ボルトナットの変則的な使い方

Question

コンベアケースのフランジを固定するのにボルトナットを注文したのです
が、仕様を間違えてしまい長すぎるボルトが入りました。そこで横着をか
まして、ボルトはねじ部分だけを利用し、フランジの両サイドを二つのナ
ットで締め上げました。しかし、数日するとほとんどの箇所が緩んではず
れてしまいました。そこで疑問なのですが、通常のボルトナットで締め付
けるのと（つまりこれはツーピース構造）、ボルトのねじ部を二つのナッ
トで締めるのと（つまりこれはスリーピース構造）では締め付け力や緩
みにくさがどう違ってくるのでしょうか。一本の軸を両側ナットで締め付
けるのは、通常やらないことなので、きっと緩みやすいという理屈がある
のだと思うのですがうまく説明（理解）できません。どなたかわかりやす
いご説明をお願いします。

知りたいのは、なぜ、全ねじの寸切りのボルトにナットを締めても、通常のボルトナットと違って緩みやすいのかということです。今、出入りの業者が似たような例の止め方をしています。つまりＭ２０深さ２０ミリの雌ねじを切った母材に厚さ２０ミリの板材をＭ２０の六角穴付ボルトで固定するのですが、用意されたボルトは首下の長さ約６０ミリです。当然に長すぎてボルトの頭が板材まで届きません。どうやって固定するかというと、別の六角ナットを用意してボルトに通し、ダブルナットのように使ってナットで板材を締め付けます。まあ、六角穴つきボルトがスタッドボルトのように働きナットで押さえるのと同じ構図です。
こうしますと、先に私が質問したときのように、寸切りボルトをナットで締め付けた場合と同じことです。現場の作業員には緩みやすいと注意するのですが、別の指示系統で動いていますし、設計図にそう図示されています。作業員の言うには、「ボルトナットのナット側は、雄ねじのボルトに雌ねじのナットで締まっているでしょ。これと同じことですよ」。
しかし私は思います。通常のボルトナットは、ボルトの頭側は、ボルトの軸が頭を直接引っ張っています。しかし、全ねじのボルトを通してナットで締めた場合は、ボルトの軸の力はねじ（ボルトの雄ねじ、ナットの雌ねじ）を通してナットの面に伝わります。このねじを介してというところが緩みの原因ではないかと考えるのです。しかし、この理屈は、ボルトナットのナット側が緩まないこととバッティングします。そこで、また最初の疑問に戻ります。通常のボルトナットは緩まないけれど、全ねじの寸切りボルトを二つのナットで締めるとなぜ緩みやすいのか。今の業者にここのところを理論的に説明してやりたいのです。

Accepted Answer

こんな説はどうでしょう。。。

緩むのは、ボルトナットに微少な振動が加わるからで、それが回転に変換されるものとする。
片側ナットの場合は緩む方向にも締まる方向にも回転する。
両側ナットの場合は片方が締まり、他方は緩みの回転方向になる。つまり常にどちらかが緩む回転をすることになり、それが限度を超えると急激に締付け力を失う。

専門家＝試験を繰り返している緩み止めナットメーカに聞くと、まともな回答が得られるかと存じます。

Answer

問題点はねじがなぜ緩むのか？・・・になるのでは。
なぜ緩むのかが理解で出来れば業者さんに理屈で説明可能ですね。

1.戻り回転によらない場合
　締付け対象物の変形等が原因の事が多い

2.戻り回転による緩み（今回の質問のケース）
　岩魚内氏の説の通りボルトに外力が加わり緩むケース
　この場合は緩む箇所が２ｹ所となり危険性が増える。

余談ですがナットで固定の際ナットの厚みも重要な要素です
十分な厚みがあれば摩擦面積が増えて緩みにくくなると考えます。

簡単に緩むと不都合な場合はボルトも強度と粘りの材質のものを使います。
締付け時に弾性変形を利用して締め増しをします。
タップ+キャップボルトの場合では緩めるときに「ﾊﾟｷﾝ」と音がします。

Answer

当方、組立屋です。

ボルトに限らず全く同じ形状であれば、ワンピース構造が最強である
と考えるのが普通かとおもいます。
とすれば、質問者さんが仰るツーピース構造とスリーピース構造なら
ツーピースの方が強いと言うことになるとおもいます。
詳しい計算式まで分かりませんが、私ならそのように考えます。

あまり良い回答でなくてすみません。

Answer

こんばんは、難しい計算はわかりませんが（少し飲んでますし^^;）
イメージ的には、ねじは緩むものと考えて、ボルト（軸）＋ナットと、ナット＋寸切り（軸）＋ナットでは軸の摩擦などの影響で、緩むスピードに違いがでるのではないでしょうか？

Answer

他の回答者さんも記述していますが、

ねじは、振動等で一瞬でも軸力が無くなると、緩みます。
軸力が一瞬なくなる ⇒ ナットが微量廻る　を繰り返して。

その要因が、2箇所あるのだから、2倍緩み易い。

ねじ長さを誤らなければ、
＊ ボルト＋（ナット＋ナット）の様に、ダブルナットで緩み止め
＊ ボルト＋ナットで、ねじロック材塗布
の緩み止め仕様では？

それか、初期は前述の仕様であったが、メンテナンス時に取外しして
通常のボルト＋ナットで再組立した。
そして、良く緩みが発生して、ねじが馬鹿になり、今回交換ですか？

以下にねじ緩み対策等の資料を添付しますので確認して下さい。
http://www.nmri.go.jp/eng/khirata/design/ch04/ch04_04.html
http://www.110.ne.jp/nejitech/neji_techdoc_016_1.html
http://isogaifastener.co.jp/homepage/right3.htm
以下は、おまけです。
http://www.110.ne.jp/nejitech/ct1_003.html

Answer

お早うございます。

お話から察するに全ネジですね？
通常『あしまった！長過ぎた！』となれば必要長さを残して切り落とします。

そのまま使用して問題なくても無駄に長いボルトが組んであれば
見た目に気持ち悪いだけですからね。

本題ですが・・・

ナット締めは基本【緩むもの】として考えます。
（絶対緩まないナットは一般的に存在せず、どうしてもの場合は溶接止め）
ナットは“座面でのフリクション”で止まるものですから
それが両端にダブルで組んであれば「弛み率倍増」ですよね。

たとえば遠方の現場に出ていて、手元に通常のボルトが全くなく
寸切りボルトしかないようなケースであれば止むを得ず組む場合もありますが
一般的にはしてはいけない（常識を疑われる）ことですよ。
私事ながら、かれこれ20年以上設計開発業界にいますが
そんな組み方をしてる機械をみたことはありません。
トピ主さんもこれからいろんな機械を見て知識を肥やしてくださいね。

全ねじボルトにナットを締めると通常のボルトナットとは違い緩みやすいのか