設計から製造の依頼で防水性能を確保する5つの構造設計と評価方法

屋外機器や産業用装置、電子機器の筐体などを設計から製造まで外部に依頼する際、防水性能の確保は製品の信頼性を左右する重要な課題です。防水性能が不足すると、内部への浸水によって電子部品の故障や腐食、絶縁性能の低下、機械部品の動作不良などが発生するおそれがあります。

一方、防水性能はシール材を追加したり、筐体の隙間を小さくしたりするだけで確保できるものではありません。筐体の合わせ面、ねじ締結部、ケーブル引き込み口、材料の熱膨張、製造時の寸法ばらつきなど、複数の要因が関係します。試作品では問題がなくても、量産工程で組立条件が変わると防水性能が安定しない場合もあります。

特に設計から製造を一括で依頼する場合、発注側が使用環境や防水要求を十分に伝えられていないと、設計担当者と製造担当者の間で認識の違いが生じやすくなります。防水等級だけを指定しても、実際の設置方向や洗浄条件、開閉頻度まで考慮されていなければ、使用環境に適した構造にならない可能性があります。

防水性能を安定して確保するには、要求仕様の整理、浸水経路を考慮した構造設計、適切な材料選定、試作評価、製造工程での品質管理を一連の流れとして考えることが重要です。

この記事では、設計から製造の依頼で防水性能を確保するための5つの構造設計と、それぞれの評価方法を詳しく解説します。外注先への仕様伝達、試作品の検証、量産移行時の確認事項まで紹介しますので、防水筐体や屋外機器の開発を担当する方は参考にしてください。

設計から製造の依頼で防水性能を確保するための基本条件

防水性能を確保するためには、構造設計を始める前に製品の使用環境と要求性能を明確にする必要があります。

防水が必要な製品には、屋外に設置する制御装置、工場で使用するセンサー、建設現場の計測機器、車両に搭載する電子機器、洗浄工程の近くで使用する装置などがあります。しかし、これらの製品に求められる防水性能は同じではありません。

例えば、屋外設置の制御装置では降雨や結露への対応が重要になります。工場設備では水しぶきだけでなく、洗浄水の噴射方向や洗浄液の成分を考慮する必要があります。水中で使用する機器では、水深に応じた水圧や浸漬時間が構造設計に影響します。

このように、最初に確認すべきなのは「防水が必要かどうか」だけではなく、「どのような水の作用に対して、どの程度の保護が必要なのか」という点です。

防水性能を指定する際には、一般にIPコードと呼ばれる保護等級が利用されます。IPコードは外来固形物や水の浸入に対する外郭の保護性能を示すもので、水に対する保護は所定の試験条件によって区分されます。

ただし、IPコードの指定だけで、あらゆる使用環境における防水性が保証されるわけではありません。噴流水への耐性と浸漬への耐性は異なる試験条件で評価されます。また、高温の洗浄水、薬品を含む液体、長期間の紫外線暴露、繰り返しの温度変化などは、別途検討が必要になる場合があります。

設計から製造を依頼する際には、要求する保護等級に加えて、製品の設置姿勢、使用温度、洗浄方法、想定使用期間、開閉やメンテナンスの頻度などを伝えることが重要です。

さらに、防水性能をどの状態で評価するのかも決めておく必要があります。筐体単体で評価するのか、ケーブルやコネクタを取り付けた完成品で評価するのかによって、試験結果の意味が変わります。

特に注意したいのは、図面上の設計寸法と、実際に製造された部品の寸法には公差による差が生じることです。防水構造は複数部品の組み合わせで成立するため、個々の部品が図面公差内であっても、組み合わせによってシール材の圧縮量が不足する場合があります。

したがって、防水要求を満たすためには、設計値だけでなく、製造ばらつきや組立条件まで含めた評価が必要です。

構造設計1：筐体の合わせ面とシール構造を最適化する

防水筐体で最も基本となるのが、筐体の合わせ面に設けるシール構造です。筐体を上下に分割する構造や、点検用のカバーを取り付ける構造では、部品同士の接合部分に水が入り込む可能性があります。

