7149305 回転ノズル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-28

(45)【発行日】2022-10-06

(54)【発明の名称】回転ノズル

(51)【国際特許分類】

   E02D 3/12 20060101AFI20220929BHJP

【ＦＩ】

E02D3/12 102

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020057029

(22)【出願日】2020-03-27

(65)【公開番号】P2021156005

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2021-11-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000236610

【氏名又は名称】株式会社不動テトラ

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(72)【発明者】

【氏名】矢部 浩史

(72)【発明者】

【氏名】田中 肇一

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 英次

【審査官】五十幡 直子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１２３５９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１９４６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－２６８８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１６１１５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－０９６２０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１５０７７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｄ ３／１２

Ｂ０５Ｂ １／００－３／１８

Ｂ０５Ｂ ７／００－９／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地盤中に噴射ノズルから流体を高圧噴射させて該地盤の削孔と改良を行う地盤改良装置に用いられ、前記流体の噴射力の反力により回転する回転ノズルにおいて、
前記流体が流通する流体通路が形成された固定部の軸部を中心として該流体通路に連通する流体通路が形成された回転部を回転自在に設け、
前記固定部の流体通路に対する鉛直面外に前記回転部の流体通路の一部を斜めに傾斜させて外周側に向けて形成し、
前記傾斜した流体通路の一部の先端に先端口を設け、この先端口に噴射ノズルを取り付けて、該噴射ノズルから噴射される前記流体の噴射力の反力により前記軸部を中心として前記回転部を回転自在にし、
かつ、前記固定部と前記回転部との間に形成される空間を封止すると共に、前記固定部に形成された他の流体通路から供給される流体により膨張変形して前記回転部にブレーキを掛ける弾性体を前記空間の開口に設けたことを特徴とする回転ノズル。

【請求項2】

請求項１記載の回転ノズルであって、
前記固定部に前記軸部の流体通路及び前記他の流体通路とは異なる別の流体通路を形成し、
前記別の流体通路から供給される異物混入防止用の流体を前記固定部と前記回転部との間の隙間より排流自在にしたことを特徴とする回転ノズル。

【請求項3】

請求項１又は２記載の回転ノズルであって、
前記固定部と前記回転部の相対向する面側に該回転部の回転状況を検知する回転検出センサを設けたことを特徴とする回転ノズル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地盤の削孔と改良を行う地盤改良装置に用いられる回転ノズルに関する。

【背景技術】

【0002】

この種の回転ノズルとして、例えば、特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１に記載された回転ノズルは、地盤中に噴射ノズルから流体を高圧噴射させて該地盤の削孔と改良を行う地盤改良装置に用いられ、流体の噴射力の反力により回転するものである。即ち、回転ノズルは、流体が流通する流体通路が形成された固定部の軸部を中心として、該流体通路に連通する流体通路が形成された回転部を回転自在に設け、この回転部の流体通路の一部を固定部の流体通路に対して所定角度傾斜させて外周側に向けて形成し、この傾斜した流体通路の先端口に噴射ノズルを取り付けて、該噴射ノズルから噴射される流体の噴射力の反力により軸部を中心として回転部を回転自在にしたものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－１２３５９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、前記従来の回転ノズルでは、回転部の回転数を地盤の削孔や改良の目的に見合った状態に制御する方法が見当たらなかった。さらに、地盤の削孔や改良を行う際に、土中で固定部と回転部の間に形成された隙間に土砂やゴミ等の異物が混入して回転部の回転が止まる問題も生じていた。

【0005】

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、地盤の土中内での回転部の回転を制御することができる回転ノズルを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１の発明は、地盤中に噴射ノズルから流体を高圧噴射させて該地盤の削孔と改良を行う地盤改良装置に用いられ、前記流体の噴射力の反力により回転する回転ノズルにおいて、前記流体が流通する流体通路が形成された固定部の軸部を中心として該流体通路に連通する流体通路が形成された回転部を回転自在に設け、前記固定部の流体通路に対する鉛直面外に前記回転部の流体通路の一部を斜めに傾斜させて外周側に向けて形成し、前記傾斜した流体通路の一部の先端に先端口を設け、この先端口に噴射ノズルを取り付けて、該噴射ノズルから噴射される前記流体の噴射力の反力により前記軸部を中心として前記回転部を回転自在にし、かつ、前記固定部と前記回転部との間に形成される空間を封止すると共に、前記固定部に形成された他の流体通路から供給される流体により膨張変形して前記回転部にブレーキを掛ける弾性体を前記空間の開口に設けたことを特徴とする。

