KR20180014779A - 액압식 타격장치 - Google Patents

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KR20180014779A
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마사히로 고이즈미
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후루까와 로크 드릴 가부시끼가이샤
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Abstract

타격에너지를 유지하면서, 피스톤 스트로크를 쇼트 스트로크화하여 타격출력을 증대한다. 이 액압식 타격장치는, 실린더(100)와, 실린더(100)의 내부에 접감된 피스톤(200)과, 피스톤(200)의 외주면과 실린더(100)의 내주면과의 사이에 획성되어 축방향의 전후에 이격배치된 피스톤 전실(110) 및 피스톤 후실(111)과, 피스톤 전실(110) 및 피스톤 후실(111)의 적어도 한쪽을, 고압회로(101) 및 저압회로(102)의 적어도 한쪽으로 절환하여 피스톤(200)을 구동하는 절환밸브기구(130)와, 피스톤(200)의 후방에 마련되어, 피스톤(200)의 후퇴공정 중에서 피스톤(200)에 제동력이 작용하는 타이밍에서 피스톤(200)에 맞닿아 피스톤(200)을 전방으로 부세하는 부세수단으로서의 증속 피스톤(410)을 구비한다.

Description

액압식 타격장치
본 발명은, 착암기나 브레이커 등의 액압식 타격장치에 관한 것이다.
이러한 종류의 액압식 타격장치로서는, 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 기술이 개시되어 있다. 동 문헌에 기재된 액압식 타격장치는, 예를 들어 도 9에 예시하는 바와 같이, 실린더(100P), 프론트 헤드(300) 및 백 헤드(400P)를 구비하고, 실린더(100P) 내에 피스톤(200)이 접감(摺嵌)되어 있다.
프론트 헤드(300)는, 실린더(100)의 전측(前側)에 배설되고, 로드(310)가 전진후퇴 가능하게 접감된다. 프론트 헤드(300)의 내부에는, 타격실(301)이 형성되고, 타격실(301) 내에서 로드(310)의 후단을 피스톤(200)의 선단이 타격한다. 백 헤드(400P)는, 실린더(100)의 후측에 배설되고, 백 헤드(400P)의 내부에 형성된 후퇴실(401P) 내를 피스톤(200)의 후단부가 전후로 이동한다.
피스톤(200)은, 중실(中實)의 원통체이고, 그 대략 중앙에 대경부(201, 202)를 가지고 있다. 대경부(201)의 전측에는 중경부(中徑部)가, 대경부(202)의 후측에는 소경부(204)가 각각 마련되어 있다. 대경부(201)와 (202)의 대략 중앙에는 원환모양의 밸브 절환홈(205)이 형성되어 있다. 피스톤 중경부(203)의 외경은, 피스톤 소경부(204)의 외경보다도 크게 설정되어 있다.
이로써, 후술하는 피스톤 전실(前室, 110) 및 피스톤 후실(111)에 있어서의 피스톤(200)의 수압(受壓)면적, 즉 대경부(201)와 중경부(203)의 지름차, 및 대경부(202)와 소경부(204)의 지름차는, 피스톤 후실(111) 측의 쪽이 크게 되어 있다(이하, 수압면적차라고 함).
상기 피스톤(200)이, 실린더(100)의 내부에 접감됨으로써, 실린더(100) 내에 피스톤 전실(110)과 피스톤 후실(111)이 각각 획성되어 있다. 피스톤 전실(110)은, 피스톤 전실통로(120)를 개재시켜 고압회로(101)에 상시 접속되어 있다. 한편, 피스톤 후실(111)은, 후술하는 절환밸브기구(130)의 절환에 의해, 피스톤 후실통로(121)를 개재시켜 고압회로(101)와 저압회로(102)에 각각 번갈아 연통 가능하게 되어 있다.
고압회로(101)는 펌프(P)에 접속되고, 고압회로(101)의 도중 부분에 고압 어큐뮬레이터(140)가 마련되어 있다. 저압회로(102)는 탱크(T)에 접속되고, 저압회로(102)의 도중 부분에 저압 어큐뮬레이터(141)가 마련되어 있다. 절환밸브기구(130)는, 실린더(100P) 내외의 적소에 배설되는 공지의 절환밸브이며, 후술하는 밸브제어통로(122)로부터 급배되는 압유(壓油)에 의해 작동하여, 피스톤 후실(111)을 고압과 저압으로 번갈아 절환한다.
피스톤 전실(110)과 피스톤 후실(111)과의 사이에는, 전방으로부터 후방으로 향하여 각각 소정 간격 이격하여, 피스톤 전진제어포트(112), 피스톤 후퇴제어포트(113), 및 배유(排油) 포트(114)가 마련되어 있다. 피스톤 전진제어포트(112)와 피스톤 후퇴제어포트(113)에는, 밸브제어통로(122)로부터 분기한 통로가 각각 접속되어 있다. 배유포트(114)는, 배유통로(123)를 개재시켜 탱크(T)에 접속되어 있다.
피스톤 전진제어포트(112)는, 전측의 쇼트 스트로크 포트(112a), 및 후측의 롱 스트로크 포트(112b)를 가지고, 쇼트 스트로크 포트(112a)와 밸브제어통로(122)와의 사이에 마련된 가변 스로틀(112c)의 조작에 의해 쇼트 스트로크와 롱 스트로크의 사이를 무단계로 절환 가능하게 되어 있다. 가변 스로틀(112c)을 전개(全開)로 하면 쇼트 스트로크가 되고, 전폐(全閉)로 하면 롱 스트로크가 된다.
