JPWO2019022021A1

JPWO2019022021A1 - 液圧式打撃装置

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Publication number: JPWO2019022021A1
Application number: JP2019532605A
Authority: JP
Inventors: 勉金子; 村上　進; 進村上; 小林　功; 功小林; 敦塩田; 新介長野
Original assignee: Furukawa Rock Drill Co Ltd
Current assignee: Furukawa Rock Drill Co Ltd
Priority date: 2017-07-24
Filing date: 2018-07-23
Publication date: 2020-05-28
Anticipated expiration: 2038-07-23
Also published as: CN110944801B; FI3659752T3; KR20200033854A; JP7210452B2; EP3659752B1; CN110944801A; KR102593990B1; WO2019022021A1; US20210086337A1; ES2945157T3; EP3659752A1; EP3659752A4; US11590642B2; US20220055196A1

Abstract

オートストローク機構と空打ち防止機構を簡易な回路構成で併存させ、いずれか一方を容易に選択できる液圧式打撃装置を提供する。この液圧式打撃装置は、ピストン（１２０）の前後進動作を制御する第一制御弁（２００）と、オートストローク機構および空打ち防止機構と、オートストローク機構および空打ち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（３００）とを備える。第二制御弁（３００）には、共通スプール（３２０）が摺嵌されるとともにモード選択手段（４００）が設けられ、モード選択手段（４００）が、共通スプール（３２０）のオートストローク設定部に圧油を供給する一方、空打ち防止設定部からの圧油の吐出を禁止したときにはオートストローク機構が選択され、オートストローク設定部への圧油の供給を禁止する一方、空打ち防止設定部からの圧油の吐出を許容したときには空打ち防止機構が選択される。

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、通常ストロークおよびそれよりも短いショート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、および、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。

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通常ストロークおよびショート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、すなわち、「オートストローク機構」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。

一方で、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、すなわち、「空打ち防止機構」も種々提案されている。
例えば、特許文献２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。

ＵＳ２０１４０３２６４７３Ａ１特開平４−３００１７２号公報

オートストローク機構と空打ち防止機構は、それぞれ目的・作用効果の異なる個別の技術であり、所望の作業内容によって使い分けられる。すなわち、地山掘削のように破砕対象の岩盤の状態が変化する場合は、オートストローク仕様の油圧ブレーカを用いることが好ましい。一方、小割り作業のように打撃装置の作動と停止を繰り返して行う場合は、空打ち防止仕様の油圧ブレーカを用いることが好ましい。

そして、１台の油圧ブレーカを地山掘削と小割り作業の両方で用いるためには、オートストローク機構と空打ち防止機構とを備える必要があるところ、特許文献１記載のオートストローク機構と特許文献２記載の空打ち防止機構とを両立させるには、回路構成が複雑となり、コストが嵩むというという問題がある。
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、オートストローク機構と空打ち防止機構とを簡易な回路構成で併存させ、いずれか一方を容易に選択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、前記ピストンのピストンストロークを通常ストロークと該通常ストロークよりも短いショートストロークとに切替えるオートストローク機構と、前記ピストンを液圧で駆動する回路内を作動圧未満に減圧する空打ち防止機構と、前記オートストローク機構および前記空打ち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、オートストローク設定部と空打ち防止設定部を併せ持つ共通スプールが摺嵌されるとともに、前記オートストローク設定部への圧油の供給と前記空打ち防止設定部からの圧油の吐出を相互に接断するモード選択手段が設けられ、前記モード選択手段は、前記オートストローク設定部に圧油を供給する一方、前記空打ち防止設定部からの圧油の吐出を禁止したときには、前記オートストローク機構が選択され、前記オートストローク設定部への圧油の供給を禁止する一方、前記空打ち防止設定部からの圧油の吐出を許容したときには、前記空打ち防止機構が選択されることを特徴とする。

また、上記課題を解決するために、本発明の他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、前記ピストンのピストンストロークを通常ストロークと該通常ストロークよりも短いショートストロークとに切替えるオートストローク機構と、前記ピストンを液圧で駆動する回路内を作動圧未満に減圧する空打ち防止機構と、前記オートストローク機構および前記空打ち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、前記第二制御弁は、モードを選択するスプールとして、オートストローク用のスプールと、空打ち防止用のスプールとが差替可能に摺嵌されるスプール摺嵌部を有し、前記スプール摺嵌部に前記オートストローク用のスプールが摺嵌されたときには、前記オートストローク機構が選択され、前記スプール摺嵌部に前記空打ち防止用のスプールが摺嵌されたときには、前記空打ち防止機構が選択されることを特徴とする。

