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六角ボルトの基礎知識

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六角ボルト扉

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目次

普段気に留めることはなくても、ちょっと目を凝らせば家の中でも街なかでもあらゆる場所で見つけることの出来る「六角ボルト」。

一般的に『ボルト』というとほとんどの人が思い出す、ねじの基本形とも言うべきこの六角ボルトについて解説します。

六角ボルトとは

六角ボルト(JIS B 1180)はその名の通り、ボルトの頭部が六角柱形の形状をしたボルトです。

軸部分の外側(側面)にらせん状の溝が入ったものを「雄ねじ」、内側(内面)にらせん状の溝が入ったものを「雌ねじ」といいます。

雄ねじ・雌ねじ

英語では雌ねじをもつナットと組んで使われる雄ねじの総称のことをボルト(bolt)、ナットと組み合わされないものをスクリュー(screw)ワークに埋め込んでおねじを形成するものはスタッド(stud植え込みボルト)と区別され日本でもこれに倣った区分を用語として用いる場合があります。

ボルト各部の名称

ボルト各部の名称

ボルトの軸の部分を軸部や胴、また首下と呼びます。工具を掛けて廻す駆動部分を頭、ボルトの締め付けの際直接荷重を受ける部分を座面と呼びます。

呼び径 呼び長さ

首下の長さをねじの「呼び長さ (図 L)」と言い、ねじ部の外径を「呼び径 (図 d1)」または「ねじの呼び」と言います。これらが通常ねじを購入する際の「径と長さ」とされます。六角ボルトの場合この長さに頭部を含めないのでご注意ください。

また下図の寸法 (s)は六角ボルトの「二面幅」や「対辺」と呼ばれる寸法が六角ボルトを締め付ける工具のサイズを示す数字になります。そして下図(e)は「対角」と呼ばれます。

二面幅 対角

六角ボルトの使用の際には同じ「呼び径」のボルト(雄ねじ)とナット(雌ねじ めねじの場合「呼び径」谷の径になります)を組み合わせます。

全ねじ・半ねじ

首下が長くなると、全ねじ(先端から首元までねじが切られている 押ボルト とも呼ばれます) と半ねじ(先端から首下の途中までねじが切られている)の2種類となります。


   写真 全ねじ と 半ねじ

半ねじには軸のねじの切っていない部分(円筒部と呼びます)の外径がねじの外径(呼び径)と等しい「呼び径六角ボルト(胴太)」、軸の外径がねじ径より細くなっており、太さは転造下径(ねじ切り前のブランクの径)の「有効径六角ボルト(胴細)」とがあります。

ねじ部の長さ

首下長さの短いサイズは「全ねじ(首元までねじが切られている)」のみとなりますが、首下長さが長くなるにつれて「半ねじ(首下の途中までねじが切られている)」と全ねじの2通りに分かれます。半ねじ/全ねじの境目はボルトメーカーにより異なる場合がありますので注意が必要です。また、「半ねじ」は胴の半分がねじ部ということではありません。

