JP2012117118A - 封孔処理剤、締結具、ボルトおよびその製造方法 - Google Patents

封孔処理剤、締結具、ボルトおよびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】防錆用溶射皮膜が形成されたボルトを所定の締め付けトルクで締め付けた際に、要求される軸力を得ることを可能にする。
【解決手段】防錆用溶射皮膜101b,102b,103bが形成された被締結体100の締結に使用される締結具であって、頭部1aおよびねじ部1cを含む全面に防錆用溶射皮膜10が形成され、少なくともねじ部が1〜10質量%のワックスを含む封孔処理剤により封孔処理されたボルト1と、被締結体100を挟んでボルト1のねじ部1cに締め付けられるナットであり、ねじ部1cと被締結体100側の接触面(座面2b)とを除く全面に防錆用溶射皮膜20が形成されたナット2と、ボルト1の頭部1aまたはナット2と被締結体100との間に配置されるワッシャであり、被締結体100側の接触面3a,4aを除く全面に防錆用溶射皮膜30,40が形成されたワッシャ3,4とを含む締結具である。
【選択図】図3

Description

本発明は、防錆用溶射皮膜が形成されたボルト用の封孔処理剤、並びに例えば日本工業規格であるJIS H 8300:2005「亜鉛・アルミニウム及びそれらの合金の溶射」にて規定されている鉄鋼の防食目的で施される亜鉛・アルミニウム及びそれらの合金の溶射被膜に準ずるアルミニウム、亜鉛アルミニウム合金やアルミニウムマグネシウム合金などの防錆用溶射皮膜が形成された被締結体の締結に使用される締結具、ボルトおよびその製造方法に関する。
道路橋の鋼桁などの鋼構造物の腐食対策として、工場において鋼構造物の表面に高耐食性合金を溶射することにより高耐食性皮膜を形成することが行われている。そして、この種の鋼構造物はその構造上、現場接続が必要であり、現場において添接板を用いて高力ボルト(HTB)およびナットにより接続されることが多い。ところが、この高力ボルトおよびナット自体には鋼構造物本体のような高耐食性皮膜が形成されていないので、鋼構造物本体よりも高力ボルトおよびナットの耐用年数の方が短く、高力ボルトおよびナットの耐用年数に合わせてメンテナンスを行う必要がある。
そこで、鋼構造物の表面と同様に、高力ボルトおよびナットにも高耐食性皮膜を形成することが望まれている。例えば、特許文献1には、ボルト本体のねじ部あるいは全体にモリブデン、クロム、タングステン等の金属または合金からなる10〜150μmの厚さの溶射層を設けたボルトが開示されている。また、特許文献2には、受圧ねじ面に粒径が10μm以下の硬質粒子を高速火炎溶射方法で付着させたボルトが開示されている。
特開平3−41207号公報 特開2004−176901号公報
そして、高耐食性皮膜が形成された鋼構造物本体と同じ耐用年数で高力ボルトおよびナットを使用するためには、特許文献1,2に記載のように高力ボルトのねじ部だけでなく、高力ボルトおよびナットの全体に高耐食性溶射皮膜を形成する必要があると考えられる。ところが、実際に高耐食性皮膜を溶射により全体に形成した高力ボルトおよびナットを用いて鋼構造物を締め付けてみると、所定の締め付けトルクで締め付けても要求される軸力が得られないことが分かった。
本発明が解決しようとする課題は、防錆用溶射皮膜が形成されたボルトを所定の締め付けトルクで締め付けた際に、要求される軸力を得ることを可能にすることである。
本発明の封孔処理剤は、少なくともねじ部に防錆用溶射皮膜が形成されたボルト用の封孔処理剤であって、1〜10質量%のワックスを含むものである。本発明の封孔処理剤により、少なくともねじ部に防錆用溶射皮膜が形成されたボルトに封孔処理すると、ボルトのねじ部に封孔処理剤とともにワックスが定着する。このボルトによれば、ねじ部に定着したワックスがナットとの間の摩擦を軽減するので、所定の締め付けトルクで締め付けた際に要求された軸力を得ることが可能となる。
