JP5725564B2 - 連結継手及びセグメント - Google Patents

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Description

本発明は、トンネル等の空間を構築する際に、セグメント同士を連結させるために好適なセグメントの連結継手及び連結継手を備えたセグメントに関する。
トンネル等の空間を構成するセグメント同士を連結させる連結継手は、雄型部材と雌型部材とで構成され、連結するセグメントの互いの連結面の一方に雄型部材を装着し、他方に穴部を有する雌型部材を装着し、雄型部材に形成された胴部を雌型部材の穴部に挿入し、両者を係合させて連結されるものである。
例えば、特許文献1に示される連結継手では、雄型部材が、中空の弾性体で構成された胴部と、胴部の内周側に配置され当該胴部の弾性力より大きい弾性力を有するウレタンゴム等の弾性体と、を備え、雌型部材は非変形材料で構成されている。これにより、雄型部材が雌型部材の穴部に挿入された際に、胴部の係合部は穴部の小径の部分において一旦縮径される。その後、胴部の係合部が穴部の底部側の大径の部分まで挿入されると胴部の内周側に配置された弾性体の弾性力が作用し、胴部の係合部が当初の径に拡径することで、雄型部材と雌型部材とが係合する。
また、特許文献2に示される連結継手では、雄型部材の胴部が中実の非変形材料で構成され、雌型部材の穴部には分割された被係合部が配置され、この被係合部はスプリングによって各別に穴部の内周側に付勢されている。これにより、雄型部材が雌型部材の穴部に挿入された際に、雌型部材の被係合部は胴部の大径の部分の挿入によりスプリングの付勢力に抗して開き方向に移動する。その後、胴部の大径の部分がさらに穴部の底部側に挿入され胴部の小径の部分が被係合部の位置に到達すると、被係合部にスプリングの付勢力によって閉じ方向に移動し、雄型部材と雌型部材とが係合する。
特許3630654号公報 特開2003−97192号公報
特許文献1及び2の連結継手では、雄型部材の挿入方向において係合部の軸芯と被係合部の軸芯とが一致した状態で雄型部材と雌型部材とが係合されれば、係合部または被係合部に備えられた弾性体によって雄型部材と雌型部材とは良好な係合状態となる。しかしながら、雄型部材を挿入する際において、雄型部材の係合部の軸芯と雌型部材の被係合部の軸芯とを一致させることは容易ではなく、係合部の軸芯が被係合部の軸芯から多少ずれた状態で雄型部材が挿入されることが多い。そうなると、雄型部材の係合部また雌型部材の被係合部に備えられた弾性体が均等に作用しなくなり、雄型部材と雌型部材との係合状態は不安定なものとなる可能性がある。
本発明は、雄型部材の軸芯と雌型部材の軸芯とが不一致の状態で雄型部材が挿入された場合でも両者の安定した係合状態が確保できる連結継手を提供することを目的としている。
本発明の連結継手の第1特徴構成は、空間構築用のセグメント同士を連結固定するために当該セグメントの連結面に装着される連結継手であって、前記連結面の一方に配置される雄型部材と、前記連結面の他方に配置され前記雄型部材を挿入可能な雌型部材と、を備え、前記雄型部材は、前記雌型部材に挿入される胴部と、前記胴部の挿入側端部に形成されて縮径方向へ弾性変形可能な係合部と、を有し、前記雌型部材は、前記胴部が挿入される穴部と、当該穴部の内周側に筒状又は環状に形成されて前記係合部と係合可能な被係合部と、を有し、前記係合部と前記被係合部とを係合させることでセグメント同士が連結固定可能に構成され、前記被係合部が前記穴部の径方向に一体的に移動可能に構成され、前記雄型部材が前記雌型部材に挿入される前の状態において、前記穴部の軸芯と前記被係合部の軸芯とが略一致するように保持すると共に、前記雄型部材が前記雌型部材に挿入される過程で前記被係合部から外れる弾性体が、前記被係合部の内周側に配置されている点にある。
本構成により、雄型部材の胴部が雌型部材の穴部に挿入されると、胴部の挿入側端部に形成された係合部は雌型部材の穴部の内周面に当接し一旦縮径される。その後、胴部がさらに穴部の底部側に向けて移動することで穴部の内周面による係合部への外圧が弱められ、弾性力により係合部が当初の径に拡径することで、雄型部材と雌型部材とが係合する。
