製品設計を外注する際、外観や機能、寸法精度に意識が向きやすい一方で、見落とされがちなのが結露による故障対策です。屋外に設置する電子機器や温度変化の大きい場所で使用する装置では、筐体内部に水滴が発生し、電子基板の腐食、端子の接触不良、絶縁性能の低下などにつながる場合があります。試作品では正常に動作していても、実際の使用環境に置かれると結露が発生し、想定していなかった不具合が表面化することもあります。
こうした問題を防ぐには、防水性を高めるだけでは十分とは限りません。製品内部に入り込んだ湿気がどこで結露するのか、発生した水滴がどの方向へ移動するのか、内部と外部の圧力差をどのように扱うのかまで考慮する必要があります。特に排水構造と通気構造は、筐体の形状、電子部品の配置、設置方向などに密接に関係するため、製品設計の初期段階から検討することが重要です。
製品設計を外部の設計会社に依頼する場合、結露対策の要求が曖昧だと、完成後に排水穴の追加や部品配置の変更が必要になることがあります。場合によっては、金型や筐体構造の見直しにつながるため、外注先との仕様共有が製品開発の効率を左右します。
この記事では、製品設計の外注で結露による故障を減らすために重要な5つの排水・通気設計を解説します。結露が発生する仕組みから具体的な筐体構造、外注先への要求事項、試作品の評価方法まで、実務で確認したいポイントを整理します。
製品設計の外注で結露対策が重要になる理由
結露は、空気中の水蒸気が温度の低い表面に接触し、水滴となって現れる現象です。筐体内部の空気に含まれる水蒸気も、内部の金属部品や電子基板、カバーなどの表面温度が露点温度以下になると結露する可能性があります。
露点温度とは、空気を冷却したときに水蒸気が凝結し始める温度です。空気の温度と湿度によって変化するため、単に製品の使用温度だけを確認しても、結露リスクを十分に判断できません。
例えば、日中に暖められた屋外機器が夜間に急激に冷却される環境では、筐体内部の部品表面に水滴が発生することがあります。また、低温の倉庫から高温多湿の作業場所へ製品を移動させた場合にも、製品表面や内部で結露が生じる可能性があります。
電子機器では、結露水が回路に接触することで漏れ電流や絶縁不良が生じたり、電気化学的な腐食が進行したりすることがあります。接点部分に水分が残れば接触抵抗が変化する可能性があり、長期間の使用では故障原因の特定が難しくなる場合もあります。
こうした問題が厄介なのは、結露による不具合が必ずしも製造直後に発生しないことです。出荷時の動作試験に合格していても、季節の変化や設置環境、電源のオンとオフによる温度変動が繰り返されるうちに、内部へ水分が蓄積することがあります。
さらに、筐体を完全に密閉すれば必ず結露を防げるわけではありません。組立時に内部へ封入された湿気や、樹脂材料などから放出される水分によって、密閉空間の中でも結露が発生する場合があります。
製品設計の外注では、こうした使用環境の情報が設計担当者に十分伝わっていないことがあります。発注側が「屋外で使用する」「防水性が必要」とだけ説明しても、内部の結露をどう扱うべきかまでは明確になりません。
そのため、製品設計を外注する際は、雨水の侵入を防ぐ防水設計と、内部で発生する結露水を安全に処理する設計を分けて考えることが重要です。
排水と通気は、結露の発生を完全になくすためだけの仕組みではありません。水滴が発生した場合でも、故障につながる場所へ水を移動させず、製品の機能を維持しやすくするための設計要素でもあります。
結露による故障を防ぐために把握したい発生条件
製品設計の外注先へ結露対策を依頼する前に、まず製品がどのような環境で使用されるのかを整理する必要があります。
重要なのは、単純な最高温度や最低温度だけではなく、温度と湿度がどのように変化するかを考えることです。
例えば、一定温度の室内に置かれる装置と、屋外で昼夜の温度差を受ける装置では、結露が発生する条件が異なります。同じ屋外機器でも、直射日光が当たる場所、日陰になる場所、雨水が直接かかる場所では、筐体表面と内部部品の温度変化が異なります。
