JP6130281B2 - 管継手接合装置及び管継手接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、内側に備えたシール部材で受口の内周面と挿口の外周面との間がシールされるように、一方の管の受口に他方の管の挿口を挿入する管継手接合装置及び管継手接合方法に関する。

上水道管や下水道管に広くダクタイル鋳鉄管が用いられ、これらの鉄管に所謂プッシュオンタイプの管継手構造が採用されている。

例えば、特許文献１には、一方の管の端部に形成された受口の内部に他方の管の端部に形成された挿口を挿入し、受口の内周面と挿口の外周面との間でシール用のゴム輪が圧縮されるように介装され、受口の内周溝部に設けられたロックリングと挿口に形成された突部が係合して抜止めされる管継手構造が開示されている。

特開２００４−３４０２２８号公報

図８（ａ）に示すように、このようなプッシュオンタイプの継手構造の鉄管を接合する際には、一方の管Ｔ１の受口１０４に他方の管Ｔ２の挿口を預けて、受口１０４近傍で受口側の管Ｔ１にスリングベルトやチェーンで構成される接合器具１００を巻き付けるとともに、挿口近傍で挿口側の管Ｔ２に同じく接合器具１０１を巻き付け、管Ｔ１，Ｔ２の両側で接合器具間に夫々レバーホイスト１０２，１０３を装着して手動操作で巻き上げる必要があった。

そのため、図８（ｂ）に破線で示すような、管Ｔ１，Ｔ２の敷設用に掘削された溝１１０に複数の作業者が入って、非常に手間の掛かる接合作業を行なう必要があり、そのために管径よりも十分に広幅の溝１１０を掘削する必要があった。

本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、作業者が溝に入ることなく容易に管の接合作業を行なうことができ、その結果掘削する溝も細幅で済み、工期の短縮が可能になる管継手接合装置及び管継手接合方法を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による管継手接合装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、内側に備えたシール部材で受口の内周面と挿口の外周面との間がシールされるように、一方の管の受口に他方の管の挿口を挿入する管継手接合装置であって、受口側の管に当接する受口側支持部と、挿口側の管に当接する挿口側当接片と、管軸心と直交する回動軸心周りに回動することにより挿口側当接片を押圧して管を挟持する回動機構と、を備えた挿口側支持部と、管の軸心と平行し、受口側支持部に固定される一端と、挿口側支持部が摺動可能に接続された他端を備える案内軸と、回動機構を回動操作して押圧された挿口側当接片により管を挟持し、受口側支持部を介して回動機構と接続され、挟持状態で挿口を受口側に引き込む牽引操作部と、を備えている点にある。

一方の管の受口に他方の管の挿口を預けた状態で溝底に配置された管に対して、受口側支持部を管周面に添うように当接させるとともに、挿口側支持部の挿口側当接片を管周面に添うように当接させ、その状態で牽引操作部を操作して牽引すると、回動軸心周りに回動機構が回動して挿口側当接片によって管が挟持される。その状態でさらに牽引操作部を操作して牽引すると、挿口側当接片で挟持された挿口側の管が受口側の管に引き寄せられて両管が接合されるようになる。挿口側の管が受口側の管に引き寄せられる際に、受口側の管の軸心と平行姿勢に固定された案内軸に沿って挿口側支持部が摺動しつつ受口側の管に向かうので、挿口側の管の上方への傾斜が阻止され、両管の軸心の傾きが所定の許容角度内（例えば±４度程の範囲内）で接合されるようになる。

このような管継手接合装置であれば、例えば、溝底に配置された管の上方から受口側当接片及び挿口側当接片を降下させて、それぞれを管周面に添うように当接させることができれば牽引操作部を操作するだけで接合作業が完結するので、作業者が溝に入って作業を行なう必要が無い。その結果掘削する溝も細幅で済む。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、回動機構は管を挟むように両端部が回動軸心上に位置する回動部材を備えて構成され、回動により回動部材の両端部が挿口側当接片を管に向けて押圧するカム機構が設けられている点にある。

