JPH0679651A - 気圧と液圧とを用いる打撃機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】小型、軽量、単純構造で、エネルギー効率を向
上させた打撃機構を提供する。 【構成】ピストン４０が挿入されるピストン室の内周面
との間に流体を受容する環状室４３、４４を形成するた
めに外周面に環状段差部４１、４２が設けられたピスト
ン４０と、ピストン室から一定距離を置いてピストン軸
と同一軸方向で形成されたバルブ室５０と、バルブ室５
０とピストン４０の中央部に形成された流体連結室４６
とを連通させるように形成されたバルブ転換のための転
換通路ＰＣと、低圧に転換された流体が排出できるよう
に形成された帰還通路ＰＤと、注入口２１とピストンの
下部環状室４３とに連通する下部流体通路４７と、注入
口２１とバルブ室５０とに連通する上部流体通路４８
と、バルブ室５０とピストンの上部環状室４４とに連通
する通路ＰＡとからなるシリンダーとを備えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、土木建設、特にコンク
リート、岩、アスファルト、凍土等に連続的に打撃エネ
ルギーを加えてこれらを破砕することに使用され、気圧
と液圧とを用い、バルブ内のスプール (spool)とピスト
ンとの有機的な相互作用によってピストンを往復運動さ
せてロッドを打撃する方式の打撃機構に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ピストンの上方に形成されたガス室の中
にガス（例えば窒素ガス）が注入され、ピストン下方に
該ピストンと当接自在に打撃ロッド（rod ）が装着され
ている従来の打撃機構では、ピストン下部に形成された
前室に高圧の流体が供給されると、ピストンはその上方
のガス室に充填されたガスを圧縮しながら上昇して上死
点に到達し、そしてピストンの上死点到達と同時に前記
高圧の流体はシリンダー本体の中間部位に形成されたバ
ルブ転換通路へ流入してバルブを転換させ、ピストン上
端部に形成された後室を高圧へ転換させる。この後室に
作用する高圧は前記前室に作用する高圧を相殺するよう
に働き、したがってガス室内の圧縮されたガスが元の状
態に戻ろうとする膨張力を発現せしめてピストンを下降
させ、この下降したピストンがピストンと同一軸線上に
位置した打撃ロッドの上端面を打撃することになり、こ
れによってロッドの下端部に接している堅固な地盤や岩
石などに打撃エネルギーが伝わり、地盤等を破砕するよ
うになっている。

【０００３】このような従来の打撃機構においては、バ
ルブを転換させるために別途の部品、例えばバルブプラ
グと絞り等が必要であり、また、バルブ転換の後のピス
トンの下降に必要な後室内の高圧を得るためには様々な
段階の流体通路を通じる必要がある。すなわち、高圧流
体は先ずバルブの円周上に等間隔で形成された貫通口を
通った後、さらにバルブカバーの貫通口を通りピストン
上端部に形成された後室に流入するので、これに関連し
た別途の部品乃至装置が必要となり、結果的に機構全体
の大きさや重量が増すことになってしまう。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、軽量且つ小型でエネルギー効率が良く、また、簡
単な構成の打撃機構を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明による打撃機構は、ピストンの下降に必
要な高圧流体を得るためにシリンダー本体の内部のバル
ブからピストン後室に至る高圧流体通路を様々な段階を
通じずに直ぐ連通するように構成し、その通路の開閉動
作をピストンの往復に従うバルブ内スプールの有機的連
動動作によって行うようにしてバルブの効率を向上さ
せ、併せてエネルギー効率も向上させるようにしてい
る。