이 액압식 타격장치는, 피스톤 전실(110)이 고압회로(101)에 상시 접속되어 있기 때문에, 피스톤(200)은 상시 후방으로 부세(付勢)되고, 피스톤 후실(111)이 절환밸브기구(130)의 작동에 의해 고압회로(101)에 접속되면 수압면적차에 의해 피스톤(200)은 전진하고, 피스톤 후실(111)이 절환밸브기구(130)의 작동에 의해 저압회로(102)에 접속되면 피스톤(200)은 후퇴한다.
절환밸브기구(130)는, 피스톤 전진제어포트(112)가 피스톤 전실(110)과 연통하여 밸브제어통로(122)에 압유가 공급되면, 피스톤 후실통로(121)를 고압회로(101)에 연통하는 위치로 절환된다. 또한, 절환밸브기구(130)는, 피스톤 후퇴제어포트(113)가 배유포트(114)와 연통하여 압유가 밸브제어통로(122)로부터 탱크(T)로 배출되면, 피스톤 후실통로(121)를 저압회로(102)에 연통하는 위치로 절환된다.
일본국 특허 제4912785호 공보
그런데, 이러한 종류의 액압식 타격장치에 있어서, 고출력화를 도모하는 방책으로서는, 1 타격당의 운동에너지를 높이는 방책과, 타격수를 증대하여 운동에너지의 총계를 크게 하는 방책이 있다. 본 발명자는, 이들 방책중, 타격수를 증대하여 운동에너지의 총계를 크게 하는 방책을 채용하는 경우에 아래의 문제점을 발견하였다.
여기서, 도 9에 있어서, 종래의 액압식 타격장치에서는, 피스톤 전진제어포트(122)에는, 롱 스트로크 포트(112b)와 쇼트 스트로크 포트(112a)가 병설되어 있는 것을 설명하였는데, 쇼트 스트로크화함으로써, 롱 스트로크의 설정보다도 타격수를 증가시킬 수 있다.
도 10에, 종래의 액압식 타격장치에 있어서의 롱 스트로크와 쇼트 스트로크의 피스톤 스트로크-속도선도를 나타낸다.
동 도면에 있어서, 점선이 롱 스트로크 설정의 선도이고, L1이 전체 스트로크, L2가 피스톤 후퇴가속구간(피스톤이 후퇴를 개시하고 나서 피스톤 전진제어포트가 피스톤 전실과 연통하여 밸브가 절환되어 피스톤 후실이 고압으로 절환될 때까지), L3가 피스톤 후퇴감속구간(피스톤 후실이 고압으로 절환되어 피스톤이 후방 스트로크 엔드에 도달할 때까지), Vlong이 타격점에 있어서의 피스톤 속도이다. 또한, 실선이 쇼트 스트로크 설정의 선도이며, 마찬가지로 L1'이 전체 스트로크, L2'가 피스톤 후퇴가속구간, L3'가 피스톤 후퇴감속구간, Vshort가 타격점에 있어서의 피스톤 속도이다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 쇼트 스트로크화에 의해 스트로크는 단축되지만, 피스톤을 가속하는 구간도 감소하고 있고, 결과적으로 피스톤 속도는 Vlong에서 Vshort로 저하되어 있음을 알 수 있다. 따라서, 쇼트 스트로크화에 의해 얻어지는 타격수의 증가분과 피스톤 속도의 저하분을 총합하여 감안하면, 반드시 고출력화로 이어진다고는 할 수 없다.
그래서 본 발명은, 이와 같은 문제점에 착목하여 이루어진 것으로서, 타격 에너지를 유지하면서, 피스톤 스트로크를 쇼트 스트로크화하여 타격출력을 증대 가능한 액압식 타격장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 양태에 따른 액압식 타격장치는, 실린더와, 그 실린더의 내부에 접감된 피스톤과, 그 피스톤의 외주면과 상기 실린더의 내주면과의 사이에 획성되어 축방향의 전후로 이격배치된 피스톤 전실 및 피스톤 후실과, 상기 피스톤 전실 및 상기 피스톤 후실의 적어도 한쪽을 고압회로 및 저압회로의 적어도 한쪽으로 절환하여 상기 피스톤을 구동하는 절환밸브기구와, 상기 피스톤의 후방에 마련되고, 상기 피스톤의 후퇴공정 중에 상기 피스톤에 맞닿아 상기 피스톤에 작용하는 압유에 의한 제동력과 협동하여 상기 피스톤을 전방으로 부세하는 부세수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태에 따른 액압식 타격장치에 있어서, 상기 부세수단은, 상기 피스톤의 후퇴공정 중에, 상기 피스톤에 압유에 의한 제동력이 작용하는 타이밍에서 상기 피스톤에 맞닿는 것은 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 양태에 따른 액압식 타격장치에 있어서, 상기 부세수단은, 상기 고압회로로부터 공급되는 압유에 의해 추력이 발생하는 증속 피스톤인 것은 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 양태에 따른 액압식 타격장치에 있어서, 상기 부세수단은, 폐공간 내에 충전된 가스압에 의해 추력이 발생하는 증속 피스톤인 것은 바람직하다.
본 발명의 일 양태에 따른 액압식 타격장치에 의하면, 피스톤의 후방에 부세수단을 마련하고, 부세수단은, 피스톤의 후퇴공정 중에 피스톤에 맞닿고, 피스톤에 작용하는 압유에 의한 제동력과 협동하여 피스톤을 전방으로 부세하기 때문에, 피스톤의 후퇴 스트로크가 단축되는 동시에 피스톤의 전진동작이 가속된다. 그 때문에, 피스톤 속도가 저하되지 않으므로 고출력화가 가능하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 액압식 타격장치에 의하면, 타격 에너지를 유지하면서 피스톤 스트로크를 쇼트 스트로크화하여 타격출력을 증대화할 수가 있다.
