JP4874631B2

JP4874631B2 - 噴射ノズル

Info

Publication number: JP4874631B2
Application number: JP2005325950A
Authority: JP
Inventors: 康元糸島
Original assignee: 康元糸島; 株式会社岡本建設用品製作所
Priority date: 2005-11-10
Filing date: 2005-11-10
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2025-11-10
Also published as: JP2007130570A

Description

本発明は、高圧水の噴射ノズルに関するものであって、特にコンクリート矢板やケーソン等の下端に設けて、高圧水を噴射する際に好適に使用し得る噴射ノズルに関する。

従来、コンクリート矢板や鋼矢板、ケーソン、Ｉ形鋼、Ｈ形鋼、既製杭等は、河川や湾岸の護岸、土留め壁、築島、止水壁、基礎工等を構築するための建材として広く採用されている。図８に一般的な施工状況（ＪＶ工法）を例示するように、例えばコンクリート矢板５０を地盤に打ち込むには、まず、コンクリート矢板５０を位置決めするための枠組５２を施工現場に立ち上げる。一方、コンクリート矢板５０の上端にバイブロハンマー５４を取り付け、このバイブロハンマー５４をクレーン等で吊り下げることにより、コンクリート矢板５０を直立した姿勢とする。

この状態で、コンクリート矢板５０を枠組５２の間に落とし込み、コンクリート矢板５０の下端を地盤に突き立てる。更に、バイブロハンマー５４によってコンクリート矢板５０に超高周波振動を付与すると、コンクリート矢板５０は徐々に地盤の中へ沈んで行くことになる。

この過程で、コンクリート矢板５０の下端に設けたノズル口径３〜６ｍｍの噴射ノズル５６から高圧水５８を噴射することにより、コンクリート矢板５０の真下の地盤を掘削する。同時に、高圧水５８に削られて地盤から吹き上がる泥水が、コンクリート矢板５０と地盤との間に介在することにより、これらの摩擦を軽減する潤滑剤としての役割も果たす。

ここで問題となるのが、一時的に噴射ノズル５６からの高圧水５８の噴射を中断した場合である。地中深く没入されたコンクリート矢板５０の下端付近は比較的水圧が高いため、噴射を中断すると、噴射ノズル５８内へ泥水が逆流することになる。そして、噴射ノズル５８が泥水の固形分である土砂や小石等によって詰まると、高圧水の噴射が再開できなくなるという問題が発生する。

そこで本発明者は、高圧水の噴射を停止した際、泥水の逆流を阻止して土砂や小石等によって噴射ノズル内が詰まることがなく、また噴射を再開した際にも円滑に高圧水を噴射することのできる噴射ノズルを提案している（特許文献１参照。）。具体的には、図９に示すように、一端に供給路３０に接続される接続口６１と、他端に高圧水を噴射する噴射口６２とを有し、供給路３０からの高圧水を導く導通路６３を備えたノズル本体６４と、導通路６３に対して交差して形成された開閉通路６５と、開閉通路６５内を導通路６３に向かって前進して導通路６３を閉じ、後退して導通路６３を開く開閉弁６６と、開閉弁６６を前進方向に付勢する付勢手段６７とを含んで成り、更に、供給路３０と開閉通路６５の先端部側６８とを連通する連結路６９が形成された噴射ノズル６０である。高圧水が供給路３０の他端側から噴射ノズル６０側へ圧送されると、連結路６９から流入した高圧水が開閉弁６６の先端部７０を押圧して後退させ、同図（ｂ）に示すように導通路６３を開く。そして、開閉弁６６を押圧する高圧水は、開閉通路６５の先端部側６８から導通路６３を介して噴射口６２側へ流出すると共に、接続口６１から導通路６３へ流入した高圧水が、開状態となった導通路６３を介して噴射口６２側へ導通され、噴射口６２からコンクリート矢板５０の下方へ噴射される。一方、高圧水の噴射を中断すると、開閉弁６６が直ちに前進方向に付勢されて、導通路６３を閉じる。

すなわち、噴射ノズル６０は、高圧水の噴射を中断した場合に、開閉弁６６によって導通路６３や連結路６９、更には供給路３０への泥水の逆流を阻止できるため、噴射ノズル１内が土砂や小石等によって詰まることが無い。また、仮に噴射口６２から開閉弁６６の配設位置までの間の導通路に土砂や小石等が進入していても開閉弁６６の後退には何ら支障がなく、円滑に高圧水の噴射を再開することができる。

