耐候性試験とは？基礎から評価指標、規格など

耐候性試験は、単にデータを集めるための作業ではありません。むしろ、製品設計全体のリスクを減らすための大切なツールとして活用すべきです。設計者自身が試験専門の部署としっかり連携し、試験の計画段階から結果の解釈、そして設計への反映まで一貫して関わることが理想的です。

そうすることで、製品は実際の使用環境でも長く信頼性を保てるようになり、結果として企業のブランド価値や競争力の向上にもつながっていきます。本記事では、そんな耐候性試験の概要から活用における注意点まで解説します。

劣化要因を人工的に再現・加速して評価する試験

耐候性試験とは、材料や製品が太陽光（特に紫外線）、降雨、湿度、温度変化などの自然環境要因にさらされたときに、その特性がどのように変化して劣化するかを評価する試験です。屋外環境で使用される製品の耐久性を事前に把握し、長期間にわたって機能や外観を維持できるかを調べることが目的となります。

こうした試験によって、紫外線や熱、雨水などによる色あせ、強度低下、ひび割れなどの劣化現象が再現され、製品寿命の推定や品質保証に役立てられます。耐候性試験の結果から、製品が実際の使用環境に「耐える（耐候性が十分か）」かを判断し、必要に応じて材料改良やUVカット剤の添加などの対策を講じます。

特に、屋外で使用される樹脂製の製品では、気候条件による早期劣化が問題となります。耐候性試験を行えば、過酷な気候条件にさらされた場合、製品が早期に故障・劣化しないかを事前にチェックできます。

たとえば、自動車の外装塗装が猛暑や強い紫外線下で光沢を保てるか、電子機器が高湿度環境で誤作動しないかといった信頼性を事前に評価できます。メーカー各社は製品開発段階でこれらの試験を実施し、製品の耐久性向上や保証期間設定に活かしています。

人工的な再現試験や自然曝露試験が行われる

耐候性試験には、大きく分けて促進耐候性試験（人工的に環境を再現する試験）と自然環境下での曝露試験があります。また、特定の要因に対する試験として塩水噴霧試験（腐食促進試験）も広く用いられます。

この章では、耐候性試験の主な試験方法を紹介し、それぞれの特徴について解説します。

促進耐候性試験（人工気象試験）｜環境要素を人工的に再現する試験

促進耐候性試験（人工気象試験）は、室内の試験機で太陽光や雨などの環境要素を人工的に再現し、短期間で劣化を促進させる方法です。代表的な装置として、アーク灯式試験機と蛍光灯式試験機の2種類があります。

アーク灯式では、主にキセノンアークランプ（キセノン光源）を用いて太陽光に近いフルスペクトル（紫外線～可視光～赤外線）の光を照射し、さらに水噴霧や湿度制御によって雨や結露を再現します。キセノンランプ法では、可視光による色あせや温度上昇による影響まで含めた、現実に近い劣化状態を再現でき、自動車部品や建築用塗料など、色調や外観の維持が重要な製品の評価によく使われます。

一方で蛍光灯式では、紫外線蛍光ランプ（UVAやUVBランプ）を用いて太陽光中のもっとも材料劣化を引き起こしやすい紫外線部分のみを集中的に照射し、それに加えて周期的に水分（凝縮水や噴霧）を与えることで劣化を促進します。蛍光UV法は、装置が比較的安価で操作も簡便なため、プラスチックや塗料のUV劣化（退色・ひび割れ）耐性の比較試験に適しています。ただし、可視光や赤外線の影響は再現できないため、可視光の寄与が大きい退色や、実日射に伴う昇温影響の再現には限界があります。

キセノンランプ法は装置コストやランプのフィルター管理などが必要ですが、光源がフルスペクトルでもっとも太陽光に近いシミュレーションが可能であり、多くの国際規格で採用されています。なお、アーク灯式には歴史的にはカーボンアーク（炭素アーク）ランプを用いる方法もありましたが、現在ではキセノンアーク法に置き換えられています。

屋外曝露試験（自然環境曝露）｜実際の屋外環境で劣化を観察

屋外曝露試験（自然環境曝露）は、実際の屋外環境に試料を一定期間さらす方法です。試験片を屋外の曝露サイト（試験場）に設置し、自然の太陽光・気温変化・風雨にさらして実時間で劣化を観察します。

このような自然曝露試験は、実際の使用環境そのもので試験するため信頼性が高く、人工試験では見落としがちな要因（季節変動や生物汚れなど）の影響も含めて評価できる利点があります。

