JP2000266027A - 基礎ボルト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】異種金属を接合しても、優れた耐腐食性を有
し、更には、経済的効果をも期待できる基礎ボルトを提
供するものである。 【解決手段】炭素鋼製の棒材部分にステンレス鋼製のボ
ルト部材を摩擦圧接接合して、その接合境界部に、亜
鉛，アルミニウム，マグネシュウム、あるいは、それら
の合金からなる金属粉末を可塑性と弾性を保持するゴム
質材料に分散させて、シート状、あるいは、テープ状と
した防食シール材を巻き付けて、防食シールの犠牲陽極
作用により炭素鋼製の棒材と、ステンレス鋼製のボルト
部材との局部腐食を防止する作用を持たせた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンクリートなど
の地中に埋設される腐食が軽微な部分には炭素鋼を用
い、地上に露出する耐食性が必要な部分にはステンレス
鋼を露出させる構造とした、炭素鋼とステンレス鋼を摩
擦圧接接合によって接合させた基礎ボルト、および上記
基礎ボルトに使用される防食シール、さらには防食方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、機械構造物などをコンクリート
などの基礎部分に固定する場合、基礎となるコンクリー
ト側から突出された基礎ボルト部分に、機械構造物側に
設けられたボルト穴を挿通させた後に、ナットなどによ
り締付けて固定される。この基礎ボルトを炭素鋼で製造
した場合には、地上に露出している部分に腐食が発生す
ることがある。そして、腐食が激しくなるとナットが緩
んだり、ねじ部が腐食により減肉し、ナットなどによっ
て締付けられなくなることがある。腐食した基礎ボルト
全体を交換するとなれば、基礎ボルトを埋設しているコ
ンクリートを壊して腐食した基礎ボルトを取出さなけれ
ばならない。そのため、基礎ボルト全体を交換する作業
には多大な費用が必要になる。このような問題を有して
いることから、海浜地域や化学工業地帯などの腐食性環
境においては、耐食性の観点からステンレス鋼で製造し
た基礎ボルトが用いられることがある。しかし、ステン
レス鋼製の基礎ボルトは炭素鋼製の基礎ボルトに比較し
て高価なものであり、機械構造物などの設置コストを著
しく上昇させる要因となる。しかし、最近の厳しい価格
競争の中では、優れた耐食性を有し、更には、経済的な
メリットが得られる機械構造物などの設置方法が望まれ
ている。

【０００３】炭素鋼製の基礎ボルトが腐食した場合の従
来の対策技術としては、『特開平6−42516 号：基礎ボ
ルトの改造工法』がある。これによれば、基礎ボルトの
腐食部分を切断除去した後、この切断部分へ新しいボル
トを溶接し、この基礎ボルトへのダブルナットの締付け
に際し、機械構造物側とダブルナットとの間に一対の球
面座金を挿入するようにした基礎ボルトの改造工法であ
る。新しいボルトを継ぎ足した場合に、元の基礎ボルト
の軸芯に対して、新しく継ぎ足されたボルトの芯が傾
き、ナットを締付けた場合に片当りとなり、確実に締付
けることができない場合がある。この欠点に対して、そ
の継ぎ足したボルトが元の基礎ボルトに対して傾いた場
合でも、一対の球面座金が互いに傾動して、常に、ナッ
トの締付け状態を良好に維持する方法である。しかし、
この方法は基礎ボルトが腐食して、その機能を失った場
合の一対策であり、基礎ボルト自体を積極的に防食する
ものではなく、基礎ボルト自体の防食技術に関する事項
は開示されていない。

【０００４】更なる従来の技術としては、『特開平8−2
84161 号：擁壁固定用アンカーボルト装置』がある。そ
れによると、擁壁固定用アンカーボルトのナット締結部
分を保護キャップで覆い、保護キャップの閉口端を常に
コンクリート擁壁面に密着させて保護キャップ内の水密
性を保持し、内部のアンカーボルトやナット締結部分を
腐食環境から保護する装置である。本装置はアンカーボ
ルトやナット締結部分を防食する一方法と言えるが、ア
ンカーボルト一本ずつに保護キャップを一つずつ被せな
ければならない。また、保護キャップは常にコンクリー
ト擁壁面に密着させて保護キャップ内の水密性を保持
し、かつ、外れないように数ヶ所をボルトとナットで締
結しなければならない。このことは、保護キャップの容
積だけ装置自体に余裕を必要とすることとアンカーボル
トに固定する作業に多くの時間を費やす結果となり、設
置コストの低減にはならないと考えられる。また、防食
上からは、保護キャップの肉厚が相当になければ、保護
キャップ自体が腐食して孔が空き、保護キャップ内に水
が浸入して防食の目的が達成できなくなる。同様に、保
護キャップの閉口端のシーリング部分が腐食した場合に
おいても、保護キャップ内の水密性が損なわれることが
危惧されるが、これらに関して開示されていない。

