高力ボルト摩擦接合用スプライスプレート
【課題】摩擦抵抗を確実に高めるために必要な、スプライスプレートの摩擦接合面に施す溶射層の構成要件を明確にし、高力ボルト摩擦接合の接合強度及び寿命を高いレベルで安定させることができるようにすること。
【解決手段】摩擦接合面に金属溶射による溶射層２を形成した高力ボルト摩擦接合用スプライスプレート１において、溶射層２の表面から溶射層２の内部に向かって１５０±２５μｍの位置までの部分（表面側溶射層２ａ）の気孔率を１０％以上３０％以下とし、かつ、溶射層２の表面から溶射層の内部に向かって１５０±２５μｍの位置からスプライスプレート母材３と溶射層２との界面までの部分（界面側溶射層２ｂ）の気孔率を５％以上１０％未満とした。
【解決手段】摩擦接合面に金属溶射による溶射層２を形成した高力ボルト摩擦接合用スプライスプレート１において、溶射層２の表面から溶射層２の内部に向かって１５０±２５μｍの位置までの部分（表面側溶射層２ａ）の気孔率を１０％以上３０％以下とし、かつ、溶射層２の表面から溶射層の内部に向かって１５０±２５μｍの位置からスプライスプレート母材３と溶射層２との界面までの部分（界面側溶射層２ｂ）の気孔率を５％以上１０％未満とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高力ボルト摩擦接合に用いられるスプライスプレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建築用鋼材などの鋼材を直列に接合する場合、一般的に高力ボルト摩擦接合が採用されている。高力ボルト摩擦接合では、接合すべき鋼材どうしを突き合わせ、その両側にスプライスプレートを添えてボルトで締め付けて鋼材どうしを接合する。
【０００３】
このような高力ボルト摩擦接合において、その接合力を向上させるために、従来一般的には、鋼材とスプライスプレートの摩擦接合面に対し機械工具（サンダーやグラインダー）によって金属活性面を露出させたのち、その金属活性面に赤錆を発生させて、鋼材とスプライスプレートの摩擦接合面を粗くすることにより、摩擦抵抗を得るということが行われている。
【０００４】
また、鋼材及びスプライスプレートの摩擦接合面にアルミニウムなどの金属材料を溶射して金属溶射層を形成することにより、摩擦抵抗を増大させると共に耐食性を向上させることも知られている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、型鋼及びスプライスプレートのそれぞれの母材の表面にブラスト処理を施して粗面化した凹凸粗面の表面に金属溶射皮膜を形成することが開示されている。
【０００６】
特許文献２には、摩擦接合面に、ビッカース硬度Ｈｖ３００以上、表面粗さの最大高さＲｍａｘが１００μｍ以上の金属溶射皮膜を形成して、すべり係数０．７以上を確保することが開示されている。
【０００７】
特許文献３には、摩擦接合面にアルミ溶射層を形成し、そのアルミ溶射層の厚みを１５０μｍ以上とすると共に気孔率を５％以上３０％以下として、摩擦抵抗を増大させることが開示されている。
【０００８】
特許文献４には、摩擦接合面に金属又はセラミックの溶射による摩擦層を形成して、摩擦抵抗を増大させることが開示されている。
【０００９】
特許文献５には、鋼材の接合部に金属溶射層を設け、この金属溶射層を設けた鋼材の接合部どうしを表面摩擦層を設けたスプライスプレートで接合することが開示されている。
【００１０】
さらに非特許文献１では、摩擦接合面にアルミ溶射を施したスプライスプレートを用いて、高力ボルト本数、スプライスプレート板厚、溶射膜厚に着目したすべり係数の研究成果が報告されている。
【００１１】
しかしながら、上述した摩擦接合面に赤錆を発生させる方法ではすべり係数が０．４５程度であり、そのバラツキが大きいことが問題である。
【００１２】
また、摩擦接合面に溶射を施す方法では、例えば特許文献１、特許文献４、特許文献５、非特許文献１には、スプライスプレート摩擦面に金属溶射を施すことにより、高い摩擦抵抗を得ることが記載されているが、その溶射層の関する具体的な構成については明らかにされておらず、高い摩耗抵抗を得るための合理的な構成要素が不明瞭であるため、設計が難しい。
【００１３】
特許文献２では、ビッカース硬度及び表面粗さに加え、表面粗さの最高高さから下へ１００μｍの位置での輪郭曲線の負荷長さ率が特定されているが、溶射材料及び溶射条件の設定が難しい。また、特許文献３では溶射層の気孔率が特定されているが、特許文献３ではテンプレートの使用が必要であり、接合される鋼材の状況に合わせ、多くのテンプレートが必要という問題がある。
【００１４】
以上のとおり、従来、摩擦抵抗を確実に高めるために必要な、スプライスプレートの摩擦接合面に施す溶射層の構成要件は明確にはされておらず、結果として、高力ボルト摩擦接合の接合強度及び寿命を高いレベルで安定させることができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０００−１２０１８３号公報
【特許文献２】特開２００８−１３８２６４号公報
【特許文献３】特開２００９−１２１６０３号公報
【特許文献４】特開平０６−２７２３２３号公報
【特許文献５】特開２００１−３２３３６０号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】「添板にアルミ溶射を施した高力ボルト接合部のすべり試験」、平成２０年度日本建築学会近畿支部研究報告書、Ｐ４０９−４１２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明が解決しようとする課題は、摩擦抵抗を確実に高めるために必要な、スプライスプレートの摩擦接合面に施す溶射層の構成要件を明確にし、高力ボルト摩擦接合の接合強度及び寿命を高いレベルで安定させることができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、摩擦接合面に金属溶射による溶射層を形成した高力ボルト摩擦接合用スプライスプレートにおいて、溶射層のうち表面側に位置する表面側溶射層の気孔率が、前記表面側溶射層よりもスプライスプレート母材との界面側に位置する界面側溶射層の気孔率が大きいことを特徴とする。
【００１９】
具体的には、前記表面側溶射層の気孔率は１０％以上３０％以下であり、前記界面側溶射層の気孔率は５％以上１０％未満であることが好ましい。また、前記表面側溶射層の厚みは１５０±２５μｍであることが好ましく、前記表面側溶射層の表面粗さの十点平均粗さＲｚが１５０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