なお、封孔処理剤に含まれるワックスが1質量%未満の場合には、ナットとの摩擦軽減作用が不足して、所定の締め付けトルクで締め付けた際に要求された軸力を得ることができなくなる。また、ボルトを含む施工物に美観等の目的で塗装を施す際には、1〜5質量%のワックスを含む封孔処理剤とすることが望ましい。塗装を施す場合、封孔処理剤に含まれるワックスが5質量%を超えると、封孔処理剤と塗装との密着性能が低下する。一方、塗装を施さない場合でも10質量%以下とすることが望ましく、10質量%を超えると、ワックスの含有量が多すぎるため、ボルトのねじ部への定着力が弱くなり、締め付け時にワックスが剥がれ落ちることになる。
ここで、本発明の封孔処理剤の主成分は、樹脂系封孔剤であることが望ましい。樹脂系封孔剤としては、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、シリコーン系樹脂、ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシフェノール樹脂、ポリアミド樹脂やエポキシメラミン樹脂などを使用することができる。
本発明者らは、防錆用溶射皮膜が形成された被締結体を、防錆用溶射皮膜が形成されたボルトおよびナットにより締め付けることについて鋭意研究を重ねた結果、被締結体の防錆用溶射皮膜面とボルトおよびナットの防錆用溶射皮膜面同士を合わせて締め付けた際に、その摺動面において焼き付きにより、柔らかい防錆用溶射皮膜同士が一体化してしまい、それ以上締め付けることができなくなってしまうことを見いだし、本発明をなすに至った。
また、本発明の締結具は、防錆用溶射皮膜が形成された被締結体の締結に使用される締結具であって、頭部およびねじ部を含む全面に防錆用溶射皮膜が形成され、少なくともねじ部が1〜10質量%のワックスを含む封孔処理剤により封孔処理されたボルトと、被締結体を挟んでボルトのねじ部に締め付けられるナットであり、内ねじ部と被締結体側の接触面とを除く全面に防錆用溶射皮膜が形成されたナットとを含む締結具である。
従来の全体に防錆用溶射皮膜が形成された締結具では、被締結体の防錆用溶射皮膜面とボルトおよびナットの防錆用溶射皮膜面同士を合わせて締め付けた際に、その摺動面において焼き付きにより、柔らかい防錆用溶射皮膜同士が一体化してしまい、それ以上締め付けることができなくなってしまうが、本発明の締結具では、ナットの内ねじ部および被締結体側の接触面には防錆用溶射皮膜が形成されていないので、ナットの締め付けの際のナットと被締結体との摺動面およびナットの内ねじ部とボルトのねじ部との摺動面では、一方の面にしか防錆用溶射皮膜が存在しない。そのため、ナットの締め付けの際に前述のように摺動面で防錆用溶射皮膜が一体化することがない。そして、このボルトのねじ部には封孔処理剤とともにワックスが定着しており、ナットとの間の摩擦を軽減するので、所定の締め付けトルクで最後まで締め付けることができる。
また、本発明の締結具による締め付け後、ナットの防錆用溶射皮膜が形成されていない内ネジ部と被締結体側の接触面には、それぞれの対面側の防錆用溶射皮膜が密着して一体化するので、この防錆用溶射皮膜により保護される。
ここで、ナットの防錆用溶射皮膜は、アーク溶射法により形成されたものであり、ボルトの防錆用溶射皮膜は、ガス溶射法またはプラズマ溶射法により形成されたものであることが望ましい。アーク溶射法により形成される防錆用溶射皮膜は、ガス溶射法またはプラズマ溶射法により形成される防錆用溶射皮膜と比較して、表面粗さが粗く、密着力が高いので、インパクトレンチなどにより回転させるナットに適用することで防錆用溶射皮膜の剥離を防止することができる。一方、ガス溶射法またはプラズマ溶射法により形成される防錆用溶射皮膜は、表面粗さが細かいので、ボルトに適用することでボルトのねじ部に形成される防錆用溶射皮膜の表面が滑らかとなり、ナットを締め付けやすくなる。
