エンジニアリング手法の紹介や指導を行い、Accurisの顧客が将来の製品を創造的に設計するための適切なツールや支援を見つけられるようサポートしてきた、この充実した一年を振り返ると、2024年を象徴する言葉は「不確実性の中で前に進むこと」だと感じます。
私はかなり前から、発表の中で自分自身が何かを学べていないのであれば、それは自分や聴衆の視野を十分に広げられていないということだと考えるようになりました。そうであれば、聴衆も本来得られたはずの学びを十分に得られていない可能性があります。つまり、私は彼らに対して本来できたはずの貢献を十分に果たせていないことになります。
例えば、2024年にテキサス州サンアントニオで開催された「Aircraft, Airworthiness & Sustainment Conference」のセッションの一つでは、一見単純に見えるボルト接合部の設計と組み立てに関する3つの側面すべてを詳しく解説しました。
これまで私は、接合部にどの程度の予張力を与えるべきかを決める際に用いられる従来の教科書的な理論には、不確実な点や疑問の残る前提があることを何度も説明してきました。特に、接合される部材の材質が異なり、さらに使用温度の範囲が広い場合には、その影響が大きくなります。適切な設計では、疲労応力を抑えるため、ボルトが降伏しない範囲でできるだけ高い予張力を設定します。こうした内容が、多くの大学の授業で扱われる範囲であり、産業の現場で用いられる実務的な設計手法まで踏み込んで教えられる機会は、必ずしも多くありません。
さらに、組立時にボルトがその範囲内の値でどれだけ正確に締め付けられるかにも、不確実性があります。多くの企業では一般的なトルクレンチを使用し、従来の教科書的な計算式で設定値を求めています。しかし残念ながら、工場での組立条件下であっても、目標とする予荷重の達成精度にはプラスマイナス25％程度のばらつきが生じる可能性があります。
これに関連して、加えたトルクを正確に測定する問題について、厳密な解を与える経験式を導き出すことは不可能です。幸いにも、ESDUの手法に蓄積されている膨大な試験結果を分析することで、小径のナットやボルトについては、特定のトルクによって生じるおおよその軸力を求める方法が示されています。
不確実性を示す散布帯を表示したグラフ
実用的なボルト締結における三つ目の課題は、自己ゆるみが生じる可能性です。ナットとボルトが適切に締め付けられていれば、安定した運転条件の下で使用中にゆるむ可能性は高くありません。しかし、接合部材の接触面がなじむ過程で、予荷重の最大20％が失われることがあります。さらに、ボルト締結体が使用中に（しばしば予期しない）振動を受けると、より深刻な締結力の低下が生じる場合があります。
ESDUの欧州の顧客の一社で実際に発生した自己ゆるみの典型的な事例と、それを当社の検証済み手法でどのように解決したかを紹介したところ、講演後に二人のエンジニアが私のもとに来て、まさに同じ問題を自社の保有機の機種の一つで解決しようとしているところだと相談してくれました。
この話の興味深い点は、これらのエンジニアや当社の欧州クライアントでさえ、なぜボルトが時折自然に緩むのかを確実に把握していなかったことです。しかし、その後クライアントが改良した接合部では、同じ問題は発生していません。
最後に、私のプレゼンテーションは、航空機認証の厳格な要件を満たすために、検証済みの手法やデータ、ソフトウェアを使用することが求められるエンジニアを対象としたものでした。一方、イギリスでは「一般的なエンジニアリング」の用途で作業するエンジニアと別のボルト接合部について話をしており、その製品の組み立て手順書には「警告：締め付けすぎないこと」と記載されていました。
そのあいまいな指示に加え、温度条件の考慮もなく、組み立て時にナットやボルトに潤滑を施すかどうかも示されておらず、粗いピッチの安価なボルトが選ばれていました。エンジニア本人も「寒冷時には問題が生じることがある」と認めていました。
一般的なエンジニアリングにおけるボルトの破損は、航空機の接合部が破損したり「緩む」場合のような壊滅的な結果には直結しないかもしれません。しかし、設計段階で解決可能な問題に対処しなかったことで、企業の評判や財務に与えるダメージは依然として深刻になり得ます。ESDUの検証済み手法は、当社のエンジニアリングサービスによってサポートされ、ボルト接合部の設計から運用まであらゆる側面に対する実践的な解決策を提供します。より優れた安全な製品を追求する方々にとって、専門的にも個人的にも大きな価値がある取り組みです。
幸いなことに、2025年に確実に言えることがあるとすれば、それは私とAccurisの同僚たちが、他のエンジニアが自身の業務上の不確実性に気づき、適切に対応できるよう支援することから得られる喜びが、今後も続くということです。
航空宇宙・防衛分野のエンジニアリングについて、ジョンの考えをさらに聞きたいですか？ロールス・ロイスのエンジニア、クリス・バローズ氏との対談を収録したウェビナーの録画をご覧ください。
