ねじ/メートルねじ(Mねじ) 用途と加工方法

まさと
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日本で基本的に用いられているMねじについて加工や設計の側面から情報をまとめてみました!ねじを回すだけのお仕事とかからかわれることもありますが、そんな簡単ではなくとても奥が深いです!

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メートルねじとは/用途

メートルねじ(Mねじ)とは日本で一般的に出回っているねじの形状で、M○というおねじがあればそれのねじ部外径が概ね○mmでねじ山角度が60°であるねじのことです。寸法などについてJIS規格(B 0205)にまとめられていて、一般的に使用されるねじの大きさやピッチについて優先順位を含めて規定されています。メートルねじの用途として以下のものが挙げられます。

  1. ワーク同士の締結
  2. ワークの高さ調整
  3. (一部)空圧回路の接続

ワーク同士の締結

一番一般的な用途となります。単純明快2つ以上のワークを固定するためにボルトとナット(またはめねじがはいったワーク)を使用します。取り付けるワークを回転方向に制限する必要があれば少なくとも2つ以上のねじとナットを用いる(または面による拘束を付け加える)必要があります。この時締め付けによるワークを押さえつける力(軸力)は締付けトルクによりますが、ネジ部の潤滑によってばらつきが発生することに注意する必要があります。

ワークの高さ位置調整

シリンダのストッパーや近接センサなどのように位置の微調整が必要な部分でねじが使用されます。その他パーツフィーダーの高さ合わせなどにも用いられます。このような用途の場合必要があれば後述するピッチを小さくするなどの工夫をします。

空圧回路の接続(気密接続)

小径のシリンダやそれを操作する電磁弁などは管用テーパねじではなくM3やM5を使用することがあります。Mねじの場合はシールテープではなく端面の小径ガスケット部気密を保持締結します。空圧で使用される場合、空気を通すために中心が抜けているので締め付けトルクに注意しないとねじ切ってしまうことがあります。

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管用ねじとは
ねじ面がテーパになっているねじの規格で一般に配管で使用されるねじです。RがおねじRcがめねじを表しています。インチ表記のため例えばR1の場合ネジ部の大きさが概ね1インチとなります。

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ピッチの違い

ねじ系一般的に並目細目(さいめ)という分類があります。M5P△と表記され△の部分が山と山の距離(ピッチ)を表しています。並目の場合は一般的にピッチを書く必要はありません細目の場合はピッチを図面に明記する必要があります

並目

一般的に使用されるピッチです。特にピッチ指定をせずにM4 M5と普通に表記された場合はこのピッチを用います。通常のボルトなどでのワーク同士の締結で使用されます。大雑把な高さあわさにも使用されますが、その場合は後述の細目のねじを使用することもあります。

