JUSTWAYで板金加工を依頼する際の板金設計のコツ【後半】

板金加工で部品を製作する際、重要になるのが材料と表面処理の選定です。

使用する材料によって、部品の強度、重量、耐食性、加工性、製造コストは大きく変わります。また、同じ材料でも、塗装やめっき、陽極酸化処理などの表面処理によって、耐久性や外観、機能性を向上させることができます。

例えば、電子機器の筐体には加工性とコストのバランスに優れた冷間圧延鋼板がよく使用されます。一方、軽量化が求められる部品にはアルミニウム合金、耐食性が重要な部品にはステンレス鋼などが適しています。

しかし、材料の特性を十分に理解せずに選定すると、腐食や変形、加工不良、予想以上の製造コストにつながる可能性があります。

本記事では、板金加工で使用される代表的な材料の特徴に加え、塗装、めっき、陽極酸化処理などの表面処理についても解説します。材料と表面処理の組み合わせを理解し、製作する部品に適した仕様を選びましょう！

スポンサーリンク

1. 板金材料を選定する際のポイント

材料を選定するときは、強度や価格だけでなく、部品の使用環境や必要な機能を総合的に考慮することが重要です。

1-1. 強度と剛性

部品に加わる荷重や衝撃、振動などを考慮し、必要な強度を確保できる材料を選びます。

強度は材料が破壊や永久変形に耐える能力を示し、剛性は荷重を受けた際の変形しにくさを示します。両者は異なる性質であり、強度の高い材料を選ぶだけでは、必ずしも変形を抑えられるとは限りません。

板金部品では、材料の特性だけでなく、板厚や曲げ形状、リブの配置なども剛性に影響します。必要な強度と剛性を確保するため、材料と形状の両面から検討しましょう。

1-2. 耐食性

部品が使用される環境によって、必要な耐食性は異なります。

屋内の電子機器筐体であれば、塗装やめっきによって鋼板の腐食を防げる場合があります。一方、屋外や湿度の高い環境では、ステンレス鋼や適切な表面処理を施したアルミニウム合金などが選択肢になります。

ただし、ステンレス鋼であっても、塩分や薬品の種類、温度などによって腐食する可能性があります。材料の耐食性だけでなく、使用環境と表面処理を組み合わせて検討することが重要です。

1-3. 重量

機器の軽量化や可搬性が求められる場合、材料の密度が重要な選定基準になります。

アルミニウムの密度は約2.7g/cm³で、一般的な鋼材の約7.8g/cm³と比較して大幅に軽量です。同じ体積で比較すると、アルミニウムは鋼材の約3分の1の重量になります。

ただし、同じ剛性や強度を確保するために板厚や形状を変更する場合、完成部品の重量差は単純な密度比とは一致しません。

1-4. 加工性

板金加工では、レーザー切断、打ち抜き、曲げ、溶接など、さまざまな工程が用いられます。

材料によって適した加工方法や加工条件は異なります。一般的な軟鋼は切断や曲げ、溶接を行いやすい一方、アルミニウム合金は種類や調質によって曲げ加工時の割れやすさが変わります。

また、表面処理済みの材料を加工すると、めっき層や塗膜が損傷することがあります。加工後に表面処理を施すのか、処理済みの材料を加工するのかも、設計段階で検討しておきましょう。

1-5. コストと外観

材料費だけでなく、加工費、表面処理費、組み立て費用を含めて検討することが重要です。

例えば、比較的安価な鋼板に塗装を施す方法と、ステンレス鋼を使用して金属の質感を活かす方法では、部品の仕様や数量によって総コストが変わります。

外観が重視される部品では、材料表面の傷や加工痕、溶接跡なども考慮する必要があります。完成品に求める外観を明確にしたうえで、材料と表面処理を組み合わせましょう。

2. 板金加工で使用される主な材料

2-1. 冷間圧延鋼板（SPCCなど）

冷間圧延鋼板は、室温付近で圧延して製造される鋼板です。表面が比較的滑らかで、板厚の精度にも優れており、プレス加工や曲げ加工などに幅広く使用されます。

代表的な材料には、一般的な冷間圧延鋼板であるSPCCがあります。

主な特徴

  • 比較的安価で入手しやすい
  • 表面が滑らかで、塗装やめっきに適している
  • 曲げ加工や溶接などに対応しやすい
  • 防錆処理を施さない場合、錆びやすい

