(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピンによって鋼管同士を連結するピン継手構造であって、
前記ピンと、
前記ピンと略同径であり、前記ピンが挿通される第１ピン孔が設けられた第１鋼管と、
前記第１ピン孔よりも大きい内径を有する第１治具孔が設けられ、前記ピンによって前記第１鋼管と連結される第２鋼管と、
前記第１治具孔に配置されて前記第１治具孔の中心軸線を第１回転軸線として回転可能であると共に、前記第１ピン孔の内径よりも大きい内径を有する第２治具孔が前記第１回転軸線から偏心して設けられた第１円盤と、
前記第２治具孔に配置されて前記第２治具孔の中心軸線を第２回転軸線として回転可能であると共に、前記ピンが挿通される第２ピン孔が前記第２回転軸線から偏心して設けられた第２円盤と、を備え、
前記ピンの長さは、前記第１鋼管の厚みと前記第２鋼管の厚みとを足し合わせた長さよりも短い、ピン継手構造。
【請求項２】
前記第１円盤は、前記第１治具孔の内周面と接触すると共に、前記第１回転軸線に沿って前記第１鋼管側の外径が小さくなるテーパ部を有する、請求項１に記載のピン継手構造。
【請求項３】
前記第２円盤は、前記第２治具孔の内周面と接触すると共に、前記第２回転軸線に沿って前記第１鋼管側の外径が小さくなるテーパ部を有する、請求項１又は２に記載のピン継手構造。
【請求項４】
前記第１鋼管の端面と前記第１鋼管の端面と対面する前記第２鋼管の端面との間に挟持されたパッキンを更に備え、
前記パッキンは、前記第１鋼管の端面と前記第２鋼管の端面との間において、押しつぶされている、請求項１〜３の何れか一項に記載のピン継手構造。
【請求項５】
前記第１鋼管は、前記第２鋼管の端部に差し込まれると共に、前記第１ピン孔が設けられた第１継手部を有し、
前記第２鋼管は、前記第１鋼管の端部が差し込まれると共に、前記第１治具孔が設けられた第２継手部を有し、
前記第１継手部の外周面と前記第２継手部の内周面との間には、スペーサが挟み込まれている、請求項１〜４の何れか一項に記載のピン継手構造。
【請求項６】
ピンが挿通される第１ピン孔が設けられた第１鋼管と、前記第１ピン孔よりも大きい内径を有する第１治具孔が設けられ、前記ピンによって前記第１鋼管と連結される第２鋼管と、を連結するためのピン継手治具であって、
前記ピンと、
前記第１治具孔に配置されて前記第１治具孔の中心軸線を第１回転軸線として回転可能であると共に、前記第１ピン孔の内径よりも大きい内径を有する第２治具孔が前記第１回転軸線から偏心して設けられた第１円盤と、
前記第２治具孔に配置されて前記第２治具孔の中心軸線を第２回転軸線として回転可能であると共に、前記ピンが挿通される第２ピン孔が前記第２回転軸線から偏心して設けられた第２円盤と、を備え、
前記ピンの長さは、前記第１鋼管の厚みと前記第２鋼管の厚みとを足し合わせた長さよりも短い、ピン継手治具。
【請求項７】
第１ピン孔が設けられた第１鋼管と第１治具孔が設けられた第２鋼管とをピンによって連結するピン継手方法であって、
前記ピンと、前記第１治具孔に配置されて前記第１治具孔の中心軸線を第１回転軸線として回転可能であると共に、前記第１ピン孔の内径よりも大きい内径を有する第２治具孔が前記第１回転軸線から偏心して設けられた第１円盤と、前記第２治具孔に配置されて前記第２治具孔の中心軸線を第２回転軸線として回転可能であると共に、前記ピンが挿通される第２ピン孔が前記第２回転軸線から偏心して設けられた第２円盤と、を有するピン継手治具を準備するステップと、
前記第１円盤を前記第１治具孔に配置すると共に前記第２円盤を前記第２治具孔に配置するステップと、
前記第２円盤を前記第１円盤に対して前記第２回転軸線のまわりに回転させて、前記第１治具孔の中心軸線から前記第２ピン孔の中心軸線までの距離を、前記第１治具孔の中心軸線から前記第１ピン孔の中心軸線までの距離に合せるステップと、
