(57)【要約】【課題】低コストで、作業性に優れた摩擦接合構造を提供する。【解決手段】本発明の摩擦接合構造は、２つの被接合部材１１ａ、１２ａがボルト２０で締結された摩擦接合構造であって、２つの被接合部材の間に、摩擦部材１３ａが挟み込まれており、２つの被接合部材の摩擦部材との接合面表面には、それぞれ塗装膜が形成され、摩擦部材の被接合部材との接合面には、赤錆処理が施されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの被接合部材がボルトで締結された摩擦接合構造であって、
前記２つの被接合部材の間に、摩擦部材が挟み込まれており、
前記２つの被接合部材の前記摩擦部材との接合面には、それぞれ塗布膜が形成されており、
前記摩擦部材の前記被接合部材との接合面には、赤錆処理が施されている、摩擦接合構造。
【請求項２】
前記塗装膜は、電着塗装により形成される、請求項１に記載の摩擦接合構造。
【請求項３】
前記摩擦部材の厚みは、１．０ｍｍ以下である、請求項１に記載の摩擦接合部材。
【請求項４】
前記摩擦部材の前記被接合部材との接合面には、前記赤錆処理が施されている代わりに、硬質粒子が接着されている、請求項１に記載の摩擦接合部材。
【請求項５】
互いに突き合わせて配置された一対の鋼板と、該一対の鋼板を挟み込んで配置された一対の添板とが、ボルトで締結された摩擦接合構造であって、
前記鋼材と前記添板との間に、摩擦部材が挟み込まれており、
前記鋼材及び前記添板の前記摩擦部材との接合面には、それぞれ塗布膜が形成されており、
前記摩擦部材の前記鋼材及び前記添板との接合面には、それぞれ赤錆処理が施されている、摩擦接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板等の被接合部材同士がボルトで締結された摩擦接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼板等の被接合部材同士の接合構造として、高力ボルト等で被接合部材を締め付け、この締め付けた圧縮力により生ずる摩擦抵抗で、被接合部材同士を接合する摩擦接合構造が知られている。また、一般に、摩擦接合構造では、被接合部材の接合面に赤錆処理を施して、所要の摩擦力（すべり係数）が発生するようにしている。
【０００３】
しかしながら、被接合部材の表面に錆止めなどの塗装を施す場合、被接合部材の接合面に赤錆処理を施すために、被接合部材の接合面をマスキングして塗装を行う必要がある。また、被接合部材を接合後、非塗装面の錆止めのためのタッチアップ塗装を施す必要がある。そのため、従来の赤錆処理を伴う摩擦接合構造は、施工手間がかかり、施工コストや製造コストが増加するという課題があった。
【０００４】
これに対して、特許文献１には、２つの被接合部材の間に、表面に凹凸加工を施したすべり抵抗部材を挿入して、２つの被接合部材同士をボルトで締結した摩擦接合構造が開示されている。これにより、被接合部材の塗装時のマスキングや、接合後のタッチアップ塗装が不要になるため、作業性が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２１４４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された摩擦接合構造では、すべり抵抗部材（摩擦部材）の表面に、凹凸加工を施す必要があるため、加工コストが嵩むという問題がある。また、強度の点から、すべり抵抗部材の表面に設けた突起の谷部底間の長さを、１ｍｍ程度にする必要がある一方、所要の摩擦力（すべり係数）を得るには、すべり抵抗部材の表面に形成する凸部の高さを０．２ｍｍ以上にする必要があるため、すべり抵抗部材の厚みは、少なくとも１．４ｍｍ以上にする必要がある。