JP2021142621A - 液圧式打撃装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空打防止機構を選択可能な液圧式打撃装置において作業性の改善、安定性の向上、および再始動が容易な液圧式打撃装置を提供する。【解決手段】この液圧式打撃装置は、低圧ポート１０９が、ピストン１２０を前進行程から後退行程へと切換える際に、ピストン１２０の大径部１２１、１２２の軸方向中央に設けられた円環溝１２５によって第１制御弁連通ポート１０６と低圧回路１１１とを接続する位置に開口する第１低圧ポート１０７と、第１低圧ポート１０７よりも軸方向後方であってピストン１２０が前死点まで前進した状態でピストン１２０の大径部１２１、１２２によってピストン後室１０２とは遮断される位置に開口する第２低圧ポート１０８と、で構成するとともに、第二低圧ポート１０８の通過流量を、第一低圧ポート１０７の通過流量よりも小さく調整する絞り１３１が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、さく岩機やブレーカ等の液圧式打撃装置に係り、特に、ピストンが所定の打撃位置を超えて前進したときにその作動を停止する空打防止機構を備えた液圧式打撃装置に関する。

この種の液圧式打撃装置は、ピストンがロッドを打撃しその衝撃エネルギーを破砕対象へと伝えてを破砕する。そして液圧式打撃装置では、一般的に、地山掘削作業においては打撃による破砕は連続的に行われるのに対し、小割作業においては打撃によって破砕対象物が破砕されると、瞬間的にロッドと破砕対象物との密着が不十分な状態でピストンがロッドを打撃する「空打」が発生する。
空打はロッドや液圧式打撃装置本体に掛かる負荷が大きいので空打時の衝撃から液圧式打撃装置を保護することを目的として、所謂「空打防止機構」（「オートストップ機構」ともいう）が種々提案されている。空打防止機構は、空打状態ではロッドが正規の打撃位置を超えて前進しているので、ピストンが正規の打撃位置よりも所定距離前進すると液圧式打撃装置の作動を強制的に停止するというものである。

本出願人は、空打防止機構を備えた液圧式打撃装置として、図５に示す技術を提案している。すなわち、シリンダ１００内に、バルブ２０１の前後進切換えを行うバルブ制御ポート２２０にバルブ制御通路１１４、２２６で接続される第一制御弁連通ポート１０６を、ピストン１２０が後退したときピストン前室１０１を介して高圧回路１１０と連通する位置に設け、第一制御弁連通ポート１０６の後方に低圧回路１１１と連通する低圧ポート１１９を設け、第一制御弁連通ポート１０６の前方に第二制御弁連通ポート１０５を設け、ピストン１２０が前進したとき打撃位置の手前で第一制御弁連通ポート１０６と低圧ポート１１９とを連通させ且つピストン１２０が打撃位置を越えて更に所定距離前進したときに第一制御弁連通ポート１０６と第二制御弁連通ポート１０５とを連通させる円環溝１２５をピストンの大径部１２１、１２２の外周に設け、第二制御弁連通ポート１０５を第二制御弁３００を介して高圧通路３１４とストローク調整通路３１５とに選択的に連通可能に接続するというものである（特許文献１）。

図５の基本的な構成は前室常時高圧接続−後室高低圧切換式の液圧式打撃装置であり、その作動機序についての説明は省略する。
第二制御弁３００には、ストローク調整スプール３１０と空打防止スプール３２０を選択的に装着するようになっており、ストローク調整スプール３１０を装着すると空打を許容し、空打防止スプール３２０を装着すると空打を防止する。

第二制御弁３００にストローク調整スプール３１０を装着した状態でプランジャ３０５を操作すると、第二制御弁連通ポート１０５〜第二制御弁連通路１１５〜シリンダ連通ポート３０７〜テーパ部３１２〜ストローク調整ポート３０８〜ストローク調整通路３１５からなる経路（以下、「ストローク調整経路」という）の通過流量をゼロから上限値まで無段階で調整可能である。

これにより、ピストン１２０を後退行程から前進行程へと切り換えるタイミングを変更して打撃サイクルをロングストロークからショートストロークへと変化させることが可能である。このように第二制御弁３００は周知のストローク調整機構として機能し、以下この作動状態を「ストローク調整モード」という。
第二制御弁３００'に空打防止スプール３２０を装着すると、第二制御弁連通ポート１０５は、第二制御弁連通路１１５〜シリンダ連通ポート３０７〜高圧ポート３０６〜高圧通路３１４からなる経路（以下、「空打防止経路」という）を介して常時高圧回路１１０に接続される。ピストン１２０が打撃位置を超えてさらに所定距離前進したとき第二制御弁連通ポート１０５は第一制御弁連通ポート１０６と連通する。

これにより、第一制御弁連通ポート１０６は高圧接続され、バルブ制御通路１１４、２２６を経てバルブ制御ポート２２０が高圧接続されるのでバルブ２０１は前端位置へと切換えられる。
したがって、ピストン後室１０２は後室ポート１０４〜後室通路１１３〜後室ポート２２２〜中空通路２２８〜前室通路２２３を経て高圧回路１１０に接続されピストン１２０には前方へと付勢されて前死点で停止する。このように第二制御弁３００'は空打防止機構として機能し、以下この作動状態を「空打防止モード」という。

特開平１０−８０８７８号公報 特開２０１７−２２６０６５号公報

本出願人は、この液圧式打撃装置を油圧ブレーカに適用する場合においては、破砕作業を開始する際の始動性の改善と、空打防止機構の安定性を向上させる必要があることを見出した。
油圧ブレーカはさく岩機（ブラストホールドリル）と比較すると、バルブ２０１とピストン１２０の質量の差が大きくそれぞれを駆動するための消費油量の差も大きいという特徴がある。そして、ピストン１２０の大径部１２１，１２２はシリンダ１００の内径にメタル接触によって摺嵌されており、油切れや熱膨張による摺動性の悪化を防止するためにこの部分のクリアランスは大きく設定されている。したがって、ピストン大径部１２１、１２２で発生する圧油のリーク量は増大し、これがバルブ２０１の作動に影響を及ぼすことがある。

