JP6109535B2

JP6109535B2 - 金属管膨張装置及びそれを用いた杭構造の製造方法

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Publication number: JP6109535B2
Application number: JP2012248147A
Authority: JP
Inventors: 松原　茂雄; 茂雄松原; 誠二温品; 信之黒▲柳▼; 康夫内藤
Original assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd; Panahome Corp
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd; Panasonic Homes Co Ltd
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2012-11-12
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2032-11-12
Also published as: JP2014094400A

Description

この発明は、金属管を径方向に膨張可能な金属管膨張装置に関する。

金属管を加工する様々な技術が提案されている。例えば、特許文献１には、金属製の蛇腹管を製造するための装置が記載されている。この装置は、金属管の内部に挿入され管径方向に拡径可能なリング状分割金型と、リング状分割金型の内周面に嵌合可能な多角錐台形状を有し且つリング状分割金型と共に金属管の内部に挿入される多角錐台形状部とを有している。金属管内の多角錐台形状部に連結されたエクステンションロッドを金属管の外部に向かって引き付け、多角錐台形状部を同じく金属管内のリング状分割金型の内周面に押し付けることによって、リング状分割金型が管径方向に機械的に拡げられ、それにより、リング状分割金型が金属管に係合し金属管を管径方向外側に押し拡げ拡径させる。さらに、特許文献１に記載の装置は、金属管の外周面に取り付けられる２つの分割外型を有している。金属管を拡径した後、多角錐台形状部をリング状分割金型から離れるように移動させるとリング状分割金型が縮径して元に戻り、金属管の周方向に沿って環状に形成された拡径部分との係合を解除する。その後、金属管の拡径部分を両側から分割外型で挟み押し潰すことによって、蛇腹の節が形成される。

特開平１１−１６９９５８号公報

特許文献１に記載の装置では、エクステンションの外周面を囲む中空シャフトが設けられ、中空シャフトは、リング状分割金型の軸方向の移動を阻止している。中空シャフトは架台に固定され、多角錐台形状部によって押されるリング状分割金型を支持している。このように、特許文献１に記載の装置では、エクステンションロッドからの引張力を受けるリング状分割金型を支持する中空シャフト等の支持部材と、支持部材を固定する架台等の固定手段が必要となる。よって、特許文献１に記載の装置は、定位置に固定されて金属管をセットして使用されるものとなるため、設備等に設置後の金属管、鋼管杭として打設後の金属管のような既に固定された金属管を加工することができないという問題がある。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、設置後の金属管に対しても径方向に膨張させるように変形させることを可能にする金属管膨張装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明に係る金属管膨張装置は、金属管内に挿入され金属管を管径方向外側に向かって膨張させる金属管膨張装置において、シリンダと、シリンダ内に摺動可能に設けられ、作動流体を含む作動流体室をシリンダとの間に形成するピストンと、ピストンに一体に移動可能に連結され、シリンダの外部に延出する押圧部材と、押圧部材及びシリンダの間で挟まれる円筒状の変形可能部材と、作動流体室に作動流体を供給する作動流体供給手段とを備え、シリンダ、ピストン、押圧部材及び変形可能部材は、金属管内に挿入される金属管膨張装置本体を構成し、作動流体室への作動流体の供給によりピストンが作動流体室の容積を増加させるように摺動すると、押圧部材は、変形可能部材をシリンダに向かって圧縮するように押圧し、変形可能部材が、金属管の管径方向外側に向かって膨出するように変形する。

また、上記金属管膨張装置は、作動流体室の容積を縮小する方向へ移動させる付勢力をピストンに付与する付勢手段をさらに備えてもよい。
押圧部材は、ピストンに一体に移動可能に連結され、ピストンの摺動方向に沿ってシリンダの外部に延出すると共に変形可能部材を貫通する押圧用シャフトと、変形可能部材を貫通した押圧用シャフトの端部に連結され、シリンダとの間で変形可能部材を挟む押圧板とを有してもよい。
作動流体供給手段は、作動流体を圧送する作動流体圧送装置と、ピストンの内部を通って作動流体圧送装置を作動流体室に連通する作動流体流路とを有してもよい。

