JPH07217076A - 棒鋼およびその締結方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、形状記憶合金を用いた棒鋼の締結
方法と、これに使用する棒鋼ならびに継手を提供する。 【構成】 棒鋼の端部に噛み合い部を形成し、締結は２
本の棒鋼の噛み合い部を互いに噛み合わせた上に形状記
憶合金製で円筒形状の継手を被せ、前記継手部分を加熱
して円筒を収縮させて行なうようにした。 【効果】 現場作業としては溶接に比べはるかに低い温
度に加熱するだけで締結できる。またねじ式のように高
いトルクをかけて締め込む作業が不用のため、高所、狭
所、足場の悪い場所でも容易に施工ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は棒鋼を締結するための方
法ならびに前記締結に使用するための特定形状の端部を
有する棒鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に棒鋼は長尺で生産されるが、輸送
や取り扱いの都合でいったんは短く切断して搬送され、
使用現場において必要に応じて継ぎ合わせながら使用さ
れる。締結の方法には溶接方式や機械的方式などがあ
る。棒鋼の一つの主要な用途である鉄筋の場合には、重
ね継手のような特殊な手段も広く行なわれている。前記
溶接方式の中には良く利用されるものとしてガス圧接法
がある。しかし、この方法は雨天に作業が出来ないとい
う問題がある。機械的方式には、カプラーを鉄筋表面の
ねじ状の節にねじ込むものや、カプラー内にセメントや
樹脂などのグラウトを注入することによって締結する方
法がある。また形状記憶合金を利用するものとしては以
下の様なものが公開されている。

【０００３】特開昭６２−８２１５２号公報では形状記
憶合金製の円筒に鉄筋の外径より細い内径形状を記憶さ
せておき、いったん円筒内径を鉄筋の外径より大きく拡
径した形状記憶合金製の円筒を継手として使用してい
る。この継手の開口部に鉄筋を差し込んでから加熱する
ことによって円筒が収縮し、鉄筋を固定することができ
るというものである。また形状記憶合金を別な形で利用
したものとして特開昭５８−２６１５５号公報や実開平
０４−１１１８１３号公報がある。

【０００４】前者では、カプラーとロックナットからな
る、従来からある鉄筋用継手をそのまま利用するが、カ
プラーとロックナットとの間に形状記憶合金製のリング
を挿入しておき、加熱したときにこのリングの幅が拡が
ることによって、ロックナットを機械的に締め付けなく
ても完全に固定できるようにしたものなど、いくつかの
方法が提唱されている。また後者においては板状の形状
記憶合金が加熱された時に曲がるように記憶処理してお
き、加熱時の形状記憶合金の曲がりによって鉄筋の締結
が行なわれるように工夫されている。

【０００５】しかしながら、大量生産される棒鋼は寸法
精度がさほど良いものではないため、形状記憶合金をこ
のような形で棒鋼用継手に利用することは、よほど形状
回復能力の大きい合金でないと困難であった。そのため
これまでに使用が検討されたのは、形状回復ひずみが８
％程度と大きいニッケル・チタン系と一部の銅系形状記
憶合金が主であった。これに対して安価で量産に適した
鉄系形状記憶合金は形状回復ひずみが３．５％程度と小
さいため、従来のような方式では実用的な棒鋼用継手と
して使用することはできなかった。また鉄系形状記憶合
金は形状回復過程で発生する応力もニッケル・チタン系
形状記憶合金に比べて小さいので、形状回復時に発生す
る応力を棒鋼の締結力として直接使用する方式では、形
状記憶合金製の継手の厚みを著しく大きく作る必要があ
って、この面からも鉄系形状記憶合金の利用には大きな
制約があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】安価で量産性に優れた
鉄系形状記憶合金を利用して、実用性の高い棒鋼用の締
結方法とそのための棒鋼を提供することが本発明の目的
である。すなわち形状回復ひずみも発生応力も小さい鉄
系形状記憶合金の性能の限界内でも、十分な締結力を発
揮できるような新しい締結機構の実現を課題とした。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明は、端部の一定長さ部分に亘って噛み合い部を
形成したことを特徴とする棒鋼、ならびに前記棒鋼を締
結するに際して、２本の棒鋼の端部の噛み合い部を互い
に噛み合わせた状態で、一定温度に加熱された時に内径
が収縮するように予め形状記憶処理のなされた鉄系形状
記憶合金製の円筒の中に差し込み、前記鉄系形状記憶合
金製の円筒を形状回復動作に必要な温度に加熱すること
によって内径を収縮させることを特徴とする棒鋼の締結
方法、を要旨とするものである。

