クリアランス穴計算機 - ネジとボルトに最適な穴サイズを見つける

逃げ穴計算機

逃げ穴とは、ねじやボルトがねじ山を側面に接触させず、自由に通り抜けられるように、ファスナーよりわずかに大きく開けた穴です。逃げ穴計算機は、推測ではなく標準的な工学表を使って、指定したねじやボルトのサイズに適した穴径を調べます。

逃げ穴とは何か？

ファスナー用の穴は、基本的に3種類あります。

• タップ穴にはねじ山が切られています。ねじがそのねじ山にかみ合うことで、実際に2つの部品が固定されます。
• 逃げ穴にはねじ山がありません。ファスナーより広く開けられているため、ねじやボルトは抵抗なく通り抜け、反対側のタップ穴またはナットにねじ込まれます。
• 圧入穴はファスナーより小さい穴です。部品をそのファスナーに押し付けるか、力を加えて取り付ける必要があります。

小さすぎる逃げ穴では、ねじ山が穴に食い込んだり、ファスナーがまったく通らなかったりします。大きすぎる穴ではファスナーが所定の位置からずれ、ボルト頭部またはワッシャーの下にある、締付け荷重を受ける平面部分が小さくなります。

逃げ穴には、部品間の小さな位置ずれを許容し、材料が温度によって膨張・収縮する際の組立品のわずかな動きを可能にする働きもあります。また、穴の周辺で木材が割れたり、プラスチックにひびが入ったりするリスクも低減します。

逃げ穴の計算式

逃げ穴の寸法は、一つの単純な式で決まるものではありません。規格団体が許容差の表を公表しており、ねじが大きくなるほど許容差も大きくなります。この計算機は、ISO 273（メートル系ファスナー。普通級は「中級」と呼ばれます）とASME B18.2.8（インチ系ファスナー）の普通級の値を使っています。これらは、一般的な製造、木工、加工で最もよく使われる表です。

$D_{clearance} = D_{screw} + \text{許容差（規格表による）}$

メートルねじの場合、許容差はM2ねじの0.4 mmからM20またはM24ねじの2.0 mmまでの範囲で、単一の固定値や割合ではありません。インチねじはASME B18.2.8の独自の表に従い、ねじが大きくなるにつれて許容差も段階的に増加します。

計算例

M6ねじの呼び径は6.0 mmです。普通級の逃げ穴は6.6 mmで、許容差は0.6 mmです。標準的な選択肢は6.6 mmまたは6.5 mmのドリルビットで、通常の6 mmビットではきつすぎます。

メートルねじの逃げ穴サイズ

ISO 273には、ねじ径1 mmから150 mmについて、精級、中級、粗級の逃げ穴が掲載されています。インド規格IS 1821:1987はISO 273-1979と同一で、無料で公開されています。その中級の列が、以下の値です。たとえば、8 mmのねじには、精級で8.4 mm、中級で9 mm、粗級で10 mmの穴があります。

アメリカ式番号ねじの逃げ穴サイズ

ASME B18.2.8では、#0から#10までの番号付き小ねじについて、#7と#9（小ねじでは一般的でないサイズ）を除く普通級の逃げ穴が規定されています。#12については普通級の行が定義されていないため、このサイズは提供されていません。

計算例

#8ねじの直径は0.164インチ (4.17 mm)です。その普通級の逃げ穴は0.196インチ (4.98 mm)で、標準の番号9ドリルビットが対応します。一部のドリル表には、より小さい値0.177インチ (4.5 mm)が、#8ねじ用として載っています。この数値は、この計算機が使うASME B18.2.8の普通級の表ではなく、番号ドリルに基づく、より狭い「フリーフィット」方式に由来します。二つの方式を混用すると、ねじがきつく噛む穴になるおそれがあります。

アメリカ式分数ねじの逃げ穴サイズ

ASME B18.2.8では、9/16"について普通級の行が定義されていないため、このサイズは提供されていません。

計算例

1/4 インチボルトの直径は0.250インチ (6.35 mm)です。その普通級の逃げ穴は0.281インチ (7.14 mm)で、標準の9/32 インチドリルビットが対応します。これは約1/32インチ (0.79 mm)の許容差で、一部の経験則が示す1/16インチ (1.6 mm)ではありません。

