(57)【要約】【課題】  鉄筋コンクリート製のトンネルの天井部等のコンクリート穴に、金属部材を永続的な接合力が得られるように１液性エポキシ接着剤で強固に接着する。【解決手段】  インサートアンカー施工ユニット３の金属製の雌ネジ部４の外周面５は、０．８〜１０μｍ周期の凹凸ある粗面を有し、且つ、その粗面上に１０〜３００ｎｍ周期の微細凹凸面があり、その表面は金属酸化物や金属リン酸化物のようなセラミック質の硬質薄層で覆われている。コンクリート壁１のコンクリート穴２に、インサートアンカー施工ユニット３の雌ネジ部４を差し込み、ボルト７により１液性エポキシ接着を押し込み、ヒーター９で加熱硬化させて接着する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．８〜１０μｍ周期の凹凸ある粗面を有し、且つ、前記粗面上に１０〜３００ｎｍ周期の微細凹凸面があり、前記微細凹凸面の表面は金属酸化物、又は金属リン酸化物のようなセラミック質の硬質薄層で覆われている金属、又は金属合金であるアンカー、及び
前記アンカーに着脱自在で、加熱用のヒーターを収納できる穴が開けてあるヒーター埋め込み部材と
からなるアンカー施工ユニットとを用意し、
一方で、コンクリート壁に穴を開け、開けられた穴径は前記アンカーの外径より大きな穴径のコンクリート穴を形成し、
前記コンクリート穴に、前記アンカーを差し込んで前記アンカーの外周部に形成された隙間を１液性エポキシ接着剤で埋めた後、前記ヒーターを前記アンカーの穴に装填して通電して、前記アンカーを加熱して前記１液性エポキシ接着剤を硬化させる
ことを特徴とするコンクリートと金属の接着方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記アンカーは、雌ネジ又は雄ネジが形成されたナット又はボルトであり、前記１液性エポキシ接着剤で埋める前に、前記アンカーと前記コンクリート穴とを仮固定される
ことを特徴とするコンクリートと金属の接着方法。
【請求項３】
本発明１又は２において、
前記アンカー施工ユニットには、前記ヒーターを挿入して配置するためのヒーター挿入穴が開けてあり、前記ヒーター挿入穴に棒状の前記ヒーターが配置されている
ことを特徴とするコンクリートと金属の接着方法。
【請求項４】
本発明１又は２において、
前記アンカー施工ユニットには、前記ヒーターによる前記加熱の温度を計測するための温度計測器が配置されている
ことを特徴とするコンクリートと金属の接着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートと金属の接着物とその接着方法に関する。更に詳しくは、トンネル等のコンクリート構造物にアンカー等の金属部材を固着し、その金属部材に照明、送風設備等を固定するための、コンクリートと金属の接着物とその接着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年話題になった高速道路のトンネルでの天井板の落下事故の原因は、経年変化によるコンクリートに固定されたアンカーボルトの腐蝕、及びアンカーボルトとコンクリートの間の固着力の低下が原因と言われている。この原因は、アンカーボルト穴の周辺部の漏水により、コンクリート自体の劣化、及び植え込まれたアンカーボルト自身の腐食の双方が、接合系を破壊したことにあった。更には、インフラ設備の建設後のそれらの部材の経年変化は、予測されながらも十分な保守管理が充分ではなく、突然の崩壊を生じ大事故を招いた。本発明は、本発明の発明者等が長年研究開発を継続してきた金属とエポキシ接着剤の関係、即ち、金属同士、金属とＣＦＲＰ（Carbon fiber reinforced plastics）、金属とセラミックスをエポキシ接着剤で、強く接着する技術を延長した技術を用いて、上記のような事故を起こさぬ方法について検討した。本発明に至るにあたり、既に知られている情報や関連技術として以下のものがある。
【０００３】
（鉄筋コンクリート）
コンクリートは通水性があり、水に溶け込んだ炭酸ガス、酸素、塩等も通過し得る。コンクリートは塩基性物質であり、通過水が炭酸ガス等を含んだ酸性水であっても塩基性水となり、塩基性水は鋼材を腐食せず鉄筋はそれなりの長期使用に耐える。しかしながら、特に、コンクリートに微少なヒビ割れ等が発生すると、雨水等の通過水の通路となり、この通路部分のコンクリートの水溶性塩基性物質を溶かし切って、中性から酸性化すると鉄筋の腐食が始まる。この腐食は、鉄筋部を膨張させてコンクリートのヒビ割れを大きくし、更に通過水量を増やすことになる。通過水の酸性度が上がると、砂や砂利を繋ぎ止めているセメント部の溶解が起こりコンクリートを脆くするから、遂には鉄筋とコンクリート双方の弱体化が加速的に進む。
【０００４】
このような自然環境下に置かれて、少なくともコンクリートの表面形状と表面部強度を保とうとするのに、最も効果的な方法はコンクリートの表面に塗布される樹脂材をコートする方法が知られている。樹脂材のコートとは、具体的に言えば、エポキシ系床用塗料を使った塗装である。樹脂材でコンクリートをコートすることにより、水の侵入口や出口を閉めて劣化原因物質の通過を大きく抑制する。勿論、鉄筋コンクリートを構成する鉄筋についても、近年はエポキシ塗料でカバーされた塗装鉄筋が普及しており、コンクリート中の通過水対策が取れるようになっている。