この液圧式打撃装置の第一制御弁２００はバルブ２０１の動作方向がピストン１２０の動作方向と対向する関係にある所謂「逆作動式」の制御弁であり、作業終了時のバルブ２０１の停止位置は図５に示す通り後端位置である。
油圧ブレーカの作業姿勢は基本的に下向きであり、この姿勢ではバルブ２０１に軸方向に重力が作用するので、作業終了時の停止位置が後端位置であっても、作業開始にあたって油圧ブレーカを作業姿勢に変更するとバルブ２０１は正規の停止位置とは異なる前端位置へと移動する場合がある。なお、ピストン１２０に関してはバックヘッド４００に封入されたバックヘッドガスＧのガス圧によって常時前方へと付勢されるので停止状態ではその姿勢によらず常に前死点にある。

例えば、図５の液圧式打撃装置であって第二制御弁３００にストローク調整スプール３１０を装着したストローク調整モード（図５（ａ））、すなわち空打可能な設定において作業を開始する場合を説明する。
作業終了時には、バルブ２０１はバルブ制御ポート２２０が低圧接続されており後端位置に停止しているが、上述の通り、作業開始時に油圧ブレーカを作業姿勢に変更するとバルブ２０１が前端位置へと移動する場合がある。
この状態で高圧回路１１０にポンプＰから圧油が供給されると、バルブ２０１が後端位置へと移動を完了する前にピストン後室１０２が高圧接続される場合がある。ピストン後室１０２に供給された圧油は、その一部が後側大径部１２２とシリンダ１００とのクリアランス（以下、「大径クリアランス」という）からリークして前方へと流出する。

流出したリーク油の大半は、低圧ポート１１９から低圧回路１１１へと流れるが、油温が高いときは流出の勢いが強くなるので第一制御弁連通ポート１０６に到達する。そしてリーク油は、第一制御弁連通ポート１０６からバルブ制御ポート２２０へと供給されバルブ２０１が前端位置へと移動して、ピストン後室１０２の高圧接続が維持されてピストン１２０は前死点で停止し続けるので、空打防止機構が作動したような状態となる。
液圧式打撃装置はストローク調整モードで作動する場合は空打状態を許容するが、上述のように作動開始時のリーク油の環流によって空打防止機構が作動したような状態となると、作業者が意図しない作動状況が発現することになるので作業性が悪化する。

また、図５（ａ）に示すストローク調整モードの液圧式打撃装置においては、作動停止時にはバルブ制御ポート２２０〜バルブ制御通路２２６、１１４〜第一制御弁連通ポート１０６は閉回路を形成しており、この閉回路に残圧が存在する場合がある。
この状態で液圧式打撃機構の作業を開始すると閉回路内の残圧は、通常であればバルブ２０１の前進動作に伴い大径クリアランスから低圧ポートへと押し出されるようにリークして第一制御弁２００の作動に支障は来さない。このように大径クリアランスは「付帯的残圧解放機構」として作用する。

しかしながら、作動圧が充分に昇圧されない場合や油温が低く流動性が悪い場合は、付帯的残圧解放機構が機能せずに閉回路内の残圧は解放されないため、第一制御弁２００が正常に作動せず液圧式打撃装置の作動が不安定となる。
この液圧式打撃装置の作動不安定を確実に解消するために、第一制御弁連通ポート１０６と低圧ポート１１９をドレン流量で連通して閉回路内の残圧を開放するドレン溝を後側大径部１２２に設ける溝付ピストン（図示略、例えば特許文献２参照）が広く用いられる。このドレン溝は「残圧解放機構」として作用する。
残圧解放機構により液圧式打撃装置は、作業開始時における作動不良はより確実に改善される一方で、前述したピストン後室１０２側からバルブ制御ポート２２０へのリーク油の環流がより顕著となる傾向にあることから作業者が意図しない作動状況が発現し易くなるので作業性が悪化する。

一方で、図５の液圧式打撃装置であって第二制御弁３００'に空打防止スプール３２０を装着した空打防止モード（図５（ｂ））での作業開始時には、バルブ２０１、ピストン１２０ともに空打防止機構が作動した後の所定の挙動となるので作業性に違和感はない。
しかしながら、液圧式打撃装置に溝付ピストンを摺嵌した場合は、空打防止機構が作動する際に第二制御弁連通ポート１０５側から第一制御弁連通ポート１０６へと供給される圧油の一部がバルブ制御ポート２２０へと流れずにドレン溝を通過して低圧ポート１１９へと流出するため空打防止機構の作動が不安定になる場合もある。

ところで、空打防止機構が作動した後の再始動は、ロッド５０１を押し込んでピストン１２０を後退させることによって行うが、このときピストン１２０にはピストン前室１０１とピストン後室１０２の受圧面積差によって発生する圧油の付勢力とバックヘッド４００に封入されたバックヘッドガスＧのガス圧による付勢力が合算された推力Ｆが作用しており、再始動時の大きな反力となっているので再始動性に改善の余地がある。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、空打防止機構を選択可能な液圧式打撃装置において、作業性の改善、安定性の向上および再始動が容易な液圧式打撃装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る液圧式打撃装置は、シリンダと、該シリンダに前後進可能に摺嵌されて、軸方向中央に円環溝が設けられた大径部、大径部前方の中径部および大径部後方の小径部を有するピストンと、を備え、前記シリンダには、前記ピストンの前記大径部によってピストン前室とピストン後室が画成されるとともに、前記ピストン前室と前記ピストン後室との間に前方から後方に向けて、第二制御弁連通ポート、第一制御弁連通ポートおよび低圧ポートがこの順に設けられた液圧式打撃装置であって、前記ピストンの前後進動作を制御する第一制御弁と、前記ピストンのストロークをロングストロークとショートストロークとの間で調整するストローク調整機構と、前記ピストンが打撃位置を超えて所定距離だけ前進すると前記ピストン後室を高圧回路に接続して前記ピストンの作動を停止させる空打防止機構と、前記ストローク調整機構および前記空打防止機構のいずれか一方のモードを選択する第二制御弁と、を備え、前記低圧ポートは、前記ピストンを前進行程から後退行程へと切換える際に、前記ピストンの前記大径部の軸方向中央に設けられた前記円環溝によって前記第一制御弁連通ポートと低圧回路とを接続する位置に開口する第一低圧ポートと、該第一低圧ポートよりも軸方向後方であって前記ピストンが前死点まで前進した状態で前記円環溝よりも後ろ側の前記大径部によって前記ピストン後室とは遮断される位置に開口する第二低圧ポートと、で構成され、前記第二低圧ポートの通過流量を、前記第一低圧ポートの通過流量よりも小さく調整する流量調整手段が設けられていることを特徴とする。

