(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材に穿設された又は穿設される接合孔の周囲に、円錐傾斜面上に同心円状に、断面三角波形状の転造刃を形成してなる転造ダイスを、上記円錐傾斜面を上記鋼材の接合面に圧接した状態で転動させることにより、上記接合孔の周囲に複数の同心円状凹凸を有する摩擦加工面を形成する
ことを特徴とする接合面加工方法。
【請求項２】
作業テーブルに鋼材を送り込んで位置決めする鋼材送込み手段と、
円錐傾斜面上に、同心円状に、断面三角波形状の転造刃を形成してなる転造ダイスを有し、上記円錐傾斜面を上記鋼材の接合面に圧接した状態で、上記転造ダイスを、上記位置決めされた鋼材に穿設された又は穿設される接合孔の周囲に、転動させることにより、上記接合孔の周囲に複数の同心円状凹凸を有する摩擦加工面を形成する加工機構手段と、
上記摩擦加工面を形成された上記鋼材を上記作業テーブルから外部に送り出す鋼材送出し手段と
を具えることを特徴とする接合面加工装置。
【請求項３】
円錐傾斜面上に、同心円状に、断面三角波形状の転造刃を形成してなる転造ダイスを有し、上記円錐傾斜面を鋼材の接合面に圧接した状態で転動させることにより、接合孔の周囲に複数の同心円状凹凸を有する摩擦加工面を形成する
ことを特徴とする加工工具。
【請求項４】
円錐傾斜面上に、同心円状に、断面三角波形状の転造刃を形成してなる転造ダイスを用いて、上記円錐傾斜面を接合面に圧接した状態で上記転造ダイスが転動されることにより、接合孔の周囲に、複数の同心円状凹凸を有する摩擦加工面が形成された
ことを特徴とする鋼材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は接合面加工装置及び方法に関し、例えば鋼材を重ね合わせてボルト、リベットなどの締付部材によって締め付けることにより重ね合わせ面において強固に接合できるようにしようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
建築物、橋梁等のストラクチャ建設現場においては、大型の鋼板を継ぐために、２枚の鋼板の一端面を互いに直接重ね合わせるか、又は目板を重ねてボルトやリベットで締め付けることにより、鋼板を接合するような手法が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように鋼板を接合するために用いられる材料（以下これを鋼材と呼ぶ）相互の接合面の摩擦係数が小さいと、鋼材をボルト、リベットによって仮締め又は本締めしたときに、鋼材の継目に鋼材の自重が掛かっているため、鋼材がボルトをせん断する方向に互いに面づれし、その結果設計仕様のままストラクチャを組立てることができなくなるおそれがある。
【０００４】
従来この問題を解決するため、ストラクチャを組立てる前に、予め、鋼材を屋外に野積みしておくことにより、鋼材の接合面を錆させて接合面間の摩擦係数を大きくするような方法が用いられていたが、このような方法によると、ストラクチャの組立て作業が一段と複雑となる問題があった。
【０００５】
本発明は以上の構成を考慮してなされたもので、簡易な手法によって鋼材の接合面の摩擦係数を確実に増大させることができるようにした接合面加工装置及び方法を提案しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、鋼材２に穿設された又は穿設される接合孔１１の周囲に、円錐傾斜面３８Ａ上に、同心円状に、断面三角波形状の転造刃３８Ｃを形成してなる転造ダイス３６Ｌ（３６Ｒ）を、円錐傾斜面３８Ａを鋼材４の接合面に圧接した状態で転動させることにより、接合孔１１の周囲に複数の同心円状凹凸を有する摩擦加工面４５を形成し、これにより、摩擦加工面４５の複数の同心円状凹凸を高い精度で転造できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下図面について本発明の一実施の形態を詳述する。
【０００８】
（１）第１の実施の形態
