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ステンレスボルトの緩みと熱膨張の関係を解説
- ステンレスボルトの緩みは熱膨張により起こりますが、その理由は熱膨張率の高さにあります。
- 熱膨張によってステンレスボルトのねじ部と接触する面が密着し、緩みにくくなると考える方もいますが、実際は逆の現象が起こります。
- ステンレスボルトは熱膨張率が高いため、熱を加えるとボルト自体が伸びてしまい、ねじが緩んでしまうのです。
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前回答にもありますが、ネジが緩むとはボルト軸力の低下とネジ面摩擦の低下 が主な要素です。一般に温度サイクルなどで膨張・収縮を繰り返すと、微視的 な膨張や応力緩和(面粗度レベル)が起こりや軸力は低下します。ただし、材料 の組み合わせによっては凝着現象が起こって、ネジ面摩擦が強固になる場合も あるので、注意が必要です。
その他の回答 (8)
熱膨張率の問題は、ネジの長さが長い場合に影響が大きくなります。
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ご回答、ありがとうございました。
（1）再出 追記資料のおことわり ※ここで書いている事柄は、すべて私個人の経験や考え方を述べたものですので、間違っては いないまでも決して正しいものではないことを一応断っておきます。 参考程度に見て おいてください。 よく見る資料ながら、その程度。 SUSボルトと鋼ボルトの違い。 ・機械的性質 強さ、硬さ、伸び ・線膨張率 ・熱伝導性 ・不働態皮膜 いずれかが効くことは間違いないが、どれ？ひとつ？ 実証方法が難しいからと手抜きした、あたかも論が此処に限らず蔓延し、サイトでは引張っこしあい。私はすきくないです。 ゆるみと逆の"焼付き問題"。 http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=305651&event=QE0004 この質問に限ると、ボルトナットの材質組合せに絞られ結論に達しやすい。 対策では確かなものがあるが、原理面では議論に終始しており、罵詈雑言が飛ぶのが此処。それが延々続きゴミ屋敷化。。。結末を先に予想、、、、通りでしょ 質問本題は（１人を除く）他の方にお任せしておいて方法論を書いてます。 やはりSUSボルト絡み http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=227481&event=QE0004 ＞上司から、変更による効果を定量的に示さないと試作させない、と言われてしまいました。 私は上司として当然の指示と思います。 ＞予測することができないのではないかと行き詰ってしまいました になるのは本件と同様な性格なゆえ。その経過あっての ＞結局はとりあえず作ってやってみようということになりました 原理から追究することは大変難しいから、何故 を飛ばし対策をあれこれ試みて選択するのも当然。 因みに回答（3）は間違いだらけです。 本件に戻り回答（3）ohkawa さんが物性値での比較を提案されたように、他の方の指摘をまとめて特性要因図を作成し、原因の潰しを根気よくやるのが本筋と思います。または上記 何故 飛ばし。
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ご回答、ご指導ありがとうございました。
別件の再出です。 回答（１）のiwanai こと、岩魚内のURLは ？？？？で、また記載病が出たのかな ステンレス関連ではなく、下のURLのボルトの緩みや、その止め方関連でしょうが、…。
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ご回答、ありがとうございました。
ねじの締付けの原理を簡単に確認しましょう。 そして、何故緩むかもです。 さて、本題の熱膨張率です。 鋼は、線膨張係数(熱膨張率)は、軟鋼；1.20x10^-5/℃、硬鋼；1.07x10^-5/℃ ステンレスは、1.73x10^-5/℃ となっていて、ステンレスが５割前後高いことが判ります。 戻って、ねじは適正な締付トルクを掛けないと、これまた緩み易くなります。 この事は知っていますか？知らなければ、ネット又は教本で確認ください。 その締付トルクは、軸力に変わり、その軸力を軸応力として表示します。 (適正締付トルク ⇒ 適正軸力 ⇒ 適正軸応力 となり、適正軸応力がないと緩み易いとなります) > 熱したりすると熱膨張により緩みやすいみたいですが、 熱すると、線膨張係数差にて、軸応力が下がり、適正軸応力でなくなり、緩み易くなるが、 簡単な説明です。 何故、線膨張係数差にて、軸応力が下がるかは、 ★ 機械工学、材料の強さ、熱応力の項目を教本又は機械設計便覧、専門書を確認ください。 