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ねじ(螺子・捻子・捩子)は、円筒や円錐の面に沿って螺旋状の溝を設けたものであり、主として別個の部材の締結や、回転運動と直線運動との変換などに用いられる。溝を円筒または円錐の内面に設けたものを「めねじ」、外面に設けたものを「おねじ」と呼び、これらが互いに組み合わされて使用される。らし(螺子)あるいはスクリューともいう。

長方形の一対角を直線で結び、この長方形を巻いて円筒とした時、対角線は「つる巻き線 ()」と呼ばれる三次元曲線を描く。ねじはつまり、このつる巻き線に沿って溝を形成したものである。

ねじは今日ではあらゆる用途において大量に使用されているが、その多くはボルトやナット、木ねじに代表される締結用途と言えよう。その一方で、ねじは各種の機械の運動や位置決めなどで欠かせないものとなっている。

◆ 歴史

ねじの発祥については定かではないが、ギリシア時代には既に機械として使われていた事が知られている。現代の歴史家によれば、アルキタスが発明したとする意見もあるが、ペルガのアポロニウスが発明したとする意見もある。ギリシャの学者エウスタシウスはアルキメデスが発明したと書いた。実際、円筒状の筒の中に大きなねじを入れた揚水用の水ねじはアルキメデスの発明といわれ、今まで知られている限り、最初に螺旋構造を機械に使用した例だとされている。水ねじは古代、灌漑や船底の水の汲み上げ、鉱山に溜まった水を排水することなどに使われ、労力に比べ極めて効率的に水を揚水することができた。当時は他の揚水手法に比べて抜群の効率性があり、現代でもねじ式コンベアーとして使われている。シケリアのディオドロスはこの発明がアルキメデスがアレキサンドリアで学んでいた青年時代に行われたと記している。ねじ構造はアルキメデスのような天才機械学者によってのみ思い描くことができたとする者もおり、実際「ねじは中国で独自に生み出されなかった、唯一の重要な機械装置である」とも言われる。

16世紀半ばになると、ねじはさまざまな場面で使われるようになった。腕時計用の小さなねじや、銃に使う大きなねじ、甲冑用のボルトなどにねじが使われた。当時リヨン近郊のフォレの町は、ねじ作りを専門にした町であった。イングランドのミッドランド地方でも家内工業としてねじが作られた。当時ねじの作成には原始的な旋盤が使われた。1760年ミッドランド地方のジョブとウイリアムスのワイアット兄弟はねじ製造法に革命をもたらした。手で刃を動かしてねじを切るかわりに、自動的にカッターでねじを切れるようにして、数分かかっていた作業をわずか6,7秒で作ることができるようにした。ワイアット兄弟は「鉄製ねじを効率的に作る方法」で特許を取り、世界初のねじ工場を作ったが事業は失敗した。事業は工場の新しい持ち主が成功させ、その後蒸気機関の活用など各種の改善を経て、船や家具、自動車、高級家具などの需要の高まりとともに大量のねじが作られることになる。

18世紀の終わりまで、旋盤で物を作るのはヨーロッパ貴族の趣味の一つとなっていた。1762年ヨークシャで生まれロンドンで精密機械を作っていたジェシー・ラムスデンは当時天体観測用や航海用として使われていた精密機器の精度を上げるために、手作りで作る代わりに、より精密な旋盤を作ることによって達成するプロジェクトを始めた。ラムスデンは木製旋盤の代わりに金属製の旋盤を作り、カッターの先端にダイアモンドを使用し11年かけて、旋盤を使って旋盤の部品をつくり、それを使いさらに精密な旋盤をつくりあげることによって、旋盤を次第に精密にしていき、最後には千分の4インチという精度のねじを作り上げた。彼が作った高精度のねじは科学分野で活用され、顕微鏡や天文学で使用された。船の経度と緯度を300mの誤差で割り出せる航海用観測機器ができ、キャプテン・クックなどの航海上の偉業が達成されることになる。

