ファスナー完全ガイド：種類、用途、応用

ファスナーとは

現代の産業では、あらゆる材料の器具がファスナーを用いて接合され、清潔で強力な接合が実現されています。溶接、はんだ付け、ろう付け、接着などの代替接合方法は材料を永久的に接合します。そのため、ほとんどのファスナーは接合部品を損傷せずに分解・取り外しが可能なため、より優れた選択肢となります。ただし、リベットのように永久的に接合するファスナーもあります。リベットの場合、接合を分解するにはリベット自体を破壊する必要があります。

本記事では、機械的ファスナーの定義、用途、機能、材質、種類について解説します。また、永久接合プロセスに対するファスナーの利点と欠点についても説明します。

ファスナーの定義

ファスナーとは、2つ以上の物体を機械的に接合するデバイスです。通常、ファスナーは永久的または非永久的ですが、多くは非永久的接合の作成に使用されます。これにより、接合部品を損傷せずに分解・取り外しが可能です。溶接などの他の接合プロセスは永久的な接合を作ります。

ファスナーは金属加工、木工などさまざまな分野で使用されています。これらの分野でファスナーを接合プロセスとして採用することは、多くの面で生活を容易にしています。金属ファスナーは強力で、大きな荷重を支える必要があります。粉末冶金や鋳造プロセスで製造されることが多いです。

ねじ付きファスナーは、必要に応じて容易に取り付け・取り外しができるため、部品組み立てで最も広く一般的に使用されています。ファスナーのネジは、ISO（メートル法）とANSI（統一規格）の2つの主要規格に標準化されています。ネジは用途により右ねじまたは左ねじがありますが、大半は右ねじです。ねじ付きファスナーにはボルト、ネジ、スタッドの3つの主要タイプがあります。

ファスナーの用途

ファスナーの用途は、他の接合プロセスより大きな利点を提供するため、今日非常に一般的です。実際、ほぼ全ての産業用途をファスナーのみで設計可能ですが、いくつかの要因を考慮する必要があります。考慮事項には以下が含まれます：

• ネジの種類
• ファスナーにかかる荷重
• ファスナーの剛性
• 必要なファスナーの数

特定の用途にファスナーを選択する際にも、以下を考慮する必要があります：

• アクセス性
• 取り付けプロセス
• 温度、腐食性要素、水への曝露などの環境条件
• 重量制限
• 接合する材料

身近なファスナーの用途には、椅子、テーブル、スツール、ドア、窓、キッチン用品、電気機器などがあります。広範な用途としては自動車産業、航空機、農業機械、海洋産業などがあり、実は機器を扱うあらゆる場所でファスナーが考慮されています。

ファスナーの材質

前述の通り、粉末冶金や鋳造はファスナー製造の一般的技術です。ファスナーは一般的に鋼で作られます。産業で主に使用される鋼ファスナーは、炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼です。ステンレス鋼ファスナーは200系列、300系列、400系列の3グレードで使用されます。

チタン、アルミニウム、各種合金などの他の材料も金属ファスナーの構築に使用されます。多くの場合、金属ファスナーに特殊コーティングやメッキを施して性能特性を向上させます。例えば、耐食性の強化です。亜鉛、クロム、溶融亜鉛メッキはファスナーで一般的なコーティング/メッキです。なお、鉄はほとんどのファスナーの構成要素です。

ファスナーの種類

以下に一般的なファスナーの種類と説明を示します：

ねじ付きファスナー

ねじ付きファスナーは内部および外部ネジ山を持ちます。ネジ、ナット、ボルトが一般的なねじ付きファスナーです。

ボルト - 一端に頭部（通常は六角頭）を持ち、他端にネジがあります。一般的にナットと併用し、場合によってはワッシャーと共に使用して固定します。

ネジ - ボルトと同様に一端に頭部、他端にネジを持ちます。通常、内部ネジ穴にねじ込んで使用します。キャップスクリュー、マシンネジ、木ネジなどさまざまな種類があります。

スタッド - 両端にネジがあり、頭部がありません。内部ネジ穴を持つ部品同士を接合するために使用されます。この場合、2つの部品が接合されます。

ナット

ナットはボルトと併用して2つ以上の部品をクランプします。一般的なナットの種類には以下があります：

六角ナット - 内部ネジを持つ平らな六角ナットです。最も一般的なナットタイプで、多数の用途で使用されます。

ロックナット - 他の物体にクランプせずにナットを所定位置でロックする必要がある場合に使用されます。

ナイロンインサートナット - ナイロンインサートを持つ六角形ナットで、振動によるナットの緩みを防止します。

シアナット - 円錐形で六角把持ポイントを持ち、最大トルクに達すると六角頭が折れます。取り外しが困難です。

ウィングナット - 2つの外部翼を持ち、手動で回転可能です。ナットを定期的に取り外す必要がある用途で一般的に使用されます。

ワッシャー

ワッシャーは、ボルト、ネジ、ナットの頭部と材料の間に配置してクランプするファスナーです。主な目的は、頭部の支持面積を増やし、下部の材料を損傷から保護することです。以下にさまざまなワッシャーの種類と用途を示します：

平ワッシャー - 最も一般的なワッシャーで、ボルト、ネジ、ナットの荷重を締め付け時に均等に分散させます。

カップワッシャー - カップ形状でファスナーの頭部が収まるようになっています。ファスナー頭部とフラッシュな仕上げを作り、木ネジと併用されます。

スプリングワッシャー - ロックワッシャーとも呼ばれ、ボルト、ネジ、ナットの振動による緩みを防止します。

リペアワッシャー - ペニーワッシャーやフェンダーワッシャーとも呼ばれます。より大きな支持面を作り、引き抜きを防止するよう設計されています。小さな内径が特徴です。

リベット

前述の通り、リベットは永久ファスナーです。取り外すと再利用できません。一部の産業や特殊用途で使用されますが、一般的に金属板やプレートの接合に用いられます。

ポップリベット - ハットとマンドレルで構成されます。2つの材料を接合するために使用されます。作動時、マンドレルがリベット本体内に押し込まれ、本体が膨張して材料を把持します。残りのマンドレルは把持と同時に折れます。

ラージフランジポップリベット - ポップリベットと用途は似ていますが、より大きなフランジを備えます。

マルチグリップリベット - 異なる厚みの材料を接合する際に使用されます。通常、複数のリベットサイズが必要になります。マルチグリップリベットは非常に汎用性が高くコスト効率に優れます。

ファスナーの利点と欠点

利点

ファスナーのさまざまな用途における利点：

• 部品の軽量化が通常達成される
• 引張強度Rm = 1500 MPaまでの高張力鋼の接合が可能
• 工具内で最小限のスペースで済む
• 工具メンテナンスが簡単
• 1種類のナットで幅広い板厚（t = 0.5〜5mm）に対応可能
• 全ての表面処理済み板金パネルに対応可能
• あらゆる作業方向で簡単かつシンプルな取り付け

欠点

ファスナーの優れた利点がある一方で、いくつかの制約も存在します：

• 部品に追加重量が加わる
• 接合ラインが明確に見える
• 穴あけが必要で、部品を弱める
• 特定のポイントに全荷重が集中し、疲労の原因となる
• 再締結が困難
• 腐食
• 力の精度が必要

結論

通常、ファスナーは永久的または非永久的ですが、多くは非永久的接合の作成に使用されます。2つ以上の物体を機械的に接合するデバイスです。本記事では、機械的ファスナーの定義、用途、機能、材質、種類について説明しました。また、ファスナーの利点と欠点についても学びました。

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