JPWO2007089010A1 - 接着系アンカー、接着系アンカーの施工方法 - Google Patents
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Abstract
Description
この接着系アンカーの一般的な施工手順は、以下の通りである。
(1)母材への下孔の穿孔。
(2)下孔内の清掃。
(3)下孔へ樹脂材料を入れる(樹脂材料を封入したカプセル又はインジェクションが一般的)。
(4)下孔へのボルトの挿入。
(5)樹脂材料の養生。
なお、ボルトには、全ねじボルト、異形棒鋼などがある。
接着系アンカーは、部品点数が非常に少なくて済むため、コスト面で有利である。また、例えば芯棒打ち込み式をはじめとする金属拡張アンカー等に比べて施工対象となる母材の要求強度が低くて済み、例えば劣化したレンガ躯体などといった脆い母材であっても孔を形成できれば施工可能であり、孔を形成できれば殆どの母材に施工できるといった利点がある。
(a)アンカーを施工した、コンクリート躯体等の母材に高い熱が加わったときに、剪断力(アンカーに垂直の方向への変位力)に対する剛性が低下する。
(b)アンカーの施工後、該アンカーを施工したコンクリート躯体等の母材にひび割れが生じると、剪断、引っ張り(引き抜き)等の耐力が大幅に低下してしまうことがある。
本発明は、前記課題に鑑みて、母材の加熱、ひび割れ等に対して、剛性、耐力を安定に維持できる接着系アンカー、接着系アンカーの施工方法の提供を目的としている。
請求項1に係る発明は、接着系アンカーであって、母材に穿孔された下孔に挿入されるボルトと、このボルトの先端を筒状に形成した拡張部の内側に嵌め込まれたコーンとを具備し、前記拡張部は、前記ボルトを下孔最奥部に当接させたコーンに打ち込むことで拡張されて、母材に固着させることができることを特徴とする接着系アンカーを提供する。
請求項2に係る発明は、前記ボルトが、JIS G 4107相当材で形成されており、前記ボルトを下孔最奥部に当接させたコーンに打ち込むことで、前記拡張部が、その先端が前記下孔の孔壁を削り取りながら拡張するようになっていることを特徴とする請求項1記載の接着系アンカーを提供する。
請求項3に係る発明は、前記コーンの下孔奥部側の先端形状が、略V字型に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の接着系アンカーを提供する。
請求項4に係る発明は、前記コーンの下孔奥部側の先端形状が、コーンの側方から軸方向に対して略斜め45度にカットされていることを特徴とする請求項1又は2に記載の接着系アンカーを提供する。
請求項5に係る発明は、さらに、前記ボルトに外挿されて下孔に挿入される剛性スリーブを具備することを特徴とする請求項1〜4に記載の接着系アンカーを提供する。
請求項6に係る発明は、前記剛性スリーブの外周面及び/又は内周面に、アンカー接着用の樹脂材料を前記剛性スリーブの軸方向に通過させるための溝が形成されていることを特徴とする請求項5記載の接着系アンカーを提供する。
請求項7に係る発明は、前記溝は、剛性スリーブの軸方向の両端に開口する、連続する螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項6記載の接着系アンカーを提供する。
請求項8に係る発明は、前記剛性スリーブの一端にフランジが形成されていることを特徴とする請求項5記載の接着系アンカーを提供する。
請求項9に係る発明は、前記剛性スリーブの外周面及び/又は内周面に、アンカー接着用の樹脂材料を前記剛性スリーブの軸方向に通過させるための溝が形成されるとともに、前記フランジの母材に接する側の面に凹凸を設けたことを特徴とする請求項8記載の接着系アンカーを提供する。
請求項10に係る発明は、請求項1〜9のいずれかに記載の接着系アンカーの施工方法であって、アンカー接着用の樹脂材料を入れた下孔に前記接着系アンカーを挿入し、前記ボルトを下孔最奥部に当接させたコーンに打ち込むことで拡張させた前記拡張部を母材に固着させ、前記樹脂材料の硬化によって、前記ボルト、前記コーン、前記剛性スリーブを、前記母材に一体に固着させることを特徴とする接着系アンカーの施工方法を提供する。
