緩んだボルトとは何か、そしてそれを防ぐにはどうすればよいか

ボルトはサイズが小さいため見過ごされがちですが、多くの業界で重要な役割を果たしています。今日の機器で最も広く使用されている部品の 1 つとして、さまざまなオブジェクトをしっかりと接続し、さまざまな用途で強度と安定性を確保します。ただし、ボルトが緩むと、システム全体の安全性と効率に影響を与える一連の問題が発生する可能性があります。この記事では、ボルトが緩む理由と、機械の安定した動作を確保するためにボルトを効果的に防止する方法に焦点を当てます。

緩んだボルトとは何ですか?

ボルトは、2 つ以上のコンポーネントをプリロードで締め付けて結合するように設計された機械的な留め具です。このレベルの張力 (プリロード) により、接合面間に摩擦が生じ、分離を防ぎ、荷重を均等に分散します。 

ボルトが緩んでいるということは、ボルトの締め付け力が失われている状態を指します。このような状態になると、重大な安全上の危険が生じる可能性があります。

ボルトの緩みはなぜそれほど重要なのでしょうか?

ボルトの緩みの問題は無視できません。緩みが発生すると、構造の完全性の低下、異常な振動、潜在的な安全上の問題、効率と性能の低下、修理コストの高騰など、さまざまな深刻な結果につながる可能性があります。

産業分野では、ボルトが緩んでいると、設備の性能や正常な動作に影響を及ぼし、設備部品の脱落を招き、生産事故を引き起こし、人命を脅かす可能性があります。

航空宇宙産業においては、宇宙船の制御システムに影響を与え、軌道を正確に検出することが困難になり、その結果、宇宙船が意図した軌道から外れ、他の天体や宇宙ゴミとの衝突のリスクが増大する可能性があります。

輸送においては、線路のボルトが緩んでいると脱線の原因となる可能性があります。また、採掘設備においては、機械の故障やオペレーターの負傷につながる可能性があります。 

一連の悪影響は想像を絶するものです。したがって、さまざまなシステムや構造物の正常な動作を確保するには、ボルトの緩みの問題に注意を払うことが重要です。定期的な検査とタイムリーな予防措置は、リスクを回避するのに役立ちます。

ボルトが緩む主な5つの原因

1. 誤ったインストール

これは、ボルトを取り付けるときに適切なトルクを適用できなかったことを指します。締めすぎると、ボルトが過度に伸びたり、破損したりする可能性があります。一方、締め付けが不十分だと、ジョイントを固定するのに十分なクランプ力が得られません。 

2. 素材の消耗

機器を長期間使用すると、ボルト接合部や締結材料が劣化、摩耗、腐食し、ボルトと固定材料間の摩擦が徐々に低下します。十分な摩擦がなければ、ボルトが緩みやすくなります。

3. 振動

振動によりボルト接合部が緩むことがあります。動荷重や振動にさらされると、ボルトとナットのねじ山が互いに反発し合い、接合部を固定する摩擦力が低下します。振動や衝撃により、ボルトが自然にわずかに回転することもあります。これを自然緩みといいます。 

4. 製造上の欠陥

製造工程の欠陥は、ボルトの性能に影響を及ぼす可能性があります。これらの欠陥には、不適切に加工されたねじ山、材料の品質の悪さ、または一貫性のない寸法が含まれます。これらの欠陥により、しっかりとしたフィットを実現することが困難になり、時間の経過とともにボルトが緩む可能性が高くなります。

5. 熱膨張

熱膨張差も考慮すべき要素です。ボルトの材質はジョイントと同じにしてください。これら 2 つの係数が一致しない場合、温度変化によって両者の相対的な動きが生じ、ジョイントが緩む可能性があります。

ボルトが緩んでいることを示す 5 つの兆候

深刻さや原因はわかりましたが、ボルトが正常に機能しているか、すでに緩みの兆候が見られるかをどのように判断すればよいでしょうか。以下は、それを判断するのに役立つ 5 つの兆候です。

