セラミックインサート・アンカー事業部【セラミックQ&A】

共通編

セラミックインサート編

「セラミックインサート」、「セラミックアンカー」とは？

コンクリート構造物に埋設して使用する、めねじタイプのセラミックス材料です。コンクリート構造物の製造時に型枠にセットしコンクリートを打設した後ねじ部を利用する先付け工法の「インサート」と、既存のコンクリートにドリルで穿孔し定着材で固定するあと施工法の「アンカー」があります。当社ではこのインサート・アンカー材をセラミックス化し、前者を「セラミックインサート」、後者を「セラミックアンカー」としています。このめねじを利用し、それぞれの目的に応じた金具等をボルトで固定します。

	セラミックス化したことによるメリットは？
	「セラミックインサート」、「セラミックアンカー」はファインセラミックス(アルミナ=酸化アルミニウム、Al2O3)製です。そのために、従来の金属製と比較した場合、(1)高い絶縁性、(2)高い耐食性、(3)高い耐火性、(4)高い強度、(5)高い適合性がメリットとなります。

	高い絶縁性とは？
	高純度なアルミナ(酸化アルミニウム・Al2O3)系セラミックス製であるため、インサート及びアンカー本体は絶縁物です。金属ボルト、鉄筋などの接触による電食は発生しません。

	高い耐食性とは？
	高純度なアルミナ(酸化アルミニウム・Al2O3)系セラミックス製であるため、酸、アルカリ、高湿度、塩害等の悪環境下においても腐食の心配はありません。また、アルミナは絶縁物なので、鉄筋・ボルトとの接触による異種金属間接触腐食(電食)も発生しません。

	高い耐火性とは？
	高純度なアルミナ(酸化アルミニウム・Al2O3)系セラミックス製であり、製造工程では最高1600℃の温度で2日間ほどかけて焼成し製造されます。よって、例えば火災などで1200℃の高温に曝された後でも、変形、劣化は起こりません。

	高い強度とは？
	高純度なアルミナ(酸化アルミニウム・Al2O3)系セラミックス製であるため、また高度な品質管理のもと製造していますので、コンクリートに埋設した後のセラミックインサートのねじ部は金属系インサートと比較しても遜色の無い高い強度が得られます。

	高い適合性とは？
	高純度なアルミナ(酸化アルミニウム・Al2O3)系セラミックス製であるため、熱膨張係数がコンクリートのそれと近く、腐食による膨張も起こらないため、コンクリートとの高い適合性を示します。

	どのような場所に使用するのか？
	セラミックスの特長を活かして、(1)塩害対策用、(2)一般腐食対策用、(3)耐火対策用等に使用が可能です。

塩害対策用とは？

PC(プレストレスコンクリート)橋梁の吊り足場・地覆高欄施工用張り出し足場に多く使用されています。また、海底トンネル内のケーブル架台金物取付用、船舶防舷材取付用など、海水に常に曝される悪環境下でも「セラミックインサート」、「セラミックアンカー」は腐食しないことから塩害対策用として広く使用することができます。

一般腐食対策用とは？

電柱をなくし、電線・通信ケーブル・ガス管・水道管等を地中埋設する工事が各都市において施工されています。このような地下共同溝でも「セラミックインサート」、「セラミックアンカー」は広く使用されています。その他、シールド工法によるトンネルのケーブル架台金物取付用、腐食性ガス対策が求められる下水道工事、薄型コンクリート製埋設型枠への埋め込みインサートとしても使用されています。

	耐火対策用とは？
	道路トンネル内の耐火被覆材の取り付け用に「セラミックインサート」が使用されています。その他、高層ビルなどの外壁材であるカーテンウォール、天井の断熱板取付用にも適用可能です。

	絶縁対策用とは？
	インサート・アンカー材に絶縁性が求められる、リニアモーターカーの電車線固定部、地下鉄の架線ブラケット固定用、大強度陽子加速器の固定用に使用されています。

ねじ山がセラミックスであると弱いのではないか？

インサートに使用しているアルミナは高純度であり、厳重な品質管理のもと製造しているために高い強度となっています。例えばM16の場合、引抜試験を実施すると、埋込深さにもよりますが、約50kNでコンクリートのコーン状破壊に至るのに対し、埋設したセラミックスのねじ山は200kN(≒20tf)の耐力があります。このねじ山強度確認試験を製造ロットごとに実施し、試験に合格したロットのみ出荷しています。
　2000年7月、財団法人建材試験センターにより「セラミックインサート、セラミックアンカーの引張、せん断性能試験」を実施しました。引抜試験はM10、M12、M16、W3/8、1/2、5/8の各サイズ行いましたが、いずれのサイズも全てコンクリートのコーン破壊であり、セラミックス部の破壊は起こりませんでした。またせん断試験も同様にセラミックス部破壊はなく、全てボルト破断となっています。
　「セラミックインサート」、「セラミックアンカー」は安定した強度が保証可能な製造方法を用いて製造されています。各工程ごとに品質管理項目を設けています。また、ねじ山形状の検査については、全自動試験機による全数検査を実施しています。

衝撃力に弱いのではないか？

「セラミックインサート」に使用しているアルミナは高純度であり、厳重な品質管理のもと製造しているためにそのねじ部は高い強度となっています。金属の場合は衝撃等の外力が加わった際、延性破壊するのに対し、セラミックスは延性破壊ではなく脆性破壊します。これはセラミックスの特徴ですが、「セラミックインサート」、「セラミックアンカー」は、コンクリートに埋設して使用することから、その規格値内にて設計し使用していただければ問題はありません。