そのため、材料コストが嵩むという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、その主な目的は、低コストで、作業性に優れた摩擦接合構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る摩擦接合構造は、２つの被接合部材がボルトで締結された摩擦接合構造であって、２つの被接合部材の間に、摩擦部材が挟み込まれており、２つの被接合部材の摩擦部材との接合面には、それぞれ塗布膜が形成されており、摩擦部材の被接合部材との接合面には、赤錆処理が施されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る他の摩擦接合構造は、互いに突き合わせて配置された一対の鋼板と、該一対の鋼板を挟み込んで配置された一対の添板とが、ボルトで締結された摩擦接合構造であって、鋼板と添板との間に、摩擦部材が挟み込まれており、鋼板及び添板の摩擦部材との接合面には、それぞれ塗布膜が形成されており、摩擦部材の鋼板及び添板との接合面には、それぞれ赤錆処理が施されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、低コストで、作業性に優れた摩擦接合構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態における摩擦接合構造の構成を模式的に示した断面図で、（ｂ）は、摩擦部材の形状を模式的に示した平面図である。
【図２】図１（ａ）に示した摩擦接合構造を得た後、鋼板、添板、及び摩擦部材を分離して並べて、各部材の表面状態を撮影した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態を説明する前に、本発明を想到するに至った経緯を説明する。
【００１３】
本願発明者等は、一対の鋼板を、添板で挟み込んで、ボルトで締め付けることによって、鋼板と添板との摩擦接合構造を得る方法を検討していたところ、次のような知見を得ることができた。
【００１４】
通常、所要の摩擦力（すべり係数）を発生させるために、鋼板と添板との接合面に赤錆処理を施すが、施工手間を省くために、サイズの大きな鋼板に対しては、マスキング塗装をする代わりに全面塗装を行い、サイズの小さい添板に対してだけ、赤錆処理を施して、添板を介して鋼板同士の摩擦接合を行ったところ、予想に反して、鋼板と添板の両方に赤錆処理を施した場合とほぼ同等の摩擦力（すべり係数）が得られた。すなわち、２つの被接合部材のうち、一方の被接合部材の接合面に赤錆処理を施していれば、他方の被接合部材の接合面に塗装膜が形成されていても、所要の摩擦力（すべり係数）を発生させることが可能であることが分かった。
【００１５】
このような予想外の結果が得られた理由を検討したところ、次のようなことが分かった。
【００１６】
上記の検討において、サイズの大きな鋼板に対する全面塗装に、コスト、品質、生産性に優れた電着塗装を採用した。この電着塗装は、水溶性の塗料液中に被塗物（鋼板）を浸漬し、これに電流を通して、被塗物に塗料を塗着させるもので、スプレー塗装やディッピング塗装に比べて、塗装膜を均一にかつ薄く形成することができる。
【００１７】
本願発明者等は、添板を介して鋼板同士の摩擦接合を行った後、再び、ボルトを緩めて、鋼板及び添板を分離して、その表面を観察したところ、添板表面の赤錆が、鋼板の塗装膜を突き抜けて、鋼板の表面に食い込まれていることが分かった。これは、添板表面に発生した赤錆の突起高さは、通常、０．０５〜０．１ｍｍ程度であるのに対して、電着塗装により形成した塗装膜の膜厚は、通常、１０〜３０μｍ程度であるため、摩擦接合によって、添板表面の赤錆が、鋼板の塗装膜を突き抜けて、鋼板の表面に食い込まれたためと考えられる。
【００１８】
本願発明者等は、このような知見から、２つの被接合部材をボルトで摩擦接合する際、２つの被接合部材の全面に塗装膜が形成されていても、２つの被接合部材の間に、両面に赤錆処理が施された摩擦部材を挟み込んで締結すれば、被接合部材の接合面に赤錆処理を施した場合と、ほぼ同等の摩擦力（すべり係数）が得られると考え、本発明に想到するに至った。
