JP4345085B2 - 杭用ジェットノズルの取付装置 - Google Patents

Description

本発明は、杭を地盤の中へ打ち込む際、該杭の下端部から圧力水を噴出して地盤を攪拌することによって杭の打ち込みを促進する技術に係り、特に、圧力水の噴射に用いた部材の大半を回収，再利用できるように改良した技術に関するものである。

図４は、杭打用ウォータージェット工法を説明するために示したもので、高圧給水ホースの先端にノズルソケットを介して接続されたジェットノズルを、従来例のバンドによって杭の下端部に取り付けたところを模式的に描いた概要的な外観斜視図である。
高圧紿水ホースｈの先端に、ノズルソケット３を介してジェットノズル２が装着されている。
上記のジェットノズル２は、杭１の下端を基準として所定の位置に固定されなければならない。このため、前記ノズルソケット３に設けられている周溝（図では隠れている）に鋼製のバンド４を巻き掛けて、その両端部４ａ，４ｂを杭１に対して溶接してある。本発明において巻き掛けるとは、円柱面の約半周の部分に対してほぼ面接触させることをいう。また、水とは必ずしも純水に限らず海水や稀薄な泥水を含む意である。

前掲の図４に示した従来例においては、高圧給水ホースｈに圧力水を送給してジェットノズル２から下方へ噴出させながら杭１を打ち込み、所定の位置まで打ち込んだ後、高圧給水ホースｈに上向き方向の引抜き力Ｆを加えてバンド４の端部４ａ，４ｂの溶接を引き剥がす。これにより、ノズルソケット３およびジェットノズル２を高圧給水ホースｈの先端に装着したままで、これらを地上に引き上げて回収し、再使用に供することができる。
ところが、この従来例のジェットノズル装着技術においては、次に述べるように、バンド４の両端部４ａ，４ｂの溶接が非常に難しいという問題が有る。

杭１を地中に打ち込む際、ジェットノズル２に対しては地盤からの貫入抵抗や噴射水流の反動など、いろんな力が掛かるので、バンド４の両端部４ａ，４ｂの溶接は、弱ければ作業中に剥がれてしまう。杭打ち途中でバンド４の溶接が剥がれてしまうと、打設途中の杭はそれ以上打ち込めなくなるので、一旦抜き出してバンド４の両端部４ａ，４ｂを溶接し直してから、もう一度打ち込まねばならないので大きい損失を生じる。
ところが、前記バンド４の両端部４ａ，４ｂの溶接強度が強すぎると、高圧給水ホースｈを上方へ引っ張っても該溶接部が剥がれない。
溶接が剥がれなければジェットノズル２、ノズルソケット３、および高圧給水ホースｈを回収することができず、いわゆる埋め捨てを余儀なくされる。これらの部材は高価であり、特に高圧給水ホースを捨てることの経済的損失は多大である。

以上に述べたようにバンド４の溶接強度は、杭打作業中に発生し得る範囲内の外力では剥がれてはならず、かつ、高圧給水ホースの耐引張力や該高圧給水ホース巻取リール（図外）の引張力の範囲内の力で確実に剥がれなければならないので、その溶接作業には高度の知識と熟練とを要した。
このような不具合を解消するため、特開平８−９２９５５（特許第２７３９２９０号）公報に係るジェットノズル固定装置が提案されている。
この発明（以下、特許発明と略称する）は、杭に対する溶接強度を制約することなく、充分の強度を持たせて杭に溶接した保持部材に対して、ジェットノズルを「剪断可能な係合部材」で係着したものである。要約すれば、ジェットノズルをシャーピンで取り付けたものである。

シャーピンを剪断するに必要な力は、該シャーピンの形状・寸法・材質によって容易にかつ高精度で制御することができるので、この特許発明によると、杭の打設作業の途中でジェットノズルが意に反して脱落する虞れが無く、また高圧給水ホースに引抜き力を与えることによって確実にシャーピンを剪断してジェットノズルおよび高圧給水ホースを回収することができ、その実用的価値はきわめて高い。
このため、比較的硬い地盤の中へ、圧入式杭打機によって杭を圧入する場合には、前記の特許発明が広く賞用されている。

先に述べた特許発明に係るジェットノズル固定装置は、圧入式の杭打ちに際しては優れた実用的効果を発揮するが、振動式の杭打ちに適用してみると予想しなかった技術的問題を生じる。
その理由は次のとおりである。すなわち、振動式の杭打工法は、杭に対して長手方向の激しい振動を与えて杭を沈下させる。杭に振動を与えることによって地盤中に貫入せしめ得ることの理論は本発明と直接的な関係が無いので詳述を省略するが、当業者で言うところの「振動によって杭と土との摩擦を切る」という現象を利用する。初等力学用語を以てするならば、静止摩擦を動摩擦に変換すると言うこともできる。
いずれにせよ、振動杭打ちの場合には、杭に対して激しい振動が与えられるので、ジェットノズルを杭に対して取り付けている部材に対しても激しい振動が伝えられる。

ジェットノズルおよび取付用の部材は慣性を有しているので、杭の振動によりシャーピンに対して繰り返し剪断応力が作用し、金属疲労が進行する。
耐剪力によってジェットノズルを保持する方式は、非振動杭打ちにおいては容易かつ正確に破断所要力を制御することができるが、これに比して振動杭打ちの場合は金属疲労と降伏現象とが加わって非常に複雑になる。
その結果、ジェットノズルを杭に対してシャーピン止めして振動杭打ちを行なうと、杭を打ち込んでいる途中でシャーピンが剪断され、ジェットノズルが外れてしまう。

