JP6272513B2 - 拡張式アンカー - Google Patents

Description

本願発明は、ボルトのねじ込みによって中空軸の一部を膨れ変形させるタイプの拡張式アンカーに関するものである。

例えばトンネルの内面に各種部材を吊支する場合のように、コンクリートのような石質系の構造体に金具等の各種の部材を取り付けるために、拡張式アンカーが使用されている。この拡張式アンカーには様々の種類があるが、一般には、中空軸（アンカー本体）の先端部が、複数本の縦長スリットで周方向に分断された拡径部（拡張部）に形成されており、ボルトのねじ込みによるクサビ作用で利用して拡径部を広がり形させている。

拡張手段として、ボルトに代えて、先端部が先窄まりのテーパ状に形成されたピンを使用するタイプもあり、この場合は、ピンは、ハンマーによって中空軸に叩き込まれる。

アンカー本体をボルトで直接に拡張することに代えて、間接的に拡張することも提案されている。その例として特許文献１には、拡径部に金属製のボールを挿入し、ボールによる押し広げ作用を利用して拡径部を広げ変形させている。同様の構成は特許文献２にも開示されている。また、特許文献３，４には、拡径部材として、ボールに代えて紡錘状の部材を使用することが開示されている。

特開平２００４−２１８４２１号公報 実開平４−２７２０１９号のマイクロフィルム 実用新案登録第３００７１２６号公報 実開昭５２−６９７０号のマイクロフィルム

各特許文献の拡張式アンカーや叩き込み式の拡張式アンカーは、上記のとおり、中空軸のうち先端側に位置した拡径部をラッパ状に広げて、拡径部を下穴に対して突っ張らせることによって、引き抜き抵抗を確保している。しかし、従来の拡張式アンカーは、引き抜き抵抗を高めることに限度があるというのが実情である（叩き込み式の拡張式アンカーの場合は、理論的に、引き抜き抵抗は一定になる。）。

さて、拡張式アンカーについて厄介な問題として、施工場所のコンクリートのうち拡張式アンカーを中心にした部分が円錐状の形態で離脱するコーン破壊の現象がある。このコーン破壊はアンカーの拡径部が広がることによって発生しており、そこで、拡張式アンカーは、コーン破壊を防止するために拡張部が過度に広がらないように設計しており、このことが、引き抜き抵抗を向上できないことの一因になっていると云える。

更に厄介なのは、例えば、コンクリート製トンネルの天井にアンカーを打ち込んだ場合、拡張式アンカーにワークの重量が下向き荷重として作用するが、この下向き荷重によってコーン破壊が発生し得ることである。つまり、施工時には問題がないように見えても、一種の遅れ破壊として、時間の経過によってコーン破壊に至ることがあるのである。

本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、高い引き抜き抵抗を保持しつつコーン破壊の防止機能も高い拡張式アンカーを提供せんとするものである。

本願発明は、多くの構成を含んでいる。その典型を各請求項で特定している。

請求項１の発明は上位概念を成すもので、この発明において、拡張式アンカーは、施工場所に空けられた下穴に先端から挿入される中空軸と、前記施工場所の外側から前記中空軸の内部にねじ込まれるボルトとを備えており、前記中空軸のうち前記下穴に入り込んでいる箇所に、膨れ変形可能に弱化された拡径部が、前記中空軸の先端よりも手前に位置するようにして形成されており、かつ、前記中空軸の内部に、前記ボルトのねじ込みによる押し作用によって拡径部を放射方向外側に押しやる拡径作用部材が配置されている。

請求項１の発明において、中空軸はその両端に開口している必要はなく、少なくとも基端（施工場所の外側）に開口しておればよい。従って、下穴に入り込んでいる先端部は、穴が全く空いていない中実構造であってもよい。また、本願発明では複数の拡径部を設けることも可能である。この点は、本願発明の大きな特徴である。

拡張式アンカーは、一般に真円の形状が多いが、本願発明では、必ずしも真円に限定されるものでなはない。例えば、中空軸の全体又は拡径部のみが、楕円形や多角形などの非真円に形成されている構成も本願発明に含まれる。非円形の例として、基本的には真円としつつ、２つの平行な平坦面を有する形状も含まれる。施工場所の下穴は、通常は回転するドリルによって真円形状に形成されるが、中空軸が非真円である場合、下穴が、中空軸の形状に併せた非真円に加工されていてもよい。

請求項２の発明は請求項１の発明の展開例であり、この発明では、前記中空軸の拡径部には、軸方向に長いスリットが周方向に隔てて複数本形成されている。見方を変えて述べると、請求項２の発明では、中空軸のうちスリットを形成した部位が拡張部になっている。スリットの本数は中空軸の外径や肉厚に応じて設定したらよい。一般には、３〜６本程度が多いと云える。スリットの群は、周方向に等間隔で配置することも可能であるし、間隔を変えて配置することも可能である。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の展開例であり、この発明では、前記拡径作用部材は多数個の金属製ボールの群で構成されており、前記ボールの群が前記ボルトで押されて放射方向外側に移動することにより、前記拡径部が膨れ変形することが許容されている。ボールの群は全体が同一径でもよいし、外径が異なるものを複数種類併用してもよい。

請求項４の発明は、請求項１〜３のうちのいずれかの展開例である。この請求項４では、前記拡径部の軸方向の長さは、前記中空軸の外径の少なくとも２倍の寸法になっている。拡径部の長さを長く設定できるのは、本願発明の大きな特徴の一つである。

