JP3824112B2 - 油圧打撃装置の緩衝機構 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ロッドやチゼル等の工具に打撃を与えて岩盤等の破砕を行う、さく岩機やブレーカ等の油圧打撃装置の緩衝機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、さく岩機は、図２に示すように、さく岩機本体１の前端部にシャンクロッド２が挿着されており、このシャンクロッド２には、さく孔用のビット２１を取付けたロッド２２がスリーブ２３で連結されている。さく岩機の打撃機構３の打撃ピストン３１がシャンクロッド２を打撃すると、その打撃エネルギーはシャンクロッド２からロッド２２を経てビット２１に伝達され、ビット２１が破砕対象である岩盤Ｒを打撃して破砕する。
【０００３】
このときの反射エネルギーＥr は、ビット２１からロッド２２、シャンクロッド２を経てさく岩機本体１に伝達されるので、この反射エネルギーＥr によってさく岩機本体１は一旦後退する。それから、さく岩機本体１が送り装置（図示略）の推力により１打撃による破砕長分だけもとの位置よりさらに前進し、ビット２１が岩盤Ｒに当接したところで、打撃機構３が次の打撃を行う。この行程を繰り返すことによりさく孔作業が行われる。
【０００４】
従来のさく岩機本体１には、図７に示すように、チャック１１を介してシャンクロッド２に回転を与えるチャックドライバ１２を備えており、このチャックドライバ１２にはシャンクロッド２の大径部後端２b に当接するチャックドライバブッシュ１３が装着されている。このチャックドライバブッシュ１３は、さく岩機本体１に前方への推力が与えられると、この推力をシャンクロッド２に伝達するものであり、打撃時のビット２１からの反射エネルギーＥr もシャンクロッド２からこのチャックドライバブッシュ１３を介してさく岩機本体１へ伝達される。
【０００５】
この反射エネルギーＥr をチャックドライバブッシュ１３で直接さく岩機本体１に伝達するとその衝撃でさく岩機の損傷を生ずるおそれがあるので、図８に示すように、この反射エネルギーＥr を油圧で緩衝させるために、緩衝機構としてチャックドライバブッシュ１３の後側にダンピングピストン５０を設けたものも用いられている。
【０００６】
上記の如く、さく岩機本体１は打撃後一旦後退し、推力により１打撃による破砕長分だけもとの位置よりさらに前進しビット２１が岩盤Ｒに当接したところで、次の打撃を行なわねばならない。従って、一旦後退した後、次の打撃が行われるまでには、速やかに所要距離だけ前進させる必要がある。
【０００７】
この前進が十分でない場合、シャンクロッド２の位置が一定せず、ビット２１は岩盤Ｒに接していないので、打撃ピストン３１の打撃エネルギーは岩盤Ｒに伝達されず、破砕作業は行われない。このときの打撃エネルギーは、ほとんどが反射エネルギーＥr となってさく岩機本体１へ戻り、ロッド２２、ビット２１、スリーブ２３等の工具の損耗の増加をまねくばかりでなく、強力なさく岩機本体１への後退力となり、さらに次の打撃への前進の遅れをきたすことになる。
【０００８】
さく岩機本体１が受ける反射エネルギーＥr の強さは、１打撃毎に異なるものであり、これに伴うさく岩機本体１の後退量もまちまちであって、岩盤Ｒの岩質によって大きく変動する。また、打撃ピストン３１の前進加速に伴うさく岩機本体１への反力も後退力に加わる。
【０００９】
この反射エネルギーＥr と後退量の変動による前進の遅れには、ダンピングピストン５０による反射エネルギーＥr の緩衝だけでは対処できない。
そこで、反射エネルギーＥr を油圧で緩衝すると共に、さく岩機本体１の推力が不足して、一旦後退した後次の打撃時までにさく岩機本体１の所要位置までの前進が得られない場合でも、ビット２１を岩盤に接するよう前進させて打撃することができるようにするために、図９に示すように、チャックドライバブッシュ１３の直接後方には、さく岩機本体１の推力より推力が小さいフロントダンピングピストン４を、フロントダンピングピストン４の後方には、さく岩機本体１の推力より推力が大きいリヤダンピングピストン５を、相互に前後摺動するように配設し、フロントダンピングピストン油室４２とリヤダンピングピストン油室５２とを油路５１で連通させ、アッキュムレータ６と接続した緩衝機構が提案されている。（特開平９−１０９０６４号参照）
この緩衝機構では、シャンクロッド２からチャックドライバブッシュ１３に伝達される反射エネルギーＥr は、フロントダンピングピストン４とリヤダンピングピストン５の後退により緩衝される。
【００１０】
リヤダンピングピストン５の推力は、さく岩機本体１の推力より大きいので、一旦後退したフロントダンピングピストン４とリヤダンピングピストン５は、速やかにリヤダンピングピストン５の所定の前端位置まで前進する。フロントダンピングピストン４の推力はさく岩機本体１の推力より小さいが、チャックドライバブッシュ１３とシャンクロッド２、ロッド２２、ビット２１は、質量がさく岩機本体１よりはるかに小さいので、その後、フロントダンピングピストン４によりチャックドライバブッシュ１３とシャンクロッド２、ロッド２２、ビット２１をさらに前進させる。
【００１１】
これに続いて、さく岩機本体１が、その推力により前進する。ビット２１が岩盤Ｒに当接した後は、さく岩機本体１の推力がフロントダンピングピストン４の推力より大きいので、フロントダンピングピストン４にリヤダンピングピストン５が当接するまでさく岩機本体１は前進できる。通常は、フロントダンピングピストン４にリヤダンピングピストン５が当接した状態で打撃機構３が次の打撃を行う。この行程を繰り返すことによりさく孔作業が行われる。
【００１２】
