トルクを維持することにより、ボルトの自己緩みを防止する

ボルトが緩んでいると、苛立たしい状況になる可能性がありますが、深刻な問題、さらには壊滅的な結果につながる可能性もあります。

たとえば、2012 年には、掘削リグに取り付けられていた長さ 120 cm のボルトが破損し、432 バレルの合成掘穿泥水がメキシコ湾に放出されました。 調査の結果、ボルト製造業者は配備された 10,000 本のボルトを交換する必要があり、石油掘削会社は深海での操業を中断しなければなりませんでした。

「機械システムと構造システムの全体的な信頼性と安全性は、ボルト継手の安全性と信頼性で決まることがよくあります」と、STANLEY^® Engineered Fastening のアジア太平洋およびグローバル電子部門の技術担当副社長である Cheng Siong Phua 博士は述べています。

ボルトの自己緩みは、振動や温度変化、締め付け荷重の不足、部品の取り付け不良など、あらゆる種類の動的荷重によって引き起こされ、相対運動の結果として自己緩みのリスクを高めてしまいます (『Engineer Live』誌の 2017 年の記事による)。 これらの非常に小さな動きが積み重なっていくと、最終的にはねじ山アセンブリが緩んでしまいます。

英国を本拠地とするコンサルティングおよびトレーニング会社である Bolt Science によると、緩みの最も多い原因は、ジョイントに対してナットまたはボルト ヘッドが横滑りし、結果としてねじ山に相対運動が発生することです。

「緩みの問題は、プリロードが不十分だったことを示しており、結果としてジョイントが動いてしまいます」と Bolt Science 創設者兼ボルト締めの問題を専門とするコンサルタントである Bill Eccles 氏は述べています。

ねじ山で発生する相対運動は、次の 3 つの一般的な問題に起因する可能性があります。それは、 部品の曲げ、示差熱効果、ジョイントにかかる外力です。

機械システムと構造システムの全体的な信頼性と安全性は、ボルト継手の安全性と信頼性で決まることがよくあります。— Cheng Siong Phua 博士、STANLEY Engineered Fastening の
アジア太平洋およびグローバル電子部門の技術担当副社長

専門家たちが同意する 1 つの結論は、振動は、張力のみで荷重がかけられたジョイントよりも、せん断で荷重がかけられたジョイントではるかに大きな影響を与えるということです。 たとえば、ボルトの軸が激しい振動に対して平行である場合、長期的にはプリロードが最大 40% 低下する可能性がありますが、通常はプリロードが完全に失われたり、ファスナーが失われたりすることはありません。 一方、ボルトの軸に対して垂直な激しい横方向の振動が加わると、すべてのプリロードの壊滅的な障害を引き起こす可能性があり、実際にしばしば引き起こします。

さらには、ファスナーが軸に対して純粋に横方向でも縦方向でもなく、これらを組み合わせた向きの動きを受けた場合、特定のタイプの振動の結果、ファスナーが締まったり緩んだり、あるいは何の影響も及ぼさない場合もあります。これにより、アーク スリップが発生します。

直感に反するように聞こえるかもしれませんが、ファスナーが回転せず、おねじとめねじの間の相対運動がまったくない場合でも、プリロード損失が発生する可能性があります。 これは「緩和」と呼ばれます。 緩和の 1 つの形式である「埋め込み」は、表面粗さが平坦になり、実際の接触面積がねじ山、接合面、およびナット面の下の見かけの接触面積よりも小さくなると発生します。

製品の軽量化、小型化を推進する傾向が続いており、これはジョイントでの振動量の増加につながります (『Assembly』誌の 2014 年の記事)。 これらの 2 つの傾向は、互いに連携して作用する場合があります。 たとえば、素材が軽くなればなるほど振動は大きくなりますが、一般的にファスナーが小さければ小さいほど対応できる振動も小さくなります。 その結果、設計オプションでこのリスクに対処することを考慮しない限り、小型で軽量の製品のファスナーは緩みやすくなります。