JP6076785B2

JP6076785B2 - ボルト装置及び伸縮継手

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Publication number: JP6076785B2
Application number: JP2013056958A
Authority: JP
Inventors: 池　田　信太郎; 田信太郎池
Original assignee: Victaulic Co of Japan Ltd
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Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2033-03-19
Also published as: JP2014181760A

Description

本発明は、相対する第１部位と第２部位との間に掛け渡される滑り移動可能なボルト装置及びこのボルト装置をストッパーとして備える伸縮継手に関する。

ボルトとナットとを有するボルト装置は、通常、物同士を締結するのに用いられ、締結する状態と締結を解除する状態との間で二者択一的に機能するように用いられる。

また、第１配管と第２配管との間の伸縮を受容可能に接続する伸縮継手においては、第１部位としての第１配管と第２部位としての第２配管との間の間隔が、外力を受けて大きくなることがある。これに対して第１配管と第２配管が伸縮継手から外れることを防止するために第１配管と第２配管との間に伸びを制限するためにストッパーが用いられる。

このストッパーとしては、種々の形態があり得るが、ボルトとナットとを利用したものが知られている。
特開２００４−１１６７０８号公報

従来のボルトとナットからなるボルト装置は、物同士を締結することにおいて、締結する状態と締結を解除する状態との間で二者択一的に機能するだけであるので、用途が限られていた。

また、従来のボルト装置を伸縮継手のストッパーとして備える伸縮継手においては、ストッパー自体が配管同士の間の伸びに応じて伸びることはできなかった。

そこで、本件発明の目的は、上記従来技術の問題を解消し、相対する第１部位と第２部位との間に掛け渡される滑り移動可能なボルト装置と、このボルト装置をストッパーとして備え簡易な構造で配管同士の間隔の伸びを許容する伸縮継手とを提供することである。

上記目的を達成するために、本件発明に係るボルト装置は、相対する第１部位と第２部位との間に掛け渡されるボルト装置であって、前記第１部位に当接する頭部と前記頭部から前記第２部位の方へ向く軸部とを有するボルトと、分割された複数の分割ユニットが合わされて前記軸部に螺合可能であって、断面視において前記第２部位に向かう面が軸線に対して傾斜する受圧傾斜面を有する割れナットと、前記軸部の外周部に配置され、軸方向に弾性変形可能な弾性部材と、前記割れナットに対し予圧縮力を付加するための予圧力付加手段によって、前記第１部位と前記第２部位との間に掛け渡される前に予め前記弾性部材を予圧縮させて前記割れナットに対し予圧縮力を付加し前記割れナット及び前記弾性部材を前記予圧縮力が付加された状態に保持するための予圧保持手段と、前記予圧縮力を受ける前記割れナットを軸線に対し前記弾性部材の反対側で、断面視において前記受圧傾斜面に当接する当接傾斜面を有する当接部材と、前記当接部材を前記第２部位に接続する接続部材と、を備え、前記第１部位と前記第２部位との間にそれらの間隔を拡げる方向の軸方向に外力が作用し前記外力が所定値以上の大きさの場合に、前記割れナットと前記ボルトとの螺合状態が解除される程に前記割れナットが拡径して前記ボルトが前記割れナットに対して滑り移動することを特徴とする。

また、前記弾性部材は、軸方向に配列された複数枚の皿ばねからなる皿ばね組であることを特徴とする。

また、前記予圧縮力は前記皿ばね組を圧縮して与えられ、前記所定値は前記皿ばね組をさらに圧縮した状態として設定されることを特徴とする。

また、前記予圧保持手段は、前記弾性部材と前記割れナットを収容し、前記第１部位側から前記第２部位側へ前記予圧力付加手段によって押圧されて前記予圧縮力に相当する相当量だけ前記接続部材に対して前記第２部位側へ変位可能な予圧保持用ハウジングを有することを特徴とする。

また、前記予圧保持用ハウジングは、前記相当量だけ前記接続部材に対して前記第２部位側へ変位した後に前記相当量だけ前記第１部位側へ戻されて位置固定されることを特徴とする。

また、前記予圧保持用ハウジングは、前記弾性部材を収容する弾性部材用ハウジングと、前記割れナットを収容し前記弾性部材用ハウジングに螺合して接続される割れナット用ハウジングとを有し、前記割れナット用ハウジングは、前記予圧力付加手段によって前記予圧縮力が付加する前は、前記接続部材に対して前記第２部位側へのみ移動可能に前記接続部材に当接しており、前記割れナット用ハウジングは、前記予圧力付加手段によって前記予圧縮力が付加した後は、前記弾性部材用ハウジングに螺合する長さを変えることによって前記相当量だけ前記第１部位側へ戻されることを特徴とする。

また、前記予圧力付加手段は、前記接続部材に取り外し可能に取り付けられる予圧縮力受け部と、前記予圧縮力受け部に対して前記第１部位側から前記第２部位側へ前記弾性部材に前記予圧縮力を付加する押圧手段とを有することを特徴とする。

