JP4318231B1 - 破砕工具 - Google Patents

Abstract

【課題】 使用による磨耗後の刃部の長さに関係なく充分な強度と良好な破砕力が保て、動作中の反動の大きさが変わらず作業性の良い破砕工具の提供を課題とする。
【解決手段】 刃部１は中心軸１４の長手方向に添って中心軸１４に対して回転対称に設けられた４本の溝１２と、この溝１２間に設けられた４本の突起１１とを有し、溝１２の両側面を形成す１対の壁面が相互になす角度αをα＞９０°、より好ましくは１４０°＞α＞１００°とするとともに、中心軸１４から各溝１２の底点までの長さｒを刃部１の先端１３から刃部１の後端まで一様にする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、破砕工具に関し、ことにその作業効率が改良された破砕工具に関する。

破つり、溝きり、角だし、穴掘りなどのように、加工物に対して軸方向に衝撃を与えることを目的とする破砕工具、たとえば、ブルポイント、たがね、岩石・コンクリート用チゼルなどは、先端の刃部と、後端の挿入端部と、この刃部と挿入端部との間に位置するシャフト部分から構成され、その挿入端部をハンマードリルなどのツール装置の工具ホルダーに装着して使用するようになっている。

従来の破砕工具の刃部は、通常四角錐であり、それゆえに先端部が磨耗すると丸くなって破砕効率が低下し再鍛造・再焼入れもしくは研磨によって先を尖らせなければならないという問題があった（特許文献１参照。）。
この問題を解決するため、その軸に垂直な平面での断面を溝と突起の組み合わせの十字形状にし、自己研磨作用により破砕機能が持続されるとともに破砕粉の排出を容易にした例が報告されている（特許文献２参照。）。また、同様な十字形状の断面構成で、その断面形状を相似形に保ちながらその軸心部（コア）直径と包絡直径を作業端（先端）側に向かって次第に減少させて、打撃による衝撃応力に対する耐久性を向上させた例が報告されている（特許文献３参照。）。

しかしながら、特許文献２に示された例では、軸心部の径が突起の幅によって決まってしまい、刃部の強度が必ずしも充分に得えられず、また、突起部分の自己研磨性が悪く充分磨耗しないという問題があった。また、特許文献３に示された例では、断面形状が刃部の先端から後端まで相似に構成されているため、先端側で軸心部の径が細くて強度が充分ではなく、逆に、使用による磨耗が進んで刃部が短くなって軸心部の径が太くなった部分では、丸くなる部分の径が大きくなって、破砕が進まず且つ反動が大きくなって、作業性が悪くなるという問題があった。
特開平０４−２２６８７５号公報 実公昭４９−８６５００号公報 特開２００４−１１４２９４号公報

以上に述べたように、上記した引用文献１のように、刃部が四角錐のものでは、磨耗すると先が丸くなって破砕効率が低下し再鍛造・再焼入れもしくは研磨によって先を尖らせる必要があった。この問題を解決するために改良された特許文献２に示されたものは、軸心部の太さが突起部分の幅によって制限されて必ずしも充分に太くなく、充分な強度が取れないとともに、突起部分の磨耗量が少なく先端部分の磨耗に対応する充分な自己研磨性が得られないという問題を有していた。さらに、特許文献３に示す例では、先端部の軸心部の太さが細く、先端部の強度が充分でないとともに、使用による磨耗が進んで刃部が短くなると反動が大きくなって作業性が悪くなるという問題があった。

本発明は、この様な問題を解決して、使用による磨耗後の刃部の長さに関係なく充分な強度が保て、先端の磨耗とともに突起部も磨耗し、磨耗しても良好な破砕力が持続でき、動作中の反動の大きさが変わらず、常に良好な作業性が保持される破砕工具の提供を課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の破砕工具は、長手方向に延在する中心軸の後端側にツールの工具ホルダーへ挿入されて収納される挿入端部と、前記中心軸の先端側に刃部とを有する破砕工具において、前記刃部は前記中心軸の長手方向に添って前記中心軸に対してｎ（ｎは３よりも多い正の整数）回転対称に設けられたｎ条の溝と、この溝間に設けられたｎ本の突起とを有し、前記溝の両側面を形成する前記突起の側面でもある１対の壁面が相互になす角度αがα＞３６０°／ｎであることを特徴とする。

