JP4064868B2 - 油圧ブレーカ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は油圧ブレーカの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまで世界中の各社でいろいろなタイプのブレーカが開発されている。このうち、油圧を動力源とする油圧ブレーカは、エネルギー効率が高いこと、低騒音であること、建設機械の油圧動力を利用できること、作業中埃を巻き上げないこと、寒冷時にも凍結の恐れがないことなどの特長を持つことから、普及が進んでいる。
【０００３】
しかし、これまでの油圧ブレーカは、特許第３３７８０２９号などで理解されるように、内部構造及び作動油が流れる回路が複雑であるため圧力損失が大きく、このため、空圧ブレーカに比べて打撃力（破砕力）の点で劣り、今一段の普及を妨げる要因となっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記のような問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、シンプルな構造と回路を備えてしかも同等の質量の空圧ブレーカを上回る破砕力を発揮することができ、小型の油圧源で駆動できる油圧ブレーカを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、工具と、該工具を打撃するハンマーピストンと、ハンマーピストンに対する作動油の流れを切り換えるコントロールバルブを有する油圧ブレーカにおいて、コントロールバルブをブレーカ本体中心域でかつハンマーピストンの上部直近に配置するとともに、ハンマーピストンの打撃行程において、作動油を前記コントロールバルブの上下を貫通する中空部を通してハンマーピストンに作用させる手段を設けてなり、前記手段がハンマーピストンの上部受圧面が位置する上部ピストン室とコントロールバルブとの間にヘッド部を位置させた区画部材からなり、前記ヘッド部が、コントロールバルブ弁体の筒部が嵌まる開口を天部に有する内室と、弁体の筒部下端を受支可能な盤部を有し、前記盤部に上部ピストン室に通じる複数の通路が設けられていることを特徴としている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を説明するが、本発明はこの態様に限定されるものではない。
図１ないし図４は本発明による油圧ブレーカの一実施例を示しており、図５ないし図８は動作を示している。
図１において、１は本体であり、アキュムレータ１ａと、バルブボデイ１ｂと、シリンダ１ｃおよびフロントエンド１ｄとを備え、それらは上部から下方に配させ、図示しないボルト類で結合されている。そして、バルブボデイ１ｂにはハンドル９が取付けられている。
【０００８】
フロントエンド１ｄは筒状をなし、中央穴にチゼルなどの工具６が摺動自在に内挿されている。シリンダ１ｃは先端の段付き部をもってフロントエンド１ｄの上端部に嵌合されており、中心部には軸線方向に貫通穴１００が設けられている。
【０００９】
この貫通穴１００にはハンマーピストン４が摺動自在にはめられている。ハンマーピストン４は、貫通穴１００を貫いてフロントエンド１ｄ内にまで伸びるロッド部４ａと、このロッド部より径の大きなピストン部４ｂとを有し、ロッド部４ａとピストン部４ｂとの境にはリング状の下部受圧面４０が形成されている。
ピストン部４ｂは上端から所要深さの袋穴４１が形成されており、したがって、ピストン部４ｂは頂面にリング状の上部受圧面４２が形成されている。上部受圧面４２よりも下方の外周には幅の広いリング溝４３が設けられている。
【００１０】
前記貫通穴１００の上端部には拡径段部が設けられており、この段部に本発明で特徴とする区画部材２の拡大したヘッド部２ａが下部部分をもって嵌めこまれている。
前記ヘッド部２ａの残部は、バルブボデイ１ｂの下端中央部からうがたれた拡大穴１０１に嵌められている。
【００１１】