※特に指示が無い場合、全ねじ・半ねじどちらもあるサイズは‘半ねじ’が優先されます。全ねじが必要な場合には、"全ねじ"と明記する必要があります。

半ねじボルトのねじ長さは、ねじ長の計算式に基づいて製作されています。基本的なねじ長の計算式は以下の通りです。

半ねじ
首下長さ ねじ長さb(d1=呼び径)
129个泙 b=d1×2+6
130mmから219个泙 b=d1×2+12
220舒幣 b=d1×2+25

※上記計算式に基づく長さはあくまでも目安であり、実測値と異なる場合があります。使用に際してねじ長さを重視される場合は、購入前にご確認いただく事をお勧めします。

特殊なねじ長さについては、 こちらでご相談を承ります。

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ねじ山

六角ボルト扉ねじ山

ねじ山の形状は、その使用目的によって「台形ねじ」「角ねじ」「鋸刃ねじ」「丸ねじ」いろいろな種類があります。六角ボルトに刻まれているのは「三角ねじ」です。

三角ねじねじ山

三角ねじは断面形が正三角形に近いねじ山の総称です。加工が容易で精密にでき、また緩みにくいという特徴が有ります。

メートルねじ・ユニファイねじ・ウィットねじ

六角ボルトとして現在メートルねじとインチねじのユニファイねじ、ウィットねじが流通しています。

メートルねじ
ねじを表す記号はM。呼び径とピッチがmmの単純数で規定されます。

インチねじ
ねじを表す記号はU。呼び径はインチ(1インチ≒25.4mm)で、ピッチは1インチ当たりの山数で規定されます。

その歴史を少し振り返っておきます。

インチねじの変遷

ウィットウォースねじ

標準ねじとして史上初めてつくられたねじ規格は産業革命期の1841年に考案されたインチねじ規格「ウィットウォースねじ」でイギリスのウィットウォースによります。

それまではねじ製造業者が独自のねじ山やねじピッチを持つボルト・ナットを製造し、元々組まれていた雄ねじ(ボルト)・めねじ(ナット)の以外では使用できず融通が利きませんでした。ウィットウォースは流通しているねじを調査してねじ山角度55°の三角ねじ、ピッチを1インチ当たりのねじ山数を呼び径ごとに規定するインチねじとして標準化しました。

この規格を採用することによりこれまで一点ものだったボルト・ナットが互換性を持ち、大変使い勝手の良いものとなり世界各国に広まりました。そしてウィット規格は1885年にイギリス規格として正式に決定されました。

セラーズねじ

その後1868年にアメリカのウィリアム・セラーズが「ウィットウォースねじ」を改良した「セラーズねじ」を発表し、「アメリカねじ」としてアメリカ規格に正式に採用されます。ねじ山角度は60°となっています。

ユニファイねじ

そして軍需品の互換性を図るためにインチねじの「ユニファイねじ」規格がアメリカ・カナダ・イギリスの共通ネジ規格として定められました。1943年のことです。この規格は軍需品だけでなく民需品でも採用され広がりました。

メートルねじの変遷

SIねじ

1898年にフランス、スイス、ドイツが協議し国際規格「SIねじ」を採用しました。こちらは1799年にフランスが採用したメートル法に基づく「SFねじ」規格のメートルねじとなります。

ねじの呼び径やピッチはmmにて規定され、ねじ山角度は60°とされました。

そしてこの規格がさらに発展を遂げ「ISAメートルねじ」として万国規格統一協会によって定められます。1940年のことです。この時ドイツ、フランス、スイス、ソ連、スエーデン等が参加しています。

現在のねじ規格 ISOメートルねじ・ISOインチねじ

ISOメートルねじ・ISOインチねじ

第2次大戦後1947年に設立されたISO(国際標準化機構)で、国際的に互換性のあるねじ系列の確立をめざした結果、1957年の会議において、国際規格として「ISOメートルねじ」と「ユニファイねじ(ISOインチねじ)」を採用することに決定しました。

これに伴い、ウィット規格は国際的な規格ではなくなりました。

日本でのねじ規格の推移

日本でのねじ規格の標準化事業は1921年に設立された「工業品規格統一会」により本格化し1924年にメートルねじ第1号が日本標準規格JESとして制定されました。

それ以降ねじ部品規格は旧JES( 日本標準規格 1921年)、臨JES( 臨時日本標準規格 1939年)、新JES( 日本規格 1945年)、そして現在のJIS( 日本工業規格 1949年)へと至ります。

1965年 日本工業規格(JIS)が改正時に、国際化にふさわしい「ISOメートルねじ」を主に使用し、航空機の様に特に必要な場合にのみ「ISOユニファイねじ」を使用することと定められました。

ウィット規格については1968年3月にJIS規格としては廃止されました。しかしながら今でも建築・給排水などの分野や、古い機械で一部使用されています

並目・細目

JISで規格化されているメートルねじには標準のねじ山ピッチの並目とねじ山ピッチの詰まった細目があり、JISのユニファイねじにも同様にピッチの異なる並目(UNC)と細目(UNF)があります。

