JP6713778B2 - 液圧式打撃装置 - Google Patents

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、ピストンのストロークを、ショートストロークおよびロングストロークの一方から選択されたストロークに自動的に切り換える技術に関する。

この種の液圧式打撃装置では、岩盤の硬さ（岩盤への貫入量）に応じてピストンのストロークをショートストロークおよびロングストロークの一方から選択されたストロークに自動的に切り換えて打撃力を適正に調整することにより、ロッドおよびロッドピン等の打撃部への過剰な負荷を軽減する技術が種々提案されている。
例えば、特許文献１に記載の技術では、ピストンのストローク制御に際し、ストローク制御用のバルブを作動させる油路に絞りを設け、この絞りにより切換えタイミングを調整している。

ＵＳ ２０１４０３２６４７３ Ａ１

しかし、特許文献１に記載の技術では、絞りによってストローク制御用のバルブの切換えタイミングを調整するため、作動油の温度変化に対して作動が不安定になり易いという問題がある。
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、ピストンのストロークを制御する動作の安定性が比較的に高い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、ショートストロークおよびロングストロークの一方から選択されたストロークによってピストンをシリンダ内で前後進させて打撃用のロッドを打撃する液圧式打撃装置であって、ストローク制御用の三つのポートとして、ショートストロークポート、ロングストロークポートおよびこれら二つのポートの間の位置に設けられたストローク切換えポートを有する前記シリンダと、該シリンダの内部に摺嵌された前記ピストンと、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前記選択されたストロークにて駆動する駆動方向切換弁と、該駆動方向切換弁による前記ストロークを前記三つのポートに対する前記ピストンの前後進位置に応じて選択するストローク選択弁とを備えることを特徴とする。

ここで、本発明の一態様に係る液圧式打撃装置において、前記ストローク選択弁は、前記ピストンの前後進位置に応じて前記ストローク切換えポートに供給された作動油の圧力の高低に応じて、前記駆動方向切換弁を前記ショートストロークのタイミングにて切換えさせるショートストローク位置と、前記駆動方向切換弁を前記ロングストロークのタイミングにて切換えさせるロングストローク位置とに移動するスプールを有し、前記ピストンの前後進位置として、前記ピストンが前進時に打撃点を超えて所定量の前進をした位置を切換え位置とよぶとき、前記スプールは、前記ピストンの前進時の位置が前記切換え位置に達しないときは前記ロングストローク位置に位置し、前記ピストンの前進時の位置が前記切換え位置に達したときは前記ショートストローク位置に移動するとともに、前記ピストンがショートストロークによる前進時であって前記切換え位置に達しない間に前記ロングストローク位置に復帰する構成と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、前記ストローク選択弁は、自身一端の受圧面が高圧回路に常時接続されるとともに自身他端の受圧面が前記ストローク切換えポートに供給された作動油の圧力を受けるように摺嵌された前記スプールと、前記他端の受圧面が前記ストローク切換えポートと連通する油路に、前記駆動方向切換弁側からの圧油の流れのみを許容するチェック弁を介して圧油を供給するリセット油路とを有し、前記スプールは、前記ピストンが前記ショートストロークによる前進時であって前記切換え位置に達しない間に、前記リセット油路の圧油により前記ロングストローク位置に復帰するように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、当該液圧式打撃装置は、前記ピストン前室を常時高圧とし、前記駆動方向切換弁による切換えによって前記ピストン後室を高圧回路と低圧回路とに切り替えて前記ピストンを前後進させる前室常時高圧後室交番切り換え方式であり、前記ストローク切換えポートは、前記ピストンが前記切換え位置まで前進したときには、当該ストローク切換えポートを低圧回路と連通させて前記ストローク選択弁の前記スプールを前記ショートストローク位置に移動させるように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、前記切換え位置は、前記ピストンの前進時に、前記ピストンの軸方向前方に形成された前側大径部の後端が前記ストローク切換えポートに対向して、前記ストローク切換えポートを低圧回路に連通させる位置になっており、前記ストローク選択弁は、前記他端の受圧面に対して供給されている高圧油が前記ストローク切換えポートからタンクポートへと排出されることで前記スプールが前記ショートストローク位置に移動するように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、前記スプールは、自身の中心軸方向に沿って形成されるとともに前記ストローク切換えポートに供給された作動油の圧力を受ける前記他端の受圧面に開口する中央通路と、自身が前記ロングストローク位置にあるときに、前記中央通路を前記高圧回路に連通させる位置に形成された連通口とを有することは好ましい。

本発明の一態様に係る液圧式打撃装置によれば、シリンダに、ストローク制御用の三つのポートとして、ショートストロークポート、ロングストロークポートおよびこれら二つのポートの間の位置に設けられたストローク切換えポートを設け、ストローク選択弁は、駆動方向切換弁によるストロークを三つのポートに対するピストンの前後進位置に応じて選択するので、ストローク選択弁に絞りを設けない簡素な構造とするとともに、岩盤への貫入量に対し、ピストンの前後進位置に応じて設定した三つのポートの位置に基づく単純な油路の切換えによってピストンのストロークを自動的に切換え可能である。よって、作動油の温度変化の影響を受けることがないので、ストローク選択弁の動作の安定性が比較的に高い。なお、以下、ピストンのストロークを自動的に切換え可能とする一連の機構を「オートストローク機構」とも呼ぶ。

