NEVの設計にシリコーンゴムを用いる理由は何か？

NEVの設計にシリコーンゴムを用いる理由は何か？

電気自動車やハイブリッド車では、材料が電圧、熱、振動、湿気、化学物質、そして繰り返される温度変化という過酷な条件の組み合わせにさらされるため、シリコーンゴムは多くの新エネルギー車用途に非常に適しています。.

機械的なシール機能のみを必要とする従来の自動車部品とは異なり、多くのNEV用部品は、複数の機能を同時に果たす必要があります。例えば、バッテリー筐体の周囲に設けられたガスケットは、水の浸入を防ぎ、低温下でも柔軟性を維持し、耐熱性を持ち、圧縮変形に耐え、さらに近隣の高電圧部品との電気的絶縁を維持する必要がある場合があります。.

シリコーンゴムは、用途に応じて配合を調整できるため、特に有用です。標準的な絶縁グレードは、シールや電気的保護に使用できますが、特殊な材料を用いれば、難燃性、熱伝導性、導電性を付与したり、精密成形に適した材料にしたりすることが可能です。.

新エネルギー車において、シリコーンゴムはどのような用途に使われているのか？

新エネルギー車（NEV）におけるシリコーンゴムの用途は、一般的なOリングやシールにとどまりません。配合や製造方法によっては、高電圧電気システムや熱管理システムの至る所で使用されています。.

EVバッテリーシステムにおけるシリコーンゴム

バッテリーシステムは、電気自動車において最も過酷な条件にさらされる分野の一つです。バッテリーパックには、高電圧の電気接続部、セル、バスバー、冷却部品、センサー、および電子制御システムが含まれており、これらは、車両が振動、道路からの飛沫、温度変化、機械的な動きにさらされている間も、確実に動作しなければなりません。.

シリコーンゴムは、バッテリーパックの周囲で、柔軟なシールや絶縁が求められる箇所に使用できます。代表的な用途としては、筐体用ガスケット、コネクタ用シール、圧力逃がしや通気に関連するシール、電気絶縁部品、および柔軟な保護部品などが挙げられます。.

バッテリーパックの密閉

バッテリー筐体は、内部部品を水、ほこり、および道路上の汚染物質から保護する役割を果たさなければなりません。シリコーンゴム製のガスケットは、金属製またはポリマー製の筐体部品間の寸法公差を吸収しつつ、接触圧力を維持することができます。.

この材料は、適切な圧縮永久歪み特性を備えている必要があります。なぜなら、厚みが恒久的に失われるシールは、車両の使用中に徐々にシール圧が低下する恐れがあるからです。.

温度サイクルも重要な要素です。バッテリー筐体とシリコーンガスケットは、それぞれ異なる速度で膨張・収縮する可能性があります。柔軟性のあるエラストマーであれば、ひび割れを起こすことなく、こうした動きの一部を吸収することができます。.

バッテリー部品周辺の電気的絶縁

多くのシリコーン配合物は、高い電気抵抗を備えています。このため、シリコーンは、高電圧接続部、センサー、端子、および不意の電流経路を制御しなければならないその他の部品周辺の絶縁材として有用です。.

ただし、すべてのシリコーンが電気絶縁性であるわけではありません。導電性や静電気防止性のシリコーン化合物も存在するため、具体的な配合の電気的特性については、常に確認する必要があります。.

高電圧コネクタおよびケーブルシステム

NEVでは、バッテリー、インバーター、モーター、充電器、その他の電力関連部品を接続するために、高電圧ケーブルシステムが使用されています。湿気、汚染、あるいは機械的な損傷が絶縁性能に影響を及ぼす可能性があるため、コネクタの信頼性は極めて重要です。.

シリコーンゴムは、弾性回復性を保ちつつ、ケーブルやコネクタハウジングの周囲で変形できるため、コネクタのシール材として一般的に適しています。.

コネクタインターフェースのシール

シリコーン製のシールは、コネクタの内部へ水やほこりが侵入するのを防ぐのに役立ちます。このゴムは、繰り返しの嵌合、振動、温度変化を経ても、シール力を維持できなければなりません。.

ケーブル貫通部用シール

ケーブルがコネクタや筐体に入る部分では、シリコン製シールを使用することで、環境保護機能を維持しつつケーブルの伸縮に対応することができます。.

高電圧電気絶縁

電気用シリコーンは、十分な絶縁耐力と高い体積抵抗率を備えています。これらの特性により、シリコーンは高電圧端子やケーブル接続部の周囲にある絶縁部品に適しています。.