ここで、本発明の破砕工具は、前記刃部の前記中心軸に対する垂直平面での断面において、前記中心軸から各溝の底点までの長さｒはそれぞれ等しく、前記刃部の先端から前記溝がなくなる前記刃部の後端まで同一長さであることを特徴とする。

また、本発明の破砕工具は、前記刃部の断面の包絡直径ｈが、前記刃部の後端から先端に向けて徐々に細くなっていることを特徴とする。更に、前記刃部の前記中心軸に対する垂直平面での断面は、星型形状であることを特徴とする。

以上のように、本発明に係る破砕工具は、刃部の溝の両側面を形成する１対の壁面が相互になす角αを３６０°／ｎよりも大きくすることで、突起の断面形状を楔形の星型形状に構成し、軸心部の径２ｒを、刃部の先端から後端まで同一の寸法にするようにしたので、刃部の強度を研磨後の刃部の長さに関係なく充分に保てるとともに、軸心部の太さが影響する動作中の反動の大きさも変わらず、先端の磨耗とともに突起部も磨耗し、先端が磨耗しても当初の作業性が保てる破砕工具を実現することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る破砕工具の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明は発明をより深く理解するためのものであって、特許請求の範囲を限定するためのものではない。

図１及び図２に、本発明の破砕工具の一実施形態の図を示す。
図１（ａ）は本発明に係る破砕工具の実施形態の正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の中心軸を軸として４５°回転させた図、図１（ｃ）は図１（ａ）の左側面図、図１（ｄ）は図１（ａ）の右側面図である。
また、図２（ａ）は図１（ａ）に示す実施形態の刃部の拡大正面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。なお、この実施形態は、ｎ＝４の場合の例を示している。
なお、本発明に係る破砕工具の刃部のみに着目した図を図７に示す。図７（ａ）は図１に示す実施形態の刃部の正面図、図７（ｂ）はその平面図、図７（ｃ）はその左側面図、図７（ｄ）はその右側面図、図７（ｅ）は図７（ｂ）のＣ−Ｃ’線断面図である。

図１に示すように、この実施の形態の破砕工具１０は、先端１３で打撃により破砕を行う刃部１と、後端にハンマードリルなどのツールの工具受けに装着される挿入端部３と、刃部１と挿入端部３の間に設けられた両者をつなぐ棹部２を有した構成となっている。

図１および図２に示すように、刃部１には、中心軸１４の長手方向に添って中心軸１４に対してｎ（ここでは４）回転対称に設けられた４（ｎ）条の溝１２と、この溝１２間に設けられた４（ｎ）本の突起１１とが設けられている。

ここで溝１２の両側面を形成する突起１１の側面でもある１対の壁面が相互になす角度αはこの図では１２０°に設定されている。この角度αは、刃部１の後端よりのＢ−Ｂ´断面で突起１１の断面形状が楔型を形成するように、少なくとも９０°よりは大きく、好ましくは１００°よりも大きく、また、突起１１の楔形の角度βがより鋭角的（好ましくは３０°前後の鋭角的角度）に維持される角１４０°よりも小さいことが望ましい。
一般に、角度αと角度βの関係は、
β＝α−３６０°／ｎ
で表される。図では壁面が相互になす角度αを１２０°にし、楔形の角度βを３０°にした場合を示している。

角度αをこのように設定すると、中心軸１４から各溝１２の底点までの長さｒが楔の幅に対して比較的長く取れ、突起１１の断面形状の楔型の底面で囲まれた軸心部断面１５の径２ｒが長く、軸心部の面積が広くとれる。

ところで、刃部１の包絡直径ｈは、工具１０の打ち込みが容易なように、先端ほど細くするようにする。このため、突起１１間の距離は後端側のＢ−Ｂ’線断面でのｌｂよりも先端側のＡ−Ａ’線断面でのｌａが短くなる。しかし、壁面が相互になす角度α、中心軸１４から各溝１２の底点までの長さｒおよび軸心部断面１５の面積は、刃部１の先端から、溝１２がなくなる後端まで同一に構成される。

これにより、工具１０を長期使用し、使用によって先端が磨耗して刃部１が短くなっても、軸心部断面１５の径２ｒが変わらないため、工具１０の強度が一様に保て、また、刃部１の先端の丸くなる部分の径は変わらず、作業時に反動が大きくなることがなく、良好な破砕機能を維持しつつ、その作業性は刃部１の長さに関係なく常に一定になる。したがって、刃部１の溝１２がほとんどなくなるまで連続的に使用することができる。

