JP6906208B2 - 油圧削岩機、そのためのダンパ油圧回路、およびダンパの圧力制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、油圧削岩機、そのためのダンパ油圧回路、およびダンパの圧力制御方法に関する。

従来より、岩盤などの破砕または穿孔のために、油圧削岩機がしばしば用いられる。油圧削岩機としては、種々の構造および形式のものが提案されている。

特許文献１には、油圧式の打撃装置と回転装置とフィード装置とを備えた油圧さく岩機が開示されている。本体の先端部に取り付けたシャンクロッドにさく孔ロッドを接続し、該シャンクロッドにシリンダ空所内に設けたピストンで打撃を与えて、該さく孔ロッドの先端部に装着したロックビットで穿孔する。穿孔中は、本体に設けた回転装置によりさく孔ロッドを回転させるとともに、フィード装置でさく岩機を前進させつつ所定深さの孔を穿孔する。対象となる岩盤は均質ではないため、さく岩機のオペレータが、岩質、岩盤の状態等を観察しながら、打撃や回転の大きさや強さ、推力などを調節する。

特許文献２には、ピストンでシャンクロッドを打撃したエネルギーがロッドを経てビットに伝達され、ビットが岩盤を打撃して破砕する油圧さく岩機が開示されている。

この油圧さく岩機によると、岩盤を打撃したときの岩盤からの反射エネルギーは、ビットからロッド、シャンクロッドを経てさく岩機本体に伝達され、この反射エネルギーによってさく岩機本体は一旦後退する。さく岩機本体は、送り装置の推力により一打撃による破砕長分だけ前進し、そこで次の打撃を行う。この行程を繰り返すことにより、さく孔作業が行われる。

さて、油圧さく岩機には、反射エネルギーを緩衝して打撃伝達効率を向上させるために、油圧式のダンパ（緩衝機構）が設けられる。

引用文献２においては、ダンパに供給する油圧の圧力（ダンパ圧力）の調整のために、電磁比例制御弁を用いた圧力制御手段が設けられている。その圧力制御手段は、さく岩機本体を前方へ送り出す送り圧力を検出する圧力センサ、圧力センサからの電気検出信号に基づいてダンパ圧力が送り圧力に対して所定の関係となるように演算処理する演算処理装置、演算処理装置からの電気信号に基づいて減圧弁への油圧を制御する電磁比例制御弁、電磁比例制御弁からの油圧に基づいてポンプ圧力をダンパ圧力に減圧する減圧弁などを備えている。

特開平１１−１７３０６３号公報 特開２００１−３４１０８３号公報

上に述べたような油圧削岩機においては、ダンパによる緩衝作用の程度によって削岩効率が大きく変わるため、ダンパ圧力を旨く調整する必要がある。

引用文献２で提案された圧力制御手段によると、圧力センサで検出された送り圧力の電気検出信号が演算処理装置へ送られる。演算処理装置は、電気検出信号に基づいてダンパ圧力が送り圧力に対して所定の関係となるような圧力演算を行い、その演算結果である電気信号を電磁比例制御弁に送る。電磁比例制御弁は、演算処理装置からの電気信号に基づいて減圧弁への油圧を制御し、減圧弁は、電磁比例制御弁からの油圧に基づいてポンプ圧力を所定の関係となるダンパ圧力に減圧する。このようにして、ダンパ圧力が制御される。

しかし、引用文献２などの従来の装置では、圧力センサにより油圧を一旦電気信号に変換して演算処理を行い、演算結果に基づいて電磁比例制御弁を用いて電気−油圧変換を行ってダンパ圧力の制御を行うので、その構成が複雑であり、調整およびメンテナンスが容易でなく、油圧技術と電気技術の両方を兼ね備えた技術者によらなければならない。特に電磁比例制御弁は、その動作が繊細であって衝撃などに弱く、故障の発生確率が比較的大きいため取り扱いに注意を要する。

