(57)【要約】【課題】所定の閾値を超える力が発生したときに精度よく破断するせん断ピンおよびせん断ピンの設置方法を提供する。【解決手段】隣接して配置される移動側の部材１０ａと固定側の部材１０ｂとにそれぞれ形成される貫通孔１１に略円柱形状のせん断ピン１を挿入した後に、せん断ピン１の軸方向ｙに直交する半径方向においてせん断ピン１の移動を拘束機構３により拘束する。拘束機構３は、せん断ピン１の周面に配置されていて貫通孔１１の内周面に接触する接触位置と内周面から離間する離間位置とに移動可能に構成される接触部材６と、この接触部材６を接触位置と離間位置との間で移動させる移動部材７とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接する二つの部材にそれぞれ形成された貫通孔に挿入して固定する機能と、所定のせん断力を受けたときに破断して前記二つの部材の固定を解除する機能とを有する略円柱形状のせん断ピンにおいて、
前記貫通孔に挿入されているときに前記せん断ピンの半径方向の移動を拘束する拘束機構を備えることを特徴とするせん断ピン。
【請求項２】
前記拘束機構が、前記せん断ピンの周面に配置されていて前記貫通孔の内周面に接触する接触位置と前記内周面から離間する離間位置とに移動可能に構成される接触部材と、この接触部材を前記接触位置と前記離間位置との間で移動させる移動部材とを備える請求項１に記載のせん断ピン。
【請求項３】
前記接触部材が、前記貫通孔の前記内周面に接触する接触面と、前記せん断ピンに接触する面であり前記せん断ピンの軸方向において前記せん断ピンの中心部から端部に向かって前記せん断ピンの中心軸に接近する方向に傾く第一傾斜面とを有していて、
前記移動部材が、前記せん断ピンの前記軸方向に沿って前記せん断ピンの前記端部の近傍から前記中心部に向かって前記接触部材を移動させる構成を有する請求項２に記載のせん断ピン。
【請求項４】
前記拘束機構が、前記せん断ピンの前記端部に固定される軸端板と、この軸端板に形成されるネジ穴に挿通されるとともに一端が前記接触部材と当接する押しボルトで構成される前記移動部材とを備える請求項３に記載のせん断ピン。
【請求項５】
前記せん断ピンの前記周面に形成されて前記接触部材を収容する収容部を備えていて、前記接触部材の前記第一傾斜面と同一方向に傾いていて前記第一傾斜面と接触する第二傾斜面を前記収容部が有する請求項３または４に記載のせん断ピン。
【請求項６】
前記拘束機構が、前記せん断ピンの軸方向の両側の端部にそれぞれ固定されていてかつ前記貫通孔が形成されている固定側の部材にそれぞれ固定される固定部材で構成される請求項１に記載のせん断ピン。
【請求項７】
隣接する二つの部材にそれぞれ形成されている貫通孔に略円柱形状のせん断ピンを挿入した後に、前記せん断ピンの半径方向の移動を拘束機構により拘束することを特徴とするせん断ピンの設置方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、岸壁クレーンの免震装置等の機器に設置されるせん断ピンおよびせん断ピンの設置方法に関し、詳しくは所定の閾値を超える力が発生したときに精度よく破断するせん断ピンおよびせん断ピンの設置方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
岸壁クレーンの免震装置等の機器を固定する部材として、せん断ピンが使用されている（例えば特許文献１参照）。このせん断ピンは、隣接する二つの部材に形成された貫通孔に挿入されてこの二つの部材を固定する機能と、所定のせん断力がせん断ピンに発生したときに破断して二つの部材の固定を解除する機能とを有していた。
【０００３】
せん断ピンは略円柱形状に形成されていた。予め設定された閾値を超えるせん断力がせん断ピンの軸方向に直交する方向に発生したときに、せん断ピンの破断部が破断する構成を有していた。せん断ピンを利用する機器は、破断後のせん断ピンを交換することが前提となっていた。せん断ピンの抜き差しを容易に行なえるように、機器に形成されてせん断ピンが挿入される貫通孔はせん断ピンの直径よりも大きく形成されていた。
【０００４】
