特開 2022-143812 補強方法及び摩擦圧接接合構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022143812

(43)【公開日】2022-10-03

(54)【発明の名称】補強方法及び摩擦圧接接合構造

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20220926BHJP

【ＦＩ】

B23K20/12 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021044531

(22)【出願日】2021-03-18

(71)【出願人】

【識別番号】000000549

【氏名又は名称】株式会社大林組

(74)【代理人】

【識別番号】110000176

【氏名又は名称】一色国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】木村 和章

(72)【発明者】

【氏名】江村 勝

【テーマコード（参考）】

4E167

【Ｆターム（参考）】

4E167AA02

4E167BF02

4E167CC04

4E167DA14

(57)【要約】

【課題】火花、臭気、粉塵等の拡散を抑制することである。
【解決手段】鋼材２を板材３で補強する補強方法であって、ビット４を挿入するための入口部３ｃと入口部から奥へ向かって狭まる奥部３ｄとを有する挿入孔３ａを、板材に形成する挿入孔形成工程と、鋼材に板材を添設する板材添設工程と、保持部材５でビットを鋼材側に向けて保持しつつ、ビットを挿入孔に挿入して摩擦圧接接合する摩擦圧接接合工程と、摩擦圧接接合工程の後に、保持部材をビットと切り離す切り離し工程と、を有することを特徴とする。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼材を板材で補強する補強方法であって、
摩擦圧接接合部材を挿入するための入口部と前記入口部から奥へ向かって狭まる奥部とを有する挿入孔を、前記板材に形成する挿入孔形成工程と、
前記鋼材に前記板材を添設する板材添設工程と、
保持部材で前記摩擦圧接接合部材を前記鋼材側に向けて保持しつつ、前記摩擦圧接接合部材を前記挿入孔に挿入して摩擦圧接接合する摩擦圧接接合工程と、
前記摩擦圧接接合工程の後に、前記保持部材を前記摩擦圧接接合部材と切り離す切り離し工程と、
を有することを特徴とする補強方法。

【請求項2】

請求項１に記載の補強方法であって、
前記挿入孔形成工程は、工場で行われ、前記摩擦圧接接合工程は、現場で行われることを特徴とする補強方法。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の補強方法であって、
前記挿入孔形成工程においては、前記板材を貫通させることなく閉塞部を備えるように前記挿入孔を形成し、
前記摩擦圧接接合工程においては、前記摩擦圧接接合部材を前記挿入孔に挿入し閉塞部を貫通させて摩擦圧接接合することを特徴とする補強方法。

【請求項4】

請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の補強方法であって、
前記挿入孔形成工程においては、
前記摩擦圧接接合部材を前記挿入孔に挿入する際に先行して挿入される前記摩擦圧接接合部材の前端部分が、前記入口部より狭径で、
前記摩擦圧接接合部材の後端部分が、前記入口部より広径となるように、
前記入口部を形成することを特徴とする補強方法。

【請求項5】

鋼材と、
前記鋼材に添設されている板材と、
前記鋼材に摩擦圧接接合されている摩擦圧接接合部材と、
を有する摩擦圧接接合構造であって、
前記板材は、
広径部と該広径部から前記鋼材の側に向かい狭まっている狭径部とを備え、前記摩擦圧接接合部材が挿入されている挿入部を有することを特徴とする摩擦圧接接合構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、補強方法及び摩擦圧接接合構造に関する。

【背景技術】

【0002】

鋼構造物の補強を行う場合は、一般的に溶接作業を伴う。そして、かかる溶接作業は、例えば、特開文献１に開示されているような溶接装置により行われる。つまり、溶接ガンのチャックにスタッドボルトを装着し、溶接対象にスタッドボルトをスタッド溶接する溶接装置である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－６８０８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、このような溶接装置により溶接作業を行うと、火花、臭気、粉塵等が発生するので、火花による火事の発生、臭気による第三者等への異臭トラブル、粉塵による健康被害等を招くおそれがあった。

