JP2019060408A - 高力ボルト摩擦接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】少ないボルト数でも強力に接合できる高力ボルト摩擦接合構造を実現する。【解決手段】高力ボルト摩擦接合構造１００は、対を成して対向する配置にある第１接合面２１にその両面を摺接させて挿入された第１添接板３１と、表面に露出した配置にある第２接合面２２にその片面を接して配された第２添接板３１とを備えており、高力ボルト４０による圧接によって、少なくとも３つの摩擦面を有するようになっている。そこで、対を成す第１接合面２１を二対以上備える構造を設計し、第１添接板を２枚以上備えるようにすれば、さらに多くの摩擦面を有した摩擦接合構造とすることができる。この高力ボルト摩擦接合構造１００は、より多くの摩擦面を有するほど、その接合強度が増大するようになるので、高力ボルト４０の数を増やすことなく、摩擦面の数を増やすことで、高力ボルト摩擦接合構造の接合強度を高めることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、高力ボルト摩擦接合構造に係り、少ないボルト数でも強力に接合できる高力ボルト摩擦接合構造に関する。

従来、接合すべき鋼材の端部に添接板を渡して配し、その添接板と鋼材を高力ボルトによって接合することで、添接板を介して鋼材同士を接合した摩擦接合構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
例えば、図７（ａ）に示した摩擦接合構造は、互いの端部が突き合わされた鋼材１０の両面に添接板３０が配設されて、それぞれの鋼材１０の端部側に２本の高力ボルト４０が締結されて構築されている。なお、この摩擦接合構造は、添接板３０と鋼材１０の間にそれぞれ形成された２つの摩擦面を有している。
このような摩擦接合構造における接合強度を高める場合に、例えば、図７（ｂ）に示すように、高力ボルト４０の数を増やすことがある。ここでは、接合強度を３倍に高めるよう、高力ボルト４０の数を３倍にしている。

特開平７−２３８５９５号公報

しかしながら、摩擦接合構造における高力ボルトの数を増やすほど、それら高力ボルトを締め付けることに作業時間が取られてしまうことになる。
そのため、営業列車が走行しない夜間等に行われる鉄道工事など、作業時間が限られている施工箇所における摩擦接合構造の接合強度を高めるのに、高力ボルトの数を増やすことには限界がある。

本発明の目的は、少ないボルト数でも強力に接合できる高力ボルト摩擦接合構造を提供することである。

上記目的を達成するため、この発明は、
一対の鋼材が接合されてなる高力ボルト摩擦接合構造であって、
前記一対の鋼材の端部が一の方向に突き合わされて、前記一対の鋼材に亘って面一となり、その鋼材の厚さ方向に重なる配置に形成された複数の接合面と、
前記複数の接合面のうち、対を成して対向する配置にある接合面に、その両面を摺接させて一の方向と交差する向きに挿入された第１添接板と、
前記複数の接合面のうち、表面に露出した配置にある接合面に、その片面を接して配された第２添接板と、
連なった配置にある前記鋼材の端部と前記第１添接板と前記第２添接板の各ボルト孔に挿通され、前記鋼材の端部と前記第１添接板と前記第２添接板とを圧接させた高力ボルトと、
を備えるようにした。

かかる構成の高力ボルト摩擦接合構造は、複数の接合面のうち、対を成して対向する配置にある接合面に、その両面を摺接させて挿入された第１添接板と、複数の接合面のうち、表面に露出した配置にある接合面に、その片面を接して配された第２添接板とを備えており、高力ボルトによって鋼材の端部と第１添接板と第２添接板とが圧接されることで、少なくとも３つの摩擦面が形成されるので、鋼材の両面に添接板を配設してなる従来技術の摩擦接合構造（例えば、図７（ａ）参照）が２つの摩擦面を有するのに比べて、多くの摩擦面を有した摩擦接合構造とすることができる。
そして、対を成して対向する配置にある接合面を二対以上備える構造を設計し、第１添接板を２枚以上備えるようにすれば、さらに多くの摩擦面を有した摩擦接合構造とすることができる。

ここで、高力ボルト摩擦接合構造において、高力ボルトの数と、添接板のサイズ（摩擦面の大きさ）が同じ条件であれば、より多くの摩擦面を有する摩擦接合構造の方が、その接合強度が増大するようになる。
つまり、かかる構成の高力ボルト摩擦接合構造であれば、高力ボルトの数を増やすことなく、摩擦面の数を増やすことで、高力ボルト摩擦接合構造の接合強度を高めることができる。
このように、より多くの摩擦面を有する高力ボルト摩擦接合構造であれば、少ないボルト数でも強力に鋼材同士を接合することができる。

