平座金 JIS B 1256・ばね座金 JIS B 1251の選び方と指定——硬さ区分とばね座金をやめる判断

「ワッシャー M8」では何も決まっていない

座金は単価が安く、購買の現場では「ワッシャー M8」「スプリングワッシャー M10」のように呼びだけで手配されることが多い。だが JIS には、一般用のボルトやナットに使う丸形の平座金の規格（JIS B 1256）と、ばね座金・皿ばね座金・歯付き座金・波形ばね座金をまとめた規格（JIS B 1251）があり、それぞれの中に何種類もの座金が規定されている^[1][3]。同じ M8 用でも、外径・厚さ・硬さが違えば役割が違う部品になる。

ボルトとナットの形状・部品等級の指定は六角ボルト・六角ナット（JIS B 1180・B 1181）の指定で、強度区分と表面処理はボルトの強度区分と規格の指定で扱った。この記事は座金に絞る。

平座金（JIS B 1256）——系列・部品等級・硬さ区分で選ぶ

JIS B 1256:2008 は、一般用のボルト、小ねじ及びナットに使用する鋼製及びステンレス鋼製の丸形平座金を規定する規格で、ISO 7089〜ISO 7094 の 7 規格を基にしている^[1]。種類は、外径の大きさによる系列と部品等級の組合せで、小形－部品等級 A、並形－部品等級 A、並形面取り－部品等級 A、並形－部品等級 C、大形－部品等級 A、大形－部品等級 C、特大形－部品等級 C の 7 種類である^[1]。平座金の全体系を定める JIS B 1250 は、外径の大きさによって小形・並形・大形・特大形の 4 系列とすると書いている^[2]。

種類ごとに、組み合わせるのに望ましい締結用部品の例が示されている。たとえば並形－部品等級 A の 300 HV は、強度区分 10.9 以下で部品等級 A・B の六角ボルト・小ねじと、強度区分 10 以下で部品等級 A・B の六角ナットに、並形－部品等級 C（100 HV）は、強度区分 6.8 以下で部品等級 C の六角ボルト・小ねじと、強度区分 6 以下で部品等級 C の六角ナットに、とされている^[1]。特大形は木材構造物用である^[1]。大形は、軟らかい被締結部材やボルト穴が大きい被締結部材に用いることを意図しているが、ボルト穴が大きい場合には平座金の厚さが適切かを確かめるのがよいとされている^[1]。

硬さ区分の選び方——ボルトの強度区分に合う組合せが示されている

JIS B 1250 の附属書 A（参考）は、平座金の硬さ区分・部品等級と、ボルト・小ねじ・ナットとの適切な組合せを表にしている^[2]。発注側が押さえたい行を抜き出すと次のとおりである。○は望ましい組合せ、×は望ましくない組合せを示す^[2]。

ボルトの強度区分を 8.8 から 10.9 に上げたのに、平座金を 200 HV のまま使い続けている、という食い違いはこの表で見つかる。強度区分 12.9 のボルトには、この 3 つの硬さ区分のどれも望ましい組合せとして示されていないので、座金を使うかどうか、使うなら何を使うかは設計部門に決めてもらう。ナットの側も同じ表があり、強度区分 9・10 のナットには 300 HV だけが、強度区分 12 のナットにはどれも示されていない^[2]。硬さの試験方法（ビッカース硬さ・試験力）は、平座金の規格が厚さごとに指定している^[1]。硬さの指定の考え方全般は硬さの指定と試験方法で扱った。

材料と表面処理

平座金の材料は鋼とステンレス鋼で、ステンレス鋼は鋼種区分 A2・F1・C1・A4・C4 を JIS B 1054-1 の化学成分だけ適用し、ほかの金属材料は受渡当事者間の協定によるとされている^[1]。表面は生地のままで供給し、電気めっきの要求がある場合は JIS B 1044 によるとされる^[1]。焼入焼戻しを施した平座金には水素ぜい化を避けるために適切なめっきまたは皮膜処理工程を採用するのがよく、電気めっきやりん酸塩処理を施した場合は、めっきまたは皮膜処理の後、直ちに適切な処理を施すとされている^[1]。なお、平座金の規格（2008 年版）は、電気めっきやりん酸塩処理をした平座金には直ちに処理を施すよう一律に求めているのに対し、ボルトなどの電気めっきの規格 JIS B 1044 は 2024 年の改正版で、処置が要るかを部品の硬さで区切っている^[7]。両方の規格を引く発注では、平座金とボルトで処置の要否の決め方が違うことを前提に、それぞれの規格のどの箇条に従うかを書いておく。すべての公差はめっきまたは皮膜処理を施す前に適用する^[1]。300 HV の平座金にめっきを指定するときは、水素ぜい化を避ける処理を発注の条件に入れる。めっきの指定の全体はめっきの仕様の決め方を参照してほしい。

