ねじとボルトの基礎知識
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部品間を繋ぐねじやボルト。シンプルな構造でありながら、多くの種類や特徴、用途があります。
また素材によっては耐久性、メンテナス方法についても違いが出てきますので、非常に奥が深いパーツです。
そこで皆様の製品の品質を左右する部品であるねじやボルトについて、本ページではまとめています。
また業界に関する専門用語についても一覧にまとめているので、ぜひご覧ください。
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ねじとは、螺旋状に溝が刻まれた棒状の金属部品のことで基本的には雄ねじの役割、雄ねじに対して雌ねじがナットや部品にあり、雄ねじと雌ねじを利用して部品を固定するために使用されます。
ねじには、ネジ山の形状や径、長さ、ねじピッチなどによって種類が異なり、様々な用途に合わせて使用されています。
一般的には機械や自動車、建築物、家電製品などの様々な製品に使用されます。
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ボルトとは、ネジ山が刻まれた棒状の金属部品で、ナットと一緒に使用され、2つの部品を固定するために使用されます。
ボルトにはネジ山の形状や径、長さなどによって種類が異なり、様々な用途に使用されています。
頭部の形状には六角形、フランジ、平頭などがあり、それぞれ異なる固定方法に適しています。
また、ボルトには材質によっても分類され、一般的には炭素鋼やステンレス鋼、チタン合金などが使われます。
用途や環境に合わせて適切な種類のボルトを選定することが重要です。
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ねじと言っても、大まかに選ぶ方法として、「ねじ」、「頭部形状」、「駆動部穴形状」、「材質」、「表面処理」、「サイズ」など様々な選択する要素があり、使用用途や安全面を考慮して下記の要素を的確に選ぶ必要があります。下記に選択方法について簡単にまとめております。
selection 1
様々な規格(国によって仕様が異なる)があり、JIS規格の一般的なメートルねじの中でも、メートル並目ねじ、メートル細目ねじ、メートル台形ねじ、管用平行ねじ、管用テーパーねじ、その他各メーカーが製作した突出した機能がある特殊ねじもあり、相手母材や、使用用途、使用強度によって選出がことなります。
selection 2
ねじはねじ部のみではなく、頭部も使用用途に合わせて形状を変えることにより、よりねじ本来の機能が増すこととなります。頭部形状はなべ頭、皿頭、バインド形、トラス形、丸皿形、平小形、六角形などの形状があります。
selection 3
工具駆動部(十字穴、すり割りなど)の使用する工具によっても締めるトルク管理も変わってきます。一般的には十字穴、すり割り、プラスマイナス穴、六角穴、いたずら防止穴などがあります。
selection 4
材質選びも最も重要な要素の一つです。単に鉄と言っても基本的な鉄素材の強度から、高強度用の鉄、超高強度用の鉄などがあり、更に熱処理などによっても更に強度区分が分かれることとなります。強度のみではなく、腐食性を高める為にステンレス304、316、更にはチタン製の材質など、材質選びも使用用途によって選択の重要な要素となります。
selection 5
表面処理とは腐食を防ぐ為の防錆用の表面処理から、外観部品などの装飾メッキやマット感を出す、色別管理をするなどの表面処理も重要な選出要素の一つです。
selection 6
サイズの選択に関しては製品の強度に大きく影響を与えることになり、とは言え、大きなサイズを選べば強度は上がるが製品重量を増やしてしまうことになるので、保証強度を下に的確なサイズを選出することも最終製品に与える最も重要な選択要素となります。
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一般的なねじの種類としては下記があります。
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一般的なボルトの種類としては下記があります。
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ねじは、JIS(日本工業規格)やISO(国際規格機構)DIN規格などの規格があります。規格によって、ねじやボルトの径、長さ、ネジ山の形状、頭部の形状などが定められています。
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ねじは、保管方法によって品質や寿命に影響を受けます。保管する際には、湿気や腐食を防ぐために乾燥した場所に保管することや、防錆道具(防錆紙、防錆ビニール、シリカゲル)が重要です。
また、長期間保管する場合には、防錆油を塗ることで錆や腐食を防ぐことができます。保管方法には、種類ごとに適した方法がありますので、適切に管理することが大切です。
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ねじは、正常に機能するために定期的なメンテナンスが必要です。
特に外部環境に長期間さらされる場合には、錆や腐食を防ぐために定期的に清掃することが重要です。
また、摩耗や破損が発生した場合には、交換することが必要ですす。
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※表は左右にスクロールして確認することができます。
トラブルの内容 | 原因の分類 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
ねじの種別選択・ 下穴設計の ミス |
ドライバの 選択ミス |
ねじの材料 選択のミス |
締付 トルク不良 | 安全率不足 計算ミス |
電気知識の 不足 |
|
ねじ山のつぶれ | 〇 | 〇 | 〇 | |||
ねじ軸の破断 | 〇 | 〇 | ||||
さび | 〇 | |||||
斜め締付 | 〇 | 〇 | ||||
着座不良緩み | 〇 | 〇 | ||||
頭部溝のつぶれ | 〇 | 〇 |
*ねじトラブルの原因分析(引用:國井良昌、ねじとばねから学ぶ!設計者のための機械要素、日刊工業新聞社、2017年、P.48)
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ねじばか、ねじの破断、錆発生、ねじの着座不良・緩み、駆動部の潰れ等など、しっかりとした選定をしないと問題が発生する可能性があります。
・ねじばか…締結頻度(取り外し回数が多い)が多く、締結はじめに工具などの高トルクで締結することによるねじ山の破損を言います。ねじ山が破損することは雄ねじと雌ねじの接点による摩擦が減る為、緩みや締結不可に繋がるトラブルの事を言います。対策としてはねじ締結時に丁寧な締め付けを行うことと、雄ねじ、雌ねじ部のゴミを除去するなど清掃が必要です。
・ねじの破断…ねじの破断は強度不足、疲労劣化、緩みの原因による疲労軽減など多岐に渡ります、締結する部品の荷重や、振動や度重なる荷重変動などがある場合に発生するトラブルです。使用箇所や振動の発生などを加味していただき適切な強度のねじを選定することが重要です。
・錆発生…表面処理(メッキや塗装など)の膜厚が薄かったり、海岸近くで酸化が極端に進みやすい環境、異素材付着による劣化が早く進むなど、錆発生も頻繁に発生するトラブルとなります。過度に十分と思われる表面処理対策や、保管方法などの対策が重要となります。
・ねじの着座不良・緩み…雄ねじ、雌ねじ嵌合の永遠のテーマです。緩みの発生は締結時の締め過ぎによる緩み発生や、振動による緩み発生が一般的です。緩み対策には雄ねじのねじ部や、雌ねじによる緩み防止機能が付いたナット(ナイロンナット、Uナット、ハードロックなっとなど)、座金(ノルトロック・ワッシャー)による緩み止めなど、日本をはじめ各国にて様々な緩み止め機能が備わった商品の選定も対策方法の一つです。
・駆動部の潰れ…頻繁に発生するねじ問題です、締結作業を繰り返すことにより、プラスドライバーを使用する十字穴が舐めてしまったり、過度がレンチにて六角穴が舐めてしまうなどのよくある問題の一つです。適切且つ磨耗の無い工具の選定や、工具などで締結する際も最初は手締めを行うなどの対応方法により長持ちをします。もし駆動部が壊れてしまった際にも取り外し専用工具も多数ありますので、是非お問合せください。