ボルトと穴のクリアランス設計——バカ穴・ザグリ穴・リーマ穴の使い分け

設計の現場で、若手から一番よく聞かれる質問のひとつが「この穴、何ミリで開ければいいですか」だ。M10のボルトを通すなら穴はφ10ではダメで、ではφ11なのかφ12なのか。答えは「使う場所による」としか言いようがないのだが、その「場所による」の中身を整理せずに図面を描いてしまうと、後工程の組立で必ず痛い目に遭う。

私は機械設計をかれこれ20年やってきて、ここ数年は大手メーカーに外部設計者として常駐している。設計レビューに出てくる図面のうち、3割は穴径とザグリの指示で何かしらの突っ込みが入る。たかが穴、されど穴。今回はボルトと穴のクリアランス設計について、JIS規格・標準寸法・公差累積・実務でのハマりどころまで、できるだけ実体験を交えて整理しておきたい。

ボルトと穴のクリアランスがなぜ必要か——加工誤差・組立余裕・公差累積

まず根本の話から。なぜボルトの呼び径ぴったりの穴ではいけないのか。理由は大きく3つある。

第一に、加工誤差。ボルトの軸径自体に公差があり、M10の並目ボルトであれば軸の実寸はおよそφ9.78〜φ10.0（JIS B 1180「六角ボルト」の製品等級Aの場合）。穴側もドリル加工であれば±0.1〜0.2程度の公差は避けられない。両方が最悪値で重なれば、呼び径同士で設計したら確実に入らない。

第二に、組立余裕。複数のボルトで一枚のプレートを締めるとき、ボルト穴のピッチには必ず誤差が乗る。相手部品との位置ずれを吸収するために、穴側に「逃げ」を持たせる必要がある。これは加工精度の話ではなく、組立可能性の話だ。

第三に、公差累積。4箇所、6箇所と穴が増えるほど、各穴位置の公差が積み重なって最悪値が大きくなる。これを設計段階で見積もらないと、図面上の各寸法はOKでも、組立の段で「入らない」が起きる。

私が新人の頃、産業機械の架台にモーターブラケットを取り付ける図面で、M12のボルト穴をご丁寧にφ12.5で指示したことがある。「ボルト径+0.5なら十分だろう」という素人感覚だった。結果、組立担当者から「3個目までは入るけど4個目が絶対入らない」とクレームが入り、現場でリーマで広げて凌いだ。その後、JIS B 1001「ボルト穴径及びざぐり径」を初めて真面目に開いたのを覚えている。

クリアランス設計とは、加工誤差 + 組立誤差 + 公差累積の3つを足し合わせて、なお組立可能な余裕を残す設計のことだ。「ボルト径より少し大きく」ではなく、「JISの並・中・粗のどれを選ぶか」という設計判断になる。

JIS B 1001 ボルト穴径の3段階（並・中・粗）と適用場面

JIS B 1001「ボルト穴径及びざぐり径」では、ボルト穴径を1級（並）・2級（中）・3級（粗）の3段階で規定している（出典：JIS B 1001：1985）。並が最も穴径が小さく、粗が最も大きい。

考え方はシンプルで、相手部品との位置精度が要求される場所は並、一般的な機械の組立は中、現場合わせや位置調整が必要な箇所は粗、という使い分けになる。

実務的には、迷ったら2級（中）を選んでおけば大きな失敗は少ない。並は精密機器・金型・治具などで使う。粗は鋼構造物の現場ボルトや、相手部品の位置精度が出ない鋳物・溶接構造で使う。

ここで一度ハマった話を書いておく。光学装置の精密治具で、位置決め用のM6ボルト穴を「中」で指示したら、設計レビューで先輩から「ここは並じゃないと位置が出ない」と指摘された。クリアランス0.5mm（並のM6=φ6.4）と1.0mm（中のM6=φ7）の違いだけで、最終的な光学部品の位置精度に効いてくる。「精密=並」「一般=中」「現場=粗」という3分法を頭に入れておくと、図面を描く手が止まらなくなる。