この発明に係る金属管膨張装置によれば、設置後の金属管に対しても径方向に膨張させるように変形させることが可能となる。

この発明の実施の形態に係る金属管膨張装置の断面側面図である。図１の金属管膨張装置における金属管膨張時の状態を示す断面側面図である。地盤に貫入後に図１の金属管膨張装置を用いて膨張される鋼管杭の状態を示す断面側面図である。

以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態
まず、この発明の実施の形態に係る金属管膨張装置１００の構成を説明する。
図１を参照すると、金属管膨張装置１００は、金属管に挿入される金属管膨張装置本体１０１を備え、金属管膨張装置本体１０１は、円筒状をした金属製のシリンダ１と、シリンダ１内を摺動可能である金属製のピストン２とを備えている。

シリンダ１には、端部１ａから端部１ｂに向かって円筒軸方向に沿ってシリンダ１を貫通する貫通穴が形成されている。貫通穴の内径は、円筒軸方向に沿って途中で変化しており、大径側である円筒状のシリンダ穴部１ｃと、小径側である円筒状のシャフト穴部１ｄとによって構成されている。
シリンダ穴部１ｃは、端部１ａで開口しており、さらに端部１ａ近傍の内周面には、周方向に沿って雌ねじ１ｃａが形成されている。
シャフト穴部１ｄは、シリンダ穴部１ｃと軸方向で隣接して端部１ｂで開口しており、端部１ｂと反対側でシリンダ穴部１ｃに連通している。また、シャフト穴部１ｄの内周面には、周方向に沿って環状のシャフトシール溝１ｅが形成され、シャフトシール溝１ｅ内には、弾性材料からなる環状のシャフトシール１ｆが嵌め込まれている。

ピストン２は、円筒状の形状を有し、シリンダ穴部１ｃ内に配置されている。
端部１ａ側のピストン２の端部２ａには、略円筒状の導管シャフト３の端部３ｂが一体に連結され、導管シャフト３は、シリンダ穴部１ｃから外部に延在し、反対側の端部３ａをシリンダ１外部に突出させている。
端部１ｂ側のピストン２の端部２ｂには、円柱状をした金属製の押圧用シャフト４の端部４ａが一体に連結されている。押圧用シャフト４は、シリンダ穴部１ｃからシャフト穴部１ｄを通ってシリンダ１の外部に延在し、反対側の端部４ｂをシリンダ１外部に突出させている。なお、押圧用シャフト４の円筒状の外周面４ｃにおける端部４ｂ近傍には、雄ねじ４ｂａが周方向に沿って形成されている。また、シャフト穴部１ｄにおいて、シャフトシール１ｆは、押圧用シャフト４の円筒状の外周面４ｃに接触し、押圧用シャフト４とシリンダ１との間を水密に封止している。
そして、押圧用シャフト４、ピストン２及び導管シャフト３は、直線状に一列に並んで配置されている。

ピストン２の円筒状の外周面２ｃには、周方向に沿って環状のピストンシール溝２ｅが形成され、ピストンシール溝２ｅ内には、弾性材料からなる環状のピストンシール２ｆが嵌め込まれている。シリンダ穴部１ｃにおいて、ピストンシール２ｆは、シリンダ穴部１ｃの内周面に接触し、ピストン２とシリンダ１との間を水密に封止している。
よって、シリンダ穴部１ｃ内でのピストン２の端部２ｂ側において、ピストン２及び押圧用シャフト４とシリンダ１との間には、シャフトシール１ｆ及びピストンシール２ｆによって封止された円筒状の作動油室６が形成される。作動油室６内には、作動流体である作動油が供給されるように構成されており、作動油室６は、ピストン２が押圧用シャフト４及び導管シャフト３と共に、シリンダ穴部１ｃ内を円筒軸方向に摺動することによって、その容積を変える。
ここで、作動油室６は、作動流体室を構成している。

