耐熱性ゴムブッシュ：エンジンルーム内の応用

なぜエンジンルームには特殊な耐熱性ゴムグロメットが必要とされるのか

現代のエンジンコンパートメントにおける熱的ストレスと機械的劣化

最近のエンジンルームは、排気マニホールドやターボチャージャー周辺で温度が定期的に150度を超えるため、素材にとってはまさにサウナのような環境です。この高温は、時間の経過とともに部品に大きな負担をかけます。ゴムは酸化によって劣化が早まり、長期間圧力を受けることで永久的に変形してしまう「圧縮永久歪み（コンプレッションセット）」という現象も起こります。さらに、エンジン振動による継続的な振動がゴム材料に微細な亀裂を生じさせます。それに加えて、モーターオイルやクーラント漏れ、道路から跳ね上がる汚れとの接触により、ゴム部品は膨潤し、分子レベルで基本的に崩壊し始めます。これらの複合的なストレスにより、多くの車両、特に強制吸気システムやハイブリッド構成を持つ車両では、グロメットの寿命は6か月程度しか持たないことが多いです。当社は、グロメットの故障が駆動系全体に重大な問題を引き起こすケースを数多く確認しています。

標準ゴムグロメットの故障原因：120°Cを超える環境でのEPDM、NR、SBRの限界

工業用途で一般的に使用されるゴム材料であるEPDM（エチレンプロピレンジエンモノマー）、天然ゴム（NR）、スチレンブタジエンゴム（SBR）は、温度が約120度を超えると分解が始まります。例えばEPDMは硬くなり、必要な弾力性を失ってしまいます。天然ゴムも同様で、急速に酸化します。2022年に『Polymer Degradation Studies』に発表された研究によると、NRは130℃で500時間放置されるだけで引張強度の約80％を失う可能性があります。またSBRは油中環境にさらされると、25〜40％膨張する傾向があります。その後どうなるか？これらの材料は繰り返しの加熱・冷却サイクルによって表面に厄介な亀裂が生じます。こうした亀裂が液体の侵入経路となり、配線の摩耗を引き起こします。その結果、電気的短絡、流体漏れ、そして標準的なゴム材が想定している以上の高温が継続する領域におけるEMIシールド性能の低下といったリスクが高まります。

材質比較：高温性能に適したラバーグロメットの選定

シリコン、FKM（フッ素ゴム）、TPV：耐熱性、耐油性、および200°C超での圧縮永久ひずみ

エンジンルームは非常に高温になることがあり、通常200度を超えるため、従来の材料では対応できなくなることがあります。シリコーンを例に挙げると、約250度までの温度範囲で柔軟性を維持でき、ASTM D573規格に基づく1,000時間の極端な高温環境下でも、元の引張強度の約80％を保持します。ただし、その欠点として、炭化水素にさらされるとシリコーンは最大30％まで膨張する傾向があり、油や燃料に接触する可能性のある部品にはあまり適していません。もう一つの選択肢としてフルオロエラストマー（FKM）があります。これらの素材は300度を超える高温にも耐えられ、ASTM No.3オイル試験での膨潤はほとんどなく、通常10％未満の膨張に抑えられます。そのため、過酷な化学環境に適しています。しかし、これにもトレードオフがあります。200度での繰り返し加熱サイクル後、FKM素材は通常15～25％の圧縮永久ひずみを示します。熱可塑性架橋ゴム（TPV）は、こうした点で良いバランスを提供します。高品質なTPVグレードは200度までの温度に耐えられ、圧縮永久ひずみを40％未満に抑えることができます。さらに、プラスチックと同様に加工可能であること、および硬度を調整できる特性により、耐久性と柔軟性の両方が求められる複雑なグロメット設計の製造に特に有用です。

トレードオフ分析：グリースがあり振動しやすい環境における柔軟性と化学耐性の比較

油脂にまみれ、常に振動が発生するエンジンルームを扱う場合、適切な材料を選ぶには厳しい判断が必要です。シリコーンは、FKMよりも柔らかい質感（ショアAで約50～70）を持っているため、振動の吸収に非常に優れています。これにより、繊細な配線が他の部品とこすれて損傷するのを防ぐことができます。しかし、問題点もあります。燃料に長時間さらされると、シリコーンは伸びる能力を約半分失ってしまうため、油との直接接触には耐えられません。一方、FKMは化学物質に対してより強く耐性がありますが、かなり硬くなります（通常ショアAで75～90）。この硬さは、可動部分が多い領域で亀裂が発生しやすくなる原因となります。TPVは、硬度を調整可能（通常ショアAで60～80）で、炭化水素にも比較的強いという中間的な選択肢です。ただし、高温状態が長期間続くと弾力性が低下し始めます。実際の応用例を見ると、柔軟性よりも耐久性が重視される燃料レール接続部では、一般的にFKMが好んで使用されます。一方、油のかかる場所から離れた場所にあるECU配線には、振動減衰性能に優れたシリコーンが最適な選択肢のままです。

