「ねじ」について学ぶ

素晴らしい気付きですね。ねじを適切に使うことは品質を守る上でも重要です。たったねじ一本のゆるみが、機械の故障のみならず重大な事故につながることだってありますから。

いい質問です。でも実はこれは奥が深い話で、ねじがどうしてゆるむのかを知るには、まず「ねじがどういう仕組みでしまるのか」を知る必要があります。

では、具体的に下のイラストを見ながら考えてみましょう！ねじをつまんで回していくと、ねじはナットのねじ穴に入り込んでいき、やがてねじの頭が止めたい物に接触して止まりますね。
ではそこからさらに、ドライバーやレンチなどの工具で強力にしめ付けることを考えてみましょう。

ねじは回されると相変わらずねじ穴に入り込んでいこうとするので、「ねじの頭」から「ねじの噛み合い部」の間の部分には引張りの力がかかります。この引っ張る力によって、実はごくわずかにねじが伸びるんです。

「硬い」ということはあくまで「力を加えたときに変形しにくい」ということであって、引っ張る力が十分に大きければ金属であっても伸びるんです。これは中学理科で学習する「ばねの伸びと力の関係」と全く同じで、身の回りのものは基本的には力をかけると変形するバネのような性質、専門的な言葉でいうところの「弾性」を持つのです。

なのでいったん、ねじの軸はバネのようなものと考えてみよう。では、ここで質問。ばねが伸びた状態で固定されているとき、バネの両端にはどんな力が働いていると思いますか？

その通り。この元に戻ろうとする力、復元力とも呼称される引張の力が両端には生じています。つまり、工具でしめられて伸びたねじにもこれと同じ引張の力が生じていて、この力でねじは物どうしを強力に固定しているんです。

この伸びたねじが元に戻ろうとして生じる引張の力は「軸力」と呼ばれ、ねじの強度計算をするにあたって最も重要な値なんです。
一見超単純なねじですが、実は工学的に奥が深い部品なんです。

ねじがしまる仕組みが分かったところで、次回はねじがゆるむ理由と、それを防ぐためのワッシャーについてお話しますね。