(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被圧接材の圧接面間に配置可能で、熱硬化性樹脂製で所要径を有するエア遮断リングと、
該エア遮断リングの片面側に位置して積層するか、或いは前記エア遮断リングを表裏両面側から挟んで積層される、前記エア遮断リングと同径又は前記エア遮断リングより径大の熱可塑性樹脂製の還元シートと、
前記エア遮断リングと前記還元シートの積層部の略同一平面上の外周部に、前記エア遮断リングと離隔して巻き付けられた、熱硬化性樹脂製で紐状又は帯状の還元リングとを備える
ガス圧接用高分子還元材。
【請求項２】
熱可塑性樹脂製で被圧接材の圧接側端部に外嵌め可能な有底筒状体であるキャップ体と、
該キャップ体の底部に一体に設けられ、熱硬化性樹脂製で所要径を有するエア遮断リングと、
前記キャップ体の前記底部との間に前記エア遮断リングを挟む、前記エア遮断リングと同径又は前記エア遮断リングより径大の熱可塑性樹脂製の還元シートと、
前記エア遮断リングと前記還元シートの積層部の略同一平面上の外周部に、前記エア遮断リングと離隔して巻き付けられた、熱硬化性樹脂製で紐状又は帯状の還元リングとを備える
ガス圧接用高分子還元材。
【請求項３】
前記エア遮断リングは、両端部が所定の長さだけ内外側で重なった渦巻き状に形成されている
請求項１又は２記載のガス圧接用高分子還元材。
【請求項４】
前記エア遮断リングがポリイミド樹脂製であり、前記還元シートがポリスチレン樹脂製である
請求項１、２又は３記載のガス圧接用高分子還元材。
【請求項５】
前記還元シートの合計の厚みが、０．１７〜２．５５ｍｍである
請求項４記載のガス圧接用高分子還元材。
【請求項６】
圧接する各被圧接材の圧接面間に、熱硬化性樹脂製で所要径を有するエア遮断リング、及び該エア遮断リングの片面側に位置するか、或いは前記エア遮断リングを表裏両面側から挟み、前記エア遮断リングと同径又は前記エア遮断リングより径大の熱可塑性樹脂製の還元シートを積層して、熱硬化性樹脂製で紐状又は帯状の還元リングを前記エア遮断リングと前記還元シートの積層部の略同一平面上の外周部に前記エア遮断リングと離隔して巻き付けて、ガス圧接用高分子還元材を配置する工程と、
前記各被圧接材に前記各被圧接材の圧接面同士が密着する方向へ所定の圧力を加えながら、前記各被圧接材の圧接部を所要のガスの火力で加熱する工程とを備える
ガス圧接工法。
【請求項７】
前記エア遮断リングは、両端部が所定の長さだけ内外側で重なった渦巻き状に形成されている
請求項６記載のガス圧接工法。
【請求項８】
前記エア遮断リングがポリイミド樹脂製であり、前記還元シートがポリスチレン樹脂製である
請求項６又は７記載のガス圧接工法。
【請求項９】
前記ガスがプロパンガスであり、初期加熱の段階から標準炎により加熱する
請求項６、７又は８記載のガス圧接工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス圧接用高分子還元材及びガス圧接工法に関するものである。詳しくは、鉄筋等のガス圧接を行う際に、アセチレンガスより火力が劣る天然ガス、プロパンガス、又は水素ガス等を使用する場合でも、充分な火力が得られるように初期加熱の段階から標準炎で加熱することができるようにしながら、圧接部に残留物が生じることを抑制して強度が充分な圧接を可能とした、ガス圧接用高分子還元材及びガス圧接工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、アセチレンガスを使用した鉄筋のガス圧接においては、鉄筋の圧接面を研磨し、初期加熱では先端面同士が密着するまでは還元炎で加熱することが必要である。仮に、初期加熱を標準炎（中性炎又は酸化炎）で行うと、圧接面に酸化被膜が形成されて接合不良となり、圧接面破断が起こる。
【０００３】
一方で、アセチレンガスと比較して火力は劣るが、取り扱いが容易であり環境負荷も小さい天然ガスやプロパンガスの使用は、従前からの懸案となっている。つまり、これらのガスを使用して圧接しようとすると、アセチレンガスと同等の火力を得るには、初期加熱から標準炎で加熱する必要があり、この場合、圧接面での酸化被膜の形成を抑止する対策が必要になる。
【０００４】
この対策の一つとして、非特許文献１記載のガス圧接工法（エコスピード工法）が提案されている。この圧接工法においては、鉄筋等を圧接する際に、ポリスチレンシートと鋼製リングが仕込まれているキャップ状のＰＳリングが還元材（又は酸化防止材）として使用される。
【０００５】
そして、圧接する各鉄筋の先端面間にＰＳリングのポリスチレンシートと鋼製リングを挟み込み、天然ガスの火力で加熱して、これにより発生する還元性ガスで圧接面近傍に還元雰囲気をつくると共に、鋼製リングで圧接部への大気の浸入を遮断して酸化を防止することにより、酸化膜の形成が抑止される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】エコウェル協会のページ、令和２年１１月１８日検索、http://ecowel.com/Industrial%20method%20es/1.Industrial%20method%20es%20Feature/es%20Feature.html
