JP6463476B2

JP6463476B2 - 液圧式打撃装置

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Publication number: JP6463476B2
Application number: JP2017528645A
Authority: JP
Inventors: 匡弘小泉
Original assignee: Furukawa Rock Drill Co Ltd
Current assignee: Furukawa Rock Drill Co Ltd
Priority date: 2015-07-13
Filing date: 2016-07-07
Publication date: 2019-02-06
Anticipated expiration: 2036-07-07
Also published as: EP3323564B1; CN107848097A; CN107848097B; EP3323564A1; KR102033235B1; EP3323564A4; US20180207782A1; WO2017010400A1; JPWO2017010400A1; US11052524B2; KR20180014779A

Description

本発明は、さく岩機やブレーカ等の液圧式打撃装置に関する。

この種の液圧式打撃装置としては、例えば特許文献１記載の技術が開示されている。同文献記載の液圧式打撃装置は、例えば図８に例示するように、シリンダ１００Ｐ、フロントヘッド３００およびバックヘッド４００Ｐを備え、シリンダ１００Ｐ内にピストン２００が摺嵌されている。

フロントヘッド３００は、シリンダ１００の前側に配設され、ロッド３１０が前進後退可能に摺嵌される。フロントヘッド３００の内部には、打撃室３０１が形成され、打撃室３０１内でロッド３１０の後端をピストン２００の先端が打撃する。バックヘッド４００Ｐは、シリンダ１００の後側に配設され、バックヘッド４００Ｐの内部に形成された後退室４０１Ｐ内をピストン２００の後端部が前後に移動する。

ピストン２００は、中実の円筒体であり、その略中央に大径部２０１、２０２を有している。大径部２０１の前側には中径部２０３が、大径部２０２の後側には小径部２０４がそれぞれ設けられている。大径部２０１と２０２の略中央には、円環状のバルブ切換溝２０５が形成されている。ピストン中径部２０３の外径は、ピストン小径部２０４の外径よりも大きく設定されている。
これにより、後述するピストン前室１１０およびピストン後室１１１におけるピストン２００の受圧面積、すなわち大径部２０１と中径部２０３の径差、および大径部２０２と小径部２０４の径差は、ピストン後室１１１側の方が大きくなっている（以下、受圧面積差という）。

上記ピストン２００が、シリンダ１００の内部に摺嵌されることで、シリンダ１００内にピストン前室１１０とピストン後室１１１とがそれぞれ画成されている。ピストン前室１１０は、ピストン前室通路１２０を介して高圧回路１０１に常時接続されている。一方、ピストン後室１１１は、後述する切換弁機構１３０の切換えによって、ピストン後室通路１２１を介して高圧回路１０１と低圧回路１０２とにそれぞれ交互に連通可能になっている。

高圧回路１０１はポンプＰに接続され、高圧回路１０１の途中部分に高圧アキュムレータ１４０が設けられている。低圧回路１０２はタンクＴに接続され、低圧回路１０２の途中部分に低圧アキュムレータ１４１が設けられている。切換弁機構１３０は、シリンダ１００Ｐの内外の適所に配設される公知の切換弁であり、後述するバルブ制御通路１２２から給排される圧油によって作動し、ピストン後室１１１を高圧と低圧とに交互に切換える。

ピストン前室１１０とピストン後室１１１との間には、前方から後方に向けてそれぞれ所定間隔離隔して、ピストン前進制御ポート１１２、ピストン後退制御ポート１１３、および排油ポート１１４が設けられている。ピストン前進制御ポート１１２とピストン後退制御ポート１１３には、バルブ制御通路１２２から分岐した通路がそれぞれ接続されている。排油ポート１１４は、排油通路１２３を介してタンクＴに接続されている。

ピストン前進制御ポート１１２は、前側のショートストロークポート１１２ａ、および後側のロングストロークポート１１２ｂを有し、ショートストロークポート１１２ａとバルブ制御通路１２２との間に設けられた可変絞り１１２ｃの操作によってショートストロークとロングストロークの間を無断階に切換え可能になっている。可変絞り１１２ｃを全開にするとショートストロークとなり、全閉にするとロングストロークとなる。

この液圧式打撃装置は、ピストン前室１１０が高圧回路１０１に常時接続されているので、ピストン２００は常時後方へと付勢され、ピストン後室１１１が切換弁機構１３０の作動により高圧回路１０１に接続されると受圧面積差によってピストン２００は前進し、ピストン後室１１１が切換弁機構１３０の作動により低圧回路１０２に接続されるとピストン２００は後退する。

