継手装置
【課題】本発明は、構造物の杭・柱・梁等の構造部材の継手装置に関し、とくに、鋼管杭の回転貫入工法に好適な継手装置として利用できるもので、十分な継手強度を有し、かつ、構造部材同士の接合作業が容易で、回転貫入時の貫入抵抗を増加させず、しかも、引き抜き時の逆回転トルクも伝達可能な継手装置を経済的に実現することが課題である。
【解決手段】上部構造部材下端に接合される継手装置上部１０ａと、下部構造部材上端に接合される継手装置下部２０ａと、挿入方向に断面が縮小するテーパーを有する楔３０と、によって構成される継手装置であって、前記継手装置上部は、その基部から下方に突出した係合部を有し、前記継手装置下部は、その基部から上方に突出した係合部を有し、これら係合部の一端は、互いに非同一鉛直面で係合されるとともに、他端が前記楔を挿入可能な空間を形成し、該空間に前記楔を挿入することによって前記上部構造部材１０ｂと前記下部構造部材２０ｂとを接合する継手装置Ａとする。
【解決手段】上部構造部材下端に接合される継手装置上部１０ａと、下部構造部材上端に接合される継手装置下部２０ａと、挿入方向に断面が縮小するテーパーを有する楔３０と、によって構成される継手装置であって、前記継手装置上部は、その基部から下方に突出した係合部を有し、前記継手装置下部は、その基部から上方に突出した係合部を有し、これら係合部の一端は、互いに非同一鉛直面で係合されるとともに、他端が前記楔を挿入可能な空間を形成し、該空間に前記楔を挿入することによって前記上部構造部材１０ｂと前記下部構造部材２０ｂとを接合する継手装置Ａとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造部材の継手装置であり、詳しくは、地中に設置されて、構造物等に作用する荷重を支持する既製杭の継手装置、さらに、構造物の柱・梁等に使用される環状構造部材にも適用可能な継手装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
既製杭は、運搬する上での制約条件等によって、地表面下十数メートル以上の深さに設置する場合には、定尺ものの複数の杭部材を作業現場において接続する必要がある。また、構造物の柱・梁等に使用される環状構造部材についても、同様に作業現場において接続する必要がある。その接続方法には、（ａ）現場溶接による方法と、（ｂ）機械式継手装置を用いる方法と、に大別される。
【０００３】
とくに最近では、鋼管杭の先端部に螺旋状の回転翼を接合して地中に回転貫入させ、構造物等に作用する荷重を支持する工法がしばしば用いられている。この工法は、鋼管杭の頭部に回転力を与えて所定の地層に貫入させるもので、地表面に掘削残土が排出されず、しかも、セメントミルク等の注入固化材を用いないため、環境にやさしく、経済性・施工性に優れている。さらに、杭を撤去する場合においても、貫入時と反対方向に回転トルクを与えることにより、容易に杭を引き抜くことができる、という利点も有する。
このような鋼管杭の回転貫入工法においては、地盤のＮ値が大きいと貫入抵抗が高くなるため、杭材のねじり強さより小さな回転トルクで貫入させるような施工管理を必要とする。したがって、杭の継手部の強度は、少なくとも杭材のねじり強さより大きくしなければならない。また、杭に作用するせん断力や曲げモーメントにも十分抵抗できる継手強度が必要となる。
【０００４】
以上のような背景技術をふまえ、既製杭の継手方法に関する従来技術の問題点を以下に説明する。
まず、現場溶接による杭の継手方法については、十分な施工管理を行い、溶接部の概観検査・非破壊検査等の実施によって、前述の継手強度を確実に得ることができる。しかしながら、溶接作業には所定の技能資格を有する作業員を配置することが不可欠であり、労務費が高くなるとともに、溶接作業にかなり長い時間を要することもあって、コストアップにつながる、という課題がある。さらに、毎秒１０ｍ以上の強風が吹いているときや、降雨・降雪により母材が濡れているとき、気温が５℃以下のときは、とくに対策を講じる場合を除いて、一般に溶接作業を行うことができないため、工程に与える影響が大きい、という課題があった。
【０００５】
一方、機械式継手を用いる方法では、溶接継手の場合の課題は解決されるが、継手強度をどのようにして確保するか、が問題となる。
例えば、機械式継手の代表的な方法の一つであるネジ式継手は、接合すべき上部の杭部材の下端に取り付けた雌ネジ部（または雄ネジ部）を有する継手装置上部と、地中に設置された下部杭部材の上端に取り付けた雄ネジ部（または雌ネジ部）を有する継手装置下部と、を螺合させることによって、上部杭部材と下部杭部材とを接合するものである。したがって、十分な継手強度を確保するためには、所要の肉厚を有する部材とするとともに、所定の継手強度が得られるまで（少なくとも３回転以上）ねじ込む必要があり、継手装置としてある程度の長さを必要とする。
また、下部杭部材に固定されている継手装置下部に、上部杭部材に取り付けた継手装置上部を螺合するには、かなりの熟練性と時間を要する、という問題点があった。
さらに、杭を撤去するために、貫入時と逆方向に回転力を与えると、継手装置上部が継手装置下部から離脱する（螺合が解除される）ため、下部杭部材が地中に残置されることになる。このような不具合を防止し、杭全体を引き抜くには、係合ピン等を継手装置に挿通させることが行われているが、断面欠損を補うため必然的に肉厚の大きな部材とする必要があるとともに、継手装置の上下方向の長さを大きくする必要があり、コストアップにつながる、という課題があった。
【０００６】
【特許文献１】特開2002-161532号公報
【特許文献２】特開2002-275888号公報
【０００７】
上記特許文献１には、「上杭の下端部に側方に張り出す水平なフランジ板が備えられていると共に、下杭の上端部に同じく側方に張り出す水平なフランジ板が備えられ、これらフランジ板同士がボルト接合されることで、上下の杭がジョイントされている」構成が、また、上記特許文献２には、「下杭と上杭とに嵌合し、これら下杭と上杭を接続する短尺円筒の外周に、らせん状羽根をもうけてなる」構成が、それぞれ開示されている。そして、これらの特許文献に開示された技術により、現場溶接を行うことなく、上下の杭部材を接合することができる。
しかしながら、上記特許文献に開示された技術は、いずれも杭の外周面から張り出す形で継手装置が装着されることになり、たとえ「掘削機能を有する羽根」を備えているとしても、杭を回転貫入させるときの貫入抵抗が著しく増加するとともに、原地盤を乱すことによって周面摩擦力が低下する、という課題があった。
【０００８】
【特許文献３】特開2000-328557号公報
【０００９】
また、上記特許文献３には、「端板と円筒側板からなる継手部材を杭の端面に固着し、接続片で接合すべき上下杭の円筒側板の双方にボルト接合することによって、上下の杭を接合する」技術が開示されている。
しかしながら、この従来技術は、既製コンクリート杭部材の接合を対象としたものであり、本発明の主な対象である回転貫入工法のように大きな回転トルクが伝達できる継手強度を有していない、という課題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上説明したように、本発明が解決しようとする課題は、十分な継手強度を確保し、かつ、上部杭部材の下部杭部材への係合が容易にできるとともに、杭を回転貫入させるときの貫入抵抗を増加させず、さらに、杭を引き抜く際の逆回転トルクも伝達できるとともに、杭に作用するせん断力や曲げモーメントにも十分抵抗できる継手装置を経済的に実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る継手装置の要旨は、上記課題を解決するため、以下のような構成としている。すなわち、請求項１の発明では、
上部構造部材下端に接合される継手装置上部と、
下部構造部材上端に接合される継手装置下部と、
挿入方向に断面が縮小するテーパーを有する楔と、
によって構成される継手装置であって、
前記継手装置上部は、その基部から下方に突出した係合部を有し、
前記継手装置下部は、その基部から上方に突出した係合部を有し、
これら係合部の一端は、互いに非同一鉛直面で係合されるとともに、
他端が前記楔を挿入可能な空間を形成し、
該空間に前記楔を挿入することによって、
前記上部構造部材と前記下部構造部材とを接合することを特徴とする。
ここで、構造部材とは、杭、柱、梁等の構造物の一部を形成する部材をいい、「互いに非同一鉛直面で係合される」ということは、互いの係合面が１つの鉛直面でなく、鉛直面とはある角度を有する面で噛合っている状態、あるいは複数の平面で噛合っている状態で係合されていることをいう。
また、請求項２の発明では、請求項１において、
継手装置上部と継手装置下部の係合部が、正面視でその先端部分が基部に比べて幅広に形成され、鉛直面に対してある角度を有する面で互いに係合されることを特徴とする。
さらに、請求項３の発明では、請求項１において、
継手装置上部と継手装置下部の係合部が、正面視でその先端部分が基部に比べて幅広となるような段差を有する形状に形成され、複数の平面で互いに係合されることを特徴とする。
さらに、請求項４の発明では、請求項１乃至請求項３において、
継手装置上部と継手装置下部の基部が、所定の厚さを有する板状部材として構成されていることを特徴とする。
さらに、請求項５の発明では、請求項１乃至請求項４において、
継手装置上部の外周上面には上部構造部材と接合するためのテーパーが形成され、
継手装置下部の外周下面には下部構造部材と接合するためのテーパーが形成されていることを特徴とする。
さらに、請求項６の発明では、請求項１乃至請求項５において、
楔は、同一形状に形成されていることを特徴とする。
さらに、請求項７の発明では、請求項１乃至請求項６において、
楔にボルト挿通孔を形成し、
該ボルト挿通孔を貫通するボルトをナット締めすることによって、
前記楔の脱落を防止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の請求項１に係る継手装置は、継手装置上部の基部から下方に突出した係合部と、継手装置下部の基部から上方に突出した係合部とが、互いに非同一鉛直面で係合された状態で、楔挿入用の空間を形成するので、楔をその空間に挿入することによって、押し込み力や引き抜き力、回転トルクを上部構造部材から下部構造部材へ、安全かつ確実に伝達できる、という利点がある。とくに、回転トルクに関しては、時計回り方向はもとより、反時計回り方向の回転力に対しても十分伝達可能である。また、継手部に作用する曲げモーメント・せん断力に対しても十分抵抗できる構造及び部材厚となっている。
また、請求項２の発明においては、継手装置上部と継手装置下部の係合部が、正面視でその先端部分が基部に比べて幅広に形成され、鉛直面に対してある角度を有する面で互いに係合されるので、とくに引き抜き抵抗が増加する。
さらに、請求項３の発明においては、継手装置上部と継手装置下部の係合部が、正面視でその先端部分が基部に比べて幅広となるような段差を有する形状に形成され、複数の平面で互いに係合されるので、とくに曲げモーメントに対する抵抗性が著しく向上する。
さらに、請求項４の発明においては、継手装置上部と継手装置下部の基部が、所定の厚さを有する板状部材として構成されているので、継手装置上部及び継手装置下部の曲げ剛性を著しく高めることができ、継手装置全体の強度を向上させることができる。
さらに、請求項５の発明においては、継手装置上部の外周上面には上部構造部材と接合するためのテーパーが形成され、継手装置下部の外周下面には下部構造部材と接合するためのテーパーが形成されているので、継手装置と構造部材との溶接接合が、テーパー部を利用することによって、所定の品質及び性能を確保しつつ、容易に行えることを可能とする。とくに、上部構造部材と下部構造部材の外径や板厚が異なる場合であっても、本発明の構成を採用することによって、安全かつ確実に構造部材同士を接合することができる。
さらに、請求項６の発明においては、楔が同一形状に形成されているので、楔を同一形状の金型を用いて製作でき、継手装置の製作費用を低減できる。
さらに、請求項７の発明においては、楔にボルト挿通孔を形成し、該ボルト挿通孔を貫通するボルトをナット締めすることによって、前記楔の脱落を防止するので、構造部材の接合作業中及び施工後において、楔の脱落を防止することによって、半永久的に構造部材の接合部の強度・安全性が確保できる。
なお、本発明の構成を採用することにより、継手装置の楔挿入用空間から楔を引き抜いて、継手装置上部と継手装置下部の係合を容易に解除できるので、構造部材同士の接合も解除することが可能となり、メンテナンスフリーの状態で構造部材を再使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係る継手装置を用いて接合した構造部材、例えば、鋼管杭は、本体を構成する鋼管の母材強度（圧縮強さ、引張強さ、せん断強さ、曲げ強さ、ねじり強さなど）を上回る継手強度が確保でき、杭基礎に作用する鉛直力（押し込み力および引き抜き力）や水平力によって生じる曲げモーメント・せん断力にも十分抵抗し得るものである。また、気候条件に左右されずに施工できる経済的な継手装置を実現した。
さらに、本発明に係る継手装置は、構造物の柱・梁等のように、軸力と曲げモーメント・せん断力が作用する構造部材に対しても適用することが可能である。本発明の継手装置について実施例に基づき、以下に説明する。なお、構造部材を杭（例えば、鋼管杭）とした場合で説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明の継手装置Ａは、図１に示すように、継手装置下部２０ａをその上端部に接合した下部杭部材２０ｂを所定深さの地盤に設置し、上部杭部材１０ｂの下端部に接合した継手装置上部１０ａを前記継手装置下部２０ａに係合して、長尺の基礎杭Ｂを形成するために用いられる。
