(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下構造物用鉄蓋の外周面とそれを受け止める受け枠の内周面が斜面にて接触し、上記斜面間の接触においてテーパー嵌合を生じるテーパー嵌合蓋装置であって、
鉄蓋の外周面と受け枠の内周面の斜面に鉄蓋高さ方向にて下段部分、中段部分及び上段部分の３部分を設定するとともに、下段部分、中段部分及び上段部分のテーパー嵌合部は直線接触とし、上記中段部分はその鉄蓋高さ方向の長さを下段部分と上段部分における鉄蓋高さ方向の長さよりも長く設定し、下段部分と上段部分の鉛直線からの傾斜角度は中段部分の鉛直線からの傾斜角度よりも急勾配とし、中段部分の上記傾斜角度は下段部分と上段部分の上記傾斜角度よりも緩勾配とし、鉄蓋と受け枠が初期荷重の下にあるときには下段部分と上段部分のみが接触して中段部分は接触せず、鉄蓋に初期荷重を超える超過荷重が掛かったときに中段部分が接触しテーパー嵌合を生じるように鉄蓋と受け枠は中段部分において僅かな隙間を維持しており、鉄蓋高さ方向において嵌合を生じ得る全範囲を１００％として、上記範囲における中段部分の長さをその４０％以上７０％以下としかつ、前記下段部分、中段部分及び上段部分は各々の境界の角度変化部分に加工逃げを有しており、下段部分、中段部分及び上段部分の各境界の角度変化部分に設定する加工逃げは概ね切削バイトのノーズ半径以上かつ蓋枠接触長２ｍｍ相当以下としたことを特徴とする地下構造物におけるテーパー嵌合蓋装置。
【請求項２】
下段部分及び上段部分は同一の傾斜角度を有する急傾斜食い込み部として、その鉛直線からの傾斜角度を７度以上１０度未満に設定し、中段部分は緩傾斜食い込み部として、その鉛直線からの傾斜角度を１０度以上１４度未満に設定し、中段部分の接触時に、下段部分及び上段部分におけるテーパー嵌合力よりも弱いテーパー嵌合力を発揮するものとした請求項１記載の地下構造物におけるテーパー嵌合蓋装置。
【請求項３】
中段部分に設定する鉄蓋と受け枠の間の僅かな隙間は鉛直方向において０．１〜１．０ｍｍである請求項１記載の地下構造物におけるテーパー嵌合蓋装置。
【請求項４】
鉄蓋高さ方向において嵌合を生じ得る全範囲における下段部分及び上段部分の長さは、中段部分を除いた長さを各々に均等に振り分けて得られる長さとした請求項１記載の地下構造物におけるテーパー嵌合蓋装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下構造物用鉄蓋の外周面とそれを受け止める受け枠の内周面が斜面にて接触し、上記斜面間の接触においてテーパー嵌合を生じる地下構造物におけるテーパー嵌合蓋装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
テーパー嵌合蓋装置は、マンホールと通称される地下構造物において、その鉄蓋と受け枠とを適切な角度の傾斜面で接触させ、テーパー嵌合を発生させるものであり、鉄蓋を、いわば楔として受け枠に食い込ませることで、ガタつきを防止するメカニズムを有している。このメカニズムは鉄蓋表面を走行する車両の荷重が、予め想定された範囲内にあれば通常の状態として何ら問題はなく有効に働くが、過積載の重車両などの荷重が鉄蓋に加えられるような異常な状況では、鉄蓋が受け枠に食い込み過ぎる状態に至ることがある。このような食い込み過ぎた状態では開蓋が著しく困難になり、地下構造物の保守点検などに不都合を生じることになる。
【０００３】
テーパー嵌合蓋装置における鉄蓋の食い込み過ぎを防止するために、様々な技術的提案がなされている。実公昭６０−１９１６２号では、鉄蓋の外周面と受け枠の内周面に上部急傾斜嵌合部とその受け部、緩傾斜嵌合部とその受け部、下部急傾斜嵌合部とその受け部を連続して形成し、また、上部急傾斜嵌合部及び受け部と緩傾斜嵌合部及び受け部との間に第１の隙間を設け、緩傾斜嵌合部及び受け部と下部急傾斜嵌合部及び受け部との間に第２の隙間を設けている（但し、第２の隙間＞第１の隙間、とする。）。上記の構成では、鉄蓋が沈下して第１の隙間が０になると、緩傾斜嵌合部とその受け部が接触するが、隙間の設定が適切でなければ食い込みを増加させてしまうことになる。また、鉄蓋の沈下がさらに進行すると、緩傾斜嵌合部とその受け部が潰れることを許容している。しかし、テーパー嵌合面が潰れたり変形したりすると、鉄蓋と受け枠の直径が部分的に変化し、円形が保たれなくなり、開蓋後に再び鉄蓋を閉じても食い込みが発生しなくなる恐れがある。他方、上記の考案では急傾斜と緩傾斜の角度、隙間の寸法等の条件が具体的に示されておらず、鉄蓋の食い込み過ぎをどの程度解決できるのか明らかではない。
