平座金の規格が三つあり、座金が何のためかを述べているのは一つだけである

この頁は応力分散の力学を説明しない。 設計や選定の助言も与えず、製品名も書かない。読むのは三つの適用範囲と、各一つの寸法表である。 問いは公開されている工学の質問サイトから、その開放された経路で取った。 本サイトがふだん使うブラウザの道具がまだ使えないためである。 読んだのは問いであって回答ではなく、この頁に利用者名は現れない。

並形は問いを差し戻す

まずふつうの座金、箱に入っているあれから。 その規格は冒頭で自分が何かを述べる。並形、製品等級 A、 200 HV と 300 HV の硬さ等級、 呼び寸法は 1,6 ミリメートルから 64 ミリメートルまで。 続いて、それぞれの硬さ等級がどの締結部品に適するかを述べる。 200 HV の座金は強度区分 8.8 までのボルトとねじ、8 までのナットに。 300 HV の座金は 10.9 まで、ナットは 10 まで。

それは「座金を締結部品に合わせる」という話であり、 この文書のなかで唯一の機能に関わる記述でもある。そして適用範囲の最後の一行が来る。

その二つの条件が何かを見てほしい。締め付けられる軟らかい材料。大きすぎる穴。 それこそ、人がそもそも座金に手を伸ばす二つの場面である。 そしてふつうの座金の規格は、その二つをそのまま差し戻し、確かめよと付け加える。

そして大形がそれを引き受ける

次の規格は同じ座金の外径を大きくしたものである。 適用範囲には同じ硬さ等級と同じ締結部品の一覧があり、 そのあとに並形にはない一文が来る。これらの座金は 軟らかい材料を締め付ける場合、または工作物に大きなすきま穴がある場合に用いることを意図している。

同じ二つの条件が、同じ順序で、警告から用途へ移っている。 同じ年に同じ委員会が出した二つの文書のあいだで、 人がふだん座金に頼る二つの場面を、一方は断り、他方は引き受けている。

そして但し書き。ここが速度を落とす価値のあるところだ。 「ただし後者の場合には、座金の厚さの適否を確かめるべきである。」 後者とは大きすぎる穴のことである。 座金を支えきれないほど大きな穴に対して、規格が名指しする量は外径ではない。 厚さである。 大きな穴に架かって下から支えのない座金に求められているのは、 広げることではなく曲げに耐えることだからである。

実際にどれだけ面積が増えるのか

M8 で三つの表を通してみる。以下はすべて呼び値で、公表された寸法表から読んだ。

座面はその二つの径のあいだの円環なので、面積は π/4 に平方の差を掛けたものになる。 この計算は当方のものである。

• 並形：145,6 mm²
• 大形：397,0 mm²、並形の 2,73 倍
• 特大形：552,1 mm²、3,79 倍

そこから二つ落ちてくる。厚さは 1,6 から 2、3 としか動かないので、 面積は 3,8 倍に伸びるのに厚さは 1,9 倍にしか伸びない。 そして特大形は穴が大きい。9,00 対 8,40 である。 つまり増えた外径のうち〇・六ミリメートルは、座面ではなく緩い嵌め合いに使われている。

いちばん大きい座金がいちばん軟らかい

では三つめの適用範囲を読む。そしてこれが前二つの拡大版ではまったくないことに気づく。

三つの硬さ等級を一列に並べてみる。これは当方の比較であって、 どの文書も三つを並べて示してはいない。 並形は 200 HV か 300 HV。大形も 200 HV か 300 HV。 特大形は 100 HV。 座面積がおよそ四倍になるその座金は、 他の二つのいちばん軟らかい選択肢の半分の硬さで作られ、製品等級も下で、 自分の適用範囲の最後の数語で用途を名指ししている。

その帰結ははっきり述べる価値がある。ふつうの直感と逆だからだ。 強度区分 10.9 のボルトの下でもっと座面積が欲しいとき、 特大形の座金は規格が差し出す答えではない。そのボルトを対象にしていない。 この三つの文書が 10.9 に対して差し出す最大の座金は大形の 300 HV であり、 M8 では上に出た 2,73 倍である。

