JP7031102B1 - 割岩工具、破砕装置および破砕方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被破砕物に形成される削孔の周囲に亀裂を効率的に発生させて破砕する。【解決手段】チゼル本体の側面に対し、削孔形成方向と直交する第１直交方向において互いに反対方向に一対の第１突設部が突設され、第１突設部よりもチゼル本体の後端側で、削孔形成方向と直交する第２直交方向において互いに反対方向に一対の第２突設部が突設されている。削孔の内径ｄ、チゼル本体の先端部の外径Ｄ０、一対の第１突設部の先端間の距離Ｄ１および一対の第２突設部の先端間の距離Ｄ２が、（Ｄ０＜ｄ＜Ｄ１＜Ｄ２）の大小関係を有しており、チゼル本体の先端部が削孔に対して削孔形成方向に押し込まれることによって、開口近傍領域で亀裂が優先的に、効率的に発生し、それに続いて亀裂の導入領域が削孔形成方向に広げられる。【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被破砕物のうち当該被破砕物に形成された削孔の周囲に亀裂を発生させて破砕する技術、特に被破砕物の破砕に適した割岩工具、破砕装置および破砕方法に関するものである。

岩盤、岩石、コンクリート構造物などの被破砕物を破砕するために、２種類の破砕技術が提案されている。その一つは、楔型チゼルを割岩工具として用いたものである（例えば特許文献１参照）。ここでは、楔型チゼルの先端部を削孔に挿入した状態で、削孔の形成方向（以下「削孔形成方向」という）と平行な方向で楔型チゼルの後端部に打撃または振動を加えながら楔型チゼルを削孔形成方向に押し込む。すると、楔型チゼルの側面が削孔の内壁を削孔の径方向に押圧し、これによって削孔の周囲で被破砕物に亀裂を発生させて割岩する。

もう一つは、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）を有する割岩工具（セリ矢）を用いたものである（例えば特許文献２～特許文献４参照）。ここでは、複数の羽根部材と楔部材とを組み合わせた割岩工具を削孔内に挿入した後で、楔部材の後端部をブレーカーで打撃して楔部材を圧入することで楔部材の先端部に形成される傾斜面に対して複数の羽根部材を相対的に摺動させながら削孔の径方向外側に移動させる。すると、羽根部材の外側面が削孔の内壁を削孔の径方向に押圧し、これによって削孔の周囲で被破砕物に亀裂を発生させて割岩する。

特許第４６３６２９４号 特許第３３８１１６３号 特許第４９６１５７４号 特許第６４６４３９６号

ところで、削孔形成方向において被破砕物をいくつかの領域に区分すると、削孔の開口近傍領域が最も割岩しやすく、削孔形成方向に進むにしたがって割岩し難くなる。この点を考慮すると、まず最初に開口近傍領域に対して亀裂を優先的に発生させ、それに続いて削孔形成方向に順次亀裂を発生させるのが効率的であると考えられる。しかしながら、上記した従来技術では、楔型チゼルの側面や羽根部材の外側面が削孔の内壁に当接する、つまり面接触した状態で削孔の内壁を削孔の径方向に押圧している。したがって、削孔の内壁に対し、押圧力が比較的広い領域にわたって加わる。そのため、単位面積当たりの荷重は低く、亀裂の発生領域を開口近傍領域から順次削孔形成方向に移行させるという技術には不向きである。そこで、被破砕物のうち削孔の開口近傍領域を優先的に、かつ効率的に亀裂を発生させて割岩し、それに続いて亀裂の導入領域を削孔形成方向に広げて被破砕物を破砕することができる技術ならびにそれに適した割岩工具の提供が望まれている。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、被破砕物に形成される削孔の周囲に亀裂を効率的に発生させて破砕することができる破砕技術ならびに当該破砕技術に適した割岩工具を提供することを目的とする。

この発明の第１の態様は、被破砕物に対して削孔形成方向に形成された削孔の内壁を押圧することで削孔の周囲に亀裂を発生させる割岩工具であって、削孔形成方向と平行に延設されるとともに先端に向かって先細りした軸体構造を有するチゼル本体と、削孔形成方向においてチゼル本体の先端部よりもチゼル本体の後端側で、削孔形成方向と直交する第１直交方向において互いに反対方向にチゼル本体の側面から突設される一対の第１突設部と、一対の第１突設部よりもチゼル本体の後端側で、削孔形成方向と直交する第２直交方向において互いに反対方向にチゼル本体の側面から突設される一対の第２突設部と、を備え、削孔の内径ｄ、チゼル本体の先端部の外径Ｄ０、一対の第１突設部の先端間の距離Ｄ１および一対の第２突設部の先端間の距離Ｄ２が、（Ｄ０＜ｄ＜Ｄ１＜Ｄ２）の大小関係を有し、チゼル本体の先端部が削孔に対して削孔形成方向に押し込まれることによって、一対の第１突設部が削孔の開口近傍領域で削孔の内壁を第１直交方向に押圧することで削孔の周囲に亀裂を発生させる第１割岩処理と、一対の第１突設部が開口近傍領域よりも深い領域で削孔の内壁を第１直交方向に押圧するとともに一対の第２突設部が開口近傍領域で削孔の内壁を第２直交方向に押圧することで削孔の周囲に亀裂を発生させる第２割岩処理と、を順次実行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、破砕装置であって、上記チゼル本体、第１突設部および第２突設部を備える割岩工具と、チゼル本体の先端部を削孔に対して削孔形成方向に押し込んで、第１割岩処理および第２割岩処理を順次実行させる作業機械と、を備えることを特徴としている。

また、この発明の第３の態様は、上記チゼル本体、第１突設部および第２突設部を備える割岩工具を用いて被破砕物を破砕する破砕方法であって、チゼル本体の先端部を削孔に挿入する第１工程と、第１工程後に、チゼル本体を削孔に対して削孔形成方向に押し込むことによって、第１割岩処理および第２割岩処理を順次実行する第２工程と、を備えることを特徴としている。

