特許 7460431 電柱及び電柱の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-25

(45)【発行日】2024-04-02

(54)【発明の名称】電柱及び電柱の製造方法

(51)【国際特許分類】

   E04H 12/00 20060101AFI20240326BHJP

   H02G 1/02 20060101ALI20240326BHJP

   H02G 7/00 20060101ALI20240326BHJP

【ＦＩ】

E04H12/00 A

H02G1/02

H02G7/00

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020069832

(22)【出願日】2020-04-08

(65)【公開番号】P2021165509

(43)【公開日】2021-10-14

【審査請求日】2023-02-01

(73)【特許権者】

【識別番号】390021577

【氏名又は名称】東海旅客鉄道株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】大竹 敏雄

(72)【発明者】

【氏名】岩田 秀治

(72)【発明者】

【氏名】石井 邦彦

【審査官】土屋 保光

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－０７７７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１９３５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０３９８７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０３２６００７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０４Ｈ １２／００

Ｈ０２Ｇ １／０２

Ｈ０２Ｇ ７／００ － ７／２２

Ｂ６０Ｍ １／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸方向の少なくとも一部において中空部にコンクリートが充填された第１鋼管と、
前記第１鋼管と平行に配置されると共に、軸方向の少なくとも一部において中空部にコンクリートが充填された第２鋼管と、
前記第１鋼管と前記第２鋼管とを前記第１鋼管の径方向に連結する梁と、を備え、
前記第１鋼管及び前記第２鋼管は、それぞれ、少なくとも前記梁との連結部分において前記コンクリートが充填される、
電柱。

【請求項2】

請求項１に記載の電柱であって、
前記第１鋼管は、少なくとも軸方向における第１端部の近傍において前記コンクリートが充填される、電柱。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の電柱であって、
前記第１鋼管は、前記中空部に前記コンクリートが充填されない非充填部を有する、電柱。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の電柱であって、
前記第１鋼管のうち、前記第１鋼管の前記梁との連結部分に前記梁の軸方向の荷重が与えられた際に前記第１鋼管に作用する曲げモーメントがゼロとなる部位と、前記第２鋼管のうち、前記第２鋼管の前記梁との連結部分に前記梁の軸方向の荷重が与えられた際に前記第２鋼管に作用する曲げモーメントがゼロとなる部位とに、前記コンクリートが充填されない非充填部が設けられる、電柱。

【請求項5】

第１鋼管及び第２鋼管の軸方向の少なくとも一部において中空部にコンクリートを充填する工程と、
前記第１鋼管と前記第２鋼管を互いに平行に配置する工程と、
前記第１鋼管の前記コンクリートが充填されている充填部と、前記第２鋼管の前記コンクリートが充填されている充填部とを、前記第１鋼管の径方向に梁で連結する工程と、を備える、電柱の製造方法。

【請求項6】

請求項５に記載の電柱の製造方法であって、
前記充填する工程では、前記中空部に前記コンクリートが充填されない非充填部を前記第１鋼管及び前記第２鋼管に形成する、電柱の製造方法。

【請求項7】

請求項６に記載の電柱の製造方法であって、
前記充填する工程では、前記非充填部の境界にメッシュを配置した後に硬化前のコンクリートを前記中空部に流し込む、電柱の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電柱及び電柱の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電柱は、一般に、コンクリート柱又は鋼管によって構成される（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－２００９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

鋼管製の電柱は、コンクリート柱製の電柱よりも強度を高くできる。しかし、鋼管製の電柱は最外縁における耐力が評価されるため、耐力を高めるには管径及び厚みを大きくする必要がある。そのため、電柱の材料費及び工事費が増大する。

【0005】

本開示の一局面は、鋼管の管径及び厚みを低減できる電柱を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様は、軸方向の少なくとも一部において中空部にコンクリートが充填された第１鋼管を備える電柱である。

【0007】

このような構成によれば、中空部に充填されたコンクリートによって第１鋼管の拘束力が向上する。そのため、安価なコンクリートによって電柱の耐力を維持しつつ、第１鋼管の管径及び厚みを低減できる。その結果、電柱のコストが低減される。

