JP6954324B2 - 鋼管の接合継手、該鋼管の接合継手を用いた鋼管の接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、雄ねじが形成された雄継手と雌ねじが形成された雌継手からなり、鋼管の端部に取り付けられて前記鋼管を接合する機械式の鋼管の接合継手、及び該鋼管の接合継手を用いた鋼管の接合方法に関する。

従来、鋼管杭や鋼管矢板の接続に関しては溶接が主に用いられてきたが、大径厚肉の鋼管を用いる現場や、狭隘地で短い管を多数接続しなければならない現場では、溶接や検査に長時間を要するため、溶接に代わって機械式の継手を用いることが増えてきている。

機械式継手には様々な種類があるが、よく用いられる構造として、特許文献１に示されたようなねじ式の継手がある。
ねじ式の継手は、管軸回りの回転力に対して、締め込む方向には十分な耐力を有するが、外す方向に対しては抵抗できないため、特許文献１では、逆回転防止用のボルトを取り付け、このボルトのせん断でねじりに対して抵抗できるようにしている。

また、機械式継手の逆回転防止機構の改良版として、特許文献２に開示されたように、内側の管に粗面または異形面部を形成して、ボルトを締め込むことにより、外側の管と内側の管の周方向の位置によらず回転を防止できるというものがある。

また、ボルト側に改良を加えた例として、特許文献３、４に開示のものがある。特許文献３に開示のものは、ボルトの先端に摩擦力を増強させるような加工を行うというものであり、特許文献４に開示のものは、ボルトの先端を円錐状にし、ボルトと当接する溝に線接触するようにしたものである。

特開平１０−３１１０２８号公報 特開２００７−６３８０６号公報 特開２０１３−２４５４８０号公報 特開２０１６−１４１９７６号公報

特許文献１に開示のものは、杭のように鋼管を単独で接続するような場合には特に問題を生じないが、図８、図９に示す鋼管矢板２１のように、鋼管単独で用いるのではなく、隣接する鋼管と連結するために鋼管２３の外周部に連結継手２５が付いている場合には、以下のような問題がある。
鋼管矢板２１においては、上下の鋼管２３を接続する際、連結継手２５の位置を上下で合わせることが重要となる。上下の鋼管２３を溶接する場合には鋼管周方向の相対位置を微調整しながら接続するが、ねじ式継手の場合、逆回転防止用のボルトの位置を合わせても、連結継手２５の位置がわずかに合わないことが起こりうる。製作時には当然方向が合うようにしているが、部材の真円度や部材を取り付ける際の溶接変形などの影響により、最大で10mm程度のずれが生じてしまうためである。
そのため、連結継手２５同士の位置を合わせてから連結継手２５同士を溶接し、回転を防止するなどの対応をとることが一般的で、機械式継手のメリット（溶接不要、短時間施工）が十分生かせなくなることが多かった。

また、特許文献２に開示されたものでは、雄継手と雌継手の周方向の位置を調整して回転防止することができるが、粗面を形成する態様のものでは、摩擦力が表面の状態や、ボルトを締め込む際のトルク等に大きく影響されるため、施工管理が困難である。また、異形面部を形成する態様のものについては、異形面による抵抗力についても、ボルトと異形面部の接触状態は、実質的には点接触となるため、逆転防止の効果はあまり期待できない。

また、特許文献３、４に開示されたボルト側に改良を加えるものは、抵抗力を増加させる効果はあると考えられるが、製品の製作精度や施工精度に依存するため、大きな効果は期待できない。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、雄ねじを有する内側継手管と雌ねじを有する外側継手管の周方向の調整代を有し、かつ逆回転防止の機能を十分に発揮することができる鋼管の接合継手、及び該鋼管の接合継手を用いた鋼管の接合方法を提供することを目的としている。

