ロッキングワッシャー:種類、サイズガイド、実際の用途
ファスナーの緩みは、多くの業界で根強い課題となっています。平ワッシャー、接着剤、ロッキングワイヤーなどの解決策が使用されることもありますが、その有効性はさまざまであり、多くの場合、取り付けスキルに依存します。ロッキング ワッシャーは、特に振動や変動荷重にさらされるアセンブリにおいて、ファスナーを安全に保つためのより信頼性が高く効率的な方法を提供するように設計されています。
ロックワッシャーはシンプルに見えますが、信頼性の高いボルト接合の中心に位置します。振動、衝撃、熱サイクル、ヘタリに対して、クランプ荷重がジョイントをしっかりと保ちます。実際のテストでは、摩擦に依存する多くの一般的なソリューションでは数秒以内に張力が失われ、再締め付けが必要になり、ダウンタイムの危険が生じる可能性があることが示されています。ここでは、ロック ワッシャーとは何か、その仕組み、タイプ、寸法、スプリット/スプリング、ウェッジ、および歯の設計をいつ使用するかについて、重要な事実、実証、規格ベースのメモを 1 つの実用的なリファレンスにまとめています。
1.ロックワッシャーとは何ですか？
ロックワッシャーは、ボルトやナットなどの締結具が振動や動的荷重下で緩むのを防ぐために設計された特殊なワッシャーです。これらのファスナー コンポーネントは通常、ボルトの頭またはナットと接続面の間に取り付けられ、安全で安定した接合部を提供します。
ロックワッシャーはどのように機能しますか?
ロックワッシャーのロック原理は、その設計によって異なります。たとえば、スプリングタイプは、圧縮時に弾性変形を利用してスプリング力を生成し、ナットとボルト間の摩擦と抵抗トルクを増加させます。この摩擦と機械的な係合により、応力や振動が加わった場合でもジョイントの完全性が維持されます。
ロックワッシャーの役割
ロッキングワッシャーの主な機能と目的は、ボルト接合部の張力を維持し、締結具の緩みの原因となる回転や動きを防ぐことです。ロックワッシャーは、摩擦を増加させたり、機械的なロックを作成したりすることで、接続をしっかりと安全に保つのに役立ちます。ウェッジ ロック ワッシャーなどの一部の設計では、相互に作用してウェッジ効果を生み出し、アセンブリをさらに固定する 1 対のワッシャーを使用します。
ロックワッシャーはどこにありますか?
ロックワッシャーは通常、ナットまたはボルトの頭の下に配置され、締結される部品の表面に直接接触します。安全性を高めるために、平ワッシャーと組み合わせて使用することもできます。
ロックワッシャーの使用方法
ロックワッシャーを使用する場合は、ボルトをワークに挿入した後、ロックワッシャーをボルト軸にスライドさせます。ナットをボルトの上に置き、締めます。トルクを加えると、ロックワッシャーが変形するかロック機能に係合し、緩みに対する抵抗が増加します。実際には、ロック ワッシャーと平ワッシャーを併用するのが一般的です。この組み合わせにより、緩み止め効果が高まり、より広範囲の組み立て条件に対応できるからです。
2.ロックワッシャーの種類と用途
ロックワッシャーは、さまざまな締結の課題に対処するためにさまざまな形式で設計されています。各タイプは、振動、衝撃、または頻繁な調整下でもファスナーを安全に保つための独自の機構と実用性を備えています。以下に、ロック ワッシャーの最も一般的な 3 つのタイプを、その構造、動作原理、機能、および代表的な用途に関して説明します。
割りロックワッシャー (スプリングロックワッシャー)
スプリット ロック ワッシャーは一般にスプリング ロック ワッシャーとも呼ばれ、単一の分割と螺旋状のねじれを特徴とするリング状のワッシャーです。この設計により弾力性が生まれ、圧縮するとバネ効果が生まれます。より厚く、より高い圧力を提供するハイカラー バージョンも利用できます。
動作原理 (仕組み) :
