ボルト・ナットのゆるみ止めの種類とセルフロックナットのゆるみ止めの原理

の緩みボルトとナット 接続は機械工学における一般的な故障問題であり、ファスナー業界では常に熱い研究テーマとなっています。この文書は、実際の組み立て経験と実際の作業条件に基づいて、ボルトとナットの主流の緩み止め構造を整理し、動作原理、適用可能なシナリオ、および各緩み止め方法の固有の欠陥について詳しく説明します。一方、セルフロックナットの長期緩み止め性能の中心となるメカニズムを説明し、現場でのファスナーの選択や組み立てプロセスの定式化に信頼できる参考資料を提供します。

1. 一般的なゆるみ止めの種類と原理ボルトとナット

1.1 ダブルナットの緩み止め（尻ナットの緩み止め）

尻ナット緩み止めとも呼ばれます。 2 つのナットを互いに逆方向に締めると、それらの間に連続的な軸方向の圧縮力が発生し、噛み合うねじ山接触面に作用します。 2 つのナットがしっかりとロックされると、ねじ山接触面にかかる垂直圧力が大きくなり、ねじ山ペア間の摩擦トルクも大きくなります。ナットが回転的に緩む場合は、噛み合うねじ山間の大きな摩擦力に打ち勝つ必要があります。装置運転中に外部荷重が変動しても、2つのナット間のジャッキ圧は一定に保たれ、持続的なゆるみ止め効果を実現します。

該当するシナリオ: 予圧要件の有無にかかわらずボルト接続に適しており、わずかな振動と安定した荷重のある作業条件にのみ適用されます。

短所：軸方向の取り付けスペースが大きく、緩み止め能力が限られており、厳しい振動条件下では簡単に破損します。

1.2 ハードロック凹凸緩み止めナット

ハードロックゆるみ止めナットは下凸ナットと上凹ナットを組み合わせて使用します。下側の凸ナットは中心をわずかにオフセットさせた偏心加工を採用し、ウェッジブロックの役割を果たします。上部凹ナットは中心ズレのない標準的な同心円に加工されています。上下ナットの接合面は全てテーパー状の凹凸面となっており、締め付け後はハンマーウェッジと同様の機械的セルフロック構造を形成します。

軸方向の予荷重が小さいと、テーパ状の接合面に大きな半径方向のロック圧力が発生する可能性があります。圧力は噛み合うねじ山に同時に伝達され、ねじ接触面と凹凸テーパー面の両方で摩擦トルクが大幅に増加します。ねじの回転傾向を機械的にロックし、優れたゆるみ止め性能を発揮します。

該当するシナリオ: 予圧要件の有無にかかわらずボルト接続に適用でき、高周波の激しい振動や交流負荷がかかる過酷な作業条件下での長期使用に使用できます。

短所：偏心構造のため非常に高い加工精度が要求され、製造工程が難しく、調達コストも高くなります。

1.3 スパイラロック緩み止めナット

スパイラロックナットの主要な構造上の特徴は、雌ねじの根元に機械加工された 30 度のくさび形の傾斜です。ボルト・ナットを締め付けて噛み合わせると、ボルトのねじ部先端がめねじのくさび状斜面に密着し、高強度の剛性のゆるみ止め力が発生します。

標準の普通ねじの場合、ねじ面の垂直接触力とボルト軸との間の角度は 30 度です。 Spiralock スレッドはねじ山プロファイルの角度を変更し、夾角が 60 度に達します。ねじ対の常圧は軸方向の締付圧力をはるかに上回るため、耐摩擦性が大幅に向上し、ねじの回転ゆるみを徹底的に抑制します。

該当するシナリオ：安定した予圧を必要とする接続構造にのみ適用され、接続部分は過度に柔らかい材料で作られてはなりません。

短所: ボルトのプリロードが減少すると、ゆるみ止め効果は完全に失われます。必要なボルトの予圧に達するには、ねじ山の歯間の摩擦抵抗を克服するために、より大きな締め付けトルクが必要です。

