JP2015001419A - 打撃力判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブレーカの打撃力を油圧圧力に変換し、その油圧圧力を測定することでブレーカの打撃力を判定する打撃力判定装置を提供する。
【解決手段】
打撃力判定装置は、作動油を収容する油圧シリンダ室と、油圧シリンダ室と流体接続されるアキュムレータと、油圧シリンダ室およびアキュムレータの間に介装され、ブレーカの打撃により作動油が加圧されることによって開弁する逆止弁と、を備える。ブレーカによる打撃のたびに発生する油圧圧力は、逆止弁を介してアキュムレータに蓄圧され、蓄圧された油圧圧力が飽和した時の圧力を測定することによってブレーカの打撃力を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリートや岩を破砕するのに使用されるブレーカの打撃力を測定する打撃力判定装置に関する。

打撃作用でコンクリートや岩を破砕するのに広く使われている建設機械は一般に「ブレーカ」と呼ばれている。このブレーカは、使用する動力源よって、空圧式ブレーカ、油圧式ブレーカ、電動式ブレーカ、およびエンジン式ブレーカなどに分類される。

ブレーカの能力を表わす指標としては、打撃力と打撃数を挙げることができる。打撃力は、一回の打撃ごとの打撃エネルギーであり、単位Ｊ（ジュール）であらわされる。打撃数は、通常毎分の打撃数であり、単位はbpm（blows per minute）である。このうち打撃数は打撃音、打撃による圧力変動などで容易に測定できるが、打撃エネルギーの測定は容易ではない。

打撃エネルギーを測定する方法としては、
ａ．コンクリート等を破砕するチゼル（ノミ）にひずみゲージを貼り付け、打撃の瞬間にチゼルに発生するひずみを測定して打撃エネルギーに換算する方法、
ｂ．ブレーカ内各部の圧力変動を打撃と同時に測定し、打撃ピストンに与えられるエネルギーを計算する方法、
ｃ．作動中の打撃ピストンのスピードを測定する方法、および、
ｄ．軟鉄板を打撃したときの圧痕の大きさから打撃エネルギーを求める方法、
などが考えられているが、どれも精度良く測定するには難があり方法が確立されていない。

これに対し、実際にブレーカを使う現場では打撃エネルギーの数値そのものは測定できなくても、その時のブレーカの状態（機械の調子の良し悪し）を判定する方法、またはいろいろなブレーカの能力を簡易に比較するための方法が求められている。そのためのひとつの方法として次のものがある。すなわち、硬度を調整した例えば軟鉄の短い丸棒などの金属片を適当な時間を定めて軸方向に打撃し、この間に金属片の長さが塑性変形でどれだけ縮んだかを測定してブレーカの状態を判定する方法である。

なお、この判定方法は、文献公知発明に係るものではないため、記載すべき先行技術文献情報はない。

しかし、上述のような方法でもある程度判定が可能であるが、測定に使用する装置は大掛かりなものとなり測定に手間がかかる。また金属片の中心を正確に打撃できなかったり、金属片硬度のばらつきの影響もあって、測定値のばらつきが大きい。また、金属片は一回毎の消耗品であり、繰り返し使用することができない。

本発明は、上述のような問題点に鑑みなされたもので、簡便な構造で持ち運びも可能であり、また消耗品を要しない打撃力判定装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、ブレーカの打撃力を油圧圧力に変換し、その油圧圧力を測定することでブレーカの打撃力を判定する打撃力判定装置において、作動油を収容する油圧シリンダ室と、上記油圧シリンダ室と流体接続されるアキュムレータと、上記油圧シリンダ室および上記アキュムレータの間に介装され、ブレーカの打撃により上記作動油が加圧されることによって開弁する逆止弁と、を備え、ブレーカによる打撃のたびに発生する油圧圧力を上記逆止弁を介して上記アキュムレータに蓄圧し、蓄圧された上記油圧圧力が飽和した時の圧力を測定することによってブレーカの打撃力を判定するようにした、打撃力判定装置が提供される。

好ましくは、打撃力判定装置は、上記逆止弁を跨ぐように上記逆止弁と並列に流体接続されたストップ弁をさらに備え、上記ストップ弁を開弁することにより上記アキュムレータから上記油圧シリンダ室へ上記作動油を再び戻すことができるようにする。