図１及び図２において、１は全体として接合面加工装置を示し、加工工場の自動搬送ラインによって搬送されて来る鋼材２を導入台３上に設けられている自動ライン送りモータ４によって駆動される送込みローラ５及び従動ローラ６によって矢印ａで示す搬入方向に案内部材３Ａに沿って作業台７の作業テーブル８に送り込む。
【０００９】
作業台７には、作業テーブル８の上流側及び下流側にそれぞれ位置決めローラ９及び１０が設けられ、図３に示すように、鋼材２の加工基準位置ＰＯ１（例えば接合孔としてのボルト孔１１の中心位置）が作業テーブル８の作業基準位置ＰＯ２と一致する位置に案内部材７Ａを用いて、鋼材２を位置決めした後、加工機構部１５の主軸１６に装着された工具１７によって鋼材２が加工処理される。
【００１０】
かくして加工処理された鋼材２は、排出台２０に設けられたモータ２１によって駆動される送出しローラ２２及び従動ローラ２３によって矢印ｂによって示す搬出方向に、案内部材２０Ａに沿って搬出される。
【００１１】
加工機構部１５は、位置調整用レール２５上に載置され、これにより全体として鋼材２の搬入・搬出方向（これをｘ方向と呼ぶ）に主軸１６従って工具１７を位置調整できるようにｘ方向に位置調整動作すると共に、主軸１６を鋼材２の搬入・搬出方向と直交する方向（これをｙ方向と呼ぶ）に位置調整するための位置調整機構２６を有する。
【００１２】
かくして加工機構部１５は、接合面加工処理対象である鋼材２が作業テーブル８に位置決めされたとき、ｘ方向及びｙ方向について工具１７の位置を調整することにより、工具１７を鋼材２に予め穿設されているボルト孔１１の中心位置に位置合せする。
【００１３】
工具１７は、図４に示すように、主軸１６に工具１７を取り付けるための取付子３１を上方に延長させなる工具本体３２を有する。
【００１４】
工具本体３２の下方端部には断面コ字状の工具支持部材３３が設けられ、その先端部から前後方向の位置において互いに対向して下方に延長する一対の支持板部３３Ａ及び３３Ｂ間に、転造ダイスホルダ３４を配設し、この転造ダイスホルダ３４を、支持板部３３Ａ及び３３Ｂの先端部にそれぞれ、前後方向に、内方に、突出するように設けられた回動支持軸３５Ａ及び３５Ｂを中心として、矢印ｄに示す方向に、回動できるように軸支している。
【００１５】
工具支持部材３３は、工具１７の回転中心軸線ＰＯ３を中心として左右対称となるように、一対の転造ダイス３６Ｌ及び３６Ｒを有する。
【００１６】
転造ダイス３６Ｌ及び３６Ｒは互いに同一の構造を有し、図５（Ａ）に示すように、円柱状回転軸部３７の先端に一体に円錐台状ダイス頭部３８が形成されている。
【００１７】
ダイス頭部３８の円錐傾斜面３８Ａには、図５（Ｂ）に示すように、円錐傾斜面３８Ａに沿って、中心軸線ＰＯ４を中心として同心円状に、断面三角波形状の転造刃３８Ｂが形成されている。この実施の形態の場合、転造刃３８Ｂは５段の二等辺三角形状の刃部３８Ｃによって構成され、各刃部３８Ｃの山の頂角α（図６（Ａ））は、６０°〜  １７０°に選定されている。
【００１８】
因に、頂角αが60°〜170°であれば、鋼材２の表面に、強度が実用上十分大きい摩擦加工面の凹凸を転造できるのに対して、頂角αを60°以下にすると凹凸の強度が低下すると共に、170°以上にすると摩擦加工面の加工作用が困難になる。
【００１９】
転送ダイス３６Ｌ（３６Ｒ）は、それぞれベアリング収納部材４０内に、スラストボールベアリング４０Ａ及びラジアルボールベアリング４０Ｂによって回転自在に保持され、ベアリング収納部材４０を取付ねじ４１によって転造ダイスホルダ３４に取り付けられたとき、転造ダイス３６Ｌ（３６Ｒ）は、通常は、円錐傾斜面３８Ａが回転中心軸線ＰＯ３と直交する基準面ＦＯと一致する状態で、かつ中心線ＰＯ４が基準面ＦＯに対して取付け角度θだけ傾斜した状態で転造ダイスホルダ３４に保持される。
【００２０】
因に、転造動作時には、スラストボールベアリング４０Ａには、例えば数トンの押圧力が付与されるが、この大きな押圧力を円錐傾斜面３８Ａと鋼材２との接触面に受ける条件として、取付け角度θをθ≒40°に選定する。
