JP7460491B2 - 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、ピストンが所定の打撃位置を越えて前進したときにその作動を停止する空打防止機構を備えた液圧式打撃装置に関する。

この種の液圧式打撃装置は、ピストンがロッドを打撃しその衝撃エネルギーを破砕対象物へと伝えて破砕する。そして、液圧式打撃装置のなかでも油圧ブレーカにおいては、一般的に、地山掘削作業においては打撃による破砕が連続的に行われるのに対し、小割作業においては打撃によって破砕対象物が破砕されると、瞬間的にロッドと破砕対象物との密着が不十分な状態でピストンがロッドを打撃する「空打」が発生する（例えば特許文献１参照）。

空打が発生するとロッドや液圧式打撃装置本体に掛かる負荷が大きいので、空打時の衝撃から液圧式打撃装置を保護することを目的として、所謂「空打防止機構」（「オートストップ機構」ともいう）が種々提案されている。
空打防止機構は、空打状態ではロッドが正規の打撃位置を越えて前進しているので、ピストンが正規の打撃位置よりも所定距離前進すると液圧式打撃装置の作動を強制的に停止するというものである。

ここで、本出願人は、空打防止機構を備えた液圧式打撃装置として、図４に一例を示す構成を有する技術を提案している。すなわち、同図に示す液圧式打撃装置は、シリンダ１００と、シリンダ１００に付設された第一制御弁２００とを備える。第一制御弁２００にはバルブ２０１が収嵌されるとともに、バルブ２０１の前後進切換えを行うバルブ制御ポート２２０が設けられている。シリンダ１００には、第一制御弁連通ポート１０６が設けられ、第一制御弁連通ポート１０６は、バルブ制御通路１１４、２２６を介してバルブ制御ポート２２０に接続されている。

第一制御弁連通ポート１０６は、ピストン１２０が後退したときに、ピストン前室１０１を介して高圧回路１１０と連通する位置に設けられている。そして、シリンダ１００には、第一制御弁連通ポート１０６の後方に、低圧回路１１１と連通する低圧ポート１１８を設けるとともに、第一制御弁連通ポート１０６の前方に、第二制御弁連通ポート１０５を設けている。

さらに、この液圧式打撃装置は、ピストン１２０外周の二つの大径部１２１、１２２の間の位置に円環溝１２５設けており、円環溝１２５は、ピストン１２０が前進したときには、打撃位置の手前で第一制御弁連通ポート１０６と低圧ポート１１８とを連通させるとともに、ピストン１２０が打撃位置を越えて更に所定距離前進したときには、第一制御弁連通ポート１０６と第二制御弁連通ポート１０５とを連通させるようになっている。
さらに、この液圧式打撃装置では、第二制御弁連通ポート１０５を、第二制御弁３００'（ａ）ないし３００''（ｂ）を介して、高圧通路３５０とストローク調整通路３５１とに選択的に連通可能に接続するというスプール換装型の機構となっている。なお、図４に示す技術の基本的な構成は、前室常時高圧接続－後室高低圧切換式の液圧式打撃装置であり、その作動機序についての説明は省略する。

ここで、図４に示すスプール換装型の液圧式打撃装置では、第二制御弁３００'（ないし３００''）には、ストローク調整スプール３２０および空打防止スプール３３０の一方を選択的に装着するようになっており、ストローク調整スプール３２０を装着した場合には空打を許容し、空打防止スプール３３０を装着した場合には空打を防止することができる。
すなわち、図４での（ａ）に示すように、第二制御弁３００'にストローク調整スプール３２０を装着した場合、この状態でプランジャ３０５を操作すると、第二制御弁連通ポート１０５～第二制御弁連通路１１５～シリンダ連通ポート３０７～テーパ部３２２～ストローク調整ポート３０８～ストローク調整通路３５１からなる経路（以下、「ストローク調整経路」という）の通過流量をゼロから上限値まで無段階で調整可能である。

これにより、ピストン１２０を後退工程から前進工程へと切り換えるタイミングを変更して、打撃サイクルをロングストロークからショートストロークへと変化させることができる。このように、第二制御弁３００'は、周知のストローク調整機構として機能する。以下、この作動状態を「ストローク調整モード」という。
ストローク調整モードにおいて、例えば地山掘削作業を行う際に、破砕対象物が硬岩の場合は、ロングストロークに設定して一打撃あたりの打撃力を増大させ、破砕対象物が軟岩の場合や内部に破砕帯があり不安定な場合は、ショートストロークに設定して一打撃あたりの打撃力を減少させて作業を行う。