岩盤Ｒの反射エネルギーＥr の値が小さく、さく岩機本体１の推力が理想値よりも高く調整されているときでも、破砕対象の岩盤Ｒの岩質の変化などで一時的に反射エネルギーＥr が過大となり、さく岩機本体１の推力が不足して、一旦後退した後次の打撃時までにさく岩機本体１が所要の位置まで前進ができない場合がある。このような場合にも、フロントダンピングピストン４は、リヤダンピングピストン５の停止後、リヤダンピングピストン５から離れ、チャックドライバブッシュ１３、シャンクロッド２を押して、さく岩機本体１が前進するより速やかに前進しているので、ビット２１が岩盤Ｒに接した状態で次の打撃を行って打撃ピストン３１の打撃エネルギーを岩盤Ｒに伝達することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような場合には、フロントダンピングピストン４が前進しているので、緩衝行程では、フロントダンピングピストン４がまず後退してリヤダンピングピストン５に強く衝突し、それからリヤダンピングピストン５が後退を開始するので、滑らかな緩衝が行なわれ難かった。
【００１４】
本発明は、油圧打撃装置の緩衝機構における上記の問題を解決するものであって、油圧打撃装置の推力が不足して、一旦後退した後次の打撃時までに装置本体の所要位置までの前進が得られない場合でも、工具を岩盤に接するよう前進させることを可能とし、打撃効率を向上させることができるよう、フロントダンピングピストンとリヤダンピングピストンとを設けた緩衝機構であって、緩衝行程において工具からの反射エネルギーを滑らかに緩衝して緩衝効果を向上させることのできる油圧打撃装置の緩衝機構を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明では、工具を打撃する打撃機構と、工具に破砕対象側への推力を伝達する伝達部材とを備えた油圧打撃装置において、伝達部材の後方に、装置本体の推力より推力が小さいフロントダンピングピストンと、装置本体の推力より推力が大きいリヤダンピングピストンとを、フロントダンピングピストンが伝達部材の直接後方、リヤダンピングピストンがフロントダンピングピストンの後方に位置して相互に前後摺動するように配設し、リヤダンピングピストン油室をアッキュムレータに連通させるとともに、フロントダンピングピストン油室とリヤダンピングピストン油室との間に、フロントダンピングピストンが後退するときフロントダンピングピストンがリヤダンピングピストンに衝突する前に遮断される油路と、フロントダンピングピストン油室からリヤダンピングピストン油室への油流を阻止し、リヤダンピングピストン油室からフロントダンピングピストン油室への油流を許容するチェック弁を備えた給油路とを並列に設けて油圧打撃装置の緩衝機構を構成することにより上記課題を解決している。
【００１６】
油圧打撃装置では、打撃機構が工具に打撃を与えると、その打撃エネルギーで工具が破砕対象を打撃して破砕する。
このときの反射エネルギーは、工具から伝達部材を経て油圧打撃装置に伝達されるので、この反射エネルギーによって油圧打撃装置は一旦後退し、推力により前進した後に、打撃機構が次の打撃を行う。
【００１７】
ここで、工具から伝達部材に伝達される反射エネルギーは、フロントダンピングピストンとリヤダンピングピストンの後退により緩衝される。この緩衝行程では、フロントダンピングピストンが前進していれば、フロントダンピングピストンがまず後退し、フロントダンピングピストンとリヤダンピングピストン間の油路が次第に絞られてゆきながら緩衝が行われる。そして、リヤダンピングピストンに衝突する前に、フロントダンピングピストン油室とリヤダンピングピストン油室との間の油路を遮断する。給油路のフロントダンピングピストン油室からリヤダンピングピストン油室への油流はチェック弁で阻止されるので、油路が遮断されるとフロントダンピングピストン油室の油圧が上昇して、リヤダンピングピストンはフロントダンピングピストンの衝突前に一体となって後退を開始する。
【００１８】
このように滑らかな緩衝が行なわれて緩衝効果が向上するので、油圧打撃装置の装置本体及び工具の損傷が少なくなる。
【００１９】
緩衝行程が終わると前進行程に移る。前進行程では、リヤダンピングピストンの推力が、油圧打撃装置の装置本体の推力より大きいので、フロントダンピングピストンとリヤダンピングピストンは、速やかにリヤダンピングピストンの所定の前端位置まで前進する。フロントダンピングピストンの推力は装置本体の推力より小さいが、伝達部材と工具は、質量が油圧打撃装置の装置本体よりはるかに小さいので、その後、フロントダンピングピストンにより伝達部材と工具のみをさらに前進させることができる。
【００２０】
フロントダンピングピストン油室とリヤダンピングピストン油室との間の給油孔に設けられたチェック弁はリヤダンピングピストン油室からフロントダンピングピストン油室への油流を許容するので、このとき、フロントダンピングピストン油室には給油孔から大量の油が流入可能で、フロントダンピングピストンは急速に前進することができ、遮断されていた油路もすみやかに開放される。
【００２１】
従って、油圧打撃装置の推力が不足し、一旦後退した後次の打撃時までに装置本体が所定の位置まで前進ができない場合にも、工具は岩盤に接した状態となって次の打撃を行うことができるので、打撃効率を向上させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態を示すさく岩機の緩衝機構の縦断面図、図２はさく岩機の基本的構成の説明図、図３、図４、及び図５は緩衝機構の作動の説明図、図６はピストンの打撃位置とピストン速度との関係の説明図である。
【００２３】
ここで、さく岩機の基本的な構成は、従来のさく岩機と同様であり、図２に示すように、さく岩機本体１の前端部にシャンクロッド２が挿着されており、その後方にシャンクロッド２に打撃を与える打撃機構３が設けられている。シャンクロッド２には、さく孔用のビット２１を取付けたロッド２２がスリーブ２３で連結されている。
【００２４】
