摩擦接合用鋼板および摩擦接合構造
摩擦接合用鋼板１０の突条部分が鋼板１Ａ，１Ｂ表面よりも３倍以上のビッカース硬さを有していることで、突条が鋼板１Ａ，１Ｂに食い込みやすくなり、このように食い込んだ突条の機械的すべり抵抗による摩擦抵抗が鋼板１Ａ，１Ｂ間に作用することから、摩擦接合用鋼板１０を介した鋼板１Ａ，１Ｂ同士の摩擦係数を格段に大きくすることができる。従って、理論的または実験的に検証しやすく、かつ摩擦係数のばらつきが小さいすべり抵抗機構による摩擦接合構造が構成されるので、設計上用いる摩擦係数を高精度かつ高い値に設定することができ、合理的な設計が実現できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦接合用鋼板および摩擦接合構造に関し、詳しくは、互いに摩擦接合される被接合鋼材間に介挿される摩擦接合用鋼板、この鋼板を用いた摩擦接合構造に関する。
本願は、２００６年４月１０日に出願された日本国特許出願第２００６−１０７４５７号、および２００７年２月２８日に出願された日本国特許出願第２００７−４９０１３号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建築や土木の分野において、鋼構造物（建物や橋梁等）の骨組みを構成する鋼材同士の接合構造として、高力ボルト等の締付け具で被接合鋼材を締め付け、この締め付けた圧縮力により生ずる摩擦抵抗で被接合鋼材同士を接合する摩擦接合が一般的に利用されている。一般的な摩擦接合では、母材（柱や梁、筋交い等）や接合部材（スプライスプレートやガセットプレート等）などの被接合鋼材の摩擦面に以下のような加工を施して摩擦係数を確保している。すなわち、サンダーやグラインダーなどにより黒皮を除去した後に放置して赤錆を発生させるか、またはショットブラスト加工などにより摩擦面を粗す方法が用いられている。しかし、このような方法によって得られる摩擦面の摩擦係数は、比較的小さい上に安定した摩擦抵抗が確保しにくいため、設計する上で安全側に捉えた低い値を採用せざるを得ず、合理的な設計が実現しにくく、その解決が望まれている。
【０００３】
一方、摩擦接合における被接合鋼材同士の摩擦抵抗を増大させる構造として、被接合鋼材の互いに接する一対の接合面において、互いに硬さや粗さが異なるように加工を施したものが知られている（例えば、特開２００２−１５５９１０号公報を参照）。特許文献１に記載された摩擦接合構造は、一方の接合面に１回のショットブラストを行い、他方の接合面に２回のショットブラストを行うなどの方法により、接合面同士に硬さや粗さを異ならせた摩擦面を形成することで、摩擦面間の摩擦係数を高め、これによりボルト本数やボルト径の低減を図り合理的な設計の実現を目指すものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１に記載された従来の摩擦接合構造では、被接合鋼材の接合面に１回ないしは複数回のショットブラストを行って摩擦面を形成するため、多種多様かつ多数の被接合鋼材ごとに加工を行う必要があり、加工に要する手間および時間が増大して加工コストが嵩んでしまうという問題がある。また、ショットブラストなどの方法によって摩擦面の硬さや粗さを異ならせ、摩擦面の摩擦係数を高めたとしても、それにより得られる摩擦係数は依然としてばらつきが大きく、設計上利用可能な摩擦係数の上限値としてはさほどの向上が見込めず、費用に対する効果が小さくなってしまうという問題もある。
【０００５】
本発明の目的は、低コストで多様な摩擦接合部に適用でき、かつ摩擦抵抗を確実に高めて合理的な設計を実現することができる摩擦接合用鋼板および摩擦接合構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の摩擦接合用鋼板は、締付け具を締め付けた圧縮力により互いに摩擦接合される被接合鋼材間に介挿される摩擦接合用鋼板であって、互いに平行または互いに同心円状に連続形成された複数の突条を両面に有するとともに、前記締付け具を挿通させる少なくとも１つの挿通孔を有して構成され、前記突条部分のビッカース硬さが前記被接合鋼材表面のビッカース硬さよりも硬く設定されている。
この際、本発明の摩擦接合用鋼板では、前記突条部分のビッカース硬さが前記被接合鋼材表面のビッカース硬さの３倍以上に設定されていることが好ましい。
ここで、ビッカース硬さとは、日本工業規格（ＪＩＳ）に則った試験方法（JIS Z 2244）または国際標準化機構（ＩＳＯ）の規格に則った試験方法（ISO 6507-1）で測定した金属材料の硬さであって、被接合鋼材および摩擦接合用鋼板の各々の表面硬さを意味する。すなわち、摩擦接合用鋼板における突条部分のビッカース硬さをＨvhとし、被接合鋼材表面のビッカース硬さをＨvmとした場合に、硬さ比ｒh （＝Ｈvh／Ｈvm）が以下の式（１）を満足するように、被接合鋼材および摩擦接合用鋼板の各々の表面硬さが設定されていることが好ましい。
ｒh ≧３ …（１）
【０００７】
以上の本発明によれば、摩擦接合用鋼板の突条部分を被接合鋼材表面よりも硬く（好ましくは、３倍以上の硬さに）設定したことで、摩擦接合用鋼板の突条が被接合鋼材に食い込みやすくなり、このように食い込んだ摩擦接合用鋼板の機械的すべり抵抗による摩擦抵抗が被接合鋼材間に作用することから、摩擦接合用鋼板を介した被接合鋼材同士の摩擦係数を格段に大きくすることができる。従って、理論的または実験的に検証しやすく、かつ摩擦係数のばらつきが小さいすべり抵抗機構による摩擦接合構造が構成されるので、設計上用いる摩擦係数を高精度かつ高い値に設定することができ、合理的な設計が実現できる。すなわち、従来と比較して摩擦係数を高い値に設定できることで、ボルト本数を減らしたりボルト径を小さくしたりすることで、母材の断面欠損を最小限に抑えることができるとともに、スプライスプレートやガセットプレートのサイズを小さくすることで、鋼材量を低減することができ、建築物や土木構造物の材料コストや施工コストを低減させることができる。
【０００８】
また、被接合鋼材の表面には、従来のようなショットブラスト加工などを施しておく必要がなく、さらには黒皮を除去したり赤錆を発生させたりする必要もなくなるので、被接合鋼材の加工に要する手間や時間が低減でき、製造コストを大幅に削減することができる。さらに、多種多様かつ多数の被接合鋼材の加工が不要になるとともに、これらの被接合鋼材に対して所定サイズや所定形態の摩擦接合用鋼板を用意しておき、この摩擦接合用鋼板を被接合鋼材間に介挿するだけで、前述のように高い摩擦係数が得られるため、摩擦接合用鋼板が大量生産可能になり、その製造コストや施工コストの低減をより一層促進させることができる。
【０００９】
この際、本発明の摩擦接合用鋼板では、前記突条の先端角度（θ）が５０°〜１００°の範囲に設定されていることが好ましい。
すなわち、突条の先端角度θが以下の式（２）を満足するように、摩擦接合用鋼板の突条が形成されているものである。
５０°≦θ≦１００° …（２）
このような構成によれば、突条の先端角度θを５０°以上かつ１００°以下に設定する、つまり鋭角過ぎずかつ被接合鋼材に食い込みやすい鋭さを有した角度に突条を形成することで、突条部分のせん断強度を確保しつつ機械的すべり抵抗を十分に発揮させることができる。なお、突条の先端角度θとしては、７５°以上かつ９０°以下に設定（７５°≦θ≦９０°）されていることがより好ましい。
【００１０】
また、本発明の摩擦接合用鋼板では、前記締付け具の圧縮力によって前記被接合鋼材に作用する圧縮応力度（σ）を当該被接合鋼材の引張強度（σmb）で除した応力度比（σ／σmb）が０．５以下に設定されていることが好ましい。
ここで、被接合鋼材に作用する圧縮応力度（σ）は、高力ボルト等の締付け具からの圧縮力（Ｎ）を、摩擦接合用鋼板の突条の総長さ寸法（Ｌ）と、突条が被接合鋼材の表面に食い込んだ際に被接合鋼材がくぼんで形成されるくぼみの幅寸法（Ｂ）と、で除した応力度であって、つまり、σ＝Ｎ／（Ｌ・Ｂ）で表される応力度を意味している。そして、被接合鋼材に作用する圧縮応力度σと引張強度σmbとの比が以下の式（３）を満足するように、被接合鋼材の材種および摩擦接合用鋼板の大きさや突条の形態が設定されているものである。
σ／σmb≦０．５ …（３）
このような構成によれば、被接合鋼材に作用する圧縮応力度σが引張強度σmbの半分以下となるように設定する、つまり被接合鋼材の鋼材種別（引張り強度σmb）や使用するボルトの種別に応じて摩擦接合用鋼板のサイズや突条の数、長さ等を適宜設定することで、被接合鋼材のせん断強度や掘り起こし強度を確保しつつ機械的すべり抵抗を十分に発揮させることができる。
【００１１】
以上において、本発明の摩擦接合用鋼板は、前記式（１）、式（２）および式（３）の全てを同時に満足するように構成されていることが望ましいが、前記式（１）〜式（３）のうちの少なくとも２つを満足するように構成されていてもよく、また前記式（１）〜式（３）のうちのいずれか１つのみを満足するように構成されてもよい。
すなわち、前記式（１）の硬さ比ｒh 、前記式（２）の突条の先端角度θ、および前記式（３）の応力度比σ／σmbの３つの要素（パラメータ）が、摩擦接合用鋼板の摩擦係数を決定する上で大きな影響を有し、これら３つの要素を適宜設定することで大きな摩擦係数（例えば、０．９以上の摩擦係数）が得られることが本件出願人の鋭意研究により解明された。
【００１２】
そして、被接合鋼材として、４００〜５００(N/mm2 )程度の引張強度を有した一般構造用圧延鋼材（JIS G 3101）であるＳＳ４００、ＳＳ４９０や、溶接構造用圧延鋼材（JIS G 3106）であるＳＭ４００、ＳＭ４９０等の鋼材を用いた場合には、摩擦接合用鋼板としては、４５０(N/mm2)以上の引張強度を有した機械構造用炭素鋼鋼材（JIS G 4051）であ
るＳ４５Ｃ、Ｓ４８Ｃ、Ｓ５０Ｃ、Ｓ５３Ｃ等か、これらと同等のビッカース硬さを有した鋼材から形成されていることが望ましい。
【００１３】
また、本発明の摩擦接合用鋼板では、前記突条同士の間隔（Ｓ）が０．８mm〜２．０mmに設定されていることが好ましい。
さらに、本発明の摩擦接合用鋼板では、前記突条の先端部の半径（Ｒ1 ）が０．１mm以下に設定されていることが好ましい。
そして、本発明の摩擦接合用鋼板では、前記突条同士の間の凹部の半径（Ｒ2 ）が０．４mm以上に設定されていることが好ましい。
このような構成によれば、突条同士の間隔（Ｓ）を０．８mm〜２．０mmに設定したことで、所定の大きさの摩擦接合用鋼板の両面に多くの突条を形成することができるとともに、突条の先端部の半径（Ｒ1 ）を０．１mm以下に設定したことで、被接合鋼材に食い込みやすい突条の鋭利さが確保でき、高い摩擦係数を得ることができる。一方、突条同士の間の凹部の半径（Ｒ2 ）を０．４mm以上に設定したことで、突条の基端部である凹部の強度を高めて、摩擦抵抗力を発揮する際における突条のせん断破壊が防止でき、安定した摩擦係数を得ることができる。
【００１４】
また、本発明の摩擦接合用鋼板では、前記突条が前記被接合鋼材表面に食い込んだ部分の幅寸法（Ｂ）が当該突条同士の間隔（Ｓ）の１／３程度に設定されていることが好ましい。
このような構成によれば、突条が食い込んだ部分の幅寸法（Ｂ）を突条同士の間隔（Ｓ）の１／３程度になるように、被接合鋼材と摩擦接合用鋼板の強度および硬さを適宜設定することで、突条の食い込み量を確保して摩擦係数を高めつつ、被接合鋼材表面における突条が食い込まない部分の幅寸法を確保して被接合鋼材の変形およびせん断破壊が防止でき、摩擦抵抗を安定して発揮させることができる。
【００１５】
また、本発明の摩擦接合用鋼板は、前記締付け具の軸心を中心とし、かつ当該締め付け具の軸径に対して２．５倍の直径の円を抱絡する平面形状を有したことが好ましい。
このような構成によれば、締付け具の軸径に対して２．５倍の直径の円で囲まれた領域
を抱絡する大きさを摩擦接合用鋼板が有していることで、その領域の摩擦接合用鋼板に締付け具の圧縮力を均一に作用させることができ、安定した摩擦係数を得ることができる。
【００１６】
さらに、本発明の摩擦接合用鋼板では、前記両面の突条先端間の距離（Ｈ）が１．５〜２．５mmに設定されていることが好ましい。
このような構成によれば、摩擦接合用鋼板の厚さ寸法である突条先端間の距離（Ｈ）を１．５〜２．５mmに設定したことで、締付け具の圧縮力によって摩擦接合用鋼板を撓ませて被接合鋼材表面に密着させることができ、摩擦接合用鋼板全体の突条を的確に被接合鋼材に食い込ませて高い摩擦係数を得ることができる。
【００１７】
また、本発明の摩擦接合用鋼板では、前記突条は、転造、切削、鋳造のいずれかの加工で形成されることが好ましい。
さらに、本発明の摩擦接合用鋼板では、前記突条の形成後に焼き入れが施されることが好ましい。
このような構成によれば、転造、切削、鋳造のいずれの加工方法によっても突条を形成することができ、製造する数量や種類数に応じて任意の加工方法が選択できるため、適宜な加工方法を選択して摩擦接合用鋼板を製造することで、その製造コストを低減することができる。また、突条の形成後に焼き入れを施すことで、突条部分の硬さを高めるとともに安定させることができる。
【００１８】
また、本発明の摩擦接合用鋼板では、前記被接合鋼材の一方に仮付けテープまたは防錆塗装によって仮付けされることが好ましい。
