特開 2023-111080 せん断ピン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023111080

(43)【公開日】2023-08-10

(54)【発明の名称】せん断ピン

(51)【国際特許分類】

   F16B 21/16 20060101AFI20230803BHJP

   B66C 13/00 20060101ALI20230803BHJP

   B66C 15/00 20060101ALI20230803BHJP

【ＦＩ】

F16B21/16 Z

B66C13/00 Z

B66C15/00 B

B66C15/00 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022012726

(22)【出願日】2022-01-31

(71)【出願人】

【識別番号】000005902

【氏名又は名称】株式会社三井Ｅ＆Ｓ

(74)【代理人】

【識別番号】110001368

【氏名又は名称】清流国際弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100129252

【弁理士】

【氏名又は名称】昼間 孝良

(74)【代理人】

【識別番号】100155033

【弁理士】

【氏名又は名称】境澤 正夫

(72)【発明者】

【氏名】小笠原 正信

(72)【発明者】

【氏名】堀江 雅人

(72)【発明者】

【氏名】工藤 みゆき

(72)【発明者】

【氏名】山名 浩太

【テーマコード（参考）】

3F204

3J037

【Ｆターム（参考）】

3F204CA05

3F204FA10

3F204FB18

3F204FB20

3F204FC10

3J037AA06

3J037BA01

3J037BB02

3J037HA01

(57)【要約】

【課題】劣化を抑制することで長寿命化を実現したせん断ピンを提供する。
【解決手段】隣接する二つの部材４ａ、４ｂに形成された貫通孔５に挿入されて部材４ａ、４ｂを固定する機能と、所定のせん断力を受けたときに破断して二つの部材４ａ、４ｂの固定を解除する機能とを有する略円柱形状のせん断ピン１において、予め設定されるせん断強さを有する内側ピン２と、この内側ピン２が挿入される空洞３ｂを有する略円筒形状の外筒３とを備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

略円柱形状のせん断ピンにおいて、
予め設定されるせん断強さを有する内側ピンと、この内側ピンが挿入される空洞を有する略円筒形状の外筒とを備えることを特徴とするせん断ピン。

【請求項2】

前記内側ピンと前記外筒との間に隙間を備える請求項１に記載のせん断ピン。

【請求項3】

前記外筒のせん断強さが、前記内側ピンのせん断強さよりも小さく設定される請求項１または２に記載のせん断ピン。

【請求項4】

前記内側ピンが、内側に形成される内側空洞と、外周面の周方向に沿って形成されるスリットとを有する請求項１～３のいずれかに記載のせん断ピン。

【請求項5】

前記内側ピンが、内側に形成される内側空洞と、この内側空洞の周方向に沿って形成されるスリットとを有する請求項１～３のいずれかに記載のせん断ピン。

【請求項6】

前記外筒が、内側となる前記空洞から外側となる外周面に貫通する給油口を有する請求項１～５のいずれかに記載のせん断ピン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、クレーン等に設置されて破断することで機器を保護するせん断ピンに関するものであり、詳しくは劣化を抑制することで長寿命化を実現したせん断ピンに関するものである。

【背景技術】

【0002】

せん断ピンの構成が種々提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１には隣接する二つの部材に形成される貫通孔に挿入して使用されるせん断ピンの構成が開示されている。せん断ピンは、例えばクレーンの免震装置に配置される。また例えばクレーンの過荷重（スナッグロード）保護装置としてせん断ピンは配置される。

【0003】

隣接する二つの部材の貫通孔にせん断ピンが挿入されることで、隣接する二つの部材どうしは固定される状態となる。通常の荷役作業において発生する荷重（以下、通常荷重ということがある）に対して、せん断ピンは破断することなく二つの部材どうしの固定を維持する。例えば船舶に固定されたコンテナをクレーンが吊り上げようとしたとき、過荷重保護装置として配置されたせん断ピンに過大な荷重（以下、過荷重ということがある）が発生する。所定のせん断力を超える力である異常荷重がせん断ピンに発生したとき、せん断ピンが破断してコンテナを吊り上げるロープが緩む。クレーンが船舶を吊り上げることで、クレーンが倒壊したり転倒したりする事故をせん断ピンが防止していた。

