JPS634130A - 掘削方法と装置 - 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】 〔発明の背景〕 本発明は一般的には高速ガス流により土およびその他の
粒状材料を堀削することに関する。特に本発明は、例え
ば埋設対象物の周りの土のような粒状材料を堀削するた
めに好ましくは空気である超音速ガスの流れを利用する
方法と装置とに関する。本発明は、従来の機械式および
手動式堀削技術であれば埋設したパイプ、ワイヤあるい
はケーブルを傷つけ、かつある場合には爆発の危険性を
生せしめる個所で地下の公益事業配管、導管等に近接し
、かつ接触しての堀削に特に適している。

従来ガス管、テレビジョンケーブル、電話線等に近接し
て堀削を要する場合、例えばパワーショベルあるいはバ
ックホー等の通常の機械設備を、ｆｌＪ、ｔばピックや
ショベルのような手動工具に変えて工事を行う必要があ
った。手作業による堀削は材料の除去速度が極度に低下
するのみならず、埋設された公益事業配管を偶発的に衝
撃し、破壊させる問題を完全に解決しない。そのような
災害により潜在的に高価な財産を損傷させ、かつ厄介な
公益阻害を起因させる。さらに、天然ガス配管の場合、
鋳鉄管において、かつその囲りで手動工具を用いること
により発生する爆発の危険性から作業者に怪我をさせる
という恐怖が常にある。そのような環境においては、鋼
製の堀削工具がパイプあるいは石に当ることにより発生
する火花が、もしガス漏れの場合ガス爆発を発生させる
可能性がある。手動工具による堀削速度の低下を克服し
ようとして、例えばスクレーパ、パワーブラシ、流体噴
射等の各種の機械化した堀削手段を用いて手作業を最小
に、あるいは完全に排除しようとする試みがなされてき
た。しかしながらこれらの手段の作業現場での成功には
限度があり、せいぜいジレンマを表面的に解決したにす
ぎなかった。作動時、清浄機構は急速になまり、かつ摩
耗して頻繁に保守取替えを要した。土は通常清浄機構に
付着してその効力を低下させ、ブラシが詰まり、スクレ
ーパに土が固まる。さらに、清浄装置自体が清浄してい
る対象物の表面を痛め、スクレーパあるいはすきが、当
該装置の制御機構が不十分あるいは不適正にセットされ
ていたとすればパイプや弁を削りとりあるいは破壊させ
うる。例えば水のような液体噴射の場合、その欠点は明
らかである。

−般的に大量の水が必要とされるが、そのため作業現場
において排水の問題が発生する。さらに、水を供給する
上で水が飛散し、周囲の設備を全体的に泥の層で覆って
しまう。冷寒時の作業においては、水は不凍剤で処理す
るか、あるいはその他の流体を用いて氷結問題を排除す
る必要がある。

本発明は公益事業配管、パイプ、導管等の周りを、ある
いは機械化した堀削設備により損傷を受ける可能性のあ
る建物の基礎のような破壊しやすい対象物即ち構造物に
隣接して、あるいは接触して堀削する場合にこれまで経
験されてきた問題の多くを解決する。

本発明は、従来の前述の厄介な作業において高速で、効
率的でかつ安全な技術を提供するために超音速の流速で
好ましくは空気であるガスの噴射流を採用した、前述の
相対的にこわれやすい要素を、あるいはその囲って堀削
するための方法と装置とを指向する。本発明は手持ち工
具の形態で使用するの忙適し、あるいは堀削機のフレー
ムに装着するか、あるいは自動化したロボット堀削装置
と関連して使用することができる。本発明は空気の超音
速噴射を提供し、そのため土塊あるいは類似の粒状材の
塊に向けると裂目や空洞をつくる。

衝撃性のある、高速の空気流が前記の土につくられた空
洞内に瞬間的に捕捉されるか、滞留することにより空洞
や裂目内に捕捉され、膨張しつつある高圧空気を急速に
解放することにより生じる大きな慣性流により局所を急
速に破壊させる。前記の封入、即ち捕捉空気は膨張せね
ばならず、膨張する際に土を張力によりその最も弱い場
所から崩れさせる。

本発明はその対象を極めて移りゃすい、ガス管、水道管
、排出管、地下動カケープル、電話線等に極めて近接し
て土を安全に堀削する装置を提供する。本発明により提
供される超音速の空気流は土に対して極めて効力があり
、−方地下テレビジョンあるいは電話ケーブルのような
極めて脆性のものを含む埋設対象物に対して完全に無害
である。

本発明は手作業による方法より著しく生産性があり、事
実上、埋設された対象物に対して超音速噴射が向けられ
ても偶発的な破壊を起すことはない。本発明は使用する
作動圧力とノズル径忙よるが好ましくは音速の１１／２
から３倍あるいはそれ以上の超音速空気噴射を提供する
。空気噴射は土の表面に衝突し、土塊に侵入し、かつ破
壊し、−方例えばプラスチックパイプあるいは鉄パイプ
あるいは電気ケーブルおよび導管のような不透性表面は
それる。したがって、本発明は堀削の他に清浄作業にお
いても有用である。

さら忙、本発明は作動が簡単で、かつ安全に使用でき、
標準的な市販のニアコンプレッサと共に作動しうる堀削
あるいは清浄装置を提供する。本発明による装置は例え
ば乾燥した焼結粘土のような極めて硬いが脆いものから
極めて粘性のある土まで広範囲の種類の土に侵入し破壊
することのできる高速のガス流を提供する。本発明によ
る装置はノズルからの実用的な離隔距離において効果的
なので、手持ち装置の形態で実施されると作動しやすく
する超音速噴射を発生させる。