ここで、金属溶射とは、電気や燃焼ガスなどの熱源により金属あるいは合金材料を溶融し、圧縮空気等で微粒化させ、母材に吹き付けて成膜させる技術である。溶射方法は特に限定されず、例えば、アーク溶射、ガスフレーム溶射、プラズマ溶射などがある。また、溶射に用いられる材料組成も特に限定されず、アルミニウム、亜鉛、マグネシウムなどの金属及びこれらを含む合金が適用可能である。
【００２１】
また、気孔率とは溶射層に内在する空洞が溶射層に占める割合のことである。本発明において溶射層の気孔率は、溶射層断面を光学顕微鏡にて観察し、画像解析にて算出した。
【００２２】
溶射層の気孔率の制御は、溶射工程において溶融した材料の圧縮空気による微粒化の程度を変化させることで可能となる。すなわち、例えば、圧縮空気の流量あるいは圧力を増大すると、溶融材料がより微細化した粒子となり、母材へ吹き付けられた際に、気孔率が低い緻密な溶射層となる。一方、圧縮空気の流量あるいは圧力を減少させると、溶融材料がより肥大化した粒子となり、母材へ吹き付けられた際に、気孔率が高い粗な溶射層となる。
【００２３】
なお、溶射層内に存在する気孔の個々の存在形態や分散状態は同一条件で溶射したとしても完全な再現性はないが、溶射層全体に占める気孔の割合である気孔率については、溶射条件の変更により制御可能である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、高力ボルト摩擦接合において、高い摩擦抵抗、具体的にはすべり係数０．７以上を合理的に安定して得ることができ、高力ボルト摩擦接合の接合強度及び寿命を高いレベルで安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の高力摩擦接合用スプライスプレートの摩擦接合面に形成した溶射層を模式的に示す断面図である。
【図２】各実施例及び比較例における高力ボルト摩擦接合体を示す断面図である。
【図３】比較例１における溶射層形成後の溶射層の断面図である。
【図４】比較例１におけるボルト接合・解体した溶射層の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、本発明の高力摩擦接合用スプライスプレートの摩擦接合面に形成した溶射層を模式的に示す断面図である。スプライスプレート１の摩擦接合面に形成した溶射層２は、その表面側に位置する表面側溶射層２ａと、表面側溶射層２ａよりもスプライスプレート母材３との界面側に位置する界面側溶射層２ｂとからなる。本発明においては、溶射層２のうち表面側溶射層２ａの気孔率が界面側溶射層２ｂの気孔率より大きい。
【００２７】
このような溶射層２を形成するには、まず、前処理としてスプライスプレート母材３の摩擦接合面側の表面に対し素地調整を行う。素地調整はショットやグリッドを用いたブラスト処理により行うことが好ましい。また、素地調整後の表面粗さは溶射皮膜の密着性と摩擦抵抗を大きくするため、十点平均粗さＲｚで５０μｍ以上が好ましい。Ｒｚが５０μｍ未満であると溶射皮膜の密着性が乏しく、ハンドリング時の不測の衝撃等に対し皮膜剥離を引き起こす可能性がある。
【００２８】
溶射に使用する溶射材料の形状については線材及び粉末があるが、一般的にコストが安価な線材を使用するのが好ましい。また、線径については市販品で規格化されている線材として、線径１．２ｍｍ、２．０ｍｍ、３．２ｍｍ及び４．７ｍｍが一般的であり、線径１．２ｍｍが取扱いやすさによる作業性から好ましい。
【００２９】
また、溶射材料の組成については、高力ボルト摩擦接合時に鋼材摩擦面の凹凸とスプライスプレート１の摩擦接合面に形成した溶射層２とがよく食い込むように、延性に富む組成あるいは低い硬度の組成となるものを選定することが好ましい。例えば、アルミニウム、亜鉛、マグネシウムなどの金属及びこれらを含む合金がこれに相当する。
【００３０】
溶射方法は、上記の線材を用いることが可能なアーク溶射、ガスフレーム溶射及びプラズマ溶射が好ましい。特に、生産コストが安価なアーク溶射がより好ましい。
【００３１】
本発明は、上述のとおり、溶射層２のうち表面側溶射層２ａの気孔率が界面側溶射層２ｂの気孔率より大きいことに特徴があるが、具体的には、表面側溶射層２ａの気孔率は１０％以上３０％以下であり、界面側溶射層２ｂの気孔率は５％以上１０％未満であることが好ましい。表面側溶射層２ａの気孔率を１０％以上３０％以下にするには、例えば、アーク溶射によりアルミ溶射層を形成する場合は、溶射時に溶融した材料を微細化する圧縮空気圧力を０．２ＭＰａ以上０．３ＭＰａ未満にする。また、界面側溶射層２ｂ気孔率を５％以上１０％未満にするには、表面側溶射層２ａと同様にアーク溶射によりアルミ溶射層を形成する場合は、溶射時に溶融した材料を微細化する圧縮空気圧力を０．３ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下にする。
【００３２】
さらに本発明において、溶射層２のうち表面側溶射層２ａの厚みは１５０±２５μｍであることが好ましい。すなわち、本発明においては、溶射層２の表面から溶射層２の内部（スプライスプレート母材３側）に向かって１５０±２５μｍの位置までの部分（表面側溶射層２ａ）における気孔率が１０％以上３０％以下であり、かつ、溶射層２の表面から溶射層の内部に向かって１５０±２５μｍの位置からスプライスプレート母材３と溶射層２との界面までの部分（界面側溶射層２ｂ）における気孔率が５％以上１０％未満であることがより好ましい。
【００３３】
ここで、表面側溶射層２ａの厚みが１５０±２５μｍであることが好ましい理由、言い換えれば、溶射層２の気孔率を、溶射層２の表面から溶射層内部に向かって１５０±２５μｍに位置を境界として変えて小さくする理由について説明する。
【００３４】
摩擦接合面に金属溶射を施したスプライスプレートと高力ボルトを用いて、鋼材を接合した場合、溶射層表面から溶射層内部に向かって約１５０μｍの位置までは鋼材の摩擦接合面の凹凸が食い込み、高力ボルトの締付け圧力を受けて溶射層（表面側溶射層２ａ）が塑性変形するが、溶射層表面から溶射層の内部に向かって約１５０μｍの位置からスプライスプレート母材と溶射層との界面までの部分（界面側溶射層２ｂ）については、鋼材を接合した場合であっても鋼材の摩擦接合面の凹凸の食い込みによる影響がないことを発明者は見出した。この知見に基づき本発明の好ましい実施形態では、溶射層２のうち、表面側溶射層２ａについては塑性変形を考慮した気孔率（１０％以上３０％以下）とした上で厚みを１５０±２５μｍとし、その下方の界面側溶射層２ｂについては防食性を考慮して相対的に気孔率を小さくした（気孔率５％以上１０％未満）。ここで、「±２５μｍ」は、溶射層の厚みのばらつき等を考慮した許容範囲である。なお、界面側溶射層２ｂの厚みについては、使用環境に応じて必要な防食性を発揮し得る適当な厚みに設定する。
