JP3927937B2

JP3927937B2 - ウォータジェット用ノズル装置

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Publication number: JP3927937B2
Application number: JP2003330505A
Authority: JP
Inventors: 直史野田
Original assignee: 直史野田
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2023-09-22
Also published as: JP2005096001A

Description

本発明は、ウォータジェット用ノズル装置、特に、コンクリート建造物の削孔に使用されかつコンクリート建造物内の鉄筋等の障害物を回避しながら連続的に削孔できるウォータジェット用ノズル装置に関する。

例えば、下記特許文献１に示されるように、陸橋の壁式ＲＣ（鉄筋コンクリート）橋脚の耐震補強工事に使用されるウォータジェットは公知である。図５に示すように、このウォータジェット(10)は、高圧水を吐出するノズル装置(50)を給水管(13)の先端に装着し、コンクリート建造物(11)の表面に高圧水を噴出して表面を破砕しながらコンクリート構造物(11)に削孔を形成することができる。

図６に示すように、給水管(13)の端部は、片持ち状態に支持され、中間部は支持台(31)により支持されて前方に延び、モータ(14)及びギア(15)により構成される回転機構(16)によって自身の軸線を中心に給水管(13)を回転することにより先端に装着したノズル装置(50)を回転させる。図５に示すように、高圧ポンプ(17a)を内蔵する高圧ポンプユニット(17)から高圧水が回転自在継手(18)を介して給水管(13)の端部に供給され、供給された高圧水は、給水管(13)の内部を通してノズル装置(50)からジェット噴出され、コンクリート建造物(11)の表面に衝突し削孔される。図５に示すように、削孔作業では、給水車(19)と、給水車(19)から高圧ポンプユニット(17)に対して水を供給する車載型の給水ポンプ(20)が使用される。削孔作業に使用される高圧ポンプユニット(17)は、例えば１０００kgf/cm²（約９８００N/cm²）程度の水圧でかつ毎分２００リットル程度の水量をウォータジェット(10)に供給する。

図６に示すように、給水管(13)は、同一形状、同一寸法の単位給水管(13a)を軸方向に連結して所望の長さに形成され、各単位給水管(13a)には相互に連結するネジ込み継手等の継手が設けられる。図６は、３本の単位給水管(13a)を連結する状態を示す。また、給水管(13)及び給水管(13)の回転機構(16)は、スライドベース(21)上に設けられ、スライドベース(21)に接続された油圧又は電動式のモータ(23)及び伝達機構(24)により、スライドベース(21)は一対のガイドベース(22)に沿って前後に滑動される。スライドベース(21)、ガイドベース(22)、モータ(23)及び伝達機構(24)は、給水管(13)を前後方向に移動する送り機構(25)を構成し、削孔作業の際に、送り機構(25)により給水管(13)を前進させて給水管(13)の先端をコンクリート建造物(11)に形成される孔内に挿入し、ノズル装置(50)を孔内に前進させる。

また、送り機構(25)全体は、架台(26)上に搭載され、手動ハンドル(27)を操作してネジ送り機構(28)により架台(26)上で送り機構(25)全体を左右方向に移動できる。架台(26)は、ラック装置(29)により昇降する昇降架台(30)に搭載され、架台(26)上の送り機構(25)と共に給水管(13)を左右方向に移動させ、昇降架台(30)を昇降させて、給水管(13)を水平方向及び垂直方向の双方に自由に移動して所望の削孔位置に導く。

図７に示すように、給水管(13)の先端に装着されるノズル装置(50)は、給水管(13)を接続した入口(53)、２個の出口(54a,54b)及び入口(53)と出口(54a,54b)との間に形成された内部通路とを有するフレーム(51)と、フレーム(51)の出口(54a,54b)に固定されたノズルユニット(52a,52b)とを備える。図示しないが、出口(54a,54b)の中心軸は、フレーム(51)の中心軸に対して傾斜し、フレーム(51)を回転しながら、入口(53)から供給する水をノズルユニット(52a,52b)から高速で噴出する。ノズルユニット(52a,52b)は、ノズル装置(50)の中心軸(L)に整合して設けられた一方のノズルチップ(52a)と、中心軸(L)より外側に偏位する位置に設けられた他方のノズルチップ(52b)とを有する。

一方のノズルチップ(52a)からの高圧水の吐出方向θ₁は、中心軸(L)に対して他方のノズルチップ(52b)と逆側に例えば１０〜１５゜程度の角度で傾斜する。これに対し、他方のノズルチップ(52b)からの高圧水の吐出方向θ₂は、中心軸(L)に対して一方のノズルチップ(52a)と逆側に２５〜３０゜程度の角度で傾斜する。他方のノズルチップ(52b)の傾斜角度θ₂は、一方のノズルチップ(52a)の傾斜角度θ₁よりも大きく、一方のノズルチップ(52a)及び他方のノズルチップ(52b)からそれぞれ吐出される高圧水は、ノズル装置(50)が中心軸(L)を中心に回転するので２重の円錐状の軌跡を描き、２重の円錐状の高圧水流により効率的にコンクリート建造物(11)の削孔作業を行うことができる。

