WO2015115105A1

WO2015115105A1 - 液圧式打撃装置

Info

Publication number: WO2015115105A1
Application number: PCT/JP2015/000408
Authority: WO
Inventors: 年雄松田; 勉金子
Original assignee: 古河ロックドリル株式会社
Priority date: 2014-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2015-08-06
Also published as: US20170001293A1; EP3100829A4; CN105916634A; JP6438896B2; US10150209B2; JPWO2015115105A1; KR102227817B1; CN105916634B; KR20160114046A; EP3100829A1; EP3928927A1; EP3100829B1

Abstract

　打撃効率を向上させつつも低コストな液圧式打撃装置を提供する。ピストン（２００）は大径部にバルブ切換溝（２０５）を有し、シリンダ（１００）はバルブ切換溝（２０５）に対応する位置に、３つの制御ポート（１１２、１１３、１１４）を有し、切換弁機構（２１０）は、バルブ（３００）を一方向に常時付勢するバルブ付勢手段と、圧油供給時にバルブ付勢手段の付勢力に抗してバルブ（３００）を反対方向へと移動させるバルブ制御手段を有する。バルブ制御ポート（１１４）は、バルブ制御手段に圧油を供給可能に連通するとともにピストン前室（１１０）・後室（１１１）とは相互に隔絶され、ピストン後退制御ポート（１１３）およびピストン前進制御ポート（１１２）は、バルブ切換溝（２０５）の前後移動に応じていずれか一方のポートに限ってバルブ制御ポート（１１４）と連通する。

Description

液圧式打撃装置

　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、ピストンの前室と後室を交互に高圧回路と低圧回路に切換えるように作動圧油を制御する液圧式打撃装置に関する。

　液圧式打撃装置において、高出力化、すなわち、強力な打撃力を得る一つの方策として打撃数を増大させることが行われている。高打撃数を実現するためには、ピストンの前室と後室とを交互に高圧回路と低圧回路とに切換えるように作動圧油を制御する打撃方式（以下、「ピストン前後室高低圧切換式」ともいう）が有効である。すなわち、ピストン前後室高低圧切換式の液圧式打撃装置であれば、前室側の作動油が打撃方向へのピストンの移動に抗することがない。したがって、高打撃数を実現する上で好適である。

　ここで、この種の液圧式打撃装置としては、例えば特許文献１記載の技術が開示されている。同文献記載のピストン前後室高低圧切換式の打撃装置は、図９に模式図を示すように、軸方向中央の大径部５２１、５２２と、その大径部の前後に形成された小径部５２３、５２４とを有するピストン５２０を備えている。そして、このピストン５２０が、シリンダ５００内に摺嵌して設けられることで、シリンダ５００内にピストン前室５０１とピストン後室５０２とがそれぞれ画成されている。ピストン大径部５２１、５２２の中央には排油溝５２５が形成されている。なお、本明細書においては、打撃方向（図中左方向）を「前方」と定義して説明をする。

　ピストン前室５０１には、後述するバルブ５２６の前後進切換によってピストン前室５０１を高圧回路５３８と低圧回路５３９へとそれぞれ連通させるピストン前室通路５０６が接続されている。一方、ピストン後室５０２には、バルブ５２６の前後進切換えによりピストン後室５０２を高圧回路５３８と低圧回路５３９とにそれぞれ連通させるピストン後室通路５０７が接続されている。高圧回路５３８には高圧アキュムレータ５４０が設けられ、低圧回路５３９には低圧アキュムレータ５４３が設けられている。

　ピストン前室５０１の後方には、ピストン前進制御ポート５０３が所定間隔隔離して設けられ、ピストン後室５０２の前方には、ピストン後退制御ポート５０４が所定間隔隔離して設けられている。なお、ピストン前進制御ポート５０３は、通常ストローク用とショートストローク用として開口部が二箇所に設けられており、ピストン前室５０１側のピストン前進制御ポート５０３ａが、可変絞りを備えたショートストローク用である。本明細書では、通常ストロークの設定、すなわち、可変絞りを全閉状態として、ピストン後室５０２側のピストン前進制御ポート５０３が作用する設定で説明をする。

　ピストン前進制御ポート５０３の後方には、ピストン後退制御連動ポート５０８が所定間隔離隔して設けられている。また、ピストン後退制御ポート５０４の前方には、ピストン前進制御連動ポート５０９が所定間隔離隔して設けられている。ピストン後退制御連動ポート５０８とピストン前進制御連動ポート５０９の間には、それぞれに所定距離離隔して排油ポート５０５が設けられている。さらに、ピストン前進制御ポート５０３とピストン後退制御連動ポート５０８は、後述するバルブ後室５１１とバルブ制御通路５１８によって連通しており、ピストン後退制御ポート５０４とピストン前進制御連動ポート５０９は、後述するバルブ前室５１０とバルブ制御通路５１７によって連通している。

　また、シリンダ５００には、ピストン５２０と非同軸に弁室５４１が形成され、この弁室５４１にバルブ５２６が摺嵌されている。弁室５４１には、前方から後方へ向けて順に、バルブ前室５１０、バルブ後退保持室５１５、主室５４２、バルブ前進保持室５１６、およびバルブ後室５１１が円環状の段によって形成されている。主室５４２には、前方から後方へ向けて所定間隔離隔して、ピストン前室低圧ポート５１２、ピストン高圧ポート５１４、およびピストン後室低圧ポート５１３が設けられている。ピストン前室低圧ポート５１２とピストン高圧ポート５１４の間には、ピストン前室通路５０６が接続されており、ピストン高圧ポート５１４とピストン後室低圧ポート５１３の間には、ピストン後室通路５０７が接続されている。

　バルブ５２６は、大径部５２７、５２８、５２９と、その前後に設けられた中径部５３０、５３１と、中径部５３０の前側に設けられた小径部５３２と、中径部５３１の後側に設けられた小径部５３３とを有する中実の弁体（スプール）である。大径部５２７と大径部５２８の間には、ピストン前室切換溝５３４が円環状に設けられ、大径部５２８と大径部５２９の間には、ピストン後室切換溝５３５が円環状に設けられている。小径部５３２とピストン前室切換溝５３４とは、相互に連通路５３６で連通され、小径部５３３とピストン後室切換溝５３５とは、相互に連通路５３７で連通されている。

　バルブ５２６は、弁室５４１に対して、バルブ前室５１０に小径部５３２が位置し、バルブ後退保持室５１５に中径部５３０が位置し、主室５４２に大径部５２７、５２８、５２９が位置し、バルブ前進保持室５１６に中径部５３１が位置し、バルブ後室５１１に小径部５３３が位置するように摺嵌されている。バルブ５２６が前進後退動作を行うことで、大径部５２７はピストン前室低圧ポート５１２を開閉し、大径部５２８はピストン前室通路５０６とピストン高圧ポート５１４を連通／閉止すると同時にピストン後室通路５０７とピストン高圧ポート５１４を閉止／連通し、大径部５２９はピストン後室低圧ポート５１３を開閉するようになっている。

　ピストン前室通路５０６がピストン高圧ポート５１４と連通するとバルブ後退保持室５１５は高圧となる。逆に、ピストン後室通路５０７がピストン高圧ポート５１４と連通するとバルブ前進保持室５１６は高圧となる。ここで、バルブ前室５１０の受圧面積はバルブ前進保持室５１６の受圧面積よりも大きく設定されている。同様に、バルブ後室５１１の受圧面積はバルブ後退保持室５１５の受圧面積よりも大きく設定されている。

　次に、上述の液圧式打撃装置の作動を、図１０を参照しつつ説明する。なお、図１０では、高圧状態のときの通路を「網掛け」にて図示している。
　今、バルブ５２６が前進位置に切換えられると、ピストン高圧ポート５１４とピストン後室通路５０７が連通してピストン後室５０２が高圧となる。一方、ピストン前室低圧ポート５１２とピストン前室通路５０６が連通してピストン前室５０１が低圧となっているので、ピストン５２４は前進する。このとき、バルブ前室５１０とバルブ後室５１１は共に低圧となるものの、バルブ前進保持室５１６は高圧となっており、バルブ５２６は前進位置に保持される（図１０（ａ）参照）。

　次いで、ピストン５２４が前進してピストン後退制御ポート５０４とピストン後室５０２が連通するとバルブ前室５１０が高圧となる。ここで、バルブ前室５１０の受圧面積はバルブ前進保持室５１６の受圧面積よりも大きいのでバルブ５２６は後退を開始する。このとき、バルブ後室５１１はバルブ制御通路５１８、ピストン後退制御連動ポート５０８、および排油ポート５０５を介して低圧回路５３９と連通しているので、バルブ５２６は問題なく後退することができる（図１０（ｂ）参照）。

