リベットナットの「保持力」の正体

リベットナットは何ポンドまで耐えられるかと尋ねられると、その答えはどのような種類の荷重について話しているのかによって異なります。リベット ナット (ナットサート、ブラインド リベット ナット、またはねじ付きインサートとも呼ばれる) は 3 つの異なる方法で破損する可能性があり、それぞれに独自の強度評価があります。違いを理解することは、リベットナットを正しく安全に使用するための第一歩です。

引抜強度 （引張強度とも呼ばれます）は、リベットナットを基材から軸方向にまっすぐに引き抜くのに必要な力です。つまり、穴を通してナットを引っ張るのと同じです。これはテストが最も簡単な故障モードであるため、最も一般的に参照される定格荷重です。 せん断強度 リベットナットの軸に対して垂直に加えられる横方向の力、つまりファスナーを材料内で横方向にスライドさせようとする種類の荷重に対する抵抗です。 トルクアウト強度 は回転抵抗、つまり取り付けられた部品の回転力です。 リベットナット 穴の中で回転する前に処理できます。実際のアプリケーションのほとんどでは、実際の荷重は 3 つすべての組み合わせですが、メーカーが定格荷重に使用する主なベンチマークは引抜強度です。

サイズと材質別のリベットナット耐荷重

リベットナットの保持強度の 2 つの最大の変数は、ネジのサイズとリベットナット自体の材質です。ここでは、一般的なリベット ナットの仕様で見られる典型的な引き抜き強度とせん断強度の数値を実際に内訳します。これらは 2 ～ 3 mm の鋼板への取り付けに基づく代表的な値であることに注意してください。実際の数値はメーカー、基材、および取り付け品質によって異なります。

これらの数値は、適切な厚さの鋼板に取り付けられる単一のリベットナットの能力を表しています。通常、せん断強度の値は、同じファスナーの引抜き強度の 60 ～ 80% になります。安全性が重要な用途では、常に少なくとも 3:1 ～ 4:1 の安全率を適用してください。つまり、使用中に定格 1,200 ポンドから 300 ～ 400 ポンドを超えるファスナーに負荷をかけるべきではありません。構造の品質と熱処理はブランドによって異なるため、使用している正確な製品については、必ず特定のメーカーのデータシートを参照してください。

基材の厚さによってすべてが変わる

上記の定格荷重は、リベットナットのサイズに適切な厚さの鋼板に取り付けることを前提としています。実際には、取り付ける基材の厚さと強度は、リベット ナットが実際に耐えられる重量に多大な影響を及ぼします。多くの場合、リベット ナット自体よりも影響が大きくなります。薄いアルミニウムシートに取り付けられた高強度ステンレス鋼のリベットナットは、アルミニウムが許す限りの強度を持っています。

最小シート厚要件

すべてのリベット ナットには指定されたグリップ範囲、つまりクランプするように設計されたシートの最小および最大の厚さがあります。ベース素材が最小グリップ範囲よりも薄い場合、リベットナットはブラインド側に適切な膨らみを形成せず、その結果、取り付けが緩んで強度不足となり、定格容量のほんの一部で抜けてしまう可能性があります。一般に、M6 リベット ナットの場合は、少なくとも 1.5​​ mm のスチールまたは 2.0 mm のアルミニウムが必要です。 M8 以上の場合、完全な強度で取り付けるには 2.0 ～ 3.0 mm の鋼材が実際的な最小値です。指定よりも薄い材料でリベット ナットを使用することは、DIY や軽工業作業でファスナーが早期に破損する最も一般的な原因の 1 つです。

母材の強度は厚さと同じくらい重要

軟鋼板に取り付けられたリベットナットは、同じ厚さのアルミニウムまたはプラスチックに取り付けられた同じファスナーよりも大幅に保持します。リベットナットのブラインド側フランジは、シート素材の裏面に押し付けられます。素材が柔らかいか脆い場合、リベットナット自体が定格引抜強度に達する前に、ファスナーの周囲で変形したり亀裂が入ったりします。アルミニウムに取り付ける場合は、同等のスチールに取り付ける場合と比較して、予想される荷重を 40 ～ 60% 削減します。複合パネル、グラスファイバー、または薄いプラスチック シートの場合、リベット ナットは一般に、重大な構造的負荷に対して適切な留め具の選択ではありません。代わりに、ねじ付きプレートまたはバッキング プレートを使用する必要があります。

