鬼目螺帽鎖緊還晃:柏木試驗裡 M6 的下孔比牙外徑小 0.2 mm 拉力 3.1 kN,小 0.8 mm 到 7.6 kN;鎖在木口少約三成
鬼目螺帽(預埋螺帽、insert nut)靠外牙咬進木頭,咬多深取決於下孔比牙外徑小多少。Chen、Li、Lyu 2019 年在《BioResources》發表的柏木試驗,把這個差值從 0.2 mm 調到 1.4 mm:同一顆 M6,下孔只小 0.2 mm 時拉拔 3.085 kN,小 0.8 mm 時 7.581 kN,再小下去纖維被撕斷,拉力反而掉。鎖進木口的那一組,同樣條件少約三成。閱讀約 9 分鐘。
知恵袋上的問題:鎖緊了還是晃
2025 年 3 月,Yahoo!知恵袋的 DIY 分類有人問:椅子的腳用鬼目螺帽固定在座面上,但「周りの木が柔らかくて」, 螺絲鎖得再緊也會晃,要怎麼固定才不晃。他後來補充,螺帽沒有空轉,是周圍的木頭一塊一塊崩掉; 椅子是三千日圓左右的進口品,螺絲是附的,從一開始就會晃。這則問題被看了 1,973 次,有 9 個回答。
最佳解答建議用環氧樹脂把鬼目螺帽黏在木頭裡:縫小的話瞬間膠也可以,縫大就要環氧,並提醒螺帽要擺正、膠不要流進螺孔。 其他回答有的說孔太大就用紗布或海綿沾環氧塞進去,有的說這個位置本來就該用貫穿座面的螺栓,有的說乾脆拆掉鬼目、改用木螺絲加木工膠。 提問者問過百元商店的二液混合膠能不能用,四天後在感謝留言寫「無事ガチガチに固まりました」,沒有說最後用的是哪一種膠、有沒有加 L 型鐵件。
頁面第一頁看得到的回答都在談壞了之後怎麼補,沒有人問那個孔一開始鑽多大(第二頁的回答本站沒有收錄)。 下面這篇試驗只改一個變數:下孔比螺帽牙外徑小多少。
試驗怎麼做
四川農業大學的 Chen、Li、Lyu 拿柏木(Cupressus funebris,中國特有的柏木屬樹種,常用於家具)做試體, 把 M6 的鋼製預埋螺帽鎖進去,再用螺栓往外拉,量最大拉拔力。螺帽內外都有牙、頭部是六角孔,外牙最大直徑 10.5 mm。
| 項目 | 條件 |
|---|---|
| 木材 | 柏木,45–50 年生;硬度 端面 5,333 N、弦面 4,178 N、徑面 4,066 N;順紋抗壓 45.8 MPa,橫紋抗壓 8.9–9.4 MPa |
| 試體 | 50 × 50 × 50 mm 木塊 |
| 螺帽與螺栓 | M6 鋼製預埋螺帽(鍍鋅),牙最大外徑 10.5 mm;4.8 級螺栓,長 100 mm |
| 變數 | 過盈量 0.2 到 1.4 mm(每級 0.2 mm),也就是下孔 10.3 到 9.1 mm;每級 6 個試體 |
| 方向 | 垂直木紋與平行木紋兩組 |
| 試驗法 | 中國握釘力試驗法 GB/T 14018-2009;10 mm/min,拉到荷重不可回復地下降 |
論文把「牙外徑減下孔」叫做過盈量(interference fit),寫成負值,例如 −0.8 mm 就是下孔 9.7 mm。 本文一律寫成「小多少」。論文寫的「平行木紋」與「垂直木紋」,文字裡沒有定義對應哪一面,本站依試驗名稱讀作:平行=螺帽軸線順著纖維,也就是鎖進木口(端面);垂直=鎖進側面。
下孔每小 0.2 mm,拉力怎麼變
| 下孔比牙外徑小 | 下孔徑 | 鎖進側面(垂直木紋) | 鎖進木口(平行木紋) |
|---|---|---|---|
| 0.2 mm | 10.3 mm | 3.085 kN | 1.890 kN |
| 0.4 mm | 10.1 mm | 5.035 kN | 3.184 kN |
| 0.6 mm | 9.9 mm | 6.584 kN | 4.098 kN |
| 0.8 mm | 9.7 mm | 7.581 kN | 5.251 kN |
