ねじの緩み対策について｜ねじの緩む原因と対策を解説

番外です。

> 理屈に走り設計時間を浪費し、試験を怠り、コストやより重要な設計事項の検討も怠ると、
> シベリア鉄道で機械を運んだら振動でボルトが緩み
> なんてオチの落語になっちゃうし、リコール隠しの元凶になったりもする。
の情報元は俺で、“振動でボルトが緩み……”ではなく、振動で残留応力が開放され、
幾何公差精度が著しく悪化したお話しです。
ねじの話しではありません。

回答（６）の追記－?でも示しましたが、URL資料を確認してくださいな。

＞考慮しなければならないことが膨大にありますね

その必要なく対象療法で特効薬開発は専門家任せ。その成果を振動試験でおいしくいただく。

んで、M3～4 ビスは大抵、何の策もやってないでしょう。経験例。
製品の振動試験で緩んだとロック剤コーティングを指名したが、製造部門は何倍もの高コストと拒否。試験がフィールドでは有得ない苛酷と結論し、並のビスにしたが事故は皆無で、巨額のＣＤで ﾒﾃﾞﾀｼﾒﾃﾞﾀｼ ･･･

ひとえに試験。あたかも閻魔様になった気分。

理屈に走り設計時間を浪費し、試験を怠り、コストやより重要な設計事項の検討も怠ると、
　　シベリア鉄道で機械を運んだら振動でボルトが緩み
なんてオチの落語になっちゃうし、リコール隠しの元凶になったりもする。

逆説的に設計者のサイト紹介。
何か役立ちます？　（他にも眼点な項目あり）

冒頭に　回答（1）再出　のおことわりすべきが抜け。

【お礼】を頂戴したあとの【追記】は質問者に届かない ﾁｬｯﾁｨ サイトなので。

お仕事と離れ暇なときに読めば参考になるサイト。

（1）でふれた神戸大のサイト
　　http://www.bolt-engineer.net/lab/

強度設計では此処のこれが貴重なる知見

　　ねじ山の荷重分担割合は

こちらは東京大学大学院

　　有限要素法によるボルト・ナット締結体のゆるみ機構の解明とゆるみ止め部品の性能評価
　　http://www.fml.t.u-tokyo.ac.jp/~izumi/Bolt/jigikai050727.pdf

理解できたとして、お仕事にどう締結できるかは、また直接ご指導を仰いでも、、、、

回答（8）
番外です。
> 理屈に走り設計時間を浪費し、試験を怠り、コストやより重要な設計事項の検討も怠ると、
> シベリア鉄道で機械を運んだら振動でボルトが緩み
> なんてオチの落語になっちゃうし、リコール隠しの元凶になったりもする。

の情報元は俺で

論争も嫌だからとボカしたが、認めるなら書いときましょ。

　　http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=313750&event=QE0004
　　↓（151）

?、?、?の如く質問に合わせて原因事象が変わっちゃった!!
?は私が出処ながら、うっかり騙されたことに気付かず

　　・・・シベリア鉄道て荷物を送ったら、メッキに白い粉が付き・・・

にだって変化するのではとの予想。

本件については作文のみでまだマシながら、デタラメやらかし、さらには違法・無法・官庁指導無視にまで及ぶことを告発する場所なのです。
最新（155）でもこのデタラメ指摘するため童話化して再掲。
　　No.44279 ｽﾃﾝﾚｽの電食

> 部品を止めているねじが緩まない、若しくは緩む力が非常に小さいのでねじが緩む懸念はない、
> と理論的に説明・裏付けを取りたいのですが、どなたかご教示ください。
解りました、理論的な説明・裏付けを以下に示します。

ねじは自然に緩むことはありません。
その理由は、ねじのリード角 ＜ 摩擦係数をactanした摩擦角　なので自然に緩まない
(廻らない)からです。
そして、軸力が大きい程大きな力(トルク)で必要となるので、緩み難いとなります。
では、緩む原因を考察してみますと、
? ねじの軸力が振動等で一時的にでも減少すると、ねじが小さい力(トルク)でも廻る(緩む)
　 そして、塵も積もれば山となるで、回転が累積され緩む。
　 (ねじリード角に対して、一般的には下がる/緩む方向にしか回転しないから緩み側に累積)
? 地震も振動の一種で、ねじの質量の何倍ものＧが加わる振動であれば、ねじ接触面が
　 リニアモータカーの如く中に浮き、摩擦係数が零になるや摩擦係数をactanした摩擦角が
　 リード角より小さくなり、自然にリード角度の坂道を滑り落ちるが如く緩む
となる内容が代表的です。

緩み止めを考察してみますと、
? 摩擦係数を大きくするや接着剤や割りピン止めのように無限大にする方法
? 軸力又は接触面の圧力を限界まで上げ、大きな振動のＧが加わっても自然にリード角度の
　 坂道を滑り落ちるが如く緩むことがないようにする方法
　 (緩みに対して完全ではないがダブルナット、略完全がハードロックナット)
? 完全ではないが、ねじ長さを長くして、軸力に対しての伸び量を増やす
　 初期緩みの内容である、締め付け直後から、負荷ねじ面、ナット座面、ボルト頭座面、被締結
　 部材接合面のそれぞれにおいて加工時の凹凸が締結圧力を受けて次第に平面状や相互の凹凸に
　 応じた形へと変形して行き、微量ながらねじ長さが縮まり軸力が低下する
　 微量ながらねじ長さが縮まるは略一定 ÷ ねじ長さを長くし軸力に対しての伸び量を増やす
　 とすれば、緩み原因の分子の比率が低下し、緩み難くなる
となります。