区画部材２は、ヘッド部２ａの下端中心にガイド用の軸部２ｂを有し、この軸部２ｂに、前記ピストン部４ｂの袋穴４１が相対摺動可能にはめられている。これによって、前記上部受圧面４２と区画部材２のヘッド部２ａとの間には、リング状をなしハンマーピストン４が摺動することによって容積が変化する上部ピストン室１６が形成されている。
【００１２】
前記区画部材２のヘッド部２ａは、図３のように、天部の中央部分に後述するコントロールバルブの弁体筒部を摺動ガイドする開口２０を有し、開口２０よりも内部には拡大した内室２１を有している。この内室２１の下側には後述するコントロールバルブの筒部の下端面を受支する盤部２２が形成されており、この盤部２２に上部ピストン室１６と内室２１とをつなぐ複数の貫通孔からなる通路２３が縦設されている。
前記ヘッド部２ａの内室２１を囲む壁と盤部２２および軸部２ｂは、この例では一部品として一体に形成されているが、これに限定されず、２部品以上を組み付けて作られていてもよい。
【００１３】
前記貫通穴１００には、下降状態でのハンマーピストン４の下部受圧面４０に油圧を作用させるために、リング溝状をなした下部ピストン室１５が設けられており、さらに、貫通穴１００には、この下部ピストン室１５よりも上位レベルに、リング溝からなる中間ピストン室１７が形成されている。この中間ピストン室１７は、ハンマーピストン４の下降ストロークの末期に前記リング溝４３と連通する位置にある。さらに、前記中間ピストン室１７よりも適度に上位の貫通穴１００にはリング溝からなる低圧室１８が形成されている。低圧室１８は、ハンマーピストン４の下降状態時においてハンマーピストン４のリング溝４３を介して中間ピストン室１７と連通しあう関係となっている。
【００１４】
バルブボデイ１ｂは、上端に上部室１２が設けられるとともに、一側部には作動油の入口１０と出口１１が設けられている。
上部室１２はアキュムレータ１ａに通じており、入口１０は先端が導入通路１０１によって上部室１２に通じ、後端は図示しないホースを介して油圧建設機械などの油圧発生装置の吐出部に接続される。
前記上部室１２には、導入通路１０１の接続部と異なる部位に、第１通路１４の上端部が接続されている。この第１通路１４はバルブボデイ１ｂを貫いてシリンダ１ｃに延出し、下端部が前記下部ピストン室１５に連通している。
【００１５】
出口１１は先端が導出通路１１１によって後述するコントロールバルブの第１バルブ室に連通とともに、出口１１から分岐状をなした通路１１２によって、前記低圧室１８に通じている。出口１１の後端は、図示しないホースを介して油圧建設機械などの油圧発生装置のオイルタンクに連絡される。
【００１６】
前記入口１０と出口１１の領域には、一端がバルブボデイ１ｂの外面に枢支されたコントロールレバー７で操作されるオペレートバルブ８が設けられている。
該オペレートバルブ８は、入口１０と出口１１に交差するように設けた弁室８ａとこれに摺動可能に配された弁体８ｂとを有しており、弁室８ａは、入口１０と交差し下端が相対的に径小な戻し通路８１によって出口１１に通じた筒孔を有している。
弁体８ｂは筒孔に摺動自在に嵌まり、中間外周に環状溝８０を有している。そして上部には弁室８ａを貫いて延びるロッド８２を有し、該ロッド８２がコントロールレバー７で押圧されることにより、弁体全体が筒孔を移動し、下部が入口１０と出口１１の境界壁に進入するようになっている。
【００１７】
アキュムレータ１ａは、シェルとチャンバ１００ｈにより形成された空所にダイヤフラム１００ｉを張設しており、このダイヤフラム１００ｉによってガス室１００ｊと蓄圧室１００ｋが区画されている。そして蓄圧室１００ｋと上部室１２とは通路１００ｍによって連通している。
【００１８】
バルブボデイ１ｂは、前記区画部材２と同軸上に、ハンマーピストン４に対する圧油の流れを切り替えるとともにアキュムレータ１ａで蓄圧された圧油を区画部材２と協働して直接ハンマーピストン４の上部受圧面４２に作用させるためのコントロールバルブ５を内蔵している。
【００１９】
前記コントロールバルブ５は、区画部材２のヘッド部２ａから上部のバルブ穴５ａと、区画部材２の前記盤部２２への当接を下降限としてバルブ穴５ａに摺動自在にはめられた弁体５ｂからなっている。
