JPH09234576A - 摩擦接合用鋼材の製造方法 - Google Patents
摩擦接合用鋼材の製造方法Info
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- JPH09234576A JPH09234576A JP8067482A JP6748296A JPH09234576A JP H09234576 A JPH09234576 A JP H09234576A JP 8067482 A JP8067482 A JP 8067482A JP 6748296 A JP6748296 A JP 6748296A JP H09234576 A JPH09234576 A JP H09234576A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/362—Laser etching
- B23K26/364—Laser etching for making a groove or trench, e.g. for scribing a break initiation groove
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- B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
- B23K2103/04—Steel or steel alloys
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- Mechanical Engineering (AREA)
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- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 建築鉄骨構造物あるいはその他の鉄骨構造物
において、摩擦接合構造、すなわち複数の鋼材を高力ボ
ルトで締め付けることによって鋼材間に生じる摩擦力を
利用し、鋼材間の応力伝達を行う接合部に用いる鋼材の
製造方法に関する。 【解決手段】 鋼材にレーザガウジングにより溝形状を
周期的に形成して摩擦接合用の鋼材を製造するに際し、
レーザガウジング条件としてレーザ光の照射条件及びア
シストガスの種類と供給方法を規定する。 【効果】 摩擦係数が従来材に比べ改善された鋼板を、
安価に提供することができる。
において、摩擦接合構造、すなわち複数の鋼材を高力ボ
ルトで締め付けることによって鋼材間に生じる摩擦力を
利用し、鋼材間の応力伝達を行う接合部に用いる鋼材の
製造方法に関する。 【解決手段】 鋼材にレーザガウジングにより溝形状を
周期的に形成して摩擦接合用の鋼材を製造するに際し、
レーザガウジング条件としてレーザ光の照射条件及びア
シストガスの種類と供給方法を規定する。 【効果】 摩擦係数が従来材に比べ改善された鋼板を、
安価に提供することができる。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、建築鉄骨構造物あ
るいはその他の鉄骨構造物において、高力ボルトによる
摩擦接合構造に用いる鋼材の製造方法に関する。ここ
で、本発明が対象とする高力ボルト摩擦接合構造部と
は、複数の鋼材を高力ボルトで締め付けることによって
鋼材間に生じる摩擦力（あるいはすべり抵抗力）を利用
し、鋼材間の応力伝達を行う接合部をいう。
るいはその他の鉄骨構造物において、高力ボルトによる
摩擦接合構造に用いる鋼材の製造方法に関する。ここ
で、本発明が対象とする高力ボルト摩擦接合構造部と
は、複数の鋼材を高力ボルトで締め付けることによって
鋼材間に生じる摩擦力（あるいはすべり抵抗力）を利用
し、鋼材間の応力伝達を行う接合部をいう。
【０００２】
【従来の技術】従来、鉄骨構造物の高力ボルトによる摩
擦接合構造においては、鋼材の摩擦面は赤錆の自然発生
した状態が標準になっており（建築学会ＪＡＳＳ６）、
施工上のばらつきを考慮して低いすべり係数（摩擦係
数）値（μ＝０．４５）が設計上設定されている。
擦接合構造においては、鋼材の摩擦面は赤錆の自然発生
した状態が標準になっており（建築学会ＪＡＳＳ６）、
施工上のばらつきを考慮して低いすべり係数（摩擦係
数）値（μ＝０．４５）が設計上設定されている。
【０００３】このためすべり係数を大きくする方法とし
て、（１）特開昭５１−５２３３６号公報により開示さ