また、従来の噴射ノズルとして、図１０に示すような噴射ノズル７２も開示されている。この噴射ノズル７２は、弦巻バネ７３により後退方向に付勢されたバルブ７４によって、ノズル本体７５内の導通路７６を開閉するものである。この噴射ノズル７２では、特に、バルブ７４が備える突起棒７８が、導通路７６内に挿設されたバルブガイド７９内のガイド孔８０に挿入されている。すなわち、バルブ７４が導通路７６を開閉する際には、突起棒７８がガイド孔８０内を摺動することによって、バルブ７４の前後移動が案内される。
特願２００４−３１７８２８号（請求項３、図１、図２）

しかし、特許文献１において提案した噴射ノズル６０では、供給路３０から噴射ノズル６０内へ高圧水を一気に供給した際に、開閉弁６６が接続口６１から流入した高圧水の圧力によって側方（噴射口６２側）に押圧され、連結路６９から流入した高圧水の圧力によって開閉弁６６を後退させることが困難となる。また、噴射ノズル６０の構造が従来の噴射ノズルに比較して複雑であるため、製造コストが掛かるという問題も生じる。

一方、図１０に示した噴射ノズル７２においては、高圧水を供給してバルブ７４が前進移動を開始した際、バルブ７４に係る頭部８１の周囲が噴射ノズル７２を構成する何れの部材にも接触することがないため、頭部８１に生じる左右方向のブレによって、ガイド孔８０と突起棒７８とに偏心が生じ易く、この偏心が生じると突起棒７８がガイド孔８０内を円滑に摺動することができなくなる。従って、バルブ７４が十分に前進移動できず、高圧水の噴射量が減少する恐れがあると共に、噴射を中断した際に泥水の逆流を阻止できなくなる恐れもある。更に、ガイド孔８０と突起棒７８との摩擦によりこれらが摩耗した場合には、この偏心量が更に増大するため、高圧水の噴射量減少や逆流が阻止できなくなるといった問題がより生じ易くなる。

そこで本発明者は、上記の問題点に鑑み、高圧水の噴射を中断した際に、泥水の逆流が瞬時に阻止され、また、噴射を再開した際に円滑に高圧水を噴射することのできる噴射ノズルを提供するべく鋭意検討を重ねた結果、本発明に至ったのである。

即ち、本発明の噴射ノズルの要旨とするところは、高圧水を供給する供給路に接続され、該高圧水を噴射するために、地中に没入される建材の下端に設けられた地盤掘削用の噴射ノズルであって、一端に前記供給路に接続される接続口を有し、前記高圧水が導通される導通路と、該導通路の途中に設けられたテーパーによる絞り込み部から成る弁座部と、を備えたノズル本体と、前記導通路の軸線方向に前後移動して、前記弁座部から離反又は前記弁座部に当接することによって前記導通路を開閉する開閉弁と、前記開閉弁の前後移動を案内する案内部を備え、且つ前記高圧水を導通可能な切欠きが側壁軸方向に形成された、前記導通路内に挿設されるガイド部材と、前記案内部に収納され、前記開閉弁を前記導通路の軸線方向に付勢する付勢手段と、前記ノズル本体の他端に接続されるノズルチップとを含んで成ることにある。

かかる噴射ノズルにおいて、前記切欠きの少なくとも一部が、前記ガイド部材の軸線方向に対して螺旋状であることにある。

本発明の噴射ノズルは、コンクリート矢板等の打ち込み作業の中断に伴って高圧水の噴射を中断した際に、開閉弁によって導通路が閉じた状態に維持されるため、供給路へ泥水が逆流するのを阻止できる。従って、打ち込み作業の中断時に、導通路や供給路が土砂や小石等によって詰まらないように高圧水の噴射を継続する必要がなく、高圧水の噴射を完全に停止した場合であっても、供給路側への泥水の逆流を確実に阻止することができる。

また、本発明の噴射ノズルに係る開閉弁を球状とすることによって、導通路内に挿設されたガイド部材内の案内部を円滑に前後移動することができ、導通路の開閉を確実且つ円滑に行うことができる。更に、案内部と開閉弁に多少の摩耗が生じても、導通路の開閉には特に支障がなく、確実に高圧水の噴射及び泥水の逆流の阻止ができる。

更にまた、本発明の噴射ノズルは、その構造が非常に単純であるため、製造コストの抑制を図ることができる。

また、本発明の噴射ノズルに係るガイド部材において、ガイド部材に形成される切欠きを、ガイド部材の軸線方向に対して螺旋状に形成することによって、螺旋状の高圧水を容易に噴射することができ、高圧水による掘削効率の向上を図ることができる。