前記弁体５ｂは、図２に示すように、上端から下端まで貫通した中央室５３を有して全体が筒状をなし、外周には、上方から下方に向かって、第１筒部５０と、ランド部５１と、第２筒部５２を有している。
【００２０】
いま、図４のように、第１筒部５０の外径をＤ１、ランド部５１の外径をＤ２、第２筒部５２の外径をＤ３とし、第１筒部５０の断面積をＡ２、第２筒部５２の断面積をＡ１、ランド部５１の上面の面積をＡ４、ランド部５１の下面の面積をＡ３とした場合、それらは、次の条件を満たす関係となっている。
Ｄ２＞Ｄ１＞Ｄ３
Ａ１＋Ａ３＝Ａ２＋Ａ４
Ａ３−Ａ４＝Ａ２−Ａ１
【００２１】
前記弁体５ｂは、上昇して第１筒部５０の端面がバルブ穴５ａの天面５４に当接した状態で、第２筒部５２の下端が、区画部材２のヘッド部２ａに設けられている開口２０から脱出しない長さ（高さ）を有している。
バルブ穴５ａには、図２のように、上部室１２に通じる孔より下にそれぞれリング溝からなる第１バルブ室（上部バルブ室）５５、第２バルブ室（中間バルブ室）５６、および第３バルブ室（下部バルブ室）５７が順次間隔をおいて形成されている。
【００２２】
第１バルブ室５５は、弁体５ｂの第１筒部５０に対応する領域にある。第１バルブ室５５は、弁体５ｂがいずれの位置にあるときにも、上部室１２との連通が遮断される。そして、第１バルブ室５５には前記導出通路１１１の端部が接続されている。
第２バルブ室５６は、弁体５ｂが下限位置にあるときに第１筒部５０が位置し、弁体５ｂが上限位置に達したときにランド部５１で第１バルブ室５５との連通が遮断される領域に設けられており、第２バルブ室５６は連絡通路１９によって前記上部ピストン室１６に接続されている。
【００２３】
第３バルブ室５７は、区画部材２のヘッド部２ａの直上位置に設けられており、この第３バルブ室５７は、弁体５ｂがいずれの位置にあっても、ランド部５１によって第２バルブ室５６とは遮断されている。そして、第３バルブ室５７は通路１３によって前記中間ピストン室１７に接続されている。
【００２４】
【実施例の作用】
本発明による油圧ブレーカを使用するに当っては、入口１０を任意の外部油圧源たとえばパワショベルなどの油圧ユニットの吐出部とホースで接続し、出口１１をホースによって油圧ユニットのタンクに導いておく。
図１はこの状態であり、オペレートバルブ８が開いているため、入口１０から流入した作動油は、戻し通路８１から出口１１へと流出し、したがって油圧回路の圧力は上がらず、油圧ブレー力は作動を開始しない。
この時には、コントロールバルブ５の弁体５ｂは下限位置にあり、第２筒部５２は区画部材２の開口２０から内室２１に進入し、下端面が盤部２２に当接している。また、ハンマーピストン４も下降しており、先端が工具６と当接している。
【００２５】
コントロールレバー７を握って操作すると、図５のように、コントロールレバー７によってオペレートバルブ８の弁体８ｂが押し込まれ、大径部よって戻し通路１１１が閉じられる。作動油は入口１０からオペレートバルブ８の弁体８ｂの環状溝８０を流れ、導入通路１０１を通って上部室１２に流入し、これに通じている通路１４を通って下部ピストン室１５へ流入する。
【００２６】
下部ピストン室１５にはハンマーピストン４の下部受圧面４０が臨んでいるので、ここに下部ピストン室１５の圧力が作用し、ハンマーピストン４はこの圧カによる力によって押し上げられる。この時、ハンマーピストン４の上部受圧面４４２が位置している上部ピストン室１６内の作動油はハンマーピストン４によって押し出され、上部ピストン室１６に通じている通路１９から第２バルブ室５６、第１バルブ室５５を経て導出通路１１１に流れ、出口１１から流出する。
【００２７】
こうしてハンマーピストン４が上昇する間、図６のように、入口１０から導入通路１０１を経て上部室１２に流入した作動油の一部は、通路１００ｍを通って蓄圧室１００ｋに流人し、その圧力でダイアフラム１００ｉを押し上げガス室１００ｊ内のガスを圧縮するため、蓄圧室１００ｋには、作動油が高圧に蓄えられる。
【００２８】
