JP2759497B2 - 打撃工具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、さく岩機等の打撃工具に係り、詳しくは、
圧力流体の圧力を利用して打撃力を得る打撃工具に関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来より、さく岩機等の打撃工具は、大きい打撃力が
必要であるため、高圧油等の圧力流体の圧力を利用して
打撃力を得ていた。この種の打撃工具としては、シリン
ダのピストン後室を加圧し、ピストン前室を減圧するこ
とによりピストンを前進させて打撃力を得る構成が知ら
れている。

例えば、特公昭54−4882号公報に開示されている構成
では、ピストン前室およびピストン後室のいずれか一方
を加圧するとともに他方を減圧するように、圧力流体の
流れを切り換える切換弁が設けられている。シリンダに
は、その軸方向に沿って複数のポートが設けられてお
り、このポートを介してピストン前室から上記切換弁の
スプールに圧力流体が供給されたり、この圧力流体が外
部へ排出されたりすることにより、切換弁の流路が切り
換えられるようになっている。また、上記ポートと切換
弁との間に形成される連通路は、これらの連通路と交差
する移動自在のピンにより開閉されるようになってい
る。

このような構成によれば、ピンを移動させることによ
り、切換弁へ連通するポートが選択され、ポートの位置
に応じて、切換弁の流路を切り換えるタイミングが制御
される。これに応じて打撃後にピストンが後退する位置
を選択することができ、ピストンのストロークを変化さ
せて、岩質に応じた打撃力を得ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記従来の構成では、ピストンのストロー
クを変化させることのできるものの、遠隔操作でピンの
移動させることができない場合、工具本体に設けられた
ボルトを締めたり緩めたりしてピンを移動させるので、
被打撃物の岩質が変わるたびに作業を中断して上記の操
作をしなければならなず、作業効率を低下させていた。
また、遠隔操作でピンの移動させることができる場合、
ボルトを締めたり緩めたりするような煩雑さを解消する
ことができるが、被打撃物の岩質が変わるたびにピン移
動の操作が必要であることにはかわりなく、やはり作業
効率の低下を免れることができない。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る打撃工具は、上記の課題を解決するため
に、シリンダ内を往復自在に運動するピストンと、ピス
トンの運動方向を反転させるようにシリンダのピストン
前室またはピストン後室の少なくとも一方に対し圧力流
体を供給する流路と圧力流体を排出する流路とを切り換
える切換手段と、圧力により駆動されて切換手段の切換
動作時期を選択する切換動作時期選択手段と、切換動作
時期選択手段を駆動するようにピストン後室に発生する
衝撃圧力に応じたほぼ一定の圧力を発生する駆動圧力発
生手段とを備えたことを特徴としている。

〔作 用〕

上記の構成によれば、反動によりピストン後室に衝撃
圧力が発生すると、駆動圧力発生手段が上記衝撃圧力に
応じたほぼ一定の圧力を発生し、この圧力により駆動さ
れる切換動作時期選択手段が切換手段の切換動作時期を
選択する。切換手段は、上記切換動作時期に応じて切換
動作を行うので、ピストンの運動方向をピストン後室の
衝撃圧力に応じた位置で反転させることができる。上記
衝撃圧力は、被打撃物の硬さにより異なるので、上記の
構成では、これに応じたピストンのストロークを自動的
に選択することができる。

それゆえ、被打撃物の硬さに応じてピストンのストロ
ークのストロークを変更する場合、切換手段の切換動作
時期を手動にて選択する必要がなくなり、被打撃物の硬
さが変わるたびに作業を中断するという煩わしさが解消
され、作業効率を格段に向上させることができる。

〔実施例１〕 本発明の一実施例を第１図ないし第４図に基づいて説
明すれば、以下の通りである。

第１図（ａ）に示すように、シリンダ１内には、ピス
トン２・３が往復運動自在に設けられている。ピストン
２・３は、ピストン２・３の往復運動により打撃力を発
生するハンマー４により所定の間隔をおいて同軸に結合
されている。ハンマー４は、ピストン３の受圧面がピス
トン２の受圧面より大きい受圧面積を有するように、ピ
ストン３の後方部がピストン２の前方部より直径が小さ
く設けられている。また、シリンダ１の内周面には、前
端部および後端部にそれぞれポート５・６が設けられる
とともに、ポート５・６間にそれぞれ適当な間隔をおい
てピストン２・３のストロークを選択するためのストロ
ーク選択ポート７〜９、および高圧油を排出する排油ポ
ート10が設けられている。ストローク選択ポート７〜９
は、打撃位置で停止しているピストン２の前端面から後
方へ、それぞれ距離l₁・l₂・l₃おいた位置に設けられて
いる。

