(57)【要約】【課題】高価な材料を多く使うことなく、接合面の一部のみを高摩擦にすることができるようにした。【解決手段】接合しようとする二ないし複数枚の金属製板材２，３同士を締結するための加圧位置に、各板材より高強度・高硬度材料からなる嵌合部材１０を介在させ、締結圧力により嵌合部材１０が各板材２，３の接合面に食い込みつつこれの内部に一部ないしは全部が埋設されるものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合しようとする二ないし複数枚の金属製板材同士を締結するための加圧位置に、各板材より高強度・高硬度材料からなり該接合しようとする板材の双方に食い込み可能な嵌合部材を介在させ、締結圧力により前記嵌合部材が前記各板材の接合面に食い込みつつこれの内部に一部ないしは全部が埋設されるものであることを特徴とする金属系部材の接合方法。
【請求項２】
前記嵌合部材は断面四角形をなしていることを特徴とする請求項１に記載の金属系部材の接合方法。
【請求項３】
前記嵌合部材は締結位置周縁を包囲すべく、平面視多角ないしは円状をなしていることを特徴とする請求項１または２に記載の金属系部材の接合方法。
【請求項４】
前記嵌合部材は、粒状をなし、粘着性のフィルムに所定パターンで複数個仮付けされ、前記一方の板材の表面にフィルムを貼着した状態で他方板材を接合し、締結圧力を加えることで、前記各嵌合部材が両板材の接合面に埋設されるものであることを特徴とする請求項１または２に記載の金属系部材の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、鉄骨構造における柱と梁との接合に用いられる柱仕口部と梁との間に跨るスプライスプレート（添え板）の接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄骨構造における継手形式の一つとして、高力ボルト摩擦接合がある。この接合形式は、高力ボルトの締付け力により、母材、添え板からなる接合部材の間に摩擦力を発生させ、接合部材間の滑りを防ぎ、両者を緊結するものである。
【０００３】
この滑りに抵抗する摩擦力はボルト張力（Ｔ）と摩擦係数（その他部材表面の滑り難さを示す係数）（μ）の積にて算出される。つまり、高い摩擦力を得るためには、ボルト張力を上げるか、接合部材表面の摩擦係数を上げるかの対処が必要である。
【０００４】
接合部材表面の摩擦係数を上げる方法の一つに、接合部材表面に凹凸を設けて表面を粗くし、接合部材間の滑り抵抗を大きくする方法がある。これは一種の嵌合接合といえる。この方法を用いた事例としては、材料の引張り試験などでよく用いられる万能引張り試験機（アムスラー）が掲げられる。これは試験機のチャック部分に凹凸を形成し、これを試験材料に食込ませることで、試験片の抜けだしを防止する構造となっている。つまり、チャック部の凹凸が試験片に食込むことにより滑り抵抗を大きくとれるようにしている。
【０００５】
また、このように接合部材の表面に凹凸を設けた接合、または嵌合機構を利用した接合構造として、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３などが開示されており、これら、高摩擦を有する継手形式は、次の二種類に分類される。
▲１▼母材、添え板のいずれか、あるいは双方に凹凸を設け、凹凸の食込み効果により高摩擦力を得るようにする。
▲２▼母材、添え板間に凹凸のある板材を挿入し、ボルトの締結圧力によって接合部材を塑性変形させ、挿入板材の食込み効果により高摩擦力を得るようにする。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２９６２９５号公報
【０００７】
【特許文献２】
特許第３０７９３３７号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開平７−８３２１１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの構造では次に述べるような技術的課題があった。
まず、▲１▼の構造にあっては、接合面に凹凸を設けるためには平板状の原板材に切削などの加工を施すことが必要であり、しかも接合時において精度よくかみ合わさなければならず、加工精度が要求され、コスト上昇につながるほか、このような加工は材料に無駄を発生させる。
一方、▲２▼の構造では、挿入板材が接合部材の材料特性に比べて高強度・高硬度であることが必要である。しかるに、従来では接合面全域にわたって該種高強度・高硬度挿入板材を介在させる必要があるため、接合面の一部のみを高摩擦にすることは難しく、また、高価な材料を必要以上に使うことになり、コストが大きく上昇するといった課題がある。
【００１０】
本発明は、以上の課題を解決するものであって、その目的は、高価な材料を多く使うことなく、接合面の全部で高摩擦にする必要がない金属系部材の接合方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の接合方法は、接合しようとする二つないし複数枚の金属製板材同士を締結するための加圧位置に、各板材より高強度・高硬度材料からなり該接合しようとする板材の双方に食い込み可能な嵌合部材を介在させ、締結圧力により嵌合部材が前記各板材の接合面に食い込みつつこれの内部に一部ないしは全部が埋設されるものである。従って、本発明では、接合面間における締結圧力が加わる部分においてのみ嵌合部材の食込みによるくさび効果により高摩擦とすることができる。