さらに、本発明の摩擦接合用鋼板では、前記仮付けテープは、当該摩擦接合用鋼板を覆って前記一方の被接合鋼材に接着されるアルミテープであって、前記アルミテープで覆われた面を前記他方の被接合鋼材に当接させた状態で当該一方および他方の被接合鋼材を前記締付け具で締め付けた際に、前記他方の被接合鋼材側の突条が前記アルミテープを破って当該他方の被接合鋼材に食い込み、前記一方の被接合鋼材側の突条が当該一方の被接合鋼材に食い込む。
このような構成によれば、予め仮止めテープや防錆塗装の接着力によって当該摩擦接合用鋼板を一方の被接合鋼材に仮止めしておく、つまり建設現場における高所ではなくて工場や地上の仮置きヤード等の管理しやすい場所において摩擦接合用鋼板を仮止めすることで、所定の管理の元で突条の向きや設置位置、個数等が適正な状態で摩擦接合用鋼板を設置することができる。そして、仮止めテープ（例えば、アルミテープ）や防錆塗装で摩擦接合用鋼板を覆って仮止めした場合でも、被接合鋼材同士を締付け具で締め付ければ、仮止めテープ等が摩擦接合用鋼板の突条部分で切れ、突条が突出して被接合鋼材に食い込むことで、前述したような高い摩擦係数を得ることができる。
【００１９】
また、本発明の摩擦接合用鋼板では、前記締付け具の軸を挿通させる挿通孔を複数有して形成され、前記挿通孔同士の中間位置における前記突条同士の間の凹部が他の位置の凹部よりも深く形成されていることが好ましい。
このような構成によれば、挿通孔同士の中間位置における凹部を深くしておくことで、必要に応じてこの凹部位置で当該摩擦接合用鋼板を折って分割することができる。この際、例えば、摩擦接合用鋼板を手で折れる程度に凹部を深く形成しておいてもよく、また適宜な工具で折れる程度の深さに形成しておいてもよい。このように挿通孔同士の中間位置で分割できるようにしておけば、被接合鋼材に形成された締付け具用の孔ピッチ（ボルトピッチ）と、摩擦接合用鋼板の挿通孔のピッチとが合っていなくても、摩擦接合用鋼板を折って分割することで、被接合鋼材の孔ピッチに合わせて設置することができる。なお、被接合鋼材の孔ピッチと摩擦接合用鋼板の挿通孔のピッチとが合っていれば、摩擦接合用鋼板を分割せずに一体のままで設置すればよい。
【００２０】
一方、本発明の摩擦接合構造は、前記いずれかの摩擦接合用鋼板を被接合鋼材間に介挿した摩擦接合構造であって、前記被接合鋼材の表面には、黒皮または赤錆が形成されているか、ブラスト処理、サンダー処理または錆止め塗装が施されている。
このような本発明によれば、前述の摩擦接合用鋼板による効果、すなわち設計上用いる摩擦係数を高精度かつ高い値に設定して合理的な設計が実現でき、ボルト本数を減らしたりスプライスプレート等を小さくしたりでき、材料コストや施工コストを低減させることができるという効果を奏することができる。また、被接合鋼材の表面に黒皮や錆止め塗装が施されている場合でも、これらの黒皮や錆止め塗装を貫通して摩擦接合用鋼板の突条を被接合鋼材に食い込ませることができ、被接合鋼材の表面状態に依存せずに摩擦係数を安定して得ることができる。さらに、黒皮や錆止め塗装を除去する必要がないことから、接合後における錆止めのためのタッチアップ塗装を施す必要がなく、この点でも施工手間やコストを低減させることができる。
【００２１】
また、本発明の摩擦接合構造では、前記摩擦接合用鋼板が２枚以上重ね合わされて前記被接合鋼材間に介挿されていることが好ましい。
このような構成によれば、被接合鋼材同士の厚さ寸法に差がある場合などにおいて、この差に応じて摩擦接合用鋼板の枚数を適宜調節して被接合鋼材間に介挿することで、多様な被接合鋼材の組み合わせに対応することができ、多種の厚さ寸法を有した摩擦接合用鋼板を用意する必要がなくなり、材料コストや施工コストを低減させることができる。そして、重ね合わせる摩擦接合用鋼板同士は、互いに溶接等で結合しなくても、互いの突条が噛み合うことでせん断方向にずれることがなく、適切に摩擦抵抗力を伝達することができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のような本発明の摩擦接合用鋼板および摩擦接合構造によれば、低コストで多様な摩擦接合部に適用でき、かつ摩擦抵抗を確実に高めて合理的な設計を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の摩擦接合構造を示す断面図である。図２(Ａ)，(Ｂ)は、摩擦接合構造に用いる摩擦接合用鋼板１０を示す正面図および断面図である。図３は、摩擦接合構造の要部を拡大して示す断面図である。
図１〜図３において、本発明の摩擦接合構造は、被接合鋼材である一対の鋼板１Ａ，１Ｂを、締付け具である複数の高力ボルト２Ａおよびナット２Ｂで締め付け、この締め付けた圧縮力により鋼板１Ａ，１Ｂが摩擦接合されるものであって、鋼板１Ａ，１Ｂの間には、各々の高力ボルト２Ａに対応して摩擦接合用鋼板１０が介挿されている。
【００２４】
ここで、一対の鋼板１Ａ，１Ｂとしては、例えば、一方の鋼板１Ａが構造物の骨組みを構成する形鋼（Ｈ形鋼等）のフランジやウェブであって、他方の鋼板１Ｂがスプライスプレート（添え板）やガセットプレートであってもよく、また、一方および他方の鋼板１Ａ，１Ｂがともに形鋼の一部、あるいは鋼板そのものであってもよい。そして、被接合鋼材としては、一般構造用圧延鋼材や溶接構造用圧延鋼材であり、その引張強度が４００〜５００(N/mm2 )程度のＳＳ４００、ＳＳ４９０、ＳＭ４００、ＳＭ４９０等から形成されたものが用いられている。また、高力ボルト２Ａ、ナット２Ｂとしては、一対の鋼板１Ａ，１Ｂが互いに近づく方向に所定の圧縮力（ボルト軸力）Ｎで締め付け可能なものであって、任意の締め付け形式のものが採用可能である。
【００２５】
摩擦接合用鋼板１０は、図２に示すように、全体薄板状で互いに平行に連続形成された複数の突条１１を両面に有するとともに、高力ボルト２Ａを挿通させる１つの挿通孔１２を有して形成されている。この摩擦接合用鋼板１０は、その引張強度が４５０(N/mm2)以
上の機械構造用炭素鋼鋼材であるＳ４５Ｃ等から形成され、その平面形状は、高力ボルト２Ａの軸心（挿通孔１２の中心）回りに高力ボルト２Ａの軸径（φ）に対して２．５倍の直径の円を抱絡する大きさ、つまり一辺の長さがＡ（Ａ≧２．５φ）の略正方形とされている。また、摩擦接合用鋼板１０の厚さ寸法である両面の突条１１先端間の距離（Ｈ）は、約２．０mmに設定されるとともに、突条１１が鋼板１Ａ，１Ｂの引張り方向（図１の左右方向）に直交して配置されている。
【００２６】
摩擦接合用鋼板１０の突条１１は、冷間または熱間による転造で形成されるとともに、突条１１の形成後に焼き入れ加工が施され、突条１１部分におけるビッカース硬さ（Ｈvh）が鋼板１Ａ，１Ｂ表面のビッカース硬さ（Ｈvm）に対して３倍以上の値に設定されている。すなわち、摩擦接合用鋼板１０の突条１１部分と鋼板１Ａ，１Ｂ表面とのビッカース硬さ比（ｒh ＝Ｈvh／Ｈvm）がｒh ≧３となるように設定されている。このような摩擦接合用鋼板１０によれば、高力ボルト２Ａの圧縮力（Ｎ、図１参照）によって突条１１が鋼板１Ａ，１Ｂ表面に食い込むことで、鋼板１Ａ，１Ｂ間に高い摩擦抵抗が得られるようになっている。なお、突条１１は、転造で形成されるものに限らず、切削加工や鋳造によって形成されたものであってもよい。
【００２７】
次に、摩擦接合用鋼板１０の詳細な構造について図３に基づいて説明する。
摩擦接合用鋼板１０の突条１１は、隣り合う突条１１同士の間隔（Ｓ）が１．０mm程度に設定されるとともに、突条１１の先端角度（θ）が５０°〜１００°の範囲に設定されている。さらに、突条１１の先端部の半径（Ｒ1 ）は、０．１mm以下に設定され、突条１１同士の間の凹み部分の半径（Ｒ2 ）が０．４mm以上に設定されている。また、突条１１の鋼板１Ａ，１Ｂに対する食い込み深さは、食い込み部の幅寸法（Ｂ）が突条１１同士の間隔（Ｓ）に対して１／３程度となるように設定されている。
【００２８】
また、高力ボルト２Ａを締め付けた際に、その圧縮力（Ｎ）によって鋼板１Ａ，１Ｂに作用する圧縮応力度（σ）が鋼板１Ａ，１Ｂの引張強度（σmb）に対して０．５以下、つまり応力度比σ／σmb≦０．５に設定されている。ここで、鋼板１Ａ，１Ｂに作用する圧縮応力度（σ）とは、高力ボルト２Ａの圧縮力（Ｎ）を、摩擦接合用鋼板１０の突条１１
の総長さ寸法（Ｌ＝ΣＡ）と、突条１１の食い込み部の幅寸法（Ｂ）と、で除した応力度σ＝Ｎ／（Ｌ・Ｂ）を意味している。
【００２９】
以上の摩擦接合構造では、建設現場において鋼板１Ａ，１Ｂを高力ボルト２Ａおよびナット２Ｂで締め付ける以前に、鋼板１Ａまたは鋼板１Ｂの所定位置に摩擦接合用鋼板１０を、粘着テープや接着材等によって仮止めしておく施工方法が適用可能である。このように摩擦接合用鋼板１０を仮止めした場合でも、高力ボルト２Ａで鋼板１Ａ，１Ｂを締め付ければ、摩擦接合用鋼板１０の突条１１が粘着テープや接着材を貫通して鋼板１Ａ，１Ｂ表面に食い込むようにできる。
また、鋼板１Ａ，１Ｂの表面全体には、黒皮または赤錆が形成されているか、ブラスト処理、サンダー処理または錆止め塗装が施されている。このように鋼板１Ａ，１Ｂの表面全体、つまり摩擦接合用鋼板１０の設置位置にも黒皮が形成されていたり錆止め塗装が施されていたりしても、高力ボルト２Ａで鋼板１Ａ，１Ｂを締め付ければ、摩擦接合用鋼板１０の突条１１が黒皮や錆止め塗装を貫通して鋼板１Ａ，１Ｂ表面に食い込むようにできる。
【００３０】
なお、摩擦接合用鋼板としては、全体略正方形に形成された摩擦接合用鋼板１０に限らず、以下の図４〜図６に示すような各種形態のものが適用可能である。
図４(Ａ)，(Ｂ)、図５(Ａ)，(Ｂ)は、それぞれ本実施形態の変形例に係る摩擦接合用鋼板１０Ａ，１０Ｂを示す正面図および断面図であり、図６は、本実施形態の変形例に係る摩擦接合用鋼板１０Ｃを示す正面図である。
図４に示す摩擦接合用鋼板１０Ａは、前記摩擦接合用鋼板１０と同様に、全体薄板状で互いに平行に連続形成された複数の突条１１を両面に有するものであって、その平面形状が高力ボルト２Ａの軸心（挿通孔１２の中心）回りに高力ボルト２Ａの軸径（φ）に対して略２．５倍の直径を有した円形とされた点が摩擦接合用鋼板１０と相違している。その他の摩擦接合用鋼板１０Ａにおける詳細な構造は、摩擦接合用鋼板１０と略同様である。
【００３１】
図５に示す摩擦接合用鋼板１０Ｂは、前記摩擦接合用鋼板１０Ａと同様に、全体薄板状に形成されるとともに、平面形状が高力ボルト２Ａの軸心（挿通孔１２の中心）回りに高力ボルト２Ａの軸径（φ）に対して略２．５倍の直径を有した円形とされており、互いに同心円状に連続形成された複数の突条１１を両面に有する点が摩擦接合用鋼板１０，１０Ａと相違している。その他の摩擦接合用鋼板１０Ｂにおける詳細な構造は、摩擦接合用鋼板１０，１０Ａと略同様である。このような摩擦接合用鋼板１０Ｂによれば、突条１１が同心円状に形成されていることから、任意の径方向に摩擦抵抗を発揮させることができ、鋼板１Ａ，１Ｂに作用する引張り力が２方向以上である場合などに好適である。さらに、摩擦接合用鋼板１０Ｂが多少回転してしまっても得られる摩擦抵抗は同一であることから、高力ボルト２Ａを締め付ける際に摩擦接合用鋼板１０Ｂを仮止めしておく必要がなくなり、施工性の向上が見込める。
【００３２】
図６に示す摩擦接合用鋼板１０Ｃは、前記摩擦接合用鋼板１０と同様に、全体薄板状で互いに平行に連続形成された複数の突条１１を両面に有するものであって、２つの挿通孔１２を有して全体長方形に形成された点が摩擦接合用鋼板１０と相違している。そして、摩擦接合用鋼板１０Ｃは、各挿通孔１２の側方に高力ボルト２Ａの軸心（挿通孔１２の中心）回りに高力ボルト２Ａの軸径（φ）に対して略２．５倍の直径を抱絡する大きさのはしあき部分およびへりあき部分を有して形成されている。その他の摩擦接合用鋼板１０Ｃにおける詳細な構造は、摩擦接合用鋼板１０と略同様である。このような摩擦接合用鋼板１０Ｃによれば、挿通孔１２が複数形成されていることから、高力ボルト２Ａを締め付ける際に摩擦接合用鋼板１０Ｃが回転してしまう共回りが防止でき、摩擦接合用鋼板１０Ｃを仮止めしておく必要がなくなり、施工性の向上が見込める。
また、摩擦接合用鋼板１０Ｃにおいて、２つの挿通孔１２同士の中間位置における突条１１間の凹部が他の位置の凹部よりも深く形成されていることが好ましい。このようにしておけば、必要に応じて深く形成た凹部位置で摩擦接合用鋼板１０Ｃを折って２つに分割することができ、鋼板１Ａ，１Ｂのボルト孔のピッチと摩擦接合用鋼板１０Ｃの挿通孔１２のピッチとが合っていなくても、分割した摩擦接合用鋼板１０Ｃをボルト孔に合わせて設置することができる。
【００３３】
さらに、本実施形態の摩擦接合構造としては、図１に示したように鋼板１Ａ，１Ｂ間に１枚ずつの摩擦接合用鋼板１０を介挿したものに限らず、以下の図７に示すように、複数枚の摩擦接合用鋼板１０を重ねて介挿した構造が適用可能である。
図７は、本実施形態の変形例に係る摩擦接合構造を示す断面図である。
図７に示す摩擦接合構造は、被接合鋼材である左右一対の鋼板１Ａ，１Ｃを摩擦接合用鋼板１０を介して被接合鋼材である上下一対の鋼板１Ｂで挟み込み、これら上下一対の鋼板１Ｂを高力ボルト２Ａおよびナット２Ｂで締め付けて接合するものである。そして、鋼板１Ａと鋼板１Ｃとは、互いに厚さ寸法が相違し、鋼板１Ａが鋼板１Ｃよりも薄くなっており、鋼板１Ａと上側の鋼板１Ｂとの間には、２枚の摩擦接合用鋼板１０が重ねて介挿されている。これら２枚の摩擦接合用鋼板１０は、互いの突条１１同士を噛み合わせた状態で重ねられており、摩擦接合用鋼板１０同士がずれないようになっている。