EV充電システムにおけるシリコーンゴム

車両の充電インターフェースは、ユーザーや外部環境に繰り返しさらされます。充電ポートの構成部品は、雨、ほこり、温度変化、日光、および繰り返される機械的な動作の影響を受ける可能性があります。.

シリコーンゴムは、充電ポートのシール、柔軟な保護カバー、コネクタのシール、およびケーブル関連部品などに使用できます。.

屋外での耐候性

シリコーンは紫外線やオゾンに対して高い耐性を備えているため、充電ドアが開いている際に露出する可能性がある部品に使用するのに適しています。.

低温下での柔軟性

充電システムは、寒冷地でも正常に機能しなければなりません。冬場に過度に硬くなってしまうシール部品は、接合面に正しく密着しない可能性があります。.

適切なシリコーンゴムは、低温下でも十分な柔軟性を維持しますが、具体的な最低使用温度は配合によって異なります。.

繰り返される接続サイクル

充電コネクタは、車両の耐用年数を通じて繰り返し使用されます。したがって、シリコーン製シールについては、引裂き、圧縮変形、摩擦、および長期的な弾性回復について評価を行う必要があります。.

電気絶縁性は大きな利点である

電気自動車には、従来の内燃機関車に比べてはるかに多くの高電圧機器が搭載されています。バッテリー、インバーター、充電器、バスバー、コンバーター、そして電気モーターは、いずれも信頼性の高い電気的絶縁が求められます。.

適切に配合された絶縁用シリコーンゴムは、柔軟性を保ちつつ、高い比抵抗と優れた誘電特性を発揮することができます。.

適切な電気的特性は、部品によって異なります。コネクタのシール、バッテリーの絶縁部品、パワーエレクトロニクスの封止材は、これら3つの用途すべてに電気絶縁が必要である場合でも、それぞれ異なるシリコーン配合が必要となる場合があります。.

NEV用途における耐熱性

耐熱性は、電気自動車にシリコーンゴムが採用されるもう一つの大きな理由です。.

自動車の部品は、冬場の低温始動、車体下部の高温、パワーエレクトロニクスから発生する熱、および充電や走行中の繰り返される熱サイクルにさらされることがあります。.

多くの汎用シリコーンゴム材料は幅広い温度範囲で使用可能ですが、自動車用特殊シリコーングレードは、通常の配合品よりもさらに広い温度範囲に対応することができます。.

温度適性は、すべてのシリコーンゴムが同じ温度に耐えられるという一般的な記述ではなく、常にその材料の正確なデータシートに基づいて判断すべきです。.

低温時の性能

低温下では、従来のエラストマーは硬化し、柔軟性が低下することがあります。一方、シリコーンゴムは一般的に低温下でも十分な弾性を維持するため、シールや柔軟性を必要とする電気部品において有用です。.

高温環境下での性能

シリコーンゴムは高温下でも有用な特性を維持できますが、長期間の熱暴露により依然として経年劣化が生じます。熱老化後は、硬度、引張強度、伸び、および圧縮永久ひずみを評価する必要があります。.

熱サイクル

NEVでは、部品が低温の周囲環境と高温の動作温度の間を繰り返し移動することがあります。材料によって膨張・収縮の程度が異なるため、シール部、接着接合部、および界面に応力が生じます。.

シリコーンの柔軟性により、この動きに対応することができます。.

熱管理用シリコーンゴム

EVのバッテリーやパワーエレクトロニクスにおいて、熱管理は不可欠です。なぜなら、過度な温度上昇は部品の効率を低下させ、バッテリーの寿命に影響を与え、材料の劣化を早める可能性があるからです。.

一般的なシリコーンゴムは、それ自体が高性能な熱伝導材というわけではありません。しかし、シリコーンに熱伝導性フィラーを多量に配合することで、熱界面材料を作り出すことができます。.

熱伝導パッド

柔らかいシリコン製の熱伝導パッドは、電子部品と冷却面との間のわずかな隙間を埋めることができます。その柔軟性により、熱抵抗を高める原因となる空気の隙間を低減することができます。.

ギャップフィラー

シリコーン系ギャップフィラーは、不規則な形状の部品の周囲に密着しつつ、冷却プレートや筐体に向かって熱を伝達することができます。.

熱伝導性封止

充填型シリコーン封止材は、パワーエレクトロニクスアセンブリにおいて、電気絶縁と熱伝達を実現することができます。.

