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(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】P2024062256
(43)【公開日】2024-05-09
(54)【発明の名称】高力ボルト摩擦接合構造
(51)【国際特許分類】
F16B 5/02 20060101AFI20240430BHJP
F16B 43/00 20060101ALI20240430BHJP
C23C 28/00 20060101ALI20240430BHJP
【ＦＩ】
F16B5/02 U
F16B43/00 Z
C23C28/00 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022170127
(22)【出願日】2022-10-24
(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】小橋 知季
(72)【発明者】
【氏名】中安 誠明
【テーマコード（参考）】
3J001
3J034
4K044
【Ｆターム（参考）】
3J001FA02
3J001GA02
3J001GB01
3J001HA02
3J001JA10
3J001KA21
3J034AA09
4K044AA02
4K044AB05
4K044BA17
4K044BB03
4K044BC01
4K044CA11
4K044CA16
4K044CA18
(57)【要約】
【課題】接触圧が小さいほどすべり係数が大きくなる表面処理が施された接合面を有する鋼材を含む高力ボルト摩擦接合において、接合部のすべり係数を効率的に向上できる。
【解決手段】高力ボルト摩擦接合構造１０は、第一ボルト孔１１Ｂの周囲に接触圧が小さいほどすべり係数が大きくなる表面処理が施された第一接合面１１Ａを有する第一鋼材１１と、第一鋼材１１の第一接合面１１Ａに重ねられる第二接合面１２Ａと、第二ボルト孔１２Ｂとを有する第二鋼材１２と、第一鋼材１１と第二鋼材１２とを摩擦接合させる高力ボルト１４及びナット１６と、第一鋼材１１に接し、第一ボルト孔１１Ｂの第一鋼材１１の第一接合面１１Ａの側に第一鋼材１１の第一ボルト孔１１Ｂの孔径ｄ以上の孔径ｄ´を有する拡径部ＥＰが形成されたボルト孔２０を有する座金部材１８と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】高力ボルト摩擦接合構造１０は、第一ボルト孔１１Ｂの周囲に接触圧が小さいほどすべり係数が大きくなる表面処理が施された第一接合面１１Ａを有する第一鋼材１１と、第一鋼材１１の第一接合面１１Ａに重ねられる第二接合面１２Ａと、第二ボルト孔１２Ｂとを有する第二鋼材１２と、第一鋼材１１と第二鋼材１２とを摩擦接合させる高力ボルト１４及びナット１６と、第一鋼材１１に接し、第一ボルト孔１１Ｂの第一鋼材１１の第一接合面１１Ａの側に第一鋼材１１の第一ボルト孔１１Ｂの孔径ｄ以上の孔径ｄ´を有する拡径部ＥＰが形成されたボルト孔２０を有する座金部材１８と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第一ボルト孔の周囲に接触圧が小さいほどすべり係数が大きくなる表面処理が施された第一接合面を有する第一鋼材と、
前記第一鋼材の前記第一接合面に重ねられる第二接合面と、第二ボルト孔とを有する第二鋼材と、
前記第一鋼材と前記第二鋼材とを摩擦接合させる高力ボルト及びナットと、
前記第一鋼材に接し、前記第一接合面の側に前記第一ボルト孔の孔径以上の孔径を有する拡径部が形成されたボルト孔を有する座金部材と、
を備える、高力ボルト摩擦接合構造。
前記第一鋼材の前記第一接合面に重ねられる第二接合面と、第二ボルト孔とを有する第二鋼材と、
前記第一鋼材と前記第二鋼材とを摩擦接合させる高力ボルト及びナットと、
前記第一鋼材に接し、前記第一接合面の側に前記第一ボルト孔の孔径以上の孔径を有する拡径部が形成されたボルト孔を有する座金部材と、
を備える、高力ボルト摩擦接合構造。
【請求項2】
前記座金部材は、
一方の面が前記高力ボルト又は前記ナットに接する平座金部と、
前記平座金部と前記第一鋼材との間に配置され、前記拡径部としての底部と、前記底部の外側から前記高力ボルトの側又はナットの側に延びる側壁部とを有し、前記底部と前記側壁部とによって前記平座金部に対応する凹部が形成された補助座金部と、を有する、
請求項１に記載の高力ボルト摩擦接合構造。
一方の面が前記高力ボルト又は前記ナットに接する平座金部と、
前記平座金部と前記第一鋼材との間に配置され、前記拡径部としての底部と、前記底部の外側から前記高力ボルトの側又はナットの側に延びる側壁部とを有し、前記底部と前記側壁部とによって前記平座金部に対応する凹部が形成された補助座金部と、を有する、
請求項１に記載の高力ボルト摩擦接合構造。
【請求項3】
前記拡径部の前記第一鋼材の側の孔径と前記第一ボルト孔の孔径との孔径差をｄｘ、前記第一鋼材の板厚をｔ１としたとき、
前記孔径差ｄｘを前記板厚ｔ１で除した、対板厚孔径差ｄｘ／ｔ１は、０超、１．５以下である、
請求項１又は２に記載の高力ボルト摩擦接合構造。
前記孔径差ｄｘを前記板厚ｔ１で除した、対板厚孔径差ｄｘ／ｔ１は、０超、１．５以下である、
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】
前記第一鋼材は、めっき鋼板であり、
前記表面処理は、りん酸塩処理である、
請求項１又は２に記載の高力ボルト摩擦接合構造。
前記表面処理は、りん酸塩処理である、
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5】
一対の前記座金部材を備え、
一対の前記座金部材のうち一方の前記座金部材は、前記高力ボルトの頭部と前記第一鋼材との間に配置され、
他方の前記座金部材は、前記ナットと前記第二鋼材との間に配置される、
請求項１又は２に記載の高力ボルト摩擦接合構造。
一対の前記座金部材のうち一方の前記座金部材は、前記高力ボルトの頭部と前記第一鋼材との間に配置され、
他方の前記座金部材は、前記ナットと前記第二鋼材との間に配置される、
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6】
前記第一鋼材の板厚は、前記第二鋼材の板厚より薄い、
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及び２のように、鋼材同士が高力ボルトで摩擦接合される高力ボルト摩擦接合構造が知られている。高力ボルト摩擦接合構造では、高力ボルトから鋼材に加えられる接触圧と、すべり係数との積によって、すべり耐力が決定される。
【0003】
特許文献１には、めっき鋼板の接合面にりん酸塩処理を施すことによって、接合部のすべり係数を向上させる技術が開示されている。
【0004】
特許文献２には、接合面にアルミニウム溶射処理を施すことによって接合部のすべり係数を向上させる技術が開示されている。アルミニウム溶射処理は、接触圧が小さいほどすべり係数が高くなる摩擦面処理である。また、特許文献２では、高力ボルトと鋼材との間に板状の板厚増設部材が設けられる。板厚増設部材によって、高力ボルトと鋼材との間の板厚方向に沿った長さが延長されることによって、接触圧が制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０２２－０４９００８号公報
【特許文献2】特開２０１５－１２１２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ここで、本開示者らは、特許文献１に開示されているめっき鋼板の接合面にりん酸塩処理された接合部のすべり係数は、特許文献２のように接触圧が小さいほどすべり係数が大きくなる表面処理が施された接合面と同様の挙動を示すと考え、高力ボルト摩擦接合構造を対象として、座金の内縁の位置とすべり係数の値との関係を検討した。
【0007】
なお、座金の内径は、施工時の位置合わせ作業を容易にするため、一般に、鋼材のボルト孔の孔径より小さい。このため、鋼材同士が高力ボルトで摩擦接合された状態では、座金の内縁は、鋼材のボルト孔の内壁より高力ボルトの側に突出する。
【0008】
検討の結果、座金の内縁が鋼材のボルト孔の内壁より高力ボルトの軸部側に突出した状態では、接触圧の分布状態に起因して、接合面の表面処理によって得られるすべり係数が限定されることが分かった。すなわち、すべり係数を効率的に得られず、結果、すべり耐力が向上し難い。
【0009】
この点、特許文献２には、接触圧のピーク位置と接合面の表面処理によるすべり係数向上効果との関係は、何ら検討されていない。
【0010】
本開示は、接触圧が小さいほどすべり係数が大きくなる表面処理が施された接合面を有する鋼材を含む高力ボルト摩擦接合において、接合部のすべり係数を効率的に向上できる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本開示に係る高力ボルト摩擦接合構造は、第一ボルト孔の周囲に接触圧が小さいほどすべり係数が大きくなる表面処理が施された第一接合面を有する第一鋼材と、第二ボルト孔を有し、前記第一鋼材の前記第一接合面に第二接合面が重ねられた第二鋼材と、前記第一鋼材と前記第二鋼材とを摩擦接合させる高力ボルト及びナットと、前記第一鋼材に接し、前記第一接合面の側に前記第一ボルト孔の孔径以上の孔径を有する拡径部が形成されたボルト孔を有する座金部材と、を備える。
【0012】
本開示では、第一鋼材は、第一ボルト孔の周囲に接触圧が小さいほどすべり係数が大きくなる表面処理が施された第一接合面を有する。また、第一鋼材に接する座金部材のボルト孔において第一接合面の側に、第一ボルト孔の孔径以上の孔径を有する拡径部が形成される。
【0013】
