JP7217854B1 - 多機能破砕工具、破砕装置および破砕方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で、かつ効率的に被破砕物の一部を細かく破砕する。【解決手段】この発明では、割岩部が、削孔の内壁面のうち被破砕物の自由面側の第１壁面部位に当接するとともに反自由面側の第２壁面部位に対して当接しながら削孔形成方向に沿って削孔に押し込まれることで、削孔の内壁面を押圧して削孔から被破砕物の自由面に向けて亀裂を導入する。亀裂が周囲に導入された削孔の第１壁面部位に対してリッピング部が当接しながら工具全体がリッピング方向に移動されることで、被破砕物のうち削孔から自由面側の大割破砕物が掘り起こされる。そして、小割部が上記大割破砕物を小割する。【選択図】図５

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一部を細かく破砕する破砕方法、ならびに当該破砕方法に好適な多機能破砕工具に関するものである。

本願出願人は、被破砕物を広範囲にわたって効率的に破砕する技術として、先細り形状を有する楔型チゼルを用いた破砕技術を提案してきた（特許文献１～特許文献４）。これらの特許文献１～４に記載の発明では、被破砕物に対して削孔が形成される。また、バックホウ等の建設機械のアームに油圧ブレーカーを装着し、さらに当該油圧ブレーカーに対して楔型チゼルを装着した上で、楔型チゼルの先端が上記削孔に押し込まれる。この楔型チゼルは、先端端面が削孔の内径よりも小さな第１の外径を有するとともに先端端面から後端に進むにしたがって外径が大きくなり削孔の内径よりも大きな第２の外径となる傾斜面を有している。このような構成を有する楔型チゼルの先端を削孔に挿入すると、傾斜面が削孔の内壁に当接する。その当接状態で往復動するピストンによりチゼルの後端を打撃すると、削孔の周囲では、削孔からピストンの往復方向とほぼ直交する方向に引張応力が被破砕物に作用し、その結果、削孔の周囲が破砕される。

特許第４６３６２９４号公報 特許第５１４５５０３号公報 特許第５１４５５０４号公報 特許第５３５２８０７号公報

楔型チゼルの主目的は削孔周囲に亀裂を導入する、つまり割岩作業を実行することであり、被破砕物のうち亀裂が導入された部分（後で説明する図５中の被掘起部分３２）を被破砕物から掘り起こす（リッピング作業）。こうして掘り起こされた部分の破砕粒度はある程度の分布を持ち、大割破砕物はそのままでは大き過ぎ、搬出作業に支障を来す。このため、分離作業後に、大割破砕物を更に小さく破砕する、いわゆる小割作業が必要となることがある。

このように、岩盤、岩石、コンクリート構造物などの被破砕物を細かく破砕するためには、割岩作業、リッピング作業および小割作業が必要である。そこで、従来においては、建設機械のアームに対し、割岩作業では油圧ブレーカーおよび楔型チゼルからなる割岩用アタッチメントが取り付けられ、リンピング作業ではリッパーと称される分離用アタッチメントが取り付けられ、小割作業では油圧ブレーカーおよびハンマーチゼルからなる小割用アタッチメントが取り付けられていた。

そして、割岩用アタッチメント、リッピング用アタッチメントおよび小割用アタッチメントがそれぞれ取り付けられた建設機械を予め準備しておき、建設機械を順次入れ替えて作業していた。また、準備する建設機械台数の低減を図るために、上記アタッチメントの全部または一部を交換して作業していた。このため、割岩作業、リッピング作業および小割作業を伴う破砕処理に多大な時間と労力を要していた。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、短時間で、かつ効率的に被破砕物の一部を細かく破砕することができる破砕方法、および当該破砕方法に好適な多機能破砕工具および破砕装置を提供することを目的とする。