前記第１円盤を前記第２鋼管に対して前記第１回転軸線のまわりに回転させて、前記第１治具孔の中心軸線から前記第２ピン孔の中心軸線に向かう方向を、前記第１治具孔の中心軸線から前記第１ピン孔の中心軸線に向かう方向に合せるステップと、
前記第１鋼管の厚みと前記第２鋼管の厚みとを足し合わせた長さよりも短い長さである前記ピンを前記第２ピン孔から突出しないように差し込むステップと、を有する、ピン継手方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピン継手構造、ピン継手治具及びピン継手方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、パイプルーフ工法に利用される鋼管の連結方法が開示されている。この方法では、外側継手管が設けられた一方の鋼管に内側継手管が設けられた他方の鋼管を嵌め合せる。外側継手管及び内側継手管は、中心軸線が一致するように設けられた通孔を有する。鋼管同士は、この通孔にピンを挿通させて互いに連結される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２１４９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ピンによって部材同士が連結される部分は、組立作業の作業性の向上や部材の加工誤差を吸収するために、寸法に余裕を持たせていることがある。この寸法の余裕は、部材の連結構造において隙間を生じさせる。隙間を有する連結構造は、剛性が低下するおそれがある。従って、部材の連結構造が有する全体剛性は、部材単体の剛性ではなく、部材単体の剛性よりも低い連結構造の剛性によって左右されてしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、ピン連結構造における全体剛性の低下を抑制し得るピン継手構造、ピン継手治具及びピン継手方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一形態は、ピンによって部材同士を連結するピン継手構造であって、ピンと略同径であり、ピンが挿通される第１ピン孔が設けられた第１部材と、第１ピン孔よりも大きい内径を有する第１治具孔が設けられ、ピンによって第１部材と連結される第２部材と、第１治具孔に配置されて第１治具孔の中心軸線を第１回転軸線として回転可能であると共に、第１ピン孔の内径よりも大きい内径を有する第２治具孔が第１回転軸線から偏心して設けられた第１円盤と、第２治具孔に配置されて第２治具孔の中心軸線を第２回転軸線として回転可能であると共に、ピンが挿通される第２ピン孔が第２回転軸線から偏心して設けられた第２円盤と、を備える。
【０００７】
第１治具孔の内径は第１ピン孔の内径よりも大きいので、ピンを挿通させるときに、第２ピン孔の中心軸線を第１ピン孔の中心軸線に厳密に一致させる必要はない。従って、ピン連結のために第１部材と第２部材を組み合わせる作業の作業性を向上させることができる。ここで、第２部材における第１治具孔は第１ピン孔よりも大きいので、第１治具孔とピンとの間には隙間が生じる。第１治具孔には、第１円盤が嵌め込まれ、第１円盤における第２治具孔には第２ピン孔を有する第２円盤が嵌め込まれる。従って、第１治具孔とピンとの間は第１円盤と第２円盤とにより埋められるので、第２部材とピンとの間の隙間に起因する剛性の低下を抑制できる。ここで、第２ピン孔は、第２円盤の回転中心軸線に対して偏心しているので、第１治具孔の中心軸線から第２ピン孔の中心軸線までの距離を、第１治具孔の中心軸線から第１ピン孔の中心軸線までの距離に合せることが可能になる。そして、第１治具孔は、第１円盤の回転中心軸線に対して偏心しているので、第１治具孔の中心軸線から第２ピン孔の中心軸線に向かう方向を、第１治具孔の中心軸線から第１ピン孔の中心軸線に向かう方向に合せることが可能になる。従って、第１ピン孔の中心軸線に第２ピン孔の中心軸線を合せることができる。従って、ピン連結構造によれば、第１ピン孔と第２ピン孔とを重複させる作業性の低下を抑制しつつ、ピン孔と部材との間の隙間を小さくしてピン連結構造における全体剛性の低下を抑制することができる。
