日本には驚くほど、多種多様なねじが流通しています。そのため、適切なねじの選択は容易ではなく、トラブルの要因ともなっています。トラブルを防ぐためにも、まずは主要なねじ6 種の特徴や、素材に関する基礎知識を学びましょう。
第2回「ねじの種類と素材」を解説していきます。
1. ねじの種類と特徴
ねじの種類はとても多く、設計や使用目的に適合するねじの選択に、迷うことがあるのではないでしょうか。まずは代表的な6 種類のねじを学び、用途に応じて正しく使い分けられるようになりましょう。
・タッピン
タッピンとは、ねじ先がテーパー加工されており、めねじ（雌ねじ）がない下穴に直接ねじ込むことで、相手部材にねじ立て（ねじ穴加工）をしながら締結するねじの総称です。ねじ立て方法は、切削加工タイプと塑性変形タイプがあります。ねじのピッチ（ねじ山間の寸法）には小ねじと互換性のあるものと、それよりも荒いピッチのものがあります。筆者は17 種のタッピンねじの存在を確認しています。
タッピンねじのうち、塑性変形タイプのものをフォーミングねじ（図1）と呼びます。メリットは、切粉（きりこ、切りくず）が発生しづらい点です。ねじ先の面がおむすび形状（三角形）のものがあり、長所は保持力が強い、ねじ込みトルクが小さいなどです。
・小ねじ
小ねじ（図2）は、頭にマイナスやプラス形状の溝があり、ねじ先は平たい構造です。ホームセンターでも販売されている一般的なねじです。めねじを併用したり、相手部材にあらかじめねじ立てをする必要があります。素材として、ステンレス、炭素鋼、アルミ合金、銅合金、チタン合金、樹脂などが使用されています。
・セムス
セムスとは、ワッシャ（座金）とセットになっているねじのことです。組立作業の工数削減・効率向上に寄与します。セット例は、ねじ・平ワッシャ、ねじ・ばねワッシャ、ねじ・平ワッシャ・ばねワッシャ（図3）などです。
・六角ボルト
六角ボルト（図4）とは頭が正六角形になっているねじのことです。ホームセンターでも販売されている一般的なねじです。素材として、ステンレス、炭素鋼、アルミ合金、銅合金、チタン合金、樹脂などが使用されています。
・トリプルスクリュー
トリプルスクリュー（TP ねじ：Triple Screw 図5）は、ビス・平ワッシャ・ばねワッシャを一体化したねじのことで、コスト面のメリットもあります。頭部に皿ばねワッシャ形状の大きな座面を有していて、緩み止め機能を備えています。タッピントリプルスクリューのように、複数の特徴を組み合わせたねじもあるため、選択時には注意が必要です。
・止めねじ
止めねじ（図6）とは、ねじ先を押し当てて部材などを固定するねじのことです。例えば、ハウジング（機械装置などを保護する目的の箱）の中にシャフトを挿入する場合、ハウジング側から止めねじを挿入して固定します。ねじ先の形状は、平面・山形・半球状などがあり、素材はステンレス、炭素鋼、アルミ合金、銅合金、チタン合金、樹脂などがあります
2. ねじの材質
ねじを選択する際、ねじの材質も重要なポイントです。今回は、使用頻度の高いステンレスと鉄に絞って説明します。ともに、電気自動車を含む電気・電子業界では、使用ランキングの上位を占めています。
1：ステンレス系材料
ステンレスとはクロムCr を含んだ鉄のことであり、さびにくい合金です。JIS では、SUS（Steel Use Stainless）の識別記号が使用されています。表1 に、代表的な6 つのステンレス鋼の特性をまとめました。コスト係数は、材料費÷ねじの体積で求めます。耐食性はSUSXM-7が最も優れ、SUS304、SUS303、SUS430、SUS410 の順で悪くなります。
・SUSXM-7
SUS304 をベースにした冷間加工用のオーステナイト系ステンレス鋼です。耐食性・冷間加工性に優れています。ねじにお薦めの金属です。
・SUS303
SUS303 はオーステナイト系ステンレス鋼の一種で、SUS304 に硫黄を添加して切削性と焼付防止を付加した金属です。快削ステンレスとも呼ばれ、冷間加工よりも切削用にお薦めです。耐食性はSUS304 に劣ります。
・SUS304
SUS304 はオーステナイト系ステンレス鋼です。耐食性に非常に優れていますが、冷間加工による硬化が著しく、使用頻度は減っています。切削加工タイプのねじによく用いられます。
・SUS410
SUS410 はマルテンサイト系のステンレス鋼です。冷間加工性に優れるものの、耐食性はよくありません。
・SUS416
SUS416 はマルテンサイト系のステンレス鋼です。切削性が他のステンレス鋼と比べても良く、冷間加工後に切削加工を追加するねじにお薦めです。
・SUS430
SUS430 はフェライト系のステンレス鋼です。加工性に優れる一方、耐食性はSUS304 に劣ります。
2：鉄系材料
ねじの鉄系材料として、SWHC とSCM435 を紹介します。表2 に、ねじに用いる鉄系材料の性能をまとめました。
・SWCH
SWCH（Carbon Steel Wire for Cold Heading and Cold Forging）は冷間圧造用炭素鋼線です。鉄系では代表的な材料であり、安価です。
SWCH をさらに細かく分類することもできます。
・SCM
SCM（Steel Cr Mo）とはJIS の識別記号で、クロムモリブデン鋼、通称クロモリとも呼ばれる合金です。SCM の長所として、高温環境でも強度低下しない、加工性・焼入性・溶接性・仕上がり面性に優れる、安価などが挙げられます。
3. ねじの選択方法
全6回で下記の内容を解説しています。
- 第1回 機械要素の学び方
- 第2回 ねじの種類と素材
- 第3回 ねじの加工方法
- 第4回 ねじトラブルの原因と対策
- 第5回 ねじ材料の選択と評価
- 第6回 ねじの接地対策と締付トルク・軸力
