特開 2023-113399 摩擦接合用添板

(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】P2023113399

(43)【公開日】2023-08-16

(54)【発明の名称】摩擦接合用添板

(51)【国際特許分類】

   F16B 35/00 20060101AFI20230808BHJP

   F16B 31/02 20060101ALI20230808BHJP

   F16B 5/02 20060101ALI20230808BHJP

【ＦＩ】

F16B35/00 T

F16B31/02 B

F16B5/02 U

F16B5/02 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022015741

(22)【出願日】2022-02-03

(71)【出願人】

【識別番号】591209246

【氏名又は名称】濱中ナット株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091465

【弁理士】

【氏名又は名称】石井 久夫

(72)【発明者】

【氏名】濱中 重信

(72)【発明者】

【氏名】濱中 恵史

(72)【発明者】

【氏名】香月 学

【テーマコード（参考）】

3J001

【Ｆターム（参考）】

3J001FA05

3J001GA02

3J001GB01

3J001HA02

3J001JA10

3J001KB04

(57)【要約】      （修正有）

【課題】トルシアレンチによる一方向からの締め付けを可能にするとともに、ナットを使用する必要のないようにした摩擦接合用添板を提供すること。
【解決手段】スタッドボルトにトルクシャースタッド型破断溝とピンテイルを形成した形状をなし該ボルトの一方の半部に左ねじの雄ねじ２１が形成されピンテイル側の半部に右ねじの雄ねじ２３が形成され該右ねじの雄ねじ２３にはナット２２が螺合されているボルトを用い、被接合部材１０と重ね合わせてボルトによって摩擦接合する際に用いる添板１１であって、上記被接合部材１０の下側に配置され、上記ボルトの左ねじの雄ねじ２１が螺合する左ねじの雌ねじ１１Ａが形成されることによって一方向からの締め付けを可能となすとともに、二面幅の大きいナットとしての機能を付与するようにしたことを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

スタッドボルトにトルクシャースタッド型破断溝（２４Ａ）とピンテイル（２４）を形成した形状をなし該ボルトの一方の半部に左ねじの雄ねじ（２１）が形成されピンテイル（２４）側の半部に右ねじの雄ねじ（２３）が形成され該右ねじの雄ねじ（２３）にはナット（２２）が螺合されているボルトを用い、被接合部材（１０）と重ね合わせてボルトによって摩擦接合する際に用いる添板（１１）であって、
上記被接合部材（１０）の下側に配置され、上記ボルトの左ねじの雄ねじ（２１）が螺合する左ねじの雌ねじ（１１Ａ）が形成されることによって一方向からの締め付けを可能となすとともに、二面幅の大きいナットとしての機能を付与するようにしたことを特徴とする摩擦接合用添板。

【請求項2】

添板（１１）に高硬度鋼板が使用されることによって摩擦接合構造の軽量化が図られている請求項１記載の摩擦接合用添板

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は摩擦接合用添板に関し、特に建築鉄骨構造物その他の鋼構造物等における鋼材の高力ボルトによる摩擦接合に用いる添板に関する。

【背景技術】

【0002】

鋼構造部材を接合する場合、一般に溶接による接合あるいは高カポルト摩擦接合によって行われる。

【0003】

溶接による接合では作業者の技量によって溶接部の力学的品質が大きく左右されるとともに、風や雨に対しても充分な対策が必要であり、必要な力学的品質を確保するためには多大な管理と労力を要する。

【0004】

そこで、接合部の力学的品質の確保が比較的容易な高カボルトによる摩擦接合が多く採用されている（特許文献１、特許文献２）。

【0005】

例えば、高カボルトを使用した鉄骨部材の摩擦接合構造には図４に示されるようなものがある。図４において、４０は鉄骨部材（被接合部材）、４１は鋼製添板、４２はナット、４３はボルトである。

【0006】

この摩擦接合構造では２つの鉄骨部材４０に貫通孔４５を設け、両鉄骨部材４０の片面または両面に重ねられる鋼製添板４１の重合面（摩擦面）が赤錆状態やプラスト処理状態に管理されると共に、鋼製添板４１に貫通孔４６を設け、これらの貫通孔４５、４６に渡って挿通螺合されて緊締された高カボルト４３の締付け力により、両鉄骨部材４０を連結する構造である。

