耐熱性特性：電子機器筐体
電子機器筐体は、単に見た目が良いだけでは十分ではありません。電磁妨害（EMI）を遮蔽し、熱を放散し、安全基準を満たし、使用環境に耐える必要があり、さらにコスト目標も達成しなければなりません。私はこれまで数百件の電子機器ハウジング向け材料を選定してきました。以下に、実際に重要なポイントを示します。
主な要点
| アスペクト | 主な情報 |
| ------------ |
|---|
| 材料概要 |
| 基本概念および応用分野 |
| コスト検討事項 |
| プロジェクトの複雑さにより変動 |
| 最適実践法 |
| 業界ガイドラインに従う |
| 一般的な課題 |
| 予期せぬ事象への対応を計画する |
| 業界規格 |
| 適用可能な場合：ISO 9001、AS9100 |
電子機器筐体の要求事項の理解
主な要求カテゴリー
| カテゴリー | 例 | 材料への影響 |
| ------------ |
|---|
| ---------------- |
| EMI/RFI |
| 電磁妨害の遮蔽 |
| 材料の導電性またはコーティング |
| 熱管理 |
| 熱の放散 |
| 導熱性、荷重たわみ温度（HDT） |
| 可燃性 |
| UL規格、防火安全性 |
| 難燃剤配合 |
| 環境耐性 |
| IP等級、化学薬品暴露 |
| 耐薬品性、シーリング性能 |
| 機械的特性 |
| 落下、振動、衝撃 |
| 衝撃強度、剛性 |
| 外観品質 |
| 表面仕上げ、外観 |
| 樹脂流動性、ゲート位置 |
| 規制要件 |
| RoHS、REACH、UL |
| 材料認証 |
代表的な筐体応用例
| 応用分野 | 使用環境 | 主な要求事項 |
| ---------- |
|---|
| ---------------- |
| 消費者向け電子機器 |
| 屋内・制御された環境 |
| UL94 V-1、基本的なEMI遮蔽 |
| 産業用制御装置 |
| 工場フロア |
| UL94 V-0、IP65、EMI遮蔽 |
| 自動車用電子機器 |
| 厳しい環境 |
| 耐熱性、耐振動性、難燃性 |
| 医療機器 |
| クリーンルーム |
| 灭菌可能、生体適合性 |
| 通信機器 |
| 屋外／ラック設置 |
| 熱放散、EMI遮蔽 |
| LED照明 |
| 高温環境 |
| 荷重たわみ温度（HDT）、難燃性 |
EMI／RFI遮蔽要件
遮蔽メカニズム
| 方法 | 効果 | コスト | 応用 |
| ------ |
|---|
| -------- |
| -------- |
| 導電性プラスチック（充填材入り） |
| 良 |
| $$ |
| 内部部品 |
| 導電性コーティング |
| 非常に良好 |
| $$ |
| 外装筐体 |
| 金属筐体 |
| 優秀 |
| $$$ |
| EMIが極めて厳しい用途 |
| ガスケット／シール |
| 優秀（筐体と併用時） |
| $$ |
| ジョイント部のシーリング |
| 導電性フォーム |
| 良 |
| $ |
| 穿孔部（ペネトレーションポイント） |
EMI対応材料選択肢
| 材料 | 導電性 | コスト指数 | 制限事項 |
| ------ |
|---|
| ------------- |
| ------------- |
| ABS + 30% 不錆鋼繊維 |
| 良 |
| 2.5–3.0× |
| 調達可能性に制限あり |
| PC + 30% ニッケル被覆カーボン |
| 良 |
| 2.0–2.5× |
| 特性バランスが優れる |
| ABS + ニッケルコーティング |
| 非常に良好 |
| 1.5–2.0× |
| 成形後処理が必要 |
| 導電性塗装（ペイント） |
| 非常に良好 |
| 1.3–1.5× |
| コーティング摩耗リスクあり |
| 金属筐体 |
| 優秀 |
| 3–5× |
| 重量・コスト増加 |
EMI遮蔽効果（1GHz時）
| 材料／構成 | 遮蔽効果（dB） |
| -------------- |
|---|
| ABS（無充填） |
| 0–5 dB（無遮蔽） |
| ABS + 20% 不錆鋼繊維 |
| 40–60 dB |
| ABS + 30% 不錆鋼繊維 |
| 60–80 dB |
| PC + 30% ニッケル被覆カーボン |
| 50–70 dB |
| 導電性コーティング |
| 60–80 dB |
| 金属筐体（完全密閉） |
| 80–120 dB |
EMI設計ガイドライン
| 設計要素 | 推奨事項 |
| ------------ |
|---|
| ジョイント部のシーリング |
| オーバーラップ構造、導電性ガスケットの採用 |
| 通気口 |
| 導電性メッシュまたはハニカム構造 |
| ケーブル貫通部 |
| フィルタ付きコネクタ、シールドブーツ |
| ボード取付 |
| グラウンドタブ、導電性エラストマー |
| 肉厚 |
| 充填プラスチックの場合：最低2–3 mm |
