スレッド計算機 - ネジとボルトの寸法

スレッド寸法の紹介

スレッド寸法は、ネジ、ボルト、ナットなどのファスナーを扱うエンジニア、機械工、DIY愛好者にとって重要なパラメーターです。スレッド計算機は、主要直径とピッチ（またはインチあたりのスレッド数）に基づいて、スレッドの深さ、最小直径、ピッチ直径などの重要なスレッド寸法を簡単かつ強力に計算する方法を提供します。メトリックまたはインペリアルスレッドシステムで作業しているかにかかわらず、この計算機は機械的アセンブリ、製造プロセス、修理アプリケーションにおけるスレッドコンポーネントの適切なフィット、機能、互換性を確保するのに役立ちます。

スレッドの幾何学を理解することは、適切なファスナーを選択し、穴を正しくタップし、コンポーネントが適切に接合することを保証するために重要です。この包括的なガイドでは、スレッド寸法の基本、計算式、実用的なアプリケーションを説明し、さまざまな業界やプロジェクトでスレッドファスナーを自信を持って扱えるようにします。

スレッド寸法の基本

主要なスレッド用語

計算に入る前に、スレッド寸法で使用される基本的な用語を理解することが重要です：

• 主要直径: スレッドの最大直径で、スレッドプロファイルのクリストからクリストまで測定されます。
• 最小直径: スレッドの最小直径で、スレッドプロファイルのルートからルートまで測定されます。
• ピッチ直径: 主要直径と最小直径の中間に位置する理論的な直径です。
• ピッチ: 隣接するスレッドクリスト間の距離（メトリックスレッドの場合）またはインチあたりのスレッド数（インペリアルスレッドの場合）です。
• スレッド深さ: 主要直径と最小直径の間の半径の距離で、スレッドがどれだけ深く切られているかを表します。
• インチあたりのスレッド数（TPI）: インチあたりのスレッドクリストの数で、インペリアルスレッドシステムで使用されます。
• リード: スレッド付きコンポーネントが1回転で進む軸方向の距離です。
• スレッド角度: スレッドのフランク間の含まれる角度（メトリックの場合は60°、インペリアルの場合は55°）。

スレッド基準とシステム

世界中で使用される2つの主要なスレッド寸法システムがあります：

1. メトリックスレッドシステム（ISO）:

   • 'M'の文字と、その後にミリメートル単位の主要直径が続きます。
   • ピッチはミリメートル単位で測定されます。
   • 標準スレッド角度は60°です。
   • 例：M10×1.5（主要直径10mm、ピッチ1.5mm）

2. インペリアルスレッドシステム（統一/UTS）:

   • インチで測定されます。
   • ピッチの代わりにインチあたりのスレッド数（TPI）を使用します。
   • 標準スレッド角度は60°（元々はウィットワーススレッドのために55°）。
   • 例：3/8"-16（主要直径3/8"、インチあたり16スレッド）

