そのボルトの五ピッチ分は、ねじでも軸でもない

文書は ISO 4014:2022、締結用部品、六角ボルト、 product grades A および B。第五版で、鋼とステンレス鋼、 メートル並目ねじ M1,6 から M64 を扱います。 これは部分ねじの六角ボルトです。全ねじのほうには自分の規格があり、 それがなぜ効いてくるかは、このページの後ろで出てきます。

一回目の引き算。それは選択ではなく表である

ねじ部長さ b は設計者ではなく直径が決めます。 呼び長さ 125 mm までなら、規格はこう並べています。

さらに二つの帯があります。呼び長さ 125 から 200 mm では長めのねじ、 200 mm を超えるとさらに長め。 つまり多くの人が働いている範囲全体では、b は長さとともに動きません。 125 mm 以下でボルトが一ミリメートル長くなれば、それはつかみ長さが一ミリメートル増えることであり、 それが図面の持つ唯一のてこです。 （当サイトの照合：読めた M2 から M24 まで、それらの値はちょうど 2d + 6 で、 二つ目の帯は 2d + 12 でした。）

二回目の引き算。驚かれるのはこちらである

呼び長さ 50 mm の M12 を取ります。ねじ部長さは 30 なので、最大のつかみ長さは 20。 多くの人はそこで止まり、20 mm を使える軸部として扱います。規格はそうしません。 最小の軸部はつかみ長さから五ピッチを引いたものであり、M12 並目のピッチは 1,75 なので、 五ピッチは 8,75、軸部は 11,25 mm です。

この数値は当サイトの算術ではありません。表に印刷されています。 当サイトの算術はそれをなぞっただけで、関係式を正しく読めたかを確かめるためのものです。

最後の欄を三つ目の欄と見比べてください。M12 × 50 では、 つかみ長さのほぼ半分が全径であることを保証されていません。M10 × 45 では五分の二に近い。 ボルトが長くなってもこの差の絶対値は縮みません。五ピッチは同じ直径にとって定数だからです。 しかし占める割合は小さくなります。 長いボルトが使える軸部を買い、短いボルトが買えないのは、まさにそのためです。

一つだけ気をつけるところがあります。読みすぎやすいからです。 規格が与えているのは関係式と数値であって、 ボルト端の不完全ねじが物理的に五ピッチある、とは言っていません。 言っているのは、当てにしてよい軸部はつかみ長さより五ピッチ短い、ということです。 それは与えられた保証であって、形状の記述ではないものとして扱ってください。

この区別を残しておく価値をつくる二つ目の数値があります。別の規格は、 ボルト端の不完全ねじを 五ではなく二ピッチに抑えています。 それは別の文書における別の言明で、こちらから導くことも、こちらを導くこともできません。

そしてある長さより下では、その部品は存在しなくなる

あの表でいちばん役に立つのは、数値ではなく一つの文です。 短い長さの隅、大きい直径の欄が本来あるはずのところに、規格はこう印刷しています。 Fully threaded screws specified in ISO 4017。 この文書に 40 mm の部分ねじ M12 はありません。 欄は始まるところから始まります。私たちが読んだ区画では、 M8 は 40 から、M10 は 45 から、M12 は 50 からです。

ですから「短い部分ねじボルトを頼んだらどうなるか」には答えがあり、 それは「わずかな軸部しかないボルトが来る」ではありません。 規格は別の規格の別の部品をあなたに渡し、その部品には軸部がまったくありません。 購入者が気づくかどうかは、図面がどちらを求めていたかを述べていたかだけで決まります。

そしてそれが、あのせん断の議論に欠けていた数値である

せん断面にねじがあるかどうかの設計面は、当サイトが通っています。 二つの継手形式は互換ではなく、部品が実際にせん断を受ける場合、 ねじのない軸部を面に渡せば断面は大きく、ねじ底の応力集中もありません。 設計基準が二つの場合に別々の許容値を与えているのもそのためです。 呼び長さは決まった一覧の一段であり、ねじ部長さは計算で決まります。だから軸部の長さは、その二つの引き算として出てきます。 そこで言われていた寸法がこれであり、いま値が付きました。

二つを合わせると、設計の手順は具体になります。部品からつかみ長さを決める。 その直径のねじ部長さを足す。そして軸部がせん断面を渡らなければならないなら、 さらに五ピッチ足す。規格がすでに引いてあるからです。 三つ目を飛ばすと、継手はねじの立ち上がりを、 本来断面があるはずだった場所にちょうど置くことになります。

これはあのスレッドに反論するものではありません。荷重が本当に純せん断なら、 ピンを使えという返信のほうが良い工学です。当サイトも どのピンの規格がせん断値を公表し、どれがしないかや、 それらのピンが必要とする穴について書いています。 ここで言いたいのはもっと狭いことです。答えがボルトになるのなら、 そのボルトのうち実際にピンとして働いている量は調べられる数値であり、 そしてほとんど誰も調べていない、ということです。