【０００８】
第１円盤は、第１治具孔の内周面と接触すると共に、第１回転軸線に沿って第１部材側の外径が小さくなるテーパ部を有してもよい。第２円盤は、第２治具孔の内周面と接触すると共に、第２回転軸線に沿って第１部材側の外径が小さくなるテーパ部を有してもよい。この構造によれば、第１治具孔に第１円盤を容易に嵌め込むことができると共に、第１円盤を容易に回転させることができる。また、第２治具孔に第２円盤を容易に嵌め込むことができると共に、第２円盤を容易に回転させることができる。
【０００９】
本発明の別の形態は、ピンが挿通される第１ピン孔が設けられた第１部材と、第１ピン孔よりも大きい内径を有する第１治具孔が設けられ、ピンによって第１部材と連結される第２部材と、を連結するためのピン継手治具であって、第１治具孔に配置されて第１治具孔の中心軸線を第１回転軸線として回転可能であると共に、第１ピン孔の内径よりも大きい内径を有する第２治具孔が第１回転軸線から偏心して設けられた第１円盤と、第２治具孔に配置されて第２治具孔の中心軸線を第２回転軸線として回転可能であると共に、ピンが挿通される第２ピン孔が第２回転軸線から偏心して設けられた第２円盤と、を備える。このピン継手治具によれば、第１ピン孔と第２ピン孔とを重複させる作業性の低下を抑制しつつ、ピン孔と部材との間の隙間を小さくしてピン連結構造における全体剛性の低下を抑制することができる。
【００１０】
本発明のさらに別の形態は、第１ピン孔が設けられた第１部材と第１治具孔が設けられた第２部材とをピンによって連結するピン継手方法であって、第１治具孔に配置されて第１治具孔の中心軸線を第１回転軸線として回転可能であると共に、第１ピン孔の内径よりも大きい内径を有する第２治具孔が第１回転軸線から偏心して設けられた第１円盤と、第２治具孔に配置されて第２治具孔の中心軸線を第２回転軸線として回転可能であると共に、ピンが挿通される第２ピン孔が第２回転軸線から偏心して設けられた第２円盤と、を有するピン継手治具を準備するステップと、第１円盤を第１治具孔に配置すると共に第２円盤を第２治具孔に配置するステップと、第２円盤を第１円盤に対して第２回転軸線のまわりに回転させて、第１治具孔の中心軸線から第２ピン孔の中心軸線までの距離を、第１治具孔の中心軸線から第１ピン孔の中心軸線までの距離に合せるステップと、第１円盤を第２部材に対して第１回転軸線のまわりに回転させて、第１治具孔の中心軸線から第２ピン孔の中心軸線に向かう方向を、第１治具孔の中心軸線から第１ピン孔の中心軸線に向かう方向に合せるステップと、を有する。このピン継手方法によれば、第１ピン孔と第２ピン孔とを重複させる作業性の低下を抑制しつつ、ピン孔と部材との間の隙間を小さくしてピン連結構造における全体剛性の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、全体剛性の低下を抑制し得るピン継手構造、ピン継手治具及びピン継手方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施形態に係るピン継手構造を有する鋼管連結構造の断面を示す図である。
【図２】図２は、ピン継手構造を平面視した図である。
【図３】図３は、ピン継手構造の断面を側面視した図である。
【図４】図４は、実施形態に係るピン継手方法のフロー図である。
【図５】図５は、ピン継手方法の主要なステップを示す図である。
【図６】図６は、ピン継手方法の主要なステップを示す図である。
【図７】図７は、変形例に係るピン継手構造の断面を側面視した図である。
【図８】図８は、比較例に係るピン継手構造の断面を側面視した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図１は、本実施形態に係るピン継手構造を示す。図１に示されるように、ピン継手構造１は、内鋼管１０（第１部材）と、外鋼管２０（第２部材）と、ピン４１と、ピン継手治具５０と、を有する。このようなピン継手構造１は、例えば、鋼管をパイプルーフや杭といった曲げ荷重を受ける部材として用いる場合において、内鋼管１０と外鋼管２０とをピン４１で接合する機械式継手の構造である。
