JP5432217B2 - 鋳鉄管の接続強度の試験機およびその試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、一端に受け口を有し他端に挿し口を有する鋳鉄管同士を、一方の鋳鉄管の挿し口を他方の鋳鉄管の受け口に差し込んで接続する場合の、その挿し口と受け口との接続強度を試験する試験機およびその試験方法に関する。

水道管などに用いられる鋳鉄管は、その一端に受け口をその他端に挿し口を有し、並列させた状態で隣接する鋳鉄管の一方の挿し口を他方の受け口に差し込むことで接続されている。
近年、その接続強度を向上させるために、挿し口の外周に逆止爪を設け、受け口の内周にリングを装着し、逆止爪とリングの係合により、隣接する鋳鉄管の離脱の防止が図られている。

しかし、このような構成を採用した場合であっても、地震等の天災により隣接する鋳鉄管を引き離す方向へ大きな荷重がかかった場合には、離脱するおそれがある。
そこで、鋳鉄管の端部に設けられた受け口と挿し口との接続強度を試験するために、その接続した受け口と挿し口とを引き離す方向に荷重をかけて、その荷重が規定値に達しても接続箇所に異常が生じないかを確認することがおこなわれている。

図７に、従来の試験方法を示す。図示のように、鋳鉄管の挿し口箇所および受け口箇所を短尺に切り出して挿し口管１および受け口管２を作製しておき、それぞれの外周に反力板１ｃ、２ｂを溶接等により取り付けておく。
その突設された反力板１ｃ、２ｂ間に油圧ジャッキ３０を介在させた（突っ張らせた）状態で、台３等に載せて挿し口管１と受け口管２とを接続し、ついで油圧ジャッキ３０を伸張させることにより、両者を引き離す方向への荷重をかける。

この方法によれば、鋳鉄管から切り出された挿し口管１および受け口管２の双方に反力板１ｃ、２ｂを取り付ける作業が必要となる。
また、挿し口管１を受け口管２に差し込む際には、爪１ａと止水用のゴムシール２ａが抵抗となって大きな力を要することになる。したがって、挿し口管１と受け口管２の両反力板１ｃ、２ｂをクランプして爪１ａとリング２ｃが係合するまで強力に引き寄せる工具を用い、接続作業をおこなうほかない。
このような挿し口管１と受け口管２への反力板１ｃ、２ｂの取り付け作業、および挿し口管１と受け口管２の引き寄せ工具を用いた接続作業のいずれもが、手間がかかり効率が悪い。

ちなみに、樹脂管同士を熱可塑性樹脂製でソケット型の継ぎ手を介した熱融着により接続する場合に、その熱融着強度を試験する試験方法として、特許文献１に記載されたものがある。
詳しくはこの試験方法は、熱可塑性樹脂製の継ぎ手の端面に雌ねじ部材を当接させ、この雌ねじをねじ送りすることにより、その継ぎ手に軸方向への所定の荷重をかけて樹脂管に対する熱融着部分の剥がれの有無を確認するものである。
したがって、今回問題としているような、鋳鉄管同士を差し込みにより直接接続した場合の接続強度を試験する試験方法とは、目的や構成が大きく異なる。

特開平７−２４３９６１号公報

そこで本発明の解決すべき課題は、鋳鉄管の受け口と挿し口との接続強度を試験する際の作業を簡略化し、試験の効率を向上させることである。

上記した課題を解決するため、本発明にかかる鋳鉄管の接続強度の試験機として、挿し口保持具と、受け口保持具と、荷重負荷機構と、を備える構成を採用したのである。
挿し口保持具は、挿し口管の外周にフランジを取り付けたフランジ付き挿し口管を、並列する挟持アームでそのフランジを挟み込むことにより保持する。
受け口保持具は、受け口管を並列する挟持テーブルで両端から挟み込むことにより、挿し口保持具に保持されたフランジ付き挿し口管と同軸上に保持する。ここで、挿し口保持具と近い側の挟持テーブルには、フランジ付き挿し口管の挿し口管箇所が通過可能な導入孔が形成されている。
荷重負荷機構は、挿し口保持具と受け口保持具の少なくとも一方を、前記挿し口保持具に保持される前記フランジ付き挿し口管が前記挟持テーブルの導入孔を通じて前記受け口保持具に保持される受け口管へと接続されている接続位置と、前記挿し口保持具に保持される前記フランジ付き挿し口管が前記挟持テーブルの導入孔から抜け出て前記受け口管と分離している離脱位置と、の間で移動させることが可能である。

