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なぜ ねじはゆるむのか

ねじのゆるみは、締付けによってボルトに発生した締付け力(ボルト軸力)が締付け後に様々な原因によって低下する現象のことで、被締結体が繰り返しすべったり、摩耗したり、塑性変形すると発生します。

このボルト軸力は、ねじ締結体の各々の機能を担う非常に重要な値となるため、ねじがゆるんで軸力が低下するということは、すなわちねじ締結体の各々の機能の低下または喪失を意味し、その影響は非常に大きいものとなります。

ゆるみに起因するトラブルとしては、被締結体の分離や脱落、固定されている被締結体のすべり、被締結体の遊離から発生する気密漏れやボルトの疲労破壊など重大な事故につながる現象につながるため非常に注意する必要があります。

*ゆるみによりボルトの破壊・折損が発生し大きな事故につながります。

*ゆるみがなぜボルト破壊・折損につながるのかはこちらから

適正な軸力で管理された状態
外力にも強い
ゆるまない状態

軸力の低下(ゆるみ)


ねじがゆるみ外力がボルトに
直接かかる危険な状態
ゆるんだ状態

ボルトの折損

 

ねじのゆるみのメカニズム

ねじ締結体が機能するためには、初期締付け力(ボルト軸力)が適正に与えられ、それが保持されることが前提となりますが、ねじ締結体には複数の部材の接触部が存在しますし、また被締結体に繰返し外力が作用する場合は、程度の差はありますが、ねじのゆるみが発生することがあります。

ひと言でねじのゆるみと言いましても、我々が見てすぐに理解できるゆるみは、ねじが戻り回転してゆるむケースですが、それ以外にねじが戻り回転しなくても緩んでいるケースが存在します。

 

ゆるみの種類

 

1ねじの非回転ゆるみ(戻り回転によらないゆるみ)

ボルト軸力は、ねじを締付けることでボルトが伸び、被締結体が縮むことで発生しますが、ねじが戻り回転しなくても、ボルトの伸び量が減少したり、被締結体の縮み量が減少する場合があり、これはボルトの軸力低下つまりゆるみということになります。
ボルトの弾性伸び量が減少する原因としては、ボルトの塑性伸び、クリープ伸び、熱膨張などがあり、一方被締結体の弾性縮み量が減少する原因として、被締結体の摩耗、なじみや「へたり」、低温収縮などがあります。
種類としては、初期ゆるみ、陥没ゆるみ、微動摩耗によるゆるみ、密封材の永久変形によるゆるみ、塗装材の破損によるゆるみ、過大外力によるゆるみ、熱的原因によるゆるみがあります。
主な防止方法としては、ボルトや被締結体を細く長くしたり、締結部材の接触面の摩耗量や陥没量を小さくするための工夫をしたり、ボルト引張付加荷重を小さくする設計や締付けにしたり、ねじ締結体の各部材を線膨張係数の差が小さなものにするなどの対策が一般的となります。
しかし、今後の設計ならともかく、すでに存在するねじ締結体に関しては、理想通りの対策をすべて施していくのは難しいです。

*詳細は「ねじのゆるみ一覧」を参照ください

 

2ねじの回転ゆるみ(戻り回転によるゆるみ)

ねじの回転ゆるみ
ボルトとナットがゆるみ方向に相対的に回転して発生するゆるみで、ねじ締結体へ作用する荷重によってゆるみ程度がかわります。ねじ締結体に作用する荷重として、ボルト軸方向つまり引張荷重を受ける場合、ボルト軸回りつまりねじり荷重を受ける場合、ボルト軸直角方向つまりせん断荷重を受ける場合の3種類に分けられます。特に、せん断方向に繰返し外力がかかる場合は、被締結体が少しでもすべりはじめるとバランスが崩され、ボルト軸力の低下を起こします。
主な防止方法としては、相対滑りをなくすためにボルト軸力を大きくしたり、ボルトの本数を増やしたり、外力を小さくする設計を行ったり、ボルトを細く長くしたり、ゆるみ止め部品を利用するなどの対策が一般的となります。
特に、せん断方向に繰返し外力がかかる場合が最もねじ締結体にとって過酷であり、ゆるみに直結するため、その対策の1つとして世界中で多くのゆるみ止め部品が存在しますが、その効果としてねじの戻り回転を防止するものから、ねじの脱落だけを防止するもの、初期ゆるみの対策でしかないものまで様々なタイプが存在します。

*詳細は「ねじのゆるみ一覧」を参照ください