(57)【要約】    【課題】非常に破砕にしくい岩盤の破砕の際にも、芯材の上端における母材の早期折損が防止でき、もって折損による損失、能率低下が防止できる構造のチゼルおよび破砕機を提供する。    【解決手段】チゼル２５は、チゼル母材２６の中心に下方より孔２７を設け、その孔に耐摩耗性の高い芯材２９を嵌着した構造を有する。母材２６内における芯材２９の近傍に、上下方向に、母材２６内部を冷却する複数の貫通孔３１を設ける。貫通孔３１には、ブレーカ作動により、破砕部とチゼル先端との間の空隙部の空気の圧縮、膨張により通気される。また、貫通孔３１に水を通す。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チゼル母材の中心に下方より孔を設け、その孔に耐摩耗性の高い芯材を嵌着したチゼルにおいて、
前記母材内における前記芯材近傍に、上下方向に、母材内部を通気により冷却する複数の貫通孔を設けたことを特徴とするチゼル。
【請求項２】
請求項１に記載のチゼルにおいて、
前記貫通孔は、母材の下端より芯材とほぼ平行に設けた縦孔部と、その縦孔部の上端より母材の外面にわたって斜めに設けた斜孔部とからなることを特徴とするチゼル。
【請求項３】
請求項１または２に記載のチゼルを取付けたブレーカを有する破砕機であって、少なくとも一部が前記チゼルに向けて散水されるノズルを有する散水装置を備えたことを特徴とする破砕機。
【請求項４】
請求項３に記載の破砕機であって、前記貫通孔の斜孔部をチゼル外面側が上がるように傾斜させて形成し、前記ノズルは、前記の貫通孔の少なくとも１つに水を導入可能な向きに取付けられていることを特徴とする破砕機。
【請求項５】
請求項４に記載の破砕機であって、前記貫通孔の斜孔部のチゼル外面の開口部は、貫通孔の他の部分より拡大された構造を有することを特徴とする破砕機。
【請求項６】
請求項４または５に記載の破砕機であって、前記ノズルはチゼルの全周にわたり配置されて全貫通孔に水の導入を可能にしたことを特徴とする破砕機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粘弾性のある溶岩でなる破砕しにくい岩盤を破砕する場合においても、折損を起こしにくいチゼルおよびそのチゼルを用いた破砕機に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガス等の資源の輸送パイプの埋設作業や、道路工事もしくは鉄道工事等のためにトンネルを掘削する場合、所定の間隔で８ｍあるいは１０ｍ等の直径の立坑を掘削し、その立坑間のトンネルを、立坑から降ろしたトンネル掘削機で掘削することが行なわれる。トンネルの代わりにチゼルを用いて溝を掘削する場合もある。
【０００３】
前記立坑や溝を、例えば富士山の周囲のような溶岩（玄武岩や安山岩等）からなる粘弾性のある岩盤で掘削する場合、岩盤の一次破砕係数が７０Mpa（約７００kg/cm2）以上であると、例えば特許文献１の第５図、第６図に示すような芯材のない従来のチゼル、あるいは芯材を有するチゼルによる掘削は不可能である。従ってどうしても爆薬等による爆破に頼る以外に対策がとれなかった。
【０００４】
しかしながら、爆破は、近隣に民家が存在する場合には適用できないため、非常に長時間をかけて従来のチゼルを用いた掘削を行なうか、あるいは予定ラインの変更を行なわざるをえなかった。
【０００５】
このような問題点を解決するため、本出願人は、一次破砕係数が７０Mpa以上であって、３００Mpaにもおよぶ非常に破砕が困難な岩盤の破砕を可能とするため、特許文献２に記載のチゼルおよび破砕機を提案している。この破砕機は、破砕機本体に比べてブームの長さを短くして、狭い立坑でも比較的出力の大きな破砕機の投入を容易にするとともに、出力の大きなブレーカの投入を可能にするとともに、チゼルの外周面に、縦方向に溝を設けたものである。
【０００６】
