JP2018150695A - カプラー及びカプラーの鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】先行側鉄筋及び打継側鉄筋を簡便且つ強固に接合可能なカプラー及びその鋳造方法を提供する。【解決手段】カプラー１は、先行側鉄筋２及び打継側鉄筋３の端部同士を接続固定する。カプラー本体１１には、打継側端面１ａから先行側に向かって形成され、打継側鉄筋３を挿入可能な挿通孔１２が形成されている。また、カプラー本体１１の先行側には、先行側端面１ｂから突設した接続端部１３ａが先行側鉄筋２の端面に摩擦圧接される中間部材１３が固着されている。【選択図】図１

Description

本発明は、先行側鉄筋及び打継側鉄筋の端部同士を接続固定するカプラー及びその鋳造方法に関するものである。

土木建築用コンクリート構造物の補強材である異形棒鋼を連結させるために、外周に平坦面及びネジ節が形成されたネジ節鉄筋や外周に平坦面及び竹節が形成された竹節鉄筋等の異形棒鋼に嵌合可能なカプラーが用いられている。

コンクリート構造体の打ち継ぎ工法においては、先行側鉄筋が一体化されたカプラー内に打継側鉄筋の端部を挿入し、カプラーに打継側鉄筋を螺合させることにより、カプラーを介して先行側鉄筋と打継側鉄筋とが接合される。

特許文献１には、先行側鉄筋にカプラーの半分程度を嵌合させ、ロックナットにトルクを導入して先行側鉄筋をカプラーに固定した後に、打継側鉄筋をカプラーに嵌合し、打継側鉄筋を先行側鉄筋の端面に押し当てた状態でトルクを導入するものが開示されている。

特許文献２には、袋状のカプラーに先行側鉄筋を摩擦圧接し、打継側鉄筋にメートルネジの雄ネジを摩擦圧接し、雄ネジをカプラーに螺合させてトルクを導入するものが開示されている。

特許文献３には、袋状のカプラーに先行側鉄筋を摩擦圧接し、打継側鉄筋の端部にメートルネジの雄ネジを溶接し、雄ネジをカプラーに螺合させトルクを導入するものが開示されている。

特開平９−２０９５０４号公報 特開平７−２２４４９５号公報 特開平８−２６１２１６号公報

しかしながら、上述したような特許文献１記載の継手構造では、鉄筋径及びカプラーの径が大きくなるほど、先行側のロックナットに高トルクを導入しなければ継手性能を確保できず、特別な工具や広い作業環境が必要となるという問題があった。

また、ロックナットの締め付け確認やロックナットの増し締めは、ロックナットにトルクを導入した際に、カプラー端部とロックナット端部とを跨ぐように施したマークのずれの有無を作業員が目視で行うため、ロックナットの締付作業が煩雑であるという問題があった。

このようなロックナットの締め付け作業や締め付け確認を省略するために、特許文献２、３記載の継手構造のように、カプラーを袋状に形成してロックナットの設置個数を減らすことも考えられる。しかしながら、ネジ節鉄筋等のピッチが大きい粗い形状の節では、タップで切削加工するとカプラーを袋状に形成することができないという問題がある。

また、上述したような特許文献２記載の継手構造では、雄ネジと先行側鉄筋とを摩擦圧接する際に雄ネジを高速回転させる必要があるが、部品点数が多くなり、摩擦圧接工程を複数回行わなければならないため、製造作業が煩雑になるという問題があった。

また、上述したような特許文献３記載の継手構造では、雄ネジと先行側鉄筋とを溶接すると、鉄筋は炭素量が多く焼き入れ性が強いため、溶接後に焼き入れ硬化が生じ、強度を確保するためには、予熱や後熱処理が必要という問題があった。

