JP3751087B2 - 連結装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１被連結部材にオス部材を設け、第２被連結部材に前記オス部材が入込み可能なメス部材を設け、前記オス部材が前記メス部材に挿入されるに伴って、前記メス部材の内部で前記メス部材とは分離自在に設けられた芯部材が前記オス部材の先端部を拡径し、拡径された前記オス部材の外周面と前記メス部材の内周面とが当接して前記第１被連結部材と前記第２被連結部材とを連結する連結装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の連結装置は、例えば図７および図８に示すごとく、被連結部材がトンネルを形成するシールドセグメントであって、これらセグメントどうしを連結するのに用いられる。
連結に際しては、既に設置された一方のセグメント２に設けたメス部材４に対し、新たに連結する他方のセグメント１に設けたオス部材３を挿入する。その後、前記オス部材３が前記メス部材４に所定深さまで挿入されると、前記メス部材４の内部に取り付けられている芯部材２６によって前記オス部材３が拡径され、オス部材３が前記メス部材４の内周面４Ａと当接して、前記オス部材３と前記メス部材４とが連結固定される。
前記芯部材２６は、前記オス部材３を拡径させた後は前記オス部材３によって抱持され、連結後に前記オス部材３と前記メス部材４との間に引張力が作用しても前記オス部材が縮径するのを阻止すべく、前記メス部材から離脱するよう構成してある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の連結装置においては、予め前記芯部材２６を前記メス部材４の内部に取付けるのに、例えば前記芯部材２６の端面を前記メス部材４の底部に接着剤を用いて固定していた。
しかし、接着剤が固化するまでの一定時間のあいだ前記芯部材２６を前記メス部材４の軸芯上に保持したり、前記芯部材２６の端面を前記メス部材４の底部１８に確実に押圧しておく必要があり、前記芯部材２６の取付け作業が煩雑であった。
また、一旦接着固定が終了した芯部材２６が何かの拍子に前記メス部材４から外れてしまうと、当該メス部材４は使用できなくなるか、あるいは、トンネル構築現場で前記芯部材２６を前記メス部材４に再度接着固定する必要があり、非常に手間のかかるものであった。
【０００４】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、連結後に前記メス部材から離脱可能な芯部材を、連結前の状態において前記メス部材に対して所定の位置に確実に固定する構成を有する連結装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（構成１）
本発明の特徴構成は請求項１に記載したごとく、連結前の状態においては、連結時に前記オス部材の挿入に伴って前記メス部材の奥側に押し込まれて体積収縮することによって、そのオス部材の前記メス部材への挿入を許容する固定部材を用いて芯部材を前記メス部材の内部に固定した点に特徴を有する。
（作用・効果）
本発明の連結装置においては、前記オス部材と前記メス部材との連結が終了した後に前記オス部材が縮径するのを阻止するために、前記芯部材は前記メス部材から離脱する必要がある。よって、連結前の状態において前記芯部材と前記メス部材とは強固に連結することはできない。その一方で、健全な連結部を得るためには前記芯部材と前記メス部材とは適切な位置関係に保持されている必要がある。
本発明のごとく、連結時にオス部材の挿入に伴ってメス部材の奥側に押し込まれて体積収縮することによって、そのオス部材のメス部材への挿入を許容する固定部材を用いて前記芯部材を固定しておけば、前記オス部材を挿入するまでは前記芯部材を所定の位置に設定保持することができ、前記オス部材が挿入された後は前記固定部材がメス部材の奥側に押し込まれて体積収縮し余剰空間に押し込まれているから、前記芯部材は前記メス部材から離脱することとなって上記の条件を満たすことができる。
また、前記オス部材と前記メス部材との連結に際して前記固定部材を取り除く必要はなく、そのまま連結操作を行うことができるから、連結作業を円滑に行うことができる。
【０００６】
（構成２）
本発明の連結装置は請求項２に記載したごとく、前記固定部材を前記メス部材の内部空間に充填した発泡材で構成することができる。
（作用・効果）