予め設定された閾値を超えるせん断力がせん断ピンに発生していないにも関わらず、せん断ピンが破断する不具合があった。例えば地震が発生していないにも関わらず、せん断ピンが破断して免震装置が作動することがあった。貫通孔にせん断ピンを挿入した際の隙間によりせん断ピンに曲げ応力が発生して、この曲げ応力が破断部に想定以上の力を発生させることが一因であることを出願人は発見した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特開２０１６−１４７７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は所定の閾値を超える力が発生したときに精度よく破断するせん断ピンおよびせん断ピンの設置方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための本発明のせん断ピンは、隣接する二つの部材にそれぞれ形成された貫通孔に挿入して固定する機能と、所定のせん断力を受けたときに破断して前記二つの部材の固定を解除する機能とを有する略円柱形状のせん断ピンにおいて、前記貫通孔に挿入されているときに前記せん断ピンの半径方向の移動を拘束する拘束機構を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明のせん断ピンの設置方法は、隣接する二つの部材にそれぞれ形成されている貫通孔に略円柱形状のせん断ピンを挿入した後に、前記せん断ピンの半径方向の移動を拘束機構により拘束することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、せん断ピンは半径方向の移動を拘束機構により拘束されるので、貫通孔の中でせん断ピンが傾くことを防止できる。そのためせん断ピンの軸方向に直交する方
向を中心軸とする曲げモーメントがせん断ピンに発生して、せん断ピンが意図せず破断する不具合を回避するには有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のせん断ピンを例示する説明図である。
【図２】図１のせん断ピンを分解した状態で例示する説明図である。
【図３】設置状態のせん断ピンを断面で例示する説明図である。
【図４】図３のせん断ピンが拘束される状態を例示する説明図である。
【図５】せん断ピンに発生する力の方向を例示する説明図である。
【図６】図１のせん断ピンの変形例を例示する説明図である。
【図７】図６のせん断ピンをＡ−Ａ断面で例示する説明図である。
【図８】本発明のせん断ピンの別の実施形態を例示する説明図である。
【図９】図８のせん断ピンを斜視で例示する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明のせん断ピンおよびせん断ピンの設置方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。なお、図中ではせん断ピンの軸方向を矢印ｙ、この軸方向ｙを直角に横断する横方向を矢印ｘ、上下方向を矢印ｚで示している。
【００１２】
図１および図２に例示するように本発明のせん断ピン１は、略円柱形状に形成されている。せん断ピン１は、略円柱形状の本体２と、せん断ピン１の軸方向ｙの両端近傍にそれぞれ配置される拘束機構３とを備えている。
【００１３】
せん断ピン１の本体２は、軸方向ｙにおける中心部の近傍に形成される二つの破断部４を有している。破断部４は他の部分に比べて、せん断ピン１の半径方向の長さが短くなる状態に形成されている。せん断ピン１に力が加わったときにせん断ピン１はこの破断部４で破断する。
【００１４】
本明細書において半径方向とは、軸方向ｙに直交する方向であり、横方向ｘや上下方向ｚを含む方向を言う。説明のためせん断ピン１の中心軸ｃを一点鎖線で示している。
【００１５】
せん断ピン１の本体２は、軸方向ｙの両側の端部の近傍であり本体２の周面にそれぞれ形成される二つの収容部５を有している。
【００１６】
拘束機構３は、機器に設置されるせん断ピン１の半径方向の移動を拘束する機能を有している。この実施形態では、拘束機構３は、本体２の収容部５に収容される接触部材６と、この接触部材６を半径方向に移動させる移動部材７とを備えている。
【００１７】
接触部材６は、本体２の中心軸ｃに対面する方向に形成される第一傾斜面６ａを有している。第一傾斜面６ａは、軸方向ｙにおいてせん断ピン１の中心部から端部に向かって中心軸ｃに接近する方向に傾いている。また接触部材６は、本体２の外周面側に形成されていて本体２の周面の一部を構成する接触面６ｂを有している。この接触面６ｂは周面の一部を形成する湾曲面で構成してもよく、平面で形成してもよい。
【００１８】