【００１２】
また、本発明では、前記嵌合部材が断面四角形をなしていることにより、嵌合部材の接合面に対する食込みを効果を向上することができる。
【００１３】
さらに、本発明では、前記嵌合部材が締結位置周縁を包囲すべく、平面視多角ないしは円状をなしていることにより、締結圧力が加わる部分に集中して変形を生じさせることができる。
【００１４】
さらにまた、本発明では、前記嵌合部材は、粒状をなし、粘着性のフィルムに所定パターンで複数個仮付けされ、前記一方の板材の表面にフィルムを貼着した状態で他方板材を接合し、締結圧力を加えることで、前記各嵌合部材がフィルムに位置決めされた状態で両板材の接合面に埋設されるものであることにより、接合面に対する嵌合部材の配置時における位置決め固定が容易となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明方法を建築物や橋梁などの構造体の鋼構造物に用いられる継手構造に適用したものである。この継手構造１は、互いに突き合わされた鋼材からなる一対の母材２と、この両母材２に跨がるようにして、その上下両側面に配設された同じく鋼材からなる一対の添え板３と、母材２および添え板３にそれぞれ形成されたボルト孔４，５を貫通して挿通された高力ボルト６と、高力ボルト６の先端にねじまれたナット７と、高力ボルト６の頭部と添え板３の間およびナット７と添え板３との間に介在された高力ワッシャ８とを備えている。
【００１７】
母材２の両面と、添え板３の母材に対する接合面には、従来と同じく赤錆面を利用した高摩擦面９が形成されているとともに、高力ボルト６の軸部周囲、すなわち各ボルト孔４，５の周縁における締結圧力が加わる位置において、母材２と添え板３間には嵌合部材１０が介在されている。
【００１８】
嵌合部材１０は、前記母材２および添え板３の構成材料である鋼材よりも高強度および鋼硬度な材料、例えばｓｗＲＨ７２（ＪＩＳ  Ｇ３５０６）などからなる断面四角形、例えば断面菱形の線材を、平面視略円形状に曲成加工したものである（線材の径は、例えば１．０ｍｍである）。
【００１９】
そして、各嵌合部材１０は、前記高力ボルト６とナット７の締結力によって、それぞれの接合面を変形させつつ、断面菱形における上下のナイフエッジが各接合面に食込んで接合面が面一となった状態で各接合面に埋設され、これによるくさび効果によって高力ボルト６の軸部６ａ周縁における母材２−添え板３間のみを高摩擦化するものである。
【００２０】
以上の継手構造において、設計用の通常の摩擦係数は平滑な鋼板の場合０．４５であるのに対し、発錆面による実際の摩擦係数は０．６程度とわずかに大きいのみである。
【００２１】
しかしながら、以上の構造では、介在された嵌合部材１０によりさらに摩擦係数が増す。以下、本発明の効果を実証するため、次のような２種類の試験を行った。
▲１▼  嵌合部材の圧縮試験：試験に用いる嵌合部材が、どの程度の荷重で完全に母材中に食い込むかを調べる試験
▲２▼  継手構造における滑り係数試験：通常の高力ボルト摩擦継手との比較を行い、嵌合部材の効果を調べる試験
使用する材料の機械的性質を表１に示す。なお、同表中で、ｔは支圧板の厚さ、（）が付された数値は引張強度とロックウェル硬さとの換算値である。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
▲１▼  嵌合部材の圧縮試験
試験概要図を図２に示す。本試験例に用いられる嵌合部材は、同図に示されるように、１．０ｍｍ角及び１．５ｍｍ角の鋼材（ＳＷＲＨ７２）をφ３０ｍｍに曲げ加工したものである。ここで、それぞれの試験体名をＣ３０−１．０、Ｃ３０−１．５とする。これを、上下の支圧板（ＰＬ−２２，ＳＳ−４００）の間に挟み、荷重Ｎをかけて支圧板に食い込ませていく。完全に食い込んだときの荷重を接地荷重Ｎ１とする。このＮ１が後に示すボルト張力Ｔ以下であれば、高力ボルトを締め付けることにより、嵌合部材が支圧板間に完全に食い込むことになる。
【００２４】
図３及び表２に実験結果を示す。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
これらより、接地荷重は、Ｃ３０−１．０について約１６０（ｋＮ）、Ｃ３０−１．５について約３２４（ｋＮ）であった。Ｆ１０ＴＭ２０のハイテンションボルトの導入張力は約１８０（ｋＮ）であるため、試験片Ｃ３０−１．０については、上記ハイテンションボルトで完全に食い込むことが実証された。
【００２７】
▲２▼  継手構造における滑り係数試験
図４は試験概要図、図５は荷重−変位の相関図、表３は滑り係数値をそれぞれ示す。
【００２８】
【表３】
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【００２９】
本試験に用いられる試験体は、摩擦面に赤錆を発錆させた通常の摩擦試験片Ｔ０−０と、摩擦面に赤錆を発錆させ、さらに図２に示した嵌合部材を挟み込んだ試験片Ｔ３０−１．０との２体ある。締付けボルトはＦ１０Ｔ−Ｍ２０とし、初期導入張力を１８０（ｋＮ）とした。図４及び図５に示すＰはアムスラーの荷重であり、図５に示す変位はアムスラーのチャック（つかみ）部の軸方向変位である。従って、この変位には継手部の滑り量以外に、母材・添え板の弾性変形が含まれる。表３の滑り係数は、滑り荷重（図５中の○印）の半分（摩擦面数が２のため）を、初期ボルト導入張力で除した値である。
【００３０】