| 1.0 mm | 9.5 mm | 7.294 kN | 5.462 kN |
| 1.2 mm | 9.3 mm | 5.310 kN | 5.470 kN |
| 1.4 mm | 9.1 mm | 8.661 kN(五金件損壞,作者不採用) | 4.557 kN |
鎖進側面那一欄,從小 0.2 mm 到小 0.8 mm,拉力是 2.46 倍(本站算術)。過了 0.8 mm 開始往下,小 1.2 mm 時掉回 5.310 kN。 小 1.4 mm 的 8.661 kN 看起來最高,但論文寫明那一組荷重突然升高後驟降,五金件損壞,試驗中止,所以不納入分析。 作者用二次式擬合(R² 0.970),推定側面的最佳值是小 0.8 mm。
鎖進木口那一欄一路升到小 1.2 mm 的 5.470 kN,但作者指出小 0.8、1.0、1.2 mm 三組的拉力幾乎相同, 再鎖緊則更難鎖進去、容易裂,所以木口也選小 0.8 mm。在小 0.8 mm 這一列,木口是側面的 69%,少 31%(本站算術); 七級全體平均是木口 4.273 kN、側面 6.221 kN,比例也是 69%。下孔只小 0.2 mm 時,木口只有 1.890 kN。
這張表的螺帽埋入深度,論文的過盈量試驗段落沒有用文字寫出來。深度試驗的 25 mm 一欄、直徑試驗的 10.5 mm 一欄, 平均值都和本表小 0.8 mm 那一列相同(側面 7.581、木口 5.251 kN),側面六個樣本值也有五個相同; 第二個樣本在本表與直徑試驗是 8.439 kN,在深度試驗是 8.493 kN,可能是排字錯誤,來源無法判定。 本站據此推定本表是在埋入 25 mm 下測的,論文沒有明寫。
孔太鬆與孔太緊,壞法不一樣
論文的 Table 2 把每一級拉出之後的孔壁和端面都拍了照,文字描述可以整理成下表(鎖進側面)。
| 下孔比牙外徑小 | 孔壁 | 孔口與端面 |
|---|---|---|
| 0.2 mm | 牙咬進木頭很淺,孔壁只有輕微刮痕 | 端面纖維沒有剝離 |
| 0.4 mm | 刮痕與纖維損傷清楚 | 孔口纖維翹起 1–2 mm,端面可見隆起 |
| 0.6 mm | 牙痕清楚,孔的中段與底部纖維輕微撕裂 | 翹起 2–3 mm,端面突出並伴隨斷裂 |
| 1.0 mm | 牙痕變淺,底部咬合處纖維輕微斷裂 | 翹起 6 mm,順紋撕裂更清楚 |
| 1.2 mm | 牙痕淺,咬合處大部分纖維斷裂 | 翹起 6–7 mm,損傷超出孔徑範圍 |
| 1.4 mm | 纖維在咬合處基本斷裂,嚴重撕裂 | 翹起 6–7 mm,拉拔中荷重驟降、五金件損壞 |
孔太鬆時,牙咬進木頭很淺,孔壁只有輕微刮痕,作者的解讀是孔壁受的力很小;拉拔時牙怎麼脫出,論文沒有再描述。 知恵袋提問者描述的是「周圍的木頭崩掉、但沒有空轉」,可以想成牙咬住的那一圈木頭太薄,受力後一塊塊掉下來。 這是本站的推想,提問者的孔徑與螺帽尺寸都不知道。 孔太緊時,咬合處的纖維大半斷裂;作者另外籠統寫到,過盈過大會讓部分試體沿木紋出現細裂,接頭內部的應力變大,試體因此受損,但沒有指出從哪一級開始。
為什麼鎖進木口比較弱
作者對方向差異的解釋寫在第 5199 頁。鎖進側面時,牙沿著纖維方向咬進去,結合得緊。 鎖進木口時(本站讀法,論文寫的是平行木紋),過盈太大會讓牙深深咬進孔壁,把和牙結合的纖維切斷,那些纖維跟著螺帽一起轉到孔底,牙對母材的結合就沒有了。 原因是柏木纖維的橫紋剪切強度大於順紋抗拉強度;其次,鎖入時牙會擠壓損傷纖維。
作者的建議是:實際生產若要較高的強度,鋼製預埋螺帽應該鎖在垂直木紋的面。 論文沒有談椅子。本站補充:椅子座面的底面多半是側面,木口會出現在腳料、橫檔的端頭,那裡鎖鬼目螺帽要預期較低的拉力。
埋多深、外徑多大
