JP5703210B2 - せん断キー構造 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管同士の連結に際して、鋼管同士の軸回りの相対回転を防ぐために取り付けられ、これら鋼管を施工する際の打撃や振動等による緩みや脱落を抑制することが可能なせん断キー構造に関する。
本願は、２００９年１０月２１日に、日本に出願された特願２００９−２４２２６６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来、土木または建築構造物には、鋼管杭や柱等をはじめとする鋼管が広く用いられている。
これら鋼管を土木または建築構造物に用いる場合、製作および運搬等の都合から、定尺物の柱状体（鋼管）を現場に搬入し、現場で縦継ぎを行って所定の長さのものを形成する。縦継ぎ方法の一例として、近年、上下の鋼管を継手材によって連結する方法が採用されている。

この方法は、例えば、図６に示すように、上側鋼管１０１の下端と下側鋼管１０４の上端に、工場での溶接加工により、それぞれ継手材１０２、１０５を取り付ける。そして、現場で、継手材１０２、１０５同士を荷重伝達キー１０７により結合することによって、上下の鋼管１０１、１０４が連結される。そして、これらの上下の鋼管１０１、１０４が互いに軸まわりに相対回転するのを防ぐために、通常、継手材１０２、１０５の継ぎ目１２０に、両方の継手材１０２、１０５にまたがってせん断キー（不図示）が取り付けられる。

例えば、鋼管杭は、打撃を加える打撃工法、振動工法、回転工法、圧入工法などにより施工されるため、鋼管や継手材に大きな振動や衝撃力が作用する。
そのため、縦継ぎされる杭の上下鋼管を連結している継手に用いられているボルト等が緩みやすく、接合部に十分に荷重が伝達されなくなることがある。また、接合部の周面（例えば、外側面）に取り付けられるせん断キーは、このせん断キーを取付けているボルトやナットが緩んだ場合には脱落する可能性がある。

それに対し、例えば特許文献１には、接続した継手の軸周りにおける相対回転を防止する回り止め機構を有する柱状体が開示されている。
また、例えば特許文献２には、鋼管の継手に設けたねじの緩みを防止する手段が開示されている。

また、例えば特許文献３には、振動によりねじが緩むのを抑制するために、係合突起を設けた座金が開示されている。
また、例えば特許文献４には、雄ねじに弾性体を装着して、緩み止め部材として用いる技術が開示されている。

また、緩み止め部材として、例えば、非特許文献１に示されるような皿ばねおよび歯付き座金付きナット「ソルーン（ＳＯＬＮ）」（日本国 サンコーインダストリー株式会社の登録商標）や、非特許文献２に示されるようなナットの上面に設けた楔を雄ねじに食い込ませてロックする「ハードロックナット（Ｈａｒｄ Ｌｏｃｋ Ｎｕｔ）」（「ハードロック」は、日本国 ハードロック工業株式会社の登録商標）等が、実用化されている。

日本国特開２０００−３１９８７４号公報 日本国特開２００５−４８５８３号公報 日本国特開平７−５４８２７号公報 日本国特許第３０４１６８２号公報

http://www.sunco.co.jp/street/catalog.html# http://www.hardlock.co.jp/en/hl/index.php

しかしながら、通常、部材には、製造時や取り付け時の寸法誤差を考慮して所定のクリアランスが設けてあるため、打撃施工時のように強い衝撃力が作用すると、せん断キー自体が振動する。
そのため、上記のような従来の機構では、せん断キーの振動がせん断キーを固定しているナット等に伝達されてしまうので、ナット等の緩みを十分に防ぐことは容易ではない。また、緩みにくくするためにボルト等を固く締め付けると、ボルトに直接荷重が作用し、破損しやすくなるという問題がある。

本発明の目的は、鋼管を施工する際に衝撃や振動等が作用しても緩みや脱落を抑制することが可能なせん断キー構造を提供することにある。

上記問題を解決するため、この発明は、以下の手段を提案している。
本発明に係る第１の態様は、複数本の鋼管をそれらの長手方向に連結する際に、これら鋼管同士の軸回りの相対回転を防止するせん断キー構造であって、前記各鋼管間を連結する継手材に固定されたねじと、底部に前記ねじを通す貫通孔を備えた凹部が形成されたキー本体と、前記ねじにねじ止めされて前記凹部内に配置されたナットと、前記ナットの外周と前記凹部の側壁との隙間を埋めるように設けられた弾性体と、を備える。
上記せん断キー構造によれば、ナットの周辺を弾性体で囲んで弾性支持することで、せん断キーの揺動を吸収して、ナットの回転を抑えることができる。