熱応力σ[kgf/mm^2]＝縦弾性係数Ｅ[kgf/mm^2]×温度差[℃]×線膨張係数[/℃] 温度差[℃]＝熱した後の温度[℃]－元の温度[℃] の公式と説明が出てくる処です。 元の温度で、適正締付トルクで締付け、適正軸応力(適正軸力)となったねじ ↓ ある温度まで熱した ↓ 線膨張係数の差で本体の鋼より、ステンレスボルトの方が若干伸びが上回った ↓ ステンレスボルトの軸の伸びが、若干少なくなり、その分軸力が弱まり、軸応力も下がった ↓ ステンレスボルトが、適正軸応力でなくなった のフローチャートです。 応力σ[kgf/mm^2]＝縦弾性係数又はヤング率Ｅ[kgf/mm^2]×ひずみε (応力ひずみ線図から、フックの法則の箇所の機械工学分野) 熱応力σ[kgf/mm^2]＝縦弾性係数Ｅ[kgf/mm^2]×温度差[℃]×線膨張係数[/℃] の公式運用は、 線膨張係数[/℃]を線膨張係数[/℃]の差として、 線膨張係数[/℃]＝ステンレス線膨張係数[/℃]－締付け本体の線膨張係数[/℃] の計算で出た熱応力σ[kgf/mm^2]分だけ、適正軸応力が降下し、緩み易くなる となるのが機械工学の補足です。
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ご回答、ありがとうございました。
定性論的なお話ならば 1.オーステナイト系ステンレスは熱伝導率が低い。 2.熱伝導率の低さから熱伝導時の温度勾配が大きい。 3.温度勾配が大きいとメネジだけ熱膨張してしまうことがあり得る。 4.結果、軸力が低下し、ネジが緩むことがあり得る といった流れでしょうか？ ただ、SUS304(XM7?)のボルトは超高真空装置のナイフエッジシールフランジで 多用していますが200℃くらいのベーキングを20回位しても有害なレベルで 緩んだことは無いです。(振動がないのが大きいとは思いますが) エンジンみたいな昇温中に激しい振動や外力が加わると別かもしれません。
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ご回答、ご指導ありがとうございました。
＞ステンレスボルトは熱膨張率が高い・・・・ ステンレスにも種類があって、種類によって熱膨張率が異なります。 参考資料によれば、熱膨張率は次の通り。 炭素鋼 9.7 ppm/℃ フェライト系ステンレス SUS430 10.4 ppm/℃ オーステナイト系ステンレス SUS304 17.3 ppm/℃ マルテンサイト系ステンレス SUS410 9.9 ppm/℃ 析出硬化系ステンレス SUS630 10.8 ppm/℃ 熱膨張率が、通常の“鋼”より突出して高いのは、SUS304で代表される オーステナイト系ステンレスの場合です。 なぜ緩みやすいか・・・・・ 鋼の部材をオーステナイト系ステンレスのボルトで締めている場合、 温度が上がったとき、ボルトの軸が伸びて、締めつけている軸力が低下 するから緩みやすいと説明するのが素直だと思います。
お礼
ご回答、ご指導ありがとうございました。
質問内容に興味がありちょっと調べてみました。 ステンレスのボルトはご存知かもしれませんが JISB1054-1 で規定 されており、使用される材質は用途によって多岐にわたります。 熱膨張率の高低、線膨張率の高低など性質は様々であり、一概に 「熱膨張により緩みやすい」とは言い難い感があります。 もしそのような現象の出典があれば、明示することで回答も得られやすい のではないでしょうか。 ちなみに小生は「熱膨張により緩みやすい」と聞いて直感的に思ったのは、 ボルトナット締結です。 この場合、締付構造物よりもボルトのびが大きければ、容易に緩んでしま うでしょう。 追記ありがとうございました SUS304のボルトですね 上記の、ボルトナット締結＋高温環境時にも緩みやすいと考えます
お礼
ご回答、ご指導ありがとうございました。
＞緩みやすいみたいですが でおわるのでなく、さらに追究するなら貴方の為だけでなく、公開すれば世の為人の為になるのでは いろいろ類推はできても結論にならず、当否はデータ得た貴方のほうが絶対的に正しい。 ましてや此処では、関連すると思しき問題にこの状態。 http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=302977&event=QE0004 「常識にとらわれているとノーベル賞はとれない」 構えは如何にも立派だが、その中味を問い詰めると 真価の程は確かでないが、実際にあったことを記載したまでです。 悪しからず。。。。。。。 zzzz で、馬耳東風!! 結末を先に予想しておきます。
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ご指導、ありがとうございました。
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ご回答、ご指導ありがとうございました。