本発明の一態様に係る液圧式打撃装置によれば、第二制御弁によってストローク調整モードに切換えて作業する際に、作業開始時に第一制御弁のバルブが、重力が作用するなどして正規の停止位置に維持されずにピストン後室が高圧接続されて所謂空打防止状態となっても、ピストン後室から大径クリアランスを通過して前方へと向かう圧油の流れは第二低圧ポートから低圧回路へと流出するので、第一制御弁のバルブ制御ポートへと環流することはない。このように第二低圧ポートは「環流防止機構」として作用する。

バルブ制御ポートへ圧油が供給されなければ、バルブは正規の停止位置へと復帰するので、程なく空打防止状態は解消されて、ピストン後室は低圧接続されてピストンは後退動作へと移行する。したがって、本来、空打を許容するストローク調整モードを選択しているにもかかわらず、始動時に空打防止状態となる不具合が発生することを防止できる。
ここで、第一低圧ポートの通過流量と第二低圧ポートの通過流量の関係について考察する。
液圧式打撃装置がストローク調整モードに設定され作業を開始する場合において、第一低圧ポートは、バルブ制御ポート〜バルブ制御通路〜第一制御弁連通ポートが形成する閉回路内の残圧を解放する付帯的残圧解放機構に関与しているのに対し、第二低圧ポートは、前述した通り環流防止機構として機能する。

これら付帯的残圧解放機構と環流防止機構は両立しなければならない。しかし、第二低圧ポートを通過する圧油の流量が過多であると、第一低圧ポートが第二低圧ポートと合流する箇所において一時的な昇圧状態が出現し、第一低圧ポートから低圧ポートへと向かうドレン流が阻止され付帯的残圧解放機構が作用しない場合がある。
これに対し、本発明の一態様に係る液圧式打撃装置では、第二低圧ポートの通過流量を第一低圧ポートの通過流量よりも小さく調整する流量調整手段を備えているので、第一低圧ポートが第二低圧ポートと合流する箇所での一時的な昇圧状態を回避し、付帯的残圧解放機構と環流防止機構を両立させることが可能である。

このように、本発明の一態様に係る液圧式打撃装置によれば、始動時の作動の安定性を向上させながらも、本来、空打を許容するストローク調整モードを選択しているにもかかわらず、始動時に空打防止状態となる不具合を防止できる。
本発明の一態様に係る液圧式打撃装置において、前記流量調整手段は、前記第一低圧ポートの通過流量を調整する第一流量調整手段と、前記第二低圧ポートの通過流量を調整する第二流量調整手段と、で構成されていることは好ましい。

ここで、大径クリアランスのクリアランス量について考察する。
大径クリアランスのクリアランス量は、前述した通り、一義的には、通常の打撃サイクルにおいて相反する関係にあるカジリ防止と油圧効率低下という課題をバランスさせるように適宜設定されている。
さらに、大径クリアランスにおいては、付帯的残圧解放機構として前方から後方へ向かい第一低圧ポートを経て低圧ポートへと至る圧油の流れと、環流防止機構として後方から前方へと向かい第二低圧ポートを経て低圧ポートへと至る圧油の流れが混在する場合があり、この二つの圧油の流れも相反する関係にある。

このように、それぞれが相反する課題や機能を全て満足させるためには、制御パラメータ毎に調整手段を備えることが好ましい。そこで、本発明の一態様に係る液圧式打撃装置では、カジリ防止と油圧効率の低下は大径クリアランス、付帯的残圧解放機構は第一流量調整手段、および、環流防止機構は第二流量調整手段によって調整することで、それぞれ最適な状態で作動させることが可能である。

なお、そもそもクリアランス量は、大物部材であるピストンの外径加工とシリンダの内径加工とによって定まるのであって、リーク流量の微調整のような繊細な制御には不向きな箇所といえる。
また、本発明の一態様に係る液圧式打撃装置において、前記ピストンが前死点で停止したときに、前記第一制御弁連通ポートと前記第一低圧ポートとを第一ドレン流量で連通する第一連通手段を、前記ピストンの後側大径部の外周面に設けることができる。

このような構成であれば、第一連通手段は、ストローク調整モードにおける始動時に、第一制御弁連通ポートと第一低圧ポートをドレン流量で連通することでバルブ制御ポート〜バルブ制御通路〜第一制御弁連通ポートが形成する閉回路内の残圧を解放してバルブの作動をより確実に安定させる。このように、第一連通手段は、前述した付帯的残圧解放機構をより効果的に発揮させるものであって「残圧解放機構」として作用する。
したがって、このような構成の、本発明の一態様に係る液圧式打撃装置によれば、第二制御弁によってストローク調整モードに切換えて作業する際に、作業開始時に残圧解放機構と環流防止機構を高いレベルで両立することが可能である。

一方で、第二制御弁によって空打防止モードに切換えて作業する際に、空打防止機構が作動する局面において、この第一連通手段は、空打防止経路からバルブ制御ポートへと供給されるはずの圧油が第一低圧ポートから低圧回路へ流出する経路となり、ドレン流量が過多となると空打防止機構の作動が不安定となる場合がある。
すなわち、第一連通手段のドレン流量は、ストローク調整モードでは多く設定することが好ましく、空打防止モードでは少なく設定することが好ましいことから、両モードでは相反する関係にありドレン流量の設定はクリティカルなものとなる。