【０００４】
また、ＷＯ２００４−１０１９００号や特開２００９−３０４３６号では、鉄蓋外周と受け枠内周の勾配面に上部勾配面と下部勾配面を形成し、下部勾配面の勾配を上部勾配面の勾配よりも急にするという構成を有している。この例の場合、上部勾配面と下部勾配面の両勾配面で鉄蓋を受け枠に嵌合支持させており、下部勾配面の角度は３〜１０度、上部勾配面の角度は７〜２０度という設定であるが、円形の鉄蓋において上下の勾配面をつなぐ連続した曲面形状に形成している。しかも、上記の曲面形状によって鉄蓋外周と受け枠内周との間に接触しない隙間部が形成され、この隙間部は鉄蓋と受け枠の勾配面の接触面積を調節する役割を担っているので、食い込みの制御を容易化するためには勾配面に劣らず重要な要件であるから、上記の曲面形状は正確に加工されなければならない。しかし、このように特殊な曲面加工のためには相応の手間と技術的管理を要する。
【０００５】
さらに、特開２００４−１９１７７号では、鉄蓋の外周面と受け枠の内周面のテーパー嵌合範囲における最上部に隙間部を形成した地下構造物用蓋、また、特開２０１０−３１４８４号では、非接触部を形成し弾性接触させる地下構造物用急勾配支持蓋装置を提案しているが、これらの先行技術にも一長一短があり、何れも決定的なものとは言い難い。しかしながら、これらの中でも最先の先願である実公昭６０−１９１６２号は未解決或いは未開示の部分を適切に充足することによって、目的とする前記の不都合な点を解決できる可能性があると判断することができるとの見通しを得た。本発明はこのような実情分析に基づいて開発されたものであり、上記考案において緩傾斜嵌合部とその受け部が潰れることによる問題を解決し、かつ、急傾斜と緩傾斜の角度、隙間の寸法等の条件を追及し具体化するという研究の結果、完成に至ったものである。
【０００６】
【特許文献１】実公昭６０−１９１６２号
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００４−１０１９００号
【特許文献３】特開２００９−０３０４３６号
【特許文献４】特開２００４−０１９１７７号
【特許文献５】特開２０１０−０３１４８４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記の経緯によってなされたもので、その課題は、過積載の重車両の荷重が鉄蓋に加えられるような異常な状況の下でも鉄蓋が受け枠に食い込み過ぎる状態に至らない地下構造物におけるテーパー嵌合蓋装置を提供することである。また、本発明の他の課題は、製造が容易で、しかも顕著な効果を奏する地下構造物におけるテーパー嵌合蓋装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に至る過程において得られている知見は以下のとおりである。
１．食い込み力は、鉄蓋の外周面と受け枠の内周面の斜面の鉄蓋高さ方向において、上部ほど大である。
２．テーパー嵌合を発生する面の鉛直線からの傾斜角度は傾斜が急であるほど食い込み力は大であるが、７度未満では食い込み力が大き過ぎ、また、１４度以上では食い込み力が発生しない。
３．鉄蓋が受け枠に食い込み過ぎるような荷重状態でも、食い込み部分の範囲が限定的であれば、事後の開蓋を妨げるには至らない。
４．より大きい荷重負担には、鉄蓋の食い込み力を抑制する部分を設けて対応することができ、鉄蓋が受け枠に食い込み過ぎる部分と鉄蓋の食い込み力を抑制する部分を案分することで、全体としての食い込み防止を図ることができる。