【0008】

本開示の一態様では、第１鋼管は、少なくとも軸方向における第１端部の近傍においてコンクリートが充填されてもよい。このような構成によれば、第１端部を電柱の下端部とすることで、第１鋼管において比較的大きな荷重やモーメントが作用する下端部の耐力を高められる。そのため、第１鋼管の管径及び厚みの低減を促進できる。

【0009】

本開示の一態様では、第１鋼管は、中空部にコンクリートが充填されない非充填部を有してもよい。このような構成によれば、高い耐力が必要となる部分に選択的にコンクリートが充填される。そのため、電柱の材料費及び重量の増加を抑制できる。

【0010】

本開示の一態様は、第１鋼管と平行に配置されると共に、軸方向の少なくとも一部において中空部にコンクリートが充填された第２鋼管と、第１鋼管と第２鋼管とを第１鋼管の径方向に連結する梁と、をさらに備えてもよい。第１鋼管及び第２鋼管は、それぞれ、少なくとも梁との連結部分においてコンクリートが充填されてもよい。このような構成によれば、第１鋼管及び第２鋼管それぞれにおいて、比較的大きな荷重やモーメントが作用する梁との連結部分の耐力を高められる。そのため、第１鋼管及び第２鋼管それぞれの管径及び厚みの低減を促進できる。

【0011】

本開示の一態様では、第１鋼管のうち、第１鋼管の梁との連結部分に梁の軸方向の荷重が与えられた際に第１鋼管に作用する曲げモーメントがゼロとなる部位と、第２鋼管のうち、第２鋼管の梁との連結部分に梁の軸方向の荷重が与えられた際に第２鋼管に作用する曲げモーメントがゼロとなる部位とに、コンクリートが充填されない非充填部が設けられてもよい。このような構成によれば、求められる曲げ耐力が比較的低い部分に充填されるコンクリートを削減できるため、電柱の耐力の低下を抑制しつつ、電柱の材料費及び重量を低減できる。

【0012】

本開示の別の態様は、鋼管の軸方向の少なくとも一部において中空部にコンクリートを充填する工程を備える電柱の製造方法である。

【0013】

このような構成によれば、中空部に充填されたコンクリートによって鋼管の拘束力が向上する。そのため、安価なコンクリートによって電柱の耐力を維持しつつ、鋼管の管径及び厚みを低減できる。その結果、電柱のコストが低減される。

【0014】

本開示の一態様では、充填する工程では、中空部にコンクリートが充填されない非充填部を鋼管に形成してもよい。このような構成によれば、高い耐力が必要となる部分に選択的にコンクリートを充填することで、電柱の材料費及び重量の増加を抑制できる。

【0015】

本開示の一態様では、充填する工程では、非充填部の境界にメッシュを配置した後に硬化前のコンクリートを中空部に流し込んでもよい。このような構成によれば、低コストで非充填部分を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１Ａは、実施形態における電柱の模式図な正面図であり、図１Ｂは、図１ＡのＩＢ－ＩＢ線での模式的な断面図である。

【図2】図２は、図１の電柱における曲げモーメントの分布を示す模式図である。

【図3】図３は、図１の電柱における第１鋼管の第１端部の模式的断面図である。

【図4】図４は、図１の電柱における梁の模式的な正面図である。

【図5】図５は、実施形態における電柱の製造方法を示すフローチャートである。

【図6】図６Ａは、図５とは異なる実施形態における梁の模式的な正面図であり、図６Ｂは、図５及び図６Ａとは異なる実施形態における梁の模式的な正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１Ａに示す電柱１は、鉄道車両に電気を供給するために用いられる門型の電柱である。電柱１は、鉄道路線に沿って設置される。

【0018】

電柱１は、第１鋼管２と、第２鋼管３と、梁４と、第１腕金５と、第２腕金６と、第１ブラケット７と、第２ブラケット８とを備える。電柱１は、地中に配置された第１鋼管杭１１及び第２鋼管杭１２に連結されることで、地上に設置される。

【0019】

＜第１鋼管＞
第１鋼管２は、電柱１の設置時に中心軸が上下方向と平行となるように（つまり上下方向に延伸するように）配置される。

【0020】

第１鋼管２は、中空部を有する公知の構造用鋼管である。第１鋼管２は、電柱１の設置時に地面に近接する（つまり、下端部を構成する）軸方向における第１端部２１と、第１端部２１とは反対側の（つまり、上端部を構成する）軸方向における第２端部２２とを有する。

