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座金の仕様の読み方：「M4 の座金」は一つの仕様ではなく、三つです
先に結論を書きます。呼び寸法は一枚の座金を指定しません。 同じ「M4 の座金」が小形、並形、大形のどれにも存在し、外径は二倍以上違います。 注文書に寸法しか書かなければ、供給者は手元にあるものを出します—— そしてそれは間違いではありません。 もう一つ知っておく価値があるのは、 座金の主な役目が「応力を分散すること」ではないという点で、 だからこそすでに検証した継手に一枚足すと、思っているより多くが変わります。
一つの呼び寸法、三つの外径系列
| 系列 | ISO | DIN | 外径 |
|---|---|---|---|
| 小形 | ISO 7092 | DIN 433 | 最小——座面の空間が限られるとき |
| 並形 | ISO 7089（面取り版：7090） | DIN 125 A / 125 B | 指定がなければ既定でこれと受け取られます |
| 大形 | ISO 7093 | DIN 9021 | 呼び径のおよそ 3 倍——軟材と大きすぎる穴に |
| 特大形 | ISO 7094 | — | さらに大きい |
小形から大形で外径は二倍以上違います。 これは細部ではありません——座ぐりに入るか、隣の部品に干渉しないか、 軟材が実際にどれだけの座面積を受け取るかを決めます。 寸法だけでなく規格番号を書いてください。 ISO 7091 は並形ですが製品等級が粗いので、 同じ呼びの座金が、紙の上の寸法は同じに見えて、公差と表面の品質で違うことがあります。
座金の仕様は五項目で決まります
- 内径——ねじより大きいことに注意してください。ねじが通るからです。「M4 の座金」の内径は 4 mm 以上であって、4 mm ではありません
- 外径——上の系列のことです
- 厚さ——小さい寸法では頭の高さと同じ桁になるので、無料ではありません
- 材質——炭素鋼、ステンレス、黄銅、ナイロン、繊維
- 硬さの等級と表面処理——最も省略され、しかも最も効く一項
最初の三つは測れます。硬さは測れません——寸法ではなく等級なので、書類に書くしかありません。 そして硬さは見た目の問題ではありません。 上下の部品より軟らかい座金は頭の下でそのまま変形し、 その変形が、ねじが一度も回らないまま予荷重を失うなじみです—— ねじが緩む理由の二つ目の失敗そのものです。 緩みを直すために軟らかい座金を足すと、悪化させることがあります。
では座金を一枚——それが実際にしているのは、その仕事ではありません
「応力を分散する」が最もよく返ってくる答えですが、 軟材を除けば、四つのうち最も重要でない項目です。 「実際にはこれが理由だった」の頻度で並べると：
- 一貫した座面を与えること。 頭の下の摩擦係数が、トルクのうちどれだけが締付け力になるかを決めます。 座金は、相手の表面がどうであれ、その面を毎回同じにします—— トルク管理で最も厄介なところがまさにそこです
- 表面を守ること——回る頭に傷つけられないように。塗装面では外観、シール面では機能の問題です
- 大きすぎる穴や長穴をまたぐこと。大形系列が存在する理由で、M3 では裸の頭の座面積のおよそ五倍になります
- 座面の応力を分散すること——アルミ、樹脂、木材では本当に効き、鋼ではおおむね関係ありません
一つ目をもう一度見てください。ふつうの推論をひっくり返します。 座金は、継手を強くするためではなく繰り返せるようにするために入っていることが多いのです。 つまり数円を節約するために外すと、トルクと締付け力の関係が変わります—— そして図面には、それを知らせる行が一つもありません。
座金を一枚足すことは、継手を変えることです
もとは頭が直接部品を押していました。座金を入れると、摩擦の界面が引っ越します。 「ねじ対座金」と「座金対部品」の二つになり、摩擦係数は違い、 滑りうる面が一つ増えます。
- 同じトルクで得られる締付け力が変わります。滑らかで硬い座金ではふつう大きくなり、それまで問題のなかったねじ山が過負荷になることがあります
- つかみ長さが座金の厚さぶん増えます。なじみに対しては少し有利ですが、ねじの長さが同じならかみ合いはわずかに減ります
- 固定されていない座金は頭と一緒に回ることがあり、滑りの界面を「座金対部品」へ移します。しかも前触れがありません
ですから「座金を一枚足しました」は変更の一覧に載せるべき項目です—— 皮膜の変更や長さの変更と並べて。 BOM の上では最も安く見える変更で、しかも無料ではありません。
種類と、宣伝どおりに働いているかどうか
| 種類 | 用途 | 評価 |
|---|---|---|
| 平座金 | 座面、応力分散、穴をまたぐ | 名前どおり |
| ばね座金（切割り） | 緩み止め | NASA の締結部品設計手引は、予荷重で平らに潰れたあとは緩み止めとして無用と評価。しかも通常の締付け力よりはるかに低いところで潰れます |
| 歯付き／星形座金 | 表面に食い込んで緩み止め | 接触面を壊すことで働きます——つまり皮膜を削り、腐食の問題を開きます |
