JP2009256968A - 無溶接鋼管継手 - Google Patents

Abstract

【課題】作業性に優れ、かつ大きな引張り力、回転トルクに耐えることができる構造をもった無溶接鋼管継手を提供することである。
【解決手段】上下に対向した継手管１１、１２と、これらの継手管１１、１２の対向端面の内周面に接合された連結板１７と、前記連結板１７に設けられた嵌合穴１８に嵌入係合される継手ブロック１３と、その継手ブロック１３に接合された中間板１４を備える。継手ブロック１３の上部と下部に貫通穴２４がそれぞれ設けられ、各貫通穴２４の両端部に内部の弾性体２５によって外向きに付勢された係合ピン２６が挿入され、前記継手ブロック１３の周りに装着されたストッパ枠３１によって各係合ピン２６を没入状態に保持させた構成とした。
【選択図】図１

Description

この発明は、鋼管杭等の鋼管の端部相互を無溶接により接続する場合に用いられる鋼管継手に関するものである。

鋼管杭等の鋼管の端部相互を接続する場合に、鋼管の突き合わせ端面相互を溶接する従来の工法には諸種の問題があるため、これを解消するために、無溶接によって接続する鋼管継手が開発された。

上記の無溶接鋼管継手の一例として、クサビ構造を用いたものを挙げることができる（特許文献１）。この鋼管継手は、接続されるべき上部と下部の各鋼管の対向端部に外周面に周方向の凹凸条を有する継ぎ足し部が設けられる。前記の凹凸条に噛み合う形状の内周面を持ち、外径面にテーパ面が形成されたスリーブが径方向の遊びをもって上部の鋼管に嵌合される。前記スリーブは周方向の一部に切り離し部が設けられ、縮径できるようになっている。下部の鋼管には、締付けリングが径方向の遊びをもって嵌合される。

上部鋼管の継ぎ足し部の周りに前記のスリーブを保持させる一方、下部鋼管に取り付けた複数の油圧ジャッキを用いて締付けリングを押し上げ、該締付けリングをスリーブの外径面に強制嵌合させる。

前記の鋼管継手は、接続作業の際に油圧ジャッキが必要となる不便があるほか、回転トルクの大きさにも制限を受ける問題がある。

このような問題点を解消すべく提案された鋼管継手として次のものがある（特許文献２）。即ち、この場合の鋼管継手は、上下の鋼管の端部に設けた継手ブロックの端面に外周面に開放された「く」の字形の凹部を設け、上下の鋼管の端面を合わせることにより「く」の字形の溝が水平面内に形成される。

上下に合わせた前記の継手ブロックの周りに左右から円弧形の接続リングを組み付けつつ、その接続リングの内面に設けられた鍔片を前記の「く」の字形の溝の開口から差し込む。前記の鍔片に嵌合されたピンも同時に差し込む。左右の接続リングが継手ブロックの外径面の全周に形成された溝形凹部に嵌合される。両方の接続リングの間に生じる周方向のすき間にリング片が介在され、そのリング片が継手ブロックにボルト止めされる。

前記の鋼管継手は、軸方向の引張り力、回転トルクの点にも配慮されているが、構造が複雑であり、また作業性が低い等の問題がある。

特開平９−１１９１３２号公報 特開２０００−６４２７３号公報

前記のような従来技術を考慮に入れて、この発明は、作業性に優れ、かつ軸方向への大きな引張り力、回転トルクに耐えることができる構造の無溶接鋼管継手を提供することを課題とする。

前記の課題を解決するために、この発明は、同軸上に配置された下部鋼管１５と上部鋼管１６の端部相互を結合する継手構造を備えた無溶接鋼管継手において、前記の継手構造は、軸方向に対向した下部継手管１１と上部継手管１２、これらの継手管１１、１２の対向端面の内周面にそれぞれ接合された連結板１７と、前記各連結板１７に設けられた嵌合穴１８に嵌入係合される継手ブロック１３と、その継手ブロック１３の上下方向の中間に接合され前記継手管１１、１２の外径に等しい外径をもった中間板１４を備え、前記中間板１４によって区分された継手ブロック１３の上部と下部に水平方向の貫通穴２４がそれぞれ設けられ、各貫通穴２４の内部にコイルばね２５等の弾性体が収納されるとともに、該貫通穴２４の両端内部に前記弾性体によって外向きに付勢された係合ピン２６が出没自在に挿入され、前記継手ブロック１３の上部と下部の周りにそれぞれストッパ枠３１が装着され、各ストッパ枠３１の一部をそれぞれ上部と下部の貫通穴２４の両端部を横切らせることによって前記弾性体２５を収縮させ各係合ピン２６を没入状態に保持させた構成を採用した。