そこで、本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたものであり、先行側鉄筋と打継側鉄筋とを簡便且つ強固に接合可能なカプラーを提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、先行側鉄筋及び打継側鉄筋の端部同士を接続固定するカプラーであって、筒状のカプラー本体と、該カプラー本体内に打継側の端面から先行側に向かって形成され、前記打継側鉄筋を挿入可能な挿通孔と、前記カプラー本体の先行側に固着され、前記カプラー本体の先行側の端面から突設した端部が前記先行側鉄筋に摩擦圧接される中間部材と、を備えているカプラーを提供する。

この構成によれば、カプラー本体の先端側に中間部材が固着され、中間部材と先端側鉄筋とを摩擦圧接することにより、先行側鉄筋にトルクを導入する作業が省略でき、少ない部品点数で先行側鉄筋と打継側鉄筋とを簡便に接合することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に加えて、前記中間部材は、外周に抜け止め凸部が形成されているカプラーを提供する。

この構成によれば、中間部材の外周に周設された抜け止め凸部がカプラー本体に係合することにより、中間部材がカプラー本体に抜け止めされるため、中間部材とカプラー本体とを簡便に一体に形成することができる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明の構成に加えて、前記中間部材の抜け止め凸部は、前記カプラーの長手方向に沿って螺旋状に形成されているカプラーを提供する。

この構成によれば、中間部材の外周に螺旋状に形成された抜け止め凸部が長手方向において複数個所でカプラー本体に係合することにより、中間部材がカプラー本体に強固に抜け止めされるため、中間部材とカプラー本体とを簡便に一体に形成することができる。

請求項４記載の発明は、先行側鉄筋及び打継側鉄筋の端部同士を接続固定するカプラーの鋳造方法であって、内部に凹部を有する主型と、該凹部内に設置可能で中間部材が一部露出した状態で埋設された中子と、を用意する工程と、前記中間部材を前記凹部の先行側に配置した状態で前記主型の凹部内に前記中子を配置する工程と、前記主型と中子との間に溶融金属を注ぎ、前記中間部材が先行側に固着されると共に打継側の端面から先行側に向かって挿通孔が形成されたカプラーを鋳造する工程と、を含むカプラーの鋳造方法を提供する。

この構成によれば、カプラーの先端側に中間部材が固着され、中間部材と先端側鉄筋とを摩擦圧接することにより、先行側鉄筋にトルクを導入する作業が省略でき、少ない部品点数で先行側鉄筋と打継側鉄筋とを簡便に接合することができる。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明の構成に加えて、前記中間部材は、外周に抜け止め凸部が形成されているカプラーの鋳造方法を提供する。

この構成によれば、中間部材の外周に周設された抜け止め凸部がカプラー本体に係合することにより、中間部材がカプラー本体に抜け止めされるため、中間部材とカプラー本体とを簡便に一体に形成することができる。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明の構成に加えて、前記中間部材の抜け止め凸部は、前記カプラーの長手方向に沿って螺旋状に形成されているカプラーの鋳造方法を提供する。

この構成によれば、中間部材の外周に螺旋状に形成された抜け止め凸部が長手方向において複数個所でカプラー本体に係合することにより、中間部材がカプラー本体に強固に抜け止めされるため、中間部材とカプラー本体とを簡便に一体に形成することができる。

請求項７記載の発明は、請求項４乃至６の何れか１項記載の発明の構成に加えて、前記中間部材は、鉄筋の端材であるカプラーの鋳造方法を提供する。

この構成によれば、鉄筋を切断する際に生じた端材を中間部材に再利用することにより、省資源でカプラーを得ることができる。

本発明は、カプラーの先端側に中間部材が固着され、中間部材と先端側鉄筋とを摩擦圧接することにより、先行側鉄筋にトルクを導入する作業が省略でき、少ない部品点数で先行側鉄筋と打継側鉄筋とを簡便に接合することができる。

本発明の第１の実施例に係るカプラーを用いて先行側鉄筋及び打継側鉄筋を接続固定した状態を示す模式図。 カプラーの正面図及び縦断面図。 図１のカプラーの鋳造に用いられる中子を作製する工程を示す模式図。 図１のカプラーを鋳造する工程を示す模式図。 中間部材に先行側鉄筋を摩擦圧接する手順を示す模式図。 中間部材に打継側鉄筋を螺合させる手順を示す模式図。