【０００５】
（ＮＡＴ）
本発明者等は、過去に発明として、ＮＡＴ（Nano adhesion tech.）理論と命名した接着方法を提唱した（文献１〜９）。この接着方法は、金属片同士、金属片とＣＦＲＰ、金属片とセラミック間の接着力を、ＮＡＴ理論を提唱する以前の約２倍以上にすることを可能にした。ＮＡＴ理論は、金属の表面を接着剤で接合するとき、最適と見られる超微細凹凸形状に形成する技術を含んでおり、且つ、接着剤の種類は原理的に限定されるわけではないが、基本的には１液性接着剤を使用すべきと述べている（使用の便宜性）。最善のＮＡＴ処理（ＮＡＴ理論による化成処理）がなされた金属材は、１液性エポキシ接着剤の硬化物との間で８０ＭＰａ近い接合力が得られる。近年では、自動車航空機等の移動機械製造業にて使用が始まった。又、正しく使用すれば、その接合力の長期耐水性、耐湿熱性は高い。
【０００６】
但し、難点として、１液性エポキシ接着剤を使うために、１５０〜１８０℃の加熱硬化工程が必要であり、工場内での操作としては容易だが、土木現場での施工が困難である。そのために土木分野用の接着剤として、あまり注目されていない。家屋等の建築物、土木構造物等における表面塗装、隙間充填材として通常使用されるのは、２液性硬化塗料、２液性エポキシ接着剤、シリコーンシーリング材等である。これらは、常温付近で数十分から数日で硬化するタイプであり、加熱操作不要の熱硬化性樹脂群である。そして、前述したＮＡＴ処理した金属片を、１液性エポキシ接着剤に代えて、２液性エポキシ接着剤で接着した場合には、残念ながら接着力は半減する。
【０００７】
（棒ヒーターと熱電対）
金属材、樹脂素材、無機材料化学、それに金属加工技術の高度化により、用途が異なるが、高寿命で高温で加熱可能な小型棒ヒーター等が、量産され安価で提供される世の中になった。即ち、直径３ｍｍ以下で、３００℃までも加熱できる棒ヒーター、そしてその温度測定が可能な直径１ｍｍ以下のシーズ型熱電対も量産され市販されており、特殊仕様のものを使用する必要はなく容易に入手できる利点がある。これらがあれば、１液性エポキシ接着剤の現場作業も可能になるはずであるが、本発明者が知る限りでは未だ採用されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＷＯ２００８／１１４６６９
【特許文献２】ＷＯ２００８／１３３０９６
【特許文献３】ＷＯ２００８／１３３２９６
【特許文献４】ＷＯ２００８／１２６８１２
【特許文献５】ＷＯ２００８／１３３０３０
【特許文献６】特開２０１０−０６４３９７
【特許文献７】ＷＯ２００８／１４６８３３
【特許文献８】ＷＯ２００９／０８４６４８
【特許文献９】ＷＯ２００９／１１６４８４
【特許文献１０】特願２０１５−９７７５０
【特許文献１１】特開２０１１−２６４５７
【特許文献１２】特開２０１１−１４８９３７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、中央高速道路の笹子トンネルで天井板が崩落し、痛ましい人身事故が発生した。この検証結果を知り、前述したＮＡＴ理論の提唱者として、このような事故を未然に防ぐための技術的な課題を解決する提案をすべきと、本発明者は考えた。トンネルの天井、側壁等には、例えば、照明機器、送風機、走行表示板等の重量機器を、その機能から天井、側壁等の位置に設置せざるを得ない。事故防止のために、天井、側壁等に接着剤で固着された吊具を完全に規制するのは代替手段がなく、技術的に難しい。このためにコンクリートに接着剤で固着されたボルト等のアンカーに締結された吊具で、重量機器を吊り下げて取り付けざるを得ない。トンネルの天井等に配置される重量機器を、仮に、全て地盤に設置された側壁から立ち上げた骨組み構造物で、支えるとのルールを作ったとしても、コスト面から不適切と判断される。
【００１０】
そこで、天井コンクリートと金属部品である吊具の固着金具との接着を技術的に信頼性の高いものにする。この上で、仮に、設置後１０年は無点検だが、その後は数年に１回点検する等のような明確なルールを定め、手抜き点検が絶対に生じないような規則、システム等を構築することが現実的である。但し、その為には、天井コンクリートとアンカーとの接着力維持、経年劣化の監視は重要である。この接着力維持には、コンクリートを含むコンクリート穴周辺部の表面形状、及び、金属部品の表面形状等を含む接着構造系自体の耐久性が、点検なしに、例えば２０年程度保障できるという技術レベルでなくてはならない。これらの信頼性、モデル検証による保証があってこそ、前述した規則が生きて来る。本発明は、以上のような問題から発明されたものであり、以下の課題を解決するものである。
【００１１】