同一篇還做了兩個單因子試驗:一個改變螺帽埋入深度,一個把下孔固定在小 0.8 mm、深度固定在 25 mm,改變螺帽尺寸。 深度試驗用的過盈量論文文字沒有寫;25 mm 那一列的平均值和過盈量試驗小 0.8 mm 那一列相同,本站推定是小 0.8 mm。
| 埋入深度 | 鎖進側面 | 鎖進木口 |
|---|---|---|
| 10 mm | 1.660 kN | 0.497 kN |
| 13 mm | 2.370 kN | 1.677 kN |
| 15 mm | 3.030 kN | 1.767 kN |
| 17 mm | 3.558 kN | 2.379 kN |
| 20 mm | 4.499 kN | 3.526 kN |
| 25 mm | 7.581 kN | 5.251 kN |
作者用直線擬合,側面 y = 0.386x − 2.6499(R² 0.955),木口 y = 0.3106x − 2.6603(R² 0.984),結論是在零件尺寸允許的範圍內加長螺帽有利。 實際數字在 20 到 25 mm 之間跳了 1.69 倍(本站算術),比直線預測的多。 埋 10 mm 的側面只有 25 mm 的 22%;木口埋 10 mm 只剩 0.497 kN。作者對 10 mm 的評語是受力太小、孔內纖維損傷不明顯,不算好的接頭。
| 螺帽(牙最大外徑) | 鎖進側面 | 鎖進木口 |
|---|---|---|
| M6(10.5 mm) | 7.581 kN | 5.251 kN |
| M8(12.5 mm) | 7.761 kN | 5.513 kN |
| M10(15.5 mm) | 8.158 kN | 5.722 kN |
外徑從 10.5 加到 15.5 mm,側面多 8%、木口多 9%(本站算術),兩個方向的變異數分析都不顯著。 作者還提到,螺帽越大,端面需要的面積越大,面積不夠時鎖入過程容易裂,所以不建議用加大直徑來提高強度。 在這篇的條件下,加長比加粗有效;本站整理過的塑合板木螺絲試驗也是這個方向,但那是另一篇論文,材料和零件都不同。
裝鬼目螺帽之前,照這個順序決定
論文只有柏木一種木材、同一型式的預埋螺帽(M6、M8、M10),下面的步驟是把它的結果接到現場判斷上,數字之外的部分是本站的建議,論文沒有驗證。
- 先量螺帽的牙外徑,不要看標稱。 M6 指的是內牙(論文依內牙 6、8、10 mm 分類)。論文那顆 M6 的外牙最大直徑是 10.5 mm; 手上那顆是不是一樣,本站建議用卡尺量牙頂。下孔要對照的是這個數字,不是 M6 的 6。
- 把「牙外徑減 0.8 mm」當第一個試鎖候選。 柏木試驗裡,10.5 mm 的牙配 9.7 mm 的孔拉力最高;只小 0.2 mm 的孔,拉力剩 41%。 這個 0.8 mm 只在柏木與論文那款螺帽上測過;柏木的端面硬度 5,333 N,其他木材與牙型的最佳值論文沒有測。 本站建議先在同一種木料的廢料上鑽兩三種孔試鎖,再決定。
- 試鎖時看兩個徵兆。 鎖進去幾乎沒有阻力、拉出來孔壁只有淺刮痕,對應論文裡小 0.2 mm 的形態,孔偏大; 孔口纖維翹起達 6 mm 以上,對應小 1.0 mm 以上的形態;論文也提到過盈過大時部分試體沿木紋細裂。看到這兩種情況,孔偏小。
- 能鎖在側面就不要鎖在木口。 同樣小 0.8 mm 的孔,木口少約三成;孔只小 0.2 mm 時,木口只有 1.890 kN。
- 板厚允許的話,用長一點的螺帽。 埋 10 mm 只有 25 mm 的 22%。要提高拉力,論文支持加長,不支持加大外徑。
- 已經晃了,論文幫不上。 這篇只測新鑽的孔。知恵袋提問者用接著劑補修後回報「ガチガチに固まりました」,是個人結果,沒有說用了哪一種膠,也沒有強度數字。 補救材料各自的額定是什麼,本站在螺栓空轉的那個洞,塞什麼進去有用?整理過。