【００１４】
内鋼管１０は、第１本体部１１と第１継手部１２とを有する。第１継手部１２は、外鋼管２０に差し込まれる部分である。第１継手部１２の先端面１２ａは、外鋼管２０の第２端面２１ａと対面する。従って、外鋼管２０に内鋼管１０が連結された状態では、外鋼管２０の第２端面２１ａと内鋼管１０の先端面１２ａとが互いに対面し、それらの面の間において第１パッキン３１が押しつぶされる。第１本体部１１と第１継手部１２とは外径が異なるので、第１本体部１１の端面は、第１継手部１２の側に露出して第１端面１１ａを形成する。第１継手部１２には輪状の第２パッキン３２が配置される。外鋼管２０の先端面２２ａと内鋼管１０の第１端面１１ａとが互いに対面し、それらの面の間において第２パッキン３２が押しつぶされる。第１継手部１２は、複数の第１ピン孔１３を有する。第１ピン孔１３は、外鋼管２０に差し込まれた内鋼管１０の抜けを防止するためのピン４１が差し込まれる貫通孔である。第１ピン孔１３は、内鋼管１０の中心軸線Ａ１のまわりに例えば６０度の間隔をもって、等間隔に設けられる。
【００１５】
外鋼管２０は、第２本体部２１と第２継手部２２とを有する。第２継手部２２は、内鋼管１０が差し込まれる部分である。第２継手部２２には、複数の第１治具孔２３を有する。第１治具孔２３は貫通孔であり、ピン継手治具５０が配置される。内鋼管１０の第１ピン孔１３に略対応する位置に設けられる。第１治具孔２３は、第１ピン孔１３に連通している。
【００１６】
第１継手部１２の外周面と、第２継手部２２の内周面との間には、板状のスペーサ４２が挟み込まれている。スペーサ４２は、第１継手部１２の外径と第２継手部２２の内径との寸法差と略同等の厚みを有する。また、スペーサ４２は、ピン４１の首部４１ａが挿通される貫通孔４２ａを有する。
【００１７】
図２及び図３に示されるように、内鋼管１０の第１継手部１２には、第１ピン孔１３が設けられる。第１ピン孔１３は、ピン４１が挿通される。ピン４１は、外径Ｄ１である首部４１ａを有する。そして第１ピン孔１３の内径Ｄ２は、ピン４１の首部４１ａの外径Ｄ１と略同じである。
【００１８】
外鋼管２０の第２継手部２２には、第１治具孔２３が設けられる。第１治具孔２３は、第１ピン孔１３と連通する。そして第１治具孔２３の内径Ｄ３は、第１ピン孔１３の内径Ｄ２よりも大きい。第１治具孔２３の内径Ｄ３は、一例として第１ピン孔１３の内径Ｄ２の約２倍程度である（図３参照）。第１治具孔２３には、ピン継手治具５０が配置される。ピン継手治具５０は、第１円盤５１と第２円盤５３とを有する。
【００１９】
第１円盤５１は、第１治具孔２３に配置される。第１円盤５１の板厚は、第１継手部１２における板厚と略同じである。また、第１円盤５１の外径Ｄ４は、第１治具孔２３の内径Ｄ３と略同じ或いはわずかに小さい。従って、第１治具孔２３の内周面と第１円盤５１の外周面との間には、片側０．５ｍｍ程度の隙間Ｇ２が形成される。この隙間Ｇ２により、第１円盤５１は第１治具孔２３の中心軸線２３ｃを回転軸線５１ｃ（第１回転軸線）として回転可能とされる。第１円盤５１は、第２治具孔５２を有する。第２治具孔５２は、第１円盤５１の板厚方向に貫通する。第２治具孔５２の内径Ｄ５は、第１ピン孔１３の内径Ｄ２より大きく、第１円盤５１の外径Ｄ４より小さい。第２治具孔５２は、第１円盤５１の回転軸線５１ｃに対して偏心している。具体的には、第２治具孔５２の中心軸線５２ｃは、第１円盤５１の回転軸線５１ｃから距離δ１だけ離間している。換言すると、第２治具孔５２の中心軸線５２ｃは、第１円盤５１の回転軸線５１ｃと一致していない。
【００２０】
