製造におけるファスナー完全ガイド：ネジ、ボルト、ナットなど

ファスナー（締結具）は、部品の設計、製造、組立において極めて重要な役割を果たします。これらの小さなハードウェアはシンプルで安価ですが、なければ家具、建築構造物、コンピューター、床材、車両など、多くの重要なものを作れません。

ファスナーの役割は、2つ以上のコンポーネントを機械的に接合することです。コンポーネントを接合する方法は多数ありますが、ファスナーの特徴は、通常（必ずしも常にではないが）非永久的な接合を作る点です。

ファスナーは至る所にあり、日常的に多くの種類に触れています。最も一般的な産業用金属ファスナーには以下があります：

• ネジ（スクリュー）
• ナット
• ボルト
• リベット
• スレッドインサートとロッド
• ワッシャー

しかし、ファスナーのカテゴリには、産業用以外のハードウェアも含まれます：DIY・木工用の釘、アパレル用のボタン・バックル・ジッパー、家庭用のペグ・ケーブルタイ、オフィス用のステープル・ピン・クリップなど。

これらすべてのファスナータイプは、わずかに異なる機械的原理で動作しますが、すべてオブジェクトの接合や組立に使用されます。例外を除き、ほとんどの産業用ファスナーは金属製で、通常は鋼（ステンレス鋼、炭素鋼、合金鋼）、アルミニウム、チタンです。3ERPで製作する多くの部品——機械加工、成形、板金部品を含む——は、最終的にファスナーを使って組み立てられます。

このガイドでは、さまざまな種類のファスナーを詳細に解説し、仕組みと使い方を説明します。ファスナーを用いた組立が必要なマルチコンポーネント製品を開発するプロトタイピングのお客様に役立つ情報です。

ファスナーとは

ファスナーとは、鋼などの金属で作られることが多いハードウェアの総称で、2つのコンポーネントを機械的に接合するために使用されます。

ネジ、ナット、ボルトなどを含むファスナーは、通常非永久的な接合を作ります。つまり、どちらのコンポーネントも損傷せずに接合を解除できます。ファスナーで2つのコンポーネントを接合し、後でファスナーを取り外して2つのコンポーネントを分離しても、それらを損傷させません。例えば、ネジはドライバーで、ナットはレンチで取り外せます。これに対し、溶接、接着、はんだ付けでは、コンポーネントを容易に分離できません。

ただし、リベットなど一部のファスナーは永久的な接合を作り、取り外しを想定していません。

ほとんどのファスナーは小型で、直径はミリメートル単位です。しかし、造船、パイプライン、エネルギー分野では、はるかに大型のデバイスが使用されます。ファスナーは、その2つ以上のコンポーネントを機械的に接合する機能によって定義されるものであり、サイズ、材料、用途によって定義されるものではありません。

ファスナーには無数の種類があります。産業・製造向けの最も一般的な金属ファスナーを以下に列挙します。

ファスナー材料

ファスナーは何で作られるか？

ファスナー製造に最適な材料には、鋼（ステンレス鋼、炭素鋼、合金鋼）、アルミニウム、チタン、銅、真鍮、ニッケル、各種合金があります。産業用ファスナーで一般的なステンレス鋼には、200、300、400シリーズがあります。

ファスナーは、追加機能（耐食性、電気絶縁など）のために他の材料でコーティングされることもあります。一般的なコーティング・めっきにはクロムと亜鉛があります。

ファスナーは何の材料に使用できるか？

さまざまなタイプの産業用ファスナーが、異なる材料で使用されます。特定の材料専用に設計されたファスナーもあります（例：木ネジ（木材用）、アンカーボルト（コンクリート用））。

ファスナー規格

米国機械学会（ASME）は現在、ファスナーに関するB18指定の下で66の有効な公開規格を持っています。品質重視のこれらの規格は、「ファスナー製品の工程内および最終検査要件を確立し」、「ファスナー購入者のための受入検査計画を提供」します。