また、前記押圧手段は、記弾性部材に付加する前記予圧縮力の大きさを読み取る圧縮力読み取り手段を有することを特徴とする。

また、前記受圧傾斜面は、前記第１部位側に対し鋭角の所定角度をなすことを特徴とする。

本件発明に係る伸縮継手は、第１配管と第２配管を接続する伸縮継手であって、前記第１配管と前記第２配管とが軸方向に所定長さを超えて離反しないように制限するためのストッパーを備え、前記ストッパーは、前記第１配管の外周部に設けられた第１部位と、前記第２配管の外周部に設けられた第２部位と、前記第１部位と前記第２部位との間に掛け渡されたボルト装置とを備え、前記ボルト装置は、請求項１に記載のものであることを特徴とする。

本願発明のボルト装置の構成によれば、予圧力付加手段によって割れナットに対し予圧縮力を付加するので、割れナットに対し正確な値の予圧縮力を付加することができ、また、第１部位と第２部位との間に掛け渡される前に予め弾性部材を予圧縮させて割れナットに対し予圧縮力を付加し割れナット及び弾性部材を予圧縮力が付加された状態に保持するための予圧保持手段を備えるので、割れナットに対し予圧縮力を付加した状態で例えば工場から均一な品質で出荷することが可能になる。

また、外力が所定値より小さい場合には、第１部位と第２部位との間隔を定常状態に維持し、外力が所定値以上の場合にはボルトが割れナットに対し滑り移動するとともに外力が所定値より小さくなるとボルトは割れナットに対し嵌合し滑り移動を停止し第１部位と第２部位との間隔が滑り移動した分だけ伸びた定常状態にすることができる。

また、伸縮継手のストッパーは上記のボルト装置を備えているので、地震等の影響で所定値以上の外力を受けた場合に、伸縮継手が第１部位及び第２部位から外れることなく第１部位と第２部位との軸方向の間隔を外力が所定値より小さくなるまで自動的に伸ばすことが可能になる。

本願発明の一実施形態に係るボルト装置において、第１部位と第２部位との間に掛け渡される前に予圧力付加手段によって弾性部材を予圧縮させて割れナットに対し予圧縮力を付加することを説明する図であり、上半分は予圧力付加手段によって予圧縮力を付加する前の状態を示し、下半分は予圧力付加手段によって予圧縮力を付加した後の状態を示す。本願発明の一実施形態に係るボルト装置において、予圧力付加手段によって予圧縮力が付加された状態で第１部位と第２部位との間に掛け渡され、定常的な引っ張り加重が付加された状態を示す図。本願発明の一実施形態に係るボルト装置において、定常的な引っ張り加重に加えて大きな荷重が付加され、外力が所定値以上になった状態を示す図。割れナットを示す斜視図。割れナットの端面を示す図。皿ばね組を示す図。本願発明の伸縮継手の一実施形態を示す図。

以下に図面を参照し、本件発明の実施形態について説明する。図１乃至図６は本願発明に係るボルト装置の一実施形態を示す図である。

ボルト装置１は、相対する第１部位５１と第２部位５２との間に掛け渡されて使用されるものである。
ボルト装置１は、第１部位５１に当接する頭部３と頭部３から第２部位５２の方へ向く軸部２とを有するボルト４と、分割された複数の分割ユニット５が合わされて軸部２に螺合可能であって断面視において第２部位５２に向かう面が軸線６に対して傾斜する受圧傾斜面７を有する割れナット８と、軸部２の外周部に配置され、軸方向に弾性変形可能な弾性部材としての皿ばね組９と、割れナット８に対し予圧縮力を付加するための予圧力付加手段１０によって、第１部位５１と第２部位５２との間に掛け渡される前に予め皿ばね組９を予圧縮させて割れナット８に対し予圧縮力を付加し割れナット８及び皿ばね組９を予圧縮力が付加された状態に保持するための予圧保持手段１５と、予圧縮力を受ける割れナット８を軸線に対し皿ばね組９の反対側で、断面視において受圧傾斜面７に当接する当接傾斜面１１を有する当接部材１２と、軸線に対し割れナット８の反対側で当接部材１２に当接し予圧保持手段１５を第２部位５２に接続する接続部材１３と、を備えている。

第１部位５１と第２部位５２との間にそれらの間隔を拡げる方向に外力Ｆが作用し外力Ｆが所定値Ｆ２以上の大きさの場合に、割れナット８とボルト４との螺合状態が解除される程に割れナット８が拡径してボルト４が割れナット８に対して滑り移動する。

図１は、予圧力付加手段１０によって皿ばね組９を予圧縮させて割れナット８に対し予圧縮力を付加することを説明する図であり、第１部位５１と第２部位５２との間に掛け渡される前のボルト装置１を示す。図１において、その上半分は予圧力付加手段１０によって予圧縮力を付加する前の状態を示し、下半分は予圧力付加手段１０によって予圧縮力を付加した後の状態を示す。

