手で締めたタイヤのナットはなぜ一度だけ緩むのでしょうか。

質問

北国ではマイカーのタイヤを冬タイヤに履き替える時期が到来し、過日、私も作業を済ませました。
最近は、ガソリンスタンドで履き替えをしてもらう人も増えていますが、私は、毎年、標準で付属してきたジャッキを使って、自分で履き替えをしています。
そこで、疑問なのですが。
自分で履き替えの作業をするときは、当然、タイヤのナットはレンチを使って手作業で締め付けるのですが、履き替え後、数十キロ車を走らせると、ナットが自然に緩み「増し締め」をする必要が出てきます。
しかし、一度増し締めをすると、今度は、いくら走ってもナットは緩みません。
（次にタイヤを交換するとき、レンチでナットを緩めようとすると、適度な固さで締まっているのがわかります。）

もちろん、ガソリンスタンドでタイヤを履きかえると、その後に増し締めの必要がないのは、機械で（人力では及ばないような強い力で）ナットを締め付けているからと思われます。
しかし、そう考えると、自分で作業をした場合、やはり手作業の弱い力で締め付ける「増し締め」のあとにも、更に「増し締め」が必要になりそうなものですが…実際はそうなりません。
毎年、春と秋にタイヤを履きかえる都度、疑問に思っていました。

専門的には、機械工学？などの分野の問題になるのでしょうか。
そのへんの原理がお分かりの方がいらっしゃれば、ご教示をお願いします。

回答No.4

Sasakik · ベストアンサー

ちょっとしたコツをつかめば、手締めでも緩むことはありません。
私自身、１年に最低で３２本のホイルナットを手締めで作業していますが、ここ数年は増し締めしたことはありません（もちろん、走行させた後に確認しています）。

特にテーパーナットの場合に、手締めではきちんとテーパーに収まらないままの浮いた状態で締め込んでいるコトが多いですね。それが走行の振動で本来の位置に収まる＝浮き分が緩むため、増し締めが必要となるワケです。
エアレンチなどの機械締めなら、締め込みの勢いや振動で上手くテーパーに収まっているんでしょうね。ちなみに機械でもカーアクセサリーショップなどで売っている１２Ｖのインパクトレンチはトルクは出ますが、回転スピードが弱いのでテーパーに収まらないことがあります。

私の手順というか・・・
「締め込みの順番は対角線、一発で締め込まないで最後に適正トルクで」は基本として理解しているでしょう。
で、１本締めるごとに、タイヤを軽く揺すってみてください。
キッチリ締めたはずの最初の１本が緩んでいたりします。
それを２～３回繰り返して締め込んで、最後に適正トルクで締めるしていますが、増し締めすることはありません。
慣れてくると最初の１本からキチンとテーパーに落ち着けることが出来るようになるでしょう。

＞そのへんの原理
「収まるべきところに収まっていなかった」だけで、原理なんてたいそうなシロモノではないでしょうね。

お礼

ご回答をいただき、ありがとうございました。
＞１本締めるごとに、タイヤを軽く揺すって＜
　具体的なアドバイスをいただき、たいへん参考になりました。この次のタイヤ交換のときに、さっそく試してみたいと思います。
＞原理＜
　なるほど。コツとかノウハウといレベルのもののようです。
　なお、回答者各位に共通のお礼を、便宜、＃１の回答者さまのお礼欄に記入させていただきました。

回答No.17

anny_no1

補足ですが
増し締めは左を強めが基本・・・
正ナットと逆ナットでも違ってきます
トラックなどは進行方向ナットとなっているため左側は逆ナットです。
これはブレーキを掛けるたびにナットが締まる方向動くようしているためです。
昔の乗用車も進行方向ナットでしたが昭和45年頃からナットやホイール、タイヤ、ハブの性能も上り、ほぼ正ネジとなりました。
進行方向ナットを乗用車がやめた事から、走行中に左側は緩みやすく、右側は締まる方向にあります。
実際に長い間タイヤを外していない車のナットを緩めようとした場合、
右側が異常に硬くて外れにくく左はすんなり緩むケースがあります。