拡径部が形成された座金部材によって、接触圧のピークの位置が、第一鋼材の第一ボルト孔の縁から外側にシフトする。このため、本実施形態の接触圧の分布では、ピークの位置から外側に向かうに従って接触圧が漸減するパターンの領域が、座金部材のボルト孔の孔径が第一鋼材の第一ボルト孔の孔径未満である場合より、外側にシフトする。また、接触圧のピークの位置と第一鋼材の第一ボルト孔の縁との間にも、接触圧が外側から内側に向かって漸減するパターンが形成される。結果、表面処理が施された接合面の中で、接触圧が分布する領域の面積が増える。
【0014】
このため、表面処理によって得られるすべり係数向上効果を、座金部材のボルト孔の孔径が第一鋼材の第一ボルト孔の孔径未満である場合と比べ、より活用できる。よって、接合部のすべり係数を効率的に向上できる。
【発明の効果】
【0015】
本開示によれば、接触圧が小さいほどすべり係数が大きくなる表面処理が施された接合面を有する鋼材を含む高力ボルト摩擦接合において、接合部のすべり係数を効率的に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図2】本実施形態に係る高力ボルト摩擦接合構造を説明する斜視図である。
【図4】比較例に係る高力ボルト摩擦接合構造を説明する断面図である。
【図5】本実施形態の第１変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造を説明する断面図である。
【図6】本実施形態の第２変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造を説明する断面図である。
【図7】本実施形態の第３変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造を説明する断面図である。
【図8】本実施形態の第４変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造を説明する断面図である。
【図9】第４変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造を説明する斜視図である。
【図10】第４変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造の補助座金部材を説明する斜視図である。
【図11】本実施形態の第５変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造を説明する断面図である。
【図13】本実施形態の第７変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造を説明する断面図である。
【図14】実験において得られた、接触圧とすべり係数との関係を説明するグラフである。
【図15】実験において得られた、鋼材の断面を撮影した写真である。
【図16】実施例における解析モデルに係る高力ボルト摩擦接合構造を説明する側面図である。
【図17】第１解析例においてＣＡＳＥ１の解析モデルから得られた結果を説明するグラフである。
【図18】第１解析例においてＣＡＳＥ２の解析モデルから得られた結果を説明するグラフである。
【図19】第１解析例においてＣＡＳＥ３の解析モデルから得られた結果を説明するグラフである。
【図20】第２解析例においてＣＡＳＥ１の解析モデルを用いて補助座金部の板厚の影響を説明するグラフである。
【図21】第２解析例においてＣＡＳＥ３の解析モデルを用いて、補助座金部の板厚の影響を説明するグラフである。
【図22】第２解析例においてＣＡＳＥ１の解析モデルを用いて、補助座金部の孔径の影響を説明するグラフである。
【図23】第２解析例においてＣＡＳＥ３の解析モデルを用いて、補助座金部の孔径の影響を説明するグラフである。
【図24】第２解析例においてＣＡＳＥ１の解析モデルを用いて、補助座金部の外径の影響を説明するグラフである。
【図25】本実施形態で設定される換算すべり係数と実験値との対応を説明するグラフである。
【図26】第３解析例において孔径比と換算すべり係数との関係を説明するグラフである。
【図27】第４解析例において孔径比と換算すべり係数との関係を説明するグラフである。
【図28】第４解析例において板厚比と換算すべり係数との関係を説明するグラフである。
【図29】第４解析例において外径比と換算すべり係数との関係を説明するグラフである。
【図30】第５解析例において対板厚孔径差と換算すべり係数との関係を説明するグラフである。
【図31】第６解析例において、補助座金部によって板厚を増大させた場合と鋼材の板厚を増大させた場合とのそれぞれの板厚増大方法と、換算すべり係数との関係を説明するグラフである。
【図32】第７解析例において、拡径部として段差部又はテーパー部が設けられた場合における、拡径部と換算すべり係数との関係を説明するグラフである。
【図33】第８解析例において、ＣＡＳＥ１のＡ－２及びＡ－２´の解析モデルを用いて、座金部材と鋼材との接触面積の違いが接触圧分布に及ぼす影響を説明するグラフである。
【図34】第８解析例において、ＣＡＳＥ１のＡ－３及びＡ－３´の解析モデルを用いて、座金部材と鋼材との接触面積の違いが接触圧分布に及ぼす影響を説明するグラフである。
【図35】第８解析例において、ＣＡＳＥ１のＡ－４及びＡ－４´の解析モデルを用いて、座金部材と鋼材との接触面積の違いが接触圧分布に及ぼす影響を説明するグラフである。
【図36】第８解析例において、ＣＡＳＥ１のＡ－５及びＡ－５´の解析モデルを用いて、座金部材と鋼材との接触面積の違いが接触圧分布に及ぼす影響を説明するグラフである。
【図37】第８解析例において、ＣＡＳＥ１のＡ－６及びＡ－６´の解析モデルを用いて、座金部材と鋼材との接触面積の違いが接触圧分布に及ぼす影響を説明するグラフである。
【図38】第８解析例において、ＣＡＳＥ１の解析モデルを用いて、座金部材と被接合部材の接触面積の違いが換算すべり係数に及ぼす影響を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下に本開示の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。
【0018】
＜高力ボルト摩擦接合構造＞
本実施形態に係る高力ボルト摩擦接合構造を、図１～図３を参照しつつ説明する。図１及び図２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１０は、第一鋼材１１と、第二鋼材１２と、高力ボルト１４と、ナット１６と、座金部材１８と、を備える。
本実施形態に係る高力ボルト摩擦接合構造を、図１～図３を参照しつつ説明する。図１及び図２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１０は、第一鋼材１１と、第二鋼材１２と、高力ボルト１４と、ナット１６と、座金部材１８と、を備える。
【0019】
図３（Ａ）に示すように、本実施形態では、４つの高力ボルト摩擦接合構造１０が、第一鋼材１１と第二鋼材１２との間の接合部に構成されている。図３（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１０の摩擦面の数は、１面である。なお、本開示では、鋼材同士の接合部に構成される高力ボルト摩擦接合構造１０の個数は、１つ以上、任意である。
【0020】
（第一鋼材）
図１に示すように、第一鋼材１１は、高力ボルト摩擦接合構造１０における２つの被接合部材のうちの一方の鋼材である。第一鋼材１１は、板厚方向（すなわち、図１中の上下方向）に沿ってほぼ一定の板厚ｔ１を有するめっき鋼板である。なお、本開示では、第一鋼材としての鋼板は、めっき鋼板に限定されない。
図１に示すように、第一鋼材１１は、高力ボルト摩擦接合構造１０における２つの被接合部材のうちの一方の鋼材である。第一鋼材１１は、板厚方向（すなわち、図１中の上下方向）に沿ってほぼ一定の板厚ｔ１を有するめっき鋼板である。なお、本開示では、第一鋼材としての鋼板は、めっき鋼板に限定されない。
【0021】
第一鋼材１１は、第一ボルト孔１１Ｂと、第一ボルト孔１１Ｂの周囲に接触圧が小さいほど、すべり係数が大きくなる表面処理が施された第一接合面１１Ａとを有する。第一鋼材１１の第一接合面１１Ａは、第二鋼材１２の第二接合面１２Ａと接触する。第一ボルト孔１１Ｂの開口部の形状は円形状である。第一ボルト孔１１Ｂは、板厚方向に沿ってほぼ一定の孔径ｄを有する。
【0022】
（第二鋼材）
第二鋼材１２は、高力ボルト摩擦接合構造１０における２つの被接合部材のうちの他方の鋼材である。第二鋼材１２は、板厚方向に沿ってほぼ一定の板厚ｔ２を有するめっき鋼板である。なお、本開示では、第二鋼材としての鋼板は、めっき鋼板に限定されない。また、本実施形態では、第二鋼材１２の板厚ｔ２は、第一鋼材１１の板厚ｔ１と同じであるが、本開示では、第二鋼材１２の板厚は、第一鋼材１１の板厚と異なってもよい。
第二鋼材１２は、高力ボルト摩擦接合構造１０における２つの被接合部材のうちの他方の鋼材である。第二鋼材１２は、板厚方向に沿ってほぼ一定の板厚ｔ２を有するめっき鋼板である。なお、本開示では、第二鋼材としての鋼板は、めっき鋼板に限定されない。また、本実施形態では、第二鋼材１２の板厚ｔ２は、第一鋼材１１の板厚ｔ１と同じであるが、本開示では、第二鋼材１２の板厚は、第一鋼材１１の板厚と異なってもよい。
【0023】
第二鋼材１２は、第二ボルト孔１２Ｂと、第二ボルト孔１２Ｂの周囲に接触圧が小さいほど、すべり係数が大きくなる表面処理が施された第二接合面１２Ａとを有する。第二鋼材１２の第二接合面１２Ａは、第一鋼材１１の第一接合面１１Ａに重ねられる。
【0024】
第二ボルト孔１２Ｂの開口部の形状は円形状である。第二ボルト孔１２Ｂは、板厚方向に沿ってほぼ一定の孔径ｄを有する。本実施形態では、第二鋼材１２の第二ボルト孔１２Ｂの孔径ｄは、第一鋼材１１の第一ボルト孔１１Ｂの孔径ｄと同じであるが、本開示では、第二鋼材１２の第二ボルト孔１２Ｂの孔径は、第一鋼材１１の第一ボルト孔１１Ｂの孔径と異なってもよい。