本発明によれば、オートストローク機構と空打ち防止機構とを簡易な回路構成で併存させ、いずれか一方を容易に選択することができる。

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的説明図であって、同図では、モード選択手段をオートストローク側に切換えた状態を示している。第一実施形態の液圧式打撃装置において、モード選択手段をオートストローク側に切換えた状態における動作の説明図である。第一実施形態の液圧式打撃装置において、モード選択手段を空打ち防止側に切換えた状態を示している。第一実施形態の液圧式打撃装置において、モード選択手段を空打ち防止側に切換えた状態における動作の説明図である。本発明の一態様に係る液圧式打撃装置の第二実施形態の模式的説明図であって、同図では、スプールをオートストローク仕様に組替た場合の説明図である。第二実施形態の液圧式打撃装置において、スプールをオートストローク仕様に組替た場合の動作の説明図である。本発明の第二実施形態の液圧式打撃装置において、スプールを空打ち防止仕様に組替た場合の説明図である。第二実施形態の液圧式打撃装置において、スプールを空打ち防止仕様に組替た場合の動作の説明図である。

以下、本発明の第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。

［第一実施形態］
まず、本発明の一態様に係る液圧式打撃装置の第一実施形態について説明する。
第一実施形態では、第二制御弁に摺嵌されるスプールは、オートストロークと空打ち防止との共通仕様であり、油圧回路内にモード選択手段を設けることで、オートストローク機構と空打ち防止機構を選択可能とした例である。

詳しくは、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、共通スプール３２０が摺嵌されている。
シリンダ１００の後部にはバックヘッド５００が装着されている。バックヘッド５００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６００が装着されている。フロントヘッド６００の内部にはロッド６０１が摺嵌されている。

ピストン１２０は、中実の円筒体であり、その略中央に二つの大径部として、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）が設けられている。

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。

ここで、この液圧式打撃装置は、通常ストロークおよびそれよりも短いショート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１２０をシリンダ１００内で前後進させてロッド６０１を打撃するオートストローク機構と、ピストン１２０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と、を選択可能に備えている。

本実施形態では、オートストローク機構と空打ち防止機構との切換えは、モード選択手段４００を操作することによって行なう。
詳しくは、シリンダ１００には、前室ポート１０３と後室ポート１０４との間に、ストローク制御ポート１０５、スプール制御ポート１０６、バルブ制御ポート１０７および低圧ポート１０８が、軸方向に互いに離隔した位置に設けられている。

第一制御弁２００は、ピストン１２０と非同軸に形成された弁室２１２が内部に形成され、この弁室２１２にバルブ２０１が摺嵌されている。弁室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、リセットポート２１９、弁制御ポート２２０、後側低圧ポート２２１が設けられ、バルブ後室２１５には後室ポート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とバルブ制御ポート１０７は、バルブ制御通路（直結）１１４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の排油溝２０５よりも前側には、連通孔２１０が、バルブ２０１の径方向に貫通して形成され、大径部２０３の前方側の外周面には、スリット溝２１１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。

ここで、油圧ブレーカは、弁制御ポート２２０が高圧または低圧を維持しなければならないため、バルブ２０１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、バルブ２０１が後端位置にある場合の保持機構は、スリット溝２１１である。スリット溝２１１は、バルブ２０１が後端位置のとき、弁制御ポート２２０とリセットポート２１９および前側低圧ポート２１８を連通させることで、後側段付面２０９が確実に低圧接続されてバルブ２０１の停止状態を維持するようになっている。

また、バルブ２０１が前端位置にある場合の保持機構は連通孔２１０である。連通孔２１０は、バルブ２０１が前端位置のとき、弁制御ポート２２０（およびリセットポート２１９）に対して、中空通路２２８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バルブ２０１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は、上記第一制御弁２００に隣接して、シリンダ１００の側面に設けた第二制御弁３００を有する。なお、図１では、説明の便宜のために、第二制御弁３００を離隔した位置に図示している。

第二制御弁３００は、略直方体状のハウジング３０１内に、第一スリーブ３０２ａおよび第二スリーブ３０２ｂが装填されており、これら第一スリーブ３０２ａおよび第二スリーブ３０２ｂによってスプール室３０４が形成されている。第一スリーブ３０２ａおよび第二スリーブ３０２ｂは、ハウジング３０１の上部開口に螺着されるプラグ３０３を締めこむことによって、軸方向の位置が固定されている。
このスプール室３０４内に、共通スプール３２０がスライド移動可能に摺嵌されることで、共通スプール３２０の上側に高圧室３０５が画成され、下側に制御室３０６が画成されるとともに、高圧室３０５と制御室３０６との間に減圧室３０７が画成されている。