本発明は、先行側鉄筋と打継側鉄筋とを簡便且つ強固に接合可能なカプラーを提供するという目的を達成するために、先行側鉄筋及び打継側鉄筋の端部同士を接続固定するカプラーであって、カプラー本体と、カプラー本体内に打継側の端面から先行側に向かって形成され、打継側鉄筋を挿入可能な挿通孔と、カプラー本体の先行側に固着され、カプラー本体の先行の端面から突設した端部が先行側鉄筋に摩擦圧接される中間部材と、を備えていることにより実現した。

また、本発明は、先行側鉄筋と打継側鉄筋とを簡便且つ強固に接合可能なカプラーを提供するという目的を達成するために、先行側鉄筋及び打継側鉄筋の端部同士を接続固定するカプラーの鋳造方法であって、内部に凹部を有する主型と、凹部内に設置可能で中間部材が一部露出した状態で埋設された中子と、を用意する工程と、中間部材を凹部の先行側に配置した状態で主型の凹部内に前記中子を配置する工程と、主型と中子との間に溶融金属を注ぎ、中間部材が先行側に固着されると共に打継側の端面から先行側に向かって挿通孔が形成されたカプラーを鋳造する工程と、を含むことにより実現した。

以下、本発明の一実施例に係るカプラー１について、図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施例において、構成要素の数、数値、量、範囲等に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも構わない。

また、構成要素等の形状、位置関係に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含む。

また、図面は、特徴を分かり易くするために特徴的な部分を拡大する等して誇張する場合があり、構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、構成要素の断面構造を分かり易くするために、一部の構成要素のハッチングを省略することがある。

図１は、先行側鉄筋２と打継側鉄筋３とをカプラー１で接続固定した状態を示す断面図である。図２（ａ）は、本発明のカプラー１を示す正面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の縦断面図である。

カプラー１は、先行側鉄筋２及び打継側鉄筋３の端部同士を接合する。すなわち、カプラー１及び先行側鉄筋２は、コンクリート内に水平又は垂直に埋設されており、打継側鉄筋３が、カプラー１に挿入されてカプラー１に螺合することにより、先行側鉄筋２及び打継側鉄筋３が接合される。打継側鉄筋３は、土木建築用コンクリート構造物の端部から突出する補強材である。

カプラー１は、長手方向Ｌに沿って延伸されたカプラー本体１１と、カプラー本体１１内に設けられた挿通孔１２と、カプラー本体１１内に埋設された中間部材１３と、を備えている。

カプラー本体１１は、例えば、軟鋼材や球状黒鉛鋳鉄製である。カプラー本体１１は、長手方向Ｌに沿って延伸する六角形筒状に形成されている。なお、カプラー本体１１の断面形状は、六角形状に限定されるものではなく、例えば、円形状であっても構わない。

挿通孔１２は、カプラー本体１１の打継側の端面１ａから先行側に向かって形成されている。すなわち、挿通孔１２は、打継側にのみ開口しており、先行側は中間部材１３に塞がれている。すなわち、カプラー１は、打継側端面１ａに開口部を有する袋状に形成されている。

挿通孔１２の内周には、節部１２ａが形成されている。節部１２ａは、打継側鉄筋３に嵌合可能な形状に形成されている。具体的には、節部１２ａは、カプラー本体１１の長手方向Ｌに沿って所定間隔毎に列状に配置されている。節部１２ａは、挿通孔１２に螺旋状に形成された突条を長手方向Ｌに沿って切り欠いたように形成されている。節部１２ａの列は、２列であって互いに対向して配置されている。なお、節部１２ａは、ネジ節状に形成されているが、いわゆる竹節状に形成されたものであっても構わない。