【００３５】
例えば、溶射層が一様に気孔率１０％以上であると、高力ボルト摩擦接合時に溶射層表面から溶射層内部に向かって約１５０μｍの位置までに存在する気孔の多くが潰され、溶射層が塑性変形するほかに、接合部への微振動や静荷重等の負荷が長期間継続された場合、溶射層表面から溶射層の内部に向かって約１５０μｍの位置からスプライスプレート母材と溶射層との界面までの部分の気孔が徐々に潰され、溶射層が薄くなり、接合当初に導入したボルト張力より低下する可能性がある。
【００３６】
これに対して、本発明のように溶射層表面から溶射層の内部に向かって１５０±２５μｍの位置からスプライスプレート母材との界面までの部分（界面側溶射層２ｂ）の気孔率を５％以上１０％未満とすると、接合部への微振動や静荷重等の負荷が長期間継続された場合においても、溶射層（界面側溶射層２ｂ）の厚みが減少しにくく、接合当初のボルト張力を保持できる。
【００３７】
一方、界面側溶射層２ｂの気孔率が１０％以上であると、スプライスプレート母材との界面における密着性が低下する。気孔率５％以下はアーク溶射やガスフレーム溶射では現実的ではない。また、表面側溶射層２ａの気孔率が１０％未満であると、鋼材の摩擦接合面が表面側溶射層２ａへ十分に食い込まず、すべり係数の低下の原因となる。表面側溶射層２ａの気孔率が３０％を超えると実施工上、溶射層の形成時に操業の不安定性や溶射層を構成する金属粒子間の結合が弱くなるため、溶射層の欠損のおそれがある。また、高力ボルト摩擦接合時において表面側溶射層２ａが十分に塑性変形せずに気孔が残り、接合部への微振動や静荷重等の負荷が長期間継続された場合、表面側溶射層２ａの高力ボルト摩擦接合後の残った気孔が徐々に潰され、溶射層が薄くなり、接合当初に導入したボルト張力より低下する可能性がある。
【００３８】
本発明において。溶射層の表面粗さの十点平均粗さＲｚは１５０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。Ｒｚが１５０μｍ未満では、高力ボルト摩擦接合時に鋼材の摩擦接合面の凹凸と噛み合い難く、十分なすべり係数が得られないことがある。一方、Ｒｚが３００μｍを超えると、高力ボルト接合摩擦時に鋼材と溶射層との接触面積が小さくなり、十分なすべり係数が得られないことがある。
【００３９】
溶射層の表面粗さの十点平均粗さＲｚを１５０μｍ以上３００μｍ以下とする方法は、特に限定されないが、例えば、アルミニウム線材を用いてアーク溶射により表面側溶射層２ａを形成する場合、溶射時に溶融した材料を微細化する圧縮空気圧力を０．２ＭＰａ以上０．３ＭＰａ以下とする。あるいは溶射層形成後にグリッドやショットにより物理的に粗面形成を行ってもよい。
【実施例】
【００４０】
本発明の実施例及び比較例として、以下のとおり、摩擦接合面に金属溶射による溶射層を形成したスプライスプレートを作製した。
【００４１】
（実施例１）
２枚のスプライスプレート母材を準備し、各スプライスプレート母材の表面に対し、グリッドブラスト処理により素地調整（粗面化処理）を実施した。素地調整後の表面粗さは十点平均粗さＲｚで７５μｍとした。これらのスプライスプレート母材の粗面に対し、線径１．２ｍｍのアルミニウム線材を用いて、アーク溶射にて溶射層を形成した。具体的には、まず、界面側溶射層の厚みが１５０μｍとなるまでは溶射時の圧縮空気圧力を０．４ＭＰａとして成膜した。次いで、界面側溶射層と表面側溶射層の合計厚みが３００μｍとなるまで、溶射時の圧縮空気圧力を０．２５ＭＰａとして成膜した。このときの溶射層の表面粗さＲｚは１８１μｍであった。
【００４２】
（実施例２）
実施例１と同様に２枚のスプライスプレート母材の表面に対し、素地調整を実施した。これらのスプライスプレート母材の粗面に対し、線径１．２ｍｍの亜鉛線材を用いて、アーク溶射にて溶射層を形成した。溶射は実施例１と同一の条件で行った。このときの溶射層の表面粗さは１７０μｍであった。
【００４３】
（実施例３）
実施例１と同様に２枚のスプライスプレート母材の表面に対し、素地調整を実施した。これらのスプライスプレート母材の粗面に対し、線径１．２ｍｍの亜鉛−アルミニウム合金（Ｚｎ−１５質量％Ａｌ）線材を用いて、アーク溶射にて溶射層を形成した。溶射は実施例１と同一の条件で行った。このときの溶射層の表面粗さは１９０μｍであった。
【００４４】
（実施例４）
実施例１と同様に２枚のスプライスプレート母材の表面に対し、素地調整を実施した。これらのスプライスプレート母材の粗面に対し、線径１．２ｍｍのアルミニウム−マグネシウム合金（Ａｌ−５質量％Ｍｇ）線材を用いて、アーク溶射にて溶射層を形成した。溶射は実施例１と同一の条件で行った。このときの溶射層の表面粗さＲｚは１９５μｍであった。
【００４５】
（比較例１）
実施例１と同様に２枚のスプライスプレート母材の表面に対し、素地調整を実施した。これらのスプライスプレート母材の粗面に対し、線径１．２ｍｍのアルミニウム線材を用いて、アーク溶射にて溶射層を形成した。具体的には、溶射層の厚みが３００μｍとなるまで溶射時の圧縮空気圧力を０．２５ＭＰａとして成膜した。このときの溶射層の表面粗さＲｚは１７６μｍであった。
【００４６】
（比較例２）
２枚のスプライスプレート母材を準備し、各スプライスプレート母材の表面に対し、グリッドブラスト処理により素地調整（粗面化処理）を実施した。素地調整後の表面粗さは十点平均粗さＲｚで１００μｍとした。これらのスプライスプレート母材の粗面に対し、線径１．２ｍｍのアルミニウム線材を用いて、アーク溶射にて溶射層を形成した。具体的には、溶射層の厚みが３００μｍとなるまで溶射時の圧縮空気圧力を０．４ＭＰａとして成膜した。このときの溶射層の表面粗さＲｚは１９０μｍであった。
【００４７】
（比較例３）
実施例１と同様に２枚のスプライスプレート母材の表面に対し、素地調整を実施した。これらのスプライスプレート母材の粗面に対し、線径１．２ｍｍのアルミニウム線材を用いて、アーク溶射にて溶射層を形成した。具体的には、溶射層の厚みが３００μｍとなるまで溶射時の圧縮空気圧力を０．１５ＭＰａとして成膜した。次いで、溶射層表面の凹凸をサンドペーパーで削った。このときの溶射層の表面粗さＲｚは１８３μｍであった。
【００４８】
（比較例４）
実施例１と同様に２枚のスプライスプレート母材の表面に対し、素地調整を実施した。これらのスプライスプレート母材の粗面に対し、線径１．２ｍｍのアルミニウム線材を用いて、アーク溶射にて溶射層を形成した。具体的には、溶射層の厚みが３００μｍとなるまで溶射時の圧縮空気圧力を０．２５ＭＰａとして成膜した。次いで、溶射層表面の凹凸をサンドペーパーで削った。このときの溶射層の表面粗さＲｚは１３２μｍであった。
