破砕装置および該装置を用いた破砕方法
【課題】地盤や岩石などの被破砕物を破砕する際の作業効率を高める。
【解決手段】回転機構部４によって装置本体部１に対して往復軸Ｘ０を中心にチゼル３を回転可能となっているため、破砕処理によってチゼル先端部３１１と削孔内壁とが密着されてしまいチゼル３の引き抜きが困難になったとしても、回転機構部４によるチゼル３の回転によってチゼル３の引き抜きが容易となる。また、チゼル３を回転機構部４により回転位置決めした後で当該チゼル３により破砕処理を行うと、必要な方向についてのみ破砕処理を実行することができ、作業効率を高めることができる。
【解決手段】回転機構部４によって装置本体部１に対して往復軸Ｘ０を中心にチゼル３を回転可能となっているため、破砕処理によってチゼル先端部３１１と削孔内壁とが密着されてしまいチゼル３の引き抜きが困難になったとしても、回転機構部４によるチゼル３の回転によってチゼル３の引き抜きが容易となる。また、チゼル３を回転機構部４により回転位置決めした後で当該チゼル３により破砕処理を行うと、必要な方向についてのみ破砕処理を実行することができ、作業効率を高めることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地盤や岩石などの被破砕物を破砕する破砕装置および該装置を用いた破砕方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、地盤掘削、砕岩、削岩などの破砕作業には、ブレーカー等の破砕装置が使用される。例えば特許文献１に記載の破砕装置は、油圧パワーショベル等の建設車両のアームに取付けられ、鋭角に形成されたチゼルの先端部を地盤や岩石などの被破砕物の表面に当接させるとともに、往復動するピストンでチゼルの後端部を打撃することによりチゼルが被破砕物の方向に前進する。このとき、ピストンでの打撃によって被破砕物の方向に進行する圧縮の応力波が発生し、それが被破砕物に到達して被破砕物を破砕する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１１４２９７号公報（例えば、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の破砕装置は、上記したように圧縮の応力波を用いて地盤や岩石などの破砕を実行しているため、次のような問題があった。すなわち、地盤や岩石などは圧縮応力に対して極めて高い耐力を有しており、圧縮の応力波を用いた従来技術では硬度の高い地盤や岩石などを容易に破砕することができず、岩石などの破砕に長時間を要してしまうことがあった。このように従来の破砕技術では、エネルギーおよび作業性において非効率な面があり、改善の余地があった。また、砕装置の作動中にチゼル先端部と地盤表面等との摩擦によって大量の熱が発生してチゼルが熱変形してしまい、短時間でのチゼル交換が不可避となっている。このように従来装置では、チゼル寿命が短く、このことがチゼル交換作業やコストの面で大きな問題となっている。
【０００５】
そこで、本願発明者はこのような問題を解消するために、次のような破砕技術を創作し、特許を得た（特許第４６３６２９４号）。この特許発明は、被破砕物に形成された削孔に対し、先細り形状を有するチゼル先端部を挿入して先端部の傾斜面を削孔の内壁に当接させるとともに、軸方向に往復動するピストンによりチゼルを打撃し、これによって削孔周囲に対して削孔からピストンの往復方向（軸方向）とほぼ直交する方向に引張応力を作用させて削孔周囲を破砕するものである。そして、破砕完了後にチゼルを削孔から引き抜く。
【０００６】
このように当該破砕技術は、チゼル先端部を削孔に挿入した状態で破砕処理を行うため、破砕状況によっては削孔にチゼル先端部が密着して削孔からチゼルを引き抜くことが困難となり、このことが破砕作業の低下を招く要因のひとつとなる。
【０００７】
また、チゼルの先端部形状によっては破砕処理の進行状況が異なる場合がある。例えばチゼル先端部の傾斜面に溝部を設けた場合、削孔の内壁に対して当接する領域と当接しない領域とが生じる。このため、削孔の周囲に対して引張応力が作用する方向と作用しない方向とが発生して破砕処理に異方性が生じる。したがって、この異方性を積極的に利用して必要な方向にのみ破砕処理を実行して作業効率を高めたい場合には、それに応じてチゼルを回転位置決めするのが望まれるが、上記破砕技術ではこの点まで考慮されていなかった。
【０００８】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、地盤や岩石などの被破砕物を破砕する際の作業効率を高める技術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】
【０００９】
この発明の第１態様は、地盤や岩石などの被破砕物に形成された削孔の周囲を破砕する破砕装置であって、上記目的を達成するため、装置本体部と、装置本体部内で往復軸に沿って往復動するピストンと、先端端面が削孔の内径よりも小さな第１の外径を有するとともに先端端面から後端に進むにしたがって外径が大きくなり削孔の内径よりも大きな第２の外径となる傾斜面を有する先細り形状の先端部を有し、装置本体部に対して往復軸に沿って往復動自在で、かつ往復軸を中心に回転自在なチゼルと、装置本体部に対してチゼルを往復軸を中心に回転させる回転機構とを備え、チゼルの先端部が削孔に挿入されて傾斜面が削孔の内壁に当接した状態でピストンがチゼルの後端部を打撃することでチゼルの傾斜面が削孔の内壁と直接当接して削孔を起点として被破砕物を破砕することを特徴としている。
【００１０】
また、この発明の第２態様は、請求項１に記載の破砕装置を用いて地盤や岩石などの被破砕物に形成された削孔の周囲を破砕する破砕方法であって、上記目的を達成するため、 被破砕物を破砕した際に被破砕物からのチゼルの引き抜きが困難となったとき、回転機構により往復軸を中心にチゼルを回転させた後で、チゼルの引き抜きを行うことを特徴としている。
【００１１】