この浸水を防ぐために、弾性を持つシール材や環状のシール部品、成形ガスケットなどが使用されます。

ただし、シール材を挟み込めば必ず防水性能を確保できるわけではありません。重要なのは、シール材の圧縮状態を適切に管理することです。

シール材は、所定の圧縮を受けることで接触面に密着し、水の通り道を遮断します。圧縮量が不足すると、部品の寸法ばらつきや表面の微小な凹凸によって隙間が残り、浸水の原因になります。

反対に、過度に圧縮すると、シール材の変形や損傷、長期使用による復元性の低下が生じる可能性があります。特に、長期間圧縮された状態で使用する製品では、シール材の圧縮永久ひずみを考慮する必要があります。

そのため、設計段階ではシール材の断面形状、材質、溝寸法、接触面の幅、圧縮方向を合わせて検討します。

例えば、環状シールを溝に配置する構造では、溝の深さや幅、シール材が変形するための空間が重要です。溝が浅すぎると過度な圧縮が生じ、深すぎると必要な接触圧力を確保できない場合があります。

適切な寸法はシール材の材質や断面形状、使用温度、圧力条件によって異なるため、材料特性と構造条件に基づいて決める必要があります。

また、シール面の平面度や表面状態も防水性能に影響します。

筐体の合わせ面が反っている場合、ねじの近くでは十分に圧縮されても、ねじとねじの間では隙間が生じることがあります。樹脂筐体では成形時の収縮や反り、金属筐体では加工ひずみや締結時の変形などが関係します。

この問題を防ぐには、シール面の剛性を確保するとともに、締結位置やリブ構造を適切に配置する必要があります。

シール材の配置経路にも注意が必要です。角部で急激に曲げる構造や、シール材がねじ穴と交差する構造では、局所的な変形や位置ずれが生じやすくなります。

設計段階でシール経路をできるだけ連続させ、組立時にねじれや脱落が起きにくい保持構造を設けることが重要です。

評価方法としては、まず図面寸法と公差からシール材の圧縮量を確認します。公差の組み合わせによって最小圧縮状態と最大圧縮状態を検討し、いずれの場合でも必要な密閉性と部品の健全性を維持できるか評価します。

試作段階では、シール材の接触状態や圧縮後の変形を確認するとともに、実際の使用条件に対応した防水試験を実施します。

さらに、カバーの着脱を繰り返す製品では、開閉後にシール材が正しい位置に戻るか、異物が付着しやすくないかも確認する必要があります。

設計から製造を依頼する場合は、シール材の種類だけでなく、圧縮状態を成立させる寸法公差と組立条件まで仕様に含めることが重要です。

構造設計2：ケーブル引き込み口と貫通部の浸水を防ぐ

筐体本体の密閉性を確保できても、ケーブル引き込み口やコネクタ周辺から水が侵入することがあります。

電子機器や産業用装置では、電源ケーブル、通信ケーブル、センサー配線、操作スイッチ、表示部など、外部と内部をつなぐ部分が必要になります。これらの貫通部は、防水設計で見落としやすい箇所です。

特にケーブル引き込み口では、ケーブル外径とシール部品の適合性が重要になります。

例えば、ケーブルを圧縮して密閉する構造では、ケーブル外径が想定より小さいと必要な接触圧力が不足する可能性があります。一方、適合範囲を超えて太いケーブルを使用すると、シール部品に過大な変形が生じる場合があります。

また、ケーブルは温度変化や外力によって動くことがあります。筐体の外側でケーブルが引っ張られたり曲げられたりすると、その力が引き込み口に伝わり、シール部の密閉状態が変化する可能性があります。

このため、ケーブルを固定する構造と防水シールの役割を分けて考えることが有効です。

具体的には、ケーブルに加わる引張荷重や曲げ荷重が直接シール部に集中しないよう、固定位置やケーブルの取り回しを設計します。ケーブルの最小曲げ半径や設置時の余長も考慮し、無理な曲げが生じない構造にします。