本構成のごとく前記固定部材が発泡体で構成してあれば、前記オス部材の挿入に際して容易に破壊させることができる。
また、発泡体は大幅な体積収縮が可能であるから、破壊した発泡体を前記オス部材と前記メス部材との間に形成される余剰空間に押し込むことができて連結の障害になることがない。たとえ、前記オス部材と前記メス部材との当接部に前記固定部材が残存してもその残存量は限られるから、前記オス部材と前記メス部材との当接を阻害するほどの抵抗を発揮するものではない。
【０００７】
（構成３）
さらに、本発明の連結装置は請求項３に記載したごとく、前記固定部材を前記メス部材の開口を閉塞する状態に設けて構成することもできる。
（作用・効果）
本構成であれば、連結前の状態において前記メス部材の内部に異物が侵入する等の不都合が発生するのを防止でき、前記オス部材と前記メス部材との連結操作をより円滑に行うことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の連結装置は、例えば、トンネル等を構築する際に用いられるダクタイルセグメントやスチールセグメント、あるいは、コンクリートセグメント（これらを総称して「セグメント」という）をトンネル軸芯方向およびトンネル周方向に多数連結する場合などに用いる。
【０００９】
（概 要）
本発明の連結装置は、図１から図４に示すごとく、既に設置されている第１被連結部材Ａである第１セグメント１の一側面に設けたオス部材３と、新たに接続する第２被連結部材Ｂである第２セグメント２の他側面に設けたメス部材４とで構成される。
前記第１セグメント１と前記第２セグメント２とを連結する際には、両者を押し付けて前記オス部材３を前記メス部材４の内部に挿入させ、前記オス部材３の先端部に設けた拡径可能部５を拡径変形させることにより前記メス部材４と係合させる。
図２から図４に示すごとく、本発明の連結装置においては、前記オス部材３を取り囲む状態の囲繞部Ｃを前記第１セグメント１に形成し、一方、前記囲繞部Ｃに挿入自在であって、その内部に前記オス部材３を挿入させることが可能な前記メス部材４を前記第２セグメント２に設けている。即ち、前記オス部材３を前記囲繞部Ｃで取囲む構成にして、前記オス部材３を有効に保護し、前記第１セグメント１等の運搬性・作業性を向上させている。
また、前記メス部材４は前記第２セグメント２に対して移動可能に構成してある。これにより、前記オス部材３と前記メス部材４とのある程度の位置ずれを吸収できるから、セグメントどうしの連結作業が容易になる。
【００１０】
（オス部材）
前記オス部材３の詳細について説明する。
本実施の形態においては、図２から図４に示すごとく、前記第１セグメント１に第１凹部６を形成し、当該第１凹部６の周壁をもって前記囲繞部Ｃを構成する。
前記オス部材３は、前記第１凹部６の最奥部から突出するように設け、前記第１凹部６の深さを前記オス部材３の突出長さよりも深く形成してある。これにより、前記オス部材３の先端が前記第１凹部６内に引退するから、前記オス部材３の保護が確実となる。
本構成によって、前記第１セグメントの連結面７を突出部材のない平滑面にできるから、トンネルを掘削する際に、当該連結面７をシールドマシンのジャッキ反力受部として使用する場合にも何ら支障がない。
【００１１】
前記オス部材３の全体形状は略円筒状を呈する。その一端は、前記メス部材４に挿入して拡径される拡径可能部５をなし、他端は、前記第１セグメント１に取付けるためのオス側胴部８をなす。前記オス側胴部８の外周面にはオス側ネジ部９が形成してある。
一方、前記第１凹部の底部１０にはオス側取付穴１１を形成してあり、前記オス側胴部８を前記オス側取付穴１１に挿入させた後、オス側ナット部材１２を前記オス側ネジ部９に螺着して、前記オス部材３を前記第１セグメント１に取付ける。
前記オス側胴部８と前記拡径可能部５との境界位置には、前記オス部材３の長手方向に垂直な面であって、前記オス側胴部８の方向を向くオス側段部１３が形成されている。前記オス側取付穴１１への前記オス側胴部８の挿入は、前記オス側段部１３が、前記第１凹部の底部１０の表面に当接するまで行う。これにより、前記底部１０の表面からの前記オス部材３の突出長さが決定される。
本実施形態においては、前記オス部材３は、前記第１セグメント１に対して相対移動不可能な状態に取付けられる。
尚、前記オス部材３を前記第１セグメント１に取付けるには、この他に、嵌入、溶接など種々の方式を用いることができる。
【００１２】