(1)1〜10質量%のワックスを含む封孔処理剤により、少なくともねじ部に防錆用溶射皮膜が形成されたボルトに封孔処理すると、ボルトのねじ部に封孔処理剤とともにワックスが定着して、ねじ部に定着したワックスがナットとの間の摩擦を軽減するので、所定の締め付けトルクで締め付けた際に要求された軸力を得ることが可能となる。
(2)被締結体を挟んでボルトのねじ部に締め付けられるナットであり、内ねじ部と被締結体側の接触面とを除く全面に防錆用溶射皮膜が形成され、少なくともねじ部が1〜10質量%のワックスを含む封孔処理剤により封孔処理されたナットを含む締結具によれば、ナットの締め付けの際に摺動面で防錆用溶射皮膜が一体化することがない。また、このボルトのねじ部には封孔処理剤とともにワックスが定着しており、ナットとの間の摩擦を軽減し、所定の締め付けトルクで最後まで締め付けることができるので、所定の締め付けトルクで締め付けた際に要求される軸力を得ることが可能となる。
(3)ナットの防錆用溶射皮膜がアーク溶射法により形成されたものであり、ボルトの防錆用溶射皮膜がガス溶射法またはプラズマ溶射法により形成されたものであることにより、インパクトレンチなどによりナットを回転させた際の防錆用溶射皮膜の剥離を防止することができるとともに、ボルトのねじ部に形成される防錆用溶射皮膜の表面が滑らかとなり、ナットを締め付けやすくなる。
本発明の実施の形態における締結具を示す側面図である。 図1の締結具を分解した状態を示す側面図である。 図1の結合具の防錆用溶射皮膜形成面を示す説明図である。 パラフィンを1.0質量%混入したアクリルシリコーン樹脂により封孔処理したボルトの締め付けトルク値と得られた軸力の測定結果を示す図である。 パラフィンを2.0質量%混入したアクリルシリコーン樹脂により封孔処理したボルトの締め付けトルク値と得られた軸力の測定結果を示す図である。 パラフィンを3.0質量%混入したアクリルシリコーン樹脂により封孔処理したボルトの締め付けトルク値と得られた軸力の測定結果を示す図である。 パラフィンを5.0質量%混入したアクリルシリコーン樹脂により封孔処理したボルトの締め付けトルク値と得られた軸力の測定結果を示す図である。 パラフィンを10.0質量%混入したシリコーンワニスにより封孔処理したボルトの締め付けトルク値と得られた軸力の測定結果を示す図である。 パラフィンの混合率と封孔剤の違いによるボルトの締め付けトルク値と得られた軸力を比較した図である。
図1は本発明の実施の形態における締結具を示す側面図、図2は図1の締結具を分解した状態を示す側面図、図3は図1の結合具を分解して防錆用溶射皮膜形成面を示す説明図である。
図1および図2に示すように、本発明の実施の形態における締結具は、被締結体100としての鋼構造物101を添接板102,103により接続するためのものであって、鋼構造物101,添接板102,103を共締めするためのボルト1と、ナット2と、ワッシャ3,4とから構成される。鋼構造物101および添接板102,103の表面、および、ボルト1を挿入するためのそれぞれのボルト孔101a,102a,103aには、図3に示すように、Al−Mg合金の防錆用溶射皮膜101b,102b,103bが全面に形成されている。
ボルト1は、鋼構造物101および添接板102,103のボルト孔101a,102a,103aに挿入される六角ボルトである。ボルト1は、図3に示すように、頭部1a、胴部1bおよびねじ部1cを含む全面にAl−Mg合金の防錆用溶射皮膜10が形成されている。このボルト1の防錆用溶射皮膜10は、ガス溶射法またはプラズマ溶射法により形成される。
また、ボルト1は、防錆用溶射皮膜10の形成後、樹脂系封孔剤を主成分として1〜10質量%のワックスを含む封孔処理剤により封孔処理される。ワックスの添加量は、樹脂系封孔剤の種類や製品等に応じて1〜10質量%の範囲内で設定する。本実施形態においては、ワックスとしてパラフィンを使用している。なお、ワックスとしては、動物系や植物系のほか、石油系のパラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、鉱物系のモンタンワックス、オゾケライト、合成ワックス系のフィッシャートロプシュワックス、ポリエチレンワックス、油脂系合成ワックス、水素化ワックスを使用することも可能である。
