JP6817512B1 - 割岩工具および当該工具を用いた破砕方法 - Google Patents

Abstract

【課題】岩石、岩盤やコンクリート構造物などの処理対象物を効率的に割岩することができる割岩工具および当該工具を用いて処理対象物を効率的に破砕する。【解決手段】この発明は、第１下方アームと第１上方アームとを連結しながらブラケット部の移動に伴って深さ方向と直交する第１径方向および第２径方向に移動する第１連結可動部と、第２下方アームと第２上方アームとを連結しながらブラケット部の移動に伴って深さ方向と直交する第１径方向および第２径方向に移動する第２連結可動部と、第１連結可動部および第２連結可動部に対して互いに近接するように付勢力を付与しながら連結する付勢部と、を備え、外力に応じて第１連結可動部および第２連結可動部をそれぞれ第１径方向および第２径方向に移動させて削孔の内壁を押圧する。【選択図】図３

Description

この発明は、岩盤、岩石、コンクリート構造物などの処理対象物を割岩する割岩工具および当該工具を用いて処理対象物を破砕する破砕技術に関するものである。

従来、岩石、岩盤やコンクリート構造物などの処理対象物を割岩するための割岩工具として、楔部材（ウェッジと称されることもある）と羽根部材（ライナーと称されることもある）を用いた、いわゆるセリ矢が知られている。例えば特許文献１では、楔部材と羽根部材を組み合わせた割岩工具により処理対象物を割岩する技術が記載されている。より詳しくは、岩盤に削岩機で予め削孔を形成し、削孔内に楔部材と羽根部材を組み合わせた割岩工具を挿入し、楔部材の後端部をブレーカで打撃して割岩して岩盤を破砕している。

特開２００６−２２５９２５号公報（図３）

上記割岩工具では、各羽根部材および楔部材を削孔に挿入する作業、ならびに岩盤の破砕後に各羽根部材および楔部材を回収する作業については、作業機械を補助的に使用することは可能である。しかしながら、割岩工具を用いた破砕作業では、人手による作業が数多く存在している。例えばブレーカによる打撃前に削孔に対して羽根部材を個別に挿入し、しかも削孔内で羽根部材を相互に離間させて楔部材の先端部を挿入するための隙間を形成する必要があった。また、破砕が完了して楔部材を羽根部材から引き抜いた後で破砕領域において互いに分離している各羽根部材の位置を確認し、それぞれを個別に回収する際にも、人手が必要となる。このような人手作業を割岩毎に行う必要があり、これが割岩工具を用いた破砕処理の効率を低下させる主要因の一つとなっていた。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、岩石、岩盤やコンクリート構造物などの処理対象物を効率的に割岩することができる割岩工具および当該工具を用いて処理対象物を効率的に破砕することができる破砕方法を提供することを目的とする。

この発明の第１の態様は、割岩工具であって、処理対象物に形成された削孔の底面により支持されるベース部と、削孔の開口側で削孔の深さ方向に沿って移動自在に設けられるブラケット部と、一方端部がベース部に回動自在に軸支されるとともに他方端部がブラケット部に向けて延設される第１下方アームと、一方端部がブラケット部に回動自在に軸支されるとともに他方端部がベース部に向けて延設される第１上方アームと、第１下方アームの他方端部と第１上方アームの他方端部とを連結しながらブラケット部の移動に伴って深さ方向と直交する第１径方向および第２径方向に移動する第１連結可動部と、第１下方アームから第２径方向に離間しながら一方端部がベース部に回動自在に軸支されるとともに他方端部がブラケット部に向けて延設される第２下方アームと、第１上方アームから第２径方向に離間しながら一方端部がブラケット部に回動自在に軸支されるとともに他方端部がベース部に向けて延設される第２上方アームと、第２下方アームの他方端部と第２上方アームの他方端部とを連結しながらブラケット部の移動に伴って第１連結可動部と反対の方向に移動する第２連結可動部と、第１連結可動部および第２連結可動部に対して互いに近接するように付勢力を付与しながら連結する付勢部と、を備え、ブラケット部に対して底面に向けて外力が付与されることでブラケット部が底面に向けて下降するのに伴って、第１連結可動部および第２連結可動部がそれぞれ第１径方向および第２径方向に移動して削孔の内壁を押圧することを特徴としている。