請求項11に係る発明は、請求項1又は3〜9のいずれかに記載の接着系アンカーの施工方法であって、アンカー接着用の樹脂材料が収容された容器を挿入した下孔に、回転、打撃を加えられる電動工具を用いて、アンカー接着用の樹脂材料が収容された容器を破壊、攪拌させながら前記接着系アンカーを挿入し、前記ボルトを下孔最奥部に当接させたコーンに、電動工具の回転、打撃により打ち込むことで拡張させた前記拡張部を母材に固着させ、前記樹脂材料の硬化によって、前記ボルト、前記コーン、前記剛性スリーブを、前記母材に一体に固着させることを特徴とする接着系アンカーの施工方法を提供する。
請求項12に係る発明は、拡張部を拡張させて母材に固着させた後、前記樹脂材料の硬化前に、ボルトの前記母材から突出された後端側から前記ボルトに外挿した剛性スリーブを前記下孔に挿入することを特徴とする請求項10又は11に記載の接着系アンカーの施工方法を提供する。
なお、図中、符号110はコンクリート躯体(母材)、111は下孔である。
図1は、本発明に係る接着系アンカー1(以下、アンカーと略称する場合がある)を示す。
図1において、アンカー1は、母材110に穿孔された下孔111に挿入される棒状部材であるボルト2と、このボルト2の先端を筒状に形成した拡張部21の内側に嵌め込まれたコーン3と、前記ボルト2に外挿されて下孔111に挿入される剛性スリーブ4とを具備して構成されている。
また、ボルト2には、後述する樹脂材料飛散防止板5を取り付けることができる。
ボルト2、コーン3、剛性スリーブ4は、例えば、鉄等の金属製のものを採用するが、材質は、これには限定されない。
ボルト2は、図示例では、全ねじボルトを例示しているが、例えば、異形棒鋼等であっても良い。
ボルト2の拡張部21は、内側にコーン収納穴22を有する筒状に形成され、しかも、割り23によって複数に分割されている。拡張部21の割り23は、後述のように、コーン3にボルト2を打ち込んだときに、拡張部21を拡張しやすくするためのものである。
コーン収納穴22には、コーン3の一部が収納される。コーン3は、一部がコーン収納穴22に嵌め込まれた状態で、ボルト2の先端に突出状態に取り付けられている。
拡張部21を拡張させるための前記コーン3は紡錘形であり、ボルト2がコーン3に打ち込まれると、拡張部21がコーン3外面に沿って拡張されていく。
但し、コーン3の形状は、拡張部21を拡張可能なものであれば良く、前述の紡錘形に限定されない。
また、コーン3は、図7に示すコーン31のように、下孔奥部側の先端形状が、略V字型に形成されたものや、図8に示すコーン32のようにコーンの側方から軸方向に対して略斜め45度にカットされているものでもよい。アンカー接着用の樹脂材料がインジェクションタイプ(揺変性のある接着材料を直接、下孔に充填するタイプ)であればコーン3の下孔奥部側の先端形状は特に限定されないが、これに対してアンカー接着用の樹脂材料を封入したカプセル91(カプセル内で樹脂と硬化剤が別々に隔てて収容されているタイプ)の場合は、下孔111への接着系アンカー1の挿入時に、容器の破壊と攪拌が十分にされる必要があるので、図7、図8のような形状にすることが必要である。
ボルト2については、例えば、JIS G 4107(SNB7)相当材の鋼製のものを採用することが好ましい。この場合、図2、図3に示すように、アンカー1を、コンクリート製母材110に穿孔された下孔111に挿入し、前記ボルト2を、下孔111の最奥部111b(孔底)に当接させたコーン3に打ち込んで拡張部21を拡張する際に、拡張部21の先端が前記下孔111の孔壁を削り取りながら、拡張部21が拡張するようになる。これにより、拡張部21が下孔111の孔壁に確実に食い込むようになり、従来の接着系アンカーに比べて引っ張り耐力(引き抜き耐力)が向上する。
