KR20160114046A - 액압식 타격 장치 - Google Patents

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KR20160114046A
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Abstract

타격 효율을 향상시키면서도 저 코스트인 액압식 타격 장치를 제공한다. 피스톤(200)은 대경부에 밸브 전환홈(205)을 가지고, 실린더(100)는 밸브 전환홈(205)에 대응하는 위치에, 3 개의 제어 포트(112, 113, 114)를 가지고, 전환 밸브 기구(210)는, 밸브(300)를 일방향으로 상시 부세하는 밸브 부세 수단과, 압유 공급시에 밸브 부세 수단의 부세력에 항거하여 밸브(300)를 반대 방향으로 이동시키는 밸브 제어 수단을 가진다. 밸브 제어 포트(114)는, 밸브 제어 수단에 압유를 공급 가능하게 연통되는 동시에 피스톤 전실(110)·후실(111)과는 서로 격절되고, 피스톤 후퇴 제어 포트(113) 및 피스톤 전진 제어 포트(112)는, 밸브 전환홈(205)의 전후 이동에 따라서 어느 한 쪽의 포트에 한하여 밸브 제어 포트(114)와 연통한다.

Description

액압식 타격 장치{HYDRAULIC HAMMERING DEVICE}
본 발명은, 착암기나 브레이커 등의 액압식 타격 장치에 관한 것이며, 특히 피스톤의 전실(前室)과 후실(後室)을 번갈아 고압 회로와 저압 회로로 전환하도록 작동 압유를 제어하는 액압식 타격 장치에 관한 것이다.
액압식 타격 장치에 있어서, 고출력화, 즉, 강력한 타격력을 얻는 하나의 방책으로서 타격수를 증대시키는 것이 행해지고 있다. 고타격수를 실현하기 위해서는, 피스톤의 전실과 후실을 번갈아 고압 회로와 저압 회로로 전환하도록 작동 압유를 제어하는 타격방식(이하, "피스톤 전후실 고저압 전환식"이라고도 함)이 유효하다. 즉, 피스톤 전후실 고저압 전환식의 액압식 타격 장치이면, 전실측의 작동유가 타격방향으로의 피스톤의 이동에 항거하는 일은 없다. 따라서, 높은 타격수를 실현하는데 적합하다.
여기서, 이러한 종류의 액압식 타격 장치로서는, 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 기술이 개시되어 있다. 동 문헌에 기재된 피스톤 전후실 고저압 전환식의 타격 장치는, 도 9에 모식도를 나타내는 바와 같이, 축방향 중앙의 대경부(521, 522)와, 그 대경부의 전후에 형성된 소경부(523, 524)를 가지는 피스톤(520)을 구비하고 있다. 그리고, 이 피스톤(520)이, 실린더(500) 내에 접감(摺嵌)되어 마련됨으로써, 실린더(500) 내에 피스톤 전실(501)과 피스톤 후실(502)이 각각 획성(劃成)되어 있다. 피스톤 대경부(521, 522)의 중앙에는 배유홈(525)이 형성되어 있다. 그리고 본 명세서에 있어서는, 타격방향(도면중 좌방향)을 "전방"으로 정의하여 설명한다.
피스톤 전실(501)에는, 뒤에서 설명하는 밸브(526)의 전후진 전환에 의해 피스톤 전실(501)을 고압 회로(538)와 저압 회로(539)로 각각 연통시키는 피스톤 전실 통로(506)가 접속되어 있다. 한편, 피스톤 후실(502)에는, 밸브(526)의 전후진 전환에 의해 피스톤 후실(502)을 고압 회로(538)와 저압 회로(539)에 각각 연통시키는 피스톤 후실 통로(507)가 접속되어 있다. 고압 회로(538)에는 고압 어큐뮬레이터(540)가 마련되고, 저압 회로(539)에는 저압 어큐뮬레이터(543)가 마련되어 있다.
피스톤 전실(501)의 후방에는, 피스톤 전진 제어 포트(503)가 소정 간격 격리되어 마련되고, 피스톤 후실(502)의 전방에는, 피스톤 후퇴 제어 포트(504)가 소정 간격 격리되어 마련되어 있다. 그리고 피스톤 전진 제어 포트(503)는, 통상 스트로크용과 쇼트 스트로크용으로서 개구부가 2 개소에 마련되어 있고, 피스톤 전실(501) 측의 피스톤 전진 제어 포트(503a)가, 가변 스로틀을 구비한 쇼트 스트로크용이다. 본 명세서에서는, 통상 스트로크의 설정, 즉, 가변 스로틀을 전폐 상태로 하여 피스톤 후실(502) 측의 피스톤 전진 제어 포트(503)가 작용하는 설정으로 설명을 한다.
피스톤 전진 제어 포트(503)의 후방에는, 피스톤 후퇴 제어 연동 포트(508)가 소정 간격 이격되어 마련되어 있다. 또한, 피스톤 후퇴 제어 포트(504)의 전방에는, 피스톤 전진 제어 연동 포트(509)가 소정 간격 이격되어 마련되어 있다. 피스톤 후퇴 제어 연동 포트(508)와 피스톤 전진 제어 연동 포트(509)의 사이에는, 각각에 소정 거리 이격되어 배유 포트(505)가 마련되어 있다. 더욱이, 피스톤 전진 제어 포트(503)와 피스톤 후퇴 제어 연동 포트(508)는, 후술하는 밸브 후실(511)과 밸브 제어 통로(518)에 의해 연통되어 있고, 피스톤 후퇴 제어 포트(504)와 피스톤 전진 제어 연동 포트(590)는, 후술하는 밸브 전실(510)과 밸브 제어 통로(517)에 의해 연통되어 있다.
또한, 실린더(500)에는, 피스톤(520)과 비동축으로 밸브실(541)이 형성되고, 이 밸브실(541)에 밸브(526)가 접감되어 있다. 밸브실(521)에는, 전방으로부터 후방으로 향하여 순차적으로, 밸브 전실(510), 밸브 후퇴 유지실(515), 주실(主室, 542), 밸브 전진 유지실(516), 및 밸브 후실(511)이 원환형상의 단(段)에 의해 형성되어 있다. 주실(542)에는, 전방으로부터 후방으로 향하여 소정 간격 이격하여 피스톤 전실 저압 포트(512), 피스톤 고압 포트(514), 및 피스톤 후실 저압 포트(513)가 마련되어 있다. 피스톤 전실 저압 포트(512)와 피스톤 고압 포트(514)의 사이에는, 피스톤 전실 통로(506)가 접속되어 있고, 피스톤 고압 포트(514)와 피스톤 후실 저압 포트(513)의 사이에는, 피스톤 후실 통로(507)가 접속되어 있다.
밸브(526)는, 대경부(527, 528, 529)와, 그 전후에 마련된 중경부(530, 531)와, 중경부(530)의 전측에 마련된 소경부(532)와, 중경부(531)의 후측에 마련된 소경부(533)를 가지는 중실(中實)의 밸브체(스풀)이다. 대경부(527)와 대경부(528)의 사이에는, 피스톤 전실 전환홈(534)이 원환형상으로 마련되고, 대경부(528)와 대경부(529)의 사이에는, 피스톤 후실 전환홈(535)이 원환형상으로 마련되어 있다. 소경부(532)와 피스톤 전실 전환홈(534)은 상호 연통로(連通路, 536)로 연통되고, 소경부(533)와 피스톤 후실 전환홈(535)은 상호 연통로(537)로 연통되어 있다.
밸브(526)는, 밸브실(541)에 대해, 밸브 전실(510)에 소경부(532)가 위치하고, 밸브 후퇴 유지실(515)에 중경부(530)가 위치하고, 주실(542)에 대경부(527, 528, 529)가 위치하고, 밸브 전진 유지실(516)에 중경부(531)가 위치하고, 밸브 후실(511)에 소경부(533)가 위치하도록 접감되어 있다. 밸브(526)가 전진후퇴동작을 행함으로써, 대경부(527)는 피스톤 전실 저압 포트(512)를 개폐하고, 대경부(528)는 피스톤 전실 통로(506)와 피스톤 고압 포트(514)를 연통/폐지하는 동시에 피스톤 후실 통로(507)와 피스톤 고압 포트(514)를 폐지/연통하고, 대경부(529)는 피스톤 후실 저압 포트(513)를 개폐하도록 되어 있다.
피스톤 전실 통로(506)가 피스톤 고압 포트(514)와 연통하면 밸브 후퇴 유지실(515)은 고압이 된다. 반대로, 피스톤 후실 통로(507)가 피스톤 고압 포트(514)와 연통하면 밸브 전진 유지실(516)은 고압이 된다. 여기서, 밸브 전실(510)의 수압(受壓) 면적은 밸브 전진 유지실(516)의 수압 면적보다도 크게 설정되어 있다. 마찬가지로, 밸브 후실(511)의 수압 면적은 밸브 후퇴 유지실(515)의 수압 면적보다도 크게 설정되어 있다.
다음으로, 위에서 설명한 액압식 타격 장치의 작동을, 도 10을 참조하면서 설명한다. 그리고, 도 10에서는, 고압상태일 때의 통로를, "망점(網點)"으로 도시하고 있다.
이제, 밸브(526)가 전진 위치로 전환되면, 피스톤 고압 포트(514)와 피스톤 후실 통로(507)가 연통되어 피스톤 후실(502)이 고압으로 된다. 한편, 피스톤 전실 저압 포트(512)와 피스톤 전실 통로(506)가 연통되어 피스톤 전실(501)이 저압으로 되어 있기 때문에, 피스톤(524)은 전진한다. 이때, 밸브 전실(510)과 밸브 후실(511)은 모두 저압으로 되지만, 밸브 전진 유지실(516)은 고압으로 되어 있어, 밸브(526)는 전진 위치에 유지된다(도 10(a) 참조).
이어서, 피스톤(524)이 전진하여 피스톤 후퇴 제어 포트(504)와 피스톤 후실(502)이 연통되면 밸브 전실(510)이 고압으로 된다. 여기서, 밸브 전실(510)의 수압 면적은 밸브 전진 유지실(516)의 수압 면적보다도 크기 때문에 밸브(526)는 후퇴를 개시한다. 이때, 밸브 후실(511)은 밸브 제어 통로(518), 피스톤 후퇴 제어 연동 포트(508), 및 배유 포트(505)를 개재시켜 저압 회로(539)와 연통되어 있기 때문에, 밸브(526)는 문제없이 후퇴할 수가 있다(도 10(b) 참조).
도 10(b)에 나타내는, 밸브(526)의 후퇴 국면에 있어서, 가령 피스톤 후퇴 제어 연동 포트(508)가 존재하지 않은 유압 회로를 상정해 보면, 피스톤 대경부(521)에 의해 피스톤 전진 제어 포트(503)는 폐색되어 있으므로, 밸브 후실(511) 및 밸브 제어 통로(518)는 폐회로로 되어, 밸브(526)는 후퇴할 수 없게 된다. 즉, 밸브 전실(510)이 피스톤 후퇴 제어 포트(504), 피스톤 후실(502)을 개재시켜 고압 회로(538)에 연통되는 경우는, 밸브(526)의 후퇴동작을 보장하기 위해, 밸브 후실(511)을 배유 포트(505)를 개재시켜 저압 회로(539)에 연통되는 피스톤 후퇴 제어 연동 포트(508)가 필수임을 알 수 있다.