【0007】

図４に示される摩擦接合構造では摩擦面の処理が比較的簡単で、製造コストも安価に済むため、Ｈ型鋼の摩擦接合に多用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００６－１３８３９２号公報

【特許文献2】特開２０１５－１９４２３２号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかし、上述の摩擦接合方式ではボルト頭部とナットで鉄骨部材と鋼製添板を挟んで締め付け、摩擦力を得ているので、ボルト又はナットを被接合部材の内側に差し込めない。ＪＩＳＢ３４６６規定の一般構造用角形鋼管等を摩擦接合する際には複雑な機構の一方向ボルトを用いる必要があった。
しかも、ボルト頭部とナットで鉄骨部材と鋼製添え板を挟んで締め付け摩擦力をえているので、摩擦接合構造物の適切な摩擦力を得るため高力ボルトに標準ボルト張力まで軸力がかけられるので、この軸力を受ける高力ボルト用ナットには、ＪＩＳＢ１１８１に規定される六角ナットより一回り大きな２面幅と呼び径の高さのサイズが規定される。

【0010】

本発明はかかる問題点に鑑み、トルシアレンチによる一方向からの締め付けを可能にするとともに、ナットを使用する必要のないようにした摩擦接合用添板を提供することを課題とする。

【0011】

そこで、本発明に係る摩擦接合用添板は、スタッドボルトにトルクシャースタッド型破断溝とピンテイルを形成した形状をなし該ボルトの一方の半部に左ねじの雄ねじが形成されピンテイル側の半部に右ねじの雄ねじが形成され該右ねじの雄ねじにはナットが螺合されているボルトを用い、被接合部材とを重ね合わせてボルトによって摩擦接合する際に用いる添板であって、上記被接合部材の下側に配置され、上記ボルトの左ねじの雄ねじが螺合する左ねじの雌ねじが形成されることによって一方向からの締め付けを可能となすとともに、二面幅の広いナットとしての機能を付与するようにしたことを特徴とする。

【0012】

本発明の特徴の１つはトルクシャースタッド型破断溝とピンテイルを形成したスタドボルトの左ねじの雄ねじを添板の左ねじの雌ねじに螺合させるように構成することによって、一方向からの締め付けを可能となし、又添板に二面幅の大きいナットとして機能させるようにした点にある。

【0013】

これにより、従来のように添板の下側にナットを用いる必要がなく、摩擦接合構造の軽量化を実現することができる。また、一方向ボルトのような非常に高価なボルトを使用することなく、市販のトルシアレンチなどの工具で強度区分Ｆ１０Ｔの摩擦接合構造を実現することができる。
さらに、柱脚等の内部にあそびねじが入り込むので被接合部材毎に長さの自由度が大きい。また、軽量で信頼性の高い摩擦接合構造を実現することができる。

【0014】

また、添板の材質は特に限定されないが、添板に高硬度鋼板を使用すると、薄い鋼板を使用して所望の強度を得ることができる結果、摩擦接合構造の更なる軽量化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明に係る摩擦接合用添板の好ましい実施形態を示す側面図である。

【図2】上記実施形態におけるナット付きスタッドボルトを示す図である。

【図3】上記実施形態における摩擦接合の締め付け工程を模式的に示す図である。

【図4】従来の摩擦接合構造の１例を示す図である。

【図5】圧延のままの厚さ６ｍｍ、９ｍｍ、１２ｍｍ及び１６ｍｍの鋼種ＳＳ４００の添板及びボルトの破損形態を示す図である。

【図6】圧延のままで非調質の厚さ６ｍｍ、９ｍｍ、１２ｍｍ及び１６ｍｍの鋼種ＨＴ５９０の添板及びボルトの破損形態を示す図である。

【図7】ＨＴ処理を行った厚さ６ｍｍ、９ｍｍ、１２ｍｍ及び１６ｍｍの鋼種ＥＶＥＲＨＡＲＤＣ４００Ｌの添板及びボルトの破損形態を示す図である。

【図8】添板の厚さと到達荷重の関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図１及び図２は本発明に係る摩擦接合用添板の好ましい実施形態を示す。図において、摩擦接合用ボルト２０はスタッドボルトにトルクシャースタッド型破断溝２４Ａとピンテイル２４を形成した形状をなし、ボルト２０の一方の半部には左ねじ２１が形成され、ピンテイル２４側の半部には右ねじ２３が形成され、右ねじ２３にはボルト頭部として機能するナット２２が螺合されている。つまり、ピンテイルと右ねじを有する構造用トルシア形高力ボルトの頭部があった部分に右ねじと同じ呼び寸法の左ねじを切った形状をしている。