本発明の目的は、コンクリート穴と、このコンクリート穴に接着される金属製であるアンカーとが接着強度が強く耐久性、信頼性のある、コンクリートと金属の接着物とその接着方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、コンクリート穴と、このコンクリート穴に接着される金属製であるアンカーにおいて、１液性エポキシ接着剤を加熱してボイドの発生を少なくして硬化させる、コンクリートと金属の接着物とその接着方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の更に他の目的は、コンクリート穴と、このコンクリート穴に接着される金属製であるアンカーにおいて、コンクリート穴とアンカーの隙間に確実に１液性エポキシ接着剤を充填することができる、コンクリートと金属の接着物とその接着方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明１のコンクリートと金属の接着方法は、
０．８〜１０μｍ周期の凹凸ある粗面を有し、且つ、前記粗面上に１０〜３００ｎｍ周期の微細凹凸面があり、前記微細凹凸面の表面は金属酸化物、又は金属リン酸化物のようなセラミック質の硬質薄層で覆われている金属、又は金属合金であるアンカー、及び
前記アンカーに着脱自在で、加熱用のヒーターを収納できる穴が開けてあるヒーター埋め込み部材と
からなるアンカー施工ユニットとを用意し、
一方で、コンクリート壁に穴を開け、開けられた穴径は前記アンカーの外径より大きな穴径のコンクリート穴を形成し、
前記コンクリート穴に、前記アンカーを差し込んで前記アンカーの外周部に形成された隙間を１液性エポキシ接着剤で埋めた後、前記ヒーターを前記アンカーの穴に装填して通電して、前記アンカーを加熱して前記１液性エポキシ接着剤を硬化させることを特徴とする。
【００１４】
本発明２のコンクリートと金属の接着方法は、本発明１において、
前記アンカーは、雌ネジ又は雄ネジが形成されたナット又はボルトであり、前記１液性エポキシ接着剤で埋める前に、前記アンカーと前記コンクリート穴とを仮固定されることを特徴とする。
本発明３のコンクリートと金属の接着方法は、本発明１又は２において、
前記アンカー施工ユニットには、前記ヒーターを挿入して配置するためのヒーター挿入穴が開けてあり、前記ヒーター挿入穴に棒状の前記ヒーターが配置されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明４のコンクリートと金属の接着方法は、本発明１又は２において、
前記アンカー施工ユニットには、前記ヒーターによる前記加熱の温度を計測するための温度計測器が配置されていることを特徴とする。
【００１６】
以下、本発明の技術思想を構成する上記の各要素を、更に詳細に説明する。
（金属とエポキシ接着剤間の接着力）
本発明は、金属材とコンクリートとの接着物であるが、これは金属材とエポキシ接着剤間の接着力、及び、コンクリートとエポキシ接着剤との接着力に分割して考えることで理解出来る。本発明では、先ず金属材と１液性エポキシ接着剤間の接着力を最高度に高くすべく、基本的には前述した本発明者等が提唱するＮＡＴ理論を適用する。本発明者等の経験によると、コンクリートと１液性エポキシ接着剤間の接着力は、前述したＮＡＴ理論を適用した金属材と１液性エポキシ接着剤間の接着力よりも劣る。それ故、コンクリートと金属間の１液性エポキシ接着剤による接着操作においては、コンクリート側の表面処理操作を徹底することのみを考え対応すればよく、それ故に最適の作業方法が探し易い。
【００１７】
即ち、ＮＡＴ理論は、この理論に基づいてＮＡＴ処理された金属材同士の１液性接着剤による接着強度を最高の強度にする。更に詳しく言えば、先ず金属片にＮＡＴ処理と称する表面処理をするが、そのＮＡＴ処理とは金属片を、多種多様な形の化成処理をして結果的に、（１）０．８〜１０μｍ周期の凹凸ある粗面にし、（２）この粗面上に、１０〜３００ｎｍ周期（好ましくは、５０〜１００ｎｍ周期）の微細凹凸面があるようにし、更に（３）この微細凹凸面の全表面は、金属酸化物又は金属リン酸化物等のセラミック質の硬質薄層になるようにする処理法のことである。そして、更に２つの必要条件があり、使用接着剤は、（４）１液性接着剤（本発明の場合は、１液性エポキシ接着剤）を使用すべきこと、及び、接着作業工程として、（５）「染み込まし処理」工程を入れること、である。この（４）、及び（５）を含む接着作業そのものを、本発明者等はＮＡＴ接着法と称している。
【００１８】
実際に、前述した（１）〜（５）を完全に実施すると、同金属片同士の接着対でのせん断接着強さは７０〜８０ＭＰａ、引張り接着強さは５０〜８０ＭＰａになる（金属種によって異なる。）ことが判明している。更に加えて、最新の技術によれば、更に詳細な金属材への表面処理を行うことで、せん断接着強さはＮＡＴと同等だが、引張り接着強さが１００ＭＰａになる手法も見出された（特許文献１０参照）。そして、金属種を選べば、そのＮＡＴ理論により接着された金属対（試験片）を高湿度下、冠水下の環境に置いても、その接着力は殆ど低下しない。例えば、８５℃で８５％湿度にした、高温高湿の環境を再現する試験機に数千時間入れても、当初の接着力に近い接着力が観察できる金属種がある。
【００１９】