そこで有効となるのが、第一低圧ポートの通過流量を調整する第一流量調整手段である。
第一流量調整手段は、第二流量調整手段と協同して第二低圧ポートの通過流量を第一低圧ポートの通過流量よりも小さく調整するものであるが、第一低圧ポートの通過流量を最適に調整することも可能である。
よって、このような構成であれば、第二制御弁によってストローク調整モードに切換えて作業する際に、作業開始時に残圧解放機構と環流防止機構を高いレベルで両立することが可能であるとともに、第二制御弁によって空打防止モードに切換えて作業する際に、空打防止機構が作動する局面において作動が安定する。

また、本発明の一態様に係る液圧式打撃装置において、前記第一連通手段は、前記ピストンの後側大径部（前記円環溝よりも後ろ側の前記大径部）の前端に前縁部を残して形成された円環溝とすることができる。
つまり、ピストンの大径部は、通常の打撃サイクルにおいてはピストン前室と後室とを画成し、バルブ制御通路の圧油給排を切換えるところ、これは、大径クリアランスに備わるシール機能が転嫁してもたらされる作用効果といえる。

これに対し、このような前縁部を後側大径部に設ければ、ストローク調整モードと空打防止モードの両モードにおける通常の打撃サイクルでは、ピストンの後側大径部のシール機能を担保して、空打防止モードにおける空打防止機構の作動する直前までシール機能を維持するので、油圧効率の低下を抑制するとともに空打防止機構の作動するピストン前進位置を安定させる上で好適である。
また、本発明の一態様に係る液圧式打撃装置において、前記ピストンが前死点で停止したときに、前記ピストン後室と前記第二低圧ポートとを第二ドレン流量で連通する第二連通手段が、前記ピストンの後側大径部の外周面およびシリンダ内周面の少なくとも一方に設けることができる。

つまり、空打防止モードに設定された場合で、空打防止機構が作動した後の再始動は、ロッドを押込んでピストンを後退させることによって行う。このとき、ピストンには、ピストン前室とピストン後室との受圧面積差によって発生する圧油の付勢力とバックヘッドのガス圧による付勢力とが合算された推力が作用しており、再始動の大きな反力となっていたのに対し、第二低圧ポートと第二連通手段とをドレン流量で連通させると、液圧式打撃装置全体のシステム圧を低下させて再始動時の反力を低減し、空打防止機構作動からの再始動性を良好とする上でより好適である。このように、第二連通手段は「再始動性改善機構」として作用する。

上述のように、本発明によれば、空打防止機構を選択可能な液圧式打撃装置において、作業性の改善、安定性の向上、および再始動が容易な液圧式打撃装置を提供できる。

本発明の一態様に係る液圧式打撃装置の一実施形態の縦断面図であって、同図では、ストローク調整モードに設定された状態を示している。 本発明の他の実施形態に係る液圧式打撃装置の縦断面図であって、同図では、第一連通手段と第二連通手段を備え、ストローク調整モードに設定された状態を示している。 本発明の他の実施形態に係る液圧式打撃装置の縦断面図であって、同図では、第一連通手段と第二連通手段を備え、空打防止モードに設定された状態を示している。 本発明の他の実施形態に係る液圧式打撃装置における第二制御弁の部分の縦断面図であって、同図では、第二制御弁に、空打防止部とストローク調整部を備えた共通スプールが装填された状態を示している。 従来の液圧式打撃装置の一例を示す縦断面図であって、同図中、（ａ）はストローク調整モードを、（ｂ）は空打防止モードを示している。

以下、本発明の第一の実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。

この液圧式打撃装置は、図１に示すように、シリンダ１００およびピストン１２０を備えるとともに、第一制御弁２００と第二制御弁３００とがシリンダ１００とは別体に設けられている。第一制御弁２００の内部には、バルブ２０１が摺嵌されており、第二制御弁３００の内部には、ストローク調整スプール３１０が摺嵌されている。
シリンダ１００の後部にはバックヘッド４００が装着されている。バックヘッド４００には高圧のバックヘッドガスＧが封入されている。また、シリンダ１００の前部にはフロントヘッド５００が装着されている。フロントヘッド５００の内部にはロッド５０１が摺嵌されている。

ピストン１２０は、中実の円筒体であり、その略中央に２つの大径部として、前側大径部１２１および後側大径部１２２を有する。前側大径部１２１の前方には中径部１２３が設けられ、後側大径部１２２の後方には小径部１２４が設けられ、前側大径部１２１と後側大径部１２２との間には円環溝１２５が設けられている。
このピストン１２０が、シリンダ１００の内部に摺嵌されることで、シリンダ１００内の前後に、ピストン前室１０１とピストン後室１０２とがそれぞれ画成されている。ピストン前室１０１には、前室ポート１０３が設けられ、前室ポート１０３は、前室通路１１２を介して高圧回路１１０に常時接続されている。

ピストン後室１０２には、後室ポート１０４が設けられている。後室ポート１０４と第一制御弁２００は、後室通路１１３によって接続されている。ピストン後室１０２は、第一制御弁２００のバルブ２０１による前後進切換えによって、高圧回路１１０と低圧回路１１１とにそれぞれ交互に連通可能になっている。なお、高圧回路１１０の適所には、アキュムレータ（不図示）が設けられている。

中径部１２３の外径は、小径部１２４の外径よりも大きく設定されている。これにより、ピストン前室１０１およびピストン後室１０２におけるピストン１２０の受圧面積、すなわち、前側大径部１２１と中径部１２３の径差、および後側大径部１２２と小径部１２４の径差はピストン後室１０２側の方が大きくなっている。
これにより、ピストン後室１０２がバルブ２０１の作動により高圧接続されると受圧面積差によってピストン１２０が前進し、ピストン後室１０２がバルブ２０１の作動により低圧接続されるとピストン１２０が後退するようになっている。

シリンダ１００には、前室ポート１０３と後室ポート１０４との間に前方から後方へ向けて順に、第二制御弁連通ポート１０５、第一制御弁連通ポート１０６、および低圧ポート１０９が、軸方向に互いに離隔した位置に設けられている。低圧ポート１０９は前方の第一低圧ポート１０７と後方の第二低圧ポート１０８とで構成されている。
第一低圧ポート１０７には第一低圧通路１１７が接続され、第二低圧ポート１０８は第二低圧通路１１８が接続され、第一低圧通路１１７および第二低圧通路１１８は低圧通路１１６に合流して低圧回路１１１に接続されている。そして第二低圧通路１１８には絞り１３０が設けられている。

