特開 2025-86499 破砕器具および破砕方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025086499

(43)【公開日】2025-06-09

(54)【発明の名称】破砕器具および破砕方法

(51)【国際特許分類】

   B25D 11/04 20060101AFI20250602BHJP

   E21C 27/28 20060101ALI20250602BHJP

【ＦＩ】

B25D11/04

E21C27/28

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023200507

(22)【出願日】2023-11-28

(71)【出願人】

【識別番号】507250427

【氏名又は名称】日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】仲田 宗生

【テーマコード（参考）】

2D058

2D065

【Ｆターム（参考）】

2D058AA12

2D058CA03

2D058CB06

2D058CB12

2D058CB14

2D058CC28

2D058DA45

2D065DA16

2D065DB17

2D065GA01

(57)【要約】

【課題】先端ツールの急激な損耗を回避することにより、先端ツールの寿命低下を防ぐことが可能な破砕器具および破砕方法を提供する。
【解決手段】破砕器具１０は、ピストン６を駆動するサーボモータ７と、サーボモータ７の出力を制御する制御装置８と、インパクトボルト上部３ａとインパクトボルト下部３ｂとの間に配置され、インパクトボルト上部３ａとインパクトボルト下部３ｂとの間の圧力を圧力信号に変換する圧力検出装置９とを備え、制御装置８は、前記圧力信号を監視しながらサーボモータ７の出力を連続的または段階的に上昇させ、前記圧力信号の信号強度が所定の閾値を超えた場合に、サーボモータ７の出力を低下させる。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒形状のケーシングと、
破砕対象物に接触する先端ツールと、
前記先端ツールの基端部に取り付けられ、前記ケーシング内に摺動可能に配置されたインパクトボルトと、
前記ケーシング内に摺動可能に配置され、前記インパクトボルトに打撃力を作用させるストライカと、
前記ケーシング内に摺動可能に配置され、前記ストライカとの間に空気バネを形成するピストンと、
前記ピストンを駆動するモータとを備えた破砕器具において、
前記モータは、サーボモータであり、
前記インパクトボルトは、インパクトボルト上部と、インパクトボルト下部とを有し、
前記破砕器具は、
前記サーボモータの出力を制御する制御装置と、
前記インパクトボルト上部と前記インパクトボルト下部との間に配置され、前記インパクトボルト上部と前記インパクトボルト下部との間の圧力を圧力信号に変換する圧力検出装置とを備え、
前記制御装置は、前記圧力信号を監視しながら前記サーボモータの出力を連続的または段階的に上昇させ、前記圧力信号の信号強度が所定の閾値を超えた場合に、前記サーボモータの出力を低下させる
ことを特徴とする破砕器具。

【請求項2】

請求項１に記載の破砕器具において、
前記制御装置は、前記サーボモータの出力を連続的または段階的に上昇させながら前記圧力信号を監視し、前記圧力信号の信号強度が前記所定の閾値を超えた場合に、前記サーボモータを停止させる
ことを特徴とする破砕器具。

【請求項3】

請求項１に記載の破砕器具において、
前記制御装置は、前記圧力信号を監視しながら前記サーボモータの出力を連続的または段階的に上昇させ、前記圧力信号の信号強度が前記所定の閾値を超えることなく低下した場合に、前記サーボモータの出力を低下させる
ことを特徴とする破砕器具。

【請求項4】

請求項１に記載の破砕器具において、
前記圧力検出装置は、複数のロードセルで構成され、
前記制御装置は、前記複数のロードセルからそれぞれ出力される信号強度の合計値を前記圧力信号の信号強度として算出する
ことを特徴とする破砕器具。

【請求項5】

請求項４に記載の破砕器具において、
前記圧力検出装置は、３つのロードセルで構成され、
前記３つのロードセルは、同一直線上に並ばないように配置されている
ことを特徴とする破砕器具。

【請求項6】

破砕対象物を破砕する破砕方法において、
前記破砕対象物に接触する先端ツールの打撃力を監視しながら前記先端ツールの打撃力を連続的または段階的に上昇させる第１ステップと、
前記先端ツールの打撃力が所定の閾値を超えた場合に、前記先端ツールの打撃力を低下させる第２ステップとを備える
ことを特徴とする破砕方法。

【請求項7】

請求項６に記載の破砕方法において、
前記第２ステップにおいて、前記先端ツールの打撃力が前記所定の閾値を超えた場合に、前記先端ツールの打撃を停止する
ことを特徴とする破砕方法。

【請求項8】

請求項６に記載の破砕方法において、
前記先端ツールの打撃力が前記所定の閾値を超えることなく低下した場合に、前記先端ツールの打撃力を低下させる第３ステップを備える
ことを特徴とする破砕方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、破砕器具に関する。