本発明を手持ち装置の形で実施した場合、弁を高圧供給
配管に対して開放させやすくするパイロットとして高圧
のリザーバガスを採用する、独特の低トルク起動弁機構
を組入れる。弁体とカバーとが、ゴミ、泥および水ある
いはその他の劣悪環境に対する密封環境を提供し、その
ため作業現場で経験される過酷な作業に適するようにし
ている。

本発明の別の実施例においては、高速噴射に対して摩擦
清浄作用を提供するために固形粒体を捕捉して流すよう
少量の水、あるいはガス状ＣＯＺを導入できる。このよ
うに、ホースの摩擦問題あるいは摩擦による汚染の問題
をもたらすことなく摩擦剤の利点を得ることができる。

また、本発明は使用したノズル形状に応じて各種断面形
状の超音速ガス流を発生させることのできる装置を提供
する。堀削用には円形あるいは四角のノズルが好ましく
、−方例えばバラ材料用コンベヤベルトから固まった物
体を清浄するような清浄作業に対しては薄いナイフ状の
長方形ノズルが特に適している。

〔発明の開示〕

、本発明による方法と装置とは、約６．３−７に９／ａ
ｉｌ　（９０−１００ｐｓｉｇ　）に保たれた、好まし
くは空気である、加圧されたガス用リザーバ全採用する
ことにより前述の利点ならび忙好ましい特徴を提供し、
該ガスの流量はその孔の端に収斂／分岐ノズルを嵌装し
た装置のバレルに対する適当な弁手段を介して調整され
る。ノズルは希望する空気噴射の形態に応じて円形、四
角あるいは長方形断面とすればよい。ノズルの収斂／分
岐形状は流体工学の周知の原理に基き超音速空気噴射全
発生させる上で重要である。このタイプのノズルにおい
ては、供給圧力と大気圧との境界状態によりノズルのス
カートにおける閉塞した音速流れと、分岐部分岐おける
超音速流れとを発生させる。分出部分は、空気が衝撃涙
金発生させることなく滑かに那速して最大速度とマツハ
数をノズル出口において発生させるよう広げられている
。閉塞流れ状態は既知の現象であり、温度と圧力につい
ての所定の上流状態において、ノズルのスロートの所定
面積に対して流体の流速が最大値を達成したときに発生
する。このように、収斂／分岐ノズルの出口における流
速はリザーバ内の空気の、大気圧に対する圧力比と共に
スロートとノズルの出口傾城の面積比を緊密に制御する
ことにより予測することができる。

本発明によれば、はとんどの土、ドライロームから砂ま
での湿った粘土を堀削するために、音速より速いガス流
速が必要とされ、特に少なくとも約マツハ２の速度が、
より効率的な堀削手段を提供するために好ましい。マツ
ハ２の出口速度を発生させるノズルは約１：１．６８５
の出ロ面積対スロート面積の面積比および約７．８：ｌ
のリザーバ圧力対大気圧の圧力比とを採用している。こ
のように、例えば毎分３．３８ｍ”（１２５立方フイー
ト）である十分な流速において６．３から７．７　Ｋｇ
ｌｃｒＩ（９０から１１０ｐｓｆｆｌ）のリザーバ圧を
通常発生させることのできる従来のニアコンプレッサを
用いてマツハ２の出口速度を達成することができる。

本発明による手持ち装置の実施例においては、通常閉鎖
即ち非作動位置に向かってばね弾圧され、るトリガ弁が
、通常弁を閉鎖位置に保持する、加圧されたリザーバ空
気の力金上廻るようにするために弁の周りで高圧のリザ
ーバ空気を流し始めるために設けられている。弁部材は
弁体、即ち弁ヘッドを加圧された入口空気と連通ずる入
口端の弁座に対して密封係合させて位置させたハウジン
グの孔に位置した弁心棒を含む。また、弁は弁ヘッドよ
り直径の大きいピストンを担持した第２の端部を含む。

ハンドル部材の弁体内に空気入口分岐孔か形成されてお
り、第１の端部が弁ヘッドの上流の加圧空気のチャンネ
ルと連通し、第２の端部がピストンに隣接した弁ハウジ
ングの内側空間と連通している。空気入口孔の第１と第
２の端部の間の空間には４回転可能のトリガシャフトが
位置しており、該シャフトにはその直径にわたって孔が
形成され、トリガシャフトが起動即ち作動位置まで回転
すると前述の空気入口孔と連通ずる。作動位置において
、入口からの加圧された空気は直径のより大きいピスト
ンに隣接した空間まで送られ、弁を瞬時に離堅させ、リ
ザーバから加圧された空気が弁体を通ってバレルの孔へ
、次いで収斂／分岐ノズルまで流れることができるよう
にする。トリガ機構は、操作者がそのグリップ全解放す
ると閉鎖位置までばね弾圧される。また、トリガシャフ
トには抽気オリフィスが設けられており、該オリフィス
はピストン側の空気入口孔と連通してトリガ機構がその
閉鎖位置まで戻ると分岐孔を抽気できるよう忙する。さ
らに、堀削装置に空気圧計を設け、適正な作動空気圧が
確実に保持されるようにすることが好ましい。また、堀
削装置は非腐触性の非鉄材料から構成され、防錆性で、
火花を発生させないようにして、爆発性環境下での使用
に適したものにすることが好ましい。また、バレルにノ
ズルから外方に突出した、細長いピックエレメントを設
は操作者が堀削作業中の厄介な材料の塊りを外せるよう
にできる。当該装置のバレルはある真直な長さのパイプ
でつくるか、あるいは手の届きにくい用途に対しては湾
曲した出口部分？嵌装させてもよい。