第一制御弁２００は、ピストン１２０と非同軸に形成されたバルブ室２１２が内部に形成され、このバルブ室２１２にバルブ２０１が摺嵌されている。バルブ室２１２は、前方から後方へ向けて順に、中径のバルブ前室２１３、大径のバルブ主室２１４、および小径のバルブ後室２１５を有する。バルブ前室２１３には、高圧回路１１０と常時連通する前室通路２２３が接続されている。

バルブ主室２１４には、前方から後方へ向けて順に、前側低圧ポート２１８およびバルブ制御ポート２２０が設けられ、バルブ後室２１５には後側低圧ポート２２１および後室ポート２２２が設けられている。前側低圧ポート２１８は、前側低圧通路２２４を介して低圧回路１１１に常時連通し、後側低圧ポート２２１は後側低圧通路２２７を介して低圧回路１１１に常時連通している。バルブ制御ポート２２０と第一制御弁連通ポート１０６は、バルブ制御通路１１４、２２６を介して連通している。後室ポート２２２と後室ポート１０４は、後室通路１１３を介して連通している。

バルブ２０１は、中空の円筒体であり、前方から後方へ向けて順に、中径部２０２、大径部２０３および小径部２０４を有する。円筒内部の中空通路２２８が前室通路２２３を介して高圧回路１１０と常時連通している。バルブ２０１には、小径部２０４の略中央の外周面に、ピストン後室１０２を高圧と低圧に切り替えるための排油溝２０５が円環状に設けられている。

バルブ２０１は、中径部２０２と小径部２０４の受圧面積差により常時後方へと付勢されており、バルブ制御ポート２２０に高圧油が供給されると、大径部２０３の後側段付面２０９の受圧面積が加算されて前方へと移動するようになっている。
バルブ２０１が後端位置、すなわち、後端面２０７が弁室後端面２１７に当接した場合には、後室ポート２２２は、排油溝２０５によって後側低圧ポート２２１および後側低圧通路２２７を介して低圧回路１１１に連通するので、ピストン後室１０２は低圧接続される。

一方、バルブ２０１が前端位置、すなわち、前端面２０６が弁室前端面２１６に当接した場合には、後室ポート２２２は、後側低圧ポート２２１との連通が遮断されるとともに、後端面２０７と弁室後端面２１７との間、および中空通路２２８を介して高圧接続されたバルブ室２１２と連通するので、ピストン後室１０２が高圧接続されるようになっている。

第二制御弁３００は、略直方体状のハウジング３０１内に、スリーブ３０２が装填されており、その内径によってスプール室３０２ａが形成されている。スリーブ３０２は、ハウジング３０１の上部開口に螺着されるプラグ３０３を締め込むことによって、軸方向の位置が固定されている。
スプール室３０２ａにストローク調整スプール３１０がスライド移動可能に摺嵌されており、すなわち、図１に示す液圧式打撃装置はストローク調整モードで作動する。

ストローク調整スプール３１０は、中実の円筒体であり上側大径部３１１、上方から下方へ向けて縮径するテーパ部３１２および下側大径部３１３を有する。ストローク調整スプール３１０の上方にはプランジャ３０５がプラグ３０３に螺着され、プランジャ３０５はロックナット３０４によってその締め込み位置を維持して固定される。
ストローク調整スプール３１０の下方には図示しない付勢手段が備えられており、プランジャ３０５の締め込み位置を変化させるとストローク調整スプール３１０はスプール室３０２ａ内で図中上下方向に移動して保持される。

ハウジング３０１には上方から下方へ向けて順に高圧ポート３０６、シリンダ連通ポート３０７およびストローク調整ポート３０８がそれぞれ離隔して設けられている。高圧ポート３０６は高圧通路３１４を介して高圧回路１１０と連通しており、シリンダ連通ポート３０７は第二制御弁連通路１１５を介して第二制御弁連通ポート１０５と連通しており、ストローク調整ポート３０８はストローク調整通路３１５およびバルブ制御通路２２６を介してバルブ制御ポート２２０と連通している。

第二制御弁３００は、ストローク調整スプール３１０が下端位置にあるときは、シリンダ連通ポート３０７は上側大径部３１１によって閉止されているが、プランジャ３０５によってストローク調整スプール３１０が上方へと移動すると、テーパ部３１２によってシリンダ連通ポート３０７とストローク調整ポート３０８とが連通を開始し、ストローク調整スプール３１０の上方への移動量に対応して連通流量が増大する。
なお、第二制御弁３００はストローク調整スプール３１０を装填すると上側大径部３１１によって高圧ポート３０６は常時閉止される。

このように、第二制御弁３００はストローク調整モードにおいては、プランジャ３０５を操作すると、第二制御弁連通ポート１０５〜第二制御弁連通路１１５〜第二制御弁連通路１１５〜シリンダ連通ポート３０７〜テーパ部３１２〜ストローク調整ポート３０８〜ストローク調整通路３１５〜バルブ制御通路２２６〜バルブ制御ポート２２０とからなるストローク調整経路の通過流量をゼロから上限値まで無段階で調整可能である。
これによりピストン１２０を後退行程から前進行程へと切換えるタイミングを変更して打撃サイクルをロングストロークからショートストロークへと変化させることが可能である。このように第二制御弁３００は周知のストローク調整機構として機能する。

次に、この液圧式打撃装置をストローク調整モードで作動させる場合の動作、および作用・効果について説明する。ただし、この液圧式打撃装置の基本的な構成は前室常時高圧接続−後室高低圧切換式の打撃機構であり、その作動機序についての説明は省略する。
液圧式打撃装置は、図１に示すように、稼働前の状態では、ピストン１２０はバックヘッド４００に封入されたバックヘッドガスＧのガス圧により前方への推力Ｆが作用している。そのため、ピストン１２０は前死点の位置で停止する。