ノズル装置(50)の寸法は、形成する孔の大きさ等の条件により適宜設定されるが、図５に示す橋脚の耐震補強を目的とする貫通孔を形成する場合では、直径２６mmのＰＣ（プレストレストコンクリート）鋼棒を通す貫通孔の径は、６０〜７０mm程度とされ、ノズル装置(50)の幅寸法Ｗ₁を５５mm程度、中心軸(L)から他方のノズルチップ(52b)の側部までの幅寸法Ｗ₂を４０mm程度、厚みｔを２６mm程度とする。また、一方及び他方のノズルチップ(52a,52b)のオリフィス径は、１.５mm程度に設定される。

次に、ウォータジェット(10)によるコンクリート建造物(11)に対する削孔する際に、橋脚中の鉄筋(12)のピッチは、主筋及び帯筋が共に１００mm程度であり、６０〜７０mm径の貫通孔を鉄筋(12)により形成される１００mm×１００mmの桝目内に形成する。また、コンクリート中の骨材の最大直径は、２５mm程度であり、直径６０〜７０mmの貫通孔を支障なく形成できる。橋脚の厚さは、３m程度であり、必要な本数の単位給水管(13a)を連結することにより給水管(13)を壁厚以上の長さに形成できる。単位給水管(13a)は、予め必要本数を連結してもよいが、作業スペースが十分に確保できない場合では順次継ぎ足しながら削孔作業を行うことも可能である。

ウォータジェット(10)によりコンクリート建造物(11)に貫通孔を削孔するには、まず、削孔位置付近のコンクリート建造物(11)の表層部を破砕し、内部に埋設されている鉄筋(12)を露出させて鉄筋(12)の位置を確認し、削孔位置を決定する予備斫り（よびはつり）を行う。橋脚の耐震補強工事では、複数の貫通孔を上下に並べて形成するので、図５に示すように、コンクリート建造物(11)の表層部を上下方向に溝状に破砕する。しかしながら、予備斫りの範囲は、削孔位置付近の鉄筋(12)の位置を確認できれば適宜の範囲でよい。また、従来のようにハンマーやコンクリートブレーカ等のウォータジェット以外の破砕道具を用いて予備斫りを行えるが、振動又は騒音及びコンクリート材の粉塵が周囲に飛散せずに、ウォータジェット(10)を使用して予備斫りを行うことが好ましい。ウォータジェット(10)を用いて予備斫りを行うとき、ノズル装置(50)を斫りに適する形態のノズルに交換すると共に、水圧や水量を斫りに適するように調節する。しかしながら、予備斫りと削孔作業とを異なるウォータジェットにより行ってもよい。

予備斫りの前又は後にウォータジェット(10)を削孔位置の近傍に配置し、昇降架台(30)を昇降させる。また、送り機構(25)を左右に移動して、給水管(13)の先端のノズル装置(50)をコンクリート建造物(11)の削孔位置に導き、給水管(13)の中心軸(L)方向を貫通方向に整合させる。次に、回転機構(15)により給水管(13)とノズル装置(50)とを共に中心軸(L)を中心として回転させながら、高圧ポンプユニット(17)から高圧水を給水管(13)に供給し、ノズル装置(50)から高圧水をコンクリート建造物(11)にジェット噴出して、削孔作業を行い、適宜送り機構(25)により給水管(13)を前進させる。

高圧水の水圧及び水量並びにノズル装置(50)の回転速度及び前進速度は、適宜設定される。例えば、水圧は８００〜１０００kgf/cm²（約７８４０〜９８００N/cm²）程度、水量は毎分６０〜８０リットル程度、ノズル装置(50)の回転速度は毎分５０回転程度、ノズル装置(50)の前進速度は毎分８０mm程度である。ウォータジェットによりコンクリートを切断する場合の水圧は、１０００〜２４００kgf/cm²（約９８００〜２３５２０N/cm²）程度、水量は毎分１０〜３０リットル程度であるのに対し、削孔作業では、水圧は低圧、水量は２倍以上に設定される。従って、ウォータジェットによりコンクリートを切断する場合は、高水圧で小水量とするのに対し、削孔を行う場合は、切断の場合に比較して低水圧で大水量とされる。

ウォータジェットを使用することにより、鉄筋(12)を損傷せずにコンクリート建造物(11)に削孔作業を行うことができる。コンクリート中の骨材は、高圧水により削られないが、周囲のコンクリートが削り取られるとき、コンクリートから剥離し脱落する。削孔によって発生する削りガラは、ノズル装置(40)から吐出される水により孔の入口側に向かい押し流され、水と共に排出される。毎分６０〜８０リットル程度の吐出水量でノズル装置(50)から水を噴出すれば、骨材を含む削りガラを十分に排出させることができる。削りガラと共に排出される水を回収し、削りガラを分離除去した水を高圧ポンプユニット(17)に送り、再利用してもよい。