上述のように、本発明によれば、ピストンのストロークを制御する動作の安定性が比較的に高い。

本発明の一態様に係る液圧式打撃装置の一実施形態の説明図であり、同図では、ピストンが前死点に位置したときの各部の状態を示している。なお、同図では、液圧式打撃装置の要部について各部の軸線に沿った断面を示している。なお、同図において、高圧の油路を太い実線および濃い網掛けで示すとともに、低圧の油路を破線および淡い網掛けで示している（以下、他の図において同様）。 図１の液圧式打撃装置のオートストローク機構の動作を説明する図であり（以下、他の図において同様）、同図では、稼働時に、ピストンが前死点からショートストロークポートまで後退したときの各部の状態を示している。 同図は、ピストンがショートストロークで前進中に、リセットポートが動作したときの各部の状態を示している。 同図は、ピストンが前進して打撃点にて後退を開始したときの各部の状態を示している。 同図は、ピストンが打撃点にて後退した場合に、ピストンがロングストロークポートまで後退するときの各部の状態を示している。 同図は、ピストンが打撃点を超えて前進した場合に、ピストンがストローク切換えポートの位置まで前進したときの各部の状態を示している。 同図は、ピストンが打撃点を超えて前進した後に、ピストンがショートストロークポートまで後退したときの各部の状態を示している。 同図は、ピストンがショートストロークで前進中に、リセットポートが動作したときの各部の状態を示している。 本発明の一態様に係る液圧式打撃装置の変形例を示す図であり、同図では、ストローク選択弁の部分を示している。

以下、本発明の一実施形態について、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１２２を備える。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には高圧ガスが封入されている。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５１０が摺嵌されている。
ピストン１２２は、中実の円筒体であり、その略中央に二つの大径部１２３、１２４を有する。二つの大径部１２３、１２４の略中央には、円環状のバルブ切換溝１２７が形成されている。軸方向前方の前側大径部１２３の前方には中径部１２５が、軸方向後方の後側大径部１２４の後方には小径部１２６がそれぞれ設けられている。

このピストン１２２が、上記シリンダ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。本実施形態では、ピストン前室１０１の高圧ポートＰは、ピストン前室通路１１６を介して高圧回路１１３に常時接続されている。
一方、シリンダ１００の側面には駆動方向切換弁３００が付設されており、ピストン後室１０２は、駆動方向切換弁３００の制御バルブ３０１による前後進切換えによって、高圧回路１１３と低圧回路１１９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１１３にはアキュムレータ（不図示）が設けられている。

上記中径部１２５の外径は、小径部１２６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１２２の受圧面積、すなわち、前側大径部１２３と中径部１２５の径差、および後側大径部１２４と小径部１２６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が制御バルブ３０１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１２２が前進し、ピストン後室１０２が制御バルブ３０１の作動により低圧接続されるとピストン１２２が後退するようになっている。

ここで、この液圧式打撃装置は、ショートストロークおよびロングストロークの一方から自動的に選択されたストロークによってピストン１２２をシリンダ１００内で前後進させてロッド５１０を打撃するオートストローク機構を備えている。
詳しくは、シリンダ１００は、ストローク制御用の三つのポートとして、ショートストロークポートＳＰ、ロングストロークポートＬＰおよびこれら二つのポートＳＰ、ＬＰの間の位置に設けられたストローク切換えポートＭＰを軸方向に互いに離隔した位置に有する。なお、ピストン前室１０１の高圧ポートＰは、ショートストロークポートＳＰよりも前方に設けられ、シリンダ１００のタンクポートＴは、ロングストロークポートＬＰよりも後方に設けられている。

上記駆動方向切換弁３００は、同図に示すように、ピストン１２２と非同軸に形成された切換弁室３１２が内部に形成され、この切換弁室３１２に上記制御バルブ３０１が摺嵌されている。制御バルブ３０１は、前方から後方へ向けて順に、中径部３０２、大径部３０３および小径部３０４を有する。
また、切換弁室３１２は、前方から後方へ向けて順に、中径のバルブ前室３１３、大径のバルブ主室３１４、および小径のバルブ後室３１５を有する。バルブ前室３１３には、高圧回路１１３と常時連通する高圧油路３２４が接続している。

バルブ主室３１４には、前方から後方へ向けて順に、駆動方向切換弁３００の上部に、低圧ポート３１８、リセットポートＲＰ、パイロットポートＰＰ、およびタンクポートＴ、並びに後室ポート３２２が設けられている。低圧ポート３１８は低圧回路３２５に常時連通し、タンクポートＴは低圧回路１１９に常時連通している。後室ポート３２２は、後室通路３３０を介してピストン後室１０２に連通している。また、駆動方向切換弁３００の下部でパイロットポートＰＰがロングストローク通路１１１を介してシリンダ１００のロングストロークポートＬＰに連通している。

