羽子板ボルトは 100 か 250 kgf·cm か：スギ材では座金下の木材が約 3〜5 kN でめり込み降伏し、トルクの 9 割以上は摩擦に消えます

住まいの先生への質問：100〜250 kgf·cm で大丈夫か

2011 年 4 月、Yahoo!不動産の「教えて！住まいの先生」（Yahoo!知恵袋のデータを使い、専門家の回答だけを表示するサービス）に、 羽子板ボルトの締付けトルクを実際に確認すると 100〜250 kgf·cm のばらつきがあった、大丈夫か、という質問が寄せられました。 原文の単位は kgf/cm ですが、本稿では kgf·cm と読みます。

質問者は工務店の回答も紹介しています。木造金物メーカーは現場での締付けトルクを一般に 200〜300 kgf·cm と説明しているものの、 木材の強度は材質や木表・木裏で異なるため、実際には金物の木材へのくい込み 0.5〜1.0 mm 程度を目安にしている、という内容です。

ベストアンサーは大阪の設計事務所からで、構造用金物はせん断抵抗を期待して入れられており、木材は乾燥収縮や経年変化で痩せるため摩擦抵抗は期待できない、 したがって鉄骨造の高力ボルトのようなトルク規定はない、というものでした。

どちらももっともですが、100 kgf·cm と 250 kgf·cm で締めたボルトが何が違うのか、という質問の核心には答えていません。 以下では、同じ研究グループの 3 報を使って、この二つの数字をスギ材の締付け曲線の上に置いてみます。

仕様書が決めているのはめり込みで、トルクではありません

国土交通省『公共建築木造工事標準仕様書』（令和 7 年版）5.5.11「各種ボルトの工法」(6) は、ボルトの締付けを 「座金が木材等へ軽くめり込む程度とし、過度に締め付けない」とし、1 群のボルトの締付けを一様にするよう求めています。 (7) では、工事中に木材の乾燥収縮等で緩んだナットは締め直すとしています。トルク値はどこにもありません。

日本建築学会『木質構造設計基準・同解説』も「座金が木材にわずかにめり込む程度」としています。これは松原らの 2014 年の報告からの孫引きで、 同報告は、樹種ごとにどの程度めり込ませるのが適切かは不明な点が多いと続けています。

座金の寸法は原則として特記によります。特記がなければ、同じ仕様書の表 4.2.3（引張り）と表 4.2.4（せん断）は、Z マーク（または M マーク）表示金物を使う M12 ボルトの座金を いずれも厚さ 4.5 mm、角座金 40 mm としています。羽子板ボルトがどちらの表に当たるかは書かれておらず、質問の現場で実際に使われた座金の寸法もわかりません。座金の寸法系列については 座金の仕様の読み方で整理しています。

試験の方法

2 報はいずれも同型式のねじ締付け試験機（日本計測システム NST-500NM）でボルト頭を拘束してナット側を回し、締付けトルクと回転角、 ボルト頭と木材の間に入れたロードセルで締付け軸力を測っています。本稿で引用する 2 報の条件は次のとおりです。

2015 年の報告はボルト破断または回転角 1,100 deg まで、2017 年の報告は回転角 1,100 deg（3 回転）まで締めています。2017 年の報告でいう辺長比は、座金の辺長（丸座金は直径）を厚さで割った値で、 30 × 1.6 mm が 18.8、35 × 4.5 mm が 7.8 です。

座金下の木材は 3〜5 kN でめり込み降伏し、そこで勾配が変わります

スギの 72 体はすべて同じ形の曲線を示しました。スナグ点を越えると軸力は回転角に対して直線的に上がり、降伏を経て、ゆるい勾配で再び直線的に上がります。 論文はこれを木材のめり込みによく見られる挙動としています。木材を挟まない金物だけのコントロールにはこの折れ曲がりがなく、2014 年の報告ではそのままボルト破断に至っています。 2 本の直線の交点が降伏締付け軸力 F_y で、めり込みが弾性域から降伏後の領域に移る点です。座金が初めて木材に食い込む時点ではなく、弾性域でも木材は局部的に圧縮されています。

