JP6723557B2 - 破砕機 - Google Patents

Description

本発明は、岩盤やコンクリート建造物を破砕する破砕機に関し、特に、振動モータで発生させた高周波振動を中央ウェッジに伝達させることで硬い岩盤に対して大きな割岩力を有することができる破砕機に関する。

岩盤を粉砕する技術として低振動、低騒音の破砕機が望まれており、例えば、中央ウェッジと、中央ウェッジの両側面に設けられる一対のウェッジライナーから構成される楔を有する破砕機がある。この破砕機によれば、油圧による静的な圧力で楔部分の中央ウェッジを押し込み、この押し込み力でウェッジライナーを側面方向へ押し出し岩盤に破断面を形成することができ、低振動、低騒音で岩盤を破砕することができる。

さらに、このような破砕機は、飛石などの危険が少ないため建築物の近傍での工事においても有効であるほか、汎用小型のパワーショベルでも運用することができるため、移動やセットが容易であり、狭い場所でも汎用性が高く、油圧供給源（油圧供給ユニット等）を別に設けることによりクレーン等で吊って施工することも可能である。

そこで、上記したような破砕機は、特許文献１に記載されており、具体的には、岩盤に予め穿孔した下穴に楔を挿入し、油圧でウェッジライナーを拡張させて岩盤を粉砕する割岩機と、割岩機を支持する支持装置とからなる。また、割岩機の外周部には軸芯と並行でかつ、対向するように２つ（または２つ以上で偶数個）の振動モータが取付台座に設けられており、支持装置は、割岩機を回転自在に支承する受け具スイベルを含めた吊り下げ具とから構成されている。

特開２０１３−９６１６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の破砕装置では、中央ウェッジ及びウェッジライナーから構成される楔が硬い岩盤に接し、これらが硬い岩盤に対して破砕を繰り返しながら挿入、または中央ウェッジを前進させようとすると、楔が破損してしまう問題があるほか、これらの問題を防止するために、硬い岩盤に対して補助作業として他の重機を用いて衝撃等を与え、その後に楔で割岩するといった工程が必要となるため、作業が長引きコスト高を招く問題が発生する。

本発明は係る問題に鑑みてなされたものであり、ウェッジに高周波振動を与えることで通常の押し込み力では割岩できない岩盤に対しても割岩力を有する破砕機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の破砕機は、ウェッジライナーと中央ウェッジから構成され岩盤に予め穿孔した孔に挿入する楔と、該中央ウェッジを押し出し、該ウェッジライナーを拡張させる油圧シリンダと、前記中央ウェッジに高周波振動を与える複数の振動モータとからなる破砕機であって、前記複数の振動モータは、前記油圧シリンダの上部に設置されていることを特徴とする。

また、本発明の破砕機は、前記複数の振動モータは、前記油圧シリンダから上方に延伸した延伸ロッドに取付台座を介して対向するようにして設置されることを特徴とする。

また、本発明の破砕機は、前記複数の振動モータは、発生する高周波振動を前記取付台座及び前記延伸ロッドを通じて前記中央ウェッジに伝達させることを特徴とする。

また、本発明の破砕機は、前記複数の振動モータは、該振動モータの回転軸を結ぶ平面が前記延伸ロッドと直角になるようにして、前記取付台座を介して前記延伸ロッドに設置されていることを特徴とする。

また、本発明の破砕機は、ウェッジライナーと中央ウェッジから構成され岩盤に予め穿孔した孔に挿入する楔と、該中央ウェッジを押し出し、該ウェッジライナーを拡張させる油圧シリンダと、前記中央ウェッジに高周波振動を与える複数の振動モータとからなる破砕機であって、前記複数の振動モータは、前記油圧シリンダと前記楔との間に設置されていることを特徴とする。

また、本発明の破砕機は、前記複数の振動モータは、前記油圧シリンダの下方に延伸し、前記中央ウェッジを保持するロッドに取付台座を介して対向するようにして設置されていることを特徴とする。

