JP4912785B2 - 液圧式打撃装置 - Google Patents

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、特にその切換弁機構に関する。

この種の液圧式打撃装置としては、例えば本出願人によって提案されている、特許文献１に記載の技術が知られている。
この特許文献１に記載の技術では、図３に示すように、軸方向中央の大径部５１ａと、その大径部５１ａの前後に形成された小径部５１ｂ、５１ｃとを有するピストン５１を備えている。そして、このピストン５１が、シリンダ５０内に摺嵌して設けられることで、シリンダ５０内に前室５２と後室５３とがそれぞれ画成されている。前室５２には、前室５２を高圧回路５６へ連通させる前室高圧ポート５８が付設され、一方、後室５３には、後室５３を切換弁５４の前後進切換えにより高圧回路５６と低圧回路５７とにそれぞれ連通させる後室高圧ポート５９と後室低圧ポート６０とがそれぞれ付設されている。

また、シリンダ５０には、バルブプラグ５５が嵌着されており、このバルブプラグ５５の外周とシリンダ５０の内周との間が、ピストン５１と同心状の弁室６１として形成されている。そして、この弁室６１に円環形状の切換弁５４が摺嵌されている。
弁室６１には、後室高圧ポート５９を介して高圧回路５６に対し連通して切換弁５４を後方に付勢する弁規制室６７が設けられている。さらに、弁室６１の後端部は、後室低圧ポート６０を介し低圧回路５７と連通しており、また、弁室６１の前端部は、弁室低圧ポート６１ａを介して常時低圧回路５７と連通している。

さらに、シリンダ５０内には、切換弁５４の前後進切換えを行う弁制御室６５（同図（ｂ）参照）および弁制御回路６８を介して接続される弁前進制御ポート７０を、ピストン５１が後進したときに前室５２に連通する位置に設けている。また、シリンダ５０内には、弁前進制御ポート７０の後方に所定距離離隔して弁制御ポート６４に弁制御回路６８で接続される弁後進制御ポート７３を設けており、さらに、この弁後進制御ポート７３の後方に所定距離隔離して低圧回路５７に連通される排油ポート７１を設けている。そして、ピストン５１が前進したときに、弁後進制御ポート７０と排油ポート７１とを連通させる排油溝７２を、ピストン５１の大径部５１ａの外周に設けて構成されている。

このような構成からなるこの液圧式打撃装置によれば、切換弁５４が前方にある状態では、後室５３が給排油孔６６、給排油室６２、および給排油切換孔６３を介して後室高圧ポート５９と連通されているので、後室５３と前室５２とは共に高圧回路５６と連通する。そして、ピストン５１の後室５３側の受圧面積は前室５２側の受圧面積より大となっている。したがって、ピストン５１は前進する。さらに、この状態では、弁前進制御ポート７０が前室５２側に開かれており、弁後進制御ポート７３はピストン５１の大径部５１ｂで閉じられている。そのため、弁制御孔６９、弁制御ポート６４、および弁制御回路６８を介して前室５２と連通している弁制御室６５は高圧になっている。したがって、弁規制室６７と弁制御室６５とは共に高圧であり、弁制御室６５側の受圧面積が弁規制室６７側の受圧面積より大となっているので、切換弁５４は前方に保持されている。

次いで、上記作用によってピストン５１が前進すると、ピストン５１の大径部５１ａで弁前進制御ポート７０が閉じられ、弁後進制御ポート７３が排油溝７２を介して排油ポート７１と連通する。そのため、弁制御回路６８、弁制御室６５が低圧となる。このとき、弁規制室６７は高圧のままであるから、切換弁５４は後退する。そして、切換弁５４が後退すると給排油孔６６が給排油切換孔６３を介して後室低圧ポート６０と連通し、後室５３が後室低圧ポート６０を経て低圧回路５７に連通する。これにより、前進したピストン５１の先端は、打撃用のロッド（図示略）の後端を打撃して前進を停止し、後室５３が低圧となっているため後退を開始する。

