JP3908586B2 - 構造体の継手装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雌雄の区別のない一対の同一構造の継手からなり、パイプ体もしくは中実体からなる構造体を組立てて、例えばトラス構造物を構築するのに用いられる継手装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、複層立体トラストとして立体トラス構造物があり、この立体トラス構造物を構成する構造体及びこれら構造体を連結固定する継手装置として、従来は、主にボルトが用いられていた。最も一般的には、トラス部材相互を溶接してトラス構造を組立てていた。
【０００３】
また、ボルト継手としても、ノード部分に垂直にボルトが入るものと、ノード部分からブラケットを突設し、ここに直角ボルトを入れて固定するというものが多く、全て鋼材から構成される。
【０００４】
例えば、トラス構造物として屋根架構に適用するには、特に、総重量の軽減化や、メンテナンスの作業の簡略化が求められている。そのため、鋼材に代わってアルミニウム合金材や、ステンレス鋼などが用いられるようになった。
【０００５】
しかも近時は、デザイン性に富む屋根架構が好まれていて、上述の素材で構成すると単位面積重量が極めて大になってしまう。そこで、比重が小さく軽量で、しかも剛性の大であるＣＦＲＰを用いることで解決を得ようとしている。
【０００６】
ところが、ＣＦＰＲ材では、端部をテーパー状とする必要があり、その加工が面倒であるとともに、ねじ切り部の強度が低いという特徴があって、構造体の全てと、これら構造体を連結固定する継手装置の全てをＣＦＰＲ材に代えることには無理がある。
【０００７】
当面は、例えばパイプ状からなるトラス部材の本体部分に、ボルトやブラケットを取付けて、これらのものがノード部分に接合されることが、地上における建築物関係では一般的な設計手法である。
【０００８】
継手装置の一例（清水建設研究報告ＶＯＬ．６５ １９９７．４）を、図７（Ａ）に示す。ここで球状のノードａと、このノードａと接しトラス部材に加わる荷重のうち主として圧縮力を受け持つカラーｂは、アルミニウム合金材が用いられる。前記カラーｂの端面に、ステンレス鋼からなるノーズコーンｃが接するように設けられている。
【０００９】
前記ノーズコーンｃとカラーｂ及びノードａに亘って、主として引張り荷重を受け持つ高張力鋼材からなるベアリングボルトｄが螺挿されている。前記ノーズコーンｃは、構造体であるＣＦＲＰトラス部材ｆが取付固定されている。
【００１０】
カラーｂの内周面の一部には軸方向の縦溝ｅが設けられ、この縦溝ｅにはベアリングボルトｄの軸部に突設されたピンｇが係合しており、カラーｂの回転がピンｇを介してベアリングボルトｄに伝達されるようになっている。
【００１１】
また、前記ノードａにはカラーｂの縦溝ｅと連通し、ピンｇが嵌合される凹部ｈが設けられている。そして、カラーｂの回転によってベアリングボルトｄがノードａのねじ孔ｉに螺挿され、ピンｇが凹部ｈに嵌合すると、カラーｂの回転はベアリングボルトｄに伝達されないようになっている。
【００１２】
図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）に示すように、複数のトラス材が所定方向に取付けられるように構成されたノードａがあって、ＣＦＲＰパイプからなるトラス部材ｆを前記継手装置を介して連結する。従って、剛性が高く軽量化を促進した複層立体トラス構造物を構成でき、デザイン性に富む屋根架構等に適用できる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、継手装置のトラス部材ｆの両端部に継手装置を取付けるのに、２本のベアリングボルトｄの螺挿作業が必要である。複層立体トラス構造物を構築するためには、大量のトラス部材ｆを継手装置を介して連結しなければならない。
【００１４】
そのため、継手装置のベアリングボルトｄに対する膨大な螺挿作業が必要となる。この作業は従来の建設現場で行われてきたトラス構造の組立てに比べれば幾分かの改善はされているが、依然としてトラス構造の組立てに長い時間がかかっていることは事実である。
【００１５】
さらに、ねじを締め付けて取付ける作業であるため、その反動トルクをどこかで吸収する必要がある。これは足場の悪い宇宙空間や洋上、あるいは水中や海底などで構造の組立て作業を行おうとする際には著しく不都合な点である。
【００１６】
また、図７に示した従来例では、カラーｂを回転させることにより、ベアリングボルトｄを螺挿するようになっている。カラーｂの回転はベアリングボルトｄに設けてあるピンｇを介して伝えられる。ベアリングボルトｄが所定の挿入量だけノードａに螺挿されると、このピンｇはノードａの凹部ｈの内部に入り込むため、この段階で、このピンｇのカラーｂとの接触がなくなり、カラーｂの回転は締め付け方向も緩める方向もベアリングボルトｄには伝わらなくなる。よって、このような構成ではトラスを組立てることはできても、分解することは困難である。
【００１７】
前述の継手装置では、建築構造におけるトラス部材以外の用途を含めて、いずれの用途においても結合作業では部材の中心軸まわりの反動トルクが発生する虞れがあって、これを打ち消すための特別な工夫や工具が必要である。また、宇宙空間や水中などの特殊状況下で作業する場合には、作業者の体勢保持のために特別な工夫をしなければならず、コスト的に悪影響がある。
【００１８】
