板金エンクロージャーの設計箱の向こう側へ

箱は静的なものであり、高性能の製品は生きている。

真のテスト、ビヨンド・ザ・ボックスの哲学は、コンポーネントの繁栄を保証する筐体設計である。これは、製造性、コスト、保護、そして最も重要な熱管理の間のトレードオフを意味します。効果的なシートメタル・エンクロージャーは、長期的な成功を達成するための構造的完全性と熱的要件の考慮に基づいています。本ガイドでは、ボックスを正しく設計するためのDFMの原則について説明し、次に、そのボックスを、閉じ込められた熱からコンポーネントを保護する高信頼性システムに変えるためのビヨンドファクターについて説明します。

素材の選択：エンクロージャーの基礎

素材の選択は、コスト、重量、耐久性、熱性能に影響する。これはバランスゲームであり、特性はバランスに大きな役割を果たします。適切な材料は、強度や費用対効果のどちらを重視するかといった設計要件に応じてエンクロージャーを作り、また耐久性や長期耐用性を与えます。

炭素鋼（CRCAなど）

• プロだ： 主力製品。安価で、強く、耐久性があり、成形性が高い。溶接や仕上げ（粉体塗装）が容易。重い荷重がかかる場合や、板金部品が簡単に作れる場合に適している。
• コン： 自然な耐食性はない。 マスト 錆を防ぐためにメッキや塗装が施されている。

ステンレス鋼（例：304、316）

• プロだ： 耐食性に優れ、医療用、食品用、過酷な環境（海洋、化学薬品）に最適。316は塩化物に対して優れている。また、機能性だけでなく、外観の美しさも重要な特徴です。
• コン： アルミニウムに比べ、コストが高く（炭素鋼の2～3倍）、機械加工が難しく、熱伝導率が低い。

アルミニウム（5052、6061など）

• プロだ： 軽量化のリーダー。重量対強度比が非常に高く、本質的に耐食性に優れている。熱伝導率が高いのが特徴で、筐体を受動的なヒートシンクとすることができる。5052は成形性に優れていますが、6061は高級品でありながら、小さな半径の曲げで割れが生じます。アルミニウムの高い強度は、過酷な性能を要求されるエンクロージャーに理想的な材料です。
• コン： 炭素鋼よりもさらに高価で、溶接が難しい場合もある。

亜鉛メッキスチール（G90など）

• プロだ： 低価格の妥協案。亜鉛メッキを施した炭素鋼で、耐腐食性の点では手頃である。
• コン： 溶接部の亜鉛コーティングが弱くなっている可能性がある。極端な悪条件下では快適ではない。

DFMエッセンシャルズ製造可能性のための設計

CADソフトで美しく設計しても、それを効率的に製造できなければ意味がありません。DFM（Design for Manufacturability：製造可能性のための設計）とは、可能な限り簡単かつ安価に製造できるように部品を設計する傾向のことである。プロジェクトの超過や遅延の最も一般的な原因は、このルールを忘れてしまうことである。設計時に製造工程を計画することで、無駄なコストと複雑さを省くことができます。

ベンド半径とセットバックをマスターする

金属が曲がるとき、曲がった外側の金属は伸び、内側の金属は圧縮される。これは物理学であり、逆らうことはできない。

• 曲げ半径： 最も蔓延している設計上の誤りは、鋭利な、あるいは半径ゼロの内部曲げを指定することである。これは、材料が際限なく伸びる原因となり、ひび割れや大きな応力の原因となる。これを防ぐには、フランジの長さに注意を払い、曲げのために十分なスペースを設ける必要がある。

• セットバック（ベンド・リリーフ）： 曲げ部分の周りの材料の変形を考慮する必要があります。部品を曲げる際、曲げ線の近くに穴や切り込みを入れすぎないように注意してください。どのような切断方法に従うかは、この変形に影響し、したがって計画にも影響します。

