ワッシャー（座金）の種類・効果・サイズ・材質

ボルトを締める際には、当たり前のようにワッシャーを挟んで使用します。しかし、なぜワッシャーが必要で、ワッシャーにはどのような効果があるのか、きちんと理解して使っている方は意外と少ないのではないでしょうか。

また、ワッシャーには、平たいドーナツ型の平ワッシャーや切れ目があるスプリングワッシャーなど、様々な種類がありますが、適切な使い所や使い方を理解して取り扱えているでしょうか。

そこで、この記事では、ワッシャーの種類や効果、材質などについて解説するとともに、状況に応じたワッシャーの適切な使い方を説明していきます。

ワッシャー（座金）とは

ワッシャーとは、ネジやボルト、ナットなどを締め付ける際に、これらの座面と締め付け対象（母材）との間に入れる部品のことです（上図参照）。薄い板状の部品で中央部にネジ・ボルトの軸を通す穴があります。ワッシャーは英語の呼び名で、日本語では「座金（読み：ざがね）」と呼ばれます。

ワッシャーには、平ワッシャーやスプリングワッシャー、皿ばね座金、歯付座金などの様々な種類があります。そのため、単に「ワッシャー」と呼ぶ場合は平ワッシャーを指すことが多く、また平ワッシャーを「プレーンワッシャー」と呼ぶこともあります。

ネジ・ボルトの製造段階で予めワッシャーが組み込まれているものもあります。それらは、座金組込みネジ・座金組込みボルトやセムスネジ・セムスボルトなどと呼ばれます。ネジ山が形成される前に組み込まれるため、ワッシャーがネジから外れなくなります。ワッシャーを入れる手間がなく、入れ忘れてしまうこともありません。外れて紛失してしまうこともないため、作業効率を上げることが可能です。

ワッシャー（座金）の効果と役割

ワッシャーの効果及び役割には、以下が挙げられます。ワッシャーの種類や素材によって効果が異なるため、それに合わせて使い所や役割も違ってきます。

・食い込み防止

・被締結材の損傷防止

・気密性の保持

・緩み止め

・絶縁

・スペーサー

●食い込み防止

ワッシャーには、ボルトなどの被締結材への食い込みを防止する役割があります。

例えば、ネジを締めると、締め付け対象となる母材へネジの軸方向の力（軸力）が発生します。この軸力は、ワッシャーがある場合はワッシャーの面全体から母材へ働き（下図左図）、ワッシャーがない場合は面積の小さい座面から母材へ働きます（下図右図）。そのため、ワッシャーなしでは、軸力がネジ穴周りに集中してしまい、ネジが母材へ食い込み易くなってしまうのです。

また、長穴やバカ穴（下図参照）がある場合、ネジ頭部の掛かりが浅くなり、座面と母材の接触面積が小さくなってしまいます。そのため、このような状況では、食い込み防止のためにワッシャーがより必要不可欠です。

●被締結材の損傷防止

ワッシャーには、母材の損傷を防止する役割もあります。

ワッシャーを敷かずにネジを締めると、ネジの座面が母材へ接触してネジ穴周りに回転傷が付くことがあります。一方、ワッシャーを敷いていれば、ネジは固定されたワッシャー上で回転するので、母材に傷が付くことはありません。

また、上述したように、ワッシャーには食い込みを防止する効果があることから、ネジが食い込んで母材を陥没させるといったことも防ぐことができます。

●気密性の保持

ワッシャーには、気密性を高め、ネジ部からの気体・液体の侵入や漏れを防ぐ役割があります。この目的では、銅やアルミといった軟らかい金属、ゴム、樹脂などが用いられます。ワッシャーの内側部分にゴムが付け加えられた「シールワッシャー」と呼ばれるものもあります。

ネジやボルトなどで締結された部分は、座面やネジ山で隙間なく埋められているように見えますが、わずかに隙間が存在します。この隙間に対し、銅・アルミ製のワッシャーは潰れることで、ゴム・樹脂製のワッシャーは変形することで密閉します。

