安全率

棚に「耐荷重 100kg」と書いてあっても、100kg を少し超えたとたんに壊れるわけではありません。設計では、使うときにかかる力より、壊れる力がずっと大きくなるようにしてあります。その余裕を「何倍か」で表した数字が安全率です。このページでは、安全率の意味と式、基準にする強さの選び方、安全率を決めるもの、目安の値と法律で決まっている例、計算例、そして「大きいほど安全」とは限らない理由を、できるだけやさしく説明します。

ひとことで言うと

ウィキペディア日本語版は、10kgf の荷物を置く棚でも、置くときの勢いやかたよった置き方を考えると、10kgf より大きな荷重に耐えるように作る必要があるとしています。そのうえで、「耐荷重 100kgf（安全率 2.5）」と書いた棚は、保証する耐荷重は 100kgf までだが、設計の実力としては 250kgf まで耐えられるという意味だと説明しています。ウィキブックスも、大人の体重を約65kg として、安全率3のイスならおよそ195kg（約200kg）に耐えるイスだろう、という例を挙げています。

安全率は、部品の強さのほか、トルク、電圧などいろいろな「負荷」に対して使われます（ウィキペディア日本語版）。モーターを選ぶときに必要なトルクに安全率をかけたり（課題「ステッピングモーターが脱調する」）、段ボール箱を積むときに箱の強さの何分の1までしか荷重をかけないようにしたり（課題「製品の落下・輸送中の破損を防ぎたい」）するのも、同じ考え方です。

出典：安全率｜ウィキペディア日本語版、高等学校工業 機械設計/材料の強さ（許容応力と安全率）｜ウィキブックス

式：安全率 ＝ 基準の強さ ÷ 許容応力

部品の強さを考えるときは、力そのものではなく、断面の面積あたりの力である応力（単位は N/mm² など。基礎知識「応力とひずみ」）で考えるのがふつうです。このとき、{M(‘安全率 S ＝ 基準の強さ σF ÷ 許容応力 σa’)} です。式を入れかえると、許容応力 ＝ 基準の強さ ÷ 安全率 になります（ウィキブックス、ウィキペディア日本語版）。許容応力は、設計で部品に生じてよい応力の上限で、部品に実際にかかる応力がこれを超えないように、形や材料を決めます。

基準の強さには、引張強さ・降伏点・耐力・疲労限度など、試験で測った値を使います。ウィキブックスは、どれを基準の強さにするかは、製品の用途や材料の種類などで違うとしています。ブリタニカ国際大百科事典（コトバンク）は、静かな力のとき、常温で伸びのある材料（延性材料）では降伏点・耐力、もろい材料では引張強さなど、高い温度ではおもにクリープ限度、変動する力では疲れ強さを使うとしています（各値の意味は 基礎知識「降伏点・耐力と引張強さ」・「疲労限度（S-N曲線）」・「クリープ」）。

ウィキペディア日本語版は、古くからの考え方では基準の強さを引張強さに取ることが多く、今でも安全率といえばその意味のことがあるので、混同に注意が必要としています。同じ部品でも、降伏点を基準にした安全率と引張強さを基準にした安全率では数字が違います。安全率の数字を見たら、何を基準にしているかもいっしょに確かめます。

出典：高等学校工業 機械設計/材料の強さ（許容応力と安全率）｜ウィキブックス、安全率｜ウィキペディア日本語版、安全率（デジタル大辞泉・日本大百科全書・ブリタニカ国際大百科事典・世界大百科事典 ほか）｜コトバンク

安全率を決めるもの：「わからなさ」と「壊れたときの影響」

材料の強さも、部品にかかる力も、1つの決まった値ではなく、ばらつきや見積もりの誤差があります。ウィキペディア日本語版は、安全率を決めるときに考える点として、強さの不確実性、負荷の不確実性、対象物の重要性（壊れたときの影響の大きさ）、点検の有無や間隔を挙げています。

同じページは、安全率を「強さの側の安全率 Sm」と「使う応力の側の安全率 Ss」のかけ算（S ＝ Sm × Ss）で考える方法（経験的安全率）を紹介しています。Sm は、疲労試験などの確かな資料があれば 1.1〜1.2、確かな資料がなく似た資料から推定するときや、腐食のような予測しにくい条件があるときは 1.5 以上。Ss は、使う応力が設計で見積もった値を超えないと保証できるなら 1.1、予測しにくい大きな力や衝撃がありうるなら 1.5〜2 としています。かけ算すると、確かなデータがそろっていれば 1.2〜1.3 くらい、わからないことが多いと 2.3〜3 くらいになります（編集部の計算）。

強さと応力のばらつきを確率の分布で表し、2つの分布が重なる所から壊れる確率を計算して安全率を決める方法（統計的安全率）もあります。ただし、実物の強さや応力の分布をはっきりつかめていることは少なく、分布を正しく知るのは簡単ではないとしています（同）。

