JP2012507645A

JP2012507645A - 補強材

Info

Publication number: JP2012507645A
Application number: JP2011533489A
Authority: JP
Inventors: アーネストカマフォード
Original assignee: モンキーバーカプラーズプロプライエタリーリミテッド
Priority date: 2008-11-06
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2012-03-29
Also published as: EP2352888A1; WO2010051594A1; EP2352888A4; BRPI0916129A2; KR20110112285A; CA2742721A1; CN102209822A; CN102209822B

Abstract

補強材の長さの一部分に沿って伸びる補強棒と、補強材の端部分に沿って伸びる末端とを備える、補強材を開示する。末端は、一体接続を形成するように、好ましくは摩擦溶接プロセスによって、補強棒に永久結合されるものとして開示する。末端は、対向する第1および第2の端部の間に長手方向に伸びる本体と、本体に形成された横方向の係合面とを有する。使用時、第1の端部は、補強棒の端部に接合され、係合面は、補完的形状の末端と噛み合うように配設されたロック構造を組み込むことで、長手方向にかかる荷重を支えるように配設されたインターロックを形成する。

Description

本発明は概して、コンクリート建造物または他のセメント質建造物用の補強材（reinforcing）に関する。特に、本発明は、補強棒（reinforcing bar）の継手（coupling）に向けられたものであり、本明細書において、この補強棒に関連して記載される。しかしながら、本発明は、さらに広範な応用を有し、補強棒を金属プレートなどの他の剛性物体へ連結する際に利用されてもよいことを認識されたい。

発明の背景
建設業界において、コンクリート構造体（壁、床、スラブ、柱など）は、コンクリートを流し込んでコンクリート構造体を製造する領域に、鋼補強棒などの補強材を位置付けることによって製造される。棒は所望の位置で支持され、多くの場合、ある長さの棒を互いに対して接合することで、補強材を正確に位置付けるだけでなく、継手をわたって荷重を伝達可能にして、棒が引張または圧縮のいずれかにおいて大部分の軸耐力または全ての軸耐力でさえも支えることができるようにする必要がある。

従来、コンクリートの注入前、隣接する棒を互いに対して保持するために、隣接する棒の重なり合う端部の周りにワイヤタイまたはワイヤラップが固定されてきた。2つの接合された棒を覆うコンクリートを通して、一方の棒から重なり合った他方の棒へ軸荷重が移動する。棒の重複長さは、軸荷重を移動させるのに有用なだけであるため、この方法は必要より多くの棒を使用し、これらの棒が重なり合う長さによって、構造体において補強棒の質量が大きくなり得る。

別の構造において、棒は、雄ねじ付きの短い端部分を有するように形成され、左ねじおよび右ねじの雌ねじ部分を有するスリーブが、棒の隣接端を互いに接続できるように使用される。

棒の端部に雄ねじ部分を形成することで、これらの棒端部の直径が棒の残りより小さくなり、したがって、工学的要求により所定の直径を有する棒の使用が要求され得ることから、雄ねじ端部を形成することは望ましくない。この問題を解消するための一つの方法は、大型の棒を採用することである。これにより、棒のねじ山端の直径は、工学的要求により必要とされる直径以上のままであることが確保される。しかしながら、この構造の場合、棒のほとんどのゲージは、必要以上に大きい。

理想的には、軸耐力や延性などの継手の特性は、棒の主要部分と少なくとも同じであり、継手に荷重がかかるときに、限られた長手方向の滑りしか生じない。これらの特性が、一定の許容範囲内のものでなければ、継手は、結果的に得られる構造体を著しく損なってしまう可能性がある。例えば、長手方向の滑りが過度のものであれば、これにより過度の局所的な亀裂が生じ得ることで、腐食の危険性が高まり、過度の撓みも生じ得る。継手が、棒の主要部ほど延性がなければ、これにより局所的な応力集中が生じてしまいかねず、場合によっては、継手が壊損してしまうこともあり得る。

上述したねじ山スリーブなどの別個の継手要素の使用は、スリーブと棒とが不適合になり得る危険性があるため、建設現場に異なる強度の補強棒がある場合に問題となり得る。さらに、ねじ山構造の使用は、設置しやすいようにコンポーネント間に何らかの遊びをもたせる必要があるが、これは荷重がかかった状況下で許容できない長手方向の滑りを生じ得る。また、継手が現場で十分に締め付けられず、連結性を損なってしまうという危険性が常に存在する。

本出願人により先行出願された国際公開公報第2006/094320号（特許文献1）において、補強棒のシャフトに一体形成された拡大末端を含む補強棒が開示されている。末端は、末端がインターロックの一部を形成できるようにするロック構造を含むような輪郭形状のものであり、補強棒の一端を変形させて作られたものとして開示されている。国際公開公報第2006/084321号（特許文献2）には、特殊な輪郭形状の末端を有する補強材を形成するプロセスが開示されており、同公報では、補強棒端部は、さまざまな鍛造およびミリング加工ステージに供される。