共通スプール３２０は、大径部３２１と小径部３２２とからなる円筒状の部材であり、大径部３２１の外周には、円環状の連通溝３２３が設けられている。共通スプール３２０の軸心には、軸心に沿って貫通穴３２４が形成され、貫通穴３２４の大径部３２１側にはオリィフィス３２５が設けられている。貫通穴３２４の小径部３２２側には、軸心と直交する方向に横穴３２６が形成されている。横穴３２６は、共通スプール３２０が下端位置に移動した際に、隙間３０７ａを介して減圧室３０７に連通するように形成されている。

ハウジング３０１には、高圧室３０５に連通する高圧ポート３０８が設けられるとともに、制御室３０６に連通する制御ポート３０９、および、減圧室３０７に連通する減圧ポート３１０がそれぞれ設けられている。また、ハウジング３０１には、連通溝３２３に対向する位置に、バルブ連通ポート３１１とシリンダ連通ポート３１２とが設けられ、シリンダ連通ポート３１２と制御ポート３０９との間に低圧ポート３１３が設けられている。

高圧ポート３０８は、高圧通路３１４によって高圧回路１１０と連通しており、高圧室３０５は、常時高圧接続されている。制御ポート３０９は、スプール制御通路１１５によってスプール制御ポート１０６と連通するとともに、リセット通路２２５によってリセットポート２１９と連通している。リセットポート２１９には、逆止弁３４０がリセットポート２１９側から制御ポート３０９側への圧油の流れを許容するように設けられている。

減圧ポート３１０は、減圧通路３１５によって低圧回路１１１と連通しており、減圧通路３１５には、減圧ポート３１０側から低圧回路１１１側へと向けて順に、第１切換弁４０１および可変絞り３３０が設けられている。第１切換弁４０１は、上位置が連通、下位置が絞り４０２を備えた連通に構成された２位置の電磁切換弁である。第１切換弁４０１は、通常は下位置に切換えられている。バルブ連通ポート３１１は、バルブ制御通路（スプール経由）２２６によって弁制御ポート２２０と連通している。

シリンダ連通ポート３１２はストローク制御通路１１６によってストローク制御ポート１０５と連通している。ストローク制御通路１１６には、第２切換弁４０３が設けられている。第２切換弁４０３は、上位置が閉止、下位置が連通に構成された２位置の電磁切換弁であり、通常は下位置に切換えられている。低圧ポート３１３は、低圧通路３１６によって低圧回路１１１に連通している。本実施形態の液圧式打撃装置では、この第１切換弁４０１と第２切換弁４０３とが、上記課題を解決する手段に記載する「モード選択手段」を構成している。

本実施形態の液圧式打撃装置において、制御ポート３０９に高圧油が供給されたときには、大径部３２１と小径部３２２の径差によって制御室３０６および高圧室３０５における共通スプール３２０の受圧面積差により、共通スプール３２０が上方に移動するようになっており、制御ポート３０９に高圧油が供給されていない低圧時には、共通スプール３２０が図１のように下方に移動するようになっている。

第二制御弁３００は、共通スプール３２０が下方に移動したときは、バルブ連通ポート３１１とシリンダ連通ポート３１２とが連通溝３２３によって連通してストローク制御ポート１０５と弁制御ポート２２０とが連通し、共通スプール３２０が上方に移動したときは、バルブ連通ポート３１１とシリンダ連通ポート３１２の連通が遮断されるようになっている。

以下、共通スプール３２０が上方に移動したときを「通常ストローク位置」とも呼び、共通スプール３２０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１２０の前後進位置として、ピストン１２０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。

ここで、絞り４０２の流量調整量δ１は、減圧室３０７の圧油がリークして低圧回路１１１へ流出することを許容するように設定されている。これに対し、可変絞り３３０の流量調整量δ２は、減圧室３０７の圧油を始動圧未満へと減圧するように設定されている。
δ１とδ２の関係は、下記（式１）となっている。
δ１＞δ２・・・（式１）

