JP2003313943A - 構造体の継手装置 - Google Patents
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Abstract
本体に遊びがなく、かつ一対の継手本体をワンタッチで
結合・分解できる構造体の継手装置を提供する。 【解決手段】トラス部材に固定されトラス部材相互の結
合時に互いに突き当たる突き当て面を有する一対の止め
リング5と、この止めリング5の外周に設けられ継手本
体6と、この継手本体6の先端部に設けられ周方向に沿
って所定間隔を存し軸方向に突出する複数の嵌合突部1
2及びこれら嵌合突部12相互間に形成される嵌合凹部
13と、一対の継手本体の嵌合突部と嵌合凹部は互いに
相手側の継手本体の嵌合凹部と嵌合突部に軸方向に嵌合
し、さらに嵌合突部には相手側の継手本体の嵌合突部に
周方向に係止して軸方向の移動を規制する係止鉤部14
とを備え、係止鉤部14は、継手本体の軸方向と直角な
面に対して嵌合突部の先端方向に傾斜する係合面14a
を有していることを特徴とする。
Description
一対の同一構造の継手からなり、パイプ体もしくは中実
体からなる構造体を組立てて、例えばトラス構造物を構
築するのに用いられる継手装置に関する。
ラス構造物があり、この立体トラス構造物を構成する構
造体及びこれら構造体を連結固定する継手装置として、
従来は、主にボルトが用いられていた。最も一般的に
は、トラス部材相互を溶接してトラス構造を組立ててい
た。
垂直にボルトが入るものと、ノード部分からブラケット
を突設し、ここに直角ボルトを入れて固定するというも
のが多く、全て鋼材から構成される。
用するには、特に、総重量の軽減化や、メンテナンスの
作業の簡略化が求められている。そのため、鋼材に代わ
ってアルミニウム合金材や、ステンレス鋼などが用いら
れるようになった。
が好まれていて、上述の素材で構成すると単位面積重量
が極めて大になってしまう。そこで、比重が小さく軽量
で、しかも剛性の大であるCFRPを用いることで解決
を得ようとしている。
ー状とする必要があり、その加工が面倒であるととも
に、ねじ切り部の強度が低いという特徴があって、構造
体の全てと、これら構造体を連結固定する継手装置の全
てをCFPR材に代えることには無理がある。
材の本体部分に、ボルトやブラケットを取付けて、これ
らのものがノード部分に接合されることが、地上におけ
る建築物関係では一般的な設計手法である。
L.65 1997.4)を、図7(A)に示す。ここ
で球状のノードaと、このノードaと接しトラス部材に
加わる荷重のうち主として圧縮力を受け持つカラーb
は、アルミニウム合金材が用いられる。前記カラーbの
端面に、ステンレス鋼からなるノーズコーンcが接する
ように設けられている。
aに亘って、主として引張り荷重を受け持つ高張力鋼材
からなるベアリングボルトdが螺挿されている。前記ノ
ーズコーンcは、構造体であるCFRPトラス部材fが
取付固定されている。
eが設けられ、この縦溝eにはベアリングボルトdの軸
部に突設されたピンgが係合しており、カラーbの回転
がピンgを介してベアリングボルトdに伝達されるよう
になっている。
と連通し、ピンgが嵌合される凹部hが設けられてい
る。そして、カラーbの回転によってベアリングボルト
dがノードaのねじ孔iに螺挿され、ピンgが凹部hに
嵌合すると、カラーbの回転はベアリングボルトdに伝
達されないようになっている。
複数のトラス材が所定方向に取付けられるように構成さ
れたノードaがあって、CFRPパイプからなるトラス
部材fを前記継手装置を介して連結する。従って、剛性
が高く軽量化を促進した複層立体トラス構造物を構成で
き、デザイン性に富む屋根架構等に適用できる。
置のトラス部材fの両端部に継手装置を取付けるのに、
2本のベアリングボルトdの螺挿作業が必要である。複
層立体トラス構造物を構築するためには、大量のトラス
部材fを継手装置を介して連結しなければならない。
に対する膨大な螺挿作業が必要となる。この作業は従来
