JP4120744B2 - Member fastening method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の部材を例えばボルト等の締結手段で締結するときに用いて好適な部材の締結方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、複数の部材どうしを一体に接合するための接合手段として、ボルト・ナットが多用されている。
【0003】
特に、建築土木分野において、鉄骨、鋼板等を高い強度で接合するため高力ボルトが用いられている。この高力ボルトでは例えば鋼板等の部材を締結することによって高い軸力を発揮し、これによって部材間の摩擦力が通常のボルトよりも高くなり、その結果、部材間で力がスムーズに伝達される構成となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の部材の締結構造および締結方法には、以下のような問題が存在する。
一般に、ボルトによって締結される部材間の摩擦伝達力Qは、以下の式、
Q=μ・N
で表される。ここでμは部材の摩擦係数、Nはボルト導入軸力である。
この式からも分かるように摩擦伝達力Qは、部材の摩擦係数μとボルト導入軸力Nとに依存する。
【0005】
しかし、ボルト導入軸力Nは使用するボルトによって決まってしまうため、摩擦伝達力Qを向上させるには、部材にブラストをかけたり、塗料被膜を施したり、化学処理を施すなどして、部材自体の摩擦係数μを向上させる工夫が成されている。しかしながら、いずれの手法も部材間の摩擦という物理現象の域を出るものではなく、摩擦伝達力Qの向上には限界があるのが実状である。
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、従来にない高い摩擦伝達力を発揮することのできる部材の締結方法を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、複数の部材を互いに当接させて締結する方法であって、互いに当接する二つの部材の当接面間に、前記部材よりも高硬度の硬質材を挟み込んだ後、前記部材どうしを加圧手段で加圧して前記当接面どうしを当接させ、しかる後に前記部材どうしを締結手段で締結することを特徴としている。
【0007】
このように硬質材を挟み込んだ部材どうしを加圧手段で加圧することによって、硬質材が部材の当接面に食い込み、この状態で部材どうしを締結手段で締結することによって、締結手段の軸線方向に対し直行する面、つまり部材の当接面に沿った方向において、部材どうしが硬質材によって互いに係合することになる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る部材の締結構造および締結方法の実施の形態の一例を、図1および図2を参照して説明する。
各図において、符号1は接合すべき部材であり、ここでは部材1として例えば鋼板が用いられている。
【0012】
図1に示すように、部材1Aは、二枚の部材1B,1Cに挟み込まれた状態で、それぞれの部材に形成されたボルト穴2に高力ボルト(以下、単に「ボルト」と略称する)(締結手段)3を挿通させ、このボルト3にナット(締結手段)4を装着することによって締結される構造となっている。
【0013】
このとき部材1Aの両面側の当接面s1と、部材1B,1Cの当接面s2,s3との間には、複数の粒状体(硬質材)5が挟み込まれた形態となっている。この粒状体5は部材1よりも固い材料、例えば、タングステンカーバイト等の金属を、例えば直径0.5〜2mm程度の粒状としたものである。この粒状体5は、互いに当接している部材1Aの当接面s1と部材1Bの当接面s2との間,部材1Aの当接面s1と部材1Cの当接面s3との間のそれぞれにおいて、当接面s1,s2,s3に食い込んだ状態で挟み込まれている。
【0014】
このような部材1の締結構造を実現するには以下のような方法を採用する。
【0015】
図2に示すように、まず、部材1A,1B,1Cをボルト穴2を一致させた状態で重ね合わせる。このとき部材1Aと1B,1Cとの間には、所定数の粒状体5を挟み込んで配置する。この状態では、まだ粒状体5は部材1A,1B,1Cに食い込んではいない。
【0016】
次いで、これら部材1A,1B,1Cの一面側に支圧板6を配置し、他面側にセンターホールジャッキ(加圧手段)7等を配置する。そして、これら支圧板6、部材1A,1B,1C、およびセンターホールジャッキ7を、例えば超硬合金製のボルト・ナット8によって一体に保持する。この状態でセンターホールジャッキ7を伸ばし、ボルト・ナット8で得られる反力によって、部材1A,1B,1Cを加圧する。すると、その圧力により粒状体5が部材1A,1B,1Cの当接面s1,s2,s3に食い込み、部材1Aの両面の当接面s1に部材1B,1Cの当接面s2,s3が完全に押しつけられる状態となる。
この状態で、センターホールジャッキ7による加圧を一旦解除し、ボルト・ナット8、支圧板6、センターホールジャッキ7を取り外す。
【0017】
この後、図1に示したように、部材1A,1B,1Cにボルト3を挿通させ、ボルト3の先端部にナット4をねじ込むことによって、図1に示した部材1の締結構造が実現されるのである。
【0018】
