母材がめねじになれないとき

母材がめねじになれない三つの理由

決定の順序が母材から始まるのは、 母材がねじ山のありようを決めているからです。 ときには答えが「この母材はねじ山になれない」になります。

• ねじ山がねじより先に壊れる。継手は安いほうの部品で壊れるべきで、 穴が先になめるのは、そのせん断面積の比が最初から成り立っていなかったということです。 軟らかい母材でそれを成り立たせるには、部品の厚さより長いかみ合いが要ることがあります
• もう一度外すことに耐えられない。 締め直すたびに樹脂のねじ山は作り直され、持っていかれた材料は戻りません。 「この継手は何回開けられるか」の答えが 1、2 回を超えるなら、 そのねじ山が筐体より硬いもののなかに住む理由があります—— その線が実際どこに落ちるかは樹脂、ねじ、トルクによるので、規則ではなく試験で決める値打ちがあります
• 外さなくても緩む。樹脂はクリープし、初期締付け力はねじ山の側面と座面から漏れていきます。 しかもその過程で、何一つ壊れたようには見えません

インサートが本当に変えるもの

容量はふつう上がります——樹脂の筐体に金属のねじ山を置けば、成形されたねじ山より 大きなトルクと荷重に耐えます。けれども工学の判断を本当に変えるのは、 荷重をどこが、どうやって受けるかのほうです。

それぞれの方式が前提にしているもの

• 熱圧入と超音波。母材が熱可塑性で、局部的に溶融あるいは可塑化して ローレットやアンダーカットへ流れ込めることを前提にします。ヒーターの温度は樹脂に対して設定され、 行き過ぎればそれを固定するはずの材料そのものを劣化させます——けれども管理された局部の溶融は この方式の仕組みであって、失敗ではありません。 どちらも、そのボスがねじではなくインサートのために設計されていることを前提にします
• インサート成形。金型が自分のもので、サイクルタイムと取り出し入れの費用を飲めることを前提にします。 引き換えに、母材が押しのけられるのではなくインサートのまわりに成形されます
• 圧入。穴の公差が守られることを前提にします。しめしろに頼っていて、 そのしめしろこそが決定的な寸法だからです
• 拡張式。仕組みが違います。インサートは先に所定の位置に入り、そのあとねじか取付け工具で外へ広げられます。 ですから固定の力は、入れたときではなく組み付けのときに生まれます
• コイル状のねじインサート。そのために専用にタップを立てた穴があることを前提にします—— 多くは金属ですが、同じやり方で取り付ける樹脂向けのものもあります。 軟らかい材料のなかに硬いねじ山を置くか、すでに壊れたねじ山を直すためのものです
• ブラインドリベットナット。薄板を前提にします。そこにはもともとタップを立てる深さがなく、 締結部品が自分でねじ山を持ってこなければなりません

この一覧は順位ではありません。それぞれが違う問いに答えています——母材が何で、どんな設備があるか。

ではインサートを入れよう——そして、それが何も買えていないことがある道筋

インサートを足して、ボスを変えなかった。 これがどれくらいよく起きるかの数字は持っていませんし、持っているふりもしません。 けれども最初に確かめる値打ちがあります。図面の上では見えないからです。 盛り上げねじのために設計されたボスと、インサートのために設計されたボスは別の部品です—— 穴が違い、たいてい肉厚も違います。古い幾何にインサートを押し込めば、 破損がねじ山からボスへ移るだけで、良くなってはいません。

インサートが抜けることは、ボスが浅すぎるか、穴が大きすぎるか、周囲の材料が少なすぎることをよく指します。 インサートが空回りすることは、壁が薄すぎるか、ローレットのかみ合いが悪いか、 締付けトルクが周囲の材料の耐えられる量を超えていることをよく指します。 インサートそのものの幾何も確かに効きます——長さ、ローレットの形、アンダーカットはこの二つの数字を変えます—— けれども詰まっているのがボスなら、別のインサートに替えることは問題を動かすのであって取り除くことではありませんし、 設計されるべきだったのは、ずっとそのボスです。

