チゼル
【課題】摩滅により全長が変化しても騒音が快音に維持されるチゼルを提供する。
【解決手段】ウエイト部材３２０，３３０が特定の位置に付加されており、使用初期長Ｌｌでの特定の振動モードの固有周波数ｆlnと、使用限界長Ｌｓでの振動モードの固有周波数ｆsnとが、特定周波数帯内となる位置にウエイト部材３２０，３３０が付加されている。従って、人間にとって不快な周波数の騒音を発生することを抑制でき、このことを破砕作業とともに全長が使用初期長から使用限界長まで摩滅する過程で維持することができる。
【解決手段】ウエイト部材３２０，３３０が特定の位置に付加されており、使用初期長Ｌｌでの特定の振動モードの固有周波数ｆlnと、使用限界長Ｌｓでの振動モードの固有周波数ｆsnとが、特定周波数帯内となる位置にウエイト部材３２０，３３０が付加されている。従って、人間にとって不快な周波数の騒音を発生することを抑制でき、このことを破砕作業とともに全長が使用初期長から使用限界長まで摩滅する過程で維持することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレーカ装置に着脱自在に装着されて破砕作業に利用されるチゼルに関し、特に、作業時に無視できない騒音を発生するチゼルに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、コンクリートの破砕作業などにブレーカ装置が利用されている。このようなブレーカ装置の一従来例を図７および図８を参照して以下に説明する。なお、ここでは説明を簡単とするため、図示するように、上下方向を規定する。
【０００３】
ブレーカ装置１００は、図７に示すように、円筒状の装置本体１０１を有している。この装置本体１０１の内部には、上下方向にスライド自在なピストン部材と、このピストン部材を往復移動させる駆動機構と、が内蔵されている(図示せず)。
【０００４】
ブレーカ装置１００の装置本体１０１の下端には、チゼル１１０が交換自在に装着される。チゼル１１０は、高硬度の鋼材などにより軸状に形成されている。チゼル１１０は、上下方向に変位自在な状態で、その上端である末端にピストン部材が当接するように、装置本体１０１に支持される。
【０００５】
ブレーカ装置１００は、図８に示すように、例えば、油圧パワーショベル等の建設車両１２０の可動アーム１２１にブラケット１２２により装着される。
【０００６】
建設車両１２０がチゼル１１０の下端である先端を破砕対象に当接させた状態で、ブレーカ装置１００が駆動される。すると、上下方向に往復移動されるピストン部材がチゼル１１０の上端を繰り返し打撃する。
【０００７】
これでチゼル１１０の末端から先端まで圧縮の応力波が縦波として伝播する。そこで、このチゼル１１０の先端が圧接されている破砕対象が破砕される。
【０００８】
現在、上述のようなチゼルの各種の提案がある(例えば、特許文献１〜３参照)。
【特許文献１】実開昭５８−４０３８２号
【特許文献２】特開２００２−１０３２４７号
【特許文献３】特開２００２−３３１４７２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のようなブレーカ装置１００は、破砕対象に当接しているチゼル１１０を繰り返し打撃するので、当然ながら多大な騒音を発生する。
【００１０】
この課題を解決するため、装置本体を半密閉構造のボックス状のブラケットに収容したブレーカ装置(図示せず)もある。しかし、実際には装置本体から発生する騒音よりチゼルから発生する騒音の方が大きい。
【００１１】
この課題を解決するためには、チゼルも遮音構造のハウジング内に収容することが想定できる。しかし、チゼルは破砕対象に圧接される必要がある。また、チゼルは破砕作業とともに摩滅して先端の位置が後退する。このため、チゼルをハウジングなどの内部に配置することは困難である。
【００１２】
さらに、一般的に音質の評価因子として、金属因子、迫力因子、美的因子、明暗因子、などがある。そして、前述のようにチゼルは高硬度の鋼材などで形成されており、コンクリートなどを破砕対象とする。
【００１３】
このため、チゼルが発生する騒音の音質は、高周波域の金属因子や低周波域の迫力因子が支配的である。このような音質の騒音は、人間にとって極めて不快である。つまり、従来のチゼルは、多大な騒音を人間にとって不快な音質で発生している。
【００１４】
本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、人間にとって不快な音質の騒音を発生しないチゼルを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第一のチゼルは、ブレーカ装置に装着されて破砕作業に利用されるチゼルであって、質量が特定の位置に付加されており、使用初期長Ｌｌでの特定の振動モードの固有周波数ｆlnと、使用限界長Ｌｓでの振動モードの固有周波数ｆsnとが、特定周波数帯内となる位置に質量が付加されている。
【００１６】
従って、本発明のチゼルでは、例えば、破砕作業とともに全長が使用初期長から使用限界長まで摩滅するときでも、その過程において発生する騒音の固有周波数が、人間が快音と感じる特定周波数帯内に維持される。
【００１７】
本発明の第二のチゼルは、ブレーカ装置に装着されて破砕作業に利用されるチゼルであって、質量が特定の位置に付加されており、質量が付加されていない状態では特定周波数帯内にない特定の振動モードの固有周波数が特定周波数帯内となる位置に質量が付加されている。従って、本発明のチゼルでは、質量が付加されることにより、発生する騒音の固有周波数が、人間が快音と感じる特定周波数帯内にある。
【００１８】
なお、本発明で云うチゼルとは、ブレーカ装置に装着されて破砕作業に利用される軸状の工具を意味しており、例えば、ウエッジ、アッシ、等と呼称されているものも内包している。
【００１９】
また、本発明で云う各種の構成要素は、必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が１個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等も可能である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の第一のチゼルでは、使用初期長Ｌｌでの特定の振動モードの固有周波数ｆlnと、使用限界長Ｌｓでの振動モードの固有周波数ｆsnとが、特定周波数帯内となる位置に質量が付加されていることにより、人間にとって不快な周波数の騒音が発生することを抑制でき、このことを破砕作業とともに全長が使用初期長から使用限界長まで摩滅する過程で維持することができる。
【００２１】
本発明の第二のチゼルでは、質量が付加されていない状態では特定周波数帯内にない特定の振動モードの固有周波数が特定周波数帯内となる位置に質量が付加されていることにより、人間にとって不快な周波数の騒音が発生することを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施の一形態を、図１ないし図６を参照して以下に説明する。なお、本実施の形態に関して前述した一従来例と同一の部分は、同一の名称を使用して詳細な説明は省略する。
【００２３】
また、本実施の形態では図示するように上下方向を規定して説明する。ただし、これは説明を簡単とするために便宜的に規定するものであり、本発明を実施する場合の製造時や使用時の方向を限定するものではない。
【００２４】
図１に示すように、本実施の形態のブレーカ装置２００は、装置本体２１０とチゼル３００とを有しており、装置本体２１０にチゼル３００が装着されている。ブレーカ装置２００の装置本体２１０は、下端が開口した円筒状に形成されている。
【００２５】