【０００８】一般に、鉄筋をはじめとする棒鋼の締結作
業は、屋外でしかも高所や狭所などの悪環境下で行なわ
れる場合が多いことから、天候に作用されず大袈裟な施
工用工具も必要とせずに簡単に行なえるものであること
が望まれている。また１箇所で大量に使用され、かつま
た多くの場合は表面を別の外装材やコンクリートなどで
覆われることが多いことなどから、安価なものであるこ
とも特に重要な条件とされている。また締結部について
はガタがなく、できれば棒鋼本体と同等の締結強度を有
するものであることが期待されている。

【０００９】本発明はこれらの点を、従来にない新しい
方式によって解決したものである。以下、本発明を概略
図にもとづいて説明する。図１は本発明に係る棒鋼の一
例を示し、図２は本発明による棒鋼端部の各種形状を例
示したものである。１と２は棒鋼で、それぞれの端部に
は噛み合い部として１１や２１で示す凹部と１２や２２
で示す凸部が同数ずつ形成されている。なおここで、凸
部凹部というのは、長手方向の周辺部より肉厚、肉薄部
を形成する部分を言う。望ましくは、棒鋼の縦断面上の
中心線を基準として、中心線を越えて凸部、中心線まで
達しないで凹部を形成した方がよい。

【００１０】したがって、図２（ａ）は図１と同様に凸
部凹部とも１個ずつ、（ｂ）と（ｄ）は凸部と凹部が交
互に各３個ずつ、（ｃ）は２個ずつであるが凸部と凹部
が交互ではなく２個の凸部と２個の凹部が離れた位置
に、それぞれ設けられた場合を示している。（ｂ）は側
面から見た端部の凸部や凹部が直線的なもの、他は曲線
的なものである。なお締結部の強度が特に高い必要のあ
る場合には、図３に示すように棒鋼端部に対してアプセ
ット加工をして径を大きくした部分（図の１５で示す）
の上に、前述のいずれかの端部形状を形成するのが効果
的である。

【００１１】また棒鋼の先端部１３は、棒鋼長さ方向に
対して直角（図２（ｂ））、凸型（図２（ａ）、
（ｃ））、凹型（図２（ｄ））のいずれかの形状であっ
ても差し支えない。凹型形状は、２本の棒鋼端部同士を
噛み合わせる時に横方向からずらせるような形で行なう
ことが必要であるが、そのようにして組合わせただけで
仮留めされた状態になる利点もある。

【００１２】このような形状を棒鋼端部に付与する方法
としては、切削加工や鍛造加工法などが利用できるが、
強度を確保するためには、切削よりも鍛造加工が望まし
い。さらに端部を局部的に加熱して、金型の中でアプセ
ットをしながら凸部と凹部を同時に形成するように加工
すれば最も望ましい。

【００１３】次に、本発明による棒鋼の締結方法と締結
用の継手について説明する。図４（ａ）のように、締結
する２本の棒鋼の内の一方には、予め鉄系形状記憶合金
製の継手３をはめておく。鉄系形状記憶合金製継手３は
加熱によって内径が収縮するように形状記憶処理がなさ
れているが、この段階では棒鋼の外径より大きな内径を
持つように製作されているため、棒鋼は鉄系形状記憶合
金製継手の中に楽に差し込むことができる。次に棒鋼端
部同士を噛み合わせ（図４（ｂ））、鉄系形状記憶合金
継手を棒鋼の締結部に移動させる（図４（ｃ））。棒鋼
の締結部が鉄系形状記憶合金製継手のほぼ中央に位置す
るようにするため、移動前に、継手端面が位置すべき棒
鋼上の箇所にマーキングしておくようにすれば確実であ
る。最後に鉄系形状記憶合金部分を加熱して形状回復を
起こさせてやると、図４（ｄ）に示すように、継手の内
径が収縮して棒鋼の組み合わせ部を外側から締め付ける
ので、凸部と凹部が互いに組合わさった端部同士は一体
に締結されるのである。