また、この発明の第２の態様は、破砕方法であって、上記割岩工具を付勢部により第１連結可動部および第２連結可動部が相互に近接した状態で削孔に挿入してベース部を底面上に載置する工程と、削孔に挿入された割岩工具のブラケット部に対して底面に向かう外力を与えることで、第１連結可動部および第２連結可動部で削孔の内壁を押圧して削孔の周囲を破砕する工程とを備えることを特徴としている。

さらに、この発明の第３の態様は、破砕方法であって、上記割岩工具と同一構成を有する第１割岩工具を付勢部により第１連結可動部および第２連結可動部が相互に近接した状態で削孔に挿入してベース部を底面上に載置する工程と、削孔への第１割岩工具の挿入に続いて、請求項１に記載の割岩工具と同一構成を有する第２割岩工具を付勢部により第１連結可動部および第２連結可動部が相互に近接した状態で削孔に挿入してベース部を第１割岩工具のブラケット部の上に載置する工程と、削孔に挿入された第２割岩工具のブラケット部に対して底面に向かう外力を与えることで、第１割岩工具の第１連結可動部および第２連結可動部と第２割岩工具の第１連結可動部および第２連結可動部とで削孔の内壁を押圧して削孔の周囲を破砕する工程とを備えることを特徴としている。

以上のように、本発明によれば、ベース部とブラケット部との間に、第１下方アームと第１上方アームとを第１連結可動部により連結した連結体と第２下方アームと第２上方アームとを第２連結可動部により連結した連結体とが設けられている。そして、割岩工具を削孔に挿入した後に、ブラケット部に対して削孔の底面に向けて外力が付与されると、ブラケット部が底面に向けて下降するのに伴って、第１連結可動部および第２連結可動部がそれぞれ第１径方向および第２径方向に移動して削孔の内壁を押圧して割岩処理が実行される。

ここで、割岩工具を構成する要素は相互に連結されており、それらの要素を一括して削孔に挿入することができる。また、割岩処理後においても、それらの要素を一括して回収することができる。

しかも、それらの構成要素の一つである付勢部は第１連結可動部および前記第２連結可動部に対して互いに近接するように付勢力を付与しており、削孔への挿入時点では第１連結可動部および第２連結可動部は相互に近接している。このため、割岩工具は削孔の深さ方向と平行な方向に延びた姿勢、つまり細長状態となっている。その結果、割岩工具の削孔への挿入が容易なものとなる。

よって、本発明によれば、処理対象物を効率的に割岩することが可能となる。

本発明に係る破砕方法の第１実施形態を実行する際に用いられる割岩工具およびブレーカを示す図である。 本発明に係る破砕方法を実行する際に用いられる割岩工具の構成を示す斜視図である。 本発明に係る破砕方法の第１実施形態を模式的に示す図である。 本発明に係る破砕方法の第２実施形態を模式的に示す図である。

本発明に係る破砕方法の第１実施形態は、以下の工程（１）〜（４）、
工程（１）：岩石、岩盤やコンクリート構造物などの処理対象物に削孔を形成する、
工程（２）：本発明に係る割岩工具を削孔に挿入する、
工程（３）：上記割岩工具のブラケット部をブレーカのピストンで打撃して削孔の底面に向けて圧入して削孔の周囲を割岩する、
工程（４）：ブレーカを取り外した後で割岩工具を回収する、
を実行することで処理対象物を割岩し、削孔の周囲を破砕するものであり、特に破砕効率を高めるために、次の説明する割岩工具を用いている。