辺長比が大きいほど F_y は下がる傾向でした（結論 3）。ただし 1 行ずつ見ると単調ではなく、たとえば角座金 35 × 3.2 は 4.81 kN、35 × 4.5 は 4.75 kN です。 辺長比 18.8、13.0、16.0 の薄い座金では試験後に曲げ変形がはっきり確認され、論文の写真では各辺長比の角座金で木材にめり込み痕が残っています。

弾性域のトルク係数 K_f1 は全試験体の平均で 0.206、標準偏差 0.030 でした。辺長比 7.8〜16.0 の範囲では、 寸法も角・丸の形状も K_f1 に明確な影響を与えていません。辺長比 18.8 の丸座金だけは平均が約 1.2 倍でばらつきも最大で、 著者は座面の摩擦係数 μ_b（最大 0.428）の影響としています。

2014 年の報告（冒頭で羽子板ボルトを例に挙げています）は Z マーク角座金（40 × 40 × 4.0 mm）を使っており、樹種で壊れ方が分かれました。 スギとツガは座金のめり込みが顕著（ツガは座金の変形も）、ヒバとカラマツはボルト破断と座金の変形が顕著です。 報告は、スギ・ツガではめり込み降伏荷重以下に、ヒバ・カラマツでは木材・座金・ボルトそれぞれの降伏荷重より低く軸力を設定することを挙げています。

締付けそのものに費やされるトルクは約 8%、しかも締付け速度で変わります

2015 年の報告は締付けトルクを、本来のボルトの締付けに費やされる分（ねじのリードの項）、ねじ面の摩擦、座面の摩擦の三つに分けています。20 rpm では締付けに費やされる割合が約 8% で、 全試験体でトルクの 90% 以上がねじ面と座面の摩擦に費やされました。金属どうしの継手と同じ構図で、摩擦とトルクの関係は 一つのトルク値は、ある摩擦条件の組を前提にしていますで扱っています。

その摩擦は速度で変わります。スギの試験体では、締付け速度が上がるとトルク係数 K は全体として減少傾向を示しました（10 rpm から 20 rpm ではわずかに上がっています）。

20 rpm では 4 樹種とコントロールの K が近い値になり（0.253〜0.324、コントロール 0.301）、著者は、木材のボルト接合のトルク係数は金物だけの締付け試験から求めても実用上問題ないと結論しています。 論文が指摘するとおり、現場では低速の手動トルクレンチから高速のインパクトレンチまで使われます。同じトルク表示でも、0.5 rpm と 20 rpm では K が 1.28 倍違い（本稿の計算）、 その分だけ軸力も違います。インパクトレンチについてはインパクトレンチの「強」「弱」はトルクの目盛ではありませんもご覧ください。

なお、2 報の間には合わない点があります。同じグループ、同型式の試験機で、スギ 20 rpm のトルク係数が 2015 年は 0.324、2017 年は 0.206 です。 ボルトの強度区分、ナットのめっき、座金、木材寸法が異なり、K の求め方も違うため（2015 年は軸力 4 kN の 1 点、2017 年は 0.8〜2 kN 区間の勾配）、どの違いが効いたのかは言えません。 本稿としては、トルク係数は別の部品・別の方法の試験から借りてこられない値だと読んでいます。

質問の二つの数字を曲線に戻す

以下は本稿の換算です。2017 年の K_f1 平均 0.206、ボルト径 12 mm を使い、条件は同報のスギ、30〜35 mm 座金、20 rpm です。弾性域では T ＝ K × d × F です。

この試験条件で見るかぎり、100 kgf·cm は降伏の範囲、250 kgf·cm はすでに降伏後の領域です。メーカーの 200〜300 kgf·cm を同じ換算に当てはめると、全域が推定した降伏トルクを上回ります。 ただしメーカーの数値は座金・木材・速度・摩擦の条件が示されておらず、仕様書も「軽くめり込む程度」を降伏後どこまでとは定めていないので、両者を同じものとは言えません。

降伏後の換算に 0.206 は使えません。2017 年の報告の主題がここで、めり込みが進むにつれてトルクと軸力の比が変わり、塑性域と弾性域のトルク係数の比は最大側で 1.07〜2.13、最小側で 0.64〜1.51 でした。この分析は曲げ変形が明確だった辺長比 18.8、13.0、16.0 を除き、10.0、10.9、7.8 だけで行われています。 72 体すべての座金に円形の削り痕があり、著者は、ナット座面が回りながら座金表面を削ることで摩擦係数が変動したと推察しています。著者は最も広い係数範囲で 22.35 N·m を算定し、 実測軸力は設定下限の 6 kN をすべて上回りましたが、最大値は計算上限 14.95 kN の半分程度にとどまりました。