このような構造では、チゼルの先端と岩盤の破砕部との間で圧縮される空気が溝を通して上部に抜けるため、空気圧縮によるチゼルの高温化を回避することができ、チゼルの高温化に伴うチゼルの脆弱化による破損を防止することができる。このチゼルの高温化の防止効果は、チゼルへの散水によってより助長される。現状では、この特許文献２に記載のチゼルおよびブレーカを用いかつ出力の増大を可能にした破砕機のみが７０Mpa以上の一次破砕係数を有する岩盤の破砕、掘削に適用可能であるとして、民家に近い場所でこのような破砕困難な立坑や溝の掘削の必要が生じた場合にはこのチゼルを用いた破砕機のみが使用可能であるのが現状である。
【０００７】
ちなみに粘弾性のある岩盤の破砕が困難な理由は次の通りである。従来のようにブレーカによりコンクリート地盤を破砕する場合には、コンクリートの粘弾性が小さいため、チゼルの振動により破砕する際の下動時に要する力を１としたとき、上動に要する力は０．１程度になるが、前記火山の周囲では、溶岩による粘弾性のある結晶化していない玄武岩や安山岩等からなる岩盤が多く、このような粘弾性のある岩盤の場合、チゼルの上動に要する力が０．７以上となる場合もある。
【０００８】
このような破砕が困難な岩盤では、チゼルの先端と岩盤の破砕部との間の空隙部の圧縮に伴うチゼルの高温化や摩擦によるチゼルの高温化の抑制と、高出力の要求が避けられず、従って、狭い空間で作業する破砕機でありながら、出力が大きく、かつ高温化が避けられ、折損しにくいチゼルであることが必要とされ、特許文献２に記載のチゼルと破砕機が賞用されて来たのである。
【０００９】
【特許文献１】実開昭６０-１４２０８１号公報
【特許文献２】特開２００４-１２１９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記特許文献２に記載のチゼルは、マンガン鋼等でなる母材に下端より丸孔を穿ち、その丸孔内にタンガロイ等のような耐摩耗性の高い超硬質の丸棒状の芯材を冷間圧入（芯材をドライアイス等で冷却し、直径を縮めておいて前記丸孔内に圧入する方法）により母材と一体化する。
【００１１】
このような構造のチゼルの場合、例えば１５０ｍｍの直径のチゼルの場合、一次破砕係数が１００Mpaを超える岩盤であっても、チゼルの芯材５３が消耗しつくすまで、１本当たり約７０ｍ３程度の掘削が可能である。図７（Ａ）はこの外周に溝５１を有するチゼルをある程度使用し、下部が摩耗した後の状態を示す。５２はチゼルの母材、５３はその下端より設けた丸孔５４に嵌入された芯材である。
【００１２】
このチゼルにより３００Mpa程度のきわめて破砕しにくい岩盤を掘削する場合、芯材５３を嵌入している丸孔５４の底部５４ａの箇所で亀裂５５が発生して、例えば約１０ｍ３程度破砕したところで、すなわち芯材５３が少ししか摩耗していない状態でチゼルが折損する事故が発生することがあった。このチゼルは４０万円／本程度の高価なものであるから、折損による経済的損失は大きい。また、チゼルの交換が必要となり、作業能率の低下も招く。
【００１３】
この折損した破断面を見ると、図７（Ｂ）に示すように、いずれの場合にも、芯材５３の受け面である母材の丸孔５４の底面５４ａの片側の破断面５６が鏡面５７に形成されている箇所が存在した。
【００１４】
このことから、この折損の原因は、次のように考えられる。チゼルが上下に振動する際に、破砕によって生じる熱は、外面側は水や溝５１を通過する空気により放熱されるが、内部の熱は放散しにくい。このため、チゼルの内部に熱がこもり、母材５２が膨張して芯材５３と丸孔５４との間に緩みが生じる。
【００１５】
一方、丸孔５４は切削加工により形成されるが、その底面５４ａと芯材５３の上端面との間を一致させることは困難である。したがって、破砕作業の際にチゼルが上下に振動する際に、前記熱により生じる芯材５３と丸孔５４との間の緩みにより、芯材５３が母材５４に対して上下動する。
【００１６】
