ボルトが空回りする穴に、何を詰めれば効くのか

8 万 3 千回尋ねられた問い

「空回りするボルトのねじを埋めるのに何が使えるか」は DIY Stack Exchange で 8 万 3 千回以上読まれています。直感には理があります—— ボルトが回り続けて締まらないのだから、そのすき間は埋められる必要があり、 何か埋められるものがあるはずだ、と。

よくある四つの候補のうち三つは効きません。しかも失敗する理由がそれぞれ違い、 その三つの理由はどれも知る値打ちがあります。

ねじ固定剤：あの数字が測っているのは「回して外すこと」

嫌気性のねじ固定剤は硬化すると接着した固体になるので、摩擦を増やすだけではありません。 けれども技術資料が実際に何を報告しているかを見てください。 LOCTITE 243 は M10 の鋼どうしの組合せで、 breakaway torque 22 N·m と prevailing torque 9 N·m を与えています。 出典は ISO 10964 で、この規格はこの試験を securing or locking effect を比べるものと位置づけています—— breakaway は接着を壊してナットが回り始めるのに要るトルク、 prevailing torque は外し続けるあいだの持続する抵抗です。

どちらも測っているのは回転への抵抗です。どちらも軸方向の荷重ではありません。 しかもその試験の試験片は、締め付けられた継手の上に座ってすらいないので、 その数字にはもともと初期締付け力が入っていません。 嫌気性接着剤を分類する ASTM D5363 はさらにはっきり書いています—— 工学的な設計には使わないこと。

シールテープ：あの数字が測っているのは流体の圧力

シールテープと管用ねじのシール剤は、規格上の用途がテーパの管用ねじを密封すること、 そして組付けのときのかじり防止の潤滑です。テーパねじはねじ山側面の干渉で密封し、 テープは山の頂と谷が残すらせん状の通路を埋めて、流体が通れないようにします。

シール剤の資料に 5000 psi と書かれているとき、 それは封じられる流体系の圧力です。 引張りやせん断の強さではなく、ねじの引抜きの定格でもありません。 この種の製品に軸方向の荷重の数字は、まったく見つかりませんでした。

そしてこの直感がどこから来るか。 管用ねじにテープを巻けば確かに締まった感じがするので、その経験が持ち込まれます。 けれどもその締まりはテーパねじの干渉と、テープ材がすき間へ押し込まれることから来ています—— 平行な小ねじのねじには、干渉するテーパがありません。 継手のメーカーも、平行ねじでテープやシール剤を密封の手段にすることを勧めていません。 平行ねじはガスケット、O リング、あるいは金属の端面で密封します。

この最後の点には一次の出典があり、この頁を書いた時点ではまだ手元にありませんでした。 ISO 228-1 の適用範囲は、その平行管用ねじは結合用のねじには適さず、 圧力の密封を得るにはねじ以外の二つの面を押し付け、あいだに密封要素を挟むべきだと明記しています。 それを「表題が not 一語だけ違う」規格と並べて読みました—— 密封はねじの外側で行うをご覧ください。

金属パテ：加工できることは、荷重を受けられることではありません

ふつうの金属充填のパテは、硬化後に穴があけられ、タップが立てられ、加工できると表示していることがよくあります。 それは加工しやすさについての言明です。 この材料がタップの下でねじ山の形を保てると言っているのであって、 そのねじ山がボルトの下でどれだけ保てるかは言っていません。

「任意のエポキシパテを硬化後にタップ立てすること」を、もとのねじの区分やもとの設計の保証荷重を 回復するものとして認証した一般の規格は、見つかりませんでした。 技術資料に修復後のねじのトルクや引抜きの数字がないなら、 その製品にその数字はない、ということです。

例外、そしてこれが役に立つ節です

当サイトが「何も効かない」と書かずに済んだ節です。

ねじ再生の専用製品は存在し、しかも数値を公表しています。 LOCTITE PC 3967 ははっきり「なめたねじの修復キット」として売られていて、 修復後のねじの最大推奨トルクを寸法ごとに挙げています。

Permatex の同種のキットは、−54 から 149 °C の使用温度範囲も表示しています。 もう一つ挙げておく値打ちがあります——PC 3967 の化学の種類は dimethacrylate ester で、 多くの人が思い浮かべる二液型のエポキシではありません。

ですからこの用途に効く製品と効かない製品の違いは、化学ではなく、 この用途の数値を誰かが公表したかどうかにあります。 棚の前に立ったまま使える判定基準で、化学の知識はまったく要りません—— この資料に、「修復後のねじ」についての、しかも手元のこの寸法の数字はありますか。