一方、図４での（ｂ）に示すように、第二制御弁３００''に空打防止スプール３３０を装着した場合、第二制御弁連通ポート１０５は、第二制御弁連通路１１５～シリンダ連通ポート３０７～高圧ポート３０６～高圧通路３５０からなる経路（以下、「空打防止経路」という）を介して常時高圧回路１１０に接続される。ピストン１２０が打撃位置を越えてさらに所定距離前進したとき、第二制御弁連通ポート１０５は第一制御弁連通ポート１０６と連通する。

これにより、第一制御弁連通ポート１０６は高圧接続され、バルブ制御通路１１４、２２６を経てバルブ制御ポート２２０が高圧接続されるので、バルブ２０１は前端位置へと切換えられる。
したがって、ピストン後室１０２は、後室ポート１０４～後室通路１１３～後室ポート２２２～中空通路２２８～前室通路２２３を経て高圧回路１１０に接続され、これにより、ピストン１２０は前方へと付勢されて前死点で停止する。このように、第二制御弁３００''は空打防止機構として機能する。以下、この作動状態を「空打防止モード」という。

特開平１０－８０８７８号公報 特願２０２０－０４３９７２号（未公開）

ところで、このようなスプール換装型の液圧式打撃装置を油圧ブレーカに適用する場合において、同じ現場で小割作業と地山掘削作業の両方を行うことがある。さらに、地山掘削作業を続けるうちに破砕対象物の性状が硬岩から軟岩へと変化する場合があり、また、均質な岩盤から破砕帯を含む不安定な岩盤へと変化する場合がある（それぞれ逆の場合もある）。

油圧ブレーカは、地山掘削作業において、破砕対象物の性状の変化に対応するためにはストローク調整モードで作動することが好ましく、他方、破砕が断続的になる小割作業では空打防止モードで作動することが好ましい。
これに対し、スプール換装型の油圧ブレーカでは、ストローク調整モードと空打防止モードとを切替えるためには、上述したように、第二制御弁に装着するスプールを、ストローク調整スプールおよび空打防止スプールのいずれか一方に交換する必要がある。

油圧ブレーカにおいてスプールを交換する作業は、油圧回路を油圧供給源から切り離してからスプールを脱着し、再び油圧供給源に接続するという手順を経なければならず、この作業中には残圧によりスプール室から溢れ出す作動油の処理が必要となる場合があり、また、抜き差しするスプールを清浄な状態で管理しなければならないため、スプールの交換作業は煩雑である。さらに、交換作業中に異物が油圧回路内に混入するおそれがある。
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、スプールの交換作業を不要にするとともに、ストローク調整モードと空打防止モードとを切替えて作動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、該シリンダに前後進可能に摺嵌されて二つの大径部および該二つの大径部の間の位置に設けられた円環溝を有するピストンと、該ピストンの前後進動作を制御する第一制御弁と、を備え、前記シリンダには、前記ピストンの前記二つの大径部によってピストン前室およびピストン後室が当該シリンダの軸方向の前後に画成されている液圧式打撃装置であって、前記ピストンのピストンストロークをロングストロークとショートストロークとの間で調整するストローク調整機構と、前記ピストンが打撃位置を越えて所定距離前進すると前記ピストンの作動を停止させる空打防止機構と、前記ストローク調整機構および前記空打防止機構のいずれか一方のモードを選択する第二制御弁と、を備え、前記第二制御弁には、軸方向での自身の収嵌位置の変更に応じて、前記空打防止機構を選択する油路を連通させるように機能する空打防止部、および、前記ストローク調整機構を選択する油路を連通させるように機能するストローク調整部を有する共通スプールが装着されてい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よれば、第二制御弁には、軸方向での収嵌位置の変更に応じて対応する機構を選択する油路を連通させるように機能する空打防止部およびストローク調整部を備える共通スプールが装着されているので、第二制御弁によってストローク調整モードと空打防止モードとを切替えて作業をする際に、共通スプールの軸方向での収嵌位置を変更するだけで、ストローク調整モードと空打防止モードとを切替えることができる。そのため、第二制御弁のスプールの交換作業が不要なので、モード切替作業が容易であり、また、スプール交換に伴う油圧回路内への異物の混入が発生するおそれがない。