そこで、本出願人は、雌雄のない一対の継手本体をワンタッチで結合でき、結合時のストロークが小さくてすみ、組立て時及び分解時の反動トルクが非常に小さく、組立てが容易で作業性の大幅な向上を得られる継手装置を開発し、既に、特願２００１−３８３５２９号として出願している。
【００１９】
しかしながら、前記継手装置は、一対の継手本体の互いの嵌合突部を嵌合凹部に嵌合することにより、対向する係止鉤部相互が係合可能となる構造であり、係止鉤部の係止面は、継手本体の軸方向と直角な面に対して嵌合凹部の底面方向に傾斜するマイナス角度、つまりオーバーハング状に傾斜している。従って、これらが係合した状態で軸方向に僅かに余裕（寸法的な遊び）があり、構造体相互を結合する継手として適用した場合、寸法的な遊びを吸収する特別な工夫が必要である。
【００２０】
本発明は、前記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、結合状態で軸方向の寸法精度を向上させ、継手本体に遊びがなく、かつ一対の継手本体をワンタッチで結合・分解でき、屋根架構のほかに、宇宙構造物あるいは海洋構造物などでも対応でき、広く用途がある構造体の継手装置を提供しようとするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、請求項１は、パイプ体もしくは中実体からなる構造体端部にそれぞれ一対の継手を取付け、一対の継手相互を結合することにより構造体相互を結合する継手装置において、前記継手は、前記構造体端部に固定され前記構造体相互の結合時に互いに突き当たる突き当て面を有する一対の突き当て部材と、この突き当て部材の外周に設けられ前記構造体端部に対して回転自在な筒状の継手本体と、この継手本体の先端部に設けられ、周方向に沿って所定間隔を存し軸方向に突出する複数の嵌合突部及びこれら嵌合突部相互間に形成される嵌合凹部と、前記一対の継手本体の嵌合突部と嵌合凹部は互いに相手側の継手本体の嵌合凹部と嵌合突部に軸方向に嵌合し、さらに嵌合突部には相手側の継手本体の嵌合突部に周方向に係止して軸方向の移動を規制する係止鉤部とを備え、前記係止鉤部は、前記継手本体の軸方向と直角な面に対して前記嵌合突部の先端方向に傾斜する係合面を有していることを特徴とする。
【００２２】
請求項２は、請求項１の前記突き当て部材の突き当て面は、前記係止鉤部の係合面の中心と一致していることを特徴とする。
【００２３】
請求項３は、請求項１または２の前記突き当て部材は、構造体端部にねじ止めされる止めナットであることを特徴とする。
【００２４】
請求項４は、請求項３の前記止めナットは、過剰締め付けの際に軸方向に弾性変形する弾性変形部を有していることを特徴とする。
【００２５】
請求項５は、請求項３の前記止めナットは、前記構造体端部にねじ止めした後、接着剤が注入される空洞部を有していることを特徴とする。
【００２６】
請求項６は、請求項１の前記突き当て部材は、構造体端部に溶接または接着された止めリングであることを特徴とする。
【００２７】
前述した継手装置の構成によれば、係止鉤部は、継手本体の軸方向と直角な面に対して嵌合突部の先端方向に傾斜する、角度がプラスの係合面を設け、さらに加工時及び組立時の寸法精度を向上させ、軸方向の遊びをなくすことにある。
【００２８】
構造体から継手本体に圧縮荷重が加わると、突き当て部材の突き当て面が互いに当接して圧縮荷重を受け、引っ張り荷重が加わると、突き当て部材と継手本体との係合によって引っ張り荷重を受けることになる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３０】
図１〜図４は第１の実施形態を示し、図１は結合状態の継手装置の半縦断側面図、図２は継手装置を構成する一方の継手の半縦断側面図、図３は図２のＡ部を拡大した側面図である。
【００３１】
この継手装置は、雌雄のない同一構造の一対の継手１ａ，１ｂを備えている。一方の継手１ａは、ノード２に接続された構造体としてのノード側パイプ３に接続され、他方の継手１ｂは、構造体としてのトラス部材４に接続され、継手１ａ，１ｂを接続することにより、トラス部材４がノード２に結合されるようになっている。
【００３２】
継手１ａ，１ｂは同一構造であるため、その一方（継手１ｂ）について説明すると、突き当て部材としての止めナット５及びこの止めナット５の外周に位置する継手本体６との二重構造に構成されている。
【００３３】
止めナット５は円筒体から形成されていて、構造体としてのトラス部材４の端部にねじ止め固定されている。継手本体６は円筒体からなり、その内周面が止めナット５の外周面に回転自在に嵌合されている。すなわち、継手本体６の内周部にはナット係止部６ａが設けられ、このナット係止部６ａに止めナット５の後端面が当接している。継手相互を結合した時の結合精度を左右するトラス部材４の先端部の寸法誤差は、止めナット５を取付けることで吸収することができるが、これらは工場での機械加工で高い精度に製作可能であり、高い精度で継手本体６をトラス部材４（ノード側パイプ３）に取付けることができる。また、止めナット５のねじ込み量を調整することによって、トラス部材４の全長の長さを微調整できる。なお、この場合は微調整後ねじ部を接着剤で固定することが望ましい。
【００３４】