なお、封孔処理剤は、ボルトを含む施工物に美観等の目的で塗装を施す場合には、1〜5質量%のワックスを含むものを使用する。例えば、樹脂系封孔剤としてのアクリルシリコーン樹脂に対し、1〜5質量%のパラフィンを添加した封孔処理剤を塗布し、乾燥後、ポリウレタン樹脂塗料により塗装を施す。パラフィンの添加は、例えば樹脂系封孔剤をシンナーにて希釈後、パラフィンを添加し、湯煎してゆっくり攪拌混合することにより行う。
一方、塗装を施さない場合には、樹脂系封孔剤としてのシリコーンワニスに対し、8〜10質量%のパラフィンを添加した封孔処理剤を塗布する。なお、樹脂系封孔剤として、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、シリコーン系樹脂、ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシフェノール樹脂、ポリアミド樹脂やエポキシメラミン樹脂などを使用することも可能である。
ナット2は、鋼構造物101および添接板102,103を挟んでボルト1のねじ部1cに締め付けられる座付き六角ナットである。ナット2は、六角二面幅より小径の座面2bを有する。ナット2は、図3に示すように、内ねじ部2aと鋼構造物101側の接触面である座面2bとを除く全面にAl−Mg合金の防錆用溶射皮膜20が形成されている。このナット2の防錆用溶射皮膜20は、アーク溶射法により形成される。
ワッシャ3は、ボルト1の頭部1aと被締結体100との間に配置されるものであり、ワッシャ4は、ナット2と被締結体100との間に配置されるものである。ワッシャ3は、図3に示すように、被締結体100側の接触面3aおよびボルト孔3bの内面を含む全面にAl−Mg合金の防錆用溶射皮膜30が形成されている。ワッシャ4は、ボルト孔4bの内面を含み、被締結体100側の接触面4aを除く全面にAl−Mg合金の防錆用溶射皮膜40が形成されている。ワッシャ3,4の防錆用溶射皮膜30,40は、アーク溶射法により形成される。
上記構成の締結具では、ナット2の内ねじ部2aおよび被締結体100側の接触面である座面2bには防錆用溶射皮膜20が形成されていないので、ナット2の締め付けの際のナット2とワッシャ4との摺動面およびナット2の内ねじ部2aとボルト1のねじ部1cとの摺動面では、防錆用溶射皮膜10,40が一方の面にしか存在しない。そのため、ナット2の締め付けの際に、この摺動面でナット2の防錆用溶射皮膜20とボルト1およびワッシャ4の防錆用溶射皮膜10,40とが一体化することがない。
また、本実施形態における締結具では、ナット2と被締結体100との間に配置されるワッシャ4は、ナット2の締め付けの際のワッシャ4と被締結体100との摺動面となる被締結体100側の接触面4aに防錆用溶射皮膜40が形成されておらず、この摺動面には一方の面にしか防錆用溶射皮膜103bが存在しない。そのため、ナット2の締め付けの際に、この摺動面でワッシャ4の防錆用溶射皮膜40と被締結体100の防錆用溶射皮膜103bが一体化することがない。
すなわち、この締結具では、ナット2の締め付けの際の摺動面で、ナット2の防錆用溶射皮膜20とボルト1およびワッシャ4の防錆用溶射皮膜10,40とが一体化することがなく、ワッシャ4の防錆用溶射皮膜40と被締結体100の防錆用溶射皮膜103bが一体化することがないため、所定の締め付けトルクで最後まで締め付けることができる。したがって、この締結具では、所定の締め付けトルクで締め付けた際に要求される軸力を得ることが可能である。