コネクタを使用する場合は、コネクタ単体の防水性能だけでなく、相手側部品との接続状態やパネルへの取付状態も確認する必要があります。

例えば、防水構造を備えたコネクタであっても、取付面の平面度が不足していたり、締結条件が不適切だったりすると、パネルとの境界部分から浸水する可能性があります。

また、コネクタによっては、接続時と未接続時で保護性能が異なります。製品の実際の使用状態に合わせて、必要な条件を明確にすることが重要です。

ケーブルの引き込み位置についても検討が必要です。

筐体の上面に貫通部を配置すると、降雨や洗浄水が直接当たりやすくなる場合があります。一方、側面や下面に配置すれば必ず安全というわけではなく、製品の設置姿勢や水の流れによって条件が変わります。

ケーブルを伝って水が流れ込む状況では、配線の取り回しに水切りとなる曲がりを設ける方法もあります。ただし、こうした対策はシール構造そのものの代わりにはならず、補助的な浸水リスク低減策として考える必要があります。

評価段階では、実際に使用するケーブルやコネクタを取り付けた状態で試験を行います。

ケーブルを曲げた状態、想定される引張荷重を加えた後、コネクタを着脱した後など、使用中に発生し得る状態を確認することが重要です。

さらに、ケーブルの種類や外径を変更する可能性がある場合は、変更後もシール部の適合条件を満たすか検証する必要があります。

設計から製造を一括で依頼するときは、筐体の図面だけでなく、ケーブル仕様、接続部品の構成、取付方向、配線の固定方法まで共有することで、完成品としての防水性能を評価しやすくなります。

構造設計3：ねじ締結部と接合構造の密閉性を確保する

防水筐体では、ねじ締結、接着、溶着、圧入など、複数の接合方法が使用されます。

接合方法の選択は、防水性能だけでなく、組立作業性、メンテナンス性、製造ばらつきにも影響します。

特にねじ締結を用いる構造では、ねじの配置と締付条件が重要です。

ねじ締結によってカバーを固定する場合、締結力が筐体の合わせ面に伝わり、シール材を圧縮します。しかし、ねじの配置が不均等であったり、筐体の剛性が不足していたりすると、シール面全体に均一な圧縮力を与えられないことがあります。

例えば、長方形の筐体で四隅だけを締結する構造では、長辺の中央付近でカバーが浮きやすくなる場合があります。

このような場合には、筐体の変形を抑えるリブ構造や、適切な位置への締結点の追加を検討します。ただし、ねじの本数を増やせば必ず防水性が向上するわけではありません。

ねじ穴が増えることで浸水経路が増えたり、組立作業のばらつきが大きくなったりする可能性もあるため、全体の構造として最適化する必要があります。

また、ねじ穴が筐体内部まで貫通する構造では、ねじ部そのものが浸水経路になることがあります。

必要に応じて、非貫通のねじ穴を採用する方法や、ねじ頭の座面にシール構造を設ける方法などを検討します。どの方法が適切かは、材料や製造方法、必要な強度によって変わります。

締付トルクの管理も重要です。

締付トルクが不足すると、カバーの固定状態が不安定になり、シール材の圧縮量が不足する可能性があります。一方、過大な締付トルクは樹脂部品の変形やねじ部の損傷を引き起こす場合があります。

ただし、締付トルクだけでシール圧縮量が決まるわけではありません。ねじ部の摩擦、部品の剛性、シール材の反力なども関係するため、実際の組立状態で確認する必要があります。

接着による密閉構造では、接着面の清浄度、表面状態、接着剤の塗布量、硬化条件が品質に影響します。

接着剤が部分的に不足したり、塗布経路が途切れたりすると、微小な浸水経路が形成される可能性があります。また、材料の組み合わせや使用温度によっては、接着界面に応力が集中することがあります。