穴、通気孔、カットアウトの間隔のルール

また、構造上の完全性を確保し、金型に損傷を与えないようにするため、シートメタルに切り込まれる特徴には厳格なルールがある。

• 穴の直径： 穴の直径は、材料の厚さより小さくしてはならない。厚さ2ミリの鋼鉄に1ミリのドリルで穴を開けようとすると、工具が壊れてしまう。
• 穴の間隔： 2つの穴の中間間隔（端と端の間隔）は、少なくとも材料の厚さの半分以上でなければならない。これ以上近づけると、穴と穴の間の材料が這ったり、絞まったりする可能性があります。不必要に切断したり重なったりしないよう、必要な部品の数を考慮してください。
• エッジの近さ： 穴の縁と部品の外縁との間の距離は、縁の膨らみを避けるために、材料の厚さの2倍でなければならない。
• ベントパターン： これは通気孔にとって非常に重要である。ファンガードなどの）パンチングパターンを策定する際には、上記の考慮事項が優先される。スロットの間の「ウェブ」の厚みが小さすぎる場合、打ち抜きの応力によって全体が曲がってしまい、その結果、平坦性が損なわれ、ファンが取り付けられなくなります。

板金ゲージ（厚さ）を理解する

板金の厚さを表す過去の数値システムに「ゲージ」（ga）というものがある。ゲージが低いほど金属の密度が高くなり、強度も重量も増すという直感に反するものである。この知識は板金加工に役立ちます。

12ゲージ・シートの方が20ゲージ・シートよりも厚く、強度も高い。最も重要なトレードオフのひとつは、ゲージの選択である。

• 薄すぎる（例えば20～24ga）： しかし、エンクロージャーは重い荷重を支えるには弱く、オイルキャンも発生する。
• 厚すぎる（例：10-14 ga）： 耐久性と剛性は高いが、重く、コストがかかり、成形が難しい（曲げ半径を大きくする必要がある）。大型エンクロージャーでは、重い金属は取り扱いが難しいため、製造の容易さにも影響します。

電子機器用エンクロージャーの大半は16ゲージから18ゲージのもので、コストに見合った剛性を備えている。

構造スタイル適切なエンクロージャー形式の選択

カスタム設計に制限はないが、ほとんどのエンクロージャーは、いくつかの一般的なトポロジーのバリエーションに基づいている。

• U字型＋蓋： これはおそらく最も簡単で、最も安価である。コの字型の底面と2つの側面で構成されている。箱は蓋（またはカバー）をネジ止めして閉じます。PCBを直接実装する場合に適しており、アクセスも容易なため、さまざまな電子製品でかなり一般的な形状となっている。
• 折りたたみボックス（クラムシェル）： これは、上下（または前後）のセクションが中間点で出会う2分割設計である。これは小型の電子製品によく見られるもので、良好なアクセスは実現できるが、嵌合フランジのDFMは完璧であることが要求され、特に電気筐体では信頼性が保証される。
• L字型： これはU字型に似ているが、ベースと1つの側面があり、残りの部分は他の部品で構成される。これは非常にオーダーメイドで、コンポーネントのアクセス要件に基づいており、特別な設計の検討が必要な場合によく適用される。
• マルチピース・アセンブリ： 複雑なラックマウントユニットにありがちなこと。フロント・パネルは、リア・パネル、ベース、サイド、トップとともに作られ、多数の小さな部品を使って固定される。そのため、複雑な製品ほど製造しやすく、組み立てが難しくなる。この場合、このようなマルチピースの筐体を保護するための表面仕上げが必要になる。

表面仕上げ：保護、美観、機能

生の金属はめったに使われない製品だ。仕上げは、保護するだけでなく美化するためにも必要であり、特に高い性能を必要とする電気筐体では、電気的特性を高めるためにも必要である。