第２円盤５３は、第２治具孔５２に配置される。第２円盤５３の板厚は、第１継手部１２における板厚或いは第１円盤５１の板厚と略同じである。また、第２円盤５３の外径Ｄ６は、第２治具孔５２の内径Ｄ５と略同じ或いはわずかに小さい。従って、第２治具孔５２の内周面と第２円盤５３の外周面との間には、片側０．５ｍｍ程度の隙間Ｇ３が形成される。この隙間により、第２円盤５３は第２治具孔５２の中心軸線５２ｃを回転軸線５３ｃ（第２回転軸線）として回転可能とされる。第２円盤５３は、第２ピン孔５４を有する。第２ピン孔５４は、第２円盤５３の板厚方向に貫通する。第２ピン孔５４の内径Ｄ７は、第１ピン孔１３の内径Ｄ２と略同じである。すなわち、第２ピン孔５４の内径Ｄ７は、ピン４１の首部４１ａの外径Ｄ１と略同じである。第２ピン孔５４は、第２円盤５３の回転軸線５３ｃに対して偏心している。具体的には、第２ピン孔５４の中心軸線５４ｃは、回転軸線５３ｃから距離δ２だけ離間している。換言すると、第２ピン孔５４の中心軸線５４ｃは、第２円盤５３の回転軸線５３ｃと一致していない。
【００２１】
上記第１円盤５１と第２円盤５３とにおいて、第１円盤５１の回転軸線５１ｃ（すなわち第１治具孔２３の中心軸線２３ｃ）を基準とする。そして、回転軸線５１ｃに対して第１ピン孔１３の中心軸線１３ｃは距離ｅだけ離間しているとする。ここで、第１円盤５１の第２治具孔５２は、距離δ１だけ偏心している。また、第２円盤５３の第２ピン孔５４は、距離δ２だけ偏心している。このとき、距離ｅ，δ１，δ２は式（１）を満たすようにそれぞれの値が設定される。
【数１】
0006710067.tif 000002
距離δ１，δ２によれば、第１円盤５１の回転軸線５１ｃから第２ピン孔５４の中心軸線５４ｃまでの距離は、ゼロから（δ１＋δ２）の間で任意の値に調整することが可能になる。従って、上記式（１）を満たす距離ｅ，δ１，δ２によれば、第１ピン孔１３の中心軸線１３ｃまでの距離ｅは、調整範囲（最大：δ１＋δ２）よりも小さいので、第２円盤５３を第１円盤５１に嵌めた状態で第１円盤５１を回転させることにより、第１ピン孔１３の中心軸線１３ｃに第２ピン孔５４の中心軸線５４ｃを重複させることができる。
【００２２】
次に、図４のフロー図を参照しつつ、ピン継手治具５０を用いた内鋼管１０と外鋼管２０をピン４１によって連結するピン継手方法について説明する。
【００２３】
まず、ピン継手治具５０を準備する（ステップＳ１）。次に、第１円盤５１を第１治具孔２３に配置すると共に第２円盤５３を第２治具孔５２に配置する（ステップＳ２）。
【００２４】
次に、第１円盤５１と第２円盤５３とを操作して、第１ピン孔１３に第２ピン孔５４を重複させる（ステップＳ３）。換言すると、ステップＳ３では、第１円盤５１と第２円盤５３とを相対的に回転させて、内鋼管１０における第１ピン孔１３に外鋼管２０に嵌め込まれたピン継手治具５０における第２ピン孔５４を一致させる。このステップＳ３は、２個のステップＳ３ａ，Ｓ３ｂを含む。今、第１ピン孔１３と第２ピン孔５４との位置関係が、図５の（ａ）部に示された状態を例示する。この状態では、第１ピン孔１３と第２ピン孔５４とは互いに重複していないので、ピン４１を挿通させることはできない。ここで、第１ピン孔１３と第１治具孔２３との関係に注目する。第１治具孔２３の中心軸線２３ｃを基準とすると、第１ピン孔１３の中心軸線１３ｃは、第１治具孔２３の中心軸線２３ｃに対して矢印Ｂ１の方向に、矢印Ｂ１の長さに相当する距離だけ離間している。そこで、本実施形態に係るピン継手方法では、第２円盤５３を操作して、第１治具孔２３の中心軸線２３ｃから第２ピン孔５４の中心軸線５４ｃまでの距離を、矢印Ｂ１に示される長さに調整する（ステップＳ３ａ）。さらに、本実施形態に係るピン継手方法では、第１円盤５１を操作して、第１治具孔２３の中心軸線２３ｃから第２ピン孔５４の中心軸線５４ｃに向かう方向を、矢印Ｂ１に示される方向に調整する（ステップＳ３ｂ）。
【００２５】