上述の先行出願に開示された補強材でも十分に機能するが、補強材の製造に特殊な機器が必要なため、この機器のために必要な設備投資の面で製品の分散製造に制約を与える。したがって、補強材の別の製造モードが望ましい。

本明細書における先行技術の参照は、先行技術が、オーストラリアおよびその他の国々において当業者に周知の一般知識の一部をなすということを認めるものではない。

国際公開公報第2006/094320号国際公開公報第2006/084321号

第1の局面において、本発明により、対向する第1および第2の端部の間の長手方向に伸びる本体と、本体に形成された横方向係合面とを有する補強用末端であって、使用時、第1の端部が補強棒の端部に接続され、係合面が、補完的形状の末端と噛み合うように配設されたロック構造を末端に組み込むことで、長手方向にかかる荷重を支えるように配設されたインターロックを形成する補強用末端が提供される。

一つの形態において、末端は、金属鋳物として形成される。

本発明のこの局面によれば、末端は、別個に形成され、好ましくは、鋳造プロセスによって形成された後、補強棒に接合される。これには、補強材の製造に必要とされる機器のコストを削減できるという利点がある。さらに、末端を補強棒に永久結合することによって、結果的に得られる補強材は、一体形状となることが可能であり、補強棒の一端を変形して形成された補強性と同じ利点を伴い得る。

さらなる局面において、補強材の長さの一部分に沿って伸びる補強棒と、補強材の端部に沿って伸びる上述した形状に従い、補強棒に永久結合される末端とを備える補強材が提供される。

本明細書の文脈において、「永久」という用語は、結合により接合されたコンポーネントを、接続および/またはコンポーネントの破壊なしに分離することができないことを意味する。

一つの形態において、末端の第1の端部は、末端と補強棒が端と端で接合されるように補強棒の端部に永久結合される。

特定の形態において、末端は、棒と比較して拡大されている。

一つの形態において、第1および第2の端部間に伸びる末端の基準軸は、補強棒の軸に位置合わせされる。これらの軸を位置合わせすることで、補強棒の引張時にインターロックで軸荷重を維持するように末端での偏心荷重が低減される。別の形態において、末端は、必要に応じて、棒軸に対してずらして配設されてもよい。

本明細書の文脈において、「軸荷重」とは、インターロックが引張または圧縮下にあるように末端が伸びる方向にかかる荷重を意味する。さらに、「インターロック」という用語は、コンポーネントが、別の方向に荷重がかかっている状況下で自由に分離できる場合であっても、少なくとも一つの方向に荷重がかかっている状況下での分離を防止するようにコンポーネントが接続される構造を意味する。

一つの形態において、末端は、永久接続を形成するようにシャフトに融合される。一つの形態において、末端を補強棒に結合するために鍛造動作が使用される。一つの形態において、結合は溶接によって形成される。

特定の形態において、末端は、シャフトに対して摩擦溶接される。摩擦溶接は、（摩擦力または鍛造力下で）2つのコンポーネントを押し合わせ、一方のコンポーネントを他方に擦り合わせて（典型的に、他方のコンポーネントを固定したまま、一方のコンポーネントを回転させて）機械摩擦によって加熱するプロセスを伴う。機械摩擦による加熱は、材料が軟化し、摩擦力下でコンポーネントの短縮化（膨径）が起こるまでの十分な時間、継続される。次に、回転駆動力が中断されるが、摩擦力は、材料を融合するために維持され、または増大される。技術的には、溶融が起こるわけではないため、実際のところ、摩擦溶接は、従来の意味での溶接プロセスではなく、鍛造技術である。

摩擦溶接の一つの利点として、溶接表面に直接熱をあてるため、熱影響ゾーンが比較的小さいことが挙げられる。また、溶融が起こらないため、凝固欠陥も生じない。結果的に得られる接合箇所は、接触領域を通じた完全な突合わせ接合溶接部を有する鍛造品質のものである。

本発明のこの局面によれば、末端があることで、補強棒を、補完的形状の末端を有する別の補強棒などの別の対象物に直接接続できる補強材が提供される。この構造の利点として、インターロックにわたって軸荷重を伝達するために他のコンポーネントを使用する必要がないため、継手の完全性が高まるということが挙げられる。さらに、適当なサイズおよび形状の末端を作ることで、継手が延性および軸耐力に対して望ましい要求に応えることが可能である。また、荷重下の長手方向の滑りが許容可能なレベルに維持され得る。

一つの形態において、末端は、補強棒と同じ材料特性を有し、インターロックが十分な性能特性（例えば、軸荷重下の強度および延性）を示すように、棒シャフトと比較して拡大される。

