CNC加工におけるねじの種類：エンジニア向けガイド

ねじはCNC加工における基本的な要素であり、機械部品を高精度かつ高強度に組み立てることを可能にします。ボルト、ネジ、またはパイプ接続を必要とする部品を設計する場合でも、適切なねじの種類を選択し、正確に指示することが、最終製品の成否を左右します。

このガイドでは、さまざまなねじの種類、技術図面でそれらを指定する方法、遅延を回避して高品質の結果を確保するための実用的な製造のヒントについて包括的に説明します。

スレッドとは何ですか?

ねじ山とは、丸い軸や丸い穴の内側に螺旋状に刻まれた溝のことです。ボルトやネジのねじ山は、部品の周囲を巻き付けるように、一連の稜線を切削または転造することで形成されます。ナットや機械部品などの穴にねじ山を合わせると、これらの稜線が固定されます。

ねじは何千年も前から使われてきましたが、ほとんどの人は日常的にその存在を意識することはありません。瓶の蓋を締めたり、車の車輪を車軸に固定したり、老眼鏡の焦点を調整したりする時、私たちは常にねじに頼っています。いずれの場合も、ねじは部品を固定したり、密閉したり、移動させたりするための信頼性の高い手段を提供してくれます。

ねじ設計における主要なパラメータ

特定のねじの種類について詳しく説明する前に、ねじ山を定義する主要な幾何学的特徴を理解することが重要です。これらの特徴は、さまざまな機械システムにおけるねじ山の適合性と機能に影響を与えます。

1. 外径

外径とは、ねじ山の山から山までを測った、ねじ山の最も広い部分です。外径はねじ山の一般的なサイズを決定し、締結部品の寸法を定める際によく使用されます。外ねじ（ボルトなど）の場合は、ノギスで測定できます。

2. 内径（マイナー径）

短径とは、ねじの根元から根元までを測った最小の直径です。これは、特に張力がかかる用途において、ねじの強度を評価する上で非常に重要です。

3. ピッチ径（有効径）

ピッチ径とは、ねじ山の太さとねじ山の間隔が等しい仮想的な直径です。2つのねじ部品がどれだけしっかりと嵌合するかを判断する上で不可欠です。この値は、専用のゲージがなければ直接測定できません。

4。 ピッチ

ピッチとは、ねじの軸に沿って測定された、隣接するねじ山の対応する2点間の距離を指します。細目ねじは精密用途でよく使用され、粗目ねじは汎用用途に適しています。

5。 鉛

リードとは、ねじ山が1回転する距離です。単条ねじでは、リードとピッチは同じです。多条ねじでは、リードはピッチの倍数となり、1回転あたりの移動速度が速くなります。

6. ねじ角度

これはねじ山の側面間に形成される角度です。ねじ山の形状によって角度は異なり、例えばメートルねじでは60°、英国ねじでは55°となります。

7. 歯形

歯形はねじ山の形状（一般的には三角形、四角形、台形）を決定します。歯形はねじ山の強度と効率に直接影響します。

外ねじと内ねじ

ねじの種類について詳しく説明する前に、外ねじ（ボルト、スタッドなど）と内ねじ（ナットや部品のタップ穴など）を区別することが重要です。外ねじはシャフトやロッドの外側に形成され、内ねじは穴に切込まれます。CAD図面でこれらを正しく記述することは不可欠です。両者を混同すると、製造上の重大な問題が発生する可能性があります。

CNC加工で使用される一般的なねじの種類

エンジニアは、地域、業界、設計要件に応じてさまざまなねじ形状を使用します。

メートル（ISO）ねじ

メートルねじは国際標準化機構（ISO）の規格に準拠しています。メートルねじは、文字「M」の後に呼び径（ミリメートル単位）を表記します（例：M8、M10、M12）。ねじピッチが標準ピッチと異なる場合は、「×」記号の後にミリメートル単位でねじピッチが表記されます。

• 標準ピッチの例:
  • M6 × 1.0（公称径6mm、ピッチ1.0mm）
  • M10 × 1.5（公称径10mm、ピッチ1.5mm）
• ファインピッチの例:
  • M8 × 1.25（直径8mm、ピッチ1.25mm）
  • M12 × 1.0（直径12mm、ピッチ1.0mm）

メートルねじは世界中で最も一般的に使用されているねじの種類です。「M10 × 1.5 – 6g」と刻印されたボルトまたはナットは、公差等級が6g（外ねじ）、ピッチが1.5mmの標準メートルねじであることを示します。設計者は通常、公差等級についてISO 965-1を参照します。公差等級では、めねじの場合は6H、おねじの場合は6gがデフォルトです。