| くさび形（対の斜面）座金 | 緩み止め | 横振動試験では有効で、上の二つとは違います |
| 皿ばね（ベルビル） | 予荷重の維持。温度サイクルとなじみを越えて | 扱っているのは回転ではなく予荷重の喪失——別の問題で、しかもそちらが正しい問題であることが少なくありません |
| ナイロン／繊維の座金 | 絶縁、密封、表面保護 | 長期の荷重でクリープします。構造継手の締付けの経路に置かないでください |
| 複合シール座金 | 頭の下の密封 | 座金の形をしたシール部品です |
皿ばねが扱っている問題は、すべての緩み止め型式とは別のものです。 マーカーの線の確認でねじが一度も回っていないと分かったなら、 どの緩み止め座金も答えではなく、皿ばねなら答えでありうる、ということです。
平座金がしていないことが二つあります。 一つは頭下の R 部に逃げを与えること——それには内側の面取りが要り、ISO 7090 の面取りは外径側です。 もう一つは平行でない座面を補正すること—— それにはくさび形断面の斜め座金が必要で、その勾配は形鋼のフランジから写されています。
M3 以下では、三つが変わります
- 座金の厚さが頭の高さに占める割合が無視できなくなり、かみ合いに残る山数を明確に変えます
- 取扱いと供給の費用が急に上がります。 ばらの M2 の座金を安定して供給することは、ねじ本体より難しく、 組込みワッシャ付きねじが存在する理由がそれです——座金は工場で組まれ、落ちません
- 平面度とばりの影響が比例して拡大します。M8 の頭の下では無視できるばりが、M2 の頭の下では傾きになります
この線上にない座金がもう一種類あります
ここまではねじ用の平座金の話で、その一族は ISO 7089、7090、 7091、7092、7093 です。 ピン用の座金は別の文書—— ISO 8738、product grade A、呼び 3 から 55 mm、 相手は ISO 2340 と ISO 2341 のピンです。
ここで挙げるのは、同じ問題がこちらでより重いからです。 「3 mm の座金」は、この二つの線で同じ部品を指しません。 しかもピン用の内径はピンの径に従い、ねじの径には従いません。 部品表に規格番号のない寸法だけが書かれているとき、危険なのはこの種の取り違えです。
この記事は手順 3、頭部を扱います。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
「M4 の座金」と書けば仕様として足りますか。
足りません。同じ呼びが小形（ISO 7092／DIN 433）、並形（ISO 7089／DIN 125）、大形（ISO 7093／DIN 9021）のどれにも存在し、外径は二倍以上違います。座ぐりに入るか、隣に干渉しないか、軟材がどれだけの座面積を受け取るかが変わるので、規格番号を書いてください。ISO 7091 は並形でも製品等級が粗く、紙の上の寸法が同じでも公差と表面品質が違います。
座金は応力を分散するために入れるのですか。
軟材を除けば、それは四つの理由のうち最も重要でないものです。実際に多いのは、一貫した座面を与えること——頭の下の摩擦がトルクのうちどれだけ締付け力になるかを決めるので、相手の表面がどうであれ毎回同じ面にすること。次が回る頭から表面を守ること、大きすぎる穴や長穴をまたぐこと、そして最後に応力の分散です。座金は継手を強くするためではなく、繰り返せるようにするために入っていることが多いのです。
既存の継手に座金を一枚足しても問題ありませんか。
継手の変更として扱ってください。摩擦の界面が「ねじ対座金」と「座金対部品」に分かれ、係数が違い、滑りうる面が一つ増えます。同じトルクで得られる締付け力は、滑らかで硬い座金ではふつう大きくなり、それまで問題のなかったねじ山が過負荷になることがあります。つかみ長さも座金の厚さぶん増え、ねじの長さが同じならかみ合いはわずかに減ります。
ばね座金は緩み止めになりますか。
NASA の締結部品設計手引は、予荷重で平らに潰れたあとのばね座金を緩み止めとして無用と評価しており、しかも通常の締付け力よりはるかに低いところで潰れます。歯付き座金は接触面を壊すことで働くので、皮膜を削って腐食の問題を開きます。くさび形は横振動試験で有効です。なお皿ばねが扱っているのは回転ではなく予荷重の喪失で、それは別の問題です。
小さい寸法で座金が扱いにくくなるのはなぜですか。
三つが同時に効きます。座金の厚さが頭の高さに占める割合が無視できなくなり、かみ合いに残る山数を変えます。ばらの M2 の座金を安定供給することはねじ本体より難しく、組込みワッシャ付きねじが存在する理由になります。そして M8 の頭の下では無視できるばりが、M2 の頭の下では傾きになります。
お問い合わせ
座金の系列を決めるところ、あるいは既存の継手に一枚足すか迷っているという状況ですか。 相手材、座ぐりの有無、そしてトルクをどう管理しているかをお知らせください。 その一枚が座面を安定させるのか、それとも締付け力を動かしてしまうのかをご一緒に確かめます。
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