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2010年 12月 02日

ネジの締め付けとグリスの関係

以前から気になっていたことをやりました。

実験です

ネジの締め付けにグリスを使用してますが、

e0159646_2495412.jpg


その種類によって、違いはあるのか?、、、というもの。

写真左から、

べ)ベルレイ
チ)チキソグリース
二)二硫化モリブデン
ス)スレッドコンパウンド

とします。

今回の実験のポイントは、

●締め付け軸力の違い。

●締め付けトルクの違い。

●緩めトルクの違い。

●破断トルクの違い。


といった所を中心に調べてみます。

ただし、締め付け軸力を計測する機械は、164万円するので、残念ながら今回は伸びたボルトの長さでもって判断します。
弾性域において、同じ締め付けトルクで長く伸びた方が、軸力が高いことになります。

で、その方法は、

e0159646_2554363.jpg


まず必要な物を購入。
M6,30mmの長ナットとボルト、及びマイクロメータです。

して、さっそく作業に取りかかる、、、、、前に、

e0159646_2572096.jpg


マイクロメーターの『ゼロ点調整』というのを行います。マイクロメーターはその特性上、『ゼロ』の位置がズレるので、計測の前に必ず位置を合わせなければならないのです。


と、3号士君に教わりました☆

4種類のグリスを使用するので、ボルト類も4種類用意しました。
しかし、そうなると『製品誤差』があるはずなので、まずはそれぞれを計測し、その変化率で比較していく事になります。

まずはそれぞれのグリスに使用する長ナットとボルトを、グリスは付けない状態での、手締め、及び10Nのボルトの長さを計測します。(以下長さの単位はmmとします)
(無)は、終始グリス無しのボルト。

e0159646_394666.jpg


《手締めの長さ》


べ)34、22

チ)34、20

二)34、23

ス)34、17

無)34、21

やはり製品に誤差がありますね。ホームセンターの安物ボルトですから。。。

で、次に10Nで締め付けて、計測します。

e0159646_3202647.jpg


《10N締め付けによる変化量》

べ)0、03

チ)0、02

二)0、07

ス)0、05

無)0、04

ばらついてますねぇ〜(汗。)0、02〜0、07といったところです。既に、締め付け軸力に差がある状態と言えますね。

で、次に、緩めトルクを見ます。緩める時に必要なトルクなのですが、10Nで締めたといっても、緩めるのに必要な力は10Nに満たないのです。

e0159646_3224095.jpg


ダイヤル式のトルクレンチなので、置き針が緩める側にも動くのです。

《グリス無し、緩めトルク》

べ)7N

チ)7N

二)7、5N

ス)6、5N

無)7N


さて、ここまでが今回の実験の基準となります。いよいよグリスによる変化を見ていきます。

e0159646_330799.jpg


《グリス塗布後の変化量》

べ)0、07(0、04)

チ)0、12(0、1)

二)0、07(0、00)

ス)0、07(0、02)

無)×

手締めからの変化量と、カッコ内はグリス無しの締め込みからの変化量ですが、、、、

おおおぉぉぉ☆
揃った!!!、、、、チキソを除いて。

つまり、あれだけ締め付け軸力に誤差があったものが、グリスを塗る事でしっかり均一に締め込まさるという事を証明したことになりますね!!

チキソグリスを塗ったボルトは、明らかに滑りが違いました。『ヌルヌルヌルッ』と回っていきましたね!つまり、とてつもなく摩擦係数が低くなって、その為締め付けトルクが必要なくなり、結果軸力が上がり、いわゆる『締め過ぎ』の状態になったのでしょう。

二硫化モリブデンは、グリス有り無しに変化がありませんでしたが、これはたまたまと考えて良いでしょう。つまり、グリス無しの締め込みが、『たまたま均一』だった。

素晴らしい結果が出ました!!

では今度は、それぞれの緩めトルクを見ていきましょう。

《グリス塗布後、緩めトルク》

べ)6N(-1N)

チ)5N(-2N)

二)6、5N(-1N)

ス)6、5N(±0N)

おおおお☆☆☆

またまた面白い変化が!!