ここで、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、前記ピストン前室が常時高圧接続されるとともに、前記ピストン後室が前記第一制御弁の作動に応じて高圧接続と低圧接続とに切り替えられる前室常時高圧接続－後室高低圧切換式の装置であり、前記シリンダには、前記ピストン前室と前記ピストン後室との間に当該シリンダの軸方向の前方から後方に向けて、第二制御弁連通ポート、第一制御弁連通ポートおよび低圧ポートがこの順に設けられ、前記円環溝は、前記ピストンが前進したときには、打撃位置の手前で前記第一制御弁連通ポートと前記低圧ポートとを連通させるとともに、前記ピストンが打撃位置を越えて更に所定距離前進したときには、前記第一制御弁連通ポートと前記第二制御弁連通ポートとを連通させるように構成することができる。

そして、このような構成を有する、本発明の一態様に係る液圧式打撃装置において、前記低圧ポートよりも前記シリンダの軸方向後方であって、前記ピストンが前死点で停止したときに、前記ピストンの前記大径部によって前記ピストン後室との遮断が維持される位置に設けられた追加低圧ポートと、前記低圧ポートの通過流量を調整可能に設けられた第一流量調整手段と、前記追加低圧ポートの通過流量を調整可能に設けられた第二流量調整手段と、を備え、前記ピストンが前死点で停止したときに前記第一制御弁連通ポートと前記低圧ポートとをリーク流量で連通する第一連通経路が、前記ピストンの後側の大径部の外周面に設けられ、前記ピストンが前死点で停止したときに前記ピストン後室と前記追加低圧ポートとをリーク流量で連通する第二連通経路が、少なくとも前記ピストンの後側の大径部の外周面と前記シリンダ内周面とのいずれかに設けられた構成とすることができる。

このような構成であれば、ストローク調整モードにおける始動性および作業安定性、並びに、空打防止モードにおける空打防止機構の作動安定性および再始動容易性、というそれぞれの作業モードの機能向上のために好適である。
すなわち、各モードの機能向上要素は、両モード間では相反する関係にあるものの、これを上手くバランスさせるために、追加した第一流量調整手段と第二流量調整手段の調整作業はモード切替を繰り返しながら行うところ、このような構成によれば、モード切替作業が容易なため、調整作業を支障なく行うことが可能となる。

本発明によれば、スプールの交換作業を不要にするとともに、空打防止モードとストローク調整モードとを切替えて作動可能な液圧式打撃装置を提供できる。

本発明の一態様に係る液圧式打撃装置の一実施態様の断面図であって、同図での（ａ）は、空打防止モードに設定された状態を示し、（ｂ）は、ストローク調整モードに設定された状態を示している。 本発明一態様に係る液圧式打撃装置の一実施態様での共通スプールの説明図である。 本発明の一態様に係る液圧式打撃装置の他の実施態様の断面図であって、同図では、溝・スリット付ピストンが摺嵌され、かつ、空打防止モードに設定された状態を示している。 比較例として示す、スプール換装型の液圧式打撃装置の一例を示す断面図であって、同図（ａ）は、ストローク調整モードを示し、（ｂ）は、空打防止モードを示している。

以下、本発明の実施形態について、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。なお、図４に比較例として示したスプール換装型の液圧式打撃装置との対比を明瞭とするために、同一または対応する構成には同一符号を付して説明する。

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およびピストン１２０を備えるとともに、第一制御弁２００と第二制御弁３００とがシリンダ１００とは別体に設けられている。第一制御弁２００の内部には、バルブ２０１が摺嵌されており、第二制御弁３００の内部には、ストローク調整スプール３１０が摺嵌されている。
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５０１が摺嵌されている。

ピストン１２０は、中実の円筒体であり、その略中央に２つの大径部として、前側大径部１２１および後側大径部１２２を有する。前側大径部１２１の前方には中径部１２３が設けられ、後側大径部１２２の後方には小径部１２４が設けられ、前側大径部１２１と後側大径部１２２との間には円環溝１２５が設けられている。
このピストン１２０が、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。ピストン前室１０１には、前室ポート１０３が設けられ、前室ポート１０３は、前室通路１１２を介して高圧回路１１０に常時接続されている。

ピストン後室１０２には、後室ポート１０４が設けられている。後室ポート１０４と第一制御弁２００は、後室通路１１３によって接続されている。ピストン後室１０２は、第一制御弁２００のバルブ２０１による前後進切換えによって、高圧回路１１０と低圧回路１１１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１１０の適所には、アキュムレータ（不図示）が設けられる。
中径部１２３の外径は、小径部１２４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１２０の受圧面積、すなわち、前側大径部１２１と中径部１２３の径差、および後側大径部１２２と小径部１２４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がバルブ２０１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１２０が前進し、ピストン後室１０２がバルブ２０１の作動により低圧接続されるとピストン１２０が後退するようになっている。
シリンダ１００には、前室ポート１０３と後室ポート１０４との間に前方から後方へ向けて順に、第二制御弁連通ポート１０５、第一制御弁連通ポート１０６、および低圧ポート１０７が、軸方向に互いに離隔した位置に設けられている。低圧ポート１０７は低圧通路１１６を介して低圧回路１１１に接続されている。