また、ピストン２には、端部２ａから端部２ｂに円筒軸方向にピストン２を貫通する第二作動油通路２ｄが形成されている。
さらに、導管シャフト３には、端部３ｂから反対側の端部３ａに軸方向に導管シャフト３を貫通する第一作動油通路３ｄが形成されている。第一作動油通路３ｄは、端部３ｂ側で第二作動油通路２ｄに連通し、端部３ａ側で開口している。第一作動油通路３ｄは、端部３ａ近傍に軸方向に垂直な径方向に拡径した拡径部３ｄａを含んでおり、拡径部３ｄａの内周面には、雌ねじが形成されている。

また、押圧用シャフト４には、端部４ａから円柱軸方向に沿って内部の途中まで延びる第三作動油通路４ｄが形成されている。第三作動油通路４ｄは、端部４ａで第二作動油通路２ｄに連通する。さらに、押圧用シャフト４において、第三作動油通路４ｄから径方向に延びて押圧用シャフト４の外周面４ｃに開口する複数の第四作動油通路４ｅが形成されている。第四作動油通路４ｅは、第三作動油通路４ｄを作動油室６に連通する。

また、シリンダ１には、端部１ａを閉鎖するようにして取り付けられる略円筒状をしたバネ台座蓋５が設けられている。
バネ台座蓋５は、シリンダ穴部１ｃの雌ねじ１ｃａに螺合する雄ねじを外周面に有する円筒状の雄ねじ部５ｂと、雄ねじ部５ｂに隣接して一体に設けられた円盤状のストッパ部５ａとを有している。雄ねじ部５ｂをシリンダ穴部１ｃの雌ねじ１ｃａに螺合させて締め付けると、ストッパ部５ａはシリンダ１の端部１ａに当接して締め付けを停止させる。さらに、バネ台座蓋５には、ストッパ部５ａ及び雄ねじ部５ｂを円筒軸方向に貫通する導管シャフト穴５ｃが形成されている。導管シャフト穴５ｃは、導管シャフト３の外周面３ｃと整合する形状を有し、導管シャフト３が摺動可能に通されるように構成されている。

また、シリンダ穴部１ｃ内において、ピストン２とバネ台座蓋５との間の空間７内には、導管シャフト３の周りを囲むようにして付勢手段であるコイルバネ８が設けられている。コイルバネ８は、バネ台座蓋５の雄ねじ部５ｂの空間７側の端部５ｂａとピストン２の端部２ａとに当接し、ピストン２に対して、バネ台座蓋５から引き離す方向、つまり作動油室６の容積を減少させる方向に弾性力を付与している。
また、金属管膨張装置本体１０１は、押圧用シャフト４が通され且つシリンダ１の端部１ｂに端部９ａを当接させるように配置される略円筒状の樹脂リング９と、押圧用シャフト４が通され且つ樹脂リング９の端部９ａと反対側の端部９ｂに表面１０ａを当接させるように配置される円盤状の押圧板１０とを有している。

樹脂リング９は、硬質ウレタンのような力を受けると変形可能であるが少なくとも圧縮を受けて硬さが上がった状態で押し当てることによって鋼板を変形させることができるような硬度をもつ樹脂から形成されている。樹脂リング９は、端部９ａから端部９ｂに樹脂リング９を貫通する貫通穴９ｄに押圧用シャフト４が通され、貫通穴９ｄは、押圧用シャフト４の外径に整合する内径を有している。また、樹脂リング９における中央部部分の外周面９ｃの外径は、端部９ａ及び９ｂ近傍での外周面の外径よりも大きくなっており、さらにシリンダ１の外径と同程度以下になっている。
ここで、樹脂リング９は、変形可能部材を構成している。