この発明は以上のようなものであるから、以下の効果を奏する。
１）継手ブロックと、上下の連結板の嵌合穴との嵌合構造により大きな回転トルクに耐えることができる。
２）係合ピンと中間板との間で連結板を上下から挟着する構造により、軸方向の大きな引張りに耐えることができる。
３）接続部分において、接続対象となる鋼管の外径より外部に突き出す部分が皆無であるので、地盤中への貫入抵抗が少ない。
４）接続作業は、特別な工具を使用する必要がなく、簡単・迅速に接続作業を行うことができる。
５）中間板の外周縁にシール部材を装着することにより、鋼管内部への水の浸入を防止することができる。

以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

実施例１の無溶接鋼管継手は、図１及び図２に示したように、下部継手管１１、上部継手管１２、継手ブロック１３及び中間板１４の組み合わせにより構成される。下部及び上部継手管１１、１２は、接続対象となる下部鋼管１５及び上部鋼管１６と同一径である。また、下部及び上部継手管１１、１２は同一構造に形成される。同一構造の部分には同一符号を付している。

これらの継手管１１、１２には、それぞれの対向した端面、即ち、接続側の端面の内周面に連結板１７が溶接により接合される。各連結板１７の接合位置は、継手管１１、１２の端面から軸方向内方に一定寸法ａ（図２参照）だけ落ち込んだ位置に設定される。この寸法ａは、後述するストッパ枠３１の上下方向の厚さｂと同等か又はそれ以上の大きさに設定され、中間板１４との間でストッパ枠すき間３４（図７（ａ）（ｂ）参照）を形成する。

前記各連結板１７の中央部分にそれぞれ嵌合穴１８が設けられる。嵌合穴１８は、継手ブロック１３の平面形状に合致する形状、即ち、長方形を基本とする。各嵌合穴１８の各短辺の中央部に外方に凹入した凹部１９がそれぞれ設けられ、また、各長辺の中央部に外方に僅かに凹入した浅い凹部２１がそれぞれ設けられる。これらの凹部１９、２１の深さ
については後述する。

前記継手ブロック１３は、平面視が長方形の長方体の金属ブロックにより形成され、その四側面の上下方向の中間に溶接により前記の中間板１４がツバ状に固定される。中間板１４は前記各継手管１１、１２の外径と同一の外径を持ち、その外周面に沿った上下両面、即ち外周縁に断面コの字形のシール部材２２が装着される（図２参照）。

前記継手ブロック１３は、図２に示したように、中間板１４を基準として上部と下部に区分され、上下対称位置に該継手ブロック１３の長辺と平行な同一径の貫通穴２４が左右の端面間にわたり設けられる。

各貫通穴２４の内部に強い弾性をもったコイルばね２５が収縮状態に収納され、そのコイルばね２５の両端において係合ピン２６が貫通穴２４の軸方向に出没自在に挿入される。各係合ピン２６は貫通穴２４内にガタツキなく挿入されたピン本体２７と、そのピン本体２７より小径でその先端面から外向きに突き出した突起部２８とからなる。ピン本体２７の内端面にばね受け凹部２９が設けられ、両方のばね受け凹部２９に前記コイルばね２５の各端部が挿入される。

前記の係合ピン２６を、コイルばね２５のばね力に抗して貫通穴２４の内部に保持すべく、ストッパ枠３１が上下の各貫通穴２４に対応して継手ブロック１３の周りに装着される。ストッパ枠３１は、金属線を継手ブロック１３の平面形状に合わせ長方形に屈曲し無端状に形成されたものであり、継手ブロック１３の四側面にすき間のない状態に嵌合される。ストッパ枠３１の厚さｂ（図２参照）は、これを形成する金属線の直径に等しい。

