ボルト（ファスナー）

ナット付きボルト

ボルトは、ねじり力（トルク）によって対応するナットに締め付けたり緩めたりできる、外螺旋状のねじ山を持つ締結具です。ボルトには雄ねじが外面側に形成されており、対応するナットには雌ねじが予め形成されている必要があります。[ 1 ]

歴史

ナットとボルトは元々、それぞれのナットがそれぞれのボルトに合うように手作業で作られていましたが、互換性はありませんでした。そのため、ナットとボルトはそれぞれ異なるため、紛失したり破損したりした固定具を交換することは事実上不可能でした。 1841年、ジョセフ・ホイットワースは規格の制定を提案しましたが、すぐには実現しませんでした。

1851年、イギリスのロンドン、ハイドパークで万国博覧会が開催され、その一環として水晶宮を建設することが決定されました。これは190日で、しかも妥当な費用で完成させる必要がありました。2024年に破壊された建物の残骸を調査したところ、これを可能にした大きな革新が明らかになりました。担当した建設会社フォックス・ヘンダーソンは、当時としては画期的な方法であった標準化されたサイズのナットとボルトを使用することを決定しました。これにより、建物は期限内に完成することができました。互換性のあるナットとボルトの使用は非常に効果的で、ホイットワース規格が広く採用されました。英国の規格が正式に採用されたのは1905年になってからでした。[ 2 ]

ボルトとネジ

垂直断面のボルト接合
ねじジョイント

ボルトとネジの違いは明確に定義されていません。『機械ハンドブック』[ 3 ]によれば、学術的な違いは、ボルトとネジの用途にあります。ボルトは部品のネジ山のない穴に通してナットで締め付けるように設計されています。一方、ネジは部品自体にネジ山があるか、部品に独自のネジ山を切って使用します。この定義では、締結具が実際に使用される用途によって説明が曖昧になり、ネジとボルトという用語は、人によって、あるいは国によって、同じ締結具や異なる締結具を指すために広く使用されています。イギリスの用語では、キャップ スクリューは頭までネジ山があるボルトです。

ボルトは、ボルト締結によく使用されます。これは、ナットが軸方向の締め付け力を加え、ボルトのシャンクがダボとして機能して、接合部を横方向のせん断力から固定する構造です。このため、多くのボルトは、ねじ山のないシャンク（いわゆる「グリップの長さ（グリップ長）は、より優れた強度のダボを作ることができるため、より耐久性の高いものとなる。ねじ山のない軸部の存在は、ボルトとねじの違いとしてしばしば挙げられるが[ 4 ]、これはボルトの用途に付随するものであり、ねじ山を定義するものではない。

締結具が締結される部品に自らねじ山を形成する場合、それはねじと呼ばれます。[ 3 ]これは、ねじ山がテーパー状になっている場合（つまり、従来の木ねじ）に最も顕著に表れ、ナットを使用できない場合、[ 3 ]または板金ねじやその他のねじ山形成ねじが使用される場合に当てはまります。ねじは、接合部を組み立てる際に必ず回転させる必要があります。多くのボルトは、工具またはキャリッジボルトなどの非回転ボルトの設計によって組み立て時に固定されており、対応するナットのみが回転します。[ 3 ]

ボルトヘッド

ボルトには、ネジと同様に、様々なヘッドデザインがあります。これらは、締め付ける工具と噛み合うように設計されています。ボルトの中には、ボルトを固定し、動かないようにするヘッドもあります。工具はナット側のみで締め付けます。

一般的なボルトヘッドには、六角、スロット付き六角ワッシャー、ソケットキャップなどがあります。

最初のボルトは鍛造によって形成された四角い頭を持っていました。これらは現在でも見られますが、今日では六角形の頭の方がはるかに一般的です。これらはスパナまたはソケットで保持して回しますが、スパナやソケットには様々な形状があります。ほとんどは側面から保持されますが、ボルトと一直線に保持されるものもあります。T字型や溝付きの頭を持つボルトもあります。[ 5 ]

多くのボルトは、外部レンチではなく、ドライバーヘッドフィッティングを使用します。ドライバーは、側面からではなく、ファスナーと一列に並んで適用されます。これらはほとんどのレンチヘッドよりも小さく、通常同じ量のトルクをかけることができません。ドライバーヘッドはネジを意味し、レンチはボルトを意味すると時々想定されますが、これは誤りです。たとえば、コーチスクリューまたはラグスクリューは、鉄製品を木材に固定するために使用される、テーパード木ネジ山を備えた大きな四角い頭のネジです。両方のボルトに重なるヘッドデザインには、アレン、トルクス、六角、スプラインヘッドが含まれます。これらの最新のデザインは、幅広いサイズに及び、かなりのトルクを支えることができます。ドライバースタイルのヘッドを持つねじ式ファスナーは、ナットと一緒に使用されるかどうかに関係なく、機械ネジと呼ばれることがよくあります。 [ 6 ]