以上のように、ノズル装置(50)を回転及び前進させてコンクリート建造物(11)を削孔し、ノズル装置(50)がコンクリート建造物(11)の裏面側に到達すれば貫通孔が形成される。コンクリート建造物(11)の裏面側まで貫通孔が形成される際に、高圧水が貫通孔の出口から周囲に激しく飛散するので、貫通孔の出口部を鋼板等の防護材により覆って周囲への飛散を防止してもよい。この後、給水管(13)及びノズル装置(50)をコンクリート建造物(11)の他の削孔位置に移動させ、同様の手順により他の貫通孔を形成する。

ウォータジェット(10)によってコンクリート建造物(11)に削孔作業を行えば、従来のコアボーリングによる削孔作業とは異なり、鉄筋(12)を切断又は損傷せず、残りのコンクリート建造物(11)にマイクロクラックが生じない。ウォータジェット(10)による削孔作業では、ノズル装置(50)の前進速度を毎分８０mm程度とすれば、壁厚１m当たり約１３分程度の削孔速度となり、３m壁厚を有する橋脚では、約４０分程度で１つの貫通孔を形成できる。削孔による削りガラは、水と共に孔内から排出されるので、従来の削孔作業のように削りガラを孔内から掻き出す手間がなく、高い作業効率が得られる。ウォータジェット(10)では、コンクリート建造物(11)の片側からのみの削孔作業が可能であるが、コンクリート建造物(11)の両側から削孔作業を行って貫通孔を形成してもよい。

給水管(13)を送り機構(25)により前進させかつ回転機構(16)によりウォータジェット(10)を回転させて、給水管(13)の先端に接続したノズル装置(50)を前進かつ回転させることができ、簡便な機構により安価に製作できる。また、同一形状かつ同一寸法の単位給水管(13a)を連結する給水管(13)は、延長が容易であり、コンクリート建造物(11)の壁厚が厚い場合又は作業スペースを十分に確保できない場合でも、容易に施行できる。更に、架台(26)及び昇降架台(30)によって、給水管(13)及びノズル装置(50)を水平方向及び垂直方向に移動できるので、多数の孔を連続的に形成することが容易となる。

その後、橋脚の全周にわたって鋼板を巻立て、橋脚の中間部に形成した貫通孔にＰＣ鋼棒等の連結材を通し、連結材により橋脚の両面側の鋼板を連結すると、ＰＣ鋼棒は、中間帯鉄筋として機能する。鋼板と橋脚の外周面との間にグラウト材を充填し、鋼板により橋脚の変形を抑制する橋脚の耐震補強工事が完成する。

特許第３３８８１２７号公報

前記のように、従来の削孔作業では、削孔開始に先立ち、予めコンクリート建造物(11)の表層部を破砕する予備斫りを行って鉄筋(12)を露出させて鉄筋位置を確認し、鉄筋位置を避けて削孔位置を決定していた。しかしながら、補強工事を行う橋脚等のコンクリート建造物(11)では、老朽化と陸橋の橋脚への加重によりコンクリート建造物(11)内の鉄筋(12)が変形し、表層部の予備斫りだけでは、鉄筋(12)の正確な位置を確認することができない。このため、削孔開始後に、変形して削孔位置に突出した鉄筋(12)にノズル装置(50)が当たり削孔が阻止されることがあった。従って、特許文献１に記載されるように、従来のノズル装置(50)では、ノズル装置(50)が削孔に際して鉄筋(12)又は大径の骨材等の障害物に当接する場合に、ノズル装置(50)の姿勢及び向きを調節して障害物を回避するほかなく、コンクリート建造物の構造によっては、作業時間を延長する必要があった。

また、図８（ａ）に示すように、従来のノズル装置(50)では、フレーム(51)は凹凸の少ない偏平形状を有するが、ノズルユニット(52a,52b)がフレーム(51)から外部に突出するため、削孔作業の際に、ノズルユニット(52a,52b)が鉄筋(12)又はコンクリートに係止又は固着してフレーム(51)を円滑に孔内に押圧できなかった。更に、フレーム(51)又はノズルユニット(52a,52b)が鉄筋(12)又はコンクリートにより損傷し、図８（ｂ）に示すように、ノズルユニット(52a,52b)が変形して高圧水を正常に吐出できなくなる等の問題が起き、ノズルユニット(52a,52b)は短寿命であった。ノズルユニット(52a,52b)の損傷を抑制するために、図９（ａ）に示すように、凸部(55)をフレーム(51)の２個のノズルユニット(52a,52b)の間に形成するノズル装置(50)が提案されたが、図９（ｂ）に示すように、ノズルユニット(52a,52b)の損傷を十分に抑制することはできなかった。