溶着構造の場合も、接合部の形状、接合条件、材料の適合性によって密閉品質が変化します。外観上は接合できていても、内部に未接合部分が残る可能性があるため、防水性能の評価を別途実施することが重要です。

評価方法としては、接合部の外観確認、寸法測定、必要に応じた断面観察、気密試験、防水試験などを組み合わせます。

また、振動や衝撃を受ける製品では、それらの負荷を与えた後に防水試験を行うことで、接合構造の維持性能を確認できます。

設計から製造を依頼する際には、接合方法だけでなく、作業条件、検査方法、再組立の可否、補修方法まで確認しておくことが重要です。

構造設計4：排水経路と圧力差を考慮した筐体構造にする

防水設計では、水を内部に入れない構造が基本となります。しかし、製品によっては、外側の凹部やカバー周辺に水が滞留しないようにすることも重要です。

水が長時間たまる構造では、シール部が継続的に水に接触する状態になります。使用条件によっては、温度変化や振動などと組み合わさることで、浸水リスクが高まる可能性があります。

そのため、筐体の外形設計では、水が流れやすい面形状や排水方向を検討します。

例えば、上面に深い凹部を設けると、雨水や洗浄水が残留する場合があります。必要に応じて傾斜や水切り形状を設け、水が特定の場所に集中しにくい構造にすることが考えられます。

ただし、排水口を設ける場合には注意が必要です。

密閉が必要な内部空間に直接つながる排水口を設けると、それ自体が浸水経路になる可能性があります。そのため、外側の水が入り得る空間と、保護が必要な内部空間を分けた構造を検討することが重要です。

例えば、外装カバーの内側に水が入ることを想定し、その水を排出できるようにしながら、電子部品を収納する内部ケースは別のシール構造で保護する方法があります。

このような構造では、外装側の排水性能と内部ケースの密閉性能を分けて評価できます。

また、温度変化によって生じる筐体内外の圧力差にも注意が必要です。

密閉された筐体では、内部の空気が温度上昇によって膨張し、温度低下によって収縮します。これにより、筐体の変形やシール部への負荷が生じる場合があります。

特に屋外機器では、日射による温度上昇と夜間の冷却が繰り返されるため、圧力変化が長期的な防水性能に影響する可能性があります。

こうした条件への対策として、空気の移動を許容しながら液体の水の浸入を抑える通気構造を検討する場合があります。

ただし、通気部品を設ければすべての防水条件を満たせるわけではありません。通気構造には使用環境に応じた限界があり、噴流水の圧力、浸漬条件、汚れの付着などによって性能が変化する可能性があります。

そのため、通気構造を採用する場合は、筐体全体として要求される防水性能を確認する必要があります。

結露対策も重要な検討項目です。

内部に水分を含んだ空気が存在すると、温度低下によって内部表面に結露が発生する場合があります。結露は外部からの浸水とは発生原因が異なるため、防水性能だけを高めても完全に防げるとは限りません。

内部に持ち込まれる水分、組立時の湿度、部品の発熱、温度変化などを考慮し、必要に応じて湿気対策を検討します。

評価方法としては、想定される降雨や洗浄条件に対応した試験に加えて、温度変化を与えた後の密閉状態や内部結露の有無を確認する方法があります。

防水性能と排水性能、圧力差への対応、結露対策を区別して検討することで、実際の使用環境に適した筐体構造を設計しやすくなります。

構造設計5：材料特性と温度変化に対応できる構造にする

防水性能は筐体の形状だけでなく、使用する材料の特性によっても変化します。

防水筐体では、樹脂、金属、弾性シール材、接着材料など、異なる性質を持つ材料が組み合わされます。

これらの材料は、温度変化や湿度、紫外線、薬品への接触などによって異なる挙動を示します。

例えば、樹脂と金属では熱膨張の特性が異なるため、温度変化によって部品同士の位置関係や接触圧力が変化する場合があります。

シール材を金属部品と樹脂部品の間に配置する場合、使用温度の範囲で必要な圧縮状態を維持できるか確認する必要があります。

また、樹脂筐体では、長期荷重によるクリープ変形が問題になることがあります。ねじ締結部やシール面に継続的な荷重が加わると、時間の経過とともに形状や締結状態が変化する可能性があります。