また、この発明の第４の態様は、被破砕物に対して削孔形成方向に形成された削孔の内壁を押圧することで削孔の周囲に亀裂を発生させる割岩工具であって、削孔の内部で互いに対向しながら削孔の径方向に移動自在に配置される一対の羽根部材と、削孔形成方向と平行に延設されるとともに先端に向かって先細りした軸体構造を有する楔部材と、削孔形成方向において一対の羽根部材の後端側で、削孔形成方向と直交する第３直交方向において互いに反対方向に一対の羽根部材の側面からそれぞれ突設される一対の第３突設部と、一対の第３突設部よりも一対の羽根部材の先端側で、削孔形成方向と直交する第４直交方向において互いに反対方向に一対の羽根部材の側面からそれぞれ突設される一対の第４突設部と、を備え、一対の第３突設部の先端間の距離Ｄ３および一対の第４突設部の先端間の距離Ｄ４が、（Ｄ３＞Ｄ４）の大小関係を有し、一対の羽根部材、一対の第３突設部および一対の第４突設部が削孔内に挿入されるとともに一対の羽根部材の間に挿入された状態で羽根部材に対する楔部材の削孔形成方向への移動に応じ、一対の羽根部材が互いに離れるように移動することによって、一対の第３突設部が削孔の開口近傍領域で削孔の内壁を第３直交方向に押圧することで削孔の周囲に亀裂を発生させる第３割岩処理と、一対の第４突設部が開口近傍領域よりも深い領域で削孔の内壁を第４直交方向に押圧することで削孔の周囲に亀裂を発生させる第４割岩処理と、を順次実行することを特徴としている。

また、この発明の第５の態様は、破砕装置であって、上記羽根部材、楔部材、第３突設部および第４突設部を備える割岩工具と、一対の羽根部材の間に挿入された楔部材を一対の羽根部材に対して削孔形成方向に押し込んで、第３割岩処理および第４割岩処理を順次実行させる作業機械と、を備えることを特徴としている。

さらに、この発明の第６の態様は、上記羽根部材、楔部材、第３突設部および第４突設部を備える割岩工具を用いて被破砕物を破砕する破砕方法であって、一対の羽根部材、一対の第３突設部および一対の第４突設部を削孔内に挿入するとともに一対の羽根部材の間に楔部材を挿入する第３工程と、第３工程後に、楔部材を一対の羽根部材に対して削孔形成方向に押し込むことで、一対の羽根部材を互いに離れるように移動させることによって、第３割岩処理および第４割岩処理を順次実行する第４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、削孔の開口近傍領域で一対の突設部がそれぞれ削孔の内壁と点接触しながら押圧することで削孔の周囲に亀裂を効率的に発生させて破砕することができる。しかも、開口近傍領域に続いて亀裂の導入領域を削孔形成方向に広げて被破砕物を破砕することができる。その結果、削孔の周囲に亀裂を効率的に発生させて破砕することができる。

本発明に係る割岩工具の第１実施形態である楔型チゼルを装備する破砕装置を示す図である。 本発明に係る割岩工具の第１実施形態である楔型チゼルを示す図である。 図１に示す破砕装置を用いて岩盤を破砕する動作を示す図である。 本発明に係る割岩工具の第２実施形態である楔型チゼルを示す図である。 本発明に係る割岩工具の第３実施形態を装備する破砕装置を示す図である。 図５の破砕装置に装備される割岩工具の構成を示す図である。 図５に示す破砕装置を用いて岩盤を破砕する動作を示す図である。 本発明に係る割岩工具の第４実施形態を装備する破砕装置を示す図である。 本発明に係る割岩工具の第５実施形態を装備する破砕装置を示す図である。

＜第１実施形態＞
第１実施形態は、特許文献１に記載された破砕装置に本発明を適用したものである。以下、本発明の特徴部分について詳しく説明する一方、同一構成については一部省略するが、必要に応じて特許文献１を適宜参照することで構成理解を深めることができる。

図１は、本発明に係る割岩工具の第１実施形態である楔型チゼルを装備する破砕装置を示す図である。油圧ブレーカー１に装着された楔型チゼル（以下、単に「チゼル」と称する）２の先端部を岩盤３に形成された削孔４に押し込むことで削孔４の周囲が破砕される。この明細書では、後の説明のために、図１に示すようにＸＹＺ座標軸を設定する。ここでは、削孔形成方向を「－Ｚ」とし、削孔形成方向（－Ｚ）と直交する第１水平方向を「＋Ｙ」とし、方向Ｚおよび方向Ｙに直交する方向を「Ｘ」とする。この点については、後で説明する実施形態においても同様である。

油圧ブレーカー１は図１に示すようにバックホウ等の建設車両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。この油圧ブレーカー１はブラケット５２に支持されるブレーカー本体（図示省略）を備えている。また、このブレーカー本体は、中央部に油圧シリンダー１１を有している。そして、不図示の油圧供給源から切換弁を介して油圧シリンダー１１へ圧油を供給することにより、油圧シリンダー１１内に摺嵌されるピストン１２が軸方向に前後進可能になっている。

ブレーカー本体の先端部（図１の下方側端部）には、チゼル２の軸線ＡＸ（図２）がピストン１２の往復軸と同軸線上となるようにチゼル２の後端部が挿着され、このチゼル２の後端面とピストン１２との間に打撃室が形成されている。そして、ブレーカー本体の先端部内では、上記ピストン１２の打撃によってチゼル２が軸線ＡＸの方向に所定距離の往復移動が可能になっている。なお、図１中の符号５３は、ピストン１２の打撃時に発生する作動音が騒音として周囲に伝播するのを抑制する防音カバーである。