フランジ付き挿し口管と受け口管を接続する作業は、両者をそれぞれ挿し口保持具と受け口保持具にセットした上で荷重負荷機構を作動させて接近させることで、自動的におこなわれる。
荷重を負荷する作業も、荷重負荷機構を逆向きに作動させてフランジ付き挿し口管と受け口管に離反する向きの力を作用させることで、自動的におこなわれる。
したがって、従来に比べて試験の際に要する作業が簡略化され、試験の効率が向上する。

挿し口管と受け口管が接続した状態における試験機の正面図 挿し口管と受け口管が離脱した状態における試験機の正面断面図 挿し口管と受け口管が接続した状態における試験機の正面断面図 試験機の側面図 試験機の上面図 図１の矢印断面図 従来の試験方法の概略を示す図

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
図１から図６に示すように、実施形態の試験機は、上方に配置された挿し口保持具１０と、下方に配置された受け口保持具２０と、挿し口保持具１０と受け口保持具２０の間に介在する荷重負荷機構としての油圧ジャッキ３０と、からなる。

その挿し口保持具１０は、鋳鉄管の挿し口箇所を切り出し、その外周にフランジ１ｂを取り付けて作製されるフランジ付き挿し口管１を保持可能に構成されている。
また、その受け口保持具２０は、鋳鉄管の受け口箇所を切り出して作製される受け口管２を保持可能に構成されている。

そして、油圧ジャッキ３０は、挿し口保持具１０を下降させて受け口保持具２０に接近させ、フランジ付き挿し口管１と受け口管２を接続できるように構成されている。
また、その接続状態から挿し口保持具１０を上昇させて受け口保持具２０から離反する向きへ荷重の負荷がおこなえるように、構成されている。
これにより試験機は、フランジ付き挿し口管１と受け口管２との接続作業、およびその接続強度の試験、の双方を自動的におこなえるようになっている。

くわしくは図示のように、挿し口保持具１０は、アームベース１１と、挟持アーム１２、１３と、を備える。
アームベース１１は、多角柱形のブロック体であって、上下に開口する平面視円形の開口部１１ａがその中央部に設けられており、この開口部１１ａにフランジ付き挿し口管１を差し込み可能となっている。
またアームベース１１には、挟持アーム１２、１３が、上下に並列するように取り付けられている。

プレート型の上挟持アーム１２は、アームベース１１の上面に左右一対をなすように取り付けられており、付属するグリップ１２ａを握って操作することで、開口部１１ａから内向きに突出するロック位置と開口部１１ａから退避するリリース位置との間でスライド可能となっている。
またリング型の下挟持アーム１３は、開口部１１ａのほぼ全周から内向きに突出した状態になるようにアームベース１１に取り付けられ、かつ取り外し可能となっている。
なお、アームベース１１の下面の左右箇所は窪んで、ロッド取付部１１ｂとなっている。

いま、上挟持アーム１２をリリース位置とした状態でアームベース１１の開口部１１ａの上からフランジ付き挿し口管１を差し込むと、そのフランジ１ｂが下挟持アーム１３の上面に当接し、位置決めされる。
ここから上挟持アーム１２をロック位置へとスライドさせると、フランジ付き挿し口管１は、そのフランジ１ｂが上挟持アーム１２と下挟持アーム１３に挟まれることにより、挿し口保持具１０に保持されることになる。
ここでリング型の下挟持アーム１３は、上述のようにアームベース１１に対して着脱自在であるため、フランジ付き挿し口管１の管本体が挿通しかつフランジ１ｂが挿通しない径のものを、適宜選択して付け替えできるようになっている。

つぎに図示のように、受け口保持具２０は、テーブルベース２１と、テーブルベース２１に取り付け可能な上下に並列する挟持テーブル２２、２３と、を備える。

テーブルベース２１は、デスク型の枠体であって、矩形の天板２１ａと、天板２１ａの四隅に取り付けられた脚部２１ｂと、を有し、その脚部２１ｂにより床面上に支持されている。また、前後の脚部２１ｂ間には補強材２１ｃが架け渡されて固定されることで、テーベルベース２１は補強されるとともにその側面が閉塞されている。
また、テーブルベース２１の天板２１ａの中央には上下に開口する平面視円形の開口部が設けられており、この開口部に下方から上挟持テーブル２２がはまり込むようになっている。
なお、テーブルベース２１の天板２１ａの開口部の左右には、シリンダ取付部２１ｄが設けられている。

