JP6713853B2 - 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、この種の液圧式打撃装置における、ピストンの打撃動作を自動的に停止可能とする空打ち防止技術に関する。

ピストンの打撃動作を自動的に停止可能とする空打ち防止技術として、特許文献１や特許文献２といった技術が提案されている。なお、以下、ピストンの打撃動作を自動的に停止可能とする一連の機構を「空打ち防止機構」とも呼ぶ。
例えば、特許文献１に記載の空打ち防止機構は、ピストンが打撃位置を越えて所定量の前進をすると、空打ち防止機構が作動して後室と前室がいずれも低圧接続される。これにより、ピストンは、バックヘッドのガス圧により前方のストロークエンドまで達して打撃を自動停止する。また、オペレータがロッドを破砕対象に押し付けてピストンを後退させて空打ち防止機構の作動を解除させると、前室が高圧接続されてピストンが後退を開始し、打撃サイクルが再開されるというものである。

一方、特許文献２では、ロングストロークとショートストロークを切換えるストローク切換え手段を備えた打撃装置における空打ち防止機構が開示されている。同文献記載の空打ち防止機構は、ロングストローク選択時にのみ空打ち防止機構を作動させるというものである。
空打ち防止機構自体は、ピストンが打撃位置を越えて所定量の前進をすると、空打ち防止機構が作動して後室および前室がいずれも高圧接続され、前後室の受圧面積差による推力とバックヘッドガス圧とによってピストンを前方ストロークエンドまで移動させて自動停止させる。そして、オペレータがロッドを破砕対象に押し付けてピストンを後退させて空打ち防止機構の作動を解除させると、後室が低圧接続されてピストンが後退を開始し、打撃サイクルが再開されるというものである。

特開平４−３００１７２号公報 特開平９−７６１７２号公報

これら従来の空打ち防止機構では、空打ち防止機構の作動を解除するためには、オペレータがロッドを破砕対象に押し付けてピストンを後退させる必要がある。しかしながら、これらの空打ち防止機構では、ロッドを破砕対象に押し付けてピストンを後退させるとき、バックヘッドガス圧に抗するだけの推力（特許文献２記載の技術ではそれ以上の推力）を掛けなければならない。

そのため、従来の空打ち防止機構では、この推力を適正に付与しなければ空打ち防止機構を解除することができない。また、ガス圧に抗する推力が逆に大きすぎると、ロッドとフロントヘッドが衝突して破損するおそれがある。そのため、従来の空打ち防止機構では、空打ち防止機構の解除操作が難しいという問題がある。
また、従来の空打ち防止機構では、解除操作によって空打ち防止機構を解除すると、瞬時にピストンが後退動作を開始する。そのため、反力が大きく、構成部材にかかる負荷が大きいという問題がある。

また、特許文献１記載の空打ち防止機構では、打撃サイクルを再開する際に、前室が低圧状態から一気に高圧状態に切換えられる。そのため、圧力変動が急激であり、油圧機器への負荷が大きく、ホースの緩みが発生する原因となるという問題もある。
そして、前室クッション室に着目すると、特許文献１記載の空打ち防止機構では、ピストンが前方ストロークエンドで停止する際は前室が低圧なので、前室クッション室がクッション作用を発揮することができない。そのため、ピストンがフロントヘッドに勢い良く衝突することになり、両者の負荷が大きいという問題がある。

