JPH07217078A - ねじ式継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 作業が容易で確実な締結のできる鉄筋用継手
を提供すること。 【構成】 継手本体を所定温度に加熱した時に内径が収
縮するように記憶処理を施した形状記憶合金製とした。
また前記継手本体の内面には、継手が収縮した時に鉄筋
端部の雄ねじと、ねじ山両側のフランク３３，３４だけ
が接触するような雌ねじを形成した。 【効果】 鉄筋の雄ねじは一般に精度が悪いのが普通で
あるが、両フランクだけを接触させてねじの山頂と谷部
のいずれも接触しないようにしたことにより、形状記憶
合金の収縮力がフランクだけに集中して緊密な締結が実
現できるようになった。また締結には継手を所定温度に
加熱するだけでよいので、狭い場所や高所でも容易に行
なうことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鉄筋の締結に使用するた
めの形状記憶合金を用いた継手に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄筋は大きな骨格構造物を構成するため
に、多数の鉄筋同士を施工現場において組合わせて締結
しながら使用されるのが普通である。締結の方法として
は、重ね継手、溶接方式、機械的方式などが従来から行
なわれている。機械的方式の中には、表面に雄ねじを有
する鉄筋を、雌ねじを有する継手によって締結する方式
も含まれている。この場合の継手は本体であるカプラー
と、そのカプラーの両側に１個ずつ配されるロックナッ
トとの３つの部分から構成されている。図３（ａ）はこ
の方式で２本の鉄筋１０を締結した状況を示したもので
ある。鉄筋には予めロックナット１２を１個ずつねじ込
んだ上でカプラー１１の両側にねじ込み、次にロックナ
ットをカプラーの両側から挟み込むように締め付ける
が、この時ロックナットとカプラーの間には所定の高い
トルクを与えて締結を完了させる。この方式は確実性の
点で優れているものの、高いトルクを与えるための大が
かりな締結工具を使用するので、施工性には難があると
されている。

【０００３】またこれらと異なる新しい締結手段とし
て、形状記憶合金を利用するものがある。例えば特開昭
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、一旦円
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。締結は継手の開口部
に鉄筋を差し込んでから加熱することによって継手の円
筒を収縮させ、鉄筋を固定するというものである。形状
記憶合金を利用する鉄筋用継手としては、他にも形状記
憶合金製円筒を長手方向への形状回復ひずみが発生する
ように記憶処理した継手を使用するもの（特開昭５８−
２６１５５号公報）や、板状の形状記憶合金の曲がり変
形を利用するもの（実開平４−１１１８１３号公報）な
どがある。これらの形状記憶合金を利用する締結方法
は、特殊な締結用治具を使用せず施工が容易という利点
を持つ。しかし鉄筋の締結に要求される十分な強度を安
定して保証することに対しては必ずしも十分とはいえ
ず、広く実用されるには至っていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は少なくとも端
部表面にねじのある鉄筋の締結手段として、ロックナッ
トを機械的に絞め込む作業を必要とせず、内面に雌ねじ
を有する形状記憶合金製の円筒が形状回復時に収縮する
力だけで、鉄筋側の雄ねじと確実に締結できるような形
状記憶合金製の継手を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、適当な温度へ
の加熱によって内径が収縮する方向に形状記憶処理のな
された形状記憶合金製の円筒状継手の内面に、締結する
鉄筋側の雄ねじと咬み合う雌ねじを有するねじ式継手で
あって、前記雌ねじは、締結時にねじ山の２つのフラン
クが共に鉄筋側の対応するフランクと接触し、かつねじ
山頂部と谷部はいずれも相手側と接触しない形状である
ことを特徴とするねじ式継手である。

【０００６】形状記憶合金で製作された円筒形状の継手
の内面に雌ねじを形成し、鉄筋側の表面に形成された雄
ねじに咬み合わせた状態で形状記憶合金部分を加熱し
て、円筒を収縮させることによって締結する、というの
が発明者らの基本的な概念である。しかし形状記憶合金
製のねじ式継手の内面に、単に既存のねじ式継手で使用
されている形状の雌ねじをそのまま形成したものでは、
満足すべき締結状態を実現することはできなかった。こ
の理由は以下のように考えることができる。

【０００７】機械的に締め付けて締結する一般のねじに
おいては、締め付けが容易に行なえるようにするため
に、雄ねじと雌ねじの間にある程度の隙間を設けてい
る。一般に鉄筋表面の雄ねじは、寸法形状のばらつきが
普通のねじに比べて大きいだけに、これと咬み合わせて
使用する継手側の雌ねじは、雄ねじに対して一般の場合
以上に大きい隙間を持つように製作される。