れているように、鋼材の表面に特殊な塗装を施す方式、
また（２）特開平１−２６６３０９号公報により開示さ
れているように、鋼材の表面にセラミックスのプラズマ
溶射処理を施す方式、さらに（３）特開平４−３２６２
３２号公報により開示されているように、摩擦面の表面
硬さおよび表面粗さを、相手側鋼材の表面硬さおよび表
面粗さより大きくする方式が提案されている。
て、（１）特開昭５１−５２３３６号公報により開示さ
れているように、鋼材の表面に特殊な塗装を施す方式、
また（２）特開平１−２６６３０９号公報により開示さ
れているように、鋼材の表面にセラミックスのプラズマ
溶射処理を施す方式、さらに（３）特開平４−３２６２
３２号公報により開示されているように、摩擦面の表面
硬さおよび表面粗さを、相手側鋼材の表面硬さおよび表
面粗さより大きくする方式が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の赤錆を発生
させる場合は、施工上のばらつきが大きく、かつ施工品
質の管理が非常に困難であるため、０．４５よりも大き
なすべり係数値を接合部設計に用いることができないと
いう欠点がある。
させる場合は、施工上のばらつきが大きく、かつ施工品
質の管理が非常に困難であるため、０．４５よりも大き
なすべり係数値を接合部設計に用いることができないと
いう欠点がある。
【０００５】また従来提案されている前記（１）の接合
方式の場合は、鋼材に特殊な塗装を施す必要があるので
煩雑であり、さらに従来提案されている前記（２）およ
び（３）の接合方式の場合には、摩擦面に赤錆が発生し
ている場合や塗装が施されている場合には施工上のばら
つきが大きくなってしまうという欠点がある。このため
従来提案されている前記（１）、（２）、（３）の接合
方式は、いずれも広く実施されるには至っていない。
方式の場合は、鋼材に特殊な塗装を施す必要があるので
煩雑であり、さらに従来提案されている前記（２）およ
び（３）の接合方式の場合には、摩擦面に赤錆が発生し
ている場合や塗装が施されている場合には施工上のばら
つきが大きくなってしまうという欠点がある。このため
従来提案されている前記（１）、（２）、（３）の接合
方式は、いずれも広く実施されるには至っていない。
【０００６】そこで本発明は、高力ボルトによる鋼材の
摩擦接合部において、高いすべり係数（摩擦係数）を備
えた摩擦接合用鋼材を簡便に製造する方法を提供するこ
とを目的とする。
摩擦接合部において、高いすべり係数（摩擦係数）を備
えた摩擦接合用鋼材を簡便に製造する方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、摩擦接合用鋼材の製造方法におい
て、高力ボルトにより締め付けられて摩擦接合される複
数の鋼材のうちの一つの鋼材の摩擦面表面に摩擦係数を
高めるためレーザガウジング法により溝形状を周期的に
形成するに際し、Ｆ値が１から５０の集光光学系を用
い、レーザビームのスポット直径ｄが被加工素材の表面
で０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下となるように集光し、ライ
ン照射出力Ｑが５Ｊ／ｍｍから５００Ｊ／ｍｍ、かつ５
ｄ2 ≦Ｑ≦１００ｄ2 を満足するレーザ光を照射し、溝
の幅方向のノズル径ｄ1 が、レーザビームのスポット径
ｄに対し、ｄ≦ｄ1 ≦２０ｄの範囲内にあり、かつ溝の
幅と直角方向のノズル径ｄ2 が、０．３ｄ≦ｄ2 ≦１０
ｄの範囲内にあるノズルを用い、かつ、ノズルを加工の
進行方向に３度から８５度傾けて、該ノズルよりアシス
トガスをレーザ照射部に吹き付け鋼板に溝を周期的に形
成することを特徴とする摩擦接合用鋼材の製造方法であ
る。またここにおいて、アシストガスとして、圧縮空気
または、窒素、空気および酸素の２種以上を混合したガ
スを用いること、摩擦接合用鋼材の素材として、ミルス
ケールが５μｍから４０μｍ付着した鋼材を用いること
も特徴とする。
するものであって、摩擦接合用鋼材の製造方法におい
て、高力ボルトにより締め付けられて摩擦接合される複
数の鋼材のうちの一つの鋼材の摩擦面表面に摩擦係数を
高めるためレーザガウジング法により溝形状を周期的に
形成するに際し、Ｆ値が１から５０の集光光学系を用
い、レーザビームのスポット直径ｄが被加工素材の表面
で０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下となるように集光し、ライ