●緩み止め

ワッシャーには、ボルトやナットなどの緩み止めの役割もあります。

ネジは、ワッシャーなしでは、母材に食い込ませない限り、座面と母材との間に隙間が生じます。一方、ワッシャーは、きつく締めると母材の形状に変形して、母材へと隙間なく密着します。そして、ネジは、ネジを緩ませる力に抵抗する母材との接地面の摩擦力が大きいほど緩みにくくなります。そのため、ネジの座面より接地面が大きく、摩擦力が大きいワッシャーの方が緩みにくくなるのです。

また、ネジが食い込んで母材が陥没すると、陥没箇所の強度が弱まって緩みの原因になることがあります。そのため、ワッシャーは、母材の陥没による緩みを防止する効果があるとも言えます。

●絶縁

絶縁の役割を果たす絶縁ワッシャーと呼ばれるものも存在します。

絶縁ワッシャーは、主に絶縁性の樹脂を素材とし、電気機器などの絶縁が必要な箇所に用いられています。

電気機器によっては、逆に電気を通さなくてはならない箇所もあります。例えば、アースとして利用される部位では、導電性の金属製ワッシャーを用いなくてはなりません。

●スペーサー

ワッシャーは、スペーサーとしての役割を果たすこともあります。

スペーサーとは、物と物を空間を空けて固定するための器具のことです。ワッシャーは、母材とボルトの間ではなく、例えば、部品と部品の間に挟むことでスペーサーとして機能します。

参考：スペーサーとは？金属のスペーサーの製作事例、スペーサーの種類等を細かく解説！

ワッシャーと座金の違い

ワッシャーは座金の英語の呼び名であり、これらの間に違いはありません。

座金の名称で呼ばれることが多いものも、以下のように対応するワッシャーの名称が存在します。

・平座金…プレーンワッシャー（Plain washer）

・ばね座金…スプリングワッシャー（Spring washer）

・皿ばね座金…ベルビルワッシャー（Belleville washer）・カップスプリングワッシャー（Cupped spring washer）・ 円錐ワッシャー（Conical washer）

・歯付座金…歯付ロックワッシャー（Toothed lock washer）・ノコギリ状ワッシャー（Serrated washer）・スターワッシャー（Star washer）

ワッシャー（座金）の種類一覧

次は、すでに何度か挙げている代表的なワッシャーの種類について説明します。

平ワッシャー（平座金、pw）

引用元：もの作りのための機械設計工学 第4章 ねじを使う設計技術「4.2 メートル並目ねじ

」国立研究開発法人 海上･港湾･航空技術研究所 海上技術安全研究所

平座金やpw (plain washer)とも呼ばれる平ワッシャーは、最も代表的なワッシャーです（上図参照）。単にワッシャーと言うときには、平ワッシャーを指すことが多くなっています。

鉄・ステンレス製の平ワッシャーは、主にネジやボルト、ナットの食い込み防止や母材の損傷防止、緩み止めなどの目的に用いられます。ボルトによって連結された部品と部品との間に挟んだりすることで、スペーサーとしての役割も果たすことが可能です。ゴム・シリコン・樹脂製の平ワッシャーもあり、母材が軟らかい場合などにおけるキズの防止や気密性の向上を目的に使われます。

平ワッシャーにも種類があり、代表的なものに「みがき丸」と「小型丸」があります。それぞれ多様なサイズがありますが、同一の内径のものでは小型丸よりもみがき丸の方が外径が大きくなっています。

スプリングワッシャー（ばね座金）

引用元：もの作りのための機械設計工学 第4章 ねじを使う設計技術「4.2 メートル並目ねじ

」国立研究開発法人 海上･港湾･航空技術研究所 海上技術安全研究所

スプリングワッシャーは、上図のような、平ワッシャーの一箇所に切れ込みを入れて、ねじれを加えたような形状のワッシャーです。一巻きだけのバネと同等の構造を持ち、ばね座金とも呼ばれます。