従来から、例えば本体打ち込み式アンカー等の金属拡張アンカーでは、JIS G 3101(SS400。一般構造用圧延鋼材)相当材で形成したものが広く採用されているが、JIS G 3101(SS400)相当材は、一般に、上述のJIS G 4107(SNB7)相当材に比べて強度が劣る。JIS G 3101(SS400)相当材で形成した金属拡張アンカーの場合は、拡張部を拡張したときに、孔壁に押圧された拡張部に曲げ変形が生じて、孔壁への食い込み量が必ずしも大きくならない。これに対して、JIS G 4107(SNB7)相当材で形成したボルト2の拡張部21は、コーン3への打ち込みによる拡張によって、拡張部21の先端が前記下孔111の孔壁を削り取りながら拡張するため、拡張部21が下孔111の孔壁に確実に食い込むようになり、高い引っ張り耐力(引き抜き耐力)を確実に得られる。
なお、ボルト2の他、コーン3、剛性スリーブ4も、JIS G 4107(SNB7)相当材で形成したものを採用できることは言うまでも無い。
剛性スリーブ4の外周面には、該剛性スリーブ4の軸方向両端に開口する、連続する螺旋状の溝41が形成されている。
この溝41は、剛性スリーブ4を下孔111に挿入したときに、下孔111内から押し出されてくる余剰分の樹脂材料9を通過させて、下孔111の開口部111aから外に排出させる役割を果たす。以下、溝41を、余剰樹脂排出溝とも言う。
なお、溝は、剛性スリーブの外周面でなく、剛性スリーブの内周面に形成しても良く、また、外周面と内周面の両方に形成しても良い。
また、溝の形状は、前述した螺旋状に限定されない。この溝は、余剰分の樹脂材料9を剛性スリーブ4の軸方向に通過させる余剰樹脂排出溝として機能するものであれば良く、例えば、剛性スリーブ4の軸方向に沿って延在するストレート溝であっても良い。
但し、前記溝は、剛性スリーブ4の外周面及び内周面の内、外周面に形成する方が、樹脂材料による母材110とアンカー1との固着力(下孔内面(微細な凹凸が存在する)に対する樹脂材料9の定着・係合、及び、樹脂材料9の接着力、によって発生する固着力)の向上の点で好ましく、また、前記固着力の向上の点では、螺旋状(螺旋溝)に形成することがストレート溝よりも好ましい。
なお、ボルト2として全ねじボルトを採用している場合、ボルト2の外周面のねじ溝24に入り込んだ樹脂材料によって、剛性スリーブ4とボルト2との間の固着力が確保される、といった利点もある。ねじ溝24は、余剰樹脂排出溝として機能させることも可能である。
また、剛性スリーブ4は、図11、図12のように端部にフランジを形成したものでもよい。図11はテーパー状のフランジ42を図示しているが、当該フランジは、剛性スリーブ4の端部の容積が増える形状であれば特に限定されない。図13に図示したように、図11に記載されたフランジ42は、剛性スリーブ4の下孔111への挿入後に、下孔111の開口部111aに埋め込まれた状態になる。剛性スリーブ4の開口端部近傍は大きな曲げやせん断力が加わった場合、楕円形に変形する。そのため、曲げやせん断力が集中的に作用するコンクリートの開口部111aに当接する剛性スリーブ4の端部の外周にフランジ42を設け、剛性スリーブ4の端部の剛性と強度をより高くすることにより、接着系アンカー1のせん断剛性、曲げ耐力をさらに向上させることができる。
剛性スリーブ4は、図12のように径方向に平らで大きなフランジ43を形成する場合は、開口部111a付近での剛性スリーブの剛性と強度が大幅に高くなるとともに、図14に図示したように剛性スリーブ4の挿入時に開口部111aより溢れ出た余剰樹脂が前記フランジ43とコンクリート母材の表面110aとの間に充填されることから樹脂による付着力も発生する。そのため、曲げやせん断力として接着系アンカー1に作用する力をより広いコンクリート部分に分散しながら伝達するので、大幅な性能向上が図れる。また、フランジの裏面(母材側の面)に溝などの凹凸を形成すると、より付着力の向上に繋がる。
図1において、符号5は、樹脂材料飛散防止板を示す。
この樹脂材料飛散防止板5は、リング状であり、図2、図3に示すように、中央部を貫通する孔51をボルト2に通してボルト2に外挿して設けられる。
この樹脂材料飛散防止板5は、母材110の表面110a側から前記下孔111の開口部111a(詳細には、ボルト2と下孔111内周面との間の隙間)を覆うように設けられることで、例えば、下孔111へのボルト2の打ち込み時に下孔111から溢れ出す余剰分の樹脂材料9の飛散を防止する。