【0005】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、火花、臭気、粉塵等の拡散を抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するための主たる発明は、鋼材を板材で補強する補強方法であって、摩擦圧接接合部材を挿入するための入口部と前記入口部から奥へ向かって狭まる奥部とを有する挿入孔を、前記板材に形成する挿入孔形成工程と、前記鋼材に前記板材を添設する板材添設工程と、保持部材で前記摩擦圧接接合部材を前記鋼材側に向けて保持しつつ、前記摩擦圧接接合部材を前記挿入孔に挿入して摩擦圧接接合する摩擦圧接接合工程と、前記摩擦圧接接合工程の後に、前記保持部材を前記摩擦圧接接合部材と切り離す切り離し工程と、を有することを特徴とする補強方法である。

【0007】

本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、溶接接合の代わりに火花等がほとんど発生しない摩擦圧接接合を用いることにより、火花、臭気、粉塵等の拡散を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】摩擦圧接接合構造１の概略断面図である。

【図2】補強方法を説明するための説明図である。

【図3】補強方法を説明するための説明図である。

【図4】補強方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本明細書及び添付図面により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。

【0011】

鋼材を板材で補強する補強方法であって、摩擦圧接接合部材を挿入するための入口部と前記入口部から奥へ向かって狭まる奥部とを有する挿入孔を、前記板材に形成する挿入孔形成工程と、前記鋼材に前記板材を添設する板材添設工程と、保持部材で前記摩擦圧接接合部材を前記鋼材側に向けて保持しつつ、前記摩擦圧接接合部材を前記挿入孔に挿入して摩擦圧接接合する摩擦圧接接合工程と、前記摩擦圧接接合工程の後に、前記保持部材を前記摩擦圧接接合部材と切り離す切り離し工程と、を有することを特徴とする補強方法。

【0012】

このような補強方法によれば、溶接接合の代わりに火花等がほとんど発生しない摩擦圧接接合を用いることにより、火花、臭気、粉塵等の拡散を抑制することができる。

【0013】

かかる補強方法であって、前記挿入孔形成工程は、工場で行われ、前記摩擦圧接接合工程は、現場で行われることが望ましい。

【0014】

このような補強方法によれば、挿入孔形成工程を工場にて行うことにより、高精度な装置、検査等にて精度の高い挿入孔を形成でき、摩擦圧接接合を作業現場にて行うことにより、溶接作業に比べて、火花による火事の発生、臭気による第三者等への異臭トラブル、粉塵による健康被害等を抑制することができる。

【0015】

かかる補強方法であって、前記挿入孔形成工程においては、前記板材を貫通させることなく閉塞部を備えるように前記挿入孔を形成し、前記摩擦圧接接合工程においては、前記摩擦圧接接合部材を前記挿入孔に挿入し閉塞部を貫通させて摩擦圧接接合することが望ましい。

【0016】

このような補強方法によれば、閉塞部があることにより、閉塞部が無い場合に比べて、ビットが閉塞部を貫通して板材を摩擦圧接接合するので、板材をしっかりと接合することができる。

【0017】

かかる補強方法であって、前記挿入孔形成工程においては、前記摩擦圧接接合部材を前記挿入孔に挿入する際に先行して挿入される前記摩擦圧接接合部材の前端部分が、前記入口部より狭径で、前記摩擦圧接接合部材の後端部分が、前記入口部より広径となるように、前記入口部を形成することが望ましい。

【0018】

このような補強方法によれば、摩擦圧接接合部材が挿入孔の入口部よりも広径となる部分を有するので、広径となる部分を有さない場合に比べて、挿入孔とビットの間に隙間が生じにくいので、挿入孔の全体を摩擦圧接接合することができ、板材をしっかりと接合することができる。

【0019】

鋼材と、前記鋼材に添設されている板材と、前記鋼材に摩擦圧接接合されている摩擦圧接接合部材と、を有する摩擦圧接接合構造であって、前記板材は、広径部と該広径部から前記鋼材の側に向かい狭まっている狭径部とを備え、前記摩擦圧接接合部材が挿入されている挿入部を有することを特徴とする摩擦圧接接合構造。