ン照射出力Ｑが５Ｊ／ｍｍから５００Ｊ／ｍｍ、かつ５
ｄ2 ≦Ｑ≦１００ｄ2 を満足するレーザ光を照射し、溝
の幅方向のノズル径ｄ1 が、レーザビームのスポット径
ｄに対し、ｄ≦ｄ1 ≦２０ｄの範囲内にあり、かつ溝の
幅と直角方向のノズル径ｄ2 が、０．３ｄ≦ｄ2 ≦１０
ｄの範囲内にあるノズルを用い、かつ、ノズルを加工の
進行方向に３度から８５度傾けて、該ノズルよりアシス
トガスをレーザ照射部に吹き付け鋼板に溝を周期的に形
成することを特徴とする摩擦接合用鋼材の製造方法であ
る。またここにおいて、アシストガスとして、圧縮空気
または、窒素、空気および酸素の２種以上を混合したガ
スを用いること、摩擦接合用鋼材の素材として、ミルス
ケールが５μｍから４０μｍ付着した鋼材を用いること
も特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】図２は、高力ボルト１による摩擦
接合構造の模式図を示す。高力ボルトを用いた摩擦接合
構造は例えば４枚の鋼板が接合される構造であっても、
原理的には図２に示すように２枚の鋼板２、３が摩擦接
合面を形成する構造に分解して考えることができる。
接合構造の模式図を示す。高力ボルトを用いた摩擦接合
構造は例えば４枚の鋼板が接合される構造であっても、
原理的には図２に示すように２枚の鋼板２、３が摩擦接
合面を形成する構造に分解して考えることができる。
【０００９】従来の摩擦接合部で得られる摩擦係数は約
０．４５であるが、摩擦接合面の一方に図３に示すよう
な溝１１の形状を周期的に形成し、これらが相手側に食
い込むようにすれば高い摩擦係数を得ることができるこ
とは想像される。しかしながら従来はこうした溝形状を
簡便に形成する手段がなかった。本発明においてはレー
ザガウジング法により鋼材２の摩擦面表面に図３に示す
ような溝形状を周期的に形成することにより、鋼材２が
相手の鋼材３に食い込んで０．８以上の高い摩擦係数を
得ることができる。このため、高力ボルトによる摩擦接
合部のコンパクト化が可能となり、低コスト化を図るこ
とができる。なおこの場合接合面における加重方向、す
なわちすべり方向は摩擦力を最大限にするため溝と直角
方向にする。ただしたとえば５°といった程度、加重方
向が溝と直角方向から多少ずれても摩擦力は大きくは違
わない。
０．４５であるが、摩擦接合面の一方に図３に示すよう
な溝１１の形状を周期的に形成し、これらが相手側に食
い込むようにすれば高い摩擦係数を得ることができるこ
とは想像される。しかしながら従来はこうした溝形状を
簡便に形成する手段がなかった。本発明においてはレー
ザガウジング法により鋼材２の摩擦面表面に図３に示す
ような溝形状を周期的に形成することにより、鋼材２が
相手の鋼材３に食い込んで０．８以上の高い摩擦係数を
得ることができる。このため、高力ボルトによる摩擦接
合部のコンパクト化が可能となり、低コスト化を図るこ
とができる。なおこの場合接合面における加重方向、す
なわちすべり方向は摩擦力を最大限にするため溝と直角
方向にする。ただしたとえば５°といった程度、加重方
向が溝と直角方向から多少ずれても摩擦力は大きくは違
わない。
【００１０】上記のレーザガウジング法とはレーザビー
ムを照射して鋼材表面を溶融し、アシストガスの動圧に
よりその溶融生成物を飛散させて金属表面をガウジング
する加工方法である。レーザによるガウジングは、レー
ザ切断時の入熱不足時に発生する切断不良として認識さ
れているものの、これを産業上利用した例は従来なく、
産業上有用なガウジングがレーザを用いて行えるかどう
かも従来は明らかではなかった。
ムを照射して鋼材表面を溶融し、アシストガスの動圧に
よりその溶融生成物を飛散させて金属表面をガウジング
する加工方法である。レーザによるガウジングは、レー
ザ切断時の入熱不足時に発生する切断不良として認識さ
れているものの、これを産業上利用した例は従来なく、
産業上有用なガウジングがレーザを用いて行えるかどう
かも従来は明らかではなかった。
【００１１】次に前記のような摩擦接合面を形成するこ
とを目的として、レーザガウジング条件を限定した理由
について述べる。まずＦ値が１から５０の範囲である集
光光学系を用いる。集光光学系のＦ値とは、集光光学系
の焦点距離（ＦＬ（ｍｍ））を、１／ｅ2 強度で定義さ
れる入射ビームの直径（Ｄ（ｍｍ））で除した値（ＦＬ
／Ｄ）をいう。Ｆ値が１より小さな集光光学系を用いる
と、焦点位置の微妙な変動に対し鋼材表面でのビーム径