（１）本発明に係る鋼管の接合継手は、雄ねじを有する内側継手管と雌ねじを有する外側継手管を有し、鋼管の端部に取り付けられて該鋼管の接続に用いる鋼管の接合継手であって、
前記外側継手管は、管軸に対して直角方向で、管の半径方向に対して傾斜する方向に貫通した逆回転防止用のタップ孔を有し、
該タップ孔の前記傾斜の方向は、前記タップ孔を前記管軸方向から見たときに該タップ孔の内側端部が半径方向から螺合回転方向にずれる方向であり、
前記内側継手管は、前記外側継手管を螺合させた際に、前記タップ孔の軸線に直面する逆回転防止用の平面部を有し、
前記外側継手管と前記内側継手管を螺合させた状態で、前記タップ孔に回転防止ボルトを挿入して、前記回転防止ボルトの先端を前記平面部に当接させることを特徴とするものである。

（２）上記（１）に記載のものにおいて、前記外側継手管は、管軸に対して直角方向で、管の半径方向に対して傾斜する方向に貫通した正回転防止用のタップ孔を有し、
該タップ孔の前記傾斜の方向は、前記タップ孔を前記管軸方向から見たときに該タップ孔の内側端部が半径方向から反螺合回転方向にずれる方向であり、
前記内側継手管は、前記外側継手管を螺合させた際に、前記正回転防止用のタップ孔の軸線に直面する正回転防止用の平面部をさらに有し、
前記外側継手管と前記内側継手管を螺合させた状態で、前記タップ孔に回転防止ボルトを挿入して、前記回転防止ボルトの先端を前記平面部に当接させることを特徴とするものである。

（３）また、本発明に係る鋼管の接合方法は、上記（２）に記載の鋼管の接合継手を用いた鋼管の接合方法であって、前記外側継手管と前記内側継手管を、螺合完了手前の所定の位置まで螺合させた状態で、前記タップ孔に回転防止ボルトを挿入して、前記回転防止ボルトの先端を前記平面部に当接させることで前記外側継手管と前記内側継手管の正逆の両方の回転を防止するようにしたことを特徴とするものである。

本発明においては、外側継手管は、管軸に対して直角方向で、管の半径方向に対して傾斜する方向に貫通した逆回転防止用のタップ孔を有し、該タップ孔の前記傾斜の方向は、前記タップ孔を前記管軸方向から見たときに該タップ孔の内側端部が半径方向から螺合回転方向にずれる方向であり、内側継手管は、前記外側継手管を螺合させた際に、前記タップ孔の軸線に直面する逆回転防止用の平面部を有し、前記外側継手管と前記内側継手管を螺合させた状態で、前記タップ孔に回転防止ボルトを挿入して、前記回転防止ボルトの先端を前記平面部に当接させるようにしたことにより、内側継手管と外側継手管の周方向の調整代を有し、かつ逆回転防止の機能を十分に発揮することができる。

本実施の形態の接合継手の縦断面図である。 図１の矢視Ａ−Ａ断面図である 本実施の形態に係る内側継手管に形成する平面部を説明するための模式図である（その１）。 本実施の形態に係る内側継手管に形成する平面部を説明するための模式図である（その２）。 本実施の形態の接合継手において、回転防止ボルトを挿入した状態の説明図である。 本実施の形態の接合継手において、螺合完了位置が想定位置からずれた場合の影響を説明するための説明図である。 本実施の形態の接合継手において、タップ孔の傾斜角度θの好適な範囲を説明するための説明図である。 鋼管矢板の側面図である。 鋼管矢板の平面図である。

本実施の形態に係る鋼管の接合継手１は、図１、図２に示すように、鋼管３の端部に取り付けられ、雄ねじを有する内側継手管５と雌ねじを有する外側継手管７を有し、外側継手管７には逆回転防止用のタップ孔９ａ及び正回転防止用のタップ孔９ｂが設けられ、内側継手管５には逆回転防止用の平面部１１ａ及び正回転防止用の平面部１１ｂが設けられ、外側継手管７と内側継手管５を螺合させた状態で、タップ孔９ａ、９ｂに回転防止ボルト１３を挿入して、回転防止ボルト１３の先端を平面部１１ａ、１１ｂに当接させることで外側継手管７と内側継手管５の所定の螺合位置で逆回転及び正回転を防止するようにしたものである。
以下、詳細に説明する。
なお、本願において、螺合時における回転方向とは、雄ねじを有する内側継手管５の回転方向によって定義し、螺合がされる螺合方向（図２の矢印の方向）を正回転、螺合が外れる反螺合方向（図２の矢印と反対方向）を逆回転とする。