여기서, 본 발명의 일 양태에 따른 액압식 타격장치에 있어서, 상기 부세수단을 작동시키지 않을 때에, 상기 부세수단을 상기 피스톤과 맞닿지 않는 위치까지 퇴피(退避)시키는 작동선택수단을 구비하는 것은 바람직하다.
또한, 상기 절환밸브기구는, 적어도 상기 피스톤 후실을 상기 고압회로와 상기 저압회로로 번갈아 절환하여 상기 피스톤을 구동하도록 구성되고, 상기 증속 피스톤으로의 압유공급통로는, 상기 피스톤 후실에 압유를 공급하는 통로로부터 분기하여 마련되어 있는 것은 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 양태에 따른 액압식 타격장치에 있어서, 상기 고압회로로부터 상기 부세수단으로의 압류공급통로에, 상기 부세수단에 근접하는 위치에 부세 어큐뮬레이터를 마련하는 것은 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 양태에 따른 액압식 타격장치에 있어서, 상기 압유공급통로에, 상기 부세 어큐뮬레이터보다도 압유공급원측이며, 또한, 상기 부세 어큐뮬레이터에 근접하는 위치에, 상기 부세수단으로의 압유의 공급만을 허용하는 방향규제수단을 마련하는 것은 바람직하다.
본 발명에 의하면, 타격에너지를 유지하면서, 피스톤 스트로크를 쇼트 스트로크화하여 타격출력을 증대하는 것이 가능한 액압식 타격장치를 제공할 수가 있다.
도 1은 본 발명의 일 양태에 따른 액압식 타격장치의 제1실시형태의 모식도이다.
도 2는 제1실시형태의 작동상태를 나타내는 모식도((a)~(b))이다.
도 3은 제1실시형태의 피스톤 스트로크-속도선도이다.
도 4는 본 발명의 일 양태에 따른 액압식 타격장치의 제2실시형태의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 양태에 따른 액압식 타격장치의 제3실시형태의 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 양태에 따른 액압식 타격장치의 제4실시형태의 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일 양태에 따른 액압식 타격장치의 제5실시형태의 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일 양태에 따른 액압식 타격장치의 제6실시형태의 모식도이다.
도 9는 종래의 액압식 타격장치의 모식도이다.
도 10은 종래의 액압식타격장치의 피스톤 스트로크-속도선도이다.
이하, 본 발명의 각 실시형태에 대해 도면을 적절하게 참조하면서 설명한다. 모든 도면에 있어서, 같은 구성요소에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 그리고 도면은 모식적인 것이다. 그 때문에, 두께와 평면치수와의 관계, 비율 등은 현실의 것과는 다름에 유의해야 하며, 도면 상호간에 있어서도 서로의 치수의 관계나 비율이 다른 부분이 포함되어 있다. 또한, 아래에 나타내는 각 실시형태는, 본 발명의 기술적 사상을 구체화하기 위한 장치나 방법을 예시하는 것으로서, 본 발명의 기술적 사상은, 구성부품의 재질, 형상, 구조, 배치 등을 하기의 실시형태에 특정하는 것은 아니다.
제1실시형태의 액압식 타격장치는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 실린더(100), 프론트 헤드(300) 및 백 헤드(400)를 구비하고, 실린더(100) 내에 피스톤(200)이 접감되어 있다.
피스톤(200)은, 중실의 원통체이고, 그 대략 중앙에 대경부(201, 202)를 가진다. 대경부(201)의 전측에는 중경부(203)가, 대경부(202)의 후측에는 소경부(204)가 각각 마련되어 있다. 대경부(201)과 (202)의 대략 중앙에는, 원환모양의 밸브 절환홈(205)이 형성되어 있다.
피스톤 중경부(203)의 외경은, 피스톤 소경부(204)의 외경보다도 크게 설정되어 있다. 이로써, 후술하는 피스톤 전실(110) 및 피스톤 후실(111)에 있어서의 피스톤(200)의 수압면적, 즉 대경부(201)와 중경부(203)의 지름차, 및 대경부(202)와 소경부(204)의 지름차는 피스톤 후실(111)측의 쪽이 크게 되어 있다.
상기 피스톤(200)은, 실린더(100)의 내부에 접감됨으로써, 실린더(100) 내에 피스톤 전실(110)과 피스톤 후실(111)이 각각 획성되어 있다. 피스톤 전실(110)은, 피스톤 전실통로(120)를 개재시켜 고압회로(101)에 상시 접속되어 있다. 한편, 피스톤 후실(111)은, 후술하는 절환밸브(1300)의 절환에 의해, 피스톤 후실통로(112)를 개재시켜 고압회로(101)와 저압회로(102)에 각각 번갈아 연통 가능하게 되어 있다.
고압회로(101)는 펌프(P)에 접속되고, 고압회로(101)의 도중 부분에는 고압 어큐뮬레이터(140)가 마련되어 있다. 저압회로(102)는 탱크(T)에 접속되고, 저압회로(102)의 도중 부분에는 저압 어큐뮬레이터(141)가 마련되어 있다. 절환밸브기구(130)는, 실린더(100) 내외의 적소에 배설되는 공지의 절환밸브이며, 후술하는 밸브제어통로(122)로부터 급배되는 압유에 의해 작동하여, 피스톤 후실(111)을 고압과 저압으로 번갈아 절환한다.
피스톤 전실(110)과 피스톤 후실(111)과의 사이에는, 전방으로부터 후방을 향하여 각각 소정 간격 이격하여, 피스톤 전진제어포트(112), 피스톤 후퇴제어포트(113), 및 배유포트(114)가 마련되어 있다. 피스톤 전진제어포트(112)와 피스톤 후퇴제어포트(113)에는, 밸브제어통로(122)로부터 분기한 통로가 각각 접속되어 있다. 배유포트(114)는 배유통로(123)를 개재시켜 탱크(T)에 접속되어 있다.
