締結具の選定
CNC部品の組立で締結具を間違えることは、やり直しの最も大きな原因の一つです。このページでは意思決定ロジックに沿って構成しています：まず種類を決定し、次に等級と仕様を選び、最後にトルクと防松方式を確定します。各段階に比較表があり、表をそのまま参照して決定できます。
どの締結具を使うか？
組立要件に合わせて直接表を参照してください。ほとんどのCNC部品は六角穴付きボルトで十分です。
| 用途 | 推奨種類 | 理由 |
|---|
| 汎用の板金接続（2枚の板をボルトで締結） | 六角穴付きボルト (SHCS) | 頭部を座ぐり穴に沈め込め、スパナ空間が小さく、CNCで最も一般的 |
| スペースが限られ、頭部が表面から突出できない | 皿小ねじ | 頭部がテーパ面で、締め付け後は表面と面一。座ぐり加工が必要。 |
| 外観部品で、座ぐり穴が許可されない | 六角穴付きトラウスねじ | 頭部が低いドーム形状で外観がすっきり |
| 構造部品、重荷重、スパナ操作が必要 | 六角ボルト + 六角ナット | スパナ操作、負荷能力が高く、取り外し可能 |
| 歯車/ベアリングを軸に固定 | 止めねじ | 頭なしで、先端を軸面に押し付けてトルクを伝達 |
| 両端にナットで接続が必要 | スタッドボルト | 一端を本体にねじ込み、もう一端は被接続部品に通してナットで締め付け |
| 2部品の精密な位置決め | ウェルドピン | 精密な円柱はめあい (H7/m6) で、繰り返し組立の精度を確保 |
| アルミ/マグネシウム合金またはねじ山の修復 | ヘリコイル (Helicoil) | 母材に埋め込んで高強度の鋼ねじ山を形成 |
| ヒンジ、ピボット接続 | 肩付きボルト | 肩面がピボット軸として機能、頭部は六角穴付き |
| ボルトが横方向のせん断力を受ける（引張ではない） | 绞り穴ボルト | 平行部が穴と H7/k6 のはめあいで、せん断で荷重を支持 |
| 軸方向の位置決め / 軸上の部品の固定 | 止め輪 | 軸溝または穴溝にはまり、部品の軸方向の移動を防止 |
| ナットの脱落防止 | 割りピン | ナットの溝とボルトの穴を通して、機械的にロック |
締結具種類一覧
| 種類 | 標準 | 駆動方式 | 頭部形状 | 荷重種別 | コスト | 常用サイズ |
|---|
| 六角穴付きボルト (SHCS) | ISO 4762 / DIN 912 | 六角レンチ | 円柱平頭 | 引張 / せん断 | 低 | M2 – M24 |
| 皿小ねじ | ISO 10642 / DIN 7991 | 六角レンチ | 平頭テーパ面 (90°) | 引張 | 低 | M3 – M20 |
| 六角穴付きトラウスねじ | ISO 7380 | 六角レンチ | 低いドーム | 引張 | 低 | M3 – M16 |
| 六角ボルト | ISO 4014 / DIN 931 | 外六角レンチ | 外六角 | 引張 / せん断 | 低 | M5 – M48 |
| 止めねじ | ISO 4026/4027/4028/4029 | 六角穴 / 一字 | 頭なし | 軸方向の押付け | 極低 | M2 – M12 |
| スタッドボルト | ISO 4016 / DIN 976 | 外六角レンチ（ナット側） | 頭なし（両端ねじ） | 引張 | 低 | M6 – M36 |
| 绞り穴ボルト | ISO 3546 / DIN 609 | 外六角レンチ | 外六角 | せん断（平行部はめあい） | 中 | M6 – M24 |
| ウェルドピン | ISO 2338 / DIN 6325 | なし（圧入） | 頭なし円柱 | せん断 / 位置決め | 低 | 1mm – 20mm (d) |