の建設現場で行われてきたトラス構造の組立てに比べれ
ば幾分かの改善はされているが、依然としてトラス構造
の組立てに長い時間がかかっていることは事実である。
あるため、その反動トルクをどこかで吸収する必要があ
る。これは足場の悪い宇宙空間や洋上、あるいは水中や
海底などで構造の組立て作業を行おうとする際には著し
く不都合な点である。
を回転させることにより、ベアリングボルトdを螺挿す
るようになっている。カラーbの回転はベアリングボル
トdに設けてあるピンgを介して伝えられる。ベアリン
グボルトdが所定の挿入量だけノードaに螺挿される
と、このピンgはノードaの凹部hの内部に入り込むた
め、この段階で、このピンgのカラーbとの接触がなく
なり、カラーbの回転は締め付け方向も緩める方向もベ
アリングボルトdには伝わらなくなる。よって、このよ
うな構成ではトラスを組立てることはできても、分解す
ることは困難である。
ラス部材以外の用途を含めて、いずれの用途においても
結合作業では部材の中心軸まわりの反動トルクが発生す
る虞れがあって、これを打ち消すための特別な工夫や工
具が必要である。また、宇宙空間や水中などの特殊状況
下で作業する場合には、作業者の体勢保持のために特別
な工夫をしなければならず、コスト的に悪影響がある。
手本体をワンタッチで結合でき、結合時のストロークが
小さくてすみ、組立て時及び分解時の反動トルクが非常
に小さく、組立てが容易で作業性の大幅な向上を得られ
る継手装置を開発し、既に、特願2001−38352
9号として出願している。
本体の互いの嵌合突部を嵌合凹部に嵌合することによ
り、対向する係止鉤部相互が係合可能となる構造であ
り、係止鉤部の係止面は、継手本体の軸方向と直角な面
に対して嵌合凹部の底面方向に傾斜するマイナス角度、
つまりオーバーハング状に傾斜している。従って、これ
らが係合した状態で軸方向に僅かに余裕(寸法的な遊
び)があり、構造体相互を結合する継手として適用した
場合、寸法的な遊びを吸収する特別な工夫が必要であ
る。
ので、その目的とするところは、結合状態で軸方向の寸法
精度を向上させ、継手本体に遊びがなく、かつ一対の継手
本体をワンタッチで結合・分解でき、屋根架構のほか
に、宇宙構造物あるいは海洋構造物などでも対応でき、
広く用途がある構造体の継手装置を提供しようとするも
のである。
成するために、請求項1は、パイプ体もしくは中実体か
らなる構造体端部にそれぞれ一対の継手を取付け、一対
の継手相互を結合することにより構造体相互を結合する
継手装置において、前記継手は、前記構造体端部に固定
され前記構造体相互の結合時に互いに突き当たる突き当
て面を有する一対の突き当て部材と、この突き当て部材
の外周に設けられ前記構造体端部に対して回転自在な筒
状の継手本体と、この継手本体の先端部に設けられ、周
方向に沿って所定間隔を存し軸方向に突出する複数の嵌
合突部及びこれら嵌合突部相互間に形成される嵌合凹部
と、前記一対の継手本体の嵌合突部と嵌合凹部は互いに
相手側の継手本体の嵌合凹部と嵌合突部に軸方向に嵌合
し、さらに嵌合突部には相手側の継手本体の嵌合突部に
周方向に係止して軸方向の移動を規制する係止鉤部とを
備え、前記係止鉤部は、前記継手本体の軸方向と直角な
面に対して前記嵌合突部の先端方向に傾斜する係合面を
有していることを特徴とする。
の突き当て面は、前記係止鉤部の係合面の中心と一致し
ていることを特徴とする。
当て部材は、構造体端部にねじ止めされる止めナットで
あることを特徴とする。
は、過剰締め付けの際に軸方向に弾性変形する弾性変形
部を有していることを特徴とする。
は、前記構造体端部にねじ止めした後、接着剤が注入され
る空洞部を有していることを特徴とする。
は、構造体端部に溶接または接着された止めリングであ
ることを特徴とする。
部は、継手本体の軸方向と直角な面に対して嵌合突部の
先端方向に傾斜する、角度がプラスの係合面を設け、さ
らに加工時及び組立時の寸法精度を向上させ、軸方向の
遊びをなくすことにある。
と、突き当て部材の突き当て面が互いに当接して圧縮荷