피스톤 전진제어포트(112)는, 전측의 쇼트 스트로크 포트(112a), 및 후측의 롱 스트로크 포트(112b)를 가진다. 피스톤 전진제어포트(112)는, 쇼트 스트로크 포트(112a)와 밸브제어통로(122)와의 사이에 마련된 가변 스로틀(112b)의 조작에 의해, 쇼트 스트로크와 롱 스트로크의 사이를 무단계로 절환 가능하게 되어 있다. 가변 스로틀(112c)을 전개로 하면 쇼트 스트로크가 되고, 전폐로 하면 롱 스트로크가 된다.
프론트 헤드(300)는, 실린더(100)의 전측에 배설되고, 로드(310)가 전진후퇴 가능하게 접감된다. 프론트 헤드(300)의 내부에 형성된 타격실(301) 내에서, 로드(310)의 후단을 피스톤(200)의 선단이 타격한다.
백 헤드(400)는, 실린더(100)의 후측에 배설되어 있다. 백 헤드(400)의 내부에는, 후퇴실(401) 및 그 후방에 가압실(402)이 형성되어 있다. 후퇴실(401)의 내경은, 피스톤 소경부(204)가 전후 이동할 때에 영향이 없도록 설정되고, 가압실(402)의 내경은, 후퇴실(401)의 내경보다도 지름이 크게 설정되어 있다. 후퇴실(401)과 가압실(402)의 경계에는 단면(403)이 형성되어 있다.
가압실(402)에는, 부세수단으로서 증속 피스톤(410)이 접감되어 있다. 증속 피스톤(410)은, 전측의 소경부(411) 및 후측의 대경부(412)를 가진다. 소경부(411)와 대경부(412)와의 경계에는 단부면(段付面, 413)이 형성되어 있다. 가압실(402)의 내경에 대경부(412)가 미끄럼 접촉(摺接)하고, 단면(403)과 단부면(413)이 맞닿음으로써 가압실(402) 내의 대경부(412)의 후측에 액압실이 획성되고, 액압실은, 가압통로(404)에 의해 고압회로(101)에 상시 접속되어 있다.
일반적인 액압식 타격장치에 있어서는, 피스톤(200)과 로드(310)의 타격계면, 즉, 피스톤 중경부(203)와 로드(310)의 후단부의 외경은 같은 치수로 설정되어 있다. 그 이유는, 피스톤(200)이 로드(310)를 타격하여 발생하는 응력파의 전달효율을 높이기 위해서이며, 같은 이유로 본 실시형태에서는, 증속 피스톤(410)의 소경부(411)의 외경이 피스톤 소경부(204)의 외경과 대략 같은 지름으로 설정되어 있다.
다음으로, 본 실시형태의 액압식 타격장치의 동작, 및 증속 피스톤(410)의 작동상태에 대해 도 2를 참조하면서 설명한다. 그리고 도 2에서는, 회로가 고압 접속되어 있는 부분을 두꺼운 실선 및 망점으로 나타내고 있다.
본 실시형태의 액압식 타격장치는, 피스톤 전실(110) 및 상시 고압접속되어 있으므로, 피스톤(200)은 상시 후방으로 부세되고, 피스톤 후실(111)이 절환밸브기구(130)의 작동에 의해 고압접속되면, 상기 수압면적차에 의해 피스톤(200)은 전진하고, 피스톤 후실(111)이 절환밸브기구(130)의 작동에 의해 저압접속되면 피스톤(200)은 후퇴한다.
절환밸브기구(130)는, 피스톤 전진제어포트(112)가 피스톤 전실(110)과 연통하여 밸브제어통로(122)에 압유가 공급되면, 피스톤 후실통로(121)를 고압회로(101)에 연통하는 위치로 절환하고, 피스톤 후퇴제어포트(113)가 배유포트(114)와 연통하여 압유가 밸브제어통로(122)로부터 탱크(T)로 배출되면, 피스톤 후실통로(121)를 저압회로(102)에 연통하는 위치로 절환한다. 그리고 피스톤 전진제어포트의 설정은, 상기 가변 스로틀(112c)을 전폐로 한 롱 스트로크이다.
여기서 본 실시형태의 액압식 타격장치의 타격기구는, 종래의 액압식 타격장치에 대해 백 헤드(400)에 증속 피스톤(410)을 마련한 점에 특징이 있다.
즉, 도 2에 있어서, 동 도면(d)에 나타내는, 피스톤(200)이 로드(310)를 타격하는 동시에, 절환밸브기구(130)의 파일로트실(도시생략)은, 밸브제어통로(122) 및 배유통로(123)를 거쳐 저압으로 접속되기 때문에 내부의 스풀이 절환되고, 피스톤 후실통로(121)를 저압회로(102)에 연통함으로써 피스톤 후실(111)이 저압이 되기 때문에 피스톤(200)은 후퇴동작을 개시한다.(동 도면 (a) 참조)
더욱이, 피스톤(200)이 후퇴하면 피스톤 전진제어포트(112)가 열려 절환밸브기구(130)가 절환되고, 피스톤 후실(111)이 고압이 되는 타이밍에서 피스톤(200)이 증속 피스톤(410)에 맞닿는다. 이때, 피스톤(200)에는, 전실(110)과 후실(111)의 수압면적차에 의한 추력(「통상추력」이라 함)에, 상기 증속 피스톤(410)에 의한 추력(「가산추력」이라 함)이 합산되어 작용하는 (동 도면 (b) 참조). 환언하면, 증속 피스톤(410)은, 피스톤(200)의 후퇴공정 중에 맞닿아, 피스톤(200)에 작용하는 압유에 의한 통상추력(제동력)과 협동하여 피스톤(200)을 전방으로 부세하는 가산추력을 피스톤(200)에 부여한다.