下部ピストン室１５への作動油の供給で上昇するハンマーピストン４の下部受圧面４０が中間室１７に臨む位置に達すると、下部ピストン室１５内の高圧の作動油は中間室１７に入り、ここに接続している通路１３を経てコントロールバルブ５の第３バルブ室５７に流入する。この位置には下限位置にある弁体５ｂのランド５１の下端部と第２筒部５２の境界部分（段部）が位置しているので、段部に加わる第３バルブ室５７の圧力によって弁体５ｂは上昇し始める。
【００２９】
詳述すると、図４において、弁体５ｂの下端面の面積Ａ１と上端面の面積Ａ２には常に高圧Ｐｈが作用している。またランド部５１の上面の面積Ａ４には常に低圧Ｐｌが作用している。いま、第３バルブ室５７に高圧Ｐｈが作用すると、コントロールバルブの弁体５ｂには上昇力Ｆｕが作用する。この上昇力Ｆｕは次式で表される。
【００３０】
Ｆｕ＝Ｐｈ×Ａ１＋Ｐｈ×Ａ３−Ｐｈ×Ａ２−Ｐｌ×Ａ４
＝Ｐｈ（Ａ１−Ａ２＋Ａ３）−Ｐｌ×Ａ４
ここで、Ａ１−Ａ２＋Ａ３＝Ａ４であるから、
Ｆｕ＝Ａ４（Ｐｈ−Ｐｌ）＞０
したがって、圧力差による力Ｆｕによりコントロールバルブの弁体５ｂは上昇するのである。
【００３１】
コントロールバルブ５の弁体５ｂが上昇すると、図７のように、弁体５ｂの第２筒部５２の下端と区画部材２の盤部２２の接触によって弁体５ｂの中央室５３およびその上流の上部室１２と遮断されていた内室２１が、弁体５ｂの上昇に伴って中央室５３と連通し、同時に第１バルブ室５５と第２バルブ室５６との間の接続が弁体５ｂのランド部５１によって閉じられる。
【００３２】
これにより、上部室１２の高圧の作動油は、弁体５ｂの中央室５３から内室２１および盤部２２の縦の通路２３を経て、直接、上部ピストン室１６に流入する。上部ピストン室１６の面積は下部ピストン室１５の面積に比べはるかに大きくなっているため、ハンマーピストン４は上部ピストン室１６の面積に作用する高圧による力で急激に下方に加速される。下部ピストン室１５内の作動油は押し出され、通路１４を経て上部室１２に逆流する。
ハンマーピストン４の下降中には、蓄圧室１００ｋ内に蓄えられた作動油が通路１００ｍを通って放出され、コントロールバルブ５の弁体５ｂの中央室５３から通路２３を経て上部ピストン室１６に供給され、高圧回路の圧力を補償する。
【００３３】
区画部材２は、コントロールバルブ５およびハンマーピストン４のガイド機能、コントロールバルブ５の下限位置決め機能のほか、コントロールバルブ５の弁体５ｂと協働して１種の切換弁として機能し、コントロールバルブ５の弁体５ｂの内部を流れる高圧の作動油を上部ピストン室１６に臨むハンマーピストン４の受圧面に直接導くのである。
以上のことから、上部室１２から上部ピストン室１６に至る経路はコントロールバルブ５の弁体５ｂの中空部を通ることで最短経路となる。また、通路の形状が単純であるため、作動油の流れがスムーズとなり、圧力損失が少ない。このように短時問に大量の作動油を流せるようにすることでハンマーピストン４のスピードを上げることができ、結果として大きな打撃力を発生させることができる。
【００３４】
こうしてハンマーピストン４が下降して先端が工具６の頭部を打撃すると、工具６はこの打撃エネルギーを伝達し先端部でコンクリート等を破砕する。この状態が図８であり、ハンマーピストン４の先端が工具６を打撃すると、ハンマーピストン４のリング溝４３が中間室１７に達し、中間室１７と低圧室１８との間が開かれる。
中間室１７は通路１３が接続されており、低圧室１８には通路１１２が接続されているので、第２バルブ室５７内の作動油は、通路１３、中間室１７、リング溝４３、低圧室１８および通路１１２を経て出口１１１から流出する。このためコントロールバルブ４の第２バルブ室５６は低圧となり、コントロールバルブ５の弁体５ｂは中央室５３内の圧力により下降しはじめる。
【００３５】
詳述すると、第３バルブ室５７に低圧Ｐｌが作用すると、コントロールバルブの弁体５ｂには下降力Ｆｄが作用する。下降力Ｆｄは次式で表される。
Ｆｄ＝Ｐｈ×Ａ２−Ｐｌ×Ａ３−Ｐｈ×Ａ１＋Ｐｌ×Ａ４
＝Ｐｈ（Ａ２−Ａ１）−Ｐｌ×（Ａ３−Ａ４）
ここで、Ａ３−Ａ４＝Ａ２−Ａ１であるから、
Ｆｄ＝（Ｐｈ−Ｐｌ）×（Ａ２−Ａ１）＞０