また、この締結具では、ボルト1のねじ部1cが1〜10質量%のパラフィンを含む封孔処理剤により封孔処理されており、ボルト1のねじ部1cの防錆用溶射皮膜10の表面には封孔処理剤の主成分である樹脂系封孔剤とともに1〜10質量%のパラフィンが定着している。そのため、このボルト1のねじ部1cに対してナット2を締め付ける際に、ボルト1とナット2との摩擦が低減され、所定の締め付けトルクで締め付けた際に要求された軸力を得ることが可能である。
なお、本実施形態における締結具では、ボルト1の頭部1aと被締結体100との間に配置されるワッシャ3は、被締結体100側の接触面3aにも防錆用溶射皮膜30が形成されているが、通常の被締結体100の締め付けの際にはボルト1の頭部1aを固定して、ナット2側を回転させて締め付けるため、この接触面3aは摺動面とならないため、問題はない。なお、ワッシャ3は、ワッシャ4と同様、接触面3aを除いて防錆用溶射皮膜30を形成する構成とすることも可能である。
なお、この締結具による締め付け後、表に露出している面はすべて防錆用溶射皮膜10,20,30,40,101b,102b,103bにより保護されている。また、ナット2の防錆用溶射皮膜20が形成されていない内ねじ部2aと座面2bには、それぞれの対面側の防錆用溶射皮膜40が密着して一体化するので、この防錆用溶射皮膜40により保護される。さらに、ワッシャ4の防錆用溶射皮膜40が形成されていない被締結体100側の接触面4aには、対面側の防錆用溶射皮膜103bが密着して一体化するので、これらの防錆用溶射皮膜103bにより保護される。
また、本実施形態における締結具では、ナット2に対しては、表面粗さが粗く、密着力が高い皮膜が形成されるアーク溶射法により防錆用溶射皮膜20が形成され、ボルト1に対しては、表面粗さが細かい皮膜が形成されるガス溶射法またはプラズマ溶射法により防錆用溶射皮膜10が形成されているため、インパクトレンチなどによりナット2を回転させても、ナット2の六角の角部の防錆用溶射皮膜20の剥離が防止される。一方、ボルト1のねじ部1cにガス溶射法またはプラズマ溶射法により形成された防錆用溶射皮膜10は表面が滑らかとなるので、ナット2が締め付けやすくなっている。
なお、本実施形態における締結具は、ボルト1、ナット2およびワッシャ3,4により構成されたものであるが、ワッシャ3,4のいずれか一方または両方を省略することも可能である。この場合も同様に、ナット2の締め付けの際のナット2と被締結体100との摺動面およびナット2の内ねじ部2aとボルト1のねじ部1cとの摺動面では、防錆用溶射皮膜10,40が一方の面にしか存在しない。したがって、ナット2の締め付けの際に、この摺動面でナット2の防錆用溶射皮膜20とボルト1の防錆用溶射皮膜10とが一体化することがなく、前述と同様に所定の締め付けトルクで最後まで締め付けることができ、所定の締め付けトルクで締め付けた際に要求される軸力を得ることが可能である。なお、ワッシャ4の接触面4aは防錆用溶射皮膜103bと一体化しても、ナット2とワッシャ4とが一体化しなければ良いため、ワッシャ4の接触面4aに防錆用溶射皮膜40が形成されていても問題はない。
また、本実施形態における締結具は、被締結体100と同じAl−Mg合金により防錆用溶射皮膜10,20,30,40を形成しているが、被締結体100の防錆用溶射皮膜材料に応じて亜鉛、アルミニウムまたはこれらの合金により形成することも可能である。
〔軸力確認試験〕
上記実施形態における締結具による軸力確認試験を行った。試験は、樹脂系封孔剤に対するパラフィンの混入率を変えた封孔処理剤により封孔処理したボルトを用いて、締め付けトルク値および軸力を測定することにより行った。図4〜図7は、それぞれパラフィンを1.0質量%、2.0質量%、3.0質量%、5.0質量%混入したアクリルシリコーン樹脂(ハイポンAZシーラー:日本ペイント株式会社製)により封孔処理したボルトの締め付けトルク値と得られた軸力の測定結果を示している。図8はパラフィンを10.0質量%混入したシリコーンワニスにより封孔処理したボルトの締め付けトルク値と得られた軸力の測定結果を示している。
