【ねじ】【ボルト】種類と選定ポイント

ねじおよびボルトは、機械設計における基本的かつ重要な機械要素であり、部品の固定や組立、分解を容易にするために広く使用されています。これらの要素は、種類や用途によって異なり、それぞれの特性に応じた選定が求められます。この記事では、ねじとボルトの代表的な種類とその特性について詳しく解説します。

代表的なボルト・ねじの種類
ねじの選定ポイント
まとめ

代表的なボルト・ねじの種類

六角穴付きボルト（キャップボルト）

六角穴付きボルト（通称「キャップボルト」）は、機械設計において頻繁に使用されるねじの一種で、その特徴や利点、適用範囲から選定ポイントまで多岐にわたる要素が重要です。

特徴

形状
- 六角穴付きボルトは、その頭部中央に六角形の穴があり、専用の六角レンチを使用して締め付けます。
- この構造により、外観がすっきりし、スペースの限られた場所でも使用しやすいのが特徴です。
高い締結力
- 六角穴は六角レンチを差し込むことでトルクをかけやすく、強い締結力を発揮します。
- 特に、振動や高負荷がかかる機械の部品固定に適しています。
省スペース設計
- 頭部が低くコンパクトなため、設計上スペースを有効活用する必要がある場合に最適です。
- 機械内部や狭い場所での使用にも対応できます。
耐久性と多様な材質
- 六角穴付きボルトは強度区分が明確に定められており、高強度の炭素鋼やステンレス鋼、特殊合金など、多様な材質で提供されます。
- 用途や環境に応じて最適な材質を選択できます。

主な用途

精密機器の組み立て
- コンパクトな頭部形状のため、精密機器や小型装置で使用されることが多いです。
機械部品の固定
- 機械設計では、高負荷がかかる部分の固定に使用されます。
- 特に振動が頻繁に発生する箇所に適しています。
外観を重視する設計
- 頭部が目立たないため、デザイン性が求められる製品にも採用されています。

六角穴付きボルトの利点と注意点

利点

コンパクトで強度が高いため、スペース効率が良い。
トルク伝達性に優れ、確実な締結が可能。
多様な材質と表面処理から選択可能で、幅広い用途に対応。

注意点

六角穴が損傷するとレンチが滑り、取り外しが困難になる。
締め付け時に適切なトルク管理が必要。過剰な締め付けはボルトの破損につながる。
六角レンチのサイズが合わないと締結が不十分になることがある。

六角ボルト

六角ボルトは、機械設計において最も一般的で汎用性の高いねじの一種です。頭部が六角形でスパナやレンチを用いて締め付けができるため、取り扱いやすく、多様な用途に利用されています。

特徴

形状のシンプルさと汎用性
- 六角ボルトは、六角形の頭部を持ち、スパナやソケットレンチを用いることで効率的にトルクを加えることができます。
- このシンプルな形状により、強度と締結力に優れ、多くの設計で採用されています。
多様なサイズと規格
- 六角ボルトはJIS（日本工業規格）やISO（国際規格）に準拠した多様なサイズが用意されています。
- また、長さ、太さ、ネジ山のピッチが幅広く揃っており、さまざまな用途に対応可能です。
材質と表面処理
- 炭素鋼、ステンレス鋼（SUS304やSUS316）、耐熱合金など、さまざまな材質で提供されており、環境や用途に応じて選択できます。
- 表面処理（亜鉛メッキ、クロメート処理、黒染めなど）が施されることで、耐腐食性や外観の向上が図られます。
高い耐荷重性
- 六角ボルトは、頭部が大きいため工具がしっかりと固定でき、大きなトルクをかけることが可能です。
- この特性から、振動や大きな荷重がかかる箇所にも適しています。

六角ボルトの主な種類

全ネジボルト
- ボルト全体にネジ山が刻まれており、締結力を最大化したい場合に使用。
半ネジボルト
- ボルトの頭部近くにネジ山がなく、せん断力を受ける部分の強度を高める設計。
高強度ボルト
- 炭素鋼や合金鋼で製造され、特に高荷重や振動のある用途に使用される。例として、強度区分8.8や10.9が挙げられます。
ユニクロメッキ六角ボルト
- 錆びにくいメッキ処理が施されており、屋外環境や湿度の高い環境に適しています。
ステンレス六角ボルト
- SUS材で製造され、耐食性が求められる用途に使用。

主な用途

機械や構造物の組み立て
- 機械設計において主要な部品を固定する際に使用。
建築分野
- 建築構造物や配管設備の締結に活用。
メンテナンスや修理
- 汎用性が高く、工具が揃っていれば取り外しや再利用も容易。

