JPH01266309A - 高力ボルト摩擦接合法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、高力ボルト摩擦接合法に関するものであり
、特に、接合面にプラズマ溶射処理を施し、接合力を増
大させる高力ボルト摩擦接合法に関するものである。

従来の技術 鉄骨構造における鋼材の部材間の接合方法として、溶接
と並んで、高力ボルト摩擦接合法が広く使ねれている。

この方法は、鋼材の表面同志の摩擦によって力を伝達し
、接合面の摩擦係数によって伝達する力の大きさが決ま
る。

伝達する力、すなわち、すべり荷重Ｓを増加させるには
、高強度のボルトを使って、締付は力を大きくするか、
あるいは接合面を処理して、その摩擦係数を大きくする
必要があり、接合面の処理法としてショツトブラスト法
がある。

発明が解決しようとする課題 高力ボルト摩擦接合法においては、締付けられる板の接
合面の表面状態によってその摩擦係数が著しく異なるが
、日本建築学会では、ＪＳＳ６゜６．５に従い、あらか
じめ、そり、ひずみ、曲がり等を矯正し、黒皮、浮錆、
塵埃、油、塗料等を除去、清掃した接合面について、０
．４５の摩擦係数を定めいてる。この接合面の摩擦係数
が０゜４５以上で安定的に確保できると、ボルト本数を
減らし、接合面を簡略化することが可能となる。

この出願の発明が解決しようとする課題は、接合面の摩
擦係数を増大させ、ボルト本数を減らすことができる高
力ボルト摩擦接合法を提供することにある。

課題を解決するための手段 この発明の構成は、ボルト孔の回りの接合面に、セラミ
ックのプラズマ溶射処理を施し、またはステンレス鋼の
プラズマ溶射処理を施して、ボルト孔の回りの接合面の
摩擦係数を増大させる高力ボルト摩擦接合法にある。

プラズマ溶射するセラミックとしては、たとえば、炭化
チタン（ＴｉＣ）、炭化クローム（Ｃｒ□Ｃ２）、炭化
ジルコニュウム（ＺｒＣ）、炭化タングステン（ＷＣ）
等の金属の炭化物、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ジルコ
ニュム（ＺｒＮ）等の金属の窒化物、酸化アルミニウム
（ＡｌａＯ：＋）、酸化クロム（ｃｒｚｏｚ）等の金属
の酸化物を使用する。

前記の酸化アルミニウム（ＡＩ、ｏ、）としては、ホワ
イトアルミナ（９９％Ａ１□０．）、グレーアルミナ（
９４％Ａｌ、ｏ、−２，５％Ｔｉｏ２）を使う。

グレーアルミナは安価で、入手し易いものであり、しか
も、高硬度で耐摩耗性に優れている。

プラズマ溶射するステンレス鋼としては、粒子が粗く、
密着性のよい溶射皮膜が得られるものを使う、たとえば
、Ｎｉを１０ないし１４％、Ｃｒを１６ないし１８％、
Ｍｏを２ないし３％含有しているステンレス鋼を使うと
、特に、粒子が粗く、密着性のよい溶射皮膜が得られる
。ステンレス鋼は、安価で入手し易く、高硬度で耐摩耗
性に優れていて、締付はボルトが弛みにくい性質がある
。

プラズマ溶射処理は、側板、主板のそれぞれ一方のみに
施しても良いし、両方に施しても良い。

プラズマ溶射処理を施す接合面は、凡そボルト孔の回り
のボルト孔の直径の３倍程度の直径の円形の表面部分で
ある。

溶射処理は、たとえば、溶射皮膜の厚さが５０μｍ程度
になるようにする。

一般に、摩擦係数は、表面のあらさの波の振幅Ｒと、表
面の一定距離間の凹凸の数ｎとが関係し、ＲＸｎの増加
が摩擦係数の増加につながると考えられており、接合面
に上記のセラミックやステンレス鋼のプラズマ溶射処理
を施すと、表面のあらさの波の振幅Ｒが大きく、一定距
離間の凹凸の数ｎの多い表面が得られ、摩擦係数が増大
する。

