ナットの数字は一つで、しかもそれは自分の強さではありません

両側の数字は、それぞれ何を言っているか

ボルト側では、ISO 898-1 が材料の二つの強度特性から記号を組み立てます—— 左の数字 ×100 が呼び引張強さ（MPa）、右の数字 ÷10 が呼びの降伏／引張比。 ですから 8.8 は呼び引張 800 MPa、呼び降伏比 0.8、呼び降伏 640 MPa です。

完全な耐荷重の区分は 5、6、8、10、12 で、現行版に class 4 はありません。 薄ナットは独自の区分 04 と 05 を持ち、 その先頭の 0 の意味は、六角穴付き丸頭ねじに現れるときと同じです。 ステンレスのナットは別体系で、ISO 3506-2:2020 により A2-70 のように表示します。 その記号に炭素鋼の class 8／class 10 の意味を当てることはできません。

どちらが壊れるべきかは、規格が書いています

ISO 898-2:2022 附属書 B.1 は、最小になるのを競う三つの荷重を挙げます—— ナットのめねじがせん断される荷重、ボルトの極限引張、ボルトのおねじがせん断される荷重。 組合せは、その三つのうち最も低いところで壊れます。そして規格は意図を率直に書きます。

なぜボルトが折れるほうがよいのか。ISO 16224 第 5.1 項は慎重に書いています—— 伸びたあとの破断は、その組合せが耐荷重能力を出し切ったことを示します。 一方、締付けの途中ですでに局所的に起きたねじ山のせん断は気づきにくく、 しかも継手の締付け力や使用時の耐力をすでに下げています。 旧版の ISO 898-2:2012 附属書 A.1 はもっと端的で、 締めすぎのときに荷重を受けるねじ部が破断することは、締付けの失敗を明確に示すとしていました。

ただし、それを達成している機構は、思っていたものではありません

直感的な推測はこうです——規格はナットの保証荷重をボルトの極限引張より高く定めているので、 ボルトが必ず先に負ける。当サイトもそう書くつもりでした。成り立ちません。

規格が自分で付けた注

それらの保証荷重を呼び応力断面積で割ると、class 8 はおよそ 856–871 MPa、 class 10 はおよそ 1,040、class 12 はおよそ 1,149–1,161 になります。 ところが同じ規格の附属書 C は別の数字を挙げています—— M5–M7 で 860／1,040／1,150 MPa、M8–M10 で 885／1,040／1,180 MPa。

高さ、そして三つ目の style

ISO 898-2 は、ねじ径 D に対する高さで分類します。

• style 0、薄ナット：0.45D ≤ m_min < 0.80D
• style 1、並ナット：0.80D ≤ m_min < 0.89D
• style 2、高ナット：m_min ≥ 0.89D

同じ区分の style 2 が、より高い保証荷重を得るわけではありません—— 保証荷重は同じ Table 5 から来ます。 余分な高さが買っているのは有効なかみ合いとねじ山のせん断面積で、 高い区分の大きい寸法が、より低い硬さや別の熱処理条件でもせん断を避けられるようにします。 帰結は適用範囲に直接出ます——並目の class 12 は、 style 1 では M16 までしか挙がっておらず、style 2 なら M39 まで行けます。

置き換えと、その例外

ISO 898-2 第 6 項は、より高い区分のナットで低い区分を置き換えることを認めています。 安全な向きで、しかも規格に書かれていることであって、業界の口伝ではありません。

逆向き——低い区分のナットに高い区分のボルト——は Table 2 の指定された組合せではありません。 規格はそれが必ずせん断すると言っているのではなく、 設計の前提が築かれた対から外れたので、 「ボルトではなくねじ山が三つの荷重のうち最低になる」危険が上がると言っています。