が大きく変化し、溝幅が場所によって変動しやすくなり
実用的ではないからである。またＦ値が５０を越える
と、集光光学系の焦点距離が長くなり過ぎ、集光光学系
が極くわずか振動しても加工点が大きく変動してしま
い、実用的ではなくなる。また、Ｆ値に比例する焦点深
度が深くなり過ぎ、その結果溝が深くなり過ぎて溶融金
属の排除が困難になるとともに、溝と溝を隔てる壁が薄
くなって折れやすくなってしまい、接合強度が低下して
しまう。
とを目的として、レーザガウジング条件を限定した理由
について述べる。まずＦ値が１から５０の範囲である集
光光学系を用いる。集光光学系のＦ値とは、集光光学系
の焦点距離（ＦＬ（ｍｍ））を、１／ｅ2 強度で定義さ
れる入射ビームの直径（Ｄ（ｍｍ））で除した値（ＦＬ
／Ｄ）をいう。Ｆ値が１より小さな集光光学系を用いる
と、焦点位置の微妙な変動に対し鋼材表面でのビーム径
が大きく変化し、溝幅が場所によって変動しやすくなり
実用的ではないからである。またＦ値が５０を越える
と、集光光学系の焦点距離が長くなり過ぎ、集光光学系
が極くわずか振動しても加工点が大きく変動してしま
い、実用的ではなくなる。また、Ｆ値に比例する焦点深
度が深くなり過ぎ、その結果溝が深くなり過ぎて溶融金
属の排除が困難になるとともに、溝と溝を隔てる壁が薄
くなって折れやすくなってしまい、接合強度が低下して
しまう。
【００１２】素材表面での集光スポットの直径ｄは０．
５ｍｍ以上、３ｍｍ以下とする。これはガウジング溝の
幅４を適正範囲に収めるためのものであり、スポット直
径が０．５ｍｍ未満となると溝が細くなり過ぎて一定面
積の加工に要する時間が長くかかりすぎて経済的ではな
くなり、また高い摩擦係数を確保することができなくな
る。逆に、スポット径を３ｍｍ超でガウジング加工を施
すと、溝が深い場合には溝の幅４が広くなりすぎて相手
の鋼材３に食い込む溝の数が減少して摩擦係数が低下
し、溝が浅い場合には食い込みがなくなってやはり摩擦
係数が低下してしまう。
５ｍｍ以上、３ｍｍ以下とする。これはガウジング溝の
幅４を適正範囲に収めるためのものであり、スポット直
径が０．５ｍｍ未満となると溝が細くなり過ぎて一定面
積の加工に要する時間が長くかかりすぎて経済的ではな
くなり、また高い摩擦係数を確保することができなくな
る。逆に、スポット径を３ｍｍ超でガウジング加工を施
すと、溝が深い場合には溝の幅４が広くなりすぎて相手
の鋼材３に食い込む溝の数が減少して摩擦係数が低下
し、溝が浅い場合には食い込みがなくなってやはり摩擦
係数が低下してしまう。
【００１３】ライン照射出力Ｑ（Ｊ／ｍｍ）が５Ｊ／ｍ
ｍから５００Ｊ／ｍｍの範囲内で、かつ前記スポット直
径をｄ（ｍｍ）としたとき、５ｄ2 ≦Ｑ≦１００ｄ2 を
満足する範囲内にレーザ照射出力を制限する。ライン照
射出力Ｑ（Ｊ／ｍｍ）とは、単位長さ当たり素材に照射
されるレーザパワーであり、鋼材表面に照射されたレー
ザ出力（Ｊ／ｓｅｃ）を、加工速度（ｍｍ／ｓｅｃ）で
除して得られる。これはガウジング溝の大きさ（溶融除
去する量）とそのアスペクト比（溝の深さ５を幅４で除
した値）を適正範囲に収めるための条件であり、照射出
力が５Ｊ／ｍｍ未満ではガウジング溝が小さすぎ、一定
面積の加工に要する時間が長くなりすぎて実用的でない
ばかりか、摩擦係数が低下してしまう。逆に、５００Ｊ
／ｍｍを越えると、溝が広すぎて山の数が減少してしま
うか、あるいは溝が深くなりすぎて溝と溝を隔てる壁が
薄くなってしまうかにより、摩擦係数が低下してしま
う。
ｍから５００Ｊ／ｍｍの範囲内で、かつ前記スポット直
径をｄ（ｍｍ）としたとき、５ｄ2 ≦Ｑ≦１００ｄ2 を
満足する範囲内にレーザ照射出力を制限する。ライン照
射出力Ｑ（Ｊ／ｍｍ）とは、単位長さ当たり素材に照射
されるレーザパワーであり、鋼材表面に照射されたレー
ザ出力（Ｊ／ｓｅｃ）を、加工速度（ｍｍ／ｓｅｃ）で
除して得られる。これはガウジング溝の大きさ（溶融除
去する量）とそのアスペクト比（溝の深さ５を幅４で除
した値）を適正範囲に収めるための条件であり、照射出
力が５Ｊ／ｍｍ未満ではガウジング溝が小さすぎ、一定
面積の加工に要する時間が長くなりすぎて実用的でない
ばかりか、摩擦係数が低下してしまう。逆に、５００Ｊ
／ｍｍを越えると、溝が広すぎて山の数が減少してしま
うか、あるいは溝が深くなりすぎて溝と溝を隔てる壁が
薄くなってしまうかにより、摩擦係数が低下してしま
う。
【００１４】さらに、レーザビームのスポット直径ｄ