さらに詳細に説明すると、トラス部材４の端部外周面に雄ねじ部７が設けられていて、止めナット５の内周面には雄ねじ部７に螺合する雌ねじ部８が設けられている。止めナット５の先端部には縮径方向に突出する突き当て面９が設けられ、この突き当て面９の内周面は前記トラス部材４に密に嵌合している。さらに、突き当て面９の内側にはえぐれ部１０が設けられ、このえぐれ部１０によって一部肉厚を薄くして弾性変形部を形成している。そして、止めナット５をトラス部材４に固定する際に、雌ねじ部８を雄ねじ部７に過剰締め付けを行ったとき、えぐれ部１０によって止めナット５が軸方向に弾性変形してねじのガタを吸収する方向に常に力が加わり、結果的に緩み止めをしている。
【００３５】
ここで、止めナット５に設けたえぐれ部１０付近の弾性変形を用いて止めナット５の緩み止め効果を利用する際に、止めナット５の材質などによって過剰に弾性変形が起こり、止めナット５の突き当て面９の平面度が悪くなり、一部が突き当て面９から図８（ａ）に示す、Ｂに示すような形で突き出る可能性もある。そうなると継手の結合機能に支障を来たす場合もある。このような支障を起こさないようにするためには、突き当て面９の形状及び止めナット５の断面形状を図８（ｂ）に示すように段差部Ｃ部を設けた形状あるいは（ｃ）に示すように、内径斜面部Ｄを設けたことにより、えぐれ部１０がある程度大きな弾性変形を起こしても、変形した部分が突き当て面９から突き出ることがないようにすることができる。また、図８（ｄ）に示すように、止めナット５のトラス部材４の端部側に当接する面をバネ座金Ｅのように加工することによって突き当て面９の変形を起こすことなく、止めナット５の緩み止め効果を得ることができる。
【００３６】
前記継手本体６のそれぞれ先端には、周方向に沿って所定間隔を存し軸方向に突出する複数の嵌合突部１２が設けられ、これら嵌合突部１２相互間には嵌合凹部１３が形成されている。継手１ｂの継手本体６の嵌合突部１２が相手側の継手１ａの継手本体６の嵌合凹部１３に嵌合し、継手１ａの継手本体６の嵌合突部１２が相手側の継手１ｂの継手本体６の嵌合凹部１２に嵌合して、互いに相補形に嵌合するようになっている。
【００３７】
なお、ここでは嵌合凹部１３の幅寸法が嵌合突部１２の幅寸法よりもある程度広く形成されていて、嵌合突部１２が嵌合凹部１３に嵌合した状態で、継手本体部６は周方向に所定量だけ回動自在である。
【００３８】
さらに、両継手本体６の嵌合突部１２の一方の側壁には、周方向に突出する係止鉤部１４が一体に設けられている。そして、一対の継手１ａ，１ｂを軸方向に対向させた状態で、いずれか一方の継手本体６を移動して互いの嵌合突部１２を嵌合凹部１３に嵌合することにより、対向する係止鉤部１４相互が係合可能となる。
【００３９】
前記係止鉤部１４の係合面１４ａは、継手本体６の軸方向と直角な面に対して所定の角度だけ嵌合突部１２の先端方向に傾斜（プラス方向）している。係止鉤部１４の係合面１４ａの角度が従来のようにマイナスであると、引っ張り荷重が加わったときに継手に締まる方向に回転力が働くが、前述のように、係合面１４ａがプラス傾斜であると、継手１ａ，１ｂに引っ張り荷重が加わると、継手１ａ，１ｂの結合が緩む方向に作用する。これを防止するために、摩擦角の関係から、係合面１４ａの係合角θを１度から２度に設定している。係合面１４ａの係合角θを、例えば２度とすると、係合面１４ａのトラス部材４の軸方向への投影長さは、設計上、継手本体６の軸方向に０．１ｍｍ〜０．３ｍｍとなる。
【００４０】
継手本体６の位置はもっぱら止めナット５の寸法Ｌとナット係止部６ａと係合面１４ａの中心（Ｓは係合面１４ａの中心線を示す。）との間の寸法Ｌ’の誤差で決まるが、止めナット５の突き当て面９は、係止鉤部１４の係合面１４ａの中心と一致するように止めナット５及び継手本体６は工場で機械加工によって高精度に製作されているため、一対の継手本体６相互間の「遊び」をなくすことができる。
【００４１】
前述のように構成された継手１ａ，１ｂ相互を結合するには、一方の継手本体６の嵌合突部１２に対して他方の継手本体６の嵌合凹部１３を正対させると、必然的に、一方の継手本体６の嵌合凹部１３に対して他方の継手本体６の嵌合突部１２が正対する。
【００４２】
そのままの姿勢を保持して、少なくとも一方の継手本体６を軸方向に移動すると継手本体６相互の全ての嵌合凹部１３内に全ての嵌合突部１２が挿入され、この状態で回転させると係止鉤部１４の係合面１４ａが摺動しながら周方向に僅かに回転して係合する。従って、継手本体６相互が結合されることになり、ノード側パイプ３とトラス部材４との結合がなされる。
【００４３】
このとき、継手本体６の内側の止めナット５の突き当て面９が互いに当接するため、ノード側パイプ３とトラス部材４とに互いに圧縮荷重が加わると、止めナット５の突き当て面９が互いに当接して圧縮荷重を受け、引っ張り荷重が加わると、止めナット５とナット係止部６ａとの係合によって引っ張り荷重を受けることになる。
【００４４】
従って、一対の継手１a，１ｂに圧縮荷重・引っ張り荷重が加わってもガタをなくし、ノード側パイプ３とトラス部材４とを略直結状態に連結することができる。
【００４５】
また、図４に示すように、トラス部材４の端部が斜めに切断されていた場合においても、止めナット５を雄ねじ部７に締め付けることにより、トラス部材４の端部形状に左右されることなく、止めナット５をトラス部材４と同軸的に固定することができ、また、止めナット５の突き当て面９がトラス部材４の中心軸と直交するようにすることができる。従って、止めナット５の突き当て面９が互いに当接するため、ノード側パイプ３とトラス部材４とに互いに圧縮荷重が加わっても、その荷重を継手１ａ，１ｂで受けることができる。
【００４６】