前記のストッパ枠３１を継手ブロック１３に装着する際は、左右の係合ピン２６を適宜な工具によってコイルばね２５のばね力に抗して押し込み、継手ブロック１３内に完全に没入させる。その没入状態において前記のストッパ枠３１を継手ブロック１３の上部から係合ピン２６の突起部２８を越えるまで押し下げる。

ストッパ枠３１はその短辺部分が突起部２８を越え、その下方の貫通穴２４の両端開口面を横切る位置まで押し下げられ、その位置において停止される。係合ピン２６の押し込みを解除すると、コイルばね２５の弾力によってピン本体２７の前端面がストッパ枠３１の短辺部分に内側から押し当てられ、外向きに付勢状態となり、先端の突起部２８のみが継手ブロック１３の端面から外方に突き出す（図２参照）。なお、この状態でストッパ枠３１は、ピン本体２７の露出端面に接触し、同時に突起部２８の外径面に接触する状態にある。

左右の係合ピン２６は、上記のようにストッパ枠３１によって貫通穴２４の内部に没入状態に押し込まれ、コイルばね２５を収縮させた状態に保持される。下部のストッパ枠３１も下部の貫通穴２４の周りにおいて同様の状態に装着される。

前記の各ストッパ枠３１は、上記の装着状態でコイルばね２５の強い外向きの付勢力を受けるため、その摩擦により継手ブロック１３の周りに保持されるが、振動等の外力の作用によって外れることを防止するために、仮止め手段を施すことが望ましい。仮止め手段としては、次に述べる金属テープ３２を用いたものが簡単な手段である。

即ち、図１に示したように、継手ブロック１３の上端面の左右２個所から左右の側面にいたる範囲に金属テープ３２をスポット溶接により接合し、その下端部をストッパ枠３１の内側に通して外向きに屈曲するとともに上向きに折り返し、Ｕ字形の仮止め部３３を形成する（図４（ａ）参照）。装着状態のストッパ枠３１をその仮止め部３３において受ける。なお、継手ブロック１３の下半分に装着される下部のストッパ枠３１を仮止めする金属テープ３２は、その自由端部を下向きに折り返して下向きＵ字形に形成される。

前記仮止め部３３の保持力は、連結板１７の嵌合穴１８の周縁によってストッパ枠３１が係合ピン２６から離脱する方向に押される際の力によって塑性変形し、伸びてしまう程度のものであるが、通常の取り扱い時に加わる振動等の外力によっては容易に変形することがない程度の剛性を有するものである。上記の仮止め手段によって、ストッパ枠３１の上下方向の位置は、係合ピン２６の突起部２８に接した状態に保持される。

前記継手管１１、１２の連結板１７に設けられる嵌合穴１８（図１参照）は、後述のように接続作用に際して、継手ブロック１３の下端面及び上端面から、それぞれ下部及び上部のストッパ枠３１に係合する位置まで嵌入され、さらに強く押し込むことで各ストッパ枠３１を係合ピン２６から離脱させる。このため、各嵌合穴１８の内側辺に形成された前述の凹部１９は係合ピン２６の突起部２８を通過させることができる大きさに形成される（図３（ａ）参照）。また、浅い凹部２１は金属テープ３２を通過させることができる程度の浅いものである。

嵌合穴１８の内側面と継手ブロック１３の外側面との間の嵌合すき間は、回転方向のガタツキを少なくするためにできるだけ小さく設定される。このため、上部の連結板１７を押し下げたとき、又は下部の連結板１７を押し上げたとき、嵌合穴１８の周縁にストッパ枠３１が必ず係合され、一体となって押し下げ又は押し上げられる。

また、接続完了状態において、下部及び上部の継手管１１、１２の上下方向のガタツキを少なくするために、係合ピン２６の突起部２８と中間板１４との上下方向の寸法Ｘは、図３（ｂ）に示すように設定される。