【背景技術】

【0002】

トンネル掘削、岩盤破砕や採鉱等の作業では、衝撃工具であるブレーカーの先端にチゼルを取り付けた破砕器具が用いられている。破砕器具の一種である削岩装置の先行技術を開示する文献として、例えば特許文献１がある。

【0003】

特許文献１には、「被破砕物に接触するチゼルを有するブレーカーと、前記ブレーカーにおける軸方向と直交する方向の荷重である平面荷重を計測する平面荷重検出部と、前記ブレーカーを前記軸方向と直交する方向に移動可能に支持するブレーカー支持機構と、前記平面荷重検出部が計測した前記ブレーカーにおける全周の平面荷重の分布に基づいて、前記ブレーカーにおける前記被破砕物に対する姿勢を変更する姿勢変更機構と、を備えた削岩装置」が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２３－６９６１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一般的な破砕器具のチゼル（先端ツール）には、焼き入れ鋼を用いる場合が多い。このような破砕器具は、先端ツールよりも硬度または破壊靭性値が低い物体に対して使用される。一方で、様々な組成・組織で構成された、未知の物性を有する物体を破砕する際にも破砕器具が使用したいという要望がある。しかしながら、破砕対象物に金属等などの硬度または破壊靭性値が高い材料が含まれていた場合に、当該材料を打撃し続けることで先端ツールが急激に損耗し、先端ツールの寿命が大きく低下する可能性がある。

【0006】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、先端ツールの急激な損耗を回避することにより、先端ツールの寿命低下を防ぐことが可能な破砕器具および破砕方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明は、筒形状のケーシングと、破砕対象物に接触する先端ツールと、前記先端ツールの基端部に取り付けられ、前記ケーシング内に摺動可能に配置されたインパクトボルトと、前記ケーシング内に摺動可能に配置され、前記インパクトボルトに打撃力を作用させるストライカと、前記ケーシング内に摺動可能に配置され、前記ストライカとの間に空気バネを形成するピストンと、前記ピストンを駆動するモータとを備えた破砕器具において、前記モータは、サーボモータであり、前記インパクトボルトは、インパクトボルト上部と、インパクトボルト下部とを有し、前記破砕器具は、前記サーボモータの出力を制御する制御装置と、前記インパクトボルト上部と前記インパクトボルト下部との間に配置され、前記インパクトボルト上部と前記インパクトボルト下部との間の圧力を圧力信号に変換する圧力検出装置とを備え、前記制御装置は、前記圧力信号を監視しながら前記サーボモータの出力を連続的または段階的に上昇させ、前記圧力信号の信号強度が所定の閾値を超えた場合に、前記サーボモータの出力を低下させるものとする。

【0008】

また、本発明は、破砕対象物を破砕する破砕方法において、前記破砕対象物に接触する先端ツールの打撃力を監視しながら前記先端ツールの打撃力を連続的または段階的に上昇させる第１ステップと、前記先端ツールの打撃力が所定の閾値を超えた場合に、前記先端ツールの打撃力を低下させる第２ステップとを備えるものとする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、一定の打撃力を超えても破砕対象物が破砕しない場合に、先端ツールの打撃力を発生させるサーボモータの出力が低下する。これにより、先端ツールよりも硬度または破壊靭性値が高い材料を打撃し続けることによる先端ツールの急激な損耗を回避できるため、先端ツールの寿命低下を防ぐことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態におけるチゼル装置の構成図である。

【図2】本発明の実施形態におけるチゼル装置を用いた破砕方法を示すフローチャートである。

【図3】破砕対象物が破砕する際の打撃回数と打撃力との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、各図中、同等の要素には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。

【0012】

図１は、本実施形態における破砕器具であるチゼル装置の構成図である。図１において、チゼル装置１０は、筒形状のケーシング１と、破砕対象物に接触する先端ツールであるチゼル２と、チゼル２の基端部に取り付けられ、ケーシング１内に摺動可能に配置されたインパクトボルト３と、ケーシング１内に摺動可能に配置され、インパクトボルト３に打撃力を作用させるストライカ４と、ケーシング１内に摺動可能に配置され、ストライカ４との間に空気バネ５を形成するピストン６と、ピストン６を駆動するサーボモータ７と、サーボモータ７の出力を制御する制御装置８とを備えている。

【0013】

ピストン６が下方向に駆動されると空気バネ５が圧縮され、圧縮された空気バネ５の膨張によりストライカ４が下方向に駆動され、インパクトボルト３に衝突する。インパクトボルト３に伝えられたストライカ４の運動エネルギーはチゼル２に伝わり、チゼル２の打撃力となる。ストライカ４はインパクトボルト３に衝突した際の反力で上方向に移動する。ストライカ４が上方向に移動するタイミングとピストン６が下方向に駆動されるタイミングとを合わせ、空気バネ５の圧力を高めることにより、強い打撃力を発生させることが可能となる。