【０００８】図２にその具体例を示す。図の２は鉄筋の
表面に形成された雄ねじ、３は継手側の雌ねじの断面形
状をそれぞれ示している。例えばＤ３２という規格のね
じ節鉄筋用継手の場合、鉄筋表面の雄ねじ山部（Ｂ１）
と谷部（Ｂ２）の公称直径はそれぞれ３５．２mmと３
０．４mmであるのに対して、これに使用する継手側の雌
ねじの公称内径（Ｃ２）と谷部（Ｃ１）の直径はそれぞ
れ３１．２mmと３７．０mmである。さらに雄ねじ側のね
じ山の山頂部幅（Ｂ３）が３．３mmに対して、継手側の
雌ねじ部の対応する部分の幅（Ｃ３）は５．０mmである
（以上の寸法は、新日本製鐵株式会社のねじ節鉄筋「ネ
ジデーバー」型録による）。

【０００９】つまりこれらのねじはガタガタといって良
いほどに隙間の大きい咬み合わせ状態に作られている。
しかし専用の締結用工具を用いて、カプラーとロックナ
ットの間に極めて高いトルクを加えて締め付けを行なう
から、このようにガタの大きいねじでも支障なく締結が
行なわれるわけである。図２（ｂ）はその締結状態を示
す。図から明らかな通り、このねじは雄雌両ねじの片側
のフランクだけが接触する普通のタイプのねじである。

【００１０】ところで本発明者らは、自ずから収縮し得
る形状記憶合金を継手本体として使用する本発明におい
ては、ロックナットに頼らない方式とすることを前提と
した。すなわち従来のねじ式継手のカプラーに相当する
部分だけを形状記憶合金で製作し、これが加熱によって
収縮する力だけで鉄筋を締結できるものとして完成させ
ることを目指した。つまり本発明による継手を使用した
場合の鉄筋の締結状態は図３（ｂ）のようになる。図の
１が本発明によるねじ式継手である。既存継手がガタの
大きいねじでありながら問題なく締結できるのは、ロッ
クナットを使用して高いトルクを与えながらねじ込む操
作があるからである。

【００１１】これに対して雌ねじを有する継手（カプラ
ー）が形状記憶合金で作られており、かつロックナット
のない状態での加熱による継手の内径収縮動作だけで締
結しようとする場合には、ねじ形状が図２のようなもの
である限り、鉄筋の完全な固定を期待できないのは自明
のことである。そこで発明者らはこのような場合に最も
効果的な締結が得られるねじ形状についての詳細な検討
を行ない、以下のようなことを明らかにした。

【００１２】形状記憶合金製継手の内径が収縮する力を
鉄筋の締結力として確実に利用するためには、図１に示
すように、雌ねじ側のねじ山の両側のフランク３３と３
４が、共に雄ねじ側の両側のフランクと接触して、かつ
雄雌各ねじの山頂と谷部とは完全に浮かせて接触しない
ようにすることが必要である。３１は形状記憶合金製の
継手内面の雌ねじの軸方向断面形状を示す。これによっ
て接触している部分の圧力を集中的に高めることがで
き、強くかつ安定した締結が実現できる。本発明はこの
ような知見に基づいて構成された。

【００１３】ねじの両側のフランクだけで相手方と接触
させ、ねじの山頂部も谷部も共に完全に浮かせた状態で
締結させるという不自然な締結が実現できるのは、雌ね
じを有する継手本体が形状記憶合金製であって、棒鋼が
ねじ込まれた後での加熱によって継手の内径が収縮し、
棒鋼の雄ねじ部を包み込むように締め付けることができ
るからである。またこのような締結は、継手に形成する
雌ねじの形状を、継手の雌ねじ側のねじ山頂部の幅が棒
鋼の雄ねじ側のねじ谷部の幅より大きく、かつ雌ねじ側
のねじ谷部の幅が雄ねじ側のねじ山頂部幅より小さくな
るように製作することによって達成される。

【００１４】なお本発明は以上のような形で締結される
ものであるから、ロックナットは原理的に不用である。
ただ本発明による継手に鉄筋をねじ込んでから加熱する
までの間に、振動などで弛むことを防止する仮留めを目
的とするのであれば、ロックナットの使用を妨げるもの
ではない。また本発明は少なくとも端部にねじのある鉄
筋の締結に用いるものであるから、鉄筋全体の表面にね
じが形成されている鉄筋はもちろん、ねじのない鉄筋本
体の端部に締結用のねじを加工して用いる場合にも使用
できることはいうまでもない。後者の場合には端部を予
めアプセットして、加工したねじの谷部径が鉄筋本体の
径より小さくならないようにすれば一層好ましい。