作業終了時には、バルブ制御ポート２２０が低圧接続されておりバルブ２０１は後端位置に停止しているが、油圧ブレーカの一般的な作業姿勢は下向きでありこの姿勢ではバルブ２０１には軸方向の図中左方から重力が作用するので、作業開始にあたって油圧ブレーカを作業姿勢に変更するとバルブ２０１は正規の停止位置である後端位置から前端位置へと移動する場合がある。

この状態で高圧回路１１０にポンプＰから圧油が供給されると、バルブ２０１が後端位置に移動を完了する前にピストン後室１０２が高圧接続される場合がある。ピストン後室１０２の供給された圧油は、その一部が後側大径部１２２とシリンダ１００との隙間からリークして前方への流れが生じるが第二低圧ポート１０８が後室と至近の位置に開口しており圧油は第二低圧通路１１８および低圧通路１１６を経て低圧回路１１１へと送られる。このように第二低圧ポート１０８は環流防止機構として作用する。

したがって、リーク油が第一低圧ポート１０７を超えて第一制御弁連通ポート１０６に流入してバルブ制御通路１１４、２２６を介してバルブ制御ポート２２０へと環流することはない。バルブ制御ポート２２０へ圧油の供給がなされなければバルブ２０１は正規の停止位置である後端位置へと復帰し、後室１０２は低圧接続されてピストン１２０は後退を開始する。

液圧式打撃装置はストローク調整モードで作動する場合は空打状態を許容するが、ピストン１２０が前死点において後室１０２が高圧接続される状態は空打防止機構が作動した状態に相当することから、作業者が意図しない作動状況が発現することになるので作業性は悪化するが、本発明によれば、空打防止状態は瞬時に解消されるので作業性は良好である。

また、図１に示すストローク調整モードの液圧式打撃装置においては、作動停止時にはバルブ制御ポート２２０〜バルブ制御通路２２６、１１４〜第一制御弁連通ポート１０６は閉回路を形成しており、この閉回路に残圧が存在する場合がある。
この状態で液圧式打撃機構の作業を開始すると閉回路内の残圧は、通常であればバルブ２０１の前進動作に伴い大径クリアランスから第一低圧ポート１０７および第一低圧通路１１７を経て低圧通路１１６へと押し出されるようにリークして第一制御弁２００の作動に支障は来さない。このように大径クリアランスは「付帯的残圧解放機構」として作用する。

ここで、第一低圧ポート１０７の通過流量と第二低圧ポート１０８の通過流量の関係について考察する。
液圧式打撃装置がストローク調整モードに設定され作業を開始する場合において、第一低圧ポート１０７は付帯的残圧解放機構に関与しているのに対し、第二低圧ポート１０８は環流防止機構として機能する。
これら付帯的残圧解放機構と環流防止機構は両立しなければならないが、第二低圧ポート１０８を通過する圧油の流量が過多であると、第一低圧通路１１７が第二低圧通路１１８と合流する合流部１１６ａにおいて一時的な昇圧状態が出現し、第一低圧ポート１０７から低圧通路１１６へと向かうドレン流が阻止され付帯的残圧解放機構が作用しない場合がある。

本発明の液圧式打撃装置では、第二低圧ポート１０８の通過流量を第一低圧ポート１０７の通過流量よりも小さく調整する流量調整手段として第二低圧通路１１８に絞り１３１を備えているので、第一低圧通路１１７が第二低圧通路１１８と合流する合流部１１６ａでの一時的な昇圧状態を回避し、付帯的残圧解放機構と環流防止機構を両立させることが可能である。
このように、本発明の液圧式打撃装置によれば、始動時の作動の安定性を向上させながらも、本来、空打を許容するストローク調整モードを選択しているにもかかわらず、始動時に空打防止状態となる不具合を防止することが可能である。

図２は本発明の他の実施形態の液圧式打撃装置を示しており、図１の実施形態との差異は、通常のシリンダ１００およびピストン１２０の代わりに始動性の改善のために、ドレンスリット１４１を備えたシリンダ１００'に、ドレン溝１４０を備えたピストン１２０'を摺嵌した点である。
ピストン１２０'の基本的な構成はピストン１２０と共通しており、これに後側大径部１２２の外周面に、ピストン１２０'が前死点で停止したときに、第一制御弁連通ポート１０６と第一低圧ポート１０７とをドレン流量で連通するドレン溝１４０を設けている。
より詳しくは、ドレン溝１４０は、ピストン１２０'の後側大径部１２２の前端に、前縁部１２２ａを残して形成される第二の円環溝である。

シリンダ１００'の基本的な構成はシリンダ１００と共通しており、ピストン１２０'が前死点で停止したときに、後室１０２と第二低圧ポート１０８とをドレン流量で連通するドレンスリット１４１を設けている。ドレン溝１４０が本発明の第一連通手段に相当し、ドレンスリット１４１が本発明の第二連通手段に相当する。
このドレン溝１４０は、作動停止時にはバルブ制御ポート２２０〜バルブ制御通路２２６、１１４〜第一制御弁連通ポート１０６は閉回路を形成しているところ、この閉回路に残圧がある場合はバルブ２０１が正常に作動しないので、閉回路内の残圧を解放してバルブの作動を安定させるために設けるものである。このように、ドレン溝１４０は前述した付帯的残圧解放機構をより効果的に発揮するものであり残圧解放機構として作用する。

前縁部１２２ａは、ストローク調整モードと空打防止モードの両モードにおける通常の打撃サイクルでは、ピストン１２０'の後側大径部１２２のシール機能を担保しており、空打防止モードにおける空打防止機構の作動する直前までシール機能を維持するので、油圧効率の低下を抑制するとともに空打防止機構の作動するピストン前進位置が安定する。

液圧式打撃装置がストローク調整モードで作動する場合の作業開始時において、このドレン溝１４０により閉回路を形成するバルブ制御経路に残圧が存在してバルブが正常に動作しない状態となることをより効果的に防止するが、仮に、第二低圧ポート１０８が存在しないと仮定するとピストン後室１０２からバルブ制御ポート２２０へと向かう圧油の環流の発生が顕著になる。しかしながら、第二低圧ポート１０８を設けることにより環流の発生を抑制することが可能である。

