安全率とは何なのか：甚さんの「サクッと！ 設計審査ドリル」（6）（2/2 ページ）

[國井良昌／國井技術士設計事務所（Active Design Office），MONOist]

本当の安全率の計算方法

安全率って奥が深いんだ。大きく分けて、「破壊に対する安全率」と「変形に対する安全率」があるんだよ。今回は「せん断破壊」だから、【式1】を選択するね。

• 破壊に対する安全率＝（引張り強さ）/（許容応力）……【式1】
• 変形に対する安全率＝（降伏点）/（許容応力）……【式2】

　【式1】と【式2】は、とても重要な実務知識です。ここで、しっかり押さえておきましょう。そのためには、図2に載っているSS400の引張り強さや降伏点（＝上降伏点）の値を代入して、実際に計算してみてください。ここであなたが実行するか・しないかで、「真の設計職人になれるか」が決まりまってしまいますよ！

図2 SS400における応力−ひずみ線図

この式は僕も知ってたんですよ。さらに、この計算方法を進化させるんですよね？

ああ、【式1】と【式2】は一般的な安全率の計算式だが、これじゃ計算が不十分だ。よって、これから設計職人の実務計算を伝授するぜい！

2つある許容応力

許容応力は、主に「引張り許容応力」と「せん断許容応力」の2つがある。今回は、「せん断許容応力」を求めるぜぃ。まずは、さっきの【式1】を選択して、【式3】を作る。

　せん断破壊に対する安全率＝せん断強さ／せん断許容応力……【式3】

さらに、【式4】のように変形させよう。

　せん断許容応力＝せん断強さ／せん断破壊に対する安全率……【式4】

【式4】の「せん断破壊に対する安全率」は5にしておけばいい。ちなみにオレサマの会社では、人用昇降機の場合の安全率は10以上、荷物昇降機の場合の安全率は5以上としてんだ。どうやって決めたのかは、ウチの企業秘密だから教えられねぇけどな。

んー？ 「せん断強さ」の値は、どうしたらいいんですか？

オイラの会社の実測値を使って計算したぜぃ！ これを見てみろ（表1）。

表1 安全率の計算で使用する基準応力（出典：國井技術士設計事務所のクライアント企業向け資料）

　この表1は、全ての材料に当てはまるわけではありませんが、「安全率の計算で使用する基準応力」です（注：当事務所のクライアント企業向けの情報であり、各企業や各業種においては、確認が必要です）。

　例えば、「せん断強さ」の場合は、「引張り強さ」が安全率を計算する際の基準となります。ここで言う「基準」とは、「せん断強さ＝α×引張り強さ」という式を意味します。

　なお、「α」については材料で決定する値であり、実務上の経験値（実測値）が入ります。ここでは、「0.6」とします。

　通常、金属では、この式が常用されます。

　　　せん断強さ（τ）＝引張り強さ（σB）/√3＝0.6×σB

　SS400の引張り強さは、図2より450 N/mm²です。

　　　SS400のせん断強さ（τ）＝SS400の引張り強さ/√3＝0.6×450＝270N/mm²

甚さんは、「オイラの会社の実測値」って言ったけど……、一般的な金属なら、これはミーゼス応力から導かれる理論式ですね。

解説の続きと解答は、次回！

解説、次回まで続くので、ここで関連事項をまとめておきましょう。

1. 設計職人としての「目利き力」は13項目ある。
2. 縦弾性係数と横弾性係数の使い方に注意。
3. 安全率、その安全率が13項目に存在しない理由がある。
4. 代表的な安全率が、破壊に対する安全率と変形に対する安全率。
5. せん断許容応力＝せん断強さ／せん断破壊に対する安全率
6. 一般的な金属の場合は、「せん断強さ＝0.6×引張り強さ」
7. せん断許容応力＝せん断強さ／せん断破壊に対する安全率が、【公式4】

エリカちゃん、あんがとよ！ 設計職人を目指すなら、「安全率の設定」は腕の見せ所だぁ。だらよぅ、設計審査の定型質問だぜぃ。少なくとも、分母と分子はキチンと答えられる準備をしておけよな！

縦弾性係数、横弾性係数、引張り応力、降伏点のような学術単語の理解には自信があったんですけど、いろいろなことを深く考えてなかったな。安全率のことも、軽く考えていました……反省。

安全率って、計算を誤れば社告・リコールの原因になってしまうから、しっかり計算しなくちゃいけませんね！ 次回は私も頑張って勉強して計算します！

　安全率に関する質問は、設計審査の超定番です。設計職人なら、押さえておきたいところです。また設計審査員であれば、「安全率だけを質問するなら、ド素人」であることが理解できたでしょうか。

　【問題6】の解答は次回です。また、お会いしましょう。

「甚さん」シリーズ

「甚さん」シリーズ

大学院卒だけど実務はからっきしなメーカーの若手設計者「良君」が、町工場の猛々しいおやっさん「甚さん」にしごかれ泣かされ、「設計の神髄」を習得していくシリーズ。

Profile

國井 良昌（くにい よしまさ）

技術士（機械部門：機械設計/設計工学）。日本技術士会 機械部会、埼玉県技術士。横浜国立大学 大学院工学研究院 非常勤講師。首都大学東京 大学院理工学研究科 非常勤講師。

1978年、横浜国立大学 工学部 機械工学科卒業。日立および、富士ゼロックスの高速レーザプリンタの設計に従事。富士ゼロックスでは、設計プロセス改革や設計審査長も務めた。1999年より、國井技術士設計事務所として、設計コンサルタント、セミナー講師、大学非常勤講師としても活躍中。「ついてきなぁ！加工知識と設計見積り力で『即戦力』」（日刊工業新聞社）と「ついてきなぁ！ 『設計書ワザ』で勝負する技術者となれ！」（日刊工業新聞社）をはじめとする多数の書籍を執筆。