「H7/p6で圧入してください」で思考停止していないか｜圧入設計の実践と見落としやすい落とし穴

はじめに：「H7/p6で圧入」という記述の後ろにある暗黙の前提

機械設計の図面を見ると、「H7/p6 圧入」という公差指示をよく目にします。この指示を見た設計者は——加工者に送り出した後、どこまで考えているでしょうか。

圧入力はどのくらいか。圧入後に十分な保持力（抜け力）があるか。温度変化があったときに緩まないか。圧入時に割れるリスクはないか。

これらを定量的に評価せずに「H7/p6 圧入」と書いている設計者は、意外と多いのが現実です。

筆者もかつてはその一人でした。ある部品の圧入部が使用中に抜け、原因を調べた結果、「図面の公差指示は正しかったが、表面粗さと圧入時の潤滑条件を考慮していなかった」 ことが判明した経験があります。

この記事では、圧入・はめあい設計の基礎から、現場で起きやすいトラブルの根本原因まで解説します。

はめあいの基礎：3種類の関係

はめあいとは、穴と軸の寸法の組み合わせ方です。JIS B 0401に基づき、3種類に分類されます。

「H7/p6」は穴基準のしまりばめです。穴の公差がH7（基準寸法を下限として上方向に広がる公差）、軸の公差がp6（基準寸法より大きい方向に外れた公差）の組み合わせです。

締め代の計算

たとえば、呼び径φ50mmの場合：

• H7: +0.025 / 0（上の許容差 +25μm、下の許容差 0μm）
• p6: +0.042 / +0.026（上の許容差 +42μm、下の許容差 +26μm）

最小締め代 = p6下限 − H7上限 = 26 − 25 = 1μm
最大締め代 = p6上限 − H7下限 = 42 − 0 = 42μm

この「最小1μm〜最大42μm」という幅が、設計が意図した締め代の範囲です。

【図解1】はめあいの公差域：穴基準の比較

軸の公差域記号ごとに、ゼロライン（基準寸法）に対してどちらの方向にずれているかを示しています。

• f, g: ゼロラインより大幅に低い → すきまばめ
• h: ゼロラインぴったり（下限が0）→ すきまばめ（最小すきま = 0）
• k, m: ゼロラインをまたぐ → 中間ばめ
• n, p: ゼロラインより高い → しまりばめ（圧入）
• s, u: さらに高い → 強圧入

圧入力・抜け力の計算（ラーメの式）

圧入部の設計で最も重要な計算は、圧入力と抜け力（保持力）の推定です。

接触面圧 p の計算

2つの円筒が締め代 δ で圧入されているとき、接触面圧 p はラーメの式（Lamé’s equation）で求められます。

圧入力 F と抜け力 F_pull

F = π × d × L × p × μ

L: 圧入長さ [mm]
μ: 摩擦係数

摩擦係数 μ は条件によって大きく変わります：

【図解2】圧入部の応力分布（ラーメ式）

圧入によって発生する応力は、接触面を中心に半径方向・周方向に分布します。

• 外側部品（穴側）：周方向応力（フープ応力）が引張 → 割れに注意
• 内側部品（軸側）：周方向応力が圧縮 → 比較的安全

薄肉のリングや軽合金製のハウジングでは、圧入による割れリスクが高くなります。 最大締め代での引張応力が材料の降伏応力を超えないかを、必ず確認してください。

設計の落とし穴：4つの見落としやすい要因

落とし穴1：表面粗さの影響

圧入時、軸と穴の山（微細な凹凸）は塑性変形でつぶれます。この分だけ実効締め代が小さくなります。

目安として、圧入後の実効締め代は：

δ_実効 ≈ δ_設計 − 3.2 × (Ra_軸 + Ra_穴)

Ra: 算術平均粗さ [μm]

Ra 1.6μm 仕上げの部品同士（代表値）なら、約10μmの締め代が「消える」計算になります。

落とし穴2：圧入時の潤滑

油潤滑で圧入した場合と、無潤滑で圧入した場合では、静止後の摩擦係数が大きく異なります。

一般に、油潤滑で圧入した面の摩擦係数は無潤滑より低くなります。高い保持力が必要な場合は、「無潤滑圧入」または「嫌気性接着剤の併用」を検討します。

落とし穴3：温度変化による締め代の変動

アルミ（線膨張係数 約23×10⁻⁶/℃）と鋼（線膨張係数 約12×10⁻⁶/℃）の組み合わせでは、温度上昇によって締め代が大きく変化します。

たとえば φ50mm の嵌め合いで 100℃の温度上昇があると：

Δδ ≈ d × ΔT × (α_外側 − α_内側)
   = 50 × 100 × (23−12) × 10⁻⁶
   ≈ 0.055 mm = 55μm

アルミ製ハウジングに鋼軸を圧入している場合、温度が上がると締め代が増し、設計値以上の応力が発生する可能性があります。

落とし穴4：繰り返し脱着による保持力の低下

圧入部を一度抜いて再圧入すると、接触面の微細な凹凸がつぶれており、保持力は初回より低下します。

メンテナンスで分解・再組立が必要な部品に対して圧入を採用する場合は、キー・スプライン・接着剤の併用を検討します。

実務でのチェックリスト

• [ ] 最小締め代での抜け力（保持力）が必要値を上回るか確認したか？
• [ ] 最大締め代での接触面圧・フープ応力が材料強度を下回るか確認したか？
• [ ] 表面粗さによる実効締め代の低下を考慮したか？
• [ ] 圧入時の潤滑条件と摩擦係数の想定は適切か？
• [ ] 温度変化がある用途では、温度補正後の締め代を確認したか？
• [ ] 分解・再組立の有無を考慮した設計になっているか？

まとめ：「H7/p6」の先にある設計責任

• はめあいの公差指示はスタートであり、それだけでは設計は完結しない
• 圧入力・抜け力・割れリスクをラーメの式で定量評価することが重要
• 表面粗さ・潤滑・温度変化・繰り返し脱着が、計算値と現実の乖離を生む
• アルミ×鋼の組み合わせでは温度変化による締め代変動を必ず評価する

「H7/p6で圧入」という指示の後ろには、設計者が定量的に確認すべきことが多数あります。公差記号を書いただけで「設計した」と思わず、数字で設計の妥当性を確認する習慣を持つことが、信頼性の高い機械をつくることにつながります。

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一松（いちまつ）

大学院（機械工学専攻）修了後、大手輸送機器メーカで設計一筋20年

大学院（機械工学専攻）修了後、大手輸送機器メーカーに入社。20年以上、二輪車・多目的車両向けエンジン設計に携わっています。現場の知見から「考えるための情報」を発信しています。