まず、図１を参照して予圧力付加手段１０について説明する。
予圧力付加手段１０は、押し当て材６２ａを有する油圧力によって軸線６の方向に自己伸縮が可能な押圧手段としてのジャッキ部材６２と、一端が押し当て材６２ａに取り付けられたボルト棒材６３と、ボルト棒材６３の他端側に取り付けられた力受け材６５と、ボルト棒材６３を押し当て材６２ａに取り付けるためのナット部材６４、６６とを備えている。

ジャッキ部材６２の押し当て材６２ａには油圧力によって付加される圧縮力の大きさを測定表示する表示部６２ｂが設けられており、表示部６２ｂに表示値を参照しながら所定の大きさの予圧縮力を割れナット８に対し付加する。ボルト棒材６３はボルト４の軸線６を囲うように複数本設けられている。

力受け材６５は円筒状に形成され、その中心部を接続部材１３が貫通している。力受け材６５の先端側には当て板材６７が形成されており、当て板材６７の内側円周部には突起部６７ａが形成されている。接続部材１３を構成する接続ハウジング２３の前端部にあって接続部材１３を構成する前端部ハウジング２３ａの外周面には溝部６８が形成されている。当て板材６７の突起部６７ａに比べて前端部ハウジング２３ａの溝部６８は僅かに横幅が大きく形成されている。突起部６７ａが溝部６８に嵌め込まれ、当て板材６７が溝部６８の横幅内で軸線６方向に移動させられることによって、予圧力付加手段１０によって皿ばね組９と割れナット８に予圧縮力を付加する。また、前端部ハウジング２３ａの第１部位５１側の端部には、予圧保持手段１５の弾性部材用ハウジング７２に当接する外周部側に突起する鉤状の外突起部６９が形成されている。

予圧力付加手段１０における接続部材１３に取り外し可能に取り付けられる予圧縮力受け部は、上記のように、ボルト棒材６３と力受け材６５とから構成されている。

次に、予圧保持手段１５について説明する。
予圧保持手段１５は、皿ばね組９と割れナット８を収容し、第１部位５１側から第２部位５２側へ予圧力付加手段１０によって押圧されて付加する予圧縮力に相当する相当量だけ接続部材１３に対して第２部位５２側へ変位可能な予圧保持用ハウジング７０を有する。予圧保持用ハウジング７０は、円筒状に形成されており、主に皿ばね組９を収容する弾性部材用ハウジング７１と、主に割れナット８を収容し弾性部材用ハウジング７１に螺合して接続される割れナット用ハウジング７２とを有する。

割れナット用ハウジング７２の第２部位５２側の端部には内周部側に突起する鉤状の内突起部７２ａが形成されている。割れナット用ハウジング７２の内突起部７２ａは、前端部ハウジング２３ａの外突起部６９と互いに軸線６方向の移動を拘束するように当接している。これによって、図１の上半分に示すように、割れナット用ハウジン７２は、予圧力付加手段１０によって割れナット８等に予圧縮力が付加する前は、接続部材１３の前端部ハウジング２３ａに対して第２部位５２側へのみ移動可能に接続部材１３に当接しており、また、図１の下半分に示すように、割れナット用ハウジン７２は、割れナット８等に予圧縮力が付加した後は、弾性部材用ハウジング７１に螺合する長さを変えることによって前記相当量だけ第１部位５１側へ戻される。

予圧力付加手段１０によって割れナット８等に予圧縮力が付加する前は、図１の上半分において、割れナット用ハウジン７２の第２部位５２側の端部位置はＡ１で示される。また、図１の下半分において、予圧力付加手段１０によって割れナット８等に予圧縮力が付加した直後の割れナット用ハウジン７２の第２部位５２側の端部位置はＢで示され、弾性部材用ハウジング７１に螺合する長さを変えることによって予圧縮力に相当する相当量だけ第１部位５１側へ戻された端部位置がＡ２で示されている。

次に、予圧力付加手段１０によって割れナット８等に予圧縮力を付加し予圧保持手段１５に予圧縮力を保持する手順について説明する。
まず、図１の上半分に示すように、当て板材６７の突起部６７ａを溝部６８に挿入し、予圧保持手段１５を間にしてはジャッキ部材６２と力受け材６５を配置する。次に、当て板材６７の突起部６７ａが溝部６８の第１部位５１側の端面当接するように、ボルト棒材６３とナット部材６４、６６とによって部材間に隙間が無くなるように軽く締め付ける。この段階では、予圧保持手段１５には予圧縮力が未だ付加されていない。