図５は第２の実施形態を示し、第１の実施形態と同一構成部分は同一番号を付して説明を省略する。突き当て部材としての止めナット５の先端部には縮径方向に突出する突き当て面９が設けられ、この突き当て面９の内周面は前記トラス部材４に密に嵌合している。さらに、突き当て面９の内側にはえぐれ部１０が設けられ、このえぐれ部１０によって一部肉厚を薄くして弾性変形部を形成しているとともに、空洞部１５が設けられている。
【００４７】
止めナット５の外周部の一部には凹部１６が設けられ、この凹部１６の底部には空洞部１５に連通する貫通穴１７が穿設されている。従って、止めナット５の雌ねじ部８をトラス部材４の雄ねじ部７に締め付け固定した後、貫通穴１７から接着剤を注入すると、接着剤が空洞部１５に充填され、止めナット５の緩みを防止することができる。
【００４８】
また、継手金具が両端に取付けられたトラス構造の部材の長さは、トラス部材４の片端に取付けられた止めナット５の突き当て面９から同じトラス部材４の反対側端部に取付けられた止めナット５の突き当て面９までの長さで規定される。このため、トラス部材４が所定の長さよりも短めに切断されてしまっていた場合にも止めナット５のねじ込み具合を多少調節してトラス構造の部材として長さが所定の長さになるように調節し、貫通孔１７から空洞部１５に接着剤を充填して止めナット５を固定したり、または止めナット５のねじ部を接着剤固定すれば、トラス部材４の切断時の長さの誤差を吸収して精度の良いトラス構造の部材とすることができる。
【００４９】
ここで、「トラス部材４」とは、鋼管あるいはＣＦＲＰパイプであって、長手方向の両端部に継手等が設けられていないものを指し、「トラス構造の部材」とは、鋼管あるいはＣＦＲＰパイプの長手方向の両端部に継手が設けられているものを指し、その長さは、両端の継手の突き当て面間を指している。
【００５０】
図６は第３の実施形態を示し、第１の実施形態と同一構成部分は同一番号を付して説明を省略する。本実施形態は、継手１ａ，１ｂに加わる荷重が比較的小さいものに適用されるもので、突き当て部材としての止めリング１８をトラス部材４に接着または溶接したものであり、加工性、組立作業性を向上でき、コストダウンを図ることができる。
【００５１】
前述した実施形態によれば、継手１ａ，１ｂ相互の結合時と分離時に、従来のようにトルクをかけたり、ねじ込む作業が全く不要となり、ワンタッチで着脱が行える。そのため、宇宙構造物や海洋構造物の構築など、足場の悪い条件下でも容易に作業でき、作業性の大幅な向上が得られる。
【００５２】
また、トラス部材４の端部の仕上げ状態に左右されずに精度よく止めナット５と継手本体６を設置することができるため、トラス部材４の材料（例えば鋼管）を建設現場で切断してその場で止めナット５と継手本体６からなる継手金具を両端に取付けてトラス構造の部材に加工することも可能となる。
【００５３】
あるいは、トラス構造物に適用するばかりでなく、構造体をパイプとし、内部にハーネス類やコネクタ類を収容することもできる。さらに、義手や義足などの義肢体用具などに使用しても上述の好条件を確保でき、使用範囲が一挙に拡大する。
【００５４】
継手本体１ａ，１ｂ相互を結合したあと分離することのない場合は、必要に応じて、継手本体６相互の嵌合突部１２と嵌合凹部１３間の隙間を溶接などの手段で埋め込んだり、構造用接着剤（例えば、Ｖａｎｔｉｃｏ社（旧チバガイギー社）のアラルダイトのようなエポキシ系接着剤）などの強固な樹脂を流し込んで固めることによってこの隙間を埋めることでもよい。継手装置のより堅牢化が図れて、半永久的な使用に耐えられる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、結合状態で軸方向の寸法精度を向上させ、継手本体に遊びがなく、かつ一対の継手本体をワンタッチで結合・分解でき、屋根架構のほかに、宇宙構造物あるいは海洋構造物などでも対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示し、結合状態の継手装置の半縦断側面図。
【図２】同実施形態の継手装置を構成する一方の継手の半縦断側面図。
【図３】図２のＡ部を拡大した側面図。
【図４】同実施形態の継手の結合状態の縦断側面図。
【図５】本発明の第２の実施形態を示し、止めリングの一部の断面図。
【図６】本発明の第３の実施形態を示し、一方の継手の縦断側面図。
【図７】従来の継手装置の一部断面図と、トラス構造物の一部を示す図。
【図８】本発明の第１の実施形態における継手装置の説明図。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ…継手
３…ノード側パイプ（構造体）
４…トラス部材（構造体）
５…止めナット（突き当て部材）
６…継手本体
１２…嵌合突部
１３…嵌合凹部
１４…係止鉤部
１４ａ…係合面
【発明の属する技術分野】
本発明は、雌雄の区別のない一対の同一構造の継手からなり、パイプ体もしくは中実体からなる構造体を組立てて、例えばトラス構造物を構築するのに用いられる継手装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、複層立体トラストとして立体トラス構造物があり、この立体トラス構造物を構成する構造体及びこれら構造体を連結固定する継手装置として、従来は、主にボルトが用いられていた。最も一般的には、トラス部材相互を溶接してトラス構造を組立てていた。
【０００３】
また、ボルト継手としても、ノード部分に垂直にボルトが入るものと、ノード部分からブラケットを突設し、ここに直角ボルトを入れて固定するというものが多く、全て鋼材から構成される。
【０００４】