「セラミックスインサート」、「セラミックアンカー」に組み合わせるボルトの材質は？

「セラミックインサート」、「セラミックアンカー」は耐食性の求められる場所での使用となりますので、組み合わせるボルトはステンレス製を推奨しています。なお金属製インサート、アンカーが腐食した場合これらを撤去しなければなりませんが、セラミックスを使用した場合、必要な作業は金属ボルトの交換のみです。万が一ボルトが頭部まで腐食しても、タップを立てることで金属製ボルトを取り除き、セラミックインサートのネジ山を再使用することが可能です。

アルミナ系セラミックスとは？

アルミナはセラミックスを代表する物質であり、含有率数10%からハイナイン高純度品までありますが、当社インサートは96%アルミナを使用しています。アルミナの一般的な用途としては、IC基板、電気絶縁材として碍子、耐磨耗部品としてローラー、乳鉢、切削工具、粉砕メディア、機械部品としてポンプ製品、ローラー、軸受、ギア、その他るつぼ、人口骨があります。圧縮強度2000N/mm2以上(コンクリートの100倍)の強度があります。

	アルミナ系セラミックスは本当に強度低下、腐食しないのか？
	インサートに使用している原料を使用し、また同じ製法により作成した試験片を作成し、5wt%塩化ナトリウム水溶液・水酸化ナトリウム水溶液(PH=13)にそれぞれ1000時間浸漬させ、浸漬前後の曲げ強度を比較した実験を行いました。その結果、ほとんど強度低下がないことを確認しています。

	技術登録は？
	「セラミックインサート」、「セラミックアンカー」は前述の建材試験センターによる品質性能試験に加え、国土交通省様の新技術情報システム(NETIS)、東京都建設局様の新技術登録、(社)日本下水道施設業協会様の下水道施設技術などに登録されています。

セラミックスは値段が高いのではないか？

セラミックスは一般的に高価というイメージがあります。それは、セラミックスが非常に硬いため、製品形状に加工するにはダイヤモンドでひとつずつ研削加工しなくてはなりません。しかし、セラミックインサートは研削の必要が無い方法によって製造されています。この結果、セラミックインサートは金属系アンカー(耐食性を考慮したSUS304)と同等、またはそれ以下の価格となり得ます。

納入実績は？

国土交通省様(春日井共同溝、仙台共同溝、福岡202号外環状共同溝、東京港臨海道路ほか)をはじめとし、東京電力(株)様(東京湾横断道路、東西ガス導管)、旧日本道路公団様(第二東名ほか各橋梁現場)、NTT様(Ｐ＆ＰＣセグメント立坑工事)、首都高速道路(株)様(中央環状新宿線)、愛知高速交通(株)様(Linimo東部丘陵線)などへの適用で360万本以上の納入実績があります。

明電舎がどうして「セラミックインサート」、「セラミックアンカー」を製造しているのか？

発端は東京電力(株)様の共同溝内の金物取付用インサートが腐食で問題となっていることから始まりました。明電舎は重電機メーカーとして知られていますが、1975年に世界で初めて酸化亜鉛形避雷器の実用化に成功したメーカーです。この酸化亜鉛形避雷器の内部要素である酸化亜鉛素子は明電舎のセラミックス応用技術の集大成とも言える技術です。世界に先駆けて実用化した後、高度に管理された製造、検査システムは依然として国内外で高い評価をいただいています。セラミックスに関する長年にわたっての蓄積された技術は、ZnO素子だけにとどまらず、各種アルミナ製品、そしてセラミックインサート、セラミックアンカーへと継承されています。

	明電セラミックス(株)と(株)明電舎の関係は？
	2000年10月2日付でセラミックインサート、セラミックアンカーの製造、販売は明電舎からベンチャー制度により設立された『明電セラミックス株式会社』に引き継がれました。また、2007年4月より明電舎の100%子会社となりました。

インサートの製品ラインアップは？

ねじ呼び径でメートルねじM10,12,16,20,24,30の6種を標準化しています。その他のねじサイズや特殊ねじタイプ製作の製造が可能です。
　上記各種サイズの「セラミックインサート」に多種多様な型枠固定用治具の組合せが可能です。基本的には型枠にボルトで固定する方法を、またプラスチック製インサートホルダーを介してタップ穴に固定する方法、ワーム治具で固定する方法、両面テープで固定する方法等、お客様の用途に合わせた治具をお選びいただけます。埋込深さについてもお客様のご要望にお応えいたします。

インサートの形状には意味があるのか？

コンクリートに埋設したときの引抜き耐力を上げるための形状をシュミレーションによって決定したのがこの卵型の形状です。通常45度の角度でコーン破壊するのに、この形状のアーチ効果により約30度と広角に破壊するのが特長です。建築学会の式による計算理論値よりも2倍以上の強度が得られます。またこの形状は落下させたときに割れにくい形であり、5mの落下試験にも合格します。

	セラミックアンカーの製品ラインアップは？
	ねじ呼び径でM10,12,16,20,24の5種を標準化しています。その他のサイズ、特殊ねじタイプ製作のご要望にもお応えします。

施工方法は？

「セラミックアンカー」は接着系アンカーの施工方法とほぼ同じです。(1)穿孔機により所定の径、深さに穿孔して下さい。(2)穿孔した孔をブラシ、エアポンプ、ブロワーなどで充分に清掃して下さい。(3)定着材を穿孔部に入れます。(4)セラミックアンカーを挿入します。(5)強度発現時間まで養生します。詳細は施工要領書にて御確認ください。

	定着材とは？
	現在は無機系・有機系の2種類の定着材をご推奨しております。「エスアールタイト」は無機材のセメントモルタル系カプセル型定着材です。「HILTI HIT-RE500」はエポキシ系の注入タイプの定着材で大口径品や水中施工に使用することができます。