【０００５】基礎ボルトの施工に関する従来の技術とし
ては、『特開平2−50328 号：首部密封部を有するボル
ト』がある。それによると、ボルトヘッド面の首部外周
面に断面がほぼ半円形状の環状溝部を凹設し、該環状パ
ッキンの下面からボルト孔の開口縁部に形成した充填部
に充填が可能なように、断面略三角形状の舌縁環部を一
体に形成したパッキン材とにより、ボルト孔に締結する
ボルトにおいて、前記環状溝部には環状溝部内方に突出
する環状突起を、あるいは、環状溝部外方に向けて環状
凹部を設ける構成とした首部密封部を有する、所謂ボル
トヘッドと首部との間に密封部を有するボルトに関する
ものである。この発明ボルトにおいても、基礎ボルトと
して用いた場合に必要な防食技術が開示されていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、異種
金属を接合しても、腐食環境中において優れた耐食性を
有し、更には、経済的効果をも期待できる基礎ボルトを
提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記技術課題
を解決するために、基本的には、炭素鋼製の棒材部分に
ステンレス鋼製のボルト部材を摩擦圧接接合して、その
接合境界部に、亜鉛，アルミニウム，マグネシュウム、
あるいは、それらの合金からなる金属粉末を可塑性と弾
性を保持するゴム質材料に分散させて、シート状、ある
いは、テープ状とした防食シール材を巻き付けて、防食
シールの犠牲陽極作用により、炭素鋼製の棒材と、ステ
ンレス鋼製のボルト部材との局部腐食を防止する作用を
持たせた。このように、コンクリート中などに埋設され
る部分には、耐食性が良くない安価な炭素鋼を、腐食環
境となり耐食性が要求される地上部分には、耐食性に優
れるステンレス鋼製のボルト部分を露出させることによ
って、高価なステンレス鋼の使用量を低減させても優れ
た耐食性を有する基礎ボルト構造を実現し、基礎ボルト
の耐食性と経済的効果を図った。

