板材接合用ボルトとそれを用いた板材の接合方法
【課題】板材を、締結部品を用いて接合する場合に、板材の上面側のみからの締結作業を可能とし、添接板を必要とせず、薄肉の板材でも良好な接合が可能な板材接合用ボルトとこのボルトを用いた接合方法を提供する。
【解決手段】板材を重ねて接合する板材接合用ボルト１を、両側にねじ部２、２ａを形成し、このねじ部間に節部３を設け、この節部３が、前記板材のボルト穴を通過せず、重ねた板材と接触する平面部を有し、この平面部と板材表面間の摩擦抵抗で接合強度を確保できる大きさにして形成したのである。このようにすれば、板材６、６ａの接合を、その上面側のみからの締結作業で行なうことができ、接合作業効率および安全性が向上し、添接板を使用する必要がなくなり、必要な接合用ボルト数は半減し、大幅な低コスト化を図ることができる。
【解決手段】板材を重ねて接合する板材接合用ボルト１を、両側にねじ部２、２ａを形成し、このねじ部間に節部３を設け、この節部３が、前記板材のボルト穴を通過せず、重ねた板材と接触する平面部を有し、この平面部と板材表面間の摩擦抵抗で接合強度を確保できる大きさにして形成したのである。このようにすれば、板材６、６ａの接合を、その上面側のみからの締結作業で行なうことができ、接合作業効率および安全性が向上し、添接板を使用する必要がなくなり、必要な接合用ボルト数は半減し、大幅な低コスト化を図ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、床、壁など板構造、とくに薄板構造の建材の継手部や機械装置類における板材の継手部等に用いられる板材接合用ボルトとこのボルトを用いた板材の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
板材の締結部品（締結部材）を用いた接合については、道路橋等の鋼構造物に用いられる鋼板・コンクリート合成床版の底面の鋼板の接合が知られている。この合成床版では、通常、図５（ｄ）に示すように、複数の鋼板２１、２１ａがボルト２２、２２、ナット２３、２３およびワッシャ２４、２４等の締結部品により、添接板２５を介して連結して摩擦接合され、合成床版の底面の鋼板が形成される。この接合の手順は以下の通りである。
【０００３】
まず、図５（ａ）に示すように、接合すべき一方の鋼板２１の上に、添接板２５の片側半分を、鋼板２１および添接板２５のそれぞれに設けたボルト穴２６および２７が一致するように重ね、鋼板２１の下側からボルト２２を挿通して、添接板２５の上側からワッシャ２４およびナット２３を嵌める。そして、鋼板２１の上側から、このナット２３を締め込んで、一方の鋼板２１に添接板２５を固定する。次に、図５（ｂ）に示すように、接合すべき他方の鋼板２１ａを、添接板２５を固定した一方の鋼板２１に近接させ、鋼板２１および添接板２５のそれぞれに設けたボルト穴２６ａおよび２７ａが一致するように添接板２５の他方側の半分と重ね、図５（ｃ）に示すように、鋼板２１ａの下面側からボルト２２を挿通する。そして、図５（ｄ）に示したように、ボルト２２にワッシャ２４およびナット２３を嵌め、鋼板２１ａの上面側からこのナット２３を締め込んで締結し、この鋼板２１ａに添接板２５を固定する。このようにして、添接板２５がそれぞれの鋼板２１、２１ａに固定される結果として、この鋼板２１、２１ａが添接板２５を介して、ボルト２２およびナット２３により摩擦接合される。
【０００４】
しかし、このように、ボルト２２を用いて鋼板どうしを接合する場合、鋼板２１、２１ａの下面側からボルト２２をそれぞれ挿通し、このボルト２２が落下しないように保持してワッシャ２４およびナット２３を嵌めて締め込む必要があるため、鋼板２１、２１ａの上面側からだけでは、その接合作業を行なうことができない。このため、架設現場で鋼板２１、２１ａの下面側にも足場を設けて、そこからボルト２２を挿通し、鋼板２１、２１ａの上面側から締結するとういう施工手順を踏まざるを得ず、型枠の取り外し作業を省略できることによる床板下側の足場が不要という合成床版の前述のコストメリットの一つを相殺することになる。
【０００５】
このような問題点を解消するために、合成床版の架設現場での鋼板下面側からの作業を解消する方法として、図６（ａ）に示すように、鋼板２１、２１ａの対向する端部に連結用フランジとして機能させるリブ２８、２８をそれぞれ設け、このリブ２８、２８同士をボルト２９およびナット３０で締結する方法、また、図６（ｂ）に示すように、一方の鋼板２１に連結板３１を予め溶接しておき、かつ、他方の鋼板２１ａにナット３０を予め溶接しておき、この連結板３１を他方の鋼板２１ａにボルト２９を挿通し、ナット３０ａを締め込んで締結する方法、そして図６（ｃ）に示すように、双方の鋼板２１、２１に予めナット３０、３０をそれぞれ溶接しておき、上側からそれぞれボルト２９を挿通して、添接板２５を双方の鋼板２１に締結・固定し、これらの鋼板２１、２１を接合する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
