屋外用シリコーンゴムキーパッド：耐候性とキー表示の耐久性

屋外用シリコーンゴムキーパッドの仕様は、「耐UV性」といった一言だけで定義すべきではありません。技術的に確認すべきなのは、成形シリコーン、顔料、印刷層やスプレー塗装層、レーザーで塗膜を除去して形成したキー表示、保護コーティング、シール、接点、回路、照明、筐体との接合部を含む環境にさらされる操作インターフェース全体が、実使用で想定される気象条件、操作、汚染、清掃の複合的な影響を受けた後も、製品の外観要件と機能要件を満たすかどうかです。

シリコーンゴムが屋外用の操作インターフェースに広く採用されるのは、この材料群が一般に、耐候性、紫外線への耐性、耐湿性に優れているためです。これは有用な出発点ですが、完成したキーパッドの寿命を保証するものではありません。屋外での耐久性を考慮した設計には、暴露条件の定義、実際の製品を代表する構成、劣化前後の管理された測定、そして機器の実際の使われ方に合った合否判定基準が必要です。

一般的なキーパッドの構造選定については、JASPERのシリコーンゴムキーパッド設計ガイドおよびシリコーンゴムと接点材料のページをご覧ください。本記事では、操作インターフェースを屋外に設置する場合に追加で必要となる検証の考え方を取り上げます。

1. 屋外での暴露条件と設置状態を明確にする

「屋外」には大きく異なる条件が含まれます。奥行きのある機器の保護フードの下にあるキーパッドは、車両に水平に取り付けたキーパッド、午後の日差しを受けるセキュリティパネル、洗浄後に一晩濡れたままになるコントローラーと同じ暴露条件ではありません。

試験方法を選ぶ前に、設置された状態を定義してください。

この段階でまとめるべきなのは、宣伝的な形容ではなく、使用環境条件の定義書です。暴露される表面、組み立て後の向き、キーパッドに到達し得る物質、許容範囲を維持する必要がある機能を特定してください。

2. 色、コーティング、キー表示の視認性を積層構成として評価する

成形シリコーンの本体は、外観を構成するシステムの一部にすぎません。屋外での外観は、顔料、印刷インク、不透明なスプレー塗装層、レーザー加工、透明トップコート、表面の質感、光沢にも左右される可能性があり、バックライト付き製品ではLEDと光学系の構成も関係します。

したがって、基材の耐候性を、すべての表面層が同じ期間にわたって色、密着性、コントラスト、視認性を維持するという根拠にすることはできません。

コーティング付き、またはレーザー加工を施したキーパッドでは、少なくとも次の状態を管理対象として定義してください。

• 成形品のベース色。
• 上層の色、または遮光マスク。
• 露出させたキー表示、または印刷したキー表示。
• 使用する場合は保護コーティング。
• 非通電時の最終外観。
• バックライト付きキーの点灯時の外観。

JASPERのレーザー加工によるキー表示とコーティングのガイドでは、日中と夜間の外観承認を分け、コーティングをキーパッド全体の構成の一部として確認すべき理由を説明しています。屋外向けの検証では、この考え方を拡張し、環境暴露後にも同じ観察を繰り返す必要があります。

外観の「合格・不合格」だけでなく、変化を測定する

劣化前に、条件を管理した写真を記録してください。プロジェクトで定量的な色管理が必要な場合は、定めた位置での機器測定値も記録します。ASTM D2244は、測定した色座標から色差を算出する方法を示していますが、測定条件、対象表面、測定位置、照明・観測者条件、許容差はプロジェクト側で定義する必要があります。

暴露後は、次の項目を比較してください。

• 色の変化と目視で確認できる退色。
• 光沢や表面の質感の変化。
• コントラストの低下。
• 端部の浮き、ピンホール、亀裂、チョーキング、べたつき、表面が磨かれた状態。
• キー表示の欠損の有無と視認性。
• バックライト付きキーの点灯時における輝度の均一性、光漏れ、見かけの色。

ある用途で許容できる変化が、別の用途では許容できない場合があります。隠れた位置にある保守用キーのわずかな色変化と、安全に関わる屋外操作部の識別性低下とでは、リスクが異なります。

3. 耐候性評価と機械的な使用を組み合わせる

検証でよく見られる抜けは、未使用のサンプルを耐候性試験にかけ、別の未使用サンプルで機械的な繰り返し試験を行うことです。実際のキーは、それぞれの負荷を独立して受けるわけではありません。

キーの上面はたわみます。キーウェブは曲がり、元に戻ります。端部付近のコーティングは、操作のたびにひずみを受ける可能性があります。汚れは、すでに耐候劣化した表面を摩耗させる可能性があります。微細な亀裂や磨かれた部分が生じた後に、洗浄剤がコーティングに接触することもあります。

そのため、検証の順序は、使用現場で起こる作用を代表するものでなければなりません。

複合的な検証順序の例

以下は説明用の例であり、JASPERの一律の試験仕様ではありません。

1. 初期の外観状態、条件を管理した日中の画像、該当する場合は点灯時の外観を記録します。
2. 作動荷重、ストローク、復帰挙動、荷重曲線など、プロジェクトで定めた操作感に関する特性を測定します。
3. スイッチング機能やプロジェクトで定めた接点測定など、電気的な初期データを記録します。
4. 選定した耐候性試験方法を用い、条件をすべて記録したうえで、代表的な試験片を暴露します。
5. 色変化、亀裂、コーティングの浮き、べたつき、ピンホール、表面変化、キー表示の損傷を確認します。
6. 想定する組立品、または代表的な組立品で、規定した機械的操作または屈曲の試験順序を実施します。
7. 実使用に関係する汚染物質と清掃工程のみを適用します。
8. 日中および点灯時の視認性を再確認します。
9. 操作感に関する測定と電気的測定を繰り返します。
10. 劣化させた試験片を未暴露の対照品と比較し、合格品と不合格品の両方を、改訂版が識別できる状態で保管します。