逆に、建築鉄骨や大型架台のように現場で組み立てる構造物では、迷わず粗を選ぶ。AIJ「鋼構造接合部設計指針」では、高力ボルト摩擦接合の標準孔径は呼び径+1.5mm（M22以下）または+2.0mm（M24以上）と定められており、これはJISの「粗」とは別系統だが、考え方は同じく現場誤差の吸収を重視している（出典：日本建築学会「鋼構造接合部設計指針」）。

バカ穴の標準寸法表と設計時の選び方

ここからJIS B 1001の標準寸法を表にしておく。実務でこの表を毎回JISハンドブックで引くのは面倒なので、A3図面の隅に貼っておく人も多い。

（出典：JIS B 1001：1985「ボルト穴径及びざぐり径」）

なお、この数値は1985年版のJIS B 1001に基づくもので、文献によってはM10並をφ10.5ではなくφ11とする旧表記もある。社内標準がある場合はそちらを優先するのが無難だ。私が常駐している先では、社内標準でM10並=φ11、中=φ12、粗=φ13に丸めた表を使っており、これはこれで合理的（ドリル径の市販規格に合わせている）。

選び方のコツを3つ。

第一に、「組立順序」を考える。最後に締めるボルトほど、ピッチ誤差が累積する。だから多点締結では、後に締まる側を1段階大きい穴にしておくと組立が楽になる。

第二に、「相手部品の位置決め方法」を考える。位置決めはリーマ穴やノックピンで別途確保するのであれば、ボルト穴は迷わず中以上にしてよい。逆に、ボルトで位置を決めようとする設計（推奨はしないが）は並を選ぶしかない。

第三に、「加工方法」を考える。レーザー切断やプラズマ切断の板物は、ドリル加工より穴径精度が落ちる。設計上は中で取っても、加工側で+0.3mmずれることはざらにある。鋼板に切断で穴を開ける場合は、設計段階から粗を選ぶか、または「切断後リーマ仕上げ」を指示するか、どちらかにする。

体験談をひとつ。M12のボルト穴を「φ13」で指示した図面を施工業者に渡したら、現場で「これケミカルアンカー用ですよね？M12のアンカーボルト用穴φ13で開けます」と勘違いされ、本来不要な化粧プレートの板穴までφ13で開けられてしまったことがある。呼び径とクリアランスの関係を、加工側が必ず理解しているとは限らない。図面の表題欄近くに「ボルト穴径はJIS B 1001 2級による」と注記しておくのが事故防止になる。

ザグリ穴（座ぐり）——皿ザグリ・深ザグリ・スポットフェース

ザグリ穴は、ボルト頭やナットを部品表面より沈める、または座面を平らにするための加工だ。3種類ある。

スポットフェース（ざぐり）は、鋳物・鍛造品・溶接構造物の表面に、ボルト座面用の平面を確保する浅い加工。深さ1〜2mm程度。表面がうねっている場合、ワッシャーが均等に当たらないと締結力が偏るので、座面を平らに削る。

深ザグリ（円筒ザグリ）は、六角穴付きボルト（キャップボルト）やキャップスクリューの頭を、部品表面より沈めるための加工。ボルト頭の外径より少し大きい径で、頭の高さより少し深く削る。

皿ザグリは、皿ネジ用の円錐状の座ぐり。皿ネジの頭が部品表面と面一になる。

JIS B 1001の付表に深ザグリの推奨寸法、JIS B 1002「皿ねじ用ざぐり」に皿ザグリの推奨寸法が規定されている（出典：JIS B 1001、JIS B 1002）。

（参考：JIS B 1001付表およびJIS B 1176「六角穴付きボルト」のボルト頭寸法に基づく）

皿ザグリは角度に注意が必要だ。JIS規格の皿ネジは頭部角度90°だが、ANSI（米国規格）のフラットヘッドキャップスクリューは100°のものがある。これを混同すると、皿ネジを締めたときに頭が浮く、または逆に座面に強く当たって部品が割れる。