本発明に係る第２の態様は、上記第１の態様に係るせん断キー構造であって、前記ナットは、歯付き座金を備えている。
上記せん断キー構造によれば、歯付き座金により、ナットと弾性体とがより強固に噛み合い、ナットの回転を防ぐことができる。

本発明に係る第３の態様は、上記第１態様に係るせん断キー構造であって、前記凹部の開口側である前記ナットの外側が、弾性を有する弾性蓋で覆われ、さらに前記弾性蓋の外側が蓋体で覆われているとともに、前記蓋体が前記凹部から脱落するのを防ぐ脱落防止手段を有している。
上記せん断キー構造によれば、ナットの外側を、弾性を有する弾性蓋で覆うことにより、ナットの軸線方向の振動を吸収する。さらに、蓋体は脱落防止手段を有しているので、ナットの抜け出しを防止することができる。

本発明に係る第４の態様は、上記第３態様に係るせん断キー構造であって、前記脱落防止手段が、前記凹部の側壁に形成された溝にはめ込まれたストップリングである。
上記せん断キー構造によれば、凹部の側壁に形成された溝にストップリングをはめ込むことにより、ナットの緩みが抑制され、凹部からの脱落が防止される。

本発明に係る第５の態様は、上記第１に係るせん断キー構造であって、前記弾性体は、内部に中空部が形成されている。
上記せん断キー構造によれば、弾性体の内部に中空部が形成されていて、弾性体が装着時の抵抗により局所的に変形可能とされる。その結果、小さな力で弾性体を装着することができる。

本発明に係る第６の態様は、上記第１から第５態様のいずれかひとつに係るせん断キー構造であって、前記凹部の側壁が、その開口縁が前記底部より外側に向かって形成された傾斜面であり，前記弾性体に、前記傾斜面と対応する傾斜部が形成されている。
上記せん断キー構造によれば、弾性体装着における弾性体と側壁との接触が少なくなる。その結果、小さな力で弾性体を装着することができる。

本発明のせん断キー構造によれば、打撃工法等によって鋼管に作用する衝撃力等を弾性体が吸収するので、ナットの緩みが抑制され、ひいてはせん断キーの脱落を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る鋼管の継手材の例を示す斜視図であり、結合前の状態を示す。 同継手材の斜視図であり、結合した状態を示す。 同継手材の結合部分の結合手順を示す部分断面図であり、この継手材を結合する前の状態を示す。 同結合部分の結合手順の続きを示す部分断面図であり、この継手材を組合わせた状態を示す。 同結合部分の結合手順の続きを示す部分断面図であり、この継手材を結合した状態を示す。 本発明の第１の実施形態に係るせん断キー構造の取り付け手順の第１の工程を示す図である。 第１の実施形態に係るせん断キー構造の取り付け手順の第２の工程を示す図である。 第１の実施形態に係るせん断キー構造の取り付け手順の第３の工程を示す図である。 第１の実施形態に係るせん断キー構造の取り付け手順の第４の工程を示す図である。 第１の実施形態に係るせん断キー構造の取り付け手順の第５の工程を示す図である。 第１の実施形態に係るせん断キー構造の取り付け手順の第６の工程（取付状態）を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るせん断キー構造の概略構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るせん断キー構造の概略構成を示す図である。 従来の鋼管の結合状態を示す斜視図である。

以下、本発明の第１の実施の形態を、図１Ａから図３Ｆを参照して説明する。

図１Ａ、図１Ｂは、上下の鋼管を縦継ぎする継手材の一例を示し、全周のうちの一部を切断して示した斜視図である。
図１Ａに示すように、上側鋼管１の下端には、雌形のボックス継手材２が、工場において溶接部３で溶接されて取り付けられている。また、下側鋼管４の上端には、雄形のピン継手材５が、工場において溶接部６で溶接されて取り付けられている。