（ｍｍ）との関係でライン照射出力Ｑ（Ｊ／ｍｍ）を、
５ｄ2 ≦Ｑ≦１００ｄ2 を満足する範囲内に納める。こ
れは実質レーザ照射のエネルギー密度を一定の範囲内に
制限しているものであり、前記ライン出力の制限と相ま
って、溝形状を適正な溝幅４と溝深さ５に制限し、ガウ
ジングを良好に行なって摩擦係数を最大にとることがで
きる。Ｑ＜５ｄ2 では溝が浅すぎて高い摩擦係数を得る
ことができず、Ｑ＞１００ｄ2 では溝が深くなり過ぎて
溶融生成物の除去が困難となってしまう。
（ｍｍ）との関係でライン照射出力Ｑ（Ｊ／ｍｍ）を、
５ｄ2 ≦Ｑ≦１００ｄ2 を満足する範囲内に納める。こ
れは実質レーザ照射のエネルギー密度を一定の範囲内に
制限しているものであり、前記ライン出力の制限と相ま
って、溝形状を適正な溝幅４と溝深さ５に制限し、ガウ
ジングを良好に行なって摩擦係数を最大にとることがで
きる。Ｑ＜５ｄ2 では溝が浅すぎて高い摩擦係数を得る
ことができず、Ｑ＞１００ｄ2 では溝が深くなり過ぎて
溶融生成物の除去が困難となってしまう。
【００１５】アシストガスを吹き付けるノズルとして
は、溝幅方向のノズル径ｄ1 が、レーザビームのスポッ
ト径ｄに対し、ｄ≦ｄ1 ≦２０ｄ、かつ溝幅と直角方向
のノズル径ｄ2 が、０．３ｄ≦ｄ2 ≦１０ｄの範囲内に
あるノズルを用いる。まず、ｄ≦ｄ1 、０．３ｄ≦ｄ2
の条件が満足されないとガウジング中に発生する溶融物
の排除が困難であり、ガウジング加工ができない。ま
た、ｄ1 ≦２０ｄおよびｄ2 ≦１０ｄの制限は実用上の
問題であって、この範囲を超えると溶融生成物の除去に
必要なアシストガス量が多くなりすぎ、経済的ではなく
なる。
は、溝幅方向のノズル径ｄ1 が、レーザビームのスポッ
ト径ｄに対し、ｄ≦ｄ1 ≦２０ｄ、かつ溝幅と直角方向
のノズル径ｄ2 が、０．３ｄ≦ｄ2 ≦１０ｄの範囲内に
あるノズルを用いる。まず、ｄ≦ｄ1 、０．３ｄ≦ｄ2
の条件が満足されないとガウジング中に発生する溶融物
の排除が困難であり、ガウジング加工ができない。ま
た、ｄ1 ≦２０ｄおよびｄ2 ≦１０ｄの制限は実用上の
問題であって、この範囲を超えると溶融生成物の除去に
必要なアシストガス量が多くなりすぎ、経済的ではなく
なる。
【００１６】また、アシストガスを進行方向に傾けるの
は、既に加工されたガウジング溝に、新たに発生した溶
融物が入らないための配慮であり、ノズル角度θを３度
から８５度に制限するのは能率良く溶融物を排除するた
めの制限事項であり、この方向と角度が確保されないと
ガウジングを行った際の溶融物の排除が困難である。
は、既に加工されたガウジング溝に、新たに発生した溶
融物が入らないための配慮であり、ノズル角度θを３度
から８５度に制限するのは能率良く溶融物を排除するた
めの制限事項であり、この方向と角度が確保されないと
ガウジングを行った際の溶融物の排除が困難である。
【００１７】アシストガスとしては圧縮空気または実質
酸素および窒素の混合気体からなるガスを用いるのが好
ましい。アシストガスとしてはコストを無視すればほと
んどどんな気体でも用いることができる。しかし、アシ
ストガス中に酸素を混入させることで素材の燃焼反応が
利用でき、ガウジング効率を上げることができる。圧縮
空気はコスト及び酸素の含有の点でアシストガスとして
優れているが、このほか窒素、空気、及び酸素を混合し
て安価なガスを作り、これをアシストガスとして用いる
こともできる。
酸素および窒素の混合気体からなるガスを用いるのが好
ましい。アシストガスとしてはコストを無視すればほと
んどどんな気体でも用いることができる。しかし、アシ
ストガス中に酸素を混入させることで素材の燃焼反応が
利用でき、ガウジング効率を上げることができる。圧縮
空気はコスト及び酸素の含有の点でアシストガスとして
優れているが、このほか窒素、空気、及び酸素を混合し
て安価なガスを作り、これをアシストガスとして用いる
こともできる。
【００１８】鋼材としてはミルスケールが５μｍから４
０μｍ付着した鋼材を用いるのが好ましい。ミルスケー
ルはレーザ光の吸収効率が高く、加工効率を向上させる
ことができる。また、溝幅の不要な拡大を防ぎ、効率よ
く摩擦係数の高い加工を施すことができる。スケールの
厚みを５μｍから４０μｍの範囲にするのは、この範囲
のスケールが最もガウジング効率を向上させるためであ
る。
０μｍ付着した鋼材を用いるのが好ましい。ミルスケー
ルはレーザ光の吸収効率が高く、加工効率を向上させる