継手装置Ａの構成要素としては、継手装置Ａの本体部を形成する継手装置上部１０ａ及び継手装置下部２０ａと、楔右部３０ａ及び楔左部３０ｂから形成される楔３０と、ボルト４０及びナット４５と、がある。
継手装置Ａ全体の形状は、図１の正面図、図２の側面図、図３の背面図及び図４の係合断面を示す図の通り、中空断面でその外観がほぼ円筒形状に形成されている。継手装置Ａは、ボルト４０とナット４５との螺合を、ボルト頭部４１の六角ボルトの逆回転（左方向への回転）により解除して、ボルト４０を引き抜き、さらに、楔右部３０ａ及び楔左部３０ｂを引き抜くことで、図５のように分解することができるようになっている。
【００１５】
継手装置上部１０ａは、係合部１７と基部１８とが一体的に形成され、その上面外周にはテーパー部１４が全周に亘って設けられ、溶接部１６において、上部杭部材１０ｂと工場溶接によって接合されている。したがって、継手装置上部１０ａの外径は、本発明の継手装置Ａによって接合される上部杭部材１０ｂの外径に等しくなっており、テーパー部１４の外径は、上部杭部材１０ｂの内径より若干小さめに形成されている。すなわち、テーパー部１４における段差（テーパー量）は、上部杭部材１０ｂの板厚にほぼ等しくなっている。
また、望ましくは、テーパー部１４の先端部を多少長めに形成するとよい。それによって、長めに形成されたテーパー部１４の先端部が、継手装置上部１０ａと上部杭部材１０ｂとを溶接する場合の裏当て金の機能を果たし、テーパー部１４が開先継手として作用するため、上部杭部材１０ｂの下端部に開先を設ける必要がなくなる。
【００１６】
継手装置上部１０ａの上端面は、円環状で比較的簡易な形状となっているが、下端面及び内周面は、かなり複雑な形状となっている。すなわち、図１の正面図及び図３の背面図に示すとおり、正面視、背面視ともに逆Ｚ字状の楔３０との係合面１２を有する段違い状の係合部１７が基部１８から突出して形成されている。この係合部１７を側面視でみると、図２の側面図に示すとおり、Ｚ字状に噛合う継手装置下部２０ａとの係合面１１を有する段違い状の係合部１７が基部１８から突出して形成されていることがわかる。
このように、段違い状に下方に突出した継手装置上部１０ａの係合部１７は、図４の係合断面を示す図において、Ｘ方向及びＹ方向の中心軸の交点を原点とする座標でみると、第２象限及び第４象限に該当する部分に各一個ずつ形成されている。そして、その一端は、図２に示すように継手装置下部２０ａとの係合面１１を形成し、他端は、図１に示すように楔３０との係合面１２を形成している。なお、係合部１７は、図５に示すとおり、基部１８と一体化した部分の幅ａに比べて、先端部の幅ｂが大きくなるように、その先端方向に徐々に幅広となるよう形成されている。したがって、係合面１１及び１２は同一鉛直面で当接せず、鉛直面とある角度を有する平面で当接することになる。これによって、杭Ｂを引き抜くときの引き抜き抵抗を十分に期待することができる。
【００１７】
また、継手装置上部１０ａの内周面は、図５に示すように、半径ｒの均一な円形に形成したり、図１に示すように、前記係合部１７の下端から外周面のテーパー部１４付近までの範囲に対して、継手装置上部１０ａの部材厚を他の部分より均一に大きくするような形状としたり、図４または図６に示すように、外力の作用によって最も大きな応力度が発生する部位の部材厚を任意の形状で他の部分より大きくするように設定することもできる。すなわち、係合部１７を含む厚肉部１５は、杭を回転貫入させるときや引き抜くときの回転トルク、杭に作用するせん断力・曲げモーメントを伝達するために十分な強度を有するよう、設計されている。なお、厚肉部１５は、平面視で円形となるような構成とすることも、図４または図６に示すように、矩形状を含めた多角形状やその他の形状に形成することも可能である。
【００１８】
前記継手装置下部２０ａは、係合部２７と基部２８とが一体的に形成され、その上面外周にはテーパー部２４が全周に亘って設けられ、溶接部２６において、下部杭部材２０ｂと工場溶接によって接合されている。したがって、継手装置下部２０ａの外径は、本発明の継手装置Ａによって接合される下部杭部材２０ｂの外径に等しくなっており、テーパー部２４の外径は、下部杭部材２０ｂ内径より若干小さめに形成されている。すなわち、テーパー部２４における段差（テーパー量）は、下部杭部材２０ｂの板厚にほぼ等しくなっている。
また、望ましくは、テーパー部２４の先端部を多少長めに形成するとよい。それによって、長めに形成されたテーパー部２４の先端部が、継手装置下部２０ａと下部杭部材２０ｂとを溶接する場合の裏当て金の機能を果たし、テーパー部２４が開先継手として作用するため、下部杭部材２０ｂの上端部に開先を設ける必要がなくなる。
【００１９】
前記継手装置下部２０ａの下端面は、円環状で比較的簡易な形状となっているが、上端面及び内周面は、かなり複雑な形状となっている。すなわち、図１の正面図及び図３の背面図に示すとおり、正面視、背面視ともに逆Ｚ字状の楔３０との係合面２２を有する段違い状の係合部２７が基部２８から突出して形成されている。この係合部２７を側面視でみると、図２の側面図に示すとおり、Ｚ字状に噛合う継手装置上部１０ａとの係合面２１を有する段違い状の係合部２７が基部２８から突出して形成されていることがわかる。
このように、段違い状に上方に突出した継手装置下部２０ａの係合部２７は、図４の係合断面を示す図において、Ｘ方向及びＹ方向の中心軸の交点を原点とする座標でみると、第１象限及び第３象限に該当する部分に各一個ずつ形成されている。そして、その一端は、図２に示すように、継手装置上部１０ａとの係合面２１を形成し、他端は、図１に示すように、楔３０との係合面２２を形成している。なお、係合部２７は、図５に示すとおり、基部２８と一体化した部分の幅ａに比べて、先端部の幅ｂが大きくなるように、その先端方向に徐々に幅広となるよう形成されている。したがって、係合面２１及び２２は同一鉛直面で当接せず、鉛直面とある角度を有する平面で当接することになる。これによって、杭Ｂを引き抜くときの引き抜き抵抗を十分に期待することができる。
【００２０】
また、継手装置下部２０ａの内周面は、図５に示すように、半径ｒの均一な円形に形成したり、図１に示すように、前記係合部２７の上端から外周面のテーパー部２４付近までの範囲に対して、継手装置下部２０ａの部材厚を他の部分より均一に大きくするような形状としたり、図４または図６に示すように、外力の作用によって最も大きな応力度が発生する部位の部材厚を任意の形状で他の部分より大きくするように設定することもできる。すなわち、係合部２７を含む厚肉部２５は、杭を回転貫入させるときや引き抜くときの回転トルク、杭に作用するせん断力・曲げモーメントを伝達するために十分な強度を有するよう、設計されている。なお、厚肉部２５は、平面視で円形となるような構成とすることも、図４または図６に示すように、矩形状を含めた多角形状やその他の形状に形成することも可能である。
このような継手装置上部１０ａ及び継手装置下部２０ａの一実施例を図６に示す。これら継手装置上部１０ａ及び継手装置下部２０ａの製作は、比較的部材厚の大きな鋼管や円柱状の鋼材を機械切削したり、精密鋳造によって行われる。
【００２１】
以上の説明から分かるように、継手装置上部１０ａと継手装置下部２０ａとは、継手装置Ａの中心点に対して点対称となるように構成されている。したがって、これらの構成要素をロストワックス（精密鋳造）で製作する場合には、１種類の金型で併用することができるので、製作費のコストダウンを図ることができる。
【００２２】
次に、継手装置上部１０ａと継手装置下部２０ａとを係合させたときの継手装置Ａの全体的な状態を説明する。
継手装置上部１０ａと継手装置下部２０ａとは、上記のように構成されているため、互いの係合部１７と係合部２７とを、側面視で図２に示すように、Z字状に噛合うように、すなわち、非同一鉛直面（鉛直面とある角度を有する面）で係合させることができる。
静置した継手装置下部２０ａに、図２に示すように、継手装置上部１０ａを係合部１７及び２７が噛合うように係合させると、継手装置Ａの正面視及び背面視において、楔３０が挿入可能な空間として、図１と図３とに示すように、楔挿入部１３及び２３が形成される。この楔挿入部１３及び２３は、継手装置上部１０ａの楔３０との係合面１２と、継手装置下部２０ａの楔３０との係合面２２と、によって形成される、平行四辺形の断面形状を有する空間であり、継手装置Ａの内面方向に向かって、空間の幅が狭くなるようなテーパー状に形成されている。
【００２３】
継手装置上部１０ａ、継手装置下部２０ａ及び楔３０からなる本発明の継手装置Ａは、以上のような構成としたことにより、以下に述べるような作用・効果を奏する。
すなわち、継手装置上部１０ａ及び継手装置下部２０ａの係合に関しては、係合部１７及び２７が先端部分に向かって幅広に形成されているため、同一鉛直面で係合することがない。したがって、上部杭部材１０ｂを逆回転させて杭全体を引き抜くときに、十分な引き抜き抵抗が確保できる。また、楔挿入部１３及び２３を形成するように係合されるため、下部杭部材２０ｂの上部に固定された継手装置下部２０ａに対して、上部杭部材１０ｂの下部に接合された継手装置上部１０ａがかなり広い範囲で摺動可能になることである。これをもっと具体的に説明すれば、継手装置上部１０ａと継手装置下部２０ａとの中心軸が一致し、かつ、それぞれの係合部１７及び２７が係合面１１及び２１で係合された状態であっても、Ｙ方向（図４における側面視方向）には、楔３０の最小断面寸法（図４における楔挿入部１３，２３の最小間隔）の最大限約２倍の範囲で摺動可能となる。
【００２４】
換言すると、継手装置上部１０ａと継手装置下部２０ａとの中心軸が一致しない状態では、Ｘ方向に楔３０の最小断面寸法（図４における楔挿入部１３、２３の最小間隔）程度の範囲で摺動可能であり、さらに、同程度の範囲で回転摺動させることも可能である。
したがって、上部杭部材１０ｂの下部杭部材２０ｂへの係合、すなわち、固定された状態にある継手装置下部２０ａへの継手装置上部１０ａの係合が極めて容易に行える。
このことは、本発明の最も特徴的な作用・効果であり、上部杭部材１０ｂの中心線が下部杭部材２０ｂの中心線と一致しない状態でも、上部杭部材１０ｂ全体を水平方向に摺動させることによって、容易に中心線が一致するような位置に上部杭部材１０ｂをセットすることができる。
とくに、係合面１１及び２１における係合状態（噛合い状態）を目視観察することによって、上部杭部材１０ｂが所定の位置にセットされているかどうかを、一目で判断することができ、作業効率の著しい向上を図ることが可能となった。
【００２５】
次に、楔３０ａ、３０ｂの形状及び機能について説明する。
本発明の継手装置Ａにおける構成要素の１つである楔３０は、継手装置上部１０ａと継手装置下部２０ａとを、係合部１７及び２７によって噛合わせたときに生じる空間、すなわち、楔挿入部１３及び２３に嵌合される楔右部３０ａ及び楔左部３０ｂからなる。
楔右部３０ａ及び楔左部３０ｂは、図７に示すように、同一形状として形成されており、その断面形状は菱形の平行四辺形とされている。また、楔外面３５から楔内面３６に向けて、側面方向の断面寸法（楔３０の幅）が縮小するように、テーパーが形成されている。そのため、楔３０は、楔挿入部１３及び２３に極めて容易に嵌合できる。
【００２６】
さらに、楔右部３０ａ及び楔左部３０ｂには、それぞれボルト挿通孔３８が形成され、ボルト挿通孔３８の外面側にはナット係合部３９が形成されている。
なお、楔右部３０ａ及び楔左部３０ｂは、同一形状に形成されているため、前記継手装置上部１０ａ及び継手装置下部２０ａと同様に、ロストワックスによって製作することにより、製作費のコストダウンを図ることができるとともに、各係合面１１，１２及び２１、２２や楔３０の各面（楔上面３１、楔下面３２、楔右側面３３、楔左側面３４、楔外面３５及び楔内面３６）を滑らかに形成することができる。したがって、各部材の係合・嵌合作業を容易に行うことができる。とくに、継手装置Ａの各部材の端面を面取りしておくことにより、各部材の係合・嵌合作業を極めて容易に行うことができる。
【００２７】
前記楔３０は、以上のように構成されているため、楔挿入部１３及び２３への嵌合作業が容易に行える一方、楔挿入部１３及び２３からの楔右部３０ａ及び楔左部３０ｂの脱落を防止する必要がある。そのため、本発明では、ボルト４０及びナット４５によって、楔右部３０ａ及び楔左部３０ｂを継手装置Ａの中心方向に締め付け、楔３０の脱落を防止している。
ボルト４０は、図５に示すように、六角レンチ孔が形成されたボルト頭部４１と、ボルト軸部４２と、ボルトネジ部４３と、から構成される。ボルト４０の機能としては、ボルト頭部４１を楔左部３０ｂに形成されたボルト頭部係合部３９ｂに係合し、楔右部３０ａに形成されたナット係合部３９ａに対して、ボルトネジ部４３を介してナット４５を締め付けることにより、楔右部３０ａ及び楔左部３０ｂを互いに中心軸側に引き寄せ、楔３０の脱落を防止している。この場合、ナット４５をボルトネジ部４３に螺合させた状態で、ボルト頭部４１に形成された六角レンチ孔に六角レンチを嵌合させ、ボルト４０を右回転させることにより、ナット４５を締め付けられるような構成となっている。なお、ナット４５としては、緩み防止機能を有するものを用いることが望ましい。