　図１０（ｂ）に示す、バルブ５２６の後退局面において、仮に、ピストン後退制御連動ポート５０８が存在しない油圧回路を想定してみると、ピストン大径部５２１によってピストン前進制御ポート５０３は閉塞されているので、バルブ後室５１１およびバルブ制御通路５１８は閉回路となり、バルブ５２６は後退することができなくなる。すなわち、バルブ前室５１０がピストン後退制御ポート５０４、ピストン後室５０２を介して高圧回路５３８に連通する場合は、バルブ５２６の後退動作を保障するために、バルブ後室５１１を排油ポート５０５を介して低圧回路５３９に連通するピストン後退制御連動ポート５０８が必須であることがわかる。

　ピストン５２０が打撃点まで達した直後にバルブ５２６がその後退位置への切換が完了する。バルブ後退位置では、ピストン前室５０１がピストン高圧ポート５１４と連通してピストン前室５０１が高圧となると共に、ピストン後室５０２がピストン後室低圧ポート５１３に連通してピストン後室５０２が低圧になるので、ピストン５２０は後退に転じる。バルブ前室５１０とバルブ後室５１１は共に低圧となるものの、バルブ後退保持室５１５は高圧となり、バルブ５２６は後退位置に保持される（図１０（ｃ）参照）。

　ピストン５２０が後退してピストン前進制御ポート５０３とピストン前室５０１が連通するとバルブ後室５１１が高圧となり、バルブ後室５１１の受圧面積がバルブ後退保持室５１５の受圧面積よりも大きいのでバルブ５２６は前進を開始する。このとき、バルブ前室５１０は、バルブ制御通路５１７、ピストン前進制御連動ポート５０９、および排油ポート５０５を介して低圧回路５３９と連通しているので、バルブ５２６は問題なく前進することができる（図１０（ｄ）参照）。そして、バルブ５２６が再び前進位置に切換えられ、上記のサイクルが繰り返されて打撃が行われる。

　図１０（ｄ）に示す、バルブ５２６の前進局面において、仮に、ピストン前進制御連動ポート５０９が存在しない油圧回路を想定してみると、ピストン大径部５２２によってピストン後退制御ポート５０４は閉塞されているので、バルブ前室５１０およびバルブ制御通路５１７は閉回路となり、バルブ５２６は前進することができなくなる。すなわち、バルブ後室５１１がピストン前進制御ポート５０３、ピストン前室５０１を介して高圧回路５３８に連通する場合は、バルブ５２６の前進動作を保障するために、バルブ前室５１０を排油ポート５０５を介して低圧回路５３９に連通するピストン前進制御連動ポート５０９が必須であることがわかる。

特開昭４６－１５９０号公報

　ところで、本発明者は、液圧式打撃装置の高出力化を目指してピストン前後室高低圧切換方式を検討するに至ったが、同時に、液圧式打撃装置の高効率化および低コスト化も重要な課題であると捉えている。
　第一の課題である液圧式打撃装置の高効率化を実現するためには、バルブの応答性を向上させて、バルブ駆動に要する作動油量を低く抑えることが必要である。そのためには、バルブ本体の小型化と中空化が有効である。また、第二の課題である液圧式打撃装置を低コストで作製するためには、複雑な機構を避け、ポートやポート間を接続する通路のレイアウトを簡素化することが有効である。

　ここで、上述した、特許文献１に記載のピストン前後室高低圧切換式の液圧式打撃装置の構造を整理すると、以下の通りである。
　１）バルブを駆動するのは、バルブの前／後室に供給されるピストンの後／前室からの圧油である。つまり、同文献記載の技術では、バルブについてもピストンと同様に前後室高低圧切換方式を採用している。
　２）バルブ切換後には、バルブの前室と後室が同時に低圧となる。そのため、同文献記載の技術では、バルブの位置を保持するために、バルブを前後に移動させる機構とは別個のバルブ保持機構を備えなければならない。このバルブ保持機構は、バルブ中径部とバルブ前進（後退）保持室とで形成する空間に圧油を給排する構成である。
　３）バルブを駆動するために、加圧する側（例えばバルブ前室）と対抗する側（バルブ後室）の経路を開放するポート（ピストン後退制御連動ポート）を備えなければならない。
　４）上記３）の、経路を開放するポートと低圧回路を連通する排油ポートを備えている。

　しかしながら、同文献記載の技術では、上記２）の、バルブ保持機構は、バルブ中径部とバルブ前進（後退）保持室とで形成する空間に圧油を給排する構成なので、この圧油の給排通路をシリンダ側で形成することは、バルブのサイズが小さいために非常に困難である。そのため、同文献記載の技術では、上記圧油の給排通路をバルブ本体内部に設けた連通路として実現しているものの、これによって、バルブを中空構造（軸方向に貫通する中空部を有する構造）とすることが不可能となる。したがって、バルブの応答性を向上させて、バルブ駆動に要する作動油量を低く抑えることができないという問題があり、打撃効率が低かった。

　また、上記バルブ保持機構の各構成は、高度な加工精度が必要であると共に、バルブ本体が摺接する弁室の多段の内径面（小径－中径－大径－中径－小径と連続する弁室内面）は、加工そのものの難易度が高く、この部分を一体構造とすることは困難である。そのため、複数の部材を組み合わせるような複雑な構造とならざるを得ず加工コストが嵩むという問題がある。
　また、同文献記載の技術では、ピストン５２０の前室５０１と後室５０２の間に、前方から順に、ピストン前進制御ポート５０３、ピストン後退制御連動ポート５０８、排油ポート５０５、ピストン前進制御連動ポート５０９、およびピストン後退制御ポート５０４と５箇所ものポートが開口していることから、ピストンの前後室間に開口するポートの加工コストが嵩むという問題がある。

　また、前側の２つのポートは、バルブ制御通路（前）５１７で合流しつつ一端がピストン前室５０１と連通し、他端がバルブ後室５１１と連通するように構成され、後側の２つのポートは、バルブ制御通路（後）５１８で合流しつつ一端がピストン後室５０２と連通し、他端がバルブ前室５１０と連通するよう構成されているので、バルブ制御通路（前）とバルブ制御通路（後）は、ピストン前・後室とバルブ後・前室をそれぞれ連通することになる。そのため、互いに交錯するように通路を配設しなければならない。したがって、通路レイアウト（ポートレイアウト）の自由度が低く、また、通路レイアウトが非常に複雑となり加工コストがさらに嵩むという問題がある。

　さらに、通路レイアウトの自由度が低い場合、例えば、ピストン後室に接続するピストン後室通路は、ピストン前進の際に多くの油量を必要とするので、通路面積を大きく設定することが好ましいところ、通路レイアウト上の制約を受けて通路面積を拡大できない場合もある。また、一般的に、開口するポート数が多いということは、単純に圧油のリークが発生するリスクも高くなる。そのため、打撃効率の低下に繋がりかねないという側面もある。
　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、打撃効率を向上させつつも低コストなピストン前後室高低圧切換方式の液圧式打撃装置を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために、本発明の第一の態様に係る液圧式打撃装置は、シリンダと、該シリンダの内部に摺嵌されたピストンと、前記ピストンの外周面と前記シリンダの内周面との間に画成されて軸方向の前後に離隔配置されたピストン前室およびピストン後室と、前記ピストン前室および前記ピストン後室を交互に高圧回路と低圧回路とに切換える切換弁機構とを備え、前記ピストンを前記シリンダ内で前後進させて打撃用のロッドを打撃する液圧式打撃装置であって、前記ピストンは、大径部と、該大径部の前後にそれぞれ設けられた小径部と、前記大径部の軸方向の略中央に形成されたバルブ切換溝とを有し、前記切換弁機構は、前記シリンダ内に前記ピストンとは非同軸に形成された弁室と、該弁室内に摺嵌されて自身の前後進によって前記ピストン前室および前記ピストン後室を交互に高圧回路と低圧回路とに切換えて連通させるピストン高低圧切換部が形成されたバルブと、前記バルブを前後進方向の一方向に向けて常時付勢するバルブ付勢手段と、圧油が供給されたときに前記バルブ付勢手段の付勢力に抗して前記バルブを反対方向へと移動させるバルブ制御手段とを有し、前記シリンダは、前記ピストン前室と前記ピストン後室との間に、前方から順に、ピストン後退制御ポート、バルブ制御ポートおよびピストン前進制御ポートの３つの制御ポートを有し、前記バルブ制御ポートは、前記バルブ制御手段に圧油を給排可能に連通するとともに前記ピストン前室および前記ピストン後室のそれぞれとは常時隔絶されており、前記ピストン後退制御ポートおよび前記ピストン前進制御ポートは、前記ピストンの前後進による前記バルブ切換溝の前後移動に応じていずれか一方のポートに限って前記バルブ制御ポートと連通することにより前記バルブ制御手段に圧油を給排して前記バルブを前後進させ、前記切換弁機構は、当該バルブの前後進による前記ピストン高低圧切換部の前後移動に応じて前記ピストン前室および前記ピストン後室を交互に高圧回路と低圧回路とに切換えて前記ピストンの前進および後退が繰返されるように作動油を給排させることを特徴とする。