回動部材が回動軸心周りに回動すると、カム機構が作動して挿口側当接片の両下端部が管に向けて押圧され、管が挿口側当接片で挟持されるようになる。このようなカム機構は、構造がシンプルであり装置全体の軽量化に大きく寄与する。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、挿口側当接片は左右２片の屈曲板を備え、管周面に添うように屈曲板の相対距離が調整可能な連結機構で連結されている点にある。

左右２片の屈曲板の相対距離が変化可能なように連結機構を介して連結すれば、挿口側当接片が管の上面に当接する際に容易に当接できるように左右２片の屈曲板の相対距離が長い状態であっても、回動機構の回動操作によって生じる押圧力が付与されたときには、左右２片の屈曲板の相対距離が容易に短くなるので、挿口側当接片で管を円滑に挟持できるようになる。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、受口側支持部を昇降自在に支持する支持機構が設けられている点にある。

受口側支持部に固定された案内軸に摺動可能に挿口側支持部が支持されているので、受口側支持部を支持機構で昇降自在に支持すれば、受口側支持部及び挿口側支持部が一体で接合対象となる管に向けて下降して当接し、接合が終了すると一体で上方に離隔させることができる。

同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第四の特徴構成に加えて、支持機構が管の敷設溝を跨って移動する移動体に取り付けられている点にあるにある。

上述の構成によれば、重量の管継手接合装置であっても、人手で移動させる必要が無く、管の敷設溝を跨って移動する移動体を溝に沿って移動させることで、極めて容易に接合箇所に搬送することができる。

本発明による管継手接合方法の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述した第一から第五の何れかの特徴構成を備えた管継手接合装置を用いて一方の管の受口に他方の管の挿口を挿入する管継手接合方法であって、受口側の管に受口側支持部を当接させるとともに、挿口側の管に挿口側当接片を当接させて、受口側支持部を介して回動機構と接続された牽引操作部を受口側から牽引することにより、回動軸心周りに回動機構を回動させて、挿口側当接片を押圧して管を挟持するとともに、挟持状態で挿口を受口側に引き込む点にある。

牽引操作部を受口側の一方向から牽引することによって回動機構を回動させれば、挿口側当接片が押圧されて管が挟持され、その状態で挿口が受口側に引き込まれるので、非常に簡単に接合作業を行うことができるようになる、

以上説明した通り、本発明によれば、作業者が溝に入ることなく容易に管の接合作業を行なうことができ、その結果掘削する溝も細幅で済み、工期の短縮が可能になる管継手接合装置及び管継手接合方法を提供することができるようになった。

（ａ）は本発明による管継手接合装置の全体構成の説明図、（ｂ）は挿口側支持部の正面図、（ｃ）は挿口側支持部の側面図、（ｄ）は受口側支持部の正面図 （ａ），（ｂ）は挿口側支持部に備えた挿口側当接片と連結機構の説明図 （ａ），（ｂ）は挿口側支持部に備えたカム機構の動作説明図 （ａ）から（ｄ）は本発明による管継手接合装置を用いた接合作業の手順の説明図 本発明による管継手接合装置で接合された管の継手部の断面図 （ａ）は管継手接合装置の説明図、（ｂ）は別実施形態を示す挿口側支持部の正面図 別実施形態を示す管継手接合装置の説明図 （ａ）は従来の接合作業を説明する写真、（ｂ）は従来の接合作業に対応する溝形状と、本発明による管継手接合装置を用いた接合作業に対応する溝形状を比較した説明図

以下に、ダクタイル鋳鉄管（以下、「鉄管」と記す。）を用いた上水道管に対する配管の接合作業を例に、本発明による管継手接合装置及び管継手接合方法を説明する。尚、本発明は、上水道管に対する配管施工以外に、下水管に対する配管施工等にも広く適用可能である。また、樹脂管の接合にも使用することができるが、特に鉄管の接合に好適に用いられる。

図１（ａ）には、地表面Ｇが掘削されて形成された掘削溝１１０の溝底Ｆに管２，３が敷設され、管継手接合装置１によって管２，３が接合される様子が示されている。管２，３はそれぞれ一端側に受口が形成され、他端側に挿口が形成されている。