別の形態において、インターロックの十分な性能特性を確保するために、末端は、補強棒シャフトとは異なる材料で作られるか、またはシャフトと同じ材料から作られるが、材料特性が変更される。これらの後者の構造において、末端は、棒シャフトと同じサイズ、もしくはそれよりも小さいサイズであってもよく、または、前者の構造のように拡大されてもよい。

一つの形態において、ロック構造は、インターロックが実質的にすべての軸荷重を支えるように配設されるような輪郭形状にされる。一つの態様において、末端を係合状態に維持するために保持デバイスが利用されてもよいが、このデバイスは、補強材の軸荷重時、荷重下に配置されることが必ずしも意図されたものではない。特定の形態において、ロック構造は、軸荷重下のインターロックにかかる反力によって末端の分離が起こらないように形作られる。

第2の局面によれば、第1および第2の補強棒を相互接続するための継手であって、
第1および第2の補強棒のそれぞれに接続または一体形成される第1および第2の末端であり、末端および補強棒の少なくとも一つが、上述した任意の形態に従った補強形態のものであり、各末端がロック構造を組み込んだ係合面を含み、末端の係合面が、インターロックを形成するように噛み合ったロック構造と対向する当接関係にある（in opposing abutting relation）、第1および第2の末端と、
互いに対向する当接関係にある係合面を保持するためにインターロックの周囲に設けた保持デバイスと、を備える継手が提供される。

特定の態様において、末端は、同一の形状の補完的形状の末端とのインターロックを形成するような形状にされる。このように、第1および第2の末端は同じものである。このような構造は、末端を手渡しする必要がないため、現場での設置が容易であるという点で有益である。

末端の特定の形態において、ロック構造は、係合面にわたって横断して伸びる一つまたは複数の凸部と、一つまたは複数の凹部とを備える。使用時、一つまたは複数の凸部および凹部は、インターロックを形成するように補完的形状の末端に設けられた一つまたは複数の凸部および凹部と噛み合う。

特定の態様において、各凸部は、少なくとも一つの側壁を含む。さらに、少なくとも一つの凹部は、隣接する凸部の一つの側壁によって少なくとも一部が画定される。

特定の形態において、側壁は、インターロックの形成において相互に係合するように配設された支え面を組み込んでいる。

特定の形態において、複数の凸部が、末端の第2の端部に向かって係合面に沿って下向きに段差が付けられる。この構造により、末端にわたって荷重をより均等に分散できる。一つの態様において、凸部は、他方の末端の対応する凹部内に、凸部を正確に位置付けやすいように異なるサイズのものである。

一つの態様において、使用時、継手は、補強棒のシャフトの軸耐力に少なくとも等しい荷重を支えることが可能であり、棒シャフトと比較して高い延性を示す。ある状況において、継手は、有利には、異なるシャフト直径を有する補強材を接続するために使用されてもよい。これは、荷重条件が構造体全体で変化する建造物において一般に望ましい。本発明の少なくとも一つの態様の継手を使用することで、これは、典型的に、棒シャフトに対して過大（または過小）サイズであるが、より大きな（または小さな）棒直径の補強材に対して補完的形状のものである末端を有する補強材を提供することにより達成され得る。

一つの形態において、支え面は、一般に、軸荷重の方向に対して垂直に伸びる。この構造において、継手にかかる反力は、末端内に含まれ、通常の弾性荷重条件下で周囲保持デバイスに荷重をかける著しいベクトル力はない。さらに、軸荷重の方向に対して概して直交する支え面を有することによって、インターロックの横方向の動きを抑制するために、保持デバイスと末端との嵌合をあまり密着耐性の高いものにしなくても、継手内での長手方向の滑りを許容範囲内に抑え得る。この構造において、末端間の横方向の動き（例えば、保持デバイスとインターロックされた末端間との間のギャップにより生じ得る動き）が、長手方向の変位に変わることはないと考えられる。あるいは、保持デバイスの後成形によって（例えば、スリーブが使用される場合、スリーブをマンドレルに押圧することによって）、またはインターロックされている末端と保持デバイスとの間にシムなどのパッキンを使用することによって、保持デバイスと末端との間の密着耐性が与えられてもよい。この後者の形態において、支え面の傾斜は重要ではない。

特定の形態において、支え面は、基準軸（軸荷重の方向）に対して垂直な平面に対して10°以内の角度で伸び、より好ましくは、垂直面に対して5°以内の角度で伸びる。

特定の態様において、周囲スリーブは、補強棒シャフトの荷重耐力より大きなせん断荷重に対する耐性を与えることができる断面係数を有する。このようにして、継手は、せん断コネクタとして荷重時に使用されてもよい。

さらなる局面において、本発明により、上述した任意の形態による末端を提供する工程;および、補強棒と末端とを一体化させるように、補強棒の端部に末端を結合する工程を含む、補強材形成方法が提供される。