主な用途

  • 電子機器の筐体
  • 制御盤やキャビネット
  • 家電製品の内部部品
  • 機械部品やブラケット

SPCCは、コストと加工性のバランスを重視する場合に適しています。ただし、腐食しやすいため、使用環境に応じて塗装やめっきなどの防錆対策を検討しましょう。

2-2. 亜鉛めっき鋼板（SECC・SGCCなど）

亜鉛めっき鋼板は、鋼板の表面に亜鉛の被膜を形成し、腐食を抑制した材料です。代表的なものとして、電気亜鉛めっき鋼板のSECCと、溶融亜鉛めっき鋼板のSGCCがあります。

SECCは表面が比較的滑らかで、塗装を含めた外観品質が求められる部品に適しています。SGCCは溶融亜鉛めっきによる防錆性を活用する用途に使用されます。

主な特徴

  • 一般的な鋼板より耐食性に優れる
  • 用途に応じて塗装などの追加処理も可能
  • 電子機器や建築部品などに幅広く使用される
  • 加工時にめっき層が損傷する場合がある

主な用途

  • コンピュータケースや電子機器筐体
  • 家電製品
  • 制御盤や電気設備のキャビネット
  • 建築用部品や屋外設備

耐食性はめっきの種類や厚さ、加工による損傷、使用環境などによって変わります。切断や溶接によって被膜が損傷する場合は、必要に応じて加工後の防錆処理も検討しましょう。

2-3. ステンレス鋼（SUS304・SUS301など）

ステンレス鋼は、クロムを含有することで優れた耐食性を得た鋼材です。鋼種によって強度、耐食性、加工性などが異なります。

板金加工では、耐食性と加工性のバランスに優れたSUS304や、冷間加工によって高い強度を得られるSUS301などが使用されます。

主な特徴

  • 一般的な鋼板より耐食性に優れる
  • 表面仕上げによって外観品質を高められる
  • 鋼種によって強度や加工特性が異なる
  • 一般的な軟鋼より材料費が高くなる傾向がある

主な用途

  • 食品関連設備
  • 医療機器や分析機器の筐体
  • 厨房設備
  • 屋外設備や耐食性が必要な部品
  • ばね部品やクリップなど

SUS304は、耐食性と加工性を重視する一般的な用途に適しています。SUS301は、冷間加工による高い強度が求められるばね部品などに使用されます。

ステンレス鋼はすべての環境で錆びないわけではありません。また、鋼種や加工状態によっては磁性を帯びる場合があります。必要な耐食性や加工後の強度を確認して選定しましょう。

2-4. アルミニウム合金（A5052・A6061など）

アルミニウム合金は、軽量性と耐食性を活かして幅広い製品に使用される材料です。合金の種類によって、強度、曲げ加工性、溶接性などが異なります。

代表例として、板金加工でよく使用されるA5052や、機械部品などにも使用されるA6061があります。

主な特徴

  • 鋼材と比較して軽量
  • 適切な環境では優れた耐食性を持つ
  • 熱伝導性と電気伝導性に優れる
  • 合金や調質によって強度や加工性が異なる
  • アルマイトや塗装などの表面処理が可能

主な用途

  • 電子機器の筐体
  • 軽量化が求められる機械部品
  • 放熱部品
  • 輸送機器の部品
  • 装置のカバーやパネル

A5052は、耐食性や曲げ加工性を重視する板金部品で広く使用されています。一方、A6061は調質によって高い強度を得られるため、強度が必要な機械部品などに適しています。