内径はボルト穴径の規格から決まっている

JIS B 1250 は、平座金の内径の基準寸法を、部品等級 A で厚さ 6 mm 未満のものは JIS B 1001 のボルト穴径の 1 級、部品等級 A で厚さ 6 mm 以上のものと部品等級 C のものは 2 級としている^[2]。部品等級 C の平座金は、同じ呼び径でも内径が大きめに作られている、ということになる。外径と厚さは、規格が選択肢として並べた値から選ばれている^[2]。具体的な寸法は JIS B 1256 の寸法表で確かめる。

昔の呼び名に注意する

図面や品目マスタに「並丸」「みがき丸」のような呼び名が残っていることがある。現行の JIS B 1256:2008 の本体には、こうした区分は出てこない。2008 年の改正で、旧版の本体と附属書 1 を分割し、本体を国際規格の技術的内容と一致させたとされている^[1]。旧版の附属書にあった角座金も、現行版では参考の附属書 JA として形状・寸法を示すだけで、規定の一部ではない^[1]。古い呼び名の座金は、現行の 7 種類のどれに当たるのかを設計部門と決めてから発注する。

ばね座金（JIS B 1251）——4 種類と用途の記号

JIS B 1251:2018 は、一般用のボルト、小ねじ、ナットなど（JIS B 1180・JIS B 1181 など）に使用するばね座金、皿ばね座金、歯付き座金及び波形ばね座金を規定している^[3]。種類と用途・形状の記号は次のとおりである^[3]。

1. ばね座金（SW）
一般用は 2 号、重負荷用（重荷重用）は 3 号。どちらも一般に用いるボルト・ナット・小ねじ向け。

2. 皿ばね座金（CW）
1 種軽負荷用（1L）・1 種重負荷用（1H）は一般のボルト・ナット・小ねじ向け、2 種軽負荷用（2L）・2 種重負荷用（2H）は六角穴付きボルトなど、ざぐり穴を用いて締結するねじ部品向け。

3. 歯付き座金（TW）
内歯形（A）・外歯形（B）・内外歯形（AB）は一般のボルト・ナット・小ねじ向け、皿形（C）は皿小ねじ向け。

4. 波形ばね座金（WW）
重負荷用の 3 号。使用限度は強度区分 8.8 の鋼製ボルトまでとされている。

軽負荷用はボルト・小ねじの強度区分 4.8 相当とナットの強度区分 5 相当に、重負荷用は強度区分 8.8 相当とナットの強度区分 8 相当に使われる座金の用途をいう、と定義されている^[3]。材料の記号は鋼が S、ステンレス鋼が SUS、りん青銅が PB で、種類ごとに推奨材料が表にされ、表以外の材料を使う場合は受渡当事者間の協定による^[3]。

表面処理には「もろさ除去」が要る

ばね座金の規格は、座金には一般に表面処理を施さないが、電気めっきその他の表面処理を施す場合は受渡当事者間の協定によるとし、電気めっきを施した鋼製の座金はもろさ除去の処理を行わなければならないとしている^[3]。ただし、パテンチング処理材を用い、焼入焼戻しやオーステンパ処理を行わず、冷間線引き加工と低温焼なましで強度を付けている場合は、もろさ除去の処理を省略してもよい^[3]。めっきしたばね座金を発注するときは、材料と熱処理の区分を確かめ、もろさ除去の処理を条件に入れる。

規格が確かめていること

ばね座金の規格の検査は、硬さ、ばね作用、粘り強さ、形状、寸法及び外観について行い、ロット検査の抜取検査方式は JIS B 1091 または受渡当事者間の協定によるとされている^[3]。ばね作用は圧縮試験後の自由高さで、粘り強さはねじり試験の後の状態（ばね座金ならねじり角度が 90° 未満で破損しないこと）で判定する^[3]。鋼製の座金は、実用脱炭層深さを厚さの 10% 以下（最小 0.1 mm 以下）とすることも求められている^[3]。

つまり、JIS B 1251 に適合していることで分かるのは、ばねとしての性質と強さ・寸法・外観であって、締結したボルトがゆるみにくくなるかどうかではない。「緩み止めとして JIS 品のばね座金を使う」と書いても、ゆるみ止めの性能を発注条件にしたことにはならない。

