防水シリコーンシール：設計、圧縮試験および漏れ試験

防水シリコーンシールは、電子機器の筐体、屋外用照明、センサー、バッテリーシステム、制御盤、家電製品、自動車部品、医療機器、および産業用アセンブリなどで広く使用されています。.

シリコーンは優れた柔軟性、耐熱性、耐候性を備えていますが、この材料だけでは防水性能が保証されるわけではありません。信頼性の高いシール性能は、シールプロファイル、溝の寸法、圧縮率、ハウジングの剛性、表面仕上げ、組み立て方法、および検証手順の相互作用によって決まります。.

したがって、産業分野のバイヤーや調達エンジニアは、防水シール部品を調達する際、シールの寸法や材質の硬度だけでなく、使用環境全体を考慮して選定すべきです。.

このガイドでは、特注の防水シリコーンシールに関する、設計、圧縮、材料、製造、および気密試験における主要な要素について解説します。.

防水シリコーンシールとは何ですか？

防水用シリコーンシールとは、組み立てられた2つの部品間の接合部から水や湿気が侵入するのを防ぐエラストマー製の部品です。.

適切に圧縮されると、シリコーンは微細な隙間、加工痕、成形上のばらつき、および表面の凹凸を埋め尽くします。これにより、シールと接合面との間に連続的な接触圧力が生じます。.

一般的な防水用シリコーンシール部品には、次のようなものがあります：

シリコーン製Oリング
平型シリコーンガスケット
長方形のシールリング
D字型のシール
リップシール
中空シリコーンシール
ラジアルシャフトシール
コネクタ用シール
ケーブル貫通部用シール
ボタン型膜
オーバーモールド加工されたシリコーンシール
カスタム成形エンクロージャー用ガスケット

適切なシール構造は、その用途が雨、飛沫、一時的な浸水、継続的な浸水、高圧洗浄、結露、蒸気、あるいは内部の流体圧力にさらされるかどうかによって異なります。.

「防水」とは、用途によってその意味が異なる

シリコーンシールを選定する前に、購入者は完成品において「防水」が具体的に何を意味するのかを明確に定義しておく必要があります。.

防水のみを目的として設計されたシールは、水没に耐えられない可能性があります。短時間の噴霧試験に合格したガスケットであっても、熱サイクルや長期の圧縮後には漏れが生じる可能性があります。.

重要な申請条件には、以下のものが含まれます：

水の噴射方向
水圧
浸漬深度
浸漬時間
被ばく頻度
動作温度
熱サイクル
内部圧力または外部圧力
住宅運動
予想耐用年数
洗浄方法
化学物質への曝露

必要な保護レベルは、金型製作を開始する前に決定しておく必要があります。.

一般的な防水シリコーンシールの設計

シリコーン製Oリング

Oリングは断面が円形で、通常、機械加工または成形された溝の内部に取り付けられます。.

これらは主に次のような用途で頻繁に使用されています：

センサーハウジング
配管継手
バルブアセンブリ
バッテリーカバー
電気コネクタ
円筒形の筐体
ポンプの構成部品

Oリングは、溝によって圧縮が制御され、過度な動きが防止される場合、確実な防水シールを実現できます。.

Oリングは、円形または対称的な構造において特に効果的です。しかし、溝や取り付け工程が適切に設計されていない場合、Oリングがねじれたり、転がったり、伸びたり、あるいは位置がずれたりすることがあります。.

平型シリコーンガスケット

平らなシリコーンガスケットは、2つの接合面の間で圧縮されます。これらは、長方形のカバー、パネル、蓋、および筐体によく使用されます。.

代表的な用途としては、次のようなものがあります：

屋外用電気ボックス
産業用制御盤
照明器具の筐体
家電カバー
点検窓
機器用ドア

平型ガスケットはシール面積が広く、不規則な形状のハウジングにも対応できます。ただし、締結位置と締め付け力は均等に分散させる必要があります。.

ネジの間隔が広すぎると、固定点間のハウジングが曲がり、局所的な漏れ経路が生じる可能性があります。.

長方形および正方形の断面を持つシール

長方形の断面形状は、広く安定した接触面を提供し、組み立て時に転がりやすいという傾向が少なくなります。.