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１に記載されたガス圧接工法には、次のような課題があった。すなわち、このガス圧接工法では、圧接面に酸化被膜が形成されることを抑止でき、初期加熱から標準炎を使用しても接合不良は起こりにくく、加熱用ガスの種類を問わないとされる。しかし、ＰＳリングにポリスチレンシートと共に、鋼製リングが仕込まれているので、圧接終了後、圧接面に母材（鉄筋）とは異なるリング状の金属（鋼製）が残る。
【０００８】
このため、各鉄筋の圧接面に鋼製の金属が挟まった状態で存在することになり、これが原因で、圧接のメカニズムである、圧接時に原子が圧接面を跨いで拡散することにより金属結合して一体化することが阻害されることがあり、圧接部の強度が不足して、圧接面破断を起こしてしまう可能性を排除できなかった。
【０００９】
本発明は、以上の点を鑑みて創案されたものであり、鉄筋等のガス圧接を行う際に、アセチレンガスより火力が劣る天然ガス、プロパンガス、又は水素ガス等を使用する場合でも、充分な火力が得られるように初期加熱の段階から標準炎で加熱することができるようにしながら、圧接部に残留物が生じることを抑制して強度が充分な圧接を可能とする、ガス圧接用高分子還元材及びガス圧接工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）上記の目的を達成するために本発明に係るガス圧接用高分子還元材は、被圧接材の圧接面間に配置可能で、熱硬化性樹脂製で所要径を有するエア遮断リングと、該エア遮断リングの片面側に位置するか、前記エア遮断リングを表裏両面側から挟む、前記エア遮断リングと同径又は前記エア遮断リングより径大の熱可塑性樹脂製の還元シートとを備える。
【００１１】
本発明のガス圧接用高分子還元材は、被圧接材の圧接面間に配置可能で、先端面で挟まれた状態で被圧接材と共に加熱されることにより、圧接面に酸化被膜が生じることを抑止しながら、圧接を強固に行うことができる。
【００１２】
すなわち、熱硬化性樹脂製で所要径を有するエア遮断リングと、エア遮断リングの片面側に位置するか、エア遮断リングを表裏両面側から挟む、エア遮断リングと同径又はエア遮断リングより径大の熱可塑性樹脂製の還元シートとを備えることにより、圧接作業においては、ガスの炎で加熱されることによって、まず、還元シートが溶融して燃焼する。
【００１３】
そして、熱硬化性樹脂製で、まだ溶融していないエア遮断リングの内側の、被圧接材の先端面で挟まれた僅かな隙間の中で、還元シートがごく短時間で溶融し、燃焼して、更に気化し体積が急激に増えることによって、エア遮断リングの内側の隙間にあったエアが高い圧力で外へ押し出されると共に、エア中の酸素は高分子の炭素と結びついて炭酸ガスになり、圧接部４００周りの酸化が抑制される。
【００１４】
また、エア遮断リングが溶融しないうちは、エア遮断リングの内側の隙間へのエアの浸入が遮断されることとも相俟って、隙間内での酸化が抑制され、圧接面（圧接側の先端面）に酸化被膜が生じることを抑制できる。
【００１５】
このように、本発明のガス圧接用高分子還元材によれば、被圧接材のガス圧接を行う際に、アセチレンガスより火力が劣る天然ガス、プロパンガス、又は水素ガス等を使用する場合、充分な火力が得られるように初期加熱の段階から標準炎で加熱しても、圧接部に酸化被膜や金属残渣物等の残留物が生じることを抑制して、強度が充分な圧接を行うことが可能になる。
【００１６】
（２）上記の目的を達成するために本発明に係るガス圧接用高分子還元材は、被圧接材の圧接面間に配置可能で、熱硬化性樹脂製で所要径を有するエア遮断リングと、該エア遮断リングを表裏両面側から挟む、前記エア遮断リングと同径又は前記エア遮断リングより径大の熱可塑性樹脂製の還元シートとを備える。
【００１７】
この場合は、上記（１）の作用に加えて、以下の作用がある。すなわち、後述する図５、図６に示す圧接破断試験の結果から分かるように、エア遮断リングの表裏両面側に還元シートを備えたガス圧接用高分子還元材の方が、エア遮断リングだけを使用したものと比較して、圧接面に生じたフラット破面が破断面の中央部分には生じにくいという点において優位性がある。
【００１８】
また、この優位性については、上記エア遮断リングの片側に還元シートを備えたケースが、上記圧接破断試験の両ケースの中間的な位置付けと考えれば、本項のように還元シートをエア遮断リングの表裏両面側に備える方が、エア遮断リングの片側に還元シートを備える場合と比較して好ましい結果になることについては想定できる。よって、ガス圧接用高分子還元材は、還元シートをエア遮断リングの表裏両面側に備えるのが、より好ましいといえる。
【００１９】
（３）上記の目的を達成するために本発明に係るガス圧接用高分子還元材は、熱可塑性樹脂製で被圧接材の圧接側端部に外嵌め可能な有底筒状体であるキャップ体と、該キャップ体の底部に一体に設けられ、熱硬化性樹脂製で所要径を有するエア遮断リングと、前記キャップ体の前記底部との間に前記エア遮断リングを挟む、前記エア遮断リングと同径又は前記エア遮断リングより径大の熱可塑性樹脂製の還元シートとを備える。
【００２０】
本発明のガス圧接用高分子還元材は、キャップ体を備えることにより、キャップ体を被圧接材の圧接側端部に外嵌めして、エア遮断リングと還元シートを被圧接材の圧接面間に配置可能であり、先端面で挟まれた状態で被圧接材と共に加熱されることにより、圧接面に酸化被膜が生じることを抑止しながら、圧接を強固に行うことができる。
