーラントは防水性がありますか？
硬化した100%シリコーン製品は、日常的な意味での防水性を備えています。つまり、溶解せず、膨潤もごくわずかで、適切に密閉された接合部からは水を遮断します。しかし、これは恒久的な浸漬に耐えるという規格とは異なります。 すべての100%シリコーンシーラントが、連続浸漬や加圧水への曝露に対応しているわけではなく、耐候性を記載したデータシートであっても、水線下の部品については何も言及していない場合があります。.
この主張には2つの特性が混同されています。吸水率とは、硬化した材料がどれだけの液体を吸収するかを表すもので、シリコーンの場合、その値は十分に低いため、寸法変化が設計上の懸念となることはありません。一方、水蒸気透過性は異なります。シリコーンは水蒸気を透過するため、結露を逃がす必要がある組み立て構造に適しています。したがって、吸水率が低いという事実だけでは、水蒸気に関する情報は得られません。.
連続浸漬の場合、さらに4つの要因が重要になります。圧縮永久ひずみは、1年経過後も部品が押し返せるかどうかを決定し、加水分解特性は、熱水に対してどのように耐えるかを決定し、接着力低下は、12ヶ月目においても乾燥した界面が乾燥したままであるかどうかを決定し、静水圧は、シールを持ち上げようとする力がどれほど強いかを決定します。.
防水、耐水、および水密
マーケティングの現場では、これら3つの言葉は互換的に使われていますが、仕様書においてはそれぞれ異なる意味を持ちます。「耐水性」とは、雨や水しぶきに耐える製品を指し、水没に対する保証は含まれません。「防水性」という表示には、これに裏付けとなる単一の試験方法が存在しないため、サプライヤーがどの規格およびどのレベルに基づいて試験を行ったかを確認してください。 「気密（Watertight）」、あるいは明記された「侵入保護等級」は、完全な筐体を対象とした定義済みの試験による測定結果であり、監査の対象となるのはこれのみです。.
シーラントの滴だけでは不十分になる場合
プロジェクトがビーズから成形部品へと進むには、4つの条件が必要です。メンテナンスのためにアセンブリを開ける必要がありますが、そのたびに硬化した接合部が破壊されてしまいます。 機械的な保持力がないため、接合部は完全に接着力に依存しています。接合部は温度や荷重によって変位します。あるいは、接合部に水が溜まることもあります。塩水や塩素処理水は、機械的な負荷に加えて化学的な負荷も加えるため、同じグループに分類されます。.
シリコーンシールと水への曝露条件の適合
まずは水への曝露条件から検討し、その後に硬度、圧縮、保持力を設定してください。最初に硬度を選んで、組み立て後に乾燥状態が保たれることを期待するのは論理の逆であり、これが、よく作られた部品が使用中に漏れを起こす最も一般的な原因です。.
5つの水曝露条件
屋外用および湿潤環境用部品のほとんどは、5つの分類のいずれかに該当し、その分類によって優先すべきシールソリューションが決まります。.
| 体制 | 一般的なサービス条件 | 優先すべきシールソリューション | 設計チェック |
| 雨や風によって巻き上げられた水しぶき | 断続的で、日差しがあり、毎日自転車に乗る | 耐候性シーラント、または圧縮ガスケット | 両端が開いていない連続した経路 |
| 水しぶきと洗浄 | ジェット、ホース、洗浄用化学薬品 | 機械的に固定されたシールリングまたはガスケット | ジェット圧力に対する保持力 |
| 断続的な浸漬 | 水たまり、波の打ち寄せ、水に浸かる、そして排水 | 浸漬試験により検証されたシール構造 | 水が溜まらないように排水路を確保する |
| 連続浸漬または加圧 | 恒常的な水没状態、または水頭圧 | 圧力、持続時間、および材料の適合性について検証済み | 圧縮永久ひずみ；溝と圧縮 |
| 蒸気と温水 | やかん、殺菌、高温洗浄 | 温水および蒸気について検証済み | シールおよびハウジングの耐温度範囲 |
同一部品に関する硬度、公差、および圧縮永久ひずみの目標値は、以下の シリコーンシール仕様ガイド.
水圧に耐えるシール
水圧は押し出す場所を必要とするため、答えは材料の選択ではなく、力の均衡にある。静水圧は深度とともに上昇し、シールの露出面に作用するため、飛沫を想定して設計された接合部では、ハウジングが水たまりに浸かると余裕がなくなる。 シールを固定しているのは金具による締め付け力であり、その力は振動、熱膨張、および締結部品の腐食に耐えなければなりません。溝を設けることで、支持されていない低圧側でシールが転がるのを防ぎます。.
見落とされがちな要因は、内部に閉じ込められた空気です。太陽の熱で温められた密閉されたハウジング内部の空気は、シールが許容できる範囲をはるかに超えて膨張し、水の侵入を防ぐシールに対して外側へ押し出そうとします。通気口や透湿膜が存在するのは、まさにこのためなのです。.