これらのシールは、次のような用途に役立ちます：

浅い溝
大型エンクロージャーカバー
プラスチック製ハウジング
静的な産業用アセンブリ
位置決めを厳密に制御する必要がある部品

設計においては、圧縮時に材料が横方向に膨張するための十分なスペースを確保すべきである。.

D字型シール

D字型のシールは、取り付け面が平らで、圧着面が湾曲しています。.

これらは一般的に次のような用途に使われます：

点検口
機器キャビネット
屋外用ハウジング
車両用エンクロージャー
保護カバー

平らな底面がシールの安定性を高め、丸みを帯びた上面が制御された変形をもたらします。.

D字型のシールは、閉じたリングとして成形されるか、あるいは接合部を接着した押出成形プロファイルから製造されることがあります。.

リップシール

リップシールは、1つまたは複数の薄くて柔軟なエッジを用いて、シール接触を維持します。.

リップシールは、次のような場合に役立ちます：

組み立て力は低く保たなければならない
接合面が動く
ラジアルシールが必要です
二次的な防塵対策が必要である
ハウジングのスペースには限りがある

組み立ての際は、シールリップが折れ曲がったり、破れたり、過度に圧縮されたりしないよう注意してください。.

中空シリコーンシール

中空のシリコーンプロファイルは、中実のガスケットよりも圧縮されやすい。これらは、大きなシールが必要であるものの、ハウジングが高い締め付け力に耐えられない場合に、よく使用される。.

代表的な用途としては、次のようなものがあります：

大型機器用ドア
薄いプラスチック製のカバー
ガラスパネル
軽量エンクロージャー
電池ケースの蓋

中空部の形状、肉厚、角部の形状、および接合部の強度は、慎重に管理する必要があります。.

オーバーモールド加工された防水シール

シリコーンは、プラスチック、金属、ケーブル、コネクタ、あるいは電子部品の上に直接成形することができます。.

オーバーモールド加工により、組立工程を削減し、ガスケットの別途取り付けを不要にすることができます。.

代表的な例としては、次のようなものがあります：

防水ケーブルコネクタ
センサーハウジング
電子ボタン
ケーブル貫通部品
ガスケット一体型のプラスチックカバー
シリコーン製のシール面を備えた金属インサート

設計にあたっては、接着性、基材の下処理、材料の適合性、アンダーカット、機械的ロック機能、および成形温度を考慮する必要があります。.

シリコーン材料の選定

シリコーン材料は、硬度、引裂強度、圧縮永久ひずみ、耐薬品性、硬化システム、清浄度、および規制上の状況がそれぞれ異なります。.

汎用シリコーン

汎用シリコーンは、屋外や産業分野における多くの防水用途に適しています。.

以下のものに対して優れた耐性を発揮します：

水
オゾン
紫外線への曝露
風化
最高気温と最低気温

照明器具、電気機器の筐体、家電製品、および一般的な機器に広く使用されています。.

液体シリコーンゴム

液体シリコーンゴム（LSR）は、精密射出成形や大量生産に適しています。.

メリットとしては、次のようなものがあります：

一貫した寸法
安定した材料の混合
複雑なシール形状
薄いシールリップ
自動成形
低フラッシュ金型
プラスチックまたは金属のオーバーモールド

LSRは、コネクタ、センサー、医療機器、電子部品、および精密防水シールなどに広く採用されています。.

高粘度ゴム

HCRとも呼ばれる高粘度ゴムは、圧縮成形、トランスファー成形、または押出成形が可能です。.

次のような場合に適しています：

大型ガスケット
厚手のシールリング
押出成形ドアシール
小規模から中規模のプロジェクト
特注プロファイルシール

最適な製造方法は、部品のサイズ、公差、年間生産量、および形状の複雑さによって異なります。.

フルオロシリコーン

フルオロシリコーンは、特定の燃料、油、溶剤に対する耐性が向上しています。.

以下の用途で使用される防水シールには、これが必要となる場合があります：

自動車システム
航空宇宙機器
燃料関連アセンブリ
油にさらされる産業用部品

ただし、フルオロシリコーンは一般的に、標準的なシリコーンよりも高価です。.

食品用または医療用シリコーン

食品、飲料水、または医療機器に関連する用途では、材料組成の管理や、それを裏付ける書類の提出が必要となる場合があります。.