図５より、Ｔ０−０は最大荷重以降、すぐに荷重が減少しているのに対し、Ｔ３０−１．０は滑り荷重に達した後も荷重の減少は少なく、粘り強さが顕著であることが分かる。また、表３より、滑り嵌合部材を挟んだＴ３０−１．０の方が、通常の摩擦面を有するＴ０−０に比べて滑り係数が大きい。以上より、嵌合部材を用いた継手の方が、滑り係数が大きく、また滑り後の性状も安定していることが実証された。
【００３１】
なお、本試験で用いた嵌合部材は、角材を曲げ加工して得たものであるため、その頂角が９０度であるが、より狭角（例えば４５度）な嵌合部材を用いれば、少ない荷重で接地させることができる。従って、この場合、滑り係数は直角の場合に比べて大きくなる。
【００３２】
以上の試験により実証されたように、嵌合部材１０と母材２−添え板３の組合わせを用いれば、母材２−添え板３が破壊するまでの範囲において、発錆面などを有する通常の摩擦継手よりも高摩擦な継手構造１を得ることができるのである。
【００３３】
また、嵌合部材１０の食込みに要する高力ボルト６の締結力Ｎは、従来のように接合面全域にわたらず、しかも断面菱形であることによる食込み効果によって、接合面全域を変形させる場合に比べて締結力を小さくすることができる。
【００３４】
図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は、第一実施形態の変形例を示す。まず（ａ）における嵌合部材２０は断面菱形の線材を平面視で四角形状のループに曲成したもの、（ｂ）における嵌合部材３０は断面菱形の線材を平面視で多角形状のループに曲成したもの、（Ｃ）における嵌合部材４０は断面菱形の線材を平面視でＣ字状に曲成したものであり、いずれも線材が自立可能な平面形状となっている。この場合には、要求される摩擦係数などに応じて高力ボルト６の周囲を囲うようにして複数個配置すればよい。
【００３５】
図７は、本発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、例えばダイヤモンド形をした粒状の嵌合部材５０を複数個、高力ボルト６の周囲に配置するものである。具体的には、（ａ）に示すように、ボルト孔５１ａを形成した粘着フイルム５１を用意し、このフイルム５１上におけるボルト孔５１ａの周囲に、あらかじめ所定のパターン配列で各嵌合部材５０を仮付しておき、これを母材２または添え板３のうち、一方の接合面のボルト孔廻りに位置決め固着し、ついで他方の接合面をあわせ、高力ボルト６とナット７の締結により、（ｂ）に示すように、各嵌合部材５０はフィルム５１に位置決めされた状態で、母材２および添え板２の接合面を変形させつつそれぞれの表面内部に食込み、高摩擦な継手構造１としたものである。
【００３６】
本実施形態ではフィルム５１も接合面に介在されることになり、これの粘着力によりある程度初期摩擦力の増加は認められるものの、フィルム５１そのものが有機材料であることや、ほとんど厚みがないため、経時後の摩擦力低下や、経時劣化による影響も無視されるものとなる。
【００３７】
本実施形態では、配設時における各嵌合部材５０の脱落が防止でき、位置決めが容易となる。それ故、特に母材２と添え板３との接合面が同図（ｂ）に示すごとく、鉛直であるなど、接合面が水平でない場合に有効である。また、第一実施形態およびその変形例においてもフィルム５１により、一方の接合面に仮固定した後、これを挟んで接合することも可能である。
【００３８】
なお、以上述べた各実施形態では、本発明を建築物や橋梁などの構造体の鋼構造物に用いられる継手構造に適用した場合を示したが、他の金属同士の接合構造一般にも適用できることは勿論であり、要は接合しようとする金属部材同士よりも高強度・高硬度の金属部材からなる嵌合部材を締結位置周辺に部分配置すればよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明により明らかなように、本発明による金属系部材の接合構造によれば、高価な材料を多く使うことなく、接合面の一部のみを高摩擦にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第一実施形態における継手構造を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における平断面図である。
【図２】嵌合部材の試験片に対する食込みの試験例を示す説明図である。
【図３】圧縮試験における荷重−変位の相関図である。
【図４】滑り係数試験の概要を示す説明図である。
【図５】滑り係数試験における荷重−変位の相関図である。
【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ）は第一実施形態における嵌合部材の変形例を示す平面図およびＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線断面図である。
【図７】（ａ）は本発明の第二実施形態を示す斜視図、（ｂ）は同接合状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１  継手構造
２  母材
３  添え板
４，５  ボルト孔
６，７  締結手段（６  高力ボルト、７  ナット）
１０，２０，３０，４０，５０  嵌合部材
５１  粘着フィルム
【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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【図７】
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