JP2017526541A - 動力式工具を用いる拡張アンカの最適化された取付方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、動力式工具を用いて拡張アンカを取り付ける方法に関し、当該方法は、締付トルクが閾値となるまで、第１回転速度に応じ、拡張スリーブを拡張させるべく、拡張アンカに回転打撃を加える工程と、第１回転速度に応じ、予め定めた回数の回転打撃を拡張アンカに加える工程と、減速した第２回転速度に応じ、動力式工具を用い、予め定めた期間に、拡張アンカに回転打撃を加える工程とを備える。動力式工具は、入力部と、回転打撃を生成する打撃部と、締付トルクを検出する検出部と、制御部とを備える。制御部は、第１回転速度を設定することにより、締付トルクが予め定めた閾値となるまで、第１回転速度に応じた回転打撃を拡張アンカに印加可能とし、予め定めた回数の回転打撃を拡張アンカに加えるように動力式工具を制御し、第２回転速度を設定することにより、予め定めた期間に、第２回転速度に応じた回転打撃を拡張アンカに印加可能とする。【選択図】図２

Description

本発明は、動力式工具、特にインパクトドライバを用いて拡張アンカを取り付ける方法に関する。また、本発明は、この方法を実行するための動力式工具、特にインパクトドライバであって、拡張アンカの形式または拡張アンカに適用する締付トルクを入力するための入力部と、拡張アンカとの間で伝達可能な回転打撃を生成する打撃部と、動力式工具の出力軸の回転角を検出する検出部と、制御部とを備えた動力式工具に関する。

拡張アンカは、予めドリル加工された穴に挿入された後、トルクレンチを用い、この穴の中に緊締されるのが一般的である。作業者は、拡張アンカが穴の中で適正に拡張しているか、即ち適正に取り付けられているか否かを確認することができないので、トルクレンチを使用する必要があることが判っている。このことに関し、拡張アンカに生じうる疲労のため、過剰な拡張だけでなく、拡張が不十分であることで基材内の固定部分における耐荷重が低下するという、２つの点で問題が生じる。このため、拡張アンカの製造者は、取り付けの際にトルクレンチに対して調整すべき締付トルクを提示している。

先行技術による拡張アンカの取付方法、及び拡張アンカを取り付けるためのインパクトドライバは、例えば特許文献１に記載されている。この特許文献１には、インパクトドライバを用いた拡張アンカの取付方法が記載されており、この方法においては、拡張アンカに対して回転打撃が繰り返し加えられる。回転打撃の繰り返し頻度は、拡張アンカの拡張スリーブを拡張させるために予め定められた締付トルクに応じて調整される。インパクトドライバは、拡張アンカのナットにおける平均回転速度が閾値を下回ると、回転打撃の印加を調整する。

拡張アンカの緩みの挙動は、その拡張アンカを対象素材（例えば鉱物の基材）に取り付ける際の締結速度に依存することが、一連の試験で判った。この場合、緩みとは、緊締作用によって対象素材に取り付けられた拡張アンカのプレストレス力が、徐々に失われることをいう。

高い締結速度で取り付けられた拡張アンカの場合には、取付作業完了後の最初の数分間で、対象素材に取り付けられた拡張アンカのプレストレス力に非常に大きな低下が観測された。トルクレンチを用いた一般的な取付方法の場合（即ち、手作業で対象素材に拡張アンカを取り付ける場合）には、プレストレス力の損失が減少した。プレストレス力における損失の増大は、拡張アンカで達成しうる耐荷重を減少させ、拡張アンカの適用範囲を制限することになる。

プレストレス力の損失は、非常に高速での締結作業によって生じるものと考えられる。手作業による締結の場合（即ち、手作業によって対象素材に拡張アンカを取り付ける場合）、約２０秒の期間内に数回にわたってトルクが与えられるのが一般的である。このとき各回の合間には、トルクレンチを元の位置に復帰させる動作が行われ、対象素材（例えばコンクリート）における局部応力のピークは、既に分散されている可能性がある。トルクレンチの復帰動作や締結動作が更になされる際には、生じたプレストレス力の損失が補われる。