モード選択手段４００の第１切換弁４０１と第２切換弁４０３が、図１に示す通常位置に切換えられている状態においては、共通スプール３２０が下方へ移動しても減圧室３０７は減圧作用を発揮することは無い。その一方で、共通スプール３２０の上下移動によって、ストローク制御ポート１０５と弁制御ポート２２０が接断すると共に、リセットポート２１９と制御ポート３０９が接続するので、液圧式打撃装置は、「オートストローク仕様」となる。

これに対し、モード選択手段４００の第１切換弁４０１と第２切換弁４０３が、図３に示す上位置に切換えられている状態においては、共通スプール３２０が下方へ移動すると減圧室３０７は可変絞り３３０によって減圧作用を発揮する。その一方で、共通スプール３２０が上下移動してもストローク制御ポート１０５と弁制御ポート２２０が接続することはないので、液圧式打撃装置は「空打ち防止仕様」となる。

［第一実施形態でのオートストローク仕様］
次に、上記オートストローク仕様での、第一実施形態の液圧式打撃装置の動作、および作用・効果について説明する。
第一実施形態の液圧式打撃装置は、第１切換弁４０１と第２切換弁４０３が通常位置に切換えられている状態においては、図１に示すように、稼働前の状態では、ピストン１２０はバックヘッド５００に封入された高圧のバックヘッドガスＧ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１２０は前死点の位置となる。

稼働開始時には、ピストン１２０が前死点の位置のとき、第二制御弁３００の共通スプール３２０は、同図に示す上側の高圧室３０５が前室通路１１２に常時接続され、下側の制御室３０６が低圧回路１１１に接続されている。そのため、同図の下方に向けて共通スプール３２０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、第一制御弁２００は、バルブ前室２１３に前室通路１１２の高圧油が供給される。そのため、バルブ２０１が後退位置に位置する。第一制御弁２００のバルブ２０１が後退位置のとき、第一制御弁２００は、ピストン後室１０２を低圧回路１１１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に前室通路１１２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、第一制御弁２００のバルブ２０１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１２０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１２０の前側大径部１２１の前端がシリンダ１００のストローク制御ポート１０５の位置まで後退すると、常時高圧なピストン前室１０１からストローク制御ポート１０５に導入された高圧油は、同図に示すように、第二制御弁３００内で「ショートストローク位置」にある共通スプール３２０の連通溝３２３を介して第一制御弁２００の弁制御ポート２２０に導入される。

第一制御弁２００は、弁制御ポート２２０に高圧油が供給されると、後側段付面２０９の受圧面積が加算されてバルブ２０１が前方へと移動する。これにより、後室ポート２２２は、バルブ２０１の後端面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。よって、ピストン後室１０２が高圧になるため、ピストン１２０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仕様において、第二制御弁３００の制御ポート３０９に圧油を供給する手段として設けられているのが、逆止弁３４０、リセット通路２２５およびリセットポート２１９である。
つまり、上記第一制御弁２００のバルブ２０１が前進位置に切り換わると、弁制御ポート２２０とリセットポート２１９は、後側段付面２０９によって相互に連通し、圧油がリセット通路２２５から逆止弁３４０を介して第二制御弁３００の制御ポート３０９へと供給される。

これにより、第二制御弁３００は、共通スプール３２０上下の小径部３２２と大径部３２１との受圧面積差によって共通スプール３２０が同図上方に押圧されて「通常ストローク位置」に切り換わる。このとき、リセットポート２１９には、弁制御ポート２２０を介して連通孔２１０から圧油が補充される。そのため、バルブ２０１の停止状態の維持と第二制御弁３００の共通スプール３２０の作動（図中、上方への共通スプール３２０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１２０が前進して、ピストン１２０が打撃点の位置、つまり、ピストン１２０の前側大径部１２１の後端が、シリンダ１００のバルブ制御ポート１０７の位置を通過すると、シリンダ１００の低圧ポート１０８とバルブ制御ポート１０７とが連通し、第一制御弁２００の弁制御ポート２２０が低圧に接続される。これにより、第一制御弁２００のバルブ２０１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１２０が僅かな貫入量で後退する。このとき、第二制御弁３００は、下側の制御ポート３０９に、スプール制御ポート１０６に連通する圧油が保持されているので、第二制御弁３００の共通スプール３２０は「通常ストローク位置」を維持する。

すなわち、ピストン１２０が後退してバルブ２０１の切換えがなされるまでは、シリンダ１００のバルブ制御ポート１０７は低圧ポート１０８と連通し続けるため、第一制御弁２００の弁制御ポート２２０が低圧ポート１０８と連通し続ける。これにより、シリンダ１００のスプール制御ポート１０６の圧油が閉回路内に保持されることから、バルブ２０１が切り替わらないように「通常ストローク位置」が保持される。

