製造業におけるファスナーの種類と適切なファスナーの選び方

留め具の種類 

複雑な機械構造やアセンブリが、どのようにして強固な接合部と信頼性を備えて形成されるかご存知ですか？ファスナーは、複数の機械部品を1つのシステムや製品に接合するために使われる重要な部品の一つです。ファスナーとは、ナット、ボルト、ファスナー、ピンなど、様々な種類がある小さなハードウェア部品のことです。

ファスナーの用途は、単純な家庭用品から、航空機、電子機器、建築要素、自動車エンジンなどの複雑なエンジニアリング システムまで多岐にわたります。 様々なファスナーの形状、取り付け、機能、そして推奨される用途を理解することで、お客様のニーズに合った最適なファスナーの種類を選ぶことができます。では、様々なファスナーの種類と、それらを選択する際に考慮すべき要素についてご説明しましょう。 

始めましょう。 

 

ファスナーとは何ですか?

ファスナーの例

A ファスナー 大型アセンブリで使用される重要なハードウェアコンポーネントであり、2つ以上の個別部品を接合します。特に、様々な業界の板金部品に用いられます。確実な接合を実現するだけでなく、荷重分散、部品の位置決め、構造安定性、圧力保持、振動低減にも役立ちます。

ファスナーのサイズは1ミリメートルから数センチメートルまで様々です。基本的に、ファスナーは大きな部品をしっかりと接合する小さな機械部品です。ナットやボルトなどのファスナーは取り外し可能な接合部を形成しますが、他のファスナーは永久的な接合部を形成し、一度取り付けると部品を分解できなくなります。  

ファスナーには、ねじファスナー、リベット、メカニカルピン、ワッシャーなど、さまざまな種類があります。以下のセクションでは、これらのファスナーの種類について簡単に説明します。

 

ねじ式ファスナー

ねじ式ファスナー 内ねじ、外ねじ、または両方のねじ面があり、対応する締結部品と強固に結合します。  ネジ、ナット、ボルト、スタッドは、製造業で使用される最も一般的なねじ留め具です。これらについて簡単に説明しましょう。

ネジ留め具 

ネジ留め具

釘のように表面に螺旋状（またはその他の溝）の溝が刻まれた、最も一般的なねじです。電動ドライバーを使って十字穴に挿入することで、2つの金属部品をしっかりと固定できます。 

ねじ留め具には、セルフタッピングとねじ切り機能も備わっています。ねじを相手の穴に挿入して回転させると、部品にぴったりとフィットし、めねじが形成されて接合されます。 

• 板金ネジ: 薄い金属板やプラスチックに使用する、鋭く尖ったネジ。 
• ラグスクリュー: 六角頭を持つ、太くて粗いネジです。ラグネジは、重厚な木工作業や構造物の固定に適しています。
• キャップスクリュー: これらのネジは、重機の組み立て時に強力な締め付け力を発揮するために、ヘッドが大きくなっています。 

ナットファスナー 

ナットファスナー 

ナットファスナーは、機械部品に内ねじがなくても締結できます。ナットファスナーは、内ねじを備えた小型の締結部品であり、ボルトのペアとして機能します。ナットファスナーのねじサイズとねじ山パターンは、対応するボルトと同じです。 

ワークピースにナットに適合するサイズの穴を開け、ボルトを挿入し、ナットをかみ合わせてコンポーネントを固定するだけで、強力で柔軟なジョイントが実現します。

ナッツの代表的なバリエーションは次のとおりです。

• 六角ナット: これらは六角形の形状が特徴で、同様の形状のボルトと嵌合します。 
• キャップ/アクロンナット: 名前の通り、ボルトの先端を覆うためにキャップナットが使用されます。 
• 溶接ナット: これらはジョイントの片側で溶接されて永久的な結合を形成し、通常は長いボルトや届きにくい場所に使用されます。 

ボルトファスナー 

ボルト留め具 

ボルトがネジと異なる点は、部品を締結するために対応するナットが必要となることです。ボルトは丸頭または平頭の雄ねじで、電動ドライバーを使わずに締め付けることができます。 ボルト締結具は、単純な組立から高荷重の組立まで幅広く使用できます。高荷重に耐え、優れた機械的強度を提供します。ボルトとナットは、M6、M8、M10など、様々な標準メートル規格のサイズがあり、通常はM1.8からM25までの範囲です。また、M1.8からM25までの範囲で、ボルト締結具を自作することも可能です。 カスタムボルト 特定の作業に必要なサイズで。 

