　今回求めた締め付けトルクとねじ呼び径の関係を図10に示します。締め付けトルクは、ねじ呼び径の3乗に比例すると考えてよさそうです。軸力は断面積に比例するので、呼び径の2乗に比例します。摩擦トルクは全トルクの90％程度です。摩擦トルクは「腕の長さ×軸力」で、腕の長さと呼び径は比例関係にあるので、摩擦トルクは呼び径の3乗に比例することになります。

図10　呼び径と締め付けトルクの関係［クリックで拡大］

　図11は、筆者が持っているLスパナです。図11のA寸法について考えてみます。LスパナのA寸法は150［mm］くらいですので、強度区分12.9のM4ボルトの締め付けに必要な力は25［N］、つまり2.5［kgf］となります。小さいですね。手加減し、2.5 ［kgf］で締め付けたら緩いのではないかと不安になります。M24ボルトについて考えてみましょう。締め付けるときに200［N］の力を出せるとすると、必要とするA寸法は4.1［m］となります。M16ボルトでも1.2［m］です。長さが1［m］くらいのトルクレンチを使った経験はありますが、4［m］のトルクレンチは見たことがありません。機械で締め付けることになります。

　以上のことから、図11のLスパナを使っている限りM6より呼び径の小さなボルトに対しては「締め過ぎ」となり、M8以上のボルトに対しては「トルク不足」になって腕の長さを長くするパイプを使う必要があります。

図11　Lスパナ［クリックで拡大］

　ここまで長い道のりでしたね。連載第3回でボルトが疲労破断しない条件を述べました。この条件とは、荷重が作用したときに被締結体が離れないことでした。また、被締結体が離れないことを確認するためには、ボルトを締め付けた際に生じる軸力を見積もる必要があり、これを連載第4回で説明しました。そして、今回ボルトの締め付けトルクが求まりました。いよいよ締結部の設計です。次回は「その設計、そのボルトと本数で大丈夫？」の問いに答えられる設計法を解説します。お楽しみに！　（次回へ続く）

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Profile

高橋良一（たかはしりょういち）
ＲＴデザインラボ代表

1961年生まれ。技術士（機械部門）、計算力学技術者上級アナリスト、米MIT Francis Bitter Magnet Laboratory 元研究員。

構造・熱流体系のCAE専門家と機械設計者の両面を持つエンジニア。約40年間、大手電機メーカーにて医用画像診断装置（MRI装置）の電磁振動・騒音の解析、測定、低減設計、二次電池製造ラインの静音化、液晶パネル製造装置の設計、CTスキャナー用X線発生管の設計、超音波溶接機の振動解析と疲労寿命予測、超電導磁石の電磁振動に対する疲労強度評価、メカトロニクス機器の数値シミュレーションの実用化などに従事。現在ＲＴデザインラボにて、受託CAE解析、設計者解析の導入コンサルティングを手掛けている。⇒ ＲＴデザインラボ

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