次いで、ピストン１２０の前側大径部１２１の前端がシリンダ１００のバルブ制御ポート１０７の位置まで後退すると、バルブ制御ポート１０７がピストン前室１０１の高圧油に連通する。そのため、バルブ制御ポート１０７を介して第一制御弁２００の弁制御ポート２２０に高圧油が導入される。なお、前側大径部１２１の前端がバルブ制御ポート１０７まで後退する過程において、ストローク制御ポート１０５およびスプール制御ポート１０６の順に通過するが、どちらのポートも回路が閉鎖されているので液圧式打撃装置の作動に影響はない。

これにより、第一制御弁２００のバルブ２０１前後の受圧面積差によりバルブ２０１が前進位置へと移動し、後室ポート２２２は、バルブ２０１の後端面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、ピストン後室１０２が高圧になる。そのため、ピストン１２０前後の受圧面積差によりピストン１２０は前進を開始する。

このとき、第二制御弁３００には、第一制御弁２００の作動圧油が、リセットポート２１９からリセット通路２２５の逆止弁３４０を介して第二制御弁３００下側の制御ポート３０９に導入されているので、共通スプール３２０上下の小径部３２２と大径部３２１との受圧面積差によって共通スプール３２０が同図上方の「通常ストローク位置」が維持されている。

ここで、岩盤が軟らかい場合には、ピストン１２０が岩盤を打撃後も、打撃点の位置を超えて更にピストン１２０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、ピストン１２０が打撃点の位置を超えて更に前進したときに、ピストン１２０の前側大径部１２１の後端がシリンダ１００のスプール制御ポート１０６が形成されている「切換え位置」まで達すると、スプール制御ポート１０６が低圧ポート１０８と連通するため低圧に接続される。そのため、第二制御弁３００下側の制御ポート３０９の高圧油が開放され、これにより、第二制御弁３００の共通スプール３２０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１２０が後退して、ピストン１２０の前側大径部１２１の前端がシリンダ１００のストローク制御ポート１０５の位置まで後退すると、このときの第二制御弁３００は、共通スプール３２０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、ストローク制御ポート１０５から第二制御弁３００の連通溝３２３を介して第一制御弁２００の弁制御ポート２２０に導入される。

そのため、第一制御弁２００のバルブ２０１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１２０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」にて第二制御弁３００が「ショートストローク位置」に切り換わり、ピストン１２０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、バルブ２０１が前進位置に切り換わるとき、弁制御ポート２２０に導入されたバルブ２０１の作動圧油は、第一制御弁２００のリセットポート２１９からリセット通路２２５の逆止弁３４０を介して第二制御弁３００下側の制御ポート３０９に導入される。
これにより、第二制御弁３００は、ピストン１２０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３２２と大径部３２１との受圧面積差によって同図上方に押圧されて「通常ストローク位置」に切り換わる。換言すれば、第二制御弁３００が、ショートストローク状態から通常ストローク状態へとリセットされる。

以降、この液圧式打撃装置では、「オートストローク仕様」に設定されているときは、岩盤の硬さに応じ、ピストン１２０、第一制御弁２００および第二制御弁３００の協働により、ピストン１２０が前進と後退を繰り返しながらロッド６０１を打撃するが、岩盤が硬い場合（つまり、ピストン１２０の前進時の位置が「切換え位置」に達しないとき）は、ピストン１２０が通常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１２０の前進時の位置が「切換え位置」に達したとき）は、ピストン１２０がショートストロークにて前後する。
したがって、オートストローク仕様に設定されているとき、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１２０のストロークを、ショートストロークおよび通常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６０１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、ストローク制御ポート１０５、バルブ制御ポート１０７およびこれら二つのポート１０５、１０７の間の位置に設けられたスプール制御ポート１０６を設け、第二制御弁３００は、一端の高圧室３０５を常時高圧とする一方、他端の制御室３０６に対し、ピストン１２０が前進時に、ストロークを強制的に切換えるスプール制御ポート１０６に連通する位置に達したときには、第二制御弁３００の制御室３０６を低圧回路１１１に連通することにより、第二制御弁３００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１２０が後退時には、制御室３０６が前室通路１１２に連通されてシリンダストロークを通常ストロークにリセットする「通常ストローク位置」に切り替えるので、シリンダ１００にスプール制御ポート１０６を追加することにより、第二制御弁３００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１２０の位置に応じた単純な油路の切換えによってピストン１２０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、第二制御弁３００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、第二制御弁３００の動作の安定性が高いといえる。