中間部材１３は、カプラー１に比べて短小な鉄筋である。中間部材１３は、カプラー本体１１の先行側端面１ｂから接続端部１３ａが突設しており、且つ、カプラー本体１１の先行側に固着されている。中間部材１３の全長は、カプラー本体１１の全長の約４〜５割の長さに設定される。また、中間部材１３は、先行側の数十ｍｍだけカプラー本体１１から露出している。中間部材１３は、例えば、軟鉄製である。中間部材１３には、鉄筋を切断する際に生じた端材を用いるのが好ましい。

中間部材１３の外周には、抜け止め凸部１３ｂが形成されている。抜け止め凸部１３ｂは、長手方向Ｌに沿って螺旋状に形成されている。抜け止め凸部１３ｂが、長手方向Ｌに直交する径方向Ｒの外側に向かって突設されることにより、抜け止め凸部１３ｂが、中間部材１３をカプラー本体１１から引き抜く外力に抗することができる。抜け止め凸部１３ｂの径方向Ｒにおける高さは、想定される外力の大きさに応じて任意に変更可能である。

先行側鉄筋２は、ネジ節鉄筋であり、外周に平坦面２ａとネジ節２ｂとが設けられている。先行側鉄筋２の端面が、中間部材１３に摩擦圧接されることにより、先行側鉄筋２がカプラー１に固定されている。なお、先行側鉄筋２は、ネジ節鉄筋の他に、竹節鉄筋であっても構わない。

打継側鉄筋３は、ネジ節鉄筋であり、外周に平坦面３ａとネジ節３ｂとが設けられている。打継側鉄筋３が、挿通孔１２内に挿通されて節部１２ａに螺合されることにより、先行側鉄筋２と打継側鉄筋３とがカプラー１を介して一体に接続固定されている。なお、打継側鉄筋３は、ネジ節鉄筋の他に、竹節鉄筋であっても構わない。

次に、カプラー１を鋳造する工程について、図面に基づいて説明する。図３は、カプラー１の鋳造に用いられる中子５を製作する工程を示す模式図である。図４は、カプラー１を鋳造する工程を示す模式図である。

カプラー１の鋳造工程は、主に、中子製作、鋳型組立、溶鉄注湯、凝固・冷却、型ばらし、仕上げからなる。

［中子製作］
中子５は、一対の中子片５ａ、５ｂを組み合わせることにより形成される。まず、接続端部１３ａを備える中子片５ａの製作手順について説明する。図３（ａ）に示すように、一対の木型４ａを用意する。木型４ａには、上下を貫通する貫通孔４ｂが設けられている。貫通孔４ｂは、下部開口４ｃと上部開口４ｄとが連通することにより形成されている。図３（ｂ）に示すように、下部開口４ｃを塞ぐように中間部材１３が貫通孔４ｂ内に挿通される。次に、図３（ｃ）に示すように、中子砂を上部開口４ｄから貫通孔４ｂ内に充填する。貫通孔４ｂ内の中子砂が硬化した後に、図３（ｄ）に示すように、一対の木型４ａを抜型することで、貫通孔４ｂの形状に応じた中子片５ａが得られる。中子片５ａの端部には、支持部５ｃが設けられている。

次に、中子片５ａと組み合わされて中子５を構成する中子片５ｂの製作手順について説明する。図３（ｅ）に示すように、一対の木型４ｅを用意する。木型４ｅには、上下を貫通する貫通孔４ｆが設けられている。貫通孔４ｆは、下部開口４ｇと上部開口４ｈとが連通することにより形成されている。次に、図３（ｆ）に示すように、中子砂を上部開口４ｈから貫通孔４ｆ内に充填する。貫通孔４ｆ内の中子砂が硬化した後に、図３（ｇ）に示すように、一対の木型４ｅを抜型することで、貫通孔４ｆの形状に応じた中子片５ｂが得られる。中子片５ｂの端部には、支持部５ｄが設けられている。なお、中子片５ａ、５ｂは、いずれが先に製作されても構わない。