上述のジェットノズルが外れる現象は地下深くで起こるので視認できないが、杭の沈下が停止することによって何らかの異常を生じたことが推測される。
そこで高圧水の送給を止めて高圧給水ホースを引き抜いてみると、その先端に接続されているジェットノズルが一緒に引き出されるので、シャーピンが意に反して破断されたことが判明する。
応急的な対策としてシャーピンの本数を増し、またはシャーピンの径を太くして再度杭打ちを行なってみても、シャーピンの途中破断は容易に防止できない。
（注）振動杭打と圧入杭打とは作業条件が異なるので単純に比較はできないが概要的に、シャーピンの断面積を２倍にしてみても振動杭打には耐え難いことが実験的に確認された。

本発明者が行なった実験では、シャーピンの本数を２倍にしても途中破断を生じたので、３倍にしてみると、今度は高圧給水ホースを引き抜こうとしてもシャーピンを切ることができなかった。
高圧給水ホースの引抜力を増加すればシャーピンを剪断できたであろうけれど、引抜力を増加しようとすると、先ず高圧給水ホースの仕様を変え、巻取リールの容量を増大しなければならない。これは非常に高価な改造であって、経済的な負担に耐え難い。

上述の事情に鑑みて、取付用の部材の一部を破断させるに要する力（高圧給水ホースの引張力）を容易に高精度で制御することができ、しかも、杭を打ち込んでいる途中でジェットノズルが杭から離脱する虞れが無く、高圧給水ホースやジェットノズルを回収して繰り返し使用し得る技術として、特開２００４−５２５２６２号（特許文献１として示した）が公知である（以下、特許文献発明という）。本願発明は特許文献発明の改良発明であって、本願発明独特の構成要件や独特の作用効果を有しているが、特許文献発明と共通する構成や共通する作用効果も少なくない。こうした事情であるから、本願発明の構成，作用効果の理解に有益な範囲内で、この特許文献発明について次に述べる。

図５は特許文献発明の１実施形態における部分破断正面図であって、特開２００４−５２５２６２号公報の図１に対応している。
読図の便宜上、バンド１３に斑点を付して示してある。この斑点は断面を表すものではない。
バルブボディ１２の中にバルブスプール１４が収納されている。１２ｂは、図外の高圧給水ホースを接続するための管用オネジである。
一方、杭に対してバルブボディホルダ１１が溶接１１ａされ、このバルブボディホルダ１１の中にバルブボディ１２の先端部（下端部）が差し込まれている。
前記バルブスプール１４には、中心孔１４ｂの下端に直噴口１４ｃが形成されるとともに、該中心孔１４ｂに連通する側噴口１４ｄが設けられている。
上記バルブスプール１４の下半部はバルブボディ１２のスプール案内孔１２ａに摺動自在に挿通され、バルブボディホルダ１１の底部開口１１ｂの周辺部に当接していて、前記バルブボディ１２がバルブボディホルダ１１に差し込まれている状態では図示の位置から下降できない。

バルブボディ１２がバルブボディホルダ１１から抜け出すと、バルブスプール１４は水圧に押されてバルブボディ１２内で相対的に下方へ摺動するが、フランジ１４ａが抜け止めとして作用し、脱出してしまうことは無い。
バンド１３は、Ω字状に成形されていて、バルブボディ１２に巻き掛けられ、杭に対して溶接１３ａされている。
バンド１３の上側の縁に舌片１３ｅが形成され、該舌片１３ｅ付近に係合孔１３ｆが穿たれている。
上記係合孔１３ｆの中に位置せしめて係合突起１２ｄが設けられ、取付ネジによってバルブボディ１２に固着されている。この係合突起１２ｄは、バルブボディ１２と一体に形成しても良い。
符号１０を付して示したのはＯリングである。

特許文献発明の杭打用ジェットノズルは、「杭に取付」「杭の打込み」「杭から回収」というサイクルを繰り返す。以下に「杭の打込み」から説明を始める。
図５に示されている状態で、バルブボディホルダ１１は杭に溶接１１ａされ、バルブボディ１２は該バルブボディホルダ１１に差し込まれ、バンド１３によって抜け止めされている。
上記のバンド１３は杭に溶接１３ａされている。
抜け止め作用は、バルブボディ１２に一体的に固着された係合突起１２ｄが、バンド１３の係合孔１３ｆに嵌まり合うことによって為されている。
バルブボディ１２が杭に対して上昇しようとすると、係合突起１２ｄの上端が係合孔１３ｆの上方の縁に当接して上昇を阻止される。

バルブボディ１２の管用オネジ１２ｄに接続された高圧給水ホース（図外）から圧力水を供給すると、該圧力水はバルブスプール１４の中心孔１４ｂの下端に形成されている直噴口１４ｃから下方に噴出し、杭の打ち込みを助ける。
このとき、バルブスプール１４はウォータージェット用のノズルとしての役目を果たしている。
該バルブスプール１４は、水圧によってバルブボディ１２から下方へ押し出されようとするが、バルブボディホルダ１１の底部開口１１ｂの周囲部分に当接して下降を阻止され、図示の位置を保つ。
上述のようにしてバルブスプール１４の直噴口１４ｃから高圧水を噴出しながら杭打ちが行なわれる。

