特開 2024-111772 高力ボルト摩擦接合構造

(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】P2024111772

(43)【公開日】2024-08-19

(54)【発明の名称】高力ボルト摩擦接合構造

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/61 20060101AFI20240809BHJP

   C23C 28/00 20060101ALI20240809BHJP

   F16B 5/02 20060101ALI20240809BHJP

【ＦＩ】

E04B1/61 502P

C23C28/00 C

F16B5/02 U

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023016477

(22)【出願日】2023-02-06

(71)【出願人】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】後藤 天志郎

(72)【発明者】

【氏名】莊司 浩雅

(72)【発明者】

【氏名】清水 真

【テーマコード（参考）】

2E125

3J001

4K044

【Ｆターム（参考）】

2E125AA51

2E125AB08

2E125AC14

2E125AE13

2E125AG12

2E125AG43

2E125BB02

2E125BE06

2E125CA05

2E125CA06

3J001FA02

3J001GA02

3J001GB01

3J001HA02

3J001JA10

3J001KA24

3J001KB04

4K044AA02

4K044AB02

4K044BA10

4K044BA12

4K044BB03

4K044BC01

4K044CA11

4K044CA16

(57)【要約】

【課題】すべり係数を向上できる高力ボルト摩擦接合構造を提供する。
【解決手段】高力ボルト摩擦接合構造ＦＳは、表面にめっき部を有し、ボルト孔が形成された複数のめっき鋼材（第１めっき鋼材２０，第２めっき鋼材２６）を、高力ボルト３４、ナット３６、及び座金によって摩擦接合させる高力ボルト接合構造であって、めっき鋼材が重ね合わせられた領域において、ボルト孔の径方向に沿ったボルト孔縁からの離隔距離が{（Ｄ－ｄ）／２＋ｔ}ｍｍ以上であり（但し、Ｄ：座金の径［ｍｍ］，ｄ：ボルト孔の径［ｍｍ］，ｔ：座金と接する側のめっき鋼材の板厚［ｍｍ］）、かつ、めっき鋼材の互いに対向する表面の間の隙間が１０μｍ以上、６００μｍ以下である範囲内のめっき部の上に設けられ、めっき鋼材のめっき部を構成する金属に由来する成分と酸素とを含む化合物を有する摩擦補助層を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面にめっき部を有し、ボルト孔が形成された複数のめっき鋼材を、高力ボルト、ナット、及び座金によって摩擦接合させる高力ボルト接合構造であって、
前記めっき鋼材が重ね合わせられた領域において、前記ボルト孔の径方向に沿ったボルト孔縁からの離隔距離が{（Ｄ－ｄ）／２＋ｔ}以上であり、かつ、前記めっき鋼材の互いに対向する表面の間の隙間が１０μｍ以上、６００μｍ以下である範囲内の前記めっき部の上に設けられ、前記めっき鋼材の前記めっき部を構成する金属に由来する成分と酸素とを含む化合物を有する摩擦補助層を備える、
高力ボルト摩擦接合構造。

但し、Ｄ：座金の径［ｍｍ］，ｄ：ボルト孔の径［ｍｍ］，ｔ：座金と接する側のめっき鋼材の板厚［ｍｍ］

【請求項2】

前記摩擦補助層が有する前記化合物と前記めっき部を構成する化合物とは、互いに異なる、
請求項１に記載の高力ボルト摩擦接合構造。

【請求項3】

複数の前記めっき鋼材のうち少なくとも１つの前記めっき鋼材の端面の一部は、鉄を含む表面を有する非めっき部であり、
前記摩擦補助層が有する前記化合物は、前記めっき部を構成する金属に由来する成分と前記非めっき部の鉄との間で生じたガルバニック腐食に起因する鉄酸化物を含む、
請求項１又は２に記載の高力ボルト摩擦接合構造。

【請求項4】

前記めっき部は、Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ系の成分を含む、
請求項１又は２に記載の高力ボルト摩擦接合構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、高力ボルト摩擦接合構造に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、特許文献１のように、めっき処理が施されボルト孔を有する複数のめっき鋼材を、高力ボルト、ナット、及び座金によって摩擦接合させる高力ボルト摩擦接合構造が知られている。特許文献１では、めっき層のビッカース硬さを母材のめっき鋼材よりも大きくすることによって、すべり係数を向上させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－１５６４２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、めっき鋼材が重ね合わせられた領域では、対向するめっき鋼材の間に隙間が形成される。また、形成された隙間では、めっき鋼材の表面が互いに接触しない状態が生じる。すなわち、対向するめっき鋼材の間の隙間では、高力ボルトの張力による接触圧が得られない。しかし、特許文献１では、めっき鋼材の間の隙間を考慮した、すべり係数を向上させる技術は検討されていない。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、上記に鑑みなされたものであって、すべり係数を向上できる高力ボルト摩擦接合構造を提供する。