この芯材５３の上下動の際に、芯材５３の上端面は丸孔５４の底面５４ａに片当たりし、これにより母材５２の内部に曲げ応力が発生して母材５２の内部に亀裂が生じる。そして、この亀裂の発生した部分の上下面が芯材５３の上下動に伴って衝突することにより、鏡面５７が形成されるものと考えられる。
【００１７】
本発明は、上記問題点に鑑み、非常に破砕にしくい岩盤の破砕の際にも、芯材の上端における母材の早期折損が防止でき、もって折損による損失、能率低下が防止できる構造のチゼルおよび破砕機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明のチゼルは、チゼル母材の中心に下方より孔を設け、その孔に耐摩耗性の高い芯材を嵌着したチゼルにおいて、
前記母材内における前記芯材近傍に、上下方向に、母材内部を通気により冷却する複数の貫通孔を設けたことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明のチゼルは、前記貫通孔が、母材の下端より芯材とほぼ平行に設けた縦孔部と、その縦孔部の上端より母材の外面にわたって斜め上向きに設けた斜孔部とからなることを特徴とする。
【００２０】
本発明の破砕機は、少なくとも一部が前記チゼルに向けて散水されるノズルを有する散水装置を備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の破砕機は、前記貫通孔の斜孔部をチゼル外面側が上がるように傾斜させて形成し、前記ノズルは、前記の貫通孔の少なくとも１つに水を導入可能な向きに取付けられていることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の破砕機は、前記貫通孔の斜孔部のチゼル外面の開口部は、貫通孔の他の部分より拡大された構造を有することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の破砕機は、前記ノズルはチゼルの全周にわたり配置されて全貫通孔に水の導入を可能にしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のチゼルによれば、粘弾性を有する岩盤を掘削する際に、チゼルの上下動に伴い、チゼルの先端と岩盤の破砕部との間に形成される空隙部の膨張、圧縮が繰り返されるので、貫通孔を通して破砕部と貫通孔の上部のチゼル外部空間との間で空気が吸気、排気される。このため、母材内部を冷却することができ、母材の丸孔と芯材との間の嵌着部の緩みの発生を防ぐことができる。その結果、ブレーカを作動させてチゼルを上下動させて岩盤を掘削する作業において、母材に対する芯材の上下動を防ぎ、チゼルの折損を防止することができる。
【００２５】
また、縦孔部の上端より上部は斜孔部とすれば、芯材が磨耗した場合においても、貫通孔の外面開口部を破砕面より上位置に確保することができ、貫通孔における通気が確保できる。
【００２６】
本発明の破砕機は、チゼルに散水する装置を備えたので、水によりチゼルの温度上昇をさらに抑制することができ、前記母材内部の温度上昇による芯材の緩みの防止が促進され、チゼル折損をよりよく防止できる。
【００２７】
また、この散水装置を有するものにおいて、貫通孔の上部を斜めに形成することにより、貫通孔に水を容易に供給することができ、また、この孔を通す水により、チゼルの内部をよりよく冷却することができ、チゼルの折損をより確実に防止することができる。
【００２８】
また、前記貫通孔の斜孔部のチゼル外面の開口部を、貫通孔の他の部分より拡大された構造とすることにより、前記水の貫通孔への導入が容易となり、母材内部への水の導入量が増加し、母材内部が良好に冷却される。
【００２９】
