JP6978285B2 - 継手及び棒状または線状の部材の接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、継手と、そのような継手を用いた棒状または線状の部材の接合方法に関する。

鉄筋コンクリート造、鉄骨鉄筋コンクリート造の構造物を施工する際、配筋された鉄筋同士は機械式継手で接合される。具体的には、すでに取り付けられた鉄筋とこれから取り付ける鉄筋の端部同士を相対させ、両方の鉄筋の端部領域を覆うように機械式継手を取り付ける。次に、機械式継手の注入口からグラウト材を注入し固化させる。機械式継手は鋼管などの金属で形成され、グラウト材としては、モルタル、樹脂などが使用される（特許文献１，２）

特開２００３−８２８１４号公報 特開２００４−３２４１１２号公報

従来は機械式継手の注入口からグラウト材を注入する工程が必要であり、配筋の施工効率の向上の制約となっている。同様の課題はＰＣ鋼棒やＰＣ鋼より線などの他の棒状または線状の部材にも存在する。本発明は、棒状または線状の部材の接合工程の効率の向上が可能な継手と、そのような継手を用いた棒状または線状の部材の接合方法を提供することを目的とする。

本発明の継手は、熱可塑性樹脂からなり、棒状または線状の部材が挿入可能な貫通孔を備えた継手本体と、継手本体の外周面を取り囲み、継手本体を貫通孔に向けて加圧する加圧部材と、を有している。継手本体は上記部材より小径の第１の線状体を有している。

本発明の棒状または線状の部材の接合方法は、棒状または線状の第１の部材と棒状または線状の第２の部材を、端部同士が相対するように、共通の軸線上に配置することと、第１及び第２の部材の端部領域を、貫通孔と上記部材より小径の第１の線状体を備え、熱可塑性樹脂からなる継手本体の貫通孔に配置することと、継手本体を加熱し軟化させながら貫通孔に向けて加圧することで、継手本体を第１及び第２の部材に密着させることと、継手本体を冷却し、継手本体が第１及び第２の部材に密着した状態で継手本体を硬化させることと、を有する。

本発明によれば、継手本体を加熱し軟化させながら貫通孔に向けて加圧することで棒状または線状の部材を接合することができる。このため、従来行われてきたグラウト材の注入工程が不要である。従って、本発明によれば、棒状または線状の部材の接合工程の効率の向上が可能な継手と、そのような継手を用いた棒状または線状の部材の接合方法を提供することができる。

第１の実施形態に係る継手の概念図である。 第２の実施形態に係る継手の概念図である。 継手が受ける引張力とその分力を示す概念図である。 第３の実施形態に係る継手の概念図である。 第４の実施形態に係る継手の概念図である。 鉄筋の接合方法を示す概念図である。 継手本体の他の加熱方法を示す概念図である。

図面を参照して本発明の継手と、そのような継手を用いた棒状または線状の部材の接合方法の実施形態について説明する。以下の実施形態では鉄筋継手と、それを用いた鉄筋の接合方法について説明するが、本発明は鉄筋だけでなく、プレキャストコンクリートに用いられるＰＣ鋼材、ＰＣ鋼より線などの棒状または線状の部材にも広く適用することができる。

（第１の実施形態）
図１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る鉄筋継手の側面図を、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った鉄筋継手の断面図を示す。鉄筋継手１は、熱可塑性樹脂からなる継手本体２と、継手本体２の外周面を取り囲む加圧部材３と、を有している。継手本体２は概ね円筒形の外形を有しており、円筒形の外形と同軸の、鉄筋４が挿入可能な貫通孔５を備えている。貫通孔５の内径ｄ５は鉄筋４の最外径ｄ４よりも大きく、鉄筋４をスムーズに挿入することができる。継手本体２は熱可塑性樹脂から形成されている。熱可塑性樹脂は加熱によって溶融または軟化する性質を有している。継手本体２の材料としてはアクリル樹脂、ポリプロピレンなどが挙げられるが、熱可塑性樹脂である限り限定されない。詳細は後述するが、継手本体２を加熱軟化させることで、継手本体２を鉄筋４に密着させ、２つの鉄筋４を接合することができる。

継手本体２には、貫通孔５と平行に延び鉄筋４より小径の複数本の第１の線状体６が埋め込まれている。第１の線状体６はポリプロピレン、ガラス、アラミド、炭素、金属などの繊維、あるいは針金、ピアノ線、ワイヤーなどの金属製の線材で形成され、継手本体２の長手方向Ｌと直交する断面に均等に分布している。第１の線状体６は、好ましくは継手本体２の長手方向Ｌの一端から他端まで連続して延びる長繊維または長い線材であるが、長手方向Ｌの長さの一部を延びる短繊維または短い線材であってもよい。第１の線状体６は、長手方向Ｌに印加される引張力を、熱可塑性樹脂とともに負担する。継手本体２は例えば引抜成形法で製造することができる。

