(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーステナイト系ステンレス鋼線材を素材とし、４〜９回の伸線加工を行って総伸線加工率６０〜９０％、引張強さ１２００〜１７００ＭＰａ（メガパスカル）となる棒材を形成し、先端部に砲弾型形状を形成し、基端部に軸径よりも大径な頭部を形成するものであって、上記頭部は、首下部から頭部外縁に向ってファイバー・フローを同一方向に連続させ、上記首下部は、上記頭部と軸部をアール形状で連続させたことを特徴とする芯棒打込み式アンカーの打込み用芯棒。
【請求項２】
素材が、オーステナイト系のＳＵＳ３００系、ＳＵＳＸＭ７、ＳＵＳＸＭ１５Ｊ１のステンレス鋼線材であることを特徴とする請求項１に記載の芯棒打込み式アンカーの打込み用芯棒。
【請求項３】
素材のカーボン含有量が、０．０２〜０．０６％であることを特徴とする請求項２に記載の芯棒打込み式アンカーの打込み用芯棒。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、「あと施工アンカー」において、金属拡張アンカーに分類される芯棒打込み式アンカーの打込み用芯棒に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
芯棒打込み式アンカーは、アンカー本体、芯棒、アンカー本体に螺合されるナット、座金で構成され、アンカー本体と称する穴加工された軸に芯棒の先端部を挿入し、アンカー本体より出ている芯棒の基端部をハンマー等で叩打してアンカー本体のコンクリートに埋め込まれた先端部分の拡張部を開き、コンクリートの孔壁に喰込ませて固着するアンカーである。図１Ａは芯棒打込み式アンカーの本体と芯棒の一例を示し、図１Ｂは芯棒を本体にセットした状態を示している。
【０００３】
アンカーに使用する素材は、鋼製とステンレス鋼製があるが、安価で施工性の良い鋼製の方が多く使用されている。鋼製のアンカー本体は、快削鋼、冷間圧造用炭素鋼等の生材が使用されている。又、芯棒は、アンカー本体から突出させる基端部をハンマー等で打撃を加えアンカー本体のコンクリートに埋め込まれた先端部分を拡張するため、基端部はハンマー等の衝撃でへたりが少なく角部が欠けたり飛んだりしないものがよく、又、もろさが無い所謂「靭性」が必要である。
【０００４】
芯棒の形状は、基端部がハンマー等により打撃されるので、施工向きが上向き、横向き、下向等により、芯棒の真芯からずれて打撃されることも多いので、アンカー本体の外径が６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ、１２ｍｍなどの多量に使用される小中サイズの場合は、基端部に軸径より大きな頭部を形成することが多い。なお、頭部の形状は図１Ｂに示す台形型に近く、頂部の各角には鋭角のないアール形状に加工されるのがよい。特に頭部と軸部がつながる所謂首下部分には打撃による応力集中が加わるので、頭部と軸はアール形状でつなげ応力集中を小さくするのがよい。
【０００５】
又、芯棒打込み式アンカーの施工時の打込み回数は、アンカーのサイズ、コンクリートの圧縮強度等により複数回に及ぶが、打込みの度に基端部及び先端部分には衝撃力が加わるので、芯棒は衝撃に強く折れたり破損したりしない硬さと同時に相反する靭性が要求される。さらに又、芯棒の先端部は、アンカー本体をコンクリート中で拡張させるので形状的には砲弾型形状にして本体より硬いことが必要である。
【０００６】
以上のことから、芯棒には一定の硬さと靭性並びにサイズに応じ適切な頭部形状が必要となる。なお、鋼製の芯棒は、機械構造用炭素鋼のＳ４５Ｃ〜Ｓ５５Ｃを用い、焼入れ後、靭性を確保するため焼戻しを行い硬さはアンカーサイズに応じＨｖ４１０〜４９０（ビッカース硬さ）にしており、さらに防錆処理は、アンカー本体、芯棒とも電気亜鉛メッキに有色クロメートあるいは光沢クロメートの被膜処理を施している。図２は従来における鋼製芯棒の製造工程を示している。
【０００７】
