『ねじ』の本質は摩擦ですが、 いろいろな要素が絡んでいて、 研究はとても複雑なんです。

企業の現場で生きる“ねじ”の研究

神戸大学大学院海事科学研究科教授

福岡 俊道 氏

ふくおか としみち

1978年神戸商船大学大学院修士課程機関学専攻修了、84年同大学助教授、97年同大学教授、2003年より現職。専門分野は、材料力学、機械要素、計算力学、機械設計など。ボルト締結体の熱や力学挙動に関する研究や、高性能で安全な機械などを効率的に設計する方法を研究している。構造物の剛性（圧縮・ずれ・ねじれなどの外力に対する、物体の変形しにくい性質）と伝熱特性の評価に関する研究など、破壊や破損が最も起こりやすい接合部の強度評価に特に力を入れている。著書に「技術者のための　ねじの力学　〜材料力学と数値解析で解き明かす〜」（コロナ社）など

2012年6月号掲載

福岡　そうなんです。いろいろな方法を試したのですが、例えば、全て均等に１００の力で締めるボルトなら、「1本目は１３０の力で、2本目は×番目を80の力で締める…」という具合に、締める順番と力を証明しました。学会で発表し、賞までいただいて、学者の間では褒められました。
しかし、あるとき、講演で発表していると、年配のエンジニアの方に「その解析はすばらしいですが、そんな細かい順番や、力の加減はいちいち覚えられません。多少ばらつきがあっても、もっと誰でも覚えられるやり方を考えてください」と言われました（笑）。

──実用的ではないと…（笑）。つい隣のボルトを締めてしまったり、うっかりミスが起こる可能性は確かにありますね。

福岡　そうなんです。そこで、さらに解析を続けて、誰でも覚えられる、ばらつきをなくす方法を考えました。それは、一方向に締めていくやり方です。

──それは意外ですね。よくタイヤのホイールなどは、一方向で締めると傾くので、対角線状や十字に締めていきますよね。

福岡　解析してみると、ボルトは隣を締めたときが一番ゆるみやすく、1本のボルトは両隣で２回ゆるむチャンスがあります。それならば、一方向に締めれば、1本前しかゆるまないので、ゆるみが1回で済むのです。コンピューターシミュレーションしても、確かにばらつきが少ないことが実証できました。

──その締め方なら、ミスも起こりにくいですし、作業時間も短縮できますね。

福岡　その後、JIS規格では、ボルトが12本を超えるフランジは、一方向で締め付けることになったんですよ。

──そうなんですか！すごい発明ですね。

大型車の車輪脱落事故の安全管理技術に関する研究のため、トラックを使ったねじの締め付け実験を実施＜写真提供：福岡俊道氏＞

摩擦の変化に関する実験が重点テーマに

──これからの研究目標について教えてください。

福岡　実は、今後は摩擦について、もう少し重点を置いて取り組んでいこうと考えています。
摩擦の力は、締め付けと解放を繰り返すことで変わりますし、現場ではよく「焼き付き」という現象によってトラブルが起こるので、その防止策を考えていきたいと思います。

──「焼き付き」とは、ねじの表面が溶けて固まってしまうことですよね。

福岡　はい。締め付けたときに、ねじに摩擦熱が発生して、その熱によって膨張が起こり、「おねじ」（ねじ山が外面にあるねじ）と「めねじ」（内表面に溝を切ってあるねじ）が密着して動かなくなってしまうのです。

2軸同時締め付け装置の試作品＜写真提供：福岡俊道氏＞