質問者の 100〜250 kgf·cm は、「降伏に届いたところ」と「降伏後にある程度めり込んだところ」の差かもしれません。ただしこれはスギと 30〜35 mm 座金のデータからの推定で、 仕様書の表にある 40 × 4.5 mm 座金であれば試験範囲の外です。

設計事務所の言う乾燥収縮について

ベストアンサーは、木材は痩せるので摩擦に期待できないとしていました。2017 年の報告の緒言は関連研究を挙げています（以下は同報による紹介で、本稿は原典を読んでいません）。 藤元らは締付け直後の軸力緩和が大きく、その後緩やかに低下すると報告しています。Awaludin らの 1 年間の応力緩和実験では 1 年後に軸力は大きく低下したものの、 減衰容量は軸力を与えない場合より比較的高いとされています。著者らの観察では、めり込み降伏点を越える軸力を与えた場合は高い応力が維持されましたが、観察期間は長くても 1 年程度です。

仕様書 (7) は、工事中に乾燥収縮等でナットが緩んだ場合は締め直すよう求めており、緩む可能性を見込んでいます。軸力がどこまで落ちたら手当てするかについては、米国の鉱山ロックボルト規則が木材を挟む場合を別扱いにしています。 七十パーセント、木に当たるなら五十をご覧ください。

現場での手順

以下は仕様書と上の 3 報をもとに本稿が整理した手順で、論文や仕様書の規定そのものではなく、論文で検証されたものでもありません。

1. 判断はめり込み量で、トルクは補助に。 仕様書も建築学会の基準も「座金が軽く（わずかに）めり込む程度」で、トルク値はありません。0.5〜1.0 mm は工務店経由のメーカーの目安で、規定値ではありません。
2. 回転角は大まかな目安にとどめる。 2017 年の報告は試験データの解析で θ ＝ 360 × e ÷ P（にスリップ回転角を加えたもの）からめり込み量 e を換算していますが、現場の測定法として検証したわけではありません。M12 のピッチ 1.75 mm では、0.5 mm で約 103 deg、1.0 mm で約 206 deg（本稿の計算）で、 ナットと座金が密着しガタが取れた点から数えます。ボルトの伸び（最大 0.06% 程度）を無視した同報の簡略化で、座金の曲げやほかの部材の圧縮は含まれず、座金が曲がればこの対応は成り立ちません。
3. 1 群のボルトは同じ工具・同じ速度で。 仕様書は締付けの一様性を求めており、2015 年のデータでは同じトルク表示でも速度で K が変わります。本稿の推論として、同じ群でトルクレンチの手締めとインパクトレンチを混ぜると、一様性が落ちるおそれがあります。
4. 硬い樹種ではボルトと座金に注意。 2014 年の報告では、Z マーク角座金の下でヒバとカラマツにボルト破断と座金変形が出ており、スギとツガはめり込みが主でした。同報は、座金が薄く木材の部分圧縮強度が高い場合に座金が反り上がることが想定されるとし、座金の降伏荷重も超えないよう挙げています。
5. 工事中に締め直す。 仕様書 (7) のとおり、乾燥収縮で緩んだナットは締め直します。
6. トルクで管理するなら、実際に使う部品で K を測ることを本稿は勧めます。 同じグループの 2 報でも、スギ 20 rpm の K は 0.324 と 0.206 です。2015 年の結論では、同報の実験の範囲（とくに 2 rpm 以上）で、K は金物だけの締付け試験の値を使えます。