그 다음에도 피스톤(200)은 관성에 의해 후퇴를 계속하지만, 상술한 통상추력과 가산추력이 합산되어 피스톤(200)에 작용하기 때문에, 피스톤(200)은, 통상의 후방 스트로크 엔드보다도 전방의 위치에서 후퇴로부터 전진으로 바뀐다. 이 사이에 가압실(402)로부터 배출된 압유는 고압 어큐뮬레이터(140)에 축압된다(동 도면 (c) 참조).
피스톤(200)이 전진으로 바뀐 직후는, 고압 어큐뮬레이터(140)에 축압된 압유가 가압실(402)에 공급된다. 그 때문에, 피스톤(200)은 증속 피스톤(410)에 부세되어 신속하게 가속된다. 드디어, 상기 단부면(413)이 단면(403)에 맞닿아 증속 피스톤(410)의 전방 스트로크 엔드에 도달하면, 피스톤(200)은, 증속 피스톤(410)과 멀어져 통상추력만으로 전진하여 로드(310)를 타격한다(동 도면 (d) 참조). 이하, 상술한 싸이클이 반복된다.
도 3에, 본 실시형태의 액압식 타격장치에 있어서의 피스톤 스트로크-속도선도를 나타낸다. 동 도면에서는, 참고로서 본 실시형태의 증속 피스톤(410)을 가지지 않는 경우도 파선으로 표시하고 있다.
도 3에 있어서, 피스톤(200)이 후퇴하여 증속 피스톤(410)에 맞닿을때까지(도 2(a)에서 (b))는, L2 구간의 V<0 영역에 상당하고, 피스톤(200)이 증속 피스톤(410)과 맞닿아 후방 스트로크 엔드까지 후퇴할때까지(도 2(c))는, LB3 구간의 V<0 영역에 상당하고, 피스톤(200)이 전진으로 바뀌고 나서 증속 피스톤(410)과 멀어질 때까지는, LB3 구간의 V>0 영역에 상당하며, 피스톤(200)이 통상의 추력으로 전진하여 로드(310)를 타격할 때까지(도 2(d))는, L2 구간의 V>0 영역에 상당한다.
여기서, 증속 피스톤(410)을 구비하지 않은 종래의 피스톤 스트로크-속도선도는, 도 10에 있어서의 롱 스트로크의 선도와 같은 프로파일로, 표시에 대해서도 도 10과 마찬가지로 점선을 사용하고, 각 스트로크는 L1~L3이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 액압식 타격장치에 있어서는, 피스톤(200)이 증속 피스톤(410)과 맞닿아 있는 구간 이외는, 롱 스트로크 사양의 타격기구로서 작동하고 있고, 피스톤(200)이 로드(310)를 타격할 때의 속도 V1 및 후퇴시의 최대속도 V2에 변화가 없음을 알 수 있다.
즉, 본 실시형태의 증속 피스톤(410)의 유무에 따른 차이는, 피스톤(200)이 증속 피스톤(410)과 맞닿아 있는 구간의 스트로크뿐으로, 이 맞닿아 있는 구간의 스트로크가 L3에서 LB3로 단축되어 있다. 그 때문에 전체의 스트로크가 L1에서 LB1으로 쇼트 스트로크화하고 있다.
이와 같이, 본 실시형태의 증속 피스톤(410)은, 피스톤 후퇴행정의 일부분, 즉, 감속후퇴~후방스트로크 엔드~가속전진의 LB3 구간공정만, 피스톤 후실(111)의 수압면적을 일시적으로 확대하는 기구라고 할 수 있다.
피스톤(200)의 감속후퇴시에 수압면적이 확대됨으로써 제동력이 증대하여 단시간에서 피스톤(200)은 후퇴동작을 정지한다. 이때, 후실(111)과 가압실(402)로부터 배출되는 압유가 고압 어큐뮬레이터(140)에 축압되는 시간도 단축된다.
그리고 피스톤(200)은 전진동작으로 바뀌는데, 계속하여 수압면적이 확대된 상태가 유지되기 때문에, 고압 어큐뮬레이터(140)에 축압된 압유가 방출되고, 후실(111)과 가압실(402)에 압유가 공급되는 시간도 단축되어 피스톤(200)의 전진가속도는 증대된다.
이와 같이, 본 실시형태의 액압식 타격장치에 의하면, 증속 피스톤(410)을 구비하지 않은 액압식 타격장치에 비해, 고압 어큐뮬레이터(140)에 의한 운동에너지의 회수·방출시간을 단축함으로써 스트로크를 단축하고 있음을 알 수 있다.
피스톤의 질량을 mp, 증속 피스톤(140)의 질량을 mb로 한다. 종래의 액압식 타격정치에서 피스톤(200)이 도 3의 L3 구간의 속도 V2에서 제로에 이르는 후퇴감속행정에 있어서, 이 사이에 고압 어큐뮬레이터(140)가 피스톤(200)에 작용하는 힘을 Fp, 작용하는 시간을 Tp로 하면, 피스톤(200)에 작용하는 역적(力積)과 운동량의 변화는,
-mpVp=Fp·Tp
한편, 증속 피스톤을 추가한 본 발명의 액압식 타격장치에서 피스톤(200)이 도 3의 LB3 구간의 속도 V2에서 제로에 이르는 후퇴감속행정에 있어서, 이 사이에 고압 어큐뮬레이터(140)가 피스톤(200) 및 증속 피스톤(410)에 작용하는 힘을 Fb, 작용하는 시간을 Tb로 하면, 피스톤(200)과 피스톤(410)에 작용하는 역적과 운동량의 변화는,
-(mp+mb)Vp=Fb·Tb
여기서, mb=a·mp로 두면,
-(mp+mb)Vp=-(1+a)mp·Vp=(1+a)Fp·Tp=Fb·Tb
∴Tb=(1+a)(Fp/Fb)Tp
여기서, 피스톤(200)의 전실(110)과 후실(111)의 수압면적차를 Ap, 증속 피스톤(410) 대경부(412)의 수압면적을 Ab, 유압을 ΔP로 하면,
Fp=Ap·ΔP
Fb=(Ap+Ab)ΔP
∴Tb=(1+a)Ap/(Ap+Ab)Tp
덧붙여서, 종래의 액압식 타격장치의 L3 구간의 전진가속행정의 소요시간, 및 본 발명의 액압타격장치의 LB3 구간의 전진가속행정의 소요시간은 마찬가지로 각각 Tp, Tb가 된다.