【0025】
（表面処理）
本実施形態では、第一鋼材１１の第一接合面１１Ａと第二鋼材１２の第二接合面１２Ａとに施される表面処理は、りん酸塩処理である。りん酸塩処理としては、塗布型であってもよいし、或いは、浸漬型であってもよい。なお、図１中において第一鋼材１１の第一接合面１１Ａとは反対側の上面と第二鋼材１２の第二接合面１２Ａとは反対側の下面とに対する表面処理は、必須ではない。
本実施形態では、第一鋼材１１の第一接合面１１Ａと第二鋼材１２の第二接合面１２Ａとに施される表面処理は、りん酸塩処理である。りん酸塩処理としては、塗布型であってもよいし、或いは、浸漬型であってもよい。なお、図１中において第一鋼材１１の第一接合面１１Ａとは反対側の上面と第二鋼材１２の第二接合面１２Ａとは反対側の下面とに対する表面処理は、必須ではない。
【0026】
また、本開示では、接合部の接合面に施される表面処理は、りん酸塩処理に限定されず、例えばアルミ溶射等の他の表面処理であってもよい。
【0027】
（被接合部材）
本実施形態では、第一鋼材１１と第二鋼材１２とは、例えば薄板鋼板である。本開示では、被接合部材は、薄板鋼板に限定されず、厚板鋼板であってもよい。本開示では、鋼材の板厚は任意である。また、本実施形態では、第一鋼材１１と第二鋼材１２とは、鋼板に限定されない。本開示では、被接合部材は、いわゆる金物や形鋼等であってもよい。本開示では、高力ボルト摩擦接合構造１０が適用される部分が、板状であればよい。
本実施形態では、第一鋼材１１と第二鋼材１２とは、例えば薄板鋼板である。本開示では、被接合部材は、薄板鋼板に限定されず、厚板鋼板であってもよい。本開示では、鋼材の板厚は任意である。また、本実施形態では、第一鋼材１１と第二鋼材１２とは、鋼板に限定されない。本開示では、被接合部材は、いわゆる金物や形鋼等であってもよい。本開示では、高力ボルト摩擦接合構造１０が適用される部分が、板状であればよい。
【0028】
また、本開示では、被接合部材の個数は、２つに限定されず、３つ以上であってもよい。すなわち、被接合部材の個数は、任意である。例えば、本開示では、第一鋼材１１と第二鋼材１２との間に、被接合部材としての他の鋼材が、１つ以上重ね合わせられてもよい。
【0029】
また、第一鋼材１１の第二鋼材１２とは反対側に、被接合部材としての他の鋼材が、１つ以上重ね合わせられてもよいし、第二鋼材１２の第一鋼材１１とは反対側に、被接合部材としての他の鋼材が、１つ以上重ね合わせられてもよい。すなわち、本開示では「第一鋼材」及び「第二鋼材」の表現は、接合部を形成する２つの鋼材を表すものであって、特定の位置に配置された鋼材を表すものではない。
【0030】
（高力ボルト及びナット）
高力ボルト１４及びナット１６は、第一鋼材１１と第二鋼材１２とを摩擦接合させる連結部材である。高力ボルト１４の軸部は、一定の軸径Ｄを有する。高力ボルト１４の軸部は、第一ボルト孔１１Ｂと第二ボルト孔１２Ｂとに差し込まれる。
高力ボルト１４及びナット１６は、第一鋼材１１と第二鋼材１２とを摩擦接合させる連結部材である。高力ボルト１４の軸部は、一定の軸径Ｄを有する。高力ボルト１４の軸部は、第一ボルト孔１１Ｂと第二ボルト孔１２Ｂとに差し込まれる。
【0031】
なお、本実施形態で用いられる高力ボルト１４は、高力六角ボルトであるが、本開示の高力ボルト１４は、六角ボルトに限定されず、例えばトルシア形であってもよい。また、本開示では、ナット１６の形状も適宜変更できる。
【0032】
（座金部材）
本実施形態では、高力ボルト摩擦接合構造１０は、一対の座金部材１８を備える。一対の座金部材１８のうち一方の座金部材１８は、高力ボルト１４の頭部と第一鋼材１１との間に配置されると共に、他方の座金部材１８は、ナット１６と第二鋼材１２との間に配置される。すなわち、図１中の上側に位置する一方の座金部材１８は、第一鋼材１１に接すると共に、図１中の下側に位置する他方の座金部材１８は、第二鋼材１２に接する。
本実施形態では、高力ボルト摩擦接合構造１０は、一対の座金部材１８を備える。一対の座金部材１８のうち一方の座金部材１８は、高力ボルト１４の頭部と第一鋼材１１との間に配置されると共に、他方の座金部材１８は、ナット１６と第二鋼材１２との間に配置される。すなわち、図１中の上側に位置する一方の座金部材１８は、第一鋼材１１に接すると共に、図１中の下側に位置する他方の座金部材１８は、第二鋼材１２に接する。
【0033】
座金部材１８は、リング状であると共に、平面視で、中央にボルト孔２０を有する。座金部材１８の外縁の形状と内縁の形状とは、円形状である。本実施形態の座金部材１８は、１つの平座金部のみによって構成される。座金部材１８は、ボルト軸径Ｄにあわせてほぼ一定の外径Ｄｗとほぼ一定の板厚ｔｗとを有する。座金部材１８は、例えば鋼板部材によって作製できる。
【0034】
（拡径部）
本実施形態では、図１中の上側の座金部材１８の場合、ボルト孔２０の第一鋼材１１の側に、第一鋼材１１の第一ボルト孔１１Ｂの孔径ｄ以上の孔径ｄ´を有する拡径部ＥＰが形成される。すなわち、ｄ≦ｄ´である。
本実施形態では、図１中の上側の座金部材１８の場合、ボルト孔２０の第一鋼材１１の側に、第一鋼材１１の第一ボルト孔１１Ｂの孔径ｄ以上の孔径ｄ´を有する拡径部ＥＰが形成される。すなわち、ｄ≦ｄ´である。
【0035】
なお、本実施形態では、説明の便宜のため、座金部材１８と鋼材とが接触した状態において、座金部材１８の「底面」は、鋼材の側の面を意味すると共に、座金部材１８の「頂面」は、鋼材とは反対側の面を意味すると定義する。すなわち、底面の側の領域は、第一接合面の側の領域、又は、第二接合面の側の領域を意味する。また、頂面の側の領域は、高力ボルト１４の頭部の側の領域、又は、ナット１６の側の領域を意味する。
【0036】
本実施形態では、座金部材１８の平座金部の底面の側の孔径ｄ´と頂面の側の孔径ｄｗとがほぼ同じである。すなわち、板厚方向における拡径部ＥＰの孔径の全体が、第一ボルト孔１１Ｂの孔径ｄ以上にほぼ一様に拡径されている。拡径部ＥＰによって接合部のすべり係数を向上できる。
【0037】
なお、本実施形態では、第一ボルト孔１１Ｂの中心と第二ボルト孔１２Ｂの中心と座金部材１８のボルト孔２０の中心とが、同じ軸線Ｃ上に揃えられた状態が例示されたが、本開示では、これに限定されず、それぞれの中心がずれた状態であっても排除されない。
【0038】
（比較例）
一方、図４に示すように、比較例に係る高力ボルト摩擦接合構造１０Ｚでは座金部材１８Ｚにおいて、ボルト孔２０の底面の側の領域に、拡径部ＥＰが形成されない。すなわち、比較例では、ボルト孔２０の底面の側の孔径ｄ´は、第一鋼材１１の第一ボルト孔１１Ｂの孔径ｄより小さい。このため、本実施形態のように、拡径部ＥＰによって接合部のすべり係数を向上することができない。
一方、図４に示すように、比較例に係る高力ボルト摩擦接合構造１０Ｚでは座金部材１８Ｚにおいて、ボルト孔２０の底面の側の領域に、拡径部ＥＰが形成されない。すなわち、比較例では、ボルト孔２０の底面の側の孔径ｄ´は、第一鋼材１１の第一ボルト孔１１Ｂの孔径ｄより小さい。このため、本実施形態のように、拡径部ＥＰによって接合部のすべり係数を向上することができない。
【0039】
＜変形例＞
次に、本実施形態の第１変形例～第７変形例に係るそれぞれの高力ボルト摩擦接合構造を、図５～図１３を参照しつつ説明する。第１変形例～第７変形例においても、拡径部ＥＰによって接合部のすべり係数を向上できる。なお、以下の第１変形例～第７変形例の説明においては、図１中に例示された本実施形態に係る高力ボルト摩擦接合構造１０と異なる点について主に説明すると共に、本実施形態と同様の構造については、重複説明を省略する。
次に、本実施形態の第１変形例～第７変形例に係るそれぞれの高力ボルト摩擦接合構造を、図５～図１３を参照しつつ説明する。第１変形例～第７変形例においても、拡径部ＥＰによって接合部のすべり係数を向上できる。なお、以下の第１変形例～第７変形例の説明においては、図１中に例示された本実施形態に係る高力ボルト摩擦接合構造１０と異なる点について主に説明すると共に、本実施形態と同様の構造については、重複説明を省略する。
【0040】
（第１変形例）
図５に示すように、第１変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造１０Ａでは、座金部材１８は、接合部において高力ボルト１４の頭部の側にのみ設けられる。すなわち、拡径部ＥＰを有する座金部材１８の個数は、１つのみである。なお、本開示では、座金部材１８は、接合部においてナット１６の側にのみ設けられてもよい。第１変形例のように、本開示では、拡径部ＥＰを有する座金部材１８は、高力ボルト１４の頭部側とナット１６側とのうち、少なくとも一方に配置されればよい。
図５に示すように、第１変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造１０Ａでは、座金部材１８は、接合部において高力ボルト１４の頭部の側にのみ設けられる。すなわち、拡径部ＥＰを有する座金部材１８の個数は、１つのみである。なお、本開示では、座金部材１８は、接合部においてナット１６の側にのみ設けられてもよい。第１変形例のように、本開示では、拡径部ＥＰを有する座金部材１８は、高力ボルト１４の頭部側とナット１６側とのうち、少なくとも一方に配置されればよい。
【0041】
（第２変形例）
図６に示すように、第２変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造１０Ｂでは、座金部材１８Ｂのボルト孔２０を形成する内壁面において、底面の側の領域が、頂面の側の領域よりも部分的に拡径される。具体的には、第２変形例では、ボルト孔２０が頂面の側の孔径ｄｗと底面の側の孔径ｄ´との互いに異なる２つの孔径を有するように、座金部材１８Ｂの頂面と底面との間に、１つの段差が形成される。なお、本開示では、本段差の個数は１つに限定されず、２つ以上、任意である。