継手本体２の長手方向Ｌの両側には第１のシール部材７ａと第２のシール部材７ｂが設けられている。シール部材７ａ，７ｂは貫通孔５と同軸の穴８を備えている。穴８の直径ｄ８は貫通孔５の内径ｄ５より多少小さく、ほぼ鉄筋４の最外径ｄ４に等しい。シール部材７ａ，７ｂは加熱の際に鉄筋継手１の材料である熱可塑性樹脂の漏出を抑制し、継手本体２の長手方向寸法を維持する。シール部材７ａ，７ｂは鉄筋４の貫通孔５への挿入を阻害しないようゴムや樹脂などの弾性部材で作成されることが望ましい。また、シール部材７ａ，７ｂは加熱の際に変形が生じないよう、加熱温度において熱耐性を有していることが望ましい。シール部材７ａ，７ｂは例えば接着剤で継手本体２の両側側面に取り付けられる。

継手本体２の外周面を取り囲む加圧部材３が設けられている。加圧部材３の長手方向Ｌにおける両側端部は継手本体２の長手方向Ｌにおける両側端部と一致しており、かつ加圧部材３はその長手方向Ｌの全長に渡り、継手本体２の全周に沿って設けられている。すなわち、加圧部材３は継手本体２の外周面の全域を覆っている。加圧部材３は継手本体２の外周面に密着しており、継手本体２と一体化されている。これによって、鉄筋継手１の取り扱い性が向上する。加圧部材３と継手本体２の間には多少の隙間が設けられていてもよい。すなわち、加圧部材３と継手本体２は独立した別部材として構成することもできる。

加圧部材３は継手本体２で鉄筋４を接合する際に継手本体２を貫通孔５の中心軸５ａに向けて加圧する（締め付ける）。加圧部材３はこの機能が得られる限り限定されないが、熱収縮チューブを用いることが好ましい。熱収縮チューブの例として住友電工製スミチューブ（登録商標）が挙げられる。例えば、スミチューブＡは収縮温度１１５℃以上、内径収縮率４０％以上、スミチューブＣは収縮温度９０℃以上、内径収縮率４０％以上、スミチューブＦ（Ｚ）は収縮温度１００℃以上、内径収縮率５０％以上とされている。熱収縮チューブは加熱収縮させることで継手本体２を加圧する。継手本体２を軟化させるために加熱する際、熱収縮チューブを一緒に加熱することができるため、熱収縮チューブの加熱工程を独立した作業として行う必要がない。しかしながら、加圧部材３を加熱収縮させることは必ずしも必要ではなく、継手本体２を軟化させたときに継手本体２を加圧することができればその構成は限定されない。例えば、熱収縮チューブの代わりにゴムバンド、加圧バンドなどを用いることもできる。

（第２の実施形態）
図２（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る鉄筋継手１０１の側面図を、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿った鉄筋継手１０１の断面図を示す。説明を省略した構成については第１の実施形態と同様である。継手本体２には、上述の第１の線状体６に加え、貫通孔５の中心軸５ａの周りを周方向に延び鉄筋４より小径の複数本の第２の線状体９が埋め込まれている。第２の線状体９は第１の線状体６と直交する方向に延びている。第２の線状体９もポリプロピレン、ガラス、アラミド、炭素、金属の繊維、あるいは針金、ピアノ線、ワイヤーなどの金属製の線材などで形成されている。第２の線状体９は、好ましくは貫通孔５の中心軸５ａの周りを全周にわたって延びているが、周方向の一部を延びていてもよい。また、第２の線状体９は貫通孔５の中心軸５ａの周りを、１周を超える巻数で巻回していてもよい。第２の線状体９は、径方向外側を向く引張力を、熱可塑性樹脂とともに負担する。図３は、継手本体２に掛かる引張力とその分力を模式的に示している。鉄筋４に長手方向Ｌの引張力Ｆが加わると、その力は鉄筋４の節４１を介して継手本体２に伝わる。このとき、継手本体２はコーン状の面に沿った力Ｓを受ける。この力Ｓは長手方向Ｌの力Ｓ１と径方向外向きの力Ｓ２に分解することができる。前者の力Ｓ１は第１の線状体６が分担し、後者の力Ｓ２は第２の線状体９が分担する。従って、継手本体２には第１の線状体６と第２の線状体９の両者が埋め込まれていること望ましいが、第２の線状体９は径方向外向きの力Ｓ２が小さい場合には省略することもできる。