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。
【００２０】
図１（ａ）は、本発明の一実施形態における摩擦接合構造の構成を模式的に示した断面図で、図１（ｂ）は、本発明の摩擦接合に使用する摩擦部材の形状を模式的に示した平面図である。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、本実施形態における摩擦接合構造１０は、互いに突き合わせて配置した一対の鋼板（一方の被接合部材）１１ａ、１１ｂを、一対の添板（他方の被接合部材）１２ａ、１２ｂで挟み込んで、高力ボルト２０で締め付けることによって、一対の添板１２ａ、１２ｂを介して、鋼板１１ａ、１１ｂ同士が摩擦接合されたものである。なお、鋼板１１ａ、１１ｂ、及び添板１２ａ、１２ｂには、高力ボルト２０を通す孔（不図示）が形成されている。
【００２２】
本実施形態では、鋼板１１ａ、１１ｂ、及び添板１２ａ、１２ｂの表面には、それぞれ塗装膜（不図示）が形成されている。また、鋼板１１ａ、１１ｂと、添板１２ａ、１２ｂとの間には、図１Ｂに示した形状の摩擦部材１３（１３ａ〜１３ｄ）が挟み込まれており、摩擦部材１３ａ〜１３ｄの両面、すなわち、鋼板１１ａ、１１ｂ、及び添板１２ａ、１２ｂとの接合面は、赤錆処理が施されている。なお、摩擦部材１３ａ〜１３ｄにも、高力ボルト２０を通す孔１４が形成されている。
【００２３】
本実施形態における摩擦接合構造１０によれば、被接合部材（鋼板１１ａ、１１ｂ、及び添板１２ａ、１２ｂ）の表面に塗装膜が形成されていても、被接合部材の間に、両面に赤錆処理が施された摩擦部材１３ａ〜１３ｄを挟み込んで締結することによって、従来の被接合部材の接合面に赤錆処理を施した場合と、ほぼ同等の摩擦力（すべり係数）を得ることができる。
【００２４】
図２は、図１（ａ）に示した摩擦接合構造１０を得た後、再び、高力ボルト２０を緩めて、鋼板１１ａ、１１ｂ、添板１２ａ、１２ｂ、及び摩擦部材１３ａ〜１３ｄを分離して、それぞれを、鋼板１１ａ、１１ｂを中心に、上下に並べて、各部材の表面状態を撮影した写真である。
【００２５】
図２に示すように、鋼板１１ａ、１１ｂの摩擦部材１３ａ、１３ｂとの接合面２０ａ、２０ｂで、摩擦部材１３ａ、１３ｂ表面の赤錆が、鋼板１１ａ、１１ｂの塗装膜を突き抜けて、鋼板１１ａ、１１ｂの表面に食い込まれているのが観察された。同じく、添板１２ａの摩擦部材１３ａ、１３ｂとの接合面２１ａ、２１ｂで、摩擦部材１３ａ、１３ｂ表面の赤錆が、添板１２ａの塗装膜を突き抜けて、添板１２ａの表面に食い込まれているのが観察された。同様に、添板１２ｂの摩擦部材１３ｃ、１３ｄとの接合面２２ａ、２２ｂで、摩擦部材１３ｃ、１３ｄ表面の赤錆が、添板１２ｂの塗装膜を突き抜けて、添板１２ｂの表面に食い込まれているのが観察された。
【００２６】
すなわち、本実施形態の摩擦接合構造１０では、摩擦接合によって、摩擦部材１３ａ〜１３ｄの表面に形成された赤錆が、鋼板１１ａ、１１ｂ及び添板１２ａ、１２ｂ（被接合部材）の表面に形成された塗装膜を突き抜けて、被接合部材の表面に食い込まれることによって、従来の被接合部材の接合面に赤錆処理を施した場合と、ほぼ同等の摩擦力（すべり係数）が得られたものと考えられる。
【００２７】
本実施形態によれば、被接合部材の全面に塗装膜が形成されているため、従来の被接合部材の塗装時におけるマスキングや、接合後のタッチアップ塗装が不要になるため、作業性を大幅に向上させることができる。
【００２８】
また、摩擦部材の両面に赤錆処理を施すだけで、所要の摩擦力（すべり係数）を確保することができるため、材料コストや施工コストを大幅に低減させることができる。
【００２９】