同様に、特許文献２記載の空打ち防止機構では、ピストンが前方ストロークエンドで停止する際、通常の打撃サイクルであれば、前室のクッション室にピストンが突入する局面では、後室は低圧に切換えられており、ピストンが慣性で前進してクッション室に突入するのに対し、同文献記載の技術では、空打ち防止機構の作動時に後室が高圧に接続される。そのため、ピストンがクッション室に突入する速度が大きいため、クッション室の負荷が大き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、少ない押し付け圧で容易に空打ち防止機構の作動を解除可能であり、また、解除後に打撃サイクルを再開する復帰動作も穏やかであり、さらに、空打ち防止作動時におけるクッション室やフロントヘッドへの負荷が比較的に少ない空打ち防止機構を備える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、該シリンダ内に往復移動可能に摺嵌されるピストンと、該ピストンの後端に設けられてバックヘッドガスが封入されるバックヘッドとを備え、前記ピストンの往復作動により、ロッドを打撃する液圧式打撃装置であって、停止制御ポートおよびピストン後退制御ポートを前方からこの順に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、前記ピストン前室を稼働時には高圧回路に常時接続するとともに前記ピストン後退制御ポートに対する前記ピストンの前後進位置に応じて前記ピストン後室を高圧回路と低圧回路とに切換えて前記ピストンを駆動する駆動方向切換弁と、前記停止制御ポートに対する前記ピストンの前後進位置に応じて前記ピストン前室に供給される圧油の圧力を制御する停止制御弁とを備え、前記停止制御弁は、前記ピストンの前後進位置に伴う前記停止制御ポートに供給された作動油の圧力の高低に応じて、前記ピストン前室に供給される圧油を始動圧以上にさせる通常打撃位置と、前記ピストン前室に供給される圧油を開放圧を超え且つ始動圧未満の圧力である打撃停止圧にさせる打撃停止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停止制御位置とよぶとき、前記スプールは、前記ピストンの前進時の位置が前記停止制御位置に達しないときは前記通常打撃位置に位置し、前記ピストンの前進時の位置が前記停止制御位置に達したときは前記打撃停止位置に移動することを特徴とする。

なお、本発明の一態様に係る液圧式打撃装置において、始動圧以上の圧力は、１０〜１５ＭＰａの範囲から設定されることが好ましい。また、開放圧を超え且つ始動圧未満の圧力である打撃停止圧は、５〜８ＭＰａの範囲から設定されることが好ましい。
本発明の一態様に係る液圧式打撃装置によれば、停止制御弁は、停止制御ポートに対するピストンの前後進位置に応じ、ピストン前室に供給される圧油を、開放圧を超え且つ始動圧未満の圧力である打撃停止圧にさせる打撃停止位置に移動するスプールを有し、このスプールは、ピストンの前進時の位置が停止制御位置に達したときは打撃停止位置に移動するので、ピストン前室の作動圧が始動圧未満に下げられる。これにより、ピストンは、バックヘッドガスによる前方への押圧力によって前死点まで移動して自動的に打撃サイクルを停止する。よって、ピストンの空打ちを自動的に防止可能である。

このように、本発明の一態様に係る液圧式打撃装置は、ピストンの打撃動作を自動的に停止可能とする空打ち防止機構を備えるところ、この空打ち防止機構の作動時には、停止制御弁は、打撃停止位置において、ピストン前室に供給される圧油を、開放圧を超え且つ始動圧未満の圧力である打撃停止圧にするので、ピストンが前死点位置のときに、ピストン前室が、いわば「中圧」ともいえる打撃停止圧となっている。そのため、上述した従来の空打ち防止機構に比べて、本発明の一態様に係る液圧式打撃装置であれば、ピストン前室がクッション作用を発揮しつつピストンを停止できる。これにより、ピストンがフロントヘッドに勢い良く衝突することが防止または抑制されるため、打撃サイクルを停止時における両者の負荷が軽減される。

また、本発明の一態様に係る液圧式打撃装置によれば、空打ち防止機構の作動を解除して打撃サイクルを再開するときは、オペレータがロッドを破砕対象に押し付けてピストンを後退させる必要があるところ、ピストンが前死点位置のときに、ピストン前室に供給される圧油が、「中圧」ともいえる打撃停止圧になっているので、上述した従来の空打ち防止機構に比べて、少ない力で打撃点までロッドを押し込むことができる。よって、空打ち防止作動の解除が容易である。

さらに、本発明の一態様に係る液圧式打撃装置によれば、打撃サイクルを再開時に、ピストンが後退動作を開始するときは、作動圧が、「中圧」ともいえる打撃停止圧の状態から立ち上がるので、上述した従来の空打ち防止機構に比べて、切換え時の圧力変動が比較的に穏やかであり、反力が比較的に小さく、油圧機器の構成部材にかかる負荷が小さい。そのため、各部の故障や、ホースの緩みが発生するような不意のトラブルも防止または低減できる。

ここで、本発明の一態様に係る液圧式打撃装置において、前記スプールは、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停止制御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、前記停止制御ポートは、前記ピストンが前記停止制御位置まで前進したときには、当該停止制御ポートを低圧回路と連通させて前記停止制御弁の前記スプールを前記打撃停止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、前記停止制御位置は、前記ピストンの前進時に、前記ピストンの軸方向前側に形成された前側大径部の後端が前記停止制御ポートに対向して、前記停止制御ポートを低圧回路に連通させる位置になっており、前記停止制御弁は、前記スプールの他端の受圧面に対して供給されている高圧油が前記停止制御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打撃停止位置に移動するように設けられていることは好ましい。

