スナップフィット破損の本質は「応力集中 × 繰り返し変形」 

スナップフィットが破壊に至る物理的な背景には、構造的な宿命と使用条件のミスマッチがあります。まずは基本的な力学メカニズムを整理します。 

片持ち梁（カンチレバー）の宿命：根元に応力が集まる 

スナップフィットのアーム（腕）部分は、構造力学的には「片持ち梁」として扱われます。片持ち梁の先端に荷重をかけて変形させた際、モーメントが最大になるのは固定端、つまりアームの「根元」です。
実際の折損事例を分析すると、その8割以上が根元を起点に発生しています。フック（爪）の形状や掛かり代の設定も重要ですが、破壊を防ぐ上で最も支配的な因子は、最大応力が発生する根元の形状設計です。特に、根元部分に応力が一点に集中しないよう、適切なフィレット（R形状）が設けられているかどうかが、アームの寿命を決定づけます。鋭角なコーナー（ピン角）は、応力集中係数（Kt）を跳ね上がらせ、わずかな変形でも材料の破壊強度を超える応力を局所的に発生させます。 

“嵌合1回”と“繰り返し10回”は別物 

スナップフィットの設計において、想定すべき破壊モードは2種類あります。「1回の過大変形による破壊」と「小さな変形の蓄積による疲労破壊」です。組立時に一度だけ嵌合する永久固定用のスナップフィットであれば、材料の降伏点以下の応力で変形させれば問題ありません。しかし、メンテナンスや電池交換などで複数回の着脱が想定される場合、状況は異なります。1回では壊れない程度の変形であっても、繰り返されることで材料内部に微細な損傷が蓄積します。これを疲労と呼びます。疲労が進行すると、微小なクラック（亀裂）が発生・進展し、最終的には設計強度よりもはるかに低い荷重で脆性的に破断します。多くの市場トラブルは、この疲労破壊によるものです。設計者は、単発の強度だけでなく、繰り返し回数を考慮した疲労限度を意識する必要があります。 

嵌合方向とアームの繊維流れ方向のミスマッチ 

樹脂成形品特有の要因として「分子配向」があります。射出成形では、溶融樹脂が流れる方向に分子鎖や強化繊維が配列します。一般に、樹脂は流れ方向（MD）に対しては強く、直交方向（TD）に対しては弱くなる性質を持ちます。スナップフィットのアームが、樹脂の流れ方向に対して垂直に配置されている場合、アームに曲げ荷重がかかると、分子間の結合力が弱い方向に応力が加わることになります。特にガラス繊維強化樹脂の場合、繊維の配向方向と応力方向のミスマッチは、剛性と靭性の著しい低下を招き、カタログスペック通りの強度が得られない原因となります。 

破壊は「どこから始まり、どう進むか」――クラック進展のプロセス 

破壊は一瞬で起きるように見えますが、ミクロな視点では時間的な経過を伴うプロセスです。破壊がどこで始まり、どのように進行するのかを理解します。 

破壊起点（Initiation）は“角・段差・薄肉部分”に集中 

破壊には必ず「起点」が存在します。均一な材料の中から亀裂が生まれるには、エネルギーが集中する場所が必要です。スナップフィットにおいて最も起点となりやすいのは、根元のコーナー部（角）です。ここにRが付いていない、あるいはRが小さすぎると、応力が極端に集中します。また、アームの途中に肉厚が急変する段差がある場合や、突き出しピンの跡、刻印などの微細な凹凸も応力集中の起点となり得ます。
さらに、成形不良も起点を作ります。アーム根元にヒケ（ボイド）があると内部応力が残り、ガス焼けによって樹脂が炭化していると材料自体が脆くなります。これら構造的・成形的な欠陥が、破壊の最初のきっかけとなります。 

微小クラックが“アームの厚み方向”へ進展する理由 

スナップフィットのアームを曲げると、曲がる内側には圧縮応力、外側には引張応力がかかります。樹脂材料は一般的に圧縮には強く、引張には弱い性質があります。したがって、破壊の起点はアームの根元の「引張側（外側）」表面に発生します。一度表面に微細なクラック（亀裂）が入ると、そのクラックの先端に応力がさらに集中し、アームの厚み方向に向かって亀裂が成長（進展）していきます。亀裂が進むにつれて有効断面積が減少し、最終的に残りの部分が荷重に耐えきれなくなった瞬間に破断に至ります。 