製品内部に発熱部品がある場合は、通電中と停止中の温度差も重要です。通電時には内部温度が高く保たれていても、電源を切ることで筐体内部が冷却され、結露しやすい状態になる可能性があります。
また、製品を洗浄する工程がある場合は、洗浄水の温度や洗浄後の乾燥条件も確認する必要があります。高温になった製品へ低温の水がかかる場合などは、温度変化と筐体内外の圧力差が同時に発生することがあります。
外注先には、製品の使用場所だけでなく、保管、輸送、設置、洗浄、点検など、製品が経験する環境の変化を伝えることが望まれます。
次に確認したいのが、結露によって影響を受けやすい部品です。
電子基板、電源回路、コネクタ、接続端子、センサーなどは、水分の影響によって性能低下や故障が発生する可能性があります。ただし、どの部品がどの程度の湿気に耐えられるかは、部品の仕様や使用電圧、回路構成などによって異なります。
そのため、単に「電子部品を水から守る」とするのではなく、水分への耐性が低い部品や、結露による影響が重大な箇所を特定することが重要です。
さらに、製品の設置姿勢も整理します。壁面に固定する製品、水平な台に置く製品、傾斜した構造物へ取り付ける製品では、内部に発生した水の移動方向が異なります。
排水を重力に頼る構造では、設置方向が想定と異なるだけで排水性能が大きく変わる可能性があります。発注時に設置姿勢が明確でなければ、設計者が適切な排水位置を決めることは難しくなります。
こうした条件を事前に整理しておくことで、外注先は結露の発生を抑える対策と、発生した水滴による故障を抑える対策を区別しながら設計できます。
排水・通気設計1：設置姿勢に合わせて排水経路と最低点を設計する
結露による故障を減らすための第一の設計は、筐体内部に発生した水滴が滞留しにくい排水経路を設けることです。
内部で結露が発生しても、水滴が電子部品のない領域へ移動し、適切に排出される構造であれば、水分による故障リスクを低減できる場合があります。
排水設計で最初に確認するのは、製品を実際に設置したときの最低点です。
例えば、筐体の底面に排水穴を設けたとしても、製品を壁面に傾けて取り付けた場合、その穴が最も低い位置になるとは限りません。設置方向によっては、排水穴とは別の場所に水が集まってしまいます。
そこで、製品設計の初期段階から、使用時の姿勢を三次元的に確認し、水がどの面を伝って移動するのかを検討します。
筐体底面に緩やかな勾配を設け、排水位置へ水を誘導する方法は、比較的基本的な設計手法です。ただし、勾配を設ければ必ず水が流れるわけではありません。
小さな水滴では、表面張力や材料表面の状態によって水が留まる場合があります。成形品の段差やリブの根元、ねじ固定部の周辺などには、水が残りやすい領域が生じることもあります。
そのため、排水経路は単純な傾斜面だけで考えるのではなく、実際の水滴の移動を想定して設計する必要があります。
特に注意したいのが、内部の補強リブや部品固定用の突起です。これらは筐体の剛性を確保するために必要ですが、水の移動を妨げる壁として働くことがあります。
筐体の強度を維持しながら水の通り道を確保するには、リブの配置や形状を調整したり、排水のための通路を設けたりする検討が必要です。
また、製品が複数の姿勢で使用される場合には、それぞれの設置方向で最低点が変わることを考慮します。必要に応じて複数の排水経路を検討しますが、排水口を増やすことで外部からの水や異物が入りやすくなる可能性もあるため、慎重な判断が求められます。
排水経路を設ける際は、電気部品の配置との関係も重要です。水滴が排水口へ移動する途中で電子基板や接続端子の上を通る構造では、排水機能があっても故障の原因になり得ます。
理想的には、水が流れる領域と水分に弱い部品を配置する領域を分離し、重力によって自然に水が移動しやすい構造を目指します。
製品設計を外注する際には、単に排水穴の有無を確認するだけでなく、組立状態における水の移動経路を設計図面や三次元モデルで説明してもらうことが有効です。