細目はピッチが細かくなることで微調整が効きく、リード角が小さくなり小さな力で力強く締め付けることができ緩み難くなる、ねじ山が小さくなることでねじの有効径が大きくなるので締結強度が増すなどのメリットがあります。

反面並目より締め付けるために多く廻す必要がある為に締め付け・取り外しに時間が掛かる、流通量が限られるためにボルト自体がコスト高というデメリットがあります。

それで細目は経済性よりも組立後の緩みによる危険防止が優先する場合や雄ねじの外径を抑えながら高い締め付け力とねじの強さが必要な場合に用いられます。

一方、並目は細目より経済性・作業性が優れます。またねじの締め戻しが頻繁に繰り返され摩耗によるねじの変形が予想される場合などには積極的に選択されます。

並目ボルトの有効断面積(mm2)
ボルト径 ピッチ 有効断面積
M8 1.25 36.6
M10 1.5 58
M12 1.75 84.3
M14 2.0 115
M16 2.0 157
M18 2.5 192
M20 2.5 245

細目ボルトの有効断面積(mm2)
ボルト径 ピッチ 有効断面積
M8 1.0 39.2
M10 1.25 61.2
M12 1.25 92.1
M14 1.5 125
M16 1.5 167
M18 1.5 216
M20 1.5 272

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強度区分

六角ボルト扉強度区分

鉄材ボルトは現在主に『4.8』 『8.8』 『10.9』 『12.9』とされる強度区分が一般的で、数字が大きいほど高強度になります。中には『14.9』の様なさらに高強度のボルトも製造されています。かつては『4T』『7T』 『11T』『12T』という強度表記がなされていましたが、1999年4月1日で廃止されました。

同じ太さのボルトであれば数字が大きいほど大きな荷重に耐えることが出来ます。また、強度区分が同じであれば呼び径が大きい(有効断面積が大きい)ほど最大荷重が大きくなります。

現在のJIS規格では、次の10種類の強度区分が定められています。
3.6 / 4.6 / 4.8 / 5.6 / 5.8 / 6.8 / 8.8 / 9.8 / 10.9 / 12.9

強度区分 鋼製ボルトの場合

強度区分『4.8』『8.8』『10.9』『12.9』の1番目の数(少数点より前の数)は呼び引張強さを、次の数は呼び強さに対する呼び降伏点(又は0.2%耐力 単に耐力とも呼ばれる)を引張強さに対する割合で示しています。

※呼び引張強さ
ボルトが荷重に耐えられなくなり破断する荷重

※降伏点
荷重を取り除いたときに永久伸びが生じ元の長さに戻らなくなる荷重

※0.2%耐力(強度区分8.8以上)
高張力鋼は降伏点が明確に表れないので永久伸び(永久歪)が0.2%残る限界の引張荷重を0.2%耐力として表示します。

例えば『4.8』であれば
引張強さが
4×100=400(N/mm2)
降伏点は
400×0.8=320(N/mm2)
であることを示しています。

ボルトの強度・耐力、降伏点

強度区分 ステンレスボルトの場合

ステンレスの場合、SUS304やSUS XM7といったオーステナイト系ステンレス製が一般的です。他にもSUS316(L)や黄銅(真鍮)製、純チタン製のボルトも比較的広く普及しています。

ステンレスとは、『Stain(汚れ)』と『Less(より少ない)』を合わせた言葉で、鉄に10.5%以上のクロムと他の元素(ニッケル、モリブデン、チタン等)を添加したさびにくい合金鋼です。
このクロムが酸素と結合しやすく、鉄よりも先に酸化し、ち密なごく薄い酸化クロムの膜(不動態化被膜)を作ります。この膜が鋼材を錆びにくくします。