ボックス継手材２には、全周にわたって適宜分割された円弧状の荷重伝達キー７が取り付けられている。
荷重伝達キー７が、ピン継手材５の外周に形成されたキー溝１１にはめ込まれることにより、荷重伝達キー７を介してボックス継手材２とピン継手材５とが結合され、図１Ｂに示すように、上下の鋼管１、４が、縦方向に機械的に連結される。

ピン継手材５は筒状に形成され、下側鋼管４の外径とほぼ同径の筒部１２に連続して、筒部１２よりも小径の嵌挿部１３が延設されている。嵌挿部１３の外周の基端側には、ボックス継手材２の係合凸部２１が挿入される係合凹部１４が形成されている。嵌挿部１３の先端には、係合凸部１６が全周にわたって設けられている。さらに、嵌挿部１３の外周には、荷重伝達キー７がはめ込まれるキー溝１１が、全周にわたって設けられている。

ボックス継手材２は、上側鋼管１の外径とほぼ同径の外径を有する筒状に形成されている。ボックス継手材２の内周は、ピン継手材５の嵌挿部１３の被嵌挿部となっていて、係合凸部２１が、ピン継手材５の係合凹部１４に嵌め込まれる。

また、ボックス継手材２の基端側の内周には、ピン継手材５の係合凸部１６に係合する係合凹部２２が、全周にわたって設けられている。さらに、荷重伝達キー７の取り付け位置に対応して、外周上に適宜間隔で、ねじ孔２３が設けられている。ねじ孔２３は、ボックス継手材２の外側から内側へ貫通している。

図１Ｂに示すように、ボックス継手材２とピン継手材５とが結合された際の継ぎ目２０には、１個所または適宜周間隔で複数個所に、ボックス継手材２とピン継手材５の両方をまたぐ窪み２０ａが設けられている。この窪み２０ａに、ボックス継手材２とピン継手材５とが相対的に回転するのを抑止するための、せん断キーが取り付けられる。

図２Ａ、図２Ｂは、ボックス継手材２とピン継手材５との結合方法を示す。
図２Ａに示すように、ボックス継手材２には、接合用ねじ８および荷重伝達キー７が取り付けられている。接合用ねじ８は、例えば六角穴付き植込みボルトが用いられ、図１Ｂに示すボックス継手材２のねじ孔２３にねじ止めして取り付けられる。

また、図２Ｂに示すように、ボックス継手材２の係合凸部２１とピン継手材５の係合凹部１４、ピン継手材５の係合凸部１６とボックス継手材２の係合凹部２２を、それぞれ突き合わせることにより、ボックス継手材２とピン継手材５とが縦方向に位置決めされ、荷重伝達キー７の先端が、ピン継手材５のキー溝１１の入口に配置される。

その後、図１Ａ、図１Ｂに示すねじ孔２３の外側から、図２Ｃに示すように六角レンチ９で接合用ねじ８を正方向に回すことにより、荷重伝達キー７が接合用ねじ８の軸線に沿って前進し、キー溝１１に入っていく。図示するように、キー溝１１の深さよりも荷重伝達キー７の厚さを大きくすることで、荷重伝達キー７はボックス継手材２とピン継手材５の両方にまたがって配置される。こうして、ボックス継手材２とピン継手材５とが結合される。

接合用ねじ８をねじ込んだ後は、ボックス継手材２の外側から、深さゲージ等で接合用ねじ８の埋込深さを測定し、荷重伝達キー７が確実にキー溝１１にはめ込まれていることを確認する。

さらに、ボックス継手材２とピン継手材５の継ぎ目２０の窪み２０ａに、本実施形態に係るせん断キー構造１０が設けられている。
せん断キー構造１０は、例えば、六角穴付き植込みボルトからなるねじ３０の先端が窪み２０ａ内に突出するように、ピン継手材５に設けられた窪みに予めねじ３０が係止され、そのねじ３０の先端部に、後述するキー本体３１やナット３５等が取り付けられている。