【0014】

一般的なチゼル装置は、ピストン６の動力源として、出力（回転数またはトルク）の制御機構を持たないモータを備えている。これに対し、本実施形態におけるチゼル装置１０は、出力（回転数またはトルク）を制御可能なサーボモータ７を備えており、サーボモータ７の出力制御によりチゼル２の打撃力を調整できる。

【0015】

インパクトボルト３は上下に二分割されており、インパクトボルト上部３ａと、インパクトボルト下部３ｂとを有する。インパクトボルト上部３ａとインパクトボルト下部３ｂとの間には、チゼル２の打撃力（反力を含む）を測定するための圧力検出装置９が配置されている。

【0016】

圧力検出装置９は、複数のロードセル９ａ，９ｂ，９ｃで構成されている。本実施形態における圧力検出装置９は３つのロードセル９ａ，９ｂ，９ｃで構成されているが、ロードセルの数はこれに限定されない。ロードセル９ａ，９ｂ，９ｃはチゼル２の打撃力（反力を含む）を圧力信号に変換し、制御装置８へ出力する。制御装置８は、ロードセル９ａ，９ｂ，９ｃから出力された圧力信号に応じてサーボモータ７の出力（回転数またはトルク）を制御する。制御装置８は、ＣＰＵ等の演算装置、ＲＯＭおよびＲＡＭ等の記憶装置、外部機器との間の信号入出力を行う入出力インタフェース等を備えたマイクロコンピュータ等で構成される。

【0017】

圧力検出装置９を複数のロードセル９ａ，９ｂ，９ｃで構成することにより、各ロードセル９ａ，９ｂ，９ｃが単体で検出できる最大圧力がチゼル２の打撃力を下回る場合でも、各ロードセル９ａ，９ｂ，９ｃの圧力信号を合計することにより、チゼル２の打撃力を正確に測定することが可能となる。また、ロードセル９ａ，９ｂ，９ｃは、ケーシング１の周方向に等間隔に配置されている。このように３つのロードセル９ａ，９ｂ，９ｃを同一直線状に並ばないように配置することにより、インパクトボルト上部３ａとインパクトボルト下部３ｂとのガタつきを防止することが可能となる。

【0018】

図２は、チゼル装置１０を用いた破砕方法を示すフローチャートである。以下、各ステップについて順に説明する。

【0019】

まず、チゼル２を最初の打撃ポイントへ移動する（ステップＳ１）。ステップＳ１は、作業者またはロボットにより行われる。

【0020】

ステップＳ１に続き、制御装置８は、サーボモータ７を低出力で駆動する（ステップＳ２）。これにより、弱打撃力で打撃が開始される。

【0021】

ステップＳ２に続き、制御装置８は、圧力検出装置９から入力された圧力信号の強度が所定の閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ３）。ここでいう所定の閾値は、チゼル２に急激な損耗が生じない程度の打撃力に基づいて設定される。

【0022】

ステップＳ３の判定結果がＹＥＳの場合は、制御装置８は、サーボモータ７の出力を停止し（ステップＳ６）、後述するステップＳ７に進む。これにより、一定の打撃力を超えても破砕対象物が破砕しない場合は、先端ツール２の打撃が停止するため、先端ツール２の急激な損耗を回避することが可能となる。なお、サーボモータ７の出力を必ずしも停止させる必要は無く、出力を低下させるだけでも良い。

【0023】

ステップＳ３の判定結果がＮＯの場合は、制御装置８は、圧力信号の強度が低下したか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４は、現在の打撃ポイントにおいて破砕対象物が破砕したか否かを判定する処理である。破砕対象物が破砕する際の打撃回数と打撃力との関係を図３に示す。破砕対象物が破砕するとチゼル２の打撃力（ロードセル９ａ，９ｂ，９ｃからの圧力信号の強度）は急激に低下する。この低下を検出することにより、打撃中の外乱の中でも破砕対象物が破砕したことを瞬時に検知することが可能となる。

【0024】

ステップＳ４の判定結果がＮＯの場合は、制御装置８は、サーボモータ７の出力を僅かに増加させ（ステップＳ５）、ステップＳ３に戻る。これにより、破砕対象物が破砕しない場合は、チゼル２の打撃力が徐々に（連続的または段階的に）増加する。

【0025】

ステップＳ４の判定結果がＹＥＳの場合は、次の打撃ポイントが存在するか否かを判定する（ステップＳ７）。ステップＳ７は、作業者またはロボットにより行われる。ステップＳ７の判定結果がＹＥＳの場合は、チゼル２を次の打撃ポイントへ移動させ（ステップＳ８）、ステップＳ２に戻る。これにより、現在の打撃ポイントにおいて破砕対象物が破砕した直後にサーボモータ７の出力が低下するため、サーボモータ７の消費電力を抑制することが可能となる。