切換弁機構１３０は、ピストン前進制御ポート１１２がピストン前室１１０と連通してバルブ制御通路１２２に圧油が供給されると、ピストン後室通路１２１を高圧回路１０１に連通する位置に切換えられる。また、切換弁機構１３０は、ピストン後退制御ポート１１３が排油ポート１１４と連通して圧油がバルブ制御通路１２２からタンクＴへと排出されると、ピストン後室通路１２１を低圧回路１０２に連通する位置へと切換えられる。

特許第４９１２７８５号公報

ところで、この種の液圧式打撃装置において、高出力化を図る方策としては、一打撃当たりの運動エネルギーを高める方策と、打撃数を増大して運動エネルギーの総和を大きくする方策とがある。本発明者は、これら方策のうち、打撃数を増大して運動エネルギーの総和を大きくする方策を採る場合に以下の問題点を見出した。

ここで、図８において、従来の液圧式打撃装置では、ピストン前進制御ポート１１２には、ロングストロークポート１１２ｂとショートストロークポート１１２ａとが併設されていることを説明したが、ショートストローク化することによって、ロングストロークの設定よりも打撃数を増加することができる。

図９に、従来の液圧式打撃装置におけるロングストロークとショートストロークのピストンストローク−速度線図を示す。
同図において、点線がロングストローク設定の線図であり、Ｌ１が全ストローク、Ｌ２がピストン後退加速区間（ピストンが後退を開始してから、ピストン前進制御ポートがピストン前室と連通してバルブが切換えられてピストン後室が高圧に切換えられるまで）、Ｌ３がピストン後退減速区間（ピストン後室が高圧に切換えられてピストンが後方ストロークエンドに到るまで）、Ｖｌｏｎｇが打撃点におけるピストン速度である。また、実線がショートストローク設定の線図であり、同様に、Ｌ１´が全ストローク、Ｌ２´がピストン後退加速区間、Ｌ３´がピストン後退減速区間、Ｖｓｈｏｒｔが打撃点におけるピストン速度である。

図９に示すように、ショートストローク化によってストロークは短縮されるものの、ピストンを加速する区間も減少しており、結果として、ピストン速度は、ＶｌｏｎｇからＶｓｈｏｒｔに低下していることがわかる。したがって、ショートストローク化によって得られる打撃数の増加分とピストン速度の低下分とを総合して勘案すると、必ずしも高出力化に繋がっているとはいえない。

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、打撃エネルギーを維持しながら、ピストンストロークをショートストローク化して打撃出力を増大可能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、該シリンダの内部に摺嵌されたピストンと、該ピストンの外周面と前記シリンダの内周面との間に画成されて軸方向の前後に離隔配置されたピストン前室およびピストン後室と、前記ピストン前室および前記ピストン後室の少なくとも一方を高圧回路および低圧回路の少なくとも一方に切換えて前記ピストンを駆動する切換弁機構と、前記ピストンの後方に設けられ、圧油によって推力を発生させて前記ピストンの後退工程中に前記ピストンに当接して、前記ピストンに作用する圧油による制動力と協働して前記ピストンを前方へと付勢して増速する増速手段と、を備え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おいて、前記増速手段は、前記ピストンの後退工程中に、前記ピストンに圧油による制動力が作用するタイミングで前記ピストンに当接することは好ましい。
また、本発明の一態様に係る液圧式打撃装置において、前記増速手段は、前記高圧回路から供給される圧油によって推力が発生する増速ピストンであることは好ましい。

本発明の一態様に係る液圧式打撃装置によれば、ピストンの後方に増速手段を設け、増速手段は、圧油によって推力を発生させてピストンの後退工程中にピストンに当接し、ピストンに作用する圧油による制動力と協働してピストンを前方へと付勢して増速するので、ピストンの後退ストロークが短縮されるとともにピストンの前進動作が加速される。そのため、ピストン速度が低下しないので高出力化が可能となる。したがって、本発明に係る液圧式打撃装置によれば、打撃エネルギーを維持しながら、ピストンストロークをショートストローク化して打撃出力を増大することができる。

ここで、本発明の一態様に係る液圧式打撃装置において、前記増速手段を作動させないときに、前記増速手段を前記ピストンと当接しない位置まで退避させる作動選択手段を備えることは好ましい。
また、前記切換弁機構は、少なくとも前記ピストン後室を前記高圧回路と前記低圧回路とに交互に切換えて前記ピストンを駆動するように構成され、前記増速ピストンへの圧油供給通路は、前記ピストン後室に圧油を供給する通路から分岐して設けられていることは好ましい。

