ボルト(ねじ)の名称、諸元について

はじめに
ねじ（ボルト）の各部の名称
1. ねじの各部の名称
2. ねじの呼び方
ねじ諸元の名称と定義
つづき

はじめに

機械設計であれば、誰もが使用するねじ。。

ただ、ねじは実際に「設計」をするというより、勘・経験・踏襲（模倣）による「選択」をしているのが実情。

もともと「規格品を使用する事」による選択を前提とした部品であることもあり、めったにねじ自身の「設計」を行う事はほとんどないが、勘による選択だけでは、たまに困る時もある。（”緩み”が発生した時とか）

設計知識が少し加われば、より根拠のある設定（選択）が可能になる。

ちなみにおすすめの本はこの二冊

「ねじ締結の原理と設計」は、ねじの理論的背景が一通り網羅されている（式の中の定数を数字に置き換えたりで、もうちょっと素直に書いてくれれば。。。とも思うが、情報量が豊富（持っていると安心できる）。

リンク

「ねじ締結概論」は、より実務的な視点から書いてある（こちらの方がよりストレート）。

リンク

この二冊があれば締結に関する調べ事はだいたい事足りる（かと）。

ねじ（ボルト）の各部の名称

ねじの各部の名称

まずは、ねじの各部の名称。

（ねじにもいろいろ種類があるが、）まずは六角のフランジボルトを例にとる。

ねじの呼び方

呼び径とはおねじ部の「外径」。

ボルトナット問わず、この”おねじ側のねじ外径”をねじサイズとし、メートルねじを意味する「M」と組み合わせ、「M8」のボルト、「M10」のナット等が、ボルト・ナットの一般的な呼称。

さて、

平目ねじ（例：Ｍ10）

平目ねじは”M” に”呼び径”をつける。

たとえば、呼び径１０ｍｍの平目ねじであれば、「Ｍ10」ボルト。

各呼び径に対応するピッチは一種類のみのため基本的には記載不要（JIS）。

細目ねじ（例：M10ｘ1.25）

細目ねじ（平目ねじより小さいピッチ）の場合。

細目ねじは、呼び径の後ろにピッチを追加して、「M 呼び径」ｘ「ピッチ」の表示

たとえば、呼び径 10 ㎜、ピッチ 1.25 ㎜の細目ねじであれば、「M10X1.25」。

その他：呼び長(首下長)も合わせた表示の場合

「M 呼び径」ｘ「呼び長（首下長）」を組みあわせた表記もよく目にする。

たとえば、M6X18 の表示であれば、呼び径 6mm+呼び長 18ｍｍの平目ねじ

「M〇〇ｘピッチ」と「M〇〇ｘ首下長」で表記が同じとなるが、値が明らかに違うので区別に困る事はあまりない。

続いて、”ねじ諸元の名称と定義”について

ねじ諸元の名称と定義

ねじ部諸元の名称

ねじ部諸元の名称については以下。(小文字：おねじ、大文字：めねじ)

ねじの呼び径　d (or D)：おねじの山径（めねじの谷径）
ねじの有効径　d₂(or D₂)：ねじの山径/谷径の間にて、山幅(Wm)=谷幅(Wv)の位置を径とする仮想円径 (d_p)
おねじ谷底径（めねじ山径）　d₁ (or D₁)
ピッチ　P：隣り合うねじ山同士の間隔
リード角　β：ねじが一周まわる間に1ピッチ分上がる角度
（一条ねじの場合：ｎ条ねじの場合はｎ倍）
ねじ山半角　α：ねじ山頂点の角度/2（平目/細目ねじでは２α= 60°（π/6））
（ざっくり言えば、おねじ/めねじは正三角形の山の組合せ）
とがり山高さ　H：ねじ山を構成する正三角形の高さ

定義については以下

ねじ山

ねじ勘合部

ねじ諸元はとがり山高さ H をベースに計算される

\( H=\displaystyle \frac{P}{2\tan{\alpha}}\)

（並目/細目ねじの基準山形の高さ）

Hを用いて、おねじ山幅、めねじ山幅が等しくなるねじの有効径 \(d_2(or \ D_2) \) を算出すれば、

\( \begin{align}
d_2(or \ D_2) &=d-2\cdot (\displaystyle \frac{H}{2}-\displaystyle \frac{H}{8}) \\[8pt]
&=d-\displaystyle \frac{3}{4}H \\[8pt]
&= d-\displaystyle \frac{3P}{8\tan{\alpha}}
\end{align}\)

おねじ基準谷底径（めねじ山径） \(d_1(or \ D_1) \) は、

\( \begin{align}
d_1(or \ D_1)&=d-2\cdot(H-\displaystyle \frac{H}{8}-\displaystyle \frac{H}{4})\\[8pt]
&=d-\displaystyle \frac{5}{4}H\\[8pt]
&=d-\displaystyle \frac{5P}{8\tan{\alpha}}
\end{align} \)

Note：この先の軸力計算に用いるおねじの有効断面積A_sには、基準谷底径のd₁定義における切取り高さH/4 を（谷底面は円で接するとして）H/6で置き換えた径 d₃（おねじの公称谷底径）を用いる。

公称谷底径 d₃ は

\( \begin{align}
d_3&= d-2\cdot(H-\displaystyle \frac{H}{8}-\displaystyle \frac{H}{6})\\[8pt]
&=d-\displaystyle \frac{17}{12}H\\[8pt]
&= d-\displaystyle \frac{17P}{24\tan{\alpha}}
\end{align} \)

であり、この公称谷底径d₃ とおねじの有効径d₂ の平均値d_s がおねじの有効断面積A_sの径となる。

つまり、d_s は

\( \begin{align}
d_s&=\displaystyle \frac{d_2+d_3}{2}\\[8pt]
&=d-2\cdot(H-\displaystyle \frac{H}{8}-\displaystyle \frac{H}{6})\\[8pt]
&=d-\displaystyle \frac{13}{12}H\\[8pt]
&=d-\displaystyle \frac{13P}{24\tan{\alpha}}
\end{align} \)

より、おねじの有効断面積A_sは

\( \begin{align}
A_s &=\pi \cdot \displaystyle (\frac{d_s}{2})^2 \\[8pt]
&= \displaystyle \frac{\pi }{4}\cdot(d-\displaystyle \frac{13P}{24\tan{\alpha}} )^2
\end{align} \)

となる。

<かかり代と伸び代>

ねじのかかり代と伸び代とは、

ねじのかかり代しろ（勘合長）：おねじとめねじの勘合する長さ
ねじの伸び代：ねじの首下からかかり代までの軸の長さ

をさす。

つづき

続いて、「ねじが締まる仕組み」概要、「締め付け線図」、「内外力比」について