【００２８】
以上、本発明の継手装置Ａの構成要素について、その形状及び機能を主体とした実施例１を説明した。次に、これらの構成要素を組み合わせて使用する場合の作用・効果について説明する。
図１、図２、図３、図４は、継手装置Ａの全ての構成要素を組み立てた場合の正面図、側面図、背面図、係合断面図を示したものである。上部杭部材１０ｂに工場溶接で接合された継手装置上部１０ａは、その係合部１７と継手装置下部２０ａの係合部２７とが、それぞれの係合面１１及び２１と楔３０を介して噛合うことにより、下部杭部材２０ｂに工場溶接で接合された継手装置下部２０ａに係合される。それによって、上部杭部材１０ｂが下部杭部材２０ｂに接合され、所要の杭長となるまでこの手順を繰り返すことによって、杭Ｂが形成される。
このとき、継手装置上部１０ａの係合部１７と継手装置下部２０ａの係合部２７とは、鉛直面に対してある角度を有する平面で係合される。すなわち、係合部１７及び２７は、先端部分に向かって幅広に形成されているため、同一鉛直面で係合されることはない。したがって、杭Ｂを地中に回転貫入させるときの押し込み力はもとより、杭Ｂを逆回転させて引き抜く際にも、十分な引き抜き抵抗力を確保することができる。
【００２９】
杭Ｂを地中に貫入させるには、杭打ち機６０に装備されている回転駆動装置６１に、杭径に応じて製作された杭回転駆動キャップ６２を接続し、回転駆動装置６１によって時計回りの回転力を杭回転駆動キャップ６２に与え、杭Ｂに伝達させる。
一方、杭Ｂの上部外面には、直方体形状の回転金具５０が杭Ｂの中心線上の外周面に２個溶接されており、これらが前記杭回転駆動キャップ６２に係合されて回転力を杭Ｂに伝達する。
杭Ｂの上部杭部材１０ｂに伝達された時計回りの回転力は、継手装置上部１０ａの係合部１７の係合面１１を介して、継手装置下部２０ａの係合部２７の係合面２１に伝達されることによって、下部杭部材２０ｂに伝達される。このとき、本発明の継手装置Ａの押し込み抵抗は、継手装置上部１０ａと継手装置下部２０ａとの全ての係合面のうち、水平面で係合している面積の全てが有効に機能する。
逆に、杭Ｂを引き抜く場合には、回転駆動装置６１に反時計回りの回転力を与える。この場合には、継手装置上部１０ａの係合部１７の楔３０との係合面１２を介して楔３０に回転力が伝達され、さらに、継手装置下部２０ａの係合部２７の楔３０との係合面２２を介して、下部杭部材２０ｂに伝達される。この場合の引き抜き抵抗としては、図５に示す係合部１７または係合部２７の最小断面Ｄ１またはＤ２に対応したせん断強さとして機能する。
また、回転トルクに対しては、係合面１１または係合面２１における鉛直方向の有効投影面積分の支圧抵抗によって伝達されることになる。
【００３０】
つぎに、図５により、杭Ｂに作用するせん断力・曲げモーメントに対して、本発明の継手装置Ａがどのように抵抗するか、説明する。
杭Ｂに作用するせん断力に対しては、上部杭部材１０ｂに関し、継手装置上部１０ａの係合部１７が基部１８と一体化されている有効断面Ｃ１に相当するせん断抵抗が期待でき、同様に、下部杭部材２０ｂに関しては、継手装置下部２０ａの係合部２７が基部２８と一体化されている有効断面Ｃ２に相当するせん断抵抗が期待できる。
一方、曲げモーメントに対しては、係合部１７及び２７が噛合っている部分の鉛直面（すなわち、図５に示す断面Ｄ１またはＤ２）におけるせん断強さによって主として抵抗する。
したがって、本発明の継手装置Ａにおいては、杭Ｂに作用するせん断力・曲げモーメントの大きさに応じて、発生する応力度が許容値以下となるよう、係合部１７及び２７の部材幅（ａ）・部材厚（ｔ）・突出高さ（ｈ）を設定すればよい。とくに、部材厚ｔについては、同じ材質を用いる場合、少なくても上部杭部材１０ｂ及び下部杭部材２０ｂの部材厚より大きく設定しておく必要がある。
なお、本実施例では係合部１７及び２７をそれぞれ２箇所ずつ設けた継手装置上部１０ａ及び継手装置下部２０ａについて説明したが、杭Ｂに作用する外力の大きさによっては、それぞれ4箇所あるいはそれ以上設置することも可能である。
【００３１】
本発明の継手装置Ａは、以上のように構成したことにより、上部杭部材１０ｂに作用する鉛直力（押し込み力及び引く抜き力）を円滑に下部杭部材２０ｂに伝達することができるとともに、曲げモーメントやせん断力が杭Ｂの継手部に作用した場合にも、十分抵抗できる構造となっており、杭Ｂ本体の耐力を上回る継手強度を確保することができる。
なお、本実施例においては、主に鋼管杭を対象として説明したが、鋼管杭に限らず、既製コンクリート杭に対しても適用可能である。この場合、既製コンクリート杭の上下両端面に固着された鋼製継手部材に、継手装置上部１０ａまたは継手装置下部２０ａを工場溶接で接合すればよい。
【実施例２】
【００３２】
次に、本発明の継手装置Ａの第２実施例について、鋼管杭の継手として用いた場合で説明する。本発明の継手装置Ａは、実施例１と同様、外観的にはほぼ円柱状に形成され、本体を構成する要素として、図示しない継手装置上部及び継手装置下部１２０ａと、楔１３０とがある。本実施例の技術的特徴は、実施例１の継手装置Ａが環状の中空断面として形成されているのに対し、継手装置上部及び継手装置下部の基部１１８及び１２８が、所定に厚さを有する板状部材、すなわち中実断面として形成されていることである。
なお、説明の都合上、図１０における継手装置下部１２０ａ、継手装置下部１２０ａの基部１２８、継手装置下部１２０ａの係合部１２７、継手装置下部１２０ａのテーパー部１２４に対して、図１０を１８０度回転させた状態の図を想定して、それぞれに対応する構成要素の符号を、継手装置上部１１０ａ、継手装置上部１１０ａの基部１１８、継手装置上部１１０ａの係合部１１７、継手装置上部１１０ａのテーパー部１１４のように呼ぶこととする。
【００３３】
図１０に、継手装置下部１２０ａの平面図及び斜視図を示す。継手装置下部１２０ａは、工場溶接によって下部杭部材に接合される基部１２８と、上方に突出して継手装置上部１１０ａの係合部１１７に係合される係合部１２７とが、構造的に一体となって形成されている。基部１２８は、係合部１２７と一体化される部材として、ある厚さ（杭Ｂ本体鋼管の耐力より大きな継手強度を有するように設定した厚さ）を有する板状に形成され、その下部にはテーパー部１２４が全周に亘って設けられている。
ここで、継手装置下部１２０ａの外径は杭Ｂの外径にほぼ等しく、テーパー部１２４の外径は杭Ｂの内径より若干小さめに形成されている。
【００３４】
また、係合部１２７は、この実施例では４箇所に設けられ、それぞれの正面視が基部１２８での幅（ａ）よりも、先端部での幅（ｂ）の方が幅広となるよう形成され、かつ、外周面から内周面に向けての平面視での幅が縮小されるように形成されている。そして、係合部１２７の一端を継手装置上部１１０ａの係合部１１７と当接することにより、他端側で楔１３０の挿入空間を形成するようになっている。
【００３５】
一方、継手装置上部１１０ａは、図１０に示す継手装置下部１２０ａを１８０度回転させたときの形状、すなわち、継手装置下部１２０ａと点対称の形状を有し、係合部１１７及び基部１１８についても同様の形状に形成され、基部１１８のテーパー部１１４において上部杭部材に接合されている。
したがって、下部杭部材に接合されている継手装置下部１２０ａに、上部杭部材に接合されている継手装置上部１１０ａを、それぞれの係合部１１７及び１２７が当接するように係合させると、その一端はＺ字状または逆Ｚ字状の係合面を形成し、他端では平行四辺形状の断面形状を有する楔１３０の挿入空間を形成する。このとき、楔挿入空間が内周面に向かって平面視で先細り状態となるよう、係合部１１７及び１２７の設置幅を設定する。
このようにして形成された楔挿入空間に楔１３０を挿入し、対面側の楔１３０同士をボルト・ナットによって締め付けることにより、上部杭部材が下部杭部材に構造的に接合される。
【００３６】
図１１は、上記楔挿入空間に挿入される楔１３０の平面図及び斜視図である。実施例１と同様に、楔１３０は、平面視で継手装置Ａの内面方向に向かって断面寸法が縮小するようにテーパーが形成されている。また、楔１３０には、楔１３０同士を締め付ける場合に、複数のボルトが継手装置Ａの中心点付近で互いに干渉しないような位置に、ボルト挿通孔１３８が形成されている。
なお、このような継手装置Ａの各構成要素は、厚板や中実鋼材を切削加工したり、精密鋳造によって製作される。
【００３７】
以上、実施例２の継手装置Ａに関し、主として実施例１と異なる構成について説明した。すなわち、継手装置Ａのおのおのの係合部が非同一鉛直面で互いに係合されること、継手装置下部に対して継手装置上部が摺動自在になっているため、それらの係合が容易に行われること、楔挿入空間から楔を引き抜きことにより、継手装置上部と継手装置下部との係合を解除できること、杭Bに作用する回転トルク、鉛直力、せん断力、曲げモーメントに対しては、許容値を超える応力が発生しないよう配慮させていること、などについては、実施例１で説明した記述の通りである。
実施例２の継手装置Ａは、上記のように構成したので、実施例１での作用・効果に加えて、以下のような作用・効果を奏する。
・継手装置上部１１０ａ及び継手装置下部１２０ａの基部１１８及び１２８を板状部材として構成したことにより、継手装置Ａの断面剛性が向上するとともに、それぞれの係合部１１７及び１２７の奥行き方向の部材厚（図１０における部材厚ｔ）を任意に設定できる。とくに、継手装置Ａ全体としてみると、基部１１８及び１２８が補強リブとして作用するので、継手強度の大幅な向上を図ることができる。
・したがって、杭Ｂに作用する外力の大きさに対して、必要とされる継手強度を満足するための係合部１１７及び１２７の正面視における幅（図１０における部材幅ａ，ｂ）、突出高さ（図１０における突出高さｈ）を設定する際の自由度が高まる。
・換言すれば、係合部１１７及び１２７の部材厚ｔを大きくすることにより、突出高さｈを低減することができるので、継手装置Ａの全体の高さ（継手長）を小さくすることによるコストダウンが図れる。
・上部杭部材、下部杭部材ともにその上端及び下端が閉塞構造となるため、杭Ｂ本体内への地下水の浸入を防ぐことができる。これにより、杭Ｂ内周側の腐食しろを考慮しなくてよいから、経済的な杭の設計が可能となる。
【実施例３】
【００３８】
本実施例においては、実施例１及び実施例２と同様に、鋼管杭の継手として用いた場合について説明する。また、説明の都合上、図１２における継手装置下部２２０ａ、継手装置下部２２０ａの基部２２８、継手装置下部２２０ａの係合部２２７、継手装置下部２２０ａのテーパー部２２４に対して、図１２を１８０度回転させた状態の図を想定して、それぞれに対応する構成要素の符号を、継手装置上部２１０ａ、継手装置上部２１０ａの基部２１８、継手装置上部２１０ａの係合部２１７、継手装置上部２１０ａのテーパー部２１４のように呼ぶこととする。
本発明の継手装置Ａは、外観的にはほぼ円環状に形成され、本体を構成する要素として、図示しない継手装置上部及び継手装置下部２２０ａと、楔２３０とがある。
【００３９】
図１２及び図１３に、本発明の継手装置Ａに関する実施例３の平面図及び斜視図を示す。図１２（Ａ）及び（Ｂ）は継手装置下部１２０ａの平面図及び斜視図で、継手装置下部２２０ａは、工場溶接によって下部杭部材に接合される基部２２８と、上方に突出して継手装置上部２１０ａの係合部２１７に係合される係合部２２７とが、構造的に一体となって形成されている。基部２２８は、係合部２２７と一体化される部材として、ある厚さ（杭Ｂ本体鋼管の耐力より大きな継手強度を有するように設定した厚さ）を有する円環状に形成され、その下部にはテーパー部２２４が全周に亘って設けられている。ここで、継手装置下部２２０ａの外径は杭Ｂの外径にほぼ等しく、テーパー部２２４の外径は杭Ｂの内径より若干小さめに形成されている。
また、係合部２２７は、この実施例では４箇所に設けられ、それぞれの正面視が基部２２８での幅（ａ）よりも、先端部での幅（ｂ）の方が幅広の段差を有する形状（ハンマー状）に形成されている。したがって、係合部２２７の一端を継手装置上部２１０ａの係合部２１７と当接すると、係合面が複数の平面をなし、他端側で楔２３０の挿入空間を形成するようになっている。
【００４０】
一方、継手装置上部２１０ａは、図１２に示す継手装置下部２２０ａを１８０度回転させたときの形状、すなわち、継手装置下部２２０ａと点対称の形状を有し、係合部２１７及び基部２１８についても同様の形状に形成され、基部２１８のテーパー部２１４において上部杭部材に接合されている。
したがって、下部杭部材に接合されている継手装置下部２２０ａに、上部杭部材に接合されている継手装置上部２１０ａを、それぞれの係合部２１７及び２２７が当接するように係合させると、その一端は階段状の複数の係合面を形成し、他端では平行四辺形状の断面が２個積み重ねられた形状を有する楔２３０の挿入空間を形成する。このとき、楔挿入空間が内周面に向かって平面視で先細り状態となるよう、係合部２１７及び２２７の設置幅を設定する。
このようにして形成された楔挿入空間に楔２３０を挿入し、対面側の楔２３０同士をボルト・ナットによって締め付けることにより、上部杭部材が下部杭部材に構造的に接合される。
【００４１】
図１３（Ａ）及び（Ｂ）は、上記楔挿入空間に挿入される楔２３０の平面図及び斜視図である。実施例１及び実施例２と同様に、楔２３０は、平面視で継手装置Ａの内面方向に向かって断面寸法が縮小するようにテーパーが形成されている。また、楔２３０には、楔２３０同士を締め付ける場合に、複数のボルトが継手装置Ａの中心点付近で互いに干渉しないような位置に、ボルト挿通孔２３８が形成されている。