そのため、短時間の防水試験で問題がなくても、長期間の使用後に同じ性能を維持できるとは限りません。

シール材についても、硬さや弾性だけでなく、使用環境への適合性を確認することが重要です。

高温環境では材料の劣化が進む場合があり、低温環境では柔軟性が低下する場合があります。また、油分や洗浄液などに接触する条件では、膨潤や硬化などが発生する可能性があります。

材料選定の際には、実際に接触する液体の種類や濃度、接触時間、使用温度を整理する必要があります。

屋外で使用する製品では、紫外線や降雨による経年変化も考慮します。

特に樹脂部品では、長期間の屋外使用によって表面状態や機械的特性が変化する場合があります。防水性能を維持するためには、筐体本体の耐候性だけでなく、シール材や接合部分の耐久性も重要です。

さらに、異なる金属を組み合わせる場合は、使用環境によって腐食のリスクが生じることがあります。

腐食によって接合面が荒れたり、締結部の状態が変化したりすると、防水性能に影響する可能性があります。そのため、材料の組み合わせや表面処理、排水状態などを含めて検討します。

評価方法としては、使用環境に応じた温度サイクル試験、湿度試験、耐候性評価、材料の適合性確認などが考えられます。

重要なのは、環境試験を実施すること自体ではなく、試験前後で防水性能がどのように変化するかを確認することです。

例えば、温度サイクル試験後に防水試験を実施すると、熱膨張差や材料変形の影響を受けた状態での密閉性能を評価できます。

また、長期間の使用を想定する場合は、材料の劣化や繰り返し負荷を考慮した評価計画を立てることが重要です。

設計から製造を依頼する際には、使用材料を単に材質名だけで指定するのではなく、必要な耐熱性、耐候性、耐薬品性、寸法安定性などの要求も伝えることで、材料変更による防水不良のリスクを抑えやすくなります。

防水性能を確認する評価方法と試験条件の決め方

防水構造を設計した後は、要求性能を満たしているかを実際の試験で確認する必要があります。

防水試験にはさまざまな方法がありますが、製品の使用環境と要求性能に合った試験を選択することが重要です。

代表的な評価方法として、散水試験、噴流水試験、浸漬試験、気密試験などがあります。

散水試験では、所定の条件で水をかけ、筐体内部への水の浸入を確認します。雨水にさらされる製品の評価では、実際の設置方向や水の当たり方を考慮することが重要です。

噴流水試験では、所定の条件で水を噴射し、筐体の保護性能を確認します。水の噴射圧力や距離、方向などは、採用する試験規格や要求条件に従って設定する必要があります。

浸漬試験では、製品を水中に置き、所定の水深や時間などの条件で評価します。ただし、短時間の浸漬試験に合格したことが、そのまま長期間の水中使用への適合を意味するわけではありません。

