電子工作の筐体設計を逆引きで総括する — 用途別の材料・固定・開閉ガイド

一通りの知識は入った。それでも、目の前の基板をどう箱に収めるかとなると手が止まる——3Dプリント 筐体づくりの学習でいちばん厄介なのは、知識と判断の間にある溝だ。壁厚の推奨値を知っていることと、自分のケースで何ミリにするかを決められることは違う。本記事は、その溝を埋めるための逆引き地図である。設置環境から材料を、開閉頻度から蓋と固定方式を、症状から原因を引けるように整理した。数値はすべて、これまでに出典を確認した値を再掲している。新しい主張はない。決めるための道具だけを並べる。

6日分の判断を1枚の地図にする

筐体設計で決めるべきことは、工程順に並べれば7つある。採寸、内部レイアウト、外形と壁厚、開口、固定、蓋、検証。だが実際の設計では、この順序どおりに悩みが訪れるわけではない。「屋外に置くけど材料どうしよう」「電池交換で毎週開けるんだが」「コネクタの穴がまた合わなかった」——悩みは、工程ではなく状況からやってくる。

そこで、3つの入口を用意する。

入口1: 設置環境から引く。どこに置くかが決まれば、材料が決まる。材料が決まれば、壁厚も印刷設定も連動する。

入口2: 開閉頻度から引く。何回開けるかが決まれば、蓋の方式と基板の固定方式が同時に決まる。この2つは独立ではない。

入口3: 症状から引く。すでに失敗している場合の逆引き。何が起きたかから、どこを直すかを引く。

以下、順に地図を示す。工程順の解説が要る場合は電子工作の筐体を3Dプリントで作る（2026-08-03 公開）に戻ってほしい。

逆引き① 設置環境から材料を引く

材料は3つの質問で決まる。室内か屋外か、直射日光が当たるか、内部に発熱源があるか。

判断の根拠となる数値を再掲する。Polymaker の技術データシートによれば、荷重たわみ温度（ISO 75）は PolyLite PLA が 0.45MPa 条件で 60°C・1.8MPa 条件で 58°C、PolyLite PETG が 78°C と 75°C、Polymaker ASA が 103°C と 100°C、PolyLite PC が 111°C と 107°C である。荷重条件を書かない耐熱値には意味がない、という原則も一緒に持ち帰ってほしい。

材料を上げれば造形は難しくなる。反り、層間接着、乾燥の要求が順に厳しくなっていく。使いこなせない材料で失敗するくらいなら、使いこなせる材料で設置場所を変えるほうが、実務としては正解であることも多い。詳細は筐体の中は思ったより熱い（2026-08-07 公開）にまとめた。

逆引き② 開閉頻度から蓋と固定を引く

「何回開けるか」という一つの問いが、蓋の方式と基板の固定方式を同時に決める。

蓋と基板の固定が連動する理由は単純だ。蓋を開ける動機の多くは、中の基板に触るためである。蓋だけを工具なしで開けられても、基板が固く留まっていればメンテナンスの手間は変わらない。逆に、蓋を年に一度しか開けないなら、基板の固定にインサートを埋める必要もない。この2つを別々に決めると、片方だけが過剰になるか、片方だけが足を引っ張るかのどちらかになる。

樹脂に直接ねじ込む方式は、繰り返しの開閉で保持力を失う。ここをケチると、3回目の分解でネジが空回りしてボスを作り直すことになる。逆に、一度組んだら開けない箱にインサートを埋めるのは工数の無駄だ。方式の詳細は基板を筐体に固定する方法を選ぶ（2026-08-04 公開）と蓋の開け閉めをどう設計するか（2026-08-06 公開）にある。

なお、リビングヒンジを検討している場合は先に確認してほしいことがある。射出成形のリビングヒンジ設計値（厚み 0.012 インチ、約 0.30mm など）は、成形時の分子配向という FDM に存在しない前提の上に成り立っている。この数値をそのまま持ち込んでも、ヒンジではなく単なる弱い部分ができるだけだ。回転する蓋が欲しいなら、ピンを通す印刷ヒンジのほうが確実である。

逆引き③ 症状から原因を引く

すでに刷ってしまった人のための逆引き。

開口まわりの症状が多いのは偶然ではない。ここが最も刷り直しを生む工程だからだ。原因の切り分けはコネクタの穴が合わない問題を終わらせる（2026-08-05 公開）で詳述した。

用途別テンプレート5種

よくある5つの用途について、選択の組み合わせを示す。

室内ガジェット（デスクの上の小物、時計、センサ表示器）。PLA、壁厚 2mm、ボス直ネジかインサート、段付きラップの蓋、通気は不要か最小限。最も難度の低い構成であり、最初の1個はここから始めるのがいい。