【0017】

摩擦接合用ボルト２０によって接合される被接合部材１０には複数の摩擦接合用ボルト２０の挿通孔１０Ａが相互に間隔をあけて形成され、摩擦接合用ボルト２０に重ねられる添板１１には複数の左ねじ孔１１Ａが被接合部材１０の挿通孔１０Ａと等しい間隔をあけて形成されている。

【0018】

一般的に高カボルトによる鋼構造物の摩擦接合には構造用トルシア形高カポルト六角ナット、平座金のセットとトルシアレンチがその施工の容易さ、締付け軸力の安定性といった優れた特性から多く使われる。

【0019】

摩擦接合を行う場合、図２に示される摩擦接合用ボルト２０のピンテイル２４側に高力ボルト用六角ナット２２をセットする。

【0020】

次に、図３に示されるように被接合部材１０の下側に添板１１を重ね合わせ、座金２５を通して被接合部材１０の上側から摩擦接合用ボルト２０を差し込み、摩擦接合用ボルト２０の左ねじ２１を添板１１の左ねじ付きボルト孔（スプライス）１１Ａにねじこむ。

【0021】

最後に、トルシトアレンチの締付け部Ａ、Ｂを摩擦接合用ボルト２０のピンテイル２４とナット２２にかぶせて回転させてピンテイル２４を破断すると、トルシアボルト頭部の代わりにスプライスを切った左ねじ２１と六角ナット２２との間で被接合部材１０が締付けられて摩擦接合が完成する。

【0022】

トルシアレンチによる摩擦接合用ボルト２０への締付け軸力を確保するための締付けは、図３に示されるように次の工程で進む。
１．トルシアレンチ芯部のピンテイルつかみ治具Ａで摩擦接合用ボルト２０のピンテイ
ル２４をつかみ、ナット２２が停止した状態で、反時計方向に回転させる。
２．摩擦接合用ボルト２０の反時計方向の回転により添板１１の座面とナット２２の座面が被締結部材１０を挟む。
３．添板１１の座面の摩擦抵抗によりピンテイル２４の反時計方向の回転が停止する。
４．回転が停止したピンテイルつかみ治具Ａはナット２２の回転による反力受けとして機能する。
５．ピンテイルつかみ治具Ａが停止すると、ナットつかみ治具Ｂが時計方向に回転してナット２２が被接合部材１０を締付け、摩擦接合用ボルト２０に所定の締付け軸力が発生すると、ピンテイル２４が破断し締め付けが完了する。

【0023】

（試験）
ねじ付き添板の実用化のための基礎資料として添板に一般的に使用されるＳＳ４００と高硬度鋼板に雌ねじを切り、保証荷重試験（引張方式）で限界板厚を比較した。
試験は鋼種としてＳＳ４００、ＨＴ５９０、ＥＶＥＲＨＡＲＤＣ４００ＬＥを用い、試験片のサイズを７５×７５角とし、板厚を６ｍｍ、９ｍｍ、１２ｍｍ及び１６ｍｍとし、ねじをＭ２０右ねじ、ねじ下穴径を１７．２９４／１７．７４４とした。試験ボルトはＦ１０Ｔ Ｍ２０×１５０六角ボルトを１２本使用した。
試験方法は１０００ＫＮ万能試験機でＪＩＳＢ１０５２－２図１による軸方向引張荷重をかけ、最高到達荷重と試験後の破損形態を観察した。結果を表１に示し、試験片の破損形態を図５ないし図７に示す。