制御バルブ３０１は、中空の円筒体であり、円筒内部の中空通路３２３が高圧油路３２４を介して常時高圧回路１１３と連通している。制御バルブ３０１には、小径部３０４の略中央の外周面に、ピストン後室１０２を低圧に切り替えるための排油溝３０５が円環状に設けられている。排油溝３０５は、制御バルブ３０１が同図の後退位置のときに、タンクポートＴとバルブ後室３１５とを連通可能に形成されている。また、制御バルブ３０１の排油溝３０５よりも前側には、連通孔３１０が、制御バルブ３０１の径方向に貫通して形成されている。さらに、制御バルブ３０１の前方側の外周面には、スリット溝３１１が軸方向に沿ってスリット状に形成されている。

本実施形態の制御バルブ３０１は、中径部３０２と小径部３０４の受圧面積差により常時後方へと付勢されており、パイロットポートＰＰに高圧油が供給されると、大径部３０３の後側段付面３０９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。
そして、同図に示すように、制御バルブ３０１が後端位置にある場合には、後室ポート３２２は、排油溝３０５によって低圧ポートＴに連通するのでピストン後室１０２は低圧接続される。一方、制御バルブ３０１が前端位置にある場合には（図２参照）、後室ポート３２２は、制御バルブ３０１の後端面３０７と切換弁室３１２の後端面３１７との間、および中空通路３２３を介して高圧接続された弁室３１２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。

ここで、油圧ブレーカは、パイロットポートＰＰが高圧または低圧を維持しなければならないため、制御バルブ３０１は、その前端および後端の切換位置において停止状態を維持するための保持機構が必要となる。
本実施形態では、制御バルブ３０１が後端位置にある場合の保持機構は、スリット溝３１１である。スリット溝３１１は、制御バルブ３０１が後端位置のとき、パイロットポートＰＰとリセットポートＲＰおよび低圧ポート３１８を連通させることで、後側段付面３０９が確実に低圧接続されて制御バルブ３０１の停止状態を維持するようになっている。

また、制御バルブ３０１が前端位置にある場合の保持機構は連通孔３１０である。連通孔３１０は、制御バルブ３０１が前端位置のとき、パイロットポートＰＰ（およびリセットポートＲＰ）に対して、中空通路３２３からの圧油を補充することで、保持圧力の低下を防止して制御バルブ３０１の停止状態を維持するようになっている。
ここで、本実施形態の液圧式打撃装置のオートストローク機構は、上記駆動方向切換弁３００に隣接して、シリンダ１００の側面に設けたストローク選択弁２００を有する。なお、同図では、説明の便宜のために、ストローク選択弁２００を離隔した位置に図示している。

ストローク選択弁２００は、同図に示すように、略直方体状のハウジング２１０を有し、ハウジング２１０内に弁室２５０が形成されている。本実施形態の例では、ハウジング２１０内に、複数のスリーブ２３１〜２３５が順に積層されており、これら複数のスリーブ２３１〜２３５によって形成された内部空間が弁室２５０になっている。
複数のスリーブ２３１〜２３５は、ハウジング２１０の上部開口に螺着されるプラグ２３６を締めこむことによって軸方向の位置が固定されている。この弁室２５０内にスプール２２０がスライド移動可能に摺嵌されることで、スプール２２０の下側に制御室２５２が画成されるとともに、スプール２２０の上側に高圧室２５１が画成されている。

本実施形態のスプール２２０は、外周面に複数の段部が形成された中実円筒状の部材であり、略中央部分に、円環状の制御溝２２４を有するとともに、制御溝２２４の前後に二つの大径部２２５、２２６が設けられている。同図上側の大径部２２６よりも上部は小径部２２７となっており、また、同図下側の大径部２２５よりも下部が中径部２２８となっている。中径部２２８の外径は、小径部２２７の外径よりも大きく設定されている。
制御室２５２の下端には、制御室２５２に連通する制御ポート２４１が設けられている。制御ポート２４１は、シリンダ１００のストローク切り換えポートＭＰに接続されている。さらに、制御ポート２４１には、リセット油路３２６がチェック弁２６０を介して駆動方向切換弁３００のリセットポートＲＰに接続されている。なお、チェック弁２６０は、リセットポートＲＰ側から制御ポート２４１側に向かう圧油の流れを許容する一方、その逆方向に向かう圧油は流さないように設けられている。

また、ハウジング２１０の側面には、同図下側から順に、第一タンクポート２４２、ショートストローク連通ポート２４３、ロングストローク連通ポート３２７、第二タンクポート２４５、高圧ポート２４６が設けられている。ショートストローク連通ポート２４３は、シリンダ１００のショートストロークポートＳＰに接続されている。ロングストローク連通ポート３２７は、駆動方向切換弁３００のパイロットポートＰＰに接続されている。

第一タンクポート２４２および第二タンクポート２４５は、低圧回路１１９に接続されている。スプール２２０上部の高圧室２５１は、高圧回路１１３に連通する高圧ポート２４６が接続され、高圧室２５１が常時高圧になっている。
制御ポート２４１に高圧油が供給されたときには、小径部２２７と中径部２２８の径差が、中径部２２８側の方が大きくなっているので、下側の制御室２５２および上側の高圧室２５１におけるスプール２２０の受圧面積差により、スプール２２０が上方に移動するようになっており、制御ポート２４１に高圧油が供給されていない低圧時には、スプール２２０が同図のように下方に移動するようになっている。