［第一実施形態での空打ち防止仕様］
次に、上記「空打ち防止仕様」での、第一実施形態の液圧式打撃装置の動作、および作用・効果について説明する。
この液圧式打撃装置は、第１切換弁４０１と第２切換弁４０３が、図３に示す上位置に切換えられている状態において、稼働前の状態では、上述したように、ピストン１２０はバックヘッド５００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１２０は、図３に示す前死点の位置となる。

稼働開始時には、ピストン１２０が前死点の位置のとき、第２第二制御弁３００の共通スプール３２０は、同図に示す上側の高圧室３０５が前室通路１１２に常時接続される一方、下側の制御室３０６は、スプール制御通路１１５を介してシリンダ１００のスプール制御ポート１０６に連通している。そのため、高圧室３０５から共通スプール３２０中央の貫通穴３２４に供給される圧油は、スプール制御通路１１５からスプール制御ポート１０６を介してタンクに逃げる。そのため、共通スプール３２０は、高圧室３０５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、第一制御弁２００は、前室通路１１２からの圧油が、前室通路２２３を介してバルブ前室２１３に供給されるため、バルブ２０１は後退位置に位置する。第一制御弁２００のバルブ２０１が後退位置のとき、第一制御弁２００は、ピストン後室１０２を低圧回路１１１に接続している。

すなわち、ポンプの稼働前は、ピストン１２０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、第二制御弁３００は、共通スプール３２０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、第二制御弁３００に供給される圧油は、共通スプール３２０の小径部３２２の位置に形成された減圧室３０７から減圧通路３１５へと逃がされ減圧する。また、共通スプール３２０中央の貫通穴３２４に供給される圧油は、下部の制御ポート３０９に接続されたスプール制御通路１１５からスプール制御ポート１０６を介してタンクに逃げる。

ここで、貫通穴３２４のオリフィス３２５および減圧室３０７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１２０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１２０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１２０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３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、空打ち防止仕様の作動を解除するときに、比較的に少ない力でロッド６０１を打撃点まで押し込むことができる。ロッド６０１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６０１を押し込む。

ロッド６０１がピストン１２０側に押し込まれることにより、図４に示すように、ロッド６０１に押されたピストン１２０が後退し、シリンダ１００のスプール制御ポート１０６と低圧ポート１０８との連通状態をピストン１２０の前側大径部１２１が遮断する。スプール制御ポート１０６が閉じられると、共通スプール３２０上部の高圧室３０５に供給されている圧油は、共通スプール３２０の中心を貫通する貫通穴３２４から下部のオリフィス３２５を介して、共通スプール３２０下側の制御室３０６に供給されているので、制御室３０６が昇圧する。

これにより、共通スプール３２０上部の小径部３２２と下部の大径部３２１との受圧面積差によって圧油が共通スプール３２０を上方に押し上げ、共通スプール３２０は上方へと移動して「通常打撃位置」に位置する。共通スプール３２０が「通常打撃位置」に位置すると、共通スプール３２０上部の小径部３２２に形成された横穴３２６が遮断される。そのため、前室通路１１２の圧油が始動圧以上まで上昇し、ピストン１２０前室の受圧面に作用する始動圧によりピストン１２０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に前室通路１１２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、第一制御弁２００のバルブ２０１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１２０が後方へと付勢されて後退を開始する。

そして、図４に示すように、ピストン１２０の前側大径部１２１の前端が、シリンダ１００のバルブ制御ポート１０７の位置まで後退すると、常時高圧なピストン前室１０１からバルブ制御ポート１０７に供給された高圧油は、第一制御弁２００の下部に設けられた弁制御ポート２２０に導入される。第一制御弁２００は、弁制御ポート２２０に高圧油が供給されると、後側段付面２０９の受圧面積が加算されてバルブ２０１が前方へと移動する。

これにより、後室ポート２２２は、バルブ２０１の後端面２０７と弁室２１２の弁室後端面２１７との間が、中空通路２２８を介して高圧接続された弁室２１２と連通する。そのため、ピストン後室１０２が後室ポート２２２に接続された後室通路１１３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１２０は、自身の受圧面積差により、バルブ制御ポート１０７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１２０が前進して、ピストン１２０が打撃点の位置、つまり、ピストン１２０の前側大径部１２１の後端が、シリンダ１００のバルブ制御ポート１０７の位置を通過すると、シリンダ１００の低圧ポート１０８とバルブ制御ポート１０７とが円環溝１２５を介して連通し、第一制御弁２００の弁制御ポート２２０が低圧に接続される。

