スナップフィットジョイント: プラスチック部品の設計ガイド

プラスチック部品を接続する方法はさまざまですが、スナップフィットは効率性と見た目の美しさから最も一般的に使用されています。このタイプのジョイントは、製品の外観を維持しながら、材料コストと必要な部品の数を削減します。スナップフィット設計を組み込むことで、組み立てプロセスが大幅に簡単になり、製造時間とコストの両方を節約できます。

さらに、射出成形はプラスチック スナップフィット ジョイントを製造するための最も効果的で実行可能な方法であり、複雑な構造の高精度製造を可能にし、大規模生産をサポートします。この記事では、主要な原則、材料の考慮事項、設計タイプ、およびベスト プラクティスに焦点を当て、プラスチック部品の効果的なスナップフィット ジョイントの設計に関する包括的なガイドを提供します。

スナップフィットジョイントとは何ですか?

スナップフィット ジョイントは、インターロック機能を使用して 2 つのコンポーネントを接続できる機械的なファスナーです。インターロック機能は通常、組み立て時にたわんで所定の位置にカチッとはまる突起 (カンチレバー ビームやフックなど) です。いったんかみ合うと、追加のハードウェア、接着剤、溶接なしでジョイントがしっかりと固定されます。

Advantages

1. 追加の留め具が不要になります。
2. 工具を使わずに組み立て、分解が可能です。
3. ほとんどの設計に十分な強度があります。
4. 留め具が目立たないので、製品を清潔に保ちます。
5. 設計と製造プロセスを簡素化します。

デメリット

1. 複雑なツールが必要です。
2. 厳しい許容誤差と複数の金型調整。
3. 部品が変形すると緩む場合があります。
4. 頻繁に分解すると摩耗する可能性があります。
5. 破損は修復できません。

スナップフィットジョイントの種類

スナップ フィット ジョイントにはいくつかのバリエーションがあり、それぞれ異なる用途に適しています。主なタイプは次のとおりです。

例	スナップフィットジョイントの種類	説明	アプリケーション	Advantages	課題	負荷容量	再利用性
	カンチレバースナップフィット	柔軟なアームが溝にカチッとはまり、部品を固定します。	家電製品、玩具、小型筐体	シンプル、コスト効率に優れ、分解/組み立てが簡単、さまざまな素材に対応	底部の応力集中は疲労につながる可能性があるが、フィレットの使用により応力を軽減できる。	低から中	ハイ
	ねじりスナップフィット	部品はわずかにねじれて噛み合い、ねじりを利用してロックされます。	クロージャー、取り外し可能なパネル、製品ハウジング	部品を損傷することなく簡単に分解可能	繰り返しねじり負荷がかかると摩耗の原因となるため、ナイロンなどの素材が好まれます。	低から中	ロー
	U字型スナップフィット	片側に U 字型の片持ち梁があり、これを相手側の溝に固定することで強力なグリップを実現します。	包装、製品のエンクロージャー、クランプのような機構	柔軟性の向上、組み立ての迅速化、許容誤差の緩和	硬い素材は摩耗の原因となるため、ポリプロピレンやTPEが役立ちます。	低から中	ハイ
	L字型スナップフィット	U 字型のビームが溝に固定され、強力なグリップを実現します。	包装、ハウジング蓋	優れた横方向保持力、側面衝突による外れ防止に最適	分解設計が難しく、横荷重耐性には材料選択が重要	穏健派	穏健派
	環状スナップフィット	円形のフィーチャが円筒形の表面を包み込み、部品をロックします。	化粧品容器、瓶、ボトルの蓋、自動車のボールジョイント	均一な噛み合いにより応力が均等に分散され、高負荷、液体/気密アプリケーションに最適です。	精密な製造公差が必要、分解が難しい	高（360°）	穏健派

スナップフィットジョイントのコンポーネント

• ベースパーツ: 接続の基準となる、より大きな固定部品。例: 自動車トリムの車体。
• ポジショナー: 正確な位置決めと分離抵抗を保証する非柔軟性要素。一般的なタイプには、ピン、テーパーピン、ガイド、爪、ラグ、ボスなどがあります。位置決めペアは、嵌合部分の対応する要素で構成されます。
• ロッカー: 組み立て時に変形し、部品を固定する弾性要素。一般的なタイプには、フック、爪、リング、トーションバー、ラチェットなどがあります。固定ペアはポジショナーで形成されます。
• 偏向要素: 組み立てや分解時に曲がる部分。一般的な形状としては、長方形、U 字型、T 字型などの断面を持つ片持ち梁などがあります。
• 保持要素: アセンブリ関数要素に接触して接続を維持します。一般的なタイプは次のとおりです。
  • フック型: 角度の付いた要素は強度を高めますが、強い力がかかると外れる危険性があります。
  • スリーブタイプ: 反力が梁の中立軸に揃うため保持力が強くなりますが、成形時の溶接ラインにより強度が低下しやすくなります。
• 強度保持に関する考慮事項:
  • フック型保持要素: 90° を超える角度では保持強度が増し、高応力の用途 (バックルなど) に最適です。
  • スリーブ型保持要素: 保持力は強くなりますが、成形時のウェルドラインにより構造が弱くなる可能性があります。