また、本構成では、被係合部が穴部の径方向に一体的に移動可能に構成されている。これにより、仮に、雄型部材の挿入方向における、係合部の軸芯と被係合部との軸芯が不一致の状態で、雄型部材が雌型部材に挿入された場合には、雄型部材の係合部が雌型部材の被係合部に当接した際に、被係合部を穴部の径方向に一体的に移動させることで係合部と被係合部との軸芯のずれを吸収することができる。その結果、雄型部材と雌型部材の係合状態が安定的に維持され、セグメント同士の連結を強固にすることができる。
雄型部材の雌型部材への挿入は、通常、雌型部材の穴部を目印として行われる。したがって、穴部の軸芯と穴部に設けられる被係合部の軸芯とを略同一にすると、係合部と被係合部との軸芯のずれを抑制することができる。ただ、穴部の軸芯と穴部に設けられる被係合部の軸芯とを略同一にするために、被係合部の位置を手動で調整することは容易ではない。
そこで、本構成では、雄型部材が雌型部材に挿入される前の状態において、穴部の軸芯と被係合部の軸芯とが略同一になるよう被係合部の内周側に弾性体が配置している。これにより、弾性体が、被係合部の軸芯と穴部の軸芯とを一致させる適正な位置に被係合部を移動させるよう設定することができる。その結果、被係合部の適正な位置への調節が容易となる
本発明の連結継手の第2特徴構成は、前記被係合部が、前記穴部の底部側に向けて縮径する方向に傾斜する傾斜面部を備える点にある。
この構成により、雄型部材の係合部が被係合部の傾斜面部に案内されるようになり、雄型部材の係合部の被係合部への挿入が容易になる。これにより、セグメント同士の連結をスムーズに行うことができる。
本発明の連結継手の第3特徴構成は、円筒状の蓋体が、その軸芯と前記穴部の軸芯とが略一致するように前記穴部に設けられており、前記蓋体と前記被係合部とに亘って前記弾性体が挿入配置されることにより、前記蓋体の軸芯と前記被係合部の軸芯とが略一致する点にある。
本発明の連結継手の第4特徴構成は、前記雄型部材は、前記胴部が筒状であって、前記胴部の挿入側端部から基部に向けて形成される複数のスリットと、前記挿入側端部において外径方向に突出して形成される前記係合部と、を備え、
前記雌型部材は、前記被係合部に内径が前記係合部の外径よりも小さい小径部を備え、前記小径部と前記穴部の底部との間に内径が前記係合部の外径より大きい大径部を備える点にある。
この構成により、雄型部材の係合部は胴部の挿入側端部から基部に向けて形成される複数のスリットによって縮径方向への変形が容易になる。また、雄型部材の挿入側端部において外径方向に突出して形成され係合部が、被係合部の小径部の内面に当接した際に縮径方向へ変形され、その後さらに雄型部材が挿入されることで、係合部が被係合部と穴部の底部との間の大径部において元の径に戻される。これにより、係合部と被係合部とを確実に係合させることができる。
本発明の連結継手の第5特徴構成は、前記雌型部材は、前記穴部が前記被係合部よりも開口側に導入部を有し、前記導入部の内径が前記係合部の内径よりも大きくなるよう設定してある点にある。
この構成により、雄型部材の係合部を雌型部材の穴部の導入部からスムーズに挿入することができ、セグメント同士の連結を迅速に行うことができる。
本発明の空間構築用のセグメントの特徴構成は、上記特徴構成1〜5のいずれかを有する連結継手を備えた点にある。
この構成により、セグメント同士の連結を確実にすることができ、安定したトンネル構築を実現することができる。
雄型部材及び雌型部材が装着されたセグメントの斜視図 セグメントの連結面の対向位置に配置された雄型部材及び雌型部材を示す断面図 雄型部材と雌型部材との係合動作を示す図 雄型部材と雌型部材との係合動作を示す図 雄型部材と雌型部材との係合動作を示す図 雄型部材と雌型部材の分解斜視図 第2実施形態の連結継手における雄型部材と雌型部材との係合動作を示す図 第2実施形態の連結継手における雄型部材と雌型部材との係合動作を示す図 第2実施形態の連結継手における雄型部材と雌型部材との係合動作を示す図 第2実施形態の連結継手における雌型部材の分解斜視図 第3実施形態の連結継手における雄型部材と雌型部材との係合動作を示す図 第3実施形態の連結継手における雄型部材と雌型部材との係合動作を示す図 第3実施形態の連結継手における雄型部材と雌型部材との係合動作を示す図 第3実施形態の連結継手における雄型部材の分解斜視図