また、排水口が必要かどうかは製品の防水要求によって異なります。外部との連通が許されない密閉構造では、安易に排水穴を追加するのではなく、内部の水分管理や密閉区画の設計を優先して検討する必要があります。
排水・通気設計2：水の逆流や異物侵入を抑える排水口を設ける
第二の設計は、内部の水を排出しながら、外部からの水の逆流や異物の侵入を抑える排水口の構造です。
排水穴は内部に溜まった水を排出する役割を持ちますが、筐体の外側から見れば、内部につながる開口部でもあります。
そのため、排水口の位置や形状によっては、雨水、飛散水、粉じんなどが外部から侵入する経路になってしまいます。
製品設計の外注では、排水口を単純な貫通穴として設けるのではなく、使用環境に応じて水の侵入を抑える構造を検討することが重要です。
例えば、排水口の開口方向を下向きに配置することで、上方から降りかかる水が直接入りにくくなる場合があります。ただし、下向きの開口であっても、跳ね返った水や風雨、洗浄水の影響を完全に防げるわけではありません。
水が直接内部へ入り込むことを抑えるために、排水経路へ曲がりや段差を設ける構造も考えられます。
こうした構造では、外部から飛び込んだ水が電子部品まで直接到達しにくくなることが期待できます。一方で、経路が複雑すぎると内部から排出したい水まで滞留する可能性があるため、排水性との両立が必要です。
また、排水口の寸法を決める際には、想定する水量だけでなく、表面張力や異物による閉塞も考慮します。
穴が小さすぎると、水滴が開口部に留まり、排水が進まない場合があります。反対に、穴を大きくしすぎると、水や異物が侵入しやすくなったり、筐体強度や外観に影響したりする可能性があります。
適切な排水口の寸法は、筐体の材料、表面状態、取付姿勢、排出する水量、外部環境などによって変化します。一律の寸法で判断せず、試作品で確認することが大切です。
粉じんの多い工場や屋外設備では、排水口への異物の付着も問題になります。排水口の周辺に泥やほこりが溜まりやすい構造では、使用開始時に十分な排水性能があっても、時間の経過とともに機能が低下する可能性があります。
必要に応じて保護部材や異物の侵入を抑える形状を設けますが、それ自体が詰まりの原因にならないように検討しなければなりません。
さらに、排水口の近くにケーブルや配管がある場合には、水の伝わり方にも注意が必要です。ケーブルの外面を伝って水が内部へ移動する可能性があるため、引き込み位置や水切り形状を含めて確認します。
排水口を設ける設計では、筐体に求められる防水性能と矛盾していないかを必ず確認します。
外部からの水の侵入が厳しく制限される製品では、単純な開口構造を採用できないことがあります。その場合は、排水領域を外側の区画に限定し、電子部品を収容する内部区画を別に密閉する方法などを検討します。
製品設計の外注先には、排水口の位置と寸法だけでなく、なぜその形状を選定したのか、想定する浸水条件に対してどのような検証を行うのかまで確認することが重要です。
排水・通気設計3：筐体内外の圧力差を考慮した通気構造を採用する
第三の設計は、温度変化によって生じる筐体内部と外部の圧力差を考慮した通気構造です。
筐体内部の空気は、温度が上昇すると膨張し、温度が低下すると収縮します。筐体が完全な密閉状態でなければ、温度変化によって内部と外部の間に空気の移動が生じる場合があります。
例えば、日中に筐体内部の温度が上昇し、その後夜間に冷却された場合、内部の圧力が外部より低くなることがあります。
このとき、筐体に微小な隙間があると、その部分から外気が入り込む可能性があります。外気に湿気が多ければ、水蒸気が内部へ持ち込まれることも考えられます。
また、内部と外部の圧力差は、筐体の合わせ面やシール部分へ負荷を与える要因にもなります。
こうした圧力変化への対策として、通気構造を設ける方法があります。
ただし、通気口を設ければ必ず結露が減るわけではありません。通気によって外気中の水蒸気が内部へ入り込む場合があり、使用環境によっては湿度管理が難しくなることもあります。
通気設計では、圧力差の緩和と水分の侵入抑制をどのように両立させるかが重要です。