拡張式アンカーには金具等の部材が取り付けられるが、請求項５の発明はこの点を具体化している。すなわち、請求項５の発明は、請求項１〜４のうちのいずれかにおいて、前記中空軸はその他端部が前記施工場所の外側に露出するように設定されており、中空軸のうち少なくとも施工場所の外側に露出する部位に固定用雄ねじを形成しており、前記固定用雄ねじに螺合するナットで他の部材を取り付け可能になっている。
請求項６の発明は、
施工場所に空けられた下穴に先端から挿入される中空軸と、前記施工場所の外側から前記中空軸の内部にねじ込まれるボルトと、前記中空軸の内部のうち前記ボルトよりも先端側の部位に抜け不能に配置された多数個の金属製ボールの群とを備えており、
前記中空軸に、前記ボルトがねじ込まれると前記ボールの群によって押し広げられる拡径部を形成している構成であって、
前記中空軸の拡径部は、軸方向に長いスリットを周方向に複数本設けることによって形成されており、かつ、前記拡径部の内周面はストレート部を有しており、前記ボールの群は、前記ストレート部に位置したまま前記ボルトで押されるように配置されている。
また、請求項７の発明は、請求項３〜６のうちのいずれかにおいて、前記ボールの群は異なる大きさのボールによって構成されている。

請求項１の発明では、拡径部は中空軸のうち先端よりも手前側の部位に位置している。従って、拡径部はラッパ状に広がるのではなくて、軸心と直交した方向に膨れ変形する。そして、この膨れ変形した部分が施工場所（コンクリート）の下穴に食い込み、その結果、引き抜きに対する抵抗が発揮される。

そして、本願発明では、膨れ変形した部分が施工場所を潰すようにして食い込むためと思われるが、拡径部を施工場所に深く食い込ませても、施工場所を軸心と直交した方向に押す押圧力は、さほど大きくならないと推測されるのであり、これにより、コーン破壊を防止しつつ、高い引き抜き抵抗を確保し得る。

また、本願発明の特徴の一つは、拡径部の長さを長くできることであり、拡径部を長くしつつ施工場所に深く食い込ませ得ることは、引き抜きに対する抵抗（すなわち締結強度）の増大に大きく貢献していると云える。

本願発明の拡張式アンカーはこのような特徴があるので、トンネルや建物のコンクリート製天井部に部材を吊支する場合の締結具として、特に好適である。更に、本願発明では、施工場所が経時的に摩損等して拡径部の引っ掛かり力が低下したら、ボルトをねじ込んで拡径部を広げることにより、引き抜き抵抗を回復させることができる。このため、引き抜き抵抗を適切な値に保持するトルク管理も容易である。なお、ボルトがずり下がっている場合は、ボルトを元の深さに押し戻してから拡径部を広げ直すのが好ましい。

本願発明の拡張式アンカーは、ボルトをねじ戻す拡径作用部材は容易に戻り移動し得るため、いったん取り付けた拡張式アンカーを、拡径部の弾性に抗して抜き外すことも容易である。従って、不要になったアンカーを取り外したり、新品と交換したりすることも容易である。

拡径部の形成手段として第２発明のようにスリットを形成すると、拡径部の膨らみ変形を確実化できて好適である。また、拡径部がスリットによって周方向に複数に分断されていると、施工場所に対して食い込みやすくなって、施工場所への引っ掛かりを良くすることができる。従って、コーン破壊を防止しつつ高い締結強度を得ることを、確実化できると云える。

金属製ボール（特に鋼球）はベアリング等の様々な分野で多用されており、市販品も多い。従って、請求項３のように拡径作用部材として金属製ボールを使用すると、入手が容易であると共に、専用の製造装置を不要にしてコストを抑制することも可能になる。

更に、拡径作用部材として金属製ボールを使用すると、金属製ボールは拡径部に対して内側から点接触するため、拡径部は全周に亙って均等に押されるのではなくて、周方向の特定の部位が金属製ボールによって外側に押される。このため、拡径部が施工場所に対して食い込む面積が小さくなって、施工場所に食い込みやすくなる。つまり、拡径部は、いわば、施工場所を潰しながら施工場所に深く食い込みやすくなる。これにより、施工場所に対する押圧力を抑制した状態で、高い引っ掛かり力を確保できると云える。

従って、拡径作用部材として金属製ボールを使用することは、コーン破壊を発生させることなく高い締結強度を確保するという点でも有益であると云える。

拡径部の長さ（軸方向の長さ）は、必要とされる引き抜き抵抗に応じて設定したらよいが、請求項４のように、少なくとも中空軸の外径の２倍の寸法に設定すると、拡径部を膨らませることが確実化できるため、高い引き抜き抵抗（締結強度）の確保をより確実化できると云える。

例えばトンネルの天井部に使用する吊支用拡張式アンカーの場合、所定の引き抜き抵抗が維持されているかは非常に重要な要素である。従って、引き抜き抵抗の大きさを、定期的に又は必要に応じて随時点検して、低下している場合は設定値に回復させるべきである。この点検作業は、ボルトをトルクレンチで回転操作することで行えるが、ボルトをトルクレンチで回転させるために部材を一々取り外さないとすると、点検作業は非常に面倒なものになる。

これに対して請求項５の発明を採用すると、拡径作用部材を押圧動するボルトの頭を施工場所の外側に露出させたままにしておけるため、天井板や天井枠等の部材を拡張式アンカーで吊支したままで、ボルトをトルクレンチで回転操作できる。このため、拡張式アンカーが所定の引き抜き抵抗値を維持しているかどうかを検査して、低下している場合は回復させるというメンテナンス守作業を、ごく簡単に行うことができる。

メンテナンス作業としては、トルクレンチでボルトを回転操作することに代えて、トルクリミッタ付き（或いはクラック付き）の動力式レンチを使用して、回転操作をトライすることも可能である。この場合は、引き抜き抵抗が低下しているとボルトが回転し、所定の引き抜き抵抗が維持されている場合はボルトは回転しない。従って、作業性は非常に良い。