出典：安全率｜ウィキペディア日本語版

目安の値：アンウィンの安全率と、分野ごとの違い

材料と力のかかり方だけで安全率の目安を出す、古い経験値の表があります。ウィキペディア日本語版が載せているアンウィン（W. C. Unwin）の安全率は、基準の強さを引張強さとしたもので、鋼なら、静かな荷重で3、くり返す片振りの荷重で5、両振りで8、衝撃の荷重で12です。力がくり返したり、急にかかったりするほど、大きな値になっています。

ただし同じページは、こうした古典的な安全率は強さに効く要因を大まかにしか見ておらず、値の精度は低いとし、設計の方法が進んだ今は使うことはすすめられていないとしています。ウィキブックスのように、表と本文で鋼の両振り・衝撃の値が違う資料もあります。目安として知っておき、実際の設計では、疲労限度などを使って計算し、規格や実績も見て決めます。

分野による違いもあります。ウィキブックスは、特別な理由がなければ安全率には3がよく使われるとし、航空機は重さの関係から1.2〜1.5 などの低い値だとしています。ウィキペディア日本語版は、航空宇宙では 1.15〜1.25 倍と極めて低く、そのぶん徹底した品質管理と整備で補っているとしています。航空の値は資料によって範囲が違い、対象（機体の種類や基準の決め方）も同じとは限りません（編集部の補足）。

出典：安全率｜ウィキペディア日本語版、高等学校工業 機械設計/材料の強さ（許容応力と安全率）｜ウィキブックス

法律や基準で決まっている安全率

人の命にかかわる所では、法律や基準で安全率の下限が決まっています。クレーン等安全規則は、クレーンなどで荷をつるための玉掛け用具について、ワイヤロープは安全係数6以上、つりチェーンは5以上（切断荷重の半分の力で引いたときの伸びが0.5％以下などの条件を両方満たすものは4以上）、フックとシャックルは5以上でなければ使ってはならないとしています。ここでの安全係数は、切断荷重の値を、かかる荷重の最大の値で割った値です。

建築基準法施行令は、エレベーターのかごを支える部分の強さを確かめる方法の1つとして、計算した応力が、材料の破壊強度を安全率で割った許容応力度を超えないことを確かめるとしています。この安全率は、設置したときと使っているときに分けて、すり減りや疲労で強さが下がる分を考えて国土交通大臣が定める数値です。長く使ううちに弱くなることを、初めから見込んでいます。

航空機では、制限荷重（ふだんの運用で予想される最大の荷重。編集部の補足）に1.5をかけた荷重を終極荷重とします。SKYbrary は、機体の構造のどの部分も終極荷重を支えられ、一部の例外を除いて少なくとも3秒間壊れずに耐えなければならないとし、欧州の耐空基準（CS 25.303・25.305）を挙げています。

出典：クレーン等安全規則（昭和47年労働省令第34号）第213条〜第215条（つりチェーンは第213条の2）｜e-Gov 法令検索、建築基準法施行令（昭和25年政令第338号）第129条の4｜e-Gov 法令検索、Ultimate Load｜SKYbrary（英語）

計算例：必要な強さを出す／安全率を出す

① 安全率から、必要な強さを出す

1,000kg の荷を、1本のワイヤロープでまっすぐつるとします。荷の重さ（力）は 1,000kg × 9.81m/s² ≒ 9.81kN です。玉掛け用のワイヤロープの安全係数は6以上なので、切断荷重が 9.81 × 6 ≒ 58.9kN 以上のロープを選びます（編集部の計算）。実際の玉掛けでは、2本・4本でつったり、ロープを斜めにしたりするので、1本にかかる力はつり方と角度で変わります。斜めになるほど1本にかかる力は大きくなります（編集部の解説）。

② かかる応力から、安全率を出す

SS400（一般構造用圧延鋼材）は、厚さ16mm 以下で降伏点が 245N/mm² 以上、引張強さが 400〜510N/mm² です（ウィキペディア日本語版）。この材料の部品に、計算で 60N/mm² の応力がかかるとします。規格の最小値で考えると、降伏点を基準にした安全率は 245 ÷ 60 ≒ 4.1、引張強さを基準にすると 400 ÷ 60 ≒ 6.7です（編集部の計算）。同じ部品なのに、基準の強さによって数字がこれだけ違います。

逆に、安全率を先に決めて、必要な太さを出すこともできます。SS400 の降伏点を安全率3で割って許容応力を出し、丸棒の太さを決める例は、基礎知識「応力とひずみ」にあります。

出典：クレーン等安全規則（昭和47年労働省令第34号）第213条〜第215条（つりチェーンは第213条の2）｜e-Gov 法令検索、一般構造用圧延鋼材（SS400）｜ウィキペディア日本語版

「大きいほど安全」ではない：マージンとの違い

マージン（余裕）：ウィキペディア日本語版は、マージンは安全率と同じ意味で使われることもあるが、本来は安全率から1を引いた余裕の部分だとしています。安全率 1.1 のことを「安全率 0.1」と言うことがありますが、正しい使い方ではないとしています。ウィキブックスも、安全率は倍率なので、パーセントで表したり「安全率0」と言ったりするのは誤りだとしています。