즉, 본 발명의 액압식 타격장치는, 피스톤(200)이 증속 피스톤(410)과 맞닿아 제동을 받아 정지하고, 전진으로 바뀌어 가속하는 LB3 구간의 국면에 있어서의 싸이클 타임 2Tb는, 증속 피스톤(410)을 구비하지 않은 종래의 액압식 타격장치의 L3 구간의 싸이클 타임 2Tb에 대해 2(1+a)Ap/(Ap+Ab)Tp가 되기 때문에, 쇼트 스트로크화가 가능하다. 그리고 피스톤(200)에 대한 증속 피스톤(410)의 질량비 a가 작을수록, 또 증속 피스톤(410)의 수압면적 Ab가 커질수록 쇼트 스트로크화가 가능하게 된다.
그리고 이 쇼트 스트로크화는, 고압 어뮤큘레이터(140)에 의한 운동에너지의 회수·방출에 의해 행해지므로 추가의 동력은 필요로 하지 않는다. 또한, 실제의 장치를 설계할 때에는, 피스톤(200)에 대한 증속 피스톤(410)의 질량비 a는 무시할 수 있을 정도로 작으며, 즉 증속 피스톤(410)의 질량 mb를 가능한 한 작게 설정하는 것이 바람직하다.
더욱이, 본 실시형태의 액압식 타격장치에서는, 쇼트 스트로크화하여도 피스톤(200)이 로드(310)를 타격할 때의 속도 V1은 변화하지 않는다. 그 때문에, 1 타격당의 타격에너지를 줄이지 않고 타격수를 증가시키기 때문에, 타격기구의 고출력화가 가능하게 된다.
다음으로, 본 발명의 제2실시형태에 대하여 도 4를 참조하면서 설명한다. 그리고 동 도면에 있어서, 상술한 제1실시형태와 동일 또는 대응하는 구성에 대해서는 동일 또는 대응하는 부호(대시붙임)를 붙이는 동시에 그 설명을 적절하게 생략한다(이하, 다른 실시형태에 있어서 동일).
동 도면에 나타내는 바와 같이, 이 제2실시형태에 있어서는, 가압실(402')은, 상술한 제1실시형태에 대해, 백 헤드(400)와 증속 피스톤(410)의 대경부(412)에 의해 폐공간이 형성되어 있는 점이 다르다.
제2실시형태에서는, 가압실(402')에는 고압가스가 충전되어 있고, 증속 피스톤(410)은 이 가스압에 의해 전방으로 추력이 부여되어 있다. 증속 피스톤(410)의 후퇴 스트로크는, 원환모양의 단면(408)에 의해 규제되어 있다. 그 이외의 구성은, 상기 제1실시형태와 같다.
이 제2실시형태에 의하면, 부세수단에 유압회로를 필요로 하지 않기 때문에, 액압식 타격장치의 구성을 간소화할 수가 있다.
다음으로, 본 발명의 제3실시형태에 대하여 도 5를 참조하면서 설명한다.
동 도면에 나타내는 바와 같이, 이 제3실시형태는, 백 헤드(400)에 있어서, 후퇴실(401)과 가압실(402)의 경계(즉, 단면(403)보다도 전방으로, 그 내경이 증속 피스톤 소경부(411)의 외경과 미끄럼 접촉하는 격벽(405)을 형성하고, 격벽(405)의 가압실(402) 측에 절환실(405a)을 마련하고 있다. 절환실(405a)에는 절환통로(406)가 접속되어 있고, 절환통로(406)와 가압통로(404)는, 절환밸브기구(420)를 개재시켜 고압회로(101)와 저압회로(102)중의 어느 하나에 연통하도록 되어 있다. 그 이외의 구성은, 상기 제1실시형태와 같다.
이 제3실시형태에 의하면, 절환밸브기구(420)가 도 5에 나타내는 위치에 있는 상태에서는, 증속 피스톤(410)을 전술한 대로 작동시켜서 타격기구를 쇼트 스트로크화하는 것이 가능하다. 이에 대해, 절환밸브기구(420)를 도 5에 나타내는 위치에서 도 5의 하방에 도시하는 상태로 바꾸면, 절환실(405a)에 압유가 공급되기 때문에, 증속 피스톤(410)은 후방 스트로크 엔드까지 퇴피하고, 피스톤(200)과 맞닿지 않도록 하여 통상의 스트로크로 타격기구를 작동시키는 것이 가능하다. 즉, 이 변형예의 추가구성부분은, 증속 피스톤(410)의 작동선택수단(온오프 스위치)으로서 기능한다.
다음으로, 본 발명의 제4실시형태에 대해 도 6을 참조하면서 설명한다.
동 도면에 나타내는 바와 같이, 제4실시형태에 있어서는, 가압실(402)은, 가압통로(407)를 개재시켜 피스톤 후실통로(121)에 접속되어 있다. 그 이외의 구성은 제1실시형태와 같다.