５．従って、テーパー嵌合を生じる部分を上段と下段に分離し、かつ、それらの中間にも中段の部分を設け、各段部分の接触範囲及び角度を適切に設定することによって、効果的な食い込み制御を実現することができる。
６．食い込み力が小さ過ぎると、鉄蓋表面を走行する車両の衝撃でも食い込み力が解除されることがあり、鉄蓋が飛び出して事故を起こしたり、鉄蓋が飛び跳ねた打撃音が周囲の住民の苦情の原因にもなったりすることがある。従って、開蓋力を過度に減少させることは得策ではなく、鉄蓋と受け枠の間には一定以上の食い込み力が必要である。
【０００９】
上記の知見の下に様々な実験を行った結果、
・中段部分はその鉄蓋高さ方向の長さを下段部分と上段部分における鉄蓋高さ方向の長さよりも長く設定すること、
・下段部分と上段部分の鉛直線からの傾斜角度は中段部分の鉛直線からの傾斜角度よりも急勾配とすること、換言すれば、中段部分の上記傾斜角度は下段部分と上段部分の上記傾斜角度よりも緩勾配とすること、
・鉄蓋と受け枠が初期荷重の下にあるときには下段部分と上段部分のみが接触して中段部分は接触せず、鉄蓋に初期荷重を超える超過荷重が掛かったときに中段部分が接触するように、中段部分の鉄蓋と受け枠は僅かな隙間を維持すること、
これらが本発明を構成する必要不可欠の条件であることを見出したものである。
【００１０】
従って、本発明では、前記の課題を解決するために、地下構造物用鉄蓋の外周面とそれを受け止める受け枠の内周面が斜面にて接触し、上記斜面間の接触においてテーパー嵌合を生じるテーパー嵌合蓋装置において、鉄蓋の外周面と受け枠の内周面の斜面に鉄蓋高さ方向にて下段部分、中段部分及び上段部分の３部分を設定し、上記中段部分はその鉄蓋高さ方向の長さを下段部分と上段部分における鉄蓋高さ方向の長さよりも長く設定し、下段部分と上段部分の鉛直線からの傾斜角度は中段部分の鉛直線からの傾斜角度よりも急勾配とし、中段部分の上記傾斜角度は下段部分と上段部分の上記傾斜角度よりも緩勾配とし、鉄蓋と受け枠が初期荷重の下にあるときには下段部分と上段部分のみが接触して中段部分は接触せず、鉄蓋に初期荷重を超える超過荷重が掛かったときに中段部分が接触するように鉄蓋と受け枠は中段部分において僅かな隙間を維持しており、さらに、下段部分、中段部分と上段部分の各境界の角度変化部分に加工逃げを設けるという手段を講じたものである。
【００１１】
本発明では、鉄蓋を受け枠に嵌め合わせたときに掛かる程度の荷重（これを初期荷重と呼ぶことにする。）と、この初期荷重においてテーパー嵌合を生じる傾斜角度にまず着目する。初期荷重においてテーパー嵌合を生じる傾斜角度は斜面の鉛直線から７度以上１０度未満であり、この７度以上１０度未満という傾斜角度は、鉄蓋に初期荷重が掛かったときに生じるテーパー嵌合の内の急傾斜の角度のことであって、テーパー嵌合している鉄蓋は容易に開蓋できる状態にある。また、初期荷重の意味は上記のテーパー嵌合を事実上進行させない範囲の荷重ということでもあり、その範囲であれば、鉄蓋を受け枠に嵌め合わせたときに掛かる程度の荷重を上回ることもある。例えば、人や自転車、或いは乗用車等が鉄蓋上を走行して掛かる程度の荷重は、初期荷重の範囲内と見做される。また、本発明における超過荷重とは初期荷重を超える荷重であり、本発明を適用しなければ鉄蓋の外周面と受け枠の内周面との間に食い込み過ぎるテーパー嵌合を生じる可能性のある荷重である。例えば、大型トラックなどの軸荷重の大きい重車両が鉄蓋上を走行して加えられる荷重は、超過荷重に相当する。
【００１２】
下段部分と上段部分の鉛直線からの傾斜角度は中段部分の鉛直線からの傾斜角度よりも急勾配の傾斜角度を有する急傾斜食い込み部とし、その鉛直線からの傾斜角度を７度以上１０度未満に設定する。中段部分は下段部分及び上段部分におけるテーパー嵌合力よりも弱いテーパー嵌合力を、中段部分の接触時に発揮することが望ましいので緩傾斜食い込み部とし、その鉛直線からの傾斜角度を１０度以上１４度未満に設定する。上記中段部分はその鉄蓋高さ方向の長さを下段部分と上段部分における鉄蓋高さ方向の長さよりも長く設定する。それは、初期荷重を超える超過荷重に耐えるという構造上の目的にも適合する。また、下段部分と上段部分の急傾斜食い込み部及び中段部分の緩傾斜食い込み部は、何れも従来のテーパー加工と同じ直線勾配から成るので、例えば、特許文献６の国際公開ＷＯ２００４−１０１９００号に見られるように特殊な曲面加工を必要とせず、製造も容易である。