図１は、本発明に係る破砕方法の第１実施形態を実行する際に用いられる割岩工具およびブレーカを示す図である。また、図２は、本発明に係る破砕方法を実行する際に用いられる割岩工具の構成を示す斜視図である。なお、各図における方向を統一的に示すために、ＸＹＺ直交座標軸を設定する。ここで、Ｚ軸の軸方向が処理対象物２に対して削孔２１を形成する深さ方向を表し、Ｚ２方向に削孔２１の底面２１１が位置する一方、Ｚ１方向に削孔２１の開口２１２が位置している。また、削孔２１の深さ方向Ｚと直交するＹ軸のうちＹ１が第１径方向に相当し、Ｙ２が第２径方向に相当している。さらに、Ｚ軸およびＹ軸の両方に直交する軸をＸ軸としており、その一方をＸ１方向とし、他方をＸ２方向としている。

割岩工具１は、ベース部１１と、ブランケット部（被打撃部）１２と、２本の下方アーム１３ａ、１３ｂと、２本の上方アーム１４ａ、１４ｂと、２つの連結可動部１５ａ、１５ｂと、付勢部１６とを有している。これらの構成要素は次に説明するように相互に連結されている。ベース部１１は、削孔２１の開口２１２を介して削孔２１内に挿入可能となっており、ベース部１１のＺ２方向側の平面が削孔２１の底面２１１で係止されることで底面２１１により支持可能となっている。また、ベース部１１のＺ１方向側には、２つの下方アーム１３ａ、１３ｂの一方端部１３１、１３１を回動自在に軸支する軸支部位が設けられている。本実施形態では、図２に示すように、下方アーム１３ａの一方端部１３１の軸支位置はＹ１方向側であり、下方アーム１３ａの他方端部１３２がブランケット部１２に向かって延設されている。一方、下方アーム１３ｂの一方端部１３１の軸支位置はＹ２方向側であり、下方アーム１３ｂの他方端部１３２がブランケット部１２に向かって延設されている。このように本実施形態では、下方アーム１３ｂは下方アーム１３ａからＹ２方向側に離間して配置されている。

また、ブランケット部１２が、ベース部１１に対し、削孔２１の開口２１２側、つまりＺ１方向側に離間した位置に配置されている。ブランケット部１２のＺ２方向側には、２つの上方アーム１４ａ、１４ｂの一方端部１４１、１４１を回動自在に軸支する軸支部位が設けられている。本実施形態では、図２に示すように、上方アーム１４ａの一方端部１４１の軸支位置はＹ１方向側であり、上方アーム１４ａの他方端部１４２がベース部１１に向かって延設されている。一方、上方アーム１４ｂの一方端部１４１の軸支位置はＹ２方向側であり、上方アーム１４ｂの他方端部１４２がベース部１１に向かって延設されている。このように本実施形態では、上方アーム１４ｂは上方アーム１４ａからＹ２方向側に離間して配置されている。

Ｙ１側の下方アーム１３ａの他方端部１３２は連結可動部１５ａによりＹ１側の上方アーム１４ａの他方端部１４２と連結され、図１および図２に示すように、ＹＺ平面視で略く字形状に屈折した姿勢のＹ１側連結体１７ａを構成している。また、Ｙ２側の下方アーム１３ｂの他方端部１３２は連結可動部１５ｂによりＹ２側の上方アーム１４ｂの他方端部１４２と連結され、図１および図２に示すように、ＹＺ平面視で略逆く字形状に屈折した姿勢のＹ２側連結体１７ｂを構成している。このため、ブランケット部１２は、Ｘ軸方向から見て略ひし形状に配置された連結体１７ａ、１７ｂにより支持されながら深さ方向Ｚに沿って移動自在となっている。そして、後で説明するようにブランケット部１２に対してベース部１１に向けた外力が作用すると、ブランケット部１２がＺ２方向に移動するのに応じて、連結体１７ａの屈曲角度（アーム角度θ）を狭めながら連結可動部１５ａをＹ１方向に移動させる。また、ブランケット部１２の移動に応じて連結可動部１５ｂは連結可動部１５ａと反対の方向に移動する。すなわち、ブランケット部１２の移動は、連結体１７ｂの屈曲角度（アーム角度θ）を狭めながら連結可動部１５ｂをＹ２方向に移動させる。その結果、連結可動部１５ａ、１５ｂの外側面がそれぞれＹ１方向側およびＹ２方向側で削孔２１の内壁面に当接して押圧する。