【0021】

第１鋼管２は、図１Ｂに示すように、軸方向の少なくとも一部において中空部にコンクリート１０が充填されている。本実施形態では、第１鋼管２は、第１充填部２３と、第２充填部２４と、第１非充填部２５と、第２非充填部２６とを有する。

【0022】

第１充填部２３は、第１端部２１の近傍においてコンクリート１０が充填された部位である。第１充填部２３は、第１鋼管２のうち、電柱１が設置された状態における第１端部２１の下端から土留め１３よりも上方の位置までに設けられている。

【0023】

第２充填部２４は、後述する梁４との連結部分においてコンクリート１０が充填された部位である。第２充填部２４は、第１鋼管２のうち、電柱１が設置された状態における梁４の上端部から第１ブラケット７と水平方向に重なる位置までに設けられている。

【0024】

第１非充填部２５及び第２非充填部２６は、中空部にコンクリート１０が充填されていない部位である。第１非充填部２５は、第１鋼管２の軸方向において第１充填部２３と第２充填部２４との間に設けられている。第２非充填部２６は、第２充填部２４と第１鋼管２の第２端部２２の上端との間に設けられている。

【0025】

図２に示すように、第１非充填部２５は、第１鋼管２のうち、第１鋼管２の梁４との連結部分に梁４の軸方向の荷重Ｆが与えられた際に第１鋼管２に作用する曲げモーメントＭ１がゼロとなる部位を含んでいる。なお、図２の斜線部は、第１鋼管２の軸方向における曲げモーメントＭ１の大きさの分布を示している。

【0026】

図３に示すように、電柱１の設置時には、第１鋼管２の下端は第１鋼管杭１１の上端に、公知の方法にて連結される。また、第１鋼管２のうち法面Ｓを跨ぐ部分には、円筒状の土留め１３が被覆される。土留め１３の上部は土の滞留を防ぐように下方に向かって拡径している。

【0027】

＜第２鋼管＞
図１Ａに示す第２鋼管３は、第１鋼管２と平行に配置されている。第２鋼管３は、第１鋼管２と同じ材質、直径及び厚みを有する。第１鋼管２と第２鋼管３とは、第１鋼管２の径方向（つまり水平方向）に互いに離間して配置されている。

【0028】

第２鋼管３は、下端部を構成する第１端部３１と、上端部を構成する第２端部３２と、第１充填部３３と、第２充填部３４と、第１非充填部３５と、第２非充填部３６とを有する。

【0029】

第２鋼管３の第１充填部３３、第２充填部３４、第１非充填部３５、及び第２非充填部３６は、第１鋼管２の第１充填部２３、第２充填部２４、第１非充填部２５、及び第２非充填部２６と同じである。

【0030】

つまり、第２鋼管３は、軸方向の少なくとも一部において中空部にコンクリート１０が充填されている。また、第２鋼管３は、少なくとも第１端部３１の近傍においてコンクリート１０が充填されている。

【0031】

さらに、図２に示すように、第１非充填部３５は、第２鋼管３のうち、第２鋼管３の梁４との連結部分に梁４の軸方向の荷重Ｆが与えられた際に第２鋼管３に作用する曲げモーメントＭ２がゼロとなる部位を含んでいる。

【0032】

電柱１の設置時には、第２鋼管３の下端は第２鋼管杭１２の上端に連結される。また、第２鋼管３のうち法面Ｓを跨ぐ部分には、第１鋼管２と同様の円筒状の土留め１４が被覆される。

【0033】

＜梁＞
梁４は、第１鋼管２と第２鋼管３とを第１鋼管２の径方向に連結している。梁４は、図４に示すように、鋼管で構成された本体４１と、本体４１の端部にそれぞれ取り付けられた第１連結部４２及び第２連結部４３とを有する。

【0034】

本体４１のうち、第１連結部４２が固定された第１充填部４４と、第２連結部４３が固定された第２充填部４５では、中空部にコンクリートが充填されている。つまり、梁４は、軸方向の少なくとも一部において中空部にコンクリートが充填されている。第１充填部４４と第２充填部４５との間には、コンクリートが充填されない非充填部４６が設けられている。