【００１３】
上記において、下段部分と上段部分の急傾斜食い込み部は同一の傾斜角度を有していることが望ましい。同一の傾斜角度とすることによって、鉄蓋の外周面と受け枠の内周面における、下段部分と上段部分の急傾斜食い込み部を同時に加工することができ、製造上の工程数を無用に増すことがなく、しかも精密な加工を容易に実行することができるからである。下段部分、中段部分と上段部分の各境界の角度変化部分に設ける、前記の加工逃げは夫々下段部分の急傾斜食い込み部、中段部分の緩傾斜食い込み部、上段部分の急傾斜食い込み部の加工をより容易かつ確実に行うことに寄与する。即ち加工逃げは、本来、製造上の誤差や変形時の局部接触を回避するために行う、旋盤加工上或いは工業製品設計上の常識というべきものである。しかし、誤差によって下段部分、中段部分、上段部分の各斜面の境界にて傾斜角度の変わる位置が変化すると、傾斜角度の変わる位置の前後どちらかの傾斜角度の部分でより強く接触してしまい、食い込み力が安定しない恐れがあるが、加工逃げを設けることで上記の問題を解消することも可能になる。
【００１４】
本発明においては鉄蓋高さ方向において嵌合を生じ得る全範囲を１００％として、上記範囲における中段部分の長さをその４０％以上７０％以下とし、その残りを上記範囲における下段部分と上段部分の長さとして夫々均等に振り分けることが望ましい。これらの数値は、前記の知見に基づく実験を通じて追及され、後述する数値とともに決定したものである。中段部分の長さは、４０％未満では食い込み過ぎの防止が十分ではなく、７０％を越えると上段部分と下段部分の接触面積が少なくなり、異常荷重発生時に蓋枠の接触面圧が高くなり潰れ等の不具合が発生するので、この範囲の長さが必要である。また、中段部分に設定する鉄蓋と受け枠の間の僅かな隙間は鉛直方向において０．１〜１．０ｍｍに設定することが望ましい。さらに、下段部分、中段部分と上段部分の各境界の角度変化部分に設ける加工逃げは概ね切削バイトのノーズ半径以上かつ蓋枠接触長２ｍｍ相当以下が望ましい。加工逃げの上限を２ｍｍとしたのは、閉蓋時に鉄蓋が受け枠に傾いたまま入った場合、鉄蓋の傾きの最も大きい位置でも、受け枠上面よりの出代２ｍｍ以下であることを確認しているので、下段部分、中段部分と上段部分の各境界の角度変化部分の接触を防止するため安全を見込んだものである。なお、ノーズＲは一般的に０．４ｍｍから３．２ｍｍの０．４ｍｍ飛びに設定されており、０．８ｍｍの使用例が多い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は以上のように構成されかつ作用するものであって、テーパー嵌合を生じるテーパー嵌合蓋装置において、鉄蓋の食い込み力を抑制する中段部分を最も広範囲に設定し、かつ、中段部分は鉄蓋に初期荷重を超える超過荷重が掛かったときに接触するので、過積載の重車両の荷重が鉄蓋に加えられるような過荷重の状態下においても、鉄蓋が受け枠に食い込み過ぎる状態に至らない地下構造物におけるテーパー嵌合蓋装置を提供することができる。また、本発明によれば、製造が容易で、しかも顕著な効果を奏する地下構造物におけるテーパー嵌合蓋装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下図示の実施形態を参照して本発明をより詳細に説明する。図１は本発明に係る地下構造物におけるテーパー嵌合蓋装置１０の一例を示す部分断面図であり、テーパー嵌合蓋装置１０は、鉄蓋１１の外周面とそれを受け止める受け枠１２の内周面とが斜面にて接触し、それによって接触面にテーパー嵌合を生じる構成を有している。鉄蓋１１は円形の平面形状を有しており、受け枠１２は円筒状の筒型枠１３を有するとともに、その内周面の斜面下方には内方凸部１４があり、外周には鍔型のフランジ１５などが設けられた、ほぼＬ字型の横断面形状を有する一般的な構造である。従って、図示の受け枠１２は、下部の方が上部と比較してより剛性が高く、変形し難い構造を有している例である。しかし、本発明の装置１０がこのような構造以外の受け枠１２にも適用できるのは言うまでもないことである。