一方、ステンレス鋼製のアンカーは、雨水や水の当たる屋内外、湿度の高いところ、塩害を受ける場所、排気ガスあるいは雰囲気の悪い環境など耐蝕性が要求される場所で使用されている。特に近年は環境の悪化により需要が急増している。ステンレス鋼製アンカーにおいて、本体部分の素材は、耐食性が高いオーステナイト系のＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６，ＳＵＳＸＭ７等が使用されている。又、芯棒は鋼製の場合と同じ硬さと靭性が要求されるので、焼入れ、焼戻しが可能なフェライト系のＳＵＳ４３０系、マルテンサイト系のＳＵＳ４２０系が使用されている。
【０００８】
これによって、芯棒は施工の打込みに必要な硬さは得られていたが、鋼製のものに比べて靭性が低いので施工時に折れやすいという問題があった。又、従来の製造方法では２回の酸洗いと熱処理を行うため、酸洗いによる影響で水素脆性によるもろさが加わるので靭性をさらに低下させている。このため、基端部に軸径より大きな頭部を設けると、施工によるハンマー等の打撃力が芯棒の軸芯から少しずれただけで頭部の一部が飛んだり、欠けたり、あるいは首下部で折れたりすることがあった。
【０００９】
ところで、オーステナイト系ステンレス鋼線材を伸線加工すると強度と靭性を備えた素材が得られることは知られており、例えば、特開昭６３−５７７４４、特公平４−７００８６、特公昭５６−３３１６３、特公平７−８０００８、特開平１−２９８１１５の各公報に紹介されている。
【００１０】
特開昭６３−５７７４４公報記載の発明は、化学成分の含有量を定めたもので耐蝕性ばね、ロッド、シャフト、ピン等を使用目的にしている。又、特公平４−７００８６公報記載の発明は、ステンレス鋼棒にＮｉメッキを施し、ダイスに特殊な潤滑剤を用いた「ばね」の製造方法に関している。さらに、特公昭５６−３３１６３公報及び特公平７−８０００８公報記載の発明は、伸線時に加熱とＮｉ含有の関係を求めた特別な加工方法によるばね鋼を対象にしている。さらに又、特開平１−２９８１１５公報記載の発明は、重量比で化学成分を定め、９５０〜１０５０℃の容体化処理後に伸線加工を行って炭素鋼のピアノ線と同等の高強度のステンレス鋼線を提供することを目的としている。
【００１１】
しかしながら従来技術による製造方法は、主に「ＪＩＳ・Ｇ４３１３ばね用ステンレス鋼線」をより高度化したばね用素材の発明であり、何れも引張強さを高めることが目的であって靭性の問題を言及したものではなかった。「ＪＩＳ・Ｇ４３１３ばね用ステンレス鋼線」の規格は、材料はＪＩＳ・Ｇ４３０８の線材とし、調質区分と線径区分により機械的性質として引張強さを定め、製造方法としては「固溶化熱処理を行った後、強度の伸線を行う。」と規定している。しかし、線材の引張強さは「強度の伸線」と定めるだけで伸線加工率あるいは伸線回数を規定したものではない。
【００１２】
本発明が主題とするアンカーの打込み用芯棒のように軸方向に他端部にも打撃力が加わるものでは、施工時に斜めに打撃力が加えられることもある。このためアンカーの芯棒は、ＪＩＳ・Ｇ４３１３のばね作用的な使用方法とは異なる使い方となり、軸方向に加えられる打撃力に強く、斜めに打撃力が加えられても曲がりにくく、たとえ多少曲がってもそのまま打撃力が加えられるので、両端部分は部分的に欠けたり折れたりしないことが要求される。従ってこれら諸条件を満足するためには、ＪＩＳ・Ｇ４３１３ばね用ステンレス鋼線に規定されている事項の他に硬さと靭性が必要となる。
【００１３】
従来技術においては、ステンレス鋼線材に対して硬さと同時に相反する靭性の問題が提起されたことはなかった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、伸線加工をすることによって引張強さから得られる硬さと靭性を備えた芯棒打込み式アンカーの打込み用芯棒を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
解決手段の第１は、オーステナイト系ステンレス鋼線材を素材とし、４〜９回の伸線加工を行って総伸線加工率６０〜９０％、引張強さ１２００〜１７００ＭＰａ（メガパスカル）となる棒材を形成し、先端部に砲弾型形状を形成し、基端部に軸径よりも大径な頭部を形成するものであって、上記頭部は、首下部から頭部外縁に向ってファイバー・フローを同一方向に連続させ、上記首下部は、上記頭部と軸部をアール形状で連続させたことを特徴とするものである。
解決手段の第２は、解決手段の第１において、素材が、オーステナイト系のＳＵＳ３００系、ＳＵＳＸＭ７、ＳＵＳＸＭ１５Ｊ１のステンレス鋼線材であることを特徴とするものである。