図３は本発明の他の実施形態の液圧式打撃装置を示しており、図２の実施形態との差異は、ストローク調整スプール３１０の代わりに空打防止スプール３２０を摺嵌して第二制御弁３００'とした点である。すなわち、図３の液圧式打撃装置は空打防止モードで作動する。
第二制御弁３００'の基本的な構成は第二制御弁３００と共通しており、これに空打防止スプール３２０を摺嵌している。空打防止スプール３２０は、中実の円筒体であり大径部３２１および小径部３２２を有する。

第二制御弁３００'は、空打防止スプール３２０が下端位置にあるときは小径部３２２によって高圧ポート３０６とシリンダ連通ポート３０７が連通しおり、プランジャ３０５によって空打防止スプール３２０が上方へと移動すると、大径部３２１によってこの連通状態は断絶される。
なお、第二制御弁３００'は空打防止スプール３２０を装填すると大径部３２１によってストローク調整ポート３０８は常時閉止される。
このように、第二制御弁３００'は空打防止モードにおいては、プランジャ３０５を操作すると、第二制御弁連通ポート１０５〜第二制御弁連通路１１５〜シリンダ連通ポート３０７〜小径部３２２〜高圧ポート３０６〜高圧通路３１４からなる空打防止経路と高圧回路１１０との連通を可能とする。

空打防止経路が高圧回路１１０と連通した状態において、ピストン１２０'が打撃位置を超えて所定距離前進すると、第一制御弁連通ポート１０６と第二制御弁連通ポート１０５が円環溝１２５によって接続され、これに伴い、それまで低圧状態であったバルブ制御ポート２２０に空打防止経路から圧油が供給される。
バルブ制御ポート２２０が高圧接続されると、図３の通り、バルブ２０１が前端位置に移動してピストン後室１０２が高圧接続され、ピストン１２０'は前方へと付勢され前死点で停止する。このように第二制御弁３００'は空打防止機構として機能する。なお、第二制御弁３００'のプランジャ３０５を操作して高圧ポート３０６とシリンダ連通ポートの連通を遮断すると空打防止機構は機能停止する。

この第二制御弁３００'とピストン１２０'を備えた液圧式打撃装置で空打防止機構が作動した場合において、ドレン溝１４０は空打防止経路からバルブ制御ポート２２０へ供給される圧油が流出する経路となり、ドレン流量が過多となると空打防止機構の作動が不安定となる場合がある。
したがって、ドレン溝１４０のドレン流量は、ストローク調整モードでは多く設定するのが好ましく空打防止モードでは少なく設定するのが好ましいことから、両モードでは相反する関係にあり、ドレン流量の設定はクリティカルものとなる。

しかしながら、本実施形態では、第二低圧ポート１０８、絞り１３０、および絞り１３１を備えているので、ストローク調整モードでは、残圧解放機構と環流防止機構の両方が効果的に作動して作業開始時に第一制御弁２００の作動が安定するとともに意図しない空打防止状態となることを防止し、空打防止モードでは空打防止機構の作動が安定する。

空打防止モードに設定された場合で、空打防止機構が作動した後の再始動は、ロッド５０１を押し込んで溝・スリット付ピストン１２０を後退させることによって行う。このとき、溝・スリット付ピストン１２０には、ピストン前室１０１とピストン後室１０２の受圧面積差によって発生する圧油の付勢力とバックヘッド４００に封入されたバックヘッドガスＧのガス圧による付勢力が合算された推力Ｆが作用しており再始動時の大きな反力となっていたが、第二低圧ポート１０８とドレンスリット１４１が連通すると液圧式打撃装置全体のシステム圧を低下させて再始動時の反力を低減し、空打防止機構作動からの再始動性が良好となる。このように、ドレンスリット１４１は再始動性改善機構として作用し、再始動性改善機構は絞り１３１によって制御することが可能である。

本実施形態では、第二連通手段をシリンダ１００'側に設けているが、ピストン１２０'が前死点で停止したときに、後室１０２と第二低圧ポート１０８とをドレン流量で連通する溝またはスリットを後側大径部１２２の外周面に設けても良い。
第二連通手段の設置箇所は、加工上はピストン１２０'側の方が容易であるが、ピストン１２０'側に設けとピストン１２０'が後退から前進へ転じる際に第二連通手段によって制動力が低下する。

図４は本発明の他の実施形態の液圧式打撃装置を示しており、空打防止部３３５およびストローク調整部３３１を備えた共通スプール３３０を摺嵌した第二制御弁３００''の断面図である。共通スプール３３０は、中実の円筒体で上方から下方へ向けて順に、小径部３３６、上側大径部３３２、テーパ部３３３および下側大径部３３４を有する。

第二制御弁３００''は、共通スプール３３０が下端位置にあるときは小径部３３６によって高圧ポート３０６とシリンダ連通ポート３０７が連通している。すなわち、第二制御弁３００''は空打防止機構として作動する。
そして、第二制御弁３００''は、プランジャ３０５によって共通スプール３３０が上方へと移動すると、上側大径部３３２によってこの連通状態は断絶され空打防止機構は作動を停止する。

さらに、プランジャ３０５によって共通スプール３３０が上方へと移動すると、テーパ部３３３によってシリンダ連通ポート３０７とストローク調整ポート３０８とが連通を開始し、ストローク調整スプール３１０の上方への移動量に対応して連通流量が増大する。したがって、第二制御弁３００''はストローク調整機構として作動する。
このように、第二制御弁３００''は、プランジャ３０５の操作によって空打防止機構とストローク調整機構とを切換えて作動させることが可能であることから、これまで説明した実施態様のように、作動モードの切換えをスプールの差替操作なしにシームレスに実現可能であるので多様な作業に容易に対応ができる。

そして、第二制御弁３００''は、ストローク調整モードにおける空打防止状態の発生の防止、空打防止モードにおける空打防止機構の作動の安定、および空打防止モードにおける再始動性の改善というそれぞれが密接に影響し合い時にトレードオフの関係にある本発明の作用効果がすべて充足出来ていることを確認するのに好適な機構であると言える。