次いで、ピストン５１が後退すると、弁前進制御ポート７０が前室５２側に開かれ、弁後進制御ポート７３がピストン５１の大径部５１ａで閉じられる。そのため、弁制御回路６８を介して前室５２と連通した弁制御室６５は再び高圧となって切換弁５４が前進する。そして、切換弁５４が前進すると、後室５３が後室高圧ポート５９を経て高圧回路５６と連通し、これにより、後室５３の圧力が上昇して、慣性により後退を続けようとするピストン５１は制動を受け、後退の運動エネルギーが高圧油の形でアキュムレータ（図示略）に蓄積される。そして、後退を停止したピストン５１は再び前進行程に入り、以後同様のサイクルが繰返される。

ところで、この液圧式打撃装置では、弁室６１がバルブプラグ５５の外周とシリンダ５０の内周との間に形成されている。そして、ピストン５１の後室５３への作動油の給排はバルブプラグ５５内の通路（給排油室６２および給排油孔６６）によって行われる。さらに、切換弁５４は円環形状を基本として、その内周に弁制御室６５の受圧面、および外周に弁規制室６７の受圧面がそれぞれ形成されている。

しかし、この切換弁５４では、上述のように、その内周側の受圧面積の方を外周側の受圧面積よりも大きく設定する必要があるので内径側の段差はより大きくなる。これに加えて、その円筒形状の肉厚分と外径側の段差が加算されるので、結果として切換弁５４は全体的に径大となってしまう。そして、この切換弁５４が径大化すると、切換弁５４の重量が増加し切換弁５４を前進後退させるために消費される圧油量が増大する。そのため、ピストン５１を前進後退させるための圧油が減少するので打撃効率が低下するという問題がある。

また、この切換弁５４は、その外径とシリンダ５０の内径とが摺接しており、さらに、切換弁５４の内径とバルブプラグ５５の外径とが相互に摺接している。そして、それぞれの摺接部にはクリアランスが設けられている。さらに、弁室６１には、前方から、弁室低圧ポート６１ａ（＝低圧）、弁制御ポート６４（＝高圧）、後室高圧ポート５９（＝高圧）および後室低圧ポート６０（＝低圧）が各設けられているが、高圧ポートからは隣接する低圧ポートにクリアランス部を経て常時圧油がリークする。したがって、この液圧式打撃装置での切換弁機構では、バルブ５４の内外径で圧油がそれぞれリークするので、摺接部が内径または外径のどちらかだけの場合に比べてそのリーク量は２倍近くになる。

ここで、この圧油のリーク量については、切換弁５４の径が大きい程その摺接面積、つまりクリアランス量が大きくなり、リーク量も増加する。すなわち、この切換弁機構では、切換弁５４の内外径の両方に摺接部を有しており、切換弁５４が径大であることから圧油のリーク量が多く打撃効率が低下するという問題がある。
さらに、この切換弁５４では、その内外径と各段差の同軸度、および真円度を高度に制御して加工する必要があり、また、切換弁５４の側壁に弁制御孔６９および給排油切換孔６３を多数設ける必要があることから加工コストが嵩むという問題がある。

そこで、本出願人は切換弁の径小化による打撃効率の向上を目的として、バルブプラグとシリンダとの間に弁室を形成して、バルブプラグと切換弁とをピストンとは非同軸に配設した液圧式打撃装置の切換弁機構を提案している（例えば特許文献２参照）。
実開昭６１−１６９５８７号公報 特公平５−１６９９０号公報

しかしながら、特許文献２に記載の液圧式打撃装置においても、バルブプラグとシリンダとの間に弁室を形成しているので、バルブプラグ内の通路を経て後室に作動油を給排するという基本構成に変更はない。そのため、特許文献１と比較して切換弁機構の径小化はなされているものの、切換弁の内外径の摺接部からの圧油リークに由来する打撃効率の低下、および、切換弁の内外径を高精度に加工する必要があるため加工コストが嵩むという問題を解決する上で、未だ検討の余地がある。