スレッド寸法の計算式

スレッド深さの計算

スレッド深さは、スレッドがどれだけ深く切られているかを示し、適切なスレッドのかみ合わせにとって重要な寸法です。

メトリックスレッドの場合：

スレッド深さ（h）は次のように計算されます：

$h = 0.6134 \times P$

ここで：

• h = スレッド深さ（mm）
• P = ピッチ（mm）

インペリアルスレッドの場合：

スレッド深さ（h）は次のように計算されます：

$h = 0.6134 \times \frac{25.4}{TPI}$

ここで：

• h = スレッド深さ（mm）
• TPI = インチあたりのスレッド数

最小直径の計算

最小直径はスレッドの最小直径で、クリアランスとフィットを決定するために重要です。

メトリックスレッドの場合：

最小直径（d₁）は次のように計算されます：

$d_1 = d - 2h = d - 1.226868 \times P$

ここで：

• d₁ = 最小直径（mm）
• d = 主要直径（mm）
• P = ピッチ（mm）

インペリアルスレッドの場合：

最小直径（d₁）は次のように計算されます：

$d_1 = d - 1.226868 \times \frac{25.4}{TPI}$

ここで：

• d₁ = 最小直径（mmまたはインチ）
• d = 主要直径（mmまたはインチ）
• TPI = インチあたりのスレッド数

ピッチ直径の計算

ピッチ直径は、スレッドの厚さがスペースの幅と等しい理論的な直径です。

メトリックスレッドの場合：

ピッチ直径（d₂）は次のように計算されます：

$d_2 = d - 0.6495 \times P$

ここで：

• d₂ = ピッチ直径（mm）
• d = 主要直径（mm）
• P = ピッチ（mm）

インペリアルスレッドの場合：

ピッチ直径（d₂）は次のように計算されます：

$d_2 = d - 0.6495 \times \frac{25.4}{TPI}$

ここで：

• d₂ = ピッチ直径（mmまたはインチ）
• d = 主要直径（mmまたはインチ）
• TPI = インチあたりのスレッド数

スレッド計算機の使い方

私たちのスレッド計算機は、これらの複雑な計算を簡素化し、わずか数回の入力で正確なスレッド寸法を提供します。計算機を効果的に使用するための手順は次のとおりです：

1. スレッドタイプを選択: ファスナーの仕様に基づいてメトリックまたはインペリアルスレッドシステムのいずれかを選択します。

2. 主要直径を入力:

   • メトリックスレッドの場合：ミリメートル単位で直径を入力します（例：M10ボルトの場合は10mm）。
   • インペリアルスレッドの場合：インチ単位で直径を入力します（例：3/8"ボルトの場合は0.375）。

3. ピッチまたはTPIを指定:

   • メトリックスレッドの場合：ミリメートル単位でピッチを入力します（例：1.5mm）。
   • インペリアルスレッドの場合：インチあたりのスレッド数（TPI）を入力します（例：16 TPI）。

4. 結果を表示: 計算機は自動的に次のものを表示します：

   • スレッド深さ
   • 最小直径
   • ピッチ直径

5. 結果をコピー: コピーボタンを使用して、結果を文書やさらなる計算のために保存します。

例計算

メトリックスレッドの例：

M10×1.5ボルトの場合：

• 主要直径：10mm
• ピッチ：1.5mm
• スレッド深さ：0.6134 × 1.5 = 0.920mm
• 最小直径：10 - 1.226868 × 1.5 = 8.160mm
• ピッチ直径：10 - 0.6495 × 1.5 = 9.026mm

インペリアルスレッドの例：

3/8"-16ボルトの場合：

• 主要直径：0.375インチ（9.525mm）
• TPI：16
• ピッチ：25.4/16 = 1.588mm
• スレッド深さ：0.6134 × 1.588 = 0.974mm
• 最小直径：9.525 - 1.226868 × 1.588 = 7.574mm
• ピッチ直径：9.525 - 0.6495 × 1.588 = 8.493mm