即ち、寸法Ｘは、係合ピン２６の突起部２８の周りのピン本体２７の径方向の幅ｃ、連結板１７の厚さｄ、前記連結板１７の軸方向内方への落ち込み寸法ａ、シール部材２２の厚さδの総和となるように設定される。即ち、Ｘ＝ａ＋ｃ＋ｄ＋δである。このような寸法関係に設定することにより、上下の継手管１１、１２がガタツキなく接続される理由については後述する作用とともに説明する。

実施例１の無溶接鋼管継手は以上のように構成され、次にその作用について説明する。まず、鋼管接続の施工前において、接続すべき下部鋼管１５及び上部鋼管１６の端部に予め下部継手管１１及び上部継手管１２を溶接しておく（図１参照）。その溶接は継手製作工場において行うことにより、高い精度をもって行うことができる。

鋼管を打ち込む施工現場においては、下部鋼管１５の地中への貫入が所定深度まで達した時点で貫入を一時的に停止し、図４（ａ）（ｂ）に示したように、下部継手管１１の嵌合穴１８に継手ブロック１３の下端部を嵌合させる。その嵌合により継手ブロック１３に装着された下部のストッパ枠３１が嵌合穴１８の周縁に係合して止まる。このとき、金属テープ３２の仮止め部３３もそのストッパ枠３１に接し、Ｕの字形のわん曲部が開き傾向となる（図４（ａ）参照）。

その状態から継手ブロック１３の上端面に下向きの力Ａ（作業者が片手で強く押し込む程度の力）を加えると、継手ブロック１３全体が押し下げられる。その押し下げにより、ストッパ枠３１が突起部２８に接触した当初の状態（図４（ａ）（ｂ）参照）から、ピン本体２７の露出端面の径方向寸法ｃだけ相対移動することによりストッパ枠３１がピン本体２７から外れる（図４（ａ）（ｂ）の一点鎖線の状態参照）。ピン本体２７の露出端面には、引き続き連結板１７が押し当てられるため、この段階では係合ピン２６が飛び出すことはない。これと同時に、嵌合穴１８の周縁に係合され静止状態にあるストッパ枠３１によって金属テープ３２の仮止め部３３が上向きに引き伸ばされる。

さらに前記の状態から、連結板１７の厚さｄだけ押し下げられることにより、ストッパ枠３１がピン本体２７の露出端面から外れるので、これと同時に係合ピン２６が内部のコイルばねの強い弾力によって飛び出し、ピン本体２７が貫通穴２４内に部分的に残った状態で突起部２８の先端が下部継手管１１の内面に突き当たる（図５（ａ）（ｂ）参照）。これと同時に、連結板１７と中間板１４の間にａ＋δの大きさのストッパ枠すき間３４が形成される。厚さｂのストッパ枠３１は、前記のストッパ枠すき間３４に介在されるが、ａ＋δ＞ｂの関係から、中間板１４と下部継手管１１との突き当てに支障を来たすことがない。

前述のように、係合ピン２６の突起部２８と中間板１４間の寸法Ｘを所定の大きさ（Ｘ＝ａ＋ｃ＋ｄ＋δ）に設定してあることにより、連結板１７がピン本体２７の露出端面から外れると同時に、下部継手管１１の上端と中間板１４とが上下方向に突き当たり相対移動が停止される。このため、ピン本体２７と連結板１７の上下方向の間、及び下部継手管１１と中間板１４の上下方向の間にはいずれも実質的にすき間のない状態に結合される。

次に、図６（ａ）（ｂ）に示したように、上部鋼管１６の下端に接合された上部継手管１２を下部継手管１１上に同軸状態に下降させ、上部継手管１２の連結板１７の嵌合穴１８の向きを、その下方に位置する継手ブロック１３の向きに合わせた状態で嵌合を行う。上部継手管１２は上部鋼管１６とともに大きな荷重をもって下降される（図６（ａ）（ｂ）の矢印Ｂ参照）。まず、嵌合穴１８の周縁がストッパ枠３１に係合してこれを下降させる。これにより、仮止め部３３が下方に引き伸ばされ、ストッパ枠３１が押し下げられる（図７（ａ）（ｂ）参照）。