また、本発明の破砕機は、前記複数の振動モータは、発生する高周波振動を前記取付台座を介して前記ロッドを通じて中央ウェッジに伝達させることを特徴とする。

さらに、本発明の破砕機は、前記複数の振動モータは、該振動モータの回転軸を結ぶ平面が前記ロッドと直角となるようにして、前記取付台座を介して対向するように前記ロッドに設置されていることを特徴とする。

本発明によれば、振動モータから発生する高周波振動を中央ウェッジに伝達させることで、油圧シリンダによる静的な圧力で割岩できなかった岩盤に対して、静的な圧力とは異なる衝撃力及び通常の低周波でストロークの長い油圧打撃機構とは異なる衝撃力とを加えて割岩することができる。
また、中央ウェッジに振動モータから発生する高周波振動を伝達させることで、中央ウェッジとウェッジライナーとの接触面積を小さくし、摩擦を低減させることができるため

油圧力をより有効に割岩力に変換することができ、また、摩擦熱を抑制させ中央ウェッジ及びウェッジライナーの破損を防止させることが可能である。

１（ａ）は、本発明の破砕機本体の構成を示した図であり、図１（ｂ）は、振動ユニットの側面を示した図であり、 油圧シリンダの構成を示す断面図である。 図３（ａ）〜（ｃ）は、破砕機で岩盤を割岩する方法を示した図である。 図４（ａ）は、本実施形態に係る振動ユニットを備えた破砕機による割岩を行った場合の掘削量の実測値を示した表であり、図４（ｂ）は、振動ユニットの備えられている振動モータの振動値を示した表である。 図５（ａ）は、第２の実施形態に係る破砕機の構成を示した図であり、図５（ｂ）は、第２の実施形態に係る破砕機の振動ユニット部分の側面を示した図である。

次に、図面を参照して本発明の破砕機について説明する。
図１（ａ）は、本発明の破砕機本体の構成を示した図であり、図１（ｂ）は、振動ユニットの側面を示した図であり、図２は、破砕機を構成する油圧シリンダの断面を示した図である。
まず、図１（ａ）に示すように、破砕機１００は、ボディ１０と、楔２０と、油圧シリンダ３０と、振動ユニット４０と、破砕機支持体５０とから構成されている。

図２に示すように、楔２０は、一対のウェッジライナー２１,２１と、一対のウェッジライナー２１,２１の間隙に配置される中央ウェッジ２２から構成されている。一対のウェッジライナー２１,２１は、ボディ１０の下部に保持されており、中央ウェッジ２２は、ボディ１０の内部に挿通されているピストンロッド３１の下端にジョイント３１ａを介して保持されている。

ピストンロッド３１は、ピストン３２に接続され、その動作により油圧シリンダ３０内を上下方向に移動する。ピストン３２は、油圧シリンダ３０の上方に向かって延伸した延長ロッド３３と接続されている。

図１に戻って、振動ユニット４０は、油圧シリンダ３０の上部に設けられており、２つの振動モータ４１と、振動モータ４１を延長ロッド３３に取り付けるための振動モータ取付台座４２と、防音・防水カバー４３とから構成されている。
振動モータ４１は、一対の偏心ウェイトを備えた回転軸の回転により回転振動を発生させる一般的な振動モータであり、本実施形態において、延長ロッド３３に設置する場合には、２つの振動モータ４１を対向するようにして振動モータ取付台座４２を介して固定する。
なお、図中では、２つの振動モータ４１を対向するようにして振動モータ取付台座４２に固定しているが、例えば、４つの振動モータ４１をそれぞれ対向するようにして振動モータ取付台座４２に固定してもよい。また、振動モータ取付台座４２に固定される振動モータ４１は２つ以上でかつ、偶数個である。

振動モータ取付台座４２は、油圧シリンダ３０に設けられている延長ロッド３３と接続されており、振動モータ４１で発生する高周波振動を延長ロッド３３へ伝達させる。
また、防音・防水カバー４３は、ゴム製または鋼鉄製で振動モータ取付台座４２の周囲を囲むようして取り付けられている。
なお、振動ユニット４０は、ピストン３２の動きと同様に上下方向に移動する。