【０００６】即ち、本発明による打撃機構は、バルブの
外周面に形成された高圧流体通過用貫通口を用いない
で、ピストン上部に形成される上部環状室とバルブに形
成された貫通口とをつなぐ通路の入口を直接開閉する方
式を用いており、ピストンがピストン上方に位置したガ
ス室のガスを圧縮して上死点に到達すると、スプールの
外周面とバルブの内周面とによって形成されたバルブ転
換室に高圧流体が流入し、この高圧流体が直接バルブ内
のスプールに作用してスプールを移動させることで、バ
ルブに形成されている貫通口が開き、直ちにピストン上
部に形成された上部環状室を高圧に転換させる。この上
部環状室内に作用する高圧流体によって、下部環状室内
に作用する高圧流体はガス圧縮力に対する力を失うこと
になり、したがってガス膨張力によりピストンが下降し
て打撃ロッドを打撃する。ピストンが打撃位置に至ると
スプールを移動させていた高圧流体が低圧に転換すると
同時に、スプールはバルブ内で作用する高圧流体の圧力
により付勢され、ピストン上部の上部環状室と連通する
貫通口が閉じられる。これによりピストン上部の上部環
状室が低圧に転換するようになっている。

【０００７】このような本発明による打撃機構では、ピ
ストンはその下部及び上部に各々段差部が形成されてい
る。これら段差部によりピストン室の内周面との間に形
成される空間が、常に高圧の流体が作用する下部環状室
と、ピストンの往復によるバルブの転換により高圧の流
体、低圧の流体が交互に作用する上部環状室とを形成し
ている。また、本発明による打撃機構のピストンには、
下部段差部と上部段差部との間に所定の幅の環状凹溝が
形成されており、この環状凹溝によるピストン室の内周
面との間の空間が環状の流体連結室を形成している。

【０００８】本発明による打撃機構のシリンダー本体内
には、ピストン室の内周面から一定距離を置いて、ピス
トン軸と同一軸方向に円筒状のバルブ室が形成されてい
る。このバルブ室内には、内周面に一定の幅の段差部、
凹溝部、及び貫通口をもつ円筒形のバルブ及びバルブカ
バーが設けられ、該バルブ内には外周面に一定の幅の環
状凹溝及び段差部をもち、下部に開口部が形成され、上
端面中央に円柱状突起が形成されたスプールが摺動自在
に嵌装されている。

【０００９】本発明による打撃機構のシリンダーには、
別途の液圧パワーユーニット、例えば掘削機又はポンプ
吐出システムより供給される高圧の流体を注入するため
の注入口、及び低圧に転換された流体を排出するための
排出口が形成されている。注入口は、下部環状室に至る
下部流体通路とバルブ室に至る上部流体通路とに各々連
通し、排出口はバルブ室に連通している。また、本発明
による打撃機構においては、ピストンの往復運動に連動
させてバルブ内のスプールを摺動させることによって、
ピストンの上部に形成された上部環状室内に作用する液
圧を一定周期で高圧と低圧に交互に変換させるためのバ
ルブ転換通路が形成されている。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の好適な一実施例を添付の図
面に基づいて説明する。尚、本明細書中「上」「下」と
あるのは、打撃ロッドを地面側にして打撃機構を立設し
た場合の上下関係を示すものとする。

【００１１】図１は本発明による打撃機構の実施例の全
体を示す側面図であり、打撃ロッド１、フロントヘッド
１０、シリンダー２０、及びバックヘッド３０を示して
いる。シリンダー２０には別途の液圧パワーユニット
（図示せず）により供給される高圧の流体を注入するた
めの注入口２１と低圧に転換された流体を排出するため
の排出口２２とが形成されており、また、バックヘッド
３０にはガス注入口３１が形成されている。

【００１２】図２は図１の実施例の内部構成を示す図１
中Ａ−Ａ線に沿った断面図であり、打撃機構の本体は、
フロントヘッド１０、シリンダー２０、及びバックヘッ
ド３０の結合で構成されたものであることが分かる。

【００１３】フロントヘッド１０は、ピストン４０の下
端面３３と打撃ロッド１の上端面５とが一定の方向と幅
で当接できるようにするものであり、その内部には打撃
ロッドガイド２、トラストリング３が設けられ、またピ
ストン４０のシリンダー２０からの突出部分が摺動でき
るよう貫通口４が穿たれている。

