東穎（Suzhou Dongying Electronic Technology Co., Ltd.）は、中国・蘇州で金型製作と射出成形を行っています。液冷プロジェクトでは、図面と要件を確認し、例えばコールドプレート配管接続部品について、成形評価の対象にできるかを検討します。すべての案件はこの確認から始まり、本稿はどの部品についても性能を保証するものではありません。
液冷ラックに使われる樹脂部品
要点：樹脂は冷却液に触れる接液部品にも、回路周辺の非接液部品にも使われます。この二つは分けて確認する必要があります。
| 部品の種類 | 接液するか | 主な確認事項 |
|---|---|---|
| コールドプレート配管接続部品と入口・出口継手 | はい | 冷却液との適合性、シール面、破裂と圧力に対する挙動 |
| マニホールド継手、アダプター、管端部品 | はい | 使用温度で冷却液に長期間さらされた際の劣化 |
| クイックコネクト内部部品（樹脂製の場合） | はい | 摩耗、シール、金属ボディーとの嵌合 |
| コールドプレートのカバー、保持具、ブラケット | 通常は接液しない | 剛性、平面度、ねじボス、難燃要件 |
| ホースクリップ、ケーブル・配管ガイド | いいえ | 嵌合、配索・配管経路、組立力 |
| 漏液センサーのハウジング、絶縁カバー | いいえ | 電気絶縁、難燃要件 |
このように分けると、材料検討の焦点が明確になります。非接液部品には通常の電子機器用ハウジングの考え方を適用できることが多い一方、接液部品には、使用する流体に対する承認が必要です。
接液材料リストの確認から始める
要点：使用できる樹脂を決めるのは、冷却液の仕様とシステムの接液材料リストです。グレードを選ぶ前に、そのリストを入手します。
Open Compute Project（OCP）の、単相コールドプレート式液冷ラックにおけるプロピレングリコール系流体の使用指針では、流体に触れる材料を接液材料と呼び、データセンター運営者が流体とすべての接液部品との適合性を確認・証明すること、また接液材料リストに材料を追加する場合は流体を再評価することを求めています（OCP）。使用可能な非金属材料の表には、EPDM、Viton の各グレード、FEP、PTFE、PP、HDPE、PEEK が挙げられています。
実務上は、次の二点に注意します。
- ガラス繊維強化 PPS や PA66 などの一般的なエンジニアリングプラスチックが、技術的には妥当な候補でも、プロジェクトのリストに含まれていなければ、システム側と流体サプライヤーによる承認が必要です。
- 同じ指針では、一般的な閉回路の温度を 49 °C 未満とし、66 °C を超えて運転する場合は接液材料リストを再検討するよう記載しています（OCP）。公称温度だけでなく、実際の最高流体温度を確認してください。
冷却液中の劣化：「強い樹脂」だけでは不十分な理由
要点：温水とグリコールによって、一部のポリマーは加水分解で徐々に劣化します。そのため、乾燥状態のデータシート上の強度より、実際の流体中での長期劣化データが重要です。
グリコール水溶液の冷却液は、多くの化学薬品に比べれば穏やかですが、部品は高温で何年もさらされます。代表例がポリアミドです。PA66-GF30 をエチレングリコール水溶液にさらした研究では、耐加水分解安定化グレードは標準グレードより明らかに良好な耐久性を示したものの、温度が高くなると安定剤の効果が弱まり、最高試験温度では両グレードとも著しく劣化しました（Polymer International）。このため、材料サプライヤーは冷却液への耐性をグレード別に示しています。例えば、Celanese の耐加水分解性 PA66-GF30 のデータシートは、指定温度でのグリコール水溶液と特定の冷却液に対する耐性を、それぞれ別に評価しています（CAMPUS）。
| 確認する質問 | 重要な理由 |
|---|---|
| 具体的な流体（水、PG25、その他）と防食添加剤の組成は何か？ | 添加剤によって適合性が変わる場合がある |
| 流体の最高温度と連続使用温度は何度か？ | 温度が上がると劣化が速くなる |
