【プラント設計の基礎】ボルトについていろいろと考えてみる

2020年4月9日

プラントに限らず機械などを組み立てるときほぼ必須といえるのが、ボルト・ナットなどの部品と部品を締め付けて固定する機械要素と呼ばれるものです。

一見何気なく使っていますが、その使い方や材料の選定方法などいろいろと考えるべきところは多いものです。

ということで今回はボルトについていろいろと考えてみましょう!

ボルトの長さの決め方

恐らく多くの人が困るであろうボルトの長さの決め方です。

とくにボルトとナットを使用する場合は、短すぎれば締め付けれないし、長すぎれば締め付けるのに時間がかかりさらにかっこ悪いということになります。

私が基本的にボルトの長さを決めるときは

  • ナットの端面から3山以上出る長さにする。

です。

なぜ「3山以上」と表現したかというと、基本的にボルトはキリの良い数字で売られているので、必ずしも「3山ぴったり」の寸法は購入できないことがあります。

その為「3山以上」という表現になります。ただし、寸切りボルトは別です。

ということでボルトの長さを決めるときは

  • 締め付ける物の厚さ+ナットの厚さ+平ワッシャーの厚さ+スプリングワッシャーの厚さ+ねじのピッチ×3

となります。ここで出た長さを切り上げてキリの良い数字にすれば完成です。

なお、私はExcelでソフトを作ってそれをもとに計算しています。

ボルト長さの計算.xlsx ←クリックでダウンロード

ワッシャーとスプリングワッシャーは入れる?

これはかなり人によって考え方が異なりますが、私は基本的には入れません。

入れるとしたら

  • 樹脂などの柔らかい材質の場合は平ワッシャーを入れる。
  • Cチャンネルの内側などのテーパーがついているところは、テーパーワッシャーを入れる。
  • ボルトのバカ穴が大きすぎる場合は平ワッシャーを入れる。

という感じです。

逆にスプリングワッシャーはほとんど入れません。適切なトルクで締め付ければ、大きな振動がない限りゆるまないと考えているからです。

この辺は人や会社によって考えがまちまちですが・・・私の考えでは

と考えています。

これは昔、ある大きな車関係の会社にプラントを納入した際に

スプリングワッシャーは逆にナットが緩む原因になるので、絶対に使うな!

といわれたからです。

「絶対に使うな!」は言い過ぎだとは思いますけどね。

ボルトにグリスは塗っていいの?

よくボルトにモリブデングリスなどを塗る人がいますよね?その理由としては

  • 電食の防止
  • 焼き付きの防止

などがあります。私もステンレス製のボルトや大きなトルクで締め付ける箇所、高温になる個所ではモリブデングリスを薄く塗布してから締め付けています。

ここで、グリスを塗ることで緩みやすくなると誤解する人もいますが、ゆるみやすくはなりません。

ボルトは締め付けられることで伸びます。もちろん、伸びたボルトは元に戻ろう(縮む)とするので力が発生します。

この軸力でボルトは締め付けています。

モリブデングリスなどを塗布することで、その潤滑性から軸力が適切に発生することになるので、ゆるみやすくなることはありません。

もちろん、オーバートルクでねじが破断するトラブルなどは起こりえるので注意が必要ですが。

ということで「焼き付き防止剤」や「電食の防止」という意味ではグリスを塗ることは問題ではありません。

ステンレスのフランジとSS400のフランジを接合する場合は?

ステンレスと鉄を直接接触させると、異種金属接触腐食が発生する場合があります。

詳しいメカニズムは割愛しますが、プラントなどでは少なからずステンレスのフランジと鉄のフランジを接合する必要が出てきます。

そんな時は「絶縁ボルト」を使用しましょう。これを使えば絶縁することができるので、異種金属接触腐食は発生しません。

ボンディングとは?

可燃性ガスや石油関係のプラントで使われるのが、アースボンドとかボンディングアースと呼ばれるものです。

フランジボルト同士をアース線でつないで最終的にアースにつなぐことで、静電気などによる災害を防止します。

でもボルトも金属なら電気を通すのでは?」と思う人もいると思いますが

  • ボルト:締め付ける物。電気を通すための目的ではない

という考えから必ずボンディングは必要となります。

ボルトは単純だけどいろいろと考えることがあります。

ボルトは非常にありふれていて一般的な機械要素ですが、それゆえにいろいろと考えることも多いです。

長さが短い、材質を間違った、並目と細目を間違った、インチだった・・・。

など非常に単純なトラブルが起きやすい部品でもありますので、注意して使用する必要があります。
 

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