かみ合い長さはどれだけ要るか：ねじを先に壊し、めねじを壊さない

設計目標：弱い環をねじの側に置く

ねじ継手が引張で壊れるとき、壊れ方は二つしかありません。ねじが切れるか、母材のめねじがなめるかです。代償はまるで違います。

ですから、かみ合い長さはねじが先に壊れるところまで設計します。 これは保守的なのではなく、失敗を、安くて目に見える側に置いているのです。 相手がタップ穴ではなくナットの場合、規格が期待する壊れ方を直接書いています—— ナットには数字が一つしかない。

あの倍数がどこから来て、なぜ同じ議論から八通りも出てくるのかは 最小かみ合い長さの説が一致しない理由にあります。

では 1×D で——長さを決めているのは直径ではありません

めねじが受けられる軸力は、せん断されるねじ山の面積と母材のせん断強さの積です。 ねじが受けられる量は、断面積と材料強度で決まります。 ねじを先に負けさせるには、めねじ側の積を十分に大きくする必要があり、 母材が軟らかいほど、長さで面積を補うことになります。

• 鋼対鋼：よく使われる経験値はおよそ 1×D
• アルミ、鋳鉄などの軟らかい母材：明確にもっと長くなります
• 樹脂：樹脂ごとに別の考え方があり、金属の数字は流用できません

穴の深さはかみ合い長さではありません

図面で測れる穴の深さには、荷重を担わない区間がいくつも含まれます。

• 穴口の面取り：完全山がありません
• 入口の不完全山：タップの立ち上がりで、最初の数山は形が完全ではありません
• 止まり穴の底の逃げ：タップは底まで立たず、切りくずと公差の余地も要ります
• ねじ側の不完全山と逃げ部：ねじの側にも同じものがあります

小さい寸法の罠：1×D で買える完全山が減る。面積ではなく

ピッチは直径に比例して小さくなりません。 同じ「一倍径」と書いても、実際に噛む山数は寸法によってかなり違います。

M3 以上から持って下りてきた「1×D で足りる」は、M1.4 ではおよそ 4.7 山になります。 規則の名前は変わっていないのに、完全山の数が二割以上減っています—— そしてそれが重要な理由は、ふつう語られる理由とは違います。

山数の欄が実際に測っているのは、一山の値打ちです。 入口の不完全山、面取りが一山食べること、どれか一山が潰れること—— それは M1 ではかみ合いの四分の一、M5 では六分の一にあたります。 それが小さい寸法の罠です。 同じく小さくならないめっきやねじ山の誤差と合わせて。 幾何の上には存在しないせん断面積の損失ではありません。

設計変更のとき、うっかりかみ合いを食べる三つの操作

• ねじを短くする。公差の積み上がりを解く最も一般的な手ですが、かみ合いの山数をそのまま減らします
• 皿頭に変える。頭が穴に沈むぶん、同じ全長で使える軸部が短くなります（皿頭には合わせるべき角度もあります）
• ワッシャを足す、被締結物を厚くする。つかみ長さが伸びれば、母材に入る部分が短くなります

なめが起きたとき、壊れたのがどちら側かを切り分ける手順は ねじがなめたにあります。

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

かみ合い長さはどれだけ取ればよいですか。

目標は長さそのものではなく、壊れる側をねじにすることです。鋼対鋼でよく使われる経験値はおよそ 1×D で、アルミや鋳鉄のような軟らかい母材では明確に長くなり、樹脂は別の考え方になります。これらは規格が定めた設計値ではなく、母材の強度、ねじ山の形、製造品質を前提にした経験値なので、実際に使う数字は実際の材料と実際のねじで、なめトルクとねじ込みトルクを測って決めてください。

穴の深さをかみ合い長さとして使えますか。

使えません。穴口の面取り、入口の不完全山、止まり穴の底の逃げ、そしてねじ側の不完全山と逃げ部は、いずれも荷重を担いません。穴の深さをかみ合いとして扱うと、実際に噛んでいる山数を過大評価します。この誤差は大きい寸法では薄まりますが、小さい寸法では半分以上を占めることがあります。

小さいねじでは 1×D が足りなくなるのですか。

せん断面積の話としては、そうではありません。めねじのせん断面積は 0.875·π·d·Le で、ピッチは打ち消されます。1×D のもとでの、その面積とねじの応力断面積の比は M1 が 5.97、M5 が 4.85 で、幾何としては小さいほうがむしろ保守的です。減るのは完全山の数のほうで、M1.4 ではおよそ 4.7 山です。効いてくるのは、入口の不完全山や潰れた一山が M1 ではかみ合いの四分の一を占めるという点です。

設計変更でかみ合いが減るのはどんなときですか。

ねじを短くしたとき、皿頭に変えたとき、ワッシャを足すか被締結物を厚くしたときです。三つとも単独では小さく見えますが、合わさると「締まらない」ロットの出どころになります。変更のあとにかみ合い長さを計算し直してください。