射出成形による電卓ハウジングの製造

電卓の筐体、ケーシング、またはシェルは、美的役割と機能的役割の両方を果たします。シェルの主な役割は内部の電子機器を保護することですが、電卓筐体メーカーの中には、FLIP電卓に見られるように、筐体に鉛筆などの付属品を収納できるような設計要素を組み込んでいるところもあります。.  

電卓筐体の製造には、主にアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ABS）、高衝撃ポリスチレン（HIPS）、ポリカーボネート（PC）などの耐久性のあるプラスチックが使用されています。電卓筐体の役割は以下の通りです。.

• プロテクション： プリント基板（PCB）やマイクロチップなどのデリケートな内部電子機器を、衝撃による物理的な損傷や、水や紫外線などの環境要素から保護します。モデルによっては、画面をさらに保護するスライド式のカバーが付いています。.
• 組織 筐体は、スクリーン、キーパッド、バッテリー用のコンパートメントを持つように設計されている。剛性の高いフレームがこれらの部品を固定し、衝撃や短絡による偶発的な損傷を防ぎます。.
• ユーザビリティ： フレキシブルなスイッチに安定したベースを提供し、快適で反応の良い繰り返し入力を可能にする。.
• 耐久性がある： 電卓の筐体の製造は、日々の摩耗に耐え、圧力や落下から壊れやすい内部コンパートメントを保護するために行われます。.

クライアント要件

ある電卓メーカーがユニークな曲面デザインの新製品を発売することになり、ファーストモールドにシェル製造の支援を依頼した。これは業務用のデュアルスクリーンを備えたユニークな電卓でした。彼らは、プロジェクトのために精密金型を設計することができる評判の良い会社を望んでいた、とFirst Moldは非常に推奨されました。.

First Moldの生産マネージャーであるBowen Huangは、クライアントに工場のさまざまなセクションの物理的なツアーを喜んで提供しました。メーカーは率直に喜びを表し、電卓ハウジング製造のための彼らの詳細な要件の概要を説明するために進みました。.

デザインにわずかな曲率があるため、クライアントは150グラム（0.33ポンド）前後の重量を維持しながら、性能と耐久性のバランスを取ることに過度に気を遣った。彼らが設計図にまとめた主な要件は以下の通り：

• 製品全体の重量：125g～150g
• 肉厚：1.0mm～1.5mm
• 表面処理：シルクスクリーン印刷
• 部品公差：±0.1mm
• 組立公差：±0.03mm
• 量産歩留まり率：≧98%

課題と解決策

曲面を持つ製品の金型製作は、平面を持つ製品に比べて難しい。高精度で特殊な機械加工を必要とし、熟練したエンジニアによる手間のかかる作業が必要となる。この難題を克服するために、First MoldはハイエンドのCADソフトウェアと5軸CNC機械加工に頼って、電卓の筐体製造用のスチール金型を作らなければならなかった。.

製造後、最終的な金型表面は、最終製品がシルクスクリーン印刷に適したきれいで滑らかな仕上がりになるよう、かなり高度な研磨が必要だった。.

このプロジェクトの主材料はABSで、グレードや加工条件にもよりますが、通常0.4%から0.7%の金型収縮率があります。First Moldのエンジニアは、電卓用ハウジングの金型製造時にこの収縮を考慮し、反りなどの欠陥を避ける必要がありました。.

電卓用ハウジングの製造（スナップフィット・アセンブリー

クライアントは、アッパーシェルとロワーシェルのエッジにスナップフィット・アセンブリを採用することを希望していた。スナップフィット・アッセンブリーに加え、メーカーは、内部コンポーネントの強固で耐久性のあるシーリングと保護のために、二次的な締め付けを提供するセルフ・テーピング・スクリューを含めることを要求した。.

スナップフィットには、正確な成形公差が必要です。公差が厳しすぎると、部品の組み立てが難しくなります。一方、公差が緩すぎると、接続が弱くなり、隙間ができて水分が通過し、デリケートな内部電子部品に悪影響を及ぼす可能性があります。.

スナップフィット設計の大きな課題は、スナップアーム（カンチレバービーム）に応力が集中し、組み立て時にスナップが破損することです。このような事態を回避し、製品の長期耐久性を確保するため、ファーストモールドのエンジニアはカンチレバーの付け根にフィレット（角を丸めたもの）を追加して応力を分散させ、強度を向上させました。.

スナップフィット強度を向上させるためのファーストモールドのエンジニアのもう一つのアプローチは、材料の使用量を減らし、ピーク応力を下げるためにカンチレバービームを先細にすることだった。このチームは、電卓ハウジングの製造において、複数の試作品を試行錯誤するのではなく、高度なソフトウェアを駆使して完璧なフィットを実現した。.

電卓ハウジングの軽量化設計

電卓の筐体は、総重量と体積のうち70%から90%に相当する。クライアントの選択した素材（ABS）は比較的軽量であるため、通常、家電製品では主要な選択肢となりますが、軽量化を念頭に置いた設計の見直しが必要でした。電卓筐体を製造する際に使用する材料を削減することは、全体の軽量化に貢献する。.

ファースト・モールドのエンジニアは、肉厚を1.0mmに抑えることを決めた。薄い壁が構造的に機能し続けるように、リブで補強した。最良の結果を得るため、リブの向きはシミュレーションソフトを使って決定された。リブは単なる構造的なサポート以上の役割を果たすため、より良いプランニングが必要だった。リブが果たすその他の役割には、以下のようなものがある：

• 硬さが増す： リブデザインは、電卓の剛性を確保し、曲げに耐える。言い換えれば、電卓は曲げても折れることがなく、耐久性に優れている。.
• コンポーネントの取り付け： リブには、ボタンパッド、回路基板、バッテリーなど、さまざまな内部部品が配置される部分があり、それらをしっかりと固定できるように設計されている。.
• 欠陥防止： 薄い壁は、反りやヒケのような欠陥が発生しやすく、表面には目に見える窪みができます。リブを使用することで、ファーストモールドはより薄く均一な壁を作ることができました。.