前記拡径可能部５には、図２に示すごとく、前記オス部材３の長手方向に沿った複数条のスリット１４を形成し、前記オス部材３をその周方向に分割した状態に形成してある。これにより、前記拡径可能部５の拡径が容易となる。
また、前記オス部材３の外周面すなわち前記拡径可能部５の外周面５Ａは、後述するメス部材４の内周面４Ａとの摩擦力を高めるために粗面状に形成してある。
前記拡径可能部５の先端部外周には、前記メス部材の内部への挿入を容易にすべく先細状のオス部材先端傾斜面１５を形成してある。
【００１３】
（メス部材）
次に、前記メス部材４の詳細を以下に説明する。
前記メス部材４は、図２から図４に示すごとく、前記第２セグメント２に形成した第２凹部１６に設けてある。ただし、前記メス部材４は、前記第２セグメントの連結面１７より突出した状態となっている。
前記メス部材４を前記第２凹部１６に設けるのは、前記第１セグメント１と前記第２セグメント２との間に作用する剪断力に対する許容耐力を高めるためである。つまり、連結部に何らかの剪断力が作用しても、前記メス部材４は、前記連結面１７の方向に所定距離だけ移動し、その後、前記メス部材４の外周面が前記第２凹部１６と当接するから、前記メス部材４は、その最大外径部分で前記剪断力に対抗できる。よって、従来の前記オス部材３のみによって剪断力に対抗する構造に比べて、より大きな連結強度を発揮することができる。
【００１４】
前記メス部材４はメス部材底部１８を有する略筒状であり、当該メス部材底部１８には、融通穴１９が形成されている。
前記メス部材４は、前記融通穴１９を貫通する取付ボルトＤによって、前記第２セグメント２に取付けられる。つまり、前記取付ボルトＤを、前記融通穴１９と、前記第２セグメント２に形成されたメス側取付穴２０とを貫通させ、前記第２セグメント２の裏面側で、前記取付ボルトＤの外周面に形成した取付ボルトネジ部２１にメス側ナット部材２２を螺着する。
前記融通穴１９の内径は、前記取付ボルトＤの胴部２３の外径より大きく設定する。この両者の差の範囲内で、前記メス部材４は前記取付ボルトＤの周りに融通移動可能である。
前記取付ボルトＤにあっては、前記取付ボルトネジ部２１の両端部のうち前記取付ボルトＤのヘッド部２４側の端部に取付ボルト段部２５を形成してある。つまり、前記取付ボルト胴部２３の外径より前記取付ボルトネジ部２１の外径を小さく設定してある。本構成であれば、前記メス側ナット部材２２を前記取付ボルトネジ部２１に螺合させるに際し、例えば前記メス側ナット部材２２が前記取付ボルト段部２５に当接した位置で、前記メス側ナット部材２２の螺進が阻止される。
この結果、前記取付ボルトのヘッド部２４と前記第２セグメント２の表面との間隔が一定長さに設定される。この設定長さを、例えば、前記メス部材底部１８の厚みよりやや小さく設定しておけば、前記メス部材４は、前記第２セグメント２にガタなく取付けられ、かつ、所定の剪断力が作用した場合には、前記第２セグメント２に対して前記連結面の方向に摺動自在に取付けられることとなる。
【００１５】
本構成により、前記第１セグメント１と前記第２セグメント２との連結作業が円滑に行える。即ち、セグメントに対する前記オス部材３あるいは前記メス部材４の取付誤差や、前記第１セグメント１に対する前記第２セグメント２の位置設定誤差が存在しても前記メス部材４が移動可能であるから両者の挿入が容易になる。
また、前記メス部材４が移動可能であれば、他物との衝突時においても、前記メス部材４が移動して衝撃を緩和するから変形防止効果がさらに高まるという利点も生じる。
【００１６】
図２に示すごとく、前記ヘッド部２４の先端には、前記拡径可能部５を拡径させる拡径機構Ｅを設けてある。当該拡径機構Ｅは、芯部材２６と変形部材２７とからなる。
前記芯部材２６は、前記オス部材３を前記メス部材４の内部に挿入するに際し、前記拡径可能部５の内部に進入して、前記拡径可能部５を拡径させるものである。
前記芯部材２６の外周面は、前記芯部材２６の押込み方向に窄まった円錐状に構成してある。これにより、前記芯部材２６が前記拡径可能部５の内部に押込まれる際に、前記拡径可能部５の拡径が容易になる。
尚、前記芯部材２６および前記拡径可能部５は、上記の形状に限られるものではない。例えば、前記芯部材２６が単なる半球状であり、前記拡径可能部５が前記スリット１４等を有しない完全に一体の円筒であってもよい。要するに、前記拡径可能部５が前記芯部材２６の作用によって拡径するものであれば何れの形状を組合わせたものでもよい。
