電子機器向け堅牢防水エンクロージャ設計：包括的ガイド

防水等級はどう分類されるか？

評価システムは、堅牢性に基づいて多くの電子製品を修飾する用語です。この材料に関連して、防水能力に基づいてそれらを分類するのが理想的です。評価システムなしでは、堅牢性と防水特性を単なるマーケティング用語として使用することになります。例えば、製品が水没時にどの程度水に耐えられるかを知ることは不可能です。しかし、評価システムがあれば、そのような特性の程度を知ることができます。議論する2つの一般的な評価システムはIPとNEMA評価システムです。

IP評価システム

電子製品を使用する人々はIP評価システムに精通しているでしょう。デバイスにIPxxのような記述を見たことがある可能性が高いです。この記述はメーカーが電子製品の防水シール設計が効果的かどうか、その効果の程度を判断するために使用します。

IP評価は侵入保護（Ingress Protection：IP）評価を意味し、上記の例では2文字「IP」と2桁の数字（例：IP67）があります。最初の数字はほこりや汚れなどの物理的物体に対する保護を示します。2番目の数字は液体環境に対する保護を示します。

IP評価が高いほど、シール設計は優れています。例えば、IP32評価の製品は、同じ製品のIP67評価と比較して保護が劣ります。

NEMA評価システム

NEMAは全米電気メーカー協会（National Electrical Manufacturer Association）の略で、その評価システムも製品がどの程度保護されているかを示します。IP評価システムが水やほこりなどの物理的パラメータからの製品保護を推定するのに対し、NEMA評価システムはさらに進んで、氷、腐食性物質、油などのパラメータへの曝露を扱います。

NEMA評価システムを使用する前に、以下を知っておくべきです：

製品が屋内用か屋外用か
要素曝露
ホースダウンされるかどうか
腐食性剤、油、冷却剤への曝露の可能性があるかどうか

NEMA評価システムは屋内用と屋外用の観点からあります。屋内用では1〜13の評価があり、ほこりと感電からの保護度の増加を示します（数値が高いほど保護が良い）。屋外用ではNEMA 3、3R、3Sがあります。NEMA 4は高圧水などの条件下で使用される製品に使用されます。

防水エンクロージャシール設計

防水シール設計を使用するには、物事を実現するさまざまな方法を理解する必要があります。以下は水密シールを作るいくつかの方法です。

Oリング

Oリングは防水シール設計と修理で重要です。非常に人気があり、広く使用されていることを示しています。1つの形状ですが、さまざまなサイズがあります。Oリングには内径と外径を示す2つの数字があります。Oリングは取り付けが簡単で、静的Oリングと動的Oリングの2種類があります。

・静的Oリング

防水シール設計が円形製品用の場合、静的Oリングの使用が理想的です。静的Oリングは、相手側グランド部品が互いに対して動かないシールです。したがって、シール面に動きがありません。

・動的Oリング

静的タイプとは異なり、動的Oリングは相手側グランド部品に関して動きます。したがって、材料にはより多くの潤滑が必要です。材料は静的Oリングの製造に使用される材料よりもタフでなければなりません。

静的と動的Oリングの主な違い

静的または動的シールリングの使用を理解するには、それらの違いを知ることが必要です。以下は水密シールを作る際に2つのシールを選択するのに役立つ主な違いです。

動的Oリングは常に動くため、製造に使用される材料はよりタフでなければなりません。
動的Oリンググラインドは研磨特性のない表面仕上げでなければなりません。研磨表面を持つと摩耗の発生につながります。これは静的Oリングでは動かないため無関係です。
動的Oリングは静的Oリングより多くのメンテナンスを必要とします。
両方のシールに潤滑が必要ですが、動的Oリングはより多くの潤滑が必要です。

ガスケット

シーラントとしてのガスケットは、機械的ジョイントを保持するために使用される接着剤、ペースト、スプレーです。他のタイプのシーラントと一緒に、またはなしで使用でき、部品が互いに擦れるときの機械的故障の傾向を減らします。

ガスケットは複数のキャビティを含む複雑な面対面シールに理想的です。これはOリングより優れている分野の一つです。しかし、ジョイントの圧縮、厚さ、公差を考慮して使用する必要があります。一般的にガスケットはカスタムです。したがって、定数計算について常に心配する必要はありません。