弁制御ポート２２０が低圧接続されると、第一制御弁２００のバルブ２０１は、バルブ２０１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１２０は僅かな貫入量で後退を開始する。このとき、第二制御弁３００は、スプール制御ポート１０６が遮断状態に維持されているので、共通スプール３２０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１２０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１２０が前進と後退を繰り返しながらロッド６０１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１２０が岩盤を打撃後も、打撃点の位置を超えて更にピストン１２０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、ピストン１２０が打撃点の位置を超えて更に前進したときに、ピストン１２０の前側大径部１２１の後端が、シリンダ１００のスプール制御ポート１０６が形成されている「停止制御位置」まで達すると、スプール制御ポート１０６が円環溝１２５を介して低圧ポート１０８と連通するため低圧回路に接続される。そのため、第二制御弁３００の共通スプール３２０下側の制御ポート３０９の高圧油が開放される。

これにより、第二制御弁３００の共通スプール３２０は、高圧室３０５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。共通スプール３２０が「打撃停止位置」に位置すると、第二制御弁３００の高圧室３０５に供給される圧油は、上述した減圧室３０７から減圧通路３１５へと逃がされる。そのため、前室通路１１２が減圧され、ピストン１２０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１２０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、「空打ち防止仕様」に設定されているときは、岩盤の硬さ（岩盤への貫入量）に応じてピストン１２０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１２０を自動的に停止させることができる。

特に、空打ち防止仕様に設定されているとき、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１２０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１２０を停止できる。そのため、ピストン１２０がフロントヘッド６００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１２０が前死点位置のときに、ピストン１２０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６０１を押し込むことができ、シリンダのスプール制御ポート１０６とシリンダ１００の低圧ポート１０８との連通状態を容易に遮断することができる。よって、空打ち防止仕様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１２０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、スプール制御ポート１０６を追加した簡素な構造とし、岩盤への貫入量をピストン１２０の位置に応じた単純な油路の切換えによってピストン１２０の打撃動作を切換え可能としているため、第二制御弁３００の動作の安定性が高いといえる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
第二実施形態は、第一実施形態と対比すると、切換弁としてのモード選択手段４００を備えずに、第二制御弁に摺嵌するスプールをオートストローク仕様のスプールと空打ち仕様のスプールに組替えることで両モードを切換える点が相違する。

なお、第二実施形態において、オートストローク機構の動作については、上述した第一実施形態の液圧式打撃装置でオートストローク仕様を選択した場合の作用機序と同様であり、また、空打ち防止機構の動作については、上述した第一実施形態の液圧式打撃装置で空打ち防止仕様を選択した場合の作用機序と同様なので、本実施形態では説明を省略する。

図５および図６は第二制御弁３００´内に、オートストロークスプール３５０を摺嵌した状態を示している。
図５および図６に示すように、オートストロークスプール３５０は、大径部３５１と小径部３５２とを有する円筒状の部材であり、大径部３５１の外周には、円環状の連通溝３５３が設けられている。連通溝３５３は、オートストロークスプール３５０が下端位置に移動した際にバルブ連通ポート３１１とシリンダ連通ポート３１２とを連通するように形成されている。
第二制御弁３００´のその他の構成は、第一実施形態の第二制御弁３００と共通である。なお、第二制御弁３００´の場合、減圧室３０７が高圧室３０５と連通することは無いので、減圧ポート３１０および減圧通路３１５は、減圧機構として作用せずドレンとして機能する。

図７および図８は、第二制御弁３００´´内に、空打ち防止スプール３６０を摺嵌した状態を示している。
図７および図８に示すように、空打ち防止スプール３６０は、大径部３６１と小径部３６２とを有する円筒状の部材であり、その軸心には、軸心に沿って貫通穴３６３が形成されている。貫通穴３６３の大径部３６１側には、オリィフィス３６４が設けられ、貫通穴３６３の小径部３６２側には、軸心と直交する方向に横穴３６５が形成されている。横穴３２６は、空打ち防止スプール３６０が下端位置に移動した際に、隙間３０７ａを介して減圧室３０７に連通するように形成されている。第二実施形態において、空打ち防止スプール３６０は、大径部３６１の外周に、第一実施形態での連通溝３２３が形成されていない点が相違する。