【0026】

ステップＳ４の判定結果がＮＯの場合は、当該フローを終了する。

【0027】

（まとめ）
本実施形態では、筒形状のケーシング１と、破砕対象物に接触する先端ツール２と、先端ツール２の基端部に取り付けられ、ケーシング１内に摺動可能に配置されたインパクトボルト３と、ケーシング１内に摺動可能に配置され、インパクトボルト３に打撃力を作用させるストライカ４と、ケーシング１内に摺動可能に配置され、ストライカ４との間に空気バネ５を形成するピストン６と、ピストン６を駆動するモータ７とを備えた破砕器具１０において、モータ７は、サーボモータ７であり、インパクトボルト３は、インパクトボルト上部３ａと、インパクトボルト下部３ｂとを有し、破砕器具１０は、サーボモータ７の出力を制御する制御装置８と、インパクトボルト上部３ａとインパクトボルト下部３ｂとの間に配置され、インパクトボルト上部３ａとインパクトボルト下部３ｂとの間の圧力を圧力信号に変換する圧力検出装置９とを備え、制御装置８は、前記圧力信号を監視しながらサーボモータ７の出力を連続的または段階的に上昇させ、前記圧力信号の信号強度が所定の閾値を超えた場合に、サーボモータ７の出力を低下させる。また、本実施形態では、破砕対象物を破砕する破砕方法において、破砕対象物に接触する先端ツール２の打撃力を監視しながら先端ツール２の打撃力を連続的または段階的に上昇させる第１ステップ（ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５）と、先端ツール２の打撃力が所定の閾値を超えた場合に、先端ツール２の打撃力を低下させる第２ステップ（ステップＳ６）とを備える。

【0028】

以上のように構成した本実施形態によれば、硬度または破壊靭性値の高い材料を一定以上の打撃力で打撃しても破砕できなかった場合に、先端ツール２の打撃力が低下する。これにより、硬度または破壊靭性値が高い材料を打撃し続けることによる先端ツール２の急激な損耗を回避できるため、先端ツールの寿命低下を防ぐことが可能となる。

【0029】

また、本実施形態における制御装置８は、サーボモータ７の出力を連続的または段階的に上昇させながら前記圧力信号を監視し、前記圧力信号の信号強度が前記所定の閾値を超えた場合に、サーボモータ７を停止させる。また、本実施形態における破砕方法では、前記第２ステップ（ステップＳ６）において、先端ツール２の打撃力が前記所定の閾値を超えた場合に、先端ツール２の打撃を停止する。これにより、硬度または破壊靭性値の高い材料を一定以上の打撃力で打撃しても破砕できなかった場合に、先端ツール２の打撃が停止するため、先端ツール２の急激な損耗をより確実に回避することが可能となる。

【0030】

また、本実施形態における制御装置８は、前記圧力信号を監視しながらサーボモータ７の出力を連続的または段階的に上昇させ、前記圧力信号の信号強度が前記所定の閾値を超えることなく低下した場合に、サーボモータ７の出力を低下させる。また、本実施形態における破砕方法は、先端ツール２の打撃力が前記所定の閾値を超えることなく低下した場合に、先端ツール２の打撃力を低下させる第３ステップ（ステップＳ４，Ｓ２）を備える。これにより、破砕対象物が破砕した直後にサーボモータ７の出力が低下するため、サーボモータ７の消費電力を抑制することが可能となる。

【0031】

また、本実施形態における圧力検出装置９は、複数のロードセル９ａ，９ｂ，９ｃで構成され、制御装置８は、複数のロードセル９ａ，９ｂ，９ｃからそれぞれ出力される信号強度の合計値を前記圧力信号の信号強度として算出する。これにより、各ロードセル９ａ，９ｂ，９ｃが単体で検出できる最大圧力が先端ツール２の打撃力を下回る場合でも、各ロードセル９ａ，９ｂ，９ｃの圧力信号を合計することにより、先端ツール２の打撃力を正確に測定することが可能となる。

【0032】

また、本実施形態における圧力検出装置９は、３つのロードセル９ａ，９ｂ，９ｃで構成され、３つのロードセル９ａ，９ｂ，９ｃは、同一直線上に並ばないように配置されている。これにより、インパクトボルト上部３ａとインパクトボルト下部３ｂとのガタつきを防止することが可能となる。

【0033】

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、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明をわかりやすく説明するために示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

【符号の説明】

【0034】

１…ケーシング、２…チゼル（先端ツール）、３…インパクトボルト、３ａ…インパクトボルト上部、３ｂ…インパクトボルト下部、４…ストライカ、５…空気バネ、６…ピストン、７…サーボモータ、８…制御装置、９…圧力検出装置、９ａ，９ｂ，９ｃ…ロードセル、１０…チゼル装置（破砕器具）。

【図1】

【図2】

【図3】