（Ａ）は第１実施形態の側断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ視断面図、（Ｃ′）は別例の断面図、（Ｄ）は（Ａ）のＤ−Ｄ視断面図、（Ｅ）は拡径している状態を示す図、（Ｆ）は部材を取り付けた状態の図である。 （Ａ）は第２実施形態の側断面図、（Ｂ）は第３実施形態の側面図、（Ｃ）は第４実施形態の側面図、（Ｄ）は第５実施形態の側面図である。 （Ａ）は第６実施形態の一部破断側面図、（Ｂ）は第７実施形態の部分側面図、（Ｃ）は第８実施形態の一部破断側面図、（Ｄ）は（Ｃ）のＤ−Ｄ視断面図、（Ｅ）は第９実施形態の一部破断側面図である。 （Ａ）は第１０実施形態の側断面図、（Ｂ）は第１１実施形態の一部破断側面図、（Ｃ）は第１２実施形態の側断面図、（Ｄ）は第１３実施形態の側断面図である。 （Ａ）は第１４実施形態の側断面図、（Ｂ）は第１５実施形態の側断面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ視断面図、（Ｄ）は第１６実施形態の側断面図、（Ｅ）は第１７実施形態の要部側断面図、（Ｆ）は（Ｅ）のＦ−Ｆ視断面図である。 図３（Ａ）に示した拡張式アンカーの使用例を示す図である。 本願発明の効果を検証した試験を示す図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は拡径部の好適な膨らみ状態を示す図、（Ｄ）は第１８実施形態の断面図、（Ｅ）は第１９実施形態の断面図、（Ｆ）は第２０実施形態の断面図、（Ｇ）は第２１実施形態の断面図である。

(1).第１実施形態（図１）
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１に示す第１実施形態を説明する。拡張式アンカーは、コンクリート製の施工場所１の下穴２に挿入される中空軸３を備えている。中空軸３は、下穴２に深く入り込んでいる一端部を先端部３ａと定義して、それと反対側の他端部を基端部３ｂと定義しており、中空軸３の基端部３ｂには、六角又は円形のフランジ（或いは頭）４を設けている。

中空軸３にはその全長にわたって中空穴５が空いているが、先端部３ａのある程度の範囲では、中空穴５は小径部５ａになっている。先端部３ａは、中空穴５の小径部５ａが存在しない中実の構成にしてもよい。同一系の中空穴５を全長にわたって形成して、先端部３ａをプラグで塞いでもよい。小径の穴があいたコイルパイプを伸線して中空軸３を形成することも可能であり、この場合は、小径部５ａは素材の内径として残っており、他の部分はドリル加工等で内径を拡径することになる。中空軸３の素材は、必要に応じて選定したらよい。トンネル用アンカーのように高い耐久性・防錆性が求められる場合は、ステンレス製を採用するが好ましい。メッキのように表面処理されたスチールも好適である。

中空軸３のうち先端部３ａよりも手前側のある程度の範囲には、軸方向に長い４本のスリット６が周方向に等間隔で形成されており、このスリット６を設けた部位が、軸心と直交した方向に膨れ変形可能な拡径部７になっている。従って、スリット６は、中空軸３の先端部３ａには至っていない。また、スリット６は中空軸３の内外に連通している。スリット６は、例えばミーリングカッターによって加工できる。

スリット６の数は任意に設定可能であり、（Ｃ′）に例示する例では６本のスリット６を形成している。拡径部７の軸方向の長さは、中空軸３の外径の２倍程度に設定している。拡径部７の肉厚が薄い場合は、拡径部７の長さが中空軸３の外径の２倍以下であっても、容易に変形させることができる。

中空軸３の中空穴５のうち拡径部７よりも手前側（基端３ｂの側）には、雌ねじ８が形成されており、この雌ねじ８に六角穴付きのボルト９を外側からねじ込んでいる（雌ねじ８は拡径部７まで至っていてもよい。）。そして、ボルト９と先端部３ａとの間には、拡径作用部材の一例として、多数個の金属製ボール（鋼球）１０を配置している。ボール１０の外径は中空穴５の内径よりもやや小径に設定されており、図示の例では、各ボール１０は同じ外径になっている。もとより、ボール１０の外径を中空穴５の内径と殆ど同じに設定することも可能である。

また、ボルト９でボール１０を押圧していない状態では、ボール１０の群の一部は拡径部７よりも基端の側に位置している。中空軸３において、その外径と中空穴５の内径とは任意に設定できる。すなわち、中空軸３の肉厚は任意に設定できる。中空軸３における拡径部７の内面は、等径のストレート面になっている。

施工場所１への取付けにおいては、（Ｅ）に示すように、中空軸３を施工場所１の下穴２に嵌め込んでから、六角ビット１１でボルト９をねじ込んでいく。すると、ボルト９の群が玉突き的に押されて移動していくが、隣り合ったボール１０が接していることにより、ボール１０は中空軸３の放射方向にも移動しており、これにより、拡径部７は、軸方向に長い範囲にわたって膨れ変形して、施工場所１の下穴２に食い込んでいく。

図１（Ｅ）（Ｆ）において、拡径部７が膨れた状態を実線ではストレート状に表示しているが、ボール１０は互いに押されて、拡径部７のうち強度が弱い部分に位置したボール１０を強く押すように作用するため、実際には、図１（Ｅ）に一点鎖線で示すように、山形（或いは弓形）に膨らむことが多い。つまり、ボール１０が拡径部７に対して点接触するが、拡径部７のうち最も弱い部分に当接したボール１０が他のボール１０で強く押される現象が生じて、山形に変形するのである。拡径部７の長さを短くすると、拡径部７は必然的に山形や弓形に膨らむことになる。

