機械設計 #105：図面のキー溝 — トルクを伝えながら組立性を守る

図面のキー溝は境界が変わっても機能、意図、製造、検査、発行、保全を守らなければならない。

発行前に証拠

図面を変更したりパッケージを発行したりする前に、入力、期待結果、合否限界、故障症状、測定方法を書く。全ての前提、値、変更に担当を付ける。

基本チェック

トルクを伝える機能と、キーの規格： 値、出典、方法、担当、合否の証拠を記録する。
データム、向き、幅、深さ： 値、出典、方法、担当、合否の証拠を記録する。
軸に生じる応力と、溝底の丸み： 値、出典、方法、担当、合否の証拠を記録する。
ボスのはめあい、すきま、組立の作業空間： 値、出典、方法、担当、合否の証拠を記録する。
検査と、供給元の工程能力： 値、出典、方法、担当、合否の証拠を記録する。
改訂と、保守での交換： 値、出典、方法、担当、合否の証拠を記録する。

故障モード	症状	確認
意図が欠落	ファイルは正しいが機能が違う	要求と証拠を確認
パッケージが不完全	サプライヤー・検査が停止	発行完全性を確認
文書が不一致	数値は正しいが改訂違い	全資料を基準化

キー溝の記入：四つの寸法と、それを置く図

キー溝の寸法は数が少ないのですが、それぞれ書き方が複数あります。あいまいに書くと、現場は設計者と違う解釈をし、しかも組み立てるまで誰も気付きません。

寸法	どの図に書くか	注意
キー溝の幅	キー溝を通る横断面	軸側とボス側の公差は別の値
深さ	横断面	どこから測るかを明記する。下の項を参照
キー溝の長さ	軸方向の投影図	溝の端が円弧のとき、どこまで測るのか
溝底の丸み	横断面または共通注記	応力集中を防ぐため

深さ：二つの書き方。どちらかを選び、明示します

最もあいまいになりやすい箇所です。キー溝の深さには二つのまったく違う書き方があり、同じ部品で二つの違う数値になります。

書き方	何を測るか	利点
キー溝の深さ	円筒面から溝底まで	直感的で分かりやすい
軸の残り寸法	溝底から反対側の円筒面まで	マイクロメータで直接測れる。引き算が要らない

生産では二つ目が好まれます。溝底と反対側の面にマイクロメータを当てれば数値が出るからです。一つ目は思い描きやすい代わりに、間接的に測って引き算する必要があり、引き算のたびに誤りの機会が生まれます。

ボス側も同じです。キー溝の深さを書くか、溝底から反対側の穴壁までの寸法を書きます。どちらでもかまいませんが、図面一式の中で一貫させ、測る人が推測しなくて済むよう明示してください。

キー溝の長さはどこまで測るか

エンドミルで加工したキー溝は、両端が工具半径の円弧になります。このとき「キー溝の長さ」は、二つの円弧の中心間とも、両端の最も外側の縁の間とも解釈できます。差はちょうど工具の直径一つ分です。

読み違いを防ぐ方法は、円弧の中心までの寸法を書き、端部の半径を併記するか、全長であることを明記することです。通し溝やブローチ加工の溝ではこの問題は起きません。

キー溝の角度位置

部品にキー溝が一つだけで、角度の関係を必要とするほかの部位もないなら、角度位置を書く必要はありません。ただし次の場合は書きます。

キー溝が二つ以上ある場合。相互の角度関係が組付けの向きを決めます。
キー溝をほかの部位（油穴、平面、組付けの印）と一直線にそろえる必要がある場合。
相手部品が一方向にしか組めない場合。

必要なときは、理論的に正確な角度寸法と、データム系に対する位置の要求で書きます。「等配」や「図による」と書いてはいけません。

はめあいの選び方、キーと締めしろの使い分け、キー結合の三つの壊れ方は機械設計 #56 — キーとキー溝にあります。

キー溝の公差と溝底のR：最も応力の集まる場所

キー溝の四寸法を記すだけでは足りません。幅のはめあいと溝底のすみRが、キーががたつくか、軸が割れるかを決めます。

キー溝幅のはめあい

キー溝の幅は、キーが締まるかゆるむかを決め、荷重で選びます。

はめあい	キー溝公差（規格による）	向く場合
すきまばめ（案内用）	軸溝H9、ハブ溝D10	キーが軸方向に滑る、または着脱が頻繁
普通	軸溝N9、ハブ溝JS9	一方向のトルク、反転が少ない
しまりばめ	軸溝P9、ハブ溝P9	重荷重、反転、キーのがたを防ぐ