重を受け、引っ張り荷重が加わると、突き当て部材と継手
本体との係合によって引っ張り荷重を受けることにな
る。
に基づいて説明する。
は結合状態の継手装置の半縦断側面図、図2は継手装置
を構成する一方の継手の半縦断側面図、図3は図2のA
部を拡大した側面図である。
対の継手1a,1bを備えている。一方の継手1aは、
ノード2に接続された構造体としてのノード側パイプ3
に接続され、他方の継手1bは、構造体としてのトラス
部材4に接続され、継手1a,1bを接続することによ
り、トラス部材4がノード2に結合されるようになって
いる。
の一方(継手1b)について説明すると、突き当て部材
としての止めナット5及びこの止めナット5の外周に位
置する継手本体6との二重構造に構成されている。
て、構造体としてのトラス部材4の端部にねじ止め固定
されている。継手本体6は円筒体からなり、その内周面
が止めナット5の外周面に回転自在に嵌合されている。
すなわち、継手本体6の内周部にはナット係止部6aが
設けられ、このナット係止部6aに止めナット5の後端
面が当接している。継手相互を結合した時の結合精度を
左右するトラス部材4の先端部の寸法誤差は、止めナッ
ト5を取付けることで吸収することができるが、これら
は工場での機械加工で高い精度に製作可能であり、高い
精度で継手本体6をトラス部材4(ノード側パイプ3)
に取付けることができる。また、止めナット5のねじ込
み量を調整することによって、トラス部材4の全長の長
さを微調整できる。なお、この場合は微調整後ねじ部を
接着剤で固定することが望ましい。
端部外周面に雄ねじ部7が設けられていて、止めナット
5の内周面には雄ねじ部7に螺合する雌ねじ部8が設け
られている。止めナット5の先端部には縮径方向に突出
する突き当て面9が設けられ、この突き当て面9の内周
面は前記トラス部材4に密に嵌合している。さらに、突
き当て面9の内側にはえぐれ部10が設けられ、このえ
ぐれ部10によって一部肉厚を薄くして弾性変形部を形
成している。そして、止めナット5をトラス部材4に固
定する際に、雌ねじ部8を雄ねじ部7に過剰締め付けを
行ったとき、えぐれ部10によって止めナット5が軸方
向に弾性変形してねじのガタを吸収する方向に常に力が
加わり、結果的に緩み止めをしている。
0付近の弾性変形を用いて止めナット5の緩み止め効果
を利用する際に、止めナット5の材質などによって過剰
に弾性変形が起こり、止めナット5の突き当て面9の平
面度が悪くなり、一部が突き当て面9から図8(a)に
示す、Bに示すような形で突き出る可能性もある。そう
なると継手の結合機能に支障を来たす場合もある。この
ような支障を起こさないようにするためには、突き当て
面9の形状及び止めナット5の断面形状を図8(b)に
示すように段差部C部を設けた形状あるいは(c)に示
すように、内径斜面部Dを設けたことにより、えぐれ部
10がある程度大きな弾性変形を起こしても、変形した
部分が突き当て面9から突き出ることがないようにする
ことができる。また、図8(d)に示すように、止めナ
ット5のトラス部材4の端部側に当接する面をバネ座金
Eのように加工することによって突き当て面9の変形を
起こすことなく、止めナット5の緩み止め効果を得るこ
とができる。
向に沿って所定間隔を存し軸方向に突出する複数の嵌合
突部12が設けられ、これら嵌合突部12相互間には嵌
合凹部13が形成されている。継手1bの継手本体6の
嵌合突部12が相手側の継手1aの継手本体6の嵌合凹
部13に嵌合し、継手1aの継手本体6の嵌合突部12
が相手側の継手1bの継手本体6の嵌合凹部12に嵌合
して、互いに相補形に嵌合するようになっている。
合突部12の幅寸法よりもある程度広く形成されてい
て、嵌合突部12が嵌合凹部13に嵌合した状態で、継
手本体部6は周方向に所定量だけ回動自在である。
方の側壁には、周方向に突出する係止鉤部14が一体に
設けられている。そして、一対の継手1a,1bを軸方
向に対向させた状態で、いずれか一方の継手本体6を移
動して互いの嵌合突部12を嵌合凹部13に嵌合するこ
とにより、対向する係止鉤部14相互が係合可能とな