図１に示すように、さく岩機本体１には、チャック１１を介してシャンクロッド２に回転を与えるチャックドライバ１２を備えており、このチャックドライバ１２にはシャンクロッド２の大径部後端２b に当接するチャックドライバブッシュ１３が装着されている。このチャックドライバブッシュ１３の後側には、フロントダンピングピストン４とリヤダンピングピストン５とが配設され緩衝機構を構成している。
【００２５】
リヤダンピングピストン５は、前端部外径を大径、その後方を小径とする円筒状のピストンでその外側と内側とを連通させる油路５１と給油路５３の一部となる油孔５４とを備えており、さく岩機本体１に設けられている中央段部１４と後方段部１５との間で前後に摺動可能に装着され、さく岩機本体１との間に形成されるリヤダンピングピストン油室５２の油圧で前方への推力が与えられる。
【００２６】
フロントダンピングピストン４は、同様に前端部外径を大径、その後方を小径とする円筒状のピストンであり、小径の部分がリヤダンピングピストン５の内側に前後摺動可能に装着され、大径の部分により、さく岩機本体１に設けられている前方段部１６とリヤダンピングピストン５の前端面５f との間で前後の移動範囲を規制されている。フロントダンピングピストン４の外周とリヤダンピングピストン５の内周との間には、フロントダンピングピストン油室４２が形成されており、その油圧でフロントダンピングピストン４に前方への推力が与えられる。
【００２７】
フロントダンピングピストン油室４２とリヤダンピングピストン油室５２との間にはフロントダンピングピストン油室４２からリヤダンピングピストン油室５２への油流を阻止し、リヤダンピングピストン油室５２からフロントダンピングピストン油室４２への油流を許容するチェック弁５５を備えた給油路５３が設けられている。リヤダンピングピストン油室５２は緩衝用のアッキュムレータ６に連通している。
【００２８】
油路５１は、フロントダンピングピストン４がリヤダンピングピストン５に対して前進した位置では図３に示すようにフロントダンピングピストン油室４２とリヤダンピングピストン油室５２とを連通し、フロントダンピングピストン４が後退するとき、図４に示すようにフロントダンピングピストン４がリヤダンピングピストン５に衝突する前に遮断されるよう、油孔５４より前方に配置されている。
【００２９】
フロントダンピングピストン４の外径は、図５に示すように、フロントダンピングピストン油室４２の前方がＤ1 後方がＤ2 であり、フロントダンピングピストン油室４２の油圧をＰとすると、フロントダンピングピストン油室４２により与えられる推力Ｆ4 は：
Ｆ4 ＝π（Ｄ1 2 −Ｄ2 2 ）Ｐ
リヤダンピングピストン５の外径は、リヤダンピングピストン油室５２の前方がＤ3 後方がＤ4 であり、リヤダンピングピストン油室５２の油圧は、通常フロントダンピングピストン油室４２の油圧Ｐと等しいので、リヤダンピングピストン油室５２により与えられる推力Ｆ5 は：
Ｆ5 ＝π（Ｄ3 2 −Ｄ4 2 ＋Ｄ1 2 −Ｄ2 2 ）Ｐ
である。
【００３０】
そして、さく岩機本体１に与えられるを推力をＦ1 とすると：
Ｆ4 ＜Ｆ1 ＜Ｆ5
となるように設定されている。
【００３１】
通常、さく岩機本体１の推力Ｆ1 は１ｔ程度、高打撃力仕様の場合には１ｔ以上であり：
Ｆ4 ：Ｆ1 ：Ｆ5 ＝１：２：３
程度に設定される。
【００３２】
さく孔作業の際には、打撃機構３の打撃ピストン３１がシャンクロッド２を打撃すると、その打撃エネルギーはシャンクロッド２からロッド２２を経てビット２１に伝達され、ビット２１が破砕対象である岩盤Ｒを打撃して破砕する。
【００３３】
このとき、の反射エネルギーＥr は、ビット２１からロッド２２、シャンクロッド２、チャックドライバブッシュ１３を経てフロントダンピングピストン４に伝達される。フロントダンピングピストン４は、リヤダンピングピストン５に対して前進した位置にあれば、フロントダンピングピストン油室４２の圧油が油路５１及びリヤダンピングピストン油室５２を通じて徐々にアッキュムレータ６に流入することによるクッション作用により後退する。フロントダンピングピストン４が後退すると、油路５１は、開口面積が絞られてゆきながら緩衝が行われる。そして、図４に示すように、フロントダンピングピストン４がリヤダンピングピストン５に衝突する前に遮断される。給油路５３はチェック弁５５によってフロントダンピングピストン油室４２からリヤダンピングピストン油室５２への圧油の流出が阻止されている。
【００３４】
よって、フロントダンピングピストン油室４２は封止され、フロントダンピングピストン油室４２の油圧がリヤダンピングピストン油室５２の油圧より高くなる。
【００３５】
そこで、前端面５f がさく岩機本体１の中央段部１４と当接する基準位置にあったリヤダンピングピストン５は、フロントダンピングピストン４がリヤダンピングピストン５に衝突する前に一体となって後退を始め、リヤダンピングピストン油室５２の油圧により緩衝されながらフロントダンピングピストン４と共にリヤダンピングピストン５が後方段部１５に当接するまで後退し、反射エネルギーＥr がさく岩機本体１に伝達され、緩衝行程が終わる。
【００３６】
このように、フロントダンピングピストン４とリヤダンピングピストン５が衝突するすことなく滑らかな緩衝が行なわれるので、緩衝効果が向上しさく岩機本体１及びビット２１からロッド２２、シャンクロッド２の損傷が少なくなる。
【００３７】
さく岩機本体１に伝達された反射エネルギーＥr によってさく岩機本体１は一旦後退する。リヤダンピングピストン油室５２により与えられる推力Ｆ5 は、さく岩機本体１に与えられる推力Ｆ1 より大きいので、まず、リヤダンピングピストン５はフロントダンピングピストン４とチャックドライバブッシュ１３、シャンクロッド２を押し戻して、前端面５f がさく岩機本体１の中央段部１４と当接する基準位置まで前進して停止する。
【００３８】
静止している質量Ｍの物体が、外力Ｆを受け、距離Ｓを移動する時間Ｔは、加速度をａとすると、運動の方程式より：
Ｆ＝ａＭ
Ｓ＝ａＴ2 ／２
∴ Ｔ＝（２ＭＳ／Ｆ）1/2