なお、挿入端部３は、ツールの工具受けの仕様・形状に合わせて変わるので、ここでは一例を示すのみで詳しい説明は省略する。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において、適宜変形実施が可能であることは言うまでもない。

たとえば、以上の説明は、中心軸１４に対して溝１２と突起１１がそれぞれ４本、回転対称に設けられている場合について述べた。しかし、溝１２と突起１１の数を３よりも大きい任意の正の整数ｎとすることができる。

このとき、溝１２の両側面の壁面が相互になす角αは、α＞３６０°／ｎとすることが望ましく、より好ましくは５００°／ｎ＞α＞４００°／ｎとすることが好ましい。これにより、溝１２と突起１１の数ｎが変わっても、工具１０の強度と作業性を一様に保つことができる。

ここで、改めて図１に示した本発明の破砕工具の実施形態を従来のものと比較してその特徴に触れることにする。
先にも述べたように、従来の破砕工具は四角錐形状をしており、それゆえに先端部が磨耗すると再鍛造・再焼入れ、あるいは研磨によって先を尖らせなければそれ以上の使用はできなかった。

本実施形態の破砕工具１０は、断面積が軸の先端に行くにしたがって小さくなるよう構成されている。また、工具１０の製造に当たって、作業部軸全体が機械挿入部の軸形状（もともとの棒材の材料形状）から鍛造によって断面星型形状にして、より断面積を小さくしている。このように、刃部１の全長に亙って鍛造されているため、使用中に再鍛造する必要がなく、先端を尖らしたい場合は先端部分を研磨するだけで簡単に尖らせることができる。

ついで本実施形態の破砕工具１０の楔形の突起１１の削岩の効力の説明をする。従来の四角錐のブルポイントの断面形状は各角は９０°である。そうしてその断面は先端から四角錐部分が終わるまで同じ形状である。破砕工具の先端が破砕対象のコンクリートに食い込もうとする時、断面で見れば横方向に削岩しようとする力が働く。従来の破砕工具ではこの９０°の角で削岩しようとする。

これに対して、本実施形態の破砕工具１０は、断面が星型形状をしていて、その楔形突起１１の角度βは、溝１２の両側面の壁面が相互になす角αが１２０°の場合、３０°である。横方向に削岩しようとする力はこの楔形突起１１の３０°に懸かり、９０°の場合より削岩し易い。

次に、縦方向の削岩の効力の説明をする。従来の四角錐形状の破砕工具では、その四角錐は先端から約１６°の楔形になっていた。この形状だと刺さっていくに連れて工具の断面積が大きくなり、次第に破砕対象のコンクリートに刺さり難くなってくる。また、コンクリートに刺さり易くするために先を細く鍛造すれば、強度的に劣って先が折れ易くなるという問題があった。

本実施形態の破砕工具では、多角錐の外周の楔形の部分の外周形は、先端より約１０°の大きな半径の曲線を描く形状（ハマグリ刃）にしている。そして星型形状の中心部は細く叩き込んであるのでコンクリートに刺さり易い。また、断面の星型の外周には横形の突起１１があるため折れ難い。そして多角錐の中心部分の太さ２ｒは、先端から星型断面形状がなくなるまで変わらずストレートである。
これにより、使い始めから星型形状のなくなる刃部１の最後の位置まで破砕対象のコンクリートに刺さりやすく削岩し易い。

次に先端の磨粍について説明する。従来の四角錐の破砕工具では、使用するに連れて磨耗することにより先端が大きく丸くなっていた。こうなると作業性が悪くなり、改善するためには再鍛造するか、研磨するしかない。再鍛造はメーカーに送り返すか再鍛造を行っている業者でないとだめで、研磨は沢山削らなくてはならないため、作業量が多く時間も掛かる。

これに対し、本実施形態の多角錐で外周に楔形状突起１１を持つ破砕工具１０は、使用していると楔形状の突起部分１１は自然に研磨される。また、中心部は細く叩き込んであるので、先端が大きく丸く摩り減って使えなくなる前に、星型の谷の部分に差し掛かり自然に研磨されることになる。

したがって、結果として大きく丸くなること無しに自己研磨され、再鍛造無しに使用し続けることが出来る。星型形状の中心部は先端から星型形状が無くなるまで同じ太さ２ｒでストレートなので、先端部は常に最初の状態に近い形状で使える。