六角ボルトの利点と注意点

利点

スパナやソケットレンチで締め付けやすく、作業性が高い。
汎用性が高く、入手しやすい。
材質や表面処理が多様で、幅広い環境条件に対応可能。

注意点

過剰な締め付けにより、ねじ山が破損する恐れがある。
長期間使用後、錆びや固着により取り外しが困難になることがある。
強度区分を無視すると、過負荷で破損する可能性がある。

皿ねじ

皿ねじは、頭部が平らな円錐形をしたねじで、締結した際に頭部が部材に埋め込まれる特徴を持つ特殊なねじです。機械設計や製造業において、製品の外観を整えたり、部材同士の接合を滑らかにするためによく使用されます。

特徴

埋め込み可能なデザイン
- 皿ねじの最も大きな特徴は、頭部が部材の表面に埋め込まれることです。
- これにより、表面が平らになり、製品の美観を損なうことがありません。
- また、他の部品と干渉しにくいため、部材同士を緊密に接合する場面で有効です。
さまざまな材質と表面処理
- 皿ねじは、炭素鋼やステンレス鋼、アルミニウムなど、用途に応じた多様な材質で製造されています。
- また、亜鉛メッキや黒染め、クロメート処理などの表面処理により、耐腐食性や強度が向上します。
締結の精度
- 皿ねじは、座面がテーパ状になっているため、適切に加工された皿穴に対して確実に位置決めができます。
- これにより、高い締結精度が求められる用途に適しています。
低プロファイル設計
- 締結後の頭部が平らになるため、可動部分や外部装置との干渉を最小限に抑えることが可能です。
- 特に狭いスペースでの設計や動的要素を持つ機械に適しています。

皿ねじの主な種類

十字穴付き皿ねじ
- ドライバーを使用して簡単に締め付けが可能。
- 一般的な用途に最適。
六角穴付き皿ねじ
- 六角レンチを使用し、高いトルクで締め付けることが可能。
- 機械部品の固定に多用されます。
トルクス皿ねじ
- 星型の溝を持ち、専用工具で締め付け。
- トルク伝達が効率的で、滑りにくい。
平頭皿ねじ
- 一般的な皿ねじよりも頭部が平らで、大きな接触面積を持つ。
特殊皿ねじ
- セキュリティ目的や特殊用途のための設計が施されたねじ。
- 例として、盗難防止ねじや絶縁用途のねじがあります。

主な用途

家電製品
- 表面が滑らかで外観が重要な製品で使用。
- 例として、パソコンや家電機器の筐体部。
機械部品の接合
- 機械要素を固定する際に、部品干渉を避けるために使用。
建築用途
- 内装や家具の接合部で使用。
- フラットな仕上がりが求められる場面に適している。

皿ねじの利点と注意点

利点

フラットな仕上がり
- 頭部が部材の表面と同一平面になるため、外観が美しく仕上がります。
- 特に、見た目が重要な製品や機構では大きなメリットです。
部材干渉の防止
- 頭部が突出しないため、他の部品や可動部分と干渉しにくく、設計の自由度が向上します。
位置決めが容易
- テーパ状の座面が皿穴と正確に嵌合するため、締結時に自動的に位置決めが行われます。
- これにより、高い位置精度が求められる用途に適しています。
幅広い用途
- 家電製品、自動車部品、建築材料など、さまざまな分野で利用可能です。
- また、専用工具を用いることで盗難防止用途にも活用できます。
軽量化への貢献
- 頭部が小さく、全体の質量を削減できるため、軽量化が求められる機械や構造物で有効です。

注意点

皿穴加工が必要
- 皿ねじを使用するには、接合部材に適切な皿穴を加工する必要があります。
- この加工が不正確だと、ねじが適切に座らず、締結力の低下や緩みの原因となります。
応力集中のリスク
- 頭部形状が円錐状であるため、締結部分に応力が集中しやすく、部材が損傷する可能性があります。
- 特に、薄い部材を締結する際には注意が必要です。
締め付けトルクの制限
- 過剰なトルクで締め付けると、頭部が変形したり、座面が潰れる恐れがあります。
- 適切なトルク管理が重要です。
工具選定の必要性
- 十字穴や六角穴など、頭部形状に応じた専用工具が必要です。
- 工具が適切でない場合、頭部が損傷してねじが取り外せなくなる可能性があります。
腐食の可能性
- 使用環境に応じて適切な材質や表面処理を選ばないと、ねじが腐食し、接合強度が低下します。
- 屋外用途や湿気の多い環境では特に注意が必要です。
分解の困難さ
- 頭部が埋め込まれるため、錆びたり損傷したりすると、ねじを取り外すのが難しくなることがあります。