피스톤(520)이 타격점까지 도달한 직후에 밸브(526)가 그 후퇴 위치로의 전환이 완료된다. 밸브 후퇴위치에서는, 피스톤 전실(501)이 피스톤 고압 포트(514)와 연통되어 피스톤 전실(501)이 고압으로 되는 동시에, 피스톤 후실(5023)이 피스톤 후실 저압 포트(513)에 연통되어 피스톤 후실(502)이 저압이 되기 때문에, 피스톤(520)은 후퇴로 전환된다. 밸브 전실(510)과 밸브 후실(511)은 모두 저압으로 되지만, 밸브 후퇴 유지실(515)은 고압으로 되어, 밸브(526)는 후퇴 위치에 유지된다(도 10(c) 참조).
피스톤(520)이 후퇴하여 피스톤 전진 제어 포트(503)와 피스톤 전실(501)이 연통되면 밸브 후실(511)이 고압으로 되어, 밸브 후실(511)의 수압 면적이 밸브 후퇴 유지실(515)의 수압 면적보다도 크기 때문에 밸브(526)는 전진을 개시한다. 이때, 밸브 전실(510)은, 밸브 제어 통로(517), 피스톤 전진 제어 연동 포트(509), 및 배유 포트(505)를 개재시켜 저압 회로(539)와 연통되어 있기 때문에, 밸브(526)는 문제없이 전진할 수가 있다(도 10(d) 참조). 그리고 밸브(526)가 다시 전진 위치로 전환되어, 상기한 사이클이 반복되어 타격이 행해진다.
도 10(d)에 나타내는, 밸브(526)의 전진 국면에 있어서, 가령 피스톤 전진 제어 연동 포트(509)가 존재하지 않은 유압 회로를 상정해 보면, 피스톤 대경부(522)에 의해 피스톤 후퇴 제어 포트(504)는 폐색되어 있기 때문에, 밸브 전실(510) 및 밸브 제어 통로(517)는 폐회로로 되어, 밸브(526)는 전진할 수 없게 된다. 즉, 밸브 후실(511)이 피스톤 전진 제어 포트(503), 피스톤 전실(501)을 개재시켜 고압 회로(538)에 연통되는 경우는, 밸브(526)의 전진동작을 보장하기 위해, 밸브 전실(510)을 배유 포트(505)를 개재시켜 저압 회로(539)에 연통되는 피스톤 전진 제어 연동 포트(509)가 필수임을 알 수 있다.
일본국 특개 소화 46-1590호 공보
그런데, 본 발명자는, 액압식 타격 장치의 고출력화를 목표로 하여 피스톤 전후실 고저압 전환방식을 검토하기에 이르렀으나, 동시에 액압식 타격 장치의 고효율화 및 저 코스트화도 중요한 과제라고 파악하고 있다.
제1의 과제인 액압식 타격 장치의 고효율화를 실현하기 위해서는, 밸브의 응답성을 향상시켜, 밸브 구동에 소요되는 작동 유량을 낮게 억제하는 것이 필요하다. 그러기 위해서는, 밸브 본체의 소형화와 중공화가 유효하다. 또한, 제2의 과제인 액압식 타격 장치를 저 코스트로 제작하기 위해서는, 복잡한 기구를 피하고 포트나 포트 사이를 접속하는 통로의 레이 아웃을 간소화하는 것이 유효화다.
여기서, 상술한, 특허문헌 1에 기재된 피스톤 전후실 고저압 전환식의 액압식 타격 장치의 구조를 정리하면, 아래와 같다.
1) 밸브를 구동하는 것은, 밸브의 전/후실에 공급되는 피스톤의 후/전실로부터의 압유(壓油)이다. 즉, 동 문헌에 기재된 기술에서는, 밸브에 대해서도 피스톤과 마찬가지로 전후실 고저압 전환방식을 채용하고 있다.
2) 밸브 전환 후에는, 밸브의 전실과 후실이 동시에 저압으로 된다. 그렇기 때문에, 동 문헌에 기재된 기술에서는, 밸브의 위치를 유지하기 위해, 밸브를 전후로 이동시키는 기구와는 별개의 밸브 유지 기구를 구비하지 않으면 안 된다. 이 밸브 유지 기구는, 밸브 중경부와 밸브 전진(후퇴) 유지실로 형성하는 공간에 압유를 급배하는 구성이다.
3) 밸브를 구동하기 위해, 가압하는 측(예를 들어, 밸브 전실)과 대항하는 측(밸브 후실)의 경로를 개방하는 포트(피스톤 후퇴 제어 연동 포트)를 구비하지 않으면 안 된다.
4) 상기 3)의 경로를 개방하는 포트와 저압 회로를 연통시키는 배유 포트를 구비하고 있다.
그러나, 동 문헌에 기재된 기술에서는, 상기 2)의, 밸브 유지 기구는, 밸브 중경부와 밸브 전진(후퇴) 유지실로 형성하는 공간에 압유를 급배하는 구성이므로, 이 압유의 급배 통로를 실린더측에서 형성하는 것은, 밸브의 사이즈가 작기 때문에 매우 곤란하다. 그 때문에, 동 문헌에 기재된 기술에서는, 상기 압유의 급배 통로를 밸브 본체 내부에 마련한 연통로로서 실현하고 있지만, 이로써, 밸브를 중공 구조(축방향으로 관통하는 중공부를 가지는 구조)로 하는 것이 불가능하게 된다. 따라서, 밸브의 응답성을 향상시켜, 밸브 구동에 소요되는 작동 유량을 낮게 억제할 수 없다고 하는 문제가 있어, 타격 효율이 낮았다.
또한, 상기 밸브 유지 기구의 각 구성은, 고도인 가공 정밀도가 필요한 동시에, 밸브 본체가 접접(摺接)되는 밸브실의 다단의 내경면(소경-중경-대경-중경-소경으로 연속되는 밸브실 내면)은, 가공 그 자체의 난이도가 높고, 이 부분을 일체 구조로 하는 것은 곤란하다. 그 때문에 복수 개의 부재를 조합하게 되는 복잡한 구조로 될 수 밖에 없어 가공 코스트가 증가된다고 하는 문제가 있다.
또한, 동 문헌에 기재된 기술에서는, 피스톤(520)의 전실(501)과 후실(502)의 사이에, 전방으로부터 순차적으로, 피스톤 전진 제어 포트(503), 피스톤 후퇴 제어 연동 포트(508), 배유 포트(505), 피스톤 전진 제어 연동 포트(509), 및 피스톤 후퇴 제어 포트(504)로 5 개소인 포트가 개구 되어 있기 때문에, 피스톤의 전후실 사이에 개구되는 포트의 가공 코스트를 증가시킨다고 하는 문제가 있다.
또한, 전측의 2개의 포트는, 밸브 제어 통로(전)(517)에서 합류하면서 일단이 피스톤 전실(501)과 연통되고, 타단이 밸브 후실(511)과 연통되도록 구성되고, 후측의 2개의 포트는, 밸브 제어 통로(후)(518)에서 합류하면서 일단이 피스톤 후실(502)과 연통되고, 타단이 밸브 전실(510)과 연통되도록 구성되어 있으므로, 밸브 제어 통로(전)와 밸브 제어 통로(후)는, 피스톤 전·후실과 밸브 후·전실을 각각 연통시키게 된다. 그렇기 때문에, 서로 교착하도록 통로를 배설하지 않으면 안 된다. 따라서, 통로 레이아웃(포트 레이아웃)의 자유도가 낮으며, 또한, 통로 레이아웃이 매우 복잡해져 가공 코스트가 더욱 높아진다고 하는 문제가 있다.
더욱이, 통로 레이아웃의 자유도가 낮은 경우, 예를 들어, 피스톤 후실에 접속하는 피스톤 후실 통로는, 피스톤 전진시에 많은 유량을 필요로 하기 때문에, 통로 면적을 크게 설정하는 것이 바람직한바, 통로 레이아웃 상의 제약을 받아 통로 면적을 확대할 수 없는 경우도 있다. 또한, 일반적으로, 개구되는 포트 수가 많다고 하는 것은, 단순하게 압유의 누설이 발생하는 리스크도 높아진다. 그 때문에, 타격 효율의 저하에 이어질 수 있다고 하는 측면도 있다.
그래서, 본 발명은 이와 같은 문제점에 착목하여 이루어진 것으로서, 타격효율을 향상시키면서도 저 코스트인 피스톤 전후실 고저압 전환방식의 액압식 타격 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1의 양태에 따른 액압식 타격 장치는, 실린더와, 그 실린더의 내부에 접감된 피스톤과, 상기 피스톤의 외주면과 상기 실린더의 내주면과의 사이에 획성되어 축방향의 전후로 이격 배치된 피스톤 전실 및 피스톤 후실과, 상기 피스톤 전실 및 상기 피스톤 후실을 번갈아 고압 회로와 저압 회로로 전환하는 전환 밸브기구를 구비하고, 상기 피스톤을 상기 실린더 내에서 전후진시켜서 타격용의 로드를 타격하는 액압식 타격 장치로서, 상기 피스톤은, 대경부와, 그 대경부의 전후에 각각 마련된 소경부와, 상기 대경부의 축방향의 대략 중앙에 형성된 밸브 전환홈을 가지고, 상기 전환 밸브 기구는, 상기 실린더 내에 상기 피스톤과는 비동축으로 형성된 밸브실과, 그 밸브실 내에 접감되어 자신의 전후진에 의해 상기 피스톤 전실 및 상기 피스톤 후실을 번갈아 고압 회로와 저압 회로로 전환하여 연통시키는 피스톤 고저압 전환부가 형성된 밸브와, 상기 밸브를 전후진 방향의 일방향을 향하여 상시 부세하는 밸브 부세 수단과, 압유가 공급되었을 때에 상기 밸브 부세 수단의 부세력에 항거하여 상기 밸브를 반대 방향으로 이동시키는 밸브 제어 수단을 가지고, 상기 실린더는, 상기 피스톤 전실과 상기 피스톤 후실과의 사이에, 전방으로부터 순차적으로, 피스톤 후퇴 제어 포트, 밸브 제어 포트 및 피스톤 전진 제어 포트의 3개의 제어 포트를 가지고, 상기 밸브 제어 포트는, 상기 밸브 제어 수단에 압유를 급배 가능하게 연통시키는 동시에 상기 피스톤 전실 및 상기 피스톤 후실의 각각과는 상시 격절되어 있고, 상기 피스톤 후퇴 제어 포트 및 상기 피스톤 전진 제어 포트는, 상기 피스톤의 전후진에 의한 상기 밸브 전환홈의 전후 이동에 따라서 어느 한쪽의 포트에 한하여 상기 밸브 제어 포트와 연통하게 됨으로써 상기 밸브 제어 수단에 압유를 급배하여 상기 밸브를 전후진시키고, 상기 전환 밸브 기구는, 그 밸브의 전후진에 의한 상기 피스톤 고저압 전환부의 전후 이동에 따라서 상기 피스톤 전실 및 상기 피스톤 후실을 번갈아 고압 회로와 저압 회로로 전환하여 상기 피스톤의 전진 및 후퇴가 반복되도록 작동유를 급배시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1의 양태에 따른 액압식 타격 장치에 의하면, 전환 밸브 기구는, 피스톤 후퇴 제어 포트 및 피스톤 전진 제어 포트가, 피스톤의 전후진에 의한 밸브 전환홈의 전후이동에 따라서 어느 한쪽의 포트에 한하여 밸브 제어 포트와 연통하게 되면, 이로 인해 피스톤 전실 및 피스톤 후실을 번갈아 고압 회로와 저압 회로로 전환하여 피스톤의 전진 및 후퇴가 반복되도록 작동유를 급배시키기 때문에, 피스톤 전후실 고저압 전환방식의 타격에 의해, 타격효율을 향상시킬 수 있다.