【0024】

【表1】

【0025】

１．Ｆ１０Ｔ Ｍ２０のボルト、有効断面積２４５ｍｍ² でボルト破断（２５０ＫＮ）を実現する添板厚さは添板硬度があがると薄くて済む。具体的には
ＳＳ４００で必要な厚さは１７ｍｍ（１１３％）、Ｆ１０Ｔで必要な厚さは１５ｍｍ（１００％）、ＨＴ５９０で必要な厚さは１３ｍｍ（８０％）、ＥＶＥＲＨＡＲＤＣ４００ＬＥで必要な厚さは１１ｍｍ（７３％）、である。

【0026】

添板の厚さと到達荷重の関係を調べた。添板の厚さを横軸（ｍｍ）、縦軸に到達荷重（ＫＮ）を調べた結果を図８に示す。

【0027】

２．添板のねじ抜けはＳＳ４００では添板のねじの剪断である。
３．添板のねじ抜けはＥＨではボルトのねじの剪断で発生する。
４．ボルトのねじ山剪断発生時は剪断応力比は小さくなる。

【0028】

次に、摩擦接合構造を実現するため、ねじ付き添板の材質と必要な厚さを検討した。
ボルトとナットの材質
摩擦接合用ボルトは構造用ボロン鋼を１０００ＭＰａ以上に焼き入れ焼き戻しし、摩擦接合用ナットは機械構造用炭素鋼をＨＲＣ２５程度に焼き入れ焼き戻しして使用される。

【0029】

ボルトの軸力を受け止めるボルトナットからなる締結構造は以下の経過でその機能を失う。
１．荷重を受けるナットの２面幅の座面側が広がり、ボルトとナットのねじ山の引っ掛かり高さが小さくなる。
２．ボルト又はナットのねじ山の引っ掛かり高さの位置の硬さにより決まる剪断強度がボルト又はナットが持つ剪断強度に達するとボルト又はナットのねじ山が剪断する。

【0030】

添板にねじを切る本発明では上記ナットの２面幅に比較して大きな面積でねじフランク面にかかる拡径荷重を受けるため、ねじ有効径の広がりによる引っ掛かり高さの低下が押さえられる。
この効果を確認するための実験結果を示す。
〔実験１〕
厚さ１５．６ｍｍ幅７５ｍｍ奥行き７５ｍｍ 硬さＨＲＢ７４の一般構造用圧延鋼材ＳＳ４００にＭ２０ねじを切り添板を作成し、Ｍ２０ の１０００Ｍｐａ級のボルトを添板に嵌合させ引張試験により破断形態を確認した。
荷重 ２３５ＫＮで添板のねじが剪断した。 この剪断荷重はＦ１０Ｔ Ｍ２０ボルトの標準ボルト張力１８２ＫＮの１２９％にあたる。
〔実験２〕
厚さ１１．９ｍｍ幅７５ｍｍ奥行き７５ｍｍ 硬さＨＲＢ９０の特殊圧延鋼材ＨＴ５９０にＭ２０ねじを切り添板を作成し、Ｍ２０ の１０００Ｍｐａ級のボルトを添板に嵌合させ引張試験により破断形態を確認した。
荷重 ２３０ＫＮで添板のねじとボルトのねじ同時に剪断した。 この剪断荷重はＦ１０Ｔ Ｍ２０ボルトの標準ボルト張力１８２ＫＮの１２６％にあたる。
〔実験３〕
厚さ１１．８ｍｍ幅７５ｍｍ奥行き７５ｍｍ 硬さＨＲＣ３８の特殊圧延鋼材ＥＨ400ｌにＭ２０ねじを切り添板を作成し、Ｍ２０ の１０００Ｍｐａ級のボルトを添板に嵌合させ引張試験により破断形態を確認した。
荷重 ２５８ＫＮで添板のねじに異常はなくとボルトのねじが剪断した。この剪断荷重はＦ１０Ｔ Ｍ２０ボルトの標準ボルト張力１８２ＫＮの１４１％にあたる。

【0031】

以上のように、ナット分の質量の削減を実現し、従来の焼き入れ焼き戻しした機械構造用炭素鋼をナットに使う摩擦接合構造と同等の性能を圧延のままの一般構造用圧延鋼材を使用して実現することができる。

【符号の説明】

【0032】

１０ 被接合部材
１１ 添板
１１Ａ 左ねじの雌ねじ
２０ ボルト
２１ 左ねじの雄ねじ
２２ ナット
２３ 右ねじの雄ねじ
２４ ピンテイル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】