接合面の摩擦係数を増大させるために主板や側板に施す
プラズマ溶射処理は、溶射皮膜の緻密性、主板および側
板への密着性が非常に良く、主板および側板は、その処
理時に１５０℃以上の温度に加熱されないので、主板お
よび側板の機械的強度を劣化させたり、熱歪が生じたり
することもない。

しかも、低コストで厚い溶射皮膜を得ることができる。

作用 この発明は、ボルト孔の回りの接合面に、セラミックま
たはステンレス鋼のプラズマ溶射処理を施すから、接合
面の摩擦係数が増大し、すベリ荷重を増大させることが
できる。

実施例 この発明の高力ボルト摩擦接合法の単純な実施例を、第
１図ないし第３図を使って説明する。それぞれ２個のボ
ルト孔１ａ、２ａのある主板１．２を小隙間Ｑをおいて
配置し、主板１の上下に、主板１．２のボルト孔１ａ、
２ａと対応する位置にそれぞれ４個のボルト孔３ａ、４
ａのある側抜３．４を配置し、各ボルト孔１ａ、２ａ、
３ａ。

４ａ、に高力ボルト５１ないし５４を通してナツト６１
ないし６４で締付け、主板１を、側板３．４を介して主
板２と接続する。この接続は鋼材の表面同志の摩擦力に
よるものである。なお、７はワッシャーである。

主板１．２および側板３．４には溶接構造用圧延鋼材（
ＳＭ５０Ａ）を使い、ボルト５１ないし５４に高力ボル
ト（ＦＩＯＴ、Ｍ２Ｏ）を使う。

主板１．２の厚さ（ｔ工）は２２ｍｍ、側板３．４の厚
さ（ｔ８）は１２ｍｍ、主板１．２および側板３．４の
幅（Ｗ）は１００ｍとし、はしあき（ｅ）は５５＋＋ａ
、ピッチ（ｐ）は８０１ｍ、主板１の左端と主板２の右
端との間の隙間（ｌｉｔ）は５Ｉ、ボルト孔１ａ、２ａ
、３ａ、４ａの直径（ｃｌｉ）は２１．５ｍ、ボルト５
２を通すボルト孔１ａ、３ａ、４ａの中心とボルト５３
を通すボルト孔２ａ、３ａ、４ａの中心との間の間隔（
Ｌ）は１１５Ｉとする。

［Ｉ］ 主板１．２、側板３．４の接合面に、グレーアルミナ（
９４％Ａｌ、ｏ、−２，５％Ｔｉｏ、）のプラズマ溶射
処理またはショツトブラスト処理を施す。前記のプラズ
マ溶射処理は接合面のボルト孔の周囲の、ボルト孔の直
径（ｄ□）の３倍程度の直径（ｄ２）の円形部分１ｂ、
２ｂ、３ｂおよび４ｂに後記の［プラズマ溶射処理の条
件Ａ］にてプラズマ溶射処理を施し、ショツトブラスト
処理は後記の［ショツトブラスト処理の条件Ｂ］にて接
合面の全面に施す。処理の形態は次の３通りとする。

（ｉ）主板１．２の上下の接合面の各ボルト孔１ａ、２
ａ、の周囲の部分１ｂ、２ｂに、ショツトブラスト処理
の上、グレーアルミナのプラズマ溶射処理を施し、側板
３．４の主板１．２に面する接合面にショツトブラスト
処理を施す。

（ｉｔ）側板３．４の主板１．２に面する接合面の各ボ
ルト孔３ａ、４ａの周囲の部分３ｂ、４ｂに、ショツト
ブラスト処理の上、グレーアルミナのプラズマ溶射処理
を施し、主板１．２の上下の接合面にショツトブラスト
処理を施す。