具体的には、まず、ステップＳ３ａを行う。図５の（ａ）部に示された初期状態では、既に述べたように、第１ピン孔１３の中心軸線１３ｃは、第１治具孔２３の中心軸線２３ｃに対して矢印Ｂ１の長さに対応する距離だけ離間している。一方、第２ピン孔５４の中心軸線５４ｃは、第１治具孔２３の中心軸線２３ｃに対して矢印Ｂ２の長さに対応する距離だけ離間している。そこで、第２円盤５３を回転軸線５３ｃのまわりに時計方向へ回転させる。ここで、第２治具孔５２の中心軸線５２ｃは、第１円盤５１の回転軸線５１ｃに対して偏心している。そうすると、図５の（ｂ）部に示されるように、第２円盤５３を回転軸線５３ｃのまわりに回転させると、第２ピン孔５４の中心軸線５４ｃから第１治具孔２３の中心軸線２３ｃまでの距離が変化する。従って、第２円盤５３を回転させることにより、矢印Ｂ２の長さに対応する距離を、矢印Ｂ１の長さに対応する距離に合致させることができる。
【００２６】
次に、ステップＳ３ｂを行う。図６の（ａ）部に示されるように、ステップＳ３ａを実施した後の状態では、矢印Ｂ１，Ｂ２の長さに対応する距離は一致している。しかし、矢印Ｂ２に示される方向は、矢印Ｂ１に示される方向と合致していない。そこで、第１円盤５１を回転軸線５１ｃのまわりに時計方向へ回転させる。そうすると、図６の（ｂ）部に示されるように、矢印Ｂ２に示される方向が変化する。従って、第１円盤５１を回転させることにより、矢印Ｂ２に示される方向を、矢印Ｂ１に示される方向に合致させることができる。
【００２７】
上述したように、ステップＳ３ａ、Ｓ３ｂを含むステップＳ３を実施することにより第１ピン孔１３と第２ピン孔５４が、ピン４１を挿通可能な程度に重複する。そして、第１ピン孔１３と第２ピン孔５４とにピン４１を挿通させる（ステップＳ４）。以上のステップＳ１〜Ｓ４により、内鋼管１０と外鋼管２０とが連結される。
【００２８】
ところで、内鋼管及び外鋼管を製造するにあたっては、外鋼管に内鋼管を仮組した状態においてドリルなどを用いてピン孔を設ける。次に、外鋼管から内鋼管を取り外して、施工現場等へ搬送する。そして、施工現場において、外鋼管に内鋼管が再び差し込まれた後に、ピン孔にピンが挿入される。一対のピン孔にピンを挿入する場合には、鋼管同士の相対的な位置を調整して、ピン孔同士を重複させる。ここで、外鋼管に内鋼管を差し込むための作業は人力で実施することが困難であるため、機械を用いて差し込み作業を行うことがあるが、機械を用いた作業ではピン孔同士を重複させるための微調整が難しい場合があり得る。そこで、鋼管同士の相対的な位置ずれが存在したとしてもピン孔同士を重複させるために、一方のピン孔の内径を他方のピン孔の内径よりも大きくする場合がある。しかし、この構成では、ピンと鋼管との間に隙間が形成され、この隙間によれば、大径のピン孔を有する鋼管とピンとの間で相対的な移動を許容してしまう。そうすると、曲げ荷重（曲げモーメント）が小さい範囲において、継手部の曲げ剛性が低下する。従って、互いに連結された複数の鋼管を備える構造、例えばパイプルーフ構造では上載土の沈下や、例えば杭では変形が大きくなり杭を構成する鋼管単体の剛性を発揮できなくなる虞がある。これに対して、ピン孔同士の径を同径とすると、ピン孔同士を厳密に位置合わせする必要が生じる。しかし、外鋼管に内鋼管を仮組した状態においてドリルなどを用いてピン孔を設けた場合であっても、ピン孔は加工時の変形や熱膨張などの種々の要因により、再び組み立てた際にピン孔同士が一致した状態を再現することが難しい。
【００２９】
本実施形態に係るピン継手構造、ピン継手治具及びピン継手方法は、一対のピン孔のうち一方のピン孔が鋼管とは別の部材に設けられているので、内鋼管１０に対する外鋼管２０の相対的な位置を調整することなく、第１ピン孔１３に対する第２ピン孔５４の位置を調整することが可能である。この構成によれば、内鋼管１０を外鋼管２０へ差し込むときに、内鋼管１０と外鋼管２０とを相対的に動かして、第２ピン孔５４の中心軸線５４ｃを第１ピン孔１３の中心軸線１３ｃに厳密に一致させる必要がない。具体的には、内鋼管１０の第１ピン孔１３を外鋼管２０の第１治具孔２３に重複させ、その後、ピン継手治具５０を操作して、第１ピン孔１３に第２ピン孔５４を重複させる。ここで、第１治具孔２３の内径Ｄ３は、第１ピン孔１３の内径Ｄ２より大きいので、第１ピン孔１３と第１治具孔２３とを容易に重複させることが可能である。従って、内鋼管１０を外鋼管２０へ差し込む作業の作業性を向上させることができる。