なお、このような油圧機器においては、シリンダ内に油圧通路を多数設けるのはそのレイアウト上の制約を解決しなければならず、また、その加工も難しい場合が多いので、油圧通路を削減することが好ましい。
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、打撃効率が高く、加工コストを低廉とし得る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、本発明のうち請求項１に記載の発明は、大径部およびこの大径部の前後にそれぞれ設けられた小径部を有するピストンと、このピストンを内部に摺嵌してその軸方向の前後に前室および後室がそれぞれ画成されるシリンダと、このシリンダ内にピストンとは非同軸に形成される弁室と、この弁室内に摺嵌される切換弁と、を備え、前室が高圧回路に常時接続され、後室が前記切換弁の前後進によって高圧回路と低圧回路とを交互に切換えて連通されることによりピストンを前後進させて、打撃用のロッドをピストンで打撃可能に構成される液圧式打撃装置であって、前記切換弁は、弁大径部と、この弁大径部の前後端にそれぞれ設けられた弁小径部と、弁大径部および後端の弁小径部の間に配置されて当該切換弁の後方への移動を規制する弁後退規制部と、弁大径部の中央に設けられて後室と高圧回路とを連通させるための弁高圧供給溝と、弁大径部および弁後退規制部の間に設けられて後室と低圧回路とを連通させるための弁排油溝と、を備えてなる中実構造であり、前記弁室は、その前端の弁小径部側に画成された弁制御室と、その後端の弁小径部側に画成された弁規制室と、を有し、弁規制室が高圧回路に常時接続され、弁制御室がピストンの前後進によって高圧回路と低圧回路とを交互に切換えて連通可能に構成されていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、この切換弁は、例えば上述の各特許文献での切換弁に比べて、小径の中実円筒形状とすることができる。そのため、切換弁の前後進に要する作動油が少量で済むので打撃効率を向上させることができる。また、切換弁の摺接部は外径だけで、かつ、クリアランス量も少ないので圧油のリーク量が減り打撃効率が向上する。さらに、内径加工や多数の側面穴を開削する必要がないので加工コストも低減される。なお、本明細書において「切換弁が中実構造である」とは、切換弁が、その軸方向での両端面間を連通する貫通孔を有しない構造であることをいう。

本発明によれば、打撃効率を高めるとともに、加工コストを低減し得る液圧式打撃装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図１は本発明に係る液圧式打撃装置の第一実施形態を説明する図である。
この液圧式打撃装置は、同図に示すように、シリンダ１と、ピストン２と、を備えて構成されている。

ピストン２は、その略中央に大径部２ａを有しており、その大径部２ａの前後には、小径部２ｂ、２ｃがそれぞれ設けられている。そして、このピストン２が、シリンダ１の内部に摺嵌されることで、シリンダ１内に前室３と後室４とがそれぞれ画成されている。前室３は、前室高圧ポート８を介して高圧回路６へ常時連通されている。一方、後室４には、後室高圧ポート９と後室低圧ポート１０とがそれぞれ付設されており、後述の切換弁５の前後進切換えによって、これら後室高圧ポート９と後室低圧ポート１０とを高圧回路６と低圧回路７とにそれぞれ交互に連通可能になっている。
ここで、この液圧式打撃装置では、そのシリンダ１内に、ピストン２と非同軸に略並行して弁室１１が形成されており、この弁室１１内に略中実円筒状の切換弁５が摺嵌されている。

詳しくは、この切換弁５は、中実の円筒体であり、その軸方向の中央に弁大径部２１を有している。この弁大径部２１の径は、弁室１１がピストン２と非同軸に設けられているので、ピストン２の大径部２ａの径よりも小さく設定可能であり、図１に示す例ではピストン２の約半分の径になっている。そして、この弁大径部２１の前後端に弁小径部２２、２３がそれぞれ設けられている。一方、弁室１１は、この切換弁５で区画されることによって、その前端部に弁制御室１５が、その後端部に弁規制室１６がそれぞれ画成されている。また、この弁室１１には、弁制御室１５と弁規制室１６との間に、後室高圧ポート９および後室低圧ポート１０がそれぞれ付設されており、後室高圧ポート９と後室低圧ポート１０の間には給排油切換ポート１４が設けられている。