購入者は、以下の事項を明記する必要があります：

想定される接触条件
適用される規制
滅菌方法
色の制限
清潔さの要件
トレーサビリティ要件
必要な試験報告書

「食品用」や「医療用」といった一般的な表現だけでは、適用される規格や使用条件が明確に定義されていない限り、不十分です。.

シリコーンの硬度が防水性に与える影響

シリコーンの硬度は、一般的にショアA硬度計を用いて測定されます。.

一般的な防水シール用途では、ショアA硬度で約30～70の材料が使用されることが多いが、特殊な設計の場合は、これより柔らかい、あるいは硬い材料が選ばれることもある。.

より柔らかいシリコーン

柔らかいシリコーンほど、凹凸のある、あるいは剛性の低い接合面に容易に密着することができます。.

考えられるメリットには、次のようなものがあります：

組み立てに必要な力が小さい
適合性の向上
凹凸のある表面での密着性の向上
住宅の多様性に対する許容度の高さ

考えられるデメリットとしては、次のようなものがあります：

押し出されるリスクが高まる
設置時の歪みが大きくなる
低次元安定性
過度の圧迫が生じるリスクの増加
より困難な自動処理

硬めのシリコーン

硬めのシリコーンは形状保持性に優れており、組み立て時の位置合わせがしやすくなる場合があります。.

考えられるメリットには、次のようなものがあります：

寸法安定性の向上
押し出しに対する耐性が向上
より簡単な自動インストール
より精密に制御された形状

考えられるデメリットとしては、次のようなものがあります：

より高いクランプ力
適合性の低下
ハウジングの平坦性に対する感度が高くなる
圧縮が不十分な場合の漏れ

硬度は単独で選定すべきではありません。シール形状や圧縮目標と併せて評価する必要があります。.

シール圧縮の理解

圧縮は、防水シール設計において最も重要な要素の一つです。.

ハウジングを組み立てる際は、シールが十分に圧縮され、シール経路全体にわたって連続的な接触圧力が生じるようにする必要があります。.

圧縮不足

圧縮が不十分な場合、次のような問題が生じる可能性があります：

局所的なギャップ
低いシール圧力
水への進入
粉塵の侵入
アザラシの移動
振動後の漏れ
熱サイクル試験中の不具合

過度な圧縮

過度な圧縮により、次のような問題が生じる可能性があります：

高い組立力
永久変形
住宅市場の歪み
シール押出成形
加速圧縮永久ひずみ試験
組み立て時の破れ
耐用年数の短縮

理想的な圧縮率は、以下の要因によって異なります：

シール断面図
材料の硬度
静的アプリケーションか動的アプリケーションか
グルーヴ・フィル
温度
圧力
表面の状態
住宅市場の硬直性
組立公差

設計の初期段階では、適度な初期圧縮目標値を採用しても構いませんが、最終的な値については、実際に成形された部品やハウジングを用いて検証する必要があります。.

グルーブの設計上の考慮事項

この溝によって、シリコーン製シールの位置、圧縮、および伸張が制御されます。.

適切に設計された溝には、以下の条件を満たす必要があります：

シールを所定の位置に固定してください
ねじれや転がりを防ぐ
横方向の拡張を可能にする
圧縮制御
組み立て時の損傷を最小限に抑える
連続的なシール圧力を維持する
過度な押し出しを防ぐ

重要な溝の寸法には、以下のものがあります：

溝幅
溝の深さ
コーナー半径
エントリ面取り
表面仕上げ
パーティングラインの位置
圧縮停止
クリアランス

非加圧状態のシールで溝を完全に埋め尽くしてはいけません。部品を組み立てる際、シリコーンが変形するための余裕を確保する必要があります。.

鋭い溝の角は、シールを損傷させたり、応力集中を引き起こしたりする可能性があるため、一般的には避けるべきです。.

ハウジングの平坦度と剛性

ハウジングが曲がっていたり、接合面が平らでなかったりすると、正しく設計されたガスケットであっても漏れが生じる可能性があります。.