【0006】

本開示に係る高力ボルト摩擦接合構造は、表面にめっき部を有し、ボルト孔が形成された複数のめっき鋼材を、高力ボルト、ナット、及び座金によって摩擦接合させる高力ボルト接合構造であって、めっき鋼材が重ね合わせられた領域において、ボルト孔の径方向に沿ったボルト孔縁からの離隔距離が{（Ｄ－ｄ）／２＋ｔ}ｍｍ以上であり、かつ、めっき鋼材の互いに対向する表面の間の隙間が１０μｍ以上、６００μｍ以下である範囲内のめっき部の上に設けられ、めっき鋼材のめっき部を構成する金属に由来する成分と酸素とを含む化合物を有する摩擦補助層を備える。
（但し、Ｄ：座金の径［ｍｍ］，ｄ：ボルト孔の径［ｍｍ］，ｔ：座金と接する側のめっき鋼材の板厚［ｍｍ］）

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、すべり係数を向上できる高力ボルト摩擦接合構造を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１（Ａ）は、本開示の実施形態に係る高力ボルト摩擦接合構造の平面図であり、図１（Ｂ）は、本開示の実施形態に係る高力ボルト摩擦接合構造の側面図である。

【図2】本実施形態に係る高力ボルト摩擦接合構造の重ね合わせ部に形成される隙間を説明する部分拡大図である。

【図3】本実施形態に係る離隔距離の設定方法を一部を切断して説明する図である。

【図4】図４（Ａ）は、本実施形態に係る摩擦補助層としての鉄酸化物が形成される前の接合部の状態を説明する斜視図であり、図４（Ｂ）は、本実施形態に係る摩擦補助層としての鉄酸化物が形成された後の接合部の状態を説明する斜視図である。

【図5】図５（Ａ）は、実験用の試験体の仕様を説明する平面図であり、図５（Ｂ）は、実験用の試験体の仕様を説明する側面図である。

【図6】図６（Ａ）は、複合サイクル腐食試験開始前の接合面を表す写真であり、図６（Ｂ）は、複合サイクル腐食試験の３３サイクル後の時点における試験体の接合面のガルバニック腐食の進行状態を表す写真であり、図６（Ｃ）は、複合サイクル腐食試験の４８サイクル後の時点における試験体の接合面のガルバニック腐食の進行状態を表す写真である。

【図7】複合サイクル腐食試験開始前である０サイクルの時点における、４つの断面位置でのそれぞれのミクロ観察の結果を説明する写真である。

【図8】複合サイクル腐食試験の４８サイクル後の時点における、４つの断面位置でのそれぞれのミクロ観察の結果を説明する写真である。

【図9】３つの試験体のそれぞれにおける、すべり係数の測定値と各サイクル毎の平均値との算出結果を説明するグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に本実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一の部分及び類似の部分には、同一の符号又は類似の符号を付している。ただし、図面における厚みと平面寸法との関係、各装置や各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判定すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。

【0010】

＜高力ボルト摩擦接合構造＞
まず、本実施形態に係る高力ボルト摩擦接合構造ＦＳを図１～図３を参照して説明する。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る高力ボルト摩擦接合構造ＦＳでは、複数のめっき鋼材が、高力ボルト３４、ナット３６、及び座金３８によって摩擦接合される。また、高力ボルト摩擦接合構造ＦＳは、摩擦補助層４０を備える。

【0011】

（めっき鋼材）
めっき鋼材は、表面にめっき部と非めっき部とを有する。めっき鋼材には、図２及び図３中のボルト孔２４、ボルト孔２８、ボルト孔３２に例示されるように、高力ボルト３４の軸部が貫通するボルト孔が形成される。

【0012】

本実施形態では、高力ボルト摩擦接合構造ＦＳは、めっき鋼材として、一対の第１めっき鋼材２０と、一対の第１めっき鋼材２０を挟む第２めっき鋼材２６及び第３めっき鋼材３０からなる一組のめっき鋼材と、高力ボルト３４と、を有する。なお、本実施形態のめっき鋼材の個数は４つであるが、本開示ではこれに限定されず、めっき鋼材の個数は２つ以上、任意である。以下、本実施形態のそれぞれのめっき鋼材について具体的に説明する。

【0013】

（第１めっき鋼材）
第１めっき鋼材２０の板状部２２は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、長手方向Ｌに沿って延びる。また、第１めっき鋼材２０の板状部２２は、図１（Ａ）中で長手方向Ｌに直交する幅方向Ｗに沿って一定の幅を有する。また、第１めっき鋼材２０の板状部２２は、図１（Ｂ）に示すように、上下方向に厚み方向Ｔに沿って一定の厚みを有する。

【0014】

第１めっき鋼材２０では、複数のボルト孔は、板状部２２の長手方向Ｌの端部２２Ｅ側であって、第２めっき鋼材２６及び第３めっき鋼材３０と厚み方向Ｔで重なる部分にそれぞれ形成される。端部２２Ｅは、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）中の左右方向の中央に位置する。