である。
【００３９】
一般に、さく岩機本体１の質量Ｍ1 は、フロントダンピングピストン４とチャックドライバブッシュ１３、シャンクロッド２、スリーブ２３、ロッド２２、及びビット２１との合計の質量Ｍ2 の１０倍〜３０倍であるのに対し、さく岩機本体１の推力Ｆ1 は、前述の通りフロントダンピングピストン４の推力Ｆ4 の２倍程度しかない。
【００４０】
さく岩機本体１が距離Ｓを移動するのに要する時間Ｔ1 と、フロントダンピングピストン４がチャックドライバブッシュ１３、シャンクロッド２、スリーブ２３、ロッド２２、及びビット２１を押しながら距離Ｓを移動するのに要する時間Ｔ2 との比は：
Ｍ1 ＝２０Ｍ2
Ｆ1 ＝２Ｆ4
とすれば、
Ｔ1 ／Ｔ2 ＝（１０）1/2 ≒３．１６
となる。
【００４１】
よって、フロントダンピングピストン４は、リヤダンピングピストン５の停止後、リヤダンピングピストン５から離れ、チャックドライバブッシュ１３、シャンクロッド２を押して、ビット２１が岩盤Ｒに当接するまで、さく岩機本体１が前進するより速やかに前進する。
【００４２】
フロントダンピングピストン油室４２とリヤダンピングピストン油室５２とは給油孔５３で常時連通しており、チェック弁５５はリヤダンピングピストン油室５２からフロントダンピングピストン油室４２への油流を許容するので、このとき、フロントダンピングピストン油室４２には、アッキュムレータ６からリヤダンピングピストン油室５２、給油孔５３を経て大量の油が流入可能で、フロントダンピングピストン４は急速に前進することができ、遮断されていた油路５１もすみやかに開放される。
【００４３】
これに続いて、さく岩機本体１が、その推力Ｆ1 により、１打撃による破砕長分だけ前進する。ビット２１が岩盤Ｒに接した後は、さく岩機本体１の推力Ｆ1 がフロントダンピングピストン４の推力Ｆ4 より大きいので、フロントダンピングピストン４は、油路５１が遮断される位置まで押し戻される。
【００４４】
そこで、打撃機構３が次の打撃を行う。この行程を繰り返すことによりさく孔作業が行われる。
もし、反射エネルギーＥr が異常に大きくなり、さく岩機本体１の前進が遅れるような場合でも、ビット２１はフロントダンピングピストン４の前進で既に岩盤Ｒに接しているので、打撃エネルギーは確実に破砕に消費され、打撃効率が向上する。
【００４５】
打撃エネルギーが破砕に消費されると異常な反射エネルギーＥr は発生しないので、さく岩機本体１の後退は小さくなり、以後の正常な前進が確保できる。
打撃装置において強力な打撃エネルギーを得るためには、ピストンの前進加速を大きくし、衝突スピードを速くしなければならない。このピストンの前進加速に伴う反力は、さく岩機本体１が受けるものであり、この反力は、打撃タイミングの前に発生するので、さく岩機本体１に与えられる推力より小さいことが望ましい。もし、この反力がさく岩機本体１の推力より大きい場合、反力の発生してる間さく岩機本体１は後退側への加速力を受けることになり、ビット２１が岩盤Ｒに接する位置まで既に前進していても、さく岩機本体１は打撃前にわずかに後退を生ずることになる。この場合にも、フロントダンピングピストン４の前進で、ビット２１を岩盤Ｒに接する位置に保持することができる。
【００４６】
なお、ビット２１先端部が、大きい打撃力を必要としない粘土層や空洞等に遭遇して、フロントダンピングピストン４の推力Ｆ4 でもビット２１、ロッド２２が前進するような場合には、フロントダンピングピストン４がシャンクロッド２を図１の基準位置より前方へ押し出した打撃位置で、打撃ピストン３１がシャンクロッド２を打撃する。
【００４７】
この打撃位置では、図６に示すように、打撃ピストン３１が減速域となっていて、打撃力の小さい軽打撃となるので、粘土層等の軟弱な個所に適当な打撃力でさく孔することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の油圧打撃装置の緩衝機構では、工具からの反射エネルギーを滑らかに緩衝して油圧打撃装置に伝達させることにより緩衝効果を向上させ損傷を少なくすると共に、油圧打撃装置の推力が不足して、一旦後退した後次の打撃時までに装置本体が所定位置まで前進できない場合でも、工具を岩盤に接するよう前進させて打撃することができ、打撃効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態を示すさく岩機の緩衝機構の縦断面図である。
【図２】さく岩機の基本的構成の説明図である。
【図３】緩衝機構の作動の説明図である。
【図４】緩衝機構の作動の説明図である。
【図５】緩衝機構の作動の説明図である。
【図６】ピストンの打撃位置とピストン速度との関係の説明図である。
【図７】従来のさく岩機の内部構造の説明図である。
【図８】従来のさく岩機の緩衝機構の説明図である。
【図９】従来のさく岩機の緩衝機構の説明図である。
【符号の説明】
１ さく岩機本体
２ シャンクロッド
３ 打撃機構
４ フロントダンピングピストン
５ リヤダンピングピストン
６ アッキュムレータ
１１ チャック
１２ チャックドライバ
１３ チャックドライバブッシュ
１４ 中央段部
１５ 後方段部
１６ 前方段部
２１ ビット
２２ ロッド
２３ スリーブ
３１ 打撃ピストン
４２ フロントダンピングピストン油室
５１ 油路
５２ リヤダンピングピストン油室
５３ 給油路
５４ 油孔
５５ チェック弁
Ｅr 反射エネルギー
Ｒ 岩盤
【発明の属する技術分野】
この発明は、ロッドやチゼル等の工具に打撃を与えて岩盤等の破砕を行う、さく岩機やブレーカ等の油圧打撃装置の緩衝機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、さく岩機は、図２に示すように、さく岩機本体１の前端部にシャンクロッド２が挿着されており、このシャンクロッド２には、さく孔用のビット２１を取付けたロッド２２がスリーブ２３で連結されている。さく岩機の打撃機構３の打撃ピストン３１がシャンクロッド２を打撃すると、その打撃エネルギーはシャンクロッド２からロッド２２を経てビット２１に伝達され、ビット２１が破砕対象である岩盤Ｒを打撃して破砕する。