以下、本発明の噴射ノズルの実施形態について、図面に基づき説明する。なお、本発明の実施形態はコンクリート矢板に適用したものであるが、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではない。

本実施の形態に係る噴射ノズル１は、図１に示すように、コンクリート矢板５０の下端において、コンクリート矢板５０に埋設された高圧水の供給路３０に接続され、コンクリート矢板５０の下方へ高圧水を噴射する。ここで、下方と記したのは、コンクリート矢板５０を直立させて施工することが前提であって、コンクリート矢板５０の向きや姿勢、高圧水の噴射方向を限定する意図ではない。

噴射ノズル１は、一端に供給路３０に接続される接続口１４を有し、供給路３０から供給される高圧水が導通する導通路４を備えたノズル本体２（図２参照）と、導通路４の軸線方向に前後移動して導通路４を開閉する開閉弁６と、開閉弁６の前後移動を案内する案内部８を備え、且つ高圧水を導通可能な切欠き１０が側壁軸方向に形成されたガイド部材１２と、案内部８に収納されて、開閉弁６を導通路４の軸線方向に付勢する付勢手段１５と、ノズル本体２の他端に接続されるノズルチップ１６とを含んで構成される。

ノズル本体２は、図２に示すように、その内部を貫通する導通路４を備えており、この導通路４の一端は供給路３０に接続される接続口１４となり、他端はノズルチップ１６が接続される接続口１８となる。つまり、コンクリート矢板５０に埋設された供給路３０の一端外周面に形成された雄ネジに、接続口１４の内周面に形成された雌ネジを螺合することによって、供給路３０と噴射ノズル１に係るノズル本体２が接続される。一方、ノズル本体２の他端側の接続口１８には、噴射口１７を備えるノズルチップ１６が接続されるが、本実施形態では、ソケット２０を介してノズルチップ１６が接続されている。すなわち、接続口１８の内周面に形成された雌ネジと、ソケットの一端外周面に形成された雄ネジとを螺合してノズル本体２とソケット２０とを接続し、ソケット２０の他端内周面に形成された雌ネジにノズルチップ１６の一端外周面に形成された雄ネジを螺合することによってソケット２０とノズルチップ１６が接続されている。なお、本実施形態に係るノズルチップ１６は、必ずしもソケット２０を介して接続する必要はなく、接続口１８の口径に合った外周面を備えるノズルチップ１６であれば、接続口１８に直接ノズルチップ１６が接続されてもよく、或いはソケット２０とノズルチップ１６とが一体に成形されたノズルチップであってもよい。すなわち、ノズルチップの形状及び接続態様は特に限定されない。

また、導通路４の途中には、テーパー２４により絞り込み部２５を形成することによって弁座部２２が設けられており、後述する開閉弁６がこの弁座部２２に当接するすることによって導通路４が閉じられる。

本実施形態に係る、導通路４を開閉するための開閉弁６は球状を成し、導通路４に設けられた弁座部２２に当接することによって導通路４を閉じ、弁座部２２から離反することによって導通路４を開く。つまり、開閉弁６が導通路４の軸線方向に対して前後移動することによって導通路４が開閉され、開閉弁６が後退したときに弁座部２２に当接して導通路４が閉じられる。

導通路４に挿設されるガイド部材１２は、図３に示すような略円筒形状を成し、その側壁軸方向に、ガイド部材１２の後端２６から先端２７にかけて、複数の切欠き１０が形成されている。すなわち、供給路３０からノズル本体２内へ供給された高圧水は、ガイド部材１２が導通路４に挿設されて導通路４の内壁面と切欠き１０とにより形成された導水路５を通って、ノズル本体２の他端側からノズルチップ１６を介して噴射されることとなる。

また、このガイド部材１２の内部には、ガイド部材１２の後端２６側から先端２７側に向かって、上記の開閉弁６の前後移動を案内するための案内部８を備えており、案内部８は切欠き１０を介してガイド部材１２の外部と連通している。つまり、案内部８は、ガイド部材１２に係る切欠き１０以外の部分の内周面によって形成されている。そして、この案内部８には付勢手段１５として弦巻バネが収納されており、開閉弁６がこの付勢手段１５によって後退方向に付勢され、ノズル本体２内における弁座部２２に当接して導通路４を閉じた状態に維持する。すなわち、開閉弁６は、この案内部８によって前後移動を案内されつつ、導通路４の開閉を行うこととなる。なお、ガイド部材１２に係る案内部８の先端側には、付勢手段１５を係止するための係止部２８が設けられており、係止部２８の中央部には、案内部８とガイド部材１２の先端２７側とを連通する連通孔２９が形成されている。また、付勢手段１５としては弦巻バネの他、空気バネ、板バネ、竹の子バネ等が適用可能であり、特に限定されるものではない。

