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ハードロックナットはなぜゆるまないのか

1.はじめに

ねじのゆるみには、大きく分けて「戻り回転してゆるむ」場合と「戻り回転せずにゆるむ」場合の2種類があります。

戻り回転せずにゆるむ場合、原因として各接合面の摩耗によって起こるもの、締付け後のボルトや被締結体のなじみ・へたり・塑性変形によって起こるもの、温度変化によるねじ締結体の膨張圧縮によって起こるものであり、これはねじ締結体の設計段階や組付け段階で対応できれば、ある程度解決できるものです。

一方、戻り回転によるゆるみは、ねじ締結体に繰返し外力がかかる場合に発生します。そのため、例え適切な設計をして締付けたとしても、特にボルト軸直角方向に繰返し外力が作用する場合、初期締付け力の低下はなかなか防ぐことはできません。

当社のハードロックナットは、どのねじ締結体でもゆるむと言われる「ボルト軸直角方向の繰返し外力」に、十分に耐えることができる構造となっています。

 

2.ねじのゆるみ構造

ゆるみ止め部品には、へたり等の永久変形の影響をばね作用で補填するものと、ねじ部及び座面部で相対変位に対する抵抗を増して戻り回転を防止するものがあります。

ただし、軸直角の繰り返し外力を受けるねじ締結体では、ナット座面を滑らせる応力が繰り返しかかるため、座面部ではなく、ねじ部で相対変位に対する抵抗を持たすタイプでなければなりません。

ねじ部品には、はめ合いねじ部の遊び(遊間)が存在するため、何度でも締め外しができます。しかしその反面、繰り返し外力を受けると、ねじのフランク面や座面で滑り現象が起こり、やがてねじの戻り回転へと発展します。

そのため、多くのゆるみ止め部品では、この「はめあいねじ部」の遊びを取除き、ねじ山同士の密着度をいかに高くするかを工夫されております。この密着度の強さがねじの戻り回転防止の効果に大きく関係しているからです。

 

3.ハードロックのクサビ構造

ハードロックナットの場合は、この「はめあいねじ部」の遊びを取り除くために、日本古来の木造建築で使われている「クサビ」を利用しております。

凹凸2種類のナットで構成されており、締付けナットであるクサビ型の偏心加工を施した凸ナットを最初に締付け、次にロックナットの役割を持つ真円加工の凹ナットをかぶせるように締付けます。こうすることで凸ナットのねじ部全体がボルト側に押し付けられ、一方で凹ナットのねじ部全体が逆側のボルトねじ部に押し付けられる作用が働きます。


 
ボルトに直接クサビをハンマーで打ち込めば、絶対にゆるみませんが現実的ではありません。

 
ハンマーの代わりに第2ナットの回転力でクサビを打ち込み、第2ナットを取りのぞくと第1ナットは完全固着状態となりますが、外せなくなります。

 
第2ナットをクサビと一体化させるために凸形状にして、偏芯構造を持たせ、これで何度でも着脱可能としました。
完成ねじ山の強度を上げるために、
凹凸ナットを逆にしました。

第1ナットを凸ナットとし偏芯構造を持たせ、第1ナット自体がクサビとなる構造にしました。第2ナットを凹ナットの真円構造としています。凹ナットを凸ナットのテーパーに沿って締め込むことにより、ボルト軸方向に対して直角方向に、「クサビの原理」により強力なロック効果を発生させます。
日本古来の技術、クサビ効果の原理による強力な「ゆるみ止め効果」は、ボルトとナットを完全に一体化させ、いかなる振動、衝撃にも耐えます。

ハードロックナット


ナットの高さ全体のねじ部遊間を左右から取り除き
強固な戻り回転防止を実現

一般の戻り止めナット


一般の戻り止めナットは、
ねじの一部にのみが戻り回転防止機能

ダブルナットや接着剤以外の他のゆるみ止め部品は、ナットの1山~2山程度のねじ部遊びを様々な方法で取り除き、ねじの戻り回転を防止する仕組みであるのと比べれば、2つのナット高さ全体のねじ部遊間を左右から取り除き、ボルトとの強固な一体化を実現させたハードロックナットが如何にねじの戻り回転を防止する力が強いのか簡単に想像することができるかと思います。

多くの文献がダブルナットと接着剤が戻り回転防止に、非常に高い効果を発揮すると評価しているのも、ねじ部の遊びを取り除いている個所が一部ではなくねじ全体に作用している点であり、従って戻り回転を防止する抵抗力も他のゆるみ止め部品に比べ大きくなるのも当然の結果と言えます。

それ故に、ダブルナットの場合は羽交い絞めによるロッキングを完全に行わないと効果が表れず、接着剤に関しても完全に脱脂し塗布後完全に乾燥させないと十分な効果が表れません。そこで、徹底した締付け管理技術の必要性が伴います。

詳しくは、ねじ締結技術ナビ「ねじ締結体のトラブル原因と対策−ダブルナット編−」をご覧ください。

一方、ハードロックナットの場合は、ねじ締結の初心者であっても、規定トルクで締付けるだけでねじ全体に左右から遊びを取り除く作用が強固に発揮されるため、締付け管理技術も必要なく、完全に近い戻り回転防止対策を施すことができる唯一の商品と言えるのです。

 

4.ハードロックナットの安全性

適切なねじ締結体の設計、つまり初期締付け力を高くし、外力によるボルトの付加荷重を疲労限度以下に設定した場合であっても、他のゆるみ止め部品では、繰り返し外力が作用すれば初期締付け力が時間とともに徐々に低下します。やがて付加荷重が疲労限度を超えた時、ボルトの疲労破壊を引き起こすことに繋がります。

一方、ハードロックナットは、軸回り、軸方向、軸直角方向の繰り返し外力が作用した場合においても、初期締付け力を低下させず保持できます。そのため、外力によるボルトの付加荷重が疲労限度以下であれば、当然ボルトの折損は防げます。

仮に初期締付け力が低くボルトの付加荷重が疲労限度をすでに超えている場合でも、他のゆるみ止め部品であれば更なる軸力低下を引き起こし、ボルトが早い段階で疲労破壊するのに比べ、軸力低下を防げるハードロックナットは、ボルトの折損時期を最大限遅らせることにもつながります。これは、安全を強固にするためのリスク軽減対策にもつながります。

 

ハードロックナットの主な特徴

1極めて高いゆるみ止め効果

特に軸直角方向の繰返し外力への非常に高いゆるみ止め効果

2低い締付け力しか与えられない箇所にも適正な締付け可能

強く締め付けることが出来ない部位や弱い材料でも、締付けが可能で繰返し外力からの軸力低下を防ぐ

3再利用が可能でゆるみ止め効果も保持

凹凸ナットの組合せで、ナット自体を傷つけないので再利用が可能で効果も保持

4誰でも簡単にレベルの高い締付け施工が可能

羽交い絞めなどは不要で、初心者でも市販の工具でレベルの高い締付け施工が可能

5用途に応じた形状・材料・表面処理が可能

様々な使用環境向けの材料や表面処理と締結部位に応じた最適な形状の製作が可能