＜鋼管＞
鋼管３は、構造物を支持するものであり、例えば鋼管杭、鋼管矢板、鋼管柱等を構成する鋼管が例示できる。

＜外側継手管＞
外側継手管７は、雌ねじを有し、螺合時に外側に配置されるものであり、管軸１５に対して直角方向で、管の半径方向に対して傾斜する方向に貫通した逆回転防止用のタップ孔９ａ及び正回転防止用のタップ孔９ｂがそれぞれ設けられている。
図２において、逆回転防止用、正回転防止用のタップ孔９ａ、９ｂの位置における半径方向をそれぞれＲａ、Ｒｂで示し、逆回転防止用、正回転防止用のタップ孔９ａ、９ｂの軸線をそれぞれＸａ、Ｘｂで示し、逆回転防止用、正回転防止用のタップ孔９ａ、９ｂの傾斜角度をそれぞれθａ、θｂで示している。

逆回転防止用のタップ孔９ａは、傾斜の方向が、タップ孔９ａを平面視したときにタップ孔９ａの内側端部が半径方向から螺合回転方向（図２の矢印の方向）にずれる方向になっている。
また、正回転防止用のタップ孔９ｂは、傾斜の方向が、タップ孔９ｂを平面視したときにタップ孔９ｂの内側端部が半径方向から反螺合回転方向（図２の矢印と反対方向）にずれる方向になっている。
タップ孔９ａ、９ｂは、ねじが形成されていない部分に設けられていることが好ましい。ねじが形成されている部分にタップ孔９ａ、９ｂがあってもよいが、ねじ山の形状への影響や螺合時のねじの噛み込み不良等を引き起こす可能性がある。

＜内側継手管＞
内側継手管５は、雄ねじを有し、螺合時に内側に配置されるものであり、所定の回転螺合位置において、タップ孔９ａ、９ｂの軸線に直面する逆回転防止用の平面部１１ａ及び正回転防止用の平面部１１ｂがそれぞれ設けられている。
平面部１１ａ、１１ｂの態様を、逆回転防止用の平面部１１ａを模式的に示した図３、図４に基づいて説明する。平面部１１ａの一つの態様としては、図３に示すように、内側継手管５の外周面に螺合回転方向ほど深さが浅くなるような矩形の溝部１７ａを形成し、その溝部１７ａの底部が平面部１１ａとするものが挙げられる。この態様は、内側継手管５の管厚が比較的厚い場合に好適である。内側継手管５の管厚が薄い場合には、図４に示すように、深さの最も深い部分に開口部１９ａが形成されるような態様でもよい。

上記のように構成された本実施の形態に係る鋼管の接合継手１においては、図５に示すように、外側継手管７と内側継手管５を螺合させた状態で、タップ孔９ａ、９ｂに回転防止ボルト１３を挿入して、回転防止ボルト１３の先端を平面部１１ａ、１１ｂに当接させる。このとき、回転防止ボルト１３は、その軸線が平面部１１ａ、１１ｂとほぼ直角になるように当接する。
ここで、平面部１１ａ、１１ｂは、ねじが形成されていない部分に設けられていることが好ましい。ねじが形成されている部分に平面部１１ａ、１１ｂがあってもよいが、ねじ山の形状への影響や螺合時のねじの噛み込み不良等を引き起こす可能性がある。

この状態で、例えば、内側継手管５が反螺合方向に回転、すなわち逆回転しようとすると、逆回転防止用の平面部１１ａが回転防止ボルト１３の先端を押し圧する。このとき、平面部１１ａはタップ孔９ａの軸線Ｘａに直面しているので、回転防止ボルト１３の軸線が平面部１１ａに直交することになり、回転防止ボルト１３は軸圧縮方向の力に抵抗することになり、強い抵抗力を発揮でき、確実に逆回転を防止することができる。