また、連結可動部１５ａ、１５ｂの間には、２本の付勢部１６が設けられ、両者を連結している。これらの付勢部１６は連結可動部１５ａ、１５ｂに対して互いに近接するように付勢力を付与する（図２中の実線矢印参照）。したがって、ブランケット部１２に対して外力が付与されていないときには、付勢部１６の付勢力によって連結可動部１５ａ、１５ｂは互いに近接されて連結体１７ａ、１７ｂの屈曲角度（アーム角度θ）は大きくなる。つまり、割岩工具１はＺ方向に延びる細長形状を有する。そのため、連結可動部１５ａ、１５ｂの外側面の間隔は削孔２１の内径よりも十分に狭まり、削孔２１に対する割岩工具１の挿脱が容易なものとなる。

上記ブランケット部１２に対してベース部向きの外力を与えてＺ２方向に移動させるためのブレーカ３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にブラケット５２を介して取り付けられている。このため、オペレータが建設車両５の操作レバーなどを操作してアーム５１の位置や角度などを制御することでブレーカ３の位置および姿勢に制御可能となっている。

次に、上記にように構成された割岩工具１およびブレーカ３を用いて処理対象物２を割岩して破砕する方法について図３を参照しつつ説明する。図３は本発明に係る破砕方法の第１実施形態を模式的に示す図である。この実施形態では、図３（ａ）に示すように、処理対象物２に削孔２１をＺ２方向に形成する（工程（１）：削孔形成工程）。これに並行して、上記削孔２１に挿入すべき割岩工具１を準備しておく（準備工程）。この準備工程では、上記したように付勢部１６の付勢力によって連結体１７ａ、１７ｂの屈曲角度（アーム角度θ）は大きく、細長形状の割岩工具１は削孔２１に対して挿通容易なものとなっている。

そして、同図（ａ）中の矢印で示すように、細長形状のまま割岩工具１を削孔２１に挿入して割岩工具１のベース部１１を削孔２１の底面２１１上に載置し、底面２１１で支持する（工程（２）：割岩工具の設置工程）。それに続いて、図１に示すようにブレーカ３の先端部（図示省略）を割岩工具１のブランケット部１２上に位置決めする。その後で、ブレーカ３を作動させて図３（ｂ）に示すように、ブランケット部１２に対して打撃を加えてブランケット部１２をＺ２方向に押し下げる。これに連動して連結体１７ａ、１７ｂの屈曲角度θが小さくなり、連結可動部１５ａ、１５ｂがそれぞれＹ１方向およびＹ２方向に移動する。その結果、付勢部１６の付勢力に抗いながら連結可動部１５ａ、１５ｂの外側面がそれぞれＹ１方向側およびＹ２方向側で削孔２１の内壁面に当接して押圧する。これによって、処理対象物２が割岩されて削孔２１の周囲が破砕される（工程（３）：破砕工程）。

その後で、ブレーカ３の作動を停止させるとともに、ブレーカ３をブランケット部１２からＺ１方向に離す。すると、付勢部１６の付勢力によりブランケット部１２はＺ１方向に移動するとともに連結可動部１５ａ、１５ｂがそれぞれＹ２方向およびＹ１方向に引き戻されて破砕処理が停止される。ここで、連結可動部１５ａ、１５ｂにより削孔２１の内壁に与えられていた押圧力がなくなり、しかも削孔２１の周囲はすでに破砕されているため、割岩工具１を一体的に処理対象物２から回収することができる（工程（４）：回収工程）。