杭が所定の位置まで打ち込まれると、前記高圧給水ホースを介してバルブボディ１２に対し上向きの引抜き力を与える。
係合突起１２ｄは係合孔１３ｆの上側の縁を強く押圧し、舌片１３ｅを破断して上昇する。
この場合の破断の様相は、舌片１３ｅ、係合孔１３ｆ、および係合突起１２ｄの形状によって変化する。
上記３つの構成部分の形状的条件によっては、符号ｔを付した箇所が引張り破断され、または符号ｃを付した箇所が切断（機械加工における切削に類する態様）され、これらの破断に塑性変形が加わる。
しかし、前記の係合突起１２ｄは充分な強度を有しているので、該係合突起１２ｄが剪断されることはない（というよりは、この特許文献発明を実施する際、上記係合突起が剪断されることのないよう、充分な強度を与えておくものとされている。

前記の符号ｔまたは符号ｃを付した箇所は、杭を打ち込んでから意図的にバルブボディ１２を引き上げる際には破断しなければならず、しかも、杭を打ち込んでいる途中で破断してはならない。
ところが、杭を打ち込む際、杭に対して相対的にバルブボディ１２を上昇させようとする力が作用する。
圧入杭打ちの場合に作用する抜出し力は、主として噴出水流の反力、および地盤からの抵抗であるが、振動杭打ちの場合は振動による衝撃力が高周波で繰り返して加えられる。

ジェット水流の反力と、地盤からの抵抗力と、振動による衝撃力とが混合して加えられている状態において、抜け止め部材の耐剪力で持ちこたえようとすると非常に強固な抜け止め部材を設けなければならない。
その理由は、繰り返して剪断力を受けると鉄鋼材料は結晶間すべり現象を生じるので、余程強固な抜け止め部材でなければ耐え得ないからである。
抜け止め部材が強固に過ぎると、抜け止め部材を剪断してのジェットノズル（として機能する部材）の回収ができなくなる。
特許文献発明は、抜け止め部材を準切削破断することにより、杭打ち途中の破断を防止して、しかも引抜き力による破断を可能ならしめた。

以上に説明したように、特許文献発明によると、バルブボディの抜け止めが、バンドによって為され、このバンドを係合突起で破断して該バルブボディを抜き出して回収するようになっているので、杭を打ち込んでいる途中で離脱する虞れが無く、特に、振動杭打ちに際しても抜け止め機能が確実に作動する。
その上、バルブボディの中に「側噴孔を備えたバルブスプール」を内蔵しているので、杭に対する溶接が剥がれたりしても高圧給水ホースが首を振って跳ね回る虞れがなくて安全である。
特開２００４−５２５２６号公報

図５について説明した特許文献発明（特開２００４−５２５２６号公報）は、切削に準じる機構でバンドを切断するという新規な技術を開発して、振動杭打ちに耐え得るジェットノズルを提供した功績は多大であった。
上記特許文献発明（図５）が世に出してから今日までの２年間に、ウォータジエットを併用した振動杭打ち工事が普及した陰に、この特許文献発明が在ったことを見落とせない。
その半面、２年に及ぶ実績の中から、更なる改良の必要性も発見された。

（図５参照）、技術的問題の原因は、バンド１３の係合孔１３ｆの内周面と、係合突起１２ｄとが、点接触に近い状態で対向しているところに在る。
この特許文献発明の基本的原理が「係合突起１２ｄをたがねとして機能させ、切削に準じる破断を行なう」ものであるから、たがねの刃先に相当する箇所が点接触に近くなることは避け難い。
点接触に近い状態では著しい応力集中を生じるので、杭打作業中の破断が僅少ながら発生する（例えば破断発生率２％）。
本発明は上述の事情に鑑みて為されたものであって、その目的とする処は、
振動杭打ち作業に適用しても、杭打ち中の意に反した破断を完全に防止することができ、しかも、特許文献発明におけると同程度の引抜き力（高圧給水ホースに掛かるテンション）で、確実にノズルを引き抜いて回収することのできる技術を提供するにある。

上記の目的を達成するために創作した本発明の基本的原理について、その実施形態に対応する図１を参照して略述すると次のとおりである。すなわち、
ウォータージェット工法に用いられるジェットノズルを杭に取り付ける技術を改良して、杭打作業中に意に反して離脱する虞れを無くし、しかも杭を打ち込んだ後にジェットノズルを確実に回収できるようにするため、
ノズルホルダ５を杭１に溶接するとともに、図外の高圧給水ホースに接続されたノズル本体６の先端部を上記ノズルホルダに差し込み、かつ、上記双方の部材（ノズルホルダ５とノズル本体６）とを、『所定の引張力で破断されるように作られた抜け止め部材である連結部材（テンションエレメント８）』によって連結する。その連結方法は、テンションエレメント８のフック係合孔８ｂを「ノズル本体に固着されたエレメントフック７」に引っ掛けるとともに、該テンションエレメントの１端をノズルホルダ５に対してボルト（又はピン）で取り付ける。

請求項１の発明に係るジェットノズル取付装置の構成は（図１参照）、
杭（１）に溶接された筒状のノズルホルダ（５）の中へ、
高圧給水ホースに接続されているジェットノズル（６）の先端を差し込み、
上記高圧給水ホースに所定の大きさの引張力が掛かったとき、ジェットノズルがノズルホルダから抜き出される程度に抜け止めする装置において、
前記ジェットノズルを差し込む方向の長さを有する板状をなし、長手方向の中央付近に断面積の小さい箇所が形成されて、所定の引張力を受けると該小断面積の箇所が破断するように構成された連結部材（８）を具備し、
上記連結部材の片方の端がジェットノズルに取り付けられるようになっており、該連結部材の他方の端がノズルホルダに取り付けられるようになっていることを特徴とする。

