JPH0482609A - 超音波コアドリル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、コンクリート壁面にコンクリート補修側の注
入口を形成する際などに利用される超音波コアドリルに
関するものである。

（従来の技術） 最近、コンクリート構造物については、その素材である
コンクリートの劣化が問題になっている。

このコンクリートの劣化は、その経年変化、外部環境に
よる中性化、塩害、アルカリ骨材反応、施工不良、乾燥
収縮、車両による振動や地震等によるクランクの発生や
剥離、あるいは剥離などに伴う鉄筋の発錆などに起因し
て強度が低下する現象である。このコンクリートの劣化
は、ビル外壁タイルの下地モルタルの剥離に伴う落下、
鉄道トンネルコンクリート内壁の剥離と落下、ダムの漏
水などを招くおそれもある。

コンクリートの躯体と下地モルタルとの間に発生する剥
離層は、典型的には、壁面下２乃至３ｃｍの深さの境界
部分に０．２乃至１ｍｍ程度の幅で形成される。この剥
離層の生じた壁面を補修する方法として、コンクリート
壁面に剥離層に達する深さの注入口を形成し、この注入
口を通して剥離層内にエポキシ樹脂を注入する方法が汎
用されてきた。最近、従来のエポキシ樹脂に代えてセメ
ントスラリーを注入する補修方法も採用されるようにな
ってきている。

本発明者の考察によれば、注入するコンクリート補修剤
としてはセメントスラリーの方がエポキシ樹脂よりも格
段に優れていると考えられる。

すなわち、セメントスラリーの硬化物は硬化コンクリー
トとほぼ同一の組成を有するため、その物理定数もほぼ
同一である。このため、外界の物理的変化に対してコン
クリートと一体となって反応し、補修後の耐久性がエポ
キシ樹脂に比べて格段に向上する。また、セメントスラ
リーは混合セメント粉を水にとかしてスラリー状にした
ものであるため、剥離層内に水が存在してもエポキシ樹
脂の場合のような不都合がなんら生じない。さらに、セ
メントスラリーはエポキシ樹脂に比べて粘性が低いため
剥離層内に広く拡散し、またエポキシ樹脂に比べて作業
者の健康への影響も少ない。

住人しようとするコンクリート補修剤がエポキシ樹脂で
あれセメントスラリーであれ、まず、これらの補修剤を
注入するための注入口を形成することが必要になる。従
来、このような注入口を形成するには、電気振動ドリル
やダイヤモンド・コアドリルなどが使用されている。

第１０図は、電気振動ドリルなどにドリルビット４０を
装着し軸周りの回転と同時に軸方向の打撃力と手による
押圧力で注入口を形成する従来方法を示しており、Ａは
コンクリート耕体層、Ｂは仕上げモルタル層、Ｃは両者
の間に形成された剥離空間層である。この方法では、打
撃発生機構の構造上の制約から打撃回数は現在のところ
最高７００回／秒程度である。

第１１図は、ダイヤモンド・コアドリルで注入口を形成
する従来方法を示している。この方法では、ダイヤモン
ドコアビット４１は軸周りに回転するだけであり、軸方
向の切り込み送りは手動による押圧力で行っている。な
お、参照符号Ａ、　Ｂ及びＣは第１０図のものと同様で
ある。

（発明が解決しようとする課題） 本発明者の経験によれば、上記従来の電気振動ドリルや
ダイヤモンド・コアドリルなどを使用して注入口を形成
した場合、エポキシ樹脂はともかくとしてセメントスラ
リーについては注入がうまくいかないという問題がある
。このため、セメントスラリーを注入するには、下地モ
ルタルの剥離箇所に注入口を何層も開は直して注入可能
なものを試行錯誤的に捜すことになり、手間と時間がか
かる。最悪の場合、セメントスラリーを注入できる注入
口が見つからないため、コンクリート補修剤をエポキシ
脂に急遁変更しなければならなくなることもある。

木発明者は、セメントスラリーが注入されにくい原因を
次のような実験によって確認した。

まず、下地モルタル層を模擬する厚さ３ｃｍのモルタル
板とコンクリート補修剤層を模擬する厚さ１ｃｍの透明
アクリル板とをスペーサによる０、３ｍｍの空隙を介在
させながら対向させ、四隅をクランプで固定した。なお
、各板の大きさは３０×３０ｃｍである。次に、モルタ
ル板の中央部に注入口を模擬する小孔を直径６ｍｍのド
リルで形成した。この際、ドリルの刃先がアクリル板に
達する直前にドリルの押圧力によってモルタル板が突き
破られ、直径５ｃｍ程度、中心部分で厚さ３ｍｍ程度の
円錐形状の破壊破片が突出してアクリル板面に密着し、
板の間に形成されていた空隙が塞がれてしまう現象が観
察された。