更に、コンクリート建造物(11)内の鉄筋(12)を回避できない従来のノズル装置(50)では、特許文献１に記載されるように、予備斫りを省略できるが、コンクリートが無筋又は削孔位置が鉄筋位置に当たる懸念が全くない場合、コンクリート建造物(11)の表面上から内部に埋設された鉄筋(12)の位置を非破壊的に検知できる場合に限られていた。

そこで、本発明は、ノズルユニットが鉄筋又はコンクリートによって係止又は固着せずにフレームを円滑に孔内に押圧できるウォータジェット用ノズル装置を提供することを目的とする。本発明は、鉄筋又はコンクリートによるノズルユニットの損傷を防止し、ノズルユニットの寿命を延長することができるウォータジェット用ノズル装置を提供することを目的とする。本発明は、連続的に削孔作業を行って作業時間の短縮できるウォータジェット用ノズル装置を提供することを目的とする。また、本発明は、予備斫りを省略できるウォータジェット用ノズル装置を提供することを目的とする。

本発明によるウォータジェット用ノズル装置は、フレーム(1)と、フレーム(1)に固定されたノズルユニット(2a,2b)と、フレーム(1)の後部に形成される入口(3)に接続されかつ高圧水をフレーム(1)内に供給する給水管(13)とを備える。フレーム(1)は、先端部(6)と、先端部(6)に円滑に接続されかつ先端部(6)から後方に向かい徐々に断面積が拡大する錐体部(7a,7b)と、錐体部(7a,7b)の表面から内側に窪んで錐体部(7a,7b)に形成された凹部(8a,8b)と、錐体部(7a,7b)から後方に向かって形成されたフレーム本体(1a)と、凹部(8a,8b)の底部に形成されかつフレーム(1)の中心軸(L₀)に対して傾斜する中心軸(L₁,L₂)を有する少なくとも１個の出口(4a,4b)と、入口(3)と出口(4a,4b)とを接続してフレーム(1)内に形成された内部通路(5)とを備える。凹部(8a,8b)を覆う錐体部(7a,7b)の仮想延長面(8c)よりノズルユニット(2a,2b)を外部に突出させずに、ノズルユニット(2a,2b)は、錐体部(7a,7b)に形成された凹部(8a,8b)内に固定される。先端部(6)を通るフレーム(1)の中心軸(L₀)は、フレーム(1)の入口(3)を通る回転軸(L₃)に対して一定距離(R)だけ平行に偏心し、回転軸(L₃)を回転し、フレーム(1)の中心軸(L₀)を回転軸(L₃)の周りに回転しながら、内部通路(5)を通じてフレーム(1)の出口(4a,4b)に固定されたノズルユニット(2a,2b)から水を高速で噴出する。

フレーム(1)が先端部(6)から錐体部(7a,7b)にかけて円滑に形成されるので、ウォータジェットにより劣化したコンクリート、破砕されたコンクリート片又はコンクリート内に埋設された鉄筋等の障害物に先端部(6)が当接しても、先端部(6)及び錐体部(7a,7b)は、障害物上を摺動し、フレーム(1)をコンクリートの内部に円滑に押圧することができる。また、ノズルユニット(2a,2b)は、錐体部(7a,7b)の仮想延長面(8c)より外側に突出しないので、フレーム(1)をコンクリートの内部に押圧するとき、ノズルユニット(2a,2b)が鉄筋又はコンクリートに対し係止したり、固着せずに、フレーム(1)を円滑に前方に押圧できると同時に、鉄筋又はコンクリートとの接触によるノズルユニット(2a,2b)の損傷を防止し、ノズルユニット(2a,2b)の寿命を延長することができる。また、先端部(6)を通るフレーム(1)の中心軸(L₀)は、フレーム(1)の入口(3)を通る回転軸(L₃)に対して一定距離(R)だけ平行に偏心するため、回転軸(L₃)の回転により、フレーム(1)の中心軸(L₀)を回転軸(L₃)の周りに回転できる。このため、先端部(6)の前方に鉄筋(12)等の障害物が存在しても、先端部(6)が他の位置に回転されたとき、先端部(6)及び錐体部(7a,7b)が障害物上を摺動して障害物から逸れるので、障害物により阻止されずに、円滑にフレーム(1)をコンクリート内で前進させることができる。従って、削孔装置の進行の妨げとなる障害物を回避するために、ノズル装置(40)を抜き出して別途削孔をやり直し又は削孔の向きを変える必要がなく、連続的に削孔作業を行うことができ、作業時間の短縮化を図ることができる。また、予めコンクリート建造物の表層面を破砕して、コンクリート建造物内の鉄筋の位置を確認する予備斫りを省略することも可能である。