一つの形態において、末端は、補強棒に融合される。

一つの形態において、末端は、鍛造によって補強棒に接合される。一つの形態において、末端は、補強棒に溶接される。

特定の形態において、末端は、補強棒に摩擦溶接される。

したがって、補強材シャフトの端部に結合された特殊な輪郭形状の末端を組み込んだ補強材が提供される。末端は、鋳造コンポーネントとして作られてもよく、それによって、制御条件下で必要とされる高水準のものにされ得る。末端は、比較的安価な機器を使用し、補強棒の前処理があれば最小限の処理のみの摩擦溶接プロセスによって、標準的な補強棒に接合され得る。結果的に得られる補強材は、一体形のものであり、プロセス（すなわち、鋳造および接合）の各ステージは、補強材を利用する継手が、強度、延性および長手方向の滑りの要求される特性をもたらすことができるように十分に制御され得る。また、末端と補強棒とを別々に作ることによって、補強材は、補強棒端部を変形して末端を製造するために必要な特殊な機器を必要とせずに製造できることによって、製品の製造に対する制約が軽減される。

以下、便宜上、添付の図面を参照しながら、本発明の態様について記載する。しかしながら、図面の詳細および関連する記載は、本発明の前述した広範な記載を限定しないものとして理解されるべきものであることを認識されたい。

補強棒端部における補強材の末端を示す、補強材の部分斜視図である。図1の補強材の平面図である。図2の切断線III-IIIに沿って切り取った補強材の立断面図である。図1の補強材の末端でのロック構造を拡大した詳細図である。図1の補強材の継手のコンポーネントを示す分解図である。図5の継手の断面図である。せん断コネクタとして設置されたときの図5の継手の変形例の断面図である。異なる係合面プロファイルを有する図1の補強材の変形例の斜視図である。図1の末端のさらなる変形例の側面図である。鋳造末端および補強棒の斜視図である。図10の鋳造末端および補強棒の結合によって形成された補強材の斜視図である。図10の末端および補強棒を接合するために使用される摩擦溶接機の略図である。

図面の詳細な説明
最初に、図1〜図3を参照すると、補強棒10の部分図が示されている。典型的に鋼製の棒10は、棒10の長さの大部分に沿って伸びるシャフト11を組み込んでいる。シャフト11は、わずかな部分しか示されていないが、メートル単位の長さにわたって伸びるものであってもよいことを認識されたい。これらの棒は、連続した長さで作られ、特定の作業要求に応じたサイズにカットされる。さらに、便宜上、図示しているシャフト11は、平滑である。また、シャフトは、肋状部を含んでもよいことが認識され、このような棒は、一般に、異形棒鋼と呼ばれる。

補強棒10は、末端12をさらに含み、この末端12は、棒の端部分に沿って補強棒10の終端部13まで伸びる。図示した形態において、末端12は、シャフト11と一体に形成され、このシャフトと比較すると拡大されている（すなわち、末端12は、補強棒の中心軸CLから半径方向外向きに、シャフトよりも距離的に離れて伸びる）。シャフト11と拡大された末端12との間に、移行ゾーン14が存在する。

図1〜図3に示す態様における拡大末端12は、典型的に、棒の端部を変形することで形成される。この構造において、形成前、棒10の全体の直径は、シャフト11の直径に相当する。

末端12は、棒10の長さに沿って伸び、そこから外向きに突出する横方向の係合面15を含む。この係合面15は、以下にさらに詳細に記述するように、インターロックを形成するよう、棒10を別の棒または他の対象物に連結可能にするロック構造を含むような輪郭形状のものである。図示した形態におけるロック構造は、間隔を空けて設けられた複数の凸部16、17、18および19と、複数の凹部20、21、22および23とを備える。これらの凹部21、22および23の大部分は、凸部（16、17、18および19）の隣接するそれぞれの間に伸びる。凹部20のうち近位にあるものが、末端のハブ部分24と隣接する凸部16との間に伸びる。

図2および図3に最良に図示されているように、末端は、シャフト11の軸より大きい直径を有する部分シリンダとして構成される。さらに、係合面15は、円筒状の末端からの「カットアウト」として効果的に形成される。しかしながら、係合面15は、カットアウト部分として見なされてもよいが、材料を実質的な除去する必要なく、鍛造動作、鋳造動作などによって末端が最終形状に形成されてもよいため、このような製造方法に限定されるものではないことを認識されたい。本願と同一出願人により出願された、「A Method and Apparatus for Forming Metal Reinforcing」という発明の名称の同時係属中の国際特許出願では、鍛造動作を用いて補強棒10を製造するプロセスが開示されており、同出願の内容は、相互参照により本明細書に組み入れられる。鋳造末端71を用いた補強材70は、図10〜図12を参照しながら、以下にさらに詳細に開示される。