お礼

＞ブレーキを掛けるたびにナットが締まる方向＜
　なるほど。右側のタイヤと左側のタイヤとで、そんな違いもあるのですね。大型車は、乗用車よりも車重が格段に重いぶん、そういう影響が強く出るということでしょうか。でも、乗用車も（はっきりと意識はできなくても）同じ影響を受けていることは、よい参考になりました。ありがとうございました。
　なお、回答者各位に共通のお礼を、便宜、＃１の回答者さまのお礼欄に記入させていただきました。

回答No.16

shironekoxxx

他の方の回答とダブった内容かも知れませんが・・・。

テーパーのナットであると想定して回答します。
テーパーナットはその形状を想像してもらえば分かると思いますが、ホイールの穴の中心とボルト（とナット）の中心がピッタリ合致した状態の時に一番深くネジ込めます。逆に中心同士がずれたまま締めると、ピッタリのときよりも浅い勘合でとまってしまいます。
恐らく質問者さまが「最初に手でしっかり締めた（つもり）」はこの状態です。その後、車を走らせる事でボルトの中心とホイールの穴の中心がピタリと合う位置にズレます。そうなるときっちり締めたはずのナットはユルユルです。

他の方も仰っていますが、手締めでも工夫をすれば増し締め不要です。
私の手順は
手で（レンチ使わず）ナットをひたすら締めます。
対角上に変わりばんこに締め、上のナットを締めたらそのまま下側のタイヤをこぶしで強めにゴンゴンと叩きます（タイヤを車側に押し込む）。そうすると、下側のナットは（さっき目いっぱい締めたはずなのに）また手で回せるくらいゆるくなっています。下側を締め終えたら今度はタイヤの上側をゴンゴン叩き、同じように上側ナットを締めます。左右も同じように数度繰り返すと、最後はいくらゴンゴンやっても素手では回せないくらいに締まります。
ここまで来るとタイヤをこぶしで叩いた時の音が変わります。
ホイルとハブが密着するので、タイヤを叩いても車軸を叩いているような音になります。

そこから今度はレンチで対角順に締めます。素手の時と同じようにゴンゴンやりながら（ここまではジャッキアップした状態）。
ちなみにサイドブレーキは掛けてやりますが、サイドの掛からないフロントはタイヤを押さえてレンチを回すのですが、最後は手でレンチをコンコンと叩いて「手インパクト」でサイドブレーキを掛けている後輪と同じ程度までは締めます。

レンチでも「これ以上締まらない」ところまで来たらジャッキから降ろして本締めです。

この手順で初期ゆるみを経験したことはありません。

こぶしでタイヤをゴンゴン叩くことで、ボルトとホイール穴の中心が徐々にピッタリ合致するんです。

お礼

＞ホイールの穴の中心とボルト…の中心がピッタリ合致＜
他の回答者さまのご回答とも併せて、私の作業手順について問題の核心は、どうも、この点にあるようです。今回の質問を通じて、そのことをはっきりと認識することができたと思います。＃４の回答者さまが「原理なんてたいそうなシロモノではない」とおっしゃることも、今回のご回答をいただいて、ストンとその意味が理解できるように思います。
＞こぶしでタイヤをゴンゴン叩く＜
やはり、この行程が欠けていたことが、「増し締め」がひつようとなったことの原因のようです。ありがとうございました。
なお、回答者各位に共通のお礼を、便宜、＃１の回答者さまのお礼欄に記入させていただきました。

回答No.15

uzurara

＃１２です
車載のＬ型レンチでしたか。
実は車載のレンチでは　しっかり締めたつもりでも、締め付けトルクが足りないんです。

Ｌ型レンチと言っても直角ではなく、少し開いた形に曲がっていますよね。
このＬ型レンチは片持ちレンチですので、レンチの端に上半身の体重をかけると【ナットを回す力】と【ナットを下へ押す力】とに分散してしまい、結果　締め付けトルク不足になってしまいます。