（第３の実施形態）
図４（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る鉄筋継手２０１の側面図を、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線に沿った鉄筋継手２０１の断面図を示す。説明を省略した構成については第１の実施形態と同様である。本実施形態の鉄筋継手２０１では、第２の線状体９は貫通孔５の内面に沿って周方向に配置されている。すなわち、第２の線状体９は継手本体２に埋め込まれておらず、貫通孔５の内面に露出している。鉄筋４を貫通孔５に挿入したときは、第２の線状体９は貫通孔５の内面と鉄筋４との間に位置する。継手本体２を加熱して軟化させる際、継手本体２は貫通孔５に向かって、すなわち径方向内側に向けて移動する。このため、第２の線状体９が継手本体２に埋め込まれていると、継手本体２の変形で緩んだり、真円度が大きく損なわれたりすることがある。そのような状態では、径方向外向きの力Ｓ２（図３参照）に対する第２の線状体９の抵抗力が十分に確保できないことがある。本実施形態では第２の線状体９が継手本体２と鉄筋４との間に位置するため、継手本体２を加熱軟化させたときに継手本体２が第２の線状体９に及ぼす影響を軽減することができる。第２の線状体９は第１及び第２の鉄筋４の端部領域が貫通孔５の内部に配置される前に、貫通孔５の内面に沿って周方向に配置される。第２の線状体９は接着剤などで貫通孔５の内面に貼り付けてもよいし、第２の線状体９に樹脂を含浸させたシートまたはテープを貫通孔５の内面に貼り付けてもよい。

（第４の実施形態）
図５（ａ）は本発明の第４の実施形態に係る鉄筋継手３０１の側面図を、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線に沿った鉄筋継手３０１の断面図を、図５（ｃ）は図５（ｂ）の矩形の枠で囲んだ部分の拡大図を示す。説明を省略した構成については第１の実施形態と同様である。本実施形態の鉄筋継手３０１では、第１の線状体６と第２の線状体９は貫通孔５の内面に沿って配置されている。具体的には、第１の線状体６と第２の線状体９は径方向に交互に配置され、第１の線状体６は貫通孔５と平行に延び、第２の線状体９は貫通孔５の中心軸５ａの周りを周方向に延びている。第１の線状体６と第２の線状体９は接着剤などで貫通孔５の内面に貼り付けてもよいし、第１の線状体６と第２の線状体９を交互に配置し、これらに樹脂を含浸させたシートまたはテープを貫通孔５の内面に貼り付けてもよい。本実施形態では、第１の線状体６と第２の線状体９はいずれも継手本体２に埋め込まれていないため、第３の実施形態の効果に加え、継手本体２を加熱軟化させたときに継手本体２が第１の線状体６に及ぼす影響を軽減することができる。すなわち、第１の線状体６が継手本体２の変形で緩みにくくなり、長手方向Ｌに印加される引張力をより確実に負担することができる。

（変形例）
図示は省略するが、複数の第１の線状体６のうちの一部が継手本体２に埋め込まれ、残りが貫通孔５の内面に設けられてもよい。同様に、複数の第２の線状体９のうちの一部が継手本体２に埋め込まれ、残りが貫通孔５の内面に設けられてもよい。さらに、第１の線状体６は長手方向Ｌに印加される引張力を負担することができれば、貫通孔５と平行に延びていなくてもよい。例えば、複数の第１の線状体６の一部または全部が貫通孔５と非平行に延びていてもよく、ジグザグ状に延びていてもよい。同様に、第２の線状体９は径方向外側を向く引張力を負担することができれば、貫通孔５の中心軸５ａの周りを周方向に延びていなくてもよい。例えば、複数の第２の線状体９の一部または全部が貫通孔５の周方向と非平行に延びていてもよく、ジグザグ状に延びていてもよい。

さらに、第１の線状体６と第２の線状体９を区別せず、ランダムな方向を向いた複数の長繊維若しくは長い線材または短繊維若しくは短い線材が継手本体２に埋め込まれ、または貫通孔５の内面に設けられてもよい。このような繊維または線材は長手方向Ｌに印加される引張力と径方向外側を向く引張力の両者を負担するため、前述の各実施形態と同様の効果が得られる。

さらに、図示は省略するが、第１の線状体６と第２の線状体９をメッシュ状に組み合わせることもできる。例えば、長手方向Ｌと周方向の両者に対して傾斜した向きでらせん状に延びる繊維または線材を互いに交差するように組み合わせ、継手本体２に埋め込み、または貫通孔５の内面に設けることができる。