以下、本発明に係る空間構築用のセグメントの連結継手を図面に基づいて説明する。
本発明のセグメントの連結継手は、セグメントの一方の連結面に配設される雌型部材と、セグメントの他方の連結面に配設される雄型部材とを備え、雄型部材と雌型部材とを係合させることで隣り合うセグメント同士を連結させるものである。
〔第1実施形態〕
図1及び図2に示すように、セグメント1の連結継手は、セグメント1の一方に連結面1aに配設される雄型部材10と、セグメント1の他方の連結面1bに配設される雌型部材20と、を備える。雄型部材10は、一端に雌型部材20に挿入される胴部11が形成され、他端にセグメント1内に埋め込まれるアンカー部12が設けられた継手部材である。雌型部材20は、一端に穴部21を有する本体部22が設けられ、他端にセグメント1のコンクリートに対するアンカー部23が設けられた継手部材である。
図3及び図6に示すように、雄型部材10の胴部11は筒状に形成されている。胴部11には、挿入軸芯方向(長手方向)に沿ってスリット11aが均等に形成されており、胴部11の挿入側端部11bには、雌型部材20に係合される係合部13を備える。係合部13は、胴部11の挿入側端部11bにおいて外径方向に突出して形成されている。
雌型部材20の本体部22には、雄型部材10の胴部11が挿入可能な穴部21が形成されている。穴部21は、その底部24に向けて雄型部材10の係合部13の径より大きい第1穴部25と、雄型部材10の係合部13の径より大きく第1穴部25より小径の第2穴部26とが連続する。第1穴部25と第2穴部26との間の第1穴部25側の端部に被係合部としてのワッシャ28が載置される。
ワッシャ28の外径は、第1穴部25よりも小径で、かつ第2穴部26よりも大径になるよう設定されている。ワッシャ28の内径は、第2穴部26よりも小径になるよう設定されている。ワッシャ28の内周面には、穴部21の底部24側に向けて縮径する方向に傾斜する傾斜面部28aを備えており、雄型部材10の係合部13の外径よりも小さい小径部を有する。すなわち、底部24に向けて徐々に縮径されるワッシャ28の傾斜面部(小径部)28aに、ワッシャ28の内径よりも大径の第2穴部26が連続する。これにより、雄型部材10の係合部13がワッシャ28の傾斜面部28aに案内されるようになり、雄型部材10の係合部13のワッシャ28への挿入が容易になる。その結果、セグメント1,1同士の連結をスムーズに行うことができる。
第1穴部25には円筒状の蓋体29が取付けられている。例えば、蓋体29の外周面及び第1穴部25の内周面にねじ溝が形成され、蓋体29が第1穴部25に螺合することで蓋体29は第1穴部25に固着される。蓋体29の第1穴部25に対する固着方法は螺合に特に限定されるものではなく、溶接であっても良い。蓋体29が第1穴部25に固着されることで、ワッシャ28は第1穴部25と第2穴部26との間の所定位置に保持されることになる。ただし、ワッシャ28は、蓋体29によって穴部21の軸芯方向への移動が規制されているに過ぎず、穴部21の径方向への移動は許容される。
穴部21の軸芯と被係合部であるワッシャ28の軸芯とを一致させるために、被係合部28の内周側にスポンジ等の弾性体40を挿入配置されている。弾性体40は雄型部材10の係合部13に押圧されると潰される材質で構成されている。被係合部28の軸芯を穴部21の軸芯に一致させると、被係合部28の穴部21の径方向への移動可能領域を均等にすることができる。
本実施形態では、図2及び図3に示すように、セグメント1の一方の連結面1bに、雌型部材20の穴部21への導き用として導入孔6が形成されている。導入孔6は、セグメント1の連結面1bから雌型部材20の穴部21の開口端まで傾斜して延びる内周面6aを有している。