実用的なアプリケーションと使用例

エンジニアリングと製造

スレッド計算は、さまざまなエンジニアリングおよび製造プロセスにおいて重要です：

1. 製品設計: エンジニアは、荷重要件とスペース制約を満たすファスナーを指定するためにスレッド寸法を使用します。

2. CNC加工: 機械工は、旋盤やフライス盤でのスレッド切削操作をプログラムするために正確なスレッド寸法が必要です。

3. 品質管理: 検査官は、仕様や基準に準拠していることを確認するためにスレッド寸法を検証します。

4. 工具選定: 適切なタップ、ダイ、スレッドゲージを選択するには、スレッド寸法の知識が必要です。

5. 3Dプリント: アディティブ製造用にスレッドコンポーネントを設計するには、正確なスレッド仕様が必要です。

自動車および機械修理

自動車や機械修理作業においてもスレッド計算は重要です：

1. エンジン再構築: シリンダーヘッドやエンジンブロックなどの重要なコンポーネントでの適切なスレッドのかみ合わせを確保します。

2. 油圧システム: 互換性のあるスレッド仕様を持つフィッティングやコネクタを選択します。

3. ファスナーの交換: 元の部品が損傷または欠落している場合に、正しい交換ファスナーを特定します。

4. スレッド修理: ヘリコイルインサートやスレッド修理キットの寸法を決定します。

5. カスタム製作: 既存のシステムと統合するカスタムスレッドコンポーネントを作成します。

DIYおよび家庭プロジェクト

家庭プロジェクトにおいても、スレッド寸法を理解することは価値があります：

1. 家具の組み立て: 組み立てや修理のための正しいファスナーを特定します。

2. 配管修理: パイプフィッティングや器具のためにスレッドタイプとサイズを一致させます。

3. 自転車メンテナンス: 自転車コンポーネントで使用される特殊なスレッド基準で作業します。

4. 電子機器のエンクロージャ: 電子デバイスの取り付けネジに対する適切なスレッドのかみ合わせを確保します。

5. 庭の機器: 芝生や庭の道具のスレッドコンポーネントを修理または交換します。

標準スレッド計算の代替手段

提供された計算式は、標準Vスレッド（ISOメトリックおよび統一スレッド）をカバーしていますが、異なる計算方法を持つ他のスレッド形式もあります：

1. アクメスレッド: 動力伝達に使用され、29°のスレッド角度を持ち、異なる深さ計算が必要です。

2. バットレススレッド: 一方向に高い荷重を持つように設計されており、非対称スレッドプロファイルを持ちます。

3. スクエアスレッド: 動力伝達の最大効率を提供しますが、製造が難しいです。

4. テーパースレッド: パイプフィッティングに使用され、テーパー角を考慮した計算が必要です。

5. マルチスタートスレッド: 複数のスレッドヘリックスを持ち、リードとピッチの計算に調整が必要です。

これらの特殊なスレッド形式については、特定の公式と基準を参照する必要があります。

スレッド基準と寸法の歴史

スレッドシステムの標準化の発展には、数世紀にわたる豊かな歴史があります：

初期の発展

標準化の前は、各職人が独自のスレッドコンポーネントを作成しており、互換性が不可能でした。標準化の最初の試みは18世紀後半に始まりました：

• 1797年: ヘンリー・モーズレイが初のスクリュー切削旋盤を開発し、より一貫したスレッドの生産を可能にしました。
• 1841年: ジョセフ・ウィットワースがイギリスで標準化されたスレッドシステムを提案し、55°のスレッド角度と各直径に対する特定のスレッドピッチを設定しました。
• 1864年: ウィリアム・セラーズがアメリカで簡略化されたスレッドシステムを導入し、60°のスレッド角度がアメリカ標準として定着しました。

現代の基準の進化

20世紀には、スレッドの標準化に大きな進展がありました：

• 1948年: 統一スレッド標準（UTS）がアメリカとイギリスのシステムの妥協として確立されました。
• 1960年代: 国際標準化機構（ISO）がメトリックスレッド標準を開発し、世界中で主流のシステムとなりました。
• 1970年代: 多くの国がインペリアルからメトリックスレッド標準への移行を開始しました。
• 現在: メトリックISOとインペリアル統一スレッドシステムは共存しており、メトリックが新しい設計で世界的に一般的である一方、インペリアルスレッドはアメリカとレガシーシステムで依然として広く使用されています。

技術の進歩

現代の技術は、スレッドの測定と製造を革命的に変えました：

• デジタルマイクロメーターとキャリパー: スレッド寸法の正確な測定を可能にします。
• スレッドピッチゲージ: スレッドのピッチやTPIを迅速に特定できます。
• 光学比較器: スレッドプロファイルの詳細な視覚検査を提供します。
• 座標測定機（CMM）: 自動化された高精度のスレッド測定を提供します。
• 3Dスキャン: 既存のスレッドのデジタルモデルを作成し、分析または再現します。