ボタン

ボタンは方向パッド、トリガー、パネルスイッチで使用され、インターフェースを心配する人々にとって理想的なシーラントです。また安価で簡単です。

用途に応じて、ボタンはさまざまな材料で作れます。例えば、低圧防水ボタン設計では成形ゴムボタンがシーラントとして使用されます。しかし、重負荷防水ボタン設計では、ボタンはより硬い材料で作れます。

多くの防水ボタン設計があり、通常動的Oリングと組み合わせて働きます。しかし、多くのシールはシール故障につながる可能性があるため、注意して使用するのが最善です。

材料選定

適切な材料を知り選択するには、適切な材料を選択する前に考慮すべき必要な要因を理解することが伴います。これは2つのセクションになります。1つは選択を助ける要因について、もう1つは使用できる一般的な材料についてです。

材料選定で考慮すべき要因

開発段階

開発段階が使用する材料を決定します。例えば、試作開発段階では、適切なフィット、機能、美観を得るために安価な低レベル材料が使用されます。したがって、防水シールの効果を心配する必要はなく、エラーを簡単に知ることができます。完了したら元の材料を使用できます。

使用と設計ガイド

製品製造に使用する設計ガイドが選択する材料タイプを決めます。例えば、高圧製品エンクロージャ設計には表面品質を制御するためにCNC加工が必要です。

耐久性と環境

耐久性は材料が使用される環境と関係があります。高耐久性を必要とする環境では、金属防水エンクロージャ材料を使用すべきです。材料選定は材料が屋外か屋内で使用されるかにも依存します。

防水エンクロージャで使用される一般的な材料

上記で説明した要因に基づき、製品エンクロージャ設計で使用される2つの主要な材料タイプはプラスチックと金属です。

プラスチック

プラスチックは要件が少ないため、エンクロージャ材料としてより汎用性の高い選択です。また耐食性があり、金属材料が問題になる場所で使用されます。しかし、金属エンクロージャと比較してそれほど強くありません。

金属

一般的な金属防水エンクロージャ材料はスチール、アルミニウム、ステンレススチールです。

スチール

腐食の傾向が低い場合にスチール材料が使用されます。表面が損傷すると条件に対してより感受性が高くなるため、腐食の可能性が高い条件ではスチールは理想的ではありません。スチールは強く堅牢です。したがって、表面特性の傷や汚れに耐性のあるエンクロージャ製造に理想的です。

アルミニウム

塩水での安定性を求める人にとってアルミニウムはより良いエンクロージャです。耐食性があり、より良い物理的特性を持ちます。例えば、軽量です。しかし、強アルカリを含む環境には理想的ではありません。なぜなら容易に反応するからです。

ステンレススチール

ステンレススチールはスチールで見られる同じ状況に理想的です。しかし、塩水など腐食の可能性が高い環境により適しています。これらは最も耐久性のある防水エンクロージャで、他の材料を凌駕できることから明らかです。

ヒント

防水シール設計は高性能プロセスですが、シンプルさが黄金律です。これは特にシールに慣れていない場合に非常に重要です。以下は設計をシンプルにするのに役立ついくつかのヒントです：

完全に密封するのは悪いこと

製品を完全に密封したいかもしれませんが、これは悪いアイデアだと知るべきです。製品の完全密封は空気蒸気が出入りする方法を除去します。したがって、空気圧変化により製品が破裂する傾向が高くなります。

円形形状を活用する

円は取り扱い最も簡単な開口部です。理由は多くの防水エンクロージャを使用できるからです。これらのエンクロージャは使いやすく、人気があり、安価です。例えば、標準Oリングと堅牢なラジアルタイプシールを使用して均一なシール力を得られます。

可能な限り複雑なシールを避ける

必要でない限り、複雑なシールを避けるべきです。シールが必要なコンポーネントが3つ以下であることを確認するのが最善です。理由はシールが必要な部品数が多いほど、均一なシールを達成するのが難しくなるからです。

ガスケットにはサポートが必要

スタンドアロンガスケットを使用する場合、すべての側面でサポートする必要があります。これをしないと、ガスケットがピンチゾーンから抜け出す際のガスケット噴出によりシール故障が発生する可能性があります。

結論

防水エンクロージャシール設計は防水特性を持つ製品を必要とする人々に必要です。この記事を通読することで、評価システム、防水シール設計、水密シールの作り方について基本的な理解が得られます。この知識で防水製品を作れます。しかし、最良の結果を低価格で得るには、私たちのサービスをご利用ください。設計のインスタント見積もりのためにファイルをアップロードし、製造アドバイスについてはサポートチームにご相談ください。メール連絡先：support@rapiddirect.com