さらに、異なる ボルトの種類 六角ボルト、キャリッジヘッドボルト、両端ボルト、U ボルト、アイボルトなど、市場で入手可能なさまざまなボルトがあります。 

スタッドファスナー

スタッドファスナー

スタッドとは、ロッドの片側または両側にねじ山が切られた、頭のないねじ留め具です。スタッドは、頭部の代わりに、両端ねじ山を介して部品に挿入され、固定されます。スタッドの片側にのみねじ山が切られている場合は、確実な接続のために反対側にボルトが必要です。

これらは、接合された部品の均一な荷重分散と正確な位置合わせに適しています。スタッドは、高い振動や機械的ストレス下でも優れた性能を発揮します。 スタッドの一般的な使用は、エンジン ブロック アセンブリ、配管システム、重機でよく見られます。

• ダブルエンドスタッド: 両端にねじ山があるもの。
• フルスレッドスタッド: ロッドの全長にわたって、スレッドが付いたスタッド。
• フランジスタッド: 完全にねじ山が切られた本体の横に面取りされたエッジを持つもの。 
• 六角スタッド:  中央に六角が付いた両端ネジのスタッド。 

以下の表は、さまざまなタイプのねじファスナーの違いをまとめたものです。

タイプ	設計	特長	設置	機能と用途
スクリュードライバーを使用	異なる頭部形状の外ねじ	セルフタッピングタイプまたはマシンタイプ。	穴またはナットに直接打ち込みます。	板金、プラスチック、木材を素早く固定します。
ナット	内ねじ、六角、またはキャップタイプ。	ボルト/スタッドとペアになります。	レンチまたはトルクツールで締めます。	クランプ固定と簡単な分解を実現。
ボルト	ヘッドとシャンクを備えた雄ねじ。	ナットと組み合わせて使用​​する高強度タイプです。	穴に挿入し、締めて予圧をかけます。	構造と機械のジョイント。
スタッド	ヘッドレスロッドとネジ端。	固定された配置、再利用可能。	片方の端にはタップ穴があり、もう一方にはナットがあります。	エンジン、フランジ、重機。

 

リベットまたはねじなしファスナー 

リベットの種類

リベットは、内ねじや外ねじを使わずに、強固で信頼性の高い接合部を形成できる締結具の一種です。両端に頭と尾を持つ、滑らかで硬い棒状の部品です。 リベットは、穴にリベットを挿入し、その尾部を変形させることによって、通常はリベットの直径の約 1.5 倍にすることで、永久的な接合を形成します。 

リベットには、ソリッド、ブラインド、チューブラー、特殊/カスタム リベットなど、いくつかの種類があります。 

固体リベット

最も一般的なリベットはシンプルな設計です。片方の端に熱が加わった固い軸を穴に挿入し、尾側を変形させて2つの部品を接合します。機械、建築構造物、自動車、そして信頼性の高い接合部として使用されます。 航空宇宙ファスナー. 

ブラインドリベット 

ブラインドリベット（ポップリベットとも呼ばれる）は、片側からしかアクセスできない2つ以上の部品を接合します。シャフト本体とマンドレルで構成され、マンドレルを通して蒸気を引張ることでリベットを拡張し、強固な接合部を形成します。ブラインドリベットは軽量で、建設、電子機器、航空宇宙、自動車、その他の産業用組立工程で広く使用されています。 

管状リベット 

これらのリベットは中空管構造のため、変形力が少なく、容易に取り付けることができます。通常、リベットの尾端は外側に広がっており、確実な接続を実現します。 管状リベットは、HVAC ダクト、電子機器、照明器具、その他の軽量アプリケーションで使用されます。

特殊/カスタムリベット

これらのタイプのリベットは、特定のリベット接合目的に合わせてカスタム形状で製造されます。特殊リベットは、要件に応じてRリング型、扇形型、またはその他のカスタム形状にすることができます。 