本発明の第１態様は、軸線方向に延設された軸体構造を有し、被破砕物に対して削孔形成方向に予め形成された削孔の周囲を破砕するための多機能破砕工具であって、軸線方向に沿って外部から与えられる外力を受ける後端部と、後端部よりも先端側において、先端に向かって先細りした形状を有し、削孔の内壁面のうち被破砕物の自由面側の第１壁面部位に当接するとともに反自由面側の第２壁面部位に対して当接しながら軸体構造全体が削孔形成方向に沿って削孔に押し込まれることで、削孔の内壁面を押圧して削孔から被破砕物の自由面に向けて亀裂を導入する割岩部と、後端部と割岩部との間に設けられ、亀裂が周囲に導入された削孔の第１壁面部位に当接しながら軸体構造全体が自由面に向かうリッピング方向に移動されることで、被破砕物のうち削孔から自由面側の大割破砕物を掘り起こすリッピング部と、割岩部の先端から軸線方向に突設され、大割破砕物に当接しながら後端部、リッピング部および割岩部を介して伝達される外力を大割破砕物に与えることで、大割破砕物を小割する小割部と、を備えることを特徴としている。

また、本発明の第２態様は、岩盤、岩石、コンクリート構造物などの被破砕物に対して削孔形成方向に予め形成された削孔の周囲を破砕する破砕装置であって、上記多機能破砕工具と、多機能破砕工具を保持しながら後端部を打撃することで、外力を多機能破砕工具に与えるブレーカーと、ブレーカーを保持しながら多機能破砕工具の削孔への押込み、多機能破砕工具のリッピング方向への移動および多機能破砕工具の大割破砕物への当接を行う建設機械と、を備えることを特徴としている。

さらに、本発明の第３態様は、岩盤、岩石、コンクリート構造物などの被破砕物に対して削孔形成方向に予め形成された削孔の周囲を破砕する破砕方法であって、上記多機能破砕工具を準備する工程と、軸線方向を削孔形成方向と一致させるとともに多機能破砕工具の小割部および割岩部を削孔に挿入した状態で多機能破砕工具の後端部に外力を加えながら多機能破砕工具を削孔形成方向に押込むことによって、削孔の周囲を割岩する工程と、多機能破砕工具のリッピング部が削孔に挿入された状態で多機能破砕工具をリッピング方向に移動させることによって、被破砕物から大割破砕物を掘り起こす工程と、多機能破砕工具の小割部を大割破砕物に当接した状態で多機能破砕工具の後端部に外力を加えることによって、大割破砕物を小割する工程と、を備えることを特徴としている。

上記発明によれば、短時間で、かつ効率的に被破砕物の一部を細かく破砕することができる。

本発明に係る多機能破砕工具の第１実施形態および当該工具を用いた破砕方法を実施する破砕装置を示す図である。 多機能破砕工具の側面図である。 多機能破砕工具の製造手順および多機能破砕工具の断面を示す図である。 図１の破砕装置により岩盤を破砕する破砕方法を模式的に示す図である。 図１の破砕装置により岩盤を破砕する破砕方法を模式的に示す図である。 本発明に係る多機能破砕工具の第２実施形態の構成を示す図である。

図１は本発明に係る多機能破砕工具の第１実施形態および当該工具を用いた破砕方法を実施する破砕装置を示す図である。また、図２は多機能破砕工具の側面図である。また、図３は多機能破砕工具の製造手順および多機能破砕工具の断面を示す図である。なお、これらの図面および後で説明する図面においては、理解容易の目的で、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。また、これらの図面では、岩盤３への削孔４の削孔形成方向を「－Ｚ」方向とし、削孔４から岩盤３の自由面３１に向かう方向（本発明の「リッピング方向」に相当）を「＋Ｙ」方向とし、これらＹ方向およびＺ方向と直交する方向を「Ｘ」方向としている。

多機能破砕工具１は、図１に示すように、岩盤破砕を伴う現場において使用されるバックホウ等の建設機械５に装着された油圧ブレーカー２に取り付けられ、後述するように、割岩工程、リッピング工程および小割工程を連続的に行うための工具である。より詳しくは、建設機械５のアーム５１にブラケット５２を介して油圧ブレーカー２が取り付けられている。この油圧ブレーカー２はブレーカー本体（図示省略）を備えている。また、このブレーカー本体は、中央部にシリンダ２１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シリンダ２１へ圧油を供給することにより、シリンダ２１内に摺嵌されるピストン２２が軸方向に前後進可能になっている。なお、図１中の符号５３は、ピストン２２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り、必要に応じて着脱可能となっている。また、構成各部および動作を明示するため、図２ないし図６では、防音カバー５３を外した状態が図示されている。