現時点において、本発明の発明者等の見解では、このような長期の耐湿熱型の機能を有する接着対が可能な表面処理法を確立したのは、アルミニウム、アルミ合金、アルミ鍍金鋼材、チタン、チタン合金、銅、そして、ＳＵＳ３０４とＳＵＳ３１６のステンレス鋼である（本発明者等により、２０１５年６月時点で確立した技術。）。例えば、道路上のトンネル天井に設置する送風機、道路案内板等の基材を、吊り下げ固定するための高強度材として、本発明の発明者等の見解では、前述した金属の中から選ぶのであれば、金属材価格、金属材自体の防錆力等の観点からＳＵＳ３０４ステンレス鋼が好ましい。
【００２０】
（コンクリートとエポキシ接着剤間の接着力に関する理論）
コンクリートは、砂や砂利をセメントペーストで結合したものであり、コンクリート強度はセメントペーストに支配される。即ち、砂や砂利等を骨材というが、骨材とセメントペースト間の接着力が、コンクリートの強度そのものである。ポルトランドセメントの場合、水を加えてセメントペーストとし、更に、骨材を加えて混ぜ合わせ、型枠に打設してから数日かけて固化させる。この間、セメントペーストは、水分を結晶水に変えて固化し固体化する。通常、打設してから２８日間を養生期間とし、好ましい条件で養生すれば、２８日経過時に最高強度のコンクリートに至る。一般に、高強度コンクリートとされる物は、圧縮強度５０〜１５０ＭＰａ、引張り強度５〜１５ＭＰａ、せん断強度１０〜３０ＭＰａである。
【００２１】
コンクリート強度は、一般に前述した圧縮強度を言い、高強度コンクリートの強度は５０ＭＰａ以上等と表現される。しかしながら、本発明と関係するのは、主として引張り強度、及びせん断強度である。即ち、以上から骨材とセメントペースト間の接着力は、引張り接着強さ５〜１５ＭＰａ、せん断接着強さ１０〜３０ＭＰａである。このような接着強度は、ガラスやセラミック材同士を、１液性エポキシ接着剤で接着して得た対（試験片）の接着強度と同レベルであり、それなりの強い接着力ではあるもののＮＡＴ処理済み金属片と、１液性エポキシ接着剤間の接着力より劣る。
【００２２】
（強いコンクリートと金属間の接着力を確保する）
それ故に、コンクリートと金属間の１液性エポキシ接着剤による高い接着力確保のために、必要な条件は金属側になくコンクリート側にある。それ故、コンクリート側は、その表面作成方法（削り出し方法）を選択し、より丁寧に接着すべき面の清掃をしなければならない。即ち、接着すべきコンクリート部は、よく切れるダイヤモンド刃等を備えた切削工具で切削されたものが好ましく、振動を主に使って掘り崩す手法の穴開け法は好ましくない。又、穴開け作業後は、生じた砂やセメント塵等を丁寧に取り除きその表面を清浄に保ち、且つ、熱風等を送り込んで乾燥させる必要である。そうすることで、コンクリートと１液性エポキシ接着剤の間で最高の接着力が得られる。本発明はこの推論を先ず利用すべきと考えた。
【００２３】
（トンネルの天井部に金属部材を接着する接着操作）
しかしながら、むしろ問題は予期した接着強度が、トンネル内の天井部で実際に得られるかという作業ノウハウだと思われる。１液性エポキシ接着剤を使用しての接着操作は、接着理論に近く完全な接着強度にすることは容易ではない。その理由を簡単に言えば、（１）の理由は、接着剤は常温下では高粘度を保つ糊状、ペースト状であり、５０〜９０℃に昇温させると粘度が下がって低粘度液状となり、更に昇温させると重合反応が生じて固化に進む。
【００２４】
要するに、接着剤は昇温の途中で粘度が下がるので、昇温中に接着すべき個所に閉じ込めておかないと、流下して接着面に接着剤が不在になる。天井での操作であれば、この対策が最重要になる。次に（２）の理由は、一般的な１液性エポキシ接着剤は硬化温度が１５０〜１８０℃と高温であり、１液性エポキシ接着剤に含まれる水分、例えば製造工程中に混入する水分、保管中に空中の湿気を吸って含まれる水分、生産工程で含まれた微量の低沸点化合物等、が気化してボイドを作ることである。この対策としては、接着剤層の層厚を可能な限り薄くして、接着面に含まれる接着に不必要な接着剤量を減らすこと、及び、接着剤が存在する箇所を完全に封じて、昇温時に自身の膨張や水分の気化によって、圧力が自動上昇するようにすることである。
【００２５】
これら、本発明者等により、直接的に接着力に影響する接着操作の要点が判明したのは、ＮＡＴや新法が開発され、金属材同士である接着対の引張り接着強さが、最高１００ＭＰａもあると判明したことによる。即ち、ＮＡＴ発明以前には、１液性エポキシ接着剤の接着力は、３０〜４０ＭＰａ止まりとされていた。そのような低レベルの接着力であれば、前述した（１）及び（２）のような注意事項は、重視する必要がなかったわけである。この点、本発明者等は、接着すべき金属材側の形状や構造について、よく検討して後述する仕掛けある形状や構造物にして提案することにした。この構造の金属材を使用して、且つ、本発明者等が指定する操作方法に従って接着操作をすれば、自動的に前述した（１）及び（２）の対策ができる。要するに、本発明は、コンクリート厚板が天井を成す部分において、そこに穴を開けてアンカーである金属材を挿入し、１液性エポキシ接着剤で接着硬化するものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のコンクリートと金属の接着物とその接着方法は、コンクリート穴と、このコンクリート穴に接着される金属製であるアンカーにおいて、接着強度が強く耐久性、信頼性のある、１液性エポキシ接着剤を加熱してボイドの発生を少なくして硬化させる、コンクリート穴とアンカーの隙間に確実に１液性エポキシ接着剤を充填することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明によるコンクリート壁に穴を開けて打ち込むインサートアンカーの施工途中を示す断面図である。