各種の公益事業配管の周りを迅速かつ安全に堀削するこ
との他に、本発明はまた、深溝堀り、詰ったサイロやシ
ュートの掃除、歩道や道路の堀削、基礎作りのための基
礎下堀削、道路修理の前の道路のくぼみの掃除および困
難な地形における電柱孔の堀下げ等にも用いられる。

要約すれば、本発明による方法によれば、好ましくは空
気である圧縮ガスを入れたリザーノくが少なくとも約５
．３　Ｋｇ／　ｃｒａの圧力に保持される。加圧された
空気が調整され、適当なダクトあるいは孔手段を介して
ダクトあるいは孔の排出端に位置した収斂／分岐ノズル
へ案内される。収斂／分岐ノズルは抑制されたスロート
部分と、出口部分で終る分岐部分と全含む。出口部分の
断面積と、ノズルのスロート部分の断面積との間の比率
は１．０より大きく、好ましくは１．２より大きく、−
方出口圧力に対するリザーバ圧力の比は約１．９より大
きく、好ましくは約３．７より大きく、そのため空気噴
射は°マツハ１より大きく、好ましくはマツハ１．５よ
り大きい計算上の等エントロピー速度を有する。超音速
空気噴射は土塊等に向けられ、その際空気噴射は土塊へ
侵入し、捕捉され、次いで膨張して生材料を破壊させる
。ノズルの前方の空気の流れに水あるいはガス状ＣＯ２
が導入され、ノズルを通る際の急速な温度変化の結果超
音速空気噴射に捕捉された冷凍粒体即ち固形のＣＯ２粒
体全発生させる。

本発明のその他の目的や利点については添付図面と関連
して以下の説明を読めば直ちに明らかとなる。

〔発明の詳細説明〕

図を通して同じ部材は同じ参照番号で指示している図面
を参照すれば本発明により構成した手持ち作動装置が全
体的に参照番号２で指示されている。堀削装＃２は、第
８図に示す水道ガス管２２０）あるいはテレビジョン、
電気、電話等のケーブル２２′のような埋設した公益事
業配管全手作業で堀削するのＫ特に適している。第１図
と第８図とを参照すれば、装置２は高圧空気ホース１６
により、コンプレッサ２０が発生する高圧空気のりザー
バに作動接続されている。ニアコンプレッサは通常建設
工事に用いられ、出口において少なくとも６．３　Ｋｖ
／ｃｎ　（９０ｐｓｉｇ　）のリザーバ圧力において毎
分３．３８ｍ（１２５立方フイート）の材料を送ること
のできる従来のタイプのものが好ましい。空気ホース１
６は所期の堀削目的に必要とされる空気量を提供するた
めに最小内径が約２．５４センチ（１インチ）であるこ
とが好ましい。装置２は第２図と第３図とに示す基本導
管２４においてハンドル部材１０にねじ嵌合しうる従来
の急速取外しカップリング１８ｆ：介して空気ホース１
６に作動接続されている。前記装置２はさらに、高圧空
気の流れを制御するためにトリガ機構１２を備えた制御
弁体４全さらに含む。前記装置２はまた、出口端８にお
けるバレル６の孔７内に嵌合した収斂／分岐ノズル５０
を含む。以下詳細に説明するように、コンプレッサ２０
からの所定の供給空気圧におけるノズル５０のスロート
径に対スル出口径の比によって、ノズルスロートにおい
て閉塞された音速流状態と、ノズル５０の出口における
分岐部分岐おいて超音波空気流を発生させ、堀削に必要
なエネルギを提供する。また、前記装置２は操作者が掴
みやすくしたハンドル１４と、作動空気圧を視れるよう
弁体４の後面に取付けられた圧力計２１とを含むことが
好ましい。

手持作動堀削装置２を通る高圧空気流量を調整するため
の弁機構を第２図、第３図および第４図に示す。導管２
４は空気ホース１６と、コンプレッサ２０が発生するリ
ザーバ内の高圧空気とに連通ずる孔２５を有する。前記
導管２４はハンドル１０に嵌装され、気密嵌合を提供す
るためにねじ、はんだ付は等により弁体４に取付けられ
る。弁体４の内側孔５は導管２４に隣接した内端からバ
レル６に隣接した外端まで全体的に１字形に延びる。

バレル６の孔７も弁体の孔５と連通している。バレル６
はねじ部分８３を介して弁体４に固定されたスリーブ装
具８２により気密に弁体４にしっかりと取り付けられて
いる。−対のＯリングシール８４と８６とがスリーブ装
具８２とバレル６との周りに設けられ、機械的に強力な
気密シールを提供する。

、孔２５内の高圧入口空気は弁体の孔５内に運動可能に
位置した弁部材２８を介してバレルの孔７から密封され
ている。弁２８はベンチュリタイプの孔５内に着堅した
スリーブ３２の堅３４と密封係合するテーパ状縁部を有
するヘッド部分３０を含む。スリーブ３２には円筒形孔
が貫通して形成され、該孔は弁３０が第２図に示す閉鎖
位置にあるとき密封される。弁ヘッド３０のテーパ状縁
部はその閉鎖位置においてテーパ状の弁壁３４と密封係
合し加圧された空気がバレルの孔７へ入らないようにす
る。全体的に円筒形のピストン３８はヘッド３０とは反
対側の端部において弁２８の弁心棒３６に取付けられて
いる。ピストン３８は弁体４の上部分内に形成されたチ
ャンバ８０内に摺動可能に位置し、ナツトとワッシャ４
０とにより弁心棒３６に固定されている。またピストン
３８はその下側に形成されコイルばね４２を受入れる環
状の切欠部分４４を含むことが好ましい。円筒形の弁ガ
イド４６が弁体４内に嵌装され、その中で弁心棒３６を
気密状態で受入れる。０リング４８は弁ガイド４６内に
嵌装され、その中で摺動可能に運動する弁心棒の周りか
らの空気の漏れを阻止する。コイルばね４２は弁ガイド
４６の頂部と、部分４４内のピストン３８の底部と圧縮
係合し、弁２８と、取付けられたヘッド部分３０とをス
リーブ３２の密封堅３４に対して閉鎖位置まで弾圧する
。また、ピストン３８の周囲にＯリング４７が設けられ
、その周りの空気の漏れを最小にする。

