【解説】ボルトの種類・特徴・使い分けについて

この記事を読むべき人
  • ねじってどんな種類があるのかをざっと知りたいという人
  • ねじの種類をどう使い分けたらいいかわからないという人

こんにちは、リヴィです。

普段は産業機械を中心に、機械設計の仕事をしているものです。

ねじの種類って調べれ見ると、キリがないぐらいたくさんの種類が販売されていますよね。

そうなると、

いっぱいありすぎて、一体何を選んだらいいのかわからん・・・

となる人も少なくないと思います。

様々な種類のボルトの特徴について述べられている記事もありますが、特徴だけ羅列されても、実際設計する時にどれを選ぶべきかと悩むと思います。

ただ実は、産業機械の設計をしている観点から言うと、実際に使うねじはそのごく一部だったりします

例えば、DIYや建築材などで使われることが多い「タッピングネジ」ですが、機械設計においてはほとんど使いません。

そもそも母材が金属であることが多いのでタッピングネジが入っていかなかったり、メンテナンスのために分解・組立を定期的にやるには都合が悪かったりするためです。

リヴィ

タッピングネジって、一度外しちゃったら同じところに入れられないですからね・・・。樹脂材の固定をするのにたまに使ったりはしますよ!

このように、産業機械を設計する人にとって、どういうボルトを使ったらいいのかという情報はなかなか普及しておらず、会社の図面を見ながら雰囲気で察するというのが大半を占めると思います。

そこで今回は、産業機械を設計する目線から、ボルトの種類や特徴・使い分けについて解説していきたいと思います。

この記事を読んで、普段の機械設計に役立てていただければ幸いです。

ボルトの材質について

ねじのカタログを見ると様々な種類のボルトがラインナップされていますが、産業機械で基本的に使うのは、

  • 鉄(SS400、S45など)
  • ステンレス(SUS304)

の2つです。

六角レンチは磁石が内部に仕込まれているタイプが多いので、特に理由がなければ作業性の観点から鉄ボルトが良いです。

ただし、耐食性が欲しかったり、衛生面をケアする必要がある場合はステンレスのボルトを用いることが多いです。

材質は他にもアルミニウムとか樹脂とかがありますが、

  • ボルトを締める際に簡単になめてしまったり
  • ボルトの軸力を高められないので、簡単に緩んでしまったり

します。

リヴィ

母材が樹脂だとしても、ボルトは鉄やステンレスを使います。身の回りのガジェットや子供用のおもちゃなんかを見てもほとんどそうなっているかと思います。

ただし例えば

  • アース端子用のねじとしてグリーンボルトという銅製のボルトを使う
  • 配管などの管用ねじとして樹脂ねじや銅製ねじを使う

などのような例外もあったりはします。

ボルトねじ部の形状について

並目ねじ

ねじの径がmm単位ごとに作られているねじで、機械設計で使用するねじの中で最も基本となるねじです。

リヴィ

海外規格に則るようなことがない限り、使用するねじの99.9%ぐらいは並目ねじです。

またボルトだけではなく、めねじ側の部品もそのほぼ全てが並目ねじで作られています。

ねじの山と山との感覚のことをピッチと言いますが、このピッチはねじの径ごとに値が決められております。

「ねじ径とねじピッチとの関係」についての具体的な情報は、以下の記事にまとめておりますので、よろしければご参照ください。

ボルト 規格・寸法表(六角、六角穴付き、皿、低頭、極低頭、超極低頭)

細目ねじ

並目ねじと同様にねじの径がmm単位ごとに作られているねじですが、並目ねじよりもピッチが短く作られております

ピッチが短くなることによって、

  • ねじ部の摩擦力が向上するので、ねじが緩みにくい
  • ピッチが短いため、ねじ1回転あたりに進む量が小さくなるため、位置決め調整がしやすい
  • ねじ山の形状が小さくなるため、薄肉材にねじを切ることもできる

といったメリットがあります。

ただし、この細目ねじは使用する場面がほとんどありません

何故かというと

  • ボルトの入手性がかなり悪い
  • ボルトを入れる前に念入りに清掃・バリの除去をしておかないと、ねじが焼き付いてしまう
  • 高精度の加工が求められるので、加工屋さんが嫌がる

