信頼性

信頼性（材料・設計・環境・成形要因を横断的に評価する樹脂部品の寿命設計）

1. 樹脂部品の信頼性を決める4つの主要要因

樹脂の信頼性は、単一要素ではなく複数の要因が複雑に絡み合って決まります。

① 材料特性（力学・吸水・耐環境性）

樹脂は種類によって強度・剛性・耐熱性・加水分解性が大きく異なります。
PA・PBT・POM・PPS・PEEK・半芳香族PAなど特性の幅が広く、部品の寿命に直接影響します。

② 設計（応力集中・肉厚・固定方法）

スナップフィット、ヒンジ、ネジボスなど特定部位に応力が集中しやすく、破壊モードが金属と大きく異なります。フィレット処理やリブ設計などの配慮が寿命に直結します。

③ 環境条件（温度・湿度・薬品・UV）

• PA → 吸水で強度低下
• PBT → 高温高湿で加水分解
• PC → アルカリで応力割れ
• 酸化劣化

など、環境劣化は“使用条件次第”で発生します。

④ 成形品質（内部応力・残留ひけ・充填性）

成形不良や内部応力は、破壊モード・クリープ挙動・環境劣化耐性に大きく影響します。本カテゴリでは、これら4要素がどのように信頼性へ影響するかを整理します。

2. 長期使用で発生する代表的な劣化・破壊メカニズム

信頼性に関連する劣化現象は多岐にわたります。

• クリープ変形（時間依存変形）
  静荷重下で樹脂が徐々にたわむ。ギア、固定部品、クランプ形状で顕著。
• 疲労破壊（繰返し荷重）
  金属と異なり急激に破断する場合がある。摺動部・振動部で注意。
• 環境劣化（加水分解・熱酸化・UV）
  PBT・PCなど特定樹脂で顕著。使用環境と材料特性のマッチングが必須。
• 応力割れ（ESC）
  化学薬品 × 残留応力の組み合わせで突然割れる現象。薬品槽・清掃溶剤との接触で発生。
• 摩耗・摺動疲労
  ローラー、ギア、摺動部品では摩耗、摩擦熱、PV値が寿命を支配。

これらの破壊要因は単独ではなく複合的に発生するため、総合的な判断が必要です。

3. 設計者・調達者が押さえるべき信頼性評価の視点

信頼性評価は“試作後に評価するもの”ではなく、企画・材料選定段階から始まります。

• 要求寿命（年数・荷重）を定義
• 使用温度・湿度・薬品条件を明確化
• クリープ・疲労・薬品耐性のデータ確認
• 解析（構造・クリープ）による予測
• 加速試験（高温高湿・繰返し荷重）で耐久性確認
• 成形条件と金型仕様が強度に与える影響を把握

特に、金属代替では信頼性評価が最重要であり、解析（CAE）を交えながら寿命予測を行う必要があります。

4. 本カテゴリで扱う主なテーマ

• クリープ・疲労・環境劣化の基礎
• 樹脂の破壊モード（延性破壊／脆性破壊）
• 薬品環境下での割れ・溶剤ストレスクラッキング
• クリープ解析・強度解析による寿命予測
• 環境別材料選定（高湿度／高温／薬液）
• 成形内部応力と寿命低下の関連
• 金属代替における信頼性要件の整理

信頼性は、材料、設計、環境、成形条件が複合的に影響し合う領域です。本カテゴリでは、樹脂特有の劣化メカニズムや寿命評価の観点を横断的に整理し、製品の長期使用に耐えうる材料選定と設計判断を支援する情報を提供します。

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