【００１７】
鉄蓋１１の外周面と受け枠１２の内周面は、鉄蓋高さ方向において下段部分１６、中段部分１７、上段部分１８の３部分に設定されている。各図に記した符号１６、１７、１８は下段部分、中段部分、上段部分の位置だけを示している。図２に、下段部分１６、中段部分１７、上段部分１８における、鉄蓋１１の外周面の各接触部を１１ａ、１１ｂ、１１ｃとして示し、受け枠１２の内周面の各接触部を１２ａ、１２ｂ、１２ｃとして示す。下段部分１６と上段部分１８には、鉄蓋１１に初期荷重が掛かったときに、受け枠１２との間にてテーパー嵌合を生じる急傾斜食い込み部１９、２１が夫々形成されている。中段部分１７には、上記初期荷重を超える超過荷重が掛かったときに、超過荷重を負担して下部と上部の急傾斜食い込み部１９、２１に超過荷重が掛かるのを防止するために、上記急傾斜食い込み部１９、２１よりも緩い傾斜角度を有する緩傾斜食い込み部２０が形成されており、かつ、後述する僅かな隙間２４が設けられている。急傾斜食い込み部１９、２１と緩傾斜食い込み部２０の各テーパー部分は加工の容易な縦断面が直線から成る、直線テーパーで構成された円錐曲面である。図３に、鉄蓋１１に初期荷重を超える超過荷重が掛かって、受け枠１２に対する食い込みが進み、中段部分１７も含めた上段部分１６ないし下段部分１８の３段部分の全部分が接触している状態を示す。
【００１８】
図４は下段部分１６、中段部分１７、上段部分１８の寸法関係等を例示するためのものであり、Ｈは鉄蓋の高さ方向の全高、Ｈ′は受け枠の高さ方向の全高である。Ｂは下段部分１６の急傾斜食い込み部長さ、Ｔは上段部分１８の急傾斜食い込み部長さ、Ｍは中段部分１７の緩傾斜食い込み部長さ、そして、αは加工逃げの長さを示す。なお、直径が６００ｍｍの鉄蓋１１の場合、Ｈ＝４０、Ｈ′＝４２、Ｍ＝蓋高さＨの４０％以上７０％以下、Ｔ＝Ｂ、α＝一般的なノーズ半径最小０．４以上、最大でも２以下である（以上、単位は全てｍｍ）。ここで、上段部分１８、及び下段部分１６の急傾斜食い込み部の長さＴ及びＢはＭ＝Ｈ−（Ｂ＋Ｔ＋２α）の関係から、Ｔ＝Ｂ＝（Ｈ−Ｍ−２α）／２となり、
Ｔ（最大）＝Ｂ（最大）＝（４０−最小Ｍ−２×最小α）／２
＝（４０−４０×０．４−２×０．４）／２
＝１１．６
Ｔ（最小）＝Ｂ（最小）＝（４０−最大Ｍ−２×最大α）／２
＝（４０−４０×０．７０−２×２）／２
＝４
となる。
【００１９】
図示の実施形態において、急傾斜食い込み部１９、２１の斜面の鉛直線からの傾斜角度は約９度に設定しており（図７左）、緩傾斜食い込み部２０の斜面の鉛直線からの傾斜角度は約１２度に設定している（図７右）。また、下段部分１６と上段部分１８の急傾斜食い込み部１９、２１の傾斜角度は同一であり、同時加工により精密に加工されている。よって、初期荷重状態においても、鉄蓋高さ方向における下段部分１６と上段部分１８が同時に接触することで、鉄蓋１１と受け枠１２は鉄蓋高さ方向の全域に渡って接触したような状態となり、見掛けの接触長さが長くなるので、鉄蓋１１が受け枠１２に対して、より安定的に保持されるようになる。
【００２０】
本発明の装置１０では、下段部分１６の急傾斜食い込み部１９と中段部分１７の緩傾斜食い込み部２０との境界、それに中段部分１７の緩傾斜食い込み部２０と上段部分１８の急傾斜食い込み部２１との境界に、夫々加工逃げ２２、２３が設けられている。これらの加工逃げ２２、２３は、急傾斜食い込み部１９、２１と緩傾斜食い込み部２０を夫々独立して加工することを可能にする、言い換えれば、下段部分１６と上段部分１８の急傾斜食い込み部１９、２１及び緩傾斜食い込み部２０を、各端部で正確に一致させる加工を必要としない。従って、急傾斜食い込み部１９、２１及び緩傾斜食い込み部２０の精密加工を容易に実行することが可能になる。
【００２１】