| 割りピン | ISO 1234 / DIN 94 | なし | なし（折り曲げロック） | 防松 | 極低 | 1mm – 13mm (d) |
| 止め輪 | DIN 471 / 472 | 止め輪プライヤ | スリット弾性リング | 軸方向の位置決め | 極低 | 3mm – 100mm (d) |
六角穴付きボルト (SHCS)
CNC加工で最も使用頻度の高い締結具。頭部は円柱状で、部品の座ぐり穴に沈め込むことができ、表面が平坦。ISO 4762 (DIN 912) が最も汎用的な標準です。
強度等級の選択
| 等級 | 引張強さ | 降伏強さ | 使用タイミング |
|---|
| 8.8 | 800 MPa | 640 MPa | 一般構造部品、コスト最優先。静的荷重、非重要接続 |
| 10.9 | 1000 MPa | 900 MPa | デフォルト選択。強度が良く脆くなく、ほぼ全てのCNC組立シーンをカバー |
| 12.9 | 1200 MPa | 1080 MPa | 高荷重、高い予締め力が要求される重要部位。水素脆化のリスクに注意、亜鉛めっき禁止 |
デフォルト推奨
特別な要件がない場合、すべて10.9 等級を使用。8.8 より少し高価なだけで、12.9 より水素脆化しにくい。防食が必要な場合のみステンレス A2-70 に変更。
座ぐり穴の要件
六角穴付きボルトの頭部を座ぐり穴に沈め込む場合、座ぐり径と深さは十分なレンチ操作スペースを確保する必要があります。
| ボルトサイズ | 頭部外径 (mm) | 頭部高さ (mm) | 座ぐり径（推奨） | 座ぐり深さ（推奨） | 六角穴サイズ |
|---|
| M3 | 5.50 | 3.00 | 5.8 – 6.0 | 3.2 | 2.5 |
| M4 | 7.00 | 4.00 | 7.4 – 7.6 | 4.2 | 3.0 |
| M5 | 8.50 | 5.00 | 8.9 – 9.1 | 5.3 | 4.0 |
| M6 | 10.00 | 6.00 | 10.5 – 10.8 | 6.3 | 5.0 |
| M8 | 13.00 | 8.00 | 13.6 – 14.0 | 8.4 | 6.0 |
| M10 | 16.00 | 10.00 | 16.7 – 17.0 | 10.5 | 8.0 |
| M12 | 18.00 | 12.00 | 18.8 – 19.2 | 12.6 | 10.0 |
止めねじ
頭なしのねじで、先端でもう一つの部品の表面に押し付けて相対位置を固定したり、トルクを伝達したりします。歯車、プーリー、ハンドホイールと軸の固定によく使われます。
先端タイプと適用シーン
| 先端タイプ | 標準 | 形状 | 適用シーン | 不適な場合 |
|---|
| 平先 | ISO 4026 / DIN 916 | 平坦面 | 軸に凹みを付けて固定する場合、荷重が大きい | 頻繁な脱着が必要な場合（軸面を傷つける） |
| とがり先 | ISO 4027 / DIN 914 | 45°の尖り | 軸にテーパ穴がある位置決め。テーパ面が自己センタリングで、心出し精度が高い | 軸にテーパ穴がない場合には使用不可、滑る |
| 柱先 | ISO 4028 / DIN 915 | 短い円柱 | 軸に横穴がある固定。柱先が穴に挿入され、せん断に強い | 軸に穴がない場合には使用不可 |
| くぼみ先 | ISO 4029 / DIN 913 | 球面のくぼみ | 軸面を傷つけず、焼き入れ済みの軸に適している。荷重が小さい場合に適する | 荷重が大きい場合は信頼性不足 |
よくある間違い：先端の選択ミス
- 軸に穴がないのに柱先を使用 → 全く押し付けられず、ねじが滑る
- 軸にテーパ穴がないのにとがり先を使用 → 接触面積が極めて小さく、振動ですぐに緩む
- 硬い軸に平先を使用 → 滑る。くぼみ先を使用するか、軸に平坦部を切削する