このページから言えないこと

論文も仕様書も、羽子板ボルトにどれだけの軸力が必要かは示していません。したがって 100 kgf·cm と 250 kgf·cm のどちらが「合格」か、構造的に安全かは判断できません。 77〜121 kgf·cm は 2017 年のスギ、30〜35 mm 座金、20 rpm の試験機による平均値からの換算で、仕様書の表にある 40 × 4.5 mm 座金は試験範囲外です。 著者自身も、辺長比が同じでも寸法が違う場合の適用を今後の課題としています。スギ以外の降伏締付け軸力は 2017 年には測られておらず、試験体の養生は約 1 か月、湿度は管理されていません（41〜55%）。 2017 年の塑性域係数の分析は、曲げ変形が明確な薄い座金 3 種を除いています。2015 年の「K は金物だけの試験で求めてよい」という結論は 90 × 90 × 30 mm の一定寸法の試験体での話で、材厚・材幅・材長が変われば K も変わりうると論文自身が書いています。 回転角の換算は座金の曲げを無視しています。乾燥収縮と応力緩和の研究は 2017 年の報告による紹介で、観察期間は長くて 1 年程度です。 『公共建築木造工事標準仕様書』は公共建築工事の仕様書で、すべての民間木造住宅に対する法定の施工基準ではありません。 0.5〜1.0 mm は工務店が伝えたメーカーの説明で、住まいの先生の回答は個人の見解です。

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

羽子板ボルトの締付けトルクは決まっていますか？

公共建築木造工事標準仕様書（令和 7 年版）5.5.11 にトルク値はなく、座金が木材等へ軽くめり込む程度とし過度に締め付けないこと、1 群のボルトを一様に締めること、工事中に乾燥収縮で緩んだナットを締め直すことが定められています。日本建築学会の基準も「座金が木材にわずかにめり込む程度」です。

100 kgf·cm と 250 kgf·cm では何が違いますか？

松原ら（2017）のスギ＋M12 試験から本稿が換算すると（トルク係数 0.206）、座金下の木材は約 77〜121 kgf·cm でめり込み降伏します。100 kgf·cm は降伏の範囲、250 kgf·cm は降伏後の領域です。30〜35 mm 座金のデータで、仕様書の表にある 40 × 4.5 mm 座金は試験範囲外です。

同じトルクでも軸力が違うのはなぜですか？

トルクの 9 割以上がねじ面と座面の摩擦に費やされ、ボルトの締付けそのものに費やされるのは約 8% だからです（松原ら 2015，20 rpm）。摩擦は締付け速度で変わり、スギの試験体で K は 0.5 rpm で 0.415、20 rpm で 0.324 でした。めり込みが進むと座金にナットの円形の削り痕が残り、著者はそれで摩擦係数が変動すると推察しています。

めり込み 0.5〜1.0 mm はどう確認しますか？

2017 年の報告は試験データの解析で回転角からめり込み量を換算しています（θ ＝ 360 × e ÷ ピッチ）。M12（ピッチ 1.75 mm）では 0.5 mm で約 103 deg、1.0 mm で約 206 deg（本稿の計算）で、ガタが取れた点から数えます。座金の曲げは含まれず、現場の測定法として検証されたものではないので、大まかな目安です。

参考資料

• 松原独歩、若島嘉朗、藤澤泰士、清水秀丸、北守顕久、石川浩一郎（2017）—— 木材−ボルト接合における塑性域締付け軸力の締付けトルク算定法，木材学会誌 63(4):162–175（J-STAGE 全文）
• 松原独歩、中野貴啓、島田勝廣、船田良、服部順昭（2015）—— 木材−ボルト接合における締付け速度がトルク係数に及ぼす影響，木材学会誌 61(1):33–39（J-STAGE 全文）
• 松原独歩、中野貴啓、島田勝廣（2014）—— 木材―ボルト接合時における破損防止を考慮した締付け条件，東京都立産業技術研究センター研究報告 第 9 号，96–97
• 国土交通省大臣官房官庁営繕部（2025）—— 公共建築木造工事標準仕様書 令和 7 年版，表 4.2.3、5.5.11
• Yahoo!不動産 教えて！住まいの先生（2011-04-03）—— 羽子板ボルトの締め付けトルクについて
• 一つのトルク値は、ある摩擦条件の組を前提にしています
• 座金の仕様の読み方

3 報の全文を読んだうえで、降伏締付け軸力、トルク係数、8%、検証試験の軸力は原文の表と結論のとおりです。kgf·cm と N·m の換算、降伏点に対応するトルク、回転角とめり込み量の対応、1.28 倍は本稿の計算です。乾燥収縮と応力緩和の研究は 2017 年の報告の緒言による紹介です。