スレッド寸法のコード例

以下は、さまざまなプログラミング言語でスレッド寸法を計算する方法の例です：

1' Excel VBA関数 - メトリックスレッド計算
2Function MetricThreadDepth(pitch As Double) As Double
3    MetricThreadDepth = 0.6134 * pitch
4End Function
5
6Function MetricMinorDiameter(majorDiameter As Double, pitch As Double) As Double
7    MetricMinorDiameter = majorDiameter - (1.226868 * pitch)
8End Function
9
10Function MetricPitchDiameter(majorDiameter As Double, pitch As Double) As Double
11    MetricPitchDiameter = majorDiameter - (0.6495 * pitch)
12End Function
13
14' 使用例：
15' =MetricThreadDepth(1.5)
16' =MetricMinorDiameter(10, 1.5)
17' =MetricPitchDiameter(10, 1.5)
18

1def calculate_thread_dimensions(major_diameter, thread_type, pitch=None, tpi=None):
2    """メトリックまたはインペリアルスレッドの寸法を計算します。
3    
4    引数:
5        major_diameter (float): mmまたはインチ単位の主要直径
6        thread_type (str): 'metric' または 'imperial'
7        pitch (float, optional): メトリックスレッド用のピッチ（mm）
8        tpi (float, optional): インペリアルスレッド用のインチあたりのスレッド数
9        
10    戻り値:
11        dict: スレッド寸法（スレッド深さ、最小直径、ピッチ直径）を含む辞書
12    """
13    if thread_type == 'metric' and pitch:
14        thread_depth = 0.6134 * pitch
15        minor_diameter = major_diameter - (1.226868 * pitch)
16        pitch_diameter = major_diameter - (0.6495 * pitch)
17    elif thread_type == 'imperial' and tpi:
18        pitch_mm = 25.4 / tpi
19        thread_depth = 0.6134 * pitch_mm
20        minor_diameter = major_diameter - (1.226868 * pitch_mm)
21        pitch_diameter = major_diameter - (0.6495 * pitch_mm)
22    else:
23        raise ValueError("無効な入力パラメーター")
24        
25    return {
26        'thread_depth': thread_depth,
27        'minor_diameter': minor_diameter,
28        'pitch_diameter': pitch_diameter
29    }
30
31# 使用例：
32metric_results = calculate_thread_dimensions(10, 'metric', pitch=1.5)
33imperial_results = calculate_thread_dimensions(0.375, 'imperial', tpi=16)
34
35print(f"メトリック M10x1.5 - スレッド深さ: {metric_results['thread_depth']:.3f}mm")
36print(f"インペリアル 3/8\"-16 - スレッド深さ: {imperial_results['thread_depth']:.3f}mm")
37

1function calculateThreadDimensions(majorDiameter, threadType, pitchOrTpi) {
2  let threadDepth, minorDiameter, pitchDiameter, pitch;
3  
4  if (threadType === 'metric') {
5    pitch = pitchOrTpi;
6  } else if (threadType === 'imperial') {
7    pitch = 25.4 / pitchOrTpi; // TPIをmm単位のピッチに変換
8  } else {
9    throw new Error('無効なスレッドタイプ');
10  }
11  
12  threadDepth = 0.6134 * pitch;
13  minorDiameter = majorDiameter - (1.226868 * pitch);
14  pitchDiameter = majorDiameter - (0.6495 * pitch);
15  
16  return {
17    threadDepth,
18    minorDiameter,
19    pitchDiameter
20  };
21}
22
23// 使用例：
24const metricResults = calculateThreadDimensions(10, 'metric', 1.5);
25console.log(`M10x1.5 - スレッド深さ: ${metricResults.threadDepth.toFixed(3)}mm`);
26
27const imperialResults = calculateThreadDimensions(9.525, 'imperial', 16); // 3/8" = 9.525mm
28console.log(`3/8"-16 - スレッド深さ: ${imperialResults.threadDepth.toFixed(3)}mm`);
29

