ボルトナット
ボルトとナットは、複数の部材を締結するために組み合わせて使用する代表的な締結部品です。ボルトには外側にねじ山がある「おねじ」、ナットには内側にねじ山がある「めねじ」が設けられており、呼び径やピッチが適合するものを組み合わせて使用します。
ボルト・ナットには、六角ボルトや六角ナットをはじめ、六角穴付きボルト、スタッドボルト、アンカーボルト、フランジナット、袋ナットなど多くの種類があります。また、適切な締結を行うには、種類だけでなく、JIS・ISOなどの規格、呼び径やピッチなどのサイズ、材質、強度区分、使用環境を確認して選ぶことが重要です。
本記事では、ボルト・ナットとは何かという基礎知識から、種類、規格、サイズの見方、材質、強度区分、選び方、正しい締め付け方法までわかりやすく解説します。
ボルト・ナットとは？
ボルトとは
ボルトとは、軸部の外側にらせん状のねじ山が設けられた「おねじ」の一種です。一般的には頭部と軸部から構成され、ナットや部材側のめねじと組み合わせることで複数の部材を締結します。ボルトには六角ボルト、六角穴付きボルト、スタッドボルト、アンカーボルトなどさまざまな種類があり、用途に応じて形状や材質、強度、サイズを選定します。
ナットとは
ナットとは、内側にらせん状のねじ山が設けられた「めねじ」の一種です。ボルトのおねじと噛み合わせて締め付けることで、部材をボルト頭部とナットの間に挟み込み固定します。最も一般的なのは六角ナットですが、フランジナット、袋ナット、蝶ナット、緩み止め機能を備えたナットなど、用途に応じてさまざまな種類があります。
ボルトとナットの違い
ボルトとナットの大きな違いは、ねじ山が設けられている位置です。ボルトは外側にねじ山を持つ「おねじ」、ナットは内側にねじ山を持つ「めねじ」です。両者を組み合わせることで、部材を取り外し可能な状態で強固に締結できます。
| 項目 | ボルト | ナット |
|---|---|---|
| ねじ | 外側にねじ山がある「おねじ」 | 内側にねじ山がある「めねじ」 |
| 主な役割 | 部材を貫通・固定する | ボルトと組み合わせて締結する |
| 代表例 | 六角ボルト、六角穴付きボルト | 六角ナット、フランジナット |
| 主な確認項目 | 呼び径・ピッチ・長さ・強度 | 呼び径・ピッチ・強度 |
| 使用工具 | レンチ、スパナ、ソケットなど | レンチ、スパナ、ソケットなど |
ボルトとナットで部材が固定される仕組み
ボルトとナットを適切に締め付けると、ボルトが軸方向にわずかに伸び、その反力として「軸力」が発生します。この軸力によってボルト頭部とナットの間にある部材が強く挟み込まれ、締結状態が維持されます。ボルト締結で重要なのは、単に大きなトルクで締めることではなく、必要な軸力を適切に発生させることです。
そのため、ボルト締結では単に「強く締めればよい」というものではありません。締め付けが不足すると、振動による緩みや部材のずれ、接合部からの漏えいなどにつながる可能性があります。一方、過度に締め付けると、ボルトの降伏や破断、ねじ部や締結部材の損傷を招くことがあります。緩み止めの方法には、2つのナットを互いにロックさせるダブルナットもあります。
【参考記事】確実な締付けのための軸力とは何か
ボルトの主な種類
| 種類 | 特徴 | 主な用途 |
|---|---|---|
| 六角ボルト | 頭部が六角形の一般的なボルト | 機械、建築、設備 |
| 六角穴付きボルト | 頭部の六角穴にレンチを差して締める | 機械、金型 |
| スタッドボルト | 頭部がなく両端または全体にねじがある | 配管、プラント |
| アイボルト | 頭部がリング状 | 吊り上げ |
| Uボルト | U字形で対象物を抱えて固定する | 配管、自動車 |
| アンカーボルト | 基礎やコンクリートに固定する | 建築、設備 |
| 丸頭ボルト | 頭部が丸く突出が少ない | 家具、機器 |
| ハンマーヘッドボルト | T形頭部を溝に固定する | 架台、フレーム |
六角ボルト
六角ボルトは、頭部が六角形になっている最も一般的なボルトの一つです。スパナやレンチ、ソケットなどで締め付けることができ、機械、建築、自動車、設備など幅広い分野で使用されています。一般的な六角ボルトには全ねじと半ねじがあり、用途に応じて呼び径、長さ、材質、強度区分などを選定します。
六角穴付きボルト