ことができる。また、溝幅の不要な拡大を防ぎ、効率よ
く摩擦係数の高い加工を施すことができる。スケールの
厚みを５μｍから４０μｍの範囲にするのは、この範囲
のスケールが最もガウジング効率を向上させるためであ
る。
【００１９】なお、溝と溝の間隔６（図３）は、１ｍｍ
以内に納めることが好ましい。間隔６が大きくなりすぎ
ると、鋼材１を鋼材３に食い込ませるために必要な圧力
が高くなり過ぎ、実用的ではなくなる。本発明では、摩
擦接合面に溝形状を施すことを目的としているが、レー
ザガウジングの条件そのものは、レーザ光により溶融し
うる素材表面に、幅０．３ｍｍ以上３ｍｍ以下、アスペ
クト比１以下の溝形状を加工するのに有効である。
以内に納めることが好ましい。間隔６が大きくなりすぎ
ると、鋼材１を鋼材３に食い込ませるために必要な圧力
が高くなり過ぎ、実用的ではなくなる。本発明では、摩
擦接合面に溝形状を施すことを目的としているが、レー
ザガウジングの条件そのものは、レーザ光により溶融し
うる素材表面に、幅０．３ｍｍ以上３ｍｍ以下、アスペ
クト比１以下の溝形状を加工するのに有効である。
【００２０】
【実施例】図１に圧延ままのＳ３５Ｃを用いた加工例を
示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。レーザ
照射条件としては、集光前のビーム径が５０ｍｍである
炭酸ガスレーザ光７を焦点距離１０インチのＺｎＳｅレ
ンズ８を用いて（Ｆ値５．０８）スポット直径１１を
１．５ｍｍに集光し、素材面で４ｋＷを照射しつつ５ｍ
／ｍｉｎで加工を行った。図中１０はアシストガスノズ
ル、１２は加工の進行方向である。表１は、アシストガ
スに関する加工条件と加工の状況及び、加工により形成
された摩擦面の摩擦係数を示す。
示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。レーザ
照射条件としては、集光前のビーム径が５０ｍｍである
炭酸ガスレーザ光７を焦点距離１０インチのＺｎＳｅレ
ンズ８を用いて（Ｆ値５．０８）スポット直径１１を
１．５ｍｍに集光し、素材面で４ｋＷを照射しつつ５ｍ
／ｍｉｎで加工を行った。図中１０はアシストガスノズ
ル、１２は加工の進行方向である。表１は、アシストガ
スに関する加工条件と加工の状況及び、加工により形成
された摩擦面の摩擦係数を示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】さらに、圧延ままのＳ３５Ｃを用いて、レ
ーザ照射条件を変えた場合の例を表２に示す。アシスト
ガスには空気を用い、３ｍｍの開口径をもったサイドア
シストガスノズルより０．８ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力でレ
ーザ照射部位に供給している。
ーザ照射条件を変えた場合の例を表２に示す。アシスト
ガスには空気を用い、３ｍｍの開口径をもったサイドア
シストガスノズルより０．８ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力でレ
ーザ照射部位に供給している。
【００２３】
【表２】
【００２４】図１に示した例では透過型の光学系である
レンズ８を用いて集光しているが、集光光学系には反射
型の集光光学系である放物面鏡を用いることもできる。
またこの例では、アシストガスノズル１０を脇に設けて
いるが、この場合、集光光学系に溶融物が飛散して付着
するのを防ぐ目的で図４に示すようにハウジング１７を
設けることもできる。そして溶融飛散物がハウジング中
に入るのを防ぐためにレーザ光と同軸に保護ガス１８を
流すが、この時、保護ガスの流量はサイドから供給され
るアシストガスの流れを乱さないように低めに設定する
ことが必要である。
レンズ８を用いて集光しているが、集光光学系には反射
型の集光光学系である放物面鏡を用いることもできる。
またこの例では、アシストガスノズル１０を脇に設けて
いるが、この場合、集光光学系に溶融物が飛散して付着
するのを防ぐ目的で図４に示すようにハウジング１７を
設けることもできる。そして溶融飛散物がハウジング中
に入るのを防ぐためにレーザ光と同軸に保護ガス１８を
流すが、この時、保護ガスの流量はサイドから供給され
るアシストガスの流れを乱さないように低めに設定する
ことが必要である。
【００２５】また、さらにビームの照射自体に傾き角１
５を設けて、保護ガス１８にアシストガスの役割も兼ね
させて、レーザ光と同軸で流すことも可能である。図４