その数字が、何ではないか

上の値は、そのままの意味で読んでください—— その製品自身の最大推奨取付けトルクです。 母材のねじの保証荷重ではありませんし、この継手を図面がもともと前提にしていた状態へ戻してもいません。 メーカーが挙げる典型の用途はオイルパン、ヘッドカバー、変速機のケース—— 密封と保持の仕事であって、主要な構造ではありません。

理由は、ねじの耐荷重がもともとどう計算されるかにあります。NASA の締結部品設計の手引きは 母材のせん断強さ、ねじ山の平均径、そして有効なかみ合い長さから 引抜きを計算します。その式の各項はすべて金属です。 金属を戻していない修復は、それらの項も戻していません—— だからこそ正規の修復は 損傷しためねじを取り除き、新しい完全なめねじの区間を作ることであり、 荷重が最後に落ちる先が まだ無事な最初のねじ山（中国語）である理由でもあります。

ねじ固定剤が本当に何のためのものかは ねじ固定剤を塗る（中国語）に、 ねじの選択が全体の順序のどこに入るかは ねじを指定するにあります。

参考資料

• ISO 10964 —— 嫌気性接着剤のトルク強さの測定（securing or locking effect）
• ASTM D5363 —— 嫌気性接着剤の分類。規格自身が工学的な設計には使わないと述べています
• LOCTITE 243 と 277 の技術資料 —— breakaway と prevailing torque。管理されたすき間。retaining compound のピンとスリーブのせん断
• LOCTITE PC 3967 なめたねじの修復キット —— 寸法ごとの最大推奨トルク
• Permatex のなめたねじの修復キットと PTFE のねじシール剤の資料
• Swagelok —— テーパねじと平行ねじの違い、それぞれの密封の方法
• NASA RP-1228 —— 締結部品設計の手引き、ねじの引抜きの計算
• «What can I use as a thread “tightener” compound for a free-running bolt?»、DIY Stack Exchange

この頁が説明しているのは、公表された製品の数値が何を覆い、何を覆っていないかです。 実際の修復を管理する文書は、あなたの寸法、材料、温度、荷重に対するその製品の技術資料です。

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

ねじ固定剤で、なめたねじを救えますか。

技術資料の定格に照らせば、救えません。LOCTITE 243 の M10 での breakaway 22 N·m、prevailing 9 N·m は ISO 10964 によるもので、測っているのは外す方向の回転への抵抗であって軸方向の荷重ではなく、試験片は継手に締め付けられてもいません。嫌気性接着剤を分類する ASTM D5363 は工学的な設計には使わないと明記しています。修復後のねじについての保証荷重や引抜きの数字は、一つも公表されていません。

シールテープを巻けば、緩んだボルトが効くようになりますか。

なりません。シールテープと管用ねじのシール剤の規格上の用途は、テーパの管用ねじを密封することと、組付け時のかじり防止です。シール剤に 5000 psi のような数字が表示されているとき、それは封じられる流体の圧力であって、引張りやせん断の強さではありません。テープで管用ねじが締まった感じになるのはテーパねじの側面の干渉から来ていて、平行な小ねじのねじにはそのテーパがありません。

金属エポキシパテで埋めてからタップを立ててもよいですか。

ふつうの金属パテは硬化後に穴があけられタップが立てられると表示していることがよくありますが、それは加工しやすさの言明であって耐荷重の話ではありません。「任意のエポキシパテを硬化後にタップ立てすること」をもとのねじの区分や保証荷重を回復するものとして認証した一般の規格は見つかりませんでした。技術資料に修復後のねじのトルクの数字がないなら、その製品にその数字はありません。

では、本当に効くものはあるのですか。

あります。専用のなめたねじの修復キットは、修復後のねじの最大推奨トルクを寸法ごとに公表しています。LOCTITE PC 3967 は強度区分 8.8 のボルトに対し、M6 は 2.6 N·m、M8 は 5.1、M10 は 9.3、M12 は 21.8、M25 は 173.8 と挙げています。Permatex の同種のキットは −54 から 149 度の使用範囲も表示しています。効かない製品との違いは化学ではなく、この用途の数値を誰かが公表したかどうかです。

修復キットで、もとの強度は戻りますか。

戻りませんし、あの数字もそう主張していません。それらは製品自身の最大推奨取付けトルクであって、母材のねじの保証荷重ではありません。メーカーが挙げる典型の用途はオイルパン、ヘッドカバー、変速機のケースです。ねじの引抜きは母材のせん断強さ、ねじ山の平均径、有効なかみ合い長さから計算され、どの項も金属の性質なので、金属を戻していない修復はそれらの項も戻していません。