マルチグリップリベット

マルチグリップリベットは、ブラインドリベットの一種で、グリップ範囲が広く、取り付け時に複数の折り畳み構造に拡張できます。そのため、マルチグリップリベットは、異なる厚さの部品を接合するのに最適です。マンドレルを本体から引き抜くと、本体が収縮・拡張し、厚さの差を吸収します。 

以下の表は、さまざまなタイプの非ねじ式ファスナーの違いをまとめたものです。

タイプ	設計	特長	設置	機能と用途
コールテン	ヘッド付きのソリッドシャフト。	強度があり、振動に強い。	熱い/冷たいものを挿入して尾を変形させます。	航空宇宙、機械、建設。
ブラインド	マンドレル付きの中空体。	一方的なアクセスが必要です。	マンドレルを引いて本体を拡張します。	自動車、航空宇宙、電子機器。
管状	部分的に中空のシャフト。	設定に必要な力が少なくなります。	ロック用のフレア中空端。	HVAC、照明、および軽量ジョイント。
マルチグリップ	グリップ幅が広いブラインドタイプ。	さまざまな厚さに適応します。	マンドレルは複数の折り目に拡張します。	異厚パネル、補修。
特殊リベット	カスタムシェイプまたはヘッド。	特殊な荷物に合わせてカスタマイズ。	設計要件どおり。	カスタム機械、特殊継手。

 

機械式ピンファスナー 

機械ピン

円筒形のねじなし締結具の一種です。メカニカルピンは、複数の部品の位置合わせ、位置決め、保持、固定に便利です。アセンブリ内でせん断荷重を効率的に伝達できます。

これらのタイプのファスナーは、一時的な接合に使用できます。必要に応じていつでも分解できます。リベットやボルトとは異なり、穴への干渉、ロッククリップ、摩擦、バネ作用、そして伸縮可能な変形機構を利用して取り付けられます。 

ここで、機械アセンブリで使用される一般的な機械ピンの種類を見てみましょう。

• ダボまたは円筒ピン: ダウエルピンは、対応する穴に挿入することで部品の位置を位置決めするシンプルな円筒形のピンです。ダウエルピンは、機械、工具、そして様々な工業製品の組み立てに使用されます。 
• スプリングピン: 弾性ピンとも呼ばれ、片端にピン本体よりも小さい直径のコイル状の穴が設けられています。所定の位置に挿入すると、拡張によってしっかりと固定されます。 
• コッターピン: スプリットピン、U字型ピン、ヘアピンとも呼ばれます。ベースにループがあり、そこから脚が伸びる構造になっています。穴に挿入した後、ジョイントを固定するために追加の留め具またはピンが必要です。 
• ロールピン: ロールピンは、コイル状のストリップから作られた特殊なスプリングピンで、穴の中で圧縮されてしっかりと固定されます。ロールピンは柔軟性があり、優れた衝撃吸収性を備えています。 

 

機械式洗濯機 

機械式洗濯機 

ワッシャーは厳密には締結部品ではありませんが、ボルトやナットの締結部品と一緒に使用されます。これらの薄い円盤状の部品は、ナットまたはボルトと接合面の下に配置されます。 

ワッシャーは荷重分散に役立ち、接合面の摩耗を防ぎます。また、締結時の損傷を防ぎ、取り付け後の緩みも防止します。

以下のリストは、機械式洗濯機の一般的なタイプの概要を示しています。

• 平ワッシャー: 中央に穴が開いた、薄く平らな形状のシンプルで一般的なワッシャーです。接合面と締結具の間のスペーサーとしても機能します。 
• スプリングワッシャー： これらのワッシャーは通常、軸方向の柔軟性に優れた螺旋形または円錐形です。スプリングワッシャーを使用することで、緩みを防ぎ、動荷重や振動に耐えることができます。
• ロックワッシャー: 名前の通り、ロックワッシャーは高荷重や振動下でも締結具の位置を保持します。ヘリカルロック、ツースロック、ウェッジロックに使用できます。

 

釘留め具 

釘留め具

釘留め具とネジを混同する人は少なくありません。違いは、釘には螺旋状のネジ山がなく、圧縮と摩擦によって完全に固定される点です。釘の頭部は、圧縮力を加えるために丸型または平型に設計されています。 