実際の使用条件が規格試験の条件と異なる場合は、追加の評価が必要になることがあります。

気密試験は、内部に圧力差を与え、圧力変化や漏れの状態などから密閉性を確認する方法です。

気密試験は製造工程での漏れ検査に利用できる場合がありますが、空気の漏れと水の浸入は必ずしも同じ挙動を示しません。

そのため、気密試験の結果だけで所定の防水等級への適合を判断するのではなく、対象製品で気密試験結果と防水試験結果の関係を確認することが重要です。

また、気密試験では製品の容積や温度変化、試験治具の密閉状態なども測定結果に影響するため、試験条件の管理が必要です。

評価計画を立てる際には、試験対象の状態を明確にすることも重要です。

例えば、完成品にケーブルを取り付けた状態で評価するのか、未使用のコネクタに保護キャップを取り付けた状態で評価するのかによって、結果が変わる場合があります。

製品の実際の使用状態と異なる条件で試験しても、現場での防水性能を十分に確認できない可能性があります。

さらに、試作品の評価では、製造ばらつきを考慮する必要があります。

理想的な寸法で製作された試作品だけを評価すると、公差範囲内にある別の部品組み合わせで発生する不具合を見逃すおそれがあります。

そこで、シール材の圧縮量が小さくなる組み合わせや、筐体の反りが大きくなる条件など、設計上厳しい状態を検討することが有効です。

評価結果は、単に合格か不合格かを記録するだけでなく、試験条件、製品の組立状態、部品の識別情報、試験前後の状態を残すことが重要です。

内部への水の浸入が確認された場合には、浸入箇所と水の経路を調査し、構造上の問題なのか、部品の寸法不良なのか、組立工程の問題なのかを切り分ける必要があります。

また、製品の安全性や電気的な信頼性が関係する場合は、浸水の有無だけでなく、必要な絶縁性能や動作性能の確認も検討します。

防水試験を製品開発の最終段階だけで実施するのではなく、構造設計の検証、試作品評価、量産移行判定などの段階で適切に組み込むことが、手戻りを減らすうえで重要です。

設計から製造を依頼するときに必要な仕様書と確認事項

設計から製造を外部に依頼する場合、防水性能を安定して確保するためには、発注時の仕様伝達が重要です。

依頼先が防水筐体の設計経験を持っていても、使用環境や要求条件が不明確なままでは、適切な構造を選定できない場合があります。

最初に整理したいのは、製品の使用目的と防水要求です。

どのような場所で使用するのか、どの方向から水がかかる可能性があるのか、水に接触する頻度はどの程度か、洗浄作業があるのかといった情報を共有します。

そのうえで、要求する保護等級や、規格試験以外に必要な評価条件を明確にします。

例えば、屋外に固定設置する装置であれば、通常の降雨だけでなく、設置方向や周辺構造物から流れ込む水についても検討が必要です。

工場設備であれば、洗浄時の噴射方向、洗浄液の性質、洗浄後の温度変化などが設計条件になります。

次に、筐体内部に収納する部品の構成を伝えます。

内部の電子部品や機構部品の配置、発熱量、ケーブルの取り回し、保守点検の必要性などは、防水構造と関係します。

例えば、頻繁に開閉する必要がある筐体に、分解を前提としない接合構造を採用すると、保守性が低下する可能性があります。

一方、開閉の必要がない部分では、部品点数や接合方式を見直すことで、浸水経路を減らせる場合があります。

設計初期の段階で、開閉が必要な部分と恒久的に閉じる部分を区別しておくことが有効です。

図面に記載する情報も重要です。

防水性能に直接関係するシール溝、合わせ面、ねじ穴、ケーブル引き込み口などについては、必要な寸法、公差、表面状態を明確にします。

特にシール面では、部品単体の寸法だけでなく、組立後の圧縮状態が重要です。

そのため、図面に個々の寸法を記載するだけでなく、設計意図や組立時に確保すべき状態を共有することが望まれます。

さらに、製造工程での管理条件を明確にします。

シール材の取り付け位置、接着面の清掃条件、締結手順、締付条件、接着剤の硬化条件などは、製造担当者が同じ作業品質を再現するために必要な情報です。

試作依頼の段階では、評価後の改善を前提として、構造変更に対応できる範囲も確認しておくとよいでしょう。

例えば、防水試験でシール材の圧縮不足が見つかった場合、溝寸法を変更する必要が生じることがあります。

その際、製造方法や金型構造によっては変更が難しくなる場合があるため、設計初期から製造上の制約を把握しておくことが重要です。

設計と製造を別々の企業に依頼する場合は、設計側が想定した加工精度や組立条件が製造側に正確に引き継がれているか確認する必要があります。

一括依頼であっても、設計担当者と製造担当者の間で仕様変更の情報が共有されていなければ、同様の問題が発生する可能性があります。

そのため、設計変更が発生した際には、変更箇所だけでなく、防水性能に与える影響と再評価の必要性を確認することが重要です。

東京などで試作開発や製造委託を検討する場合も、所在地だけで判断するのではなく、防水構造の設計経験、試作評価への対応、検査方法の提案力、設計変更時の連絡体制などを確認すると、依頼先を比較しやすくなります。