等があるからです。

リヴィ

昔は「シリンダロッドの先端のねじは、緩みにくくするために細目ねじが使われている」なんて言われていたようですが、最近のを見るとほぼ並目ねじになっているという印象を受けます。

細目ねじ使うところと言えば、

  • 位置決め調整を高精度に行うために、ピッチの小さい細目ねじを使う
  • インサートを挿入するためのめねじ加工で、細目ねじを使う

程度かなぁ、という印象です。

管用ねじ

モノタロウより

配管の接合に使われるねじです。

管用ねじには「管用テーパねじ」と「管用平行ねじ」とがあり、前者は「シール性・気密性を必要とする部分」に、後者は「機械的接合を主目的とする部分」に使われます。

ねじの形状は両者とも並目ねじとは異なり、ねじ径はmm単位にはなっていません

リヴィ

ちなみに、「樹脂チューブ・ブレードホース・塩ビパイプ」などの径はmm単位で作られていますが、「銅管・鋼管」などはmm単位ではありません

管用テーパねじと管用平行ねじの寸法等については以下の記事にまとめておりますので、よろしければご参照ください。

管用ねじ 規格・寸法表

ボルト頭の形状について

六角穴のボルト

ここでは、六角穴のあるボルトについていくつか紹介していきます。

使用する工具は「六角レンチ」という、六角形の棒のような工具を使用してきます。

六角レンチは、一般人や機械屋以外の人にとってはあまり馴染みのない工具ですので、「安易に触ってほしくないような箇所に六角穴のボルト使用する」という目的で採用することもあります

逆に言うと、

  • パートのおばちゃんレベルの人
  • ちょこっとDIYをやったことがあるレベルの人

に対して「ボルトを取り外しして定期清掃・定期メンテナンスをしてもらうような箇所」には適さない工具でもあります。

ちなみに、これから六角レンチの購入を検討しているのであれば、レンチのサイズごとに色分けされているレンチをおすすめします。

「M5のねじを締めるのは黄色!」などのように覚えやすく、初心者にとって使いやすいです。

六角穴付きボルト

モノタロウより

ねじの頭が丸になっており、その中心に六角形の穴があいているボルトで、「キャップボルト」と呼ばれます。

産業機械においては、特に理由がなければ六角穴付きボルトを使います。

その理由としては、

  • 強度区分が4.6~12.9まで、ラインナップが豊富
  • ステンレスなどのラインナップも豊富
  • 小物のブラケットなどの固定から、高負荷のかかるモジュールの固定まで幅広く使える
  • 入手生が非常に良い(ホームセンターなどでも普通に売ってる)
  • 一般的な工具は六角レンチで、作業効率が良いし、工具箱も嵩張りにくい
  • 母材に座ぐりをつけることで、ボルトの頭を母材に埋めることができる

など、メリットがたくさんあるためです。

一方で、M3以下のような小さなボルトとなると、六角穴の形状がほとんど丸に近い形状になってしまうため、非常にボルトの頭がなめやすいです

そういった箇所には、十字穴のボルトや、トルクスねじなどを採用することが多いです。

低頭・極低頭六角穴付きボルト

モノタロウより

通常のキャップボルトと比較して、ねじ頭の高さ寸法が小さめに作られているボルトです。

後述する皿ボルトのように、母材とボルト頭をツライチにすることはできず、母材からボルト頭が若干飛び出してしまいますが、バカ穴で母材の誤差を吸収したり、長穴に使用したりもできます。