雄型部材10と雌型部材20とは、接合すべき両セグメント1,1の連結面1a,1bが当面したときに、雄型部材10の係合部13が雌型部材20の被係合部28に係止することで両者が係合するよう構成されている。
連結継手(雄型部材10及び雌型部材20)によるセグメント1,1同士の接合は、以下の手順で行われる。まず、図3に示すように、雄型部材10の胴部11と、雌型部材20の穴部21とが対向するように、接合すべき両セグメント1、1の連結面1a、1bどうしを対向させる。
次に、雄型部材10が配設されたセグメント1を雌型部材20が配設されたセグメント1に近づけ、雄型部材10の胴部11をセグメント1の導入孔6に挿入し、雄型部材10の係合部13を雌型部材20の穴部21に挿入する。
ここで、図4に示すように、係合部13の軸芯と被係合部28の軸芯とがずれている場合には、係合部13は雌型部材20の蓋体29の内周面の一部のみに接した状態になる。さらに、雄型部材10が雌型部材20に挿入されると、係合部13が被係合部28の内周面に一部にのみ当接する。被係合部28は穴部21の径方向に一体的に移動可能に保持されているので、係合部13の押圧力を受けた被係合部28を係合部13と適正に係合可能な位置に移動させることができる。
また、雄型部材10の係合部13は、被係合部28の内周面に当接することにより縮径され、係合部13の弾性力が高められる。
その後、係合部13が被係合部28の内周面と当接しなくなると、縮径された係合部13は弾性力を受けて元の外周に戻る向きに拡径され、係合部13が雌型部材20の被係合部28に係止することになる(図5)。
このように、雄型部材10の係合部13が雌型部材20の被係合部28に当接した際に、被係合部28が穴部21の径方向に一体的に移動可能に構成することで、係合部13と被係合部28との軸芯のずれを吸収することができる。その結果、雄型部材10と雌型部材20の係合状態が安定的に維持され、セグメント1,1同士の連結を強固にすることができる。
〔第2実施形態〕
図7及び図10に示すように、雌型部材20は、穴部21を有する筒状の本体部22と、本体部22の外周に2本のアンカー筋23とを備える。アンカー筋23は本体部22をセグメント1に定着させるためのものである。なお、雄型部材10は第1実施形態と同じ構成である。
雌型部材20の本体部22には、雄型部材10の胴部11が挿入可能な穴部21が形成されている。穴部21は、係合部13の外径より大径の第1穴部25と、第1穴部25より大径の第2穴部26とが連続して形成されている。
第1穴部25には、筒状の被係合部28が配置されており、被係合部28の外周面と第1穴部25の内周面との間には弾性体40が配置されている。第2穴部26は被係合部28の底部側に設置される筒体41と、筒体41の底部を閉鎖する蓋体42とで構成されている。被係合部28の内周面には、筒体41の側に向けて縮径する方向に傾斜する傾斜面部28aが備えられている。被係合部28の最小径部(小径部)は係合部13よりも小径であり、筒体41の内径は係合部13の外径よりも大きい。筒体41は被係合部28の位置を保持するために設置されている。ただし、被係合部28は筒体41によって穴部21の軸芯方向への移動が規制されているに過ぎず、被係合部28の穴部21の径方向への被係合部28の移動は許容されている。
また、弾性体40は、被係合部28の軸芯を穴部21の軸芯に略一致させるよう、被係合部28の外周面と第2穴部26の内周面との間に配置することができる。被係合部28の軸芯を穴部21の軸芯に略一致させると、被係合部28の穴部21の径方向への移動可能領域を均等にすることができる。
連結継手(雄型部材10及び雌型部材20)によるセグメント1,1同士の接合は、以下の手順で行われる。
まず、図7に示すように、雄型部材10の胴部11と、雌型部材20の穴部21とが対向するように、接合すべき両セグメント1、1の連結面1a、1bを対向させる。
次に、雄型部材10が配設されたセグメント1を雌型部材20が配設されたセグメント1に近づけ、雄型部材10の胴部11をセグメント1の導入孔6に挿入し、雄型部材10の係合部13を雌型部材20の穴部21に挿入する。