【図２】図２は、金属片同士を接着剤で接着した物の形状を示した接着対であり、その接着対のせん断接着強さを測定するための試験片である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、本発明によるコンクリート壁に、穴を開けて打ち込むインサートアンカーの施工途中を示す断面図である。コンクリート壁面（天井面等）１に、コンクリート用ドリル（図示せず）で、インサートアンカー用のコンクリート穴２を穿孔する。この穿孔後、コンクリート穴２内の切屑等を除去して清掃する。このコンクリート穴２に、インサートアンカー施工ユニット３の雌ネジ部４を挿入する。雌ネジ部４の外周面５は、前述したＮＡＴ理論によるＮＡＴ処理された表面を有する。雌ネジ部４の中のは、貫通孔が形成されており、この内周面には雌ネジ６が形成されている。
【００２９】
雌ネジ６が形成されている貫通孔７には、１液性エポキシ樹脂が充填されている。また、雌ネジ６には、ボルト７の雄ネジ部８がねじ込まれている。直径４ｍｍの棒状のカートリッジヒーター９が、ボルト７の中心に挿入して配置されている。更に、ボルト７には、熱電対１０が挿入されている。熱電対１０は、カートリッジヒーター９で加熱されたボルト７の温度を計測するものである。ボルト７の頭部には、六角スパナ（図示せず）を挿入してボルト７を回すソケット１１が形成されている。
【００３０】
［施工方法］
インサートアンカー施工ユニット３の雌ネジ部４の外周面５は、前述したＮＡＴ理論によるＮＡＴ処理された表面を有する。即ち、この表面は、０．８〜１０μｍ周期の凹凸ある粗面を有し、且つ、その粗面上に１０〜３００ｎｍ周期の微細凹凸面があり、その表面は金属酸化物や金属リン酸化物のようなセラミック質の硬質薄層で覆われている金属、又は金属合金である。一方、コンクリート壁１にコンクリートドリルで、雌ネジ部４の外周面５の外径より大きな穴径のコンクリート穴２を穿孔する。
【００３１】
コンクリート穴２に、インサートアンカー施工ユニット３の雌ネジ部４を差し込み、仮固定する。雌ネジ部４の外径寸法より大きな穴径のコンクリート穴２に、雌ネジ部（一種のナット）４を挿入しても固定できないので、１液性エポキシ接着前が加熱硬化する以前に仮固定を行う。この仮固定は次の方法で行う。即ち、コンクリート穴２と雌ネジ部４の隙間に、砕石片又は金属片等のスペーサ、治具等を差し込む、又は雌ネジ部４をテーパーする等の他の方法で、雌ネジ部４の落下を止めるために仮固定する。更に、天井等の施工では、１液性エポキシ接着前が加熱硬化する前に、その接着剤が漏れないように、２液性エポキシ接着剤、又はシリコーン充填材等の常温で硬化する接着剤で出口部分に詰めて、又はシールテープ等で隙間をシールするとよい。以上、仮固定が完了すると、コンクリート穴２に雌ネジ部４を挿入した状態で、カートリッジヒーター９に通電し、ボルト７を加熱する。そして、このボルト７を回転させて、雌ネジ部４にねじ込む。
【００３２】
このねじ込みにより、雌ネジ６が形成されている貫通孔１５に、１液性エポキシ樹脂が充填されているので、１液性エポキシ樹脂が溢れて、雌ネジ部４の外周面５とコンクリート穴２の隙間を埋める。ボルト７は加熱されているので、１液性エポキシ樹脂も加熱され、所定の温度（例えば、１５０℃以上）になるまで、加熱を続けて１液性エポキシ樹脂を硬化させる。このときの温度は、熱電対１０で測定される。１液性エポキシ樹脂が硬化したら、ボルト７を逆回転させて取り外す。雌ネジ部４には、機器の取り付け用の固定ボルトがねじ込まれる。
【００３３】
［１．金属材］
本発明で使用できる金属の材質は、あらゆる実用的な金属、金属合金材が使用できる。但し、ＮＡＴ処理法が開発されていない金属合金種もある。それらについては、新たに表面処理法の開発が必要である。本発明者等が充分に実験していない金属種は純ニッケル、全く実験していない実用金属種は、錫、鉛、金、銀、純鉄等である。しかしながら、公開していないが数百種の金属合金材に関するＮＡＴ処理法のデータを本発明者らは有している。
【００３４】
［１−１．金属材の形］
図１に例示した雌ネジ部４のようなナットは勿論のこと、植え込みボルト、吊具等、必要な形状の金具を使用できる。即ち、コンクリート製の床、天井等の壁面に穴を開けて、棒状の金属材を挿入し、接着剤接合するのであれば図１のような２部品構造に限定されるわけではない。図１に示した構造を採用せざるを得なかったのは、本発明が必要とされるのはトンネル天井のように、高い位置にあるコンクリート構造体の下向き面に、金属材を確実に接着する操作が最も厄介で難しいからである。
【００３５】
［１−２．各種金属とその化学的表面処理］
