はめあい公差判定｜JIS B 0401 穴軸公差からすきま/しまり/中間ばめを即判定

はめあいの基本概念と計算式

穴・軸公差の表記

はめあい表記例：φ30 H7/g6

大文字(H・G等)が穴側公差、小文字(h・g等)が軸側公差、数字(7・6等)が公差等級(IT等級)を示します。JIS B 0401(ISO 286と整合)では、A〜Zのアルファベット記号で公差位置(基準寸法に対する±の偏り)を、IT01〜IT18の数字で公差幅を規定します。

すきま・しまりの計算式

最大すきま = 穴の最大許容寸法 − 軸の最小許容寸法

最小すきま = 穴の最小許容寸法 − 軸の最大許容寸法

最大しまり = 軸の最大許容寸法 − 穴の最小許容寸法（= −最小すきま）

最小しまり = 軸の最小許容寸法 − 穴の最大許容寸法（= −最大すきま）

最小すきまが正ならすきまばめ、最大すきまが負(＝最小しまりが正)ならしまりばめ、その中間なら中間ばめ(組立ごとにすきま/しまりが変わる)と判定します。すきまとしまりは符号を反転させただけの同じ量なので、片方が負の値のときはもう一方の呼び方で読みます。

穴基準と軸基準

大文字Hから始まる公差(H6・H7・H8・H9)を「穴の下の偏差=0」の基準として固定し、軸側公差を変えて種別を作り分けるのが穴基準はめあいで、日本の機械設計標準。逆に軸基準は輸入設備や特殊用途で使われます。

3種のはめあい

すきまばめは取外し容易・回転・スライド可能、しまりばめは強固な固定・分解困難、中間ばめは位置精度は良いが取外しに軽い力が必要な特性を持ちます。用途と機能に応じて選定します。

JIS B 0401 常用公差表(基準寸法 φ18超〜φ30以下)

下表は φ30 での代表公差値です。基準寸法区分ごとに公差幅は変化しますが、上の計算機は φ3〜φ500 の全13区分の公差値を内蔵しているため、基準寸法を入力すればその区分の値で判定します。

用途別 標準はめあい選定

転がり軸受(JIS B 1509)の内輪-シャフトは通常k5・k6・m6(回転側で圧入)、外輪-ハウジングはH7・H8(すきま)が定石。使用条件(回転数・荷重・温度)により変化します。

熱膨張と焼ばめ・冷やしばめ

熱膨張式

直径変化 Δd = d × α × ΔT

ここで d は基準寸法、α は線膨張係数(炭素鋼で約11.7×10⁻⁶ /K、SUS304で17.3×10⁻⁶ /K、アルミで23.6×10⁻⁶ /K)、ΔT は温度変化。

焼ばめ加熱温度

H7/r6の代表しまり0.03〜0.05mmを与えるためのφ50シャフトの必要加熱温度は、Δd÷(d×α)=0.05÷(50×11.7×10⁻⁶)≈85K。室温+85℃≒110℃で組付け可能。安全率を見て+30℃程度余裕を持たせるのが実務。

冷やしばめ

ドライアイス(-78℃)や液体窒素(-196℃)で軸を冷却し収縮させて挿入。焼ばめより低歪みだが装置設備が必要。ラジアル荷重が大きい場合は焼ばめが優位です。

計算例(φ50 H7/p6 ベアリング内輪嵌合)

公差値の取得(φ30超φ50以下区分)

JIS B 0401 附属書表から、φ50 H7=0〜+25μm、p6=+26〜+42μm。

最大すきま・最小しまりの計算

最大すきま = H7上限(+25) − p6下限(+26) = −1 μm

最小しまり = p6下限(+26) − H7上限(+25) = +1 μm

最大しまり = p6上限(+42) − H7下限(0) = +42 μm

判定

最小しまり=+1μm、最大しまり=+42μmで、常に軸径>穴径となるしまりばめ。1〜42μmの範囲で圧入となり、ベアリング内輪の軸への嵌合として妥当な範囲です。

圧入力の概算

ベアリング鋼の圧入抵抗を摩擦係数μ=0.15と仮定すると、φ50・幅25mm・しまり0.02mmで圧入力約8kN。手押しでは不可能で、ハンドプレスまたは加熱による焼ばめが必要です。