円板型の上挟持テーブル２２は、上下に貫通する導入孔２２ａをその中央部に有している。この導入孔２２ａの径は、フランジ付き挿し口管１の挿し口箇所が通過でき、かつ受け口管２が通過できない大きさとなっている。
金属製の上挟持テーブル２２の下面には、導入孔２２ａと同心上にＭＣナイロン製の保護リング２２ｂが固定されている。保護リング２２ｂの内径は、導入孔２２ａの径とほぼ等しくなっている。
また、上挟持テーブル２２は、下方に延びる複数の棒状の脚部２２ｃを有している。

上挟持テーブル２２の下方には、下挟持テーブル２３が配置されている。下挟持テーブル２３は、テーブルベース２１に収容された台車２４にパンタグラフ２４ａを介して昇降可能に支持されている。上挟持テーブル２２は、その脚部２２ｃにより、下挟持テーブル２３上に支持されるようになっている。
ハンドル２４ｂとキャスタ２４ｃが付属する台車２４は、テーブルベース２１に収容された状態からハンドル２４ｂを握って外に引き出せるようになっている。下挟持テーブル２３の上面には、管径に対応した複数の円が同心上に描かれてなる位置決め用マーク２３ａが付されている。

図１のように、テーブルベース２１の天板２１ａの正面側にはレバー２１ｅが回転可能に取り付けられている。このレバー２１ｅの基部にはディスク２１ｆが固定されている。
ディスク２１ｆの径方向の対向位置には、それぞれ棒状のリンク２１ｇの内端が回転可能に連結されている。
また、各リンク２１ｇの外端には、左右一対の湾曲するパイプ２１ｈを介してロックフレーム２１ｉの上端がそれぞれ回転可能に連結されている。ロックフレーム２１ｉは、その下端がテーブルベース２１の脚部２１ｂの下端部に回転可能に連結されている。また、両ロックフレーム２１ｉの上端部内側には、それぞれ段部２１ｊが形成されている。
そのため、レバー２１ｅを図１の左向き（ロック方向）に回転させると、両リンク２１ｇが内向きに引っ張られ、これに伴って両ロックフレーム２１ｉはその上端が内向きに揺動する。一方、レバー２１ｅを右向き（リリース方向）に回転させると、両リンク２１ｇが外向きに押され、これに伴って両ロックフレーム２１ｉはその上端が外向きに揺動する。

テーブルベース２１から台車２４が引き出された状態で、下挟持テーブル２３に受け口管２を載せて位置決め用マーク２３ａに位置合わせし、その受け口管２に上挟持テーブル２２を同心上に被せる。受け口管２の上端は、上挟持テーブル２２の下面に設けられた保護リング２２ｂに当接する。
これにより、受け口管２は上挟持テーブル２２と下挟持テーブル２３により上下から挟みこまれ、受け口保持具２０に保持されることになる。
ここで、受け口管２の上端面が接触する保護リング２２ｂは、ＭＣナイロンからなって比較的軟質であるため、鋳造された受け口管２の端面に鋳出し文字が付されている等、端面に凹凸がある場合でも、荷重をかけた場合にはその凹凸が吸収されて良好に面接触するようになっている。
このように保護リング２２ｂが凹凸の吸収機構として作用し、受け口管２の荷重を面全体でバランスよく支持することができるため、端面の凹凸を削って予め平坦にしておく等の必要がなく、作業が簡略化されている。
ここから、台車２４をテーブルベース２１に収容し、そのパンタグラフ２４ａを伸長させて下挟持テーブル２３を上昇させると、受け口管２に被せられた上挟持テーブル２２が、テーブルベース２１の天板２１ａに設けられた開口にはまり込み、固定される。
パンタグラフ２４ａを折り畳んで下挟持テーブル２３を下降させると、上挟持テーブル２２は、天板２１ａの開口から抜け出て、固定が解除される。

下挟持テーブル２３を上昇させた状態で、テーブルベース２１のレバー２１ｅをロック方向に回転させると、ロックフレーム２１ｉが内向きに揺動しその段部２１ｊが下挟持テーブル２３に接近してその縁にはまり込む。これにより、下挟持テーブル２３はテーブルベース２１に固定される。
レバー２１ｅをリリース方向に回転させるとロックフレーム２１ｉが外向きに揺動し、その段部２１ｊが下挟持テーブル２３の縁から外れ、固定が解除される。