次に、ジャッキ部材６２を油圧で作動させ、表示部６１ａの表示が所定値になるまで予圧保持用ハウジング７０を第２部位５２側へ押し付ける。ここで、割れナット８に予圧縮力を付加する目的は、外力に対する割れナット８の拡径応答性を外力に大きさに対して鋭敏に確実にするためのものである。すなわち、割れナット８の拡径に関して外力に対する遊びを除去し、後述するように図２に示す状態からさらに大きな外力がボルト装置１に付加した場合に割れナット８がさらに付加される外力の大きさに応じて確実に拡径できるようにするためである。付加する予圧縮力の所定値は割れナット８の拡径に関して外力に対する遊びを除去する大きさであり、割れナット８が拡径する直前の状態に対応するのである。割れナット８に予圧縮力を付加することによって、予圧縮力の所定値を数値的に管理することが可能になる。

図１の下半分に示すように、所定値になるまで予圧保持用ハウジング７０を第２部位５２側へ押し付けた場合に、皿ばね組９が第２部位５２側へ圧縮されるだけであり、割れナット８の位置はジャッキ部材６２の作動前後では変わらず、予圧保持用ハウジング７０だけが第２部位５２側へ所定の予圧縮力に相当する相当量だけ第２部位５２側へ移動する。この段階で、割れナット用ハウジン７２の第２部位５２側の端部位置はＢにあるが、次の操作によって端部位置Ａ２に移動する。すなわち、次に、割れナット８が皿ばね組９によって所定の予圧縮力が付加された状態を保持するために、割れナット用ハウジング７２の内突起部７２ａが前端部ハウジング２３ａの外突起部６９に当接するまで、割れナット用ハウジング７２の弾性部材用ハウジング７１に螺合する長さを変え前記相当量だけ第１部位５１側へ戻す。これによって、弾性部材用ハウジング７１と割れナット用ハウジング７２とは、皿ばね組９が所定の予圧縮力を割れナット８に付加した状態に皿ばね組９及び割れナット８を保持し、予圧保持手段１５によって割れナット８に所定の予圧縮力を付加した状態が達成される。

次に、ボルト棒材６３とナット部材６４、６６とを緩め、予圧力付加手段１０の圧縮力受け部か取り外され、ボルト装置１から予圧力付加手段１０が取り除かれ、この状態でボルト装置１は工場から出荷される。

次に、図２及び図３を参照して、予圧力付加手段１０によって所定の予圧縮力が付加され予圧保持手段１５によって所定の予圧縮力が保持されたボルト装置１について説明する。

図２及び図３に示すように、ボルト４の頭部３は軸部２を第１部位５１に取り付けるように軸部２に取り付けられている。頭部３は軸部２と当初から一体的に構成されていてもよく、あるいは頭部３が軸部２とは別体として形成され後発的に軸部２に螺合して取り付けられていてもよい。

割れナット８は、図４に示すように、複数、例えば６個の分割ユニット５が合わされて構成されており、拡径すると隣接する分割ユニット５の間にギャップｇが形成される。ギャップｇの大きさは分割ユニット５の拡径前と拡径後との径の大きさの差に対応する。分割ユニット５は拡径する度合がより大きくなると、割れナット８の雌ねじの軸部２の雄ねじに螺合する部分がより小さくなり、最終的には、割れナット８の雌ねじの軸部２の雄ねじに螺合する部分がなくなり割れナット８と軸部材１２との間の螺合関係が解除される。割れナット８と軸部材１２との間の螺合関係が解除されると、ボルト４は割れナット８に対し滑り移動する。ボルト４は割れナット８に対し滑り移動するともはや、割れナット８には軸部材１２の雄ねじから拡径する力は作用しないので、割れナット８は螺合関係の解除時の径以上には拡径しない。また、外力Ｆが所定値Ｆ２より小さくなると、割れナット８と軸部材１２との間の螺合関係が復活し滑り移動は停止し、第１部位５１と第２部位５２とは一体的に移動する関係になる。

割れナット８は先端の小径部８ａと後端の大径部８ｂとからなり、小径部８ａは先端の受圧傾斜面７ａとそれに続く円筒部とからなり、大径部８ｂは先端の受圧傾斜面７ｂとそれに続く円筒部とから形成されている。

割れナット８の小径部８ａの円筒部の周面と当接部材１２の先端突部の内周面との間にはリング状の隙間１９ａが形成されており、割れナット８の大径部８ｂの円筒部の周面と第２ナット部１７の内周面との間にはリング状の隙間１９ｂが形成されている。隙間１９ａと隙間１９ｂとによって隙間領域１９が形成されている。図１における隙間領域１９の半径方向の幅の大きさは、割れナット８が拡径して増加する増加半径分量以上の大きさに形成されている。

受圧傾斜面７ａと受圧傾斜面７ｂは円錐台の周面の形状を有し、断面視において受圧傾斜面７ａと受圧傾斜面７ｂは第１部位５１側に対し鋭角の所定角度θをなしており、所定角度θとしては、４５度乃至７５度の範囲にある角度であり、例えば６０度である。実験によれば、所定角度θの大きさが４５度乃至７５度の間の角度である場合に、受圧傾斜面７ａと受圧傾斜面７ｂは、当接面１１ａと当接面１１ｂによって有効に圧力の伝達をすることができる。