　本発明の第一の態様に係る液圧式打撃装置によれば、切換弁機構は、ピストン後退制御ポートおよびピストン前進制御ポートが、ピストンの前後進によるバルブ切換溝の前後移動に応じていずれか一方のポートに限ってバルブ制御ポートと連通されると、これによりピストン前室およびピストン後室を交互に高圧回路と低圧回路とに切換えてピストンの前進および後退が繰返されるように作動油を給排させるので、ピストン前後室高低圧切換方式の打撃により、打撃効率を向上させることができる。

　そして、本発明の第一の態様に係る液圧式打撃装置の切換弁機構によれば、バルブを前後進方向の一方向に向けて常時付勢するバルブ付勢手段と、圧油が供給されたときにバルブ付勢手段の付勢力に抗してバルブを反対方向へと移動させるバルブ制御手段とを有するので、バルブが常時一方向へと付勢されるとともに、バルブ制御手段に圧油が供給されるとその付勢力に抗してバルブを反対方向へと移動させることができる。そのため、上述の特許文献１の液圧式打撃装置のように、バルブを前後に移動させる機構とは別個のバルブ保持機構が不要である。したがって、バルブの摺接部の加工が容易なため、加工コストを低減することができる。

　また、ピストン前室と後室との間に開口した制御ポートは、ピストン後退制御ポート、バルブ制御ポートおよびピストン前進制御ポートの３箇所だけなので、ピストンの前後室間に開口するポートの加工コストも低減することができる。
　さらには、ピストンの前・後室とバルブを駆動するバルブ制御ポートの回路は、相互に作動油を引きこまないように隔絶（遮断）されているので、通路レイアウトの自由度が高く、加工コストをより低減することができる。また、通路レイアウトの自由度が高いので、ピストン側とバルブ側の各ポート間を接続する通路の最適化が可能となる。
　ここで、本発明の第一の態様に係る液圧式打撃装置において、前記バルブが、軸方向に貫通するバルブ中空通路を有する中空構造であることは好ましい。このような構成であれば、バルブの重量が低減されるので、バルブの応答性を向上させて、バルブ駆動に要する作動油量を低く抑えるとともに、打撃効率を向上させることができる。

　また、本発明の第一の態様に係る液圧式打撃装置において、前記バルブ中空通路が、作動油の通路として高圧回路に常時接続されていることは好ましい。このような構成であれば、バルブの前後のストローク端でのキャビテーションの発生を抑制する上で好適である。また、バルブ中空通路を作動油の通路として高圧回路に常時接続した構成において、バルブの前端面と後端面の受圧面積差によってバルブ付勢手段を構成すれば、バルブ付勢手段の構成を簡素化し、コストを低減する上でより好適である。

　また、本発明の第一の態様に係る液圧式打撃装置において、前記ピストン後退制御ポートが常時高圧接続されていることは好ましい。このような構成であれば、ピストン前室の直後の位置に設けられるピストン後退制御ポートが常時高圧回路に接続されているので、前方に位置するピストンの大径部に、常に高圧油がリークして供給される。そのため、ピストンの大径部の油膜切れによるピストンの「カジリ」の発生を低減する上で好適である。また、ピストン前室側の制御ポートが常時高圧回路に接続されているので、ピストンが後退から前進に転じる際の前室近辺が負圧状態となることを抑制することができる。そのため、キャビテーションが発生して油膜切れ状態が助長されることを防止する上で好適である。

　また、本発明の第一の態様に係る液圧式打撃装置において、前記ピストン前進制御ポートは、前後に離隔して設けたショートストロークポートとロングストロークポートとで構成され、前記ショートストロークポートと前記バルブ低圧通路の間には全閉から全開まで調整可能な可変絞りが設けられていることは好ましい。このような構成であれば、バルブから排出される圧油の流量を制御する、所謂「メータアウト回路」を構成していることになる。一般に、メータアウト回路は、メータイン回路と比べると制御性が良好なため、限られた調整量に対してリニアな制御性が求められる打撃装置のストローク調整機構として好適である。

　また、本発明の第一の態様に係る液圧式打撃装置において、前記バルブ付勢手段と前記バルブ制御手段に圧油を供給する経路と前記ピストン後室に圧油を供給する経路との間にアキュムレータを設けることは好ましい。このような構成であれば、バルブ付勢手段並びにバルブ制御手段に圧油を供給する経路とピストン後室に圧油を供給する経路との間にアキュムレータを設けたので、ピストン後室で発生する圧油の衝撃がアキュムレータで緩衝される。そのため、バルブ付勢手段並びにバルブ制御手段には圧油の衝撃が伝わらない。したがって、バルブの挙動が乱されることはなく、打撃性能を安定させる上で好適である。

　さらに、上記課題を解決するために、本発明の第二の態様に係る液圧式打撃装置は、シリンダと、該シリンダの内部に摺嵌されたピストンと、前記ピストンの外周面と前記シリンダの内周面との間に画成されて軸方向の前後に離隔配置されたピストン前室およびピストン後室と、前記ピストン前室および前記ピストン後室を交互に高圧回路と低圧回路とに切換える切換弁機構とを備え、前記ピストンを前記シリンダ内で前後進させて打撃用のロッドを打撃する液圧式打撃装置であって、前記ピストンは、大径部と、該大径部の前後にそれぞれ設けられた小径部と、前記大径部の軸方向の略中央に形成されたバルブ切換溝とを有し、前記切換弁機構は、前記シリンダ内に前記ピストンとは非同軸に形成された弁室と、該弁室内に摺嵌されて自身の前後進によって前記ピストン前室および前記ピストン後室を交互に高圧回路と低圧回路とに切換えて連通させるピストン高低圧切換部が形成されたバルブと、前記バルブを前後進方向の一方向に向けて常時付勢するバルブ付勢手段と、圧油が供給されたときに前記バルブ付勢手段の付勢力に抗して前記バルブを反対方向へと移動させるバルブ制御手段とを有し、前記シリンダは、前記ピストン前室と前記ピストン後室との間に、前方から順に、ピストン後退制御ポート、バルブ制御ポートおよびピストン前進制御ポートの３つの制御ポートを有し、前記バルブ制御ポートは、前記バルブ制御手段に圧油を給排可能に連通するとともに前記ピストン前室および前記ピストン後室のそれぞれとは常時隔絶されており、前記ピストン後退制御ポートおよび前記ピストン前進制御ポートは、前記ピストンの前進に伴い前記バルブ切換溝が前記ピストン後退制御ポートと前記バルブ制御ポートと連通し前記バルブ制御手段に圧油を供給して前記バルブを後退させ、前記ピストンの後退に伴い前記バルブ切換溝が前記ピストン前進制御ポートと前記バルブ制御ポートと連通し前記バルブ制御手段から圧油を排出して前記バルブを前進させ、前記切換弁機構は、当該バルブの前後進による前記ピストン高低圧切換部の前後移動に応じて前記ピストン前室および前記ピストン後室を交互に高圧回路と低圧回路とに切換えて前記ピストンの前進および後退が繰返されるように作動油を給排させることを特徴とする。

　本発明の第二の態様に係る液圧式打撃装置によれば、本発明の第一の態様に係る液圧式打撃装置と同様に、ピストン前室およびピストン後室を交互に高圧回路と低圧回路とに切換えてピストンの前進および後退を繰り返す、所謂「ピストン前後室高低圧切換式」の液圧式打撃装置であるので、打撃数を増大させて高出力化を図ることができる。また、バルブを前後に移動させる機構とは別個のバルブ保持機構が不要なので、バルブの摺接部の加工が容易である。そのため、加工コストを低減することができる。
　特に、本発明の第二の態様に係る液圧式打撃装置によれば、ピストン前室が切換弁機構のバルブ付勢手段およびバルブ制御手段のいずれとも隔絶されているので、ピストンが打撃用のロッドを打撃する際の衝撃によって発生する圧油の脈動がバルブの駆動に直接影響を及ぼすことはない。さらに、バルブの前進動作がバルブ制御室から圧油が排出されることによって行われるので、仮に高圧経路全体に減衰しきれない脈動が残存していてもその影響を減じることが可能となるので、バルブの挙動が安定する。

　本発明によれば、打撃効率を向上させつつも低コストなピストン前後室高低圧切換方式の液圧式打撃装置を提供することができる。

本発明に係るピストン前後室高低圧切換式の液圧式打撃装置の第一実施形態の模式図である。第一実施形態に係る液圧式打撃装置におけるバルブ本体の説明図である。第一実施形態に係る液圧式打撃装置の作動原理図である。第一実施形態の第一の変形例であり、高圧通路をバルブの内部に設けた液圧式打撃装置の模式図である。第一実施形態の第二の変形例であり、逆作動型のバルブを備えた液圧式打撃装置の模式図である。第一実施形態の第三の変形例であり、高圧回路と低圧回路を逆に接続した液圧式打撃装置の模式図である。本発明に係るピストン前後室高低圧切換式の液圧式打撃装置の第二実施形態の模式図である。第二実施形態の変形例であり、バルブ付勢手段がバネである液圧式打撃装置の模式図である。従来のピストン前後室高低圧切換式の液圧式打撃装置の模式図である。従来のピストン前後室高低圧切換式の液圧式打撃装置の作動原理図である。