また、本発明の一態様に係る液圧式打撃装置において、前記高圧回路から前記増速手段への圧油供給通路に、前記増速手段に近接する位置に付勢アキュムレータを設けることは好ましい。
また、本発明の一態様に係る液圧式打撃装置において、前記圧油供給通路に、前記付勢アキュムレータよりも圧油供給源側であり、かつ、前記付勢アキュムレータに近接する位置に、前記増速手段への圧油の供給のみを許容する方向規制手段を設けることは好ましい。

本発明によれば、打撃エネルギーを維持しながら、ピストンストロークをショートストローク化して打撃出力を増大することが可能な液圧式打撃装置を提供することができる。

本発明の一態様に係る液圧式打撃装置の第一実施形態の模式図である。第一実施形態の作動状態を示す模式図（（ａ）〜（ｄ））である。第一実施形態のピストンストローク−速度線図である。本発明の一態様に係る液圧式打撃装置の第二実施形態の模式図である。本発明の一態様に係る液圧式打撃装置の第三実施形態の模式図である。本発明の一態様に係る液圧式打撃装置の第四実施形態の模式図である。本発明の一態様に係る液圧式打撃装置の第五実施形態の模式図である。従来の液圧式打撃装置の模式図である。従来の液圧式打撃装置のピストンストローク−速度線図である。

以下、本発明の各実施形態について図面を適宜参照しつつ説明する。全ての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付している。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、以下に示す各実施形態は、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。

第一実施形態の液圧式打撃装置は、図１に示すように、シリンダ１００、フロントヘッド３００およびバックヘッド４００を備え、シリンダ１００内にピストン２００が摺嵌されている。
ピストン２００は、中実の円筒体であり、その略中央に大径部２０１、２０２を有する。大径部２０１の前側には中径部２０３が、大径部２０２の後側には小径部２０４がそれぞれ設けられている。大径部２０１と２０２の略中央には、円環状のバルブ切換溝２０５が形成されている。
ピストン中径部２０３の外径は、ピストン小径部２０４の外径よりも大きく設定されている。これにより、後述するピストン前室１１０およびピストン後室１１１におけるピストン２００の受圧面積、すなわち大径部２０１と中径部２０３の径差、および大径部２０２と小径部２０４の径差はピストン後室１１１側の方が大きくなっている。

上記ピストン２００は、シリンダ１００の内部に摺嵌されることで、シリンダ１００内にピストン前室１１０とピストン後室１１１とがそれぞれ画成されている。ピストン前室１１０は、ピストン前室通路１２０を介して高圧回路１０１に常時接続されている。一方、ピストン後室１１１は、後述する切換弁１３００の切換えによって、ピストン後室通路１２１を介して高圧回路１０１と低圧回路１０２とにそれぞれ交互に連通可能になっている。

高圧回路１０１はポンプＰに接続され、高圧回路１０１の途中部分には高圧アキュムレータ１４０が設けられている。低圧回路１０２はタンクＴに接続され、低圧回路１０２の途中部分には低圧アキュムレータ１４１が設けられている。切換弁機構１３０は、シリンダ１００の内外の適所に配設される公知の切換弁であり、後述するバルブ制御通路１２２から給排される圧油によって作動し、ピストン後室１１１を高圧と低圧とに交互に切換える。

ピストン前室１１０とピストン後室１１１との間には、前方から後方に向けてそれぞれ所定間隔離隔して、ピストン前進制御ポート１１２、ピストン後退制御ポート１１３、および排油ポート１１４が設けられている。ピストン前進制御ポート１１２とピストン後退制御ポート１１３には、バルブ制御通路１２２から分岐した通路がそれぞれ接続されている。排油ポート１１４は排油通路１２３を介してタンクＴに接続されている。

ピストン前進制御ポート１１２は、前側のショートストロークポート１１２ａ、および後側のロングストロークポート１１２ｂを有する。ピストン前進制御ポート１１２は、ショートストロークポート１１２ａとバルブ制御通路１２２との間に設けられた可変絞り１１２ｂの操作によって、ショートストロークとロングストロークの間を無断階に切換え可能になっている。可変絞り１１２ｃを全開にするとショートストロークとなり、全閉にするとロングストロークとなる。