그리고 본 발명의 제1의 양태에 따른 액압식 타격 장치의 전환 밸브 기구에 의하면, 밸브를 전후진 방향의 일방향을 향하여 상시 부세하는 밸브 부세 수단과, 압유가 공급되었을 때에 밸브 부세 수단의 부세력에 항거하여 밸브를 반대 방향으로 이동시키는 밸브 제어 수단을 가지므로, 밸브가 상시 일방향으로 부세되는 동시에, 밸브 제어 수단에 압유가 공급되면 그 부세력에 항거하여 밸브를 반대방향으로 이동시킬 수 있다. 그렇기 때문에, 위에서 설명한 특허문헌 1의 액압식 타격 장치와 같이, 밸브를 전후로 이동시키는 기구와는 별개의 밸브 유지 기구가 불필요하다. 따라서, 밸브의 접접부의 가공이 용이하기 때문에, 가공 코스트를 저감시킬 수 있다.
또한, 피스톤 전실과 후실과의 사이에 개구된 제어 포트는, 피스톤 후퇴 제어 포트, 밸브 제어 포트 및 피스톤 전진 제어 포트의 3개소뿐이므로, 피스톤의 전후실 사이에 개구되는 포트의 가공 코스트도 저감시킬 수 있다.
추가적으로는, 피스톤의 전·후실과 밸브를 구동하는 밸브 제어 포트의 회로는, 서로 작동유를 끌어넣지 않도록 격절(차단)되어 있으므로, 통로 레이아웃의 자유도가 높고, 가공 코스트를 보다 저감시킬 수 있다. 또한, 통로 레이아웃의 자유도가 높으므로, 피스톤측과 밸브측의 각 포트 사이를 접속하는 통로의 최적화가 가능하게 된다.
여기서, 본 발명의 제1의 양태에 따른 액압식 타격 장치에 있어서, 상기 밸브가, 축방향으로 관통하는 밸브 중공 통로를 가지는 중공 구조인 것은 바람직하다. 이와 같은 구성이면, 밸브의 중량이 저감되기 때문에, 밸브의 응답성을 향상시켜서 밸브 구동에 소요되는 작동 유량을 낮게 억제하는 동시에, 타격효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제1의 양태에 따른 액압식 타격 장치에 있어서, 상기 밸브 중공 통로가, 작동유의 통로로서 고압 회로에 상시 접속되어 있는 것은 바람직하다. 이와 같은 구성이면, 밸브의 전후 스트로크단에서의 캐비테이션의 발생을 억제하는데 적합하다. 또한, 밸브 중공 통로를 작동유의 통로로서 고압 회로에 상시 접속한 구성에 있어서, 밸브의 전단면과 후단면의 수압 면적차에 의해 밸브 부세 수단을 구성하면, 밸브 부세 수단의 구성을 간소화하여 코스트를 저감시키는데 보다 적합하다.
또한, 본 발명의 제1의 양태에 따른 액압식 타격 장치에 있어서, 상기 피스톤 후퇴 제어 포트가 상시 고압 접속되어 있는 것은 바람직하다. 이와 같은 구성이면, 피스톤 전실의 직후 위치에 마련되는 피스톤 후퇴 제어 포트가 상시 고압 회로에 접속되어 있기 때문에, 전방에 위치하는 피스톤의 대경부에, 항상 고압유가 누설되어 공급된다. 그로써, 피스톤의 대경부의 유막 끊김에 의한 피스톤의 "마손"의 발생을 저감시키는데 적합하다. 또한, 피스톤 전실측의 제어 포트가 상시 고압 회로에 접속되어 있기 때문에, 피스톤이 후퇴에서 전진으로 전환될 때의 전실 근방이 부압상태로 되는 것을 억제할 수가 있다. 그 때문에, 캐비테이션이 발생하여 유막 끊김 상태가 조장되는 것을 방지하는데 적합하다.
또한, 본 발명의 제1의 양태에 따른 액압식 타격 장치에 있어서, 상기 피스톤 전진 제어 포트는, 전후로 이격되어 마련한 쇼트 스트로크 포트와 롱 스트로크 포트로 구성되고, 상기 쇼트 스트로크 포트와 상기 밸브 저압 통로의 사이에는 전폐에서 전개까지 조정 가능한 가변 스로틀이 마련되어 있는 것은 바람직하다. 이와 같은 구성이면, 밸브로부터 배출되는 압유의 유량을 제어하는, 소위 "미터 아웃 회로(Meter-out circuit)"를 구성하고 있게 된다. 일반적으로, 미터 아웃 회로는, 미터인 회로(Meter-in circuit)와 비교하면 제어성이 양호하기 때문에, 제한된 조정량에 대해 리니어적인 제어성이 요구되는 타격 장치의 스트로크 조정기구로서 적합하다.
또한, 본 발명의 제1의 양태에 따른 액압식 타격 장치에 있어서, 상기 밸브 부세 수단과 상기 밸브 제어 수단에 압유를 공급하는 경로와 상기 피스톤 후실에 압유를 공급하는 경로와의 사이에 어큐뮬레이터를 마련하는 것은 바람직하다. 이와 같은 구성이면, 밸브 부세 수단 및 밸브 제어 수단에 압유를 공급하는 경로와 피스톤 후실에 압유를 공급하는 경로와의 사이에 어큐뮬레이터를 마련하였기 때문에, 피스톤 후실에서 발생하는 압유의 충격이 어큐뮬레이터로 완충된다. 그로 인해, 밸브 부세 수단 및 밸브 제어 수단에는 압유의 충격이 전달되지 않는다. 따라서, 밸브의 거동이 흐트러지는 일은 없어 타격성능을 안정시키는데 적합하다.
더욱이, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제2의 양태에 따른 액압식 타격 장치는, 실린더와, 그 실린더의 내부에 접감된 피스톤과, 상기 피스톤의 외주면과 상기 실린더의 내주면과의 사이에 획성되어 축방향의 전후로 이격 배치된 피스톤 전실 및 피스톤 후실과, 상기 피스톤 전실 및 상기 피스톤 후실을 번갈아 고압 회로와 저압 회로로 전환하는 전환 밸브 기구를 구비하고, 상기 피스톤을 상기 실린더 내에서 전후진시켜서 타격용의 로드를 타격하는 액압식 타격 장치로서, 상기 피스톤은, 대경부와, 그 대경부의 전후에 각각 마련된 소경부와, 상기 대경부의 축방향의 대략 중앙에 형성된 밸브 전환 홈을 가지고, 상기 전환 밸브 기구는, 상기 실린더 내에 상기 피스톤과는 비동축으로 형성된 밸브실과, 그 밸브실 내에 접감되어 자신의 전후진에 의해 상기 피스톤 전실 및 상기 피스톤 후실을 번갈아 고압 회로와 저압 회로로 전환하여 연통시키는 피스톤 고저압 전환부가 형성된 밸브와, 상기 밸브를 전후진 방향의 일방향을 향하여 상시 부세하는 밸브 부세 수단과, 압유가 공급되었을 때에 상기 밸브 부세 수단의 부세력에 항거하여 상기 밸브를 반대 방향으로 이동시키는 밸브 제어 수단을 가지고, 상기 실린더는, 상기 피스톤 전실과 상기 피스톤 후실과의 사이에, 전방으로부터 순차적으로, 피스톤 후퇴 제어 포트, 밸브 제어 포트 및 피스톤 전진 제어 포트의 3 개의 제어 포트를 가지고, 상기 밸브 제어 포트는, 상기 밸브 제어 수단에 압유를 급배 가능하게 연통시키는 동시에 상기 피스톤 전실 및 상기 피스톤 후실의 각각과는 상시 격절되어 있고, 상기 피스톤 후퇴 제어 포트 및 상기 피스톤 전진 제어 포트는, 상기 피스톤의 전진에 수반하여 상기 밸브 전환홈이 상기 피스톤 후퇴 제어 포트와 상기 밸브 제어 포트와 연통되어 상기 밸브 제어 수단에 압유를 공급하여 상기 밸브를 후퇴시키고, 상기 피스톤의 후퇴에 수반하여 상기 밸브 전환홈이 상기 피스톤 전진 제어 포트와 상기 밸브 제어 포트와 연통되어 상기 밸브 제어 수단으로부터 압유를 배출하여 상기 밸브를 전진시키고, 상기 전환 밸브 기구는, 그 밸브의 전후진에 의한 상기 피스톤 고저압 전환부의 전후 이동에 따라서 상기 피스톤 전실 및 상기 피스톤 후실을 번갈아 고압 회로와 저압 회로로 전환하여 상기 피스톤의 전진 및 후퇴가 반복되도록 작동유를 급배시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2의 양태에 따른 액압식 타격 장치에 의하면, 본 발명의 제1의 양태에 따른 액압식 타격 장치와 마찬가지로, 피스톤 전실 및 피스톤 후실을 번갈아 고압 회로와 저압 회로로 전환하여 피스톤의 전진 및 후퇴를 반복하는, 소위 "피스톤 전후실 고저압 전환식"의 액압식 타격 장치이므로, 타격수를 증대시켜 고출력화를 도모할 수가 있다. 또한, 밸브를 전후로 이동시키는 기구와는 별개의 밸브 유지 기구가 불필요하기 때문에, 밸브의 접접부의 가공이 용이하다. 그리하여, 가공 코스트를 저감시킬 수가 있다.
특히, 본 발명의 제2의 양태에 따른 액압식 타격 장치에 의하면, 피스톤 전실이 전환 밸브 기구의 밸브 부세 수단 및 밸브 제어 수단의 어느 것과도 격절되어 있기 때문에, 피스톤이 타격용의 로드를 타격할 때의 충격에 의해 발생하는 압유의 맥동이 밸브의 구동에 직접 영향을 미치는 일은 없다. 더욱이, 밸브의 전진동작이 밸브 제어실로부터 압유가 배출됨으로써 행해지므로, 가령 고압 경로 전체에 감쇠할 수 없는 맥동이 잔존하고 있어도 그 영향을 줄이는 것이 가능하게 되기 때문에, 밸브의 거동이 안정된다.
본 발명에 의하면, 타격효율을 향상시키면서도 저 코스트인 피스톤 전후실 고저압 전환방식의 액압 타격 장치를 제공할 수가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 피스톤 전후실 고저압 전환식의 액압식 타격 장치의 제1실시 형태의 모식도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 액압식 타격 장치에 있어서의 밸브 본체의 설명도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 액압식 타격 장치의 작동 원리도이다.
