ものづくり基礎知識材料

ステンレス鋼(SUS)の特徴と利用方法

ステンレス(SUS)は、その名の通り錆び(ステン)が起こりにくい(レス)材料で、一般的に多種多少な用途で利用されています。しかし機構設計者から見ると要注意材料で、何度か痛い思いをした経験も多いのではないでしょうか。問題を避けるには、ステンレスの特徴を理解した上で扱うことが必要です。

ステンレス鋼(SUS)の概要

ステンレスは鉄(Fe)を主成分(50%以上)、クロム(Cr)を10.5%以上含有する、さびにくい合金です。また種類も豊富でマルテンサイト系、フェライト系、オーステナイト系などがあり、機械的性質がことなります。

設計者が考えるステンレス鋼(SUS)の特徴

設計者(特に機構設計)としての感覚でステンレスを話すと、『困った時のSUS』と『曲者のSUS』という特徴が思い浮かびます。
『ステンレスの長所』の例として強度が高い事が挙げられます。具体的には板金部品の板厚をどうしても1mm以下にする必要がある場合に通常の鋼板だと手で簡単に変形してしまいますが、ステンレスでは機構部品として十分な強度を持ちますので0.6mmの板厚の部品も成立してしまします。しかしSUSを利用して痛い思いをする場合も多く、ステンレスは使いにくいというイメージもあり利用方法で悩まされます。

ステンレス鋼(SUS)の短所

① 粘っこい

設計者感覚で表現すると、ステンレスは粘っこい材料だと言えます。
例えば、他の金属と摺動する場合に滑りにくいのでバネの付勢力が不足して機構が成立しない場合があります。原因は摩擦係数が鋼板の約2倍と大きいためです。

② 曲げると硬くなっていく

ステンレスで板金部品を試作する場合、曲げ加工を行うとかなり硬くなります。原因は加工硬化ですが、その指標であるn値が鋼板の約2倍で特に注意が必要となります。そのため再加工性はなく一発勝負で加工する必要があります。

ステンレス鋼(SUS)の長所

① 剛性が高い

ステンレスは剛性の指針になる弾性率と許容応力の値が高く、たわみにくく、変形しにくい材料です。そのため一般鋼板では強度が足りない部品もSUSに置き換える事で設計が簡単に成立します。

② 清潔

ステンレスは食品工場の規格にも準じる材料なので、家庭で身近流し台にも使用されています。食品の生産設備、化学プラントなどの特殊用途にも対応できる材料です。

ステンレス鋼(SUS)の注意点

ステンレス鋼(SUS)の噛み込み現象

ステンレスで最も注意が必要なことは、噛み込み(焼き付き)現象です。
SUSのネジなどは現象が顕著に現れ、電動ドライバーで締め込むと雄ねじと、雌ネジが密着して2度と緩まなくなってしまいますので、メンテナンスでネジが外せず致命的になります。最悪の場合、関連部品を全て交換する必要があります。

摩擦係数が高い 熱伝導率が低い 熱膨張率が高い
摩擦熱が発生します 摩擦熱が逃げない ネジが密着する

噛み込み現象の回避方法

SUSネジの場合はコーティングすることで噛み込みを低減できます。また締め付けトルクを適切に管理する事や、電動ドライバーを使わない事でも低減できます。

まとめ

ステンレス綱(SUS)は、気を使う材料ですが他の材料では実現できない設計を可能します。適材適所で材料を使えば設計品質の向上を図ることができます。

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