［鋳型組立］
図４（ａ）に示すように、下型（砂型）６ａを用意し、図４（ｂ）に示すように、下型（砂型）６ａの上に中子５を載置する。次に、図４（ｃ）に示すように、中子５に上型（砂型）６ｂを被せて主型６を型合わせして、鋳型７を組み上げる。具体的には、主型６の内部には、中子５より大きな略円柱状の凹部６ｃが形成されており、中子５は凹部６ｃ内に収容されている。また、支持部５ｃ、５ｄが下型６ａと上型６ｂとに挟まれて支持されている。なお、中子５と中間部材１３とは予め一体化されたものに限定されず、中子５と中間部材１３とを別々に製作し、鋳型７を組み上げる際に中間部材１３を中子５内に収めるものであっても構わない。

［溶鉄注湯］
図４（ｄ）に示すように、鋳型７の湯口７ａから溶鉄（ダクタイル鋳鉄）を鋳型７内に注湯する。溶鉄は中子５と主型６との隙間に充填されるため、中間部材１３のうち中子５と主型６との隙間を横断する部分は、溶鉄に包まれる。

［凝固・冷却］
鋳型７内に溶鉄が充填されたら、溶鉄の注湯を停止して溶鉄を凝固、冷却させる。

［型ばらし］
図４（ｅ）に示すように、鋳型７内の溶鉄が冷却されたら、鋳型７を破壊してカプラー１を取り出す。中子５と主型６との隙間が、カプラー本体１１に対応し、中子５のうち中子砂の部分が、挿通孔１２に対応し、支持部５ｃ内に埋設された中間部材１３の端部が接続端部１３ａに対応する。また、冷却後の中間部材１３とカプラー本体１１との境界は溶着しておらず、カプラー本体１１が中間部材１３の外周に形成された抜け止め凸部１３ｂの形状にならうように形成されている。すなわち、抜け止め凸部１３ｂが、カプラー１本体１１に係合して強固に抜け止めされることで、中間部材１３とカプラー本体１１とが一体に形成されている。

［仕上げ］
カプラー１に付着する湯口７ａ、湯道７ｂ等の不要部分をカッターで切断し、カプラー１の表面をグラインダで鋳仕上げする。その後、熱処理、ショットブラスト研磨を施すことにより、カプラー１が得られる。

次に、中間部材１３に先行側鉄筋２を摩擦圧接する手順を図５に基づいて説明する。

まず、図５（ａ）に示すように、カプラー本体１１の外周をチャック８で把持する。また、中間部材１３と先行側鉄筋２とを同軸上に配置し、中間部材１３の端面１３ｃと先行側鉄筋２の端面２ａとを当接させる。

次に、図５（ｂ）に示すように、カプラー本体１１を高速回転させ、先行側鉄筋２を中間部材１３に向けて押し付ける。中間部材１３と先行側鉄筋２との間に摩擦熱で高温層が形成され、中間部材１３の一部及び先行側鉄筋２の一部がバリＢとなって排出される。

そして、図５（ｃ）に示すように、カプラー本体１１の回転を急停止し、先行側鉄筋２を中間部材１３に向けてさらに加圧することにより、中間部材１３と先行側鉄筋２とが摩擦圧接される。

次に、カプラー１を用いて先行側鉄筋２と打継側鉄筋３とを接続する手順を図６に基づいて説明する。

まず、図６（ａ）に示すように、カプラー１及び先行側鉄筋２は、コンクリート内に水平に埋設されている。なお、カプラー１は、コンクリート内に垂直に埋設されたものであっても構わない。

次に、図６（ｂ）に示すように、挿通孔１２内にグラウト材を注入する。

そして、図６（ｃ）に示すように、打継側鉄筋３をカプラー１の節部１２ａに嵌合させる。打継側鉄筋３をカプラー１内に挿通させる際には、打継側鉄筋３の平坦面３ａを節部１２ａと隙間を空けて対向させた状態で打継側鉄筋３の先端が中間部材１３に接触するまでスライドさせる。この際、挿通孔１２内に注入されたグラウトは、カプラー１と打継側鉄筋３との隙間に充填される。そして、隙間に充填されたグラウトが硬化することで、カプラー１と打継側鉄筋３とが強固に固着される。カプラー１と打継側鉄筋３との嵌合距離は、カプラー１全長の５〜６割程度が好ましい。