最終破断は「脆性破壊」が多い 

金属材料の場合、過度な荷重がかかると塑性変形（伸び）によってエネルギーを吸収し、粘り強く耐えることがあります。しかし、多くのエンプラ、特に強化グレードや硬質材料の場合、降伏後の伸びが少なく、限界を超えるとガラスのように一気に割れる「脆性破壊」を起こします。破断面を観察すると、破壊の起点付近は平滑で、最終破断部は荒れた面になっていることが多く見られます。また、アームの引張側表面から亀裂が入り、圧縮側に向かって進行した痕跡が残ります。この破面の特徴を読み取ることで、どのような力が加わって壊れたのかを推測することができます。 

材料によって破壊メカニズムが変わる 

同じ形状のスナップフィットでも、使用する樹脂材料によって破壊に至るメカニズムや注意すべきポイントは異なります。 

PA（ナイロン）：吸水による“柔らかいが疲労しやすい”破壊 

ポリアミド（PA）は吸水性が高い材料です。吸水すると水分子が可塑剤として働き、柔軟性が増します（可塑化）。これにより、組立時のスナップフィットの操作感は軽くなり、見折れにくくなったように感じます。しかし、吸水状態では引張強度が低下し、疲労特性も変化します。柔らかくなることで変形量が大きくなりやすいため、繰り返し荷重がかかると根元への疲労ダメージが蓄積しやすくなるのです。また、絶乾状態（成形直後）では剛性が高い反面、靭性が低いため、無理な嵌合で一気に折れるリスクがあります。PAを使用する場合は、吸水状態と乾燥状態の両方で強度評価を行う必要があります。 

POM：繰り返しには強いが“角部にクラック”が入りやすい 

ポリアセタール（POM）は、高い疲労強度と優れたバネ特性を持ち、スナップフィットに最適な材料の一つです。自己潤滑性もあり、摩耗にも強い特長があります。一方で、POMは「ノッチ感度」が高い材料としても知られています。ノッチ感度が高いとは、切り欠きや鋭角なコーナーなどの応力集中部に対して敏感で、そこから亀裂が発生しやすい性質を指します。POMを使用する場合、アーム根元のR設計が不十分だと、優れた疲労特性を活かす前に、応力集中による早期破壊を招くことになります。 

PC：靭性は高いのに“疲労クラック”が発生しやすい 

ポリカーボネート（PC）は高い耐衝撃性（靭性）を持つ非晶性樹脂です。ハンマーで叩いても割れないほどの強さを持ちますが、スナップフィットのような「定変形」には弱点があります。PCは一定の歪みが長時間かかり続けたり、繰り返し変形を受けたりすると、ソルベントクラック（環境応力割れ）や疲労クラックが発生しやすい傾向があります。透明材料であるため、内部のクラックや白化（微細なクラックの集合）が目視で確認しやすいですが、それは破壊の前兆です。特に薬品や油分が付着する環境では、靭性が失われて突然脆性破壊を起こすリスクが高まります。 

充填材入り樹脂：剛性は高いが“脆性破壊しやすい” 

ガラス繊維（GF）などで強化された樹脂は、曲げ弾性率（剛性）が飛躍的に向上します。これにより、強い保持力を発揮しますが、スナップフィットとしては「硬すぎて変形できない」状態になりがちです。GF入り樹脂は伸び（破断歪み）が極めて小さいため、許容変形量を超えると即座に破断します。また、前述の通り繊維配向による異方性が強いため、ウェルドライン部や配向の悪い箇所にアームがあると、想定外の低荷重で折れることがあります。スナップフィットには「剛性」よりも、変形に耐えうる「靭性（粘り強さ）」が重要であり、高充填グレードは設計難易度が高くなります。 

経時劣化が破壊メカニズムを変える 

製品寿命を通じてスナップフィットの機能を維持するためには、時間の経過とともに進行する劣化メカニズムを考慮する必要があります。 

成形時の残留応力が“時限爆弾”になる 

射出成形では、冷却の不均一や保圧の影響で、製品内部に「残留応力」が残ることがあります。特にスナップフィットの根元部分は肉厚変化があり、応力が残りやすい部位です。
残留応力は、常に材料を内部から引っ張っている力です。これに嵌合による外部応力が加算されると、設計上の許容応力を超えてしまうことがあります。さらに悪いことに、残留応力は時間の経過とともにクラックを発生させる駆動力となり、外部からの力が加わっていない保管状態であっても自然に割れる（遅れ破壊）原因となります。これはまさに時限爆弾のような挙動を示します。 