ナットまたはボルトがスプリット ロック ワッシャー上で締め付けられると、ワッシャーが圧縮されて平らになり、バネ力が発生します。この力により、ファスナーとアセンブリ表面の間の摩擦が増加します。分割部分の鋭い角が表面に埋め込まれるため、ナットやボルトの緩みがさらに制限されます。ワッシャーは振動や衝撃によるエネルギーの一部を吸収し、接続が緩むリスクを軽減します。
機能 (いつ、どのように使用するか) :
スプリット ロック ワッシャーは、振動や適度な衝撃を受けるアセンブリ、または繰り返しの組み立てと分解が必要なアセンブリでファスナーを固定するために使用されます。弾性変形することで予圧を与え、その反力により接続間の軸張力を増加させます。この余分な摩擦により、通常の振動条件下でファスナーが緩むのを防ぎます。取り付けが簡単で、分解の容易さが重要な用途に適しています。
アプリケーション (使用場所) :
このワッシャーは、機械製造、自動車修理、家電製品、建築設備などに広く使用されています。一般的な固定ニーズ、頻繁に組み立てと分解が必要な機械、一時的な構造接続に適しています。ただし、振動が多い環境や予圧が高い環境では、緩み止め効果が低下する可能性があります。
スプリットロックワッシャーのタイプ
標準スプリング スプリット ロック ワッシャー
標準スプリングワッシャーは、市場で最も一般的に使用されているタイプのワッシャーです。ボルト業界では、スプリングワッシャーはスプリングワッシャーと呼ばれることがよくあります。一般機械製品の耐荷重構造、非耐荷重構造を問わず幅広く使用されています。低コストで設置が簡単で、頻繁に組み立てや分解を行う場合に適しています。
サドル スプリング スプリット ロック ワッシャー
サドルスプリングワッシャーは主にボルトの緩み止めを目的とした馬蹄形のワッシャーです。独自のサドル状構造を利用し、摩擦を高めてファスナーの抜けを防ぎます。他のウェーブ スプリング ワッシャーやステンレス鋼製スプリング ワッシャーと同様、サドル スプリング ワッシャーは優れた緩み止め特性を備えています。
ウェーブ スプリング スプリット ロック ワッシャー
ウェーブ スプリング ワッシャーは一般的なメカニカル シール部品で、通常は金属でできており、波のような形状をしています。優れた弾性とシール性を備えています。弾性変形により力が加わると元の形状に戻り密着を維持するため、シール効果が得られます。さまざまな静的および動的シーリング用途に適しています。
ウェッジ ロック ワッシャー
ウェッジロックワッシャーは、片側にくさび形のカム、もう一方の側に放射状のセレーションを備えた 2 つのワッシャーで構成されています。カム角度はボルトのネジ山ピッチよりも大きくなるように特別に設計されており、くさび作用を確立します。
動作原理 (仕組み):
ボルトまたはナットの頭の下にペアとして取り付けると、カムが連動します。ボルトが締められると、くさび形の歯が継続的な張力を生み出し、留め具をしっかりと固定します。緩みが発生すると、カムがボルトまたはナットを上向きに押し上げ、張力を増加させてクランプ荷重を維持します。放射状の鋸歯状の部分がファスナーと組立面の両方に食い込み、さらなるロック効果をもたらします。このシステムは摩擦のみに依存するものではなく、潤滑剤が存在する場合でも効果を維持します。
機能 (いつ、どのように使用するか) :
ウェッジ ロック ワッシャーは、振動や衝撃が起こりやすい環境でボルトの張力を維持し、緩みを防ぐために使用されます。分解後の再利用が可能で、締め付け、取り外しを繰り返しても安定したクランプ力が得られます。正しく取り付けるには、上部と下部のワッシャーを組み合わせて正しく位置合わせする必要があります。
アプリケーション (使用場所):
ウェッジ ロック ワッシャーは、風力発電装置、鉄道輸送、重機、航空宇宙アセンブリで使用されます。これらのワッシャーは、極度の振動に耐える必要がある接続や、風力タービンのタワー、鉄道車両の台車、鉱山機械などの信頼性が最優先される接続に選択されます。
トゥースロックワッシャー
トゥースロックワッシャーは、鋸歯状または歯状のエッジを備えた薄いワッシャーです。内周に突起のある内歯座金と、外周に突起のある外歯座金の 2 つの主なタイプがあります。弾力性を高めるために波形や波形の形状にすることもできます。