破砕機支持体５０は、油圧パワーショベル（図示せず）のアーム６０の先端に接続されたアタッチメント５１と、アタッチメント５１に取り付けられるスイベルを含むフック部材５２と、吊り金具５３と、ワイヤー５４と、台座５５とから構成されている。

アタッチメント５１は、油圧パワーショベルのバケットを取り外したアーム６０の先端部に設けられているバケット取付用の軸ピン６１を利用して取り付けられている。このアタッチメント５１の中央部からはスイベルを含むフック部材５２が吊り下げられており、フック部材５２の先端に吊り金具５３が接続されている。

吊り金具５３の両端にはワイヤー５４が取り付けられ、ワイヤー５４の下端は、油圧シリンダ３０の上端に設けられている台座５５に接続している。
これにより、破砕機支持体５０は、振動ユニット４０を含む破砕機１００を支持することができる。

次に、図３を参照して破砕機を用いて岩盤を割岩する方法について説明する。
図示するように、破砕機１００を用いて岩盤を圧壊するには、まず、削岩機など（図示せず）で岩盤に下穴を空け、下穴に破砕機１００を差し込む（図３（ａ））。
この下穴の内径は、ウェッジライナー２１,２１の間隙に中央ウェッジ２２が収まっている状態のウェッジライナー２１,２１の外径よりも大きく、中央ウェッジ２２がウェッジライナー２１,２１の間隙から押し出された状態の外径よりも小さい。
そして、中央ウェッジ２２をウェッジライナー２１,２１の間隙に収まっている状態で下穴に差し込む。

次に、油圧シリンダ３０を作動させることにより中央ウェッジ２２を下方へ前進させる（図３（ｂ））。油圧シリンダ３０を作動させるとピストン３２の下降により、ピストンロッド３１にジョイント３１ａを介して接続されている中央ウェッジ２２が下方に前進する。この中央ウェッジ２２の前進によって、下穴の底面を圧壊することができる。

また、岩盤が硬く中央ウェッジ２２が前進できない場合には、振動ユニット４０が備える振動モータ４１を作動させる（図３（ｃ））。２つの振動モータ４１を作動させ、これらの回転運動が同期すると、一軸の上下方向に高周波振動が発生し、この高周波振動が上下運動として加わり、振動モータ取付台座４２を介して延長ロッド３３、ピストン３２及びピストンロッド３１を伝達して中央ウェッジ２２に伝わる。
これによって、静圧による割岩力とは別の衝撃を岩盤へ伝えて岩盤に亀裂を生じさせ、従来の静圧より多くの破砕効果を期待することができる。

次に、振動ユニットを備えた破砕機で岩盤を割岩する実験を行った。その方法及び結果について下記に示す。
図４は、本実施形態に係る振動ユニットを備えた破砕機による割岩を行った場合の掘削量の実測値を示した表である。

まず、割岩する岩盤の切羽造成及び表面処理を行い、次に、穿孔作業を行う。この穿孔作業は、破砕機１００の楔２０を挿入するための孔（孔径７６ｍｍ）を空けるためのものである。そして、穿孔した孔に破砕機１００の楔２０を挿入し、油圧シリンダ３０と振動モータ４１とを作動させて割岩作業を行う実験を行った。

図４に示すように、割岩作業を３日間にわたって６回行った。
１回目は、孔数が１７本であり、割岩数量が１．０×１．０×１．０で、破砕量が１７．０ｍ^３であった。
２回目は、孔数が１４本であり、割岩数量が１．０×１．４×１．０で、破砕量が１９．６ｍ^３であった。
３回目は、孔数が２８本であり、割岩数量が１．０×１．２×１．０で、割岩数量が３３．６ｍ^３であった。
４回目は、孔数が１５本であり、割岩数量が１．０×１．０×１．０で割岩数量が１５．０ｍ^３であった。
５回目は、孔数が２９本であり、割岩数量が１．０×１．２×１．０で、割岩数量が３４．８ｍ^３であった。
６回目は、孔数が２３本であり、割岩数量が１．０×１．０×１．０で、割岩数量が２３．０ｍ^３であった。