　以下、本発明の実施形態ないし変形例について図面を適宜参照しつつ説明する。なお、全ての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付している。また、同一の機能を有しながらもレイアウトや形状の変更がなされた構成要素については、同一の符号にアポストロフィを付している。
　（第一実施形態）
　図１に示すように、第一実施形態の液圧式打撃装置は、シリンダ１００と、シリンダ１００の内部に軸方向に沿ってスライド移動可能に摺嵌されたピストン２００とを備えている。ピストン２００は、軸方向中央の大径部（前）２０１、大径部（後）２０２と、その大径部２０１、２０２の前後に形成された小径部２０３、２０４とを有する。ピストン大径部２０１、２０２の略中央には、円環状のバルブ切換溝２０５が一箇所にのみ形成されている。

　ピストン２００が、シリンダ１００内に摺嵌して設けられることで、ピストン２００の外周面とシリンダ１００の内周面との間に、軸方向の前後に離隔してピストン前室１１０とピストン後室１１１とがそれぞれ画成されている。そして、シリンダ１００の内部には、ピストン前室１１０およびピストン後室１１１を交互に高圧回路１０１と低圧回路１０２とに切換えてピストン２００の前進および後退が繰返されるように作動油を給排させる切換弁機構２１０が設けられている。

　切換弁機構２１０は、シリンダ１００の内部に、ピストン２００と非同軸に形成された弁室１３０と、この弁室１３０に摺嵌されたバルブ（スプール）３００とを有する。弁室１３０は、前方から後方へ向けて順に、弁室小径部１３２、弁室大径部１３１、および弁室中径部１３３が多段の円環状溝によって形成されている。弁室大径部１３１には、前方から後方へ向けてそれぞれ所定間隔離隔して、バルブ制御室１３７、ピストン前室低圧ポート１３５、ピストン高圧ポート１３４、およびピストン後室低圧ポート１３６が設けられている。

　ピストン前室１１０には、バルブ３００の前後進切換によってピストン前室１１０を高圧回路１０１と低圧回路１０２へとそれぞれ連通させるピストン前室通路１２０が接続されている。一方、ピストン後室１１１には、ピストン後室１１１をバルブ３００の前後進切換えによって高圧回路１０１と低圧回路１０２とにそれぞれ連通させるピストン後室通路１２１が接続されている。高圧回路１０１には高圧アキュムレータ４００が設けられ、低圧回路１０２には低圧アキュムレータ４０１が設けられている。

　ピストン前室１１０とピストン後室１１１の間には、前方から後方へ向けてそれぞれ所定間隔隔離して、ピストン後退制御ポート１１３、バルブ制御ポート１１４、およびピストン前進制御ポート１１２、１１２ａが設けられている。ピストン前進制御ポートは、通常ストローク用のロングストロークポート１１２とショートストロークポート１１２ａとが前後に離隔して二箇所に設けられている。ピストン前室１１０側のピストン前進制御ポートが、全閉から全開まで調整可能な可変絞り１１２ｂを備えたショートストローク用である。本明細書では、通常ストロークの設定、すなわち、可変絞り１１２ｂを全閉状態として、ピストン後室１１１側のロングストロークポートがピストン前進制御ポート１１２として作用する設定で説明をする。

　バルブ３００は、図２に示すように、軸方向に貫通するバルブ中空通路３１１を有する中空円筒形状の弁体である。バルブ３００は、バルブ大径部３０１、３０２、３０３と、バルブ大径部３０１の前側に設けられたバルブ小径部３０４と、バルブ大径部３０３の後側に設けられたバルブ中径部３０５とを外周面に有する。バルブ大径部３０１とバルブ大径部３０２の間には、円環状のピストン前室切換溝３０６が設けられ、バルブ大径部３０２とバルブ大径部３０３の間には、円環状のピストン後室切換溝３０７が設けられている。本実施形態では、これらピストン前室切換溝３０６およびピストン後室切換溝３０７が、上記課題を解決するための手段に記載の「ピストン高低圧切換部」に対応している。

　この切換弁機構２１０は、バルブ大径部３０１、３０２、３０３が弁室大径部１３１と摺嵌するように構成され、バルブ小径部３０４が弁室小径部１３２と摺嵌するように構成され、バルブ中径部３０５が弁室中径部１３３と摺嵌するように構成されている。
　バルブ３００の両端面は、前方がバルブ前端面３０８、後方がバルブ後端面３０９となっている。バルブ小径部３０４とバルブ大径部３０１との境界には、バルブ段付面（前）３１０が形成され、バルブ大径部３０３とバルブ中径部３０５の境界にはバルブ段付面（後）３１２が形成されている。

　ここで、バルブ大径部３０１、３０２、３０３の外径をφＤ１、バルブ小径部３０４の外径をφＤ２、バルブ中径部３０５の外径をφＤ３、およびバルブ中空通路３１１の内径をφＤ４とすると、φＤ１～φＤ４の関係は以下の（式１）の通りとなる。
　　φＤ４＜φＤ２＜φＤ３＜φＤ１・・・（式１）
　また、バルブ前端面３０８の受圧面積をＳ１、バルブ後端面３０９の受圧面積をＳ２、バルブ段付面（前）３１０の受圧面積Ｓ３、およびバルブ段付面（後）３１２の受圧面積をＳ４とすると、以下の（式２）の通りとなる。
　　Ｓ１＝π／４×（Ｄ２^２－Ｄ４^２）
　　Ｓ２＝π／４×（Ｄ３^２－Ｄ４^２）
　　Ｓ３＝π／４×（Ｄ１^２－Ｄ２^２）
　　Ｓ４＝π／４×（Ｄ１^２－Ｄ３^２）　・・・（式２）
そして、受圧面積Ｓ１～Ｓ４の関係は、以下の（式３）～（式５）の通りとなる。
　　Ｓ１＜Ｓ２　・・・・・・・・・・・・・・（式３）
　　［Ｓ１＋Ｓ３］＞Ｓ２　・・・・・・・・・（式４）
　　Ｓ３＞Ｓ４　・・・・・・・・・・・・・・（式５）

　高圧回路１０１はピストン高圧ポート１３４に接続されており、低圧回路１０２はピストン前室低圧ポート１３５およびピストン後室低圧ポート１３６にそれぞれ接続されている。
　ピストン前室通路１２０は、一方がピストン前室１１０に接続され、他方が弁室大径部１３１のピストン高圧ポート１３４とピストン前室低圧ポート１３５との中間部に接続されている。ピストン後室通路１２１は、一方がピストン後室１１１に接続され、他方が弁室大径部１３１のピストン高圧ポート１３４とピストン後室低圧ポート１３６との中間部に接続されている。

　バルブ高圧通路（前）１２３は、ピストン後退制御ポート１１３と弁室１３０の前側端面を接続し、バルブ高圧通路（後）１２４は弁室１３０の後側端面と高圧回路１０１の高圧アキュムレータ４００よりも上流側（図１中で右側）の位置とを接続している。したがって、バルブ中空通路３１１は常時高圧となっている。なお、バルブ高圧通路（前）１２３は、ピストン後退制御ポート１１３とバルブ高圧通路（後）１２４とを接続してもよい。
　バルブ低圧通路１２５は、ピストン前進制御ポート１１２とピストン後室低圧ポート１３６とを接続している。バルブ制御通路１２６はバルブ制御ポート１１４とバルブ制御室１３７とを接続している。なお、バルブ低圧通路１２５は、ピストン前進制御ポート１１２と低圧回路１０２とを接続してもよい。

　次に、本実施形態の液圧式打撃装置の動作、および作用効果を図３を参照しつつ説明する。なお、図３では、高圧状態のときの通路を「網掛け」にて図示している。
　今、図３（ａ）に示すように、切換弁機構２１０のバルブ３００が前進位置に切換えられると、ピストン高圧ポート１３４とピストン後室通路１２１が連通してピストン後室１１１が高圧となる。一方、ピストン前室低圧ポート１３５とピストン前室通路１２０が連通してピストン前室１１０が低圧となる。これにより、ピストン２００は前進する。
　このとき、弁室１３０は、バルブ高圧通路（後）１２４によって高圧回路１０１に常時接続されており、バルブ前端面３０８とバルブ後端面３０９の両方が高圧となっている。バルブ前端面３０８とバルブ後端面３０９の両方に高圧が作用しているので、上記（式３）により、バルブ３００は前進位置に保持される（図３（ａ）参照）。

　なお、本実施形態では、このバルブ前端面３０８とバルブ後端面３０９の受圧面積差によってバルブ３００に常時前進推力を作用させる構成が、上記課題を解決するための手段に記載の「バルブ付勢手段」に対応している。
　次いで、ピストン２００が前進して、バルブ制御ポート１１４とピストン前進制御ポート１１２の連通が途絶え、それに代わり、バルブ制御ポート１１４がピストン後退制御ポート１１３と連通する。これにより、バルブ高圧通路（前）１２３からの高圧油がバルブ制御通路１２６を経てバルブ制御室１３７に供給される。バルブ制御室１３７が高圧になると段付面３１０に高圧が作用し、上記（式４）によりバルブ３００は後退を開始する（図３（ｂ）参照）。

