公差の積み上がりを詰めきれないと、最後に変えるのはねじになります

「まず部品を測れ」という直感は正しい

組み付かないとき、最初の動作は部品を集めて測ることです。素人の反応ではなく、正しい反応です。 組立の問題の多くは本当にどれか一つが公差外で、午後一回とノギス一本で見つかります。

ですから五つ測って全部合格だったとき、最も自然な解釈は、測り間違えた、違う材料を掴んだ、 図面に抜けがある、のどれかになります。たいていの人はもう一度測ります。ふつう二、三回。

では全部測る——そして全部が合格している

五つの部品が積み重なる組立で、各部品の寸法公差が ±0.05 mm。 五つとも公差内で出荷され、すべて合格品です。 しかし五つがたまたま同じ向きに寄れば、最終寸法は 0.25 mm ずれます。

二つの計算法と、それぞれの代償

a_i は各寸法が寸法連鎖に効く感度係数です。 一次元で各寸法がそのまま足し合わされる単純な連鎖でのみ省略できます。 角度、てこ、幾何的な拡大があるときは、そのまま足せません。

気づくのが遅れたとき、直し方ごとの代償

積み上がりの問題は設計審査ではまず捕まらず、試組立で出てきます。 その時点で動かせるものを並べると、こうなります。

ですから「特注ねじ」の要求の多くは、最初から特別なものが欲しかったわけではありません。 設計が後半に入り、ねじが「まだ動かせて、しかも動かす余裕のある」最後の自由度になっているのです。

「ねじを変える」が安い道でなくなるとき

• ねじが安全上重要、法規の対象、あるいは認証済み。変えれば認証をやり直します
• 短くすれば有効なかみ合い長さが減り、なめるか、下穴・止まり穴の余地が変わります
• 頭の径、厚さ、形を変えれば座面の面積が減り、陥没や引き抜けの危険が増えます
• 材質、強度区分、熱処理、めっき、潤滑を変えれば、予荷重、疲労、腐食、異種金属腐食、水素ぜい化をすべて検証し直します
• 特注ねじは型、最低ロット、材料の手当てが要ります。上流の部品のほうが直しやすいこともあります

ねじが吸収できる誤差の種類

• 長さ。積み上がりが一方向に寄り、締めたあとに先端が出てしまう—— 0.2 mm 短くすれば解決します。 ⚠️ ただし長さの測り方は頭の形で変わります—— 皿頭は全長、それ以外は頭の下から。基準を書き間違えれば、直した意味がありません
• 頭の寸法。頭の径が筐体に当たる、頭の厚さで面が出ない—— 径や頭の形を変える（たとえばなべ頭を薄頭に）ほうが筐体を直すより安いことが多いですが、 座面の面積が足りるかを確認し直してください
• 材質と表面処理。これが最も見落とされます。 摩擦はねじの素材だけで決まりません—— ねじ対の材質の組合せ、頭の下の座面、粗さ、めっき、潤滑、清浄度、 そして繰り返し締めたかどうかが、すべてトルク係数 K を動かします。 材質、めっき、潤滑を替えたら、トルクと締付け力の関係を実際の組合せで測り直してください。 素材の名前から推定できません

まず在庫品で確かめ、それから型を起こすか決める

これは当社が客先に勧めている手順で、双方にとって良いものです。まず当社の在庫規格で試組みしてください。

• 仮説の検証。0.2 mm 短ければ解決すると考えている——まず在庫で試して、本当にそれが原因か確かめます
• 型のリスクがゼロ。仮説が外れても、払ったのは在庫一回ぶんです
• 時間が最短。在庫は当日出せます。型の手直しは日程に乗せる必要があります

次に寸法連鎖を引くとき、先に尋ねる五つ

• この連鎖に部品はいくつありますか。
• ワーストケースですか、RSS ですか。
• 連鎖のうち、自分では公差を持たない環がいくつあり、それぞれどの規定に従いますか。 単純な長さと角度の寸法だけが表題欄の普通公差に落ちます—— 寸法の横には誰も書きませんが、実在する数字です。 括弧の参考寸法と四角枠の理論的に正確な寸法は違います。 ISO 2768-1 はこの二つを明文で除外しており、枠の値は幾何公差が管理します。 普通公差をそれらに当てると、図面が一度も指定していない数字を寸法連鎖に入れることになります
• RSS なら、あの 0.27 % の外れ値をどう処置しますか。手直しですか、廃却ですか
• この連鎖でねじが占める割合はどれくらいですか。 最後にねじで誤差を吸収させるなら、どれだけの調整の余地を残しますか。 めっきがその余地を食べませんか（M1–M1.4 はとくに注意）

参考資料

• Introduction to Root Sum Squared (RSS) Tolerance Analysis — Five Flute
• Types of Tolerance Stackup Analyses — PTC Creo の説明文書
• ISO 2768-1 — 普通公差（括弧の参考寸法と枠付き理論寸法の除外）
• ISO 965-2 — メートルねじの公差 第 2 部／ISO 16047 — トルク・締付け力試験

本頁が説明しているのは解析の方法と取捨であって、特定の製品の設計値ではありません。 実際の公差配分は、あなたの寸法連鎖、工程能力、合否基準によって決めてください。

この記事は手順 6、書類を扱います。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

部品はすべて公差内なのに組み付かないのはなぜですか。

公差が積み上がるからです。五つの部品がそれぞれ ±0.05 mm で、五つとも合格でも、同じ向きに寄れば最終寸法は 0.25 mm ずれます。製造の欠陥ではなく幾何として必然で、同じ寸法連鎖に複数の部品が並べば必ず起きます。CAD の画面ではどの部品も呼び寸法なので見えず、実際に作って組むまで現れません。

ワーストケースと RSS はどちらを使うべきですか。

二通りのリスクの値付けで、どちらが正解というものではありません。ワーストケースは合格寸法のあらゆる組合せの理論的な境界を与え、確実性を買って費用で払います。一個の不具合の代償が大きい場合、少量、100 % の互換が要る場合に必要です。RSS は費用を買って裾の管理で払います。量産で統計的工程管理があり、少数の外れ値を受け止められる場合に向きます。

RSS の 0.27 % は不良率として使えますか。

使えません。あの数字は工程が中心にあり、安定し、正規に近く、互いに独立で、図面の片側公差が本当に 3σ に対応しているときにだけ成り立つモデルの値です。工程が中心から外れていたり能力が足りなければ、実際の裾のリスクは 2,700 ppm よりはるかに高くなりえます。実際は実測の平均、σ、Cpk で見積もってください。

ねじを変えるのは本当に安いのですか。

条件つきです。正しい問い方は「ねじを変えるほうが安いか」ではなく「この案件でねじを変えると何を検証し直すことになるか」です。安全上重要、法規の対象、認証済みなら認証のやり直しになります。短くすればかみ合いが減り、頭を変えれば座面の面積が減り、材質やめっきや潤滑を変えれば予荷重、疲労、腐食、水素ぜい化を検証し直します。その一覧が短ければ安く、長ければ安くありません。