本発明は、電気−油圧変換を行うことなく、入手が比較的容易な油圧機器のみを用いた簡単な構成でダンパ圧力の制御を行い、油圧削岩機を効率良く作動させるための調整およびメンテナンスを容易にすることを目的とする。

本発明に係る装置は、回転する工具を対象物に向かって油圧により押して推進させる推進機構と、前記工具を前記対象物に向かって打撃する打撃機構と、前記工具への打撃により前記対象物からの反射による衝撃を油圧によって緩衝するダンパ機構と、前記ダンパ機構に油圧を供給するダンパ油圧回路とを有する油圧削岩機において、前記ダンパ油圧回路は、油圧源に接続されるダンパ入力ポートと、前記ダンパ機構に油圧を出力するダンパ出力ポートと、前記ダンパ入力ポートと前記ダンパ出力ポートとの間に設けられた流量調整弁と、前記流量調整弁の出力ポートの側に入力ポートが接続された直動形リリーフ弁と、前記直動形リリーフ弁の出力ポートの側に入力ポートが接続され、タンクに接続される戻りポートの側に出力ポートが接続された、パイロット操作形リリーフ弁と、前記パイロット操作形リリーフ弁のパイロットポートに前記推進機構に供給される油圧が供給されるよう接続するパイロット管路と、を有する。

本発明に係るダンパ油圧回路は、回転する工具を対象物に向かって油圧により押して推進させる推進機構と、前記工具を前記対象物に向かって打撃する打撃機構と、前記工具への打撃により前記対象物からの反射による衝撃を油圧によって緩衝するダンパ機構とを有する油圧削岩機に用いられ、前記ダンパ機構に油圧を供給するためのダンパ油圧回路であって、油圧源に接続されるダンパ入力ポートと、前記ダンパ機構に油圧を出力するダンパ出力ポートと、前記ダンパ入力ポートと前記ダンパ出力ポートとの間に設けられた流量調整弁と、前記流量調整弁の出力ポートの側に入力ポートが接続された直動形リリーフ弁と、前記直動形リリーフ弁の出力ポートの側に入力ポートが接続され、タンクに接続される戻りポートの側に出力ポートが接続された、パイロット操作形リリーフ弁と、前記パイロット操作形リリーフ弁のパイロットポートに前記推進機構に供給される油圧が供給されるよう接続するパイロット管路と、を有する。

本発明によると、電気−油圧変換を行うことなく、入手が比較的容易な油圧機器のみを用いた簡単な構成でダンパ圧力の制御を行うことができ、油圧削岩機を効率良く作動させるための調整およびメンテナンスが容易となる。

本発明に係る油圧削岩機の概略の構成を示す図である。 図１の油圧削岩機のドリルヘッドの概略の構造を示す断面図である。 図２のドリルヘッドのダンパ機構を拡大して示す断面図である。 図２のドリルヘッドのダンパ機構を拡大して示す断面図である。 油圧削岩機の油圧回路を示す図である。 フィード油圧回路の他の例を示す図である。 フィード圧Ｐｐと差圧Ｐαとダンパ圧力との関係の例を示す図である。 ダンパ油圧回路に用いられるパイロット操作形リリーフ弁の構造の例を示す断面図である。 ダンパ油圧回路に用いられる直動形リリーフ弁の構造の例を示す断面図である。 図６（Ａ）に示すフィード油圧回路の機器構成の例を示す図である。 図６（Ｂ）に示すフィード油圧回路の機器構成の例を示す図である。

本実施形態の油圧削岩機１には、回転する工具を対象物に向かって油圧により押して推進させる推進機構と、工具を対象物に向かって打撃する打撃機構と、工具への打撃により対象物からの反射による衝撃を油圧によって緩衝するダンパ機構と、ダンパ機構に油圧を供給するダンパ油圧回路などを有する。以下、詳しく説明する。

