機械要素の基礎：ナット

ナットとは

ナットは、部品同士を締結するために用いられる基本的な締結部品の一種であり、中心にめねじが切られた穴を持つ部品です。通常、対となるおねじを持つボルトやねじと組み合わせて使用され、これらを締め付けることによって強力な締付力を発生させ、部品を固定します。機械、建築、自動車、家電製品など、あらゆる分野で不可欠な部品として、ボルトと共に広く利用されています。

ナットの基本的な機能と原理

ナットの主な機能は、ボルトやねじのおねじに沿って回転させることで軸方向に移動し、ボルト頭部や座面との間で部品を挟み込み、圧縮する力を生み出すことです。ねじのらせん構造が、回転運動を軸方向の大きな力に変換するくさびのような役割を果たします。この締付力によって、部品の接合部の強度を保ち、外力によるずれや分離、振動による緩みを防ぎます。

ナットの一般的な形状と種類

ナットには、使用目的、必要な強度、操作性、緩み止め機能の有無などに応じて、様々な形状や種類のものが存在します。

• 六角ナット: 最も広く一般的に使用される標準的なナットです。外形が正六角形をしており、スパナやレンチなどの工具で効率的にトルクをかけることができます。JIS規格などでは、高さや対辺幅によって1種、2種、3種などの区分があり、用途に応じて使い分けられます。
• 四角ナット: 外形が正方形のナットです。六角ナットに比べて工具のかかりは劣りますが、平面積が広いため座面圧を低く抑えたい場合や、溝にはめ込んで回り止めとして使用されることがあります。近年では特殊な用途を除き、使用頻度は減少しています。
• フランジナット: 六角ナットの片面に、座金と一体になった円盤状のつばが付いたナットです。締付力を広い面積に分散させる効果があるため、相手材が柔らかい場合や、締結穴が大きい場合に有効です。座金を別途用意する手間が省けます。フランジ下面に鋸歯状のセレーションが刻まれ、緩み止め効果を高めたタイプもあります。
• 袋ナット: ナットの一端がドーム状で覆われた形状をしています。ボルトやねじの先端部を内部に収めて覆い隠すため、ねじ部の錆や損傷からの保護、外観の向上、突出したねじ先端部による引っかかりや怪我の防止などを目的として使用されます。装飾性が求められる箇所にも用いられます。
• 蝶ナット: 手でつまんで回しやすいように、蝶の羽のような形状の突起が付いたナットです。工具を使わずに手で容易に締めたり緩めたりできるため、頻繁な調整や組み立て・分解が必要な箇所に便利です。
• ローレットナット: 円筒形や平たい円盤状の外周に、滑り止めのための細かい凹凸（ローレット加工）が施されたナットです。蝶ナットと同様に、手で操作することを主目的としており、比較的弱い力で締結する場合に使用されます。
• 溝付きナット / キャッスルナット: 六角ナットの上部に、王冠のようにスリット状の溝が複数（通常6箇所）設けられたナットです。ボルトの軸部に貫通させた穴に割りピンやスナップピン、針金などを通し、そのピンをナットの溝にはめ込むことで、ナットが回転して緩むのを物理的に確実に防止します。振動が激しい箇所や、万が一緩むと重大な事故につながる可能性のある重要保安部品に広く使用されます。
• 溶接ナット: 部品に予め溶接して取り付けておくためのナットです。ナット本体にスポット溶接やプロジェクション溶接に適した突起が設けられています。組み立て後にナット側からのアクセスが困難になるパネルやフレームなどに、事前にめねじを設ける目的で使用されます。四角形や六角形のプレート状のものなどがあります。

緩み止めナット

振動、衝撃、温度変化、繰り返し荷重などによってナットが自然に緩むのを防止するために、特別な緩み止め機構を組み込んだナットの総称です。「ロックナット」とも呼ばれます。緩み止めの原理によって、大きく二つのタイプに分類されます。

• プリベリングトルクタイプ（Prevailing Torque Type）: ナットを締め付ける途中から、ねじ部との間に一定の摩擦抵抗（プリベリングトルク、回転させるのに必要な初期トルク）が発生し、これが緩み止めとして機能するタイプです。
  • ナイロンインサート付きナット（ナイロンナット、Uナット）： ナットの一部（通常は上部）にナイロン製のリングが組み込まれており、おねじがこのナイロンリングに食い込むことで強い摩擦抵抗を生み出します。
  • 金属製ロックナット： ナットのねじ部の一部を意図的に変形させたり（かしめ加工）、ばね性の金属要素を組み込んだりして、金属同士の摩擦や弾性的な干渉によってロック効果を得ます。全金属製のため、ナイロンナットが使えない高温環境にも使用できます。
• フリースピンニングタイプ（Free-Spinning Type）: ナットを締め付けて座面に接触するまでは自由に回転し、最終的に座面との間に生じる摩擦力や反力によって緩み止め効果を発揮するタイプです。
  • セレーション付きフランジナット： フランジ下面の鋸歯が相手材に食い込むことで、戻り回転を防ぎます。
  • 二分割されたナットや、皿ばねが組み込まれたナットなどもこのタイプに含まれます。

ナットの材質

ナットの材質は、組み合わせて使用するボルトやねじと同様に、要求される強度、耐食性、耐熱性、重量、コストなどを考慮して選定されます。主な材質は以下の通りです。

• 鋼：最も一般的。炭素鋼や合金鋼が用いられ、強度区分が定められています。多くの場合、防錆のために亜鉛めっきなどの表面処理が施されます。
• ステンレス鋼：耐食性が重要な場合に使用（SUS304, SUS316など）。
• 黄銅：耐食性、導電性、非磁性が必要な場合。
• 青銅：耐食性、耐摩耗性。
• アルミニウム合金：軽量化が目的の場合。
• チタン合金：軽量、高強度、高耐食性、生体適合性が求められる場合（高価）。
• 樹脂）：ナイロン（ポリアミド）など。軽量、電気絶縁性、耐薬品性が必要な場合（強度は低い）。

通常、ナットの材質は、組み付けるボルトと同等か、ボルトの破損を防ぐためにわずかに強度の低いものが選ばれることもあります。

ねじの規格

ナットのめねじは、組み合わされるボルトやねじのおねじと、呼び径、ピッチ、ねじ山の形状）、はめあい精度（等級）が完全に一致している必要があります。通常は右ねじですが、特定の用途では左ねじも使用されます。

規格

ナットの形状、寸法、材質、強度、試験方法などは、ボルトと同様にJIS（日本産業規格）、ISO（国際標準化機構）、DIN（ドイツ規格協会）、ANSI/ASME（米国規格）などの国内外の規格によって標準化されており、品質と互換性が確保されています。

まとめ

ナットは、ボルトやねじと共に機械的な締結を実現するための、シンプルながらも極めて重要な部品です。標準的な六角ナットから、緩み止め機能を持つ高性能なロックナット、特定の用途に特化した様々な形状のナットまで、多種多様な製品が存在し、それぞれの設計要求に応じて適切に選択・使用されています。確実な締結はあらゆる製品や構造物の安全性と信頼性の基礎であり、ナットはその根幹を支える不可欠な要素として、幅広い産業分野で活躍しています。