また、望ましくは、
対を成して対向する配置にある前記接合面には、一の方向と交差する向きに沿うガイド筋が形成されており、
前記第１添接板には、前記ガイド筋に沿って案内される被案内筋が形成されているようにする。

こうすることで、対を成して対向する配置にある接合面の間に第１添接板を挿入し易くなって、高力ボルト摩擦接合構造を構築し易くなる。

また、望ましくは、
対を成して対向する配置にある前記接合面の間の空間は、一の方向と交差する向きに沿い、一端から他端に向かって前記鋼材の厚さ方向に漸次狭まる形状に形成されており、
前記第１添接板は、前記空間に挿入される向きに沿い、前記鋼材の厚さ方向に漸次先細る形状に形成されているようにする。

こうすることで、対を成して対向する配置にある接合面の間に第１添接板を挿入し易くなって、高力ボルト摩擦接合構造を構築し易くなる。

また、望ましくは、
前記第１添接板と前記第２添接板とは、前記第１添接板の挿入方向の後端側で一体に結合されているようにする。

第１添接板と第２添接板とが一体に結合された形状を有していれば、対を成して対向する配置にある接合面の間に第１添接板を一の方向と交差する向きに挿入するようにして、第１添接板と第２添接板を鋼材の端部に組み付けることができるので、各添接板をそれぞれ組み付けるよりも作業時間の短縮を図ることができ、高力ボルト摩擦接合構造を構築し易くなる。

本発明によれば、少ないボルト数でも強力に接合できる高力ボルト摩擦接合構造が得られる。

実施形態１の高力ボルト摩擦接合構造を示す断面図（ａ）と、一対の鋼材の端部を突き合わせた状態を示す側面図（ｂ）である。 実施形態１の高力ボルト摩擦接合構造を示す分解斜視図である。 一対の鋼材の端部の変形例を示す断面図（ａ）と、実施形態１の高力ボルト摩擦接合構造の変形例を示す断面図（ｂ）である。 実施形態２の高力ボルト摩擦接合構造を示す分解斜視図である。 実施形態３の高力ボルト摩擦接合構造を示す分解斜視図である。 実施形態４の高力ボルト摩擦接合構造を示す分解斜視図である。 従来技術の摩擦接合構造を示す断面図（ａ）（ｂ）である。

以下、図面を参照して、本発明に係る高力ボルト摩擦接合構造の実施形態について詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

（実施形態１）
本実施形態の高力ボルト摩擦接合構造１００は、例えば、図１（ａ）（ｂ）、図２に示すように、一対の鋼材１０の端部１１が一の方向に突き合わされて、一対の鋼材１０に亘って面一となり、その鋼材１０の厚さ方向に重なる配置に形成された複数（本実施形態では６つ）の接合面２０と、複数の接合面２０のうち、対を成して対向する配置にある第１接合面２１に、その両面を摺接させて一の方向と交差する向きに挿入された第１添接板３１と、複数の接合面２０のうち、表面に露出した配置にある第２接合面２２に、その片面を接して配された第２添接板３２と、連なった配置にある鋼材１０の端部１１と第１添接板３１と第２添接板３２の各ボルト孔Ｈに挿通され、鋼材１０の端部１１と第１添接板３１と第２添接板３２とを圧接させた高力ボルト４０等を備えている。

鋼材１０の端部１１は、鋼材主端部１２と、鋼材主端部１２を挟んで対を成す鋼材副端部１３とを有しており、三つ股に形成されている。
この鋼材１０の端部１１を一の方向に突き合わせた際に、一対の鋼材１０に亘り、鋼材主端部１２の両面にそれぞれ第１接合面２１が形成され、鋼材副端部１３の一方の面であって鋼材主端部１２側の面に第１接合面２１が形成され、鋼材副端部１３の他方の面に第２接合面２２が形成される。
鋼材主端部１２と鋼材副端部１３には、連なる配置にボルト孔Ｈが形成されている。
なお、鋼材主端部１２は、鋼材１０本体と、略同じ厚さを有している。

第１添接板３１と第２添接板３２は、鋼製の板材であり、それぞれボルト孔Ｈが形成されている。
第１添接板３１と第２添接板３２のボルト孔Ｈは、鋼材主端部１２及び鋼材副端部１３のボルト孔Ｈと連なる配置に形成されている。