そして、ストローク選択弁２００は、スプール２２０が同図のように下方に移動したときは、ショートストローク連通ポート２４３およびロングストローク連通ポート３２７相互が制御溝２２４を介して連通され、スプール２２０が上方に移動したときは、相互の連通が遮断されるようになっている。
以下、スプール２２０が上方に移動したときを「ロングストローク位置」とも呼び、スプール２２０が下方に移動したときを「ショートストローク位置」とも呼ぶ。また、ピストン１２２の前後進位置として、ピストン１２２が前進時に打撃点を超えて所定量の前進をした位置を「切換え位置」とも呼ぶ。

次に、この液圧式打撃装置のオートストローク機構の動作、および作用・効果について説明する。なお、各図において、高圧の油路を太い実線で示すとともに、低圧の油路を破線で示している。
この液圧式打撃装置は、図１に示すように、稼働前の状態では、ピストン１２２はバックヘッド４００に封入された高圧ガスのガス圧Ｆにより前方に押圧されている。そのため、ピストン１２２は前死点の位置となる。

稼働開始時には、ピストン１２２が前死点の位置のとき、ストローク選択弁２００のスプール２２０は、同図に示す上側の高圧室２５１が常時高圧回路１１３に接続され、下側の制御室２５２が低圧回路１１９に接続されている。そのため、同図の下方に向けてスプール２２０が押圧されて「ショートストローク位置」に位置する。
また、稼働開始時には、駆動方向切換弁３００は、バルブ前室３１３に高圧回路１１３の高圧油が供給されるため、制御バルブ３０１が後退位置に位置する。駆動方向切換弁３００の制御バルブ３０１が後退位置のとき、駆動方向切換弁３００は、ピストン後室１０２を低圧回路１１９に接続している。

いま、液圧式打撃装置が稼働されると、ピストン前室１０１に高圧回路１１３の高圧油が供給されてピストン前室１０１が常時高圧とされる一方、駆動方向切換弁３００の制御バルブ３０１が後退位置のとき、ピストン後室１０２は低圧なので、ピストン１２２が後方へと付勢されて後退を開始する。
そして、図２に示すように、ピストン１２２の前側大径部１２３の前端がシリンダ１００のショートストロークポートＳＰの位置まで後退すると、常時高圧なピストン前室１０１からショートストロークポートＳＰに導入された高圧油は、同図に示すように、ストローク選択弁２００内で「ショートストローク位置」にあるスプール２２０の制御溝２２４を介して駆動方向切換弁３００のパイロットポートＰＰに導入される。

駆動方向切換弁３００は、パイロットポートＰＰに高圧油が供給されると、後側段付面３０９の受圧面積が加算されて制御バルブ３０１が前方へと移動する。これにより、後室ポート３２２は、制御バルブ３０１の後端面３０７と切換弁室３１２の後端面３１７との間、および中空通路３２３を介して高圧接続された弁室３１２と連通するのでピストン後室１０２が高圧接続される。よって、ピストン後室１０２が高圧になるため、ピストン１２２は、自身の受圧面積差によりショートストロークにて前進を開始する。

ここで、本実施形態のオートストローク機構において、ストローク選択弁２００の制御ポート２４１に圧油を供給する手段として設けられているのが、チェック弁２６０、リセット通路３２６およびリセットポートＲＰである。
つまり、上記駆動方向切換弁３００の制御バルブ３０１が前進位置に切り換わると、図３に示すように、パイロットポートＰＰとリセットポートＲＰは、後側段付面３０９によって相互に連通し、圧油がリセット通路３２６からチェック弁２６０を介してストローク選択弁２００の制御ポート２４１へと供給される。

これにより、ストローク選択弁２００は、同図に示すように、スプール２２０上下の小径部２２７と中径部２２８との受圧面積差によってスプール２２０が同図上方に押圧されて「ロングストローク位置」に切り換わる。このとき、リセットポートＲＰには、パイロットポートＰＰを介して連通孔３１０から圧油が補充される。そのため、制御バルブ３０１の停止状態の維持とストローク選択弁２００のスプール２２０の作動（図３中、上方へのスプール２２０の移動と移動後の停止状態の維持）に必要な圧油が充分に供給される。

次いで、ピストン１２２が前進して、図４に示すように、ピストン１２２が打撃点の位置、つまり、ピストン１２２の前側大径部１２３の後端が、シリンダ１００のロングストロークポートＬＰの位置を通過すると、シリンダ１００のタンクポートＴとロングストロークポートＬＰとが連通し、駆動方向切換弁３００のパイロットポートＰＰが低圧に接続される。これにより、駆動方向切換弁３００の制御バルブ３０１が後方に押圧されて後退位置に切り替わり、これに応じてピストン後室１０２が低圧となる。