この問題は、次のような場合に多く見られます：

大型のプラスチック製カバー
薄い金属パネル
細長い長方形のハウジング
ネジの間隔が広い筐体
トルクが不均一な状態で組み立てられた部品

エンジニアは、以下の点を評価すべきである：

ハウジングの肉厚
リブの設計
ファスナーの間隔
ねじのトルク
カバーのたわみ
表面平滑度
成形後の反り
熱膨張

圧縮を強めたからといって、必ずしもハウジングの変形が解消されるとは限りません。ガスケットへの負荷が強すぎると、変形をさらに悪化させる恐れがあります。.

締結位置と組立力

平型ガスケットの場合、締結部材の配置はシール圧力に直接影響します。.

ネジを角の部分にのみ取り付けた場合、長辺の中央部分が浮き上がり、水漏れの原因となる可能性があります。.

この議会は、以下の事項を規定すべきである：

ファスナーの間隔が均一
制御トルク
適切なハウジングの剛性
必要に応じて圧縮を停止します
一定のクランプ圧力

圧縮ストッパーは、ハウジングの閉合量を制限する剛性のある部品です。これにより、ガスケットの過度の圧縮を防ぎ、組み立ての均一性を高めることができます。.

表面仕上げとシール界面

接合面は、連続した漏れ経路が生じないよう、十分に滑らかでなければならない。.

考えられる問題としては、次のようなものがあります：

深い加工痕
へこみ
分割線
エジェクタピンの跡
引っかき傷
Flash
溶接線
表面汚染
住宅の反り

シールは、管理されていない分割線、鋭いエッジ、または深い表面欠陥を横切ってはなりません。.

重要な用途においては、図面においてシール面とその必要な仕上げを明記する必要があります。.

角部および接合部

長方形の防水ガスケットでは、角部分が破損しやすい箇所です。.

問題としては、次のようなものが挙げられます：

アザラシの個体数減少
充填が不完全
圧縮のムラ
材料の折り曲げ
応力集中
接着接合部の弱さ

成形されたクローズドループガスケットは、一般的に、押出成形されたプロファイルをカットして接着したものよりも、コーナー部分の一貫性が高い。.

押出成形されたガスケットをリング状に接合する場合、購入者は以下の点を指定する必要があります：

共同声明
関節の強さ
最大ミスマッチ
合同出演
気密試験の要件
最小断面一貫性

圧縮永久ひずみと長期性能

圧縮永久ひずみとは、シリコーンを所定の時間および温度で圧縮した後、残る永久変形のことを指します。.

圧縮永久ひずみ特性が劣るシールは、接触圧力が徐々に低下する可能性があります。.

これは特に以下の場面で重要です：

アウトドア用品
高温エンクロージャー
自動車システム
バッテリーアセンブリ
照明製品
長寿命の産業用機器
メンテナンスがほとんど行われない製品

当該材料は、実際の使用温度および圧縮レベルを反映した条件下で試験を行う必要があります。.

室温での試験データだけでは、長期的なシール性能を予測できない場合があります。.

熱サイクル

シリコーン、プラスチック、金属、ガラスは、それぞれ異なる速度で膨張・収縮します。.

温度サイクル中、こうした寸法変化により、ガスケットの圧縮状態やハウジングの平坦度に変化が生じる可能性があります。.

シールは、初期の漏れ試験には合格しても、繰り返しの加熱・冷却の後には不合格となる場合があります。.

熱サイクル評価では、以下の点を考慮すべきである：

最低気温
最高気温
昇温速度
冷却速度
サイクル数
滞留時間
組み立て状態
内圧
湿気への曝露

熱サイクル試験後の気密試験は、組み立てたばかりの部品だけを試験するよりも、多くの場合、より有意義である。.

防水シール部の漏れ試験方法

あらゆる用途に適した単一の漏れ試験というものは存在しません。試験方法は、実際のリスクや製品の仕様に合わせて選定する必要があります。.

目視による水噴霧試験

このアセンブリは、所定の方向から噴射される水にさらされます。.

この方法は、次のような場合に適しています：

耐雨性ハウジング
アウトドア用品
一般的な飛沫防止
初期プロトタイプの評価

試験終了後、筐体を開けて、水漏れがないか点検します。.