ユニファイねじ（UNC、UNF、UNEF、UNS）

ユニファイねじは、北米および多くの国際的な産業界で認められているインチベースのシステムに準拠しています。ユニファイシステムでは、UNC（並目）、UNF（細目）、UNEF（極細目）、UNS（特目）という基本シリーズが採用されています。

• UNC（粗目）: 軽微な損傷にも強い、高速汎用ねじ。例：1/4″-20 UNC（呼び径20/XNUMXインチ、XNUMXインチあたりXNUMX山）。
• UNF（細目）: より厳しい公差と深い内径を持つねじ山により、疲労強度が向上し、振動下でも優れた保持力を発揮します。例：1/4″-28 UNF。
• UNEF（極細紙）: 小型で精密なアセンブリや、薄い材料で小さな内径が必要な場合に最適な、さらに細かいねじ間隔。例：10-32 UNEF。
• UNS（特別）: 標準外のピッチ、深さ、または許容差が要求される特殊な用途に使用されます。

ユニファイねじは、ISOメートルねじと同様に、フランク角が60°です。標準公差等級は、2A/2B（中）、3A/3B（きつい）、1A/1B（ゆるい）です。「A」は外ねじ、「B」は内ねじを示します。等級が指定されていない場合は、ほとんどの場合、2Aまたは2Bとみなされます。

パイプねじ（NPT、NPTF、BSP、BSPP）

配管や流体輸送システムには、流体を密封するねじ山が必要です。標準的な締結具は圧力がかかると漏れが生じますが、パイプねじはテーパー形状または平行形状を採用しており、締め付けると圧縮されて密封されます。

1. NPT(国立パイプテープ)NPTねじは1:16の比率でテーパーが付けられています。ストレートねじだけでは密閉できません。締め付けると、テーパー面が押し付けられ、ねじシーラントまたはテープで密閉されます。
2. NPTF（ナショナルパイプテーパード燃料）NPTFはNPTのドライシールタイプです。追加のテープやシーラントを使用せずに、厳密な公差でシールします。
3. BSP（英国規格管平行管）: BSPPねじは平行です。継手にはOリングまたは ワッシャー 封印する。
4. BSPP (英国標準管継手): ねじ山は平行で、テーパー状ではありません。継手またはフランジの表面には通常、柔らかいシーリングワッシャーまたはOリングが使用され、漏れのないシールを形成します。

配管接続部、油圧継手、空気圧システムには管用ねじ山が用いられます。図面に管用ねじ山の記載が必要な場合、設計者は規格（NPT、NPTF、BSP、BSPT）とサイズ（例：「1/2 NPTF」）を明記する必要があります。図面に詳細が記されていない場合、サプライヤーが誤った規格を選択し、漏れや不適合が生じる可能性があります。

ACME スレッド

ACMEねじは、29°のフランク角を持つ台形形状を採用しています。高荷重下でもVねじよりも高い強度と低い摩擦特性を備えています。一般的な用途は以下のとおりです。

• フライス盤、旋盤、CNC マシンのリード スクリュー。
• 大型アクチュエーターとスクリュージャッキ。

ほとんどのACMEねじは、一条または多条ねじです。二条ねじは、同じピッチの一条ねじに比べて、1回転あたり2倍のねじ山が進みます。代表的なACMEねじシリーズには、以下のものがあります。

• **2Gまたは2V（汎用、粗）
• 3Gまたは3V（許容差が狭い、より細かい）
• 4G（高精度）
• 8Gまたは8V（コスト削減版）**

設計者は必要に応じて、ACME シリーズ、ピッチ、公差クラス、コーティングを指定する必要があります。

四角ネジ

四角ねじは、側面が垂直で、フランク角が0°です。一般的なねじ形状の中で最も摩擦が少なく、効率が最も高くなります。設計者は、精密な動力伝達と高い効率が最も重要となる用途で四角ねじを使用します。例えば、次のような用途です。

• 機械プレス
• 高精度アクチュエータ
• 初期の機械における大型ボールねじの代替品

四角いねじは、ACME よりも切断や検査が難しいため、その使用は、非常に高負荷または高効率のケースに限定されます。

英国規格ねじ（BSW、BSF）

英国規格ねじはユニファイドねじよりも古く、55°のプロファイル角度を採用しています。一般的なねじの種類は以下のとおりです。

• BSW (英国標準ホイットワース)：一般的な組み立てに適した粗いねじ。
• BSF（英国標準品質）: 1 インチあたりのねじ山数を増やす必要がある部品用の、より細いねじ。

古い規格であるにもかかわらず、BSWおよびBSF継手は、アンティーク車両や一部の産業機器に今でも見られます。部品がレガシーシステムとインターフェースする必要がある場合を除き、ほとんどの開発者はメートルねじまたはユニファイねじを使用しています。これは、古い英国規格は入手が困難であるためです。