ウェルドピン
2つの部品間の精密な繰り返し位置決めに使用されます。組立時に圧入はめあいで固定し、工作荷重は受けません（組立と分解時のせん断力のみ）。
| 種類 | 標準 | はめあい | 特徴 | 適用シーン |
|---|
| 平行ピン（ストレートピン） | ISO 2338 / DIN 6325 | H7/m6（軽圧入） | 最も一般的、高精度 | 2枚の板の精密な位置決め、金型ガイド |
| ねじ付き引抜きピン | DIN 7979 | H7/m6 | 一端にねじ穴があり、ねじで引き抜き可能 | 盲穴、頻繁な脱着が必要 |
| テーパピン | ISO 2339 / DIN 1 | テーパ自己ロック (1:50) | 繰り返し着脱しても精度が低下しない | 複数回の着脱が必要な精密位置決め |
| 弾性ピン（スプリングピン） | ISO 8752 / DIN 1481 | 弾性拡張 | 弾性があり、やや小さい穴にも挿入可能 | 軽荷重の位置決め、減振 |
ウェルドピンの設計要点
- 2本のウェルドピンを使用し、間隔を最大化すると位置決め精度が最高
- はめあい：H7/m6（軽圧入はめあい）。すきまばめや過渡しはめあいは避ける、緩みの原因
- 材料：高炭素鋼または合金鋼推奨、硬度 ≥ 60 HRC
- ピン穴はまずドリルで加工し、組立時に2つの部品を合わせてリーマ加工し、同心を確保
ヘリコイル (Helicoil)
菱形断面のステンレス鋼線を巻いた螺旋状のインサートです。母材のねじ穴に取り付けると、内面に標準ねじ山が形成され、外面が母材に固定されます。本質的に、軟質材料を鋼で置換してねじ荷重を受けさせるものです。
使用タイミング
| シーン | 理由 | 必要性 |
|---|
| アルミ合金 / マグネシウム合金部品 | 材料が柔らかく、直接タッピングではねじ山強度が不足、2～3回の着脱でねじ山が潰れる | 必須 |
| ねじ山の修復 | ねじ山が既に損傷、穴を広げて大一号の Helicoil を取り付け、元の仕様を復元 | 必須（修復用） |
| プラスチック部品 | プラスチックには強度のあるねじ山を直接切ることができない | 必須 |
| 頻繁な着脱箇所 | 繰り返し着脱でねじ山が摩耗、ヘリコイルは数十回の着脱に耐える | 強く推奨 |
| 高振動環境 | ヘリコイルと母材の間の摩擦力が大きく、耐振性が良い | 推奨 |
取り付けとコスト
| 項目 | 説明 |
|---|
| 取り付け手順 | 1. 下穴をドリル（標準より1号大きい）→ 2. Helicoil 専用タップでねじ切り → 3. 取り付け工具でインサートをねじ込む → 4. 取り付けタングを折る |
| 単価 | M3 – M5 は約 0.5 – 1.5 元/個；M6 – M10 は約 2 – 5 元/個。量産時はさらに低価格 |
| 加工の増加分 | 専用タップと取り付け工具が必要で、工程が1つ増える。1個あたり約 0.5 – 1 分の工時増加 |
| 価値があるか | アルミ部品 — 絶対に価値がある。鋼材の 10.9 等級ボルト — 通常不要、頻繁な着脱を除く |
締結具の等級
メートル系は数字で表記（例：8.8）、最初の数字は引張強さの 1/100（MPa）、小数点以下は降伏比。インチ系 (SAE) は Grade で表記。
| 等級 | 体系 | 引張強さ | 降伏強さ | 硬さ | 材料 | 頭部マーク | 適用シーン |
|---|
| 4.8 | ISO | 400 MPa | 320 MPa | ∼140 HB | 低炭素鋼 / 低炭素合金鋼 | マークなし | 非構造部品、重要でない接続 |
| 8.8 | ISO | 800 MPa | 640 MPa | 22 – 32 HRC | 中炭素鋼 / 焼戻し | 8.8 | 一般構造部品、静的荷重 |