第一制御弁２００は、ピストン１２０と非同軸に形成されたバルブ室２１２が内部に形成され、このバルブ室２１２にバルブ２０１が摺嵌されている。バルブ室２１２は、前方から後方へ向けて順に、中径のバルブ前室２１３、大径のバルブ主室２１４、および小径のバルブ後室２１５を有する。バルブ前室２１３には、高圧回路１１０と常時連通する前室通路２２３が接続されている。
バルブ主室２１４には、前方から後方へ向けて順に、前側低圧ポート２１８およびバルブ制御ポート２２０が設けられ、バルブ後室２１５には後側低圧ポート２２１および後室ポート２２２が設けられている。

前側低圧ポート２１８は、前側低圧通路２２４を介して低圧回路１１１に常時連通し、後側低圧ポート２２１は後側低圧通路２２７を介して低圧回路１１１に常時連通している。弁制御ポート２２０と第一制御弁連通ポート１０６は、バルブ制御通路１１４、２２６を介して連通している。後室ポート２２２と後室ポート１０４は、後室通路１１３を介して連通している。

バルブ２０１は、中空の円筒体であり、前方から後方へ向けて順に、中径部２０２、大径部２０３および小径部２０４を有する。円筒内部の中空通路２２８が前室通路２２３を介して高圧回路１１０と常時連通している。バルブ２０１には、小径部２０４の略中央の外周面に、ピストン後室１０２を高圧と低圧に切り替えるための排油溝２０５が円環状に設けられている。
バルブ２０１は、中径部２０２と小径部２０４の受圧面積差により常時後方へと付勢されており、弁制御ポート２２０に高圧油が供給されると、大径部２０３の後側段付面２０９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。

バルブ２０１が後端位置、すなわち、後端面２０７が弁室後端面２１７に当接した場合には、後室ポート２２２は、排油溝２０５によって後側低圧ポート２２１および後側低圧通路２２７を介して低圧回路１１１に連通するので、ピストン後室１０２は低圧接続される。
一方、バルブ２０１が前端位置、すなわち、前端面２０６が弁室前端面２１６に当接した場合には、後室ポート２２２は、後側低圧ポート２２１との連通が遮断されるとともに、後端面２０７と弁室後端面２１７との間、および中空通路２２８を介して高圧接続された弁室２１２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。

第二制御弁３００は、ハウジング３０１内にスリーブ３０２が装填されており、その内径によってスプール室３０２ａが形成されている。スリーブ３０２は、ハウジング３０１の上部開口に螺着されるプラグ３０３を締め込むことによって、軸方向の位置が固定されている。
スプール室３０２ａには、共通スプール３１０が、軸方向にスライド移動可能に摺嵌されている。共通スプール３１０は、図２に軸線に沿った縦断面図を示すように、中実の円筒体であり、軸方向の上方から下方へ向けて順に、小径部３１１、上側大径部３１２、テーパ部３１３および下側大径部３１４を有する。
ここで、この共通スプール３１０は、軸方向での収嵌位置の変更に応じ、小径部３１１が、本発明に係る空打防止部を構成し、上側大径部３１２、テーパ部３１３および下側大径部３１４が、本発明に係るストローク調整部３１５を構成する。

より詳しくは、共通スプール３１０の上方には、プランジャ３０５がプラグ３０３に螺着され、プランジャ３０５は、ロックナット３０４によってその締め込み位置を維持して固定される。共通スプール３１０の下部には、付勢手段として、円筒コイルばねを用いたスプリング３１６が座繰り３１４ａの内部に装着されており、プランジャ３０５の締め込み位置を変化させると、共通スプール３１０はスプール室３０２ａ内の軸方向で、同図中の上下方向にスライド移動してその軸方向での位置が保持される。

ハウジング３０１には、上方から下方に向けて順に、高圧ポート３０６、シリンダ連通ポート３０７およびストローク調整ポート３０８がそれぞれ離隔して設けられている。高圧ポート３０６は、高圧通路３５０を介して高圧回路１１０と連通している。
シリンダ連通ポート３０７は、第二制御弁連通路１１５を介して第二制御弁連通ポート１０５と連通している。また、ストローク調整ポート３０８は、ストローク調整通路３５１およびバルブ制御通路２２６を介してバルブ制御ポート２２０と連通している。