このせん断キー構造１０が、ボックス継手材２とピン継手材５の両方をまたいで窪み２０ａ内に設けられることにより、ボックス継手材２とピン継手材５、すなわち連結した上下の鋼管１、４同士が、軸まわりに相対回転するのを防ぐ。

以下、図３Ａ〜図３Ｆにしたがって、第１の実施形態に係るせん断キー構造１０の詳細を説明する。図３Ａ〜図３Ｆは、取り付け手順（第１から第６の工程）を示すものであり、それぞれ図の左側にねじ３０の先端側から見たせん断キー構造１０の平面図を、右側にねじ３０の中心を通り、継手部材５の中心軸と直交する横断面図を示している。

キー本体３１は、図３Ａ〜図３Ｆに示すように、平面視略矩形の所定厚さの板状に形成されている。
また、キー本体３１には、平面視円形の凹部３２が形成され、凹部３２の底面（底部）３３には、中央に貫通孔３４が形成されている。
また、図３Ａに示すように、貫通孔３４には、ねじ３０が挿通されてねじ３０の先端部が凹部３２内に突出するようになっている。

ねじ３０の基端側は、前述の通り、ピン継手材５にねじ込まれている。せん断キー構造１０は、図２Ｃに示すように、ねじ３０の先端部を貫通孔３４に通すとともに、キー本体３１が上下の継手材２、５両方をまたいで配置されている。

また、凹部３２は、キー本体３１が継手材２、５をまたいだ状態で、ねじ３０が貫通孔３４を挿通するように、キー本体３１の上下方向中央よりもピン継手材５に寄った位置に設けられている。なお、キー本体３１が継手材２、５を跨いだ状態で、ねじ３０が貫通孔３４を挿通可能であれば、凹部３２のキー本体３１における上下方向位置は任意に設定してもよい。

ねじ３０の先端側に、ナット３５がねじ止めされる。図３Ｂに示すように、キー本体３１の凹部３２の平面形状は、ナット３５の平面形状よりも少し大きく、凹部３２の深さは、ナット３５の回転軸線方向の厚さよりも少し厚く形成されている。
ナット３５の基端側は、歯付き座金を有している。また、前述の「ソルーン」（商標登録）のように、歯付き座金および皿ばね座金の両方を有するナットを用いることにより、ナットの緩み止め効果が高くなる。このナット３５の座金が凹部３２の底面３３に当たるまでねじ３０にねじ止めして、図３Ｂに示す位置にナット３５を配置する。

次に、凹部３２の側壁３６とナット３５の外周との隙間３７（図３Ｂ）に、例えば、ゴム等の弾性材料を円柱形状とした中実帯状の弾性体３８をナット３５に巻き付けて装着する。図３Ｃに示すように、弾性体３８により隙間３７が埋められることにより、施工時に衝撃力がかかったときに、キー本体３１とナット３５との相対的な揺動が吸収されるとともに、この弾性体３８によって側壁３６とナット３５の間で発生する摩擦力により、ナット３５が回転するのを防止する。また、ナット３５の歯付き座金が弾性体３８に食い込んで、ナットの回転をさらに確実に防止する。

その後、凹部３２の開口側となるナット３５の外側を、図３Ｄに示すようにゴム等により形成された弾性を有する弾性蓋３９で覆い、さらに、その外側を、図３Ｅに示すように蓋体４０で覆う。また、蓋体４０の脱落防止手段として、蓋体４０の外側に、図３Ｆに示すように凹部３２の側壁３６に固定されるＣ字形のストップリング４１をはめ込む。ストップリング４１は、図示するように、凹部３２の側壁３６の開口付近に形成された溝４２にはめ込むことにより確実に固定され、凹部３２からの脱落が防止される。

なお、弾性蓋３９が、ナット３５の軸線方向に弾性を有しているので、溝４２にはめ込まれるストップリング４１の位置の寸法誤差を吸収しながら、ナット３５の頭部面と蓋体４０の下部面の隙間を常に弾性体で充填し、ナット３５の頭部面と蓋体４０の下部面間での反発力を発生させる状態を維持することで、施工時の振動によりナット３５が軸線方向にずれるのを防ぐことができる点で好適である。

