ほとんどのファスナーは、部品を締め付けるために作られているのであって、損傷させるために作られているのではない。しかし、ねじ山のかじりとは、まさにそのことを意味する。ネジ山が固着し、ロックされ、時には締め付け中に裂けてしまうことさえあります。カジリは単なる頭痛の種ではなく、実際の生産上の問題なのです。何が原因で、どうすれば止められるのかが分かれば、回避することは可能です。
ネジ山のカジリは些細なことに思えるかもしれませんが、時間を浪費し、部品を台無しにします。ここでは、カジリを発見し、それが広がる前に止める方法をご紹介します。
スレッドギャリングとは？
ねじ山のかじりとは、締め付け中にボルトとナットのねじ山が密着することで起こる。その圧力と表面間の摩擦によって、金属が破れたり焼きついたりする。これは、ステンレス、アルミニウム、チタンによく見られます。これらの材料は粘着性があり、潤滑剤なしで圧力下で溶接する傾向があります。
カジリが始まると、それは急速にエスカレートします。ファスナーを回せば回すほど悪化します。ネジ山がロックします。ボルトが折れたり、ナットが外せなくなることもある。これは加工不良が原因ではなく、高負荷がかかった金属表面の物理的な反応によるものです。
ギャリングを科学する
カジリを止めるには、そのメカニズムを知る必要があります。カジリは単にネジ山が引っかかるというだけでなく、極端な接触によって引き起こされる表面レベルの不具合です。
スレッド界面での摩擦と接着
2つの金属面が荷重でこすれ合うと、摩擦が大きくなる。ステンレス鋼とステンレス鋼のように、材質が似ている場合はくっつく。潤滑剤がなければ、この接触は粘着に変わる。
高い圧力がかかると、ボルトが回転する際に、一方のねじ山の一部が引き剥がされ、他方のねじ山に付着する。その結果、粗い部分ができて抵抗が増す。回転が難しくなり、最終的にはファスナーがロックしてしまいます。
塑性変形と金属移動
大きな圧力がかかると、柔らかい金属は変形する。これを塑性変形と呼ぶ。ネジ山は滑らかに滑る代わりに、互いに押し付け合う。一方の表面から他方の表面に材料が移動する。
この移籍は均一ではない。盛り上がった部分ができ、接触が悪化する。さらに圧力がかかると、さらに断裂が進む。カジリはすでに始まっており、曲がるたびに悪化する。
ギャリングとシーシング： 何が違うのか？
ギャリングはそのプロセス。焼付きはその結果である。ギャリングは、金属が裂けて移動し始めると始まります。締め付けの際に余分な抵抗を感じることがある。
固着とは、ファスナーが完全にロックされ、それ以上回らなくなることです。部品はその時点で動かなくなり、力を入れないと緩められなくなります。多くの場合、ファスナーを切るか壊すしかありません。
糸ガリの原因
ねじ山のかじりには、いくつかの要因があります。その多くは、取り付けの際に起こります。これらの根本原因を理解することで、損傷の可能性を減らすことができます。
類似素材による高い摩擦
いつ ファスナー は、ステンレス鋼とステンレス鋼のように、同一または類似の金属から作られているため、かじりの危険性が高まります。これらの金属は、圧力がかかると互いにくっつきやすくなります。簡単には滑らず、摩擦が大きくなる。
潤滑不足
乾燥したスレッドは高い摩擦を生む。金属表面は、潤滑剤や焼き付き防止剤がないと溶接しやすくなる。これは、特に柔らかい金属に当てはまります。少量の潤滑剤でも、表面接触を減らし、かじりを防ぐことができます。
過度のトルクまたは過度の締め付け
トルクが大きすぎると、ねじ山にかかる圧力が増す。このため、表面同士が強く押し付け合うことになり、破断の可能性が高くなる。また、締め過ぎは変形を引き起こし、適正な負荷に達する前に焼き付きへとつながる。
表面仕上げやねじ山の品質が悪い
粗いスレッドは摩擦を生む。傷や バリ は、対向面をとらえるフックのような働きをする。損傷していたり、カットが不十分だったりするスレッドは、うまくフィットせず、負荷がかかるとくっついたり裂けたりしやすくなる。
高速アセンブリまたは高速ツーリング
高速回転は熱を発生させる。その熱は金属を軟化させ、固着の可能性を高める。高速回転工具は、抵抗やノイズといったカジリの初期警告サインをスキップし、ネジ山の損傷に直行する可能性があります。
スレッド素材の非互換性
金属の組み合わせによっては、うまく機能しないものもある。例えば、鋼鉄のネジ山にアルミニウムのボルトを使用すると、硬度や熱膨張が不均一なため、すぐに摩耗したり、焼き付いたりする可能性があります。間違った組み合わせを選ぶと、特に表面処理が施されていない場合、かじりのリスクが高まります。
ファスナーのギャリングを識別する
ギャリングは多くの場合、何の前触れもなく始まる。しかし、何を見るべきかを知っていれば、悪化する前にそのプロセスを止めることができる。
組み立て中の視覚的兆候
