電気機器筐体に最適なプラスチック

電気機器用筐体は、電気絶縁性、難燃性、耐熱性、耐衝撃性、および環境耐久性のバランスを取る必要があります。ABS、PC、PC/ABS、ASAなどのエンジニアリングプラスチックは一般的な選択肢ですが、すべての用途に適した単一の材料はありません。最終的な選択は、使用環境、安全要件、および製造コストに基づいて行うべきです。

1. 電気機器筐体によく使用されるプラスチック材料

プラスチックの種類によって、機械的特性、耐熱性、環境耐久性は大きく異なります。以下の表は、電気機器の筐体によく使用されるいくつかの材料を簡単に比較したものです。

難燃性能は、ポリマーの種類だけでなく、特定の材料グレードにも依存することに留意することが重要です。

1) アブソーバー

ABS樹脂は比較的低コストで射出成形が容易であり、剛性、寸法安定性、表面品質に優れています。リブ、ボス、スナップフィットなどの機能を備えた電気機器筐体に最適です。

屋内制御機器、家電製品、電源筐体などに一般的に使用されています。標準的なABS樹脂は耐紫外線性が限られているため、一般的に長期の屋外使用には適していません。

2) パソコン

PCは優れた耐衝撃性、良好な耐熱性、寸法安定性を備えているため、落下、衝撃、または大きな機械的負荷にさらされる可能性のある電気機器の筐体に適しています。

透明な筐体にも使用できます。ただし、PCは通常ABSよりも高価で、より厳密な成形管理が必要であり、加工前に適切に乾燥させる必要があります。

3) PC/ABS

PC/ABSは、PCとABSの特性を兼ね備えており、耐衝撃性、耐熱性、加工性、表面品質のバランスに優れています。

これは、コントローラー、通信機器、家電製品、その他、優れた機械的性能と外観の両方が求められる屋内電気機器の筐体などに一般的に使用されています。

4) ASA

ASAの主な利点は、優れた耐紫外線性と耐候性です。標準的なABS樹脂と比較して、長期間の屋外暴露においても、色、表面状態、機械的特性をより良好に維持できます。

このため、ASAは屋外の制御機器、通信機器、充電機器、その他日光や天候にさらされる筐体などに一般的に使用されています。

5) ASA/PC

ASA/PCは、ASAの耐候性とPCの耐衝撃性および耐熱性を兼ね備えているため、より高い機械的要求が求められる屋外用途において、ASA単体よりも適しています。

屋外通信機器、充電インフラ、産業用制御機器、その他耐候性と機械的強度両方が求められる筐体などに使用できます。

6) PBT

PBTは優れた電気絶縁性、耐熱性、耐薬品性、寸法安定性を備えているため、高温環境下での電気用途や、より厳しい寸法精度が求められる製品に適しています。

特定の筐体用途に加え、コネクタ、スイッチ、内部電気構造部品にも広く使用されています。

7) PA

PAは、高い強度、靭性、耐摩耗性、耐熱性を備えています。ガラス繊維強化グレードは、さらに剛性を向上させることができます。

工業用電気機器筐体や機械的負荷に耐える必要のある構造部品に適していますが、吸湿性およびそれに伴う寸法変化や物性変化を考慮する必要があります。

2. 電気機器筐体にプラスチックを選ぶ際に考慮すべき点

電気機器の筐体に適したプラスチックかどうかを判断するには、材料の強度を比較するだけでは不十分です。安全要件、動作環境、製造条件なども同様に重要となる場合が多いのです。

1) 電気絶縁

電気機器の筐体は通常、活電部品をユーザーや周囲の構造物から隔離する必要があるため、その用途に適した絶縁性能を備えた材料でなければなりません。

体積抵抗率や絶縁耐力といった基本的な特性に加え、製品によってはトラッキング抵抗や沿面距離も考慮する必要があります。高電圧、高湿度、あるいは汚染された環境下では、一般的に電気絶縁性があるとみなされる材料を選ぶだけでは不十分です。

2) 難燃性

電気機器は短絡、過熱、または電気アークにさらされる可能性があるため、多くの筐体には特定の難燃性要件が課せられています。

UL 94は、プラスチックの燃焼性試験に広く用いられている規格であり、V-0、V-1、V-2は、垂直燃焼性に関する最も頻繁に参照される分類です。ただし、燃焼性等級は、材料のグレードと試験対象の厚さによって異なることに留意してください。

3) 動作温度

筐体は、周囲温度だけでなく、内部の電源、プリント基板、モーター、その他の電子部品から発生する熱にもさらされる。

材料選定においては、短期的な耐熱性と長期的な動作温度を区別する必要があり、最終的な決定は実際の材料グレードの技術データに基づいて行うべきである。

4) 耐衝撃性

携帯機器、産業用制御ボックス、および公共の場所に設置された機器は、輸送中に落下、衝撃、または振動を受ける可能性があります。

これらの用途においては、最終的な衝撃性能は、材料そのものだけでなく、壁の厚さ、角の半径、リブ、および固定構造にも左右される。

5）紫外線耐性および耐候性

屋外での使用においては、紫外線への曝露だけでなく、温度変化、雨、湿度、長期的な経年劣化なども考慮する必要があります。そのため、最終的な材料グレードは実際の使用環境に応じて選定する必要があります。