【０００３】
このときの反射エネルギーＥr は、ビット２１からロッド２２、シャンクロッド２を経てさく岩機本体１に伝達されるので、この反射エネルギーＥr によってさく岩機本体１は一旦後退する。それから、さく岩機本体１が送り装置（図示略）の推力により１打撃による破砕長分だけもとの位置よりさらに前進し、ビット２１が岩盤Ｒに当接したところで、打撃機構３が次の打撃を行う。この行程を繰り返すことによりさく孔作業が行われる。
【０００４】
従来のさく岩機本体１には、図７に示すように、チャック１１を介してシャンクロッド２に回転を与えるチャックドライバ１２を備えており、このチャックドライバ１２にはシャンクロッド２の大径部後端２b に当接するチャックドライバブッシュ１３が装着されている。このチャックドライバブッシュ１３は、さく岩機本体１に前方への推力が与えられると、この推力をシャンクロッド２に伝達するものであり、打撃時のビット２１からの反射エネルギーＥr もシャンクロッド２からこのチャックドライバブッシュ１３を介してさく岩機本体１へ伝達される。
【０００５】
この反射エネルギーＥr をチャックドライバブッシュ１３で直接さく岩機本体１に伝達するとその衝撃でさく岩機の損傷を生ずるおそれがあるので、図８に示すように、この反射エネルギーＥr を油圧で緩衝させるために、緩衝機構としてチャックドライバブッシュ１３の後側にダンピングピストン５０を設けたものも用いられている。
【０００６】
上記の如く、さく岩機本体１は打撃後一旦後退し、推力により１打撃による破砕長分だけもとの位置よりさらに前進しビット２１が岩盤Ｒに当接したところで、次の打撃を行なわねばならない。従って、一旦後退した後、次の打撃が行われるまでには、速やかに所要距離だけ前進させる必要がある。
【０００７】
この前進が十分でない場合、シャンクロッド２の位置が一定せず、ビット２１は岩盤Ｒに接していないので、打撃ピストン３１の打撃エネルギーは岩盤Ｒに伝達されず、破砕作業は行われない。このときの打撃エネルギーは、ほとんどが反射エネルギーＥr となってさく岩機本体１へ戻り、ロッド２２、ビット２１、スリーブ２３等の工具の損耗の増加をまねくばかりでなく、強力なさく岩機本体１への後退力となり、さらに次の打撃への前進の遅れをきたすことになる。
【０００８】
さく岩機本体１が受ける反射エネルギーＥr の強さは、１打撃毎に異なるものであり、これに伴うさく岩機本体１の後退量もまちまちであって、岩盤Ｒの岩質によって大きく変動する。また、打撃ピストン３１の前進加速に伴うさく岩機本体１への反力も後退力に加わる。
【０００９】
この反射エネルギーＥr と後退量の変動による前進の遅れには、ダンピングピストン５０による反射エネルギーＥr の緩衝だけでは対処できない。
そこで、反射エネルギーＥr を油圧で緩衝すると共に、さく岩機本体１の推力が不足して、一旦後退した後次の打撃時までにさく岩機本体１の所要位置までの前進が得られない場合でも、ビット２１を岩盤に接するよう前進させて打撃することができるようにするために、図９に示すように、チャックドライバブッシュ１３の直接後方には、さく岩機本体１の推力より推力が小さいフロントダンピングピストン４を、フロントダンピングピストン４の後方には、さく岩機本体１の推力より推力が大きいリヤダンピングピストン５を、相互に前後摺動するように配設し、フロントダンピングピストン油室４２とリヤダンピングピストン油室５２とを油路５１で連通させ、アッキュムレータ６と接続した緩衝機構が提案されている。（特開平９−１０９０６４号参照）
この緩衝機構では、シャンクロッド２からチャックドライバブッシュ１３に伝達される反射エネルギーＥr は、フロントダンピングピストン４とリヤダンピングピストン５の後退により緩衝される。
【００１０】
リヤダンピングピストン５の推力は、さく岩機本体１の推力より大きいので、一旦後退したフロントダンピングピストン４とリヤダンピングピストン５は、速やかにリヤダンピングピストン５の所定の前端位置まで前進する。フロントダンピングピストン４の推力はさく岩機本体１の推力より小さいが、チャックドライバブッシュ１３とシャンクロッド２、ロッド２２、ビット２１は、質量がさく岩機本体１よりはるかに小さいので、その後、フロントダンピングピストン４によりチャックドライバブッシュ１３とシャンクロッド２、ロッド２２、ビット２１をさらに前進させる。
【００１１】
これに続いて、さく岩機本体１が、その推力により前進する。ビット２１が岩盤Ｒに当接した後は、さく岩機本体１の推力がフロントダンピングピストン４の推力より大きいので、フロントダンピングピストン４にリヤダンピングピストン５が当接するまでさく岩機本体１は前進できる。通常は、フロントダンピングピストン４にリヤダンピングピストン５が当接した状態で打撃機構３が次の打撃を行う。この行程を繰り返すことによりさく孔作業が行われる。
【００１２】
岩盤Ｒの反射エネルギーＥr の値が小さく、さく岩機本体１の推力が理想値よりも高く調整されているときでも、破砕対象の岩盤Ｒの岩質の変化などで一時的に反射エネルギーＥr が過大となり、さく岩機本体１の推力が不足して、一旦後退した後次の打撃時までにさく岩機本体１が所要の位置まで前進ができない場合がある。このような場合にも、フロントダンピングピストン４は、リヤダンピングピストン５の停止後、リヤダンピングピストン５から離れ、チャックドライバブッシュ１３、シャンクロッド２を押して、さく岩機本体１が前進するより速やかに前進しているので、ビット２１が岩盤Ｒに接した状態で次の打撃を行って打撃ピストン３１の打撃エネルギーを岩盤Ｒに伝達することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような場合には、フロントダンピングピストン４が前進しているので、緩衝行程では、フロントダンピングピストン４がまず後退してリヤダンピングピストン５に強く衝突し、それからリヤダンピングピストン５が後退を開始するので、滑らかな緩衝が行なわれ難かった。