さらに、この発明の第３態様は、請求項１に記載の破砕装置を用いて地盤や岩石などの被破砕物に形成された削孔の周囲を破砕する破砕方法であって、上記目的を達成するため、被破砕物の破砕に使用するチゼルの傾斜面に少なくとも１つ以上の溝部や切欠部が形成されているとき、回転機構によって往復軸を中心にチゼルを回転させることで、装置本体部に対してチゼルを回転位置決めした後で、チゼルによる被破砕物の破砕を行うことを特徴としている。
【００１２】
このように構成された発明では、地盤や岩石などの被破砕物に形成された削孔に先細り形状のチゼル先端部が挿入される。このチゼルの先端部では、先端端面が削孔の内径よりも小さいため、チゼルの先端は削孔にすっぽりと入り込む。また、チゼルの先端部には、先端端面から後端に進むにしたがって外径が大きくなり削孔の内径よりも大きな第２の外径となる傾斜面が設けられているため、チゼルの先端部を削孔に進入させると、やがて傾斜面が削孔の内壁に直接当接する。そして、その当接状態で往復動するピストンによりチゼルを打撃すると、削孔の周囲では、削孔からピストンの往復方向とほぼ直交する方向に引張応力が被破砕物に作用する。その結果、削孔の周囲が破砕される。
【００１３】
また、回転機構によって装置本体部に対して往復軸を中心にチゼルを回転させることが可能となっているため、破砕処理の作業効率を高めることができる。例えば、破砕処理後に削孔からチゼルをそのまま引き抜くことが困難になったとしても、回転機構によりチゼルを強制的に回転させることで被破砕物との密着が解消されてチゼルの引き抜きが容易となる。また、チゼルの傾斜面に溝部や切欠部を設けることで破砕処理に異方性を与えることができるが、このようなチゼルを回転機構により回転位置決めした後で当該チゼルにより破砕処理を行うと、破砕が必要な方向についてのみ破砕処理を実行することができ、作業効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
従来より知られているように、岩盤や岩石の耐力は圧縮方向に比べて引張方向で小さい。したがって、本発明のように削孔からピストンの往復方向とほぼ直交する方向に引張応力を被破砕物に対して作用させて削孔の周囲を破砕する場合、圧縮応力を利用する従来技術に比べ、地盤や岩石などの被破砕物を少ないエネルギーで効率的に破砕することができる。しかも、回転機構によって装置本体部に対してチゼルを回転させることができるため、被破砕物からのチゼルの引き抜きが困難となった場合や所望の方向にのみ破砕処理を実行したい場合などに適切に対応することができ、作業効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明にかかる破砕装置の一実施形態たる油圧ブレーカーの一使用態様を示す図である。
【図２】図１の油圧ブレーカーで使用するチゼルと装置本体部との関係を示す図である。
【図３】装置本体部へのチゼルの装着態様を示す組立断面図である。
【図４】チゼルと回転機構との関係を模式的に示す斜視図である。
【図５】図１に示す油圧ブレーカーの他の使用態様を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明にかかる破砕装置の第１実施形態たる油圧ブレーカーの一使用態様を示す図である。また、図２は図１の油圧ブレーカーで使用するチゼルと装置本体部との関係を示す図である。また、図３は装置本体部へのチゼルの装着態様を示す組立断面図である。さらに、図４はチゼルと回転機構との関係を模式的に示す斜視図である。この油圧ブレーカーは、装置本体部１と、装置本体部１に装着されてピストン２１を往復軸Ｘ０に沿って往復移動させる油圧シリンダ２と、装置本体部１の先端部に対して往復軸Ｘ０に沿って往復動自在で、かつ往復軸Ｘ０を中心に回転自在に取り付けられるチゼル３と、装置本体部１に対して往復軸Ｘ０を中心にチゼル３を回転させる回転機構部４とを備えている。
【００１７】
この装置本体部１は、図２に示すように、本体フレーム１１と、中空フランジ形状を有するチゼル支持部材１２とを有している。これらのうち本体フレーム１１は、図１に示すように油圧パワーショベル等の建設車両５のアーム５１に直接またはブラケット（図示省略）を介して取り付可能に構成されている。また、装置本体部１の内部には、油圧シリンダ２を装備するシリンダ空間１３が設けられるとともに、当該シリンダ空間１３の先端側（反アーム側）でシリンダ空間１３に連通するチゼル空間１４が設けられている。そして、シリンダ空間１３に油圧シリンダ２が配置され、不図示の切換弁を介して建設車両５から圧油を油圧シリンダ２に供給することにより、ピストン２１をチゼル空間１４に対して往復動させてチゼル空間１４に配置されるチゼル３の後端部を打撃可能となっている。
【００１８】
このチゼル空間１４には、図４に示すように、３つのギア４１〜４３が往復軸Ｘ０を中心に等角度間隔で配置されている。これらのギア４１〜４３の回転軸Ｘ１〜Ｘ３はともに往復軸Ｘ０と平行であり、チゼル本体３１の後端部に取り付けられたギア３２と噛合可能となっている。このギア３２はチゼル本体３１の後端部に対してフランジ状に取り付けられたものであり、ギア３２とチゼル本体３１とを一体成型してもよいし、チゼル本体３１に対してギア３２を溶接等により接合してもよい。
【００１９】
また、これらのギア４１〜４３は回転機構部４の構成要素であるが、それらのうちギア４１はウォーム・ホィールとして機能するものであり、このギア４１に対してウォーム４４が噛み合ってウォーム・ギヤ機構が構成されている。また、このウォーム４４には減速ギアボックス４５を有する油圧モーター４６が接続されている。この油圧モーター４６は建設車両５からの圧油の供給によって作動するものであり、減速ギアボックス４５を介してウォーム４４を回転させることでウォーム・ギヤ機構によって往復軸Ｘ０を回転中心としてチゼル本体３１およびギア３２からなるチゼル３を回転させる。なお、残りのギア４２、４３はアイドルギアであり、チゼル３の回転に従動しながらそれぞれ回転軸Ｘ２、Ｘ３を回転中心として回転する。したがって、図２や図４に示すように、本実施形態では、チゼル３は装置本体部１に対して往復軸Ｘ０に沿って往復動自在で、かつ往復軸Ｘ０を中心に回転自在となっている。