パワーエレクトロニクスとシリコーン封止

パワーエレクトロニクスは、NEVの運転において極めて重要な役割を果たしています。インバータ、車載充電器、DC-DCコンバータには、高電圧および大きな熱的ストレス下で動作する高感度な電子部品が搭載されています。.

シリコーンゲル、ポッティング材、および封止材は、アセンブリを湿気、ほこり、振動、および電気的ストレスから保護することができます。.

シリコーンゲル

シリコーンゲルは非常に柔らかく、硬い封止材料に伴うような機械的応力を生じさせることなく、繊細な部品を包み込むことができます。.

シリコーン封止材

封止材は、電子部品を完全に包み込み、環境面および電気面での保護を実現します。.

柔軟なカプセル化

シリコーンは、多くの硬質樹脂に比べて弾性率が低いため、金属、セラミックス、回路基板、半導体パッケージ間の熱膨張の差を吸収するのに役立ちます。.

NEVの設計における難燃性

高電圧自動車システム、特にバッテリーやパワーエレクトロニクス周辺においては、火災および熱安全に関する要件が重要である。.

シリコーンは優れた熱安定性を備えていますが、すべてのシリコーンゴムのグレードが同等の難燃性能を持つわけではありません。.

自動車の設計者は、難燃性が求められる場合、燃焼性能が実証済みの配合剤を選択すべきである。.

特別に選定された充填剤と配合技術を用いることで、難燃性シリコーン化合物を開発することができます。ただし、得られた材料については、電気的、機械的、および加工上の要件について評価を行う必要があります。.

水、ほこり、および道路上の異物に対する密閉性

多くのNEV用部品は、雨や道路からの水はね、ほこり、泥、洗浄液にさらされる場所に設置されています。.

シリコーンゴムは、バッテリーハウジング、電気コネクタ、充電インターフェース、電子機器の筐体、および熱管理用接続部の周囲で、柔軟な環境シールを実現します。.

シールの信頼性は、ゴム材料そのものだけによって決まるわけではありません。溝の形状、圧縮比、表面仕上げ、組み立て公差、および長期圧縮永久ひずみなどが、すべて性能に影響を与えます。.

圧縮永久ひずみ

圧縮永久ひずみとは、ゴム部品を所定の時間および温度で圧縮した後、どの程度の永久変形が残るかを測定するものです。.

長寿命の自動車用シールにおいては、低圧縮永久ひずみが重要となる場合があります。これは、素材が長年にわたる圧縮状態を経ても、シール圧力を維持し続けなければならないためです。.

シールの形状

ガスケットの溝の設計が不適切だったり、圧縮が不均一だったりすると、たとえ優れたシリコーンゴムであっても漏れが生じる可能性があります。.

したがって、材料設計と機械設計は連携して進めるべきである。.

振動および機械的動作に対する耐性

自動車部品は、道路、モーター、ポンプ、および駆動系から振動を受けます。また、バッテリーパックやパワーエレクトロニクスアセンブリも、走行中に継続的な微細な動きを受けることがあります。.

柔軟性のあるシリコーン部品は、周辺の部品に過度な応力を伝達することなく、動きを吸収することができます。.

この特性は、コネクタのシール、ケーブルインターフェース、電子機器の封止、および熱伝導材において有用です。.

しかし、柔らかさだけでは耐久性が保証されるわけではありません。引裂き強度、疲労特性、および耐摩耗性も評価する必要があります。.

耐薬品性は慎重に確認する必要があります

シリコーンゴムは、多くの環境条件に対して優れた耐性を発揮しますが、すべての自動車用流体に対して普遍的な耐性があるわけではありません。.

NEVの部品は、冷却液、潤滑油、洗浄用化学薬品、融雪剤、その他の物質と接触する可能性があります。化学物質にさらされると、不適切な素材では、膨張、硬度の変化、あるいは機械的強度の低下を引き起こす可能性があります。.

したがって、具体的なシリコーンの配合については、車両内で想定される実際の流体、濃度、温度、および暴露時間に対して試験を行う必要があります。.

NEV製造におけるHTVシリコーンゴム

HTVシリコーンゴム（HCRまたは高粘度シリコーンゴムとも呼ばれる）は、押出成形品や成形部品の製造に広く使用されています。.

硬化前のHTVシリコーンは、硬く、ガムのような粘り気のある質感を持っています。押出成形、圧縮成形、トランスファー成形、および専用の射出成形システムを用いて成形することができます。.