1public class ThreadCalculator {
2    public static class ThreadDimensions {
3        private final double threadDepth;
4        private final double minorDiameter;
5        private final double pitchDiameter;
6        
7        public ThreadDimensions(double threadDepth, double minorDiameter, double pitchDiameter) {
8            this.threadDepth = threadDepth;
9            this.minorDiameter = minorDiameter;
10            this.pitchDiameter = pitchDiameter;
11        }
12        
13        public double getThreadDepth() { return threadDepth; }
14        public double getMinorDiameter() { return minorDiameter; }
15        public double getPitchDiameter() { return pitchDiameter; }
16    }
17    
18    public static ThreadDimensions calculateMetricThreadDimensions(double majorDiameter, double pitch) {
19        double threadDepth = 0.6134 * pitch;
20        double minorDiameter = majorDiameter - (1.226868 * pitch);
21        double pitchDiameter = majorDiameter - (0.6495 * pitch);
22        
23        return new ThreadDimensions(threadDepth, minorDiameter, pitchDiameter);
24    }
25    
26    public static ThreadDimensions calculateImperialThreadDimensions(double majorDiameter, double tpi) {
27        double pitch = 25.4 / tpi; // TPIをmm単位のピッチに変換
28        double threadDepth = 0.6134 * pitch;
29        double minorDiameter = majorDiameter - (1.226868 * pitch);
30        double pitchDiameter = majorDiameter - (0.6495 * pitch);
31        
32        return new ThreadDimensions(threadDepth, minorDiameter, pitchDiameter);
33    }
34    
35    public static void main(String[] args) {
36        // 使用例：M10x1.5メトリックスレッド
37        ThreadDimensions metricResults = calculateMetricThreadDimensions(10.0, 1.5);
38        System.out.printf("M10x1.5 - スレッド深さ: %.3f mm%n", metricResults.getThreadDepth());
39        
40        // 使用例：3/8"-16インペリアルスレッド（3/8" = 9.525mm）
41        ThreadDimensions imperialResults = calculateImperialThreadDimensions(9.525, 16.0);
42        System.out.printf("3/8\"-16 - スレッド深さ: %.3f mm%n", imperialResults.getThreadDepth());
43    }
44}
45

よくある質問

ピッチとインチあたりのスレッド数（TPI）の違いは何ですか？

ピッチは隣接するスレッドクリスト間の距離で、メトリックスレッドの場合はミリメートルで測定されます。インチあたりのスレッド数（TPI）は、インペリアルスレッドシステムで使用されるインチあたりのスレッドクリストの数です。これらは次の式で関連しています：ピッチ（mm）= 25.4 / TPI。

スレッドがメトリックかインペリアルかをどうやって判断しますか？

メトリックスレッドは通常、直径とピッチがミリメートル単位で表されます（例：M10×1.5）。インペリアルスレッドは、直径がインチの分数または小数で、スレッド数がTPIで表されます（例：3/8"-16）。メトリックスレッドは60°のスレッド角度を持ち、古いインペリアルスレッド（ウィットワース）は55°の角度を持ちます。

スレッドエンゲージメントとは何で、どれくらい必要ですか？

スレッドエンゲージメントは、接合部品間のスレッド接触の軸方向の長さを指します。ほとんどのアプリケーションでは、最小の推奨スレッドエンゲージメントは、鋼製ファスナーの場合は主要直径の1倍、アルミニウムや他の柔らかい材料の場合は1.5倍です。重要なアプリケーションでは、さらに多くのエンゲージメントが必要な場合があります。

粗いスレッドと細いスレッドはその用途にどのように異なりますか？

粗いスレッドは大きなピッチ値（スレッド数が少ない）を持ち、組み立てが容易で、クロススレッドに対する抵抗が強く、柔らかい材料や頻繁な組み立て/分解が必要な場合に適しています。細いスレッドは小さなピッチ値（スレッド数が多い）を持ち、引張強度が高く、振動による緩みへの抵抗が強く、より正確な調整能力を提供します。