同様に、架設現場での鋼板下面側からの作業を解消する方法として、以下のような鋼板の接合方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。即ち、図７（ａ）に示すように、まず、接合すべきそれぞれの鋼板２１、２１の下面側からボルト２９、２９を挿通し、鋼板２１、２１の上面側に突出したボルトねじ部２９ａ、２９ａの側面に引張りワイヤ３２ａを取り付けた落下防止部材３２を装着することで、すべてのボルト２９を鋼板２１から抜け落ちないように保持する。次いで、架設現場では、図７（ｂ）に示すように、両側にボルト穴２７、２７を設けた添接板２５を、このボルト穴２７にそれぞれのボルトねじ部２９ａを挿通させて鋼板２１、２１の接合部３３、３３の直上に配置し、そして、図７（ｃ）に示すように、添接板２５のボルト穴２７の上に突出した全てのボルトねじ部２９ａにナット３０を、添接板２５が遊動でき、落下防止部材３２を容易に取り外せるように、仮止めの状態に嵌める。次に、図７（ｄ）に示すように、引張りワイヤ３２ａで落下防止部材３２をボルトねじ部２９ａから引き抜くと、図７（ｄ）に示すように、ボルト２９は抜け落ちず、ナット３０で止められる。最後に、図７（ｅ）に示すように、ナット３０をボルトねじ部２９ａに締め込むことにより、添接板２５を介して鋼板２１、２１を接合することができる。
【特許文献１】特開２００２−４７６１６号公報（［０００８］〜［００１５］）
【特許文献２】特開２００１−２７９８５４号公報（［００１６］〜［００２９］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の図６（ａ）の接合方法では、接合部への曲げ応力の作用により、ボルト２８自体に疲労破壊が発生することがあり、また、連結用フランジとして機能させる端部のリブ２８を局部曲げで形成する場合には局部曲げに起因して、鋼板２１の疲労破壊が発生するなどの試験結果が示されている（非特許文献３参照）。
【非特許文献３】鋼構造物設計指針 ＰＡＲＴ（Ｂ） 合成構造物（土木学会 平成９年度版、第１８１〜１８２頁）。
【０００８】
また、図６（ｂ）の接合方法では、一方の鋼板２１に連結板を溶接し、他方の鋼板２１ａには、その下面側に、ボルト２９の挿通箇所に対応してナット３０を溶接する必要がある。図６（ｃ）の接合方法でも、双方の鋼板２１の下面側に、ボルト２９の挿通箇所に対応してナット３０を溶接する必要があり、いずれの場合も、煩雑な作業を伴い、連結板３１や添接板２５を必要とし、添接板２５を用いる場合には、ボルトおよびナットが余分に必要となる。
【０００９】
一方、特許文献２に示された図７（ａ）〜（ｅ）の接合方法では、予め鋼板２１の下面側から挿入したボルト２９のねじ部に、上面側一方向からナット３０を締め付けるためには、ボルト３０には、価格が通常の高力ボルトの１０倍以上の高力ワンサイドボルトを使用する必要があり、しかも、添接板２５を使用するために、高価な高力ワンサイドボルトを倍近く余分に必要とするために、施工コストが増大する。また、落下防止材３２を別途設け、鋼板２１の接合用のすべてのボルトに着脱する必要があるため煩雑となる。また、このような締結部品を用いた板材の接合方法では、例えば、建材の床や壁、または機械装置類などに用いられる薄肉の板材に対しても良好な接合状態を実現することが望まれる。
【００１０】
そこで、この発明の課題は、建材や機械装置類に用いられる板材を、締結部品を用いて接合する場合に、板材の上面側のみからの締結作業を可能として板材下面側の作業スペースを不要とし、必ずしも添接板を必要とせず、しかも板材の厚みにかかわらず良好な接合が可能な板材接合用ボルトとそれを用いた継ぎ手構造およびその接合方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。
【００１２】
即ち、請求項１に係る板材接合用ボルトは、板材を重ねて接合する板材接合用ボルトであって、前記ボルトがその両側にねじ部を有し、このねじ部間に節部を設け、この節部が、前記板材のボルト穴を通過せず、重ねた板材と接触する平面部を有し、この平面部（節部）と板材表面間の摩擦抵抗で接合強度を確保できる大きさであることを特徴とする。
【００１３】
このようにすれば、板材を上下重ねる場合、接合すべき一方の板材のボルト穴に、その上面側からボルトを挿通しても、節部がボルト穴を通過しないため、ボルトが板材に保持されて落下せず、その上面側のみからの締結作業で接合することができ、接合作業効率および安全性が向上する。また、前記平面部（節部）と板材表面間の摩擦抵抗で接合強度を確保できるため、添接板を使用する必要がなくなり、添接板を使用する場合に比べて必要な接合用ボルト数は半減し、大幅な低コスト化を図ることができる。
【００１４】
一方、図５（ｄ）、図６（ｃ）および図７（ｅ）に示したように、添接板を使用する場合には、添接板と板材間の摩擦抵抗で接合強度が確保されるため、前記節部を設けた接合用ボルトを用いる場合には、節部の厚みは添接板の厚みよりも小さくする必要がある。通常、建材の床や壁、または機械装置類などに用いられる薄肉の板材を接合する場合には、バランス上、添接板の厚みも同様に薄くすることが望まれるため、前記節部を設けた接合用ボルトの使用には、節部の厚みを添接板の厚みよりもさらに小さくする必要がある。しかし、節部がより薄肉になるとその製作が精度上困難となり、その上、損傷しやすくなって製作後の形状維持についても困難になる。接合に添接板が不要になると、前記節部の厚みは添接板の厚みの影響を受けず、上記問題点は回避される。また、添接板に設けるボルト孔の大きさにも影響されないため、前記節部は所要の摩擦抵抗が得られるように、板材に設けるボルト孔よりも十分大きく形成することができ、節部の製作や、製作後の形状維持も容易となる。
【００１５】
請求項２に係る板材の継ぎ手構造は、板材を重ね、ボルトを用いて接合した板材の継ぎ手構造であって、前記ボルトが、その両側にねじ部を有し、このねじ部間に設けた節部が、前記板材のボルト穴を通過せず、重ねた両方の板材と平面部と接触し、前記ボルトの両側にそれぞれ嵌め込んだナットを締め付けて、前記節部と板材間の摩擦抵抗で接合強度を確保するように形成したことを特徴とする。
【００１６】
このように添接板を使用しない継ぎ手構造にすれば、ボルト節部が接合すべき両板材によって締め付けられる構造となるため、前記節部が添接板の孔に入ったか否かを確認する必要もなく、接合作業効率および安全性が向上に寄与する。