さて、従来の拡張式アンカーは、先端部がラッパ状に広がっており、この広がり状態を図１（Ｆ）の一点鎖線で模式的に示して、拡径部に符号７ａを付している。この場合、拡径部７′の先端は矢印７ｂで示すように移動して、コンクリートより成る施工場所１には、７ｂで示すように押圧力が作用する（圧縮荷重がかかる。）。すると、コンクリートより成る施工場所１に、拡径部７ａで強く押されている部分とそうでない部分との境界が発生して、この境界で滑り現象が生じてコーン破壊に至るのではないかと推測される。更に、拡径部７ａによる押圧力の作用方向７ｂは、アンカーの軸心に対して傾斜しているため、境界面が円錐面を成しやすく、このことが、コーン破壊を促進しているのではないかと推測される。

他方、本願発明の実施形態では、拡径部７の内周面がストレート状であってストレート部に多数のボール１０が配置されているため、拡径部７は山形等に変形する。このため、施工場所１に対しては、その組織を潰しながら食い込む状態になっていて、施工場所１を強く押圧していないと推測される。つまり、本願発明の実施物は、摩擦によって下穴に止まっているのではなくて、食い込みによって引っ掛かっている状態になっていると推測される。これにより、コーン破壊を生じることなく、高い引き抜き抵抗を実現することが可能になる。

また、本願発明の実施形態では、拡径部７は中空軸３の軸心と直交した方向に膨らむため、施工場所１には、押圧力が強く掛かっている部分とそうでない部分との境界が生じることはなくて、施工場所１に作用する押圧力（圧縮応力）は、軸方向に沿って徐々に変化している。この点も、コーン破壊の防止に大きく貢献していると推測される。

六角ビット１１はトルクレンチに装着している。そして、下穴２に対する拡径部７の突っ張り力はボルト９のねじ込みトルクと比例関係にあるので、ボルト９をトルクレンチで締め込んで、所定のねじ込みトルクになったら回転を停止させる。拡径部７が膨れた状態では、ボルト９は雌ねじ穴８に深く入り込んでいる。このため、雌ねじ穴８に締結ボルト１２をねじ込むことにより、部材１３を中空軸３の基端面に固定することができる。従って、ボルト９は全体が雌ねじ穴８が入り込んで、雌ねじ穴８には外側からボルトをねじ込みできる状態でないといけない。

拡張式アンカーの使用態様は、施工場所の状態に応じて任意に設定できる。下穴２が構造物の天井面に空いている場合は、中空軸３に下方から吊りボルトをねじ込んで、吊りボルトで天井板等の各種部材を吊支したらよい（この例は後述する。）。拡径部７の長さは、中空軸３の長さや必要とする引き抜き抵抗等に応じて任意に設定したらよい。

(2).第２〜５実施形態（図２）
次に、図２に示す第２〜５実施形態を説明する。図２のうち（Ａ）に示す第２実施形態は、中空軸３の基端３ａにフランジを備えていないものであり、他の構成は第１実施形態と同じである。拡径部７は台形状に膨らんだ状態に表示しているが、実際には、図１（Ｅ）の一点鎖線で示したように山形に膨らむことが多い。

図２のうち（Ｂ）に示す第３実施形態と（Ｃ）に示す４実施形態とは、中空軸３の外周に下穴に食い込む係合用雄ねじ１５を形成している点で共通している。（Ｂ）の例は、中空軸３の基端３ｂにフランジ４を形成しており、（Ｃ）の例は、フランジ４は形成せずにストレート構造になっている。係合用雄ねじ１５は、ピッチをねじ山の幅の数倍の値に設定することにより、施工場所１の下穴２に食い込みやすくすることができる。高さを変えた複数状のねじ山を形成することも可能である。

係合用雄ねじ１５を形成した場合、図２（Ｂ）のようにフランジ４を形成して、このフランジを六角のようにスパナ（レンチ）で回転させ得る角形に形成すると、下穴２への中空軸３のねじ込みを容易に行うことができる。

図示の形態では、係合用雄ねじ１５は拡径部７よりも手前側の部位に形成しているが、拡径部７の全体に及ぶように形成することも可能である。拡径部７まで係合用雄ねじ１５を形成すると、拡径部７が膨れることによって係合用雄ねじ１５が下穴２に強く食い込むため、引き抜き抵抗を格段に向上させることができると推測される。

図２（Ｄ）に示す第５実施形態では、拡径部７に環状突起１６を多数形成している。環状突起１６は、断面が直角三角形状で傾斜面が先端部３ａの側に位置するように形成している。従って、引き抜きに対して高い抵抗を発揮する。環状突起１６に代えて螺旋突起を形成することも可能である。或いは、拡径部７の外周にローレット加工を施すことも可能である。

(3).第６〜９実施形態
次に、図３に示す第６〜９実施形態を説明する。図３のうち（Ａ）に示す第６実施形態では、中空軸３のうち基端側のある程度の範囲に、ナット１７がねじ込まれる固定用雄ねじ１６を形成している。従って、固定用雄ねじ１８はメートルねじになっている。

この実施形態では、部材１３には固定用雄ねじ部１６が嵌まる取り付け穴１９が空いており、部材１３はナット１７で施工場所１の表面に押さえ固定される。また、ボルト９はその全体を中空軸３の内部に入り込ませる必要はないので、頭付きのものを使用できる。また、部材１３を固定したままで、ボルト９を操作して拡径部７を膨れ変形させることも可能である。

図３のうち（Ｂ）に示す第７実施形態は第６実施形態の変形例であり、この例では、中空軸３にフランジ４を設けて、フランジ４の外側に固定用雄ねじ１６を形成し、固定用雄ねじ１６と反対側に係合用雄ねじ１５を形成している。フランジ４は、六角等の角形であるのが好ましい。