スプリングワッシャーは、ネジで締め付けると、ねじれがバネのように働いて座面と母材へ反力を生じさせます。この反力は、ネジが緩んだときにもある程度働くので、緩み始めのときなら緩ませる力に抵抗する摩擦力に寄与します。このように、緩み止めというよりも、緩みの進行を遅らせる効果を発揮するのがスプリングワッシャーです。

なお、スプリングワッシャーは通常、ネジと平ワッシャーとの間に挿入する形で平ワッシャーと併せて用います。これをしないと、スプリングワッシャーの切れ込みが母材に食い込み、母材を傷付けてしまいます。ただし、逆に、この食い込みによる緩み止めの効果を期待して、スプリングワッシャーだけで使用する場合もあります。

スプリングワッシャーの代表的な種類としては、一般用の「2号」と重荷重用の「3号」があります。

皿ばね座金

皿ばね座金は、中央部に穴が空いた円錐形状のワッシャーです。

ネジを締めると、その円錐を上から押し潰す形となりますが、バネのように元の形状に戻ろうとするため、座面と母材に反力を生じます。スプリングワッシャーに比べ、そのバネ定数は高い（バネが硬い）ため、緩ませる力に抵抗する摩擦力も大きくなり、その分優れた緩み止めの効果を発揮します。

また、皿ばね座金は、同じ向きに重ねることで重ねた分だけバネ定数が高くなります。そのため、ボルトの強さに合わせて複数枚を噛ませるなどの調節が利きます。

種類については軽荷重用と重荷重用の皿ばね座金があり、重荷重用は強力なボルトなどと一緒に使用されます。

歯付座金（tw）

歯付座金は、内側か外側、若しくはその両方に立ち上がった多数の歯が付いたワッシャーです。日本では、菊の花弁のように見えることから菊座金とも呼ばれます。英語では、tw (Toothed lock washer)と綴るため、歯付ロックワッシャーと呼称されることもあります。なお、上図は、外側に歯が付いた外歯形の歯付座金です。

歯付座金は、その立ち上がった多数の歯を母材に引っ掛け、食い込ませることで緩みを防止します。締め付けると、この歯は潰れることになりますが、締め付け過ぎて完全に潰すと、歯の立ち上がりの効果が薄くなっていまうので注意が必要です。

歯付座金には、以下の4つの種類があり、それぞれ使い所が異なります。

・内歯形…内側に歯があるもので、歯を隠したい箇所で使用されます。

・外歯形…外側に歯があるもので、内歯形よりも緩み止めの効果が大きくなっています。

・内外歯形…内側と外側の両方に歯があるもので、外歯形よりもさらに優れた緩み止め効果を発揮します。

・皿形…外側の縁に多数の歯が並んだ、底のない皿のような形状の歯付座金です。皿ネジや皿ビスに使用されます。

ワッシャーの使い方と用途

ワッシャーは、種類にもよりますが、単にボルトと母材の間に挟めば良いというわけではありません。ここでは、ワッシャーの適切な使用法について説明します。

ワッシャーの表と裏を使い分ける

ワッシャーには、種類や製品によりますが、上図のように表と裏があります。表は、光沢があって滑らかで、その角には丸みがあります。一方、裏は、光沢がなく、加工時に生じるバリが残ったままです。

ワッシャーは通常、このバリのある裏を母材側とします。これは、表側よりも裏側の方が若干面積が大きいため、軸力がより分散するからです。また、裏面は粗いため、表面よりも大きな摩擦力が期待できます。