【００４９】
（比較例５）
２枚のスプライスプレート母材を準備し、各スプライスプレート母材の表面に対し、グリッドブラスト処理により素地調整（粗面化処理）を実施した。素地調整後の表面粗さは十点平均粗さＲｚで２００μｍとした。これらのスプライスプレート母材の粗面に対し、線径１．２ｍｍのアルミニウム線材を用いて、アーク溶射にて溶射層を形成した。具体的には、溶射層の厚みが３００μｍとなるまで溶射時の圧縮空気圧力を０．２０ＭＰａとして成膜した。このときの溶射層の表面粗さＲｚは３２７μｍであった。
【００５０】
以上により得られた実施例及び比較例のスプライスプレートについて、その溶射層の気孔率を測定すると共に、高力ボルト摩擦接合におけるすべり係数測定を測定した。
【００５１】
溶射層の気孔率は、各溶射層の断面を光学顕微鏡にて観察し、画像解析にて算出した。気孔率測定は溶射後及びすべり試験後に行った。
【００５２】
すべり係数は、スプライスプレート、高力ボルト及び鋼材を用いて、単調引張載荷試験を行うことにより測定した。具体的には、まず、鋼材の摩擦接合面に対しブラスト処理により素地調整した。次に図２に示すように、鋼材４を、上記各実施例及び比較例にて溶射層２を摩擦接合面に形成したスプライスプレート１と高力ボルト５により接合して高力ボルト摩擦接合体を形成した。ボルト張力は３００ｋＮとなるようにした。そして、上記高力ボルト摩擦接合体の鋼材４の両端部を引張試験機にて掴み、単純引張載荷を行った。このときの最大荷重をボルト張力の２倍の値で除した値をすべり係数とした。
【００５３】
各実施例及び比較例における溶射層の気孔率、及びすべり係数の測定結果を表１に示す。
【表１】
【００５４】
表１に示すように、本発明の実施例１〜４では溶射層表面から溶射層の内部に向かって１５０μｍまでの部分（表面側溶射層）の気孔率は１６〜２１％であり、本発明で規定する１０％以上３０％以下の範囲内であった。また、溶射層表面から溶射層の内部に向かって１５０μｍの位置からスプライスプレート母材との界面までの部分（界面側溶射層）の気孔率は６〜８％であり、本発明で規定する５％以上１０％未満の範囲内であった。表面粗さＲｚは１７０〜１９５μｍであった。そして、実施例１〜４のいずれもすべり係数は０．７以上であった。
【００５５】
一方、比較例１の界面側溶射層及び表面側溶射層の気孔率は、それぞれ１６％及び１８％であった。表面粗さＲｚは１７６μｍであった。比較例１のすべり係数は０．８１であった。
【００５６】
また、比較例２の界面側溶射層及び表面側溶射層の気孔率は、それぞれ７％及び８％であった。表面粗さＲｚは１９０μｍであった。比較例２のすべり係数は０．６９であり、同じ溶射材料を使用した実施例１に比べ大きく劣っている。
【００５７】
比較例３の界面側溶射層及び表面側溶射層の気孔率は、それぞれ３２％及び３１％であった。表面粗さＲｚは１８３μｍであった。比較例３のすべり係数は０．８５であった。
【００５８】
比較例４の界面側溶射層及び表面側溶射層の気孔率は、それぞれ１５％及び１７％であった。表面粗さＲｚは１３２μｍであった。比較例４のすべり係数は０．６９であり、同じ溶射材料を使用した実施例１に比べ大きく劣っている。
【００５９】
比較例５の界面側溶射層及び表面側溶射層の気孔率は、それぞれ２４％及び２３％であった。表面粗さＲｚは３２７μｍであった。比較例５のすべり係数は０．６７であり、同じ溶射材料を使用した実施例１に比べ大きく劣っている。
【００６０】
一方、比較例１において、溶射処理後の溶射層に対して断面観察を行った。その結果を図３に示す。また、比較例１において、図２のように高力ボルト摩擦接合体を形成してすべり係数を測定し、その高力ボルト摩擦接合体を解体した後の溶射層に対して断面観察を行った。その結果を図４に示す。図３及び４に示す溶射層のうち、黒部分がアルミニウム、白部分が気孔である。
【００６１】
図３及び図４を見ると、高力ボルト摩擦接合により表面側溶射層２ａは塑性変形し、気孔が押し潰されているのに対し、界面側溶射層２ｂの気孔はほとんど変化がないことがわかる。また、表１に示すように、すべり試験後の解体試験片の界面側溶射層の気孔率は１６％であり、溶射後の気孔率から変化はなかった。すなわち、比較例１ではすべり試験によるすべり係数は０．７以上であったものの、高力ボルト摩擦接合部に対して、微振動や静加重等の負荷が長期間継続された場合、界面側溶射層の気孔が徐々に潰され、溶射層が薄くなり、接合当初に導入したボルト張力より低下し、すべり係数の低下が起る可能性がある。
【００６２】
比較例３において、すべり試験後の解体試験片の界面側溶射層及び表面側溶射層の気孔率は、表１に示すように、それぞれ３１％及び１５％であった。すなわち、比較例３は比較例１と同様に、すべり試験によるすべり係数は０．７以上であったものの、高力ボルト摩擦接合部に対して、微振動や静加重等の負荷が長期間継続された場合、界面側溶射層の気孔が徐々に潰され、溶射層が薄くなり、接合当初に導入したボルト張力より低下し、すべり係数の低下が起る可能性がある。
【００６３】
比較例４及び比較例５において、溶射層の表面粗さＲｚは１５０μｍ未満、あるいは３００μｍ超であり、このときのすべり係数は０．７未満であった。比較例４及び比較例５と溶射層の表面粗さＲｚ以外は同様の特性を有する溶射層を形成した比較例１（Ｒｚ＝１７６μｍ）ですべり係数０．７以上が得られていることを勘案すると、溶射層の表面粗さＲｚは１５０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましいと言える。
【００６４】
以上のとおり、本発明のスプライスプレートは高力ボルト摩擦接合において、高い摩擦抵抗を安定して得ることができることがわかった。
【符号の説明】
【００６５】
１ スプライスプレート
２ 溶射層
２ａ 表面側溶射層
２ｂ 界面側溶射層
３ スプライスプレート母材
４ 鋼材
５ 高力ボルト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高力ボルト摩擦接合に用いられるスプライスプレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建築用鋼材などの鋼材を直列に接合する場合、一般的に高力ボルト摩擦接合が採用されている。高力ボルト摩擦接合では、接合すべき鋼材どうしを突き合わせ、その両側にスプライスプレートを添えてボルトで締め付けて鋼材どうしを接合する。
【０００３】