図３のうち（Ｃ）（Ｄ）に示す第８実施形態では、中空軸３の外周に係合用雄ねじ１５を形成した場合において、中空軸３の基端部に、六角等の角形ビット１１が嵌まる係合穴２０を形成している。従って、フランジ４は不要になる。

図３のうち（Ｅ）に示す第９実施形態では、拡径部７を膨らませるためのボルト９として六角穴付きのものを使用して、拡径部７を膨らませた状態でもボルト９が中空軸３の外側に露出するように設定して、ボルト９に部材１３を嵌め入れてナット１７で固定している。従って、この実施形態では、拡径部７を膨らませるためのボルト９を、部材１３の取り付け（固定）に利用している。そして、ナット１７を緩めることにより、ボルト９の回転操作（トルクの調整）を簡単に行える。また、ナット１７は、ボルト９の緩み止めの役割も果たしている。

(4).第１０〜１３実施形態（図４）
図４に示す実施形態では、中空軸３には全長にわたって中空穴５が形成されており、中空穴５の全長に亙って雌ねじ８を形成して、先端部からストッパーボルト２１をねじ込んでいる。この実施形態では、中空軸３としてパイプを使用できるため、コストダウンに貢献できる。雌ねじ８は、拡径部７を挟んだ両側のみに形成してもよい。スリット６をミーリングカッター２２で加工している状態も表示している。図ではミーリングカッター２２が動く状態を表示しているが、中空軸３を移動させてもよい。この実施形態においても、中空軸３の基端部３ｂに、図３（Ａ）のような固定用雄ねじ１６を形成できる。

スリット６の形成手段としては、プレスによる打ち抜きも採用可能である。すなわち、中空筒３の内部に溝付きのロッドを挿入して、外側からパンチをロッドの溝に向けて移動させることにより、スリット６を打ち抜き形成することができる。中空筒３の先端部を塞ぐ手段としては、ストッパーボルト２１のねじ込みに代えて、潰し加工も採用できる。

図４（Ｂ）に示す第１１実施形態では、拡径部７の外周面に細かいピッチで波形の凹凸２３が形成されている。この実施形態は図２（Ｄ）に類似しているが、図２（Ｄ）との違いは、拡径部７に多数の溝を形成することで凹凸になっている点であり、従って、下穴２への挿入に際して突起が抵抗になることはない。かつ、拡径部７が膨れると、突起が下穴２に食い込んで高い引き抜き抵抗を発揮する。

図４（Ｃ）に示す第１２実施形態では、２つの拡径部７が軸方向に分離して形成されている。この構成では、２か所の拡径部７が軸方向に隔てた状態で下穴２に突っ張るため、非常に高い引き抜き強度を発揮すると推測される。拡径部７は、軸方向に隔てた３か所以上に形成することも可能である。また、複数の拡径部７の長さを互いに異ならせることも可能である。

図４（Ｄ）に示す第１３実施形態では、拡径作用部材としてボール１０を使用した場合において、外径が異なるものを使用している。この実施形態では、ボール１０の群を拡径部７の内面にできるだけ分散して突っ張らせることができるため、スリット６で分断された複数の部分がそれぞれ膨れ変形しやすくなると云える。

(5).第１４〜１７実施形態（図５）
次に、図５に示す第１４〜１７実施形態を説明する。このうち（Ａ）に示す第１４実施形態では、拡径作用部材として、互いに重なり合った多数（複数）の椀状部材２４を使用している。椀状部材２４の外周と内周とは、ともに同じ方向に傾斜したテーパ面２５，２６になっているが、内側テーパ面２５の傾斜角度が、外側テーパ面２６の傾斜角度よりも小さくなっている。また、中央部を除いた部分は放射状に延びる複数本（４本）のスリットで分断されている。従って、椀状部材２４は、外径が広がるように変形し得る。

そして、椀状部材２４の群をボルト９で中空軸３の先端部３ａに向けて押圧すると、各各椀状部材２４が広がり変形して、拡径部７を膨らませる。各椀状部材２４の外周は断面凸状に湾曲しており、拡径部７に線接触する。

図５（Ｂ）（Ｃ）に示す第１５実施形態では、拡径作用部材が、環状に曲げた非連続のリング状部材２７の群と、隣り合ったリング状部材２７の間に配置したボール（鋼球）２８とで構成されている。リング状部材２７は断面円形の線材を曲げることで形成されており、殆ど円形に近い形態である。但し、一端と他端とは繋がっていないため、ボール２８の押圧作用によって広がり変形する。

この実施形態では、各リング状部材２７で拡径部７を周方向にわたって均等に押し広げることができるため、拡径部７が下穴２に片当たりすることを防止して、非常に高い引き抜き抵抗が発揮されると云える。

図５（Ｄ）に示す第１６実施形態では、ボルト９とボール１０との間にロッド１９を配置している。従って、ボルト９は短いものを使用できると共に、雌ねじ穴８の加工の手間も軽減できる。

図５（Ｅ）（Ｆ）に示す第１７実施形態では、拡径作用部材として、軸方向にジグザグに曲がった波形部材３０が使用されている。波形部材３０は、周方向に４等分されている（３等分や５等分以上でもよい。）。このため、波形部材３０は、ボルト９で押圧されると長さが縮むことによって外径は大きくなり、その結果、拡径部７を膨らませることができる。

波形部材３０で囲われた部分にはストッパーロッド３１を設けており、このストッパーロッド３１の存在により、波形部材３０は、外径が広がるように変形する。ストッパーロッド３１はボルト９に一体に又は別体に設けており、ボルト９のねじ込みにより、中空軸３の先端部３ａに設けた穴３２をスライドする。この実施形態でも、スリット６で分断された各部位を均等に膨らませることができる。