【００１４】シリンダー２０は、本発明による打撃機構
の構成における主要特徴部であるピストン４０及びバル
ブシステムが装着される部分であり、打撃ロッド１と同
一軸方向にピストン４０が摺動できるようにピストン室
が設けられ、そして、該ピストン室から一定距離を置い
てバルブ室５０が形成されている。また、シリンダー２
０の上部には、ガス室６０を形成するバックヘッド３０
がボルト３２により締結されている。

【００１５】本発明による打撃機構において主要特徴部
を成すピストン４０の構成及びバルブシステムの構成、
そしてピストン４０の往復運動とバルブシステムとの相
互有機的な連動関係が図３〜図５に示されている。ま
た、バルブ、バルブカバー、及びバルブ内で摺動される
ことによってバルブに形成された貫通口７６、７７を開
閉するよう構成されたスプールの構成がそれぞれ図６〜
図８に詳細に示されている。以下これらを説明する。

【００１６】図３〜図５に示されているようにピストン
４０は、その摺動方向に所定の間隔で互いに異なる直径
部をもっており、ピストン４０が挿入されているピスト
ン室内側壁面との間に流体が注入できるような環状室を
形成している。すなわち、ピストン４０は、その下部外
周面及び上部外周面に各々段差部４１、４２をもち、こ
れら段差部４１、４２とピストン室内側壁面とで形成さ
れる空間により下部環状室４３及び上部環状室４４がそ
れぞれ形成されている。そして上部環状室４４はシール
リテーナ４９によりガス室６０から隔離されている。

【００１７】また、ピストン４０には上記段差部４１と
４２との間の外周面に一定の幅の環状凹溝４５が形成さ
れており、この環状凹溝４５とピストン室内側壁面とで
形成される空間により環状の流体連結室４６が形成され
ている。

【００１８】シリンダー２０内には、上記ピストン室と
一定距離を置いてピストン４０と同一軸方向にバルブ室
５０が形成されている。このバルブ室５０内には、図７
に示すような断面をもつ円筒状のバルブ７０と図８に示
すような断面をもつ円筒状のバルブカバー８０とが、そ
の各端面を当接させるようにして並んで設けられてお
り、そしてバルブ７０及びバルブカバー８０内には図６
に示すような断面をもつ円筒状のスプール９０が摺動自
在に嵌装されている。

【００１９】このバルブ７０の外径はバルブ室５０の内
径と略同じとされている。バルブ７０の下端面中央部か
らシリンダー２０に設けられている上部流体通路４８の
直径と略同径の貫通口７１が設けられており、また、そ
の内周面にはスプール９０の環状の下端面９２が当接で
きるように環状段差面７２が形成されている。そして中
央部内周面には第１環状凹溝７３及び第２環状凹溝７４
が形成され、上端部内周面にはスプール９０の大径部９
５の外周面が当接できるように段差面７５が形成されて
いる。

【００２０】バルブ７０の第１環状凹溝７３には円周方
向で等間隔に貫通口が設けられているが、そのうちの１
つの貫通口７６が通路ＰＡを介して上部環状室４４と連
通するようにされている。

【００２１】また、バルブ７０の第２環状凹溝７４には
円周方向で等間隔対称に貫通口が設けられているが、そ
のうちの１つの貫通口７７が通路ＰＢを介してシリンダ
ー２０の帰還室５８に連通し、また他の対称方向の貫通
口７８が排出口２２に連通するようになっている。

【００２２】このような構成のバルブ７０内に摺動自在
に嵌装されるスプール９０の形状は、図６に示すように
小径部９４と大径部９５とをもち、下端面中央部に上部
流体通路４８の直径と略同径の開口部９１が形成されて
いる。そして上端部９８の上端面中央部から外側に向け
て図８示したバルブカバー８０の貫通口８６に挿通され
る円柱状突起９６が形成され、この円柱状突起９６の周
囲の上端部９８には円周方向に等間隔で貫通口９３が設
けられている。また、スプール９０の小径部９４の外周
面には環状凹溝９７が、小径部９４と大径部９５との境
界部の外周段差面には環状凹溝９９がそれぞれ形成され
ている。