第２図に示す閉鎖位置くおいて、弁ヘッド３０は孔２５
内の高圧空気圧により弁堅３４に対して適所にしっかり
と保持されている。例として、もし弁ヘッド３０の面積
６．４５平方センチ（１平方インチ）であり、孔２５内
の入口圧力が７Ｋｖ／ｃｉ（１００ｐｓｉｇ　）である
とすれば、弁ヘッド３０を離堅させて空気がバレル６の
孔７へ入れるようにするには４５Ｋｆ（１００ポンド）
以上の力が必要とされる。弁２８を開放するに要する相
対的に大きな離堅力を上廻るようにするために、導管２
５内の主空気供給源から供給されるパイロット圧により
作動する制御弁が設けられている。パイロット空気の流
量はトリガ機構１２を運動させることにより制御される
。該トリガ機構はトリガ１２の位置に応じて給気、排気
を選択的に行うようにされている。弁体４には小径の空
気入口孔６２が形成されており、該孔は一端において孔
５と連通し、かつ円筒形のトリガシャフト２６に形成さ
れた孔６４の第１の端部と連通ずるようにされている。

トリガが第２図に示す非作動位置にあると、孔６４は孔
６２とは連通せず、したがって弁２８を開放させる加圧
されたパイロット空気は何ら供給されない。第３図に示
す作動位置においては、トリガ１２と、その−体のシャ
フト２６とは反時計方向に回転して孔６２と６４と全整
合させて、パイロット空気を貫流させろことができる。

また、弁体４は、トリガ１２がその作動位置にあるとき
トリガシャフトの孔６４の第２の端部と連通ずるよう形
成された孔６６を含む。孔６６はこれも弁体４に形成さ
れた垂直方向に延びる孔６８と連通し、鎖孔６８はスリ
ーブ３２の円筒形外壁の周りに形成された円周方向に延
びる溝７２と連通ずる横方向に延びた孔７０と連通し、
前記溝は孔７４と連通ずる。孔７４は弁体４に形成され
た孔７６と連通し、鎖孔７６の方は弁体４の頂部近くの
通路７８と連通ずる。通路７８は弁２８のピストン３８
の上方のチャンバ８０と連通ずる。

チャンバ８０に露出されるピストン３８の面の表面積は
弁ヘッド３０のそれより大きい。したがって、トリガ１
２が第３図に示す作動位置にあるとき、配管圧であるパ
イロット空気が孔６２，６４゜６６．６８，７０，７２
，７４，７６．７８を介してチャンバ８０に供給される
。チャンバ８０も弁体４に固定されたねじ付きキャップ
４５とＯリングシール４９と全弁して気密体内に収容さ
れている。トリガ１２の作動により供給される、加圧さ
れたパイロット空気が弁に昨月する不均衡の力により弁
２８を直ちに下方へ運動させる。この運動はピストン３
８の表面積が弁ヘッド３００表面積より大きいために発
生する。弁２８の下方運動により弁ヘッドを離堅させ、
かつ孔２５と５内のコンプレッサ２０からの加圧された
空気がバレル６の孔へ、それからノズル５０と堀削装置
２の出口８とへ入るととができるようにする。

第２図忙示すようにトリガ機構１２が非作動となると、
チャンバ８０内の加圧された空気が前述の孔７８，７６
．７４，７２，７０，６８．６６を介して抽気され、次
いでトリガシャフト２６内に形成された孔８７，８８ｔ
−通り、トリガシャフト２６の方は弁体４内に形成され
た孔８９と連通ずる。したがって、ピストン３８上方の
チャンバ８０内の加圧された空気は、トリガ機構が非作
動となって弁ヘッド３０を瞬間的に上方へ運動させスリ
ーブ３２の密封面３４に対して着堅して、堀削装置２内
の空気の貫流を止めると瞬時に大気へ抽気される。

第４図に示すように、トリガ機構１２とトリガシャフト
２６とはトリガシャフト２６に取付けられた捩りばね２
７により非作動位置において外方へ弾圧される。孔６４
と７０とからの加圧された空気の漏れは複数の０リング
３３．３５および３５′を介して最小とされ、該Ｏリン
グはトリガシャフト２６の周囲忙形成されたスロットに
嵌装されて弁体４内に形成された着堅孔３７に対して密
封係合する。ねじ付取付具３１により一対のカバープレ
ート２９と２９′とが弁体４に固定されている。前記プ
レート２９，２９′はシールシャフト２６と弁機構の孔
６４とを周囲から密封する。

弁の内部への唯一の近接は、小径のパイロット排気ポー
ト（図示せず）を介してであり、該ポートはトリガシャ
フト２６と弁体４の着堅孔３７の内面の間から滲出する
一定の外方へ流れる空気を放出させることによりゴミが
入ってこないよう阻止する。また弁体４には従来の空気
圧計２１が嵌装され、該圧力計は弁体４の後面において
孔２３に作動接続され、鎖孔２３は堀削装＃２の使用時
弁体の内部５と連通して操作者が配管圧をモニタできる
ようにする。もし圧力がある値、例えば６．３Ｋｇ／ｆ
ｆｌ　（９０ｐｓｉｙ　）　　を下廻ると、操作者にニ
アコンプレッサが適正に作動するように修正作業をする
よう警告する。

