締付トルクはいくらか：3 つの慣行と 1 枚の早見表

1. 唯一の正解が存在しない理由

ほとんど誰もが経験しているはずです。同じ M12 8.8 の亜鉛めっきボルトに対して、3 冊の便覧が 3 つの異なる締付トルク — 85 N·m、93 N·m、110 N·m — を示すのです。どれが正しいのでしょうか。

3 つとも正しい可能性があります。それぞれ別の問いに答えているからです。トルクはボルトの物性値ではありません。3 つの要素で決まります。ボルトの強さをどこまで使うのか、どの摩擦係数を前提にするのか、どの工具で締めるのか。どれかひとつが変われば数値も変わります。

したがって本稿は唯一の正解値を示すものではありません。実際に使われている 3 つの慣行を整理し、対応する早見表を示します。手元のトルク表がどの慣行に属し、自分のケースに当てはまるのかを即座に判別できるようにするためです。

2. トルクとは何か：T = k · F · d

ボルトを締める目的は「トルクに達すること」ではありません。十分で安定した軸力を発生させることです。トルクは手段にすぎません。

ここで T は締付トルク（N·mm）、F は軸力（N）、d は呼び径（mm）、k は無次元のトルク係数です。

k を展開すると 2 つの部分に分かれます。

ここで d₂ は有効径、ψ はリード角、ρ′ はねじ山の相当摩擦角で ρ′ = arctan(1.155f)、f はねじ山の摩擦係数です。f_c はナットまたは頭部と被締結部品あるいはワッシャとの接触面の摩擦、D₁ は座面外径、d₀ は穴径です。

工学的な意味は 1 文で言えます。加えたトルクの大部分は摩擦に食われ、締付力になるのはごく一部です。

トルクの消費先	おおよその割合	補足
座面の摩擦（頭部またはナットと部品・ワッシャの間）	約 50%	座面径、粗さ、ワッシャ、接着剤の影響を強く受けます
ねじ山の摩擦	約 40%	潤滑、めっき、ねじ精度の影響を強く受けます
フランクを上る分（軸力に変換）	約 10%	唯一必要な部分であり、しかも最小の部分です

この 1 枚の表が、直感に反する事実を説明します。トルク管理は本質的に不正確です。摩擦が 10 分の 9 を消費するため、摩擦係数が 20% 振れると軸力はほぼ 50% 振れます。レンチの精度を上げても解決しません。測定しているのは摩擦＋締付力であり、締付力そのものではないからです。通常のトルクレンチ締めで認められている軸力誤差は約 ±25% です。これ以上の精度が必要なら工法を変えるしかなく、第 8 節で扱います。

3. 第 1 の慣行：設計便覧の経験則

中国の機械設計便覧の多くが採る方式で、最も手早く使えます。手順は 2 段階です。まず軸力を決め、それをトルクに換算します。

第 1 段階：軸力を決める

軸応力 σ_p は耐力 σ_s に対する比率として与えます。長年の実務で積み上げられた範囲です。

用途	軸応力 σp	補足
一般機械の締結部	(0.5–0.7) σs	最も一般的。密封性や変動荷重がかかる場合は上限側を採ります
航空宇宙機器	≈ 0.35 σs	保守的で、疲労寿命の余裕を残します
高力ボルト摩擦接合	≈ 0.75 σs	荷重を摩擦で伝えるため、締付力を高くする必要があります

一般機械の締結部では σ_p ≈ 0.7 σ_s とします。これは応力×応力断面積で決まるため、強度区分にそのまま対応します。

ねじ	4.6 級（N）	5.6 級（N）	6.8 級（N）	8.8 級（N）	10.9 級（N）	12.9 級（N）
M6	3,230	3,940	6,180	8,190	11,600	13,600
M8	5,890	7,140	11,200	14,800	21,200	24,800
M10	9,310	11,300	17,800	23,500	33,600	39,400
M12	13,500	16,500	25,900	35,400	49,000	57,200
M16	25,200	30,800	48,300	66,100	91,000	106,000
M20	39,400	48,000	75,600	102,000	142,000	166,000
M24	56,800	69,100	108,000	148,000	205,000	239,000
M30	90,300	109,000	172,000	235,000	326,000	380,000
M36	131,000	160,000	251,000	343,000	474,000	554,000

第 2 段階：トルクに換算する

M10〜M68 の並目メートルねじ鋼ボルトで、無潤滑の場合、実務値として k = 0.2 を粗い目安に用います。

得られるトルク表を 0.1 N·m に丸めて示します。

ねじ	4.6 級（N·m）	8.8 級（N·m）	10.9 級（N·m）	12.9 級（N·m）
M6	3.9	9.8	13.9	16.3
M8	9.4	23.7	33.9	39.7
M10	18.6	47.0	67.2	78.8
M12	32.4	85.0	117.6	137.3
M16	80.6	211.5	291.2	339.2
M20	157.6	408.0	568.0	664.0
M24	272.6	710.4	984.0	1,147.2