• パウダーコーティング： スチールやアルミニウムに最もよく塗られる仕上げ。静電気で塗布し、熱で硬化させる乾燥粉体塗料は、液体塗料よりも摩耗や引き裂きに強く、硬くて耐久性のあるオーバーコートを形成します。
• 陽極（アルミニウムのみ）： これは、アルミニウムの自然酸化膜を厚くする電気化学的プロセスである。これにより、非導電性、耐食性、硬度の高い表面が得られます。この仕上げは、いくつかの色（透明、黒、赤）に染めることができ、高い耐食性を必要とする電気筐体によく適用されます。
• メッキ（亜鉛、ニッケルなど）： 母材に金属を重ね塗りすること。これは一般的に、腐食防止（鋼鉄上の亜鉛）、または良好な導電性とEMIシールド（例えば、クロメート化成皮膜）に対する保護として行われ、特に電気エンクロージャにとって重要である。
• シルクスクリーン： ロゴ、ラベル、警告ラベルを仕上がり面に直接印刷する方法です。そしてこれは、プロフェッショナルで完成度の高い製品にするため、また機能的で見た目にも美しいエンクロージャーに仕上げるために必要なことです。

組み立て方法：組み立て方法の計画

エンクロージャーは、複数の部品から構成されることがほとんどですが、1枚のシートから切り出され、所定の位置に折り畳まれるだけの場合もあります。その接合方法も、強度や保守性に影響する主要な設計上の考慮事項です。

• 溶接（スポットまたはTIG）： 堅固で強く、連続した継ぎ目を作る。構造的に完全で、防水性の高い継ぎ目を作ることができる。マイナス面は、永久的であること（サービス・アクセスができない）、エンクロージャーの仕上げをする前に溶接部を滑らかにする加工が必要なことです。
• ファスナー（ネジ、リベット）： 最もポピュラーなもの。そのため、修理や分解が可能である。プロ仕様にするには、穴を開けてナットを差し込むだけではありません。代わりに、あなたはのために設計します：

• PEMインサート： (スタンド、ナット、スタッド）これは、PCB、電気部品、または相手パネルを取り付けることができる堅牢で永久的なスレッドを形成するためにシートメタルに押し込まれます。
• タブとスロット： これは、ある部品のタブを別の部品のスロットにはめ込むという優れた方法である。これはセルフアライニングであり、溶接工程で精巧な治具を使用することを最小限に抑え、組立工程で均一性とアライメントを得るための非常に優れた手段である。

エンクロージャーを自作するにしても、誰かに委託するにしても、適切な接合戦略によって、美観やメンテナンス性に依存することなく、機能性と信頼性を提供することができる。

IPレーティングの課題：箱の密閉 vs. 閉じ込められた熱

あなたはやり遂げた。完璧なボックスを設計しました。16ゲージのスチール、丈夫な粉体塗装、そしてPEMを選びました。あとは、その中の繊細な電気部品から現実世界をシールドしなければなりません。

ここで、IP（Ingress Protection）等級が関係する。筐体がIP65の場合、完全に防塵で、低圧の噴流水にも耐えられる可能性があります。あるいは、NEMA定格のような同等の定格は、産業環境で使用される保護レベルを確立するために使用され、設計がその環境基準に適合していることを保証するのに役立ちます。これはガスケット、密閉された継ぎ目、防水コネクターで提供され、これらすべての要素がエンクロージャーの仕上がりに影響します。

しかし、外的な問題（埃や水）を解決したところで、新たな内的な問題が発生する。

あなたは "密閉されたオーブン "を作った。

電源、CPU、ドライバなど、すべての内部コンポーネントは熱（W）を発生します。この熱を逃がさないようにすると、内部の周囲温度（Tₐₘₑₖ）が上昇します。動作温度が10 °C (18 °F)上昇するごとに、ほとんどの電子機器の寿命は2分の1になります。

あなたの考え抜かれたIP6 5等級のボックスは、現在、保護するために設計された製品を地面に投げつけています。ビヨンド・ザ・ボックスへの挑戦です。

超える」要素：アクティブ熱管理設計

信頼性は属性ではなく、設計要件である。そして、熱管理は密閉された筐体における信頼性と同等です。筐体設計における正しい設計のヒントは、空気の流れ方向、熱放出、システムの寿命に大きく影響します。

パッシブ冷却（ベント＆ヒートシンク）では不十分な場合

パッシブ冷却は、自然対流（熱気の上昇）と放射に依存する。これは、通風孔を設けたり、筐体そのものをヒートシンクにしたりすることで行われます（アルミニウムでは一般的です）。受動的な熱放散は、熱伝導が効率的で腐食防止を維持する耐久性のある仕上げにすることで、さらに強化することもできます。