【００３０】
一方、第１治具孔２３は第１ピン孔１３よりも内径が大きいので、第１治具孔２３が設けられた外鋼管２０とピン４１との間には隙間が生じる。ここで、第１治具孔２３には、第１円盤５１が嵌め込まれ、第１円盤５１における第２治具孔５２には第２ピン孔５４を有する第２円盤５３が嵌め込まれる。そして、外鋼管２０と第１円盤５１との間の隙間Ｇ２、及び、第１円盤５１と第２円盤５３との間の隙間Ｇ３は比較的小さい。従って、鋼管が連結された構造における剛性の低下を抑制できる。
【００３１】
ここで、比較例に係るピン継手構造と比較しつつ、本実施形態に係るピン継手構造１の効果について詳細に説明する。図８に示されるように、比較例に係るピン継手構造１００は、内鋼管１０１と外鋼管１０２とがピン１０３によって連結されている。内鋼管１０１にはピン孔１０４が設けられ、外鋼管１０２にはピン孔１０６が設けられている。比較例に係るピン継手構造１００では、内鋼管１０１と外鋼管１０２との差し込み作業を容易にする点から、ピン１０３の外径に対してピン孔１０６の内径が大きくされている。すなわち、ピン１０３と同径であるピン孔１０４の内径よりもピン孔１０６の内径が大きい。これら外鋼管１０２とピン１０３との間には、片側で２ｍｍ程度（すなわち両側を足し合わせて４ｍｍ程度）の隙間Ｇ６があった。従って、内鋼管１０と外鋼管２０との間では、当該４ｍｍ程度の遊びが生じ得る状態であった。
【００３２】
この構造において、内鋼管１０１と外鋼管１０２との間に曲げ荷重が作用すると、当該曲げ荷重は、例えば、外鋼管１０２のピン孔１０６からピン１０３へ支圧で作用し、ピン１０３のせん断を介して、ピン１０３から内鋼管１０１のピン孔１０４へ支圧で伝達される。この曲げ荷重の伝達過程において、隙間Ｇ６において外鋼管１０２とピン１０３との間でがたつきが生じ得る。そうすると、内鋼管１０１と外鋼管１０２とを含む鋼管連結構造のみかけの剛性が低下するようにみえてしまう。
【００３３】
一方、図３に示されるように、本実施形態に係るピン継手構造１は、外鋼管２０に曲げ荷重が作用すると、当該曲げ荷重は、外鋼管２０の第１治具孔２３から第１円盤５１へ支圧により伝達され、第１円盤５１の第２治具孔５２から第２円盤５３へ支圧により伝達され、さらに第２ピン孔５４からピン４１へ支圧により伝達され、ピン４１のせん断を介して最終的にピン４１から内鋼管１０の第１ピン孔１３へ支圧により伝達される。荷重が伝達される経路は、比較例よりも複雑である。また、第１円盤５１と第２円盤５３との隙間Ｇ３、及び第１円盤５１と外鋼管２０との隙間Ｇ２にはわずかな空隙が存在する。これら隙間Ｇ２及び隙間Ｇ３は、本実施形態に係るピン継手構造１における遊びを構成する。例えば、本実施形態に係るピン継手構造１において、内鋼管１０と外鋼管２０との間における遊びは、最大でも全体で片側２．５ｍｍ程度である。従って、比較例に係るピン継手構造１００が有する遊び（４ｍｍ程度）と比較すると遥かに小さいので、遊びに起因する鋼管連結構造のみかけの剛性が低下することを抑制できる。
【００３４】
また、隙間Ｇ２及び隙間Ｇ３が小さくなると、ヘルツの接触理論によれば接触圧力が低減される。具体的には、例えば、第１治具孔２３の内周面に対する第１円盤５１の接触圧力は、式（２）によって示される。
【数２】
0006710067.tif 000003
ここで、σは接触圧力であり、Ｐは第１円盤５１から第１治具孔２３の内周面へ作用する荷重であり、Ｅは第１円盤５１及び外鋼管２０の縦弾性係数であり、Ｒ１は、第１円盤５１の半径（Ｄ４／２）であり、Ｒ２は第１治具孔２３の半径（Ｄ３／２）であり、Ｌは第１円盤５１と第１治具孔２３との接触長さである。
【００３５】
