ねじの「ゆるみ」とその対策について

今回は、ねじのゆるみとその対策についてご紹介します。

締め付けトルク

(1)締め付けトルクとは?

 トルクとはねじりモーメントのことで、軸を回す力のことを言います。その中でも特にねじを締める際に回転方向に回す力のことを締め付けトルクといいます。
 締め付けトルクは『加える力』×『ねじの回転中心から力をかける点までの距離』で求めることができます。この締め付けトルクが適正でないと、ゆるみや破断などの締結トラブルの原因となってしまいます。

(2)トルクと軸力の関係

 ねじに締め付けトルクをかけると軸力が発生します。しかし、締め付けトルクが全て軸力に変化するというわけではありません。締め付けトルクのほとんどは軸力ではなく、摩擦力に変化してしまうからです。
 また、締め付けトルクが摩擦力に変化する割合も条件によって異なり一定とはなりません。つまり、締め付けトルクを管理すれば軸力が管理できるわけではなく、軸力を完璧にコントロールすることは困難です。しかし、締め付けトルクを管理することで製品・施工の品質を一定に保つことはできる為、ものづくりの現場ではこの締め付けトルクを管理する方法が取られることが一般的です。

ゆるみの原因

 これまで、軸力の管理は難しいということをお伝えしました。ねじのゆるみは『軸力が締め付け時よりも減少すること』と定義されています。

 ゆるみは様々な原因が重なって発生します。その原因を大きく分類すると「回転ゆるみ」と「非回転ゆるみ」の2つに分けることができます。ゆるみを完全になくすことはできませんが、原因に合わせた対策をすることで、軽減することはできます。

(1)回転ゆるみ

【原因】

ねじに振動や衝撃が加わり、戻り回転することで発生するゆるみ。
例:線路のレールが振動することでボルトが徐々に回転しゆるむ。

  • 【対策例】
  • ねじが直接振動を受けないような設計にする。

(2)非回転ゆるみ

初期ゆるみ

相手材の表面のわずかな凹凸が、ねじを締め付けたときに馴染むことで発生するゆるみ。
例:自動車のタイヤ装着後、しばらく走行するとボルトがゆるむ

  • 【対策例】
  • 増し締めをする、接触面の凹凸を無くす。

陥没ゆるみ

座面がねじの力に耐えきれず、陥没してしまうことで発生するゆるみ。
例:金属より木の硬度が低いため、線路の枕木にボルトが沈んでゆるむ。

  • 【対策例】
  • トルクの管理、沈まない材質を選ぶ、座金の使用。

塑性変形ゆるみ

ねじの限界を超える力が加わることによるゆるみ。
例:ジェットコースターの大きな衝撃でボルトがゆるむ。

  • 【対策例】
  • ねじの限界を超える設計をしない、強いボルトを使用する。

温度によるゆるみ

温度の変化による膨張、収縮で発生するゆるみ。
例:夏と冬の寒暖差、朝晩と日中の寒暖差など)※熱膨張率の差で発生するため、ねじと被締結材が同素材の場合は発生しないと言われている。

  • 【対策例】
  • 膨張率を加味した設計を行う、適正な温度での締付・使用。

ゆるみが引き起こす問題

 ねじがゆるむと様々な問題が起こります。ゆるんだねじが脱落してしまうだけでなく、ゆるみが原因で振動が発生し、その振動によりねじが折れてしまう“疲労破壊”の発生にもつながります。これらのゆるみが引き起こす問題は、モノが壊れるだけでなく、人の命に係わる大きな事故につながる可能性もあります。

ゆるみ止め商品のご紹介

 上記のような問題を起こさない為にも、ゆるみ止めの対策は必要不可欠です。市場には特徴の異なる様々なゆるみ止め商品が流通しています。どのような機能を重視するかによって、商品の選定が変わります。ここでは、代表的なゆるみ止め商品をご紹介します。

代表的なゆるみ止め製品

 脱落防止/戻り止め作業性中間止め再使用相手側のねじを痛めにくい
おねじくさびロックボルト  
モーションタイト   
めねじくさびナット  
Uナット    
ナイロンナット   
皿バネナット 
ハードロックナット   
座金ノルトロックワッシャ   
皿バネワッシャー   
スプリングワッシャ    
補助接着剤    
プリコーディング    
※●は対応している又は使用可を表しています。
※内容は効果を保証するものではありません。

おすすめ商品

くさびシリーズ

 いろいろな原因のゆるみに対して効果的なくさびシリーズ(くさびナット、くさびロックボルト)をご紹介します。くさびシリーズは左右非対称なねじ山を利用し、高保持力・高効率・高耐力・高信頼性を、低コストで実現した画期的な製品です。主な特徴は次の4つです。

強力なロック効果
  • 傾斜面(クサビ面)を備えた特殊な谷底形状がクサビ効果を生み相手側のねじをがっちりロックします。
高い作業性
  • 着座までは手で挿入できるフリー・スピニング・タイプで高い作業性をお約束します。
高い耐力と信頼性
  • 非対称ねじが持つ応力の均等分散効果とシンプルな構造により高い耐力を発揮します。
リーズナブルな価格
  • 構造・製法、ともにシンプルであり、現在ご使用の製品から部品点数・作業工数を削減しコストダウンのご提案ができます。


詳しくは商品ページをご覧ください。

くさびナット製品ページ:https://yht.co.jp/products/kusabinut/

くさびロックボルト製品ページ:https://yht.co.jp/products/kusabibolt/

ゆるみ止め性能評価試験

NAS3350振動試験

 ボルトとナットを固定し、上下に揺らして衝撃と振動を与えます。1分間に約1760回サイクル、最長17分間(最大30,000サイクル)の試験です。
【評価基準】

・ナットが1回転以上ずれないこと

・試験品に破損が見られないこと

ユンカー式振動試験

軸直角方向へ振動を加えます。1分間に750サイクル最大2,000サイクルの試験です。
【評価基準】

・締結時の軸力を100%として、試験後の残留軸力が80%以上であること

今回はゆるみに関するご紹介をしました。ご質問、ご相談はお気軽にお問い合わせください。

ねじ、部品に関するお悩みがあれば
なんでもご相談ください。
品名やサイズ、数量をもとに
お見積もりができます。

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