（出典：JIS B 1002「皿ねじ用ざぐり」）

体験談を2つ。1つ目は深ザグリ深さの失敗。装置のカバーをM6キャップボルト4本で止める設計で、ザグリ深さを6.0mmで指示した（JIS推奨は6.5mm）。手元の市販M6キャップボルトの頭高さは規格上MAX6.0mm。トレランス最悪値で、ボルト頭がカバー表面より0.1〜0.2mm浮き、その上に被せる化粧パネルが面で当たって閉まらない事態が発生した。深ザグリは頭高さMAX値+1mm以上を取る、これを社内ルールにしてからは事故ゼロだ。

2つ目は皿ザグリ角度の失敗。海外サプライヤから入手したインチ系の皿ネジを、JIS規格90°の皿ザグリ穴に入れたら頭が目視で分かるレベルで浮いた。100°と90°の違いだ。図面注記に「皿ザグリ90°、JIS B 1002による」と明記しておくべきだった。

スポットフェースで一番ハマったのは、溶接ビードのある鋼板に直接ボルト座面を取った時。「ザグリは不要」と判断したら、ビードと干渉してナットが斜めに座り、増し締めで割れた。溶接構造物のボルト座面には原則スポットフェース、これは20年経っても自分への戒めだ。

リーマ穴の役割と精度（H7、JIS B 0401公差）

リーマ穴は、位置決めや繰り返し位置精度を要求する箇所で使う精密穴だ。代表的な用途は、ノックピン穴・平行ピン穴・治具のロケート穴。

寸法公差は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、サイズ差及びはめあいの基礎」（出典：JIS B 0401-1：2016）に基づいて指定する。穴の公差は通常Hを使い、H6・H7・H8が主に選ばれる。

実務ではH7が標準と覚えてよい。理由は、平行ピン（JIS B 1354）の代表的なはめあい公差がm6（しまりばめ）で、穴H7とピンm6の組合せが「位置決め用しまりばめ」の定番だからだ（出典：JIS B 1354「平行ピン」、JIS B 1355「テーパピン」）。

ここで失敗談を1つ。装置の上下プレート間の位置決めで、リーマ穴をH8で指示したことがある。「H8でも十分だろう」と思った。φ8H8の公差は+0.022/0、対するピン側h7（−0.015/0）と組み合わせると最大すきまは0.037mm。プレート対角200mmの治具で、これを2点で決めたら角度ずれが0.01rad（約0.6°）出てしまった。H7/m6に変更したら最大すきま0.018になり、ピン圧入で実質ガタゼロ。位置決め用リーマ穴は迷わずH7。これも社内標準にした。

ノックピンは「抜き差しできる位置決めピン」のことで、JIS B 1355に規定がある。これも穴側はH7で取る。何の精度を要求するかでH6・H7・H8を分けるのが正しい姿勢だが、判断に迷ったらH7で大きな失敗はない。

リーマ加工は、下穴を呼び径−0.2〜−0.3で開け、リーマで仕上げる二段加工になる。図面には「φ10H7 リーマ通し」「平行ピン用（JIS B 1354）」のように加工指示と用途を併記しておくと、現場の段取りミスが減る。

公差累積と穴位置決定（最大実体公差M）

複数の穴で部品同士を結合する場合、各穴の位置公差は組立可能性に直接効く。これを保証する規格的考え方が、最大実体公差M（マル・エム）だ。

JIS B 0021「製品の幾何特性仕様（GPS）—幾何公差表示方式—形状、姿勢、位置及び振れの公差表示方式」（出典：JIS B 0021：1998、ISO 1101:2012対応）では、最大実体公差Ⓜを位置度公差に付与することで、穴が最大実体側（穴径最小側）にあるときの位置公差を厳しくし、穴が最小実体側（穴径最大側）にあるときは位置公差を緩めてよいという考え方を導入している。

具体例で説明しよう。M10のボルト穴を中（φ11、公差+0.5/0）で4箇所取る。組立相手側は同じくφ11、公差+0.5/0。ボルト径は最大φ10。

組立成立条件：穴位置のずれ < (穴径−ボルト径) / 2

最悪値で考えると、穴がφ11.0（最小実体）、ボルトφ10で、片側0.5mmのクリアランス。両側で2部品分の位置誤差を吸収するから、穴位置度公差はφ0.5まで許される。