ブレーカー本体の先端部（図１の下方側端部）に、多機能破砕工具１が装着される。多機能破砕工具１は、軸線方向Ｄ１に延設された軸体構造を有しており、軸線方向Ｄ１を削孔形成方向（－Ｚ）と一致させた状態で割岩工程およびリッピング工程を実行する。そこで、図２および図３では、多機能破砕工具１の軸線方向Ｄ１を削孔形成方向（－Ｚ）と一致させた状態で、多機能破砕工具１を図示している。そして、ＸＹＺ三次元座標系を参照しつつ多機能破砕工具１の製造手順および構成について、説明する。

多機能破砕工具１は軸線方向Ｚに延設された軸体構造を有している。この多機能破砕工具１では、図２および図３に示すように、後端側（＋Ｚ方向側）から先端側（－Ｚ方向側）の順序で、後端部１１、リッピング部１２、割岩部１３および小割部１４が設けられている。多機能破砕工具１を製造するにあたって、図３（ａ）に示すように、軸線方向Ｚに延設された軸体構造体１０が準備される。軸体構造体１０は、削孔４の内径ｄ（図１）よりも大きな外径を有する円柱形状の鋼材料で構成されている。

この軸体構造体１０の（＋Ｚ）方向端部に対し、油圧ブレーカー２のロッドピン（図示省略）の配置および構造に対応した位置に切欠部を設けられ、後端部１１が油圧ブレーカー２に装着可能な形状に仕上げられている。そして後端部１１は、油圧ブレーカー２に装着された状態で、ピストン２２による打撃を受けて外力を先端側に伝達する。

リッピング部１２は後端部１１の（－Ｚ）方向側に位置している。リッピング部１２は、軸体構造体１０のまま円柱形状を有している。

一方、割岩部１３はリッピング部１２の（－Ｚ）方向側に位置しており、軸体構造体１０に対して次の加工が施されることで先端側、つまり（－Ｚ）方向に向かって先細り形状に仕上げられている。軸体構造体１０の先端面に対して３方向から挿入孔１０ａ～１０ｃが穿設される。挿入孔１０ｃは軸体構造体１０の軸線ＡＸに沿って軸線方向Ｚに延設されている。一方、挿入孔１０ａ、１０ｂは、それぞれ挿入孔１０ｃの（＋Ｙ）方向側および（－Ｙ）方向側で、上記先細り形状に対応した傾斜角で延設されている。例えば傾斜角については、軸体構造体１０の軸線ＡＸに対して数度程度に設定するのが望ましい。

このように形成された挿入孔１０ａ～１０ｃに対し、軸体構造体１０よりも高い硬度を有する金属材料、例えばＳＫＤ６１などのダイス鋼で構成された超硬芯１５ａ～１５ｃをそれぞれ圧入した後で、例えば軸体構造体１０を軸線ＡＸまわりに回転させながら軸体構造体１０の（－Ｚ）方向端部を旋盤加工して超硬芯１５ａ、１５ｂが露出するまで切削する。これによって、軸体構造体１０の先端部が先細り形状に仕上げられる。さらに、先細り部分のうち（＋Ｘ）方向側面および（－Ｘ）方向側面を切削して図３（ｃ）に示すように略オーバル形状の断面を有するように仕上げる。こうして、割岩部１３が構成される。

より詳しくは、この割岩部１３では、リッピング部１２に近接する位置は削孔４の内径ｄよりも大きな外径を有する一方、先端位置では削孔４の内径ｄよりも小さな外径を有する。また、割岩部１３の側面のうち自由面側（＋Ｙ方向側）および反自由面側（－Ｙ方向側）がそれぞれ傾斜面１３ａ、１３ｂとなっている。自由面側の傾斜面１３ａは、削孔４の内壁面のうち自由面側の第１壁面部位（図４の符号４１）に沿って湾曲しながら第１壁面部位に対向して設けられている。一方、反自由面側の傾斜面１３ｂは削孔４の内壁面のうち反自由面側の第２壁面部位（図４の符号４２）に沿って湾曲しながら第２壁面部位に対向して設けられている。

超硬芯１５ｃについては、その（－Ｚ）端部が軸体構造体１０の先端面から（－Ｚ）方向に突出した状態で軸体構造体１０に圧入されている。そして、突出部分を先細り形状に仕上げることで、小割部１４が構成されている。