【００２０】
また、このようにチゼル本体３１の後端部を本体フレーム１１の先端開口（反アーム側開口）より挿入し、ギア３２を各ギア４１〜４３と噛合させた状態では、図２に示すように、チゼル３の先端部（より詳しくはチゼル本体３１の先端部）は本体フレーム１１から先端側に突出している。また、このチゼル先端部を支持するために、２本のＯリング１５、１６がチゼル支持部材１２の中空内周面に設けられた溝に挿入されている。そして、チゼル本体３１の中央部がチゼル支持部材１２の中空部に挿通されてＯリング１５、１６に圧接される状態で、チゼル支持部材１２が本体フレーム１１の先端部に取り付けられる。こうして、チゼル支持部材１２がＯリング１５、１６を介してチゼル本体３１を往復軸方向Ｘに移動自在に、かつ回転方向θに回転自在に支持するとともに、破砕された岩石片や埃などがチゼル空間１４に入り込むのを防止する。なお、このようにチゼル支持部材１２はボルトなどの締結金具１７によって本体フレーム１１の先端部に固定されており、こうして油圧ブレーカーを組み立てた状態では、図２に示すように、本体フレーム１１の内部に設けた段差面とチゼル支持部材１２の後端面との間に、ギア４１の厚み程度の隙間が形成されており、その隙間内でチゼル３は往復軸方向Ｘに往復移動可能となっている。
【００２１】
このチゼル３の先端部、つまりチゼル本体３１の先端部３１１は、先端側に進むにしたがって外径が減少する、いわゆる先細り形状を有している。より詳しくは、チゼル本体３１のうち先細りが開始される位置では、削孔６の内径よりも大きな外径を有する一方、先端端面３１２では、削孔６の内径よりも小さな外径を有する。このようにチゼル本体３１の先端側面は傾斜面３１３となっている。このため、後述するように削孔６にチゼル３の先端部３１１を挿入すると、先端部３１１の一部が削孔６に入り込んで傾斜面３１３が削孔６の内壁に係止される。
【００２２】
また、チゼル３の先端部３１１には、図４に示すように、往復軸方向Ｘに延びる溝部が２本等間隔で形成されており、往復軸方向Ｘに対して直交する水平面での断面は、江戸時代に両替商が用いた後藤分銅に類似した形状を有している。したがって、上記のようにチゼル３の先端部３１１を削孔６に挿入すると、先端部３１１の先端領域３１４が削孔６の内壁と当接し、本発明の「当接領域」に相当している。このように本実施形態では、チゼル３の傾斜面３１３には、２個の当接領域３１４がピストン２１の往復軸Ｘ０に対して略対称に設けられている。
【００２３】
次に、上記のように構成された油圧ブレーカーを使用して地盤や岩石などの被破砕物７を破砕する動作について説明する。この実施形態では、被破砕物７に対して次の関係、
Ｗ1＜Ｗ3＜Ｗ2
ただし、Ｗ1：チゼル先端端面３１２の外径、
Ｗ2：先細り開始位置でのチゼル本体３１の外径、
Ｗ3：削孔６の内径
を満足するサイズの削孔６を形成する。そして、その削孔６に対し、チゼル３の先端部３１１を挿入し、傾斜面３１３に形成された当接領域３１４を削孔６の内壁に当接させるとともに、建設車両５から切換弁を介して油圧シリンダ２へ圧油を供給することによりピストン２１を往復軸方向に往復動させてチゼル３を打撃する。このとき、削孔６の周囲では、削孔６からピストン２１の往復軸方向Ｘとほぼ直交し、しかも互いに異なる２方向に引張応力が作用して削孔６の周囲が破砕される。
【００２４】
こうして破砕処理が完了すると、建設車両５のアーム５１を上昇させてチゼル３の先端部３１１を削孔６から引き上げる。ここで、破砕状況によっては削孔６に対してチゼル先端部３１１が密着して削孔６からチゼル３を引き抜くことが困難となる場合がある。このような場合、建設車両５から切換弁を介して油圧モーター４６へ圧油を供給することにより往復軸方向Ｘを中心にチゼル３を回転させるのが効果的である。つまり、チゼル３の回転によりチゼル先端部３１１と削孔内壁との密着が解消されるため、チゼル３の引き抜きが容易となる。なお、チゼル３の回転方向については、チゼル先端部３１１と削孔内壁との密着状況に応じて適宜設定することができる。また、一定方向に回転させるだけでなく、正逆往復回転させてもよい。さらに、チゼル３を回転させつつチゼル３を徐々に上昇させる、つまりチゼル３の回転と上昇を組み合わせて実行してもよい。
【００２５】
以上のように、本実施形態では、削孔６からピストン２１の往復方向とほぼ直交する方向に引張応力を被破砕物７に対して作用させて削孔６の周囲を破砕しているので、圧縮応力を利用する従来技術に比べ、地盤や岩石などの被破砕物７を少ないエネルギーで効率的に破砕することができる。
【００２６】
また、上記したように本実施形態では、回転機構部４によって装置本体部１に対して往復軸Ｘ０を中心にチゼル３を回転可能となっているため、破砕処理によってチゼル先端部３１１と削孔内壁とが密着されてしまいチゼル３の引き抜きが困難になったとしても、回転機構部４によるチゼル３の回転によってチゼル３の引き抜きが容易となる。
【００２７】
さらに、本実施形態では、チゼル３の傾斜面３１３に２本の溝部が設けられているため、チゼル先端部３１１では削孔内壁と当接する当接領域３１４とそうではない非当接領域とが生じている。したがって、このチゼル３により破砕処理を行った場合、当接領域３１４で破砕処理が進行する一方、非当接領域では破砕処理は進行せず、破砕処理に異方性を与えることができる。しかも、本実施形態では、上記したように装置本体部１に対してチゼル３を回転させることができる。よって、このように異方性を有するチゼル３を回転機構部４により回転位置決めした後で当該チゼル３により破砕処理を行うと、必要な方向についてのみ破砕処理を実行することができ、作業効率を高めることができる。その一例について図５を参照しつつ説明する。
【００２８】