リベットナットの本体形状と耐荷重への影響

すべてのリベットナットが同じボディ形状をしているわけではなく、ボディのスタイルは、引き抜き強度と、重要なトルクアウト抵抗の両方に直接影響します。つまり、取り付けられたインサートがボルトを締め付けたときにどれだけ回転に抵抗するかに影響します。

丸胴（スムースシャンク）リベットナット

標準の丸胴リベットナットは、滑らかな円筒形のシャンクを備えています。最も一般的なタイプで、取り付けは簡​​単です。弱点はトルクアウト耐性です。高いボルト締め付けトルクがかかると、回転を妨げる機械的特徴がないため、滑らかな丸い本体が穴の中で回転する可能性があります。これにより、安全なボルトのトルクが比較的控えめな値に制限され、ボルトの頻繁な取り外しと再取り付けが必要な用途にはあまり適しなくなり、累積的な回転により時間の経過とともに穴が拡大する可能性があります。

ローレットボディリベットナット

ローレットリベットナットは、シャンクの外面に鋸歯状またはローレット加工が施されています。取り付け中、これらの鋸歯状の部分がドリル穴の壁に食い込み、滑らかなボディよりもはるかに効果的に回転に抵抗します。ローレット付き M8 リベット ナットのトルクアウト抵抗は、同等の滑らかなボディ設計より 3 ～ 5 倍高くなる可能性があり、滑らかなボディの 8 ～ 15 Nm と比較して 30 ～ 50 Nm を超えることがよくあります。定期的にボルトを締めたり緩めたりする用途や、高いボルト予圧が必要な用途には、ローレットボディリベットナットが最適です。

六角ボディリベットナット

六角ボディのリベット ナットには六角穴 (ドリルではなくパンチまたはブローチ加工) が必要ですが、どのリベット ナット タイプよりも高いトルクアウト抵抗を実現します。六角ボディの平らな側面は六角穴の側面に対して機械的にロックされ、適用されるボルトトルクに関係なく回転を効果的に防ぎます。これらは、振動や繰り返しの組み立てサイクル下でのファスナーの完全性が重要である自動車および航空宇宙製造において推奨される選択肢です。六角穴の要件が主な制限です。これにより、穴の準備に手順が追加されますが、すべての用途で実現できるわけではありません。

インストールの品質は思っている以上に大きな影響を及ぼします

正しく指定され、高品質の素材で作られたリベットナットでも、正しく取り付けられていないと、定格容量を大幅に下回って破損する可能性があります。現場でのリベットナットの故障の大部分は不適切な取り付けに起因しており、これらの故障のほとんどは完全に防ぐことができます。

• 穴のサイズが間違っている: リベットナットのクリアランスホールは、メーカーが指定した穴の直径と正確に一致する必要があります。穴が大きすぎると、リベットナットがシートを適切にグリップできなくなり、負荷が軽減されたときにインサートが揺れたり、抜けたりする可能性があります。穴が小さすぎると、リベットナットがフランジにぴったりと収まらず、クランプ形状が損なわれます。仕様に合わせて穴をあけます。「十分に近い」ことに依存しないでください。
• 過小設定または過大設定: リベットナットが正しいストロークに設定されていないと、ブラインド側の膨らみが不完全になり、グリップ力が弱くなります。オーバーセットされたリベットナットでは、ブラインド側のフランジが潰れて亀裂が入ったり、ねじ部が歪んだりします。どちらの条件でも耐荷重が大幅に減少します。リベットナットの仕様に適合したマンドレルを備えた校正済みの取り付けツールを使用します。構造上の取り付けには、インパクトドライバーや即席の設定ツールは避けてください。
• 位置ずれ: リベットナットをシート面に対して斜めに取り付けると、ボルト締め時に不均一な荷重がかかり、フランジの片側に応力が集中します。これは、完全に垂直な穴を開けることが難しい薄肉チューブの用途でよく見られる故障モードです。取り付ける前に、穴が表面に対して直角であることを確認するために時間をかけてください。
• 間違ったツールを使用すると: 手動リベット ナット ツールは、薄い材料で少量の M4 ～ M6 リベット ナットに適しています。 M8 以上の場合、または 2 mm 鋼よりも硬い材料の場合、空気圧式またはコードレス リベット ナット ツールを使用すると、はるかに安定した設定力と大幅に優れた取り付け品質を実現できます。ハンドツールの引張力が一貫していないことは、DIY 用途でリベット ナットがセットされていない主な原因の 1 つです。