以上に説明した請求項１の発明装置によると、所定の引張力を受けると破断するように作られた連結部材の両端が、それぞれジェットノズルとノズルホルダとに取り付けられている。このため、杭打ち作業中にジェットノズルが「噴出水の反力と土砂の抵抗力」とによってノズルホルダから抜け出そうとしても、連結部材が抜け止め機能を発揮して抜け出しを防止する。
杭を打ち終ってから高圧給水ホースを地上から引っ張って、該ジェットノズルに引抜力を与えたとき、引き抜きを阻止しようとする連結部材に掛かる引張力が所定の力を超えると該連結部材が引張り破断して、ジェットノズルの抜け出しを許容する。
このようにして、杭打作業中にはジェットノズルが意に反してノズルホルダから抜け出す虞れが無く、杭を打ち終えた後は確実にジェットノズルを引き抜いて回収し、再使用に供することができる。

請求項２に係る発明装置の構成は、前記請求項１の発明の構成要件に加えて、（図２参照）前記のジェットノズルが、高圧給水ホースに接続されるバルブボディ（１２）と、
上記バルブボディに設けられたスプール案内孔（１２ａ）に嵌め合わされたバルブスプール（１４）とから成り、
上記バルブボディの先端を差し込まれて、前記ノズルホルダとして機能するバルブボディホルダ（１１）を備えていることを特徴とする。

以上に説明した請求項２の発明によると、「杭打ち作業中に意に反してジェットノズルがノズルホルダから抜け出す虞れが無く、かつ、杭を打ち終えた後には確実にジェットノズルを回収することができ、しかも振動杭打ち作業に耐え得る」という請求項１の発明の効果を損なうことなく、
その上、何らかの手違いで高圧給水ホースに高圧水を送給しながらジェットノズル（バルブボディとバルブスプールとから成っている）を地上に引き抜いてしまっても、該ジェットノズルを装着された高圧給水ホースが首を振って跳ね回る虞れがないので安全である。

請求項３に係る発明装置の構成は、前記請求項１または請求項２の発明の構成要件に加えて、
前記の連結部材（テンションエレメント８）の片方の端付近にフック係合孔（８ａ）が形成されるとともに、
前記ジェットノズル（６）またはバルブボディ（１２）にフック状の突起（エレメントフック７）が形成されていて、
上記フック係合孔をフック状突起に引っかけることによって連結部材（テンションエレメント８）をジェットノズル（６）またはバルブボディ（１２）に取り付けるようになっていることを特徴とする。

以上に説明した請求項３の発明装置によると「所定の引張力で破断する連結部材（テンションエレメント）が、ジェットノズルに対して係合する」という形態であるから、既にノズルホルダに差し込まれているジェットノズルに対して、該連結部材を迅速容易に取り付けることができる。
この工程は、フックに孔を引っ掛けるだけであるから別段の工具を必要としない。その上、引っ掛けられた箇所は杭打ち作業中に外れる虞れが無い。

請求項４に係る発明装置の構成は、前記請求項１ないし請求項３の内の何れか一つの発明装置の構成要件に加えて、
前記連結部材（テンションエレメント８）の他方の端付近に１個または２個の透孔が穿たれるとともに、
前記ノズルホルダ（５）またはバルブボディホルダ（１１）に１個のメネジ穴、または２個のリーマ穴もしくはリーマ穴に準ずる精度の穴が穿たれていて、
連結部材の透孔に挿通した１本のボルトを上記メネジ孔に螺合して緊定し、
または、連結部材の透孔に挿通した２本のピンを前記のリーマ穴に圧入することによって、該連結部材がノズルホルダまたはバルブボディホルダに取り付けられるようになっていることを特徴とする。

以上に説明した請求項４の発明装置によると、所定の引張力で破断する連結部材（テンションエレメント）が、ノズルホルダまたはバルブボディホルダに対して１本のボルトの緊定により、もしくは２本のピンの圧入により、確実に取り付けられ、杭打ち作業中に意に反して離脱する虞れが無い。
この「１本のボルト、または２本のピン」という構成は、計算によって導かれたものでもなく、理論的に斯くあらねばならないというものでもない。この構成は、発明者の多年に亙る経験的知識の蓄積と、本発明のための試験研究との結果により、装置の作動信頼性・操作容易性・製作コスト等、あらゆる要素を勘案して、最も実用的価値の高い構成として創作したものである。

請求項５に係る発明装置の構成は、前記請求項３の構成要件に加えて、
前記フック状の突起（７）が、ジェットノズル（６）またはバルブボディ（１２）と別体に構成されていて、着脱可能な構造であり、
かつ、交換用のフック状突起が準備されていて、使用に伴って損耗したフック状突起を取り外して交換用部材と取り替え得るようになっていることを特徴とする。

以上に説明した請求項５の発明装置によると、「所定の引張力で破断する連結部材（テンションエレメント）」を引張り破断させて回収したジェットノズル（またはバルブボディ）を、何十回も繰り返して使用することができる。
すなわち、前記所定の力は、例えば５トンといったように巨大な力である（これだけの力に耐えないと、杭打ち作業中に意に反して破断する虞れ無しとしない）。従って、ジェットノズルもしくはバルブボディに設けられたフック状突起は、この巨大な引張力を連結部材（テンションエレメント）に与えるので、使用に伴って損耗する。
そこで本請求項５の発明を適用して、該フック状突起を着脱交換可能な構造にしておくと、損耗したフック状突起を新品（補給パーツとして準備される）と交換することによって再生し、何十回の反復使用に耐えさせることができる。