【0007】

請求項２の発明は、請求項１記載の回転ノズルであって、前記固定部に前記軸部の流体通路及び前記他の流体通路とは異なる別の流体通路を形成し、前記別の流体通路から供給される異物混入防止用の流体を前記固定部と前記回転部との間の隙間より排流自在にしたことを特徴とする。

【0008】

請求項３の発明は、請求項１又は２記載の回転ノズルであって、前記固定部と前記回転部の相対向する面側に該回転部の回転状況を検知する回転検出センサを設けたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

以上説明したように、請求項１の発明によれば、回転部にブレーキを掛ける弾性体を固定部と回転部との間に形成される空間の開口に設けたことにより、地盤の土中内での回転部の回転を制御することができる。

【0010】

請求項２の発明によれば、固定部に軸部の流体通路とは別の流体通路を形成し、この別の流体通路から供給される流体を固定部と回転部との間の隙間より排流自在にしたことにより、固定部と回転部との間の隙間に土砂やゴミ等の異物が混入するのを防止することができ、回転部の安定した回転を確保することができる。

【0011】

請求項３の発明によれば、固定部と回転部の相対向する面側に該回転部の回転状況を検知する回転検出センサを設けたことにより、地盤の土中内での回転部の回転数を把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態の回転ノズルの断面図である。

【図2】上記回転ノズルの正面図である。

【図3】図１中III－III線に沿う断面図である。

【図4】図１中IV－IV線に沿う断面図である。

【図5】上記回転ノズルの回転原理を示す説明図である。

【図6】上記回転ノズルの回転部にブレーキを掛けた状態を示す断面図である。

【図7】上記回転ノズルの固定部と回転部との間の隙間からエアを排気した状態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

【0014】

図１は本発明の一実施形態の回転ノズルの断面図、図２は回転ノズルの正面図、図３は図１中III－III線に沿う断面図、図４は図１中IV－IV線に沿う断面図、図５は回転ノズルの回転原理を示す説明図、図６は回転ノズルの回転部にブレーキを掛けた状態を示す断面図、図７は回転ノズルの固定部と回転部との間の隙間からエアを排気した状態を示す断面図である。

【0015】

図１に示すように、回転ノズル１は、地盤（図示省略）中に噴射ノズル２５から水或いはセメントスラリー等の流体Ｓを高圧噴射させて該地盤の削孔と改良を行う地盤改良装置（図示省略）に用いられるものであり、流体Ｓが流通する主流体通路（流体通路）１２が中心に突出した軸部（シャフト）１１まで形成されたホルダーである固定部１０と、主流体通路１２に連通する副流体通路（流体通路）２１が形成され、固定部１０の軸部１１を中心として流体Ｓの噴射力の反力により回転する回転体である回転部２０と、を備えている。

【0016】

固定部１０は大径の円柱状に形成されており、その前面１０ａの中央には、小径で円柱段差状の軸部１１が一体突出形成されている。この軸部１１には、前後に位置する各ボールベアリング２３を介して回転部２０が回転自在に支持されている。

【0017】

固定部１０の主流体通路１２は、固定部１０の後面１０ｂに突出した突出部分１０ｃの中央より大径内周面部１２ａと、円錐内面部１２ｂと、軸部１１の大径側から小径側に形成された小径内周面部１２ｃと、この小径内周面部１２ｃの先端より直角に曲がった連通路１２ｄと、を有している。そして、主流体通路１２の大径内周面部１２ａより回転部２０の副流体通路２１内へと流体Ｓが供給されるようになっている。

【0018】

図１に示すように、回転部２０は、固定部１０の外径と同径の円柱状に形成されており、その中央に固定部１０の軸部１１が挿通される断面円形の中心孔２２が形成されている。

【0019】

また、図１、図２に示すように、回転部２０の副流体通路２１は、固定部１０の主流体通路１２に連通する円環状通路２１ａと、この円環状通路２１ａから前面２０ａ側に向けて放射状で且つ１８０°隔てて形成された一対の分岐通路（一部）２１ｂ，２１ｂと、を有している。尚、図１に示すように、回転部２０の中心孔２２と副流体通路２１の円環状通路２１ａとの間の隙間は、中心孔２２に形成された各円環状凹部２２ａに嵌合されるシールリング２４により流体Ｓが漏れないように閉塞されている。