従来の破砕工具で、四角錐以外の他の形の多角錐で断面形状が十字形のものや多角錐で断面形状が多角形でＵ字形の溝を設けたものも有るが、これらのものにはコンクリートの粉の抜けが良くなったり、断面十字形状の先端部やＵ字の溝以外の部分が研磨され易いという利点は有る。しかし、本実施形態のように、断面に楔形の突起１１が無いので横方向の削岩の力は本実施形態よりも劣っている。そして、断面が十字形状であると十字の縦横の部分の太さにもよるが、太すぎると磨耗し辛くて研磨されず、細すぎると強度が出ないことが推測される。

さらに、従来の破砕工具は先端が磨耗すると一旦新しいものに交換しなくてはならなかった。これに比べて本実施の形態の破砕工具は、使い始めから使い終わるまで連続して使用し続けることができるので、仕事中に工具の交換をしなくてよく、この点でも作業性が優れている。また再鍛造する必要が無いため環境にもやさしい。
さらに破砕工具の重量も全体で１５％（当社比）ほど軽くなっているので、壁面作業時に作業者が保持するための重量負担も軽減されるという利点がある。

従来の破砕工具に対する本実施形態の破砕工具の優位性を検証するために、本実施形態と従来品の２種類の破砕工具による耐久テストを行った。テスト品はともにシャフトの６角柱部の径Ｈが１７ｍｍで長さが２８０ｍｍのものである。

使用テスト品 プラスブルポイント（本実施形態の破砕工具）１７Ｈ×２８０
従来型四角錐ブルポイント（従来の破砕工具）１７Ｈ×２８０
使用機械 日立電動ハンマ Ｈ４１ＳＡ２（軸形状１７Ｈタイプ）
破砕対象 コンクリート塊 橋梁用コンクリート（強度 ４４．１Ｎ／ｍｍ２）
テスト内容 ２種類のブルポイントを使って、コンクリート塊を破砕するテストを
実行する。テスト時間は１０時間と４時間に亙って行った。記録方法 として１時間に一度、全長を測って摩耗した長さを測定し、その時の 形状を画像で記録する。また仕事量を見るために破砕したコンクリー ト重量も1時間ごとに計量する。
計量結果を図３の図表と図４及び図５の画像に示す。

図３の図表は、本実施の形態の破砕工具１０と従来からある四角錐型の破砕工具を用いてコンクリート塊を破砕するテストを行い、時間経過ごとにその破砕重量と破砕工具の磨耗量とを計測した結果を示している。

図３の図表から分かるように、プラスブルポイント（本実施形態の破砕工具）は４時間目以降も工具の長さは磨耗により減り続け、一方コンクリートの破砕量はおおきくは変わらず続けて削岩できている。

これに対し従来型の四角錐ブルポイントは４時間目で磨耗長さの減少傾向と、破砕量が共に下がっている。実際、作業していてもコンクリートの割れが悪くなってきて手にも反動が大きく返ってきた。通常はこの時点で工具を研磨することになる。

図４に、このテストでの本実施の形態の破砕工具１０と従来からある四角錐型の破砕工具の１時間毎の時間的変化の撮影画像を示す。
図４（ａ）は、本実施形態の破砕工具１０のテスト前の外観撮影画像、（ｂ）〜（ｅ）は、テスト後のそれぞれ１時間おきの４時間後までの本実施形態の破砕工具１０の外観撮影画像、図４（Ａ）は、従来からある四角錐型の破砕工具のテスト前の外観撮影画像、（Ｂ）〜（Ｅ）は、テスト後のそれぞれ１時間おきの４時間後までの従来の破砕工具の外観撮影画像である。
また、図５（ｆ）〜（ｌ）は、図４（ｅ）に続く本実施形態の破砕工具１０の５時間後以降１０時間後までのそれぞれ１時間おきの外観撮影画像である。

図４及び図５から言えることは本実施形態の破砕工具１０は、４時間目以降形状がほとんど変わらず同じように磨耗し続けていることが分かる。そして１０時間使用しても星型のエッジは残っているのが分かる。
これに対し従来型四角錐ブルポイントの方は４時間経過した時点で先端は丸くなり、四角錐のエッジも丸くなってしまっているのが分かる。
図６の画像２は、本実施形態の破砕工具１０で１０時間使用後にディスクグラインダーにて先端に研磨を施した場合の外観撮影画像である。本実施形態では谷部分があるので簡単に研磨でき、研磨した結果、新品に近い形状に修正することができる。