例えば、液体の水が通過しにくい通気膜を利用する構造では、空気の移動を許容しながら、水滴が直接内部へ入り込むことを抑えられる場合があります。
ただし、こうした通気膜は水蒸気の移動まで完全に遮断するものとは限りません。通気膜の仕様によって空気の透過性能や耐水性能が異なり、設置状態や周囲の汚れによって性能が変化する場合もあります。
そのため、通気膜を採用する際には、必要な通気量、想定する圧力差、水への耐性、使用温度などを確認する必要があります。
通気口の位置も重要です。
筐体の上面に通気口を設けると、雨水や落下物の影響を受けやすくなる場合があります。一方、底面に設ける場合でも、泥や水が溜まる場所に近ければ、通気口が塞がれる可能性があります。
そのため、通気口は単に空気が出入りしやすい位置に設けるのではなく、水や異物が滞留しにくい場所を選定することが望まれます。
また、内部の発熱部品との位置関係も検討します。通気によって内部の空気が動く場合、温度分布や湿気の移動が変化する可能性があります。
通気による圧力調整を目的とする構造と、内部の熱を排出するための換気構造は、必要な性能が異なります。この二つを混同すると、通気量を過大に設定したり、不要な湿気の侵入経路を増やしたりすることがあります。
製品設計の外注では、通気口を設ける目的を明確にしておくことが重要です。
圧力差を緩和するためなのか、内部の熱を排出するためなのか、あるいは特定の区画の湿気を排出するためなのかによって、適切な構造は変わります。
特に高湿度環境で使用する製品では、通気構造の採用が結露リスクを増やす可能性もあるため、密閉構造との比較を行い、試験によって妥当性を確認することが必要です。
排水・通気設計4：結露水を電子部品から離す内部構造を設計する
第四の設計は、筐体内部で発生した結露水が電子部品に接触しにくい配置と構造を設けることです。
結露を完全に防ぐことが難しい使用環境では、水滴が発生しても重大な故障につながりにくい構造を考えることが重要です。
例えば、筐体内部の上側に金属部品や冷却されやすい面がある場合、その表面に結露した水滴が下方へ落下する可能性があります。
落下位置の真下に電子基板やコネクタが配置されていれば、水滴が直接接触するおそれがあります。
そのため、結露が生じやすい部品や面を想定し、水滴の落下方向を確認しながら電子部品の配置を決めることが重要です。
製品設計を外注する場合は、電子基板の配置を機能や組立性だけで決めるのではなく、結露水の移動経路も設計条件に含めます。
具体的には、電子基板を筐体底面から離して配置したり、結露水が流れる経路と基板の間に隔壁を設けたりする方法が考えられます。
ただし、基板を高い位置に配置するだけで水濡れを防げるわけではありません。筐体の上部から水滴が落下する場合には、基板の上面が濡れる可能性があるためです。
必要に応じて、水滴を受ける部分や水を別方向へ誘導する形状を設けます。
また、筐体内部を、水分の影響を許容する区画と、水分から保護する区画に分ける考え方も有効です。
例えば、外気に近い部分には排水や通気の機能を持たせ、電子回路を収容する部分には別の防湿構造を設ける方法があります。
こうした区画分離を採用すると、排水と通気の機能を持つ部分に水が侵入しても、電子部品への影響を抑えやすくなる場合があります。
ただし、区画を分離しただけでは十分ではありません。電線やコネクタ、固定ねじなどが区画を貫通する場合、その部分が水の移動経路になる可能性があります。
電線の表面を伝う水や、狭い隙間に沿って移動する水にも注意が必要です。特に毛細管現象によって、重力による排水方向とは異なる向きに水が移動する場合があります。
そのため、部品の合わせ面や電線の引き込み位置では、水が電子部品側へ移動しにくい構造を検討します。
さらに、内部に水が溜まる場所を意図せず作らないことも重要です。
ねじ穴の周辺、補強リブの根元、部品固定用のくぼみなどに水が溜まると、乾燥までに時間がかかることがあります。その水が温度変化によって蒸発し、別の場所で再び結露する可能性もあります。
筐体内部の水の移動を考慮するときは、結露が発生する位置だけでなく、蒸発と再凝結による水分の移動も考える必要があります。