一方、前記変形部材２７は、例えば金属等を用いて形成した片側に底部を有する筒状体であり、その開口端部を前記芯部材２６の底部に嵌入固定してある。前記変形部材２７の有底側端部は、前記ヘッド部２４の先端に対して接着剤あるいは粘着テープ等を用いて固定してある。
これら拡径機構を有するメス部に対して前記オス部が挿入されると、オス部先端の拡径可能部５が拡径され、当該拡径可能部５の外周面５Ａが、前記メス部材内周面４Ａに形成した抜止部２８、即ち、前記メス部材４の奥部に向かって拡径した円錐状の面と当接して前記オス部材３が前記メス部材４から抜出るのを阻止する。
【００１７】
この際、前記オス部材３と前記メス部材４との連結状態を確実なものにするために、本発明の連結装置は、連結前の状態においては前記芯部材２６の外周面２９と前記抜止部２８との間隔を、前記拡径可能部５の厚みよりもやや小さく設定してあり、前記変形部材２７の変形機構により前記オス部材３と前記メス部材４との連結状態を確実なものとしている。
即ち、前記拡径可能部５が、前記芯部材２６の外周面２９と前記抜止部２８との間に割り込む結果、前記変形部材２７の変形を伴いながら前記芯部材２６が後退するが、前記拡径可能部５は、前記変形部材２７の抵抗力に起因して前記外周面２９と前記抜止部２８とによって所定の押圧力をもって挟持されることとなるからである。
【００１８】
ここで、前記変形部材２７の変形特性について説明する。
例えば、図５に示した形状の変形部材２７が有する変形特性を図６に示す。前記変形部材２７を軸芯Ｘ方向に圧縮すると、初期の段階すなわち原点０からａ点までのにおいては、前記変形部材２７は前記軸芯Ｘ方向に圧縮変形する。圧縮荷重Ｐがａ点に達した段階で、当該変形部材２７は面外変形を生じ始める。その後は、ａ点からｂ点に示すごとくしばらく押圧を続けても前記変形部材２７に加わる荷重Ｐは増加せず面外変形のみが進行する。ｂ点に達すると前記面外変形は座屈に転じ、前記変形部材２７に加わる荷重Ｐはｃ点までやや急激に低下する。ｃ点で前記変形部材２７の変形は略終了し、この後、押圧を続けても圧縮変形は生じず荷重Ｐのみが増加する。
【００１９】
本発明においては、前記変形部材２７が有する変形特性のうち、ａ点からｂ点までの特性を利用する。
そのために、連結前の状態においては、前記抜止部２８と前記外周面２９との間隔ｄは前記拡径可能部５の厚みｔよりも狭く設定しておく。そして、前記オス部材３を前記メス部材４に挿入していくと、図３に示すごとく、前記拡径可能部５が、前記メス部材４と前記芯部材２６とに当接した状態となる。この状態から更に前記拡径可能部５を押圧することで前記変形部材２７が圧縮変形し、その結果、前記芯部材２６が前記メス部材４の内部に引退して、前記間隔ｄが前記拡径可能部５の挿入を許容するまで広がる。
この段階で、前記変形部材２７が、図６で示したａ点からｂ点までの状態になっていればよい。この状態であれば、前記変形部材２７は、前記芯部材２６に対して略一定の反力を与えることになり、つまり、前記抜止部２８と前記芯部材２６の外周面２９とが、前記拡径可能部５を一定の力で挟持することになるからである。
尚、前記変形部材２７は金属で構成すると都合がよい。つまり、金属が有する塑性変形能を有効に利用できるから、所望の変形性状を前記変形部材２７に付与することが容易だからである。
連結が終了した状態では、前記芯部材２６は前記拡径可能部５によって抱持されて前記拡径可能部５と略一体となり、仮に前記オス部材３と前記メス部材４とに引張力が作用した場合には、前記芯部材２６は前記ヘッド部２４から離脱する。
これにより、前記引張力が作用した場合でも、前記芯部材２６が前記拡径可能部５の縮径を阻止し、前記オス部材３と前記メス部材４との連結状態を維持することができる。
【００２０】
（芯部材の固定部材）
本発明の連結装置は、上記のごとく前記オス部材３と前記メス部材４とを確実に連結し得るものであるが、これには連結前の状態において前記芯部材２６が前記メス部材４に対して正確な位置に取り付けられていることが大きく寄与している。
なぜなら、前記芯部材２６の取付状態が不適切な場合、例えば前記芯部材２６の軸芯が前記メス部材４の軸芯に対して偏芯している場合、あるいは、前記芯部材２６の軸芯が前記メス部材４の軸芯に対して角度を有する場合には、前記メス部材４の内周面４Ａと前記拡径可能部５の外周面５Ａとの間隔ｄが周方向において不均一となり、前記変形部材２７を適切に圧縮変形させることができなくなって、前記内周面４Ａと前記外周面５Ａとの当接状態にガタが生じる場合があるからである。