好ましくは、打撃力判定装置は、上記アキュムレータに接続された圧力表示器をさらに備え、上記圧力表示器によって上記飽和した時の圧力を表示するようにする。

好ましくは、打撃力判定装置において、上記油圧シリンダはピストンをさらに備え、上記ピストンがブレーカによって打撃されることにより上記作動油が加圧されるようにする。

好ましくは、打撃力判定装置において、上記ピストンはブレーカの先端を受容するためのテーパ穴を上面に有するようにされる。

本発明によれば、油圧シリンダ、逆止弁、およびアキュムレータで打撃力判定装置を構成する。本発明は、打撃によって瞬間的に発生する圧力を測定するものではない。本発明によれば、ブレーカの打撃力を油圧シリンダを使って油圧圧力に変換する。そして、逆止弁とアキュムレータの組合せで打撃毎の発生圧力を徐々に蓄圧し、やがて飽和した状態の圧力を測定することで打撃力を判定する。本発明によれば、瞬間的な圧力を測定するものでないため大掛かりで高価な圧力測定機器は不要となる。また、金属片などの消耗品も必要としない。本発明によれば、ストップ弁を逆止弁と並列に配列して作動油をアキュムレータから油圧シリンダ室に戻すようにすることもでき、それによっていろいろなブレーカの打撃力を迅速に測定することができる。また、本発明によれば、アキュムレータに圧力表示器を接続するようにすることもでき、それによって飽和圧力を簡便に測定することができる。また、本発明によれば、油圧シリンダから延出するピストンをブレーカで打撃するようにしてもよく、それによって作動油を適切に加圧することができる。また、本発明によれば、上記ピストンの上面にテーパ穴を設け、これにブレーカの先端を係合させて打撃するようにすることもでき、それによっていろいろな種類のブレーカの打撃力を正確に判定することができる。

本発明の他の目的および利点は、以下の説明、添付図面、および添付した特許請求の範囲の記載から明らかとなろう。

本発明の実施の形態に係る打撃力判定装置をブレーカと共に示す模式図である。 図１に示す打撃力判定装置を拡大して示す模式図である。 図１に示す打撃力判定装置を、この判定装置のピストンから分離された状態のブレーカのシャンクと共に示す模式図である。 図１に示す打撃力判定装置の逆止弁をダイアフラムを用いて構成した例を示す模式図である。 図１に示す打撃力判定装置の逆止弁をリード弁を用いて構成した例を示す模式図である。 図１に示す打撃力判定装置の逆止弁を弾性体リングを用いて構成した例を示す模式図である。 図１に示す打撃力判定装置の逆止弁をポペット弁を用いて構成した例を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る打撃力判定装置による蓄圧圧力と、飽和圧力に達するまでの時間との関係を示す一例としてのグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１〜３を参照すると、打撃力の判定対象であるブレーカ１０１は、ブレーカの下部から下方に延出するシャンク１０３を備えている。シャンク１０３は、ブレーカ１０１のハンマーピストン（図示せず）によって打撃されるチゼル等の工具に相当するものであり、後述するように、ブレーカの打撃力を本実施の形態による打撃力判定装置１に伝達する役割を果たす。伝達されたブレーカ１０１の打撃力は、打撃力判定装置１によって油圧圧力に変換され、その油圧圧力を測定することでブレーカ１０１の打撃力を判定する。ブレーカ１０１は、空圧式、油圧式、電動式、またはエンジン式ブレーカのいずれであってもよい。また、ハンドブレーカだけではなく、搭載型ブレーカの打撃力判定にも応用が可能である。

打撃力判定装置１は、本実施の形態において、油圧シリンダ３と、逆止弁５と、アキュムレータ７と、圧力表示器９と、ストップ弁１１とを備える。油圧シリンダ３は、逆止弁５を介してアキュムレータ７と流体接続されている。すなわち、油圧シリンダ３は、途中に逆止弁５が介挿された第１の配管１３を介して、アキュムレータ７と接続されている。圧力表示器９は、第２の配管１４を介して、アキュムレータ７に通じる第１の配管１３に流体接続されている。さらに、ストップ弁１１を介挿させた第３の配管１５が、逆止弁５を跨ぐように第１の配管１３と並列に配列されている。各配管１３、１４、１５は、図示の例で、アキュムレータ７の下方で十字配管を構成し、逆止弁５と、アキュムレータ７と、圧力表示器９と、ストップ弁１１とを相互に接続している。使用時、逆止弁５の下流側（アキュムレータ７側）の各配管は密閉状態に維持される。