次に、図６を参照して、以上説明した鉄筋継手１，１０１，２０１，３０１を用いた鉄筋４の接合方法について説明する。以下の説明では第１の実施形態の鉄筋継手１を用いた例を示すが、第２〜第４の実施形態の鉄筋継手１０１，２０１，３０１及び上述の変形例の鉄筋継手を用いた場合も同様の方法をとることができる。また、第１の鉄筋４ａを既に配筋された鉄筋、第２の鉄筋４ｂを鉄筋継手１によって第１の鉄筋４ａと接合される鉄筋とする。

まず、図６（ａ）に示すように、鉄筋継手１を、シール部材７ａを通して第１の鉄筋４ａに被せる。鉄筋継手１の全長の半分程度を第１の鉄筋４ａの端部領域１１ａに被せ、残りの半分は第２の鉄筋４ｂの端部領域１１ｂのために空けておく。さらに、第１の鉄筋４ａに対して第２の鉄筋４ｂを所定の位置に配置する。具体的には、第２の鉄筋４ｂを第１の鉄筋４ａと共通の軸線Ｘ（貫通孔５の中心軸５ａに一致する）上に配置する。

次に、図６（ｂ）に示すように、第２の鉄筋４ｂの端部１０ｂを第１の鉄筋４ａの端部１０ａと相対させ、第２の鉄筋４ｂを鉄筋継手１に挿入する。第２の鉄筋４ｂは鉄筋継手１のシール部材７ｂを通って鉄筋継手１に挿入される。これによって、第１及び第２の鉄筋４ａ，４ｂの端部領域１１ａ，１１ｂが継手本体２の貫通孔５の内部に配置される。すなわち、第１の鉄筋４ａの端部１０ａと第２の鉄筋４ｂの端部１０ｂが相対し、かつ鉄筋継手１が第１の鉄筋４ａの端部領域１１ａと第２の鉄筋４ｂの端部領域１１ｂを覆うように配置される。

図６（ａ）において、鉄筋継手１の全長を予め第１の鉄筋４ａに装着しておいてもよい。次に、第２の鉄筋４ｂを第１の鉄筋４ａと相対するように位置決めし、鉄筋継手１を軸線Ｘ方向左方向に動かして、鉄筋継手１が第１の鉄筋４ａと第２の鉄筋４ｂに跨るように位置を調整することができる。この場合、第２の鉄筋４ｂの端部１０ｂを第１の鉄筋４ａの端部１０ａと容易に相対させることができる。鉄筋継手１は予め第２の鉄筋４ｂに装着しておいてもよい。具体的には、図６（ａ）において、鉄筋継手１の全長を第２の鉄筋４ｂに被せ、次に、第２の鉄筋４ｂを第１の鉄筋４ａと相対するように位置決めし、鉄筋継手１を軸線Ｘ方向右側に動かして、鉄筋継手１が第１の鉄筋４ａと第２の鉄筋４ｂに跨るように位置を調整することができる。この場合も、第２の鉄筋４ｂの端部１０ｂを第１の鉄筋４ａの端部１０ａと容易に相対させることができる。シール部材７ａ，７ｂは第１及び第２の鉄筋４ａ，４ｂの動きを強く拘束しないため、上述したいずれの方法をとる場合も鉄筋継手１の位置調整は容易に行うことができる。

次に、図６（ｃ）に示すように、鉄筋継手１を加熱する。本実施形態では工業用ドライヤー１１で鉄筋継手１の外面に熱風を吹き付けている。図７には他の加熱方法を示している。例えば、図７（ａ）に示すように、鉄筋継手１の代わりに第１及び第２の鉄筋４ａ，４ｂを直接加熱してもよい。第１及び第２の鉄筋４ａ，４ｂは鉄筋継手１で覆われていない部位が加熱されるが、熱伝導により第１及び第２の鉄筋４ａ，４ｂの鉄筋継手１で覆われている部位（端部領域１１ａ，１１ｂ）に熱が伝わり、その熱で鉄筋継手１が加熱される。図７（ｂ）に示すように、鉄筋継手１の内部に電熱線１２を通し、電熱線１２を発熱させることで鉄筋継手１を加熱することもできる。図示の例では電熱線１２は貫通孔５の内壁に沿って配置されているが、継手本体２の内部を通すこともできる。使用後は鉄筋継手１の両端で電熱線１２を切断し、鉄筋継手１の内部の電熱線１２はそのまま埋め殺す（残存させる）ことができる。