【００３４】
なお、図７に示したような複数枚の摩擦接合用鋼板１０を重ねて介挿する摩擦接合構造としては、鋼板１Ａ，１Ｃの厚さ寸法が異なるものに限らず、左右一対の形鋼（例えば、Ｈ形鋼）の高さ寸法が異なる場合、例えば一方の形鋼がロールＨ材で他方がビルトＨ材の場合などに適用可能である。すなわち、高さ寸法の小さい形鋼におけるフランジである鋼板１Ａの外側とスプライスプレートである鋼板１Ｂとの間、および高さ寸法の大きい形鋼におけるフランジである鋼板１Ｃの内側とスプライスプレートである鋼板１Ｂとの間に、それぞれ高さ寸法の差に応じた枚数の摩擦接合用鋼板１０を重ねて介挿すればよい。
【００３５】
このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）すなわち、摩擦接合用鋼板１０の突条１１部分が鋼板１Ａ，１Ｂ表面よりも３倍以上のビッカース硬さを有していることで、突条１１が鋼板１Ａ，１Ｂに食い込みやすくなり、このように食い込んだ突条１１の機械的すべり抵抗による摩擦抵抗が鋼板１Ａ，１Ｂ間に作用することから、摩擦接合用鋼板１０を介した鋼板１Ａ，１Ｂ同士の摩擦係数を格段に大きくすることができる。従って、理論的または実験的に検証しやすく、かつ摩擦係数のばらつきが小さいすべり抵抗機構による摩擦接合構造が構成されるので、設計上用いる摩擦係数を高精度かつ高い値、例えば、０．９以上（望ましくは、１．０以上）の摩擦係数に設定することができ、合理的な設計が実現できる。
【００３６】
（２）そして、摩擦係数を高い値に設定できることで、高力ボルト２Ａおよびナット２Ｂの本数を減らしたりボルト径を小さくしたりすることができ、鋼板１Ａ，１Ｂの断面欠損を最小限に抑えることができるとともに、スプライスプレート等として用いる鋼板１Ａ（または鋼板１Ｂ）のサイズを小さくすることで、鋼材量を低減することができ、建築物や土木構造物の材料コストや施工コストを低減させることができる。
【００３７】
（３）また、鋼板１Ａ，１Ｂの表面に、従来のようなショットブラストやサンダー処理などを施しておく必要がなく、さらには黒皮を除去したり赤錆を発生させたりする必要もなくなるので、鋼板１Ａ，１Ｂの加工に要する手間や時間が低減でき、製造コストを大幅に削減することができる。さらに、多種多様かつ多数の鋼板１Ａ，１Ｂの加工が不要になるとともに、これらの鋼板１Ａ，１Ｂに対して共通の摩擦接合用鋼板１０を用いることができるので、摩擦接合用鋼板１０が大量生産可能になり、その製造コストや施工コストの低減をより一層促進させることができる。
【００３８】
（４）さらに、摩擦接合用鋼板１０の突条１１の形態（先端角度θ、突条１１同士の間隔Ｓ、先端部の半径Ｒ1 、凹み部分の半径Ｒ2 ）が適宜設定されているので、突条１１が鋼板１Ａ，１Ｂの表面に食い込みやすい鋭利さを有し、かつ突条１１部分のせん断強度を確保しつつ機械的すべり抵抗を十分に発揮させることができる。また、摩擦接合用鋼板１０の厚さ寸法である突条１１先端間の距離Ｈが２．０mm程度に設定されているので、高力ボルト２Ａの圧縮力Ｎによって摩擦接合用鋼板１０を撓ませて鋼板１Ａ，１Ｂ表面に密着させることができ、摩擦接合用鋼板１０全体の突条１１を的確に鋼板１Ａ，１Ｂに食い込ませて高い摩擦係数を得ることができる。
【００３９】
（５）また、鋼板１Ａ，１Ｂの表面における突条１１が食い込んだ部分の幅寸法Ｂが適宜設定されているので、突条１１の食い込み量を確保して摩擦係数を高めつつ、鋼板１Ａ，１Ｂ表面における突条１１が食い込まない部分の幅寸法を確保して鋼板１Ａ，１Ｂの変形およびせん断破壊が防止でき、摩擦抵抗を安定して発揮させることができる。さらに、鋼板１Ａ，１Ｂに作用する圧縮応力度σが引張強度σmbの半分以下となるように設定されているので、鋼板１Ａ，１Ｂのせん断強度や掘り起こし強度を確保しつつ機械的すべり抵抗を十分に発揮させることができる。
【００４０】
（６）また、鋼板１Ａ，１Ｂの表面に黒皮や錆止め塗装が施されている場合でも、これらの黒皮や錆止め塗装を貫通して摩擦接合用鋼板１０の突条１１を鋼板１Ａ，１Ｂに食い込ませることができ、鋼板１Ａ，１Ｂの表面状態に依存せずに摩擦係数を安定して得ることができる。さらに、黒皮や錆止め塗装を除去する必要がないことから、接合後における錆止めのためのタッチアップ塗装を施す必要がなく、この点でも施工手間やコストを低減させることができる。
【００４１】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態においては、摩擦接合用鋼板１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃとして、複数の突条１１が一方方向に平行に連続形成されるか、または同心円状に連続形成されたものを例示したが、摩擦接合用鋼板は、互いに平行な複数の突条を有していればよく、これらの平行な突条の組み合わせを２方向または多方向に関して複数組有して形成されていてもよい。さらに、前記実施形態においては、摩擦接合用鋼板１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃとして、挿通孔１２が１つまたは２つ形成されたものを例示したが、３つ以上の挿通孔を有して摩擦接合用鋼板が形成されていてもよい。
【００４２】
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【実施例】
【００４３】
以下に、前記実施形態で説明した摩擦接合構造の実験的に検証した実施例について説明する。
以下の実施例において、前記摩擦接合用鋼板１０および鋼板１Ａ，１Ｂを用い、図１のように高力ボルト２Ａおよびナット２Ｂで締め付けた状態で引張り試験を実施した。
この際、ビッカース硬さ比（ｒh ）を第１のパラメータとし、突条１１の先端角度（θ）を第２のパラメータとし、応力度比（σ／σmb）を第３のパラメータとし、これら３つのパラメータを変動させて引張り試験を実施し、得られる摩擦係数（すべり係数）μF を測定した。
【００４４】
［第１パラメータ：ビッカース硬さ比ｒh ］
ビッカース硬さ比ｒh とは、摩擦接合用鋼板１０の突条１１部分におけるビッカース硬
さ（Ｈvh）と、鋼板１Ａ，１Ｂ表面のビッカース硬さ（Ｈvm）との比（ｒh ＝Ｈvh／Ｈvm）であって、その値として、約１．７、約１．９、約２．６、約３．２、約４．０、約４．３の６種類を設定した。
【００４５】
［第２パラメータ：突条の先端角度θ］
突条１１の先端角度θとしては、３０°〜１２０°を設定した。
【００４６】
［第３パラメータ：応力度比σ／σmb］
応力度比σ／σmbとは、高力ボルト２Ａの圧縮力（Ｎ）によって鋼板１Ａ，１Ｂに作用する圧縮応力度（σ）と、鋼板１Ａ，１Ｂの引張強度（σmb）との比であって、その値として、約０．２、約０．４、約０．５、約０．６、約０．８、約１．０の６種類を設定した。
ここで、鋼板１Ａ，１Ｂに作用する圧縮応力度（σ）とは、高力ボルト２Ａの圧縮力（Ｎ）を、摩擦接合用鋼板１０の突条１１の総長さ寸法（Ｌ＝ΣＡ）と、突条１１の食い込み部の幅寸法（Ｂ）と、で除した応力度σ＝Ｎ／（Ｌ・Ｂ）を意味している。また、以下の測定結果において、プロット記号としては、応力度比σ／σmbごとに、０．２を白抜き三角（△）、０．４を白抜き四角（□）、０．５を白抜き丸（○）、０．６を黒塗り三角（▲）、０．８を黒塗り四角（■）、１．０を黒塗り丸（●）で示すものとする。
【００４７】
［測定結果］
先ず、各パラメータの値に応じて３つの破壊モードが確認され、各々の破壊モードによって得られる摩擦係数μF の値に一定の傾向が見られた。確認された３つの破壊モードを図８に示し、破壊モードごとの摩擦係数μF の値の傾向を図９に示す。図９は、横軸（Ｘ軸）をビッカース硬さ比ｒh 、縦軸（Ｙ軸）を摩擦係数μF として、各破壊モード（Ａ〜Ｃ）ごとの摩擦係数μF の下限値を近似直線で表したグラフである。
図８(Ａ)は、摩擦接合用鋼板１０の突条１１が食い込み部分でせん断破壊するタイプの破壊モード（破壊モードＡ）を示しており、図９に符号Ａで示すように、ビッカース硬さ比ｒh の上昇に伴って得られる摩擦係数μF が上昇する傾向が見られる。この破壊モードＡは、ビッカース硬さ比ｒh が３程度以下で顕著に確認された。
図８(Ｂ)は、鋼板１Ａ，１Ｂが突条１１の先端位置でせん断破壊するタイプの破壊モード（破壊モードＢ）を示しており、図９に符号Ｂで示すように、ビッカース硬さ比ｒh に関わらず、得られる摩擦係数μF が一定かつ低い値を示す傾向が見られる。この破壊モードＢは、応力度比σ／σmbが０．８程度以上で顕著に確認された。
図８(Ｃ)は、鋼板１Ａ，１Ｂの食い込み部が突条１１によって掘り起こされるタイプの破壊モード（破壊モードＣ）を示しており、図９に符号Ｃで示すように、ビッカース硬さ比ｒh に関わらず、得られる摩擦係数μF が一定かつ高い値を示す傾向が見られる。この破壊モードＣは、ビッカース硬さ比ｒh が３程度以上、かつ応力度比σ／σmbが０．５程度以下の場合に顕著に確認された。
【００４８】
図１０には、ビッカース硬さ比ｒh および応力度比σ／σmbごとに、突条１１の先端角度θが９０°の場合の結果が示されている。
図１０は、横軸（Ｘ軸）をビッカース硬さ比ｒh 、縦軸（Ｙ軸）を摩擦係数μF として、応力度比σ／σmbごとの測定結果をプロットするとともに、応力度比σ／σmbごとの摩擦係数μF の下限値を近似直線で表したグラフである。
図１０において、ビッカース硬さ比ｒh が３以上で、かつ応力度比σ／σmbが０．５以下であれば、摩擦係数μF は１．０を上回っていることが分かる。また、ビッカース硬さ比ｒh が２．５以上で、かつ応力度比σ／σmbが０．６以下であれば、摩擦係数μF は概ね０．９を上回っていることが分かる。さらに、ビッカース硬さ比ｒh が２以上で、かつ応力度比σ／σmbが０．８以下であれば、摩擦係数μF は概ね０．７を上回っていることが分かる。
【００４９】
図１１には、各パラメータごとに、突条１１の先端角度θによって得られる摩擦係数μF の値の下限値が示されている。
図１１は、横軸（Ｘ軸）を突条１１の先端角度θ、縦軸（Ｙ軸）を摩擦係数μF として、摩擦係数μF の下限値を近似直線で表したグラフである。
図１１に符号Ａで示すように、破壊モードＡの場合には、先端角度θが大きくなるに従って得られる摩擦係数μF が大きくなる傾向が見られる。つまり、突条１１の先端角度θが大きくなる程、突条１１がせん断破壊しにくくなり、摩擦抵抗力が増大することが分かる。
一方、図１１に符号Ｃで示すように、破壊モードＣの場合には、先端角度θが大きくなるに従って得られる摩擦係数μF が小さくなる傾向が見られる。つまり、突条１１の先端角度θが大きくなって突条１１のせん断強度が高くなる程、鋼板１Ａ，１Ｂの食い込み部が掘り起こされやすくなり、摩擦抵抗力が低下することが分かる。
従って、破壊モードＡ、Ｃの両者共に大きな摩擦係数μF （μF ≧1.0 ）が得られる先端角度θの範囲としては、５０°〜１００°であることが分かる。一方、突条１１のせん断破壊を防止しつつ、鋼板１Ａ，１Ｂの強度に準じて摩擦抵抗力を決定する（破壊モードＣ）場合、つまり設計上、簡便な方法で１．０以上の摩擦係数μF を確保するためには、突条１１の先端角度θが７５°〜９０°の範囲に設定されていることが望ましい。
【００５０】
図１２は、横軸（Ｘ軸）を応力度比σ／σmb、縦軸（Ｙ軸）を摩擦係数μF として、得られた摩擦係数μF の値をプロットするとともに、下限値を近似直線で表したグラフである。図１３は、横軸（Ｘ軸）を引張り試験時のすべり量、縦軸（Ｙ軸）を摩擦係数μF として、応力度比σ／σmbごとの測定結果を近似曲線で表したグラフである。なお、図１２、図１３ともに、突条１１の先端角度θが９０°かつビッカース硬さ比ｒh が３以上の場合の結果が示され、図１３には、ビッカース硬さ比ｒh が約３．２の場合が示されている。
図１２において、応力度比σ／σmbが０．５以下であれば、摩擦係数μF は１．０を上回っていることが分かる。また、応力度比σ／σmbが０．５を超えると、応力度比σ／σmbの増大に伴って摩擦係数μF が低下していることが分かる。すなわち、応力度比σ／σmbが０．５以下の範囲が破壊モードＣを示し、応力度比σ／σmbが０．５を超えた範囲が破壊モードＢを示していることが分かる。
また、図１３に示すように、応力度比σ／σmbが０．５以下であれば、摩擦係数μF が１．０以上の高い値を示し、すべり量も１mm程度以下と小さく抑えられていることが分かる。
【００５１】
従って、ビッカース硬さ比ｒh が３以上で、突条１１の先端角度θが５０°〜１００°（より望ましくは、７５°〜９０°）の範囲で、さらに応力度比σ／σmbが０．５以下となる（破壊モードＣ）となるように、鋼板１Ａ，１Ｂ（被接合鋼材）表面のビッカース硬さＨvmおよび引張強度σmbに応じて、摩擦接合用鋼板１０の突条１１のビッカース硬さＨvhおよび先端角度θを設定することで、１．０以上の摩擦係数μF が得られることが分かった。
【００５２】
次に、摩擦接合用鋼板１０および鋼板１Ａ，１Ｂを用い、高力ボルト２Ａおよびナット２Ｂで締め付けた状態で引張り試験を実施した結果を図１４〜図２１に示す。