偶然同じような時期に、ワイアット兄弟はねじの量産法を、ラムスデンはねじの精密さを追求した。彼らの業績を統合したのが、イギリスのヘンリー・モーズレー(Henry Maudslay 1771-1831)であった。彼は旋盤をさらに改良した。モーズレーはフランス人ブルネルと組みポーツマスに世界初の完全に自動化された工場を作った。この工場は10人の工員が44台の機械を使い、年間16万個の滑車を作ることができたという。1825年には、ブルネルはテムズ川の下をくぐる365mのトンネル工事を受注した。モーズレーはブルネルが発明した矩形のトンネル用鋳鉄製シールドを製造し、トンネルは完成した。モーズレーは他に印刷機、プレス機、貨幣鋳造の特殊機械、ボイラー板穴あけ機などを作ったが、もっとも有名なのは蒸気機関であった。ブルネルの息子が初の大西洋横断蒸気船を作った際に、モーズレーの息子もその船に搭載する、当時世界最大の750馬力の蒸気機関を作った。これらの成功は、モーズレーが作り上げた極めて精度が高い基準ねじを用いた、規模が大きくなっても精密に仕事ができる旋盤によるものだった。モーズレーは1万分の1インチの精度のマイクロメーターを作っている。このマイクロメーターはモーズレーの工場で寸法を測る際の至高の基準とされ「大法官」と言われていて、弟子の製品の精度チェックに使われていた。また、モーズレーの工場ではねじの規格化が行われた。それ以前は、ナットとボルトは一対で作られ、それらが混じってしまうと、合うものを探すことは一苦労であった。

モーズレーの弟子であったジョセフ・ホイットワース(ウイットウォースとも)(Joseph Baronet Whitworth 1803-1887)がねじのさらなる大量生産技術を確立したとされる。彼のおかげでモーズレーのような天才的職人でなくても、良質な機械で同程度の精度の機械を作り上げることができるようになった。また、ホイットワースはモーズレーの工場での規格化にヒントを得て、英国産業界全体が採用したねじの規格化を行った。

このように、より精密にものの長さを測ったり、角度を測ったり、物を作るという行為は、ねじ構造がもたらしたものであり、産業革命も彼らの精密機械技術がなければ成り立たなかったと言えよう。

日本には、1543年に種子島に漂着したポルトガル人の所有していた火縄銃とともにねじが伝来したとされ、それ以前にねじが使われていた証拠は発見されていない。このとき、藩命で銃を模造しようとした刀鍛冶は、自分の娘をポルトガル人に嫁がせてまで、ねじの作成法を習得したとする伝説さえ残っている。

撃発の圧力に耐えるために、筒状の銃身の後ろ側を塞ぐ尾栓とよばれる部分にねじを使うことが必須であり、このために日本では初めてねじが製作されたとするのが定説となっている。

東洋ではそもそもねじ構造自体を独自に発見・発明することができなかった。

村松貞次郎は『無ねじ文化史』で江戸の工業製品にはねじの使用例はなく、まさに徳川幕府の江戸時代とは「ねじの無い文化」の時代であるとした。結局ねじ製作のための、優れた工作機械や工具に恵まれず、ねじを作るという事が「大変困難な仕事である」ということがその理由である。和時計も特殊なねじがわずかにあるだけで、ほとんどがくさびで作られている。ねじがほとんど無いため、日本ではドアが発達しなかった。また、火縄銃にはねじが必須であったが、江戸時代では火縄銃のほとんどは新たに作るのではなく、以前の火縄銃の銃口を広げたりして、作り替えていたという。

1860年、小栗上野介は西洋文明の原動力は「精密なねじを量産する能力である」と考え、一本のねじを持ち帰ったという。

◆ 基本用語

ねじのつる巻き線状の稜線を成す突起を「ねじ山」、山と山の谷間を「ねじ溝」といい、山頂と谷底の間の面は「フランク」と呼ばれる。

多くの場合にはねじのつる巻き線は1条であるが、複数のつる巻き線を有するねじも少ないながら製作されており、これら2条・3条といった複数のつる巻き線を持つものを総称して「多条ねじ」という。

ねじの軸を中心としてねじ山のつる巻き線に沿って一周した場合に、軸方向に進む距離を「リード」、隣り合うねじ山の軸方向の間隔を「ピッチ」といい、ピッチは一条ねじではリードに等しいが多条ねじではリードを条数で除した値となる。また、ねじ円筒の円周を底辺、リードを高さにとった直角三角形を考えた時に三角形の斜辺と底辺とがなす角を「リード角」という。この直角三角形は、ねじ円筒表面を平面上に展開した一部を切り取ったものに等しい。

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