六角穴付きボルトは、円筒形の頭部に六角形の穴が設けられたボルトです。六角レンチを差し込んで締め付けるため、頭部周辺にスパナを掛けるスペースを必要とせず、機械設備や金型など省スペースが求められる場所で広く使用されています。JISでは六角穴付きボルト、一般にはキャップボルトとも呼ばれます。
スタッドボルト
スタッドボルトは、一般的なボルトのような頭部を持たず、両端または軸全体にねじが設けられたボルトです。配管フランジ、圧力容器、プラント設備、大型機械など、高い締結性能が求められる箇所で広く使用されています。両側からナットを取り付けて締結する用途も多くあります。
アンカーボルト
アンカーボルトは、建物、鉄骨、機械設備などをコンクリートや基礎へ固定するために使用するボルトです。建築、土木、工場設備などで幅広く利用されています。
コンクリート打設前に設置するタイプや、硬化後のコンクリートに施工するあと施工アンカーなどがあります。必要な強度や施工条件によって適切な種類を選ぶ必要があります。
Uボルト
Uボルトは、U字形に曲げられた軸の両端にねじが設けられたボルトです。パイプや丸棒などを抱え込むように固定できるため、配管、ダクト、自動車の足回りなどで使用されます。選定する際は、ねじ径だけでなく、固定する対象物に合った内幅や形状、材質を確認することが重要です。
アイボルト
アイボルトは、頭部がリング状になっているボルトで、主に機械や重量物を吊り上げるための吊り金具として使用されます。リング部分にフックやワイヤーロープなどを掛けて使用します。
吊り上げ用途では、製品ごとに定められた使用荷重や吊り方向を守ることが重要です。斜め方向の荷重に対応していないアイボルトもあるため、実際に使用する際はメーカーの仕様や規格を確認する必要があります。
丸頭ボルト
丸頭ボルトは、頭部が丸みを帯びた形状のボルトの総称です。頭部の突出や引っ掛かりを抑えやすいものが多く、家具、機器、建築部材などで使用されます。丸頭形状には用途に応じてさまざまなタイプがあるため、締結方法や使用環境に合わせて選定します。
ハンマーヘッドボルト
ハンマーヘッドボルトは、頭部がT字状になったボルトで、Tスロットや専用レールなどへ差し込んで使用します。機械フレーム、架台、太陽光パネルなどで利用され、ナットを緩めることで位置調整しやすい点が特徴です。
ナットの主な種類
| 種類 | 特徴 | 主な用途 |
|---|---|---|
| 六角ナット | 最も一般的なナット | 機械、建築 |
| 袋ナット | ボルト先端を覆える | 家具、安全対策 |
| フランジナット | 座面が広い | 自動車、機械 |
| ナイロンナット | 回転抵抗を利用した緩み対策 | 振動部 |
| 蝶ナット | 手で締めたり緩めたりできる | 頻繁な着脱 |
| アイナット | リング状の吊り部を持つ | 吊り上げ |
六角ナット
六角ナットは、外形が六角形になった最も一般的なナットです。六角ボルトやスタッドボルトなどと組み合わせ、スパナ、レンチ、ソケットなどを使用して締め付けます。使用する際はボルトと呼び径やピッチを一致させる必要があります。
袋ナット
袋ナットは、六角ナットの片側が閉じた形状のナットです。締結後のボルト先端を覆えるため、人が触れる場所の安全対策や外観を整えたい場所などで使用されます。内部に底があるため、ボルトが長すぎると最後まで締め付けられない点に注意が必要です。
フランジナット
フランジナットは、六角ナットの座面側に円盤状のフランジを一体化したナットです。座面を広く確保できるため、締付力を広い範囲へ伝えやすく、組立作業の効率化にも利用されます。フランジ面が平滑なタイプと、セレーションを設けたタイプがあります。
ナイロンナット
ナイロンナットは、ナット内部に設けられたナイロンリングとボルトねじ部との摩擦を利用して、回転に抵抗を与えるナットです。振動などによるナットの回転を抑える目的で使用されますが、使用温度や再使用の可否などは製品仕様を確認する必要があります。
蝶ナット
蝶ナットは、左右に羽状の突起を設け、工具を使わず手で締め付けたり緩めたりできるナットです。展示設備、治具、家具など、頻繁に取り付け・取り外しや位置調整を行う箇所に適しています。工具で締める一般的な六角ナットほど大きな締付力を必要とする用途には向きません。
アイナット
アイナットは、上部にリング状の吊り部を備えたナットです。ボルトやおねじに取り付け、リング部分へフックやワイヤーロープを掛けて重量物を吊り上げる用途などに使用されます。使用時は製品ごとの使用荷重や吊り方向を確認し、規定された条件を守ることが重要です。