このような高力ボルト摩擦接合において、その接合力を向上させるために、従来一般的には、鋼材とスプライスプレートの摩擦接合面に対し機械工具（サンダーやグラインダー）によって金属活性面を露出させたのち、その金属活性面に赤錆を発生させて、鋼材とスプライスプレートの摩擦接合面を粗くすることにより、摩擦抵抗を得るということが行われている。
【０００４】
また、鋼材及びスプライスプレートの摩擦接合面にアルミニウムなどの金属材料を溶射して金属溶射層を形成することにより、摩擦抵抗を増大させると共に耐食性を向上させることも知られている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、型鋼及びスプライスプレートのそれぞれの母材の表面にブラスト処理を施して粗面化した凹凸粗面の表面に金属溶射皮膜を形成することが開示されている。
【０００６】
特許文献２には、摩擦接合面に、ビッカース硬度Ｈｖ３００以上、表面粗さの最大高さＲｍａｘが１００μｍ以上の金属溶射皮膜を形成して、すべり係数０．７以上を確保することが開示されている。
【０００７】
特許文献３には、摩擦接合面にアルミ溶射層を形成し、そのアルミ溶射層の厚みを１５０μｍ以上とすると共に気孔率を５％以上３０％以下として、摩擦抵抗を増大させることが開示されている。
【０００８】
特許文献４には、摩擦接合面に金属又はセラミックの溶射による摩擦層を形成して、摩擦抵抗を増大させることが開示されている。
【０００９】
特許文献５には、鋼材の接合部に金属溶射層を設け、この金属溶射層を設けた鋼材の接合部どうしを表面摩擦層を設けたスプライスプレートで接合することが開示されている。
【００１０】
さらに非特許文献１では、摩擦接合面にアルミ溶射を施したスプライスプレートを用いて、高力ボルト本数、スプライスプレート板厚、溶射膜厚に着目したすべり係数の研究成果が報告されている。
【００１１】
しかしながら、上述した摩擦接合面に赤錆を発生させる方法ではすべり係数が０．４５程度であり、そのバラツキが大きいことが問題である。
【００１２】
また、摩擦接合面に溶射を施す方法では、例えば特許文献１、特許文献４、特許文献５、非特許文献１には、スプライスプレート摩擦面に金属溶射を施すことにより、高い摩擦抵抗を得ることが記載されているが、その溶射層の関する具体的な構成については明らかにされておらず、高い摩耗抵抗を得るための合理的な構成要素が不明瞭であるため、設計が難しい。
【００１３】
特許文献２では、ビッカース硬度及び表面粗さに加え、表面粗さの最高高さから下へ１００μｍの位置での輪郭曲線の負荷長さ率が特定されているが、溶射材料及び溶射条件の設定が難しい。また、特許文献３では溶射層の気孔率が特定されているが、特許文献３ではテンプレートの使用が必要であり、接合される鋼材の状況に合わせ、多くのテンプレートが必要という問題がある。
【００１４】
以上のとおり、従来、摩擦抵抗を確実に高めるために必要な、スプライスプレートの摩擦接合面に施す溶射層の構成要件は明確にはされておらず、結果として、高力ボルト摩擦接合の接合強度及び寿命を高いレベルで安定させることができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０００−１２０１８３号公報
【特許文献２】特開２００８−１３８２６４号公報
【特許文献３】特開２００９−１２１６０３号公報
【特許文献４】特開平０６−２７２３２３号公報
【特許文献５】特開２００１−３２３３６０号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】「添板にアルミ溶射を施した高力ボルト接合部のすべり試験」、平成２０年度日本建築学会近畿支部研究報告書、Ｐ４０９−４１２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明が解決しようとする課題は、摩擦抵抗を確実に高めるために必要な、スプライスプレートの摩擦接合面に施す溶射層の構成要件を明確にし、高力ボルト摩擦接合の接合強度及び寿命を高いレベルで安定させることができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、摩擦接合面に金属溶射による溶射層を形成した高力ボルト摩擦接合用スプライスプレートにおいて、溶射層のうち表面側に位置する表面側溶射層の気孔率が、前記表面側溶射層よりもスプライスプレート母材との界面側に位置する界面側溶射層の気孔率が大きいことを特徴とする。
【００１９】
具体的には、前記表面側溶射層の気孔率は１０％以上３０％以下であり、前記界面側溶射層の気孔率は５％以上１０％未満であることが好ましい。また、前記表面側溶射層の厚みは１５０±２５μｍであることが好ましく、前記表面側溶射層の表面粗さの十点平均粗さＲｚが１５０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
ここで、金属溶射とは、電気や燃焼ガスなどの熱源により金属あるいは合金材料を溶融し、圧縮空気等で微粒化させ、母材に吹き付けて成膜させる技術である。溶射方法は特に限定されず、例えば、アーク溶射、ガスフレーム溶射、プラズマ溶射などがある。また、溶射に用いられる材料組成も特に限定されず、アルミニウム、亜鉛、マグネシウムなどの金属及びこれらを含む合金が適用可能である。
【００２１】
また、気孔率とは溶射層に内在する空洞が溶射層に占める割合のことである。本発明において溶射層の気孔率は、溶射層断面を光学顕微鏡にて観察し、画像解析にて算出した。
【００２２】
溶射層の気孔率の制御は、溶射工程において溶融した材料の圧縮空気による微粒化の程度を変化させることで可能となる。すなわち、例えば、圧縮空気の流量あるいは圧力を増大すると、溶融材料がより微細化した粒子となり、母材へ吹き付けられた際に、気孔率が低い緻密な溶射層となる。一方、圧縮空気の流量あるいは圧力を減少させると、溶融材料がより肥大化した粒子となり、母材へ吹き付けられた際に、気孔率が高い粗な溶射層となる。
【００２３】
なお、溶射層内に存在する気孔の個々の存在形態や分散状態は同一条件で溶射したとしても完全な再現性はないが、溶射層全体に占める気孔の割合である気孔率については、溶射条件の変更により制御可能である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、高力ボルト摩擦接合において、高い摩擦抵抗、具体的にはすべり係数０．７以上を合理的に安定して得ることができ、高力ボルト摩擦接合の接合強度及び寿命を高いレベルで安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の高力摩擦接合用スプライスプレートの摩擦接合面に形成した溶射層を模式的に示す断面図である。
【図２】各実施例及び比較例における高力ボルト摩擦接合体を示す断面図である。