薄い壁とスマートなリブ設計の組み合わせにより、ファーストモールドのチームは、構造的完全性を犠牲にすることなく、極めて軽量な電卓筐体を実現した。この軽量電卓筐体設計により、すべての部品を組み立てた後でも、製品全体の重量は150グラム以下に抑えられました。.

量産歩留まり率≧98%の達成

閉じ込められた空気を逃がし、不完全な充填を防ぎ、焦げ跡を防ぐには、ゲートの位置とベント戦略、特に流路の末端でのベントが必要でした。First Moldのエンジニアは、金型温度を均一に保ち、反り、収縮、サイクルタイムを削減するために、コンフォーマル冷却チャンネルを使用しました。.

First Moldのエンジニアチームは、設計、初期セットアップ、生産、メンテナンス、修理ガイドを含む詳細なプロセス文書を設計しました。この文書は、電卓ハウジングメーカーが≥98%の量産歩留まりを達成するために生産プロセスを最適化するのに役立ちます。.

曲線の製品はなぜ難しいのか？

曲面形状の製品は通常、冷却中に変形しやすく、特に肉厚が均一でない場合に影響を受けやすい。そのため、ファーストモールドでは曲線に沿って肉厚を一定に保つことが重要でした。肉厚が一定でないと、冷却に差が生じ、薄い部分が急速に冷却されると同時に厚い部分が沈む可能性があります。.

また、湾曲した部品は、壁がまっすぐな部品に比べて、金型キャビティに強く「くっつく」傾向があります。そのため、湾曲した部品に損傷や傷がつくリスクが高まり、排出が困難になります。.

クライアントの電卓筐体設計では、画面とキーパッドの周囲の壁がわずかに薄くなっていました。差動冷却による潜在的な欠陥を防ぐため、First MoldのエンジニアはMold Flow Analysisソフトウェアを使用して金型の冷却システムを最適化し、内部応力を低減しました。.

クライアントがファーストモールドのソリューションで得たもの

First Moldとの提携でクライアントが得た最初の、そして最も重要なメリットは、リードタイムの短縮であった。クライアントは、プロセスの最適化を導くための詳細な文書とともに、完成した生産金型のセットを21日以内に受け取りました。.

鋼鉄製の金型を作るにはコストがかかる。設計が複雑であればあるほど、コストは増大する。曲面を持つスチール金型は、それを実現するための特殊な金型と労力を必要とするため、当然、金型コストも増加する。しかし、First Moldは、製造可能な設計の原則を実行し、5軸CNC機械加工やCADソフトウェアのような高度な技術に頼ることによって、予算内でクライアントの設計を実現しました。.

クライアントの設計図にある電卓ハウジングのデザインを忠実に再現するための完成した金型を納品するだけでなく、ファーストモールドのエンジニアはリブの向きや配置に関する技術的なガイダンスを提供し、構造的に最良の結果を得ました。.

First Moldのエンジニアは、クライアントのチームにマシンの効果的な使用方法について指導を行った。納品後も、最適な電卓ハウジング製造のために、金型のスムーズな操作を保証するアフターサービスでクライアントをサポートし続けた。.

最適化された製造工程、製造可能な設計の導入、メンテナンスと修理サポートの提供の組み合わせにより、お客様はダウンタイムを最小限に抑えながら、計算機筐体の最適な生産を維持することができます。これによって、スチール金型への先行投資を長期にわたって回収することができます。.

独創的な電卓のシェルデザイン

弊社をご覧の皆様の中には、プロダクトデザイナーの方もいらっしゃると思います。電卓筐体のデザイン事例を集めてみましたので、ご紹介します。

01.マイナス

MINUSは、電卓の形をわかりやすく見直したシンプルなコンセプトの電卓です。

すっきりとした外観と丸みを帯びた数字ボタンが、電卓にまったく新しいフォルムを与えている。

デザイナー:テレケス - デザイン

02.フリップ

FLIPは電卓のデザインコンセプトであり、未使用時にホコリやその他のダメージからデバイスを保護し、ユニークなフォルムで机の上を整頓することができる。

円盤型のデザインはお手入れが簡単。

デザイナー:ジェワン - 朴

03.ニューモレーター

デザイナー:イ・ジヌク

このミニマルでスタイリッシュな電卓は、滑りにくいブラックの裏蓋で快適に使えます。半透明のシェルからは、下のボタンの色が見えます。シリコンカバーの下のカラフルなボタンと、2種類のボタンです。

04.スペースバー

キーボードの大きなスペースバーがデザイナーの目に留まり、この電卓に適用された結果、特大のスペースバーを持つ電卓が誕生した。

黒、白、グレーのシンプルな3色を使ったスタイリッシュな電卓。

デザイナー:エロディ - DELASSUS

05.ロジテック

これは、視覚障害者のために特別にデザインされた点字電卓のコンセプトデザインです。

各ボタンには独自の表面処理が施され、視覚障害者の利便性を高めている。

デザイナー:メルヴェ・ヌール・セークメン

06.ミッドトーン

ミッドトーン電卓は、丸いボタンと単色配色のシンプルなブロック型が特徴です。インターフェイス全体がすっきりと洗練されている。

液晶画面の背景色と電卓の色がマッチし、素朴で統一感のある製品に仕上がっている。

デザイナー:エルデム・セレク & ハレ・セレク

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