キャップボルトを使うと、ねじ頭が干渉してしまう場所や、座ぐり深さを小さくしたいところでたまに使います。

ただし、ねじ頭の高さが小さくなったことで、ボルトの強度が低下するので、高負荷がかかる箇所への使用には注意が必要です。

六角穴付き皿ボルト

モノタロウ

ボルトの頭が円錐状になっているボルトです。

主に、ボルトの頭を母材とツライチにしたい場合に使用します。

リヴィ

部品の表面の凹凸をなくすと、ゴミが溜まりにくかったり、清掃がしやすかったりなどのメリットがあります。

皿ボルト用の穴加工は専用のドリルを使って行います。

また、皿ボルトの頭は円錐形状をしていることから、ボルトを締めた際にバカ穴分の誤差が出ることはほとんどありません

これを利用し、ちょっとした位置決めをしたい部分などに皿ボルトを使ったりもします。

一方で六角穴付き皿ボルトにもいくつかデメリットがあります。

まず、皿ボルト用の穴加工の精度がズレると「キャップボルトのようにバカ穴で吸収する」といったことができません

リヴィ

テーパ状になっているので、ボルト締めると位置が決まっちゃうんですよね・・・

そのため、皿ボルトの穴加工は慎重に行う必要があります。

続いて皿ボルトは、座面の摩擦力が発揮されにくいため、時間が立つと徐々に緩んでくることがあります。

そのため、皿ボルトを使用する際はネジロックを塗布するなどの対策が必要となります。

最後に六角穴付きボルトの六角穴のサイズですが、実は各ねじ径でキャップボルトよりもワンサイズ下になります。

特にねじ径が小さいと、六角穴の形状がほとんど丸に近く、下手に力を加えると簡単になめてしまいます。

そのような場合には、十字穴やすりわり付きの皿ボルトなどが推奨されます。

六角形のボルト

ねじの頭が六角形になっているもので、スパナやモンキーレンチを使ってボルトを締めたりします。

産業機械においては、特に理由がなければ六角穴付きボルトを使いますが、六角ボルトを使う方がメリットがある場合に使用します。

六角ボルト

モノタロウ

別名「トリーマボルト」などと呼びます。

リヴィ

「六角穴付きボルト」と「六角ボルト」って名前が似ててややこしいので、それぞれ「キャップボルト」「トリーマボルト」という呼び名のほうが好まれますね!

六角ボルトのメリットはというと、

  • ボルトに対する工具のアクセスは「横から」なので、ボルト上方向のスペースが厳しい場合に有利
  • ボルトの頭に溝や穴がないので、穴や溝にゴミが詰まってボルトが外せなくリスクが低い。
  • ボルトの頭に溝や穴がないので、ゴミが溜まりにくく衛生的。

本来設計的にはボルトの種類を統一しておきたいところなのですが、工具アクセスが難しいところがどうしても出てきてしまうケースがあります。

そういった場所だけは仕方なく六角ボルトを使うことがあります

また、トリーマボルトはボルトの頭に溝や穴が無いことから、ゴミや汚れの多い場所・衛生面が重要視される場所では比較的有利となります。

そのため、食品業界や医療業界、水回り、屋外設備などにおいてよく使われる印象があります。

一方でデメリットとして、

  • 隣のボルトとのピッチが狭いと、工具をかけにくい
  • 締結箇所が多いとスパナやモンキーレンチでは作業工数が膨大になる。
  • 母材に座ぐりをつけて頭を埋めることが難しい(どうしてもやる場合はソケットレンチ前提)

といった感じです。

トリーマボルトが数箇所しか使わない場合ではスパナやモンキーレンチでの作業を前提とすることもありますが、

何十箇所、何百箇所にも及ぶ場合は、作業工数がめちゃくちゃかかります。

作業工数がかかると単純に仕事が終わらないだけではなく、ボルトの締忘れも多発します。

リヴィ

ボルトを締める際は「まずは指である程度ねじ込んでから、工具でトルク締めする」という流れになるのですが、1個ボルト締めるのに時間かかっていると「あれ?どのボルトまで締めたっけ?」ってなりますね・・・