しかし、劣化の程度によりますが、数ヶ月から数年、耐久性が高い材料では10年以上かかる場合もあるほど試験期間が長いことや、天候に結果が左右され再現性が低い点が欠点です。

そのため、製品開発の現場では、促進試験と並行して自然曝露試験を行い、加速試験の結果を実環境データで検証・補正する（「テストをテストする」）ことが推奨されています。

塩水噴霧試験（耐食性試験）｜NaCl水溶液を噴霧し試験

塩水噴霧試験（耐食性試験）は、金属素材や表面処理（メッキ・塗装など）の耐食性（さびにくさ）を評価するための促進試験です。5%程度の塩化ナトリウム水溶液を霧状に噴霧する密閉チャンバー内に試料を置き、連続して塩霧にさらすことで短時間で腐食を発生させます。

主に、金属部品や塗膜の防錆性能を比較する目的で広く利用されており、自動車部品や建築用金具などが規定時間（中性塩水噴霧試験で数十時間など）耐えられるかどうかを調べます。試験が標準化されており、再現性が高いことと、比較的短期間（数日～数週間）で結果が得られることが利点です。

その一方で、塩水噴霧試験の結果を実際の屋外での腐食寿命に直接結びつけることは難しいとも言われます。常に塩水にさらされ続ける条件というのは、現実としては厳しすぎて、自然環境下の周期的な乾湿サイクルや他の要因（泥汚れ、温度変化など）を再現していないためです。

そのため、塩水噴霧は主に製造ロット間の品質管理や防食処理プロセスの安定性確認に用いられ、実環境での耐久性予測には、複合サイクル腐食試験（塩霧→乾燥→湿潤を繰り返す試験など）を補完的に実施するのが望ましいとされています。

耐候性試験は金属から樹脂まで幅広い分野の製品で実施される

耐候性試験の応用分野は多岐にわたり、自動車、建設、電機、消費財（屋外家具・スポーツ用品など）、包装材料に至るまで、幅広い産業で製品の信頼性向上に貢献しています。

耐候性試験は非常に幅広い材料・製品分野で活用されており、基本的に屋外で使用される、または日光や湿気にさらされる可能性のあるあらゆる製品が対象となり得ます。この章では、耐候性試験の主な対象分野の例について紹介します。

自動車部品｜外装塗装・内装材・樹脂部品などの試験を実施

自動車の外装塗装、バンパーなどの樹脂部品、ヘッドライトカバー、内装材（ダッシュボードなど）まで、車両は常に日光や雨風にさらされるため各部品の耐候性が重要です。

たとえば、塗装の光沢保持や樹脂部品の劣化（色あせ・割れ）防止のため、各種促進耐候試験が業界標準として実施されます。

建築資材｜外壁材・塗装・シーラントなどの試験を実施

建物の外壁材、屋根材、塗料、シーラント（目地材）、窓枠や外装パネルなど、建築物に使用される資材は長年にわたり日射や気象に耐える必要があります。耐候性試験により退色や防水性能低下、ひび割れの発生具合を評価し、建材の寿命予測やグレード分けに活用します。

塗料・表面コーティング｜自動車や建築用塗料などの試験を実施

自動車塗料や建築用塗料、防腐塗装など各種コーティングは、紫外線による色変化・チョーキング（白亜化）や湿気による膨れ・剥離が起こらないか綿密にテストされます。

塗膜試験では、キセノンランプ法や蛍光UV法で数百～数千時間曝露し、光沢保持率や変色度合いを測定するのが一般的です。また、塗装下地処理やメッキ層の防錆力確認には塩水噴霧試験も行われます。

樹脂・プラスチック｜屋外で使用される樹脂製品の試験を実施

屋外で使用されるプラスチック製品（農業用フィルム、屋外看板、プラスチック容器、住宅設備部品など）は紫外線で脆化・変色しやすいものが多いため、UV耐性試験が不可欠です。

特に、ポリプロピレンなどは安定剤が無いと短期間で劣化するため、試験結果を基に添加剤の効果を検証します。

電子機器｜屋外設置センサーや太陽光パネルなどの試験を実施

屋外設置される監視カメラやセンサー、照明器具、太陽光パネル関連機器などの電子機器は、筐体の耐候性（樹脂や塗装の劣化、シールの防水性維持）や、内部電子部品の耐湿・耐熱性を確認します。