図５は、図１に示す油圧ブレーカーの他の使用態様を示す図である。この使用態様は、建設車両５を所定位置に固定しながら破砕位置に応じて装置本体部１に対してチゼル３を回転位置決めすることによって、同図（ａ）中の２点鎖線で示す破砕予定ラインに沿って被破砕物７を破砕するものである。このように建設車両５を固定する場合、アーム５１の旋回と伸縮とにより破砕予定ライン上に形成された削孔６の上方位置に油圧ブレーカーを移動させることが可能である。例えば破砕予定ラインの１点で破砕処理を行う場合、同図（ａ）および（ｂ）に示すようにチゼル先端部３１１に形成される溝部が破砕予定ラインと直交する方向を向くように装置本体部１に対してチゼル３を回転位置決めした状態で破砕処理を行う。これによって、２つの当接領域３１４を結んだ仮想ラインが破砕予定ラインとほぼ一致し、破砕予定ラインに沿って破砕処理が進行する一方、破砕予定ラインと直交する方向では破砕処理は行われない。
【００２９】
そして、破砕予定ラインに沿って次の破砕処理を行うためには、例えば同図（ａ）および（ｃ）に示すようにアーム旋回軸Ｘ５を中心にアーム５１を所定角度θ１だけ旋回移動させるとともにアーム５１を伸縮させて次の削孔６の上方位置に油圧ブレーカーを移動させる必要がある。ただし、こうして油圧ブレーカーを移動させたのみでは、アーム５１の旋回移動に伴い破砕予定ラインに対してチゼル３が回転変位し、２つの当接領域３１４を結んだ仮想ラインが破砕予定ラインに傾いてしまう。そこで、この使用態様では、回転機構部４により往復軸Ｘ０を中心にチゼル３を角度（−θ1）だけ回転させて上記仮想ラインを破砕予定ラインとほぼ一致させる。その後で、上記実施形態と同様にして破砕処理を実行する。これによって、破砕予定ラインに沿った破砕処理が進行する一方、破砕予定ラインと直交する方向では破砕処理は行われず、所望の破砕処理が実行される。
【００３０】
このように油圧ブレーカーの位置に応じてチゼル３の回転位置を調整することのみで、建設車両５を所定位置に固定しながらも破砕予定ラインに沿った破砕処理を行うことができ、優れた作業効率が得られる。
【００３１】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、２つの溝部を設けたチゼル３を用いているが、溝部の代わりに切欠部を設けてもよく、この場合、先細り形状の先端部３１１における往復軸方向Ｘに対して直交する水平面での断面は略小判型となる。また、溝部や切欠部の個数はこれに限定されるものではなく、例えば４つの溝部や切欠部を設けて４つの当接領域を形成したものを用いてもよい。このように先細り形状の先端部３１１に溝部や切欠部を１個以上設けることで破砕処理に対して異方性を与えることができる。もちろん、溝部や切欠部を設けていないチゼルを用いてもよいことはいうまでもない。さらに、当接領域３１４の形状および大きさなどについても任意である。
【００３２】
また、上記実施形態では、３つのギア４１〜４３によりチゼル３を回転自在に支持しながら油圧モーター４６の回転駆動力によりチゼル３を回転させるように構成しているが、ギアを４個以上設けてもよく、またギアの大きさや配設位置などについても任意である。
【００３３】
また、上記実施形態では、油圧モーター４６をチゼル回転の駆動源として用いているが、駆動源はこれに限定されるものではなく、電気モーターなどの他のアクチュエーターを用いることができる。
【００３４】
また、上記実施形態では、ウォーム・ギヤ機構によってチゼル本体３１およびギア３２からなるチゼル３が往復軸Ｘ０を回転中心として回転されるが、他の動力伝達機構を用いて油圧モーター４６の駆動力をチゼル３に伝達するように構成してもよい。
【００３５】
さらに、上記実施形態では油圧によりピストンを往復動させているが、ピストンの駆動源は油圧に限定されるものでなく、破砕装置全般で使用される駆動源、例えばエアーなどを用いる破砕装置にも本発明を適用することができることが言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
この発明は、地盤や岩石などの被破砕物を破砕する破砕技術全般に適用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１…装置本体部
３…チゼル
４…回転機構部
６…削孔
７…被破砕物
２１…ピストン
３１…チゼル本体
３１１…先端部
３１２…先端端面
３１３…傾斜面
３１４…当接領域
Ｘ０…往復軸
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地盤や岩石などの被破砕物を破砕する破砕装置および該装置を用いた破砕方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、地盤掘削、砕岩、削岩などの破砕作業には、ブレーカー等の破砕装置が使用される。例えば特許文献１に記載の破砕装置は、油圧パワーショベル等の建設車両のアームに取付けられ、鋭角に形成されたチゼルの先端部を地盤や岩石などの被破砕物の表面に当接させるとともに、往復動するピストンでチゼルの後端部を打撃することによりチゼルが被破砕物の方向に前進する。このとき、ピストンでの打撃によって被破砕物の方向に進行する圧縮の応力波が発生し、それが被破砕物に到達して被破砕物を破砕する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１１４２９７号公報（例えば、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の破砕装置は、上記したように圧縮の応力波を用いて地盤や岩石などの破砕を実行しているため、次のような問題があった。すなわち、地盤や岩石などは圧縮応力に対して極めて高い耐力を有しており、圧縮の応力波を用いた従来技術では硬度の高い地盤や岩石などを容易に破砕することができず、岩石などの破砕に長時間を要してしまうことがあった。このように従来の破砕技術では、エネルギーおよび作業性において非効率な面があり、改善の余地があった。また、砕装置の作動中にチゼル先端部と地盤表面等との摩擦によって大量の熱が発生してチゼルが熱変形してしまい、短時間でのチゼル交換が不可避となっている。このように従来装置では、チゼル寿命が短く、このことがチゼル交換作業やコストの面で大きな問題となっている。