前提条件が 3 つあり、いずれも省略できません。

• 無潤滑のねじ山。k = 0.2 は乾燥した通常のめっき鋼を前提とします。油、ワックス、潤滑性コーティングを加えると k は 0.13–0.16 に下がり、同じトルクでも軸力は大幅に高くなって、ボルトが耐力を超える可能性があります。
• 並目ねじと鋼の座面。細目ねじはリード角と径の比が異なるため、そのまま適用できません。アルミや樹脂の座面は変形するため、まったく当てはまりません。
• トルク表は軸力表と 1 対 1 で対応します。軸力の前提を変えたら、1 列だけ書き換えるのではなくトルクを再計算する必要があります。

4. 第 2 の慣行：耐力の 90% を狙う VDI 2230

ドイツの VDI 2230 は逆の道を取ります。ボルトを耐力近くまで使う考え方で、利用率は約 90%、最大の締付力と最良の疲労特性を得ます。表には最大許容締付トルクと、それに対応する最大軸力が示されています。

理解には 1 例を追うのが一番です。六角ボルト M12 × 40、8.8 級、亜鉛めっき。

手順	実施内容	本例の値
① 摩擦係数を決める	摩擦条件が不明な場合、初回組立や修理時は表の最小値を採ります	亜鉛めっきは μK = μG 0.14–0.24 なので 0.14 を採用
② 最大締付トルクを引く	ねじサイズ、摩擦係数、強度区分で引きます	M12 / μ = 0.14 / 8.8 → MA,max = 93 N·m
③ 最大軸力を読む	同じ行に、このトルクが生む軸力が示されています	FM,max = 41.9 kN
④ 最小軸力を計算する	FM,min = FM,max ÷ αA。αA は締付係数表から採ります	最新のトルクレンチ・摩擦推定 → αA ≈ 1.8 なので FM,min = 41.9 ÷ 1.8 ≈ 23.3 kN
⑤ 検算する	最小軸力が使用荷重を満たすか、面圧は許容内か、残留締付力は十分か、ボルトは疲労限度内か	4 項目を順に確認し、1 つでも不合格なら設計を変更します

同じ M12 8.8 ボルトに対する 2 つの慣行の差は歴然としています。

慣行	軸力	締付トルク	強度利用率
設計便覧の経験則、σp = 0.7 σs、k = 0.2	35.4 kN	85 N·m	約 70%
VDI 2230、摩擦 0.14	41.9 kN	93 N·m	90% 近く

VDI の表で誤読されやすい 2 点：

• 掲載値は安全率を含まない最大値であり、正しく解釈できるだけの締結知識を持つ利用者を前提としています。推奨値ではなく上限値です。
• 表はISO 273 中級シリーズ H13 の通し穴を前提としています。通し穴が小さすぎるとトルクが座面に逃げ、実際の軸力は計算値を下回ります。

5. 第 3 の慣行：摩擦係数等級による設計

VDI よりさらに細かい層として、摩擦係数そのものを等級化する考え方があります。VDI 2230 は摩擦を等級に分けており、一般には A〜E で、おおよそ 0.04–0.10、0.08–0.16、0.14–0.24、0.20–0.35 に対応します（版により多少異なります）。設計ではトルクではなく摩擦等級を指定し、供給者と組立者が共同で保証します。

実務版は次のとおりです。

表面処理・潤滑状態	ねじ山摩擦 μG（参考）	設計上の意味
無潤滑・未めっき・乾燥黒皮	0.14–0.24	k は約 0.2。ばらつきが大きく、「勘で締める」の由来はここにあります
亜鉛めっき＋クロメート不動態化	0.14–0.24	下限側で設計します。皮膜厚と不動態化の種類が大きく効きます
乾性皮膜などの潤滑コーティング	0.08–0.14	k が急落し、同じトルクで軸力は 30–50% 上がります
二硫化モリブデンまたは黒鉛	0.06–0.10	高軸力の締結向け。ただし再組立後は摩擦が変わります
ステンレスねじ山・未処理	高く不安定	かじりの危険。アンチシーズか潤滑コーティングを使います

この層が最も重要な理由：最初の 2 つの慣行は摩擦を暗黙の前提として扱いますが、実際の組立では摩擦が最大の不確実要素です。ボルトのロットで表面処理や潤滑が変わればトルクは再計算が必要で、これは現場で最も多い誤りであり、最も直接的な影響が出る項目です。