また、前記ノズルはチゼルの全周にわたり配置されて全貫通孔に水の導入を可能にすることにより、水による母材内部の効率のよい冷却が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１（Ａ）は本発明によるチゼルの側面図、（Ｂ）はその要部拡大図である。図２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ図１（Ｂ）のＥ−Ｅ、Ｆ-Ｆ断面図である。このチゼル２５は、例えばマンガン鋼からなる母材２６に下端より丸孔２７を加工し、その丸孔２７にタンガロイ等からなる対磨耗性の高い超硬質材料でなる芯材２９を冷間嵌入により取付ける。３０はチゼル２５のブレーカへの取付部であり、ブレーカに設けられたストッパピンの係合凹部３０ａを有する。母材２６の先端はテーパー状に形成されている。
【００３１】
３１は母材２６内に設けた貫通孔である。本実施の形態の貫通孔３１は、芯材２９から微小間隔Δを隔てた箇所に、上下方向に設けた縦孔部３１ａと、その縦孔部３１ａの上端より外側が上になるように斜めに設けた斜孔部３１ｂとからなる。
【００３２】
なお、実施例のチゼル２５は母材２６の外径を１５０ｍｍ、長さを１３００ｍｍ、芯材２９の直径を４２ｍｍ、長さを３２０ｍｍ、貫通孔３１の直径を５ｍｍ、縦孔部３１ａの外周と芯材２９との間の間隔Δを５ｍｍとした。なお、貫通孔３１の直径は好ましくは３〜７ｍｍ、前記間隔Δは好ましくは３〜７ｍｍである。また、貫通孔３１の本数は好ましくは３〜８本である。この貫通孔３１は必ずしも図示のような同心円状に配置する必要はない。
【００３３】
図３は前記チゼル２５を用いた破砕機の一例として示した立坑掘削用ショートリーチ破砕機の一実施の形態を示す側面図である。１はクローラ式走行体、２は該走行体１上に搭載された旋回装置、３は該旋回装置上に設置された旋回体、４は旋回体３に取付けられた多関節フロントである。多関節フロント４はブーム５、アーム６および作業具としてのブレーカ７からなる。ブレーカ７には前記チゼル２５が取付けられる。
【００３４】
前記ブーム５はほぼ直線状をなし、旋回体３にピン８を中心としてブーム起伏用油圧シリンダ９により起伏されるように取付けられる。ブーム起伏用油圧シリンダ９は、一端を旋回体３にピン１０により連結し、他端をブーム５あるいは好ましくはアーム連結を兼ねた連結ピン１１によりブーム５の頂部に連結する。該ブーム起伏用油圧シリンダ９は、ブーム５とほぼ等しいかあるいはブーム５に近い長さを有し、シリンダストロークが最伸長状態のときにブーム５が略垂直状態となるように設定される。アーム６はほぼ直線状をなし、これを回動させる油圧シリンダ１２は、ブーム５の背部にピン１３により一端を連結し、他端をアーム６の後端部にピン１４により連結して取付ける。
【００３５】
ブレーカ７は、車体重量に対応して標準的に装着されるものよりも出力、チゼル２５、重量等が大きいものであり、アーム６の先端にピン２０により回動自在に取付けられる。ブレーカ７を回動させる油圧シリンダ１５は、一端をアーム６にピン１６により連結し、他端をピン１７によりリンク１８、１９に連結し、リンク１８、１９はそれぞれピン２１、２２によりアーム６およびブレーカ７に連結する。
【００３６】
図３の連結ピン１１によるブーム５とアーム６との連結位置は、図３の二点鎖線に示すアーム６が運転室４４に最も接近した状態において、チゼル２５の先端が走行体１の近傍で接地可能なように（すなわち作業半径が小さくなるように）設定される。
【００３７】
なお、前述のようにブーム５とアーム６とをぼぼ同じ長さに設定することが望ましく、これにより、アーム６の先端位置における作業半径が従来の油圧ショベルより小さくなり、アーム６の先端を走行体１の近傍まで近づけることができ、さらにフロント側の転倒モーメントを小さくできる。そしてこの転倒モーメントが小さくできることに起因して、ブレーカ７を標準のものよりも破砕力の大きな大型のものが装着可能となる。また、大型のブレーカ７を装着するにあたり、その作動に耐えうるようにブーム５、アーム６を構成する板厚を厚くする等のフロントの強度アップを施し、ピン１７、２０、２１、２２も標準のものよりも大径のものを用いる。また、車体の安定性をより確保するため、旋回体３の後部に設けられるカウンタウエイト（不図示）の重量を増やすことが望ましい。また、走行体１は、旋回体３の幅内に収まるように左右の履帯間隔を設定し、旋回体３の後端の旋回半径内に収まるようにその長手方向の長さを設定すると良い。