この装置本体２１０の内部下方には、チゼル３００を交換自在に保持するシャンク機構２１１が形成されている。装置本体２１０の内部には、ピストン部材２１２が上下方向にスライド自在に挿入されている。
【００２６】
ブレーカ装置２００の装置本体２１０には駆動機構(図示せず)も内蔵されており、この駆動機構がピストン部材２１２を上下方向に往復移動させる。また、本実施の形態のブレーカ装置２００は、防音ブラケット２２０も有しており、この防音ブラケット２２０の内部に装置本体２１０が収容されている。
【００２７】
本実施の形態のチゼル３００は、チゼル本体３１０と、質量である二個のウエイト部材３２０，３３０からなる。チゼル本体３１０は、クロムモリブデン鋼などの鋼材により軸状に形成されている。
【００２８】
チゼル本体３１０の下端近傍は、破砕作業に使用されて摩滅する先端部３１１となっている。チゼル本体３１０の上端近傍は、シャンク機構２１１により保持される末端部３１２となっている。
【００２９】
そして、チゼル本体３１０の先端部３１１から末端部３１２まで中間部３１３が連続している。この中間部３１３は、軸心方向と直交する断面形状が一様な軸状に形成されている。
【００３０】
ウエイト部材３２０，３３０は、例えば、チゼル本体３１０と同一のクロムモリブデン鋼により円環状に形成されている。ウエイト部材３２０，３３０は、チゼル本体３１０とは別体に形成されており、その中間部３１３の外周面に別体のまま密着状態で装着されている。
【００３１】
ウエイト部材３２０，３３０は、チゼル本体３１０に別体でありながらも相対移動しないように強固に装着されている必要がある。このため、ウエイト部材３２０，３３０は、チゼル本体３１０に、圧入、焼きばめ、等で装着されている。なお、円環状のウエイト部材３２０，３３０の重心は、円柱形の軸状のチゼル本体３１０の軸心上に位置している。
【００３２】
本実施の形態のチゼル３００は、図２に示すように、使用初期長Ｌｌでの特定の振動モードの固有周波数ｆlnと、使用限界長Ｌｓでの同一の振動モードの固有周波数ｆsnとが、５２００Hz以上６４００Hz以下の特定周波数である快音周波数帯内となる、特定の位置にウエイト部材３２０，３３０が付加されている。
【００３３】
上述の快音周波数帯とは、その周波数帯内に統計的に人間が不快でないと感じる固有周波数が離散的に分布している周波数帯を意味しており、実際にチゼルの騒音を複数の被験者に試聴させて多数決により特定される。
【００３４】
しかし、図３に基づいて後述するように、あるチゼル３００の特定の振動モードによる騒音の統計結果としては、快音周波数帯は５２００Hz以上６４００Hz以下であった。そこで、本発明者は、そのチゼル３００の騒音の快音周波数帯を５２００Hz以上６４００Hz以下と特定した。
【００３５】
また、図２に示すように、使用限界長Ｌｓの固有周波数ｆsnは、ウエイト部材３２０，３３０が付加されていない状態では快音周波数帯内になく、ウエイト部材３２０，３３０が位置に付加されることにより快音周波数帯内にある。
【００３６】
なお、使用初期長Ｌｌとは、例えば、使用される以前の新品のチゼル３００の全長であり、使用限界長Ｌｓとは、例えば、使用できる限界まで摩滅したチゼル３００の全長である。
【００３７】
上述のような構成において、本実施の形態のブレーカ装置２００も、従来のブレーカ装置１００と同様に、チゼル３００の先端を破砕対象(図示せず)に圧接させた状態で、チゼル３００の末端をピストン部材２１２で打撃する。
【００３８】
これでチゼル３００の末端から先端まで応力波が縦波として伝搬するので、その応力波により破砕対象が破砕される。このように破砕対象を破砕するチゼル３００は、使用初期長Ｌｌから順次摩滅し、使用限界長Ｌｓまで摩滅すると廃棄される。
【００３９】
上述のようにブレーカ装置２００がチゼル３００を打撃して破砕対象を破砕するとき、当然ながらチゼル３００から多大な騒音が発生する。しかし、本実施の形態のチゼル３００は、使用初期長Ｌｌでの三次曲げの固有周波数ｆlnと、使用限界長Ｌｓでの三次曲げの固有周波数ｆsnとが、快音周波数帯内となる位置にウエイト部材３２０，３３０が付加されている。
【００４０】
このため、本実施の形態のチゼル３００は、人間にとって不快な周波数の騒音を発生することを抑制でき、このことを破砕作業とともに全長が使用初期長Ｌｌから使用限界長Ｌｓまで摩滅する過程で維持することができる。
【００４１】
つまり、本実施の形態のチゼル３００は、ウエイト部材３２０，３３０の付加により騒音の音圧を低減するのではなく、騒音の音質を改善している。音質が良好ならば、人間は感覚的に騒音の音圧を低く感じる。このため、本実施の形態のチゼル３００では、音質の改善により、人間の感覚的に騒音を低減することができる。
【００４２】
なお、本発明者が実際に試作したチゼル３００では、チゼル本体３１０の重量は、例えば、５kgであり、ウエイト部材３２０，３３０の重量は、例えば、各々１kgである。このため、チゼル本体３１０とウエイト部材３２０，３３０との重量の比率は、５：１(×２)、となっている。
【００４３】
さらに、チゼル本体３１０の外形はφ４５mm、ウエイト部材３２０，３３０の外形はφ８０mmである。そして、チゼル本体３１０の使用初期長Ｌｌは４２０mmであり、本実施の形態のチゼル３００では、チゼル本体３１０の末端から、２２０mm，３４０mm、の位置にウエイト部材３２０，３３０の中心が位置している。
【００４４】
なお、チゼル３００の騒音の音質改善のためには、ウエイト部材３２０，３３０の重量が大きいほど効果がある。しかし、ウエイト部材３２０，３３０の重量が大きいと、破砕対象を破砕するチゼル３００の本来の性能は阻害される。
【００４５】
そこで、本実施の形態のチゼル３００では、上述のようにウエイト部材３２０，３３０を装着するチゼル本体３１０の位置を特定することにより、必要最小限の重量のウエイト部材３２０，３３０で騒音の音質改善の効果を最大としている。
【００４６】
ここで、ウエイト部材３２０，３３０を付加するチゼル本体３１０の位置を特定するチゼル３００の設計方法を、本発明が実行した実験結果とともに以下に説明する。まず、本発明者は複数種類の全長のチゼル本体３１０の騒音を複数の被験者に試聴させ、不快か快適かの統計を取ることにより、騒音の音質が最良のチゼル本体３１０の全長を特定した。
【００４７】
なお、被験者に騒音を試聴させる具体的な手法としては、実際に複数種類の全長のチゼル本体３１０を製造して駆動すること、その騒音を録音してから再生すること、コンピュータシミュレーションにより騒音を生成すること、等が可能である。
【００４８】
これで騒音が最良のチゼル本体３１０の全長が特定されたので、図３に示すように、このチゼル本体３１０の周波数特性を測定した。この周波数特性は、周波数ごとの音圧からなる。この周波数特性から、騒音の音質が最良のチゼル本体３１０の音質に影響が大きい固有周波数ｆｎが特定された。
【００４９】
より具体的には、チゼル本体３１０の騒音には、振動モードごとの固有周波数に対応して音圧にピークが発生する。チゼル本体３１０の主要な振動モードとしては、一次曲げ、二次曲げ、三次曲げ、伸縮、があった。
【００５０】
一次曲げの固有周波数は約１０００Ｈｚなので、その固有周波数に音圧のピークが発生している。同様に、二次曲げの固有周波数は約３２００Ｈｚ、三次曲げの固有周波数は約５６００Ｈｚ、伸縮の固有周波数は約７０００Ｈｚ、なので、これらの固有周波数に音圧のピークが発生している。
【００５１】
そして、被験者の試聴により、騒音の音質には三次曲げの固有周波数が支配的であることが確認されたので、本発明者は、使用初期長と使用限界長での三次曲げの固有周波数が快音周波数帯内となるウエイト部材３２０，３３０の付加位置を特定することとした。
【００５２】
