プラスチック部品のリベット接合 - 技術ガイド

このガイドでは、プラスチック部品のリベット接合の基礎について解説します。 リベットの種類、使用される材料、設計および実装時の主な考慮事項について説明します。

プラスチック部品のリベット留めとは何ですか?

プラスチック部品のリベット留めは、プラスチック部品を金属、電気部品、布地などのさまざまな材料と機械的結合を形成することによって接続する方法です。リベットは、軸方向およびせん断力に耐える永久的で不可逆な接続を作成します。リベット留めは、効果的に溶接または接着できない材料を扱う場合や、高強度で耐久性のある接続が必要な場合に特に有利です。

プラスチック部品のリベット接合の種類

プラスチック部品は、さまざまなリベット技法を使用して接合できますが、それぞれに利点と考慮事項があります。最も一般的な方法は次のとおりです。

ホットメルトリベット

ホットメルトリベットは、加熱されたリベットヘッドを使用して、プラスチック部品の予約された穴に挿入されたリベット柱の突出部分を柔らかくする接触型リベット方法です。加熱されたリベットヘッドは、その熱をリベットに伝え、リベットを柔らかくして可鍛性にします。リベット柱が柔らかくなったら、圧力を加えて成形し、永久的なリベットヘッドを形成します。冷却後、接続が完了します。

Advantages:

• リベットを直接加熱するため、加熱効率が高くなります。
• より小型でコンパクトなリベットヘッドが必要な用途に適しています。
• 外部加熱要素（加熱ブロックやチューブなど）の必要性が減るため、従来の方法よりも高速です。

デメリット:

• 正確な熱制御には特殊な機器が必要になる場合があります。
• このプロセスでは、過熱や不完全な成形を防ぐために温度を注意深く制御する必要があります。

アプリケーション: 安全でコンパクトなリベット接続が必要な自動車、電子機器、消費財。

熱風リベット

熱風リベットは非接触加熱方式を採用しており、熱風を使用してリベット柱を柔らかくなるまで加熱します。加熱プロセスは 2 つの段階に分かれています。

• ステージ1: 熱風がリベット柱を均一に加熱して可鍛性のある状態にし、均一な温度と空気の流れを確保します。
• ステージ2: 次に、冷間リベットヘッドが軟化したリベット柱を押し下げて、部品を固定する永久的なリベットヘッドを形成します。

この方法は、リベット柱を熱するために熱風を正確に当てることに依存しており、リベットとプラスチック部品の穴の間の正しいフィットが重要です。フィットが緩すぎると、軟化したプラスチックが安全なリベットヘッドを形成できない可能性があります。

Advantages:

• 汚染、振動、変位を回避するクリーンな非接触加熱プロセス。
• 清潔さと効率性が重要となる精密な用途に最適です。
• 追加の加熱要素（チューブなど）は必要ないため、プロセスを簡素化できます。

デメリット:

• 均一な加熱には温度制御が重要です。
• リベットに直接熱を加える方法と比較すると、大規模生産では効率が低下する可能性があります。

アプリケーション: 清潔さと精度が重要となる電子機器、医療機器、薄いプラスチック部品などの業界の精密アプリケーションに適しています。

超音波リベット

超音波リベット接合は、高周波超音波振動を利用してリベットポストと溶接ヘッドの接触面に摩擦熱を発生させる接触型接合方法です。このプロセスは、次の手順で行われます。

超音波溶接ヘッドは、プラスチック部品の予約された穴を通過するリベットポストに向かって下方に移動します。

溶接ヘッドは超音波周波数で振動し、接触点での摩擦により熱が発生します。この熱により、リベット柱の突出部分が柔らかくなります。

軟化したら、溶接ヘッドによって圧力が加えられ、リベットが圧縮されて形成され、部品間の安全な接続が作成されます。

Advantages:

• 特に小さなプラスチック部品の場合、非常に高速かつ効率的です。
• 熱拡散を最小限に抑えたクリーンで振動のないプロセスにより、近くのコンポーネントが損傷するリスクを軽減します。
• 高精度が要求される精密接着に最適です。

デメリット:

• 特殊な超音波溶接装置が必要です。
• より強力な加熱方法を必要とする、大型または厚いプラスチック部品には適さない場合があります。

アプリケーション医療機器製造、電子機器、ハイテク産業など、正確でクリーンかつ迅速な組み立てを必要とする業界に最適です。

いつ選択するのですか?

各方法には、部品のサイズ、加熱要件、必要な組み立て速度などの用途に応じて、明確な利点があります。

方法	ホットメルトリベット	熱風リベット	超音波リベット
第３章：濃度	中程度、振動に敏感。	振動に強く、耐久性が高い。	中程度、振動に敏感。
速度	6-60秒	加熱6～10秒、冷却2秒	5未満
外観	明るく、配線が簡単です。	マットな表面、ワイヤードローイングなし	明るくきれいな表面
費用	ロー	M	ハイ
素材のフィット感	非繊維質プラスチックに適しています。	ほとんどの熱可塑性プラスチックに適しています。	ガラス繊維入りプラスチックに挑戦。

• ホットメルトリベット コンパクトで高効率なアプリケーションに最適です。
• 熱風リベット 非接触でクリーンかつ均一な加熱を必要とする用途に最適です。
• 超音波リベット 熱拡散を最小限に抑える必要がある高精度、高速、クリーンなアプリケーションに最適です。

これらの方法とその具体的な利点を理解することで、メーカーはプラスチック部品の組み立てニーズに最も適したリベット技術を選択し、最終製品のパフォーマンスと効率の両方を最適化できます。