6) 耐薬品性

工業用電気機器の筐体は、洗浄剤、潤滑剤、燃料、弱酸や弱アルカリ、その他の化学物質に接触する可能性があります。

プラスチックの種類によって、化学物質への曝露に対する反応は大きく異なります。高温、機械的ストレス、長時間の接触は、材料の劣化をさらに加速させる可能性があります。化学物質への曝露が既知の用途においては、材料の選定は「優れた耐薬品性」という一般的な謳い文句ではなく、具体的な化学媒体に基づいて行うべきです。

7）吸湿性と寸法安定性

吸湿は部品の寸法、剛性、および組み立て精度に影響を与える可能性があります。筐体にスナップフィット、精密な位置決め機構、または密着性の高い嵌合構造が使用されている場合、これらの寸法変化を設計段階で考慮する必要があります。

精密組立においては、材料の収縮、温度変化、および長期的な環境暴露も併せて評価する必要がある。

8）コストと製造可能性

材料費は総コストの一部にすぎません。実際の材料選定においては、乾燥条件、溶融流動性、金型温度、サイクルタイム、不良率、金型設計なども考慮する必要があります。

実際の要求性能をはるかに上回る性能を持つ材料が、必ずしも最良の選択肢とは限りません。製品の要求仕様を満たしている限り、性能と製造コストの適切なバランスを取ることが、通常はより重要になります。

3. さまざまな電気機器筐体用途に最適なプラスチックはどれですか？

実際のプロジェクトでは、まずアプリケーション環境を使用して材料の選択肢を絞り込み、その後、製品規格や特定の材料グレードに基づいて最終的な選択を確定することができます。

4. プラスチックの選択が射出成形電気筐体の設計に与える影響

筐体材料の変更は、単に樹脂を別の樹脂に置き換えるほど単純なものではありません。プラスチックの種類によって収縮率、流動性、吸湿性、機械的特性が異なるため、材料の選択は部品設計と金型設計の両方に直接影響を与えます。

1) 壁厚設計

プラスチックの種類によって流動特性や推奨肉厚範囲が異なります。詳細については、弊社の記事「射出成形部品の肉厚：設計ルールとベストプラクティス」をご覧ください。

壁が厚すぎると、ヒケ、内部応力、成形サイクル時間が増加する可能性があり、一方、壁が薄すぎると、充填不良、強度不足、またはウェルドラインの問題につながる可能性があります。

2) 収縮と寸法公差

材料によって成形収縮率は異なり、ガラス繊維強化材料では方向性収縮が顕著になる場合もある。

金型寸法を調整せずに材料を変更すると、最終部品のサイズ、穴の位置、および組み立て時のクリアランスがずれる可能性があります。これは、上下ハウジングの嵌合、コネクタの開口部、ボタンの位置、およびシール構造において特に重要です。

3) ボス、リブ、スナップフィット設計

電気機器の筐体には、ボス、リブ、スナップフィットなどの構造がよく用いられますが、これらはすべて材料特性に非常に敏感です。

高剛性材料は構造的な変形を軽減する可能性があるが、設計が不適切だと応力集中が高まり、亀裂が発生するリスクも高まる。一方、より強靭な材料は、繰り返し屈曲する必要のあるスナップフィット部品に適している場合が多い。

4) 材料の乾燥要件

材料が適切に乾燥されていない場合、高温加工中に水分が劣化を引き起こし、広がり、気泡、機械的特性の低下、または表面欠陥につながる可能性があります。

5) 難燃性グレードが成形に及ぼす影響

難燃剤添加剤は、材料の流れ、熱安定性、機械的特性、および加工範囲全体を変化させる可能性があります。また、一部の配合は、加工温度や滞留時間に対してより敏感です。

標準材料から難燃性材料に切り替える場合は、元の設定をそのまま再利用するのではなく、射出成形パラメータを再検証する必要があります。

FAQ

Q1：再生プラスチックは電気機器の筐体に使用できますか？

はい、ただし材料特性、難燃性、および関連する認証が製品要件を満たしていることが条件です。安全性が極めて重要な用途では、通常、材料供給源に対するより厳格な管理が求められます。

Q2：ガラス繊維強化プラスチックは電気機器の筐体に適していますか？

はい、高剛性または耐熱性が求められる用途であれば可能です。ただし、表面品質、異方性収縮、反りなどを考慮する必要があります。

Q3：透明な電気機器筐体には、一般的にどのようなプラスチックが使用されますか？

PCは透明性と高い耐衝撃性を兼ね備えているため、よく選ばれる素材です。

Q4：プラスチック製の筐体はEMIシールド効果を発揮できますか？

はい、しかし通常のプラスチックには遮蔽能力に限界があります。通常は導電性コーティング、メッキ、または導電性充填剤が必要です。

Q5：プラスチック製の筐体はIP規格を満たすことができますか？

はい。IP性能は、プラスチック素材そのものよりも、筐体の設計、密閉性、組み立て品質に大きく左右されます。