도 4는 제1 실시 형태의 제1의 변형례이고, 고압 통로를 밸브의 내부에 마련한 액압식 타격 장치의 모식도이다.
도 5는 제1 실시 형태의 제2의 변형례이고, 역작동형의 밸브를 구비한 액압식 타격 장치의 모식도이다.
도 6은 제1 실시 형태의 제3의 변형례이고, 고압 회로와 저압 회로를 거꾸로 접속한 액압식 타격 장치의 모식도이다.
도 7은 본 발명에 따른 피스톤 전후실 고저압 전환식의 액압식 타격 장치의 제2 실시 형태의 모식도이다.
도 8은 제2 실시 형태의 변형례이고, 밸브 부세 수단이 스프링인 액압식 타격 장치의 모식도이다.
도 9는 종래의 피스톤 전후실 고저압 전환식의 액압식 타격 장치의 모식도이다.
도 10은 종래의 피스톤 전후실 고저압 전환식의 액압식 타격 장치의 작동 원리도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태 내지 변형례에 대해 도면을 적절히 참조하면서 설명한다. 그리고, 모든 도면에 있어서, 같은 구성요소에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 또한, 동일한 기능을 가지면서도 레이아웃이나 형상의 변경이 이루어진 구성요소에 대해서는, 동일한 부호에 아퍼스트러피를 붙이고 있다.
(제1 실시 형태)
도 1에 나타내는 바와 같이, 제1 실시 형태의 액압식 타격 장치는, 실린더(100)와, 실린더(100)의 내부에 축방향을 따라 슬라이드 이동 가능하게 접감된 피스톤(200)을 구비하고 있다. 피스톤(200)은, 축방향 중앙의 대경부(전)(201), 대경부(후)(202)와, 그 대경부(201, 202)의 전후에 형성된 소경부(203, 204)를 가진다. 피스톤 대경부(201, 202)의 대략 중앙에는, 원환형상의 밸브 전환홈(205)이 1 개소에만 형성되어 있다.
피스톤(200)이, 실린더(100) 내에 접감되어 마련됨으로써, 피스톤(200)의 외주면과 실린더(100)의 내주면과의 사이에, 축방향의 전후로 이격되어 피스톤 전실(110)과 피스톤 후실(111)이 각각 획성되어 있다. 그리고 실린더(100)의 내부에는, 피스톤 전실(110) 및 피스톤 후실(111)을 번갈아 고압 회로(101)와 저압 회로(102)로 전환하여 피스톤(200)의 전진 및 후퇴가 반복되도록 작동유를 급배시키는 전환 밸브 기구(210)가 마련되어 있다.
전환 밸브 기구(210)는, 실린더(100)의 내부에, 피스톤(200)과 비동축으로 형성된 밸브실(130)과, 이 밸브실(130)에 접감된 밸브(스풀)(300)를 가진다. 밸브실(130)은, 전방으로부터 후방으로 향하여 순차적으로, 밸브실 소경부(132), 밸브실 대경부(131), 및 밸브실 중경부(133)가 다단의 원환형상 홈에 의해 형성되어 있다. 밸브실 대경부(131)에는, 전방으로부터 후방으로 향하여 각각 소정 간격 이격되어, 밸브 제어실(137), 피스톤 전실 저압 포트(135), 피스톤 고압 포트(134), 및 피스톤 후실 저압 포트(136)가 마련되어 있다.
피스톤 전실(110)에는, 밸브(300)의 전후진 전환에 의해 피스톤 전실(110)을 고압 회로(101)와 저압 회로(102)로 각각 연통시키는 피스톤 전실 통로(120)가 접속되어 있다. 한편, 피스톤 후실(111)에는, 피스톤 후실(111)을 밸브(300)의 전후진 전환에 의해 고압 회로(101)와 저압 회로(102)로 각각 연통시키는 피스톤 후실 통로(121)가 접속되어 있다. 고압 회로(101)에는 고압 어큐뮬레이터(400)가 마련되고, 저압 회로(102)에는 저압 어큐뮬레이터(401)가 마련되어 있다.
피스톤 전실(110)과 피스톤 후실(111)의 사이에는, 전방으로부터 후방으로 향하여 각각 소정 간격 격리되어, 피스톤 후퇴 제어 포트(113), 밸브 제어 포트(114) 및 피스톤 전진 제어 포트(112, 112a)가 마련되어 있다. 피스톤 전진 제어 포트는, 통상 스트로크용의 롱 스트로크 포트(112)와 쇼트 스트로크 포트(112a)가 전후로 이격되어 2 개소에 마련되어 있다. 피스톤 전실(110)측의 피스톤 전진 제어 포트가, 전폐로부터 전개까지 조정 가능한 가변 스로틀(112b)을 구비한 쇼트 스트로크용이다. 본 명세서에서는, 통상 스트로크의 설정, 즉, 가변 스로틀(112b)을 전폐 상태로 하여, 피스톤 후실(111) 측의 롱 스트로크 포트가 피스톤 전진 제어 포트(112)로서 작용하는 설정으로 설명을 한다.
밸브(300)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 축방향으로 관통하는 밸브 중공 통로(311)를 가지는 중공 원통형상의 밸브체이다. 밸브(300)는, 밸브 대경부(301, 302, 303)와, 밸브 대경부(301)의 전측에 마련된 밸브 소경부(304)와, 밸브 대경부(303)의 후측에 마련된 밸브 중경부(305)를 외주면에 가진다. 밸브 대경부(301)와 밸브 대경부(302)의 사이에는, 원환형상의 피스톤 전실 전환홈(306)이 마련되고, 밸브 대경부(302)와 밸브 대경부(303)의 사이에는, 원환형상의 피스톤 후실 전환홈(307)이 마련되어 있다. 본 실시 형태에서는, 이들 피스톤 전실 전환홈(306) 및 피스톤 후실 전환홈(307)이, 상기 과제를 해결하기 위한 수단에 기재된 "피스톤 고저압 전환부"에 대응하고 있다.
이 전환 밸브 기구(210)는, 밸브 대경부(301, 302, 303)가 밸브실 대경부(131)와 접감하도록 구성되고, 밸브 소경부(304)가 밸브실 소경부(132)와 접감하도록 구성되며, 밸브 중경부(305)가 밸브실 중경부(133)와 접감하도록 구성되어 있다.
밸브(300)의 양 단면은, 전방이 밸브 전단면(308), 후방이 밸브 후단면(309)으로 되어 있다. 밸브 소경부(304)와 밸브 대경부(301)와의 경계에는, 밸브 단부면(段付面)(전)(310)이 형성되고, 밸브 대경부(303)와 밸브 중경부(305)의 경계에는 밸브 단부면(후)(312)이 형성되어 있다.
여기서, 밸브 대경부(301, 302, 303)의 외경을 φ D1, 밸브 소경부(304)의 외경을 φ D2, 밸브 중경부(305)의 외경을 φ D3, 및 밸브 중공 통로(311)의 내경을 φ D4로 하면, φ D1~φ D4의 관계는 아래의 (식 1)과 같이 된다.
φ D4 < φ D2 < φ D3 < φ D1…(식 1)
또한, 밸브 전단면(308)의 수압 면적을 S1, 밸브 후단면(309)의 수압 면적을 S2, 밸브 단부면(전)(310)의 수압 면적을 S3, 및 밸브 단부면(후)(312)의 수압 면적을 S4로 하면, 아래의 (식 2)와 같이 된다.
S1＝π/4×(D22－D42)
S2＝π/4×(D32－D42)
S3＝π/4×(D12－D22)
S4＝π/4×(D12－D32)…(식 2)
그리고 수압 면적 S1~S4의 관계는, 아래의 (식 3)~(식 5)과 같이 된다.
S1 < S2 ………………………(식 3)
[S1+S3] > S2…………………(식 4)
S3 > S4 ………………………(식 5)
고압 회로(101)는 피스톤 고압 포트(134)에 접속되어 있고, 저압 회로(102)는 피스톤 전실 저압 포트(135) 및 피스톤 후실 저압 포트(136)에 각각 접속되어 있다.
피스톤 전실 통로(120)는, 한쪽이 피스톤 전실(110)에 접속되고, 다른 쪽이 밸브실 대경부(131)의 피스톤 고압 포트(134)와 피스톤 전실 저압 포트(135)와의 중간부에 접속되어 있다. 피스톤 후실 통로(121)는, 한쪽이 피스톤 후실(111)에 접속되고, 다른 쪽이 밸브실 대경부(131)의 피스톤 고압 포트(134)와 피스톤 후실 저압 포트(136)와의 중간부에 접속되어 있다.
밸브 고압 통로(전)(123)는, 피스톤 후퇴 제어 포트(113)와 밸브실(130)의 전측 단면을 접속하고, 밸브 고압 통로(후)(124)는 밸브실(130)의 후측 단면과 고압 회로(101)의 고압 어큐뮬레이터(400)보다도 상류측(도 1중에서 우측)의 위치를 접속하고 있다. 따라서, 밸브 중공 통로(311)는 상시 고압으로 되어 있다. 그리고 밸브 고압 통로(전)(123)는, 피스톤 후퇴 제어 포트(113)와 밸브 고압 통로(후)(124)를 접속하여도 좋다.
밸브 저압 회로(125)는, 피스톤 전진 제어 포트(112)와 피스톤 후실 저압 포트(136)를 접속하고 있다. 밸브 제어 통로(126)는 밸브 제어 포트(114)와 밸브 제어실(137)을 접속하고 있다. 그리고, 밸브 저압 통로(125)는, 피스톤 전진 제어 포트(112)와 저압 회로(102)를 접속하여도 좋다.
다음으로, 본 실시 형태의 액압식 타격 장치의 동작, 및 작용효과를 도 3을 참조하면서 설명한다. 그리고, 도 3에서는, 고압상태일 때의 통로를 "망점"으로 하여 도시하고 있다.
현재 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 전환 밸브 기구(210)의 밸브(300)가 전진 위치로 전환되면, 피스톤 고압 포트(134)와 피스톤 후실 통로(121)가 연통되어 피스톤 후실(111)이 고압으로 된다. 한편, 피스톤 전실 저압 포트(135)와 피스톤 전실 통로(120)가 연통되어 피스톤 전실(110)이 저압으로 된다. 이로써, 피스톤(200)은 전진한다.
이때, 밸브실(130)은, 밸브 고압 통로(후)(124)에 의해 고압 회로(101)에 상시 접속되어 있고, 밸브 전단면(308)과 밸브 후단면(309)의 양쪽이 고압으로 되어 있다. 밸브 전단면(308)과 밸브 후단면(309)의 양쪽에 고압이 작용하고 있기 때문에, 상기 (식 3)에 의해, 밸브(300)는 전진 위치에 유지된다(도 3(a) 참조).
그리고, 본 실시 형태에서는, 이 밸브 전단면(308)과 밸브 후단면(309)의 수압 면적차에 의해 밸브(300)에 상시 전진 추력을 작용시키는 구성이, 상기 과제를 해결하기 위한 수단에 기재된 "밸브 부세 수단"에 대응하고 있다.