動作原理 (仕組み):
締結具を締め付けると鋸歯状の歯が変形し、ナットまたはボルトと合わせ面に食い込みます。この機械的な係合により摩擦が増加し、ファスナーが所定の位置に保持されます。通常、内歯ワッシャーは小さなネジ頭の下に使用され、外歯バージョンは大きなボルト頭またはナットの下に配置されます。
機能 (いつ、どのように使用するか) :
歯止め座金は、振動や衝撃によるボルト・ナットの緩みを防止するために使用されます。その構造により、振動エネルギーの一部を吸収し、緩みの傾向を軽減します。これらは、電気的接地や安定した固定機構が必要なアセンブリに特に効果的です。
アプリケーション (使用場所):
一般的な用途には、シャーシ接続のための自動車製造、振動機器のための機械工学、精密アセンブリのための航空宇宙、高い予荷重を必要とする足場や接合部の建設などがあります。また、信頼性の高い接触と確実な固定が重要なエレクトロニクス分野でもよく使用されます。
トゥースロックワッシャーの種類
内歯ロックワッシャー
内歯ロックワッシャーは、機械装置で広く使用されている一般的な留め具です。その動作原理は、内部の歯車構造を通じて部品を締め付けて固定することです。動作原理は、ロックとロック解除の 2 つのステップに簡単に分けることができます。通常の動作条件下では、内歯ロックワッシャーがしっかりとした嵌合を維持し、緩みやネジ山の滑りを防ぎ、機械装置の正常な動作を保証します。
外歯ロックワッシャー
外歯ロックワッシャーは、機械部品の接続によく使用されます。その動作原理は内歯ロックワッシャーと同様で、歯の先端と接続部分の平らな面の間の噛み合い力と少量の弾性を利用して、ねじ接続の緩みを防ぎます。外歯ロックワッシャーは通常、ステンレス鋼、アルミニウム合金、銅合金などの高強度材料で作られており、優れた機械的特性と耐食性を備えています。
内部鋸歯状ロック ワッシャー
内部鋸歯状ロックワッシャーは、名前が示すように、内部に鋸歯状の溝があり、ファスナーやその他のコンポーネントを接続するために一般的に使用されます。特殊な設計により、接続部に振動や外力が加わった際に、より高いロック力を発揮します。内部鋸歯状のロックワッシャーは通常、金属またはエラストマーで作られており、複数の内部鋸歯状の特徴があります。これらの鋸歯状の部分は、ワッシャーと接続部の間の摩擦を増加させ、追加の抵抗を提供してファスナーの緩みを防ぎます。
外部鋸歯状ロック ワッシャー
外部鋸歯状ロックワッシャーは、小型コンポーネントのスプリングとして使用されます。それらの寸法は、3 次元板金スタンピングで使用される締結ねじおよびセルフタッピングねじの寸法と同様です。鋸歯状ワッシャーは主にボルトの緩みを防止するために使用されます。これらは主に、ボルトの頭またはナットの下にあるコンポーネントを締め付けるのに使用されます。この製品は ISO 規格に準拠しており、オフセット開口部を備えたシングルリングワッシャーです。
3.ロックワッシャー サイズ表
ロックワッシャーは、いくつかの規格に従って製造されており、さまざまなファスナーの直径、性能特性、用途要件に合わせてさまざまなサイズと素材で製造されています。最適なパフォーマンスとフィット感を得るには、適切なサイズを選択することが重要です。 このセクションでは、ワッシャーをボルトのサイズに合わせて厚さプロファイルを選択できるように、一般的な寸法シリーズをまとめています。プロジェクトの管理標準/仕様と照らし合わせて常に検証してください。 以下に、各タイプのロックワッシャーの標準寸法を整理します。
分割/スプリング ロック ワッシャーの寸法
- ボルトの呼びサイズ:M3～M24 (メートル法) および #4～1 インチ (インチ)
- 主要な寸法:
- 内径 (d):ネジの外径クリアランスと一致
- 外径 (D):ベアリング領域に合わせたサイズ
- 厚み(t)：標準タイプ、ハイカラータイプ。ハイカラーは厚くて硬い
- 注:「ハイ カラー」シリーズは、より高い圧力を加えてへたりにくいように厚みを増しています。