管継手接合装置１は、受口側支持部１０と、挿口側支持部２０と、案内軸３０と、牽引操作部４０を備えている。

受口側支持部１０は、基端側が支持機構５０によって昇降自在に支持された垂直姿勢の受口側支軸１１と、受口側支軸１１の先端側に一体に形成され、一方の管２の受口２Ａ近傍で上方から管周面に添うように当接する受口側当接片１２とを備えている。

図１（ｄ）に示すように、受口側当接片１２は管２の周面の曲率と同等または少し小さな曲率の凹陥部が形成され、管２の上方から降下させることによって管周面に当接される。受口側支軸１１及び受口側当接片１２は鋼材で構成されている。図中、符号１３で示す孔部は、後述する牽引ワイヤー４０の挿通孔である。

図１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、挿口側支持部２０は、垂直姿勢の挿口側支軸２１と、他方の管３の挿口３Ａ近傍で上方から管周面に添うように当接する挿口側当接片２２と、管３の軸心と直交する回動軸心Ｐ周りに回動することにより挿口側当接片２２を押圧して管を挟持する回動機構２３とを備えている。

挿口側支軸２１及び挿口側当接片２２は、鋼材以外に例えばアルミ合金等の金属や樹脂等で構成することも可能であり、管との当接部位には管表面に傷がつかないようにゴムや樹脂等のクッション材が設けられていることが好ましい。また、回動機構２３も鋼材以外に例えばアルミ合金等の金属で構成することも可能である。

案内軸３０は、一方の管２の軸心と平行姿勢になるように基端側が受口側支持部１０のスリーブに固定され、挿口側支持部２０が摺動可能に嵌入されている。

牽引操作部４０は、受口側支持部１０側から回動機構２３を回動操作して挿口側当接片２２により管３を挟持し、さらに挟持状態で挿口３Ａを受口２Ａ側に引き込む牽引ワイヤー（以下、符号「４０」を付す。）で構成されている。

挿口側支持部２０が案内軸３０に沿って摺動可能なように、挿口側支軸２１の頂部には軸受２１ａを介して案内軸３０が嵌入され、挿口側支軸２１の下端部には連結機構２５を介して一対の挿口側当接片２２（２２ａ，２２ｂ）がボルト連結されている。

詳述すると、図２（ａ），（ｂ）に示すように、挿口側当接片２２は左右２片の幅広の屈曲板２２ａ，２２ｂを備え、管３の周面に添うように屈曲板２２ａ，２２ｂの相対距離Ｌが長短調整可能な長孔２５ｂが形成された連結板２５ａにボルト２５ｃで連結されている。つまり、長孔２５ｂが形成された連結板２５ａとボルト２５ｃとで連結機構２５が構成されている。

左右２片の屈曲板２２ａ，２２ｂの相対距離Ｌが変化可能なように連結機構２５を介して連結すれば、挿口側当接片２２が管３の上面に当接する際に容易に当接できるように左右２片の屈曲板２２ａ，２２ｂの相対距離Ｌが長い状態であっても、回動機構２３の回動操作によって生じる押圧力が付与されたときには、左右２片の屈曲板２２ａ，２２ｂの相対距離Ｌが容易に短くなるので、挿口側当接片２２で管３を円滑に挟持できるようになる。

尚、上述の説明では、挿口側当接片２２が連結板２５ａで連結された左右２片の屈曲板２２ａ，２２ｂで構成された例を示したが、挿口側当接片２２は、管３の周面に沿って少なくとも上部と左右の対向側部の３点で当接する構成であればよく、例えば図６（ｂ）に示すように、下側が開口した「コ」の字状を呈するように、「く」の字状の左右２片が連結板２５ａで連結された構成でもよい。