図６に示すように、第２変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造１０Ｂでは、座金部材１８Ｂのボルト孔２０を形成する内壁面において、底面の側の領域が、頂面の側の領域よりも部分的に拡径される。具体的には、第２変形例では、ボルト孔２０が頂面の側の孔径ｄｗと底面の側の孔径ｄ´との互いに異なる２つの孔径を有するように、座金部材１８Ｂの頂面と底面との間に、１つの段差が形成される。なお、本開示では、本段差の個数は１つに限定されず、２つ以上、任意である。
【0042】
第２変形例では、底面の側の孔径ｄ´の方が、頂面の側の孔径ｄｗより大きい。底面の側の孔径ｄ´を有する領域が、座金部材１８Ｂの拡径部ＥＰである。なお、第２変形例のように、頂面の側の孔径ｄｗが、第一鋼材１１の第一ボルト孔１１Ｂの孔径ｄより小さい場合、ボルト締め作業の際、高力ボルト１４と第一ボルト孔１１Ｂとを位置合わせし易い。
【0043】
（第３変形例）
図７に示すように、第３変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造１０Ｃでは、座金部材１８Ｃのボルト孔２０を形成する内壁面において、底面の側の領域が、頂面の側の領域よりも部分的に拡径される。具体的には、第３変形例では、ボルト孔２０が頂面の側の孔径ｄｗと底面の側の孔径ｄ´とを有すると共に、座金部材１８Ｃの頂面と底面との間に、１つのテーパー部（すなわち、傾斜面）が形成される。なお、本開示では、テーパー部の個数は、１つに限定されず、互いに異なる傾斜角度を有する２つ以上のテーパー部が形成されてよい。
図７に示すように、第３変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造１０Ｃでは、座金部材１８Ｃのボルト孔２０を形成する内壁面において、底面の側の領域が、頂面の側の領域よりも部分的に拡径される。具体的には、第３変形例では、ボルト孔２０が頂面の側の孔径ｄｗと底面の側の孔径ｄ´とを有すると共に、座金部材１８Ｃの頂面と底面との間に、１つのテーパー部（すなわち、傾斜面）が形成される。なお、本開示では、テーパー部の個数は、１つに限定されず、互いに異なる傾斜角度を有する２つ以上のテーパー部が形成されてよい。
【0044】
第３変形例では、底面の側の孔径ｄ´の方が、頂面の側の孔径ｄｗより大きい。第３変形例では、テーパー部が形成された部分が、座金部材１８Ｃの拡径部ＥＰである。すなわち、拡径部ＥＰでは、ボルト孔２０の孔径が、板厚方向に沿って、頂面から底面に向かうに従って、徐々に大きくなる。なお、本開示では、第２変形例のテーパー部と第３変形例の段差部との組み合わせによって拡径部が構成されてもよい。
【0045】
（第４変形例）
図８に示すように、第４変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造１０Ｄでは、座金部材１８Ｄは、平座金部１８Ｄ１と、補助座金部１８Ｄ２と、を有する。
図８に示すように、第４変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造１０Ｄでは、座金部材１８Ｄは、平座金部１８Ｄ１と、補助座金部１８Ｄ２と、を有する。
【0046】
（平座金部）
図９に示すように、平座金部１８Ｄ１は、一方の面、すなわち頂面が高力ボルト１４又はナット１６に接するリング状の部材である。
図９に示すように、平座金部１８Ｄ１は、一方の面、すなわち頂面が高力ボルト１４又はナット１６に接するリング状の部材である。
【0047】
（補助座金部）
図１０に示すように、補助座金部１８Ｄ２は、平座金部１８Ｄ１と第一鋼材１１との間に配置されるリング状の部材である。補助座金部１８Ｄ２は、拡径部ＥＰとしての底部１９Ａと、底部１９Ａの外側から、高力ボルト１４の側又はナット１６の側、すなわち平座金部１８Ｄ１の側に延びる側壁部１９Ｂとを有する。補助座金部１８Ｄ２には、底部１９Ａと側壁部１９Ｂとによって、平座金部１８Ｄ１に対応する凹部１９Ｃが形成される。
図１０に示すように、補助座金部１８Ｄ２は、平座金部１８Ｄ１と第一鋼材１１との間に配置されるリング状の部材である。補助座金部１８Ｄ２は、拡径部ＥＰとしての底部１９Ａと、底部１９Ａの外側から、高力ボルト１４の側又はナット１６の側、すなわち平座金部１８Ｄ１の側に延びる側壁部１９Ｂとを有する。補助座金部１８Ｄ２には、底部１９Ａと側壁部１９Ｂとによって、平座金部１８Ｄ１に対応する凹部１９Ｃが形成される。
【0048】
図８に示すように、補助座金部１８Ｄ２の内径Ｄ´ｉは、平座金部１８Ｄ１の外径とほぼ同じである。このため、平座金部１８Ｄ１は、補助座金部１８Ｄ２の凹部１９Ｃの内側に嵌合する。また、補助座金部１８Ｄ２の側壁部１９Ｂの高さは、平座金部１８Ｄ１の板厚ｔｗとほぼ同じである。第４変形例では、座金部材１８Ｄの全体の板厚は、平座金部１８Ｄ１の板厚ｔｗと、補助座金部１８Ｄ２の底部１９Ａの板厚ｔ´との和である。
【0049】
第４変形例では、補助座金部１８Ｄ２のボルト孔２０を形成する内壁面において、底部１９Ａの側の領域が平座金部１８Ｄ１の側の領域よりも拡径されるように、段差部が形成される。段差部が形成された底部１９Ａは、座金部材１８Ｄの拡径部ＥＰである。補助座金部１８Ｄ２の拡径部ＥＰは、板厚方向全体に亘ってほぼ一定の孔径を有する。図８中には、補助座金部１８Ｄ２の底面の側の孔径ｄ´ｓが例示されている。なお、本開示では、座金部材１８Ｄのボルト孔２０を形成する内壁面において、平座金部１８Ｄ１の側の領域と補助座金部１８Ｄ２の側の領域との両方が、第一ボルト孔１１Ｂの孔径より拡径されてもよい。
【0050】
（第５変形例）
図１１に示すように、第５変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造１０Ｅでは、第４変形例と同様に、座金部材１８Ｅが、平座金部１８Ｅ１と補助座金部１８Ｅ２とを有する。また、補助座金部１８Ｅ２のボルト孔２０を形成する内壁面において、底部１９Ａの側の領域が、平座金部１８Ｅ１の側の領域よりも拡径される。具体的には、ボルト孔２０の孔径が、板厚方向に沿って平座金部１８Ｅ１の側から底面の側に向かうに従って徐々に大きくなるテーパー部が形成される点が、第４変形例と異なる。第５変形例では、テーパー部が形成された底部１９Ａは、座金部材１８Ｅの拡径部ＥＰである。
図１１に示すように、第５変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造１０Ｅでは、第４変形例と同様に、座金部材１８Ｅが、平座金部１８Ｅ１と補助座金部１８Ｅ２とを有する。また、補助座金部１８Ｅ２のボルト孔２０を形成する内壁面において、底部１９Ａの側の領域が、平座金部１８Ｅ１の側の領域よりも拡径される。具体的には、ボルト孔２０の孔径が、板厚方向に沿って平座金部１８Ｅ１の側から底面の側に向かうに従って徐々に大きくなるテーパー部が形成される点が、第４変形例と異なる。第５変形例では、テーパー部が形成された底部１９Ａは、座金部材１８Ｅの拡径部ＥＰである。
【0051】
第５変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造１０Ｅの他の構造は、第４変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造１０Ｄと同様であるため、重複説明を省略する。
【0052】
（第６変形例）
図１２（Ａ）に示すように、第６変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造１０Ｆでは、２つの第二鋼材１２のそれぞれの長手方向（すなわち、図１２中の左右方向）の端面同士が、隙間を空けて対向する。また、図１２（Ｂ）に示すように、２つの第二鋼材１２が、第一鋼材１１と第三鋼材１３とに挟まれた状態で、４つの高力ボルト１４によって摩擦接合された場合が例示されている。図１２（Ｂ）に示すように、第６変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造１０Ｆの摩擦面の数は、２面である。
図１２（Ａ）に示すように、第６変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造１０Ｆでは、２つの第二鋼材１２のそれぞれの長手方向（すなわち、図１２中の左右方向）の端面同士が、隙間を空けて対向する。また、図１２（Ｂ）に示すように、２つの第二鋼材１２が、第一鋼材１１と第三鋼材１３とに挟まれた状態で、４つの高力ボルト１４によって摩擦接合された場合が例示されている。図１２（Ｂ）に示すように、第６変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造１０Ｆの摩擦面の数は、２面である。
【0053】
第６変形例では、第一鋼材１１と第三鋼材１３とは、いわゆる添板として機能する。第６変形例における第一鋼材１１と第二鋼材１２と第三鋼材１３とに例示されるように、本開示では、高力ボルト摩擦接合構造に用いられる被接合部材の個数は、適宜設定できる。
【0054】
（第７変形例）
図１３に示すように、第７変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造１０Ｇでは、第一鋼材１１の板厚ｔ１は、第二鋼材１２の板厚ｔ２より薄い。すなわち、本開示では、第７変形例のように、第一鋼材１１の板厚と第二鋼材１２の板厚とは、互いに異なってもよい。図１３中には、２つの座金部材１８が、第一鋼材１１と第二鋼材１２との両方に接して配置された状態が例示されているが、本開示では、座金部材１８は、少なくとも、板厚が薄い方の鋼材に接して配置されればよい。