【0004】

過荷重が発生していないにも関わらずせん断ピンが破断する不具合があった。隣接する二つの部材に発生する振動等の影響で、せん断ピンは繰り返し発生する曲げ応力を受けて劣化していたことがわかった。またフレッチング摩耗によりせん断ピンが配置される貫通孔とせん断ピンとの隙間が大きくなり、せん断ピンに曲げ応力が発生しやすくなっていたことがわかった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】日本国特開２０１６－１４７７５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は劣化を抑制することで長寿命化を実現したせん断ピンを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するためのせん断ピンは、略円柱形状のせん断ピンにおいて、予め設定されるせん断強さを有する内側ピンと、この内側ピンが挿入される空洞を有する略円筒形状の外筒とを備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、せん断ピンが内側ピンと外筒との二重管状に形成される。せん断ピンが挿入される貫通孔とは外筒のみが接触するため、内側ピンの劣化を抑制できる。せん断ピンの長寿命化を実現するには有利である。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】せん断ピンの概略を斜視で例示する説明図である。

【図2】外筒および内側ピンの軸方向に平行な断面を例示する説明図である。

【図3】部材の貫通孔にせん断ピンを配置した状態を断面で例示する説明図である。

【図4】図３の外筒が撓んだ状態を例示する説明図である。

【図5】せん断ピンの軸方向に直交する断面を例示する説明図である。

【図6】図４の外筒が破断した状態を例示する説明図である。

【図7】図６の内側ピンが破断した状態を例示する説明図である。

【図8】図２の内側ピンの変形例を例示する説明図である。

【図9】図８の内側ピンの変形例を例示する説明図である。

【図10】図２の外筒の変形例を例示する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、せん断ピンを図に示した実施形態に基づいて説明する。図中ではせん断ピンの軸方向を矢印ｙ、この軸方向ｙを直角に横断する横方向を矢印ｘ、軸方向ｙおよび横方向に直交する上下方向を矢印ｚで示している。

【0011】

図１に例示するようにせん断ピン１は、全体として略円柱形状に形成されている。せん断ピン１は、内側ピン２と外筒３とを備える二重管構造を有している。内側ピン２は予め設定されるせん断強さを有している。図１および図２に例示する実施形態では内側ピン２は略円柱形状に形成されている。また内側ピン２は外周面の周方向に沿って形成されるスリット２ａを有している。このスリット２ａの深さにより、内側ピン２のせん断強さは調整される。スリット２ａの深さとは、内側ピン２の軸方向ｙに直交する半径方向におけるスリット２ａの長さをいう。内側ピン２は予め設定されるせん断強さを超えるせん断力を受けたとき破断する。せん断強さとは、内側ピン２が半径方向にせん断力を受けたとき破断する力をいう。せん断強さは単位面積あたりの荷重で示され、単位はＮ／ｍｍ^２である。スリット２ａは必須ではなく、内側ピン２がスリット２ａを有さない構成であってもよい。この場合は、内側ピン２の直径の大きさや材料の種類によりせん断強さが設定される。

【0012】

図１および図２に例示する実施形態では外筒３は、略円筒形状に形成されている。また外筒３は外周面の周方向に沿って形成されるスリット３ａを有している。このスリット３ａの深さにより、外筒３のせん断強さは調整される。内側ピン２と同様に、外筒３もスリット３ａを有さない構成であってもよい。外筒３は内側ピン２が挿入される空洞３ｂを有している。空洞３ｂは外筒３と軸方向ｙが一致する略円柱形状に形成されている。図１および２では説明のため内側ピン２と外筒３とを分離させた状態を示している。また図１では説明のため空洞３ｂに配置されたときの内側ピン２を破線で示している。

【0013】

図２に例示する実施形態では空洞３ｂの軸方向ｙの両端が開放状態であり、両端のいずれからでも内側ピン２を空洞３ｂに出し入れすることができる。空洞３ｂは軸方向ｙの一方側または両側が閉止される構造であってもよい。両側が閉止される構造の場合は、内側ピン２の出し入れのために少なくとも一方側が開閉可能に構成される。

【0014】

この実施形態では内側ピン２および外筒３はそれぞれ二つずつスリット２ａ、３ａを有しているが、この構成に限定されない。スリット２ａ、３ａはそれぞれ一つであってもよい。

【0015】

図３に例示するようにせん断ピン１は、隣接する二つの部材４ａ、４ｂに形成される貫通孔５に挿入される。この実施形態では一対の部材４ａの間に一つの部材４ｂが配置されている。一つの部材４ａと一つの部材４ｂとが隣接する状態で配置されるとともに、部材４ａ、４ｂに形成される貫通孔５にせん断ピン１が挿入される構成であってもよい。

