200Nmの締め付けトルクで締めたボルトを150Nmのトルクで緩めることができるのは何故？

Question

お世話になります。
http://oshiete.homes.jp/qa2521193.html
で質問したものです。

結局、リョービ製のAC100V電動インパクトレンチ(\20000)とトルクレンチ(\2500)の両方を購入しました。
実際に使ってみた感想は確かに、早い！楽チン！でした。
今までどうして購入することを考えなかったんだろうと思いました。

ただ一つ外せなかったボルトもあったのですがクロスレンチであっさりと緩めることができました。
今までよっぽど強い力で締め付けていたんですね。（苦笑）

さて今回の質問ですが、ホームセンターに販売応援に来ていたリョービのメーカの人と話していた中で、大きなトルクで締め付けられたボルトであっても小さなトルクで緩めることができるという話が出たのですが、これはどういう理屈なんだろうかということです。

実際、目の前で最大200Nmのエアインパクトレンチで３秒ほど締め付けを行った後、リョービの最大150Nmの電動インパクトレンチを使ってボルトを外すところを見せてもらいました。

メーカの人の説明では、手でぐいっぐいっと行うところを機械で行っているだけでトルクの大小とは関係ないということでしたが、今ひとつ理解できません。

文語的表現になりますが200Nmのトルクで”きつく”締められているのですからこれ以上のトルクでないとゆるめることはできないと思うのですが。。

ここらへんの理屈がわかる方がいらっしゃいましたらどなたか教えていただけませんか？
よろしくお願いします。

shironekoxxx · Accepted Answer

＃４です。

補足させて下さい。

インパクトであっても、そうでなくても（普通のレンチを使って手で緩めた場合でも）、締めた時の力よりも軽い力でネジは緩みます。例外は締めたあとにサビ付いた時や、緩み防止の形状を持つ場合くらいです。


私の先の例え（巨大なサイコロをクサビで持ち上げる）には大きな表現モレがありました。下記の条件を追加してお読み下さい。

「巨大なサイコロはクサビで持ち上がるとすぐに天井にぶち当たるような状態です」


さらに補足させて頂くと、ネジはクサビを細く長く伸ばして釘の周りに巻いた状態そのものです。それを打ち込む＝回す事で、ネジのアタマをナットに押し付ける＝サイコロが天井に押し当てられる、という状態だと考えて下さい。これが、＃４で言った「ネジを締める／緩める時も基本的には同じことが起きていると思って下さい。」という事の説明です。

bathbadya · Answer

No.5さんの回答は判りやすくて良いと思います。
若干補足すると・・・・

だんだん急になる坂道を一定の力で段ボール箱を押し上げると考える。
段ボール箱は地面を擦りながら移動している。
一定の力で押しているので、坂道の角度が限界以上になると押し上げられなくなる。この時、手を離しても段ボール箱は地面との摩擦があるので動かない。
坂道を降りる方向に押す場合は、段ボール箱自体の重みで下がろうとする力が働いているので、押し上げる力よりも少ない力で押して坂を下ろす事ができる。
ネジにたとえると、
「ダンボールが下がろうとする力」＝「ボルトが縮もうとする力」

＞200Nmの締め付けトルクで締めたボルトを150Nmのトルクで緩めることができるのは何故？
もともとボルトに要求するのはトルクではなく、軸力（押さえつける力）です。直接軸力が測れないのでトルクで代用してる。これが成立するのは特定の条件下での話で、条件が外れると成立しない。だから、「200Nmの締め付けトルクで締めたボルトを150Nmのトルクで緩めることができる」のも一定の条件下で成立することです。
ネジを締める速さや、ネジの面圧によっては溶着が発生し緩められない。

詳しいことが勉強したいなら、とりあえず書きＨＰあたりを読んでみては？
http://tohnichi.jp/technical/pdf/03_inspecting_J.pdf

prop_and_jet · Answer

『衝撃』　ですね。

インパクトレンチ。　



普通は逆なんですよ。特に、オートモーティブのボルトナットは。

マリン＝厚いペイントで保護してある。/　へビィインダストリアル＝油まみれ/　航空・宇宙＝特殊合金&軽い
などなど、ボルトを外す工具業界ではオートモーティブのボルトナットを緩める工具ほど、過酷な条件下で使われることを念頭に設計しますね。

しばらくすると、がっちがちに固着して、締め付けたトルクなどでは決して外せません。
例えば、100N・mで締め付けたホイールナット。しばらく経って外す時に同じトルクレンチで左に 100N・mのトルクを掛けても外せません。