図１３に示すように、第７変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造１０Ｇでは、第一鋼材１１の板厚ｔ１は、第二鋼材１２の板厚ｔ２より薄い。すなわち、本開示では、第７変形例のように、第一鋼材１１の板厚と第二鋼材１２の板厚とは、互いに異なってもよい。図１３中には、２つの座金部材１８が、第一鋼材１１と第二鋼材１２との両方に接して配置された状態が例示されているが、本開示では、座金部材１８は、少なくとも、板厚が薄い方の鋼材に接して配置されればよい。
【実施例0055】
【0056】
ここで、高力ボルト接合部における接合面の接触圧は、ボルトからの距離に応じて異なる。具体的には、ボルトに近いほど接触圧が大きい。本実験は、接触圧がほぼ一定な摩擦面でのすべり係数を評価し、接触圧の違いがすべり係数へ及ぼす影響を把握するために行われた。
【0057】
本試験では、まず、３つの鋼板部材を重ね合わせた状態で、重ね合わせ部の接合面における接触圧の分布がほぼ均一となるように、接合面に対して接触圧を加えた。そして、接触圧をほぼ一定に保ったまま、接合面が面内方向にすべるように、３つの鋼板部材のうちの中央の鋼板部材に対して面内方向に荷重を加えることによって、すべり係数を測定した。また、本試験では、塗布型と浸漬型との２種類のりん酸塩処理のそれぞれについて測定した。
【0058】
図１４中には、塗布型のりん酸塩処理の場合に得られた複数のデータ点から算出された近似直線が実線で、また、浸漬型のりん酸塩処理の場合に得られた複数のデータ点から算出された近似直線が破線で、それぞれ例示されている。図１４に示すように、塗布型と浸漬型とのりん酸塩処理のいずれも、接触圧が大きいほどすべり係数が小さくなることが分かった。特に、塗布型の方が、図１４中の近似直線の負の傾きが大きいように、接触圧の影響を大きく受けることが分かった。
【0059】
また、図１５に示すように、塗布型と浸漬型との２種類のりん酸塩処理のそれぞれにおいて、試験後の鋼材のミクロ断面を比較した。図１５中の上段には、塗布型のりん酸塩処理において、接触圧が２５ＭＰａ、１３０ＭＰａ、３００ＭＰａの場合にそれぞれ得られたミクロ断面が例示されている。また、図１５中の下段には、浸漬型のりん酸塩処理において、接触圧が２５ＭＰａ、１３０ＭＰａ、３００ＭＰａの場合にそれぞれ得られたミクロ断面が例示されている。
【0060】
図１５に示すように、塗布型の場合、表層のりん酸塩処理層には空隙が散見された。空隙は、塗布薬剤が残存してポリマー化した層である。塗布型の場合、接触圧が大きくなるにつれ、表層の空隙が押し潰されていくことが分かった。すなわち、図１４中のグラフの結果と同様に、塗布型の場合、接触圧に応じて表層の様態が異なり、すべり係数の違いに影響を及ぼすことが分かった。
【0061】
一方、浸漬型の場合、表層は純粋なりん酸亜鉛のみで構成され、空隙は、ほとんど見られなかった。浸漬型の場合、接触圧の違いによる様態の変化は小さいこと、すなわち、塗布型よりも接触圧がすべり係数に及ぼす影響は小さいことが分かった。
【0062】
＜解析例＞
次に、本実施形態に係る高力ボルト摩擦接合構造の解析例を、図１６～図３８を参照して説明する。解析では、高力ボルト摩擦接合構造をモデル化したＦＥＭ解析を行い、座金形状が接触圧分布に及ぼす影響を確認した。図１６に示すように、解析では、接合面であるＸＺ平面内の鋼材の変位を拘束すると共に、板厚方向であるＹ方向の変位のみ自由に設定した。
次に、本実施形態に係る高力ボルト摩擦接合構造の解析例を、図１６～図３８を参照して説明する。解析では、高力ボルト摩擦接合構造をモデル化したＦＥＭ解析を行い、座金形状が接触圧分布に及ぼす影響を確認した。図１６に示すように、解析では、接合面であるＸＺ平面内の鋼材の変位を拘束すると共に、板厚方向であるＹ方向の変位のみ自由に設定した。
【0063】
なお、解析モデルでは、高力ボルトの軸の長さは、解析上の必要性に応じて、高力ボルトの頭部との付け根からナットに含まれる部分までの長さである。また、解析例での鋼材の引張強度は、４０ｋ鋼で設定した。ただし、本開示では、鋼材の引張強度は、これに限定されず、適宜変更できる。それぞれの高力ボルト摩擦接合構造の解析モデルのＣＡＳＥ（ケース）のパラメータを以下の表１に示す。
【0064】
【表1】
【0065】
なお、ＣＡＳＥ１及びＣＡＳＥ３におけるそれぞれのＤ－５のパターンは、各ＣＡＳＥにおける０のパターンと同様に、拡径部が形成されない比較例である。次に、表１中の解析モデルを用いて実施した解析例のそれぞれを以下に説明する。
【0066】
また、表１中、最上段の中央の「平座金部」の項目における孔径の欄には、「ｄｗ」及び「ｄ´」の２種類の符号が記載されている。孔径ｄｗは、座金部材の平座金部のボルト孔を全体的に見て、ボルト孔の頂面の側の孔径を表す。一方、孔径ｄ´は、平座金部のボルト孔の底面の側の孔径を表す。表１中の各ＣＡＳＥにおいて、拡径部が形成されない０のパターンと、拡径部が形成されるＡ、Ａ´及びＤのパターンとでは、座金部材がいずれも、板厚方向全体に亘ってほぼ一定の孔径を有する１つの平座金部によって構成されるため、頂面の側の孔径ｄｗと底面の側の孔径ｄ´とのそれぞれの値は、同じである。
【0067】
また、表１中のＣＡＳＥ１及びＣＡＳＥ３において、平座金部の拡径部における頂面の側の孔径ｄｗと底面の側の孔径ｄ´とが異なるＢ及びＣのパターンでは、頂面の側の孔径ｄｗと底面の側の孔径ｄ´とのそれぞれの値は、別々に表示されている。
【0068】
また、表１中のＣＡＳＥ１及びＣＡＳＥ３において、平座金部と補助座金部とを有するＤのパターンでは、補助座金部の底面の側の孔径ｄ´ｓが表示されている。Ｄのパターンでは、座金部材のボルト孔の頂面の側の孔径は、平座金部の頂面の側の孔径ｄｗである。また、座金部材のボルト孔の底面の側の孔径は、補助座金部の底面の側の孔径ｄ´ｓである。
【0069】
（第１解析例：接触圧分布について）
第１解析例では、接触圧分布を評価した。図１７中にはＣＡＳＥ１の解析モデルについて、図１８中にはＣＡＳＥ２の解析モデルについて、図１９中にはＣＡＳＥ３の解析モデルについて、それぞれの接触圧分布が例示されている。
第１解析例では、接触圧分布を評価した。図１７中にはＣＡＳＥ１の解析モデルについて、図１８中にはＣＡＳＥ２の解析モデルについて、図１９中にはＣＡＳＥ３の解析モデルについて、それぞれの接触圧分布が例示されている。
【0070】
図１７～図１９に示すように、いずれのＣＡＳＥも同様の傾向が表れた。具体的には、各ＣＡＳＥにおいていずれも最も太い実線で描かれた「０」の解析モデルのように拡径部が形成されない場合、グラフの横軸が０ｍｍの位置において接触圧が最大となると共に、横軸の値が大きくなるにつれて接触圧が小さくなる。
【0071】
一方、拡径部が形成された図１７中のＣＡＳＥ１のＡ－１～Ａ－６の解析モデルでは、平座金部のボルト孔の孔径ｄ´が大きくなるほど、接触圧のピーク位置がボルト孔から遠ざかった。また、平座金部のボルト孔の孔径ｄ´が大きくなるほど、鋼材と座金部材とが接触する領域が鋼材のボルト孔縁から遠くなり、横軸が０ｍｍの位置における接触圧が抑制された。また、同様の傾向が、図１８中のＣＡＳＥ２のＡ－１～Ａ－７の解析モデル、及び、図１９中のＣＡＳＥ３のＡ－１～Ａ－７の解析モデルにおいても確認された。
【0072】
（第２解析例：補助座金部について）
第２解析例では、補助座金部について評価した。図２０～図２４は、ＣＡＳＥ１の解析モデルから得られた接触圧分布のグラフを示す。また、図２１及び図２３は、ＣＡＳＥ３の解析モデルから得られた接触圧分布のグラフを示す。
第２解析例では、補助座金部について評価した。図２０～図２４は、ＣＡＳＥ１の解析モデルから得られた接触圧分布のグラフを示す。また、図２１及び図２３は、ＣＡＳＥ３の解析モデルから得られた接触圧分布のグラフを示す。
【0073】
（１）補助座金部の板厚の影響
図２０中には、ＣＡＳＥ１の０、Ａ－２、Ｄ－１～Ｄ－４の解析モデルにおいて得られた接触圧分布が、補助座金部の板厚ｔ´と共に、それぞれ例示されている。また、図２１中には、ＣＡＳＥ３の０、Ａ－２、Ｄ－１～Ｄ－４の解析モデルにおいて得られた接触圧分布が、補助座金部の板厚ｔ´と共に、それぞれ例示されている。図２０及び図２１に示すように、補助座金部の板厚ｔ´が大きくなるほど、接触圧の影響範囲、すなわち接触圧影響範囲が大きくなり、接触圧のピーク値を抑制できることが確認された。
図２０中には、ＣＡＳＥ１の０、Ａ－２、Ｄ－１～Ｄ－４の解析モデルにおいて得られた接触圧分布が、補助座金部の板厚ｔ´と共に、それぞれ例示されている。また、図２１中には、ＣＡＳＥ３の０、Ａ－２、Ｄ－１～Ｄ－４の解析モデルにおいて得られた接触圧分布が、補助座金部の板厚ｔ´と共に、それぞれ例示されている。図２０及び図２１に示すように、補助座金部の板厚ｔ´が大きくなるほど、接触圧の影響範囲、すなわち接触圧影響範囲が大きくなり、接触圧のピーク値を抑制できることが確認された。
【0074】
（２）補助座金部の孔径の影響
図２２中には、ＣＡＳＥ１の０、Ａ－２、Ｄ－５、Ｄ－２、Ｄ－６の解析モデルにおいて得られた接触圧分布が、補助座金部のボルト孔の底面側の孔径ｄ´ｓと共に、それぞれ例示されている。また、図２３中には、ＣＡＳＥ３の０、Ｄ－５、Ｄ－２、Ｄ－６の解析モデルにおいて得られた接触圧分布が、補助座金部のボルト孔の底面側の孔径ｄ´ｓと共に、それぞれ例示されている。図２２及び図２３に示すように、補助座金部の底面の側の孔径ｄ´ｓを第一鋼材の第一ボルト孔の孔径ｄ（１６ｍｍ）よりも拡径することによって、接触圧のピーク位置をボルトから遠ざけ、かつ接触圧影響範囲を大きくし、接触圧のピーク値を抑制できることが分かった。