前述の場合と同様に、ストッパ枠３１がピン本体２７の露出端面の寸法ｃ、さらに連結板１７の厚さｄだけ相対移動した際に、係合ピン２６がコイルばね２５の弾力により連結板１７の上面に接して突き出す。これと同時に上部継手管１２の下端がシール部材２２を介して中間板１４に突き当てられ、ストッパ枠３１は上部の連結板１７と中間板１４との間に形成された上部のストッパ枠すき間３４に介在される。

この場合も、係合ピン２６の突起部２８と中間板１４間の寸法ＸはＸ＝ａ＋ｃ＋ｄ＋δ
となるように設定される。このため、連結板１７がピン本体２７から外れると同時に、上部継手管１２の下端と中間板１４とが突き当たり相対移動が停止されるので、ピン本体２７と連結板１７の間、及び上部継手管１２と中間板１４の間には実質的なすき間が生じることがない。したがって、係合ピン２６と中間板１４の間に上部継手管１２の連結板１７がすき間なく一体に結合される（図７（ａ）（ｂ）参照）。

以上のようにして、中間板１４を挟んで継手ブロック１３に対し下部継手管１１及び上部継手管１２がそれぞれガタツキなく結合一体化されることにより、下部鋼管１５に対し上部鋼管１６が同軸状態に接続される。

接続を完了した状態において、外部に露出するのは、シール部材２２が装着された中間板１４の厚さだけであり（図８参照）、その中間板１４の外径は鋼管１５、１６の外径と一致するから、継手構造が外径方向に突き出す部分は皆無である。また、シール部材２２は、中間板１４の外周縁の上下両面において上部継手管１２の下面及び下部継手管１１の上面との間で挟着され、シールを行う。これによって、鋼管１５、１６の内部に水が浸入することが防止される。

前記の実施例１のシール部材２２に代えて、図９及び図１０に示した実施例２の場合は、中間板１４の外周縁の上下面にシール溝３６を設け、これらの各シール溝３６にそれぞれＯリングなどの独立したシール部材３７を装着したものである。各シール部材３７は、それぞれ下部継手管１１及び上部継手管１２との間のシール作用を行う。

以上の実施例１及び２においては、下部継手管１１と上部継手管１２は接続対象となる下部鋼管１５と上部鋼管１６とは別体に構成されたものであり、継手管１１、１２に連結板１７を継手製造工場において溶接され、その継手管１１、１２を鋼管の製造工場において各鋼管１５、１６に溶接するようにしている。
これに対し、図１１に示した実施例３の場合は、接続対象である鋼管１５、１６が継手管１１、１２を兼ねるものである。この場合は、鋼管１５、１６の製造工場においてそれぞれの端部内径面に連結板１７を溶接により固定する。

この場合も接続施工現場においては、中間板１４を有する継手ブロック１３を用いて前記の要領で無溶接による鋼管１５、１６の接続が行われる。

図１２に示した実施例４は、係合ピン２６のピン本体２７の断面形状が四角形に形成さしたものである。この場合は、他の実施例のように断面円形の場合に比べ、軸方向の引張荷重が増大する。

実施例１の一部切欠き分解斜視図 同上の分解断面図 （ａ）図は接続開始前の一部拡大断面図、（ｂ）図は接続中の一部拡大断面図 （ａ）図は接続中の一部断面図、（ｂ）図は（ａ）図のＸ_１−Ｘ_１線の断面図 （ａ）図は接続中の一部断面図、（ｂ）図は（ａ）図のＸ_２−Ｘ_２線の断面図 （ａ）図は接続中の一部断面図、（ｂ）図は（ａ）図のＸ_３−Ｘ_３線の断面図 （ａ）図は接続完了状態の一部断面図、（ｂ）図は（ａ）図のＸ_４−Ｘ_４線の断面図 接続完了状態の断面図 実施例２の一部を示す一部切欠き斜視図 同上の一部を示す拡大断面図 実施例３の一部分解断面図 実施例４の一部斜視図