高温多湿環境での動作保証のため、温度サイクル試験や湿度負荷試験（耐湿試験）も組み合わせて評価します。

耐候性試験の評価指標は色や外観・強度

耐候性試験の結果は、材料や製品に生じた劣化の程度をさまざまな評価指標で判断します。この章では、主な評価項目について解説します。

色の変化｜どれだけ変退色したかを評価

製品の色がどれだけ変退色したかを評価します。分光測色計で測定した色差（ΔE値）や、目視評価での褪色等級などで判断します。紫外線による染料・顔料の退色、黄変などが代表例です。

ひび割れ｜表面にクラックが発生しているかを評価

コーティングや樹脂表面にクラック（ひび）が発生していないかを観察します。細かな亀裂（クレージング）や大きな割れまで、拡大鏡や顕微鏡でチェックして等級付けします。

強度低下｜機械的強度がどの程度低下したかを評価

試験前後で材料の機械的強度がどの程度低下したかを調べます。

たとえば、プラスチック部品なら引張強さや衝撃強度、塗膜なら付着性（クロスカット試験など）を測定します。紫外線でポリマーが劣化すると、引張強度の低下や脆化が起こることが多く、その程度を数値化して評価します。

表面劣化｜外観の劣化を評価

光沢の低下、チョーキング（表面が白く粉を吹いた状態）、艶引け、表面粗化などの総合的な外観劣化を評価します。光沢計で光沢保持率（試験前後の光沢度比）を算出したり、塗膜表面を触ってチョーキング具合を確認したりします。

また、樹脂では表面の艶消えや変形、金属では錆の発生状況（腐食生成物の面積や深さなど）も表面劣化の評価項目です。

この他にも、黄変（素材が黄色く変色する現象）、剥離（塗膜の密着力低下による剥がれ）、泡吹き（塗膜中に水分などが入り膨れた状態）、反りや寸法変化（プラスチック部品が熱で変形するなど）といった指標があります。

評価は試験規格に沿って定性的グレーディング（ひび割れ0～5段階評価など）や定量測定で行われ、材料ごとに何時間の曝露でどの程度劣化が進むかを比較します。それによって必要な耐候年数を満たす材料・設計であるかを判断します。

耐候性試験には国際規格や標準試験法が多数存在

耐候性試験には、各国・各業界で定められた国際規格や標準試験法が多数存在します。代表的な規格団体として、ASTM（米国試験材料協会）、ISO（国際標準化機構）、JIS（日本産業規格）などが耐候性試験法を策定しています。

それぞれの規格には、試験条件（光源種別、光照度、波長分布、温度湿度サイクル、試験時間など）や評価方法が詳細に定められており、製品分野ごとに適切な規格を選んで試験を行います。

ASTM規格｜蛍光UVランプ式の促進耐候試験の標準規格

ASTM G154は蛍光UVランプ式の促進耐候試験の標準規格で、UVA-340やUVB-313ランプを用いたUV照射と凝縮湿気サイクルによる試験方法を定めています。ASTM G155はキセノンアークランプを用いる耐候試験の規格で、フルスペクトルの光と湿度・降雨サイクルで実際の太陽光曝露に近い条件を再現する方法です。

この他、塗料分野ではASTM D7869（輸送機器向けコーティングの高度なキセノン試験法）など製品用途別の規格も存在します。

腐食性環境についてはASTM B117が有名で、塩水噴霧試験の基本的手順を定めた、もっとも歴史ある規格です。またASTM G85は塩霧と乾燥を組み合わせた改良型塩水噴霧（サイクル腐食）試験の規格です。

ISO規格｜プラスチック塗料などの耐候性評価規格

プラスチックや塗料などの耐候性評価には、ISO4892シリーズの規格が広く用いられています。

たとえば、ISO4892-2はキセノンランプを用いた試験方法、ISO4892-3は蛍光UVランプを用いた試験方法を規定し、光源や試験条件が詳細に定義されています。

塗料・ワニス分野ではISO16474シリーズが対応し、同様にキセノンランプ法（ISO16474-2）やUVランプ法（ISO16474-3）の規定があります。

耐光性（特に繊維の色あせ）評価には、ISO105-B02（キセノンランプによる布地の耐光試験）などもあります。腐食試験では、ISO9227が塩水噴霧試験（中性塩霧試験NSSなど）に関する国際規格であり、多くの国で参照基準となっています。

JIS規格｜日本工業規格の耐候性試験

日本工業規格（JIS）でも耐候性試験法が制定されています。内容はISO規格と調和しているものが多く、たとえば、プラスチックの促進耐候試験はJIS K 7350（ISO 4892に準拠）に、塗料の耐候性はJIS K 5600-7-7（キセノンランプ法による塗膜の促進耐候性試験）として規定されています。