なお、このような継手装置Ａの各構成要素は、厚板や中実鋼材を切削加工したり、精密鋳造によって製作される。
【００４２】
本発明の第３実施例の継手装置Ａは、上記のように構成したので、杭Ｂに作用する回転トルク、鉛直力、せん断力に対しては、実施例１で説明した記述の通りで、それぞれの断面形状に応じたせん断強さとして、主体的に抵抗する構造となっている。
しかしながら、曲げモーメントに対しては、主として複数の平面で噛合った係合部の曲げ強度で抵抗する。このときの曲げ強度は、係合部２１７及び２２７の最も断面積の小さな断面のせん断強さ、例えば、図１２（Ｂ）の場合には断面Ｄ２のせん断強さによって設定される。なお、本実施例では、継手装置下部２２０ａの係合部２２７と継手装置上部２１０ａの係合部２１７とが複数の平面（階段状の平面）で係合されるため、実施例１に比べて大きな曲げ剛性が期待できる。
なお、継手装置上部２１０ａの係合部２１７及び継手装置下部２２０ａの係合部２２７に関しては、それらの正面視における部材幅がａからｂに拡幅された部分２２９を形成する面が、水平面に対してある角度を有して互いに係合されるように形成される（係合部２１７及び２２７の拡幅部に嵌合用のテーパーを形成する）ことによって、継手装置上部２１０ａを継手装置下部２２０ａに係合しやすくなる。
また、それぞれの係合部２１７及び２２７の端面は、面取りしておくことが好ましい。
【００４３】
以上、実施例３の継手装置Ａに関し、主として実施例１と異なる構成について説明した。すなわち、継手装置Ａの各々の係合部が非同一鉛直面で互いに係合されること、継手装置下部に対して継手装置上部が摺動自在になっているため、それらの係合が容易に行われること、楔挿入空間から楔を引き抜きことにより、継手装置上部と継手装置下部との係合を解除できること、杭Bに作用する回転トルク、鉛直力、せん断力、曲げモーメントに対しては、許容値を超える応力が発生しないよう配慮させていること、などについては、実施例１で説明した記述の通りである。
なお、本実施例では、継手装置Ａの本体部分、すなわち継手装置上部２１０ａの基部２１８及び継手装置下部２２０ａの基部２２８を円環状に形成した例について説明したが、この部分を板状に形成すること（実施例２と複合した構成とすること）も可能である。
【００４４】
実施例２の継手装置Ａは、上記のように構成したので、実施例１での作用・効果に加えて、以下のような作用・効果を奏する。
・継手装置下部２２０ａの係合部２２７と継手装置上部２１０ａの係合部２１７とが複数の平面（階段状の平面）で係合されるため、実施例１に比べて大きな曲げ剛性が期待できる。
・継手装置下部２２０ａの係合部２２７及び継手装置上部２１０ａの係合部２１７の幅（図１２に示すａ及びｂ）、突出高さ（ｈ）、部材厚（ｔ）の組み合わせを適切に設定することにより、極めて大きな曲げ強度を期待することができる。
【実施例４】
【００４５】
次に、本発明の実施例１の継手装置Ａを用いた杭の施工法について、図８に基づき、その概要を説明する。なお、実施例２及び実施例３の継手装置Ａを用いた場合も符号を読み替えることで、同様の作業が行われる。
まず、杭Ｂの最も先端の部材である下部杭部材２０ｂを、杭打ち機６０によって吊り込み、回転駆動装置６１に接続された杭回転駆動キャップ６２に、下部杭部材２０ｂに取り付けた回転金具５０を介して、係合させる（図８参照）。このとき、下部杭部材２０ｂの上端部には、工場溶接によって、継手装置下部２０ａが接合された状態になっている。
【００４６】
次いで、図９に示すように、杭打ち機６０を所定位置に移動し、所定の杭芯位置に一致し、かつ、その鉛直性が確保されるよう、下部杭部材２０ｂをセットする（図９の２番目）。そして、回転駆動装置６１によって下部杭部材２０ｂに時計回り方向の回転トルクを与え、下部杭部材２０ｂを所定の深さまで地中に貫入させる（図９の３番目）。この場合、下部杭部材２０ｂの先端部に取り付けられている螺旋翼により、下部杭部材２０ｂを無排土の状態で地中に貫入させることができる。
【００４７】
下部杭部材２０ｂが所定の深さまで貫入した状態で、回転トルクの付加を中止し、下部杭部材２０ｂと杭回転駆動キャップ６２の係合を解除し、杭打ち機６０で下部杭部材２０ｂに接合すべき上部杭部材１０ｂを吊り込む。上部杭部材１０ｂの下端には、継手装置上部１０ａが工場溶接によって接合され、一方、上端には回転金具５０が取り付けられている。
そこで、上部杭部材１０ｂの回転金具５０を杭回転駆動キャップ６２に係合して、上部杭部材１０ｂを接合すべき下部杭部材２０ｂの上方にセットする（図９の４番目）。
【００４８】
上部杭部材１０ｂの継手装置上部１０ａが、下部杭部材２０ｂの継手装置下部２０ａにソフトタッチするまで上部杭部材１０ｂを下降させた後、継手装置上部１０ａの係合部１７が、継手装置下部２０ａの係合部２７とそれぞれの係合面１１及び２１が面一に噛合うよう、上部杭部材１０ｂを摺動させる。それぞれの係合部１７及び２７が正規の位置で噛合ったことを確認し、楔挿入部１３及び２３に楔右部３０ａ及び楔左部３０ｂを挿入する。
そして、楔右部３０ａ及び楔左部３０ｂをボルト４０及びナット４５によって締め付ける。これによって、上部杭部材１０ｂが下部杭部材２０ｂに接合されたことになる。
次いで、回転駆動装置６１により、上部杭部材１０ｂに時計回り方向の回転トルクを与えて、所定の深さまで地中に貫入させる（図９の５番目）。
このような手順を繰り返し、所定杭長の杭Ｂを地中に設置することができる（図９の６番目）。
【実施例５】
【００４９】
実施例４では、杭回転駆動キャップ６２に、各杭部材の上部に取り付けた回転金具５０を係合させることによって、各杭部材を杭打ち機６０に保持させる方法を説明したが、本発明に係る継手装置Ａの別の実施例として、継手装置上部１０ａと杭回転駆動キャップ６２との共同作用により、各杭部材を杭打ち機６０に保持させる方法を説明する。
本発明の継手装置Ａにおける継手装置上部１０ａは、その外径を上部杭部材１０ｂの外径と等しくなるよう構成されていることから、杭回転駆動キャップ６２に容易に係合することができる。
そこで、杭Ｂの最上部の杭部材（杭頭部を形成する杭部材）を除く他の杭部材については、回転金具５０を取り付けずに、杭回転駆動キャップ６２に係合した継手装置上部１０ａを介して、回転駆動装置６１からの回転トルクを継手装置下部２０ａに伝達することが可能となる。
【００５０】
すなわち、杭Ｂの最上部の杭部材を除き、他の杭部材の上部には工場溶接で継手装置下部２０ａが接合されているので、回転駆動装置６１からの回転トルクを
杭回転駆動キャップ６２ → 継手装置上部１０ａ → 上部杭部材１０ｂ → 継手装置下部２０ａ → 下部杭部材２０ｂ
へと伝達させ、杭Ｂを地中に貫入させるものである。
ただし、杭Ｂの最上部の杭部材については、下部杭部材２０ｂが接合されていないので、その上部に回転金具５０を取り付け、杭回転駆動キャップ６２から継手装置上部１０ａを取り外し、実施例１と同様な方法で回転トルクを伝達させる必要がある。
本発明の継手装置Ａをこのように利用することにより、回転金具５０の必要数量を低減することができるので、さらなるコストダウンが図られる。
また、下部杭部材２０ｂに回転金具５０を取り付ける必要がなくなったため、従来のように杭Ｂの周辺地盤を乱すことがなくなり、周面摩擦力の増加を期待することができる、という副次的な効果もある。
【実施例６】
【００５１】
実施例４及び実施例５においては、円形の断面形状の杭を対象として本発明の実施状況を説明した。
しかしながら、本発明に係る継手装置Ａについては、その平面形状をどのように形成することも可能である。例えば、本発明の継手装置Ａの平面形状を矩形とすることにより、角型鋼管部材の継手として利用できる。
このように、環状の構造部材であれば、異なる形状や異なる外径・板厚の部材であっても、本発明の継手装置Ａが適用可能となる。
また、構造部材の接続方向は、鉛直方向に限らず、水平方向や任意の方向にも対応できることから、構造物の柱・梁等の部材の継手装置としても、合理的かつ経済的なものを提供することができる。
【００５２】
さらに、楔挿入部１３及び２３、楔３０の形状についても、平行四辺形に限定されることなく、任意断面のテーパー状とすることができる。例えば、実施例１のように水平方向の幅が減少するようなテーパー形状ではなく、高さ方向のテーパーとしたり、三角錐台、四角錐台、円錐台などの錐体状に形成することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、既製杭の杭部材を接合するための継手装置として、とくに、鋼管杭の回転貫入工法に好適な継手装置として利用できるとともに、構造物の柱・梁等の構造部材の継手装置としても利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る継手装置Ａの実施例１に係る正面図である。
【図２】同本発明の継手装置Ａの実施例１に係る側面図である。
【図３】同本発明の継手装置Ａの実施例１に係る背面図である。
【図４】同本発明の継手装置Ａの実施例１に係る係合断面を示す図である。
【図５】同本発明の継手装置Ａの実施例１に係る各構成要素を分解した分解斜視図である。
【図６】同本発明に係る継手装置Ａにおける継手装置下部２０ａの一実施例を示す平面図（Ａ）、側面図（Ｂ），（Ｃ）、一部拡大側面図（Ｄ）である。
【図７】同本発明の継手装置Ａにおいて実施例１に係る、楔３０の斜視図（Ａ）、正面図（Ｂ）、平面図（Ｃ）、側面図（Ｄ）である。
【図８】本発明の継手装置の好適な実施例として、杭の施工法の概要を説明した図である。
【図９】図８において、杭の吊り込み状態から設置までの手順を順番に説明した図である。
【図１０】本発明の継手装置Ａにおいて実施例２に係る、継手装置下部１２０ａを示す平面図（Ａ）、斜視図（Ｂ）である。
【図１１】本発明の継手装置Ａにおいて実施例２に係る、楔１３０の平面図（Ａ）、斜視図（Ｂ）である。
【図１２】本発明の継手装置Ａにおいて実施例３に係る、継手装置下部２２０ａを示す平面図（Ａ）、斜視図（Ｂ）である。
【図１３】本発明の継手装置Ａにおいて実施例３に係る、楔２３０の平面図（Ａ）、斜視図（Ｂ）である。
【符号の説明】
【００５５】
Ａ 本発明の継手装置、
Ｂ 本発明の継手装置によって接合された杭、
Ｃ１ 継手装置上部の係合部における水平方向せん断面、
Ｃ２ 継手装置下部の係合部における水平方向せん断面、
Ｄ１ 継手装置上部の係合部における鉛直方向せん断面、
Ｄ２ 継手装置下部の係合部における鉛直方向せん断面、
１０ａ、１１０ａ、２１０ａ 継手装置上部、
１０ｂ 上部杭部材、
１１ 継手装置上部の継手装置下部２０ａとの係合面、
１２ 継手装置上部の楔３０との係合面、
１３ 正面視における楔挿入部、
１４，１１４，２１４ 継手装置上部の外周上部のテーパー部、
１５ 継手装置上部の内周面の厚肉部、
１６ 継手装置上部の上部杭部材との溶接部、
１７、１１７，２１７ 継手装置上部の係合部、
１８、１１８，２１８ 継手装置上部の基部、
２０ａ、１２０ａ、２２０ａ 継手装置下部、
２０ｂ 下部杭部材、
２１ 継手装置下部の継手装置上部１０ａとの係合面、
２２ 継手装置下部の楔３０との係合面、
２３ 背面視における楔挿入部、
２４、１２４、２２４ 継手装置下部の外周下部のテーパー部、
２５ 継手装置下部の内周面の厚肉部、
２６ 継手装置下部の下部杭部材との溶接部、
２７，１２７，２２７ 継手装置下部の係合部、
２８，１２８，２２８ 継手装置下部の基部、
３０、１３０、２３０ 楔、
３０ａ 楔右部、
３０ｂ 楔左部、
３１ 楔上面、
３２ 楔下面、
３３ 楔右側面、
３４ 楔左側面、
３５ 楔外面、
３６ 楔内面、
３８ 楔のボルト挿通孔、
３９ 楔のナット係合部、
４０ ボルト、
４１ ボルト頭部、
４２ ボルト軸部、
４３ ボルトネジ部、
４５ ナット、
５０ 回転金具、
６０ 杭打ち機、
６１ 回転駆動装置、
６２ 杭回転駆動キャップ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造部材の継手装置であり、詳しくは、地中に設置されて、構造物等に作用する荷重を支持する既製杭の継手装置、さらに、構造物の柱・梁等に使用される環状構造部材にも適用可能な継手装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
既製杭は、運搬する上での制約条件等によって、地表面下十数メートル以上の深さに設置する場合には、定尺ものの複数の杭部材を作業現場において接続する必要がある。また、構造物の柱・梁等に使用される環状構造部材についても、同様に作業現場において接続する必要がある。その接続方法には、（ａ）現場溶接による方法と、（ｂ）機械式継手装置を用いる方法と、に大別される。
【０００３】
とくに最近では、鋼管杭の先端部に螺旋状の回転翼を接合して地中に回転貫入させ、構造物等に作用する荷重を支持する工法がしばしば用いられている。この工法は、鋼管杭の頭部に回転力を与えて所定の地層に貫入させるもので、地表面に掘削残土が排出されず、しかも、セメントミルク等の注入固化材を用いないため、環境にやさしく、経済性・施工性に優れている。さらに、杭を撤去する場合においても、貫入時と反対方向に回転トルクを与えることにより、容易に杭を引き抜くことができる、という利点も有する。
このような鋼管杭の回転貫入工法においては、地盤のＮ値が大きいと貫入抵抗が高くなるため、杭材のねじり強さより小さな回転トルクで貫入させるような施工管理を必要とする。したがって、杭の継手部の強度は、少なくとも杭材のねじり強さより大きくしなければならない。また、杭に作用するせん断力や曲げモーメントにも十分抵抗できる継手強度が必要となる。