UL可燃性等級
UL94等級比較表
| 等級 | 試験方法 | 燃焼時間／速度 | 応用例 |
| -------- |
|---|
| ------------------ |
| ---------- |
| HB |
| 水平燃焼試験 |
| ≤40 mm/min（3 mm厚） |
| 非重要部位 |
| V-2 |
| 垂直燃焼試験 |
| 消炎時間＜30秒、溶滴あり |
| 基本要件 |
| V-1 |
| 垂直燃焼試験 |
| 消炎時間＜30秒、溶滴なし |
| より高い信頼性要求 |
| V-0 |
| 垂直燃焼試験 |
| 消炎時間＜10秒、溶滴なし |
| 標準要件 |
| 5VB |
| 垂直燃焼試験 |
| 消炎時間＜60秒、溶滴なし、パネル燃焼なし |
| 高レベル要求 |
| 5VA |
| 垂直燃焼試験 |
| 消炎時間＜60秒、溶滴なし、ロッド燃焼なし |
| 最高レベル要求 |
応用別代表的なUL等級
| 応用分野 | 代表的なUL等級 | 補足説明 |
| ------------ |
|---|
| ---------------- |
| 消費者向け電子機器 |
| V-1～V-0 |
| 標準要件 |
| IT機器 |
| V-1以上（最低限） |
| 規制要件 |
| 産業用制御装置 |
| V-0（標準） |
| 安全性要件 |
| 自動車用電子機器 |
| V-0、5VB |
| 厳格な要件 |
| 医療機器 |
| V-0（標準） |
| 患者安全確保 |
| 通信機器 |
| V-0、5VB |
| 火災安全性が極めて重要 |
材料別可燃性比較
| 材料 | 代表的なUL等級 | 補足 |
| -------- |
|---|
| -------- |
| ABS |
| V-0（FR添加時） |
| 加工性が優れる |
| PC |
| V-2（無添加）、V-0（FR添加） |
| 天然の難燃性あり |
| PC/ABS |
| V-0（FR添加） |
| 特性バランスが優れる |
| ナイロン |
| V-2（無添加）、V-0（FR添加） |
| 吸湿性が特性に影響 |
| PPE/PPO |
| V-1、V-0（FR添加） |
| 耐熱性が優れる |
| PBT |
| V-0（標準） |
| 固有の難燃性あり |
熱管理
構成部品別の発熱量
| 構成部品 | 代表的な消費電力 | 発熱源 |
| ------------ |
|---|
| ------------ |
| 電源ユニット |
| 50–500 W |
| トランス、レギュレータ |
| プロセッサ |
| 10–150 W |
| CPU、GPU |
| LEDドライバ |
| 5–50 W |
| ドライバIC |
| モータ／コントローラ |
| 20–200 W |
| モータドライブ |
| バッテリ（充電中） |
| 10–100 W |
| 充電回路 |
材料の熱的特性
| 材料 | 熱伝導率（W/mK） | 荷重たわみ温度（264 psi） | 連続使用温度 |
| -------- |
|---|
| ------------------------------- |
| ------------------ |
| ABS |
| 0.18 |
| 200°F |
| 160°F |
| PC |
| 0.20 |
| 270°F |
| 250°F |
| ナイロン6/6 |
| 0.25 |
| 200°F |
| 180°F |
| PBT |
| 0.25 |
| 220°F |
| 200°F |
| アルミニウム（参照） |
| 200 |
| N/A |
| 高 |
| 熱伝導性プラスチック |
| 1–5 |
| 250–350°F |
| 250–300°F |
熱管理オプション
| オプション | 効果 | コスト | 設計への影響 |
| -------------- |
|---|
| -------- |
| ---------------- |
| 標準プラスチック |
| ベースライン |
| $ |
| 影響なし |
| ヒートシンクフィン |
| 良 |
| $$ |
| 設計への追加が必要 |
| 熱伝導性プラスチック |
| 良 |
| $$ |
| ハウジング部品の置換 |
| 金属筐体部品 |
| 非常に良好 |
| $$$ |
| 異種材料の組み合わせ |
| 主動冷却（ファン） |
| 優秀 |
| $$$$ |
| 電源・騒音・信頼性への配慮が必要 |
熱設計ガイドライン
| 設計要素 | 推奨事項 |
| ------------ |
|---|
| 肉厚 |
| 強度確保のため、最低2–3 mm |
| リブ設計 |
| 表面へ向かう熱経路を確保 |
| ボス配置 |
| 熱伝達経路を遮らないように配置 |
| 通気口 |
| 自然対流経路を確保 |
| 発熱部品配置 |
| エッジ部またはヒートシンク近傍に配置 |
IP（防塵・防水）等級
IPコード解釈