締め付けの際、ネジ山の周りに小さな金属片や粉が付着していることに気づくかもしれません。これはカジリの最初の兆候の一つです。また、金属が破れ始めている箇所では、ファスナーが光って見えたり、荒れて見えたりすることもあります。
カジリがさらに進行すると、ねじ山が歪んだり、汚れたりすることがある。これらは、ボルトとナットの間にすでに材料が移動している証拠です。
スレッドのロックアップまたは突然の抵抗
最も一般的な症状のひとつは、突然の抵抗です。ナットを回しているとき、すべてがうまくいっているように見えても、締め付けが速すぎたり、トルクが急上昇したりするのです。これは強い警告サインです。
このポイントを超えて回し続けると、ネジ山が固着する可能性が高い。ファスナーはロックされ、損傷なく緩めることができなくなります。
分解時の損傷
取り外した後、かじられたスレッドは、しばしば破れたり剥がれたりしたように見える。片方のスレッドから金属の塊が欠け、もう片方のスレッドに付着しているのが見えるかもしれません。
分解中にファスナーが壊れることもある。インパクトガンやチーターバーのような工具が必要な場合は、カジリが発生している可能性が高い。
ゲル化したスレッドの顕微鏡的特徴
顕微鏡で見ると、かじられたネジ山には表面溶接の形跡がある。金属は粗く、不均一に見える。深い傷、破れた表面、一方の部品が他方の部品から引き離された部分などが見られる。
これらの跡は通常の摩耗とは異なる。これらの跡は、繰り返し使用や腐食ではなく、表面の融合に起因する問題であることを示している。
材料とその感受性
ある材料は、他の材料よりもかじりやすい。表面特性と強度レベルは、圧力下での挙動に影響します。
ステンレス鋼とギャリングのリスク
ステンレス鋼は、カジリが発生しやすい材料のひとつです。ステンレス鋼には天然の酸化皮膜があり、腐食から保護し、接着の可能性を高めます。
ステンレス鋼のネジ山が互いに擦れ合うと、結合 することがある。潤滑がなければ、きれいに加工されたねじ山 であっても、固着する可能性がある。304や316のようなオーステナイト系鋼種は、 特にかじりやすい。
アルミニウムとチタン合金
アルミニウムは柔らかく、変形しやすい。トルクがかかると破れ、相手側のネジ山に金属が移動することがある。これは、特に潤滑のない軽量アッセンブリーでは、かじりの原因となります。
チタンの方が硬いが、同じような反応をする。摩擦係数が高く、自分自身や他の金属と溶接しやすい。また、熱に弱いことも問題を大きくしている。
硬化素材と非硬化素材
硬化した金属はかじりにくい。変形しにくく、材料が移動しにくい。熱処理された合金から作られたファスナーは、高負荷のアセンブリでより良い性能を発揮する傾向があります。
一方、非硬化金属は応力を受けるとすぐに変形する。そのため、締め付けの際に引き裂きやロックアップにつながる粗い斑点が生じる可能性がある。
コーティングおよびメッキスレッド
コーティングは摩擦を減らし、金属同士の接触を防ぐのに役立つ。亜鉛、ニッケル、またはドライフィルム潤滑剤は、バリア層として機能します。これらの仕上げは、ネジ山のスムーズな滑りを助け、カジリを減らします。
メッキされたネジ山は腐食にも強く、表面を保護します。しかし、コーティングが磨耗したり損傷した場合、特に繰り返し使用する場合は、カジリが発生する可能性があります。
予防技術
ファスナーの選び方、扱い方、取り付け方を調整することで、カジリを避けることができます。これらの簡単な手順は、表面の損傷を減らし、ねじ山をスムーズに機能させるのに役立ちます。
適切な素材の組み合わせを選ぶ
同一または類似の金属から作られたファスナーの 使用は避けること。例えば、ステンレス・ボルトとステンレ ス・ナットは、必要でない限り組み合わせないこと。可能であれば、ステンレス鋼とコーティングされた炭素鋼のような材料を混合する。
異なる硬度レベルは、癒着のリスクを低減する。より硬いナットやコーティングされたインサートを選択することで、金属の移動を防ぐことができる。
適切な潤滑剤の使用
焼き付き防止剤、またはネジ部品用の潤滑剤を使用する。これらは摩擦を減らし、保護膜を作る。締め付ける前にネジ山に塗布する。
ステンレス鋼には、ニッケルベースの潤滑剤が効果的である。アルミニウムには、軟質金属用の製品を使用する。このステップを省略しないでください。ネジ山の乾燥は、カジリの最大の原因です。
ファスナー締めのスピードを落とす
速い締め付けは、熱と摩擦を増加させる。どちらもかじりの可能性を高める。特に電動工具を使用する場合は、ナットやボルトをゆっくり回してください。
インパクトガンを使用する場合は、低速に設定するか、可能な限り手動レンチを使用する。ゆっくり、着実に回すことで、ねじ山が揃い、落ち着くまで時間がかかる。
正しいトルク値の適用
間違ったトルクを使うと、ジョイントがダメになることがある。力が強すぎると、ねじ山にかかる圧力が増します。素材とサイズに応じた推奨トルク設定に従ってください。
校正されたトルクレンチを使用する。締め過ぎは避けること。その余分な回転が、ネジ山のロックアップを引き起こす可能性がある。