十字レンチの場合は、手前側は下へ押して反対側は持ち上げるようにして使いますよね。
手前を下へ押す力＋反対側を上へ持ち上げる力＝ナットを回す力のみ（ナットを下へ押す力は相殺されて０）
十字レンチがあるのなら、Ｌ型ではなく十字レンチで締め付けて、その後、増し締めの必要があるのか・ないのかを確認してみて下さい。

それから車載レンチの長さって３０ｃｍ位ではないでしょうか？
上半身の体重・・・仮に３０ｋｇとしたら、締め付けトルクは９ｋｇ/ｍ
ホイルの締め付けトルクはだいたい１０ｋｇ/ｍ前後ですので、ちょっと足りないだけですが、そこへきて片持ちレンチで更にトルク分散してしまい、益々締め付けトルク不足になります。
（更に体重をかけると、ナットを回して締め込む力も増えますが、ナットを下へ押す力も増えて　最悪、ボルトが曲がってしまうので要注意）

お礼

ご指摘、ありがとうございます。
＞片持ちレンチで更にトルク分散＜
　私のやり方では、恒常的に締め付けトルクが不足していた疑いがありますね。＃３の回答者さまのご指摘のとおり、最初からトルクレンチを使っていれば、そのへんのことにも早く気づいていたかも知れません。＃１４の回答者さまのご回答と併せて、十字レンチの有用性を再認識しました。
　なお、回答者各位に共通のお礼を、便宜、＃１の回答者さまのお礼欄に記入させていただきました。

回答No.14

noname#131426

付属のレンチでは延長しても、踏んづけても緩まなかったナットが、十字レンチでは簡単に緩んでしまいました。
十字レンチの方が力が正しくかけられて強いと思いますよ。

＞自然に当るところ＋αくらいまで締め付けます
最初からそこには行ってないですよね？
当たったところからそれぞれ順番に何度も締め付けていきます。

私は最後に、十字レンチの反対側を左手で支え、締め付け方向に手のひらで一撃叩きます。
その後降ろして軽く接地した状態できちんと締め付けます。

トルクレンチも持っていますけど、自分の車はあまり使いません。
大体でもかまわないですから、体が覚えたトルクで締めています。

車載レンチって、どうやら力が入らないように出来ているようです。
普通の人は踏んじゃうよね。
踏んで締めるとボルトをねじ切っちゃうもん。
だからわざとなのかも。

お礼

＞十字レンチでは簡単に緩んで＜
＞車載レンチって、どうやら力が入らないように出来ている＜
なるほど。ナットの締め付けには（せっかく持っている）十字レンチのほうが有用のようですね。感覚として、上半身の重さで押す車載レンチのほうがよく締まるように錯覚していましたが…。最後の締め付けも、十字レンチを使ってみます。ご指摘をいただき、ありがとうございます。
なお、回答者各位に共通のお礼を、便宜、＃１の回答者さまのお礼欄に記入させていただきました。

回答No.13

LB05

クルマの研究で食ってる者です。ボルト（工学的に言うとねじ)の設計も、結構勉強しましたよ～。

>専門的には、機械工学？などの分野の問題になるのでしょうか。

　その通り。具体的には『機械要素』というジャンルの、更に『ねじ設計法』に係る話です。ねじは１人のヒトの一生では研究し尽くせないほど複雑な工学的テーマであり、ねじだけを研究している研究者も大勢いらっしゃいます。

　さて・・・

>手で締めたタイヤのナットはなぜ一度だけ緩むのでしょうか。

　工学的には『初期ゆるみ』と言われる現象です。

※ねじを締めるというのは、基本的にボルトを『伸ばす』行為で、この伸びたボルトが戻ろうとする力を『軸力』と言います。
　軸力はねじの部分にモーレツな摩擦力を生み、締め付け終了寸前では、実はねじ部分の『すべり』がシブくなり、締め付けトルクはボルトをねじる為に浪費されてしまいます。（故にボルトの締め付けトルクをいくら管理しても、実際には軸力に最大５０％ものバラツキが出ます。)

