JP4053087B2 - 組積造用アンカー - Google Patents

Description

本発明は、拡開タイプの基礎用ないしは組積造用のアンカー（masonry anchor）に関し、より詳細には、かかるアンカーに使用するための拡開スリーブに関する。
従来の拡開タイプの組積作用アンカーは、スリットを有する、金属で形成されている筒状の拡開スリーブから成り、前記スリットは、スリーブの内端部（inner end：アンカー埋込み時に最深側となる端部）すなわち前端部（forward end：アンカー埋込み時に前側となる端部）から、スリーブに円周方向に間隔を空けて設けられた開口部まで、長手方向に延びている。スリーブはボルトの軸部を覆うようにして取り付けられており、このボルトの軸部の前端部には、スリーブの内径よりも大きな外径を有する円錐形要素が設けられている。使用時、このアンカーがドリルで基礎ないしは組積造に空けられた円筒形の空洞部の中に差し込まれてから、ボルトを締め付けることで、円錐形要素をスリーブの内端部分に引き入れる。この動作で、スリーブの内端部分は、外方に向かって拡開し、穴の円筒壁面に堅固に定着される。
上記タイプの組積造用アンカーは、本願出願人のオーストラリア特許第５５９２８５号（１８１９１／８３）明細書において詳しく説明されている。この以前の特許明細書で説明されている構造においては、拡開スリーブに周方向に間隔をあけて形成された開口部は、端部が丸くされた矩形形状であり、各開口部の長軸は、スリーブの軸平面に対して鋭角に延びている。この角度は一般的に軸平面に対して約２０°〜４５°の間である。開口部の形状は、ボルトを締め付けている最に拡開スリーブの軸線方向収縮を起こすようなものとされている。軸線方向長さの収縮は、スリーブの後端部ないしは外端部を内端部ないしは前端部に向けて移動させる周方向に間隔のあいた開口部の変形によって、引き起こされる。この拡開スリーブの軸線方向収縮は「潰れ（pull-down）」と呼ばれる。この潰れ特性を組み込んだ一つの理由は、例えば少し曲がった構成要素をクランプするとき存在する可能性がある、クランプされる対象物と組積造の表面との間の間隙を取り除くことを可能とするためである。もう一つの理由は、アンカーの最終の締付けが、スリーブの圧縮ではなく、構成要素と組積造の表面との間の高い圧縮あるいはクランプ力に転換され得るためである。構成要素と組積造の表面との間の高い圧縮あるいはクランプ力は、構成要素が反復される負荷に曝される場合、特に重要である。
本願発明者らは、このタイプの組積造用アンカーを実施する中で行った綿密な調査の結果として、アンカーの最終取付トルクよりかなり低いトルク、特に最終トルクの３０〜５０％で起こることが、潰れ、即ち拡開スリーブの軸線方向収縮にとって有利であるということを見出した。この効果をもたらす形状の場合、与えられたトルクの最初の部分は、スリーブの内端部内に円錐形拡開要素を引き入れように働き、スリーブを拡開させ、穴の中にアンカーを設置する。その後に更に与えられたトルクにより、スリーブの軸線方向の収縮による潰れが起こり、構成要素は、組積造の表面にきっちりと噛み合うように引き込まれ、それから、ボルトに高い軸線方向負荷を作り出すために、残りの５０％あるいはそれ以上のトルクが使用されて、該トルクは、構成要素と組積造の表面との間の圧縮負荷に直接転換され、スリーブの更になる軸線方向収縮により、該トルクが受け入れられる。該軸線方向収縮は、比較的小さいが、構成要素を引き下げるために起こった収縮より非常に低い。
本願出願人の前記の特許明細書に記載されたスリーブの形態は、効果的な潰れ特性を有してはいるが、場合によっては、スリーブの軸線方向収縮の結果として生ずる潰れは、かけられたトルクが十分にその範囲の上部に達するまで起こらない可能性がある。特に、このタイプのアンカーは、広範囲のサイズで製造され、またアンカーのそのサイズ範囲に対して、拡開スリーブの直径の範囲は、数ミリから２０ミリあるいはそれ以上に及んでいる。実際上、設計段階で、想定される負荷と、それにより想定される潰れが起こると思われるトルクと、また可能な最大限の潰れの長さを正確に決定することが困難であることが立証された。またこのタイプの情報が正確であると経験的に断定することは、該範囲内で生産されている各サイズとタイプのスリーブの広範な試験によってのみ可能である。