試作品で防水不良が発生した場合の原因分析と改善方法

試作品の防水試験で不合格が発生した場合、すぐにシール材を厚くしたり、締付トルクを大きくしたりすることは避けるべきです。

不具合の原因が明確でないまま対策を行うと、一時的に改善しても、別の製品や使用条件で問題が再発する可能性があります。

最初に行うべきことは、水がどこから侵入したのかを確認することです。

筐体内部に水が確認された場合でも、実際の浸水箇所と、水がたまっている位置は一致しないことがあります。

例えば、上部のコネクタ周辺から入った水が内部の壁面を伝い、下部にたまる場合があります。この状態で下部の合わせ面だけを対策しても、原因を解消できない可能性があります。

そのため、浸水位置だけでなく、水の流れた経路を確認することが重要です。

必要に応じて、試験前後の写真撮影、内部部品の状態確認、接合部の詳細観察などを行います。

次に、部品の寸法と組立状態を確認します。

シール材の圧縮量、溝寸法、合わせ面の平面度、ねじの締結状態、ケーブル外径とシール部品の適合性などを確認し、図面上の想定条件と実物に差がないか調べます。

特に重要なのは、不良品と良品を比較することです。

同じ設計の試作品でも、一部だけに防水不良が発生している場合は、寸法ばらつきや組立作業の違いが関係している可能性があります。

一方、すべての試作品で同じ位置に浸水が発生している場合は、構造設計そのものに問題がある可能性を検討します。

ただし、発生傾向だけで原因を断定するのではなく、測定結果や再現試験によって確認する必要があります。

温度変化後に不良が発生する場合は、材料の熱膨張差や変形、シール材の特性変化などを調査します。

振動試験後に不良が発生する場合は、ねじの緩み、接合部の損傷、ケーブル固定部への負荷などを確認します。

また、内部に水滴が確認された場合は、外部からの浸水だけでなく結露の可能性も考慮する必要があります。

結露が原因である場合、シール部を強化しても問題が解消されないことがあります。内部に持ち込まれた湿気や温度変化の条件を調査し、浸水と結露を区別することが重要です。

原因が明確になったら、構造変更、材料変更、寸法公差の見直し、組立条件の変更などから適切な対策を選定します。

対策後は、同じ試験条件で改善効果を確認するとともに、変更によって別の問題が発生していないか評価します。

例えば、シール材の圧縮量を増やした場合には、防水性能だけでなく、カバーの変形や締結部への負荷も確認する必要があります。

このように、不具合の発生条件、原因、対策内容、再評価結果を一連の記録として残すことで、量産段階への適切な引き継ぎが可能になります。

量産時に防水品質を安定させるための工程管理

試作品で要求する防水性能を確認できても、その結果だけで量産品すべての防水性能が保証されるわけではありません。

量産では、材料ロット、加工条件、組立作業者、設備の状態などが変化するため、製造ばらつきを管理する必要があります。

まず重要なのは、防水性能に影響する工程を明確にすることです。

シール材の取り付け、接着剤の塗布、ねじ締結、ケーブルの組付け、溶着などは、防水品質に直接関係する工程です。

これらの工程について、作業方法と確認方法を標準化することが重要です。

例えば、シール材の取り付け工程では、シール材のねじれ、浮き、異物の付着、取り付け位置のずれなどが不具合の原因になります。

作業者によって取り付け状態が変わらないよう、位置決め構造や作業治具を検討することが有効です。

また、シール材を取り付ける前に、溝や接触面に切りくず、粉じん、油分などが残っていないか確認する必要があります。

微小な異物でも、接触面に隙間を形成する可能性があるためです。

ねじ締結工程では、締結順序や締付条件を管理し、必要に応じて締付結果を記録します。