金属組織により、オーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系と大別されます。

強度区分はA2-80の様に表記されます。

―(ハイフン)の前のアルファベットと1桁の数字の組は鋼種を表します。アルファベットが鋼種区分を示し、鋼種に含まれる化学成分の範囲を1ケタの数字が表します。

例えばA2はSUS304系を、A4はSUS316系をという具合です。A○はオーステナイト系、C○はマルテンサイト系、F○がフィライト系のステンレスであることを示します。

そして―(ハイフン)の後ろの数字が引張強さを表します。『50』であれば引張強さは500(N/mm2)、『80』であれば800(N/mm2)であることを示します。耐力の表示はありません。

鍍金

10.9強度以下の鋼製ボルトについては表面処理が施されたものも広く流通しています。

ユニクロめっき・クロメートめっき・溶融亜鉛めっき(ドブめっき)・三価クロメートめっきが施されたものは、比較的入手しやすいものと言えるでしょう。

ただし、ユニクロやクロメートは、RoHS指令で規制の対象とされている六価クロムなどの環境規制物質の含有物がある為、現在では三価クロムを使用した三価系めっき(三価クロメートなど)への移行が進んでいます。

※RoHS指令

EU(欧州連合)において、2003年2月に公布され、2006年7月に施行された、電気・電子機器などに含まれる特定の有害物質の使用を制限する指令です。
鉛・水銀・カドミウム・六価クロム・ポリ臭化ビフェニール(PBB)・ポリ臭化ジフェニエルエーテル(PBDE)の6種類が制限の対象になっています。

2015年6月に改正され、新たに4物質が追加され10物質が対象となります。改正後のRoHS指令は“RoHS2”とされています。
追加されたのは、フタル酸ビス(DEHP)・フタル酸ジブチル(DBP)・フタル酸ブチルベンジル(BBP)・フタル酸ジイソブチル(DIBP)の4物質です。
これらは2019年7月22日より適用となりました。

参考 : 高強度ボルトと水素脆化(すいそぜいか)

水素脆化は鋼材が水素を吸収することで靭性(粘り強さ)が低下して脆くなり突然破壊する「遅れ破壊」を生じさる現象です。強度の高い鋼、特に引っ張り強さの高い金属(ハイテン)において起こりやすいことが報告されています。このため12.9以上の高強度のボルトに対して電解メッキを基本的には行いません。

遅れ破断発生の要素

高炭素鋼ボルト(8.8や10.9強度の熱処理されたボルト)や六角穴付ボルトなどにめっきを付ける際、前工程の酸洗い処理もしくは電気亜鉛めっき時で水素粒子が鋼材へ入り込み、応力集中などの他の要因と重なると鋼材自体が脆化を引き起こし遅れ破断する水素脆化割れを生じます。

この遅れ破断を防ぐには、ベーキング処理(メッキ工程内でボルト・ねじを200℃程度の温度で2から4時間ほど加熱する脱水素処理)を行ない脆化を発生させる三大要因の一つ水素を取り除くことが有効です。

頭部の刻印

現在では、ボルトメーカーで生産されている鉄製六角ボルトには、ほとんどの場合頭部へ強度区分や各メーカーなどが刻印されており、商品をひと目見れば分かるようになっています。8.8強度以上の高強度のボルトには、鋼種(SCM435など)が刻印されている場合もあります。主なボルトメーカーの刻印は次の通りとなります。
  KN − 金剛鋲螺
  NB − 日本鋲螺(強度区分4.8)
  NB機檗‘本鋲螺(強度区分10.8)
  NF − 日本ファスナー
  KY − 協栄製作所
  HF − ヒラノファステック
  DS − ヨット印・ダイワ
  KKT− カクマル
  HSK− 光精工

鋼製六角ボルト刻印例

ステンレス製六角ボルト刻印例

※ステンレス製には刻印が無い場合もあります

刻印M

古いボルトだと、ミリねじを表わす『M』が刻印されている場合があります。また建築向けのZマークなど、特別な規格をクリアしていることを示す刻印が入っているものもあります。