解決手段の第３は、解決手段の第２において、素材のカーボン含有量が、０．０２〜０．０６％であることを特徴とするものである。
【００１６】
伸線加工は、ファイバー・フロー（金属の多結晶集合体及び多結晶体の偏析が冷間による塑性加工により繊維状の流れに変化したもの。）を作り引張強さを高めるために行うが、伸線回数を増すことによって全体の伸線加工率（ここでは径の断面積をさし減面率と同じである。）を上げると引張強さが高まり、同時にファイバー・フローは細かく、緻密なものとなり硬さと共に靭性を増すことができる。ファイバー・フローで作られた靭性は鋼製芯棒の焼入れ、焼戻しによって得られる靭性と異なり、鋼製芯棒より低い硬さでも衝撃に強く芯棒頭部の角が欠けたり飛んだりせず、特に頭部を設けた芯棒の首下部に対しては強い靭性を示す。
【００１７】
伸線加工において、引張強さに最も影響するのはカーボン含有量であり、カーボン含有量が低すぎると伸線回数を増やしても引張強さが高くならないので、カーボン含有量は０．０２〜０．０６％の範囲がよい。
【００１８】
芯棒は、打撃を受ける基端部には軸径サイズにより台形型をした頭部を形成する。頭部は首下部から頭部外縁に向ってファイバー・フローが同一方向に連続し、打撃による応力集中を受ける首下部は頭部と軸部を大きなアール形状で連続するようにする。又、先端部には硬さに応じ冷間圧造、切削、研削等により砲弾型形状を形成する。
【００１９】
本発明は、オーステナイト系ＳＵＳ３００系、ＳＵＳＸＭ７、ＳＵＳＸＭ１５Ｊ１のステンレス鋼線材を素材とし、伸線回数を少なくとも４〜９回、伸線加工率６０〜９０％になるように伸線加工を行い、芯棒に必要な引張強さ１２００〜１７００ＭＰａを得ると共に、ファイバー・フローによる靭性を備えるものである。
【００２０】
本発明は、アンカー施工の際にハンマー等の打撃を受ける芯棒の基端部は軸のまま、又は軸径より大きな頭部を付けた場合でもファイバー・フローを有するので硬さと靭性があり、従来の熱処理を施したＳＵＳ４３０系、ＳＵＳ４２０系から製造した芯棒のようなもろさがない。特に、基端部に頭部を設ける場合は、頭部と軸部（首下）を大きなアール形状で連続することによりファイバー・フローによる靭性のある首部を得ることができる。このため、アンカー本体と芯棒がセットされ、施工前の状態で本体より外に出ている芯棒の軸部分は施工の際に多少斜めに打撃されてもスプリングバック力があり、曲がったり折れたりするおそれがないものとなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明にかかるステンレス鋼製芯棒の製造方法を図３を参照して説明する。まず、オーステナイト系ＳＵＳ３００系、ＳＵＳＸＭ７、ＳＵＳＸＭ１５Ｊ１のうち目的とする素材を用意し、常法に従い前処理作業としてコイル状素材のまま酸洗いを行い、次いで潤滑表面処理を行う。次に、常法に従い前処理作業が済んだコイル状素材を所定回数の伸線加工を行って目的とする軸径に縮径し所定の長さに切断する。さらにサイズに応じて基端部に台形型をした頭部を形成し、次いで先端部に砲弾型形状を形成する。なお、伸線加工は連続して行われるものである。
【００２２】
前処理作業の酸洗いにより、ステンレス鋼製材の表面に形成される結晶粒界に水素が侵入して脆化が考えられるが、焼入れにより結晶粒界に水素が残留するのと違い伸線加工により結晶粒界は加工のたびに潰れ、最終段階では結晶粒界の大半はなくなり、極細状のファイバー・フローとなり靭性が増し脆化防止に役立っている。
【００２３】
本実施例で芯棒として製品にした素材は、ＳＵＳ３０４Ｊ３であり、化学成分は表１のＡ欄に示す。又、伸線のみ（芯棒の成形はせず）を行ったＳＵＳ３０４の化学成分をＢ欄に示す。この他、従来品のＳＵＳ３４１に相当する素材の化学成分をＣ欄に示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
実施例の素材は直径７．３ｍｍである。又、製品化せずに伸線のみを行った素材の直径は５．５ｍｍである。なお、図４はこれら素材の伸線加工率と引張強さの関係を示している。実施例は、直径７．３ｍｍの素材に５回の伸線加工を行った。
