(57)【要約】【課題】鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋の位置が不明な場合であっても鉄筋を破壊することなく工事を施工することが可能な鉄筋感知方法、及び鉄筋感知手段を備えた切削装置を提供することを目的とする。【解決手段】鉄筋を含む被切削物を切削手段により切削する際に、前記被切削物中の鉄筋を感知する方法であって、前記切削手段に第一電極を電気的に接続させ、前記被切削物に少なくとも１つの第二電極を設置し、前記第一電極と前記第二電極との間に交流電流を通電すると共に、第一電極と第二電極との間のインピーダンスを測定し、前記インピーダンスの変化により切削手段の切削部分が鉄筋に接触したことを感知することを特徴とする鉄筋感知方法を用いることにより、鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋を破壊することなく工事を施工することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋を含む被切削物を切削手段により切削する際に、前記被切削物中の鉄筋を感知する方法であって、
前記切削手段に第一電極を電気的に接続させ、前記被切削物に少なくとも１つの第二電極を設置し、
前記第一電極と前記第二電極との間に交流電流を通電すると共に、第一電極と第二電極との間のインピーダンスを測定し、
前記インピーダンスの変化により切削手段の切削部分と鉄筋との接触を感知することを特徴とする鉄筋感知方法。
【請求項２】
切削手段の切削部分と被切削物とが接触する点と、第二電極の中心部との距離が、被切削物のかぶり厚さ以上１０ｍ以下である請求項１に記載の鉄筋感知方法。
【請求項３】
第一電極と第二電極との間に通電する交流電流の周波数を、１０〜１０００ｋＨｚとする請求項１又は請求項２に記載の鉄筋感知方法。
【請求項４】
第二電極と被切削物との接触面積を０．００１ｍ２以上１０ｍ２以下とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の鉄筋感知方法。
【請求項５】
被切削物を切削する切削手段を有する切削装置において、
前記切削手段に電気的に接続された第一電極と、
前記被切削物の表面に設置可能な少なくとも１つの第二電極と、
前記第一電極と第二電極との間に設けられた交流電源と、
前記第一電極と第二電極との間のインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、
から構成されている鉄筋感知手段を備えることを特徴とする切削装置。
【請求項６】
切削手段の切削部分と被切削物とが接触する点と、第二電極の中心部との距離が、被切削物のかぶり厚さ以上である請求項５に記載の切削装置。
【請求項７】
交流電源は、交流周波数を１０ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚの間で制御可能である請求項５又は請求項６に記載の切削装置。
【請求項８】
第二電極は、被切削物との接触面積が０．００１ｍ２以上１０ｍ２以下である請求項５〜請求項７のいずれかに記載の切削装置。
【請求項９】
切削手段はコアドリルである請求項５〜請求項８のいずれかに記載の切削装置。
【請求項１０】
第一電極は、コアドリルを回転させる軸部分に電気的に接続される請求項９に記載の切削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋を含む被切削物を切削する際の鉄筋感知方法，及び鉄筋感知手段を備えた切削装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄筋コンクリート構造物の補修工事や改修工事では、コアドリルによる穿孔やウォールソーによる壁面の切断等が行われる。これらの工事においては、鉄筋コンクリート構造物全体の強度の低下を招くおそれがあるため、構造物中に既設の鉄筋を破壊しないように施工することが望まれる。
【０００３】
鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋の位置が、図面等により明確にわかっている場合には、鉄筋を避けて工事を行うことが可能である。例えば、特許文献１に示す切削装置を用いて、鉄筋を的確に把握しながら施工することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３５４９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、図面が保管されていないことにより鉄筋コンクリート構造物中に既設の鉄筋の位置が明確に把握できない場合や、図面があっても必ずしも設計図通りに鉄筋が配筋されていない場合がある。このようなケースでは、補修工事や改修工事において誤って鉄筋を破壊してしまう場合や、鉄筋を破壊することを想定した施工をする場合もある。
【０００６】