図１の（ａ）に示すように、共通スプール３１０の軸方向での収嵌位置を、同図の上方位置に移動させると、第二制御弁３００は、上側大径部３１２によって高圧ポート３０６とシリンダ連通ポート３０７との連通は遮断され、それに代わって、テーパ部３１３によってシリンダ連通ポート３０７とストローク調整ポート３０８とが連通を開始する。これにより、液圧式打撃装置は、「ストローク調整モード」で作動する。

ストローク調整モードにおいて、第二制御弁３００は、プランジャ３０５を操作することで共通スプール３１０の上方への移動量に対応して、第二制御弁連通ポート１０５～第二制御弁連通路１１５～シリンダ連通ポート３０７～テーパ部３１２～ストローク調整ポート３０８～ストローク調整通路３５１からなるストローク調整経路の通過流量をゼロから上限値まで無段階で調整可能である。
したがって、ピストン１２０を後退工程から前進工程へと切換えるタイミングを変更して打撃サイクルをロングストロークからショートストロークへと変化させることが可能となる。このように、本実施形態では、共通スプール３１０の軸方向での収嵌位置を上方の位置に移動させると、第二制御弁３００は周知のストローク調整機構として機能する。

一方、図１の（ｂ）に示すように、共通スプール３１０の軸方向での収嵌位置を、同図の下方の位置に移動させると、第二制御弁３００は、上側大径部３１２によってシリンダ連通ポート３０７とストローク調整ポート３０８との連通が遮断され、それに代わって、小径部３１１によって高圧ポート３０６とシリンダ連通ポート３０７とが連通する。これにより、液圧式打撃装置は、「空打防止モード」で作動する。
空打防止モードにおいて、第二制御弁３００は、第二制御弁連通ポート１０５が第二制御弁連通路１１５～シリンダ連通ポート３０７～小径部３１１～高圧ポート３０６～高圧通路３５０からなる空打防止経路を介して常時高圧回路１１０に接続される。ピストン１２０が打撃位置を越えてさらに所定距離前進したとき、円環溝１２５によって第二制御弁連通ポート１０５と第一制御弁連通ポート１０６とが連通する。

これにより、第一制御弁連通ポート１０６は高圧接続され、バルブ制御通路１１４、２２６を介してバルブ制御ポート２２０が高圧接続されるので、バルブ２０１は、図１に示す後端位置から前端位置へと切換えられる。
したがって、ピストン後室１０２は、後室ポート１０４～後室通路１１３～後室ポート２２２～中空通路２２８～前室通路２２３を経て高圧回路１１０に接続され、これにより、ピストン１２０は前方へと付勢されて前死点で停止する。このように、共通スプール３１０の軸方向での収嵌位置を下方の位置へ移動させると、第二制御弁３００は、「空打防止モード」として機能する。

そして、特筆すべきは、第一実施形態の液圧式打撃装置によれば、第二制御弁３００の共通スプール３１０の軸方向での収嵌位置の移動によって、ストローク調整モードと空打防止モードとをシームレスに変換可能であることである。
ここで、液圧式打撃装置を油圧ブレーカに適用する場合において、地山掘削作業ではストローク調整モードを選択し、小割作業では空打防止モードを選択することが好ましいことは前述した通りである。これに対し、比較例として図４に示した、スプール換装型の液圧式打撃装置では、両モードの切替え作業は、第二制御弁のスプールをそれぞれのモードに対応した別個のスプールに交換する必要があった。

油圧ブレーカにおいてスプールを交換する作業は、油圧回路を油圧供給源から切り離してからスプールを脱着し、再び油圧供給源に接続するという手順を経なければならず、この作業中には残圧によりスプール室から溢れ出す作動油の処理が必要となる場合があり、また、抜き差しするスプールを清浄な状態で管理しなければならないため、スプールの交換作業は煩雑であるばかりでなく、交換作業中に異物が油圧回路内に異物が混入するおそれがあった。
これに対し、第一実施形態の液圧式打撃装置によれば、第二制御弁３００には、軸方向での収嵌位置の変更に応じた空打防止部およびストローク調整部を備える共通スプール３１０が装着されているので、ストローク調整モードと空打防止モードとをスプール交換作業なしで切替えることができる。そのため、モード切替の作業性が大幅に改善されるとともに、油圧回路内への異物の混入のおそれもない。