平頭対皿頭対ラージフランジ: フランジのスタイルは強度に影響しますか?

リベット ナットにはいくつかのフランジ プロファイル オプションがあり、その選択は特定の用途における荷重分散と実際の荷重容量の両方に影響します。

標準のフラット フランジ リベット ナットは、ほとんどの用途のデフォルトです。フランジはシートの表面に対して同一平面に位置し、定義された接触領域に荷重を分散します。ラージフランジリベットナットはフランジ直径が大幅に広いため、引き抜き荷重がシート表面のより広い領域に分散されます。これは、薄い材料や柔らかい材料で特に有益です。フランジが大きいため、リベット ナットがフランジの端で材料を引き抜くのを防ぎ、標準フランジと比較して、これらの基板の引き抜き強度を効果的に 20 ～ 40% 増加させます。 2 mm より薄いアルミニウム シートまたは複合パネルに取り付ける場合、大きなフランジのリベット ナットを指定すると、ねじのサイズを変更したり、材料を変更したりせずに定格荷重を向上させる簡単な方法です。

皿穴 (CSK) フランジ リベット ナットは、表面が完全に面一でなければならない、つまり突出するフランジがない必要がある用途向けに設計されています。皿穴形状は荷重を平らな座面全体に分散させるのではなく、皿穴の端に集中させるため、トレードオフとして、フランジ境界面での引き抜き抵抗が減少します。 CSK リベット ナットは、表面プロファイルが優先され、荷重が中程度である場合に最適です。最大荷重容量を求めるには適切な選択ではありません。

実際の荷重例：リベットナットの実際の用途

数値を状況に合わせて配置すると、期待を調整するのに役立ちます。一般的な現実の使用例とそれに伴う負荷要求を次に示します。

• 車両のボディパネルとトリム: プラスチックのトリム パネルや薄い板金のボディ セクションの取り付けには、通常、通常の状態でファスナーあたり 50 ～ 200 ポンドの引き抜き荷重がかかります。 1.5 ～ 2 mm の鋼板製の M5 または M6 アルミニウム リベット ナットは、大きな余裕を持ってこれに快適に対応できるため、自動車のボディ組み立てで標準となっています。
• ルーフラックと貨物積載ポイント: 4 ～ 6 個の取り付けポイントに分散された 150 ポンドのギアを搭載したルーフ ラックには、静的条件下でファスナーあたり約 25 ～ 40 ポンドの持続的な引き抜き荷重がかかりますが、動的な道路荷重ではさらに大幅に増加します。 3:1 の安全率を備えた 2 mm 鋼板の M8 鋼製リベット ナットは、この用途に余裕を持って対応しますが、取り付けの品質と基材は想定するのではなく検証する必要があります。
• エンクロージャへの機器の取り付け: 電子制御キャビネットと機器のエンクロージャは、リベット ナットを使用してコンポーネントと DIN レールを薄い板金壁に取り付けます。一般的な負荷は、ファスナーあたり 20 ～ 100 ポンドです。ここでは M5 または M6 スチール リベット ナットが標準であり、主な関心事は最終的な引き抜き強度ではなく、組み立て中のトルクアウト抵抗です。
• 構造ブラケットと耐荷重マウント: リベットナットは、組み立てられたアセンブリの構造ブラケット (モーターマウント、サブフレームブラケット、または重機アーム) を取り付けるために使用されることがあります。これらの用途では、ファスナーあたり 500 ～ 2,000 ポンドの持続荷重がかかる場合があります。これらのレベルでは、適切な厚さの鋼に取り付けられた M10 または M12 鋼製リベット ナットで需要を満たすことができますが、工学的な計算とテストが必要です。リベットナットは、正式な荷重検証なしに、安全性が重要な構造接続の唯一の固定方法として使用すべきではありません。
• アルミ押出フレーム： 治具、治具、機械ガード用のモジュール式アルミニウム フレーム システムでは、リベット ナットがアルミニウム押し出し材の薄壁に取り付けられることがよくあります。一般的な押出成形品の壁の厚さは通常 1.5 ～ 3 mm です。ここでは、M6 ラージ フランジ アルミニウム リベット ナットが最大 200 ～ 400 ポンドの荷重に適していますが、M8 以上の薄肉アルミニウム押し出し材の場合は、単にリベット ナットの定格強度に依存するのではなく、母材の容量を慎重に検討する必要があります。