なお、本発明に係る液圧式打撃装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能なことは勿論である。
例えば、ピストン１２０'のドレン溝１４０は前方が開放された溝形状でも良く、ドレンスリット１４１と同様に軸方向に延びるスロット形状でも良い。ドレンスリット１４１は図２に示すように軸方向に延びるスロット形状の他にドレン溝１４０と同様に後方が開放された溝形状でもよい。

また、必ずしもピストン１２０'にドレン溝１４０、および、シリンダ１００'にドレンスリット１４１のように、連通手段を両方に備える必要は無く、求められる作業内容によってどちらか一方を備えていればよい。
さらには、本発明の各実施態様はソリッドなシリンダ１００（１００'）を例に説明をしたが、ピストン１２０とシリンダ１００（１００'）にライナを介装するライナ式の液圧式打撃装置であってもよい。

１００、１００' シリンダ
１０１ ピストン前室
１０２ ピストン後室
１０３ 前室ポート
１０４ 後室ポート
１０５ 第二制御弁連通ポート
１０６ 第一制御弁連通ポート
１０７ 第一低圧ポート
１０８ 第二低圧ポート
１０９ 低圧ポート
１１０ 高圧回路
１１１ 低圧回路
１１２ 前室通路
１１３ 後室通路
１１４ バルブ制御通路
１１５ 第二制御弁連通路
１１６ 低圧通路
１１６ａ 合流部
１１７ 第一低圧通路
１１８ 第二低圧通路
１１９ 低圧ポート
１２０、１２０' ピストン
１２１ 前側大径部
１２２ 後側大径部
１２２ａ 前縁部
１２３ 中径部
１２４ 小径部
１２５ 円環溝
１３０ 絞り（第一流量調整手段）
１３１ 絞り（第二流量調整手段）
１４０ ドレン溝（第一連通手段）
１４１ ドレンスリット（第二連通手段）
２００ 第一制御弁
２０１ バルブ
２０２ 中径部
２０３ 大径部
２０４ 小径部
２０５ 排油溝
２０６ 前端面
２０７ 後端面
２０９ 段付面
２１２ バルブ室
２１３ バルブ前室
２１４ バルブ主室
２１５ バルブ後室
２１６ バルブ室前端面
２１７ バルブ室後端面
２１８ 前側低圧ポート
２２０ バルブ制御ポート
２２１ 後側低圧ポート
２２２ 後室ポート
２２３ 前室通路
２２４ 前側低圧通路
２２６ バルブ制御通路
２２７ 後側低圧通路
２２８ 中空通路
３００、３００'、３００'' 第二制御弁
３０１ ハウジング
３０２ スリーブ
３０２ａ スプール室
３０３ プラグ
３０４ ロックナット
３０５ プランジャ
３０６ 高圧ポート
３０７ シリンダ連通ポート
３０８ ストローク調整ポート
３１０ ストローク調整スプール
３１１ 上側大径部
３１２ テーパ部
３１３ 下側大径部
３１４ 高圧通路
３１５ ストローク調整通路
３２０ 空打防止スプール
３２１ 大径部
３２２ 小径部
３３０ 共通スプール
３３１ ストローク調整部
３３２ 上側大径部
３３３ テーパ部
３３４ 下側大径部
３３５ 空打防止部
３３６ 小径部
４００ バックヘッド
５００ フロントヘッド
５０１ ロッド
Ｆ 推力
Ｇ バックヘッドガス
Ｐ ポンプ
Ｔ タンク

Claims (5)

1. シリンダと、該シリンダに前後進可能に摺嵌されて、軸方向中央に円環溝が設けられた大径部、大径部前方の中径部および大径部後方の小径部を有するピストンと、を備え、前記シリンダには、前記ピストンの前記大径部によってピストン前室とピストン後室が画成されるとともに、前記ピストン前室と前記ピストン後室との間に前方から後方に向けて、第二制御弁連通ポート、第一制御弁連通ポートおよび低圧ポートがこの順に設けられた液圧式打撃装置であって、
   前記ピストンの前後進動作を制御する第一制御弁と、
   前記ピストンのストロークをロングストロークとショートストロークとの間で調整するストローク調整機構と、
   前記ピストンが打撃位置を超えて所定距離だけ前進すると前記ピストン後室を高圧回路に接続して前記ピストンの作動を停止させる空打防止機構と、
   前記ストローク調整機構および前記空打防止機構のいずれか一方のモードを選択する第二制御弁と、を備え、
   前記低圧ポートは、
   前記ピストンを前進行程から後退行程へと切換える際に、前記ピストンの前記大径部の軸方向中央に設けられた前記円環溝によって前記第一制御弁連通ポートと低圧回路とを接続する位置に開口する第一低圧ポートと、
   該第一低圧ポートよりも軸方向後方であって前記ピストンが前死点まで前進した状態で前記円環溝よりも後ろ側の前記大径部によって前記ピストン後室とは遮断される位置に開口する第二低圧ポートと、で構成され、
   前記第二低圧ポートの通過流量を、前記第一低圧ポートの通過流量よりも小さく調整する流量調整手段が設けられていることを特徴とする液圧式打撃装置。
2. 前記流量調整手段は、前記第一低圧ポートの通過流量を調整する第一流量調整手段と、前記第二低圧ポートの通過流量を調整する第二流量調整手段と、で構成されている請求項１に記載の液圧式打撃装置。
3. 前記ピストンが前死点で停止したときに、前記第一制御弁連通ポートと前記第一低圧ポートとを第一ドレン流量で連通する第一連通手段が、前記円環溝よりも後ろ側の大径部の外周面に設けられている請求項１または２に記載の液圧式打撃装置。
4. 前記第一連通手段は、前記円環溝よりも後ろ側の大径部の前端に、該後ろ側の大径部の前縁部を残して形成された第二の円環溝である請求項３に記載の液圧式打撃装置。
5. 前記ピストンが前死点で停止したときに、前記ピストン後室と前記第二低圧ポートとを第二ドレン流量で連通する第二連通手段が、前記後ろ側の大径部の外周面およびシリンダ内周面の少なくとも一方に設けられている請求項１〜４のいずれか一項に記載の液圧式打撃装置。

Images