上述のように、本発明によれば、少ない押し付け圧で容易に空打ち防止機構の作動を解除可能であり、また、解除後に打撃サイクルを再開する復帰動作も穏やかであり、さらに、空打ち防止作動時におけるクッション室やフロントヘッドへの負荷が比較的に少ない空打ち防止機構を備える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。また、同図において、始動圧以上の高圧油路を太い実線および濃い網掛けで示し、開放圧を超え始動圧未満の油路を太い破線で示し、低圧油路を細い点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空打ち防止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、オペレータによるロッドの押し込み動作により、ピストンが前死点から後退して、停止制御ポートと低圧ポートとの連通状態をピストンが遮断したときの各部の状態を示している。 同図は、ピストンがピストン後退制御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、ピストンが前進して打撃点にて後退を開始する、通常打撃位置での打撃状態を示している。 同図は、ピストンが打撃点を超えて前進した場合に、ピストンが停止制御ポートの位置（停止制御位置）まで前進したときの各部の状態を示している。

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には高圧のバックヘッドガスＧ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。なお、ピストン１２２の後側大径部１２４の前側には、所定長のスリット溝１２８が、軸方向に沿ってバルブ切換溝１２７側に開口する位置に形成されている。

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、ピストン１２２の前後進位置に応じて、ピストン前室１０１に供給される圧油を始動圧以上に維持させるか、ピストン前室１０１に供給される圧油を、開放圧を超え且つ始動圧未満の圧力である打撃停止圧にさせるかを制御する空打ち防止機構を備えている。なお、本実施形態では、上記始動圧以上の圧力は、１０〜１５ＭＰａの範囲から設定している。

詳しくは、図１に示すように、シリンダ１００は、前方から順に、停止制御ポートＰＳおよびピストン後退制御ポートＰＲ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、停止制御ポートＰＳよりも前方に設けられ、シリンダ１００のタンクポートＴは、ピストン後退制御ポートＰＲよりも後方に設けられている。
上記駆動方向切換弁３００は、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、前側低圧ポート３１８および後側低圧ポート３１９並びに後室ポート３２２が設けられている。前側低圧ポート３１８は低圧回路３２５に常時連通し、後側低圧ポート３１９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の下部に設けられたパイロットポートＰＰが後退量制御通路１１１を介してシリンダ１００のピストン後退制御ポートＰＲ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を介して高圧回路１１３と常時連通している。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、後側低圧ポート３１９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が前側段付面３０８の端面に開口する位置まで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によって後側低圧ポート３１９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３参照）、後室ポート３２２は、制御バルブ３０１の後端面３０７と切換弁室３１２の弁室後端面３１７との間、および中空通路３２３を介して高圧接続された切換弁室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。
なお、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と前側低圧ポート３１８と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空打ち防止機構は、上記駆動方向切換弁３００に隣接して、シリンダ１００の側面に設けた停止制御弁２００を有する。なお、同図では、説明の便宜のために、停止制御弁２００を離隔した位置に図示している。

停止制御弁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（この例では３個）の円筒状のスリーブ２３１〜２３３が下方から順に、同軸に積層されており、これら複数のスリーブ２３１〜２３３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２３１〜２３３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が軸方向に沿って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。高圧室２５１は、高圧回路１１３に連通する高圧ポート２４６に接続され常時高圧になっている。

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空円筒状の部材であり、略中央部分に大径部２２６を有する。大径部２２６よりも上部は小径部２２７となっており、また、大径部２２６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。大径部２２６と中径部２２８との間には、円環状の溝２２４が形成されている。

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、停止制御通路３２６を介してシリンダ１００の停止制御ポートＰＳに接続されている。また、ハウジング２１０の側面には、同図下側から順に、第一低圧ポート２４２、第二低圧ポート２４５および高圧ポート２４６が設けられている。第一低圧ポート２４２および第二低圧ポート２４５は、低圧回路１１９に接続されている。

スプール２２０の中心には、軸方向に沿って貫通する貫通穴２７１が中央通路として形成されている。貫通穴２７１の下端は、制御室２５２に連通している。貫通穴２７１の下端部分には、他の部分よりも小径の絞り部２７２が形成されている。絞り部２７２は、スプール２２０が、同図の「停止制御位置」にあるときに、貫通穴２７１と第二低圧ポート２４５とを連通させる油路の途中位置に形成されている。