移動部材７は、接触部材６を軸方向ｙに沿って押す機能を有する押しボルトで構成されている。この移動部材７を支持するために、拘束機構３は本体２の軸方向ｙの両側の端部に配置される軸端板８と、この軸端板８を本体２に固定する複数のボルト９とを有している。軸端板８には押しボルトで構成される移動部材７を挿通させるネジ穴８ａが形成されている。
【００１９】
この実施形態では軸端板８は円盤形状に形成されていて、その半径方向の大きさはせん断ピン１の本体２の半径方向の大きさと同じ、または小さい大きさに形成されている。
【００２０】
図３に例示するようにせん断ピン１は、隣接する二つの部材１０ａ、１０ｂにそれぞれ形成される貫通孔１１に挿入される。貫通孔１１の内径は、せん断ピン１の半径方向の大きさよりも大きく形成されているので、貫通孔１１にせん断ピン１を容易に挿入することができる。この実施形態では、固定側となる一対の部材１０ｂの間に、移動側の部材１０ａが配置されている。
【００２１】
例えば固定側の部材１０ｂに対して移動側の部材１０ａがせん断ピン１の軸方向ｙに直交する方向に移動しようとすると、せん断ピン１によりこの移動が阻止される。つまりせん断ピン１は、二つの部材１０ａ、１０ｂを相対的に固定する機能を有している。
【００２２】
本体２の収容部５には、接触部材６の第一傾斜面６ａと接触する第二傾斜面５ａが形成されている。この第二傾斜面５ａは第一傾斜面６ａと同一方向に傾いている。つまりせん断ピン１の軸方向ｙにおいてせん断ピン１の中心部から端部に向かってせん断ピン１の中心軸ｃに接近する方向に第二傾斜面５ａは傾いている。
【００２３】
図４に例示するようにせん断ピン１が貫通孔１１に挿入された後に、移動部材７を構成する押しボルトを締めこむ。せん断ピン１の軸方向ｙにおいて押しボルトが前進すると、押しボルトの一端が接触部材６に当接する。さらに押しボルトを前進させると、接触部材６は軸方向ｙにおけるせん断ピン１の中心部に向かって移動する。接触部材６は第一傾斜面６ａを有しているので、軸方向ｙにおけるせん断ピン１の中心部に向う移動にともない、せん断ピン１の半径方向の外側に向かって移動する。そのため移動部材７である押しボルトを締めこむと、接触部材６の接触面６ｂが貫通孔１１の内周面に接触する状態となる。
【００２４】
接触部材６の半径方向への移動にともないせん断ピン１は見かけ上、半径方向に膨張して貫通孔１１の内周面に密着する状態となる。図４に例示する実施形態では少なくとも上下方向ｚにおいてせん断ピン１は貫通孔１１の内周面との間に隙間がなく密着する状態となる。接触面６ｂを貫通孔１１の内周面により密着させるため、接触面６ｂを貫通孔１１の内周面に沿った湾曲面に形成することが望ましい。
【００２５】
本明細書において、図４に例示するように貫通孔１１の内周面にせん断ピン１が密着状態となる接触部材６の位置を接触位置という。また図３に例示するように貫通孔１１にせん断ピン１が密着していない状態となる接触部材６の位置を離間位置という。
【００２６】
図５の左方に例示するように本発明のせん断ピン１は、貫通孔１１の内周面に密着する状態となっている。そのため移動側の部材１０ａが白抜き矢印に示す上下方向ｚに移動しても、せん断ピン１が貫通孔１１の中で傾くことがない。つまり軸方向ｙに直交する半径方向を中心軸としてせん断ピン１が傾くことがない。そのため部材１０ａ、１０ｂの境界と同じ位置に配置されている破断部４には、矢印で示すように上下方向ｚに沿ってせん断力Ｑが発生する。
【００２７】
破断部４に発生する力はせん断力Ｑが支配的となるので、せん断ピン１の設計時に予め定めた閾値を超えるせん断力Ｑが発生したときに精度よくせん断ピン１が破断する。せん断ピン１が破断して部材１０ａ、１０ｂの固定を解除するタイミングを精密に設定するには有利である。
【００２８】
これに対して図５の右方に例示するようにせん断ピン１が、貫通孔１１の内周面に密着
する状態となっていない場合は、移動側の部材１０ａの上下方向ｚにおける移動にともないせん断ピン１が貫通孔１１の中で傾く。せん断ピン１の周面と貫通孔１１の内周面との間に隙間がある場合は、せん断ピン１が曲げられて傾く余地がある。この場合、破断部４には軸方向ｙに直交する横方向ｘを中心軸とする曲げモーメントＭが発生する。
【００２９】
破断部４に発生する力は曲げモーメントＭが支配的となるので、せん断ピン１の設計時に予め定めた閾値のせん断力が発生しなくても、せん断ピン１が破断する不具合が生じる。せん断ピン１の軸方向ｙの長さが長くなるほど、移動側の部材１０ａの移動しようとする力が小さくても、破断部４には大きな曲げモーメントＭが発生する。そのため部材１０ａ、１０ｂに相対的に発生する力が予め定めた閾値より小さい場合であっても、破断部４が破断する不具合が生じる。