図１には、本発明に係る油圧削岩機１の概略の構成が、図２には、図１の油圧削岩機１のドリルヘッド１６の概略の構造が、それぞれ示されている。

図１において、油圧削岩機１は、フレーム１１、フレーム１１の両端部に回転可能に取り付けられたスプロケット１２ａ，１２ｂ、スプロケット１２ａ，１２ｂにわたって掛け渡されたチェーン１３、スプロケット１２ａを回転駆動するフィード用の油圧モータ１４、チェーン１３に連結されフレーム１１に沿って直線移動するキャリッジ１５、キャリッジ１５に取り付けられたドリルヘッド１６などを有する。これらはドリルヘッド１６を推進させるフィード機構（推進機構）ＦＫの構成の例である。

ドリルヘッド１６の先端からはドリルロッド（シャンクロッド）１８が延びている。ドリルロッド１８は、その先端部分において、フレーム１１に設けられたセントライザー１９によって回転可能かつ摺動可能に支持される。ドリルロッド１８は、ドリルヘッド１６に設けられた油圧モータによって回転駆動されるとともに、ドリルヘッド１６に内蔵された打撃機構によって打撃が与えられ、ドリルヘッド１６の移動とともに移動し、ドリルロッド１８の先端に設けられた工具であるビット２０によって、対象物である岩盤などを破砕し穿孔する。

図２には、図１の油圧削岩機１のドリルヘッド１６の概略の構造が示され、図３および図４には図２のドリルヘッド１６のダンパ機構ＰＫが拡大して示されている。図３において、ダンパピストン３３は前進端に位置し、図４において、ダンパピストン３３は中間位置にある。

図２において、ドリルヘッド１６は、ハウジング３１、打撃ピストン３２などからなる打撃機構ＤＫ、ダンパピストン３３などからなるダンパ機構ＰＫ、ブッシング３４、ギヤ３５、ギヤ３６、スプライン３７、油圧モータ１７などからなる回転駆動機構ＫＫを有する。

ハウジング３１の先端側からは、シャンクロッド１８ａが軸方向に摺動可能に突出している。シャンクロッド１８ａは、ドリルロッド１８に接続され、打撃力および回転力を伝達するものであり、回転駆動機構ＫＫにおいて、回転駆動用の油圧モータ１７によって、ギヤ３５，３６およびスプライン３７を介して回転駆動される。なお、スプライン３７とシャンクロッド１８ａとの間はキーを介して回転方向に連結され、これらは一体に回転し、軸方向にはシャンクロッド１８ａが所定の距離（例えば２５ｍｍ程度）だけ摺動することが可能である。

打撃ピストン３２は、中央部にピストン部３２１、その両側にロッド部３２２，３２３を有し、ハウジング３１に設けられたピストン室３１１内を軸方向に摺動可能である。図示は省略したが、打撃ピストン３２の周辺には、打撃ピストン３２を前進方向および後進方向、つまり矢印Ｍ１方向に周期的に往復駆動してシャンクロッド１８ａに打撃を与えるための公知の打撃機構ＤＫが設けられる。打撃機構ＤＫの例として、特開平１１−１７３０６３号公報に記載の油圧機構が挙げられる。打撃ピストン３２とシャンクロッド１８ａとの境界部分に、ダンパピストン３３を中心として構成されるダンパ機構ＰＫが設けられる。

油圧削岩機１において、フィード機構ＦＫの油圧モータ１４の回転によるチェーン１３の走行によって、キャリッジ１５を介してドリルヘッド１６が往復移動する。穿孔のためにドリルヘッド１６が前進移動つまりフィードされるときは、ドリルロッド１８は回転しながら前進し、このとき打撃機構ＤＫによって前方に向かう打撃が加えられる。これにより、ビット２０によって岩盤などが破砕される。

図３および図４において、ダンパピストン３３は、ハウジング３１に設けられた大径室４２内を摺動する大径部３３１、中径室４３内を摺動するランド部３３２、小径室４４内を摺動する径小部３３３を有する。