【００２１】
すなわち、熱硬化性樹脂製で所要径を有するエア遮断リングと、キャップ体の底部との間にエア遮断リングを挟む、エア遮断リングと同径又はエア遮断リングより径大の熱可塑性樹脂製の還元シートとを備えることにより、圧接作業においては、ガスの炎で加熱されることによって、まず、還元シートが溶融して燃焼する。
【００２２】
そして、熱硬化性樹脂製で、まだ溶融していないエア遮断リングの内側の、被圧接材の先端面で挟まれた僅かな隙間の中で、還元シートがごく短時間で溶融し、燃焼して、更に気化し体積が急激に増えることによって、エア遮断リングの内側の隙間にあったエアが高い圧力で外へ押し出されると共に、エア中の酸素は高分子の炭素と結びついて炭酸ガスになり、周囲の酸化が抑制される。
【００２３】
また、エア遮断リングが溶融しないうちは、エア遮断リングの内側の隙間へのエアの浸入が遮断されることとも相俟って、隙間内での酸化が抑制され、圧接面に酸化被膜が生じることを抑制できる。
【００２４】
なお、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂製のエア遮断リングを圧接面に配置することにより、圧接面の外周部に近い部分の酸化防止作用が期待できる。また、ポリスチレン等の熱可塑性樹脂製の還元シートを圧接面のほぼ全面に配置することにより、圧接面のエア遮断リングの内側部分の酸化防止作用が期待できる。
【００２５】
このように、本発明のガス圧接用高分子還元材によれば、被圧接材のガス圧接を行う際に、アセチレンガスより火力が劣る天然ガス、プロパンガス、又は水素ガス等を使用する場合、充分な火力が得られるように初期加熱の段階から標準炎で加熱しても、圧接部に酸化被膜や金属残渣物等の残留物が生じることを抑制して、強度が充分な圧接を行うことが可能になる。
【００２６】
（４）本発明に係るガス圧接用高分子還元材は、前記エア遮断リングがポリイミド樹脂製であり、前記還元シートがポリスチレン樹脂製である構成とすることもできる。
【００２７】
この場合、ポリイミド樹脂製のエア遮断リングの耐熱性能は、２２０℃であり、短時間であれば４００℃に及ぶので、圧接時において、圧接部がその温度に加熱されるまでは、所定の硬度を充分に保っている。そして、耐熱温度を超えた後、燃焼し、８００℃で炭化するが、燃焼時には炎を上げることがなく、自己消火性を有すると共に、有毒ガスを発生しないので安全面でも優れている。
【００２８】
また、ポリスチレン樹脂製の還元シート（キャップ体の底部を含む）の耐熱性能は、７０〜９０℃で、融点は１００℃である。このため、圧接時において、ガスの炎で加熱されることによって、ごく短時間で溶融し、燃焼して気化する。そして、２８０℃以上では分解し、ポリイミド樹脂と同様に有毒ガスを発生しないので安全性が高い。
【００２９】
（５）本発明に係るガス圧接用高分子還元材は、前記エア遮断リングの表側又は裏側に位置するか、或いは表裏両側に位置する前記還元シートの合計の厚みが、０．１７〜２．５５ｍｍである構成とすることもできる。
【００３０】
この場合は、ポリスチレン樹脂製の還元シートの合計の厚みが、０．１７ｍｍに満たない場合は、還元剤としての量が足りないため、酸化抑制をするという点において用を成さない傾向がある。
【００３１】
また、ポリスチレン樹脂製の還元シートの合計の厚みが、２．５５ｍｍを超える場合は、圧接部の引っ張り強度が著しく低下した。このように、ポリスチレン樹脂製の還元シートが厚すぎると、初期加圧時に破断や破損を起こしやすく、早い段階でポリスチレンの重みで溶け落ちて、酸化抑制をするという点において用を成さない傾向がある。
【００３２】
なお、還元シートの合計の厚みは、０．１７〜２．５５ｍｍの範囲で設定すれば、圧接面破断を起こさないという所定の破断性能が得られるが、０．３４〜１．３６ｍｍの範囲で設定するのが、圧接部の強度を高める上で、より好ましい。
【００３３】
（６）本発明に係るガス圧接用高分子還元材は、熱硬化性樹脂製で紐状又は帯状の還元リングを前記エア遮断リングと前記還元シートの積層部の外周部に巻き付けた構成とすることもできる。
【００３４】
この場合は、圧接時において、還元リングが加熱されて溶融しない状態では、被圧接材の圧接面の外周に沿って圧接部を実質的に塞ぐことができる。これにより、エア遮断リングの内側の、被圧接材の先端面で挟まれた僅かな隙間の中で、還元シートがごく短時間で溶融し、燃焼して、更に気化し体積が急激に増えることによって、エア遮断リングの内側の隙間にあったエアが外へ押し出されようとして止められ、内圧がきわめて高くなる。これにより、エア遮断リングが炭化したときのエアの外部への押し出しが、還元リングの炭化及び破断と共に、瞬間的、かつ爆発的に行われるので、周囲の酸化を抑制する効果がより高くなる。
【００３５】
（７）上記の目的を達成するために本発明に係るガス圧接工法は、圧接する各被圧接材の圧接面間に、熱硬化性樹脂製で所要径を有するエア遮断リング、及び該エア遮断リングの片面側に位置するか、前記エア遮断リングを表裏両面側から挟む、前記エア遮断リングと同径又は前記エア遮断リングより径大の熱可塑性樹脂製の還元シートとを積層したガス圧接用高分子還元材を配置する工程と、前記各被圧接材に前記各被圧接材の圧接面同士が密着する方向へ所定の圧力を加えながら、前記各被圧接材の圧接部を所要のガスの火力で加熱する工程とを備える。