【０００５】
そこで、本願発明者はこのような問題を解消するために、次のような破砕技術を創作し、特許を得た（特許第４６３６２９４号）。この特許発明は、被破砕物に形成された削孔に対し、先細り形状を有するチゼル先端部を挿入して先端部の傾斜面を削孔の内壁に当接させるとともに、軸方向に往復動するピストンによりチゼルを打撃し、これによって削孔周囲に対して削孔からピストンの往復方向（軸方向）とほぼ直交する方向に引張応力を作用させて削孔周囲を破砕するものである。そして、破砕完了後にチゼルを削孔から引き抜く。
【０００６】
このように当該破砕技術は、チゼル先端部を削孔に挿入した状態で破砕処理を行うため、破砕状況によっては削孔にチゼル先端部が密着して削孔からチゼルを引き抜くことが困難となり、このことが破砕作業の低下を招く要因のひとつとなる。
【０００７】
また、チゼルの先端部形状によっては破砕処理の進行状況が異なる場合がある。例えばチゼル先端部の傾斜面に溝部を設けた場合、削孔の内壁に対して当接する領域と当接しない領域とが生じる。このため、削孔の周囲に対して引張応力が作用する方向と作用しない方向とが発生して破砕処理に異方性が生じる。したがって、この異方性を積極的に利用して必要な方向にのみ破砕処理を実行して作業効率を高めたい場合には、それに応じてチゼルを回転位置決めするのが望まれるが、上記破砕技術ではこの点まで考慮されていなかった。
【０００８】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、地盤や岩石などの被破砕物を破砕する際の作業効率を高める技術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】
【０００９】
この発明の第１態様は、地盤や岩石などの被破砕物に形成された削孔の周囲を破砕する破砕装置であって、上記目的を達成するため、装置本体部と、装置本体部内で往復軸に沿って往復動するピストンと、先端端面が削孔の内径よりも小さな第１の外径を有するとともに先端端面から後端に進むにしたがって外径が大きくなり削孔の内径よりも大きな第２の外径となる傾斜面を有する先細り形状の先端部を有し、装置本体部に対して往復軸に沿って往復動自在で、かつ往復軸を中心に回転自在なチゼルと、装置本体部に対してチゼルを往復軸を中心に回転させる回転機構とを備え、チゼルの先端部が削孔に挿入されて傾斜面が削孔の内壁に当接した状態でピストンがチゼルの後端部を打撃することでチゼルの傾斜面が削孔の内壁と直接当接して削孔を起点として被破砕物を破砕することを特徴としている。
【００１０】
また、この発明の第２態様は、請求項１に記載の破砕装置を用いて地盤や岩石などの被破砕物に形成された削孔の周囲を破砕する破砕方法であって、上記目的を達成するため、 被破砕物を破砕した際に被破砕物からのチゼルの引き抜きが困難となったとき、回転機構により往復軸を中心にチゼルを回転させた後で、チゼルの引き抜きを行うことを特徴としている。
【００１１】
さらに、この発明の第３態様は、請求項１に記載の破砕装置を用いて地盤や岩石などの被破砕物に形成された削孔の周囲を破砕する破砕方法であって、上記目的を達成するため、被破砕物の破砕に使用するチゼルの傾斜面に少なくとも１つ以上の溝部や切欠部が形成されているとき、回転機構によって往復軸を中心にチゼルを回転させることで、装置本体部に対してチゼルを回転位置決めした後で、チゼルによる被破砕物の破砕を行うことを特徴としている。
【００１２】
このように構成された発明では、地盤や岩石などの被破砕物に形成された削孔に先細り形状のチゼル先端部が挿入される。このチゼルの先端部では、先端端面が削孔の内径よりも小さいため、チゼルの先端は削孔にすっぽりと入り込む。また、チゼルの先端部には、先端端面から後端に進むにしたがって外径が大きくなり削孔の内径よりも大きな第２の外径となる傾斜面が設けられているため、チゼルの先端部を削孔に進入させると、やがて傾斜面が削孔の内壁に直接当接する。そして、その当接状態で往復動するピストンによりチゼルを打撃すると、削孔の周囲では、削孔からピストンの往復方向とほぼ直交する方向に引張応力が被破砕物に作用する。その結果、削孔の周囲が破砕される。
【００１３】
また、回転機構によって装置本体部に対して往復軸を中心にチゼルを回転させることが可能となっているため、破砕処理の作業効率を高めることができる。例えば、破砕処理後に削孔からチゼルをそのまま引き抜くことが困難になったとしても、回転機構によりチゼルを強制的に回転させることで被破砕物との密着が解消されてチゼルの引き抜きが容易となる。また、チゼルの傾斜面に溝部や切欠部を設けることで破砕処理に異方性を与えることができるが、このようなチゼルを回転機構により回転位置決めした後で当該チゼルにより破砕処理を行うと、破砕が必要な方向についてのみ破砕処理を実行することができ、作業効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
従来より知られているように、岩盤や岩石の耐力は圧縮方向に比べて引張方向で小さい。したがって、本発明のように削孔からピストンの往復方向とほぼ直交する方向に引張応力を被破砕物に対して作用させて削孔の周囲を破砕する場合、圧縮応力を利用する従来技術に比べ、地盤や岩石などの被破砕物を少ないエネルギーで効率的に破砕することができる。しかも、回転機構によって装置本体部に対してチゼルを回転させることができるため、被破砕物からのチゼルの引き抜きが困難となった場合や所望の方向にのみ破砕処理を実行したい場合などに適切に対応することができ、作業効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明にかかる破砕装置の一実施形態たる油圧ブレーカーの一使用態様を示す図である。