【００１７】
請求項３に係る板材接合用ボルトは、前記ボルトの両側に設けたねじ部のねじ山の方向が同じ方向に形成されたことを特徴とする。
【００１８】
このようにすれば、板材を上下方向に重ねる場合、板材の上面側から、ボルトねじ部にナットを嵌めて締め込む際に、予めボルトを板材に固定するために、その下面側に突出したボルトのねじ部に締め込んだナットが締まる方向に締め込むことになるため、このナットの緩みを防止することができる。
【００１９】
請求項４に係る板材の接合方法は、上記の板材接合用ボルトを、接合すべき一方の板材に設けたボルト穴に挿通して前記ボルトの節部と平面接触させ、板材の下面側に突出した一方のねじ部にナットを嵌めて締め込み、前記ボルトを予め接合すべき一方の板材に固定する第１の工程と、この第１の工程で板材に固定したボルトの上方から接合すべき他方の板材を、前記ボルトの節部と平面接触するように配置した後、板材に固定した前記ボルトの他方のねじ部に嵌めたナットで、板材の上面側から締め込んで両方の板材を固定する第２の工程とからなる接合方法である。
【００２０】
このように、第１の工程で、ボルトに設けた節部が一方の板材のボルト穴に嵌って当たることにより、板材を上下に重ねて接合する場合に、ボルトが抜け落ちず、板材の下面側からナットを締め込んで、ボルトを板材に固定できる。そして、第２の工程で、他方の板材を上部から重ねてナットで固定することができるため、工事現場で上面側のみからの締結作業で接合することができ、また、添接板が不要なため、接合作業効率が向上するなどの利点もある。
【発明の効果】
【００２１】
この発明では、両側にねじ部を有し、その間に平板状の節部が形成されたボルトを用いて、接合すべき両板材を前記節部の両側の面にそれぞれ平面接触させて締結し、その摩擦抵抗により接合強度を確保するようにしたので、添接板が不要となり、必要な接合用ボルト数は半減し、大幅な低コスト化を図ることができる。また、前記節部の厚みは、薄肉の板材を接合する場合でも、この板材よりも薄くする必要はなく、また、所要の摩擦抵抗が得られるように、その大きさもボルト孔よりも十分大きく形成することができるため、節部の製作や、製作後の形状維持も容易となる。さらに、前記節部が添接板の孔に入ったか否かを確認する必要もなく、板材を上面側など、一方の側から接合作業を行なえるので、接合作業効率および安全性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、この発明の実施形態を添付の図１から図４に基づいて説明する。
【００２３】
図１は、この発明の板材接合用のボルト１を示したもので、この板材接合用ボルト１の両側には、同じ方向のねじ部２、２ａがそれぞれ形成されている。これらのねじ部２、２ａの間に、平板状の節部３が形成され、この節部３は、その両面が接合すべき板材と平面接触して摩擦抵抗により必要な接合強度が得られるように、板材に設けられるボルト孔径よりも十分に大きく形成され、その形状は、円形、四角形等任意に形成することができる。ここで、十分に大きく形成される一例を挙げると、円形の節部３の場合には、通常、ボルト接合で用いられるナットの直径程度の大きさは必要である。即ち、ボルト１がＭ６であれば、直径約１２ｍｍ、Ｍ８であれば同約１７ｍｍ、Ｍ１０であれば、同約２１ｍｍの大きさは必要である。また、節部３の厚みとしては、少なくとも１ｍｍ程度の厚みがあれば接合可能である。前記ボルト１としては、通常、高力ボルトが、ワッシャ４およびナット５とセットで用いられる。
【００２４】
図２（ａ）〜（ｄ）は、前記節付き両ねじタイプのボルト１を用いて板材を上下に重ねて接合する場合について、その接合手順を示したものである。図２（ａ）は、接合すべき一方の板材６にボルト１を上方から挿通し、その節部３が板材６に設けたボルト孔７に当たり、落下せずに留まっている状態を示し、図２（ｂ）は、板材６の下面側に突出したボルト１の一方のねじ部２にワッシャ４を介して嵌めたナット５を締め込み、予めボルト１を一方の板材６に固定した第１の工程後の状態を示している。
【００２５】
図２（ｃ）は、第２の工程において、ボルト１にその上方から、ボルト孔７を設けた接合すべき他方の板材６を嵌めて、節部３の両面が接合すべき板材５および５ａとそれぞれ平面接触している状況を示したものである。図２（ｄ）は、この状態で、ボルト１にワッシャ４およびナット５を嵌め込んで板材６ａの上面側から締め込み、板材６、６ａを、節部３を介して締結した状態を示したもので、このような継ぎ手構造により、添接板を使用せずに、所要の接合強度を確保して板材を接合することができる。
【００２６】
図２（ａ）〜（ｄ）に示したように、前記節付きボルト７を用いた接合方法により、板材６、６ａを、上面側などの一方側からのみの締結作業で接合が可能となり、板材６、６ａの下面側など、他方側の作業スペースが不要となり、接合作業効率や安全性などが向上する。また、添接板を使用せずに済むため、接合に必要なボルト数は半減し、さらに、添接板に設けた孔にボルト節部が入っているという、とくに板材６，６ａが薄肉材の場合に困難な接合部状態の確認も不要になるため、作業工程および接合コストが大幅に低下する。
【００２７】
なお、前記ボルト１の節部３は、予め溶接または接着によりボルト軸に取り付けてもよく、また、節部３の内周面に雌ねじを形成し、ボルト軸にねじ込んで取り付けてもよい。また、前記接合用ボルト１および接合方法は、鋼板、アルミ合金など非鉄金属板、プラスチック板などのいずれの板材にも適用が可能で、これらの板材が薄肉材の場合に、特に効果が発揮される。
【００２８】