長さを図面に書く前に決める四つ

• せん断面に来るのはねじですか、軸部ですか。それは許容値が異なる設計判断であって、細部ではありません
• 五ピッチを足しましたか。軸部に仕事をさせるなら、つかみ長さとねじ部長さだけでは足りません
• その長さはどの帯にありますか。ねじ部長さは呼び 125 と 200 mm で段が変わり、段をまたぐ長さは下の帯より長いねじを受け取ります
• 図面は部分ねじと書きましたか。表に載る最短長さより下では、規格は全ねじの部品を指しており、そこには争うべき軸部がありません

括弧書きはこの系統の表に共通する習慣です。 メートルねじの一般計画も同じやりかたで一部のピッチに印を付けており、 並目と細目に品質の意味はないという一文も同じ箇条にあります。

この記事は手順 2、ねじを扱います。全体の順序は相手材、ねじ、頭部、駆動部、表面処理、書類で、これを崩すと微調整ではなく手直しになる理由はねじの決め方にあります。

よくある質問

部分ねじボルトに軸部は実際どれだけありますか。

ボルト長さからねじ部長さを引いた値より少なくなります。ISO 4014 は二つの関係を述べています。最大つかみ長さは呼び長さからねじ部長さを引いたもの、最小軸部長さはそのつかみ長さから五ピッチを引いたものです。M12 × 50 はねじ部長さが 30 なのでつかみ長さは 20 mm、表に載る最小軸部は 11,25 mm です。同じ表は M8 × 40 に 11,75 mm、M10 × 45 に 11,5 mm を与えています。

なぜ五ピッチなのですか。

それが規格の引く量であり、規格は説明ではなく関係式を印刷しているからです。転造ねじの末端の移り変わりはきれいな段ではないので、つかみ長さの最後の部分は全径であることが保証されません。五ピッチは、不完全ねじの測定値ではなく、与えられた保証として読んでください。規格が述べているのは算術であって形状ではないからです。

ボルトのねじ部長さは選べますか。

この規格では選べません。ねじ部長さ b は直径が決め、呼び長さ 125 mm までは長さとともにまったく変わりません。M8 で 22 mm、M10 で 26、M12 で 30、M16 で 38 です。125 mm 超と 200 mm 超の二つの長めの帯があります。ですから多くの仕事が収まる範囲では、軸部を増やす唯一の方法は長いボルトであり、余分な一ミリメートルは余分なつかみ長さ一ミリメートルです。

短い部分ねじボルトを注文したらどうなりますか。

規格が提供をやめます。寸法表の短い長さの隅に、全ねじのねじは ISO 4017 に規定されている、と印刷されています。別の規格です。私たちが読んだ区画では、欄は M8 の 40 mm、M10 の 45、M12 の 50 から始まります。それより下では軸部のまったくない別の部品を渡されており、図面がせん断面での軸部を当てにしていて、しかもそう書いていなかったなら、それは問題になります。

純せん断のボルトについて、これは何かを変えますか。

変えるのはボルトの挙動ではなく、あなたが何を指定しなければならないかです。せん断面を渡るのがねじか軸部かは基準が別々に扱う設計判断であり、このページはそこに欠けていた数値、すなわち軸部が実際どこまで届くかを補います。軸部がその面をまたぐ必要があるなら、長さはつかみ長さとねじ部長さ、さらに五ピッチを覆わなければなりません。荷重が本当に純せん断なら、ピンのほうが良い部品かもしれません。それは別の問いで、別の規格があります。

ねじ部長さの式は 2d 足す 6 ですか。

表の値は、読めた M2 から M24 までちょうどそれに一致し、二つ目の帯は 2d 足す 12 に一致します。それは公表された表に対する当サイトの算術であって、この文書が印刷している式ではありません。最小の M1,6 は表では 9 で、その式は 9,2 を与えます。式ではなく表を使ってください。製品が満たすべきなのは表のほうです。

参考資料

• ISO 4014:2022 —— 締結用部品、六角ボルト、product grades A および B。第 1 項、第 4 項と寸法表。ねじ部長さ、二つの長さの関係、表に載る最小軸部と最大つかみ長さ
• r/AskEngineers —— 出発点になったスレッド。純せん断を受けるボルトに必要なねじのかみ合いについて

ISO 4014:2022 は公開プレビューから読んだ。二つの関係、ねじ部長さ、表に載る最小軸部と最大つかみ長さはその文書のものであり、当サイトの算術は、公表された表と公表された関係式が一致することを示すためだけに載せている。長さの表の二行は当方の複製で欄がずれており、引用していない。表が指している全ねじの規格 ISO 4017 の寸法は示さず、この規格が呼び長さとねじ部長さの出典として挙げている ISO 888 の内容も示さない。後から加える訂正。その後 ISO 888 の廃止された初版を通しで読み、別の頁で扱った。この頁は ISO 4014 についてのものなので、そこからの数値は使っていない。五ピッチは規格が引く量として記述しており、不完全ねじの測定値としては記述していない。文書が述べているのは算術であって形状ではないからである。せん断面のねじについての設計上の扱い、基準が二つの場合に与える異なる許容値を含めて、それは当サイトの先行ページにあり、ここでは繰り返さない。ショルダーボルトやピンの数値は示さず、出典スレッドの状況に対して部品を推奨することもしない。