よく現場で使用する、中ボルト・高力ボルト・トルシアボルトとインパクト工具の関係について記述します。
目次
ボルトは「強く締めるほど良い」は間違い
現場ではよく
「しっかり締めとけ」
と言われます。
しかし実際は、
ボルトは締めすぎると性能が落ちます。
理由は、ボルトが 引張ばねとして働いているためです。
詳しく見ていきましょう。
ボルト締結の本当の仕組み
ボルトは部材を「押さえつけている」のではありません。
正確には
ボルトを締める ⇒ ボルトが伸びる（引張力発生）⇒ 戻ろうとする力で部材を圧縮固定
という流れになっています。
つまり
ボルトの伸び＝締結力です。
締めすぎると何が起きる？
ボルトが塑性域に入る
締めすぎると
弾性変形（元に戻る）から塑性変形（戻らない）になります。
結果として、下記のようになります。
- 軸力低下
- 緩みやすくなる
- 疲労強度低下
最悪の場合ねじ切れます。（小さいねじだと私もやったことがあります。）
疲労破壊しやすくなる
特に危険なのがこれです。
締めすぎたボルトはすでに常に高い引張応力状態になっています。
なので、外力が加わると
初期応力 + 繰返し荷重となり、
疲労限度を超えやすい状態になっているのです。
ボルト種類別に見る「締めすぎ」
中ボルト（普通ボルト）
特徴として
- 摩擦接合ではない
- 方向によってはせん断で受けることになる
締めすぎると下記のようになります。
- ねじ山損傷
- 首下破断（ねじ切れる）
- 座面陥没
トルクの大きいインパクトで小さいボルトを締めると一撃でダメになります。
インパクトレンチ等はメーカーの仕様通りの適切な締め付け能力のあるものを使用しましょう。
高力ボルト（F10Tなど）
高力ボルトは中ボルトとは違います。
このボルトの目的は強い軸力を正確に与えることで、摩擦力で接合しています。
締めすぎると下記のようになります。
- 設計軸力を超過することで弾性域を超えてしまう可能性がある
- 遅れ破壊のリスク増加
- 母材局部降伏
つまり
強い＝安全ではないのです。
トルシアボルト（TCボルト）
これは締めすぎ防止の思想で取り入れられるボルトです。
トルク管理が確実なので、橋梁等でよく使われています。
ピンテールが規定トルクで破断するので所定軸力で自動停止するからです。
つまり
人の感覚を排除したボルトです。
インパクトドライバーはなぜ締めすぎにくい？
インパクト工具の原理
普通の電動レンチだと
モーター → 連続回転トルク
インパクトレンチの場合
回転 → ハンマー打撃 → 回転 → 打撃
つまり
衝撃トルクを断続的に与える仕組みになっています。
ではなぜ締めすぎにくいのか？
ボルトが締まって抵抗が増えると
打撃エネルギーが逃げることで、回転量が急減し、実質トルク上昇が止まるようになっています。
結果としてトルクが頭打ちになります。
これがあの”ガガガガ”と音がなっているときの正体です。
インパクト＝安全ではない
ただし、下記の場合は注意が必要です。
長時間当て続ける
これは普通に締めすぎになります。
小径ボルト
瞬間トルクで破断します。
仕様範囲外のボルトには使わないようにしましょう。
高力ボルト本締め
原則NGです。管理ができないからです。
仮締めではOKですが、本締めするときは仕様が証明・管理されたトルクレンチを使用するのが一般的です。（施主と規定のやり方が取り決められているはずです）
現場で正しい使い方
仮締め：インパクト
本締め：トルクレンチ
高力ボルト：規定施工法
なぜ「適正締付」が最強なのか
理想状態は
外力 < ボルト初期軸力
この状態だと、部材がズレず、ボルトに変動応力が入らないので、結果疲労寿命が伸びることになります。
つまり
締めすぎより、適正締付が最も壊れないことになるのです
まとめ
- ボルトは「ある程度伸ばして使う部品」です
- 強く締めれば安全ではない
- 締めすぎは疲労破壊を呼ぶ
- インパクトは万能ではない（ちゃんと適切な使用範囲で使いましょう）
- 高力ボルトなどはトルク管理が必須
ボルトは適当に締めればよいものではありません。
特に大きな荷重がかかるような設備では、設計も重要ですが、施工も重要であることを現場に伝えなければなりません。
機械設計に役立つ情報をこちらでまとめていますのでよかったらご参照ください！
