高力ボルト摩擦接合

９月になり、だんだん夜は涼しくなってきました。
涼しくなると、車の整備をしたくなります。
車の整備と言えば必ずボルト締結をします。
ところが、ボルトの締結理論は一般的には正しく理解されていないように思えてなりません。
そこで、ネタもなくなってきたのでボルトについて書くことにしました。
今日は第一回です。

まず、お題の高力ボルト摩擦接合とはなんぞや？という人が多いと思います。
高力ボルト摩擦接合とは、
高回転でボルト回しながら強い力で被締結物にボルトを押し付けることにより、その摩擦熱で被締結物を接合する手法
ではありません。
本当の意味はググってもらうとして、簡単に説明すると
高力ボルトを強い軸力で締め付けて、被締結物の接合面に生じる摩擦力で接合面にすべりが生じないように接合する手法
のことを言います。
全然わからないと思うのですが、これは建築業界の用語で、ボルト１０本くらいで鉄骨同士を締結している手法のことです。
橋とか階段とか鉄骨でできたものに多用されている一般的な接合手法なので、そこら中で見ることができます。とにかくたくさんのボルトとナットで鉄骨が締結されていたら、それは間違いなく高力ボルト摩擦接合です。

次に高力ボルトとはなんぞや？って思うと思うですが、
高力ボルトは普通のボルトよりも引張強さの高い材料で作ったボルトのことです。
ＪＩＳ Ｂ０１０１には、「摩擦接合用高力六角ボルト」の一般名が高力ボルトであると書かれています。
材料の機械的性質はＪＩＳ Ｂ１１８６に記載されています。

その次は、なんで高力ボルト使うのか？って思うと思うのですが、
それは、アモントン・クーロンの摩擦の法則（←知らない人はググってください）により、高い摩擦で接合面をくっつけるためには、より強い力で接合面を押し付けることが必要で、必要な押し付け力をより細い（軽い）ボルトで発生させるためには、引張り強度の高いボルト使うことが必要になるからです。

さらにその次は、なんで突然高力ボルト摩擦接合の話題なんだ？って思うと思うのですが、
自動車部品に限らず、世の中のボルト締結部品には、主に摩擦接合と引張り接合しか存在しないにもかかわらず、一般的には知られていないようなので、身近にあるボルト締結物の話題から入ってみることにしました。（ちなみに支圧接合という方法もありますが、一般的でないので割愛します）
主にボルトの軸直角方向に接合することが目的な場合は摩擦接合と言い、主にボルトの軸方向に接合することが目的な場合を引張り接合と言います。
実際には、どちらかだけに使われることはほとんどないので、主に接合されている方向で考えます。
例えば、エンジンのコンロッドは、ボルトの軸方向にコンロッドのロッド部分とキャップ部分が開かないように締結しているので、引張り接合です。
ただし、接合面が摩擦力ですべらないようにしないと、接合面にフレッティング摩耗（←ググってください）が発生してしまうので、同時に摩擦接合の役割も果たしています。
摩擦接合の例としては、サブフレーム（サスペンションメンバー）とボディの接合部があります。
この部分は、高力ボルトを使ってサブフレームとボディがボルトの軸直角方向にすべらないように接合しているので、摩擦接合です。
もちろんボルトがないとサブフレームは下に落っこちてしまうので、引張り接合としての役割も重要な役割です。ただ、下に落っこちないようにするだけなら、高力ボルトを使う必要はないはずで、摩擦接合に必要な軸力（締め付けて引っ張られたボルトが縮もうとする力）を確保するために高力ボルトを使っているという観点で、この部分は摩擦接合として考えます。

今日のまとめ
ボルト締結による接合手法には、摩擦接合と引張り接合の二つがある。

次回は、ボルト軸力計算です。

なお、偉そうに書いているものの、僕はボルトの専門家ではないので、詳しく知りたい方は、
ねじ締結の原理と設計　山本 晃著　株式会社 養賢堂発行　を読まれることを強く推奨します。