表面処理は、前述したＮＡＴ理論に沿ったものであればよい。即ち、必ずしもＮＡＴ理論通りの表面処理法に従っていない新処理法（ＮＡＴ２処理法：特許文献１０に記載の方法）もあり、これらではＮＡＴ処理２条件（前述の（１）及び（２））から多少外れた形状である。しかしながら、これらも本発明で使用できる。要するに、十分高い接着力が生じれば良い。ＮＡＴ理論での表面処理の具体例は、特許文献１〜９に記載されている。ＮＡＴ処理法の標準的手順は、以下である。即ち、（１）脱脂、（２）化学エッチング、（３）微細エッチング、及び（４）表面硬化、の４工程に依っている。
【００３６】
基本的な考え方は、（２）の化学エッチングで表面を清浄にする（汚れや錆を除く）のと同時に、ＮＡＴで要求する（１）のミクロンオーダー周期の粗面を先ず作成することであり、次に、（３）の微細エッチングは化学手法を駆使して、数十ｎｍ周期の微細凹凸面を作成することである。ここまでの処理で、既にミクロンオーダー粗面と数十ｎｍ周期の微細凹凸が成す２重凹凸面形状になる。この２重凹凸面の表面組成物は、金属酸化物又は金属リン酸化物、又は鋼材中のセメンタイトのように、硬質でセラミック質と言える薄い表面硬化膜構造が形成されている場合もある。しかしながら、それでもその表面の硬化膜が薄くて、表面硬化膜構造としては不十分と判断した場合、又は湿気で早々に金属水酸化物（錆）になり易い場合等のとき、その対応のために、上記（４）の表面硬化工程を置くことがあるというものである。
【００３７】
（接着力に耐湿熱性あるＮＡＴ金属接着対）
ＮＡＴ処理した金属片同士を、１液性エポキシ接着剤でＮＡＴ接着したとして、その接着対を８５℃８５％湿度下に置いて、その接着力の経時変化をみると、殆どの金属種で接着力はごく徐々にしか低下しない。これは、ＮＡＴ接着法は「染み込まし処理」を含む故である。「染み込まし処理」とは、１液性エポキシ接着剤に、ＭＩＢＫ等のケトン系溶剤を加えて、低濃度の懸濁液を一旦作成し、これを表面処理済み金属片に塗布し、低温送風乾燥して溶剤を揮発除去する等、金属上の微細凹凸面の超微細凹部の奥底まで接着剤が入り込むようにする手法を指す。
【００３８】
ＮＡＴ接着を行うと、金属と硬化したエポキシ接着剤との隙間はなくなり易い。即ち、ｎｍオーダーの話だが、接着剤硬化物と金属片表面層の間に隙間があれば、接着剤硬化物中を拡散して、この隙間に水分子や酸素分子等が集まり水分子は液相水を作る。この液相水に金属イオンが溶け出すと、これがその後に金属水酸化物（錆）となり、隙間を満たし更に拡大膨張して接着剤硬化物を押上げ新たな隙間を作るであろう。結局は、接着力を減少させて行くことになる。それ故に、隙間生成を抑える「染み込まし処理」は、接着力の長期耐湿熱性を確保する上で非常に重要なのである。
【００３９】
ＮＡＴ処理や新型処理（ＮＡＴ２処理：特許文献１０）にて、生成する金属上の超微細凹凸面の形状にはさまざまである。この超微細凹凸面は、使用する金属種にも関係するが、金属部と接着剤硬化物との間に、僅かながら隙間が残ったとしても、その接着力の長期耐湿熱性が維持され易い物もあり、特定されている。そのような金属種としては、ＮＡＴ２処理や新型のＮＡＴ処理をしたアルミニウム、アルミ合金、チタン、チタン合金、銅、そしてＳＵＳ３０４とＳＵＳ３１６ステンレス鋼である。それ故に、これらを使用すると金属材と１液性エポキシ接着剤の間の接着は、確実な長期耐湿熱性が発現する。本発明者の考えだが、本発明のアンカーに使う金属材としては、ＳＵＳ３０４が適当ではないかと思っている。前記したように、耐湿熱性が得易い点もあるが、強度が十分ありしかもそれほど高価な材料でもない。
【００４０】
［２．コンクリート材］
本発明者等は、トンネル工事者ではなくトンネル用に使うコンクリート材種にある詳細な種々の規定の詳細を知らない。それ故に、本発明ではポルトランドセメントと砂、砂利と水から作成した所謂、高強度コンクリート、即ち、圧縮強度５０〜１５０ＭＰａ、引張り強度５〜１５ＭＰａ、せん断強度１０〜３０ＭＰａの範囲にあるコンクリートを対象物とした。
【００４１】
［３．１液性エポキシ接着剤］
日本国内外で、１液性エポキシ接着剤が多数市販されている。本発明では、これらのほぼ全てが使用できる。即ち、ジシアンジアミド粉体を硬化剤として配合している１液性エポキシ接着剤は前記したケトン系溶剤を使用した「染み込まし処理」に適応しており（後述）、これらが使用できる。幸い、ジシアンジアミド硬化型の１液性エポキシ接着剤が市販品の大部分である。前述したＮＡＴ処理された金属片を、後述の接着手法を用いて接着した接着対（図２参照）を用いて、せん断接着強さを測定した場合、常温下での接着力はこれらの接着剤で、６０〜９０ＭＰａの範囲内であり、多くは７０〜８０ＭＰａだった。要するに、常温下での接着力は、市販されている前記１液性エポキシ接着剤では大差はなく、ＮＡＴ理論による処理物であれば金属種や金属合金種によらない。
【００４２】
本発明者等が常用している１液性エポキシ接着剤は、「スコッチウエルド（登録商標）ＥＷ２０４０（スリーエム  ジャパン株式会社（本社：日本国東京都））」、又は「ＥＰ１０６ＮＬ（セメダイン株式会社（本社：日本国東京都））」、であり、双方共にジシアンジアミド硬化型の物である。又、常温下の接着力のみならず、高温下、例えば１５０℃下での接着力も重要な場合、上記「ＥＷ２０４０」の使用が好ましい。即ち、ＮＡＴ処理したＡ７０７５Ａｌ合金同士のＮＡＴ接着には、この接着剤を使うことで１５０℃下のせん断接着強さ３５ＭＰａを記録した。トンネル火災等も想定すれば耐熱性ある物の使用が好ましい。