【図３】比較例１における溶射層形成後の溶射層の断面図である。
【図４】比較例１におけるボルト接合・解体した溶射層の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、本発明の高力摩擦接合用スプライスプレートの摩擦接合面に形成した溶射層を模式的に示す断面図である。スプライスプレート１の摩擦接合面に形成した溶射層２は、その表面側に位置する表面側溶射層２ａと、表面側溶射層２ａよりもスプライスプレート母材３との界面側に位置する界面側溶射層２ｂとからなる。本発明においては、溶射層２のうち表面側溶射層２ａの気孔率が界面側溶射層２ｂの気孔率より大きい。
【００２７】
このような溶射層２を形成するには、まず、前処理としてスプライスプレート母材３の摩擦接合面側の表面に対し素地調整を行う。素地調整はショットやグリッドを用いたブラスト処理により行うことが好ましい。また、素地調整後の表面粗さは溶射皮膜の密着性と摩擦抵抗を大きくするため、十点平均粗さＲｚで５０μｍ以上が好ましい。Ｒｚが５０μｍ未満であると溶射皮膜の密着性が乏しく、ハンドリング時の不測の衝撃等に対し皮膜剥離を引き起こす可能性がある。
【００２８】
溶射に使用する溶射材料の形状については線材及び粉末があるが、一般的にコストが安価な線材を使用するのが好ましい。また、線径については市販品で規格化されている線材として、線径１．２ｍｍ、２．０ｍｍ、３．２ｍｍ及び４．７ｍｍが一般的であり、線径１．２ｍｍが取扱いやすさによる作業性から好ましい。
【００２９】
また、溶射材料の組成については、高力ボルト摩擦接合時に鋼材摩擦面の凹凸とスプライスプレート１の摩擦接合面に形成した溶射層２とがよく食い込むように、延性に富む組成あるいは低い硬度の組成となるものを選定することが好ましい。例えば、アルミニウム、亜鉛、マグネシウムなどの金属及びこれらを含む合金がこれに相当する。
【００３０】
溶射方法は、上記の線材を用いることが可能なアーク溶射、ガスフレーム溶射及びプラズマ溶射が好ましい。特に、生産コストが安価なアーク溶射がより好ましい。
【００３１】
本発明は、上述のとおり、溶射層２のうち表面側溶射層２ａの気孔率が界面側溶射層２ｂの気孔率より大きいことに特徴があるが、具体的には、表面側溶射層２ａの気孔率は１０％以上３０％以下であり、界面側溶射層２ｂの気孔率は５％以上１０％未満であることが好ましい。表面側溶射層２ａの気孔率を１０％以上３０％以下にするには、例えば、アーク溶射によりアルミ溶射層を形成する場合は、溶射時に溶融した材料を微細化する圧縮空気圧力を０．２ＭＰａ以上０．３ＭＰａ未満にする。また、界面側溶射層２ｂ気孔率を５％以上１０％未満にするには、表面側溶射層２ａと同様にアーク溶射によりアルミ溶射層を形成する場合は、溶射時に溶融した材料を微細化する圧縮空気圧力を０．３ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下にする。
【００３２】
さらに本発明において、溶射層２のうち表面側溶射層２ａの厚みは１５０±２５μｍであることが好ましい。すなわち、本発明においては、溶射層２の表面から溶射層２の内部（スプライスプレート母材３側）に向かって１５０±２５μｍの位置までの部分（表面側溶射層２ａ）における気孔率が１０％以上３０％以下であり、かつ、溶射層２の表面から溶射層の内部に向かって１５０±２５μｍの位置からスプライスプレート母材３と溶射層２との界面までの部分（界面側溶射層２ｂ）における気孔率が５％以上１０％未満であることがより好ましい。
【００３３】
ここで、表面側溶射層２ａの厚みが１５０±２５μｍであることが好ましい理由、言い換えれば、溶射層２の気孔率を、溶射層２の表面から溶射層内部に向かって１５０±２５μｍに位置を境界として変えて小さくする理由について説明する。
【００３４】
摩擦接合面に金属溶射を施したスプライスプレートと高力ボルトを用いて、鋼材を接合した場合、溶射層表面から溶射層内部に向かって約１５０μｍの位置までは鋼材の摩擦接合面の凹凸が食い込み、高力ボルトの締付け圧力を受けて溶射層（表面側溶射層２ａ）が塑性変形するが、溶射層表面から溶射層の内部に向かって約１５０μｍの位置からスプライスプレート母材と溶射層との界面までの部分（界面側溶射層２ｂ）については、鋼材を接合した場合であっても鋼材の摩擦接合面の凹凸の食い込みによる影響がないことを発明者は見出した。この知見に基づき本発明の好ましい実施形態では、溶射層２のうち、表面側溶射層２ａについては塑性変形を考慮した気孔率（１０％以上３０％以下）とした上で厚みを１５０±２５μｍとし、その下方の界面側溶射層２ｂについては防食性を考慮して相対的に気孔率を小さくした（気孔率５％以上１０％未満）。ここで、「±２５μｍ」は、溶射層の厚みのばらつき等を考慮した許容範囲である。なお、界面側溶射層２ｂの厚みについては、使用環境に応じて必要な防食性を発揮し得る適当な厚みに設定する。
【００３５】
例えば、溶射層が一様に気孔率１０％以上であると、高力ボルト摩擦接合時に溶射層表面から溶射層内部に向かって約１５０μｍの位置までに存在する気孔の多くが潰され、溶射層が塑性変形するほかに、接合部への微振動や静荷重等の負荷が長期間継続された場合、溶射層表面から溶射層の内部に向かって約１５０μｍの位置からスプライスプレート母材と溶射層との界面までの部分の気孔が徐々に潰され、溶射層が薄くなり、接合当初に導入したボルト張力より低下する可能性がある。
【００３６】
これに対して、本発明のように溶射層表面から溶射層の内部に向かって１５０±２５μｍの位置からスプライスプレート母材との界面までの部分（界面側溶射層２ｂ）の気孔率を５％以上１０％未満とすると、接合部への微振動や静荷重等の負荷が長期間継続された場合においても、溶射層（界面側溶射層２ｂ）の厚みが減少しにくく、接合当初のボルト張力を保持できる。
【００３７】
一方、界面側溶射層２ｂの気孔率が１０％以上であると、スプライスプレート母材との界面における密着性が低下する。気孔率５％以下はアーク溶射やガスフレーム溶射では現実的ではない。また、表面側溶射層２ａの気孔率が１０％未満であると、鋼材の摩擦接合面が表面側溶射層２ａへ十分に食い込まず、すべり係数の低下の原因となる。表面側溶射層２ａの気孔率が３０％を超えると実施工上、溶射層の形成時に操業の不安定性や溶射層を構成する金属粒子間の結合が弱くなるため、溶射層の欠損のおそれがある。また、高力ボルト摩擦接合時において表面側溶射層２ａが十分に塑性変形せずに気孔が残り、接合部への微振動や静荷重等の負荷が長期間継続された場合、表面側溶射層２ａの高力ボルト摩擦接合後の残った気孔が徐々に潰され、溶射層が薄くなり、接合当初に導入したボルト張力より低下する可能性がある。
【００３８】