フロントヘッド３００は、シリンダ１００の前側に配設され、ロッド３１０が前進後退可能に摺嵌される。フロントヘッド３００の内部に形成された打撃室３０１内で、ロッド３１０の後端をピストン２００の先端が打撃する。
バックヘッド４００は、シリンダ１００の後側に配設されている。バックヘッド４００の内部には、後退室４０１およびその後方に加圧室４０２が形成されている。後退室４０１の内径は、ピストン小径部２０４が前後移動する際に影響が無いように設定され、加圧室４０２の内径は、後退室４０１の内径よりも径大に設定されている。後退室４０１と加圧室４０２の境界には端面４０３が形成されている。

加圧室４０２には、付勢手段（増速手段）として増速ピストン４１０が摺嵌されている。増速ピストン４１０は、前側の小径部４１１および後側の大径部４１２を有する。小径部４１１と大径部４１２との境界には段付面４１３が形成されている。加圧室４０２の内径に大径部４１２が摺接し、端面４０３と段付面４１３とが当接することによって加圧室４０２内の大径部４１２の後側に液圧室が画成され、液圧室は、加圧通路４０４によって高圧回路１０１に常時接続されている。

一般的な液圧式打撃装置においては、ピストン２００とロッド３１０の打撃界面、すなわち、ピストン中径部２０３とロッド３１０の後端部の外径は同じ寸法に設定されている。その理由は、ピストン２００がロッド３１０を打撃して発生する応力波の伝達効率を高めるためであり、同様の理由で、本実施形態では、増速ピストン４１０の小径部４１１の外径がピストン小径部２０４の外径と略同径に設定されている。

次に、本実施形態の液圧式打撃装置の動作、および増速ピストン４１０の作動状態について図２を参照しつつ説明する。なお、図２では、回路が高圧接続されている部分を太い実線および網掛けにて示している。

本実施形態の液圧式打撃装置は、ピストン前室１１０が常時高圧接続されているので、ピストン２００は常時後方へと付勢され、ピストン後室１１１が切換弁機構１３０の作動により高圧接続されると、上記受圧面積差によってピストン２００は前進し、ピストン後室１１１が切換弁機構１３０の作動により低圧接続されるとピストン２００は後退する。

切換弁機構１３０は、ピストン前進制御ポート１１２がピストン前室１１０と連通してバルブ制御通路１２２に圧油が供給されると、ピストン後室通路１２１を高圧回路１０１に連通する位置に切換え、ピストン後退制御ポート１１３が排油ポート１１４と連通して圧油がバルブ制御通路１２２からタンクＴへと排出されると、ピストン後室通路１２１を低圧回路１０２に連通する位置へと切換える。なお、ピストン前進制御ポートの設定は、上記可変絞り１１２ｃを全閉としたロングストロークである。

ここで、本実施形態の液圧式打撃装置の打撃機構は、従来の液圧式打撃装置に対して、バックヘッド４００に増速ピストン４１０を設けた点に特徴がある。
すなわち、図２において、同図（ｄ）に示す、ピストン２００がロッド３１０を打撃すると同時に、切換弁機構１３０のパイロット室（不図示）は、バルブ制御通路１２２および排油通路１２３を経て低圧に接続されるため内部のスプールが切換り、ピストン後室通路１２１を低圧回路１０２に連通することでピストン後室１１１が低圧となるのでピストン２００は後退動作を開始する。（同図（ａ）参照）

更にピストン２００が後退するとピストン前進制御ポート１１２が開いて切換弁機構１３０が切換り、ピストン後室１１１が高圧になるタイミングでピストン２００が増速ピストン４１０に当接する。このとき、ピストン２００には、前室１１０と後室１１１の受圧面積差による推力（「通常推力」とする）に、上記増速ピストン４１０による推力（「加算推力」とする）が合算して作用する（同図（ｂ）参照）。換言すれば、増速ピストン４１０は、ピストン２００の後退工程中にピストン２００に当接して、ピストン２００に作用する圧油による通常推力（制動力）と協働してピストン２００を前方へと付勢する加算推力をピストン２００に与える。

その後もピストン２００は慣性によって後退を続けるが、上述の通常推力と加算推力とが合算してピストン２００に作用するため、ピストン２００は、通常の後方ストロークエンドよりも前方の位置で後退から前進に転じる。この間に加圧室４０２から排出された圧油は高圧アキュムレータ１４０に蓄圧される（同図（ｃ）参照）。