接着工程では、接着剤の塗布量、塗布経路、作業可能時間、硬化条件などを管理します。

ただし、どの管理項目が必要かは、採用する接合方法や材料によって異なります。そのため、工程管理の内容は設計仕様と評価結果に基づいて決めることが重要です。

検査工程についても、製品に適した方法を選択する必要があります。

防水試験を全数に実施するか、工程内の気密検査と抜取による防水試験を組み合わせるかなどは、製品の要求品質、試験方法、工程能力、不具合の影響などを考慮して判断します。

気密検査を採用する場合は、判定基準と防水性能の関係を検証しておく必要があります。

また、量産開始前には、初期の製造品について寸法や組立状態、防水性能を確認し、試作段階の設計条件が再現されているか評価することが重要です。

材料や製造工程を変更する場合には、変更による影響範囲を確認し、必要な再評価を実施します。

例えば、シール材の供給元や材質を変更すると、同じ寸法であっても圧縮特性や耐久性が異なる可能性があります。

また、筐体の製造方法や金型条件を変更すると、反りや寸法ばらつきが変化する場合があります。

こうした変更を防水性能への影響評価なしに進めると、量産後の不具合につながる可能性があります。

そのため、設計変更、材料変更、工程変更の際には、事前承認と評価結果の記録を行う仕組みを整えることが望まれます。

さらに、不具合発生時に対象製品を追跡できるよう、製造ロット、使用材料、組立条件、検査結果を関連付けて管理することも重要です。

設計から製造までの依頼では、完成品の納入条件だけでなく、こうした工程管理や検査記録の取り扱いまで合意しておくことで、継続的な品質管理を行いやすくなります。

まとめ：防水性能は構造設計と製造品質の両面から確保する

設計から製造の依頼で防水性能を確保するには、筐体の合わせ面、ケーブル引き込み口、ねじ締結部、排水経路、材料特性という5つの構造設計を総合的に検討することが重要です。

それぞれの対策は独立しているわけではありません。例えば、シール構造が適切であっても、筐体の剛性が不足すれば必要な圧縮状態を維持できない可能性があります。また、筐体本体の防水性能が高くても、ケーブル貫通部の設計や組立が不適切であれば浸水するおそれがあります。

そのため、設計段階では浸水経路を整理し、寸法公差、材料特性、使用環境、組立条件を含めて検討する必要があります。

さらに、試作段階では実際の使用状態に対応した防水試験を実施し、温度変化や振動などの影響も必要に応じて評価します。量産段階では、防水性能に関係する工程の標準化と検査体制の整備が重要になります。

設計から製造を外部に依頼する際には、防水等級だけを伝えるのではなく、製品の使用環境、構造上の制約、試験条件、製造工程での管理項目まで共有することが、認識違いや手戻りの防止につながります。

また、屋外設備や建設現場に設置する機器では、製造段階の防水評価だけでなく、設置後の点検や保守の記録も重要です。筐体の設置姿勢、ケーブルの取り回し、現場での施工状態などを写真とともに残しておくことで、不具合が発生した際の状況確認に役立ちます。

こうした現場情報の記録には、LRTK Phoneを活用する方法があります。現場写真や位置情報、施工記録を関連付けて整理することで、設備の設置箇所や点検時の状態を把握しやすくなります。防水試験の結果や製造時の検査記録と現場の施工情報を適切に関連付ければ、製品の設計・製造から設置後の保守まで、情報を引き継ぎやすくなります。

防水性能を長期的に維持するためには、設計時の構造検討、製造時の品質管理、使用現場での状態確認を継続して行うことが大切です。設計から製造を依頼する段階から、評価方法と記録管理まで見据えた体制を整えることで、防水不良の予防と製品の信頼性向上につなげることができます。