押圧板１０は、金属製であり、表面１０ａから反対側の表面１０ｂに押圧板１０を貫通する貫通穴１０ｃに押圧用シャフト４が通され、貫通穴１０ｃは、押圧用シャフト４の外径に整合する内径を有している。また、押圧板１０の外径は、シリンダ１の外径と同一になっている。よって、押圧板１０は、樹脂リング９の端部９ｂ全体をシリンダ１に向かって押圧することができ、このとき、樹脂リング９は、端部９ａ全体をシリンダ１の端部１ｂに当接させて、軸方向に圧縮される。
なお、樹脂リング９及び押圧板１０は、押圧用シャフト４上を軸方向に摺動可能である。
ここで、押圧用シャフト４及び押圧板１０は、押圧部材を構成している。

また、金属管膨張装置本体１０１は、押圧用シャフト４が通されて雄ねじ４ｂａに螺合すると共に押圧板１０の表面１０ｂに隣接して配置される六角ナット状の締結具１１と、押圧用シャフト４が通されて雄ねじ４ｂａに螺合すると共に締結具１１に端部４ｂ先端側で隣接して配置される六角ナット状の先端部材１２とを有している。
締結具１１は、締結具１１を貫通する雌ねじ穴１１ａを有し、さらに径方向の大きさが押圧板１０以下である。締結具１１は、雌ねじ穴１１ａを押圧用シャフト４の雄ねじ４ｂａに螺合させて締め付けられることによって、押圧板１０及び樹脂リング９をシリンダ１に向かって押圧することができる。

先端部材１２は、先端部材１２を貫通する雌ねじ穴１２ａを有し、さらに径方向の大きさが押圧板１０以下である。先端部材１２は、雌ねじ穴１２ａを押圧用シャフト４の雄ねじ４ｂａに螺合させて締め付けられることによって、締結具１１と係合し、ロックナットとして作用して締結具１１をねじ回転方向に固定する。本実施の形態では、押圧板１０を樹脂リング９に当接させ且つ樹脂リング９をシリンダ１に当接させるが、押圧板１０が樹脂リング９を圧縮しないような位置に、締結具１１が固定される。

よって、シリンダ１から、樹脂リング９、押圧板１０、締結具１１及び先端部材１２がこの順で、押圧用シャフト４を同軸として直線状に一列に配置される。そして、ピストン２、導管シャフト３、押圧用シャフト４、締結具１１及び先端部材１２は一体となって、シリンダ１に対して円筒軸方向に往復移動することができる。

また、金属管膨張装置１００は、油圧ポンプ２３（本実施の形態では手動式の油圧ポンプであり、図３参照）と、油圧ポンプ２３から延びる可撓製を有する油圧配管２２と、油圧配管２２の先端の連結金具２１とを備えている。
連結金具２１は、金属管膨張装置本体１０１における導管シャフト３の拡径部３ｄａに接続することができる。
連結金具２１は、雄ねじが形成された外周面２１ａを拡径部３ｄａの雌ねじに螺合させることによって、導管シャフト３に接続することができる。連結金具２１は、内部を貫通する連通穴２１ｂを介して、油圧配管２２内を第一作動油通路３ｄに連通する。

よって、金属管膨張装置本体１０１では、油圧ポンプ２３（図３参照）から圧送される作動流体である作動油は、第一作動油通路３ｄから第二〜第四作動油通路２ｄ、４ｄ及び４ｅを順次介して、作動油室６内に供給される。
ここで、油圧ポンプ２３は、作動流体供給手段及び作動流体圧送装置を構成し、第一〜第四作動油通路３ｄ、２ｄ、４ｄ及び４ｅは、作動流体供給手段及び作動流体流路を構成している。

次に、この発明の実施の形態に係る金属管膨張装置１００の動作を説明する。
図１を参照すると、金属管膨張装置１００の金属管膨張装置本体１０１において、油圧配管２２から作動油が供給されない場合、作動油室６内の油圧が低くなり、ピストン２にはコイルバネ８の弾性力が油圧を上まわって作用するため、ピストン２は、樹脂リング９に向かって移動させられ、作動油室６の容積が小さくなっている。このとき、樹脂リング９は、押圧板１０及びシリンダ１から押圧力を受けず、平常状態を維持している。