ただし、A6061は調質や板厚によって曲げ加工性が異なります。曲げ加工を前提とする場合は、材料の調質と曲げ半径を含めて検討しましょう。

2-5. 銅

銅は、電気伝導性と熱伝導性に優れた金属です。電気を効率よく流す必要がある部品や、熱を伝える部品などに使用されます。

主な特徴

  • 電気伝導性と熱伝導性に優れる
  • 比較的柔らかく、塑性加工に適している
  • 材料費が高くなる場合がある
  • 表面が酸化し、変色することがある

主な用途

  • 電気接点や端子
  • バスバーなどの導電部品
  • 熱交換関連部品
  • 電子機器の電気部品

銅は導電性を重視する用途に適しています。材料の純度や必要な導電率、機械的強度を確認して選定しましょう。

2-6. 真鍮

真鍮は、銅と亜鉛を主成分とする合金です。金色に近い外観に加え、加工性を活かして機能部品から装飾部品まで幅広く使用されます。

主な特徴

  • 金色に近い外観を持つ
  • 切削加工や塑性加工に適した材質がある
  • 銅と比較して電気伝導率は一般に低い
  • 合金の種類によって強度や加工性が異なる

主な用途

  • 電気端子やコネクタ部品
  • 装飾パネルや化粧部品
  • 金具や機械部品
  • スイッチや接続部品

真鍮は、外観と機能性の両方が求められる部品に適しています。必要な導電性や耐食性、外観を踏まえて選定しましょう。

3. 材料ごとの特徴を比較する

材料主な長所注意点代表的な用途
SPCC低コスト、加工性防錆対策が必要筐体、ブラケット
SECC・SGCC防錆性、用途に応じた表面特性めっき層の損傷に注意電子機器、キャビネット
SUS304耐食性、外観材料費、加工硬化厨房設備、筐体
SUS301冷間加工後の高強度加工条件に注意ばね、クリップ
A5052軽量、耐食性、曲げ加工性鋼材より剛性が低いカバー、パネル
A6061調質によって高強度曲げ加工性に注意機械部品
銅高い電気・熱伝導性材料費、変色端子、バスバー
真鍮外観、加工性材料費、導電率金具、装飾部品

※表は一般的な傾向を示しています。実際の特性は、材質の規格、調質、板厚、表面処理などによって異なります。

4. 用途別に考える材料選定

電子機器の筐体

電子機器の筐体では、加工性、コスト、外観、必要な電磁シールド性能などを考慮します。

一般的な屋内用筐体であれば、SPCCやSECCが候補になります。軽量化を重視する場合はアルミニウム合金、耐食性や清掃性を重視する場合はステンレス鋼も選択肢です。

屋外で使用する部品

雨や湿気にさらされる部品では、耐食性が重要です。

使用環境に応じて、亜鉛めっき鋼板、塗装を施した鋼板、アルミニウム合金、ステンレス鋼などを検討します。海岸付近や塩分の多い環境では、材料の鋼種や表面処理をより慎重に選ぶ必要があります。

軽量な部品

機器の重量を抑えたい場合は、アルミニウム合金が候補になります。

ただし、アルミニウムは鋼材よりヤング率が低いため、同じ形状・板厚では変形しやすくなります。必要な剛性を満たすために板厚や折り曲げ形状を調整すると、重量やコストの条件が変わることもあります。

電気を流す部品

電気伝導性が重要な場合は、銅や適切なアルミニウム合金を検討します。

材料の選定では、導電率だけでなく、通電電流、発熱、接続部の接触抵抗、必要な機械的強度も考慮しましょう。

外観を重視する部品

装飾部品や製品の外装では、素材の色や表面状態、仕上げ方法が重要です。

ステンレス鋼の研磨やブラッシング、アルミニウムのアルマイト、真鍮の研磨など、素材に適した表面処理を選ぶことで、外観品質を高められます。

5. 板金部品の表面処理と選び方

表面処理は、金属部品の耐食性や耐摩耗性を高めたり、外観を整えたりするために行います。

ただし、すべての材料に同じ処理を適用できるわけではありません。材料との相性や使用環境、必要な性能を踏まえて選定することが重要です。

5-1. 塗装・粉体塗装

塗装は、金属表面に塗膜を形成することで、外観を整えるとともに腐食を抑制する処理です。

一般的な液体塗装に加え、粉末状の塗料を静電気などで付着させ、加熱して硬化させる粉体塗装も広く使用されています。

主な特徴

  • 色や光沢を自由に選びやすい
  • 鋼板の防錆対策に利用できる
  • 粉体塗装では比較的厚く均一な塗膜を形成できる
  • 塗膜の厚さによって寸法や組み立てに影響する場合がある