【００１４】
本発明は、油圧打撃装置の緩衝機構における上記の問題を解決するものであって、油圧打撃装置の推力が不足して、一旦後退した後次の打撃時までに装置本体の所要位置までの前進が得られない場合でも、工具を岩盤に接するよう前進させることを可能とし、打撃効率を向上させることができるよう、フロントダンピングピストンとリヤダンピングピストンとを設けた緩衝機構であって、緩衝行程において工具からの反射エネルギーを滑らかに緩衝して緩衝効果を向上させることのできる油圧打撃装置の緩衝機構を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明では、工具を打撃する打撃機構と、工具に破砕対象側への推力を伝達する伝達部材とを備えた油圧打撃装置において、伝達部材の後方に、装置本体の推力より推力が小さいフロントダンピングピストンと、装置本体の推力より推力が大きいリヤダンピングピストンとを、フロントダンピングピストンが伝達部材の直接後方、リヤダンピングピストンがフロントダンピングピストンの後方に位置して相互に前後摺動するように配設し、リヤダンピングピストン油室をアッキュムレータに連通させるとともに、フロントダンピングピストン油室とリヤダンピングピストン油室との間に、フロントダンピングピストンが後退するときフロントダンピングピストンがリヤダンピングピストンに衝突する前に遮断される油路と、フロントダンピングピストン油室からリヤダンピングピストン油室への油流を阻止し、リヤダンピングピストン油室からフロントダンピングピストン油室への油流を許容するチェック弁を備えた給油路とを並列に設けて油圧打撃装置の緩衝機構を構成することにより上記課題を解決している。
【００１６】
油圧打撃装置では、打撃機構が工具に打撃を与えると、その打撃エネルギーで工具が破砕対象を打撃して破砕する。
このときの反射エネルギーは、工具から伝達部材を経て油圧打撃装置に伝達されるので、この反射エネルギーによって油圧打撃装置は一旦後退し、推力により前進した後に、打撃機構が次の打撃を行う。
【００１７】
ここで、工具から伝達部材に伝達される反射エネルギーは、フロントダンピングピストンとリヤダンピングピストンの後退により緩衝される。この緩衝行程では、フロントダンピングピストンが前進していれば、フロントダンピングピストンがまず後退し、フロントダンピングピストンとリヤダンピングピストン間の油路が次第に絞られてゆきながら緩衝が行われる。そして、リヤダンピングピストンに衝突する前に、フロントダンピングピストン油室とリヤダンピングピストン油室との間の油路を遮断する。給油路のフロントダンピングピストン油室からリヤダンピングピストン油室への油流はチェック弁で阻止されるので、油路が遮断されるとフロントダンピングピストン油室の油圧が上昇して、リヤダンピングピストンはフロントダンピングピストンの衝突前に一体となって後退を開始する。
【００１８】
このように滑らかな緩衝が行なわれて緩衝効果が向上するので、油圧打撃装置の装置本体及び工具の損傷が少なくなる。
【００１９】
緩衝行程が終わると前進行程に移る。前進行程では、リヤダンピングピストンの推力が、油圧打撃装置の装置本体の推力より大きいので、フロントダンピングピストンとリヤダンピングピストンは、速やかにリヤダンピングピストンの所定の前端位置まで前進する。フロントダンピングピストンの推力は装置本体の推力より小さいが、伝達部材と工具は、質量が油圧打撃装置の装置本体よりはるかに小さいので、その後、フロントダンピングピストンにより伝達部材と工具のみをさらに前進させることができる。
【００２０】
フロントダンピングピストン油室とリヤダンピングピストン油室との間の給油孔に設けられたチェック弁はリヤダンピングピストン油室からフロントダンピングピストン油室への油流を許容するので、このとき、フロントダンピングピストン油室には給油孔から大量の油が流入可能で、フロントダンピングピストンは急速に前進することができ、遮断されていた油路もすみやかに開放される。
【００２１】
従って、油圧打撃装置の推力が不足し、一旦後退した後次の打撃時までに装置本体が所定の位置まで前進ができない場合にも、工具は岩盤に接した状態となって次の打撃を行うことができるので、打撃効率を向上させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態を示すさく岩機の緩衝機構の縦断面図、図２はさく岩機の基本的構成の説明図、図３、図４、及び図５は緩衝機構の作動の説明図、図６はピストンの打撃位置とピストン速度との関係の説明図である。
【００２３】
ここで、さく岩機の基本的な構成は、従来のさく岩機と同様であり、図２に示すように、さく岩機本体１の前端部にシャンクロッド２が挿着されており、その後方にシャンクロッド２に打撃を与える打撃機構３が設けられている。シャンクロッド２には、さく孔用のビット２１を取付けたロッド２２がスリーブ２３で連結されている。
【００２４】
図１に示すように、さく岩機本体１には、チャック１１を介してシャンクロッド２に回転を与えるチャックドライバ１２を備えており、このチャックドライバ１２にはシャンクロッド２の大径部後端２b に当接するチャックドライバブッシュ１３が装着されている。このチャックドライバブッシュ１３の後側には、フロントダンピングピストン４とリヤダンピングピストン５とが配設され緩衝機構を構成している。
【００２５】
リヤダンピングピストン５は、前端部外径を大径、その後方を小径とする円筒状のピストンでその外側と内側とを連通させる油路５１と給油路５３の一部となる油孔５４とを備えており、さく岩機本体１に設けられている中央段部１４と後方段部１５との間で前後に摺動可能に装着され、さく岩機本体１との間に形成されるリヤダンピングピストン油室５２の油圧で前方への推力が与えられる。