이어서, 피스톤(200)이 전진하여, 밸브 제어 포트(114)와 피스톤 전진 제어 포트(112)의 연통이 끊어지고, 그 대신, 밸브 제어 포트(114)가 피스톤 후퇴 제어 포트(113)와 연통된다. 이로써, 밸브 고압 통로(전)(123)로부터의 고압유가 밸브 제어 통로(126)를 거쳐 밸브 제어실(137)에 공급된다. 밸브 제어실(137)이 고압이 되면 단부면(310)에 고압이 작용하여, 상기 (식 4)에 의해 밸브(300)는 후퇴를 개시한다(도 3(b) 참조).
그리고, 본 실시 형태에서는, 밸브 제어실(137)에 압유가 공급되어, 위에서 설명한 상시 작용하는 전진 추력(=밸브 부세 수단의 부세력)에 항거하여 밸브(300)를 후진시키는 구성이, 상기의 "밸브 제어 수단"에 대응하고 있다.
피스톤(200)은, 타격효율이 최대일 때에 타격점에 도달하고(도 3(b)에서 (c) 사이), 타격점에서 피스톤(200)의 선단이 타격용의 로드(도시 생략)의 후단을 타격한다. 이로써, 타격에 의해 발생하는 충격파가 로드를 개재시켜 선단의 비트 등까지 전파(傳播)되어 암반 등을 파쇄하는 에너지로서 사용된다.
피스톤(200)이 타격점까지 도달한 직후에, 밸브(300)가 그 후퇴위치로의 전환이 완료된다. 밸브 후퇴위치에서는, 피스톤 고압 포트(134)와 피스톤 전실 통로(120)가 연통되어 피스톤 전실(110)이 고압으로 된다. 한편, 피스톤 후실 저압 포트(136)와 피스톤 후실 통로(121)가 연통되어 피스톤 후실(111)이 저압으로 된다. 이로 인해, 피스톤(200)은 후퇴로 전환된다. 밸브 제어실(137)이 고압을 유지하고 있는 동안은, 밸브(300)는 후퇴위치에 유지된다(도 3(c) 참조).
이어서, 피스톤(200)이 후퇴하여, 밸브 제어 포트(114)와 피스톤 후퇴 제어 포트(113)의 연통이 끊어지고, 그 대신, 밸브 제어 포트(114)가 피스톤 전진 제어 포트(112)와 연통된다. 이로써, 밸브 제어실(137)이 밸브 제어 통로(126)와 밸브 저압 통로(125)를 거쳐 저압 회로(102)에 접속된다. 밸브 제어실(137)이 저압이 되면, 상기 (식 3)에 의해 밸브(300)는 전진을 개시한다(도 3(d) 참조). 그리고, 밸브(300)가 다시 전진 위치로 전환되고, 상기의 타격 사이클이 반복된다.
여기서, 본 실시 형태에 있어서, 위에서 설명한 구성에 대해 특징을 정리하면, 아래의 항목 1에서 4와 같이 된다.
항목 1) 밸브(300)를 구동하기 위한 기구는, 위에서 설명한 바와 같이, 밸브 부세 수단과 밸브 제어 수단인데, 이 중, 밸브 부세 수단의 유압 회로는, 피스톤(200)의 동작과는 일절 관계가 없고, 밸브 제어 수단을 구성하는 각 유압 회로는, 피스톤 전실(110)과 피스톤 후실(111)과의 사이에, 또한 피스톤 전실(110)과 피스톤 후실(111)과는 연통되는 일 없이(서로 작동유를 끌어들이지 않도록 상시 격절되어) 배설되어 있다.
항목 2) 밸브(300)를 구동하기 위한 기구는, 밸브 부세 수단과 밸브 제어 수단이고, 밸브 부세 수단은, 밸브(300)를 상시 일방향으로 부세하고, 밸브 제어실(137)로의 압유의 급배로 밸브(300)의 전진 후퇴를 전환한다.
항목 3) 밸브 제어실(137)과 접속되어 있는 포트는, 밸브 제어 포트(114)의 1개소만이다.
항목 4) 밸브(300)는 축방향으로 관통하는 밸브 중공 통로(311)를 가지는 중공구조이다.
본 실시 형태의 상기의 항목 1에서 4의 구조에 대해, 도 9, 10을 참조하여 설명한 종래의 피스톤 전후실 고저압 전환식의 액압식 타격 장치와 대비를 한다.
항목 1)에 대해
상기 종래 기술에서는, 피스톤 전후실과 밸브 구동에 관한 각 회로의 관계가 서로 연통되는 관계이다. 그 때문에, 회로 구성의 레이아웃의 자유도가 낮다. 이에 대해, 본 실시 형태의 구조는, 밸브 부세 수단의 유압 회로는, 피스톤(200)의 동작과는 일절 관계가 없으며, 피스톤 전후실과는 서로 작동유를 끌어들이지 않도록 격절되어 있기 때문에, 피스톤 전후실과 밸브 구동에 관한 각 회로의 관계가 독립되어 있다. 따라서, 상기 종래 기술에 대해, 본 실시 형태의 구조는, 회로 구성의 레이아웃의 자유도가 높다고 할 수 있다.
특히, 상기 종래 기술은, 회로 구성의 레이아웃의 자유도가 낮기 때문에, 밸브 구동을 위해 압유의 공급과 배출의 양쪽 통로를 각각 전진측과 후퇴측에 마련할 필요가 있다. 그 때문에, 밸브 구동을 위한 통로는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 피스톤의 전실과 후실의 사이에 5개소 필요하게 된다. 이에 대해, 본 실시 형태의 경우는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 피스톤 후퇴 제어 포트(113), 밸브 제어 포트(114) 및 피스톤 전진 제어 포트(112)의 3개소만이다.
통로 개수가 적은 것은, 직접적으로 가공 코스트의 저감으로 연결된다. 또한, 회로 구성의 레이아웃의 자유도가 높은 것은, 피스톤 후실·밸브·어큐뮬레이터를 집약하여 배설해 통로 길이를 단축할 수가 있다. 이것에 의해, 유압 효율을 향상시키는 것이 가능하고, 나아가 피스톤 후실(111)에 접속하는 피스톤 후실 통로(121)의 통로 면적을 확대하여 대유량에 대응하는 것도 가능하다.
더욱이, 상기 종래 기술의 유압 회로는, 통로 개수가 많은 점뿐만 아니라, 도 9에 나타낸 바와 같이, 피스톤의 전실과 밸브의 후실, 피스톤의 후실과 밸브의 전실을 접속하고 있기 때문에, 유압 회로가 서로 교차되도록 배설되어 매우 복잡한 레이아웃임을 알아볼 수 있다. 이에 대해, 본 실시 형태의 구조는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 매우 심플한 회로로 되어 있다. 따라서, 가공 코스트를 저감할 수가 있다.
특히, 본 실시 형태의 액압식 타격 장치에 의하면, 피스톤 전실(110)이 전환 밸브 기구(210)의 "밸브 부세 수단" 및 "밸브 제어 수단"의 어느 것과도 격절되어 있기 때문에, 피스톤(200)의 선단이 타격용의 로드를 타격할 때의 충격에 의해 발생하는 압유의 맥동이 밸브(300)의 구동에 직접 영향을 미치는 일은 없다. 나아가서는, 밸브(300)의 전진 동작은, 밸브 제어실(137)로부터 압유가 배출됨으로써 행해지므로, 가령 고압 경로 전체에 감쇠할 수 없는 맥동이 잔존하고 있어도, 그 영향을 줄이는 것이 가능하게 되기 때문에, 밸브(300)의 거동이 안정되는 것이다.
그리고 본 실시 형태의 액압식 타격 장치는, 피스톤 전실(110) 및 피스톤 후실(111)을 번갈아 고압 회로(101)와 저압 회로(102)로 전환하여 피스톤(200)의 전진 및 후퇴를 반복하는, 소위 "피스톤 전후실 고저압 전환식"의 액압식 타격 장치이므로, 타격수를 증대시켜서 고출력화가 도모되는데, 고타격수이기 때문에 밸브(300)의 거동의 흐트러짐은 피하지 않으면 안되므로, 고출력용으로서 적합한 액압식 타격 장치를 실현할 수 있었다고 할 수 있다.
항목 2)에 대해
상기 종래 기술은, 밸브의 전후실 고저압 전환 방식을 채용하며, 또한, 밸브의 전후실이 모두 저압으로 되는 타이밍에 있어서 밸브를 유지하는 유지 기구를 구비하기 때문에, 밸브 구조는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 밸브실과 접접하는 외경 형상으로 하여, 전방으로부터 후방으로 향하여 소경-중경-대경-중경-소경으로 무려 5단인 다단 구조가 필요하다. 더욱이, 밸브를 유지하기 위한 압유의 급배기 통로를 전후 2 개소에 마련하지 않으면 안 된다. 이에 대해, 본 실시 형태의 밸브 구조는, 소경-대경-중경의 불과 3단이고, 또한, 밸브에 자신의 유지 기구용의 급배유 통로의 가공도 불필요하므로, 밸브의 구조 자체를 극히 간소하게 할 수가 있다. 본 실시 형태의 밸브 구조의 간소함은, 밸브 자체의 가공 코스트를 저감하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 당연히 대응하는 밸브실 측의 가공, 즉, 실린더 내경 가공의 가공 코스트를 크게 저감할 수가 있다.
항목 3)에 대해
상기 종래 기술에서는, 밸브 전실은, 밸브 제어 통로(전)를 개재시켜 접속하고 있는 포트가, 피스톤 전진 제어 포트와 피스톤 후퇴 제어 연동 포트의 2 개소인바, 밸브 후퇴 국면(도 10(b))에 있어서는, 피스톤 후퇴 제어 연동 포트는, 그 본래의 기능인 밸브 전진 국면에서의 밸브 전실의 압유를 배유 포트로 배출하는 것과는 달리, 피스톤 전진 제어 포트 내의 압유가 배유 포트로 누설되는 요인으로 되어 있다(이 현상은, 밸브 후퇴 국면에 있어서의 피스톤 후퇴 제어 연동 포트에서도 마찬가지이다). 일반적으로, 타격 장치에 있어서, 포트의 수가 많을수록, 압유가 누설되는 개소는 많아진다.
이에 대해, 본 실시 형태의 구조는, 밸브 제어실(137)에 착목하면, 밸브 제어 통로(126)를 개재시켜 접속하고 있는 포트는, 밸브 제어 포트(114)의 1 개소뿐이므로, 누설량을 최소한으로 멈추게 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 도 3(c)에서 (d)로의 사이, 즉, 밸브 제어 포트(114)가 피스톤 후퇴 제어 포트(113)와의 연통 상태가 끊어져 피스톤 전진 제어 포트(112)와 연통할 때까지의 동안은, 밸브 제어실(137)은 피스톤 대경부(후)(202)에 의해 폐회로로 되어 있고, 이 폐회로 내에 압유가 봉입됨으로써 밸브(300)를 후퇴 위치에 유지하고 있는바, 압유가 공급되지 않는 상태에서 누설량이 크면 밸브(300)의 거동이 불안정해지므로, 밸브 제어 포트(114)에 접속되는 포트는 1 개소가 바람직하다고 할 수 있다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 압유의 누설량을 저감시켜 타격효율을 높이는 것 뿐만 아니라, 밸브(300)의 거동을 안정시키기 위해 밸브 제어 포트(114)를 설정하고 있다.