【００２３】図８に示す断面形状をもつバルブカバー８
０は、その外径がバルブ室５０の内径と略同径とされ、
その下端部には、内径が上記スプール９０の大径部９５
の外径と略同径とされスプール９０が上下に摺動できる
開口部（後述する自圧空間を成す）８１が形成されてお
り、また、上端部には低圧室８４が形成されている。そ
して開口部８１と低圧室８４との間にはスプール９０の
円柱状突起９６が挿通される貫通口８６が形成されてい
る。さらにバルブカバー８０の外周面には傾斜通路８３
を介して低圧室８４と連通する環状凹溝８５が形成さ
れ、この環状凹溝８５はシリンダー２０の通路ＰＥと連
通しており、これらを介して低圧室８４はシリンダー２
０の帰還室５８と連通している。

【００２４】以上のように構成された上記実施例の作動
関係を以下に説明する。図３は、ピストン上昇開始段階
（打撃時）のピストン及びバルブシステムの作動状態を
示している。すなわち、注入口２１を通して注入された
高圧の流体が下部流体通路４７を経てピストン４０の下
部環状室４３に注入されると、この高圧流体は下部環状
室４３を構成する段差面４１に作用し、これによりピス
トン４０がピストン４０の上部に形成されたガス室６０
内のガスを圧縮しながら上昇することになる。

【００２５】このとき、注入口２１より注入される高圧
の流体は、一方で上部流体通路４８の方へも流入し、バ
ルブ７０内に嵌装されたスプール９０の貫通口９３を通
って自圧空間（開口部８１）内に入りスプール９０を矢
示方向に付勢する。これにより、バルブ室５０とピスト
ン４０の上部環状室４４とは互いに非連通状態に維持さ
れる。したがって、この段階においてピストン４０に作
用するのは、高圧の流体により下部環状室４３に作用す
る上向きの力と、ピストン４０の上端部に作用するガス
膨張力による下向きの力だけであり、この場合、高圧の
流体による流体圧力の方がガス膨張力より大きいのでピ
ストン４０は上昇することになる。

【００２６】図４は、ピストン４０が上記のようにして
上昇し始め、その上死点に達する前の途中段階を示して
おり、そして図５は、ピストン４０が上昇して上死点に
達した段階を示している。この図５の上死点段階で、下
部環状室４３と転換通路ＰＣとが互いに連通することに
なり、これによって下部環状室４３内の高圧の流体は転
換通路ＰＣに流入し、バルブ７０の上端部の段差面７５
に形成された貫通口７９を介してスプール９０の大径部
９５、小径部９４、及び環状凹溝９９とバルブ７０の上
端部の段差面７５とにより形成されたバルブ転換室５５
に作用する。その結果、スプール９０は上方に向けて付
勢され移動する。これは、バルブ転換室５５に高圧の流
体が流入することにより、高圧の流体がスプール９０を
上向きに付勢する有効面積（スプール９０の開口部９１
の上面とバルブ交換室５５とをあわせた有効面積）が、
自圧空間（開口部８１）内でスプール９０を下方に付勢
している有効面積より広くなるため、このようなバルブ
転換動作がなされるものである。

【００２７】こうしてスプール９０が移動することによ
りバルブ７０の第１環状凹溝７３に形成された貫通口７
６が開通する。それと同時にスプール９０の外周面はバ
ルブ７０の内周面に当接するので、バルブ７０の中央部
に形成された第２環状凹溝７４に形成された貫通口７７
には流体が流れなくなる。