継手本体２は加熱によって軟化する。加圧部材３（熱収縮チューブ）が加熱によって熱収縮し、軟化した継手本体２を貫通孔５の中心軸５ａに向けて加圧する。これによって、図６（ｄ）に示すように、軟化した継手本体２が第１の鉄筋４ａと第２の鉄筋４ｂの間のギャップ１３及び第１及び第２の鉄筋４ａ，４ｂの互いに隣接する節４ｃの間に入り込み、熱収縮チューブ１３の内側空間にほぼ隙間なく充填され、継手本体２は第１及び第２の鉄筋４ａ，４ｂに密着する。継手本体２の両端はシール部材７ａ，７ｂでシールされているため、シール部材７ａ，７の外部への漏出が抑制される。熱収縮チューブ３の内径収縮率、継手本体２の外径、貫通孔５の内径ｄ５は、熱可塑性樹脂が熱収縮チューブ３の内部空間にほぼ隙間なく充填され、かつシール部材７ａ，７ｂの外部への漏出が最小化されるように設定することが望ましい。なお、熱可塑性樹脂が熱収縮チューブ３の内部空間にほぼ隙間なく充填されたことを確認するため、多少の熱可塑性樹脂をシール部材７ａ，７から漏出させるようにしてもよい。

熱可塑性樹脂は、多少の流動性を持つ温度まで加熱することが望ましい。熱可塑性樹脂が結晶質の場合、融点で溶融し流動化するため、融点を若干超える温度まで加熱することが望ましい。熱可塑性樹脂が非晶質（アモルファス）の場合、ガラス転移点で軟化するため、ガラス転移点を若干超える温度まで加熱することが望ましい。

熱可塑性樹脂が熱による変形で第１及び第２の鉄筋４ａ，４ｂに十分に密着した後、加熱を停止する。継手本体２は第１及び第２の鉄筋４ａ，４ｂに密着した状態で自然冷却されて硬化する。これによって熱可塑性樹脂が熱変形した形状を維持したまま硬化し、鉄筋継手１の取り付けが完了する。なお、熱収縮チューブ３は常温に戻った後も収縮した形状を維持するため、継手本体２を加圧したままとなる。

１，１０１，２０１，３０１ 鉄筋継手（継手）
２ 継手本体
３ 加圧部材（熱収縮チューブ）
４ 鉄筋（棒状または線状の部材）
４ａ 第１の鉄筋
４ｂ 第２の鉄筋
５ 貫通孔
６ 第１の線状体
７ａ，７ｂ シール部材
９ 第２の線状体

Claims (10)

1. 熱可塑性樹脂からなり、棒状または線状の部材が挿入可能な貫通孔を備えた継手本体と、
   前記継手本体の外周面を取り囲み、前記継手本体を前記貫通孔に向けて加圧する加圧部材と、を有し、前記継手本体は前記部材より小径の第１の線状体を有している、継手。
2. 前記第１の線状体は前記貫通孔と平行に延び、前記継手本体に埋め込まれている、請求項１に記載の継手。
3. 前記加圧部材は熱収縮チューブである、請求項１または２に記載の継手。
4. 前記継手本体は、前記貫通孔の中心軸の周りを周方向に延び前記部材より小径の第２の線状体を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の継手。
5. 前記第２の線状体は前記貫通孔の内面に沿って周方向に配置されている、請求項４に記載の継手。
6. 棒状または線状の第１の部材と棒状または線状の第２の部材を、端部同士が相対するように、共通の軸線上に配置することと、
   前記第１及び第２の部材の端部領域を、貫通孔と前記部材より小径の第１の線状体を備え、熱可塑性樹脂からなる継手本体の前記貫通孔に配置することと、
   前記継手本体を加熱し軟化させながら前記貫通孔に向けて加圧することで、前記継手本体を前記第１及び第２の部材に密着させることと、
   前記継手本体を冷却し、前記継手本体が前記第１及び第２の部材に密着した状態で前記継手本体を硬化させることと、を有する棒状または線状の部材の接合方法。
7. 前記第１の線状体は前記貫通孔と平行に延び、前記継手本体に埋め込まれている、請求項６に記載の部材の接合方法。
8. 前記継手本体の外周面を取り囲む加圧部材を収縮させることで、前記継手本体が前記貫通孔に向けて加圧される、請求項６または７に記載の部材の接合方法。
9. 前記加圧部材は熱収縮チューブである、請求項８に記載の部材の接合方法。
10. 前記貫通孔の中心軸の周りを周方向に延び前記部材より小径の第２の線状体が、前記第１及び第２の部材の前記端部領域が前記貫通孔に配置される前に、前記貫通孔の内面に沿って周方向に配置される、請求項６から９のいずれか１項に記載の部材の接合方法。

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