そして、切換弁５の前端の小径部２２は弁制御室１５の内径と摺接可能な径寸法になっており、また、後端の小径部２３は弁規制室１６の内径と摺接可能な径寸法になっている。さらに、前端の弁小径部２２の径寸法は、後端の弁小径部２３の径寸法よりも大きく設定されている。すなわち、前端の弁小径部２２の受圧面積は後端の弁小径部２３の受圧面積よりも大きく設定されており、弁制御室１５と弁規制室１６の両方に高圧油が供給されると受圧面積差によって切換弁５は後退するようになっている。

また、切換弁５は、その弁大径部２１と後端の弁小径部２３との間に、当該切換弁５の後方への移動を規制する弁後退規制部２６を備えて構成されている。なお、切換弁５の弁大径部２１と前端側の弁小径部２２との間には段差が設けてあり、この段差によって当該切換弁５の前方への移動を規制可能になっている。
また、切換弁５は、その弁大径部２１に、切換弁５が後退したときに給排油ポート１２、給排油回路１３、給排油切換ポート１４および後室高圧ポート９をそれぞれ介して後室４と高圧回路６とを連通させる弁高圧油供給溝２４が設けられている。さらに、弁大径部２１と弁後退規制部２６との間には、切換弁５が前進したときに給排油ポート１２、給排油回路１３、給排油切換ポート１４および後室低圧ポート１０をそれぞれ介して後室４と低圧回路７とを連通させる弁排油溝２５が設けられている。そして、この弁排油溝２５と弁後退規制部２６の外径との間には弁後退規制部２６側に向けて拡径する略円錐状の傾斜面２７が形成されている。

さらに、シリンダ１内でのピストン２との摺接面には、ピストン２が後進したときに前室３と連通する位置に、切換弁５の前後進切換えを行う弁制御室１５と弁制御回路１７とを介して接続される弁前進制御ポート１８が設けられている。また、その後方に所定の距離を隔てた位置には、弁制御室１５と弁制御回路１７を介して接続される弁後進制御ポート１９が設けられている。そして、この弁後進制御ポート１９の後方には、所定の距離を隔てた位置に低圧回路７に連通される排油ポート２０が設けられ、さらに、ピストン２が前進したときに弁後進制御ポート１９と排油ポート２０とを連通させる排油溝２ｄが、ピストン２の大径部２ａの外周に設けられている。そして、弁規制室１６は、高圧連通回路１６ａを介して高圧回路６と常時連通しており、切換弁５を常に前方に付勢可能になっている。また、弁制御室１５には、弁制御回路１７がピストン２の前後進によって高圧回路６と低圧回路７に交互に連通するのに伴い切換弁５を後方へと付勢する圧油が断続的に作用するようになっている。

次に、この液圧式打撃装置の作用・効果について説明する。
上述した構成からなるこの液圧式打撃装置は、切換弁５が後方にある状態では、後室４が給排油ポート１２、給排油回路１３、給排油切換ポート１４および後室高圧ポート９を介して高圧回路６と連通されているので、後室４と前室３とは共に高圧回路６と連通する。

このとき、ピストン２の後室４側の受圧面積は前室３側の受圧面積より大となっているので、ピストン２は前進する。そして、この状態では、弁前進制御ポート１８が前室３側に開かれており、弁後進制御ポート１９はピストン２の大径部２ａで閉じられているので、弁制御回路１７を介して前室３と連通している弁制御室１５は高圧になっている。したがって、弁規制室１６と弁制御室１５とは共に高圧であり、切換弁５は後方に保持されている。

次いで、ピストン２が前進すると、ピストン２の大径部２ａで弁前進制御ポート１８が閉じられ、弁後進制御ポート１９が排油溝２ｄを介して排油ポート２０と連通するので、弁制御回路１７、弁制御室１５が低圧となる。このとき、弁規制室１６は高圧のままであるから、切換弁５は前進する。切換弁５が前進すると後室４が給排油ポート１２、給排油回路１３、給排油切換ポート１４および後室低圧ポート１０を介して低圧回路７に連通する。これにより、前進したピストン２の先端は、打撃用のロッドＲの後端を打撃して前進を停止し、後室４が低圧となっているため後退を開始する。

