ボルト（留め具）

ボルトは、ねじり力（トルク）によって対応するナットに締め付けたり緩めたりできる、外側に螺旋状のねじ 山が付いた締結具です。ボルトには外側に雄ねじがあり、雌ねじがあらかじめ形成された対応するナットが必要です。^[1]

ナットとボルトはもともと手作りで作られていたため、それぞれのナットがそれぞれのボルトに合っていましたが、互換性はありませんでした。ナットとボルトはすべて異なっていたため、紛失したり破損したりした固定具を交換することは事実上不可能でした。ジョセフ・ウィットワースは1841 年に標準規格を制定することを提案しましたが、すぐには実現しませんでした。

1851年、イギリスのロンドンにあるハイドパークで万国博覧会が開催され、その一環として水晶宮を建設することが決定された。これは190日で、妥当な費用で完了する必要がありました。2024年に破壊された建物の残骸を調査したところ、これを可能にした大きな革新が明らかになりました。担当の建設会社であるフォックス・ヘンダーソンは、当時としては画期的な方法であった標準化されたサイズのナットとボルトを使用することを決定しました。これにより、建物は時間通りに完成することができました。互換性のあるナットとボルトの使用は非常に成功したため、ホイットワース規格が広く採用されました。英国の規格が正式に採用されたのは1905年になってからでした。^[2]

ボルトとネジの違いは明確に定義されていません。機械ハンドブック^[3]によると、学術的な違いは、ボルトとネジの用途にあります。ボルトは、部品のネジ山のない穴を通り、ナットで固定するように設計されています。一方、ネジは、部品自体にネジ山があるか、部品にネジ山を切って使用します。この定義では、実際に使用される用途に応じて留め具の説明が曖昧になり、ネジとボルトという用語は、さまざまな人や国で、同じ留め具やさまざまな留め具を指すために広く使用されています。英国の用語では、キャップ スクリューは、頭までネジ山があるボルトです。

ボルトは、ボルト接合によく使用されます。これは、軸方向の締め付け力を適用するナットと、横方向のせん断力に対して接合部を固定するダボとして機能するボルトのシャンクの組み合わせです。このため、多くのボルトには、ねじ山のないシャンク（ねじ山のないシャンクは、ボルトとねじとの違いとしてよく挙げられるが、 ^{[4] [要検証]}、これは定義ではなく、使用に付随するものである。 ^[要出典]

締結具が締結される部品に独自のねじ山を形成する場合、それはねじと呼ばれます。^[3]これは、ねじ山がテーパー状になっている場合（つまり、従来の木ねじ）に最も顕著に表れ、ナットの使用が不可能な場合、^[3]または板金ねじまたはその他のねじ山形成ねじが使用される場合に当てはまります。ねじは、ジョイントを組み立てるために常に回転させる必要があります。多くのボルトは、組み立て中にツールまたはキャリッジボルトなどの回転しないボルトの設計によって所定の位置に固定され、対応するナットのみが回転します。^[3]

ボルトには、ネジと同様に、さまざまなヘッド デザインが使用されています。これらは、締め付けるために使用するツールと噛み合うように設計されています。一部のボルト ヘッドは、ボルトを所定の位置に固定するため、ボルトは動かず、ナットの端にのみツールが必要になります。

一般的なボルトヘッドには、六角、スロット付き六角ワッシャー、ソケットキャップなどがあります。

最初のボルトは四角い頭を持ち、鍛造で作られました。これらは今でも見られますが、今日では六角形の頭の方がはるかに一般的です。これらはスパナまたはソケットで保持して回転させますが、スパナまたはソケットにはさまざまな形があります。ほとんどは側面から保持されますが、ボルトと一直線に保持されるものもあります。他のボルトにはT字型ヘッドとスロットヘッドがあります。^[5]

多くのボルトは、外部レンチではなく、ドライバーヘッドフィッティングを使用します。ドライバーは、側面からではなく、ファスナーと一列に並んで適用されます。これらはほとんどのレンチヘッドよりも小さく、通常、同じ量のトルクをかけることができません。ドライバーヘッドはネジを意味し、レンチはボルトを意味すると想定されることがあります。これは誤りです。たとえば、コーチスクリューまたはラグスクリューは、木材に鉄細工を取り付けるために使用される、先細りの木ねじ山を備えた大きな四角い頭のネジです。両方のボルトに重なるヘッドデザインには、アレン、トルクス、六角、スプラインヘッドが含まれます。これらの最新のデザインは、幅広いサイズに及び、かなりのトルクを支えることができます。ドライバースタイルのヘッドを備えたねじ式ファスナーは、ナットと一緒に使用されるかどうかに関係なく、機械ネジと呼ばれることがよくあります。 ^[6]