【００４３】
［４．接着剤の塗布操作］
ＮＡＴ接着法では「染み込まし処理」という操作が必要だが、これは本発明でも同様である。「染み込まし処理」は、常温で粘度ある１液性エポキシ接着剤の粘度を意図的に下げ、金属片上の超微細凹部にも接着剤が入り込むようにする操作である。具体的には、以下の２方法がある。
【００４４】
（密閉容器を使用する）
金属片の必要個所に接着剤を塗り、予め５０〜７０℃に加熱したデシケータに入れ、真空ポンプで減圧する。数分間減圧したら空気を入れて常圧に戻す。そして再び減圧にする、という減圧／常圧戻し操作を数回繰り返し、その後にデシケータから金属片を出す。元々糊状の接着剤は、一旦液状になったことが明らかな物になっており、この接着剤付き金属片同士をくっつけてクリップ等で固定し、そのまま熱風乾燥機に入れて硬化工程とする。
【００４５】
（ケトン溶剤を使用する）
前述した方法は、金属片が大型だと超大型バッグやオートクレーブが必要となり商業化が困難である。それ故に発案した方法だが、使用する１液性エポキシ接着剤が、ジシアンジアミド硬化型の１液性エポキシ接着剤の場合しか使用できないものに非常に有効である。市販されている１液性エポキシ接着剤の殆どが、ジシアンジアミド硬化型であるから実際にはほぼ全使用できる（特許文献１１、１２）。具体的用法は、以下である。
【００４６】
先ず１液性エポキシ接着剤に、同量以下のＭＩＢＫ（メチルイソブチルケトン）を加えよく混合して低粘度懸濁液とする。金属片の必要個所に、前述した懸濁液を塗り、５０〜６０℃にした温風乾燥機に２０分ほど入れて溶剤を完全揮発させる。これが「染み込まし処理」工程となる。本発明は、このＭＩＢＫ使用の「染み込まし処理」を重視しているが、その理由は実用的であるという理由に加え、染み込み具合は上記の密閉容器法より確実なことによる。温風乾燥機から出した後、金属上の接着剤量が薄い場合は元の接着剤を追加し厚塗りする。そして、接着剤付き金属片同士を接合させて、クリップ等の固定治具で固定し、更に押し付けて接着剤層厚を薄くし、そのまま熱風乾燥機に入れたり、組み込んだ棒ヒーターに通電して加熱し硬化工程に入る。
【００４７】
［５．接着剤の硬化操作（棒ヒーター使用時）］
日本国内の市場にある量産品として、最も細く、且つ、発熱部が短く発熱量もそれなりに大きな物としてシーズ径２．３ｍｍφ、発熱部長さ２０ｍｍ、最大発熱量１０Ｗのものがある。それ故に、金属部に開ける穴径は最小で２．５ｍｍφ、その穴深さは２０ｍｍ以上とすべきだろう。金属部の最小の大きさは、この穴部を設けた上で強度的に支障のない設計にすべきである。更に言えば、金属部の温度調節をする上で、熱電対の挿入口を設けるべきであり、市販のシーズ型熱電対は最も細い物で０．１５ｍｍφであり、直径０．３ｍｍφの穴を設ければ温度測定が可能である。又、市販の極細ドリル刃を使えば、０．３ｍｍ径で穴深さ１０ｍｍまでなら加工は容易である。
【００４８】
［６．シーリング材］
（トンネル天井部に開けた穴にリベット状物を差し込み固定する）
コンクリート天井に適切な穴を開け、図１に示した形状のインサートアンカー施工ユニット３に、１液性エポキシ接着剤を充填して穴に押し込んでも、そのままでは落下するからコンクリート欠片等を隙間に押し込んで仮固定する。その後、インサートアンカー施工ユニット３の雌ネジ部４に、ねじ込まれたボルト７をねじ込んで、１液性エポキシ接着剤を押し出すのであるが、その前に下部に開いた隙間を封じなければならない。その簡易的封止に常温硬化する接着剤や封止材（シーリング材）が必要である。
【００４９】
（封止操作と穴開け）
シールテープなどでシールしても良いが、シリコーンシーリング材が最も適していると思われる。接着操作の最後の工程は、１液性エポキシ接着剤の加熱硬化工程になり、シール部分にも１７０℃程度の高温がかかるので、それなりの耐熱性あるシール材が必要となるが、２液性エポキシ接着剤を使うほどのこともないと思われる。シリコーンシーリング材は、多種類が生産販売されており、１液性常温硬化型で、且つそこそこ耐熱性ある物が市販されている。この作業自体は、特別注意すべき点はない。下水管の繋ぎ目封止の作業と同様に、円周型の隙間を十分に詰めればよい。
【００５０】
シーリング材が封止操作後１日程度経過して固化したとして、その封止物に注射針を差し込み封止漏れ個所を敢えて作るのもよい結果を生むことが多い。即ち、接着剤による封止に、図１形状のインサートアンカー施工ユニット３の雌ネジ部４にボルト７をねじ込んで接着剤を溢れさせ、雌ネジ部４とコンクリート穴２の間の空間の全てを、接着剤で埋めたいのだが元々あった空気を逃がさねばならない。上述した封止がもし完全封止に至っており、且つ、コンクリートに、空気の逃げ道がなければ空気の行き場所がないことになる。通常、トンネル天井面等を成すコンクリート厚壁の上面に空隙があったり、強い水圧がかかっていなければ、コンクリート自身に僅かながら通気性があるので注射針を刺して意図的に空気の逃げ道を作る必要もない。それ故にこれは現場判断である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、本発明の実施の形態を実施例によって説明する。
