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ねじの基礎講座

私たちの身近にあって欠かせない存在、「ねじ」。
ねじにはどのようなはたらきや歴史があり、どんな種類があるのか。
本連載では、ねじに関するさまざまな事項をご紹介していきます。
第3章 ねじの強さ

3-9 ボルトの締付け工具

使用したい寸法形状のねじやボルトを選定できたとして、その締め付けを行う場合には、適切な締付け工具を選定して、適切な方法により締め付けを行う必要があります。

小ねじの締め付けに用いられる代表的な工具はドライバーです。使用するねじに合ったドライバーを使わないとねじの溝やドライバーの先端を傷めてしまうことがあります。 JISでは十字ねじ回しと規定されており、その形状には一般用のH形と精密機器用のS形があり、その大きさはNo.1からNo.4までの番号で表されます。 また、本体と握り部との結合方法による分類として、ドライバの軸が握り部の途中までの普通形、握り部が端部まで貫通している貫通形、 さらに先端部のねじを引き寄せる磁力のあり・なしなどがあります。また、すり割付きの締め付けにはマイナスドライバーが用いられます(図1)。

  • プラスドライバー
  • プラスドライバー
  • マイナスドライバー
  • マイナスドライバー

ドライバーによる締め付けでは、単に回すだけでなく、ドライバーをねじ頭部の溝に対し垂直に奥まで差し込み、力を加えて締め付ける必要があります。 垂直に押さえつけながら回さないとドライバーがねじの溝から外側に逃げようとして浮き上がる現象であるカムアウトが発生して、ねじの頭部をつぶしてしまうことがあります(図2)。

図2:カムアウト

図2:カムアウト

めがねや時計などの小ねじの締め付けには、No.1からNo.4よりも小さな寸法のNo.0やNo.00を含む、精密ドライバーが用いられます。 通常はプラスドライバーとマイナスドライバーが6本程度のセットになって販売されています(図3)。 精密ドライバーの柄の端には空回りする円盤状の支えがあり、 この部分を手のひらで押すことでねじに対して垂直を保つことができます。

図3:精密ドライバーセット

図3:精密ドライバーセット

ボルトやナットの締め付けに用いられる代表的な工具はスパナです。 スパナには、開口部が柄の片側にある片口スパナ(図4)や両側にあるスパナ(図5)などの種類があります。 スパナで六角ボルトの締め付けを行う場合、六面のうちの平行な二面である二面幅をつかんで回すことになります。 六面すべてをつかんでより確実で均一な締め付けを行える工具にメガネレンチ(図6)やソケットレンチ(図7)などがあります。 これらのスパナは一つの寸法で一種類が必要となるため、さまざまな寸法のねじを締め付ける場合には、相当数を用意しておかなければなりません。 ボルトをつかむ幅をねじ状の歯車とそれにかみ合う歯車であるウォームギアによって調整できる工具にモンキーレンチ(図8)があります。 これは一本で一定範囲の寸法の締め付けができるので便利ですが、二面幅により締め付けであることや、歯車部にガタが発生することなどがあるため、 ねじを痛めやすくなるため、特に大きな力で締め付ける場合には注意が必要です。

  • 図4:片口スパナ
  • 図4:片口スパナ
  • 図5:両口スパナ
  • 図5:両口スパナ

  • 図6:メガネレンチ
  • 図6:メガネレンチ
  • 図7:ソケットレンチ
  • 図7:ソケットレンチ

  • 図8:モンキーレンチ
  • 図8:モンキーレンチ

六角レンチは六角穴付きボルトの締め付けに用いられる工具です(図9)。 JISでは六角棒スパナと規定されており、六角を意味するヘキサゴンを用いてヘキサゴンレンチ とよばれることもあります。断面が六角形をしている理由として、360度で割り切れるため均一な接触面積を得ることができ、これが作業の確実性や安全性にもつながります。 この六角形状のメリットを生かすためには、それぞれの六角穴の寸法に合ったレンチを選んで六角穴の奥まで完全に挿入してから押し付けながら回転させる必要があります。 寸法ごとにそれぞれのレンチを用意する必要があるため、6本程度のセットになって販売されていることもあります。また、インチ寸法の六角レンチもあります。

図9:六角レンチ

図9:六角レンチ

六角レンチの棒部分はL形が基本形であり、小さな力で仮止めをするときや素早く作業をしたいときには長辺を六角穴に挿入して回し、本締めや緩めるときなど大きな力が必要なときには短辺を六角穴に挿入して回します。

なお、六角レンチの長い辺の先端部を約30度斜めにカットしたボールポイントタイプのものは、ねじ頭部のくぼみに対して工具を垂直に差し込むことができない場所でも、斜め方向から回転力を加えることができて便利です(図10)。

図9:六角レンチ(ボールポイントタイプ)

図9:六角レンチ(ボールポイントタイプ)

適材適所に用いるねじを選び、適切な工具を選んだとしても、ボルトに適切な締め付け力であるトルクを加えなければ、十分な締結ができたとはいえません。 確実な締結を行うためには、経験や勘で締結を行うのではなく、トルクの大きさを科学的に把握しておく必要があります。 3-5でねじを回す力のモーメントの説明をしましたが、力のモーメントとトルクは物理的には同じことを意味します

六角ボルトに力F0[N]を加えて長さL[mm]のスパナで締め付けることを考えると、ねじを回す力のモーメント(=トルク)は M=F0L[N・mm]で表されます。 ボルトを締め付けるたびにこの計算をするのは面倒なので、トルクレンチとよばれる工具を用いてトルクの管理を行います。 直読式トルクレンチ(図11)は、負荷されているトルクを目盛で直接読むものであり、デジタル表示式のトルクレンチ(図12、図13)などもあります。 また、シグナル式トルクレンチは、あらかじめ締め付けたいトルクを設定しておき、その値に達するとラチェット機構がはたらいてカチンと音で知らせてくれます(図14)。 これらのトルクレンチを選定するときには、それぞれのトルク測定範囲[N・m]を把握しておき、その範囲内で使用します。

  • 図11
  • 図11
  • 図12
  • 図12

  • 図13
  • 図13
  • 図14
  • 図14
執筆:宮城教育大学 教育学部 技術教育専攻 門田 和雄 准教授

『ねじの基礎講座』の目次

第1章 ねじのキホン

第2章 ねじの種類

第3章 ねじの強さ

第4章 ねじの材料

第5章 ねじの作り方

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