リベットサイズ計算機

リベットサイズ計算機は、穴の大きさ、材料の厚さ、継手のグリップ範囲から、リベットの直径、長さ、材料の種類を推奨するツールです。リベットは、片方が製造時に、もう一方が取り付け時に形成された頭部を両端に備え、2層以上の材料を接合する短い金属製のピンです。サイズを誤ると、継手が弱くなったり、リベットがまったく入らなくなったりします。

リベット直径の計算方法

リベットはあらかじめ開けた穴を通る必要があるため、直径が穴より大きくなることはありません。実際には、滑り込ませやすくするため、リベット本体より0.1 mmから0.3 mm大きく穴を開けます。

計算機は、標準的なメートル法リベット直径である2.4、3.2、4.0、4.8、6.4ミリメートルを基に計算します。その中から、穴に入る最大のサイズを選びます。

公式：

$\text{リベット直径} = \text{最大の標準サイズ} \leq \text{穴の直径}$

たとえば、4.2 mmの穴には4.0 mmのリベットが入ります（次のサイズである4.8 mmは大きすぎます）。2.4 mm未満の穴には標準リベットをどれも入れられないため、計算機は推測せず、エラーを表示します。

せん断強度の確認

厚い材料に細いリベットを使うと、荷重によってせん断破壊することがあります。経験則では、リベットの直径は、接合する最も厚い層の厚さの3倍以上にします。

$\text{せん断強度に必要な最小直径} = 3 \times \text{材料の厚さ}$

この条件を満たすリベットを入れるには穴が小さすぎる場合、計算機は穴に入る最大のリベットを返しますが、継手が理想より弱くなる可能性があるという警告を追加します。対処するには、より大きな穴を開けて大きいリベットを使うか、荷重を分散できるよう継手に沿ってリベットの間隔を詰めます。

リベット長さの計算方法

リベットの長さはグリップ範囲、つまり接合するすべての層の合計厚さによって決まります。また、取り付け時にリベットの尾部で頭部を形成できるよう、グリップ範囲を超える余分な長さ（軸部余長）が必要です。この余長は、リベット自体の直径の1.5倍です。

公式：

$\text{最小長さ} = \text{グリップ範囲} + 1.5 \times \text{リベット直径}$

計算機はこの値を、次に大きい標準長さである6、8、10、12、16、20、または25ミリメートルに切り上げます。必要な長さが25 mmを超える場合、適合する標準リベットがないため、計算機は推測せずエラーを返します。

リベットの種類とリベットコード

推奨されるリベットの材料は、接合する材料に合わせます。アルミニウム板にはアルミニウムリベット、鋼には鋼製リベット、ステンレス鋼にはステンレス鋼製リベット、プラスチックにはプラスチックリベット、異種材料には異種材料接合用リベットを使います。これにより、湿気の存在下で異なる金属が接触すると、卑な金属の腐食が速く進むガルバニック腐食を防ぎます。

計算機は、発注や記録に使える短いリベットコードも作成します。

$\text{リベットコード} = \text{材料コード} + \text{直径}\times10 + \text{"-"} + \text{長さ}$

材料コードは、AL（アルミニウム）、ST（鋼）、SS（ステンレス鋼）、PL（プラスチック）、MM（異種材料用）です。長さ8 mmの4.0 mm鋼製リベットのコードはST40-8になります。

計算例

1.5 mm厚のアルミニウム板に3.2 mmの穴があり、グリップ範囲が3.0 mmである場合を考えます。

直径: 3.2 mm以下で最大の標準サイズは、3.2 mmそのものです。
長さ: 最小長さ = 3.0 + 1.5 × 3.2 = 7.8 mmで、標準の8 mmに切り上げます。
せん断確認: 経験則では直径を少なくとも3 × 1.5 = 4.5 mmとしますが、穴に入るのは3.2 mmだけなので、計算機はせん断強度の警告を表示します。
結果: 長さ8 mm、コードAL32-8の3.2 mmアルミニウムリベットです。より大きな穴とリベットの使用を検討するよう警告が表示されます。