図２は、本発明に係る割岩工具の第１実施形態である楔型チゼルを示す図である。同図（ａ）はチゼル２を（＋Ｘ）方向から見た側面図であり、同図（ｂ－０）～（ｂ－４）はそれぞれチゼル２の軸線方向Ｚにおいて互いに異なる軸線方向位置Ｚ０～Ｚ４でのＸＹ断面図である。

楔型チゼル２は、削孔４の形成方向（－Ｚ）と平行な軸線ＡＸを有する軸体構造を有するチゼル本体２０と、突設ペア２１～２４とを有している。チゼル本体２０の後端部２５が油圧ブレーカー１に装着可能となっている。一方、チゼル本体２０は先端側、（－Ｚ）方向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２０の先端部２６の外径Ｄ２６（本発明の「外径Ｄ０」に相当）は削孔４の内径ｄよりも小さい。一方、先端部２６から後端部２５に向けてチゼル本体２０の外径が連続的に大きくなるように、チゼル本体２０の外側面は傾斜面に仕上げられている。そして、当該外側面から４つの突設ペア２１～２４が突設されている。

突設ペア２１は、一対の突設部２１ａ、２１ｂにより構成されている。突設部２１ａ、２１ｂは、削孔形成方向（－Ｚ）においてチゼル本体２０の先端部２６よりもチゼル本体２０の後端側の軸線方向位置Ｚ１で、削孔形成方向（－Ｚ）と直交するＹ方向において互いに反対方向にチゼル本体２０の側面から半円球状に突設されている。より詳しくは、図２に示すように、突設部２１ａ、２１ｂは、それらの先端間の距離Ｄ２１が削孔４の内径ｄよりも大きくなるように、チゼル本体２０の側面からそれぞれ（＋Ｙ）方向および（－Ｙ）方向に突設されている。

また、突設ペア２２は、一対の突設部２２ａ、２２ｂにより構成されている。突設部２２ａ、２２ｂは、削孔形成方向（－Ｚ）において突設ペア２１よりもチゼル本体２０の後端側の軸線方向位置Ｚ２で、Ｙ方向において互いに反対方向にチゼル本体２０の側面から半円球状に突設されている。より詳しくは、図２に示すように、突設部２２ａ、２２ｂは、それらの先端間の距離Ｄ２２が上記距離Ｄ２１よりも大きくなるように、チゼル本体２０の側面からそれぞれ（＋Ｙ）方向および（－Ｙ）方向に突設されている。

また、突設ペア２３は、一対の突設部２３ａ、２３ｂにより構成されている。突設部２３ａ、２３ｂは、削孔形成方向（－Ｚ）において突設ペア２２よりもチゼル本体２０の後端側の軸線方向位置Ｚ３で、Ｙ方向において互いに反対方向にチゼル本体２０の側面から半円球状に突設されている。より詳しくは、図２に示すように、突設部２３ａ、２３ｂは、それらの先端間の距離Ｄ２３が上記距離Ｄ２２よりも大きくなるように、チゼル本体２０の側面からそれぞれ（＋Ｙ）方向および（－Ｙ）方向に突設されている。

さらに、突設ペア２４は、一対の突設部２４ａ、２４ｂにより構成されている。突設部２４ａ、２４ｂは、削孔形成方向（－Ｚ）において突設ペア２３よりもチゼル本体２０の後端側の軸線方向位置Ｚ４で、Ｙ方向において互いに反対方向にチゼル本体２０の側面から半円球状に突設されている。より詳しくは、図２に示すように、突設部２４ａ、２４ｂは、それらの先端間の距離Ｄ２４が上記距離Ｄ２３よりも大きくなるように、チゼル本体２０の側面からそれぞれ（＋Ｙ）方向および（－Ｙ）方向に突設されている。

このように本実施形態では、４つの突設ペア２１～２４のうち任意の２つ、例えば先端部２６側に位置する突設ペア２１が本発明の「一対の第１突設部」に相当し、突設ペア２１の突設部２１ａ、２１ｂが本発明の「第１突設部」に相当し、それらの先端間の距離Ｄ２１が本発明の「距離Ｄ１」に相当しているのに対し、後端部２５側に位置する突設ペア２２が本発明の「一対の第２突設部」に相当し、突設ペア２２の突設部２２ａ、２２ｂが本発明の「第２突設部」に相当し、それらの先端間の距離Ｄ２２が本発明の「距離Ｄ２」に相当している。また、その他の組み合わせについても同様であり、（Ｄ０＜ｄ＜Ｄ１＜Ｄ２）の大小関係が成立している。

次に、このように構成された楔型チゼル２を用いて削孔４の周囲に亀裂を発生させて岩盤３を破砕する動作について、図３を参照しつつ説明する。図３は、図１に示す破砕装置を用いて岩盤を破砕する動作を示す図である。図２に示すチゼル２の先端部２６を削孔４に挿入すると、同図の「タイミングＴ１」の欄に示すように、突設ペア２１を構成する一対の突設部２１ａ、２１ｂが削孔４の開口近傍領域Ｒ１で削孔４の内壁と点接触する（本発明の「第１工程」の一例に相当）。

この点接触状態で、油圧ブレーカー１のピストン１２を軸線ＡＸと略平行に往復動させてチゼル２の後端部２５を直接打撃すると、チゼル２が削孔４に押し込まれる（本発明の「第２工程」の一例に相当）。このとき、削孔４の開口近傍領域Ｒ１では、削孔４の内壁のうち突設部２１ａ、２１ｂと点接触している箇所に対して（＋Ｙ）方向および（－Ｙ）方向への押圧力が集中的に与えられる。このため、岩盤３の開口近傍領域Ｒ１に対して優先的に、しかも効率的に亀裂が発生して割岩される（第１割岩処理）。