バットレススレッド

バットレスねじは、片側が角ねじ、もう片側が斜めねじの形状をしています。斜め側面のねじ山の内角は通常45°です。設計者は、例えば以下のような一方向荷重を受ける場合にバットレスねじを使用します。

• 高荷重油圧ジャッキ
• 大型工業用プレス
• 一方向に大きな軸方向荷重がかかるねじクランプ

バットレスねじは、垂直側面と傾斜側面を組み合わせることで、軸方向の力に効率的に抵抗しながら、四角ねじよりも加工が容易です。

ナックルスレッド

ナックルねじは、山と谷が丸みを帯びており、角度が比較的緩やかです。以下の用途に使用されます。

• 素早い接続と切断を必要とするアプリケーション。
• V ネジが簡単に交差する可能性のある電気接続部または繊細な継手。

ナックルねじは、業界によっては「ボールねじ」または「丸ねじ」と呼ばれることもあります。Vねじのように丸い根元に異物が絡みにくいため、過酷な環境でも優れた異物除去性能を発揮します。

マルチスタートスレッド

多条ねじは、2本以上の異なるねじ山が平行に並んでいます。設計者は、迅速な噛み合いや高速軸方向移動が必要な用途で多条ねじを選択します。一般的な用途は以下のとおりです。

• ノブを数回回すだけで脚を開くことができるクイックロックカメラ三脚。
• 調整可能なマウントの大型ターンバックルまたはリードスクリュー。

180条ねじでは、各ねじ山が円筒の周囲にXNUMX°オフセットされています。この配置により、同じピッチのXNUMX条ねじと比較して、ナットXNUMX回転あたりのリードがXNUMX倍になります。

ワームスレッド

ウォームねじは、単純なねじではなく、ウォームギアに使用されます。ウォームホイールと組み合わせることで、高い減速比を実現します。ウォームねじは締結ねじではなく、ギアセットの一部を形成します。

販売者（SAT）スレッド

セラーねじ（セラーズねじとも呼ばれる）は、60°のプロファイルを持ち、底部は平らです。かつては米国で一般的でしたが、UNC/UNFに置き換えられました。古い機器を継承した場合、セラーねじがまだ見られることがあります。

「V」ねじ

「V」形状は、ISOメートルねじおよびユニファイねじで使用される、典型的な60°ねじ山形状です。強度、切削の容易さ、そして大量生産への適合性のバランスに優れています。

適切なねじの種類を選ぶ方法

適切なねじの種類を選択するには、材質、負荷条件、性能要件を考慮する必要があります。以下にヒントをいくつかご紹介します。

• ねじの種類と材質を一致させる: 金属に適した糸もあれば、プラスチックや柔らかい素材に最適な糸もあります。
• ねじピッチを確認する: 細目ねじは精度を高め、太目ねじはグリップ力とねじ山の剥がれに対する耐性を高めます。
• シーリングのニーズを理解する: 気密または防水シールにはテーパーねじを使用し、機械的なフィットで十分な場合はストレートねじを使用します。
• 製造方法を考慮する: 四角ねじやバットレスねじなどの一部のねじには、転造や鋳造などの特殊な工具やプロセスが必要です。

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製造性を考慮したねじの設計のヒント

• 業界標準に従う特殊な用途でない限り、UN（UNC/UNF）ねじとメートル（M）ねじをご使用ください。標準ねじは調達の選択肢を広げ、製造コストを削減します。
• 止まり穴のねじ深さを指定する: 常に正確な深さを入力してください。そうしないと、製造に遅延が発生します。
• 標準ドリルサイズを使用する: カスタムドリルはコストとリードタイムを増加させます。
• 図面上で外ねじと内ねじを明確に区別する: 内部には大文字 (6H)、外部には小文字 (6g) を使用します。
• 適切なクラスを選択する: 中クラスのフィット (6H 内部/6g 外部 メトリック、2A/2B ユニファイド) は、製造性とパフォーマンスのバランスが取れています。
• 過剰なエンジニアリングを避ける: 部品の機能上必要な場合を除き、UNEF、ACME、多条ねじなどの複雑なねじは避けてください。よりシンプルなねじの方が、速度、コスト、検証が容易です。
• 穴のサイズには注意してください: 穴とねじのサイズの不一致により混乱と遅延が発生します。
• ねじの噛み合い長さを考慮する: エンゲージメントが長くなると強度は向上しますが、コストと時間が増加します。

実践的な製造ノート

• 地域の好み: 米国ではユニファイドねじが主流ですが、それ以外の国では世界的にメートルねじが主流です。
• パイプのねじには特別な注意が必要です: 多くの場合、フィットではなくテーパーによって流体を密封するため、特定の規格に従います。