• アンカー ボルト- 物体をコンクリートに固定できるように設計されたボルト。ボルトの頭は通常、コンクリートが硬化する前にコンクリート内に配置され、またはコンクリートを流し込む前に配置されて、ねじ端が露出したままになります。
• アーバー ボルト - ワッシャーが恒久的に取り付けられ、逆ネジになっているボルト。マイター ソーやその他のツールで使用するために設計されており、使用中に自動的に締め付けられてブレードが落ちるのを防ぎます。
• キャリッジ ボルト- 滑らかな丸いヘッドと、回転を防止する四角いセクション、およびナット用のねじセクションを備えたボルト。
• エレベーター ボルト - コンベア システムのセットアップで使用される、大きな平らな頭を持つボルト。
• ハンガー ボルト - ヘッドがなく、機械ねじの本体の後に木製のねじ山の付いたねじの先端があるボルト。実際にはねじであるものにナットを取り付けることができます。
• 六角ボルト- 六角形のヘッドとねじ付きシャンクを備えたボルト。ヘッドのすぐ下のセクションは、厚い材料を固定するためにねじが切られていない場合があります。
• J ボルト - 文字 J のような形状のボルトで、固定用として使用されます。まっすぐな部分のみにナット用のねじ山が切られています。
• ロックボルト- トンネル建設で壁を安定させるために使用されます。
• セックス ボルトまたはシカゴ ボルト- 両端に内部にねじ山とボルト ヘッドが付いたオスとメスの部分を持つボルト。紙の製本によく使用されます。
• ショルダー ボルトまたはストリッパ ボルト - 幅広で滑らかなシャンクと、端に小さなねじ山部分があり、ピボット ピンまたは取り付けポイントとして使用されるボルト。
• U ボルト- 2 つの直線部分にねじ山が切られた U 字型のボルト。2 つのボルト穴がある直線の金属板をナットで固定し、パイプやその他の丸い物体を U ボルトに固定します。

要求される強度や状況に応じて、ファスナーにはいくつかの種類の材料が使用される。^[7]

• スチールファスナー（グレード2、5、8） - 強度レベル
• ステンレス鋼ファスナー（マルテンサイト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼）、
• 青銅および真鍮の留め具 - 防水用途
• ナイロンファスナー - 軽量素材と防水用途に使用されます。

一般的に、すべての締結具の中で最も一般的に使用されている材料は鋼であり、その割合は90%以上です。^[8]

アメリカ鉄鋼構造協会( AISC ) の第 13 版鉄骨設計マニュアルのセクション 16.1 の章 J-3 では、ボルト構造接続の要件を規定しています。^[9] 20 世紀には構造ボルトのコストが低下し、強度が高まったため、構造ボルトがリベットに取って代わりました。接続は、スリップ クリティカル接続とベアリング接続の 2 種類のジョイントで形成されます。スリップ クリティカル接続では、接続された部品の動きが保守条件であり、ボルトは最小限必要なプリテンションまで締め付けられます。スリップは、ボルトのせん断平面であり、2 つのメンバーが接触する「接合」面の摩擦によって防止されます。摩擦は法線力に比例するため、接続のサイズは、必要な荷重容量を提供できるように、十分な数のボルトと大きさにする必要があります。ただし、これにより、接続内の各ボルトのせん断容量が大幅に減少します。2 番目 (より一般的なタイプ) の接続は、ベアリング接続です。このタイプの接続では、ボルトはせん断によって荷重を支え、締め付けは「ぴったり」締め付けるだけです。この接続では、スリップ クリティカル接続よりもボルトの数が少なくて済むため、より安価な代替手段となります。スリップ クリティカル接続は、梁と柱の接合部やモーメント クリティカル接続のフランジ プレートでよく使用されます。ベアリング タイプの接続は、軽量構造や、スリップが重要ではなく、構造破損の防止が設計上の制約であるメンバー接続で使用されます。一般的なベアリング タイプの接続には、せん断タブ、梁サポート、トラスのガセット プレートなどがあります。^{[引用が必要]}

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