また、シリンダ１内において、ピストン２の前側にピ
ストン前室11が形成されるとともに、ピストン２の後ろ
側にピストン後室12が形成されている。ピストン前室11
は、ポート５を介して高圧油が常に供給される一方、ピ
ストン後室12は、切換弁13を介して高圧油が供給され、
排出されるようになっている。

切換手段となる切換弁13は、本体内部に往復自在に運
動する円筒形状のスプール14を有するとともに、本体内
周面に適当な間隔をおいてポート15〜18が設けられてい
る。スプール14は、両端部に受圧面14a・14bを有してお
り、受圧面14bが受圧面14aより大きい受圧面積となるよ
うに設けられている。スプール14は、外周面にポート17
から高圧油が供給される受圧面14cが設けられるととも
に、ピストン後室12の排油を行うときにポート15とポー
ト16とを連通させる溝14dが設けられている。受圧面14c
は、受圧面14aとの合計の受圧面積が受圧面14bの受圧面
積より大きくなるように、受圧面積が設定されている。

切換弁13は、受圧面14a側から中空部を介して受圧面1
4b側まで高圧油が供給される一方、ポート16を介して高
圧油が排出されるようになっており、ピストン後室12へ
の高圧油供給およびピストン後室12からの高圧油排出
は、ポート15を介して行われるようになっている。ま
た、ポート18は、スプール14の移動を容易にするように
常に低圧に保たれている。なお、ポート16から排出され
る高圧油は、オリフィス19により流量が制限されるよう
になっている。

シリンダ１のストローク選択ポート７〜９と切換弁13
のポート17との間の連通路には、切換動作時期選択手段
となる選択ピン20が、上記連通路と交差するように設け
られている。選択ピン20は、一端がバネ21により付勢さ
れる一方、他端に受圧面20aが設けられており、この受
圧面20aの受圧する圧力が上記付勢力より大きくなると
移動するようになっている。また、選択ピン20には、外
周面に溝20bが設けられており、上記のように移動する
ことにより、ストローク選択ポート７とポート17との
間、またはストローク選択ポート８とポート17との間を
連通させるようになっている。また、ストローク選択ポ
ート９とポート17との間は、選択ピン20の周囲に設けら
れた連通溝22を介して常に連通している。

一方、駆動圧力発生手段23は、開閉弁24および流量調
整弁25により構成されている。開閉弁24は、バネ26で付
勢されたスプール27により閉じられており、このスプー
ル27がピストン後室12の圧力が所定の基準圧力以上にな
ると移動して流路が形成され、ピストン後室12の高圧油
を選択ピン20側へ流入させるようになっている。上記ス
プール27には小孔27aが設けられており、この小孔27aを
介して高圧油を排出させることにより、ピストン後室12
の圧力が基準圧力より低くなると、速やかにスプール27
を移動させ流路を遮断するようになっている。

流量調整弁25は、開閉弁24と選択ピン20との間に設け
られ、この間の連通路の圧力が上昇すると圧力室28に高
圧油が侵入することにより、バネ29で付勢されたスプー
ル30が移動するようになっている。この流量調整弁25
は、圧力室28に流入する高圧油を、スプール30に設けら
れた小孔30aを介して排出する一方、それぞれ異なる位
置に設けられたポート31・32を介して圧力室28の高圧油
を排出するようになっている。また、上記ポート31から
排出される高圧油は、オリフィス33によりその流量が制
限されるようになっている。