ピストン２００が前進に転じた直後は、高圧アキュムレータ１４０に蓄圧された圧油が加圧室４０２に供給される。そのため、ピストン２００は増速ピストン４１０に付勢されて速やかに加速する。やがて、上記段付面４１３が端面４０３に当接して増速ピストン４１０の前方ストロークエンドに達すると、ピストン２００は、増速ピストン４１０と離れて通常推力のみで前進してロッド３１０を打撃する（同図（ｄ）参照）。以下、上述のサイクルが繰り返される。

図３に、本実施形態の液圧式打撃装置におけるピストンストローク−速度線図を示す。同図では、参考として、本実施形態の増速ピストン４１０を有しない場合も破線で表示している。

図３において、ピストン２００が後退して増速ピストン４１０に当接するまで（図２（ａ）から（ｂ））は、Ｌ２区間のＶ＜０領域に相当し、ピストン２００が増速ピストン４１０と当接して後方ストロークエンドまで後退するまで（図２（ｃ））は、ＬＢ３区間のＶ＜０領域に相当し、ピストン２００が前進に転じてから増速ピストン４１０と離れるまでは、ＬＢ３区間のＶ＞０領域に相当し、ピストン２００が通常の推力で前進してロッド３１０を打撃するまで（図２（ｄ））は、Ｌ２区間のＶ＞０領域に相当する。

ここで、増速ピストン４１０を備えない従来のピストンストローク−速度線図は、図９におけるロングストロークの線図と同じプロファイルであり、表示についても図９と同様に点線を用い、各ストロークはＬ１〜Ｌ３である。

図３に示すように、本実施形態の液圧式打撃装置においては、ピストン２００が増速ピストン４１０と当接している区間以外は、ロングストローク仕様の打撃機構として作動しており、ピストン２００がロッド３１０を打撃する際の速度Ｖ１および後退時の最大速度Ｖ２に変化がないことがわかる。

すなわち、本実施形態の増速ピストン４１０の有無による差異は、ピストン２００が増速ピストン４１０と当接している区間のストロークのみであり、この当接している区間のストロークがＬ３からＬＢ３へと短縮している。そのため、全体のストロークがＬ１からＬＢ１へとショートストローク化している。

このように、本実施形態の増速ピストン４１０は、ピストン後退行程の一部分、すなわち、減速後退〜後方ストロークエンド〜加速前進のＬＢ３区間工程のみ、ピストン後室１１１の受圧面積を一時的に拡大する機構と言える。
ピストン２００の減速後退時に受圧面積が拡大することで制動力が増大して短時間でピストン２００は後退動作を停止する。この時、後室１１１と加圧室４０２から排出される圧油が高圧アキュムレータ１４０に蓄圧される時間も短縮される。

そして、ピストン２００は前進動作に転じるが、引き続き受圧面積が拡大した状態が維持されるので、高圧アキュムレータ１４０に蓄圧された圧油が放出され、後室１１１と加圧室４０２に圧油が供給される時間も短縮されてピストン２００の前進加速度は増大する。

このように、本実施形態の液圧式打撃装置によれば、増速ピストン４１０を備えない液圧式打撃装置に比べ、高圧アキュムレータ１４０による運動エネルギーの回収・放出時間を短縮することでストロークを短縮していることがわかる。

ピストンの質量をｍ_ｐ、増速ピストン４１０の質量をｍ_ｂとする。従来の液圧式打撃装置でピストン２００が図３のＬ３区間の速度Ｖ_２からゼロに至る後退減速行程において、この間に高圧アキュムレータ１４０がピストン２００に作用する力をＦ_ｐ、作用する時間をＴ_ｐとすると、ピストン２００に作用する力積と運動量の変化は、
−ｍ_ｐＶ_ｐ=Ｆ_ｐ・Ｔ_ｐ
一方、増速ピストンを追加した本発明の液圧式打撃装置でピストン２００が図３のＬＢ３区間の速度Ｖ_２からゼロに至る後退減速行程において、この間に高圧アキュムレータ１４０がピストン２００及び増速ピストン４１０に作用する力をＦ_ｂ、作用する時間をＴ_ｂとすると、ピストン２００とピストン４１０に作用する力積と運動量の変化は、
−（ｍ_ｐ＋ｍ_ｂ）Ｖ_ｐ=Ｆ_ｂ・Ｔ_ｂ
ここで、ｍ_ｂ＝ａ・ｍ_ｐと置くと、
−（ｍ_ｐ＋ｍ_ｂ）Ｖ_ｐ＝−（１＋ａ）ｍ_ｐ・Ｖ_ｐ＝（１＋ａ）Ｆ_ｐ・Ｔ_ｐ＝Ｆ_ｂ・Ｔ_ｂ
∴ Ｔ_ｂ＝（１＋ａ）（Ｆ_ｐ/Ｆ_ｂ）Ｔ_ｐ
ここで、ピストン２００の前室１１０と後室１１１の受圧面積差をＡ_ｐ、増速ピストン４１０大径部４１２の受圧面積をＡ_ｂ、油圧をΔＰとすると、
Ｆ_ｐ=Ａ_ｐ・ΔＰ
Ｆ_ｂ=（Ａ_ｐ＋Ａ_ｂ）ΔＰ
∴Ｔ_ｂ＝（１＋ａ）Ａ_ｐ/（Ａ_ｐ＋Ａ_ｂ）Ｔ_ｐ
因みに、従来の液圧式打撃装置のＬ３区間の前進加速行程の所要時間、並びに本発明の液圧打撃装置のＬＢ３区間の前進加速行程の所要時間は同様に各々Ｔ_ｐ、Ｔ_ｂとなる。