例えば、トラス構造物として屋根架構に適用するには、特に、総重量の軽減化や、メンテナンスの作業の簡略化が求められている。そのため、鋼材に代わってアルミニウム合金材や、ステンレス鋼などが用いられるようになった。
【０００５】
しかも近時は、デザイン性に富む屋根架構が好まれていて、上述の素材で構成すると単位面積重量が極めて大になってしまう。そこで、比重が小さく軽量で、しかも剛性の大であるＣＦＲＰを用いることで解決を得ようとしている。
【０００６】
ところが、ＣＦＰＲ材では、端部をテーパー状とする必要があり、その加工が面倒であるとともに、ねじ切り部の強度が低いという特徴があって、構造体の全てと、これら構造体を連結固定する継手装置の全てをＣＦＰＲ材に代えることには無理がある。
【０００７】
当面は、例えばパイプ状からなるトラス部材の本体部分に、ボルトやブラケットを取付けて、これらのものがノード部分に接合されることが、地上における建築物関係では一般的な設計手法である。
【０００８】
継手装置の一例（清水建設研究報告ＶＯＬ．６５ １９９７．４）を、図７（Ａ）に示す。ここで球状のノードａと、このノードａと接しトラス部材に加わる荷重のうち主として圧縮力を受け持つカラーｂは、アルミニウム合金材が用いられる。前記カラーｂの端面に、ステンレス鋼からなるノーズコーンｃが接するように設けられている。
【０００９】
前記ノーズコーンｃとカラーｂ及びノードａに亘って、主として引張り荷重を受け持つ高張力鋼材からなるベアリングボルトｄが螺挿されている。前記ノーズコーンｃは、構造体であるＣＦＲＰトラス部材ｆが取付固定されている。
【００１０】
カラーｂの内周面の一部には軸方向の縦溝ｅが設けられ、この縦溝ｅにはベアリングボルトｄの軸部に突設されたピンｇが係合しており、カラーｂの回転がピンｇを介してベアリングボルトｄに伝達されるようになっている。
【００１１】
また、前記ノードａにはカラーｂの縦溝ｅと連通し、ピンｇが嵌合される凹部ｈが設けられている。そして、カラーｂの回転によってベアリングボルトｄがノードａのねじ孔ｉに螺挿され、ピンｇが凹部ｈに嵌合すると、カラーｂの回転はベアリングボルトｄに伝達されないようになっている。
【００１２】
図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）に示すように、複数のトラス材が所定方向に取付けられるように構成されたノードａがあって、ＣＦＲＰパイプからなるトラス部材ｆを前記継手装置を介して連結する。従って、剛性が高く軽量化を促進した複層立体トラス構造物を構成でき、デザイン性に富む屋根架構等に適用できる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、継手装置のトラス部材ｆの両端部に継手装置を取付けるのに、２本のベアリングボルトｄの螺挿作業が必要である。複層立体トラス構造物を構築するためには、大量のトラス部材ｆを継手装置を介して連結しなければならない。
【００１４】
そのため、継手装置のベアリングボルトｄに対する膨大な螺挿作業が必要となる。この作業は従来の建設現場で行われてきたトラス構造の組立てに比べれば幾分かの改善はされているが、依然としてトラス構造の組立てに長い時間がかかっていることは事実である。
【００１５】
さらに、ねじを締め付けて取付ける作業であるため、その反動トルクをどこかで吸収する必要がある。これは足場の悪い宇宙空間や洋上、あるいは水中や海底などで構造の組立て作業を行おうとする際には著しく不都合な点である。
【００１６】
また、図７に示した従来例では、カラーｂを回転させることにより、ベアリングボルトｄを螺挿するようになっている。カラーｂの回転はベアリングボルトｄに設けてあるピンｇを介して伝えられる。ベアリングボルトｄが所定の挿入量だけノードａに螺挿されると、このピンｇはノードａの凹部ｈの内部に入り込むため、この段階で、このピンｇのカラーｂとの接触がなくなり、カラーｂの回転は締め付け方向も緩める方向もベアリングボルトｄには伝わらなくなる。よって、このような構成ではトラスを組立てることはできても、分解することは困難である。
【００１７】
前述の継手装置では、建築構造におけるトラス部材以外の用途を含めて、いずれの用途においても結合作業では部材の中心軸まわりの反動トルクが発生する虞れがあって、これを打ち消すための特別な工夫や工具が必要である。また、宇宙空間や水中などの特殊状況下で作業する場合には、作業者の体勢保持のために特別な工夫をしなければならず、コスト的に悪影響がある。
【００１８】
そこで、本出願人は、雌雄のない一対の継手本体をワンタッチで結合でき、結合時のストロークが小さくてすみ、組立て時及び分解時の反動トルクが非常に小さく、組立てが容易で作業性の大幅な向上を得られる継手装置を開発し、既に、特願２００１−３８３５２９号として出願している。
【００１９】
しかしながら、前記継手装置は、一対の継手本体の互いの嵌合突部を嵌合凹部に嵌合することにより、対向する係止鉤部相互が係合可能となる構造であり、係止鉤部の係止面は、継手本体の軸方向と直角な面に対して嵌合凹部の底面方向に傾斜するマイナス角度、つまりオーバーハング状に傾斜している。従って、これらが係合した状態で軸方向に僅かに余裕（寸法的な遊び）があり、構造体相互を結合する継手として適用した場合、寸法的な遊びを吸収する特別な工夫が必要である。
【００２０】
