ヘッド周りでいろいろ起きました（ステムボルト破断事故編）

今回は，作業中の破断事故だったのですが，これが走行中だったりすると，いくらＤＨが遅いおいらでも無傷ではいられないでしょうし，下手したら大事故になっていたかもしれません。

というわけで，フォトポタ日記にしては珍しく，真面目に破断事故原因を探ってみることにしました。

破断状況の詳細

破断したボルトの諸元

破断したボルトは，ステム（DEDA ZERO 100 SC）のコラム側固定ボルト２本のうち，上側のボルトです。

ステムを購入したときに付いてきたボルトです。

項目	内容
タイプ	六角穴付きボルト
サイズ	Ｍ５（4mmアーレン）
材質	SUS304（と思う）

ボルトの運用状態

当該ボルト（とステム）は，現在に至るまで以下のように運用してきました。

項目	内容
使用開始時期	2010年5月
締め付けトルク（コラム側）	約7N・m （ステムの最大トルク指定は8N・m）
締め付け方法	トルクレンチにて上記トルクまで締め付け
着脱状況	高さ調整やセンタリング調整などで10回程度着脱し，そのつど，ボルト・ワッシャともに再使用

ボルト破断の経緯

フォークのメンテナンスで外したステムを取り付けるため，トルクレンチで締め付けている最中に破断しました。

トルクレンチは前述のとおり，最大トルク8N・mを少し下回る7N・mに設定してあり，そのかなり手前で破断したため，5～6N・m程度の小さなトルクで破断したと思われます。

また，ちゃんと，上下２本の固定ボルトを交互に徐々に締め付けていました。

グリスを塗っていたおかげで摩擦は小さく，ピンセットと精密ドライバーを駆使して，折れて穴に残った部分は抜き去ることができました。

ボルト破断の状況

破断の状況をよく観察すると，以下のような状況です。

項目	内容
破断箇所	雌ネジとの嵌め合い部の第１ネジ山
破断方向	ボルト軸方向に対してほぼ垂直
破断面の様子	ざらざらしている

雌ネジと雄ネジの嵌め合い部で，垂直に，スパッと，文字通りねじ切れている感じです。

材料工学の専門家のご意見

こんな風に整理してみたのですが，締め付けトルクはオーバーどころかアンダートルクですし，破断面を見ても特に何も見出すことができませんでした。

そこで，材料工学・破壊工学の専門家である知人（Ｔ君）に，上記のような運用状況を添えて破断写真を送って，見解を求めてみました。

Ｔ君はエンジンなどの大き目のブツを扱う専門家なのですが，写真をメールで送ってすぐに返事が来て，以下のような所見でした。

原因は疲労破壊（金属疲労）でしょう

破断面を（プロの目で）見ると，疲労破壊に特徴的な「ビーチマーク」が見えるとのコト。2年半にわたる運用中の応力変化で疲労が蓄積したと推定される。

ボルトの再使用はダメ！

一度使用したボルトは微視的には塑性変形している部分がある。そのため，再使用したボルトは軸力が十分に出なくて緩みやすくなり，疲労破壊を起こしやすくなるので，再使用は好ましくない。

ワッシャの再使用もダメ！

一度使用したワッシャは，潰れ方に微妙な偏りがあるため，再使用した場合にはボルトの軸力低下につながる。毎回交換すべき。

こんな細いボルトで大丈夫？

ハンドル・ステムという命を預かる部品の固定用として，Ｍ５ボルト２本というのは，細すぎる気がする。Ｍ６にしたり，Ｍ５×３本にした方がいいのでは。

強度限界を超えての破壊ではなく，じわじわと壊れていく「疲労」では，破断面に皺のような模様が見られ，これを「ビーチマーク」といいます（これは，おいらも知っていました）。

素人であるおいらは，破断面を見ても何も見出せなかったのですが，日夜，研究所で破壊物品を見続けているＴ君の目にはうっすらとビーチマークが見えるとのコト。

また，強度限界の1/3程度の力があれば疲労蓄積が始まり，力の大きさによって左右されますが，1,000～100,000回程度の繰り返し応力（力がかかる，抜けるの繰り返し）があれば，十分，疲労破壊するとのこと。

さらに，

仮に1日運転して100回？ハンドルに衝撃的な力が繰り返し加わり，年間120回の休暇のうち50日運転していれば，2年で10,000回の繰返し応力をボルトは受けています。疲労破壊を生じるなら，その繰り返し回数は1,000～100,000回程度と言われており，10,000回での破断は妥当な数字かもしれませんよ。

とのこと。

Ｔ君は自転車はやらない人なのですが，ここまで詳細においらの行動パターン（年間50日運転）まで見抜かれているとは，ひょっとしたら，隠れフォトポタ日記リーダーか！？

また，おいらの「チタンボルトにしたらどうなるの？」と聞いたら「死ぬ気ですか？」とのことでした（笑）

破断事故のまとめ

というわけで，現物を見てもらったわけではないので100%ではないですが（本人もそう言ってます），繰返し応力による「疲労破壊」の可能性が高そうです。

せっかく，メンテナンスで着脱しているのに，ボルト（ワッシャも）を再使用しているという，おいらのセコさが原因のようです（涙）

そういえば，雑誌『自転車人』の2012年冬号「自転車乗りのための工具基礎知識」特集でも，「ネジの再使用は５回が目安」と書かれていました。

深く反省しつつ，ご近所のホームセンターで新品のボルトを購入してきて，締めなおしました。

いやはや，危ないところでした。

DEDAステムとのお別れ

今回は，ステムの取り付けボルトの破断事故でした。

しかし，以前，DEDAステム本体（トップキャップ）の破断事故についてのコメントをいただいたことがありました。

当時は，595号はカーボンハンドル・フォークのため，最大トルクより低め運用をしているので大丈夫かな？と思っていました。

今回，こんな事故（未遂）があったことから，改めてDEDAステムの破断事故についてネットで調べてみると，ものすごい数の事故例が報告されていました。

ショップによっては，「DEDAはトップキャップが破断しやすいので，破断したら交換しますよ♪」という，恐ろしいコメントまでありました。

交換する前に，あの世に行っている可能性があるんですが・・・。

ただ，科学的，工学的に分析された記事は無く，また，製造元も瑕疵を認めていないようなので，あくまでも推測であり，風評の域を出ないのかもしれません。

が，やっぱり，現実的に自分の自転車で事故（未遂）を経験してみると，背筋が寒くなってきました。百聞は一見にしかずです。

DEDAステムは，デザインがとっても気に入っているのですが，泣く泣く使用を取りやめ，2番目くらいにメーカーのステキなステムを，ポチッたのでありました（＾＾）

実に久しぶりの自転車パーツ購入です。

新ステムはまだ届いていないので，こちらの件はまだ後日（＾＾）

話はまだ続く・・・

とりあえず，ニューボルトで固定しなおしたステム（まだDEDAです）。

しかし，またも小さな事件が・・・（続く）

【2012.09.08追記】

チタンボルトについて，補足しておきました。64チタンであれば強度が高いのでいいけど，すごくお高い。純チタンは強度が下がるだけなので論外とのことです。

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