板金筐体：設計、材料選定、および製造

板金筐体

板金製筐体は、電気・電子機器を収納するために使用される特注の金属製ボックスです。筐体は内部部品を環境条件や物理的な損傷から保護します。そのため、筐体は美観においても非常に重要です。

金属成形、機械加工、溶接、その他 カスタム板金加工 加工工程は、未加工の板金に施され、所望のサイズと形状の筐体へと成形されます。しかし、そのためにはまず、筐体の設計と、その設計に基づいた製造戦略が必要です。

この記事では、板金筐体の設計、材料の選定、および設計規則について説明します。 

始めましょう。 

 

板金筐体について解説

完成した板金筐体

板金筐体とは、あらゆる種類のデバイス、機器、またはシステムを保護する筐体であり、 板金加工サービス筐体は、組み立てられた部品を物理的な衝撃、湿気、埃、電磁干渉（EMI）から保護します。さらに、金属製筐体は、製品の美観を高めるために、表面処理やメッキが施されています。 

筐体には、アルミニウム、ステンレス鋼、軟鋼の板材が主に用いられます。一方、平らな金属板は、曲げ加工、打ち抜き加工、溝加工、切り欠き加工などの成形加工によって形状が作られ、その後、個々の板金部品はねじや溶接によって接合されます。 

筐体は、電気、電子機器、産業機械、自動車、通信など、その他多くの分野で使用されています。 

 

板金製筐体の重要性とは？ 

板金製の筐体は、製品／システムの耐久性、安全性、信頼性全体にとって重要です。筐体は環境要因からの保護を提供し、取り扱いを容易にし、内部部品の寿命を延ばします。 

優先順位リストを使って、これを詳しく見ていきましょう。 

• より長い寿命： 丈夫な素材で作られた筐体は、過酷な条件下でも腐食、摩耗、擦り傷に強く、製品を長期間保護します。 
• EMIおよびRFI保護： 金属製の筐体は電磁波の放出を最小限に抑え、繊細な部品を外部の無線周波数干渉（RFI）から保護することで、安定した性能を保証します。 
• 熱放散： アルミニウムや銅製の筐体は、その優れた熱特性により、システムから周囲への効率的な熱伝達に適しています。 
• コスト削減： 熱硬化性樹脂、複合材、その他の素材を使用した筐体は、一般的に金属板製の筐体よりも高価です。
• 表面仕上げ： 金属表面は陽極酸化処理、メッキ、粉体塗装に対応しており、多様な仕上げオプションを備えたカスタム板金筐体の製作に柔軟性をもたらします。 

 

板金筐体の材料選定 

エンクロージャ材料

筐体の材質選びは、成形性、設計の複雑さ、コスト効率、そして求められる性能にとって不可欠です。したがって、用途に合った筐体材質を選ぶ際には、様々な要素を考慮する必要があります。

考慮すべき事項としては、以下のようなものがあります。

• 機械的強度（引張強度、圧縮強度、せん断強度）
• 硬度
• 耐食性
• 熱特性 
• 溶接性
• 筋力対体重比の制限
• 材料の入手可能性とコスト

次に、下の表は板金筐体の材質オプションの概要を示しています。

金属/合金	適切なグレード	特性	いつ使うの？
冷間圧延鋼	SPCC、CR	丈夫で、コスト効率が良く、成形性も良好で、塗装も可能	汎用筐体、屋内ラック
亜鉛めっき鋼	G60、G90	亜鉛コーティングにより、耐腐食性が向上します。	屋外および産業用システム
ステンレス鋼	304、316	耐腐食性、高強度、溶接可能	過酷な環境／食品／医療／海洋環境
アルミ	5052、3003、6061	軽量、優れた熱伝導性、陽極酸化処理可能	重量に敏感なEMI対策ハウジング、ヒートシンクエンクロージャー
銅	C110 (ETP)	優れた電気伝導性と熱伝導性、美しい外観	導電性/放熱性筐体、EMI接地
黄銅/青銅	C260真鍮、リン青銅	魅力的な仕上がり、適度な強度	美観パネル、小型カスタム筐体