また、電子基板に防湿処理を施す方法もありますが、防湿処理だけですべての結露問題を解決できるわけではありません。処理が十分に行き届かない部分やコネクタの接点など、別途対策が必要な箇所もあります。
製品設計の外注では、筐体設計と電子回路設計を別々に進める場合があります。その場合でも、双方の設計担当者が結露水の移動経路を共有し、配置や構造を調整できる体制が望まれます。
排水・通気設計5：汚れや経年劣化を考慮して排水・通気性能を維持する
第五の設計は、製品の使用期間を通じて排水と通気の機能を維持しやすくすることです。
製品設計では、試作品が完成した直後の性能だけでなく、長期間使用した後の状態を想定する必要があります。
例えば、排水穴や通気口は、使用開始時には正常に機能していても、粉じん、泥、油分などの付着によって性能が低下する可能性があります。
屋外に設置する製品では、周囲の環境によって異物が蓄積することがあります。通気膜を使用する場合には、表面の汚れによって通気抵抗が変化することも考えられます。
そのため、排水・通気設計では、汚れが付着しにくい配置や、点検しやすい構造を検討することが重要です。
例えば、排水口を筐体の奥まった位置に設けると、外部から見えにくくなり、点検や清掃が難しくなる場合があります。
一方、排水口を露出させすぎると、衝撃や水の飛散による影響が大きくなる可能性があります。
外注先には、点検性と保護性能の両方を考慮した構造を提案してもらうことが望まれます。
また、筐体のシール部材や通気部材などには、材料の経年変化が影響する場合があります。
温度変化や紫外線、化学物質などの影響を受ける環境では、材料の硬化、変形、接着性能の低下などが起こる可能性があります。
こうした変化によってシール性能が低下すると、当初想定していなかった場所から水分が侵入することがあります。
そのため、結露対策は排水口や通気口だけで完結するものではなく、筐体の合わせ面やシール構造と一体で考える必要があります。
製品に分解整備の工程がある場合は、再組立後の防水性や通気性能にも注意が必要です。
例えば、点検時にカバーを取り外し、再び取り付ける構造では、シール部材の位置ずれや締付状態の違いによって性能が変化する可能性があります。
このような製品では、組立作業者によるばらつきを抑える構造や、点検後に確認すべき項目を設けることが有効です。
排水・通気性能を長期間維持するには、保守作業そのものが新たな水分侵入の原因にならないようにすることも重要です。
また、排水口や通気口の機能が低下した場合でも、すぐに電子部品の故障につながらない設計を検討することが望まれます。
例えば、一時的に水が溜まっても電子基板へ到達しにくい配置や、重要な接続部分が水に触れにくい構造などが考えられます。
こうした考え方は、結露対策に限らず、製品全体の耐環境性や保守性を高めるうえでも重要です。
製品設計の外注先には、初期性能の説明だけでなく、使用環境によって想定される劣化要因と、その対策についても確認することが大切です。
製品設計の外注先に伝えるべき結露対策の仕様
製品設計を外注するときは、結露対策について具体的な要求仕様を共有することが重要です。
特に注意したいのは、「結露しない構造にする」「防水性を高める」といった抽象的な要求だけで設計を進めないことです。
これらの表現では、設計者がどの使用条件を想定し、どの程度の水分まで許容してよいのか判断しにくくなります。
まず、製品の使用環境を具体的に伝えます。
屋内か屋外か、設置場所が固定されるのか移動するのか、温度や湿度の変化がどの程度あるのかといった情報が必要です。
また、雨水や洗浄水がかかる可能性がある場合は、その方向や頻度、使用時の製品姿勢なども共有します。
次に、結露によって影響を受ける重要部品を明確にします。
例えば、電子基板や電源回路の周辺には水が残らないようにしたいのか、筐体の特定区画であれば水滴の発生を許容するのかによって、設計の考え方が異なります。
結露そのものを完全に禁止する要求と、結露による機能不良を防ぐ要求は同じではありません。実現可能性や検証方法も異なるため、目的を明確にしておくことが大切です。