高力ボルト４０は、積層された配置にある鋼材主端部１２、鋼材副端部１３、第１添接板３１、第２添接板３２において、連なっている各ボルト孔Ｈに挿通されて、ナット４１で緊締されている。
この高力ボルト４０による緊結によって、鋼材１０端部の鋼材主端部１２および鋼材副端部１３と第１添接板３１と第２添接板３２とが圧接されたことで、６つの接合面２０（第１接合面２１、第２接合面２２）が摩擦面となった高力ボルト摩擦接合構造１００が構築される。
つまり、この高力ボルト摩擦接合構造１００は、６つの摩擦面を有している。
なお、この高力ボルト摩擦接合構造１００において、母材芯となる鋼材１０が同一平面に配され、側面視直線的に連なるようになっている。

このように、本実施形態の高力ボルト摩擦接合構造１００は、６つの摩擦面を有しており、鋼材１０の両面に添接板３０を配設してなる一般的な摩擦接合構造（図７（ａ）参照）が２つの摩擦面を有するのに比べて、より多くの摩擦面を有した摩擦接合構造となっている。
摩擦接合構造における接合強度の増減に関する因子には、高力ボルト４０の数の他に、摩擦面の数があることに本発明者らは注目し、高力ボルト４０の数を増やすことに代えて、摩擦面の数を増やして接合強度を高める技術について検討し、本発明を実現するに至った。
そして、高力ボルト４０の数と、添接板のサイズ（摩擦面の大きさ）が同じ条件であれば、２つの摩擦面を有する摩擦接合構造よりも、３倍の数の６つの摩擦面を有している高力ボルト摩擦接合構造１００は、その接合強度が３倍に高められた摩擦接合構造として機能するようになる。

以上のように、本実施形態の高力ボルト摩擦接合構造１００は、高力ボルト４０の数を増やすことなく、摩擦面の数を増やすことで、その接合強度を高めている。
つまり、この高力ボルト摩擦接合構造１００であれば、少ないボルト数でも強力に鋼材１０同士を接合することができる。
そして、少ないボルト数でも強力に鋼材１０同士を接合することができる高力ボルト摩擦接合構造１００であれば、高力ボルト４０を締め付ける作業時間は短くて済むので、営業列車が走行しない夜間等に行われる鉄道工事など、作業時間が限られている施工箇所での摩擦接合構造の接合強度の向上に好適に寄与することができる。

なお、上記実施形態１では、鋼材１０の端部１１に鋼材主端部１２と鋼材副端部１３とが一体に形成されたものを例に説明したが、本発明はこれに限られるものではない。
例えば、図３（ａ）に示すように、鋼材１０の両面に第１鋼板５０を配し、その第１鋼板５０にそれぞれ第２鋼板６０を沿わせて配し、それら５枚を積重した部分を高力ボルト４０及びナット４１で締結して、複数の部材からなる鋼材の端部１１を形成するようにしてもよい。
このように形成した鋼材の端部１１では、鋼材１０自体の端部が鋼材主端部１２に相当し、第２鋼板６０の端部が鋼材副端部１３に相当しており、鋼材の端部１１は三つ股に形成されている。

図３（ａ）に示した鋼材の端部１１を一の方向に突き合わせた際、鋼材１０の両面にそれぞれ第１接合面２１が形成され、第２鋼板６０の一方の面であって鋼材１０側の面に第１接合面２１が形成され、第２鋼板６０の他方の面に第２接合面２２が形成される。
そして、対を成す第１接合面２１の間に第１添接板３１を挿入して、第２接合面２２に第２添接板３２を添えた後、積層された配置にある鋼材１０、第２鋼板６０、第１添接板３１、第２添接板３２において、連なっている各ボルト孔Ｈに高力ボルト４０を挿通してナット４１で緊締することで、例えば、図３（ｂ）に示すように、高力ボルト摩擦接合構造１００を構築することができる。

なお、図３（ｂ）に示した高力ボルト摩擦接合構造１００は、一見多くの高力ボルト４０を用いているようであるが、鋼材１０の両面にそれぞれ第１鋼板５０と第２鋼板６０を重ねた後、それら５枚の部材を高力ボルト４０及びナット４１で締結して鋼材の端部１１を形成する工程は事前に工場製作で行ったり、現場の施工ヤードで行ったりすることで（図３（ａ）参照）、実際に現場で施工する添接板圧接のためのボルト締結箇所を少なくするようにしている。
つまり、図３（ｂ）に示した高力ボルト摩擦接合構造１００であっても、高力ボルト４０を締め付ける作業時間を短くすることができるので、作業時間が限られている施工箇所に適用することができる。