【０００４】
以上のような背景技術をふまえ、既製杭の継手方法に関する従来技術の問題点を以下に説明する。
まず、現場溶接による杭の継手方法については、十分な施工管理を行い、溶接部の概観検査・非破壊検査等の実施によって、前述の継手強度を確実に得ることができる。しかしながら、溶接作業には所定の技能資格を有する作業員を配置することが不可欠であり、労務費が高くなるとともに、溶接作業にかなり長い時間を要することもあって、コストアップにつながる、という課題がある。さらに、毎秒１０ｍ以上の強風が吹いているときや、降雨・降雪により母材が濡れているとき、気温が５℃以下のときは、とくに対策を講じる場合を除いて、一般に溶接作業を行うことができないため、工程に与える影響が大きい、という課題があった。
【０００５】
一方、機械式継手を用いる方法では、溶接継手の場合の課題は解決されるが、継手強度をどのようにして確保するか、が問題となる。
例えば、機械式継手の代表的な方法の一つであるネジ式継手は、接合すべき上部の杭部材の下端に取り付けた雌ネジ部（または雄ネジ部）を有する継手装置上部と、地中に設置された下部杭部材の上端に取り付けた雄ネジ部（または雌ネジ部）を有する継手装置下部と、を螺合させることによって、上部杭部材と下部杭部材とを接合するものである。したがって、十分な継手強度を確保するためには、所要の肉厚を有する部材とするとともに、所定の継手強度が得られるまで（少なくとも３回転以上）ねじ込む必要があり、継手装置としてある程度の長さを必要とする。
また、下部杭部材に固定されている継手装置下部に、上部杭部材に取り付けた継手装置上部を螺合するには、かなりの熟練性と時間を要する、という問題点があった。
さらに、杭を撤去するために、貫入時と逆方向に回転力を与えると、継手装置上部が継手装置下部から離脱する（螺合が解除される）ため、下部杭部材が地中に残置されることになる。このような不具合を防止し、杭全体を引き抜くには、係合ピン等を継手装置に挿通させることが行われているが、断面欠損を補うため必然的に肉厚の大きな部材とする必要があるとともに、継手装置の上下方向の長さを大きくする必要があり、コストアップにつながる、という課題があった。
【０００６】
【特許文献１】特開2002-161532号公報
【特許文献２】特開2002-275888号公報
【０００７】
上記特許文献１には、「上杭の下端部に側方に張り出す水平なフランジ板が備えられていると共に、下杭の上端部に同じく側方に張り出す水平なフランジ板が備えられ、これらフランジ板同士がボルト接合されることで、上下の杭がジョイントされている」構成が、また、上記特許文献２には、「下杭と上杭とに嵌合し、これら下杭と上杭を接続する短尺円筒の外周に、らせん状羽根をもうけてなる」構成が、それぞれ開示されている。そして、これらの特許文献に開示された技術により、現場溶接を行うことなく、上下の杭部材を接合することができる。
しかしながら、上記特許文献に開示された技術は、いずれも杭の外周面から張り出す形で継手装置が装着されることになり、たとえ「掘削機能を有する羽根」を備えているとしても、杭を回転貫入させるときの貫入抵抗が著しく増加するとともに、原地盤を乱すことによって周面摩擦力が低下する、という課題があった。
【０００８】
【特許文献３】特開2000-328557号公報
【０００９】
また、上記特許文献３には、「端板と円筒側板からなる継手部材を杭の端面に固着し、接続片で接合すべき上下杭の円筒側板の双方にボルト接合することによって、上下の杭を接合する」技術が開示されている。
しかしながら、この従来技術は、既製コンクリート杭部材の接合を対象としたものであり、本発明の主な対象である回転貫入工法のように大きな回転トルクが伝達できる継手強度を有していない、という課題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上説明したように、本発明が解決しようとする課題は、十分な継手強度を確保し、かつ、上部杭部材の下部杭部材への係合が容易にできるとともに、杭を回転貫入させるときの貫入抵抗を増加させず、さらに、杭を引き抜く際の逆回転トルクも伝達できるとともに、杭に作用するせん断力や曲げモーメントにも十分抵抗できる継手装置を経済的に実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る継手装置の要旨は、上記課題を解決するため、以下のような構成としている。すなわち、請求項１の発明では、
上部構造部材下端に接合される継手装置上部と、
下部構造部材上端に接合される継手装置下部と、
挿入方向に断面が縮小するテーパーを有する楔と、
によって構成される継手装置であって、
前記継手装置上部は、その基部から下方に突出した係合部を有し、
前記継手装置下部は、その基部から上方に突出した係合部を有し、
これら係合部の一端は、互いに非同一鉛直面で係合されるとともに、
他端が前記楔を挿入可能な空間を形成し、
該空間に前記楔を挿入することによって、
前記上部構造部材と前記下部構造部材とを接合することを特徴とする。
ここで、構造部材とは、杭、柱、梁等の構造物の一部を形成する部材をいい、「互いに非同一鉛直面で係合される」ということは、互いの係合面が１つの鉛直面でなく、鉛直面とはある角度を有する面で噛合っている状態、あるいは複数の平面で噛合っている状態で係合されていることをいう。
また、請求項２の発明では、請求項１において、
継手装置上部と継手装置下部の係合部が、正面視でその先端部分が基部に比べて幅広に形成され、鉛直面に対してある角度を有する面で互いに係合されることを特徴とする。
さらに、請求項３の発明では、請求項１において、
継手装置上部と継手装置下部の係合部が、正面視でその先端部分が基部に比べて幅広となるような段差を有する形状に形成され、複数の平面で互いに係合されることを特徴とする。
さらに、請求項４の発明では、請求項１乃至請求項３において、
継手装置上部と継手装置下部の基部が、所定の厚さを有する板状部材として構成されていることを特徴とする。
さらに、請求項５の発明では、請求項１乃至請求項４において、
継手装置上部の外周上面には上部構造部材と接合するためのテーパーが形成され、
継手装置下部の外周下面には下部構造部材と接合するためのテーパーが形成されていることを特徴とする。
さらに、請求項６の発明では、請求項１乃至請求項５において、
楔は、同一形状に形成されていることを特徴とする。
さらに、請求項７の発明では、請求項１乃至請求項６において、
楔にボルト挿通孔を形成し、
該ボルト挿通孔を貫通するボルトをナット締めすることによって、
前記楔の脱落を防止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の請求項１に係る継手装置は、継手装置上部の基部から下方に突出した係合部と、継手装置下部の基部から上方に突出した係合部とが、互いに非同一鉛直面で係合された状態で、楔挿入用の空間を形成するので、楔をその空間に挿入することによって、押し込み力や引き抜き力、回転トルクを上部構造部材から下部構造部材へ、安全かつ確実に伝達できる、という利点がある。とくに、回転トルクに関しては、時計回り方向はもとより、反時計回り方向の回転力に対しても十分伝達可能である。また、継手部に作用する曲げモーメント・せん断力に対しても十分抵抗できる構造及び部材厚となっている。
また、請求項２の発明においては、継手装置上部と継手装置下部の係合部が、正面視でその先端部分が基部に比べて幅広に形成され、鉛直面に対してある角度を有する面で互いに係合されるので、とくに引き抜き抵抗が増加する。
さらに、請求項３の発明においては、継手装置上部と継手装置下部の係合部が、正面視でその先端部分が基部に比べて幅広となるような段差を有する形状に形成され、複数の平面で互いに係合されるので、とくに曲げモーメントに対する抵抗性が著しく向上する。
さらに、請求項４の発明においては、継手装置上部と継手装置下部の基部が、所定の厚さを有する板状部材として構成されているので、継手装置上部及び継手装置下部の曲げ剛性を著しく高めることができ、継手装置全体の強度を向上させることができる。
さらに、請求項５の発明においては、継手装置上部の外周上面には上部構造部材と接合するためのテーパーが形成され、継手装置下部の外周下面には下部構造部材と接合するためのテーパーが形成されているので、継手装置と構造部材との溶接接合が、テーパー部を利用することによって、所定の品質及び性能を確保しつつ、容易に行えることを可能とする。とくに、上部構造部材と下部構造部材の外径や板厚が異なる場合であっても、本発明の構成を採用することによって、安全かつ確実に構造部材同士を接合することができる。
さらに、請求項６の発明においては、楔が同一形状に形成されているので、楔を同一形状の金型を用いて製作でき、継手装置の製作費用を低減できる。
さらに、請求項７の発明においては、楔にボルト挿通孔を形成し、該ボルト挿通孔を貫通するボルトをナット締めすることによって、前記楔の脱落を防止するので、構造部材の接合作業中及び施工後において、楔の脱落を防止することによって、半永久的に構造部材の接合部の強度・安全性が確保できる。
なお、本発明の構成を採用することにより、継手装置の楔挿入用空間から楔を引き抜いて、継手装置上部と継手装置下部の係合を容易に解除できるので、構造部材同士の接合も解除することが可能となり、メンテナンスフリーの状態で構造部材を再使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係る継手装置を用いて接合した構造部材、例えば、鋼管杭は、本体を構成する鋼管の母材強度（圧縮強さ、引張強さ、せん断強さ、曲げ強さ、ねじり強さなど）を上回る継手強度が確保でき、杭基礎に作用する鉛直力（押し込み力および引き抜き力）や水平力によって生じる曲げモーメント・せん断力にも十分抵抗し得るものである。また、気候条件に左右されずに施工できる経済的な継手装置を実現した。
さらに、本発明に係る継手装置は、構造物の柱・梁等のように、軸力と曲げモーメント・せん断力が作用する構造部材に対しても適用することが可能である。本発明の継手装置について実施例に基づき、以下に説明する。なお、構造部材を杭（例えば、鋼管杭）とした場合で説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明の継手装置Ａは、図１に示すように、継手装置下部２０ａをその上端部に接合した下部杭部材２０ｂを所定深さの地盤に設置し、上部杭部材１０ｂの下端部に接合した継手装置上部１０ａを前記継手装置下部２０ａに係合して、長尺の基礎杭Ｂを形成するために用いられる。
継手装置Ａの構成要素としては、継手装置Ａの本体部を形成する継手装置上部１０ａ及び継手装置下部２０ａと、楔右部３０ａ及び楔左部３０ｂから形成される楔３０と、ボルト４０及びナット４５と、がある。
継手装置Ａ全体の形状は、図１の正面図、図２の側面図、図３の背面図及び図４の係合断面を示す図の通り、中空断面でその外観がほぼ円筒形状に形成されている。継手装置Ａは、ボルト４０とナット４５との螺合を、ボルト頭部４１の六角ボルトの逆回転（左方向への回転）により解除して、ボルト４０を引き抜き、さらに、楔右部３０ａ及び楔左部３０ｂを引き抜くことで、図５のように分解することができるようになっている。
【００１５】
継手装置上部１０ａは、係合部１７と基部１８とが一体的に形成され、その上面外周にはテーパー部１４が全周に亘って設けられ、溶接部１６において、上部杭部材１０ｂと工場溶接によって接合されている。したがって、継手装置上部１０ａの外径は、本発明の継手装置Ａによって接合される上部杭部材１０ｂの外径に等しくなっており、テーパー部１４の外径は、上部杭部材１０ｂの内径より若干小さめに形成されている。すなわち、テーパー部１４における段差（テーパー量）は、上部杭部材１０ｂの板厚にほぼ等しくなっている。
また、望ましくは、テーパー部１４の先端部を多少長めに形成するとよい。それによって、長めに形成されたテーパー部１４の先端部が、継手装置上部１０ａと上部杭部材１０ｂとを溶接する場合の裏当て金の機能を果たし、テーパー部１４が開先継手として作用するため、上部杭部材１０ｂの下端部に開先を設ける必要がなくなる。
【００１６】
継手装置上部１０ａの上端面は、円環状で比較的簡易な形状となっているが、下端面及び内周面は、かなり複雑な形状となっている。すなわち、図１の正面図及び図３の背面図に示すとおり、正面視、背面視ともに逆Ｚ字状の楔３０との係合面１２を有する段違い状の係合部１７が基部１８から突出して形成されている。この係合部１７を側面視でみると、図２の側面図に示すとおり、Ｚ字状に噛合う継手装置下部２０ａとの係合面１１を有する段違い状の係合部１７が基部１８から突出して形成されていることがわかる。
このように、段違い状に下方に突出した継手装置上部１０ａの係合部１７は、図４の係合断面を示す図において、Ｘ方向及びＹ方向の中心軸の交点を原点とする座標でみると、第２象限及び第４象限に該当する部分に各一個ずつ形成されている。そして、その一端は、図２に示すように継手装置下部２０ａとの係合面１１を形成し、他端は、図１に示すように楔３０との係合面１２を形成している。なお、係合部１７は、図５に示すとおり、基部１８と一体化した部分の幅ａに比べて、先端部の幅ｂが大きくなるように、その先端方向に徐々に幅広となるよう形成されている。したがって、係合面１１及び１２は同一鉛直面で当接せず、鉛直面とある角度を有する平面で当接することになる。これによって、杭Ｂを引き抜くときの引き抜き抵抗を十分に期待することができる。
【００１７】