油圧シリンダ３は、シリンダ状の容器１７を備える。容器１７は、内部に形成された、作動油２１を収容する大径の油圧シリンダ室１９と、油圧シリンダ室に連なる小径のボア部２０とを有する。油圧シリンダ３は、さらに、ピストン２３を備え、ピストンは、油圧シリンダ室１９に収容されるヘッド部２３ａと、ヘッド部からボア部２０を介して上方に延出する軸部２３ｂとを備える。ブレーカ１０１による打撃時、軸部２３ｂがシャンク１０３を通じて打撃されると、ヘッド部２３ａが油圧シリンダ室１９内で作動油２１を上方から液密に加圧する。シリンダ状の容器１７の下部には、油圧シリンダ室１９と第１の配管１３とを連通する通孔２５が形成されている。なお、図中、２７は容器１７のボア部２０の内周壁に設けられた軸受けメタルであり、ブレーカ１０１による打撃時、油圧シリンダ３が上下に直線的に摺動するのを支援する。本実施の形態では、作動油２１として、装置の潤滑や防錆、また価格などの観点から、油圧ブレーカなどで用いられる作動油を用いているが、水などの他の流体を用いることも可能である。

図１、３から明らかなように、ピストン２３の軸部２３ｂの上面には、テーパ穴２９が形成されている。テーパ穴２９は、断面視で逆台形であり、シャンク１０３の下端に形成された雄型のテーパ先端１０５を受容するように構成された雌型のテーパ穴である。このようなテーパ穴２９を設け、これにシャンク１０３のテーパ先端１０５を嵌合させ、その状態でブレーカ１０１で打撃することが、打撃力の適正な伝達の観点から好ましい。また、テーパ穴２９は、軸部２３ｂの上面の径方向中心に位置させるのが好ましい。また、テーパ穴２９のテーパ角度を２０度前後に調整することが好ましい。これにより、打撃力測定後、シャンク１０３のテーパ先端１０５を容易にテーパ穴２９から離脱させることができる。そのため、シャンク１０３をブレーカ１０１に対して交換可能な構造とし、テーパ穴２９に係合さシャンク１０３を介して打撃力を伝達することにより、いろいろな種類のブレーカの打撃力を正しく判定することが可能となる。

逆止弁５は、本実施の形態において、ボールスプリング式逆止弁として構成されている。具体的には、逆止弁５は、第１の配管１３中に組み込まれた弁箱３１を含む。弁箱３１の油圧シリンダ３側の一端には、中央に油流入孔を有する弁座が形成され、他端には油流出孔が形成されている。弁箱３１内には、軸方向に摺動可能で上記弁座を開閉する弁体としてのボール３３と、ボールを常時上記弁座に向けて、すなわち閉弁する方向に付勢するスプリング３５とが装入されている。したがって、ボール３３は、弁箱３１の上流側（油圧シリンダ側）の油圧力がスプリング３５の付勢力よりも高い時にのみ、開弁側に移動して油の流入を許容し、それ以外の時には、上記弁座に押し付けられて閉弁するので、油の流れを遮断する。このようにして、逆止弁５は、一方向の通油のみを許容し、逆方向の通油を阻止する。

なお、本実施の形態では、逆止弁５としてボールスプリング式逆止弁を用いているが、これは単に一例であり、他の形式の逆止弁を用い得ることは言うまでもない。そのような他の逆止弁の例を図４Ａ〜４Ｄに掲げた。これらの図において、→は開弁を生じさせる油の流れる方向を表し、←×は油の流れが許容されない方向を表す。図４Ａは、ダイアフラム３７を用いた逆止弁の例であり、ダイアフラムの外周部が油の圧力によってめくれることにより開弁し、めくれた外周部が元の位置に戻ることによって閉弁する逆止弁である。図４Ｂは、リード弁３９を用いた逆止弁であり、リード弁の自由端が高い圧力でめくれることにより開弁し、自由端が元の位置に復帰することにより閉弁される。図４Ｃは、弾性体リング４１を用いた逆止弁の例であり、油の圧力によって弾性体リングが周方向に離弁することによって開弁し、弾性復帰することによって閉弁する。図４Ｄは、上述のボールスプリング式逆止弁と類似の弁であり、ボールに代えてポペット弁４３をスプリングで閉弁方向に付勢するようにした逆止弁である。このように、各種の逆止弁を適宜選択して用いることができる。