他方、図５において、内側継手管５が螺合方向に回転、すなわち正回転しようとすると、正回転防止用の平面部１１ｂが回転防止ボルト１３の先端に押し圧される。このとき、平面部１１ｂは、逆回転の場合と同様に、タップ孔９ｂの軸線Ｘｂに直面しているので、回転防止ボルト１３の軸線が平面部１１ｂに直交することになる。このため、回転防止ボルト１３は軸方向の力に抵抗することになり、強い抵抗力を発揮でき、確実に正回転を防止することができる。

なお、設計上では、平面部１１ａ、１１ｂの回転方向の中心位置にタップ孔９ａ、９ｂの軸線Ｘａ、Ｘｂが一致する位置が、回転ボルトの軸線が平面部１１ａ、１１ｂに直交する位置とするので、タップ孔９ａ、９ｂの軸線Ｘａ、Ｘｂが平面部１１ａ、１１ｂの中心からずれた場合には、回転ボルトの軸線と平面部１１ａ、１１ｂとの成す角度が直角からずれることになる。
そこで、このずれの影響について、検討したので、この点について以下説明する。

図６は、当初想定した位置、すなわち平面部１１ａ、１１ｂの回転方向の中心位置にタップ孔９ａ、９ｂの軸線Ｘａ、Ｘｂが一致する位置から螺合の完了位置が10mm程度ずれて回転防止ボルト１３を挿入した状態を示したものである。
この場合、図６に示すように、回転防止ボルト１３の先端は、平面部１１ａ、１１ｂの中央からずれた位置において平面部１１ａ、１１ｂに当接している。そして、回転防止ボルト１３の先端と平面部１１ａ、１１ｂとの成す角度は直角からわずかにずれてはいるが、ほぼ直角となっている。具体的に示すと、通常用いられている鋼管矢板は、径が1000mm程度であり、これが周方向に10mm回った場合、平面の角度のずれは、360×10/（1000×π)=1.1度であり、ほぼ直角と言って差し支えない。
よって、当初想定した位置と螺合回転位置がずれた場合であっても、回転防止ボルト１３を締めこむことにより、回転防止ボルト１３の先端が内側継手管５の平面部１１ａ、１１ｂとほぼ直交するように当接することによって、回転を確実に拘束することができる。

以上のように、本実施の形態においては、螺合する際にタップ孔９ａ、９ｂが平面部１１ａ、１１ｂに対応する位置にあれば、回転防止ボルト１３によって正回転及び逆回転の両方の回転を防止することができる。
そのため、隣接する鋼管３同士を接続する連結継手を有する鋼管矢板の上下を接続する継手として用いた場合には以下のように施工することができる。

螺合完了直前において、上下の鋼管矢板の連結継手の位置が一致するように、内側継手管５と外側継手管７の周方向の位置を調整する。この位置は、継手を完全に締め切る前の直前の位置であってもよい。そして、その位置で回転防止ボルト１３を挿入することで、上下の連結継手の位置を正確に位置合わせした状態で、上下の鋼管３を接合することができる。
このように、本発明によれば、鋼管矢板の連結継手等、数mm単位で方向を合わせる必要のある場合でも、鋼管接続時に連結継手の方向の位置を正確に合わせた状態で、簡単に接合継手の回転を固定することができ、施工時間を大幅に短縮することができる。

なお、上記の実施の形態では、逆回転防止用と正回転防止用の両方のタップ孔９ａ、９ｂを設ける例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、逆回転防止用のタップ孔９ａのみを設けた場合も従来例にない効果を奏するので、発明の範囲に含まれる。
すなわち、継手の螺合完了位置が少しずれたとしても、回転防止ボルト１３を挿入して回転防止をすることができる点は、特許文献２と同様であるが、特許文献２では回転防止ボルト１３の挿入方向が半径方向であるため、回転防止の抵抗力が小さいのに対して、本発明では、タップ孔９ａ、９ｂの軸線Ｘａ、Ｘｂと平面部１１ａ、１１ｂが直面しているので、抵抗力が大きくなり、回転防止効果を確実に発揮することができる。