次いで、ピストン２が後退すると、弁前進制御ポート１８が前室３側に開かれ、弁後進制御ポート１９がピストン２の大径部２ａで閉じられるので、弁制御回路１７を介して前室３と連通した弁制御室１５は再び高圧となって切換弁５が後退する。そして、切換弁５が後退すると、後室４が給排油ポート１２、給排油回路１３、給排油切換ポート１４および後室高圧ポート９を介して高圧回路６と連通し、これにより、後室４の圧力が上昇して、慣性により後退を続けようとするピストン２は制動を受け、後退の運動エネルギーが高圧油の形でアキュムレータ（図示略）に蓄積される。そして、後退を停止したピストン２は再び前進行程に入り、以後同様のサイクルを繰り返すことができる。

特に、この液圧式打撃装置によれば、その切換弁機構での切換弁５が、例えば上述の各特許文献での切換弁に比べて、小径の中実円筒形状で構成されている。そのため、この切換弁５は、その前後進に要する作動油を少量で済ませることができる。したがって、液圧式打撃装置の打撃効率を向上させることができる。また、切換弁５の摺接部はその外径だけであり、かつ、そのクリアランス量も少ないので圧油のリーク量を減らして、液圧式打撃装置の打撃効率を向上させることができる。さらに、その内径加工や多数の側面穴を開削する必要がないので加工コストも低減させることができる。

次に、本発明に係る液圧式打撃装置の第二実施形態について説明する。なお、この第二実施形態は、上述の第一実施形態に対し、弁室１１の弁規制室１６に高圧回路６を連通するための高圧連通回路１６ａが削除されている点、および後述する連通孔３８、３９が開削されている点以外は、シリンダ１とピストン２との間の各種ポート、および弁室１１の各種ポートは第一実施形態と共通しており、そのピストンおよびバルブの作動についても、第一実施形態と同様であるので、その図示および説明については適宜これを省略する。

図２は本発明に係る液圧式打撃装置の第二実施形態を説明する図であり、同図では、その切換弁機構の要部を拡大して示している。
同図に示すように、この切換弁３０は、その基本構成は上述の第一実施形態と共通しており、その中央に弁大径部３１、弁大径部３１の前後に弁小径部３２、３３、および弁大径部３１と後端の弁小径部３３との間に切換弁３０の後方への移動を規制する弁後退規制部３６を備えてなる円筒形状であり、連通孔３８、３９が開削されている部分以外は基本的に中実体である。すなわち、この切換弁３０は、その軸方向での両端面間を連通する貫通孔を有しない中実構造である。

この切換弁３０の前方への移動を規制するのは、弁大径部３１と前端側の弁小径部３２との間の段差である。切換弁５の弁大径部３１の径は、弁室１１がピストン２と非同軸に設けられているので、上述の第一実施形態同様に、ピストン２の大径部２ａの径よりも小さく設定可能であり、ピストン２の約半分の径になっている。
切換弁３０の前端の弁小径部３２は弁制御室１５の内径と摺接し、後端の弁小径部３３は弁規制室１６の内径と摺接しており、前端の小径部３２の径が後端の弁小径部３３の径よりも大きく設定されている。すなわち、前端の小径部３２の受圧面積は後端の小径部３３の受圧面積よりも大きいので、弁制御室１５と弁規制室１６の両方に高圧油が供給されると受圧面積差によって切換弁３０は後退可能になっている。

そして、切換弁３０の弁大径部３１には、切換弁３０が後退したとき給排油ポート１２、給排油回路１３、給排油切換ポート１４および後室高圧ポート９を介して後室４と高圧回路６を連通させる弁高圧油供給溝３４が設けられており、弁大径部３１と弁後退規制部３６との間には、切換弁３０が前進したとき給排油ポート１２、給排油回路１３、給排油切換ポート１４および後室低圧ポート１０を介して後室４と低圧回路７を連通させる弁排油溝３５が設けられている。この弁排油溝３５と弁後退規制部３６の外径との間には上記同様の傾斜面３７が形成されている。