前記板材６、６ａの接合部の接合強度、即ち、継ぎ手構造の接合強度は、前記節部３の上下両面、即ち平面接触面を、サンドペーパーなどを用いて粗くしておく、即ち、細かい凹凸をつけることにより、図２（ｄ）に示した締結状態で、節部３とこの節部３を挟みこんだ板材６、６ａとの間の摩擦抵抗を増加させることができ、接合強度が向上する。さらに、両板材６、６ａの節部３との接触面についても、予めサンドペーパーなどを用いて粗くしておくことにより、前記摩擦抵抗をさらに増加させることができ、接合強度が一層向上する。
【実施例】
【００２９】
本発明による板材の接合部の接合強度を確認するために、図３に示すように、図２（ｄ）と同様の継ぎ手構造の接合試験片を製作し、接合強度試験を実施した。接合試験片の全長Ｌは３００ｍｍ、幅Ｗは３０ｍｍ、接合すべき板材６、６ａの厚みｔは１ｍｍである。接合用ボルト１は、両側にＭ８のねじ部２、２ａが形成され、節部３は直径１７ｍｍ、厚み１ｍｍの円形平板を、ねじ部２、２ａ間に溶接することにより形成されている。両板材６、６ａの節部３との接触面の状態は、（ａ）無塗装、（ｂ）エポキシ樹脂塗料を用いた塗装有り、（ｃ）亜鉛めっき処理、（ｄ）サンドペーパーにより表面を粗面化（粗表面）の４種類とした。これらの接触面の表面状態の接合試験片を、それぞれ引張り試験機にセットし、両端部をチャックキングし、荷重を徐々に増加させ、両板材６、６ａが滑り始めた時点の荷重Ｐｓを求め、次式（１）により接触面の摩擦係数μを算出した。
【００３０】
μ＝Ｐｓ／Ｎ （１）
ここで、Ｎはボルト軸力である。このボルト軸力Ｎは、ナット５によるボルト１の締め付けトルクの測定値とねじ部２、２ａの呼び径から算出することができる。
【００３１】
【表１】
【００３２】
算出した摩擦係数μを表１に示す。表１から、摩擦係数μはいずれの表面状態の場合でも、合格基準の０．４０以上であり、とくに（ｄ）粗表面の場合は、０．５５以上であった。これらの試験結果から、その摩擦抵抗により接合強度を確保するようにしたので、本発明の継ぎ手構造が、摩擦抵抗により所要の接合強度を満たすことを確認した。
【００３３】
一方、接合すべき板材６、６ａに段差を付けず、同一面内に保つ必要がある場合には、図４に示す継ぎ手構造により、板材６、６ａを接合することができる。この継ぎ手構造では、まず、板材６、６ａの接合部をそれぞれ近接するように対向させ、前記接合用ボルト１、１を板材６、６ａに設けたボルト孔に挿通して節部３を板材６、６ａとそれぞれ平面接触させた後、ナット５、５を下方側からはめ込んで前記ボルト１、１を板材６、６ａに固定する。次に、添接板８をボルト１、１の上方から被せて節部３と平面接触させ、ナット５、５を上方から嵌め込んで締め付け、節部３と板材６（６ａ）および節部３と添接板８との摩擦抵抗により、所要の接合強度を確保するものである。この継ぎ手構造では、添接板８と節部３とが平面接触して一方の接触面を形成するため、前述のように、節部３が添接板８に設けたボルト孔に入っているかどうかを確認する必要がなく、作業効率の向上に寄与する。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
この発明は、板構造の建材の継ぎ手部や機械装置類における板材の継ぎ手部などに利用することができ、とくに薄肉の板材の接合に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】（ａ）この発明の実施形態の板材接合用ボルトの正面図である。（ｂ）同上
【図２】（ａ）〜（ｄ）図１の接合用ボルトを用いた板材の接合工程を示す説明図である。
【図３】（ａ）接合強度確認実験に用いた接合試験片の側面図である。（ｂ）（ａ）の平面図である。
【図４】他の実施形態の継ぎ手構造を示す説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）従来技術の鋼板の接合部の構成例を示す説明図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）従来技術の一般的な鋼板の接合工程を示す説明図である。
【図７】（ａ）〜（ｅ）従来技術の鋼床板の接合工程を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１・・・板材接合用ボルト
２、２ａ・・・ねじ部
３・・・節部
４・・・ワッシャ
５・・・ナット
６、６ａ・・・板材
７・・・ボルト孔
８・・・添接板
【技術分野】
【０００１】
この発明は、床、壁など板構造、とくに薄板構造の建材の継手部や機械装置類における板材の継手部等に用いられる板材接合用ボルトとこのボルトを用いた板材の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
板材の締結部品（締結部材）を用いた接合については、道路橋等の鋼構造物に用いられる鋼板・コンクリート合成床版の底面の鋼板の接合が知られている。この合成床版では、通常、図５（ｄ）に示すように、複数の鋼板２１、２１ａがボルト２２、２２、ナット２３、２３およびワッシャ２４、２４等の締結部品により、添接板２５を介して連結して摩擦接合され、合成床版の底面の鋼板が形成される。この接合の手順は以下の通りである。
【０００３】