本発明のウォータジェット用ノズル装置は、削孔中にフレーム(1)がコンクリート建造物内の障害物を回避して、ノズルユニット(2a,2b)の寿命を延長することができると共に、連続的に削孔作業を行って作業時間の短縮化を図ることができる。

以下、本発明によるウォータジェット用ノズル装置の一実施の形態を図１〜図４について説明する。これらの図面では図５〜図９と実質的に同一の箇所には同一の符号を付し、その説明を省略する。また、本発明によるウォータジェット用ノズル装置が適用されるウォータジェットの構造及びウォータジェットによる削孔作業の工程は、従来技術と略同一であるので、その説明を省略する。

図１に示すように、本実施の形態によるウォータジェット用ノズル装置は、フレーム(1)と、フレーム(1)に固定された２個のノズルユニット(2a,2b)とを備えている。フレーム(1)は、湾曲した先端部(6)と、先端部(6)に円滑に接続されかつ先端部(6)から後方に向かい徐々に断面積が拡大する錐体部(7a,7b)と、錐体部(7a,7b)から後方に向かって形成されたフレーム本体(1a)とを備える。フレーム本体(1a)の外面には、偏平面(1b)が形成される。錐体部(7a,7b)は、錐体部(7a,7b)の相貫となる凹部(8a,8b)を備え、凹部(8a,8b)は、出口(4a,4b)の中心軸(L₁,L₂)に沿う円柱状に形成され、底壁(36)と、底壁(36)から外側に延伸する側壁(34)とを有する。

フレーム(1)は、入口(3)と、フレーム(1)の中心軸(L₀)に対して傾斜する中心軸(L₁,L₂)をそれぞれ有する２個の出口(4a,4b)と、入口(3)と各出口(4a,4b)との間に形成された内部通路(5)とを有する。出口(4a,4b)は、錐体部(7a,7b)に形成された凹部(8a,8b)内に開口する。フレーム(1)内には、２個の内部通路(5)が個別に形成され、各内部通路(5)の出口(4a,4b)にノズルユニット(2a,2b)が固定され、各内部通路(5)は、大きな断面積を有する入口(3)に個別に接続される。大きな断面積を有する入口(3)から個別に複数の内部通路(5)が接続されるので、流路抵抗による圧力損失が小さく、十分な流量の水を各内部通路(5)に分配することができ、内部通路(5)内での水の圧力損失を低減することができる。２個の出口(4a,4b)に固定された各ノズルユニット(2a,2b)の中心軸(L₁,L₂)は、フレーム(1)の中心軸(L₀)に対し異なる角度で傾斜する。よって、２個のノズルユニット(2a,2b)により２重の円錐状の軌跡を描き高圧水を吐出するので、効率的に削孔を行うことができる。

図１に示すように、一方の出口(4a)は他方の出口(4b)よりも内側に配置されると共に、フレーム(1)の中心軸(L₀)に対する他方の出口(4b)の傾斜角度が一方の出口(4a)の傾斜角度よりも大きい。一方の出口(4a)と他方の出口(4b)とによる高圧水の吐出方向の中心軸は、図２に示すように、全く異なる方向又は立体交差する方向であり、一方の出口(4a)と他方の出口(4b)とによる高圧水は、コンクリートに衝突する位置及び角度が相違する異なる３次元形状で噴出される。従って、一方の出口(4a)及び他方の出口(4b)によりそれぞれ吐出される高圧水は、２重の円錐状軌跡を描きかつ異なる角度と位置でコンクリートに衝突するため、効率的な削孔を行うことができる。図１及び図３に示すように、入口(3)は、フレーム本体(1a)の後部に形成され、フレーム(1)の中心軸(L₀)に対して一定距離(R)だけ平行に偏心する回転軸(L₃)を有する。ノズル装置(40)の回転軸となる入口(3)の回転軸(L₃)は、フレーム(1)の先端部(6)を通る中心軸(L₀)に対し一定距離(R)だけ偏心するため、内側に位置する一方の錐体部(7a)と、外側に位置する他方の錐体部(7b)とが形成される。傾斜角度が小さく設定された一方の出口(4a)は、一方の錐体部(7a)の凹部(8a)内に固定され、傾斜角度が大きく設定された他方の出口(4b)は、他方の錐体部(7b)の凹部(8b)内に固定される。

フレーム(1)は、例えば鉄等の金属又はセラミック等の非金属により形成され、フレーム(1)の先端部(6)は、削孔すべきコンクリート面に当接しても変形しない十分な機械的強度を有する。フレーム(1)の寸法は、コンクリート建造物(11)に形成する開口部(11a)の大きさ等の条件により適宜設定される。例えば、従来と同様に、形成される貫通孔の直径を６０〜７０mmとすると、フレーム(1)の外径を４０〜５５mm程度に設定する。この際の一定距離(R)は、例えば、３〜５mm程度に設定される。しかしながら、一定距離(R)は、フレーム(1)の寸法により適宜設定してよい。フレーム(1)の錐体部(7a,7b)の錐面の角度θは、フレーム(1)の中心軸(L₀)に対して１０〜４５゜、好ましくは２０〜３５゜に形成される。