主な用途

  • 電子機器の筐体
  • 制御盤やキャビネット
  • 家電製品
  • 機械のカバーやフレーム

粉体塗装は、外観と耐久性を両立したい鋼板部品などに適しています。ただし、塗膜が付着しにくい箇所や、ねじ穴、接地部などは、マスキングや後加工が必要になる場合があります。

5-2. めっき

めっきは、金属表面に別の金属の被膜を形成する処理です。耐食性の向上に加え、導電性、耐摩耗性、外観などの目的で使用されます。

代表的なものに、亜鉛めっき、ニッケルめっき、クロムめっきなどがあります。

主な特徴

  • めっきの種類によって耐食性や表面特性を調整できる
  • 金属光沢などの外観を得られる
  • 複雑な形状では、部位によって膜厚に差が生じる場合がある
  • めっきの種類によって適した母材や使用環境が異なる

主な用途

  • 亜鉛めっき：鋼製金具や締結部品の防錆
  • ニッケルめっき：機械部品や装飾部品の表面処理
  • クロムめっき：用途に応じた耐摩耗性や外観の付与

めっきは、求める機能に応じて種類を選ぶことが重要です。特に、鋼材の防錆を目的とする場合は、めっきの種類や膜厚、使用環境を確認しましょう。

5-3. 陽極酸化処理（アルマイト）

陽極酸化処理は、主にアルミニウムの表面に酸化皮膜を形成する処理です。一般にアルマイトと呼ばれ、耐食性の向上や着色、表面の保護などを目的に使用されます。

主な特徴

  • アルミニウム表面の耐食性を高められる
  • 着色によって外観を調整できる
  • 処理条件によって皮膜の厚さや性質が変わる
  • 処理後の寸法変化や、導電性が必要な箇所に注意が必要

主な用途

  • アルミニウム製の筐体
  • 装飾パネル
  • 機械部品
  • カメラや電子機器の外装部品

アルマイトは、アルミニウムの金属感を活かしながら表面を保護したい場合に適しています。ただし、皮膜自体は電気を通しにくいため、電気的な接触が必要な部分では、処理範囲を設計段階で検討しましょう。

5-4. 不動態化処理

不動態化処理は、主にステンレス鋼の表面に形成される不動態皮膜を安定させ、耐食性を確保するための処理です。

加工や取り扱いによって表面に付着した鉄分などを除去し、適切な表面状態に整える目的で行われます。

主な特徴

  • ステンレス鋼の耐食性を維持・向上させる
  • 表面の外観を大きく変えずに処理できる場合が多い
  • 材料や加工状態に応じた処理条件が必要

主な用途

  • 食品関連設備
  • 医療・分析機器
  • 耐食性が求められるステンレス部品
  • 加工後の表面状態を整えたい部品

不動態化処理は、ステンレス鋼の耐食性を確保するための選択肢です。ただし、表面の傷や粗さを取り除く処理ではないため、外観や表面品質も求める場合は、研磨などと組み合わせて検討します。

5-5. 研磨・ブラッシング

研磨やブラッシングは、金属表面の粗さや外観を調整するための機械的な仕上げです。

研磨では表面を滑らかにして光沢を得たり、ブラッシングでは一定方向の細かな筋模様を形成したりします。

主な特徴

  • 金属素材の質感を活かせる
  • 表面の光沢や模様を調整できる
  • 加工痕や傷の状態によって仕上がりが変わる
  • 処理方向や仕上げの程度を指定することが重要