以上のように、本実施形態では、割岩工具１は、それを構成する要素部品（ベース部１１、ブランケット部１２と、下方アーム１３ａ、１３ｂ、上方アーム１４ａ、１４ｂ、連結可動部１５ａ、１５ｂおよび付勢部１６）を相互に連結した状態で、削孔２１に対して一括挿入され、また一括回収される。しかも、付勢部１６を設けたことで連結可動部１５ａ、１５ｂを相互に近接させて割岩工具１を削孔の深さ方向Ｚと平行な方向に延びた姿勢、つまり細長状態に姿勢制御している。その結果、削孔２１に対する割岩工具１の挿脱を容易なものとしている。その結果、処理対象物２を効率的に割岩することが可能となる。

上記したように、本実施形態では、下方アーム１３ａ、１３ｂがそれぞれ本発明の「第１下方アーム」および「第２下方アーム」の一例に相当し、上方アーム１４ａ、１４ｂがそれぞれ本発明の「第１上方アーム」および「第２上方アーム」の一例に相当し、連結可動部１５ａ、１５ｂがそれぞれ本発明の「第１連結可動部」および「第２連結可動部」の一例に相当している。また、Ｙ１方向およびＹ２方向がそれぞれ本発明の「第１径方向」および「第２径方向」の一例に相当している。

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、１つの削孔２１に対して１つの割岩工具１を挿入して削孔２１の周囲を破砕しているが、１つの削孔２１に対して複数の割岩工具１を挿入してもよい。例えば図４に示すように、図２に示す割岩工具１と同一構成を有する２つの割岩工具１ａ、１ｂをこの順序で削孔２１に挿入してもよい（第２実施形態）。

図４は本発明に係る破砕方法の第２実施形態を模式的に示す図である。第２実施形態では、同図に示すように、削孔２１の底面２１１上に割岩工具１ａのベース部１１を載置し、さらに割岩工具１ａのブランケット部１２上に割岩工具１ｂのベース部１１を載置する。これにより割岩工具１ａは削孔２１の底面２１１で直接支持され、ブレーカ３からの外力を割岩工具１ｂを介して受ける。一方、割岩工具１ｂは割岩工具１ａを介しては削孔２１の底面２１１で間接的に支持され、ブレーカ３からの外力をブランケット部１２で直接受ける。また、割岩工具１ａ、１ｂがＺ１方向からの平面視で互いに交差（例えば直交）するように配置することで割岩工具１ａによる割岩方向と割岩工具１ｂによる割岩方向とを相違させることができ、破砕効率をさらに高めることができる。

この第２実施形態では、割岩工具１ａ、１ｂはそれぞれ本発明の「第１割岩工具」および「第２割岩工具」の一例に相当している。また、割岩工具１ａについては、Ｙ１方向およびＹ２方向がそれぞれ本発明の「第１径方向」および「第２径方向」の一例に相当している。一方、割岩工具１ｂについては、Ｘ１方向およびＸ２方向がそれぞれ本発明の「第１径方向」および「第２径方向」の一例に相当している。

また、第２実施形態では、割岩工具１ａ、１ｂがＺ１方向からの平面視で互いに交差（例えば直交）するように配置しているが、同平面視で割岩工具１ｂが割岩工具１ａと完全に重なる、つまり割岩方向が一致するように配置してもよい。

また、上記実施形態では、２本の付勢部１６を用いているが、付勢部１６の数や配置などは任意である。

また、上記実施形態では、ブランケット部１２に対してベース部１１に向けた外力を与える手段としてブレーカ３を用いているが、その他の手段により上記外力をブランケット部１２に与えて割岩処理を実行するように構成してもよい。

この発明は、岩盤、岩石、コンクリート構造物などの処理対象物を割岩する割岩工具全般および当該工具を用いて処理対象物を破砕する破砕技術全般に適用することができる。

１…割岩工具
１ａ…（第１）割岩工具
１ｂ…（第２）割岩工具
２…処理対象物
１１…ベース部
１２…ブランケット部
１３ａ…（第１）下方アーム
１３ｂ…（第２）下方アーム
１４ａ…（第１）上方アーム
１４ｂ…（第２）上方アーム
１５ａ…（第１）連結可動部
１５ｂ…（第２）連結可動部
１６…付勢部
２１…削孔
１３１…（下方アームの）一方端部
１３２…（下方アームの）他方端部
１４１…（上方アームの）一方端部
１４２…（上方アームの）他方端部
２１１…（削孔２１の）底面
Ｚ…深さ方向