　なお、本実施形態では、バルブ制御室１３７に圧油が供給されて、上述した常時作用する前進推力（＝バルブ付勢手段の付勢力）に抗してバルブ３００を後進させる構成が、上記の「バルブ制御手段」に対応している。
　ピストン２００は、打撃効率が最大のときに打撃点に達し（図３（ｂ）から（ｃ）の間）、打撃点にてピストン２００の先端が打撃用のロッド（不図示）の後端を打撃する。これにより、打撃により発生する衝撃波がロッドを介して先端のビット等まで伝播して岩盤等を破砕するエネルギーとして使用される。

　ピストン２００が打撃点まで達した直後に、バルブ３００がその後退位置への切換が完了する。バルブ後退位置では、ピストン高圧ポート１３４とピストン前室通路１２０が連通してピストン前室１１０が高圧となる。一方、ピストン後室低圧ポート１３６とピストン後室通路１２１が連通してピストン後室１１１が低圧となる。これにより、ピストン２００は後退に転じる。バルブ制御室１３７が高圧を維持している間は、バルブ３００は後退位置に保持される（図３（ｃ）参照）。

　次いで、ピストン２００が後退して、バルブ制御ポート１１４とピストン後退制御ポート１１３の連通が途絶え、それに代わり、バルブ制御ポート１１４がピストン前進制御ポート１１２と連通する。これにより、バルブ制御室１３７がバルブ制御通路１２６とバルブ低圧通路１２５を経て低圧回路１０２に接続される。バルブ制御室１３７が低圧になると、上記（式３）によりバルブ３００は前進を開始する（図３（ｄ）参照）。そして、バルブ３００が再び前進位置に切換えられ、上記の打撃サイクルが繰り返される。

　ここで、本実施形態において、上述した構成について特徴を整理すると、以下の項目１から４の通りとなる。
　項目１）　バルブ３００を駆動するための機構は、上述のように、バルブ付勢手段とバルブ制御手段であるが、このうち、バルブ付勢手段の油圧回路は、ピストン２００の動作とは一切関係が無く、バルブ制御手段を構成する各油圧回路は、ピストン前室１１０とピストン後室１１１との間に、かつピストン前室１１０とピストン後室１１１とは連通することなく（相互に作動油を引きこまないように常時隔絶されて）配設されている。
　項目２）　バルブ３００を駆動するための機構は、バルブ付勢手段とバルブ制御手段であり、バルブ付勢手段は、バルブ３００を常時一方向に付勢し、バルブ制御室１３７への圧油の給排でバルブ３００の前進後退を切換える。
　項目３）　バルブ制御室１３７と接続されているポートは、バルブ制御ポート１１４の１箇所のみである。
　項目４）　バルブ３００は軸方向に貫通するバルブ中空通路３１１を有する中空構造である。

　本実施形態の上記の項目１から４の構造について、図９，１０を参照して説明した従来のピストン前後室高低圧切換式の液圧式打撃装置と対比をする。
　項目１）について
　上記従来技術では、ピストン前後室とバルブ駆動に関する各回路の関係が相互に連通する関係である。そのため、回路構成のレイアウトの自由度が低い。これに対し、本実施形態の構造は、バルブ付勢手段の油圧回路は、ピストン２００の動作とは一切関係が無く、ピストン前後室とは相互に作動油を引きこまないように隔絶されているので、ピストン前後室とバルブ駆動に関する各回路の関係が独立している。したがって、上記従来技術に対して、本実施形態の構造は、回路構成のレイアウトの自由度が高いといえる。

　特に、上記従来技術は、回路構成のレイアウトの自由度が低いがために、バルブ駆動のために圧油の供給と排出の両方の通路をそれぞれ前進側と後退側に設ける必要がある。そのため、バルブ駆動のための通路は、図９に示したように、ピストンの前室と後室の間に５箇所必要となる。これに対し、本実施形態の場合は、図１に示したように、ピストン後退制御ポート１１３、バルブ制御ポート１１４およびピストン前進制御ポート１１２の３箇所のみである。

　通路本数が少ないことは、直接的に加工コストの低減に繋がる。また、回路構成のレイアウトの自由度が高いことは、ピストン後室・バルブ・アキュムレータを集約して配設して通路長を短縮することができる。これにより、油圧効率を向上させることが可能であり、さらに、ピストン後室１１１に接続するピストン後室通路１２１の通路面積を拡大して大油量に対応することも可能である。
　さらに、上記従来技術の油圧回路は、通路本数が多い点のみならず、図９に示したように、ピストンの前室とバルブの後室、ピストンの後室とバルブの前室を接続しているので、油圧回路が互いに交差するように配設されて、非常に複雑なレイアウトであることが見て取れる。これに対し、本実施形態の構造は、図１に示したように、非常にシンプルな回路となっている。したがって、加工コストを低減することができる。

　特に、本実施形態の液圧式打撃装置によれば、ピストン前室１１０が切換弁機構２１０の「バルブ付勢手段」および「バルブ制御手段」のいずれとも隔絶されているので、ピストン２００の先端が打撃用のロッドを打撃する際の衝撃によって発生する圧油の脈動がバルブ３００の駆動に直接影響を及ぼすことはない。さらには、バルブ３００の前進動作は、バルブ制御室１３７から圧油が排出されることによって行われるので、仮に高圧経路全体に減衰しきれない脈動が残存していても、その影響を減じることが可能となるので、バルブ３００の挙動が安定するのである。
　そして、本実施形態の液圧式打撃装置は、ピストン前室１１０およびピストン後室１１１を交互に高圧回路１０１と低圧回路１０２とに切換えてピストン２００の前進および後退を繰り返す、所謂「ピストン前後室高低圧切換式」の液圧式打撃装置であるので、打撃数を増大させて高出力化が図られるが、高打撃数であるゆえにバルブ３００の挙動の乱れは避けなければならないため、高出力用として好適な液圧式打撃装置を実現できたといえる。

　項目２）について
　上記従来技術は、バルブの前後室高低圧切換方式を採用し、且つ、バルブの前後室が共に低圧となるタイミングにおいてバルブを保持する保持機構を備えるため、バルブ構造は、図９に示したように、弁室と摺接する外径形状として、前方から後方へ向けて、小径－中径－大径－中径－小径と５段もの多段構造が必要である。さらに、バルブを保持するための圧油の給排気通路を前後２箇所に設けなければならない。これに対し、本実施形態のバルブ構造は、小径－大径－中径の僅か３段であり、また、バルブに自身の保持機構用の給排油通路の加工も不要なので、バルブの構造自体を極めて簡素にすることができる。本実施形態のバルブ構造の簡素さは、バルブ自体の加工コストを低減することが可能なだけではなく、当然のことながら、対応する弁室側の加工、すなわち、シリンダ内径加工の加工コストを大きく低減することができる。

　項目３）について
　上記従来技術では、バルブ前室は、バルブ制御通路（前）を介して接続しているポートが、ピストン前進制御ポートとピストン後退制御連動ポートの二箇所であるところ、バルブ後退局面（図１０（ｂ））においては、ピストン後退制御連動ポートは、その本来の機能であるバルブ前進局面でのバルブ前室の圧油を排油ポートへ排出するのとは裏腹に、ピストン前進制御ポート内の圧油が排油ポートへとリークする要因となっている（この現象は、バルブ後退局面におけるピストン後退制御連動ポートでも同様である）。一般に、打撃装置において、ポートの数が多い程、圧油のリークする箇所は多くなる。
　これに対し、本実施形態の構造は、バルブ制御室１３７に着目すると、バルブ制御通路１２６を介して接続しているポートは、バルブ制御ポート１１４の一箇所のみなので、リーク量を最小限に留めることができる。

　また、本実施形態において、図３（ｃ）から（ｄ）への間、すなわち、バルブ制御ポート１１４がピストン後退制御ポート１１３との連通状態が途切れてピストン前進制御ポート１１２と連通するまでの間は、バルブ制御室１３７はピストン大径部（後）２０２によって閉回路となっており、この閉回路内に圧油が封入されることでバルブ３００を後退位置に保持しているところ、圧油が供給されない状態でリーク量が大きいとバルブ３００の挙動が不安定となるので、バルブ制御ポート１１４に接続されるポートは一箇所が好ましいといえる。このように、本実施形態では、圧油のリーク量を低減して打撃効率を高めるだけではなく、バルブ３００の挙動を安定させるためにバルブ制御ポート１１４を設定している。

　項目４）について
　上記従来技術では、バルブ保持機構を構成する給排油通路をバルブ内部に設けているのでバルブが中実構造である。これに対し、本実施形態は、バルブ３００が、軸方向に貫通するバルブ中空通路３１１を有する中空構造なので、バルブを中空化することで重量の軽減が図られている。そのため、バルブ駆動に消費する油量を低減することができ、打撃効率が向上する。