通常、釘は木材や薄い金属板などの軟質金属部品に使用されます。一方、ネイルガンを使用すれば、複数の釘を一度に打ち込むことができるため、施工時間を大幅に短縮できます。 

• 頑丈な釘: 建設機械や重機に使用されます。太いシャンクが必要な強度を確保します。  
• ブラッド・ネイルズ： トリムやパネル作業に特化した非常に細い釘です。 
• ロフィングネイル: 長さが短く、平らなヘッド (またはリング) を備えており、屋根葺き用途に使用されます。 

 

ファスナーにはどのような材料が使用されていますか? 

ファスナーの材料を選択するための最初の基準は、ファスナーが使用される部品の材料の種類であり、次にアプリケーションの要件です。  この場合の一般的な材料オプションとしては、スチール、ステンレス鋼、アルミニウムが挙げられます。

材料	学年	一般的な使用方法
炭素鋼	SAEグレード2、5、8	機械、建設、および航空宇宙用の汎用ボルト、ねじ、ナット 自動車用ファスナー.
ステンレス鋼	304（18-8）、316	海洋、食品加工、アウトドア用品
合金鋼	ASTM A193 B7、SAEグレード8	重機、圧力容器、構造アセンブリ
真鍮	36000	電気、装飾、配管用ファスナー
チタン	グレード2とグレード5	強度と軽量性が非常に重要となる航空宇宙、医療、海洋用のファスナー。
ナイロン	ナイロン6/6	電子機器、化学製品、軽作業用アセンブリ

さらに、ファスナーには耐腐食性、仕上げ、美観を向上させるために二次材料がコーティングされています。コーティングによっては、物理的、機械的、電気的特性も向上します。 一般的なファスナーコーティングは、黄色亜鉛メッキ、クロムメッキ、ニッケルメッキ、電気メッキ、灰色リン酸塩コーティングです。

適切な種類のファスナーを選択するための考慮事項 

メカニカルファスナーには様々な種類があるため、最適な接合強度と信頼性を得るために、どのファスナーをアプリケーションに選択すればよいか迷うかもしれません。単一のファスナータイプがあらゆる状況に最適なソリューションとなるわけではありません。どのファスナーを選択するかは、様々な要因によって異なります。

用途に最適なファスナーを選ぶには、以下の要素を考慮する必要があります。一般的な考慮事項について簡単にご説明します。

最終用途または意図された用途

まず、アプリケーションの要件を定義します。例えば、必要な接合強度、取り外し可能な接合部の有無、耐荷重性、必要なフィッティング、動作条件などです。選択するファスナーの種類は、これらの要件をすべて満たす必要があります。 

材料タイプ 

次に、接合する部品の材質を検討します。締結関連部品は、締結部品の材質と互換性がある必要があります。例えば、個々の金属部品を接合する場合は、金属製の締結部品を選択します。多くの場合、最適な選択肢として、同じ、またはわずかに強度の高い締結部品の材質を使用することが推奨されます。

運用環境 

接合された部品や組み立てられたシステムの使用環境を考慮してください。亜鉛メッキを施したステンレス鋼製のファスナーは、腐食性の高い環境に最適です。アルミニウムは、熱などによる損傷を受けやすい軽量部品に適しています。

望ましい美観

機能性や性能に関連する要素に加えて、望ましい外観も考慮してください。これは、装飾品、建築物、家具などの製品にとって特に重要です。そのため、美観を損なうことなく優れた性能を発揮するファスナーを慎重に選択してください。 

インストール方法 

適切なファスナーの種類を選ぶ際には、利用可能なファスナーの取り付け方法と機材を考慮してください。例えば、ネジファスナーを取り付けるには電動ドライバー、リベット締めにはリベットガンなどが必要です。

ファスナー製造工程

カスタムファスナーを作成する場合は、次のような製造方法も考慮してください。 CNC加工旋削加工、スイス式ネジ加工など、様々な加工に対応しています。これにより、必要な仕様のファスナーを確実に製造できます。

 