第１割岩処理に続けてチゼル２を削孔４にさらに押し込んだタイミングＴ２では、同図の「タイミングＴ２」の欄に示すように、突設ペア２１を構成する一対の突設部２１ａ、２１ｂが削孔４の開口近傍領域Ｒ１よりも深い領域、つまり（－Ｚ）方向側に隣接する第１中間領域Ｒ２で削孔４の内壁と点接触する。また、突設ペア２２を構成する一対の突設部２２ａ、２２ｂが削孔４の開口近傍領域Ｒ１に移動し、削孔４の内壁と点接触する。そして、チゼル２の後端部２５への直接打撃によるチゼル２の押込により、突設部２１ａ、２１ｂがそれぞれ第１中間領域Ｒ２で削孔４の内壁を（＋Ｙ）方向および（－Ｙ）方向に押圧するとともに突設部２２ａ、２２ｂがそれぞれ開口近傍領域Ｒ１で削孔４の内壁を（＋Ｙ）方向および（－Ｙ）方向にさらに押圧する。これらにより、開口近傍領域Ｒ１に導入された亀裂の総量が増加するとともに、第１中間領域Ｒ２で新たな亀裂が発生する（第２割岩処理）。

第２割岩処理に続いてチゼル２を削孔４にさらに押し込んだタイミングＴ３では、同図の「タイミングＴ３」の欄に示すように、突設ペア２１を構成する一対の突設部２１ａ、２１ｂが第１中間領域Ｒ２の（－Ｚ）方向側に隣接する第２中間領域Ｒ３に到達し、突設ペア２２を構成する一対の突設部２２ａ、２２ｂが第１中間領域Ｒ２に到達し、突設ペア２３を構成する一対の突設部２３ａ、２３ｂが開口近傍領域Ｒ１に到達する。そして、チゼル２の後端部２５への直接打撃によるチゼル２の押込により、突設部２１ａ、２１ｂがそれぞれ第２中間領域Ｒ３で削孔４の内壁を（＋Ｙ）方向および（－Ｙ）方向に押圧し、突設部２２ａ、２２ｂがそれぞれ第１中間領域Ｒ２で削孔４の内壁を（＋Ｙ）方向および（－Ｙ）方向に押圧するとともに突設部２３ａ、２３ｂがそれぞれ開口近傍領域Ｒ１で削孔４の内壁を（＋Ｙ）方向および（－Ｙ）方向にさらに押圧する。これらにより、開口近傍領域Ｒ１および第１中間領域Ｒ２に導入された亀裂の総量が増加するとともに、第２中間領域Ｒ３で新たな亀裂が発生する。

さらにチゼル２を削孔４に押し込んだタイミングＴ４では、同図の「タイミングＴ４」の欄に示すように、突設ペア２１を構成する一対の突設部２１ａ、２１ｂが第２中間領域Ｒ３の（－Ｚ）方向側に隣接する削孔４の底部領域Ｒ４に到達し、突設ペア２２を構成する一対の突設部２２ａ、２２ｂが第２中間領域Ｒ３に到達し、突設ペア２３を構成する一対の突設部２３ａ、２３ｂが第１中間領域Ｒ２に到達し、突設ペア２４を構成する一対の突設部２４ａ、２４ｂが開口近傍領域Ｒ１に到達する。そして、チゼル２の後端部２５への直接打撃によるチゼル２の押込により、突設部２１ａ、２１ｂがそれぞれ底部領域Ｒ４で削孔４の内壁を（＋Ｙ）方向および（－Ｙ）方向に押圧し、突設部２２ａ、２２ｂがそれぞれ第２中間領域Ｒ３で削孔４の内壁を（＋Ｙ）方向および（－Ｙ）方向に押圧し、突設部２３ａ、２３ｂがそれぞれ第１中間領域Ｒ２で削孔４の内壁を（＋Ｙ）方向および（－Ｙ）方向に押圧するとともに突設部２４ａ、２４ｂがそれぞれ開口近傍領域Ｒ１で削孔４の内壁を（＋Ｙ）方向および（－Ｙ）方向にさらに押圧する。これらにより、開口近傍領域Ｒ１、第１中間領域Ｒ２および第２中間領域Ｒ３に導入された亀裂の総量が増加するとともに、底部領域Ｒ４で新たな亀裂が発生する。

以上のように、第１実施形態では、チゼル２の後端部２５への直接打撃によるチゼル２の押込により、第１割岩処理および第２割岩処理が順次開始される。つまり、開口近傍領域Ｒ１で亀裂を優先的に、効率的に発生させ、それに続いて亀裂の導入領域を削孔形成方向（－Ｚ）に広げている。その結果、岩盤３に形成される削孔４の周囲に亀裂を効率的に発生させることができる。

このように第１実施形態では、岩盤３が本発明の「被破砕物」の一例に相当している。また、突設ペア２１～２４のいずれにおいても、突設部の離間方向はＹ方向であり、当該Ｙ方向が本発明の「第１直交方向」および「第２直交方向」に相当している。また、油圧ブレーカー１が装着された建設車両５が本発明の「作業機械」の一例に相当している。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、上記したように本発明の「第１直交方向」および「第２直交方向」を一致させており、亀裂の向きを揃えているが、「第１直交方向」および「第２直交方向」が交差するように構成してもよい。例えば図４に示すように、突設ペア２１、２３における突設部の離間方向をＸ方向とする一方で、突設ペア２２、２４における突設部の離間方向をＹ方向としてもよい（第２実施形態）。この第２実施形態に係るチゼル（割岩工具）を用いることで、亀裂の向きを多様化させながら岩盤３に形成される削孔４の周囲に亀裂を効率的に発生させることができる。この点については、次に説明する第３実施形態においても同様である。

＜第３実施形態＞
第３実施形態は、特許文献４に記載された破砕装置に本発明を適用したものである。以下、本発明の特徴部分について詳しく説明する一方、同一構成については一部省略するが、必要に応じて特許文献４を適宜参照することで構成理解を深めることができる。