ASTM G154は、実験室での耐候性試験に用いる蛍光UVと水による試験装置の運用を扱います。ASTM G151は、光源を用いた促進暴露についてより広い指針を示し、促進試験の結果は実際の最終用途での変化と試験のばらつきを踏まえて解釈する必要があるとしています。プラスチック試験片についてはISO 4892-3が蛍光UV暴露の枠組みを示し、塗料・コーティングの試験片についてはISO 16474-3がコーティングの蛍光UV暴露を扱います。

これらの文書は、管理された暴露方法の種類を定めるために役立ちます。ただし、屋外用キーパッドに共通する唯一の試験サイクルや、自動的に適用される合格基準を与えるものではありません。

4. 暴露後にシールと電気的機能を点検する

耐候劣化は、外観だけの問題ではありません。

成形キーパッドの見た目が許容範囲内でも、組立品では外周シール、圧縮されたリップ、締結部品の周囲、PCBとの接合部、接点系に変化が生じている可能性があります。反対に、外観上の色変化があっても、必ずしもスイッチングが不良になったとは限りません。これらの結果は分けて記録すべきです。

完成したシリコーンゴムキーパッドアセンブリでは、暴露後の検証に、プロジェクトで定めた次の確認を含めることができます。

• キーが妨げられずに復帰し、引っ掛かりがないこと。
• 作動荷重または荷重曲線の変化。
• スイッチング時の導通と再現性。
• 定めた位置での接点測定。
• LEDの動作と点灯時のキー表示の視認性。
• 亀裂、永久変形、シール面の損傷。
• 製品に明確なシール要件がある場合の、水の侵入に対する性能または筐体の保護性能。

IEC 60529は、IPコードを用いて筐体の保護等級を分類します。したがって、IP要件が対象とするのは、シリコーン材料単体ではなく、組み立てた筐体の保護境界です。製品にIPの目標がある場合、試験計画には、実際の筐体の改訂版、圧縮を与える構造、締結部品、ケーブルやテールの引き出し部、顧客または適用される試験計画が要求する前処理を明記する必要があります。

成形ゴムそのものが水に耐えるという理由だけで、「防水シリコーンゴムキーパッド」と表現しないでください。技術的に確認すべきなのは、完成した筐体との接合部が、規定条件下で許容できない侵入を防ぐかどうかです。

5. 使用寿命の表示に必要な根拠を定義する

屋外耐久性を扱ううえで最も重要なのは、試験による根拠と使用年数に関する表示を区別することです。

促進耐候性試験は、構成の比較、弱い層の抽出、関連する故障モードの再現、管理された暴露後に所定の特性がプロジェクトの限界値内に収まっているかの確認に有用です。ただし、実験室での時間を屋外での使用年数に自動的に換算する時計ではありません。

裏付けのある使用寿命の表示には、劣化させた試験片1個だけでは不十分です。製品とリスクに応じて、次のような根拠が必要になる場合があります。

• 材料と表面層の構成がすべて特定されていること。
• 促進耐候性試験の条件が記録されていること。
• 繰り返し評価用の試験片と未暴露の対照品。
• 暴露前後の特性測定。
• 実使用を代表する機械的操作と汚染。
• 組立状態でのシールと電気的機能の検証。
• 自然環境での屋外暴露、または関連する実使用履歴との相関。
• 設置条件と、地理的・環境的な適用範囲の定義。
• 顔料、コーティング、シリコーン、工程、供給元を変更する場合の変更管理計画。

こうした根拠がない場合は、「屋外でX年使用可能」とするのではなく、たとえば「この構成は、規定した促進耐候性試験および暴露後の機能確認に合格した」のように、範囲を限定した表現を用いてください。

屋外向け検証マトリクスの例

このマトリクスは、実際の試験片数、条件、時間、測定項目、設備、順序、回復期間、合否判定限界を盛り込んだ、管理された試験計画に置き換える必要があります。これらの値は、顧客要件、適用規格、妥当性が確認された社内手法、または合意済みの技術計画に基づいて設定すべきであり、一般的なブログの表から決めるものではありません。

よくある質問

使用環境要件をご相談ください

屋外用シリコーンゴムキーパッドの検討では、入手可能な図面またはサンプル、筐体との接合部、設置方向、想定する環境暴露、キー表示の版下、目標色、照明計画、汚染物質と洗浄剤、シール要件、電気的インターフェース、必要な根拠資料、数量、未解決事項を提出してください。

成形キーパッドが中心のプロジェクトではカスタムシリコーンゴムキーパッドからご検討ください。PCB/FPC、LED、コネクター、シール接合部、最終機能を1つのモジュールとして確認する必要がある場合は、シリコーンゴムキーパッドのアセンブリ製品をご覧ください。プロジェクトの詳細は、キーパッドの技術検討を依頼するから送信できます。