スレッドの種類エンジニアの視点

基礎から高度な概念まで、このガイドはねじの種類のあらゆる側面をカバーしています。構造、製品、製造プロジェクトで最適な性能を発揮するための、さまざまなねじの種類とその用途、ベストプラクティスをご紹介します。

ネジ山は軽視されがちだが、エンジニアリングの世界では紛れもなく重要な部品である。ネジ山は、密封、動力伝達、締結に不可欠であり、小さなネジから巨大な産業機械まで、あらゆるものに見られます。高度なねじ技術に関する見識を深め、十分な情報に基づいたエンジニアリング上の意思決定を行うために不可欠な知識を深めてください。

ネジ山とは、円筒形の表面上に形成された、または切断されたらせん状の隆起または溝のことである。この正確な螺旋デザインは、回転力の伝達や部品の確実な結合を可能にする機械的インターフェースを形成します。その基本的な構成要素を理解することは、コンポーネントを確実に結合または固定することができる効率的なスレッドを設計する上で非常に重要です。

ねじ山の核心要素

ピッチ

ピッチは、ねじ山の連続する2つの山（または根）間の軸方向距離を表す。これは、ねじ山が1回転する間に軸方向に進む距離であるリードと混同してはならない。ピッチは、ねじ山が回転するたびに前進する能力、および直線運動と回転運動に直接影響します。

ルート

根元は糸の底面である。クレスト（山頂）とは対照的に、糸の中で最も低い位置にある。

フランク

フランクとは、クレストとルートとをつなぐ糸のまっすぐな側面のことで、糸の傾斜面を形成する。傾斜した側面と、クレストからルートへと続く傾斜を持つ強固な構造を形成している。

クエスト

クレストとは、ねじの外面を形成するねじ山の最高点を意味する。

リード

リードとは、ボルトやナットが一回転（360°）する間に移動する軸方向の距離のことである。マルチスタートねじのリードは、スタート数にピッチを掛けたものに等しく、シングルスタートねじの場合は、ピッチに等しい。リードが小さいほど、機械的優位性が高くなる。

糸角

これは、ねじ山のフランク間の軸方向平面で測定される角度である。

メジャー径

長径は、外ねじ山の頂部を取り囲み接触する想像上の円柱の直径である。内ねじはねじ山の底に接する。

最小径

ルート径とも呼ばれるマイナー径は、ルートにおける仮想円柱の直径である。

ピッチ径

ピッチ径は、歯厚がピッチ/2に等しくなる直径、またはその位置で表面を横切る仮想の円柱（ねじ軸と同心）の直径です。ピッチ径は、シャープなV字形のねじ山形状において、シャープな長径と短径の中間に存在する。しかし、このように形成されるねじ山はほとんどない。

外ねじ

パイプ、ボルト、ネジ、スタッド、シリンダー、シャフトなどの部品の外面にあるネジ山である。

内ネジ

内ねじは、ナット、シリンダー、パイプのねじ山のように、部品の内面に形成される。

右ねじ

ボルトやロッドが時計回りに回転すると、その外周面はナットに進入し、ねじが水平に配置されると、上方に向かって左に傾斜する。

左ねじ

ボルトやロッドが反時計回りに回転すると、その左側のねじはナットの中に進む。ねじが水平に配置されているとき、ねじは上向きで右に傾く。

シングル・スタート・スレッド

シングルスタートねじは、リードと一致するピッチを持ち、円柱上のねじ山の長さを走る目に見えるらせん（始点）が1つだけあるねじである。ねじ山のピッチは、ナットがねじボルトの1箇所でしっかりと固定され、ロッドが360度回転したときに、ナットが軸に沿って移動する原因となる。

ダブルスタートスレッド

ダブルスタートねじがある場合、ナットの穴の内側にあるねじ山もダブルスタートねじとなる。ダブルスタートのボルトやロッドにナットをはめ込むと、ナットはねじ山のピッチの2倍進んだりずれたりし、ロッドは360度回転する。

マルチ・スタート・スレッド

マルチスタートねじ山は、同じピッチの2つ以上のねじ山が互いに平行に走ることを指す。システムがセルフロックを必要とせず、むしろねじ軸に沿って高い並進速度を必要とする状況では、多条スタートねじが適用される。