ボルトの種類

ボルトの用語
  • アンカーボルト- コンクリートに物体を固定するために設計されたボルト。ボルトの頭部は通常、コンクリートが硬化する前、またはコンクリートを流し込む前に設置され、ねじ山の先端が露出した状態になります。
  • アーバーボルト - ワッシャーが恒久的に取り付けられ、逆ネジになっているボルト。マイターソーなどの工具での使用を想定して設計されており、使用中に自動的に締め付けられるため、ブレードの脱落を防ぎます。
  • キャリッジ ボルト- 滑らかな丸い頭部と、回転を防止する四角い部分、およびナット用のねじ部分を備えたボルト。
  • エレベーター ボルト - コンベア システムのセットアップで使用される、大きな平らな頭を持つボルト。
  • ハンガーボルト - 頭部がなく、機械加工された本体と木ネジの先端を持つボルト。実際にはネジである部分にナットを取り付けることができます。
  • 六角ボルト - 六角形の頭部とねじ山付きの軸を持つボルト。頭部直下の部分にはねじ山が切っていないため、厚い材料を締め付ける際に便利です。
  • Jボルト - J字型のボルトで、タイダウンに使用されます。直線部分にのみナット用のねじ山が切られています。
  • ロックボルト- トンネル建設で壁を安定させるために使用されます。
  • セックスボルトまたはシカゴボルト- 雄ねじと雌ねじを持ち、両端にボルトヘッドが付いたボルト。紙の製本によく使用されます。
  • ショルダー ボルトまたはストリッパ ボルト - 幅広で滑らかなシャンクと、端に小さなねじ山が付いたボルトで、ピボット ピンまたは取り付けポイントとして使用されます。
  • Uボルト- 2つの直線部にねじ山が切られたU字型のボルト。2つのボルト穴が開いた直線状の金属板をナットで締め付け、パイプなどの円形の物体をUボルトに固定します。

ボルト材質

要求される強度や状況に応じて、ファスナーにはいくつかの種類の材料が使用される。[ 7 ]

  • スチールファスナー（グレード2、5、8） - 強度レベル
  • ステンレス鋼ファスナー（マルテンサイト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼）、
  • 青銅および真鍮の留め具 - 防水用途
  • ナイロンファスナー - 軽量素材と防水用途に使用されます。

一般的に、すべての締結具の中で最も一般的に使用されている材料は鋼であり、その90％以上を占めています。[ 8 ]

ボルト接合

錆びた六角ボルトの頭

アメリカ鉄骨構造協会（AISC）第13版『鉄骨設計マニュアル』第16.1節、J-3章では、ボルト構造接合部の要件を規定しています。[ 9 ] 20世紀には、構造ボルトのコスト低下と強度向上により、リベットに代わり構造ボルトが使用されるようになりました。接合部は、スリップクリティカル接合とベアリング接合の2種類の接合部で形成されます。スリップクリティカル接合では、接合部の動きが使用条件となり、ボルトは必要最小限の予張力で締め付けられます。スリップは、ボルトのせん断面であり、2つの部材が接触する「接合」面の摩擦によって防止されます。摩擦は法線力に比例するため、接合部は必要な荷重容量を確保できる十分な大きさのボルトで設計する必要があります。しかし、これは接合部における各ボルトのせん断容量を大幅に低下させます。2つ目の（そしてより一般的な）接合はベアリング接合です。このタイプの接合では、ボルトはせん断によって荷重を支え、「ぴったり」締め付けます。この接合では、スリップクリティカル接合よりもボルト本数が少なく、コストも低くなります。スリップクリティカル接合は、梁と柱の接合部やモーメントクリティカル接合部のフランジプレートでよく使用されます。ベアリング型接合は、軽量構造や、スリップが重要ではなく構造破損の防止が設計上の制約となる部材接合に使用されます。一般的なベアリング型接合には、せん断タブ、梁支持部、トラスのガセットプレートなどがあります。

スパイボルト

工業用ボルトは、諜報組織において秘密作戦のための隠し容器として利用されました。第二次世界大戦中は、特殊作戦執行部（SOE）、オペレーション・サポート（OSS）、そして地下抵抗組織によって使用されました。このボルトは、例えば農場の門扉などに隠され、メッセージや書類を入れる投函箱として使われました。この投函箱は、誤って開けられるのを防ぐため、中が空洞になっており、逆ネジのキャップが取り付けられていました。[ 10 ] [ 11 ]

参照

参考文献

ウィキメディア コモンズには、ボルトに関連するメディアがあります。
  1. ^ 「ボルト | Merriam-Websterによるボルトの定義」 Merriam-webster.com 2016年4月11日閲覧。
  2. ^ファーガソン、ドナ（2024年9月16日） 「ビクトリア朝の人々がわずか190日でクリスタル・パレスを建設した謎が解明」ガーディアン紙。
  3. ^ a b c d機械ハンドブック（第21版）ニューヨーク：インダストリアルプレス、1980年、1131頁。
  4. ^ダイクの自動車・ガソリンエンジン百科事典AL Dyke. 1919年. p. 701. ISBN 9780140806137. SAE USSネジ規格{{cite book}}:ISBN / 日付の非互換性（ヘルプ）。
  5. ^ 「ボルトとは何か？」 AALL American Fasteners . 2017年3月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2017年2月13日閲覧。
  6. ^ 「日常生活で使われる一般的な機械ネジ」 www.choongngaiengineering.com 2023年4月18日2024年10月9日閲覧。
  7. ^ 「ファスナー材料の選択」ThomasNet.com。
  8. ^ 「ファスナー材料：便利なリファレンスガイド - Boulons Plus」 . Precision Bolts . 2024年10月9日閲覧。
  9. ^アメリカ鋼構造協会; アメリカ鋼構造協会編 (2005).鉄骨構造マニュアル(第13版). シカゴ, イリノイ州: アメリカ鋼構造協会. ISBN 978-1-56424-055-2。
  10. ^ https://www.buzzfeednews.com/article/copyranter/20-cool-kgb-cold-war-devices
  11. ^ 「デッドドロップでスパイのように情報を渡す」 2010年2月10日。

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