車載用センサーハウジング設計ガイド：材料、肉厚、公差

量産中の自動車用センサーハウジングのほとんどは、絞り加工されたステンレス鋼の外殻です。本ガイドでは、これが絞り加工にとって何を意味するかを解説します。どのグレードがどのセンサーに適しているか、絞り加工の肉厚はどこまで薄くできるか、部品の組立可否を左右する公差、そしてセンサーハウジングのスクラップの大半を引き起こす設計上のポイントを取り上げます。ハウジング図面をリリースする必要があるエンジニアや購買担当者向けに書かれており、BalfordがDFM時に実施するレビューと同じ内容です。

図面がすでにお手元にある場合は、DFMレビューのために送付してくださいその後、材質、絞り工程順序、および管理が必要な特性についてご連絡いたします。

1. センサーハウジングに求められること

センサーハウジングは見た目だけの部品ではありません。その役割は機械的なものであり、以下の4つの点で評価されます：

• 検知素子の位置を確認します。この部品は、何百万個もの生産を通じて、毎回、取付ねじまたはボスに対して既知の位置に配置される必要があります。
• 媒体に対するシール性。クーラント、オイル、燃料、または排気ガスが素子に到達したり、ハウジングから漏れ出したりしてはなりません。
• 過酷な環境に耐える。凍結防止剤、ブレーキダスト、飛石、グリコール系クーラント、燃料配合物、熱サイクルと振動——車両寿命を通じて、これらすべてに耐える。
• センサーメーカーが対応可能な肉厚で実現します。薄肉化は、軽量で応答性に優れたセンサーを実現する鍵であり、同時にその部品の絞り加工を難しくする要因でもあります。

2. 自動車用センサーハウジングの約99%がステンレス鋼である理由

この数字がほぼ普遍的である理由は、代替案が予測可能な形で破綻するからです。炭素鋼ハウジングはクーラントや凍結防止用の道路塩に耐えるためにめっき処理が不可欠ですが、めっきには厚さ公差があり、これが肉厚公差に積み重なります。また、コーティングは切断端面やねじ山など、まさに重要な箇所で最も薄くなります。さらに、高強度部品へのめっきは水素脆化のリスクを伴います。ステンレスは断面全体が耐食性を有するため、こうした問題は一切生じません。

3. センサー用途別のステンレス鋼種の選定

磁性か非磁性かは、コストではなく設計上の判断です。304および316Lは実質的に非磁性であり、ハウジングが磁場を乱してはならない用途に最適な選択です。ハウジングがです磁気回路の一部であり、材料には430フェライト系ステンレスを使用しています。そのため、絞り加工では寸法だけでなく磁気特性も考慮する必要があります。

4. 肉厚と絞り比の限界

ほとんどの自動車用センサーハウジングは、約0.3 mmおよび1.0 mm、直径、グレード、および絞り加工中に肉厚を意図的に薄くするかどうかによって異なります。

• 開始板厚ハウジングに求められる強度によって決定され、絞り加工によって決まるものではありません。薄いブランクは絞り加工が容易ですが、ねじやシール面を保持できない場合があります。
• 肉厚減少（アイアニング）は、絞り加工においてブランクよりも薄い肉厚が要求される場合に用いられます。明示的にご指定ください。指定がない場合、サプライヤーは通常、肉厚をブランク厚のままとするため、部品は図面の意図よりも重くなります。
• 絞り比段数はこの値で決まります。ステンレスは加工硬化が速いため、初回の絞りは深絞り用鋼板の場合よりも一般に控えめに設定し、以降の段では絞り量を少なくします。
• 中間焼鈍材料が成形限界を超えることなく最終径に到達できないシーケンスの場合に必要となります。これは工程コストであり、試作段階で発見するのではなく、事前に計画すべきものです。
• トン数よりも半径が重要です。ダイ半径が小さすぎるとひずみが集中し、ストレート壁に割れが発生します。逆に半径が大きすぎるとフランジにしわが生じます。材料グレードの加工硬化が大きくなるほど、加工可能なウィンドウは狭くなります。

5. ハウジングの組立可否を左右する公差

一般公差は図面に従います。図面に指示がない場合は、ISO 2768-mに準拠して作業し、DFM段階でより厳密な管理が必要な特性を明示します。実際には、センサーハウジングの成否を決める5つの特性があります：

6. センサーハウジングのスクラップを最も多く引き起こす設計上のポイント

• 許容等級を超えて厳しく絞られたコーナーR。まっすぐな壁に割れが生じる最も一般的な原因はこれです。ダイラジアスを大きくするか、工程を追加してください。
• どのように達成されるかを明示せずに指定された肉厚。図面が0.8 mmのブランクから0.4 mmの肉厚を要求する場合、「しごき加工」と明記してください。そうでなければ、部品は0.8 mmのまま仕上がります。
• 絞り壁が薄すぎてねじ切りが困難な箇所へのねじ指定。ねじのかみ合いには材料が必要です。局部的に肉厚を増やすか、ねじを機械加工部に移すかのいずれかです。
• 図面どおりに仕上げられたシール面。絞り加工面は通常、シールに適さないほど粗いため、仕上げ精度を指定し、工程計画に機械加工またはコイニング工程を含めるようにしてください。
• 金型製作後に発生する磁気要件ハウジングが磁気回路の一部である場合、グレードと焼鈍工程は設計の一部であり、金型製作後の調整事項ではありません。
• 清浄度およびバリの許容限界が明記されていません。センサ素子は遊離粒子に敏感であるため、図面に清浄度要件を明記してください。

7. 図面に記載すべき事項

• 材質グレード、およびハウジングが非磁性であるか磁性であるかの別
• 開始板厚、最終肉厚、およびしごき加工の有無
• 内径と外径間の同心度または振れ
• ねじ仕様および使用するゲージ
• シール面の仕上げ（Ra）およびシールを必要とする表面
• 清浄度およびバリ要件
• 熱処理、焼鈍、または不動態化の要件がある場合
• 年間数量と予想ロットサイズ - これにより、金型が順送、トランスファー、単発のいずれの設計となるかが決まります

図面にこれらのポイントを記載してお送りいただければ、DFMレビューは一般的な内容ではなく具体的なものとなります。Balfordは25tから350tまでのプレス能力を有し、Ø250 mmまでの絞り加工に対応するとともに、自社で金型を製作しております。そのため、レビューは質問リストではなく、プレス機、金型構想、工程順序を提示する形で返却されます。

よくあるご質問

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