（■）主板１．２の上下の接合面の各ボルト孔１ａ、２
ａ、の周囲の部分１ｂ、２ｂに、ショツトブラスト処理
の上、グレーアルミナのプラズマ溶射処理を施し、側板
３．４の主板１．２に面する接合面の各ボルト孔３ａ、
４ａ、の周囲の部分３ｂ・４ｂに、ショツトブラスト処
理の上、グレーアルミナのプラズマ溶射処理を施す。

［プラズマ溶射処理の条件Ａ］ アークガスとしてアルゴン・ヘリウムガスを使い、素材
粒子のキャリアガスとしてアルゴンガスを使い、電流８
５０Ａ、電圧３８Ｖの電力を用い。

素材粒子として粒子径が１０μ〜５３μのグレーアルミ
ナ（９４％Ａｌ、ｏ、−２，５％Ｔｉｏ、）を使用する
。プラズマジェットトーチの先端と主板１．２または側
板３．４の被処理面との間の間隔（溶射距離）を１０口
にして、グレーアルミナのフプラズマ溶射処理を行なう
。

［ショツトブラスト処理の条件Ｂ］ 直径Ｑ、８ｍ〜１．Ｏａｍの鋼球の研磨材を１分当り１
５０ｋｇ以上の割合で被処理面に高速で吹き付ける。こ
のショツトブラスト処理により主板または側板の接合（
処理）面は、あらさの波の振幅の最大値（Ｒｍａｘ）が
４５．８ｐｍで、一定距離間の凹凸数の少ない面となる
。

上記（ｉ）ないしく市）のプラズマ溶射処理により、接
合（処理）面は、あらさの波の振幅の最大値（Ｒｍａｘ
）が５０．２７ｚｍで、一定距離間の凹凸の数が多い面
となる。溶射皮膜の厚さは５０μｍ程度である。

［１１］ ステンレス鋼として５ＯＳ３１６　（Ｎｉ１０％〜１４
％、Ｃｒ１６％〜１８％、Ｍｏ２％〜３％）を使い、主
板１，２、側板３．４の接合面に、５ＵＳ３１６（ステ
ンレス）のプラズマ溶射処理またはショツトブラスト処
理を施す。

前記のプラズマ溶射処理はボルト孔の周囲の、ボルト孔
の直径（ｄｌ）の３倍程度の直径（ｄ２）の円形部分１
ｂ、２ｂ、３ｂおよび４ｂに後記の［プラズマ溶射処理
の条件Ｃ］にてプラズマ溶射処理を施し、ショツトブラ
スト処理は前記の［ショツトブラスト処理の条件Ｂ］と
同じ条件で接合面の全面に施す。処理の形態は次の２通
りとする。

（ｉｖ　）側板３．４の主板１．２に面する接合面の各
ボルト孔３ａ、４ａの周囲の部分３ｂ、４ｂに、シミツ
トブラスト処理の上、ステンレスのプラズマ溶射処理を
施し、主板１．２の上下の側板３゜４と面する接合面に
、シミツトブラスト処理を施す。

（Ｖ）主板１，２の上下の各ボルト孔１ａ、２ａの周囲
の部分１ｂ、２ｂに、シミツトブラスト処理の上、ステ
ンレスのプラズマ溶射処理を施し、側板３．４の主板１
，２に面する接合面の各ボルト孔３ａ、４ａの周囲の部
分３ｂ、４ｂに、ショツトブラスト処理の上、ステンレ
スのプラズマ溶射処理を施す。

［プラズマ溶射処理の条件Ｃ］ アークガスとしてアルゴン・ヘリウムガスを使い、素材
粒子のキャリアガスとしてアルゴンガスを使い、電流８
００Ａ、電圧３０Ｖの電力を用い、素材粒子として粒子
径が６０μ〜１２０μの５ＵＳ３１６を使用し、プラズ
マジェットトーチの先端と主板または側板の被処理面と
の間の間隔（溶射距離）を１５（２ｍにして、プラズマ
溶射処理を行なう。

上記の（ｉｖ　）および（Ｖ）のプラズマ溶射処理によ
り、接合（処理）面は、あらさの波の振幅の最大値（Ｒ
ｍａｘ）が８２．１μｍで、一定距離間の凹凸数の多い
面となる。溶射皮膜の厚さは５０μｍ程度である。