(6).使用例（図６）
図６では、図３（Ａ）に示した拡張式アンカーの使用例を具体的に表示している。すなわちこの使用例では、拡張式アンカーは例えばトンネルの天井部１′に使用されており、中空軸３の基端部に設けた固定用雄ねじ１６が天井面の下方に露出している。そして、溝形の吊り金具３３の上片３３ａをナット１７で天井面に固定し、吊り金具３３の下片３３ｂに吊りボルト３４を取り付けている。吊りボルト３４では、天井板や天井枠が吊支される。

拡径部７を広げるボルト９として、頭に六角穴を設けたソケットボルトが使用されており、頭は天井面の下方に露出している（角形頭のボルトも使用可能である。）。中空軸３が適切な引き抜き強度を維持しているか否かは、トルクレンチ３５でボルト９を回転してみることで把握できる。その場合、ボルト９が回転することなくトルクレンチ３５の数値が所定値を維持している場合は、適切な引き抜き抵抗を維持しているので、特段の措置は要しない。

他方、トルクレンチの数値が所定値に至らないのにボルト９が回転する場合は、施工場所１に対する拡径部７の引っ掛かり力が低下している。そこで、トルクレンチの値が所定値まで上昇するように、ボルト９を回転操作する。このように、中空軸３の基端部に固定用雄ねじ１６を形成しておくと、吊り金具３３を取り外さなくても、拡張式アンカーのメンテナンス（引き抜き強度の管理）を行うことができる。このため、メンテナンス作業を容易かつ能率良く行える。

なお、拡径部７を広げるボルト９として、頭無しの六角穴付きボルトや、外接円がねじ山の外径と等しいか小さい四角頭のボルトなども使用可能であり、これらのボルトを使用すると、ナット１７のねじ込みが全く影響を受けない利点がある。

(7).試験結果
本願発明者は、本願発明の実施品の性能の検査を行った。これを図７に表示している。図７（Ａ）（Ｂ）では、試験に使用したサンプルを表示している。サンプルは第１実施形態と類似したものであり、外径は１０ｍｍ、全長は６０ｍｍ、中空軸の内径は約６ｍｍであり、ボルト９は８ｍｍのものを使用した（８ｍｍの雌ねじの下穴の内径が中空軸の内径になっている。）。

Ａタイプの実施例サンプルは、拡径部７の長さは約２５ｍｍであり、中空軸３は全長にわたって同径であり、先端部は閉じている。Ｂタイプの実施例サンプルは、先端部の約８ｍｍを絞っており、従って、拡径部７の長さはＡタイプよりも短くなっている。両サンプルとも、拡径作用部材として外径が相違する複数の鋼球を使用した。すなわち、ボルト９に近い側から順に、６ｍｍを１個、４．５ｍｍを３個、５ｍｍを３個、６ｍｍを１個配置した。

比較例として、（Ｃ）に示す従来品（市販品）Ｃを使用した。この従来品Ｃは、全長と外径は両サンプルと同じであり（６０ｍｍ、１０ｍｍ）であり、中空軸Ｃ１のうち先端側の部位に、４本のスリットＣ２が先端に開口するように形成されている。従って、スリットの個所がラッパ状に広がる拡径部Ｃ３になっている。中空軸Ｃ１には、基端からピンＣ４が挿入されている。ピンＣ４の先端部はテーパ状になっており、ピンＣ４を叩き込むと拡径部Ｃ３が広がる。従って、この比較例Ｃは、引き抜き抵抗は一定になる。

ＡタイプのサンプルとＢタイプのサンプルとを２本ずつ製造して、ボルト９のねじ込みトルクを変えて、引き抜き抵抗を計測してみた。その結果を（Ｅ）のグラフに示している。すなわち、（Ｅ）において、横軸のＦはボルト９のねじ込みトルクであり、縦軸のＳは引き抜き抵抗である。施工場所となる対象品は、コンクリートブロックを使用した。

Ａ１は、Ａタイプで拡径部７の外周にローレット加工を施したもの、Ａ２は、Ａタイプで拡径部７の外周が平滑なノーマル品である。Ｂ１は、Ｂタイプで拡径部７の外周にローレット加工を施したもの、Ｂ２は、Ｂタイプで拡径部７の外周が平滑なノーマル品である。ローレット加工は、細かいピッチの斜め格子模様を採用した。

（Ｅ）のグラフには、ボルト９のねじ込みトルクが大きくなるほど、引き抜き抵抗が増大することが明瞭に表れている。このことから、ボルト９のトルクを管理することにより、所望の引き抜き強度に管理できることが理解できる。また、ローレット加工を施すとやや引き抜き抵抗が高いこと、及び、ＡタイプとＢタイプとでは有意なほどの違いは見られないことも理解できる。

図７（Ｄ）のグラフは、引き抜き試機械を使用して、拡張式アンカーを引っ張ったときの、拡張式アンカーのずれ量と引き抜き抵抗との関係を表示している。すなわち、（Ｄ）のグラフにおいて、横軸は拡張式アンカーの軸方向のずれ量、縦軸は引き抜き抵抗を示している。

試験には、Ａ１タイプにおいてボルト９を２０ＫＮｍでねじ込んだものと、Ａ１タイプにおいてボルト９を８ＫＮｍでねじ込んだもの、及び、比較例Ｃを使用した。いずれにおいても、アンカーの引き抜き抵抗にはピークが存在していて、ピークを越えると、引き抜き量に応じて引き抜き抵抗が減少している。これは、推測の範囲内であると云える。