本発明は、前記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、結合状態で軸方向の寸法精度を向上させ、継手本体に遊びがなく、かつ一対の継手本体をワンタッチで結合・分解でき、屋根架構のほかに、宇宙構造物あるいは海洋構造物などでも対応でき、広く用途がある構造体の継手装置を提供しようとするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、請求項１は、パイプ体もしくは中実体からなる構造体端部にそれぞれ一対の継手を取付け、一対の継手相互を結合することにより構造体相互を結合する継手装置において、前記継手は、前記構造体端部に固定され前記構造体相互の結合時に互いに突き当たる突き当て面を有する一対の突き当て部材と、この突き当て部材の外周に設けられ前記構造体端部に対して回転自在な筒状の継手本体と、この継手本体の先端部に設けられ、周方向に沿って所定間隔を存し軸方向に突出する複数の嵌合突部及びこれら嵌合突部相互間に形成される嵌合凹部と、前記一対の継手本体の嵌合突部と嵌合凹部は互いに相手側の継手本体の嵌合凹部と嵌合突部に軸方向に嵌合し、さらに嵌合突部には相手側の継手本体の嵌合突部に周方向に係止して軸方向の移動を規制する係止鉤部とを備え、前記係止鉤部は、前記継手本体の軸方向と直角な面に対して前記嵌合突部の先端方向に傾斜する係合面を有していることを特徴とする。
【００２２】
請求項２は、請求項１の前記突き当て部材の突き当て面は、前記係止鉤部の係合面の中心と一致していることを特徴とする。
【００２３】
請求項３は、請求項１または２の前記突き当て部材は、構造体端部にねじ止めされる止めナットであることを特徴とする。
【００２４】
請求項４は、請求項３の前記止めナットは、過剰締め付けの際に軸方向に弾性変形する弾性変形部を有していることを特徴とする。
【００２５】
請求項５は、請求項３の前記止めナットは、前記構造体端部にねじ止めした後、接着剤が注入される空洞部を有していることを特徴とする。
【００２６】
請求項６は、請求項１の前記突き当て部材は、構造体端部に溶接または接着された止めリングであることを特徴とする。
【００２７】
前述した継手装置の構成によれば、係止鉤部は、継手本体の軸方向と直角な面に対して嵌合突部の先端方向に傾斜する、角度がプラスの係合面を設け、さらに加工時及び組立時の寸法精度を向上させ、軸方向の遊びをなくすことにある。
【００２８】
構造体から継手本体に圧縮荷重が加わると、突き当て部材の突き当て面が互いに当接して圧縮荷重を受け、引っ張り荷重が加わると、突き当て部材と継手本体との係合によって引っ張り荷重を受けることになる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３０】
図１〜図４は第１の実施形態を示し、図１は結合状態の継手装置の半縦断側面図、図２は継手装置を構成する一方の継手の半縦断側面図、図３は図２のＡ部を拡大した側面図である。
【００３１】
この継手装置は、雌雄のない同一構造の一対の継手１ａ，１ｂを備えている。一方の継手１ａは、ノード２に接続された構造体としてのノード側パイプ３に接続され、他方の継手１ｂは、構造体としてのトラス部材４に接続され、継手１ａ，１ｂを接続することにより、トラス部材４がノード２に結合されるようになっている。
【００３２】
継手１ａ，１ｂは同一構造であるため、その一方（継手１ｂ）について説明すると、突き当て部材としての止めナット５及びこの止めナット５の外周に位置する継手本体６との二重構造に構成されている。
【００３３】
止めナット５は円筒体から形成されていて、構造体としてのトラス部材４の端部にねじ止め固定されている。継手本体６は円筒体からなり、その内周面が止めナット５の外周面に回転自在に嵌合されている。すなわち、継手本体６の内周部にはナット係止部６ａが設けられ、このナット係止部６ａに止めナット５の後端面が当接している。継手相互を結合した時の結合精度を左右するトラス部材４の先端部の寸法誤差は、止めナット５を取付けることで吸収することができるが、これらは工場での機械加工で高い精度に製作可能であり、高い精度で継手本体６をトラス部材４（ノード側パイプ３）に取付けることができる。また、止めナット５のねじ込み量を調整することによって、トラス部材４の全長の長さを微調整できる。なお、この場合は微調整後ねじ部を接着剤で固定することが望ましい。
【００３４】
さらに詳細に説明すると、トラス部材４の端部外周面に雄ねじ部７が設けられていて、止めナット５の内周面には雄ねじ部７に螺合する雌ねじ部８が設けられている。止めナット５の先端部には縮径方向に突出する突き当て面９が設けられ、この突き当て面９の内周面は前記トラス部材４に密に嵌合している。さらに、突き当て面９の内側にはえぐれ部１０が設けられ、このえぐれ部１０によって一部肉厚を薄くして弾性変形部を形成している。そして、止めナット５をトラス部材４に固定する際に、雌ねじ部８を雄ねじ部７に過剰締め付けを行ったとき、えぐれ部１０によって止めナット５が軸方向に弾性変形してねじのガタを吸収する方向に常に力が加わり、結果的に緩み止めをしている。
【００３５】
ここで、止めナット５に設けたえぐれ部１０付近の弾性変形を用いて止めナット５の緩み止め効果を利用する際に、止めナット５の材質などによって過剰に弾性変形が起こり、止めナット５の突き当て面９の平面度が悪くなり、一部が突き当て面９から図８（ａ）に示す、Ｂに示すような形で突き出る可能性もある。そうなると継手の結合機能に支障を来たす場合もある。このような支障を起こさないようにするためには、突き当て面９の形状及び止めナット５の断面形状を図８（ｂ）に示すように段差部Ｃ部を設けた形状あるいは（ｃ）に示すように、内径斜面部Ｄを設けたことにより、えぐれ部１０がある程度大きな弾性変形を起こしても、変形した部分が突き当て面９から突き出ることがないようにすることができる。また、図８（ｄ）に示すように、止めナット５のトラス部材４の端部側に当接する面をバネ座金Ｅのように加工することによって突き当て面９の変形を起こすことなく、止めナット５の緩み止め効果を得ることができる。