このような部材1の締結構造によれば、部材1A,1B,1Cに粒状体5が食い込んだ状態となっているので、ボルト3の軸線と直行する方向、すなわち部材1A,1B,1Cの当接面s1,s2,s3に沿った方向において、粒状体5により、これらの部材1A,1B,1C間には機械的引っかかりが存在するため、大きな伝達力を発揮することが可能となる。例えば、上記の例のように、粒状体5にタングステンカーバイトを用い、部材1A,1B,1Cとして鋼板を用いれば、摩擦係数μ=2〜3が得られる。
【0019】
これにより、従来の締結構造に比較し高い接合強度が得られることばかりではなく、同等の接合強度を得る場合には、ボルト3の本数を従来の4分の1から5分の1程度に削減することができる。これにより大幅なコストダウンを図ることができるだけでなく、ボルト3の締め付けの手間を省くことができるので作業の手間を大幅に削減することが可能となる。しかも、部材1A,1B,1C自体にブラストや塗料被覆、化学処理などの処理を施すことがなく、粒状体5を挟み込めば良いので特に手間がかかることもない。
【0020】
そして、このような前述したような方法によれば、現場において粒状体5を部材に食い込ませることが可能であり、容易に前記部材1の締結構造を実現することができる。
【0021】
なお、上記実施の形態においては、部材1A,1B,1Cとして鋼板を用いる例を挙げたが、もちろん、その用途は鉄骨等を始めその他各種部品や部材など様々なものの締結に適用することが可能である。言うまでもなく、上記実施の形態であげたような部材1Aを部材1B,1Cに挟み込む形態に限らず、他のいかなる形態にも適用が可能であり、また一体に締結する部材数も何ら限定するものではない。
【0022】
もちろん、必要とされる締結力によっては、高力ボルトではなく通常のボルトナット等を用いてもよいし、その他の締結手段として、例えばリベット等他の種のものを用いることも可能である。
【0023】
さらに、締結した状態で部材1A,1B,1Cに食い込むのであれば、硬質材としての粒状体5をタングステンカーバイトで形成する構成としたが、これに限るものではなく、部材1A,1B,1Cの材質に応じて、例えばセラミックス等、適宜他のものを用いてもよい。また硬質材の形状も、加圧時に部材1A,1B,1Cに容易に食い込み、かつ高い摩擦係数を発揮することができるのであれば、いかなる形状のものを用いても良い。例えば、図3に示すように、部材1A,1B,1C間に、硬質材として、ピアノ線(硬質材)10等の鋼材を挟み込んで食い込ませる構成としても良い。このときも、図2と同様の方法で、センターホールジャッキ7で部材1A,1B,1Cを、例えば60tの圧力で加圧した後、これらをボルト3・ナット4で締結する。この場合、ピアノ線10は、部材1A,1B,1C間で高い伝達力を発揮したい方向に対し、直交した方向に延在するよう配置する。この他にも、例えば、硬質材を球状、円柱状、角柱状、破片状の粒状体としたり、また丸棒、角棒状の線材で形成するようにしても良い。これ以外にも、硬質材については、その材質や形状を何ら限定する意図はない。
【0024】
[別の実施の形態]
上記実施の形態では、センターホールジャッキ7等で部材1A,1B,1Cを加圧した後、これらをボルト3・ナット4で締結していたが、これでは2度手間となるため、以下のような構成が考えられる。
図4に示すように、部材1A,1B,1C間に、硬質材として、ピアノ線(硬質材)20等の鋼材を挟み込んで食い込ませる構成とする。このとき、ピアノ線20には、例えば直径2mm、長さ10mmのものを、ボルト穴2の周囲に例えば4本配置する。この時もピアノ線20は、部材1A,1B,1C間で高い伝達力を発揮したい方向に対し、直交した方向に延在するよう配置する。
【0025】
そして、このような締結構造で締結するときには、部材1Aと1B,1Cとの間に、所定数のピアノ線20を挟み込んだ状態で重ね合わせる。次いで、ボルト孔2に本締め用のボルト3を挿通させ、ナット4をねじ込み、これを締め付ける。すると、ボルト3の締め付け力によって例えば20tの圧力が発揮され、ピアノ線20が部材1A,1B,1Cに食い込み、上記締結構造が達成される。
【0026】
このようにボルト3のみでピアノ線20を圧入させることによって、上記図2で示した形態のように、締結に2度手間がかかることもなく、作業の簡素化を図ることができる。また、上記のような方法では、センターホールジャッキ7等に比較すれば発揮できる圧力も小さいため、圧入できるピアノ線20の数が少なくなり、硬質金属の断面量が減少してしまう。しかし、20tの圧力であれば、直径2mm、長さ10mmのピアノ線20を5本程度までなら圧入可能である。そして、5本のピアノ線20を圧入すれば、摩擦係数に換算するとμ=1.0程度の接合力が確保され、従来の摩擦係数μ=0.45の約2倍となり、ボルト本数を半減できる。
また、このような締結構造では、ブラスト等の発錆作業が不要であり、使用するボルト3の本数も従来の半分程度とすることが可能となり、低コスト化を図ることができる。
加えて、すべり性状が、従来の鋼材のように、弾塑性(バイ・リニア)となり、破壊モードが良好となる、という利点もある。
【0027】
図5に示すものは、上記のさらに他の形態を示すもので、部材1A,1B,1C間に、硬質材として、ピアノ線(硬質材)21等の鋼材を挟み込んで食い込ませる構成とする。このとき、ピアノ線21には、例えば図5(c)に示すような断面六角形状(あるいはそれ以外の多角形状)や、図5(d)に示すような断面視円形等を有し、かつ直径2〜3mmで長さ30mm程度のものを、例えば4本、ボルト穴2の両側に、高い伝達力を発揮させたい方向に対して直交させて配置する。
