締付けトルクの決め方

​あなたはどのようにねじの締付けトルクを設定されていますか?​

「前回のモデルで使ったねじを採用しているので同じ締付けトルクにしている」

「締付けトルクは他部署が決めている」

「ねじのサイズでなんとなく決めている」

「取引先やネットから入手した参考締付けトルク表を基に決めている」

​こういった方が多いのではないでしょうか。

「70%」

これは、名古屋工業大学の教授が行った「ねじ締結のトラブルに関する実態調査」

の結果です。アンケートに答えた製造業121社の70%が、ねじ締結のトラブルは

「しばしば起こる」「たまに起こる」と回答されたそうです。

そして、ねじ締結のトラブルで最も発生件数が多いのが「ゆるみ(脱落)」で、次いで

「疲労破壊」という回答結果となっています。

部品と部品を結合する目的で使われる方法としてねじ以外にも接着、溶接、

ろう付け、圧入などがありますが、ねじ締結の大きな特徴は、結合部内部に

大きな弾性エネルギーを蓄えることにあります。

ねじには引張力が、被締結物(中間物)には圧縮力が働き、これらの力が

存在することにより結合部に大きな力がかかってもねじが容易に緩まないのです。

ねじ締め作業とは、ずばりこの力学エネルギーを加える作業なのですが、このような

​大事な作業の重要要素である締付けトルクを上記のような理由で決めてしまうことは

ねじ締結のトラブルにつながりかねません。

以下の要素が1つでも変わることで締付けトルクを見直す必要があると言われています。

例、

  • 相手材の材料が変わった

  • 相手材の厚みが変わった

  • 被締結物(中間物)の材料が変わった

  • 被締結物(中間物)の厚みが変わった

  • 下穴寸法が変わった

  • ばか穴の寸法が変わった

  • ねじのサイズや寸法、メッキ、ねじ部のタイプが変わった

  • ねじの材質が変わった

  • 締結工具が変わった

  • そのねじを使って組み立てる製品や部品の使用環境が変わった

締付けトルクは一般的に以下の計算式が用いられています。

 T = K・・Ff

 T : 締付けトルク(N.m)

 K : トルク係数0.2 (μ≒0.15)

 d : ねじの呼び径

​ Ff : 軸力[N]

 

この計算式で算出される締付けトルクの数値はあくまで

  • ボルトとナット

  • 小ねじとインサートなどの成形品の雌ねじ

の組み合わせを想定して軸力を基に考えられたものです。

これらの組み合わせでの各サイズの推奨締付けトルクは、トルクレンチメーカーとして

有名な東日製作所様のこちらの資料をご参照ください。

file:///C:/Users/YAMATO-PC/Downloads/02_bolt_tightening%20(2).pdf

 

一方で、雌ねじを用いず下穴に直接タップをたてながらねじ込む「タッピンねじ」や

「タップタイト®」は、軸力での管理が難しく、相手材等の条件の違いによりねじ込む際に必要な締付けトルクが異なりますし、比較的柔らかい材質の相手材が多い為、過度に締め付けると下穴を破壊してしまいます。

「タッピンねじ」や「タップタイト®」は締付けトルクの繊細な管理が求められるのです。

それでは、「タッピンねじ」や「タップタイト®」はどのように締付けトルクを決めればいいのでしょうか?

「タッピンねじ」や「タップタイト®」の締付けトルクは次のような条件で決める必要があります。

 ねじが着座するトルク < 締付けトルク < 雌ねじ破壊トルク

                       雄ねじ破断トルク

                       被締結物の強度

                       座面の強度

締付けトルクは、ねじが着座するトルクよりも高く、雌ねじ破壊トルク・雄ねじ破断トルク・被締結物の強度・座面の強度よりも低く設定すればいいのです。

例、

ねじが着座するトルク:0.20N.m

雌ねじ破壊トルク:1.00N.m

雄ねじ破断トルク

被締結物の強度

座面の強度

と仮にした場合、締付けトルクは、0.21N.mから0.99N.mの間に設定すればいいのです。

しかし、それぞれのトルクにもばらつきがあります。

0.21N.mでドライバーのトルクを設定してねじを締め付けた場合、ドライバーのトルクのばらつきにより実際の締付けトルクがねじが着座するトルク0.20N.mよりも低く出てしまった場合ねじ浮きが発生してしまう可能性があります。

その為、それぞれのばらつきを考慮し標準偏差を用いた統計的手法で締付けトルクを設定すればよいのです。

 

ただ、これらを1つ1つ確認する作業は大変です。

そこで弊社では、トルクアナライザーを使って締付けトルクを算出することを推奨しております。

 TD: ねじ着座するトルク

 TS: 推奨締付けトルク

 TF: 雌ねじ破壊トルク or 雄ねじ破断トルク

トルクアナライザーを使って試験を行うメリットは、実際にあなたがお使いの

  • ねじ

  • 相手物

  • 被締結物

  • 工具と同じ回転数

でシミュレーションが出来ることです。

これにより締付けトルクはもちろんのこと、下穴寸法が適正かどうか、戻しトルクが

十分か等も判断することが出来ます。

​M4.0以下のねじの締付けトルクの設定でお困りでしたらぜひご相談ください。