すなわち、本発明の液圧式打撃装置は、ピストン２００が増速ピストン４１０と当接して制動を受けて停止し、前進に転じて加速するＬＢ３区間の局面におけるサイクルタイム２Ｔ_ｂは、増速ピストン４１０を備えない従来の液圧式打撃装置のＬ３区間のサイクルタイム２Ｔ_ｐに対して２（１＋ａ）Ａ_ｐ/（Ａ_ｐ＋Ａ_ｂ）Ｔ_ｐとなるので、ショートストローク化が可能である。そして、ピストン２００に対する増速ピストン４１０の質量比ａが小さいほど、また、増速ピストン４１０の受圧面積Ａ_ｂが大きいほどショートストローク化が可能となる。
なお、このショートストローク化は、高圧アキュムレータ１４０よる運動エネルギーの回収・放出によって行われるので追加の動力は必要としない。また、実際の装置を設計する際には、ピストン２００に対する増速ピストン４１０の質量比ａは無視し得るほど小さく、すなわち増速ピストン４１０の質量ｍ_ｂを可能な限り小さく設定することが好ましい。

さらに、本実施形態の液圧式打撃装置では、ショートストローク化してもピストン２００がロッド３１０を打撃する際の速度Ｖ１は変化しない。そのため、１打撃当たりの打撃エネルギーを減ずることなく打撃数を増加させるので、打撃機構の高出力化が可能となる。

次に、本発明の第二実施形態について図４を参照しながら説明する。
同図に示すように、この第二実施形態は、バックヘッド４００において、後退室４０１と加圧室４０２の境界（つまり端面４０３）よりも前方に、その内径が増速ピストン小径部４１１の外径と摺接する隔壁４０５を形成し、隔壁４０５の加圧室４０２側に切換室４０５ａを設けている。切換室４０５ａには切換通路４０６が接続されており、切換通路４０６と加圧通路４０４とは、切換弁機構４２０を介して高圧回路１０１と低圧回路１０２のいずれかに連通するようになっている。それ以外の構成は、上記第一実施形態と同じである。

この第二実施形態によれば、切換弁機構４２０が図４に示す位置にある状態では、増速ピストン４１０を前述した通りに作動させて打撃機構をショートストローク化することが可能である。これに対し、切換弁機構４２０を図４に示す位置から図４の下方に図示する状態へと切り替えると、切換室４０５ａに圧油が供給されるため、増速ピストン４１０は後方ストロークエンドまで退避し、ピストン２００と当接しないようにして通常のストロークで打撃機構を作動させることが可能である。すなわち、この変形例の追加構成部分は、増速ピストン４１０の作動選択手段（オンオフスイッチ）として機能する。

次に、本発明の第三実施形態について図５を参照しながら説明する。
同図に示すように、第三実施形態においては、加圧室４０２は、加圧通路４０７を介してピストン後室通路１２１に接続されている。それ以外の構成は第一実施形態と同じである。

この第三実施形態によれば、増速ピストン４１０への圧油供給通路である加圧通路４０７は、ピストン後室１１１に圧油を供給するピストン後室通路１２１から分岐して設けられているので、加圧室４０２および後室１１１への圧油の給排が同期して行われる。そのため、前述した増速ピストン４１０が作動するタイミングをピストン２００の後退減速行程開始タイミングに正確に一致させることができる。したがって、ピストン２００が減速を開始する前にピストン２００と増速ピストン４１０が衝突してエネルギーが無駄に消費されることはない。