【００３６】
本発明に係るガス圧接工法は、圧接する各被圧接材の圧接面間に、熱硬化性樹脂製で所要径を有するエア遮断リング及びエア遮断リングの片面側に位置するか、エア遮断リングを表裏両面側から挟む、エア遮断リングと同径又はエア遮断リングより径大の熱可塑性樹脂製の還元シートとを積層したガス圧接用高分子還元材を配置する工程により、還元シートによってエア遮断リングを片面側から、又は表裏両面側から覆うことができると共に、エア遮断リングの中空部分を還元シートで塞ぐことができ、この状態で各被圧接材の圧接面間に配置することができる。
【００３７】
そして、各被圧接材に各被圧接材の圧接面同士が密着する方向へ所定の圧力を加えながら、各被圧接材の圧接部を所要のガスの火力で加熱する工程により、圧接作業においては、ガスの炎で加熱されることによって、まず、還元シートが溶融して燃焼する。
【００３８】
熱硬化性樹脂製で、まだ溶融していないエア遮断リングの内側の、被圧接材の先端面で挟まれた僅かな隙間の中で、還元シートがごく短時間で溶融し、燃焼して、更に気化し体積が急激に増えることによって、エア遮断リングの内側の隙間にあったエアが高い圧力で外へ押し出されると共に、エア中の酸素は高分子の炭素と結びついて炭酸ガスになり、周囲の酸化が抑制される。
【００３９】
また、エア遮断リングが溶融しないうちは、エア遮断リングの内側の隙間へのエアの浸入が遮断されることとも相俟って、隙間内での酸化が抑制され、圧接面に酸化被膜が生じることを抑制できる。
【００４０】
このように、本発明のガス圧接用高分子還元材によれば、被圧接材のガス圧接を行う際に、アセチレンガスより火力が劣る天然ガス、プロパンガス、又は水素ガス等を使用する場合、充分な火力が得られるように初期加熱の段階から標準炎で加熱しても、圧接部に酸化被膜や金属残渣物等の残留物が生じることを抑制して、強度が充分な圧接を行うことが可能になる。
【００４１】
（８）上記の目的を達成するために本発明に係るガス圧接工法は、圧接する各被圧接材の圧接面間に、熱硬化性樹脂製で所要径を有するエア遮断リング、及び該エア遮断リングを表裏両面側から挟む、前記エア遮断リングと同径又は前記エア遮断リングより径大の熱可塑性樹脂製の還元シートとを積層したガス圧接用高分子還元材を配置する工程と、前記各被圧接材に前記各被圧接材の圧接面同士が密着する方向へ所定の圧力を加えながら、前記各被圧接材の圧接部を所要のガスの火力で加熱する工程とを備える。
【００４２】
このガス圧接工法によれば、上記（７）の作用に加えて、以下の作用がある。
すなわち、後述する図５、図６に示す圧接破断試験の結果から分かるように、エア遮断リングの表裏両面側に還元シートを備えたガス圧接用高分子還元材の方が、エア遮断リングだけを使用したものと比較して、圧接面に生じたフラット破面が破断面の中央部分には生じにくいという点において優位性がある。
【００４３】
また、この優位性については、上記エア遮断リングの片側に還元シートを備えたケースが、上記圧接破断試験の両ケースの中間的な位置付けと考えれば、本項のように還元シートをエア遮断リングの表裏両面側に備える方が、エア遮断リングの片側に還元シートを備える場合と比較して好ましい結果になることについては想定できる。よって、ガス圧接用高分子還元材は、還元シートをエア遮断リングの表裏両面側に備えるのが、ガス圧接工法においても、より好ましいといえる。
【００４４】
（９）本発明に係るガス圧接工法は、前記エア遮断リングがポリイミド樹脂製であり、前記還元シートがポリスチレン樹脂製である構成とすることもできる。
【００４５】
この場合、上記（４）のガス圧接用高分子還元材と同様に、ポリイミド樹脂製のエア遮断リングの耐熱性能は、２２０℃であり、短時間であれば４００℃に及ぶので、圧接時において、圧接部がその温度に加熱されるまでは、所定の硬度を充分に保っている。そして、耐熱温度を超えた後、燃焼し、８００℃で炭化するが、燃焼時には炎を上げることがなく、自己消火性を有すると共に、有毒ガスを発生しないので安全面でも優れている。
【００４６】
また、ポリスチレン樹脂製の還元シート（キャップ体の底部を含む）の耐熱性能は、７０〜９０℃で、融点は１００℃である。このため、圧接時において、ガスの炎で加熱されることによって、ごく短時間で溶融し、燃焼して気化する。そして、２８０℃以上では分解し、ポリイミド樹脂と同様に有毒ガスを発生しないので安全性が高い。
【００４７】
（１０）本発明に係るガス圧接工法は、前記ガスがプロパンガスであり、初期加熱の段階から標準炎により加熱する構成とすることもできる。
【００４８】