油圧ポンプ２３（図３参照）によって油圧配管２２から作動油が供給されると、供給された作動油は、第一〜第四作動油通路３ｄ、２ｄ、４ｄ及び４ｅを通って、作動油室６内に流入する。これにより、作動油室６内の油圧が上昇し、上昇した油圧はピストン２をコイルバネ８に向かって押圧する。作動油油圧による押圧力がコイルバネ８の弾性力を上まわると、作動油は、コイルバネ８を押し縮めつつバネ台座蓋５に向かってピストン２を移動させ、作動油室６の容積を増加させる。このとき、導管シャフト３、押圧用シャフト４、締結具１１及び先端部材１２もピストン２と共に同方向に移動させられる。これにより、押圧板１０が締結具１１によってシリンダ１に向かって押圧されて摺動し、樹脂リング９が両端部９ａ及び９ｂからシリンダ１及び押圧板１０によって圧縮される。

圧縮された樹脂リング９は、図２に示すように、円筒軸方向の厚さを縮小しつつ円筒の径方向に外周面９ｃを膨出させて突出するように変形する、つまり拡径する。なお、樹脂リング９では、端部９ａ及び９ｂの近傍での外周面の外径が中央部分の外周面９ｃの外径よりも小さくなっているため、受圧面積が小さく高い圧力が作用する端部９ａ及び９ｂが樹脂リング９を容易に変形させて径方向外側に押し拡げ、それにより、樹脂リング９の径方向拡大率を増加させることができる。

そして、油圧ポンプ２３（図３参照）による作動油の供給を停止し、油圧配管２２から油圧ポンプ２３に向かって作動油が戻ることができるようにすると、作動油室６内の油圧が低下する。コイルバネ８の伸び方向の弾性力が油圧を上まわるようになると、弾性力によってピストン２が樹脂リング９に向かって移動させられ、樹脂リング９が厚さを増すと共に径方向に縮小して図１に示すような平常状態に戻る。
上述のように、金属管膨張装置本体１０１は、作動油室６内に作用する油圧を制御することによって、樹脂リング９を拡径方向又は縮径方向に自在に変形させることができる。

さらに、金属管膨張装置１００を使用して、金属管を膨張変形させる方法を説明する。なお、本実施の形態では、金属管としての地盤への貫入後の小口径鋼管杭（外径が１００ｍｍ程度までの鋼管杭）の膨張変形に金属管膨張装置１００を使用した場合を説明する。
図３を参照すると、工程（３Ａ）において、内部に土砂が侵入しないように地中側先端の端部３０ｂが塞がれた小口径の単管状の鋼管杭３０が、図示しない建柱車等の施工機械を使用して、支持地盤に所定の深度まで圧入される。このとき、鋼管杭３０は、予め削孔されていない地盤に圧入されるため、塞がれた端部３０ｂの先端で地盤内の土砂を周囲に押しのけながら、地盤内を下方に進むようにして地盤内に貫入する。

次に、工程（３Ｂ）において、所定深度までの貫入完了後の鋼管杭３０における地表に突出する端部３０ｃの開口部から鋼管杭３０内に、先端部材１２を地中側の下方にして（側面図で示される）金属管膨張装置１００の金属管膨張装置本体１０１が挿入される。なお、金属管膨張装置本体１０１は、樹脂リング９が平常状態にあるとき、その外径が鋼管杭３０の内周面３０ｄの内径よりも小さくなるように構成されている。また、挿入時、金属管膨張装置本体１０１の導管シャフト３には、連結金具２１及び油圧配管２２を介して手動式の油圧ポンプ２３が接続されている。
鋼管杭３０内において、金属管膨張装置本体１０１を所定の位置まで降下させると、油圧ポンプ２３が作動され、作動油を金属管膨張装置本体１０１に圧送する。