※トルクレンチがカチっといってトルクが合った、と安心していても、クルマを走行させると振動でボルトがねじられた分がちょっとづつ戻ります。
　これがボルトの初期ゆるみで、『締め付けトルク法』（皆様がフツーにトルクレンチで締めている方法)を使っている限り、大なり小なり必ず起こります。
　つまりボルトの初期ゆるみは『仕方のないこと』であり、ただそのゆるみが『問題になるか』『無視してもよいか』の違いがあるだけです。

※ここで増し締めすると、またボルトがねじられるワケですが、しかしねじられながらも少しはねじが進みます。（ねじがねじ込まれます。)
　この少しの『進み』で、ねじは安定した軸力が出せ、見かけ上も工学上も『ゆるまなくなった』と見なすことが出来るワケです。

※というワケで初期ゆるみが発生するのは仕方がないですが、しかしこの初期ゆるみを、ある程度は小さくする締め付け方法があります。

１)インパクトレンチで締めると初期ゆるみが大きくは出ない、ということは確かにあります。
　これはボルトを締め付けながら、インパクトの衝撃がボルトのねじりを解放することになる為で、決して『手で締めるより強い締め付けが出来る』からではありません。

２)ボルトのねじ部と座面に、油を塗ります。
　結局のところ、余計な摩擦力がボルトのねじりを生んでいるという事が上記の内容で判りましたね？それでは、その摩擦係数（いわゆるμ・・・ってのは高校で習ったと思いますが)を安定させるか下げるかすれば、もっと安定したボルト締め付けが出来るはずです。
　そこでねじ部や座面（ホイールナットの場合はテーパ部)にグリスを塗ります。（CRC5-56やエンジンオイル、ギヤオイルでもOKですが、これらは柔らか過ぎて遠心力で飛び散ってブレーキやホイールがヌルヌルになってしまうので、あまり賢くありません。細いボルトを超絶締め付けトルクで使うレーシングカーでは、銅粉やモリブデンなどの極圧剤が入った高級グリスを使っています。）
　ねじに油など塗るとゆるんでしまいそうな気がしますが、それは単なる『シロート考え』です。考えてみてください。超高性能潤滑油のジャブ漬けになっているエンジンや変速機の内部で、ボルトがゆるむことはありませんよね？

※実際にホイールナットを締め付ける場合ですが・・・ねじ部にコメ粒程度のグリスを付ければ十分です。更にテーパ部は『ひと塗り』程度で構いません。締め付けると面圧が上がって油が伸びるので、油の量はホンの１滴でオッケーです。（ただ、ホイールナットは無潤滑で締め付ける様に設計されているので、潤滑した場合は締め付けトルクを１０％程度下げる必要はあります。）
　これで初期ゆるみはかなり緩和されますが、それでも上述した様に初期ゆるみは必ず発生するので、定期的なトルクチェックが不要になるワケではありませんが・・・。

３）究極の締め付けワザとしては、トルク管理法をやめて『トルク勾配法』や『塑性域角度法』という締め付け法があります。（『塑性域角度法』は、エンジン内部など、絶対ゆるみが許されないボルトを締め付ける時に使われるワザです。）
　これらで締め付ければ初期ゆるみは殆ど無視出来る程に緩和されますが、どちらもねじ部の状態や締め付けトルクなどの管理が非常に難しく、また一端締め付けてしまうとボルトを引き伸ばしてしまうので反復利用が出来ない、更には締め付け作業の管理が十分でないと『遅れ破壊』という現象が起こってある日突然ボルトが破断することもあり、ホイールナットの締め付けには向きません。

お礼

専門的知見に基づくご意見は、大変参考になりました。ありがとうございます。
なお、回答者各位に共通のお礼を、便宜、＃１の回答者さまのお礼欄に記入させていただきました。