φ７．３→φ６．１（１回目）→φ５．０（２回目）→φ４．４（３回目）→φ３．６（４回目）→φ３．３８（５回目)（ｍｍ）
５回の伸線加工で直径が７．３ｍｍから３．３８ｍｍとなった棒材が本体直径８ｍｍのアンカーに使用する芯棒の径なので製品としての芯棒形状を作り、実際にコンクリートに施工する実験を行った。
【００２６】
次に、伸線加工と引張強さ、硬さ（実際に測定した硬さ）、ファイバー・フローについて各素材の伸線加工ごとにその変化について説明する。１回目の伸線加工で直径６．１ｍｍに縮径された棒材は、伸線加工率は３０％である。アムスラー試験による引張強さ（以下の引張試験アムスラー試験機による。）８２５Ｎ／ｍｍ２、硬さは軸断面の平均がＨｖ２６３であった。なお、硬さ試験は軸断面の６ヵ所を測定して平均した数値を求めた（以下同じ）。図５に示す顕微鏡写真による棒材断面の２００倍写真で観察すると、素材の結晶は軸の外縁部分（図５Ａ）は変形した状態で残っているが、中心部分（図５Ｂ）は伸線加工の影響がみられ結晶の滑り面状態となっている。
【００２７】
２回目の伸線加工で直径５．０ｍｍに縮径された棒材は、伸線加工率３３％、総伸線加工率５３％である。引張強さ１１００Ｎ／ｍｍ２、硬さは平均がＨｖ３１７．５であった。又、図６に示す顕微鏡写真による棒材断面の２００倍写真では、軸の外縁部分の結晶（図６Ａ）が潰れてはいるが大部分が残っている。一方、中心部分（図６Ｂ）は外縁部分よりも結晶は潰されほぼ１／３以上が太いファイバーの流れに変化している。
【００２８】
３回目の伸線加工では直径４．４ｍｍに縮径された棒材は、伸線加工率２３％、総伸線加工率６４％である。引張強さは１１９０Ｎ／ｍｍ２、断面の固さの平均はＨｖ３３９．４であった。図７に示す顕微鏡写真による棒材断面の２００倍写真では、不完全ながらファイバーが軸方向に流れている。結晶は中心部分では潰れた状態で残っているが、その他は太いファイバーと細いファイバーが混在している。
【００２９】
４回目の伸線加工率で直径３．６ｍｍに縮径された棒材は、伸線加工率３３％、総伸線加工率７６％である。引張強さ１３２０Ｎ／ｍｍ２、断面の硬さの平均はＨｖ３７０．０であった。図８に示す顕微鏡写真による棒材断面の２００倍写真では、軸の外縁部分に潰れた結晶を見ることができるが中心部分にも結晶と思われる痕跡が見える。
【００３０】
５回目の伸線で直径３．３８ｍｍに縮径された棒材は、伸線加工率１２％、総伸線加工率７９％である。引張強さ１３６７Ｎ／ｍｍ２、断面の硬さの平均はＨｖ３８３．１であった。図９に示す顕微鏡写真による棒材断面の２００倍写真では、ファイバー・フローは均一化されていないところも部分的には残っているが３．６ｍｍ棒材に比べさらに緻密になっている。
【００３１】
伸線加工して得られたφ３．３８ｍｍ棒材は、本発明に係る芯棒打込み式アンカーなので実際に製品化し次のテストを行った。
▲１▼アンカーとして実際のコンクリートに施工し、芯棒としての打込み性、アンカーの強度
▲２▼芯棒の頭部曲げテスト
▲３▼耐久性テスト（塩水噴霧テスト）
【００３２】
伸線されたφ３．３８ｍｍ棒材から製造した製品（芯棒）の性質は以下のごとくである。図１０に示す顕微鏡写真のように、頭部は頂部中央部分から軸線方向に延びるファイバー・フローが頭部形状に沿って半径方向に拡がり、軸部に連続する部分は軸部に向って集束している。すなわち、ファイバー・フローは頭部及び軸部において連続した同一方向の流れとなっている。
【００３３】
このようなファイバー・フローの流れは、首下部の弾性の強さを示しており、頭部にハンマー等の衝撃的な打撃を受けても角部が飛んだり欠損しにくくなっている。又、芯棒の先端部は砲弾型形状に形成するが、冷間転造で形成する場合ファイバー・フローは軸部より密度が高くなるが、切削、研削によって形成することもある。
【００３４】
次に、打込み施工については通常の施工と同じ１．５ポンドのハンマーでアンカー強度試験を兼ね１０回行った。打込み回数は平均２．８回であった。従来品も同じコンクリートブロックで施工したが打込み回数は平均で２．６回で若干少なかった。
【００３５】
アンカー強度については比例最大荷重（アンカーがコンクリートに対し抜け出す前の弾性内の最大荷重）、最大荷重共にバラツキを考え標準偏差で比べてみても実施品及び従来品の両者に差はなかった。表２は本発明の芯棒を用いたアンカーテスト結果であり、又、表３は従来品のテスト結果である。