| 桁 | 固体異物保護 | 液体保護 |
| ----- |
|---|
| ---------------- |
| 0 |
| 保護なし |
| 保護なし |
| 1 |
| ＞50 mmの物体 |
| 垂直方向の水滴 |
| 2 |
| ＞12.5 mmの物体 |
| 15°傾斜時の水滴 |
| 3 |
| ＞2.5 mmの物体 |
| スプレー |
| 4 |
| ＞1 mmの物体 |
| 飛沫 |
| 5 |
| 粉塵保護 |
| 水噴流 |
| 6 |
| 粉塵完全遮断 |
| 強力な水噴流 |
応用別代表的なIP等級
| 応用分野 | 代表的なIP等級 | 要求事項 |
| ------------ |
|---|
| -------------- |
| 屋内向け消費者機器 |
| IP20 |
| 基本的な粉塵保護 |
| 屋内産業用 |
| IP54 |
| 粉塵・飛沫保護 |
| 屋外（屋根付き） |
| IP65 |
| 粉塵・水噴流保護 |
| 屋外（露出） |
| IP66／67 |
| 粉塵・強力噴流／浸漬保護 |
| ウォッシュダウン（洗浄） |
| IP69K |
| 高圧・高温洗浄 |
IP等級に対する材料影響
| 要因 | 影響 |
| -------- |
|---|
| ガスケット材質 |
| シーリング性能に極めて重要 |
| 分型線品質 |
| シール不良の原因となる可能性あり |
| サンクマーク（沈み） |
| シール部近傍でシール不良を引き起こす可能性あり |
| ゲート位置 |
| 漏れ経路を形成する可能性あり |
| ボス設計 |
| ガスケット圧縮に影響 |
代表的な筐体材料
材料比較マトリクス
| 材料 | UL等級 | EMI対応オプション | コスト指数 | 成形性 |
| -------- |
|---|
| ------------------------ |
| -------------- |
| ------------ |
| ABS |
| V-0（FR添加） |
| コーティング |
| 1.0 |
| 優秀 |
| PC |
| V-2（無添加）、V-0（FR添加） |
| 充填／コーティング |
| 1.8 |
| 良 |
| PC/ABS |
| V-0（FR添加） |
| コーティング |
| 1.5 |
| 優秀 |
| ナイロン |
| V-0（FR添加） |
| 限定的 |
| 1.4 |
| 良 |
| PPE/PPO |
| V-0（FR添加） |
| コーティング |
| 1.6 |
| 良 |
| PBT |
| V-0（固有） |
| コーティング |
| 1.5 |
| 良 |
応用別推奨材料
| 応用分野 | 推奨材料 | 主な理由 |
| ------------ |
|---|
| ---------------- |
| 消費者向け電子機器 |
| ABSまたはPC/ABS |
| コスト・成形性のバランス |
| 産業用制御装置 |
| PPE/PPOまたはPC/ABS |
| 耐熱性・難燃性 |
| 自動車用電子機器 |
| ナイロンまたはPBT |
| 耐熱性・耐薬品性 |
| 通信機器（屋外） |
| 熱伝導性向上PC |
| 熱放散性能 |
| 医療機器 |
| PC（医療グレード） |
| 灭菌可能・規制適合 |
| LED照明 |
| PBTまたはPC |
| 耐熱性・寸法安定性 |
規制コンプライアンス
主な規制
| 規制 | 対象範囲 | 主な要件 |
| -------- |
|---|
| ---------------- |
| RoHS |
| EU向け電子機器 |
| 使用禁止物質の制限 |
| REACH |
| EU向け化学品 |
| 物質登録義務 |
| Prop 65 |
| 米国カリフォルニア州 |
| 癌・生殖毒性に関する警告表示義務 |
| WEEE |
| EU向け廃棄物 |
| リサイクル義務 |
| UL／CSA |
| 北米向け |
| 安全性認証 |
| CEマーキング |
| EU向け |
| コンプライアンス宣言 |
材料の規制適合検討事項
| 要件 | 影響 |
| -------- |
|---|
| RoHS（使用禁止物質） |
| 鉛、水銀、カドミウムなど不使用 |
| REACH（SVHC） |
| 特定の高懸念物質の使用制限 |
| ハロゲンフリー |
| Br／Cl濃度＜900 ppm（典型的） |
| FDA食品接触 |
| 筐体が食品に直接触れる場合に適用 |
| 自動車（IMDS） |
| 物質報告義務あり |
組立性設計（Design for Assembly）の検討事項
組立方法が材料に与える要件
| 方法 | 材料要件 |
| -------- |
|---|
| スナップフィット |
| 柔軟性を考慮した設計 |
| サクリファイド（ねじ止め） |
| ボス設計、インサート成形 |
| 超音波溶接 |
| 相性の良い材料選定 |
| 接着剤接合 |
| 表面処理の検討 |
| ヒートステ |