図１をあわせて参照すると、圧送された作動油は、金属管膨張装置本体１０１の作動油室６内に送られ、油圧を上昇させた作動油室６内の作動油が、ピストン２を押圧し作動油室６の容積を増加させるように移動させる。これにより、樹脂リング９が押圧板１０によって圧縮され、鋼管杭３０の管径方向外側に向かって拡径するように膨出する。膨出する樹脂リング９は、鋼管杭３０の円筒状の周壁３０ａを、内周面３０ｄの全周にわたって内側から管径方向外側に向かって押し拡げる。これにより、鋼管杭３０の周壁３０ａには、周方向に沿って環状に部分的に盛り上がった突出部３１が、節のようにして形成される。

上述の位置での突出部３１の形成完了後、油圧ポンプ２３を停止し、作動油室６内の作動油への加圧を解除すると、コイルバネ８の復帰方向の弾性力によって、押圧板１０をシリンダ１から引き離す方向にピストン２が移動させられ、膨出していた樹脂リング９が平常状態に戻る。
そして、鋼管杭３０内において金属管膨張装置本体１０１を次の所定の位置へと鉛直方向に移動させ、その後、上述と同様にして金属管膨張装置本体１０１によって鋼管杭３０の周壁３０ａに突出部３１を形成する。鉛直方向に所定の間隔で突出部３１の形成を繰り返すことによって、工程（３Ｃ）に示すように複数の突出部３１を有する鋼管杭３０の施工が完了する。なお、本実施の形態では、金属管膨張装置本体１０１による鋼管杭３０への突出部３１の形成は、地盤内の最も深い位置から始め、その後、地表に向かって上昇するように順次行われる。つまり、図２の工程（３Ｂ）において、例えば、より深い位置で突出部３１を形成する工程（３Ｂ１）から、より浅い位置で突出部３１を形成する工程（３Ｂ２）へ向かう順序で、突出部３１の形成が行われる。

なお、鋼管杭３０内で軸方向に自在に移動させることができる金属管膨張装置本体１０１によれば、鋼管杭３０への突出部３１の形成は、上述のように鋼管杭３０の地中側の端部３０ｂから地表側の端部３０ｃに向かう順序でも、反対の順序でも可能である。
また、複数の節状の突出部３１を貫入前に形成した鋼管杭３０を地盤に貫入すると、貫入時に突出部３１の外径の範囲内にわたって地盤が乱されるため、貫入後の突出部３１間の周壁３０ａの周囲では地盤が緩くなり、鋼管杭３０における地盤との周面摩擦力による支持力が低くなる。しかしながら、突出部３１を有しない鋼管杭３０を地盤に貫入後、金属管膨張装置本体１０１を使用して鋼管杭３０に突出部３１を形成することによって、鋼管杭３０の周囲の地盤が乱されないため、鋼管杭３０は周面摩擦力による支持力を低下させることなく設置することができる。
さらに、鋼管杭３０において、周壁３０ａの外径を拡大するように突出部３１を形成したため、地盤との接触面積が増加し周面摩擦力が増加する。またさらに、周壁３０ａにおける複数の節状の突出部３１が、鉛直方向の移動抵抗となり、つまりアンカー効果を奏し鋼管杭３０の支持力を増大させる効果もある。

このように、この発明の実施の形態に係る金属管膨張装置１００は、鋼管杭３０内に挿入され鋼管杭３０を管径方向外側に向かって膨張させるものである。金属管膨張装置１００は、シリンダ１と、シリンダ１内に摺動可能に設けられ且つ作動油を含む作動油室６をシリンダ１との間に形成するピストン２と、ピストン２に一体に移動可能に連結され且つシリンダ１の外部に延出する押圧用シャフト４及び押圧板１０と、押圧板１０及びシリンダ１の間で挟まれる樹脂リング９と、作動油室６に作動油を供給する油圧ポンプ２３、油圧配管２２並びに第一〜第四作動油通路３ｄ、２ｄ、４ｄ及び４ｅとを備える。ピストン２が作動油室６の容積を増加させるように摺動すると、押圧板１０は、樹脂リング９をシリンダ１に向かって圧縮するように押圧し、樹脂リング９が、鋼管杭３０の管径方向外側に向かって膨出するように変形する。