【００２６】
フロントダンピングピストン４は、同様に前端部外径を大径、その後方を小径とする円筒状のピストンであり、小径の部分がリヤダンピングピストン５の内側に前後摺動可能に装着され、大径の部分により、さく岩機本体１に設けられている前方段部１６とリヤダンピングピストン５の前端面５f との間で前後の移動範囲を規制されている。フロントダンピングピストン４の外周とリヤダンピングピストン５の内周との間には、フロントダンピングピストン油室４２が形成されており、その油圧でフロントダンピングピストン４に前方への推力が与えられる。
【００２７】
フロントダンピングピストン油室４２とリヤダンピングピストン油室５２との間にはフロントダンピングピストン油室４２からリヤダンピングピストン油室５２への油流を阻止し、リヤダンピングピストン油室５２からフロントダンピングピストン油室４２への油流を許容するチェック弁５５を備えた給油路５３が設けられている。リヤダンピングピストン油室５２は緩衝用のアッキュムレータ６に連通している。
【００２８】
油路５１は、フロントダンピングピストン４がリヤダンピングピストン５に対して前進した位置では図３に示すようにフロントダンピングピストン油室４２とリヤダンピングピストン油室５２とを連通し、フロントダンピングピストン４が後退するとき、図４に示すようにフロントダンピングピストン４がリヤダンピングピストン５に衝突する前に遮断されるよう、油孔５４より前方に配置されている。
【００２９】
フロントダンピングピストン４の外径は、図５に示すように、フロントダンピングピストン油室４２の前方がＤ1 後方がＤ2 であり、フロントダンピングピストン油室４２の油圧をＰとすると、フロントダンピングピストン油室４２により与えられる推力Ｆ4 は：
Ｆ4 ＝π（Ｄ1 2 −Ｄ2 2 ）Ｐ
リヤダンピングピストン５の外径は、リヤダンピングピストン油室５２の前方がＤ3 後方がＤ4 であり、リヤダンピングピストン油室５２の油圧は、通常フロントダンピングピストン油室４２の油圧Ｐと等しいので、リヤダンピングピストン油室５２により与えられる推力Ｆ5 は：
Ｆ5 ＝π（Ｄ3 2 −Ｄ4 2 ＋Ｄ1 2 −Ｄ2 2 ）Ｐ
である。
【００３０】
そして、さく岩機本体１に与えられるを推力をＦ1 とすると：
Ｆ4 ＜Ｆ1 ＜Ｆ5
となるように設定されている。
【００３１】
通常、さく岩機本体１の推力Ｆ1 は１ｔ程度、高打撃力仕様の場合には１ｔ以上であり：
Ｆ4 ：Ｆ1 ：Ｆ5 ＝１：２：３
程度に設定される。
【００３２】
さく孔作業の際には、打撃機構３の打撃ピストン３１がシャンクロッド２を打撃すると、その打撃エネルギーはシャンクロッド２からロッド２２を経てビット２１に伝達され、ビット２１が破砕対象である岩盤Ｒを打撃して破砕する。
【００３３】
このとき、の反射エネルギーＥr は、ビット２１からロッド２２、シャンクロッド２、チャックドライバブッシュ１３を経てフロントダンピングピストン４に伝達される。フロントダンピングピストン４は、リヤダンピングピストン５に対して前進した位置にあれば、フロントダンピングピストン油室４２の圧油が油路５１及びリヤダンピングピストン油室５２を通じて徐々にアッキュムレータ６に流入することによるクッション作用により後退する。フロントダンピングピストン４が後退すると、油路５１は、開口面積が絞られてゆきながら緩衝が行われる。そして、図４に示すように、フロントダンピングピストン４がリヤダンピングピストン５に衝突する前に遮断される。給油路５３はチェック弁５５によってフロントダンピングピストン油室４２からリヤダンピングピストン油室５２への圧油の流出が阻止されている。
【００３４】
よって、フロントダンピングピストン油室４２は封止され、フロントダンピングピストン油室４２の油圧がリヤダンピングピストン油室５２の油圧より高くなる。
【００３５】
そこで、前端面５f がさく岩機本体１の中央段部１４と当接する基準位置にあったリヤダンピングピストン５は、フロントダンピングピストン４がリヤダンピングピストン５に衝突する前に一体となって後退を始め、リヤダンピングピストン油室５２の油圧により緩衝されながらフロントダンピングピストン４と共にリヤダンピングピストン５が後方段部１５に当接するまで後退し、反射エネルギーＥr がさく岩機本体１に伝達され、緩衝行程が終わる。
【００３６】
このように、フロントダンピングピストン４とリヤダンピングピストン５が衝突するすことなく滑らかな緩衝が行なわれるので、緩衝効果が向上しさく岩機本体１及びビット２１からロッド２２、シャンクロッド２の損傷が少なくなる。
【００３７】
さく岩機本体１に伝達された反射エネルギーＥr によってさく岩機本体１は一旦後退する。リヤダンピングピストン油室５２により与えられる推力Ｆ5 は、さく岩機本体１に与えられる推力Ｆ1 より大きいので、まず、リヤダンピングピストン５はフロントダンピングピストン４とチャックドライバブッシュ１３、シャンクロッド２を押し戻して、前端面５f がさく岩機本体１の中央段部１４と当接する基準位置まで前進して停止する。
【００３８】
静止している質量Ｍの物体が、外力Ｆを受け、距離Ｓを移動する時間Ｔは、加速度をａとすると、運動の方程式より：
Ｆ＝ａＭ
Ｓ＝ａＴ2 ／２
∴ Ｔ＝（２ＭＳ／Ｆ）1/2
である。
【００３９】
一般に、さく岩機本体１の質量Ｍ1 は、フロントダンピングピストン４とチャックドライバブッシュ１３、シャンクロッド２、スリーブ２３、ロッド２２、及びビット２１との合計の質量Ｍ2 の１０倍〜３０倍であるのに対し、さく岩機本体１の推力Ｆ1 は、前述の通りフロントダンピングピストン４の推力Ｆ4 の２倍程度しかない。
【００４０】
さく岩機本体１が距離Ｓを移動するのに要する時間Ｔ1 と、フロントダンピングピストン４がチャックドライバブッシュ１３、シャンクロッド２、スリーブ２３、ロッド２２、及びビット２１を押しながら距離Ｓを移動するのに要する時間Ｔ2 との比は：
