要点: しっかりと締めておく

ナットとボルトがなければ世界は崩壊すると言っても過言ではありません。 DIY 3D プリンターのフレームから車のホイールを固定するラグナットに至るまで、ボルト接続があらゆるところにあります。 失敗した場合のペナルティは前者よりも後者の方が確かに高くなりますが、ナットやボルトが自然に緩むことはめったに良いことではありません。 エンジニアは世界が崩壊しないようにするための方法を何十も考え出しており、そのうちのいくつかは他の方法よりもうまくいきます。 これらの方法をいくつか試して、何が機能し、何が機能しないのかを調べてみましょう。その過程で、これらの魅力的な留め具がどのように機能するかについて少し学ぶことができるかもしれません。

ボルト締結が破損する原因はたくさんありますが、振動による自己緩みが最も危険な原因と考えられます。 固着したボルトを叩いたり、インパクトレンチを使って錆びたナットを取り外したりしたことのある人なら、振動が本当に役立つことを知っています。 同じジョイントを使用して適切な種類の振動にさらすと、接続が自然に緩み、ジョイントが破損する可能性が高くなります。

1960 年代、ドイツの技術者ゲルハルト ユンカーは自己緩みを研究し、横方向の振動がボルト締結の破損の原因であるという結論に達しました。 彼は、ロードセルでファスナーの予荷重張力を監視しながら、急速な横振動を与える簡単な試験装置を考案しました。 プリロードを振動サイクル数の関数としてグラフ化することで、さまざまなロック方法の有効性に関する手がかりが得られました。 このテストはユンカー テストとして知られるようになり、標準 DIN 65151 として、今でも自己緩みをテストするためのゴールド スタンダードとなっています。

ユンカー テストの動作を示す魅力的なビデオがいくつかありますが、中にはまったく恐ろしいビデオもあります。 通常、単純ならせん状のスプリング ロック ワッシャーをスタッドまたはボルトに取り付け、ナットをしっかりと締めて締め付け、しっかりと接続できたように感じて作業は終了します。 しかし、これ以上真実からかけ離れたものはありません。 実際、以下のビデオでは、ロックワッシャーがボルト接続にほとんど安全性を与えないだけでなく、他の一般的な方法 (平ワッシャー、ナイロンインサートナット、スタックナット) もあまり役に立たないことを示しています。

明らかに、上のビデオは同社の派手なウェッジロックワッシャーを宣伝することを目的としており、それらがうまく機能することは明らかです。 しかし、単純なロックワッシャーが故障したときになぜ機能するのでしょうか? それに答えるには、ビデオではテストされていない他の機能、つまり正しく取り付けられたジャム ナットを確認することが重要です。

ジャム ナットは薄型ナットで、通常は標準ナットの約半分の高さで、大きいナットの下に取り付けられます。 ジャムナットを取り付けるときは、最終トルクの 1/4 ～ 1/2 程度までしか締めません。 次に厚いナットを取り付け、ジャムナットをレンチで所定の位置に保持しながら、最終値までトルクをかけます。 これにより、ジャムナットを通してボルトが効果的に引き上げられます。 ボルトのねじ山は、ジャム ナット内のねじ山の上部側面と接触し、同時に上部ナットの上部または圧力側面にも接触します。 上部と下部のナットがボルトに反対の力を与えるため、ナットが自然に緩む可能性ははるかに低くなります。

同様のメカニズムがウェッジロックワッシャーでも働いています。 ワッシャーの 2 つの半分には噛み合うくさびがあり、その角度はボルトのねじ山のピッチを超えています。 ボルトが締められると、より高いピッチのワッシャーがボルトを上方に引っ張り、反対の力を加えてねじ山を詰まり、ファスナーが自動的に緩むのを防ぎます。

失敗するすべてのロック方法を見ると、それらには共通点があります。それは、すべて摩擦に依存しているということです。 ジャム ナットとウェッジ ロック ワッシャーは、自己緩みにつながる横方向の振動に対抗する張力を提供することで機能するため、より効果的です。

もちろん、ネジ付きファスナーをロックする他の方法もあります。 ワイヤーナットやタブ付きワッシャーなどのより複雑な方法と同様に、粘着性のスレッドロッカーが思い浮かびますが、これらは非常に効果的な方法です。 しかし、低コストと設置の容易さを考えると、世界がばらばらにならないようにするには、単純なジャムナットに勝るものはありません。

注目の画像ソース: Nord-LockGroup