つまり、スプール２２０は、停止制御ポートＰＳに供給された作動油の圧力を受ける受圧面に貫通穴２７１が開口しており、貫通穴２７１は、スプール２２０が「停止制御位置」にあるときに、高圧室２５１を、細径の絞り部２７２を介して低圧回路に連通させる。
また、貫通穴２７１の上部には、小径部２２７の略中央の位置に、スプール２２０の径方向に貫通する横穴２２５が形成されて、第二低圧ポート２４５に連通するように形成された内部空間が減圧部２７３になっている。なお、第二低圧ポート２４５には、可変絞り２６０が介装されている。可変絞り２６０は、空打ち防止機構の作動時に、回路内の圧力を、開放圧を超え且つ始動圧未満の圧力である打撃停止圧に保持する減圧部２７３を補助する圧力調整手段として機能する。

停止制御弁２００は、下部の制御ポート２４１に始動圧以上の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。一方、制御ポート２４１に始動圧以上の圧油が供給されない時には、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、停止制御弁２００は、スプール２２０が同図のように下方に移動したときは、高圧室２５１が貫通穴２７１の上部開口から横穴２２５を介して第二低圧ポート２４５に連通される。一方、スプール２２０が上方に移動したときは、高圧室２５１と第二低圧ポート２４５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「通常打撃位置」とも呼び、スプール２２０が下方に移動したときを「打撃停止位置」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（例えば８ｍｍ）の前進をした位置を「停止制御位置」とも呼ぶ。

次に、図面を適宜参照しつつ、この液圧式打撃装置の空打ち防止機構の動作、および作用・効果について説明する。なお、各図において、始動圧以上の状態の高圧油路を太い実線で示し、開放圧を超え始動圧未満の状態の油路を太い破線で示し、低圧油路を細い点線で示している。
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に封入されたバックヘッドガスＧのガス圧による押圧力Ｆにより前方に押圧されている。そのため、ピストン１２２は同図に示す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、停止制御弁２００のスプール２２０は、同図に示す上側の高圧室２５１が高圧回路１１３に常時接続される一方、下側の制御室２５２は、停止制御通路３２６を介してシリンダ１００の停止制御ポートＰＳに連通している。さらに、停止制御ポートＰＳは、ピストン１２２の後側大径部１２４の前側に形成されたスリット溝１２８を介してタンクポートＴに連通している。そのため、高圧室２５１からスプール２２０中央の貫通穴２７１に供給される圧油は、停止制御通路３２６から停止制御ポートＰＳを介してタンクに逃げる。そのため、スプール２２０は、高圧室２５１側の油圧により、同図の下方に向けて押圧されて「停止制御位置」に位置する。

また、稼働開始時には、駆動方向切換弁３００は、高圧回路１１３からの圧油が、高圧回路３２４を介してバルブ前室３１３に供給されるため、制御バルブ３０１は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。
すなわち、ポンプの稼働前は、ピストン１２２は、バックヘッドガスＧによる前方への押圧力Ｆにより前死点の位置にある。ポンプの稼働により油圧が作用すると、停止制御弁２００は、スプール２２０上端面に作用する圧油の押圧力により下方に移動する。このとき、停止制御弁２００に供給される圧油は、スプール２２０の小径部２２７の位置に形成された減圧部２７３を構成する横穴２２５から第二低圧ポート２４５へと逃がされ減圧する。また、スプール２２０中央の貫通穴２７１に供給される圧油は、下部の制御ポート２４１に接続された停止制御通路３２６から停止制御ポートＰＳを介してタンクに逃げる。

ここで、貫通穴２７１の絞り部２７２および減圧部２７３は、供給される圧油の圧力を、開放圧を超え且つ始動圧未満の圧力である打撃停止圧とするように、各部の径や容積が設定されている。なお、本実施形態では、打撃停止圧は、５〜８ＭＰａの範囲から設定している。
そのため、ピストン１２２のピストン前室１０１の受圧面に作用する油圧は始動圧未満となり、ピストン１２２はバックヘッドガスＧによる前方への押圧力Ｆに抗することができない。したがって、ピストン１２２は前死点の位置が維持され、液圧式打撃装置はこのままでは作動しない。