補足

この欄をお借りして、ご回答者のみなさまに、（中間的に）お礼を申し上げます。

ご回答者のみなさまの投稿は、どれも関心深く読ませて読ませていただいています。
お蔭さまで、私の疑問は、どうやら「初期なじみ」「初期ゆるみ」というキーワードに理解のポイントがありそうで、それは、ボルト・ナットという機構に（工学的に、通常は）不可避の現象だが、（実務的には）ナットの締め付けの方法や工程を工夫することで、相当程度その影響を軽減するができ、完全に防いでいる実例もある－というところまで理解が進んできました。もう少しだけ、他の回答者さまの出現を待ち、ご意見を伺いたいと思いますが、各位の懇切なアドバイスに－中〆として－厚くお礼申し上げます。

これまでの回答者さまの中に既にもおられたのかも知れませんが、今回は、工学屋さんから、その専門的知見に基づくご回答をいただきました。
私のなりわいは法律実務ですが、実は、今、法律の世界では、若手実務家を中心に「法律工学」ということが言われています。従来の法律学が、ともすると理論的鮮明さを重視する傾向があったことの批判から生まれ、「紛争の解決に有用な手段としての法律」ということが志向されてきています。
以前、テレビの番組で、千葉工業大学の先生が、次のような発言をなさっていたことが、心に残っています。
「（理学の世界と比べて）工学の世界は、社会と直結しているのです。社会の中で役立って、初めて、その有用性が評価されるのです。」
私も同じように心がけたいと考えていたところ、思わず、（他の分野の）工学屋さんと接点を持つことができ、たいへん嬉しく思います。

回答No.12

uzurara

ナットを締め付ける時に使っているレンチは、どんなのを使っていますか？
車載のレンチ？それとも専用の十字レンチ？

補足

補足を求めていただき、ありがとうございました。
最終的な締め付けには、車載のレンチ（ジャッキのハンドルを兼ねているもの）を使っていました。きっちりと締め付けるのに、両手をレンチの端に当てて、上半身の重さでグッとナットを締めるのが便利だったので。
かえって、十字レンチのほうが締め付けが確実でしょうか。
フォローをよろしくお願いします。

なお、最初にご説明しておくべきでしたが、私のタイヤ交換の要領は、次のとおりでした。
ジャッキ・アップして、交換後のタイヤが空中にある状態で、ナットをボルトにあてはめ、十字レンチを風車のようにクルクル回して自然に当るところ＋αくらいまで締め付けます（対角線上の順番）。車体を下げ、タイヤが接地して、ジャッキが完全に利かなくなる少し前で、車載のＬ字型のレンチ（ジャッキのハンドル兼用）の端に両手をかけて（上半身の重さで）、最終的な締め付けをしていました。だいたい、十字レンチで締めたところから４分の１周～２分の１周くらい回ったところで完全に締まったような感触が得られるので、そこで止めています。なお、作業中、サイドブレーキは、かけたままです。

回答No.11

noname#131426

少しずつ回しながら締めていけば良いと思うんですが・・・
緩んだことはないですねぇ。
均等に締まっていなくて、どこかにガタがあればだんだん緩んでくるんだと思いますよ。
ガタが出ないように均等にしっかりと締めていくと緩まないと思います。

ディーラーはトルクレンチを使っていないのか、狂ったように締めてくることがあります。
外すときには途方に暮れることも・・・

お礼

ご回答をいただき、ありがとうございました。
＞ガタが出ないように均等にしっかり＜
　やっぱり、私の作業手順には、この辺に問題がありそうですね。他の回答者さまのご回答にも共通します。あまり作業を手際よくやろうとせず、もう少していねいに作業をしたほうがよさそうですね。貴重な示唆をいただきました。
　トルクレンチの必要性（有用性）についても、今回、認識を新たにしました。
　なお、回答者各位に共通のお礼を、便宜、＃１の回答者さまのお礼欄に記入させていただきました。