ところで、ストローク調整モードと空打防止モードとを切替え可能な油圧ブレーカには改善すべき課題があった。例えば、油圧ブレーカをストローク調整モードで作動する場合であって、作業開始時に、油圧ブレーカの作業姿勢によってバルブ２０１が正規の停止位置である後端位置から前端位置へと移動することがある。
この状態で高圧回路１１０にポンプＰから圧油が供給され、バルブ２０１が後端位置への復帰を完了する前にピストン後室１０２が高圧接続されると、これにより、ピストン後室１０２が高圧接続される。そのため、ピストン１２０は前死点で停止したままとなり油圧ブレーカは始動しない。

通常であれば、高圧回路１１０に圧油が供給されればバルブ２０１は程なく後端位置へと復帰してピストン後室１０２の高圧接続が解消され油圧ブレーカは始動する。
しかし、バルブ制御ポート２２０～バルブ制御通路２２６、１１４～第一制御弁連通ポート１０６からなる閉回路内に残圧があり、加えて、作動油の温度が低く流動性が低い場合には、バルブ２０１の動きが悪くなり、油圧ブレーカの始動が不安定となる場合がある（以下、「残圧による始動不安定」という）。

このような、バルブ２０１の後端位置への復帰局面において、反対に作動油の温度が高く流動性が高い場合には、ピストン後室１０２の圧油がピストン大径部１２２とシリンダ１００とのクリアランスからリークし、低圧ポート１０７を越えて第一制御連通ポート１０６に至り、さらに、バルブ制御通路１１４、２２６を経てバルブ制御ポート２２０へと流入する（（以下、この圧油の流れを「還流」という）。

バルブ制御ポート２２０に圧油が還流すると、バルブ２０１は前端位置のまま停止するので、ピストン後室１０２は高圧接続を維持して油圧ブレーカは始動しない。この状態は、空打防止モードにおいて空打防止機構が作動している状態と同じであり、本来、ストローク調整モードでは出現しないものである。
すなわち、オペレータが意図せずに、ストローク調整モードから空打防止モードへと作動モードが切替わったことになるので、作業性が悪化する（以下、「還流による作業性悪化」という）。

一方で、油圧ブレーカを空打防止モードで作動する場合であって、空打防止機構が作動した状態（すなわち、ピストン１２０が打撃位置を越えて所定距離前進して停止した状態）から再始動する際は、ロッド５０１を押し込んで（図１中の右方向へと移動させ）ピストン１２０の前側大径部１２１が、第二制御弁連通ポート１０５と第一制御弁連通ポート１０６との連通を遮断し、代わって、円環溝１２５によって第一制御弁連通ポート１０６と低圧ポート１０７とが連通するまでピストン１２０を後退させる。

これにより、バルブ制御ポート２２０は低圧接続されて、バルブ２０１は、前端位置へと切換えられピストン後室１０４が低圧接続されて、ピストン１２０は通常の打撃サイクルに復帰する。
しかし、このときのピストン１２０には、ピストン前室１０１とピストン後室１０２との受圧面積差によって発生する圧油の付勢力と、バックヘッド４００のガス圧Ｇによる付勢力とが合算された推力Ｆが作用している。そのため、再始動時の大きな反力となっていた（以下、「空打防止からの再始動困難性」という）。

このように、ストローク調整モードと空打防止モードとを切替え可能な油圧ブレーカには、残圧による始動不安定、還流による作業性悪化、および、空打防止からの再始動性不良が生じる可能性があるという課題があった。
これに対し、本出願人は、これらの課題を解決する方策として、図３に示す、第二実施形態の液圧式打撃装置を提案している（特許文献２）。

図３に示す第二実施形態の液圧式打撃装置と、図１に示す第一実施形態の液圧式打撃装置との差異点は以下の通りである。
（差異点１）
第二実施形態の液圧式打撃装置では、低圧ポート１０７の後方であって、ピストン１２０'が前死点で停止したときに、ピストン大径部１２２によってピストン後室１０２との遮断が維持される位置に追加低圧ポート１０８を設け、低圧ポートの通過流量を調整する第一流量調整手段として低圧通路１１６に絞り１３０を設け、追加低圧ポートの通過流量を調整する第二流量調整手段として、追加低圧通路１１７に絞り１３１を設けている。

（差異点２）
第二実施形態の液圧式打撃装置では、ピストン１２０'が前死点で停止したときに、第一制御弁連通ポート１０６と低圧ポート１０７とをリーク流量で連通する第一連通経路として、ドレン溝１４０をピストン大径部１２２の外周面に設けている（ピストン大径部１２２の前縁には前縁部１２２ａを形成している）。

