機械設計でよく出てくる言葉
「ひずみ（Strain）」
なんとなく「変形のこと？」
というイメージはあっても、
▶ 応力と何が違うの？
▶ 設計でどう使うの？
と曖昧なまま使っている人も多いはずです。
実はひずみは
“変形を数値で扱うための超重要な概念”です。
この記事では
ひずみの意味・計算方法・実務での使い方
をわかりやすく解説していきます。
ひずみとは何か？
結論から言うと
「どれくらい変形したかの割合」です。
計算式
ε = ΔL / L
- ε (イプシロン)：ひずみ
- ΔL (デルタ エル)：変形量
- L：元の長さ
イメージで理解する
例えば
- 元の長さ：100mm
- 伸びた長さ：101mm
変形量は「1mm」
なので
ε = 1 / 100 = 0.01（＝1%）
“何mm伸びたか”ではなく“何％変わったか”を見るのがポイント
応力とひずみの違い（ここ重要）｜設計で混乱しがちなポイントを解説
機械設計をやっていると
「応力とひずみって何が違うの？」
と一度は悩みます。
どちらも材料の話なので
ごちゃ混ぜになりがちですが、
この2つは役割がまったく違います。
ここを理解すると設計の理解度が一気に上がります
■ 応力（Stress）とは？
どれくらい力がかかっているか
もう少し具体的に
- 押す
- 引っ張る
- 曲げる
といった力がどれだけ材料に集中しているかを表します。
イメージ
同じ力でも
- 面積が小さい → 応力大
- 面積が大きい → 応力小
“力の強さ”を数値化したもの
■ ひずみ（Strain）とは？
どれくらい変形したか
具体的には
- どれくらい伸びた？
- どれくらい縮んだ？
変形の割合を表す
イメージ
- ゴム → よく伸びる（ひずみ大）
- 鉄 → あまり伸びない（ひずみ小）
“結果としてどう変わったか”を見る指標
■ 一言でいうと
応力＝原因、ひずみ＝結果
この関係をもう少し深掘り
機械設計では
力（応力）を加える
↓
材料が変形する（ひずみ）
という流れになります。
■ 具体例で理解
例えば棒を引っ張ると
- 引っ張る力 → 応力
- 伸びた量 → ひずみ
応力がなければ、ひずみも発生しない
■ 材料によって結果は変わる
ここがポイントです。
同じ応力でもひずみは材料によって変わる
例
- 鉄 → あまり伸びない
- アルミ → そこそこ伸びる
- ゴム → めちゃくちゃ伸びる
👉 つまり“応力だけ見てもダメ”
■ 設計での重要ポイント
① 応力だけ見て安心しない
壊れなくても変形する
🔍 例)
- 強度OK
- でも曲がって使えない
これ普通にNG設計です
② ひずみも必ずチェック
精度・機能に直結
- シャフトが伸びる
- フレームがたわむ
これが性能低下の原因
よくあるミス｜「壊れないのにダメな設計」が生まれる理由
機械設計でありがちなのが
「計算上はOKなのに、実機でうまくいかない」というパターンです。
その原因の多くが応力しか見ていないことです。
ここでは、設計初心者がやりがちなミスと、その対策をわかりやすく解説します。
■ 応力だけ計算して終わる（初心者あるある）
「強度OK＝設計OK」と思ってしまう
なぜ起きる？
応力計算は
とりあえず安心できる
でも実際は…
それだけでは不十分
例えば
- 応力OK（壊れない）
- でも大きくたわむ
結果：使えない
■ 変形を考えていない
“壊れない”と“使える”は別問題
よくあるトラブル
- シャフトがたわんで芯ズレ
- フレームが歪んで位置ズレ
- 部品同士が干渉
壊れてないのに不具合発生
なぜ起きる？
■ 設計のコツ
セットで考える
応力 ＋ ひずみ
これが超重要です。
応力の役割
壊れるかどうかを判断
- 材料強度以内か？
- 破断しないか？
ひずみの役割
使えるかどうかを判断
- 変形しすぎていないか？
- 精度は維持できるか？
つまり
応力 → OK