本発明の連結装置では、この不都合を防止するために、図２に示すごとく前記芯部材２６の先端部を固定部材３０を用いて前記メス部材４の内部空間に固定している。
前記固定部材３０は、例えば合成樹脂等からなる発泡体を用いて構成する。前記固定部材３０と前記芯部材２６との固定、および、前記固定部材３０と前記メス部材４の内周面４Ａとの固定は、接着剤を用いてもよいし、単に嵌合させるだけでもよい。
また、図２のごとく前記芯部材２６の先端部のみを支持するのではなく、前記芯部材２６の外周面２９を支持するものであってもよい。要するに、前記芯部材２６を前記メス部材４の内部の所定の位置に確実に保持できるものであれば何れの構成であってもよい。
さらに、前記芯部材２６を前記メス部材４の底部に接着固定する際の補助として用いてもよいし、前記固定部材３０のみによって前記芯部材２６を前記メス部材４の内部に固定するものであってもよい。
前記固定部材３０が発泡体で構成してあれば、前記オス部材３と前記メス部材４との連結に際して前記固定部材３０を取り除く必要はなく、そのまま連結操作を行うことができる。つまり、前記固定部材３０が発泡体であれば、図３および図４に示すごとく前記拡径可能部５の挿入に際して前記固定部材３０は容易に破壊し、自身の大幅な体積収縮を伴いながら前記オス部材３と前記メス部材４との間に形成される余剰空間に移動させることができるからである。
この他、前記メス部材４の開口３１を閉塞する状態に前記固定部材３０を取り付ければ、連結前の状態において前記メス部材４の内部に異物が侵入するのを阻止できるから、前記オス部材３と前記メス部材４との連結操作に支障を来すことがなくなるという効果も期待できる。
【００２１】
図４に示すごとく、以上の構成を有する本発明の連結装置は、連結前の状態においては、前記固定部材３０を用いることで前記芯部材２６を前記メス部材４に係る内部空間の適切な位置に対して確実かつ容易に取り付けることができ、連結に際しては前記固定部材３０を取り除く必要がなく、さらに、連結が終了した状態においては、前記拡径可能部５が前記抜止部２８と前記芯部材２６の外周面２９とによって確実に挟持され、前記オス部材３と前記メス部材４との間に引張り方向の外力が作用した場合等でも、セグメント間に目開き等が生じ難い良好な連結状態を現出させることができる。
【００２２】
尚、特許請求の範囲に、図面との対照を便利にするために符号を記すが、当該記入により本発明が添付図面の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る連結装置の使用例を示す説明図
【図２】本発明に係る連結装置の連結前の状態を示す縦断面図
【図３】本発明に係る連結装置の連結過程を示す縦断面図
【図４】本発明に係る連結装置を連結した後の状態を示す縦断面図
【図５】本発明の連結装置に用いる変形部材の一例を示す斜視図
【図６】本発明の連結装置に用いる変形部材が有する変形特性の一例を示す説明図
【図７】従来の連結装置における連結過程の一例を示す縦断面図
【図８】従来の連結装置における連結後の状態の一例を示す縦断面図
【符号の説明】
３ オス部材
４ メス部材４
４Ａ メス部材の内周面
５Ａ オス部材の外周面
２６ 芯部材
３０ 固定部材
Ａ 第１被連結部材
Ｂ 第２被連結部材

Claims (3)

1. 第１被連結部材（Ａ）にオス部材（３）を設け、第２被連結部材（Ｂ）に前記オス部材（３）が入込み可能なメス部材（４）を設け、
   前記オス部材（３）が前記メス部材（４）に挿入されるに伴って、前記メス部材（４）の内部で前記メス部材（４）とは分離自在に設けられた芯部材（２６）が前記オス部材（３）の先端部を拡径し、拡径された前記オス部材（３）の外周面（５Ａ）と前記メス部材（４）の内周面（４Ａ）とが当接して前記第１被連結部材（Ａ）と前記第２被連結部材（Ｂ）とを連結する連結装置であって、
   連結前の状態においては、前記芯部材（２６）を、連結時に前記オス部材（３）の挿入に伴って前記メス部材（４）の奥側に押し込まれて体積収縮することによって、そのオス部材（３）の前記メス部材（４）への挿入を許容する固定部材（３０）を用いて前記メス部材（４）の内部に固定してある連結装置。
2. 前記固定部材（３０）が、前記メス部材（４）の内部空間に充填された発泡材である請求項１に記載の連結装置。
3. 前記メス部材（４）の開口を閉塞する状態に前記固定部材（３０）を設けている請求項１又は２に記載の連結装置。

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