そこで、本願発明者らは、スリーブに周方向に間隔を空けて形成されている開口部の形状を改善することで、設計段階で、より容易に予測可能で且つ決定可能であるばかりでなく、アンカーに与えられる可能性がある全トルクの範囲内のやや低いところで潰れ特性を起こすことが可能である潰れ特性を有するスリーブを設計することができることを見いだした。
本発明によれば、組積造用アンカーのための拡開スリーブであって、両端部間の中間部に、周方向に間隔をおいて設けられた複数の開口部と、それぞれ一方の端部から前記開口部の対応するものまで長手方向に延びる複数のスリットと、を有し、前記開口部は、隣合う前記開口部間にランド部が画定されるように形作られ、前記ランド部は、矩形であり且つ鋭角で当該スリーブの軸平面に対して傾斜している軸線を有し、前記ランド部の各々は、スリーブにかかる軸線方向の負荷の結果として変形するように働くストラットを形成し、もってスリーブの軸線方向の長さが収縮するようになっており、前記開口部の各々は、該開口部の縁部の方向の急激な変化により、隣接の前記ストラットが変形を開始する点が画定されるように形作られており、前記ストラットの前記変形は、負荷がかけられた状態で前記点で生ずる応力集中の結果として生ずるものであり、方向の急激な変化は、前記開口部により当該スリーブに画定された開口部付き領域の各軸線方向端部に実質的に相当する位置で生ずるようになっている、拡開スリーブが提供される。
また、本発明によれば、組積造用アンカーのための拡開スリーブであって、両端部間の中間部に、周方向に間隔をおいて設けられた複数の開口部と、それぞれ一方の端部から前記開口部の対応するものまで長手方向に延びる複数のスリットと、を有し、前記開口部は、隣合う前記開口部間にランド部が画定されるように形作られ、前記ランド部は、矩形であり且つ鋭角で当該スリーブの軸平面に対して傾斜している軸線を有し、前記ランド部の各々は、スリーブにかかる軸線方向の負荷の結果として変形するように働くストラットを形成し、もってスリーブの軸線方向の長さが収縮するようになっており、前記開口部は、各ストラットに対して、該ストラットが変形を開始する点であって、該ストラットの各端部での点を画定するように形作られ、前記変形は、負荷がかけられた状態で前記点で生ずる応力集中の結果として生ずるものであり、前記点の各々は、前記開口部により当該スリーブに画定された開口部付き領域の隣接の軸線方向端部の近傍にある、拡開スリーブが提供される。
使用する場合、ストラットの変形が開始されると、ストラットの傾斜は徐々に増加し、該傾斜により、周方向に間隔があけられた開口部の外側のスリーブの部分は、開口部の内側のスリーブの部分に対して回転して、該部分に向けてほぼ螺旋状経路に沿って移動する。
開口部は直線状の形状、例えば、平行四辺形のような三辺形状又は四辺形状として形成される形状とすることができ、その形状においては、応力集中点を画定する方向の急激な変化がコーナー部の点となる。或はまた、開口部は湾曲形状とすることができ、その輪郭の互いに正反対の部分は、当該部分で応力集中を起こすのに十分に小さな半径となる。
本発明のもう一つの態様によれば、ボルトの軸部に取り付けられてる上記の拡開スリーブと、ボルトの軸部の内端部に取り付けられた拡開要具とから成る組積造用のアンカーが提供される。拡開要素は、アンカー設置時にスリーブの内端部分内に引かれた場合に、スリーブの内端部分を外方に拡開するよう、ほぼ円錐形である。
開口部の形状は、アンカーの定着が生ずべき所定のトルク負荷よりも相当に小さなトルク負荷でスリーブの軸線方向収縮を生じるようにストラットが変形されるような形状となっていることが有効である。ストラットが変形を開始するるようにようになっていることである。本発明の好ましい実施形態では、その形状は、スリーブの軸線方向収縮を起こすストラットの変形が、前記の所定のトルク負荷の約３０〜５０％で起こるような形状となっている。
以下、単に例示としての発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の好ましい実施形態に基づく組積造用アンカーの斜視図である。
図２は、図１で示されているアンカーの拡開スリーブの側面図である。
図３は、図２で示されたスリーブの拡大図である。