皿ねじを使用する際のアドバイス

皿穴の加工には、ねじ頭部の直径と角度（通常90°）に合ったリーマーやドリルを使用してください。
素材の強度や使用環境に応じて、耐腐食性の高いステンレス鋼や表面処理された皿ねじを選ぶと良いでしょう。
適切な締め付けトルクを確認し、トルクレンチを使用することで、部材損傷や緩みを防げます。

皿ねじは設計や施工の自由度を広げる便利な部品ですが、適切に使用しなければその利点を十分に活かせません。注意点を理解し、最適な形で活用しましょう。

小トラスねじ

小トラスねじは、頭部が広くて低い形状を持つねじの一種で、見た目が「きのこの笠」に似ていることから、トラス頭ねじとも呼ばれます。主に機械設計や家電製品、金属部材の固定など、幅広い分野で使用されています。

このねじは、特に締結部材を広い面積で押さえる必要がある場合や、美観を損ねたくない場面で役立ちます。また、頭部の高さが低いため、突出部分を抑えたい設計にも適しています。

特徴

広い座面で締結力を分散
- 小トラスねじの頭部は平らで直径が大きいため、接合部材にかかる力を広い範囲に分散できます。
- これにより、部材の変形や破損を防ぎやすくなります。
頭部の低いプロファイル
- 頭部の高さが低いデザインのため、突起が少なく、製品の外観がすっきりとします。
- また、狭いスペースでの使用にも適しています。
美観を損ねない設計
- 頭部が大きく平らで、目立ちにくい形状のため、見た目が重視される用途に適しています。
工具の取り扱いが簡単
- 小トラスねじには十字穴や六角穴が採用されることが多く、一般的な工具で締め付けや取り外しが容易です。

主な用途

金属部材の固定
- 薄い金属プレートを固定する際に適し、広い接触面で部材のゆがみを防ぎます。
DIYや軽量構造物
- 木材や薄いプラスチック部材を締結する際に広く使用され、簡単な施工が可能です。
自動車や航空機部品
- 突起を抑えたい部位で採用され、空気抵抗や美観に配慮した設計に貢献します。

小トラスねじの利点と注意点

利点

高い保持力
座面が広いことで、部材への締結力が分散され、接合部の強度が向上します。
外観の向上
頭部のデザインにより、完成品の見た目が良くなるため、外装部品に最適です。
薄い部材への対応力
頭部の広さが薄い部材に適しており、変形や損傷を防ぎやすいです。
取り外しやすさ
工具がしっかりとフィットするため、ねじの脱着が簡単に行えます。

注意点

埋め込みができない
- 頭部が突出するため、完全に埋め込む必要がある設計には不向きです。
- 皿ねじなどの選択を検討する必要があります。
トルク管理の重要性
- 頭部が広いため、締め付けトルクが過剰になると、接合部材を損傷する恐れがあります。
- 適切な締付けトルクを確認してください。
使用環境に注意
- 材質や表面処理によっては、腐食や摩耗が発生しやすい場合があります。
- ステンレス製やメッキ処理されたねじを選ぶと、耐久性が向上します。

低頭ボルト・極低頭ボルト

低頭ボルトと極低頭ボルトは、通常のボルトよりも頭部の高さを低くした特殊なねじです。これらは、スペース制限が厳しい設計や、美観を重視した設計に用いられます。機械設計においては、装置の小型化や高密度設計を実現する重要な部品です。

低頭ボルトの特徴

頭部高さが低い
標準ボルトの頭部高さと比べ、約半分程度の高さに設計されていることが多く、設置スペースを節約できます。
高い強度
頭部が低くても強度を確保するため、材質や形状が最適化されています。主に合金鋼やステンレスが用いられます。
工具アクセスが容易
六角穴付きや十字穴付きの形状が採用されており、狭いスペースでも工具を使用しやすいです。

極低頭ボルトの特徴

さらに薄い頭部
- 極低頭ボルトは、低頭ボルトよりもさらに頭部の高さを低くした設計です。
- 標準ボルトの1/3以下の高さで、超狭小スペースにも対応可能です。
限られたトルク対応
- 頭部の薄さゆえに、トルクの適用範囲が限定されます。
- 必要以上に締め付けると破損のリスクがあるため、注意が必要です。
専用の用途
- 一般的な使用よりも、特定の用途や設計上の制約に対応するために採用されます。