上述のような手順により、音質が最良のチゼル本体３１０の全長が判明し、その音質に影響する振動モードと固有周波数も確認された。そこで、音質が最良ではないものの快適と判断されるチゼル本体３１０の全長の上限および下限が確認された。
【００５３】
より具体的には、上述のチゼル本体３１０より短いチゼル本体３１０と長いチゼル本体３１０との騒音が順次試聴され、図３に示すように、騒音が快音の範囲にある最短のチゼル本体３１０の三次曲げの固有周波数ｆｓと、最長のチゼル本体３１０の三次曲げの固有周波数ｆｌと、が特定された。
【００５４】
そこで、本発明者は、上述の固有周波数の範囲ｆｓ〜ｆｌを、チゼル３００の三次曲げの騒音を人間が不快でないと感じる快音周波数帯として定義した。このチゼル３００の三次曲げの騒音の快音周波数帯は、例えば、５２００Hz以上６４００Hz以下である。
【００５５】
上述のように三次曲げの騒音の音質が最良のチゼル本体３１０の全長が特定されると、その全長に基づいて、図４に示すように、これより長い使用初期長Ｌ0 と、短い使用限界長Ｓ0 とが設定される(ステップＳ１)。
【００５６】
これらの使用初期長Ｌ0 と使用限界長Ｓ0 とは、例えば、新品のチゼル本体３１０の全長と、そのチゼル本体３１０を摩滅により廃棄するときの全長と、を想定して設定される。
【００５７】
つぎに、使用初期長Ｌ0 のチゼル本体３１０の位置ｉに質量△ｍを付加したときの固有周波数ｆlnの変化割合Ｆｌと、使用限界長Ｓ0 のチゼル本体３１０の同一の位置ｉに質量△ｍを付加したときの固有周波数ｆsnの変化割合Ｆｓと、が位置ｉごとに算出される(ステップＳ２〜Ｓ７)。
【００５８】
より詳細には、図５に示すように、チゼル本体３１０に複数の位置ｉ(ｉ＝１，２，３，…)を設定し(ステップＳ２)、その位置ｉに質量△ｍを付加したときの固有周波数ｆlnの変化割合Ｆｌ，と、固有周波数ｆsnの変化割合Ｆｓとは、
【００５９】
Ｆｌ＝−(ｆln×φni2 )／２ …(１ａ)
【００６０】
Ｆｓ＝−(ｆsn×φni2 )／２ …(１ｂ)
のように算出される(ステップＳ３，Ｓ４)。
【００６１】
上記数式のφniは、位置ｉの振動モードごとの振幅であり、例えば、基準の振幅に対する比率からなる。
【００６２】
なお、質量△ｍが付加される位置ｉは、使用初期長Ｌ0 と使用限界長Ｓ0 とで同一である必要がある。そして、チゼル本体３１０は破砕に使用される先端が順次摩滅することで使用初期長Ｌ0 から使用限界長Ｓ0 まで変化するので、上述の位置ｉはシャンク機構２１１に保持される末端を基準として設定されている。
【００６３】
つぎに、使用初期長Ｌ0 で固有周波数ｆlnのチゼル本体３１０の位置ｉに質量△ｍを付加したときの固有周波数ｆlni と、使用限界長Ｓ0 で固有周波数ｆsnのチゼル本体３１０の同一位置ｉに質量△ｍを付加したときの固有周波数ｆsni とが、
【００６４】
ｆlni ＝ｆln＋Ｆｌ×△ｍ …(２ａ)
【００６５】
ｆsni ＝ｆsn＋Ｆｓ×△ｍ …(２ｂ)
として算出される。
【００６６】
つぎに、使用初期長Ｌ0 と使用限界長Ｓ0 とで位置ｉごとに上述の計算を実行することにより、図２に示すように、使用初期長Ｌ0 の固有周波数ｆlni と使用限界長Ｓ0 の固有周波数ｆsni との両方が快音周波数帯ｆｓ〜ｆｌ内となる位置ｉを特定する。
【００６７】
より具体的には、質量△ｍが付加されていないチゼル本体３１０の全長が使用初期長Ｌ0 から使用限界長Ｓ0 まで変化するとき、その固有周波数ｆln，ｆsnの変化量は、
【００６８】
ｆsn−ｆln …(３)
のように差分として算出される。
【００６９】
同様に、位置ｉに質量△ｍが付加されているチゼル本体３１０が使用初期長Ｌ0 から使用限界長Ｓ0 まで変化するときの固有周波数ｆlni，ｆsniの変化量は、
【００７０】
ｆsni−ｆlni …(４)
として算出される。
【００７１】
質量△ｍの付加により固有周波数ｆlni，ｆsniの変化量を最小とすることは、上述の(３)の数値に対して(４)の数値が最大となることなので、
【００７２】
(ｆsn−ｆln)−(ｆsni−ｆlni) …(５)
が最大値となる位置ｉを特定することになる。
【００７３】
さらに、上記の数式(５)は、前述の(１)(２)の数式を代入することにより、
【００７４】
−(Ｆｓ−Ｆｌ)×△ｍ …(６)
となる。
【００７５】
上記の数式(６)が最大となることは、(Ｆｓ−Ｆｌ)が最小となることである。そこで、図６に示すように、位置ｉごとにＦｓ，Ｆｌおよび(Ｆｓ−Ｆｌ)が算出される(ステップＳ５)。
【００７６】
このように複数の位置ｉごとに算出された(Ｆｓ−Ｆｌ)から、その(Ｆｓ−Ｆｌ)が極小となる位置ｉが特定される(ステップＳ８)。本発明者が実験したチゼル本体３１０では、位置ｉが１２，１８のときに(Ｆｓ−Ｆｌ)が極小となった。そこで、このチゼル本体３１０の位置ｉにウエイト部材３２０，３３０が付加されることで、チゼル３００が形成された。
【００７７】
なお、上述のように(Ｆｓ−Ｆｌ)が極小となるチゼル本体３１０の位置ｉは、ウエイト部材３２０，３３０を付加できる必要がある。このため、シャンク機構２１１に保持される末端部３１２は、位置ｉの選択候補から除外される。
【００７８】
上述のようにチゼル本体３１０の位置ｉが特定されると、その位置ｉにウエイト部材３２０，３３０が付加されたチゼル３００の使用初期長Ｌｌと使用限界長Ｌｓでの固有周波数ｆsni，ｆlniが算出される(ステップＳ９)。
【００７９】
そして、これらの固有周波数ｆsni，ｆlniが快音周波数帯ｆｓ〜ｆｌ内にあれば、そのチゼル３００は、前述のように使用初期長Ｌｌと使用限界長Ｌｓでの特定の振動モードの固有周波数ｆln，ｆsnが５２００Hz以上６４００Hz以下の快音周波数帯内にあることになる。
【００８０】
そこで、使用初期長Ｌｌでの特定の振動モードの固有周波数ｆlnが５２００Hz以上の快音周波数帯内にない場合は(ステップＳ１０)、その使用初期長Ｌｌが微少に短縮されてから(ステップＳ１１)、上述の算出が実行される(ステップＳ２〜Ｓ１０)。
【００８１】
同様に、使用限界長Ｌｓでの特定の振動モードの固有周波数ｆsnが６４００Hz以下の快音周波数帯内にない場合は(ステップＳ１２)、その使用限界長Ｌｓが微少に延長されてから(ステップＳ１３)、上述の算出が実行される(ステップＳ２〜Ｓ１２)。
【００８２】
上述のような演算処理により、使用初期長Ｌｌと使用限界長Ｌｓでの特定の振動モードの固有周波数ｆln，ｆsnとが５２００Hz以上６４００Hz以下の快音周波数帯内にあるチゼル３００を設計することができる。このように設計されたチゼル３００は、騒音の音質が改善されているので、人間の感覚的に騒音を低減することができる。
【００８３】
特に、本実施の形態のチゼル３００は、図２に示すように、ウエイト部材３２０，３３０が装着されていない状態では、使用限界長Ｌｓでの騒音の固有周波数ｆsni が快音周波数帯内にないが、これがウエイト部材３２０，３３０の装着により快音周波数帯内にある。このため、本実施の形態のチゼル３００は、ウエイト部材３２０，３３０の装着により騒音の音質が良好に改善されている。
【００８４】
しかも、本実施の形態のチゼル３００は、ウエイト部材３２０，３３０がチゼル本体３１０とは別体に形成されて密着されている。そして、チゼル本体３１０は、少なくとも中間部３１３と先端部３１１とが一様な断面形状に形成されており、末端部３１２も略一様な断面形状に形成されている。
【００８５】
このため、チゼル本体３１０の末端がピストン部材２１２に打撃されると、その応力波はウエイト部材３２０，３３０の位置で発散されることなく、チゼル本体３１０の先端まで伝搬される。従って、本実施の形態のチゼル本体３１０は、ウエイト部材３２０，３３０がチゼル本体３１０に装着されているが、破砕対象を良好に破砕することができる。
【００８６】