図４のａ〜ｃは、それぞれ、非収縮状態、部分的収縮状態と完全な収縮状態のスリーブを示す斜視図である。
図５は、比較を目的としたオーストリア特許第５５９２８５号明細書に記載のスリーブの拡大図である。
図６〜図８は、本発明に基づくもう一つの実施形態の拡大図である。
本発明の好ましい実施形態に基づくアンカーは、内端部に円錐形拡開要素２を有するボルトと、ボルトの軸部に取り付けられ円錐形要素２の外側に配置される金属製の拡開スリーブ４とから成り、円錐形膨張要素２の最大直径は、拡開要素２がスリーブの内端部に向かって引き込まれた場合にスリーブの内端部を径方向外方に拡開させるために、スリーブ４の内径より小さい。スリーブ４の拡開は、スリーブの長手方向における中間部にて円周方向に間隔を置いて設けられた複数の開口部６と、各開口部からスリーブの内端部に延びている長手方向のスリット８との協働により可能となる。このスリットにより、スリーブ４の内端部分は複数のセグメント１０に分割され、これらのセグメント１０は、円錐形拡開要素２がスリーブ４の内端部に引き入れられると、外方に移動される。スリーブ４は、筒形の曲げられた金属帯板から形成されており、図１と図４に示すように、スリットの一つは折り曲げられた帯板の対向する１対の縁部で画定されている。そのスリットは、製造を容易にするために、関連する開口部６を越えてスリーブの外端部まで外側に連続しているが、その部分以外は、開口部６の外端部とスリーブの外端部の間のスリーブの領域１２が連続している。ボルトは、その外端部でナット１４を支持するスタッド型（図のとおり）とすることができるが、その場合、円錐形拡開要素２はボルトの軸部と一体である。或はまた、ボルトは、その外端部で六角形の頭部又は他の頭部を有するものでもよく、その場合には、拡開要素２は軸部の内端部に螺着される。何れの場合も、ボルト頭部あるいはナットを回すと、前記で説明したとおり、穴の中にアンカーを設置すべく、拡開要素２が拡開スリーブ４内に引き入れられる。
上述したように、本発明は、スリーブ４に円周方向に間隔をあけて設けられた開口部６の形状と形態に関するものであり、以下、更に詳しく説明する。
図３に示すように、各開口部６は矩形であり、当該開口部の長軸はスリーブの軸平面に対して傾斜している。隣合う開口部の各対はランド部で仕切られており、このランド部はストラット１４を形成している。ストラット１４は、スリーブの軸平面に対して鋭角、好ましくは２０°〜４５°で傾斜している。図３の展開した形態において、ストラット１４は互いに平行である。ストラット１４は、開口部６の軸線方向外側にあるスリーブの領域１２と、開口部６の軸線方向内側にある領域１６との間を効果的に連結している。各ストラット１４は、アンカーを設置するのに必要な回転の方向を斟酌して、ストラットの外端部がストラットの内端部を誘導するように傾斜している。スリーブの長さの軸線方向収縮は、一連のストラット１４の変形の結果として起こり、この変形により、各ストラットの傾斜は徐々に増加し、ストラット１４の軸線方向外側のスリーブ部分（即ちスリーブの領域１２）は、ストラット１４の軸線方向内側のスリーブ部分（即ちスリーブの領域１６）に対して回転する。この動作は図４のａ〜ｃに示されている。なお、図４のａは収縮前のスリーブを示し、図４のｃは完全に収縮した状態を示し、図４のｂは中間の形態を示している。収縮中にストラット１４が徐々に増加する傾斜の様子は、この三つの図において明確に見ることができる。
アンカーの最大トルク負荷が生ずる相当前にスリーブの軸線方向収縮を起こすために、言い替えれば、前記の最大トルク負荷の３０〜５０％の範囲内にあるときにスリーブの収縮を起こすために、適切なストラットの長さを定めることが必要である。しかしながら、スリーブの所定長さに対しては、実際には、ストラットを画定している開口部を含む領域１８の最大長さがある。一方で、開口部付き領域の外端部とスリーブの外端部との間の距離は、アンカーが設置されたとき、アンカーの剪断強度を最大限にするために、剪断面（組積造の外面とクランプされる構成要素の内面との間の係合面に一致する面）が開口部付き領域と外端部との間のスリーブの中実部分（領域１２）の範囲内に確実に存するのに十分でなければならない。開口部付き領域が外端部の近くまで延びている場合は、剪断面は開口部を横切り、ボルトによってのみ剪断は対抗され、ボルトとスリーブの結合の効果によっては該剪断は対抗されない。