スレッドの種類

様々なねじ山形状が開発された背景には、歴史的な製造工程や地域的な嗜好があり、その結果、様々な用途に応じた特定のねじ山形状が標準化された。さらに、耐荷重性能に関する独自の要件により、さまざまなねじ規格が存在する。そこで重要になるのが、ねじの形状です。どのタイプのねじ山にも明確な目的があり、それらはすべて独自のプロファイルによって特徴付けられます。これはねじ山の実際の外観と挙動に影響し、ピッチやフランク角などの値で構成されます。ねじ山が適している用途領域も、ねじ山形状によって決まります。一般的なねじの種類は、これに基づいて多くのグループに分類されます。

アクメスレッド

このねじは一般的に角ねじに似ているが、上部が細く下部が平らなテーパー形状をしている。角ねじに比べ、切断がやや簡単である。さらに、はるかに強度が高いと考えられている。このねじ山で割りナットを固定したり外したりするのは、その斜めの端の方が簡単なようだ。バックラッシュもない。このネジ山の製造角度は29°です。真鍮のバルブ、ベンチバイス、ねじ切り旋盤は、頻繁にアクメねじが装備されています。

V字スレッド

アルファベットの "V "の形がこのスタイルの糸に現れている。A 旋盤, フライス盤タップ、ダイス、その他の工具は、この種のねじ山を切ったり作ったりすることができる。しかし、これらのねじ山を作るために使用される規格は様々である。最も広く使用されているねじの種類である。

バットレス糸

このねじ山は三角形で、1つの面はねじ軸に垂直で、2つ目の面は単に傾斜しているだけである。角ねじに比べ、引き抜く力が強い。角ねじとVねじの利点は、バットレスねじユニットによって提供されます。Vねじと同等の強度を持ち、角ねじと同様に摩擦抵抗が低い。このため、ラチェットのように、片側に過度の引き込みがあり、それを吸収する必要がある場合に適している。

ナックル・スレッド

糸はかなり強い。軽い仕事にも重いタフな仕事にも使える。クレストとルートはともにハーフラウンド。ナックル・スレッドは、丸みを帯びた形状のおかげで、破損や汚れの蓄積に強く、ごみがたまるような過酷な環境でも性能を発揮するように設計されています。このネジ山は角ネジのデザインを改良したもので、鋳造や転造が容易です。角度は30°です。ガラス製ボトルネック、鉄道車両用カップリング、カップリング・ギア、バルブ、継手、スライド、給水栓、電気分野で使用される大型成形碍子などには、すべてナックルねじが使用できます。

ウォームスレッド

アクメ・スレッドよりも深いが、その形状は驚くほど似ている。角度も29°である。ウォームネジは、自動車のウォームギアシステムのように、直角（90°近く）で動力伝達が行われるシステムでよく使用されます。正確な角度は、特定の設計によって異なります。ウォームホイールは、3つの歯がウォームネジになっているため、シャフトに完全にフィットします。

シングルスレッドとマルチスレッド

1本のねじに数本の独立したねじ山が同時に存在することはあり得る。そのため、ボルトやねじが完全に回転している場合は、単ねじと呼ばれる。また、1本のねじ山が動いている。多条ねじや多条スタートねじでは、任意の瞬間に複数のねじ山が存在します。独立したねじ山をスタートといい、シングルスタート、ツーステート、スリースタートなどがある。

正方形の糸

角ねじは根元が非常に強い。断面が正方形であることからその名がついた、広く使われているねじです。このねじ山は、スクリュージャッキ、プレス機械、重量物持ち上げ装置、動力伝達、圧力アプリケーション、および副スピンドル装置に適用されます。角ねじは、ウィットワースねじよりも摩擦抵抗が少ないものの、Vねじほど堅牢ではありません。また、1インチあたりのねじ山数が決まっておらず、正確な測定もできません。

テーパースレッド

この種のねじは、テーパねじ（テーパ面に切られたねじ）です。研磨用スピンドルなどのシャフトに適用される。左ねじ、右ねじがある。

これらのスレッドには複数の機能がある。

機械的優位性： ジャッキや滑車などの昇降機構に適用される。

精密: マイクロメーターなどの測定器が正確であることを確認すること。

送電: ある場所から別の場所へのエネルギーの移動。

スピードコントロール： 動きを調整し、抑える。

接続部品： ボルトとナットを組み立てる。

売り手のスレッド

アメリカン・ナショナルスレッドは60°の角度を持ち、V字型のスレッドである。底も上も平らである。この広く使われている糸は 米国規格協会.ナショナル・ファイン・スレッドは、強度対重量比が高いため、自動車産業や航空宇宙産業でよく使用されている。

