1. ね じ ゆ る み に つ い て 適切な使われ方がなされなければ効果がないと推測され 1.1 ね じ の ゆ る み の 定 義 る。どちらの場合もある程度の技術が要求される為、実 ねじ締結体は、締付けによって保持されているはずの ボルト軸力が何らかの原因で低下することがある。この 際の現場作業員では、素人化が進む今、完全な締結状態 で管理できているかは大きな疑問が残る。 ような軸力の低下を「ねじのゆるみ」という。 しかし、どの程度の低下まではねじ締結体の機能を損 なうことが無いのかといった具体的な定義付けは未だ世 界中でされていない。 2.2 ね じ の ゆ る み の 分 類 表 1 ゆるみ止め部品の有効性(2) 有効性 初期ゆるみ 対策 陥没ゆるみ 対策 分類としては大きく分けて、ねじが戻り回転しない場 よるゆるみ、密封材の永久変形、塗装材の破損によるゆ 能 戻り回転 抵抗 るみ、過大外力によるゆるみ、熱的原因によるゆるみ等 皿ばね座金、ばね座金 面圧低下 高剛性平座金 ねじ部密着度 増加 戻しトルク増大 がある。これらは、経時変化によるものが多く事前に対 ことによるゆるみであり、その中でも、対策が最も困難 舌付座金、つめ付座金 タッピンねじ コイル状インサート 非金属インサート付 戻り止めナット 全金属製戻り止めナット プリべリングトルク形ナット 一方、通常「ねじがゆるむ」といわれるものが「ねじが 向、軸直角方向、軸方向へそれぞれ繰返し外力がかかる 溝付ナット、割ピン付ボルト フランジ付ボルト、ナット 策をたてれば防止することが可能である。 戻り回転してゆるむ」場合で、種類としては、軸周り方 適 合 例 ばね圧力 機械的回り止め 合とする場合に大別される。まず、 「ねじが戻り回転しな いゆるみ」とは、初期ゆるみ、陥没ゆるみ、微動摩耗に 機 戻り回転 防止 嵌め合い隙間除 きの強制 ロッキング 嵌め合い隙間内 での固化、 接着 ダブルナット 嫌気性接着剤 接着剤入りカプセル付ボルト といわれるものが、軸直角方向繰返し外力によるゆるみ である。 3. ゆ る み 止 め 部 品 の ゆ る み 止 め 効 果 と 評 価 4. ハ ー ド ロ ッ ク ナ ッ ト の 誕 生 ねじがゆるむ原因は、ボルトとナットのねじのガタ（遊 「ゆるみ止め」等と称される部品が数多く存在するが、 間）にあり、それを完全になくすことが最大の課題であ 実用されている代表的なゆるみ止め部品の効果について った。そこで、古代木造建築に使用されている「くさび」 すでにまとめられている。表 1 はゆるみ止め部品と有効 を利用すれば解決できるはずと研究を重ねてきた結果、 性及び機能について示されている(1)。この中で、初期ゆる ついに誕生したのが、 「ハードロックナット」である。図 み、陥没ゆるみ対策用の皿ばね座金、平座金などでは、 1 はハードロックナットの構造原理を示している。構造 ボルト·ナットの戻り回転に対しては、効力を発揮するこ は簡単で、凹凸 2 種類のナットで構成され、凸ナット(締 とはほとんどない。このことはすでに様々な著書に示さ 付けナット)は凸部を若干偏心加工させたのに対し、凹ナ れている。 ット(ロックナット)は真円加工を施している。その結果、 次に、戻り回転抵抗タイプには、ある程度以上の軸力 ボルトに凹凸ナットを順に締付けた時、凹凸嵌合部にク 低下は防ぐものや軸力の低下の速度を遅らせるもの(フ サビ効果が発生し、ボルトナットのねじのガタを完全に ランジ付ボルト·ナット、ナイロンインサートナット等の なくす構造が完成した。 プリベリングトルク形ナット他)、単なるナットの脱落だ けを防止するもの(割ピン付ボルト、舌付座金他)と様々 であるが、軸力低下をなくす為の根本的解決には至らな い(2)｡ 最後に、戻り回転防止タイプは、軸力の低下がほとん ど発生しない部類であり、戻り回転によるゆるみに対す る性能が最も優れたものである。このタイプはかなり有 効ではある。 