ここでは、本発明の第１実施例（図１４〜図１６）、第２実施例（図１７〜図１９）と、その比較例（図２０、図２１）とについて説明する。
なお、各実施例および比較例では、摩擦接合用鋼板１０の材質（材料強度やビッカース硬さ）および製造方法、鋼板１Ａ，１Ｂの材質および表面処理などの条件を合致させ、摩擦接合用鋼板１０における突条１１の形態のみをパラメータとして引張り試験が実施されている。また、図１６、図１９および図２１に示す試験結果は、高力ボルト２Ａおよびナット２Ｂで締め付けた導入軸力（圧縮力Ｎ）を、鋼板１Ａ，１Ｂを圧縮力Ｎと直交する方向に引っ張った引張り力で除した値（すべり係数、摩擦係数）と、鋼板１Ａ，１Ｂを引っ張った方向への摩擦接合用鋼板１０位置でのすべり量とをグラフにしたものである。
【００５３】
［第１実施例］
図１４は、第１実施例の摩擦接合用鋼板を示す写真である。図１５は、第１実施例の摩擦接合用鋼板１０ａを示す断面図である。図１６は、第１実施例の摩擦接合用鋼板１０ａを用いた試験結果を示すグラフである。
第１実施例の摩擦接合用鋼板１０ａは、図１５に示すように、表裏対称に突条１１が形成されたものであって、隣り合う突条１１同士の間隔（Ｓ）が約１．５mmに設定されるとともに、表裏の突条１１の先端間の距離（Ｈ）が約１．５mmに設定されている。また、摩擦接合用鋼板１０ａにおいて、突条１１の先端角度（θ）は、約９０°に設定されるとともに、突条１１の先端部の半径（Ｒ1 ）は、０．１mm以下（約０．１mm）に設定され、突条１１同士の間の凹み部分の半径（Ｒ2 ）が０．４mm以上（約１．０mm）に設定されている。
以上の第１実施例の摩擦接合用鋼板１０ａによると、図１６に荷重−変形曲線ａで示すように、０．５mm以下のすべり量において、摩擦係数が１．０を上回るとともに、すべり量が０．５mmを超えて１．０mmに至るまで、摩擦係数が１．０を下回ることなく、良好な力学特性が得られることが分かった。
【００５４】
［第２実施例］
図１７は、第２実施例の摩擦接合用鋼板を示す写真である。図１８は、第２実施例の摩擦接合用鋼板１０ｂを示す断面図である。図１９は、第２実施例の摩擦接合用鋼板１０ｂを用いた試験結果を示すグラフである。
第２実施例の摩擦接合用鋼板１０ｂは、図１８に示すように、表裏対称に突条１１が形成されたものであって、隣り合う突条１１同士の間隔（Ｓ）が約０．８mmに設定されるとともに、表裏の突条１１の先端間の距離（Ｈ）が約１．５mmに設定されている。また、摩擦接合用鋼板１０ｂにおいて、突条１１の先端角度（θ）は、約７５°に設定されるとともに、突条１１の先端部の半径（Ｒ1 ）は、０．１mm以下（約０．１mm）に設定され、突条１１同士の間の凹み部分の半径（Ｒ2 ）が０．４mm以上（約０．４mm）に設定されている。
以上の第２実施例の摩擦接合用鋼板１０ｂによると、図１９に荷重−変形曲線ｂで示すように、０．５mm以下のすべり量において、摩擦係数がほぼ１．０になるとともに、すべり量が０．５mmを超えて１．０mmに至るまで、摩擦係数が１．０から低下することなく、良好な力学特性が得られることが分かった。
【００５５】
［比較例］
図２０は、比較例の摩擦接合用鋼板を示す写真である。図２１は、比較例の摩擦接合用鋼板を用いた試験結果を示すグラフである。
比較例の摩擦接合用鋼板は、前記第１実施例の摩擦接合用鋼板１０ａと略同様に、隣り合う突条１１同士の間隔（Ｓ）が約１．５mmに設定されるとともに、表裏の突条１１の先端間の距離（Ｈ）が約１．５mmに設定されている。一方、比較例の摩擦接合用鋼板では、突条１１の先端部の半径（Ｒ1 ）が約０．２mmに設定されている点が前記第１実施例の摩擦接合用鋼板１０ａと相違している。
以上の比較例の摩擦接合用鋼板によると、図２１に荷重−変形曲線ｃで示すように、０．５mm以下のすべり量において、摩擦係数がほぼ０．７５でピークとなり、すべり量が０．５mmを超えて１．０mmに至るまでに摩擦係数が０．７程度にまで徐々に低下し、前記第１および第２実施例と比較して力学特性が劣ることが分かった。
【００５６】
次に、摩擦接合用鋼板１０ｄおよび鋼板１Ａ，１Ｂを用い、一方の鋼板１Ａに摩擦接合用鋼板１０ｄを予めアルミテープＴで仮止めしておき、他方の鋼板１Ｂを摩擦接合用鋼板１０ｄに重ねてから、高力ボルト２Ａおよびナット２Ｂで締め付けた第３実施例について、図２２〜図２４に基づいて説明する。
［第３実施例］
図２２は、第３実施例の摩擦接合用鋼板１０ｄの仮止め状態を示す断面図である。図２３は、第３実施例の摩擦接合用鋼板１０ｄの締め付け後の状態を示す断面図である。図２４は、第３実施例の摩擦接合用鋼板１０ｄを用いた試験結果を示すグラフである。
第３実施例の摩擦接合用鋼板１０ｄは、前記第１実施例の摩擦接合用鋼板１０ａと略同様の断面を有して形成されたものである。アルミテープＴは、図２２に示すように、摩擦接合用鋼板１０ｄを覆って突条１１に接着されるとともに、その端部が一方の鋼板１Ａに接着されており、これにより摩擦接合用鋼板１０ｄが鋼板１Ａに仮止めされるようになっている。そして、摩擦接合用鋼板１０ｄのアルミテープＴ側に他方の鋼板１Ｂを重ねてから、高力ボルト２Ａおよびナット２Ｂで締め付けて圧縮力Ｎを作用させることで、図２３に示すように、アルミテープＴが切れて突条１１が突出し、この突条１１が他方の鋼板１Ｂに食い込むとともに、反対側の突条１１が一方の鋼板１Ａに食い込むようになっている。
以上の第３実施例の摩擦接合用鋼板１０ｄによると、図２４に荷重−変形曲線ｄで示すように、０．５mm以下のすべり量において、摩擦係数が１．０を上回るとともに、すべり量が０．５mmを超えて１．０mmに至るまで、摩擦係数が１．０を下回ることなく徐々に増加し、良好な力学特性が得られることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態に係る摩擦接合構造を示す断面図である。
【図２】(Ａ)，(Ｂ)は、前記摩擦接合構造に用いる摩擦接合用鋼板を示す正面図および断面図である。
【図３】前記摩擦接合構造の要部を拡大して示す断面図である。
【図４】(Ａ)，(Ｂ)は、前記実施形態の変形例に係る摩擦接合用鋼板を示す正面図および断面図である。
【図５】(Ａ)，(Ｂ)は、前記実施形態の変形例に係る摩擦接合用鋼板を示す正面図および断面図である。
【図６】前記実施形態の変形例に係る摩擦接合用鋼板を示す正面図である。
【図７】前記実施形態の変形例に係る摩擦接合構造を示す断面図である。
【図８】本発明の実施例に係る摩擦接合構造の破壊モードを示す断面図である。
【図９】前記実施例における破壊モードごとの摩擦係数の傾向を示すグラフである。
【図１０】前記実施例における応力度比ごとの摩擦係数を示すグラフである。
【図１１】前記実施例における突条の先端角度に対する摩擦係数を示すグラフである。
【図１２】前記実施例における応力度比に対する摩擦係数を示すグラフである。
【図１３】前記実施例における引張り試験時のすべり量に対する摩擦係数を示すグラフである。
【図１４】本発明の第１実施例の摩擦接合用鋼板を示す写真である。
【図１５】前記第１実施例の摩擦接合用鋼板を示す断面図である。
【図１６】前記第１実施例の摩擦接合用鋼板を用いた試験結果を示すグラフである。
【図１７】本発明の第２実施例の摩擦接合用鋼板を示す写真である。
【図１８】前記第２実施例の摩擦接合用鋼板を示す断面図である。
【図１９】前記第２実施例の摩擦接合用鋼板を用いた試験結果を示すグラフである。
【図２０】本発明の比較例の摩擦接合用鋼板を示す写真である。
【図２１】前記比較例の摩擦接合用鋼板を用いた試験結果を示すグラフである。
【図２２】本発明の第３実施例の摩擦接合用鋼板の仮止め状態を示す断面図である。
【図２３】前記第３実施例の摩擦接合用鋼板の締め付け後の状態を示す断面図である。
【図２４】前記第３実施例の摩擦接合用鋼板を用いた試験結果を示すグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦接合用鋼板および摩擦接合構造に関し、詳しくは、互いに摩擦接合される被接合鋼材間に介挿される摩擦接合用鋼板、この鋼板を用いた摩擦接合構造に関する。
本願は、２００６年４月１０日に出願された日本国特許出願第２００６−１０７４５７号、および２００７年２月２８日に出願された日本国特許出願第２００７−４９０１３号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建築や土木の分野において、鋼構造物（建物や橋梁等）の骨組みを構成する鋼材同士の接合構造として、高力ボルト等の締付け具で被接合鋼材を締め付け、この締め付けた圧縮力により生ずる摩擦抵抗で被接合鋼材同士を接合する摩擦接合が一般的に利用されている。一般的な摩擦接合では、母材（柱や梁、筋交い等）や接合部材（スプライスプレートやガセットプレート等）などの被接合鋼材の摩擦面に以下のような加工を施して摩擦係数を確保している。すなわち、サンダーやグラインダーなどにより黒皮を除去した後に放置して赤錆を発生させるか、またはショットブラスト加工などにより摩擦面を粗す方法が用いられている。しかし、このような方法によって得られる摩擦面の摩擦係数は、比較的小さい上に安定した摩擦抵抗が確保しにくいため、設計する上で安全側に捉えた低い値を採用せざるを得ず、合理的な設計が実現しにくく、その解決が望まれている。
【０００３】
一方、摩擦接合における被接合鋼材同士の摩擦抵抗を増大させる構造として、被接合鋼材の互いに接する一対の接合面において、互いに硬さや粗さが異なるように加工を施したものが知られている（例えば、特開２００２−１５５９１０号公報を参照）。特許文献１に記載された摩擦接合構造は、一方の接合面に１回のショットブラストを行い、他方の接合面に２回のショットブラストを行うなどの方法により、接合面同士に硬さや粗さを異ならせた摩擦面を形成することで、摩擦面間の摩擦係数を高め、これによりボルト本数やボルト径の低減を図り合理的な設計の実現を目指すものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１に記載された従来の摩擦接合構造では、被接合鋼材の接合面に１回ないしは複数回のショットブラストを行って摩擦面を形成するため、多種多様かつ多数の被接合鋼材ごとに加工を行う必要があり、加工に要する手間および時間が増大して加工コストが嵩んでしまうという問題がある。また、ショットブラストなどの方法によって摩擦面の硬さや粗さを異ならせ、摩擦面の摩擦係数を高めたとしても、それにより得られる摩擦係数は依然としてばらつきが大きく、設計上利用可能な摩擦係数の上限値としてはさほどの向上が見込めず、費用に対する効果が小さくなってしまうという問題もある。
【０００５】
本発明の目的は、低コストで多様な摩擦接合部に適用でき、かつ摩擦抵抗を確実に高めて合理的な設計を実現することができる摩擦接合用鋼板および摩擦接合構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の摩擦接合用鋼板は、締付け具を締め付けた圧縮力により互いに摩擦接合される被接合鋼材間に介挿される摩擦接合用鋼板であって、互いに平行または互いに同心円状に連続形成された複数の突条を両面に有するとともに、前記締付け具を挿通させる少なくとも１つの挿通孔を有して構成され、前記突条部分のビッカース硬さが前記被接合鋼材表面のビッカース硬さよりも硬く設定されている。
この際、本発明の摩擦接合用鋼板では、前記突条部分のビッカース硬さが前記被接合鋼材表面のビッカース硬さの３倍以上に設定されていることが好ましい。
ここで、ビッカース硬さとは、日本工業規格（ＪＩＳ）に則った試験方法（JIS Z 2244）または国際標準化機構（ＩＳＯ）の規格に則った試験方法（ISO 6507-1）で測定した金属材料の硬さであって、被接合鋼材および摩擦接合用鋼板の各々の表面硬さを意味する。すなわち、摩擦接合用鋼板における突条部分のビッカース硬さをＨvhとし、被接合鋼材表面のビッカース硬さをＨvmとした場合に、硬さ比ｒh （＝Ｈvh／Ｈvm）が以下の式（１）を満足するように、被接合鋼材および摩擦接合用鋼板の各々の表面硬さが設定されていることが好ましい。
ｒh ≧３ …（１）
【０００７】
以上の本発明によれば、摩擦接合用鋼板の突条部分を被接合鋼材表面よりも硬く（好ましくは、３倍以上の硬さに）設定したことで、摩擦接合用鋼板の突条が被接合鋼材に食い込みやすくなり、このように食い込んだ摩擦接合用鋼板の機械的すべり抵抗による摩擦抵抗が被接合鋼材間に作用することから、摩擦接合用鋼板を介した被接合鋼材同士の摩擦係数を格段に大きくすることができる。従って、理論的または実験的に検証しやすく、かつ摩擦係数のばらつきが小さいすべり抵抗機構による摩擦接合構造が構成されるので、設計上用いる摩擦係数を高精度かつ高い値に設定することができ、合理的な設計が実現できる。すなわち、従来と比較して摩擦係数を高い値に設定できることで、ボルト本数を減らしたりボルト径を小さくしたりすることで、母材の断面欠損を最小限に抑えることができるとともに、スプライスプレートやガセットプレートのサイズを小さくすることで、鋼材量を低減することができ、建築物や土木構造物の材料コストや施工コストを低減させることができる。
【０００８】