ここで、ピストン後室１０２が低圧となると、岩盤が硬い場合には、ピストン１２２が僅かな貫入量で後退する。このとき、ストローク選択弁２００は、下側の制御ポート２４１に、ストローク切換えポートＭＰに連通する圧油が保持されているので、ストローク選択弁２００のスプール２２０は「ロングストローク位置」を維持する。
すなわち、ピストン１２２が後退して制御バルブ３０１の切換えがなされるまでは、シリンダ１００のロングストロークポートＬＰはタンクポートＴと連通し続けるため、駆動方向切換弁３００のパイロットポートＰＰがタンクポートＴと連通し続ける。これにより、シリンダ１００のストローク切換えポートＭＰの圧油が閉回路内に保持されることから、制御バルブ３０１が切り替わらないように「ロングストローク位置」が保持される。

このようにして、岩盤が硬い場合には、ピストン１２２が後退するとき、制御バルブ３０１が「ロングストローク位置」に保持されているので、ピストン１２２の前側大径部１２３の前端がシリンダ１００のショートストロークポートＳＰの位置まで後退してもショートストロークポートＳＰに導入される高圧油はストローク選択弁２００によって遮断される。そのため、引き続きピストン１２２は後退することができる。
さらに、ピストン１２２の前側大径部１２３の前端がシリンダ１００のストローク切換えポートＭＰの位置まで後退しても、ストローク切換えポートＭＰに導入される高圧油はストローク選択弁２００によって遮断されるので、引き続きピストン１２２が後退することができる。すなわち、この液圧式打撃装置によれば、岩盤が硬い場合には、ピストン１２２が自動的にロングストロークによって打撃を行うことできる。

次いで、図５に示すように、ピストン１２２の前側大径部１２３の前端がシリンダ１００のロングストロークポートＬＰの位置まで後退すると、ロングストロークポートＬＰがピストン前室１０１の高圧油に連通する。そのため、ロングストロークポートＬＰを介して駆動方向切換弁３００のパイロットポートＰＰに高圧油が導入される。
これにより、駆動方向切換弁３００の制御バルブ３０１前後の受圧面積差により制御バルブ３０１が前進位置へと移動し、後室ポート３２２は、制御バルブ３０１の後端面３０７と切換弁室３１２の後端面３１７との間、および中空通路３２３を介して高圧接続された弁室３１２と連通するのでピストン後室１０２が高圧接続され、ピストン後室１０２が高圧になる。そのため、ピストン１２２前後の受圧面積差によりピストン１２２は前進を開始する。

このとき、ストローク選択弁２００には、駆動方向切換弁３００の作動圧油が、リセットポートＲＰからリセット油路３２６のチェック弁２６０を介してストローク選択弁２００下側の制御ポート２４１に導入されるので、スプール２２０上下の小径部２２７と中径部２２８との受圧面積差によってスプール２２０が同図上方の「ロングストローク位置」を維持する。
ここで、岩盤が軟らかい場合には、ピストン１２２が岩盤を打撃後も、図４に示した打撃点の位置を超えて更にピストン１２２が前進してしまう。このとき、本実施形態の液圧式打撃装置では、図６に示すように、ピストン１２２が打撃点の位置を超えて更に前進したときに、ピストン１２２の前側大径部１２３の後端がシリンダ１００のストローク切換えポートＭＰが形成されている「切換え位置」まで達すると、ストローク切換えポートＭＰがタンクポートＴと連通するため低圧に接続される。そのため、ストローク選択弁２００下側の制御ポート２４１の高圧油が開放され、これにより、ストローク選択弁２００のスプール２２０が下方に押圧されて「ショートストローク位置」に切り換わる。

次いで、ピストン１２２が後退して、図７に示すように、ピストン１２２の前側大径部１２３の前端がシリンダ１００のショートストロークポートＳＰの位置まで後退すると、このときのストローク選択弁２００は、スプール２２０が「ショートストローク位置」にあるので、ピストン前室１０１の高圧油がショートストロークポートＳＰからストローク選択弁２００の制御溝２２４を介して駆動方向切換弁３００のパイロットポートＰＰに導入される。

そのため、駆動方向切換弁３００の制御バルブ３０１は前進位置に切り替わり、これに応じてピストン後室１０２が高圧となる。よって、ピストン１２２は、自身前後の受圧面積差によりショートストロークでの前進を開始する。すなわち、この液圧式打撃装置によれば、岩盤が軟らかい場合には、「切換え位置」にてストローク選択弁２００が「ショートストローク位置」に切り換わり、ピストン１２２が自動的にショートストロークによって打撃を行うことができる。

そして、制御バルブ３０１が前進位置に切り換わるとき、図８に示すように、パイロットポートＰＰに導入された制御バルブ３０１の作動圧油は、駆動方向切換弁３００のリセットポートＲＰからリセット油路３２６のチェック弁２６０を介してストローク選択弁２００下側の制御ポート２４１に導入される。これにより、ストローク選択弁２００は、ピストン１２２がショートストロークによる前進時であって「切換え位置」に達しない間に、上下の小径部２２７と中径部２２８との受圧面積差によって同図上方に押圧されて「ロングストローク位置」に切り換わる。換言すれば、ストローク選択弁２００が、ショートストローク状態からロングストローク状態へとリセットされる。