ボルト・ナットの規格
ボルト・ナットを正しく選ぶには、呼び径だけでなく、ねじの規格やピッチを確認することが重要です。日本ではJIS規格やISO規格に基づくメートルねじが広く使用されていますが、設備によってはインチねじや細目ねじが使われる場合もあります。見た目や呼び径が似ていても規格やピッチが異なれば正しく組み合わせることはできません。
JIS規格とISO規格
ボルト・ナットには、形状や寸法、機械的性質などについてJIS（日本産業規格）やISO（国際規格）などの規格があります。同じ呼び径のボルト・ナットでも、採用する規格によって頭部寸法、二面幅、ナット高さなどが異なる場合があります。そのため、交換や選定の際は呼び径だけでなく規格も確認することが重要です。例えば、六角ボルトや六角ナット、六角穴付きボルトなどは、それぞれ対応するJIS・ISO規格によって主要寸法や機械的性質などが定められています。
メートルねじとインチねじ
日本国内で広く使用されているのは「M10」「M20」などと表記されるメートルねじです。一方、海外製設備などではインチを基準としたねじが使用される場合があります。メートルねじとインチねじには互換性がないため、外観だけで判断して組み合わせてはいけません。例えば「M10」はメートルねじを表します。一方、インチねじでは「1/2インチ」などインチ単位で呼び径が表されます。
並目ねじと細目ねじ
メートルねじには、一般的に使用される「並目」と、並目よりもねじ山の間隔が狭い「細目」があります。例えば同じM10でも、並目と細目ではピッチが異なります。そのため、呼び径が同じでもピッチが異なるボルトとナットは正しく組み合わせられません。既存部品を交換する場合は、呼び径だけでなくピッチまで確認してください。
ボルト・ナットのサイズの見方
ボルト・ナットのサイズを確認するときは、「呼び径」「ピッチ」「ボルトの長さ」「二面幅」の違いを理解しておくことが重要です。特に「M10」という呼び径と、締め付けに使用するレンチのサイズは同じ意味ではありません。
呼び径とは
呼び径とは、ねじの太さを表す基本寸法です。例えば「M10」の場合、Mはメートルねじ、10はねじの呼び径が10mmであることを示します。
ピッチとは
ピッチとは、隣り合うねじ山の同じ位置から次のねじ山までの軸方向の距離です。例えばM10の並目ねじでは一般にP1.5などと表されます。ボルトとナットは呼び径だけでなくピッチも一致させる必要があります。
ボルトの長さとは
一般的な六角ボルトでは、ボルト頭部の座面から先端までの長さを首下長さとして表します。ピッチまで明記する場合は「M10×1.5×50」のように表されることがあります。表記方法は製品や図面によって異なるため、仕様書や図面も確認してください。
二面幅とは
二面幅とは、六角ボルトの頭部や六角ナットの向かい合う平面同士の距離です。使用するスパナやソケットのサイズを決める寸法であり、呼び径とは異なります。
ボルトの径とピッチの測り方
ボルトの径の測り方
ボルトの呼び径を確認する場合は、ノギスを使ってねじ山の外径を測定します。例えば外径が約10mmのメートルねじであれば、M10である可能性があります。ただし、製造公差などによって実測値が呼び径と完全に一致しない場合があるため、ピッチも合わせて確認してください。
ピッチの測り方
ピッチは、隣り合うねじ山の山頂から山頂までの軸方向の距離です。正確に確認するには「ピッチゲージ」を使用すると便利です。ノギスなどで複数のねじ山をまとめて測定し、山数で換算する方法もあります。
ボルトとナットのサイズの合わせ方
ボルトとナットを組み合わせる場合は、少なくとも「ねじ規格」「呼び径」「ピッチ」が一致していることを確認します。例えばM10×P1.5のボルトには、同じM10×P1.5のナットを使用します。
同じM10と表示されていても、並目と細目などピッチが異なる場合は正しく組み合わせることができません。無理に締め付けるとねじ山を損傷する可能性があるため注意が必要です。
| ボルト | 対応するナット |
|---|---|
| M6×P1.0 | M6×P1.0 |
| M8×P1.25 | M8×P1.25 |
| M10×P1.5 | M10×P1.5 |
| M12×P1.75 | M12×P1.75 |
| M16×P2.0 | M16×P2.0 |
ボルト・ナットの主な材質