また、被接合鋼材の表面には、従来のようなショットブラスト加工などを施しておく必要がなく、さらには黒皮を除去したり赤錆を発生させたりする必要もなくなるので、被接合鋼材の加工に要する手間や時間が低減でき、製造コストを大幅に削減することができる。さらに、多種多様かつ多数の被接合鋼材の加工が不要になるとともに、これらの被接合鋼材に対して所定サイズや所定形態の摩擦接合用鋼板を用意しておき、この摩擦接合用鋼板を被接合鋼材間に介挿するだけで、前述のように高い摩擦係数が得られるため、摩擦接合用鋼板が大量生産可能になり、その製造コストや施工コストの低減をより一層促進させることができる。
【０００９】
この際、本発明の摩擦接合用鋼板では、前記突条の先端角度（θ）が５０°〜１００°の範囲に設定されていることが好ましい。
すなわち、突条の先端角度θが以下の式（２）を満足するように、摩擦接合用鋼板の突条が形成されているものである。
５０°≦θ≦１００° …（２）
このような構成によれば、突条の先端角度θを５０°以上かつ１００°以下に設定する、つまり鋭角過ぎずかつ被接合鋼材に食い込みやすい鋭さを有した角度に突条を形成することで、突条部分のせん断強度を確保しつつ機械的すべり抵抗を十分に発揮させることができる。なお、突条の先端角度θとしては、７５°以上かつ９０°以下に設定（７５°≦θ≦９０°）されていることがより好ましい。
【００１０】
また、本発明の摩擦接合用鋼板では、前記締付け具の圧縮力によって前記被接合鋼材に作用する圧縮応力度（σ）を当該被接合鋼材の引張強度（σmb）で除した応力度比（σ／σmb）が０．５以下に設定されていることが好ましい。
ここで、被接合鋼材に作用する圧縮応力度（σ）は、高力ボルト等の締付け具からの圧縮力（Ｎ）を、摩擦接合用鋼板の突条の総長さ寸法（Ｌ）と、突条が被接合鋼材の表面に食い込んだ際に被接合鋼材がくぼんで形成されるくぼみの幅寸法（Ｂ）と、で除した応力度であって、つまり、σ＝Ｎ／（Ｌ・Ｂ）で表される応力度を意味している。そして、被接合鋼材に作用する圧縮応力度σと引張強度σmbとの比が以下の式（３）を満足するように、被接合鋼材の材種および摩擦接合用鋼板の大きさや突条の形態が設定されているものである。
σ／σmb≦０．５ …（３）
このような構成によれば、被接合鋼材に作用する圧縮応力度σが引張強度σmbの半分以下となるように設定する、つまり被接合鋼材の鋼材種別（引張り強度σmb）や使用するボルトの種別に応じて摩擦接合用鋼板のサイズや突条の数、長さ等を適宜設定することで、被接合鋼材のせん断強度や掘り起こし強度を確保しつつ機械的すべり抵抗を十分に発揮させることができる。
【００１１】
以上において、本発明の摩擦接合用鋼板は、前記式（１）、式（２）および式（３）の全てを同時に満足するように構成されていることが望ましいが、前記式（１）〜式（３）のうちの少なくとも２つを満足するように構成されていてもよく、また前記式（１）〜式（３）のうちのいずれか１つのみを満足するように構成されてもよい。
すなわち、前記式（１）の硬さ比ｒh 、前記式（２）の突条の先端角度θ、および前記式（３）の応力度比σ／σmbの３つの要素（パラメータ）が、摩擦接合用鋼板の摩擦係数を決定する上で大きな影響を有し、これら３つの要素を適宜設定することで大きな摩擦係数（例えば、０．９以上の摩擦係数）が得られることが本件出願人の鋭意研究により解明された。
【００１２】
そして、被接合鋼材として、４００〜５００(N/mm2 )程度の引張強度を有した一般構造用圧延鋼材（JIS G 3101）であるＳＳ４００、ＳＳ４９０や、溶接構造用圧延鋼材（JIS G 3106）であるＳＭ４００、ＳＭ４９０等の鋼材を用いた場合には、摩擦接合用鋼板としては、４５０(N/mm2)以上の引張強度を有した機械構造用炭素鋼鋼材（JIS G 4051）であ
るＳ４５Ｃ、Ｓ４８Ｃ、Ｓ５０Ｃ、Ｓ５３Ｃ等か、これらと同等のビッカース硬さを有した鋼材から形成されていることが望ましい。
【００１３】
また、本発明の摩擦接合用鋼板では、前記突条同士の間隔（Ｓ）が０．８mm〜２．０mmに設定されていることが好ましい。
さらに、本発明の摩擦接合用鋼板では、前記突条の先端部の半径（Ｒ1 ）が０．１mm以下に設定されていることが好ましい。
そして、本発明の摩擦接合用鋼板では、前記突条同士の間の凹部の半径（Ｒ2 ）が０．４mm以上に設定されていることが好ましい。
このような構成によれば、突条同士の間隔（Ｓ）を０．８mm〜２．０mmに設定したことで、所定の大きさの摩擦接合用鋼板の両面に多くの突条を形成することができるとともに、突条の先端部の半径（Ｒ1 ）を０．１mm以下に設定したことで、被接合鋼材に食い込みやすい突条の鋭利さが確保でき、高い摩擦係数を得ることができる。一方、突条同士の間の凹部の半径（Ｒ2 ）を０．４mm以上に設定したことで、突条の基端部である凹部の強度を高めて、摩擦抵抗力を発揮する際における突条のせん断破壊が防止でき、安定した摩擦係数を得ることができる。
【００１４】
また、本発明の摩擦接合用鋼板では、前記突条が前記被接合鋼材表面に食い込んだ部分の幅寸法（Ｂ）が当該突条同士の間隔（Ｓ）の１／３程度に設定されていることが好ましい。
このような構成によれば、突条が食い込んだ部分の幅寸法（Ｂ）を突条同士の間隔（Ｓ）の１／３程度になるように、被接合鋼材と摩擦接合用鋼板の強度および硬さを適宜設定することで、突条の食い込み量を確保して摩擦係数を高めつつ、被接合鋼材表面における突条が食い込まない部分の幅寸法を確保して被接合鋼材の変形およびせん断破壊が防止でき、摩擦抵抗を安定して発揮させることができる。
【００１５】
また、本発明の摩擦接合用鋼板は、前記締付け具の軸心を中心とし、かつ当該締め付け具の軸径に対して２．５倍の直径の円を抱絡する平面形状を有したことが好ましい。
このような構成によれば、締付け具の軸径に対して２．５倍の直径の円で囲まれた領域
を抱絡する大きさを摩擦接合用鋼板が有していることで、その領域の摩擦接合用鋼板に締付け具の圧縮力を均一に作用させることができ、安定した摩擦係数を得ることができる。
【００１６】
さらに、本発明の摩擦接合用鋼板では、前記両面の突条先端間の距離（Ｈ）が１．５〜２．５mmに設定されていることが好ましい。
このような構成によれば、摩擦接合用鋼板の厚さ寸法である突条先端間の距離（Ｈ）を１．５〜２．５mmに設定したことで、締付け具の圧縮力によって摩擦接合用鋼板を撓ませて被接合鋼材表面に密着させることができ、摩擦接合用鋼板全体の突条を的確に被接合鋼材に食い込ませて高い摩擦係数を得ることができる。
【００１７】
また、本発明の摩擦接合用鋼板では、前記突条は、転造、切削、鋳造のいずれかの加工で形成されることが好ましい。
さらに、本発明の摩擦接合用鋼板では、前記突条の形成後に焼き入れが施されることが好ましい。
このような構成によれば、転造、切削、鋳造のいずれの加工方法によっても突条を形成することができ、製造する数量や種類数に応じて任意の加工方法が選択できるため、適宜な加工方法を選択して摩擦接合用鋼板を製造することで、その製造コストを低減することができる。また、突条の形成後に焼き入れを施すことで、突条部分の硬さを高めるとともに安定させることができる。
【００１８】
また、本発明の摩擦接合用鋼板では、前記被接合鋼材の一方に仮付けテープまたは防錆塗装によって仮付けされることが好ましい。
さらに、本発明の摩擦接合用鋼板では、前記仮付けテープは、当該摩擦接合用鋼板を覆って前記一方の被接合鋼材に接着されるアルミテープであって、前記アルミテープで覆われた面を前記他方の被接合鋼材に当接させた状態で当該一方および他方の被接合鋼材を前記締付け具で締め付けた際に、前記他方の被接合鋼材側の突条が前記アルミテープを破って当該他方の被接合鋼材に食い込み、前記一方の被接合鋼材側の突条が当該一方の被接合鋼材に食い込む。
このような構成によれば、予め仮止めテープや防錆塗装の接着力によって当該摩擦接合用鋼板を一方の被接合鋼材に仮止めしておく、つまり建設現場における高所ではなくて工場や地上の仮置きヤード等の管理しやすい場所において摩擦接合用鋼板を仮止めすることで、所定の管理の元で突条の向きや設置位置、個数等が適正な状態で摩擦接合用鋼板を設置することができる。そして、仮止めテープ（例えば、アルミテープ）や防錆塗装で摩擦接合用鋼板を覆って仮止めした場合でも、被接合鋼材同士を締付け具で締め付ければ、仮止めテープ等が摩擦接合用鋼板の突条部分で切れ、突条が突出して被接合鋼材に食い込むことで、前述したような高い摩擦係数を得ることができる。
【００１９】
また、本発明の摩擦接合用鋼板では、前記締付け具の軸を挿通させる挿通孔を複数有して形成され、前記挿通孔同士の中間位置における前記突条同士の間の凹部が他の位置の凹部よりも深く形成されていることが好ましい。
このような構成によれば、挿通孔同士の中間位置における凹部を深くしておくことで、必要に応じてこの凹部位置で当該摩擦接合用鋼板を折って分割することができる。この際、例えば、摩擦接合用鋼板を手で折れる程度に凹部を深く形成しておいてもよく、また適宜な工具で折れる程度の深さに形成しておいてもよい。このように挿通孔同士の中間位置で分割できるようにしておけば、被接合鋼材に形成された締付け具用の孔ピッチ（ボルトピッチ）と、摩擦接合用鋼板の挿通孔のピッチとが合っていなくても、摩擦接合用鋼板を折って分割することで、被接合鋼材の孔ピッチに合わせて設置することができる。なお、被接合鋼材の孔ピッチと摩擦接合用鋼板の挿通孔のピッチとが合っていれば、摩擦接合用鋼板を分割せずに一体のままで設置すればよい。
【００２０】
一方、本発明の摩擦接合構造は、前記いずれかの摩擦接合用鋼板を被接合鋼材間に介挿した摩擦接合構造であって、前記被接合鋼材の表面には、黒皮または赤錆が形成されているか、ブラスト処理、サンダー処理または錆止め塗装が施されている。
このような本発明によれば、前述の摩擦接合用鋼板による効果、すなわち設計上用いる摩擦係数を高精度かつ高い値に設定して合理的な設計が実現でき、ボルト本数を減らしたりスプライスプレート等を小さくしたりでき、材料コストや施工コストを低減させることができるという効果を奏することができる。また、被接合鋼材の表面に黒皮や錆止め塗装が施されている場合でも、これらの黒皮や錆止め塗装を貫通して摩擦接合用鋼板の突条を被接合鋼材に食い込ませることができ、被接合鋼材の表面状態に依存せずに摩擦係数を安定して得ることができる。さらに、黒皮や錆止め塗装を除去する必要がないことから、接合後における錆止めのためのタッチアップ塗装を施す必要がなく、この点でも施工手間やコストを低減させることができる。
【００２１】
また、本発明の摩擦接合構造では、前記摩擦接合用鋼板が２枚以上重ね合わされて前記被接合鋼材間に介挿されていることが好ましい。
このような構成によれば、被接合鋼材同士の厚さ寸法に差がある場合などにおいて、この差に応じて摩擦接合用鋼板の枚数を適宜調節して被接合鋼材間に介挿することで、多様な被接合鋼材の組み合わせに対応することができ、多種の厚さ寸法を有した摩擦接合用鋼板を用意する必要がなくなり、材料コストや施工コストを低減させることができる。そして、重ね合わせる摩擦接合用鋼板同士は、互いに溶接等で結合しなくても、互いの突条が噛み合うことでせん断方向にずれることがなく、適切に摩擦抵抗力を伝達することができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のような本発明の摩擦接合用鋼板および摩擦接合構造によれば、低コストで多様な摩擦接合部に適用でき、かつ摩擦抵抗を確実に高めて合理的な設計を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の摩擦接合構造を示す断面図である。図２(Ａ)，(Ｂ)は、摩擦接合構造に用いる摩擦接合用鋼板１０を示す正面図および断面図である。図３は、摩擦接合構造の要部を拡大して示す断面図である。
図１〜図３において、本発明の摩擦接合構造は、被接合鋼材である一対の鋼板１Ａ，１Ｂを、締付け具である複数の高力ボルト２Ａおよびナット２Ｂで締め付け、この締め付けた圧縮力により鋼板１Ａ，１Ｂが摩擦接合されるものであって、鋼板１Ａ，１Ｂの間には、各々の高力ボルト２Ａに対応して摩擦接合用鋼板１０が介挿されている。
【００２４】
ここで、一対の鋼板１Ａ，１Ｂとしては、例えば、一方の鋼板１Ａが構造物の骨組みを構成する形鋼（Ｈ形鋼等）のフランジやウェブであって、他方の鋼板１Ｂがスプライスプレート（添え板）やガセットプレートであってもよく、また、一方および他方の鋼板１Ａ，１Ｂがともに形鋼の一部、あるいは鋼板そのものであってもよい。そして、被接合鋼材としては、一般構造用圧延鋼材や溶接構造用圧延鋼材であり、その引張強度が４００〜５００(N/mm2 )程度のＳＳ４００、ＳＳ４９０、ＳＭ４００、ＳＭ４９０等から形成されたものが用いられている。また、高力ボルト２Ａ、ナット２Ｂとしては、一対の鋼板１Ａ，１Ｂが互いに近づく方向に所定の圧縮力（ボルト軸力）Ｎで締め付け可能なものであって、任意の締め付け形式のものが採用可能である。
【００２５】
摩擦接合用鋼板１０は、図２に示すように、全体薄板状で互いに平行に連続形成された複数の突条１１を両面に有するとともに、高力ボルト２Ａを挿通させる１つの挿通孔１２を有して形成されている。この摩擦接合用鋼板１０は、その引張強度が４５０(N/mm2)以