アキュムレータ７は、密閉されたシェル４５と、シェル内で横方向に張設されたゴムなどからなるダイアフラム４７とを備える。シェル４５内は、ダイアフラム４７によって、蓄圧室４９と、窒素ガスなどのガスを封入したガス室５１とに分けて構成される。シェル４５の底部には通孔が設けられ、逆止弁５を組み込んだ第１の配管１３と蓄圧室４９とを連通している。使用時、加圧された油は、上記通孔から蓄圧室４９に流入し、ダイアフラム４７を押し上げ、ガス室５１内に充填されているガスを圧縮し、蓄圧室の容積を拡大して蓄圧室内にとどまる。すなわち、使用時、逆止弁５（およびストップ弁１１）により逆止弁の下流側（アキュムレータ７側）が密閉状態に維持されている限り、油は上記通孔を介して蓄圧室４９内に流入し、蓄圧室内に貯留される。

圧力表示器９は、アキュムレータ７により蓄圧された圧力の値を表示する。圧力表示器９は、本実施の形態において、蓄圧圧力を回転変位量に変換する変換手段（図示せず）と、圧力値を示す指標（図示せず）と、上記回転変位量に応じて上記指標上を回転移動する指針５３とで構成される。このような圧力表示器９として市販の圧力表示器を適宜選択して用いることができる。圧力表示器９は、図示の例において、十字配管の１つを構成する配管１４の先端に接続されているが、逆止弁５より下流側であれば適宜の箇所に接続することができる。各配管の各部に加えられる圧力は一定だからである。なお、本実施の形態では、アナログ式の圧力表示器を用いているが、これに代えてデジタル式の圧力表示器を用いることができることはもちろんである。

ストップ弁１１は、コック５５を操作することにより油の流れを遮断しまたは許容する。使用時、ストップ弁１１は油の流れを遮断するために用いられる。ストップ弁１１は、本実施の形態において、コック５５で操作する形式のものであるが、上述の役割を果たす限り、適宜任意のストップ弁を用いることができる。もちろん電磁式のストップ弁を用いることもできる。

次に本実施の形態による打撃力判定装置１の動作、作用を説明する。まず、
ａ．ストップ弁１１を閉じる。その際、打撃力判定装置１の各油圧回路に作動油２１を充填させておくのが好ましい。次いで、ピストン２３の上面のテーパ穴２９にシャンク１０３のテーパ先端１０５を係合させて、ブレーカ１０１でピストンを打撃する。
ｂ．打撃によって油圧シリンダ室１９内の作動油が圧縮され、瞬間的な圧力が発生する。
ｃ．この瞬間的な圧力で逆止弁５が開かれ、配管１３を通って作動油２１の一部がアキュムレータ７の蓄圧室４９に送り込まれる。作動油２１の圧力でガス室５１に封入されたガスが圧縮され、ダイアフラム４７が押し上げられて、作動油および作動油の圧力が蓄圧室４９内に蓄圧される。
ｄ．打撃によって油圧シリンダ室１９内に発生する圧力は短時間で低下するが、逆止弁５（およびストップ弁１１）の働きでアキュムレータ７からの逆流が止められるので蓄圧された圧力は残る。
ｅ．次の打撃でも同じことが発生し、打撃を繰り返すことでアキュムレータ７の蓄圧室４９には徐々に作動油２１が送り込まれて蓄圧され、圧力が上昇していく。
ｆ．アキュムレータ７の蓄圧圧力が徐々に上昇すると、打撃によって油圧シリンダ室１９内に発生する圧力とのバランスで逆止弁５がしだいに開かなくなっていき、やがてそれ以上の蓄圧が出来なくなる飽和状態に達する。
ｇ．この飽和圧力を圧力表示器９で打撃力を示す値として読み取る。
ｈ．コック５５を操作しストップ弁１１を開くとアキュムレータ７に蓄圧された作動油が油圧シリンダ室１９に戻り、ピストン２３が上昇して元の状態に復帰する。

なお、本実施の形態では、アキュムレータ７から油圧シリンダ室１９に作動油を戻すためのストップ弁１１つきの回路を設けているが、逆止弁５を例えば手動により開弁可能な構造とすることにより、ストップ弁つきの回路を省略することもできる。