次に、破砕装置（＝多機能破砕工具１＋油圧圧ブレーカー１０３＋建設機械５）を用いて本発明の「被破砕物」の一例である岩盤３に予め形成された削孔４の周囲を破砕する破砕方法について、図４および図５を参照しつつ説明する。図４および図５は図１の破砕装置により岩盤を破砕する破砕方法を模式的に示す図である。図２および図３（ｂ）、（ｃ）に示す多機能破砕工具１の先端部（＝小割部１４＋割岩部１３の（－Ｚ）方向端部）を削孔４に挿入すると、図４（ａ）に示すように、削孔４の内壁面のうち自由面側の第１壁面部位４１に割岩部１３の（＋Ｙ）方向側傾斜面１３ａが係止されるとともに反自由面側の第２壁面部位４２に割岩部１３の（－Ｙ）方向側傾斜面１３ｂが係止される。

そして、油圧ブレーカー２のピストン２２を削孔形成方向（－Ｚ）と略平行に往復動させて多機能破砕工具１の後端部１１を直接打撃すると、多機能破砕工具１の割岩部１３が削孔４に押し込まれる。このとき、図４（ｂ）に示すように、削孔４からＹ方向に引張応力が図中の白抜き矢印で示すように削孔４の内壁に作用し、多機能破砕工具１の押込量と上記傾斜角とで決まる距離だけ割岩部１３が削孔４の内壁の自由面側、つまり（＋Ｙ）方向側を押し遣り、削孔４から亀裂が発生する。そして、多機能破砕工具１の押込に伴って亀裂がさらに延びるとともに岩盤３の内部で削孔４から自由面３１に向かって亀裂が入って割岩される。その結果、削孔４から自由面側の被掘起部分３２がブロック状で岩盤３から分離されて岩盤３からの破砕除去が容易となる。

削孔４への多機能破砕工具１の押込は、図５（ａ）に示すように、リッピング部１２が削孔４に挿入され、その（＋Ｙ）方向側の側面が削孔４の第１壁面部位４１に当接するまで行われる。これによって、リッピング部１２は被掘起部分３２と密着している。この状態で、建設機械５のアーム５１により油圧ブレーカー２および多機能破砕工具１が一体的に自由面側、つまり（＋Ｙ）方向側に移動されることで、リッピング部１２が岩盤３から被掘起部分３２を掘り起す（リッピング工程）。

こうして掘り起こされた被掘起部分３２は比較的大きく、さらに小割する必要があるため、本実施形態では、リッピング工程に続いて、多機能破砕工具１を用いた小割工程が実行される。すなわち、建設機械５のアーム５１により油圧ブレーカー２および多機能破砕工具１が一体的に削孔４から取り出された後、図５（ｂ）に示すように、被掘起部分３２に対して多機能破砕工具１の小割部１４が当接した状態で多機能破砕工具１の後端部１１がピストン２２による打撃を受け、その打撃力（本発明の「外力」に相当）がリッピング部１２および割岩部１３を介して小割部１４に伝達される。こうして被掘起部分３２が小割される（小割工程）。図５（ｂ）中の丸印および矢印で示すように、被掘起部分３２の表面において小割部１４の当接箇所（丸印箇所）を移動させながら小割工程を繰り返すことで、被掘起部分３２が所望サイズ以下に細かく割られる。

以上のように、本実施形態によれば、１本の多機能破砕工具１を用いて割岩作業、リッピング作業および小割作業を連続して行うことができる。このため、割岩用アタッチメント、リッピング用アタッチメントおよび小割用アタッチメントがそれぞれ取り付けられた建設機械を順次入れ替えて作業する必要がなくなる。また、上記アタッチメントの全部または一部を交換する作業も必要がなくなる。その結果、岩盤３のうち削孔４の周囲を短時間で、かつ効率的に細かく破砕することができる。

また、本実施形態では、割岩部１３のうち削孔４の第１壁面部位４１および第２壁面部位４２に対して超硬芯１５ａ、１５ｂが当接して割岩作業を行っている。このため、割岩部１３の消耗が抑制され、多機能破砕工具１の寿命を延ばすことができる。その結果、ランニングコストを抑制することができる。