1.4 割りばね座金のゆるみ止め

ナットを締めて割りばね座金を平らにすると、座金は継続的に弾性反発力を発生させ、雌ねじと雄ねじがぴったりとフィットした状態に保ちます。一定の接触力によって形成される摩擦トルクがナットの回転を防ぎます。一方、分割開口部の鋭利な刃先がそれぞれナットの底面と接続部分の表面に食い込み、物理的なロックによりナットの相対回転をさらに防ぎます。

アプリケーションの制限：超硬接合面との接続には適しません。刃先が硬い基板に食い込むことができず、ゆるみ止め機能が完全に失われます。また、ボルトの予圧の減衰が加速されるため、高い予圧が必要な接続には適用できません。

1.5 皿ばね座金ゆるみ止め

通常の割りばね座金と同じゆるみ止め原理を持ち、圧縮後の弾性反発力を利用してねじ山を圧縮し、摩擦によるゆるみ止めを実現します。通常の分割ばね座金と比較して、円錐ばね座金は構造剛性が高く、同じ圧縮ストロークでより大きな軸方向圧力を提供できるため、より優れた緩み止め安定性と性能が得られます。

アプリケーションの制限：依然として予圧要件が厳しい高精度接続部品には適していません。

1.6 ノルトロック二層セルフロックワッシャー

この種のワッシャーはペアで使用され、一方の側には大きな角度の傾斜した歯があり、もう一方の側には放射状の滑り止めのセレーションが付いています。組み立て時には、2 つのワッシャーを傾斜した歯面が向かい合うように逆に取り付けます。締め付け後は、外側ラジアルセレーションがナット端面と接合部表面にしっかりと食い込み、外側接触面が完全に固定され、2枚のワッシャー内側傾斜歯面間の相対滑りのみが残ります。

ボルトが緩んで回転する傾向がある場合、内側の傾斜した歯面の間のウェッジジャッキ効果により、軸方向の持ち上げ力が発生します。ワッシャーによって発生するリフト量は、ねじの緩みによる軸方向のリフト量よりも大きいため、ねじの緩み傾向を逆にロックし、永続的なゆるみ止め効果を実現します。

アプリケーションの制限：超硬接合面、超軟接合面には使用できません。ワッシャーには取り付け方向があり、逆に取り付けると緩み止め機能が失われます。プリロードのない緩い接続の場合も無効です。

2. 緩まないセルフロックナットの基本原理

長期のゆるみ止め性能を発揮します。セルフロックナット特別に最適化された非標準のスレッド構造に由来します。

セルフロックナットのめねじの根元に30度のくさび形の傾斜が加工されています。噛み合って締め付けた後、ボルトのねじ山の先端がくさび形の斜面にしっかりと押し付けられ、高強度の機械的ロック力が形成されます。標準の 60 度の V 字型普通ねじの場合、垂直接触力とボルト軸との間の角度は 30 度ですが、セルフロックねじの場合、角度は 60 度に変化し、応力状態が根本的に変化します。

機械的力の比較: 同じ軸方向のボルト張力 P0 の下では、標準普通ねじの垂直接触力はわずか 1.15P0 ですが、セルフロックねじの垂直接触力は 2P0 に達します。両者の力の比は約 7:12 となり、ねじペアのゆるみ止め摩擦力が大幅に向上します。

さらに、セルフロックねじは、通常のねじに固有の不均一な応力の欠陥を解決します。従来の60度V字ねじの場合、噛み合う第1ねじと第2ねじに全荷重の70%～80%がかかり、残りのねじにはほとんど荷重がかかりません。長期間の振動や交互負荷がかかると、前ねじが過負荷破損を起こしやすくなり、ロック力の急速な減衰、ねじの回転の緩み、さらにはねじの焼き付きや剥離が発生します。