このロングストローク状態は、図３に示した状態と同じである。よって、以降、この液圧式打撃装置では、上述したように、岩盤の硬さに応じ、ピストン１２２、駆動方向切換弁３００およびストローク選択弁２００の協働により、ピストン１２２が前進と後退を繰り返しながらロッド５１０を打撃するが、岩盤が硬い場合（つまり、ピストン１２２の前進時の位置が「切換え位置」に達しないとき）は、図３から図５を参照して説明したように、ピストン１２２がロングストロークにて前後し、岩盤が軟らかい場合（つまり、ピストン１２２の前進時の位置が「切換え位置」に達したとき）は、図６から図８を参照して説明したように、ピストン１２２がショートストロークにて前後する。

したがって、この液圧式打撃装置によれば、岩盤の硬さ（岩盤への貫入量）に応じてピストン１２２のストロークを、ショートストロークおよびロングストロークの一方から選択されたストロークに自動的に切り替えて打撃力を適正に調整することにより、ロッド５１０およびロッドピン等の打撃部への過剰な負荷を軽減することができる。

特に、この液圧式打撃装置によれば、シリンダ１００には、ショートストロークポートＳＰ、ロングストロークポートＬＰおよびこれら二つのポートＳＰ、ＬＰの間の位置に設けられたストローク切換えポートＭＰを設け、ストローク選択弁２００は、一端の高圧室２５１を常時高圧とする一方、他端の制御室２５２に対し、ピストン１２２が前進時に、ストロークを強制的に切換えるストローク切換えポートＭＰに連通する位置に達したときには、ストローク選択弁２００の制御室２５２を低圧回路１１９に連通することにより、ストローク選択弁２００を「ショートストローク位置」に切り替えるとともに、ピストン１２２が後退時には、制御室２５２が高圧回路１１３に連通されてシリンダストロークをロングストロークにリセットする「ロングストローク位置」に切り替えるので、シリンダ１００にストローク切換えポートＭＰを追加することにより、ストローク選択弁２００に絞りを設けない簡素な構造とし、岩盤への貫入量をピストン１２２の位置に応じた単純な油路の切換えによってピストン１２２のストロークを強制的に切換え可能としている。そのため、例えば、ストローク選択弁２００に絞りを設ける構造に比べて、作動油の温度変化の影響を受けることがないので、ストローク選択弁２００の動作の安定性が高いといえる。

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、上記実施形態の液圧式打撃装置は、ピストン前室１０１を常時高圧とし、ピストン後室１０２を高圧と低圧とに切り替えてピストン１２２を前後進させる方式（前室常時高圧後室交番切り換え方式）を例に説明したが、これに限らず、例えば、ピストン後室１０２を常時高圧とし、ピストン前室１０１を高圧と低圧とに切り替えてピストン１２２を前後進させる方式（後室常時高圧前室交番切り換え方式）や、ピストン前室１０１とピストン後室１０２とを交互に高圧と低圧とに切り替えてピストン１２２を前後進させる方式（前後室交番切り換え方式）の液圧式打撃装置に適用することができる。

ここで、上記実施形態の液圧式打撃装置では、ロングストローク位置のときに、シリンダ１００のストローク切換えポートＭＰの圧油が閉回路内に保持されることから、ロングストローク位置が保持される構成例を説明した。但し、上述の実施形態では、閉回路時のストローク切換えポートＭＰと、タンクポートＴと連通したロングストロークポートＬＰは隣接しており、さらに、配設されるのがクリアランスを大きく設定するのが一般的なピストン大径部の摺動箇所である。そのため、ストローク切換えポートＭＰの保持油がロングストロークポートＬＰへとリークすると、ストローク選択弁２００の制御ポート２４１の保持力が不足してスプール２２０が図中下方へと移動するおそれがある。

そこで、このリークによる保持力不足を防止する上では、図９に変形例を示すように、スプール２２０の中心軸方向に沿って形成されて制御室２５２に連通する中央通路２７１と、スプール２２０がロングストローク位置にあるときに、中央通路２７１と高圧室２５１とを連通させる位置に形成された連通口２７２とを設けることが好ましい。
つまり、このスプール２２０は、中央通路２７１が、ストローク切換えポートＭＰに供給された作動油の圧力を受ける受圧面に開口しており、連通口２７２は、スプール２２０がロングストローク位置にあるときに、高圧室２５１に対して、中央通路２７１を高圧回路に連通させる。

図９に示す変形例によれば、スプール２２０に中央通路２７１と連通口２７２とを設けることにより、圧油のリークによりストローク切換えポートＭＰ〜制御ポート２４１の保持圧が低下すると、高圧室２５１側から連通口２７２および中央通路２７１を通過して制御ポート２４１へと圧油が補充される。そのため、仮にリークが生じる場合であっても、スプール２２０のロングストローク位置を一層確実に保持することができる。
特に、この変形例によれば、連通口２７２を小径（オリフィス）に設定しているので、スプール２２０が通常動作する場合は圧油のリークは殆ど無いが、スプール２２０がロングストローク位置に停止時であって、高圧室２５１と制御ポート２４１との間で圧力差が生じる場合は、圧油がリークして圧力差を解消し、制御ポート２４１側の保持圧を安定的に維持可能である。