塩、塩素、硬水
塩水噴霧により、隙間に結晶が残り、結晶の成長によってシールが座面から浮き上がってしまうことがあります。プール水に含まれる程度の濃度の塩素水であれば、一般的にシリコーンは耐性がありますが、遊離塩素と高温が組み合わさった場合は、その耐性を検証する必要があります。 硬水による沈殿物がシールリップの下にスケールとして堆積し、その薄いスケール層が、浸透が始まるのに必要な分だけシールを持ち上げてしまいます。これら3つのケースのいずれにおいても、アセンブリから漏れが始まった時点では、エラストマー自体はまだ健全な状態であることが多いのです。.
水以外の屋外でのストレス
屋外用シール材の性能は、日光、温度変化、湿気、汚染物質、および機械的応力の複合的な影響によって決まります。これらはすべて同じ界面に対して同時に作用するため、いずれか一つの要因が支配的になることはありません。日光にさらされる筐体は主に熱と日々の温度変化によって劣化し、水没する部分は主に長期間にわたる圧縮と、温度下での水中の化学的性質によって劣化します。.
水、温度、化学的性質に関する物質の制限値は、以下の項目にまとめられています。 シリコーン耐性.
太陽、オゾン、および温度の循環
紫外線は、シリコーンの内部よりも表面に大きな変化をもたらします。チョーキングや軽度の表面硬化が典型的な現象であり、チョーキングした表面には単に汚れや水膜が付着しているだけであるにもかかわらず、部品が故障したかのように見えてしまうことがあります。 日々の温度変化の方が、構造的な要因としてより大きな影響を与えます。夜間と午後の間で30～50℃の温度変動があるハウジングでは、シールが毎日動いており、それが1シーズン続くと、何千回もの微小な圧縮が生じることになります。.
凍結・融解と閉じ込められた水
溝の中や、留め具の裏側、あるいは接合部の縁に沿って水が溜まる場所では、寒い夜になるとその水が膨張する氷へと変化します。 その相変化によって生じる力は、ハウジングを変形させたり、シール界面を基材から剥離させたりすることがあります。これは、シリコーンが脆化したことによるものではなく、閉じ込められた水によって引き起こされる損傷であり、その対策として別の化合物を使用することはほとんどありません。排水穴、傾斜、面取り、あるいは接合線の位置変更を行うことで、水の滞留を防ぐことができます。.
砂、泥、粉塵、および微生物の増殖
シール溝に詰まった研磨粒子がシール面を摩耗させ、溝を開いたままにしてしまうことがあります。また、微細な粉塵や乾いた泥が隙間から水分を吸い上げるため、外見はきれいでも内部が湿ったままのジョイントが生じます。日陰で湿ったジョイントは、カビや藻が発生しやすい場所ですが、これはシール機能の不具合というよりは、見た目の問題です。.
アウトドアギアの各部のシーリング箇所
アウトドア用品のほとんどは、ランダムな場所ではなく、予測可能ないくつかの接合部から水が漏れます。まずその接合部を特定しておけば、シーリング材の選定が簡単になります。なぜなら、その接合部が一度だけ圧縮されるのか、それとも何度も再シールされるのか、また水が流れ落ちるのか、それとも溜まるのかが、すでに分かるからです。.
| 部品またはアセンブリ | 一般的なシール形式 | 成功を左右するものは何か |
| 屋外用エンクロージャー、ジャンクションボックス、および制御用ハウジング | 溝に嵌め込まれたコードまたは成形ガスケット | 筐体全体について保護性能が確認済み |
| ポータブルスピーカー、ヘッドランプ、および携帯型電子機器 | 成形ガスケットまたはオーバーモールドシール | 落下・振動に対する耐久性 |
| クーラーボックス、ドライバッグ、防水ケース | 平ガスケットまたは成形リップシール | 均一なクランプ力 |
| ボトル、ハイドレーションシステム、ドリンクウェア | 小さな成形リング、またはバルブシール | 開閉サイクルの繰り返し |
| 電動自転車、スクーター、および動力機器の筐体 | 締結具の締め付け下にある成形ガスケット | 温度サイクル試験および振動試験 |
| 園芸・洗浄・灌漑用機器 | 機械式保持機構を備えたリングシール | ジェットの圧力とクリーナーとの互換性 |
| マリン・ウォータースポーツ用ハードウェア | 成形ガスケット、耐食性金具 | 塩分への曝露と締結部品の腐食 |
| ソーラー照明および屋外照明用金具 | 通気路を備えた成形ガスケット | 熱の蓄積と圧力の均衡化 |
恒久的なビードの代わりに、メンテナンス可能なシール
一度アセンブリを再組み立てする必要が生じた場合、成形部品はビードよりも優れています。なぜなら、分解時にシーラントの接合部が破壊され、現場で同じ水準に再構築することはできないからです。 成形部品の中でも、溝に収まるコードは自重で所定の位置に収まり、より強い圧縮に耐えることができますが、平ガスケットは所定のランド幅と平坦な面が確保されていることが前提となります。これらの形状と取り付け方法の比較については、 シリコーン製シールストリップ、ガスケット、Oリング.