図4〜図8に示すように、パラフィンを混入した封孔処理剤により処理したボルトを用いた場合、所定のトルク値による2次締め付けにより目標軸力を達成することができた。また、図9は図4〜図8の結果(平均値)からパラフィンの混合率と封孔剤の違いによるボルトの締め付けトルク値と得られた軸力を比較した図である。図9に示すように、異なる封孔剤を用いた場合でもパラフィンの混合率を変えることで、所定の2次締め付けトルクにより目標軸力を達成できている。
〔塗膜と封孔処理剤の密着性試験〕
ワックスの含有率をそれぞれ変えた封孔処理剤と塗膜との密着性試験を行った。試験にはJIS K5600−5−6(塗料一般試験方法 第5部:塗膜の機械的性質、第6節付着性(クロスカット法)で行った。
試験体に溶射厚さ100μmのAl−Mg合金溶射を施し、それぞれ1.0質量%、2.0質量%、5.0質量%、10.0質量%、15.0質量%のワックスを添加したアクリルシリコーン樹脂(ハイポンAZシーラー:日本ペイント株式会社製)160g/mで塗布し、乾燥後、ポリウレタン樹脂塗料(ハイポンAZシーラー仕上げ剤:日本ペイント株式会社製)140g/m塗り重ね、完全乾燥後、クロスカット法の試験を行った。クロスカット法試験では、カッターにより1mm平行間隔で縦横各6本の切れ込みを入れ、粘着テープによる引き張り試験を行った。
結果は、1.0質量%、2.0質量%および5.0質量%のワックスを添加した封孔処理剤では、どの格子の目にも剥がれがなく分類0であった。10.0質量%のワックスを添加した封孔処理剤では、カットの交差部に小さな剥がれが生じ、分類1であった。15.0質量%のワックスを添加した封孔処理剤では、交差点の剥がれが増え、分類2であった。したがって、塗装を施す場合には、ワックスの添加量は、1.0質量%〜5.0質量%とすることが好ましいことが確認できた。
本発明の締結具は、防錆用溶射皮膜が形成された被締結体の締結に使用される締結具として有用である。
1 ボルト
1a 頭部
1b 胴部
1c ねじ部
2 ナット
2a 内ねじ部
2b 座面
3,4 ワッシャ
3a,4a 接触面
3b,4b ボルト孔
10,20,30,40 防錆用溶射皮膜
100 被締結体
101 鋼構造物
102,103 添接板
101a,102a,103a ボルト孔
101b,102b,103b 防錆用溶射皮膜

Claims (7)

  1. 少なくともねじ部に防錆用溶射皮膜が形成されたボルト用の封孔処理剤であって、
    1〜10質量%のワックスを含む封孔処理剤。
  2. 主成分が樹脂系封孔剤である請求項1記載の封孔処理剤。
  3. 前記ワックスはパラフィンである請求項1または2に記載の封孔処理剤。
  4. 防錆用溶射皮膜が形成された被締結体の締結に使用される締結具であって、
    頭部およびねじ部を含む全面に防錆用溶射皮膜が形成され、少なくとも前記ねじ部が1〜10質量%のワックスを含む封孔処理剤により封孔処理されたボルトと、
    前記被締結体を挟んで前記ボルトのねじ部に締め付けられるナットであり、内ねじ部と前記被締結体側の接触面とを除く全面に防錆用溶射皮膜が形成されたナットと
    を含む締結具。
  5. 前記ナットの防錆用溶射皮膜は、アーク溶射法により形成されたものであり、
    前記ボルトの防錆用溶射皮膜は、ガス溶射法またはプラズマ溶射法により形成されたものである
    ことを特徴とする請求項4記載の締結具。
  6. 少なくともねじ部に防錆用溶射皮膜が形成され、1〜10質量%のワックスを含む封孔処理剤により封孔処理されたボルト。
  7. 少なくともねじ部に防錆用溶射皮膜を形成すること、
    1〜10質量%のワックスを含む封孔処理剤により封孔処理すること
    を含むボルトの製造方法。
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