この手順では、以下の項目を管理する必要があります：

スプレー圧力
ノズル間隔
噴射角度
所要時間
製品の方向性
水温

浸漬試験

組み立てた製品を、所定の深さと時間だけ水中に浸します。.

浸漬試験は、以下の場合に適しています：

防水センサー
バッテリーハウジング
水中用機器
携帯用電子機器
密閉型コネクタ

テスト仕様書には、以下の事項を定義する必要があります：

水深
被ばく時間
製品の方向性
水温
内部圧力状態
受け入れ基準

空気圧減衰試験

密閉されたアセンブリに空気を送り込み、加圧します。その後、システムは時間の経過に伴う圧力低下を測定します。.

メリットとしては、次のようなものがあります：

クリーンなテスト
迅速な生産検査
定量的結果
簡単な自動化
製品を乾燥させる必要はありません

ただし、圧力減衰の結果は、以下の要因によって影響を受ける可能性があります：

内部容積
温度変化
柔軟な住宅供給の拡大
フィクスチャからの漏れ
安定化時間

試験限界値は、正常であることが確認済みの試料および漏れがあることが確認済みの試料を用いて設定しなければならない。.

真空劣化試験

真空減衰試験では、試験チャンバーや部品内の空気を除去し、圧力の変化を測定します。.

微細な漏れを検知することができ、繊細な部品にも適している可能性があります。.

フィクスチャの設計と試験容積の安定性は、再現性にとって重要です。.

気泡漏れ試験

この部品は加圧され、水中に沈められています。逃げ出す空気によって、目に見える気泡が発生します。.

この方法は、開発段階における漏れの位置を特定するのに役立ちます。.

これは単純な方法ですが、自動化された生産テストやごくわずかな漏れにはあまり適していないかもしれません。.

トレーサーガス試験

高感度の漏れ検知には、ヘリウムなどのトレーサーガスを使用することができます。.

この方法は、一般的に、許容漏れ率が極めて低いことが求められる用途に限定して用いられます。.

以下の用途に使用できます：

医療システム
高信頼性電子機器
航空宇宙用部品
真空システム
特殊産業用機器

トレーサーガス試験には、専用の機器と厳格に管理された手順が必要です。.

染料浸透探傷試験

着色水や蛍光液を使用すると、水の侵入経路を特定するのに役立ちます。.

これは故障解析の際に有用ですが、アセンブリを汚染する可能性があります。.

漏れ試験仕様の作成

有用な漏れ試験の要件は、「漏れがないこと」以上の内容を定義すべきである。“

以下を含める必要があります：

試験方法
試験圧力
水深
試験時間
製品の方向性
安定化時間
許容圧力損失
許容漏れ率
検査方法
サンプル数量
試験の頻度
環境調整
合格・不合格の基準

量産に先立ち、試験方法について合意しておく必要があります。.

プロトタイプの検証

防水シール性能は、量産仕様の材料および形状を用いて検証する必要があります。.

実用的な検証手順には、次のようなものが含まれる場合があります：

シールおよび溝の寸法検査
組立・力測定
初期の気密試験
熱サイクル
振動試験
機械的衝撃試験
化学物質への曝露
経年変化の評価
漏れ試験の再実施
最終目視検査

プロトタイプの試験では、許容範囲の極限値についても検証すべきである。.

公称寸法でのみ機能する設計は、量産段階で不具合が生じる可能性があります。.

製造品質要件

防水用シリコーンシールに見られる可能性のある製造上の欠陥には、次のようなものがあります：

フラッシュの光が強すぎる
ショート成形
気泡
涙
汚染
表面のへこみ
パーティングラインのずれ
硬度の誤り
接着不良の接合部
寸法公差
歪んだプロファイル
シールリップの損傷

検査要件には、以下のものが含まれる場合があります：

寸法測定
ショアA硬度試験
目視検査
材料の検証
圧縮永久ひずみ試験
接合部の強度試験
気密試験
ロットの追跡可能性
色の確認
包装検査

シール面は、ほこり、変形、鋭利な工具、および不適切な梱包から保護する必要があります。.

