はめあいの種類：中間はめあい、干渉はめあい、すきまはめの選び方

エンジニアリング製品は、多くの場合、2つ以上の部品が互いにすれ違うか、あるいは押し合うことで初めて正常に機能します。このクリアランスや干渉の配置を、エンジニアは「はめあい」と呼びます。適切なはめあいの種類を選択することで、部品は必要な時にスムーズに動き、負荷がかかった状態でもしっかりと固定されます。

このガイドでは、機械設計におけるエンジニアリングフィットの概念について詳しく解説します。エンジニアリングフィットとは何か、どのように機能するか、主な種類、業界標準、そして正確な製造方法について学びます。さあ、始めましょう。

エンジニアリングフィットとは何ですか?

工学において、「はめあい」とは、2つの部品が組み立てられた際に、どれだけしっかりと、あるいは緩く組み合うかを指します。言い換えれば、嵌合する部品のサイズがどれだけ正確に一致するかということです。これらの2つの部品（通常は穴とシャフト）は、用途のニーズに応じてさまざまな方法で接合できます。

部品は、時にはしっかりと押し付けられ、動かないようにする必要があります。また、時には、自由にスライドしたり回転したりする必要があります。部品間の適合性によって、組み立てやすさ、可動性、そしてどれだけの荷重に耐えられるかが決まります。

フィットタイプの名前の付け方

はめあいの種類は通常、ISOまたはANSI規格に基づく文字と数字のコードで識別されます。文字は穴かシャフトかを示します。

大文字 (例: H7) は穴を表します。
小文字 (例: h6) はシャフトを表します。

数字は公差等級または精度レベルを示します。

例えば、H7/h6は、穴がH7公差、シャフトがh6公差に従うことを意味します。このシステムにより、エンジニアははめあいの種類を迅速に特定し、組み立て後の部品の挙動を予測することができます。

穴軸基礎システム

具体的なはめあいの種類について議論する前に、穴とシャフトの基本的なシステムを理解する必要があります。機械的なはめあいは、穴とシャフトのアプローチを採用しています。このシステムでは、穴のサイズまたはシャフトのサイズのどちらかが一定のままで、もう一方のサイズははめあいの要件に合わせて調整されます。この設定により、以下の2つのアプローチが考えられます。

ホールベースシステム穴径は一定です。シャフト径は、所望の嵌合形状を実現するために変化します。多くの加工工程において、穴径を保持する方が簡単なため、これが最も一般的な方法です。
シャフトベースシステム: シャフトの直径は固定され、穴のサイズが変更されます。この方法は、シャフトが簡単にサイズを変更できない大きなアセンブリの一部である場合に便利です。

ほとんどの設計では、在庫管理を簡素化するため、穴ベース方式が採用されています。メーカーは、単一の穴仕様に合わせて様々なサイズのシャフトを製造すれば済みます。エンジニアは、大量生産時にシャフトの直径を制御するのが一般的に容易であるため、穴ベース方式を好む傾向があります。

CNC旋盤正確な測定によりシャフトと穴を作成し、達成されるフィットのタイプを確実に制御できます。

ホールベースシステムが人気な理由

シャフトの加工旋盤グラインダーは、一貫性と再現性のある結果をもたらします。穴あけにはドリルビットやリーマー穴を固定し、シャフトの形状を変えることで、製造コストを抑え、より優れたフィット感を実現できます。

はめあいの種類

フィットは、部品間のクリアランスまたは干渉に基づいて 3 つのグループに分けられます。

トランジションフィット
干渉フィット
すきまばめ

以下では、各カテゴリとそのサブタイプについて説明します。

トランジションフィット

中間ばめは、クリアランスと干渉量の中間に位置します。わずかな隙間がある場合もあれば、部品がわずかに押し付けられる場合もあります。中間ばめは、正確な位置決めが必要でありながら、極度の締め付けを必要としない場合に使用されます。

一般的な遷移フィットの種類:

サブタイプ	行動	代表的なアプリケーション
類似画像	クリアランス/干渉はほぼゼロ。木槌によるタップフィットで十分です。	軽量アセンブリ; インデックスコンポーネント
一定	軽度の干渉があり、組み立てには圧入が必要です	中精度ギア、シャフト上のハブ

標準的な適合範囲: トランジションフィットは通常、+0.023 mm から -0.018 mm までをカバーします。

干渉フィット

干渉嵌合は、部品が挿入する穴よりもわずかに大きい場合に発生します。そのため、部品を無理やり押し込む必要があります。これにより、動きに抵抗する強固な接続が実現します。

パーツ間に隙間はなく、実際にはパーツ同士がわずかに押し合う程度です。そのため、荷物を滑らせることなくしっかりと固定できます。

干渉嵌合の一般的なサブタイプ:

サブタイプ	説明	代表的なアプリケーション
圧入	軽い干渉; 適度な力で組み立てる	中荷重用カラー、ブッシング
ドライブフィット	中程度の干渉。冷間または熱間プレスが必要。圧入よりも強力。	ギア、プーリー、ベアリングレース
強制フィット	干渉が大きく、ほぼ永久的であり、正確なプレスと位置合わせが必要	耐久性の高いシャフト、永久カップリング

エンジニアは組み立てを容易にするために温度を利用することがよくあります。シャフトを冷やすと縮み、穴を加熱すると膨張します。温度が均一になると、はめあいは干渉量に戻ります。

