(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の部材を互いに当接させて締結する方法であって、互いに当接する二つの部材の当接面間に、前記部材よりも高硬度の硬質材を挟み込んだ後、前記部材どうしを加圧手段で加圧して前記当接面どうしを当接させ、しかる後に前記部材どうしを締結手段で締結することを特徴とする部材の締結方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の部材を例えばボルト等の締結手段で締結するときに用いて好適な部材の締結方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、複数の部材どうしを一体に接合するための接合手段として、ボルト・ナットが多用されている。
【０００３】
特に、建築土木分野において、鉄骨、鋼板等を高い強度で接合するため高力ボルトが用いられている。この高力ボルトでは例えば鋼板等の部材を締結することによって高い軸力を発揮し、これによって部材間の摩擦力が通常のボルトよりも高くなり、その結果、部材間で力がスムーズに伝達される構成となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の部材の締結構造および締結方法には、以下のような問題が存在する。
一般に、ボルトによって締結される部材間の摩擦伝達力Ｑは、以下の式、
Ｑ＝μ・Ｎ
で表される。ここでμは部材の摩擦係数、Ｎはボルト導入軸力である。
この式からも分かるように摩擦伝達力Ｑは、部材の摩擦係数μとボルト導入軸力Ｎとに依存する。
【０００５】
しかし、ボルト導入軸力Ｎは使用するボルトによって決まってしまうため、摩擦伝達力Ｑを向上させるには、部材にブラストをかけたり、塗料被膜を施したり、化学処理を施すなどして、部材自体の摩擦係数μを向上させる工夫が成されている。しかしながら、いずれの手法も部材間の摩擦という物理現象の域を出るものではなく、摩擦伝達力Ｑの向上には限界があるのが実状である。
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、従来にない高い摩擦伝達力を発揮することのできる部材の締結方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、複数の部材を互いに当接させて締結する方法であって、互いに当接する二つの部材の当接面間に、前記部材よりも高硬度の硬質材を挟み込んだ後、前記部材どうしを加圧手段で加圧して前記当接面どうしを当接させ、しかる後に前記部材どうしを締結手段で締結することを特徴としている。
【０００７】
このように硬質材を挟み込んだ部材どうしを加圧手段で加圧することによって、硬質材が部材の当接面に食い込み、この状態で部材どうしを締結手段で締結することによって、締結手段の軸線方向に対し直行する面、つまり部材の当接面に沿った方向において、部材どうしが硬質材によって互いに係合することになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る部材の締結構造および締結方法の実施の形態の一例を、図１および図２を参照して説明する。
各図において、符号１は接合すべき部材であり、ここでは部材１として例えば鋼板が用いられている。
【００１２】
図１に示すように、部材１Ａは、二枚の部材１Ｂ，１Ｃに挟み込まれた状態で、それぞれの部材に形成されたボルト穴２に高力ボルト（以下、単に「ボルト」と略称する）（締結手段）３を挿通させ、このボルト３にナット（締結手段）４を装着することによって締結される構造となっている。
【００１３】
このとき部材１Ａの両面側の当接面ｓ１と、部材１Ｂ，１Ｃの当接面ｓ２，ｓ３との間には、複数の粒状体（硬質材）５が挟み込まれた形態となっている。この粒状体５は部材１よりも固い材料、例えば、タングステンカーバイト等の金属を、例えば直径０．５〜２ｍｍ程度の粒状としたものである。この粒状体５は、互いに当接している部材１Ａの当接面ｓ１と部材１Ｂの当接面ｓ２との間，部材１Ａの当接面ｓ１と部材１Ｃの当接面ｓ３との間のそれぞれにおいて、当接面ｓ１，ｓ２，ｓ３に食い込んだ状態で挟み込まれている。
【００１４】
このような部材１の締結構造を実現するには以下のような方法を採用する。
【００１５】
図２に示すように、まず、部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃをボルト穴２を一致させた状態で重ね合わせる。このとき部材１Ａと１Ｂ，１Ｃとの間には、所定数の粒状体５を挟み込んで配置する。この状態では、まだ粒状体５は部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃに食い込んではいない。
【００１６】
次いで、これら部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃの一面側に支圧板６を配置し、他面側にセンターホールジャッキ（加圧手段）７等を配置する。そして、これら支圧板６、部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃ、およびセンターホールジャッキ７を、例えば超硬合金製のボルト・ナット８によって一体に保持する。この状態でセンターホールジャッキ７を伸ばし、ボルト・ナット８で得られる反力によって、部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃを加圧する。すると、その圧力により粒状体５が部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃの当接面ｓ１，ｓ２，ｓ３に食い込み、部材１Ａの両面の当接面ｓ１に部材１Ｂ，１Ｃの当接面ｓ２，ｓ３が完全に押しつけられる状態となる。