本站另外整理過:同樣是靠孔徑決定成敗,換成熱塑性塑膠時要考慮的是被排開的體積往哪裡去,見熱熔螺母會排開一塊體積,而孔徑決定它去哪裡。 木螺絲的導孔怎麼依樹種定,見導孔那條規則會指名木材,而且它量的是牙底。
這一頁不能下的結論
試驗只有柏木一種木材、同一型式的內外牙預埋螺帽,「小 0.8 mm 最好」不能直接搬到杉木、松木、橡膠木或塑合板,也不能搬到其他牙型的鬼目螺帽。 拉力是新鑽孔、一次拉到破壞的軸向最大值;椅子腳承受的是側向推力與反覆搖動,論文沒有測,所以不能換算成椅子能坐多重。 「平行木紋=鎖進木口」是本站依試驗名稱的讀法;過盈量試驗在 25 mm 深度下進行,是本站依平均值相同所做的推定。 每格只有 6 個試體,深度試驗的直線關係在 20 到 25 mm 之間並不貼合。 環氧修補有沒有效、能撐多少,論文沒有測;知恵袋的回答與提問者的結果都是個人經驗。
這一篇屬於第 1 步,母材。完整的順序是母材、牙、頭型、驅動、表面處理、文件;至於為什麼順序做反了是重工而不是微調,見指定一顆螺絲。
常見問題
鬼目螺帽的下孔要鑽多大?
以牙外徑為準,不是標稱的 M 數。Chen 等 2019 年的柏木試驗,M6 預埋螺帽牙外徑 10.5 mm,下孔 9.7 mm(小 0.8 mm)時拉拔力最高,側面 7.581 kN;下孔 10.3 mm(小 0.2 mm)只有 3.085 kN。其他木材的最佳值論文沒有測,建議先在廢料上試。
孔鑽小一點是不是越緊越好?
不是。柏木試驗裡下孔小 1.0 mm 降到 7.294 kN、小 1.2 mm 降到 5.310 kN,孔口纖維翹起 6 mm 與 6–7 mm。論文另籠統指出,過盈過大時部分試體會沿木紋出現細裂,但沒有指出始於哪一級。小 1.4 mm 那組在拉拔中五金件損壞,作者不採用。
鬼目螺帽可以鎖在木口嗎?
可以鎖,但拉力較低。同樣下孔小 0.8 mm,木口 5.251 kN、側面 7.581 kN,少約三成(平行木紋=木口是本站讀法)。作者解釋是平行木紋時過盈過大,纖維會被牙切斷、跟著螺帽轉到孔底。
換大一號的鬼目螺帽會比較牢嗎?
在論文的條件下幫助有限。M6、M8、M10(牙外徑 10.5、12.5、15.5 mm)在側面是 7.581、7.761、8.158 kN,差異不顯著;加長埋入深度的效果較大,10 mm 只有 25 mm 的 22%。
參考資料
- Chen M., Li S., Lyu J.(2019)—— Effects of Selected Joint Parameters on Tensile Strength of Steel Bolt-nut Connections in Cupressus funebris Wood,BioResources 14(3):5188–5211
- Yahoo!知恵袋(2025-03-05)—— この鬼目ナットというものの周りの木が柔らかくてネジをキツく締めてもぐらつきます
- GB/T 14018-2009 木材握釘力試驗方法(論文採用的試驗法)
- 螺栓空轉的那個洞,塞什麼進去有用?
- 熱熔螺母會排開一塊體積,而孔徑決定它去哪裡
- 組合櫃拆了重裝螺絲咬不住:塑合板試驗裡,換粗螺絲拉拔力增加少,換長的比較有效
- 導孔那條規則會指名木材,而且它量的是牙底
拉拔力、下孔徑、破壞形態、硬度與迴歸式照論文 Table 1、2、4、6、10、12、16、18 與內文。倍數與百分比(2.46 倍、69%、22%、1.69 倍、8%、9%、41%)是本站算術。「平行木紋=木口」「過盈量試驗在 25 mm 深度」「深度試驗在小 0.8 mm」是本站的讀法與推定,理由寫在正文。
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