이 제4실시형태에 의하면, 증속 피스톤(410)으로의 압유공급통로인 가압통로(407)는, 피스톤 후실(111)에 압유를 공급하는 피스톤 후실통로(121)로부터 분기하여 마련되어 있기 때문에, 가압실(402) 및 후실(111)로의 압유의 급배가 동기하여 행해진다. 그 때문에, 전술한 증속 피스톤(410)이 작동하는 타이밍을 피스톤(200)의 후퇴감속행정 개시타이밍에 정확하게 일치시킬 수가 있다. 따라서, 피스톤(200)이 감속을 개시하기 전에 피스톤(200)과 증속 피스톤(410)이 충돌하여 에너지가 헛되게 소비되는 일은 없다.
다음으로, 본 발명의 제5실시형태에 대해 도 7을 참조하면서 설명한다.
동 도면에 나타내는 바와 같이, 제5실시형태에 있어서는, 가압실(402)과 고압회로(101)를 접속하는 가압회로(404')에, 가압실(402)에 근접하여 부세 어큐뮬레이터(142)가 마련되어 있다. 그 이외의 구성은 제1실시형태와 같다.
여기서, 예를 들어 도 1에 나타낸 제1실시형태의 액압식 타격장치에 있어서, 피스톤(200)이, 그 후퇴공정 중에 증속 피스톤(410)에 맞닿아, 피스톤(200)에 작용하는 압유에 의한 제동력과 증속 피스톤(410)에 작용하는 전방으로의 추력이 협동하여 피스톤(200)을 전방으로 부세함으로써, 피스톤 스트로크를 단축한다고 하는 것이다. 그 때문에, 피스톤(200)이 증속 피스톤(410)에 맞닿을 때는 충격을 수반한다.
그러한 이유로, 제1실시형태의 액압식 타격장치에 있어서, 피스톤(200)이 후퇴하여 증속 피스톤(410)에 충돌하면 그 충격은 가압실(402)의 압유를 개재시켜 가압통로(404)에 전반(傳搬)하여 절환밸브기구(130)에 도달하는 바, 절환밸브기구(130)에 압유의 충격이 작용하면 절환밸브기구(130)의 작동이 불안정하게 되는 경우가 있다.
그것에 대해, 도 7에 나타내는 바와 같이, 이 제5실시형태에 있어서는, 부세 어큐뮬레이터(142)가 고압 어큐뮬레이터(140)보다도 가압실(402)에 근접하여 마련되어 있기 때문에, 피스톤(200)과 증속 피스톤(410)이 충돌하여 가압실(402)의 압유에 충격이 전반된 경우, 부세 어큐뮬레이터(142)는 고압 어큐뮬레이터(140)보다도 효과적으로 충격을 완충한다. 그 때문에, 절환밸브기구(130)의 작동에 악영향을 끼치는 일은 없다. 또한, 증속 피스톤(410)의 변위에 의해 가압실(402)의 용적이 급격하게 변동한 경우, 부세 어큐뮬레이터(142)는 고압 어큐뮬레이터(140)보다도 낮은 관로 저항으로 그만큼의 기름의 흡수·방출을 행할 수가 있다.
다음으로, 본 발명의 제6실시형태에 대해 도 8을 참조하면서 설명한다.
여기서, 모든 유압회로에 있어서, 통로면적은 클수록 압력손실이 적어져 유압효율이 향상되는 바, 도 1에 나타낸 제1실시형태의 액압식 타격장치에 있어서, 고압통로(121)와 후실(111)의 수압면적의 관계와, 가압통로(404)와 가압실(402)의 수압면적의 관계에 착목하면, 가령 고압통로(121)와 가압통로(404)의 통로면적을 같게 설정한 경우, 수압면적에 대한 통로면적은, 가압통로(404)측의 쪽이 작은 것을 알 수 있다.
수압면적에 대해 통로면적이 작다고 하는 것은 압력손실이 크다고 하는 것이다. 즉, 고압통로(121)에 대해 가압통로(404)는 상대적으로 압력손실이 크다고 할 수 있다. 이와 같이, 제1실시형태에 있어서, 증속 피스톤(410)측의 압력손실이 상대적으로 크기 때문에, 피스톤(200)과 증속 피스톤(410)이 일체가 되어 전진하는 국면에서는, 본 발명의 증속작용이 충분하게 발휘되지 않을 우려가 있지만, 그 대책으로서 통로면적을 크게 하는 것은 비용적으로도 레이아웃적으로도 한계가 있다.
그래서, 이 제6실시형태에 있어서는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 가압실(402)과 고압회로(101)를 접속하는 가압통로(404'')에, 가압실(402)에 근접하여 부세 어큐뮬레이터(142)를 마련하고 있고, 더욱이, 부세 어큐뮬레이터(142)의 상류측(즉, 압유의 공급원인 펌프(P) 측)에는, 가압실(402)측으로의 압유의 공급만을 허용하는 방향규제수단으로서 역지밸브(143)를 마련하고 있다. 그 이외의 구성은 제1실시형태와 같다.
제6실시형태에 의하면, 역지밸브(143)를 마련함으로써, 기름의 가압통로(404'')로의 역류를 억제할 수 있어, 부세 어큐뮬레이터의 이용효율이 비약적으로 높아진다. 그 때문에, 본 발명의 증속작용이 발휘되기 위한 압유의 공급원으로서, 부세 어큐뮬레이터(142)가 보다 적극적으로 그 역할을 하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 가압통로(404'')는, 압력손실을 고려할 필요가 없어져 통로면적을 작게 설정할 수가 있다. 또한, 역지밸브(143)에 의해 부세 어큐뮬레이터(142)의 이용효율이 향상됨으로써, 전술한 가압실(402) 내의 압유의 충격완충작용도 효과적으로 행할 수 있게 된다.