このとき、鋼管杭３０内に挿入された金属管膨張装置１００の金属管膨張装置本体１０１は、油圧ポンプ２３により作動油が供給されると、作動油室６の油圧を上昇させ、作動油室６の容積を増加させるようにピストン２を摺動させる。これにより、樹脂リング９を管径方向外側に向かって膨出させて鋼管杭３０を内側から押し拡げて拡径する。このため、金属管膨張装置本体１０１は、鋼管杭３０内において、それ自身の他、シリンダ１、ピストン２等を固定支持する必要がなく、鋼管杭３０内に挿入されているだけで鋼管杭３０を拡径することができる。そして、金属管膨張装置本体１０１を開放された一方の端部から鋼管杭３０の内部に挿入することができれば、鋼管杭３０を拡径することができる。よって、金属管膨張装置１００を用いると、地盤への貫入後の鋼管杭３０のほか、設備等に設置された金属管に対して、径方向に膨張させる加工を行うことが可能になる。

また、金属管膨張装置本体１０１は、作動油室６の容積を縮小する方向へ移動させる付勢力をピストン２に付与するコイルバネ８を備えている。これによって、作動油室６内に油圧をかけないとき、コイルバネ８が、作動油室６の容積を縮小するようにピストン２を自動的に移動させ、樹脂リング９が圧縮されず膨出しない状態にすることができる。

また、金属管膨張装置本体１０１において、樹脂リング９を押圧する部材は、ピストン２に一体に移動可能に連結され且つピストン２の摺動方向に沿ってシリンダ１の外部に延出すると共に樹脂リング９を貫通する押圧用シャフト４と、樹脂リング９を貫通した押圧用シャフト４の端部４ｂに連結され且つシリンダ１との間で樹脂リング９を挟む押圧板１０とを有している。このとき、金属管膨張装置本体１０１では、シリンダ１、樹脂リング９及び押圧板１０が、ピストン２の摺動方向に沿って一列に並び、樹脂リング９はピストン２の摺動方向に垂直な方向に向かって膨出する構成となる。よって、金属管膨張装置本体１０１は、ピストン２の摺動方向に垂直な方向、つまり鋼管杭３０の管径方向への小型化ができ、小口径の鋼管杭３０の膨張加工を可能にする。

また、金属管膨張装置本体１０１において、作動油を圧送する油圧ポンプ２３と、ピストン２の内部を通って油圧ポンプ２３を作動油室６に連通する第一〜第四作動油通路３ｄ、２ｄ、４ｄ及び４ｅとによって、作動油室６に作動油が供給される。このとき、第一〜第四作動油通路３ｄ、２ｄ、４ｄ及び４ｅは、ピストン２の摺動方向に垂直な方向での位置を、ピストン２の外周面２ｃ上よりも内側にすることができるため、金属管膨張装置本体１０１は、ピストン２の摺動方向に垂直な方向、つまり鋼管杭３０の管径方向への小型化を可能にする。

また、実施の形態の金属管膨張装置本体１０１では、作動油を圧送する手段として、手動式の油圧ポンプ２３を使用していたが、これに限定されるものでなく、電動式又は動力式のポンプあってもよい。
また、実施の形態の金属管膨張装置本体１０１では、作動油室６に作動流体として作動油を供給するように構成されていたが、これに限定されるものでなく、水等の他の液体、又は空気等の気体が供給され、作動油室６内の液体圧又は気体圧によってピストン２を動作させるようにしてもよい。
また、実施の形態では金属管膨張装置本体１０１は、鋼管杭３０を管径方向外側に部分的に膨張させるために用いられていたが、鋼管杭以外の金属管に広く用いることができる。そして、金属管膨張装置本体１０１は、一方の端部が開放されていれば、如何なる金属管にも使用することができる。