図3に最良に示されるように、凸部（16、17、18、および19）の各々は、ブリッジ部分26によって相互接続された対向する側壁25を含む。さらに、末端12のハブ部分24は、側壁27を含む。この構造では、側壁25、27は、凹部の側壁としても働く。基底部分28は、これらの隣接する側壁を相互接続して、それぞれの凹部（20、21、22、23）の基底部を形成する。

図示した形態の側壁25は線形であり、係合面15全体にわたって伸びる。さらに、ブリッジ部分26および基部28は、平坦な表面として形成される。図4の拡大図で最良に示されるように、側壁25の各々は、3つのコンポーネントから形成される。第1のコンポーネントは、側壁の中間領域に位置し、棒10の中心線（CL）に垂直な支え面29である。支え面29の上方に第1の移行領域30が形成され、支え面29とブリッジ表面26との間の交差を形成する。下方移行領域31が、支え面29から基底部分28へ伸びる。上方および下方移行領域（30および31）の両方は、上端移行領域30の半径が、下方移行領域31の半径より小さい半径を組み込む。

係合面15の凸部および凹部は、末端12が同じ形状の末端とインターロックを形成するような形状にされる。

棒10の終端部13に隣接する末端凸部19は、他の凸部より幅広である。さらに、最も内側の凹部20もまた、末端凸部19の形状の凸部を受け入れることができるように幅広である。この構造は、インターロックを形成する際に末端を適切に噛みあわせやすいように設けられる。

最後に、図3に最良に示されるように、凸部は、終端部13に向かって低くなる段差を付けるように配設される。この構造では、さまざまな凸部の支え面29は、軸方向に位置合わせされておらず、中心線CLから異なる半径方向の間隔に位置する。これは、末端が別の末端に連結されるとき、末端を通る応力をより均等に分散できるため有利である。

以下、図5および図6を参照すると、一つの補強棒の末端12を、別の同様の棒の同一の末端と相互接続することにより形成された継手50が開示されている。便宜上、継手50の以下の記載において、一方の補強棒は、上付き文字Iを使用して示し、もう一方の補強棒は、関連する特徴に同様の記号を与えて上付き文字IIを含む。

継手50は、インターロック51を形成するために末端12^Iおよび12^IIを相互接続することによって形成される。一方の末端の凸部は、他方の末端の対応する凹部内に嵌め込まれる。インターロックは、図示した形態では、補強棒10^Iおよび10^IIのそれぞれの中心軸と同軸である軸（A-Aで示す）に沿って伸びる。さらに、末端12^Iおよび12^IIが、それらの係合面15^Iおよび15^IIに沿って相互接続されると、末端の外面は、それぞれのシャフト11^Iおよび11^IIの直径より大きな直径を有する完全なシリンダ（図示した形態では、円形のシリンダ）を形成する。

継手50はまた、末端の分離を防止するように配設された保持デバイス52を含む。図示した形態において、保持デバイス51は、スリーブ形態のものであり、典型的に、相互接続された末端によって形成されたシリンダの外径よりわずかに大きい内孔を有する金属スリーブである。このようにして、スリーブは、重なり合った末端上にわたって滑動でき、典型的に、ワイヤタイなどによって適所に保持される。

使用時、補強棒10^Iおよび10^IIは、結果的に得られる構造体にもたらされる荷重を支えるようにコンクリートに埋め込まれるように配設される。典型的に、荷重条件には2つのタイプがある。一つ目の荷重条件は、主に棒軸CLの方向に伸びる軸荷重である。この軸荷重は、引張または圧縮であってもよい。2つ目の荷重条件は、荷重が中心線CLに垂直な方向にあるせん断である。継手50は、以下にさらに詳細に記述するように、これらの両方の条件の荷重を支えるように配設される。

軸荷重下で、補強棒10^Iおよび10^IIは、引張荷重が支配的な状況では、（引張下で）引き離されるように付勢され、または合わさるように付勢され得る。この軸荷重は、2つの末端12^Iおよび12^IIにある凸部を相互に係合する継手50によって支えられる。特に、凸部は、側壁に形成された支え面29^I、29^IIに沿って係合するように配設される。これらは、軸荷重下にある凸部の接触領域を形成し、特に、上端移行領域30の半径は、下方移行領域31より小さいため、移行領域30、31の間に接点がない。支え面29^I、29^IIが、荷重方向に対して垂直に配置されるため、周囲スリーブ51に荷重をかけるように広がるベクトル力がない。このようにして、この軸荷重は、末端内に完全に含まれる。

せん断荷重を支えるために、保持デバイス51は、設計せん断荷重を支えるのに十分な断面係数を有する。この構造では、せん断をインターロックによって支えるように補強棒を配向する必要がない。