| この流体中での、使用予定グレードそのものの劣化データはあるか？ | 同じ樹脂系統でもグレード間の差は大きい |
| どの物性を合格基準にするか（強度、伸び、重量、寸法）？ | 結果を得る前に試験を定義できる |
| お客様の回路や試験装置で部品を試験できるか？ | 実験室での浸漬試験だけでは圧力サイクルを評価できない |
Solvay の Ryton PPS 設計ガイドは、ガラス繊維強化グレードを選ぶ際の主な判断要素の一つに耐熱水性を挙げています。同じ PPS でも、グレード選定が重要だということです（Solvay）。
シール面、ねじ、漏れ経路
要点：漏れのリスクは、シール面、ねじ、インサートとの界面に集中します。金型設計前に、これらの形状と検査方法を決めます。
- O リング溝とシール面： ゲート跡、パーティングライン、ウェルドラインが重ならないようにします。表面状態と検査方法を合意しておきます。
- 成形ねじまたは金属インサート： 金属インサートがねじを担うのか、シールを担うのか、誰が供給するのかを決めます。提出情報はインサート成形の入力資料にまとめています。
- 内圧がかかる壁面付近のウェルドライン： Ryton ガイドでは、ガラス繊維強化 PPS のウェルドラインは樹脂の比率が高く強度が低いため、低荷重部に配置するよう述べています（Solvay）。加圧されるコネクターでは、非接液ブラケット以上に重要です。
- 粒子： OCP 指針は、微細なサイドストリームろ過を推奨し、流体中に粒子を持ち込む可能性のあるねじ用シール剤を避けるよう注意しています（OCP）。内部流路のバリやフラッシュ、脱落しやすい繊維にも、同じように注意が必要です。
成形メーカーは液冷部品をどう評価するか
要点：形状、材料、試験計画が整合しているかを確認し、リスクと未解決事項を明確にしたリストをまとめます。性能を約束するための評価ではありません。
一般的な検討項目は次のとおりです。
- 改訂番号付きの図面と 3D モデル、シール形状、データム。
- 承認済みまたは提案中の材料グレード、および接液材料リストへの追加を誰が承認するか。
- 候補グレードに対する肉厚、流動長、ゲート案。流動解析で確認することも多くあります。
- インサートとねじの構想、およびシール面を避けたパーティングラインとエジェクター位置。
- お客様の検証計画：漏れ、圧力、劣化、必要に応じた燃焼試験、およびその実施者。
- 納入方法：金型を引き渡すか、成形メーカーで保管して部品を供給するか。金型と供給の範囲をご覧ください。
評価結果は、実現可能性に関する見解と、お客様に確認していただく事項のリストです。最終的な適否は、実際のシステムでお客様自身が行う適格性確認に基づいて判断します。
見積依頼に含める情報
要点：液冷部品は形状だけでは評価できません。図面と一緒に、流体と温度のデータをお送りください。
- 改訂番号付きの 3D モデルと図面。シール面、ねじ、重要なデータムを示します。
- 流体の種類、防食添加剤の組成、最高流体温度。
- プロジェクトの接液材料リスト、または承認済みグレード。
- 使用圧力、試験圧力、漏れ試験方法。
- 電子部品付近の非接液部品に必要な難燃等級。
- 年間数量、想定する金型寿命、希望する納入方法。
図面と改訂の管理、検査と承認の進め方をご確認いただくか、図面をお送りください。
よくある質問
AI サーバーの液冷には、どのような樹脂部品が使われますか？
AI サーバーの液冷用樹脂部品には、コールドプレート配管接続部品、マニホールド継手、アダプター、一部のクイックコネクト内部部品といった接液部品のほか、コールドプレートのカバー、ブラケット、配管ガイド、漏液センサーのハウジングなどの非接液部品があります。接液部品は冷却液に適合し、システムの接液材料リストで承認されている必要があります。非接液部品では主に剛性と嵌合が求められ、電子部品の近くでは適切な難燃等級も必要です。
PPS は液冷用コネクターに適していますか？