大きくしすぎると：世界大百科事典（コトバンク）は、安全率を大きくとるほど壊れる危険は減るが、たくさんの材料を使うことになって不経済になり、重さも増すとしています。ウィキブックスは、飛行機の安全率を高くしすぎると自分の重さで飛べないだろう、という例を挙げています。

大きい ＝ 安全、ではない：ウィキペディア日本語版は、安全率は強さと負荷の不確実性があるために決めるものなので、安全率が大きいということは予測の不確実性が大きいということで、必ずしも安全性が高いことを意味しないとしています。航空機の安全率が小さいのは、余裕がそのまま機体の重さにつながるためで、そのぶん徹底した品質管理と整備で補っています（ウィキペディア日本語版）。また、エンジンを2つ以上にする冗長性設計のような工夫は、安全率の数字には表れません（ウィキブックス）。

出典：安全率｜ウィキペディア日本語版、高等学校工業 機械設計/材料の強さ（許容応力と安全率）｜ウィキブックス、安全率（デジタル大辞泉・日本大百科全書・ブリタニカ国際大百科事典・世界大百科事典 ほか）｜コトバンク

ものづくりでどう効くか

軽くしたい・材料費を下げたいとき

安全率を大きめにとった部品は、そのぶん重く、材料も多く使っています。軽くしたい、材料費を下げたいときは、かかる力と材料の強さのデータを増やし、わからなさを減らしてから、余分な余裕を削るのが筋道です（編集部の解説）。強度の計算や CAE で応力の分布を確かめ、試験で確かめます（技術「CAE（構造解析・熱流体解析）」、課題「薄く軽くすると強度が足りない」・「材料費を下げたい」）。

壊れ方に合った基準で考える

くり返し力がかかる部品は、静かな荷重の安全率では足りないことがあり、疲労限度を基準に考えます（基礎知識「疲労限度（S-N曲線）」）。細長い柱や薄い板は、材料の強さより低い力で急に曲がる座屈に気をつけます（基礎知識「座屈」）。たわみすぎて困る部品は、強さではなく剛性で決まることもあります（基礎知識「剛性」）。穴や段のある所は応力が集中するので、局所の応力で考えるか、平均の応力で考えるかをはっきりさせます。ウィキペディア日本語版も、許容応力を平均の応力（公称応力）とするか、各点の局所的な応力とするかを適切に決める必要があるとしています。

長く使うものは、弱くなる分と点検をセットで

エレベーターの安全率が設置時と使用時で分かれているように、すり減りや腐食、疲労で強さが下がる部品は、使っているうちの強さで考える必要があります。クレーン等安全規則は、玉掛け用のワイヤロープについて、1よりの間で素線の10％以上が切れたもの、直径が公称径の7％を超えて減ったものなどを使ってはならないとしています（第215条）。点検の間隔と、取りかえる目安をいっしょに決めておきます（編集部の解説）。

出典：安全率｜ウィキペディア日本語版、建築基準法施行令（昭和25年政令第338号）第129条の4｜e-Gov 法令検索、クレーン等安全規則（昭和47年労働省令第34号）第213条〜第215条（つりチェーンは第213条の2）｜e-Gov 法令検索

似ている言葉との違い

安全係数は安全率と同じ意味で、文部科学省の学術用語では「安全率」が採用されています（ウィキペディア日本語版）。クレーン等安全規則のように、法令では「安全係数」と書くものもあります。許容応力は、基準の強さを安全率で割った「使ってよい応力の上限」で、安全率を大きくするほど小さくなります（許容応力 ＝ 基準の強さ ÷ 安全率）。終極荷重は、航空機で制限荷重に1.5をかけた荷重です。

出典：安全率｜ウィキペディア日本語版、クレーン等安全規則（昭和47年労働省令第34号）第213条〜第215条（つりチェーンは第213条の2）｜e-Gov 法令検索

安全率が出てくるページ

出典

1. 安全率｜ウィキペディア日本語版
2. 高等学校工業 機械設計/材料の強さ（許容応力と安全率）｜ウィキブックス
3. 安全率（デジタル大辞泉・日本大百科全書・ブリタニカ国際大百科事典・世界大百科事典 ほか）｜コトバンク
4. クレーン等安全規則（昭和47年労働省令第34号）第213条〜第215条（つりチェーンは第213条の2）｜e-Gov 法令検索
5. 建築基準法施行令（昭和25年政令第338号）第129条の4｜e-Gov 法令検索
6. Ultimate Load｜SKYbrary（英語）
7. 一般構造用圧延鋼材（SS400）｜ウィキペディア日本語版

※アイキャッチ画像は、AI（ChatGPT）で生成したイメージです。実在の製品ではありません。

情報の確認日：2026年10月7日