| 10.9 | ISO | 1000 MPa | 900 MPa | 32 – 39 HRC | 合金鋼 / 焼戻し | 10.9 | デフォルト選択、高荷重、動的荷重 |
| 12.9 | ISO | 1200 MPa | 1080 MPa | 39 – 44 HRC | 合金鋼 / 焼戻し | 12.9 | 極限荷重。亜鉛めっき禁止（水素脆化） |
| Grade 2 | SAE | ∼510 MPa | ∼380 MPa | ∼B73 | 低炭素鋼 | マークなし | 4.8 等級に相当 |
| Grade 5 | SAE | ∼830 MPa | ∼630 MPa | ∼C25 | 中炭素鋼 / 焼戻し | 3本の線 | 8.8 等級に相当 |
| Grade 8 | SAE | ∼1040 MPa | ∼860 MPa | ∼C33 | 合金鋼 / 焼戻し | 6本の線 | 10.9 等級に相当 |
| A2-70 | ISO ステンレス | 700 MPa | 450 MPa | <22 HRC | 304 ステンレス鋼 | A2-70 | 防食環境、強度は低い |
| A4-80 | ISO ステンレス | 800 MPa | 600 MPa | <25 HRC | 316 ステンレス鋼 | A4-80 | 防食 + 耐酸・アルカリ |
12.9 等級の水素脆化警告
12.9 等級ボルトは電気めっきが禁止（亜鉛めっき、ニッケルめっき）。めっきプロセスでの水素侵入が遅延破壊を引き起こします。表面処理が必要な場合は、ダクロメット (Dacromet) またはりん酸塩処理を使用。
締め付けトルク
締め付けトルクがボルトの予締め力を決定します。トルク不足 → 緩み；トルク過大 → ボルトの降伏または破断。以下は参考値で、実際は設計計算に従います。
参考トルク表 (Nm)
| サイズ | 8.8 等級（乾燥） | 8.8 等級（潤滑） | 10.9 等級（乾燥） | 10.9 等級（潤滑） | 12.9 等級（乾燥） | 12.9 等級（潤滑） |
|---|
| M3 | 1.1 | 0.8 | 1.5 | 1.1 | 1.8 | 1.4 |
| M4 | 2.5 | 1.9 | 3.5 | 2.6 | 4.1 | 3.1 |
| M5 | 5.0 | 3.8 | 7.0 | 5.3 | 8.3 | 6.2 |
| M6 | 8.5 | 6.4 | 12.0 | 9.0 | 14.0 | 10.5 |
| M8 | 21.0 | 15.8 | 29.0 | 21.8 | 34.0 | 25.5 |
| M10 | 41.0 | 30.8 | 58.0 | 43.5 | 68.0 | 51.0 |
| M12 | 71.0 | 53.3 | 100.0 | 75.0 | 118.0 | 88.5 |
乾燥 vs 潤滑
潤滑状態（油塗布、防焼き付き剤）では摩擦係数が低下し、同じ予締め力に必要なトルクが約25%減少します。表中の潤滑列は −25% で計算済み。
実際の作業では、重要な接続にはトルクレンチを使用し、部品図面の指定トルク値を参照してください。
締め付け順序
複数ボルトの接続では順序に従って締め付けなければなりません。そうしないと部品が反り変形し、シール面が漏れます。
| 接続形式 | 締め付け順序 | 説明 |
|---|
| 円形フランジ（4 ボルト） | 対角クロス | 1-3-2-4、まず軽く締め、次に 2～3 段階で目標トルクに段階的に到達 |
| 円形フランジ（6+ ボルト） | 星形 / 対称クロス | 毎回 2～3 本のボルトを飛ばし、均等な荷重を確保 |
| 矩形フランジ | 中央から両端へ | まず中央、次に対角、外側に広げる |
| 長尺接続 | 中央から両端へ | 中央の盛り上がりや両端の反りを防止 |