【0015】

なお、本実施形態では、図１（Ａ）中の左側の第１めっき鋼材２０では板状部２２の第２めっき鋼材２６及び第３めっき鋼材３０と重なる部分に２つのボルト孔がされる。また、図１（Ａ）中の右側の第１めっき鋼材２０では板状部２２の第２めっき鋼材２６及び第３めっき鋼材３０と重なる部分に１つのボルト孔がされる。なお、本開示では、ボルト孔の個数は、１つ以上、任意である。

【0016】

また、一対の第１めっき鋼材２０は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示されるように、互いの板状部２２の端部２２Ｅ同士が対向配置された状態で、第２めっき鋼材２６及び第３めっき鋼材３０と、高力ボルト３４によって接続される。なお、本実施形態で用いられる高力ボルト３４は、高力六角ボルトであるが、本開示の高力ボルトの形状は、六角ボルトに限定されず、例えばトルシア形等であってもよい。また、本開示では、ナットや座金の形状についても、それぞれ適宜変更できる。

【0017】

また、第１めっき鋼材２０は、母材と、めっき部としてのめっき層とを有する。本実施形態の母材は、厚み６ｍｍ未満の鋼板、いわゆる薄板である。なお、本開示では、母材は薄板に限定されず、例えば６ｍｍ以上の厚みを有する鋼板であってもよい。

【0018】

めっき層は、例えば、１～１０質量％のマグネシウム（Ｍｇ）、２～１９質量％のアルミニウム（Ａｌ）、及び、２質量％以下のシリコン（Ｓｉ）を含む。また、めっき層の組成としては、Ｍｇ及びＡｌの合計量が３０質量％以下であると共に、残部が亜鉛（Ｚｎ）及び不可避的不純物からなる。なお、本実施形態では、めっき層にＳｉが含められているが、本開示ではこの構成に限定されない。例えば、めっき層にＳｉが含められなくてもよい。

【0019】

Ｍｇ及びＡｌは、母材の耐食性を向上させるための成分である。また、Ｓｉは、母材へのめっき層の密着性を高めるための成分である。例えば、Ｍｇは、３質量％程度、Ａｌは、１１質量％程度、Ｓｉは、０.２質量％程度、及び、残部は、Ｚｎである。本実施形態の第１めっき鋼材２０としては、溶融Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ合金のめっき鋼材が用いられる。なお、本開示では、めっきの種類はこれに限定されず、適宜変更できる。

【0020】

めっき層は、所定の付着量で母材の表面に、例えば、浸漬法等のめっき処理が施されることによって、母材の表面に所定の厚みを有するように形成される。ここで、例えば、５１～３８３ｇ／ｍ^２の付着量で、第１めっき鋼材２０に溶融Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ合金のめっき処理が施されることで、めっき層が母材の表面に設けられる、結果、母材とめっき層とが重なった状態が形成される。なお、本実施形態では、母材の表面全体にめっき層が形成される場合が例示されたが、本開示は、この構成に限定されず、例えば、母材の表面の一部にめっき層が形成されてもよい。

【0021】

（第２めっき鋼材）
第２めっき鋼材２６は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示されるように、第１めっき鋼材２０と同様のめっき鋼材である。本実施形態では、第２めっき鋼材２６が第１めっき鋼材２０の板状部２２と厚み方向Ｔで重なる部分に、３つのボルト孔が形成される。第２めっき鋼材２６は、図１（Ｂ）中の板状部２２の下側の板面に重なった状態で、高力ボルト３４によって板状部２２に接合される。また、第２めっき鋼材２６は、母材とめっき層とを有する。第２めっき鋼材２６の母材とめっき層とは、第１めっき鋼材２０の母材とめっき層と同様であるため、重複説明を省略する。

【0022】

（第３めっき鋼材）
第３めっき鋼材３０は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、第１めっき鋼材２０と同様のめっき鋼材である。また、本実施形態では、第３めっき鋼材３０の形状は、第２めっき鋼材２６と同一である。なお、本開示では、第３めっき鋼材の形状は、第２めっき鋼材と異なってもよい。

【0023】

本実施形態では、第３めっき鋼材３０が第１めっき鋼材２０の板状部２２と厚み方向Ｔで重なる部分に、３つのボルト孔が形成される。第３めっき鋼材３０は、図１（Ｂ）中の板状部２２の上側の板面に重なった状態で、高力ボルト３４によって板状部２２に接合される。また、第３めっき鋼材３０は、母材とめっき層とを有する。第３めっき鋼材３０の母材とめっき層とは、第１めっき鋼材２０の母材とめっき層と同様であるため、重複説明を省略する。

【0024】

本実施形態のめっき部であるめっき層は、いずれもＺｎ－Ａｌ－Ｍｇ系の成分を含む。なお、本開示では、複数のめっき層のうちのいずれかがＺｎ－Ａｌ－Ｍｇ系の成分を含んでもよい。また、本開示では、めっき部がＺｎ－Ａｌ－Ｍｇ系の成分を含むことは、必須ではない。

【0025】

（高力ボルト、ナット、座金）
高力ボルト３４は、第１めっき鋼材２０のボルト孔２４、第２めっき鋼材２６のボルト孔２８、及び第３めっき鋼材３０のボルト孔３２を貫通する。高力ボルト３４の軸部の先端は、ナット３６にねじ込まれる。なお、高力ボルト３４の頭部と第２めっき鋼材２６との間、及び、ナット３６と第３めっき鋼材３０との間にはそれぞれ、座金３８が配置される。