ガラス繊維強化 PPS は剛性が高く、吸水が少なく、多くのグレードが材料自体に難燃性を持つため、流体コネクターの候補によく挙がります。ただし、適否は使用するグレード、冷却液、温度、システム側の承認によって決まります。OCP のプロピレングリコール指針は、使用可能な樹脂に PPS を挙げていないため、プロジェクトの接液材料リストに追加するには、流体サプライヤーと評価する必要があります。
PA66 をグリコール冷却液に接触させてもよいですか？
自動車冷却系に使われる耐加水分解グレードなど、一部の PA66 は冷却液との接触用に設計されています。研究では、標準 PA66-GF30 は高温のグリコール水溶液中で安定化グレードよりはるかに速く劣化し、高温になると両者の寿命が短くなることが示されています。サーバー回路では、使用する流体と最高温度での当該グレードの劣化データを確認し、お客様自身の検証に含めてください。
接液材料リストとは何ですか？
接液材料リストは、液冷システムで冷却液への接触を認める材料の一覧です。金属、エラストマー、樹脂、シール剤を含みます。プロピレングリコール系流体に関する OCP 指針では、データセンター運営者が流体とすべての接液部品との適合性を確認・証明し、材料を追加する場合は流体を再評価します。接液部品の樹脂グレードを選ぶ前に、このリストを入手してください。
樹脂成形した液冷部品で漏れが起こる原因は何ですか？
漏れは通常、シール面、ねじ、インサートとの界面から始まります。O リングのシール面にあるゲート跡、パーティングライン、ウェルドライン、内圧がかかる壁面の弱いウェルドライン、金属インサート周囲の不十分な接合は、いずれも漏れ経路の原因になります。高温冷却液中での材料劣化により、時間とともにこうした弱点が悪化することもあります。金型設計前にシール形状と検査方法を決めることが、このリスクを減らす主な方法です。
液冷部品の評価には何を送ればよいですか？
改訂番号とシール面を示した 3D モデル・図面、流体の種類と防食添加剤の組成、最高流体温度、プロジェクトの接液材料リストまたは承認済みグレード、使用圧力と試験圧力、漏れ試験方法、年間数量、想定する金型寿命をお送りください。金型を引き渡すか、東穎で保管して部品を供給するかもお知らせください。これらの情報を基に、部品を成形評価の対象にできるかを検討できます。
関連ページ
出典
- Open Compute Project『単相コールドプレート式液冷ラックでプロピレングリコール系熱媒体を使用するための指針』（接液材料、使用可能な樹脂、使用温度、ろ過）：https://www.opencompute.org/documents/guidelines-for-using-propylene-glycol-based-heat-transfer-fluids-in-single-phase-cold-plate-based-liquid-cooled-racks-final-pdf
- Open Compute Project、Cooling Environments（冷却環境）プロジェクト：https://www.opencompute.org/wiki/Cooling_Environments
- 「ガラス繊維強化ポリアミド 6.6 材料の自動車用冷却液に対する耐性：寿命予測のための分析手法」、Polymer International：https://doi.org/10.1002/pi.6323
- Celanese、CAMPUS Plastics 掲載の Zytel 70G30HSLR BK099 データシート（グリコール水溶液および冷却液を含む化学媒体への耐性）：https://www.campusplastics.com/campus/en/datasheet/Zytel%C2%AE+70G30HSLR+BK099/Celanese/163/6dbd4c37
- Solvay Specialty Polymers、Ryton PPS 設計ガイド（耐熱水性を含むグレード選定、ウェルドライン。PDF は Drake Plastics がホスト）：https://drakeplastics.com/wp-content/uploads/2020/01/Ryton-PPS-Design-Guide.pdf