ただし、バリがキズの原因となるので、FRPのような傷付きやすい素材などでは表を母材側にして用いると良いでしょう。

状況によっては大きめのワッシャーを使用する

ワッシャーの役割として母材の陥没防止を挙げましたが、以下のような場合は特に注意が必要です。

・母材の材質が銅やアルミ、樹脂などのような軟らかい物質の場合

・長穴や径の大きいバカ穴などがあって母材との接触面積が小さい場合

・母材が薄い場合

場合によっては、外径が大きく面積が広いワッシャーを選ぶと良いでしょう。ただし、大きめのワッシャーを使う場合は、周辺部位との干渉を考慮する必要があります。

スプリングワッシャーの使用法

スプリングワッシャーは、上述したように、ネジ（ボルト）⇨スプリングワッシャー⇨平ワッシャー⇨母材という順番で使用するのが適切な使用法です。ただし、スプリングワッシャーの母材への食い込みによる緩み止めの効果を発揮させるため、ネジ（ボルト）⇨スプリングワッシャー⇨母材という順番で使用することもあります。

また、スプリングワッシャーは、ねじれがあるため、その切れ目で片側が起き上がっています。この起き上がった方がネジの緩む方向となるように挟むのが正しい使用法です。このように挟むことで、スプリングワッシャーの起き上がりが反力を生じ、緩む方向に回転するネジの引っ掛かりとなります（下図参照）。

ワッシャーの材質ごとの特徴

ワッシャーは、材質も多様です。鉄やステンレスといった鉄系金属を素材とするものが代表的ですが、銅やアルミといった非鉄金属を素材とするものも存在します。特定の用途で樹脂やセラミックス、ゴムなどを素材とするワッシャーが用いられることもあります。

アルミ

アルミ製のワッシャーは、主に気密性の保持が目的で用いられます。アルミ製のワッシャーは軟らかいため、締め付けると潰れてネジとネジ穴のわずかな隙間を埋めてくれるのです。

例えば、自動車やバイクのオイルパンや燃料タンクは、排液用の口がドレンボルトと呼ばれるボルトで塞がれています。このドレンボルトと一緒に使われるのがアルミ製のワッシャーで、ワッシャーは潰れることでオイル漏れなどを防ぐのです。ただし、この用途のアルミ製ワッシャーは、ほとんどの場合、使い捨てです。

銅

銅製のワッシャーもまた、気密性の保持が主な目的です。ただし、銅は、アルミと違って高価であるため、再利用されることが多いようです。

樹脂

樹脂製のワッシャーは、絶縁や気密性の保持が目的の場合のほか、母材も樹脂の場合や母材を傷付けたくない場合などに採用されます。

ただし、樹脂製ワッシャーは、樹脂の種類によって特性が大きく異なり、締め付け過ぎると割れるものや経年劣化で反発力が失われるもの、高温に弱いものなどがあります。そのため、用途に応じた選定や特性に応じた使い方が必要です。

鉄

鉄製のワッシャーは、最も多く流通し、使用されている材質のワッシャーです。そのままではサビ易いため、そのほとんどにユニクロメッキなどの表面処理が施されています。類似した効果と用途があるものに、ステンレス製のワッシャーがあります。

絶縁や気密性の保持には使えないものの、食い込み防止や母材の損傷防止、緩み止めなどを目的に用いられています。

ワッシャーのサイズと規格

ワッシャーのサイズは、JIS規格で定められていますが、旧JIS規格と新JIS規格（ISO規格）が両立していて、現在はどちらも使用されているという状況です。新JIS規格は、国際規格であるISO規格に合わせたものであり、今後主要な規格になることを考えると、新規の製品などには新JIS規格を使うのが得策です。ただし、古い建築物などの維持を考慮すると、すぐに旧JIS規格がなくなることはないでしょう。

規格に沿ったワッシャーのサイズは、例えば、新JIS規格のM6のサイズでは、下表のようになっています。

単位：mm

M6の六角ボルトでは、当然呼び径（ネジ部の直径）が6.0 mmです。そのため、六角ボルトと併用すると、平ワッシャーはその内径が6.4 mmであることから0.4 mmの余裕があり、スプリングワッシャーはその内径が6.1 mmであることから0.1 mmしか余裕がないのが分かります。また、六角ボルトの頭部の幅は、二面の幅が10.0 mm、対角の幅が11.5 mmなので、それぞれのワッシャーの外径内に収まるようになっています。