故障モードと検証
水漏れの原因は、通常、シリコーンそのものではなく、接合部、金具、あるいは組み立て工程にあるため、診断はまず、これら3つのうちどれに問題があったかを特定することから始めます。.
6つの故障モードとその対処法
| 症状 | 考えられる原因 | 設計またはプロセスの修正 |
| 初回組み立て時の漏れ | 取り付け中にシールが切断、ねじれ、または挟み込まれた | 溝の導入部；組み立て時にはシールを保持してください |
| 数週間にわたる水没後の水漏れ | 圧縮永久ひずみ：部品が押し返さなくなる | 圧縮永久ひずみが小さいコンパウンド；絞り込みを再確認 |
| 水は継ぎ目を伝って流れる | 2つの濡れ面間の毛細管経路 | ガスケットの経路が連続していること；隙間を取り除く |
| 片隅や低い箇所からの漏れ | 継ぎ目に水が溜まっている | 排水孔、傾斜、または面取りを追加する |
| 寒い夜の後の被害 | 溝に溜まった水が凍結する | ウォータートラップを取り外し、死角となる部分を作らないようにしてください |
| 現場作業を終え、リークが復帰した | 締結部品が緩んでいる；シールが正しく装着されていない | トルク仕様；自己位置決め式シール |
圧縮永久ひずみは、第2列の背後にあるメカニズムであり、測定が可能です。加硫ゴムおよび熱可塑性ゴムの圧縮永久ひずみに関する試験方法は、以下に規定されています。 ISO 815-1, これにより、短期間の分類試験と、シール性能を予測するために用いられるより長期の経年試験とが区別される。.
正式リリース前の『Ingress』のテスト
保護等級は互換性がなく、その違いは試験において試験片にどのような処理が行われるかという点にあります。飛沫保護等級は、ある角度から筐体に向けて噴射される水に対応し、噴流保護等級は、規定の圧力と距離から直接噴射される水流に対応し、一時浸水保護等級は、規定の深度と短時間の浸水に対応し、連続浸水保護等級は、メーカーが規定する深度、浸水時間、および水温に対応します。 これらの等級を支える枠組みは、以下の文書で公表されています。 IEC 60529. 繰り返し強調しておきたい点が一つあります。このレベルは筐体全体に適用されるものであり、決してシリコン部品そのものには適用されません。.
試験の実施順序によって、その結果に意味があるかどうかが決まります。組み立て直後の製品は、温度サイクルによってシールが溝内でまだ移動していないため、水試験には合格しても、実使用環境では不合格となる可能性があります。 まず温度サイクル試験とアセンブリの再現性チェックを行い、その後で対応する水漏れ試験を実施することで、顧客が求めている答えが得られます。この順序は、製品のリスクに応じて決定すべきです。検証は、トレーサビリティのあるコンパウンドロットを使用した生産用基板上で実施する必要があります。これら両方は、 精密シリコーン部品メーカー 最初の記事ループに組み込まれます。.
よくある質問
シリコーンは湿気の多い環境でも硬化しますか？
湿気硬化型シーラントは、液体の水ではなく空気中の水蒸気を必要とするため、高湿度環境では硬化が妨げられるどころか、スキンタイムが短縮されます。一方、水没の場合は事情が異なります。シーラントのビード上に水が溜まると接着力の発生を妨げるため、完全に水没した接合部では、空気中での場合と同等の接着強度が得られない可能性があります。 成形されたシリコーン部品は梱包時点で既に硬化しているため、この質問はガスケットやOリングには当てはまりません。.
シリコーン系シーラントは、水線下でも効果がありますか？
その製品が浸水使用に明示的に適合していると認定されており、かつ接合部が機械的に支持されている場合に限ります。 水深が深くなるにつれて水圧は上昇し、支持されていないビードをランドから押し出してしまう。また、飛沫を想定して設計された接合部には、その荷重に耐える余裕がない。恒久的に水没する接合部に対する実用的な解決策は、溝に圧入された成形済みガスケットであり、腐食防止処理が施された締結具による締め付け力を利用することである。水線下のビードは、せいぜい二次的なバリアに過ぎない。.
屋外用シールの人生において、その寿命は、材料の組成と接合部の設計のどちらによってより大きく左右されるのでしょうか？
その大部分は接合部によって決まります。同じ溝に充填された2つの同等のコンパウンド間の差異は、良好な溝と不良な溝にそれぞれ充填された1つのコンパウンド間の差異よりもはるかに小さいものです。コンパウンドは「上限」、つまり耐えられる温度範囲、耐薬品性、圧縮永久ひずみを決定しますが、その上限に達するかどうかは接合部によって決まります。 グレードを指定するものの、圧着、保持、および排水に関する条件を明記していない仕様書は、問題の半分しか解決していないことになる。.
