キー溝のJIS規格とは？寸法と公差を図表でわかりやすく

1. キー溝とJIS規格の基礎知識

1-1. キー溝とは何か？機械設計での役割を初心者向けに解説

キー溝とは、軸と歯車やプーリーなどの部品を強固に結合するために設けられる溝のことです。軸側とハブ側の両方に溝を加工し、そこに「キー」と呼ばれる金属片を差し込むことで、回転力（トルク）が確実に伝達されます。
もしキー溝がなければ、摩擦だけに頼る締結となり、滑りや脱落のリスクが高まります。そのため、機械設計ではキー溝が安全性と効率性を確保する重要な役割を果たしています。初心者でも「部品と部品をずれなく固定する仕組み」と考えると理解しやすいでしょう。

1-2. JIS規格がキー溝に必要な理由と業界標準の重要性

キー溝にはJIS（日本産業規格）が定められており、寸法や公差が統一されています。これにより、異なるメーカーの部品同士でも正しく組み合わせることが可能です。もし規格がなければ、製品ごとにキー溝のサイズが異なり、互換性がなくなってしまいます。
業界標準としてJIS規格を守ることは、設計・製造・保守の効率化につながり、品質保証の観点からも欠かせません。つまり「どこで作られた部品でも正しく使える」という安心感を生むのが、キー溝JIS規格の大きな役割です。

1-3. キー溝の種類と用途別の使い分けポイント

キー溝にはいくつかの種類があり、用途や条件によって使い分けます。代表的なものは以下の通りです。

• 平行キー溝：最も一般的で、多くの機械に使用される
• すり割りキー溝（ウッドラフキー）：小型軸や組立精度が求められる部分で活躍
• テーパキー溝：抜けにくく、大きなトルク伝達が必要な場面に使用

それぞれの特徴を理解し、設計条件に合わせて選択することが重要です。

2. キー溝JIS規格の詳細仕様と寸法体系

2-1. JIS B 1301におけるキー溝の基本寸法規定

キー溝の寸法は「JIS B 1301」で規定されています。この規格では、軸径に応じてキー溝の幅や深さが標準化されており、設計者は規格値を参照することでスムーズに設計が可能です。
例えば、軸径が20mmの場合、キー溝の幅は6mm、深さは2.8mmと規定されており、製造業界全体で共通認識を持つことができます。

2-2. 軸径に対応するキー溝寸法の一覧表と選定方法

キー溝の寸法は軸径によって変わります。設計時にはJISの一覧表を参照し、該当する寸法を選定する必要があります。
選定の流れは次の通りです： 1. 使用する軸径を確認する
2. JIS規格表で対応するキー幅・深さを確認
3. 適合するキーの種類を選ぶ

この手順を踏むことで、誤った寸法選択による組立不良を防げます。

2-3. キー溝の深さ・幅・長さの標準寸法と計算式

キー溝寸法のうち、特に重要なのが「幅」「深さ」「長さ」です。
- 幅（b）：軸径ごとに規格で固定
- 深さ（t）：ハブと軸の強度バランスを考慮して設定
- 長さ（L）：必要なトルク伝達量から算出

長さは一般に「L = T / (p × b × t)」といった計算式で求められます（T：トルク、p：許容圧力）。規格と計算式を併用することで、安全で効率的な設計が可能です。

3. キー溝の公差と品質管理のポイント

3-1. JIS規格で定められた公差等級と精度クラス

JISではキー溝の寸法だけでなく、公差（許容できる誤差範囲）も定められています。公差等級には一般的に「N9」や「Js9」などが用いられ、これにより軸とハブの適切なはめあいが保証されます。精度クラスを守ることで、過度な遊びや固着を防ぎ、長寿命な機械設計につながります。

3-2. 寸法公差が機械性能に与える影響と許容範囲

寸法公差が適切でないと、以下のような問題が生じます。
- 公差が大きすぎる → 軸とハブのがたつきが増え、摩耗や破損の原因に
- 公差が厳しすぎる → 加工コストが増加し、組み立ても困難に

したがって、JIS規格に基づいた適正な公差設定が重要です。設計者は「性能とコストのバランス」を考えた選定が求められます。

3-3. 測定方法と検査基準｜品質保証のチェックポイント

キー溝の検査では、ノギスやマイクロメータで寸法を測定し、規格値との一致を確認します。さらに、ゲージを用いたはめあい確認も行われます。
品質保証のポイントは以下の通りです。
- 幅・深さ・長さを正確に測定する
- 規格表と照合して合否判定する
- 公差範囲内であるかを重点的に確認する

これらを徹底することで、製品の信頼性を維持できます。

4. キー溝加工の実務と注意点

4-1. 加工方法別のメリット・デメリット比較

キー溝の加工方法には、ブローチ加工、キーシータ加工、フライス加工などがあります。
- ブローチ加工：精度が高く大量生産に適するが、専用工具が必要
- キーシータ加工：汎用性が高く、中小規模の加工に向く
- フライス加工：柔軟だが、精度確保には熟練技術が必要

それぞれの特性を理解し、生産数量や要求精度に応じて最適な方法を選ぶことが重要です。

4-2. 加工精度を上げるための工具選択と切削条件

加工精度を高めるには、使用する工具や切削条件の選択が大切です。超硬工具を使用すれば精度と寿命が向上し、適切な切削速度・送り量を設定することで寸法精度を安定させられます。また、加工中の振動を抑える工夫も欠かせません。結果として、仕上がり精度と生産効率の両立が可能になります。