【０００８】コンクリートは珪酸カルシウムを主成分と
する石灰石などを約１４５０℃に焼成したものであるた
め、コンクリート中に含まれる石灰石は熱分解により消
石灰を生成している。一般に、コンクリート中に水分が
浸透するとカルシウム水和物が生成して鉄の酸化皮膜が
安定な状態を維持する適度なアルカリ性になる。このた
め、コンクリート中では鉄は自己酸化皮膜により腐食に
対して保護されている。しかし、ステンレス鋼のように
炭素鋼に比較して腐食電位が著しく貴電位な金属を、炭
素鋼に接続、もしくは、接蝕させると、両金属の電位差
による局部電池が構成されて、腐食電位が卑な炭素鋼表
面では、アノード反応が起こり腐食が生じる。これと同
時に、腐食電位が貴なステンレス鋼表面では、カソード
反応が継続されてカソード防食される。したがって、炭
素鋼製の棒材とステンレス鋼製のボルト部材を摩擦圧接
接合した基礎ボルトにおいては、コンクリート中に埋設
しただけでは、コンクリート中に水が浸透すると、ステ
ンレス鋼と炭素鋼の接合境界近傍では、炭素鋼が腐食さ
れることになる。そこで、摩擦圧接接合したステンレス
鋼と炭素鋼の接合境界近傍においては、ステンレス鋼表
面を炭素鋼の腐食電位よりも卑電位な腐食電位を有する
金属を接続して、炭素鋼の腐食を防止しなければならな
い。それに適する金属としては、亜鉛，アルミニウム，
マグネシュウム、あるいは、それらの合金が挙げられ
る。本発明では、これらの金属を摩擦圧接接合したステ
ンレス鋼と炭素鋼の接合境界近傍に設置する方法とし
て、亜鉛，アルミニウム，マグネシュウム、あるいは、
それらの合金からなる金属粉末を、可塑性と弾性を保持
するゴム質材料に分散させてシート状、あるいは、テー
プ状とした防食シール材を、摩擦圧接接合したステンレ
ス鋼と炭素鋼の接合境界近傍のステンレス鋼表面に巻き
付けるものである。また、可塑性と弾性を保持するゴム
質材料は、混合させた金属粉末のアノード反応を継続的
に行うために５００Ωから１ＫΩの範囲の電気抵抗を持
たせる必要がある。ここで、電気抵抗は５００Ωよりも
少ないと、混合させた金属粉末の消費が大きくなり好ま
しくない。また、電気抵抗が１ＫΩよりも大きくなると
混合させた金属粉末の添加効果がなくなる。この点か
ら、防食シール材の電気抵抗は５００Ωから１ＫΩの範
囲が好ましい。さらに、ゴム質材料には、ブチルゴム，
シリコンゴム，エチレンプロピレンゴムなどの架橋ゴ
ム、あるいは、未加硫ゴムがステンレス鋼にすきま腐食
を起こさせ難く適当である。また、摩擦圧接接合したス
テンレス鋼と炭素鋼の接合境界近傍のステンレス鋼表面
に防食シール材を巻き付ける方法として、防食シール材
がコンクリートの打込みや機械的な振動により破壊され
ることを防止するために、防食シール材周囲を炭素鋼や
樹脂により保護することは必要なことである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて詳細に説明する。図１は、本発明を適用した基礎ボ
ルトの構造を示す断面図である。１は基礎ボルトのベー
ス部分であり、材質はＳＳ４００鋼、２は基礎ボルトの
ベース部材１に接合した棒材であり、材質はＳＳ４００
鋼、３は棒材２に接合したボルト部材であり、材質は耐
食性に優れるＳＵＳ３０４鋼である。基礎ボルトのベー
ス１と棒材２は、４−１で示す部分において、また、棒
材２とボルト部材３は、４−２で示す部分において、そ
れぞれ摩擦圧接接合によって接合されている。棒材２と
ボルト部材３の接合部４−２は、５で示す亜鉛入りの未
加硫ブチルゴムシートで囲い、亜鉛入りの未加硫ブチル
ゴムシート５の外側は、６で示すスチールバンドによっ
て固定されている。このような構造を有する基礎ボルト
は、７で示すコンクリート中に埋設して使用され、８で
示す腐食環境である地上部には、ステンレス鋼ボルト部
材３を露出させる。

【００１０】摩擦圧接接合によって鋼材を接合する場合
には、摩擦熱の影響によって鋼材の耐食性が低下する。
例えば、本実施例で示したＳＳ４００鋼とSUS304鋼の摩
擦圧接接合においては、SUS304鋼側の耐食性が、接合部
から２０mm程度の範囲で低下する（正常部の腐食電位：
−１１０ｍｖ程度，接合部近傍の腐食電位：−５００ｍ
ｖ程度、接合部から２０mm離れた部位の腐食電位：−２
００ｍｖ程度）実験結果が得られている。したがって、
亜鉛入りのブチルゴムシート５を施工する範囲として
は、摩擦圧接接合時の熱影響によってステンレス鋼の耐
食性が低下する範囲をカバーできるように施工すること
が望ましい。そのため、本実施例では、SUS304鋼ボルト
部材３は、接合部４−２から３０mmの範囲を、ＳＳ４０
０鋼の棒材２は、接合部４−２から２０mmの範囲を亜鉛
入りの未加硫ブチルゴムシート５で施工した。このこと
により、摩擦圧接接合によって耐食性が低下した熱影響
部分は防食されることになる。

【００１１】次に、亜鉛入りのブチルゴムシート５を適
用した効果について説明する。本実施例で示す基礎ボル
トを実際の機械構造物の固定に使用する場合には、機械
構造物を固定するために地上８に露出しているボルト部
材３は、耐食性に優れるSUS304鋼であり、腐食の問題は
生じない。しかし、万一、コンクリート７とボルト部材
３の境界部分から、コンクリート７の内部に水が浸入し
た場合には、施工した亜鉛入りのブチルゴムシート５の
作用によって、棒材２とボルト部材３においては、ガル
バニック腐食が抑制されると共に、ボルト部材２の熱影
響部もカソード防食される。したがって、本発明の基礎
ボルト構造においては、腐食環境において使用した場合
においても、基礎ボルトが腐食によって損傷を受けるこ
とがなく、長期間に渡って信頼性の高い機械構造物の締
結を可能にする。