また、継手装置上部１０ａの内周面は、図５に示すように、半径ｒの均一な円形に形成したり、図１に示すように、前記係合部１７の下端から外周面のテーパー部１４付近までの範囲に対して、継手装置上部１０ａの部材厚を他の部分より均一に大きくするような形状としたり、図４または図６に示すように、外力の作用によって最も大きな応力度が発生する部位の部材厚を任意の形状で他の部分より大きくするように設定することもできる。すなわち、係合部１７を含む厚肉部１５は、杭を回転貫入させるときや引き抜くときの回転トルク、杭に作用するせん断力・曲げモーメントを伝達するために十分な強度を有するよう、設計されている。なお、厚肉部１５は、平面視で円形となるような構成とすることも、図４または図６に示すように、矩形状を含めた多角形状やその他の形状に形成することも可能である。
【００１８】
前記継手装置下部２０ａは、係合部２７と基部２８とが一体的に形成され、その上面外周にはテーパー部２４が全周に亘って設けられ、溶接部２６において、下部杭部材２０ｂと工場溶接によって接合されている。したがって、継手装置下部２０ａの外径は、本発明の継手装置Ａによって接合される下部杭部材２０ｂの外径に等しくなっており、テーパー部２４の外径は、下部杭部材２０ｂ内径より若干小さめに形成されている。すなわち、テーパー部２４における段差（テーパー量）は、下部杭部材２０ｂの板厚にほぼ等しくなっている。
また、望ましくは、テーパー部２４の先端部を多少長めに形成するとよい。それによって、長めに形成されたテーパー部２４の先端部が、継手装置下部２０ａと下部杭部材２０ｂとを溶接する場合の裏当て金の機能を果たし、テーパー部２４が開先継手として作用するため、下部杭部材２０ｂの上端部に開先を設ける必要がなくなる。
【００１９】
前記継手装置下部２０ａの下端面は、円環状で比較的簡易な形状となっているが、上端面及び内周面は、かなり複雑な形状となっている。すなわち、図１の正面図及び図３の背面図に示すとおり、正面視、背面視ともに逆Ｚ字状の楔３０との係合面２２を有する段違い状の係合部２７が基部２８から突出して形成されている。この係合部２７を側面視でみると、図２の側面図に示すとおり、Ｚ字状に噛合う継手装置上部１０ａとの係合面２１を有する段違い状の係合部２７が基部２８から突出して形成されていることがわかる。
このように、段違い状に上方に突出した継手装置下部２０ａの係合部２７は、図４の係合断面を示す図において、Ｘ方向及びＹ方向の中心軸の交点を原点とする座標でみると、第１象限及び第３象限に該当する部分に各一個ずつ形成されている。そして、その一端は、図２に示すように、継手装置上部１０ａとの係合面２１を形成し、他端は、図１に示すように、楔３０との係合面２２を形成している。なお、係合部２７は、図５に示すとおり、基部２８と一体化した部分の幅ａに比べて、先端部の幅ｂが大きくなるように、その先端方向に徐々に幅広となるよう形成されている。したがって、係合面２１及び２２は同一鉛直面で当接せず、鉛直面とある角度を有する平面で当接することになる。これによって、杭Ｂを引き抜くときの引き抜き抵抗を十分に期待することができる。
【００２０】
また、継手装置下部２０ａの内周面は、図５に示すように、半径ｒの均一な円形に形成したり、図１に示すように、前記係合部２７の上端から外周面のテーパー部２４付近までの範囲に対して、継手装置下部２０ａの部材厚を他の部分より均一に大きくするような形状としたり、図４または図６に示すように、外力の作用によって最も大きな応力度が発生する部位の部材厚を任意の形状で他の部分より大きくするように設定することもできる。すなわち、係合部２７を含む厚肉部２５は、杭を回転貫入させるときや引き抜くときの回転トルク、杭に作用するせん断力・曲げモーメントを伝達するために十分な強度を有するよう、設計されている。なお、厚肉部２５は、平面視で円形となるような構成とすることも、図４または図６に示すように、矩形状を含めた多角形状やその他の形状に形成することも可能である。
このような継手装置上部１０ａ及び継手装置下部２０ａの一実施例を図６に示す。これら継手装置上部１０ａ及び継手装置下部２０ａの製作は、比較的部材厚の大きな鋼管や円柱状の鋼材を機械切削したり、精密鋳造によって行われる。
【００２１】
以上の説明から分かるように、継手装置上部１０ａと継手装置下部２０ａとは、継手装置Ａの中心点に対して点対称となるように構成されている。したがって、これらの構成要素をロストワックス（精密鋳造）で製作する場合には、１種類の金型で併用することができるので、製作費のコストダウンを図ることができる。
【００２２】
次に、継手装置上部１０ａと継手装置下部２０ａとを係合させたときの継手装置Ａの全体的な状態を説明する。
継手装置上部１０ａと継手装置下部２０ａとは、上記のように構成されているため、互いの係合部１７と係合部２７とを、側面視で図２に示すように、Z字状に噛合うように、すなわち、非同一鉛直面（鉛直面とある角度を有する面）で係合させることができる。
静置した継手装置下部２０ａに、図２に示すように、継手装置上部１０ａを係合部１７及び２７が噛合うように係合させると、継手装置Ａの正面視及び背面視において、楔３０が挿入可能な空間として、図１と図３とに示すように、楔挿入部１３及び２３が形成される。この楔挿入部１３及び２３は、継手装置上部１０ａの楔３０との係合面１２と、継手装置下部２０ａの楔３０との係合面２２と、によって形成される、平行四辺形の断面形状を有する空間であり、継手装置Ａの内面方向に向かって、空間の幅が狭くなるようなテーパー状に形成されている。
【００２３】
継手装置上部１０ａ、継手装置下部２０ａ及び楔３０からなる本発明の継手装置Ａは、以上のような構成としたことにより、以下に述べるような作用・効果を奏する。
すなわち、継手装置上部１０ａ及び継手装置下部２０ａの係合に関しては、係合部１７及び２７が先端部分に向かって幅広に形成されているため、同一鉛直面で係合することがない。したがって、上部杭部材１０ｂを逆回転させて杭全体を引き抜くときに、十分な引き抜き抵抗が確保できる。また、楔挿入部１３及び２３を形成するように係合されるため、下部杭部材２０ｂの上部に固定された継手装置下部２０ａに対して、上部杭部材１０ｂの下部に接合された継手装置上部１０ａがかなり広い範囲で摺動可能になることである。これをもっと具体的に説明すれば、継手装置上部１０ａと継手装置下部２０ａとの中心軸が一致し、かつ、それぞれの係合部１７及び２７が係合面１１及び２１で係合された状態であっても、Ｙ方向（図４における側面視方向）には、楔３０の最小断面寸法（図４における楔挿入部１３，２３の最小間隔）の最大限約２倍の範囲で摺動可能となる。
【００２４】
換言すると、継手装置上部１０ａと継手装置下部２０ａとの中心軸が一致しない状態では、Ｘ方向に楔３０の最小断面寸法（図４における楔挿入部１３、２３の最小間隔）程度の範囲で摺動可能であり、さらに、同程度の範囲で回転摺動させることも可能である。
したがって、上部杭部材１０ｂの下部杭部材２０ｂへの係合、すなわち、固定された状態にある継手装置下部２０ａへの継手装置上部１０ａの係合が極めて容易に行える。
このことは、本発明の最も特徴的な作用・効果であり、上部杭部材１０ｂの中心線が下部杭部材２０ｂの中心線と一致しない状態でも、上部杭部材１０ｂ全体を水平方向に摺動させることによって、容易に中心線が一致するような位置に上部杭部材１０ｂをセットすることができる。
とくに、係合面１１及び２１における係合状態（噛合い状態）を目視観察することによって、上部杭部材１０ｂが所定の位置にセットされているかどうかを、一目で判断することができ、作業効率の著しい向上を図ることが可能となった。
【００２５】
次に、楔３０ａ、３０ｂの形状及び機能について説明する。
本発明の継手装置Ａにおける構成要素の１つである楔３０は、継手装置上部１０ａと継手装置下部２０ａとを、係合部１７及び２７によって噛合わせたときに生じる空間、すなわち、楔挿入部１３及び２３に嵌合される楔右部３０ａ及び楔左部３０ｂからなる。
楔右部３０ａ及び楔左部３０ｂは、図７に示すように、同一形状として形成されており、その断面形状は菱形の平行四辺形とされている。また、楔外面３５から楔内面３６に向けて、側面方向の断面寸法（楔３０の幅）が縮小するように、テーパーが形成されている。そのため、楔３０は、楔挿入部１３及び２３に極めて容易に嵌合できる。
【００２６】
さらに、楔右部３０ａ及び楔左部３０ｂには、それぞれボルト挿通孔３８が形成され、ボルト挿通孔３８の外面側にはナット係合部３９が形成されている。
なお、楔右部３０ａ及び楔左部３０ｂは、同一形状に形成されているため、前記継手装置上部１０ａ及び継手装置下部２０ａと同様に、ロストワックスによって製作することにより、製作費のコストダウンを図ることができるとともに、各係合面１１，１２及び２１、２２や楔３０の各面（楔上面３１、楔下面３２、楔右側面３３、楔左側面３４、楔外面３５及び楔内面３６）を滑らかに形成することができる。したがって、各部材の係合・嵌合作業を容易に行うことができる。とくに、継手装置Ａの各部材の端面を面取りしておくことにより、各部材の係合・嵌合作業を極めて容易に行うことができる。
【００２７】
前記楔３０は、以上のように構成されているため、楔挿入部１３及び２３への嵌合作業が容易に行える一方、楔挿入部１３及び２３からの楔右部３０ａ及び楔左部３０ｂの脱落を防止する必要がある。そのため、本発明では、ボルト４０及びナット４５によって、楔右部３０ａ及び楔左部３０ｂを継手装置Ａの中心方向に締め付け、楔３０の脱落を防止している。
ボルト４０は、図５に示すように、六角レンチ孔が形成されたボルト頭部４１と、ボルト軸部４２と、ボルトネジ部４３と、から構成される。ボルト４０の機能としては、ボルト頭部４１を楔左部３０ｂに形成されたボルト頭部係合部３９ｂに係合し、楔右部３０ａに形成されたナット係合部３９ａに対して、ボルトネジ部４３を介してナット４５を締め付けることにより、楔右部３０ａ及び楔左部３０ｂを互いに中心軸側に引き寄せ、楔３０の脱落を防止している。この場合、ナット４５をボルトネジ部４３に螺合させた状態で、ボルト頭部４１に形成された六角レンチ孔に六角レンチを嵌合させ、ボルト４０を右回転させることにより、ナット４５を締め付けられるような構成となっている。なお、ナット４５としては、緩み防止機能を有するものを用いることが望ましい。
【００２８】
以上、本発明の継手装置Ａの構成要素について、その形状及び機能を主体とした実施例１を説明した。次に、これらの構成要素を組み合わせて使用する場合の作用・効果について説明する。
図１、図２、図３、図４は、継手装置Ａの全ての構成要素を組み立てた場合の正面図、側面図、背面図、係合断面図を示したものである。上部杭部材１０ｂに工場溶接で接合された継手装置上部１０ａは、その係合部１７と継手装置下部２０ａの係合部２７とが、それぞれの係合面１１及び２１と楔３０を介して噛合うことにより、下部杭部材２０ｂに工場溶接で接合された継手装置下部２０ａに係合される。それによって、上部杭部材１０ｂが下部杭部材２０ｂに接合され、所要の杭長となるまでこの手順を繰り返すことによって、杭Ｂが形成される。
このとき、継手装置上部１０ａの係合部１７と継手装置下部２０ａの係合部２７とは、鉛直面に対してある角度を有する平面で係合される。すなわち、係合部１７及び２７は、先端部分に向かって幅広に形成されているため、同一鉛直面で係合されることはない。したがって、杭Ｂを地中に回転貫入させるときの押し込み力はもとより、杭Ｂを逆回転させて引き抜く際にも、十分な引き抜き抵抗力を確保することができる。
【００２９】
杭Ｂを地中に貫入させるには、杭打ち機６０に装備されている回転駆動装置６１に、杭径に応じて製作された杭回転駆動キャップ６２を接続し、回転駆動装置６１によって時計回りの回転力を杭回転駆動キャップ６２に与え、杭Ｂに伝達させる。
一方、杭Ｂの上部外面には、直方体形状の回転金具５０が杭Ｂの中心線上の外周面に２個溶接されており、これらが前記杭回転駆動キャップ６２に係合されて回転力を杭Ｂに伝達する。
杭Ｂの上部杭部材１０ｂに伝達された時計回りの回転力は、継手装置上部１０ａの係合部１７の係合面１１を介して、継手装置下部２０ａの係合部２７の係合面２１に伝達されることによって、下部杭部材２０ｂに伝達される。このとき、本発明の継手装置Ａの押し込み抵抗は、継手装置上部１０ａと継手装置下部２０ａとの全ての係合面のうち、水平面で係合している面積の全てが有効に機能する。
逆に、杭Ｂを引き抜く場合には、回転駆動装置６１に反時計回りの回転力を与える。この場合には、継手装置上部１０ａの係合部１７の楔３０との係合面１２を介して楔３０に回転力が伝達され、さらに、継手装置下部２０ａの係合部２７の楔３０との係合面２２を介して、下部杭部材２０ｂに伝達される。この場合の引き抜き抵抗としては、図５に示す係合部１７または係合部２７の最小断面Ｄ１またはＤ２に対応したせん断強さとして機能する。
また、回転トルクに対しては、係合面１１または係合面２１における鉛直方向の有効投影面積分の支圧抵抗によって伝達されることになる。
【００３０】
つぎに、図５により、杭Ｂに作用するせん断力・曲げモーメントに対して、本発明の継手装置Ａがどのように抵抗するか、説明する。
杭Ｂに作用するせん断力に対しては、上部杭部材１０ｂに関し、継手装置上部１０ａの係合部１７が基部１８と一体化されている有効断面Ｃ１に相当するせん断抵抗が期待でき、同様に、下部杭部材２０ｂに関しては、継手装置下部２０ａの係合部２７が基部２８と一体化されている有効断面Ｃ２に相当するせん断抵抗が期待できる。
一方、曲げモーメントに対しては、係合部１７及び２７が噛合っている部分の鉛直面（すなわち、図５に示す断面Ｄ１またはＤ２）におけるせん断強さによって主として抵抗する。