メートルねじ（M）または国際ねじ

ヨーロッパで最も一般的で広く使用されているねじは、間違いなくISOメートルねじであり、世界的に標準化されている。標準ねじと呼ばれることもある。ミリメートルは直径とピッチを測定する。Mはメートルねじのコード文字です。ねじは平らで、根元は丸い。ねじのパラメーターは、インド規格（IS）1330-1958で定められており、まず公称直径（ミリメートル）、次にピッチ（ねじ山間距離）（ミリメートル）が続きます。例として、"M20 x 2.5 "という表記は、直径20mm、ピッチ2.5mm、つまり1インチあたり20ねじ山を持つねじ山を示します。

英国規格のスレッド。

英国規格ウィットワースねじ（BSW）

イギリスの粗目ねじは、イギリスの技術者ジョセフ・ウィットワースにちなんで命名された。このネジは互換性を容易にするためのものであった。ウィットワースのねじ山の単位はインチで、フランク角は55度である。このねじ山は、根元だけでなく山形も丸く、通常のナットボルトなど多くの作業に応用されている。

英国規格の細目。(B.S.F)

このスレッドは、形がBSWスレッドに似ている。このスレッドも同様に55°の角度を持つが、1インチあたりのスレッド数が多く、スレッドがより細いことを意味する。その結果、把持力が強くなります。このねじ付きナットボルトは、振動レベルの高い場所に適用されます。

英国規格パイプスレッド

1フィートあたり3/4テーパー、55°の角度でカットされている。蒸気パイプ、ガスパイプライン、サニタリー管継手などに使用される。また、テーパーが付いているため、漏れに強い。

英国協会スレッド

このネジ山は、時計、メーター、テレビ、ラジオ、電化製品など、小型で繊細な機械・電気機器に存在する。このねじ山は、6mmまたは1/2′′ナットボルトに適合し、角度は47 1/2°である。

この表に、いくつかのスレッドタイプとその分類の概要を示す。特定の基準や修正が存在する場合もある。

スレッドの設計と考察

ねじの設計は、荷重、材料、環境、用途などの要素に影響される重要なエンジニアリング要素です。設計者は、性能を最大化するために、ねじ山形状、ピッチ、深さ、公差を考慮に入れます。静荷重、動荷重、疲労荷重など、数多くの種類の荷重がねじの強度に影響します。耐久性、耐摩耗性、耐食性はすべて、材料の選択によって影響を受けます。湿度や温度などの環境変数は、ねじの性能に影響を与えます。さらに、ねじの機能（シール、動力伝達、締結など）は、特定の用途によって異なります。これらの要素を綿密に評価することで、エンジニアはさまざまなエンジニアリング作業に適したねじ山を選択したり、作成したりすることができます。

スレッドの故障と予防

ねじ山のタイプは、ねじ山の破損に影響する。角ねじは、Vねじよりもカジリや焼付きが発生しやすいが、Vねじはストリップが多発する傾向がある。アクメねじは両方の要素を兼ね備えているが、バットレスねじでは根元疲労が発生することがある。管用ねじ山は、腐食による剥離や破損の可能性があり、メートルねじ山は、ねじ山クラスと荷重によって一般的な破損が発生しやすい。これらの要因に対処することで、ねじの破損リスクを大幅に低減することができる。

スレッドタイプの重要性と今後の動向

エンジニアにとって、ねじ技術の包括的な把握は不可欠である。ねじ部品はエンジニアリングシステムにおいて非常に一般的であるため、その設計、選択、使用にはこの理解が不可欠です。エンジニアは、ねじの分類、材料、製造方法を完全に理解することで、問題のトラブルシューティングを成功させ、部品の性能を最適化し、コストを削減することができます。さらに、製品の信頼性と安全性を保証するためには、ねじ技術の強力な基礎が必要です。

糸技術における今後の開発の主な焦点は、すでに存在する糸の種類にさらなる機能を持たせることだろう。これには、強度と耐久性を向上させた新素材の開発、複雑な糸形状の最先端製造プロセスの研究、自己監視と適応が可能な糸のインテリジェント技術の導入などが含まれる。さらに、発展途上の分野では、腐食環境や高温などの困難な環境において、ねじの性能を最適化する方法の研究に注力する必要がある。