ねじ強度と強度区分と締付トルク

ねじ強度と強度区分

ねじ強度と強度区分の見方

ねじ強度を語るとき、最初に押さえるべき入口が「強度区分」です。強度区分は点で区切られた2つの数字で表され、左側が「呼び引張強さ」の1/100、右側が「耐力（呼び下降伏応力または呼び耐力）÷呼び引張強さ」の10倍を意味します。たとえば「10.9」は呼び引張強さが1000MPa（=N/mm²）、耐力がその90%で900MPaを意味します。

ここで重要なのは、強度区分が“何となく強い/弱い”の感覚値ではなく、設計計算の出発点になる規格値だという点です。施工現場では「8.8より10.9の方が強い」だけで終わりがちですが、実務では「どの応力状態に対して」「どの安全率で」「どの断面（有効断面積）で」評価するかが必須になります。

また、強度区分はボルト側だけでなく、ナット側にも“組合せの上限”があることが見落とされやすいポイントです。ナット強度区分には、組み合わせて使用できるおねじ部品（ボルト等）の最大強度区分が整理されており、低い強度区分のナットを高強度ボルトと組み合わせると、締め過ぎ時にナットのねじ山がせん断破壊（ストリッピング）を起こしやすい、という考え方が明記されています。つまり「ボルトだけ高強度にすれば安心」ではなく、相手側（ナット・めねじ・母材）まで含めて強度区分を見なければ、破壊モードがボルト破断ではなく“ねじ山が持っていかれる事故”になり得ます。

参考：強度区分「10.9」の意味（引張強さ1000MPa・耐力900MPa）と、ナット側のストリッピングに関する説明
鋼製ボルト・小ねじ及び鋼製ナットの強度区分の表し方（参考書PDF）

ねじ強度と引張荷重と有効断面積

ねじ強度の基本計算で頻出なのが、軸方向の引張荷重に対する考え方です。引張荷重は「許容応力×有効断面積」で評価し、許容応力は降伏応力を安全率で割って求める、という形が基本になります。技術資料では、引張荷重 \(Pt\) を \(Pt=σt×As\) とし、有効断面積 \(As\) は谷径（有効径）から算出する説明が示されています。

ここでの現場的な落とし穴は、「呼び径（M10など）」の断面積で見てしまうことです。実際に引張荷重を受け持つのは、外径ではなく、ねじ谷の細い部分を含む“有効断面積”側です。したがって、同じMサイズでもピッチやねじ形状、ねじ部の加工状態によって、破断位置がねじ部になったり、軸部になったりします。

加えて、荷重が静的か、繰返しか、衝撃かで安全率の考え方は変わります。技術情報では材料ごとの安全率の目安（鋼の静荷重・繰返し荷重など）が表で示され、強度区分12.9の例として降伏応力から許容応力を求め、必要な有効断面積を逆算する計算例も掲載されています。建築の締結では、風荷重・地震時の繰返し、温度変化による緩みなど“実質的に繰返しに近い状況”が混ざりやすいため、静荷重の感覚でギリギリを狙うのは危険です。

参考：引張荷重 $Pt=σt×As$Pt=σt×As と安全率の表、強度区分12.9の計算例
ねじの破壊と強度計算（ねじの基礎）

ねじ強度とせん断とねじ山せん断

ねじ強度の破壊で、建築・設備・金物の現場で特に厄介なのが「せん断」と「ねじ山せん断（ストリッピング）」です。せん断はボルト軸に直角方向の荷重で起きるだけでなく、締結体の形状や偏心で“見かけは引張でも局所的にはせん断が発生する”ことがあります。さらに、ボルトが耐えても、相手側のめねじ（タップ部・ナット・母材）が先にねじ山せん断で壊れるケースは少なくありません。

意外に知られていないのが、規格の思想として「締め過ぎなど過大負荷時には、ナット側の完全負荷能力を確保し、ボルト破断の方が“破損の明らかな目印になるよう意図された設計”」という記述がある点です。つまり、適切な組合せでは、最悪でも“ボルトが切れて分かる”方向に寄せる考え方が背景にあります。ところが現場でナット高さが不足していたり、低ナット（スタイル0）を使ったり、母材側タップのねじ山かかりが浅いと、この思想が崩れてストリッピングが先行し、気づきにくい破損（トルクはかかったのに保持できない）が発生します。