さらに、摩擦部材は、サイズを小さくすることができるため、摩擦部材の赤錆処理を、室内の温度や湿度等が管理された一定の環境下で行いやすい。そのため、従来の被接合部材を屋外に放置して赤錆処理を行うのに比べて、安定した赤錆状態を実現することができ、これにより、摩擦力（すべり係数）のバラツキを大幅に低減することができる。
【００３０】
加えて、被接合部材に対して、所定のサイズや、所定の赤錆処理を施した摩擦部材を予め用意しておけば、適当な摩擦部材を被接合部材の間に挿入するだけで、所要の摩擦力（すべり係数）を得ることができる。これにより、摩擦部材の大量生産が可能になるとともに、製造コストや施工コストを一層低減することができる。
【００３１】
また、本実施形態における赤錆処理は、摩擦部材の表面に赤錆が発生する処理であればその方法は特に限定されず、例えば、自然発錆や、錆び発生促進剤を用いた発錆等の方法を用いることができる。
【００３２】
なお、本実施形態において、摩擦接合構造として、鋼板１１ａ、１１ｂと添板１２ａ、１２ｂとの接合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、一対の鋼板（被接合部材）を重ね合わせて、これらの鋼板同士を接合する摩擦接合構造等に適用することができる。また、被接合部材の材料や形状等は、特に限定されず、例えば、建物や橋梁等の骨組みを構成する鋼板や鉄骨等に適用することができる。
【００３３】
また、本実施形態において、被接合部材の表面に形成する塗装膜の材料や膜厚等は、特に限定されないが、摩擦接合によって、摩擦部材１３ａ〜１３ｄ表面の赤錆が、被接合部材の表面に形成された塗装膜を突き抜ける程度の薄さに膜厚が設定されていることが好ましい。なお、通常の赤錆処置により生じる赤錆の突起高さが、０．０５〜０．１ｍｍ程度であることを考慮すれば、塗装膜の膜厚は、３０μｍ以下が好ましく、さらに、防錆び効果を考慮すれば、１５〜３０μｍの範囲であることが好ましい。また、このような塗装膜は、電着塗装により形成することが好ましい。これにより、塗装膜を均一にかつ薄く形成することができる。
【００３４】
また、本実施形態において、摩擦部材の材料や形状等は、特に限定されないが、部材コストの低減等を考慮すれば、摩擦部材の厚みは、１．０ｍｍ以下が好ましく、強度等を考慮すれば、０．１〜１．０ｍｍの範囲にあることが好ましい。また、摩擦部材の材料としては、例えば、鋼板やステンレス板等を用いることができる。
【００３５】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態では、摩擦部材の被接合部材との接合面に赤錆処理を施すことにより、所要の摩擦力（すべり係数）を得ることができたが、赤錆処理を施す代わりに、摩擦部材の被接合部材との接合面に、硬質粒子を接着させてもよい。この場合、摩擦部材の表面に接着された硬質粒子が、被接合部材の表面に形成された塗装膜を突き抜けて、被接合部材の表面に食い込むことによって、所要の摩擦力（すべり係数）を得ることができる。ここで、硬質粒子の材料や大きさは特に限定されないが、被接合部材の硬度よりも高い硬度を有する材料を用いることが好ましく、例えば、タングステン等の材料を用いることができる。また、硬質粒子の粒径は、５０〜１００μｍの範囲にあることが好ましい。なお、硬質粒子の接着は、例えば、溶着等の方法を用いて行うことができる。
【００３６】
また、上記実施形態では、被接合部材の表面に塗装膜を形成したが、被接合部材の摩擦部材との接合面だけに塗布膜を形成した場合でも、勿論、本発明の効果を奏する。
【実施例】
【００３７】
（実施例１）
本発明の効果を確認するために、図１Ａに示した摩擦接合構造の引張試験を行い、すべり係数を測定した。なお、引張試験に用いた各試験片は、以下のとおりである。
【００３８】
鋼板１１ａ、１１ｂ：ＰＬ−１９×７５×４３０；材質 ＳＳ４００
添板１２ａ、１２ｂ：ＰＬ−１２×７５×２４０；材質 ＳＳ４００