항목 4)에 대해
상기 종래 기술에서는, 밸브 유지 기구를 구성하는 급배유 통로를 밸브 내부에 마련하고 있으므로 밸브가 중실 구조이다. 이에 대해, 본 실시 형태는, 밸브(300)가, 축방향으로 관통하는 밸브 중공 통로(311)를 가지는 중공 구조이므로, 밸브를 중공화함으로써 중량의 경감이 도모되고 있다. 그러기 때문에, 밸브 구동에 소비되는 유량을 저감할 수 있어 타격효율이 향상된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 피스톤 전후실 고저압 전환방식의 액압식 타격 장치는, 피스톤 전후실 고저압 전환에 의해 고타격력을 구비하면서도, 종래에 비해, 가공 코스트가 저감되고, 유압 효율을 향상시킬 수가 있다.
또한, 일반적으로, 액압식 타격 장치의 밸브의 전후의 스트로크단에서는, 저압 회로에 접속되어 부압이 작용하여 대기압 이하까지 압력이 저하되는 경우가 있고, 그와 같은 경우는, 캐비테이션의 발생이 문제가 되는 일이 있다. 이에 대해, 본 실시 형태에서는, 밸브 중공 통로(311), 밸브 전단면(308), 및 밸브 후단면(309)은 상시 고압이므로, 이들의 개소 중 어느 하나가 저압으로 전환되는 경우에 비하면, 캐비테이션의 발생을 억제할 수가 있다.
또한, 본 실시 형태에서의 도 3의 (d)에서 (a)로 절환하는 도중의 단계, 즉, 밸브(300)가 전단 위치로 절환되고, 피스톤 전실(110)이 저압, 피스톤 후실(111)이 고압으로 되어 피스톤(200)이 감속되면서 후방 스트로크 엔드까지 후퇴하는 동안에 있어서는, 피스톤 전실(110)과 밸브 제어 포트(114)의 양쪽이 저압으로 되기 때문에, 피스톤 대경부(전)(201)는 유막 끊김이 발생하기 쉽고, 캐비테이션도 발생하기 쉬운 상태에 노출된다. 이에 대해, 본 실시 형태에서는, 피스톤 후퇴 제어 포트(113)가 항상 고압으로 되어 있어 그곳으로부터 미량의 압유가 누설되기 때문에, 유막 끊김과 캐비테이션의 발생을 억제할 수가 있다.
또한, 본 실시 형태의 액압식 타격 장치에 있어서, 피스톤 전진 제어 포트(112)는, 밸브 저압 통로(125)를 개재시켜 저압 회로(102)에 접속되어 있기 때문에, 쇼트 스트로크 포트(112a) 및 가변 스로틀(112b)은 저압 접속되어 있다. 그러기 때문에, 가변 스로틀(112b)을 조정한 경우에, 피스톤(200)이 후퇴하여, 밸브 전환홈(205)에 의해 밸브 제어 포트(114)와 쇼트 스트로크 포트(112a)가 연통할 때, 밸브 제어 포트(114), 밸브 제어 통로(126), 및 밸브 제어실(137) 내의 고압유는, 쇼트 스트로크 포트(112a) 및 가변 스로틀(112b)을 거쳐 저압 회로(102)로 배출되어, 밸브(300)가 전진으로 전환된다.
즉, 본 실시 형태의 유압 회로는, 액추에이터인 밸브(300)로부터 배출되는 압유의 유량을 제어하는, 소위 "미터 아웃 회로"를 구성하고 있게 된다. 일반적으로, 미터 아웃 회로는, 미터 인 회로와 비교하면 제어성이 양호하기 때문에, 제한된 조정량에 대해 리니어적인 제어성이 요구되는 타격 장치의 스트로크 조정기구로서 적합한 구성이다.
여기서, 본 실시 형태의 액압식 타격 장치에 있어서, 전환 밸브 기구(210)는, 밸브 제어 수단과 밸브 부세 수단을 구성하는 통로, 즉, 밸브 고압 회로(후)(124), 중공 통로(311), 밸브 고압 통로(전)(123), 피스톤 후퇴 제어 포트(113), 밸브 제어 포트(114), 및 밸브 제어 통로(126)(이하, "밸브 구동 회로"라고 함)와, 피스톤 후실(111)로 압유가 공급되는 통로, 즉, 피스톤 고압 포트(134), 및 피스톤 후실 통로(121)와의 사이에, 고압 어큐뮬레이터(400)가 개재되는 구조로 되어 있다.
본 실시 형태의 액압식 타격 장치에 있어서, 피스톤(200)이 타격점에서 로드를 타격하면(도 3(b)에서 (c)의 사이), 후실(111)에서는 피스톤(200)이 급정지한다. 그 때문에, 이른바 수격 작용(워터 해머)에 의해 압유에 충격이 발생하는데, 이때, 밸브(300)는 완전하게 후단 스트로크에는 도달하고 있지 않으므로, 압유의 충격이 고압으로 접속한 모든 통로에 전반된다. 상기 "밸브 구동회로"는, 고압으로 접속되어 있기 때문에, 이 수격 작용의 충격이 전달되면 밸브(300)의 거동이 불안정하게 될 우려가 있다.
이에 대해, 본 실시 형태에서는, 밸브 고압 통로(124)는, 밸브 중공 통로(311)와 고압 회로(101)의 고압 어큐뮬레이터(400)보다도 상류측을 접속하고 있기 때문에, 피스톤 후실(111)과 밸브 구동회로의 사이에 고압 어큐뮬레이터(400)가 개재된다. 그리하여, 압유 내의 충격이 밸브 제어실(137)이나 밸브실(130) 내의 밸브 전단면(308)과 밸브 후단면(309)에 전달되는 것을 제어할 수가 있다. 그로 인해, 밸브(300)의 전방으로의 부세력과 이 부세력에 대항하여 작용하는 후퇴추력이 안정된다. 따라서, 밸브(300)의 거동이 안정되기 때문에 타격 성능이 안정된다.
이하, 본 실시 형태의 변형례, 및 다른 실시 형태에 대해 추가로 설명한다.
(제1의 변형례)
도 4에 상기 제1 실시 형태의 제1의 변형례를 나타낸다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 이 제1의 변형례에서는, 도 1에 나타낸 밸브 고압 통로(124) 대신, 밸브(300a)의 밸브 대경부(302)에, 지름 방향으로 관통하는 밸브 본체 고압 통로(313)를 마련한 예이다. 그리고, 이 예에서는, 밸브 고압 통로(123')의 일단은, 피스톤 고압 포트(134)에 접속하고 있다. 단, 도 1에 나타낸 예와 마찬가지로, 밸브 고압 통로(123')의 일단을, 밸브실(130)의 전단면에 접속하여도 좋다. 또한, 앞에서 설명한 피스톤 타격시에 발생하는 압유 내의 진동을 밸브 제어실(137)에 전달하지 않기 위해서는, 밸브 고압 통로(123')의 일단을, 고압 회로(101)의 고압 어큐뮬레이터(400)의 상류측에 접속하여도 좋다.
이 제1의 변형례에 의하면, 도 1에 있어서의 밸브 고압 통로(후)(124)를 생략할 수가 있다. 그로 인해, 유압 회로의 구성을 보다 간소화하는 것이 가능하게 되기 때문에, 가공 코스트가 저감된다. 그리고, 밸브 본체 고압 통로(313)는, 종래의 밸브 유지 기구의 연통로와 같이 도중에서 굴곡부를 가지지 않는, 지름 방향으로 관통하는 관통구멍이기 때문에, 밸브 본체 고압 통로(313)의 가공은 매우 용이하다.
단, 이 제1의 변형례에 있어서는, 상기 제1 실시 형태와는 달리, 밸브 부세 수단(중공 통로(311), 밸브 전단면(308), 밸브 후단면(309))과 피스톤 후실(111)과의 사이에 고압 어큐뮬레이터(400)가 개재되어 있지 않다. 그 때문에, 도 1에 나타낸 상기 제1 실시 형태에 비하면, 밸브(300a)의 수격 작용시의 거동은 안전성이 저하된다.
(제2의 변형례)
도 5에 상기 제1 실시 형태의 제2의 변형례를 나타낸다. 이 제2의 변형례는, 밸브 본체의 홈 구조와 밸브 제어 수단의 회로 구성을 변경한 예이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 이 제2의 변형례는, 피스톤 밸브의 동작 관계가, 도 1에 나타낸 제1 실시 형태와는, 반대(역작동 밸브)가 되는 경우이다.
상세하게는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 밸브(300b)는, 축 방향으로 관통하는 밸브 중공 통로(311')가 마련된 중공 원통형상의 밸브체이다. 밸브(300b)는, 밸브 대경부(301', 302', 303')와, 밸브 대경부(301')의 전측에 마련된 밸브 소경부(304'), 및 밸브 대경부(303')의 후측에 마련된 밸브 중경부(305')를 가진다. 밸브 대경부(301')와 밸브 대경부(302')의 사이에는, 피스톤 전실 배유홈(314)이 마련되어 있다. 또한, 밸브 대경부(303')와 밸브 중경부(305')의 사이에는, 피스톤 후실 배유홈(315)이 마련되어 있다. 더욱이, 밸브 대경부(302')와 밸브 대경부(303)의 사이에는, 피스톤 전후실 전환홈(316)이 마련되어 있다.
밸브(300b)의 양 단면은, 전방이 밸브 전단면(308') 및 후방이 밸브 후단면(309')으로 되어 있다. 밸브 소경부(304')와 밸브 대경부(301')와의 경계에는 밸브 단부면(전)(310')이 형성되어 있다.
밸브 고압 통로(전)(123")는, 피스톤 전진 제어 포트(112)와 밸브 고압 통로(후)(124)를 접속하고 있다. 밸브 저압 통로(125')는, 피스톤 후퇴 제어 포트(113)와 피스톤 전실 저압 포트(135)를 접속하고 있다. 밸브 제어 통로(126)는, 도 1에 나타낸 제1 실시 형태와 마찬가지로, 밸브 제어 포트(114)와 밸브 제어실(137)을 접속하고 있다. 이로써, 이 제2의 변형례에 의하면, 도 1에 나타낸 제1 실시 형태와는 피스톤-밸브의 동작관계가 반대가 된다(역작동 밸브).
이 제2의 변형례의 최대의 특징은, 피스톤 전진 제어 포트(112)가, 고압 회로에 상시 접속되어 있는 점이다. 즉, 위에서 설명한 바와 같이, 타격 장치의 유압 회로 내에 있어서는, 저압 접속되는 개소에 캐비테이션이 발생하기 쉬운 바, 발생한 캐비테이션이 파열하여 이로젼(erosion)을 야기시키는 개소로서는, 캐비테이션이 체류하는 개소나 복잡한 형상을 나타낸 개소이고, 제1 실시 형태의 타격 장치에 있어서는, 피스톤 전진 제어 포트(112)의 쇼트 스트로크 포트(112a)가 이에 상당한다.