なお、実験終了後に測量した結果、振動ユニットを備えた破砕機によって掘削した面積は１８６ｍ^２で掘削高は２．６ｍであることから全掘削数量は、
１８６ｍ^２×２．６ｍ＝４８３ｍ^３
となる。
ただし、岩盤表面処理とブレーカによる仕上げ分の掘削高は１．６ｍであるため、その掘削数量は、
１８６ｍ２×１.６ｍ＝２９７ｍ３
となる。
そこで、全岩数量は、
４８３ｍ^３−２９７ｍ^３＝１８３ｍ^３となる。

しかしながら、図４に示すように、計算上の割岩数量は、抵抗線Ｗ１．０ｍが５５孔、抵抗線Ｗ１．２ｍが５７孔、抵抗線Ｗ１．４ｍが１４孔、合計１２６孔を割岩したので、孔間隔Ｂと掘削高Ｈを全孔１．０ｍにして実施した割岩数量は１４３ｍ^３となる。ところが、上記したように、本実施形態の破砕機で掘削した割岩数量は１８６ｍ^３であって、実際には、
１８６ｍ^３−１４３ｍ^３＝４３ｍ^３
であり、４３ｍ３多く割岩破砕することができた。

なお、使用した振動モータは、高周波振動モータＫＨＥ−７．５−２Ｔ（１８０Ｈｚ３．５Ａ ０．７５ｋｗ×２台＝１．５ｋｗ（一軸最大：１．５ｔ） ユーラステクノ株式会社製）である。割岩時の高周波振動値は、図４（ｂ）に示す。そして、今回の１６０Ｈｚの周波数で割岩を行った。

このように、本実施形態の破砕機によれば、振動ユニットで発生した高周波数の振動がウェッジライナー２０，２０及びウェッジ２１に伝わることによって、より多く割岩することができるため、短時間で割岩作業を終わらせることができる。

また、硬い岩盤を割岩する際に、従来の油圧振動機（打撃・パーカッション）では動作音が高く騒音となるといった問題があるが、これに対し、本実施形態の破砕機では、図４（ｂ）に示すように約６０００〜１００００ｒｐｍの回転数によって高周波を発生させることができる振動モータを採用しているため、高周波によって割岩を行うことができ、動作音を低くすることができることから騒音を抑え、低公害を実現させることができる。

また、油圧による機構では打撃数が最大１５００ｒｐｍが一般的であり、その性質は振動というよりは打撃に近く、その振幅の長さも起因し、結果、連続的な打撃音となり、本実施形態に係る破砕機の高周波振動の振幅の短さや静寂性と比較した場合とでは異なる。

＜第２の実施形態＞
次に、図５を参照して、第２の実施形態に係る破砕機について説明する。
図５（ａ）は、第２の実施形態に係る破砕機の構成を示した図であり、図５（ｂ）は、第２の実施形態に係る破砕機の振動ユニット部分の側面を示した図である。
図示するように、破砕機２００は、振動ユニット４０がボディ１０の下部に設置された構成となっている。
具体的には、ボディ１０内に挿通されているピストンロッド３１の下端に延長ロッド３３が接続されており、この延長ロッド３３に対向する２つの振動モータ４１が振動モータ取付台座４２を介して固定されている。また、第２の実施形態では、延長ロッド３３の下端に中央ウェッジ２２が接続されている。
なお、ピストンロッド３１の下端に延長ロッド３３を接続させることなく、ピストンロッド３１の下端に中央ウェッジ２２を接続させてもよい。この場合、ピストンロッド３１はボディ１０の下部から延出した長さのものがピストン３２に接続されており、このピストンロッド３１に取付台座４２を介して２つの振動モータを固定する。