弁体４、内部弁要素、トリガ組立体ならびにバレル６の
構成材料は例えば鉤裂青銅、ステンレス鋼、および高衝
撃プラスチックのような非腐触性材料であることが好ま
しい。火花が天然ガスの煙霧の周りで爆発の危険性をか
もし出すような状況においては、バレル６ならびにチッ
プ５８は例えば青銅のような非鉄の、火花を発生させな
い材料で構成すればよい。堀削装置２の掴持部分である
ハンドル１０と１４とは硬質ゴム、プラスチック、硬質
の木等で構成すればよい。

第５図から第７図までを参照する。超音速堀削装置２の
出口端８には所期の特定の作業に適した各種形状の装具
を設けることができる。第１図と第５図とは異常に頑固
な材料塊を鋭い先端で操作者がほぐすことができるよう
にするピック状のチップ５８を嵌装した出口端８を示す
。バレル６は真直にしてもよく、あるいは第７図に示す
ように出口端８に湾曲あるいは角度をつけた部分６０全
含めてもよい。前記の湾曲した部分６０はトンネル作業
とか、パイプや導管の下の届きにくい領域での堀削装置
の作業性を付刀口させる。

収斂／分岐ノズル５０は例えば銀ロウあるいは微細ねじ
によりバレル６の端にしっかりと装着され、ノズルの収
斂部分の入口端５２がバレルの孔７と滑らかに合流する
ようにさせる。収斂部分は徐々にスロート部分５４まで
テーパがつけられ、該スロート部分の直径はノズル内で
最小である。

次いで、ノズルは直径が徐々に大きくなって出口部分５
６で終る。ノズル５０はその内端５２において外径を小
さくした部分５１を有し、該内端はバレル６の孔７に滑
合して受入れられている。第５図に示すように、ピック
状チップ５８が用いられた場合、ノズル５０はその出口
端５６の周りに第２の外径を小さくした部分５３が形成
され、チップ５８を取付けできるようにしている。その
取付けはろう付け、ねじ接続等により行いうる。

流体工学においては、収斂ノズルにおける（熱の派別、
あるいは除去を伴わずに）摩擦のない断熱流あるいは等
エントロピ流における理想的なガスの最大流量はマツハ
１であることが知られており、これはノズルの最小部分
即ちスロートにおいて発生する。マツハ数はノズル５０
の出口における空気噴射速度のその点における音速の比
として本明細書では規定する。また、ノズルスロートの
下流のノズル面積が増力口して本明細書において採用す
るタイプの収斂／分岐ノズルを形成する場合に超音速の
流れが得られることも知られている。

したがって、流体力学の分野においては、例えばリザー
バ内で休止している空気のようなガスから、ガスをまず
ノズルの収斂部分を通し、次いでノズルの分出部分を通
すことにより超音速の着実な流れを得ることが可能なこ
とが知られている。まな、収斂／分岐ノズルの出口にお
ける空気噴射により達成されるマツハ数は例えば、供給
圧、大気圧のような圧力の境界状態ならびにノズル出口
の面積のノズルスロートの面積に対する比のような多数
の変動要素によって影響金受けることも知られている。

供給圧が所定の限界値に達すると、図中５４で示すよう
に、ノズルのスロートにおいて閉塞された音速の流れが
得られる。ガスはスロート５４における音速状態からノ
ズルの分岐部分５５まで等エントロピ膨張され、圧力と
温度条件が満足するとすればノズルの分岐部分岐おいて
超音速領域へ入る。

音速限界値に達するためには、出口５６の面積のスロー
ト５４０面積に対する比を１の値以上にする必要がある
。周知の公式や計算方法全通して、ノズルの収斂／分岐
部分を通るドライエアの等エントロピ流に対して、所定
の圧力および温度比において所定のマツハ値を達成する
に必要な、あるノズル比を列挙した表をつくってみた。

局部圧力に対するリザーバ圧力の比が増力口し、かつノ
ズルのスロート面積に対する出口部分の面積の比が増加
するにつれて、より高度のマツハ数が達成される。表Ｉ
はドライエアの等エントロピ流に対する前記の原理を示
す。

表　　　１ １．０　　１．８９５　１．００ １．５　　３．６７５　１．１７６ ２．０　　７．８３０　１．６８５ ２．５　　１７．０７５　２．６２９ ３．０　　３６．６４４　４．２１３ ３．５　　７５．９２６　６．７３９ ４．０　１５０．７９６　１０．６１２ＰＯ＝リザーバ
圧 Ｐ　＝出口側の大気圧 Ａ　＝ノズルの出口面積 Ａ＊＝ノズルのスロートの面積 本発明者は、マツハ１以上の速度で流れている空気のよ
うなガス流は、土やその他の粒状材料に小さい裂目や空
洞をつくりその中に侵入できるためそれら材料の堀削に
対する驚異的に有効な媒体を提供すること全発見した。

本発明者は超音速の流れは局部的な空洞内で完全に滞留
し、実際に高圧の、減速した空気を瞬間的に貯えるリザ
ーバとして作用するようになるまで土構造へ侵入してい
くものと仮定している。次いで滞留空気は膨張せねばな
らず、膨張する際に土を張力で、その最も弱い方向に破
壊させる。高圧の前記の局部的なリザーバを形成する個
所が当該材料を張力で最終的に破壊させるためのエネル
ギ源を提供し、高圧空気が大気へ急速に膨張して解放さ
れるので空気的な爆発を概ね瞬時にして開始する。この
ように、本発明はニアコンプレッサ２０により発生した
圧力エネルギを、破壊力が利用される局部的な堀削個所
へ伝達し、さらに、その大きな慣性流動を介してそのよ
うな圧力エネルギを瞬間的に貯え、かつ解放する前述の
空洞をつくる方法と装置とを提供することが理解される
。