他方では、開口部付き領域の外端部とスリーブの内端部との間の距離に関しては、比較的狭い選択幅しかない。この距離は、スリーブの横断する剛性、言い替えればスリーブの径方向の拡開に抗する耐久性に影響を与える。一方で、スリーブの直径を大きくしないで、手あるいは機械の何れかの、アンカーの組立ができるようにするために十分な剛性がなければならないが、他方で、スリーブの剛性は、穴内の適所に配置したとき、アンカーの簡単な設置を妨げるほど大き過ぎてはならない。また、開口部付き領域の内端部とスリーブの内端部との間の距離は、アンカーが完全に設置された状態で、円錐形要素が開口部付き領域に入り込まないようにするのに十分な大きさでなければならない。
開口部付き領域１８の所定長さに対して、開口部を適切な形にすることでストラットの長さを最大限にすることができることを、本願発明者らは見いだした。本願発明者らは、ストラットが変形したとき、変形が始まる臨界点が、ストラットの後縁（及ぼされるトルクの方向における後側の縁部）でのストラット外端部分の点、及び、この点に対して正反対の点、即ちストラットの前縁（及ぼされるトルクの方向における前側の縁部）でのストラット内端部分の点である、ということを見いだした。開口部がかなりの程度に丸みを帯びて形成されている前記オーストラリア特許明細書に開示された構造において、本願発明者らは、変形の発生が開始される互いに正反対の点が、図５（本願出願人の以前の特許発明によるスリーブを示す）におけるｘとｙでマークされている開口部の直線状部分の端点であり、またこれらの点の間の軸線方向の距離が効果的なストラット長さを決定するということを見いだした。更に、本願発明者らは、変形が開始される点の実際の位置がスリーブの寸法範囲の全体にわたり変化し、この事実が、ストラットの変形とその後のスリーブの軸線方向収縮が起こる力の決定における予見不能性を説明しているということを見いだした。本願発明者らは、互いに正反対の位置にて開口部の縁部の向きが急激に変化することができるよう開口部を形作ることで、これらの影響を克服した。かかる位置で、この急激な向きの変化は応力集中を生じさせ、これにより、その位置でストラットの変形が開始される。従って、ストラットの変形が開始される互いに正反対の実際の点は、開口部の形状の結果として正確に決定され、このことから、設計段階で、かなりの精度で、軸線方向収縮が開始されるトルクを決定することができる。
以前の特許発明のスリーブにおいて圧潰が開始されるｘとｙを示している図５から、開口部の外端部からかなり離れた点で変形が開始されることと、また従って効果的なストラットの長さが、開口部同士の間で画定されているランド部の実際の長さよりかなり小さいこととが明確に分かるであろう。有効ストラット長のこの短かさが、以前の設計で、トルクが十分かけられるまで軸線方向の収縮が起こらなかった理由の一つである。
本発明の好ましい実施形態において、開口部の輪郭の縁の方向で急激な変化が起こる点であって、変形が開始される点を決定する点は、開口部付き領域１８の所定長さに対する有効ストラット長を最大にするために、開口部の軸線方向の先端にほぼ位置決めされている。図１〜図４の実施形態に示すように、各開口部６は平行四辺形であり、これにより、輪郭の方向での急激な変化は、外側コーナーと、正反対の内側コーナーとで生じ、これらのコーナーは、マークしている如く、２つの隣合う開口部間で画成されるストラットの変形開始点ｘ，ｙを決定する。このように形成された変形開始点は、開口部６により画定されている開口部付き領域１８の互いに対向する軸線方向端部の近傍にあることは、理解されよう。また、実際には、一の開口部の隣合う側部間で画定されているコーナーが鋭くなく、少し丸みを帯びているが、この丸みが、開口部の縁部の方向が急激に変化する領域を示すものと見なすことができるコーナー部分での応力の集中を妨げないことが、理解されよう。
図１〜図４に示す実施形態において、開口部６は直線形であるが、開口部６が直線形であることが本発明にとって必ずしも必要不可欠ではなく、ストラットの変形が始まる応力集中点を作り出すために、互いに正反対の点の位置で、開口部の縁の方向で急激に変化することのできる他の形態も採用することができる。他の可能な形態の例としては図６〜図８に示されており、二つの開口部の間で画定されているストラットに対する応力の集中が起こる点がｘとｙのマークを付けて図示されている。これらの変形態様のそれぞれにおいては、ストラットの有効長を最長にするために、変形が開始される開始点が、開口部により画定されている開口部付き領域１８の軸線方向端部のそれぞれの近傍にあることが分かるであろう。