1欄2欄3欄ピッチP引っかかり高さHめねじ谷径(D)
おねじ山径(d)
めねじ有効径(D2)
おねじ有効径(d2)
めねじ内径(D)
おねじ外径(d)
M1

M1.2
M1.1 0.25
0.25
0.25
0.135
0.135
0.135
1.000
1.100
1.200
0.838
0.938
1.038
0.729
0.829
0.929
M1.6M1.4

M1.8
 0.3
0.35
0.35
0.162
0.189
0.189
1.400
1.600
1.800
1.205
1.373
1.573
1.075
1.221
1.421
M2

M2.5
M2.2 0.4
0.45
0.45
0.217
0.244
0.244
2.000
2.200
2.500
1.740
1.908
2.208
1.567
1.713
2.013
M3

M4
M3.5 0.5
0.6
0.7
0.271
0.325
0.379
3.000
3.500
4.000
2.675
3.110
3.545
2.459
2.850
3.242

M5
M6
M4.5 0.75
0.8
1
0.406
0.433
0.541
4.500
5.000
6.000
4.013
4.480
5.350
3.688
4.134
4.917
M8 M7

M9
1
1.25
1.25
0.541
0.677
0.677
7.000
8.000
9.000
6.350
7.188
8.188
5.917
6.647
7.647
M10

M12
 M111.5
1.5
1.75
0.812
0.812
0.947
10.000
11.000
12.000
9.026
10.026
10.863
8.376
9.376
10.106
M16M14

M18
 2
2
2.5
1.083
1.083
1.353
14.000
16.000
18.000
12.701
14.701
16.376
11.835
13.835
15.294
M20

M24
M22 2.5
2.5
3
1.353
1.353
1.624
20.000
22.000
24.000
18.376
20.376
22.051
17.294
19.294
20.752
M30M27

M33
 3
3.5
3.5
1.624
1.894
1.894
27.000
30.000
33.000
25.051
27.727
30.727
23.752
26.211
29.211
M36

M42
M39 4
4
4.5
2.165
2.165
2.436
36.000
39.000
42.000
33.402
36.402
39.077
31.670
34.670
37.129
M48M45

M52
 4.5
5
5
2.436
2.706
2.706
45.000
48.000
52.000
42.077
44.752
48.752
40.129
42.587
46.587
M56

M64
 

M60

M68
 5.5
5.5
6
6
2.977
2.977
3.248
3.248
56.000
60.000
64.000
68.000
52.428
56.428
60.103
64.103
50.046
54.046
57.505
61.505
ねじのよびに対する並目一覧/優先的に1欄に該当するMねじを選定する

並目を使用するメリット

  1. 一般的に部材を手に入れやすい(ボルトナットなど)
  2. 計測機器も手に入れやすい(ネジゲージなど)

細目

一般的に使用されるねじよりピッチが細かいねじです。M12の並目はP1.75ですが細目ではM12P1.0など指定することができます。

細目を使用するメリット

  1. 回転あたりの送りを短くできるので突き出し長さの調整の感度が高い(1回転あたりの進行量が小さい)
  2. ピッチ大による強度確保より、ピッチ小による内径部の流路確保を優先することができる

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ねじの等級と確認

ねじには等級というものがあり一般的に1級〜3級が用いられます。1級がボルトナットの精度が高く、ねじ込んだときのあそびが非常に少ないです。一方3級ではボルトナットの遊びがとても多くつくられます。

つまりおねじの場合、1級ねじは外形が一番大きく 3級が一番小さくなります。逆にめねじの場合、1級ねじは内径が一番小さく 3級が一番大きくなります。

勘違いしやすいですが、1級のめねじおねじを、つくったら2級を満たしているとは限りません。1級で合格の範囲と2級で合格の範囲はかぶっていますが、完全な包含関係とはなりませんので注意してください。

等級の使い分け

これだけ語っておいて拍子抜けですが、特に何もなければ2級を選択します。

まれに後にメッキを乗せる分分厚くなるということを前提に3級を指定することがあります。この場合、メッキを行う業者、加工業者としっかり打ち合わせをしないとトラブルが起きることが多々あります。

メッキの場合膜厚指定に対しての専用ゲージを作成する場合もあります。この場合取り決めがしっかりできる反面、ゲージのコスト面で不利になります。

確認方法/ねじ計測機器

JISを調べると以下のような公差がもうけられています。これを満たすようにノギスなどを用いて検査していたら大変なことになりますので、限界ねじゲージを用います。

ねじゲージはめねじを調べるとプラグゲージとおねじを調べるリングゲージがあります。

それぞれ一般的に1級用〜3級用が存在していて基本的に共用することはできません。

プラグゲージ

プラグゲージはめねじを計測する測定器具です。

Mねじのばあいは通りゲージ(GP)と止まりゲージ(NP/旧JIS WP IP)があり、文字通り 通りゲージをしっかりねじ込むことができ、かつ止まりゲージが通らないこと(2回転を超えない)でめねじが適正であることを確認することができます。

