シャフトやカップリング、ギアまわりの回転機械では、トーション剛性（Torsional Stiffness／ねじり剛性）が重要な設計指標となります。
ねじり剛性が不足すると、応答遅れ、振動（ねじり振動）、位置決め不良、異常音などが発生し、機械性能を大きく低下させます。
この記事では、トーション剛性の定義、計算式、影響、改善方法をわかりやすく解説します。
動画で解説｜ねじり剛性とは？
トーション剛性（ねじり剛性）とは？
トーション剛性とは、
軸がねじられたときに、どれだけ“ねじれにくいか”を示す値
で、以下の式で定義されます。
kt = T / θ
（ねじり剛性 = ねじりトルク ÷ ねじれ角）
スティッフネス（剛性）の中でも、
回転系特有の“ねじり方向の変形”に着目した指標です。
単位
トーション剛性の単位は以下です。
- N・m / rad
- N・mm / rad
「何N・mのトルクで、どれだけねじれるか」を表します。
なぜトーション剛性が重要なのか？
ねじり剛性が不足すると、回転系で次の問題が発生します。
- サーボモータの応答遅れ・ハンチング
- カップリングのねじれ変形による位置ズレ
- ねじり振動（トーション振動）
- ギアの異常騒音
- 制御ゲインが上がらず加工精度が悪化
回転伝達では「剛性＝制御性・静音性・寿命」に直結する重要要素です。
トーション剛性の基本計算式
ねじり角 θ は以下で求められます。
θ = TL / (GJ)
ここから剛性は次のように表せます。
kt = GJ / L
- G：せん断弾性係数
- J：極断面二次モーメント
- L：軸の長さ
特に J（極断面二次モーメント）は径の4乗に比例するため、
軸は“太く短いほど”ねじれにくくなる
という重要な結論が得られます。
丸軸の場合（代表式）
丸軸（直径 d）の場合、
J = πd⁴ / 32
つまり、
■ 直径を 1.2 倍にすると → 剛性は 1.2⁴ ≒ 2 倍
■ 直径を 1.5 倍にすると → 剛性は 1.5⁴ ≒ 5 倍
非常に効果が大きいことがわかります。
ねじり剛性が不足したときの症状
- 共振付近での大きなねじり振動
- 加減速で遅れが出る（サーボの追従不良）
- 位置決め誤差（バックラッシとの複合問題）
- 騒音の増加（ギアノイズ）
- カップリング・キーが破損しやすい
振動増加 → 摩耗 → ガタ → 破損につながります。
トーション剛性を高める方法
① 軸径を太くする（最も効果的）
トーション剛性は直径の 4乗 に比例。
② シャフトの長さを短くする
ねじれ角 θ が大幅に減る。
③ 高剛性材料を採用する
– 炭素鋼
– 合金鋼
– 高剛性ステンレス
④ 高剛性カップリングへ変更
– 剛性フレキシブルカップリング（ディスク式など）
– 低剛性のスプリング式・ジョー式は注意
⑤ 組付け精度を向上する
偏心・ミスアライメントがあると剛性が低下します。
関連記事
関連書籍
まとめ
トーション剛性（ねじり剛性）は、回転軸やカップリングの“ねじれにくさ”を示す非常に重要な指標です。
- kt = GJ / L で定義される
- 軸径は剛性に“4乗”で効く
- ねじり剛性が低いと振動・遅れ・騒音が発生
- 太く・短く・高剛性材料で改善できる
回転体の安定性を確保するために、ねじり剛性の理解は不可欠です。