なお、前述した特許文献１〜３には、チゼル本体の外周面に別体の部材が装着されているチゼルが開示されている(図示せず)。しかし、上述のようにチゼルの騒音の音質を改善する位置を特定して質量を付加することは、特許文献１〜３には示唆すら記載されていない。このため、特許文献１〜３のチゼルでは、その騒音を快音とすることができず、特に、使用初期長から使用限界長まで騒音を快音に維持することはできない。
【００８７】
なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、上記形態では三次曲げの振動モードによる騒音を５２００Hz以上６４００Hz以下の快音周波数帯内とすることを例示した。
【００８８】
しかし、本発明者が調査したところ、快音周波数帯はチゼル３００の外形や材質などの各種の条件によっても変化することが確認された。このため、例えば、上述の快音周波数帯の下限は３０００Hzないし２０００Hzであることが可能であり、上限は７０００Hzないし８０００Hzであることが可能である。
【００８９】
また、上記形態では三次曲げの固有周波数を快音周波数帯内とすることを例示したが、他の振動モードの固有周波数を快音周波数帯内とすることも可能であり、複数の振動モードの固有周波数を快音周波数帯内とすることも可能である。この場合、複数の振動モードによる固有周波数の変化割合の差分の合計が極小となるチゼル本体の位置に質量を付加することが可能である(図示せず)。
【００９０】
例えば、上記形態のチゼル３００の騒音には二次曲げの振動モードも多大に影響していることが確認された。前述のように、音質が最良となる全長のチゼル３００を試作したとき、その二次曲げの固有周波数は３２００Hzであった。そこで、二次曲げの騒音の音質が良好なチゼル３００の上限と下限とを特定することにより、二次曲げの快音周波数帯が特定される。
【００９１】
この場合、二次曲げの快音周波数帯内に二次曲げの固有周波数があるとともに、三次曲げの快音周波数帯内に三次曲げの固有周波数があるように、チゼル本体３１０の特定の位置にウエイト部材を装着することが可能である。
【００９２】
さらに、二次曲げの快音周波数帯の下限から三次曲げの快音周波数帯の上限までを快音周波数帯とし、この快音周波数帯内に二次曲げの固有周波数と三次曲げの固有周波数があるように、チゼル本体３１０の特定の位置にウエイト部材を装着することも可能である。
【００９３】
また、上記形態では固有周波数ｆln，ｆsnの変化割合Ｆｌ，Ｆｓの差分が極小となる位置ｉを特定することを例示した。変化割合Ｆｌ，Ｆｓの差分が最小となる位置ｉを特定してもよい。
【００９４】
さらに、上記形態ではチゼル本体３１０に二個のウエイト部材３２０，３３０が装着されていることを例示したが、これが一個または三個以上でもよい(図示せず)。
【００９５】
また、上記形態ではウエイト部材３２０，３３０がチゼル本体３１０に圧入や焼きばめにより強固に装着されていることを例示した。しかし、チゼル本体にウエイト部材がボルトで固定されていてもよく、チゼル本体の外周面に形成した凸部とウエイト部材の内周面に形成した凹部とを係合させてもよい(ともに図示せず)。
【００９６】
また、上記形態ではチゼル本体３１０に別体のウエイト部材３２０，３３０が密着されていることを例示したが、チゼル本体に質量が一体に形成されていてもよい(図示せず)。
【００９７】
さらに、上記形態ではウエイト部材３２０，３３０が装着されていないと快音周波数帯内にない使用限界長Ｌｓの固有周波数ｆsnが、ウエイト部材３２０，３３０の装着により快音周波数帯内にあることを例示した。しかし、質量が付加されていないと快音周波数帯内にない使用初期長Ｌｌと使用限界長Ｌｓとの固有周波数の両方が、質量の付加により快音周波数帯内にあってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の実施の形態のチゼルがブレーカ装置に装着されている状態を示す縦断正面図である。
【図２】チゼルの各種状態での騒音の周波数の関係を示す模式図である。
【図３】チゼルの騒音の周波数特性を示す特性図である。
【図４】チゼルの設計方法を示すフローチャートである。
【図５】チゼル本体に複数の位置を設定した状態を示す模式図である。
【図６】チゼルの複数の位置ごとの周波数特性の変化割合を示す模式図である。
【図７】一従来例のブレーカ装置を示す側面図である。
【図８】ブレーカ装置が装着されている重機を示す側面図である。
【符号の説明】
【００９９】
２００ ブレーカ装置
３００ チゼル
３１０ チゼル本体
３２０，３３０ ウエイト部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレーカ装置に着脱自在に装着されて破砕作業に利用されるチゼルに関し、特に、作業時に無視できない騒音を発生するチゼルに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、コンクリートの破砕作業などにブレーカ装置が利用されている。このようなブレーカ装置の一従来例を図７および図８を参照して以下に説明する。なお、ここでは説明を簡単とするため、図示するように、上下方向を規定する。
【０００３】
ブレーカ装置１００は、図７に示すように、円筒状の装置本体１０１を有している。この装置本体１０１の内部には、上下方向にスライド自在なピストン部材と、このピストン部材を往復移動させる駆動機構と、が内蔵されている(図示せず)。
【０００４】
ブレーカ装置１００の装置本体１０１の下端には、チゼル１１０が交換自在に装着される。チゼル１１０は、高硬度の鋼材などにより軸状に形成されている。チゼル１１０は、上下方向に変位自在な状態で、その上端である末端にピストン部材が当接するように、装置本体１０１に支持される。
【０００５】
ブレーカ装置１００は、図８に示すように、例えば、油圧パワーショベル等の建設車両１２０の可動アーム１２１にブラケット１２２により装着される。
【０００６】
建設車両１２０がチゼル１１０の下端である先端を破砕対象に当接させた状態で、ブレーカ装置１００が駆動される。すると、上下方向に往復移動されるピストン部材がチゼル１１０の上端を繰り返し打撃する。
【０００７】
これでチゼル１１０の末端から先端まで圧縮の応力波が縦波として伝播する。そこで、このチゼル１１０の先端が圧接されている破砕対象が破砕される。
【０００８】
現在、上述のようなチゼルの各種の提案がある(例えば、特許文献１〜３参照)。
【特許文献１】実開昭５８−４０３８２号
【特許文献２】特開２００２−１０３２４７号
【特許文献３】特開２００２−３３１４７２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のようなブレーカ装置１００は、破砕対象に当接しているチゼル１１０を繰り返し打撃するので、当然ながら多大な騒音を発生する。
【００１０】
この課題を解決するため、装置本体を半密閉構造のボックス状のブラケットに収容したブレーカ装置(図示せず)もある。しかし、実際には装置本体から発生する騒音よりチゼルから発生する騒音の方が大きい。
【００１１】
この課題を解決するためには、チゼルも遮音構造のハウジング内に収容することが想定できる。しかし、チゼルは破砕対象に圧接される必要がある。また、チゼルは破砕作業とともに摩滅して先端の位置が後退する。このため、チゼルをハウジングなどの内部に配置することは困難である。
【００１２】
さらに、一般的に音質の評価因子として、金属因子、迫力因子、美的因子、明暗因子、などがある。そして、前述のようにチゼルは高硬度の鋼材などで形成されており、コンクリートなどを破砕対象とする。
【００１３】
このため、チゼルが発生する騒音の音質は、高周波域の金属因子や低周波域の迫力因子が支配的である。このような音質の騒音は、人間にとって極めて不快である。つまり、従来のチゼルは、多大な騒音を人間にとって不快な音質で発生している。
