耐久性あるエンクロージャ設計：水とゴミから電子機器を守る

水とゴミから守るエンクロージャ設計について、私の経験と知識を共有したいと思います。これは必然的にNEMAやIP規格の話になりますが、これらの仕組みについて混乱があることも。設計者がこのテーマに取り組む際の指針になればと執筆します。簡潔さのためNEMAに限定しますが、原則はIPでも全く同じなので、参考になるはずです。

始める前に、設計者が何を達成しようとしているか明確に考慮すべき点を述べます。

単に環境保護を求めているのか？ それとも、正式なNEMA規格適合要件（顧客やマネージャーから課された可能性）を満たそうとしているのか？

Protocaseを通じて環境耐性要件付きのカスタムエンクロージャを数千件見てきましたが、その多くは正式なNEMA規格適合ではなく、環境保護のみが必要です。お客様はNEMA規格を使って「ある程度の防塵・防水性が必要」と説明することはあっても、正式なNEMA規格適合は不要なケースがほとんどです。

時折、正式なNEMA要件適合が必要なお客様もおり、テストが必要です。ProtocaseではエンクロージャのNEMA要件適合テストは行っていませんが、一部のお客様はサードパーティテスト機関に送り、正式認証を取得しています。この場合も、以下で説明する原則は同じです。

NEMA分類の理解

「NEMAエンクロージャタイプ」文書は、電気機器の標準化製品仕様を促進するためにあります。基本的に、NEMA規格の役割は、分類を満たすためにエンクロージャがどう性能を発揮すべきかを規定することです。具体的には、NEMA規格は以下を扱います：

1. 内部危険部品から人員を保護
2. エンクロージャ内の機器を環境ハザードから保護

NEMAがしないことは、性能仕様を満たすためのエンクロージャ設計・製造方法を規定することです。これは次のセクションで説明します。

NEMA規格は多数のエンクロージャタイプをカバーします。しかし、お客様が一般的に扱うのは以下の一般的なサブセットです：

• NEMA Type 1 – 汎用、屋内用。通電部への人体接触と、ほこり等のゴミから保護。
• NEMA Type 2 – 一般に屋内用、防滴。Type 1の保護に加え、水滴と軽い飛沫から保護。
• NEMA Type 4, 4X – 一般に屋内外両用。水密、防塵、着氷耐性。Type 1, 2の保護に加え、落下汚れ、雨、霙、雪から保護。外部着氷による損傷、飛沫、ホース直噴水からも保護。防錆（4Xの「X」は耐食性を示す）。
• NEMA Type 5 – 一般に屋内用、防塵。Type 2の保護に加え、ガスケットにより沈降粉塵、繊維、飛散物の侵入を防止。
• NEMA Type 6, 6P – 屋内外両用、水中耐性。Type 4の保護に加え、Type 6は一時的な偶発的水没、Type 6Pは限定深度での長時間水没から保護。

これらすべてのタイプが、危険部品への人員アクセスを防護します。

NEMAエンクロージャタイプの完全なリストはこちら。

次のセクションでは、異なるエンクロージャファミリーと、NEMAが扱う環境ハザードへの対応方法について説明します。

NEMA要件を満たすエンクロージャタイプ

カスタムシートメタルエンクロージャ

このタイプは、ほこり、ゴミ、飛沫・滴下水からの保護に非常に有能。NEMA Type 1, 2, 4, 4X, 5の要件を満たす設計が可能。ただし、水没が必要な場合は最適ではありません。ガイドライン：

• NEMA Type 1: ケース天面が完全に覆われたシンプルな二重構造スタイルを推奨（L字、U字、押出しエンクロージャが適す）。
• NEMA Type 2: ケースのすべての開放シームにオーバーラップフランジ、タック/スポット/プラグ溶接でシーム固定。環境厳しさにより完全溶接シームが必要な場合も。U字エンクロージャが最適（溶接シームが少ない）。
• NEMA Type 4,4X: 完全溶接シームとガスケット使用を推奨。水が近くにある、または直接かかる場合はガスケット推奨。ほとんどの用途でフォームストリップまたはフルガスケットで十分。水が絡むとファスナーシーリング必須。ファスナーシーリング方法：

• • ケース内部に突出しないようファスナーを戦略的に配置
  • シーリングネジ使用（Oリング内蔵、市販品。アカウントマネージャーに詳細確認）
  • ラッチやロックでエンクロージャを閉鎖。ヒンジもこのスタイルで人気。

Type 4X達成には、ステンレス鋼、アルミニウム、ガルバニール等の耐食性材料を選び、上記推奨を実施。

• NEMA Type 5: ケースのすべての開放シームにオーバーラップフランジまたは完全溶接シーム（環境による）。またU字エンクロージャが最適。

カスタムCNC機械加工エンクロージャ

水没が必要なエンクロージャをお探しなら、これが最適。CNC機械加工エンクロージャは、NEMA Type 1, 2, 4(X), 5に対応可能。さらに完全密封でき、適切なOリングやガスケットで防水化し、深い液体水没にも対応し、NEMA Type 6(P)を達成可能。

水没対応でこのタイプを設計する際の注意点：

• シールするシーム数を最小化する設計にする。部品とシームが少なければ、水侵入リスクが低い。
• 機械加工なので、アルミニウムが圧倒的に最適。ステンレス鋼も可能だが加工コストが大幅に高い。他は耐食性が不十分。
• 設計にOリングを組み込む場合、エンクロージャ組立用穴の内側にOリングを配置し、ファスナーからの漏れを防止。
• 最終組立時、ネジに均等トルクをかけて均等なOリング圧縮を確保推奨。エンクロージャ大型化に伴い組立ネジサイズを大きくする。
  • 注意： エンクロージャ設計時にネジ間隔を考慮。ネジ間隔が広すぎるとシールに影響し、水密性が損なわれる可能性あり。

オフザシェルフ（OTS）鋳造エンクロージャ+CNC機械加工カスタマイズ

カスタマイズ可能ダイカストエンクロージャラインも提供。オフザシェルフ（OTS）鋳造エンクロージャをベースにカスタマイズ。適切な設計とシールで水密可能、カスタムCNC機械加工エンクロージャと非常に類似。最小限のカスタマイズ/切り抜きと適切なガスケット/Oリングで、NEMA Type 6(P)達成可能。NEMA Type 1, 2, 4(X), 5も容易にクリア。

しかし、OTS鋳造とカスタム機械加工には2つの大きな違いがあります：

• OTS鋳造は既製品からスタートするため、在庫サイズと形状に制限される。
• OTSは大幅に低コスト（鋳造OTSエンクロージャは製造時に材料ロスがないのに対し、カスタム機械加工は無垢ブロックから削り出すため）。

サイズと形状の制約を許容できるなら、カスタマイズ可能ダイカストエンクロージャが経済的選択肢。

このエンクロージャでも、カスタム機械加工と同様、エンクロージャを貫通するすべての項目（コネクタ、スイッチ等）が適切に防水仕様で、ガスケット装備または必要に応じてシールされていることを確認してください。

前述の通り、Protocaseでは製造施設内でNEMA/IPテストは行いませんが、一部のお客様は外部でテストしています。テスト機関を探すにはこちら。

NEMAやエンクロージャタイプについて質問があれば、info@protocase.comへメール、または下にコメントでお気軽にどうぞ。

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材料とサービスの詳細： www.protocase.com

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