【0026】

（りん酸塩処理）
第１めっき鋼材２０の板状部２２と、第２めっき鋼材２６及び第３めっき鋼材３０とのそれぞれの接合面、換言すると、重ね合わせ面のそれぞれには、りん酸塩処理が施されている。本実施形態では、第１めっき鋼材２０の板状部２２と、第２めっき鋼材２６及び第３めっき鋼材３０とを摩擦接合した際に、第１めっき鋼材２０の板状部２２と第２めっき鋼材２６とが重なる部分における、第１めっき鋼材２０の板面を重ね合わせ面２２Ａと称する。また、第１めっき鋼材２０の板状部２２と第２めっき鋼材２６とが重なる部分における、第２めっき鋼材２６の板面を重ね合わせ面２６Ａと称する。

【0027】

また、第１めっき鋼材２０の板状部２２と第３めっき鋼材３０とが重なる部分における、第１めっき鋼材２０の板状部２２の板面を重ね合わせ面２２Ｂと称する。また、第１めっき鋼材２０の板状部２２と第３めっき鋼材３０とが重なる部分における、第３めっき鋼材３０の板面を重ね合わせ面３０Ａと称する。

【0028】

第１めっき鋼材２０の重ね合わせ面２２Ａには、りん酸塩処理によってりん酸亜鉛被膜が形成されると共に、板状部２２における重ね合わせ面２２Ｂには、りん酸塩処理によってりん酸亜鉛被膜が形成される。具体的には、図１（Ｂ）中に示す板状部２２の厚み方向Ｔの一方側のめっき層上と他方側のめっき層上とのそれぞれに、りん酸亜鉛被膜が形成される。

【0029】

本実施形態のりん酸亜鉛被膜は、りん酸塩処理によって、重ね合わせ面の上側に形成することができる。摩擦接合構造の接合面におけるりん酸亜鉛被膜は、鋼材に作用するすべりによって、せん断される。換言すると、摩擦面において、りん酸亜鉛被膜の凝集破壊が生じる。摩擦接合部における本来のすべり耐力の大きさは、りん酸亜鉛被膜の凝集破壊によって決定される。

【0030】

第１めっき鋼材２０へのりん酸塩処理には、例えば、通常の結晶性りん酸亜鉛被膜を形成させることのできるりん酸塩種が用いられる。なお、結晶性りん酸亜鉛被膜には、りん酸ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、Ｍｇ等の金属塩や金属等を混在させてもよい。

【0031】

りん酸塩処理としては、反応型処理、塗布型処理又は電解型処理等の処理方法が挙げられる。例えば、反応型のりん酸塩処理は、第１めっき鋼材２０に所定のめっき処理を施した後、表面調整等のりん酸塩前処理、りん酸塩処理、水洗及び乾燥の各工程を経て処理される。りん酸塩前処理では、例えば、りん酸亜鉛水溶液やＴｉコロイド溶液が使用される。りん酸塩前処理は、りん酸塩結晶の析出サイトとなる作用を有して、緻密な被膜を形成させるために実施される。

【0032】

第２めっき鋼材２６の重ね合わせ面２６Ａのめっき層上と、第３めっき鋼材３０の重ね合わせ面３０Ａのめっき層上とにも、第１めっき鋼材２０と同様に、りん酸塩処理が施されることによって、りん酸亜鉛被膜が形成され得る。

【0033】

（非めっき部）
本実施形態では、めっき鋼材の表面に、非めっき部が形成される。非めっき部の上には、りん酸亜鉛被膜は形成されない。このため、非めっき部の表面には、鉄（Ｆｅ）を含む鋼板の素地が露出する。具体的には本実施形態では、非めっき部は、矩形状の第２めっき鋼材２６と矩形状の第３めっき鋼材３０とのそれぞれにおいて側面の４辺のすべての端面に配置される。

【0034】

非めっき部としては、例えば、めっき部が浸漬法によって形成される場合、浸漬後のめっき鋼材を切断することによって形成される切断端面を、非めっき部として使用できる。

【0035】

なお、本開示では、非めっき部は、矩形状のめっき鋼材の側面の４辺のうちの１つ以上のいずれかの端面に配置されてもよいし、或いは、板面に配置されてもよい。また、非めっき部は、端面と板面との両方に配置されてもよい。すなわち、本開示では、複数のめっき鋼材のうち少なくとも１つのめっき鋼材の端面の一部は、Ｆｅを含む表面を有する非めっき部である。

【0036】

（摩擦接合層）
摩擦補助層４０は、図２に示すように、第１めっき鋼材２０と第２めっき鋼材２６との隙間に配置される。また、摩擦補助層４０は、第１めっき鋼材２０と第３めっき鋼材３０との隙間に配置される。めっき鋼材間の隙間は、高力ボルトの締付けによるめっき鋼材の変形によって生じる。なお、図２中では、長手方向Ｌの一端側に隙間が形成された場合が例示されているが、隙間は、長手方向Ｌの他端側を含め両側に形成され得る。