ひずみ → NG
理想の状態
応力 → OK
ひずみ → OK
■ 現場での考え方
設計するときは「これ、どれくらいひずむ？」を必ず考えます。
チェックポイント
“壊れない”より“ちゃんと動く”が重要
■ 一言まとめ
「応力で壊れるか、ひずみで使えるかが決まる」
機械設計でよくあるミスは応力だけ見て安心してしまうことです。
しかし実際は
- 応力 → 強度（壊れるか）
- ひずみ → 変形（使えるか）
この両方が成立して初めて良い設計です。
設計の質を上げるには
「変形まで考えるクセ」をつけること
これだけで、ワンランク上の設計者になれます。
フックの法則との関係｜応力とひずみはセットで考える
機械設計で「ひずみ」を理解するうえで
絶対に外せないのがフックの法則です。
ひずみは単体で使うというより
応力とセットで使うのが基本になります。
ここを理解すると
「なぜ材料が伸びるのか？」が一気にクリアになります。
■ フックの法則とは？
σ = E × ε
各記号の意味
- σ：応力（どれくらい力がかかっているか）
- ε：ひずみ（どれくらい変形したか）
- E：ヤング率（材料の硬さ）
応力とひずみは比例関係にあるというのがこの式の意味です。
■ これが意味すること
応力が大きい → よく伸びる
同じ材料であれば
力を大きくすると
その分だけ変形も大きくなる
つまり、強く引っ張れば、
その分だけ伸びるというシンプルな関係です。
材料が硬い → 伸びにくい
ここが設計で重要なポイントです。
ヤング率（E）が大きいほど変形しにくい
逆に
ヤング率が小さいと同じ力でも大きく変形する
■ ヤング率（E）の違いでどう変わる？
代表的な材料で比較してみます。
- ヤング率：約200GPa
硬い（変形しにくい）
- ヤング率：約70GPa
柔らかい（変形しやすい）
つまりどうなる？
同じ力をかけた場合
同じ応力でも、ひずみ（変形量）が変わる
■ 設計で重要なポイント
応力だけでは不十分
応力が同じでも結果は変わる
🔍 例)
- 鉄 → 問題なし
- アルミ → たわんでNG
材料によって設計結果が変わる
材料選定に直結する
- 剛性が必要 → 鉄
- 軽さ重視 → アルミ
💡 用途で使い分ける必要あり
■ よくあるミス
材料違いを考慮していない
同じ設計を流用してしまう
結果
変形量が変わってトラブル
フックの法則の適用範囲を無視
弾性範囲を超えると成立しない
結果
塑性変形（元に戻らない）では使えない
設計のコツ
■ 応力＋ひずみ＋材料をセットで考える
この3つが基本
- 応力 → 壊れないか
- ひずみ → 変形しすぎないか
- 材料 → どのくらい変形するか
このバランスで設計が決まる
フックの法則は応力とひずみをつなぐ基本式です。
この式からわかるのは
という関係です。
つまり機械設計では「力」だけでなく
「材料の性質」まで考えることが重要です。
フックの法則を理解すると
設計の“見え方”が一段レベルアップします。
設計での考え方のコツ
■ 強度と変形は別で考える
- 応力 → 壊れるか
- ひずみ → 使えるか
両方見るのが設計者の仕事
■ 許容ひずみを意識する
どこまで変形していいか？
- 精密機械 → 小さく
- ゴム部品 → 大きくOK
一言でまとめると
「ひずみ＝変形の見える化」
まとめ
機械設計におけるひずみとは
材料がどれくらい変形したかを表す重要な指標です。
▶ 応力 → 力の大きさ
▶ ひずみ → 変形の大きさ
この2つを組み合わせることで
正しい設計が可能になります
特に
〇 精度設計
〇 材料選定
ではひずみの理解が不可欠です。
機械設計では「壊れない」だけでなく
「使える」ことが重要なので、
ひずみを理解すること＝設計レベルを上げることにつながります。
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