インパクトドライバを用いて取り付けを行う場合、拡張アンカの取付作業は、全体として約２秒で完了する。この結果、各締結処理の合間に局部応力のピークを分散させるほどの時間はない。このため、現行の取付作業が完了するまで、更なる締結処理がなされることはない。

独国特許出願公開第１０２０１１００５０７９号明細書

従って、本発明の目的は、上述した問題を解決し、動力式工具、特にインパクトドライバを用いて拡張アンカを取り付ける方法に加え、この方法を実行するための動力式工具、特にインパクトドライバを提供することにある。拡張アンカの取付作業は、この方法及びこの方法を実行するための動力式工具によって最適化され、拡張アンカは、最大限の引張荷重に耐えることが可能となる。

このような目的は、請求項１及び２の主題からなる発明によって達成される。

目的を達成するため、動力式工具、特にインパクトドライバを用いて拡張アンカを取り付ける方法が実施可能となる。

この方法は、
前記動力式工具（２０）で発生して前記拡張アンカ（１）に加えられる締付トルクが予め定めた閾値となるまで、前記動力式工具（２０）で発生する第１回転速度に応じ、前記拡張アンカ（１）の拡張スリーブ（３）を拡張させるべく、前記動力式工具（２０）を用い、前記拡張アンカ（１）に回転打撃を加える工程と、
前記動力式工具（２０）で発生する第１回転速度に応じ、前記拡張アンカ（１）の拡張スリーブ（３）を拡張させるべく、前記動力式工具（２０）を用い、予め定めた回数の回転打撃を前記拡張アンカ（１）に加える工程と、
前記第１回転速度より低速で前記動力式工具（２０）で発生する第２回転速度に応じ、前記拡張アンカ（１）の拡張スリーブ（３）を拡張させるべく、前記動力式工具（２０）を用い、予め定めた期間（ｔ）に、前記拡張アンカ（１）に回転打撃を加える工程と
を備えることを特徴とする。

既に取り付けられている拡張アンカに対し、低下させた回転速度で更なる回転打撃を加えることにより、拡張アンカに増し締めを生じさせることができ、拡張アンカにおけるプレストレス力の更なる増大を必要とせずに、緊締作用を補うことが可能となる。

更に、この方法を実行するための動力式工具、特にインパクトドライバであって、拡張アンカの形式または前記拡張アンカに適用する締付トルクを入力するための入力部と、前記拡張アンカとの間で伝達可能な回転打撃を生成する打撃部と、前記動力式工具の締付トルクを検出する検出部と、制御部とを備えた動力式工具が使用可能となる。

本発明によれば、この動力式工具は、前記制御部が、
当該動力式工具で発生する第１回転速度を設定することにより、前記動力式工具で発生して前記拡張アンカに加えられる締付トルクが予め定めた閾値となるまで、前記拡張アンカの拡張スリーブを拡張させるべく、前記第１回転速度に応じた回転打撃を前記拡張アンカに印加可能とし、
前記動力式工具で発生する前記第１回転速度に応じ、前記拡張アンカの拡張スリーブを拡張させるべく、前記動力式工具により、予め定めた回数の回転打撃を前記拡張アンカに加えるように、前記動力式工具を制御し、
前記動力式工具で発生し前記第１回転速度より低速となる第２回転速度を設定することにより、前記拡張アンカの拡張スリーブを拡張させるべく、予め定めた期間に、前記第２回転速度に応じた回転打撃を前記拡張アンカに印加可能とする
ことを特徴とする。