以上のどれも、どの座金がどの材料を守れるかについては何も述べていないし、 この頁もそれを試みない。 どの座金が継手に適するかは面圧の限界の問題であり、 ここで読んだ三つの規格には限界値が一つも現れない。

三つの文書に実際に入っているもの

穴のあいた平らな輪についての三つの ISO 規格に入っているのは、合わせて、 硬さ等級、製品等級、呼び寸法の範囲、 どの硬さ等級がどの締結部品の強度区分に適するかの一覧、 穴径と外径、厚さ、表面粗さ、そして別の規格へ渡された一式の公差である。

入っていないのは力学の記述である。 面圧もなければ、頭の下で荷重がどこまで広がるかもなければ、 人がよく描くあの円錐もない。 三つのうちいちばん近いのは、真ん中の文書の一文、 自分の座金がどの二つの場面のためかを述べたものと、 一つめの文書の一文、まさにその二つの場面では自分で確かめよと述べたものである。

本サイトは座金を別の方向から通ったことがある。 穴のまわりの銅は座金ではないという頁と、 星型座金が電気的ボンディングの使用禁止一覧にあるという頁である。 どちらもここでは繰り返さない。

持ち帰る点

• 並形は二つの場面を名指しし、自分で確かめよと述べる。軟らかい材料の締付けと、大きなすきま穴である
• 大形は同じ二つを自分の用途として引き受ける。同じ年、同じ委員会、扱いは逆
• 大きすぎる穴について大形が名指しするのは厚さであって外径ではない
• M8 の座面積は 145,6、397,0、552,1 平方ミリメートル。比は 1、2,73、3,79 で、公表された径からの当方の計算である
• 面積は厚さより速く伸びる。3,8 倍に対して 1,9 倍
• 特大形は穴が大きいので、増えた径の一部は座面ではなくすきまに使われている
• 特大形は 100 HV、製品等級 C、強度区分 6.8 まで、木構造で使うもの
• だから 10.9 のボルトの下で使える最大の座金は大形の 300 HVであって、特大形ではない
• 三つのどれにも面圧の限界は現れないので、下の材料が耐えるかを教えてくれる規格はない

問いは、座金はなぜ応力を分散させるのか、だった。 座金を定義する三つの文書はそれに答えていない。 そしてそれは不満ではなく、見つけたことである。 それらは硬さ等級の付いた寸法規格であり、 この一組のなかで機能に関わる唯一の一文は、三つの真ん中にある、二つの場面についての一行である。

どちら側に付けるかも述べていない。それを決めざるをえなかった唯一の文書は試験規格であり、 そこでは座金は回らないよう固定される。 ボルトのどちらの端かが指定されるのではない。

この記事は六つの手順のどれか一つには収まりません。手順をまたいで出てくるか、組み付けたあとに出てくる話です。ここに行き着く判断がどこで下されているかはねじの決め方にまとめてあります。

よくある質問

平座金の規格は座金が何のためかを述べていますか。

三つのうち一つだけです。大形の規格は、その座金が軟らかい材料を締め付ける場合、または工作物に大きなすきま穴がある場合に用いることを意図していると述べます。並形の規格は同じ二つの場面を名指ししますが、その種類の座金が技術的に適するかを利用者が確かめるべきだとし、特大形の規格は機能ではなく用途の場を述べています。

大形の座金はどれだけ座面積が増えますか。

M8 では、並形が 8,40 の穴に外径 16,00、大形が同じ穴に 24,00 です。座面をその間の円環として計算すると、当方の計算で 145,6 と 397,0 平方ミリメートル、つまり大形は並形の 2,73 倍です。特大形は 9,00 の穴に 28,0 で、552,1 平方ミリメートル、3,79 倍になります。