ナットとの組合せ

必要な六角ボルトの強度を決めると、JIS B 1052-2により組み合わせる六角ナットの強度が決まります。また、六角ボルトに組み合わせる六角ナットは、組み合わせ表より高い強度区分の六角ナットに代替できます。

六角ボルト・ナット組合せ表
組み合わせて用いる事の出来る
六角ボルトの最大強度区分
六角ナットの強度区分
(4.6 4.8)5.8 5
6.8 6
8.8 8
9.8 9
10.9 10
12.9 12

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「本体規格品」と「付属書品」

六角ボルト扉4

日本国内のメートルねじの六角ボルトは基本的に"JIS B 1180"という規格に基づいて製造されています。

2014年4月21日付で、“六角ボルト(JIS B 1180)及び六角ナット(JIS B 1181)の規格の改正”が行われ、その規格に沿って製造されたボルトが「本体規格品」となりました。
それまで使用されていた規格は「附属書」とされ、その規格に従って製造された品は「附属書品」とされています。

附属書の技術的内容をそのまま存続することとしたものの、「新しい設計では使わないことが望ましい」旨が明記されました。

「本体規格品」と「附属書品」にはいくつかの変更点があります。ここでは主なボルト形状の変更点についてご説明します。

六角ボルト本体規格品半ねじ

六角ボルト本体規格品半ねじ

六角ボルト付属書品半ねじ

六角ボルト附属書品半ねじ

部品等級

本体規格の六角ボルト・ナットには製品の寸法、形状、仕上がり状態によって区分した部品等級A、B、Cがあります。幾何公差も規定され、より標準化と精度のレベルが上がっています。

本体規格の六角ボルトは「強度区分」によって「部品等級」が決まる

「鋼4.8」の六角ボルトは、附属書では「仕上げ程度」上、中、並の3種類があります。一方、本体規格では「部品等級C」1種類のみになります。 同様に、「鋼10.9」の六角ボルトは、本体規格では「部品等級A」1種類のみとなります。

座面

本体規格の部品等級AとBのものについては、頭部裏面にワッシャーフェイス(座)が付きます。

ワッシャーフェイス

頭の高さ(k)

M22を除き、附属書に比べ本体規格品は頭部が若干低くなりました。

二面幅(s)

M10,M12,M14,M22の4サイズにおいて二面幅が変更になっています。

本体規格品と附属書品 頭部と二面幅の比較
ねじの呼び
(d)
頭の高さ
(基準寸法)
二面幅
(基準寸法)
附属書 本体規格 附属書 本体規格
M10 7 6.4 17 16
M12 8 7.5 19 18
M14 9 8.8 22 21
M18 12 11.5 27 27
M20 13 12.5 30 30
M22 14 14 32 34
M30 19 18.7 46 46
M36 23 22.5 55 55

本体規格では設計で必要な六角ボルトの強度を決めると、JIS B 1052-2により組み合わせる六角ナットの強度が決まります。また、六角ボルトに組み合わせる六角ナットは、組み合わせ表より高い強度区分の六角ナットに代替できます。

六角ボルト・ナット組合せ表
組み合わせて用いる事の出来る
六角ボルトの最大強度区分
六角ナットの強度区分
(4.6 4.8)5.8 5
6.8 6
8.8 8
9.8 9
10.9 10
12.9 12

六角ボルトとこれに対応する六角ナットを組み合わせることで、ねじ山のせん断破壊を起こすことなく、ボルトの強度を最大限利用し最大の締付け力を作用させることができます。

近年、六角ボルトの降伏点まで締め付ける方法が出現したことや、ねじ山のせん断破壊に対する抵抗力をより高くする必要性から、形状、寸法、強度を含む機械的性質などが試験結果に基づいて決められています。 同時に最適の材料を経済的に使用する点にも配慮がなされています。

規格は改定されましたが、今でも流通品の多くの部分は附属書品で、本体規格品はあまり使用されていません。ただ、今後は本体規格品への切替えが進む可能性もあるので、購入の際には注意が必要です。