【００３８】
図３において、多関節フロント４は、走行体１から遠い位置にブレーカ７を離して作業している状態を実線で示し、走行体１に近接した位置にブレーカ７を位置させて作業している状態を二点鎖線で示す。
【００３９】
図４はこのショートリーチ破砕機２４の作業範囲を示す。図４において、３３は高速道路、鉄道、鉄塔基礎施工、または地下鉄等のトンネル工事等のための立坑である。３４はショートリーチ破砕機２４の作業範囲を示す。前述のように、ブーム５はアーム６の長さにほぼ等しいかあるいはこれと近い短い長さにしているので、走行体１の近傍のブレーカ７による破砕も容易に行える。また、ブーム５が短いため、多関節フロント４が立坑３３の内壁につかえることなく、旋回体３を容易に旋回させて立坑２５内の異なる場所に破砕を行うことができ、作業性が向上する。
【００４０】
また、本例ではブーム５とアーム６との連結ピン１１をブーム起伏用油圧シリンダ９とブーム５との連結ピンとして兼用しているので、ブーム５の長さが短い多関節フロント４が簡単な構造で構成できる。また、多関節フロント４は短いブーム５を有するため、比較的大型の出力の大きいベースマシンを用いることができ、狭い立坑内での作業を能率良く行うことができる。
【００４１】
また、この破砕機は、図３に示すように、前記ブレーカ７にノズル４０と給水用配管４１からなる散水装置を取付け、ノズル４０から地盤の破砕部に散水可能としている。そして本例ではこの散水装置により散水とその停止を行うための例えばペダルのような切換手段４３を運転室４４に備えてオペレータが作業中に散水とその停止を制御するようにしている。この散水に使用する水としては所定の水圧を有する水道水以外に貯蔵水や天然水をポンプで昇圧して用いることができる。
【００４２】
破砕機２４等のようにブレーカ７を有する破砕機に本発明のチゼル２５を用いて立坑３３を掘削すれば、破砕作業の際に、図５に示すように、チゼル２５の上下動によりチゼル２５の先端と破砕部３６との間の空隙部３７で圧縮される空気が矢印３９で示すように貫通孔３１を通して外部に流出し、また、反対に岩盤の有する粘弾性のため、チゼル２５が上動する際には、逆に矢印３７と反対に外気を吸い込むため、母材２６の内部が通気により冷却され、母材２６の内部の温度上昇が阻まれる。このため、母材２６の膨張による芯材２９の緩みと、この緩みによる芯材２９の母材２６に対する上下動が抑制される。すなわち芯材２９が母材２６と一体になって破砕が行なわれることとなる。
【００４３】
その結果、芯材２９の上端が丸孔２７の底部２７ａに片当たりすることによって生じる前記底部２７ａの周囲における応力が緩和され、３００Mpaに至るような従来においては想像もできない非常に破砕しにくい溶岩台地であっても、チゼル２５が折損することなく、あるいは折損を遅らせることができる。このため、チゼル折損による作業の中断や、例えば直径が１５０ｍｍ程度のもので４０万円／本という高価なチゼルが使用できなくなるという経済的損害を低減することができる上、チゼル交換頻度や作業の中断を少なくすることができ、作業能率を向上させることができる。なお、仮にチゼル２５全体をタンガロイのような超硬質材とすると、チゼルは数百万円以上／本という非常に高価なものとなり、現実には経済的に採用不可能である。
【００４４】
また、貫通孔３１を設けたことにより、粘弾性のある岩盤の破砕の際にもチゼル２５の先端の空隙部３７の空気が高圧になることによって生じる爆発的破砕現象の発生が防止される。このため、爆発的破砕現象の発生する粉塵によって視界不良となり、このために生じる破砕作業の中断による作業能率の低下や、チゼル先端に密閉空間（エアークッション）が生じることによる破砕効率の低下の問題が解消され、能率良く破砕作業を行うことができる。また、粉塵による塵肺等、オペレータの健康被害の問題も解消される。
【００４５】