屋外センサ（軒下の温湿度計、ポスト監視）。ASA、壁厚を厚めに、インサート、リップ＆グルーブにガスケット溝、開口は下向きを避け、上に庇。ケーブルは側面から出してストレインリリーフを付ける。防水等級は名乗らない。

車載機器。ASA または PC。夏の車内は最も過酷な環境のひとつで、PLA は選択肢に入らない。振動対策として基板は確実に固定し、スロット式は避ける。ネジは緩み止めを併用し、ケーブルは必ず筐体側で張力を受ける。ダッシュボード上に置くものは、直射日光と輻射熱の両方を受けるため、色にも配慮したい。黒い樹脂の表面温度は同条件の明色より上がる。

工具箱・収納（ビットケース、部品トレー）。PLA か PETG、蓋はヒンジと磁石、内部は仕切りのみで固定機構は不要。開閉頻度が高いので、樹脂に直接ねじ込む方式は選ばない。

ラック・DIN レール。PETG 以上、既製のレール取付金具かクリップ形状を底面に持たせる。複数台を並べる前提なら、外形寸法を規格に合わせて設計する。この構成では、筐体の寸法が「入る場所」から先に決まるため、内側から外へという通常の順序が逆転する。設置寸法を先に固定し、内寸に基板が収まるかを確認する順序になる。

数値の早見表 — 出発点として持つ値

設計の出発点となる数値を一覧にする。出典は Protolabs Network（旧 Hubs）の筐体設計指針が中心で、いずれも「自機で検証して補正する前提の初期値」である。

参照によく使う実寸も再掲しておく。Raspberry Pi 5 は公式機械図面（RP-008347-DS-1）で基板 85 × 56mm、取付穴ピッチ 58 × 49mm、穴径 Ø2.7mm、基板端からのオフセット 3.5mm。USB Type-C のレセプタクル開口は 8.34mm × 2.56mm だが、実際に穴を通るケーブル側のオーバーモールドは標準化されておらず、必ず実測が要る。パネルマウントの押しボタンは 12 / 16 / 19 / 22 / 25mm といった穴径系列があり、取付穴の公差は 0.3mm 以内が目安とされる。

印刷設定の早見 — 向き・壁数・サポート

設計が終わっても、スライサーの設定で品質は変わる。

印刷の向きが最も効く。上面が開いた本体は開口部を上に向けて刷る。これで側面のコネクタ開口はすべて垂直な壁面に位置し、上辺の垂れが最小になり、サポートも不要になる。蓋は平板のまま寝かせる。この2部品構成が広く使われているのは、印刷都合が最も素直だからだ。

壁数（外周の本数）は、強度に対してインフィルより効く。壁厚 2mm でノズル 0.4mm なら、外周を 3〜4 本に設定すればほぼ中身まで壁で埋まる。落として割れる箱を作りたくなければ、インフィル率を上げるより壁数を増やすほうが費用対効果が高い。

シームの位置は、外観と嵌合の両方に効く。シーム（層の継ぎ目）が合わせ面の上に来ると、リップとグルーブの嵌合に微妙な出っ張りが生じる。シームを角に寄せる設定にしておくと、この問題は回避できる。

サポートは、設計で消すのが原則だ。オーバーハングになる開口は上辺を 45 度の面取りかアーチにする。設計で解決できることをサポート材に肩代わりさせると、除去痕の処理という手作業が毎回発生する。

第一層は、エレファントフットの元になる。ベッド温度と第一層の押し出し量を詰めておけば、底面付近の開口が狭くなる問題は軽減する。それでも面取りは入れておきたい。

道具と材料の段階投資

いきなり全部を揃える必要はない。効く順に並べる。

第一段階。デジタルノギスと PLA。これだけで室内用の箱は作れる。ノギスがないと採寸ができず、採寸ができないと設計が始まらない。ここが最優先であることは動かない。

第二段階。PETG と、温度調節できるはんだごてとヒートセットインサート。発熱する機器と、開閉する蓋に対応できるようになる。インサートは M2.5 と M3 を揃えておけば、大半の基板をカバーできる。

第三段階。ASA と、40mm 程度のファン、そして TPU。屋外用途と、能動的な冷却と、防振に手が届く。ASA は造形環境（囲い、換気）の要求も上がるため、この段階は設備投資も含む。

任意。パネルマウント部品と防水コネクタ、ネオジム磁石、ゴムグロメット。いずれも「樹脂の精度に頼らない」ための部品であり、印刷の腕を上げるより確実に効く場面がある。

道具の考え方は3Dプリント 実用品 設計ロードマップ 2026（2026-07-26 公開）の段階投資の枠組みと共通している。

AIとの分業を運用に落とす

コード CAD と LLM を使った筐体設計の分担も、運用として整理しておく。

人間が担当。現物の実測（基板寸法、取付穴ピッチ、裏面突起、コネクタ開口の高さ、ケーブルの太さ）。要求の定義（設置環境、開閉頻度、落下の可能性）。そして寸法の保証。