る。
本体6の軸方向と直角な面に対して所定の角度だけ嵌合
突部12の先端方向に傾斜(プラス方向)している。係
止鉤部14の係合面14aの角度が従来のようにマイナ
スであると、引っ張り荷重が加わったときに継手に締ま
る方向に回転力が働くが、前述のように、係合面14a
がプラス傾斜であると、継手1a,1bに引っ張り荷重
が加わると、継手1a,1bの結合が緩む方向に作用す
る。これを防止するために、摩擦角の関係から、係合面1
4aの係合角θを1度から2度に設定している。係合面
14aの係合角θを、例えば2度とすると、係合面14
aのトラス部材4の軸方向への投影長さは、設計上、継
手本体6の軸方向に0.1mm〜0.3mmとなる。
の寸法Lとナット係止部6aと係合面14aの中心(S
は係合面14aの中心線を示す。)との間の寸法L’の
誤差で決まるが、止めナット5の突き当て面9は、係止鉤
部14の係合面14aの中心と一致するように止めナッ
ト5及び継手本体6は工場で機械加工によって高精度に
製作されているため、一対の継手本体6相互間の「遊
び」をなくすことができる。
互を結合するには、一方の継手本体6の嵌合突部12に
対して他方の継手本体6の嵌合凹部13を正対させる
と、必然的に、一方の継手本体6の嵌合凹部13に対し
て他方の継手本体6の嵌合突部12が正対する。
方の継手本体6を軸方向に移動すると継手本体6相互の
全ての嵌合凹部13内に全ての嵌合突部12が挿入さ
れ、この状態で回転させると係止鉤部14の係合面14
aが摺動しながら周方向に僅かに回転して係合する。従
って、継手本体6相互が結合されることになり、ノード
側パイプ3とトラス部材4との結合がなされる。
5の突き当て面9が互いに当接するため、ノード側パイ
プ3とトラス部材4とに互いに圧縮荷重が加わると、止
めナット5の突き当て面9が互いに当接して圧縮荷重を
受け、引っ張り荷重が加わると、止めナット5とナット係
止部6aとの係合によって引っ張り荷重を受けることに
なる。
引っ張り荷重が加わってもガタをなくし、ノード側パイ
プ3とトラス部材4とを略直結状態に連結することがで
きる。
端部が斜めに切断されていた場合においても、止めナッ
ト5を雄ねじ部7に締め付けることにより、トラス部材
4の端部形状に左右されることなく、止めナット5をト
ラス部材4と同軸的に固定することができ、また、止め
ナット5の突き当て面9がトラス部材4の中心軸と直交
するようにすることができる。従って、止めナット5の
突き当て面9が互いに当接するため、ノード側パイプ3
とトラス部材4とに互いに圧縮荷重が加わっても、その
荷重を継手1a,1bで受けることができる。
形態と同一構成部分は同一番号を付して説明を省略す
る。突き当て部材としての止めナット5の先端部には縮
径方向に突出する突き当て面9が設けられ、この突き当
て面9の内周面は前記トラス部材4に密に嵌合してい
る。さらに、突き当て面9の内側にはえぐれ部10が設
けられ、このえぐれ部10によって一部肉厚を薄くして
弾性変形部を形成しているとともに、空洞部15が設け
られている。
が設けられ、この凹部16の底部には空洞部15に連通
する貫通穴17が穿設されている。従って、止めナット
5の雌ねじ部8をトラス部材4の雄ねじ部7に締め付け
固定した後、貫通穴17から接着剤を注入すると、接着剤
が空洞部15に充填され、止めナット5の緩みを防止す
ることができる。
ス構造の部材の長さは、トラス部材4の片端に取付けら
れた止めナット5の突き当て面9から同じトラス部材4
の反対側端部に取付けられた止めナット5の突き当て面
9までの長さで規定される。このため、トラス部材4が
所定の長さよりも短めに切断されてしまっていた場合に
も止めナット5のねじ込み具合を多少調節してトラス構
造の部材として長さが所定の長さになるように調節し、
貫通孔17から空洞部15に接着剤を充填して止めナッ
ト5を固定したり、または止めナット5のねじ部を接着
剤固定すれば、トラス部材4の切断時の長さの誤差を吸
収して精度の良いトラス構造の部材とすることができ
る。
