用途に合ったねじの適材を選ぶときのポイント

ねじは、あらゆる用途で使用されているにもかかわらず、多くの人々はそれを使うときにならないと気にも留めません。ねじの材質は寸法規格と同じくらい重要です。ねじは様々な材料から製造され、様々なコーティング、メッキ、仕上げ処理によってさらに強化されます。ねじ、ペグ、リベット、ボルト、クランプなど、どのような種類のねじを必要とする場合でも、用途に応じた適切な材料を選択することは、性能と信頼性の両立にとって重要です。

ねじに適した材料を選択するためには、多くの要素を考慮し評価する必要がありますが、主な基準は4つあります。
1.荷重または負荷応力
2.強度
3.抵抗特性
4.温度

荷重または負荷応力

ねじ材料を選択する際には、材料の耐荷重、降伏強度、引張強度を考慮する必要があります。
・耐荷重または応力は、1平方インチ当たりポンドで測定され、ねじが耐えられる最小許容・荷重を指します。ねじの場合、純鋼と低炭素鋼が最も低い許容荷重を持ちます。
・降伏強度は、ねじが永久に変形する荷重を指します。
・引張強さ（または極限強さ）とは、ねじが破損する荷重を指します。

強度

強度特性は、ねじを構成する材料の種類、ねじの最終的な軸長、およびその他のいくつかの要因によって異なってきます。

常温での金属の代表的な強度

材質	引張強度(ksi)	降伏強度(ksi)
インコネル718	210	175
モネルK500	160	110
モリブデン	158	130
チタングレード5	148	138
インコネル625	144	84
タングステン（99.5%）	142	109
スーパー二相ステンレス鋼2507	125	82
二相合金2205	110	80
タングステン合金	94-100	75
モリブデン	94	90
インコネル 600	93	37
ジルコニウム705	89	73
アルミニウム 7075-T6	83	73
モネル 400	83	32
チタングレード2	70	50
ニッケル 200	60-85	15-45
ジルコニウム 702	68	47

室温における代表的なポリマーの強さ

材質	引張強度(ksi)	降伏強度(ksi)
PEEK (extreme)	47900	51000
PEEK（グラスファイバー）	22800	26000
PEEK(非強化)	16000	13600
ベスペル	12500	–
トーロンPAI	22000	–
PVDF	5000-8000	6500-8000
PTFE	3900	1450
PFA	3600	2000

室温での代表的なセラミック強度

材質	引張強度(ksi)	降伏強度(ksi)
ジルコニア	75	–
アルミナ	30	–

耐食性

材料が周囲の環境中の化学物質と相互作用することにより、金属は腐食し、摩耗します。最も一般的な腐食は酸化で、金属が酸素に反応して錆びることで起こります。腐食に対抗するため、ねじにはクロムや亜鉛などの保護加工を施す必要があります。また、非鉄金属やプラスチック合金など、腐食しない材料で製造することも可能です。

温度

ねじが使用される平均温度を考慮し、材料がそれを処理できることを確認する必要があります。プラスチックや非鉄合金は、極端に高温になる環境には適さないことは明らかです。また、極端な寒さでは脆くなり、延性を失うこともあります。

ねじの製造に使われる最も一般的な材料は何でしょうか？
ざっと挙げてみますと、以下のようになります。・金属：アルミニウム、真鍮、鋼、チタン、マグネシウム、モリブデン、モネル、インコネル、他多数
・高分子材料：ナイロン、PEEK、PFA、PTFE、PVDF、トーロン、ベスペルなど
・セラミックス：アルミナ、ジルコニア、他多数

どのような材料を選べばよいのでしょうか？

ねじ材料は通常、機械的特性、加工後の処理、コストパフォーマンス、およびその他のいくつかの事項に基づいて選ばれます。しかし、どの材料が最適かは、そのねじがどこで、どのように使用されるかにかかっています。極端な温度や腐食にさらされるような過酷な用途では、強度が高く、温度に耐えることができ、耐食性の高い材料を選ばなくてはいけません。

アルミニウム
アルミニウムは、非常に人気があり、価格も手ごろで、メーカーに多くの利便性をもたらします。軽量で強度が低く、耐腐食性に優れた材料が必要な用途には最適です。他の金属合金と組み合わせれば、鋼鉄の強度を持ちながら、重量は数分の一になります。

真鍮・青銅
真鍮は銅と亜鉛の合金で、ねじの製造に使われる銅系の合金としては最も一般的なものです。電気伝導性が良く、耐食性に優れ、価格も比較的安価です。錫と銅の合金である青銅は、非常に高い耐食性を誇り、赤味がかった黄色が特徴的です。

スチール
ねじの代表的な金属で、合金鋼、炭素鋼、ステンレス鋼など、形状や強度のバリエーションが豊富です。スチールの耐食性と機械的強度は、ねじにとって非常に望ましい材料で、機械的強度は約50ksi（平方インチ当たりキロポンド）から最大300ksiまであります。

チタン
チタンはねじの製造に最適な材料の一つで、特に衝撃の大きい用途に適しています。軽量で高い強度を持ち、耐腐食性、耐摩耗性に優れています。

ポリマー
エンジニアードポリマーは、特殊な用途に対して独自の特性をもたらします。また、優れた耐食性と適度な引張強度を有しています。

セラミック
セラミックほど、熱や圧力、腐食に耐えられる材料はありません。しかし、一般的に強度が低く、少しトルクをかけすぎると粉々になります。そのため、初期設置が難しく、大半の方は使用しないというのが現状です。

ここでは、最も一般的に使用されているねじ素材と、その最も顕著な特性の早見表を紹介します。

アルミニウム	真鍮・青銅	チタン	ナイロン
-軽い -柔らかい -耐腐食性がある	-比較的柔らかい -耐腐食性がある -導電性がある -美観が良い	-優れた強度 –優れた耐腐食性 -高温環境にも最適	-最も一般的に使用されるプラスチックの一つ -卓越した強度 -優れた耐摩耗性

スチール – 合金	スチール-カーボン	スチール – ステンレス	セラミック
-高強度 -耐食性が低い -脆い、硬い場合が多い -コーティングが必要な場合が多い	-ボルト、ねじは2級、5級、8級を標準としている。	-優れた強度 -高耐食性	-良好な強度 -極めて高い耐腐食性 -極めて高い温度に耐える -非導電性 -非磁性 -軽量 -再使用可能

どんなに小さな部品でも、製品の性能を台無しにしたり、大きな課題を引き起こしたりする可能性があり、メーカーの成否を左右することもあります。