ノズルユニット(2a,2b)は、錐体部(7a,7b)に形成された凹部(8a,8b)内に固定され、フレーム(1)の出口(4a,4b)と同軸に保持されたノズルチップ(32)と、フレーム(1)の出口(4a,4b)に固定されかつノズルチップ(32)を出口(4a,4b)内に保持するスリーブ(33)とを有する。図１に示すように、ノズルチップ(32)は、内部にオリフィスを有し、外部にフランジ部を有する。出口(4a,4b)は、内部通路(5)に対して大きい径を有し、ノズルチップ(32)は、出口(4a,4b)と内部通路(5)との間に形成された段部にフランジ部が当接して配置される。出口(4a,4b)内に入れられるスリーブ(33)の挿入部及びフレーム(1)の出口(4a,4b)内は、それぞれ雄ねじと雌ねじとにねじ切り加工され、スリーブ(33)を出口(4a,4b)に固定することができる。

図２に示すように、スリーブ(33)の外面(37)は、図示しない工具を装着する六角形断面を有し、フレーム(1)の凹部(8a,8b)を形成する側壁(34)とスリーブ(33)との間に間隙(35)が形成される。図示の例では、スリーブ(33)の外面(37)は、図示しない工具が装着される六角形断面で形成されるが、六角形断面に限定されず、多角形断面又は円形断面の一部に切欠部を形成した非円形断面に形成することができる。また、スリーブ(33)の外面(37)を円形断面に形成し、スリーブ(33)の内面(38)を六角形断面、多角形断面又は円形断面の一部に切欠部を形成した非円形断面に形成することができる。

ノズルチップ(32)は、例えばステンレスにより形成され、スリーブ(33)は、例えばフレーム(1)と同様に鉄又はセラッミック等の材料により形成される。一方のノズルユニット(2a)による高圧水の吐出方向は、中心軸(L₀)に対して他方のノズルユニット(2b)と逆側に例えば１０〜１５゜程度の角度で傾斜する。これに対し、他方のノズルユニット(2b)による高圧水の吐出方向は、中心軸(L₀)に対して一方のノズルユニット(2a)と逆側に２５〜３０゜程度の角度で傾斜する。ノズルチップ(32)のオリフィス径は、１.４〜１.７mm程度に設定される。

図１〜図３に例示するノズル装置(40)を組み立てる際に、まず、フレーム(1)を用意し次に、フレーム(1)の凹部(8a,8b)内に開口した出口(4a,4b)にノズルユニット(2a,2b)を固定する。図２に示すように、外面(37)が六角形状のスリーブ(33)を、例えばボックスレンチ等の工具により強固に固定する。図示しないが、六角穴付ボルト形状のスリーブを例えば六角レンチ等の工具により着脱させてもよい。スリーブ(33)の内面(38)又は外面(37)に装着した工具を回転することにより、ノズルユニット(2a,2b)をフレーム(1)に対し容易に着脱することができる。スリーブ(33)は、底壁(36)に着座される。図１〜図３に示すように、本実施の形態のノズル装置(40)では、凹部(8a,8b)の側壁(34)とスリーブ(33)又は出口(4a,4b)との間に工具を使用できる間隙(35)を有するので、フレーム(1)の凹部(8a,8b)内にノズルユニット(2a,2b)を固定することができる。間隙を有する凹部を備えない図７〜図９に示す従来のノズル装置(50)では、工具を使用するためにノズルユニット(52a,52b)のスリーブ(33)をフレーム(51)の外部に突出させなければならない。

組み立てられたノズル装置(40)は、高圧水を供給するウォータジェット(10)の給水管(13)の先端に装着される。給水管(13)は、フレーム(1)の入口(3)に接続される。スリーブ(33)とフレーム(1)の出口(4a,4b)と同様に、フレーム(1)に接続される給水管(13)の挿入部及びフレーム(1)の入口(3)内は、それぞれ雄ねじと雌ねじとにねじ切り加工され、給水管(13)をフレーム(1)の入口(3)に固定することができる。フレーム(1)の出口(4a,4b)に固定されたノズルユニット(2a,2b)は、凹部(8a,8b)を覆う錐体部(7a,7b)の仮想延長面(8c)より外部に突出しない。

