ねじ山の種類

ねじは、多くの機械装置や構造物に不可欠な部品であり、さまざまな部品の接合や締結を可能にしている。しかし、ねじ山には、見た目以上に様々な種類があります。さまざまな用途や要件に合わせて、さまざまなねじの設計が開発されてきました。エンジニアや技術者にとって、さまざまな種類のねじ山を理解することは、与えられたタスクに最適なねじ山構成を選択するために重要です。

ねじ山の基本

ねじ山を扱う場合、基本的には、回転運動を直線運動に変換したり、物体を固定したりするために設計されたらせん構造を見ることになります。基本的な用語を理解することは、それらを識別し、効果的に使用するのに役立ちます。

ピッチとは、隣接するねじ山の対応する2点間の距離のこと。ピッチを合わせることで、ねじ山が適切にかみ合うようになるため、組み立てには非常に重要です。

ねじの直径はねじの大きさを表す。大径はねじの最大の直径（d、D）であり、小径（d1、D1）は最小の直径である。

ルートは糸の下部、クレストは糸の上部である。

ねじ山のリードについて説明しよう。シングルスタートねじ（らせんが1つ）の場合、リードはピッチと同じです。しかし、多条ねじ（2つ以上のらせん）の場合、リードはピッチ×スタート数に等しくなります。

ねじ山形状とは、ねじ山の側面間の角度のことで、強度と耐荷重に影響する。一般的なねじの場合、この角度は60度ですが、様々な角度があります。

スレッドシステム規格

ねじやファスナーを使用するプロジェクトでは、さまざまな規格のねじを理解することが不可欠です。ここでは、最も一般的に使用される規格について説明し、作業に適したタイプを選択できるようにします。

統一スレッド規格（UTS）

統一ねじ規格は、特に米国とカナダで普及している。この規格には、UNC（Unified National Coarse）とUNF（Unified National Fine）のねじ山があり、それぞれ並目ねじと細目ねじのファスナーに指定されている。これらの規格は、ねじ山形状、角度、直径、ピッチ（ねじ山間の距離）を規定している。

• UNC：迅速な組み立てや分解が必要な場合によく使用される。
• UNF：並目ねじよりも高い引張強度を持ち、精密用途に最適。
• UNEFユニファイド・ナショナル・エクストラ・ファイン

これらのねじは、さまざまな組立要件を満たすために、緩いものからきついものまで、複数のはめあいクラスを持つことができる。例えば、2A/2Bは一般的なはめ合いであり、2Aは外ねじ、2Bは内ねじを表す。

ユニファイド・スレッド・スタンダードを適応させたものがUNRスレッドです。これは、ねじの根元の丸みを小さく制御し、耐疲労性を高めるものです。この特性は、ねじが負荷と除荷のサイクルを受ける用途では特に重要です。

メートルねじ規格

メートルねじ規格は、国際的に認められているシステムで、シンプルで効率的なのが特徴です。メートルねじは、直径（ミリメートル）とピッチによって識別され、並目ねじと細目ねじの両方があります。この規格により、世界的に部品の交換が容易になります。

• 粗ネジ：ネジの微調整が不要な場合に常用。
• 細目：交差ねじの可能性が低く、より細かい張力調整が必要な用途に適している。

英国規格

英国規格には、英国規格ウィットワースねじ（BSW）や英国協会（BA）ねじシリーズなど、さまざまなねじの種類があります。BSWは、特有のねじ山形状と丸みを帯びたねじ山と山頂で知られ、明確なねじ山形状を与えます。BA規格は、精密機器や小型ファスナーによく使用される。

• BSW：ねじ山形状が55度のもので、古い機械や重機で一般的。
• BA：電子工学や模型工学でよく見られる、小さな機構に適した細いスレッド。

その他のスレッド規格

主要な規格のほかに、管継手用や米国国家規格など、用途に応じた特殊なねじもあります。これらの規格は、より広範なカテゴリーでは満たされない可能性のある特定の要件に対応しています。

• 特殊ねじ：漏れのないパイプ接続や、独特の機械的応力がかかる環境などの用途に使用される。

スレッド・デザインのバリエーション

ストレートとテーパー

ストレート・スレッドは一貫した直径を保ち、長さ方向に円柱を形成します。横方向からの力に対するアライメントと完全性が最も重要な締結に最適です。一方、テーパーネジは、進むにつれて円錐のように細くなり、密閉性を確保するため、液体や気体の封じ込めが必要な用途によく使われます。