他方、（Ｄ）のグラフにおいて特筆すべきは、比較例Ｃは、９ｍｍ強のずれ移動に伴ってコンクリートがコーン破壊を起こしてそれ以上の引っ張りが不可能になったのに対して、本願発明の実施品では、いずれもコーン破壊は起こしていない点である。特に、２０ＫＮｍでねじ込んだサンプルは、比較例Ｃよりも高い引き抜き強度を有しているにもかかわらず、施工場所のコーン破壊を起こしていないが、このことは、本願発明の実施品がコーン破壊の防止の非常に有益であることを示している。

この実験は本願発明者が簡易に行ったものであるが、本願発明の特徴は明瞭に表れていると云える。今後、各種要素の寸法などを選定することにより、より優れた実施品を提供できるものと確信する。Ａ、Ｂタイプにおいて、前端と後端とに６ｍｍのボールを１個ずつ配置し、両者の間に３ｍｍのボールを３０個配置したものも作成した。このものの引き抜き抵抗は測定していないが、スリット６で分断された各部位がそれぞれほぼ均等に膨らんでいた。

異なる外径のボール１０の配置態様としては、拡径部７の内径とほぼ同径の大径ボールを多数個配置して、拡径部７のうち軸方向の略中間部に位置した個所において、隣り合った大径ボール間に小径ボールを複数個（例えば４〜６個）配置することが考えられる。この例では、複数個の小径ボールが２つの大径ボールで挟まれて放射方向に押しやられることにより、スリットで分断された各部位が均等に膨らむと推測される。

(8).更なるバリエーション
図７のサンプルＡ，Ｂを検証したところ、拡径部７は周方向の一部のみに大きく膨らんでいた。このことから、引き抜き抵抗増大のためには、拡径部７は必ずしも全周にわたって均等に膨らむ必要なく、むしろ、深く食い込むことが重要であると推測される。

この場合、図８（Ａ）に示すように、拡径部７が、軸方向の位置と周方向の位置とを変えて大きく膨らむと、施工場所１の圧縮応力増大を抑制しつつ（従ってコーン破壊を防止しつつ）、高い引き抜き抵抗を得ることができると推測される。なお、図８（Ａ）の実施形態では、部材１３は、拡径部７を膨らませるためボルト９で施工場所１に固定されている。

拡径部７が４本のスリットで分断されている場合は、図８（Ｂ）に示すように、４つの部分が周方向の位置と軸方向の位置を交互に変えて膨らみ変形し、拡径部７が３本のスリットで分断されている場合は、図８（Ｃ）に示すように、３つの部分が周方向の位置とを軸方向の位置を交互に変えて膨らみ変形することが理想的であると推測される。２つの膨らみが、軸方向の同じ位置において軸心を挟んだ反対側に位置していても、コーン破壊を生じることなく高い引き抜き抵抗を確保できると推測される。

拡径作用部材としてボール（鋼球）１０を使用すると、ボール１０がどのような態様で拡径部７に内部から当接するか一定していない。従って、拡径部７を軸方向に隔てた複数個所において膨らませることが困難になりやすい。この点に対する対策の一例として、図８（Ｄ）に示す第１８実施形態では、拡径部７の内部に、補助部材３６を挿入して、補助部材３６を介して拡径部７を膨らませている。

すなわち、補助部材３６は、拡径部７のうちスリットで分断された各部位に対応して周方向にずれない状態で配置しており、かつ、各補助部材３６に、軸方向にずらした状態で外向き突起３６ａを設けている。補助部材３６は容易には変形しない強度を有しており、ボルトでボール１０の群が押されると、各補助部材３６が放射方向に押されて、各補助部材３６の突起３６ａによって、拡径部７の各部分がそれぞれ膨れ変形する。

図８（Ｅ）に示す第１９実施形態では、少なくとも拡径部７を楕円形に形成して、薄肉部と厚肉部とが周方向に分離するように４本のスリット６を形成している。この実施形態では、薄肉部が集中的に変形するため、拡径部７を左右対称状に膨らませることが容易になると推測される（ボールは２つの薄肉部に対して、軸方向に隔てた部位で当接するので、対称状に膨らんでも、その膨らみは軸方向にもずれると推測される。）。

また、図８（Ｆ）の第２０実施形態では、拡径部７を真円に形成した場合において、スリット６の間隔を異ならせることにより、拡径部７に、容易に変形する部分を形成している。この場合も、拡径部７を左右対称状に膨らませることが容易になると推測される。

さて、例えば壁に打ち込むアンカーで部材を固定する場合は、部材の荷重は下向きになるので、拡径部７が上向きに膨らんでいると引き抜き抵抗は高いと云える。そして、図８（Ｅ）や（Ｆ）の形態では、拡径部７の膨らみ方向が一定になっているため、中空軸３を所定の姿勢に設定しておくことにより、拡径部７の膨らみ方向を所望の方向に向けることができる。この点、（Ｅ）（Ｆ）の利点の一つである。

図８（Ｇ）に示す第２１実施形態では、中空軸３に前後２本のピン３７，３８を挿入し、両者の間にボール１０を複数個配置している。ピン３７，３８は、先窄まりの先端部を有する砲弾形に形成されており、先端が対向するようにして配置されている。従って、手前のピン３８をボルトで押し込むと、ボール１０は、ピン３７，３８の挟圧作用によって周方向に一列に並び、その状態で軸心と直交した外側に移動する。従って、拡径部７を膨らみ位置を正確に設定できる。

ボール１０の個数は、例えば、３〜１０個程度に前提できる。この実施形態では、２つのピン３７，３８が当接すると、ボルト９はそれ以上ねじ込みできなくなるため、拡径部７が過剰に膨らむことも防止できる。換言すると、本実施形態では、ボルト９のねじ込み最大トルクの制御も行える。ピン３７，３８の先端は、円錐形や台錘形、或いは、図とは逆に外向き凹状に湾曲した形態に設定することも可能である。