（電動）インパクトレンチでしたら、100N・mを謳う機種でも外せるかもしれませんが。

ハンマー（かなづち）でナットを事前に適当に叩いておいても、外せるかもしれませんね 締め付け時に使った“トルクレンチ”のほうの 100N・mのトルクで。



インパクトレンチは、「石の上にも三年」 の原理も働きます。
例えば、１秒間に50回とか連打しますので、三年もかからず、しばらく連打で緩みます（緩み始めれば一瞬ですし）。
ここがインパクトレンチの怖いところです。ボルトを締め付けるときに、エアのインパクトレンチを数秒長く使うだけで、どんどん締め付けが増してしまいますよね。
つまり、インパクトレンチは「規定トルクでやめておく」ということが全くできないことは常識です。
よって。途中でカンカン戻るバネ（トーションバー）付きソケット（http://www.koken-tool.co.jp/catalog/jp/main/automotive/wheel_ttw.html）を使ったりしますが、これを使えば「安心」ではなく、万が一のボルトぶち切り防止という意味合いですね。

電動インパクトレンチは、限界がかなり低いでしょうから、まさかホイールボルト（ハブボルト）をぶち切ったりはしないでしょうけど、
（最大 150N・mなんて、するかな？）


とんでもなく重いもの（金属か石のかたまり。キューブ状。）が丈夫なテーブルに載っていたとします。これを正確に 0.5mm移動させたい時、木槌（木のハンマー）でカンカンカンとやると簡単ではないですか？
この時、きっと とても丁寧に弱く叩きますね。

「石の上にも三年」 の原理ですね。
いや、もっとまともに「物理」の計算式で説明できる原理なのですが、そこまでは不要でしょう。
（ピストルの弾丸１発で、電車は何ミリ動くか？とかのあれですね。当然、摩擦は有りで計算しますが。）


つまり、まとめますと、固着分は金槌ハンマーの原理の衝撃で引き剥がし（締め付け直後でも、一旦停止したボルトは「静止摩擦」ですので高い。）、
木槌の連打「石の上にも三年」 の原理で動かしていく。といったところでしょうか。


当然、ANo.1～ANo.5様のご回答の原理も、作用してますよね。
「手（指）だけで回してもホイールナットはこれ以上右に締め付けられないが、それ以下の力で左には回るでしょう？」 という話ですよね？


しかし、キレイに「動摩擦」状態で締め付けたボルトは、「静止摩擦」状態では同じトルクでは右にも左にもこれ以上回りませんけどね。
（摩擦有り の計算上でですね。）　（もし摩擦ゼロで計算したら、逆に、「右には一切回らなくても、左にはどんなに弱い力でも回る。」となります。）


実世界では、摩擦はあるわけですから、現象としては、『「動摩擦」状態で締め付けたボルトは、「静止摩擦」状態では同じトルクでは右にも左にもこれ以上回らない。』 というものに近くなりますね。
そこで浸透潤滑剤でも吹きかければ、今度は「摩擦なし」の状況に近付くというわけです。

「では、なぜ、電動インパクトレンチは実世界でこの結果（リョービの例）なの？」
という疑問になりますよね。
先程からの、『衝撃』、「石の上にも三年」、ですよね。
そもそも電動のインパクトレンチは、エアのインパクトレンチに比べて威力が弱い。よって、衝撃力が頭打ちになるポイントがかなり手前にある。
このポイントを仮に、“○○トルク相当”という表現の仕方で表しているのではないでしょうか。
先程のテーブルの上の重い石、仮に同じ木槌で同じ力で叩いても、石のほうをだんだん重くすれば、いつかは動かなくなりますね。ここが電動でいうところの「頭打ちポイント」です。
しかしどうでしょうか。石の重さを、木槌で動いていた頃の程度の重さに戻してみても、それを手だけで押して移動させようとしたら、はるかに力をこめないと、動きそうにありませんよね。
これが、“衝撃”力ですね。衝撃を繰り返しながら、ちょっとづつ（でも、１秒間で50回も木槌で叩けば、石の移動も一瞬ですね。）動かすのです。
この力を応用したものが、インパクトレンチですね。
｛（もしこれが、150N・mのトルクを発生させているというのなら、）、片手で電動インパクトレンチ（というか、トルク 150N・mを発生させる電動工具）を持ってナットを回そうものなら、腕がねじれてしまいます。｝


例えば、インパクトレンチではなく、プレート型トルクレンチ（http://tohnichi.jp/product/detail/057.html）で、キレイに「動摩擦」状態でトルク 200N・mで締め付けたボルトは、締め付けたときと同じこのプレート型トルクレンチを使って 200N・mのトルクを掛けても、右にも左にも回りませんよね。　締め付け直後の、まだ固着していない時の話ですよもちろん。

そこに浸透潤滑剤を吹けば、左に回っちゃうでしょうね。右にももう少し回っちゃう。これが、「正しいトルク値を守る場合、ボルトナットに付いたオイルは、よく拭くこと。」の理屈です。