以上が、考察のパラメーターです。

ですが、
> M3～4、長さ6～12mm程度のねじを主に使用予定です
なので、大きなトルク(軸力)がかけれないことと、ねじ長さを長くして軸力に対しての伸び量を
増やす(高マージン化する)ことができません。
有利なのは、質量が少ないので、ダブルナット的な効果が期待できます。

因って、
ａ）摩擦係数を増やす、ねじをお握り形状とした物等を使用する
　　http://www.maruemu.co.jp/product/sunlock.html
　　http://www.nittoseiko.co.jp/products/search/index.php/search?cell003=%E3%81%AD%E3%81%98%E8%A3%BD%E5%93%81%EF%BC%88%E5%B7%A5%E6%A5%AD%E7%94%A8%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%B9%E3%83%8A%E3%83%BC%EF%BC%89&cell004=%E9%87%91%E5%B1%9E%E7%94%A8%E3%82%BB%E3%83%AB%E3%83%95%E3%82%BF%E3%83%83%E3%83%94%E3%83%B3%E3%81%AD%E3%81%98&label=1
　　　↑　　ねじ部の断面が、オニギリ形状（三角形）になっていますの例
ｂ）高張力鋼(焼入れボルト)を使用した強度区分の高いねじを使用する
　　(雌ねじは、長さを長くする代用案もあり)
　　そして、できるだけ軸力を上げ、摩擦係数を増やす ⇒ より大きなトルクでの締付けが必要
　　にも理に適った対応となる
に絞った方が良さそうですね。

http://www.nittoseiko.co.jp/products/search/index.php/item?cell003=%E3%81%AD%E3%81%98%E8%A3%BD%E5%93%81%EF%BC%88%E5%B7%A5%E6%A5%AD%E7%94%A8%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%B9%E3%83%8A%E3%83%BC%EF%BC%89&cell004=%E9%87%91%E5%B1%9E%E7%94%A8%E3%82%BB%E3%83%AB%E3%83%95%E3%82%BF%E3%83%83%E3%83%94%E3%83%B3%E3%81%AD%E3%81%98&label=1&name=%E3%82%BF%E3%83%83%E3%83%97%E3%82%BF%E3%82%A4%E3%83%88%EF%BC%92%EF%BC%90%EF%BC%90%EF%BC%90&id=360
のP.D.F.を確認すると事例が出ます。

> そもそも理論的にねじが緩む懸念は非常に小さい、といったことを理論的に証明・算出することは可能でしょうか？

理論計算は出来るでしょうが実用的な物にはならないと思います。

ゆるみの場合、
静的な締結力で発生する塑性変形(クリープ)によるもの
振動など外力で発生する塑性変形によるもの
振動など外力で発生する微小回転の蓄積によるもの
以上3種がメインだとおもいます。

静的な力の釣り合い(軸力、摩擦トルク)だけなら簡単に計算出来ると思います。

一方で振動などによる微小ゆるみについては振動波形、接触部の表面性状などで大きく変わります。
(スティックスリップの発生しやすさとか計算出来るか不明)

どのような外力がどの様な頻度で発生しうるかという予測が出来ないとゆるみのリスク評価は困難ではないでしょうか？

結局、経験則に基づいて振動試験で評価というのが一番実用的となる気がします。
緩まない確証となると接着とかで相対位置を固定するしかないと思います。

＞若しくは緩む力が非常に小さいのでねじが緩む懸念はない

ねじを締めることで、軸力が生まれますが、軸力はねじを緩める方向の
力です。その一方で、軸力によって生じる摩擦力が緩みを打ち消すように
作用するのでねじは緩まずに済んでいます。

ねじが緩まずに締結状態を保つには、次の条件が必要と思います。
(1)軸力によって生じる摩擦力が、軸力によって生じる緩める力を常に上回
　ること。
(2)振動・衝撃などによって、ねじ締結部に力が加わっても、(1)の条件を
　保つことができること。

M3～4、長さ6～12mm程度のねじでは、高張力の材質を採用できる可能性は
なく、長さも短いので、ねじの軸方向のばね性によって常に軸力を確保する
ことは困難と思います。

(1)の条件については、摩擦係数の不確かさを除けば、ねじの幾何条件で
決定できるので、上記のような難しい条件でも緩まないことを説明できる
可能性があると思いますが、(2)の条件については不確定要素が多く、
先の回答者さんがお示しの通り、実験的に確認する以外に証明することが
困難と思います。

どのような分野の製品であるか情報がないので、ねじ締結部1点に対して
どの程度のコストを掛けることができるか不明ですが、ねじが緩んで外れ
た場合のリスクが大きいのであれば、接着剤等を併用した方が、経済的に
優位な可能性が大きいと思います。（一般的なばね座金等は推奨できません）