　以上説明したように、本実施形態のピストン前後室高低圧切換方式の液圧式打撃装置は、ピストン前後室高低圧切換により高打撃力を備えながらも、従来と比べて、加工コストが低減され、油圧効率を向上させることができる。
　また、一般に、液圧式打撃装置のバルブの前後のストローク端では、低圧回路に接続されて負圧が作用して大気圧以下まで圧力が低下する場合があり、そのような場合は、キャビテーションの発生が問題となることがある。これに対し、本実施形態では、バルブ中空通路３１１、バルブ前端面３０８、およびバルブ後端面３０９は常時高圧なので、これらの箇所のうちのどこかが低圧に切り替わる場合に比べると、キャビテーションの発生を抑制することができる。

　また、本実施形態での図３の（ｄ）から（ａ）へ切り替わる途中の段階、すなわち、バルブ３００が前端位置に切り替わり、ピストン前室１１０が低圧、ピストン後室１１１が高圧になりピストン２００が減速しながら後方ストロークエンドまで後退する間においては、ピストン前室１１０とバルブ制御ポート１１４の両方が低圧となるので、ピストン大径部（前）２０１は油膜切れが発生しやすく、キャビテーションも発生しやすい状態にさらされる。これに対し、本実施形態では、ピストン後退制御ポート１１３が常に高圧となっておりそこから微量の圧油がリークするので、油膜切れとキャビテーションの発生を抑制することができる。

　また、本実施形態の液圧式打撃装置において、ピストン前進制御ポート１１２は、バルブ低圧通路１２５を介して低圧回路１０２に接続されているので、ショートストロークポート１１２ａおよび可変絞り１１２ｂは低圧接続されている。それ故、可変絞り１１２ｂを調整した場合に、ピストン２００が後退して、バルブ切換溝２０５によってバルブ制御ポート１１４とショートストロークポート１１２ａが連通するとき、バルブ制御ポート１１４、バルブ制御通路１２６、およびバルブ制御室１３７内の高圧油は、ショートストロークポート１１２ａおよび可変絞り１１２ｂを経て低圧回路１０２へと排出され、バルブ３００が前進に転じる。
　すなわち、本実施形態の油圧回路は、アクチュエータであるバルブ３００から排出される圧油の流量を制御する、所謂「メータアウト回路」を構成していることになる。一般に、メータアウト回路は、メータイン回路と比べると制御性が良好なため、限られた調整量に対してリニアな制御性が求められる打撃装置のストローク調整機構として好適な構成である。

　ここで、本実施形態の液圧式打撃装置において、切換弁機構２１０は、バルブ制御手段とバルブ付勢手段を構成する通路、すなわち、バルブ高圧通路（後）１２４、中空通路３１１、バルブ高圧通路（前）１２３、ピストン後退制御ポート１１３、バルブ制御ポート１１４、およびバルブ制御通路１２６（以下、「バルブ駆動回路」という）と、ピストン後室１１１へと圧油が供給される通路、すなわち、ピストン高圧ポート１３４、およびピストン後室通路１２１との間に、高圧アキュムレータ４００が介在する構造となっている。

　本実施形態の液圧式打撃装置において、ピストン２００が打撃点でロッドを打撃すると（図３（ｂ）から（ｃ）の間）、後室１１１ではピストン２００が急停止する。そのため、いわゆる水撃作用（ウォーターハンマー）により圧油に衝撃が発生するが、このとき、バルブ３００は完全に後端ストロークには達していないので、圧油の衝撃が高圧に接続した全通路に伝搬する。上記「バルブ駆動回路」は、高圧に接続されているので、この水撃作用の衝撃が伝わるとバルブ３００の挙動が不安定となるおそれがある。

　これに対し、本実施形態では、バルブ高圧通路１２４は、バルブ中空通路３１１と高圧回路１０１の高圧アキュムレータ４００よりも上流側を接続しているので、ピストン後室１１１とバルブ駆動回路の間に高圧アキュムレータ４００が介在する。そのため、圧油内の衝撃がバルブ制御室１３７や弁室１３０内のバルブ前端面３０８とバルブ後端面３０９に伝わることを抑制することができる。そのため、バルブ３００の前方への付勢力とこの付勢力に対抗して作用する後退推力が安定する。したがって、バルブ３００の挙動が安定するので打撃性能が安定する。

　以下、本実施形態の変形例、および他の実施形態について更に説明する。
　（第一の変形例）
　図４に上記第一実施形態の第一の変形例を示す。同図に示すように、この第一の変形例では、図１に示したバルブ高圧通路１２４の代わりに、バルブ３００ａのバルブ大径部３０２に、径方向に貫通するバルブ本体高圧通路３１３を設けた例である。なお、この例では、バルブ高圧通路１２３’の一端は、ピストン高圧ポート１３４に接続している。但し、図１に示した例と同様に、バルブ高圧通路１２３’の一端を、弁室１３０の前端面に接続してもよい。また、前述したピストン打撃時に発生する圧油内の振動をバルブ制御室１３７に伝えないためには、バルブ高圧通路１２３’の一端を、高圧回路１０１の高圧アキュムレータ４００の上流側に接続してもよい。

　この第一の変形例によれば、図１におけるバルブ高圧通路（後）１２４を省略することができる。そのため、油圧回路の構成をより簡素化することが可能となるので、加工コストが低減される。なお、バルブ本体高圧通路３１３は、従来のバルブ保持機構の連通路のように途中で屈曲部を持たない、径方向に貫通する貫通孔なので、バルブ本体高圧通路３１３の加工は非常に容易である。
　ただし、この第一の変形例においては、上記第一実施形態とは異なり、バルブ付勢手段（中空通路３１１、バルブ前端面３０８、バルブ後端面３０９）とピストン後室１１１との間に高圧アキュムレータ４００が介在していない。そのため、図１に示した上記第一実施形態に比べると、バルブ３００ａの水撃作用時の挙動は安定性が低下する。

　（第二の変形例）
　図５に上記第一実施形態の第二の変形例を示す。この第二の変形例は、バルブ本体の溝構造とバルブ制御手段の回路構成を変更した例である。同図に示すように、この第二の変形例は、ピストン－バルブの動作関係が、図１に示した第一実施形態とは、逆（逆作動バルブ）になる場合である。
　詳しくは、図５に示すように、バルブ３００ｂは、軸方向に貫通するバルブ中空通路３１１’が設けられた中空円筒形状の弁体である。バルブ３００ｂは、バルブ大径部３０１’、３０２’、３０３’と、バルブ大径部３０１’の前側に設けられたバルブ小径部３０４’、およびバルブ大径部３０３’の後側に設けられたバルブ中径部３０５’とを有する。バルブ大径部３０１’とバルブ大径部３０２’の間には、ピストン前室排油溝３１４が設けられている。また、バルブ大径部３０３’とバルブ中径部３０５’の間には、ピストン後室排油溝３１５が設けられている。さらに、バルブ大径部３０２’とバルブ大径部３０３の間には、ピストン前後室切換溝３１６が設けられている。

　バルブ３００ｂの両端面は、前方がバルブ前端面３０８’および後方がバルブ後端面３　０９’となっている。バルブ小径部３０４’とバルブ大径部３０１’との境界にはバルブ段付面（前）３１０’が形成されている。
　バルブ高圧通路（前）１２３’’は、ピストン前進制御ポート１１２とバルブ高圧通路（後）１２４を接続している。バルブ低圧通路１２５’は、ピストン後退制御ポート１１３とピストン前室低圧ポート１３５とを接続している。バルブ制御通路１２６は、図１に示した第一実施形態と同様に、バルブ制御ポート１１４とバルブ制御室１３７とを接続している。これにより、この第二の変形例によれば、図１に示した第一実施形態とはピストン－バルブの動作関係が逆となる（逆作動バルブ）。

　この第二の変形例の最大の特徴は、ピストン前進制御ポート１１２が、高圧回路に常時接続されている点である。つまり、上述したように、打撃装置の油圧回路内においては、低圧接続される箇所にキャビテーションが発生し易いところ、発生したキャビテーションが破裂してエロージョンを引き起こす箇所としては、キャビテーションが滞留する閉所や複雑な形状を呈した箇所であり、第一実施形態の打撃装置においては、ピストン前進制御ポート１１２のショートストロークポート１１２ａがこれに相当する。

　そのため、図１および図４に示す例においては、ショートストロークポート１１２ａが低圧に常時接続されているので、当該箇所でエロージョンが発生し易くなることから、この第二の変形例を採用することが好ましい場合がある。特に、可変絞りが全閉のとき（すなわちロングストロークでのみ作動させる作業現場で用いるとき）は、当該箇所でのエロージョン発生を防止する上では、この第二の変形例を採用することは有効である。但し、ピストン後退制御ポート１１３が常時低圧となるので、前述したピストン大径部（前）２０１の油膜切れ防止効果とキャビテーション抑制効果については低下する。