この小孔に対し手動ポンプでセメントスラリー剖の低圧
注入を試みたが、注入はまったく不能であった。板の結
合を解除して調べて見ると、円錐形状のモルタル破壊破
片の裏面（破片のアクリル板に接しない側）にごく僅か
の水が滲んだように入り、そしてその表面はセメント粉
で覆われていた。

これは、ドリルによる注入孔の形成時に薄いモルタル破
壊破片が剥離してその先端がアクリル板に密着し、裏面
にはごく僅かの凹凸の狭い隙間が生じ、ここに入ろうと
したセメントスラリーの濾過によって生じたセメント粉
で間隙が塞がれてしまい、ついにはセメントスラリーが
全く通過不能となったためと考えられる。このモルタル
破壊破片を全て除去し、２枚の板を組立て直してセメン
トスラリーを注入すると問題なく注入された。

すなわち、第１０図と第１１図に示すように、ドリルや
コアビットなどの刃先が剥離空間層にある程度接近する
と、刃先の押圧力によって破壊された円錐形状のモルタ
ル破片りがモルタル面から剥離突出してコンクリートＷ
体側に密着し、結果としてセメントスラリー液が注入出
来ない現象が起こる。

実際の工事において注入孔の何本かに１本にセメントス
ラリーが注入できたのは、その箇所では剥離層の間隙が
大きくモルタル破壊破片による閉塞を免れたためと考え
られる。また、エポキシ樹脂の注入が可能なのは、セメ
ントスラリーと異なり樹脂中に粉体が存在しないことか
ら円錐状モルタル破壊破片の裏側の凹凸部分Ｅで濾過作
用による目詰まりが生じないためと考えられる。

このモルタル破壊片の発生の問題を解決するために、ポ
ーリングコア穿孔器具などを含む種々の工具を使用して
実験を行ったがいずれもモルタル破壊破片の発生を回避
することができなかった。

以上のことから、コンクリート補修剤の注入口、特にセ
メントスラリー用の注入口を形成するのに適した新規な
工具の開発が必要とされている。

（課題を解決するための手段） Ｌ記従来の技術的課題は、本発明の超音波コアドリルに
よって解決される。

この超音波コアドリルは、先端面にダイヤモンド砥粒を
分布させる先端部分を有するコアビットと、このコアビ
ットをその軸線の回りに回転させる回転機構と、上記コ
アビットをその軸線の方向に振動させる超音波振動機構
とを備えている。

本発明の好適な一実施例の超音波コアドリルによれば、
上記コアビットは円周方向に空隙を介在させながら櫛歯
状に分割されると共に、上記超音波振動機構は上記コア
ビットの分割された先端部分の変位が円周方向に一定速
度で回転する進行波を形成するように各先端部分をその
軸線の方向に振動させる進行波型の超音波振動装置から
構成される。

本発明の更に好適な一実施例の超音波コアドリルによれ
ば、上記コアビットの先端部分から上記空隙を通して空
気を吸い込み後部から吐き出す排気機構を備えている。

以下、本発明の作用を実施例と共に詳細に説明する。

（実施例１） 第１図は、未発明の一実施例の超音波コアドリルの構成
を示す断面図、第２図（ａ）、（ｂ）は第１図の先端刃
先部分の拡大断面図、第３図は超音波起振装置の要部拡
大断面図である。

第１図乃至第３図において、■はコアビット、２は中空
ロッド、３は超音波振動装置、４はスリップリング、５
は給電ブラシ、６は電動機、７はスイツチ、８，９は軸
受け、１０は傘歯車、１１はホースジヨイント、１２め
盲プラグである。