図２２中には、ＣＡＳＥ１の０、Ａ－２、Ｄ－５、Ｄ－２、Ｄ－６の解析モデルにおいて得られた接触圧分布が、補助座金部のボルト孔の底面側の孔径ｄ´ｓと共に、それぞれ例示されている。また、図２３中には、ＣＡＳＥ３の０、Ｄ－５、Ｄ－２、Ｄ－６の解析モデルにおいて得られた接触圧分布が、補助座金部のボルト孔の底面側の孔径ｄ´ｓと共に、それぞれ例示されている。図２２及び図２３に示すように、補助座金部の底面の側の孔径ｄ´ｓを第一鋼材の第一ボルト孔の孔径ｄ（１６ｍｍ）よりも拡径することによって、接触圧のピーク位置をボルトから遠ざけ、かつ接触圧影響範囲を大きくし、接触圧のピーク値を抑制できることが分かった。
【0075】
（３）補助座金部の外径の影響
図２４中には、ＣＡＳＥ１の０、Ｄ－７～Ｄ－９、Ｄ－２の解析モデルにおいて得られた接触圧分布が、補助座金部の外径Ｄ´と共に、それぞれ例示されている。図２４に示すように、補助座金部の外径Ｄ´を大きくすることで、補助座金部と鋼材との接触面積を大きくし、接触圧の影響範囲を大きくすることができ、接触圧のピーク値を抑制できることが分かった。
図２４中には、ＣＡＳＥ１の０、Ｄ－７～Ｄ－９、Ｄ－２の解析モデルにおいて得られた接触圧分布が、補助座金部の外径Ｄ´と共に、それぞれ例示されている。図２４に示すように、補助座金部の外径Ｄ´を大きくすることで、補助座金部と鋼材との接触面積を大きくし、接触圧の影響範囲を大きくすることができ、接触圧のピーク値を抑制できることが分かった。
【0076】
【0077】
具体的には、図１４中で例示された、微小区間での接触圧とそれに対応するすべり係数とを掛け合わせることによって、微小区間でのすべり耐力を算出できる。算出されたすべり耐力を、以下の換算式を用いて、接触圧が生じている範囲内で累積すると共に、高力ボルトの張力で除すことによって、見かけのすべり係数としての換算すべり係数μ´を算出することができる。
【0078】
（換算式）
σ（ｘ）：摩擦面の接触圧分布
μ´（ｘ）：摩擦面のすべり係数分布
Ｎ：ボルトによる接触力の合計値
ｘ：鋼材のボルト孔縁からの距離
ｌ：接触圧が発生している範囲の長さ
μ´：換算すべり係数
【数1】
σ（ｘ）：摩擦面の接触圧分布
μ´（ｘ）：摩擦面のすべり係数分布
Ｎ：ボルトによる接触力の合計値
ｘ：鋼材のボルト孔縁からの距離
ｌ：接触圧が発生している範囲の長さ
μ´：換算すべり係数
【0079】
図２５中には、図１４中の塗布型のりん酸塩処理の試験から得られた実験値と、それぞれの実験値と対応する換算すべり係数μ´とを表す３つのデータ点が、黒丸で例示されている。また、図２５中には、図１４中の浸漬型のりん酸塩処理の試験から得られた実験値と、それぞれの実験値と対応する換算すべり係数μ´とを表す２つのデータ点が、薄い灰色のデータ点で例示されている。
【0080】
図２５に示すように、換算すべり係数μ´と実験値とは、概ね１対１の良好な対応であること、すなわち、上記の換算式を用いて実際のすべり係数を概ね具体的に評価できることが分かった。以下の解析例では、各解析結果における換算すべり係数μ´を比較し、諸パラメータが換算すべり係数μ´に及ぼす影響を確認した。
【0081】
（第３解析例：孔径比と換算すべり係数との関係について）
第３解析例では、孔径比と換算すべり係数との関係について評価した。孔径比は、座金部材における平座金部の底面の側の孔径ｄ´又は補助座金部の底面の側の孔径ｄ´ｓを、第一鋼材の第一ボルト孔の孔径ｄで除すことによって得ることができる。
第３解析例では、孔径比と換算すべり係数との関係について評価した。孔径比は、座金部材における平座金部の底面の側の孔径ｄ´又は補助座金部の底面の側の孔径ｄ´ｓを、第一鋼材の第一ボルト孔の孔径ｄで除すことによって得ることができる。
【0082】
図２６中には、ＣＡＳＥ１の０、Ａ－１～Ａ－６の解析モデルにおいて得られた孔径比ｄ’／ｄと、孔径比ｄ’／ｄに対応する換算すべり係数μ´とを表すデータ点が、黒丸（●）で例示されている。また、図２６中には、ＣＡＳＥ２の０、Ａ－１～Ａ－７の解析モデルにおいて得られた孔径比ｄ’／ｄと、孔径比ｄ’／ｄに対応する換算すべり係数μ´とを表すデータ点が、黒い三角形（▲）で例示されている。また、図２６中には、ＣＡＳＥ３の０、Ａ－１～Ａ－７の解析モデルにおいて得られた孔径比ｄ’／ｄと、孔径比ｄ’／ｄに対応する換算すべり係数μ´とを表すデータ点が、白い四角形（◇）で例示されている。
【0083】
図２６に示すように、座金部材の孔径を拡径することで、換算すべり係数μ´を大きくできることが確認された。一方、いずれのＣＡＳＥでも、特定の孔径において、換算すべり係数μ´がピークを有することが分かった。
【0084】
（第４解析例：補助座金部と換算すべり係数との関係について）
第４解析例では、補助座金部と換算すべり係数との関係について評価した。
第４解析例では、補助座金部と換算すべり係数との関係について評価した。
【0085】
（１）補助座金部の孔径の影響
具体的には、補助座金部の孔径の影響を、孔径比を用いて解析した。図２７中には、ＣＡＳＥ１のＤ－２、Ｄ－５、Ｄ－６の解析モデルにおいて得られた孔径比ｄ´ｓ／ｄと、孔径比ｄ´ｓ／ｄに対応する換算すべり係数μ´とを表すデータ点が、黒い三角形（▲）で例示されている。また、図２７中には、ＣＡＳＥ１の０の解析モデルにおいて得られた孔径比ｄ’／ｄと、孔径比ｄ’／ｄに対応する換算すべり係数μ´とを表すデータ点が、白い三角形（△）で例示されている。
具体的には、補助座金部の孔径の影響を、孔径比を用いて解析した。図２７中には、ＣＡＳＥ１のＤ－２、Ｄ－５、Ｄ－６の解析モデルにおいて得られた孔径比ｄ´ｓ／ｄと、孔径比ｄ´ｓ／ｄに対応する換算すべり係数μ´とを表すデータ点が、黒い三角形（▲）で例示されている。また、図２７中には、ＣＡＳＥ１の０の解析モデルにおいて得られた孔径比ｄ’／ｄと、孔径比ｄ’／ｄに対応する換算すべり係数μ´とを表すデータ点が、白い三角形（△）で例示されている。
【0086】
また、図２７中には、ＣＡＳＥ３のＤ－３、Ｄ－５、Ｄ－６の解析モデルにおいて得られた孔径比ｄ´ｓ／ｄと、孔径比ｄ´ｓ／ｄに対応する換算すべり係数μ´とを表すデータ点が、黒丸（●）で例示されている。また、図２７中には、ＣＡＳＥ３の０の解析モデルにおいて得られた孔径比ｄ’／ｄと、孔径比ｄ’／ｄに対応する換算すべり係数μ´とを表すデータ点が、白丸（〇）で例示されている。
【0087】
図２７に示すように、孔径比が大きくなるほど、換算すべり係数μ´が大きくなることが確認された。また、第一鋼材の板厚ｔ１が比較的小さいＣＡＳＥ１の場合、ピーク値が形成されることが確認された。
【0088】
（２）補助座金部の板厚の影響
具体的には、補助座金部の板厚の影響を、板厚比を用いて解析した。板厚比は、座金部材における平座金部の板厚ｔｗ又は補助座金部の底部の板厚ｔ´を、第一鋼材の板厚ｔ１で除すことによって得ることができる。
具体的には、補助座金部の板厚の影響を、板厚比を用いて解析した。板厚比は、座金部材における平座金部の板厚ｔｗ又は補助座金部の底部の板厚ｔ´を、第一鋼材の板厚ｔ１で除すことによって得ることができる。
【0089】
図２８中には、ＣＡＳＥ１のＤ－１～Ｄ－４の解析モデルにおいて得られた板厚比ｔ´／ｔ１と、板厚比ｔ´／ｔ１に対応する換算すべり係数μ´とを表すデータ点が、黒い三角形（▲）で例示されている。また、図２８中には、ＣＡＳＥ３のＤ－１～Ｄ－４の解析モデルにおいて得られた板厚比ｔ´／ｔ１と、板厚比ｔ´／ｔ１に対応する換算すべり係数μ´とを表すデータ点が、黒丸（●）で例示されている。
【0090】
図２８に示すように、板厚比が大きいほど、換算すべり係数μ´が大きくなることが確認された。
【0091】
（３）補助座金部の外径の影響
具体的には、補助座金部の外径の影響を、第一鋼材の第一ボルト孔の孔径に対する外径比を用いて解析した。外径比は、座金部材における平座金部の外径Ｄｗ又は補助座金部の外径Ｄ´を、第一鋼材の第一ボルト孔の孔径ｄで除すことによって得ることができる。
具体的には、補助座金部の外径の影響を、第一鋼材の第一ボルト孔の孔径に対する外径比を用いて解析した。外径比は、座金部材における平座金部の外径Ｄｗ又は補助座金部の外径Ｄ´を、第一鋼材の第一ボルト孔の孔径ｄで除すことによって得ることができる。
【0092】
図２９中には、ＣＡＳＥ１のＤ－２、Ｄ－７～Ｄ－９の解析モデルにおいて得られた、外径比Ｄ’／ｄと、外径比Ｄ’／ｄに対応する換算すべり係数μ´とを表すデータ点が、黒い三角形（▲）で例示されている。また、図２９中には、ＣＡＳＥ１の０の解析モデルにおいて得られた外径比Ｄｗ／ｄと、外径比Ｄｗ／ｄに対応する換算すべり係数μ´とを表すデータ点が、白い三角形（△）で例示されている。
【0093】
図２９に示すように、外径比Ｄ’／ｄが大きくなるほど、換算すべり係数が大きくなることが確認された。また、外径比Ｄ’／ｄの大きさが特定の値を超えると、換算すべり係数μ´は、ほとんど変わらない、換言すると、飽和することが分かった。これは、接触圧の影響範囲が、ほとんど変わらないためである。
【0094】
（第５解析例：対板厚孔径差について）
第５解析例では、それぞれの解析モデルにおける対板厚孔径差ｄｘ／ｔ１と換算すべり係数μ´との関係について評価した。孔径差ｄｘは、拡径部の第一鋼材の側の孔径、すなわち、座金部材における平座金部の底面の側の孔径ｄ´又は補助座金部の底面の側の孔径ｄ´ｓと、第一鋼材のボルト孔の孔径ｄとの差である。また、対板厚孔径差ｄｘ／ｔ１は、孔径差ｄｘを第一鋼材の板厚ｔ１で除すことによって得ることができる。
第５解析例では、それぞれの解析モデルにおける対板厚孔径差ｄｘ／ｔ１と換算すべり係数μ´との関係について評価した。孔径差ｄｘは、拡径部の第一鋼材の側の孔径、すなわち、座金部材における平座金部の底面の側の孔径ｄ´又は補助座金部の底面の側の孔径ｄ´ｓと、第一鋼材のボルト孔の孔径ｄとの差である。また、対板厚孔径差ｄｘ／ｔ１は、孔径差ｄｘを第一鋼材の板厚ｔ１で除すことによって得ることができる。
【0095】
また、図３０中の縦軸は、換算すべり係数比を示す。換算すべり係数比は、それぞれのＣＡＳＥの換算すべり係数μ´を、同じＣＡＳＥ内の比較例のＣＡＳＥの０における換算すべり係数μ´で除すことによって算出される。