　（第三の変形例）
　図６に上記第一実施形態の第三の変形例を示す。この第三の変形例は、各油圧通路や各ポート、バルブ構造そのものは全く変更しないで、油圧源からの高圧ラインとタンクへと向かう低圧ラインを逆転させて接続する場合（すなわち、高圧回路１０１を低圧回路１０２’とし、低圧回路１０２を高圧回路１０１’とした場合）ある。
　なお、この第三の変形例の説明上は、バルブ高圧通路（前）１２３、バルブ高圧通路（後）１２４は低圧となるので、それぞれバルブ低圧通路（前）１２８、バルブ低圧通路（後）１２９と読み替える。また、バルブ低圧通路１２５は高圧となるのでバルブ高圧通路１２７と読み替える。同様に、ピストン高圧ポート１３４は低圧となるのでピストン低圧ポート１４０、ピストン前室低圧ポート１３５およびピストン後室低圧ポート１３６は高圧となるので、それぞれピストン前室高圧ポート１３８およびピストン後室高圧ポート１３９と読み替える。なお、アキュムレータ４００’は高圧回路１０１’に設けるものとする。

　この第三変形例も、前述した第二変形例と同様に、ピストン－バルブの動作関係が図１に示した第一実施形態とは逆となる。さらに、切換弁機構によるバルブ駆動機構に関しても差異点がある。すなわち、「バルブ付勢手段」については、図１、図４および図５に示した例のように、バルブ両端面の受圧面積差に起因する前方への推力ではなく、段付面３１２に圧油が作用することによる前方への推力となっている。

　この第三の変形例では、ピストン後退制御ポート１１３、バルブ中空通路３１１、バルブ前端面３０８、およびバルブ後端面３０９は常時低圧になる。そのため、ピストン大径部（前）２０１の油膜切れ防止効果、キャビテーション抑制効果、およびバルブ両端面のキャビテーション抑制効果は低下する。しかし、一方ではピストン前進制御ポート１１２が常時高圧となるので、この箇所におけるキャビテーション抑制効果は期待できる。
　また、バルブ高圧通路１２７の一端を高圧アキュムレータ４００’の上流側に接続すれば、ピストン打撃時に発生する圧油内の水撃作用による影響をバルブ制御室１３７に伝えないようにすることは可能である。

　（第二実施形態）
　次に、本発明に係るピストン前後室高低圧切換式の液圧式打撃装置の第二実施形態について説明する。図７は第二実施形態の模式図である。上記第一実施形態およびその変形例では、全て中空バルブを採用した例を示したが、本実施形態は、中実バルブを採用している例である。以下、第一実施形態との差異点のみを説明する。
　図７に示すように、シリンダ１００ａには、ピストン２００と非同軸に弁室１５０が形成されており、この弁室１５０にバルブ３５０が摺嵌されている。弁室１５０は、前方から後方へ向けて順に、バルブ前室１５２、バルブ主室１５１、およびバルブ後室１５３を有する。バルブ主室１５１には、前方から後方へ向けて順に、ピストン前室低圧ポート１５５、ピストン高圧ポート１５４、およびピストン後室低圧ポート１５６がそれぞれ所定間隔離隔して設けられている。

　バルブ３５０は、中実の弁体であり、バルブ大径部３５１、３５２、３５３と、その前側に設けられたバルブ中径部３５４、および後側に設けられたバルブ小経部３５５とを外周面に有する。バルブ大径部３５１とバルブ大径部３５２の間には、円環状のピストン前室切換溝３５６が設けられている。バルブ大径部３５２とバルブ大径部３５３の間には円環状のピストン後室切換溝３５７が設けられている。本実施形態では、これらピストン前室切換溝３５６およびピストン後室切換溝３５７が、上記課題を解決するための手段に記載の「ピストン高低圧切換部」に対応している。

　バルブ大径部３５１、３５２、３５３がバルブ主室１５１と摺嵌し、バルブ中径部３５４がバルブ前室１５２と摺嵌し、バルブ小径部３５５がバルブ後室１５３と摺嵌するように構成されている。バルブ３５０の両端面は、前方がバルブ前端面３５８および後方がバルブ後端面３５９となっている。ここで、バルブ中径部３５４の外径は、バルブ小径部３５５の外径よりも大きく設定されている。したがって、バルブ前端面３５８の受圧面積はバルブ後端面３５９の受圧面積よりも大きくなっている。

　高圧回路１０１はピストン高圧ポート１５４に接続され、低圧回路１０２はピストン前室低圧ポート１５５およびピストン後室低圧ポート１５６に接続されている。ピストン前室通路１２０は、一方がピストン前室１１０に接続され、他方がバルブ主室１５１のピストン高圧ポート１５４とピストン前室低圧ポート１５５との中間部に接続されている。ピストン後室通路１２１は、一方がピストン後室１１１に接続され、他方がバルブ主室１５１のピストン高圧ポート１５４とピストン後室低圧ポート１５６との中間部に接続されている。

　バルブ高圧通路（前）１２３は、ピストン後退制御ポート１１３とバルブ高圧通路（後）１２４とを接続している。バルブ高圧通路１２４は、バルブ後室１５３と高圧回路１０１の高圧アキュムレータ４００よりも上流側（図７中で右側）を接続している。したがって、バルブ後室１５３は常時高圧となっており、バルブ後端面３５９の受圧面積に圧油が供給されることでバルブ３５０に前進推力が常時作用する。つまり、この第二実施形態においては、バルブ後室１５３を常時高圧としてバルブ後端面３５９の受圧面積に圧油が供給されることでバルブ３５０に前進推力を常時作用させる構成が、上記課題を解決するための手段に記載の「バルブ付勢手段」に対応している。

　バルブ低圧通路１２５は、ピストン前進制御ポート１１２とピストン後室低圧ポート１５６とを接続している。バルブ制御通路１２６は、バルブ制御ポート１１４とバルブ前室１５２とを接続している。なお、バルブ低圧通路１２５は、ピストン前進制御ポート１１２と低圧回路１０２とを接続してもよい。
　バルブ制御ポート１１４がピストン後退制御ポート１１３と連通して、バルブ高圧通路（前）１２３からの高圧油がバルブ制御通路１２６を経てバルブ前室１５２に供給される。これにより、バルブ前端面３５８とバルブ後端面３５９の受圧面積差によってバルブ３５０は後退する。ここで、この第二実施形態では、バルブ３５０に対する前進推力（＝上述した常時作用する「バルブ付勢手段」の付勢力）に抗してバルブ３５０を後進させる構成が、上記課題を解決するための手段に記載の「バルブ制御手段」に対応している。すなわち、本実施形態のバルブ前室１５２は、上記第一実施形態のバルブ制御室１３７に相当する。

　この第二実施形態では、バルブが中実構造であることが特徴である。中実バルブは、中空バルブと比較して剛性が高いことから、大径部３５１、３５２、３５３とピストン前室切換溝３５６、ピストン後室切換溝３５７との径差を大きく設定することが可能であり、この部分の通路面積を拡大することができる。したがって、第二実施形態の構成であれば、油圧効率が多少劣っても超高圧・大油量の高打撃力仕様の打撃装置が必要な場合は有効である。なお、バルブ切換ストローク端（大径部３５１の前端面と大径部３５３の後端面）においては、キャビテーションが発生する可能性はあるが、それ以外は、基本的に図１に示した第一実施形態と同様の作用効果を奏する。

　（第二実施形態の変形例）
　図８に上記第二実施形態の変形例を示す。この変形例は、「バルブ付勢手段」を油圧ではなく機械的な構成で実現した例である。すなわち、図８に示すように、このバルブ３５０ａは、上記バルブ３５０の小径部３５５の代わりに、バルブ付勢手段を構成する小径部３６０を設けており、バルブ付勢室１５７にバネ３６１を収容して小径部３６０の端面を押圧することで、バルブ３５０ａに常時前進推力が作用するようになっている。

　この変形例では、バルブ付勢室１５７には圧油を供給する必要がない。そのため、バルブ高圧通路（後）１２４’は、バルブ後退制御ポート１１３と高圧回路１０１を接続する構成となっている。その他の構成は図７に示した第二実施形態と同じである。
　この変形例の構成であれば、「バルブ付勢手段」を油圧ではなく機械的な構成で実現したので、油圧通路を１箇所省略することができる。そのため、油圧通路の加工コストを抑えることが可能である。なお、この変形例では、「バルブ付勢手段」を構成する付勢手段としてバネ３６１を採用しているが、これに限らず、他の手段（例えば高圧ガスをバルブ付勢室１５７に充填する）を採用しても構わない。