（ａ）電子顕微鏡観察
ＳＥＭ型の電子顕微鏡「Ｓ−４８００（株式会社日立ハイテクノロジーズ（本社：東京都）製）」及び「ＪＳＭ−６７００Ｆ（日本電子株式会社（本社：東京都）製）」を使用し１〜２ＫＶにて観察した。
（ｂ）走査型プローブ顕微鏡観察
「ＳＰＭ−９６００（株式会社島津製作所（本社：京都府）製）」を使用した。
【００５２】
［リベット状物の形例］と［接着作業例］
図１に、インサートアンカー施工ユニット３とその雌ネジ部４が、コンクリート製天井に開けたコンクリート穴２に差し込まれ仮固定された様子を示した。実際の作業に当たっては、図１に示した２部品からなるインサートアンカー施工ユニット３を機械加工で作成する。金属材としてＳＵＳ３０４ステンレス鋼を使用するものとした。
【００５３】
雌ネジ部４を、以下の液処理工程で、耐湿熱型のＮＡＴ処理をした。即ち、槽に市販のアルミ用脱脂剤１０％を含む水溶液（６０℃）を用意し、前記部品を５分浸漬し水洗した。次いで別の槽に、１．５％濃度の苛性ソーダを含む水溶液（４０℃）を用意し、これに前記部品を１分間浸漬して水洗した。次いで別の槽に、５％濃度の硫酸と１％濃度の１水素２弗化アンモンを含む水溶液（６５℃）を用意し、雌ネジ部４を８分浸漬し水洗した。次いで別の槽に、３％濃度の硝酸水溶液を用意し、雌ネジ部４を３分浸漬し水洗した。次いで別の槽に、１％濃度のアンモニア水を用意し、雌ネジ部４を３分浸漬し水洗した。次いで別の槽に、５％濃度の亜塩素酸ソーダと１０％濃度の苛性ソーダを含む水溶液（５５℃）を用意し、雌ネジ部４を５分浸漬し水洗した。これらを８０℃に設定した温風乾燥機に１５分間入れて乾燥した。
【００５４】
もう一方の部品の中側部品は、機械加工による油分や指脂を除くべく以下の洗浄処理をした。即ち、浸漬槽に、市販のアルミ用脱脂剤１０％を含む水溶液（６０℃）を用意し、前記部品を５分浸漬し水洗した。次いで別の槽に、１．５％濃度の苛性ソーダを含む水溶液（４０℃）を用意し、これに前記部品を１分間浸漬して水洗した。これらも８０℃に設定した温風乾燥機に１５分間入れて乾燥した。何れの部品もアルミ箔、又はＯＰＰフィルム袋に入れて保管した。
【００５５】
１２ｃｍ厚さの鉄筋コンクリート製の天井板に対し、その鉄筋が含まれていない部分に図１の様に８１ｍｍ深さまで直径３１ｍｍで超鋼型コンクリート用ドリル刃を使って鉛直上方に削り取った。次いで高圧水を５ｍｍ径パイプで送り込み削りカスを排除した。次にドライヤーを使い熱風を穴の最上部に３０分送付し続け乾燥した。
【００５６】
一方、紙コップに１液性エポキシ接着剤「スコッチウエルドＥＷ２０４０（スリーエム  ジャパン株式会社）」を数ｇ取り、溶剤ＭＩＢＫ（メチルイソブチルケトン）を同量取って１本箸でよく混ぜて懸濁液状にした。そして台所用手袋を装着し、前記のリベット状物の外側部品の上下部をつまんで外側面全面に前記懸濁液を筆で塗った。これを温風乾燥機に入れて５５℃×２０分送風加熱し溶剤を揮発させた（もし現場に小型温風乾燥機を持ち込むことが出来なければ送風外気に１時間程度放置することでもよい）。次いでこれに中側部品をねじ込んで図１に示したリベット状物の姿にし、上部に出来たへっこみ部分に１液性エポキシ接着剤「ＥＷ２０４０」を詰め込み、そしてこの接着剤を満杯にした後、リベット状物をコンクリート穴に奥まで差し込んだ。
【００５７】
そして下部に出来たリベット状物と穴の隙間に砕石片３〜４個使って差し込みインサートアンカー施工ユニット３が落下しないよう仮固定した。次いでシリコーンシーリング材「ＰＯＳシールスピード（セメダイン株式会社（本社：東京都）製）」を使い隙間部を埋めた。即ち、隙間部の深さ１０ｍｍ位をシール材で埋まるようにした。そして翌日まで放置し硬化させた。
【００５８】
シーリング材が硬化していることを指押しで確認し、次いでインサートアンカー施工ユニット３の中側部品をねじってゆっくりと押し込んだ。シーリングが完全であると隙間部分は加圧状態になり、押し込みのボルト７を廻して反力が感じられる。その場合はしばらく休んでから、再びねじ回しをして反力が先程より減っていれば再びねじ回しを進めた。遂にねじ回し反力が減らなくなったなら、シーリング材に注射針を刺して空気が排出されるかを確認する。空気が出れば、更にねじ込んで押し込む。そして最後まで押し切ったらそれで終了とするが、押し切る前にねじ回しによる反力が高くなり、注射針を抜いて先に接着剤が針を詰まらせていたならば、更に１周だけ、ボルト７をねじ込んでこの操作を終える。
【００５９】
リベット状物にある穴に棒ヒーター、細穴に熱電対を装填し、通電して１７０℃×６０分の加熱操作をする。常温から１７０℃への昇温中にシーリング部が緩んでリベット状物が落下する可能性もあるのでその事故を防ぐ為に下床から棒状物でリベット状物下部を支えるようにしておけば万全である。
【図１】
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【図２】
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