【００２８】バルブ７０の貫通口７６が開通するのに伴
い、上部流体通路４８を通じて注入されている高圧流体
は通路ＰＡを経てピストン４０上部に形成された上部環
状室４４内に直かに短い経路で流入することになり、こ
れによって下部環状室４３より作用していた高圧流体に
よるピストン上昇力は、上部環状室４４に流入して作用
する高圧流体の圧力により相殺され失われる。その結
果、圧縮されていたガスはその原状態に回復しようとし
て膨張し、この膨張力によってピストン４０を瞬間的に
下降させることになる。

【００２９】このとき、上部環状室４４の有効圧力作用
面積を下部環状室４３の有効圧力作用面積より広くして
上部環状室４４より作用する力を大きくすることが打撃
エネルギーの効率を高める見地から望ましい。このため
本実施例の打撃機構においては、ピストン４０の上部の
段差部４２の大きさを下部の段差部４１の大きさより大
きいか少なくとも同じに構成している。

【００３０】このようにしてピストン４０が下降して下
死点に達した段階は図３の状態と略同様となる。このと
きには、ピストン４０の中間部位に形成された環状の流
体連結室４６がバルブ転換通路ＰＣと低圧の帰還通路Ｐ
Ｄとを互いに連通せしめることによって、バルブ転換通
路ＰＣの高圧流体は低圧流体に転換され、これによりバ
ルブ転換室５５より作用していたスプール９０に対する
付勢力が失われる。したがって、上記初期段階と同様に
してスプール９０は自圧空間（開口部８１）に作用する
高圧流体の圧力により下方に付勢されて移動し、その下
端部が上部環状室４４に連通する貫通口７６と上部流体
通路４８との間を遮断する。同時に、スプール９０の環
状凹溝９７を介して貫通口７６、７７、及び７８が連通
し、その結果、上部環状室４４、通路ＰＡ、ＰＢ、ＰＤ
等内の流体は低圧に転換されて排出口２２を通じて排出
される。

【００３１】

【発明の効果】以上述べてきたように本発明による打撃
機構は、１つのバルブ転換室及び１つの自圧空間だけで
ピストンが駆動されるようになっているので、流体通路
数や部品数を減らすことができ、また、バルブシステム
をピストンの側方に並列に内蔵できるので、機構の単純
化、軽量化を実現できる。さらに、注入口を通じて注入
される高圧流体は直ちにピストンの下部環状室、上部環
状室に流入するようになっているので、圧力損失が最小
限ですみ、エネルギー効率が向上してエネルギーを節減
することができるという優れた効果をもつ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による打撃機構の実施例の側面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。

