ねじ込み式締結部品の緩み防止

ねじ接続部は、極めて強い振動や衝撃荷重を含む、あらゆる種類の変動荷重を作業条件下で受ける可能性があります。変動荷重の作用下では、ねじ接続部の破損は通常、接続部自体の緩みと疲労損傷によって引き起こされます。一般的に、ねじ接続部の耐振動性緩み寿命は、接続部の材料および構造の疲労寿命よりもはるかに短くなります。疲労損傷が発生するずっと前に、緩みによるねじ接続部の緩み破損、または緩みによるコネクタおよび接続部品の早期疲労損傷が発生します。ねじ接続部の破損は、製品および機器の正常な動作に影響を与え、深刻な結果を招く可能性さえあります。ねじ接続部の緩みを防止する方法は、ねじ締結具の開発および設計における重要な課題の1つです。

ねじ込み式締結具の接続部における緩み防止方法には、大きく分けて3つの種類があります。

1. 取り外し不可の緩み防止

これは、溶接、接着、またはパンチングリベット留めを用いて、取り外し可能なねじ接続部を取り外し不可能なねじ接続部に変換する緩み防止方法です。非常に信頼性の高い従来型の緩み防止方法です。欠点は、ねじ締結具を再利用できないことと、作業が煩雑なことです。分解せずに高い信頼性の緩み防止が求められる重要な場面でよく用いられます。

• 溶接ナットはボルトに溶接されているか、または締結具はワークピースに溶接されている。

• ボンディングエポキシ樹脂や嫌気性接着剤などの接着剤を、ねじ山の接合面に塗布します。接着剤が硬化すると、ねじ山がしっかりと接着され、緩み防止とロックの目的が達成されます。接着剤の種類によってロック能力は異なります。エポキシ樹脂でコーティングされたファスナーは接着強度が高く、分解できません。嫌気性接着剤でコーティングされたファスナーは分解できますが、分解後にねじ山の接合面に残った接着剤は除去が難しく、ねじ山が損傷する可能性があるため、再利用しないでください。

• パンチング／リベット留めパンチリベット接合法は、締め付け後にボルト（またはねじ）とナットに局所的な変形を生じさせることで、緩みを防止するために用いられます。この接合方法は信頼性が高く、分解を必要としないあらゆる接合に使用できます。

2. 機械式締結具の緩み防止

機械式締結具は、ねじ付き部品を接続部品に固定したり、ねじ付き部品同士を固定したりして、緩みを防止するために使用されます。この方法の利点は、確実な緩み防止が可能であることであり、その信頼性は一般的に、機械式締結具の静的強度または疲労強度（あるいは、スロットナットなどの締結具自体）に依存します。欠点は、締結部の重量が増加すること、製造および設置が困難であること、柔軟な設置ができないことから、コストが比較的高くなることです。しかし、その高い緩み防止信頼性から、機械製品や航空宇宙製品の重要な部分において、依然として広く使用されています。

• コッターピン付き スロット付きナット割りピンは、ナットの溝とボルト端のピン穴を貫通して、ナットとボルトを直接固定します。航空宇宙機や車両のコックピットにあるジョイスティックの可動ジョイントの接続など、締め付けずに（つまり予圧をかけずに）緩んだ状態で重要な可動部品に使用できます。また、長期間にわたる厳しい振動条件下での緩み防止に高い信頼性が求められる特に重要な部品にも使用できます。この場合、ナットとボルトは適切な予圧をかけて締め付ける必要があります。そうしないと、締め付けずに緩んだ状態では割りピンやナットが疲労損傷を受け、締結具が緩んで破損する可能性があります。このような事故は、過酷な作業条件にさらされる多くの接続部で頻繁に発生します。

• タブワッシャーナットと接続部品、または2つのナット同士を固定するために、シングルまたはダブルの鋼製ワッシャーを使用します。緩み防止に効果的で、高温部品の緩み防止接続に使用できます。エンジン製品の重要な部品によく使用されます。

• ロックワイヤー鋼線を使用して、ネジ頭またはナットの小さな穴を貫通させ、複数のネジまたはナットを連結して固定します。組み立てはやや面倒ですが、緩み防止に信頼性があるため、特に航空宇宙製品の重要な部品など、重要な場面で使用されています。ボルトやネジのグループでの緩み防止に使用できます。

3. 摩擦を増やすことで緩みを防止

緩み防止の目的は、ねじ山間またはボルト（ねじ）の頭部とナットの端面間の摩擦を増やすこと、あるいは両方の摩擦を同時に増やすことによって達成されます。この緩み防止方法は、上記の2つの方法に比べて信頼性は劣りますが、最大の利点は、使用空間に制限されず、繰り返し組み立て・分解が可能で、柔軟な組み立てが可能であること、そして一部の締結具（ナイロンリングロックナット、オールメタルロックナットなど）は非常に高い緩み防止信頼性を達成していることです。そのため、この緩み防止方法は、機械製造業や航空宇宙分野で最も広く使用されています。