インサートを指定する前に決めておくこと

• この継手は何回開けられますか。それこそインサートが答えるために存在する問いで、ゼロ回なら何も解いていないかもしれません
• 母材は正確に何ですか。熱可塑性、熱硬化性、充填材入り、ダイカスト、薄板——それぞれが違う取付け方式を落とします
• ボスは設計し直しますか、それとも流用しますか。流用という前提は口に出す値打ちがあります。図面には書かれないからです
• 抜け荷重と回転抵抗のトルクを、誰が、何の上で測りますか。計算ではなく、試験片でもなく——実際の成形品の上でです

同じ問い——母材がどう壊れるか——は、穴の並べ方も決めます。 締結部品の穴をなぜ千鳥に並べるのか（中国語）、 そして設計の規準が実際にそのぶん何を払ってくれるか。

薄板にかぎった話として、厚さの下限とバーリングが実際どれだけの値打ちかは板が薄すぎるとねじ山を保持できませんに。

母材がねじ山を保持できないと結論する前に、その母材が何なのかを確かめてください——ダイカストは一つの材料ではありません（中国語）。

母材が金属でも樹脂でもなく組積造のときは、ねじ山がまるごと放棄され、荷重は樹脂と機械的なかみ合いに渡されます。欧州の評価文書が一つの数字を出す前に何を求めるかはあなたのそのれんがで 5 回引き、そこから 3,4 標準偏差を引くにあります。

この記事は手順 1、相手材を扱います。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

ねじインサートを入れれば、継手は強くなりますか。

たいていはなりますし、同時に「どこがいちばん弱いか」も変わります。そちらが人をつまずかせる部分です。樹脂の筐体に金属のねじ山を置けば、樹脂に成形したねじ山より大きなトルクと荷重に耐え、荷重はインサート外側のローレットへ、そしてボスのずっと広い面積へ分散します。けれどもタップ穴にはない破損の仕方が二つ付いてきます——インサートがボスから抜けること、そしてインサートがボスのなかで空回りすること。ですから買った容量は、別に設計して検証しなければならない新しい弱点と一緒に来ます。

抜けと空回りは、どう違いますか。

二つの破損であり、別々に検証します。抜けはインサートがねじの軸に沿ってボスを出ることで、ボスが浅すぎるか、穴が大きすぎるか、インサートの周囲の材料が少なすぎることをよく指します。空回り（回転抵抗の不足）は締付けのときにインサートがボスのなかで回ることで、壁が薄すぎるか、ローレットのかみ合いが悪いか、締付けトルクが周囲の材料の耐えられる量を超えていることをよく指します。どちらもねじ山のなめではなく、ねじ山せん断トルクの試験では測れません。

インサートを入れたのに、問題が残るのはなぜですか。

いちばんよくある理由は、ボスを設計し直していないことです。盛り上げねじのために設計されたボスは、インサートのために設計されたボスと、穴も肉厚もたいてい違います。古い幾何にインサートを押し込めば、破損がねじ山からボスへ移るだけで良くはなりません——ですからインサートを足すことは、締結部品の変更ではなく部品の変更です。

樹脂の部品で、成形ねじ山ではなくインサートにすべきなのはいつですか。

くり返し外すことがいちばんよくある引き金です。締め直すたびに樹脂のねじ山は作り直され、押しのけられたり持っていかれたりした材料は戻らないからです——実際の線がどこに落ちるかは樹脂、ねじ、トルクによるので、数字を覚えるのではなく試験で決める値打ちがあります。外すことと無関係な引き金が二つあります。母材が、外さなくても初期締付け力が漏れるほどクリープする場合。そして、ねじ山をねじより強くするのに要るかみ合い長さが、部品の与えられる深さより長い場合です。

熱圧入インサートの取付けの目標は何ですか。

ボスをローレットとアンダーカットへ流し込ませること、つまり管理されたやり方で局部的に溶融あるいは可塑化させることであって、「溶かさないこと」ではありません。ヒーターの温度は母材の樹脂に対して設定され、行き過ぎればそれを固定するはずの材料を劣化させます。母材が熱可塑性であることを前提にします——熱硬化性の材料は流れ戻らないので、この方法は持ち込めません。設定のもう半分は穴です。インサートはどこかへ行かなければならないポリマーを押しのけるからで、穴径がその行き先を決めます。

参考資料

• SPIROL — 樹脂用ねじインサートの設計ガイド