그러하기 때문에, 도 1 및 도 4에 나타내는 예에 있어서는, 쇼트 스트로크 포트(112a)가 저압으로 상시 접속되어 있기 때문에, 그 개소에서 이로젼이 발생하기 쉬우므로, 이 제2의 변형례를 채용하는 것이 바람직한 경우가 있다. 특히, 가변 스로틀이 전폐일 때(즉, 롱 스트로크로만 작동시키는 작업 현장에서 사용할 때)는, 그 개소에서의 이로젼 발생을 방지하기 위해서는, 이 제2의 변형례를 채용하는 것은 유효하다. 단, 피스톤 후퇴 제어 포트(113)가 상시 저압으로 되기 때문에, 앞에서 설명한 피스톤 대경부(전)(201)의 유막 끊김 방지 효과와 캐비테이션 억제 효과에 대해서는 저하된다.
(제3의 변형례)
도 6에 상기 제1 실시 형태의 제3의 변형례를 나타낸다. 이 제3의 변형례는, 각 유압 통로나 각 포트, 밸브 구조 그 자체는 전혀 변경하지 않고, 유압원으로부터의 고압 라인과 탱크로 향하는 저압 라인을 역전시켜서 접속하는 경우(즉, 고압 회로(101)를 저압 회로(102')로 하고, 저압 회로(102)를 고압 회로(101')로 한 경우)이다.
그리고, 이 제3의 변형례의 설명상은, 밸브 고압 통로(전)(123), 밸브 고압 통로(후)(124)는 저압으로 되기 때문에, 각각 밸브 저압 통로(전)(128), 밸브 저압 통로(후)(129)로 바꾸어 읽는다. 또한, 밸브 저압 통로(125)는 고압으로 되기 때문에 밸브 고압 통로(127)로 바꾸어 읽는다. 마찬가지로, 피스톤 고압 포트(134)는 저압으로 되기 때문에 피스톤 저압 포트(140), 피스톤 전실 저압 포트(135) 및 피스톤 후실 저압 포트(136)는 고압으로 되기 때문에, 각각 피스톤 전실 고압 포트(138) 및 피스톤 후실 고압 포트(139)로 바꾸어 읽는다. 그리고, 어큐뮬레이터(400')는 고압 회로(101')에 마련하는 것으로 한다.
이 제3 변형례도, 앞에서 설명한 제2 변형례와 마찬가지로, 피스톤 밸브의 동작 관계가 도 1에 나타낸 제1 실시 형태와는 반대로 된다. 더욱이, 전환 밸브 기구에 의한 밸브 구동 기구에 관해서도 차이점이 있다. 즉, "밸브 부세 수단"에 대해서는, 도 1, 도 4 및 도 5에 나타낸 예와 같이, 밸브 양단면의 수압 면적차에 기인하는 전방으로의 추력(推力)이 아닌, 단부면(312)에 압유가 작용하는 것으로 인한 전방으로의 추력으로 되어 있다.
이 제3의 변형례에서는, 피스톤 후퇴 제어 포트(113), 밸브 중공 통로(311), 밸브 전단면(308), 및 밸브 후단면(309)은 상시 저압이 된다. 그 때문에, 피스톤 대경부(전)(201)의 유막 끊김 방지효과, 캐비테이션 억제효과, 및 밸브 양단면의 캐비테이션 억제효과는 저하된다. 그러나, 한편으로는 피스톤 전진 제어 포트(112)가 상시 고압으로 되기 때문에, 이 개소에 있어서의 캐비테이션 억제효과는 기대할 수 있다.
또한, 밸브 고압 통로(127)의 일단을 고압 어큐뮬레이터(400')의 상류측에 접속하면, 피스톤 타격시에 발생하는 압유 내의 수격 작용에 의한 영향을 밸브 제어실(137)에 전달되지 않도록 하는 것은 가능하다.
(제2 실시 형태)
다음으로, 본 발명에 따른 피스톤 전후실 고저압 전환식의 액압식 타격 장치의 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 도 7은 제2 실시 형태의 모식도이다. 상기 제1 실시 형태 및 그 변형례에서는, 모두 중공 밸브를 채용한 예를 나타내었는데, 본 실시 형태는, 중실 밸브를 채용하고 있는 예이다. 이하, 제1 실시 형태와의 차이점만을 설명한다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 실린더(100a)에는, 피스톤(200)과 비동축으로 밸브실(150)이 형성되어 있고, 이 밸브실(150)에 밸브(350)가 접감되어 있다. 밸브실(150)은, 전방으로부터 후방으로 향하여 순차적으로, 밸브 전실(152), 밸브 주실(151), 및 밸브 후실(153)을 가진다. 밸브 주실(151)에는, 전방으로부터 후방으로 향하여 순차적으로, 피스톤 전실 저압 포트(155), 피스톤 고압 포트(154), 및 피스톤 후실 저압 포트(156)가 각각 소정 간격 이격되어 마련되어 있다.
밸브(350)는, 중실의 밸브체이고, 밸브 대경부(351, 352, 354)와, 그 전측에 마련한 밸브 중경부(354), 및 후측에 마련된 밸브 소경부(355)를 외주면에 가진다. 밸브 대경부(351)와 밸브 대경부(352)의 사이에는, 원환형상의 피스톤 전실 전환홈(356)이 마련되어 있다. 밸브 대경부(352)와 밸브 대경부(353)의 사이에는 원환형상의 피스톤 후실 전환홈(357)이 마련되어 있다. 본 실시 형태에서는, 이들 피스톤 전실 전환홈(356) 및 피스톤 후실 전환홈(357)이, 상기 과제를 해결하기 위한 수단에 기재된 "피스톤 고저압 전환부"에 대응하고 있다.
밸브 대경부(351, 352, 353)가 밸브 주실(151)과 접감되고, 밸브 중경부(354)가 밸브 전실(152)과 접감되고, 밸브 소경부(355)가 밸브 후실(153)과 접감되도록 구성되어 있다. 밸브(350)의 양단면은, 전방이 밸브 전단면(358) 및 후방이 밸브 후단면(359)으로 되어 있다. 여기서, 밸브 중경부(354)의 외경은, 밸브 소경부(355)의 외경보다도 크게 설정되어 있다. 따라서, 밸브 전단면(358)의 수압 면적은 밸브 후단면(359)의 수압 면적보다도 크게 되어 있다.
고압 회로(101)는 피스톤 고압 포트(154)에 접속되고, 저압 회로(102)는 피스톤 전실 저압 포트(155) 및 피스톤 후실 저압 포트(156)에 접속되어 있다. 피스톤 전실 통로(120)는, 한쪽이 피스톤 전실(110)에 접속되고, 다른 쪽이 밸브 주실(151)의 피스톤 고압 포트(154)와 피스톤 전실 저압 포트(155)와의 중간부에 접속되어 있다. 피스톤 후실 통로(121)는, 한쪽이 피스톤 후실(111)에 접속되고, 다른 쪽이 밸브 주실(151)의 고압 포트(154)와 피스톤 후실 저압 포트(156)와의 중간부에 접속되어 있다.
밸브 고압 통로(전)(123)는, 피스톤 후퇴 제어 포트(113)와 밸브 고압 통로(후)(124)를 접속하고 있다. 밸브 고압 통로(124)는, 밸브 후실(153)과 고압 회로(101)의 고압 어큐뮬레이터(400)보다도 상류측(도 7중에서 우측)을 접속하고 있다. 따라서, 밸브 후실(153)은 상시 고압으로 되어 있고, 밸브 후단면(359)의 수압 면적에 압유가 공급됨으로써 밸브(350)에 전진 추력이 상시 작용한다. 즉, 이 제2 실시 형태에 있어서는, 밸브 후실(153)을 상시 고압으로 하여 밸브 후단면(359)의 수압 면적에 압유가 공급됨으로써 밸브(350)에 전진 추력을 상시 작용시키는 구성이, 상기 과제를 해결하기 위한 수단에 기재된 "밸브 부세 수단"에 대응하고 있다.
밸브 저압 통로(125)는, 피스톤 전진 제어 포트(112)와 피스톤 후실 저압 포트(156)를 접속하고 있다. 밸브 제어 통로(126)는, 밸브 제어 포트(114)와 밸브 전실(152)을 접속하고 있다. 그리고, 밸브 저압 통로(125)는, 피스톤 전진 제어 포트(112)와 저압 회로(102)를 접속하여도 좋다.
밸브 제어 포트(114)가 피스톤 후퇴 제어 포트(113)와 연통되어, 밸브 고압 통로(전)(123)로부터의 고압유가 밸브 제어 통로(126)를 거쳐 밸브 전실(152)에 공급된다. 이로 인해, 밸브 전단면(358)과 밸브 후단면(359)의 수압 면적차에 의해 밸브(350)는 후퇴한다. 여기서, 이 제2 실시 형태에서는, 밸브(350)에 대한 전진 추력(=위에서 설명한 상시 작용하는 "밸브 부세 수단"의 부세력)에 항거하여 밸브(350)를 후진시키는 구성이, 상기 과제를 해결하기 위한 수단에 기재된 "밸브 제어 수단"에 대응하고 있다. 즉, 본 실시 형태의 밸브 전실(152)은, 상기 제1 실시 형태의 밸브 제어실(137)에 상당한다.
이 제2 실시 형태에서는, 밸브가 중실 구조인 것이 특징이다. 중실 밸브는, 중공 밸브와 비교하여 강성이 높기 때문에, 대경부(351, 352, 353)와 피스톤 전실 전환홈(356), 피스톤 후실 전환홈(357)과의 직경차이를 크게 설정하는 것이 가능하고, 이 부분의 통로 면적을 확대할 수가 있다. 따라서, 제2 실시 형태의 구성이면, 유압 효율이 다소 떨어져도 초고압·대유량의 높은 타격력 사양의 타격 장치가 필요한 경우는 유효하다. 그리고, 밸브 전환 스트로크단(대경부(351)의 전단면과 대경부(353)의 후단면)에 있어서는, 캐비테이션이 발생할 가능성은 있으나, 그 이외에는 기본적으로 도 1에 나타낸 제1 실시 형태와 같은 작용 효과를 나타낸다.
(제2 실시 형태의 변형례)
도 8에 상기 제2 실시 형태의 변형례를 나타낸다. 이 변형례는, "밸브 부세 수단"을 유압이 아닌 기계적인 구성으로 실현한 예이다. 즉, 도 8에 나타내는 바와 같이, 이 밸브(350a)는, 상기 밸브(350)의 소경부(355) 대신, 밸브 부세 수단을 구성하는 소경부(360)를 마련하고 있고, 밸브 부세실(157)에 스프링(361)을 수용하여 소경부(360)의 단면을 압압함으로써, 밸브(350a)에 상시 전진 추력이 작용하도록 되어 있다.
이 변형례에서는, 밸브 부세실(157)에는 압유를 공급할 필요가 없다. 그 때문에, 밸브 고압 통로(후)(124')는, 밸브 후퇴 제어 포트(113)와 고압 회로(101)를 접속하는 구성으로 되어 있다. 그 외의 구성은 도 7에 나타낸 제2 실시 형태와 같다.
