ねじの焼付き

ねじの焼付き（galled threads）

 

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1. ねじの焼付きとは何か？

ねじの焼付き（galling）は、金属製のねじが締め付けられる際に、相手の金属表面と強く接触し、摩擦によって金属同士が溶着し、その後の動きにより一方の金属が他方から引き剥がされる現象です。この現象は、特にステンレス鋼やアルミニウムのような延性のある金属で顕著に見られます。一方、炭素鋼や銅合金では焼付きは発生しにくいといわれています。
焼付きは、摩擦と接触圧力の影響を受け、金属表面の酸化被膜が破壊されることで発生します。酸化被膜が破壊されると、露出した金属が相互に溶着しやすくなります。その結果、ねじを締め付ける際に大きなトルクが必要となり、最悪の場合、ねじや相手部材が破損することもあります。
焼付きは、機械部品の信頼性と耐久性に重大な影響を及ぼすため、その防止策を講じることが重要です。特に、高負荷がかかる箇所や、頻繁に取り外しが行われる箇所では、焼付き防止策を慎重に考慮する必要があります。

2. ねじの焼付きの発生原因

ねじの焼付きは、主に摩擦と圧力の相互作用により発生します。具体的な発生原因としては以下の要因が挙げられます。

（１）高負荷：

ねじの締め付け時に高い力が加わると、接触面の圧力が増加し、摩擦熱が発生しやすくなります。この摩擦熱が金属表面を軟化させ、溶着を引き起こす原因となります。

（２）潤滑不足：

潤滑剤の不足や不適切な潤滑剤の使用は、摩擦を増加させ、焼付きのリスクを高めます。潤滑剤は、金属表面の摩擦を減少させ、焼付き防止に重要な役割を果たします。

（３）表面粗さ：

金属表面の粗さが大きいと、真実接触面積が増加し、摩擦が増加します。滑らかな表面は、摩擦を減少させ、焼付きのリスクを低減します。

（４）材料特性：

ステンレス鋼やアルミニウムなどの延性の高い金属は、特に焼付きやすいです。これらの金属は、摩擦熱により簡単に軟化し、溶着しやすくなります。

（５）速度：

ねじの締め付け速度が速いと、摩擦熱が急激に上昇し、焼付きが発生しやすくなります。ゆっくりとした締め付けは、摩擦熱の発生を抑え、焼付きのリスクを低減します。

 

3. ねじの焼付きの防止策

ねじの焼付き防止には、いくつかの効果的な方法があります。以下に代表的な防止策を示します。

（１）適切な潤滑剤の使用：

潤滑剤を適切に使用することは、焼付き防止に最も効果的な方法です。潤滑剤は摩擦を減少させ、金属表面の直接接触を防止します。高温や高荷重条件下で使用されるねじには、耐熱性の高い潤滑剤が推奨されます。

（２）表面仕上げの改善：

ねじや相手部材の表面を滑らかに仕上げることで、摩擦を減少させ、焼付きのリスクを低減できます。特に、鏡面仕上げや研磨加工が有効です。

（３）適切な締め付け力の管理：

ねじの締め付け力を適切に管理し、過度な力を避けることで、焼付きの発生を抑制できます。トルクレンチを使用して正確な締め付け力を設定することが重要です。

（４）速度の制御：

ねじの締め付け速度を遅くすることで、摩擦熱の発生を抑え、焼付きのリスクを低減できます。特に、手動工具を使用する場合には、ゆっくりとした動作が推奨されます。

（５）材料の選定：

焼付きのリスクを低減するために、焼付きに強い材料を選定することが重要です。例えば、炭素鋼や硬化処理を施した金属は、焼付きに対して耐性があります。また、異なる材料の組み合わせを使用することで、焼付きのリスクをさらに低減できます。

 

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4. 焼付きが発生した場合の対処法

焼付きが発生した場合には、以下の対処法を考慮する必要があります。

（１）分解と清掃：

焼付きが発生したねじを慎重に取り外し、接触面を清掃します。金属片や異物が残っている場合、それが再び焼付きの原因となる可能性があります。

（２）潤滑剤の再塗布：

接触面に使用環境等を考慮した適切な潤滑剤を再度塗布し、焼付き防止を図ります。潤滑剤の種類や量を見直すことで、効果を最大化できます。

（３）表面の修正：

焼付きにより損傷した表面を修正する必要があります。研磨や再仕上げを行い、平滑な表面を再現します。

（４）締め付け力の再評価：

再度ねじを締め付ける際には、締め付け力を見直し、適切なトルクで締め付けることが重要です。トルクレンチを使用して、正確な締め付け力を設定します。できるだけ、準静的に付加するのが望ましいです。

（５）部品の交換：

損傷が深刻な場合や、繰り返し焼付きが発生する場合には、部品の交換を検討する必要があります。特に、頻繁に使用される部品は、定期的な点検と交換が推奨されます。

 

5. まとめと今後の展望

ねじの焼付きは、機械部品の信頼性と耐久性に重大な影響を及ぼす現象です。適切な防止策を講じることで、焼付きのリスクを大幅に低減できます。潤滑剤の使用、表面仕上げの改善、適切な締め付け力の管理などが効果的な防止策として挙げられます。
今後は、新しい潤滑技術や材料技術の開発により、焼付き防止効果がさらに向上することが期待されます。
また、デジタル技術を活用した締め付け力の管理やモニタリング技術の進化も、焼付きのリスクを低減する重要な要素となります。

 

引用文献
Introduction to the Design and Behavior of Bolted Joints 4th edition Non-Gasketed Joints CRC Press 2008年
Fastener Failure Caused by Galling　Fluoramics_HP　　
https://www.fluoramics.com/fastener-failure-caused-by-galling/17/
Assisted by chatGPT

eye catch image: from https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f6/External_Thread_Galling.png

ORG:2024/07/22