まず、図５（ａ）に示すように、接合すべき一方の鋼板２１の上に、添接板２５の片側半分を、鋼板２１および添接板２５のそれぞれに設けたボルト穴２６および２７が一致するように重ね、鋼板２１の下側からボルト２２を挿通して、添接板２５の上側からワッシャ２４およびナット２３を嵌める。そして、鋼板２１の上側から、このナット２３を締め込んで、一方の鋼板２１に添接板２５を固定する。次に、図５（ｂ）に示すように、接合すべき他方の鋼板２１ａを、添接板２５を固定した一方の鋼板２１に近接させ、鋼板２１および添接板２５のそれぞれに設けたボルト穴２６ａおよび２７ａが一致するように添接板２５の他方側の半分と重ね、図５（ｃ）に示すように、鋼板２１ａの下面側からボルト２２を挿通する。そして、図５（ｄ）に示したように、ボルト２２にワッシャ２４およびナット２３を嵌め、鋼板２１ａの上面側からこのナット２３を締め込んで締結し、この鋼板２１ａに添接板２５を固定する。このようにして、添接板２５がそれぞれの鋼板２１、２１ａに固定される結果として、この鋼板２１、２１ａが添接板２５を介して、ボルト２２およびナット２３により摩擦接合される。
【０００４】
しかし、このように、ボルト２２を用いて鋼板どうしを接合する場合、鋼板２１、２１ａの下面側からボルト２２をそれぞれ挿通し、このボルト２２が落下しないように保持してワッシャ２４およびナット２３を嵌めて締め込む必要があるため、鋼板２１、２１ａの上面側からだけでは、その接合作業を行なうことができない。このため、架設現場で鋼板２１、２１ａの下面側にも足場を設けて、そこからボルト２２を挿通し、鋼板２１、２１ａの上面側から締結するとういう施工手順を踏まざるを得ず、型枠の取り外し作業を省略できることによる床板下側の足場が不要という合成床版の前述のコストメリットの一つを相殺することになる。
【０００５】
このような問題点を解消するために、合成床版の架設現場での鋼板下面側からの作業を解消する方法として、図６（ａ）に示すように、鋼板２１、２１ａの対向する端部に連結用フランジとして機能させるリブ２８、２８をそれぞれ設け、このリブ２８、２８同士をボルト２９およびナット３０で締結する方法、また、図６（ｂ）に示すように、一方の鋼板２１に連結板３１を予め溶接しておき、かつ、他方の鋼板２１ａにナット３０を予め溶接しておき、この連結板３１を他方の鋼板２１ａにボルト２９を挿通し、ナット３０ａを締め込んで締結する方法、そして図６（ｃ）に示すように、双方の鋼板２１、２１に予めナット３０、３０をそれぞれ溶接しておき、上側からそれぞれボルト２９を挿通して、添接板２５を双方の鋼板２１に締結・固定し、これらの鋼板２１、２１を接合する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
同様に、架設現場での鋼板下面側からの作業を解消する方法として、以下のような鋼板の接合方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。即ち、図７（ａ）に示すように、まず、接合すべきそれぞれの鋼板２１、２１の下面側からボルト２９、２９を挿通し、鋼板２１、２１の上面側に突出したボルトねじ部２９ａ、２９ａの側面に引張りワイヤ３２ａを取り付けた落下防止部材３２を装着することで、すべてのボルト２９を鋼板２１から抜け落ちないように保持する。次いで、架設現場では、図７（ｂ）に示すように、両側にボルト穴２７、２７を設けた添接板２５を、このボルト穴２７にそれぞれのボルトねじ部２９ａを挿通させて鋼板２１、２１の接合部３３、３３の直上に配置し、そして、図７（ｃ）に示すように、添接板２５のボルト穴２７の上に突出した全てのボルトねじ部２９ａにナット３０を、添接板２５が遊動でき、落下防止部材３２を容易に取り外せるように、仮止めの状態に嵌める。次に、図７（ｄ）に示すように、引張りワイヤ３２ａで落下防止部材３２をボルトねじ部２９ａから引き抜くと、図７（ｄ）に示すように、ボルト２９は抜け落ちず、ナット３０で止められる。最後に、図７（ｅ）に示すように、ナット３０をボルトねじ部２９ａに締め込むことにより、添接板２５を介して鋼板２１、２１を接合することができる。
【特許文献１】特開２００２−４７６１６号公報（［０００８］〜［００１５］）
【特許文献２】特開２００１−２７９８５４号公報（［００１６］〜［００２９］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の図６（ａ）の接合方法では、接合部への曲げ応力の作用により、ボルト２８自体に疲労破壊が発生することがあり、また、連結用フランジとして機能させる端部のリブ２８を局部曲げで形成する場合には局部曲げに起因して、鋼板２１の疲労破壊が発生するなどの試験結果が示されている（非特許文献３参照）。
【非特許文献３】鋼構造物設計指針 ＰＡＲＴ（Ｂ） 合成構造物（土木学会 平成９年度版、第１８１〜１８２頁）。
【０００８】
また、図６（ｂ）の接合方法では、一方の鋼板２１に連結板を溶接し、他方の鋼板２１ａには、その下面側に、ボルト２９の挿通箇所に対応してナット３０を溶接する必要がある。図６（ｃ）の接合方法でも、双方の鋼板２１の下面側に、ボルト２９の挿通箇所に対応してナット３０を溶接する必要があり、いずれの場合も、煩雑な作業を伴い、連結板３１や添接板２５を必要とし、添接板２５を用いる場合には、ボルトおよびナットが余分に必要となる。
【０００９】
一方、特許文献２に示された図７（ａ）〜（ｅ）の接合方法では、予め鋼板２１の下面側から挿入したボルト２９のねじ部に、上面側一方向からナット３０を締め付けるためには、ボルト３０には、価格が通常の高力ボルトの１０倍以上の高力ワンサイドボルトを使用する必要があり、しかも、添接板２５を使用するために、高価な高力ワンサイドボルトを倍近く余分に必要とするために、施工コストが増大する。また、落下防止材３２を別途設け、鋼板２１の接合用のすべてのボルトに着脱する必要があるため煩雑となる。また、このような締結部品を用いた板材の接合方法では、例えば、建材の床や壁、または機械装置類などに用いられる薄肉の板材に対しても良好な接合状態を実現することが望まれる。
【００１０】