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板金筐体の設計方法 

エンクロージャーの設計

板金筐体の設計には、最終的な要件を明確にし、適切な寸法、形状、仕上げを選択するとともに、いくつかの重要な要素を考慮する必要があります。 

さまざまなステップを調べてみましょう。 板金デザイン 囲いの。

設計要件を特定する 

まず、筐体の最終用途に基づいて、機能、性能、美観、寸法に関する要件を特定します。動作条件、取り付け要件、環境暴露条件、およびその他の関連要因を定義します。 

• 最終用途筐体が使用される場所（機械、電気、電子機器、その他の機器／システムなど）を定義してください。 
• 動作条件： 望ましい機械的応力、振動、熱、湿度、またはその他の動作条件を定義します。 
• 必要な取り付け方法： 壁掛け、卓上、その他の取り付け方法など、取り付けオプションを決定してください。 
• 材料特性： 用途に応じて必要な強度、耐荷重、導電率、耐腐食性、その他の材料特性を定義する。 
• 寸法: 封入する部品のサイズに基づいて、穴、スロットなどの高さ、幅、位置を定義します。 

シート厚 

筐体に適した板厚は、強度対重量比、耐久性、パンチサイズ、構造的完全性といった要件に基づいて選択してください。選定プロセスは、最終用途の要件によって大きく異なります。 

以下のチャートを参照してください 板金ゲージ 厚さを選ぶ際に。

 板金ゲージ

上記のデータ表では、異なる材料の板金厚さがゲージサイズに対応するインチ単位で示されています。 

エンクロージャの形状を選択します

L字型、F字型、U字型、四角い金属製バスケット、折り畳み式ボックスなどは、筐体設計で一般的に用いられる形状です。ただし、特定のニーズに合わせて形状をカスタマイズすることも可能です。 

• F字型： シンプルで製造が容易なため、プリント基板やコネクタなどに使用されます。 
• 折り畳み式ボックス： これは、板金に複数の曲げ加工と小さな穴や通気口の打ち抜き加工を施すことによって作られます。 
• L字型： F型よりもシンプルで、内部部品への頻繁なアクセスが必要な用途に適しています。 
• U字型： これは、U字型に似た、丈夫な土台と側面のシートで構成されている。  

寸法を確定する 

寸法決定は、筐体のサイズや各部の位置を定義するだけでなく、DFM（製造性設計）や正確な組み立てにおいても非常に重要です。したがって、製造性、適合性、機能性、性能を考慮して、寸法と公差を最終決定してください。

それでは、以下の寸法を決定してください。

1. 筐体を製作するために必要な平板の寸法。
2. 曲げ半径、穴径、切り欠きサイズなどの形状のサイズ、およびそれらの位置。 
3. フィーチャ間の間隔と配置。 

表面仕上げを選択してください 

筐体の表面仕上げは、使用環境、美観、および板金の種類に基づいて選択してください。対応可能な仕上げオプションは、陽極酸化処理、メッキ、亜鉛メッキ、および粉体塗装です。

CADソフトウェアで設計図を作成する

特定された要件と確定した寸法に基づいて、AutoCAD、CATIA、SolidWorksなどのコンピュータソフトウェアを使用して設計図を作成する。 

次のセクションでは、板金筐体の設計における重要な規則／考慮事項について詳しく説明します。

 

板金筐体の設計に関する考慮事項

板金筐体の設計上の考慮事項について話し合いましょう。 

一定の曲げ半径を選択してください 

曲げ半径とは、「曲げによって形成される曲率半径」のことで、筐体の構造的完全性に影響します。そのため、適切な曲げ半径を選択し、それを一定に保つ必要があります。以下に、曲げ半径に関するいくつかのルールを示します。

1. 内側曲げ半径 (R) ≥ シート厚さ (t) 
2. 最小フランジ長さ （L）シート厚（t）の3～4倍以上 
3. 曲げから曲げまでの距離 （D） 2.5倍以上の板厚（t） 

曲げのきつさや開き具合は、フランジの長さと厚さによって決まります。フランジが短い状態で曲げ半径を大きくすると、材料が破損する可能性があります。

組み立て方法を検討する

板金製の電子機器筐体のほとんどは、複数の板金部品を組み立てて作られています。そのため、組み立て方法を選択し、設計に反映させる必要があります。例えば、ナットとボルトを使用する場合は、接合部品の穴の位置を合わせる必要があります。 

板金筐体の組み立てによく用いられる方法は、溶接、ねじ締め、ナットとボルトによる締め付けである。

クリアランスとフィット感 

板金部品の曲げ半径に対する嵌合部の位置と整列を考慮してください。ファスナーへの工具のアクセス、ファスナーと穴の整列、およびクリアランス穴の位置を確認してください。これにより、組み立て部品が完璧に嵌合します。 