平行対円錐

平行ねじは、一端から他端まで直径が変化しない直ねじの一種です。この設計により、直径の関係を変えることなく部品をねじ合わせることができ、多くの組立作業に理想的です。逆に、円錐ねじはテーパーねじに類似しており、直径が小さくなり、ねじの表面自体が円錐の形状に適合することによって、流体密閉シールを作るように設計されています。

左利き vs 右利き

ネジ山が円筒の周りを螺旋状に回る方向には、右巻きと左巻きがある。右ねじの方が一般的で、時計回りに締めるのに対し、左ねじは反時計回りに締める。後者はあまり一般的ではなく、自転車のペダルの左側など、右ねじのねじを緩めようとする力を打ち消す必要がある場合に使用される。

スレッドプロファイルと形状

ねじ山を理解するためには、さまざまなねじ山形状と形状があり、それぞれに固有の特徴と用途があることを認識することが不可欠です。それでは、4つの主要なタイプについて説明しよう：Vねじ、角ねじ、アクメねじ、バットレスねじです。

Vスレッド

Vスレッドは、60度の角度によって特徴付けられる最も一般的なスレッドプロファイルです。ほとんどの締め付け用ねじやボルトに見られる。このシャープなVスレッドデザインは、強度に優れ、製造が容易なため、一般的な組み立て作業の大半に適しています。

四角い糸

角ねじは、ねじ軸に直交するフランクが四角形であることから区別されます。このねじ山は動力伝達用に設計されており、Vねじ山に比べて摩擦が少なくなっています。一般的に、ジャッキやバイスなど、効率的な運動が必要な機構に使用されています。

アクメスレッド

Acmeのねじ山形状は台形で際立っており、Vねじの強さと角ねじの低摩擦の妥協点を提供します。その29度のフランク角は、より堅牢で、リードスクリューやバイス機構によく見られる高荷重に適しています。

バットレス糸

最後に、バットレスねじは、1つの垂直なフランクと1つの角度のあるフランクを持つ三角形のプロファイルを持っています。この設計は、一方向の自由な動きを維持しながら、一方向に大きな力を伝達することを可能にします。これは、一方向の負荷が存在するスクリュージャッキやプレスなどの用途で一般的です。

スレッドの力学と動力学

ねじの領域では、力の相互作用とその結果生じる運動を理解することが極めて重要です。かかるトルクとその結果生じる力は、単純な機械として、またベアリングシステムの部品としてのねじの機能にとって極めて重要であることがおわかりいただけるでしょう。

トルクと力

スクリューにトルクを加えるということは、基本的にスクリューをねじって直線運動を発生させるということです。このトルクは、ねじの平均半径であるピボットポイントからの距離で発揮される力として計算されます。M = Wr tan(ϕs + α)という式は、摩擦に打ち勝ち、動きを生み出すために必要なモーメントまたはトルクを表します：

• Mはモーメントまたはトルク。
• Wはスクリューにかかる直線力。
• rはスクリューの平均半径。
• φsはスクリューの摩擦角。
• αはねじのピッチ角。

この直線的な力、つまりスクリューにかかる負荷は、スクリューを上下させるのに必要な回転運動に変換される。

摩擦と摩耗

摩擦は、ねじ山の力学において重要な役割を果たします。摩擦とは、ある表面や素材が他の表面や素材の上を移動するときに遭遇する抵抗のことです。ここでは、それがどのように作用するかを説明します：

• 摩擦角(ϕs)：この角度は、スクリューが動き始めるのにどれだけのトルクが必要かを理解するのに役立ちます。摩擦が高いほど、より大きなトルクが必要です。
• 磨耗と摩耗：ねじ山同士の継続的な相互作用は摩耗につながり、ねじの効率と寿命の両方に影響を与えます。

ねじ山の摩耗を最小限に抑え、寿命を延ばす：

1. 潤滑：適切な潤滑剤を塗布し、金属同士の直接接触を減らす。
2. 材料の選択：ねじ部には耐摩耗性の高い材料を使用する。

潤滑と材料の選択によって摩擦をうまく管理すればするほど、回転運動から直線運動への移行がスムーズになり、ねじ山の機械的な利点が最大限に引き出されることを覚えておいてください。

ねじの測定と工具

ねじファスナーを使用するプロジェクトで精度を高めるには、ねじ山を正確に測定することが重要です。このプロセスでは、ねじピッチ径と有効径が重要な役割を果たします。ここでは、特定の工具を使用してこれらの寸法を効果的に測定する方法を説明します。

マイクロメーターとゲージ

マイクロメーターは、おねじの直径を正確に測定するための精密測定器です。この工具は ピッチ径これは、ねじ山の幅とねじ山の間隔が等しい仮想の円柱の直径です。一般的に、マイクロメーターは細かい単位で測定できるため、高い精度を得ることができます。