【００３６】
このように、圧力差と面積差による力Ｆｄにより、コントロールバルブ５の弁体５ｂは下降する。
弁体５ｂが下降すると、図５の状態に戻り、ハンマーピストン４は再び上昇しはじめる。以下、同じ作動を繰り返すことで工具６に連続的に打撃を加えることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明した本発明の請求項１によるときには、工具６と、該工具を打撃するハンマーピストン４と、ハンマーピストン４に対する作動油の流れを切り換えるコントロールバルブ５を有する油圧ブレーカにおいて、コントロールバルブ５をブレーカ本体中心域でかつハンマーピストン４の上部直近に配置するとともに、ハンマーピストン４の打撃行程において、作動油を前記コントロールバルブ５の上下を貫通する中空部５３を通してハンマーピストン４に作用させる手段を設けているので、上部室１２から上部ピストン室１６に至る経路が最短経路となり、また、通路形状が単純であるため作動油の流れがスムーズで圧力損失が少なく、短時問に大量の作動油を流すことができる。このため、同等の質量の空圧ブレーカを上回る破砕力を持たせることができ、しかもシンプルな構造で回路も簡単で故障が少なく、小型の油圧源で駆動できるなどのすぐれた効果が得られる。
【００３８】
しかも、前記ハンマーピストン４の打撃行程において、作動油を前記コントロールバルブ５の上下を貫通する中空部５３を通してハンマーピストン４に作用させる手段が、ハンマーピストン４の上部受圧面が位置する上部ピストン室１６とコントロールバルブ５との間にヘッド部２ａが固定された区画部材２からなり、前記ヘッド部２ａが、コントロールバルブ弁体５ｂの筒部５２が挿通する開口２０を天部に有する室２１と、弁体５ｂの筒部下端を受支可能な盤部２２を有し、前記盤部２２に上部ピストン室１６に通じる複数の通路２３を設けているので、コントロールバルブ５の弁体５ｂに対するシートの機能と、高圧をコントロールバルブ５の弁体５ｂからダイレクトに上部ピストン室１６に導く通路部材としての機能を発揮でき、したがって、簡単な構造により、ハンマーピストンの打撃行程において、作動油を前記コントロールバルブの中空部を通してハンマーピストンに直接作用させることができるというすぐれた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による油圧ブレーカの一実施例を示す縦断側面図である。
【図２】図１の一部拡大図である。
【図３】（ａ）は図２のＸ−Ｘ線に沿う断面図、（ｂ）は区画部材単体の部分切欠側面図である。
【図４】本発明におけるコントロールバルブの径と受圧面積を示めす説明図である。
【図５】上昇ストロークを開始した状態の断面図である。
【図６】上昇ストロークの末期の状態を示す断面図である。
【図７】下降（打撃）ストロークを開始した状態の断面図である。
【図８】打撃時の状態の断面図である。
【符号の説明】
１ 本体
２ 区画部材
２ａ ヘッド部
４ ハンマーピストン
５ コントロールバルブ
１６ 上部ピストン室
２０ 開口
２１ 内室
２２ 盤部
２３ 通路

Claims (1)

1. 工具と、該工具を打撃するハンマーピストンと、ハンマーピストンに対する作動油の流れを切り換えるコントロールバルブを有する油圧ブレーカにおいて、コントロールバルブをブレーカ本体中心域でかつハンマーピストンの上部直近に配置するとともに、ハンマーピストンの打撃行程において、作動油を前記コントロールバルブの上下を貫通する中空部を通してハンマーピストンに作用させる手段を設けてなり、前記手段がハンマーピストンの上部受圧面が位置する上部ピストン室とコントロールバルブとの間にヘッド部を位置させた区画部材からなり、前記ヘッド部が、コントロールバルブ弁体の筒部が嵌まる開口を天部に有する内室と弁体の筒部下端を受支可能な盤部を有し、前記盤部に上部ピストン室に通じる複数の通路が設けられていることを特徴とする油圧ブレーカ。

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