さらに、この切換弁３０には、その後端の弁小径部３３の側面に開口する弁連通孔３８が設けられている。そして、この弁連通孔３８と連通して弁高圧供給溝３４の軸直方向に向けて開口する弁連通孔３９が設けられており、弁規制室１６は、これら弁連通孔３８、３９および後室高圧ポート９を介して高圧回路６と連通されており、切換弁３０を常に前方に付勢するようになっている。

このような構成からなるこの第二実施形態の液圧式打撃装置によれば、上記第一実施形態と同等の作用効果を奏するとともに、例えば上記第一実施形態での構成に比べて、シリンダ内の油圧通路の一部を削減可能なので、その加工コストをさらに低減することが可能となる。
なお、本発明に係る切換弁機構、およびこれを備える液圧式打撃装置は、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能であることは勿論である。

本発明に係る液圧式打撃装置の第一実施形態を説明する図である。 本発明に係る液圧式打撃装置の第二実施形態を説明する図であり、同図では、その切換弁機構の要部を拡大して示している。 従来の液圧式打撃装置での切換弁機構の説明図であり、同図（ａ）はその全体図、同図（ｂ）は同図（ａ）の部分拡大図である。

符号の説明

１ シリンダ
２ ピストン
２ａ 大径部
２ｂ 小径部
２ｃ 小径部
２ｄ 排油溝
３ 前室
４ 後室
５ 切換弁
６ 高圧回路
７ 低圧回路
８ 前室高圧ポート
９ 後室高圧ポート
１０ 後室低圧ポート
１１ 弁室
１２ 給排油ポート
１３ 給排油回路
１４ 給排油切換ポート
１５ 弁制御室
１６ 弁規制室
１７ 弁制御回路
１８ 弁前進制御ポート
１９ 弁後進制御ポート
２０ 排油ポート
２１ 弁大径部
２２ 弁小径部
２３ 弁小径部
２４ 弁高圧油供給溝
２５ 弁排油溝
２６ 弁後退規制部
２７ 傾斜面
３０ 切換弁
３１ 弁大径部
３２ 弁小径部
３３ 弁小径部
３４ 弁高圧油供給溝
３５ 弁排油溝
３６ 弁後端規制部
３７ 傾斜面
３８ 弁連通孔
３９ 弁連通孔
Ｒ ロッド

Claims (1)

1. 大径部およびこの大径部の前後にそれぞれ設けられた小径部を有するピストンと、このピストンを内部に摺嵌してその軸方向の前後に前室および後室がそれぞれ画成されるシリンダと、このシリンダ内にピストンとは非同軸に形成される弁室と、この弁室内に摺嵌される切換弁と、を備え、前室が高圧回路に常時接続され、後室が前記切換弁の前後進によって高圧回路と低圧回路とを交互に切換えて連通されることによりピストンを前後進させて、打撃用のロッドをピストンで打撃可能に構成される液圧式打撃装置であって、
   前記切換弁は、弁大径部と、この弁大径部の前後端にそれぞれ設けられた弁小径部と、弁大径部および後端の弁小径部の間に配置されて当該切換弁の後方への移動を規制する弁後退規制部と、弁大径部の中央に設けられて後室と高圧回路とを連通させるための弁高圧供給溝と、弁大径部および弁後退規制部の間に設けられて後室と低圧回路とを連通させるための弁排油溝と、を備えてなる中実構造であり、
   前記弁室は、その前端の弁小径部側に画成された弁制御室と、その後端の弁小径部側に画成された弁規制室と、を有し、弁規制室が高圧回路に常時接続され、弁制御室がピストンの前後進によって高圧回路と低圧回路とを交互に切換えて連通可能に構成されていることを特徴とする液圧式打撃装置。

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