そこで、この発明の課題は、建材や機械装置類に用いられる板材を、締結部品を用いて接合する場合に、板材の上面側のみからの締結作業を可能として板材下面側の作業スペースを不要とし、必ずしも添接板を必要とせず、しかも板材の厚みにかかわらず良好な接合が可能な板材接合用ボルトとそれを用いた継ぎ手構造およびその接合方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。
【００１２】
即ち、請求項１に係る板材接合用ボルトは、板材を重ねて接合する板材接合用ボルトであって、前記ボルトがその両側にねじ部を有し、このねじ部間に節部を設け、この節部が、前記板材のボルト穴を通過せず、重ねた板材と接触する平面部を有し、この平面部（節部）と板材表面間の摩擦抵抗で接合強度を確保できる大きさであることを特徴とする。
【００１３】
このようにすれば、板材を上下重ねる場合、接合すべき一方の板材のボルト穴に、その上面側からボルトを挿通しても、節部がボルト穴を通過しないため、ボルトが板材に保持されて落下せず、その上面側のみからの締結作業で接合することができ、接合作業効率および安全性が向上する。また、前記平面部（節部）と板材表面間の摩擦抵抗で接合強度を確保できるため、添接板を使用する必要がなくなり、添接板を使用する場合に比べて必要な接合用ボルト数は半減し、大幅な低コスト化を図ることができる。
【００１４】
一方、図５（ｄ）、図６（ｃ）および図７（ｅ）に示したように、添接板を使用する場合には、添接板と板材間の摩擦抵抗で接合強度が確保されるため、前記節部を設けた接合用ボルトを用いる場合には、節部の厚みは添接板の厚みよりも小さくする必要がある。通常、建材の床や壁、または機械装置類などに用いられる薄肉の板材を接合する場合には、バランス上、添接板の厚みも同様に薄くすることが望まれるため、前記節部を設けた接合用ボルトの使用には、節部の厚みを添接板の厚みよりもさらに小さくする必要がある。しかし、節部がより薄肉になるとその製作が精度上困難となり、その上、損傷しやすくなって製作後の形状維持についても困難になる。接合に添接板が不要になると、前記節部の厚みは添接板の厚みの影響を受けず、上記問題点は回避される。また、添接板に設けるボルト孔の大きさにも影響されないため、前記節部は所要の摩擦抵抗が得られるように、板材に設けるボルト孔よりも十分大きく形成することができ、節部の製作や、製作後の形状維持も容易となる。
【００１５】
請求項２に係る板材の継ぎ手構造は、板材を重ね、ボルトを用いて接合した板材の継ぎ手構造であって、前記ボルトが、その両側にねじ部を有し、このねじ部間に設けた節部が、前記板材のボルト穴を通過せず、重ねた両方の板材と平面部と接触し、前記ボルトの両側にそれぞれ嵌め込んだナットを締め付けて、前記節部と板材間の摩擦抵抗で接合強度を確保するように形成したことを特徴とする。
【００１６】
このように添接板を使用しない継ぎ手構造にすれば、ボルト節部が接合すべき両板材によって締め付けられる構造となるため、前記節部が添接板の孔に入ったか否かを確認する必要もなく、接合作業効率および安全性が向上に寄与する。
【００１７】
請求項３に係る板材接合用ボルトは、前記ボルトの両側に設けたねじ部のねじ山の方向が同じ方向に形成されたことを特徴とする。
【００１８】
このようにすれば、板材を上下方向に重ねる場合、板材の上面側から、ボルトねじ部にナットを嵌めて締め込む際に、予めボルトを板材に固定するために、その下面側に突出したボルトのねじ部に締め込んだナットが締まる方向に締め込むことになるため、このナットの緩みを防止することができる。
【００１９】
請求項４に係る板材の接合方法は、上記の板材接合用ボルトを、接合すべき一方の板材に設けたボルト穴に挿通して前記ボルトの節部と平面接触させ、板材の下面側に突出した一方のねじ部にナットを嵌めて締め込み、前記ボルトを予め接合すべき一方の板材に固定する第１の工程と、この第１の工程で板材に固定したボルトの上方から接合すべき他方の板材を、前記ボルトの節部と平面接触するように配置した後、板材に固定した前記ボルトの他方のねじ部に嵌めたナットで、板材の上面側から締め込んで両方の板材を固定する第２の工程とからなる接合方法である。
【００２０】
このように、第１の工程で、ボルトに設けた節部が一方の板材のボルト穴に嵌って当たることにより、板材を上下に重ねて接合する場合に、ボルトが抜け落ちず、板材の下面側からナットを締め込んで、ボルトを板材に固定できる。そして、第２の工程で、他方の板材を上部から重ねてナットで固定することができるため、工事現場で上面側のみからの締結作業で接合することができ、また、添接板が不要なため、接合作業効率が向上するなどの利点もある。
【発明の効果】
【００２１】
この発明では、両側にねじ部を有し、その間に平板状の節部が形成されたボルトを用いて、接合すべき両板材を前記節部の両側の面にそれぞれ平面接触させて締結し、その摩擦抵抗により接合強度を確保するようにしたので、添接板が不要となり、必要な接合用ボルト数は半減し、大幅な低コスト化を図ることができる。また、前記節部の厚みは、薄肉の板材を接合する場合でも、この板材よりも薄くする必要はなく、また、所要の摩擦抵抗が得られるように、その大きさもボルト孔よりも十分大きく形成することができるため、節部の製作や、製作後の形状維持も容易となる。さらに、前記節部が添接板の孔に入ったか否かを確認する必要もなく、板材を上面側など、一方の側から接合作業を行なえるので、接合作業効率および安全性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、この発明の実施形態を添付の図１から図４に基づいて説明する。
【００２３】