ところが、穴が最大実体（φ11.0）から離れてφ11.3で加工された場合、片側0.65mmのクリアランスがあるので、穴位置度はφ0.8まで許してよい。これを表現するのが位置度Ⓜだ。

位置度欄に「⌖ φ0.5 Ⓜ A B C」と記載すれば、「穴が最大実体時はφ0.5以内、穴径が大きい分だけ位置度公差を緩めてよい」という意味になる。これは加工現場にとって実質的な公差緩和であり、コストダウンに効く。

これを使わずに「位置度φ0.2」のような厳しい公差を全穴に振ると、加工コストが跳ね上がる。逆に、Ⓜを使わずに「位置度φ1.0」のような緩い公差にすると、穴が最大実体側に振れたときに組立不可になる。

体験談。新入りの設計者が描いたモータブラケットで、M10×4箇所のボルト穴に「位置度φ0.3」を全穴に指示してきた。並穴φ10.5を選んだ上での位置度φ0.3。計算上、穴が最大実体φ10.5でボルトφ10の時、片側クリアランス0.25mmしかないのに位置度φ0.3は組立不可だ。私は「位置度⌖φ0.5 Ⓜ A B C に直しなさい」と指示し、なぜそうなるかを30分ホワイトボードで説明した。

公差累積を計算せずに4穴設計をしたら組立不可、これも私自身が新人時代にやった失敗。多点締結の時は、設計段階で「最大実体時に組立成立する位置度」を逆算する癖をつけるとよい。

穴設計のチェックリストと現場でハマる失敗

最後に、図面チェックの実務リストを置いておく。これは私が設計レビューで実際に使っているチェック表だ。

このリストでハマる失敗のトップ3を挙げておこう。

1位：ザグリ深さ不足。これは本当によく起きる。「キャップボルト頭高さは規格表で6.0mm」を信じ、ザグリ深さ6.0mmで設計してしまう。実際の頭高さは規格MAX値で6.0なので、片側で0.0〜0.3mm浮く可能性がある。ザグリ深さは頭高さMAX+0.5〜1mm、これを社内ルール化すべきだ。

2位：リーマ穴の公差選定ミス。「位置決めだからリーマ」は正しいが、H8で取って精度が出ないケース。位置決め用リーマはH7、H8は「リーマだけど位置精度はそこまで求めない」場合に限定する。

3位：公差累積計算なしの多点締結。4穴・6穴の締結で、各穴の位置度を独立に決めて組立成立を確認しないケース。最大実体公差Ⓜを使い、最大実体時の組立成立を計算で確認するのが正解。

そして、ベテランでもうっかりやるのが「穴径とアンカー穴の混同」。M12のボルト穴をφ13で書くと、ケミカルアンカー用M12アンカーボルト穴（標準φ14推奨）と勘違いされる。注記で「ボルト通し穴」「アンカーボルト用穴」を区別すること。

あと、設計者自身がよく忘れるのが「ボルト頭側とナット側の両方にザグリが必要かどうか」。例えばインロー構造で両側からアクセスする箇所では、ナット側にもスポットフェースが要る。これは図面上で「両面ザグリ」「裏面スポットフェース」と明示しないと加工側で抜けやすい。

20年やってきても、穴の設計でヒヤッとすることは未だにある。クリアランス0.5mmと1.0mmの違いが、装置の組立可否を決めることがあるからだ。たかが穴、されど穴。JIS B 1001・B 1002・B 0401・B 0021を手元に置いて、毎回確認する習慣が、結果として一番早い設計につながる。

若い設計者には、「穴径を決める時は、必ず加工→組立→保守の3段階を頭の中で動かす」と伝えている。図面上の数字ではなく、実際にその穴をドリルで開け、ボルトを通し、増し締めし、いつか緩めて外すところまで想像する。そうすると、並・中・粗の選び方、ザグリの深さ、リーマ穴の公差、全部が腑に落ちる。

穴は、設計者と現場の対話の起点だ。だから、JIS規格の数字を覚えるのではなく、なぜその数字があるのかを理解する。それができれば、図面の前で迷う時間が大幅に減る。

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