【0016】

せん断ピン１により一方の部材４ａと他方の部材４ｂとが固定される。部材４ａ、４ｂはせん断ピン１の軸方向ｙに直交する方向への相対移動を拘束される。二つの部材４ａ、４ｂの境界に対応する位置に、スリット２ａ、３ａが位置する状態にせん断ピン１は構成される。せん断ピン１が破断したとき、つまり外筒３および内側ピン２の両方が破断したとき、一方の部材４ａと他方の部材４ｂとの固定が解除される。せん断ピン１は、隣接する二つの部材４ａ、４ｂに形成された貫通孔５に挿入されて部材４ａ、４ｂを固定する機能と、所定のせん断力を受けたときに破断して二つの部材４ａ、４ｂの固定を解除する機能とを有している。

【0017】

せん断ピン１が二重管構造を備えるため、せん断ピン１が挿入される貫通孔５とは外筒３のみが接触する。そのため貫通孔５との接触による摩耗は外筒３のみに発生して内側ピン２には発生しない。内側ピン２の劣化を抑制するには有利である。せん断ピン１の全体としての長寿命化を実現するには有利である。

【0018】

内側ピン２が疲労により予め設定されるせん断強度より小さいせん断力で破断する不具合を回避できる。せん断ピン１は全体として通常荷重で破断するおそれがない。せん断ピン１を長期間使用した場合であっても、通常の荷役作業の際に意図せずせん断ピン１が破断して、ロープが緩みコンテナが落下する等の不具合を回避できる。

【0019】

外筒３から内側ピン２を引き抜くことで、内側ピン２の点検を容易に行うことができる。内側ピン２に亀裂等が発生していなければ、せん断ピン１は全体として所定以下のせん断力で破断する不具合を回避できる。また外筒３が貫通孔５に配置されている状態であっても、内側ピン２を引き抜いて点検することが可能となる。内側ピン２の点検の作業性を向上するには有利である。貫通孔５に配置されている状態の外筒３であっても、空洞３ｂ側から外筒３の亀裂の有無等を点検できる。点検の作業性を向上するには有利である。せん断ピン１の点検の作業性が向上するため、点検の頻度を上げることができる。せん断ピン１の長寿命化を実現するには有利である。

【0020】

図３に例示するように内側ピン２と外筒３との間に形成される隙間６をせん断ピン１が備える構成であってもよい。せん断ピン１が隙間６を有さない構成であってもよい。つまり外筒３の内径ｄ１と内側ピン２の外径ｄ２とがほぼ一致する状態であってもよい。たとえば焼き嵌め等により外筒３の空洞３ｂに内側ピン２が隙間なく配置される構成としてもよい。

【0021】

せん断ピン１が隙間６を備える方が、外筒３から内側ピン２を引き抜きやすくなるため、点検の作業性を向上するには有利である。このとき隙間６は外筒３から内側ピン２を引き抜ける程度の大きさを有していればよい。

【0022】

図４に例示するように部材４ａ、４ｂの相対的な変位により外筒３に曲げ応力が発生した場合であっても、内側ピン２にこの力が伝達されない程度の隙間６をせん断ピン１が備えていてもよい。隙間６の大きさは、外筒３が破断する直前まで撓んだ状態のとき、内側ピン２が外筒３から曲げ応力を受けずに一切撓みのない状態を維持できる大きさとも言える。図４では説明のため、部材４ｂの変位方向を白抜き矢印で示し、変位前の部材４ｂの初期位置を破線で示している。この実施形態のせん断ピン１は、外筒３が撓んだ場合であっても、内側ピン２に応力が発生しない程度の大きさの隙間６を備えている。そのため外筒３が破断しない限り、内側ピン２に応力が発生しない。外筒３が部材４ａ、４ｂの振動等により曲げ応力を繰り返し受けたり、貫通孔５との間で摩擦等が発生したりする場合であっても、内側ピン２にはその影響が発生しない。内側ピン２が曲げ応力により劣化する不具合を回避するには更に有利である。

【0023】

せん断ピン１が比較的大きな隙間６を有する場合は、内側ピン２の脱落を防止するために、外筒３の両端にストッパ７を配置してもよい。ストッパ７は内側ピン２が空洞３ｂから飛び出すことを防止できる程度の大きさを有していればよい。少なくとも一方のストッパ７は、空洞３ｂに対する内側ピン２の出し入れを可能とするため、取り外し可能または開閉可能に構成される。