（差異点３）
第二実施形態の液圧式打撃装置では、ピストン１２０'が前死点で停止したときに、ピストン後室１０２と追加低圧ポート１０８とをリーク流量で連通する第二連通経路として、ドレンスリット１４１をシリンダ１００'の内周面に設けている。

ここで、第二実施形態の液圧式打撃装置における（差異点１）のドレン溝１４０は、残圧による始動不安定を改善するための構成である。また、第二実施形態の液圧式打撃装置における（差異点２）の追加低圧ポート１０８は、還流による作業性悪化を改善するための構成である。また、第二実施形態の液圧式打撃装置における（差異点３）のドレンスリット１４１は、空打防止からの再始動困難性を改善するための構成である。
なお、ドレン溝１４０を設けることにより、ストローク調整モードにおける残圧による始動不安定は改善される一方で、空打防止モードにおいては、空打防止機構が作動する局面で空打防止経路の圧油がドレン溝１４０を介して低圧ポート１０７へと流出し、バルブ２０１が作動するための充分な油量がバルブ制御ポート２２０へと送られず、その結果として、空打防止機構の作動が不安定になるという新たな課題も浮上する（以下、「空打防止機構の作動不安定」という）。

ここで、ドレン溝１４０、追加低圧ポート１０７およびドレンスリット１４１からなる追加ドレン手段による作動機序は、それぞれの油圧機器構成の通過油量によって制御される。そのため、これらを適切に調整する手段として（差異点２）の絞り１３０、１３１を設けている。
そして、これら差異点による作動機序は、それぞれトレードオフの関係にあり、特に、異なる作業モード間では全く相反する場合がある。そのため、絞り１３０、１３１の調整は非常に繊細なものとなる。なお、第二実施形態の液圧式打撃装置における追加ドレン手段および絞り１３０、１３１については、特許文献２にて詳細に述べているのでここでは記載を省略する。

このように、図３に示す第二実施形態の液圧式打撃装置は、ストローク調整モードと空打防止モードとを切替え可能な油圧ブレーカに最適な構成であり、特に、絞り１３０、１３１は、この種の油圧ブレーカの機能向上を図る上で、必須の調整手段であることは上述した通りである。
すなわち、絞り１３０、１３１の通過流量を調整するにあたっては、液圧式打撃装置をストローク調整モードと空打防止モードとに切替えながら、どちらのモードにおいても最適に作動するようにバランスさせる必要がある。このモード切替作業は、何度も繰り返す場合もあるため、モード切替作業において、スプールの交換が不要である、本発明の共通スプール３１０は、絞り１３０、１３１の調整にも有効であるといえる。

したがって、第一実施形態に示した共通スプールによれば、ストローク調整モードにおける始動性および作業安定性、並びに、空打防止モードにおける空打防止機構の作動安定性および再始動容易性、というそれぞれの作業モードの機能向上のために好適である。
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、プランジャ３０５と共通スプール３１０とを一体に形成してもよく、この場合、スプール自体は長大になるものの、スプリング３１６とその装着のための座繰り３１４ａを省略することができるので、構成の簡素化が可能となる。

また、例えば、ピストン１２０'のドレン溝１４０は前方が開放された溝形状であってもよく、また、ドレンスリット１４１と同様に軸方向に延びるスロット形状であってもよい。また、ドレンスリット１４１はピストン１２０'側に設けてもよい。
また、絞り１３０、１３１は、必ずしも両方を備える必要は無く、ドレン溝１４０およびドレンスリット１４１のリーク量の設定状態によってはどちらか一方を備えていればよい。
さらに、本発明の各実施形態は、ソリッドなシリンダ１００を例に説明をしたが、これに限らず、ピストン１２０およびシリンダ１００にライナを介装する、ライナ式の液圧式打撃位置であってもよい。