従来と同様に給水管(13)に装着されたノズル装置(40)は、コンクリート建造物(11)に面する位置に配置され、削孔作業が行われる。ウォータジェット(10)は、フレーム(1)を回転しながら、入口(3)から供給する水を内部通路(5)を通じてノズルユニット(2a,2b)から高速で噴出する。図４に示すように、フレーム(1)は、先端部(6)から錐体部(7a,7b)にかけて円滑に接続されるので、ウォータジェット(10)により劣化したコンクリート、破砕されたコンクリート片又はコンクリート内に埋設された鉄筋(12)等の障害物に先端部(6)が当接しても、先端部(6)及び錐体部(7a,7b)は障害物上を摺動し、フレーム(1)をコンクリートの内部に円滑に押圧することができる。また、フレーム(1)の錐体部(7a,7b)の錐面の角度θは、１０゜〜４５゜の範囲に設定されるので、フレーム(1)をコンクリートの内部に良好に押圧することができる。錐体部(7a,7b)の錐面の角度θは、１０゜より小さい角度ではフレーム(1)の先端部(6)の機械的強度を十分に得ることができず、４５゜より大きい角度ではフレーム(1)の錐体部(7a,7b)の錐面とコンクリート建造物(11)内の障害物との摩擦が大きくなり、良好に障害物を回避できない。

ノズルユニット(2a,2b)は、錐体部(7a,7b)の仮想延長面(8c)より外側に突出しないので、フレーム(1)をコンクリートの内部に押圧するとき、ノズルユニット(2a,2b)が鉄筋又はコンクリートに対し係止したり、固着せずに、フレーム(1)を円滑に前方に押圧できると同時に、鉄筋(12)又はコンクリートとの接触によるノズルユニット(2a,2b)の損傷を防止し、ノズルユニット(2a,2b)の寿命を延長することができる。従って、ウォータジェット(10)の進行の妨げとなる障害物を回避するために、ノズル装置(40)を抜き出して別途削孔をやり直し又は削孔の向きを変える必要がなく、連続的に削孔作業を行うことができ、作業時間の短縮化を図ることができる。

入口(3)の回転軸(L₃)がフレーム(1)の中心軸(L₀)に対して一定距離(R)だけ偏心するため、入口(3)の回転軸(L₃)を回転軸として給水管(13)が回転したとき、フレーム(1)の先端部(6)は、回転軸から一定距離(R)だけ離間して回転する。このため、図４に示すように、先端部(6)の前方に鉄筋(12)等の障害物が存在しても、先端部(6)が他の位置に回転されたとき、障害物から逸れるので、先端部(6)が障害物に当接してフレーム(1)の前進が阻止されず、円滑にフレーム(1)をコンクリート内で前進させることができる。入口(3)の回転軸(L₃)とフレーム(1)の中心軸(L₀)とを同心に形成すると、削孔作業中にフレーム(1)の先端部(6)が障害物に当接した状態でノズル装置(40)が回転し続ける場合がある。

他方の出口(4b)は、ノズル装置(40)の回転軸に対してより外側に出る構造となり、他方の出口(4b)に固定されたノズルユニット(2b)は、コンクリート建造物(11)により大きな開口部(11a)を形成できる。従って、大きな開口部(11a)により削孔作業時にフレーム(1)が障害物との衝突を良好に回避することができる。コンクリート建造物(11)内の障害物を回避できる本実施の形態のノズル装置(40)を使用すれば、予めコンクリート建造物の表層面を破砕して、コンクリート建造物内の鉄筋の位置を確認する予備斫りを省略することも可能である。

本発明は、図１〜図６に示す本実施の形態に限定されず、他の形態により実施可能であり、特許請求の範囲に該当する全ての変更を包含する。例えば、給水管(13)を回転させることでノズル装置(40)を回転させる構造ではなく、給水管(13)を固定してノズル装置(40)を給水管(13)に対して回転させる構造でもよい。錐体部(7a,7b)は、円錐形、角錐形、偏平円錐形、偏平角錐形、バレルフェイス型錐体形、テーパフェイス型錐体形、さら錐型錐体形から選択できる。本実施の形態では、２個の内部通路(5)、出口(4a,4b)及びノズルユニット(2a,2b)を示したが、１個の内部通路、出口及びノズルユニット又は３個若しくは４個等の更に多くの内部通路、出口及びノズルユニットを設けてもよい。一方のノズルユニット(2a)のノズルチップ径を他方のノズルユニット(2b)のノズルチップ径よりも大きく設定し、孔の中心部分に対する削孔量をより多くしてもよい。本発明によるノズル装置(40)を搭載したウォータジェット(10)は、壁式ＲＣ橋脚に対する耐震補強工事のみならず、道路橋又は鉄道橋等の陸橋以外のビルディング、競技場、ダム、堰、倉庫、護岸、渠壁等の一般の又は特殊のコンクリート建造物にも適用することができる。