図7は、継手50の一つの変形例であるせん断継手60を示す。せん断継手が、便宜上、上述した継手50のコンポーネントを含むため、同様の特徴に同様の参照符番が付与されている。さらに、説明しやすいように、継手60に設けられた2つの補強棒を区別するために、上付き文字を用いる。

せん断コネクタ60は、壁100からスラブ101へ補強材を相互接続するために利用される。この接続を形成するために、壁100がまず建設され、補強棒10^Iを組み込む。補強棒10^Iは、壁100の平面にのみ伸びるのではなく、壁100の面102に向かって伸びるように曲げられる。壁100には、末端12^Iを露出させて、壁100の面102からこれらの末端にアクセスできるように面102から内側へ広がる凹部103が形成される。このようにして、末端12^Iは、スラブ101の補強材を設置する際に補強棒10^IIを受け入れる準備が整う。

図示した形態において、末端12^Iおよび12^IIは、前述した実施形態における4つの凸部ではなく、凸部が3つしかなく、長さも短い。この構造では、末端12^Iは、壁100の面102から突出しない。

スラブ101の補強材を設置する際、補強棒10^IIは、末端12^IIを末端12^Iと相互接続することでインターロック61を形成することによって、補強棒10^Iに容易に接続可能である。次に、末端の係合状態を保持するために、インターロック上にわたってスリーブ62が配置される。さらに、スリーブ62は、継手60で設計せん断荷重を支えるのに十分な断面係数を有する。

補強材が接続されると、その後、スリーブを形成するためにコンクリートを流し込むことができる。コンクリートを注入する際、凹部103は、補強材上にわたって十分なカバーが確保されるように完全に満たされる。

図8および図9は、上記に開示した末端12のプロファイルのさらなる変形例を示す。また、これらの末端が、上述した特徴の多くを含むため、同様の特徴に同様の参照符番が付与されている。

図18の態様において、末端12の凸部16、17および18は、上述した態様のように線形ではなく弓形であるより複雑なデザインのものである。

図9は、末端12のプロファイルのさらなる変形例を示す。この態様において、凸部は、上述した態様より波状である。図8および図9の両方の態様において、側壁に形成された支え面は、軸荷重の方向に対して垂直な方向から傾斜している。これは、特に、図9の態様の場合がそうである。このようにして、これらの態様において、軸荷重下、保持デバイスへの力の伝達もあるが、荷重の大部分は棒を通って吸収され得る。さらに、これらの凸部の形状により、横方向の滑りを最小限に抑えるために末端と保持デバイスとの間の密着耐性を高いものにすることが必要となる場合もある。この耐性は、保持デバイスの後成形によって、または上述したようなパッキンを使用することで形成され得る。

図10〜図12は、補強材70が、2つの別々のコンポーネント、すなわち、端部コンポーネント（または末端）71と、ある長さの従来の補強棒75（異形棒鋼として図示）から形成されたさらなる変形例を示す。末端71は、横方向の係合面15と、補強棒10のロック構造（16、17、18、19、20、21、22、23）とを含むような輪郭形状のものであり、便宜上、同様の特徴に同様の参照符番が付与されている。末端71は、棒とは別に形成され、特定の形態において、単一部品として鋳造される。しかしながら、末端の製造プロセスは、鋳造に限定されるものではなく、鍛造、ミリング加工、加圧成形などの他の材料加工技術によって、またはこれらのプロセスの組み合わせによって形成されてもよいことを認識されたい。

末端は、第1および第2の端部（72および73）を含み、第1の端部72は、使用時、補強棒75の端部76に接合される。図示した形態において、第1の端部72の直径は、接合時、補強材70（図11に示す）においてこれらのコンポーネントの間に一貫した接続結合部78が存在するように、棒75の直径と概して同じサイズである。図示した形態におけるこの接続結合部78は、補強棒の軸CLに対して実質的に垂直である。このように、結合部は、補強材の主要な荷重条件（軸方向）に垂直である。

補強材71を形成する際、末端と補強棒との間の接合部78は、永久接続にされる。これにより、完全に一体化されたユニットとして補強材を製造することで、現場で手作業でコンポーネントを組み立てる必要がなくなるという利点が得られる。これにより、設置を容易に行え、別の継手を間違って取り付けてしまう問題も解消される。また、接合部の特性を十分なものにするように制御可能である環境において接合部を作ることも可能となる。さらに、両方のコンポーネントに加圧変形されたカラーなどの機械的接続を用いるのではなく、コンポーネントを結合させることで、接続に使用するコンポーネントが最小限に抑えられ、軸荷重および延性下における強度要求を満たすように、接合部が良好に制御され得る。