【0035】

第１連結部４２は、本体４１の一方の端部と第１鋼管２とを連結するカップリング部材である。第２連結部４３は、本体４１の他方の端部と第２鋼管３とを連結するカップリング部材である。

【0036】

＜腕金＞
第１腕金５は、第１鋼管２の第２端部２２の近傍に固定されている。第２腕金６は、第２鋼管３の第２端部３２の近傍に固定されている。第１腕金５及び第２腕金６には、それぞれ、ＡＴき電線（ＡＦ）と、ＡＴ保護線（ＰＷ）とが配置されている。

【0037】

＜ブラケット＞
第１ブラケット７は、第１鋼管２の梁４よりも下方の部位に固定されている。第２ブラケット８は、第２鋼管３の梁４よりも下方の部位に固定されている。第１ブラケット７及び第２ブラケット８は、それぞれ、下方を通過する鉄道車両に電気を供給する架線を保持している。

【0038】

［１－２．製造方法］
次に、電柱１の製造方法について説明する。本実施形態の電柱の製造方法は、図５に示すように、コンクリート充填工程Ｓ１０と、梁連結工程Ｓ２０とを備える。

【0039】

＜コンクリート充填工程＞
本工程では、第１鋼管２、第２鋼管３及び梁４それぞれの軸方向の少なくとも一部において中空部にコンクリートを充填する。

【0040】

第１鋼管２では、まず、第１充填部２３となる部位にコンクリートを充填する。次に、第２充填部２４となる部位と第１非充填部２５との境界にメッシュを配置する。メッシュの配置後、硬化前のコンクリートを第１鋼管２の中空部に流し込むことで、第２充填部２４となる部位のみにコンクリートを充填する。第２鋼管３においても、同様の手順で第１充填部３３となる部位及び第２充填部３４となる部位にコンクリートを充填する。

【0041】

梁４では、例えば、まず、第１充填部４４となる部位にコンクリートを充填する。次に、第２充填部４５なる部位と非充填部４６との境界にメッシュを配置した後、硬化前のコンクリートを流し込む。

【0042】

これにより、中空部にコンクリートが充填された充填部と、中空部にコンクリートが充填されない非充填部とが、第１鋼管２、第２鋼管３及び梁４にそれぞれ低コストで形成できる。

【0043】

＜梁連結工程＞
本工程では、中空部に流し込んだコンクリートの硬化後、第１鋼管２と第２鋼管３とに梁４を連結する。なお、梁４の連結は、第１鋼管２と第２鋼管３とを地面に立ててから行ってもよい。

【0044】

［１－３．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）中空部に充填されたコンクリート１０によって第１鋼管２及び第２鋼管３の拘束力が向上する。そのため、安価なコンクリート１０によって電柱１の耐力を維持しつつ、第１鋼管２及び第２鋼管３それぞれの管径及び厚みを低減できる。その結果、電柱１のコストが低減される。

【0045】

（１ｂ）第１鋼管２及び第２鋼管３それぞれの第１端部の近傍においてコンクリート１０が充填されることで、第１鋼管２及び第２鋼管３において比較的大きな荷重やモーメントが作用する下端部の耐力を高められる。そのため、第１鋼管２及び第２鋼管３それぞれの管径及び厚みの低減を促進できる。

【0046】

（１ｃ）第１鋼管２及び第２鋼管３それぞれが非充填部を有することで、高い耐力が必要となる部分に選択的にコンクリートが充填される。そのため、電柱１の材料費及び重量の増加を抑制できる。

【0047】

（１ｄ）第１鋼管２及び第２鋼管３それぞれの梁４との連結部分においてコンクリートが充填されることで、第１鋼管２及び第２鋼管３それぞれにおいて、比較的大きな荷重やモーメントが作用する梁４との連結部分の耐力を高められる。そのため、第１鋼管２及び第２鋼管３それぞれの管径及び厚みの低減を促進できる。

【0048】

（１ｅ）第１鋼管２及び第２鋼管３それぞれにおいて、曲げモーメントがゼロとなる部位にコンクリートが充填されないことで、求められる曲げ耐力が比較的低い部分に充填されるコンクリートを削減できる。そのため、電柱１の耐力の低下を抑制しつつ、電柱１の材料費及び重量を低減できる。