エンジンルームにおける耐熱性ゴムグロメットの主要な機能的用途

ワイヤーおよびケーブル保護：擦過、絶縁破壊、短絡の防止

熱に耐えるゴム製グロメットは、ハーネスの配線を鋭いエッジや厄介なエンジン振動から保護するために不可欠です。保護されていない状態では、配線がすぐに擦れ始め、SAEの2023年のデータによると、わずか6か月ほどで内部の導体が露出し始めることがあります。これらの部品が排気系付近にある場合、周囲温度は約150度 Celsiusに達するほど高くなります。標準的なゴム素材ではこのような高温に耐えられず、硬くなり、時間の経過とともに亀裂が生じます。その後どうなるか？ 絶縁機能が失われ、水分の侵入による短絡、危険な電気アークの発生、さまざまなセンサーの誤作動など、さまざまな問題が引き起こされます。そのため、専用のグロメットが非常に重要なのです。こうしたグロメットは温度が急上昇しても柔軟性を保ち続け、現在エンジンルームで発生している電気系統のトラブルの約4分の1を占める絶縁不良を防ぎます。

油、冷却水、ほこりに対する動的シール：長期的なグロメットの完全性を確保

グロメットは流体ラインやコネクタ周囲に柔軟なシールを形成し、熱膨張に対応すると同時に、油による膨潤、冷却水の浸透、および各種の研磨性ほこりにも耐えます。最も優れた素材は圧縮永久ひずみに対して非常に良好な耐性を示し、175度 Celsiusで1,000時間放置後でも15％未満に抑えられます。これはどういう意味でしょうか？つまり、常に動き続けるエンジン内でもこれらのシールがしっかり機能するため、センサが損傷したり、電気接続部で腐食が発生するような漏れが起こらないということです。製造業者がこれらのグロメットの仕様を正しく設定すれば、頑丈な機器用途における液体関連の保証請求件数が約34％削減されることが実際に確認されています。

将来を見据えた設計：電動化、熱負荷、次世代ゴムグロメットソリューション

近年、電気自動車の普及に伴い、エンジンルーム内の温度が200度を超えることが一般的になってきました。バッテリーパックや各種パワーエレクトロニクスは非常に多くの熱を発生させるため、日々激しい温度変化に耐えうるグロメットが求められています。また、電磁干渉への耐性も必要です。新しい材料ブレンドでは、シリコーンに微細なセラミック粒子や窒化ホウ素添加物を混合することで、放熱性能を約15～25％向上させつつ、引き続き振動を効果的に吸収できるようにしています。業界の中には、フッ素シリコーンハイブリッド材料に注目する声もあり、これはグリコール系冷却液および高電圧絶縁油に対して優れた耐性を示します。800Vシステムが標準となってきている現在、多くのエンジニアは火災安全性においてUL94 V-0等級を満たし、センサー類を損傷するような有害ガスを放出しないグロメットを求めています。さらに、内蔵された温度センサーを備えたスマートゴム素材についても議論が進んでいます。これが実用化されれば、メンテナンス時期の予測が可能となり、将来的に自動運転車における配線の信頼性を確実に高めることにつながるでしょう。

よくある質問

エンジンルームで標準のゴムグロメットが故障する主な理由は何ですか？

標準のゴムグロメットは、高温によるゴムの劣化、酸化、およびエンジン振動による機械的劣化が原因で故障します。これによりひび割れや材料の破壊が生じます。

高温環境下でのシリコーンゴムとFKMゴムのグロメットを比較するとどうなりますか？

シリコーンは250°Cまでの温度に耐えられ、柔軟性を維持しますが、油への暴露には弱い可能性があります。FKMは300°Cを超える温度にも対応でき、過酷な化学環境でも安定性を保ちますが、長期間経過すると硬くなることがあります。

ゴムグロメットの素材選びが重要なのはなぜですか？

適切な素材を選ぶことで、エンジンルーム内の環境条件に対して長期的な耐久性、柔軟性、耐性が確保され、短絡や流体漏れを防止できます。

電気自動車（EV）向けゴムグロメット素材における今後の進展はどのようなものですか？

今後の進展には、放熱性を向上させるためにシリコーンとセラミックスの複合化や、耐薬品性を高めるためのフルオロシリコーンハイブリッドの開発が含まれる。また、メンテナンス性を向上させる組み込みセンサー付きスマート素材の可能性もある。