主な用途

  • ステンレス製の外装パネル
  • 装飾部品
  • 家電製品や機器の外装
  • 金属の質感を重視する部品

ブラッシングは、ヘアライン仕上げとも呼ばれる外観を得たい場合に適しています。一方、鏡面に近い光沢を求める場合は、より細かな研磨工程が必要になります。

5-6. 化成処理

化成処理は、金属表面に化学反応による皮膜を形成する処理です。塗装の下地や耐食性の向上などを目的として使用されます。

代表例として、アルミニウムに対するクロメート系処理や、塗装下地として用いられる各種化成皮膜処理があります。

主な特徴

  • 塗装の密着性を高めるために利用できる
  • 材料や処理方法によって耐食性を改善できる
  • 皮膜の種類によって導電性などの特性が異なる
  • 使用する薬剤や規制への配慮が必要

主な用途

  • 塗装する鋼板部品の下地処理
  • アルミニウム製筐体
  • 電気機器の部品
  • 防食性能が求められる金属部品

化成処理は、塗装の密着性や防食性能を確保するために有効です。ただし、処理方法によって性能や環境面の条件が異なるため、要求仕様に適した処理を選定しましょう。

6. 材料と表面処理の組み合わせ

材料と表面処理は、別々に考えるのではなく、完成品に必要な性能を基準に組み合わせることが重要です。

材料表面処理の例主な目的
SPCC塗装・粉体塗装防錆、着色、外観向上
SPCC亜鉛めっき防錆
SECC・SGCC追加塗装など外観調整、用途に応じた保護
SUS304研磨・ブラッシング外観仕上げ
SUS304不動態化処理耐食性の確保
アルミニウム合金アルマイト耐食性、着色、表面保護
アルミニウム合金塗装・粉体塗装着色、表面保護
銅・真鍮ニッケルめっきなど表面保護、外観調整

※適用できる処理や効果は、具体的な材料、合金、表面状態、処理条件によって異なります。加工後に表面処理を行う場合は、寸法変化や処理できない箇所にも注意しましょう。

7. 材料と表面処理を選定する際の注意点

材料と表面処理を決める前に、次の項目を確認しておくと、設計変更や追加加工のリスクを抑えられます。

  • 使用環境を明確にする： 屋内・屋外、温度、湿度、薬品、塩分への接触などを確認する。
  • 必要な強度を把握する： 荷重、振動、衝撃、許容変形量を検討する。
  • 加工方法との相性を確認する： 曲げ、溶接、切断などの加工条件が材料に適しているか確認する。
  • 処理のタイミングを検討する： 加工前に処理するのか、加工後に処理するのかを決める。
  • 寸法への影響を確認する： 塗膜やめっき、酸化皮膜の厚さが、穴径やねじ、嵌合部などに影響しないか確認する。
  • 外観の仕様を明確にする： 色、光沢、ブラッシングの方向、許容できる傷などを必要に応じて指定する。
  • 材料規格と調質を指定する： 同じ合金名でも機械的特性が異なる場合があるため、必要に応じて規格や調質を図面に明記する。

特に、ねじ穴や接地部、部品同士が接触する箇所は、表面処理によって寸法や導電性が変化する場合があります。必要な機能を維持できるよう、設計段階で処理範囲を検討しましょう。

8. まとめ

板金加工では、材料の特性と表面処理の特徴を理解し、部品の用途に合わせて組み合わせることが重要です。

一般的な筐体やブラケットにはSPCC、防錆性を重視する部品には亜鉛めっき鋼板、耐食性を重視する部品にはステンレス鋼、軽量化にはアルミニウム合金、導電性を重視する部品には銅などが候補になります。

さらに、塗装やめっき、アルマイト、不動態化処理、研磨などを適切に選ぶことで、耐食性や外観、表面機能を向上させることができます。

ただし、同じ材料でも鋼種、合金、調質、板厚、表面処理によって特性は変わります。材料名だけで判断せず、必要な性能、使用環境、加工方法、仕上がりを明確にしたうえで選定しましょう。

JUSTWAYでは、板金加工をはじめとする製造サービスを通じて、さまざまな部品製作に対応しています。製作したい部品の用途や必要な性能を整理し、適切な材料と表面処理を組み合わせることで、品質とコストのバランスが取れた製品づくりにつなげましょう。