次に、上述したアンカー1の施工方法の一例を、図2〜図6を参照して説明する。
なお、図2〜図6では、例えばコンクリート躯体に、その側面から穿孔した下孔111にボルト2を挿入して施工する場合を例示するが、本発明はこれに限定されず、例えば、床(床上からの施工)、天井(天井下からの施工)等への施工にも適用可能であることは言うまでも無い。
まず、以下の(1)〜(4)の工程を行う。
(1)母材への下孔の穿孔。
(2)下孔内の清掃。
(3)下孔へ樹脂材料を入れる。
ここで、(3)の下孔111へ樹脂材料を入れる工程は、例えば、樹脂材料を封入したカプセルを下孔111に入れる、インジェクションで注入する、などの手法を採用できる。樹脂材料は、下孔111全体に満遍なく行き渡るように、充分な量を下孔111に投入する。
次いで、樹脂材料をインジェクションで注入する場合には、図2に示すように、先端にコーン3が取り付けられているボルト2(以下、コーン付きボルト2Aとも言う)を下孔111に挿入し、図3に示すように、ボルト2を後端側(コーン3が取り付けられている先端とは反対側)から、ハンマー8等の工具を用いて叩打して打ち込んで、下孔111の最奥部111b(孔底。図3において左端)にコーン3を当接させるとともに、コーン3に拡張部21を打ち込んで拡張させる(アンカー挿入・打ち込み工程)。結果、コーン3に打ち込まれて拡張された拡張部21が下孔111の孔壁に食い込んで、ボルト2が母材110に固着される。
また、図9のように樹脂材料を封入したカプセルを下孔111に入れる場合には、コーン3は、図7または図8に記載されているような形状のものを使用し、電動工具を用いて接着系アンカーに、回転、打撃を加えながら、カプセル(カプセル内で樹脂と硬化剤が別々に隔てて収容されているタイプ)を破壊および十分に攪拌しながら下孔111の最奥部111bに達するまで打ち込み、さらに続けて電動工具の回転打撃力を加えながら、図10に図示したようにコーン3に拡張部21を打ち込んで拡張させる。結果、インジェクションの場合と同様に、コーン3に打ち込まれて拡張された拡張部21が下孔111の孔壁に食い込んで、ボルト2が母材110に固着される。
図2において、下孔111に挿入するコーン付きボルト2Aは、ボルト2に樹脂材料飛散防止板5を外挿しておいたものである。これにより、ボルト2の打ち込み時に、下孔111からの樹脂材料9の飛び出しが生じても、樹脂材料飛散防止板5によって、樹脂材料9の飛散を防止できる。
但し、この段階では、ボルト2には、剛性スリーブ4は外挿させない。
図2、図3において、符号25は、ボルト2の外周部に、例えば着色等によって設けられたマーキングである。
このマーキング25は、下孔111へのボルト2の打ち込み量(埋め込み深さ)が、拡張部21の拡張によるボルト2の母材110に対する固着力が充分に確保されるところに達したときに、T度、母材110の表面110aに達する位置に設けられている。下孔111へのボルト2の打ち込みによって、マーキング25が母材110に達したら、必要埋め込み長が確保され、拡張部21の拡張による固着力も充分に確保されたことになる。
このマーキング25が、母材表面110aから離隔した位置にあるときは、マーキング25と母材表面110aとの間の距離が、T度、下孔111に対するボルト2の打ち込み残量を示すことになる。
なお、樹脂材料飛散防止板5、マーキング25は、必ずしも必須ではなく、省略可能である。
下孔111は、予め、ボルト2の必要埋め込み長が確保される穿孔深さで形成しておくことは言うまでも無い。
但し、下孔111の穿孔深さは、下孔111への打ち込みよってボルト2のマーキング25が母材110に達したところで、必要埋め込み長が確保され、かつ、拡張部21の拡張による固着力も充分に確保されるように設定する。
次に、ボルト2から樹脂材料飛散防止板5を取り外し、図4に示すように、ボルト2の、下孔111から母材110の外(表面110a側)に突出された後端側から、剛性スリーブ4を前記ボルト2に外挿し、この剛性スリーブ4を前記下孔111に押し込んで挿入する。下孔111への剛性スリーブ4の押し込みは、例えば、打ち込み治具6(打ち込み用剛性スリーブ)を用い、ハンマー8等の工具で叩打して叩き込む。