前述の原理を図示するために、本発明による、土堀削に
使用するに適したノズル５０全第９図と第１０図とに詳
細に示す。ノズル５０−の断面は円形であって、バレル
の孔７と同じ直径の孔を有する入口５２を含み、該孔径
はこの例では約２．２２センナ（０，８７５インチ）で
よい。ノズル形状は、例えば直径ｒＡＪが０．６４セン
チ（０，２５０インチ）であるスロート部分５４へ収斂
する。次いで、ノズル孔は徐々に分岐部分５５へ広がる
。別の例として、ｒＤＪの寸法は０，６８センチ（０，
２６９インチ）でよく、ｒＥＪは０．４４センチ（０，
１７２インチ）罠等しい。図示したノズルの出口５６の
直径はｒＢＪで示され、０．７２センチ（０，２８３イ
ンチ）である。スロート５４と出口５６との間の距離で
ある「Ｃ」の寸法は、この場合、１．０８センチ（０，
４２５インチ）である０周囲温度２１．１℃（７０’Ｆ
）において、リザーバ圧の周囲圧に対する比（ｐｏ／ｐ
）が約４．５で、流量容量０．０６８に？／秒（０，１
５βｂ−，１秒）　（１，２０ＣＦＭの自由空気）のコ
ンプレッサ２０を用いて計算したところ、前述のノズル
５０は約マツハ１．６４の速度で超音速空気噴射を発生
させうろことを示している。

再度繰返すが、計算は流れが等エントロピ、即ち摩擦な
く、かつ熱の追加や除去なしに流れが発生するとの想定
に基いている。本発明者の試験では、離隔距離対流れの
減衰に関連する摩擦作用に関しては円形ノズルが他の形
状のものより有利であることを示している。また、本発
明者は、それ以下では多くの土は効率的な堀削ができな
い限界圧力というものがあると考えている０この限界圧
は約５、６　Ｋ９／　ｅｒａ　（８０ｐｓｉｇ　）のよ
うである。リザーバ圧力（Ｐｏ）が増力口するにつれて
堀削能力は驚異的に向上し、５．６にダ／ｃｙｔ　（８
０ｐｓｉｇ　）から７Ｋｙ／ＣＩ？Ｌ（１００ｐｓｉｇ
　）まテ上昇すルトｊｌｌｌ能力は２５％向上した。

希望に応じて、超音波噴射の形状は前述の円形から四角
あるいは長方形に変えることができる。

第１１図と第１２図とは、例えばバラ材料を連設するゴ
ベヤベルトのような平坦な表面を清浄にする上で用途の
ある長方形の超音速空気流を発生させることのできるノ
ズル９４を示す。ノズル９４は、間にテーパ付きの分割
プレー）１０４’ｉ介装したテーパ付きの側板１０２と
１０２’とを備えた体部９５を含む。プレート１０２．
１０２’および１０４はカバープレート１０１と１０３
とによって適所に保持され、該カバープレートは取付具
１０６により固定されている。第１１図から判るように
、テーパ付のプレート１０２と１０４とは、ノズルの収
斂部分９８と、スロート９６と、出口１００で終る分出
部分とを形成する。同一のノズル形状がテーパ付プレー
）１０２’と１０４とによって隣接して形成され、出口
１００’から長方形の空気噴射を放出させる。作動時、
出口１００と１００′とから出てくる並列の噴射がノズ
ルから短い距離をおいて合流し、土あるいはその他の粘
着あるいは固着した材料を平坦な表面から除去する必要
のある清浄作業に対して理想的に適した一本のナイフ状
の薄い形状を提供する。円形ノズル５０に関して前述し
たのと同様に、同じスロート面積に対する出口面積の比
が長方形ノズル９４にも適用される。

第６図に示すように、本発明のさらに別の実施例におい
ては、例えば液状の水あるいはガス状の二酸化炭素のよ
うに冷却されると固化する物質がノズル５０′の前方の
孔７へ、図において鎖線で示す送り通路５９を介して導
入できる。前記通路５９からの水噴霧あるいはガス状の
二酸化炭素の流れが空気の流れの中で捕捉され、空気の
流れがノズルを通して那速されるにつれて当然発生する
大きな温度低下により、収斂／分岐ノズル５０’を通過
するにつれて概ね瞬間的に固化する。次いで、高速の空
気噴射を伴って氷結粒体、即ち固形ＣＯ２粒体が放出さ
れ、堀削および清浄作業において付加的な摩擦を提供す
る。本明細書で用いる「堀削」と「清浄」という用語は
本発明の所期の利用環境に関して互換的に使用しうる。

二酸化炭素は溶解した後は何ら使留物、即ち処理問題を
もたらさないので独特の添加物であることが認められる
。

本発明の効果上さらに示しておくために、本発明による
手持ち堀削装置と、ピックおよびショベルを用いた従来
の手作業とを比較する試験を現場で行った。比較のため
に、３種類の一般的な形態の堀削孔、即ち地表の切込み
、垂直の孔および水平方向のトンネルとをつくった。そ
の結果を、従来の手作業に対する本発明の装置２につい
て、同じ時間で堀削した材料の量の向上をパーセントで
示す。その結果が表Ｈに示されている。