スプリット ロック ワッシャーのメートル サイズ表 (DIN 127B)
スプリット ロック ワッシャーの寸法 (インチ)
ウェッジ ロック ワッシャーの寸法
- ボルトの呼びサイズ:M3 ～ M72 の一般的な製品ファミリー
- キーの寸法 (ペアあたり):
- 内径 d:ボルトのクリアランス
- 外径 D:ヘッドまたはナットに合わせたベアリング領域のサイズ
- ペアの厚さ T:2 つのワッシャーを合わせた高さ
- 注:一致したペアとして提供されます。環境に応じてステンレスまたはスチールを選択してください。カム角度はネジピッチ角度を超えるように設計されています。
スプリット ロック ワッシャーのメートル サイズ表 (DIN 25201)
トゥース ロック ワッシャーの寸法
- 内歯 (例:DIN 6797、DIN 6798):
- 仕様範囲:内径約 2 ～ 20 mm シリーズ
- 歯の形状:歯の角度は約 75 ～ 85°、歯の高さとピッチは約 1:2
- 熱処理後:硬度は通常 HRC42～50、弾性限界目標値
- 外歯 (例:DIN 6798 A):
- 仕様範囲:一般的な Φ3 ～ Φ20 mm と対応するインチ サイズ
- 材質と仕上げ:炭素鋼、65Mn、304/316 ステンレス。リン酸塩処理、亜鉛、ダクロメット、ニッケル
- キーの寸法 (ペアあたり):
- 分: 最小内径
- D 最大値: 最大外径
- s: 厚さ
- 注:小さなネジ頭または外面が滑らかである必要がある場合は、内歯を選択してください。外歯で噛み合わせを広げ、噛み合わせを良くする
トゥース ロック ワッシャーのメートルサイズ表 (タイプ A / DIN 6797)
4.ロックワッシャーの規格と材質
ロックワッシャーは、寸法、材質、性能を定めた規格に基づいて製造されています。一般的な標準には次のようなものがあります。
- ASME B18.21.1 :インチ シリーズのヘリカル スプリング ロック ワッシャー、ツース ロック ワッシャー、平ワッシャーをカバーし、その寸法と試験方法を指定します。
- ASME B18.21.2M :メートル法ロックワッシャーをカバーします。
- DIN 127A/B、DIN 128A、DIN 6797、DIN 6798A、DIN 7980 :ばね座金および歯止め座金に関して広く使用されている欧州規格
ロックワッシャーは通常、次のものから作られています。
- 炭素鋼
- ばね鋼
- ステンレススチール（A2、A4、300、400 シリーズ）
- リン青銅
- シリコンブロンズ
耐食性を向上させるために、リン酸塩処理、亜鉛メッキ、ニッケルメッキなどの表面処理が適用される場合があります。
5.スプリット/スプリング ロック ワッシャー、ウェッジ ロック ワッシャー、トゥース ロック ワッシャー:違いは何ですか?
スプリットワッシャー、ウェッジワッシャー、ツースロックワッシャーのいずれを選択するかは、用途の振動レベル、必要な予圧、および組み立ての重要性によって異なります。比較は次のとおりです。
6.スプリット/スプリング vs ウェッジ vs ツースロックワッシャー:ボルトを固定する最も強力な方法は何ですか?
比較テストと現場での経験から、特に極度の振動や安全性要件がある環境では、ウェッジ ロック ワッシャーがボルトを固定するための最も信頼性の高いソリューションを提供することが示されています。くさび効果によりクランプ荷重が安定し、ばねや歯の設計よりも効果的に緩みに抵抗します。スプリットロックワッシャーは、中程度の振動や頻繁に分解されるアセンブリに適しています。歯止めワッシャーは、中程度の荷重、特に電気接触や追加のグリップが必要な場合に適しています。
風力発電、鉄道輸送、航空宇宙など、最大限の安全性が必要な場合には、ウェッジ ロック ワッシャーが最適な選択肢です。一般的な締結の場合、分割ワッシャーと歯ロックワッシャーは実用的でコスト効率の高いパフォーマンスを提供します。
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