要するに、このピン継手構造、ピン継手治具及びピン継手方法によれば、継手部における遊びが格段に小さくなるので、その結果、鋼管継手としての剛性を確保することができる。従って、第１ピン孔１３と第２ピン孔５４とを重複させる作業性の低下を抑制しつつ、ピン継手構造１における全体剛性の低下を抑制することができる。
【００３６】
さらに、外鋼管に内鋼管を差し込む作業においても、鋼管の変形や加工誤差などを許容するために外鋼管の内周面と内鋼管の外周面との間に隙間を設ける必要がある。この隙間も、継手部の曲げ剛性を低下させる要因となり得る。本実施形態に係るピン継手構造１は、第１継手部１２の外周面と第２継手部２２の内周面との隙間に挟み込まれた板状のスペーサ４２を有する。このスペーサ４２が第１継手部１２と第２継手部２２の寸法差に基づく隙間を埋めるので、継手部の曲げ剛性の低下をさらに抑制することができる。
【００３７】
また、本実施形態に係るピン継手構造１によれば、許容可能な寸法誤差や予め設定される隙間の大きさを確保することができるので、第１ピン孔１３及び第２ピン孔５４の孔開け加工精度を高める必要がなくなる。従って、外鋼管２０に内鋼管１０を仮組した状態で、第１ピン孔１３及び第２ピン孔５４を削孔する必要がないので、内鋼管１０及び外鋼管２０の製作性が向上する。そして、第２ピン孔５４は、第２円盤５３に設ければよいので、第２ピン孔５４の加工性が向上する。なお、第１ピン孔１３は第１継手部１２に直接に穴あけ加工を行うことにより設ける。
【００３８】
なお、上述した実施形態は本発明に係るピン継手構造、ピン継手治具及びピン継手方法の一例を示すものである。本発明に係るピン継手構造、ピン継手治具及びピン継手方法は、実施形態に係るピン継手構造、ピン継手治具及びピン継手方法に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、変形し又は他のものに適用したものであってもよい。
【００３９】
例えば、図７に示されるように、ピン継手構造１Ａは、第１円盤５１Ａと第２円盤５３Ａとを有する。第１円盤５１Ａは、第１治具孔２３Ａの内周面と接触すると共に、回転軸線５１ｃに沿って外径が小さくなるテーパ部５１ｔを有していてもよい。また、第２円盤５３Ａは、第２治具孔５２Ａの内周面と接触すると共に、回転軸線５３ｃに沿って外径が小さくなるテーパ部５３ｔを有していてもよい。これらの構成によれば、第１円盤５１Ａと第１治具孔２３Ａの密着度及び第２円盤５３Ａと第２治具孔５２Ａの密着度が向上するので、剛性の低下をより抑制することができる。
【００４０】
また、上記実施形態に係るピン継手方法では、距離を合せるステップＳ３ａを実施した後に、方向を合せるステップＳ３ｂを実施した。ステップＳ３ａ，Ｓ３ｂを実施する順番は、この順に限定されることはない。例えば、方向を合せるステップＳ３ｂを実施した後に、距離を合せるステップＳ３ａを実施してもよいし。ステップＳ３ａとステップＳ３ｂとを交互に実施しながら、第２ピン孔５４を第１ピン孔１３に徐々に近づけてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１…ピン継手構造、１０…内鋼管、１１…第１本体部、１２…第１継手部、１３…第１ピン孔、１３ｃ…中心軸線、２０…外鋼管、２１…第２本体部、２２…第２継手部、２３…第１治具孔、２３ｃ…中心軸線、４１…ピン、４２…スペーサ、５０…ピン継手治具、５１…第１円盤、５１ｃ…回転軸線（第１回転軸線）、５２…第２治具孔、５２ｃ…中心軸線、５３…第２円盤、５３ｃ…回転軸線（第２回転軸線）、５４…第２ピン孔、５４ｃ…中心軸線、５１ｔ，５３ｔ…テーパ部。
【図１】
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【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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