この場合は、プロパンガスはアセチレンガスと比較して火力が劣るため、プロパンガスを使用した被圧接材の圧接時には、初期加熱の段階から、標準炎で加熱を行うことが必要になる。一般には、初期加熱の段階から、標準炎で加熱を行うと、圧接面に酸化被膜等の残渣物が残留しやすく、これが原因で圧接部の強度が充分でなくなる傾向があったが、本発明に係る圧接工法によれば、酸化被膜等の残渣物の残留を抑制することにより、圧接部の充分な強度が得られる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明は、鉄筋等のガス圧接を行う際に、アセチレンガスより火力が劣る天然ガス、プロパンガス、又は水素ガス等を使用する場合でも、充分な火力が得られるように初期加熱の段階から標準炎で加熱することができるようにしながら、圧接部に残留物が生じることを抑制して強度が充分な圧接を可能とした、ガス圧接用高分子還元材及びガス圧接工法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係るガス圧接用高分子還元材の第1の実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示すガス圧接用高分子還元材の縦断面図である。
【図３】図１に示すガス圧接用高分子還元材を使用したガス圧接の工程を示す説明図である。
【図４】本発明に係るガス圧接工法における高分子還元材の使用の概念を示す分解斜視説明図である。
【図５】本発明に係るガス圧接工法により異形鉄筋のガス圧接を行い、各試験片をノッチ破断してフラット破面を検証した説明図である。
【図６】酸化防止手段としてポリイミド樹脂製のリングを一枚使用したガス圧接工法により異形鉄筋のガス圧接を行い、各試験片をノッチ破断してフラット破面を検証した説明図である。
【図７】本発明に係るガス圧接用高分子還元材の第２の実施形態を示す斜視図である。
【図８】図７に示すガス圧接用高分子還元材の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
図１ないし図８を参照して、本発明の実施の形態を更に詳細に説明する。
本発明に係るガス圧接用高分子還元材Ａ１は、異形鉄筋等の被圧接材の圧接面間に挟んで圧接作業を行うことにより、圧接面に酸化被膜が生じることを抑止するものである。
【００５２】
図１、図２を参照する。
ガス圧接用高分子還元材Ａ１は、キャップ体１を有している。キャップ体１は、熱可塑性樹脂であるポリスチレン樹脂製のシートでつくられており、筒部１１と、筒部１１の基端部を塞いでいる円形の還元シートである底部１２で構成されている。筒部１１の先端部には、全周に渡り筒部１１が変形しにくいように補強するフランジ１３が設けてある。
【００５３】
また、底部１２の外側の面には、熱硬化性樹脂であるポリイミド樹脂製のエア遮断リング２が配置され、底部１２との間でエア遮断リング２を挟んで、エア遮断リング２よりやや径大な、ポリスチレン樹脂製の円形の還元シート３が溶着されている。
【００５４】
還元シート３は、エア遮断リング２の外形にほぼ沿うように熱変形させてあり、底部１２と協働してエア遮断リング２を封入している（図２拡大図参照）。そして、エア遮断リング２と、底部１２と還元シート３の積層部の外周部には、ポリイミド樹脂製の還元リング５が巻き付けてある。
【００５５】
なお、エア遮断リング２は、本実施の形態では円形であるが、これに限定するものではなく、例えば多角形、楕円形、星形、歯車型等、いわゆる異形の輪状（環状）のものを採用することもできる。
【００５６】
更に、還元シート３の形状も、円形に限定するものではなく、エア遮断リング２の内側で充分な広さを確保できれば、他の各種形状も採用可能である。また、本発明にいう「同径」、「径大」の用語における「径」は、必ずしも円形の差し渡しだけではなく、円形の他、楕円形、各種多角形等の差し渡しの意味で使用している。
【００５７】
キャップ体１の筒部１１の内径は、被圧接材となる異形鉄筋等の外径に合わせてガタや入りにくさ等がないように適宜大きさに形成されており、被圧接材に嵌め込んだときに、エア遮断リング２が被圧接材の圧接面の中央に収まって、底部１２が圧接面に当接するようになっている。
【００５８】
エア遮断リング２の厚みは、本実施の形態では、２．２５ｍｍに設定されているが、適宜調整は可能である。底部１２と還元シート３の厚みは、本実施の形態ではそれぞれ０．１７ｍｍで、重ね合わせると０．３４ｍｍである。なお、還元シートの合計の厚みは、０．１７〜２．５５ｍｍの範囲で設定すれば所定の破断性能が得られるが、０．３４〜１．３６ｍｍの範囲で設定するのがより好ましい。
【００５９】
なお、ポリイミド樹脂製のエア遮断リング２の耐熱性能は、２２０℃であり、短時間であれば４００℃に及ぶ。そして、８００℃で炭化し、燃焼時に炎を上げず、自己消火性を有すると共に、有毒ガスを発生しないので安全面で優れている。また、ポリスチレン樹脂製の還元シート３の耐熱性能は、７０〜９０℃で、融点は１００℃である。そして、２８０℃以上では分解し、有毒ガスを発生しないので安全性が高い。
【００６０】
また、ガス圧接用高分子還元材Ａ１のキャップ体１の材質は、ポリスチレン樹脂に限定するものではなく、例えばポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等、熱可塑性樹脂であれば、各種の樹脂を適宜採用できる。また、エア遮断リング２の材質は、ポリイミド樹脂に限定するものではなく、例えばシリコン等、熱硬化性樹脂であれば、各種の樹脂を適宜採用できる。
【００６１】
（ガス圧接用高分子還元材Ａ１の作用）
図３を参照して、本発明に係るガス圧接工法及び本実施の形態に係るガス圧接用高分子還元材Ａ１の使用方法及び作用を説明する。このガス圧接工法で使用する加熱用ガスは、プロパンガスである。