このような高力ボルト摩擦接合構造１００であっても、６つの摩擦面を有することによって接合強度が高められた摩擦接合構造として機能する。
こうして、複数の部材（鋼板）からなる鋼材の端部１１を形成する場合、所望する摩擦面の数に応じた枚数の鋼板を積重すればよいが、その鋼材の端部１１を接合して高力ボルト摩擦接合構造１００を構築した際、母材芯となる鋼材１０が同一平面に配され、側面視直線的に連なるようにする。

（実施形態２）
次に、本発明に係る高力ボルト摩擦接合構造の実施形態２について説明する。なお、実施形態１と同一部分には同符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。

実施形態２の高力ボルト摩擦接合構造１００は、例えば、図４に示すように、対を成して対向する配置にある第１接合面２１に、一の方向と交差する向き（一の方向と直交する向き）に沿う複数のガイド筋２０ａが形成されており、また、第１添接板３１には、第１接合面２１のガイド筋２０ａに沿って案内される複数の被案内筋３０ａが形成されている。
なお、図４に示した高力ボルト摩擦接合構造１００においては、高力ボルト４０とナット４１の図示を省略している。

第１接合面２１に形成されているガイド筋２０ａは凹状の筋であり、一の方向と直交する向きに形成されている。
第１添接板３１に形成されている被案内筋３０ａは凸状の筋であり、第１接合面２１のガイド筋２０ａと咬合可能な形状を有している。

このように、第１接合面２１のガイド筋２０ａに沿って案内される被案内筋３０ａが第１添接板３１に形成されていれば、対を成す第１接合面２１の間に第１添接板３１を挿入し易くなる。
また、高力ボルト摩擦接合構造１００が構築された後、一対の鋼材１０が一の方向に沿って互いに離間する方向に引かれるようなテンションが作用することがあっても、一の方向と直交する第１接合面２１のガイド筋２０ａと第１添接板３１の被案内筋３０ａとが噛み合って、その作用力に抵抗することができるので、高力ボルト摩擦接合構造１００の接合強度を一層高めることができる。
このような高力ボルト摩擦接合構造１００であっても、６つの摩擦面を有することによって接合強度が高められた摩擦接合構造として機能する。

なお、本実施形態では、第１接合面２１のガイド筋２０ａが凹状の筋であり、第１添接板３１の被案内筋３０ａが凸状の筋であるとしたが、第１接合面２１のガイド筋２０ａが凸状の筋であり、第１添接板３１の被案内筋３０ａが凹状の筋であってもよい。

（実施形態３）
次に、本発明に係る高力ボルト摩擦接合構造の実施形態３について説明する。なお、実施形態１と同一部分には同符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。

実施形態３の高力ボルト摩擦接合構造１００は、例えば、図５に示すように、対を成して対向する配置にある第１接合面２１の間の空間は、一の方向と交差する向き（一の方向と直交する向き）に沿い、一端から他端に向かって鋼材１０の厚さ方向に漸次狭まる形状に形成されており、また、第１添接板３１は、対を成す第１接合面２１の間の空間に挿入される向きに沿い、鋼材１０の厚さ方向に漸次先細る形状に形成されている。
なお、図５に示した高力ボルト摩擦接合構造１００においては、高力ボルト４０とナット４１の図示を省略している。

このように、第１接合面２１の間の空間が漸次狭まる形状に形成され、その第１接合面２１の間の空間に挿入される第１添接板３１が漸次先細る形状に形成されていれば、対を成す第１接合面２１の間に第１添接板３１を挿入し易くなる。
このような高力ボルト摩擦接合構造１００であっても、６つの摩擦面を有することによって接合強度が高められた摩擦接合構造として機能する。

（実施形態４）
次に、本発明に係る高力ボルト摩擦接合構造の実施形態４について説明する。なお、実施形態１と同一部分には同符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。

実施形態４の高力ボルト摩擦接合構造１００は、例えば、図６に示すように、第１添接板３１と第２添接板３２とが、第１添接板３１の挿入方向の後端側で一体に結合された態様を有している。
２枚の第１添接板３１と２枚の第２添接板３２とが一体に成形された形状を有していれば、対を成す第１接合面２１の間の空間に第１添接板３１を一の方向と交差する向きに挿入するようにして、第１添接板３１と第２添接板３２を鋼材１０の端部１１に組み付けることができる。勿論、第１添接板３１と第２添接板３２の間の幅は、鋼材副端部１３の厚みに相当し、２枚の第１添接板３１の間の幅は、鋼材主端部１２の厚みに相当している。
なお、図６に示した高力ボルト摩擦接合構造１００においては、高力ボルト４０とナット４１の図示を省略している。