主な用途

低頭ボルト

産業機械
可動部やカバー部など、スペースに制限がある箇所で使用されます。
家電製品
内部構造の固定に使用され、コンパクトな設計を可能にします。
輸送機器
車両や航空機部品の組み立てで、軽量化とスペース効率を向上させます。

極低頭ボルト

精密機器
精密部品の固定に使用され、干渉を最小限に抑えます。
電子機器
回路基板や筐体内部の狭小空間での固定に最適です。
装飾デザイン
ボルト頭部を目立たせたくない装飾品や建築部材に使用されます。

低頭ボルトと極低頭ボルトの利点と注意点

利点

省スペース設計に対応
頭部の高さが低いため、狭い空間でも干渉を避けられます。
軽量化に寄与
頭部の体積が小さいことで、全体の重量を抑えられます。
美観に優れる
頭部が目立たず、製品の外観を損ねない設計が可能です。

注意点

トルク管理の重要性
- 頭部の高さが低いため、締め付けトルクが適切でないと破損する可能性があります。
- 特に極低頭ボルトでは、トルクの上限に注意が必要です。
特殊な工具が必要な場合がある
- 狭いスペースで使用されることが多いため、専用の薄型工具が必要な場合があります。
材質選定の慎重さ
- 特に極低頭ボルトは、負荷が集中しやすいため、材質の強度や耐摩耗性が重要です。
入手性
- 標準ボルトに比べて特殊な部品であるため、必要なサイズや材質の在庫が限られている場合があります。

【ねじ】【ボルト】低頭ボルトと極低頭ボルトの寸法表と設計ポイント

機械設計において、ボルトはさまざまな用途で使われ、設計の目的に応じて適切なボルトを選定することが重要です。その中でも、低頭ボルトと極低頭ボルトは、限られたスペースで締結が必要な場合や、特定の美観を求める場面で利用されます。この記事では、低頭ボルトと極低頭ボルトの寸法、特徴、選定ポイントについて解説します。

蝶ねじ

蝶ねじは、指で簡単に締め付けたり緩めたりできるように設計された特殊なねじです。ねじ頭部が「蝶」の形に似ていることから名付けられました。工具を使わずに操作できるため、頻繁に着脱が必要な箇所や、工具が使いづらい場所でよく使用されます。

特徴

工具不要の操作性
頭部が大きく、指で直接回すことができるため、簡単に取り付け・取り外しが可能です。
デザイン性
特徴的な頭部形状は視覚的に目立ちやすく、装飾的な用途にも適しています。
多用途性
機械部品の一時固定や調整箇所、家具、家電、DIY製品など、幅広い分野で使用されます。
材質の多様性
鉄製、ステンレス製、真鍮製など、使用環境に応じた材質が選択可能です。

主な用途

調整箇所の固定
設備や装置の位置調整用の部品として使用され、工具を使わずに素早く調整が行えます。
カバーやパネルの取り付け
工具を用いずに頻繁に取り外しが必要なカバーやパネルの固定に適しています。
展示会や店舗装飾
ディスプレイの設置・調整で簡単に扱えるため、作業効率が求められる場面に便利です。
DIY製品や家具
手軽さを活かし、家庭用品や日曜大工での用途が広がっています。

蝶ねじの利点と注意点

利点

工具不要で手軽
工具がなくても取り扱えるため、設置や調整の時間を大幅に短縮できます。
見た目に優れる
他のねじと比べてデザイン性が高く、目立たせたい部分に使われることが多いです。
再利用可能
頻繁な着脱に耐えられるため、消耗品としてのコストが抑えられます。
カスタマイズ性
頭部が大きいことで、装飾や塗装によるカスタマイズがしやすいです。

注意点

締付けトルクの限界
指で締め付けるため、工具を用いる六角ボルトなどに比べて締付け力が弱く、緩みやすいことがあります。
使用環境の制限
高温や振動が多い場所では緩む可能性が高く、適切でない場合もあります。
耐久性
頻繁に取り扱う場合、材質によっては摩耗しやすいことがあります。特に樹脂製蝶ねじは破損しやすいため注意が必要です。
スペースの制約
頭部が大きい分、取り付け箇所に十分なスペースが必要です。

スタッドボルト

スタッドボルトは、両端にねじが切られており、中間部はねじがない棒状のねじです。主に機械設計や配管設備などで、部品同士を確実に固定するために使用されます。片端を対象物にねじ込み、もう片端にナットを取り付けて締結することで、安定した接続が可能です。スタッドボルトは、強度が求められる場面や、頻繁な取り外しが必要な箇所で活躍します。