また、挿口側当接片２２が樹脂等の弾性変形可能な素材で構成される場合には、連結板２５ａを設けることなく一部品で構成されていてもよい。さらには、上述と同様に下側が開口した「コ」の字状を呈するように、連結板２５ａで連結され、管３の左右の対向側部に当接する「く」の字状の左右２片と、左右２片の中央部に設けられ、管３の上部が当接する上部当接片の３部材で構成されていてもよい。

尚、呼び径に対応して予め複数の挿口側当接片２２が準備され、挿口側当接片２２が挿口側支軸２１に対して着脱自在に構成されている。

同様に、呼び径に対応して予め複数の受口側当接片１２が取り付けられた受口側支軸１１が準備されている。尚、図１（ｄ）の例では受口側当接片１２と受口側支軸１１を一体に構成する例が示されているが、受口側支軸１１に対して呼び径に対応した複数の受口側当接片１２が着脱自在に構成されていてもよい。また、受口側当接片１２も管２の周面に沿って少なくとも上部と左右の対向側部の３点で当接する構成であればよく、例えば下側が開口した「コ」の字状に構成されていてもよい。

図１（ａ），（ｂ），（ｃ）に戻り、回動機構２３は、管３を側方から挟むように両端部２３ａ，２３ｂが回動軸心Ｐ上に位置する回動部材としてのアーチ状部材２３ｃと、アーチ状部材２３ｃの頂部に回転自在に取り付けられた環状部材２３ｄを備えて構成され、環状部材２３ｄに牽引ワイヤー４０の一端部が固定される。そして牽引ワイヤー４０の他端部は、受口側支軸１１の上端部に取り付けられたレバーホイスト１０２等の巻き上げ装置に取り付けられている。

アーチ状部材２３ｃの両端部２３ａ，２３ｂと屈曲板２２ａ，２２ｂの両端部との間に、それぞれカム機構２４が設けられている。カム機構２４は、傾斜方向が逆方向の傾斜カム面２４ｃが対向するように一対のカム部材２４ａ，２４ｂが共通軸心周りに相対回転可能に配置され、一方のカム部材２４ａが屈曲板２２ａ，２２ｂに取り付けられ、他方のカム部材２４ｂがアーチ状部材２３ｃの両端部２３ａ，２３ｂに取り付けられている。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、牽引ワイヤー４０の牽引力でアーチ状部材２３ｃが回動軸心Ｐ周りに回動すると、傾斜カム面２４ｃに沿ってカム部材２４ｂがカム部材２４ａに対して回動し、カム部材２４ａが管３側に付勢されるようになる。尚、図３（ａ），（ｂ）に示すカム機構は一例に過ぎず、同様の機能を実現するために公知の各種のカム機構を採用することができる。

つまり、アーチ状部材２３ｃの両端部２３ａ，２３ｂが挿口側当接片２２である屈曲板２２ａ，２２ｂの両下端部を管３に向けて押圧するように機能し、管３が挿口側当接片２２で挟持される。尚、回動軸心Ｐと管３の軸心とは直交する位置関係に設定されていることが好ましい。

回動部材は本実施形態のようにアーチ状の部材２３ｃに限るものではなく、カム部材２４ａを回動させることができればよく、例えば下側が開口した「コ」の字状の部材でもよい。牽引ワイヤー４０の牽引力でアーチ状部材２３ｃが回動軸心Ｐ周りに回動する際に、環状部材２３ｄが管３の上面に当接することにより、管３に対する挿口側当接片２２の挟持力が制限され、管３が歪むような大きな力が発生しないように構成されている。同様の機能はカム機構に形成された傾斜カム面２４ｃの形状を工夫することによっても実現できる。ある程度の挟持力が作用すると、その後カム部材２４ｂがカム部材２４ａに対して回動しても押圧力が一定に維持されるように、傾斜カム面２４ｃの傾斜領域を制限するのである。

図６（ａ）に示すように、作業者が受口側支軸１１を把持して管継手接合装置１を所定の接合位置に設置して、牽引ワイヤー４０の他端部が取り付けられたレバーホイスト１０２のレバー１０２ａを操作することによって、牽引ワイヤー４０が巻き上げられて管２，３が接合される。

