ゴムが固着する原因と防止方法

ものづくりプレス

2025-10-05

ゴムプラスチック・樹脂成形(成型)真空成形・圧空成形押出し成形インサート成形コンプレッション成形(圧縮成形)ブロー成形インジェクション成形(射出成形) 加工方法

ゴムは弾性変形を有する物質で、その特性を利用し工業部品原料としても大変重宝されています。しかし、ゴムは劣化しやすいというデメリットがあり、中でもほかの素材に張り付いてしまう固着は、避けられない問題のひとつです。
この記事では、ゴムの固着メカニズムや固着防止策などについて解説します。

ゴムの固着（くっつき、張り付き）とは

固着は、ゴム製Oリングなど、長時間加圧された環境で使用するゴム製品が、密着する金属やプラスチック製の部品に張り付いてしまう現象です。また固着と並ぶ言葉に粘着がありますが、これは本来その物質が持つ、くっついたり張り付いたりする性質のことです。
例えば、動的部品として使用しているゴムを例に取ると、粘着した場合は摩擦抵抗が増し、エネルギーロスの原因となります。また固着では、何らかの原因によりその部分が剥がれていき、徐々にゴムが破壊されることがあります。
なお、静的部品としてのゴムは、固着が起きても多くの場合で性能自体には問題はほとんど起きません。しかし固着が進んでいる場合は、剥がす時にゴムが破壊されることがあります。

◇ゴムの固着が起こる理由・原理

ゴムは、成形後も圧力や温度などの外的要因により、内部の架橋が徐々に密になっていく性質を持っています。その際に架橋反応により出来た反応物がゴム表面に浮き出ると、それが粘着性の高い膜となり、固着が起こります。
固着はさまざまな要因が影響しあって起きる現象であるため、そのメカニズムは非常に難解だとされています。また固着の強度は、ゴムの種類や強度、使用環境により、以下のように異なることが知られています。

▼ゴムの硬度
固着は、ゴム内部の分子が表面に浸出することで起こると考えられています。ゴムの硬度が高くなるほどこのような現象が起こりにくくなるため、一般に固着強度が下がる傾向にあります。

▼環境温度
使用環境温度が高くなると、ゴムの変形による接触面の拡大や相手物質との化学反応が起こりやすい状況になり、固着強度にも影響を及ぼします。しかし、ゴムは種類によって性質が異なり、高温になると固着強度が上がるものもあれば、下がるものもあります。そのため、高温環境下で固着が起こりやすくなるとは、一概に言うことはできません。

▼表面の粗さ・接触面積
相手物質との接触面が小さいほど、粘着や固着する強度も小さくなります。例えば表面が粗い物質では、実際に相手物質に接する面も少ないため、平面同士の固着よりもはるか強度は低くなります。

ゴムと金属の固着

ゴムと金属が長時間密着していると、両者の間に接着力が発生し固着を引き起こします。この現象は一度に起こるのではなく、段階を踏んで進行していきます。初期固着は物理化学的な固着、後期固着では化学的な固着が発生します。

◇物理化学的固着

ゴムと金属の間に起こる固着のメカニゴムは解明されていません。しかし、表面に浸出したゴム内部の分子が金属との接合面に粘着性を持つ膜を形成し、極性結合力や水素結合力により両者が結合するのではないかと考えられています。
また、時間の経過で起こるゴムの歪み（クリープ）による金属との接触面積の拡大も、固着を強める原因となります。

◇化学的固着

初期段階で物理化学的に固着した接触面では、時間の経過と共に金属が腐食していくと共に、ゴムとの間で化学反応が起こることが認められています。これにより、ゴムと金属の結合力はさらに強固なものに変化します。

◇ゴムと金属の固着を引き起こす要因

ゴムと金属の固着は、使用環境やそれぞれの材質が持つ性質など、複数の要因が重なり合って起こります。どのような要因があるかについて、以下に解説します。

▼温度
高温下ではゴムの時間経過による変形（クリープ現象）速度が高まるうえ、接触面における化学反応が促進される傾向にあります。そのため、物理的固着・化学的固着共に起こりやすくなります。