温度サイクル（熱疲労）でクラックが伸びる 

製品が使用される環境温度が変化すると、材料は膨張と収縮を繰り返します（ヒートサイクル）。スナップフィットが他の部品と嵌合している状態では、この熱膨張・収縮が拘束されるため、アームの根元には繰り返し応力が発生します。これを「熱疲労」と呼びます。日中の高温と夜間の低温、あるいは機器の稼働熱によるサイクルが繰り返されることで、アーム根元の微細な欠陥が進展し、クラックへと成長します。最終的に、メンテナンスなどで外そうとした瞬間に、弱っていたアームが破断するという事態を招きます。 

薬品・油分の付着によるESC（環境応力割れ） 

樹脂部品の破損原因として非常に多いのが、薬品や油分の付着による環境応力割れ（ESC: Environmental Stress Cracking）です。特にPCやABSなどの非晶性樹脂で多発します。
洗剤、潤滑油、可塑剤を含むゴムやビニールなどがスナップフィット部に触れると、薬品が樹脂内部に浸透し、分子間の結合力（絡み合い）を低下させます。この状態でスナップフィット特有の「曲げ応力」がかかっていると、材料本来の強度よりもはるかに低い応力でクラックが発生し、一気に進展して脆性破壊に至ります。ケミカルアタックとも呼ばれ、予測が難しい破壊モードです。このESC（ソルベントクラック）の詳細メカニズムについては、「信頼性」カテゴリの記事でも詳しく解説しています。 

破壊を避けるための「構造メカニズムベースの設計指針」 

これまでの破壊メカニズムを踏まえ、スナップフィットの破損を防ぐための具体的な設計指針を提示します。これは単なる形状テクニックではなく、破壊の物理的要因を取り除くためのアプローチです。 

応力集中を生まない構造 

最も基本的かつ効果的な対策は、破壊の起点となる応力集中を徹底的に排除することです。アームの根元には、可能な限り大きなR（フィレット）を設けます。Rの大きさは、アーム厚みの0.25〜0.5倍以上が推奨されます。また、肉厚が変化する部分はテーパー状にして徐変させ、応力がスムーズに伝達される形状にします。金型構造上、Rを付けるのが難しい場合でも、面取りなどで鋭角なコーナーを避ける工夫が必要です。 

アーム根元の“曲げ変形余裕”を確保 

スナップフィットは「変形させて戻す」機構です。材料の許容歪み範囲内で変形させる設計が必要です。そのためには、アームの長さを十分に確保し、変形時の曲率半径を大きくすることで、根元にかかる歪みを低減します。また、保持力が必要な場合でも、アーム全体を厚くするのではなく、幅を広げることで剛性を調整し、厚み方向は薄くして柔軟性を確保する（剛性より靭性を優先する）設計が有効です。さらに、過度な変形を防ぐためのストッパー構造を設けることも、物理的な破壊防止策となります。 

流動方向とアーム方向を揃える 

成形時の樹脂流動を考慮した配置を行います。スナップフィットのアームが、樹脂の流れ方向（MD）と平行になるようにゲート位置や製品形状を設計します。これにより、分子配向や繊維配向が曲げ応力に対して抵抗する方向に揃い、アームの強度と靭性が最大限に発揮されます。また、アームの根元付近にウェルドライン（樹脂の合流部）が発生しないように配慮することも重要です。ウェルドラインは強度が低く、破壊の起点となりやすいためです。ウェルドラインの制御方法については、「成形不良」カテゴリのウェルドライン対策コラムをご参照ください。 

材料選定は「靭性 > 剛性」 

材料選定においては、単に「硬くて強い（引張強度が高い）」材料を選ぶのではなく、「粘り強くて伸びる（破断歪みが大きい、靭性が高い）」材料を選ぶことがスナップフィットには有利です。疲労特性に優れたPOMや、靭性の高いPC、あるいは耐疲労性を向上させた変性PPEなどが候補となります。強化材入り樹脂を使用する場合は、靭性を補うためのエラストマー配合グレードや、長繊維グレードなどを検討し、破壊リスクを低減させます。 

まとめ 

スナップフィットの破壊は、単一の原因ではなく、「応力集中」による局所的な負荷、「疲労」による損傷の蓄積、そして「経時劣化」による材料強度の低下が複合的に作用して発生します。「どこに応力が集中し、どこからクラックが始まり、どのように進展して破断に至るのか」。このプロセスを理解していれば、設計段階で適切なR形状、アーム長さ、材料選定を行うことが可能です。府中プラは、これら破壊メカニズムに基づいた論理的な設計支援と、高品質な金型製作・成形技術により、折れない、割れない信頼性の高いスナップフィットを実現します。 

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