はこのようにしてアシストガスノズルを省略した形態を
示している。この時、通常レーザ光が一軸対象性を有す
るために、アシストガスを吹き出すハウジングの穴も円
形を用いることが通常である。さらに、集光光学系に非
対称性を持たせ、加工点でのレーザスポットが楕円にな
るように集光することもできる。この場合、より深く加
工したい場合には、楕円の長径方向を加工の進行方向に
あわせるとよい。
５を設けて、保護ガス１８にアシストガスの役割も兼ね
させて、レーザ光と同軸で流すことも可能である。図４
はこのようにしてアシストガスノズルを省略した形態を
示している。この時、通常レーザ光が一軸対象性を有す
るために、アシストガスを吹き出すハウジングの穴も円
形を用いることが通常である。さらに、集光光学系に非
対称性を持たせ、加工点でのレーザスポットが楕円にな
るように集光することもできる。この場合、より深く加
工したい場合には、楕円の長径方向を加工の進行方向に
あわせるとよい。
【００２６】本実施例では、レーザ光源として炭酸ガス
レーザを用いているが、レーザ光の波長については特に
制限はなく、ＹＡＧレーザなど、金属加工に利用できる
出力をもったコストの低い光源で有ればどんな種類のレ
ーザ光源を用いても良い。特に、光ファイバを利用でき
るＹＡＧレーザを用いる場合、ビーム伝送が容易にな
り、加工装置のコストを下げることができるので有利で
ある。
レーザを用いているが、レーザ光の波長については特に
制限はなく、ＹＡＧレーザなど、金属加工に利用できる
出力をもったコストの低い光源で有ればどんな種類のレ
ーザ光源を用いても良い。特に、光ファイバを利用でき
るＹＡＧレーザを用いる場合、ビーム伝送が容易にな
り、加工装置のコストを下げることができるので有利で
ある。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、鉄骨構造物の摩擦力に
よる接合構造において摩擦係数が従来材に比べ改善され
た鋼板を、安価に提供することができ、産業上その効果
は極めて顕著である。
よる接合構造において摩擦係数が従来材に比べ改善され
た鋼板を、安価に提供することができ、産業上その効果
は極めて顕著である。
【図１】本発明の方法の例を説明する（ａ）側面図およ
び（ｂ）正面図
び（ｂ）正面図
【図２】摩擦接合構造を示す断面図
【図３】レーザガウジングによる加工部の断面図
【図４】本発明の方法の例を説明する側面図
１ 高力ボルト ２、３ 鋼材 ４ 溝幅 ５ 溝の深さ ６ 溝と溝の間隔 ７ レーザ光 ８ 集光レンズ １０ アシストガスノズル １１ 溝 １２ 加工の進行方向 １５ 傾き角 １７ ハウジング １８ 保護ガス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 冨田 幸男 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内
Claims (3)
- 【請求項１】 摩擦接合用鋼材の製造方法において、高
力ボルトにより締め付けられて摩擦接合される複数の鋼
材のうちの一つの鋼材の摩擦面表面に摩擦係数を高める
ためレーザガウジング法により溝形状を周期的に形成す
るに際し、 Ｆ値が１から５０の集光光学系を用い、 レーザビームのスポット直径ｄが被加工素材の表面で
０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下となるように集光し、 ライン照射出力Ｑが５Ｊ／ｍｍから５００Ｊ／ｍｍ、か
つ５ｄ2 ≦Ｑ≦１００ｄ2 を満足するレーザ光を照射
し、 溝の幅方向のノズル径ｄ1 が、レーザビームのスポット
径ｄに対し、ｄ≦ｄ1≦２０ｄの範囲内にあり、かつ溝
の幅と直角方向のノズル径ｄ2 が、０．３ｄ≦ｄ2 ≦１
０ｄの範囲内にあるノズルを用い、 かつ、ノズルを加工の進行方向に３度から８５度傾け
て、該ノズルよりアシストガスをレーザ照射部に吹き付
け鋼板に溝を周期的に形成することを特徴とする摩擦接
合用鋼材の製造方法。 - 【請求項２】 アシストガスとして、圧縮空気または、
窒素、空気および酸素の２種以上を混合したガスを用い
ることを特徴とする請求項１に記載の摩擦接合用鋼材の
製造方法。 - 【請求項３】 摩擦接合用鋼材の素材として、ミルスケ
ールが５μｍから４０μｍ付着した鋼材を用いることを