また、排水口や通気口の設置に制約がある場合は、その条件も外注先へ伝えます。
外観上の理由で開口を設けられない場合や、粉じんの侵入を厳しく制限する必要がある場合などは、設計の自由度が変わります。
発注側がこうした制約を後から伝えると、排水経路や筐体構造の大幅な変更につながる可能性があります。
さらに、製品の組立方法も結露対策に関係します。
筐体をどのように分割するか、シール部材をどこに配置するか、電線をどこから引き込むかといった設計は、防水性と排水性の両方に影響します。
製品設計を外注する際には、筐体の構造設計だけでなく、組立工程や保守工程を含めて検討してもらうことが望まれます。
要求仕様では、評価方法もできるだけ具体的に定めます。
例えば、所定の温湿度変化を与えた後に電気的な機能が維持されることや、指定した内部区画に水が滞留しないことなど、確認可能な条件を設定します。
ただし、試験条件や合否基準は製品によって異なります。実際の使用環境を反映せずに一律の試験条件を設定すると、必要なリスクを十分に評価できない場合があります。
そのため、外注先と協議し、想定する故障モードに対応した試験項目を設定することが重要です。
さらに、設計変更時の扱いも決めておきます。
例えば、基板の位置を変更したり、補強リブを追加したりすると、水の移動経路が変化する可能性があります。
形状変更が排水や通気に与える影響を確認する手順を設けることで、開発途中の変更による見落としを減らせます。
試作品で実施したい結露・排水・通気の評価方法
製品設計の外注で結露対策を進める際は、設計図面だけで判断せず、試作品を使って実際の性能を確認することが重要です。
結露や排水の挙動は、材料表面の状態、温度分布、組立状態などによって変化するため、設計段階の想定と実際の挙動が一致しない場合があります。
まず検討したいのが、温度と湿度を変化させる評価です。
製品を想定する使用環境に近い温湿度条件に置き、温度変化を与えることで、内部に結露が発生するかどうかを確認します。
このとき、単に試験槽の温度と湿度を記録するだけではなく、筐体内部の温度や湿度、可能であれば結露しやすい部品の表面温度も把握することが望まれます。
内部のどの部分が冷却されやすいかを確認することで、結露の発生位置を予測しやすくなります。
また、製品の電源が入っている状態と停止している状態では、内部の温度分布が異なる場合があります。
そのため、実際の使用方法に合わせて、通電状態と停止状態を組み合わせた評価を検討することが重要です。
次に、排水性能を確認します。
水分が存在してもよい設計区画については、適切な方法で水を与え、想定した排水経路に沿って水が移動するかを観察します。
この評価では、排水口から水が出るかどうかだけでなく、内部に水が残る位置も確認します。
特に補強リブの周辺やねじ固定部、部品の合わせ面などは、水が滞留する場所になりやすいため注意が必要です。
ただし、評価のために水を与える場合には、実際の使用状態では想定しない場所へ過剰な水を流し込まないようにします。設計上の使用条件から大きく外れた試験では、結果を正しく評価できない場合があります。
通気構造を設けた製品では、圧力差に対する性能も確認します。
温度変化や外部圧力の変化を想定し、通気によって圧力差がどの程度緩和されるかを評価します。
通気膜などを使用する場合には、通気性能だけでなく、水の侵入を抑える性能も確認する必要があります。
また、通気口の周辺に水が付着した状態や、汚れが存在する状態を想定した評価が必要になる場合もあります。
結露対策の評価では、電気的な機能確認も欠かせません。
試験後に電源が入るかどうかだけでなく、必要に応じて絶縁性能、接続部の状態、動作の安定性などを確認します。
結露による影響は、試験直後には現れず、その後の腐食や接点状態の変化として表面化する場合もあります。
そのため、製品の用途や重要度によっては、繰り返し試験や一定期間の状態観察を組み合わせることが望まれます。
さらに、試作品の評価では、組立ばらつきも考慮します。