そして両側を一段ずつ上げても、継手が比例して強くなるわけではありません。 ボルトの区分を上げれば保証、降伏、引張の能力は上がり、より高い予荷重を許すかもしれませんが、 継手全体が強くなるかは母材のめねじ、座面、滑り、疲労、幾何、 そして締付けをどれだけよく管理できるかによります。 ISO 898-1 の適用範囲自体が、せん断、トルク／締付け力、疲労を含んでいません。

図面に書く五行

• ナットの区分。「付属のナット」ではなく。class 8、10、12 が対を決めます
• style が効くなら書く。style 1 と style 2 は高さの違う別部品で、並目 class 12 では寸法の適用範囲も違います
• 緩み止めナットが要るかどうか——そしてその種類は上へ置き換えられないこと
• ステンレスなら ISO 3506-2 の記号を書く。炭素鋼の区分の数字を書かない
• 誰かが保証荷重ではなく保証応力で計算しているなら、規格のどちらの組を取ったのかを確かめる

相手がナットではなくタップ穴のときの同じ設計意図は かみ合い長さに、 せん断が実際に起きたときの見え方はねじがなめたに、 ボルト側の二つの数字は強度区分の数字にあります。

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

なぜボルトには数字が二つ、ナットには一つなのですか。

ボルトの記号は材料の二つの強度特性から組み立てられ、左の数字 ×100 が呼び引張強さ、右の数字 ÷10 が呼びの降伏／引張比です。ナットの単一の数字はナット自身の引張強さではなく、ISO 898-2 第 5.2.1 項により、組み合わせられる最も高いボルト区分の左側の数字、つまりそのボルトの呼び引張強さの 100 分の 1 です。数字が対応して見えるのは、片方がもう片方から定義されているからです。

過負荷では、ボルトとねじ山のどちらが先に壊れるべきですか。

ボルトです。ISO 898-2 附属書 B.1 は、自由ねじ部が伸びたあとのボルトの破断を、組合せが過負荷になったときの予期される破壊形態としています。伸びたあとの破断は耐荷重能力を出し切ったことを示し、締付け中に局所的に起きたねじ山のせん断は気づきにくいのに締付け力をすでに下げているからです。ただし附属書 B は informative で、疲労や腐食や偏荷重のもとで必ずそうなるとは約束していません。

ナットの保証荷重は、いつもボルトの引張より高いのですか。

高くありません。M6 の 10／10.9 ではちょうど等しく、M6 の 12／12.9 ではナットの保証荷重 23,100 N がボルトの最小極限引張 24,500 N より低くなります。ですから二つの大小関係が破壊形態を決める機構ではありえません。実際に支配しているのはナットの高さ、有効なかみ合い、硬さ、ピッチ、直径、公差の組合せで、附属書 B の Alexander のモデルで評価されます。

保証荷重試験は実際に何をしていますか。

非破壊の合否判定です。焼入焼戻しの試験用マンドレル（45–50 HRC、ねじ 5h6g）にナットをねじ込み、軸方向に荷重して 15 秒保持し、除荷後は原則として手で外せること（必要ならレンチで最初の半回転まで）、そして目立つ塑性変形、ねじ山のせん断、割れ、破断がないこと。実際にせん断が起きる荷重は、ふつうこのしきい値より高くなります。

高い区分のナットで低い区分を置き換えられますか。

ISO 898-2 第 6 項が認めています。ただし例外が緩み止めナットで、第 6 項が明文で除外しており、対応する区分でなければなりません。なお緩み止めナットの表示方式が別だということではありません。ISO 2320 が扱うのは機能としての prevailing torque の要求で、機械的性質と区分の表示は ISO 898-2 から来ます。

style 1 と style 2 のナットは何が違いますか。

高さです。style 1 は 0.80D から 0.89D 未満、style 2 は 0.89D 以上で、M10 なら最小高さが 8.04 mm と 8.94 mm。同じ区分なら保証荷重は同じ Table 5 から来るので上がりません。余分な高さが買うのは有効なかみ合いとねじ山のせん断面積で、帰結は適用範囲に出ます。並目の class 12 は style 1 では M16 まで、style 2 なら M39 までです。