次に、本発明の第四実施形態について図６を参照しながら説明する。
同図に示すように、第四実施形態においては、加圧室４０２と高圧回路１０１を接続する加圧通路４０４´に、加圧室４０２に近接して付勢アキュムレータ１４２が設けられている。それ以外の構成は第一実施形態と同じである。

ここで、例えば、図１に示した第一実施形態の液圧式打撃装置において、ピストン２００が、その後退工程中に増速ピストン４１０に当接し、ピストン２００に作用する圧油による制動力と増速ピストン４１０に作用する前方への推力とが協働してピストン２００を前方へと付勢することで、ピストンストロークを短縮するというものである。そのため、ピストン２００が増速ピストン４１０に当接する際は衝撃を伴う。

それ故、第一実施形態の液圧式打撃装置において、ピストン２００が後退して増速ピストン４１０に衝突すると、その衝撃は加圧室４０２の圧油を介して加圧通路４０４に伝搬して切換弁機構１３０に達するところ、切換弁機構１３０に圧油の衝撃が作用すると切換弁機構１３０の作動が不安定となる場合がある。
それに対して、図６に示すように、この第四実施形態においては、付勢アキュムレータ１４２が高圧アキュムレータ１４０よりも加圧室４０２に近接して設けられているので、ピストン２００と増速ピストン４１０とが衝突して加圧室４０２の圧油に衝撃が伝搬した場合、付勢アキュムレータ１４２は高圧アキュムレータ１４０よりも効果的に衝撃を緩衝する。そのため、切換弁機構１３０の作動に悪影響を及ぼすことはない。また、増速ピストン４１０の変位により加圧室４０２の容積が急激に変動した場合、付勢アキュムレータ１４２は高圧アキュムレータ１４０よりも低い管路抵抗でその分の油の吸収・放出を行うことができる。

次に、本発明の第五実施形態について図７を参照しながら説明する。
ここで、全ての油圧回路において、通路面積は大きいほど圧力損失が少なくなり油圧効率が向上するところ、図１に示した第一実施形態の液圧式打撃装置において、高圧通路１２１と後室１１１の受圧面積の関係と、加圧通路４０４と加圧室４０２の受圧面積の関係とに着目すると、仮に、高圧通路１２１と加圧通路４０４の通路面積を同じに設定した場合、受圧面積に対する通路面積は、加圧通路４０４側の方が小さいことが見て取れる。

受圧面積に対して通路面積が小さいということは圧力損失が大きいということである。すなわち、高圧通路１２１に対して加圧通路４０４は相対的に圧力損失が大きいといえる。このように、第一実施形態において、増速ピストン４１０側の圧力損失が相対的に大きいことから、ピストン２００と増速ピストン４１０が一体となって前進する局面では、本発明の増速作用が充分に発揮されないおそれがあるものの、その対策として通路面積を大きくすることはコスト的にもレイアウト的にも限界がある。

そこで、この第五実施形態においては、図７に示すように、加圧室４０２と高圧回路１０１を接続する加圧通路４０４´´に、加圧室４０２に近接して付勢アキュムレータ１４２を設けており、さらに、付勢アキュムレータ１４２の上流側（すなわち、圧油の供給源であるポンプＰ側）には、加圧室４０２側への圧油の供給のみを許容する方向規制手段として逆止弁１４３を設けている。それ以外の構成は第一実施形態と同じである。

第五実施形態によれば、逆止弁１４３を設けることによって、油の加圧通路４０４''への逆流を抑えることができ、付勢アキュムレータ１４２の利用効率が飛躍的に高まる。そのため、本発明の増速作用が発揮されるための圧油の供給源として、付勢アキュムレータ１４２がより積極的にその役割を担うことが可能となる。したがって、加圧通路４０４´´は、圧力損失を考慮する必要がなくなり、通路面積を小さく設定することができる。また、逆止弁１４３によって付勢アキュムレータ１４２の利用効率が向上することによって、前述した加圧室４０２内の圧油の衝撃緩衝作用も効果的に行われるようになる。

以上、本発明の各実施形態について図面を参照して説明したが、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、本発明の主旨を逸脱しなければ、その他の種々の変形や各構成要素を変更することが許容されることは勿論である。