ここで、図１に示す状態では、打撃装置は作動しないものの、バックヘッドガスＧによる前方への押圧力Ｆに対し、ピストン前室１０１の受圧面には、開放圧を超え且つ始動圧未満の圧力である打撃停止圧の油圧が作用している。そのため、空打ち防止機構の作動を解除するときに、比較的に少ない力でロッド５１０を打撃点まで押し込むことができる。ロッド５１０の押し込み動作は、オペレータが台車のブーム、アーム等の操作によってロッド５１０を押し込む。

ロッド５１０がピストン１２２側に押し込まれることにより、図２に示すように、ロッド５１０に押されたピストン１２２が後退し、シリンダ１００の停止制御ポートＰＳとタンクポートＴとの連通状態をピストン１２２の前側大径部１２３が遮断する。停止制御ポートＰＳが閉じられると、スプール２２０上部の高圧室２５１に供給されている圧油は、スプール２２０の中心を貫通する貫通穴２７１から下部の絞り部２７２を介して、スプール２２０下側の制御室２５２に供給されているので、制御室２５２が昇圧する。

これにより、スプール２２０上部の小径部２２７と下部の中径部２２８との受圧面積差によって圧油がスプール２２０を上方に押し上げ、スプール２２０は上方へと移動して「通常打撃位置」に位置する。スプール２２０が「通常打撃位置」に位置すると、スプール２２０上部の小径部２２７に形成された横穴２２５から第二低圧ポート２４５へと圧油が逃がされる減圧部２７３による減圧回路が遮断される。そのため、高圧回路１１３、３２４の圧油が始動圧以上まで上昇し、ピストン１２２前室の受圧面に作用する始動圧によりピストン１２２が後退し、液圧式打撃装置が稼働を開始する。

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３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のピストン後退制御ポートＰＲの位置まで後退すると、常時高圧なピストン前室１０１からピストン後退制御ポートＰＲに供給された高圧油は、駆動方向切換弁３００の下部に設けられたパイロットポート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の弁室後端面３１７との間が、中空通路３２３を介して高圧接続された弁室３１２と連通する。そのため、ピストン後室１０２が後室ポート３２２に接続された後室通路３３０を介して高圧接続される。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、ピストン後退制御ポートＰＲの位置に応じた所定ストロークの前進を開始する。

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のピストン後退制御ポートＰＲの位置を通過すると、シリンダ１００のタンクポートＴとピストン後退制御ポートＰＲとがバルブ切換溝１２７を介して連通し、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。

パイロットポートＰＰが低圧接続されると、駆動方向切換弁３００の制御バルブ３０１は、制御バルブ３０１前後の受圧面積差により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が低圧になると、岩盤が硬い場合には、ピストン１２２は僅かな貫入量で後退を開始する。このとき、停止制御弁２００は、停止制御ポートＰＳが遮断状態に維持されているので、スプール２２０は「通常打撃位置」を維持する。

このようにして、岩盤が硬い場合には、引き続きピストン１２２は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が前進と後退を繰り返しながらロッド５１０を打撃する、継続した通常打撃を行うことできる。
これに対し、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５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の停止制御ポートＰＳが形成されている「停止制御位置」まで達すると、停止制御ポートＰＳがバルブ切換溝１２７を介してタンクポートＴと連通するため低圧回路に接続される。そのため、停止制御弁２００のスプール２２０下側の制御ポート２４１の高圧油が開放される。

これにより、停止制御弁２００のスプール２２０は、高圧室２５１に供給される圧油により下方に押圧されて「打撃停止位置」に切り換わる。スプール２２０が「打撃停止位置」に位置すると、停止制御弁２００の高圧室２５１に供給される圧油は、上述した減圧部２７３から第二低圧ポート２４５へと逃がされる。そのため、高圧回路１１３、３２４がそれぞれ減圧され、ピストン１２２前室の受圧面に作用する圧油が始動圧未満に下げられて、ピストン１２２は、バックヘッドガスＧによる前方への押圧力Ｆによって、前死点まで移動して自動的に停止する。

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の打撃動作を、岩盤が硬い場合には継続した通常打撃を行うとともに、岩盤が軟らかい場合には、ピストン１２２を自動的に停止させることができる。
特に、この液圧式打撃装置によれば、打撃サイクルを停止時に、ピストン１２２が前死点位置で停止する際は、ピストン前室１０１が、開放圧を超え且つ始動圧未満の圧力である５〜８ＭＰａ程度の打撃停止圧なので、ピストン前室１０１がクッション作用を発揮しつつピストン１２２を停止できる。そのため、ピストン１２２がフロントヘッド５００に勢い良く衝突することが防止または抑制されるため、打撃サイクルを停止時における両者の負荷が軽減される。