以上の構成から成る本実施形態に係る噴射ノズル１は、コンクリート矢板５０に埋設された供給路３０に接続されている。高圧水が供給されていない状態では、図１（ａ）に示すように、開閉弁６が付勢手段１５によって後退方向（図中、上方向）に付勢されて導通路４内に形成された弁座部２２に当接されて、導通路４を閉じた状態に維持している。

供給路３０から噴射ノズル１側に高圧水が圧送されると、接続口１４から導通路４に流入した高圧水によって、まず開閉弁６が押圧される。すると開閉弁６は、図１（ｂ）に示すように、付勢手段１５の付勢力に勝る高圧水の圧力によって、ガイド部材１２が備える案内部８を前進方向（図中、下方向）に押圧されて、導通路４を開くこととなる。導通路４が開かれると、高圧水は、案内部８から導通路４の内壁面と切欠き１０とにより形成された導水路５を介して、ノズル本体２の他端側へと導通される。そして、ノズル本体２の他端側に導通された高圧水がソケット２０及びノズルチップ１６内を圧送されて、噴射口１７から噴射される。

一方、高圧水の噴射を中断した場合には、開閉弁６を押圧して導通路４を開いた状態に維持するための高圧水の圧力が働かないため、付勢手段１５により付勢されている開閉弁６は、案内部８によって案内されつつガイド部材１２の後端２６側に向かって後退する。そして、開閉弁６が導通路４に形成された弁座部２２に当接することによって、導通路４が再び閉じた状態に維持されることとなる（図１（ａ））。

すなわち、本実施形態に係る噴射ノズル１を適用することにより、コンクリート矢板５０の打ち込み作業の中断に伴って高圧水の噴射を中断した際、開閉弁６が付勢手段１５によって後退方向に付勢され、導通路４が瞬時に閉じられるため、供給路３０側への泥水の逆流を阻止できる。特に、本実施形態に係る開閉弁６は球状であり、案内部８を円滑に移動することができるため、高圧水の噴射中断に対する応答性が非常に良好である。従って、打ち込み作業の中断時に、導通路４や供給路１０等が土砂や小石等によって詰まらないように高圧水の噴射を継続する必要がなく、高圧水の噴射を完全に停止した場合であっても、瞬時に逆流を阻止することによって、噴射ノズル１内への土砂や小石等の進入を最小限に抑えることができる。

また、本実施形態では、開閉弁６の最大幅部分、つまり開閉弁６の移動方向に対して水平方向に最大幅を有する部分が、開閉弁６が弁座部２２に当接した状態で案内部８に若干収納された状態となっているため、高圧水が一気に供給された場合であっても開閉弁６の移動方向と案内部８の軸線方向との間に偏心が生じ難い。更に、本実施形態のように、開閉弁６を球状とすることによって、開閉弁６に作用する高圧水の圧力に多少の偏心が生じた場合であっても、導通路４に挿設されたガイド部材１２内の案内部８を円滑に前後移動することができ、導通路４の開閉を確実に且つ瞬時に行うことができる。更には、案内部８及び／又は開閉弁６に多少の摩耗が生じても、導通路４の開閉には特に支障がなく、確実に高圧水の噴射及び泥水の逆流の阻止ができる。

また、本発明の噴射ノズルは、その構造が非常に単純であるため、製造コストの抑制を図ることができる。

以上、本発明の実施形態である噴射ノズル１について詳述したが、本発明の実施形態は上述のものに限定されない。例えば、噴射ノズル１に係るガイド部材１２は、図４に示すような態様であってもよい。同図に示したガイド部材１２ａは、ガイド部材１２と同様、略円筒形状を成し、その側壁軸方向に複数の切欠き１０ａが形成され、またその内部には案内部８を備えている。ここで、ガイド部材１２ａに係る切欠き１０ａは、ガイド部材１２ａの先端２７側において、ガイド部材１２ａの軸線方向に対して螺旋状に形成されている。