【００２１】
このように転造ダイスホルダ３４に保持された状態において、転造作業時、転造ダイス３６Ｌ（３６Ｒ）の円錐傾斜面３８Ａは、図６（Ａ）に示すように、鋼材２の表面に圧接する状態になり、この状態において工具１７が回転することにより円錐傾斜面３８Ａに形成された転造刃３８Ｂが鋼材２の表面に食い込み、その結果転造刃３８Ａが鋼材２の表面を塑性加工しながら、転造刃３８Ｂの表面形状と同じ形状の、断面三角波形状の、同心円状凹凸を形成する。
【００２２】
以上の構成において、鋼材２が導入台３から作業台７に送り込まれて、接合孔となるボルト孔１１の加工基準位置ＰＯ１が作業テーブル８の作業基準位置ＰＯ２と一致するような位置に鋼材２が位置決めされたとき、加工機構部１５の主軸１６がｘ及びｙ方向に工具１７を位置調整動作することにより回転中心軸線ＰＯ３がボルト孔１１の加工基準位置ＰＯ１と一致する状態になる。
【００２３】
この状態において、加工機構部１５は主軸１６を回転させながら例えば油圧ポンプによって下降させることにより、工具１７の転造ダイス３６Ｌ（３６Ｒ）を鋼材２の表面に圧接させる。
【００２４】
このとき、転造ダイス３６Ｌ（３６Ｒ）は、工具１７の回転中心軸線ＰＯ３に対して対称に、取付け角度θで、転造ダイスホルダ３４に取付けられていることにより、円錐傾斜面３８Ａ上に形成された転造刃３８Ｂのうち最下点ないしその近傍部分が鋼材２の表面上を転動しながら鋼材２の表面に食い込むことにより転造加工をする。
【００２５】
その結果、鋼材２のボルト孔１１の周囲には、円錐傾斜面３８Ａ上に形成された転造刃３８Ｂの形状（この実施例の場合断面三角波形状）によって決まる凹凸（この実施の形態の場合、図６（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、同心円状の断面三角波形状の凹凸で、複数の山４５Ａの間に溝４５Ｂを有する）をもつ摩擦加工面４５が形成される。
【００２６】
このようにして、工具１７が回転中心軸線ＰＯ３を中心にして１回転したとき、転造ダイス３６Ｌ（３６Ｒ）の内側及び外側の刃部３８Ｃが摩擦加工面４５に対して与える「こじり」の差を小さくすることができ、その結果摩擦加工面４５の同心円状凹凸形状を一様な精度で形成することができる。
【００２７】
因に、例えば、円錐傾斜面３８Ａに代えて、同筒状ダイス頭部の円筒面上に複数の刃部３８Ｃを形成して複数の同心円状凹凸を形成しようとした場合、内側及び外側の同心円状凹凸部分の曲率半径が互いに相違するのに、同じ曲率半径をもつ刃部によって凹凸を刻むことになるので、内側の同心円状凹凸及び外側の同心円状凹凸に対する対応する刃部の「こじり」の差は大きくなる。
【００２８】
これに対して上述の実施の形態によれば、円錐傾斜面３８Ａを用いることにより、内側から外側に並ぶ刃部の曲率半径の変化を、対応する同心円状凹凸の曲率半径の変化に適応させることができ、これにより内側及び外側の刃部における「こじり」の差を小さくできる。
【００２９】
この摩擦加工面４５の凹凸の深さは、工具１７によって複数回（２０〜３０回程度）回転させて転造刃３８Ｂによる転造作業を繰り返させることにより、深くなって行く。
【００３０】
かくして転造ダイス３６Ｌ（３６Ｒ）の転造作業によって鋼材２のボルト孔１１の周囲に摩擦加工面４５を加工し終わると、当該加工後の鋼材２は排出台２０によって外部に排出される。
【００３１】
かかる転造作業の際に、鋼材２の表面が、転造ダイス３６Ｌ（３６Ｒ）の円錐傾斜面３８Ａの基準面ＦＯと一致せずに傾斜しているときは、転造ダイスホルダ３４が鋼材２の表面にならうように回動支持軸３５Ａ（３５Ｂ）を中心にして回動調整動作をすることにより、円錐傾斜面３８Ａの傾きを鋼材２の表面の傾きと一致させる。これにより主軸１６から工具１７に与えられる押圧力は、転造刃３８Ｂの各刃部３８Ｃに対してほぼ一様に付与され、これにより摩擦加工面４５は全面についてほぼ一様の凹凸をもつことになり、その結果摩擦加工面４５を一様に転造加工することができる。
【００３２】