本発明は、以上のような背景のもとになされたものであり、鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋の位置が不明な場合であっても鉄筋を破壊することなく工事を施工することが可能な鉄筋感知方法，及び鉄筋感知手段を備えた切削装置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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明者等は、施行の対象となる鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋の位置が不明な状態のままであっても、鉄筋を破壊することなく感知可能な方法について種々の検討を重ねた結果、切削手段と鉄筋コンクリート構造物表面とを通電したときに測定されるインピーダンスの変化を検出することにより鉄筋を感知しうることを見出し、本発明を想到するに至った。
【０００８】
即ち、本発明は、鉄筋を含む被切削物を切削手段により切削する際に、前記被切削物中の鉄筋を感知する方法であって、前記切削手段に第一電極を電気的に接続させ、前記被切削物に少なくとも１つの第二電極を設置し、前記第一電極と前記第二電極との間に交流電流を通電すると共に、第一電極と第二電極との間のインピーダンスを測定し、前記インピーダンスの変化により切削手段の切削部分が鉄筋に接触したことを感知することを特徴とする鉄筋感知方法である。
【０００９】
以下、本発明に係る方法について詳細に説明する。図１(Ａ)には、切削手段及び被切削物に第一電極及び第二電極を配して交流を通電することにより、第一電極と第二電極との間のインピーダンスを測定する手段を示している。ここで、切削作業で用いられる切削手段は、通常、鋼等の通電材料からなり、また、鉄筋も通電材料である。他方、コンクリート等の被切削物は、絶縁材料からなるものが多い。本発明は、これら材質の通電性の有無に着目し、適宜に電極を配することにより、コンデンサを構成した回路を形成し、その系でのインピーダンスを測定するものである。
【００１０】
即ち、被切削物に通電材料を接触させて電極を配することにより交流回路を形成させた場合、被切削物は絶縁材料であることから、かかる回路中においてコンデンサとしての役割を担う。図１(Ｃ)に示す等価回路は、図１(Ａ)を交流回路と想定して表したものである。通電材料たる切削手段と鉄筋までの間に存在する被切削物、第二電極と鉄筋までの間に存在する被切削物、及び切削手段と被切削物とが接触する点と、第二電極の中心部との間に存在する被切削物は、各々コンデンサ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）となる。
【００１１】
ここで、インピーダンス（Ｚ）とコンデンサ（Ｃ）とは、以下の式１に示すような関係が成立する。式１中のｊは虚数単位、ωは交流の角振動数である。
【００１２】
Ｚ＝１／（ｊ・ω・Ｃ）  ・・・式１
【００１３】
図１（Ｂ）に示すように、切削が進行して切削手段が鉄筋に接触すると、それまでコンデンサとして存在していた切削手段の切削部分と鉄筋までの間に存在する被切削物（Ｃ１）は、図１（Ｄ）に示すように消滅する。これにより、残りのコンデンサ（Ｃ２）の静電容量が増加して上記式１の分母が大きくなることから、結果としてインピーダンスが低下することとなる。
【００１４】
具体的には、切削作業中に切削部分が鉄筋に接触すると、図２に示すようにインピーダンスが低下して切削部分が鉄筋に接触したことを感知する。従って、かかる時点で切削作業を中断することにより、鉄筋を破壊することなく切削作業が可能となる。
【００１５】
以上説明した原理に基づく本発明に係る方法において、鉄筋を感知する感度は第二電極の設置位置等により影響を受けることとなる。
【００１６】
即ち、切削手段の切削部分と被切削物とが接触する点と、第二電極の中心部との距離は、基本的には電極間のインピーダンスの低下により鉄筋感知が出来る距離があればよく、被切削物のかぶり厚さ以上であれば良好に鉄筋を感知することができる。ここで、切削部分とは、上記切削手段が被切削物を切削する部分のことをいう。また、切削手段の切削部分と被切削物とが接触する点と第二電極の中心部との距離とは、切削手段の切削部分と被切削物とが接触する点のうち、第二電極の中心部から最も近い点から第二電極の中心部までの距離をいう。かかる距離が十分にとられていない場合、切削部分と被切削物が接触する点と第二電極との間をつなぐ被切削物がコンデンサとなることが考えられ（図１ＤのＣ３）、インピーダンスの検出感度が低下して鉄筋が感知出来ないこととなる。従って、かかる距離は被切削物のかぶり厚さ以上であることが好ましく、少なくとも１０ｃｍ以上の距離をとることにより、コンデンサ（Ｃ３）はインピーダンスの変化に影響せず、その作用を無視することができる。ここで、かぶり厚さとは被切削物の表面から鉄筋までの深さに相当する。また、かかる距離は、長くなるほどコンデンサ（Ｃ３）の作用を無視することができ好ましいものとなるが、切削現場の作業性を考慮して１０ｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