【0020】

このような摩擦圧接接合構造によれば、溶接接合の代わりに火花等がほとんど発生しない摩擦圧接接合を用いることにより、火花、臭気、粉塵等の拡散を抑制することができる。

【0021】

＝＝＝本実施形態＝＝＝
本実施形態に係る摩擦圧接接合構造１について図を用いて説明する。図１は、摩擦圧接接合構造１の概略断面図である。

【0022】

本実施形態に係る摩擦圧接接合構造１は、鋼材２と、鋼材２に添設されている板材３と、鋼材２に摩擦圧接接合されているビット４（摩擦圧接接合部材に相当）と、を有する。そして、板材３は、広径部１ａ（例えば、直径Ｌ１となっている符号１ａで示した箇所）と該広径部１ａから鋼材２の側に向かい狭まっている狭径部１ｂ（例えば、直径Ｌ２となっている符号１ｂで示した箇所）とを備え、ビット４が挿入されている挿入部を有する。

【0023】

なお、図１においては、鋼材２の下面に板材３を添設している例を示しているが、これに限るものでなく、上下が逆様でも良いし、鋼材２が左側（右側）で板材３が右側（左側）でも良い。

【0024】

鋼材２は、建築物等の構造材であって、例えば、Ｈ鋼を用いた鉄骨梁を挙げることができる。

【0025】

板材３は、鋼材２を補強するための補強材であって、鋼材２の下面に板材３の上面が接触して設けられている。板材３の一例としては、鉄骨梁を補強するための補強板を挙げることができる。

【0026】

ビット４は、鋼材２と板材３を摩擦圧接で接合するための部材であって、板材３を鉛直方向に貫通して、ビット４の先端は鋼材２の鉛直方向における中程までに至っており、挿入部を形成している。

【0027】

ここで、摩擦圧接接合とは、接合する部材（たとえば金属や樹脂など）を高速で擦り合わせ、そのとき生じる摩擦熱によって部材を軟化させると同時に圧力を加えて接合する 技術のことである。つまり、本実施形態においては、ビット４を高速回転させて、鋼材２と板材３に擦り合わせて、この時の摩擦熱によって鋼材２と板材３を軟化させると同時に圧力を先端方向（上方向）に向けて加えて、ビット４と鋼材２及び板材３を摩擦圧接にて接合している。

【0028】

本実施形態に係るビット４は、根本（下側）から先端（上側）にかけてその直径が小さくなっている。そして、先端部は略球形状をしている。

【0029】

＜＜＜補強方法について＞＞＞
次に、鋼材２を板材３で補強する補強方法について図を用いて説明する。図２、図３は、補強方法を説明するための説明図であり、図４は、補強方法のフローチャートである。

【0030】

先ずは、図２ａに示すように、板材３にビット４を挿入する挿入孔３ａを形成する（ステップＳ１）。

【0031】

挿入孔３ａの断面形状は、ビット４が挿入するための入口部３ｃ（例えば、直径Ｌ３となっている符号３ｃで示した箇所）と入口部３ｃより直径が小さい奥部３ｄ（例えば、直径Ｌ４となっている符号３ｄで示した箇所）を有する。つまり、この補強方法は、ビット４を挿入するための入口部３ｃと入口部３ｃから奥へ向かって狭まる奥部３ｄとを有する挿入孔３ａを、板材３に形成する挿入孔形成工程を有する。なお、挿入孔形成工程においては、板材３を貫通させることなく閉塞部３ｂを備えるように挿入孔３ａを形成する。

【0032】

次に、図２ｂに示すように、鋼材２に板材３を添設し、ビット４を高速回転しつつ挿入孔３ａに圧力をかけて挿入する（ステップＳ２）。なお、図２ｂに示す保持部材５は、ビット４を保持する部材で円柱形状であり、小径部５ａと大径部５ｂを有している。小径部５ａは上側にあって、ビット４の根本（下側）に接続している。本実施形態においては、ビット４と保持部材５は、別部品として加工され、摩擦圧接接合等で接続されている。

【0033】

一方、大径部５ｂは下側にあって、摩擦圧接接合装置（不図示）に接続している。そして、摩擦圧接接合装置が回転すると、かかる回転が保持部材５を介してビット４に伝達されて摩擦圧接接合が行われる。