これにより、拡張アンカに増し締めを生じさせることができ、拡張アンカにおけるプレストレス力の更なる増大を必要とせずに、緊締作用を補うことが可能となる。

更なる利点は、図面に基づく以下の説明によって明らかとなる。本発明の様々な実施の形態が図面に示されている。図面、明細書、及び特許請求の範囲は、様々な特徴を組み合わせた状態で包含している。当業者は、必要に応じ、これらの特徴を個別に検討し、また組み合わせて更なる有用なものとしうる。

穴内にある拡張アンカを示す図である。 インパクトドライバとして構成された本発明による動力式工具と、穴内の拡張アンカとを示す図である。

図１には、連結ロッド２と拡張スリーブ３とからなる典型的な拡張アンカ１が示されている。拡張スリーブ３は、連結ロッド２の円柱部４の周囲を取り囲んでいる。円柱部４の外径５は、拡張スリーブ３の内径６より幾分小さくなっているのが好ましく、これにより連結ロッド２が拡張スリーブ３に対して軸線方向に移動可能となっている。円柱部４は、拡張スリーブ３を拡張させるための拡張体８が形成された円錐部７と一体化している。円錐部７の最大径は、拡張スリーブ３の内径６より大きくなっているが、拡張スリーブ３の外径９よりは小さいのが好ましい。連結ロッド２にはネジ山１０が設けられており、このネジ山１０を介し、引張力を生成することができる。図示した拡張アンカ１の場合、ネジ山１０は、荷重の保持にも用いられる。取り付けを行う際には、まず、拡張前の拡張部３の外径より幾分小さな径を有した穴内に、拡張体８と共に拡張アンカ１が挿入される。ネジ山１０にナット１１が螺合され、連結ロッド２が拡張体８と共に拡張スリーブ３内に引き込まれるまで、このナット１１が締め込まれる。この過程で、拡張スリーブ３が、穴の壁面１２に押圧される。拡張スリーブ３が径方向に一定量拡張すると、拡張アンカ１が適正に取り付けられる。作業者は、特定の締付トルクではナット１１が回転しなくなったときに、このことを認識することができる。

別の拡張アンカ（図示せず）として、例えば、連結ロッド２のネジ山１０に螺合するネジ山を有したボルトを用いることもできる。取り付けを行う際、作業者は、ネジとナットとを組み付けるための締結工具をボルトに結合し、同様にして拡張体８と共に連結ロッド２を拡張スリーブ３内に引き込む。

図示した拡張アンカ１は、適合するインパクトドライバ２０を用いて取り付けることができる。このため、インパクトドライバ２０で発生することが可能な締付トルクが拡張アンカ１、即ちナット１１に伝達されるように、公知の方法で、インパクトドライバ２０が拡張アンカ１に結合される。

インパクトドライバ２０は、回転方向Ａの回転打撃を周期的に発生させる打撃部２１を有する。駆動軸２３には、螺旋スライダ（図示せず）を介し、ハンマ（図示せず）が取り付けられている。スプリング（図示せず）が、アンビル（図示せず）に向け、駆動軸２３に沿ってハンマを押圧する。アンビルは、出力軸２７に固定されている。駆動軸２３と出力軸２７とは、相対回転可能となっている。ハンマ及びアンビルは、駆動軸２３に沿う方向に突設された突起（図示せず）を有し、この突起を介し、ハンマからアンビルにトルクを伝達することができる。駆動軸２３は、ギヤ機構（図示せず）を介し、電動モータ２９によって駆動される。回転打撃の１周期には、基本的に以下の段階が含まれる。ハンマの突起がアンビルに当接している。ハンマの突起がアンビルから離れるまで、回転する駆動軸２３により、螺旋スライダを介し、スプリングの押圧力に抗して、ハンマがアンビルから引き離される。ハンマが、スプリングによって押圧されることにより、アンビルに向けて移動し、螺旋スライダによって回転運動が生じる。最後に、突起が接線方向にアンビルを打撃する。