表　　　■ 地表切込み　　　　　　　　２６０チ 垂直の孔　　　　　　　　　２４０％ トンネル　　　　　　　　　３２７％ 表Ｉに示す試験はニアコンプレッサ２０を約７Ｋｙ／ｃ
ｒｌ　（１００ｐｓｉｇ　）で作動させ、マツハ２の計
算空気噴射速度で行ったものである。したがって、前述
の結果から、−般に使用されている手作業による方法に
対する本発明の利点は自明である。

さらに当該技術分野の専問家には、手持ち作動装置２は
例えばバックホー等の機械化された堀削設備に装着する
よう修正可能なことが明らかである。また、本発明によ
る装置は自動化されたロボット堀削設備への組込みも可
能であって、この点本発明は特に適している。勿論、弁
機構を手持作動式から空気、油圧等の作動手段に修正す
ることも好ましいし、また必要であろう。

本発明の特定実施例を詳細に説明してきたが、当該技術
分野の専問家には、本明細書の開示が教示することに照
して詳細において各種の修正や代案が展開しうろことが
認められる。したがって、開示した特定の配備は例示の
みであって、本発明の範囲を限定するものではなく、本
発明の範囲は特許請求の範囲とその均等物の最大範囲忙
よって規定されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により構成された手持作動装置の側面図
、 第２図は第１図に示す装置のハンドルとトリガ弁組立体
の拡大断面図、 第３図は第４図の線ト」に沿って視たハンドルと弁組立
体との断側面図、 第４図は第２図の＃　ＩＶ　−ＩＶに沿って視たトリガ
組立体の部分断面図、 第５図はビック状チップを適所に備えたバレル上の適所
にある収斂／分岐ノズルの部分断側面図、第６図は第５
図に類似のノズルとバレルとの部分断側面図、 第７図は角度付きの排出部分を備えたバレルの部分側面
図、 第８図は埋設された公益事業配管や電線の周りでの堀削
に使用されている本発明による手持ち作動装置の斜視図
、 第９図は本発明に採用される形式の輪台／分出ノズルの
細部を示す、第１０図のＭＩＸ−ＩＸに沿って視た拡大
、部分断面図、 第１０図は第９図に示すノズルの端面図、第１１図は本
発明に採用しうる長方形ノズルの部分平面図、および第
１２図は第１１図に示す長方形ノズルの端面図である。 図において、 ２・・・堀削装置　　　４・・・弁体　　６・・・バレ
ル８−出口端　　　　　１０・・・ハンドル１２・・・
トリガ機構　　　２ｏ・・コンプレッサ２５・・・導　
管　　　　　２６・・・トリガシャフト２８・・弁　　
　　　　　３０・・・弁ヘッド３４・・・弁　堅 ５０．９４・・・ノズル （外４名） ＦＩＧ、８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕土塊等粒状材料の塊を堀削する方法において、 土あるいは粒状材料塊に隣接した周囲の圧力より少なく
   とも約１．９倍の圧力のガス用リザーバを設け、 前記リザーバから収斂／分岐タイプのノズル手段までダ
   クト手段を介してガスを伝達し、その貫流するガスを加
   速してマツハ１以上の計算速度で前記ノズルの出口から
   出るガス流を発生させ、 前記ガスの流れを前記土あるいは粒状材料塊に導くこと
   によつて、前記ガスの流れが前記塊に侵入して破壊させ
   る； 段階を含む土塊等粒状材料の塊を堀削する方法。 （２）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前
   記リザーバ内のガスが周囲の圧力より少なくとも約３．
   ６７５倍の圧力で提供される堀削方法。 （３）特許請求の範囲第２項に記載の方法において、前
   記ノズルが、該ノズルの断面積を画成するスロートと出
   口部分とを含み、前記出口部分の断面積は前記スロート
   の断面積より少なくとも約１，１７６倍であつて、前記
   ノズルを出る前記ガス流の計算速度は約マツハ１．５よ
   り大きい堀削方法。 （４）特許請求の範囲第１項に記載の方法において前記
   リザーバ内のガスが周囲の圧力より少なくとも約７．８
   ３倍の圧力で提供される堀削方法。 （５）特許請求の範囲第４項に記載の方法において、前
   記ノズルが該ノズルの断面積を画成するスロートと出口
   部分とを含み、前記出口部分の断面積が前記スロートの
   断面積より少なくとも約１．６８５倍であつて、前記ノ
   ズルを出る前記ガス流の計算速度が約マツハ２．０より
   大きい堀削方法。 （６）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前
   記リザーバのガスが周囲の圧力より少なくとも約３６．
   ６４４倍の圧力で提供される堀削方法。 （７）特許請求の範囲第６項に記載の方法において、前
   記ノズルが該ノズルの断面積を画成するスロートと出口
   部分とを含み、前記出口部分の断面積が前記スロートの
   断面積より少なくとも約４．２１３倍であつて、前記ノ
   ズルを出る前記ガス流の計算速度が約マツハ３．０以上
   である堀削方法。 （８）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前
   記リザーバ内のガスが周囲の圧力より少なくとも約１５
   ０．７９６倍の圧力で提供される堀削方法。 （９）特許請求の範囲第８項に記載の方法において、前
   記ノズルが該ノズルの断面積を画成するスロートと出口
   部分とを含み、前記出口部分の断面積が前記スロートの
   断面積の少なくとも約１０．６１２倍であつて、前記ノ
   ズルを出る前記ガス流の計算速度が約マツハ４．０以上
   である堀削方法。 （１０）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、
   前記ガスが空気である堀削方法。 （１１）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、