ここで、図8に示すように、係合部13の軸芯と被係合部28の軸芯とがずれている場合には、係合部13は雌型部材20の第1穴部25の内周面の一部のみに接した状態になる。さらに、雄型部材10が雌型部材20に挿入されると、係合部13が被係合部28の内周面に一部にのみ当接する。被係合部28は弾性体40によって穴部21の径方向に一体的に移動可能に保持されているので、係合部13の押圧力を受けた被係合部28を係合部13と適正に係合可能な位置に移動させることができる。
また、雄型部材10の係合部13は、被係合部28の内周面に当接することにより縮径され、係合部13の弾性力が高められる。
その後、係合部13が被係合部28の内周面と当接しなくなると、縮径された係合部13は元の外周に戻る向きに拡径され、係合部13が雌型部材20の被係合部28に係止することになる(図9)。
〔第3実施形態〕
本実施形態は、第1実施形態の雄型部材10を別形態にしたものである。図11及び図14に示すように、雄型部材10の胴部11の外周には調芯部材30が配置されている。調芯部材30は、円柱状の形状であって、胴部11に貫通された状態で胴部11に対して移動可能な内径を備えた貫通孔部31を有する。調芯部材30は雄型部材10の係合部13よりも大径であって、係合部13に近接配置される。調芯部材30の外周面には、雄型部材10が雌型部材20に挿入される際の挿入経路途中の内周面で嵌合して係止されるよう、テーパ状の係止面部33が形成されている。
調芯部材30の貫通孔部31には、例えば胴部11に向く突起等が備えられている。これにより、雌型部材20に挿入される前の雄型部材10においては、調芯部材30は係合部13に近接する位置(胴部11の挿入側端部11bの位置)に仮保持されている。雄型部材10が雌型部材20に挿入され、調芯部材30が挿入経路途中の内周面から反力を受けると、調芯部材30は胴部11の軸芯方向に移動できるよう構成されている。
雄型部材10、雌型部材20、及び調芯部材30によるセグメント1,1同士の接合は、以下の手順で行われる。
まず、図11に示すように、雄型部材10の胴部11と、雌型部材20の穴部21とが対向するように、接合すべき両セグメント1、1の連結面1a、1bを対向させる。
次に、セグメント1,1を近づけて雄型部材10の胴部11の挿入側端部11bをセグメント1の導入孔6に挿入させる。このとき、図12に示すように、導入孔6の内周面6aに調芯部材30の外周の係止面部33が当接する。これにより、雄型部材10の雌型部材20に対する調芯機能が作用する。その後、調芯部材30が導入孔6の内周面6aに係止された状態で、雄型部材10の胴部11と係合部13とが雌型部材20の穴部21に挿入される。
ここで、仮に、係合部13の軸芯と被係合部28の軸芯とがずれている場合には、係合部13は雌型部材20の蓋体29の内周面の一部のみに接した状態になる。さらに、雄型部材10が雌型部材20に挿入されると、係合部13が被係合部28の内周面に一部にのみ当接する。被係合部28は穴部21の径方向に一体的に移動可能に保持されているので、係合部13の押圧力を受けた被係合部28を係合部13と適正に係合可能な位置に移動させることができる。
また、雄型部材10の係合部13は、被係合部28の内周面に当接することにより縮径され、係合部13の弾性力が高められる。
その後、係合部13が被係合部28の内周面と当接しなくなると、縮径された係合部13は元の外周に戻る向きに拡径され、係合部13が雌型部材20の被係合部28に係止することになる(図13)。
このように、貫通孔部31と係止面部33とを有する調芯部材30が、雄型部材10が雌型部材20に挿入される前の状態で胴部11に貫通され、かつ雄型部材10が雌型部材20に挿入される際に係合部13よりも先に挿入経路途中の内周面と接触するように形成および位置されている。したがって、雄型部材10が雌型部材20に挿入される際の挿入経路途中において、調芯部材30の係止面部33が係合部13よりも先に接触し係止されることで、雄型部材10と雌型部材20とは調芯部材30によって先に調芯され、その後に貫通孔部31が胴部11の軸芯方向に移動し、係合部13と被係合部28とが係合する。これにより、雄型部材10の係合部13の軸芯と雌型部材20の被係合部28の軸芯とを一致させる方向に調芯することができ、雄型部材10の係合部13と雌型部材20の被係合部28とが安定的に係合される。その結果、セグメント1,1の連結状態がより確実なものとなる。