【００１４】
本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、人間にとって不快な音質の騒音を発生しないチゼルを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第一のチゼルは、ブレーカ装置に装着されて破砕作業に利用されるチゼルであって、質量が特定の位置に付加されており、使用初期長Ｌｌでの特定の振動モードの固有周波数ｆlnと、使用限界長Ｌｓでの振動モードの固有周波数ｆsnとが、特定周波数帯内となる位置に質量が付加されている。
【００１６】
従って、本発明のチゼルでは、例えば、破砕作業とともに全長が使用初期長から使用限界長まで摩滅するときでも、その過程において発生する騒音の固有周波数が、人間が快音と感じる特定周波数帯内に維持される。
【００１７】
本発明の第二のチゼルは、ブレーカ装置に装着されて破砕作業に利用されるチゼルであって、質量が特定の位置に付加されており、質量が付加されていない状態では特定周波数帯内にない特定の振動モードの固有周波数が特定周波数帯内となる位置に質量が付加されている。従って、本発明のチゼルでは、質量が付加されることにより、発生する騒音の固有周波数が、人間が快音と感じる特定周波数帯内にある。
【００１８】
なお、本発明で云うチゼルとは、ブレーカ装置に装着されて破砕作業に利用される軸状の工具を意味しており、例えば、ウエッジ、アッシ、等と呼称されているものも内包している。
【００１９】
また、本発明で云う各種の構成要素は、必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が１個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等も可能である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の第一のチゼルでは、使用初期長Ｌｌでの特定の振動モードの固有周波数ｆlnと、使用限界長Ｌｓでの振動モードの固有周波数ｆsnとが、特定周波数帯内となる位置に質量が付加されていることにより、人間にとって不快な周波数の騒音が発生することを抑制でき、このことを破砕作業とともに全長が使用初期長から使用限界長まで摩滅する過程で維持することができる。
【００２１】
本発明の第二のチゼルでは、質量が付加されていない状態では特定周波数帯内にない特定の振動モードの固有周波数が特定周波数帯内となる位置に質量が付加されていることにより、人間にとって不快な周波数の騒音が発生することを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施の一形態を、図１ないし図６を参照して以下に説明する。なお、本実施の形態に関して前述した一従来例と同一の部分は、同一の名称を使用して詳細な説明は省略する。
【００２３】
また、本実施の形態では図示するように上下方向を規定して説明する。ただし、これは説明を簡単とするために便宜的に規定するものであり、本発明を実施する場合の製造時や使用時の方向を限定するものではない。
【００２４】
図１に示すように、本実施の形態のブレーカ装置２００は、装置本体２１０とチゼル３００とを有しており、装置本体２１０にチゼル３００が装着されている。ブレーカ装置２００の装置本体２１０は、下端が開口した円筒状に形成されている。
【００２５】
この装置本体２１０の内部下方には、チゼル３００を交換自在に保持するシャンク機構２１１が形成されている。装置本体２１０の内部には、ピストン部材２１２が上下方向にスライド自在に挿入されている。
【００２６】
ブレーカ装置２００の装置本体２１０には駆動機構(図示せず)も内蔵されており、この駆動機構がピストン部材２１２を上下方向に往復移動させる。また、本実施の形態のブレーカ装置２００は、防音ブラケット２２０も有しており、この防音ブラケット２２０の内部に装置本体２１０が収容されている。
【００２７】
本実施の形態のチゼル３００は、チゼル本体３１０と、質量である二個のウエイト部材３２０，３３０からなる。チゼル本体３１０は、クロムモリブデン鋼などの鋼材により軸状に形成されている。
【００２８】
チゼル本体３１０の下端近傍は、破砕作業に使用されて摩滅する先端部３１１となっている。チゼル本体３１０の上端近傍は、シャンク機構２１１により保持される末端部３１２となっている。
【００２９】
そして、チゼル本体３１０の先端部３１１から末端部３１２まで中間部３１３が連続している。この中間部３１３は、軸心方向と直交する断面形状が一様な軸状に形成されている。
【００３０】
ウエイト部材３２０，３３０は、例えば、チゼル本体３１０と同一のクロムモリブデン鋼により円環状に形成されている。ウエイト部材３２０，３３０は、チゼル本体３１０とは別体に形成されており、その中間部３１３の外周面に別体のまま密着状態で装着されている。
【００３１】
ウエイト部材３２０，３３０は、チゼル本体３１０に別体でありながらも相対移動しないように強固に装着されている必要がある。このため、ウエイト部材３２０，３３０は、チゼル本体３１０に、圧入、焼きばめ、等で装着されている。なお、円環状のウエイト部材３２０，３３０の重心は、円柱形の軸状のチゼル本体３１０の軸心上に位置している。
【００３２】
本実施の形態のチゼル３００は、図２に示すように、使用初期長Ｌｌでの特定の振動モードの固有周波数ｆlnと、使用限界長Ｌｓでの同一の振動モードの固有周波数ｆsnとが、５２００Hz以上６４００Hz以下の特定周波数である快音周波数帯内となる、特定の位置にウエイト部材３２０，３３０が付加されている。
【００３３】
上述の快音周波数帯とは、その周波数帯内に統計的に人間が不快でないと感じる固有周波数が離散的に分布している周波数帯を意味しており、実際にチゼルの騒音を複数の被験者に試聴させて多数決により特定される。
【００３４】
しかし、図３に基づいて後述するように、あるチゼル３００の特定の振動モードによる騒音の統計結果としては、快音周波数帯は５２００Hz以上６４００Hz以下であった。そこで、本発明者は、そのチゼル３００の騒音の快音周波数帯を５２００Hz以上６４００Hz以下と特定した。
【００３５】
また、図２に示すように、使用限界長Ｌｓの固有周波数ｆsnは、ウエイト部材３２０，３３０が付加されていない状態では快音周波数帯内になく、ウエイト部材３２０，３３０が位置に付加されることにより快音周波数帯内にある。
【００３６】
なお、使用初期長Ｌｌとは、例えば、使用される以前の新品のチゼル３００の全長であり、使用限界長Ｌｓとは、例えば、使用できる限界まで摩滅したチゼル３００の全長である。
【００３７】
上述のような構成において、本実施の形態のブレーカ装置２００も、従来のブレーカ装置１００と同様に、チゼル３００の先端を破砕対象(図示せず)に圧接させた状態で、チゼル３００の末端をピストン部材２１２で打撃する。
【００３８】
これでチゼル３００の末端から先端まで応力波が縦波として伝搬するので、その応力波により破砕対象が破砕される。このように破砕対象を破砕するチゼル３００は、使用初期長Ｌｌから順次摩滅し、使用限界長Ｌｓまで摩滅すると廃棄される。
【００３９】
上述のようにブレーカ装置２００がチゼル３００を打撃して破砕対象を破砕するとき、当然ながらチゼル３００から多大な騒音が発生する。しかし、本実施の形態のチゼル３００は、使用初期長Ｌｌでの三次曲げの固有周波数ｆlnと、使用限界長Ｌｓでの三次曲げの固有周波数ｆsnとが、快音周波数帯内となる位置にウエイト部材３２０，３３０が付加されている。
【００４０】
このため、本実施の形態のチゼル３００は、人間にとって不快な周波数の騒音を発生することを抑制でき、このことを破砕作業とともに全長が使用初期長Ｌｌから使用限界長Ｌｓまで摩滅する過程で維持することができる。