▼湿度
湿度が固着現象に関係していることはわかっていますが、その詳しいメカニズムは未だ解明されていません。しかし湿気による金属の表面の変質、ゴムが湿気を吸収することによる内部の加硫残渣の表面浸出、などが理由として推測されています。

▼荷重
相手物質との接触面積が広いと固着が起こりやすくなる上、固着強度が高まります。荷重は接触面積を広げる原因になるため、ある程度の荷重までは固着に影響があると言えるでしょう。

▼表面の状態（粗さ、硬さなど）
ゴムや金属の表面が粗いと接触点が小さくなり、固着が起こりにくくなります。また、金属の表面硬度は固着にほとんど影響を及ぼしませんが、ゴムの硬度が低い場合には、金属との接触面が大きくなり、固着が起こりやすくなります。

▼加硫剤・加硫促進剤充填剤
ゴムを製造する際に使用される加硫剤や加硫促進剤、充填剤は、固着の程度の影響を与えることがあります。例えば、カーボンブラックを添加したゴムは固着を起こしやすくなりますが、カーボンホワイトでは固着しにくい傾向が見られます。

ゴムの固着防止策

ゴムと金属の固着防止策は、物理化学的固着や化学的固着を起こさせないことです。完全な防止は難しいかもしれませんが、以下の方法を施すことで、少なくとも固着が起こるまでの時間を延ばせる可能性が高くなります。

◇表面改質

固着する力は、接触面の面積の大きさに比例します。そのためゴム表面を加工することで、固着しにくい性質を付与することができます。ただし、ゴムの摩耗などの原因により、表面改質された層がなくなってしまうと効果も失われるため、注意が必要です。

▼コーティング
ゴム分子が金属に吸着するのを防ぐため、表面に薄膜を形成させる手法です。薄膜をゴム表面に物理的に融着させるタイプと、ゴム表面と反応させて薄膜を形成するタイプがあります。

▼表面処理
薬液などへの浸漬、ゴム表面へのプラズマや放射線の照射などを施すことで、ゴム表面の硬さや表面粗さの付与などを行ないます。

◇原料ポリマーの改良

ゴム原料そのものを改良し、固着を防止する方法です。
ポリマーが有する分子量が高い、側鎖や末端基が少ないなどの場合では、固着しにくいと考えられています。またガラス転移点の高い構造の付与なども、固着防止に有用とされていますが、原料ポリマーの構造改良はゴムの弾性を損なう可能性が高く、現時点ではあまり現実的とは言えません。

◇薬品配合

ゴム混練り時にオイルやPTFE（フッ化炭素樹脂）などの固体潤滑剤、潤滑成分・離型成分を含む内部添加剤などを配合することで、固着を低減させます。しかし、配合具合でゴムの物性や圧縮、ひずみなどに影響を与えることがあるため、特性のバランスを考慮しながら調整する必要があります。

固着したゴムの外し方

残念ながら、既に固着したゴムを外す最適な方法はありません。しかし固着が起こるタイミングを少しでも先延ばしにすることは可能です。そのためにも、日ごろから機械の定期的な点検やメンテナンス、クリーニングを行なうほか、固着防止策を講じるなど、できるだけ固着が起こらないよう事前に対処しておくことが最善の方法です。

ゴムの固着の解決に向けて

固着は、機械性能や製品の品質などにも影響する大きな問題です。いくつかのメーカーは、固着が起こりにくいゴムの研究・開発を行なっており、その製品も市場に出回り始めています。しかし実際問題として、それらを使用するのは余計なコストなどがかかるため、現実的とは言えません。
ゴムの固着の予防や起こってしまった場合の対処については、専門の知識を持つ業者に相談するのが安心です。