また、本実施の形態においては、縦孔部３１ａの上端より上部は斜孔部３１ｂに形成しているので、芯材が磨耗した場合においても、貫通孔３１の外面開口部を破砕面より上位置に確保することができ、貫通孔３１における通気が確保できる。
【００４６】
また、図３に示したように、前記ブレーカ７にノズル４０と給水用配管４１からなる散水装置を取付け、ノズル４０から地盤の破砕部に散水することにより、水とチゼルとの熱交換と、水の気化熱をチゼルから奪うことにより、チゼル２５の温度上昇をよりよく抑えることができ、前記芯材２９の上下動がよりよく抑制される。
【００４７】
また、散水により、粉塵の発生をより完全に防止することができる。そしてこれにより、破砕部をより明瞭に目視でき、かつ塵肺等のオペレータの健康被害をより完全に防止できる。
【００４８】
図６は本発明の他の実施の形態であり、この実施の形態においては、ブレーカ７に円還状の給水管４１ａを設け、この給水管４１ａに貫通孔３１に対応してノズル４０を設け、ノズル４０から散水される水４５を貫通孔３１に通すことにより、チゼル２５の母材２６の内部をよりよく冷却することができるようにしたものである。これにより、チゼル２５の折損をより確実に防止することが可能となる。
【００４９】
また、本実施の形態においては、貫通孔３１の斜孔部３１ｂのチゼル外面の開口部３１ｃを、貫通孔３１の他の部分より拡大された構造としている。この構造により、前記ノズル４０からの水の貫通孔３１への導入が容易となり、母材２６の内部への水の導入量が増加し、母材内部が良好に冷却される。これによりチゼル２５の折損がよりよく防止される。
【００５０】
また、本実施の形態においては、各貫通孔３１に対応させてそれぞれノズル４０を設け、各ノズル４０からそれぞれの貫通孔３１に水の導入を可能にしている。これにより、全貫通孔３１に水を導入することができ、母材２６の内部を均一に効率よく冷却することが可能となる。なお、本実施の形態においては、開口部３１ｃを設けたことによってチゼル２５が開口部３１ｃにおいて折損しやすくなることを防止するため、開口部３１ｃの高さ方向の位置を異ならせると共に、高さの異なる開口部３１ｃにそれぞれ水の導入が可能となるように、対応するノズル４０の放水先の高さを異ならせている。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】（Ａ）は本発明によるチゼルの一実施の形態を示す側面図、（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ図１のＥ−Ｅ、Ｆ−Ｆ断面図である。
【図３】図１、図２のチゼルを用いた破砕機の一実施の形態を示す側面図である。
【図４】図３の破砕機により立坑の掘削を行なっている状態を示す平面図である。
【図５】本実施の形態の作用を説明する側面図である。
【図６】本発明によるチゼルの他の実施の形態を示す側面図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来のチゼルの問題点を説明する側面図および破砕部の底面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１：走行体、２：旋回装置、３：旋回体、４、：多関節フロント、５：ブーム、６：アーム、７：ブレーカ、９：ブーム起伏用油圧シリンダ、１１：兼用ピン、１２：アーム回動用油圧シリンダ、１５：ブレーカ回動用油圧シリンダ、２４：ショートリーチ破砕機、２５：チゼル、２６：母材、２７：丸孔、２９：芯材、５０：取付部、３１：貫通孔、３１ａ：縦孔部、３１ｂ：斜孔部、３１ｃ：開口部、３３：立坑、３４：作業範囲、４０：ノズル、４１：給水管、４３：散水用切換手段、４４：運転室、４５：水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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