【００３０】
拘束機構３を備えるせん断ピン１は、貫通孔１１の内周面に密着して隙間のない状態で設置することができるので、曲げモーメントＭの発生を抑制することができる。曲げモーメントＭの増大によりせん断ピン１が意図せず破断することを防止するには有利である。また破断部４に曲げモーメントＭが繰り返し発生して破断部４が疲労により破断することを抑制するには有利である。
【００３１】
せん断ピン１が破断した際には、新しいせん断ピン１と交換する。まず押しボルトで構成される移動部材７を後退させる。これにともない接触部材６は、せん断ピン１の半径方向の中心軸ｃに向かって移動可能な状態となる。接触部材６が移動するとせん断ピン１が半径方向において見かけ上収縮するので、貫通孔１１からせん断ピン１を容易に抜き出すことができる。
【００３２】
その後、新しいせん断ピン１を貫通孔１１に挿入する。このとき部材１０ａ、１０ｂの移動する方向において貫通孔１１の内周面と接触部材６とが対面する状態で、せん断ピン１を配置する。つまり部材１０ａ、１０ｂの移動方向の線上に接触部材６が配置される。例えば図５に例示する部材１０ａ、１０ｂは上下方向ｚが移動方向となるため、貫通孔１１の内周面の上側または下側と接触部材６とが対面する向きにせん断ピン１が配置される。
【００３３】
せん断ピン１が設置される機器によっては、部材１０ａ、１０ｂの移動方向が複数となることが想定される。この場合は主となる移動方向の線上に接触部材６が配置される向きにせん断ピン１を配置することが望ましい。
【００３４】
せん断ピン１が配置される向きを合わせた後に、移動部材７の操作により接触部材６を貫通孔１１の内周面に密着させて交換作業を完了する。
【００３５】
接触部材６と移動部材７との構成は上記に限定されない。貫通孔１１に挿入された後にせん断ピン１が半径方向に膨張して、貫通孔１１の内周面に密着する構成を有していればよい。また貫通孔１１に抜き差しする際にせん断ピン１が半径方向に収縮して、貫通孔１１の内周面から離間する構成を有していればよい。
【００３６】
例えば本体２に収容部５を形成することなく、接触部材６を配置する構成にすることができる。つまり収容部５は本発明の必須の構成要件ではない。
【００３７】
移動部材７を構成する押しボルトの端部と接触部材６とを連結してもよい。この構成により押しボルトを回転させることで接触部材６を本体２の中心部に向けて移動させるのみならず、端部に向けて移動させることが可能となる。接触部材６を積極的に離間位置に移動させることができるので、せん断ピン１の交換の際に貫通孔１１からせん断ピン１を取
り出しやすくなる。
【００３８】
また例えば図６および図７に例示するように本体２の周面の周方向に沿って複数の接触部材６を配置する構成にしてもよい。図７に例示するようにせん断ピン１の本体２の周面であって、上下方向ｚの上方となる位置と、横方向ｘの右方となる位置とに接触部材６が配置されている。この接触部材６は略直方体形状に形成されていて、本体２の周面に形成される収容部５の中に配置されている。
【００３９】
移動部材７は、せん断ピン１の端面からせん断ピン１の中心軸ｃに沿って延設される流路１２で構成されている。この流路１２は、途中で半径方向に分岐して本体２の収容部５に連通している。流路１２には空気や油等の流体が充填されている。
【００４０】
移動部材７は、流路１２に充填されている流体を加圧することにより、接触部材６をせん断ピン１の半径方向の外側に移動させる構成を有している。図７は接触部材６が接触位置にある状態を示している。説明のため貫通孔１１の内周面の破線で示している。
【００４１】
また移動部材７は流路１２の流体の圧力を開放することにより、接触部材６をせん断ピン１の半径方向の中心側に移動可能な状態とする構成を有している。この圧力の開放により接触部材６を離間位置に移動させることができる。
【００４２】
移動部材７の構成はこれに限らず、接触部材６を接触位置と離間位置との間で移動させる機能を有していればよく、例えばボルト等の回転にともない接触部材６がせん断ピン１の半径方向に移動する構成としてもよい。
【００４３】
せん断ピン１の上下方向ｚおよび横方向ｘに接触部材６が配置されているので、上下方向ｚおよび横方向ｘの両方向において、せん断ピン１を貫通孔１１の内周面に密着させることができる。そのためせん断ピン１により固定される部材１０ａ、１０ｂが上下方向ｚおよび横方向ｘのいずれに移動する場合であっても、貫通孔１１の内部でせん断ピン１が傾くことを抑制できる。