そして、第二電極は、被切削物との接触面積が少なくとも０．００１ｍ２以上１０ｍ２以下であることが好ましい。かかる接触面積が上記範囲内であることにより、インピーダンス変化の検出が容易となるからである。かかる接触面積が０．００１ｍ２よりも小さいと、コンデンサ（Ｃ２）のインピーダンスが過度に高くなることによって外来ノイズの影響を受けやすくなり、インピーダンス変化の検出が困難となる。逆に接触面積が１０ｍ２よりも大きいと、コンデンサ（Ｃ２）のインピーダンスが過度に低くなり鉄筋接触に伴うインピーダンス変化の検出が困難となるからである。
【００１８】
また、本発明に係る鉄筋感知方法は、少なくとも１つの第二電極を要する。図３(Ａ)に示すように、被切削物を切削する部位に対して鉄筋が一方向にのみ配置されている場合は、第二電極は１つあれば足りる。一方、図３(Ｂ)に示すように、被切削物を切削する部位に対して鉄筋が二方向に配置されて重なり合っている場合は、切削部分がいずれの鉄筋に接触するか不明であることから、鉄筋に対応させるために第二電極も２つ必要となる。また、被切削物を切削する部位に対して鉄筋が複数配置されて重なり合っている場合は、図３(Ｂ)と同様に切削部分がいずれの鉄筋に接触するか不明である。加えて、切削物中の鉄筋の位置が明確に把握できない場合もある。これらの場合は、鉄筋に対応させるために第二電極を複数用いてもよいが、図４(Ｃ)、図４(Ｄ)に示すように、円状又は弓形の第二電極を用いてもよい。
【００１９】
次に、本発明における第一電極は、交流回路を形成してインピーダンスが測定できるように切削手段と電気的に接続されているものであればよく、物理的に接触していることを要しない。例えば形状がブラシ状の通電材料からなる第一電極が切削手段の回転駆動軸と接触するように任意に設置される。
【００２０】
そして、第一電極と第二電極との間には交流電源、およびインピーダンス検出器が設けられる。交流を通電し、両電極間のインピーダンスを検出して、その変化により鉄筋を感知するためである。本発明において、交流電源は、交流周波数を１０ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚの間で制御可能であることが好ましい。交流周波数は、被切削物の材質や施工現場の状況等に応じて適宜調節されるものであり、上記範囲内で交流周波数を制御できる交流電源であればよいが、切削現場の作業性を考慮すると、２０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚであることがより好ましい。
【００２１】
また、本発明に係る切削装置に適用可能な切削手段の代表としては、コアドリルが挙げられるが、被切削物を切削するものであればドリルやウォールソー、ワイヤーソー等であってもよく、電動式であっても手動式であってもよい。かかる切削手段の切削部分は、インピーダンスが検出できるような材料、例えば通電性のある金属材料であることが望ましい。
【００２２】
一方、切削対象である被切削物としては、鉄筋コンクリート構造物が代表として挙げられるが、被切削物が交流回路中のコンデンサとしての機能を発揮し、かつ鉄筋が被切削物中に埋設されているものであれば、コンクリートに限定されず木材やウレタンフォーム、セラミック、レンガ、ガラス等の材料でもよい。
【００２３】
以上説明した鉄筋感知方法のために用いられる装置としては、被切削物を切削する切削手段を有する切削装置において、前記切削手段に電気的に接続された第一電極と、前記被切削物の表面に設置可能な少なくとも１つの第二電極と、前記第一電極と第二電極との間に設けられた交流電源と、前記第一電極と第二電極との間のインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段とから構成されている鉄筋感知手段を備えることを特徴とする切削装置がある。本発明に係る切削装置の各構成について以下に説明する。
【００２４】
まず、本発明に係る切削装置に適用可能な切削手段の代表としては、コアドリルが挙げられるが、被切削物を切削するものであればドリルやウォールソー、ワイヤーソー等であってもよく、電動式であっても手動式であってもよい。かかる切削手段の切削部分は、インピーダンスが検出できるような材料、例えば通電性のある金属材料であることが望ましい。
【００２５】
次に、本発明における第一電極は、交流回路を形成してインピーダンスが測定できるように切削手段と電気的に接続されているものであればよく、物理的に接触していることを要しない。例えば形状がブラシ状の通電材料からなる第一電極が切削手段の回転駆動軸と接触するように任意に設置される。
【００２６】