止まり穴と貫通穴

部品にねじ山を切るときは、穴が止まり穴（部品を貫通しない）か貫通穴（完全に貫通する）かを必ず確認してください。

• 止まり穴 明確に定義されたねじ深さが必要です。
• 貫通穴は部品の壁全体を貫通するため、通常はプロセスが簡素化されます。

ねじの仕様が不完全であること、特に止まり穴の深さの値が欠落していることは、製造の遅延の一般的な原因です。

技術図面にねじ山を記入する方法

エンジニアは、図面にねじ山を配置する際に、明確で曖昧さのない情報を提供する必要があります。これらの情報は、機械工が適切な工具を選択し、ミスを回避し、品質を維持するのに役立ちます。図面で重要なパラメータが省略されていたり、ラベルが誤っていたりすると、最も大きなミスが発生します。以下のガイドラインは、完全な図面を作成するのに役立ちます。

1. スレッドを明確に示すビューにラベルを付ける

穴やロッドの全体形状がわかる図面ビューを選択してください。止まり穴のめねじの場合は、断面ビューまたはカットアウェイビューに寸法を配置することで、作業者が穴の深さを目で確認できるようになります。シャフトやボルトのおねじの場合は、メインビューまたは拡大された詳細ビューでねじの全長を表示します。

2. シリーズ、サイズ、ピッチを指定する

すべてのスレッド ノートには次の内容を含める必要があります。

• シリーズ （例：M、UNC、UNF、NPT）
• 公称直径 （例：10 mm、1/4インチ）
• ピッチまたはTPI （例：1.5 mm、20 TPI）

たとえば、内部メトリック スレッドの場合:

• M10×1.5

この注記は、機械工に外径10mm、ピッチ1.5mmのメートルねじを切るように指示しています。図面に「M10」とだけ記載されている場合は、特に指示がない限り、機械工はM10ねじの一般的な標準ピッチ（1.5mm）を使用します。

ユニファイド外ねじの場合:

• 1 / 4-20 UNC

機械工はこれを、外径 0.250 インチ、インチあたり 20 個の山、並目ねじシリーズと読み取ります。

3. クラスの適合性または許容範囲を示す

設計者は、ねじの締め付け具合を制御するために等級はめあいを使用します。アプリケーションで標準はめあいが求められる場合、図面では等級はめあいが省略されることがよくあります。製造業者は、デフォルトで中程度のはめあいを想定しています。

• メートルねじ：内ねじ6H、外ねじ6g
• ユニファイねじ：内ねじ2B、外ねじ2A

よりきつい嵌合や特別な許容差が必要な場合は、図面にその旨を明記する必要があります。例：

• M10 × 1.5 – 6H × 6g

この注記は、内径ねじ（公差6H）と相手ボルト（公差6g）の両方が中はめあい規格に従わなければならないことを意味します。加工者は、6H/6gのラベルが付いたタップとダイスを選択します。

指定されたフィットのユニファイねじの場合:

• 1 / 4-20 UNC-2B

ここで2Bとは、2Aの外径ボルトと組み合わせる中程度の内径嵌合を意味します。高応力または振動を受ける組立では、遊びを減らして緩みを防ぐため、3A/3Bが必要になる場合があります。

4. ねじ深さをマークする（止まり穴）

止まり穴には、明確な深さの表記が必要です。「M8 × 1.25 貫通」と表記すれば、機械工は部品を完全に貫通する穴を切ることを理解します。「M8 × 1.25 × 12H」と表記すれば、12mmの深さでねじ切りを止めることを理解します。数字の後に「H」を付けることで、深さはねじ山の深さであり、穴全体の深さではないことを示します。

盲目の敵の例:

• M8 × 1.25 × 15 DP RH

この注記は、機械工に、外径15mm、ピッチ8mm、右ねじで深さ1.25mmの止まり穴を切削するように指示しています。「× 15 DP」を忘れると、機械工はボルトが完全に入らない標準的な止まり穴を切削してしまうか、深く切りすぎてタップを破損してしまう可能性があります。

5. 糸の巻き方向を指定する（標準でない場合）

ねじの巻き方が標準の右ねじと異なる場合は、必ず明記してください。左ねじには「LH」を付けてください。多くのカップリング、ジャムナット、回転軸では、意図しない緩みを防ぐために左ねじが使用されている場合があります。例：

• M12 × 1.75 左

このネジは反時計回りに締めます。「LH」を省略すると、機械工は右ネジを切ります。

ダウンロード可能なねじサイズ表

互換性のあるドリル サイズを素早く識別するには、次の標準スレッド チャートを使用します。

まとめ：

ねじの種類と適切な設計方法を理解することで、CNC加工部品の製造性と組み立て性を大幅に向上させることができます。規格を遵守し、コールアウトを明確にし、ねじの仕様と穴のサイズを常に再確認してください。

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