この状態で、センターホールジャッキ７による加圧を一旦解除し、ボルト・ナット８、支圧板６、センターホールジャッキ７を取り外す。
【００１７】
この後、図１に示したように、部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃにボルト３を挿通させ、ボルト３の先端部にナット４をねじ込むことによって、図１に示した部材１の締結構造が実現されるのである。
【００１８】
このような部材１の締結構造によれば、部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃに粒状体５が食い込んだ状態となっているので、ボルト３の軸線と直行する方向、すなわち部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃの当接面ｓ１，ｓ２，ｓ３に沿った方向において、粒状体５により、これらの部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃ間には機械的引っかかりが存在するため、大きな伝達力を発揮することが可能となる。例えば、上記の例のように、粒状体５にタングステンカーバイトを用い、部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃとして鋼板を用いれば、摩擦係数μ＝２〜３が得られる。
【００１９】
これにより、従来の締結構造に比較し高い接合強度が得られることばかりではなく、同等の接合強度を得る場合には、ボルト３の本数を従来の４分の１から５分の１程度に削減することができる。これにより大幅なコストダウンを図ることができるだけでなく、ボルト３の締め付けの手間を省くことができるので作業の手間を大幅に削減することが可能となる。しかも、部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃ自体にブラストや塗料被覆、化学処理などの処理を施すことがなく、粒状体５を挟み込めば良いので特に手間がかかることもない。
【００２０】
そして、このような前述したような方法によれば、現場において粒状体５を部材に食い込ませることが可能であり、容易に前記部材１の締結構造を実現することができる。
【００２１】
なお、上記実施の形態においては、部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃとして鋼板を用いる例を挙げたが、もちろん、その用途は鉄骨等を始めその他各種部品や部材など様々なものの締結に適用することが可能である。言うまでもなく、上記実施の形態であげたような部材１Ａを部材１Ｂ，１Ｃに挟み込む形態に限らず、他のいかなる形態にも適用が可能であり、また一体に締結する部材数も何ら限定するものではない。
【００２２】
もちろん、必要とされる締結力によっては、高力ボルトではなく通常のボルトナット等を用いてもよいし、その他の締結手段として、例えばリベット等他の種のものを用いることも可能である。
【００２３】
さらに、締結した状態で部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃに食い込むのであれば、硬質材としての粒状体５をタングステンカーバイトで形成する構成としたが、これに限るものではなく、部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃの材質に応じて、例えばセラミックス等、適宜他のものを用いてもよい。また硬質材の形状も、加圧時に部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃに容易に食い込み、かつ高い摩擦係数を発揮することができるのであれば、いかなる形状のものを用いても良い。例えば、図３に示すように、部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃ間に、硬質材として、ピアノ線（硬質材）１０等の鋼材を挟み込んで食い込ませる構成としても良い。このときも、図２と同様の方法で、センターホールジャッキ７で部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃを、例えば６０ｔの圧力で加圧した後、これらをボルト３・ナット４で締結する。この場合、ピアノ線１０は、部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃ間で高い伝達力を発揮したい方向に対し、直交した方向に延在するよう配置する。この他にも、例えば、硬質材を球状、円柱状、角柱状、破片状の粒状体としたり、また丸棒、角棒状の線材で形成するようにしても良い。これ以外にも、硬質材については、その材質や形状を何ら限定する意図はない。
【００２４】
［別の実施の形態］
上記実施の形態では、センターホールジャッキ７等で部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃを加圧した後、これらをボルト３・ナット４で締結していたが、これでは２度手間となるため、以下のような構成が考えられる。
図４に示すように、部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃ間に、硬質材として、ピアノ線（硬質材）２０等の鋼材を挟み込んで食い込ませる構成とする。このとき、ピアノ線２０には、例えば直径２ｍｍ、長さ１０ｍｍのものを、ボルト穴２の周囲に例えば４本配置する。この時もピアノ線２０は、部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃ間で高い伝達力を発揮したい方向に対し、直交した方向に延在するよう配置する。