이상, 본 발명의 각 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명하였는데, 본 발명에 따른 액압식 타격장치는, 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 주지를 일탈하지 않으면 그 외의 여러 가지 변형이나 각 구성요소를 변경하는 것이 허용됨은 물론이다.
예를 들어, 피스톤은, 중실에 한정되지 않고 피스톤의 축심부에 관통구멍 또는 막힌구멍이 형성되어 있어도 좋다. 또한, 피스톤 전후의 대경부는, 같은 외경이 아닌 지름차를 마련하여도 좋다. 더욱이, 증속 피스톤의 소경부의 외경을, 피스톤 중경부의 외경과 가지런하지 않아도 좋다. 또한, 피스톤이 증속 피스톤과 맞닿는 타이밍은, 피스톤 후실이 고압으로 절환되는 타이밍에 대해 다소 전후하여도 좋다.
또한, 상기 실시형태에 따른 액압식 타격장치는, 피스톤 전실을 상시 고압으로 하는 동시에, 피스톤 후실을 고저압으로 절환하여 피스톤을 전진후퇴시키는, 이른바 「후실 고저압 절환식」의 액압식 타격장치를 예로 설명하였으나, 이것에 한정되지 않는다.
즉, 본 발명에 따른 액압식 타격장치는, 피스톤 전실과 피스톤 후실을 각각 번갈이 고압과 저압으로 절환하여 피스톤을 전진후퇴시키는, 이른바 「전후실 고저압 절환식」의 액압식 타격장치에도 적용 가능하며, 또한, 피스톤 후실을 상시 고압으로 하는 동시에, 피스톤 전실을 고압과 저압으로 절환하여 피스톤을 전진후퇴시키는, 이른바 「전실 고저압 절환식」의 액압식 타격장치에도 적용 가능하다.
그리고 도 6에 나타낸 제4실시형태의 액압식 타격장치에 대해서는, 피스톤 후실을 고압과 저압으로 절환하는 「후실 고저압 절환식」또는 상기「전후실 고저압 절환식」의 액압식 타격장치에 적용하였을 때에만, 그 작용효과인 후실과의 동기기능이 발휘된다.
100: 실린더
101: 고압회로
102: 저압회로
110: 피스톤 전실
111: 피스톤 후실
112: 피스톤 전진제어포트
112a: 쇼트 스트로크 포트
112b: 롱 스트로크 포트
112c: 가변 스로틀
113: 피스톤 후퇴제어포트
114: 배유포트
120: 피스톤 전실통로
121: 피스톤 후실통로
122: 밸브제어통로
123: 배유통로
130: 절환밸브기구
140: 고압 어큐뮬레이터
141: 저압 어큐뮬레이터
142: 부세 어큐뮬레이터
143: 역지밸브 (방향규제수단)
200: 피스톤
201: 대경부 (전)
202: 대경부 (후)
203: 중경부
204: 소경부
205: 밸브 절환홈
300: 프론트 헤드
301: 타격실
310: 로드
400: 백 헤드
401: 후퇴실
402: 가압실
402': 가압실
404', 404'': 가압통로
403: 단면
404: 가압통로
405: 격벽
405a: 절환실
406: 절환통로
407: 가압통로
410: 증속 피스톤(부세수단)
411: 소경부
412: 대경부
413: 단부면(段付面)
420: 절환밸브기구
P: 펌프
T: 탱크

Claims (8)

  1. 실린더와, 그 실린더의 내부에 접감(摺嵌)된 피스톤과, 그 피스톤의 외주면과 상기 실린더의 내주면과의 사이에 획성되어 축방향의 전후에 이격배치된 피스톤 전실 및 피스톤 후실과, 상기 피스톤 전실 및 상기 피스톤 후실의 적어도 한쪽을 고압회로 및 저압회로의 적어도 한쪽으로 절환하여 상기 피스톤을 구동하는 절환밸브기구와, 상기 피스톤의 후방에 마련되고, 상기 피스톤의 후퇴공정 중에 상기 피스톤에 맞닿아, 상기 피스톤에 작용하는 압유에 의한 제동력과 협동하여 상기 피스톤을 전방으로 부세하는 부세수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 액압식 타격장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부세수단은, 상기 피스톤의 후퇴공정 중에, 상기 피스톤에 압유에 의한 제동력이 작용하는 타이밍에서 상기 피스톤에 맞닿는 액압식 타격장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 부세수단은, 상기 고압회로로부터 공급되는 압유에 의해 추력이 발생하는 증속 피스톤인 액압식 타격장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 부세수단은, 폐공간 내에 충전된 가스압에 의해 추력이 발생하는 증속 피스톤인 것을 특징으로 하는 액압식 타격장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부세수단을 작동시키지 않을 때에, 상기 부세수단을 상기 피스톤과 맞닿지 않는 위치까지 퇴피(退避)시키는 작동선택수단을 구비하는 액압식 타격장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 절환밸브기구는, 적어도 상기 피스톤 후실을 상기 고압회로와 상기 저압회로로 번갈아 절환하여 상기 피스톤을 구동하도록 구성되고,
    상기 증속 피스톤으로의 압유공급통로는, 상기 피스톤 후실에 압유를 공급하는 통로로부터 분기하여 마련되어 있는 액압식 타격장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 고압회로로부터 상기 부세수단으로의 압유공급통로에, 상기 부세수단에 근접하는 위치에 부세 어큐뮬레이터를 마련한 것을 특징으로 하는 액압식 타격장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 압유공급통로에, 상기 부세 어큐뮬레이터보다도 압유공급원측이며, 또한, 상기 부세 어큐뮬레이터에 근접하는 위치에, 상기 부세수단으로의 압유의 공급만을 허용하는 방향규제수단을 마련한 것을 특징으로 하는 액압식 타격장치.
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