一実施形態において、インパクトドライバ２０は入力部３０を有し、作業者は、この入力部３０を用い、拡張アンカ１の特定の締付トルクを入力できるようになっている。入力部３０は、例えば、操作ボタン（図示せず）、キーボード（図示せず）、コントロールパネル（図示せず）、及び表示部（図示せず）の少なくとも１つを備える。これに代え、或いはこれに加え、入力部３０は、拡張アンカに適用する締付トルクだけでなく、拡張アンカの形式を、作業者が設定できるようにしてもよい。例えば、拡張アンカの形式または型名と、拡張アンカのサイズとを選定するための、２つの操作ボタンが設けられる。選定された拡張アンカの形式及び締付トルクは、例えば、ディスプレイまたは複数個のＬＥＤで構成される表示部に表示するようにしてもよい。

制御部３５は、入力部３０または検出部３３から入力された締付トルクを読み取る。検出部３３は、スキャナ、検出素子、または入力フィールドなどの形態で具現化することができる。

制御部３５は、入力された締付トルクに基づき、駆動軸２３の第１回転速度を定める。例えば、様々な締付トルクに関連付けて、対応する回転速度が保管部３６に保管されている。操作ボタン（図示せず）を用い、作業者が電動モータ２９を作動させると、制御部３５は、回転速度が以前に特定されたか否か、即ち、例えば拡張アンカの形式または締付トルクを特定することによって回転速度が特定されたか否かを確認する。制御部３５は、例えば、まだ締付トルクが選定されていなかった場合に、電動モータ２９が作動しないようにするだけでなく、作業者に入力を促すことができるようになっている。制御部３５は、選定された第１回転速度で駆動軸２３が回転するよう、電動モータ２９を制御する。選定された駆動軸２３の第１回転速度は、回転打撃の繰り返し頻度を特定するものである。回転速度が低下する場合、拡張アンカの取り付けにとって重要ではない回転打撃頻度の減少が生じるだけではなく、各回転打撃に伴って与えられるトルクも減少することが確認された。１つのトルクが、複数の回転速度のそれぞれに割り振られ、従って、大きな許容差が与えられていることになる。一実施形態において、インパクトドライバ２０は、当該インパクトドライバ２０において可能な最大の回転速度で、ナット１１を回し始める。入力された拡張アンカ１の形式に応じて定めるのが好ましいある期間が経過すると、インパクトドライバ２０は、締付トルクに応じて予め定められた回転速度まで、駆動軸２３の回転速度を低下させる。この締付トルクは、個々に用いられる拡張アンカ１に関して予め定められた締付トルクである。

出力軸２７には、インパクトドライバ２０の締付トルクを検出する検出部３９が設けられている。図示した実施形態において、検出部３９は、インパクトドライバ２０の締付トルクを検出するトルクトランスデューサによって具現化される。トルクトランスデューサ３９は、インパクトドライバ２０、即ち電動モータ２９が発生する駆動軸２７における締付トルクを検出するために用いられる。このため、トルクトランスデューサ３９は、ひずみゲージと、圧電方式、電磁方式、または光学的方式による検出機能との少なくとも一方を備えて構成することができる。これに代え、或いはこれに加え、トルクトランスデューサ３９は、ＳＡＷ（表面弾性波）の手法を用いて作動するようにしてもよい。回転軸線Ｒ周りの出力軸２７の締付トルクの検出値は、接続ケーブル４０を介して制御部３５に伝送される。制御部３５は、トルクトランスデューサ３９が検出した締付トルクを、締付トルクに関して保管部３６に保管されている閾値と比較する。トルクトランスデューサ３９が検出した締付トルクが閾値に達する場合、このことは、拡張アンカ１に加えられる回転打撃、即ち第１回転速度に対応して設定されて拡張アンカ１に作用する締付トルクでは拡張アンカ１が回転しなくなり、穴内に拡張アンカ１が適正にに取り付けられたことを示すものである。図示しない実施形態として、詳述はしないが、電動モータ２９の回転角から、これに対応する検出部を用いて間接的に拡張アンカにおける締付トルクを検知または推定することができるので、トルクトランスデューサを設けることは、必須というわけではない。