【００２５】
そして、このような締結構造で締結するときには、部材１Ａと１Ｂ，１Ｃとの間に、所定数のピアノ線２０を挟み込んだ状態で重ね合わせる。次いで、ボルト孔２に本締め用のボルト３を挿通させ、ナット４をねじ込み、これを締め付ける。すると、ボルト３の締め付け力によって例えば２０ｔの圧力が発揮され、ピアノ線２０が部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃに食い込み、上記締結構造が達成される。
【００２６】
このようにボルト３のみでピアノ線２０を圧入させることによって、上記図２で示した形態のように、締結に２度手間がかかることもなく、作業の簡素化を図ることができる。また、上記のような方法では、センターホールジャッキ７等に比較すれば発揮できる圧力も小さいため、圧入できるピアノ線２０の数が少なくなり、硬質金属の断面量が減少してしまう。しかし、２０ｔの圧力であれば、直径２ｍｍ、長さ１０ｍｍのピアノ線２０を５本程度までなら圧入可能である。そして、５本のピアノ線２０を圧入すれば、摩擦係数に換算するとμ＝１．０程度の接合力が確保され、従来の摩擦係数μ＝０．４５の約２倍となり、ボルト本数を半減できる。
また、このような締結構造では、ブラスト等の発錆作業が不要であり、使用するボルト３の本数も従来の半分程度とすることが可能となり、低コスト化を図ることができる。
加えて、すべり性状が、従来の鋼材のように、弾塑性（バイ・リニア）となり、破壊モードが良好となる、という利点もある。
【００２７】
図５に示すものは、上記のさらに他の形態を示すもので、部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃ間に、硬質材として、ピアノ線（硬質材）２１等の鋼材を挟み込んで食い込ませる構成とする。このとき、ピアノ線２１には、例えば図５（ｃ）に示すような断面六角形状（あるいはそれ以外の多角形状）や、図５（ｄ）に示すような断面視円形等を有し、かつ直径２〜３ｍｍで長さ３０ｍｍ程度のものを、例えば４本、ボルト穴２の両側に、高い伝達力を発揮させたい方向に対して直交させて配置する。
【００２８】
そして、部材１Ａと１Ｂ，１Ｃとの間に、所定数のピアノ線２１を挟み込んだ状態で重ね合わせる。この時には、ピアノ線２１が転がらないよう、スプレー式の粘着剤等を塗布しておく。
この後、ボルト孔２に本締め用のボルト３を挿通させ、ナット４をねじ込み、これを締め付け、その締め付け力によってピアノ線２１を部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃに食い込ませるのである。
これにより、上記図４の形態と同様、締結に２度手間がかかることもなく、作業の簡素化を図ることができ、また摩擦係数に換算するとμ＝１．０程度の接合力が確保され、従来の摩擦係数μ＝０．４５の約２倍となり、ボルト本数を半減できる。さらに、ブラスト等の発錆作業が不要であり、使用するボルト３の本数も従来の半分程度とすることが可能となり、低コスト化を図ることができる。
【００２９】
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない範囲内であれば、いかなる構成を採用しても良く、また上記したような構成を適宜選択的に組み合わせたものとしても良いのは言うまでもない。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る部材の締結方法によれば、硬質材を挟み込んだ部材どうしを加圧手段で加圧することによって、硬質材が部材の当接面に食い込み、この状態で部材どうしを締結手段で締結することによって、部材どうしの当接面に沿った方向において、これらの部材間には機械的引っかかりが存在し、大きな伝達力を発揮することが可能となる。
したがって、従来の締結構造に比較し、高い接合強度が得られることばかりではなく、同等の接合強度を得る場合には、ボルト等の本数を大幅に削減することができ、これにより大幅なコストダウンを図ることができるだけでなく、ボルト等の締結手段の締め付けの手間を省くことができるので作業の手間を大幅に削減することが可能となる。しかも、部材自体にブラストや塗料被覆、化学処理などの処理を施すことがなく、硬質材を挟み込めば良いので特に手間がかかることもない。
【００３１】
請求項３に係る部材の締結方法によれば、硬質材を挟み込んだ部材どうしを加圧手段で加圧することによって、硬質材が部材の当接面に食い込み、この状態で部材どうしを締結手段で締結することによって、請求項１にかかる部材の締結構造を実現することができ、従来の締結構造にない効率的に高い接合強度を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る部材の締結構造の一例を示す断面図である。
【図２】  本発明に係る部材の締結方法を示す図であって、部材どうしの間に硬質材を挟み込み、加圧手段で部材を加圧する前の状態を示す断面図である。
【図３】  本発明に係る部材の締結構造の他の一例を示す断面図である。
【図４】  本発明に係る部材の締結構造のさらに他の一例を示す断面図である。
【図５】  本発明に係る部材の締結構造のさらに他の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  部材
ｓ１，ｓ２，ｓ３  当接面
３  ボルト（締結手段）
４  ナット（締結手段）
５  粒状体（硬質材）
７  センターホールジャッキ（加圧手段）
１０，２０，２１  ピアノ線（硬質材）
【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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