一台の試作品で排水や通気が正常に機能していても、部品寸法や組立状態が変わると性能に差が生じる可能性があります。
量産を予定している製品では、実際の製造方法に近い条件で作製した試作品を使用し、設計の再現性を確認することが重要です。
評価結果は、写真や測定記録、試験条件などとともに整理し、外注先と共有できる形にしておきます。
特に水滴の発生位置や滞留位置は、文章だけでは伝わりにくいため、現物の写真と設計図面を対応させながら確認すると、改善箇所を把握しやすくなります。
結露対策に強い製品設計の外注先を選ぶポイント
製品設計を外注する際は、外注先が筐体の形状を設計できるかどうかだけでなく、実際の使用環境を踏まえた耐環境設計に対応できるかを確認することが重要です。
結露対策では、機械設計、材料選定、電子部品の配置、組立方法など、複数の要素が関係します。
そのため、筐体設計だけを担当する外注先であっても、電子回路や使用環境に関する情報を理解し、必要に応じて他の設計担当者と調整できる体制が望まれます。
まず確認したいのは、類似した使用環境の製品設計経験です。
屋外で使用する製品や、温度変化の大きい環境に設置する機器などを扱った経験があれば、結露による故障リスクを想定しやすい場合があります。
ただし、過去の実績だけで設計品質を判断することはできません。
重要なのは、今回の製品に対して、どのような結露リスクがあり、どのような対策を検討すべきかを具体的に説明できることです。
例えば、排水口を設ける提案があった場合には、その位置を選んだ理由や、外部からの水の侵入をどう抑えるのかを確認します。
通気膜を採用する提案であれば、どの程度の圧力差を想定し、湿気の侵入についてどのように評価するのかを確認することが有効です。
また、排水や通気を設けない密閉構造を提案する場合には、内部に残る湿気をどう扱うのか、シール性能の維持をどのように確認するのかを説明してもらう必要があります。
さらに、試作品の評価と設計改善に対応できるかも重要です。
結露対策は、最初の設計だけで十分な性能を確保できるとは限りません。
試作評価によって水の滞留位置や通気性能の問題が見つかった場合、筐体形状や部品配置を修正する必要があります。
そのため、外注先を選ぶ際には、試験結果を設計へ反映する工程まで対応できるかを確認することが望まれます。
加えて、図面や三次元データに排水・通気に関する設計意図が適切に残されるかも確認します。
例えば、排水経路に必要な空間が設計変更で塞がれないように、重要な寸法や形状の意図を明確にすることが有効です。
外注先との契約や業務範囲を整理する際は、どこまでが設計業務で、どこからが試験や評価、改善業務に該当するのかも明確にしておくと、開発途中の認識違いを減らしやすくなります。
製品設計の外注で避けたい結露対策の失敗
製品設計の外注で結露対策を進める際には、いくつかの典型的な失敗に注意する必要があります。
その一つが、密閉性を高めれば結露が発生しないと考えてしまうことです。
密閉構造は外部からの水や湿気の侵入を抑えるうえで有効な場合がありますが、内部にすでに存在する水分をなくすものではありません。
組立時に封入された水蒸気が温度変化によって結露する場合もあるため、密閉性と内部の湿度管理を分けて考える必要があります。
二つ目は、排水穴を設ければ内部の水分問題が解決すると考えることです。
排水穴があっても、その位置が適切でなければ水が残ります。また、水滴が排水口へ到達する前に電子部品へ接触する可能性もあります。
排水口そのものよりも、水がどこで発生し、どの経路を通って排出されるのかを検討することが重要です。
三つ目は、通気口を大きくすれば結露対策になると考えることです。
通気量を増やすことで圧力差や温度分布が変化する場合がありますが、同時に湿った外気が内部へ入り込みやすくなる可能性もあります。
特に高湿度環境では、通気量の増加が必ずしも有利に働くとは限りません。
通気構造を採用する場合には、圧力調整の必要性と湿気侵入のリスクを比較することが重要です。
四つ目は、結露対策を試作品の完成後に追加しようとすることです。