メトリックとインペリアルのスレッド寸法をどのように変換しますか？

インペリアルからメトリックへの変換：

• 直径（mm）= 直径（インチ）× 25.4
• ピッチ（mm）= 25.4 / TPI

メトリックからインペリアルへの変換：

• 直径（インチ）= 直径（mm）/ 25.4
• TPI = 25.4 / ピッチ（mm）

主要直径、最小直径、ピッチ直径の違いは何ですか？

主要直径はスレッドの最大直径で、クリストからクリストまで測定されます。最小直径はスレッドの最小直径で、ルートからルートまで測定されます。ピッチ直径は、主要直径と最小直径の中間に位置する理論的な直径で、スレッドの厚さがスペースの幅と等しいところです。

スレッドのピッチやTPIを正確に測定するにはどうすればよいですか？

メトリックスレッドの場合は、メトリックスケールのスレッドピッチゲージを使用します。インペリアルスレッドの場合は、TPIスケールのスレッドピッチゲージを使用します。ゲージをスレッドに当てて、完全に一致するものを見つけます。また、一定数のスレッド間の距離を測定し、その数で割ることでピッチを求めることもできます。

スレッド公差クラスとは何で、フィットにどのように影響しますか？

スレッド公差クラスは、異なるフィットタイプを達成するためのスレッド寸法の許容される変動を定義します。ISOメトリックシステムでは、公差は数字と文字（例：外部スレッドの6g、内部スレッドの6H）で指定されます。数字が高いほど、より厳しい公差を示します。文字は、公差が材料に対して適用される方向を示します。

右ネジと左ネジの違いは何ですか？

右ネジは時計回りに回すと締まり、反時計回りに回すと緩みます。最も一般的なタイプです。左ネジは反時計回りに回すと締まり、時計回りに回すと緩みます。左ネジは、通常の操作で右ネジが緩む可能性がある特別なアプリケーションで使用されます。例えば、車両の左側やガスフィッティングなどです。

スレッドシーラントや潤滑剤はスレッドエンゲージメントにどのように影響しますか？

スレッドシーラントや潤滑剤は、スレッド接続の認識されたフィットに影響を与える可能性があります。シーラントはスレッド間の隙間を埋め、効果的な寸法を変更する可能性があります。潤滑剤は摩擦を減少させ、トルク仕様が潤滑剤を考慮しない場合、過度の締め付けを引き起こす可能性があります。常に製造業者の推奨に従ってシーラントや潤滑剤を使用してください。

参考文献

1. ISO 68-1:1998. "ISO一般用スクリュースレッド - 基本プロファイル - メトリックスレッド。"
2. ASME B1.1-2003. "統一インチスレッド（UNおよびUNRスレッド形式）。"
3. Machinery's Handbook, 31st Edition. Industrial Press, 2020.
4. Oberg, E., Jones, F. D., Horton, H. L., & Ryffel, H. H. (2016). Machinery's Handbook (30th Edition). Industrial Press.
5. Smith, Carroll. "スレッド寸法の計算。" American Machinist, 2010.
6. British Standard Whitworth (BSW) および British Standard Fine (BSF) スレッド仕様。
7. ISO 965-1:2013. "ISO一般用メトリックスレッド - 公差。"
8. Deutsches Institut für Normung. "DIN 13-1: ISO一般用メトリックスレッド。"
9. Japanese Industrial Standards Committee. "JIS B 0205: 一般用メトリックスレッド。"
10. American National Standards Institute. "ANSI/ASME B1.13M: メトリックスクリュースレッド：Mプロファイル。"

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プロジェクトのためにスレッド寸法を計算する準備はできましたか？上記のスレッド計算機を使用して、任意のメトリックまたはインペリアルスレッドのスレッド深さ、最小直径、ピッチ直径を迅速に正確に計算してください。スレッド仕様を入力するだけで、適切なフィットと機能を保証するための即時の正確な結果が得られます。