Ｍ1 ＝２０Ｍ2
Ｆ1 ＝２Ｆ4
とすれば、
Ｔ1 ／Ｔ2 ＝（１０）1/2 ≒３．１６
となる。
【００４１】
よって、フロントダンピングピストン４は、リヤダンピングピストン５の停止後、リヤダンピングピストン５から離れ、チャックドライバブッシュ１３、シャンクロッド２を押して、ビット２１が岩盤Ｒに当接するまで、さく岩機本体１が前進するより速やかに前進する。
【００４２】
フロントダンピングピストン油室４２とリヤダンピングピストン油室５２とは給油孔５３で常時連通しており、チェック弁５５はリヤダンピングピストン油室５２からフロントダンピングピストン油室４２への油流を許容するので、このとき、フロントダンピングピストン油室４２には、アッキュムレータ６からリヤダンピングピストン油室５２、給油孔５３を経て大量の油が流入可能で、フロントダンピングピストン４は急速に前進することができ、遮断されていた油路５１もすみやかに開放される。
【００４３】
これに続いて、さく岩機本体１が、その推力Ｆ1 により、１打撃による破砕長分だけ前進する。ビット２１が岩盤Ｒに接した後は、さく岩機本体１の推力Ｆ1 がフロントダンピングピストン４の推力Ｆ4 より大きいので、フロントダンピングピストン４は、油路５１が遮断される位置まで押し戻される。
【００４４】
そこで、打撃機構３が次の打撃を行う。この行程を繰り返すことによりさく孔作業が行われる。
もし、反射エネルギーＥr が異常に大きくなり、さく岩機本体１の前進が遅れるような場合でも、ビット２１はフロントダンピングピストン４の前進で既に岩盤Ｒに接しているので、打撃エネルギーは確実に破砕に消費され、打撃効率が向上する。
【００４５】
打撃エネルギーが破砕に消費されると異常な反射エネルギーＥr は発生しないので、さく岩機本体１の後退は小さくなり、以後の正常な前進が確保できる。
打撃装置において強力な打撃エネルギーを得るためには、ピストンの前進加速を大きくし、衝突スピードを速くしなければならない。このピストンの前進加速に伴う反力は、さく岩機本体１が受けるものであり、この反力は、打撃タイミングの前に発生するので、さく岩機本体１に与えられる推力より小さいことが望ましい。もし、この反力がさく岩機本体１の推力より大きい場合、反力の発生してる間さく岩機本体１は後退側への加速力を受けることになり、ビット２１が岩盤Ｒに接する位置まで既に前進していても、さく岩機本体１は打撃前にわずかに後退を生ずることになる。この場合にも、フロントダンピングピストン４の前進で、ビット２１を岩盤Ｒに接する位置に保持することができる。
【００４６】
なお、ビット２１先端部が、大きい打撃力を必要としない粘土層や空洞等に遭遇して、フロントダンピングピストン４の推力Ｆ4 でもビット２１、ロッド２２が前進するような場合には、フロントダンピングピストン４がシャンクロッド２を図１の基準位置より前方へ押し出した打撃位置で、打撃ピストン３１がシャンクロッド２を打撃する。
【００４７】
この打撃位置では、図６に示すように、打撃ピストン３１が減速域となっていて、打撃力の小さい軽打撃となるので、粘土層等の軟弱な個所に適当な打撃力でさく孔することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の油圧打撃装置の緩衝機構では、工具からの反射エネルギーを滑らかに緩衝して油圧打撃装置に伝達させることにより緩衝効果を向上させ損傷を少なくすると共に、油圧打撃装置の推力が不足して、一旦後退した後次の打撃時までに装置本体が所定位置まで前進できない場合でも、工具を岩盤に接するよう前進させて打撃することができ、打撃効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態を示すさく岩機の緩衝機構の縦断面図である。
【図２】さく岩機の基本的構成の説明図である。
【図３】緩衝機構の作動の説明図である。
【図４】緩衝機構の作動の説明図である。
【図５】緩衝機構の作動の説明図である。
【図６】ピストンの打撃位置とピストン速度との関係の説明図である。
【図７】従来のさく岩機の内部構造の説明図である。
【図８】従来のさく岩機の緩衝機構の説明図である。
【図９】従来のさく岩機の緩衝機構の説明図である。
【符号の説明】
１ さく岩機本体
２ シャンクロッド
３ 打撃機構
４ フロントダンピングピストン
５ リヤダンピングピストン
６ アッキュムレータ
１１ チャック
１２ チャックドライバ
１３ チャックドライバブッシュ
１４ 中央段部
１５ 後方段部
１６ 前方段部
２１ ビット
２２ ロッド
２３ スリーブ
３１ 打撃ピストン
４２ フロントダンピングピストン油室
５１ 油路
５２ リヤダンピングピストン油室
５３ 給油路
５４ 油孔
５５ チェック弁
Ｅr 反射エネルギー
Ｒ 岩盤
Claims (1)
- 工具を打撃する打撃機構と、工具に破砕対象側への推力を伝達する伝達部材とを備えた油圧打撃装置において、伝達部材の後方に、装置本体の推力より推力が小さいフロントダンピングピストンと、装置本体の推力より推力が大きいリヤダンピングピストンとを、フロントダンピングピストンが伝達部材の直接後方、リヤダンピングピストンがフロントダンピングピストンの後方に位置して相互に前後摺動するように配設し、リヤダンピングピストン油室をアッキュムレータに連通させるとともに、フロントダンピングピストン油室とリヤダンピングピストン油室との間に、フロントダンピングピストンが後退するときフロントダンピングピストンがリヤダンピングピストンに衝突する前に遮断される油路と、フロントダンピングピストン油室からリヤダンピングピストン油室への油流を阻止し、リヤダンピングピストン油室からフロントダンピングピストン油室への油流を許容するチェック弁を備えた給油路とを並列に設けたことを特徴とする油圧打撃装置の緩衝機構。
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