そして、本発明に係る切削装置に適用可能な第二電極としては、インピーダンスの検出が容易となるよう被切削物に密着するような構造の通電性材料であればよい。また、第二電極は、被切削物との接触面積が少なくとも０．００１ｍ２以上１０ｍ２以下であることが好ましい。かかる接触面積が上記範囲内であることにより、インピーダンス変化の検出が容易となるからである。かかる接触面積が０．００１ｍ２よりも小さいと、コンデンサ（Ｃ２）のインピーダンスが過度に高くなることによって外来ノイズの影響を受けやすくなり、インピーダンス変化の検出が困難となる。逆に接触面積が１０ｍ２よりも大きいと、コンデンサ（Ｃ２）のインピーダンスが過度に低くなり鉄筋接触に伴うインピーダンス変化の検出が困難となるからである。尚、本発明に係る切削装置は、少なくとも１つの第二電極を要し、その形状はインピーダンスが容易に検出しうるものであればよく、円状又は弓形であってもよい。
【００２７】
更に、切削手段の切削部分と被切削物とが接触する点と、第二電極の中心部との距離は、基本的には電極間のインピーダンスの低下により鉄筋感知が出来る距離があればよく、被切削物のかぶり厚さ以上であれば良好に鉄筋を感知することができる。かかる距離が十分にとられていない場合、切削部分と被切削物が接触する点と第二電極との間をつなぐ被切削物がコンデンサとなることが考えられ（図１ＤのＣ３）、インピーダンスの検出感度が低下して鉄筋が感知出来ないこととなる。従って、かかる距離は被切削物のかぶり厚さ以上であることが好ましく、少なくとも１０ｃｍ以上の距離をとることにより、コンデンサ（Ｃ３）はインピーダンスの変化に影響せず、その作用を無視することができる。また、かかる距離は、長くなるほどコンデンサ（Ｃ３）の作用を無視することができるものの、切削現場の作業性を考慮して１０ｍ以下であることが好ましい。
【００２８】
本発明に係る切削装置に適用可能な交流電源としては、交流周波数を１０ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚの間で制御可能であることが好ましい。交流周波数は、被切削物の材質や施工現場の状況等に応じて適宜調節されるものであり、上記範囲内で交流周波数を制御できる交流電源であればよいが、切削現場の作業性を考慮すると、２０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚであることがより好ましい。
【００２９】
本発明に係る切削装置に適用可能なインピーダンス検出手段としては、代表的なものとしてＬＣＲメータが挙げられる。また、分圧することで、より安価なＶモニタを用いることもできる。更に、インピーダンスの変化を明確にして鉄筋感知を容易とするべく、デジタル信号処理回路やソフトウェア処理等により、インピーダンスのノイズを除去することもできる。
【００３０】
また、本発明においては、インピーダンス変化を監視し手動で切削作業を停止しても良いが、本発明に係る切削装置に、デジタル信号化処理されたインピーダンス変化に基づき、装置を自動的に停止させる自動制御手段を付加することもできる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の鉄筋感知方法と鉄筋感知手段を備えた切削装置によれば、対象となる被切削物の鉄筋の位置が不明な場合であっても、鉄筋を破壊することがなく補修工事や改修工事を施工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
第１実施形態：本発明についての特徴をより明確にするべく、以下に実施形態を示す。ここでは、図５に示すコアドリル装置１を用いて鉄筋コンクリート構造物の穿孔作業を行った場合について説明する。コアドリル装置１は、モータ本体２と、コアドリルを穿孔する面に対し垂直配置できるようモータ本体２を係止すると共にスライド移動自在とする支持軸３を備えた台座４からなるものである。
【００３３】
このとき、アンカーボルト１１によりコンクリート１２に固定された台座４から支持軸３は垂直に延びており、モータ本体２と連結した係合部５に、支持軸３を通し、ハンドル６を回転させることでラックアンドピニオン方式にてモータ本体２自体が上下動自在となるようにした。
【００３４】
そして、モータ本体２より延びる回転駆動軸７には、コアドリル８と第一電極９を取り付けた。回転駆動軸７とコアドリル８は金属性で通電性があり、コアドリル８と第一電極９は電気的に接続している。
【００３５】
ここで、第一電極９は、図６に示すように回転駆動軸７に取り付けた。図６(Ａ)は、第一電極９と回転駆動軸７との関係を、コンクリート１２と水平の方向に切断した断面図として示している。第一電極９の本体６０はドーナツ形の形状となっており、回転駆動軸７に捲着している。図６(Ｂ)は、第一電極９と回転駆動軸７との関係を、コンクリート１２と垂直の方向に切断した断面図として示している。本体６０は、止め輪６１により回転駆動軸７に定着させ、第一電極９を設置しても回転駆動軸７を滑らかに回転させるために転がり軸受６２を捲着させている。第一電極９は、ブラシホルダー６３内にあるブラシ６４により回転駆動軸７と電気的に接続することで交流回路を形成する。ブラシ６４は電線１４と接続しており、交流回路を形成する。