割れナット８を先端の小径部８ａと後端の大径部８ｂとで形成する理由は、割れナット８の半径方向の実効的な大きさを小さくするためである。すなわち、割れナット８とボルト４とが必要強度以上に嵌合できるためには、割れナット８はボルト４の雄ねじと所定強度以上に嵌合できる必要があり、このためには、割れナット８は軸線方向の所定長さ以上を要する。この場合、小径部８ａの受圧傾斜面７ａと大径部８ｂの受圧傾斜面７ｂとを単一の受圧傾斜面で形成するようにすると割れナット８の半径方向の実効的な大きさが大きくなってしまうので、これを避ける必要があるのである。

皿ばね組９は、軸部２の外周面と円筒状の皿ばね用ハウジング７１の内側面との間に配置されている。皿ばね用ハウジング７１の第１部位５１側には第１ナット部１６が取り付けられ、皿ばね用ハウジング７１の第２部位５２側には第２ナット部１７が取り付けられている。

予圧保持用ハウジング７０の皿ばね用ハウジング７１内の皿ばね組９には、予圧力付加手段１０によって皿ばね組９の長さを縮小する方向に予圧縮力Ｆ１が付加されている。図２に示すように、予圧縮力Ｆ１の反力として第１部位５１側からナット３の座面に力Ｆ１が付加される。

皿ばね組９は縮小量と発生する圧縮力との関係が機械的に高精度の荷重特性を有する。弾性部材として皿ばね組９を採用することによって予圧縮力Ｆ１を高精度に設定することができる。このことは、所定値Ｆ２に対しても、所定値Ｆ２を正確に設定することになり、外力Ｆの大きさが設定した所定値Ｆ２に達すると確実にボルト４が割れナット８に対し滑り移動することになる。

また、予圧縮力Ｆ１は、第１ナット部１６に螺合して進入する程度を調節することによって皿ばね組９に付加する予圧縮力Ｆ１の大きさを設定することも可能であるが、本願発明においては、表示部６２ｂで付加する圧縮力の大きさを見ながらジャッキ部材６２によって設定されるので、高精度に設定することができる。

また、当接部材１２は第２部位５２側から割れナット８に当接し、割れナット８とともに割れナット用ハウジングに納めされている。当接部材１２の先端部には、割れナット８の受圧傾斜面７ａに当接する当接面１１ａと受圧傾斜面７ｂに当接する当接面１１ｂが形成されている。断面視において受圧傾斜面７ａと受圧傾斜面７ｂは第１部位５１側に対し鋭角の所定角度をなしていることに対応し、受圧傾斜面７ａに当接する当接面１１ａと受圧傾斜面７ｂに当接する当接面１１ｂは第１部位５１側に対し鈍角の角度、すなわち１８０度から所定角度θを差し引いた角度をなしている。

受圧傾斜面７ａと受圧傾斜面７ｂは第１部位５１側に対し鋭角の所定角度をなしているので、皿ばね組９を予圧縮させて割れナット８に対し予圧縮力Ｆ１を付加しようとする場合に、割れナット８の各々の分割ユニット５は中心の軸線に向かって押し付けられることになる。予圧縮力Ｆ１を付加した状態ではギャップｇの大きさはゼロであり、外力が予圧縮力Ｆ１を越えるとギャップｇの大きさはゼロから少しずつ増加する。予圧縮力Ｆ１の大きさは、外力Ｆが予圧縮力Ｆ１を越えたらギャップｇの大きさがゼロから敏感に増大するように設定されるものである。

当接部材１２を第２部位５２に接続する接続部材１３は、当接部材１２に当接された前端部ハウジング２３ａと、前端部ハウジング２３ａに連結された接続ハウジング２３と、接続ハウジング２３に取り付けられた接続ボルト２４と、接続ボルト２４の軸部に螺合し接続部材１３を第２部位５２に取り付ける接続ナット２５を備えている。接続ハウジング２３内及び当接部材１２内には、軸部２のうちの割れナット８より第２部位５２側に位置する部位が収納されている。

次に、弾性部材としての皿ばね組９について説明する。皿ばね組９は軸部２が貫通するようにリング状に形成されている。図６に皿ばね組９の一例として軸部２の外側の部分を示す。図６に示す皿ばね組９は、６枚の皿ばねユニットからなる皿ばねセットが交互に６セット、すなわち合計６０枚の皿ばねユニットが直列的に配列されて構成されている。１枚の皿ばねユニットは外直径が約３０ｍｍ、内直径が約１６ｍｍ、厚さが約２ｍｍであり、全たわみ量は約１ｍｍであり、たわみ量が約０．３ｍｍのときの荷重特性は約３００ｋｇｆである。

予圧縮力Ｆ１と所定値Ｆ２の設定は、皿ばね組９の構成する皿ばねセットの個数や皿ばねセットを構成する皿ばねユニットの弾性特性を選択すること、及び皿ばね組９の圧縮程度を調節することによってされる。前述したように、皿ばね組９を用いて予圧縮力Ｆ１と所定値Ｆ２を設定するので、極めて高い精度でそれらの大きさを設定することが可能になる。