さらに図示のように、油圧ジャッキ３０は、シリンダ３１と、シリンダ３１内に挿入されたロッド３２と、を備える。ロッド３２は、シリンダ３１内の油圧の調整により軸方向にスライド可能（進退可能）になっている。
ここで、ロッド３２はその先端部が、挿し口保持具１０のアームベース１１下面のロッド取付部１１ｂに差し込まれることにより取り付けられている。
図示のように、ロッド３２の先端とロッド取付部１１ｂとの間には隙間（遊び）があるため、取り付け誤差等を吸収できるようになっている。
またシリンダ３１は、受け口保持具２０のテーブルベース２１のシリンダ取付部２１ｄに固定されている。
したがって、油圧ジャッキ３０のロッド３２の進退動に伴って、挿し口保持具１０は昇降操作できるようになっている。ここで、油圧ジャッキ３０のロッド３２の軸方向は、鉛直方向とほぼ一致しているため、挿し口保持具１０を下降させる際にはその自重を利用することで、省エネルギーが図られている。

実施形態の試験機の構成は以上のようであり、いま図２のように、挿し口保持具１０にフランジ付き挿し口管１を、受け口保持具２０に受け口管２を、同軸上に保持した状態で、上挟持アーム１２をロック位置にスライドさせ、油圧ジャッキ３０により挿し口保持具１０を下降させる。すると図３のように、フランジ付き挿し口管１の挿し口管箇所は、上挟持テーブル２２の導入孔２２ａを通過して受け口管２へと差し込まれ、両者が接続される。

フランジ付き挿し口管１と受け口管２が接続された状態から、油圧ジャッキを挿し口保持具が上昇する向きに作動させる。
規定量の荷重を負荷し、フランジ付き挿し口管１や受け口管２に損傷の有無を確認することで、いわゆる離防試験がおこなわれる。
離防試験後の挿し口管１と受け口管２の搬出方法については、以下の通りである。
まず上挟持アーム１２をリリース位置にスライドさせた上で、挿し口保持具１０を下降させ露出したフランジ１ｂを挿し口管１から取り外す。
次にテーブルベース２１のレバー２１ｅをリリース方向に回転させてロックフレーム２１ｉの固定を解除してから、パンタグラフ２４ａを折り畳んで下挟持テーブル２３を下降させる。
このとき、上挟持テーブル２２は天板２１ａの開口から抜け出て、受け口管２や挿し口管１と共に下挟持テーブル２３の上に載ったまま下降する。
挿し口管１がテーブルベース２１と干渉しない高さまで下挟持テーブル２３を下降させた後、接続したままの挿し口管１と受け口管２を台車２４ごとテーブルベース２１の正面方向から引き出して搬出する。
以上のような作業の必要性から、下挟持テーブル２３の昇降ストロークは、離防試験後の挿し口管１と受け口管２が接続して起立した状態のままで、横倒し等することなく、テーブルベース２１の正面から引き出せる大きさに設定されているものとする。

またフランジ付き挿し口管１と受け口管２が外れるまで荷重を負荷し、その荷重の大きさを確認することで、いわゆる破壊試験がおこなわれる。
破壊試験によって接続が外れた挿し口管１と受け口管２の搬出方法については、以下のとおりである。
挿し口管１については、上挟持アーム１２をリリース位置にスライドさせたうえで、そのフランジ１ｂを利用して吊り上げ、試験機の上方向から搬出する。
受け口管２については、下挟持テーブル２３を下降させて、上挟持テーブルとともに台車２４に載せたままテーブルベース２１の正面方向から引き出して搬出する。

今回開示された実施形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は以上の実施形態と実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものであることが意図される。

１ 挿し口管
１ａ 爪
１ｂ フランジ
１ｃ 反力板
２ 受け口管
２ａ ゴムシール
２ｂ 反力板
２ｃ リング
３ 台
１０ 挿し口保持具
１１ アームベース
１１ａ 開口部
１１ｂ ロッド取付部
１２ 上挟持アーム
１２ａ グリップ
１３ 下挟持アーム
２０ 受け口保持具
２１ テーブルベース
２１ａ 天板
２１ｂ 脚部
２１ｃ 補強材
２１ｄ シリンダ取付部
２１ｅ レバー
２１ｆ ディスク
２１ｇ リンク
２１ｈ パイプ
２１ｉ ロックフレーム
２１ｊ 段部
２２ 上挟持テーブル
２２ａ 導入孔
２２ｂ 保護リング
２２ｃ 脚部
２３ 下挟持テーブル
２３ａ 位置決め用マーク
２４ 台車
２４ａ パンタグラフ
２４ｂ ハンドル
２４ｃ キャスタ
３０ 油圧ジャッキ
３１ シリンダ
３２ ロッド