コアビット１の概略の形状はパイプ状であり、その刃先
先端部には切り欠きＩＡを介在させつつ円環円周方向に
沿って配列される複数の櫛歯状刃先が形成されている。

各櫛歯状刃先の先端面には、適宜な密度でダイヤモンド
砥粒ＩＢが埋め込まれている。このコアビット１の後端
部は、パイプ状ロッド２の先端部分に螺着されている。

パイプ状ロッド２の中央部には超音波振動装置３がボル
トにより固着されると共に、その後端部には超音波振動
装置３による軸方向の微小振動を吸収しつつロッド２に
回転トルクを伝達するためのフレキシブル・カップリン
グ１３が固着されている。

超音波振動装置３は、いわゆるボルト締め形のランジュ
バン振動子から構成されている。端子板３Ｄを挟んでそ
の両側に配置された圧電素子３Ｃには、金属パイプの振
動子３Ａ、３Ｂと外周ネジナツト３Ｅとから成る圧縮機
構によって圧縮荷重が加えられており、振動による最大
引張り応力にも耐えるようになっている。一方の振動子
３Ａはパイプ状ロッド２のフランジ部にボルトにより固
着されている。他方の振動子３Ｂは、軸方向可動軸受８
と軸方向固定軸受９とを介在させつつ本体ケース１４内
に回転自在に支持されている。

この振動子３Ｂの中央部分の外周上に、電気絶縁層を介
して環状のスリップリング４が形成されている。このス
リップリング４はミ振動子３Ｂの厚肉内部に埋設された
電気配線を介して端子板３Ｄに接続されている。バネに
よる適切な接触圧でスリップリング４に押圧される給電
ブラシ５を通して圧電素子３Ｃに駆動電力が供給される
。

振動子３Ｂの後端部には傘歯車１０がキーを介して嵌合
され、この傘歯車１０とフレキシブル・カンプリング１
３とは適宜数のボルトによって結合されている。このた
め、電動機６の回転力が傘歯車１０とフレキシブル・カ
ンプリング１３とを介してロッド２に伝達される。

本体ケース１４の後端部には、コンクリート壁面に補修
剤の注入口を形成する際に発生する粉塵や細かい破片な
どをコアビット１の先端部分の空隙とロッド２の中空部
を通して別置きの集塵装置に吸引させるためのホースジ
ヨイント１１が螺着されている。また、本体ケース１４
の後端部には、注入口の形成時にロッド２の中空部に入
り込む円柱状の残材を押し出して除去するための押し出
し用棒状体の挿入孔が形成されると共に、この挿入孔は
注入口の形成時には着脱自在のゴム製の盲プラグ１２に
よって塞がれている。

この超音波コアドリルを効率的に動作させるために、刃
先先端部ＩＢが振幅最大かつ軸方向固定軸受け９が振幅
最小となるように、振動系の各部寸法が決定される。

〔実施例２〕 第４図は、本発明の他の実施例の超音波コアドリルの構
成を示す断面図、第５図（ａ）、（ｂ）は第４図の先端
部分の拡大断面図、第６図は圧電素子の配置の一例を示
す断面図である。

第４図乃至第６図中、第１図乃至第３図と同一の参照符
号を付した構成要素はこれらの図に関して説明済みの構
成要素と同一のものであり、これらの構成要素について
は重複する説明を省略する。

この実施例の超音波コアドリルが実施例１の超音波コア
ドリルと異なる点は、超音波振動装置がコアビットｌ内
に一体として紐み込むまれると共に、この超音波振動装
置が進行波型のものとして構成されている点である。

すなわち、櫛歯状刃先ＩＦのそれぞれの後端面には、第
６図に示すように、櫛歯状刃先ＩＦと同様に円周方向に
沿って分割された同数の圧電素子ＩＣが配列されており
、これらの圧電素子には一つおきに正極性の電圧が印加
されると共に一つずれて一つおきに負極性の電圧が印加
される。このため、第７図に示すように、隣接する櫛歯
状刃先ＩＦは互いに逆向きに変位し、円周方向に回転す
る進行波が形成される。すなわち、櫛歯状刃先ＩＦのそ
れぞれは、進行波円環型超音波モータのステータ部分に
相当する。コアビット１を構成する圧電振動子ＩＣ１電
極板ＩＤ、弾性体ＩＥ及び櫛歯状刃先ＩＦどうしは、振
動によって剥離が生じないように強固に接着されている
。このコアビット１は、溶接などによりロッド２の先端
部分に固着されている。