【００１２】図２は、本発明における他の実施例の一例
を示す、本発明の基礎ボルトの異種材の接合部付近の断
面図である。棒材２とボルト部材３は、４−２で示す部
分において、摩擦圧接接合によって接合されている。棒
材２とボルト部材３の接合部４−２は、９で示す未加硫
のシリコンゴムシートで囲い、シリコンゴムシート９の
外側は、１０で示す熱収縮性のテフロンチューブによっ
て固定されている。このような構造を有する基礎ボルト
は、７で示すコンクリート中に埋設して使用され、８で
示す腐食環境である地上部には、ステンレス鋼のボルト
部材３を露出させる。

【００１３】未加硫のシリコンゴムシート９と熱収縮性
のテフロンチューブ１０を施工する範囲としては、摩擦
圧接接合時の熱影響によって、ステンレス鋼の耐食性が
低下する範囲をカバーできるように施工することが望ま
しく、本実施例では、SUS304鋼ボルト部材３は、接合部
４−２から３０mmの範囲を、ＳＳ４００鋼の棒材２は、
接合部４−２から２０mmの範囲を施工した。このことに
より、耐食性が低下する熱影響部は、未加硫のシリコン
ゴムシート９と熱収縮性のテフロンチューブ１０によっ
て強固な密閉構造となり、腐食が問題となる接合部４−
２に、腐食発生の引き金となる水が浸入するのを防止す
る効果が得られる。この作用によって、棒材２とボルト
部材３のガルバニック腐食が抑制される。したがって、
本発明の基礎ボルト構造においては、腐食環境において
使用した場合においても、基礎ボルトが腐食によって損
傷を受けることがなく、長期間に渡って信頼性の高い機
械構造物の締結を可能にする。

【００１４】図３は本発明における他の実施例の一例を
示す、本発明の基礎ボルトの異種材の接合部付近の断面
図である。棒材２とボルト部材３は、４−２で示す部分
において、摩擦圧接接合によって接合されている。棒材
２とボルト部材３の接合部４−２は、１１で示すジンク
リッチペイントで囲い、ジンクリッチペイント１１の外
側は、１２で示す防食テープによって固定され、更に、
その外側をスチールバンド６で固定している。このよう
な構造を有する基礎ボルトは、７で示すコンクリート中
に埋設して使用され、８で示す腐食環境である地上部に
は、耐食性に優れるステンレス鋼のボルト部材３を露出
させる。

【００１５】ジンクリッチペイント１１と防食テープ１
２を施工する範囲としては、摩擦圧接接合時の熱影響に
よって、ステンレス鋼の耐食性が低下する範囲をカバー
できるように施工することが望ましい。したがって、本
実施例では、SUS304鋼ボルト部材３は、接合部４−２か
ら３０mmの範囲を、ＳＳ４００鋼の棒材２は、接合部４
−２から２０mmの範囲を施工した。

【００１６】本実施例で示す基礎ボルトを実際の機械構
造物の固定に使用した場合、機械構造物を固定するため
に、地上８に露出しているボルト部材３は、耐食性に優
れるSUS304鋼であり、腐食の問題は生じない。しかし、
万一、コンクリート７とボルト部材３の境界から、コン
クリート７の内部に水が浸入した場合には、施工したジ
ンクリッチペイント１１の腐食電位が−９００ｍｖと、
ボルト部材３、および、棒材２よりも腐食電位が卑であ
るため、ジンクリッチペイント１１がアノードとなり、
棒材２とボルト部材３がカソードとなって防食されてガ
ルバニック腐食が抑制される。したがって、本発明の基
礎ボルト構造においては、腐食環境において使用した場
合においても、基礎ボルトが腐食によって損傷を受ける
ことがなく、長期間に渡って信頼性の高い機械構造物の
締結を可能にする。

【００１７】次に、本発明の防食効果を確認するために
行った実験結果について説明する。直径３cm，長さ１０
cmの炭素鋼とステンレス鋼のそれぞれの一端をすみ肉溶
接した異種金属接触試験片と、摩擦圧接接合した異種金
属接触試験片を製作し、これらの試験片に亜鉛微粉末を
５０ｗｔ％添加した未加硫のブチルゴムからなる防食シ
ール材を巻き付けて防食施工を施したものと、防食施工
を施さない接合状態のままの２通りの試験体を製作し
た。それぞれをステンレス鋼側の一部を露出させてコン
クリート中に埋設し、これを電気伝導度を４００μＳと
した水中に浸漬した。６ケ月間の実験の結果、防食施工
を施さなかった異種金属接触試験片では、ステンレス鋼
に隣接している炭素鋼表面に激しい腐食損傷が観察され
た。しかし、防食施工を施した異種金属接触試験片にお
いては、腐食損傷の痕跡は観察されなかった。