図５は、本発明に係る割岩工具の第３実施形態を装備する破砕装置を示す図である。油圧ブレーカー１に装着された割岩工具１００を用いて岩盤３に形成された削孔４の周囲が破砕される。割岩工具１００は、削孔４の形成方向（－Ｚ）と平行に延設された２枚の羽根部材１１０、１２０と、羽根部材１１０、１２０の後端部を相互に連結する連結機構１３０と、羽根部材１１０、１２０の間に対して先端部を挿脱可能に形成された楔部材１４０と、突設ペア１５１～１５４とを有している。

図６は、図５の破砕装置に装備される割岩工具の構成を示す図であり、（ａ）は割岩工具１００の側面図であり、（ｂ－１）～（ｂ－４）は、それぞれ羽根部材１１０、１２０の延設方向Ｚにおいて互いに異なる軸線方向位置Ｚ１～Ｚ４でのＸＹ断面図である。割岩工具１００では、羽根部材１１０、１２０は同形状及び同寸法である。そこで、羽根部材１１０の構成を以下に説明する一方で、羽根部材１２０の各部については相当符号を付して説明を省略する。

羽根部材１１０は、フランジ部１１ａと、フランジ部１１ａの下面から削孔形成方向（－Ｚ）と平行な方向に延びる押圧部１１ｂとを有している。押圧部１１ｂのうち削孔４の内壁と対向する面は、削孔形成方向（－Ｚ）に沿った円弧面を基本形状として構成されている。押圧部１１ｂでは円弧面と反対側に傾斜面が形成されている。そして、２つの羽根部材１１０、１２０は、傾斜面同士が向かい合うように配置された状態で、連結機構１３０によりフランジ部１１ａ、１２ａを相互に連結することで一体化される。

連結機構１３０は、特許文献４に記載された連結機構と同様に構成されている。つまり、連結機構１３０は、コイルばね１３１～１３３、ボルト１３４およびナット１３５により形成されている。フランジ部１１ａ、１２ａの（＋Ｘ）方向側では、図６（ａ）に示すように、フランジ部１１ａ、１２ａにそれぞれ形成される貫通孔１１ｃ、１２ｃに挟まれるようにコイルばね１３２が配置されている。また、貫通孔１１ｃの（＋Ｙ）方向側にコイルばね１３１が配置されるとともに、貫通孔１２ｃの（－Ｙ）方向側にコイルばね１３３が配置されている。そして、コイルばね１３３、貫通孔１２ｃ、コイルばね１３２、貫通孔１１ｃおよびコイルばね１３１を貫通してボルト１３４が挿通され、ボルト１３４の先端の雄ネジ部にナット１３５が螺合されている。なお、図６への図示を省略しているように、フランジ部１１ａ、１２ａの（－Ｘ）方向側においても、上記と同様に、コイルばね１３１～１３３、ボルト１３４およびナット１３５が設けられている。

コイルばね１３２は羽根部材１１０、１２０をＹ方向において相互に離間させるように付勢している。また、ボルト１３４の頭部が羽根部材１１０の（－Ｙ）方向の移動を規制し、ナット１３５が羽根部材１２０の（＋Ｙ）方向の移動を規制する。また、コイルばね１３１は羽根部材１１０とボルト１３４の頭部との間に配置されて羽根部材１１０をボルト１３４の頭部に対して（＋Ｙ）方向に付勢している。さらに、コイルばね１３３は羽根部材１２０とナット１３５との間に配置されて羽根部材１２０をナット１３５に対して（－Ｙ）方向に付勢している。

このように連結機構１３０を設けたことによって、羽根部材１１０、１２０はボルト１３４の円筒部にガイドされながらＹ方向に移動可能な状態で相互に連結されており、羽根部材１１０、１２０の位置関係をナット１３５によって調整可能となっている。また、羽根部材１１０、１２０の先端部、つまり押圧部１１ｂ、１２ｂを削孔４に挿入していくと、フランジ部１１ａ、１２ａが削孔４の周辺表面に係止され、それ以上の挿入が規制されて割岩工具１００が削孔４に対してセット可能となっている。さらに、羽根部材１１０、１２０の一体化によって両傾斜面によって挟まれる空間は羽根部材１１０、１２０の先端側ほど細くなる先細り形状となる。この先細り形状の空間に、この空間と同様に先細り形状に構成された楔部材１４０が挿入される。

この楔部材１４０の先端部は、Ｘ方向に直交する断面において矩形形状を有し、先端に向かうにしたがってＹ方向の厚みが減少する先細り形状を有しており、（－Ｙ）側面および（＋Ｙ）側面は傾斜面となっている。また、図６中の符号１３６、１３７は連結機構１３０により羽根部材１１０、１２０を連結してなる連結体を吊持するためのフックであり、フック１３６、１３７はそれぞれフランジ部１１ａ、１２ａの上面から立設され、ワイヤー１３８を装着可能となっている。

上記楔部材１４０の圧入を行うための油圧ブレーカー１は、図５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油圧ブレーカー１の位置および姿勢に制御可能となっている。このように、本実施形態においても、油圧ブレーカー１が装着された建設車両５が本発明の「作業機械」の一例に相当している。

図６に戻って割岩工具１００の構成説明を続ける。羽根部材１１０、１２０の外側面（円弧面）から４つの突設ペア１５１～１５４が突設されている。

突設ペア１５１は、一対の突設部１５１ａ、１５１ｂにより構成されている。突設部１５１ａ、１５１ｂは、削孔形成方向（－Ｚ）において羽根部材１１０、１２０の先端よりも（＋Ｚ）方向側の軸線方向位置Ｚ１で、削孔形成方向（－Ｚ）と直交するＹ方向において互いに反対方向に羽根部材１１０、１２０の外側面から半円球状にそれぞれ突設されている。より詳しくは、図６に示すように、楔部材１４０が削孔形成方向（－Ｚ）に押し込まれていない状態、つまり割岩処理の準備状態で、突設部１５１ａ、１５１ｂは、それらの先端間の距離Ｄ１５１が削孔４の内径ｄよりも小さくなるように、羽根部材１１０、１２０の外側面からそれぞれ（＋Ｙ）方向および（－Ｙ）方向に突設されている。