特徴とする請求項１または２に記載の摩擦接合用鋼材の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8067482A JPH09234576A (ja) | 1996-02-29 | 1996-02-29 | 摩擦接合用鋼材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8067482A JPH09234576A (ja) | 1996-02-29 | 1996-02-29 | 摩擦接合用鋼材の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09234576A true JPH09234576A (ja) | 1997-09-09 |
Family
ID=13346248
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8067482A Withdrawn JPH09234576A (ja) | 1996-02-29 | 1996-02-29 | 摩擦接合用鋼材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09234576A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004360012A (ja) * | 2003-06-04 | 2004-12-24 | Laser Gijutsu Sogo Kenkyusho | 金属密着面表面処理方法及びその装置 |
| JP2006266300A (ja) * | 2005-03-22 | 2006-10-05 | Sus Corp | 接合構造 |
| JP2006341368A (ja) * | 2005-05-13 | 2006-12-21 | Toyo Tire & Rubber Co Ltd | 研磨パッドの製造方法および研磨パッドの溝加工方法 |
| JP2007084999A (ja) * | 2005-09-16 | 2007-04-05 | Okabe Co Ltd | 接合補助部材 |
| JP2009270632A (ja) * | 2008-05-08 | 2009-11-19 | Nippon Steel Corp | スプライスプレートの製造方法 |
| JP2019126650A (ja) * | 2018-01-26 | 2019-08-01 | 清水建設株式会社 | 金属製面ファスナー、製造方法、製造装置、金属面の接合方法 |
| CN111804910A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-10-23 | 西安交通大学 | 纳米增强基复合材料的搅拌摩擦锻造增材制造方法及装置 |
-
1996
- 1996-02-29 JP JP8067482A patent/JPH09234576A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004360012A (ja) * | 2003-06-04 | 2004-12-24 | Laser Gijutsu Sogo Kenkyusho | 金属密着面表面処理方法及びその装置 |
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| JP4697869B2 (ja) * | 2005-09-16 | 2011-06-08 | 岡部株式会社 | 接合補助部材 |
| JP2009270632A (ja) * | 2008-05-08 | 2009-11-19 | Nippon Steel Corp | スプライスプレートの製造方法 |
| JP2019126650A (ja) * | 2018-01-26 | 2019-08-01 | 清水建設株式会社 | 金属製面ファスナー、製造方法、製造装置、金属面の接合方法 |
| CN111804910A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-10-23 | 西安交通大学 | 纳米增强基复合材料的搅拌摩擦锻造增材制造方法及装置 |
| CN111804910B (zh) * | 2020-06-30 | 2021-07-06 | 西安交通大学 | 纳米增强基复合材料的搅拌摩擦锻造增材制造方法及装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030506 |