請求項６に係る発明装置の構成は、前記請求項５の発明装置の構成要件に加えて、
前記ジェットノズル（６）またはバルブボディ（１２）に、複数個のフック埋込溝（１２ｃ，１２ｄ）が設けられるとともに、前記の別体に構成されたフック状の突起（７）が上記フック埋込溝に半ば埋め込まれた形に嵌め合わされて取り付けられており、
使用に伴ってフック埋込溝が変形したときは、未だ変形していないフック埋込溝を使用してフック状の突起（７）を取り付け得るようになっていることを特徴とする。

以上に説明した請求項６の発明装置によると、「請求項５の発明を適用して延長されたジェットノズル（またはバルブボディ）」の耐用命数を、さらに数十倍に伸ばすことができ、
すなわち、請求項５の構成を活用してフック状突起を何十回も交換していると、その取付部が次第に損傷してくる。
本請求項６を適用して該フック状突起の取付部分を、キー溝状の凹部に半ば埋め込んだ構造にすると、該取付部分の耐力が格段に増大する。
それでも、きわめて多数回の繰返し使用によってキー溝状の凹部が変形してくると、予備のキー溝状凹部に付け替えて、再び新品同様に復元することができる。

請求項７に係る発明装置の構成は、前記請求項１ないし請求項６の発明装置の何れか一つの構成要件に加えて（図３参照）、
前記ジェットノズル（６）またはバルブボディ（１２）と、前記高圧給水ホースとの間に、スイベルジョイント（１６）が介挿接続されており、
かつ、このスイベルジョイントは、前記所定の引張力に耐え得る構造であることを特徴とする。

以上に説明した請求項７の発明装置によると、連結部材（テンションエレメント）の取付操作を迅速容易に行なうことができる。
すなわち、連結部材によってジェットノズル（またはバルブボディ）とノズルホルダ（またはバルブボディホルダ）とを連結するには、単にジェットノズルをノズルホルダに差し込むだけでなく、双方の部材の相対的な回転（角位置）を合わさなければならない。
ところが、ノズルホルダは杭に溶接されていて手易く動かせない上に、ジェットノズルは高圧給水ホースに接続されていて手易く回すことはできない（１００キログラム以上の圧力と数トンの引張力とに耐えるホースは、作業員の腕力に比してさながら剛体である）
そこで本請求項７を適用して介挿されているスイベルジョイントを利用して、高圧給水ホースに対するジェットノズルの取付位置を回すことにより、ノズルホルダに対するジェットノズルの回転角位置合わせを容易に行なうことができるので、連結部材（テンションエレメント）の取付操作を迅速容易に遂行することができる。

請求項１の発明装置によると、所定の引張力を受けると破断するように作られた連結部材の両端が、それぞれジェットノズルとノズルホルダとに取り付けられている。このため、杭打ち作業中にジェットノズルが「噴出水の反力と土砂の抵抗力」とによってノズルホルダから抜け出そうとしても、連結部材が抜け止め機能を発揮して抜け出しを防止する。
杭を打ち終ってから高圧給水ホースを地上から引っ張って、該ジェットノズルに引抜力を与えたとき、引き抜きを阻止しようとする連結部材に掛かる引張力が所定の力を超えると該連結部材が引張り破断して、ジェットノズルの抜け出しを許容する。
このようにして、杭打作業中にはジェットノズルが意に反してノズルホルダから抜け出す虞れが無く、杭を打ち終えた後は確実にジェットノズルを引き抜いて回収し、再使用に供することができる。

請求項２の発明によると、「杭打ち作業中に意に反してジェットノズルがノズルホルダから抜け出す虞れが無く、かつ、杭を打ち終えた後には確実にジェットノズルを回収することができ、しかも振動杭打ち作業に耐え得る」という請求項１の発明の効果を損なうことなく、
その上、何らかの手違いで高圧給水ホースに高圧水を送給しながらジェットノズル（バルブボディとバルブスプールとから成っている）を地上に引き抜いてしまっても、該ジェットノズルを装着された高圧給水ホースが首を振って跳ね回る虞れがないので安全である。

請求項３の発明装置によると「所定の引張力で破断する連結部材（テンションエレメント）が、ジェットノズルに対して係合する」という形態であるから、既にノズルホルダに差し込まれているジェットノズルに対して、該連結部材を迅速容易に取り付けることができる。
この工程は、フックに孔を引っ掛けるだけであるから別段の工具を必要としない。その上、引っ掛けられた箇所は杭打ち作業中に外れる虞れが無い。

請求項４の発明装置によると、所定の引張力で破断する連結部材（テンションエレメント）が、ノズルホルダまたはバルブボディホルダに対して１本のボルトの緊定により、もしくは２本のピンの圧入により、確実に取り付けられ、杭打ち作業中に意に反して離脱する虞れが無い。
この「１本のボルトまたは２本のピン］という構成は、計算によって導かれたものでもなく、理論的に斯くあらねばならないというものでもない。この構成は、発明者の多年に亙る経験的知識の蓄積と、本発明のための試験研究との結果により、装置の作動信頼性・操作容易性・製作コスト等、あらゆる要素を勘案して、最も実用的価値の高い構成として創作したものである。

請求項５の発明装置によると、「所定の引張力で破断する連結部材（テンションエレメント）」を引張り破断させて回収したジェットノズル（またはバルブボディ）を、何十回も繰り返して使用することができる。
すなわち、前記所定の力は、例えば５トンといったように巨大な力である（これだけの力に耐えないと、杭打ち作業中に意に反して破断する虞れ無しとしない）。従って、ジェットノズルもしくはバルブボディに設けられたフック状突起は、この巨大な引張力を連結部材（テンションエレメント）に与えるので、使用に伴って損耗する。
そこで本請求項５の発明を適用して、該フック状突起を着脱交換可能な構造にしておくと、損耗したフック状突起を新品（補給パーツとして準備される）と交換することによって再生し、何十回の反復使用に耐えさせることができる。