上記の構成における動作の被打撃物が軟質岩である場
合について説明する。

ハンマー４がチゼル34を打撃すると、その反動により
ピストン後室12に衝撃圧力が発生する。この衝撃圧力が
所定の基準圧力以上になると、開閉弁24が開きピストン
後室12の高圧油が選択ピン20側の連通路へ流入する。こ
の高圧油が流量調整弁25の圧力室28に侵入することによ
り、スプール30が押されて移動しようとするが、スプー
ル30の小孔30aから圧力室28の高圧油が排出されるの
で、圧力室28の圧力がほぼ一定に保たれる。

ピストン後室12に発生した衝撃圧力は、打撃による反
動が小さいために上記基準圧力をわずかに越えるだけな
ので、開閉弁24から選択ピン20側の連通路へ流入する油
量は比較的少なく、流量調整弁25を介してほとんど排出
される。このため、上記連通路の圧力はほとんど上昇せ
ず、選択ピン20は移動しない。従って、第１図（ａ）に
示すように、シリンダ１のストローク選択ポート７が選
択ピン20の溝20bを介して切換弁13のポート17と連通す
る。

このとき、スプール14の受圧面14cに供給されていた
高圧油が、ポート17から連通溝22およびシリンダ１の排
油ポート10を介して排出される。すると、スプール14
は、受圧面14bに作用する力が受圧面14aに作用する力よ
り大きくなることにより、同図に示す位置に移動する。
この位置では、ポート15・16が連通しており、ピストン
後室12の高圧油ポート15・16を介して排出される。

ところで、ピストン後室12は、高圧油の排出により圧
力が低下する一方、ピストン前室11は、常に高圧油が供
給されているので、ピストン後室12との圧力に差が生
じ、ピストン２・３が打撃位置から高速で後退して、ピ
ストン前室11とストーク選択ポート７とを連通させるタ
イミングがずれるおそれがある。ところが、オリフィス
19によりピストン後室12から排出される高圧油の流量が
制限されるので、ピストン後室12の圧力が急速に低下す
ることはなく、ピストン２・３が後退する速度は低く抑
えられる。

第１図（ｂ）に示すように、ピストン２・３およびハ
ンマー４が打撃位置から距離l₁後退すると、ストローク
選択ポート９がピストン２により閉じられる一方、スト
ローク選択ポート７がピストン前室11と連通することに
より、切換弁13のポート17に、上記ストローク選択ポー
ト７および選択ピン20の溝20bを介して高圧油が供給さ
れる。スプール14は、受圧面14aおよび受圧面14cと受圧
面14bとの受圧面積の関係より、図示する位置に移動す
る。すると、高圧油がポート15を介してピストン後室12
へ供給され、ピストン後室12の圧力が上昇する。ピスト
ン前室11およびピストン後室12は、同じ高圧油が供給さ
れているが、ピストン３とピストン２との受圧面積の差
より、ピストン２・３が距離l₁のストロークで前進する
とともに、ハンマー４がチゼル34を打撃する。

ここで、ピストン後室12の圧力の変化について説明す
る。

第２図（ａ）に示すように、ピストン後室12の圧力
は、ａ点で高圧油が供給されると急激に上昇し、ピスト
ン２・３が前進するに従って損失等によりやや低下する
が、ピストン２がストローク選択ポート９を通過する
と、切換弁13のポート17から高圧油が排出されるので、
切換弁13の切換動作によりピストン後室12の高圧油が排
出されてｂ点で急速に低下する。そして、ピストン後室
12の圧力は、打撃が行われるｃ点で衝撃圧力となって大
きく変動し、変動のピーク圧力が基準圧力（例えば230k
g/cm²）を越える高さになる。また、上記圧力変化を時
間軸方向に拡大した第２図（ｂ）に示すように、打撃後
の圧力変動のピークが連続して上記基準値を上回る時間
は、約40msあり、この間に開閉弁24が開くことになる。
上記変動のピーク圧力は、被打撃物の硬さすなわち岩質
に応じて異なるため、本発明は、上記のように、このピ
ーク圧力を利用して、選択ピン20を駆動するように構成
されている。