6. 摩擦：その半分は座面

摩擦はねじ山にあると思われがちですが、座面が全体の半分を占めます。材質の組み合わせと潤滑状態に依存し、VDI 2230 の静的摩擦の概算値は次のとおりです。

材質の組み合わせ	乾燥 μT	潤滑 μT
鋼 − 鋼または鋳鋼	0.10–0.23	0.07–0.12
鋼 − ねずみ鋳鉄	0.12–0.24	0.06–0.10
ねずみ鋳鉄 − ねずみ鋳鉄	0.15–0.30	約 0.20
青銅 − 鋼	0.12–0.28	約 0.18
鋼 − 銅合金	約 0.07	—
鋼 − アルミ合金	0.10–0.28	0.05–0.18
アルミ − アルミ	約 0.21	—

実務上の帰結は 2 つです。

• ワッシャを追加・変更したらトルクを再計算します。平座金は座面径と材質の組み合わせを変え、k に直接影響します。厚いワッシャ、スプリングワッシャ、歯付き座金はいずれも座面摩擦を大きく動かします。
• アルミの締結には独自の数値が必要です。鋼−アルミの幅は 0.05–0.28 と広く、アルミ面は圧力で凹みクリープするため軸力は時間とともに緩和します。アルミに鋼ボルトを使う場合、鋼−鋼のトルク値を流用することはできません。

7. 締付係数：不確実性の定量化

締付係数 α_A は、組立中に生じ得る最大軸力と必要最小軸力の比です。摩擦推定誤差、工法差、機器の許容差、作業者誤差、読み取り誤差を 1 つの数値にまとめたもので、大きいほど工程の管理が効いていません。

締付工法	αA	軸力のばらつき	用途
耐力点管理（電動または手動）	1.2–1.4	± 9–17%	重要締結。耐力を直接測るため摩擦の影響を受けません
回転角管理	1.2–1.4	± 9–17%	重要締結。着座トルクと角度を決める試験が必要です
油圧式（長さ・圧力測定）	1.2–1.6	± 9–23%	幾何形状が摩擦と独立で、ばらつきが小さい
信号式トルクレンチまたは動的トルク測定	1.4–1.6	± 17–23%	実締結体での試験によりトルク設定を確立します
トルクレンチ・摩擦推定・クラス B	1.6–2.0	± 23–33%	一般保守。最も一般的な運用です
エア式・パルス式レンチ・摩擦推定・クラス A	1.7–2.5	± 26–43%	摩擦条件が不利な組立
インパクト式・パルス式レンチ	2.5–4.0	± 43–60%	重要度が低く精度を要さない用途

この表の最も実用的な読み方：締付力に敏感な締結では、高価なトルクレンチを買っても解決しません。α_A が 2.0 から 1.6 程度になるだけです。本当の安定性は工法を角度管理や耐力管理に変えることで得られ、α_A は 1.2–1.4 まで下がります。

8. 締付工法の選び方

工法	原理	利点	欠点
トルク管理（ダイヤル式・プリセット式レンチ）	トルクを管理します	簡便・迅速・計測器不要・低コスト	軸力誤差が大きくばらつく（通常 ±25%）。表面品質と締付速度に敏感です
ボルト伸び測定	伸びを測って軸力を算出します	高精度で、摩擦の影響を受けません	測定可能な端面が必要で、形状の制約を受けます
回転角管理	着座トルクまで締め、そこから設定角度だけ回します	摩擦のばらつき域を通過するため、安定性が大幅に向上します	パラメータには実試験が必要。長いボルト（l/d ≥ 5）で最も効果的です
耐力点管理	トルク−角度曲線を監視し、耐力で停止します	ボルトを限界まで使い、軸力が非常に安定します	設備が高価。ボルトの安定性と作業者の規律が前提です

現場で見落とされがちな点が 1 つあります。エクステンションやアダプタを使うと指示値の補正が必要です。クローフットや延長バーなど、レンチ軸とボルト軸が同一直線上にない場合、指示トルクにレバー長に基づく補正係数を掛けます。ソケットを軸上に直接付ける場合は補正不要です。これを組立手順に明記しておけば、「トルクは管理したのに緩んだ」という類のクレームをまとめて減らせます。

9. ステンレスねじと樹脂ねじ

ステンレスねじは ISO 3506 の強度等級から再計算する必要があり、炭素鋼よりはるかに低い値です。A2-70 の R_p0.2 は 450 MPa、A4-80 でも 600 MPa で、8.8 級の 640 MPa、12.9 の 1,100 MPa とは隔たりがあります。T = k · F · d はそのまま使えますが、F はステンレスの R_p0.2 と応力断面積から求める必要があります。