【００４１】
つまり、本実施の形態のチゼル３００は、ウエイト部材３２０，３３０の付加により騒音の音圧を低減するのではなく、騒音の音質を改善している。音質が良好ならば、人間は感覚的に騒音の音圧を低く感じる。このため、本実施の形態のチゼル３００では、音質の改善により、人間の感覚的に騒音を低減することができる。
【００４２】
なお、本発明者が実際に試作したチゼル３００では、チゼル本体３１０の重量は、例えば、５kgであり、ウエイト部材３２０，３３０の重量は、例えば、各々１kgである。このため、チゼル本体３１０とウエイト部材３２０，３３０との重量の比率は、５：１(×２)、となっている。
【００４３】
さらに、チゼル本体３１０の外形はφ４５mm、ウエイト部材３２０，３３０の外形はφ８０mmである。そして、チゼル本体３１０の使用初期長Ｌｌは４２０mmであり、本実施の形態のチゼル３００では、チゼル本体３１０の末端から、２２０mm，３４０mm、の位置にウエイト部材３２０，３３０の中心が位置している。
【００４４】
なお、チゼル３００の騒音の音質改善のためには、ウエイト部材３２０，３３０の重量が大きいほど効果がある。しかし、ウエイト部材３２０，３３０の重量が大きいと、破砕対象を破砕するチゼル３００の本来の性能は阻害される。
【００４５】
そこで、本実施の形態のチゼル３００では、上述のようにウエイト部材３２０，３３０を装着するチゼル本体３１０の位置を特定することにより、必要最小限の重量のウエイト部材３２０，３３０で騒音の音質改善の効果を最大としている。
【００４６】
ここで、ウエイト部材３２０，３３０を付加するチゼル本体３１０の位置を特定するチゼル３００の設計方法を、本発明が実行した実験結果とともに以下に説明する。まず、本発明者は複数種類の全長のチゼル本体３１０の騒音を複数の被験者に試聴させ、不快か快適かの統計を取ることにより、騒音の音質が最良のチゼル本体３１０の全長を特定した。
【００４７】
なお、被験者に騒音を試聴させる具体的な手法としては、実際に複数種類の全長のチゼル本体３１０を製造して駆動すること、その騒音を録音してから再生すること、コンピュータシミュレーションにより騒音を生成すること、等が可能である。
【００４８】
これで騒音が最良のチゼル本体３１０の全長が特定されたので、図３に示すように、このチゼル本体３１０の周波数特性を測定した。この周波数特性は、周波数ごとの音圧からなる。この周波数特性から、騒音の音質が最良のチゼル本体３１０の音質に影響が大きい固有周波数ｆｎが特定された。
【００４９】
より具体的には、チゼル本体３１０の騒音には、振動モードごとの固有周波数に対応して音圧にピークが発生する。チゼル本体３１０の主要な振動モードとしては、一次曲げ、二次曲げ、三次曲げ、伸縮、があった。
【００５０】
一次曲げの固有周波数は約１０００Ｈｚなので、その固有周波数に音圧のピークが発生している。同様に、二次曲げの固有周波数は約３２００Ｈｚ、三次曲げの固有周波数は約５６００Ｈｚ、伸縮の固有周波数は約７０００Ｈｚ、なので、これらの固有周波数に音圧のピークが発生している。
【００５１】
そして、被験者の試聴により、騒音の音質には三次曲げの固有周波数が支配的であることが確認されたので、本発明者は、使用初期長と使用限界長での三次曲げの固有周波数が快音周波数帯内となるウエイト部材３２０，３３０の付加位置を特定することとした。
【００５２】
上述のような手順により、音質が最良のチゼル本体３１０の全長が判明し、その音質に影響する振動モードと固有周波数も確認された。そこで、音質が最良ではないものの快適と判断されるチゼル本体３１０の全長の上限および下限が確認された。
【００５３】
より具体的には、上述のチゼル本体３１０より短いチゼル本体３１０と長いチゼル本体３１０との騒音が順次試聴され、図３に示すように、騒音が快音の範囲にある最短のチゼル本体３１０の三次曲げの固有周波数ｆｓと、最長のチゼル本体３１０の三次曲げの固有周波数ｆｌと、が特定された。
【００５４】
そこで、本発明者は、上述の固有周波数の範囲ｆｓ〜ｆｌを、チゼル３００の三次曲げの騒音を人間が不快でないと感じる快音周波数帯として定義した。このチゼル３００の三次曲げの騒音の快音周波数帯は、例えば、５２００Hz以上６４００Hz以下である。
【００５５】
上述のように三次曲げの騒音の音質が最良のチゼル本体３１０の全長が特定されると、その全長に基づいて、図４に示すように、これより長い使用初期長Ｌ0 と、短い使用限界長Ｓ0 とが設定される(ステップＳ１)。
【００５６】
これらの使用初期長Ｌ0 と使用限界長Ｓ0 とは、例えば、新品のチゼル本体３１０の全長と、そのチゼル本体３１０を摩滅により廃棄するときの全長と、を想定して設定される。
【００５７】
つぎに、使用初期長Ｌ0 のチゼル本体３１０の位置ｉに質量△ｍを付加したときの固有周波数ｆlnの変化割合Ｆｌと、使用限界長Ｓ0 のチゼル本体３１０の同一の位置ｉに質量△ｍを付加したときの固有周波数ｆsnの変化割合Ｆｓと、が位置ｉごとに算出される(ステップＳ２〜Ｓ７)。
【００５８】
より詳細には、図５に示すように、チゼル本体３１０に複数の位置ｉ(ｉ＝１，２，３，…)を設定し(ステップＳ２)、その位置ｉに質量△ｍを付加したときの固有周波数ｆlnの変化割合Ｆｌ，と、固有周波数ｆsnの変化割合Ｆｓとは、
【００５９】
Ｆｌ＝−(ｆln×φni2 )／２ …(１ａ)
【００６０】
Ｆｓ＝−(ｆsn×φni2 )／２ …(１ｂ)
のように算出される(ステップＳ３，Ｓ４)。
【００６１】
上記数式のφniは、位置ｉの振動モードごとの振幅であり、例えば、基準の振幅に対する比率からなる。
【００６２】
なお、質量△ｍが付加される位置ｉは、使用初期長Ｌ0 と使用限界長Ｓ0 とで同一である必要がある。そして、チゼル本体３１０は破砕に使用される先端が順次摩滅することで使用初期長Ｌ0 から使用限界長Ｓ0 まで変化するので、上述の位置ｉはシャンク機構２１１に保持される末端を基準として設定されている。
【００６３】
つぎに、使用初期長Ｌ0 で固有周波数ｆlnのチゼル本体３１０の位置ｉに質量△ｍを付加したときの固有周波数ｆlni と、使用限界長Ｓ0 で固有周波数ｆsnのチゼル本体３１０の同一位置ｉに質量△ｍを付加したときの固有周波数ｆsni とが、
【００６４】
ｆlni ＝ｆln＋Ｆｌ×△ｍ …(２ａ)
【００６５】
ｆsni ＝ｆsn＋Ｆｓ×△ｍ …(２ｂ)
として算出される。
【００６６】
つぎに、使用初期長Ｌ0 と使用限界長Ｓ0 とで位置ｉごとに上述の計算を実行することにより、図２に示すように、使用初期長Ｌ0 の固有周波数ｆlni と使用限界長Ｓ0 の固有周波数ｆsni との両方が快音周波数帯ｆｓ〜ｆｌ内となる位置ｉを特定する。
【００６７】
より具体的には、質量△ｍが付加されていないチゼル本体３１０の全長が使用初期長Ｌ0 から使用限界長Ｓ0 まで変化するとき、その固有周波数ｆln，ｆsnの変化量は、
【００６８】
ｆsn−ｆln …(３)
のように差分として算出される。
【００６９】
同様に、位置ｉに質量△ｍが付加されているチゼル本体３１０が使用初期長Ｌ0 から使用限界長Ｓ0 まで変化するときの固有周波数ｆlni，ｆsniの変化量は、
【００７０】
ｆsni−ｆlni …(４)
として算出される。
【００７１】
質量△ｍの付加により固有周波数ｆlni，ｆsniの変化量を最小とすることは、上述の(３)の数値に対して(４)の数値が最大となることなので、
【００７２】
(ｆsn−ｆln)−(ｆsni−ｆlni) …(５)
が最大値となる位置ｉを特定することになる。
【００７３】
さらに、上記の数式(５)は、前述の(１)(２)の数式を代入することにより、
【００７４】
−(Ｆｓ−Ｆｌ)×△ｍ …(６)
となる。
【００７５】
上記の数式(６)が最大となることは、(Ｆｓ−Ｆｌ)が最小となることである。そこで、図６に示すように、位置ｉごとにＦｓ，Ｆｌおよび(Ｆｓ−Ｆｌ)が算出される(ステップＳ５)。
