産業用シリコーンオイルが電子機器および自動車用途に適している理由とは？

高電圧電子機器と優れた電気絶縁性

PCBのポッティングおよびエンキャプスレーション：高度な誘電性およびアーク耐性

工業用グレードのシリコーンオイルは、油の誘電強度という有用な特性を活かして製造工程を開始します。このオイルの誘電強度は15 kV/mmを超え、トランスファーマー、パワーモジュール、EV（電気自動車）用バッテリーシステムなどの部品において危険な電気アークを防止するのに有効です。絶縁破壊は、熱暴走などの重大な問題を引き起こす可能性があります。これは絶縁体の劣化・故障に起因します。シリコーンはポリマーであるため、電子による衝撃を受けた場合でも安定した分子鎖を維持し、大きな変化を生じません。この性質が冷却性能の向上にも寄与します。また、このオイルはコロナ放電およびデンドライト放電を一切発生させないため、医療機器、航空宇宙、自動車製造業におけるプリント基板の封止用途に適しています。さらに、シリコーンオイルは電気的ストレスを受けた後でも自己修復能力を有しており、応力除去後に永久的な損傷を受けることなく誘電強度を回復できます。この特性は、故障を一切許容できないシステムにおいて極めて重要です。

シリコーンオイル、鉱物油、およびPAO流体の性能分析

温度が約130°Cに達すると、従来の鉱物油は急速に劣化し始めます。PAO流体は従来の鉱物油よりも優れた耐熱性を有する場合がありますが、シリコーン流体はさらに優れており、アーク抵抗が20％高くなります。これは特に高周波用途において重要であり、DC高速充電ステーションなど、頻繁な電気放電によって絶縁材料の摩耗が急速に進行する状況で特に顕著です。また、シリコーンは酸化に対してもより耐性が高いため、シリコーン流体で充填された密閉型変圧器ではスラッジの蓄積が起こりにくくなります。その結果、シリコーン流体を充填した変圧器は交換頻度が低く、従来の炭化水素系流体を使用する変圧器と比較して通常3～5年長寿命となります。

自動車分野における熱的安定性

エンジンルームおよびパワーエレクトロニクスにおける200°C超での耐性

自動車のエンジンおよびその部品は、200℃以上に達し、その温度で動作することが一般的です。この高温により、オイルなどの潤滑油や冷却液が蒸発したり劣化したりします。エンジンオイルの劣化は、有害なスラッジや酸を生成し、摩擦を増大させ、エンジン部品の摩耗・劣化を加速させます。一方、シリコーンオイルは、一般のオイルよりも強固なシリコン－酸素結合構造を持つため、熱による分解が起こりません。実験シミュレーションにおいて、220℃で500時間連続流動させた条件下では、シリコーンオイルは初期の流動性（粘度）の約95％を維持しましたが、他方の鉱物油は同一条件下でほぼ半分の粘度を失いました。これは、エンジンおよびターボチャージャーの流体システムを清潔に保つ上で極めて重要です。シリコーンオイルは、従来の炭化水素系オイルと比較して、エンジン部品の寿命を2倍から3倍まで延長します。

EVパワーエレクトロニクスにおける実環境での検証

これらのメリットは、EVにおける実世界での応用を実証しています。フィールド分析は、シリコーンオイル冷却剤をパワーインバータに使用する、業界で評価の高い中型EVモデルを対象に、走行距離10万マイル（約16万km）以上にわたって実施されました。主な測定項目は以下のとおりです。

パラメータ シリコーンオイル 従来型冷却剤

200°Cにおける粘度変化 <5% >35%

酸価増加量 0.1 mg KOH/g 2.8 mg KOH/g

インバータ故障率 0.2% 1.7%

その結果、熱関連の保証請求件数が40％削減されました。さらに、シリコーンオイルの非腐食性により、銅巻線およびポリイミド基板の化学的劣化が防止され、またその安定した粘度によってマイクロチャンネル冷却システム内での一定流量が確保されたため、半導体の故障に起因するホットスポットの発生が解消されました。

シリコーンオイルを熱伝達流体および潤滑剤としての使用

`粘度指数 > 300` = 優れた潤滑性および熱伝達性能

シリコーンオイルは、商用流体の中で最も高い粘度指数値の一つを有しています。実際、シリコーンオイルの粘度指数は300を超えています。これは、温度変化に伴ってシリコーンオイルの粘度がほとんど変化しないことを意味します。つまり、シリコーンオイルは極端に高温（200 °C）および極端に低温（-50 °C）の両方においても効率的に作動できます。これは何を意味するのでしょうか？ これは、シリコーンオイルが問題なく効果的な潤滑剤および効果的な熱伝達流体として使用可能であることを意味します。一方、標準的な油の場合、温度が低下すると油が過度に高粘度となり、適切な流動性を失うため、ポンプのキャビテーションなどの問題を引き起こす可能性があります。これに対し、シリコーンオイルは引き続き適切に流動し、熱が継続的に放散されることを保証します。温度範囲の反対側、すなわち高温側では、シリコーンオイルは安定した油膜強度を維持しており、ベアリング内の金属同士の接触を防ぎながら、依然として高温部から熱を伝達することができます。潤滑剤および熱伝達流体の両方として機能するという特性により、エンジニアは潤滑と冷却のための別個の回路を設ける必要がなく、よりシンプルなシステム設計が可能になります。このことは、電気自動車（EV）のバッテリーで用いられる熱管理システムにおいて、必要な部品数を30～40％削減できる可能性を示しています。

信頼性が極めて重要な状況には、高性能半導体の部品冷却システムや航空機用アクチュエーターなどが含まれます。このような重要用途では、シリコーンオイルが求められます。専門家がシリコーンオイルを信頼するのも、当然のことです。

長期的な信頼性および感度の高い電子部品との材料適合性

ポリイミド基板、ソルダーマスク、銅に対する非腐食性

産業用シリコーンオイルは、感度の高い電子部品の信頼性と長寿命を確保する上で重要な役割を果たします。これは、石油由来の油と異なり、シリコーンオイルが化学反応を引き起こさないためです。例えば、シリコーンは、現代のプリント基板（PCB）およびフレキシブル回路基板に使用される銅、ソルダーマスク、ポリイミド基板を腐食させません。このため、電気化学的移行や絶縁抵抗の低下といった問題は、特に機器が暴露される湿気や繰り返しの温度変化という観点から、重要性を失います。さらに、シリコーンの保護的かつ非反応性という特性により、接着剤および保護コーティングは運用条件の変化にも耐えることができます。これにより、全体システムの寿命が延び、特に材料の故障が高コストとなる高度なシステムにおいてその効果が顕著です。

よくある質問  

産業用グレードのシリコーンオイルの絶縁破壊強度はいくらですか？
産業用グレードのシリコーンオイルの絶縁破壊強度は、1ミリメートルあたり15 kV以上です。

シリコーンオイルには、鉱物油およびPAO（ポリアルファオレフィン）流体と比較してどのような利点がありますか？

鉱物油およびPAO流体と比較して、シリコーンオイルはより高い絶縁破壊強度、広い使用温度範囲、優れた酸化抵抗性および粘度安定性を示します。

自動車用途における極端な温度条件下でシリコーンオイルが有用な理由は何ですか？

シリコーンオイルは200°Cを超える極端な温度上昇にも耐え、所定の性能を維持できるため、極限環境下の自動車用途に使用できます。

なぜ敏感な電子機器にシリコーンオイルが使用されるのですか？

シリコーンオイルは銅、ソルダーマスク、およびポリイミド基板と化学反応しないため、敏感な電子部品の信頼性が向上します。