次に、被打撃物が中硬質岩である場合の動作を第３図
に基づいて説明する。

ハンマー４がチゼル34を打撃すると、ピストン後室12
に発生する衝撃圧力が軟質岩の場合より大きくなるた
め、これに応じてピストン後室12から開閉弁24を介して
選択ピン20側の連通路へ流入する油量が多くなる。この
高圧油が流量調整弁25の圧力室28に侵入すると、スプー
ル30がさらに押されてポート31が開かれ、このポート31
およびスプール30の小孔30aを介して圧力室28の高圧油
が排出される。これにより、選択ピン20と流量調整弁25
との間の連通路の圧力が、前記軟質岩の場合に比べて高
い状態に保たれ、この圧力が駆動圧力として作用するこ
とにより選択ピン20がバネ21の付勢力に抗して移動し、
ストローク選択ポート８が溝20bを介してポート17と連
通する。

ピストン２・３およびハンマー４が打撃位置から距離
l₂後退すると、ストローク選択ポート８がピストン前室
11と連通することにより、切換弁13のポート17に高圧油
が供給されてスプール14が図示する位置に移動する。ピ
ストン後室12がポート15を介して高圧油を供給される
と、ピストン２・３が距離l₂のストロークで前進し、ハ
ンマー４がチゼル34を打撃する。

さらに、被打撃物が硬質岩である場合の動作を第４図
に基づいて説明する。

この場合、ピストン後室12に発生する衝撃圧力が、中
硬質岩よりさらに高くなり、開閉弁24を介して選択ピン
20側に流入する油量も、それに応じて多くなる。開閉弁
24を介して流入した高圧油が、流量調整弁25の圧力室28
に侵入すると、スプール30が圧力室28の圧力上昇により
さらに押されてポート31・32が開かれる。圧力室28の高
圧油がこのポート31・32およびスプール30の小孔30aを
介して排出され、選択ピン20と流量調整弁25との間の連
通路の圧力が、前記中硬質岩の場合に比べてさらに高い
状態に保たれる。この圧力が駆動圧力として作用するこ
とにより選択ピン20が移動し、ストローク選択ポート９
が溝20bを介してポート17と連通する。

ピストン２・３およびハンマー４が打撃位置から距離
l₃後退すると、ストローク選択ポート９がピストン前室
11と連通することにより、切換弁13のポート17に高圧油
が供給され、スプール14が図示する位置に移動する。ピ
ストン後室12にポート15を介して高圧油が供給される
と、ピストン２・３が距離l₃のストロークで前進し、ハ
ンマー４がチゼル34を打撃する。

〔実施例２〕 続いて、本発明の他の実施例を第５図および第６図に
基づいて説明する。なお、前記第１実施例と同様の機能
を有する部材には、同一の番号を付記しその説明を省略
する。

本実施例では、第５図に示すように、第１図ないし第
３図に示した前記第１実施例と同様、シリンダ１内に設
けられたピストン２・３およびハンマー４と、切換弁13
と、選択ピン20とを備えている。

駆動圧力駆動手段23′は、演算処理等を行うCPU35
に、A/D変換器36と、RAM37と、ROM38と、出力装置39と
が接続されている。上記A/D変換器36には、圧力センサ
等の圧力検出手段40が接続される一方、上記出力装置39
には、サーボ制御手段41が接続されている。

CPU35は、圧力検出手段40により検出された圧力デー
タから、所定の基準圧力を越えるピーク圧力を読み取る
とともに、上記ピーク圧力の平均値を演算するようにな
っている。また、CPU35は、あらかじめROM38に記憶され
ているピストン後室12の圧縮強度別のピーク圧力と上記
演算結果とを比較し、これに応じてROM38に記憶されて
いる圧縮強度別のストロークからピストン２・３の適正
ストロークを選択するようになっている。また、サーボ
制御手段41は、CPU35の出力データに応じて出力装置39
において変換された出力信号により、減圧弁42のバネ圧
を調整するようになっている。減圧弁42は、油圧ポンプ
43により加圧された高圧油を上記バネ圧に応じて減圧
し、選択ピン20に供給するようになっている。