パイプ状のロッド２の肉厚部には、電極板ＩＤとスリッ
プリング４間を接続する電気配線が埋設されている。こ
のロッド２の後端部はねじ込みにより回転駆動軸３０に
結合されている。この回転駆動軸３０の前部は軸方向可
動軸受８により、また後部は軸方向固定軸受９により本
体ケース１４内に回転自在に支持されている。

駆動回転軸３０の中央部の外周面上には電気絶縁層を介
してスリップリング４が形成され、このスリップリング
４にバネによって押圧される給電ブラシ５を介して、圧
電素子ＩＣに駆動電力が供給される。駆動回転軸３０の
後端部には傘歯車１０がキーを介して嵌合されているた
め、電動機６の回転力がこの傘歯車１０と回転駆動軸３
０とを介してロッド２に伝達される。

本体ケース後端部には、（実施例１）で説明したと同様
の機能を有するホースジヨイント１１と盲プラグ１２が
形成されている。

この実施例の超音波コアドリルは、進行波円環超音波モ
ータのステータ部分に相当する櫛歯状刃先を有する円環
体ＩＦの先端部ＩＢが掘削に最適な軌跡を描くように、
振動系の各部寸法が決定される。

次に、本発明の超音波コアドリルを用いてコンクリート
補修剤の注入口を形成する方法を説明する。

まず、補修対象のコンクリート壁面は、第８図に例示す
るように、コンクリート躯体ＮＡの表面に仕上げモルタ
ル層Ｂが形成された構造となっており、両者の間に剥離
空間層Ｃが形成されているものとする、このような補修
対象のコンクリート壁面に対してテストハンマー等の打
診具や、適宜な診断器具を用いて浮きの範囲と形成すべ
き注入口の予定位置をマーキングする。

第８図は、実施例１の超音波コアドリルで注入口を形成
する場合である。

まず、この超音波コアドリルのホースジヨイント１１に
別置きの集塵装置に連なる吸引ホースに接続し、コアビ
ット１を注入口を形成しようとするコンクリート壁面に
当てかう。この状態で、スイッチ７を投入することによ
り、電動機６と超音波振動装置３とを起動する。コアビ
ット１は、電動機６による軸周りの回転と同時に超音波
振動装置３によって軸方向に高速かつ微小振幅の縦振動
を行う。コアビット１の先端の刃先部分に埋め込まれた
ダイヤモンド砥粒ＩＢは、作業者による押圧力、電動機
による回転力及び超音波振動装置による縦方向への打撃
力によってモルタル層Ｂやコンクリート躯体層Ａを連続
的に破砕する。これに伴って生じた穿孔内部の微粉末は
エヤー吸引によって穿孔外に排除されるため、コアビッ
トの刃先を損傷させたり、掘削を妨害したり、剥離空間
内に入り込むという不都合がを効に回避される。

コアビット先端部分の軸方向振幅は超音波振動装置の機
能上数十ミクロン程度の極めて小さな値であるが、その
打撃周波数は１５乃至４０ＫＨｚもの極めて高い値とな
る。このため、１サイクルあたりの破砕、掘削エネルギ
ーが極めて微小であり、これに伴ってモルタル層内に発
生する剥離応力は極めて微弱な値となる。このため、従
来工法と異なりコアビットの刃先部分が剥離層を貫通す
る際に、円錐形状のモルタル破壊破片が剥離突出して補
修剤の注入経路が閉かれてしまうという問題が有効に解
決される。

第９図は、実施例２の超音波コアドリルで注入口を形成
する動作を説明するための断面図である。

別置きの集塵装置に吸引ホースを接続し、所定の位置に
コアビット１を当てかいスイッチ７を投入すると、電動
機６と超音波振動装置とが作動する。円環振動体ＩＦの
表面には、電動機による回転と同時に円周上を回転する
進行波状の振動が発生する。このコアビット１の表面部
分に埋め込まれたダイヤモンド砥粒ＩＢは、第７図に図
示するような楕円軌跡を描きながら、波頂部が一定の速
度で円周上を回転する。これに伴い、ダイヤモンド砥粒
ＩＢは電動機６による回転力と作業者による押圧力とあ
いまってモルタ層やコンクリート層を破砕、掘削する。

以上、未発明の超音波コアドリルに排気機能を持たせる
ことにより粉塵を作業空間から除去する構成について説
明した。しかしながら、この排気機構を省略した場合で
も、超音波振動装置の付加に伴う一定の効果が奏される
。この場合、コアビットの先端部分は櫛歯状に分割しな
くてもよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明の超音波コアドリル
は、作業者による押圧力とモータによる回転とに加えて
超音波振動装置による高速の打撃力をコアビットに加え
ながら注入口を形成する構成であるから、超音波振動に
よる打撃力のふん作業者による押圧力を減少させること
が可能となる。