【００６２】
プロパンガスは、天然ガス等と共に、アセチレンガスと比較して火力は弱いが、環境負荷（ＣＯ2排出量等）が小さく、離島や僻地においても入手しやすく、危険性が低いため取り扱いが容易であるという利点がある。
【００６３】
なお、本実施の形態では異形鉄筋４の圧接を例に採り説明するが、ガス圧接用高分子還元材Ａ１は、後述するガス圧接用高分子還元材Ａ２と共に、このような棒鋼の他、各種レールや肉厚パイプ等の圧接（接合）にも利用可能である。
【００６４】
〔１〕圧接をする二本の異形鉄筋４を用意する。各異形鉄筋４の圧接面４０は研磨して仕上げる。一方の異形鉄筋４の先端部に、ガス圧接用高分子還元材Ａ１の筒部１１を嵌め込み、奥まで押し込む。これにより、エア遮断リング２が異形鉄筋４の圧接面４０の中央に収まって、底部１２が先端面に当接する（図３（ａ）、（ｂ）参照）。
【００６５】
〔２〕次に、油圧式の圧接ホルダー（図示省略）で両異形鉄筋４を同一の中心軸線上で保持し、ガス圧接用高分子還元材Ａ１を装着している異形鉄筋４の圧接面４０と、他方の異形鉄筋４の圧接面４０とで、ガス圧接用高分子還元材Ａ１のキャップ体１の底部１２、及び還元シート３を、内部に封入したエア遮断リングと共に挟むようにして当接させる（図３（ｂ）参照）。
【００６６】
〔３〕両異形鉄筋４の圧接部４００の軸周の規定位置に、ガスバーナー６が位置するようにし、圧接ホルダーによって、異形鉄筋４を規定の圧力を以て圧接部において互いに押し付ける。そして、プロパンガスを加熱ガスとして使用し、加熱初期から標準炎（中性炎又は酸化炎）によって圧接部を加熱する。
【００６７】
〔４〕これにより、異形鉄筋４の圧接部４００が赤く焼けて鉄火状態となり、圧接部４００は圧力で徐々に変形して径が大きくなり、圧接面４０の原子が各圧接面４０を跨いで拡散することにより金属結合して、圧接面４０は溶融することなく一体化が進む（図３（ｃ）参照）。なお、このときには、圧接面４０の圧力が弱まるので、更に手動で圧接ホルダーを操作して圧接面４０の圧力を高めるように調整する。
【００６８】
また、圧接面４０間においては、熱可塑性樹脂であるポリスチレン樹脂製の底部１２、及び還元シート３は高温となって、熱硬化性樹脂製で、まだ溶融していないエア遮断リング２の内側の僅かな隙間（符号省略）の中で、溶融し燃焼して、ごく短時間で気化して体積が急激に増えることによって、エア遮断リング２の内側の隙間にあったエアの圧力が高くなる。
【００６９】
なお、異形鉄筋４の圧接時において、還元リング５が加熱されて溶融しない状態では、異形鉄筋４の圧接面４０の外周に沿って圧接部４００を実質的に塞ぐことができる。これにより、エア遮断リング２の内側の、異形鉄筋４の圧接面４０で挟まれた僅かな隙間の中で、底部１２と還元シート３がごく短時間で溶融して燃焼する。
【００７０】
底部１２と還元シート３は、燃焼により気化して体積が急激に増えることによって、エア遮断リング２の内側の隙間にあるエアが外へ押し出されようとして還元リング５で止められ、内圧がより高くなる。そして、エア遮断リング２が炭化したときのエアの外部への押し出しが、還元リング５の炭化及び破断と共に、瞬間的、かつ爆発的に行われ、エア中の酸素は高分子の炭素と結びついて炭酸ガスになり、圧接部４００周りの酸化を抑制する効果がより高まる。
【００７１】
また、圧接部４００から内部方向へ熱が伝わっていくが、中心部と表面部には温度差が生じる。例えば融点の低い熱可塑性樹脂だけを還元シートとして使用すると、異形鉄筋４の中心部の温度が上がるときには、表面部に近い所は還元シートの燃焼が消滅して酸化抑制という用を成さなくなる。
【００７２】
したがって、異形鉄筋４の表面外周部に近い部分には、耐熱性が高く、酸化防止効果の高いポリイミド等の高分子の樹脂が好ましい。しかし、耐熱性の高い樹脂だけを使用すると、圧接面４０の中心部分に、不完全燃焼した煤状の残留物が外部に排出されずに残ってしまい、これが圧接部４００の強度（特に疲労強度）の低下の原因となる。
【００７３】
また、エア遮断リング２が溶融しないうちは、エア遮断リング２の内側の隙間へのエアの浸入が遮断されることとも相俟って、圧接面４０に酸化被膜が生じることを抑制できる。
【００７４】
このように、本発明のガス圧接用高分子還元材Ａ１によれば、異形鉄筋４等の被圧接材のガス圧接を行う際に、アセチレンガスより火力が劣る天然ガス、プロパンガス、又は水素ガス等を使用する場合、充分な火力が得られるように初期加熱の段階から標準炎で加熱しても、圧接面４０に酸化被膜や金属残渣物等の残留物が生じることを抑制して、強度が充分な圧接を行うことが可能になる。
【００７５】
ここで、図４を参照して、本発明に係るガス圧接工法におけるガス圧接用高分子還元材Ａ0の構成及び使用の概念を説明する。図４に示すように、本発明に係るガス圧接用高分子還元材Ａ0の基本的な構成は、ポリイミド樹脂製のエア遮断リング２0を一枚と、それを表裏側から挟む二枚のポリスチレン樹脂製の還元シート３0からなるものである。
【００７６】
また、還元シート３0は、エア遮断リング２0の表裏側において片側のみに配置されていてもよい。片側及び両側のどちらであっても、還元シート３0の合計の厚みは、０．１７〜２．５５ｍｍの範囲で設定すれば所定の破断性能が得られるが、０．３４〜１．３６ｍｍの範囲で設定するのがより好ましい。なお、還元シート３0については、薄いもの（例えば厚み０．１７ｍｍ）を複数重ねてもよいし（上記底部１２と還元シート３も同様）、所定の厚さのもの一枚の使用も可能である。