１００ シリンダ
１０１ ピストン前室
１０２ ピストン後室
１１１ ロングストローク通路
１１３ 高圧回路
１１６ ピストン前室通路
１１９ 低圧回路
１２２ ピストン
１２３ 前側大径部
１２４ 後側大径部
１２５ 中径部
１２６ 小径部
１２７ バルブ切換溝
２００ ストローク選択弁
２１０ ハウジング
２２０ スプール
２２４ 制御溝
２２５ 大径部
２２６ 大径部
２２７ 小径部
２２８ 中径部
２３１〜２３５ スリーブ
２３６ プラグ
２４０ リセット油路
２４１ 制御ポート
２４２ 第一タンクポート
２４３ ショートストローク連通ポート
２４４ ロングストローク連通ポート
２４５ 第二タンクポート
２４６ 高圧ポート
２５０ 弁室
２５１ 高圧室
２５２ 制御室
２６０ チェック弁
３００ 駆動方向切換弁
３０１ 制御バルブ
３０２ 中径部
３０３ 大径部
３０４ 小径部
３０５ 排油溝
３０６ 前端面
３０７ 後端面
３０８ 前側段付面
３０９ 後側段付面
３１０ 連通孔
３１１ スリット溝
３１２ 切換弁室
３１３ バルブ前室
３１４ バルブ主室
３１５ バルブ後室
３１６ 弁室前端面
３１７ 弁室後端面
３１８ 低圧ポート
３２２ 後室ポート
３２３ 中空通路
３２４ 高圧油路
３２５ 低圧回路
３２６ リセット通路
３２７ ロングストローク連通ポート
３３０ 後室通路
４００ バックヘッド
５００ フロントヘッド
５１０ ロッド
ＬＰ ロングストロークポート
ＭＰ ストローク切り換えポート
ＰＰ パイロットポート
ＲＰ リセットポート
ＳＰ ショートストロークポート
Ｔ タンクポート

Claims (8)