但し、剛性スリーブ4は、剪断耐力の向上等の点で、アンカー1の拡張部21から離隔した位置、例えば、下孔111の開口部111aに収納することが好ましい。
拡張部21の拡張後、下孔111に剛性スリーブ4を挿入する工程(スリーブ挿入工程)を行うのは、前記樹脂材料の硬化前であることは言うまでも無い。
なお、下孔111は、剛性スリーブ4が挿入可能な内径を確保して形成しておくことは言うまでも無い。但し、剪断剛性の確保の点では、下孔111に圧入された剛性スリーブ4が下孔111内面との圧接力によって固定されるように、下孔111内径を剛性スリーブ4外径に対応して調整しておくことが好ましい。
剛性スリーブ4を下孔111に挿入していくと、下孔111内の樹脂材料9の余剰分が、剛性スリーブ4の溝41を通って、下孔111の外、すなわち母材110の外に溢れ出してくる。これにより、下孔111への剛性スリーブ4の押し込みを円滑に行える。
下孔111への剛性スリーブ4の押し込みが完了したら、図5に示すように、母材表面110aにおける下孔111の開口部111a及びその近傍に溜まった樹脂材料9(余剰樹脂91)を除去することで、施工完了となる(図6)。
なお、図5において、符号7は、余剰樹脂掻き取り用の治具(スクレーパ)である。
下孔111内の樹脂材料9が硬化すると、アンカーが(コーン付きボルト2A及び剛性スリーブ4)が樹脂材料9によって母材110に強固に固着される。
ここで、アンカー1は、樹脂材料9が硬化するまで、下孔111内で拡張された拡張部21によって、ボルト2の先端側が下孔111の中心軸線上に支持されるとともに、下孔111内に収納された剛性スリーブ4によっても下孔111の中心軸線上に支持される。
すなわち、拡張部21、及び、剛性スリーブ4は、アンカー1を下孔111の中心軸線上に支持する機能(姿勢維持機能)を果たす。
このため、図5等に示したような、アンカー1を横向きに施工する場合であっても、下孔111内でアンカー1の偏心が生じにくく、アンカー1を樹脂材料9によって下孔111の中心軸線上となるように固定することも容易である。
なお、下孔111内でのアンカー1の偏心防止は、拡張部21単独、すなわち、剛性スリーブ4が無い場合でも、有効に得られる。剛性スリーブ4を使用すると、偏心防止効果が確実に得られるようになる。
前記アンカー1及びその施工方法によれば、樹脂材料9の硬化による固着力(下孔内面(微細な凹凸が存在する)に対する樹脂材料9の定着・係合、及び、樹脂材料9の接着力、によって発生する固着力)のみならず、拡張部21の拡張による母材110に対する機械的な固着力によって、母材110に対してアンカー1が固定される。
このため、母材110に対するアンカー1の施工完了後に、母材110が高温に加熱されることによる樹脂材料の炭化や、母材110にひび割れが生じるなどといった要因によって、樹脂材料9によるアンカー1の固着力が低下したとしても、母材110に固着された拡張部21の固着力や剛性スリーブ4の剛性によって、剪断剛性(アンカー1の母材110から突出した後端側部分に、アンカー1に垂直の方向に作用する変位力に対する耐力)や、耐力(引っ張り耐力等)を充分に確保することができる。
また、アンカー1の施工作業において、下孔111内の樹脂材料9の硬化が完了する前、つまり樹脂材料が強度を発現する前であっても、拡張部21の固着力によって、剪断剛性や、耐力(引っ張り耐力等)を確保できる。このため、アンカー1は、施工完了後、直ちに、取付物の固定に利用できる。特に、従来の接着系アンカーでは、樹脂材料の強度が発現する養生時間が経過するまで不可能であった、天井等に対する上向き施工についても、本発明であれば、施工完了後のアンカー1を、直ちに取付物の固定に利用できるため、アンカーの施工から取付物の固定までの作業時間を大幅に短縮できる。
拡張部21及び剛性スリーブ4は、剪断剛性の向上にも寄与する。