図１は、この発明の板材接合用のボルト１を示したもので、この板材接合用ボルト１の両側には、同じ方向のねじ部２、２ａがそれぞれ形成されている。これらのねじ部２、２ａの間に、平板状の節部３が形成され、この節部３は、その両面が接合すべき板材と平面接触して摩擦抵抗により必要な接合強度が得られるように、板材に設けられるボルト孔径よりも十分に大きく形成され、その形状は、円形、四角形等任意に形成することができる。ここで、十分に大きく形成される一例を挙げると、円形の節部３の場合には、通常、ボルト接合で用いられるナットの直径程度の大きさは必要である。即ち、ボルト１がＭ６であれば、直径約１２ｍｍ、Ｍ８であれば同約１７ｍｍ、Ｍ１０であれば、同約２１ｍｍの大きさは必要である。また、節部３の厚みとしては、少なくとも１ｍｍ程度の厚みがあれば接合可能である。前記ボルト１としては、通常、高力ボルトが、ワッシャ４およびナット５とセットで用いられる。
【００２４】
図２（ａ）〜（ｄ）は、前記節付き両ねじタイプのボルト１を用いて板材を上下に重ねて接合する場合について、その接合手順を示したものである。図２（ａ）は、接合すべき一方の板材６にボルト１を上方から挿通し、その節部３が板材６に設けたボルト孔７に当たり、落下せずに留まっている状態を示し、図２（ｂ）は、板材６の下面側に突出したボルト１の一方のねじ部２にワッシャ４を介して嵌めたナット５を締め込み、予めボルト１を一方の板材６に固定した第１の工程後の状態を示している。
【００２５】
図２（ｃ）は、第２の工程において、ボルト１にその上方から、ボルト孔７を設けた接合すべき他方の板材６を嵌めて、節部３の両面が接合すべき板材５および５ａとそれぞれ平面接触している状況を示したものである。図２（ｄ）は、この状態で、ボルト１にワッシャ４およびナット５を嵌め込んで板材６ａの上面側から締め込み、板材６、６ａを、節部３を介して締結した状態を示したもので、このような継ぎ手構造により、添接板を使用せずに、所要の接合強度を確保して板材を接合することができる。
【００２６】
図２（ａ）〜（ｄ）に示したように、前記節付きボルト７を用いた接合方法により、板材６、６ａを、上面側などの一方側からのみの締結作業で接合が可能となり、板材６、６ａの下面側など、他方側の作業スペースが不要となり、接合作業効率や安全性などが向上する。また、添接板を使用せずに済むため、接合に必要なボルト数は半減し、さらに、添接板に設けた孔にボルト節部が入っているという、とくに板材６，６ａが薄肉材の場合に困難な接合部状態の確認も不要になるため、作業工程および接合コストが大幅に低下する。
【００２７】
なお、前記ボルト１の節部３は、予め溶接または接着によりボルト軸に取り付けてもよく、また、節部３の内周面に雌ねじを形成し、ボルト軸にねじ込んで取り付けてもよい。また、前記接合用ボルト１および接合方法は、鋼板、アルミ合金など非鉄金属板、プラスチック板などのいずれの板材にも適用が可能で、これらの板材が薄肉材の場合に、特に効果が発揮される。
【００２８】
前記板材６、６ａの接合部の接合強度、即ち、継ぎ手構造の接合強度は、前記節部３の上下両面、即ち平面接触面を、サンドペーパーなどを用いて粗くしておく、即ち、細かい凹凸をつけることにより、図２（ｄ）に示した締結状態で、節部３とこの節部３を挟みこんだ板材６、６ａとの間の摩擦抵抗を増加させることができ、接合強度が向上する。さらに、両板材６、６ａの節部３との接触面についても、予めサンドペーパーなどを用いて粗くしておくことにより、前記摩擦抵抗をさらに増加させることができ、接合強度が一層向上する。
【実施例】
【００２９】
本発明による板材の接合部の接合強度を確認するために、図３に示すように、図２（ｄ）と同様の継ぎ手構造の接合試験片を製作し、接合強度試験を実施した。接合試験片の全長Ｌは３００ｍｍ、幅Ｗは３０ｍｍ、接合すべき板材６、６ａの厚みｔは１ｍｍである。接合用ボルト１は、両側にＭ８のねじ部２、２ａが形成され、節部３は直径１７ｍｍ、厚み１ｍｍの円形平板を、ねじ部２、２ａ間に溶接することにより形成されている。両板材６、６ａの節部３との接触面の状態は、（ａ）無塗装、（ｂ）エポキシ樹脂塗料を用いた塗装有り、（ｃ）亜鉛めっき処理、（ｄ）サンドペーパーにより表面を粗面化（粗表面）の４種類とした。これらの接触面の表面状態の接合試験片を、それぞれ引張り試験機にセットし、両端部をチャックキングし、荷重を徐々に増加させ、両板材６、６ａが滑り始めた時点の荷重Ｐｓを求め、次式（１）により接触面の摩擦係数μを算出した。
【００３０】
μ＝Ｐｓ／Ｎ （１）
ここで、Ｎはボルト軸力である。このボルト軸力Ｎは、ナット５によるボルト１の締め付けトルクの測定値とねじ部２、２ａの呼び径から算出することができる。
【００３１】
【表１】
【００３２】
算出した摩擦係数μを表１に示す。表１から、摩擦係数μはいずれの表面状態の場合でも、合格基準の０．４０以上であり、とくに（ｄ）粗表面の場合は、０．５５以上であった。これらの試験結果から、その摩擦抵抗により接合強度を確保するようにしたので、本発明の継ぎ手構造が、摩擦抵抗により所要の接合強度を満たすことを確認した。
【００３３】
一方、接合すべき板材６、６ａに段差を付けず、同一面内に保つ必要がある場合には、図４に示す継ぎ手構造により、板材６、６ａを接合することができる。この継ぎ手構造では、まず、板材６、６ａの接合部をそれぞれ近接するように対向させ、前記接合用ボルト１、１を板材６、６ａに設けたボルト孔に挿通して節部３を板材６、６ａとそれぞれ平面接触させた後、ナット５、５を下方側からはめ込んで前記ボルト１、１を板材６、６ａに固定する。次に、添接板８をボルト１、１の上方から被せて節部３と平面接触させ、ナット５、５を上方から嵌め込んで締め付け、節部３と板材６（６ａ）および節部３と添接板８との摩擦抵抗により、所要の接合強度を確保するものである。この継ぎ手構造では、添接板８と節部３とが平面接触して一方の接触面を形成するため、前述のように、節部３が添接板８に設けたボルト孔に入っているかどうかを確認する必要がなく、作業効率の向上に寄与する。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