また、突設ペア１５２は、一対の突設部１５２ａ、１５２ｂにより構成されている。突設部１５２ａ、１５２ｂは、削孔形成方向（－Ｚ）において突設ペア１５１よりも（＋Ｚ）方向側の軸線方向位置Ｚ２で、Ｙ方向において互いに反対方向に羽根部材１１０、１２０の外側面から半円球状に突設されている。より詳しくは、図６に示すように、突設部１５２ａ、１５２ｂは、割岩処理の準備状態において、それらの先端間の距離Ｄ１５２が削孔４の内径ｄよりも小さく、かつ上記距離Ｄ１５１よりも大きくなるように、羽根部材１１０、１２０の外側面からそれぞれ（＋Ｙ）方向および（－Ｙ）方向に突設されている。

また、突設ペア１５３は、一対の突設部１５３ａ、１５３ｂにより構成されている。突設部１５３ａ、１５３ｂは、削孔形成方向（－Ｚ）において突設ペア１５２よりも（＋Ｚ）方向側の軸線方向位置Ｚ３で、Ｙ方向において互いに反対方向に羽根部材１１０、１２０の外側面から半円球状に突設されている。より詳しくは、図６に示すように、突設部１５３ａ、１５３ｂは、割岩処理の準備状態において、それらの先端間の距離Ｄ１５３が削孔４の内径ｄよりも小さく、かつ上記距離Ｄ１５２よりも大きくなるように、羽根部材１１０、１２０の外側面からそれぞれ（＋Ｙ）方向および（－Ｙ）方向に突設されている。

さらに、突設ペア１５４は、一対の突設部１５４ａ、１５４ｂにより構成されている。突設部１５４ａ、１５４ｂは、削孔形成方向（－Ｚ）において突設ペア１５３よりも（＋Ｚ）方向側の軸線方向位置Ｚ４で、Ｙ方向において互いに反対方向に羽根部材１１０、１２０の外側面から半円球状に突設されている。より詳しくは、図６に示すように、突設部１５４ａ、１５４ｂは、割岩処理の準備状態において、それらの先端間の距離Ｄ１５４が削孔４の内径ｄよりも小さく、かつ上記距離Ｄ１５３よりも大きくなるように、羽根部材１１０、１２０の外側面からそれぞれ（＋Ｙ）方向および（－Ｙ）方向に突設されている。

このように本実施形態では、４つの突設ペア１５１～１５４は、それぞれ「底部領域Ｒ４（図３参照）」、「第２中間領域Ｒ３（図３参照）」、「第１中間領域Ｒ２（図３参照）」および「開口近傍領域Ｒ１（図３参照）」に対応している。また、４つの突設ペア１５１～１５４のうち任意の２つ、例えば突設ペア１５４が本発明の「一対の第３突設部」に相当し、突設ペア１５４を構成する突設部１５４ａ、１５４ｂが本発明の「第３突設部」に相当し、それらの先端間の距離Ｄ１５４が本発明の「距離Ｄ３」に相当しているのに対し、突設ペア１５３が本発明の「一対の第４突設部」に相当し、突設ペア１５３の突設部１５３ａ、１５３ｂが本発明の「第４突設部」に相当し、それらの先端間の距離Ｄ１５３が本発明の「距離Ｄ４」に相当している。また、その他の組み合わせについても同様であり、（Ｄ３＞Ｄ４）の大小関係が成立している。

次に、このように構成された割岩工具１００を用いて削孔４の周囲に亀裂を発生させて岩盤３を破砕する動作について、図７を参照しつつ説明する。図７は、図５に示す破砕装置を用いて岩盤を破砕する動作を示す図である。図６に示すように、羽根部材１１０、１２０の押圧部１１ｂ、１２ｂを削孔４に挿入するとともに、楔部材１４０の先端部を羽根部材１１０、１２０の間に挿入する（本発明の「第３工程」の一例に相当）。なお、この段階では、楔部材１４０は削孔形成方向（－Ｚ）に押し込まれていない、つまり割岩処理の準備状態に維持される。

これに続いて、油圧ブレーカー１のピストンで楔部材１４０の後端部が打撃されて楔部材１４０の先端部が削孔形成方向（－Ｚ）に押込み量Ｈ１だけ圧入されると、楔部材１４０が羽根部材１１０、１２０に対して削孔形成方向（－Ｚ）４に沿って移動する。これに伴って羽根部材１１０、１２０がそれぞれ（＋Ｙ）方向および（－Ｙ）方向に移動することで、以下のようにして割岩処理が実行される（本発明の「第４工程」の一例に相当）。すなわち、上記距離Ｄ１５１～Ｄ１５４および削孔４の内径ｄは、次の大小関係、
Ｄ１５１＜Ｄ１５２＜Ｄ１５３＜Ｄ１５４＜ｄ
を有しているため、図７の「タイミングＴ１」の欄に示すように、比較的小さな押込み量Ｈ１では、削孔４の開口近傍領域Ｒ１に対応する突設ペア１５４の突設部１５４ａ、１５４ｂのみが削孔４の内壁と点接触し、（＋Ｙ）方向および（－Ｙ）方向に押圧力を集中的に与える。このため、岩盤３の開口近傍領域Ｒ１に対して優先的に、しかも効率的に亀裂が発生して割岩される（第３割岩処理）。

楔部材１４０が押込み量Ｈ２まで圧入されると、羽根部材１１０、１２０の移動量も増加し、突設ペア１５４だけでなく、削孔４の第１中間領域Ｒ２に対応する突設ペア１５３の突設部１５３ａ、１５３ｂも削孔４の内壁と点接触し、（＋Ｙ）方向および（－Ｙ）方向に押圧力を集中的に与える。つまり、突設ペア１５４による開口近傍領域Ｒ１への亀裂の追加（第３割岩処理）と、突設ペア１５３による第１中間領域Ｒ２への亀裂の導入（第４割岩処理）とが並行して行われる。