なお、弾性部材としての皿ばね組９を採用した例を示したが、軸方向に弾性力を発生可能であれば、コイルスプリング等の他の弾性部材を皿ばね組９の代わりにあるいは皿ばね組９とともに用いることも可能である。コイルスプリングに予め部分的に圧縮させることによって予圧縮力を付加することができ、またそのばね特性や長さを選択することによって予圧縮力Ｆ１と所定値Ｆ２を設定することができる。

隙間１９ａと隙間１９ｂは、図３に示す引っ張り加重の増加状態では、割れナット８と拡径に伴い小さくなる。これは、割れナット８の雌ねじ１８ａが軸線６から拡径方向に押し出されて軸部材１２の雄ねじ１８ｂとの重なり部がなくなることに対応する。

次に、図２及び図３を参照して本実施の形態の作用について説明する。
図２は、皿ばね組９に例えば１８００ｋｇｆ以下の予圧縮力Ｆ１が付加され、第１部位５１と第２部位５２との間の間隔を広げる方向に予圧縮力Ｆ１の反力である外力Ｆ１が付加されている常時の引っ張り加重負荷状態を示す。皿ばね組９は部分的に撓んでいる。皿ばね組９の全体の長さは例えば約１１５ｍｍである。割れナット８のギャップｇは前述したようにゼロであり、割れナット８の雌ねじは軸部２の雄ねじに完全に螺合した状態にある。

次に、図３は引っ張り加重の増加状態を示す。図２に示す状態に加えて、引っ張り荷重として所定値Ｆ２、例えば２６００ｋｇｆが、第１部位５１と第２部位５２との間の間隔を広げる方向に負荷された状態を示す。皿ばね組９の全体の長さは例えばさらに約５ｍｍ圧縮され、１１０ｍｍである。

第１部位５１と第２部位５２との間に例えば地震等の影響でその間隔を広げる方向に外力Ｆが作用したとする。当接部材１２は第１部位５１の方へ引っ張られ、これによって当接部材１２の当接面１１ａと当接面１１ｂの各々は割れナット８の受圧傾斜面７ａと受圧傾斜面７ｂの各々に対して当接し第１部位５１の方へ外力Ｆを付加する。これによって、割れナット８は第１部位５１の方へ押され拡径してギャップｇが形成されるとともに、割れナット８の第１部位５１側の部位から皿ばね組９に外力Ｆが伝達され皿ばね組９が圧縮される。このように、外力Ｆは皿ばね組９がさらに圧縮することによって受け止められ、割れナット８は圧縮された皿ばね組９によって外力Ｆを受ける。割れナット８は外力Ｆが増加するに従って割れナット８の雌ねじ１８ａと軸部２の雄ねじ１８ｂとの嵌合の度合すなわち重なり度合が減少し、外力Ｆが所定値Ｆ２に達した時点で軸部２の雄ねじ１８ｂと割れナット８の雌ねじ１８ａとの重なり部が完全になくなり、この状態で、割れナット８の拡径は完了する。この場合、割れナット８の受圧傾斜面７ａと受圧傾斜面７ｂは第１部位５１側に対し鋭角の所定角度をなしているので、受圧傾斜面７ａと受圧傾斜面７ｂは、鈍角に形成された当接部材１２の当接面１１ａ及び当接面１１ｂに沿って、割れナット８が拡径する方向に円滑に案内される。また、隙間１９ａと隙間１９ｂが形成されているので、割れナット８の拡径した部位は、隙間１９ａと隙間１９ｂに収まることができる。

そして、割れナット８が拡径し割れナット８の雌ねじとの重なり部がなくなる結果、ボルト４は割れナット８に対し第１部位５１の方へ滑り移動する。そして、外力Ｆが所定値Ｆ２より小さくなると、割れナット８が縮径し割れナット８の雌ねじとの重なり部が生じてボルト４は割れナット８に対し第１部位５１の方への滑り移動を停止し、第１部位５１と第２部位５２の間隔は滑り移動した分だけ伸びた状態で維持される。

このように、ボルト装置１は、外力Ｆが所定値Ｆ２より小さい場合には、第１部位５１と第２部位５２との間隔を定常状態に維持し、外力Ｆが所定値Ｆ２以上の場合にはボルト４が滑り移動するとともに外力Ｆが再び所定値Ｆ２より小さくなるとボルト４は滑り移動を停止し滑り移動を停止した状態が新たな定常状態となることができる。

また、ボルト装置１は、外力Ｆが所定値Ｆ２以上に付加された場合には滑り移動することが可能であるので、ボルト４等が適用される装置において引っ張り荷重の過負荷防止機構として機能することができる。