これは低電力デバイス（15W未満）に適用できる。しかし、電力密度が高い場合や、外部の周囲温度が高い場合は、パッシブ冷却は機能しません。熱が空気中で飽和状態になり、自然対流で移動できなくなるからです。また、設計者は電磁干渉に敏感であるべきで、換気口がうまく設計されていない場合、電磁干渉がエスカレートする可能性があります。

ソリューションアクティブエアフローのためのコンパクトファンの統合

アクティブ冷却 が解決策だ。小型のACまたはDCファンを追加することで、物理学は変化する。強制対流が起こるのだ。

エンクロージャーの冷却ファンには2つの役割がある：

1. 部品に付着する熱気の停滞した「境界層」を引き裂くのだ。
2. それによって圧力勾配ができ、熱い空気が出ていき、冷たい空気が入ってくる。

これは、部品の温度が安全な動作範囲を超えないようにする唯一の確実な方法です。電磁干渉も、耐久性のある仕上げや巧みなシールド設計などの助けを借りて最小限に抑えることができます。

例えば、エンクロージャーの寿命を10年にしようと考えている場合、ファンはどうでしょうか？

ACDCFANがエンクロージャー冷却でエンジニアに選ばれる理由

低コストのファンは、システム全体を破壊するたったひとつの故障ポイントのひとつです。筐体の設計とファンの選択を考慮する必要があるのはこのためです。ACDFANは、現代のエンクロージャの要件を満たすように設計された高品質のファンに焦点を当てています。

• エンクロージャーグレードの耐久性： なぜIP規格のエンクロージャがファンに対して脆弱でなければならないのですか？当社はIP68のカプセル化されたファンを提供しており、過酷な産業環境に対する防塵・防水性を実現しています。お客様の筐体と同様に、過酷な環境にも耐えられるよう設計されています。
• 長期的な信頼性： エンクロージャーは長寿命アイテムです。ファンはそれに見合ったものでなければなりません。当社のファンは最高品質のボールベアリングで作られており 70,000時間以上 平均故障間隔（MTBF）は、24時間365日のノンストップ運転で約8年。
• どんなデザインにも合う扇風機： お客様のデザインに合ったサイズをご用意しています。小型の25mmファンから大型の254mmファンまでご用意しています。 完全認証済み（UL、CE、TUV、EMC）、RoHS 2.0準拠.

熱戦略を追加で検討する必要はありません。私たちは、12時間以内に予備的な熱提案を提出するために、お客様の設計を共同で行うことができます。

結論真に機能する箱をデザインする

傑作の板金デザインとは、バランスの作品である。製品のコストと品質のトレードオフ、形と機能性、強度と重量のI/Oについてである。

基礎とは、そのままの箱、DFM、素材、仕上げです。これによって、費用対効果の高いレベルで製品を作ることができ、物理的な衝撃にも耐えることができます。とはいえ、デザインに最終的にフィットするものを考え出すには、ちょっとした先見性が必要なだけでなく、長期的な実行可能性とパフォーマンスの鍵は、重要な要素に対する洞察力です。

しかし、あなたの製品はそれ自体で生き残ることができ、これが熱管理戦略であるビヨンド・ザ・ボックス思考が保証するものです。見た目の美しさだけでなく、ストレスがかかったときに機能するシステムを持つために、単純な設計を超えた何かを設計するときには、優れたアイデアが不可欠です。

この2つの哲学を両立させることで、あなたはもはや箱の設計者ではなく、信頼性が高く、時間に耐えうるシステムの設計者となる。見た目が美しいだけでなく、機能し、安全で、長持ちする、きめ細かく着飾ったエンクロージャーを作ることで、あなたの製品はどんな困難な環境でも理想的なパートナーとなるのです。

真の性能を発揮するエンクロージャを構築する準備はできていますか？今すぐACDCFANのエンジニアに連絡し、耐久性のあるスマートな冷却ソリューションを統合し、12時間以内に予備提案を入手してください。