【図２】図１の油圧ブレーカーで使用するチゼルと装置本体部との関係を示す図である。
【図３】装置本体部へのチゼルの装着態様を示す組立断面図である。
【図４】チゼルと回転機構との関係を模式的に示す斜視図である。
【図５】図１に示す油圧ブレーカーの他の使用態様を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明にかかる破砕装置の第１実施形態たる油圧ブレーカーの一使用態様を示す図である。また、図２は図１の油圧ブレーカーで使用するチゼルと装置本体部との関係を示す図である。また、図３は装置本体部へのチゼルの装着態様を示す組立断面図である。さらに、図４はチゼルと回転機構との関係を模式的に示す斜視図である。この油圧ブレーカーは、装置本体部１と、装置本体部１に装着されてピストン２１を往復軸Ｘ０に沿って往復移動させる油圧シリンダ２と、装置本体部１の先端部に対して往復軸Ｘ０に沿って往復動自在で、かつ往復軸Ｘ０を中心に回転自在に取り付けられるチゼル３と、装置本体部１に対して往復軸Ｘ０を中心にチゼル３を回転させる回転機構部４とを備えている。
【００１７】
この装置本体部１は、図２に示すように、本体フレーム１１と、中空フランジ形状を有するチゼル支持部材１２とを有している。これらのうち本体フレーム１１は、図１に示すように油圧パワーショベル等の建設車両５のアーム５１に直接またはブラケット（図示省略）を介して取り付可能に構成されている。また、装置本体部１の内部には、油圧シリンダ２を装備するシリンダ空間１３が設けられるとともに、当該シリンダ空間１３の先端側（反アーム側）でシリンダ空間１３に連通するチゼル空間１４が設けられている。そして、シリンダ空間１３に油圧シリンダ２が配置され、不図示の切換弁を介して建設車両５から圧油を油圧シリンダ２に供給することにより、ピストン２１をチゼル空間１４に対して往復動させてチゼル空間１４に配置されるチゼル３の後端部を打撃可能となっている。
【００１８】
このチゼル空間１４には、図４に示すように、３つのギア４１〜４３が往復軸Ｘ０を中心に等角度間隔で配置されている。これらのギア４１〜４３の回転軸Ｘ１〜Ｘ３はともに往復軸Ｘ０と平行であり、チゼル本体３１の後端部に取り付けられたギア３２と噛合可能となっている。このギア３２はチゼル本体３１の後端部に対してフランジ状に取り付けられたものであり、ギア３２とチゼル本体３１とを一体成型してもよいし、チゼル本体３１に対してギア３２を溶接等により接合してもよい。
【００１９】
また、これらのギア４１〜４３は回転機構部４の構成要素であるが、それらのうちギア４１はウォーム・ホィールとして機能するものであり、このギア４１に対してウォーム４４が噛み合ってウォーム・ギヤ機構が構成されている。また、このウォーム４４には減速ギアボックス４５を有する油圧モーター４６が接続されている。この油圧モーター４６は建設車両５からの圧油の供給によって作動するものであり、減速ギアボックス４５を介してウォーム４４を回転させることでウォーム・ギヤ機構によって往復軸Ｘ０を回転中心としてチゼル本体３１およびギア３２からなるチゼル３を回転させる。なお、残りのギア４２、４３はアイドルギアであり、チゼル３の回転に従動しながらそれぞれ回転軸Ｘ２、Ｘ３を回転中心として回転する。したがって、図２や図４に示すように、本実施形態では、チゼル３は装置本体部１に対して往復軸Ｘ０に沿って往復動自在で、かつ往復軸Ｘ０を中心に回転自在となっている。
【００２０】
また、このようにチゼル本体３１の後端部を本体フレーム１１の先端開口（反アーム側開口）より挿入し、ギア３２を各ギア４１〜４３と噛合させた状態では、図２に示すように、チゼル３の先端部（より詳しくはチゼル本体３１の先端部）は本体フレーム１１から先端側に突出している。また、このチゼル先端部を支持するために、２本のＯリング１５、１６がチゼル支持部材１２の中空内周面に設けられた溝に挿入されている。そして、チゼル本体３１の中央部がチゼル支持部材１２の中空部に挿通されてＯリング１５、１６に圧接される状態で、チゼル支持部材１２が本体フレーム１１の先端部に取り付けられる。こうして、チゼル支持部材１２がＯリング１５、１６を介してチゼル本体３１を往復軸方向Ｘに移動自在に、かつ回転方向θに回転自在に支持するとともに、破砕された岩石片や埃などがチゼル空間１４に入り込むのを防止する。なお、このようにチゼル支持部材１２はボルトなどの締結金具１７によって本体フレーム１１の先端部に固定されており、こうして油圧ブレーカーを組み立てた状態では、図２に示すように、本体フレーム１１の内部に設けた段差面とチゼル支持部材１２の後端面との間に、ギア４１の厚み程度の隙間が形成されており、その隙間内でチゼル３は往復軸方向Ｘに往復移動可能となっている。
【００２１】
このチゼル３の先端部、つまりチゼル本体３１の先端部３１１は、先端側に進むにしたがって外径が減少する、いわゆる先細り形状を有している。より詳しくは、チゼル本体３１のうち先細りが開始される位置では、削孔６の内径よりも大きな外径を有する一方、先端端面３１２では、削孔６の内径よりも小さな外径を有する。このようにチゼル本体３１の先端側面は傾斜面３１３となっている。このため、後述するように削孔６にチゼル３の先端部３１１を挿入すると、先端部３１１の一部が削孔６に入り込んで傾斜面３１３が削孔６の内壁に係止される。
【００２２】
また、チゼル３の先端部３１１には、図４に示すように、往復軸方向Ｘに延びる溝部が２本等間隔で形成されており、往復軸方向Ｘに対して直交する水平面での断面は、江戸時代に両替商が用いた後藤分銅に類似した形状を有している。したがって、上記のようにチゼル３の先端部３１１を削孔６に挿入すると、先端部３１１の先端領域３１４が削孔６の内壁と当接し、本発明の「当接領域」に相当している。このように本実施形態では、チゼル３の傾斜面３１３には、２個の当接領域３１４がピストン２１の往復軸Ｘ０に対して略対称に設けられている。
【００２３】