テスト結果の判定
上述のテスト結果から次のような点が判定された。
（１）削岩に関して
最初はどちらも先端に刃付けがされているので磨耗量は多いが、破砕量も多い。そして機械が与える力もほとんどが削岩に使われて反動が少ない。これが破砕工具を使う上で一番良い状態である。
その後、使用を続けるにつれてだんだん被砕量も落ちてくるが、本実施の形態の破砕工具１０では被砕量の減少傾向は途中で止まって一定量以上には落ちていない。
したがって、そのまま使っていくこともできるし、さらに作業を楽に、また、効率を上げようとするならば、研磨を施して新品に近い状態にするのがいい。

（２）エッジに関して
破砕工具で作業するとき、工具を垂直に立てて作業することはほとんど無い。多くの場合は斜めに使うことになる。時には４５°よりも寝かせて使うこともある。先端が丸くなると垂直に近い角度で使う場合にはほとんど削岩ができなくなる。工具を寝かせて使う場合にはエッジ部分を使って割っていく。
従来の破砕工具では、９０°のエッジなので丸くなりやすい。また丸くなるとなかなか磨耗しなくなるので先端側もどんどん丸くなってしまう。本実施形態の破砕工具の場合は、エッジ部分の角度が３０°と鋭角のエッジなので丸くなりにくい。また、楔形突起部分１１も磨耗して行くので下方のエッジが出てくる。先端は横から見ると丸くなるが谷の部分があるので断面的には丸くならない。このように実際使用する形態で星型形状の横断面で見られる楔状の突起１１が削岩に良い結果をもたらしている。
このような突起は、もしエッジの先端が丸いと充分に機能せず、また横断面が十字形状だと四角くなってエッジにならない。この点で本実施形態のような星型形状の横断面の楔状の突起１１は理想的な形状であるといえる。

本発明は、以上に述べたように、比較的簡単な構成で、強度と作業性が保て、長期に安定に使用することができる破砕工具が得られたので、土木・建設の広範な分野で広く利用される可能性を有している。

図１（ａ）は本発明に係る破砕工具の実施形態の正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の中心軸を軸として４５°回転させた図、図１（ｃ）は図１（ａ）の左側面図、図１（ｄ）は図１（ａ）の右側面図である。 図２（ａ）は図１（ａ）に示す実施形態の刃部の拡大正面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 図１に示す実施の形態の破砕工具と従来からある四角錐型の破砕工具を用いたテストでの破砕重量と破砕工具の磨耗量とを示す図表である。 図３に示すテスト経過での２種類の破砕工具の外観撮影画像である。 図３に示すテスト経過での本実施形態の破砕工具の外観撮影画像である。 テスト経過後に先端に研磨を施した場合の本実施形態の破砕工具の外観撮影画像である。 図７（ａ）は図１に示す実施形態の刃部の正面図、図７（ｂ）はその平面図、図７（ｃ）はその左側面図、図７（ｄ）はその右側面図、図７（ｅ）は図７（ｂ）のＣ−Ｃ’線断面図である。

符号の説明

１ 刃部
２ 棹部
３ 挿入端部
１０ 破砕工具
１１ 突起
１２ 溝
１３ 先端
１４ 中心軸
１５ 軸心部

Claims (3)

1. 長手方向に延在する中心軸の後端側にツールの工具ホルダーへ挿入されて収納される挿入端部と、前記中心軸の先端側に刃部とを有する破砕工具において、
   前記刃部は前記中心軸の長手方向に添って前記中心軸に対してｎ（ｎは３よりも多い正の整数）回転対称に設けられたｎ条の溝と、この溝間に設けられたｎ本の突起とを有し、
   前記溝の両側面を形成する前記突起の側面でもある１対の壁面が相互になす角度αが
   α＞３６０°／ｎ
   であり、
   前記刃部の前記中心軸に対する垂直平面での断面において、前記中心軸から前記各溝の底点までの長さｒはそれぞれ等しく、前記刃部の先端から前記溝がなくなる前記刃部の後端まで同一長さであることを特徴とする破砕工具。
2. 前記刃部の断面の包絡直径ｈが、前記刃部の後端から先端に向けて徐々に細くなっていることを特徴とする請求項１に記載の破砕工具。
3. 前記刃部の前記中心軸に対する垂直平面での断面は、星型形状であることを特徴とする請求項１に記載の破砕工具。