このツールについて
ねじ締付けトルク計算ツールは、ボルト締結部で目標とする軸力（締付け力・予荷重）を得るために必要なレンチの締付けトルクを求めるためのツールです。広く使われている簡易トルク式 \(T = K \cdot F \cdot d\) を用います。ここで K は無次元のトルク係数（ナットファクター）、F は目標とする軸力、d はねじ（ボルト）の呼び径です。この関係式は普遍的で、単位系を統一していればどのような単位でも成り立ちます。
使い方
トルク係数 K を入力します（無処理の素地鋼で 0.2 前後、潤滑あり（油塗布）で約 0.15、乾燥・亜鉛めっきで約 0.3 が目安です）。次に目標軸力 F をニュートン（N）で、ねじの呼び径 d をミリメートル（mm）で入力してください。計算結果はニュートンメートル（\(\text{N}\cdot\text{m}\)）とニュートンミリメートル（\(\text{N}\cdot\text{mm}\)）で表示されます。摩擦が結果を大きく左右するため、使用するボルトの表面状態や潤滑条件に合った K を選ぶことが重要です。
計算式の解説
加えたトルクのうち、おおよそ50%はナットや座面のすべり摩擦に、約40%はねじ面の摩擦に消費され、実際にボルトを伸ばして軸力（予荷重）を生み出すのはわずか約10%にすぎません。トルク係数 K はこれらの影響をまとめて1つの係数で表したもので、これにより次のシンプルな一次式が得られます。$$T = \text{K} \cdot \text{F (N)} \cdot \frac{\text{d (mm)}}{1000}$$本ツールでは d をミリメートルで入力するため、\(\text{N}\cdot\text{m}\) の結果を得る際には 1000 で割ってメートルに換算しています。
計算例
K = 0.2、F = 10,000 N、d = 10 mm の場合：$$T = 0.2 \times 10{,}000 \times \frac{10}{1000} = 0.2 \times 10{,}000 \times 0.01 = 20\ \text{N}\cdot\text{m}$$（これは 20,000 N・mm に相当します）。
ナットファクター（K）値：ファスナー状態別
ナットファクター \(K\)（トルク係数とも呼ばれます）は、ねじ摩擦、ベアリング（座面）摩擦、ねじピッチの幾何学的効果をまとめて、\(T = K \cdot F \cdot d\) で使用される無次元数に変換します。これは計算における最も変動の大きい入力値です。K の小さな変化は、与えられたクランプ力に必要なトルクに比例した変化をもたらします。以下の値は典型的な公開範囲です。常にファスナーサプライヤーまたはアセンブリ仕様が利用可能な場合はそれに従ってください。
| ファスナー/潤滑状態 | 典型的な K（範囲） | 公称 K |
|---|---|---|
| 受け取りのままの普通鋼（軽度に油を塗ったミル仕上げ） | 0.18 – 0.22 | 0.20 |
| 清潔で乾燥、潤滑剤なし | 0.20 – 0.30 | 0.25 |
| 機械油潤滑 | 0.12 – 0.18 | 0.15 |
| ワックス/二硫化モリブデン（モリ） | 0.10 – 0.12 | 0.11 |
| 亜鉛めっき（電気めっき） | 0.20 – 0.25 | 0.22 |
| 溶融亜鉛めっき | 0.25 – 0.35 | 0.30 |
| カドミウムめっき | 0.12 – 0.20 | 0.16 |
| 黒酸化皮膜 | 0.15 – 0.20 | 0.18 |
| ステンレス鋼同士（潤滑剤なし—かじり発生のリスク） | 0.25 – 0.50 | 0.30 |
| PTFE コーティング | 0.08 – 0.12 | 0.10 |
注記：これらの K 値は概算値であり、ソースおよび条件に強く依存します。表面仕上げ、めっき厚さ、繰り返し使用、温度、組立速度はすべて有効なナットファクターをシフトさせます。重大な継手については、K は代表的なハードウェアで実験的に決定する必要があります。
ボルトサイズ等級別の推奨トルク＆クランプ力