【００１４】本発明による棒鋼の締結は、鉄系形状記憶
合金製継手の内径の収縮を利用するものではあるが、締
結部に外部から働く引っ張り・圧縮力は棒鋼自身の端部
の噛み合い部が直接受ける機構となっていて、鉄系形状
記憶合金製の継手は、前記噛み合い部がずれないように
押さえる作用を果たすだけで良い。このため形状回復ひ
ずみも形状回復時の発生応力も小さい鉄系形状記憶合金
でも、何等支障無く、十分な役割を担うことができるの
である。

【００１５】本発明に使用する鉄系形状記憶合金という
のは、鉄が概略で約５０％以上を占め、他に鉄より少量
の合金元素が添加されているものを指す。代表的なもの
としてはＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉを主要成分とし、必要に応じ
てＣｒやＮｉを添加した合金がある。この種の鉄系形状
記憶合金は精度の良いねじを形成するための加工性と量
産性に優れており、最も適当である。

【００１６】なお、本発明の継手を使用する場合には加
熱手段を必要とする。鉄系形状記憶合金に形状回復動作
を起こさせるための加熱温度はたかだか３００℃程度で
あるから、ガスバーナーや高周波誘導加熱、電気抵抗式
ヒーター、金属粉末発熱体など、既存の方法を利用する
ことができる。また締結に際してねじ面に、一般のねじ
式継手に使用されているシール剤やステンレスペイント
などのエポキシ系の樹脂を塗布した状態で締結を行なえ
ば、締結力は一層強固なものとなる。

【００１７】

【作用】本発明の基本となる棒鋼の締結機構は、端部に
噛み合い部を有する一方の棒鋼の端部を、同じ噛み合い
部を有する他の棒鋼の端部と噛み合わせた上で、鉄系形
状記憶合金からなり円筒形状の継手を噛み合い部にあて
がって加熱することによって、前記鉄系形状記憶合金製
継手の内径を収縮させて継手を噛み合い部に固定するも
のである。棒鋼同士の噛み合いが外れない限りは棒鋼の
締結が維持されるのであるが、鉄系形状記憶合金製の継
手は、この噛み合いが外れないように、タガを絞めるよ
うな形で噛み合い部を抑え続ける。棒鋼の締結部に外部
から作用する引っ張りや圧縮力は、直接的には棒鋼の噛
み合い部が受けるので、形状回復ひずみや発生応力の小
さい鉄系形状記憶合金製の継手であっても十分な締結力
を実現することができる。

【００１８】本発明で使用する鉄系形状記憶合金製の継
手の外観は、配管用として使用される継手と違いがな
い。しかしながら配管用継手では、同じような円筒状の
形状記憶合金製継手が、継手の内径が収縮してその内面
がパイプの外面を締め付けることによって発生する接触
面での摩擦力こそが、締結したパイプ同士を引き抜こう
とする外力に抵抗する力の主体である。配管用継手は締
結力とともにシール性能が重視されるため、接触面を均
一にして密着部の面積を広く確保する必要がある。一
方、本発明の対象である棒鋼用の継手では締結部のシー
ル性能は問題ではなく、強度の高いことが最も必要な特
性とされている。継手内面と締結部材表面の間の摩擦力
に頼って締結力を確保する配管継手方式は、両者の寸法
関係や表面の粗さや汚れ、酸化の状態などによって締結
力が大きく左右される欠点がある。