【００１８】この結果からも、本発明は耐食性と経済的
効果の大きい卓越した基礎ボルトとであることが分っ
た。更に、本発明に係る基礎ボルト施工技術において接
続される金属材料としては、ステンレス鋼と炭素鋼以外
にも、ステンレス鋼とステンレス鋼との組合わせ、ある
いは、銅合金と炭素鋼との組合わせ、更には、クロムメ
ッキなどの表面処理を施した鋼材と炭素鋼の組合わせ、
もしくは、クロムメッキなどの表面処理を施した鋼材と
ステンレス鋼とを組合わせて接合した材料の防食にも、
本発明は大きな効果を発揮するものである。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、異種金属を接合して
も、優れた耐腐食性を有し、更には、経済的効果をも期
待できる基礎ボルトの製造が可能となり、機械構造物な
どの設置コストやメインテナンスコストの大幅な低減を
可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における第１の実施例を示す図である。

【図２】本発明における第２の実施例を示す図である。

【図３】本発明における第３の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１…基礎ボルトのベース部材、２…棒材、３…ボルト部
材、４−１…炭素鋼と炭素鋼の摩擦圧接接合部、４−２
…炭素鋼とステンレス鋼の摩擦圧接接合部、５…亜鉛入
りの未加硫ブチルゴムシート、６…スチールバンド、７
…コンクリート、８…腐食環境である地上部、９…未加
硫のシリコンゴムシート、１０…熱収縮性のテフロンチ
ューブ、１１…ジンクリッチペイント。

フロントページの続き (72)発明者 植山 淑治 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 (72)発明者 永井 優治 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 (72)発明者 桜井 信介 東京都足立区中川四丁目13番17号 日立テ クノエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 菅野 智 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 林 眞琴 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Ｆターム(参考） 2E125 AA72 AA73 AA76 AE04 AG16 AG60 BC08 BD01 BD06 BE07 BF01 CA04 EA26

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】異種金属材料を接合して、その境界部に可
   塑性と弾性を保持するシート状、あるいは、テープ状と
   した防食シール材を巻付けて、防食シール材を巻付けた
   部分を含めてコンクリート中などに埋設し、コンクリー
   ト中に埋設される部分には耐食性が良くない安価な材料
   を、腐食環境となり耐食性が要求される地上部分には耐
   食性に優れる材料を露出させた構造とすることを特徴と
   する基礎ボルト。
2. 【請求項２】請求項１に記載した基礎ボルトにおいて、
   用いる金属材料としては、ステンレス鋼と炭素鋼との組
   合わせ、ステンレス鋼とステンレス鋼との組合わせ、銅
   合金と炭素鋼との組合わせ、更には、クロムメッキなど
   の表面処理を施した鋼材と炭素鋼、あるいは、クロムメ
   ッキなどの表面処理を施した鋼材とステンレス鋼を組合
   わせた材料であることを特徴とする基礎ボルト。
3. 【請求項３】請求項１に記載した防食シール材は、亜
   鉛，アルミニウム，マグネシュウム、あるいは、それら
   の合金からなる金属粉末を可塑性と弾性を保持するゴム
   質材料に分散させてシート状、あるいは、テープ状と
   し、必要な部分に設置、または、巻き付けが可能なこと
   を特徴とする防食シール。
4. 【請求項４】請求項１または請求項３に記載した防食シ
   ール材において、５００Ωから１ＫΩの範囲の電気抵抗
   を有することを特徴とする防食シール材。
5. 【請求項５】請求項３または請求項４に記載した防食シ
   ール材を、ステンレス鋼と炭素鋼との組合わせ、ステン
   レス鋼とステンレス鋼との組合わせ、銅合金と炭素鋼と
   の組合わせ、更には、クロムメッキなどの表面処理を施
   した鋼材と炭素鋼、あるいは、クロムメッキなどの表面
   処理を施した鋼材とステンレス鋼を組合わせた材料に適
   用することを特徴とする防食方法。