繊維製品の耐光性については、JIS L 0842（紫外線カーボンアーク灯法）およびJIS L 0843（キセノンアーク灯法）などがあり、布地の色あせ堅ろう度試験に使われます。

また、塩水噴霧試験はJIS Z 2371として定められており、ASTM B117やISO 9227と同等の中性塩霧試験条件が示されています。

設計や品質改善に耐候性試験を活用

この章では、耐候性試験の知見を製品設計に活かすために、実務上のポイントや注意点について紹介します。耐候性試験の経験者の視点からのアドバイスであり、失敗例と成功例を踏まえた教訓になります。

開発初期から耐候性を考慮する

製品コンセプトや材料選定の段階で、使用環境における日光や気候の影響を検討してください。早期に簡易な耐候試験を行い、候補材料の中で劣化が早いものを排除することで、後戻りのコストを減らせます。

たとえば、紫外線劣化しやすい樹脂を誤って採用すると、製品発売後に数ヶ月で黄変や割れが生じ、クレームとなる恐れがあります。事前試験で問題が見つかれば、安定剤の追加や材料変更で対策可能です。

適切な試験方法と条件を選ぶ

製品が直面する環境に合わせて、試験方法や条件を選定します。

屋外使用なら紫外線・雨・温度サイクルを含むキセノンランプ試験、屋内窓際使用なら紫外線中心の試験、海岸地域向け製品なら塩水噴霧試験や複合サイクル腐食試験を追加する、といった具合です。

製品ごとに劣化要因は異なるため（樹脂の色あせ vs 金属の錆など）、必要に応じ複数種類の試験を組み合わせましょう。

また、業界標準の規格試験があればそれに従うことで、他製品との比較や顧客説明が容易になります。

試験結果の正しい解釈とフィードバック

促進試験の結果は、必ずしも実使用年数にそのまま対応しません。たとえば「試験機での1,000時間は屋外の○年に相当」という単純換算はできないことに注意が必要です。

そこで、屋外曝露試験や市場の経年品データと突き合わせて結果を評価すると効果的です。加速試験で相対比較した材料同士の耐久性順位は参考になりますが、絶対寿命予測には安全係数を持たせ、慎重に設計へ反映してください。

過去には、実験室での試験では問題ないと判断した材料が実環境では想定外の要因で早期劣化し、リコールに繋がる場合もあります。失敗例として、装樹脂部品が高温多湿環境でベタつきや亀裂を生じ、大量交換となったケースなどがあります。

常に「試験条件に現れないリスクはないか？」と問い、必要なら追加試験を行う姿勢が大切です。

継続的な検証と比較テストの活用

耐候性試験は一度きりではなく、製品改良のたびに継続的に実施しデータを蓄積しましょう。毎年定期的に試験を行えば、新旧材料や競合製品との耐候性を比較できます。

実際に、ある自動車メーカーでは耐候性試験のプロセスを強化した結果、製品リコールを30%削減できたという事例もあります。

また、電子機器メーカーが徹底した環境試験を導入したところ、製品の信頼性向上により顧客満足度が20%改善した例もあります。

このように、定量データに基づく改善を続けることで、耐候性に優れた製品設計が可能になります。

不具合発生時の原因究明に活用する

製品の屋外使用中に予期せぬ劣化事象（塗装の早期色あせなど）が発生した場合、原因究明の手段として耐候性試験を活用できます。同様の環境を再現した試験を実施し、どの要因（光、熱、湿度のどれか）が主因か切り分けることで対策を検討できます。

たとえば、塗膜の不具合であれば紫外線照射のみの試験と湿度付与試験を分けて行い、光だけで劣化するか、水との複合作用による劣化であるかを調べるといったアプローチです。

試験と分析を組み合わせて原因を突き止めれば、次期製品での設計変更や製造プロセス改善に繋げることができます。

耐候性試験で選定した樹脂部品の試作・量産をスムーズに進めるならQuick Value™

耐候性試験によって材料や設計方針が固まった後は、実際の部品を試作し、量産条件で再現できるかを確認する工程が重要になります。特に屋外使用部品では、図面上の設計だけでなく、実加工時の寸法精度や材料特性のばらつきが耐久性に影響することも少なくありません。

Quick Value™（クイックバリュー）は当社バルカーが提供する樹脂加工品向けのデジタル調達サービスです。2D図面や3D CADデータをアップロードするだけで、価格と納期の見積もりを即時に取得できます。耐候性試験で選定した材料や形状をそのまま図面に反映し、試作段階から量産までスピーディーに進められます。

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