なお、所定値Ｆ２の値の大きさは、割れナット８の雌ねじ１８ａと軸部２の雄ねじ１８ｂとの嵌合形態によって決めることができる。例えば、雌ねじ１８ａと雄ねじ１８ｂのネジ深さを大きくしたり、雌ねじ１８ａと雄ねじ１８ｂのネジ長さを大きくすれば、所定値Ｆ２の値は大きくなる。従って、所定値Ｆ２の値の大きさは、ボルト装置１が適用される目的等に応じて設定すればよい。

次に、ボルト装置１において、ボルト４の軸部２の実効的長さをＬとし割れナット８が軸部２の根本部で軸部２と螺合しているとした場合に、ボルト４が割れナット８に対して滑り移動する場合を想定する。

この場合、割れナット８が長さＬだけ滑り移動した段階で外力Ｆが所定値Ｆ２より小さくなるとすると、割れナット８の径は小さくなり割れナット８の雌ねじが軸部２の雄ねじと嵌合しボルト装置１の滑り移動が停止する。この状態では、第１部位５１と第２部位５２との間隔は実効的長さＬだけ大きくなっている。すなわち、ボルト装置１は、第１部位５１と第２部位５２との間隔を軸部２の実効的長さＬの範囲で調整することが可能であり、しかも、所定値Ｆ２の前後で滑り移動が受ける外力Ｆの大きさで、滑り移動が自動的の生じたり停止したりするという意味で、自動的に制御される。すなわち、第１部位５１と第２部位５２との間隔を外力Ｆの大きさに依存して自動的に調整することが可能になる。

次に、図７を参照して、ボルト装置１の適用応用例の一つとして、伸縮継手の一実施形態について説明する。これは、上述したように、ボルト装置１が、第１部位５１と第２部位５２との間隔を軸部２の実効的長さＬの範囲で自動的に調整することが可能であることに基づくものである。

図７は中心の軸線に対して上半部を示す。伸縮継手３０は、第１配管３１と第２配管３２を接続する。伸縮継手３０は、第１配管３１と第２配管３２の各々の端部との間に掛け渡されるスリーブ３４と、スリーブ３４の内周面と第１配管３１の外周面とをシールする例えばＯリング状の第１シール３５と、スリーブ３４の内周面と第２配管３２の外周面とをシールする例えばＯリング状の第２シール３６を備えている。

また、伸縮継手３０は、第１配管３１と第２配管３２とが軸方向に所定長さＬを超えて離反しないように制限するためのストッパー３８を備えている。ストッパー３８は、第１配管３１の外周部に設けられた第１部位５１としての第１基準部３９と、第２配管３２の外周部に設けられた第２部位５２としての第２基準部３４と、第１基準部３９と第２基準部４０との間に掛け渡されたボルト装置１とを備えている。伸縮継手３０には、ストッパー３８は軸線の回りに複数、例えば９０°置きに４個設けられている。

第１基準部３９と第２基準部４０は、第１配管３１と第２配管３２の各々の外周面上に等分間隔で複数設けられており、複数の第１基準部３と第２基準部４０に同等の複数のストッパー３８が設けられている。

本実施の形態によれば、ストッパー３８はボルト装置１を備えているので、第１配管３１、第２配管３２及び伸縮継手３０を備える配管装置が地中に埋められており地震等の影響で所定値以上の外力を受けた場合に、伸縮継手３０が第１配管３１及び第２配管３２から外れることなく第１配管３１と第２配管３２との軸方向の間隔が軸部２の実効的長さＬだけ伸びることが可能になる。

１ボルト装置
２軸部
３頭部
４ボルト
７受圧傾斜面
８割れナット
９皿ばね組
１０予圧力付加手段
１１当接傾斜面
１２当接部材
１３接続部材
１５予圧保持手段
３０伸縮継手
３１第１配管
３２第２配管
３８ストッパー
３９第１基準部
４０第２基準部
５１第１部位
５２第２部位
６２ジャッキ部材
６２ａ表示部
７０予圧保持用ハウジング
７１弾性部材用ハウジング
７２割れナット用ハウジン
Ｆ１予圧縮力
Ｆ２所定値