筐体内部の部品配置がすでに決まっていると、排水経路を確保するための空間が不足する場合があります。
また、通気口を追加しようとしても、外観や防水性能、部品配置の制約によって適切な位置を選べないことがあります。
そのため、結露対策は外観設計や電子部品の配置を決める段階から検討することが望まれます。
五つ目は、試作品の動作確認だけで結露対策が十分だと判断することです。
短時間の動作試験では、温度変化や湿度変化を繰り返したときの問題を把握できない場合があります。
製品の実際の使用環境を考慮し、必要な評価条件を設定することが重要です。
さらに、発注側と外注先の責任範囲が曖昧なまま開発を進めることも、結露対策の見落としにつながります。
例えば、筐体設計側は電子基板の防湿処理を前提にしている一方、電子回路設計側は筐体内に水が入らないことを前提にしている場合、双方の想定が一致しません。
こうした問題を防ぐには、製品全体として必要な耐環境性能を定義し、各設計担当者が共通の条件を理解することが重要です。
排水と通気の設計は、それぞれ独立した部品の問題ではなく、製品全体の構造と機能に関わる設計課題として扱う必要があります。
まとめ｜排水と通気を設計初期から検討して故障リスクを減らす
製品設計の外注で結露による故障を減らすには、防水性だけに注目するのではなく、内部で発生する水分をどのように扱うかまで検討することが重要です。
結露は、温度と湿度の条件によって発生するため、すべての環境で完全に防ぐことが難しい場合があります。そのため、水滴が発生したとしても電子部品に接触しにくく、製品の機能を維持しやすい構造を考えることが有効です。
設置姿勢に合わせた排水経路、水の逆流を抑える排水口、圧力差を考慮した通気構造、電子部品を保護する内部配置、長期使用を想定した保守性の確保という5つの視点を組み合わせることで、結露による故障リスクの低減を図れます。
ただし、排水口や通気口を設ければ、どの製品でも性能が向上するわけではありません。高い密閉性が求められる製品や、水分の侵入が許容されない装置では、別の構造を選択する必要があります。
重要なのは、製品の使用環境と故障リスクを整理し、それに適した排水・通気設計を選定することです。
製品設計を外注する際には、設置条件、温湿度変化、重要部品の配置、必要な防水性能、評価方法などを事前に共有することで、設計の手戻りを減らしやすくなります。
また、試作品の評価では、結露の発生位置や水の滞留位置を実際に確認し、得られた結果を設計改善へ反映することが重要です。
特に屋外設備やインフラ関連機器では、試作品の評価から実際の設置、保守点検に至るまで、現場の状態を継続的に記録することが製品品質の把握に役立ちます。
こうした現場での情報整理には、位置情報を活用した記録管理も有効です。
LRTK Phoneは、現場写真や位置情報、施工記録を管理するための製品です。製品や設備の設置位置と現場写真を関連付けて記録することで、結露が発生した箇所や排水・通気構造の状態を、設計担当者や保守担当者と共有する際の情報整理に活用できます。
例えば、屋外に設置した機器の点検時に、排水口周辺の汚れや水の滞留状況を撮影し、位置情報とともに記録しておけば、現場で確認した状況を後から振り返りやすくなります。複数の設置場所で同様の問題が発生した場合にも、記録を整理して設計改善の検討材料にできます。
もちろん、結露の発生原因を特定するには、必要に応じて温度や湿度の測定、部品の状態確認などを別途実施することが重要です。LRTK Phoneは、そうした調査で得られた現場情報を位置や写真と結び付け、関係者間で共有するための手段として活用できます。
製品設計の外注では、設計段階の検討だけでなく、試作品の評価や実際の使用環境から得られる情報を次の改善へつなげることが大切です。排水・通気構造の適切な設計と、現場での継続的な記録管理を組み合わせることで、結露による故障の発見や原因分析、製品品質の改善を進めやすくなります。
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