本発明において。溶射層の表面粗さの十点平均粗さＲｚは１５０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。Ｒｚが１５０μｍ未満では、高力ボルト摩擦接合時に鋼材の摩擦接合面の凹凸と噛み合い難く、十分なすべり係数が得られないことがある。一方、Ｒｚが３００μｍを超えると、高力ボルト接合摩擦時に鋼材と溶射層との接触面積が小さくなり、十分なすべり係数が得られないことがある。
【００３９】
溶射層の表面粗さの十点平均粗さＲｚを１５０μｍ以上３００μｍ以下とする方法は、特に限定されないが、例えば、アルミニウム線材を用いてアーク溶射により表面側溶射層２ａを形成する場合、溶射時に溶融した材料を微細化する圧縮空気圧力を０．２ＭＰａ以上０．３ＭＰａ以下とする。あるいは溶射層形成後にグリッドやショットにより物理的に粗面形成を行ってもよい。
【実施例】
【００４０】
本発明の実施例及び比較例として、以下のとおり、摩擦接合面に金属溶射による溶射層を形成したスプライスプレートを作製した。
【００４１】
（実施例１）
２枚のスプライスプレート母材を準備し、各スプライスプレート母材の表面に対し、グリッドブラスト処理により素地調整（粗面化処理）を実施した。素地調整後の表面粗さは十点平均粗さＲｚで７５μｍとした。これらのスプライスプレート母材の粗面に対し、線径１．２ｍｍのアルミニウム線材を用いて、アーク溶射にて溶射層を形成した。具体的には、まず、界面側溶射層の厚みが１５０μｍとなるまでは溶射時の圧縮空気圧力を０．４ＭＰａとして成膜した。次いで、界面側溶射層と表面側溶射層の合計厚みが３００μｍとなるまで、溶射時の圧縮空気圧力を０．２５ＭＰａとして成膜した。このときの溶射層の表面粗さＲｚは１８１μｍであった。
【００４２】
（実施例２）
実施例１と同様に２枚のスプライスプレート母材の表面に対し、素地調整を実施した。これらのスプライスプレート母材の粗面に対し、線径１．２ｍｍの亜鉛線材を用いて、アーク溶射にて溶射層を形成した。溶射は実施例１と同一の条件で行った。このときの溶射層の表面粗さは１７０μｍであった。
【００４３】
（実施例３）
実施例１と同様に２枚のスプライスプレート母材の表面に対し、素地調整を実施した。これらのスプライスプレート母材の粗面に対し、線径１．２ｍｍの亜鉛−アルミニウム合金（Ｚｎ−１５質量％Ａｌ）線材を用いて、アーク溶射にて溶射層を形成した。溶射は実施例１と同一の条件で行った。このときの溶射層の表面粗さは１９０μｍであった。
【００４４】
（実施例４）
実施例１と同様に２枚のスプライスプレート母材の表面に対し、素地調整を実施した。これらのスプライスプレート母材の粗面に対し、線径１．２ｍｍのアルミニウム−マグネシウム合金（Ａｌ−５質量％Ｍｇ）線材を用いて、アーク溶射にて溶射層を形成した。溶射は実施例１と同一の条件で行った。このときの溶射層の表面粗さＲｚは１９５μｍであった。
【００４５】
（比較例１）
実施例１と同様に２枚のスプライスプレート母材の表面に対し、素地調整を実施した。これらのスプライスプレート母材の粗面に対し、線径１．２ｍｍのアルミニウム線材を用いて、アーク溶射にて溶射層を形成した。具体的には、溶射層の厚みが３００μｍとなるまで溶射時の圧縮空気圧力を０．２５ＭＰａとして成膜した。このときの溶射層の表面粗さＲｚは１７６μｍであった。
【００４６】
（比較例２）
２枚のスプライスプレート母材を準備し、各スプライスプレート母材の表面に対し、グリッドブラスト処理により素地調整（粗面化処理）を実施した。素地調整後の表面粗さは十点平均粗さＲｚで１００μｍとした。これらのスプライスプレート母材の粗面に対し、線径１．２ｍｍのアルミニウム線材を用いて、アーク溶射にて溶射層を形成した。具体的には、溶射層の厚みが３００μｍとなるまで溶射時の圧縮空気圧力を０．４ＭＰａとして成膜した。このときの溶射層の表面粗さＲｚは１９０μｍであった。
【００４７】
（比較例３）
実施例１と同様に２枚のスプライスプレート母材の表面に対し、素地調整を実施した。これらのスプライスプレート母材の粗面に対し、線径１．２ｍｍのアルミニウム線材を用いて、アーク溶射にて溶射層を形成した。具体的には、溶射層の厚みが３００μｍとなるまで溶射時の圧縮空気圧力を０．１５ＭＰａとして成膜した。次いで、溶射層表面の凹凸をサンドペーパーで削った。このときの溶射層の表面粗さＲｚは１８３μｍであった。
【００４８】
（比較例４）
実施例１と同様に２枚のスプライスプレート母材の表面に対し、素地調整を実施した。これらのスプライスプレート母材の粗面に対し、線径１．２ｍｍのアルミニウム線材を用いて、アーク溶射にて溶射層を形成した。具体的には、溶射層の厚みが３００μｍとなるまで溶射時の圧縮空気圧力を０．２５ＭＰａとして成膜した。次いで、溶射層表面の凹凸をサンドペーパーで削った。このときの溶射層の表面粗さＲｚは１３２μｍであった。
【００４９】
（比較例５）
２枚のスプライスプレート母材を準備し、各スプライスプレート母材の表面に対し、グリッドブラスト処理により素地調整（粗面化処理）を実施した。素地調整後の表面粗さは十点平均粗さＲｚで２００μｍとした。これらのスプライスプレート母材の粗面に対し、線径１．２ｍｍのアルミニウム線材を用いて、アーク溶射にて溶射層を形成した。具体的には、溶射層の厚みが３００μｍとなるまで溶射時の圧縮空気圧力を０．２０ＭＰａとして成膜した。このときの溶射層の表面粗さＲｚは３２７μｍであった。
【００５０】
以上により得られた実施例及び比較例のスプライスプレートについて、その溶射層の気孔率を測定すると共に、高力ボルト摩擦接合におけるすべり係数測定を測定した。
【００５１】
溶射層の気孔率は、各溶射層の断面を光学顕微鏡にて観察し、画像解析にて算出した。気孔率測定は溶射後及びすべり試験後に行った。
【００５２】
すべり係数は、スプライスプレート、高力ボルト及び鋼材を用いて、単調引張載荷試験を行うことにより測定した。具体的には、まず、鋼材の摩擦接合面に対しブラスト処理により素地調整した。次に図２に示すように、鋼材４を、上記各実施例及び比較例にて溶射層２を摩擦接合面に形成したスプライスプレート１と高力ボルト５により接合して高力ボルト摩擦接合体を形成した。ボルト張力は３００ｋＮとなるようにした。そして、上記高力ボルト摩擦接合体の鋼材４の両端部を引張試験機にて掴み、単純引張載荷を行った。このときの最大荷重をボルト張力の２倍の値で除した値をすべり係数とした。
【００５３】
各実施例及び比較例における溶射層の気孔率、及びすべり係数の測定結果を表１に示す。
【表１】
【００５４】