• ダブルナッツ:従来のダブルナットの締め付け方法は、まず内側のナットを締め、次に外側のナットを締め、最後に内側のナットを逆方向に締めることで、2つのナットの高さ間のねじ山にわずかな弾性変形を生じさせ、摩擦を増やして緩みを防止するというものでした。しかし、この締め付け方法はダブルナットの緩み防止には信頼性が低いことが実証されています。その欠点は、内側のナットを逆方向に締めると締結システムに負荷がかからなくなり、締め付け力が小さくなり、緩み防止能力が低下することです。新しい締め付け方法では、「内側のナットを逆方向に締める」手順を廃止し、まず内側のナットを締め、次に外側のナットを締め、両方のナットに同じ締め付けトルクをかけることで、締結システムの締め付け力をより高いレベルに維持します。国内外の試験では、新しい締め付け方法を用いたダブルナットの緩み防止能力が大幅に向上することが実証されています。ねじ締結具の緩み止め方法には様々な種類がありますが、この方法は耐振動寿命が比較的長い数少ない方法の一つです。ナットを2個使用するため重量は増加しますが、構造がシンプルで緩み止め効果が高く、高温環境下でも使用できるため、エンジンのねじ接続部の緩み止めなど、重要な場面で今もなお使用されています。

• ギザギザフランジナット そしてボルトナットとねじ頭の下のベアリング面は、ローレット加工または鋸歯状になっています。ナットまたはねじを締め付けると、ベアリング面と接続部との間に摩擦抵抗が生じ、特に鋸歯が接続部の表面に埋め込まれている場合は、非常にしっかりと固定されます。ベアリング面の鋸歯の歯形と締め付け時の締め付け力は、固定性能に大きな影響を与えます。この締結具が固定能力を維持するには、安定したねじり張力関係と十分な締め付け力が前提条件となります。試験では、緩み防止特性が優れていることが示されています。ワッシャーとの併用はできません。また、高い締め付け力に耐えられないねじ接続や、接続面が傷や腐食に敏感なねじ接続にも使用できません。この緩み防止方法を使用する際は、硬度の適切なマッチングに注意する必要があります。一般的に、締め付けられる部品の硬度は、締結具の硬度よりも低くする必要があります。

• 全金属製ロックナット：ナット本体の上端は、非円形端部またはスロット付き端部（後者はスロット付きビームナットとも呼ばれる）で閉じられており、ねじ山を部分的に変形させます。ボルトをナットにねじ込むと、ナットの端部が外側に広がり、端部の弾性によってねじ山ペアが横方向に圧縮され、ねじ山の隙間がなくなり、ねじ山の摩擦が増加し、ボルトとナットがしっかりと固定されます。緩み防止効果は良好で、スロット付きビームナットはより優れた緩み防止性能を備えています。ねじ山精度が高いボルトと併用すると、緩み防止性能が向上します。ナットの硬度に対応する硬度が高いボルトと併用すると、接続部の繰り返し組み立てと分解の耐用年数が大幅に向上します。全金属製ロックナットの中で、スロット付きビームナットは再利用性が最も優れています。可動部を除くあらゆる締結接続部に使用できます。

• ナイロンインサートロックナット: ナットの上端にナイロンリングが埋め込まれており、ナイロンリングの内径はねじ径よりわずかに小さくなっています。ボルトをねじ込むと、内ねじがナイロンリングから押し出され、非常に弾力性のあるナイロン素材がボルトとの間に大きく安定した摩擦抵抗を形成し、確実なロックを実現します。緩み防止性能に優れ、繰り返し組み立て・分解が可能です。激しい衝撃や振動を受ける場所での使用に適しています。低精度から高精度まで、また低強度から高強度まで、あらゆるボルトに使用できます。使用温度はナイロンリングの材質によって制限され、一般的に-50～+100℃です。

• スプリングワッシャーバネの張力を利用してねじ接続部を固定します。構造がシンプルで、コストが低く、使いやすいのが利点です。一般的な電気機械装置の重要でない部分の緩み防止に広く使用されています。バネワッシャーは緩み防止効果が低いため、強い衝撃や振動を受ける部分での使用には適していません。また、電気亜鉛めっき鋼またはカドミウムめっき鋼のワッシャーは、遅延水素脆化破壊を起こしやすく、発見しにくい隠れた危険や、その後の故障事故につながる可能性があります。そのため、バネワッシャーは重要な場面では使用されません。

• 歯付きロックワッシャーナットやねじを締め付ける際、ワッシャーの歯が平らになり、ねじ山とベアリング面との摩擦抵抗が増加し、ねじ接続部のロック効果が得られます。歯はねじ頭（またはナット）と接続部品の表面に埋め込まれているため、歯による損傷は腐食に対する感受性を高め、高応力がかかる締結部品や接続部品では、これらの損傷が亀裂の原因となることがあります。大きな締め付け力が加わると、ワッシャーの歯に亀裂が生じたり、破損したりする可能性があります。

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