防水シールに関する見積依頼書（RFQ）に記載すべき情報

正確な見積もりと技術的な検討を受けるには、以下の情報をご提供ください：

2次元図面
3次元モデル
シール断面図
重要寸法
溝の寸法
住宅の建材
シリコーンの硬度
必要な材料のグレード
動作温度
水への曝露条件
内部圧力または外部圧力
目標保護レベル
化学物質への曝露
組み立て方法
締結部のトルク
年間発注数量
サンプル数量
規制上の要件
気密試験方法
検査および梱包に関する要件

最終組立の状態を示す写真や図面があれば、サプライヤーは金型製作前に潜在的なシール上のリスクを特定するのに役立ちます。.

防水シリコーンシールサプライヤーの選び方

適切なサプライヤーであれば、部分成形以上の対応が可能であるべきです。.

主な機能は以下の通りです：

シール断面形状の設計検討
材料の選定
圧縮解析
『Groove』のレビュー
金型開発
試作成形
LSR射出成形
圧縮成形
シリコーン押出成形
オーバーモールド
寸法検査
気密試験
材料のトレーサビリティ
故障解析

金型の承認を行う前に、サプライヤーに対し、シール経路、圧縮比、溝の充填状態、パーティングラインの位置、コーナーの設計、および組立工程について確認するよう依頼してください。.

結論

確かな防水性能は、シリコーン素材そのものではなく、完全なシーリングシステムによって実現されています。.

シール形状、硬度、溝の形状、圧縮、ハウジングの剛性、締結部品のピッチ、表面品質、温度暴露、および組立工程は、相互に連携して機能しなければならない。.

産業用調達担当者は、見積依頼を行う前に、実際の水への曝露条件と必要な漏洩試験方法を明確に定義しておく必要があります。.

適切に設計されたシリコーンシールは、組み立て直後だけでなく、熱サイクル、機械的応力、経年劣化、および公差変動後の試験を行う必要があります。.

早期の技術レビューと明確な検証要件を設定することで、浸水による故障を減らし、開発期間を短縮し、製品の長期的な信頼性を向上させることができます。.

よくある質問

防水シールには、どの硬度のシリコーンが適していますか？

多くの防水シール用途では、ショアA硬度30～70のシリコーンが使用されています。柔らかい材料ほど形状に馴染みやすく、硬い材料ほど寸法安定性が高くなります。最終的な硬度は、実際の溝やハウジングを用いて検証する必要があります。.

シリコンガスケットはどの程度圧縮すべきですか？

必要な圧縮量は、形状、硬度、溝、ハウジング、温度、および圧力によって異なります。圧縮量が少なすぎると漏れが生じる可能性があり、逆に圧縮量が多すぎるとシールが損傷したり、ハウジングが変形したりする恐れがあります。.

シリコン製のシールは屋外で使用できますか？

はい。シリコーンは一般的に、紫外線、オゾン、温度変化、および風化に対して優れた耐性を示します。ただし、具体的な配合は、使用環境に応じて選択する必要があります。.

防水ケースのネジの付近から水が漏れるのはなぜですか？

ハウジングが締結部品の間にわたりたわんでいるか、あるいはガスケットの圧縮が不均一になっている可能性があります。締結部品の間隔、締め付けトルク、ハウジングの剛性、およびガスケットの形状について確認する必要があります。.

防水シールの有効性を確認するには、浸水試験だけで十分でしょうか？

必ずしもそうとは限りません。製品の長期的な信頼性を確認するためには、熱サイクル試験、振動試験、エージング試験、耐圧試験、および繰り返し漏れ試験が必要となる場合もあります。.

量産に適した漏れ試験にはどのようなものがありますか？

空気圧減衰試験は、クリーンで迅速、定量的であり、自動化にも適しているため、広く用いられています。適切な方法は、製品の容積、許容漏れ率、および内部形状によって異なります。.

成形ガスケットは、接着式押出成形ガスケットよりも優れているのでしょうか？

成形されたクローズドループガスケットは、一般的にコーナー部や接合部の均一性に優れています。押出成形および接着加工されたガスケットは、大口径の場合にはより経済的ですが、接合部については慎重に管理・試験を行う必要があります。.

シリコーンはプラスチックに直接オーバーモールドできますか？

はい。LSRは、適合するプラスチック上にオーバーモールドしたり、基材に機械的に固定したりすることができます。接着性能は、プラスチックの種類、シリコーンの配合、表面処理、および部品の設計によって異なります。.