ねじ
転造では加工表面は変形により硬化し、またダイスとの接触で磨かれる。
ナットの少量の加工では、ドリルなどを備えたボール盤とほとんど同様の姿で、加工のための転造タップを備えた縦型ねじ立て盤が主に使われる。
ボルトの鍛造による量産加工では、ボルトフォーマーによって線材から太めの外形を備えた「ブランク」と呼ばれる中間製品を作り、平ダイス、丸ダイス、扇ダイスなどでねじ山を転造によって形成する。
ナットの鍛造による量産加工では、ナットフォーマーによって線材から穴の開いた「フォーマーナット」と呼ばれる中間製品を作り、自動ナットねじ立て盤によって内側のねじを加工する。自動ナットねじ立て盤のベントシャンクタップは、めねじ加工済みのナットを多数数珠繋ぎに周囲に通過させるという巧妙な工夫によって加工機本体とは直接接続されないまま回転力を受けることができる。
最も一般的な緩み防止方法にダブルナットがある。2つのナットを工具で互いに逆方向に締めること(羽交い絞め、ロッキングという)で緩みを防止する。2つのナットの組み合わせによって3種に分類される。 等厚型:同じ厚みの六角(並)ナットを使用するので上下の位置の問題は生じない 上低下並型:上に六角低ナットを、下に六角(並)ナットを使用するものであり、軸力は上のナットにかかるため強度不足となる可能性があるが、知識欠如などによる勘違いから施工事例は多い。 上並下低型:上に六角(並)ナットを、下に六角低ナットを使用するもので、工学的に正しい施工法であるが、薄いスパナを用意する必要がある。
通し穴を開けて、ボルトとナットによって部材を挟み込む締結法
皿形のばねになっている。
ねじを締めることは、重力を除けば斜面に乗っている物体を坂の上へと押し上げることに等しいと考えられる。今仮に、斜面上の重さ W の物体を水平方向に力 F で押すことを考える。斜面に平行な分力を S と T で、斜面垂直な方向の分力を R と N で表すと、それぞれの力の関係は以下の式で表される。
S = W sin  β , T = F cos  β , R = W cos  β , N = F sin  β . {\displaystyle {\begin{aligned}S&=W\sin \beta ,\qquad T=F\cos \beta ,\\R&=W\cos \beta ,\qquad N=F\sin \beta .\end{aligned}}}
斜面に働く垂直応力は N + R なので斜面の摩擦係数が μ ならば、斜面上の重さ W の物体にこのとき働いている摩擦力 f は、以下の式で表される。
f = μ ( R + N ) {\displaystyle f=\mu (R+N)\ }
また、斜面に平行な力のつりあいは以下の式で表せる。
T = S + f {\displaystyle T=S+f\ }
上式にさらに上の4つの式を代入すると、以下の式が得られる。
F cos  β = W sin  β + μ ( W cos  β + F sin  β ) {\displaystyle F\cos \beta =W\sin \beta +\mu (W\cos \beta +F\sin \beta )\ }
断面が正方形の棒を差し込むための穴である。「ロバートソン形」と呼ばれる。ねじ回しでは先端にわずかなテーパが付けられており、ねじ回し上でねじを水平に保持できる。カナダでは機械や電気関連の業種で普及しており、電気工事用の標準ねじとして採用されている。日本でも建築現場で筋交い固定金具用として標準化されている。
回転による緩みでは、一度締め付けたねじが何らかの理由で締めが戻る方向にねじが回転することで緩んでしまうものである。いずれも繰り返し加えられる外力や振動によってねじが回転し、その力の向きは次に示す方向に分解できる。 軸方向(垂直方向) 軸に直角となる横方向 軸を中心とする回転方向
軸方向での荷重の増減や衝撃力が加わるだけでもそれが繰り返されることでねじの回転による緩みが生じることがあり、軸に直角方向では変位や衝撃力が繰り返されるだけでも同様の緩みが生じることがある。