上記の構成における選択ピン20を切り換えの手順を第
６図に示すフローチャートに基づいて説明する。

まず、ピストン後室12の圧力が圧力検出手段40により
検出され（S1）、CPU35がA/D変換器36により符号化され
た圧力データから基準圧力以上のピーク圧力が読み取ら
れる（S2）。また、CPU35では、上記圧力ピーク値の平
均値が演算され（S3）、この演算結果がROM38に記憶さ
れている圧縮強度別のピーク圧力と比較される（S4）。
そして、その比較結果に応じたストロークがROM38から
呼び出されて設定されるが、例えば、ここで、基準とな
る大小のピーク圧力P_min・P_maxを設定しておき、平均の
ピーク圧力がピーク圧力P_minより小さい場合、ストロー
クl₁が設定される（S5）。また、平均のピーク圧力がピ
ーク圧力P_min以上かつピーク圧力P_max以下である場合、
ストロークl₂が設定される（S6）。さらに、平均のピー
ク圧力がピーク圧力P_maxより大きい場合、ストロークl₃
が設定される（S7）。

続いて、出力装置39がCPU35により設定されたストロ
ークに応じた出力信号を送出し、サーボ制御手段41が減
圧弁42を操作することにより圧力が制御される（S8）。
選択ピン20は、上記の圧力により駆動されて、S5〜S7に
おいて設定されたストロークを選択するように移動す
る。

なお、前記第１実施例および本実施例では、ピストン
前室11を常に高圧に保つ一方、切換弁13によりピストン
後室12を加圧および減圧しているが、これに限らず、従
来例のようにピストン前室11またはピストン後室12のい
ずれか一方を加圧しているときは、他方を減圧するよう
な弁を用いてもよい。

〔発明の効果〕

本発明に係る打撃工具は、以上のように、シリンダ内
を往復自在に運動するピストンと、ピストンの運動方向
を反転させるようにシリンダのピストン前室またはピス
トン後室の少なくとも一方に対し圧力流体を供給する流
路と圧力流体を排出する流路とを切り換える切換手段
と、圧力により駆動されて切換手段の切換動作時期を選
択する切換動作時期選択手段と、切換動作時期選択手段
を駆動するようにピストン後室に発生する衝撃圧力に応
じたほぼ一定の圧力を発生する駆動圧力発生手段とを備
えた構成である。

これによれば、打撃時の反動によりピストン後室に発
生する衝撃圧力に応じた駆動圧力により、切換動作時期
選択手段が駆動されて、切換手段の切換動作時期が選択
され、この動作時期でピストンの運動方向が反転する。
それゆえ、被打撃物の硬さに応じて異なる上記衝撃圧力
により、ピストンのストロークを選択することができ
る。

従って、被打撃物の硬さに応じてピストンのストロー
クのストロークを変更する場合、切換手段の切換動作時
期を手動にて選択する必要がなくなり、被打撃物の硬さ
が変わるたびに作業を中断するという煩わしさが解消さ
れて、作業効率を格段に向上させることができるという
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】 第１図ないし第４図は本発明の一実施例を示すものであ
る。 第１図（ａ）および（ｂ）は軟質岩を打撃する場合の打
撃工具の動作を示す回路図である。 第２図（ａ）はピストン後室の圧力変化を示すグラフで
ある。 第２図（ｂ）はピストン後室の圧力変化を示す第２図
（ａ）を時間軸方向へ拡大したグラフである。 第３図は中硬質岩を打撃する場合の打撃工具の動作を示
す回路図である。 第４図は硬質岩を打撃する場合の打撃工具の動作を示す
回路図である。 第５図および第６図は本発明の他の実施例を示すもので
ある。 第５図は打撃工具の構成を示す回路図である。 第６図は制御ピンの駆動圧力発生の手順を示すフローチ
ャートである。 １はシリンダ、２・３はピストン、12はピストン後室、
13は切換弁（切換手段）、20は選択ピン（切換動作時期
選択手段）、23・23′は駆動圧力発生手段である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダ内を往復自在に運動するピストン
   と、ピストンの運動方向を反転させるようにシリンダの
   ピストン前室またはピストン後室の少なくとも一方に対
   し圧力流体を供給する流路と圧力流体を排出する流路と
   を切り換える切換手段と、圧力により駆動されて切換手
   段の切換動作時期を選択する切換動作時期選択手段と、
   切換動作時期選択手段を駆動するようにピストン後室に
   発生する衝撃圧力に応じたほぼ一定の圧力を発生する駆
   動圧力発生手段とを備えたことを特徴とする打撃工具。