【００３６】
前記継手本体６のそれぞれ先端には、周方向に沿って所定間隔を存し軸方向に突出する複数の嵌合突部１２が設けられ、これら嵌合突部１２相互間には嵌合凹部１３が形成されている。継手１ｂの継手本体６の嵌合突部１２が相手側の継手１ａの継手本体６の嵌合凹部１３に嵌合し、継手１ａの継手本体６の嵌合突部１２が相手側の継手１ｂの継手本体６の嵌合凹部１２に嵌合して、互いに相補形に嵌合するようになっている。
【００３７】
なお、ここでは嵌合凹部１３の幅寸法が嵌合突部１２の幅寸法よりもある程度広く形成されていて、嵌合突部１２が嵌合凹部１３に嵌合した状態で、継手本体部６は周方向に所定量だけ回動自在である。
【００３８】
さらに、両継手本体６の嵌合突部１２の一方の側壁には、周方向に突出する係止鉤部１４が一体に設けられている。そして、一対の継手１ａ，１ｂを軸方向に対向させた状態で、いずれか一方の継手本体６を移動して互いの嵌合突部１２を嵌合凹部１３に嵌合することにより、対向する係止鉤部１４相互が係合可能となる。
【００３９】
前記係止鉤部１４の係合面１４ａは、継手本体６の軸方向と直角な面に対して所定の角度だけ嵌合突部１２の先端方向に傾斜（プラス方向）している。係止鉤部１４の係合面１４ａの角度が従来のようにマイナスであると、引っ張り荷重が加わったときに継手に締まる方向に回転力が働くが、前述のように、係合面１４ａがプラス傾斜であると、継手１ａ，１ｂに引っ張り荷重が加わると、継手１ａ，１ｂの結合が緩む方向に作用する。これを防止するために、摩擦角の関係から、係合面１４ａの係合角θを１度から２度に設定している。係合面１４ａの係合角θを、例えば２度とすると、係合面１４ａのトラス部材４の軸方向への投影長さは、設計上、継手本体６の軸方向に０．１ｍｍ〜０．３ｍｍとなる。
【００４０】
継手本体６の位置はもっぱら止めナット５の寸法Ｌとナット係止部６ａと係合面１４ａの中心（Ｓは係合面１４ａの中心線を示す。）との間の寸法Ｌ’の誤差で決まるが、止めナット５の突き当て面９は、係止鉤部１４の係合面１４ａの中心と一致するように止めナット５及び継手本体６は工場で機械加工によって高精度に製作されているため、一対の継手本体６相互間の「遊び」をなくすことができる。
【００４１】
前述のように構成された継手１ａ，１ｂ相互を結合するには、一方の継手本体６の嵌合突部１２に対して他方の継手本体６の嵌合凹部１３を正対させると、必然的に、一方の継手本体６の嵌合凹部１３に対して他方の継手本体６の嵌合突部１２が正対する。
【００４２】
そのままの姿勢を保持して、少なくとも一方の継手本体６を軸方向に移動すると継手本体６相互の全ての嵌合凹部１３内に全ての嵌合突部１２が挿入され、この状態で回転させると係止鉤部１４の係合面１４ａが摺動しながら周方向に僅かに回転して係合する。従って、継手本体６相互が結合されることになり、ノード側パイプ３とトラス部材４との結合がなされる。
【００４３】
このとき、継手本体６の内側の止めナット５の突き当て面９が互いに当接するため、ノード側パイプ３とトラス部材４とに互いに圧縮荷重が加わると、止めナット５の突き当て面９が互いに当接して圧縮荷重を受け、引っ張り荷重が加わると、止めナット５とナット係止部６ａとの係合によって引っ張り荷重を受けることになる。
【００４４】
従って、一対の継手１a，１ｂに圧縮荷重・引っ張り荷重が加わってもガタをなくし、ノード側パイプ３とトラス部材４とを略直結状態に連結することができる。
【００４５】
また、図４に示すように、トラス部材４の端部が斜めに切断されていた場合においても、止めナット５を雄ねじ部７に締め付けることにより、トラス部材４の端部形状に左右されることなく、止めナット５をトラス部材４と同軸的に固定することができ、また、止めナット５の突き当て面９がトラス部材４の中心軸と直交するようにすることができる。従って、止めナット５の突き当て面９が互いに当接するため、ノード側パイプ３とトラス部材４とに互いに圧縮荷重が加わっても、その荷重を継手１ａ，１ｂで受けることができる。
【００４６】
図５は第２の実施形態を示し、第１の実施形態と同一構成部分は同一番号を付して説明を省略する。突き当て部材としての止めナット５の先端部には縮径方向に突出する突き当て面９が設けられ、この突き当て面９の内周面は前記トラス部材４に密に嵌合している。さらに、突き当て面９の内側にはえぐれ部１０が設けられ、このえぐれ部１０によって一部肉厚を薄くして弾性変形部を形成しているとともに、空洞部１５が設けられている。
【００４７】
止めナット５の外周部の一部には凹部１６が設けられ、この凹部１６の底部には空洞部１５に連通する貫通穴１７が穿設されている。従って、止めナット５の雌ねじ部８をトラス部材４の雄ねじ部７に締め付け固定した後、貫通穴１７から接着剤を注入すると、接着剤が空洞部１５に充填され、止めナット５の緩みを防止することができる。
【００４８】