【００７６】
このように複数の位置ｉごとに算出された(Ｆｓ−Ｆｌ)から、その(Ｆｓ−Ｆｌ)が極小となる位置ｉが特定される(ステップＳ８)。本発明者が実験したチゼル本体３１０では、位置ｉが１２，１８のときに(Ｆｓ−Ｆｌ)が極小となった。そこで、このチゼル本体３１０の位置ｉにウエイト部材３２０，３３０が付加されることで、チゼル３００が形成された。
【００７７】
なお、上述のように(Ｆｓ−Ｆｌ)が極小となるチゼル本体３１０の位置ｉは、ウエイト部材３２０，３３０を付加できる必要がある。このため、シャンク機構２１１に保持される末端部３１２は、位置ｉの選択候補から除外される。
【００７８】
上述のようにチゼル本体３１０の位置ｉが特定されると、その位置ｉにウエイト部材３２０，３３０が付加されたチゼル３００の使用初期長Ｌｌと使用限界長Ｌｓでの固有周波数ｆsni，ｆlniが算出される(ステップＳ９)。
【００７９】
そして、これらの固有周波数ｆsni，ｆlniが快音周波数帯ｆｓ〜ｆｌ内にあれば、そのチゼル３００は、前述のように使用初期長Ｌｌと使用限界長Ｌｓでの特定の振動モードの固有周波数ｆln，ｆsnが５２００Hz以上６４００Hz以下の快音周波数帯内にあることになる。
【００８０】
そこで、使用初期長Ｌｌでの特定の振動モードの固有周波数ｆlnが５２００Hz以上の快音周波数帯内にない場合は(ステップＳ１０)、その使用初期長Ｌｌが微少に短縮されてから(ステップＳ１１)、上述の算出が実行される(ステップＳ２〜Ｓ１０)。
【００８１】
同様に、使用限界長Ｌｓでの特定の振動モードの固有周波数ｆsnが６４００Hz以下の快音周波数帯内にない場合は(ステップＳ１２)、その使用限界長Ｌｓが微少に延長されてから(ステップＳ１３)、上述の算出が実行される(ステップＳ２〜Ｓ１２)。
【００８２】
上述のような演算処理により、使用初期長Ｌｌと使用限界長Ｌｓでの特定の振動モードの固有周波数ｆln，ｆsnとが５２００Hz以上６４００Hz以下の快音周波数帯内にあるチゼル３００を設計することができる。このように設計されたチゼル３００は、騒音の音質が改善されているので、人間の感覚的に騒音を低減することができる。
【００８３】
特に、本実施の形態のチゼル３００は、図２に示すように、ウエイト部材３２０，３３０が装着されていない状態では、使用限界長Ｌｓでの騒音の固有周波数ｆsni が快音周波数帯内にないが、これがウエイト部材３２０，３３０の装着により快音周波数帯内にある。このため、本実施の形態のチゼル３００は、ウエイト部材３２０，３３０の装着により騒音の音質が良好に改善されている。
【００８４】
しかも、本実施の形態のチゼル３００は、ウエイト部材３２０，３３０がチゼル本体３１０とは別体に形成されて密着されている。そして、チゼル本体３１０は、少なくとも中間部３１３と先端部３１１とが一様な断面形状に形成されており、末端部３１２も略一様な断面形状に形成されている。
【００８５】
このため、チゼル本体３１０の末端がピストン部材２１２に打撃されると、その応力波はウエイト部材３２０，３３０の位置で発散されることなく、チゼル本体３１０の先端まで伝搬される。従って、本実施の形態のチゼル本体３１０は、ウエイト部材３２０，３３０がチゼル本体３１０に装着されているが、破砕対象を良好に破砕することができる。
【００８６】
なお、前述した特許文献１〜３には、チゼル本体の外周面に別体の部材が装着されているチゼルが開示されている(図示せず)。しかし、上述のようにチゼルの騒音の音質を改善する位置を特定して質量を付加することは、特許文献１〜３には示唆すら記載されていない。このため、特許文献１〜３のチゼルでは、その騒音を快音とすることができず、特に、使用初期長から使用限界長まで騒音を快音に維持することはできない。
【００８７】
なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、上記形態では三次曲げの振動モードによる騒音を５２００Hz以上６４００Hz以下の快音周波数帯内とすることを例示した。
【００８８】
しかし、本発明者が調査したところ、快音周波数帯はチゼル３００の外形や材質などの各種の条件によっても変化することが確認された。このため、例えば、上述の快音周波数帯の下限は３０００Hzないし２０００Hzであることが可能であり、上限は７０００Hzないし８０００Hzであることが可能である。
【００８９】
また、上記形態では三次曲げの固有周波数を快音周波数帯内とすることを例示したが、他の振動モードの固有周波数を快音周波数帯内とすることも可能であり、複数の振動モードの固有周波数を快音周波数帯内とすることも可能である。この場合、複数の振動モードによる固有周波数の変化割合の差分の合計が極小となるチゼル本体の位置に質量を付加することが可能である(図示せず)。
【００９０】
例えば、上記形態のチゼル３００の騒音には二次曲げの振動モードも多大に影響していることが確認された。前述のように、音質が最良となる全長のチゼル３００を試作したとき、その二次曲げの固有周波数は３２００Hzであった。そこで、二次曲げの騒音の音質が良好なチゼル３００の上限と下限とを特定することにより、二次曲げの快音周波数帯が特定される。
【００９１】
この場合、二次曲げの快音周波数帯内に二次曲げの固有周波数があるとともに、三次曲げの快音周波数帯内に三次曲げの固有周波数があるように、チゼル本体３１０の特定の位置にウエイト部材を装着することが可能である。
【００９２】
さらに、二次曲げの快音周波数帯の下限から三次曲げの快音周波数帯の上限までを快音周波数帯とし、この快音周波数帯内に二次曲げの固有周波数と三次曲げの固有周波数があるように、チゼル本体３１０の特定の位置にウエイト部材を装着することも可能である。
【００９３】
また、上記形態では固有周波数ｆln，ｆsnの変化割合Ｆｌ，Ｆｓの差分が極小となる位置ｉを特定することを例示した。変化割合Ｆｌ，Ｆｓの差分が最小となる位置ｉを特定してもよい。
【００９４】
さらに、上記形態ではチゼル本体３１０に二個のウエイト部材３２０，３３０が装着されていることを例示したが、これが一個または三個以上でもよい(図示せず)。
【００９５】
また、上記形態ではウエイト部材３２０，３３０がチゼル本体３１０に圧入や焼きばめにより強固に装着されていることを例示した。しかし、チゼル本体にウエイト部材がボルトで固定されていてもよく、チゼル本体の外周面に形成した凸部とウエイト部材の内周面に形成した凹部とを係合させてもよい(ともに図示せず)。
【００９６】
また、上記形態ではチゼル本体３１０に別体のウエイト部材３２０，３３０が密着されていることを例示したが、チゼル本体に質量が一体に形成されていてもよい(図示せず)。
【００９７】
さらに、上記形態ではウエイト部材３２０，３３０が装着されていないと快音周波数帯内にない使用限界長Ｌｓの固有周波数ｆsnが、ウエイト部材３２０，３３０の装着により快音周波数帯内にあることを例示した。しかし、質量が付加されていないと快音周波数帯内にない使用初期長Ｌｌと使用限界長Ｌｓとの固有周波数の両方が、質量の付加により快音周波数帯内にあってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の実施の形態のチゼルがブレーカ装置に装着されている状態を示す縦断正面図である。
【図２】チゼルの各種状態での騒音の周波数の関係を示す模式図である。
【図３】チゼルの騒音の周波数特性を示す特性図である。
【図４】チゼルの設計方法を示すフローチャートである。
【図５】チゼル本体に複数の位置を設定した状態を示す模式図である。
【図６】チゼルの複数の位置ごとの周波数特性の変化割合を示す模式図である。
【図７】一従来例のブレーカ装置を示す側面図である。
【図８】ブレーカ装置が装着されている重機を示す側面図である。