特定の形態において、末端および棒は、摩擦溶接プロセスによって接続され、このプロセスでは、（摩擦力または鍛造力下で）2つのコンポーネントを押し合わせ、（図12の図示した形態において、他方のコンポーネントを固定したまま、一方のコンポーネントを回転させることによって）一方のコンポーネントを他方に擦り合わせて機械的摩擦により加熱する。特に、棒75は摩擦溶接機120の非回転チャック121に保持され、末端71は回転チャック122に取り付けられる。コンポーネント71、75は、棒75の軸CLが、末端71の基準軸RAと揃うように位置合わせされる。コンポーネント端部72、76は、チャック121および122の相対運動によって合わせられ、チャック122は、末端の端部72が棒の端部76に対して擦り合わされてコンポーネントを加熱させるように回転される。機械摩擦による加熱は、金属が軟化し、摩擦力下でコンポーネントの短縮化（膨径）が起こるまでの十分な時間、継続される。次に、チャック122の回転駆動力が中断されるが、棒端部76へ末端を融合するために、摩擦力は維持されるか、または増大される。技術的には、溶融が起こるわけではないため、実際のところ、摩擦溶接は、従来の意味での溶接プロセスではなく、鍛造技術である。結果的に得られる接合箇所は、接触領域を通じた完全な突合わせ接合溶接部を有する鍛造品質のものである。摩擦溶接機は、特別な設置要求を必要とせず、排気が必要なガスは発生せず、このプロセスは、高生産率で容易に自動化される。さらなる利点は、接合される端部を特別に準備する必要がないため、コンポーネント71、75の前処理が最小限に抑えられることである。

上述したように補強棒10または補強材70を使用する継手の構造は、実質的に実用的な利益を有する。各末端が、棒シャフトに永久接合されるため、末端の強度は、特に、末端が棒シャフトと同じ材料から形成される場合、棒の強度に適切に整合される。別のコンポーネントを使用する先行技術のカプラの主な問題は、補強棒の強度にばらつきがあり得ることである（例えば、公称上、500MPa/barは、650Mpaの許容最高強度を有し得る）。これは、カプラが、極めて強力な棒に不適合である可能性があるため、起こり得るこのような不適合を受け入れるようにする必要があることを意味する。これは、必要より高い強度のカプラを提供することによってカプラ自体の延性特性が低下することもあるため、さまざまな問題が生じ得る。シャフトに対する末端の一体化性質により、この不適合が解消され、接合部への延性および強度を棒シャフトに正確に適合させることができる。

典型的に、特殊な輪郭形状の係合面を有する拡大端部を組み込み、シャフトと同じ末端の材料を有することで、継手の強度は、接合されている棒より高くなる。一つの形態において、継手の強度は、棒の強度のおよそ110％であるが、認識されているように、これは、末端のさまざまなコンポーネントの寸法を変えることで変動し得る。

このように強度が増大しても、継手の延性は棒シャフトより高く、本発明者によって行われたテストもこれが当てはまることを示している。理論によって束縛されるものではないが、この延性の増加は、塑性変形下で凸部がつぶれる傾向により、継手に沿った伸長を可能にする際に、見受けられることが示されている。

また、垂直支え面は、荷重下で継手の長手方向の滑りを制限する。また、本発明者によって行われたテストは、所定の荷重テスト条件下（典型的には、300Mpsの軸荷重下）で、0.1mm未満の滑りであることを示している。軸荷重方向に垂直な支え面を有するという特徴は、滑りが、スリーブ51と、連結された末端との間の嵌合に依存しないということである。この構造では、スリーブは、高精度に製造する必要がない。

さらに、継手のプロファイルは、比較的薄く、これは、補強材上にわたって十分なコンクリートのカバーを与えながら、いくつかの条件においてより薄いコンクリート断面を使用できるようになるため有利である。

最後に、継手の利点は、現場での組み立てがしやすいことと、継手が適切に設置されたかどうかを現場で確認しやすいことである。末端が適切に接続されていない場合、連結された末端上にわたってスリーブを位置付けることができないことがあり、および/または、スリーブの長さを越えて突出する末端の一部として明らかに視認することができる。

末端を事前成形した後、続いてこれらの末端を補強棒に接合するというオプションにより、結果的に得られる補強材は、極めて特殊な機器を必要とすることなく作ることができるため、製品の製造に柔軟性を与え、特に、輸送や取扱いにかかるコストを削減可能である分散製造や、必要に応じて、現場での製造を可能にする。

以下の特許請求の範囲において、および本発明の前述した記載において、表現言語または必要な意味合いにより文脈が他の意味を要求している場合を除き、用語「comprise（備える）」またはその変形例、例えば、「comprises（備える）」や「comprising（備えている）」は、包含的な意味で使用され、すなわち、提示した特徴の存在を明示するが、本発明のさまざまな態様におけるさらなる特徴の存在や追加を排除するものではない。