【0037】

摩擦補助層４０は、めっき鋼材のめっき部を構成する金属に由来する成分と酸素とを含む化合物を有する。摩擦補助層４０が有する化合物は、めっき部を構成する金属に由来する成分と非めっき部のＦｅとの間で生じたガルバニック腐食に起因する鉄酸化物を含む。すなわち、摩擦補助層４０が有する化合物とめっき部を構成する化合物とは、互いに異なる。

【0038】

鉄酸化物は、端面の鉄素地のＦｅとめっき層のＺｎとの化合物の形成を促進するガルバニック腐食によって形成できる。具体的には例えば、鉄素地とめっき層との両方に接触するように水分を隙間に配置した状態を、酸素を含む大気中に一定時間保持すればよい。

【0039】

ここで、例えば浸漬法のように、めっき鋼材の表面全体にめっき処理が施される高力ボルト摩擦接合構造の場合、本実施形態のようなガルバニック腐食は生じない。しかし、浸漬法によってめっき処理が施される高力ボルト摩擦接合構造であっても、例えば、めっき処理後のめっき鋼材を切断することによって形成された切断端面を、非めっき部の端面として採用できる。端面に鉄素地が露出することによって、本実施形態のようなガルバニック腐食が生じ得る。なお、めっき鋼材の表面に鉄素地を露出させる方法としては、切断に限定されず、例えば、孔開け、研削等の他の加工方法が用いられてもよい。

【0040】

なお、本実施形態では、摩擦補助層４０の化合物として、ガルバニック腐食によって形成された鉄酸化物が例示されたが、本開示では、摩擦接合層の化合物は、これに限定されない。摩擦接合層の化合物としては、例えば、Ｚｎとリン（Ｐ）との酸化物であってもよい。本開示では、例えば、ＺｎとＰとの酸化物を隙間に充填することによって、摩擦接合層を形成できる。

【0041】

なお、本開示では、「摩擦補助層」は、断面視で、めっき層の上に一定の厚みを有する一連の領域が形成されることは必須ではない。例えば、摩擦補助層は、平面視で、１つ以上の島状であってもよい。本開示では、めっき部を構成する金属に由来する成分と酸素とを含む化合物を有する限り、摩擦補助層は、任意の形状で形成され得る。

【0042】

また、本開示では、体積膨張率が比較的大きな化合物を、摩擦接合層の化合物として採用できる。隙間に配置された化合物の体積膨張が大きくなる程、摩擦接合層全体の体積を大きくでき、結果、隙間の充填性が向上する。このため、摩擦接合層として体積膨張率が比較的小さな化合物が採用される場合に比べ、化合物の体積膨張時における高力ボルト摩擦接合構造のすべり係数をより向上できる。

【0043】

（隙間）
隙間が１０μｍ未満の位置においては、摩擦補助層の形成が困難である。このため、摩擦補助層４０が設けられる範囲に関する隙間の下限値は、１０μｍに設定される。すなわち、摩擦補助層４０は、隙間が１０μｍ以上の位置に配置される。

【0044】

また、隙間が、６００μｍを超えると、摩擦補助層４０同士が接触しない状態が生じ得る。結果、摩擦補助層４０同士の接触によって得られるすべり係数向上効果が、小さくなる。より具体的には、１つの摩擦補助層４０の層厚の最大値は、３００μｍ程度であることが分かった。このため、摩擦補助層４０が設けられる範囲に関する隙間の上限値は、摩擦補助層４０同士の接触によるすべり係数向上効果を得易い、隙間が６００μｍ以下に設定される。すなわち、摩擦補助層４０は、隙間が６００μｍ以下の位置に配置される。

【0045】

（離隔距離）
次に、摩擦補助層４０が設けられる範囲に関する、ボルト孔の径方向に沿ったボルト孔縁からの離隔距離Ｘの設定方法を、図２及び図３を参照しつつ説明する。図２及び図３中には、高力ボルト周辺において接触圧が発生する周辺領域Ａが例示されている。

【0046】

具体的には、座金径をＤ［ｍｍ］、ボルト孔径をｄ［ｍｍ］、座金３８と接する側のめっき鋼材の板厚をｔ［ｍｍ］と設定する。そして、本開示では、ボルト張力が座金３８の縁端から第１めっき鋼材に向かって４５度の角度が形成される方向に沿って伝達したと仮定された状態で、周辺領域Ａは、ボルト孔縁から、以下の式１によって算出される値［ｍｍ］よりもボルト孔側の領域である。