この発明は、板構造の建材の継ぎ手部や機械装置類における板材の継ぎ手部などに利用することができ、とくに薄肉の板材の接合に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】（ａ）この発明の実施形態の板材接合用ボルトの正面図である。（ｂ）同上
【図２】（ａ）〜（ｄ）図１の接合用ボルトを用いた板材の接合工程を示す説明図である。
【図３】（ａ）接合強度確認実験に用いた接合試験片の側面図である。（ｂ）（ａ）の平面図である。
【図４】他の実施形態の継ぎ手構造を示す説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）従来技術の鋼板の接合部の構成例を示す説明図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）従来技術の一般的な鋼板の接合工程を示す説明図である。
【図７】（ａ）〜（ｅ）従来技術の鋼床板の接合工程を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１・・・板材接合用ボルト
２、２ａ・・・ねじ部
３・・・節部
４・・・ワッシャ
５・・・ナット
６、６ａ・・・板材
７・・・ボルト孔
８・・・添接板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板材を重ねて接合する板材接合用ボルトであって、前記ボルトがその両側にねじ部を有し、このねじ部間に節部を設け、この節部が、前記板材のボルト穴を通過せず、重ねた板材と接触する平面部を有し、この平面部と板材表面間の摩擦抵抗で接合強度を確保できる大きさであることを特徴とする板材接合用ボルト。
【請求項２】
板材を重ね、ボルトを用いて接合した板材の継ぎ手構造であって、前記ボルトが、その両側にねじ部を有し、このねじ部間に設けた節部が、前記板材のボルト穴を通過せず、重ねた両方の板材と平面部と接触し、前記ボルトの両側にそれぞれ嵌め込んだナットを締め付けて、前記節部と板材間の摩擦抵抗で接合強度を確保するように形成したことを特徴とする板材の継ぎ手構造。
【請求項３】
前記ボルトの両側に設けたねじ部のねじ山の方向が同じ方向に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の板材接合用ボルト。
【請求項４】
請求項１または３に記載の板材接合用ボルトを、接合すべき一方の板材に設けたボルト穴に挿通して前記ボルトの節部と平面接触させ、板材の下面側に突出した一方のねじ部にナットを嵌めて締め込み、前記ボルトを予め接合すべき一方の板材に固定する第１の工程と、この第１の工程で板材に固定したボルトの上方から接合すべき他方の板材を、前記ボルトの節部と平面接触するように配置した後、板材に固定した前記ボルトの他方のねじ部に嵌めたナットで、板材の上面側から締め込んで両方の板材を固定する第２の工程とからなる板材の接合方法。
【請求項１】
板材を重ねて接合する板材接合用ボルトであって、前記ボルトがその両側にねじ部を有し、このねじ部間に節部を設け、この節部が、前記板材のボルト穴を通過せず、重ねた板材と接触する平面部を有し、この平面部と板材表面間の摩擦抵抗で接合強度を確保できる大きさであることを特徴とする板材接合用ボルト。
【請求項２】
板材を重ね、ボルトを用いて接合した板材の継ぎ手構造であって、前記ボルトが、その両側にねじ部を有し、このねじ部間に設けた節部が、前記板材のボルト穴を通過せず、重ねた両方の板材と平面部と接触し、前記ボルトの両側にそれぞれ嵌め込んだナットを締め付けて、前記節部と板材間の摩擦抵抗で接合強度を確保するように形成したことを特徴とする板材の継ぎ手構造。
【請求項３】
前記ボルトの両側に設けたねじ部のねじ山の方向が同じ方向に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の板材接合用ボルト。
【請求項４】
請求項１または３に記載の板材接合用ボルトを、接合すべき一方の板材に設けたボルト穴に挿通して前記ボルトの節部と平面接触させ、板材の下面側に突出した一方のねじ部にナットを嵌めて締め込み、前記ボルトを予め接合すべき一方の板材に固定する第１の工程と、この第１の工程で板材に固定したボルトの上方から接合すべき他方の板材を、前記ボルトの節部と平面接触するように配置した後、板材に固定した前記ボルトの他方のねじ部に嵌めたナットで、板材の上面側から締め込んで両方の板材を固定する第２の工程とからなる板材の接合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１１２６０１（Ｐ２００６−１１２６０１Ａ）
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３０３３４１（Ｐ２００４−３０３３４１）
【出願日】平成１６年１０月１８日（２００４．１０．１８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１８日（２００４．１０．１８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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