　以上説明したように、本発明の実施形態ないし変形例は、ピストンの駆動を前後室高低圧切換式としているので、高打撃数を実現することができる。そして、切換弁機構のバルブ駆動機構として、バルブを常時一方向に付勢しつつ、制御圧の給排によってバルブの前後進方向を切り換える方式を採用することで、液圧式打撃装置の全体的な油圧回路構成を簡素化して、加工コストを低減するとともに打撃効率を向上させるという課題の両立を可能としたものであり、上述した従来の打撃装置とは一線を画する技術である。
　以上、本発明の実施形態ないし変形例について図面を参照して説明したが、本発明に係るピストン前後室高低圧切換方式の液圧式打撃装置は、上記実施形態ないし変形例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しなければ、その他の種々の変形や各構成要素を変更することが許容されることは勿論である。

　１００　シリンダ
　１００ａ　シリンダ
　１０１、１０１’　高圧回路
　１０２、１０２’　低圧回路
　１１０　ピストン前室
　１１１　ピストン後室
　１１２　ピストン前進制御ポート
　１１２ａ〃　（ショートストローク）
　１１３　ピストン後退制御ポート
　１１４　バルブ制御ポート
　１２０　ピストン前室通路
　１２１　ピストン後室通路
　１２３、１２３’、１２３”　バルブ高圧通路（前）
　１２４、１２４’　バルブ高圧通路（後）
　１２５、１２５’　バルブ低圧通路
　１２６、１２６’　バルブ制御通路
　１２７　バルブ高圧通路
　１２８　バルブ低圧通路（前）
　１２９　バルブ低圧通路（後）
　１３０　弁室
　１３１　弁室大径部
　１３２　弁室小径部
　１３３　弁室中径部
　１３４　ピストン高圧ポート
　１３５　ピストン前室低圧ポート
　１３６　ピストン後室低圧ポート
　１３７　バルブ制御室
　１３８　ピストン前室高圧ポート
　１３９　ピストン後室高圧ポート
　１４０　ピストン低圧ポート
　１５０　弁室
　１５１　バルブ主室
　１５２　バルブ前室
　１５３　バルブ後室
　１５４　ピストン高圧ポート
　１５５　ピストン前室低圧ポート
　１５６　ピストン後室低圧ポート
　１５７　バルブ付勢室
　２００　ピストン
　２０１　大径部（前）
　２０２　大径部（後）
　２０３　小径部（前）
　２０４　小径部（後）
　２０５　バルブ切換溝
　２１０　切換弁機構
　３００　バルブ（中空）
　３００ａ　バルブ（中空、通路内蔵）
　３００ｂ　バルブ（中空、逆作動）
　３０１、３０１’　バルブ大径部（前）
　３０２、３０２’　バルブ大径部（中）
　３０３、３０３’　バルブ大径部（後）
　３０４、３０４’　バルブ小径部
　３０５、３０６’　バルブ中径部
　３０６　ピストン前室切換溝（ピストン高低圧切換部）
　３０７　ピストン後室切換溝（ピストン高低圧切換部）
　３０８、３０８’　バルブ前端面
　３０９、３０９’　バルブ後端面
　３１０、３１０’　バルブ段付面（前）
　３１１、３１１’　バルブ中空通路
　３１２　バルブ段付面（後）
　３１３　バルブ本体高圧通路
　３１４　ピストン前室排油溝
　３１５　ピストン後室排油溝
　３１６　ピストン前後室切換溝
　３５０　バルブ（中実）
　３５０ａ　バルブ（中実、バネ付勢）
　３５１　バルブ大径部（前）
　３５２　バルブ大径部（中）
　３５３　バルブ大径部（後）
　３５４　バルブ中径部
　３５５　バルブ小径部
　３５６　ピストン前室切換溝
　３５７　ピストン後室切換溝
　３５８　バルブ前端面
　３５９　バルブ後端面
　３６０　小径部（バルブ付勢手段）
　３６１　バネ（バルブ付勢手段）
　４００、４００’　高圧アキュムレータ
　４０１、４０１’　低圧アキュムレータ

Claims

　シリンダと、該シリンダの内部に摺嵌されたピストンと、前記ピストンの外周面と前記シリンダの内周面との間に画成されて軸方向の前後に離隔配置されたピストン前室およびピストン後室と、前記ピストン前室および前記ピストン後室を交互に高圧回路と低圧回路とに切換える切換弁機構とを備え、前記ピストンを前記シリンダ内で前後進させて打撃用のロッドを打撃する液圧式打撃装置であって、
　前記ピストンは、大径部と、該大径部の前後にそれぞれ設けられた小径部と、前記大径部の軸方向の略中央に形成されたバルブ切換溝とを有し、
　前記切換弁機構は、前記シリンダ内に前記ピストンとは非同軸に形成された弁室と、該弁室内に摺嵌されて自身の前後進によって前記ピストン前室および前記ピストン後室を交互に高圧回路と低圧回路とに切換えて連通させるピストン高低圧切換部が形成されたバルブと、前記バルブを前後進方向の一方向に向けて常時付勢するバルブ付勢手段と、圧油が供給されたときに前記バルブ付勢手段の付勢力に抗して前記バルブを反対方向へと移動させるバルブ制御手段とを有し、
　前記シリンダは、前記ピストン前室と前記ピストン後室との間に、前方から順に、ピストン後退制御ポート、バルブ制御ポートおよびピストン前進制御ポートの３つの制御ポートを有し、
　前記バルブ制御ポートは、前記バルブ制御手段に圧油を給排可能に連通するとともに前記ピストン前室および前記ピストン後室のそれぞれとは常時隔絶されており、
　前記ピストン後退制御ポートおよび前記ピストン前進制御ポートは、前記ピストンの前後進による前記バルブ切換溝の前後移動に応じていずれか一方のポートに限って前記バルブ制御ポートと連通することにより前記バルブ制御手段に圧油を給排して前記バルブを前後進させ、前記切換弁機構は、当該バルブの前後進による前記ピストン高低圧切換部の前後移動に応じて前記ピストン前室および前記ピストン後室を交互に高圧回路と低圧回路とに切換えて前記ピストンの前進および後退が繰返されるように作動油を給排させることを特徴とする液圧式打撃装置。
　前記バルブが、軸方向に貫通するバルブ中空通路を有する中空構造であることを特徴とする請求項１に記載の液圧式打撃装置。
　前記バルブ中空通路が、作動油の通路として高圧回路に常時接続されていることを特徴とする請求項２に記載の液圧式打撃装置。
　前記ピストン後退制御ポートが常時高圧接続されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の液圧式打撃装置。
　前記ピストン前進制御ポートは、前後に離隔して設けたショートストロークポートとロングストロークポートとで構成され、前記ショートストロークポートと前記バルブ低圧通路の間には全閉から全開まで調整可能な可変絞りが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の液圧式打撃装置。
　前記バルブ付勢手段と前記バルブ制御手段に圧油を供給する経路と前記ピストン後室に圧油を供給する経路との間にアキュムレータを設けたことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の液圧式打撃装置。
　シリンダと、該シリンダの内部に摺嵌されたピストンと、前記ピストンの外周面と前記シリンダの内周面との間に画成されて軸方向の前後に離隔配置されたピストン前室およびピストン後室と、前記ピストン前室および前記ピストン後室を交互に高圧回路と低圧回路とに切換える切換弁機構とを備え、前記ピストンを前記シリンダ内で前後進させて打撃用のロッドを打撃する液圧式打撃装置であって、
　前記ピストンは、大径部と、該大径部の前後にそれぞれ設けられた小径部と、前記大径部の軸方向の略中央に形成されたバルブ切換溝とを有し、
　前記切換弁機構は、前記シリンダ内に前記ピストンとは非同軸に形成された弁室と、該弁室内に摺嵌されて自身の前後進によって前記ピストン前室および前記ピストン後室を交互に高圧回路と低圧回路とに切換えて連通させるピストン高低圧切換部が形成されたバルブと、前記バルブを前後進方向の一方向に向けて常時付勢するバルブ付勢手段と、圧油が供給されたときに前記バルブ付勢手段の付勢力に抗して前記バルブを反対方向へと移動させるバルブ制御手段とを有し、
　前記シリンダは、前記ピストン前室と前記ピストン後室との間に、前方から順に、ピストン後退制御ポート、バルブ制御ポートおよびピストン前進制御ポートの３つの制御ポートを有し、
　前記バルブ制御ポートは、前記バルブ制御手段に圧油を給排可能に連通するとともに前記ピストン前室および前記ピストン後室のそれぞれとは常時隔絶されており、
前記ピストン後退制御ポートおよび前記ピストン前進制御ポートは、前記ピストンの前進に伴い前記バルブ切換溝が前記ピストン後退制御ポートと前記バルブ制御ポートと連通し前記バルブ制御手段に圧油を供給して前記バルブを後退させ、前記ピストンの後退に伴い前記バルブ切換溝が前記ピストン前進制御ポートと前記バルブ制御ポートと連通し前記バルブ制御手段から圧油を排出して前記バルブを前進させ、前記切換弁機構は、当該バルブの前後進による前記ピストン高低圧切換部の前後移動に応じて前記ピストン前室および前記ピストン後室を交互に高圧回路と低圧回路とに切換えて前記ピストンの前進および後退が繰返されるように作動油を給排させることを特徴とする液圧式打撃装置。