「基準山型」と「引っ掛かりの高さ」
おねじとめねじが接触する面の高さを引っ掛かりの高さと呼ぶ。基準山形のものと実体のものの2種類がある。
アメリカ・イギリス・カナダの3国が軍事上の必要から協定したできたねじで、ねじ山の角度が60°の並目のインチねじ(JIS B 0206 参照)。
短いつめが片側に飛び出ている。主に締結面に穴などを開けておくことで座金の回転を防止する。内側につめが出ているものと外側に出ているものがある。
表面処理を行う。電気めっきでは水素が金属中に侵入することで水素脆化による破壊要因となるため、表面処理が必要だが強度が特に求められるボルトでは200°C程の雰囲気中で2時間程度保持することで水素を追い出す処理を行う。ナットはボルトと異なり強度が求められる場合には、高さとねじの山数を増やすことで対応できるため、比較的製造上の注意点は少ない。
バネが緩み止めと脱落防止の働きをする。皿型ばね座金や波型ばね座金もある。1巻きと2巻きのものがあり、端面に爪が付いたものもある。「スプリングワッシャー」とも呼ばれる。
強度や耐衝撃性、電気絶縁性、非磁性に優れ、特に透明性に優れる。
銅は耐食性、電気伝導性、熱伝導性、展延性に優れ、非磁性であるため一部の特殊な用途に向くが、引っ張り強さのような機械的強度では劣るため構造材料には向かない。電気配線での端子止めなどにも使用される。ねじの材料には無酸素銅の他にも多様な銅合金が使用される。銅は多様な合金が存在するが、亜鉛20%以上を含む銅合金は「真鍮」や「黄銅」と呼ばれるものがねじ類の材料に使用される。銅と亜鉛の割合によって「七三黄銅」や「六四黄銅」と呼ばれるものがある。銅と亜鉛に鉛を少し加えた合金は「快削黄銅」と呼ばれ切削加工に向く。銅と亜鉛にすずを少し加えた合金は「ネーバル黄銅」と呼ばれ海水への耐食性が高い。銅にすずと少量のりんを加えた「りん青銅」も耐食性や耐摩擦性、強度が比較的高く、非磁性でもある。
ビスはぶどうの蔓を意味するラテン語vitisがフランス語でねじを表すvisとなり、英語のviseになった。特に「すりわり」や「十字穴」を持つおねじ部品を指すことが多く「小ねじ」とほぼ同義である。
U字型に曲げられ両端にねじが切られたもの。配管の固定などに使用される。
ねじは、漢字で「螺子」(ねじ、らし)あるいは「捻子」「捩子」「根子」と書かれることがあり、JISでは「ねじ」が正式な呼称になっている。また「ねじ」は動詞「捩づ」(ねづ)の連用形であり、「ねじ」の他に「ねぢ」と表記されることがある。
ねじの動きの幾何的関係は、斜面の原理で説明される。
ねじの有効径(直径)を d 、リード(回転軸方向に進む距離)を L 、リード角を β とすると、これらの間には
L = π d tan  β {\displaystyle L=\pi d\tan \beta \ }
の関係がある。このため、ねじをそのねじ山稜線に沿って進んだ時、軸方向の移動距離と軸に対する回転角との間には比例関係が生じるが、この性質から、位置決めやマイクロメータなどにおける微細寸法の拡大にねじが使われる。
軸から力点までの半径距離を R 、この位置で加える回転力を T とし、ねじの有効径半径を r 、有効径仮想円筒上の任意の点に加わる回転力を P とすれば、力の釣り合いから
T R = P r {\displaystyle TR=Pr\ }
である。また、摩擦角 φ、リード角 β のねじにおいて、P と、この点に働く軸方向の力 Q との間には
P = Q tan  ( β + φ ) {\displaystyle P=Q\tan(\beta +\phi )\ }
の関係があり、これらから
T Q = r R tan  ( β + φ ) {\displaystyle {\frac {T}{Q}}={\frac {r}{R}}\tan(\beta +\phi )\ }
が導き出される。従って、リード角β、摩擦角 φおよび半径の比 r /R を小さくする事により、より小さな力 T でより大きな力 Q を得られることになる。ねじが締結や倍力の発生に使われるのは、このような理屈による。