【００１５】次に本発明に使用する形状記憶合金の種類
について説明する。世の中に知られているニッケル・チ
タン系や銅系の形状記憶合金、さらにはＦｅ−Ｍｎ−Ｓ
ｉを主要成分とし必要に応じてＣｒやＮｉなどを添加す
ることの可能な鉄系形状記憶合金などが使用可能であ
る。これらの内でも特に、加工性と量産性に優れた鉄系
形状記憶合金は最も適当なものである。

【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】本発明は、加熱によって内径が収縮する形状記
憶合金製円筒を継手本体とする点と、その継手内面に加
工する雌ねじの形状に特徴がある。締結に際してはまず
本発明の継手の両側に締結しようとする鉄筋をねじ込
む。継手の雌ねじは左右両側のねじが連続して形成され
る場合と、継手中間部分にねじのない部分が形成されて
いるか、または左右のねじが中央部で不連続につながっ
ているなどの場合がある。

【００１８】雌ねじが連続して加工されている場合は、
左右からねじ込んだ２本の鉄筋がなるべく継手の中央で
突き当たるようにセットすることが必要である。雌ねじ
が連続しておらず、継手中央に不連続部がある場合に
は、締結する２本の鉄筋は先端が不連続部に突き当たる
までしっかりとねじ込んでおくことが望ましい。

【００１９】次に継手が十分に形状回復する温度まで加
熱する。この加熱によって継手の内径が収縮すると、鉄
筋側の雄ねじと継手側の雌ねじは、各ねじ山の両側のフ
ランク同士が接触する。この接触は、ねじ山の両フラン
クだけで起こり、ねじの山頂部と谷部はいずれも接触し
ない点が本発明の特徴である。この特徴が安定した高い
締結強度を保証するのである。

【００２０】

【実施例】公称直径２８．６mm（呼び径Ｄ２９）のねじ
節鉄筋を本発明による継手を用いて締結した。２８％Ｍ
ｎ−６％Ｓｉ−５％Ｃｒを主要成分として含む鉄ベース
の形状記憶合金丸棒から円筒状の粗形材を削り出し、９
００℃に加熱して形状記憶処理をした後、円筒内径を８
％拡径し６００℃に加熱するトレーニング処理に続い
て、再び内径を７％だけ拡径した。ここでトレーニング
処理というのは、鉄系形状記憶合金に対して一定の加工
と熱処理を繰り返して行なうことによって、最終的な形
状回復性能を改善することができるという公知の特性改
善手段を意味している。

【００２１】本実施例では、形状記憶処理後に拡径−熱
処理−拡径という工程をとることによって、トレーニン
グの効果が得られるようにした。内面へのねじ加工は、
２度目の拡径の後に行なったが、一部（下記のＢの場合
の半数）は２度目の拡径の前でねじ加工を行なった。ね
じ加工後の拡径は、雄ねじを付した円筒を縦割りした内
当て材を使用して、その内側に拡径用のマンドレルを通
した後、ねじ部を補修する方法で行なった。形状記憶合
金製継手の外径は５０mm、長さは１３０mmで、合計１６
個を製作した。また継手内面には以下に示す４種類の雌
ねじを各々４個ずつ加工した。

【００２２】Ａはねじ節鉄筋用継手として市販されてい
るカプラーの雌ねじと同じ形状のねじを、そのまま継手
内面に加工したものである。鉄筋表面の雄ねじとこのＡ
継手の雌ねじとを咬み合わせた状態が図２（ｂ）であ
る。Ｂは鉄筋の雄ねじと継手の雌ねじが各ねじ山の両フ
ランクだけで接触するタイプ（図１）で、本発明に該当
するものである。またＣはフランクと雄ねじ山頂部に隙
間を作り、雄ねじの谷部だけが継手の雌ねじの山頂部と
接触するような雌ねじ（図４（ａ））を、さらにＤは雄
ねじの山頂部だけが雌ねじの谷部と接触するような雌ね
じ（図４（ｂ））を、それぞれ継手の内面に加工したも
のである。