附属書品との混同を防ぐ為、本体規格商品へは大箱と小箱へ“本体規格IS”というラベルを貼り付け識別しています。

JIS本体規格品が推奨される理由

●六角ボルト・ナットの組み合わせによる締結の信頼性が向上します。

世界調達、国際標準化への対応を加速させます。

※ご指示が無い場合、ねじコンシェル.comでの販売品は附属書品になります。本体規格品についても こちらまで気軽にご相談下さい。

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六角ボルトの取付と用途

六角ボルト扉5

六角ボルトは「スパナ」や「めがねレンチ」「ソケット」といった工具を、頭部の外側へ掛けて回転させることで締結します。

取り付け工具

頭部の外側から締付けることで十字穴リセスのプラスドライバーなどで締付ける小ねじ類に比べると強く締結する事が可能です。

頭部の全辺を用いてトルクを掛けることで強く確実に締結する事が出来ます。また、十字穴付の小ねじ類に比べるとトルクをかけやすいので、径の小さなボルトであっても強く締付ける事が可能です。
反面、ソケットを使用してもボルト頭の外側に工具を当てるスペースが必要になるため、高密度に配置する事には不向きです。

一般的に六角ボルト単体で用いることはほとんどありません。多くの場合、被締結部材に予め空けておいた穴にボルトを通し、反対側からナットを入れて、部材を挟むようにして固定するといった使い方をします。

ねじ径も呼び径3mm程度のものから100mmを超えるものまで幅広く存在しており、大小様々な機械類、家屋・高層ビルなどの建築関係、橋梁工事その他土木関係など、非常に広い分野で用いられています。

六角ボルト使用例

多種多様な六角ボルト

通常の六角ボルト以外にも、様々な六角ボルトがあります。用途に応じて使い分けることで、作業の省力化やトータルコストダウンが図れます。

ボルト頭部比較

 小形ボルト

通常の六角ボルトに比べて頭部2面幅が小さくなっています。頭部が小さいので見た目がスッキリします。

フランジボルト

 フランジボルト

頭部の裾にぐるっとフランジ(スカート状のつば)が付いている六角ボルトです。フランジ付六角ボルトやフランジ付ボルトとも呼ばれます。フランジにより着座面の面積が広く面圧を抑えることができ、高トルクで締結した際のボルトのめり込み(座面陥没)防止や、緩み止めになります。また長穴や少し大きな穴に対してもそのままで使用可能でワッシャーを組み込む必要がないため作業効率が上がり、人為的ミスを減らすこともできます。

トリーマセムス

 トリーマセムス

六角ボルトに初めから座金が組み込まれています。座金の穴よりもねじ径のほうが太いため座金が脱落する心配はありません。座金を組み込む手間が省けることや、脱着時に座金を紛失する心配がないので、作業効率のアップに有効です。組み込まれている座金の規格や組み合わせ('平座金のみ、平座金+スプリングワッシャー etc)によって幾つか種類があります。

六角ハイテンションボルト

 六角ハイテンションボルト

一般的な鋼材よりも引張強度を向上させた「ハイテン」や「高張力鋼」と呼ばれる鋼材で作られたボルトです。主に、橋梁・鉄骨構造物など建築分野において、かつてのリベット締結に変わる締結方法として使用されています。  "ボルト"という名称ですが、ワッシャーとナットがセットされているのが一般的です。

ガス穴付六角ボルト

 ガス穴付六角ボルト

六角ボルトの軸方向(ねじ頭から先端部分)まで貫通穴を空けたボルトです。この貫通穴は主に真空装置などにおいて締め付けた際にねじ底に溜まるガスを抜くためのものです。貫通穴付きボルトとも呼ばれています。

シールボルト

 シールボルト

六角ボルトの座面にニトリルゴムのリングがピッタリとはめ込まれています。このリングがシール材の役割をはたすので、組立の際に別途パッキンを組み付けたりシール材を塗布する手間を省くことができます。

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