［参考例］ （ｖｉ　）主板１，２の上下の接合面および主板１．２
に面する側板３．４の接合面を前記の［ショツトブラス
ト処理の条件Ｂ］と同じ条件でショツトブラスト処理を
施す。

上記の実施例の（ｉ）ないしくＶ）および参考例（ｖｉ
）のものについて２回ずつ実験し、すべり荷ｆｆ１Ｓ、
摩擦係数μ等についての実験結果をまとめると第１表の
ようになる。

［註１］第１表のすべり荷重（すなわち、すベリ摩擦力
）Ｓは、Ｓ＝２μＣｎと定義される。ただし、Ｃ；部材
間の圧力（Ｍ２Ｏのボルトの設計ボルト張力を１６．５
ｔｏｎとした）、μ；摩擦係数、ｎ；ボルトの数（実施
例では２）とする。

第１表 第１表から明らかなように、比較例の（ｖｉ）の側板３
，４と主板１．２をショツトブラスト処理したものに比
べて、（ｉ）の側板３．４のみのグレーアルミナの溶射
処理で平均１．３９倍、（ｉｔ）の主板１．２のみのグ
レーアルミナの溶射処理で平均１．５０倍、　　（ｉｉ
ｉ）の側板３．４と主板１．２とのグレーアルミナの溶
射処理で平均１．４６倍、（ｉｖ　）の側板３．４のみ
のステンレスの溶射処理で平均１．４５倍、（Ｖ）の側
板３．４と主板１．２とのステンレスの溶射処理で平均
１．７８倍となり、いずれの場合もプラズマ溶射処理に
より飛躍的に摩擦係数が向上している。

発明の効果 この発明の高力ボルト摩擦接合法は、ボルト孔の回りの
接合面に、セラミックのプラズマ溶射処理を施し、また
はステンレス鋼のプラズマ溶射処理を施して、接合面の
摩擦係数を大幅に向上させるものでから、高力ボルトの
本数の低減、接合面の簡略化、縮小化に役立ち、現場に
おける鉄骨工事の工数、コスト等を大幅に低減させるこ
とができるものである。

なお、この発明の接合面に施す前記プラズマ溶射処理は
、溶射皮膜の緻密性、主板および側板への密着性が非常
に良く、しかも処理時の主板および側板の温度を１５０
℃以下におさえることができ、主板および側板の機械的
強度を劣化させたり、熱歪を与えたりすることなく、摩
擦係数を増大させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は、この出願の発明の詳細な説明す
るためのもので、第１図は高力ボルト摩擦接合法による
接合部の平面図、第２図は第１図のものの側面図、第３
図はプラズマ溶射処理した主板および側板の拡げた状態
を示す平面図である。 図中、１および２は主板、３および４は側板、１ａ、２
ａ、３ａおよび４ａはボルト孔、１ｂ、２ｂ、３ｂおよ
び４ｂはプラズマ溶射処理する部分、５１ないし５４は
高力ボルト、６１ないし６４はナツト、７はワッシャー
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ボルト孔の回りの接合面に、セラミックのプラズマ
   溶射処理を施し、ボルト孔の回りの接合面の摩擦係数を
   増大させることを特徴とする高力ボルト摩擦接合法。 ２、セラミックとして金属の炭化物、金属の窒化物、金
   属の酸化物を使うことを特徴とする請求項１記載の高力
   ボルト摩擦接合法。 ３、セラミックとしてグレーアルミナを使うことを特徴
   とする請求項１記載の高力ボルト摩擦接合法。 ４、ボルト孔の回りの接合面に、ステンレス鋼のプラズ
   マ溶射処理を施し、ボルト孔の回りの接合面の摩擦係数
   を増大させることを特徴とする高力ボルト摩擦接合法。 ５、ボルト孔の回りの接合面に、セラミックまたはステ
   ンレス鋼のプラズマ溶射処理が施されていることを特徴
   とする高力ボルト摩擦接合法により接合する部材。