【００１９】本発明は摩擦というばらつきの大きい現象
に依存せずに、締結力が棒鋼同士の幾何学的な組み合わ
せによって発生するようにし、その際棒鋼同士が横方向
に逃げてしまわないようにタガをはめておく作用だけを
鉄系形状記憶合金製継手に負わせている。極端にいえ
ば、鉄系形状記憶合金製継手でなくても、円筒形状であ
る程度の強度のあるタガ状のものが締結部の外側に存在
すれば、強度は確保されるのである。しかしこのタガが
締結部からずれてしまうと途端に棒鋼は横方向に逃げて
締結が解消される。タガを鉄系形状記憶合金製にし、し
かも加熱によってその内径を収縮させて棒鋼の噛み合い
部に固定するようにしたことによって、締結を安定して
持続することができる。

【００２０】

【実施例】

実施例１ 公称直径２８．６mm（呼び径Ｄ２９）の鉄筋に対して本
発明による継手を用いた締結を行なった。端部には図２
（ｂ）に示す形状の噛み合い部を温間での型鍛造によっ
て形成した。凸型の山頂部と凹型の谷底部間の寸法は８
mm、ピッチは１６mmとした。鉄筋の外側の筋形状は鍛造
過程でつぶれて、外面はほぼなめらかな状態となった。

【００２１】一方、２８％Ｍｎ−６％Ｓｉ−５％Ｃｒを
主要成分とする鉄ベースの形状記憶合金製丸棒から円筒
状の粗形材を削りだし、９５０℃に加熱して形状記憶処
理をした後、円筒内径を７％拡径した。この段階での鉄
系形状記憶合金製の円筒状継手の外径は４５mmで、内径
２９mm、長さは１００mmである。また前記鉄系形状記憶
合金製継手の両端面には、２９０℃で変色するサーモペ
イントを塗布した。

【００２２】締結は図４に示すように、まず締結する一
方の鉄筋端部を前記の鉄系形状記憶合金継手に通した上
で、他方の鉄筋の端部と凸部凹部のそれぞれが噛み合う
ように組み合わせる。次に鉄系形状記憶合金製継手が、
両鉄筋の噛み合い部の真上に位置するように移動させ
る。継手が正常な位置に留まるようにするために、鉄筋
上で、鉄系形状記憶合金製継手の端面が位置すべき所に
予めマーキングをして目安とした。また鉄筋を垂直に締
結していく場合には、鉄系形状記憶合金製継手がいった
ん定めた正常位置からずれてしまうのを避けるために、
下側の鉄筋の上部にばね製のクランプを仮止めして、鉄
系形状記憶合金製継手の下端面が前記クランプの上縁に
乗る形でセットできるようにした。

【００２３】最後に鉄系形状記憶合金製継手部分をガス
バーナーによって加熱した。バーナーの火炎が鉄系形状
記憶合金製継手の円周に添ってなるべく均一に当たるよ
うにしながら、継手の端面に塗布されている感熱塗料の
変色が確認されるまで加熱を続けた。この加熱によって
鉄系形状記憶合金製継手は、もし内部が空間であれば内
径を約３％ほど収縮させる能力をもっている。実際には
内部に鉄筋が入っているので、継手の内径が収縮する過
程で鉄筋の表面に接触し、収縮が抑止された分だけ鉄筋
を強く把持するに至る。このため加熱後には下側の鉄筋
に仮止めしたクランプを外しても、もはや鉄系形状記憶
合金製継手が正常な位置から動くことはなく、結果とし
て鉄筋は完全に締結されるに至った。

【００２４】図２（ｃ）および（ｄ）の形状について
も、同様にして締結の確認を行なった。（ｃ）について
は前記の場合と同じように温間鍛造で、また（ｄ）につ
いては切削加工によって鉄筋端部の締結部の形状を形成
した。（ｃ）における山の高さは５mm、２つの山と２つ
の谷の間の直線部分の長さは１５mm、先端のテーパー部
分の角度は４５°とした。また（ｄ）における山は半径
４mmとし、先端の直線部分の長さは７mm、逆テーパー部
分の角度は６０°に製作した。使用した鉄系形状記憶合
金製継手は前述の（ｂ）の場合と同じものを使用して、
いずれも問題なく締結を行なうことができた。