チキソグリスは予想通り『緩み易い』。
二硫化モリブデンとベルレイはほぼ同じ。

そしてなんと、スレッドコンパウンドにいたっては変化無し!
、、、、ってこれは、計測ミスだろうか!?

最後に、それぞれのボルトを破断させていきます。「プチッ」と言った所まで締め込んでいきます。
まずは破断後のそれぞれの長さを見て行きます。

《破断長変化量》

べ)1、35

チ)2、12

二)1、42

ス)1、44

無)0、54

e0159646_356979.jpg


おおおおぉぉぉ☆

またまた面白い結果が!!!

グリス無しの破断長が極めて短い!つまり、ネジ部の伸びが殆ど無く、首根っこ部分のみに力が掛かっていたという事になるのでしょう。
ネジ部の摩擦力に遮られ、軸力を上げる事が出来なかったのです。つまり、強く締め付けられない。
しかし、摩擦の影響によって、締め付けトルクは上がる。

逆に、チキソグリスはネジ部の伸びがやたら長かったと言えますね。


他の3つはほぼ同じと言っていいでしょう。

そして注目すべきは、破断時の締め付けトルクです。

《破断トルク》

べ)11N

チ)10N

二)12N

ス)11N

無)13N

おおおおぉぉぉぉぉ☆

ナルホドナルホド!

滑りの良過ぎるチキソグリスは、締め付けトルクが10N以上にならず、軸力のみが上がった事になります。

また、グリス無しだと、軸力があまり上がらないで、締め付けトルクだけが上がってますね。

モリブデンの12Nは多分計測ミスだと思うので、このボルトの『弾性域の最大締め付けトルク』は11Nということになります。
11Nから締め込んでいっても、トルクレンチの針は11Nを刺したままです。いわゆる『塑性域』ですね。
そこからさらに締め込むと、「プチッ」という感触と共に、トルクレンチの針は急激に低い数値になります。『破断』ですね。

グリスを塗った場合、締め付けトルクの値を正確に行わないと、塑性域までの幅が『1N』しかないので注意が必要です。

グリスを塗らなければ、締め付けトルクに『3N』の幅があるので、多少の余裕が有ると言えます。


===============================

まとめ

まず、今回の実験は、それぞれの行程を1回ずつしか行ってないので、結果の精度はあまり高いとは言えません。
計測もかなり慎重に見たつもりですが、マイクロメーターはまだしも、トルクレンチの方にはかなりの誤差があると言えます。

そんな中でも、大変興味深い結果は得る事が出来ました。
まず一番は、

チキソグリス以外のグリスなら、ネジの締め付けを均一にする事ができる

というもの。知識としては知っていましたが、実験したことにより、まざまざと見せつけられましたね!

逆に、ボルトにグリスを塗らない状態だと、締め付け軸力にはかなりばらつきが出るというのも確認出来ました。

あと、チキソグリスは

絶対ボルト類には使用してはイケナイ

ですね。

ベルレイ、二硫化モリブデン、スレッドコンパウンドに関しては、殆ど同じと言えるでしょう。つまり、


2000円も出して、スレッドコンパウンドを買う必要は無かった!!


という結論が出てしまいました(涙)

、、、ただ、緩めトルクに変化が無かったのが、計測ミスか、あるいはグリスの性能なのかが定かでは無いので、次回もう一度コレを調べてみる必要がありますね。
そしたら、場合によってはスレッドコンパウンドが一番優れていることにもなりますからね。。。

ただ、二硫化モリブデンが費用対効果では一番優れていますね。300円位ですから。。。
印象としても良かったですし。

あと、トルクレンチはホトホトいい加減な計測器ですね。
人間の『手加減』が主体となる計測器なんて、ただの『目安』にしかならないでしょう。

「計測器はやっぱり高いの!」と思い買いましたが、今日の様な結果を見るとプリセットの安物とかで充分な気がします。

こうなってくると『軸力計』が欲しくなってきますね!!
M5~M12に使用できるヤツを調べて、電話で問い合わせたら

「164万円ですねぇ☆」

と、さらっと言われちゃいましたし(爆)


と言う事で、やはり『実験』って大事ですね!!
今後も、可能な限りやっていこうと思います!!

by tm144en | 2010-12-02 02:54 | Comments(7)
2010年 11月 21日

締結体と被締結体の関係、、、座面??