ゆるいキーは反転荷重で叩き、溝を次第に広げます。きついキーは組付けと交換が難しくなります。実際の荷重の状態で選び、どの軸にも同じはめあいを既定にしません。

溝底のR：疲労の起点

キー溝の底は内側の角で、軸が反転トルクを受けるとき強い応力集中源になります。鋭い角は疲労き裂の始まりやすい場所です。減らすには、溝底にキー寸法に応じた規格値のRを付け（図面に明記し、鋭い角のままにしない）、疲労を受ける軸には、エンドミル溝（角底）より円盤カッタ溝（丸底）を優先します。

深さの基準と軸強度への影響

深さの基準：ハブのキー溝深さは、溝深さだけでなく、反対側の穴面から測った寸法（はめ合わせられる

寸法）で記します。キーをはめるには正しい頂すきまが要り、それは基準に依存するからです。

強度への影響：キー溝は断面を削り、応力集中を加え、軸のねじり容量を下げます。重荷重の軸は、キー

溝を見込んで軸径を検討し直すか、単一のキー溝で足りないときはスプラインや別の継手を使います。

MINATA発行チェック

[ ] 機能、意図、境界、故障症状を記載した。
[ ] 責任、接点、工程、誤操作防止が明確である。
[ ] 六項目に証拠と合否限界がある。
[ ] 製造、組立、検査、発行、保全を実機で試した。
[ ] 改訂、サプライヤー、パッケージ、構成記録が一致する。

良い設計は、検証できる問いで終わる。図面のキー溝では、機能と意図が信頼できる証拠を残すことがMINATAの基準である。

よくある質問

キー溝の深さはどちらの書き方にしますか

直接測れるほう、つまり溝底から反対側の円筒面までの寸法が、生産では便利なことが多いです。マイクロメータでそのまま数値が出るためです。キー溝の深さを書いてもかまいませんが、二つは違う数値になるため、図面一式で一貫させ、明示してください。

エンドミルで加工したキー溝の長さはどこまで測りますか

明記が必要です。両端の円弧の中心までか、円弧を含む全長かです。二つは工具の直径ちょうど一つ分違います。安全なのは、円弧の中心までの寸法に端部の半径を併記する書き方です。

キー溝の幅の公差は軸側とボス側で同じですか

同じではありません。二つの部品は結合の中で役割が違うため公差域も異なり、適用するキーの規格から取ります。両方に同じ値を書くことは、側面のすきまを決める部分を捨てることです。

キー溝の角度位置はいつ書きますか

キー溝が二つ以上あるとき、ほかの部位と一直線にそろえる必要があるとき、相手部品が一方向にしか組めないときです。それ以外では不要であり、余分な記入は検査する寸法を一つ増やすだけです。

溝底の丸みは書く必要がありますか

書くべきです。底の鋭い角は、軸の断面がすでに減っている位置での応力集中部です。正逆の荷重があれば、そこが疲労き裂の起点になります。空欄にすることは、その判断を現場の工具任せにすることです。

よくある質問（続き）

キー溝はすきまばめとしまりばめ、どちらにしますか。

荷重によります。反転して重荷重の軸は、キーが叩いて溝を広げないようしまりばめ（P9溝）に、軸方向に滑る案内キーはすきまばめ（H9／D10）にします。どの軸にも同じはめあいを既定にしません。

なぜキー溝の底は割れやすいのですか。

内側の角で、反転トルクのもとで強い応力集中源になるからです。溝底にキー寸法に応じた規格値のRを付け、疲労を受ける軸には円盤カッタ溝（丸底）を優先します。

ハブのキー溝深さはどこから測りますか。

反対側の穴面から（はめ合わせられる寸法）測ります。溝深さだけでは足りません。キーをはめるには正しい頂すきまが要り、それは基準に依存します。基準を誤ると、キーの頂すきまも狂います。

まとめ

図面のキー溝は、書類を整えるための手続きではない。設計意図を、繰り返し製作でき、組み立てられ、測定できる結果へ変えるための手段である。良い図面は、設計者がそばで説明しなくても伝わる。情報の構成そのものがその役割を果たさなければならない。

現場のための早見表

キー溝は、状況・与え方・目的を対応づけると決めやすくなります。

状況	与え方・制御の仕方	目的
溝の幅	キーの規格とはめあいに従う	側面で正しくトルクを伝える
深さ	軸とハブに配分する	ハブを持ち上げない
溝の端	フライスかブローチに合わせる	加工できない角を作らない

実際の場面

キー溝は、キーの上面でトルクを伝えるのではありません。深さの誤差を足し合わせると、二つの側面が働く前にキーが底へ当たり、緩みやつぶれを生みます。図面は、自分で寸法を置く前に規格で呼ぶべきです。

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