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、割岩部１３において超硬芯１５ａ、１５ｂが露出し、それぞれ第１壁面部位４１および第２壁面部位４２に当接するように構成しているが、例えば図６に示すように、超硬芯１５ａ、１５ｂを設けることなく、割岩部１３が直接第１壁面部位４１および第２壁面部位４２に当接して割岩作業を行うように構成してもよい。

また、特許文献１、４などに記載の楔型チゼルは、本発明の後端部および割岩部に相当する構成を有しているため、当該楔型チゼルに対し、リッピング部１２および小割部１４を追加したものを本発明の多機能破砕工具１として用いてもよい。

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一部を細かく破砕する破砕技術全般に適用することができる。

１…多機能破砕工具
２…油圧ブレーカー
３…岩盤（被破砕物）
４…削孔
５…建設機械
１０…軸体構造体
１１…後端部
１２…リッピング部
１３…割岩部
１４…小割部
３１…（岩盤の）自由面
３２…被掘起部分
４１…（削孔の）第１壁面部位
４２…（削孔の）第２壁面部位
Ｄ１…軸線方向
Ｙ…リッピング方向
Ｚ…削孔形成方向

Claims (3)

1. 軸線方向に延設された軸体構造を有し、被破砕物に対して削孔形成方向に予め形成された削孔の周囲を破砕するための多機能破砕工具であって、
   前記軸線方向に沿って外部から与えられる外力を受ける後端部と、
   前記後端部よりも先端側において、先端に向かって先細りした形状を有し、前記削孔の内壁面のうち前記被破砕物の自由面側の第１壁面部位に当接するとともに反自由面側の第２壁面部位に対して当接しながら前記軸体構造全体が前記削孔形成方向に沿って前記削孔に押し込まれることで、前記削孔の内壁面を押圧して前記削孔から前記被破砕物の自由面に向けて亀裂を導入する割岩部と、
   前記後端部と前記割岩部との間に設けられ、前記亀裂が周囲に導入された前記削孔の前記第１壁面部位に当接しながら前記軸体構造全体が前記自由面に向かうリッピング方向に移動されることで、前記被破砕物のうち前記削孔から前記自由面側の大割破砕物を掘り起こすリッピング部と、
   前記割岩部の先端から前記軸線方向に突設され、前記大割破砕物に当接しながら前記後端部、前記リッピング部および前記割岩部を介して伝達される前記外力を前記大割破砕物に与えることで、前記大割破砕物を小割する小割部と、
   を備えることを特徴とする多機能破砕工具。
2. 岩盤、岩石、コンクリート構造物などの被破砕物に対して削孔形成方向に予め形成された削孔の周囲を破砕する破砕装置であって、
   請求項１に記載の多機能破砕工具と、
   前記多機能破砕工具を保持しながら前記後端部を打撃することで、前記外力を前記多機能破砕工具に与えるブレーカーと、
   前記ブレーカーを保持しながら前記多機能破砕工具の前記削孔への押込み、前記多機能破砕工具の前記リッピング方向への移動および前記多機能破砕工具の前記大割破砕物への当接を行う建設機械と、
   を備えることを特徴とする破砕装置。
3. 岩盤、岩石、コンクリート構造物などの被破砕物に対して削孔形成方向に予め形成された削孔の周囲を破砕する破砕方法であって、
   請求項１に記載の多機能破砕工具を準備する工程と、
   前記軸線方向を前記削孔形成方向と一致させるとともに前記多機能破砕工具の前記小割部および前記割岩部を前記削孔に挿入した状態で前記多機能破砕工具の前記後端部に外力を加えながら前記多機能破砕工具を前記削孔形成方向に押込むことによって、前記削孔の周囲を割岩する工程と、
   前記多機能破砕工具の前記リッピング部が前記削孔に挿入された状態で前記多機能破砕工具を前記リッピング方向に移動させることによって、前記被破砕物から前記大割破砕物を掘り起こす工程と、
   前記多機能破砕工具の前記小割部を前記大割破砕物に当接した状態で前記多機能破砕工具の前記後端部に外力を加えることによって、前記大割破砕物を小割する工程と、
   を備えることを特徴とする破砕方法。
   

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