請求項６の発明装置によると、「請求項５の発明を適用して延長されたジェットノズル（またはバルブボディ）」の耐用命数を、さらに数十倍に伸ばすことができ、
すなわち、請求項５の構成を活用してフック状突起を何十回も交換していると、その取付部が次第に損傷してくる。
本請求項６を適用して該フック状突起の取付部分を、キー溝状の凹部に半ば埋め込んだ構造にすると、該取付部分の耐力が格段に増大する。
それでも、きわめて多数回の繰返し使用によってキー溝状の凹部が変形してくると、予備のキー溝状凹部に付け替えて、再び新品同様に復元することができる。

請求項７の発明装置によると、連結部材（テンションエレメント）の取付操作を迅速容易に行なうことができる。
すなわち、連結部材によってジェットノズル（またはバルブボディ）とノズルホルダ（またはバルブボディホルダ）とを連結するには、単にジェットノズルをノズルホルダに差し込むだけでなく、双方の部材の相対的な回転（角位置）を合わさなければならない。
ところが、ノズルホルダは杭に溶接されていて手易く動かせない上に、ジェットノズルは高圧給水ホースに接続されていて手易く回すことはできない（１００キログラム以上の圧力と数トンの引張力とに耐えるホースは、作業員の腕力に比してさながら剛体である）
そこで本請求項７を適用して介挿されているスイベルジョイントを利用して、高圧給水ホースに対するジェットノズルの取付位置を回すことにより、ノズルホルダに対するジェットノズルの回転角位置合わせを容易に行なうことができるので、連結部材（テンションエレメント）の取付操作を迅速容易に遂行することができる。

図１は、本発明に係るジェットノズルのノズル本体部分と、該ノズル本体部分の先端を差し込まれるノズルホルダと、上記双方の部材を連結する部材であるテンションエレメントとを示し、（Ａ）は外観正面組立図、（Ｂ）は杭に装着された状態を模式的に描いた断面側面図である。
符号６を付して示したのはジェットノズルのノズル本体部分であって、その片方の端に管用オネジ６ｂが形成されていて、図外の高圧給水ホースに接続される。
一方、符号５を付して示したのはノズルホルダであって、杭１に対して溶接５ｂで固着されている。

前記ノズルホルダ５は、概要的に有底円筒状をなし、底面中央部に先端孔５ａが設けられている。
前記ノズル本体６の先端は筒状のノズルホルダ５に差し込まれている。
上記ノズルホルダ５とノズル本体６とは符号８の部材で連結されている。
この符号８の部材は、次に述べるように、その役目について言えば連結部材であり、その特性について言えばテンションエレメント（引張力を受ける素子）である。
この部材は中央部付近を細くして、所定の張力を受けたとき破断するように構成されている。本例においては、図の左右方向に長さを有する板状の部材であって、その中央付近に断面積の小さい箇所（いわゆる、くびれ）を形成して破断部８ａが構成されている。

前記連結部材（テンションエレメント）８は、図の左端付近にフック係合孔８ｂが穿たれていて環状をなしており、エレメントフック７に引っ掛けられている。
上記エレメントフックは、ノズル本体６に固着された突起であり、本例のエレメントフック７は１本のボルトと１本の皿頭ネジで取り付けられている。
上記エレメントフック７の図示右端部は１本のボルトでノズルホルダ５に取り付けられている。
図から理解できるように、上記のエレメントフック７をノズルホルダ５に取り付けるボルトを螺合すべきメネジ孔は、その深さ寸法を大きくとることが困難である。その理由は、筒状の部材であるノズルホルダ５の筒壁厚さ寸法よりも大きい深さ寸法が得られないからである。

本発明者の試験研究によれば、ノズルホルダ５を鋳鋼製とした場合、ボルトなら１本、ピンなら２本で実用上充分な取付強度が得られることが確認された。ピンで取り付ける場合はリーマ仕上げした孔、もしくはこれと同程度の寸法精度を有する孔を設け、ピンをハンマ打ちで圧入することが推奨される。
２本以上のボルトを用いたり、３本以上の圧入ピンを用いたりしても構わないが、連結部材取付操作の迅速，容易性を考えると、充分な取付強度が得られることを条件として、本数は少ないことが望ましい。

装着の手順は次のとおりである。
（図１参照）、ノズル本体６を、図示しない高圧給水ホースの先端に接続するとともに、該ノズル本体６に対してエレメントフック７をボルトで取り付けて、フック状の突起を形成する。
一方、杭１に対してノズルホルダ５を溶接する。
杭１に溶接されたノズルホルダに、ノズル本体６の先端を差し込む。
ノズル本体に固着されているエレメントフック７に、テンションエレメント８のフック係合孔８ｂを掛け合わせる。

上述のようにして本実施形態の装置を取り付けられた杭１が地中に打ち込まれる場合、ノズル本体６に対して加えられる主な力は、噴出水の反力、および、地盤の抵抗力（広い意味での摩擦力）である。いずれの力も図１において左方に向かう力であって、ノズル本体６をノズルホルダ５から抜け出させるように作用する。
ノズル本体がノズルホルダから抜け出そうとすると、双方の部材を連結しているテンションエレメント８が抜け止めとして作用し、このテンションエレメントには引張力が掛かる（テンションエレメントに引張応力が発生する）。