【００７７】
〔圧接破断試験１〕
次に、図５を参照して、図４に示す本発明に係るガス圧接用高分子還元材Ａ0を使用したガス圧接工法により異形鉄筋４のガス圧接を行い、これらをノッチ破断して各試験片Ｔ１〜Ｔ５を作成した。これら試験片Ｔ１〜Ｔ５の各々の破断面のフラット破面ｆを検証した結果を説明する。
【００７８】
なお、以下の各圧接破断試験においては、破断面に生じたフラット破面の大きさや位置を検証の要件とする。フラット破面とは、特定の酸化物が多く存在する破面とされ、平滑な破面のような外観を有し、中実な金属材料の内部欠陥の一つである。フラット破面の発生原因は複雑であるため原因の特定は容易ではないが、フラット破面又は圧接面における酸化物の残留は、例えば個々の圧接作業にミスとは言えない程度の僅かな不具合があっても起こる可能性がある。
【００７９】
このように、何らかの原因でフラット破面が生じてしまう場合、被圧接材の圧接面に大型の酸化物又は酸化物の密集群が発生し、圧接面に金属的結合が成されていない領域が多くなり、圧接材料としての疲労強度が低下する。特に、フラット破面が材料の断面中央部分に多く生じている場合は、それが顕著であるといわれている。
【００８０】
図５に示す圧接破断試験１においては、試験片Ｔ４を除く各試験片Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ５の破断面にフラット破面ｆが生じていた。まず、試験片Ｔ１に生じたフラット破面ｆは、破断面の上部と下部及び右部に認められ、下部のフラット破面ｆの上端部が中心部近傍まで伸びていた。
【００８１】
また、試験片Ｔ２に生じたフラット破面ｆは、破断面の右部の上下部に認められた。試験片Ｔ３に生じたフラット破面ｆは、破断面の上部の右部の外周部近くに認められた。試験片Ｔ５に生じたフラット破面ｆは、破断面の下部の右部の外周部近くに認められた。しかし、これらの試験片Ｔ２、Ｔ３、Ｔ５については、フラット破面ｆは、中心部まで伸びているものはなく、全て外周縁部の近くに位置していた。
【００８２】
（考察）
試験片Ｔ１以外の試験片Ｔ２〜Ｔ５については、フラット破面ｆが、破断面に認められないか、或いは破断面の中央部に認められなかった点を考慮すれば、概ね、圧接材料としての圧接部の強度は確保できていると想定できる。
【００８３】
なお、その確認のため、試験データとして挙げてはいないが、圧接破断試験１と同様の条件（本発明に係る圧接工法）で他の五本の試験片を作成し、それぞれについて引っ張り破断試験を行った。この結果、五本全てが母材破断をし、フラット破面を検証しない擬似的なものではあるが、圧接部の充分な強度が認められた。
【００８４】
また、この圧接破断試験１では、図１に示したガス圧接用高分子還元材Ａ１ではなく、図４に示したガス圧接用高分子還元材Ａ0を使用して、本発明に係る圧接工法を実施したが、ガス圧接用高分子還元材Ａ１とガス圧接用高分子還元材Ａ0は、エア遮断リングと還元シートの組み合わせの構成が実質的に同じである。このため、圧接破断試験１をガス圧接用高分子還元材Ａ１を使用した圧接工法で実施しても、同様の結果となることが想定できるのは言うまでもない。
【００８５】
〔圧接破断試験２〕
なお、今回の圧接破断試験では、本発明に係るガス圧接用高分子還元材Ａ0のエア遮断リング２0と還元シート３0の組み合わせの優位性を確認するために、比較例として図６に示す圧接破断試験２を実施した。
【００８６】
この試験においては、異形鉄筋４の圧接面４０間に、エア遮断リング２0のみ（参考：図４で両還元シート３0を除いた形態）を挟んで異形鉄筋４のガス圧接を行い、これらをノッチ破断して試験片Ｔ６〜Ｔ１０を作成した。これら試験片Ｔ６〜Ｔ１０の各々の破断面のフラット破面ｆを検証した結果を説明する。
【００８７】
図６に示す圧接破断試験２においては、試験片Ｔ６〜Ｔ１０の全ての破断面にフラット破面ｆが生じていた。まず、試験片Ｔ６に生じたフラット破面ｆは、破断面の上部と右部寄りに認められた。
【００８８】
試験片Ｔ７に生じたフラット破面ｆは、破断面の下部と右部に認められ、試験片Ｔ８に生じたフラット破面ｆは、同じく破断面の下部と右部に認められた。また、試験片Ｔ９に生じたフラット破面ｆは、破断面の下部に認められ、試験片Ｔ１０に生じたフラット破面ｆは、破断面の上部に認められた。しかし、これら試験片Ｔ６〜Ｔ１０のフラット破面ｆは、端部が破断面の中心部、或いは中央部まで伸びていた。
【００８９】
（考察）
試験片Ｔ６〜Ｔ１０については、フラット破面ｆの端部が、破断面の中心部、或いは中央部まで伸びていた。このため、上記したように、フラット破面が材料の断面中央部分に多く生じている場合は、疲労強度が低下するといわれる点を考慮すれば、圧接材料としての圧接部の強度が充分に確保されているとは想定しにくい。
【００９０】
しかし、上記と同様に試験データとして挙げてはいないが、その確認のため、圧接破断試験２と同様の条件の圧接工法を用いて他の五本の試験片を作成し、それぞれについて引っ張り破断試験を行った。その結果、五本全てが母材破断をし、フラット破面を検証しない擬似的なものではあるが、圧接破断試験１の場合と同様に、圧接部の充分な強度が認められた。