計算機は、すべてのインチの結果をミリメートルに換算して表示します。1インチは正確に25.4 mmに等しいためです。

精級、普通級、粗級

ASME B18.2.8は、逃げ穴を三つの等級に分けています。精級、普通級、粗級です。精級は許容差が最も小さく、部品を可能な限り正確に位置合わせできますが、組み立てに時間がかかります。粗級は許容差が大きく、位置ずれの修正や熱膨張の吸収がしやすくなりますが、接合部のはまりはゆるくなります。この計算機が出すのは中間の普通級だけで、木工、金属加工、機械製作での一般的な組み立て作業の大半に使われます。

逃げ穴計算機の使い方

1. ドロップダウンからファスナーの種類を選びます。メートルねじ（M2～M24）、アメリカ式番号ねじ（#0～#10）、またはアメリカ式分数ねじ（1/4"～1）から選択できます。
2. ねじの径と推奨される逃げ穴のサイズを確認します。どちらもミリメートル単位で表示されます。
3. 図を確認します。図ではねじと逃げ穴が縮尺どおりに描かれているため、両者のすき間を簡単に確認できます。
4. 結果をコピーして、図面、切断リスト、またはメモに貼り付けます。

よくある質問

逃げ穴とタップ穴の違いは何か？

逃げ穴にはねじ山がなく、ファスナーを自由に通せます。タップ穴にはねじ山が切られており、ファスナーとかみ合って接合部を固定します。一般的なボルト接合では、逃げ穴は取り付けられる側の部品にあり、タップ穴（またはナット）は取り付け先の部品にあります。

逃げ穴はねじよりどのくらい大きくすべきか？

ねじのサイズによって異なります。普通級の表を使う場合、メートルねじの許容差は最小サイズの0.4 mmから最大サイズの2.0 mmまでの範囲です。インチねじでは、ASME B18.2.8が各サイズに独自の許容差を定めており、固定された割合ではなく段階的に増加します。すべてのファスナーに適用できる単一の割合はありません。

逃げ穴にはどのドリルビットを使うべきか？

適合するビットがある場合は、正確なサイズを使います。ない場合は、小さいサイズではなく次に大きいサイズを選びます。少し大きい穴で問題が生じることはほとんどありませんが、小さすぎる穴ではファスナーが通らなかったり、新たなねじ山を切ることになったりします。

同じねじなのに、逃げ穴のサイズが異なる表があるのはなぜか？

公開されている表の中には、番号または文字のドリルビットと組み合わせた「精級」または「フリーフィット」方式を使っているものがあります。これはここで使用する普通級の表よりきつい方式です。二つの方式の値を混用すると、ファスナーに対して穴がきつくなりすぎることがあるため、プロジェクト全体を通して一つの方式の数値を使うのが適切です。

逃げ穴を大きくすると接合部は弱くなるか？

普通級の範囲内では弱くなりません。接合部の強度は主に、ファスナーをどの程度のトルクで締め付けるか、またボルト頭部またはワッシャーが押し付ける平面部分の広さによって決まります。穴が普通級の許容差を大幅に超えて大きい場合は、その平面部分が小さくなり、荷重下で接合部がずれることがあります。しかし、普通級の穴によって接合部が弱くなることはありません。

参考文献

1. ASME. B18.2.8 — Clearance Holes for Bolts, Screws, and Studs（規格概要ページ）。ASME B18.2.8 — #0から1.5インチまでと、M1.6からM100までのファスナーについて、精級、普通級、粗級の逃げ穴を扱う。
2. National Institute of Standards and Technology. NIST Guide to the SI, Appendix B.8: Factors for Units Listed Alphabetically. NIST SP 811 付録B.8 — インチからメートルへの係数 2.54 E-02。正確な値として太字で示されている。
3. Bureau of Indian Standards. IS 1821:1987 — Dimensions for Clearance Holes for Bolts and Screws (Third Revision)、ISO 273-1979と同一。IS 1821:1987 — セクション2の、精級、中級、粗級の逃げ穴の表、1 mmから150 mm。