2つ目の例では警告が出ません。1.0 mm厚の鋼板に4.2 mmの穴があり、グリップ範囲が2.0 mmの場合、直径は4.0 mmです（4.2 mm以下で最大の標準サイズ）。長さは2.0 + 1.5 × 4.0 = 8.0 mmで、すでに標準サイズです。また、直径はせん断強度に必要な最小値である3 × 1.0 = 3.0 mmを上回ります。結果は、長さ8 mm、コードST40-8の4.0 mm鋼製リベットで、警告はありません。

ブラインドリベットとソリッドリベット

ブラインドリベット（一般にポップリベットとも呼ばれます）は、材料の片側からだけ取り付けられます。管状の本体とマンドレルと呼ばれる中央のピンがあり、引っ張ると折れて外れ、取り付ける側から見えない反対側に頭部を形成します。ソリッドリベットは両側にアクセスする必要があります。一方の端はすでに頭部の形になっており、もう一方の端は取り付け時に打ち付けるか押しつぶして平らにします。ソリッドリベットは一般に、同じサイズならより大きな荷重に耐えますが、取り付けには時間がかかります。

主な用途

リベット接合は、溶接で生じることのある熱や反りを伴わずに板金を接合します。航空機の外板や構造フレームでは、繰り返し振動によく耐えるため、リベットが広く使われています。自動車の車体、金属屋根や外装材、はしご、その他のDIY金属工作でも、同じ締結具が小規模で使われます。船体やデッキ金具には、普通鋼より湿潤環境での耐食性に優れるアルミニウムまたはステンレス鋼のリベットがよく使われます。

ボルト、溶接、接着剤、タッピンねじは一般的な代替手段です。ボルトなら後で継手を分解できます。溶接は連続した非常に強い継手になりますが、専用の設備が必要です。接着剤は荷重を均等に分散しますが、熱で弱くなることがあります。タッピンねじは、材料によっては別途穴を開ける工程を省けます。

よくある質問

リベットコードは何を意味しますか。 材料（AL、ST、SS、PL、MM）、ミリメートルの十分の一単位の直径、ミリメートル単位の長さを組み合わせたものです。AL32-8は、直径3.2 mm、長さ8 mmのアルミニウムリベットを表します。

結果が出たのに、計算機がせん断強度について警告したのはなぜですか。 穴によって、リベットの直径が材料厚さの3倍未満に制限されたためです。穴に物理的に入るのはそのリベットだけなので、計算機は穴に入る最大のリベットを返しますが、警告は継手が本来の荷重に耐えられない可能性を示します。

鋼にアルミニウムリベット、またはアルミニウムに鋼製リベットを使えますか。 機械的には使えますが、2種類の金属が接触する部分で腐食する可能性があり、屋外や海水の近くでは特に注意が必要です。異種金属の接合には、ステンレス鋼製リベットのほうが安全です。

サイズではなくエラーが表示されるのはなぜですか。 エラーになる状況は2つあります。1つは2.4 mm未満の穴で、そのような細さの標準リベットがないためです。もう1つは、グリップ範囲と軸部余長の合計が最長の標準サイズである25 mmを超えるほどグリップ範囲が大きい場合です。太いリベットほど必要な余長が長くなるため、先に長さが足りなくなります。6.4 mmのリベットには9.6 mmの余長が必要なので、グリップ範囲が15.4 mmを超えると適合しなくなります。

グリップ範囲とは何ですか。 グリップ範囲とは、リベットが通過するすべての層の合計厚さです。頭部を形成するための軸部余長を除き、リベットの長さのどの程度が材料内部に収まるかを決めます。

リベットはグリップ範囲よりどのくらい長くすべきですか。 リベット自体の直径の約1.5倍とし、最も近い標準長さに切り上げます。4.0 mmのリベットでは、頭部を適切に形成するため、グリップ範囲を超えておよそ6 mmの余分な長さが必要です。

参考文献

Higgins, Raymond A.（2001）。Materials for Engineers and Technicians。Newnes。ISBN 978-0750652506。
Messler, Robert W.（2004）。Joining of Materials and Structures: From Pragmatic Process to Enabling Technology。Butterworth-Heinemann。ISBN 978-0750677578。
ASME B18.1.1: Small Solid Rivets。American Society of Mechanical Engineers。
ISO 14,588: Blind rivets — Terminology and definitions。International Organization for Standardization。

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