対策としては、次の観点で「せん断・ねじ山せん断」を先回りで潰すのが有効です。

• ボルト強度区分とナット強度区分の“組合せ上限”を守る。
• ねじ山のかかり長さ（母材厚・ナット高さ）を確保し、薄板や短いめねじではインサート等も検討する。
• 偏心荷重が出る形状（片持ちブラケット等）では、単純な引張計算だけでなく、せん断・曲げが混ざる前提で締結点配置を見直す。

「強いボルト」に交換するだけで安全にならないのは、破壊モードがボルト破断ではなく“相手側のねじ山破壊”に移るからです。ここを押さえると、ねじ強度のトラブル再発率が一段下がります。

参考：締め過ぎ時にナット側のストリッピングが起こる予測、設計思想（ボルト破断を明確な目印にする）
鋼製ボルト・小ねじ及び鋼製ナットの強度区分の表し方（参考書PDF）

ねじ強度と締付トルクと軸力

ねじ強度を現場でコントロールする実務操作が「締付トルク」です。ただしトルクは“強度”そのものではなく、ボルトに軸力（締付力）を発生させるための入力に過ぎません。資料では、トルク法による適正締付けの考え方として、規格耐力（下降伏点）の70%を最大とする弾性域で締付け軸力を決める、という説明が示されています。

ここでの重要ポイントは、同じトルクをかけても軸力が一定にならない、という現実です。理由は摩擦で、ねじ面・座面の摩擦係数や潤滑状態、相手材の表面状態でトルクの大半が摩擦に吸われ、軸力に変換される割合が揺れます。つまり、トルクレンチを使っていても、摩擦条件がバラつけば軸力もバラつき、結果として「強度（破断・降伏・緩み）」が不安定になります。

現場で効く“再現性”の工夫は次の通りです。

• 座面の当たり面を安定させる（ワッシャ、座金、座面の面粗度管理など）。
• 潤滑の有無をルール化する（乾式か、指定潤滑剤かを統一）。
• 同一締結部を一度緩めて再締結する場合、面状態が変わり軸力が変化し得る前提で管理する。

建築では「締めた感触」だけで合わせる文化が残る現場もありますが、ねじ強度の観点では“狙うべきはトルク値ではなく軸力”です。トルクは軸力の代理指標でしかない、と割り切ると、仕様書の読み方も施工管理のポイントも整理しやすくなります。

参考：トルク法の適正締付け軸力（規格耐力の70%を最大とする弾性域）
締付けトルク（計算式）

ねじ強度と破壊モードと再発防止（独自視点）

検索上位の解説は「強度区分」「引張」「せん断」「トルク計算」までが中心で、現場の事故が減らない原因になりやすい“再発防止の設計”は意外と薄い傾向があります。そこで独自視点として、ねじ強度トラブルを「破壊モードの固定」と「検知性（壊れたと気づける）」で設計する考え方を紹介します。これは前述の規格思想（過大負荷時にボルト破断を明確な目印にする）と整合し、施工・点検の現実に寄せたアプローチです。

まず、ねじ強度トラブルの代表パターンを“壊れ方”で分類します。

• ボルトが伸びて戻らない（塑性域に入る）：締付け過多、耐力超過、熱影響など。
• ボルトが破断する：過大引張、疲労、応力集中、締付け不足による繰返し荷重増など。
• ナット・めねじのねじ山が飛ぶ（ストリッピング）：ナット強度不足、かかり長さ不足、母材タップの弱さなど。
• 緩みが進行して脱落：軸力不足、座面なじみ、振動、温度変化、締結体の沈み込みなど。

次に“再発防止”として、どの破壊モードを最終防護にするかを決めます。例えば、点検で発見しやすいのは「ボルトの破断」や「頭が飛ぶ」ですが、発見しにくいのは「ねじ山が半分舐めて保持力が落ちる」状態です。だからこそ、安易な混在（高強度ボルト×低強度ナット、薄いタップ、低ナット）は避け、過大負荷時の壊れ方を“見える側”に寄せる設計・調達・施工ルールが効果的になります。

実装のコツを、現場のチェックリストとしてまとめます。

• 強度区分を「ボルト・ナット・めねじ（母材）」でセット管理し、単品最適（ボルトだけ高強度）をしない。
• 締付トルクは“値”より“条件”を固定する（潤滑、座面、再締結の扱い）。
• 再発が起きる箇所は、破壊モードの仮説を立ててから対策する（例：緩み→トルク増しではなく、軸力の安定化や座面対策へ）。

ねじ強度は計算で終わらず、破壊モードを設計し、点検で検知できる形に落とすところまでが実務です。この視点を入れると、同じ「ねじ強度」の話でも、上司のレビューで“現場で使える記事”として評価されやすくなります。

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