表１に示すように、本発明の実施例１〜４では溶射層表面から溶射層の内部に向かって１５０μｍまでの部分（表面側溶射層）の気孔率は１６〜２１％であり、本発明で規定する１０％以上３０％以下の範囲内であった。また、溶射層表面から溶射層の内部に向かって１５０μｍの位置からスプライスプレート母材との界面までの部分（界面側溶射層）の気孔率は６〜８％であり、本発明で規定する５％以上１０％未満の範囲内であった。表面粗さＲｚは１７０〜１９５μｍであった。そして、実施例１〜４のいずれもすべり係数は０．７以上であった。
【００５５】
一方、比較例１の界面側溶射層及び表面側溶射層の気孔率は、それぞれ１６％及び１８％であった。表面粗さＲｚは１７６μｍであった。比較例１のすべり係数は０．８１であった。
【００５６】
また、比較例２の界面側溶射層及び表面側溶射層の気孔率は、それぞれ７％及び８％であった。表面粗さＲｚは１９０μｍであった。比較例２のすべり係数は０．６９であり、同じ溶射材料を使用した実施例１に比べ大きく劣っている。
【００５７】
比較例３の界面側溶射層及び表面側溶射層の気孔率は、それぞれ３２％及び３１％であった。表面粗さＲｚは１８３μｍであった。比較例３のすべり係数は０．８５であった。
【００５８】
比較例４の界面側溶射層及び表面側溶射層の気孔率は、それぞれ１５％及び１７％であった。表面粗さＲｚは１３２μｍであった。比較例４のすべり係数は０．６９であり、同じ溶射材料を使用した実施例１に比べ大きく劣っている。
【００５９】
比較例５の界面側溶射層及び表面側溶射層の気孔率は、それぞれ２４％及び２３％であった。表面粗さＲｚは３２７μｍであった。比較例５のすべり係数は０．６７であり、同じ溶射材料を使用した実施例１に比べ大きく劣っている。
【００６０】
一方、比較例１において、溶射処理後の溶射層に対して断面観察を行った。その結果を図３に示す。また、比較例１において、図２のように高力ボルト摩擦接合体を形成してすべり係数を測定し、その高力ボルト摩擦接合体を解体した後の溶射層に対して断面観察を行った。その結果を図４に示す。図３及び４に示す溶射層のうち、黒部分がアルミニウム、白部分が気孔である。
【００６１】
図３及び図４を見ると、高力ボルト摩擦接合により表面側溶射層２ａは塑性変形し、気孔が押し潰されているのに対し、界面側溶射層２ｂの気孔はほとんど変化がないことがわかる。また、表１に示すように、すべり試験後の解体試験片の界面側溶射層の気孔率は１６％であり、溶射後の気孔率から変化はなかった。すなわち、比較例１ではすべり試験によるすべり係数は０．７以上であったものの、高力ボルト摩擦接合部に対して、微振動や静加重等の負荷が長期間継続された場合、界面側溶射層の気孔が徐々に潰され、溶射層が薄くなり、接合当初に導入したボルト張力より低下し、すべり係数の低下が起る可能性がある。
【００６２】
比較例３において、すべり試験後の解体試験片の界面側溶射層及び表面側溶射層の気孔率は、表１に示すように、それぞれ３１％及び１５％であった。すなわち、比較例３は比較例１と同様に、すべり試験によるすべり係数は０．７以上であったものの、高力ボルト摩擦接合部に対して、微振動や静加重等の負荷が長期間継続された場合、界面側溶射層の気孔が徐々に潰され、溶射層が薄くなり、接合当初に導入したボルト張力より低下し、すべり係数の低下が起る可能性がある。
【００６３】
比較例４及び比較例５において、溶射層の表面粗さＲｚは１５０μｍ未満、あるいは３００μｍ超であり、このときのすべり係数は０．７未満であった。比較例４及び比較例５と溶射層の表面粗さＲｚ以外は同様の特性を有する溶射層を形成した比較例１（Ｒｚ＝１７６μｍ）ですべり係数０．７以上が得られていることを勘案すると、溶射層の表面粗さＲｚは１５０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましいと言える。
【００６４】
以上のとおり、本発明のスプライスプレートは高力ボルト摩擦接合において、高い摩擦抵抗を安定して得ることができることがわかった。
【符号の説明】
【００６５】
１ スプライスプレート
２ 溶射層
２ａ 表面側溶射層
２ｂ 界面側溶射層
３ スプライスプレート母材
４ 鋼材
５ 高力ボルト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦接合面に金属溶射による溶射層を形成した高力ボルト摩擦接合用スプライスプレートにおいて、溶射層のうち表面側に位置する表面側溶射層の気孔率が、前記表面側溶射層よりもスプライスプレート母材との界面側に位置する界面側溶射層の気孔率が大きいことを特徴とする高力ボルト摩擦接合用スプライスプレート。
【請求項２】
前記表面側溶射層の気孔率が１０％以上３０％以下であり、前記界面側溶射層の気孔率が５％以上１０％未満である請求項１に記載の高力ボルト摩擦接合用スプライスプレート。
【請求項３】
前記表面側溶射層の厚みが１５０±２５μｍである請求項１又は２に記載の高力ボルト摩擦接合用スプライスプレート。
【請求項４】
前記表面側溶射層の表面粗さの十点平均粗さＲｚが１５０μｍ以上３００μｍ以下である請求項１〜３のいずれかに高力ボルト摩擦接合用スプライスプレート。
【請求項１】
摩擦接合面に金属溶射による溶射層を形成した高力ボルト摩擦接合用スプライスプレートにおいて、溶射層のうち表面側に位置する表面側溶射層の気孔率が、前記表面側溶射層よりもスプライスプレート母材との界面側に位置する界面側溶射層の気孔率が大きいことを特徴とする高力ボルト摩擦接合用スプライスプレート。
【請求項２】
前記表面側溶射層の気孔率が１０％以上３０％以下であり、前記界面側溶射層の気孔率が５％以上１０％未満である請求項１に記載の高力ボルト摩擦接合用スプライスプレート。
【請求項３】
前記表面側溶射層の厚みが１５０±２５μｍである請求項１又は２に記載の高力ボルト摩擦接合用スプライスプレート。
【請求項４】
前記表面側溶射層の表面粗さの十点平均粗さＲｚが１５０μｍ以上３００μｍ以下である請求項１〜３のいずれかに高力ボルト摩擦接合用スプライスプレート。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１２２２２９（Ｐ２０１２−１２２２２９Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７２７１８（Ｐ２０１０−２７２７１８）
【出願日】平成２２年１２月７日（２０１０．１２．７）
【出願人】（０００１５９６１８）吉川工業株式会社 (60)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月７日（２０１０．１２．７）
【出願人】（０００１５９６１８）吉川工業株式会社 (60)
【Ｆターム（参考）】
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