ばね座金はゆるみ止めになるのか——研究で分かっていること

ばね座金はゆるみ止めの手段として広く使われているが、その効果を確かめた研究の結論は、一般に思われているものとは違う。

東京大学の三次元有限要素法による解析（日本機械学会論文集、2007 年）は、通常の締結力で締め付けられている状態ではばね座金は密着状態となっていて、ばねとしての機能を果たしておらず、通常の締結力下でのせん断荷重作用下のゆるみ試験ではばね座金の回転阻止機能はほとんど認められないか、逆にゆるみを促進してしまうようだと整理している^[4]。一方で、ばね座金がばねとして機能するような低軸力下では効果が認められるようだともしている^[4]。解析の結果、ばね座金を入れると形状が非対称なために座面の接触圧力に偏りが生じ、座面がすべり始める前に固着する部分が 2 点に限られ、その点を中心にナットが回転して大きくゆるむ、という仕組みを示している^[4]。

実験でも同じ傾向が報告されている。三菱電機の研究者による軸直角振動の実験（2017 年）では、座面に潤滑油を塗った場合、ばね座金を入れた締結体は座面すべりが生じない振幅でもゆるみ、ボルト単体の締結よりゆるみやすかった^[5]。座面を脱脂した場合は、座面がすべらないまま軸力が徐々に下がった。一方で、振幅が大きくなるにつれて座面の摩擦抵抗が増し、ボルト単体よりゆるみにくい場合もあったとしている^[5]。

同じ研究者らは 2018 年に、ばね座金を使うかどうかの設計指針を提案している^[6]。JIS B 1251 の 2 号のばね座金について M3〜M12 で測ると、ばね座金が密着状態になる荷重（密着荷重）は締結軸力の 2〜4% で、ボルトの残存軸力が密着荷重より小さくなる場合にだけ、ばね座金はゆるみによる軸力の低下を補う手段として働くという^[6]。ここでの締結軸力は、トルク係数を 0.2 とし、標準的な締付けトルクから計算した値である^[6]。また、回転ゆるみを防ぐには被締結材の締結面がすべらない条件を満たす必要があり、締結面がすべらない条件ではばね座金の有無に関係なく回転ゆるみは発生しないとしている^[6]。

まとめると、研究が示しているのは「ばね座金はどんな場合も役に立たない」ではない。通常の締付け力ではばねとして働いておらず、軸直角方向の振動による回転ゆるみを防ぐ根拠にはならない。条件によっては逆にゆるみやすくする。働くのは軸力が密着荷重を下回るほど下がったときだけ、という整理である^[4][6]。

ばね座金をやめる（変える）ときに確かめること

購買の立場でばね座金の削減を提案することは、部品点数と組立工数の削減につながる。ただし、やめるかどうかは締結部の設計の判断である。2018 年の設計指針は、判断の手順を次の 2 段で示している^[6]。

1. 締結面がすべらないか
ボルトの最小軸力から、外力の軸方向成分のうちボルトにかからない分と、回転を伴わないゆるみ（へたりなど）による軸力低下を差し引いた力に、締結面の摩擦係数を掛けた値が、締結部にかかるせん断方向の外力より大きいか。満たさない場合は、ボルトの本数を増やす、せん断方向の外力を減らすなど、構造を見直す^[6]。

2. 残る軸力がばね座金の密着荷重より大きいか
大きければばね座金は密着したままでばね力が働かないので、ばね座金は不要とされる^[6]。小さい場合だけばね座金は軸力の低下を補う手段として働くが、ばね力は締結軸力の 2〜4% しかないので、せん断方向の外力が極めて小さい場合に限って使うべきだとしている^[6]。

同じ指針は、計算には多くの仮定が含まれるため、実機の運転試験や振動試験でボルトがゆるまないことを確かめたうえで最終的な仕様を決めるとしている^[6]。購買側から削減を持ちかけるときは、この 2 点を計算した根拠と確認試験の結果を設計部門に求め、図面と部品表を改訂してから発注を変える。

実務の提案としては、次の点も合わせて確かめる。

3. ボルトの呼び長さ
ばね座金を外すと、座金の厚さ分だけねじのかかり方が変わる。呼び長さを変えるかどうかを設計部門に確かめる。

4. 平座金を残すか
ばね座金と一緒に平座金を入れていた部位は、平座金を残すのかを決める。平座金を残すなら、前の表でボルトの強度区分に合う硬さ区分を選ぶ。

5. 別の「ゆるみ止め部品」に置き換えるとき
置き換える部品にも、規格への適合だけではゆるみ止めの性能が保証されないことがある。性能を条件にするなら、何の試験でどの条件の結果を求めるのかを決めて、仕入先に出してもらう。