また、図７に示すように、上述した管継手接合装置１にさらに支持機構５０と移動体６０を備えてもよい。

支持機構５０は移動体６０に搭載され、受口側支軸１１をラックとピニオン機構等を用いて昇降操作する電動式の昇降機構５１と、牽引ワイヤー４０を巻き上げる電動のウインチ機構５２を備えている。支持機構５０の近傍には、受口側支軸１１を昇降操作する操作スイッチやウインチ機構５２を操作する操作スイッチが設けられている。

移動体６０は、支持機構５０が搭載される車体６１と、掘削された溝１１０を跨ぐように前後に一対の車輪６２を備え、車輪６２によって車体６１が移動可能に支持されている。本実施形態では移動体６０は操作ハンドル６３を人力で牽引等することによって移動させる例が示されているが、駆動機を備えて自走式に構成することも可能である。

図４（ａ）〜（ｄ）には、図７に示す管継手接合装置１によって管２，３が接合される手順が示されている。図４（ａ）に示すように、先ず、移動体６０を押して、一方の管２の受口に他方の管３の挿口を預けた状態で溝底に配置された管２，３の接合対象位置に移動させる。

図４（ｂ）に示すように、次に、昇降機構５１を操作して受口側支軸１１を下降させて、受口側当接片１２を受口２Ａ近傍で上方から管周面に添うように当接させる。この状態で、挿口側支持部２０の挿口側当接片２２も、管３の挿口３Ａ近傍で上方から管周面に添うように当接する。

図４（ｃ）に示すように、ウインチ機構５２を起動して牽引ワイヤー４０でアーチ状部材２３ｃを牽引操作して、回動軸心Ｐ周りにアーチ状部材２３ｃを回動させると、上述したカム機構２４が作動して挿口側当接片２２によって管３が挟持される。

図４（ｄ）に示すように、その状態でさらに牽引ワイヤー４０を牽引すると、さらにカム機構２４による挟持力が強くなり、挿口側当接片２２で挟持された挿口側の管３が受口側の管２に引き寄せられて両管が接合されるようになる。尚、このとき受口側当接片１２にかかる反力は管２の中央部から受口２ａ側に到る拡径部（段差部）で受けられる。また、図４に示す回動機構２３の環状部材の形状が図１（ｃ）で示す環状部材２３ｄと構造が異なるが、説明の便宜等のため簡略化したものである。

挿口側の管３が受口側の管２に引き寄せられる際に、受口側の管２の軸心と平行姿勢に固定された案内軸３０に沿って挿口側支持部２０が摺動しつつ受口側の管２に向かうので、異形管や短尺管であっても挿口側の管３の上方への傾斜が阻止され、両管２，３の軸心の傾きが所定の許容角度内に収まるように接合される。

つまり、受口側の管に受口側支持部を当接させるとともに、挿口側の管に挿口側当接片を当接させて、受口側支持部を介して回動機構と接続された牽引操作部を受口側から牽引することにより、回動軸心周りに回動機構を回動させて、挿口側当接片を押圧して管を挟持するとともに、挟持状態で挿口を受口側に引き込む本発明による管継手接合方法によって、管２，３が接合される。

鉄管の場合、他の管材に比べて継手部分の径寸法公差が大きく、接合後のシール性を確保するために、シール材の圧縮代が多めに設定されている。そのため鉄管の継手を接合する場合にはシール材圧縮のために挿入抵抗が比較的大きくなり、接合時に管同士の姿勢が、接合に支障を来す方向に変化しやすい。

つまり、挿入しようとする管の後端が相手側の管の軸心から外れる方向に傾斜して接合不能な状態になりやすい。特に挿入側の管が短尺であると、管の自重によるモーメントよりも、挿入のために加える外力によって管の後端が浮き上がる方向のモーメントが非常に大きくなり、これに抗して浮き上がりを防止するために溝の外から極めて大きな力を付与する必要がある。そのため人手では間に合わず、非常に大掛かりな装置が必要となる。