ファスナー製造における CNC 加工の課題

CNC 加工はファスナーの製造方法に革命をもたらしましたが、課題がないわけではありません。 メーカーが直面する可能性のある障害のいくつかを以下に示します。

• 素材の選定ファスナーの材質選びは非常に重要です。材質の特性はファスナーの性能に直接影響するからです。すべての材質が加工しやすいわけではないため、メーカーは材質を選ぶ際に、加工性、コスト、そしてファスナーの最終用途のバランスを考慮する必要があります。
• 複雑なファスナーの加工ファスナーは、さまざまな複雑な形状やサイズで存在します。このような複雑な部品を加工するには、多軸動作が可能な高度なCNCマシンと、マシンを正しく設定できる熟練したオペレーターが必要です。
• 品質管理製品の品質を維持するには、各締結部品が要求仕様を満たしていることを確認することが不可欠です。大量生産ではこれがより困難になり、高度な検査技術と自動化が必要となります。

表 4: ファスナー製造における CNC 加工の課題

課題	詳細説明
素材の選定	被削性、コスト、性能のバランスを考慮した適切な材料の選択
複雑なファスナーの加工	複雑な部品の製造には高度な機械と熟練したオペレーターが必要です
品質管理	大量生産において製品の完全性を維持するには、高度な検査技術と自動化が必要です

 

ファスナーのねじ山設計と標準化

ねじ設計例

世界中の製造業の統一を図るため、ねじの設計には様々な規格が用いられています。規格とサイズによって、製造業者と購入者は適切な種類のねじを選択できます。一般的な規格は、メートル法、ISO、UNC、UNFです。 

ここで、ねじ設計におけるねじ形状と許容差の役割を見てみましょう。

ねじの形状

まず、ねじ山の長さ、ピッチ、深さ、ねじ山角度（V字角）、そして必要な公差など、ねじ山の形状を定義します。細目ねじは高い引張荷重に耐えることができ、緩みのリスクを最小限に抑えることができます。一方、設計パラメータはシャンク径によって異なります。 

以下に、スレッドを設計するときにさまざまな設計変数を選択する方法の例を示します。 

サイズ	ピッチP(mm)	深さ	H/6（mm）	1·D (mm)	1.5·D (mm)
M3	0.5	0.270633	0.072169	3	4.5
M4	0.7	0.378886	0.101036	4	6
M5	0.8	0.433013	0.11547	5	7.5
M6	1	0.541266	0.144338	6	9
M8	1.25	0.676582	0.180422	8	12
M10	1.5	0.811899	0.216506	10	15

ねじ公差 

メートル法に従う場合は、等級と位置の組み合わせを確認してください。6g/6Hのような公差等級を参照できます。一方、ユニファイドシステムの場合は、2A/2Bのような等級を参照してください。 許容差は、機械ジョイントのフィッティング品質と構造の完全性に直接影響するため、非常に重要です。

まとめ

メカニカルファスナーは、組立工程において重要な部品です。板金、鋳造品、機械加工品を安全に接合し​​ます。用途に応じて、様々なファスナータイプからお選びいただけます。しかし、あらゆる用途に適合し、信頼性の高いファスナーを製造するには、高度な設備と熟練した技術者の専門知識が必要です。 

プロジェクト用のファスナーを注文する予定の場合は、経験豊富なメーカーを選択してください。 プロリーンテック。 我々は提供しています CNC機械加工サービス、鋳造、その他の製造施設を備え、標準ファスナーやカスタムファスナーを精密に製造します。 

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よくある質問

ファスナーの 5 つの基本的なタイプは何ですか?

締結具の基本的な種類は、ネジ、ボルト、ナット、ワッシャー、リベットです。ボルトとナットはネジ山付きの締結具で、リベットはネジ山がありません。一方、ワッシャーは荷重を分散し、緩みを軽減します。

ファスナーの実際のニーズは何ですか?

ファスナーの本来の役割は、部品を機械的に接合・位置決めし、荷重を伝達し、位置合わせを維持することです。ファスナーの種類によっては、必要に応じて分解できるものもあります。

ねじ付きファスナーはどのようなタイプのアセンブリを作成できますか?

ファスナーは、恒久的な接合と一時的な接合の両方を可能にします。ネジやボルトとナットは取り外し可能な接合部を形成しますが、リベットは恒久的な接合部を形成します。