例えば、ピストンは、中実に限定されず、ピストンの軸心部に貫通穴または止まり穴が形成されていてもよい。また、ピストンの前後の大径部は、同じ外径ではなく径差を設けてもよい。さらに、増速ピストンの小径部の外径を、ピストン中径部の外径と揃えなくてもよい。また、ピストンが増速ピストンと当接するタイミングは、ピストン後室が高圧に切り換わるタイミングに対して多少前後してもよい。

また、上記実施形態に係る液圧式打撃装置は、ピストン前室を常時高圧とするとともに、ピストン後室を高低圧に切り替えてピストンを前進後退させる、いわゆる「後室高低圧切換え式」の液圧式打撃装置を例に説明したが、これに限定されない。

つまり、本発明に係る液圧式打撃装置は、ピストン前室とピストン後室をそれぞれ交互に高圧と低圧とに切り替えてピストンを前進後退させる、いわゆる「前後室高低圧切換え式」の液圧式打撃装置にも適用可能であり、また、ピストン後室を常時高圧とするとともに、ピストン前室を高圧と低圧とに切り替えてピストンを前進後退させる、いわゆる「前室高低圧切換え式」の液圧式打撃装置にも適用可能である。

なお、図５に示した第三実施形態の液圧式打撃装置については、ピストン後室を高圧と低圧とに切換える「後室高低圧切換え式」または上記「前後室高低圧切換え式」の液圧式打撃装置に適用した時のみ、その作用効果である後室との同期機能が発揮される。

１００シリンダ
１０１高圧回路
１０２低圧回路
１１０ピストン前室
１１１ピストン後室
１１２ピストン前進制御ポート
１１２ａショートストロークポート
１１２ｂロングストロークポート
１１２ｃ可変絞り
１１３ピストン後退制御ポート
１１４排油ポート
１２０ピストン前室通路
１２１ピストン後室通路
１２２バルブ制御通路
１２３排油通路
１３０切換弁機構
１４０高圧アキュムレータ
１４１低圧アキュムレータ
１４２付勢アキュムレータ
１４３逆止弁（方向規制手段）
２００ピストン
２０１大径部（前）
２０２大径部（後）
２０３中径部
２０４小径部
２０５バルブ切換溝
３００フロントヘッド
３０１打撃室
３１０ロッド
４００バックヘッド
４０１後退室
４０２加圧室
４０２´ 加圧室
４０４´、４０４´´ 加圧通路
４０３端面
４０４加圧通路
４０５隔壁
４０５ａ切換室
４０６切換通路
４０７加圧通路
４１０増速ピストン（付勢手段）
４１１小径部
４１２大径部
４１３段付面
４２０切換弁機構
Ｐポンプ
Ｔタンク

Claims

シリンダと、該シリンダの内部に摺嵌されたピストンと、該ピストンの外周面と前記シリンダの内周面との間に画成されて軸方向の前後に離隔配置されたピストン前室およびピストン後室と、前記ピストン前室および前記ピストン後室の少なくとも一方を高圧回路および低圧回路の少なくとも一方に切換えて前記ピストンを駆動する切換弁機構と、前記ピストンの後方に設けられ、圧油によって推力を発生させて前記ピストンの後退工程中に前記ピストンに当接して、前記ピストンに作用する圧油による制動力と協働して前記ピストンを前方へと付勢して増速する増速手段と、を備えることを特徴とする液圧式打撃装置。
前記増速手段は、前記ピストンの後退工程中に、前記ピストンに圧油による制動力が作用するタイミングで前記ピストンに当接する請求項１に記載の液圧式打撃装置。
前記増速手段は、前記高圧回路から供給される圧油によって推力が発生する増速ピストンである請求項１または２に記載の液圧式打撃装置。
前記増速手段を作動させないときに、前記増速手段を前記ピストンと当接しない位置まで退避させる作動選択手段を備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の液圧式打撃装置。
前記切換弁機構は、少なくとも前記ピストン後室を前記高圧回路と前記低圧回路とに交互に切換えて前記ピストンを駆動するように構成され、
前記増速ピストンへの圧油供給通路は、前記ピストン後室に圧油を供給する通路から分岐して設けられている請求項３に記載の液圧式打撃装置。
前記高圧回路から前記増速手段への圧油供給通路に、前記増速手段に近接する位置に設けられた付勢アキュムレータを有する請求項３〜５のいずれか一項に記載の液圧式打撃装置。
前記圧油供給通路に、前記付勢アキュムレータよりも圧油供給源側であり、かつ、前記付勢アキュムレータに近接する位置に、前記増速手段への圧油の供給のみを許容するように設けられた方向規制手段を有する請求項６に記載の液圧式打撃装置。