また、楔部材１４０が押込み量Ｈ３まで圧入されると、羽根部材１１０、１２０の移動量もさらに増加し、突設ペア１５４、１５３だけでなく、削孔４の第２中間領域Ｒ３に対応する突設ペア１５２の突設部１５２ａ、１５２ｂも削孔４の内壁と点接触し、（＋Ｙ）方向および（－Ｙ）方向に押圧力を集中的に与える。これにより、割岩工具１００による割岩処理が実行される範囲が削孔形成方向（－Ｚ）に広がる。

さらに、楔部材１４０が押込み量Ｈ４まで圧入されると、羽根部材１１０、１２０の移動量もさらに増加し、突設ペア１５４、１５３、１５２だけでなく、削孔４の底部領域Ｒ４に対応する突設ペア１５１の突設部１５１ａ、１５１ｂも削孔４の内壁と点接触し、（＋Ｙ）方向および（－Ｙ）方向に押圧力を集中的に与える。これにより、割岩工具１００による割岩処理が実行される範囲が削孔４の底部まで広がる。

以上のように、第３実施形態に係る割岩工具１００を用いて破砕処理を行うと、第１実施形態と同様に、楔部材１４０の押込により、第３割岩処理および第４割岩処理が順次開始される。つまり、開口近傍領域Ｒ１で亀裂を優先的に、効率的に発生させ、それに続いて亀裂の導入領域を削孔形成方向（－Ｚ）に広げている。その結果、岩盤３に形成される削孔４の周囲に亀裂を効率的に発生させることができる。

このように第３実施形態では、突設ペア１５１～１５４のいずれにおいても、突設部の離間方向はＹ方向であり、当該Ｙ方向が本発明の「第３直交方向」および「第４直交方向」に相当している。

＜第４実施形態＞
第４実施形態は、特許文献２に記載された破砕装置に本発明を適用したものである。以下、本発明の特徴部分について詳しく説明する一方、同一構成については一部省略するが、必要に応じて特許文献２を適宜参照することで構成理解を深めることができる。

図８は、本発明に係る割岩工具の第４実施形態を装備する破砕装置を示す図である。この第４実施形態に係る割岩工具１００は、楔部材１４０を挟んで対向する一対の羽根部材１１０、１２０を２組設けたものである。これに対応して突設ペア１５１～１５４がそれぞれ２組設けられている点を除き、第３実施形態と同様に構成されている。このため、第４実施形態に係る割岩工具１００の楔部材１４０を油圧シリンダー６により削孔形成方向（－Ｚ）に移動させて破砕処理を行うと、楔部材１４０の押込に応じて第３割岩処理および第４割岩処理が順次開始される。その結果、第３実施形態と同様の作用効果が得られる。

＜第５実施形態＞
第５実施形態は、特許文献３に記載された破砕装置に本発明を適用したものである。以下、本発明の特徴部分について詳しく説明する一方、同一構成については一部省略するが、必要に応じて特許文献３を適宜参照することで構成理解を深めることができる。

図９は、本発明に係る割岩工具の第５実施形態を装備する破砕装置を示す図である。この第５実施形態に係る割岩工具１００は、突設ペア１５４が1組であるのに対し、突設ペア１５１～１５３がそれぞれ２組設けられている点を除き、第３実施形態と同様に構成されている。このため、第５実施形態に係る割岩工具１００の楔部材１４０を油圧シリンダー６により削孔形成方向（－Ｚ）に移動させて破砕処理を行うと、楔部材１４０の押込に応じて第３割岩処理および第４割岩処理が順次開始される。その結果、第３実施形態と同様の作用効果が得られる。その結果、第３実施形態と同様の作用効果が得られる。

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。例えば上記第１実施形態および第２実施形態では、割岩工具２に対して４種類の突設ペア２１～２４を設けているが、突設ペアの種類はこれに限定されるものではなく、２種類以上の突設ペアを設け、削孔４の内壁を押圧するタイミングを相違させることで第１割岩処理および第２割岩処理が順次開始されるように構成してもよい。

また、上記第１実施形態および第２実施形態では、チゼル本体２０の側面への突設部２１ａ、２１ｂ、…、２４ａ、２４ｂの突設方法について具体的に言及していないが、割岩処理に耐え得る金属ブロックを切削加工してチゼル本体２０と突設部２１ａ、２１ｂ、…、２４ａ、２４ｂとを一体的に成形するのが望ましいが、チゼル本体２０と突設部２１ａ、２１ｂ、…、２４ａ、２４ｂとを個別に成形し、突設部２１ａ、２１ｂ、…、２４ａ、２４ｂをチゼル本体２０に取り付けてもよいし、チゼル本体２０の側面に金属材料を半球形状に肉盛して突設部２１ａ、２１ｂ、…、２４ａ、２４ｂを形成してもよい。これらの点については、第３実施形態ないし第５実施形態における羽根部材１１０の外側面への突設部１５１ａ～１５４ａの突設および羽根部材１２０の外側面への突設部１５１ｂ～１５４ｂの突設も同様である。

また、上記第３実施形態ないし第５実施形態では、割岩工具１００に対して４種類の突設ペア１５１～１５４を設けているが、突設ペアの種類はこれに限定されるものではなく、２種類以上の突設ペアを設け、削孔４の内壁を押圧するタイミングを相違させることで第３割岩処理および第４割岩処理が順次開始され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被破砕物のうち当該被破砕物に形成される削孔の周囲に向けて亀裂を発生させて破砕する技術全般に適用することができる。

１…油圧ブレーカー（作業機械）
２…楔型チゼル（割岩工具）
３…岩盤（被破砕物）
４…削孔
５…建設車両（作業機械）
６…油圧シリンダー（作業機械）
２０…チゼル本体
２１～２４，１５１～１５４…突設ペア
２１ａ～２４ａ、２１ｂ～２４ｂ、１５１ａ～１５４ａ、１５１ｂ～１５４ｂ…突設部 １１０，１２０…羽根部材
１３０…連結機構
１４０…楔部材
ＡＸ…軸線
Ｒ１…開口近傍領域
－Ｚ…削孔形成方向