ASME規格の例：

• B18.1.1: 小型リベット
• B18.1.2: 大型リベット
• B18.2.3.1M: メトリック六角穴付きボルト
• B18.3: ソケットキャップ、ショルダー、セットスクリュー、六角レンチ
• B18.6.1: 木ネジ
• B18.6.2: 十字穴付きキャップスクリュー、四角穴付きセットスクリュー、十字穴なしセットスクリュー
• B18.6.3: 小ねじ、タッピングねじ、金属製ドライブねじ
• B18.6.9: 翼ナット
• B18.18: ファスナーの品質保証

ネジ（スクリュー）

ネジファスナーは通常金属製で、締結対象のコンポーネント内部のメス内部ネジ（螺旋状の山）と噛み合うオス外部ネジを持つファスナーです。

ネジの決定的な特徴は、しばしば自己タッピング（自己ねじ切り）である点です：先端が鋭く、コンポーネントの表面に食い込みます。ネジを回転させると、コンポーネント内部にメス内部ネジを切り出し、接合を形成します。ネジはコンポーネント自体と噛み合うため、しばしばスタンドアロンのファスナーとして機能します。

ネジは機能的にボルトと似ていますが、ボルトは通常自己タッピングではありません：先端が丸く、コンポーネント側のメスネジは別の手段で形成する必要があります。

混乱を招くことに、技術的にはネジであるファスナーが、慣習的にボルトと呼ばれてきたケース（その逆も）があります。

ネジの種類

さまざまな用途に適した多くのネジタイプがあります。最も一般的なネジタイプ：

• タッピングネジ（薄板用ネジ）： 非常に鋭い自己タッピングネジで、薄板（シートメタル）だけでなく木材やプラスチックにも貫通可能。
• 小ねじ（マシンネジ）： 事前穴あけされた穴に取り付け、精密な細いネジ山を持ち、機械部品で最も広く使用される。
• キャップスクリュー： 大きな頭部を持つネジで、家電など機械の組立に典型的に使用される。
• アイボルト（アイネジ）： ラグアイスクリューとも呼ばれ、ラインを通せるループ状の頭部を持つ。
• ラグスクリュー： シャンクまでネジ山がある長い亜鉛メッキネジ、主に木工で使用。
• 木ネジ： 木工で一般的な、鋭い先端を持つネジ。

ネジのドライブタイプ

ネジはドライブ設計によっても分類されます：ネジを締めたり外したりするのに異なる工具が必要です。ドライブタイプには：

• 一字溝（スロット）
• 三つ穴（スリーポインテッド）
• 十字穴（クルシフォーム、例：フィリップス）
• 外部多角形（エクスターナルポリゴン）
• 内部多角形（インターナルポリゴン、例：六角穴／アレン）
• ヘキサロビュラ（トルクス）
• その他

ボルト

ネジと同様、ボルトは外部オスネジを持つファスナーで、2つ以上のコンポーネントを接続するために使用されます。

しかしネジとは異なり、ボルトは噛み合うための事前形成されたメスネジを必要とします。自己タッピングではなく、通常は先端が丸く、メスネジはナットに属することが多いです。ボルト（オス）とナット（メス）を組み合わせて、ネジのない穴を持つコンポーネントを接合し、この種の接合をボルト接合と呼びます。

ナットと併用する場合、ボルトファスナーは貫通穴（材料を完全に貫く穴）で機能し、ボルト頭が片側、ナットが反対側に来ます。一方ネジは、盲穴（材料の途中までしか貫通しない穴）を作るのによく使用されます。