【0020】

つまり、図１、図２に示すように、回転部２０には、副流体通路２１の円環状通路２１ａに連通する一対の分岐通路２１ｂ，２１ｂが固定部１０の水平である主流体通路１２に対する鉛直面外に三次元的に所定角度θ傾斜させて回転部２０の外周側から前面２０ａに向けて放射状に形成されている。そして、この傾斜した各分岐通路２１ｂの先端には、先端口２１ｃが設けられている。この一対の先端口２１ｃ，２１ｃには、噴射ノズル２５がネジ止めによりそれぞれ取り付けられていて、各噴射ノズル２５から噴射される流体Ｓの噴射力の反力により固定部１０の軸部１１を中心として回転部２０が回転するようになっている。

【0021】

詳述すると、図１、図２に示すように、固定部１０の軸部１１に対して回転部２０の一対の分岐通路２１ｂ，２１ｂが所定角度θ傾斜していることにより、各分岐通路２１ｂの先端口２１ｃに取り付けられた噴射ノズル２５から流体Ｓが高圧噴射された際に、回転部２０が上記の噴射力により、固定部１０の軸部１１を中心として回転するようになっている。即ち、図５に示すように、噴射ノズル２５から高圧噴射される流体Ｓの噴射力をＦとすると、固定部１０の軸部１１に直交する面内において噴射力Ｆの水平分力であるＦ×ｓｉｎθ＝Ｆ’が作用する。この水平分力Ｆ’が推進力（反力）となって、回転部２０が固定部１０の軸部１１を中心として回転するようになっている。

【0022】

さらに、図１、図６に示すように、回転部２０の後面２０ｂには、断面円形の凹部２０ｃが形成されている。この凹部２０ｃと固定部１０の軸部１１との間には、空間２６が形成されている。これら固定部１０の軸部１１と回転部２０の凹部２０ｃとの間に形成された空間２６内には、固定部１０に形成されたブレーキ専用のエアライン（他の流体通路）１３からエア（流体）Ａが供給されるようになっている。また、空間２６の開口２６ａには、エアホース１４を介してブレーキ専用のエアライン１３から供給されるエアＡにより膨張変形して回転部２０にブレーキを掛ける硬質ゴム（弾性体）２７が該開口２６ａを閉塞するように設けられている。この硬質ゴム２７は、断面横Ｕ字の円環状に形成されていて、円環状の支持部材２８を介して抜け止め自在に設けられている。これにより、硬質ゴム２７の内周部２７ａは、固定部１０の軸部１１の段差大径部の外周面１１ｂに圧接されていると共に、硬質ゴム２７の外周部２７ｂは、回転部２０の凹部２０ｃの内周面２０ｄに圧接されている。

【0023】

また、図１、図７に示すように、固定部１０の前面１０ａと硬質ゴム２７との間には、第２の空間２９が形成されている。この第２の空間２９内には、固定部１０に軸部１１の主流体通路１２及びブレーキ専用のエアライン１３とは別に形成された排気専用のエアライン（別の流体通路）１５から異物混入防止用のエア（流体）Ａが供給されるようになっている。そして、エアホース１６を介して排気専用のエアライン１５から第２の空間２９内に供給されるエアＡは、固定部１０の前面１０ａと回転部２０の後面２０ｂとの間に形成された隙間ｔより外へ排気（排流）されるようになっている。この外へ排気されるエアＡにより、隙間ｔに混入しようとする土砂やゴミ等の異物Ｂが吹き飛ばされるようになっている。

【0024】

さらに、図１に示すように、固定部１０の軸部１１の段差大径部の前面１１ｃと該前面１１ｃに相対向する回転部２０の凹部２０ｃの底面２０ｅ側には、回転部２０の回転状況を検知する近接センサ（回転検出センサ）３０が設けられている。