このように、ナット３５の外周を弾性体３８で囲んで支持し、ナット３５の外側を弾性蓋３９で押さえ付けることで、衝撃や振動によりキー本体３１が揺動しても、ナット３５に伝わる振動を吸収し、ナット３５の回転を抑止する。さらに、凹部３２の外側に蓋をすることにより、ナット３５の抜け出しを防止する。そのため、図２Ｃに示すように窪み２０ａに設けたせん断キー構造１０が、衝撃や振動によってずれたり脱落したりすることなく、確実に、上下の鋼管１、４の相対回転を防止することができる。

また、ナットの周囲に弾性体や弾性蓋を配置して保持することにより、衝撃等の荷重が弾性体等に吸収され、ねじ部に直接作用しないので、ねじのサイズを大きくする必要がなく、コストの上昇を抑えて緩みを防止することができる。

次に、図４を参照して、この発明の第２の実施形態に係るせん断キー構造５０について説明する。

本実施形態に係るせん断キー構造５０が、上記第１の実施形態に係るせん断キー構造１０と異なるのは、せん断キー構造１０における中実円柱状の帯状に形成された弾性体３８に代えて、断面中央部に孔５２がある円筒をその中心軸を環状にした環状中空構造の弾性体５１を用いる点であり、その他は、上記第１の実施形態と同様であるため、同一の符号を付して、説明を省略する。

本実施形態によれば、弾性体５１が中空構造であるため局所的な変形が可能となり、弾性体５１の装着に際して大きな力が加わる部分があった場合、その部分が局所的に大きく変形することで、ナット３５と側壁３６との隙間３７に、弾性体５１を小さな力で装着することができる。その結果、作業効率を向上することができる。

次に、図５を参照して、この発明の第３の実施形態に係るせん断キー構造６０について説明する。

本実施形態に係るせん断キー構造６０が、上記第１の実施形態に係るせん断キー構造１０と異なるのは、凹部３２の開口縁が底面３３の縁よりも外側に位置することで、凹部３２の側壁３６Ａが底面３３より外側に向かう傾斜面とされ、弾性体３８に代えて、ナット３５の外周および側壁３６Ａの傾斜面と対応した断面を有する環状の弾性体６１が用いられている点である。その他は、上記第１の実施形態と同様であるため、同一の符号を付して、説明を省略する。

本実施形態によれば、ナット３５の外周と側壁３６Ａとの隙間３７に、弾性体６１を装着する際に、弾性体６１と側壁３６Ａの接触が少なくなり、弾性体装着に要する力を小さくすることができる。その結果、弾性体６１を効率的に装着することができる。

以上、本発明の好適な第１から第３の実施形態について説明したが、本発明はかかる例のみに限定されない。当業者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、ボックス継手材とピン継手材の構造は、図１Ａ、図１Ｂに示すものだけに限られない。また、上記実施の形態においては、せん断キー構造１０、５０、６０を、上側鋼管１と下側鋼管４を、ボックス継手材２とピン継手材５を介して連結する場合について説明したが、窪み２０ａを構成する凹部が上側鋼管１と下側鋼管４のいずれか又は双方に形成されたものに適用してもよい。

また、上記実施の形態においては、ねじ３０をピン継手材５にねじ込む場合を説明したが、ボックス継手材２の方にねじ込む構成としてもよい。

また、上記実施の形態においては、せん断キー構造１０、５０、６０を設ける窪み２０ａが、接合部の外側面に設けられる場合について説明したが、窪み２０ａが接合部の内側面に形成されたものに適用してもよい。

また、上記実施の形態においては、鋼管杭に適した鋼管同士の連結を例に説明したが、例えば、土木または建築構造物において、振動等が付加される他の部材に適用可能であることはいうまでもない。

なお、弾性体３８、５１、６１や、弾性蓋３９の材料として、ゴムの他、ポリブタジエン系、ニトリル系、クロロプレン系等の合成ゴムを用いてもよいし、スポンジ等、三次元網目構造を備えた多孔質体を適用してもよい。

また、上記実施の形態においては、円柱形状の中実構造を有する帯状の弾性体３８、円筒形状の環状に形成した中空構造の弾性体５１、装着する隙間形状と対応する断面を有する環状の弾性体６１を用いる場合について説明したが、これら以外の構造を有する弾性体や、Ｏリングをはじめとする周知の環状弾性体を用いてもよい。