リベットナット vs. ウェルドナット vs. クリップナット: 耐荷重の比較

リベット ナットは板金にねじ接続を追加する唯一の方法ではありません。代替ナットとの比較を理解することは、関係する荷重に応じて適切な固定方法を選択するのに役立ちます。

リベット ナットは実用的な中間点を占めます。クリップ ナットよりもはるかに高い強度が得られ、ブラインド側にアクセスせずに取り付けることができるため、片側からの穴あけと取り付けが唯一のオプションである修理、改造、および製造に最適なツールになります。両側にアクセスでき、負荷が非常に高い場合は、溶接ナットまたはセルフクリンチングナットがリベットナットよりも優れた性能を発揮します。ただし、ほとんどの汎用板金作業では、適切なサイズのスチール製リベット ナットを適切に取り付ければ十分です。

特定のリベット ナットの正確な定格荷重を確認する方法

一般的な強度表は大まかな計画には役立ちますが、車両の改造、機器の取り付け、構造ブラケットなど、荷重が重要な用途では、使用している正確な製品に関する特定のメーカーのデータに基づいて作業する必要があります。これを確実に行う方法は次のとおりです。

• 製品データシートをダウンロードします。 Avdel、Bollhoff、Gesipa、POP Fasteners、Sherex などの主要なリベット ナット メーカーは、各製品ラインの詳細な技術データ シートを発行しています。これらには、引き抜き強度、せん断強度、トルクアウト値、グリップ範囲、推奨穴サイズ、取り付けマンドレルの仕様が含まれます。サプライヤーが販売している製品のデータシートを提供できない場合は、別のサプライヤーから調達します。
• テスト条件に注意してください。 メーカーの荷重データは、基材の種類、厚さ、穴径などの特定の条件下でテストされています。アプリケーション条件がテスト条件とできるだけ一致していることを確認してください。材料がテスト基板よりも薄いか柔らかい場合、実際のパフォーマンスは公表されている数値よりも低いことが予想されます。
• 適切な安全係数を適用します。 クリティカルでないアプリケーションの場合、2:1 の安全率が最小値となります。動的荷重（振動、衝撃、周期荷重）の場合は、3:1 ～ 4:1 を使用します。人の安全に関係する安全性が重要な用途の場合は、最小 4:1 の係数を適用し、資格のあるエンジニアによる設置のレビューを受けてください。
• 可能であれば、実際のマテリアルでテストします。 生産またはバッチ環境で数十または数百のリベット ナットを取り付ける場合は、実際の条件下で実際の母材に取り付けられたサンプルに対して引き抜き試験を実行する価値があります。ロードセルを使用した簡単なベンチ引抜テストにより、設置が期待される強度を達成しているかどうかをすぐに確認でき、現場での故障になる前に工具やプロセスの問題を発見できます。