回答No.10

ignatius5702

私も、以前、本州の寒冷地にいて、冬にはスタッドレスに交換していました。今は雪の降らないところにおりますが、寒冷地に行くことがあり、ここ１７～８年、冬はスタッドレスに履き替えています。チェーン脱着の手間を考えると、絶対に楽だからです。
　さて、締め方ですが、私は履き替えの際に計３回締め直します。まずはジャッキアップしたままである程度の力で締め、次にジャッキを少し緩めて、タイヤが地面に接して回らない位置で、規定の強さで締めます。それを４本やった後、最後にもう一度、増し締めします。
　これで、春まで緩むことはありません。時々、ことに履き替えた直後は点検しますが、緩んでいることはありません。
　要は、ナットとボルトが馴染むのに少し時間が必要なのだと考えます。一度に締め込むのではなく、時間を空けて増し締めすけば、緩まないと思います。因みに私はトルクレンチは使わず、手の感覚でこの位というところで締めています。

お礼

ご回答をいただき、ありがとうございました。
＞ナットとボルトが馴染む…時間＜
　今になって思えば、手際よく作業を終えようと思っていて、ボルトとナットの「馴染み」－おそらくは、他の回答者さまの「ナットのテーパーへの納まり」のことをおっしゃられているのだと思いますが－のことは考えていなかったように思います。私の作業手順には、どうも、この辺に問題がありそうですね。
　なお、回答者各位に共通のお礼を、便宜、＃１の回答者さまのお礼欄に記入させていただきました。

回答No.9

papepo_08

ホイールナットを対角線順で締めるという基本は承知している上でのことですが…。

サイドブレーキをかけた状態で、タイヤを取り付けてホイールナットを締めている。や、完全にジャッキを降ろしたあとで、増し締めしているからだと思いますよ。完全におろしたあとなら、タイヤに荷重がかかって地面の摩擦もかかりますからしっかり絞まらず、少し走ったあとで緩んでいる状態になることもあります。

お店では、インパクトレンチで一気に締めてしまう、いいかげんな所もありますが、基本は、（ATならNレンジにして）サイドブレーキをかけずにリフトで上げ、タイヤを付け替えて、ホイールナットを一旦、工具でいっぱいまで締めたあと、リフトをタイヤが軽く接地するまで下げて、その状態で増し締めし、完全にリフトを下げて、もう一度確認します。

ご自身で行う時は、リフトが普通ありませんから、車載工具のジャッキで安全のために、平たんな場所で行い、対角線上のタイヤに輪留めをし、サイドブレーキはかけておいた方がいいと思いますし、今のように少し走ったあと、もう一度確認した方がいいと思いますよ。（本当は、ジャッキでも上のように作業すれば、走ったあと増し締めする事もなくなるけど、慣れてないと危険なので、お勧めはできません。）

トルクレンチも、サイドブレーキをかけた状態で使っているなら使い方を間違っていると思いますけど…。まあ、締め付けトルクに幅がありますからいいのかもしれませんけど。

お礼

ご回答をいただき、ありがとうございました。
＞完全にジャッキを降ろしたあとで＜
　私の場合、車の付属のレンチで最終の締め込みをするときに、ジャッキを緩めすぎているのかもしれませんね。トレッド面が接地して、かつ締め付けでタイヤが回転しない、ギリギリのところを見切る必要がありそうです（そのぶん、締め付けの力の調節も大事になりそうです）。
　なお、回答者各位に共通のお礼を、便宜、＃１の回答者さまのお礼欄に記入させていただきました。

回答No.8

ROMIO_KUN

１度で締めて以降緩んだことはありません。私の場合ですが。
締めるときにたたきながら（馴染ませながら？）締めてはいますがその程度の配慮で十分です。
トルクレンチは使用しており決して締めすぎてはいないつもりです。

機械で締めているかどうかは関係ないと思います。
何か締め方に問題があるのでは？

お礼

ご回答をいただき、ありがとうございました。
＞締めるときにたたきながら（馴染ませながら？）＜
　ご回答の場合、このことが、他の回答者さまのおっしゃる「タイヤをゆする」「たたく」ということに相当するのかも知れません。このことで、ナットのテーパーへの「納まり」が出ているのだと思います。やはり、私の締め方の問題のようです。
　なお、回答者各位に共通のお礼を、便宜、＃１の回答者さまのお礼欄に記入させていただきました。