【００３６】
一方、第二電極１０は、図５に示すようにコンクリート１２の表面に接触するように設置し、コアドリル８とコンクリート１２とが接触する点から第二電極１０の中心部までの距離が、コンクリートのかぶり厚さ５ｃｍ以上となるように９０ｃｍとした。
【００３７】
第二電極１０は、コンクリート１２の表面に接触しやすいように銅箔の裏面に接着剤が付いた、幅５ｃｍ、長さ３０ｃｍの帯状の銅テープとなっているものを使用した。
【００３８】
電線１４は、第一電極９と第二電極１０とを電気的に接続するものであり、図５に示すように両電極間のインピーダンスを測定するための検出器１５（ヒューレットパッカード社製ＬＣＲメータ４２８４Ａ、測定周波数範囲２０Ｈｚ〜１ＭＨｚ）と、交流を通電するための交流電源１６（上記ＬＣＲメータ４２８４Ａに内蔵、周波数範囲２０Ｈｚ〜１ＭＨｚ）が接続されている。
【００３９】
以上のようにコアドリル装置１および第二電極１０をコンクリート表面に設置した後、交流周波数１００ｋＨｚの条件下で交流電源１６により交流を通電し、かつ第一電極９と第二電極１０とのインピーダンスを測定しつつ、コアドリル装置１により、鉄筋コンクリート構造物の切削作業を行った。
【００４０】
図２に示すように、切削作業を開始してから一定の間は、第一電極９と第二電極１０とのインピーダンスの値は、一定の幅で上下を繰り返しつつも、大きな変化は認められない。かかる状態は、コアドリル８がコンクリート１２を切削しているものの、鉄筋にコアドリル８が接触していないことを示している。
【００４１】
インピーダンスの値は、切削を開始してから約１８０秒後に減少した。そこで、切削作業を停止したところ、切削により生じた空洞の底部から鉄筋が目視にて確認された。すなわち、インピーダンスの値の減少は、コアドリル８の切削部分が鉄筋に接触したことに対応したものである。以上の結果より、本発明によれば、インピーダンスの値が変化することで、鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋を感知することができることを確認した。
【００４２】
第２実施形態：ここでは、第１実施形態と同様の装置を用い、交流周波数を５０ｋＨｚ、８０ｋＨｚ、１００ｋＨｚとする切削条件により鉄筋コンクリート構造物の切削作業を行い、交流周波数を変化させた場合における鉄筋感知の可否を検討した。交流周波数以外の切削条件は、第１実施形態と同様である。
【００４３】
図７に示すように、本実施形態においては、交流周波数が８０ｋＨｚ、１００ｋＨｚの条件において鉄筋に接触したことによるインピーダンス変化が明確に認められた。交流周波数が５０ｋＨｚの条件では、交流周波数を除くその他の実施条件の影響をうけたことによりインピーダンス変化はやや小さくなったものの、鉄筋は破壊されることなく切削作業には何ら問題は生じなかった。
【００４４】
第３実施形態：次に、第１実施形態と同様の装置を用い、交流周波数を８０ｋＨｚ、コアドリル８とコンクリート１２とが接触する点から第二電極１０の中心部までの距離（図８においては電極間距離と記す）を６５ｃｍ、８０ｃｍ、９０ｃｍとする切削条件により、鉄筋コンクリート構造物の切削作業を行い、鉄筋感知の可否を検討した。上記以外の切削条件は、第１実施形態と同様である。
【００４５】
図８に示すように、本実施形態においては、コアドリル８とコンクリート１２とが接触する点から第二電極１０の中心部までの距離が長くなることに応じて、鉄筋に接触した際のインピーダンス変化も大きくなる傾向が認められた。６５ｃｍの条件では、その他の実施条件の影響をうけたことによりインピーダンス変化はやや小さくなったものの、鉄筋は破壊されることなく切削作業には何ら問題は生じなかった。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る切削装置の概要及び本発明とコンデンサとの関係を示す図。
【図２】切削中のインピーダンスの変化を示す図。
【図３】本発明の第二電極について説明する図。
【図４】本発明の第二電極について説明する図。
【図５】本発明に係る鉄筋感知手段を備えたコアドリル装置の概略図。
【図６】本発明の第一電極について説明する図。
【図７】交流周波数に対応したインピーダンスの変化を示す図。
【図８】電極間距離に対応したインピーダンスの変化を示す図。
【符号の説明】
【００４７】
１  コアドリル装置
２  モータ本体
３  支持軸
４  台座
５  係合部
６  ハンドル
７  回転駆動軸
８  コアドリル
９  第一電極
１０  第二電極
１１  アンカーボルト
１２  コンクリート
１３  鉄筋
１４  電線
１５  インピーダンス検出器
１６  交流電源
６０  本体
６１  止め輪
６２  転がり軸受
６３  ブラシホルダー
６４  ブラシ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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