しかし、上述の案内軸３０を設けることにより、管の後端が浮き上がる方向のモーメントが案内軸３０で受けられるので、両管２，３の軸心が大きく傾くことなく円滑に接合できるようになる。尚、案内軸３０は１本で構成する以外に、強度面から複数本備えていてもよい。例えば管を挟んで２本平行に配置したり、管の直上に上下２本平行に配置してもよい。

図５には、上述の管継手接合装置１によって接合された管２，３の継手部の断面が示されている。一方の管２の端部に形成された受口２Ａの内部に他方の管３の端部に形成された挿口３Ａが挿入されている。受口２Ａの内周面と挿口３Ａの外周面との間でシール用のゴム輪４が圧縮されるように介装され、ロックリング５ａと挿口３Ａに形成された突部３ａが係合して抜止めされる。図中、５ｂはロックリング心出し用部材である。

上述した実施形態では、牽引操作部４０が比較的軽量でシンプルな機構である牽引ワイヤーで構成された例を説明したが、牽引操作部４０は牽引ワイヤーで構成される態様に限らず、アーチ状部材２３ｃを回動操作可能な機構であれば、ラックとピニオン機構、油圧ジャッキ機構等を採用することも可能である。

図８（ｂ）に示すように、このような管継手接合装置１を用いれば、掘削溝１１０の溝底に配置された管２，３の上方から受口側当接片及び挿口側当接片を降下させて、それぞれを管２，３の周面に添うように当接させることができ、その後牽引操作部を操作するだけで接合作業が完結するので、作業者が溝に入って作業を行なう必要が無い。その結果掘削する溝も細幅で済むようになる。

上述した実施形態は、管継手接合装置１の一実施形態であり、該記載により本発明の範囲が限定されるものではなく、各部の具体的な形状、サイズ、材料、構成等は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能である。

１：管継手接合装置
２：管
２Ａ：受口
３：管
３Ｂ：挿口
１０：受口側支持部
１２：受口側当接片
２０：挿口側支持部
２２：挿口側当接片
２３：回動機構
２４：カム機構
３０：案内軸
４０：牽引操作部（牽引ワイヤー）

Claims (6)

1. 内側に備えたシール部材で受口の内周面と挿口の外周面との間がシールされるように、一方の管の受口に他方の管の挿口を挿入する管継手接合装置であって、
   受口側の管に当接する受口側支持部と、
   挿口側の管に当接する挿口側当接片と、管軸心と直交する回動軸心周りに回動することにより挿口側当接片を押圧して管を挟持する回動機構と、を備えた挿口側支持部と、
   管の軸心と平行し、受口側支持部に固定される一端と、挿口側支持部が摺動可能に接続された他端を備える案内軸と、
   回動機構を回動操作して押圧された挿口側当接片により管を挟持し、受口側支持部を介して回動機構と接続され、挟持状態で挿口を受口側に引き込む牽引操作部と、
   を備えている管継手接合装置。
2. 回動機構は管を挟むように両端部が回動軸心上に位置する回動部材を備えて構成され、回動により回動部材の両端部が挿口側当接片を管に向けて押圧するカム機構が設けられている請求項１記載の管継手接合装置。
3. 挿口側当接片は左右２片の屈曲板を備え、管周面に添うように屈曲板の相対距離が調整可能な連結機構で連結されている請求項１または２記載の管継手接合装置。
4. 受口側支持部を昇降自在に支持する支持機構が設けられている請求項１から３の何れかに記載の管継手接合装置。
5. 支持機構が管の敷設溝を跨って移動する移動体に取り付けられている請求項４記載の管継手接合装置。
6. 請求項１から５の何れかに記載の管継手接合装置を用いて一方の管の受口に他方の管の挿口を挿入する管継手接合方法であって、
   受口側の管に受口側支持部を当接させるとともに、挿口側の管に挿口側当接片を当接させて、
   受口側支持部を介して回動機構と接続された牽引操作部を受口側から牽引することにより、回動軸心周りに回動機構を回動させて、挿口側当接片を押圧して管を挟持するとともに、挟持状態で挿口を受口側に引き込む管継手接合方法。