発注書の書き方と受入

平座金は、規格の呼び方の例に沿って「平座金・並形－JIS B 1256－ISO 7089－8－200 HV－部品等級A」のように書く。ステンレス鋼製なら、硬さ区分の後に鋼種区分（例：A2）を入れる^[1]。ばね座金は、規格番号、種類の記号または名称、用途または形状の名称や記号、呼び、材料の記号、指定事項の順に並べる^[3]。たとえば一般用の鋼製で呼び 8 のものなら「JIS B 1251 SW 2号 8 S」の形になる。めっきなどの表面処理は指定事項として末尾に書く^[3]。

受入では、まず包装の表示を発注書と突き合わせる。平座金の製品そのものには表示を一般に施さず、包装の外面に規格の番号または名称、種類、呼び径×外径、硬さ区分、材料、指定事項、数量、製造業者名を表示するとされている^[1]。ばね座金も、包装に規格番号、種類、用途または形状、呼び、材料の記号、数量、指定事項、製造番号、製造業者名などを表示する^[3]。座金は現物に刻印が無いので、包装を開けて小分けにした後は種類が分からなくなる。小分けの容器にも呼び方を書き写しておく。

寸法を測るときは、ばね座金の厚さは内径側と外径側を外側マイクロメータで測ってその平均を厚さとし、外径と内径はノギスで全周の 3 か所以上を測って、外径は最大値、内径は最小値をとる、と測り方が決められている^[3]。仕入先と測定値が合わないときは、まず測り方がこの手順どおりかを確かめる。

よくある質問

「スプリングワッシャー」とだけ書かれた図面がある

JIS B 1251 の 4 種類のどれか、一般用か重負荷用か、材料が決まっていない。まず設計部門に種類と号を補ってもらう。あわせて、その部位にばね座金が要るのかを、前の 2 段の考え方で計算し、最後は実機の試験で確かめてもらうとよい。

ステンレスのボルトに組み合わせる平座金は

JIS B 1256 は、ステンレス鋼製の六角ボルト・小ねじ・ナットに望ましい平座金として、並形－部品等級 A などの 200 HV を挙げている^[1]。ステンレス鋼の鋼種そのものの指定はステンレスの鋼種の指定、棒材から削り出す部品の鋼種の選び方はSUS303 と SUS304 の棒材の選び方で扱う。

座金の呼び径はどの寸法か

平座金の呼び径は、組み合わせるねじの呼び径である^[1]。M8 のボルトに使う平座金は呼び径 8 で、内径は 8 mm ちょうどではなく、ボルト穴径の規格に合わせた値になっている^[2]。

まとめ

平座金は JIS B 1256 の 7 種類から、系列・部品等級・硬さ区分で選ぶ。ボルトの強度区分が 9.8・10.9 なら 300 HV が望ましい組合せで、12.9 には 3 つの硬さ区分のどれも示されていない。ばね座金は JIS B 1251 の 4 種類を用途や形状の記号で指定し、めっきするならもろさ除去の処理を条件にする。ばね座金の規格はゆるみ止めの性能を確かめていない。研究では、通常の締付け力ではばね座金は密着して働かず、軸直角方向の振動による回転ゆるみを防ぐ根拠にはならないとされ、やめるかどうかは締結面がすべらないかと、残る軸力が密着荷重を下回るかで判断し、最後は実機の試験で確かめる。発注書には規格の呼び方の並びで書き、受入では包装の表示を突き合わせる。

出典・参考資料

1. JIS B 1256:2008 平座金（JIS 検索の閲覧資料）（日本産業標準調査会／2008 年 3 月 20 日改正・2022 年 10 月 20 日確認）
2. JIS B 1250:2008 一般用ボルト，小ねじ及びナットに用いる平座金－全体系（JIS 検索の閲覧資料）（日本産業標準調査会／2008 年 3 月 20 日制定・2022 年 10 月 20 日確認）
3. JIS B 1251:2018 ばね座金（JIS 検索の閲覧資料）（日本産業標準調査会／2018 年 7 月 20 日改正・2023 年 10 月 20 日確認）
4. 木村成竹・泉聡志・酒井信介「三次元有限要素法によるばね座金のゆるみ挙動解析」日本機械学会論文集 A 編 Vol.73, No.734（日本機械学会／2007 年）
5. 角谷治彦・瀬良雅也「軸直角振動下におけるばね座金のゆるみへの影響評価」日本機械学会 2017 年度年次大会 講演論文集（日本機械学会／2017 年）
6. 角谷治彦・瀬良雅也・坂本博夫「ばね座金を用いたボルト締結部の設計指針の検討」設計工学・システム部門講演会講演論文集 2018.28（日本機械学会／2018 年）
7. JIS B 1044:2024 締結用部品－電気めっき皮膜システム（JIS 検索の閲覧資料）（日本産業標準調査会／2024 年 2 月 20 日改正）

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