AI が担当。コードの構造化、変数の宣言、ループによる反復配置、検証板やゲージの生成、指摘への追従。

機械が担当。導出式の再計算と干渉判定。パラメータから形が導かれるなら、成立判定も同じパラメータから自動化できる。

この三分割が効くことは、実際に生成させて確かめた。3世代にわたって修正を重ねたコードでも、締結柱が基板の占める空間に立つという幾何の破綻が残り、隙間はわずか 0.130mm、柱を外に逃がすには内寸を 106 × 77mm へ広げる必要があると分かった——これは検算して初めて見えた数字である。経過は筐体をAIに設計させる（2026-08-08 公開）に記録した。

運用として残すべきものは3つ。実測値をまとめたメモ、素材ごとのゲージ結果、そして再利用できるコードと検証スクリプト。この3点セットがあれば、次の筐体は測るところから刷るところまでが一直線になる。

記録の形式は凝らなくていい。実測値のメモは「基板名、外形、穴ピッチ、穴径、裏面突起、部品最高、コネクタ開口の中心高さ、測定日」の8項目を1行に書くだけで足りる。ゲージ結果は「素材と銘柄、印刷の向き、スッと入った寸法、押して入った寸法、入らなかった寸法、測定日」の6項目。どちらもテキストファイル1枚に追記していけばよく、半年後の自分が読めれば目的は達成される。凝った管理システムを作ろうとして続かないより、雑なテキストが増え続けるほうが価値が高い。

印刷前チェックリスト12問

本体を刷る直前に、この12問を読み上げてほしい。数分で終わり、数時間を救う。

1. 基板の裏面突起の高さを実測し、ボス高さはそれを上回っているか
2. ボスの根元にフィレットを回したか
3. ネジ穴の周囲に穴径1個分以上の肉厚があるか
4. 開口の寸法は、規格ではなく実際のケーブルを測って決めたか
5. ケーブルの根元が壁に当たらず、蓋が閉まる空間があるか
6. 開口の縁に面取りを入れたか
7. 合わせ面の凹凸クリアランスは、ゲージで確認した値か
8. 上下の部品でネジ穴の座標を同じ変数から参照しているか
9. 設置環境に対して材料の耐熱は足りているか（荷重条件つきの数値で確認）
10. 内部に発熱源がある場合、下から入れて上から出す通気があるか
11. サポート材が必要な面はないか。ある場合、設計で消せないか
12. 開けるための手段（指がかり、工具の溝）を設計に含めたか

12 問のうち、1 から 3 と 8 は座標と寸法の話なので、そのまま検証スクリプトに移せる。4 から 7 は実測とゲージの結果を突き合わせる項目で、記録が残っていれば数秒で確認できる。残る 9 から 12 は判断を伴うため、人間が読み上げるしかない。この振り分けを一度やっておけば、毎回の確認はぐっと軽くなる。

チェックリストを検証スクリプトに移していけば、判定の一部は自動化できる。人間の注意力に頼る品質管理は、疲れている日に破綻する。

まとめ — 箱づくりは測ることに始まり、記録に終わる

3Dプリント 筐体の設計を、3つの逆引きとして整理した。設置環境から材料を、開閉頻度から蓋と固定を、症状から原因を引く。この3つの入口があれば、目の前の基板に対して最初の一手が決まる。

数値の出発点は、壁厚 2mm、部品まわり 0.5mm、ポート片側 1mm、クリアランス穴 +0.25mm、セルフタップ穴 −0.25mm、ネジ穴周囲は穴径1個分、リブは壁厚の 75〜80%、ラグは幅 5mm 以上。材料は荷重たわみ温度で選び、PLA の 60°C と PETG の 78°C（いずれも 0.45MPa 条件）の間に、実用上の大きな境界がある。

そして、繰り返し強調してきたことを最後にもう一度書く。測るのは人間の仕事である。あなたの基板の実寸も、あなたの機体の収縮量も、あなたのケーブルの太さも、どこにも書かれていない。公式の機械図面ですら「寸法は概算であり参照用」と断っている。設計の出発点は、常に手元のノギスにある。

もうひとつ。記録が次を速くする。素材ごとのゲージ結果、実測値のメモ、再利用できるコード。1個目の箱は時間がかかるが、記録を残していれば2個目は半分になり、3個目は測るだけで設計が終わる。この積み上がりこそが、3Dプリントで筐体を内製する最大の利点だ。

機能部品づくり全体の地図に戻りたい場合は3Dプリント 実用品 設計ロードマップ 2026（2026-07-26 公開）を、AI を使った設計手法の全体像はAI 3D設計 完全ガイド 2026（2026-07-19 公開）を参照してほしい。

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