このように、本発明は、打撃によって瞬間的に発生する圧力を測定するものではなく、ブレーカの打撃力を油圧シリンダを使って油圧圧力に変換し、逆止弁とアキュムレータの組合せで打撃毎の発生圧力を徐々に蓄圧し、やがて飽和した状態の圧力を測定することで打撃力を判定するものである。そのため、瞬間的な圧力を測定する必要がなく、大掛かりで高価な圧力測定機器は不要となり、簡便な構造で持ち運びも可能な圧力表示器で測定が可能となる。消耗品も必要としない。また、本実施の形態によれば、打撃用のシャンクをブレーカに交換可能に装着し、シャンクとピストンとをテーパ構造によって互いに係合させ、その後ブレーカで打撃することにより、実際にブレーカを使う現場でいろいろな種類のブレーカの打撃力を正確に判定することができる。

図５は、ブレーカの打撃によって発生する油圧圧力を徐々に蓄積して行って、飽和圧力に達するまでの蓄圧圧力と時間との関係をプロットしたグラフである。ブレーカの機種によって、打撃力および打撃数は異なる。したがって、飽和圧力に達するまでの所要時間も異なる。ここに示す蓄圧圧力と時間との関係は単に一例であることに留意されたい。ここで使用した機種の打撃数は、毎秒１５回程である。図示の場合、４秒半ほどの所要時間で８ＭＰａほどの飽和圧力に達している。

なお、本実施の形態においては、説明の便宜上から、打撃力判定装置をブレーカと共に垂直に配列して図示し、上下などの位置関係を示す語を用いて説明したが、本実施の形態に係る打撃力判定装置は水平に配列してもよくその機能を実現することができるものである。

本発明の好ましい実施の形態を図示し説明したが、これは単に例示であり、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。本書の記載から、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく多くの変形例や改変例等が可能であるが、これらの変形例や改変例等は本発明の保護の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

１ 打撃力判定装置
３ 油圧シリンダ
５ 逆止弁
７ アキュムレータ
９ 圧力表示器
１１ ストップ弁
１３ 第１の配管
１４ 第２の配管
１５ 第３の配管
１７ 容器
１９ 油圧シリンダ室
２０ ボア部
２１ 作動油
２３ ピストン
２３ａ ヘッド部
２３ｂ 軸部
２５ 通孔
２７ 軸受けメタル
２９ テーパ穴
３１ 弁箱
３３ ボール
３５ スプリング
３７ ダイアフラム
３９ リード弁
４１ 弾性体リング
４３ ポペット弁
４５ シェル
４７ ダイアフラム
４９ 蓄圧室
５１ ガス室
５３ 指針
５５ コック
１０１ ブレーカ
１０３ シャンク
１０５ テーパ先端

Claims (5)

1. ブレーカの打撃力を油圧圧力に変換し、その油圧圧力を測定することでブレーカの打撃力を判定する打撃力判定装置において、
   作動油を収容する油圧シリンダ室と、
   前記油圧シリンダ室と流体接続されるアキュムレータと、
   前記油圧シリンダ室および前記アキュムレータの間に介装され、ブレーカの打撃により前記作動油が加圧されることによって開弁する逆止弁と、を備え、
   ブレーカによる打撃のたびに発生する油圧圧力を前記逆止弁を介して前記アキュムレータに蓄圧し、蓄圧された前記油圧圧力が飽和した時の圧力を測定することによってブレーカの打撃力を判定するようにした、打撃力判定装置。
2. 請求項１に記載の打撃力判定装置において、前記逆止弁を跨ぐように前記逆止弁と並列に流体接続されたストップ弁をさらに備え、前記ストップ弁を開弁することにより前記アキュムレータから前記油圧シリンダ室へ前記作動油を再び戻すことができる、打撃力判定装置。
3. 請求項１または２に記載の打撃力判定装置において、前記アキュムレータに接続された圧力表示器をさらに備え、前記圧力表示器によって前記飽和した時の圧力を表示するようにした、打撃力判定装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の打撃力判定装置において、前記油圧シリンダはピストンをさらに備え、前記ピストンがブレーカによって打撃されることにより前記作動油が加圧される、打撃力判定装置。
5. 請求項４に記載の打撃力判定装置において、前記ピストンはブレーカの先端を受容するためのテーパ穴を上面に有する、打撃力判定装置。
   

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