金属製の拡張部21及び剛性スリーブ4は、樹脂材料9に比べて剛性が高いため、施工完了後のアンカー1に作用する曲げや剪断力に対して、アンカー1の変形や下孔111内での変位を抑えることができ、その結果、剪断剛性、曲げ耐力が向上する。
剪断剛性、曲げ耐力は、拡張部21のみ、すなわち剛性スリーブ4を用いない場合であっても、樹脂材料のみの強度で固定される従来の接着系アンカーに比べて、向上させることができる。
剛性スリーブ4も使用した場合は、アンカー1に作用した剪断力や曲げ応力が、拡張部21と剛性スリーブ4とによって効率良く分散支持されることとなり、アンカー1(詳細には、ボルト2)の変形を確実に抑えることができ、高い剪断剛性、曲げ耐力を得ることができる。
Claims (12)
- 接着系アンカーであって、 母材に穿孔された下孔に挿入されるボルトと、
このボルトの先端を筒状に形成した拡張部の内側に嵌め込まれたコーンとを具備し、前記拡張部は、前記ボルトを下孔最奥部に当接させたコーンに打ち込むことで拡張されて、母材に固着させることができることを特徴とする接着系アンカー。 - 前記ボルトが、JIS G 4107相当材で形成されており、前記ボルトを下孔最奥部に当接させたコーンに打ち込むことで、前記拡張部が、その先端が前記下孔の孔壁を削り取りながら拡張するようになっていることを特徴とする請求項1記載の接着系アンカー。
- 前記コーンの下孔奥部側の先端形状が、略V字型に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の接着系アンカー。
- 前記コーンの下孔奥部側の先端形状が、コーンの側方から軸方向に対して略斜め45度にカットされていることを特徴とする請求項1又は2に記載の接着系アンカー。
- さらに、前記ボルトに外挿されて下孔に挿入される剛性スリーブを具備することを特徴とする請求項1〜4に記載の接着系アンカー。
- 前記剛性スリーブの外周面及び/又は内周面に、アンカー接着用の樹脂材料を前記剛性スリーブの軸方向に通過させるための溝が形成されていることを特徴とする請求項5記載の接着系アンカー。
- 前記溝は、剛性スリーブの軸方向の両端に開口する、連続する螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項6記載の接着系アンカー。
- 前記剛性スリーブの一端にフランジが形成されていることを特徴とする請求項5記載の接着系アンカー。
- 前記剛性スリーブの外周面及び/又は内周面に、アンカー接着用の樹脂材料を前記剛性スリーブの軸方向に通過させるための溝が形成されるとともに、前記フランジの母材に接する側の面に凹凸を設けたことを特徴とする請求項8記載の接着系アンカー。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の接着系アンカーの施工方法であって、アンカー接着用の樹脂材料を入れた下孔に前記接着系アンカーを挿入し、前記ボルトを下孔最奥部に当接させたコーンに打ち込むことで拡張させた前記拡張部を母材に固着させ、前記樹脂材料の硬化によって、前記ボルト、前記コーン、前記剛性スリーブを、前記母材に一体に固着させることを特徴とする接着系アンカーの施工方法。
- 請求項1又は3〜9のいずれかに記載の接着系アンカーの施工方法であって、アンカー接着用の樹脂材料が収容された容器を挿入した下孔に、回転、打撃を加えられる電動工具を用いて、アンカー接着用の樹脂材料が収容された容器を破壊、攪拌させながら前記接着系アンカーを挿入し、前記ボルトを下孔最奥部に当接させたコーンに、電動工具の回転、打撃により打ち込むことで拡張させた前記拡張部を母材に固着させ、前記樹脂材料の硬化によって、前記ボルト、前記コーン、前記剛性スリーブを、前記母材に一体に固着させることを特徴とする接着系アンカーの施工方法。
- 拡張部を拡張させて母材に固着させた後、前記樹脂材料の硬化前に、ボルトの前記母材から突出された後端側から前記ボルトに外挿した剛性スリーブを前記下孔に挿入することを特徴とする請求項10又は11に記載の接着系アンカーの施工方法。
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