【0024】

図５に例示するように半径方向における隙間６の幅Δｄは、外筒３の内径ｄ１に対して０．５～３０．０％となる大きさを有していることが望ましい。ここで隙間６の幅Δｄは、外筒３の内径ｄ１と内側ピン２の外径ｄ２との差で表すことができる。つまりΔｄ＝ｄ１－ｄ２となる。また隙間６の幅Δｄは０．００５×ｄ１≦Δｄ≦０．３００×ｄ１となる。

【0025】

隙間６の幅Δｄが小さすぎると外筒３が撓んだときに内側ピン２に曲げ応力が発生してしまう。内側ピン２が劣化する可能性が出てくる。幅Δｄが大きすぎると外筒３が破断して内側ピン２にせん断力が発生する際に、内側ピン２に曲げ応力が発生する可能性が出てくる。この曲げ応力により所定以下のせん断力であっても内側ピン２が破断する可能性が上がる。幅Δｄが小さいほど内側ピン２の軸方向ｙに対して直交する方向のせん断力が内側ピン２に発生して、幅Δｄが大きいほど内側ピン２の例えば横方向ｘを中心とする曲げ応力が内側ピン２に発生する。隙間６の幅Δｄは、せん断ピン１の軸方向ｙの長さや、外筒３の撓みやすさを考慮して適宜変更できる。

【0026】

内側ピン２と外筒３とにおいて、せん断強さは等しい又はほぼ等しい状態に設定される。外筒３は部材４ａ、４ｂから受ける振動や摩擦等の影響により劣化する。そのため内側ピン２よりも外筒３が先に破断することが多くなる。またせん断強さを超えるせん断力をせん断ピン１が受けたときは、内側ピン２と外筒３とがほぼ同時に破断する。少なくとも内側ピン２が外筒３よりも先に破断することがないように、内側ピン２および外筒３のせん断強さは設定される。

【0027】

外筒３のせん断強さが、内側ピン２のせん断強さよりも小さくなる状態に設定してもよい。外筒３の劣化がない状態であっても内側ピン２より先に外筒３が破断する。外筒３が破断した後に、所定のせん断強さを超えるせん断力を受けたとき内側ピン２は破断する。せん断ピン１の全体としてのせん断強さを、内側ピン２で設定されるせん断強さにより精度良く設定することができる。劣化していない内側ピン２が、せん断ピン１の全体としての破断するタイミングを制御できる。

【0028】

断面二次モーメントは、内側ピン２よりも外筒３の方が大きくなる状態に設定されてもよい。内側ピン２と外筒３とを同一の材料で構成してもよい。具体的には例えばクロムモリブデン鋼鋼材やフェライト系ステンレス鋼鋼材で内側ピン２および外筒３を構成してもよい。望ましくは内側ピン２が外筒３よりも粘り強い材料で構成される。内側ピン２が外筒３とともに撓む場合であっても、内側ピン２の方が劣化し難くなる。

【0029】

上記のせん断強さや断面二次モーメントや材料の粘り強さの条件は、少なくともスリット２ａ、３ａなどせん断する部分で設定されていればよい。内側ピン２および外筒３において、せん断しない部分は上記条件を満たさなくてもよい。また上記のせん断強さや断面二次モーメントや材料の粘り強さの条件を調整するために、材料の変更やスリット２ａ、３ａの深さの変更の他、セラミック溶射により内側ピン２や外筒３の表面硬度を変更させてもよい。

【0030】

図６に例示するように外筒３が劣化して通常の荷役作業において発生する通常荷重で破断することがある。この実施形態ではスリット３ａの部分で外筒３が破断している。この場合であっても、内側ピン２は予め設定されるせん断強さより小さい荷重は支持できる。つまり通常の荷役作業において発生する通常荷重は内側ピン２により支持される。せん断ピン１が破断してロープが緩み、コンテナが落下する等の不具合を回避できる。内側ピン２に予め設定されるせん断強さを超える過荷重が発生しない限り、クレーンは荷役作業を継続できる。点検時に外筒３の破断が確認された場合は、せん断ピン１（内側ピン２および外筒３）を交換すればよい。内側ピン２を引き抜くことで、空洞３ｂ側から外筒３の破断や亀裂の有無は容易に確認できる。せん断ピン１が隙間６を備える場合は、隙間６を利用して外筒３の破断の有無を確認してもよい。せん断ピン１の交換作業の際には、外筒３のみを交換してもよい。