一方、中段部分１７の緩傾斜食い込み部２０においては、鉄蓋１１の外周面１１ｂと受け枠１２の内周面１２ｂに僅かな隙間２４が維持されている。中段部分１７における僅かな隙間２４は、下段部分１６と上段部分１８の各急傾斜食い込み部１９で初期荷重を負担している間は開いているが、超過荷重が加わったときには閉じてその荷重を負担する寸法に設定されている（図２、図４及び図５参照）。即ち、図示の実施形態の例では、この隙間２４を鉛直方向における長さとして０．１〜１．０ｍｍに設定している。従って、僅かな隙間２４をもって構成される中段部分１７の緩傾斜食い込み部２０は、直径６００ｍｍの鉄蓋１１において、上記０．１〜１．０ｍｍのものを鉄蓋高さ方向の全高（全範囲）の４０〜７０％の長さに渡って設ければ目的を達することが分かる。しかし、直径が６００ｍｍ未満の鉄蓋については勿論のことであるが、９００ｍｍ或いは２倍の１２００ｍｍ程度の蓋についても、要求されている強度が直径６００ｍｍの鉄蓋と実質上変わりない場合には、上記の数値は概ね妥当であると考えて良い。
【００２２】
このような本発明の装置１０における食い込み作用について、図５及び図６を参照して説明する。本発明の装置１０の供用後には、鉄蓋１１を経て初期荷重ｗが受け枠１２に掛かるが、この状態では接触している下段部分１６の急傾斜食い込み部１９と上段部分１８の急傾斜食い込み部２１において初期荷重を負担し、接触していない中段部分１７の緩傾斜食い込み部２０は荷重を負担しない。鉄蓋１１を介してテーパー嵌合蓋装置１０に係る荷重が、予め想定されている範囲内に収まっている場合、急傾斜食い込み部１９、２１におけるテーパー嵌合は持続する。人や軽荷重の車両が走行することによって鉄蓋１１に掛かる荷重が軽重変化しても、初期荷重の範囲であれば食い込み過ぎる状態に至ることはない。また、本来のテーパー嵌合状態では、開蓋操作力もほぼ一定であるから維持管理時の開閉操作も妨げられることはない。なお、下段部分１６の急傾斜食い込み部１９と上段部分１８の急傾斜食い込み部２１に掛かる荷重は、図５に矢印２５、２６の長さで示したように同等と考えて良い。
【００２３】
供用中に、例えば、過積載の大型トラック等、軸荷重の大きい重車両が鉄蓋上を走行することなどによって、初期荷重ｗを超える超過荷重Ｗが加えられるようになると、中段部分１７が受け持つ荷重が最大となり、鉄蓋１１の食い込み力の増大が抑制される。即ち、接触長さが最も長く食い込みにくい緩勾配である中段部分１７に設けられている緩傾斜食い込み部２０で隙間２４が消失し、鉄蓋１１の外周面の接触部１１ｂと受け枠１２の内周面の接触部１２ｂにて接触して超過荷重Ｗを負担する状態になる。超過荷重Ｗを負担する緩傾斜食い込み部２０は、急傾斜食い込み部１９のそれよりも相対的に緩い傾斜角度に設定されているので、食い込み度合いも小さく、確実に超過荷重を受け止める。このため、超過荷重がそのまま急傾斜食い込み部１９、２１に作用することはなく、急傾斜食い込み部１９、２１が過度の食い込み状態になるのを防止することができる。超過荷重Ｗの下では、矢印２７の長さで示したように緩傾斜食い込み部２０がそれを負担し、かつまた、下段部分１６の急傾斜食い込み部１９と上段部分１８の急傾斜食い込み部２１の負担も相対的に減少することも考えられるが、矢印２５、２６で示したように初期荷重相当分を上限として夫々負担し続ける。
【００２４】
超過荷重が法定の積載量を超えた積み荷を積んだ、不法な過積載の車両などによって鉄蓋１１に加わり、鉄蓋１１が受け枠１２に無理に押し込まれ、食い込み力が増大するようになる例を数値で解析すると以下のようになる（図７参照）。この状態における鉄蓋１１の沈下深さをＬｍｍとする。急傾斜食い込み部１９の斜面の鉛直線からの傾斜角度は約９度に設定され、緩傾斜食い込み部２０の斜面の鉛直線からの傾斜角度は約１２度に設定されているから、急傾斜食い込み部１９のある下段部分１６の拡張代δＢは、
δＢ＝Ｌ×ｔａｎ９°→０．１５８３Ｌｍｍとなる。
なお、下段部分１６と同様の急傾斜食い込み部２１がある上段部分１８の拡張代（δＡ）は、下段部分１６の拡張代δＢと同じと考えて良い。
また、緩傾斜食い込み部２０のある中段部分１７の拡張代δＭは、
δＭ＝Ｌ×ｔａｎ１２°→０．２１２６Ｌｍｍとなる。
【００２５】