タップ孔９ａの傾斜角度θについては、０度〜９０度まで取り得るが、θが小さすぎると、ボルト先端の摩擦で回転を拘束する構造となってしまい回転防止の抵抗力が小さくなり、逆にθが大きすぎると周方向の回転可能な距離が小さくなり調整可能範囲が小さくなってしまう。
そこで、θの好適な範囲について検討したので、この点を図７に基づいて以下説明する。
図７においては、φDは、内側継手管５の直径、tpは内側継手管５の厚み、aは回転防止ボルト１３の径、θはタップ孔９ａの中心軸が半径方向と成す角度、Lx=tp/sinθは平面部１１ａの周方向の長さ、rx=(tp/2/sinθ-a/2)/cosθは周方向片側への回転可能距離を示している。
径が1000mmの鋼管矢板を想定して、θの値を10度〜60度まで変化させたときの、各パラメータの値を表１に示す。

径が1000mmの鋼管矢板について、想定した位置から10mm程度ずれても固定できるようにするためには、rxが10.4mmとなるθ=25度以下にする必要がある。
もっとも、rxの値はボルトの径や内側継手管５の厚さによって変化するので、θの値としては、概ね5度以上〜30度以下が望ましいと言える。

１ 鋼管の接合継手
３ 鋼管
５ 内側継手管
７ 外側継手管
９ａ タップ孔(逆回転防止用)
９ｂ タップ孔(正回転防止用)
１１ａ 平面部(逆回転防止用)
１１ｂ 平面部(正回転防止用)
１３ 回転防止ボルト
１５ 管軸
１７ａ 溝部(逆回転防止用)
１７ｂ 溝部(正回転防止用)
１９ａ 開口部(逆回転防止用)
１９ｂ 開口部(正回転防止用)
２１ 鋼管矢板
２３ 鋼管
２５ 連結継手
Ｒａ、Ｒｂ タップ孔の位置における半径方向
Ｘａ、Ｘｂ タップ孔の軸線
θ（θａ＝θｂ） タップ孔の傾斜角度

Claims (3)

1. 雄ねじを有する内側継手管と雌ねじを有する外側継手管を有し、鋼管の端部に取り付けられて該鋼管の接続に用いる鋼管の接合継手であって、
   前記外側継手管は、管軸に対して直角方向で、管の半径方向に対して傾斜する方向に貫通した逆回転防止用のタップ孔を有し、
   該タップ孔の前記傾斜の方向は、前記タップ孔を前記管軸方向から見たときに該タップ孔の内側端部が半径方向から螺合回転方向にずれる方向であり、
   前記内側継手管は、前記外側継手管を螺合させた際に、前記タップ孔の軸線に直面する逆回転防止用の平面部を有し、
   前記外側継手管と前記内側継手管を螺合させた状態で、前記タップ孔に回転防止ボルトを挿入して、前記回転防止ボルトの先端を前記平面部に当接させることを特徴とする鋼管の接合継手。
2. 前記外側継手管は、管軸に対して直角方向で、管の半径方向に対して傾斜する方向に貫通した正回転防止用のタップ孔を有し、
   該タップ孔の前記傾斜の方向は、前記タップ孔を前記管軸方向から見たときに該タップ孔の内側端部が半径方向から反螺合回転方向にずれる方向であり、
   前記内側継手管は、前記外側継手管を螺合させた際に、前記正回転防止用のタップ孔の軸線に直面する正回転防止用の平面部をさらに有し、
   前記外側継手管と前記内側継手管を螺合させた状態で、前記タップ孔に回転防止ボルトを挿入して、前記回転防止ボルトの先端を前記平面部に当接させることを特徴とする請求項１記載の鋼管の接合継手。
3. 請求項２記載の鋼管の接合継手を用いた鋼管の接合方法であって、
   前記外側継手管と前記内側継手管を、螺合完了手前の所定の位置まで螺合させた状態で、前記タップ孔に回転防止ボルトを挿入して、前記回転防止ボルトの先端を前記平面部に当接させることで前記外側継手管と前記内側継手管の正逆の両方の回転を防止するようにしたことを特徴とする鋼管の接合方法。

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