このように、切欠き１０ａを螺旋状に形成したガイド部材１２ａを本発明の噴射ノズルに適用することによって、噴射口１７から噴射される高圧水をより狭い範囲に集中的に噴射することができ、高圧水の噴射による掘削性能を向上することができる。

なお、切欠き１０ａは、ガイド部材１２ａに係る係止部２８から先端２７にかけて螺旋状に形成されているが、図５に示した切欠き１０ｂのように、ガイド部材１２ｂの後端２６から先端２７にかけて、ガイド部材１２ｂの軸線方向に対して螺旋状に形成されてもよい。

また、本発明に係る開閉弁は球状であることが好ましい。しかし、開閉弁がノズル本体２内の弁座部２２に当接した状態で、この開閉弁の最大幅部分、つまり開閉弁の移動方向に対して水平方向に最大幅を有する部分を、案内部８に収納することができる形状であれば特に限定されず、例えば図６（ａ）に示すような、砲弾形状の開閉弁６ａであってもよく、或いは同図（ｂ）に示す開閉弁６ｂのように、弁座部２２に当接する側の部分（以下「頭部」という。）が円錐台状をなし、その反対側の部分、つまり案内部８内に位置する部分が円柱状をなすものであってもよい。更には、図７に示す開閉弁６ｃのように、頭部が略半球状をなし、その反対側に棒部材７が突設された形状であってもよい。なお、この開閉弁６ｃの態様では、開閉弁６ｃの頭部が弁座部２２に当接した状態で、棒部材７の一端がガイド部材１２に係る連通孔２９内に挿入されている（同図（ａ））。そして、高圧水の噴射時には、開閉弁６ｃの頭部が案内部８で案内され、棒部材７が連通孔２９で案内されて開閉弁６ｃが前進し、導通路４が開かれることとなる（同図（ｂ））。

以上に例示した本発明の実施形態に係る噴射ノズルは、本発明の技術的思想を実質的に限定するものと解してはならない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、当業者の創意と工夫により、適宜に改良、変更又は追加をしながら実施されるものである。

本発明の実施形態に係る噴射ノズルの断面図であり、（ａ）は導通路が閉じた状態、（ｂ）は導通路が開いた状態を示す。図１に示した噴射ノズルに係るノズル本体の断面図である。図１に示した噴射ノズルに係るガイド部材を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は（ｂ）におけるＡ−Ａ断面図である。本発明に係るガイド部材の他態様を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は（ｂ）におけるＢ−Ｂ断面図である。本発明に係るガイド部材の更に別の態様を示す斜視図である。（ａ）は本発明に係る開閉弁の他態様を示す断面図、（ｂ）は更に別の態様を示す断面図である。本発明に係る開閉弁のまた別の態様を示す断面図であり、（ａ）は導通路が閉じた状態、（ｂ）は導通路が開いた状態を示す。従来のコンクリート矢板の施工現場の鳥瞰図である。従来の噴射ノズルの断面図であり、（ａ）は導通路が閉じた状態、（ｂ）は導通路が開いた状態を示す。従来の他の噴射ノズルの断面図（閉じた状態）である。

符号の説明

１：噴射ノズル
２：ノズル本体
４：導通路
６、６ａ〜６ｃ：開閉弁
８：案内部
１０、１０ａ、１０ｂ：切欠き
１２、１２ａ、１２ｂ：ガイド部材
１４、１８：接続口
１５：付勢手段
１６：ノズルチップ
１７：噴射口
２２：弁座部
２８：係止部
３０：供給路

Claims

高圧水を供給する供給路に接続され、該高圧水を噴射するために、地中に没入される建材の下端に設けられた地盤掘削用の噴射ノズルであって、
一端に前記供給路に接続される接続口を有し、前記高圧水が導通される導通路と、該導通路の途中に設けられたテーパーによる絞り込み部から成る弁座部と、を備えたノズル本体と、
前記導通路の軸線方向に前後移動して、前記弁座部から離反又は前記弁座部に当接することによって前記導通路を開閉する開閉弁と、
前記開閉弁の前後移動を案内する案内部を備え、且つ前記高圧水を導通可能な切欠きが側壁軸方向に形成された、前記導通路内に挿設されるガイド部材と、
前記案内部に収納され、前記開閉弁を前記導通路の軸線方向に付勢する付勢手段と、
前記ノズル本体の他端に接続されるノズルチップと
を含んで成る地盤掘削用の噴射ノズル。
前記切欠きの少なくとも一部が、前記ガイド部材の軸線方向に対して螺旋状である請求項１に記載の噴射ノズル。