【0096】
図３０中には、ＣＡＳＥ１の０、Ａ－１～Ａ－６の解析モデルにおいて得られた対板厚孔径差ｄｘ／ｔ１と、対板厚孔径差ｄｘ／ｔ１に対応する換算すべり係数μ´とを表すデータ点が、黒丸（●）で例示されている。また、図３０中には、ＣＡＳＥ２の０、Ａ－１～Ａ－７の解析モデルにおいて得られた対板厚孔径差ｄｘ／ｔ１と、対板厚孔径差ｄｘ／ｔ１に対応する換算すべり係数μ´とを表すデータ点が、黒い三角形（▲）で例示されている。また、図３０中には、ＣＡＳＥ３の０、Ａ－１～Ａ－７の解析モデルにおいて得られた対板厚孔径差ｄｘ／ｔ１と、対板厚孔径差ｄｘ／ｔ１に対応する換算すべり係数μ´とを表すデータ点が、白い四角形（◇）で例示されている。
【0097】
また、図３０中には、ＣＡＳＥ１のＤ－２、Ｄ－５、Ｄ－６の解析モデルにおいて得られた対板厚孔径差ｄｘ／ｔ１と、対板厚孔径差ｄｘ／ｔ１に対応する換算すべり係数μ´とを表すデータ点が、薄い灰色の三角形で例示されている。また、図３０中には、ＣＡＳＥ３のＤ－３、Ｄ－５、Ｄ－６の解析モデルにおいて得られた対板厚孔径差ｄｘ／ｔ１と、対板厚孔径差ｄｘ／ｔ１に対応する換算すべり係数μ´とを表すデータ点が、薄い灰色の丸で例示されている。
【0098】
図３０に示すように、いずれのＣＡＳＥでも、対板厚孔径差ｄｘ／ｔ１が０．５０～１．５０付近で、換算すべり係数μ´がピークを有することが確認された。
【0099】
また、図３０の結果より、本実施形態では、対板厚孔径差ｄｘ／ｔ１が、０超、１．５以下である場合、拡径部が形成されない比較例の場合に比べて１.０倍以上のすべり係数を得られることが分かった。対板厚孔径差ｄｘ／ｔ１が、下限値の０以下の場合、又は、上限値の１．５を超えると、１．０以上のすべり係数を得られない場合がある。なお、本開示では、対板厚孔径差ｄｘ／ｔ１が、１．５を超えてもよい。
【0100】
（第６解析例：板厚増大方法の比較について）
第６解析例では、接合部の板厚を増大する方法と換算すべり係数μ´との関係について評価した。具体的には、図３１に示すように、それぞれ締付け厚が同じであるように、補助座金部によって板厚を増大させた場合と鋼材の板厚を増大させた場合とにおいて、孔径比を用いてそれぞれの板厚増大方法における換算すべり係数μ´を評価した。
第６解析例では、接合部の板厚を増大する方法と換算すべり係数μ´との関係について評価した。具体的には、図３１に示すように、それぞれ締付け厚が同じであるように、補助座金部によって板厚を増大させた場合と鋼材の板厚を増大させた場合とにおいて、孔径比を用いてそれぞれの板厚増大方法における換算すべり係数μ´を評価した。
【0101】
図３１中には、ＣＡＳＥ１のＤ－２、Ｄ－５、Ｄ－６の解析モデルにおいて得られた孔径比ｄ´ｓ／ｄと、孔径比ｄ´ｓ／ｄに対応する換算すべり係数μ´とを表すデータ点が、白い四角形（◇）で例示されている。また、図３１中には、ＣＡＳＥ２の０、Ａ－２、Ａ－４の解析モデルにおいて得られた孔径比ｄ’／ｄと、孔径比ｄ’／ｄに対応する換算すべり係数μ´とを表すデータ点が、黒丸（●）で例示されている。
【0102】
図３１中において孔径比が約１．１以上の範囲の結果から分かるように、孔径比が比較的大きい範囲においては、補助座金部を用いる板厚増大方法の方が、換算すべり係数μ´が、鋼材の板厚を増大させる方法より、小さくなることが分かった。図３１に示すように換算すべり係数μ´が小さくなる理由は、第５解析例で説明したように、換算すべり係数μ´が、ピークを越えるためである。
【0103】
また、第６解析例では、補助座金部を用いる場合、孔径比が１．１程度を超えると、逆にすべり係数が低下した。このため、補助座金部の仕様は、対板厚孔径差ｄｘ／ｔ１が、０超、１．５以下の範囲内で設定されることが好ましいことが分かった。
【0104】
（第７解析例：段差部とテーパー部とについて）
第７解析例では、拡径部をそれぞれ形成する段差部とテーパー部とについて評価した。具体的には、段差部又はテーパー部の高さ比を用いて解析した。高さ比ｅ／ｔｗは、座金部材における平座金部の段差部又はテーパー部の高さｅを、平座金部の板厚ｔｗで除すことによって得ることができる。
第７解析例では、拡径部をそれぞれ形成する段差部とテーパー部とについて評価した。具体的には、段差部又はテーパー部の高さ比を用いて解析した。高さ比ｅ／ｔｗは、座金部材における平座金部の段差部又はテーパー部の高さｅを、平座金部の板厚ｔｗで除すことによって得ることができる。
【0105】
図３２中には、ＣＡＳＥ１の０の解析モデルにおいて得られた高さ比ｅ／ｔｗと、高さ比ｅ／ｔｗに対応する換算すべり係数μ´とを表すデータ点が、白丸（〇）で例示されている。また、図３２中には、ＣＡＳＥ１のＢ－１～Ｂ－３の解析モデルにおいて得られた高さ比ｅ／ｔｗと、高さ比ｅ／ｔｗに対応する換算すべり係数μ´とを表すデータ点が、薄い灰色の丸で例示されている。
【0106】
また、図３２中には、ＣＡＳＥ１のＣ－１～Ｃ－４の解析モデルにおいて得られた高さ比ｅ／ｔｗと、高さ比ｅ／ｔｗに対応する換算すべり係数μ´とを表すデータ点が、黒丸（●）で例示されている。また、図３２中には、ＣＡＳＥ３の０の解析モデルにおいて得られた高さ比ｅ／ｔｗと、高さ比ｅ／ｔｗに対応する換算すべり係数μ´とを表すデータ点が、白い三角形（△）で例示されている。
【0107】
また、図３２中には、ＣＡＳＥ３のＢ－１～Ｂ－３の解析モデルにおいて得られた高さ比ｅ／ｔｗと、高さ比ｅ／ｔｗに対応する換算すべり係数μ´とを表すデータ点が、薄い灰色の三角形で例示されている。また、図３２中には、ＣＡＳＥ３のＣ－１～Ｃ－４の解析モデルにおいて得られた高さ比ｅ／ｔｗと、高さ比ｅ／ｔｗに対応する換算すべり係数μ´とを表すデータ点が、黒い三角形（▲）で例示されている。
【0108】
図３２に示すように、いずれのＣＡＳＥにおいても、段差部又はテーパー部の高さ比ｅ／ｔｗが変わっても、ほぼ同じと見做せる程度の換算すべり係数μ´を得ることができた。すなわち、段差部及びテーパー部の高さ比ｅ／ｔｗの換算すべり係数μ´に対する影響は、比較的小さいことが確認された。
【0109】
（第８解析例：接触面積の違いについて）
第８解析例では、接触面積の違いと換算すべり係数μ´との関係について評価した。
第８解析例では、接触面積の違いと換算すべり係数μ´との関係について評価した。
【0110】
図３３中には、ＣＡＳＥ１のＡ－２の解析モデルにおいて得られた接触圧分布が、実線で、また、ＣＡＳＥ１のＡ－２´の解析モデルにおいて得られた接触圧分布が、破線で、それぞれ例示されている。また、図３４中には、ＣＡＳＥ１のＡ－３の解析モデルにおいて得られた接触圧分布が、実線で、また、ＣＡＳＥ１のＡ－３´の解析モデルにおいて得られた接触圧分布が、破線で、それぞれ例示されている。
【0111】
図３５中には、ＣＡＳＥ１のＡ－４の解析モデルにおいて得られた接触圧分布が、実線で、また、ＣＡＳＥ１のＡ－４´の解析モデルにおいて得られた接触圧分布が、破線で、それぞれ例示されている。また、図３６中には、ＣＡＳＥ１のＡ－５の解析モデルにおいて得られた接触圧分布が、実線で、また、ＣＡＳＥ１のＡ－５´の解析モデルにおいて得られた接触圧分布が、破線で、それぞれ例示されている。また、図３７中には、ＣＡＳＥ１のＡ－６の解析モデルにおいて得られた接触圧分布が、実線で、また、ＣＡＳＥ１のＡ－６´の解析モデルにおいて得られた接触圧分布が、破線で、それぞれ例示されている。
【0112】
表１中のＡ´－２～Ａ´－６の解析モデルは、座金部材と鋼材との接触面積がＣＡＳＥ０と同一となるように、座金部材の外径を調整したものである。一方、Ａ－２～Ａ－６の解析モデルは、ＣＡＳＥ０と同じ外径（３２ｍｍ）を有する。図３３～図３７に示すように、Ａ´－２～Ａ´－６の接触面積の方がＡ－２～Ａ－６の解析モデルの接触面積より大きいため、接触圧の影響範囲が大きくなり、結果、接触圧のピーク値の絶対値が小さくなることが分かる。
【0113】
また、図３８に示すように、〇で例示されたＡ´－２～Ａ´－６の解析モデルの換算すべり係数μ´の方が、●で例示されたＡ－２～Ａ－６の解析モデルの換算すべり係数μ´より大きい。一方、換算すべり係数μ´のピーク位置は、ほぼ同じである。すなわち、孔径比が大きいほど、Ａ－２～Ａ－６の解析モデルの換算すべり係数μ´とＡ´－２～Ａ´－６の解析モデルの換算すべり係数μ´との差が大きくなる。これは、接触面積が一定であるＡ´－２～Ａ´－６の解析モデルの場合に比べ、Ａ－２～Ａ－６の解析モデルにおけるそれぞれの接触面積が、孔径が大きいほど小さくなるためである。
【0114】
図３３～図３８に示すように、同じ外径の場合、内径を大きくすると接触圧のピークが高まり、すべり係数を低下させる場合があること、ただし、外径を大きくして接触面積を増やせばすべり係数を向上できることが分かった。このため、座金部材のボルト孔を拡径する際は、外径も大きくすることによって接触面積を確保することが好ましい。
【0115】
なお、表１中に記載された解析例の結果は、いずれも１つの高力ボルト摩擦接合構造に一対の座金部材が設けられた状態で得られた。一方、開示を省略するが、実際には、１つの高力ボルト摩擦接合構造に１つのみの座金部材が設けられた状態でも解析を行った。解析の結果、１つの高力ボルト摩擦接合構造に１つのみの座金部材が設けられた場合であっても、一対の座金部材が設けられた場合と同様に、接合部のすべり係数の向上を確認できた。
【0116】
（作用効果）
本実施形態に係る高力ボルト摩擦接合構造１０では、第一鋼材１１は、第一ボルト孔１１Ｂの周囲に接触圧が小さいほどすべり係数が大きくなる表面処理が施された第一接合面１１Ａを有する。また、第一鋼材１１に接する座金部材１８のボルト孔２０において、第一接合面１１Ａの側である底面の側に、第一ボルト孔１１Ｂの孔径ｄ以上の孔径ｄ´を有する拡径部ＥＰが形成される。