ただし、ダブルナットでは、互いのナットが完全な羽 このクサビ効果がどれほど強力であるか、以下に示す 交い締めの状態であることが条件となり、接着剤(2)も、 2 種類の代表的な軸直角方向のねじゆるみ試験で、一般 ナットとの比較データを紹介したい。図 2 は Junker 式(3) を、図 3 は NAS 式(4)の概要を示す。4.1 で軸直角振動試 験(Junker 式)の内容及び条件を、4.2 で NAS3350·3354 規格に準じる加振式衝撃ゆるみ試験について述べる。 4.1 軸 直 角 振 動 試 験 （ Junker 式 DIN65151） 固定板と振動板とを試験ボルト・ナットで締結し、振動 板に軸直角方向の外力を加えて振動変位させる。変位は 回転成分が入らない平行変位だけとする。 図 5 軸直角振動式ゆるみ試験(軸力比較) 図 6 は NAS 式の結果を示す。縦軸には初期締付けト ルク値を示し、横軸は振動回数を示している。結果は、 M20×P2.5 のボルト・ナットで、一般ナットはボルト破 断寸前の 300 N•m で締付けた場合のみ、試験基準を満 足したが、ハードロックナット(HLN)の場合は、非常に 低い締付け状態であっても全くゆるまなかった。 以上の結果から、ハードロックナットの場合、初期軸 図 2 Junker 式概要(4) 図 3 NAS 式概要(5) 4.2NAS3350·3354 規格に準じる加振式衝撃ゆるみ試験 力が非常に低い状態であっても、軸力低下がみられず、 クサビ効果が十分発揮されていることがわかる。 試験ボルト・ナットで締付けたねじ締結体を鉛直方向の 長穴内に横たえ長穴の本体を振動台で上下に振動させ、 長穴の上下端で軸直角方向の衝撃を与える。 4.3 ゆ る み 試 験 結 果 例 図 4、5 は Junker 式の結果の一例である。共に JIS に 規定されている M10×P1.5 のボルト・ナットを用いた。 縦軸がボルト初期軸力を、横軸が振動繰り返し回数を示 している。図 4 は初期軸力をボルト降伏点の 30%とし、 振動変位振幅を S=±0.35 / ±0.5 / ±0.75 mm とした時の一 般ナットとハードロックナットの比較である。一般ナッ トは全ての変位振幅でボルト軸力が殆どゼロになること 図 6 NAS 規格加振式衝撃ゆるみ試験結果 を示し、他方、ハードロックナットは最も過酷な 5. 世 界 で 認 め ら れ た ハ ー ド ロ ッ ク ナ ッ ト S=±0.75mm という条件でもボルト軸力が残り、ゆるま アメリカ機械学会（ASMEPVP2005-17333）で高度な ない事を示している。図 5 は振動変位振幅を S＝± コンピュータ解析と様々な実験結果から、軸直角方向繰 0.35mm に固定し、初期軸力をボルト降伏点の 30％/60％ 返し外力によるゆるみに対し「非常に有効である」と発 /90％とした時の比較である。図 4 同様に一般ナットは全 表された。今日では、日本をはじめ、台湾、中国、英国 ての条件でボルト軸力が殆どゼロになり、ハードロック 等の高速鉄道、F1 カー、明石海峡大橋、東京スカイツリ ナットは全ての条件でボルト軸力の低下がほとんどみら ー、ベビーカーにいたるまで国内外の様々な産業分野に れなかった。以上の結果から、ハードロックナット締結 安全を提供する必需品として認知されている。最近は、 体は軸直角方向変位に対して緩まないことを示している。 最も品質の厳しい航空宇宙分野の品質規格を既に取得し、 ボーイング社等への参入準備をすすめている。 (参考文献) (1) 日本ねじ研究協会編：ねじ締結ガイドブック (2004-3,新版) p.71. (2) 山本晃著：ねじ締結の原理と設計,養賢堂 (1995-3,初版) p.132~139. (3) 日本規格協会：ねじ締結体設計のポイント 図 4 軸直角振動試験(Junker 式) 振幅比較結果 (2002 年,改訂版)p.243～250. (4) AIA/NAS NAS3350(1992),NAS3354(1989).
© Copyright 2024 ExpyDoc