ひらめいた☆

日々、悶々と頭の中は『ネジ』の事で一杯(笑)、、、勿論仕事中も。
『ネジ』って、至る所に存在するから。。。

、、、で、何がひらめいたかというと、特に大したことでは無いのですが、ボルトを締め込んでいった時、ドコに一番負担が掛かるかってこと。

まずはコチラの拙い絵を、、、

e0159646_332357.jpg



絵では解り易くネジ部分に隙間を設けてますが、実際はしっかり噛み合ってるとお考えください。

で、ボルトの頭を締め込んでいくことで、ある図式が成り立つ事に気が付きます。

黒線(座面)vs青線(ネジ部)

つまり、締め込まれたボルト(締結体)と被締結体は、上記の部分で力が釣り合っていることになります。

ここで、ある事に気が付く訳です。

随分と、多勢に無勢だな。

そう。ネジ部が結構あるのに対し、座面は一つです。面積比でいったら、圧倒的にネジ部の方が広いのではないでしょうか?(未確)

で、オーバートルクを掛けたボルトの末路は『アタマが折れる』ことが殆どだと思います。

何が言いたいのかというと、

ネジ部には、案外と力が掛かってないんだな

、、、て事。

そもそもこのようなボルト蘊蓄が始まったのも、ネジ部分への負担を懸念してのことでしたが、上述の面積比が、もし本当にそうなら、懸念すべきは

座面、及びボルトの首

ということになるのです。

締め込んだボルトは、首の部分だけが伸びてって、『首長族』みたくなってるわけです。

e0159646_3174794.jpg


イタイイタイイタイ....


でもって、『ネジ部分』がダメになる時ってのは、大概にして

錆等による固着
摩擦による摩耗


ではないでしょうか?

であれば、グリスを塗る事が、すなわちこの2つを予防することに繋がります。

グリスを塗る事で締め付けのオーバートルクによる、座面、ボルトの首部分の負担さえ回避すれば、『ネジ部分』そのものを『保護』するという目的には、やはり有効な手だてと考えられるのではないでしょうか?

バイクで使用されてるボルト自体は基本的に安価ですが、被締結体に当たる部分は、ジュラルミン削り出しだったりクロームモリブデンだったり、破損時の損害額はとてつもないものになります。

そういった部分を最大限保護するという意味で、ボルトへのグリス塗布はやはり重要な事となりますね。

後は、摩擦係数を差っ引いた分の締め付けトルクを割り出す事さえ出来ればいいわけで、、、

by tm144en | 2010-11-21 03:30 | Comments(2)
2010年 11月 17日

ネジとトルクの関係式

ネジとトルクの関係式はコチラ

フムフム。。。。

例えば、「15Nで締めろ!!」という指定の有る箇所は、メーカーの考える軸力はいくつなのかを知る事が出来ますね。

例えば、グリースを塗布した場合の締め付けトルクと、グリス無しの場合の締め付けトルクを割り出すことが出来ますね。

逆に言えば、軸力をどれだけ発生させたら良いのか判らない箇所の、締め付けトルクを割り出す事は出来ないという事になりますね。勘違いしがちですが、ネジ径、ピッチに伴って締め付けトルクが『決まってる』という事にはならないですね。
とはいえ、ボルトの持つ弾性域及び塑性域での範囲内にはなりますが。

とはいえとはいえ、強く締め付けたい箇所は必然的にボルトの径を大きくしてるので、やはりある程度の基準はある事になりますね。

「緩まなければ良い」箇所なのか、「振動や強度等を考慮してある程度の圧着力を必要としている」箇所なのか、まずはそこを知らなければなりませんね。

僕の所有車両は、ボルト(締結体)が鉄で、被締結体がアルミという車両が多いですが、鉄対鉄の場合と同じ考えには当然ならないですよね。軸力を上げすぎると、ボルト側では無く被締結体の方がヤられてしまう事になります。つまり、『ボルト』の弾性域内だったとしても、被締結体(アルミ)は塑性域、最悪破断、、、、ということになってしまいます。