また、上記第２の実施形態において、断面中央に孔５２が形成された中空構造の弾性体５１を用いる場合について説明したが、中空構造を構成する孔（空間）を、断面中央ではなく、断面における所定部位、弾性体５１の周方向（長手方向）における所定部位に形成した構成としてもよい。
また、第１から第３の実施形態の構成及び上記材質等を、任意に組合せ可能であることはいうまでもない。

また、上記実施の形態においては、ナット３５の基端側に、歯付き座金を配置する場合について説明したが、歯付き座金を配置するかどうかは、任意に設定することができる。

また、上記実施の形態においては、凹部３２の開口側となるナット３５の外側を、弾性蓋３９で覆い、さらに、その外側を蓋体４０で覆う場合について説明したが、弾性蓋３９と蓋体４０の双方を設けない構成としてもよいし、弾性蓋３９を設けずに蓋体４０のみを設ける構成としてもよい。

また、上記実施の形態においては、凹部２０の側壁３６、３６Ａに形成された溝４２にストップリング４１をはめ込んで、蓋体４０の脱落防止手段とする場合について説明したが、ストップリング４１は脱落防止手段の一例であり、他の脱落防止手段を用いてもよい。また、脱落防止手段を用いない構成としてもよい。

また、上記実施の形態においては、ねじ３０が、六角穴付き植込みボルトとされ、ピン継手材５に基端側をねじ込むことにより、ねじ３０を固定する場合について説明したが、例えば、基端側を、圧入等、他の手段により継手材に固定する構成としてもよい。
また、六角穴付き植込みボルトに代えて、六角レンチ以外の工具、例えば、マイナスドライバやプラスドライバ等を用いてねじ込むねじを用いてもよい。

本発明に係るせん断キー構造によれば、打撃工法等によって鋼管に作用する衝撃や振動を弾性体が吸収し、ナットの緩みや脱落を防いで、せん断キーの脱落を防止することができる。

１ 上側鋼管
２ ボックス継手材
３、６ 溶接部
４ 下側鋼管
５ ピン継手材
７ 荷重伝達キー
８ 接合用ねじ
９ 六角レンチ
１０ せん断キー構造
１１ キー溝
１２ 筒部
１３ 嵌挿部
１４、２２ 係合凹部
１６、２１ 係合凸部
２０ 継ぎ目
２０ａ 窪み
２３ ねじ孔
３０ ねじ
３１ キー本体
３２ 凹部
３３ 底面
３４ 貫通孔
３５ ナット
３６、３６Ａ 側壁
３７ 隙間
３８、５１、６１ 弾性体
３９ 弾性蓋
４０ 蓋体
４１ ストップリング
４２ 溝

Claims (6)

1. 複数本の鋼管をそれらの長手方向に連結する際に、これら鋼管同士の軸回りの相対回転を防止するせん断キー構造であって、
   前記各鋼管間を連結する継手材に固定されたねじと、
   底部に前記ねじを通す貫通孔を備えた凹部が形成されたキー本体と、
   前記ねじにねじ止めされて前記凹部内に配置されたナットと、
   前記ナットの外周と前記凹部の側壁との隙間を埋めるように設けられた弾性体と、
   を備えることを特徴とする、せん断キー構造。
2. 前記ナットは、歯付き座金を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の、せん断キー構造。
3. 前記凹部の開口側である前記ナットの外側が、弾性を有する弾性蓋で覆われ、さらに前記弾性蓋の外側が蓋体で覆われているとともに、前記蓋体が前記凹部から脱落するのを防ぐ脱落防止手段を有していることを特徴とする、請求項１に記載のせん断キー構造。
4. 前記脱落防止手段が、前記凹部の側壁に形成された溝にはめ込まれたストップリングであることを特徴とする、請求項３に記載のせん断キー構造。
5. 前記弾性体の内部に、中空部が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のせん断キー構造。
6. 前記凹部の側壁が、その開口縁が前記底部より外側に向かって形成された傾斜面であり；
   前記弾性体に、前記傾斜面と対応する傾斜部が形成されている；
   ことを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のせん断キー構造。

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