また、本実施形態では、図12に示すように、雄型部材10が雌型部材20に挿入される際の挿入軸Oの方向に対する調芯部材30の外縁と係合部13の外縁とを結ぶ共通接線の傾きαが、挿入軸Oの方向に対する穴部21を含む挿入経路の内縁の接線の傾きβよりも大きくなるよう設定してある。
こうすると、係合部13の外周側と挿入経路の内周側との間の距離が大きくなる一方、調芯部材30の外周側と挿入経路の内周側との間の距離は小さくなる。これにより、雄型部材10が雌型部材20に挿入される際の挿入経路途中において係合部13よりも先に調芯部材30の係止面部33が確実に接触することとなる。その結果、雌型部材20の穴部21に対して雄型部材10の胴部11が確実に案内されて調芯される。
〔その他の実施形態〕
(1)上記の第2実施形態において、円筒状の弾性体40を被係合部28の外周面と第2穴部26の内周面との間に配置する例を示したが、弾性体40は、被係合部28の外周面と第2穴部26の内周面との間に均等に配置されていれば、周方向に間隔を開けて配置されていてもよい。
(2)上記の第1実施形態及び第3実施形態において、被係合部28としてワッシャを用いた例を示したが、被係合部28は環状の部材であれば良く、ワッシャに限定されるものではない。
1 セグメント
1a,1b 連結面
10 雄型部材
11 胴部
11b 挿入側端部
13 係合部
20 雌型部材
21 穴部
22 本体部
28 被係合部
40 弾性体

Claims (6)

  1. 空間構築用のセグメント同士を連結固定するために当該セグメントの連結面に装着される連結継手であって、
    前記連結面の一方に配置される雄型部材と、前記連結面の他方に配置され前記雄型部材を挿入可能な雌型部材と、を備え、
    前記雄型部材は、前記雌型部材に挿入される胴部と、前記胴部の挿入側端部に形成されて縮径方向へ弾性変形可能な係合部と、を有し、
    前記雌型部材は、前記胴部が挿入される穴部と、当該穴部の内周側に筒状又は環状に形成されて前記係合部と係合可能な被係合部と、を有し、
    前記係合部と前記被係合部とを係合させることでセグメント同士が連結固定可能に構成され、
    前記被係合部が前記穴部の径方向に一体的に移動可能に構成され
    前記雄型部材が前記雌型部材に挿入される前の状態において、前記穴部の軸芯と前記被係合部の軸芯とが略一致するように保持すると共に、前記雄型部材が前記雌型部材に挿入される過程で前記被係合部から外れる弾性体が、前記被係合部の内周側に配置されている連結継手。
  2. 前記被係合部が、前記穴部の底部側に向けて縮径する方向に傾斜する傾斜面部を備える請求項1記載の連結継手。
  3. 円筒状の蓋体が、その軸芯と前記穴部の軸芯とが略一致するように前記穴部に設けられており、前記蓋体と前記被係合部とに亘って前記弾性体が挿入配置されることにより、前記蓋体の軸芯と前記被係合部の軸芯とが略一致する請求項1又は2に記載の連結継手。
  4. 前記雄型部材は、前記胴部が筒状であって、前記胴部の挿入側端部から基部に向けて形成される複数のスリットと、前記挿入側端部において外径方向に突出して形成される前記係合部と、を備え、
    前記雌型部材は、前記被係合部に内径が前記係合部の外径よりも小さい小径部を備え、前記小径部と前記穴部の底部との間に内径が前記係合部の外径より大きい大径部を備える請求項1〜3のいずれか一項に記載の連結継手。
  5. 前記雌型部材は、前記穴部が前記被係合部よりも開口側に導入部を有し、前記導入部の内径が前記係合部の内径よりも大きくなるよう設定してある請求項1〜4のいずれか一項に記載の連結継手。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の連結継手を備えた空間構築用のセグメント。
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