次に、上記のように構成された油圧ブレーカーを使用して地盤や岩石などの被破砕物７を破砕する動作について説明する。この実施形態では、被破砕物７に対して次の関係、
Ｗ1＜Ｗ3＜Ｗ2
ただし、Ｗ1：チゼル先端端面３１２の外径、
Ｗ2：先細り開始位置でのチゼル本体３１の外径、
Ｗ3：削孔６の内径
を満足するサイズの削孔６を形成する。そして、その削孔６に対し、チゼル３の先端部３１１を挿入し、傾斜面３１３に形成された当接領域３１４を削孔６の内壁に当接させるとともに、建設車両５から切換弁を介して油圧シリンダ２へ圧油を供給することによりピストン２１を往復軸方向に往復動させてチゼル３を打撃する。このとき、削孔６の周囲では、削孔６からピストン２１の往復軸方向Ｘとほぼ直交し、しかも互いに異なる２方向に引張応力が作用して削孔６の周囲が破砕される。
【００２４】
こうして破砕処理が完了すると、建設車両５のアーム５１を上昇させてチゼル３の先端部３１１を削孔６から引き上げる。ここで、破砕状況によっては削孔６に対してチゼル先端部３１１が密着して削孔６からチゼル３を引き抜くことが困難となる場合がある。このような場合、建設車両５から切換弁を介して油圧モーター４６へ圧油を供給することにより往復軸方向Ｘを中心にチゼル３を回転させるのが効果的である。つまり、チゼル３の回転によりチゼル先端部３１１と削孔内壁との密着が解消されるため、チゼル３の引き抜きが容易となる。なお、チゼル３の回転方向については、チゼル先端部３１１と削孔内壁との密着状況に応じて適宜設定することができる。また、一定方向に回転させるだけでなく、正逆往復回転させてもよい。さらに、チゼル３を回転させつつチゼル３を徐々に上昇させる、つまりチゼル３の回転と上昇を組み合わせて実行してもよい。
【００２５】
以上のように、本実施形態では、削孔６からピストン２１の往復方向とほぼ直交する方向に引張応力を被破砕物７に対して作用させて削孔６の周囲を破砕しているので、圧縮応力を利用する従来技術に比べ、地盤や岩石などの被破砕物７を少ないエネルギーで効率的に破砕することができる。
【００２６】
また、上記したように本実施形態では、回転機構部４によって装置本体部１に対して往復軸Ｘ０を中心にチゼル３を回転可能となっているため、破砕処理によってチゼル先端部３１１と削孔内壁とが密着されてしまいチゼル３の引き抜きが困難になったとしても、回転機構部４によるチゼル３の回転によってチゼル３の引き抜きが容易となる。
【００２７】
さらに、本実施形態では、チゼル３の傾斜面３１３に２本の溝部が設けられているため、チゼル先端部３１１では削孔内壁と当接する当接領域３１４とそうではない非当接領域とが生じている。したがって、このチゼル３により破砕処理を行った場合、当接領域３１４で破砕処理が進行する一方、非当接領域では破砕処理は進行せず、破砕処理に異方性を与えることができる。しかも、本実施形態では、上記したように装置本体部１に対してチゼル３を回転させることができる。よって、このように異方性を有するチゼル３を回転機構部４により回転位置決めした後で当該チゼル３により破砕処理を行うと、必要な方向についてのみ破砕処理を実行することができ、作業効率を高めることができる。その一例について図５を参照しつつ説明する。
【００２８】
図５は、図１に示す油圧ブレーカーの他の使用態様を示す図である。この使用態様は、建設車両５を所定位置に固定しながら破砕位置に応じて装置本体部１に対してチゼル３を回転位置決めすることによって、同図（ａ）中の２点鎖線で示す破砕予定ラインに沿って被破砕物７を破砕するものである。このように建設車両５を固定する場合、アーム５１の旋回と伸縮とにより破砕予定ライン上に形成された削孔６の上方位置に油圧ブレーカーを移動させることが可能である。例えば破砕予定ラインの１点で破砕処理を行う場合、同図（ａ）および（ｂ）に示すようにチゼル先端部３１１に形成される溝部が破砕予定ラインと直交する方向を向くように装置本体部１に対してチゼル３を回転位置決めした状態で破砕処理を行う。これによって、２つの当接領域３１４を結んだ仮想ラインが破砕予定ラインとほぼ一致し、破砕予定ラインに沿って破砕処理が進行する一方、破砕予定ラインと直交する方向では破砕処理は行われない。
【００２９】
そして、破砕予定ラインに沿って次の破砕処理を行うためには、例えば同図（ａ）および（ｃ）に示すようにアーム旋回軸Ｘ５を中心にアーム５１を所定角度θ１だけ旋回移動させるとともにアーム５１を伸縮させて次の削孔６の上方位置に油圧ブレーカーを移動させる必要がある。ただし、こうして油圧ブレーカーを移動させたのみでは、アーム５１の旋回移動に伴い破砕予定ラインに対してチゼル３が回転変位し、２つの当接領域３１４を結んだ仮想ラインが破砕予定ラインに傾いてしまう。そこで、この使用態様では、回転機構部４により往復軸Ｘ０を中心にチゼル３を角度（−θ1）だけ回転させて上記仮想ラインを破砕予定ラインとほぼ一致させる。その後で、上記実施形態と同様にして破砕処理を実行する。これによって、破砕予定ラインに沿った破砕処理が進行する一方、破砕予定ラインと直交する方向では破砕処理は行われず、所望の破砕処理が実行される。
【００３０】
このように油圧ブレーカーの位置に応じてチゼル３の回転位置を調整することのみで、建設車両５を所定位置に固定しながらも破砕予定ラインに沿った破砕処理を行うことができ、優れた作業効率が得られる。
【００３１】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、２つの溝部を設けたチゼル３を用いているが、溝部の代わりに切欠部を設けてもよく、この場合、先細り形状の先端部３１１における往復軸方向Ｘに対して直交する水平面での断面は略小判型となる。また、溝部や切欠部の個数はこれに限定されるものではなく、例えば４つの溝部や切欠部を設けて４つの当接領域を形成したものを用いてもよい。このように先細り形状の先端部３１１に溝部や切欠部を１個以上設けることで破砕処理に対して異方性を与えることができる。もちろん、溝部や切欠部を設けていないチゼルを用いてもよいことはいうまでもない。さらに、当接領域３１４の形状および大きさなどについても任意である。