【符号の説明】
【００９９】
２００ ブレーカ装置
３００ チゼル
３１０ チゼル本体
３２０，３３０ ウエイト部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレーカ装置に装着されて破砕作業に利用されるチゼルであって、
質量が特定の位置に付加されており、
使用初期長Ｌｌでの特定の振動モードの固有周波数ｆlnと、使用限界長Ｌｓでの前記振動モードの固有周波数ｆsnとが、特定周波数帯内となる前記位置に前記質量が付加されているチゼル。
【請求項２】
前記質量の付加による前記固有周波数ｆlnの変化割合Ｆｌと前記固有周波数ｆsnの変化割合Ｆｓとの差分(Ｆｓ−Ｆｌ)が極小となる前記位置に前記質量が付加されている請求項１に記載のチゼル。
【請求項３】
複数の前記振動モードによる前記差分の合計が極小となる位置に前記質量が付加されている請求項２に記載のチゼル。
【請求項４】
前記固有周波数ｆlnと前記固有周波数ｆsnとの少なくとも一方は、前記質量が付加されていない状態では前記特定周波数帯内になく、前記質量が前記位置に付加されることにより前記特定周波数帯内にある請求項１ないし３の何れか一項に記載のチゼル。
【請求項５】
ブレーカ装置に装着されて破砕作業に利用されるチゼルであって、
質量が特定の位置に付加されており、
前記質量が付加されていない状態では特定周波数帯内にない特定の振動モードの固有周波数が前記特定周波数帯内となる前記位置に前記質量が付加されているチゼル。
【請求項６】
前記質量が付加されていない状態では前記特定周波数帯内にない複数の前記振動モードの固有周波数の全部が、前記質量が前記位置に付加されることにより前記特定周波数帯内にある請求項５に記載のチゼル。
【請求項７】
前記特定周波数帯が２０００Hz以上８０００Hz以下である請求項１ないし６の何れか一項に記載のチゼル。
【請求項８】
チゼルが交換自在に装着されているブレーカ装置であって、
請求項１ないし７の何れか一項に記載のチゼルが装着されているブレーカ装置。
【請求項９】
ブレーカ装置に装着されて破砕作業に利用されるチゼルを設計するための設計方法であって、
質量が特定の位置に付加された使用初期長Ｌｌでの特定の振動モードの固有周波数ｆlnを特定し、
前記質量が前記位置に付加された使用限界長Ｌｓでの前記振動モードの固有周波数ｆsnを特定し、
前記固有周波数ｆlnと前記固有周波数ｆsnとの両方が特定周波数帯内となる前記位置を特定する設計方法。
【請求項１０】
前記質量の付加による前記固有周波数ｆlnの変化割合Ｆｌと前記固有周波数ｆsnの変化割合Ｆｓとの差分(Ｆｓ−Ｆｌ)が極小となる前記位置を特定する請求項９に記載の設計方法。
【請求項１１】
ブレーカ装置に装着されて破砕作業に利用されるチゼルを設計するための設計方法であって、
質量が付加されていない状態では特定周波数帯内にない特定の振動モードの固有周波数を特定し、
前記質量が特定の位置に付加されることにより前記固有周波数が前記特定周波数帯内となる前記位置を特定する設計方法。
【請求項１２】
前記チゼルの騒音を複数の被験者に試聴させた統計結果から前記特定周波数帯を特定する請求項９ないし１１の何れか一項に記載の設計方法。
【請求項１３】
前記チゼルの特定の振動モードの騒音を複数の前記被験者に試聴させた統計結果から前記振動モードの前記特定周波数帯を特定する請求項１２に記載の設計方法。
【請求項１４】
前記特定周波数帯が２０００Hz以上８０００Hz以下である請求項９ないし１３の何れか一項に記載の設計方法。
【請求項１】
ブレーカ装置に装着されて破砕作業に利用されるチゼルであって、
質量が特定の位置に付加されており、
使用初期長Ｌｌでの特定の振動モードの固有周波数ｆlnと、使用限界長Ｌｓでの前記振動モードの固有周波数ｆsnとが、特定周波数帯内となる前記位置に前記質量が付加されているチゼル。
【請求項２】
前記質量の付加による前記固有周波数ｆlnの変化割合Ｆｌと前記固有周波数ｆsnの変化割合Ｆｓとの差分(Ｆｓ−Ｆｌ)が極小となる前記位置に前記質量が付加されている請求項１に記載のチゼル。
【請求項３】
複数の前記振動モードによる前記差分の合計が極小となる位置に前記質量が付加されている請求項２に記載のチゼル。
【請求項４】
前記固有周波数ｆlnと前記固有周波数ｆsnとの少なくとも一方は、前記質量が付加されていない状態では前記特定周波数帯内になく、前記質量が前記位置に付加されることにより前記特定周波数帯内にある請求項１ないし３の何れか一項に記載のチゼル。
【請求項５】
ブレーカ装置に装着されて破砕作業に利用されるチゼルであって、
質量が特定の位置に付加されており、
前記質量が付加されていない状態では特定周波数帯内にない特定の振動モードの固有周波数が前記特定周波数帯内となる前記位置に前記質量が付加されているチゼル。
【請求項６】
前記質量が付加されていない状態では前記特定周波数帯内にない複数の前記振動モードの固有周波数の全部が、前記質量が前記位置に付加されることにより前記特定周波数帯内にある請求項５に記載のチゼル。
【請求項７】
前記特定周波数帯が２０００Hz以上８０００Hz以下である請求項１ないし６の何れか一項に記載のチゼル。
【請求項８】
チゼルが交換自在に装着されているブレーカ装置であって、
請求項１ないし７の何れか一項に記載のチゼルが装着されているブレーカ装置。
【請求項９】
ブレーカ装置に装着されて破砕作業に利用されるチゼルを設計するための設計方法であって、
質量が特定の位置に付加された使用初期長Ｌｌでの特定の振動モードの固有周波数ｆlnを特定し、
前記質量が前記位置に付加された使用限界長Ｌｓでの前記振動モードの固有周波数ｆsnを特定し、
前記固有周波数ｆlnと前記固有周波数ｆsnとの両方が特定周波数帯内となる前記位置を特定する設計方法。
【請求項１０】
前記質量の付加による前記固有周波数ｆlnの変化割合Ｆｌと前記固有周波数ｆsnの変化割合Ｆｓとの差分(Ｆｓ−Ｆｌ)が極小となる前記位置を特定する請求項９に記載の設計方法。
【請求項１１】
ブレーカ装置に装着されて破砕作業に利用されるチゼルを設計するための設計方法であって、
質量が付加されていない状態では特定周波数帯内にない特定の振動モードの固有周波数を特定し、
前記質量が特定の位置に付加されることにより前記固有周波数が前記特定周波数帯内となる前記位置を特定する設計方法。
【請求項１２】
前記チゼルの騒音を複数の被験者に試聴させた統計結果から前記特定周波数帯を特定する請求項９ないし１１の何れか一項に記載の設計方法。
【請求項１３】
前記チゼルの特定の振動モードの騒音を複数の前記被験者に試聴させた統計結果から前記振動モードの前記特定周波数帯を特定する請求項１２に記載の設計方法。
【請求項１４】
前記特定周波数帯が２０００Hz以上８０００Hz以下である請求項９ないし１３の何れか一項に記載の設計方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２３７３７１（Ｐ２００７−２３７３７１Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６６７３０（Ｐ２００６−６６７３０）
【出願日】平成１８年３月１０日（２００６．３．１０）
【出願人】（５９９０１１６８７）学校法人 中央大学 (110)
【出願人】（０００１６５９７４）古河機械金属株式会社 (211)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１０日（２００６．３．１０）
【出願人】（５９９０１１６８７）学校法人 中央大学 (110)
【出願人】（０００１６５９７４）古河機械金属株式会社 (211)
【Ｆターム（参考）】
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