Claims (7)

1. 並列する挟持アームを有し、鋳鉄管の挿し口箇所を切り出してなる挿し口管の外周にフランジを取り付けたフランジ付き挿し口管を、前記挟持アームで前記フランジを挟み込むことにより保持可能な挿し口保持具と、
   並列する挟持テーブルを有し、鋳鉄管の受け口箇所を切り出してなる受け口管を前記挟持テーブルで両端から挟み込むことにより、前記挿し口保持具に保持されたフランジ付き挿し口管と同軸上に保持可能であり、かつ挿し口保持具と近い側の前記挟持テーブルに前記フランジ付き挿し口管の挿し口管箇所が通過可能な導入孔が形成されている受け口保持具と、
   前記挿し口保持具と受け口保持具の少なくとも一方を、前記挿し口保持具に保持される前記フランジ付き挿し口管が前記挟持テーブルの導入孔を通じて前記受け口保持具に保持される受け口管へと接続されている接続位置と、前記挿し口保持具に保持される前記フランジ付き挿し口管が前記挟持テーブルの導入孔から抜け出て前記受け口管と分離している離脱位置と、の間で移動させることが可能な荷重負荷機構と、を備える鋳鉄管の接続強度の試験機。
2. 前記挿し口保持具は、前記並列する挟持アームが取り付けられたアームベースを有し、
   前記受け口保持具は、前記並列する挟持テーブルが取り付けられたテーブルベースを有し、
   前記荷重負荷機構は、シリンダと、シリンダ内に挿入されてシリンダ内の油圧の調整により軸方向にスライドするロッドと、を有する油圧ジャッキであり、
   前記ロッドは、その先端部が前記挿し口保持具のアームベースに取り付けられており、
   前記シリンダは、前記受け口保持具のテーブルベースに取り付けられている、請求項１に記載の鋳鉄管の接続強度の試験機。
3. 前記挿し口保持具および前記受け口保持具は、前記両挟持アームおよび前記両挟持テーブルが、鉛直方向に並列するように配置されており、
   前記油圧ジャッキは、前記ロッドの軸方向が鉛直方向と一致するように配置されている、請求項２に記載の鋳鉄管の接続強度の試験機。
4. 前記挿し口保持具のアームベースと前記油圧ジャッキのロッドの先端部との間に、相対移動を許容する隙間を有する、請求項２または３に記載の鋳鉄管の接続強度の試験機。
5. 前記挿し口保持具の並列する挟持アームのうち、前記受け口保持具から遠い側の挟持アームは、
   前記フランジ付き挿し口管のフランジを挟み込むロック位置と、前記フランジ付き挿し口管のフランジの挟み込みを解除するリリース位置との間で、前記フランジ付き挿し口管の径方向にスライド可能となるように、前記アームベースに取り付けられている、請求項２から４のいずれかに記載の鋳鉄管の接続強度の試験機。
6. 前記受け口保持具の前記挿し口保持具に近い側の挟持テーブルは、その受け口管との接触箇所が、ＭＣナイロン（登録商標）製となっている請求項２から５のいずれかに記載の鋳鉄管の接続強度の試験機。
7. 一端に挿し口を有し他端に受け口を有する鋳鉄管の挿し口箇所および受け口箇所をそれぞれ切り出して挿し口管および受け口管を作製する工程と、
   前記挿し口管の外周にフランジを取り付けてフランジ付き挿し口管を作製する工程と、
   前記フランジ付き挿し口管のフランジを挟持し、前記受け口管の両端をその受け口に前記挿し口管が差し込み可能な状態で挟持し、前記挿し口管と前記受け口管を同軸上に保持する工程と、
   前記挿し口管および受け口管の少なくとも一方を軸方向に接近する向きに移動させて前記挿し口管と受け口管と接続し、さらに接続状態から離脱する方向への荷重負荷をおこなう工程と、を含む鋳鉄管の接続強度の試験方法。

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