【0028】
そして、部材1Aと1B,1Cとの間に、所定数のピアノ線21を挟み込んだ状態で重ね合わせる。この時には、ピアノ線21が転がらないよう、スプレー式の粘着剤等を塗布しておく。
この後、ボルト孔2に本締め用のボルト3を挿通させ、ナット4をねじ込み、これを締め付け、その締め付け力によってピアノ線21を部材1A,1B,1Cに食い込ませるのである。
これにより、上記図4の形態と同様、締結に2度手間がかかることもなく、作業の簡素化を図ることができ、また摩擦係数に換算するとμ=1.0程度の接合力が確保され、従来の摩擦係数μ=0.45の約2倍となり、ボルト本数を半減できる。さらに、ブラスト等の発錆作業が不要であり、使用するボルト3の本数も従来の半分程度とすることが可能となり、低コスト化を図ることができる。
【0029】
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない範囲内であれば、いかなる構成を採用しても良く、また上記したような構成を適宜選択的に組み合わせたものとしても良いのは言うまでもない。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に係る部材の締結方法によれば、硬質材を挟み込んだ部材どうしを加圧手段で加圧することによって、硬質材が部材の当接面に食い込み、この状態で部材どうしを締結手段で締結することによって、部材どうしの当接面に沿った方向において、これらの部材間には機械的引っかかりが存在し、大きな伝達力を発揮することが可能となる。
したがって、従来の締結構造に比較し、高い接合強度が得られることばかりではなく、同等の接合強度を得る場合には、ボルト等の本数を大幅に削減することができ、これにより大幅なコストダウンを図ることができるだけでなく、ボルト等の締結手段の締め付けの手間を省くことができるので作業の手間を大幅に削減することが可能となる。しかも、部材自体にブラストや塗料被覆、化学処理などの処理を施すことがなく、硬質材を挟み込めば良いので特に手間がかかることもない。
【0031】
請求項3に係る部材の締結方法によれば、硬質材を挟み込んだ部材どうしを加圧手段で加圧することによって、硬質材が部材の当接面に食い込み、この状態で部材どうしを締結手段で締結することによって、請求項1にかかる部材の締結構造を実現することができ、従来の締結構造にない効率的に高い接合強度を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る部材の締結構造の一例を示す断面図である。
【図2】 本発明に係る部材の締結方法を示す図であって、部材どうしの間に硬質材を挟み込み、加圧手段で部材を加圧する前の状態を示す断面図である。
【図3】 本発明に係る部材の締結構造の他の一例を示す断面図である。
【図4】 本発明に係る部材の締結構造のさらに他の一例を示す断面図である。
【図5】 本発明に係る部材の締結構造のさらに他の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
1A,1B,1C 部材
s1,s2,s3 当接面
3 ボルト(締結手段)
4 ナット(締結手段)
5 粒状体(硬質材)
7 センターホールジャッキ(加圧手段)
10,20,21 ピアノ線(硬質材)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to conclude method of the preferred member used when fastening a plurality of members by a fastening means, for example bolts.
[0002]
[Prior art]
As is well known, bolts and nuts are frequently used as joining means for joining a plurality of members together.
[0003]
In particular, in the field of construction and civil engineering, high-strength bolts are used to join steel frames, steel plates and the like with high strength. In this high-strength bolt, for example, a high axial force is exerted by fastening a member such as a steel plate, whereby the frictional force between the members becomes higher than that of a normal bolt, and as a result, the force is smoothly transmitted between the members. It is the composition which becomes.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional member fastening structure and fastening method as described above have the following problems.
