JP5008453B2 - 高強度鋼を用いた高力ボルト摩擦接合部 - Google Patents
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Description
(1) 母材の強度が高くなればなるほど、すべり係数が低下する。
(2) 添板は母材強度と同等材の方が優れており、汎用強度材を用いた場合は低下する。
(3) 研削材の粒径には最適点が存在する。
(4) 研削材の硬度は高い方が有利である。
(5) 母材接合面の粗さ曲線最大高さ(Rz)が小さい方がすべり係数が向上する。
(6) 母材接合面の粗さ曲線山谷間隔(RSm)が大きくなればなるほど、すべり係数が向上する。
との知見を得ることができた。
母材の強度については、すべり係数とは負の相関関係を示す。一見すると、強度が上昇すると摩擦時の剪断破壊限界特性が上昇するため、すべり係数も上昇すると考える方が自然であり、本件発明のような負の相関関係は従来知られていない。実際に、例えば、特許文献5では、複相鋳片を用いて製造した鋼材を適用し、表面のみを高硬度化させることにより高い摩擦係数を期待する知見が記載されている。
例えば、前述の特許文献5や非特許文献1には、添板には母材と異なる鋼材を用いることが有利であると記載されている。しかしながら、本発明者らの実験によれば、異材継手(異なる鋼材を用いる場合)は共材継手(同種の鋼材を用いる場合)に比べてすべり係数が小さい結果となった。
ショット玉は、基本的に球形であるため、摩擦理論で議論される頂角は、粒径を変化させても、あまり変化しないと考えられるが、実際的には、粒径を小さくすることで、頂角は小さくなる傾向にある。
すべり係数向上のために粗さを確保することが重要であることは自明であるが、部材に高強度材を用いた場合には、ショット玉が鋼材表面に動的に衝突した際に、ショット玉側の塑性変形が大きくなり、鋼材に所望の粗さを付与することができない。
グリットブラストではショットブラストに比べ比較的容易にRzを高めることができるが、接合時の接触面積が減少する。また工業的な範疇の衝突エネルギーでは、接合面のRzを高めると起伏の頂角が鋭くなり、摩擦により容易に削り落とされてしまい、意図したすべり係数を得られない。
ショットブラストではグリットブラストに比べ起伏の頂角は鈍くなり、頂角の間隔が広がる結果、接合時の接触面積が増大する。これは即ちRzが小さく、RSmが大きい状態を意味する。
前記の母材と添板の強度、ショットブラスト条件が下記の関係を満足すること。
0.11×TSB+1.2×(TSB-TSS)-2.9×(HVS-TSB/3.11)+303×|GSS-0.8|≦0 … (1)
ここで、
TSB: 母材強度 [MPa]
TSS: 添板強度 [MPa]
HVS: 研削材の平均ビッカース硬度
GSS: 研削材の平均粒径 [mm]
前記母材の強度と、ショットブラスト条件が以下の関係を満足すること。
2.36×(HVS-TSB/3.11)-105×|GSS-0.8|≧700 … (2)
ここで、
TSB: 母材強度 [MPa]
HVS: 研削材の平均ビッカース硬度
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ここで、
TSB: 母材強度 [MPa]
HVS: ショットブラストの研削材の平均ビッカース硬度
GSS: ショットブラストの研削材の平均粒径 [mm]
Claims (2)
- 700MPa級以上の高強度鋼からなる母材と、前記高強度鋼と同等の強度またはそれより低い強度の鋼からなる添板とを重ね合わせて、高力ボルトにより接合した高力ボルト摩擦接合部であって、前記母材と前記添板の重ね合わせ面について、双方同じショットブラスト条件またはグリットブラスト条件で、すべり係数0.45以上を確保した表面態様とし、前記母材と前記添板の互いに重ね合わせた面に、以下の条件でショットブラストを施してあることを特徴とする高強度鋼を用いた高力ボルト摩擦接合部。
なお、母材および添板の強度は、鋼材の元の厚みまま、または厚みの1/4から外表面に平行に採取した引張試験片を使い引張試験して得られる引張強さとする。
0.11×TSB+1.2×(TSB-TSS)-2.9×(HVS-TSB/3.11)+303×|GSS-0.8|≦0 … (1)
ここで、
TSB: 母材強度 [MPa]
TSS: 添板強度 [MPa]
HVS: ショットブラストの研削材の平均ビッカース硬度
GSS: ショットブラストの研削材の平均粒径 [mm] - 前記母材と前記添板の互いに重ね合わせた面に、以下の条件でショットブラストを施してあることを特徴とする請求項1記載の高強度鋼を用いた高力ボルト摩擦接合部。
2.36×(HVS-TSB/3.11)-105×|GSS-0.8|≧700 … (2)
ここで、
TSB: 母材強度 [MPa]
HVS: ショットブラストの研削材の平均ビッカース硬度
GSS: ショットブラストの研削材の平均粒径 [mm]
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