また、実施の形態では金属管膨張装置本体１０１は、外径が１００ｍｍ程度までの小口径鋼管杭に使用されていたが、これに限定されるものでなく、外径が１００ｍｍを超える鋼管に使用してもよい。
また、実施の形態では、金属管膨張装置本体１０１を用いる鋼管杭３０の先端部分の外形が円柱状であったが、これに限定されるものでなく、先端に向かって先細になる円錐状、角錐状、円錐台状、若しくは角錐台状であってもよく、又は、先端に向かって先細になるスパイラル（ドリル）状であってもよい。

１シリンダ、２ピストン、２ｄ第二作動油通路（作動流体供給手段、作動流体流路）、３ｄ第一作動油通路（作動流体供給手段、作動流体流路）、４押圧用シャフト（押圧部材）、４ｄ第三作動油通路（作動流体供給手段、作動流体流路）、４ｅ第四作動油通路（作動流体供給手段、作動流体流路）、６作動油室（作動流体室）、８コイルバネ（付勢手段）、９樹脂リング（変形可能部材）、１０押圧板（押圧部材）、２３油圧ポンプ（作動流体供給手段、作動流体圧送装置）、３０鋼管杭（金属管）、１００金属管膨張装置、１０１金属管膨張装置本体。

Claims

金属管内に挿入され前記金属管を管径方向外側に向かって膨張させる金属管膨張装置において、
シリンダと、
前記シリンダ内に摺動可能に設けられ、作動流体を含む作動流体室を前記シリンダとの間に形成するピストンと、
前記ピストンに一体に移動可能に連結され、前記シリンダの外部に延出する押圧部材と、
前記押圧部材及び前記シリンダの間で挟まれる円筒状の変形可能部材と、
前記作動流体室に作動流体を供給する作動流体供給手段と
を備え、
前記シリンダ、前記ピストン、前記押圧部材及び前記変形可能部材は、金属管内に挿入される金属管膨張装置本体を構成し、
前記作動流体室への前記作動流体の供給により前記ピストンが前記作動流体室の容積を増加させるように摺動すると、前記押圧部材は、前記変形可能部材を前記シリンダに向かって圧縮するように押圧し、前記変形可能部材が、前記金属管の管径方向外側に向かって膨出するように変形する金属管膨張装置。
前記作動流体室の容積を縮小する方向へ移動させる付勢力を前記ピストンに付与する付勢手段をさらに備える請求項１に記載の金属管膨張装置。
前記押圧部材は、
前記ピストンに一体に移動可能に連結され、前記ピストンの摺動方向に沿って前記シリンダの外部に延出すると共に前記変形可能部材を貫通する押圧用シャフトと、
前記変形可能部材を貫通した前記押圧用シャフトの端部に連結され、前記シリンダとの間で前記変形可能部材を挟む押圧板とを有する請求項１または２に記載の金属管膨張装置。
前記作動流体供給手段は、
作動流体を圧送する作動流体圧送装置と、
前記ピストンの内部を通って前記作動流体圧送装置を前記作動流体室に連通する作動流体流路とを有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属管膨張装置。
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の金属管膨張装置を用いた杭構造の製造方法であって、
金属管を地盤に圧入する工程と、
前記地盤に圧入された金属管内に前記金属管膨張装置本体を挿入する工程と、
前記金属管内に前記金属管膨張装置本体を挿入した後に、前記作動流体への前記作動流体の供給し、前記変形可能部材を前記金属管の管径方向外側に向かって膨出させて、前記金属管の周壁に環状に部分的に盛り上がった突出部を形成する工程と
を含む、
杭構造の製造方法。