この（Ｇ）の態様と（Ｅ）又は（Ｆ）の態様とを組み合わせると、拡径部７を１８０度隔てた反対側に膨らませるが容易になる。３本のピンを使用して、隣り合ったピンの間にそれぞれボール１０を配置することも可能である。この場合は、２つの拡径部７を軸方向に隔てて形成し、２つの拡径部７をそれぞれボールで広げることができる。従って、図８（Ａ）の態様を容易に実現できる。ピンを４本以上使用して、軸方向に異なった３個所以上において膨らませることも可能である。

（Ｇ）の第２１実施形態では、手前のピン３８の外周面に環状溝３９を形成して、この環状溝３９に、脱落阻止手段の例とてＯリング（或いは輪ゴム）４０を嵌め入れている。Ｏリング４０は弾性変形した状態で中空軸３に嵌まっているため、簡単には脱落しない。従って、組み立て時に不注意でボール１０が離脱することを防止できる。施工後にボルト０を抜き外しても、ピン３７，３８やボール１０が脱落することもない。

(9).その他
本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、拡径作用部材は図示したものには限らないのであり、ボルトの押し作用によって拡径部に内側から突っ張るものであれば、広く使用できる。従って、弓形に湾曲した線材や、コイルばねのような螺旋状に巻かれた部材なども使用できる。螺旋状に巻かれた部材を使用する場合、断面形状を三角形や台形にすると、高い拡径作用を発揮できると云える。

また、中空軸の抜け防止を高める手段としては、多数の突起を拡径部の外周面に形成することも可能である。吊り金具等の部材は、中空軸に予め溶接しておいてもよい。耐熱性のような問題がない場合は、中空軸や拡径作用部材、ボルトを樹脂製とすることも可能である。拡径部は、多数の穴を空けたり、スリットを薄肉部に変えることによっても形成できる。

ボール等の拡径作用部材の抜け落ち防止手段としては、例えばゴム等の軟質材からなるプラグを中空軸に挿入することも可能である。プラグはボルトで押し潰されるため、ボール等の押し込み機能には問題はない。また、ボルトを抜き外しても、プラグは中空軸の内部に保持されているため、ボール等の拡径作用部材の抜け落ちも阻止できる。

他の抜け落ち防止手段としては、金属製のプラグを使用して、プラグの外周に形成した環状溝に、Ｏリング等の弾性環状体を嵌め込むことが可能である。この場合は、ボール等の拡径作用部材は、プラグを介してボルトで押圧される。

本願発明は、実際に拡張式アンカーに具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ 施工場所
２ 下穴
３ 中空軸
３ａ 先端部
３ｂ 基端部
４ フランジ
６ 中空穴
７ 拡径部
８ 雌ねじ部
９ 拡径部を広げるためのボルト
１０ 拡径作用部材の一例としての金属製ボール
１２ 部材締結用のボルト
１３ 拡張式アンカーによって取り付けられる部材
１５ 下穴に食い込む係合用雄ねじ
１６ 固定用雄ねじ
１７ ナット
２４ 拡径作用部材の一例としての椀状部材
２７ 拡径作用部材の一例としてのリング状部材
３０ 拡径作用部材の一例としての波形部材
３３ 吊支金具
３４ 吊りボルト
３５ トルクレンチ

Claims (7)

1. 施工場所に空けられた下穴に先端から挿入される中空軸と、前記施工場所の外側から前記中空軸の内部にねじ込まれるボルトとを備えており、
   前記中空軸のうち前記下穴に入り込んでいる箇所に、膨れ変形可能に弱化された拡径部が、前記中空軸の先端よりも手前に位置するようにして形成されており、かつ、前記中空軸の内部に、前記ボルトのねじ込みによる押し作用によって拡径部を放射方向外側に押しやる拡径作用部材が配置されている、
   拡張式アンカー。
2. 前記中空軸の拡径部には、軸方向に長いスリットが周方向に隔てて複数本形成されている、
   請求項１に記載した拡張式アンカー。
3. 前記拡径作用部材は多数個の金属製ボールの群で構成されており、前記ボールの群が前記ボルトで押されて放射方向外側に移動することにより、前記拡径部が膨れ変形することが許容されている、
   請求項１又は２に記載した拡張式アンカー。
4. 前記拡径部の軸方向の長さは、前記中空軸の外径の少なくとも２倍の寸法である、
   請求項１〜３のうちのいずれかに記載した拡張式アンカー。
5. 前記中空軸はその他端部が前記施工場所の外側に露出するように設定されており、中空軸のうち少なくとも施工場所の外側に露出する部位に固定用雄ねじを形成しており、前記固定用雄ねじに螺合するナットで他の部材を取り付け可能である、
   請求項１〜４のうちのいずれかに記載した拡張式アンカー。
6. 施工場所に空けられた下穴に先端から挿入される中空軸と、前記施工場所の外側から前記中空軸の内部にねじ込まれるボルトと、前記中空軸の内部のうち前記ボルトよりも先端側の部位に抜け不能に配置された多数個の金属製ボールの群とを備えており、
   前記中空軸に、前記ボルトがねじ込まれると前記ボールの群によって押し広げられる拡径部を形成している構成であって、
   前記中空軸の拡径部は、軸方向に長いスリットを周方向に複数本設けることによって形成されており、かつ、前記拡径部の内周面はストレート部を有しており、前記ボールの群は、前記ストレート部に位置したまま前記ボルトで押されるように配置されている、
   拡張式アンカー
7. 前記ボールの群は異なる大きさのボールによって構成されている、
   請求項３〜６のうちのいずれかに記載した拡張式アンカー。

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