上の機械構造用炭素鋼鋼材であるＳ４５Ｃ等から形成され、その平面形状は、高力ボルト２Ａの軸心（挿通孔１２の中心）回りに高力ボルト２Ａの軸径（φ）に対して２．５倍の直径の円を抱絡する大きさ、つまり一辺の長さがＡ（Ａ≧２．５φ）の略正方形とされている。また、摩擦接合用鋼板１０の厚さ寸法である両面の突条１１先端間の距離（Ｈ）は、約２．０mmに設定されるとともに、突条１１が鋼板１Ａ，１Ｂの引張り方向（図１の左右方向）に直交して配置されている。
【００２６】
摩擦接合用鋼板１０の突条１１は、冷間または熱間による転造で形成されるとともに、突条１１の形成後に焼き入れ加工が施され、突条１１部分におけるビッカース硬さ（Ｈvh）が鋼板１Ａ，１Ｂ表面のビッカース硬さ（Ｈvm）に対して３倍以上の値に設定されている。すなわち、摩擦接合用鋼板１０の突条１１部分と鋼板１Ａ，１Ｂ表面とのビッカース硬さ比（ｒh ＝Ｈvh／Ｈvm）がｒh ≧３となるように設定されている。このような摩擦接合用鋼板１０によれば、高力ボルト２Ａの圧縮力（Ｎ、図１参照）によって突条１１が鋼板１Ａ，１Ｂ表面に食い込むことで、鋼板１Ａ，１Ｂ間に高い摩擦抵抗が得られるようになっている。なお、突条１１は、転造で形成されるものに限らず、切削加工や鋳造によって形成されたものであってもよい。
【００２７】
次に、摩擦接合用鋼板１０の詳細な構造について図３に基づいて説明する。
摩擦接合用鋼板１０の突条１１は、隣り合う突条１１同士の間隔（Ｓ）が１．０mm程度に設定されるとともに、突条１１の先端角度（θ）が５０°〜１００°の範囲に設定されている。さらに、突条１１の先端部の半径（Ｒ1 ）は、０．１mm以下に設定され、突条１１同士の間の凹み部分の半径（Ｒ2 ）が０．４mm以上に設定されている。また、突条１１の鋼板１Ａ，１Ｂに対する食い込み深さは、食い込み部の幅寸法（Ｂ）が突条１１同士の間隔（Ｓ）に対して１／３程度となるように設定されている。
【００２８】
また、高力ボルト２Ａを締め付けた際に、その圧縮力（Ｎ）によって鋼板１Ａ，１Ｂに作用する圧縮応力度（σ）が鋼板１Ａ，１Ｂの引張強度（σmb）に対して０．５以下、つまり応力度比σ／σmb≦０．５に設定されている。ここで、鋼板１Ａ，１Ｂに作用する圧縮応力度（σ）とは、高力ボルト２Ａの圧縮力（Ｎ）を、摩擦接合用鋼板１０の突条１１
の総長さ寸法（Ｌ＝ΣＡ）と、突条１１の食い込み部の幅寸法（Ｂ）と、で除した応力度σ＝Ｎ／（Ｌ・Ｂ）を意味している。
【００２９】
以上の摩擦接合構造では、建設現場において鋼板１Ａ，１Ｂを高力ボルト２Ａおよびナット２Ｂで締め付ける以前に、鋼板１Ａまたは鋼板１Ｂの所定位置に摩擦接合用鋼板１０を、粘着テープや接着材等によって仮止めしておく施工方法が適用可能である。このように摩擦接合用鋼板１０を仮止めした場合でも、高力ボルト２Ａで鋼板１Ａ，１Ｂを締め付ければ、摩擦接合用鋼板１０の突条１１が粘着テープや接着材を貫通して鋼板１Ａ，１Ｂ表面に食い込むようにできる。
また、鋼板１Ａ，１Ｂの表面全体には、黒皮または赤錆が形成されているか、ブラスト処理、サンダー処理または錆止め塗装が施されている。このように鋼板１Ａ，１Ｂの表面全体、つまり摩擦接合用鋼板１０の設置位置にも黒皮が形成されていたり錆止め塗装が施されていたりしても、高力ボルト２Ａで鋼板１Ａ，１Ｂを締め付ければ、摩擦接合用鋼板１０の突条１１が黒皮や錆止め塗装を貫通して鋼板１Ａ，１Ｂ表面に食い込むようにできる。
【００３０】
なお、摩擦接合用鋼板としては、全体略正方形に形成された摩擦接合用鋼板１０に限らず、以下の図４〜図６に示すような各種形態のものが適用可能である。
図４(Ａ)，(Ｂ)、図５(Ａ)，(Ｂ)は、それぞれ本実施形態の変形例に係る摩擦接合用鋼板１０Ａ，１０Ｂを示す正面図および断面図であり、図６は、本実施形態の変形例に係る摩擦接合用鋼板１０Ｃを示す正面図である。
図４に示す摩擦接合用鋼板１０Ａは、前記摩擦接合用鋼板１０と同様に、全体薄板状で互いに平行に連続形成された複数の突条１１を両面に有するものであって、その平面形状が高力ボルト２Ａの軸心（挿通孔１２の中心）回りに高力ボルト２Ａの軸径（φ）に対して略２．５倍の直径を有した円形とされた点が摩擦接合用鋼板１０と相違している。その他の摩擦接合用鋼板１０Ａにおける詳細な構造は、摩擦接合用鋼板１０と略同様である。
【００３１】
図５に示す摩擦接合用鋼板１０Ｂは、前記摩擦接合用鋼板１０Ａと同様に、全体薄板状に形成されるとともに、平面形状が高力ボルト２Ａの軸心（挿通孔１２の中心）回りに高力ボルト２Ａの軸径（φ）に対して略２．５倍の直径を有した円形とされており、互いに同心円状に連続形成された複数の突条１１を両面に有する点が摩擦接合用鋼板１０，１０Ａと相違している。その他の摩擦接合用鋼板１０Ｂにおける詳細な構造は、摩擦接合用鋼板１０，１０Ａと略同様である。このような摩擦接合用鋼板１０Ｂによれば、突条１１が同心円状に形成されていることから、任意の径方向に摩擦抵抗を発揮させることができ、鋼板１Ａ，１Ｂに作用する引張り力が２方向以上である場合などに好適である。さらに、摩擦接合用鋼板１０Ｂが多少回転してしまっても得られる摩擦抵抗は同一であることから、高力ボルト２Ａを締め付ける際に摩擦接合用鋼板１０Ｂを仮止めしておく必要がなくなり、施工性の向上が見込める。
【００３２】
図６に示す摩擦接合用鋼板１０Ｃは、前記摩擦接合用鋼板１０と同様に、全体薄板状で互いに平行に連続形成された複数の突条１１を両面に有するものであって、２つの挿通孔１２を有して全体長方形に形成された点が摩擦接合用鋼板１０と相違している。そして、摩擦接合用鋼板１０Ｃは、各挿通孔１２の側方に高力ボルト２Ａの軸心（挿通孔１２の中心）回りに高力ボルト２Ａの軸径（φ）に対して略２．５倍の直径を抱絡する大きさのはしあき部分およびへりあき部分を有して形成されている。その他の摩擦接合用鋼板１０Ｃにおける詳細な構造は、摩擦接合用鋼板１０と略同様である。このような摩擦接合用鋼板１０Ｃによれば、挿通孔１２が複数形成されていることから、高力ボルト２Ａを締め付ける際に摩擦接合用鋼板１０Ｃが回転してしまう共回りが防止でき、摩擦接合用鋼板１０Ｃを仮止めしておく必要がなくなり、施工性の向上が見込める。
また、摩擦接合用鋼板１０Ｃにおいて、２つの挿通孔１２同士の中間位置における突条１１間の凹部が他の位置の凹部よりも深く形成されていることが好ましい。このようにしておけば、必要に応じて深く形成た凹部位置で摩擦接合用鋼板１０Ｃを折って２つに分割することができ、鋼板１Ａ，１Ｂのボルト孔のピッチと摩擦接合用鋼板１０Ｃの挿通孔１２のピッチとが合っていなくても、分割した摩擦接合用鋼板１０Ｃをボルト孔に合わせて設置することができる。
【００３３】
さらに、本実施形態の摩擦接合構造としては、図１に示したように鋼板１Ａ，１Ｂ間に１枚ずつの摩擦接合用鋼板１０を介挿したものに限らず、以下の図７に示すように、複数枚の摩擦接合用鋼板１０を重ねて介挿した構造が適用可能である。
図７は、本実施形態の変形例に係る摩擦接合構造を示す断面図である。
図７に示す摩擦接合構造は、被接合鋼材である左右一対の鋼板１Ａ，１Ｃを摩擦接合用鋼板１０を介して被接合鋼材である上下一対の鋼板１Ｂで挟み込み、これら上下一対の鋼板１Ｂを高力ボルト２Ａおよびナット２Ｂで締め付けて接合するものである。そして、鋼板１Ａと鋼板１Ｃとは、互いに厚さ寸法が相違し、鋼板１Ａが鋼板１Ｃよりも薄くなっており、鋼板１Ａと上側の鋼板１Ｂとの間には、２枚の摩擦接合用鋼板１０が重ねて介挿されている。これら２枚の摩擦接合用鋼板１０は、互いの突条１１同士を噛み合わせた状態で重ねられており、摩擦接合用鋼板１０同士がずれないようになっている。
【００３４】
なお、図７に示したような複数枚の摩擦接合用鋼板１０を重ねて介挿する摩擦接合構造としては、鋼板１Ａ，１Ｃの厚さ寸法が異なるものに限らず、左右一対の形鋼（例えば、Ｈ形鋼）の高さ寸法が異なる場合、例えば一方の形鋼がロールＨ材で他方がビルトＨ材の場合などに適用可能である。すなわち、高さ寸法の小さい形鋼におけるフランジである鋼板１Ａの外側とスプライスプレートである鋼板１Ｂとの間、および高さ寸法の大きい形鋼におけるフランジである鋼板１Ｃの内側とスプライスプレートである鋼板１Ｂとの間に、それぞれ高さ寸法の差に応じた枚数の摩擦接合用鋼板１０を重ねて介挿すればよい。
【００３５】
このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）すなわち、摩擦接合用鋼板１０の突条１１部分が鋼板１Ａ，１Ｂ表面よりも３倍以上のビッカース硬さを有していることで、突条１１が鋼板１Ａ，１Ｂに食い込みやすくなり、このように食い込んだ突条１１の機械的すべり抵抗による摩擦抵抗が鋼板１Ａ，１Ｂ間に作用することから、摩擦接合用鋼板１０を介した鋼板１Ａ，１Ｂ同士の摩擦係数を格段に大きくすることができる。従って、理論的または実験的に検証しやすく、かつ摩擦係数のばらつきが小さいすべり抵抗機構による摩擦接合構造が構成されるので、設計上用いる摩擦係数を高精度かつ高い値、例えば、０．９以上（望ましくは、１．０以上）の摩擦係数に設定することができ、合理的な設計が実現できる。
【００３６】
（２）そして、摩擦係数を高い値に設定できることで、高力ボルト２Ａおよびナット２Ｂの本数を減らしたりボルト径を小さくしたりすることができ、鋼板１Ａ，１Ｂの断面欠損を最小限に抑えることができるとともに、スプライスプレート等として用いる鋼板１Ａ（または鋼板１Ｂ）のサイズを小さくすることで、鋼材量を低減することができ、建築物や土木構造物の材料コストや施工コストを低減させることができる。
【００３７】
（３）また、鋼板１Ａ，１Ｂの表面に、従来のようなショットブラストやサンダー処理などを施しておく必要がなく、さらには黒皮を除去したり赤錆を発生させたりする必要もなくなるので、鋼板１Ａ，１Ｂの加工に要する手間や時間が低減でき、製造コストを大幅に削減することができる。さらに、多種多様かつ多数の鋼板１Ａ，１Ｂの加工が不要になるとともに、これらの鋼板１Ａ，１Ｂに対して共通の摩擦接合用鋼板１０を用いることができるので、摩擦接合用鋼板１０が大量生産可能になり、その製造コストや施工コストの低減をより一層促進させることができる。
【００３８】
（４）さらに、摩擦接合用鋼板１０の突条１１の形態（先端角度θ、突条１１同士の間隔Ｓ、先端部の半径Ｒ1 、凹み部分の半径Ｒ2 ）が適宜設定されているので、突条１１が鋼板１Ａ，１Ｂの表面に食い込みやすい鋭利さを有し、かつ突条１１部分のせん断強度を確保しつつ機械的すべり抵抗を十分に発揮させることができる。また、摩擦接合用鋼板１０の厚さ寸法である突条１１先端間の距離Ｈが２．０mm程度に設定されているので、高力ボルト２Ａの圧縮力Ｎによって摩擦接合用鋼板１０を撓ませて鋼板１Ａ，１Ｂ表面に密着させることができ、摩擦接合用鋼板１０全体の突条１１を的確に鋼板１Ａ，１Ｂに食い込ませて高い摩擦係数を得ることができる。
【００３９】
（５）また、鋼板１Ａ，１Ｂの表面における突条１１が食い込んだ部分の幅寸法Ｂが適宜設定されているので、突条１１の食い込み量を確保して摩擦係数を高めつつ、鋼板１Ａ，１Ｂ表面における突条１１が食い込まない部分の幅寸法を確保して鋼板１Ａ，１Ｂの変形およびせん断破壊が防止でき、摩擦抵抗を安定して発揮させることができる。さらに、鋼板１Ａ，１Ｂに作用する圧縮応力度σが引張強度σmbの半分以下となるように設定されているので、鋼板１Ａ，１Ｂのせん断強度や掘り起こし強度を確保しつつ機械的すべり抵抗を十分に発揮させることができる。
【００４０】
（６）また、鋼板１Ａ，１Ｂの表面に黒皮や錆止め塗装が施されている場合でも、これらの黒皮や錆止め塗装を貫通して摩擦接合用鋼板１０の突条１１を鋼板１Ａ，１Ｂに食い込ませることができ、鋼板１Ａ，１Ｂの表面状態に依存せずに摩擦係数を安定して得ることができる。さらに、黒皮や錆止め塗装を除去する必要がないことから、接合後における錆止めのためのタッチアップ塗装を施す必要がなく、この点でも施工手間やコストを低減させることができる。
【００４１】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態においては、摩擦接合用鋼板１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃとして、複数の突条１１が一方方向に平行に連続形成されるか、または同心円状に連続形成されたものを例示したが、摩擦接合用鋼板は、互いに平行な複数の突条を有していればよく、これらの平行な突条の組み合わせを２方向または多方向に関して複数組有して形成されていてもよい。さらに、前記実施形態においては、摩擦接合用鋼板１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃとして、挿通孔１２が１つまたは２つ形成されたものを例示したが、３つ以上の挿通孔を有して摩擦接合用鋼板が形成されていてもよい。
【００４２】
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【実施例】
【００４３】
以下に、前記実施形態で説明した摩擦接合構造の実験的に検証した実施例について説明する。
以下の実施例において、前記摩擦接合用鋼板１０および鋼板１Ａ，１Ｂを用い、図１のように高力ボルト２Ａおよびナット２Ｂで締め付けた状態で引張り試験を実施した。