式１：（Ｄ－ｄ）／２＋ｔ ［ｍｍ］

【0047】

このため、離隔距離Ｘが{（Ｄ－ｄ）／２＋ｔ}ｍｍ未満の位置では、めっき鋼材の表面が互いに接触し、結果、高力ボルトの張力による接触圧を得ることができるので、高力ボルト摩擦接合構造が、本来の摩擦抵抗力を発揮する。換言すると、摩擦補助層４０のボルト孔縁からの離隔距離Ｘが{（Ｄ－ｄ）／２＋ｔ}ｍｍ以上の離隔領域Ｂでは、めっき鋼材の表面が互いに接触し難く、結果、隙間が形成され易い。このため、本開示では、摩擦補助層４０のボルト孔縁からの離隔距離Ｘは、隙間の形成に起因して高力ボルトの張力による接触圧が得難くなる、{（Ｄ－ｄ）／２＋ｔ}ｍｍ以上の離隔領域Ｂに設定される。

【0048】

なお、本実施形態では、図３を用いた上記の説明では、座金３８の縁端から第１めっき鋼材２０に向かって張力が伝達する角度は４５度であるように仮定されたが、本開示では、角度はこれに限定されない。本開示では、角度は、高力ボルト、座金、めっき鋼材及びボルト孔等の仕様に応じて適宜変更できる。また、本開示では、{（Ｄ－ｄ）／２＋ｔ}ｍｍ以上の位置が周辺領域Ａに含まれることによって、離隔領域Ｂが{（Ｄ－ｄ）／２＋ｔ}ｍｍを超える位置であるように設定されることも排除されない。

【0049】

すなわち、上記の隙間と離隔距離に関する考察にもとづき、本実施形態では、めっき部の上に設けられる摩擦補助層４０の配置範囲が設定される。摩擦補助層４０は、めっき鋼材が重ね合わせられた領域において、ボルト孔縁からの離隔距離が{（Ｄ－ｄ）／２＋ｔ}ｍｍ以上であり、かつ、めっき鋼材の互いに対向する表面の間の隙間が１０μｍ以上、６００μｍ以下である範囲内のめっき部の上に設けられる。

【0050】

なお、本明細書では「めっき鋼材の互いに対向する表面」は、「めっき金属の表面」を意味する。換言すると例えば、めっき金属の表面上に形成されたりん酸塩皮膜等の被膜の表面は、「めっき鋼材の互いに対向する表面」に含まれない。本開示の隙間は、互いに対向する「めっき金属の表面」の間に設定される。

【0051】

（摩擦補助層の形成過程）
図４（Ａ）中では、切断端面が矩形状のめっき鋼材２６とめっき鋼材３０とのそれぞれの４辺に配置された場合が例示されている。ガルバニック腐食は、まず、切断端面の鉄素地と板面の表面のめっき層との境界の位置で発生する。そして、毛細管現象によって、水分が接合部の隙間の内部に進入する。隙間の内部においてもガルバニック腐食の発生及び進行が生じることによって、摩擦補助層４０としての鉄酸化物が形成される。

【0052】

図４（Ｂ）中には、切断端面の鉄素地と板面の表面のめっき層との境界の位置、及び、ボルト孔２４の縁から数ｍｍ程度離れた位置まで摩擦補助層４０が形成された状態が、点（ドット）状のパターンで例示されている。摩擦補助層４０のボルト孔２４の縁からの離隔距離は、例えば１０ｍｍ程度である。

【実施例0053】

次に、本実施形態に係る実施例を図５～図９を参照しつつ説明する。実施例では、接合部の隙間に摩擦補助層４０が形成された３つの高力ボルト摩擦接合構造の試験体が製造された。また、３つの試験体に対して、複合サイクル腐食試験（Ｃｙｃｌｉｃ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｔｅｓｔ，ＣＣＴ）が実施された。

【0054】

また、製造された試験体を４つの所定の位置で切断することによって摩擦補助層４０の形成状態を４つの断面位置で微視的（ミクロ）に観察した。また、製造された試験体のすべり係数を測定した。

【0055】

（試験体）
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、試験体には、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）中に例示された高力ボルト摩擦接合構造の場合と同様に、矩形状のめっき鋼材が用いられた。なお、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）中に表示された数値の値は［ｍｍ］である。また、試験体では、座金径Ｄは、３２ｍｍであった。また、それぞれのめっき鋼材のボルト孔径ｄは、１８ｍｍであった。また、座金と接する側の第２めっき鋼材２６の板厚ｔは、２．３ｍｍであった。また、使用された高力ボルトは、Ｆ８Ｔ－Ｍ１６であった。

【0056】

また、試験体では、図１（Ｂ）に示すように、上下方向の中央で突き合わされた第１めっき鋼材２０の板面の表面と側面の表面とには、亜鉛めっき処理及びりん酸塩処理が施された。図１（Ｂ）中で第１めっき鋼材２０を上下から挟む第２めっき鋼材２６の板面の表面には、亜鉛めっき処理及びりん酸塩処理が施された。

【0057】

めっきとして、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｇ合金を含む３元系めっきが使用された。具体的には、試験体のめっき鋼板として、高耐食性亜鉛めっき鋼板（商品名「スーパーダイマ」）が採用された。また、鉄素地が露出した切断端面は、第２めっき鋼材２６の４辺の側面の端面のすべてに配置された。