このように、第１添接板３１と第２添接板３２とが一体に結合されていれば、４枚分の添接板をワンタッチで鋼材１０の端部１１に組み付けることができ、４枚の添接板をそれぞれ組み付けるよりも作業時間の短縮を図ることができる。
このような高力ボルト摩擦接合構造１００であっても、６つの摩擦面を有することによって接合強度が高められた摩擦接合構造として機能する。

なお、以上の実施の形態においては、鋼材１０の端部１１は、鋼材主端部１２と、鋼材主端部１２を挟んで対を成す鋼材副端部１３とを有しており、三つ股に形成されているとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、鋼材１０の端部１１は二つ股に形成されていてもよく、また四つ股以上であってもよい。
また、複数の部材からなる鋼材の端部１１（図３（ａ）参照）も三つ股に限らず、二つ股であっても、四つ股以上であってもよい。

鋼材１０の端部１１が二つ股である場合、対を成す第１接合面２１の間の空間に第１添接板３１を配し、表面に露出した配置の第２接合面２２の両方に第２添接板３２を配した構造にすれは、４つの摩擦面を有する高力ボルト摩擦接合構造とすることができる。
また、鋼材１０の端部１１が二つ股である場合、対を成す第１接合面２１の間の空間に第１添接板３１を配し、表面に露出した配置の第２接合面２２の一方に第２添接板３２を配した構造にすれは、３つの摩擦面を有する高力ボルト摩擦接合構造とすることができる。
このように、鋼材１０の端部１１が二つ股であっても、鋼材１０の両面に添接板３０を配設してなる２つの摩擦面を有する一般的な摩擦接合構造（図７（ａ）参照）よりも、多くの摩擦面を有する摩擦接合構造とすることができる。
鋼材１０の端部１１が四つ股以上であれば、上述した６つの摩擦面を有する高力ボルト摩擦接合構造１００よりも、勿論、多くの摩擦面を有する摩擦接合構造とすることができる。

また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

１０ 鋼材
１１ 端部
１２ 鋼材主端部
１３ 鋼材副端部
２０ 接合面
２０ａ ガイド筋
２１ 第１接合面
２２ 第２接合面
３０ａ 被案内筋
３０ 添接板
３１ 第１添接板
３２ 第２添接板
４０ 高力ボルト
４１ ナット
５０ 第１鋼板
６０ 第２鋼板
１００ 高力ボルト摩擦接合構造
Ｈ ボルト孔

Claims (4)

1. 一対の鋼材が接合されてなる高力ボルト摩擦接合構造であって、
   前記一対の鋼材の端部が一の方向に突き合わされて、前記一対の鋼材に亘って面一となり、その鋼材の厚さ方向に重なる配置に形成された複数の接合面と、
   前記複数の接合面のうち、対を成して対向する配置にある接合面に、その両面を摺接させて一の方向と交差する向きに挿入された第１添接板と、
   前記複数の接合面のうち、表面に露出した配置にある接合面に、その片面を接して配された第２添接板と、
   連なった配置にある前記鋼材の端部と前記第１添接板と前記第２添接板の各ボルト孔に挿通され、前記鋼材の端部と前記第１添接板と前記第２添接板とを圧接させた高力ボルトと、
   を備えたことを特徴とする高力ボルト摩擦接合構造。
2. 対を成して対向する配置にある前記接合面には、一の方向と交差する向きに沿うガイド筋が形成されており、
   前記第１添接板には、前記ガイド筋に沿って案内される被案内筋が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の高力ボルト摩擦接合構造。
3. 対を成して対向する配置にある前記接合面の間の空間は、一の方向と交差する向きに沿い、一端から他端に向かって前記鋼材の厚さ方向に漸次狭まる形状に形成されており、
   前記第１添接板は、前記空間に挿入される向きに沿い、前記鋼材の厚さ方向に漸次先細る形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の高力ボルト摩擦接合構造。
4. 前記第１添接板と前記第２添接板とは、前記第１添接板の挿入方向の後端側で一体に結合されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の高力ボルト摩擦接合構造。

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