操作の原則
段階的締め付け：まず手で軽く締めて密着させ（予締め）、次にトルクレンチで 2～3 段階で目標トルクに到達。一発で締めないでください。
防松方式
振動環境ではねじ接続が自然に緩みます。防松方式の選択は、再利用の必要性、振動レベル、コスト、温度を考慮する必要があります。
| 方式 | 原理 | 適用シーン | 再利用性 | コスト | 注意 |
|---|
| ねじロック剤 (Loctite) | 嫌気性接着剤がねじの隙間を充填して硬化 | 振動環境、ワンタイム組立または定期メンテナンス | 可（200°C に加熱または専用溶剤で） | 極低 | 243（中強度、可拆）vs 271（高強度、永久）。M6 以下は 222 低強度 |
| スプリングワッシャー | 弾性ワッシャーが持続的な軸方向力を発生 | 一般振動、最も低コストな防松方式 | 完全に取り外し可能 | 極低 | 高予締め力の場合作動が限定的、重要接続には推奨されない |
| ナイロンネジナット | ナイロンインサートがねじ山をグリップ | 中程度の振動、頻繁な着脱が必要な場合 | 可（ナイロンが摩耗し、回数に制限あり） | 低 | 耐温 ≤ 120°C。高温で機能喪失 |
| キャスルナット + 割りピン | ナット溝をボルト穴に合わせて割りピンを挿入、機械的にロック | 高振動、高信頼性が必要（サスペンション、ステアリングなど） | 可（割りピンを交換） | 中 | ボルトにピン穴の加工が必要。最も信頼性の高い防松方式の一つ |
| くさびワッシャー (Nord-Lock) | くさび面が振動時に揚力を発生させ、緩み傾向を打ち消す | 高振動、ねじロック剤が使用できない場合 | 完全に取り外し可能 | 中 | スプリングワッシャーより効果的。ペアで使用する必要あり |
クイック選択
- 一般用途 → 追加の防松不要、10.9 等級ボルト + 標準トルクで十分
- 中程度の振動 → ねじロック剤 Loctite 243（中強度、取り外し可能）
- 高振動 / 安全部品 → キャスルナット + 割りピン
- 頻繁な着脱 → ナイロンネジナットまたはくさびワッシャー
よくある間違い
| 間違い | 結果 | 正しい方法 |
|---|
| アルミ部品に直接タッピングして鋼ボルトを使用 | 2～3回の着脱でねじ山が潰れ、ねじ山が完全に使用不能 | アルミ部品には必ず Helicoil を挿入 |
| 12.9 等級ボルトに亜鉛めっき | 水素脆化、遅延破壊、安全事故の原因 | 12.9 等級は電気めっき禁止。ダクロメットまたはりん酸塩処理を使用 |
| トルク過大、ボルトの引張破断 | ボルトの降伏または破断、接続の機能不全 | トルクレンチを使用し、トルク表に従って操作 |
| 止めねじの先端の選択ミス | 滑る、押し付け不足、稼動時に部品が緩む | 軸上の構造（穴の有無、テーパ穴の有無）に応じて対応する先端を選択 |
| ウェルドピンにすきまばめを使用 | 位置決めが不正確、繰り返し着脱後に精度が喪失 | H7/m6 軽圧入はめあいを使用、硬度 ≥ 60 HRC |
| 複数ボルトを順序通りに締めない | シール面の漏れ、部品の反り変形 | 対角クロス、段階的に目標トルクへ到達 |
| ステンレスボルトと鋼ナットの混用 | 電食、ねじの焼き付き（galling） | 同材質の組み合わせ。ステンレスねじには必ず潤滑または防焼き付き剤を使用 |
| 皿小ねじの座ぐり角度の不一致 | ねじ頭部が完全に密着せず、表面から突出 | 標準皿小ねじのテーパ角は 90°、座ぐりドリルはこれに一致させる |
| 止まり穴のタップ深さが不足 | ボルトが底まで到達できず、有効なねじ込み山数が不足 | 止まり穴の有効ねじ深さ ≥ ボルト呼び径 × 1.5 |