このようにして工具１７によって摩擦加工面４５が形成された鋼材２は、摩擦加工面４５を接合対象となる鋼材の接合面に接触させた状態でボルト孔１１を挿通したボルト、リベットなどの接合部材によって締め付けられることにより、摩擦加工面４５により生じる大きい摩擦係数を保持した状態で接合対象の鋼材に接合される。
【００３３】
この接合作業の際に、接合対象となる鋼材として、その接合面にも摩擦加工面４５と同様の摩擦加工面又は他の摩擦加工面を形成したものを用いても良く、又は摩擦加工面を形成しないものを用いても良い。
【００３４】
（２）他の実施の形態
なお上述においては、予めボルト孔１１が穿設された鋼材２に対して摩擦加工面４５を形成するようにした場合について述べたが、これに代え、ボルト孔１１が穿設されていない鋼材２に対して、ボルト孔１１を穿設すべき所定位置の周囲に摩擦加工面の加工をした後、ボルト孔１１を穿設したり、摩擦加工面４５の加工と同時にボルト孔１１を穿設するようにしても、上述の場合と同様の効果を得ることができる。
【００３５】
また、上述においては、鋼材２の接合部材としてボルトを用いた場合について述べたが、接合部材としてはこれに限らず、リベット等の他の接合部材を用いるようした場合にも同じように適用できる。
【００３６】
さらに、上述の場合は、転造ダイス３６Ｌ（３６Ｒ）の取付け角度θ（図４）をボールベアリングを用いた場合に好適な条件として、θ＝４０°にした場合について述べたが、取付け角度θはこれに限らず、ボールベアリングに代えて薄肉のオイレスメタル等を用いてθ＝０°〜４５°にしても良い。
【００３７】
因に、取付け角度θがθ＝４０°の場合は、実用上円錐傾斜面３８Ａ及び３８Ｂ全体について「こじり」が少ない転造加工ができる。これに対してθ＝０°近傍になると、外径部分の「こじり」が大きくなる傾向があり、またθを４５°より大きくすると、加工作業上ボルト孔１１の縁部に凹凸をつけることができなくなる問題がある。
【００３８】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、円錐傾斜面上に、同心円状に、断面三角波形状の転造刃を形成してなる転造ダイスを用いて、鋼材の接合孔の周囲に複数の同心円状凹凸を有する摩擦加工面を形成するようにしたことにより、摩擦加工面として各部の同心円状凹凸に対する「こじれ」の差が小さい、一様な摩擦加工面を形成し得る接合面の加工処理を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による接合面加工装置の一実施例を示す正面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】加工対象となる鋼材２を示す平面図である。
【図４】図１の工具１７を、一部を断面として示す正面図である。
【図５】図５（Ａ）及び（Ｂ）は図４の転造ダイス３６Ｌ（３６Ｒ）の詳細構成を示す側面図である。
【図６】図６（Ａ）〜（Ｃ）は、転造ダイス３６Ｌ（３６Ｒ）による加工処理動作の説明に供する略線図である。
【符号の説明】
１……接合面加工装置、２……鋼材、３……導入台、５……送込みローラ、６……従動ローラ、７……作業台、８……作業テーブル、９、１０……位置決めローラ、１１……ボルト孔、１５……加工機構部、１６……主軸、１７……工具、２０……排出台、２２……送出しローラ、２３……従動ローラ、２５……位置調整用レール、２６……位置調整機構、３１……取付子、３２……工具本体、３３……工具支持部材、３３Ａ（３３Ｂ）……支持板部、３４……転造ダイスホルダ、３５Ａ（３５Ｂ）……回動支持軸、３６Ｌ（３６Ｒ）……転造ダイス、３７……回転軸部、３８……ダイス頭部、３８Ａ……円錐傾斜面、３８Ｂ……転造刃、４０Ａ……スラストボールベアリング、４０Ｂ……ラジアルボールベアリング、４５……摩擦加工面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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