大形の規格はなぜ厚さに触れるのですか。

二つの場面のうち後者のためです。大きなすきま穴がある場合には座金の厚さの適否を確かめるべきだと述べています。支えきれないほど大きな穴に架かる座金に求められるのは曲げへの抵抗であり、それを決めるのは外径ではなく厚さです。

特大形は並形を大きくしただけのものですか。

違います。硬さ等級 100 HV、製品等級 C で規定されており、他の二つは製品等級 A の 200 HV と 300 HV です。製品等級 C で強度区分 6.8 までのボルトおよびねじ、6 までのナットに適し、木構造で用いるとされています。

強度区分 10.9 のボルトの下にはどの座金を使うべきですか。

この頁は選定の助言を与えません。報告できるのは、読んだ三つの規格のうち、10.9 まで適する硬さ等級を挙げているのは並形と大形だけで、それが 300 HV だということです。特大形は 6.8 までなので、それらの文書が 10.9 のボルトに差し出す選択肢には入っていません。

平座金の硬さ等級にはどんなものがありますか。

この三つの規格のなかでは、並形と大形が製品等級 A の 200 HV と 300 HV、特大形が製品等級 C の 100 HV です。硬さはビッカースで、別の規格に従って試験されますが、その規格はこの頁のために読んでいません。

座金の下の材料がどれだけの圧力に耐えるかは書かれていますか。

いいえ。三つのどれにも面圧の限界は現れません。示されるのは硬さ等級、寸法、厚さ、表面粗さで、公差は別の文書に渡されます。締め付けられる材料が耐えるかどうかは、それらが答える問いではありません。

厚い座金のほうが荷重を遠くまで広げますか。

この頁はその主張をしません。三つの規格のどれもそう述べていないからです。大形の規格が述べるのはもっと狭いことです。すきま穴が大きいときは厚さを確かめよ、と。どの寸法を確かめるかについての言明であって、荷重がどこまで届くかについてのものではありません。

では座金はなぜ応力を分散させるのですか。

この頁は力学に答えませんし、答えようともしません。報告するのは、これらの製品規格に何が入っているかです。寸法、硬さ等級、適合する締結部品の強度区分の一覧、そして三つの真ん中の文書にある用途の一文です。

参考資料

• ISO 7089:2000「平座金　並形　製品等級 A」。九頁の無料プレビュー、適用範囲と推奨寸法表を含む
• ISO 7093-1:2000「平座金　大形　第 1 部：製品等級 A」。九頁の無料プレビュー、適用範囲と推奨寸法表を含む
• ISO 7094:2000「平座金　特大形　製品等級 C」。八頁の無料プレビュー、適用範囲と推奨寸法表を含む
• その問い。公開されている工学の質問サイトにて。二十四点、五つの回答

系列ごとに一つ、三つの無料プレビューを読んだ。並形、大形、特大形、いずれも 2000 年版である。どのプレビューも適用範囲の全文と推奨寸法表を含む。引用した文と寸法はすべて、当該頁を画像に起こして目で照合した。文字抽出ではない。次の各項は当方の計算と比較であり、三つの文書のいずれの記述でもない。145,6、397,0、552,1 平方ミリメートルという座面積。座面を呼び穴径と呼び外径のあいだの円環として求めたものである。2,73 と 3,79 という比。面積が 3,8 倍に伸びるのに厚さは 1,9 倍にしか伸びないという観察。特大形の穴が他の二つより大きいという指摘。そして三つの硬さ等級を並べて読むこと。ここで読んだ規格のどれも、三つの系列を並置していないし、この比較をしていない。この頁は応力分散の力学を説明せず、設計や選定の助言を与えず、どの座金がどの材料を守るとも主張しない。三つのどれにも面圧の限界が現れないからである。これらの文書が引用する座金の一般計画、座金の公差規格、ビッカース硬さ試験方法は、いずれもここでは読んでおらず、非推奨寸法の表も用いていない。問いは、本サイトがふだん使う掲示板の道具ではなく、公開されている工学の質問サイトから取った。その道具は依然として使えない。読んだのは問いであって回答ではなく、この頁に利用者名は現れない。