標準的な適合範囲: 一般的な干渉値の範囲は約 -0.001 mm から -0.04 mm までです。

すきまばめ

すきまばめでは、シャフトは常に穴よりも小さく、部品間に隙間ができます。この隙間により、回転やスライドなどの自由な動きが可能になります。必要な動きの量に応じて、はめあいは緩くもきつくもなります。設計者は、次のような場合にすきまばめを選択します。

自由に回転したり、スライドしたり、簡単に組み立てられることが必要です。
接合部の熱膨張や汚染（ほこり、腐食）が予想されます。
操作中に最小限の摩擦しか必要としません。

クリアランスフィットはいくつかのサブタイプに分類されます。

サブタイプ	特性	典型的な用途
ルーズランニング	クリアランスが大きい、遊びが目立つ、位置精度が低い	汚れた環境、緩いピボット、単純なリンク
フリーランニング	高速回転、温度変化に対応、適度な遊び	ベアリング;低速シャフト
クローズランニング	クリアランスが狭く、極端な温度でも位置決めが良好	機械スピンドル; ガイドウェイ
スライディング	クリアランスが非常に小さいため、軸方向または直線方向の運動のみが可能です。	スライドウェイ; リニアベアリング
場所	クリアランスが最小限、位置精度が高い、潤滑が必要	精密ガイド、測定治具

標準的な適合範囲: クリアランス値は、シャフトと穴の直径に応じて、通常は +0.025 mm から +0.089 mm の範囲になります。

専門家の助けが必要な場合は精密加工 BOYI TECHNOLOGY のような企業は、エンジニアリングの適合性を重視し、正確な許容誤差要件を満たす部品の提供を専門としており、アセンブリが完璧に機能することを保証します。

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デザインに適したフィットタイプを選択するにはどうすればよいでしょうか?

適切なフィットの選択は、アセンブリの目的によって異なります。以下に基本的なガイドラインを示します。

製造能力

すべての工程で同じ精度を実現できるわけではありません。CNC加工は公差が狭いため、中間ばめや締まりばめに最適です。一方、鋳造や成型では寸法ばらつきが大きいため、緩いはめあいしか実現できない場合があります。

許容誤差の積み重ね

複数の部品を組み立てる際に、小さなばらつきが蓄積され、適合の問題が生じることがあります。これを「適合問題」といいます。許容誤差の積み重ねエンジニアは、予期しない干渉やクリアランスを避けるために、設計段階でこれを分析する必要があります。

荷重と力の条件

部品が受ける機械的負荷を考慮してください。接合部はトルク荷重または軸方向荷重を負担しますか？高荷重の場合は締まりばめが適していますが、低荷重または非荷重接合の場合はすきまばめが最適です。

材料の挙動

材質によって膨張率と収縮率は異なります。例えば、アルミニウムは加熱すると鋼鉄よりも膨張します。特に干渉接合の場合、はめあいを選択する際にはこの点を考慮する必要があります。

コストとリードタイム

公差が厳しくなると、生産コストが上昇し、リードタイムが長くなることがよくあります。性能と価格のバランスをとることが重要です。

多くの場合、設計者はISO 286またはANSI B4.1規格に記載されているはめあい表を使用します。これらの表は、はめあいの種類ごとに公差値を指定しており、穴とシャフトの両方の適切な寸法を選択するのに役立ちます。

機能と目的

自問してみてください。

部品は自由に動く必要がありますか?
永久的にロックする必要がありますか?
正確な位置合わせが必要ですか?

可動部品にはすきまばめを使用します。固定接続には締まりばめが最適です。位置決めには中間ばめを使用します。

正確なフィットのための寸法管理方法

正しくフィットする部品を作成するのは精密な作業です。設計図部品が適切に組み立てられるように、明確な公差（寸法の変動の許容範囲）を含める必要があります。

適切なエンジニアリングの適合を確保するためにメーカーが使用するいくつかの方法を次に示します。

リーミング

リーマ加工は、穴のサイズを極めて正確に調整するための仕上げ加工です。薄い材料層を削り取ることで、穴を所定のサイズ範囲と真円度に仕上げ、クリアランスばめや中間ばめに最適です。

研削

研削極めて微細な公差が必要な場合によく使用されます。この工程では、研磨ホイールを用いてごく微量の材料を削り取ります。研削により、±0.00025 mmまでの公差を実現できます。

CNC加工

CNCマシン精度と再現性の高さで知られています。±0.001mmという厳しい公差で、 CNCフライス盤または、CNC 旋削は精密なフィットに最適です。

設計図面における公差

はめあいの種類は通常、技術図面上で次のように表記されます。 GD&T（幾何寸法公差）このシステムは、サイズ、形状、位置の許容変動範囲を示します。GD&Tを使用することで、異なるメーカーが同じ部品を加工した場合でも、最終製品が正しく組み立てられることが保証されます。

適合と許容差: どのような関係があるのでしょうか?

はめあいと公差は密接に関係しています。はめあいは2つの部品を組み立てた際にどのように動作するかを定義するのに対し、公差は各部品のサイズにどの程度のばらつきが許容されるかを定義します。

公差とは、部品の最大許容寸法と最小許容寸法の差のことです。これにより、小さなばらつきがあっても部品が正しく機能することが保証されます。

例：

許容差が厳しいと、ぴったりフィットまたは圧入フィットになります。
許容範囲が広いと、ゆるいフィットが生じる可能性があります。

業界間の一貫性を確保するために、エンジニアは、フィットタイプを定義し、許容差を割り当てるための表を提供する ISO 286 や ANSI B4.1 などの標準を使用します。

フィットに関する業界の標準について学ぶために読み続けてください。