なので、トリーマボルトを大量に使う際には、ソケットレンチがほぼ必須です。

ただ、一般によく売られているソケットレンチは、

  • 一式揃えるのに金銭的にコストが掛かる
  • 意外と重いので持ち運びに不便
  • めちゃくちゃかさばるので保管も大変

という欠点があります。

なので、個人で持つ場合には、比較的小ぶりのソケットレンチがおすすめです。

リヴィ

普通のソケットレンチよりも耐久性は劣ります。そこはご承知おきください。私も「消耗品」としてみなしています笑

ちなみにボルトに対する工具アクセスについて、スパナやモンキーレンチは「横から」ですが、ソケットレンチになると「上から」になる点は注意してください。

六角支柱

モノタロウより

ねじ頭が六角形になっているのですが、スペーサとしても使えるねじです。

ねじとしての機能はもちろんのこと、

  • そんなに強度はいらないけれど、何か柱を立てたい
  • あまりゴツい部品を設計したくないんだけれど、高さが欲しい

といった時に活躍する部品でもあり、使用頻度はそこそこ高いです。

リヴィ

基板をミルフィーユ状に重ねて取り付けたい場合などにも便利です。

六角支柱は高さ寸法のラインナップが豊富にあるのはもちろんのこと、両端のねじ形状についても、

  • 片側めねじ
  • 片側おねじ
  • 両端めねじ
  • 両端おねじ
  • 片側めねじ、片側おねじ


などのように種類が豊富なので、状況に合わせて選択することができます。

六角支柱が比較的安価で手に入るのは廣杉計器というメーカです。

残念ながら3DCADはないのですが、私の方でいくつか作ったものもあるので、よろしければご活用ください。

廣杉計器 六角スペーサ 3DCAD ダウンロード

十字穴のボルト

おそらく一般の方にとっても見慣れたボルト穴の形状で、プラスドライバーを使ってボルトを締めます。

比較的ねじ径の小さなところで使用されることが多いです。

リヴィ

大きいものでもM4ぐらいまでかなぁという感覚です。

十字穴のボルトの主な特徴はというと、

  • プラスドライバーは一般の人でも扱った事がある人は多い
  • 十字穴にゴミ等が入ったとしてもそこそこ除去できる
  • 径の小さなボルトでは、キャップボルトやトリーマボルトよりもなめにくい
  • 手首をひねる動きでボルトを締めるので、締付けトルクはそんなに大きくならない
  • エアー工具や電動工具で締めるとなめやすかったり、ボルトを緩めるのが困難になったりする

といった感じです

十字穴のボルトは、主に小物部品(ヒンジなど)・外装パネル・カバー・電装品などに使割れることが多いです。

例えば、メンテナンスをお客さんに依頼する場合に、機械の専門知識があまりない人が作業する可能性があるのであれば、十字穴のボルトは有効だと言えます。

リヴィ

電気屋さんに作業してもらいたいところなどにも有効ですね!

ですが逆に「機械の専門知識があまりない人に触ってほしくないところ」については、

  • 十字穴のボルトは使わなかったり、
  • あえてアクセスがしにくいような構造にしたり、
  • 後述する「トルクスねじ」を使ったり、

することもあります。

また、締付けトルクが必要なところには向かないので、大きな負荷や振動がかかるようなところには向きません

プラスドライバーのサイズについてですが、よく用いるのは「No.2」です。

あとは、No.1とNo.3をそこそこ使うかなぁという感じです。

リヴィ

番号が大きいほど、プラスドライバーのサイズが大きくなります。

なので、ドライバーをセットで買う際は、そのあたりが含まれているかどうかを確認するようにしてください。

ちなみに「精密ドライバー」は、No.1以下のサイズしか揃っていないことが多く、主に電気屋さん向けのドライバーセットなので注意してください。

なべ小ねじ

モノタロウより

ねじの頭が少し丸みを帯びた形をしているボルトで、十字穴のボルトの中では最も一般的に使われています。

十字穴のねじの中ではそこまで頭の径が大きくないので、座ぐりの部分などにも使われたりします。

ただし、頭の径が大きくないため若干緩みやすいというデメリットがあります。

プラスドライバーのサイズとの対応については、

ねじ径ドライバーサイズ
M3No.2
M4No.2
M5No.2

となります。

バインド小ねじ

モノタロウより

ボルトの頭が台形っぽい形になっており、かつ丸みを帯びたボルトです。

ねじの頭の大きさは、なべ小ねじに比べると大きいですが、トラスねじに比べると小さいです。

なので、なべ小ねじに比べるとボルトが緩みにくいというメリットがあります。

プラスドライバーのサイズとの対応については、

ねじ径ドライバーサイズ
M3No.2
M4No.2
M5No.2

となり、十字穴ねじでよく使うM3とM4がどちらもNo.2ドライバーで統一できるので、作業性がよいです。

トラスねじ

モノタロウより

先ほど紹介したなべねじよりもさらに頭が大きくて、全体的に丸みを帯びているボルトです。

  • 径が大きいため座面が確保しやすい。平ワッシャーがなくても緩みにくい。
  • 径が大きく、比較的大きめのドライバーで作業ができるため、頭がなめるリスクが低い
  • 丸みを帯びているおかげでウエスでの拭き掃除等がしやすい