【0025】

図１、図３に示すように、近接センサ３０は、回転部２０の凹部２０ｃの底面２０ｅに取り付けられ、凹部３１ａと凸部３１ｂとを交互に有する円環板状のリング３１と、この円環板状のリング３１の凹部３１ａと凸部３１ｂの数から回転部２０の回転数を計算して検出するセンサ部３２と、このセンサ部３２からの検出信号を地上へ出力するケーブル３３と、を備えている。尚、円環板状のリング３１に形成された凹部３１ａと凸部３１ｂとの間隔を密にする（凹凸の数を増やす）ことで、近接センサ３０の精度を向上させることができる。

【0026】

以上実施形態の回転ノズル１によれば、地盤の削孔や改良を行う際に、図６に示すように、回転部２０にブレーキを掛ける硬質ゴム２７を固定部１０の軸部１１の段差大径部の外周面１１ｂと回転部２０の凹部２０ｃの内周面２０ｄとの間に形成される空間２６の開口２６ａに設け、ブレーキ専用のエアライン１３から供給されるエアＡにより硬質ゴム２７を膨張変形させて回転部２０にブレーキを掛けるようにし、ブレーキ圧力を地上から操作することで、地盤の土中内での回転部２０の回転を制御することができる。

【0027】

また、地盤の削孔や改良を行う際に、図７に示すように、固定部１０に軸部１１の主流体通路１２とは別の流体通路としての排気専用のエアライン１５を形成し、この排気専用のエアライン１５から供給されるエアＡを固定部１０の前面１０ａと回転部２０の後面２０ｂとの間の隙間ｔより常に排気するようにしたことで、固定部１０の前面１０ａと回転部２０の後面２０ｂとの間の隙間ｔに土砂やゴミ等の異物Ｂが混入するのを防止することができ、回転部２０の安定した回転を確保することができる。

【0028】

さらに、地盤の削孔や改良を行う際に、図１に示すように、固定部１０の軸部１１の段差大径部の外周面１１ｂと回転部２０の凹部２０ｃの底面２０ｅ間に回転部２０の回転数を検出する近接センサ３０を設けたことにより、地盤の土中内での回転部２０の回転数を把握することができる。

【0029】

尚、前記実施形態の回転ノズルによれば、回転部の前面側に一対の噴射ノズルを傾斜させて設けたが、回転部の外周面側にも噴射ノズルを複数傾けて設けても良い。この形態の場合において、回転ノズルを用いて地盤の削孔を行う際に、前面側の傾斜する噴射ノズルと外周面側の傾斜する噴射ノズルの両方のノズルから高圧水を噴射して削孔を行い、地盤改良を行う際に、主流体通路の先端側にスチールボールを入れて前面側の傾斜する噴射ノズルへの副流体通路を閉じ、外周面側の傾斜する噴射ノズルよりセメントスラリーを高圧噴射して地盤改良を行う。

【0030】

また、前記実施形態によれば、傾斜する噴射ノズルを回転部の前面側に一対設けたが、３つ以上設けたり、回転部の外周面側に傾斜する噴射ノズルを複数設けても良い。

【0031】

さらに、前記実施形態によれば、回転部の前面側に噴射ノズルを傾斜させて設け、回転部の中心孔より露出する固定部の軸部の前面には、噴射ノズルを設けていないが、固定部の軸部の先端まで主流体通路を形成して、回転部の中心孔より露出する固定部の軸部の前面に噴射ノズルを傾斜させることなく設けても良い。

【符号の説明】

【0032】

１ 回転ノズル
１０ 固定部
１１ 軸部
１１ｃ 前面（相対向する面）
１２ 主流体通路（流体通路）
１３ ブレーキ専用のエアライン（他の流体通路）
１５ 排気専用のエアライン（別の流体通路）
２０ 回転部
２０ｅ 底面（相対向する面）
２１ 副流体通路（流体通路）
２１ａ 円環状通路
２１ｂ 分岐通路（一部）
２１ｃ 先端口
２５ 噴射ノズル
２６ 空間
２６ａ 開口
２７ 硬質ゴム（弾性体）
３０ 近接センサ（回転検出センサ）
Ｓ 水或いはセメントスラリー等（流体）
Ａ エア（流体）
Ｆ 噴射力
Ｆ’ 反力
θ 傾斜角度
ｔ 隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】