符号の説明

１１ 下部継手管
１２ 上部継手管
１３ 継手ブロック
１４ 中間板
１５ 下部鋼管
１６ 上部鋼管
１７ 連結板
１８ 嵌合穴
１９ 凹部
２１ 浅い凹部
２２ シール部材
２４ 貫通穴
２５ コイルばね
２６ 係合ピン
２７ ピン本体
２８ 突起部
２９ ばね受け凹部
３１ ストッパ枠
３２ 金属テープ
３３ 仮止め部
３４ ストッパ枠すき間
３６ シール溝
３７ シール部材

Claims (8)

1. 同軸上に配置された下部鋼管(１５）と上部鋼管（１６)の端部相互を結合する継手構造を備えた無溶接鋼管継手において、
   前記の継手構造は、軸方向に対向した下部継手管(１１）と上部継手管（１２)、これらの継手管(１１、１２)の対向端面の内周面にそれぞれ接合された連結板(１７)と、前記各連結板(１７)に設けられた嵌合穴(１８)に嵌入係合される継手ブロック(１３)と、その継手ブロック(１３)の上下方向の中間に接合され前記継手管(１１、１２)の外径に等しい外径をもった中間板(１４)を備え、
   前記中間板(１４)によって区分された継手ブロック(１３)の上部と下部に水平方向の貫通穴(２４)がそれぞれ設けられ、
   各貫通穴(２４)の内部にコイルばね(２５)等の弾性体が収納されるとともに、該貫通穴(２４)の両端内部に前記弾性体によって外向きに付勢された係合ピン(２６)が出没自在に挿入され、
   前記継手ブロック(１３)の上部と下部の周りにそれぞれストッパ枠(３１)が装着され、各ストッパ枠(３１)の一部をそれぞれ上部と下部の貫通穴(２４)の両端部を横切らせることによって前記弾性体(２５)を収縮させ各係合ピン(２６)を没入状態に保持させたことを特徴とする無溶接鋼管継手。
2. 前記の各継手管(１１、１２)の連結板(１７)と、前記中間板(１４)の間に、前記ストッパ枠(３１)を受け入れるストッパ枠すき間(３４)が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の無溶接鋼管継手。
3. 前記の各ストッパ枠すき間(３４)が、前記の各連結板(１７)をそれぞれ継手管(１１、１２)の端面から前記ストッパ枠(３１)の上下方向の厚さ(ｂ)と同等又はそれ以上に大きい寸法(ａ)をおいて軸方向内方に落ち込んだ位置に接合することにより形成されたことを特徴とする請求項２に記載の無溶接鋼管継手。
4. 前記中間板(１４)の外周面に沿った上下両面と、これら各面に突き合わされる各継手管(１１、１２)の端面の間にシール部材(２２)が介在されたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の無溶接鋼管継手。
5. 前記下部継手管(１１）及び上部継手管(１２)が、接続対象である下部鋼管(１５）及び上部鋼管(１６)によって構成されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の無溶接鋼管継手。
6. 前記係合ピン(２６)が、ピン本体(２７)と、これより小径で該ピン本体(２７)の先端部から軸方向に突き出した突起部(２８)を有し、前記ストッパ枠(３１)の係合により該係合ピン(２６)が没入状態にある場合において前記突起部(２８)の先端が前記継手ブロック(１３)の端面から突き出し、
   前記連結板(１７)の嵌合穴(１８)に前記突起部(２８)を通過させる凹部(１９)が形成され、
   前記上部のストッパ枠(３１)が上部の係合ピン(２６)の突起部(２８)の下部において当該ピン本体(２７)の端面に係合され、下部のストッパ枠(３１)が下部の係合ピン(２６)の突起部(２８)の上部において当該ピン本体(２７)の端面に係合されたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の無溶接鋼管継手。
7. 前記各ストッパ枠(３１)が前記継手ブロック(１３)に対する仮止め手段により支持されたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の無溶接鋼管継手。
8. 前記の仮止め手段が、前記継手ブロック(１３)の上部及び下部にそれぞれ接合された金属テープ(３２)の一端部に屈曲形成されたＵの字形の仮止め部(３３)によって形成され、前記仮止め部(３３)が継手ブロック(１３)の側面に対し外向き、かつ上部の金属テープ(３２)においては上向きに、下部の金属テープ(３２)においては下向きにそれぞれ屈曲されたことを特徴とする請求項７に記載の無溶接鋼管継手。

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