前記の連結部材（テンションエレメント）は、杭打ち作業中に加えられる引張力に耐え得るように、かつ、所定の引張力で破断するように作られている。
現在本邦内で供給されている鉄鋼材料はＪＩＳで規格化されており、鋼種を指定すれば抗張力（単位断面積が耐え得る引張力）が正確に分かる。従って、所定の力（例えば１０トン）で引張破断するテンションエレメント８を作ろうとすれば、破断部８ａの断面積を設計計算的に求めて容易に、かつ比較的安価に製作することができる。
上記破断部８ａ以外の箇所は、所定の力に耐え得るように製作することが必要である。

エレメントフック７は、本図１（Ｂ）に断面形状を示したようにフック状をなしている。これにより、テンションエレメント８はノズル本体６に対して、殊更に固定しなくても外れない。
このように簡単な構成で係着することは、杭打ち現場の作業を容易ならしめるという点で実用価値が高い。
前記テンションエレメントのフック係合孔８ｂとエレメントフック７との当接部は、なるべく面接触、または面接触に近い状態とし、局部的な応力集中を生じないようにする。
このように応力集中を避けて、局部的な切削現象を防止する点が、前記の特殊文献発明（図５）に比しての基本的な差異である。

エレメントフック７は、要するにノズル本体６と一体に連設されたフック状の突起であるが、ノズル本体６と一体に鋳鋼で成形したり、ノズル本体６と一緒に軟鋼から削り出したりしておくと耐久性に欠けるので、焼入鋼で構成して１本のボルトと１本の皿頭ネジとで固着してある。
焼入鋼製であっても、何十回かの繰り返し使用に伴って次第に損耗が進行するので、使用に耐えなくなると新品と交換する。この交換作業は１本のボルトと１本のネジとを着脱するだけであるから特殊工具を必要としない。

図２は、前掲の図１に係る実施形態と異なる実施形態を示し、図１の（Ｂ）に対応する断面側面図である。
図１と異なる点は、（ａ）バルブ構造のジェットノズルを用いたこと、および、（ｂ）エレメントフック７の取付座を複数箇所に設けたこと、である。以下、順次に説明する。
図５の特殊文献発明と図２の実施形態とに共通して、次のような構成を具備している。
バルブボディ１２のスプール案内孔１２ａの中に管状のバルブスプール１４が収納されており、このバルブスプールは直噴口１１ｃと側噴口１４ｄとを備えている。
上記バルブボディ１２は、図外の高圧給水ホースに接続され、バルブスプールの直噴口１４ｃからジェット水流を噴出する。
こうした機能から理解できるように、バルブスプール１４を内蔵したバルブボディ１２はジェットノズルである。

符号１１を付して示した部材は、図５および図２に共通して、杭に溶接固着されて前記バルブボディ１２を差し込まれ、これを保持するバルブボディホルダである。
しかし、前述のごとくバルブボディ１２はジェットノズル（の主要構成部材）であるから、このバルブボディホルダ１１は図１の実施形態におけるノズルホルダ５と実質的に同一の構成部分である。
ただし、図５の特許文献発明においては、バルブボディホルダ１１とバルブボディ１２とが直接的に連結されていないのに比して、図２の実施形態においてはバルブボディホルダ１１とバルブボディ１２とがテンションエレメント８によって直接的に連結されているから、装置全体としては基本的に異なっている。

次に、図１と図２とを対照しつつ、エレメントフック７の取付座について説明する。
図１の実施形態では、ノズル本体６にキー溝状の凹部を削成して、埋込キーに類似した形にエレメントフック７を半ば埋設してある。
図２の実施形態では、上記キー溝状の凹部が複数の箇所に設けられている。すなわち、この図の状態で使用されているフック埋込溝１２ｃの他に、フック埋込予備溝１２ｅが削成されている。この予備のフック埋込溝１２ｅは、盲蓋１５で覆われている。１５ａは抜き取り用のタップ孔である。
何百回何千回の繰返し使用によってフック埋込溝１２ｃが変形した場合、フック埋込予備溝１２ｅと交替させて、更に繰返し使用を継続することができる。

図３は、前掲の図２に示した実施形態に係る杭用ジェットノズル取付装置の改良例を描いた外観分解図である。
（図１参照）テンションエレメント８は、バルブボディホルダ１１に対してボルトで固着される。
上記のボルトを螺入するため、バルブボディホルダ１１にはメネジ孔が穿たれている。
従って、該バルブボディホルダ１１に対するテンションエレメント８の取付位置は、上記メネジ孔を介して定まっている。
図３に仮想線で示したテンションエレメント８は、バルブボディホルダ１１に対してメネジ孔ｉを介して定まっている取付位置である。

ところが、バルブボディホルダ１１に差し込むべくバルブボディ１２を近づけたとき、該バルブボディに固着されているエレメントフック７の位置は、偶然の場合を除いてテンションエレメント８のフック係合孔８ｂに合わない。詳しくは、中心線周りの回転角位置が一致しない。
バルブボディ１２を回して合わそうとしても、該バルブボディは高圧給水ホース１７に接続されている。この高圧給水ホースは耐圧耐張力の丈夫なもので、作業員の手で容易に捩り方向に回せるものではない。
一方、バルブボディホルダ１１は杭に溶接固着されているので動かすことはできない。
そこで、この改良例では、バルブボディ１２と高圧給水ホース１７との間にスイベルジョイント１６を介装してある。
このように構成しておくと、バルブボディ１２を中心線周りに回動させて、エレメントフック７の位置を任意に動かすことができる。