【0031】

図７に例示するように予め設定されるせん断強さより大きい荷重（過荷重）が内側ピン２に発生すると、内側ピン２が破断する。内側ピン２は曲げ応力や摩擦等の影響を受けず劣化していないため、予め設定されるせん断強さで精度良く破断する。船舶に固定されたコンテナを吊り上げるなど、過荷重が発生した際にせん断ピン１が破断するので、クレーン等の機器を保護することができる。

【0032】

図８に例示するように内側ピン２が、略円筒形状に形成されてもよい。図８の上方に略円筒形状に形成される内側ピン２の断面を示し、図８の下方に比較のため円柱形状に形成される中実な内側ピン２（図２参照）の断面を示している。この実施形態では内側ピン２は内側空洞２ｂを有している。内側空洞２ｂは内側ピン２と軸方向ｙが一致する略円柱形状に形成されている。図２に例示する内側ピン２と同様に外周面の周方向に沿って形成されるスリット２ａを内側ピン２は有している。

【0033】

内側ピン２において予め設定されるせん断強さが同じ場合、中実に形成される内側ピン２に比べて、略円筒形状の内側ピン２はスリット２ａの深さｔを小さくできる。略円筒形状の内側ピン２は、中実に形成される内側ピン２よりもスリット２ａの部分の断面二次モーメントが大きくなり、曲げ応力による劣化に強くなる。内側ピン２の劣化を抑制するには有利である。またスリット２ａの深さｔが小さくなるため、スリット２ａに発生する亀裂等を点検時に発見しやすくなる。

【0034】

図９に例示するように内側空洞２ｂの内周面の周方向に沿ってスリット２ａが形成されてもよい。中実に形成される内側ピン２よりもスリット２ａの部分の断面二次モーメントが大きくなり、曲げ応力による劣化に強くなる。内側ピン２の劣化を抑制するには有利である。また内側ピン２の外周面は、スリット２ａがなく滑らかな状態に形成される。外筒３に内側ピン２を挿入する際に抵抗が発生し難くなり、内側ピン２の抜き差しが容易となる。点検の作業性を向上するには有利である。

【0035】

せん断ピン１が外筒３を有さない略円筒形状の内側ピン２のみで構成されてもよい。内側ピン２のみで構成されるせん断ピン１は、上記と同様の効果を得ることができる。つまり内側ピン２は略円筒形状に形成されるため、中実に形成される従来のせん断ピンよりもスリット２ａの部分の断面二次モーメントが大きくなり、曲げ応力による劣化に強くなる。また略円筒形状に形成されて内側空洞２ｂにスリット２ａが形成される内側ピン２のみでせん断ピン１が構成されてもよい。内側ピン２のみで構成されるこのせん断ピン１も上記と同様の効果を得ることができる。

【0036】

図１０に例示するように外筒３が、内側となる空洞３ｂから外側となる外周面に貫通する給油口８を有していてもよい。外筒３が、外周面の周方向に沿って形成されるとともに給油口８に連結される給油路８ａを有していてもよい。内側ピン２と外筒３との間の隙間６に潤滑油を供給すると、潤滑油が給油口８を経由して外筒３の外周面に供給される。部材４ａ、４ｂに形成される貫通孔５および外筒３の摩耗を潤滑油により抑制できる。外筒３の劣化を抑制するには有利である。図１０では説明のため潤滑油の移動経路を矢印で示している。

【0037】

内側ピン２の外周面にグリス等の潤滑油が塗布される場合も、給油口８や給油路８ａを経由して潤滑油が外筒３の外周面に移動する。外筒３の劣化を抑制できる。せん断ピン１の長寿命化を実現するには有利である。

【符号の説明】

【0038】

１ せん断ピン
２ 内側ピン
２ａ スリット
２ｂ 内側空洞
３ 外筒
３ａ スリット
３ｂ 空洞
４ 隣接する二つの部材
４ａ 部材
４ｂ 部材
５ 貫通孔
６ 隙間
７ ストッパ
８ 給油口
８ａ 給油路
ｘ 横方向
ｙ 軸方向
ｚ 上下方向
Δｄ （隙間の）幅
ｄ１ （外筒の）内径
ｄ２ （内側ピンの）外径
ｔ 深さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】