変形および修飾が、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、前述した部品になされ得る。

Claims

対向する第1および第2の端部の間の長手方向に伸びる本体と、該本体に形成された横方向係合面とを有する補強棒用末端であって、使用時、前記第1の端部が補強棒の一端に接合され、前記係合面が、補完的形状の末端と噛み合うように配設されたロック構造をその上に組み込むことで、長手方向にかかる荷重を支えるように配設されたインターロックを形成する、補強棒用末端。
金属鋳物として形成される、請求項1記載の補強用末端。
補強用継手の一部を形成するように形作られた補強用末端であって、該末端と同一の形状の補完的形状の末端とインターロックを形成するように配設された、請求項1または2記載の補強用末端。
ロック構造が、軸荷重下でインターロックにかかる反力によって末端の分離が起こらないように形作られる、前記請求項のいずれか一項記載の補強棒。
ロック構造が、係合面にわたって横断して伸びる一つまたは複数の凸部と、凸部の少なくとも一つに隣接して配置された少なくとも一つの凹部とを備え、使用中、前記少なくとも凸部および前記少なくとも一つの凹部が、補完的形状の末端に配置された少なくとも一つの凸部および少なくとも一つの凹部と噛み合う、前記請求項のいずれか一項記載の補強用末端。
一つまたは複数の凸部が、凹部のそれぞれの側壁を画定する少なくとも一つの側壁を含む、請求項5記載の補強用末端。
少なくとも一つの側壁が、インターロックにおいて補完的形状の末端と係合するように配設された支え面を組み込んでいる、請求項6記載の補強用末端。
支え面が、第1および第2の端部を通って伸びる基準軸に対して垂直な面から10°以内の角度で伸びる、請求項7記載の補強用末端。
支え面が、第1および第2の端部を通って伸びる基準軸に対して垂直な面から5°以内の角度で伸びる、請求項7記載の補強用末端。
凸部が、末端の第2の端部に向かって係合面に沿って下向きに段差が付けられている、請求項5〜9のいずれか一項記載の補強用末端。
第1の凸部が、第2の凸部より長手方向に幅広である、請求項5〜10記載のいずれか一項記載の補強用末端。
棒が鋼製である、前記請求項のいずれか一項記載の補強用末端。
鋼製である、前記請求項のいずれか一項記載の補強用末端。
補強材の長さの一部分に沿って伸びる補強棒と、該補強材の端部分に沿って伸びる前記請求項のいずれか一項記載の末端とを備える補強材であって、該末端が前記補強棒に永久結合される、補強材。
末端および補強棒が端と端で接合されるように、末端の第1の端部が補強棒の端部に永久結合される、請求項14記載の補強材。
第1および第2の端部間に伸びる末端の基準軸が、補強棒の軸に位置合わせされる、請求項14または15記載の補強材。
末端が補強棒に融合される、請求項14〜16のいずれか一項記載の補強材。
末端が補強棒に鍛造される、請求項14〜17のいずれか一項記載の補強材。
末端が補強棒に溶接される、請求項14〜17のいずれか一項記載の補強材。
末端がシャフトに摩擦溶接される、請求項14〜17のいずれか一項記載の補強材。
末端がシャフトと比較して拡大されている、請求項14〜20のいずれか一項記載の補強材。
以下のものを備える、第1および第2の補強棒を相互接続するための継手：
前記第1および第2の補強棒のそれぞれに接続または一体形成される第1および第2の末端であって、末端および補強材の少なくとも一つが、請求項14〜21のいずれか一項記載の補強材の形態のものであり、各末端が、ロック構造を組み込んだ係合面を含み、末端の該係合面が、インターロックを形成するように噛み合った前記ロック構造と対向する当接関係にある、第1および第2の末端、ならびに
互いに対して対向する当接関係にある前記係合面を保持するために、前記インターロックの周りに配置される、保持デバイス。
インターロックが、保持デバイスに実質的な荷重をもたらすことなく、軸荷重を支えるように配設される、請求項22記載の継手。
保持デバイスがスリーブ形態のものである、請求項22または23記載の継手。
スリーブが、当接する末端上で滑動可能である、請求項24記載の継手。
スリーブが、補強棒の少なくとも一つより大きなせん断強度を有する、請求項25記載の継手。
第1および第2の末端が同一の形状である、請求項21〜26のいずれか一項記載の継手。
補強棒が鋼製である、請求項21〜27のいずれか一項記載の継手。
請求項1〜13のいずれか一項記載の末端を提供する工程;および
前記末端を補強棒と一体化するように、前記末端を補強棒の端部に結合する工程
を含む、補強材の形成方法。
末端が補強棒に融合される、請求項29記載の方法。
末端が補強棒に鍛造される、請求項29または30記載の方法。
末端が補強棒に溶接される、請求項29または30記載の方法。
末端が補強棒に摩擦溶接される、請求項29または30記載の方法。