次に、インパクトドライバ２０により、所定回数の回転打撃が拡張アンカ１に加えられる。一定の回数の回転打撃を追加することにより、拡張アンカ１の拡張スリーブ３が更に拡張することになり、これら追加の回転打撃は、第１回転速度に応じ、インパクトドライバ２０において生成される。

次に、制御部３５は、第２回転速度が駆動軸２３に適用されるように、電動モータ２９を制御する。第２回転速度は、第１回転速度より低速の回転速度である。第２回転速度、即ち低下させた回転速度により、これに対応して減少した締付トルクを伴う回転打撃が生じ、予め定められた期間ｔにおいて、この回転打撃が拡張アンカ１に加えられる。これにより、拡張アンカ１に増し締めを生じさせることができ、拡張アンカ１におけるプレストレス力の更なる増大を必要とせずに、緊締作用を補うことが可能となる。

従って、本発明に係る方法、及びこの方法を実行する動力式工具２０により、拡張アンカ１の取付作業が最適化され、穴内の拡張アンカ１は、最大限の引張荷重に耐えることが可能となる。

Claims (2)

1. 動力式工具（２０）、特にインパクトドライバを用いて拡張アンカ（１）を取り付ける方法であって、
   前記動力式工具（２０）で発生して前記拡張アンカ（１）に加えられる締付トルクが予め定めた閾値となるまで、前記動力式工具（２０）で発生する第１回転速度に応じ、前記拡張アンカ（１）の拡張スリーブ（３）を拡張させるべく、前記動力式工具（２０）を用い、前記拡張アンカ（１）に回転打撃を加える工程と、
   前記動力式工具（２０）で発生する第１回転速度に応じ、前記拡張アンカ（１）の拡張スリーブ（３）を拡張させるべく、前記動力式工具（２０）を用い、予め定めた回数の回転打撃を前記拡張アンカ（１）に加える工程と、
   前記第１回転速度より低速で前記動力式工具（２０）で発生する第２回転速度に応じ、前記拡張アンカ（１）の拡張スリーブ（３）を拡張させるべく、前記動力式工具（２０）を用い、予め定めた期間（ｔ）に、前記拡張アンカ（１）に回転打撃を加える工程と
   を備えることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法を実行するための動力式工具（２０）、特にインパクトドライバであって、
   前記拡張アンカ（１）の形式または前記拡張アンカ（１）に適用する締付トルクを入力するための入力部（３０）と、
   前記拡張アンカ（１）との間で伝達可能な回転打撃を生成する打撃部（２１）と、
   前記動力式工具（２０）の締付トルクを検出する検出部（３９）と、
   制御部（３５）とを備えた動力式工具（２０）において、
   前記制御部（３５）は、
   前記動力式工具（２０）で発生する第１回転速度を設定することにより、前記動力式工具（２０）で発生して前記拡張アンカ（１）に加えられる締付トルクが予め定めた閾値となるまで、前記拡張アンカ（１）の拡張スリーブ（３）を拡張させるべく、前記第１回転速度に応じた回転打撃を前記拡張アンカ（１）に印加可能とし、
   前記動力式工具（２０）で発生する前記第１回転速度に応じ、前記拡張アンカ（１）の前記拡張スリーブ（３）を拡張させるべく、前記動力式工具（２０）により、予め定めた回数の回転打撃を前記拡張アンカ（１）に加えるように、前記動力式工具（２０）を制御し、
   前記動力式工具（２０）で発生し前記第１回転速度より低速となる第２回転速度を設定することにより、前記拡張アンカ（１）の前記拡張スリーブ（３）を拡張させるべく、予め定めた期間（ｔ）に、前記第２回転速度に応じた回転打撃を前記拡張アンカ（１）に印加可能とする
   ことを特徴とする動力式工具。

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