表面コーティング付きねじの選択
カジリが懸念される場合は、PTFE、亜鉛、ドライフィル ムコーティングのファスナーを選んでください。これらの表面処理により、金属との直接接触が減少します。
ねじ山の滑りを良くし、破れのリスクを低減します。プレコートファスナーは、自動化や大量生産で特に役立ちます。
冷間加工またはねじ転造の改善
ねじ転造は、ねじの表面を強化します。スレッドローリングは、糸目を切断するのではなく、糸目を圧縮します。これにより、糸はより滑らかに、より硬くなります。
冷間加工されたスレッドは、標準的なカットスレッドよりも、引き裂きやカジリに強い。プロジェクトが許せば、転造ねじは確実なアップグレードです。
潤滑戦略
潤滑はカジリを止める最も簡単な方法の一つです。しかし、すべての潤滑剤が同じ働きをするわけではありません。正しい種類を選び、正しく塗布することで大きな違いが生まれます。
焼付防止剤の種類
焼き付き防止剤は、圧力下での摩擦を減らすために作られる。銅、ニッケル、アルミニウムのような柔らかい金属粒子が含まれています。これらは、ねじの表面間にバリアを作ります。
ニッケル系はステンレス鋼に最適。一般的な使用には、銅ベースのものが標準的です。常にファスナーの材質と使用温度に合ったコンパウンドを使用してください。
ドライフィルム潤滑剤とグリースベースの比較
ドライフィルム潤滑剤は薄く塗布でき、強固な層を残します。汚れを寄せ付けず、クリーンな環境やタイトなフィットに適している。航空宇宙や電子機器に適しています。
グリースベースのタイプは厚みがある。粘着性が高く、荒いスレッドや屋外での使用に適している。しかし、時間が経つとゴミが溜まってしまうことがある。
潤滑を避けるべきとき？
まれに、潤滑を省略すべき場合がある。例えば、トルクが一定のクランプ力を発生させなければならないような負荷が重要な継手では、潤滑によって測定値が狂うことがある。
コーティングの中には潤滑剤の役割を果たすものもあります。上から余分なグリースを使用すると、締め過ぎの原因になることがあります。必ずメーカーのガイドラインに従ってください。
アプリケーションのベストプラクティス
雄ネジと雌ネジの両方に薄く均一に塗る。塗りすぎないこと。余分なコンパウンドが絞り出され、汚れを引き寄せることがある。
ネジ山以外の表面に潤滑剤が付着しないようにしてください。ブラシまたは小さなアプリケータを使用する。容器は密閉して保管し、清潔に保つ。
カジリが起こると、そのダメージは深刻なものになる。しかし、回復する方法はあります。選択肢を知ることで、ダウンタイムを減らし、さらなる問題を防ぐことができます。
分解はいつ可能か？
ファスナーが完全に固着していない場合は、抵抗を感じたら回すのを止める。浸透性オイルを塗布し、数分間放置する。
ファスナーを前後に軽く回してみてください。無理に回さないでください。わずかな動きで、スレッドを引き裂くことなく表面の結合を壊すことができるかもしれません。
損傷したファスナーの切り取りまたは取り外し
ファスナーがロックされている場合は、切断する必要があるかもしれません。アクセスや材質に応じて、弓のこ、回転工具、ボルト・カッターを使用する。
ブラインド・ホールにはまったボルトには、左手のドリル・ビットかエキストラクターを使う。相手のネジ山を傷つけないよう、ゆっくりと作業する。
再タッピングまたは再スレッド・オプション
ネジ山がわずかに損傷している場合は、タップやダイスでネジ山を修復することができる。まず穴をきれいにする。正しいサイズの工具を使用し、潤滑油を加える。
タップをゆっくり回し、金属片がないか確認する。ネジ山が剥がれたり裂けたりしている場合は、この方法を試さないでください。その場合は、代わりにインサートを使用する。
ヘリコイルとスレッドインサート
ヘリコイルは、損傷したネジ山を修復するワイヤーコイルである。穴を開け、新しいネジ山をタップし、コイルを挿入する。こうすることで、元の部品の内側に強力な新しいネジ山ができる。
より大きな修理には、ソリッド・スレッド・インサートを使用する。これらの方が丈夫で耐久性がある。どちらの方法も、部品を廃棄する代わりに再利用することができます。
結論
ねじ山のかじりとは、締め付け中に金属のねじ山が固着することです。特にステンレス、アルミニウム、チタンでは、摩擦、圧力、材料の移動によって起こります。カジリを防ぐには、正しいファスナーの組み合わせを選び、適切な潤滑を行い、正しいトルクでゆっくりと締め付けることです。
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ケビン・リー
レーザー切断、曲げ加工、溶接、表面処理技術を専門とし、板金加工において10年以上の実務経験があります。シェンゲンのテクニカルディレクターとして、複雑な製造上の課題を解決し、各プロジェクトにおける革新と品質の向上に尽力しています。