--------------------------------------------------------------------------------------------
あっ、そうそう、トルクレンチで締め付けるときに、途中で止めてはいけないのです。

締め付け途中で止まってしまい、そのまま規定トルク表示で動かなくなった場合は、『一旦少し戻してやり直し』 ですね。
「動摩擦」より、「静止摩擦」のほうが、摩擦が強いのです。動摩擦状態なら まだまだ動いた はず なところで止まってしまうと、今度は静止摩擦ですので これ以上は動かない。
よって、やり直し というわけです。


ディーラーのメカニックとか、ゼンッゼンダメな人とかいますよね。
シグナル式トルクレンチで、カチッという前に止めてしまって、その後「静止摩擦」状態で、カチッ・カチッ・カチッ とか。
まあ、タイヤショップよりはマシ。あっちはインパクトレンチでギュ～ンババババですから。
あんなやり方で、ホイールのセンター出るのかな？


正しいホイールの付け方は、詳しくは、（http://oshiete1.goo.ne.jp/qa2441764.html）の ANo.2 の真ん中辺

【ハブ部よりセンターボアの大きいホイールの、正しい取り付け方。】
（１） ～ （５）

最後の締め付けは、メーカー指定の規定トルクにて、キレイに「動摩擦」状態で締め付けて下さい。

inaken11 · Answer

例えば、２００の力で坂道を押し上げた段ボール箱は、それ以下の力で押しても坂をすべり下りる、という事ではないでしょうか。

shironekoxxx · Answer

#3さんが仰っている
＞くさびを入れる力と抜く力
これが一番イメージしやすいと思います。

今、巨大なさいころが地面に置いてあり、このさいころの下にクサビを打ち込むとします。
打ち込んだ時に必要な力と、抜き取る時に必要な力は同じでしょうか？
それともどちらかのほうが小さいでしょうか？

仮に、さいころ底面、ちょうどクサビが刺さるところをクサビと同じ角度に削ります。
その角度＝クサビの角度が１０度くらいだとよく分からないと思いますが、この角度をどんどん大きくしてみて下さい。
仮に角度を４５度くらいにしてみたらどうでしょう？

恐らく何もしなくても（引っ張らなくても）くさびは抜けちゃうのでは？


これは極端な例ですが、ネジを締める／緩める時も基本的には同じことが起きていると思って下さい。

hama88 · Answer

くさびを入れる力と抜く力
コルク栓を入れる力と抜く力
ボルトも同じかと思います


締める時には雌ねじの山（片方の面）
を押す力＋摩擦
抜く時は摩擦のみ

なのではないかと。。s

morimomori · Answer

文章にすると難しいですね。
　ボルトやナット締め付けの規定は、「○○Nmの力で締め付ける方向へ回す」ようになっています。
　締め付けの概念としては、規定の力で直接押しつけているわけではなくて、ネジ山（溝と山です）同士の摩擦力と締め付ける対象を押しつける力の合計が、締付力を上回るトコロを規定しているだけなんです。

　ホイール締め付けで書くと、（数字は適当です）
　締め付け時＝120Nm（ナットとボルトの摩擦）＋80Nm（ナットがホイールを押さえつける力）＝200Nm
　ゆるめる時＝120Nm（ナットとボルトの摩擦）だけ
　という訳で、150Nmの出力しかないインパクトレンチでもゆるめる事ができます。
　錆び付いて固くなったボルトやナットを緩めるのに、潤滑油（556とかです）をかけますよね。
　これはボルト山や接着面の摩擦力を軽減させるためにしているんです。
　こう考えると、イメージとして理解できませんでしょうか。

　ただインパクトレンチは、設定値より大きなトルクで締め込む事があるので、あまりお奨めできません。
　厳密なトルク管理を必要とする場所には、トルクレンチを使った方が無難です。
　（ホイール交換くらいなら、あまり支障にならないかと思いますが）

noname#131426 · Answer

ボルトナットが締め付けられる力は、摩擦ではなく、ボルトの伸びによる張力だからだと思います。
回す力で止まるのではなく、ボルトの山とナットの山がお互いに引っ張り合うことに因る力で固定されています。
引っ張り上げる力より、緩める方が力は少なくて済みますよね。

200Nmの締め付けトルクで締めたボルトを150Nmのトルクで緩めることができるのは何故？

＃４です。

No.5さんの回答は判りやすくて良いと思います。

『衝撃』 ですね。

例えば、２００の力で坂道を押し上げた段ボール箱は、それ以下の力で押しても坂をすべり下りる、という事ではないでしょうか。

#3さんが仰っている

くさびを入れる力と抜く力

文章にすると難しいですね。

ボルトナットが締め付けられる力は、摩擦ではなく、ボルトの伸びによる張力だからだと思います。

この回答への補足

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