• ピッチマイクロメーター：特にねじ山のピッチ直径を測定するために設計されている。
• ねじゲージ：ねじ切りされたファスナーのねじ山のプロファイルを識別するために不可欠です。歯とねじ山を一致させることで、ピッチや1インチあたりのねじ山の数を確認するのに役立ちます。

旋盤と機械

同様に重要なのが旋盤などの機械で、2つの役割を果たす。切削加工によってねじ山を作るだけでなく、作ったねじ山を測定する機能を持つものもある。特に、基本的な形状を考慮すると、雄ねじと雌ねじの両方の製造に使用されます。さらに、最近の旋盤の多くには、正確な測定を行うためのデジタル表示計が装備されている。

マイクロメーター、ゲージ、機械加工装置を活用することで、プロジェクトの仕様に合ったねじ山を正確に測定し、作成することができます。

特殊糸フォーム

ネジ切りの世界では、特殊なネジ山形状が正確な目的を果たします。確実な接続や高強度の用途に合わせたユニークなデザインに出会うことができます。ここでは、プロジェクトで使用する可能性のある特殊なねじ山をいくつかご紹介します。

パイプスレッド

配管や流体処理システムの作業では、パイプのねじ山を扱うことがよくあります。これらのネジ山は、漏れのないシールを提供するように設計されており、通常、ねじ込むほどきつくフィットするようにテーパーが付いています。これらのねじの最も一般的な規格は、NPT（National Pipe Taper）とBSPT（British Standard Pipe Taper）です。それぞれねじの角度と直径が異なるため、特定の用途に適しています。

• NPTネジ：北米では一般的で、テーパー形状のため密閉性が高い。

• BSPTネジ：ヨーロッパとアジアで主に使用され、流体をシールするためのテーパー形状もある。

ねじ山形状の設計上の特徴である根元半径は、ねじ山の強度に影響します。これは、ねじ溝の底にある小さなカーブで、応力を吸収し、負荷がかかったときに亀裂が入る可能性を減らすことができます。

スレッドの取り扱いと使用

ねじ山を扱う場合、締め付けの詳細と、雄ねじと雌ねじのかみ合いのレベルを理解することが極めて重要です。適切な技術によって、ねじ接続の寿命と信頼性が保証されます。

締め付けと固定

締結とは、ボルトやネジなどの締結具を使って物体を接合することです。ここでは、その正しい方法をご紹介します：

• 正しいファスナーを選ぶ：雄ねじ（ボルトまたはねじ）を適切な雌ねじ（ナットまたはねじ穴）に合わせる。
• 正確に合わせる：クロススレッドを防ぐため、手で始める。
• 適切な締め付けを行う：締めすぎるとネジ山が剥がれ、締めすぎると接合部が緩むことがあります。

ジャックスクリューとは、電子機器において、間隔をあけたり、コネクターなどの部品を固定するために使用されるネジの一種を指す。先端をねじ込むことなくシャフトに巻き付けるために2つに分割された割りナットを使用することで、分解が困難な場合の修理が容易になります。

スレッド・エンゲージメント

ねじのかみ合いとは、おねじがめねじとかみ合う深さのことです。適切なかみ合わせを得るには

• 深さを確保する：通常、かみ合わせの深さは、少なくともねじやボルトの直径と同じでなければならない。
• ねじ山の品質をチェックする：ねじ山が損傷していたり汚れていると、ねじのかみ合わせが損なわれることがある。

ネジ山とネジ山がぴったりと合っていることが重要です。締め付けると抵抗が感じられるはずだが、これはスレッドが完全に接触していることを示している。無理な締め付けによってスレッドを剥がさないように注意してください。

結論として、機械的応力、製造上の制約、要求精度などの要因に基づ いて、さまざまな目的に使用される一般的なねじの種類がいくつかある。メートルねじとユニファイねじは、一般的な機械アセンブリに最も普及しています。バットレスねじ、アクメねじ、角ねじなどの特殊なねじ形状は、重機械、直線運動、高強度ジョイントなどの分野のニーズに対応します。

読みやすくするために、簡潔な形を以下に示す：

ねじ山の角度、ピッチ、プロフィールはすべて、ねじ山の性能に影響します。適切なねじの種類を選択することで、故障を防ぎながら機能を最大限に発揮することができます。機械システムが進歩し続けるにつれて、新しいねじの設計も登場する可能性があります。全体として、ねじ工学の原則を適用することで、コンポーネントが意図された用途で確実に締結されるようになります。