なお、上述したようにグラウトを用いてカプラー１に打継側鉄筋３を固着させるグラウト方式の他に、いわゆるトルク方式を用いても構わない。トルク方式では、打継側鉄筋３の先端を中間部材１３に押し当てた後に、打継側鉄筋３を回転させて、打継側鉄筋３のネジ節３ｂと節部１２ａとを螺合させることにより、カプラー１と打継側鉄筋３とを強固に連結させることができる。

このようにして、本実施例に係るカプラー１は、カプラー１の先端側に中間部材１３が固着され、中間部材１３と先端側鉄筋２とを摩擦圧接することにより、先行側鉄筋２にトルクを導入する作業が省略でき、少ない部品点数で先行側鉄筋２と打継側鉄筋３とを簡便に接合することができる。

また、中間部材１３の外周に螺旋状に形成された抜け止め凸部１３ｂが長手方向Ｌにおいて複数個所でカプラー本体１１に係合することにより、中間部材１３がカプラー本体１１に強固に抜け止めされるため、カプラー本体１１と中間部材１３とを簡便に一体に形成することができる。

中間部材１３に鉄筋を切断する際に生じた端材を再利用することにより、省資源でカプラー１を得ることができる。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなることができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。

１ ・・・ カプラー
１ａ・・・ 打継側端面
１ｂ・・・ 先行側端面
１１・・・ カプラー本体
１２・・・ 挿通孔
１２ａ・・・節部
１３・・・ 中間部材
１３ａ・・・接続端部
１３ｂ・・・抜け止め凸部
２ ・・・ 先行側鉄筋
２ａ・・・ （先行側鉄筋の）平坦面
２ｂ・・・ （先行側鉄筋の）ネジ節
３ ・・・ 打継側鉄筋
３ａ・・・ （打継側鉄筋の）平坦面
３ｂ・・・ （打継側鉄筋の）ネジ節
Ｌ ・・・ 長手方向
Ｒ ・・・ 径方向

Claims (7)

1. 先行側鉄筋及び打継側鉄筋の端部同士を接続固定するカプラーであって、
   カプラー本体と、
   該カプラー本体内に打継側の端面から先行側に向かって形成され、前記打継側鉄筋を挿入可能な挿通孔と、
   前記カプラー本体の先行側に固着され、前記カプラー本体の先行側の端面から突設した端部が前記先行側鉄筋に摩擦圧接される中間部材と、
   を備えていることを特徴とするカプラー。
2. 前記中間部材は、外周に抜け止め凸部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のカプラー。
3. 前記中間部材の抜け止め凸部は、前記カプラーの長手方向に沿って螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項２記載のカプラー。
4. 先行側鉄筋及び打継側鉄筋の端部同士を接続固定するカプラーの鋳造方法であって、
   内部に凹部を有する主型と、該凹部内に設置可能で中間部材が一部露出した状態で埋設された中子と、を用意する工程と、
   前記中間部材を前記凹部の先行側に配置した状態で前記主型の凹部内に前記中子を配置する工程と、
   前記主型と前記中子との間に溶融金属を注ぎ、前記中間部材が先行側に固着されると共に打継側の端面から先行側に向かって挿通孔が形成されたカプラーを鋳造する工程と、
   を含むことを特徴とするカプラーの鋳造方法。
5. 前記中間部材は、外周に抜け止め凸部が形成されていることを特徴とする請求項４記載のカプラーの鋳造方法。
6. 前記中間部材の抜け止め凸部は、前記カプラーの長手方向に沿って螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項５記載のカプラーの鋳造方法。
7. 前記中間部材は、鉄筋の端材であることを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項記載のカプラーの鋳造方法。