この表は、ナットファクター \(K = 0.20\)（清潔で軽度に油を塗った鋼）での一般的な粗ピッチメートルボルトの推奨締付トルク、および目標クランプ（プリロード）力は証明荷重の約 65～70% を対象としており、一般的な用途の継手に一般的な仮定です。トルクは \(T = K \cdot F \cdot d\) から計算されます。例えば、M12 8.8 等級ボルトで約 28,800 N のターゲットプリロードは \(T = 0.20 \times 28800 \times 0.012 = \) 69.1 N·m になります。常に適用可能な設計基準またはメーカーデータに対して検証してください。以下の値は典型的でありかつ丸められています。
| サイズ | 応力面積（mm²） | 目標プリロード、8.8 等級（kN） | トルク 8.8（N·m） | トルク 10.9（N·m） | トルク 12.9（N·m） |
|---|---|---|---|---|---|
| M6 | 20.1 | 7.3 | 9 | 13 | 15 |
| M8 | 36.6 | 13.3 | 21 | 31 | 37 |
| M10 | 58.0 | 21.1 | 42 | 62 | 73 |
| M12 | 84.3 | 30.7 | 73 | 108 | 126 |
| M16 | 157 | 57.2 | 180 | 265 | 310 |
| M20 | 245 | 89.4 | 360 | 510 | 600 |
| M24 | 353 | 129 | 620 | 880 | 1030 |
これらは一般的なファスナー標準（例えば ISO 898-1 プロパティクラス）から導き出された粗ピッチに関するガイドラインの数字です。10.9 等級および 12.9 等級の列は、これらの等級のより高い証明強度とスケーリングされます。潤滑されたまたはコーティングされたファスナーの場合、上記の表から適切な K を選択してトルクを軽減してください。
重要用語＆変数
- T—締付トルク（N·m または N·mm）
- 所望のクランプ力を展開するために、ナットまたはボルトヘッドに適用される回転モーメント。このツールでは、\(T = K \cdot F \cdot d\)、d は mm からメートルに変換されます。
- K—ナットファクター/トルク係数（無次元）
- ねじ摩擦、座面ベアリング摩擦、ねじピッチ幾何学をひとまとめにした経験的係数。潤滑状態と仕上げに応じて、通常 0.10～0.30。
- F—クランプ力/プリロード（N）
- 継手を固定するボルトシャンクで開発される軸方向張力。これは締付の有用な出力です。入力トルクのわずかな分率（多くの場合 10～15% 程度）のみがプリロードに変換され、残りは摩擦を克服します。
- d—公称直径（mm）
- ボルトねじの公称最大（外側）直径（例えば M12 ボルトの場合 12 mm）。式はメートルに変換するために 1000 で除算されます。
- プリロード
- 組立時にファスナーに取り付けられた初期張力、F に等しい。適切なプリロードにより継手が固定され、緩み脱落と疲労に対して耐性を持ちます。
- 証明荷重（N）
- ボルトが測定可能な恒久的変形なしに耐えられる最大引張荷重、プロパティクラスごとに定義されます。目標プリロードは通常、証明荷重の割合（多くの場合 65～75%）として設定されます。
- プロパティクラス
- メートルボルトの強度等級（例えば ISO 898-1 に従う 8.8、10.9、12.9）。最初の数字は引張強度に関連し、2 番目は降伏対引張比に関連します。
- ねじ摩擦
- 締付中にスライドするボルトおよびナットの係合ねじ間の抵抗。ナットファクター K の主要成分。
- ベアリング（座面）摩擦
- 回転するボルトヘッドまたはナット面と固定された表面またはワッシャ間の抵抗。通常、必要なトルクに対する最大の単一寄与者。
よくある質問
潤滑がそれほど重要なのはなぜですか？ 潤滑剤は K を低下させます。そのため、同じトルクでもより大きな軸力が得られ、逆に同じ軸力を得るために必要なトルクは小さくて済みます。必ず実際の状態に合った K 値を使用してください。
この計算は正確ですか？ いいえ。トルク係数法はあくまで近似であり、実際の軸力は ±25% 以上ばらつくことがあります。重要な締結部では、回転角法やボルトの伸び量測定を併用してください。
ヤード・ポンド法（インチ系単位）は使えますか？ 正式な計算式を用いれば使用できますが、本ツールは F を N、d を mm で入力して \(\text{N}\cdot\text{m}\) を出力することを前提としています。