などのメリットがあります。

このような特徴を有していることから、外装パネルを固定するためのボルトとして使われることが多いです。

リヴィ

人によっては「外観が良い」という人もいますねー

また、装置の外装パネルの中に配電盤・制御盤などを入れてしまっている構造だとしても、工具がプラスドライバーであれば電気屋さんも扱いなれているので、電気屋さんの作業性・メンテナンス性的にも都合が良かったりします

ただし、ボルトの頭が丸みを帯びているせいで、もしボルトの頭がなめてしまったとしても「ペンチ」や「ネジザウルス」で掴んで外すことができません。

そのため、仮にボルトがなめてしまったときには

などをしながら、なんとかして救済します。

プラスドライバーのサイズとの対応については、

ねじ径ドライバーサイズ
M3No.1
M4No.2
M5No.2

となり、M3はNo.1ドライバーとなることに注意が必要です。

ねじ径が混在しているとNo.1とNo.2のドライバーを使い分けなければならないので、ねじ径は統一しておくのが良いです。

トルクス(ヘクサロビュラ穴付き)ねじ

モノタロウより

ねじ穴の形が星形をしている特殊な形状のボルトで、別名「いたずら防止ねじ」とも呼ばれます。

十字穴のねじと同様で、比較的ねじ径の小さなボルトで使われることが多いですが、メリットとして

  • 工具とボルト穴との引っ掛かりが多いので、なめにくい
  • 専用工具を持っている人はかなり少ないので、ひと目に触れるところに使ってもイタズラされるリスクが低い

などが上げられます。

そのため、防犯を目的とした窓枠の固定用ボルトとして使われることがあります。。

ここで紹介したトルクスねじはボタンボルトですが、ほかにも

  • スリムヘッドトルクスねじ
  • トルクス皿ねじ

などのように、いくつか種類があります。

ツールレス

工具がなくても締めたり緩めたりできるボルトです。

工具を使わないので、パートのおばちゃんレベルの人でも、あまり抵抗なく操作してもらうことができます。

そのため、

  • 取り外し・取り付けの頻度が多いカバー
  • 毎日掃除等をする度に、取り外し・取り付け

といったところに最適です。

一方で、工具を使わない上に素人も触るようなところなので、ボルトの締め具合はばらつきやすいことに注意が必要です。

また、キャップボルトやトリーマボルトなどと比べると値段が高いことにも注意が必要です。

ユリヤねじ

モノタロウより

別名「化粧ビス」とも呼ばれます。

ボルトの頭がプラスチックになっていて、やや丸みを帯びた見た目をしています。

蝶ボルト

モノタロウより

頭の形が蝶の形をしており、ボルトを回す時に指が引っ掛けやすくなっているようなボルトです。

材質が金属なので、屋外装置などに適用しやすいです。

ただし、でっぱり部が目立つので、

  • 掃除などがしにくかったり、
  • なにかに引っ掛けやすかったり、
  • 外観的にはあまり好まれなかったり、

ノブつきボルト

モノタロウより

回す時に指を引っ掛けやすいよう、数カ所にくぼみが設けられたボルトです。

リヴィ

掴むところの数によって「スリーロブノブ」「ファイブロブノブ」「セブンロブノブ」などと呼ばれます。

指の引っ掛けがあり、さらに頭の径が大きめに作られているので、工具なしでもそこそこのトルクで締めることができます。

ただし、

  • 頭の径が大きく、意外とスペースを食う
  • 頭の径が大きいので印象がゴツくなりやすい

といったところは注意が必要です。

その他 たまに使うねじ

使用頻度は低めですが、たまに使うというボルトについていくつか紹介します。

種類形状用途
アイボルト
モノタロウより
玉掛けをしてクレーン等で運ぶ目的で使用する
Uボルト
モノタロウより
配管を固定したり、丸パイプに対して部品を固定する際に使用する
アジャストボルト(ジャッキボルト)
モノタロウより
ねじの先端を押し付けて、部品の位置決めをする目的で使用する。ねじの先端が丸みを帯びており、部品が傷つきにくくなっている。
アンカーボルト
モノタロウより
地面と架台とを固定するために使用する。オールアンカーとか、ケミカルアンカーとかいつくか種類がある
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