【0049】

（１ｆ）第１鋼管２及び第２鋼管３の直径及び厚みが小さくなることで、電柱１を支える基礎部分（つまり、第１鋼管杭１１及び第２鋼管杭１２）を小型化することができる。その結果、電柱１の設置コストが低減される。

【0050】

［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

【0051】

（２ａ）上記実施形態の電柱１において、梁４には必ずしもコンクリートが充填されなくてもよい。また、上述した梁４の形状は一例である。例えば、梁４は、図６Ａのように両端部が湾曲した本体４１Ａを有してもよい。

【0052】

さらに、梁４は、図６Ｂのように、本体４１Ｂの軸方向の２つの端部からそれぞれ下方に延伸する第１連結部４２Ｂ及び第２連結部４３Ｂを有してもよい。第１連結部４２Ｂは、第１鋼管２と第１鋼管２の径方向に連結される。第２連結部４３Ｂは、第２鋼管３と第２鋼管３の径方向に連結される。

【0053】

（２ｂ）上記実施形態の電柱１において、第１鋼管２及び第２鋼管３は、それぞれ、必ずしも第１端部の近傍においてコンクリート１０が充填されなくてもよい。また、第１鋼管２及び第２鋼管３は、それぞれ、必ずしも梁４との連結部分においてコンクリート１０が充填されなくてもよい。

【0054】

（２ｃ）上記実施形態の電柱１において、第１鋼管２及び第２鋼管３は、それぞれ、軸方向の全体においてコンクリート１０が充填されてもよい。つまり、第１鋼管２及び第２鋼管３は、それぞれ、非充填部を有しなくてもよい。

【0055】

（２ｄ）上記実施形態の電柱１は、必ずしも第２鋼管３及び梁４を備えなくてもよい。つまり、１つの鋼管のみを備える電柱も本開示の意図する範囲内である。また、本開示の電柱は、鉄道車両以外への電力供給用途にも使用可能である。

【0056】

（２ｅ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

【0057】

［３．実施例］
以下に、本開示の効果を確認するために行った試験の内容とその評価とについて説明する。

【0058】

表１に示す実施例１－５及び比較例１、２の鋼管について、設計曲げ耐力（Ｍｕｄ）及び降伏曲げモーメント（Ｍｙｄ）を算出した。実施例１－５は、鋼管にコンクリートを充填したコンクリート充填鋼管構造（ＣＦＴ）を有する。比較例１、２は、コンクリートが充填されていない鋼管である。表１中の「強度」は、鋼管に充填されたコンクリートの強度を示す。

【0059】

【表1】

【0060】

表１の結果によれば、実施例の鋼管（つまりＣＦＴ）は、同じ直径及び厚みの比較例の鋼管に比べて、Ｍｕｄ及びＭｙｄが大きくなっている。例えば、実施例１と比較例１とは同じ鋼管を使用しているが、実施例１のほうがＭｕｄ及びＭｙｄが共に大きい。

【0061】

換言すれば、実施例の鋼管は、比較例の鋼管よりも直径及び厚みを小さくしつつ、同程度の耐力を発揮することができる。例えば、実施例３は、比較例１と同等又はそれ以上のＭｕｄ及びＭｙｄを有するが、鋼管の直径及び厚みは比較例１よりも小さい。

【符号の説明】

【0062】

１…電柱、２…第１鋼管、３…第２鋼管、４…梁、５…第１腕金、６…第２腕金、
７…第１ブラケット、８…第２ブラケット、１０…コンクリート、１１…第１鋼管杭、
１２…第２鋼管杭、２１…第１端部、２２…第２端部、２３…第１充填部、
２４…第２充填部、２５…第１非充填部、２６…第２非充填部、３１…第１端部、
３２…第２端部、３３…第１充填部、３４…第２充填部、３５…第１非充填部、
３６…第２非充填部、４１…本体、４１Ａ…本体、４１Ｂ…本体、４２…第１連結部、
４２Ｂ…第１連結部、４３…第２連結部、４３Ｂ…第２連結部、４４…第１充填部、
４５…第２充填部、４６…非充填部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】