防水・防塵（IP規格）に対応した電源筐体設計

屋外設備や産業用ロボット、工作機械など過酷な環境下で使用される電子機器において、電源ユニットの信頼性を担保する「防水・防塵設計」は極めて重要です。IP規格への適合は、単に水の浸入を防ぐだけでなく、製品の寿命や安全性、ひいてはブランドの信頼性を左右する大きな要因となります。

本記事では、IP規格の全等級（クラス）の詳細な定義を解説した上で、実際の電源設計現場で頻繁に求められる等級と、その達成に必要な設計アプローチについてプロの視点で解説します。

IP規格の等級定義

IP規格（International Protection）は、IEC（国際電気標準会議）およびJIS（日本産業規格）で定められた保護等級です。「IP○○」と表記され、第一記号（左側）が「防塵」、第二記号（右側）が「防水」性能を表します。

第一記号：防塵性能

0級から6級までの7段階で分類されます。数字が大きいほど保護性能が高くなります。

• IP0X（無保護）： 特別な保護がされていない。
• IP1X： 直径50mm以上の固形物が侵入しない（手の甲などが触れても危険な部分に届かない）。
• IP2X： 直径12.5mm以上の固形物が侵入しない（指先などが触れても危険な部分に届かない）。
• IP3X： 直径2.5mm以上の固形物が侵入しない（工具やワイヤーなど）。
• IP4X： 直径1.0mm以上の固形物が侵入しない（針金など）。
• IP5X（防塵形）： 機器の正常な動作や安全性を損なうほどの量の粉塵が侵入しない。完全防止ではないが、実用上問題ないレベル。
• IP6X（耐塵形）： 粉塵が内部に侵入しない。耐塵試験用粉塵が入らない最高レベルの密閉構造。

第二記号：防水性能（水の浸入に対する保護等級）

0級から8級までの9段階で分類されます。 ※近年は高温高圧洗浄に対応した「IPX9K」もありますが、一般的な電子機器規格としては0～8級が基本となります。

• IPX0（無保護）： 特別な保護がされていない。
• IPX1（防滴Ⅰ形）： 鉛直（真上）から落ちてくる水滴によって有害な影響を受けない。
• IPX2（防滴Ⅱ形）： 機器を15度傾けた状態で、鉛直から落ちてくる水滴によって有害な影響を受けない。
• IPX3（防雨形）： 鉛直から60度の範囲で落ちてくる水のスプレーによって有害な影響を受けない。
• IPX4（防沫形）： あらゆる方向からの水の飛まつ（水しぶき）によって有害な影響を受けない。
• IPX5（防噴流形）： あらゆる方向からのノズルによる噴流水（ジェット）によって有害な影響を受けない。
• IPX6（耐水形）： あらゆる方向からの暴噴流（強いジェット水流）によっても水が浸入しない。
• IPX7（防浸形）： 一時的に水中に沈めても（規定の圧力・時間）、内部に浸水しない。
• IPX8（水中形）： 継続的に水没しても内部に浸水しない（製造者と使用者の協議により、IPX7より厳しい条件を設定）。

防水・防塵を考慮した電源の筐体設計で「実際に求められる」等級レベル

上記のように多くの等級が存在しますが、産業用や屋外用の電源筐体設計においては、要求されるレベルはある程度集約されます。

防塵は「IP5X」以上が求められる

電源設計において、防塵性能はIP5X（防塵形）またはIP6X（耐塵形）が要求されることがほとんどです。

IP4X以下が採用されにくい理由

直径1mm以下のワイヤーや、空気中を舞う微細な金属粉などが侵入可能なレベルでは、回路基板上でショートを引き起こすリスクが高すぎるためです。

防水は「IPX5～IPX6」が求められる

防水性能については、設置環境によって以下の2つのレベルが主な要求ラインとなります。

IPX5（防噴流形）

屋外の配電盤など、直接雨が当たる筐体で求められるケースが多いです。直接雨が当たる屋外設置の電源では、最低限の要求となります。

IPX6（耐水形）

台風クラスの激しい風雨にさらされる環境で求められます。屋外設置の電源であれば、この等級を選択することが一般的といえます。

なお、IPX7（水没）以上は、水中ポンプ用電源など特殊な用途に限られます。一般的な電源設計では、放熱のための通気口を設けるか、完全密閉にするかのトレードオフが発生するため、過剰なスペック（不要なIPX7/8）を避けてIPX5～6に着地させるのが設計の勘所と言えます。

防水・防塵を考慮した電源筐体の設計のポイント

要求されるIP等級（防塵5-6、防水5-6）を満たすために、以下の3つの手法を適切に組み合わせます。

① 筐体の封止性を高める（ねじ止め、パッキン等）

IPX5～6レベルを達成するための最も標準的な手法は、筐体の合わせ目にゴムパッキン（Oリングやガスケット）を使用し、ねじ止めで圧縮して密閉することです。

一般的なゴムパッキンは絶縁体であるため、筐体パーツ間の導通が取れなくなり、シールド性能が低下します。電源装置ではノイズ対策も必須であるため、「導電性パッキン」や、金属メッシュを含んだガスケットを選定し、防水性とシールド性を両立させることが重要です。

② 樹脂コーティングを行う（表面保護）

IPX4レベルや、筐体内での結露対策として有効なのが、基板表面への樹脂コーティングです。これにより、湿気や埃による絶縁劣化を防ぎます。ただし、 「水没」や「強い水流」を防ぐ物理的な強度はないため、あくまで補助的な対策、あるいはIP5X（防塵）との組み合わせで信頼性を上げるために用いられます。

③ 樹脂ポッティングを行う（埋め込み）

IP6X（完全防塵）やIPX6～7（高防水）といった最高レベルの耐環境性能が求められる場合、筐体内部に樹脂（ウレタン、エポキシ、シリコン等）を充填し、回路を埋め込む「ポッティング」が採用されます。

水や粉塵が入る隙間そのものを無くすため、最も確実な保護方法です。同時に、放熱性の向上（樹脂による熱伝導）や耐振性の向上も期待できます。ただし、デメリットとしては、重量が増加する点、修理（リペア）が不可能になる点、製品単価が高くなる点が挙げられます。

基本的には、樹脂ポッティングは最終手段であり、筐体設計そのもので要求レベルをクリアすることが望まれます。

まとめ

防水・防塵を考慮した電源の筐体設計においては、全等級の中でも「防塵はIP5X～6」「防水はIPX4～6」が主要な要求スペックとなります。

設計者は、対象製品が「軒下（IPX4）」「雨ざらし（IPX5）」「高圧洗浄（IPX6）」のどの環境に置かれるかを見極め、適切なシール材の選定や、コーティング・ポッティングの要否を判断する必要があります。特に、防水構造とEMC（ノイズ）対策の両立は、パッキン選定における腕の見せ所と言えるでしょう。