1. ショートストロークおよびロングストロークの一方から選択されたストロークによってピストンをシリンダ内で前後進させて打撃用のロッドを打撃する液圧式打撃装置であって、
   ストローク制御用の三つのポートとして、ショートストロークポート、ロングストロークポートおよびこれら二つのポートの間の位置に設けられたストローク切換えポートを限って有する前記シリンダと、該シリンダの内部に摺嵌された前記ピストンと、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前記選択されたストロークにて駆動する駆動方向切換弁と、該駆動方向切換弁による前記ストロークを前記三つのポートに対する前記ピストンの前後進位置に応じて選択するストローク選択弁とを備えることを特徴とする液圧式打撃装置。
2. 前記ストローク選択弁は、前記ピストンの前後進位置に応じて前記ストローク切換えポートに供給された作動油の圧力の高低に応じて、前記駆動方向切換弁を前記ショートストロークのタイミングにて切換えさせるショートストローク位置と、前記駆動方向切換弁を前記ロングストロークのタイミングにて切換えさせるロングストローク位置とに移動するスプールを有し、
   前記ピストンの前後進位置として、前記ピストンが前進時に打撃点を超えて所定量の前進をした位置を切換え位置とよぶとき、
   前記スプールは、前記ピストンの前進時の位置が前記切換え位置に達しないときは前記ロングストローク位置に位置し、前記ピストンの前進時の位置が前記切換え位置に達したときは前記ショートストローク位置に移動するとともに、前記ピストンがショートストロークによる前進時であって前記切換え位置に達しない間に前記ロングストローク位置に復帰する請求項１に記載の液圧式打撃装置。
3. 前記ストローク選択弁は、自身一端の受圧面が高圧回路に常時接続されるとともに自身他端の受圧面が前記ストローク切換えポートに供給された作動油の圧力を受けるように摺嵌された前記スプールと、
   前記他端の受圧面が前記ストローク切換えポートと連通する油路に、前記駆動方向切換弁側からの圧油の流れのみを許容するチェック弁を介して圧油を供給するリセット油路とを有し、
   前記スプールは、前記ピストンが前記ショートストロークによる前進時であって前記切換え位置に達しない間に、前記リセット油路の圧油により前記ロングストローク位置に復帰するように設けられている請求項２に記載の液圧式打撃装置。
4. 当該液圧式打撃装置は、前記ピストン前室を常時高圧とし、前記駆動方向切換弁による切換えによって前記ピストン後室を高圧回路と低圧回路とに切り替えて前記ピストンを前後進させる前室常時高圧後室交番切り換え方式であり、
   前記ストローク切換えポートは、前記ピストンが前記切換え位置まで前進したときには、当該ストローク切換えポートを低圧回路と連通させて前記ストローク選択弁の前記スプールを前記ショートストローク位置に移動させるように設けられている請求項２または３に記載の液圧式打撃装置。
5. 前記切換え位置は、前記ピストンの前進時に、前記ピストンの軸方向前方に形成された前側大径部の後端が前記ストローク切換えポートに対向して、前記ストローク切換えポートを低圧回路に連通させる位置になっており、
   前記ストローク選択弁は、前記他端の受圧面に対して供給されている高圧油が前記スト
   ローク切換えポートからタンクポートへと排出されることで前記スプールが前記ショートストローク位置に移動するように設けられている請求項４に記載の液圧式打撃装置。
6. 前記スプールは、自身の中心軸方向に沿って形成されるとともに前記ストローク切換えポートに供給された作動油の圧力を受ける前記他端の受圧面に開口する中央通路と、自身が前記ロングストローク位置にあるときに、前記中央通路を前記高圧回路に連通させる位置に形成された連通口とを有する請求項３〜５のいずれか一項に記載の液圧式打撃装置。
7. ショートストロークおよびロングストロークの一方から選択されたストロークによってピストンをシリンダ内で前後進させて打撃用のロッドを打撃する液圧式打撃装置であって、
   ストローク制御用の三つのポートとして、ショートストロークポート、ロングストロークポートおよびこれら二つのポートの間の位置に設けられたストローク切換えポートを有する前記シリンダと、該シリンダの内部に摺嵌された前記ピストンと、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前記選択されたストロークにて駆動する駆動方向切換弁と、該駆動方向切換弁による前記ストロークを前記三つのポートに対する前記ピストンの前後進位置に応じて選択するストローク選択弁とを備え、
   前記ストローク選択弁は、前記ピストンの前後進位置に応じて前記ストローク切換えポートに供給された作動油の圧力の高低に応じて、前記駆動方向切換弁を前記ショートストロークのタイミングにて切換えさせるショートストローク位置と、前記駆動方向切換弁を前記ロングストロークのタイミングにて切換えさせるロングストローク位置とに移動するスプールを有し、
   前記ピストンの前後進位置として、前記ピストンが前進時に打撃点を超えて所定量の前進をした位置を切換え位置とよぶとき、
   前記スプールは、前記ピストンの前進時の位置が前記切換え位置に達しないときは前記ロングストローク位置に位置し、前記ピストンの前進時の位置が前記切換え位置に達したときは前記ショートストローク位置に移動するとともに、前記ピストンがショートストロークによる前進時であって前記切換え位置に達しない間に前記ロングストローク位置に復帰するように構成され、
   前記ストローク選択弁は、自身一端の受圧面が高圧回路に常時接続されるとともに自身他端の受圧面が前記ストローク切換えポートに供給された作動油の圧力を受けるように摺嵌された前記スプールと、
   前記他端の受圧面が前記ストローク切換えポートと連通する油路に、前記駆動方向切換弁側からの圧油の流れのみを許容するチェック弁を介して圧油を供給するリセット油路とを有し、
   前記スプールは、前記ピストンが前記ショートストロークによる前進時であって前記切換え位置に達しない間に、前記リセット油路の圧油により前記ロングストローク位置に復帰するように設けられていることを特徴とする液圧式打撃装置。
8. ショートストロークおよびロングストロークの一方から選択されたストロークによってピストンをシリンダ内で前後進させて打撃用のロッドを打撃する液圧式打撃装置であって、
   ストローク制御用の三つのポートとして、ショートストロークポート、ロングストロークポートおよびこれら二つのポートの間の位置に設けられたストローク切換えポートを有する前記シリンダと、該シリンダの内部に摺嵌された前記ピストンと、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前記選択されたストロークにて駆動する駆動方向切換弁と、該駆動方向切換弁による前記ストロークを前記三つのポートに対する前記ピストンの前後進位置に応じて選択するストローク選択弁とを備え、
   前記ストローク選択弁は、前記ピストンの前後進位置に応じて前記ストローク切換えポートに供給された作動油の圧力の高低に応じて、前記駆動方向切換弁を前記ショートストロークのタイミングにて切換えさせるショートストローク位置と、前記駆動方向切換弁を前記ロングストロークのタイミングにて切換えさせるロングストローク位置とに移動するスプールを有し、
   前記ピストンの前後進位置として、前記ピストンが前進時に打撃点を超えて所定量の前進をした位置を切換え位置とよぶとき、
   前記スプールは、前記ピストンの前進時の位置が前記切換え位置に達しないときは前記ロングストローク位置に位置し、前記ピストンの前進時の位置が前記切換え位置に達したときは前記ショートストローク位置に移動するとともに、前記ピストンがショートストロークによる前進時であって前記切換え位置に達しない間に前記ロングストローク位置に復帰するように構成され、
   当該液圧式打撃装置は、前記ピストン前室を常時高圧とし、前記駆動方向切換弁による切換えによって前記ピストン後室を高圧回路と低圧回路とに切り替えて前記ピストンを前後進させる前室常時高圧後室交番切り換え方式であり、
   前記ストローク切換えポートは、前記ピストンが前記切換え位置まで前進したときには、当該ストローク切換えポートを低圧回路と連通させて前記ストローク選択弁の前記スプールを前記ショートストローク位置に移動させるように設けられ、
   前記切換え位置は、前記ピストンの前進時に、前記ピストンの軸方向前方に形成された前側大径部の後端が前記ストローク切換えポートに対向して、前記ストローク切換えポートを低圧回路に連通させる位置になっており、
   前記ストローク選択弁は、前記他端の受圧面に対して供給されている高圧油が前記ストローク切換えポートからタンクポートへと排出されることで前記スプールが前記ショートストローク位置に移動するように設けられていることを特徴とする液圧式打撃装置。

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