【００３２】
また、上記実施形態では、３つのギア４１〜４３によりチゼル３を回転自在に支持しながら油圧モーター４６の回転駆動力によりチゼル３を回転させるように構成しているが、ギアを４個以上設けてもよく、またギアの大きさや配設位置などについても任意である。
【００３３】
また、上記実施形態では、油圧モーター４６をチゼル回転の駆動源として用いているが、駆動源はこれに限定されるものではなく、電気モーターなどの他のアクチュエーターを用いることができる。
【００３４】
また、上記実施形態では、ウォーム・ギヤ機構によってチゼル本体３１およびギア３２からなるチゼル３が往復軸Ｘ０を回転中心として回転されるが、他の動力伝達機構を用いて油圧モーター４６の駆動力をチゼル３に伝達するように構成してもよい。
【００３５】
さらに、上記実施形態では油圧によりピストンを往復動させているが、ピストンの駆動源は油圧に限定されるものでなく、破砕装置全般で使用される駆動源、例えばエアーなどを用いる破砕装置にも本発明を適用することができることが言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
この発明は、地盤や岩石などの被破砕物を破砕する破砕技術全般に適用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１…装置本体部
３…チゼル
４…回転機構部
６…削孔
７…被破砕物
２１…ピストン
３１…チゼル本体
３１１…先端部
３１２…先端端面
３１３…傾斜面
３１４…当接領域
Ｘ０…往復軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤や岩石などの被破砕物に形成された削孔の周囲を破砕する破砕装置であって、
装置本体部と、
前記装置本体部内で往復軸に沿って往復動するピストンと、
先端端面が前記削孔の内径よりも小さな第１の外径を有するとともに前記先端端面から後端に進むにしたがって外径が大きくなり前記削孔の内径よりも大きな第２の外径となる傾斜面を有する先細り形状の先端部を有し、前記装置本体部に対して前記往復軸に沿って往復動自在で、かつ前記往復軸を中心に回転自在なチゼルと、
前記装置本体部に対して前記往復軸を中心に前記チゼルを回転させる回転機構部とを備え、
前記チゼルの先端部が前記削孔に挿入されて前記傾斜面が前記削孔の内壁に当接した状態で前記ピストンが前記チゼルの後端部を打撃することで前記チゼルの傾斜面が前記削孔の内壁と直接当接して前記削孔を起点として前記被破砕物を破砕することを特徴とする破砕装置。
【請求項２】
請求項１に記載の破砕装置を用いて地盤や岩石などの被破砕物に形成された削孔の周囲を破砕する破砕方法であって、
前記被破砕物を破砕した際に前記被破砕物からの前記チゼルの引き抜きが困難となったとき、
前記回転機構部により前記往復軸を中心に前記チゼルを回転させた後で、前記チゼルの引き抜きを行うことを特徴とする破砕方法。
【請求項３】
請求項１に記載の破砕装置を用いて地盤や岩石などの被破砕物に形成された削孔の周囲を破砕する破砕方法であって、
前記被破砕物の破砕に使用するチゼルの傾斜面に少なくとも１つ以上の溝部が形成されているとき、
前記回転機構部によって前記往復軸を中心に前記チゼルを回転させることで、前記装置本体部に対して前記チゼルを回転位置決めした後で、前記チゼルによる前記被破砕物の破砕を行うことを特徴とする破砕方法。
【請求項１】
地盤や岩石などの被破砕物に形成された削孔の周囲を破砕する破砕装置であって、
装置本体部と、
前記装置本体部内で往復軸に沿って往復動するピストンと、
先端端面が前記削孔の内径よりも小さな第１の外径を有するとともに前記先端端面から後端に進むにしたがって外径が大きくなり前記削孔の内径よりも大きな第２の外径となる傾斜面を有する先細り形状の先端部を有し、前記装置本体部に対して前記往復軸に沿って往復動自在で、かつ前記往復軸を中心に回転自在なチゼルと、
前記装置本体部に対して前記往復軸を中心に前記チゼルを回転させる回転機構部とを備え、
前記チゼルの先端部が前記削孔に挿入されて前記傾斜面が前記削孔の内壁に当接した状態で前記ピストンが前記チゼルの後端部を打撃することで前記チゼルの傾斜面が前記削孔の内壁と直接当接して前記削孔を起点として前記被破砕物を破砕することを特徴とする破砕装置。
【請求項２】
請求項１に記載の破砕装置を用いて地盤や岩石などの被破砕物に形成された削孔の周囲を破砕する破砕方法であって、
前記被破砕物を破砕した際に前記被破砕物からの前記チゼルの引き抜きが困難となったとき、
前記回転機構部により前記往復軸を中心に前記チゼルを回転させた後で、前記チゼルの引き抜きを行うことを特徴とする破砕方法。
【請求項３】
請求項１に記載の破砕装置を用いて地盤や岩石などの被破砕物に形成された削孔の周囲を破砕する破砕方法であって、
前記被破砕物の破砕に使用するチゼルの傾斜面に少なくとも１つ以上の溝部が形成されているとき、
前記回転機構部によって前記往復軸を中心に前記チゼルを回転させることで、前記装置本体部に対して前記チゼルを回転位置決めした後で、前記チゼルによる前記被破砕物の破砕を行うことを特徴とする破砕方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１３０９７５（Ｐ２０１２−１３０９７５Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８３１１９（Ｐ２０１０−２８３１１９）
【出願日】平成２２年１２月２０日（２０１０．１２．２０）
【出願人】（３９９０４８８６９）株式会社神島組 (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２０日（２０１０．１２．２０）
【出願人】（３９９０４８８６９）株式会社神島組 (10)
【Ｆターム（参考）】
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