摩擦部材１３ａ〜１３ｄ：ＰＬ−０．２×７５×１３０（厚み０．２ｍｍ）
摩擦部材１３ａ〜１３ｄの表面の赤錆処理は、表面に錆び発生促進剤をふきかて、温度１５℃、湿度６０％の室内で、２日間放置して、赤錆を発生された。
【００３９】
また、鋼板１１ａ、１１ｂ及び添板１２ａ、１２ｂの表面への塗装は電着塗装により行い、厚みが１５μｍの塗装膜を形成した。
【００４０】
また、すべり係数は、アムスラー型万能試験機を用いて、すべり荷重を測定し、測定したすべり荷重からすべり係数を算出した。
【００４１】
表１は、すべり係数の測定結果を示した表である。
【００４２】
【表１】
2017015158.tif 000003
【００４３】
ここで、試料１〜３は、本実施例１における摩擦接合構造のすべり係数の測定結果を示す。一方、試料４（比較例）は、従来の鋼板１１ａ、１１ｂ及び添板１２ａ、１２ｂの接合面に赤錆を発生させた場合の摩擦接合構造のすべり係数の測定結果を示す。また、試料５（比較例）は、鋼板１１ａ、１１ｂ及び添板１２ａ、１２ｂの接合面に赤錆を発生させずに、接合面にも電着塗装した場合の摩擦接合構造のすべり係数の測定結果を示す。
【００４４】
表１に示すように、実施例１における摩擦接合構造（試料１〜３）により得られたすべり係数（０．４９５〜０．５１２）は、従来の鋼板１１ａ、１１ｂ及び添板１２ａ、１２ｂの接合面に赤錆を発生させた場合の摩擦接合構造（試料４）により得られたすべり係数（０．４８８）と、ほぼ同等の値が得られた。また、すべり係数のバラツキも、小さいことが分かった。なお、鋼板１１ａ、１１ｂ及び添板１２ａ、１２ｂの接合面にも電着塗装した場合の摩擦接合構造（試料５）により得られたすべり係数（０．１０９）は、非常に小さかった。
【００４５】
このことから、実施例１における摩擦接合構造では、被接合部材（鋼板１１ａ、１１ｂ、及び添板１２ａ、１２ｂ）の表面に塗装膜が形成されていても、被接合部材の間に、両面に赤錆処理が施された摩擦部材１３ａ〜１３ｄを挟み込んで締結することによって、従来の被接合部材の接合面に赤錆処理を施した場合と、ほぼ同等のすべり係数が得られることが実証された。
【００４６】
（実施例２）
摩擦部材１３ａ〜１３ｄの表面に赤錆処理を施す代わりに、摩擦部材１３ａ〜１３ｄの被接合部材（鋼板１１ａ、１１ｂ、及び添板１２ａ、１２ｂ）との接合面に、硬質粒子を接着させた場合の摩擦接合構造の引張試験を行い、すべり係数を測定した。なお、引張試験に用いた各試験片は、実施例１と同じである。また、摩擦部材１３ａ〜１３ｄの表面への硬質粒子の接着は、溶着により行った。
【００４７】
表２は、すべり係数の測定結果を示した表である。
【００４８】
【表２】
2017015158.tif 000004
【００４９】
ここで、試料６〜８は、本実施例２における摩擦接合構造のすべり係数の測定結果を示す。なお、実施例１の試料４、５（比較例）の測定結果も、併せ示している。
【００５０】
表２に示すように、実施例２における摩擦接合構造（試料４〜６）により得られたすべり係数（０．６９１〜０．７３１）は、実施例１における摩擦接合構造（試料１〜３）により得られたすべり係数よりも、さらに大きな値が得られた。
【００５１】
このことから、摩擦部材１３ａ〜１３ｄの表面に赤錆処理を施す代わりに、摩擦部材１３ａ〜１３ｄの被接合部材（鋼板１１ａ、１１ｂ、及び添板１２ａ、１２ｂ）との接合面に、硬質粒子を接着させることによって、より大きなすべり係数が得られることが実証された。
【符号の説明】
【００５２】
１０      摩擦結合構造
１１ａ、１１ｂ    鋼板（被接合部材）
１２ａ、１２ｂ    添板（被接合部材）
１３（１３ａ〜１３ｄ）    摩擦部材
２０      ボルト
２０ａ、２０ｂ  接合面
２１ａ、２１ｂ  接合面
２２ａ、２２ｂ  接合面
【図１】
2017015158.tif 000005
【図２】
2017015158.tif 000006