したがって、本発明の継手装置Ａにおいては、杭Ｂに作用するせん断力・曲げモーメントの大きさに応じて、発生する応力度が許容値以下となるよう、係合部１７及び２７の部材幅（ａ）・部材厚（ｔ）・突出高さ（ｈ）を設定すればよい。とくに、部材厚ｔについては、同じ材質を用いる場合、少なくても上部杭部材１０ｂ及び下部杭部材２０ｂの部材厚より大きく設定しておく必要がある。
なお、本実施例では係合部１７及び２７をそれぞれ２箇所ずつ設けた継手装置上部１０ａ及び継手装置下部２０ａについて説明したが、杭Ｂに作用する外力の大きさによっては、それぞれ4箇所あるいはそれ以上設置することも可能である。
【００３１】
本発明の継手装置Ａは、以上のように構成したことにより、上部杭部材１０ｂに作用する鉛直力（押し込み力及び引く抜き力）を円滑に下部杭部材２０ｂに伝達することができるとともに、曲げモーメントやせん断力が杭Ｂの継手部に作用した場合にも、十分抵抗できる構造となっており、杭Ｂ本体の耐力を上回る継手強度を確保することができる。
なお、本実施例においては、主に鋼管杭を対象として説明したが、鋼管杭に限らず、既製コンクリート杭に対しても適用可能である。この場合、既製コンクリート杭の上下両端面に固着された鋼製継手部材に、継手装置上部１０ａまたは継手装置下部２０ａを工場溶接で接合すればよい。
【実施例２】
【００３２】
次に、本発明の継手装置Ａの第２実施例について、鋼管杭の継手として用いた場合で説明する。本発明の継手装置Ａは、実施例１と同様、外観的にはほぼ円柱状に形成され、本体を構成する要素として、図示しない継手装置上部及び継手装置下部１２０ａと、楔１３０とがある。本実施例の技術的特徴は、実施例１の継手装置Ａが環状の中空断面として形成されているのに対し、継手装置上部及び継手装置下部の基部１１８及び１２８が、所定に厚さを有する板状部材、すなわち中実断面として形成されていることである。
なお、説明の都合上、図１０における継手装置下部１２０ａ、継手装置下部１２０ａの基部１２８、継手装置下部１２０ａの係合部１２７、継手装置下部１２０ａのテーパー部１２４に対して、図１０を１８０度回転させた状態の図を想定して、それぞれに対応する構成要素の符号を、継手装置上部１１０ａ、継手装置上部１１０ａの基部１１８、継手装置上部１１０ａの係合部１１７、継手装置上部１１０ａのテーパー部１１４のように呼ぶこととする。
【００３３】
図１０に、継手装置下部１２０ａの平面図及び斜視図を示す。継手装置下部１２０ａは、工場溶接によって下部杭部材に接合される基部１２８と、上方に突出して継手装置上部１１０ａの係合部１１７に係合される係合部１２７とが、構造的に一体となって形成されている。基部１２８は、係合部１２７と一体化される部材として、ある厚さ（杭Ｂ本体鋼管の耐力より大きな継手強度を有するように設定した厚さ）を有する板状に形成され、その下部にはテーパー部１２４が全周に亘って設けられている。
ここで、継手装置下部１２０ａの外径は杭Ｂの外径にほぼ等しく、テーパー部１２４の外径は杭Ｂの内径より若干小さめに形成されている。
【００３４】
また、係合部１２７は、この実施例では４箇所に設けられ、それぞれの正面視が基部１２８での幅（ａ）よりも、先端部での幅（ｂ）の方が幅広となるよう形成され、かつ、外周面から内周面に向けての平面視での幅が縮小されるように形成されている。そして、係合部１２７の一端を継手装置上部１１０ａの係合部１１７と当接することにより、他端側で楔１３０の挿入空間を形成するようになっている。
【００３５】
一方、継手装置上部１１０ａは、図１０に示す継手装置下部１２０ａを１８０度回転させたときの形状、すなわち、継手装置下部１２０ａと点対称の形状を有し、係合部１１７及び基部１１８についても同様の形状に形成され、基部１１８のテーパー部１１４において上部杭部材に接合されている。
したがって、下部杭部材に接合されている継手装置下部１２０ａに、上部杭部材に接合されている継手装置上部１１０ａを、それぞれの係合部１１７及び１２７が当接するように係合させると、その一端はＺ字状または逆Ｚ字状の係合面を形成し、他端では平行四辺形状の断面形状を有する楔１３０の挿入空間を形成する。このとき、楔挿入空間が内周面に向かって平面視で先細り状態となるよう、係合部１１７及び１２７の設置幅を設定する。
このようにして形成された楔挿入空間に楔１３０を挿入し、対面側の楔１３０同士をボルト・ナットによって締め付けることにより、上部杭部材が下部杭部材に構造的に接合される。
【００３６】
図１１は、上記楔挿入空間に挿入される楔１３０の平面図及び斜視図である。実施例１と同様に、楔１３０は、平面視で継手装置Ａの内面方向に向かって断面寸法が縮小するようにテーパーが形成されている。また、楔１３０には、楔１３０同士を締め付ける場合に、複数のボルトが継手装置Ａの中心点付近で互いに干渉しないような位置に、ボルト挿通孔１３８が形成されている。
なお、このような継手装置Ａの各構成要素は、厚板や中実鋼材を切削加工したり、精密鋳造によって製作される。
【００３７】
以上、実施例２の継手装置Ａに関し、主として実施例１と異なる構成について説明した。すなわち、継手装置Ａのおのおのの係合部が非同一鉛直面で互いに係合されること、継手装置下部に対して継手装置上部が摺動自在になっているため、それらの係合が容易に行われること、楔挿入空間から楔を引き抜きことにより、継手装置上部と継手装置下部との係合を解除できること、杭Bに作用する回転トルク、鉛直力、せん断力、曲げモーメントに対しては、許容値を超える応力が発生しないよう配慮させていること、などについては、実施例１で説明した記述の通りである。
実施例２の継手装置Ａは、上記のように構成したので、実施例１での作用・効果に加えて、以下のような作用・効果を奏する。
・継手装置上部１１０ａ及び継手装置下部１２０ａの基部１１８及び１２８を板状部材として構成したことにより、継手装置Ａの断面剛性が向上するとともに、それぞれの係合部１１７及び１２７の奥行き方向の部材厚（図１０における部材厚ｔ）を任意に設定できる。とくに、継手装置Ａ全体としてみると、基部１１８及び１２８が補強リブとして作用するので、継手強度の大幅な向上を図ることができる。
・したがって、杭Ｂに作用する外力の大きさに対して、必要とされる継手強度を満足するための係合部１１７及び１２７の正面視における幅（図１０における部材幅ａ，ｂ）、突出高さ（図１０における突出高さｈ）を設定する際の自由度が高まる。
・換言すれば、係合部１１７及び１２７の部材厚ｔを大きくすることにより、突出高さｈを低減することができるので、継手装置Ａの全体の高さ（継手長）を小さくすることによるコストダウンが図れる。
・上部杭部材、下部杭部材ともにその上端及び下端が閉塞構造となるため、杭Ｂ本体内への地下水の浸入を防ぐことができる。これにより、杭Ｂ内周側の腐食しろを考慮しなくてよいから、経済的な杭の設計が可能となる。
【実施例３】
【００３８】
本実施例においては、実施例１及び実施例２と同様に、鋼管杭の継手として用いた場合について説明する。また、説明の都合上、図１２における継手装置下部２２０ａ、継手装置下部２２０ａの基部２２８、継手装置下部２２０ａの係合部２２７、継手装置下部２２０ａのテーパー部２２４に対して、図１２を１８０度回転させた状態の図を想定して、それぞれに対応する構成要素の符号を、継手装置上部２１０ａ、継手装置上部２１０ａの基部２１８、継手装置上部２１０ａの係合部２１７、継手装置上部２１０ａのテーパー部２１４のように呼ぶこととする。
本発明の継手装置Ａは、外観的にはほぼ円環状に形成され、本体を構成する要素として、図示しない継手装置上部及び継手装置下部２２０ａと、楔２３０とがある。
【００３９】
図１２及び図１３に、本発明の継手装置Ａに関する実施例３の平面図及び斜視図を示す。図１２（Ａ）及び（Ｂ）は継手装置下部１２０ａの平面図及び斜視図で、継手装置下部２２０ａは、工場溶接によって下部杭部材に接合される基部２２８と、上方に突出して継手装置上部２１０ａの係合部２１７に係合される係合部２２７とが、構造的に一体となって形成されている。基部２２８は、係合部２２７と一体化される部材として、ある厚さ（杭Ｂ本体鋼管の耐力より大きな継手強度を有するように設定した厚さ）を有する円環状に形成され、その下部にはテーパー部２２４が全周に亘って設けられている。ここで、継手装置下部２２０ａの外径は杭Ｂの外径にほぼ等しく、テーパー部２２４の外径は杭Ｂの内径より若干小さめに形成されている。
また、係合部２２７は、この実施例では４箇所に設けられ、それぞれの正面視が基部２２８での幅（ａ）よりも、先端部での幅（ｂ）の方が幅広の段差を有する形状（ハンマー状）に形成されている。したがって、係合部２２７の一端を継手装置上部２１０ａの係合部２１７と当接すると、係合面が複数の平面をなし、他端側で楔２３０の挿入空間を形成するようになっている。
【００４０】
一方、継手装置上部２１０ａは、図１２に示す継手装置下部２２０ａを１８０度回転させたときの形状、すなわち、継手装置下部２２０ａと点対称の形状を有し、係合部２１７及び基部２１８についても同様の形状に形成され、基部２１８のテーパー部２１４において上部杭部材に接合されている。
したがって、下部杭部材に接合されている継手装置下部２２０ａに、上部杭部材に接合されている継手装置上部２１０ａを、それぞれの係合部２１７及び２２７が当接するように係合させると、その一端は階段状の複数の係合面を形成し、他端では平行四辺形状の断面が２個積み重ねられた形状を有する楔２３０の挿入空間を形成する。このとき、楔挿入空間が内周面に向かって平面視で先細り状態となるよう、係合部２１７及び２２７の設置幅を設定する。
このようにして形成された楔挿入空間に楔２３０を挿入し、対面側の楔２３０同士をボルト・ナットによって締め付けることにより、上部杭部材が下部杭部材に構造的に接合される。
【００４１】
図１３（Ａ）及び（Ｂ）は、上記楔挿入空間に挿入される楔２３０の平面図及び斜視図である。実施例１及び実施例２と同様に、楔２３０は、平面視で継手装置Ａの内面方向に向かって断面寸法が縮小するようにテーパーが形成されている。また、楔２３０には、楔２３０同士を締め付ける場合に、複数のボルトが継手装置Ａの中心点付近で互いに干渉しないような位置に、ボルト挿通孔２３８が形成されている。
なお、このような継手装置Ａの各構成要素は、厚板や中実鋼材を切削加工したり、精密鋳造によって製作される。
【００４２】
本発明の第３実施例の継手装置Ａは、上記のように構成したので、杭Ｂに作用する回転トルク、鉛直力、せん断力に対しては、実施例１で説明した記述の通りで、それぞれの断面形状に応じたせん断強さとして、主体的に抵抗する構造となっている。
しかしながら、曲げモーメントに対しては、主として複数の平面で噛合った係合部の曲げ強度で抵抗する。このときの曲げ強度は、係合部２１７及び２２７の最も断面積の小さな断面のせん断強さ、例えば、図１２（Ｂ）の場合には断面Ｄ２のせん断強さによって設定される。なお、本実施例では、継手装置下部２２０ａの係合部２２７と継手装置上部２１０ａの係合部２１７とが複数の平面（階段状の平面）で係合されるため、実施例１に比べて大きな曲げ剛性が期待できる。
なお、継手装置上部２１０ａの係合部２１７及び継手装置下部２２０ａの係合部２２７に関しては、それらの正面視における部材幅がａからｂに拡幅された部分２２９を形成する面が、水平面に対してある角度を有して互いに係合されるように形成される（係合部２１７及び２２７の拡幅部に嵌合用のテーパーを形成する）ことによって、継手装置上部２１０ａを継手装置下部２２０ａに係合しやすくなる。
また、それぞれの係合部２１７及び２２７の端面は、面取りしておくことが好ましい。
【００４３】
以上、実施例３の継手装置Ａに関し、主として実施例１と異なる構成について説明した。すなわち、継手装置Ａの各々の係合部が非同一鉛直面で互いに係合されること、継手装置下部に対して継手装置上部が摺動自在になっているため、それらの係合が容易に行われること、楔挿入空間から楔を引き抜きことにより、継手装置上部と継手装置下部との係合を解除できること、杭Bに作用する回転トルク、鉛直力、せん断力、曲げモーメントに対しては、許容値を超える応力が発生しないよう配慮させていること、などについては、実施例１で説明した記述の通りである。
なお、本実施例では、継手装置Ａの本体部分、すなわち継手装置上部２１０ａの基部２１８及び継手装置下部２２０ａの基部２２８を円環状に形成した例について説明したが、この部分を板状に形成すること（実施例２と複合した構成とすること）も可能である。
【００４４】
実施例２の継手装置Ａは、上記のように構成したので、実施例１での作用・効果に加えて、以下のような作用・効果を奏する。
・継手装置下部２２０ａの係合部２２７と継手装置上部２１０ａの係合部２１７とが複数の平面（階段状の平面）で係合されるため、実施例１に比べて大きな曲げ剛性が期待できる。
・継手装置下部２２０ａの係合部２２７及び継手装置上部２１０ａの係合部２１７の幅（図１２に示すａ及びｂ）、突出高さ（ｈ）、部材厚（ｔ）の組み合わせを適切に設定することにより、極めて大きな曲げ強度を期待することができる。
【実施例４】
【００４５】
次に、本発明の実施例１の継手装置Ａを用いた杭の施工法について、図８に基づき、その概要を説明する。なお、実施例２及び実施例３の継手装置Ａを用いた場合も符号を読み替えることで、同様の作業が行われる。
まず、杭Ｂの最も先端の部材である下部杭部材２０ｂを、杭打ち機６０によって吊り込み、回転駆動装置６１に接続された杭回転駆動キャップ６２に、下部杭部材２０ｂに取り付けた回転金具５０を介して、係合させる（図８参照）。このとき、下部杭部材２０ｂの上端部には、工場溶接によって、継手装置下部２０ａが接合された状態になっている。