Claims

相対する第１部位と第２部位との間に掛け渡されるボルト装置であって、
前記第１部位に当接する頭部と前記頭部から前記第２部位の方へ向く軸部とを有するボルトと、
分割された複数の分割ユニットが合わされて前記軸部に螺合可能であって、断面視において前記第２部位に向かう面が軸線に対して傾斜する受圧傾斜面を有する割れナットと、前記軸部の外周部に配置され、軸方向に弾性変形可能な弾性部材と、
前記割れナットに対し予圧縮力を付加するための予圧力付加手段によって、前記第１部位と前記第２部位との間に掛け渡される前に予め前記弾性部材を予圧縮させて前記割れナットに対し予圧縮力を付加し前記割れナット及び前記弾性部材を前記予圧縮力が付加された状態に保持するための予圧保持手段と、
前記予圧縮力を受ける前記割れナットを軸線に対し前記弾性部材の反対側で、断面視において前記受圧傾斜面に当接する当接傾斜面を有する当接部材と、
前記当接部材を前記第２部位に接続する接続部材と、
を備え、
前記第１部位と前記第２部位との間にそれらの間隔を拡げる方向の軸方向に外力が作用し前記外力が所定値以上の大きさの場合に、前記割れナットと前記ボルトとの螺合状態が解除される程に前記割れナットが拡径して前記ボルトが前記割れナットに対して滑り移動し、
前記予圧保持手段は、
前記弾性部材と前記割れナットを収容し、前記第１部位側から前記第２部位側へ前記予圧力付加手段によって押圧されて前記予圧縮力に相当する相当量だけ前記接続部材に対して前記第２部位側へ変位して、前記割れナット及び前記弾性部材を前記予圧縮力が付加された状態に保持する予圧保持用ハウジングを
有することを特徴とするボルト装置。
前記弾性部材は、軸方向に配列された複数枚の皿ばねからなる皿ばね組である
ことを特徴とする請求項１に記載のボルト装置。
前記予圧縮力は前記皿ばね組を圧縮して与えられ、前記所定値は前記皿ばね組をさらに圧縮した状態として設定される
ことを特徴とする請求項１に記載のボルト装置。
前記予圧保持用ハウジングは、前記相当量だけ前記接続部材に対して前記第２部位側へ変位した後に前記相当量だけ前記第１部位側へ戻されて位置固定されることを特徴とする請求項１に記載のボルト装置。
前記予圧保持用ハウジングは、前記弾性部材を収容する弾性部材用ハウジングと、前記割れナットを収容し前記弾性部材用ハウジングに螺合して接続される割れナット用ハウジングとを有し、
前記割れナット用ハウジングは、前記予圧力付加手段によって前記予圧縮力が付加する前は、前記接続部材に対して前記第２部位側へのみ移動可能に前記接続部材に当接しており、
前記割れナット用ハウジングは、前記予圧力付加手段によって前記予圧縮力が付加した後は、前記弾性部材用ハウジングに螺合する長さを変えることによって前記相当量だけ前記第１部位側へ戻される
ことを特徴とする請求項４に記載のボルト装置。
前記予圧力付加手段は、
前記接続部材に取り外し可能に取り付けられる予圧縮力受け部と、前記予圧縮力受け部に対して前記第１部位側から前記第２部位側へ前記弾性部材に前記予圧縮力を付加する押圧手段とを有する
ことを特徴とする請求項１に記載のボルト装置。
前記押圧手段は、記弾性部材に付加する前記予圧縮力の大きさを読み取る圧縮力読み取り手段を有する
ことを特徴とする請求項６に記載のボルト装置。
前記受圧傾斜面は、前記第１部位側に対し鋭角の所定角度をなす
ことを特徴とする請求項１に記載のボルト装置。
第１配管と第２配管を接続する伸縮継手であって、
前記第１配管と前記第２配管とが軸方向に所定長さを超えて離反しないように制限するためのストッパーを備え、
前記ストッパーは、
前記第１配管の外周部に設けられた第１部位と、
前記第２配管の外周部に設けられた第２部位と、
前記第１部位と前記第２部位との間に掛け渡されたボルト装置と
を備え、
前記ボルト装置は、
相対する第１部位と第２部位との間に掛け渡されるボルト装置であって、
前記第１部位に取り付けられる頭部と前記頭部から前記第２部位の方へ軸線が向く軸部とを有するボルトと、
分割された複数の分割ユニットが合わされて前記軸部に螺合可能であって、断面視において前記第２部位に向かう面が軸線に対して傾斜する受圧傾斜面を有する割れナットと、前記軸部の外周部に配置され、軸方向に弾性変形可能な弾性部材と、
予圧力付加手段によって前記弾性部材を予圧縮させて前記割れナットに対し予圧縮力を付加した予圧縮力付加状態に前記弾性部材を保持するための予圧保持手段と、
前記予圧縮力を受ける前記割れナットを軸線に対し前記弾性部材の反対側で、断面視において前記受圧傾斜面に当接する当接傾斜面を有する当接部材と、
前記当接部材を前記第２部位に接続する接続手段と、
を備え、
前記第１部位と前記第２部位との間にそれらの間隔を拡げる方向の軸方向に外力が作用し、前記外力が所定値以上の大きさの場合に前記割れナットが拡径して前記割れナットと前記ボルトとの螺合状態が解除され前記ボルトが前記割れナットに対して滑り移動し、
前記予圧保持手段は、
前記弾性部材と前記割れナットを収容し、前記第１部位側から前記第２部位側へ前記予圧力付加手段によって押圧されて前記予圧縮力に相当する相当量だけ前記接続部材に対して前記第２部位側へ変位して、前記割れナット及び前記弾性部材を前記予圧縮力が付加された状態に保持する予圧保持用ハウジングを
有する
ことを特徴とする伸縮継手。