4-3. よくある加工不良とその対策・予防方法

キー溝加工でよく見られる不良には「幅が広すぎる」「深さが不均一」「バリの発生」などがあります。これらは工具摩耗や切削条件の不適切さが原因となることが多いです。
対策としては以下が有効です。
- 工具の定期的な交換・メンテナンス
- 切削条件の最適化
- 仕上げ工程でのバリ取り処理

これらを徹底すれば、安定した品質のキー溝加工が可能になります。

5. 設計時の選定基準と実用的な計算方法

5-1. 軸径とトルクからキー溝寸法を決める手順

キー溝の寸法は「軸径」と「伝達するトルク」の大きさによって決まります。基本的にはJIS規格で定められた寸法表から該当するサイズを選びますが、設計時にはトルクに耐えられるかどうかを確認することが重要です。軸径が大きいほど、使用できるキーの幅や高さも大きくなり、結果的にトルク伝達能力も増します。
たとえば、軸径が30mmならキー幅は8mm、軸径が50mmならキー幅は14mmといったように、規格化された寸法に従って選定されます。まずは軸径に対応する規格サイズを確認し、その後に安全率を考慮したトルク伝達計算を行うのが一般的な流れです。

5-2. 強度計算の基本式と安全率の考え方

キー溝の強度計算では「せん断応力」と「面圧応力」の2つが重要です。
- せん断応力：キーがトルクを受けた際に、横方向に切れる力
- 面圧応力：キーが軸とハブに押し付けられる力

これらを計算式に当てはめ、材料の許容応力以下であるかを確認します。さらに、実際の使用環境を考慮して安全率（通常1.5〜2程度）を加えるのが一般的です。安全率を設定することで、突発的な過負荷や加工誤差にも対応でき、より信頼性の高い設計につながります。

5-3. 実際の設計図面での記載方法と表記ルール

設計図面にキー溝を記載する場合は、JIS規格で定められた表記方法に従います。
たとえば、軸径50mmのときに適用されるキー溝寸法を示す場合は「キー溝 14 × 9 × 50 JIS B 1301」といった形式で記載します。
- 「14」：キーの幅（b）
- 「9」：キーの高さ（h）
- 「50」：キーの長さ（l）

このように寸法を明確に記載することで、加工者や組立者が迷わず作業できるようになります。設計図面での誤記は加工ミスや組立不良につながるため、JIS規格を遵守した表記が不可欠です。

6. トラブル事例から学ぶキー溝設計のコツ

6-1. よくある設計ミスとその回避方法

キー溝設計でよくあるミスは、必要以上に浅い溝や深すぎる溝を設計してしまうことです。浅いとトルクを十分に伝達できず、深すぎると軸の強度が低下してしまいます。また、規格外の寸法を使用すると、市販のキーが適合せず特注品が必要になり、コストアップにつながります。
このようなミスを防ぐためには、必ず「JIS規格の寸法表」に基づいた設計を行うことが基本です。

6-2. 組立て時のトラブル事例と解決策

組立て時に発生しやすいトラブルには、キーがきつすぎて入らない、逆に緩すぎてガタつくといったケースがあります。これは寸法公差の管理不足や加工精度の不良が原因です。
解決策としては、加工時に適切な公差等級を守ること、組立て前にゲージを使って寸法確認を行うことが効果的です。さらに、潤滑剤を使うことで組立作業がスムーズになり、キーの摩耗防止にもつながります。

6-3. メンテナンス性を考慮した設計のポイント

キー溝は一度組み立てると長期間使用されるため、分解や交換のしやすさを考慮することも重要です。特に大型機械では、メンテナンス時にキーが抜けにくいと作業効率が大幅に低下します。
そのため、キーの端部にテーパーをつける設計や、抜き取り用の溝を設けるなどの工夫が推奨されます。こうした配慮により、定期的なメンテナンスが容易になり、設備全体の稼働率向上にもつながります。

7. 他の結合方法との比較と使い分け

7-1. スプライン結合・セレーション結合との違い

キー溝は最も一般的なトルク伝達方法ですが、他にも「スプライン結合」や「セレーション結合」があります。
- スプライン結合：複数の溝で力を分散し、高トルクに対応可能
- セレーション結合：歯のような形状で高精度な位置決めが可能

キー溝は構造がシンプルで加工も容易ですが、高精度や大トルクが必要な場合にはスプラインやセレーションが選ばれることもあります。

7-2. 用途別最適な結合方法の選択基準

用途ごとに結合方法を使い分けることが大切です。
- 一般的なモーターや減速機：コストが低く加工が容易なキー溝
- 高精度が求められる工作機械：セレーション結合
- 大型機械や自動車駆動部：トルク分散性のあるスプライン結合

このように、コスト・性能・メンテナンス性を考慮しながら選定するのが基本です。

7-3. コスト・性能・加工性から見た総合判断

最終的な判断では、性能だけでなくコストや加工性も含めて比較する必要があります。キー溝はもっとも低コストで実績も豊富な方法ですが、求められる性能や使用環境によってはスプラインやセレーションの方が適している場合もあります。
つまり「キー溝 JIS 規格」に従った設計を基本としつつ、用途に応じて他の結合方法も検討するのが、最も合理的な選択といえるでしょう。