この結果、押圧力に起因する円錐形状のモルタル破壊破
片の剥離突出が発生しにくくなり、良好な補修剤の注入
口が形成されるという効果が奏される。

本発明の好適な一実施例においては、コアビットの先端
部分を櫛歯状に分割すると共に、これら分割された先端
部分の変位が円周方向に一定速度で回転する進行波を形
成するように各先端部分をその軸線の方向に振動させる
進行波型の超音波振動機構を使用する構成であるから、
作業面を極めて高速の鋸で引くような状態となり、超音
波振動機構による破壊力が一層増大する。従って、その
ぶん作業者による押圧力を減少させることが可能となり
、押圧力に起因して発生する円錐形状のモルタル破破の
発生を有効に防止できる。

本発明の更に好適な実施例においては、作業空間で発生
した粉塵をエアー吸引によって除去する構成であるから
、粉塵による作業の妨害が軽減されより良好な注入口の
形成が可能となる６

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の超音波コアドリルの構成を
示す断面図、第２図（ａ）、（ｂ）は第１図の先端刃先
部分の拡大断面図、第３図は超音波振動装置の要部拡大
断面図、第４図は本発明の他の実施例の超音波コアドリ
ルの構成を示す断面図、第５図（ａ）、（ｂ）は第４図
の先端部分の拡大断面図、第６図は超音波圧電素子配置
の一例を示す断面図、第７図はコアビットの刃先先端部
の楕円運動の軌跡を説明するための概念図、第８図は第
１図の超音波コアドリルを使用してコンクリート補修剤
注入口を形成する様子を説明する断面図、第９図は第４
図の超音波コアドリルを使用してコンクリート補修剤１
注入口を形成する様子を説明する断面図、第１０図は従
来の電気振動ドリルやドリルピットを用いてコンクリー
ト補修１Ｐ１の注入口の形成する様子を説明する断面図
、第１１図は従来のダイヤモンド・コアドリルを用いて
コンクリート補修剤注入口を形成する様子を説明する断
面図である。 １・・・コアビット本体 ＩＡ・・・円周部切り欠き １Ｂ・・・ダイヤモンド砥粒 ＩＣ・・・超音波圧電素子 １Ｄ・・・電極板 ＩＥ・・・円環状弾性体 １Ｆ・・・櫛歯状刃先を有する円環振動体２・・・中空
ロンド ３・・・超音波振動装置（ボルト締め形ランジュバン振
動装置） ３Ａ・・・金属製振動子（前部ロッド取り付は側） ３Ｂ・・・金属製振動子（後部回転駆動側）３Ｃ・・・
圧電素子 ３Ｄ・・・電極板 ３Ｅ・・・外周ネジナツト ３０・・・回転駆動軸 ・スリップリング ・・給電ブラシ ・・電動機 ・　・スイッチ ・・軸受け（軸方向可動） ・・軸受け（軸方向固定） ・・・傘歯車 ｆ Ａ　・ Ｂ　・ Ｃ・ Ｄ　・ Ｅ　・ ・ホースジヨイント ・盲プラグ ・フレキシブルカップリング コンクリート躯体層 仕上げモルタル層 剥離空間層 円錐状モルタル破壊破片 凹凸の強い隙間 特許出願人　日本メンテ開発株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）先端面にダイヤモンド砥粒を分布させる先端部分
   を有するコアビットと、このコアビットをその軸線の回
   りに回転させる回転機構と、前記コアビットをその軸線
   の方向に振動させる超音波振動機構とを備えたことを特
   徴とする超音波コアドリル。
2. （２）前記コアビットは、円周方向に空隙を介在させな
   がら櫛歯状に分割されると共に、前記超音波振動装置は
   、前記コアビットの前記分割された先端部分の変位が円
   周方向に一定速度で回転する進行波を形成するように各
   先端部分をその軸線の方向に振動させる進行波型の超音
   波振動機構であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の超音波コアドリル。
3. （３）前記コアビットの先端部分から前記空隙を通して
   空気を吸い込み後部から吐き出す排気機構を備えたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の超音波コアド
   リル。