Claims (4)

1. 処理対象物に形成された削孔の底面により支持されるベース部と、
   前記削孔の開口側で前記削孔の深さ方向に沿って移動自在に設けられるブラケット部と、
   一方端部が前記ベース部に回動自在に軸支されるとともに他方端部が前記ブラケット部に向けて延設される第１下方アームと、
   一方端部が前記ブラケット部に回動自在に軸支されるとともに他方端部が前記ベース部に向けて延設される第１上方アームと、
   前記第１下方アームの前記他方端部と前記第１上方アームの前記他方端部とを連結しながら前記ブラケット部の移動に伴って前記深さ方向と直交する第１径方向および第２径方向に移動する第１連結可動部と、
   前記第１下方アームから前記第２径方向に離間しながら一方端部が前記ベース部に回動自在に軸支されるとともに他方端部が前記ブラケット部に向けて延設される第２下方アームと、
   前記第１上方アームから前記第２径方向に離間しながら一方端部が前記ブラケット部に回動自在に軸支されるとともに他方端部が前記ベース部に向けて延設される第２上方アームと、
   前記第２下方アームの前記他方端部と前記第２上方アームの前記他方端部とを連結しながら前記ブラケット部の移動に伴って前記第１連結可動部と反対の方向に移動する第２連結可動部と、
   前記第１連結可動部および前記第２連結可動部に対して互いに近接するように付勢力を付与しながら連結する付勢部と、を備え、
   前記ブラケット部に対して前記底面に向けて外力が付与されることで前記ブラケット部が前記底面に向けて下降するのに伴って、前記第１連結可動部および前記第２連結可動部がそれぞれ前記第１径方向および前記第２径方向に移動して前記削孔の内壁を押圧することを特徴とする割岩工具。
2. 請求項１に記載の割岩工具を前記付勢部により前記第１連結可動部および前記第２連結可動部が相互に近接した状態で前記削孔に挿入して前記ベース部を前記底面上に載置する工程と、
   前記削孔に挿入された前記割岩工具の前記ブラケット部に対して前記底面に向かう外力を与えることで、前記第１連結可動部および前記第２連結可動部で前記削孔の内壁を押圧して前記削孔の周囲を破砕する工程と
   を備えることを特徴とする破砕方法。
3. 請求項１に記載の割岩工具と同一構成を有する第１割岩工具を前記付勢部により前記第１連結可動部および前記第２連結可動部が相互に近接した状態で前記削孔に挿入して前記ベース部を前記底面上に載置する工程と、
   前記削孔への前記第１割岩工具の挿入に続いて、請求項１に記載の割岩工具と同一構成を有する第２割岩工具を前記付勢部により前記第１連結可動部および前記第２連結可動部が相互に近接した状態で前記削孔に挿入して前記ベース部を前記第１割岩工具の前記ブラケット部の上に載置する工程と、
   前記削孔に挿入された前記第２割岩工具の前記ブラケット部に対して前記底面に向かう外力を与えることで、前記第１割岩工具の前記第１連結可動部および前記第２連結可動部と前記第２割岩工具の前記第１連結可動部および前記第２連結可動部とで前記削孔の内壁を押圧して前記削孔の周囲を破砕する工程と
   を備えることを特徴とする破砕方法。
4. 請求項３に記載の破砕方法であって、
   前記第２割岩工具における前記第１連結可動部および前記第２連結可動部の移動の方向が前記第１割岩工具における前記第１連結可動部および前記第２連結可動部の移動の方向と異なるように、前記第２割岩工具を前記第１割岩工具の前記ブラケット部の上に載置する破砕方法。

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