【００４６】
次いで、図９に示すように、杭打ち機６０を所定位置に移動し、所定の杭芯位置に一致し、かつ、その鉛直性が確保されるよう、下部杭部材２０ｂをセットする（図９の２番目）。そして、回転駆動装置６１によって下部杭部材２０ｂに時計回り方向の回転トルクを与え、下部杭部材２０ｂを所定の深さまで地中に貫入させる（図９の３番目）。この場合、下部杭部材２０ｂの先端部に取り付けられている螺旋翼により、下部杭部材２０ｂを無排土の状態で地中に貫入させることができる。
【００４７】
下部杭部材２０ｂが所定の深さまで貫入した状態で、回転トルクの付加を中止し、下部杭部材２０ｂと杭回転駆動キャップ６２の係合を解除し、杭打ち機６０で下部杭部材２０ｂに接合すべき上部杭部材１０ｂを吊り込む。上部杭部材１０ｂの下端には、継手装置上部１０ａが工場溶接によって接合され、一方、上端には回転金具５０が取り付けられている。
そこで、上部杭部材１０ｂの回転金具５０を杭回転駆動キャップ６２に係合して、上部杭部材１０ｂを接合すべき下部杭部材２０ｂの上方にセットする（図９の４番目）。
【００４８】
上部杭部材１０ｂの継手装置上部１０ａが、下部杭部材２０ｂの継手装置下部２０ａにソフトタッチするまで上部杭部材１０ｂを下降させた後、継手装置上部１０ａの係合部１７が、継手装置下部２０ａの係合部２７とそれぞれの係合面１１及び２１が面一に噛合うよう、上部杭部材１０ｂを摺動させる。それぞれの係合部１７及び２７が正規の位置で噛合ったことを確認し、楔挿入部１３及び２３に楔右部３０ａ及び楔左部３０ｂを挿入する。
そして、楔右部３０ａ及び楔左部３０ｂをボルト４０及びナット４５によって締め付ける。これによって、上部杭部材１０ｂが下部杭部材２０ｂに接合されたことになる。
次いで、回転駆動装置６１により、上部杭部材１０ｂに時計回り方向の回転トルクを与えて、所定の深さまで地中に貫入させる（図９の５番目）。
このような手順を繰り返し、所定杭長の杭Ｂを地中に設置することができる（図９の６番目）。
【実施例５】
【００４９】
実施例４では、杭回転駆動キャップ６２に、各杭部材の上部に取り付けた回転金具５０を係合させることによって、各杭部材を杭打ち機６０に保持させる方法を説明したが、本発明に係る継手装置Ａの別の実施例として、継手装置上部１０ａと杭回転駆動キャップ６２との共同作用により、各杭部材を杭打ち機６０に保持させる方法を説明する。
本発明の継手装置Ａにおける継手装置上部１０ａは、その外径を上部杭部材１０ｂの外径と等しくなるよう構成されていることから、杭回転駆動キャップ６２に容易に係合することができる。
そこで、杭Ｂの最上部の杭部材（杭頭部を形成する杭部材）を除く他の杭部材については、回転金具５０を取り付けずに、杭回転駆動キャップ６２に係合した継手装置上部１０ａを介して、回転駆動装置６１からの回転トルクを継手装置下部２０ａに伝達することが可能となる。
【００５０】
すなわち、杭Ｂの最上部の杭部材を除き、他の杭部材の上部には工場溶接で継手装置下部２０ａが接合されているので、回転駆動装置６１からの回転トルクを
杭回転駆動キャップ６２ → 継手装置上部１０ａ → 上部杭部材１０ｂ → 継手装置下部２０ａ → 下部杭部材２０ｂ
へと伝達させ、杭Ｂを地中に貫入させるものである。
ただし、杭Ｂの最上部の杭部材については、下部杭部材２０ｂが接合されていないので、その上部に回転金具５０を取り付け、杭回転駆動キャップ６２から継手装置上部１０ａを取り外し、実施例１と同様な方法で回転トルクを伝達させる必要がある。
本発明の継手装置Ａをこのように利用することにより、回転金具５０の必要数量を低減することができるので、さらなるコストダウンが図られる。
また、下部杭部材２０ｂに回転金具５０を取り付ける必要がなくなったため、従来のように杭Ｂの周辺地盤を乱すことがなくなり、周面摩擦力の増加を期待することができる、という副次的な効果もある。
【実施例６】
【００５１】
実施例４及び実施例５においては、円形の断面形状の杭を対象として本発明の実施状況を説明した。
しかしながら、本発明に係る継手装置Ａについては、その平面形状をどのように形成することも可能である。例えば、本発明の継手装置Ａの平面形状を矩形とすることにより、角型鋼管部材の継手として利用できる。
このように、環状の構造部材であれば、異なる形状や異なる外径・板厚の部材であっても、本発明の継手装置Ａが適用可能となる。
また、構造部材の接続方向は、鉛直方向に限らず、水平方向や任意の方向にも対応できることから、構造物の柱・梁等の部材の継手装置としても、合理的かつ経済的なものを提供することができる。
【００５２】
さらに、楔挿入部１３及び２３、楔３０の形状についても、平行四辺形に限定されることなく、任意断面のテーパー状とすることができる。例えば、実施例１のように水平方向の幅が減少するようなテーパー形状ではなく、高さ方向のテーパーとしたり、三角錐台、四角錐台、円錐台などの錐体状に形成することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、既製杭の杭部材を接合するための継手装置として、とくに、鋼管杭の回転貫入工法に好適な継手装置として利用できるとともに、構造物の柱・梁等の構造部材の継手装置としても利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る継手装置Ａの実施例１に係る正面図である。
【図２】同本発明の継手装置Ａの実施例１に係る側面図である。
【図３】同本発明の継手装置Ａの実施例１に係る背面図である。
【図４】同本発明の継手装置Ａの実施例１に係る係合断面を示す図である。
【図５】同本発明の継手装置Ａの実施例１に係る各構成要素を分解した分解斜視図である。
【図６】同本発明に係る継手装置Ａにおける継手装置下部２０ａの一実施例を示す平面図（Ａ）、側面図（Ｂ），（Ｃ）、一部拡大側面図（Ｄ）である。
【図７】同本発明の継手装置Ａにおいて実施例１に係る、楔３０の斜視図（Ａ）、正面図（Ｂ）、平面図（Ｃ）、側面図（Ｄ）である。
【図８】本発明の継手装置の好適な実施例として、杭の施工法の概要を説明した図である。
【図９】図８において、杭の吊り込み状態から設置までの手順を順番に説明した図である。
【図１０】本発明の継手装置Ａにおいて実施例２に係る、継手装置下部１２０ａを示す平面図（Ａ）、斜視図（Ｂ）である。
【図１１】本発明の継手装置Ａにおいて実施例２に係る、楔１３０の平面図（Ａ）、斜視図（Ｂ）である。
【図１２】本発明の継手装置Ａにおいて実施例３に係る、継手装置下部２２０ａを示す平面図（Ａ）、斜視図（Ｂ）である。
【図１３】本発明の継手装置Ａにおいて実施例３に係る、楔２３０の平面図（Ａ）、斜視図（Ｂ）である。
【符号の説明】
【００５５】
Ａ 本発明の継手装置、
Ｂ 本発明の継手装置によって接合された杭、
Ｃ１ 継手装置上部の係合部における水平方向せん断面、
Ｃ２ 継手装置下部の係合部における水平方向せん断面、
Ｄ１ 継手装置上部の係合部における鉛直方向せん断面、
Ｄ２ 継手装置下部の係合部における鉛直方向せん断面、
１０ａ、１１０ａ、２１０ａ 継手装置上部、
１０ｂ 上部杭部材、
１１ 継手装置上部の継手装置下部２０ａとの係合面、
１２ 継手装置上部の楔３０との係合面、
１３ 正面視における楔挿入部、
１４，１１４，２１４ 継手装置上部の外周上部のテーパー部、
１５ 継手装置上部の内周面の厚肉部、
１６ 継手装置上部の上部杭部材との溶接部、
１７、１１７，２１７ 継手装置上部の係合部、
１８、１１８，２１８ 継手装置上部の基部、
２０ａ、１２０ａ、２２０ａ 継手装置下部、
２０ｂ 下部杭部材、
２１ 継手装置下部の継手装置上部１０ａとの係合面、
２２ 継手装置下部の楔３０との係合面、
２３ 背面視における楔挿入部、
２４、１２４、２２４ 継手装置下部の外周下部のテーパー部、
２５ 継手装置下部の内周面の厚肉部、
２６ 継手装置下部の下部杭部材との溶接部、
２７，１２７，２２７ 継手装置下部の係合部、
２８，１２８，２２８ 継手装置下部の基部、
３０、１３０、２３０ 楔、
３０ａ 楔右部、
３０ｂ 楔左部、
３１ 楔上面、
３２ 楔下面、
３３ 楔右側面、
３４ 楔左側面、
３５ 楔外面、
３６ 楔内面、
３８ 楔のボルト挿通孔、
３９ 楔のナット係合部、
４０ ボルト、
４１ ボルト頭部、
４２ ボルト軸部、
４３ ボルトネジ部、
４５ ナット、
５０ 回転金具、
６０ 杭打ち機、
６１ 回転駆動装置、
６２ 杭回転駆動キャップ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部構造部材下端に接合される継手装置上部と、
下部構造部材上端に接合される継手装置下部と、
挿入方向に断面が縮小するテーパーを有する楔と、
によって構成される継手装置であって、
前記継手装置上部は、その基部から下方に突出した係合部を有し、
前記継手装置下部は、その基部から上方に突出した係合部を有し、
これら係合部の一端は、互いに非同一鉛直面で係合されるとともに、
他端が前記楔を挿入可能な空間を形成し、
該空間に前記楔を挿入することによって、
前記上部構造部材と前記下部構造部材とを接合することを特徴とする継手装置。
【請求項２】
継手装置上部と継手装置下部の係合部が、正面視でその先端部分が基部に比べて幅広に形成され、鉛直面に対してある角度を有する面で互いに係合されることを特徴とする請求項１に記載の継手装置。
【請求項３】
継手装置上部と継手装置下部の係合部が、正面視でその先端部分が基部に比べて幅広となるような段差を有する形状に形成され、複数の平面で互いに係合されることを特徴とする請求項１に記載の継手装置。
【請求項４】
継手装置上部と継手装置下部の基部が、所定の厚さを有する板状部材として構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の継手装置。
【請求項５】
継手装置上部の外周上面には上部構造部材と接合するためのテーパーが形成され、
継手装置下部の外周下面には下部構造部材と接合するためのテーパーが形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の継手装置。
【請求項６】
楔は、同一形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載の継手装置。
【請求項７】
楔にボルト挿通孔を形成し、
該ボルト挿通孔を貫通するボルトをナット締めすることによって、
前記楔の脱落を防止することを特徴とする請求項１乃至請求項６に記載の継手装置。
【請求項１】
上部構造部材下端に接合される継手装置上部と、
下部構造部材上端に接合される継手装置下部と、
挿入方向に断面が縮小するテーパーを有する楔と、
によって構成される継手装置であって、
前記継手装置上部は、その基部から下方に突出した係合部を有し、
前記継手装置下部は、その基部から上方に突出した係合部を有し、
これら係合部の一端は、互いに非同一鉛直面で係合されるとともに、
他端が前記楔を挿入可能な空間を形成し、
該空間に前記楔を挿入することによって、
前記上部構造部材と前記下部構造部材とを接合することを特徴とする継手装置。
【請求項２】
継手装置上部と継手装置下部の係合部が、正面視でその先端部分が基部に比べて幅広に形成され、鉛直面に対してある角度を有する面で互いに係合されることを特徴とする請求項１に記載の継手装置。
【請求項３】
継手装置上部と継手装置下部の係合部が、正面視でその先端部分が基部に比べて幅広となるような段差を有する形状に形成され、複数の平面で互いに係合されることを特徴とする請求項１に記載の継手装置。
【請求項４】
継手装置上部と継手装置下部の基部が、所定の厚さを有する板状部材として構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の継手装置。
【請求項５】
継手装置上部の外周上面には上部構造部材と接合するためのテーパーが形成され、
継手装置下部の外周下面には下部構造部材と接合するためのテーパーが形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の継手装置。
【請求項６】
楔は、同一形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載の継手装置。
【請求項７】
楔にボルト挿通孔を形成し、
該ボルト挿通孔を貫通するボルトをナット締めすることによって、
前記楔の脱落を防止することを特徴とする請求項１乃至請求項６に記載の継手装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−２５６０（Ｐ２００６−２５６０Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１３８３９９（Ｐ２００５−１３８３９９）
【出願日】平成１７年５月１１日（２００５．５．１１）
【出願人】（０００１８１３５４）鹿島道路株式会社 (46)
【出願人】（５９２０３５１５４）株式会社田定工作所 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月１１日（２００５．５．１１）
【出願人】（０００１８１３５４）鹿島道路株式会社 (46)
【出願人】（５９２０３５１５４）株式会社田定工作所 (4)
【Ｆターム（参考）】
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