【００４４】
部材１０ａ、１０ｂが上下方向ｚおよび横方向ｘのいずれに移動する場合であっても、せん断ピン１に発生する力のうち、曲げモーメントＭを抑制してせん断力Ｑが支配的となる状態にすることができる。予め定めた大きさのせん断力Ｑが発生したときに精度よく破断するせん断ピン１を提供するには有利である。
【００４５】
部材１０ａ、１０ｂの移動方向が複数ある場合は、この方向に応じてせん断ピン１の周面の周方向に沿って例えば三つ以上の接触部材６を配置する構成にしてもよい。部材１０ａ、１０ｂの移動方向において、せん断ピン１が貫通孔１１と密着している状態とすることが望ましい。
【００４６】
図８および図９に例示するように拘束機構３が、せん断ピン１の軸方向ｙの両側の端部にそれぞれ固定されるとともに、固定側の部材１０ｂに固定される固定部材１３を備える構成にすることができる。この実施形態では固定部材１３は、せん断ピン１の軸方向ｙの両側の端部にそれぞれ固定されるフランジ１３ａと、このフランジ１３ａを部材１０ａ、１０ｂに固定する固定ボルト１３ｂとを有している。フランジ１３ａは、円盤形状に形成されていてその半径方向の大きさはせん断ピン１の本体２の半径方向の大きさよりも大きく形成されている。
【００４７】
せん断ピン１を設置する際には、まずせん断ピン１の本体２のみが貫通孔１１に挿入される。貫通孔１１の中に配置されるせん断ピン１の両側の端部に、フランジ１３ａが配置
されてボルト９により固定される。その後フランジ１３ａが固定ボルト１３ｂにより固定側の部材１０ｂに固定される。この実施形態においては、せん断ピン１の周面は貫通孔１１の内周面に接触していなくてもよい。つまりせん断ピン１の周面と貫通孔１１の内周面との間に隙間がある状態でもよい。
【００４８】
せん断ピン１が固定部材１３により固定側の部材１０ｂに固定される状態となる。つまりせん断ピン１の両端は固定部材１３により軸方向ｙの移動および半径方向の移動を拘束される。そのため部材１０ｂに対して部材１０ａが移動してもせん断ピン１が貫通孔１１の中で傾くことを抑制できる。破断部４における曲げモーメントＭの発生を抑制するには有利である。
【００４９】
破断部４に発生する外力はせん断力Ｑが支配的となるので、予め定めた大きさの力が発生するときに精度よく破断するせん断ピン１を提供するには有利である。
【００５０】
固定部材１３の構成は上記に限定されない。固定側の部材１０ｂに対してせん断ピン１の相対位置を固定できる構成であればよい。またせん断ピン１の固定を解除できる構成を有していればよい。例えばせん断ピン１の両端近傍に配置されてせん断ピン１の周面と貫通孔１１の内周面との隙間に挿入される充填具で固定部材１３を構成してもよい。貫通孔１１の内部におけるせん断ピン１の半径方向の移動を、充填具で拘束できる構成を有していればよい。
【００５１】
本発明のせん断ピン１が設置される機器は、岸壁クレーンの免震装置に限定されない。従来せん断ピンが設置されていたいずれの機器に対しても、本発明のせん断ピン１を利用することができる。例えばクレーンのワイヤロープに過荷重が発生した際に、このワイヤロープが掛け回されているシーブを移動させてワイヤロープの張力を解放してワイヤロープの破断を回避する安全装置（スナッグロード保護機構）に本発明のせん断ピン１を利用してもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１     せん断ピン
２     本体
３     拘束機構
４     破断部
５     収容部
５ａ   第二傾斜面
６     接触部材
６ａ   第一傾斜面
６ｂ   接触面
７     移動部材
８     軸端板
８ａ   ネジ穴
９     ボルト
１０ａ （移動側の）部材
１０ｂ （固定側の）部材
１１   貫通孔
１２   流路
１３   固定部材
１３ａ フランジ
１３ｂ 固定ボルト
ｘ     横方向
ｙ     軸方向
ｚ     上下方向
ｃ     中心軸
Ｑ     せん断力
Ｍ     曲げモーメント
【図１】
2019158093.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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