上記の結果から、急傾斜食い込み部１９、２１のある下段部分１６と上段部分１８よりも緩傾斜食い込み部２０のある中段部分１７において受け枠１２がより押し広げられる傾向（δＡ＝δＢ＜δＭ）となることが分かる。つまり、緩傾斜食い込み部２０で鉄蓋１１が受け枠１２により強く押し付けられること、しかし傾斜角度はより緩いので食い込み力の増加は少ないこと、を意味する。他方、急勾配ではあるが急傾斜食い込み部１９、２１における食い込み力は、超過荷重負担時も一定値以上増加しないことが分かる。本発明の場合、僅かな隙間２４を鉄蓋１１と受け枠１２の間に設けているため、隙間２４が無くなり中段部分１７の緩傾斜食い込み部２０が超過荷重Ｗを負担するまでは、下段部分１６と上段部分１８の急傾斜食い込み部１９、２１における食い込みが進行し、その結果、開蓋操作力も或る程度は増加する。しかし、主として緩傾斜食い込み部２０が超過荷重Ｗを負担する、一方、急傾斜食い込み部１９、２１における、食い込み力を一定以上増大させないので、事後の開蓋を妨げるには至らない。
【００２６】
超過荷重が掛かり、鉄蓋１１の受け枠１２に対する食い込みが進行した状態になると、超過荷重が取り去られても初期荷重ｗの状態には戻らないと考えられる。しかし本発明においては、超過荷重が掛かっても、上記のとおり主として緩傾斜食い込み部２０が超過荷重Ｗを負担し、急傾斜食い込み部１９、２１における食い込み力を一定以上増大させないので、開蓋可能な状態に保つことができる。また、本発明では、急勾配の下段部分１６と上段部分１８の急傾斜食い込み部１９、２１によって必ず食い込みが発生するので、食い込み力が少なすぎる場合の弊害も起こらない。このように、本発明は、食い込み力の上限値と下限値を規定し、それによって適切な食い込み力を発生する範囲を「制御する」ことを可能にしたものということができる。
【００２７】
ここで、中段部分７に設ける僅かな隙間２４の数値を０．３、０．６、０．９（ｍｍ）と変化させたときに、テーパー嵌合を生じている鉄蓋の開蓋操作に必要な鉄蓋開放力の実験データを採取したので、これを表１ないし表６に示す。なお、鉄蓋は直径６００ｍｍのもので、受け枠共全体に粉体塗装が施されている。試験荷重は日本下水道協会規格に規定されている２１０ｋＮを使用し、開蓋工具には、一般的な手かぎを使用した。同一品について３回連続して試験を行い、開蓋に必要な操作力（開放力）を測定した。開放力の仕様値は測定器の読み取り値で５００Ｎ以下とする。測定は、特開平２００８−２０９１４９号公報に開示されている鉄蓋類の開蓋操作力の測定装置を用いて行った。同装置は梃子作用によって開蓋操作を行う工具を使用するもので、工具の力点に加えた操作力を、受け枠を支点として鉄蓋の作用点に作用させたときに、開蓋工具に生じる微少な変形量を検出するために、工具本体に取り付けたセンサーを備えている。工具の梃子要素を夫々の位置に配置して開蓋操作を行い、その結果、開蓋工具に生じた曲げ応力をセンサーの出力値に基づいて演算し、操作力を物理量として表示する。
【００２８】
中段部分緩傾斜Ｍ（最大）＝７０％の場合
表１（上段部分９度−中段部分１２度−下段部分９度、隙間０．３ｍｍ）  
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表２（上段部分９度−中段部分１２度−下段部分９度、隙間０．６ｍｍ）
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表３（上段部分９度−中段部分１２度−下段部分９度、隙間０．９ｍｍ）
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中段部分緩傾斜Ｍ（最小）＝４０％の場合
表４（上段部分９度−中段部分１２度−下段部分９度、隙間０．３ｍｍ）  
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表５（上段部分９度−中段部分１２度−下段部分９度、隙間０．６ｍｍ）
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表６（上段部分９度−中段部分１２度−下段部分９度、隙間０．９ｍｍ）