ボルト側だけの考えではダメ、ということになってしまう訳ですが、そろそろ頭がユルくなってきたので、続きはまた今度。。。zzz...

by tm144en | 2010-11-17 03:45 | Comments(0)
2010年 11月 13日

ネジの締め付け

先日の記事で、僕の『増し締め論』に対して異論があったので、ちょっと真面目にお勉強してみました。

結論から言うと、

大きな落とし穴にハマった

、、、といった所でしょうか。。。。

お勉強先はコチラ

『ネジ』の世界、奥が深過ぎました(大汗)。しかし反対に、目からウロコの事実も多数ありで興味津々。
根本的な解釈すらも覆す程のその理屈に失神寸前です(爆)

ーーーーーーということで、とりあえず現時点での僕なりの解釈を記したいと思います。

まずは先日の僕の『増し締め論』のおさらい。。。

あるトルク値で締め付けられたボルトは、その時点で『伸び』が生じるので、一旦緩めた後再度締め付けた際、最初の時と同じトルク値では、締め付け力に差がある。

というもの。
で、その実態やいかに!?

まず、『締め付け力』とは正確には、『締め付け軸力』と言い、単位は『N』
『締め付けトルク』の単位は『N,m』

このお互いは同じ関係性にあり、グラフで表す事が出来る。
(締め付けトルクと締め付け軸力の関係 参照)

で、締め付けトルクに対して発生する締め付け軸力が、使用頻度に対してどのような変化があるかは今の所まだ解明しておりません。

ということで、僕の『増し締め論』を肯定するには至ってません。

というかそもそも、僕は『ネジ』の事を何も解っていません。

というかそもそも、『締め付けトルク』とは何かも解っていません。

《規定トルクの決め方》(*抜粋)

1. 基準化→締め付けトルクを社内で基準化する。
2 .現在の締め付けの規格化→現在の締め付けトルクを推定して規格化する。
3. 破断トルク法(上限合わせ)→ねじ継ぎ手の破断トルクの70%を締め付けトルクとする。(Ffmax=FU)
4. 所要軸力法→不都合の生じない最低のトルクの130%を締め付けトルクとする。(Ffmin=FL)
5. 軸力測定法→軸力計より最適軸力になる締め付けトルクを推定する。

『増し締め論』を肯定するにあたって、まずはメーカー推奨の規定トルク値が、上記のどの方法で算出された物かを知らなければならないでしょう。
とはいえ、オートバイでの話なので、画一的な物が有るとは思いますが。。。

もし、『破談トルク法』によるものだったら、増していった先にあるものは、、、、!

最低トルクから破談トルクには範囲が存在し、実際にはその範囲内で締め付けてることになりますが、緩みのメカニズムにあるように、さまざまの事象を考慮する必要が出て来ます。

また、そもそも、トルクレンチを『正しく』使用出来ているか、という話にもなってきます。
トルクレンチが示す値には、『動摩擦係数』によるものと、『静摩擦係数』によるものがあります。
規定トルク値の少し手前で締め付けを一旦止めてしまったら、そのあと再度締め付けを開始する際、ボルトのネジ部や座面に働く『静摩擦係数』を打ち破る必要が出て来るので、結果的に規定トルク値を上回って締め込む事になってしまいます。
したがって正しく締め付けるには、動きを止める事無く規定値に納める必要が有るという訳です。これってかなり難しいのでは!?

上記はダイヤル式のレンチの場合。プリセット型のトルクレンチもありますが、これはそもそもあまり正確ではないという話もあります。『カチッ』の後に、容易にオーバートルクになってしまうからです。
またこれも、寸前で止めてしまっては、上述の事と同じになってしまいます。

、、、、ああぁ(汗)ちょっとこれ以上は危険なので、また次回!!

by tm144en | 2010-11-13 04:18 | Comments(6)