【００２３】円筒形状の内面に４通りの雌ねじが加工さ
れたこれらの形状記憶合金製継手は、いずれも、もしそ
のまま３００℃まで加熱された場合には、内径が約３．
５％だけ収縮する能力を付与されたものとなっている。
また継手内面に加工したすべての雌ねじは、左右の開口
部のねじが連続して一体のねじになるように形成した。

【００２４】締結はまず締結する２本の鉄筋をそれぞれ
の継手の両端にねじ込んだ。雌ねじが連続しているの
で、まず一方の鉄筋端部に形状記憶合金製継手を完全に
ねじ込んでしまい、継手の反対側からねじ込んだ鉄筋の
先端が多少出るようにした。次にもう一方の鉄筋の先端
をその鉄筋先端に突き当ててから、形状記憶合金製継手
を先程とは逆方向に回転し、両方の鉄筋突き合わせ部が
継手内部の中央に位置するようになるまで移動させた。
継手の加熱はガスバーナーを使用して、３００℃になる
ように行なった。温度の確認は、継手の端面に塗布した
感熱塗料の変色によった。

【００２５】加熱した後の継手が室温まで冷えたところ
で、継手の両側の鉄筋を掴んで引張り試験を行なって締
結状態を確認した。鉄筋は引張り試験に際して応力とひ
ずみ（伸び）の関係にステップ状の停滞が生じたり、規
定の応力以下で引き抜けることがあってはならないとさ
れている。これに対して本実施例で製作した鉄系形状記
憶合金製継手の内、本発明によらない継手Ａ，Ｃ，Ｄで
はいずれも図５（ａ），（ｃ），（ｄ）のように、加重
−伸び線図の立ち上がり部に不規則なステップが現われ
たり、或いは立ち上がりの勾配が低くなったりした。こ
れは継手内部で鉄筋の滑りが起こったことを示してい
る。一方、本発明による雌ねじを採用した継手Ｂの場合
には、引張り試験の結果が同図（ｂ）に示すように応力
が直線的に立ち上がっていて、引張り応力の作用に対し
て継手内での鉄筋の滑りが起こらない確実な締結のなさ
れていることが確認された。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、簡単な加熱だけで鉄筋
の締結を行なうことができる。既存の方法が施工現場に
おいて高いトルクを与えてねじ込む困難な作業や、溶接
のための高熱作業を伴うことと比べると、高所や狭所、
足場の悪い作業環境下においても、また雨天などの悪天
候の下においても比較的容易に施工を行なえることが本
発明の効果である。従来使われていた重量のある締結用
治具に比べて軽量で操作しやすい加熱装置だけで作業が
できるので、特に太径鉄筋の締結は作業性が著しく改善
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】形状記憶合金で製作された本発明による鉄筋用
ねじ式継手内面の雌ねじと鉄筋表面の雄ねじとの咬み合
いの状態の説明図。

【図２】（ａ）及び（ｂ）は既存のねじ節鉄筋用継手の
咬み合いの状態の説明図。

【図３】（ａ）は既存の鉄筋用ねじ式継手、（ｂ）は本
発明による鉄筋用ねじ式継手の締結時の状態の説明図。

【図４】（ａ），（ｂ）は形状記憶合金製のねじ式継手
に試験的に採用して不十分な締結結果が得られたねじ形
状の説明図。

【図５】形状記憶合金製の円筒内面に各種の形状のねじ
を形成した上で鉄筋を継手を締結した上で、締結部の引
張り試験を行なった図表。

【符号の説明】

１ 本発明によるねじ式継手 ２ 鉄筋表面のねじ節鉄筋の軸方向断面の形状 ３ ねじ式継手内面の雌ねじの軸方向断面の形
状 １０ 端部にねじの形成された鉄筋 １１ 既存のねじ式継手のカプラー １２ 既存のねじ式継手のロックナット ３１ 形状記憶合金製の継手内面の雌ねじの軸方
向断面形状 ３２ 加熱によって内径が収縮して鉄筋を締結し
た時の、形状記憶合金製継手内面の雌ねじの断面形状 ３３，３４ フランク

───────────────────────────────────────────────────── 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丁目６番地 淡 路産業株式会社東京支社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 適当な温度への加熱によって内径が収縮
   する方向に形状記憶処理のなされた形状記憶合金製の円
   筒状継手の内面に、締結する鉄筋側の雄ねじと咬み合う
   雌ねじを有するねじ式継手であって、前記雌ねじは、締
   結時にねじ山の２つのフランクが共に鉄筋側の対応する
   フランクと接触し、かつねじ山頂部と谷部はいずれも相
   手側と接触しない形状であることを特徴とするねじ式継
   手。