【００９１】
このように、本発明に係るガス圧接用高分子還元材Ａ0を使用したガス圧接工法で得られた各試験片は、酸化防止手段としてエア遮断リング２0のみを使用して得られた試験片と比較して、概ね、破断面中央部でのフラット破面が生じることを抑制できる効果が認められ、この点において、ポリイミド樹脂製のエア遮断リング２0単独でなく、エア遮断リング２0と還元シート３0を組み合わせることに優位性があることが明確になった。
【００９２】
図７、図８を参照する。
本発明に係るガス圧接用高分子還元材Ａ２は、キャップ体１を有している。キャップ体１は、ポリスチレン樹脂製のシートでつくられている。キャップ体１は筒部１１とその基端部を塞いでいる円形の底部１２で構成されている。また、筒部１１の先端部には、全周に渡り補強用のフランジ１３が設けてある。
【００９３】
なお、キャップ体１は、底部１２と還元シート３が、間にエア遮断リング２ａを挟んで溶着されて熱変形させてあり、エア遮断リング２ａを封入している（図８拡大図参照）。エア遮断リング２ａは、ポリイミド樹脂製で、両端部が所定の長さだけ内外側で重なった渦巻き状である。そして、エア遮断リング２ａと、還元シートである底部１２と還元シート３の積層部の外周部には、ポリイミド樹脂製の還元リング５が巻き付けてある。
【００９４】
キャップ体１の筒部１１の内径は、被圧接材となる異形鉄筋等の外径に合わせてガタや入りにくさ等がないように適宜大きさに形成されており、被圧接材に嵌め込んだときに、エア遮断リング２ａが被圧接材の圧接面４０の中央に収まって、底部１２が圧接面４０に当接するようになっている。
【００９５】
なお、エア遮断リング２ａの厚み、及び底部１２と還元シート３の厚みは、上記ガス圧接用高分子還元材Ａ１のエア遮断リング２、及び底部１２、還元シート３と同様であり、エア遮断リング２ａの耐熱性能や特性、及び底部１２と還元シート３の耐熱性能や特性も、同じくエア遮断リング２、及び底部１２と還元シート３と同様である。
【００９６】
また、ガス圧接用高分子還元材Ａ２のキャップ体１の材質は、ポリスチレン樹脂に限定するものではなく、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等、熱可塑性樹脂であれば、各種の樹脂を適宜採用できる。エア遮断リング２ａの材質は、ポリイミド樹脂に限定するものではなく、例えばシリコン等、熱硬化性樹脂であれば、各種の樹脂を適宜採用できる。
【００９７】
なお、ガス圧接用高分子還元材Ａ２は、上記ガス圧接用高分子還元材Ａとは、エア遮断リング２ａとエア遮断リング２の違いだけで、ほぼ同様の構造である。したがって、ガス圧接用高分子還元材Ａ２の使用方法及び作用については、上記ガス圧接用高分子還元材Ａ１と共通する部分についてはガス圧接用高分子還元材Ａ１の作用の説明を援用し、相違する点についてのみ説明する。
【００９８】
ガス圧接用高分子還元材Ａ２は、エア遮断リング２ａが、両端部が所定の長さだけ内外側で重なった渦巻き状であるので、異形鉄筋４の圧接面４０で規定の圧力で挟まれた状況では、ガス圧接用高分子還元材Ａ１のエア遮断リング２と比較して強度が増しており、加熱されて炭化して破断するタイミングがやや遅くなることが想定できる。つまり、外部へ吹き出すエアの圧力が更に高くなり、圧接部４００周りの酸化を抑制する効果が更に高まる。
【００９９】
本明細書及び特許請求の範囲で使用している用語と表現は、あくまでも説明上のものであって、なんら限定的なものではなく、本明細書及び特許請求の範囲に記述された特徴およびその一部と等価の用語や表現を除外する意図はない。また、本発明の技術思想の範囲内で、種々の変形態様が可能であるということは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１００】
Ａ１  ガス圧接用高分子還元材
１  キャップ体
１１  筒部
１２  底部
１３  フランジ
２  エア遮断リング
３  還元シート
４  異形鉄筋
４０  圧接面
４００  圧接部
５  還元リング
６  ガスバーナー
Ａ２  ガス圧接用高分子還元材
２ａ  エア遮断リング
Ａ0  ガス圧接用高分子還元材
２0  エア遮断リング
３0  還元シート
Ｔ１〜Ｔ５  試験片
Ｔ６〜Ｔ１０  試験片
ｆ  フラット破面
【要約】
【課題】鉄筋等のガス圧接を行う際に、アセチレンガスより火力が劣るプロパンガスを使用する場合でも、充分な火力が得られるように初期加熱の段階から標準炎で加熱することができるようにしながら、圧接部に残留物が生じることを抑制して強度が充分な圧接を可能とするガス圧接用高分子還元材を提供する。
【解決手段】ガス圧接用高分子還元材Ａ１は、熱可塑性樹脂製で被圧接材の圧接側端部に外嵌め可能な有底筒状体であるキャップ体１と、キャップ体１の底部１２に一体に設けられ、熱硬化性樹脂製で所要径を有するエア遮断リング２と、キャップ体１の底部１２との間にエア遮断リング２を挟む、エア遮断リングと同径又はエア遮断リング２より径大の熱可塑性樹脂製の還元シート３とを備える。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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