業界・現場での使い方

IT公差等級と加工精度

JIS B 0401のIT公差等級と対応する実用加工方法・寸法許容差の目安(基準寸法φ30区分)です。

IT等級と加工方法・コストは強く相関します。IT6以上の精密公差では研削・ラップ工程が必要で、加工費が汎用旋盤の3〜5倍程度に増加します。設計時に「必要最低限の等級」を選定することが重要です。

よくある間違い・注意点

• 公差が緩すぎる ― 軸受のはめあいをH8/f7等広くすると回転時ガタツキ・振動発生。異音・寿命低下の原因。JIS B 1509「転がり軸受の主要寸法」の推奨表を参照。
• しまりが過大 ― H7/u6等の超強しまりを軸径φ100mm超に適用すると、圧入時の応力が降伏点を超えて塑性変形。軸径変形・軸受損傷。加熱温度・冷却制御必須。
• 熱膨張の未考慮 ― 60℃以上に上昇する熱機・エンジンでは、アルミ(α=23.6μm/m/K)-鋼(11.7)の膨張差でしまりばめがすきまばめに変化。温度域ごとの膨張補正必須。
• ISO 286との差異見落とし ― JIS B 0401と ISO 286はほぼ同一だが、A/B/C等の一部微差あり。輸入部品の交換時は原規格で確認。
• 公差記号の書き違い ― H(穴)とh(軸)を混同するミスが図面で頻発。大文字が穴、小文字が軸と厳格に区別すること。
• 加工精度の見誤り ― H6・k5等の精密公差は研削仕上げ必須。旋盤仕上げでは達成困難で、加工方法から公差選定を検討する必要があります。
• 表面粗さの指定漏れ ― 公差だけでなく表面粗さ(Ra)も指定必須。H7穴はRa 0.8〜1.6μm、k6軸はRa 0.4〜0.8μm程度が実用目安。

関連する規格・法令

• JIS B 0401-1 ― 製品の幾何特性仕様(GPS) - 長さに関わるサイズ公差のISO コード方式 - 第1部:サイズ公差、寸法差及びはめあいの基礎。
• JIS B 0401-2 ― 穴及び軸の寸法許容差の表。常用のH穴・軸(fからu6等)の許容差を規定。
• JIS B 1509 ― 転がり軸受-主要寸法・許容差。軸受の穴・軸への推奨はめあい表を含む。
• JIS B 0405 ― 普通公差 - 個々に公差の指示がない長さ寸法及び角度寸法に対する公差。図面に公差記号なしの場合の適用。
• JIS B 0601 ― 表面粗さの表示・測定方法。公差と併用する表面性状の規定。
• ISO 286-1 ― Geometrical product specifications (GPS)-ISO code system for tolerances on linear sizes。国際規格。
• ISO 286-2 ― 穴・軸の許容差表。ISO国際規格の公差値表。
• DIN 7157 ― Passtoleranzen(はめあい公差)。ドイツ規格、欧州設計で頻用。
• ANSI B4.2 ― Preferred Metric Limits and Fits。米国規格、ISO 286と整合。

参考文献・公的資料

はめあい公差設計のより詳細な情報は、以下の公的機関・学会・メーカーの資料を参照してください。

• 日本産業標準調査会(JISC) ― JIS B 0401・0405・1509等の公式検索。最新版・改正履歴を確認可能。
• 日本機械学会(JSME) ― 機械工学便覧・機械設計便覧に公差設計の詳細と応用事例。
• ISO/TC 213 Dimensional and geometrical product specifications ― ISO 286・GPS規格を管轄する国際委員会。
• 日本設計工学会 ― 公差設計・幾何公差の学術資料と技術報告。
• NSK 軸受知識(日本精工) ― 転がり軸受メーカー大手による推奨はめあい表・技術資料。
• SKF ベアリングフィッツ ― 世界最大手SKFの推奨はめあいと選定指針。
• NTN 軸受はめあいの選定 ― NTNのはめあい選定PDF。回転条件別の推奨表。
• DIN(ドイツ規格協会) ― DIN 7157等ドイツ規格の一次資料。欧州機械での標準。
• ASME(米国機械学会) ― ANSI B4.2等米国公差規格の一次資料。

よくある質問（FAQ）

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