課題と解決策

課題	解決策
高い組み立て力	ジオメトリを最適化し、柔軟な素材を使用します。
永久変形	たわみが弾性限界内に留まるようにします。
材料疲労	耐疲労性に優れた材料を選択してください。
分解が困難	リリース メカニズムまたは分離機能を組み込みます。

スナップフィット設計の計算

シンボル

• y = 許容たわみ
• b = 根元部分の幅
• c = 重心（外側の繊維と中性繊維の間の距離）
• E = 根元部分の外側繊維の許容歪み
• l = 腕の長さ
• K = 幾何学的係数
• h = 根元の厚さ
• Es = 割線係数
• P = 許容たわみ力
• Z = 断面係数（Z = Ic、I = 軸方向慣性モーメント）

カンチレバースナップフィット設計計算

許容アンダーカット:

ここで、

• b = 根元部分の幅
• h = 根元の厚さ

最大応力と最大ひずみ:

ここで、

• P=許容たわみ力
• l = 腕の長さ
• h = 根元の厚さ
• E = 材料の弾性係数

たわみ力と嵌合力:

ねじりスナップフィット設計計算

偏向:

ここで、

• T = 適用トルク
• l = 長さ
• G = せん断弾性率
• J = 極慣性モーメント

たわみ力:

環状スナップフィットの設計計算

許容アンダーカット:

嵌合力:

ここで、

• T = トルク
• R = 半径

U字型スナップフィット設計の計算

許容アンダーカット:

場所 b ルートの幅であり、 h 根元の太さです。

最大ストレス:

場所 P はたわみ力であり、 l 腕の長さであり、 I 慣性モーメントです。

最大ひずみ:

場所 E 材料の弾性係数です。

嵌合力:

L字型スナップフィット設計の計算

許容アンダーカット:

場所 b ルートの幅であり、 h 根元の太さです。

最大ストレス:

場所 P はたわみ力であり、 l 腕の長さであり、 I 慣性モーメントです。

最大ひずみ:

場所 E 材料の弾性係数です。

スナップフィットジョイント設計のベストプラクティス

クリープ/ストレス緩和

熱可塑性プラスチックはクリープ現象を起こすことがあります。クリープとは、応力を受けると徐々に変形し、時間の経過とともにスナップフィット接続が弱くなる現象です。通常の使用中にたわみを最小限に抑えるように部品を設計し、スナップフィットが長時間の曲げや引張応力を受けないようにします。

ドラフト角度の使用

プラスチック部品が金型から容易に取り出せるようにするには、ドラフト角度が重要です。通常、スナップ フィット機能を備えた部品の場合、スムーズな取り出しとスナップ フィット領域の損傷防止のため、1 ～ 3 度のドラフト角度が推奨されます。

疲労破壊

繰り返しの組み立てと分解は、特に高頻度の負荷がかかる場合、材料の定格容量よりもはるかに低い応力レベルで故障を引き起こす可能性があります。疲労に強い材料を選択し、SN 曲線を使用して繰り返し負荷がかかった場合の材料の性能を評価します。

テストと反復

スナップ フィット ジョイントが期待どおりに機能することを確認するには、プロトタイプの作成とテストが不可欠です。組み立てと分解の繰り返しサイクルに耐えるジョイントの能力、および熱、湿度、化学物質などの環境要因に対する耐性を評価します。反復的な設計とテストにより、ジョイントのパフォーマンスと寿命を最適化できます。

金型設計の考慮事項

スナップフィットジョイントを設計する際は、 金型設計 パーティング ライン、アンダーカット、ツール アクセスを考慮します。多くの場合、スナップ フィット ジョイントを適切に形成するには、インサートやサイド アクション ツールなどの追加機能が必要になることがあります。

応力集中装置

片持ち梁の鋭い角は、特に梁の根元で破損の原因となる応力集中を引き起こします。特に片持ち梁の引張側では、鋭い角を避けてください。半径または面取りを使用して応力を軽減し、ジョイントの耐久性を向上させます。

スナップフィットの製造方法は？

射出成形によるスナップファスナーの製造は、部品の設計と試作品の作成から始まります。設計が確定したら、適切な材料 (ポリカーボネートやナイロンなど) を選択します。次に、プラスチックを加熱して金型に注入し、スナップファスナーを形成します。さらに耐久性を高めるために、耐腐食性のメッキを追加することもできます。

BOYIは 射出成形サービス高品質のプラスチック部品の製造を専門とする当社は、高度な技術と専門知識を備え、 ボーイ さまざまな業界向けに信頼性が高く効率的な射出成形ソリューションを提供し、特定の要件に合わせてカスタマイズされた正確で耐久性のあるコンポーネントを保証します。

まとめ

スナップ フィット ジョイントは、プラスチック部品を組み立てるための効率的でコスト効率が高く、用途の広い方法です。材料の選択、壁の厚さ、設計形状、環境要因を慎重に考慮することで、エンジニアは信頼性が高く耐久性のあるスナップ フィット ジョイントを作成できます。適切な設計アプローチにより、スナップ フィット ジョイントはさまざまな用途に堅牢なソリューションを提供し、製造プロセスを合理化し、高品質の最終製品を保証します。

Q＆A