【0034】

つまり、この補強方法は、鋼材２に板材３を添接する板材添設工程と、保持部材５でビット４を鋼材２側に向けて保持しつつ、ビット４を挿入孔３ａに挿入して摩擦圧接接合する摩擦圧接接合工程を有する。以下、摩擦圧接接合工程について詳しく説明する。

【0035】

ビット４を挿入孔３ａに挿入して、図２ｃに示すように、挿入孔３ａにビット４が接触すると、かかる接触部が摩擦力により軟化していく。そして、ビット４には圧力がかかっているので板材３にビット４が押し込まれていく（ステップＳ３）。

【0036】

そうすると、ビット４は、板材３の軟化した部分を貫通して、図３ａに示すように、板材３の閉塞部３ｂを貫通する（ステップＳ４）。つまり、摩擦圧接接合工程においては、ビット４を挿入孔３ａに挿入し閉塞部３ｂを貫通させて摩擦圧接接合する。

【0037】

そうしたら、続けて鋼材２にビット４が接触し、ビット４は、鋼材２を軟化させつつ、押し込まれていき、図３ｂに示すように、ビット４の全体が挿入孔３ａに挿入されるまで鋼材２に押し込まれる（ステップＳ５）。そして、これにより、鋼材２と板材３はビット４により摩擦圧接接合される。この際、図３ｂに示すビット４の保持部材５側の後端部分４ｂ（例えば、直径Ｌ５となっている符号４ｂで示した箇所）は、挿入孔３ａの入口部３ｃよりも大きい。つまり、挿入孔形成工程においては、ビット４を挿入孔３ａに挿入する際に先行して挿入されるビット４の前端部分４ａが、入口部より狭径で、ビット４の後端部分４ｂが、入口部３ｃより広径となるように、入口部３ｃを形成する。

【0038】

なお、ステップＳ１は、工場で行われ、ステップＳ２～Ｓ６は、建築物を建築する現場にて行われる。つまり、挿入孔形成工程は、工場で行われ、摩擦圧接接合工程は、現場で行われる。

【0039】

そして、図３ｃに示すように、最後に保持部材５をビット４から切り離して摩擦圧接接合構造１となる（ステップＳ６）。つまり、この補強方法は、摩擦圧接接合工程の後に、保持部材５をビット４と切り離す切り離し工程を有する。そして、摩擦圧接接合が完了して接合部が十分に冷えた後に、トルクを掛けて保持部材５をねじ切ってかかる切り離し工程を行うことにより、この摩擦圧接接合の接合強度が所定の強度以上であることを確認することができる。また、保持部材５とビット４がねじ式で接続されているような場合は、切り離し工程として、保持部材５を摩擦圧接接合の際の回転方向と反対の方向に逆回転させて、保持部材５とビット４を切り離すようにしてもよい。

【0040】

＜＜＜補強方法及び摩擦圧接接合構造１の有効性について＞＞＞
上述したように、本実施形態に係る補強方法は、鋼材２を板材３で補強する補強方法であって、ビット４を挿入するための入口部３ｃと入口部３ｃから奥へ向かって狭まる奥部３ｄとを有する挿入孔３ａを、板材３に形成する挿入孔形成工程と、鋼材２に板材３を添設する板材添設工程と、保持部材５でビット４を鋼材２側に向けて保持しつつ、ビット４を挿入孔３ａに挿入して摩擦圧接接合する摩擦圧接接合工程と、摩擦圧接接合工程の後に、保持部材５をビット４と切り離す切り離し工程と、を有することとした。そのため、火花、臭気、粉塵等の拡散を抑制することができる。

【0041】

鋼構造物の補強を行う場合は、一般的に溶接作業が行われる。そして、溶接作業を行うと、火花、臭気、粉塵等が発生するので、火花による火事の発生、臭気による第三者等への異臭トラブル、粉塵による健康被害等を招くおそれがある。

【0042】

これに対し、本実施形態に係る摩擦圧接接合構造１おいては、溶接接合の代わりに火花等がほとんど発生しない摩擦結合を用いることとした。つまり、溶接接合に代えて摩擦圧接接合を用いることにより、火花、臭気、粉塵等の拡散を抑制することができる。