さらに重要なのがかじりです。ステンレスのねじ山は組立中に凝着しやすく、特に同種同士で顕著です。対策はアンチシーズ、異種等級の組み合わせ、潤滑コーティングです。この破損は分解時に現れることが多く、締めるときは問題なく、緩めるときに焼き付きます。

樹脂ねじは樹脂が耐えられる応力で上限が決まり、軸力はクリープで緩和するため、狙いは高いトルクではなく「ボスを割らないこと」です。標準的な気候におけるナイロン 66 ねじの最大締付トルクの代表値を示します。

ねじ	M3	M4	M5	M6	M8	M10	M12	M14	M16
ねじ（N·m）	0.1	0.2	0.5	1.0	2.0	3.0	4.0	6.0	7.5
ナット（N·m）	0.1	0.25	0.6	1.0	2.0	3.5	5.0	7.5	9.0

鋼の 1 桁下の値です。M6 の樹脂は 1 N·m に対し、鋼 8.8 は 9.8 N·m。鋼の値を樹脂のボスに使えば割れます。

10. よくある組立ミス 6 項目

#	誤り	結果	正しい運用
1	潤滑されたねじ山を乾燥用のトルク値で締める	k が 0.2 から 0.13–0.16 に下がり、軸力は 30–50% 上昇、ボルトが降伏・破断する可能性があります	トルク値を図面や工程表で表面処理・潤滑状態と結び付けます
2	潤滑状態を取り決めずにおく	供給側は乾燥で出荷、組立側はラインで給油、責任の所在が決まりません	技術協定で潤滑状態と摩擦等級を明記します
3	増し締めし、緩めてから再度締める	2 回目は摩擦履歴が異なるため軸力が変わり、皮膜が既に損傷している可能性もあります	重要な締結は一発で締めます。再締付が必要な場合は規定手順に従います
4	ワッシャを追加・変更しながらトルクを据え置く	座面摩擦と径が変わり、実軸力が設計から外れます	ワッシャ構成が変わるたびにトルクを再計算します
5	大きなボルトに小容量のレンチを使う	校正範囲外となって精度と直線性が崩れ、指示値に意味がなくなります	目標値を定格範囲に含み、最良精度帯に入るレンチを選びます
6	アルミや樹脂に鋼の値を適用する	座面が潰れ、冷間流動とクリープで締結が早期に破綻します	母材強度から計算し、必要に応じてワイヤスレッドインサートなどで受圧面積を増やします

11. 3 文のまとめ

第一に、目的はトルクではなく軸力です。すべてのトルク計算は「締付力をどれだけ得るか」に答えるためにあり、軸力のないトルクに意味はありません。

第二に、摩擦係数が最大の変数です。同じボルトで k が 0.2 から 0.14 に動けば、トルクは約 3 分の 1 下げる必要があります。だからこそ図面には、トルク値の隣に表面処理と潤滑状態を書く必要があり、数値だけでは足りません。

第三に、精度が要るなら工具ではなく工法を変えます。トルク管理は ±25% 前後で頭打ちになり、どんなレンチでも摩擦の壁は越えられません。安定性が本当に重要な箇所では、回転角管理や耐力点管理に移行します。

12. 出典と規格

• 締結継手設計ハンドブック：軸力の目的とその値（一般機械 σ_p = 0.5–0.7 σ_s、航空宇宙 ≈ 0.35 σ_s、高力摩擦接合 ≈ 0.75 σ_s）、一般機械の締結部における鋼ボルトの軸力表、締付トルク式 T = k Q_p d と k の完全な展開、無潤滑の並目鋼ボルト M10–M68 に対する T ≈ 0.2 Q_p d、トルク管理の ±25% 誤差、トルク法と伸び測定を含む軸力管理手法。
• VDI 2230 2003 年版・2015 年版、高負荷ボルト締結の体系的計算：締付係数 α_A の定義と指針値、摩擦等級による締付工法の分類、並目メートルねじの最大許容締付トルクと最大軸力の表、5 段階の適用手順、静的摩擦係数 μ_T の概算値、摩擦等級 A〜E。
• ISO 273、締結部品 — ボルト・ねじ用の通し穴：中級シリーズ H13 の通し穴で、VDI 計算表の前提条件です。
• ISO 3506-1、耐食ステンレス鋼締結部品の機械的性質：A2-70 の R_p0.2 ≥ 450 MPa、A4-80 の ≥ 600 MPa。
• ISO 898-1:2013、炭素鋼・合金鋼製締結部品の機械的性質 第 1 部：8.8 級の R_p0.2 ≥ 640 MPa、12.9 級の ≥ 1,100 MPa、および応力断面積。
• ISO 18265、金属材料 — 硬さ値の換算：硬さ換算の適用材料に関する記述。