【0058】

また、図５（Ａ）中には、ミクロ観察が行われる４つの断面位置が例示されている。
図５（Ａ）中のＡ－Ａ部は、めっき鋼材同士の重ね合わせが形成されない部分の断面位置である。また、Ｂ－Ｂ部は、第２めっき鋼材２６切断端面の付近の断面位置である。また、Ｃ－Ｃ部は、第１めっき鋼材２０の端面と第２めっき鋼材２６の端面との付近の断面位置である。また、Ｄ－Ｄ部は、ボルト孔の付近の断面位置である。実施例では、上記の４つの断面位置のそれぞれにおける表層の断面のミクロ観察を、高力ボルトが締結された状態で実施した。

【0059】

（複合サイクル腐食試験）
まず、複合サイクル腐食試験について説明する。複合サイクル腐食試験は、「ＪＡＳＯ Ｍ６０９－９１の中性塩水噴霧サイクル試験」に沿って行われた。具体的には、１サイクルは、以下の試験条件で実施された。

【0060】

（試験条件）
塩水（ＮａＣｌ）噴霧処理 ２時間、（塩水温度：３５±１℃、塩水濃度：５％）
乾燥処理 ４時間(乾燥温度：６０±１℃、ＲＨ：２０～３０％)
（ＲＨ：相対湿度，Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｈｕｍｉｄｉｔｙ）
湿潤処理 ２時間(湿潤温度：５０±１℃、ＲＨ：９５％以上)

【0061】

図６（Ａ）～図６（Ｃ）中では、高力ボルト摩擦接合構造から高力ボルトが取り外された後における、第１めっき鋼材２０の重ね合わせ面との表面と第２めっき鋼材２６の重ね合わせ面との表面とが、正面に表れるように例示されている。試験の結果、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）に示すように、複合サイクル腐食試験の３３サイクル後と及び４８サイクル後とでは、第１めっき鋼材２０の表面と第２めっき鋼材２６の表面とのそれぞれに摩擦補助層４０が形成されたことが確認できた。また、複合サイクル腐食試験によってガルバニック腐食が促進されたことが確認できた。

【0062】

なお、図示を省略するが、第１めっき鋼材２０と接合する第３めっき鋼材の表面にも、複合サイクル腐食試験後に摩擦補助層が同様に形成されると共に、複合サイクル腐食試験によってガルバニック腐食が促進されたことが確認できた。

【0063】

（ミクロ観察）
次に、４つの断面位置におけるミクロ観察の結果について説明する。図７に示すように、Ｂ－Ｂ部、Ｃ－Ｃ部、及びＤ－Ｄ部には、隙間が形成された。なお、Ｄ－Ｄ部の下段の写真には、上段における端面からの一連の断面領域のうちの一部が拡大されている。

【0064】

また、試験体では、周辺領域の上限、すなわち、離隔距離に関し、Ｄ＝３２ｍｍ、ｄ＝１８ｍｍ、ｔ＝２．３ｍｍであるため、離隔距離は、上記の式１より、約９．３ｍｍと算出された。この点、図７中のＤ－Ｄ部に示すように、複合サイクル腐食試験（ＣＣＴ）前の状態で、ボルト孔付近では、ボルト孔縁から９．３ｍｍまでは、重なり合うめっき鋼材の表面同士が接触した。また、ボルト孔縁から９．３ｍｍ以上離れた場所では、重なり合うめっき鋼材の表面同士の間に１０μｍ程度の隙間が生じた。

【0065】

また、図８に示すように、４８サイクル後は、摩擦補助層としての腐食物が形成されたことが確認された。特に、図８中のＣ－Ｃ部及びＤ－Ｄ部に示すように、離隔距離以上の位置においては、隙間が摩擦補助層によって充填された状態が形成された。また、摩擦補助層は、ボルト孔縁から９．３ｍｍ以上離れた位置を含め、ボルト孔縁から数ｍｍ程度離れた位置まで形成された。また、形成された摩擦補助層の層厚の最大値は、片側のめっき鋼材において、３００μｍ程度であった。

【0066】

また、図９に示すように、３つの試験体のそれぞれのすべり係数を測定すると共に、各サイクル毎の平均値を算出した。０サイクルの場合のすべり係数の平均値は、０．５２である一方、３３サイクルの場合のすべり係数の平均値は、０．５７であった。また、４８サイクルの場合のすべり係数の平均値は、０．５６であった。このため、３３サイクル後に摩擦補助層４０が形成される場合と、４８サイクル後に摩擦補助層４０が形成される場合とのいずれにおいても、摩擦補助層４０が形成されない０サイクルの場合よりも、すべり係数が向上したことを確認できた。

【0067】

（作用効果）
本実施形態では、めっき鋼材が重ね合わせられた領域における、特定の範囲内のめっき部の上に、めっき鋼材のめっき部を構成する金属に由来する成分と酸素とを含む化合物を有する摩擦補助層４０が設けられる。特定の範囲は、ボルト孔の径方向に沿ったボルト孔縁からの離隔距離が、{（Ｄ－ｄ）／２＋ｔ}ｍｍ以上であり、かつ、めっき鋼材の互いに対向する表面の間の隙間が、１０μｍ以上、６００μｍ以下に設定される。

