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ねじの締め付けトルク計算

ねじの締付トルク計算｜六角ボルトの基本式・摩擦係数・早見表まで解説

ねじの締付トルクは、適切な軸力（締付力）を得るために重要な設計パラメータです。本記事では、六角ボルト（M3〜M16・強度区分8.8）を対象に、トルク計算式、摩擦係数の影響、締付トルクと軸力の関係、および実務で使える早見表まで、実務で役立つ内容を網羅的に解説します。

締付トルク $T$ は、ねじ軸方向に発生する軸力 $F$ に対して以下の式で近似されます。

$T = K \cdot F \cdot d$

この式は実務上の簡易式であり、摩擦係数やねじの寸法に応じて変動します。

トルク係数 $K$ は、主に以下の2つの摩擦要素から構成されます：

代表的な摩擦係数の目安：

一般的に、軸力はボルト材料の降伏点に対して60%〜75%の範囲で設計されます。
強度区分8.8の場合、降伏応力は約640 MPaなので、許容軸力 $F$ の計算例は以下の通りです。

$F = \sigma_y \cdot A_s \cdot \text{安全率}$

M8ボルト（強度区分8.8）を例に、軸力とトルクを計算します。

トルク：

$T = 0.15 \cdot 16,396.8 \cdot 8 = 19,676.2 \, \mathrm{N \cdot mm} = 19.7 \, \mathrm{N \cdot m}$

ねじサイズ	有効断面積 $A_s$ [mm²]	目安軸力（70%）[N]	締付トルク [N・m]
M3	5.03	2,261	1.0
M4	8.78	3,932	1.8
M5	14.2	6,390	3.2
M6	20.1	9,009	5.4
M8	36.6	16,397	19.7
M10	58.0	25,984	38.9
M12	84.3	37,786	67.9
M16	157	70,336	169.6

締付トルクが理論上わかっていても、それを現場で確実に再現するには適切な作業方法とツールの選定が必要です。ここでは代表的な3つの締付方法について、実務上の特徴と注意点を解説します。

モンキーレンチやスパナなどを用いた手作業締付は、もっとも簡便ですがトルクの再現性に欠けます。特に小径ねじでは「締め過ぎ」や「緩み」が発生しやすく、作業者の経験に大きく依存します。

トルクレンチは設定トルクに達すると「クリック」などで通知し、狙ったトルクで締付が可能です。定期的な校正が必要ですが、手作業と比較して精度・再現性が大幅に向上します。

校正周期の目安： 6ヶ月〜1年に1回（JIS B 4652準拠）

トルク制御機能付きの自動ドライバやロボット締付装置を使用する場合、最も高精度な締付が可能です。トルクフィードバック・NG検出・データ記録など高度な制御が可能で、量産・品質保証に最適です。

締付方法	トルク精度	再現性	コスト	記録・管理
手作業	低	×	◎（安価）	×
トルクレンチ	中〜高	○	○（中程度）	△（一部記録可能）
自動締付装置	高	◎	△（高価）	◎（記録・管理に最適）

用途や求められる品質レベルに応じて、最適な締付手段を選定することが重要です。特に設計段階で必要トルクと許容誤差を明確にしておくことで、作業方法の選定と品質管理が一貫して行えます。