【図３】図１の実施例の初期段階（打撃時）の作動状態
を示す部分拡大断面図。

【図４】図１の実施例のピストン上昇途中段階の作動状
態を示す部分拡大断面図。

【図５】図１の実施例のピストン上死点段階（バルブ転
換段階）の作動状態を示す部分拡大断面図。

【図６】本発明による打撃機構におけるバルブ内に嵌装
されるスプールの断面図。

【図７】本発明による打撃機構におけるバルブの断面
図。

【図８】本発明による打撃機構におけるバルブカバーの
打面図。

【符号の説明】

１ 打撃ロッド ２ ロッドカイド ３ トラストリング １０ フロントヘッド ２０ シリンダー ２１ 注入口 ２２ 排出口 ３１ ガス注入口 ３０ バックヘッド ４０ ピストン ４１、４２ 段差部 ４３ 下部環状室 ４４ 上部環状室 ４５ 環状凹溝 ４６ 流体連結室 ４７ 下部流体通路 ４８ 上部流体通路 ４９ シールリテーナー ５０ バルブ室 ５５ バルブ転換室 ６０ ガス室 ７０ バルブ ７１ バルブの貫通口 ７２ バルブの段差面 ７３ 第１環状凹溝 ７４ 第２環状凹溝 ７５ 段差面 ７６、７７、７８、７９、８６、９３、 貫通口 ８０ バルブカバー ８１ 開口部（自圧空間） ８３ 傾斜通路 ８４ 低圧室 ８５ 環状凹溝 ９０ スプール ９１ 開口部 ９２ 下端面 ９４ 小径部 ９５ 大径部 ９６ 円柱状突起 ９７、９９ 環状凹溝 ＰＡ、ＰＢ、ＰＥ 通路 ＰＣ バルブ転換通路 ＰＤ 帰還通路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 打撃ロッドと、この打撃ロッドを一定の
   方向及び距離で案内すると共にピストンの一端部が摺動
   できるように構成されたフロントヘッドと、バルブシス
   テムを有し、ピストンを摺動可能に保持するシリンダー
   と、フロントヘッドと反対側のシリンダーの端部に締結
   されるバックヘッドとを備えた気圧と液圧とを用いる打
   撃機構において、 ピストンは、該ピストンとピストンが挿入されるシリン
   ダーのピストン室の内周面との間に流体を受容する環状
   室を形成するために、その外周面に、長さ方向に所定の
   幅で環状段差部を備えており、 シリンダーは、ピストン室から一定距離を置いてピスト
   ン軸と同一軸方向に形成されたバルブ室と、該バルブ室
   とピストンの中央部位に形成された環状の流体連結室と
   を連通させるように形成されたバルブの転換のための転
   換通路と、低圧に転換された流体が帰還排出できるよう
   に形成された帰還通路と、流体注入口とピストン下部に
   形成された下部環状室とに連通する下部流体通路と、流
   体注入口とバルブ室とに連通する上部流体通路と、バル
   ブ室とピストンの上部に形成された上部環状室とに連通
   する通路とを備えてなることを特徴とする気圧と液圧と
   を用いる打撃装置。
2. 【請求項２】 バルブ室内に設けられるバルブシステム
   がバルブとスプールとバルブカバーとから構成されてお
   り、 バルブは、バルブ室の内径と略同じ外径をもち、下端部
   中央部から上部流体通路と略同径とされた貫通口が同一
   軸方向で設けられ、その内周面にはスプールの下端面が
   当接できるように環状段差面が形成され、中央部内周面
   には第１環状凹溝及び第２環状凹溝が形成され、該第１
   環状凹溝には円周方向に等間隔でピストン上部に形成さ
   れた上部環状室に連通する通路と連通する貫通口が形成
   され、前記第２環状凹溝には円周方向に等間隔で貫通口
   が、対称部位に位置する貫通口の一方は帰還通路と連通
   し、他方はシリンダーの流体排出口と連通するようにし
   て形成され、上端部内周面にはスプールの大径部の外周
   面が当接するように段差面が形成され、該段差面には円
   周方向に等間隔で転換通路に連通することでピストンの
   流体連結室と連通するように貫通口が形成されており、 スプールは、小径部と大径部とをもち、下端部中央に上
   部流体通路と略同径の開口部が形成され、上端部に円周
   方向で等間隔に貫通口が設けられ、上端面中央にバルブ
   カバーの貫通口へ挿通される円柱状突起が形成され、小
   径部外周面及び小径部と大径部との境界部外周段差面に
   各々環状凹溝が形成され、バルブ内に摺動自在に嵌装さ
   れるようになっており、 バルブカバーは、外径がバルブ室内径と略同径とされ、
   スプールが摺動できるように、スプールの大径部外径と
   略同径とされた開口部が下端面に形成され、該開口部と
   上端面に形成された低圧室との間にスプールの円柱状突
   起が挿通される貫通口が形成され、外周面には傾斜通路
   により低圧室と連通する環状凹溝が形成されている請求
   項１に記載の気圧と液圧とを用いる打撃機構。
3. 【請求項３】 上部環状室をなすピストン段差部の大き
   さが下部環状室をなすピストン段差部の大きさより大き
   いか少なくとも同じにされている請求項１又は２のいず
   れかに記載の気圧と液圧とを用いる打撃機構。