【００３６】
【表２】
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【００３７】
【表３】
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【００３８】
次に芯棒の首部の靭性テストは「ＪＩＳ・Ｂ１０５１−１９９１，４２３くさび引張試験」を応用して行った。ＪＩＳ・Ｂ１０５１のくさび引張試験は、例えば六角ボルト頭部に角度αのくさびを入れ、、この状態で引張試験を行うが、本テストでは図１１に示すように、くさびに相当する角度は１５度とし芯棒を穴の中に入れハンマーで頭部が１５度傾くまで打撃し、その後、くさび治具により芯棒を抜き、芯棒の軸芯に直交な治具を頭部（１５度傾いた状態）に当て他端の砲弾状に近い軸部をチャッキングして引張試験を行う。
【００３９】
この引張試験で芯棒のどの部分で破断するかを調べる。芯棒の頭部あるいは首下部で破断せずに軸部で破断すれば頭部あるいは首部に靭性があり強いことになる。表４は本発明品及び従来品の芯棒の首部靭性テスト結果を示している。なお、従来品は焼き入れ、焼戻しをしたものである。
【００４０】
【表４】
0004051147.tif 000005
【００４１】
表４の［２］及び図１２に示す芯棒の破断図からみると、従来のステンレス焼入れ、焼戻しの芯棒は５本のくさびテスト中２本は首部と頭部で破断しこの部分の靭性が弱いことを示している。一方、本発明品は芯棒の首部、頭部では破断せず破断は首部の押えあるいはチャッキングの無い軸部で破断しているので首部、頭部は靭性が強いことを示している。
【００４２】
耐蝕性については「ＪＩＳ・Ｚ２３７１−１９９４塩水噴霧試験」で従来品との比較を行った。塩水噴霧試験の結果を表５に示すが、従来品は２４時間ですでに赤錆が発生したが、本発明品の芯棒はセットされる本体と同じく４８０時間経過してもさびは全く発生しなかった。
【００４３】
【表５】
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【００４４】
【発明の効果】
本発明の芯棒は、伸線加工を複数回行うことによって「ＪＩＳ・Ｇ４３１３ばね用ステンレス鋼線」の引張強さに該規格で定められていない引張強さから得られる硬さを確保し、さらに靭性としてのファイバー・フローを得るため、熱処理に適さないオーステナイト系ステンレス鋼を素材としながら、焼き入れ焼戻しを行った鋼製製品と変わらない硬さと靭性を有する良質なアンカー打込み用芯棒が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａは芯棒打込み式アンカーの本体と芯棒を示す側面図、Ｂは芯棒をアンカーにセットした状態を示す側面図。
【図２】従来における鋼製芯棒の製造工程を示す工程図。
【図３】本発明におけるステンレス鋼製芯棒の製造工程を示す工程図。
【図４】伸線加工率と引張強さの関係を示すグラフ。
【図５】１回目の伸線加工により直径が６．１ｍｍに縮径された棒材断面の２００倍顕微鏡写真であり、Ａは側縁部、Ｂは中心部を示している。
【図６】２回目の伸線加工により直径が５．００ｍｍに縮径された棒材断面の２００倍顕微鏡写真であり、Ａは側縁部、Ｂは中心部を示している。
【図７】３回目の伸線加工により直径が４．４ｍｍに縮径された棒材断面の２００倍顕微鏡写真であり、Ａは側縁部、Ｂは中心部を示している。
【図８】４回目の伸線加工により直径が３．６ｍｍに縮径された棒材断面の２００倍顕微鏡写真であり、Ａは側縁部、Ｂは中心部を示している。
【図９】５回目の伸線加工により直径が３．３８ｍｍに縮径された棒材断面の２００倍顕微鏡写真であり、Ａは側縁部、Ｂは中心部を示している。
【図１０】５回の伸線加工により３．３８ｍｍに縮径された棒材の基端部に形成した頭部断面の５０倍顕微鏡写真であり、ファイバー・フローの流れを示している。
【図１１】芯棒頭部の靭性テストの方法を示す模式図。
【図１２】芯棒の破断状況を示す模式図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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