【0043】

また、スタッド溶接による鋼構造物の補強においては、工場で製作したものを現場で正確に設置するための多くの測量が必要であり、また誤差（測量誤差、製作誤差、施工誤差等）の積み重ねで製品が正確に取りつかない場合もある。

【0044】

そのため、かかる誤差を吸収するようにスタッドを挿入するボルト穴には２～３ｍｍの大きなルーズ穴を用いており、板材３を一体化させることが難しかった。

【0045】

これに対し、摩擦圧接接合による鋼構造物の補強は、逃げ寸法が必要にならない納まり工法なので（ビット４と板材３に遊びがないので）、板材３を一体化させることが可能となる。

【0046】

さらに、摩擦圧接接合による鋼構造物の補強においては、誤差調整等の工程を減らすことができるので、鋼構造物の補強での作業工程を減らすことができる。

【0047】

また、本実施形態のように、鋼材２の下面に板材３を添設するような上方（天井）において接合が必要な場合は、下方（地面）において接合する場合よりも、溶接による火花等がより拡散しやすい。つまり、火花等がほぼ発生しない摩擦圧接接合が、より有効であるといえる。

【0048】

また、本実施形態に係る補強方法おいては、挿入孔形成工程は、工場で行われ、摩擦圧接接合工程は、現場で行われることとした。そして、挿入孔形成工程を工場にて行うことにより、高精度な装置、検査等にて精度の高い挿入孔３ａを形成でき、摩擦圧接接合を作業現場にて行うことにより、溶接作業に比べて、火花による火事の発生、臭気による第三者等への異臭トラブル、粉塵による健康被害等を抑制することができる。

【0049】

また、本実施形態に係る補強方法においては、挿入孔形成工程においては、板材３を貫通させることなく閉塞部３ｂを備えるように挿入孔３ａを形成し、摩擦圧接接合工程においては、摩擦圧接接合部材を挿入孔３ａに挿入し閉塞部３ｂを貫通させて摩擦圧接接合することとした。そして、閉塞部３ｂがあることにより、閉塞部３ｂが無い場合に比べて、ビット４が閉塞部３ｂを貫通して板材３を摩擦圧接接合するので、板材３をしっかりと接合することができる。

【0050】

また、本実施形態に係る補強方法においては、挿入孔形成工程においては、ビット４を挿入孔３ａに挿入する際に先行して挿入されるビット４の前端部分４ａが、入口部３ｃより狭径で、ビット４の後端部分４ｂが、入口部３ｃより広径となるように、入口部３ｃを形成することとした。そして、これにより、ビット４が挿入孔３ａの入口部３ｃよりも広径となる部分を有するので、広径となる部分を有さない場合に比べて、挿入孔３ａとビット４の間に隙間が生じにくいので、挿入孔３ａの全体を摩擦圧接接合することができ、板材３をしっかりと接合することができる。

【0051】

また、本実施形態に係る摩擦圧接接合構造１においては、鋼材２と、鋼材２に添設されている板材３と、鋼材２に摩擦圧接接合されているビット４と、を有する摩擦圧接接合構造１であって、板材３は、広径部１ａと該広径部１ａから鋼材２の側に向かい狭まっている狭径部１ｂとを備え、ビット４が挿入されている挿入部を有することとした。

【0052】

そして、溶接接合の代わりに火花等がほとんど発生しない摩擦圧接接合を用いることにより、火花、臭気、粉塵等の拡散を抑制することができる。

【0053】

＝＝＝その他の実施形態について＝＝＝
上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。

【0054】

また、上記実施形態では、板材３に閉塞部３ｂが設けられていたが、これに限るものではなく、閉塞部３ｂは設けなくてもよい（入口部３ｃと奥部３ｄがあれば挿入孔は板材３を貫通していてもよい）。

【符号の説明】

【0055】

１ 摩擦圧接接合構造、１ａ 広径部、１ｂ 狭径部、２ 鋼材、
３ 板材、３ａ 挿入孔、３ｂ 閉塞部、３ｃ 入口部、３ｄ 奥部、
４ ビット（摩擦圧接接合部材）、４ａ 前端部分、４ｂ 後端部分、
５ 保持部材、５ａ 小径部、５ｂ 大径部、

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】