この際、ビッカース硬さ比（ｒh ）を第１のパラメータとし、突条１１の先端角度（θ）を第２のパラメータとし、応力度比（σ／σmb）を第３のパラメータとし、これら３つのパラメータを変動させて引張り試験を実施し、得られる摩擦係数（すべり係数）μF を測定した。
【００４４】
［第１パラメータ：ビッカース硬さ比ｒh ］
ビッカース硬さ比ｒh とは、摩擦接合用鋼板１０の突条１１部分におけるビッカース硬
さ（Ｈvh）と、鋼板１Ａ，１Ｂ表面のビッカース硬さ（Ｈvm）との比（ｒh ＝Ｈvh／Ｈvm）であって、その値として、約１．７、約１．９、約２．６、約３．２、約４．０、約４．３の６種類を設定した。
【００４５】
［第２パラメータ：突条の先端角度θ］
突条１１の先端角度θとしては、３０°〜１２０°を設定した。
【００４６】
［第３パラメータ：応力度比σ／σmb］
応力度比σ／σmbとは、高力ボルト２Ａの圧縮力（Ｎ）によって鋼板１Ａ，１Ｂに作用する圧縮応力度（σ）と、鋼板１Ａ，１Ｂの引張強度（σmb）との比であって、その値として、約０．２、約０．４、約０．５、約０．６、約０．８、約１．０の６種類を設定した。
ここで、鋼板１Ａ，１Ｂに作用する圧縮応力度（σ）とは、高力ボルト２Ａの圧縮力（Ｎ）を、摩擦接合用鋼板１０の突条１１の総長さ寸法（Ｌ＝ΣＡ）と、突条１１の食い込み部の幅寸法（Ｂ）と、で除した応力度σ＝Ｎ／（Ｌ・Ｂ）を意味している。また、以下の測定結果において、プロット記号としては、応力度比σ／σmbごとに、０．２を白抜き三角（△）、０．４を白抜き四角（□）、０．５を白抜き丸（○）、０．６を黒塗り三角（▲）、０．８を黒塗り四角（■）、１．０を黒塗り丸（●）で示すものとする。
【００４７】
［測定結果］
先ず、各パラメータの値に応じて３つの破壊モードが確認され、各々の破壊モードによって得られる摩擦係数μF の値に一定の傾向が見られた。確認された３つの破壊モードを図８に示し、破壊モードごとの摩擦係数μF の値の傾向を図９に示す。図９は、横軸（Ｘ軸）をビッカース硬さ比ｒh 、縦軸（Ｙ軸）を摩擦係数μF として、各破壊モード（Ａ〜Ｃ）ごとの摩擦係数μF の下限値を近似直線で表したグラフである。
図８(Ａ)は、摩擦接合用鋼板１０の突条１１が食い込み部分でせん断破壊するタイプの破壊モード（破壊モードＡ）を示しており、図９に符号Ａで示すように、ビッカース硬さ比ｒh の上昇に伴って得られる摩擦係数μF が上昇する傾向が見られる。この破壊モードＡは、ビッカース硬さ比ｒh が３程度以下で顕著に確認された。
図８(Ｂ)は、鋼板１Ａ，１Ｂが突条１１の先端位置でせん断破壊するタイプの破壊モード（破壊モードＢ）を示しており、図９に符号Ｂで示すように、ビッカース硬さ比ｒh に関わらず、得られる摩擦係数μF が一定かつ低い値を示す傾向が見られる。この破壊モードＢは、応力度比σ／σmbが０．８程度以上で顕著に確認された。
図８(Ｃ)は、鋼板１Ａ，１Ｂの食い込み部が突条１１によって掘り起こされるタイプの破壊モード（破壊モードＣ）を示しており、図９に符号Ｃで示すように、ビッカース硬さ比ｒh に関わらず、得られる摩擦係数μF が一定かつ高い値を示す傾向が見られる。この破壊モードＣは、ビッカース硬さ比ｒh が３程度以上、かつ応力度比σ／σmbが０．５程度以下の場合に顕著に確認された。
【００４８】
図１０には、ビッカース硬さ比ｒh および応力度比σ／σmbごとに、突条１１の先端角度θが９０°の場合の結果が示されている。
図１０は、横軸（Ｘ軸）をビッカース硬さ比ｒh 、縦軸（Ｙ軸）を摩擦係数μF として、応力度比σ／σmbごとの測定結果をプロットするとともに、応力度比σ／σmbごとの摩擦係数μF の下限値を近似直線で表したグラフである。
図１０において、ビッカース硬さ比ｒh が３以上で、かつ応力度比σ／σmbが０．５以下であれば、摩擦係数μF は１．０を上回っていることが分かる。また、ビッカース硬さ比ｒh が２．５以上で、かつ応力度比σ／σmbが０．６以下であれば、摩擦係数μF は概ね０．９を上回っていることが分かる。さらに、ビッカース硬さ比ｒh が２以上で、かつ応力度比σ／σmbが０．８以下であれば、摩擦係数μF は概ね０．７を上回っていることが分かる。
【００４９】
図１１には、各パラメータごとに、突条１１の先端角度θによって得られる摩擦係数μF の値の下限値が示されている。
図１１は、横軸（Ｘ軸）を突条１１の先端角度θ、縦軸（Ｙ軸）を摩擦係数μF として、摩擦係数μF の下限値を近似直線で表したグラフである。
図１１に符号Ａで示すように、破壊モードＡの場合には、先端角度θが大きくなるに従って得られる摩擦係数μF が大きくなる傾向が見られる。つまり、突条１１の先端角度θが大きくなる程、突条１１がせん断破壊しにくくなり、摩擦抵抗力が増大することが分かる。
一方、図１１に符号Ｃで示すように、破壊モードＣの場合には、先端角度θが大きくなるに従って得られる摩擦係数μF が小さくなる傾向が見られる。つまり、突条１１の先端角度θが大きくなって突条１１のせん断強度が高くなる程、鋼板１Ａ，１Ｂの食い込み部が掘り起こされやすくなり、摩擦抵抗力が低下することが分かる。
従って、破壊モードＡ、Ｃの両者共に大きな摩擦係数μF （μF ≧1.0 ）が得られる先端角度θの範囲としては、５０°〜１００°であることが分かる。一方、突条１１のせん断破壊を防止しつつ、鋼板１Ａ，１Ｂの強度に準じて摩擦抵抗力を決定する（破壊モードＣ）場合、つまり設計上、簡便な方法で１．０以上の摩擦係数μF を確保するためには、突条１１の先端角度θが７５°〜９０°の範囲に設定されていることが望ましい。
【００５０】
図１２は、横軸（Ｘ軸）を応力度比σ／σmb、縦軸（Ｙ軸）を摩擦係数μF として、得られた摩擦係数μF の値をプロットするとともに、下限値を近似直線で表したグラフである。図１３は、横軸（Ｘ軸）を引張り試験時のすべり量、縦軸（Ｙ軸）を摩擦係数μF として、応力度比σ／σmbごとの測定結果を近似曲線で表したグラフである。なお、図１２、図１３ともに、突条１１の先端角度θが９０°かつビッカース硬さ比ｒh が３以上の場合の結果が示され、図１３には、ビッカース硬さ比ｒh が約３．２の場合が示されている。
図１２において、応力度比σ／σmbが０．５以下であれば、摩擦係数μF は１．０を上回っていることが分かる。また、応力度比σ／σmbが０．５を超えると、応力度比σ／σmbの増大に伴って摩擦係数μF が低下していることが分かる。すなわち、応力度比σ／σmbが０．５以下の範囲が破壊モードＣを示し、応力度比σ／σmbが０．５を超えた範囲が破壊モードＢを示していることが分かる。
また、図１３に示すように、応力度比σ／σmbが０．５以下であれば、摩擦係数μF が１．０以上の高い値を示し、すべり量も１mm程度以下と小さく抑えられていることが分かる。
【００５１】
従って、ビッカース硬さ比ｒh が３以上で、突条１１の先端角度θが５０°〜１００°（より望ましくは、７５°〜９０°）の範囲で、さらに応力度比σ／σmbが０．５以下となる（破壊モードＣ）となるように、鋼板１Ａ，１Ｂ（被接合鋼材）表面のビッカース硬さＨvmおよび引張強度σmbに応じて、摩擦接合用鋼板１０の突条１１のビッカース硬さＨvhおよび先端角度θを設定することで、１．０以上の摩擦係数μF が得られることが分かった。
【００５２】
次に、摩擦接合用鋼板１０および鋼板１Ａ，１Ｂを用い、高力ボルト２Ａおよびナット２Ｂで締め付けた状態で引張り試験を実施した結果を図１４〜図２１に示す。
ここでは、本発明の第１実施例（図１４〜図１６）、第２実施例（図１７〜図１９）と、その比較例（図２０、図２１）とについて説明する。
なお、各実施例および比較例では、摩擦接合用鋼板１０の材質（材料強度やビッカース硬さ）および製造方法、鋼板１Ａ，１Ｂの材質および表面処理などの条件を合致させ、摩擦接合用鋼板１０における突条１１の形態のみをパラメータとして引張り試験が実施されている。また、図１６、図１９および図２１に示す試験結果は、高力ボルト２Ａおよびナット２Ｂで締め付けた導入軸力（圧縮力Ｎ）を、鋼板１Ａ，１Ｂを圧縮力Ｎと直交する方向に引っ張った引張り力で除した値（すべり係数、摩擦係数）と、鋼板１Ａ，１Ｂを引っ張った方向への摩擦接合用鋼板１０位置でのすべり量とをグラフにしたものである。
【００５３】
［第１実施例］
図１４は、第１実施例の摩擦接合用鋼板を示す写真である。図１５は、第１実施例の摩擦接合用鋼板１０ａを示す断面図である。図１６は、第１実施例の摩擦接合用鋼板１０ａを用いた試験結果を示すグラフである。
第１実施例の摩擦接合用鋼板１０ａは、図１５に示すように、表裏対称に突条１１が形成されたものであって、隣り合う突条１１同士の間隔（Ｓ）が約１．５mmに設定されるとともに、表裏の突条１１の先端間の距離（Ｈ）が約１．５mmに設定されている。また、摩擦接合用鋼板１０ａにおいて、突条１１の先端角度（θ）は、約９０°に設定されるとともに、突条１１の先端部の半径（Ｒ1 ）は、０．１mm以下（約０．１mm）に設定され、突条１１同士の間の凹み部分の半径（Ｒ2 ）が０．４mm以上（約１．０mm）に設定されている。
以上の第１実施例の摩擦接合用鋼板１０ａによると、図１６に荷重−変形曲線ａで示すように、０．５mm以下のすべり量において、摩擦係数が１．０を上回るとともに、すべり量が０．５mmを超えて１．０mmに至るまで、摩擦係数が１．０を下回ることなく、良好な力学特性が得られることが分かった。
【００５４】
［第２実施例］
図１７は、第２実施例の摩擦接合用鋼板を示す写真である。図１８は、第２実施例の摩擦接合用鋼板１０ｂを示す断面図である。図１９は、第２実施例の摩擦接合用鋼板１０ｂを用いた試験結果を示すグラフである。
第２実施例の摩擦接合用鋼板１０ｂは、図１８に示すように、表裏対称に突条１１が形成されたものであって、隣り合う突条１１同士の間隔（Ｓ）が約０．８mmに設定されるとともに、表裏の突条１１の先端間の距離（Ｈ）が約１．５mmに設定されている。また、摩擦接合用鋼板１０ｂにおいて、突条１１の先端角度（θ）は、約７５°に設定されるとともに、突条１１の先端部の半径（Ｒ1 ）は、０．１mm以下（約０．１mm）に設定され、突条１１同士の間の凹み部分の半径（Ｒ2 ）が０．４mm以上（約０．４mm）に設定されている。
以上の第２実施例の摩擦接合用鋼板１０ｂによると、図１９に荷重−変形曲線ｂで示すように、０．５mm以下のすべり量において、摩擦係数がほぼ１．０になるとともに、すべり量が０．５mmを超えて１．０mmに至るまで、摩擦係数が１．０から低下することなく、良好な力学特性が得られることが分かった。
【００５５】
［比較例］
図２０は、比較例の摩擦接合用鋼板を示す写真である。図２１は、比較例の摩擦接合用鋼板を用いた試験結果を示すグラフである。
比較例の摩擦接合用鋼板は、前記第１実施例の摩擦接合用鋼板１０ａと略同様に、隣り合う突条１１同士の間隔（Ｓ）が約１．５mmに設定されるとともに、表裏の突条１１の先端間の距離（Ｈ）が約１．５mmに設定されている。一方、比較例の摩擦接合用鋼板では、突条１１の先端部の半径（Ｒ1 ）が約０．２mmに設定されている点が前記第１実施例の摩擦接合用鋼板１０ａと相違している。
以上の比較例の摩擦接合用鋼板によると、図２１に荷重−変形曲線ｃで示すように、０．５mm以下のすべり量において、摩擦係数がほぼ０．７５でピークとなり、すべり量が０．５mmを超えて１．０mmに至るまでに摩擦係数が０．７程度にまで徐々に低下し、前記第１および第２実施例と比較して力学特性が劣ることが分かった。
【００５６】
次に、摩擦接合用鋼板１０ｄおよび鋼板１Ａ，１Ｂを用い、一方の鋼板１Ａに摩擦接合用鋼板１０ｄを予めアルミテープＴで仮止めしておき、他方の鋼板１Ｂを摩擦接合用鋼板１０ｄに重ねてから、高力ボルト２Ａおよびナット２Ｂで締め付けた第３実施例について、図２２〜図２４に基づいて説明する。
［第３実施例］
図２２は、第３実施例の摩擦接合用鋼板１０ｄの仮止め状態を示す断面図である。図２３は、第３実施例の摩擦接合用鋼板１０ｄの締め付け後の状態を示す断面図である。図２４は、第３実施例の摩擦接合用鋼板１０ｄを用いた試験結果を示すグラフである。
第３実施例の摩擦接合用鋼板１０ｄは、前記第１実施例の摩擦接合用鋼板１０ａと略同様の断面を有して形成されたものである。アルミテープＴは、図２２に示すように、摩擦接合用鋼板１０ｄを覆って突条１１に接着されるとともに、その端部が一方の鋼板１Ａに接着されており、これにより摩擦接合用鋼板１０ｄが鋼板１Ａに仮止めされるようになっている。そして、摩擦接合用鋼板１０ｄのアルミテープＴ側に他方の鋼板１Ｂを重ねてから、高力ボルト２Ａおよびナット２Ｂで締め付けて圧縮力Ｎを作用させることで、図２３に示すように、アルミテープＴが切れて突条１１が突出し、この突条１１が他方の鋼板１Ｂに食い込むとともに、反対側の突条１１が一方の鋼板１Ａに食い込むようになっている。
以上の第３実施例の摩擦接合用鋼板１０ｄによると、図２４に荷重−変形曲線ｄで示すように、０．５mm以下のすべり量において、摩擦係数が１．０を上回るとともに、すべり量が０．５mmを超えて１．０mmに至るまで、摩擦係数が１．０を下回ることなく徐々に増加し、良好な力学特性が得られることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態に係る摩擦接合構造を示す断面図である。
【図２】(Ａ)，(Ｂ)は、前記摩擦接合構造に用いる摩擦接合用鋼板を示す正面図および断面図である。
【図３】前記摩擦接合構造の要部を拡大して示す断面図である。