第二制御弁３００´´のその他の構成は、第一実施形態の第二制御弁３００と共通である。なお、第二制御弁３００´´の場合、第一実施形態での連通溝３２３が形成されていないため、バルブ連通ポート３１１とシリンダ連通ポート３１２とが連通することは無いので、ストローク制御通路１１６とバルブ制御通路（スプール経由）２２６は、オートストローク機構として作用しない。

第二実施形態において、これらオートストロークスプール３５０と空打ち防止スプール３６０の差替作業は、プラグ３０３と第一スリーブ３０２ａを取り外すだけで換装できる。そのため、必要に応じて、オートストローク仕様と空打ち防止仕様とを適宜に且つ容易に変更可能である。

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ストローク制御ポート
１０６スプール制御ポート
１０７バルブ制御ポート
１０８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（直結）
１１５スプール制御通路
１１６ストローク制御通路
１２０ピストン
１２１前側大径部
１２２後側大径部
１２３中径部
１２４小径部
１２５円環溝
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
２０８前側段付面
２０９後側段付面
２１０連通孔
２１１スリット溝
２１２弁室
２１３バルブ前室
２１４バルブ主室
２１５バルブ後室
２１６弁室前端面
２１７弁室後端面
２１８前側低圧ポート
２１９リセットポート
２２０弁制御ポート
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
２２５リセット通路
２２６バルブ制御通路（スプール経由）
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
３０２ａ、３０２ｂ第一スリーブ、第二スリーブ
３０３プラグ
３０４スプール室
３０５高圧室
３０６制御室
３０７減圧室
３０７ａ隙間
３０８高圧ポート
３０９制御ポート
３１０減圧ポート
３１１バルブ連通ポート
３１２シリンダ連通ポート
３１３低圧ポート
３１４高圧通路
３１５減圧通路
３１６低圧通路
３２０共通スプール
３２１大径部
３２２小径部
３２３連通溝
３２４貫通穴
３２５オリフィス
３２６横穴
３３０可変絞り
３４０逆止弁
３５０オートストロークスプール
３５１大径部
３５２小径部
３５３連通溝
３６０空打ち防止スプール
３６１大径部
３６２小径部
３６３貫通穴
３６４オリィフィス
３６５横穴
４００モード選択手段
４０１第１切換弁
４０２絞り
４０３第２切換弁
５００バックヘッド
６００フロントヘッド
６０１ロッド
Ｇバックヘッドガス
Ｐポンプ
Ｔタンク

Claims

シリンダと、
該シリンダに前後進可能に摺嵌されるピストンと、
該ピストンの前後進動作を制御する第一制御弁と、
前記ピストンのピストンストロークを通常ストロークと該通常ストロークよりも短いショートストロークとに切替えるオートストローク機構と、
前記ピストンを液圧で駆動する回路内を作動圧未満に減圧する空打ち防止機構と、
前記オートストローク機構および前記空打ち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、オートストローク設定部と空打ち防止設定部とを併せ持つ共通スプールが摺嵌されるとともに、前記オートストローク設定部への圧油の供給と前記空打ち防止設定部からの圧油の吐出とを相互に接断するモード選択手段が設けられ、
前記モード選択手段は、
前記オートストローク設定部に圧油を供給する一方、前記空打ち防止設定部からの圧油の吐出を禁止したときには、前記オートストローク機構が選択され、
前記オートストローク設定部への圧油の供給を禁止する一方、前記空打ち防止設定部からの圧油の吐出を許容したときには、前記空打ち防止機構が選択されることを特徴とする液圧式打撃装置。
シリンダと、
該シリンダに前後進可能に摺嵌されるピストンと、
該ピストンの前後進動作を制御する第一制御弁と、
前記ピストンのピストンストロークを通常ストロークと該通常ストロークよりも短いショートストロークとに切替えるオートストローク機構と、
前記ピストンを液圧で駆動する回路内を作動圧未満に減圧する空打ち防止機構と、
前記オートストローク機構および前記空打ち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、
前記第二制御弁は、モードを選択するスプールとして、オートストローク用のスプールと、空打ち防止用のスプールとが差替可能に摺嵌されるスプール摺嵌部を有し、
前記スプール摺嵌部に前記オートストローク用のスプールが摺嵌されたときには、前記オートストローク機構が選択され、前記スプール摺嵌部に前記空打ち防止用のスプールが摺嵌されたときには、前記空打ち防止機構が選択されることを特徴とする液圧式打撃装置。