【0068】

本実施形態では、ボルト孔縁から特定の離隔距離を有し、かつ、特定の隙間が形成される範囲内に摩擦補助層４０が設けられるため、高力ボルト摩擦接合構造が発揮する本来の摩擦抵抗力に加え、摩擦補助層４０による摩擦抵抗力を更に追加できる。すなわち、接合部において、本来、摩擦抵抗に寄与しなかった範囲でも、摩擦補助層による摩擦抵抗が生じるので、摩擦抵抗に寄与できる範囲が増大する。よって、高力ボルト摩擦接合構造のすべり係数を向上できる。

【0069】

また、摩擦接合層を有さない高力ボルト摩擦接合の場合、比較的長期間が経過した後、リラクセーションに起因するボルト張力の低下によって、すべり係数が低下する。しかし、本開示では、長期間が経過した後であっても、高力ボルト摩擦接合構造が空気と接触する場合、時間の経過に伴って摩擦接合層の鉄酸化物が増大する。このため、ボルト張力の低下に起因するすべり係数の低下を補うことができると共に、すべり係数の更なる向上を図ることができる。

【0070】

また、本実施形態では、摩擦補助層４０が有する化合物と、めっき部を構成する化合物とは、互いに異なる。このため、めっき部が本来発揮する摩擦力とは異なる摩擦力を、摩擦補助層４０によって実現できる。

【0071】

また、本実施形態では、端面の一部がＦｅを含む表面を有する非めっき部であるため、ガルバニック腐食による腐食を促進させ易い。すなわち、腐食が生じ易く、Ｚｎの酸化物（いわゆる、白錆）の生成量を多くすることができる。さらに、端面のＦｅを含む化合物も形成されることで、摩擦補助層４０の形成が、より促進される。結果、隙間の充填性が向上するため、すべり係数向上効果が高くなる。

【0072】

また、本実施形態では、めっき部は、Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ系の成分を含む。すなわち、めっき部は、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｇを含む３元系めっきである。３元系めっきは、２元系めっきの場合と比べ、Ｚｎ腐食生成物（酸化物）が緻密に形成され、結果、めっき鋼材の表面上から流出し難い。このため、３元系めっきは、すべり係数向上の観点から、より好ましい。

【0073】

＜その他の実施形態＞
本開示は、上記の実施形態によって説明されたが、この説明は、本開示を限定するものではない。本開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになると考えられるべきである。本開示は、上記に記載していない様々な実施の形態等を含むと共に、本開示の技術的範囲は、上記の説明から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ定められるものである。

【0074】

≪付記≫
本明細書からは、以下の態様が概念化される。

【0075】

態様１は、
表面にめっき部を有し、ボルト孔が形成された複数のめっき鋼材を、高力ボルト、ナット、及び座金によって摩擦接合させる高力ボルト接合構造であって、
前記めっき鋼材が重ね合わせられた領域において、前記ボルト孔の径方向に沿ったボルト孔縁からの離隔距離が{（Ｄ－ｄ）／２＋ｔ}ｍｍ以上であり、かつ、前記めっき鋼材の互いに対向する表面の間の隙間が１０μｍ以上、６００μｍ以下である範囲内の前記めっき部の上に設けられ、前記めっき鋼材の前記めっき部を構成する金属に由来する成分と酸素とを含む化合物を有する摩擦補助層４０を備える、
高力ボルト摩擦接合構造。

但し、Ｄ：座金の径［ｍｍ］，ｄ：ボルト孔の径［ｍｍ］，ｔ：座金と接する側のめっき鋼材の板厚［ｍｍ］

【0076】

態様２は、
前記摩擦補助層が有する前記化合物と前記めっき部を構成する化合物とは、互いに異なる、
態様１の高力ボルト摩擦接合構造。

【0077】

態様３は、
複数の前記めっき鋼材のうち少なくとも１つの前記めっき鋼材の端面の一部は、鉄を含む表面を有する非めっき部であり、
前記摩擦補助層が有する前記化合物は、前記めっき部を構成する金属に由来する成分と前記非めっき部の鉄との間で生じたガルバニック腐食に起因する鉄酸化物を含む、
態様１又は２の高力ボルト摩擦接合構造。

【0078】

態様４は、
前記めっき部は、Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ系の成分を含む、
態様１～３のいずれかの高力ボルト摩擦接合構造。

【符号の説明】

【0079】

２０ 第１めっき鋼材（めっき鋼材）
２２Ａ 重ね合わせ面
２２Ｂ 重ね合わせ面
２４ ボルト孔
２６ 第２めっき鋼材（めっき鋼材）
２６Ａ 重ね合わせ面
２８ ボルト孔
３０ 第３めっき鋼材（めっき鋼材）
３０Ａ 重ね合わせ面
３２ ボルト孔
３４ 高力ボルト
３６ ナット
３８ 座金
４０ 摩擦補助層
Ａ 周辺領域
Ｂ 離隔領域
ＦＳ 高力ボルト摩擦接合構造

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】