また、継手金具が両端に取付けられたトラス構造の部材の長さは、トラス部材４の片端に取付けられた止めナット５の突き当て面９から同じトラス部材４の反対側端部に取付けられた止めナット５の突き当て面９までの長さで規定される。このため、トラス部材４が所定の長さよりも短めに切断されてしまっていた場合にも止めナット５のねじ込み具合を多少調節してトラス構造の部材として長さが所定の長さになるように調節し、貫通孔１７から空洞部１５に接着剤を充填して止めナット５を固定したり、または止めナット５のねじ部を接着剤固定すれば、トラス部材４の切断時の長さの誤差を吸収して精度の良いトラス構造の部材とすることができる。
【００４９】
ここで、「トラス部材４」とは、鋼管あるいはＣＦＲＰパイプであって、長手方向の両端部に継手等が設けられていないものを指し、「トラス構造の部材」とは、鋼管あるいはＣＦＲＰパイプの長手方向の両端部に継手が設けられているものを指し、その長さは、両端の継手の突き当て面間を指している。
【００５０】
図６は第３の実施形態を示し、第１の実施形態と同一構成部分は同一番号を付して説明を省略する。本実施形態は、継手１ａ，１ｂに加わる荷重が比較的小さいものに適用されるもので、突き当て部材としての止めリング１８をトラス部材４に接着または溶接したものであり、加工性、組立作業性を向上でき、コストダウンを図ることができる。
【００５１】
前述した実施形態によれば、継手１ａ，１ｂ相互の結合時と分離時に、従来のようにトルクをかけたり、ねじ込む作業が全く不要となり、ワンタッチで着脱が行える。そのため、宇宙構造物や海洋構造物の構築など、足場の悪い条件下でも容易に作業でき、作業性の大幅な向上が得られる。
【００５２】
また、トラス部材４の端部の仕上げ状態に左右されずに精度よく止めナット５と継手本体６を設置することができるため、トラス部材４の材料（例えば鋼管）を建設現場で切断してその場で止めナット５と継手本体６からなる継手金具を両端に取付けてトラス構造の部材に加工することも可能となる。
【００５３】
あるいは、トラス構造物に適用するばかりでなく、構造体をパイプとし、内部にハーネス類やコネクタ類を収容することもできる。さらに、義手や義足などの義肢体用具などに使用しても上述の好条件を確保でき、使用範囲が一挙に拡大する。
【００５４】
継手本体１ａ，１ｂ相互を結合したあと分離することのない場合は、必要に応じて、継手本体６相互の嵌合突部１２と嵌合凹部１３間の隙間を溶接などの手段で埋め込んだり、構造用接着剤（例えば、Ｖａｎｔｉｃｏ社（旧チバガイギー社）のアラルダイトのようなエポキシ系接着剤）などの強固な樹脂を流し込んで固めることによってこの隙間を埋めることでもよい。継手装置のより堅牢化が図れて、半永久的な使用に耐えられる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、結合状態で軸方向の寸法精度を向上させ、継手本体に遊びがなく、かつ一対の継手本体をワンタッチで結合・分解でき、屋根架構のほかに、宇宙構造物あるいは海洋構造物などでも対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示し、結合状態の継手装置の半縦断側面図。
【図２】同実施形態の継手装置を構成する一方の継手の半縦断側面図。
【図３】図２のＡ部を拡大した側面図。
【図４】同実施形態の継手の結合状態の縦断側面図。
【図５】本発明の第２の実施形態を示し、止めリングの一部の断面図。
【図６】本発明の第３の実施形態を示し、一方の継手の縦断側面図。
【図７】従来の継手装置の一部断面図と、トラス構造物の一部を示す図。
【図８】本発明の第１の実施形態における継手装置の説明図。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ…継手
３…ノード側パイプ（構造体）
４…トラス部材（構造体）
５…止めナット（突き当て部材）
６…継手本体
１２…嵌合突部
１３…嵌合凹部
１４…係止鉤部
１４ａ…係合面
Claims (6)
- パイプ体もしくは中実体からなる構造体端部にそれぞれ一対の継手を取付け、一対の継手相互を結合することにより構造体相互を結合する継手装置において、
前記継手は、
前記構造体端部に固定され前記構造体相互の結合時に互いに突き当たる突き当て面を有する一対の突き当て部材と、
この突き当て部材の外周に設けられ前記構造体端部に対して回転自在な筒状の一対の継手本体と、
この継手本体の先端部に設けられ周方向に沿って所定間隔を存し軸方向に突出する複数の嵌合突部及びこれら嵌合突部相互間に形成される嵌合凹部と、
前記一対の継手本体の嵌合突部と嵌合凹部は互いに相手側の継手本体の嵌合凹部と嵌合突部に軸方向に嵌合し、さらに嵌合突部には相手側の継手本体の嵌合突部に周方向に係止して軸方向の移動を規制する係止鉤部とを備え、
前記係止鉤部は、前記継手本体の軸方向と直角な面に対して前記嵌合突部の先端方向に傾斜する係合面を有していることを特徴とする構造体の継手装置。 - 前記突き当て部材の突き当て面は、前記係止鉤部の係合面の中心と一致していることを特徴とする請求項１記載の構造体の継手装置。
- 前記突き当て部材は、構造体端部にねじ止めされる止めナットであることを特徴とする請求項１または２記載の構造体の継手装置。
- 前記止めナットは、過剰締め付けの際に軸方向に弾性変形する弾性変形部を有していることを特徴とする請求項３記載の構造体の継手装置。
- 前記止めナットは、前記構造体端部にねじ止めした後、接着剤が注入される空洞部を有していることを特徴とする請求項３記載の構造体の継手装置。
- 前記突き当て部材は、構造体端部に溶接または接着された止めリングであることを特徴とする請求項１記載の構造体の継手装置。
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