ボルト・ナットには、鉄鋼、ステンレス、真鍮、樹脂などさまざまな材質があります。必要な強度だけでなく、使用する温度や腐食環境、重量、電気的特性などを考慮して選ぶことが重要です。
| 材質 | 主な特徴 | 主な用途 |
|---|---|---|
| 鉄・鋼 | 強度とコストのバランスに優れる | 機械、建築、設備 |
| ステンレス | 耐食性に優れる | 屋外、水回り、設備 |
| 真鍮 | 耐食性・導電性・加工性に特徴がある | 電気部品、装飾部品 |
| 樹脂 | 軽量で絶縁性がある | 電子機器、軽荷重部 |
鉄・鋼
鉄・鋼製のボルト・ナットは、強度やコスト、入手性のバランスに優れ、機械、建築、設備など幅広い用途で使用されています。使用環境に応じて亜鉛めっきなどの表面処理を施し、耐食性を高める場合があります。
ステンレス
ステンレス製のボルト・ナットは耐食性に優れ、屋外や水回りなど錆が問題になりやすい環境で使用されています。ただし、ステンレス同士の締結では条件によって「かじり」が発生することがあるため、締付条件や潤滑などにも注意が必要です。
真鍮
真鍮製のボルト・ナットは、耐食性や導電性、加工性に特徴があり、電気・電子部品や装飾用途などで使用されています。鋼製ボルトほど高い強度を必要としない用途で選ばれることがあります。
樹脂
樹脂製のボルト・ナットは軽量で、電気を通しにくく、金属を使用したくない場所などで利用されます。一方、金属製と比較すると強度や耐熱性が低いものが多いため、用途に適した材質を選ぶ必要があります。
ボルト・ナットの強度区分
ボルトの8.8・10.9・12.9とは？
鋼製ボルトでは「8.8」「10.9」「12.9」などの数字で強度区分が表示されるものがあります。例えば強度区分8.8の場合、最初の「8」は公称引張強さ800N/mm²を示し、後ろの「.8」は公称降伏点または耐力が引張強さの80％であることを示します。数値が大きいほど高い機械的強度を持つことを表します。
ナットにも強度区分がある
ナットにもボルトと同様に、使用可能なボルトの強度などに対応した強度区分があります。サイズが合うだけでなく、使用するボルトに適合する機械的性質を持つナットを選ぶことが重要です。
ボルトとナットの強度を適切に組み合わせる
高強度のボルトを使用しても、組み合わせるナットの強度が不足していれば、締結部全体として必要な性能を確保できない場合があります。重要な締結部では、呼び径やピッチだけでなく、ボルトとナット双方の強度区分や適用規格を確認してください。
ボルト・ナットについてよくある質問
ボルトとナットの違いは何ですか？
ボルトは外側にねじ山を持つ「おねじ」、ナットは内側にねじ山を持つ「めねじ」です。一般的には両者を組み合わせて部材を締結します。
M10のボルトにはM10のナットを使えばよいですか？
呼び径だけでなく、ねじ規格やピッチも一致している必要があります。同じM10でも並目と細目などピッチが異なる場合があるため確認してください。
M10は10mmのレンチを使うという意味ですか？
いいえ。M10はねじの呼び径が10mmであることを表しており、使用するレンチやソケットのサイズとは異なります。
ボルトとナットのピッチが違っても使えますか？
使用できません。無理に締め付けるとねじ山を損傷する可能性があります。
ボルト・ナットには必ずワッシャーが必要ですか？
必ず必要とは限りません。締結部の構造や座面、荷重、使用環境などに応じて選定します。締結部で使用されるワッシャーの役割と種類についてはこちらで解説しています。
ボルトは強く締めるほどよいですか？
いいえ。締付不足だけでなく、締め付けすぎもボルトの降伏や破断などにつながる可能性があります。重要な締結部では適切な締付条件を管理する必要があります。
まとめ
ボルトとナットは、複数の部材を取り外し可能な状態で固定する代表的な締結部品です。六角ボルトや六角ナットをはじめ多くの種類があり、用途によって適した形状が異なります。
ボルト・ナットを選ぶ際は、JIS・ISOなどの規格、呼び径、ピッチ、長さだけでなく、材質、強度区分、表面処理、使用環境まで確認することが重要です。また、ボルトとナットは呼び径が同じだけでは十分ではなく、ピッチや規格、必要な強度も適合させる必要があります。
さらに、重要な締結部では「強く締めればよい」のではなく、適切な締付条件によって必要な軸力を確保することが重要です。使用するボルト・ナットや設備の仕様を確認し、適切な工具と締付方法で施工しましょう。