このような構成により、対向する２つの振動モータ４１と中央ウェッジ２２との距離が短くなるため、対向する２つの振動モータ４１から発生する高周波振動を減衰させることなく中央ウェッジ２２に伝えることができる。この破砕機２００では、まず、２つの振動モータ４１を稼働させ、２つの振動モータ４１の回転の上昇に伴い同期することにより上下運動の一軸の高周波振動が発生し、この高周波振動がピストンロッド３１や延長ロッド３３を介してを介して中央ウェッジ２２に伝わる。
なお、振動モータ４１の数については、第１の実施形態と同様に、２つ以上で偶数個であることが望ましい。

また、第２の実施形態に係る破砕機２００の場合、油圧シリンダ３０の上部に吊り金具５３が設置され、スイベルを含むフック部材５２で直接吊り上げることで破砕機２００本体を支持している。

以上のように、本実施形態に係る破砕機は、油圧シリンダによる押し込み力では割岩できない岩盤に対して、対向する２つの振動モータから発生する高周波振動を中央ウェッジに伝達させ、静的な通常の油圧による圧力に加え、高周波振動による力が加わることにより、油圧のみの割岩より割岩力を増加させることができる。また、高周波振動によって中央ウェッジが振動することにより、ウェッジライナーと中央ウェッジとの接触面積を小さくし接触を低減させることで油圧力をより有効に割岩力に変換することができ、また、摩擦熱の発生を抑制することができ、ウェッジライナーと中央ウェッジを破損させることなく硬い岩盤を割岩させることができる。

１００、２００ 破砕機
１０ ボディ
２０ 楔
２１ ウェッジライナー
２２ 中央ウェッジ
３０ 油圧シリンダ
３１ ピストンロッド
３２ ピストン
３３ 延伸ロッド
４０ 振動ユニット
４１ 振動モータ
４２ 振動モータ取付台座
５０ 保持部
５１ アタッチメント
５２ フック部材
５３ 吊り金具
５３ａ ワイヤー
６０ アーム
６１ 軸

Claims (8)

1. ウェッジライナーと中央ウェッジから構成され岩盤に予め穿孔した孔に挿入する楔と、
   該中央ウェッジを押し出し、該ウェッジライナーを拡張させる油圧シリンダと、
   前記中央ウェッジに高周波振動を与える複数の振動モータとからなる破砕機であって、
   前記複数の振動モータは、前記油圧シリンダの上部に設置されていることを特徴とする破砕機。
2. 前記複数の振動モータは、前記油圧シリンダから上方に延伸した延伸ロッドに取付台座を介して対向するようにして設置されることを特徴とする請求項１記載の破砕機。
3. 前記複数の振動モータは、発生する高周波振動を前記取付台座及び前記延伸ロッドを通じて前記中央ウェッジに伝達させることを特徴とする請求項２記載の破砕機。
4. 前記複数の振動モータは、該振動モータの回転軸を結ぶ平面が前記延伸ロッドと直角になるようにして、前記取付台座を介して前記延伸ロッドに設置されていることを特徴とする請求項２又は３記載の破砕機。
5. ウェッジライナーと中央ウェッジから構成され岩盤に予め穿孔した孔に挿入する楔と、
   該中央ウェッジを押し出し、該ウェッジライナーを拡張させる油圧シリンダと、
   前記中央ウェッジに高周波振動を与える複数の振動モータとからなる破砕機であって、前記複数の振動モータは、前記油圧シリンダと前記楔との間に設置されていることを特徴とする破砕機。
6. 前記複数の振動モータは、前記油圧シリンダの下方に延伸し、前記中央ウェッジを保持するロッドに取付台座を介して対向するようにして設置されていることを特徴とする請求項５記載の破砕機。
7. 前記複数の振動モータは、発生する高周波振動を前記取付台座を介して前記ロッドを通じて中央ウェッジに伝達させることを特徴とする請求項６記載の破砕機。
8. 前記複数の振動モータは、該振動モータの回転軸を結ぶ平面が前記ロッドと直角となるようにして、前記取付台座を介して対向するように前記ロッドに設置されていることを特徴とする請求項６又は７記載の破砕機。