本発明によるウォータジェット用ノズル装置の実施の形態では、下記の作用効果が得られる。
［１］ノズルユニット(2a,2b)は、錐体部(7a,7b)の仮想延長面(8c)より外側に突出しないので、フレーム(1)をコンクリートの内部に円滑に押圧することができる。
［２］よって、予備斫りを省略できる。
［３］鉄筋又はコンクリートによるノズルユニット(2a,2b)の損傷を防止し、ノズルユニット(2a,2b)の寿命を延長することができる。
［４］コンクリート建造物(11)内の障害物を回避するためにノズル装置(40)を抜き出して別途削孔をやり直し又は削孔の向きを変える必要がないので、連続的に削孔作業を行うことができ、作業時間の短縮化を図ることができる。
［５］入口(3)の回転軸(L₃)がフレーム(1)の中心軸(L₀)に対して一定距離(R)だけ偏心するので、先端部(6)が障害物に当接してフレーム(1)の前進が阻止されず、円滑にフレーム(1)をコンクリート内で前進させることができる。
［６］フレーム(1)の凹部(8a,8b)を形成する側壁(34)とスリーブ(33)との間に間隙(35)が形成されるので、スリーブ(33)の内面(38)又は外面(37)に装着した工具を回転することにより、ノズルユニット(2a,2b)をフレーム(1)に対し容易に着脱することができる。

本発明のウォータジェット用ノズル装置は、ウォータジェットに搭載して、陸橋等のコンクリート建造物に良好に開口部を形成することができる。

本発明によるウォータジェット用ノズル装置の一実施の形態を示す断面図図１のノズル装置の正面図図１のノズル装置の斜視図図１のノズル装置によるコンクリート建造物の削孔作業を示す断面図ウォータジェットによる削孔作業を示す斜視図ウォータジェットの斜視図従来のノズル装置の断面図従来のノズル装置の斜視図凸部を有する従来のノズル装置の斜視図

符号の説明

(1)・・フレーム、 (1a)・・フレーム本体、 (1b)・・偏平面、 (2a,2b)・・ノズルユニット、 (3)・・入口、 (4a,4b)・・出口、 (5)・・内部通路、 (6)・・先端部、 (7a,7b)・・錐体部、 (8a,8b)・・凹部、 (8c)・・仮想延長面、 (13)・・給水管、 (32)・・ノズルチップ、 (33)・・スリーブ、 (34)・・側壁、 (35)・・間隙、 (36)・・底壁、 (40)・・ノズル装置、 (L₀,L₁,L₂)・・中心軸、 (L₃)・・回転軸、 (R)・・一定距離、

Claims

フレームと、フレームに固定されたノズルユニットと、フレームの後部に形成される入口に接続されかつ高圧水をフレーム内に供給する給水管とを備え、
フレームは、先端部と、先端部に円滑に接続されかつ先端部から後方に向かい徐々に断面積が拡大する錐体部と、錐体部の表面から内側に窪んで錐体部に形成された凹部と、錐体部から後方に向かって形成されたフレーム本体と、凹部の底部に形成されかつフレームの中心軸に対して傾斜する中心軸を有する少なくとも１個の出口と、入口と出口とを接続してフレーム内に形成された内部通路とを備え、
凹部を覆う錐体部の仮想延長面よりノズルユニットを外部に突出させずに、錐体部に形成された凹部内にノズルユニットを固定し、
先端部を通るフレームの中心軸は、フレームの入口を通る回転軸に対して一定距離だけ平行に偏心し、
回転軸を回転することにより、フレームの中心軸を回転軸の周りに回転しながら、ノズルユニットから水を高速で噴出することを特徴とするウォータジェット用ノズル装置。
フレーム内に形成した複数の内部通路の各々を入口に個別に接続した請求項１に記載のウォータジェット用ノズル装置。
複数の出口に固定した各ノズルユニットの中心軸は、フレームの中心軸に対し異なる角度で傾斜する請求項２に記載のウォータジェット用ノズル装置。
フレームの錐体部の錐面は、フレームの中心軸に対して１０〜４５゜の角度に形成される請求項１〜３の何れか１項に記載のウォータジェット用ノズル装置。
錐体部は、円錐形、角錐形、偏平円錐形、偏平角錐形、バレルフェイス型錐体形、テーパフェイス型錐体形、さら錐型錐体形から選択される請求項１〜４の何れか１項に記載のウォータジェット用ノズル装置。
フレーム本体の外面に偏平面を形成した請求項１〜５の何れか１項に記載のウォータジェット用ノズル装置。
ノズルユニットは、フレームの出口と同軸に保持されたノズルチップと、フレームの出口に固定されかつノズルチップを出口内に保持するスリーブとを有し、
スリーブの内面又は外面は、工具を装着する非円形断面を有し、
フレームの凹部を形成する側壁とスリーブとの間に間隙を形成した請求項１〜６の何れか１項に記載のウォータジェット用ノズル装置。
凹部は、スリーブが着座する底壁と、底壁から外側に延伸する側壁とを有する請求項７に記載のウォータジェット用ノズル装置。