Generally, the frictional transmission force Q between members fastened by bolts is expressed by the following equation:
Q = μ · N
It is represented by Here, μ is a friction coefficient of the member, and N is a bolt introduction axial force.
As can be seen from this equation, the frictional transmission force Q depends on the friction coefficient μ of the member and the bolt introduction axial force N.
[0005]
However, since the bolt introduction axial force N is determined by the bolt to be used, in order to improve the frictional transmission force Q, the member itself is subjected to blasting, paint coating, chemical treatment, etc. The device has been devised to improve the friction coefficient μ. However, none of these methods leaves the physical phenomenon of friction between members, and the fact is that there is a limit to improving the frictional transmission force Q.
The present invention has been made in view of the above, and to provide a conclude how members capable of exerting a free high frictional transmission force to the prior art.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0007]
By pressing the members sandwiching the hard material with the pressurizing means in this way, the hard material bites into the contact surface of the member, and in this state, the members are fastened with the fastening means, whereby the axial direction of the fastening means The members are engaged with each other by the hard material in a direction perpendicular to the surface, that is, in a direction along the contact surface of the members.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an example of an embodiment of a member fastening structure and a fastening method according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
In each figure, the code |
[0012]
As shown in FIG. 1, the
[0013]
At this time, a plurality of granular bodies (hard materials) 5 are sandwiched between the contact surfaces s1 on both sides of the
[0014]
In order to realize such a fastening structure of the
[0015]
As shown in FIG. 2, first, the
[0016]
Subsequently, the
In this state, the pressure applied by the center hole jack 7 is once released, and the bolts / nuts 8, the
[0017]
Thereafter, as shown in FIG. 1, the
[0018]
According to such a fastening structure of the
[0019]
As a result, not only can the joint strength be higher than that of the conventional fastening structure, but the equivalent number of
[0020]
And according to such a method as mentioned above, it is possible to make the
[0021]
In the above-described embodiment, an example in which steel plates are used as the
[0022]
Of course, depending on the required fastening force, a normal bolt nut or the like may be used instead of a high-strength bolt, and other types of fastening means such as rivets may be used as other fastening means.
[0023]
Further, if the
[0024]
[Another embodiment]
In the above embodiment, the
As shown in FIG. 4, a steel material such as a piano wire (hard material) 20 is sandwiched between the
[0025]
And when fastening with such a fastening structure, it superimposes in the state which pinched | interposed the predetermined number of
[0026]
By press-fitting the
Further, with such a fastening structure, rusting work such as blasting is unnecessary, and the number of
In addition, there is an advantage that the slip property becomes elasto-plastic (bi-linear) like a conventional steel material, and the fracture mode is good.
[0027]
The thing shown in FIG. 5 shows the said further another form, and is set as the structure which inserts and bites in steel materials, such as a piano wire (hard material) 21, as a hard material between
[0028]
And it superimposes in the state which pinched | interposed the predetermined number of
Thereafter, the
As a result, as in the case of the above-described FIG. 4, it is possible to simplify the work without requiring two times for fastening, and a joining force of about μ = 1.0 is ensured when converted to a friction coefficient. The friction coefficient μ is about twice that of the conventional friction coefficient μ = 0.45, and the number of bolts can be halved. Further, rusting work such as blasting is not required, and the number of
[0029]
In addition to this, it is needless to say that any configuration may be adopted as long as it does not depart from the gist of the present invention, and the above-described configurations may be appropriately combined.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the fastening method of the member according to
Therefore, compared with the conventional fastening structure, not only that a high bonding strength can be obtained, in the case of obtaining the same bonding strength it can significantly reduce the number of bolts or the like, thereby significantly Not only can the cost be reduced, but also the labor of tightening the fastening means such as bolts can be saved, so that the labor of the work can be greatly reduced. In addition, the member itself is not subjected to blasting, paint coating, chemical treatment, or the like, and it is sufficient to insert a hard material.
[0031]
According to the fastening method of the member which concerns on
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a member fastening structure according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a method for fastening members according to the present invention, and is a cross-sectional view showing a state before a hard material is sandwiched between members and the members are pressed by a pressing means.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of a member fastening structure according to the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing still another example of a member fastening structure according to the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing still another example of a member fastening structure according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1A, 1B, 1C Members s1, s2,
4 Nut (fastening means)
5 Granules (hard material)
7 Center hole jack (pressurizing means)
10, 20, 21 Piano wire (hard material)
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