   液体およびガスからなる群から、冷却すると固化する材
   料を選定し、前記材料をノズル手段より前にダクト手段
   に導入することによつて、前記材料が前記ノズル手段を
   通過するにつれて冷却されて固化し、超音速ガス流に捕
   捉された固形粒体が拡散された形で前記ノズル手段を出
   る過程を含む堀削方法。 （１２）特許請求の範囲第１１項に記載の方法において
   、前記ガスが空気であり、前記の導入された材料が水で
   ある堀削方法。 （１３）特許請求の範囲第１１項に記載の方法において
   、前記ガスが空気であり、前記の導入された材料が二酸
   化炭素であり、周囲の圧力が大気圧である堀削方法。 〔１４〕土塊等粒状材料塊を堀削する方法において、土
   塊等粒状材料塊に隣接した周囲の圧力より約２から３７
   倍の圧力のガス用リザーバを設け、 前記リザーバから、スロート部分と出口部分とを含む収
   斂／分岐タイプのノズル手段までダクト手段を介してガ
   スを伝達し、前記ノズル手段を介してガスを加速して、
   約マツハ１と約マツハ３との間の計算速度で前記ノズル
   を出ていくガス流を発生させ、 前記ガス流を前記土等粒状材料塊に導き、 前記ガス流を前記土等粒状材料塊に侵入させて前記塊に
   裂目や空洞を発生させ、 前記ガス流を前記裂目や空洞内で滞留させ、および 前記の滞留したガスを周囲の圧力まで膨張させて、その
   膨張により発生する力で前記塊の部分を破壊させる、 段階を含む土等粒状材料塊を堀削する方法。 （１５）特許請求の範囲第１４項に記載の方法において
   、前記ノズル手段の出口部分の断面積が前記スロート部
   分の断面積の約１から約１０．６倍の間である堀削方法
   。 （１６）特許請求の範囲第１５項に記載の方法において
   、前記ガスが空気であり、前記の周囲の圧力が大気圧で
   ある堀削方法。 （１７）特許請求の範囲第１４項に記載の方法において
   、液状の水とガス状の二酸化炭素とからなる群から選定
   した材料を導入することによつて、該材料がノズル手段
   を通過するにつれて冷却されて固化し、前記ガス流に捕
   捉された固形粒体として前記ノズル手段を出ていく堀削
   方法。 〔１８〕土塊等粒状材料塊を堀削するに適した装置にお
   いて、加圧されたガスを収容するリザーバと連通するよ
   うにされたダクト手段と、前記ダクト手段内に位置し、
   それぞれ断面積を画成するスロート部分と出口部分とを
   有し、前記スロート部分の断面積に対する前記出口部分
   の断面積の比が１．０以上であるノズル手段とを含み、
   前記リザーバからの前記の加圧されたガスが前記ノズル
   手段を通過する際マツハ１以上の計算速度のガス流を発
   生するようにされている土塊等粒状材料塊を堀削する装
   置。 （１９）特許請求の範囲第１８項に記載の装置において
   、前記リザーバは土塊等粒状材料塊に隣接した周囲の圧
   力より少なくとも約１．９倍の圧力で前記の加圧された
   ガスを収容するようにされている堀削装置。 （２０）特許請求の範囲第１８項に記載の装置において
   、前記のノズルのスロートの断面積に対する出口部分の
   断面積の比が約１．６８５以上で、前記リザーバは土塊
   等粒状材料塊に隣接した周囲の圧力より少なくとも約７
   ．８３倍の圧力で前記ガスを収容するようにされており
   、約マツハ２以上の計算速度でガス流を発生させるよう
   にされている堀削装置。 （２１）特許請求の範囲第１８項に記載の装置において
   、固化可能の材料を前記ノズル手段の前にダクト手段へ
   導入する通路手段を含み、前記材料が固化して、前記ガ
   ス流に捕捉されて前記ノズルを通過するようにされてい
   る堀削装置。 （２２）特許請求の範囲第１８項に記載の装置において
   、前記ダクト手段に関連し、前記リザーバから前記ノズ
   ル手段までのガスの流量を調整するようにされた弁手段
   を含む堀削装置。 （２３）特許請求の範囲第２２項に記載の装置において
   、前記弁手段は貫通孔を有し、前記堀削装置と作動接続
   されると前記ダクト手段と前記リザーバとに連通するよ
   う位置した弁体を含み、前記弁手段はさらに、ヘッド部
   分と心棒により相互に接続されたピストン部分とを有す
   る弁部材を含み、前記ヘッド部分は前記弁手段が非作動
   位置に来ると前記弁の孔の加圧されたガスを密封するよ
   うにされ、前記弁手段はさらに、該弁手段が作動位置に
   あると加圧されたガスと弁部材のピストン部分との間で
   連通するようにされたパイロット孔手段を含み、そのた
   め前記の加圧されたガスは前記パイロット孔手段を貫流
   して前記ピストン部分に作用し前記弁部材を運動させ、
   かつ前記ヘッド部分を離堅させ、加圧されたガスが前記
   弁体の孔を通つてダクト手段まで流れることができるよ
   うにする堀削装置。 （２４）特許請求の範囲第２３項に記載の装置において
   、前記弁手段がトリガ手段を含み、該トリガ手段は作動
   位置にあると前記パイロット孔手段と連通して、加圧さ
   れた空気を貫流させて前記弁ヘッドと離堅させ、かつ非
   作動位置にあると前記パイロット孔手段を閉鎖するよう
   にされたパイロットポートを有する回転可能の円筒形部
   分を含む堀削装置。 （２５）特許請求の範囲第２４項に記載の装置において
   、前記トリガ手段の円筒形部分はまた、該トリガ手段が
   非作動位置まで運動すると加圧された空気をパイロット
   孔手段から大気へ逃すようにした抽気ポートを形成して
   いる堀削装置。 （２６）特許請求の範囲第１８項に記載の装置において
   、前記ダクト手段とノズル手段とが火花を発生させない
   材料から構成されている堀削装置。