アクセスパネル

特に大型機械や電気機器の筐体は、メンテナンスのために内部部品に頻繁にアクセスする必要があります。そのため、設計段階で、ヒンジ付きのアクセスパネルなどを設けることを検討しなければなりません。 

効率的な放熱のための換気

内部部品の発熱量が多い場合は、効率的な放熱のために筐体設計を最適化する必要があります。スロット、通気口、ダクトなどの機能を適切な位置に組み込むことができます。これらの通気機能の位置、形状、サイズは戦略的に選択しなければなりません。 

作成したデザインの製造可能性について不安がある場合は、次のような専門メーカーに相談することができます。 プロリーンテック 最適化のため。 

さらに、材質の選択も筐体の放熱速度に影響を与えます。例えば、アルミニウム合金板は熱を素早く伝導し、熱の蓄積を防ぎます。

 

金属筐体製造の工程 

エンクロージャの製造 

筐体の設計が完了したら、次の段階は製造です。製造では、原材料となる金属板を成形するための金属成形プロセスの戦略的な計画が必要となります。 

金属製筐体の製造工程を見ていきましょう。 

板金切断

まず、 特注カットの板金 市販の板金ブランクから所望の平面サイズに加工し、成形装置の供給システムに固定する。この加工には、レーザー切断、せん断切断、その他適切な技術を用いることができる。

成形方法とその手順を確定する

設計上の特徴（曲げ、穴、伸縮など）に基づいて、金属成形方法を選択します。単純な曲げ加工で形状が得られるのか、それとも段階的な金属プレス加工が必要なのかを判断します。そして、成形工程の順序を決定します。

機械のセットアップとツーリング 

筐体の形状を成形するために必要な金型、パンチ、治具、その他の工具を製作します。複雑な形状の筐体の場合は特注工具が必要になることがありますが、シンプルな金属製電子機器ボックスの筐体であれば、標準的なV字曲げ、U字曲げ、その他の曲げ加工方法で製作できます。 

板金成形プロセス

金型、プレスパンチ、ワークシートが正しく位置合わせされていることを確認してください。その後、成形プロセスを開始します。CNC曲げ加工、プレス加工、またはその他の同様の方法を使用する場合は、CNCプログラムが必要です。 

 

板金筐体を使用する産業

電気・電子機器、通信、エネルギー、自動車、医療、家電などの業界では、機器、システム、または部品を収容するために板金製の筐体が使用されています。 

次に、以下のリストでは、さまざまな業界におけるアプリケーションの例を概説します。 

• エレクトロニクス： サーバーシャ​​ーシ、ラックマウントパネル、スイッチキャビネット、ルーター筐体
• 産業自動化： 制御盤、モーター筐体、接続箱、および配電ユニット。 
• 家電： 電子レンジの筐体、洗濯乾燥機の操作パネル用ハウジング、および空調設備のハウジング。
• オートモーティブ・ソリューション : ECUハウジング、バッテリーカバー、およびHVACダクトハウジング。 
• 医療： 診断機器用筐体、滅菌キャビネット、輸液ポンプハウジング、および実験機器ボックス用の筐体。

 

まとめ

板金筐体の様々な側面、例えば材料選定や設計ガイドラインなどについて議論してきました。結論として、用途に応じた最終要件を明確にし、適切な材料を選択し、製造性や構造的完全性を確保するための様々な設計規則に従う必要があるということです。 

板金製の筐体は用意できたものの、性能向上と製造の容易化のためにどのように最適化すればよいか分からないという方はいませんか？ お問い合わせ当社のエンジニアが、あらゆる細かな点までご案内いたします。 

 

FAQ

筐体にステンレス鋼ではなくアルミニウムを使用する利点は何ですか? 

ステンレス鋼ではなくアルミニウムを使用することで、軽量性、優れた成形性、優れた放熱性、耐腐食性といった利点が得られます。 

板金筐体の設計において換気が重要なのはなぜですか? 

換気は、部品の過熱や故障を防ぐための放熱に重要です。筐体設計における不適切な通気口は、信頼性、熱安全性、システム停止時間、および耐久性に悪影響を及ぼします。 

板金筐体はどのように設計するのでしょうか?

板金筐体は、定義された曲げ半径、切断・穴のサイズ、嵌合、シーリング、組み立て特性、および仕上げに基づいてCADツールで設計されます。同時に、筐体の設計においては製造性を維持することが重要です。