本実施形態に係る高力ボルト摩擦接合構造１０では、第一鋼材１１は、第一ボルト孔１１Ｂの周囲に接触圧が小さいほどすべり係数が大きくなる表面処理が施された第一接合面１１Ａを有する。また、第一鋼材１１に接する座金部材１８のボルト孔２０において、第一接合面１１Ａの側である底面の側に、第一ボルト孔１１Ｂの孔径ｄ以上の孔径ｄ´を有する拡径部ＥＰが形成される。
【0117】
拡径部ＥＰが形成された座金部材１８によって、接触圧のピークの位置が、第一鋼材１１の第一ボルト孔１１Ｂの縁から外側にシフトする。このため、本実施形態の接触圧の分布では、ピークの位置から外側に向かうに従って接触圧が漸減するパターンの領域が、座金部材１８のボルト孔２０の孔径が第一鋼材１１の第一ボルト孔１１Ｂの孔径未満である場合より、外側にシフトする。また、接触圧のピークの位置と第一鋼材１１の第一ボルト孔１１Ｂの縁との間にも、接触圧が外側から内側に向かって漸減するパターンが形成される。結果、表面処理が施された接合面の中で、接触圧が分布する領域の面積が増える。
【0118】
このため、表面処理によって得られるすべり係数向上効果を、座金部材１８のボルト孔２０の孔径が第一鋼材１１の第一ボルト孔１１Ｂの孔径未満である場合と比べ、より活用できる。よって、接合部のすべり係数を効率的に向上できる。
【0119】
また、本実施形態では、接触圧が分布する領域の面積が増えることによって、座金部材１８と第一鋼材１１との接触面積が同じ場合、ピークの絶対値を減らす効果も得られる。また、本実施形態では、すべり係数の向上を図る手段として、拡径部ＥＰを形成するだけで済むので、鋼材の変形や加工が不要である。
【0120】
また、第４変形例及び第５変形例のように、座金部材１８が、平座金部１８Ｄ１と補助座金部１８Ｄ２とを有する場合、補助座金部１８Ｄ２の底部１９Ａの板厚ｔ´の分だけ締付厚が増えるので、鋼材同士の接触分布範囲が広がり、結果、すべり係数が向上する。特に、鋼材の厚みが比較的薄い場合、すべり係数の向上効果が大きい。
【0121】
また、補助座金部１８Ｄ２の側壁部１９Ｂの径方向に沿った幅の分、座金部材１８における第一鋼材１１と接触する側の底面の面積を大きくできる。このため、すべり係数が、更に向上する。
【0122】
また、補助座金部１８Ｄ２の凹部１９Ｃによって、施工時、平座金部１８Ｄ１のボルト孔と補助座金部１８Ｄ２のボルト孔とを位置合わせし易い。このため、ボルト孔同士の芯ずれを抑制できる。
【0123】
また、一般的な高力ボルトセットに含まれる平座金を、本実施形態の平座金部１８Ｄ１として流用することができる。このため、平座金を支持する補助座金部１８Ｄ２のみを用意するだけで、本実施形態の座金部材１８を、手間と負担とを抑えて簡易に構成できる。
【0124】
また、本実施形態では、図３０を用いて説明したように、対板厚孔径差ｄｘ／ｔ１が、０超、１．５以下である。このため、拡径部ＥＰの底面の側の孔径ｄ´、第一鋼材１１の第一ボルト孔１１Ｂの孔径ｄ、及び第一鋼材１１の板厚ｔ１を考慮して、接合部のすべり係数を効率的に向上できる。
【0125】
また、本実施形態では、第一鋼材１１が、りん酸塩処理が施されためっき鋼板である。図９に示すように、本実施形態は、りん酸塩処理が施されためっき鋼板を含む高力ボルト摩擦接合構造１０における接合部のすべり係数の向上において、特に有利である。
【0126】
また、本実施形態では、図５に示すように、拡径部ＥＰを有する座金部材１８が高力ボルト１４の頭部側とナット１６側とのうち少なくとも一方に配置されることによって、すべり係数向上効果を得ることができる。ただし、図１に示すように、高力ボルト摩擦接合構造１０が一対の座金部材１８を備えることによって、１つのみの座金部材１８が配置される高力ボルト摩擦接合構造１０と比べ、すべり係数を更に向上できる。
【0127】
また、第７変形例に示すように、第一鋼材１１の板厚ｔ１は、第二鋼材１２の板厚ｔ２より薄くてもよい。２つの鋼材の厚みが異なる場合、本実施形態の座金部材１８は、少なくとも、板厚が薄い方の鋼材に接して配置される。このため、第７変形例に係る高力ボルト摩擦接合構造１０Ｇによれば、座金部材１８が、板厚が厚い方の鋼材にのみ接して配置される場合に比べ、すべり係数の向上効果が大きい。
【0128】
＜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。
【0129】
例えば、図１～図３８中に示した構成を部分的に組み合わせて、本開示を構成することもできる。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。
【0130】
≪付記≫
本明細書からは、以下の態様が概念化される。
本明細書からは、以下の態様が概念化される。
【0131】
態様１は、
第一ボルト孔の周囲に接触圧が小さいほどすべり係数が大きくなる表面処理が施された第一接合面を有する第一鋼材と、
前記第一鋼材の前記第一接合面に重ねられる第二接合面と、第二ボルト孔とを有する第二鋼材と、
前記第一鋼材と前記第二鋼材とを摩擦接合させる高力ボルト及びナットと、
前記第一鋼材に接し、前記第一接合面の側に前記第一ボルト孔の孔径以上の孔径を有する拡径部が形成されたボルト孔を有する座金部材と、
を備える、高力ボルト摩擦接合構造。
第一ボルト孔の周囲に接触圧が小さいほどすべり係数が大きくなる表面処理が施された第一接合面を有する第一鋼材と、
前記第一鋼材の前記第一接合面に重ねられる第二接合面と、第二ボルト孔とを有する第二鋼材と、
前記第一鋼材と前記第二鋼材とを摩擦接合させる高力ボルト及びナットと、
前記第一鋼材に接し、前記第一接合面の側に前記第一ボルト孔の孔径以上の孔径を有する拡径部が形成されたボルト孔を有する座金部材と、
を備える、高力ボルト摩擦接合構造。
【0132】
態様２は、
前記座金部材は、
一方の面が前記高力ボルト又は前記ナットに接する平座金部と、
前記平座金部と前記第一鋼材との間に配置され、前記拡径部としての底部と、前記底部の外側から前記高力ボルトの側又はナットの側に延びる側壁部とを有し、前記底部と前記側壁部とによって前記平座金部に対応する凹部が形成された補助座金部と、を有する、
態様１の高力ボルト摩擦接合構造。
前記座金部材は、
一方の面が前記高力ボルト又は前記ナットに接する平座金部と、
前記平座金部と前記第一鋼材との間に配置され、前記拡径部としての底部と、前記底部の外側から前記高力ボルトの側又はナットの側に延びる側壁部とを有し、前記底部と前記側壁部とによって前記平座金部に対応する凹部が形成された補助座金部と、を有する、
態様１の高力ボルト摩擦接合構造。
【0133】
態様３は、
前記拡径部の前記第一鋼材の側の孔径と前記第一ボルト孔の孔径との孔径差をｄｘ、前記第一鋼材の板厚をｔ１としたとき、 前記孔径差ｄｘを前記板厚ｔ１で除した、対板厚孔径差ｄｘ／ｔ１は、０超、１．５以下である、
態様１又は２の高力ボルト摩擦接合構造。
前記拡径部の前記第一鋼材の側の孔径と前記第一ボルト孔の孔径との孔径差をｄｘ、前記第一鋼材の板厚をｔ１としたとき、 前記孔径差ｄｘを前記板厚ｔ１で除した、対板厚孔径差ｄｘ／ｔ１は、０超、１．５以下である、
態様１又は２の高力ボルト摩擦接合構造。
【0134】
態様４は、
前記第一鋼材は、めっき鋼板であり、
前記表面処理は、りん酸塩処理である、
態様１～３のいずれかの高力ボルト摩擦接合構造。
前記第一鋼材は、めっき鋼板であり、
前記表面処理は、りん酸塩処理である、
態様１～３のいずれかの高力ボルト摩擦接合構造。
【0135】
態様５は、
一対の前記座金部材を備え、
一対の前記座金部材のうち一方の前記座金部材は、前記高力ボルトの頭部と前記第一鋼材との間に配置され、
他方の前記座金部材は、前記ナットと前記第二鋼材との間に配置される、
態様１～４のいずれかの高力ボルト摩擦接合構造。
一対の前記座金部材を備え、
一対の前記座金部材のうち一方の前記座金部材は、前記高力ボルトの頭部と前記第一鋼材との間に配置され、
他方の前記座金部材は、前記ナットと前記第二鋼材との間に配置される、
態様１～４のいずれかの高力ボルト摩擦接合構造。
【0136】
態様６は、
前記第一鋼材の板厚は、前記第二鋼材の板厚より薄い、
態様１～５のいずれかの高力ボルト摩擦接合構造。
前記第一鋼材の板厚は、前記第二鋼材の板厚より薄い、
態様１～５のいずれかの高力ボルト摩擦接合構造。
【符号の説明】
【0137】
１０，１０Ａ～１０Ｇ，１０Ｚ 高力ボルト摩擦接合構造
１１ 第一鋼材
１１Ａ 第一接合面
１１Ｂ 第一ボルト孔
１２ 第二鋼材
１２Ａ 第二接合面
１２Ｂ 第二ボルト孔
１３ 第三鋼材
１４ 高力ボルト
１６ ナット
１８，１８Ｚ 座金部材
１８Ｄ１ 平座金部
１８Ｄ２ 補助座金部
１９Ａ 底部
１９Ｂ 側壁部
１９Ｃ 凹部
２０ ボルト孔
Ｃ 軸線
Ｄ 高力ボルトの軸部の軸径
Ｄ´ 補助座金部の外径
Ｄ´ｉ 補助座金部の内径
Ｄｗ 座金部材の外径
ＥＰ 拡径部
ｄ 第一ボルト孔の孔径
ｄｗ 座金部材のボルト孔の頂面の側の孔径
ｄ´ 平座金部のボルト孔の底面の側の孔径
ｄ´ｓ 補助座金部のボルト孔の底面の側の孔径
ｔ１ 第一鋼材の板厚
ｔ２ 第二鋼材の板厚
ｔｗ 平座金部の板厚
ｔ´ 補助座金部の板厚
１１ 第一鋼材
１１Ａ 第一接合面
１１Ｂ 第一ボルト孔
１２ 第二鋼材
１２Ａ 第二接合面
１２Ｂ 第二ボルト孔
１３ 第三鋼材
１４ 高力ボルト
１６ ナット
１８，１８Ｚ 座金部材
１８Ｄ１ 平座金部
１８Ｄ２ 補助座金部
１９Ａ 底部
１９Ｂ 側壁部
１９Ｃ 凹部
２０ ボルト孔
Ｃ 軸線
Ｄ 高力ボルトの軸部の軸径
Ｄ´ 補助座金部の外径
Ｄ´ｉ 補助座金部の内径
Ｄｗ 座金部材の外径
ＥＰ 拡径部
ｄ 第一ボルト孔の孔径
ｄｗ 座金部材のボルト孔の頂面の側の孔径
ｄ´ 平座金部のボルト孔の底面の側の孔径
ｄ´ｓ 補助座金部のボルト孔の底面の側の孔径
ｔ１ 第一鋼材の板厚
ｔ２ 第二鋼材の板厚
ｔｗ 平座金部の板厚
ｔ´ 補助座金部の板厚
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