1. ギャップ:目視検査は、問題を特定する最も直接的な方法です。ボルトの頭やナットと接続部品の間に明らかな隙間がある場合、または締め付けられた部分に緩みの兆候がある場合、ボルト接合が緩む可能性があります。
2. 異常音: ボルトが緩み始めると、機器の動作中に何らかのノイズが発生する可能性があります。これらの音は連続的または断続的である可能性があります。
3. プリロードの減少: プリロードとは、ボルトを締めるときに加わる力のことです。ボルトが緩むとプリロードが減少し、機器の安定性が低下したり、最悪の場合、動作しなくなることもあります。
4. 振動の増加: ボルトが緩むと、機器の振動が大きくなる場合があります。これは、ボルトが緩むと接続部品間の隙間が広がり、振動の振幅が大きくなるためです。
5. ストレス緩和: 長期間の負荷がかかると、ボルト材料内の応力が徐々に減少し、ボルトの予張力が低下します。すぐに解決しないと、ボルトが緩む可能性があります。

ボルトが緩むと悲惨な事故につながる可能性があるため、これらの兆候を認識することは非常に重要です。潜在的な危険や損傷を防ぐために、緩みを早期に発見することが重要です。

ボルトが緩むのを防ぐには？

ボルトが緩む原因と兆候を分析した後、この問題を防ぐのに役立ついくつかの方法を紹介します。ボルトが正しいツールと技術を使用して取り付けられていることを確認してください。これらの方法は、摩擦ロック、機械的ロック、および永久ロックの方法に分けられます。 

摩擦ロック

• スプリングワッシャー：スプリング効果を生み出し、ネジの張力を維持してネジの緩みを防ぐように設計されています。ただし、高強度ボルトや硬い材料の場合、効果的に機能しません。
• セルフロックナット: このタイプのナットは、ボルトにねじ込むと弾性ベースが変形し、反力を加えて振動を防止します。
• ダブルナット: 2 つのナットを互いに締め付けると、追加の摩擦が生じ、緩みを防ぐことができます。

摩擦ロックは、ネジに強い衝撃が加わると緩みやすいため、マーカーペンを使用して識別し、関連部品が欠けていないか特に注意する必要があります。 

機械式ロック

• コッターピン: これらは通常、スロットナットと一緒に使用されます。 両方の部品の穴を通し、両端を曲げて外れないようにすることで、2 つの部品を固定するために組み合わせられます。
• スロットナット: これらのナットには、回転を防ぐためにロック装置が挿入されるようにするためのスロットがあります。
• ロックワッシャー: これらのワッシャーには、分離を防ぐために合わせ面に食い込む歯または鋸歯が付いています。
• ロックワイヤー: ワイヤーをボルトの頭とナットの穴に通して固定します。

機械的なロックは比較的信頼性が高く、重要な接続に適していますが、関連するコンポーネントがそのままの状態で損傷を受けないことも必要です。 

永久ロック

• 溶接: 電流を流して溶接することにより、ボルトとナットの小さな領域が溶けて、それらが融合し、強固な接続が形成されます。
• リベット締め: ボルトとナットにあらかじめ開けられた穴にリベットを挿入し、リベットの端を変形または平らにしてボルトとナットを固定します。 
• パンチング加工：パンチング加工によってボルトやナットの表面にくぼみができ、摩擦と抵抗が加わって回転しなくなります。
• 接着: ボルトとナットの表面に接着剤を塗布します。接着剤はボルトとナットの間に強力な結合力を生み出し、分離を防ぎます。

永久ロックによりボルトとナットのしっかりとした接続が確保されますが、分解時にねじ留め具が損傷し、再利用できなくなります。

それぞれのロック方法には長所と短所があります。方法の選択はアプリケーションによって異なります。

結論

ナットやボルトが緩むと、重大な影響が生じる可能性があります。根本的な原因を理解し、積極的なアプローチを適用することで、リスクを効果的に軽減できます。