【図４】(Ａ)，(Ｂ)は、前記実施形態の変形例に係る摩擦接合用鋼板を示す正面図および断面図である。
【図５】(Ａ)，(Ｂ)は、前記実施形態の変形例に係る摩擦接合用鋼板を示す正面図および断面図である。
【図６】前記実施形態の変形例に係る摩擦接合用鋼板を示す正面図である。
【図７】前記実施形態の変形例に係る摩擦接合構造を示す断面図である。
【図８】本発明の実施例に係る摩擦接合構造の破壊モードを示す断面図である。
【図９】前記実施例における破壊モードごとの摩擦係数の傾向を示すグラフである。
【図１０】前記実施例における応力度比ごとの摩擦係数を示すグラフである。
【図１１】前記実施例における突条の先端角度に対する摩擦係数を示すグラフである。
【図１２】前記実施例における応力度比に対する摩擦係数を示すグラフである。
【図１３】前記実施例における引張り試験時のすべり量に対する摩擦係数を示すグラフである。
【図１４】本発明の第１実施例の摩擦接合用鋼板を示す写真である。
【図１５】前記第１実施例の摩擦接合用鋼板を示す断面図である。
【図１６】前記第１実施例の摩擦接合用鋼板を用いた試験結果を示すグラフである。
【図１７】本発明の第２実施例の摩擦接合用鋼板を示す写真である。
【図１８】前記第２実施例の摩擦接合用鋼板を示す断面図である。
【図１９】前記第２実施例の摩擦接合用鋼板を用いた試験結果を示すグラフである。
【図２０】本発明の比較例の摩擦接合用鋼板を示す写真である。
【図２１】前記比較例の摩擦接合用鋼板を用いた試験結果を示すグラフである。
【図２２】本発明の第３実施例の摩擦接合用鋼板の仮止め状態を示す断面図である。
【図２３】前記第３実施例の摩擦接合用鋼板の締め付け後の状態を示す断面図である。
【図２４】前記第３実施例の摩擦接合用鋼板を用いた試験結果を示すグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
締付け具を締め付けた圧縮力により互いに摩擦接合される被接合鋼材間に介挿される摩擦接合用鋼板であって、
互いに平行または互いに同心円状に連続形成された複数の突条を両面に有するとともに、前記締付け具を挿通させる少なくとも１つの挿通孔を有して構成され、
前記突条部分のビッカース硬さが前記被接合鋼材表面のビッカース硬さよりも硬く設定されていることを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項２】
請求項１に記載の摩擦接合用鋼板において、
前記突条部分のビッカース硬さが前記被接合鋼材表面のビッカース硬さの３倍以上に設定されていることを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の摩擦接合用鋼板において、
前記突条の先端角度（θ）が５０°〜１００°の範囲に設定されていることを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の摩擦接合用鋼板において、
前記締付け具の圧縮力によって前記被接合鋼材に作用する圧縮応力度（σ）を当該被接合鋼材の引張強度（σmb）で除した応力度比（σ／σmb）が０．５以下に設定されていることを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の摩擦接合用鋼板において、
前記突条同士の間隔（Ｓ）が０．８mm〜２．０mmに設定されていることを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の摩擦接合用鋼板において、
前記突条の先端部の半径（Ｒ1 ）が０．１mm以下に設定されていることを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の摩擦接合用鋼板において、
前記突条同士の間の凹部の半径（Ｒ2 ）が０．４mm以上に設定されていることを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の摩擦接合用鋼板において、
前記突条が前記被接合鋼材表面に食い込んだ部分の幅寸法（Ｂ）が当該突条同士の間隔（Ｓ）の１／３程度に設定されていることを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の摩擦接合用鋼板において、
前記締付け具の軸心を中心とし、かつ当該締め付け具の軸径に対して２．５倍の直径の円を抱絡する平面形状を有したことを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載の摩擦接合用鋼板において、
前記両面の突条先端間の距離（Ｈ）が１．５〜２．５mmに設定されていることを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の摩擦接合用鋼板において、
前記突条は、転造、切削、鋳造のいずれかの加工で形成されることを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の摩擦接合用鋼板において、
前記突条の形成後に焼き入れが施されることを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれかに記載の摩擦接合用鋼板において、
前記被接合鋼材の一方に仮付けテープまたは防錆塗装によって仮付けされることを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項１４】
請求項１３に記載の摩擦接合用鋼板において、
前記仮付けテープは、当該摩擦接合用鋼板を覆って前記一方の被接合鋼材に接着されるアルミテープであって、
前記アルミテープで覆われた面を前記他方の被接合鋼材に当接させた状態で当該一方および他方の被接合鋼材を前記締付け具で締め付けた際に、前記他方の被接合鋼材側の突条が前記アルミテープを破って当該他方の被接合鋼材に食い込み、前記一方の被接合鋼材側の突条が当該一方の被接合鋼材に食い込むことを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４のいずれかに記載の摩擦接合用鋼板において、
前記締付け具の軸を挿通させる挿通孔を複数有して形成され、
前記挿通孔同士の中間位置における前記突条同士の間の凹部が他の位置の凹部よりも深く形成されていることを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５のいずれかに記載の摩擦接合用鋼板を被接合鋼材間に介挿した
摩擦接合構造であって、
前記被接合鋼材の表面には、黒皮または赤錆が形成されているか、ブラスト処理、サンダー処理または錆止め塗装が施されていることを特徴とする摩擦接合構造。
【請求項１７】
請求項１６に記載の摩擦接合構造において、
前記摩擦接合用鋼板が２枚以上重ね合わされて前記被接合鋼材間に介挿されていることを特徴とする摩擦接合構造。
【請求項１】
締付け具を締め付けた圧縮力により互いに摩擦接合される被接合鋼材間に介挿される摩擦接合用鋼板であって、
互いに平行または互いに同心円状に連続形成された複数の突条を両面に有するとともに、前記締付け具を挿通させる少なくとも１つの挿通孔を有して構成され、
前記突条部分のビッカース硬さが前記被接合鋼材表面のビッカース硬さよりも硬く設定されていることを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項２】
請求項１に記載の摩擦接合用鋼板において、
前記突条部分のビッカース硬さが前記被接合鋼材表面のビッカース硬さの３倍以上に設定されていることを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の摩擦接合用鋼板において、
前記突条の先端角度（θ）が５０°〜１００°の範囲に設定されていることを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の摩擦接合用鋼板において、
前記締付け具の圧縮力によって前記被接合鋼材に作用する圧縮応力度（σ）を当該被接合鋼材の引張強度（σmb）で除した応力度比（σ／σmb）が０．５以下に設定されていることを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の摩擦接合用鋼板において、
前記突条同士の間隔（Ｓ）が０．８mm〜２．０mmに設定されていることを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の摩擦接合用鋼板において、
前記突条の先端部の半径（Ｒ1 ）が０．１mm以下に設定されていることを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の摩擦接合用鋼板において、
前記突条同士の間の凹部の半径（Ｒ2 ）が０．４mm以上に設定されていることを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の摩擦接合用鋼板において、
前記突条が前記被接合鋼材表面に食い込んだ部分の幅寸法（Ｂ）が当該突条同士の間隔（Ｓ）の１／３程度に設定されていることを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の摩擦接合用鋼板において、
前記締付け具の軸心を中心とし、かつ当該締め付け具の軸径に対して２．５倍の直径の円を抱絡する平面形状を有したことを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載の摩擦接合用鋼板において、
前記両面の突条先端間の距離（Ｈ）が１．５〜２．５mmに設定されていることを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の摩擦接合用鋼板において、
前記突条は、転造、切削、鋳造のいずれかの加工で形成されることを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の摩擦接合用鋼板において、
前記突条の形成後に焼き入れが施されることを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれかに記載の摩擦接合用鋼板において、
前記被接合鋼材の一方に仮付けテープまたは防錆塗装によって仮付けされることを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項１４】
請求項１３に記載の摩擦接合用鋼板において、
前記仮付けテープは、当該摩擦接合用鋼板を覆って前記一方の被接合鋼材に接着されるアルミテープであって、
前記アルミテープで覆われた面を前記他方の被接合鋼材に当接させた状態で当該一方および他方の被接合鋼材を前記締付け具で締め付けた際に、前記他方の被接合鋼材側の突条が前記アルミテープを破って当該他方の被接合鋼材に食い込み、前記一方の被接合鋼材側の突条が当該一方の被接合鋼材に食い込むことを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４のいずれかに記載の摩擦接合用鋼板において、
前記締付け具の軸を挿通させる挿通孔を複数有して形成され、
前記挿通孔同士の中間位置における前記突条同士の間の凹部が他の位置の凹部よりも深く形成されていることを特徴とする摩擦接合用鋼板。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５のいずれかに記載の摩擦接合用鋼板を被接合鋼材間に介挿した
摩擦接合構造であって、
前記被接合鋼材の表面には、黒皮または赤錆が形成されているか、ブラスト処理、サンダー処理または錆止め塗装が施されていることを特徴とする摩擦接合構造。
【請求項１７】
請求項１６に記載の摩擦接合構造において、
前記摩擦接合用鋼板が２枚以上重ね合わされて前記被接合鋼材間に介挿されていることを特徴とする摩擦接合構造。
【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】
【公表番号】特表２００９−５３３６０５（Ｐ２００９−５３３６０５Ａ）
【公表日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５４８３８１（Ｐ２００８−５４８３８１）
【出願日】平成１９年４月１０日（２００７．４．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００７／０５８２２８
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１１９８４１
【国際公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月１０日（２００７．４．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００７／０５８２２８
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１１９８４１
【国際公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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