ボルトの種類

さまざまな用途に適した多くのボルトタイプがあります。最も一般的なボルトタイプ：

• 六角ボルト： 六角頭のネジ付きボルトで、頭部直下にネジのない部分を持つ場合がある。
• セックスボルト： シカゴボルト、バレルボルト、バレルナットとも呼ばれ、メスネジのバレルとオスネジのスクリューで構成され、ボルトとナットの両方の機能を持つ。
• Uボルト： U字形のファスナーで、2本の平行なネジ付き端を持ち、配管などを固定するのに使用。
• アイボルト： ラインを通せるループ状の頭部を持つボルト。
• キャリッジボルト： 回転防止の丸みを帯びたキノコ型ヘッドと、直下の四角い首下を持つネジ付きボルト。

ナット

ナットは、対応するボルトと組み合わせてボルト接合を形成するために通常使用される、メスネジ穴を持つファスナーです。ナットとボルトの嵌合システムは、ネジのない穴を持つコンポーネントを接続するために機能します。

ナットとボルトは通常、摩擦、圧縮、ボルトのわずかな伸びによって固定されます。しかし、高振動用途では望ましくない緩みが生じることがあります。この場合、ロックナットやロック液でナットを固定するか、ボルトに2個目のナットを追加します。

ナットの内側はネジ切りされていますが、外側は手で回すかレンチで回すか、その他の要因によってさまざまな形状を取ります。

ナットの種類

さまざまな用途に適した多くのナットタイプがあります。最も一般的なナットタイプ：

• アコーンナット： キャップナットとも呼ばれ、ボルトの端を覆うよう片側がドーム状になっている。
• 溶接ナット： 片側を他の金属コンポーネントに溶接できるよう設計されている。
• 六角ナット： レンチで回しやすい六角形の外形を持つ一般的なファスナー。
• 翼ナット： 両側に翼のような形状があり、工具なしで手で簡単に回せる。
• バレルナット： 上記「セックスボルト」参照。

リベット

リベットは、通常滑らかなシャンクを持ちネジ山のないファスナーです。片端に頭部、もう片端にテールがあります。

ファスナーとして機能させるには、リベットを穴に挿入し、機械的力でテールを「アップセット（潰し広げ）」し、シャンク直径の約1.5倍に膨らませて接合を形成します。アップセット後、リベットは実質的に2つの頭部を持つことになります：元の工場頭部と新しいショップ頭部。

ネジ、ボルトとは異なり、リベットは永久的な接合を作ります：一度テールをアップセットすると、元の状態に戻せません。したがってリベット接合は、ボルト接合のような非永久接合より分離が困難です。

リベットの種類

さまざまな用途に適した多くのリベットタイプがあります。最も一般的なリベットタイプ：

• ポップリベット： ブラインドリベットとも呼ばれ、中央にマンドレルを持つチューブラー構造で、頭部付近の弱化部位で折れる仕組み。
• ソリッドリベット： シャンクと頭部を持つシンプルなファスナーで、リベットガンやハンマーで変形させる。
• セミチューブラーリベット： ソリッドリベットに似るが、先端に部分的な穴があり、アップセットに必要な力を低減。

その他のネジ付きファスナー

ネジ、ボルト、ナット以外にも、より特殊な用途のネジ付きファスナーがあります。

スレッドインサート（ネジインサート／スレッドブッシング）は、内部（場合によっては外部も）ネジを持つファスナーで、通常ネジを受け入れられない材料（柔らかすぎる、または既存のネジ穴が潰れた）に挿入されます。棚設置用のドライウォールアンカーのような働きをします。金属製スレッドインサートは、インサート成形でブッシングの周りを成形することで、成形プラスチック部品に取り付け可能です。

スレッドロッド（スタッド）は、両端にネジがありヘッドのない、ボルトに類似したファスナーです。引張り用途向けに設計され、両端にナットを取り付け可能です。

ワッシャー

厳密にはファスナーではありませんが、ワッシャーはナットやボルトなどのファスナーと併用されるハードウェアです。

ワッシャーは中心に穴のある薄い板で、スペーサー、荷重分散、ロック装置、振動減衰材として使用されます。通常円形ですが、四角形もあります。

ワッシャーはファスナーがコンポーネントに直接接触するのを防ぎ、コンポーネント表面を保護します。

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