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＜比較例＞従来９度単一テーパーの場合
表７
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【００２９】
中段部分緩傾斜Ｍが最大７０％〜最小４０％の範囲における実験結果として、表１〜表６に示されているように、中段部分１７の僅かな隙間２４の数値を０．３ｍｍから０．９ｍｍまで変化させた場合、僅かな隙間２４の大きさが増すにつれて開放力も増大する傾向であることが分かる（この実験結果を視覚的に示したのが図８である）。上記隙間２４は最大の０．９ｍｍでは表６において１回目が仕様値を上回っているものの、しかし、それ以外は全て仕様値内におさまっている。また、平均値では全て仕様を満足している。この結果に基づいて、設定されている鉛直方向における僅かな隙間２４の数値範囲０．１〜１．０ｍｍは、全体として妥当性があると判断することができる。従って、鉄蓋１１及び受け枠１２の形状及びサイズが異なった場合は、中段部分１７の長さ及び上記隙間２４の数値を適切に選択することで、食い込み荷重を自在にコントロールすることができる。例えば、火災などの緊急時に鉄蓋の開け易さを優先させる消火栓用鉄蓋では、隙間２４を０．３ｍｍのような僅かな隙間を選定し、下水道用鉄蓋の如く不法投棄を防止する必要のある鉄蓋では、食い込み力を大きくやや開け難い隙間０．９ｍｍを採用するなどして、製品の目的に応じた食い込み力を選択することができる。比較のため、従来９度の単一テーパーの測定結果を示すと表７に記載したとおりであり、本発明によれば従来例との比較上、表６の１回目を例外として、鉄蓋の開放力をほぼ全てのケースにおいて従来例よりも軽減できていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る地下構造物におけるテーパー嵌合蓋装置の一例を示す断面図である。
【図２】同上の装置の一部を拡大して示す断面図である。
【図３】同上において鉄蓋が沈下している状態を示す断面図である。
【図４】同上における各部の寸法関係を示す部分断面図である。
【図５】同じく初期荷重が掛かっている状態を示す説明図である。
【図６】同じく超過荷重が掛かっている状態を示す説明図である。
【図７】同じく食い込み力増大に伴う急傾斜食い込み部と緩傾斜食い込み部の拡張代を示す説明図である。
【図８】実験結果を視覚的に示すグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
１０  テーパー嵌合蓋装置
１１  鉄蓋
１２  受け枠
１３  筒型部
１４  内方凸部
１５  フランジ
１６  下段部分
１７  中段部分
１８  上段部分
１９、２１  急傾斜食い込み部
２０  緩傾斜食い込み部
２２、２３  加工逃げ
２４  僅かな隙間
２５、２６  初期荷重の作用を示す矢印
２７  超過荷重の作用を示す矢印
【要約】
【課題】過積載の重車両の荷重が鉄蓋に加えられるような異常な状況の下でも鉄蓋が受け枠に食い込み過ぎる状態に至らない地下構造物におけるテーパー嵌合蓋装置を提供する。
【解決手段】鉄蓋１１の外周面と受け枠１２の内周面の斜面に鉄蓋高さ方向にて下段部分１６、中段部分１７及び上段部分１８の３部分を設定し、上記中段部分はその鉄蓋高さ方向の長さを下段部分と上段部分における鉄蓋高さ方向の長さよりも長く設定し、下段部分と上段部分の鉛直線からの傾斜角度は中段部分の鉛直線からの傾斜角度よりも急勾配に設定し、鉄蓋と受け枠が初期荷重の下にあるときには下段部分と上段部分のみが接触して中段部分は接触せず、鉄蓋に初期荷重を超える超過荷重が掛かったときに中段部分が接触するように鉄蓋と受け枠は中段部分において僅かな隙間２４を維持し、さらに、下段部分、中段部分と上段部分の各境界の角度変化部分に加工逃げ２２、２３を設ける。
【選択図】          図２【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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