이 변형례의 구성이면, "밸브 부세 수단"을 유압이 아닌 기계적인 구성으로 실현하였으므로, 유압 통로를 1 개소 생략할 수가 있다. 그러므로, 유압 통로의 가공 코스트를 억제하는 것이 가능하다. 그리고, 이 변형례에서는, "밸브 부세 수단"을 구성하는 부세 수단으로서 스프링(361)을 채용하고 있으되, 이에 한정하지 않고, 다른 수단(예를들어 고압 가스를 밸브 부세실(157)에 충전함)을 채용하여도 무방하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 형태 내지 변형례는, 피스톤의 구동을 전후실 고저압 전환식으로 하고 있기 때문에, 높은 타격수를 실현할 수가 있다. 그리고, 전환 밸브 기구의 밸브 구동 기구로서, 밸브를 상시 일방향으로 부세하면서, 제어압의 급배에 의해 밸브의 전후진 방향을 전환하는 방식을 채용함으로써, 액압식 타격 장치의 전체적인 유압 회로 구성을 간소화하여, 가공 코스트를 저감하는 동시에 타격 효율을 향상시킨다고 하는 과제의 양립을 가능하게 한 것으로, 위에서 설명한 종래의 타격 장치와는 차별화된 기술이다.
이상, 본 발명의 실시 형태 내지 변형례에 대해 도면을 참조하여 설명하였는데, 본 발명에 따른 피스톤 전후실 고저압 전환방식의 액압식 타격 장치는, 상기 실시 형태 내지 변형례에 한정되는 것이 아닌, 본 발명의 주 취지를 일탈하지 않으면, 그 외의 여러가지 변형이나 각 구성 요소를 변경하는 것이 허용됨은 물론이다.
100: 실린더 100a: 실린더
101, 101': 고압 회로 102, 102': 저압 회로
110: 피스톤 전실 111: 피스톤 후실
112: 피스톤 전진 제어 포트 112a": (쇼트 스트로크)
113: 피스톤 후퇴 제어 포트 114: 밸브 제어 포트
120: 피스톤 전실 통로 121: 피스톤 후실 통로
123, 123', 123": 밸브 고압 통로 (전)
124, 124': 밸브 고압 통로 (후)
125, 125': 밸브 저압 통로 126, 126': 밸브 제어 통로
127: 밸브 고압 통로 128: 밸브 저압 통로 (전)
129: 밸브 저압 통로 (후) 130: 밸브실
131: 밸브실 대경부 132: 밸브실 소경부
133: 밸브실 중경부 134: 피스톤 고압 포트
135: 피스톤 전실 저압 포트 136: 피스톤 후실 저압 포트
137: 밸브 제어실 138: 피스톤 전실 고압 포트
139: 피스톤 후실 고압 포트 140: 피스톤 저압 포트
150: 밸브실 151: 밸브 주실
152: 밸브 전실 153: 밸브 후실
154: 피스톤 고압 포트 155: 피스톤 전실 저압 포트
156: 피스톤 후실 저압 포트 157: 밸브 부세실
200: 피스톤 201: 대경부 (전)
202: 대경부 (후) 203: 소경부 (전)
204: 소경부 (후) 205: 밸브 전환홈
210: 전환 밸브 기구 300: 밸브 (중공)
300a: 밸브 (중공, 통로 내장) 300b: 밸브 (중공, 역작동)
301, 301': 밸브 대경부 (전) 302, 302': 밸브 대경부 (중)
303, 303': 밸브 대경부 (후) 304, 304': 밸브 소경부
305, 306': 밸브 중경부
306: 피스톤 전실 전환홈 (피스톤 고저압 전환부)
307: 피스톤 후실 전환홈 (피스톤 고저압 전환부)
308, 308': 밸브 전단면 309, 309': 밸브 후단면
310, 310': 밸브 단부면 (전) 311, 311': 밸브 중공 통로
312: 밸브 단부면 (후) 313: 밸브 본체 고압 통로
314: 피스톤 전실 배유홈 315: 피스톤 후실 배유홈
316: 피스톤 전후실 전환홈 350: 밸브 (중실)
350a: 밸브 (중실, 스프링 부세) 351: 밸브 대경부 (전)
352: 밸브 대경부 (중) 353: 밸브 대경부 (후)
354: 밸브 중경부 355: 밸브 소경부
356: 피스톤 전실 전환홈 357: 피스톤 후실 전환홈
358: 밸브 전단면 359: 밸브 후단면
360: 소경부 (밸브 부세 수단) 361: 스프링 (밸브 부세 수단)
400, 400': 고압 어큐뮬레이터 401, 401': 저압 어큐뮬레이터

Claims (7)

  1. 실린더와, 그 실린더의 내부에 접감(摺嵌)된 피스톤과, 상기 피스톤의 외주면과 상기 실린더의 내주면과의 사이에 획성되어 축 방향의 전후로 이격 배치된 피스톤 전실 및 피스톤 후실과, 상기 피스톤 전실 및 상기 피스톤 후실을 번갈아 고압 회로와 저압 회로로 전환하는 전환 밸브홈을 구비하고, 상기 피스톤을 상기 실린더 내에서 전후진시켜 타격용의 로드를 타격하는 액압식 타격 장치로서,
    상기 피스톤은, 대경부와, 그 대경부의 전후에 각각 마련된 소경부와, 상기 대경부의 축 방향의 대략 중앙에 형성된 밸브 전환홈을 가지고,
    상기 전환 밸브 기구는, 상기 실린더 내에 상기 피스톤과는 비동축으로 형성된 밸브실과, 그 밸브실 내에 접감되어 자신의 전후진에 의해 상기 피스톤 전실 및 상기 피스톤 후실을 번갈아 고압 회로와 저압 회로로 전환하여 연통시키는 피스톤 고저압 전환부가 형성된 밸브와, 상기 밸브를 전후진 방향의 일방향을 향하여 상시 부세(付勢)하는 밸브 부세 수단과, 압유가 공급되었을 때에 상기 밸브 부세 수단의 부세력에 항거하여 상기 밸브를 반대 방향으로 이동시키는 밸브 제어 수단을 가지고,
    상기 실린더는, 상기 피스톤 전실과 상기 피스톤 후실과의 사이에, 전방으로부터 순차적으로, 피스톤 후퇴 제어 포트, 밸브 제어 포트 및 피스톤 전진 제어 포트의 3 개의 제어 포트를 가지고,
    상기 밸브 제어 포트는, 상기 밸브 제어 수단에 압유를 급배 가능하게 연통시키는 동시에 상기 피스톤 전실 및 상기 피스톤 후실의 각각과는 상시 격절되어 있고,
    상기 피스톤 후퇴 제어 포트 및 상기 피스톤 전진 제어 포트는, 상기 피스톤의 전후진에 의한 상기 밸브 전환홈의 전후 이동에 따라서 어느 한 쪽의 포트에 한하여 상기 밸브 제어 포트와 연통하게 됨으로써 상기 밸브 제어 수단에 압유를 급배하여 상기 밸브를 전후진시키고, 상기 전환 밸브 기구는, 그 밸브의 전후진에 의한 상기 피스톤 고저압 전환부의 전후 이동에 따라서 상기 피스톤 전실 및 상기 피스톤 후실을 번갈아 고압 회로와 저압 회로로 전환하여 상기 피스톤의 전진 및 후퇴가 반복되도록 작동유를 급배시키는 것을 특징으로 하는 액압식 타격 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 밸브가, 축 방향으로 관통하는 밸브 중공 통로를 가지는 중공 구조인 것을 특징으로 하는 액압식 타격 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 밸브 중공 통로가, 작동유의 통로로서 고압 회로에 상시 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 액압식 타격 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피스톤 후퇴 제어 포트가 상시 고압 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 액압식 타격 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 피스톤 전진 제어 포트는, 전후로 이격되어 마련한 쇼트 스트로크 포트와 롱 스트로크 포트로 구성되고, 상기 쇼트 스트로크 포트와 상기 밸브 저압 통로의 사이에는 전폐로부터 전개까지 조정 가능한 가변 스로틀이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 액압식 타격 장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 부세 수단과 상기 밸브 제어 수단에 압유를 공급하는 경로와 상기 피스톤 후실에 압유를 공급하는 경로와의 사이에 어큐뮬레이터를 마련한 것을 특징으로 하는 액압식 타격 장치.
  7. 실린더와, 그 실린더의 내부에 접감된 피스톤과, 상기 피스톤의 외주면과 상기 실린더의 내주면과의 사이에 획성되어 축 방향의 전후로 이격 배치된 피스톤 전실 및 피스톤 후실과, 상기 피스톤 전실 및 상기 피스톤 후실을 번갈아 고압 회로와 저압 회로로 전환하는 전환 밸브 기구를 구비하고, 상기 피스톤을 상기 실린더 내에서 전후진시켜 타격용의 로드를 타격하는 액압식 타격 장치로서,
    상기 피스톤은, 대경부와, 그 대경부의 전후에 각각 마련된 소경부와, 상기 대경부의 축 방향의 대략 중앙에 형성된 밸브 전환홈을 가지고,
    상기 전환 밸브 기구는, 상기 실린더 내에 상기 피스톤과는 비동축으로 형성된 밸브실과, 그 밸브실 내에 접감되어 자신의 전후진에 의해 상기 피스톤 전실 및 상기 피스톤 후실을 번갈아 고압 회로와 저압 회로로 전환하여 연통시키는 피스톤 고저압 전환부가 형성된 밸브와, 상기 밸브를 전후진 방향의 일방향을 향하여 상시 부세하는 밸브 부세 수단과, 압유가 공급되었을 때에 상기 밸브 부세 수단의 부세력에 항거하여 상기 밸브를 반대 방향으로 이동시키는 밸브 제어 수단을 가지고,
    상기 실린더는, 상기 피스톤 전실과 상기 피스톤 후실과의 사이에, 전방으로부터 순차적으로, 피스톤 후퇴 제어 포트, 밸브 제어 포트 및 피스톤 전진 제어 포트의 3 개의 제어 포트를 가지고,
    상기 밸브 제어 포트는, 상기 밸브 제어 수단에 압유를 급배 가능하게 연통시키는 동시에 상기 피스톤 전실 및 상기 피스톤 후실의 각각과는 상시 격절되어 있고,
    상기 피스톤 후퇴 제어 포트 및 상기 피스톤 전진 제어 포트는, 상기 피스톤의 전진에 수반되어 상기 밸브 전환홈이 상기 피스톤 후퇴 제어 포트와 상기 밸브 제어 포트와 연통되어 상기 밸브 제어 수단에 압유를 공급하여 상기 밸브를 후퇴시키고, 상기 피스톤의 후퇴에 수반되어 상기 밸브 전환홈이 상기 피스톤 전진 제어 포트와 상기 밸브 제어 포트와 연통되어 상기 밸브 제어 수단으로부터 압유를 배출하여 상기 밸브를 전진시키고, 상기 전환 밸브 기구는, 그 밸브의 전후진에 의한 상기 피스톤 고저압 전환부의 전후 이동에 따라서 상기 피스톤 전실 및 상기 피스톤 후실을 번갈아 고압 회로와 저압 회로로 전환하여 상기 피스톤의 전진 및 후퇴가 반복되도록 작동유를 급배시키는 것을 특징으로 하는 액압식 타격 장치.
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