プラスチック部品に適したリベットの選択

リベット工程は、特定の温度下で溶融して流動する熱可塑性プラスチックに最も適しています。これらのプラスチックは、非晶質（非結晶質）タイプと半結晶質タイプに分類され、それぞれのタイプがリベット工程に異なる影響を与えます。

• 非晶質プラスチックこれらの材料は無秩序な分子構造を持ち、明確なガラス転移温度 (Tg) で軟化します。3 つのリベット工程すべてに適しています。
• 半結晶性プラスチック: これらは整然とした分子構造と明確な融点（Tm）を持っています。特に超音波法では、融点が高いため、リベット留めがより困難です。 融点 超音波エネルギーを吸収しにくくなります。

さらに、充填材（ガラス繊維など）を含むプラスチックはリベット留めが困難になることがあります。ホットメルトリベット留めでは、ガラス繊維が沈殿して表面が荒れるのを防ぐために温度制御が重要です。超音波リベット留めでは、プラスチックを溶かすために高い振動エネルギーが必要であり、充填材の含有量が多すぎると、不完全な融合によりリベット留めが弱くなる可能性があります。

リベットは、特定のプラスチック材料、用途要件、および動作条件に基づいて選択する必要があります。一般的に使用されるリベット材料は次のとおりです。

• 鋼： 高い強度と耐久性を備えているため、高負荷用途に最適です。ただし、脆いプラスチックでは応力亀裂が生じる可能性があります。
• アルミニウム： アルミニウムリベットはスチールよりも軽量で、自動車や軽量の用途によく使用されます。また、優れた耐腐食性も備えています。
• プラスチックリベット: これらは、より柔らかい、またはより柔軟性のあるプラスチックを接合するためによく使用されます。軽量なソリューションを提供し、ひび割れのリスクを軽減します。

リベットの形状と長さ、ヘッドタイプ (平型、ドーム型、皿型など) など、リベットの設計も考慮する必要があります。適切なリベットを選択すると、最適な接合強度が確保されるとともに、取り付け時に繊細なプラスチック部品が損傷するリスクも最小限に抑えられます。

一般的なリベット柱とリベットヘッド

/	リベットヘッドの種類	リベット柱径（D1）に適合	突出柱の高さ（H1）	リベットヘッド直径（D2）	リベットヘッド高さ（H2）	アプリケーション
	半円形リベットヘッド（大プロファイル）	D1 < 3mm (できれば > 1mm)	1.5～1.75 * D1	~ 2 * D1	~ 0.75 * D1	低強度用途（例：PCB基板、装飾部品）
	半円形リベットヘッド（小型）	D1 < 3mm	~ 1.0 * D1	~ 1.5 * D1	~ 0.5 * D1	低強度、高速リベット（例：FPCリボン、金属スプリング）
	ダブル半円形リベットヘッド	D1 2～5mm	~ 1.5 * D1	~ 2 * D1	~ 0.5 * D1	より強度の高い固定が必要
	環状リベットヘッド	D1 > 5mm	0.5-1.5 * D1	~ 1.5 * D1	~ 0.5 * D1	大口径の高強度アプリケーション
	フラットリベットヘッド	D1 < 3mm	~ 0.5 * D1	カラム容積換算に基づく	カラム容積換算に基づく	フラッシュリベットヘッドが必要（例：薄いプラスチック部品）
	リブ付きリベットヘッド	D1 < 3mm	1.5～2 * D1	~ 2 * D1	~ 1.0 * D1	限られたスペースでより大きな接触面積が必要

プラスチック部品のリベット留めの設計上の考慮事項

リベット接合用のプラスチック部品の設計では、接合を確実に成功させるためにいくつかの要素を考慮する必要があります。設計上の重要な考慮事項は次のとおりです。

穴のデザイン

リベットを挿入する穴は、リベットが適切に変形できるように、正確なサイズと形状にする必要があります。穴の直径は、通常、リベットの軸よりわずかに大きく、圧力がかかったときにリベットが拡張または広がることができるようにします。穴が大きすぎると、リベットの接続が弱くなる可能性があり、小さすぎると、リベットが適切に変形しない可能性があります。

壁の厚さ

プラスチック部品の壁厚は、使用するリベットに適したものでなければなりません。薄すぎると、圧力によって材料が割れたり変形したりする可能性があります。厚すぎると、リベットの表面積が足りず、強力な接続ができない場合があります。

材料の互換性

プラスチック材料はそれぞれ、剛性、柔軟性、耐熱性などの点で特性が異なります。使用する特定のプラスチックに適したリベットと接合技術を選択することが重要です。たとえば、硬質プラスチックにはより強力なリベットや熱成形技術が必要になる場合がありますが、軟質プラスチックには冷間成形技術が適している場合があります。

負荷に関する考慮事項

リベット接続にかかる予想される負荷を考慮する必要があります。リベットは通常、せん断力や振動が発生する用途で使用されるため、設計ではリベットがこれらの応力に耐えられるようにする必要があります。リベットの強度は、より大きなリベットや複数のリベットを使用して安定性を高めることで高めることができます。

応力分布

リベットを適切に配置すると、接合部全体に応力が均等に分散され、ひび割れや材料の破損を防ぐことができます。リベットは、応力の集中を軽減し、接続部の寿命と耐久性を確保するために、戦略的なポイントに配置する必要があります。

まとめ

リベット接合は、さまざまな業界でプラスチック部品を接合する、実績のある効率的な方法です。リベットの種類、プラスチック材料、穴の設計、応力要因を慎重に考慮することで、メーカーは安全で長持ちする接合部を作成できます。軽量の消費者向け製品でも、要求の厳しい工業用途でも、リベット接合の汎用性は、プラスチック組み立ての貴重なソリューションであり続けています。