１００、１００' シリンダ
１０１ ピストン前室
１０２ ピストン後室
１０３ 前室ポート
１０４ 後室ポート
１０５ 第二制御弁連通ポート
１０６ 第一制御弁連通ポート
１０７ 低圧ポート
１０８ 追加低圧ポート
１１０ 高圧回路
１１１ 低圧回路
１１２ 前室通路
１１３ 後室通路
１１４ バルブ制御通路
１１５ 第二制御弁連通路
１１６ 低圧通路
１１７ 追加低圧通路
１１８ 低圧ポート
１２０、１２０' ピストン
１２１ 前側大径部
１２２ 後側大径部
１２２ａ 前縁部
１２３ 中径部
１２４ 小径部
１２５ 円環溝
１３０ 絞り（第一流量調整手段）
１３１ 絞り（第二流量調整手段）
１４０ ドレン溝（第一連通手段）
１４１ ドレンスリット（第二連通手段）
２００ 第一制御弁
２０１ バルブ
２０２ 中径部
２０３ 大径部
２０４ 小径部
２０５ 排油溝
２０６ 前端面
２０７ 後端面
２０９ 段付面
２１２ バルブ室
２１３ バルブ前室
２１４ バルブ主室
２１５ バルブ後室
２１６ バルブ室前端面
２１７ バルブ室後端面
２１８ 前側低圧ポート
２２０ バルブ制御ポート
２２１ 後側低圧ポート
２２２ 後室ポート
２２３ 前室通路
２２４ 前側低圧通路
２２６ バルブ制御通路
２２７ 後側低圧通路
２２８ 中空通路
３００、３００'、３００'' 第二制御弁
３０１ ハウジング
３０２ スリーブ
３０２ａ スプール室
３０３ プラグ
３０４ ロックナット
３０５ プランジャ
３０６ 高圧ポート
３０７ シリンダ連通ポート
３０８ ストローク調整ポート
３１０ 共通スプール
３１１ 小径部（空打防止部）
３１２ 上側大径部
３１３ テーパ部
３１４ 下側大径部
３１４ａ 座繰り
３１５ ストローク調整部
３１６ スプリング
３２０ ストローク調整スプール
３２１ 上側大径部
３２２ テーパ部
３２３ 下側大径部
３３０ 空打防止スプール
３３１ 小径部
３３２ 大径部
３５０ 高圧通路
３５１ ストローク調整通路
４００ バックヘッド
５００ フロントヘッド
５０１ ロッド
Ｆ 推力
Ｇ ガス
Ｐ ポンプ
Ｔ タンク

Claims (3)

1. シリンダと、該シリンダに前後進可能に摺嵌されて二つの大径部および該二つの大径部の間の位置に設けられた円環溝を有するピストンと、該ピストンの前後進動作を制御する第一制御弁と、を備え、前記シリンダには、前記ピストンの前記二つの大径部によってピストン前室およびピストン後室が当該シリンダの軸方向の前後に画成されている液圧式打撃装置であって、
   前記ピストンのピストンストロークをロングストロークとショートストロークとの間で調整するストローク調整機構と、
   前記ピストンが打撃位置を越えて所定距離前進すると前記ピストンの作動を停止させる空打防止機構と、
   前記ストローク調整機構および前記空打防止機構のいずれか一方のモードを選択する第二制御弁と、を備え、
   前記第二制御弁には、軸方向での自身の収嵌位置の変更に応じて、前記空打防止機構を選択する油路を連通させるように機能する空打防止部、および、前記ストローク調整機構を選択する油路を連通させるように機能するストローク調整部を有する共通スプールが装着されていることを特徴とする液圧式打撃装置。
2. 当該液圧式打撃装置は、前記ピストン前室が常時高圧接続されるとともに、前記ピストン後室が前記第一制御弁の作動に応じて高圧接続と低圧接続とに切り替えられる前室常時高圧接続－後室高低圧切換式の装置であり、
   前記シリンダには、前記ピストン前室と前記ピストン後室との間に当該シリンダの軸方向の前方から後方に向けて、第二制御弁連通ポート、第一制御弁連通ポートおよび低圧ポートがこの順に設けられ、
   前記円環溝は、前記ピストンが前進したときには、打撃位置の手前で前記第一制御弁連通ポートと前記低圧ポートとを連通させるとともに、前記ピストンが打撃位置を越えて更に所定距離前進したときには、前記第一制御弁連通ポートと前記第二制御弁連通ポートとを連通させるようになっている請求項１に記載の液圧式打撃装置。
3. 前記低圧ポートよりも前記シリンダの軸方向後方であって、前記ピストンが前死点で停止したときに、前記ピストンの前記大径部によって前記ピストン後室との遮断が維持される位置に設けられた追加低圧ポートと、前記低圧ポートの通過流量を調整可能に設けられた第一流量調整手段と、前記追加低圧ポートの通過流量を調整可能に設けられた第二流量調整手段と、を備え、
   前記ピストンが前死点で停止したときに前記第一制御弁連通ポートと前記低圧ポートとをリーク流量で連通する第一連通経路が、前記ピストンの後側の大径部の外周面に設けられ、
   前記ピストンが前死点で停止したときに前記ピストン後室と前記追加低圧ポートとをリーク流量で連通する第二連通経路が、少なくとも前記ピストンの後側の大径部の外周面と前記シリンダ内周面とのいずれかに設けられている請求項２に記載の液圧式打撃装置。

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