NEVの潜在的な用途としては、ケーブル絶縁体、成形シール、成形品、ガスケット、コネクタ部品、および熱・電気保護部品などが挙げられます。.

HTVは、さまざまな硬度レベル、電気的特性、難燃性、および温度要件に合わせて配合することができます。.

NEVの設計における液体シリコーンゴム

液体シリコーンゴム（LSR）は、主に自動射出成形に使用される、ポンプで移送可能な2液型シリコーンです。.

LSRは、複雑な形状と安定した寸法を持つ精密部品を大量生産する際に特に有用です。.

自動車分野における代表的な用途としては、コネクタ用シール、膜、グロメット、電気部品、センサー用シール、その他の精密成形部品などが挙げられます。.

LSRは金型の細部まで流れ込むことができるため、複雑なシール形状に特に適しています。.

新エネルギー車（NEV）用部品におけるHTVと液体シリコーンゴムの比較

シリコーンゴムも導電性を持つことがある

シリコーンゴムといえば一般的に電気絶縁材として知られていますが、特殊な配合により、導電性充填剤を添加することで導電性を持たせることも可能です。.

導電性シリコーンは、電磁干渉（EMI）のシールド、接地、導電性ガスケット、およびその他の特殊な用途に使用できます。.

静電気散逸性および半導電性の配合も可能です。.

このことから、NEVの設計において材料の特定が重要であることがわかります。黒いシリコーン部品を自動的に導電性であると決めつけたり、明るい色の部品を自動的に絶縁性であると決めつけたりしてはなりません。.

電気抵抗については、配合および技術データに基づいて確認する必要があります。.

新エネルギー車（NEV）の設計におけるシリコーンゴムの主要な特性

NEV用途向けのシリコーンゴムの選び方

1. 構成要素の機能を定義します。シリコーンが、シール機能、電気絶縁機能、熱伝導機能、振動防止機能、あるいは複数の機能のいずれを果たすかを特定します。.
2. 電圧環境を定義する。動作電圧、電気的クリアランス、および必要な絶縁性能を特定する。.
3. 温度範囲を定義してください。連続温度、低温起動、最高温度、および反復熱サイクルを含めてください。.
4. 機械的要件を確認してください。硬度、引張強度、伸び、引裂き強度、および圧縮永久ひずみを確認してください。.
5. 環境に対する密閉性を評価する。水、粉塵、湿度、道路からの飛沫、および洗浄条件を考慮する。.
6. 化学物質への曝露状況を確認してください。クーラント、オイル、洗浄剤、およびその他の関連する液体との適合性を試験してください。.
7. 難燃性の要件を定義する。必要に応じて、検証済みの難燃剤配合を選定する。.
8. 熱伝導率を決定します。熱界面用途では、標準的なシリコーンを使用するのではなく、必要な熱性能を指定してください。.
9. 製造プロセスを選択してください。部品の形状や生産量に応じて、HTV、LSR、RTV、シリコーンゲルを比較検討してください。.
10. 接着要件を確認してください。シリコーンがアルミニウム、鋼、プラスチック、ガラス、あるいは他のエラストマーに接着する必要があるかどうかを判断してください。.
11. 経年劣化の評価を行う。熱老化、熱サイクル、振動、および環境暴露試験を実施する。.
12. 完成したコンポーネントをテストしてください。材料データだけでは、NEVアセンブリ全体の妥当性を確認することはできません。.

新エネルギー車（NEV）用シリコーンの選定におけるよくある間違い

硬度だけで選ぶ

ショアA硬度が同じ2つのシリコーン化合物であっても、引裂強度、圧縮永久ひずみ、電気的特性、および温度特性は大きく異なる場合があります。.

すべてのシリコーンが難燃性であると仮定する

シリコーンは熱安定性に優れていますが、具体的な配合については、所定の難燃性能を満たしていることを確認する必要があります。.

すべてのシリコーンが電気絶縁体であると仮定する

導電性および半導電性のシリコーン配合物も存在する。.

標準シリコーンを熱伝導材として使用すること

熱伝導性を実現するには、通常、特殊な充填剤を配合したシリコーン配合物が必要となります。.

圧縮永久ひずみを無視する

ある材料は、柔らかくしなやかに見える一方で、長時間の圧縮を受けると徐々に密着力失っていくことがあります。.

化学的適合性の無視

自動車用流体は、不適切なエラストマーに膨潤や物性の変化を引き起こす可能性があります。.

室温での試験のみ

NEVの構成部品は、現実的な温度、振動、および環境条件下で試験を行う必要があります。.

よくある質問