リングゲージ

リングゲージはおねじを計測する測定器具です。基本的にはプラグゲージと考え方は同じになります。

Mねじのばあいは通りゲージ(GP)と止まりゲージ(NP/旧JIS WP IP)があり、文字通り 通りゲージをしっかりねじ込むことができ、かつ止まりゲージが通らないこと(2回転を超えない)でおねじが適正であることを確認することができます。

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加工方法の種類

Mネジを切削加工する方法はいくつかあります。

タップ/ダイス

下穴をあけたのち、タップを通すことでめねじをきることができます。対して規定の大きさの円柱を削り出したのち、ダイスを持ちいておねじをきることができます。

ボール盤やマシニングセンタ/旋盤にて適用することができます。また下穴/外形加工のみを行った後にハンドタップ/ダイスでねじを立てることもできます。

タップに関して、貫通の場合は穴部全部をねじにすることができます。しかし 止まり穴の場合はタップ本体の食いつきがあるため、穴全長をねじにすることができないことに留意する必要があります。

止まり穴の場合
止まり穴の場合

タップに関して詳しく見ていきます。以下のような種類があるので使用する際は参考にしてください。切粉の処理方法やタップ先端の不完全ねじ部の長さ(食いつき)が異なります。

  • ハンドタップ
    文字通り手動で使用するタップ 食いつきが長い
ハンドタップ(先・中・上げタイプ有り)
  • ポイントタップ
    通り穴用のタップで切粉を下に逃がすタップ 食いつきが長い
ポイントタップ
  • スパイラルタップ
    止まり穴用のタップで切粉を上に持ち上げるタップ 機械加工でよく使用され食いつきが短い(P1.5程度)
スパイラルタップ

旋盤ねじ切り

旋盤でねじ切り用の刃物を使用し、主軸一回転あたりの送りを制御することでおねじ/めねじをきることができます。この場合、ねじ山先端のさらえの関係でネジのピッチに合わせて刃物を交換する必要性があります(さらえばが必要なければ先端60度の刃物で対応可能)

おねじに関して、ボルトの根本のような止まりがある場合はダイスと同様に完全にネジにすることはできません。刃物によって様々ですがピッチ×1.5程度はねじが切れません。完全にねじを通せるようにするには根本部にねじの谷径以下の溝をつけるなどの工夫が必要です。

止まり部分で完全ねじにできないのはめねじでも同様です。

NC旋盤でのチャンファリング ねじ切りは回転に合わせて刃物を送るが、最後のねじ終わり部の切り上げ時の角度はNC旋盤にチャンファリングの設定があり、どこまで壁近くまでねじを切れるかは機械によります。

さらに、めねじの場合は細い径では刃物自体が細くなるため、ねじ切り用の刃物を使用して深いねじを切ることは難しいです。小さい径を深くねじ切りしたい場合は旋盤でもタップを使用します。

参考:三菱ソリッドステッキィツイン

旋盤のねじ切り刃物を使用したねじ切りのメリットは特定のピッチの刃物があればどんな径のねじも切ることができる点です(内径の場合はホルダー選定が必要)。例えばピッチ1.5の刃物があればM20P1.5のねじもM30P1.5のねじもきることができます。一方タップだとそれぞれのタップを用意しなければなりません。

参考までにNC旋盤でタップを使用する場合は軸方向に自由度があるホルダーを用いる必要があります。

タップホルダ(軸方向フロート機構付)
参考:アルプスツール

番外編/ヘリカルタップ

一般的なタップは回転するごとに三角の段が進んで行きます。ヘリカルタップとは回転しても進まないタップを用います。このヘリカルタップを回転させながら、下穴や外形加工済みの円柱に沿って走らせ1ピッチ分すすめることでねじをきることができます。

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タップの種類を多数持つ必要がなくなりますが加工時間が長くなるので、マシニングセンタで大口径のねじをきるときに使用します。


まさと
まさと

Mねじについて基礎的なことを説明しました。それぞれの加工方法を簡単にでもイメージできるようになっておくと設計業務に活かせると思います。

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