本発明に係るジェットノズルのノズル本体部分と、該ノズル本体部分の先端を差し込まれるノズルホルダと、上記双方の部材を連結する部材であるテンションエレメントとを示し、（Ａ）は外観正面組立図、（Ｂ）は杭に装着された状態を模式的に描いた断面側面図。 前掲の図１に係る実施形態と異なる実施形態を示し、図１の（Ｂ）に対応する断面側面図。 前掲の図２に示した実施形態に係る杭用ジェットノズル取付装置の改良例を描いた外観分解図。 杭打用ウォータージェット工法を説明するために示したもので、高圧給水ホースの先端にノズルソケットを介して接続されたジェットノズルを、従来例のバンドによって杭の下端部に取りつけたところを模式的に描いた概要的な外観斜視図。 特許文献発明の１実施形態における部分破断正面図であって、特開２００４−５２５２６号公報の図１に対応する図。

符号の説明

１…杭
２…ジェットノズル
３…ノズルソケット
４…バンド
４ａ，４ｂ…バンドの端部
５…ノズルホルダ
５ａ…先端孔
５ｂ…溶接部
６…ノズル本体
６ｂ…管用オネジ
７…フック状突起としてのエレメントフック
８…連結部材としてのテンションエレメント
１０…Ｏリング
１１…ノズルホルダとして機能するバルブボディホルダ
１１ｂ…底部開口
１２…ジェットノズルとして機能するバルブのボディ
１２ａ…スプール案内孔
１２ｃ…フック埋込溝
１２ｅ…フック埋込予備溝
１３…バンド
１３ａ…溶接
１３ｆ…係合孔
１４…ジェットノズルノとして機能するバルブのスプール
１４ｃ…直噴口
１４ｄ…側噴口
１５…盲蓋
１５ａ…タップ孔
１６…スイベルジョイント
１７…高圧給水ホース
ｉ…テンションエレメント取付ボルト用のメネジ孔

Claims (7)

1. 杭（１）に溶接された筒状のノズルホルダ（５）の中へ、
   高圧給水ホースに接続されているジェットノズル（６）の先端を差し込み、
   上記高圧給水ホースに所定の大きさの引張力が掛かったとき、ジェットノズルがノズルホルダから抜き出される程度に抜け止めする装置において、
   前記ジェットノズルを差し込む方向の長さを有する板状をなし、長手方向の中央付近に断面積の小さい箇所が形成されて、所定の引張力を受けると該小断面積の箇所が破断するように構成された連結部材（８）を具備し、
   上記連結部材の片方の端がジェットノズルに取り付けられるようになっており、該連結部材の他方の端がノズルホルダに取り付けられるようになっていることを特徴とする、杭用ジェットノズルの取付装置。
2. 前記のジェットノズルは、高圧給水ホースに接続されるバルブボディ（１２）と、
   上記バルブボディに設けられたスプール案内孔（１２ａ）に嵌め合わされたバルブスプール（１４）とから成り、
   上記バルブボディの先端を差し込まれて、前記ノズルホルダとして機能するバルブボディホルダ（１１）を備えていることを特徴とする、請求項１に記載した杭用ジェットノズルの取付装置。
3. 前記の連結部材（８）の片方の端付近にフック係合孔（８ａ）が形成されるとともに、前記ジェットノズル（６）またはバルブボディ（１２）にフック状の突起（７）が形成されていて、
   上記フック係合孔をフック状突起に引っかけることによって連結部材（８）をジェットノズル（６）またはバルブボディ（１２）に取り付けるようになっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載した杭用ジェットノズル取付装置。
4. 前記連結部材（８）の他方の端付近に１個または２個の透孔が穿たれるとともに、
   前記ノズルホルダ（５）またはバルブボディホルダ（１１）に１個のメネジ穴、または２個のリーマ穴もしくはリーマ穴に準ずる精度の穴が穿たれていて、
   連結部材の透孔に挿通した１本のボルトを上記メネジ孔に螺合して緊定し、
   または、連結部材の透孔に挿通した２本のピンを前記のリーマ穴に圧入することによって、該連結部材がノズルホルダまたはバルブボディホルダに取り付けられるようになっていることを特徴とする、請求項１ないし請求項３の内のいずれか一つに記載した杭用ジェットノズルの取付装置。
5. 前記フック状の突起（７）が、ジェットノズル（６）またはバルブボディ（１２）と別体に構成されていて、着脱可能な構造であり、
   かつ、交換用のフック状突起が準備されていて、使用に伴って損耗したフック状突起を取り外して交換用部材と取り替え得るようになっていることを特徴とする、請求項３に記載した杭用ジェットノズルの取付装置。
6. 前記ジェットノズル（６）またはバルブボディ（１２）に、複数個のフック埋込溝（１２ｃ，１２ｄ）が設けられるとともに、前記の別体に構成されたフック状の突起（７）が上記フック埋込溝に半ば埋め込まれた形に嵌め合わされて取り付けられており、
   使用に伴ってフック埋込溝が変形したときは、未だ変形していないフック埋込溝を使用してフック状の突起（７）を取り付け得るようになっていることを特徴とする、請求項５に記載した杭用ジェットノズルの取付装置。
7. 前記ジェットノズル（６）またはバルブボディ（１２）と、前記高圧給水ホースとの間に、スイベルジョイント（１６）が介挿接続されており、
   かつ、このスイベルジョイントは、前記所定の引張力に耐え得る構造であることを特徴とする、請求項１ないし請求項６の内の何れか一つに記載した杭用ジェットノズルの取付装置。

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