いはCFRPパイプであって、長手方向の両端部に継手
等が設けられていないものを指し、「トラス構造の部
材」とは、鋼管あるいはCFRPパイプの長手方向の両
端部に継手が設けられているものを指し、その長さは、両
端の継手の突き当て面間を指している。
形態と同一構成部分は同一番号を付して説明を省略す
る。本実施形態は、継手1a,1bに加わる荷重が比較
的小さいものに適用されるもので、突き当て部材として
の止めリング18をトラス部材4に接着または溶接した
ものであり、加工性、組立作業性を向上でき、コストダ
ウンを図ることができる。
b相互の結合時と分離時に、従来のようにトルクをかけ
たり、ねじ込む作業が全く不要となり、ワンタッチで着
脱が行える。そのため、宇宙構造物や海洋構造物の構築
など、足場の悪い条件下でも容易に作業でき、作業性の
大幅な向上が得られる。
左右されずに精度よく止めナット5と継手本体6を設置
することができるため、トラス部材4の材料(例えば鋼
管)を建設現場で切断してその場で止めナット5と継手
本体6からなる継手金具を両端に取付けてトラス構造の
部材に加工することも可能となる。
でなく、構造体をパイプとし、内部にハーネス類やコネ
クタ類を収容することもできる。さらに、義手や義足な
どの義肢体用具などに使用しても上述の好条件を確保で
き、使用範囲が一挙に拡大する。
離することのない場合は、必要に応じて、継手本体6相
互の嵌合突部12と嵌合凹部13間の隙間を溶接などの
手段で埋め込んだり、構造用接着剤(例えば、Vant
ico社(旧チバガイギー社)のアラルダイトのような
エポキシ系接着剤)などの強固な樹脂を流し込んで固め
ることによってこの隙間を埋めることでもよい。継手装
置のより堅牢化が図れて、半永久的な使用に耐えられ
る。
合状態で軸方向の寸法精度を向上させ、継手本体に遊び
がなく、かつ一対の継手本体をワンタッチで結合・分解
でき、屋根架構のほかに、宇宙構造物あるいは海洋構造
物などでも対応できる。
手装置の半縦断側面図。
半縦断側面図。
一部の断面図。
縦断側面図。
の一部を示す図。
明図。
Claims (6)
- 【請求項1】 パイプ体もしくは中実体からなる構造体
端部にそれぞれ一対の継手を取付け、一対の継手相互を
結合することにより構造体相互を結合する継手装置にお
いて、 前記継手は、 前記構造体端部に固定され前記構造体相互の結合時に互
いに突き当たる突き当て面を有する一対の突き当て部材
と、この突き当て部材の外周に設けられ前記構造体端部
に対して回転自在な筒状の一対の継手本体と、この継手
本体の先端部に設けられ周方向に沿って所定間隔を存し
軸方向に突出する複数の嵌合突部及びこれら嵌合突部相
互間に形成される嵌合凹部と、 前記一対の継手本体の嵌合突部と嵌合凹部は互いに相手
側の継手本体の嵌合凹部と嵌合突部に軸方向に嵌合し、
さらに嵌合突部には相手側の継手本体の嵌合突部に周方
向に係止して軸方向の移動を規制する係止鉤部とを備
え、前記係止鉤部は、前記継手本体の軸方向と直角な面
に対して前記嵌合突部の先端方向に傾斜する係合面を有
していることを特徴とする構造体の継手装置。 - 【請求項2】 前記突き当て部材の突き当て面は、前記
係止鉤部の係合面の中心と一致していることを特徴とす
る請求項1記載の構造体の継手装置。 - 【請求項3】 前記突き当て部材は、構造体端部にねじ
止めされる止めナットであることを特徴とする請求項1
または2記載の構造体の継手装置。 - 【請求項4】 前記止めナットは、過剰締め付けの際に
軸方向に弾性変形する弾性変形部を有していることを特
徴とする請求項3記載の構造体の継手装置。 - 【請求項5】 前記止めナットは、前記構造体端部にね
じ止めした後、接着剤が注入される空洞部を有している
ことを特徴とする請求項3記載の構造体の継手装置。 - 【請求項6】 前記突き当て部材は、構造体端部に溶接
または接着された止めリングであることを特徴とする請
求項1記載の構造体の継手装置。
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