また、この液圧式打撃装置によれば、ピストン１２２が前死点位置のときに、ピストン１２２前室の受圧面に作用する圧油が、５〜８ＭＰａ程度の打撃停止圧にされているため、打撃サイクルを再開するときは、少ない力で打撃点までロッド５１０を押し込むことができ、シリンダの停止制御ポートＰＳとシリンダ１００のタンクポートＴとの連通状態を容易に遮断することができる。よって、空打ち防止機構の解除操作が容易である。

また、この液圧式打撃装置によれば、打撃サイクルを再開時に、ピストン１２２が後退動作を開始するときは、作動圧が５〜８ＭＰａ程度の打撃停止圧の状態から立ち上がるので、切換え時の圧力変動が比較的に穏やかであり、反力が比較的に小さく、油圧機器の構成部材にかかる負荷が小さい。そのため、各部の故障や、ホースの緩みが発生するような不意のトラブルも防止または低減できる。

また、この液圧式打撃装置によれば、シリンダ１００には、停止制御ポートＰＳを追加した簡素な構造とし、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の打撃動作を切換え可能としているため、停止制御弁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。

１００ シリンダ
１０１ ピストン前室
１０２ ピストン後室
１１１ 後退量制御通路
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 停止制御弁
２１０ ハウジング
２２０ スプール
２２４ 溝
２２６ 大径部
２２７ 小径部
２２８ 中径部
２３１〜２３３ スリーブ
２３６ プラグ
２４１ 制御ポート
２４２ 第一低圧ポート
２４５ 第二低圧ポート
２４６ 高圧ポート
２５０ 弁室
２５１ 高圧室
２５２ 制御室
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 停止制御通路
３３０ 後室通路
４００ バックヘッド
５００ フロントヘッド
５１０ ロッド
ＰＲ ピストン後退制御ポート
ＰＳ 停止制御ポート
ＰＰ パイロットポート
Ｔ タンクポート

Claims (4)

1. シリンダと、該シリンダ内に往復移動可能に摺嵌されるピストンと、該ピストンの後端に設けられてバックヘッドガスが封入されるバックヘッドとを備え、前記ピストンの往復作動により、ロッドを打撃する液圧式打撃装置であって、
   停止制御ポートおよびピストン後退制御ポートを前方からこの順に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、前記ピストン前室を稼働時には高圧回路に常時接続するとともに前記ピストン後退制御ポートに対する前記ピストンの前後進位置に応じて前記ピストン後室を高圧回路と低圧回路とに切換えて前記ピストンを駆動する駆動方向切換弁と、前記停止制御ポートに対する前記ピストンの前後進位置に応じて前記ピストン前室に供給される圧油の圧力を制御する停止制御弁とを備え、
   前記停止制御弁は、前記ピストンの前後進位置に伴う前記停止制御ポートに供給された作動油の圧力の高低に応じて、前記ピストン前室に供給される圧油を始動圧以上にさせる通常打撃位置と、前記ピストン前室に供給される圧油を開放圧を超え且つ始動圧未満の圧力である打撃停止圧にさせる打撃停止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停止制御位置とよぶとき、
   前記スプールは、前記ピストンの前進時の位置が前記停止制御位置に達しないときは前記通常打撃位置に位置し、前記ピストンの前進時の位置が前記停止制御位置に達したときは前記打撃停止位置に移動することを特徴とする液圧式打撃装置。
2. 前記スプールは、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停止制御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ている請求項１に記載の液圧式打撃装置。
3. 前記停止制御ポートは、前記ピストンが前記停止制御位置まで前進したときには、当該停止制御ポートを低圧回路と連通させて前記停止制御弁の前記スプールを前記打撃停止位置に移動させ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. 前記停止制御位置は、前記ピストンの前進時に、前記ピストンの軸方向前側に形成された前側大径部の後端が前記停止制御ポートに対向して、前記停止制御ポートを低圧回路に連通させる位置になっており、
   前記停止制御弁は、前記スプールの他端の受圧面に対して供給されている高圧油が前記停止制御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打撃停止位置に移動す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。

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