Claims (10)

1. 被破砕物に対して削孔形成方向に形成された削孔の内壁を押圧することで前記削孔の周囲に亀裂を発生させる割岩工具であって、
   前記削孔形成方向と平行に延設されるとともに先端に向かって先細りした軸体構造を有するチゼル本体と、
   前記削孔形成方向において前記チゼル本体の先端部よりも前記チゼル本体の後端側で、前記削孔形成方向と直交する第１直交方向において互いに反対方向に前記チゼル本体の側面から突設される一対の第１突設部と、
   前記一対の第１突設部よりも前記チゼル本体の後端側で、前記削孔形成方向と直交する第２直交方向において互いに反対方向に前記チゼル本体の側面から突設される一対の第２突設部と、を備え、
   前記削孔の内径ｄ、前記チゼル本体の先端部の外径Ｄ０、前記一対の第１突設部の先端間の距離Ｄ１および前記一対の第２突設部の先端間の距離Ｄ２が、（Ｄ０＜ｄ＜Ｄ１＜Ｄ２）の大小関係を有し、
   前記チゼル本体の先端部が前記削孔に対して前記削孔形成方向に押し込まれることによって、
   前記一対の第１突設部が前記削孔の開口近傍領域で前記削孔の内壁を前記第１直交方向に押圧することで前記削孔の周囲に亀裂を発生させる第１割岩処理と、
   前記一対の第１突設部が前記開口近傍領域よりも深い領域で前記削孔の内壁を前記第１直交方向に押圧するとともに前記一対の第２突設部が前記開口近傍領域で前記削孔の内壁を前記第２直交方向に押圧することで前記削孔の周囲に亀裂を発生させる第２割岩処理と、
   を順次開始することを特徴とする割岩工具。
2. 請求項１に記載の割岩工具であって、
   前記第１直交方向と前記第２直交方向とが一致する割岩工具。
3. 請求項１に記載の割岩工具であって、
   前記第１直交方向と前記第２直交方向とが交差する割岩工具。
4. 請求項３に記載の割岩工具であって、
   前記第１直交方向と前記第２直交方向とが互いに直交する割岩工具。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の割岩工具と、
   前記チゼル本体の先端部を前記削孔に対して前記削孔形成方向に押し込んで、前記第１割岩処理および前記第２割岩処理を順次開始させる作業機械と、
   を備える
   ことを特徴とする破砕装置。
6. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の割岩工具を用いて被破砕物を破砕する破砕方法であって、
   前記チゼル本体の先端部を前記削孔に挿入する第１工程と、
   前記第１工程後に、前記チゼル本体を前記削孔に対して前記削孔形成方向に押し込むことによって、前記第１割岩処理および前記第２割岩処理を順次開始する第２工程と、
   を備えることを特徴とする破砕方法。
7. 被破砕物に対して削孔形成方向に形成された削孔の内壁を押圧することで前記削孔の周囲に亀裂を発生させる割岩工具であって、
   前記削孔の内部で互いに対向しながら前記削孔の径方向に移動自在に配置される一対の羽根部材と、
   前記削孔形成方向と平行に延設されるとともに先端に向かって先細りした軸体構造を有する楔部材と、
   前記削孔形成方向において前記一対の羽根部材の後端側で、前記削孔形成方向と直交する第３直交方向において互いに反対方向に前記一対の羽根部材の側面からそれぞれ突設される一対の第３突設部と、
   前記一対の第３突設部よりも前記一対の羽根部材の先端側で、前記削孔形成方向と直交する第４直交方向において互いに反対方向に前記一対の羽根部材の側面からそれぞれ突設される一対の第４突設部と、を備え、
   前記一対の第３突設部の先端間の距離Ｄ３および前記一対の第４突設部の先端間の距離Ｄ４が、（Ｄ３＞Ｄ４）の大小関係を有し、
   前記一対の羽根部材、前記一対の第３突設部および前記一対の第４突設部が前記削孔内に挿入されるとともに前記一対の羽根部材の間に挿入された状態で前記羽根部材に対する前記楔部材の前記削孔形成方向への移動に応じ、前記一対の羽根部材が互いに離れるように移動することによって、
   前記一対の第３突設部が前記削孔の開口近傍領域で前記削孔の内壁を前記第３直交方向に押圧することで前記削孔の周囲に亀裂を発生させる第３割岩処理と、
   前記一対の第４突設部が前記開口近傍領域よりも深い領域で前記削孔の内壁を前記第４直交方向に押圧することで前記削孔の周囲に亀裂を発生させる第４割岩処理と、
   を順次開始することを特徴とする割岩工具。
8. 請求項７に記載の割岩工具であって、
   前記第３直交方向と前記第４直交方向とが一致する破砕装置。
9. 請求項７または８に記載の割岩工具と、
   前記一対の羽根部材の間に挿入された前記楔部材を前記一対の羽根部材に対して前記削孔形成方向に押し込んで、前記第３割岩処理および前記第４割岩処理を順次開始させる作業機械と、
   を備えることを特徴とする破砕装置。
10. 請求項７または８に記載の割岩工具を用いて被破砕物を破砕する破砕方法であって、
    前記一対の羽根部材、前記一対の第３突設部および前記一対の第４突設部を前記削孔内に挿入するとともに前記一対の羽根部材の間に前記楔部材を挿入する第３工程と、
    前記第３工程後に、前記楔部材を前記一対の羽根部材に対して前記削孔形成方向に押し込むことで、前記一対の羽根部材を互いに離れるように移動させることによって、前記第３割岩処理および前記第４割岩処理を順次開始する第４工程と、
    を備えることを特徴とする破砕方法。

Images