これらの実施形態は、一例としてのみ説明されたものであり、本発明の範囲内で、その変形は可能である。

Claims (8)

1. 組積造に形成された孔に設置するための組積造用のアンカーにおいて、ボルトの軸部に取り付けられる拡開スリーブと、前記ボルトの前記軸部の内端部に取り付けられた拡開要素と、を備え、
   前記拡開要素は、該拡開要素が当該アンカー設置の際に前記スリーブの内端部分内に引き入れられた場合に、前記スリーブの前記内端部分を外方に拡開して前記孔の内壁に係合するように略円錐形となっており、
   前記スリーブは、両端部間の中間部に、周方向に間隔をおいて設けられた複数の開口部と、それぞれ一方の端部から前記開口部の対応するものまで長手方向に延びて前記スリーブの周の拡張を促進する複数のスリットと、隣合う前記開口部間に位置する矩形部と、を有し
   前記矩形部は、前記スリーブの軸平面に対して鋭角で傾斜している軸線を有し、
   前記矩形部の各々は、スリーブにかかる軸線方向の負荷の結果として変形するように働き、もってスリーブの軸線方向の長さが収縮するようになっており、
   前記開口部の各々は、該開口部の縁部の方向の急激な変化により、隣接の前記矩形部が変形を開始する点が画定されるように形作られており、前記矩形部の前記変形は、負荷がかけられた状態で前記点で生ずる応力集中の結果として生ずるものであり、前記方向の急激な変化は、前記開口部により当該スリーブに画定された開口部付き領域の各軸線方向端部に実質的に相当する位置で生ずるようになっており、
   前記矩形部は、当該矩形部の軸線に平行に延びる一対の側部を有し、
   前記開口部は、前記矩形部の軸線に平行に延びる一対の側部と当該スリーブの軸線方向に直交する方向に延びる一対の端部とを有し、
   前記開口部の長さに対する前記矩形部の幅は、前記スリーブが完全に収縮したときに、変形した前記矩形部の前記一対の側部のそれぞれが、変形した前記開口部の、対応する前記端部に隣接するように定められている、
   ことを特徴とする組積造用のアンカー。
2. 各矩形部は互いに対向する前記側部を備え、対応の応力集中の点が、一方の側部上であって、該矩形部の一方の端部にあり、且つ、他方の側部上であって、該矩形部の他方の端部にある、請求項１に記載の組積造用のアンカー。
3. 前記矩形部の前記一方の端部は、実質的に、アンカーを設置するための回転方向において、該矩形部の前記他方の端部を導き、前記一方の側部は、実質的に、アンカーにトルクをかけることにより該アンカーを設置するための回転方向において、他方の側部を引っ張る、請求項２に記載の組積造用のアンカー。
4. 前記開口部は、実質的に直線状の側部を有する閉じられた形状により画定されており、前記応力集中が生ずる点が、前記開口部のコーナー部にある、請求項１〜３のいずれか１項に記載の組積造用のアンカー。
5. 前記形状が平行四辺形であり、応力集中点が前記開口部の互いに正反対のコーナー部にある、請求項４に記載の組積造用のアンカー。
6. 前記開口部は、前記一対の側部と前記一対の端部と一対のコーナー部とを有する閉じられた形状により画定され、前記コーナー部は湾曲形状であり、前記コーナー部は応力集中を生じさせる半径を有している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の組積造用のアンカー。
7. 前記開口部は、隣合う前記開口部の間に位置する矩形部が、当該アンカーの定着が生ずべき所定のトルク負荷よりも小さなトルク負荷で、前記スリーブの軸線方向収縮を生ずるよう変形を開始するような形状を有している、請求項１〜６のいずれか１項に記載の組積造用のアンカー。
8. 前記開口部の前記形状は、スリーブの軸線方向収縮を起こす前記矩形部の変形が前記所定のトルク負荷の約３０〜５０％で生ずるような形状である、請求項７に記載の組積造用のアンカー。

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