【００２５】実施例２ 図３に示すように、締結する鉄筋端部を熱間でアプセッ
トして、長さ６５mmの部分の直径が３４．５mmとなるよ
うに加工した上で、端部の形状を図に示すように切削加
工によって成形した。山の頂上部分の半径は５mm、鉄筋
先端部のテーパーは４５°であるが直線的な平面ではな
く、半径４５mmの大きな曲面をなすようにした。

【００２６】締結に使用する継手は、２８％Ｍｎ−６％
Ｓｉ−５％Ｃｒを主要成分とする鉄ベースの形状記憶合
金板を円筒状に成形して溶接し、９５０℃に加熱して形
状記憶処理をした後、円筒内径を７％拡径した。この段
階での鉄系形状記憶合金製の円筒状継手の肉厚は４mm
で、内径３５mm、長さは９０mmである。また前記鉄系形
状記憶合金製継手の両端面には、実施例１と同じように
２９０℃で変色する感熱塗料を塗布した。

【００２７】締結は実施例１と同様にガスバーナーを用
いて行なったが、一部は、形状記憶合金製の配管用継手
の加熱用に開発された高周波誘導加熱装置を用いた締結
も行なった。ガスバーナーでも高周波誘導加熱法でも、
鉄筋は同じような手軽さで確実に締結することができ
た。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、現場作業としては簡単
な加熱操作を加えるだけで棒鋼の締結を行なうことがで
きる。加熱温度も鉄系形状記憶合金の特性から高々３０
０℃であるから、溶接に比べればはるかに低い温度で、
かつ短時間で作業が完結する。また棒鋼表面が平らであ
っても鉄筋のように節が形成されているものであっても
締結ができる。またねじ式の継手のように、施工現場に
おいて高いトルクを与えてねじ込む等の困難な作業も不
用なため、高所や狭所、足場の悪い作業環境下において
も、雨天などの悪天候のもとにおいても支障なく施工が
できる。

【００２９】また、本発明は形状記憶合金製円筒の収縮
力で直接棒鋼を固定するものではなく、棒鋼端部の噛み
合い部が凸部と凹部で噛み合って結合している状態が外
れてしまうのを防止するタガとしての機能を形状記憶合
金製継手が果たすようにしているため、性能的に見劣り
のする鉄系形状記憶合金によっても十分な締結力を実現
でき、低コストで作業性の良い実用的な締結手段を提供
するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る棒鋼の端部形状の一例を示す図。

【図２】本発明による締結方法において棒鋼の端部に形
成する噛み合い部の各種形状を例示する図。

【図３】締結部の強度がとくに高いことが必要な場合に
有効な噛み合い部形状、すなわち棒鋼端部をアプセット
加工した後に締結用の凸部と凹部を形成した例を示す
図。

【図４】端部に前記の噛み合い部を有する棒鋼同士を、
鉄系形状記憶合金製継手を用いて締結するための手順の
一例を示す図。

【符号の説明】

１、２ 締結しようとする棒鋼 １ 締結する棒鋼端部に形成された凹部 １２ 締結する棒鋼端部に形成された凸部 １３ 棒鋼先端のテーパー部 ３ 鉄系形状記憶合金製の円筒状の継手

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸山 忠克 東京都千代田区神田錦町３−６共同ビル 淡路産業株式会社東京支社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端部の一定長さ部分に亘って噛み合い部
   を形成したことを特徴とする棒鋼。
2. 【請求項２】 噛み合い部が他部より径を大きくしてな
   る請求項１記載の棒鋼。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の棒鋼を締結するに
   際して、２本の棒鋼の端部の噛み合い部を互いに噛み合
   わせた状態で、一定温度に加熱された時に内径が収縮す
   るように予め形状記憶処理のなされた鉄系形状記憶合金
   製の円筒の中に差し込み、前記鉄系形状記憶合金製の円
   筒を形状回復動作に必要な温度に加熱することによって
   内径を収縮させることを特徴とする棒鋼の締結方法。