また、ハウジング３１には、中径室４３に連通する孔４６、大径室４２に連通する孔４７、および、大径室４２に連通する孔４８が設けられている。孔４６，４７には、後述するダンパ油圧回路ＹＫ４のダンパ出力ポートＰＤ１からの油圧が供給され、孔４８はタンクＴに接続される。つまり孔４８はドレンポートである。

なお、室４２、４４はドレイン通路を介してタンクＴに接続される。

なお、ダンパ出力ポートＰＤ１と孔４６との間には、図に示すようにバランスピストン型バルブＶ１１が挿入されることがある。図に示すバランスピストン型バルブＶ１１は、ダンパ出力ポートＰＤ１から孔４６に向かう方向に自由流となるチェック弁と同様な作用をするが、開閉を切り替えるスプールの両端の有効面積が互いに異なっており、そのため孔４６に連通する中径室４３の圧力が低下したときにバランスピストン型バルブＶ１１が開く。

ダンパ出力ポートＰＤ１から油圧が供給されると、ダンパピストン３３は、大径室４２および中径室４３の油圧の圧力によって図の左方へ押され、この押圧力がブッシング３４を介してシャンクロッド１８ａ（つまりドリルロッド１８）を前方へ押し出す力として作用する。

ダンパピストン３３が無負荷の状態、つまりダンパピストン３３が図３に示すように前進端にあるときは、油圧は中径室（第１油圧室）４３のみに作用する。このとき、大径室（第２油圧室）４２は孔４８を介してタンクＴに接続されるため、圧力は低下してほぼ無圧力状態であり、シャンクロッド１８ａを前方へ押し出そうとする力は、中径室（第１油圧室）４３に作用している圧力に比例した力となる。

ドリルヘッド１６がフィードされると、それに応じてシャンクロッド１８ａがハウジング３１に対して後退する。これにより、シャンクロッド１８ａは、ブッシング３４を介してダンパピストン３３を押し、ダンパピストン３３は後退する。ダンパピストン３３が後退すると、それにつれて大径部３３１によって孔４８が塞がれて閉止され、これとともに中径室４３は密閉状態となって圧力が上昇し、高圧化する。中径室４３が高圧化することで、バランスピストン型バルブＶ１１が閉状態に切り替わる。このとき、シャンクロッド１８ａを前方へ押し出そうとする力は、中径室（第１油圧室）４３および大径室（第２油圧室）４２に作用している圧力による力の合計となる。

なお、中径室４３が密閉状態になると、リークによって圧力が低下していくが、所定の圧力にまで低下すると、バランスピストン型バルブＶ１１が開状態に切り替わり、中径室４３に油圧が供給される。

図５には油圧削岩機１の油圧回路ＹＫが示されている。

図５において、油圧回路ＹＫは、フィード機構ＦＫのためのフィード油圧回路ＹＫ１、回転駆動機構ＫＫのための回転油圧回路ＹＫ２、打撃機構ＤＫのための打撃油圧回路ＹＫ３、およびダンパ機構ＰＫのためのダンパ油圧回路ＹＫ４を有する。

各油圧回路ＹＫ１〜ＹＫ４には、所定の圧力Ｐ１〜Ｐ４の油圧源が供給されている。これらの油圧源を「油圧源Ｐ１」「油圧源Ｐ２」などと記載することがある。これらの油圧源Ｐ１〜Ｐ４は、それぞれ独立して設けてもよいが、後で述べるように共通化することも可能である。

フィード油圧回路ＹＫ１は、切り替えバルブＶ１およびリリーフバルブ６１を有する。制御弁である切り替えバルブＶ１が図示しない制御回路によって切り替えられることにより、フィード用の油圧モータ１４が正転、逆転、または停止し、ドリルヘッド１６は前進、後退、または停止する。前進ポート（推進用ポート）ＰＦ１に油圧が供給されると前進し、後退ポートＰＦ２に油圧が供給されると後退する。前進ポートＰＦ１の圧力Ｐｐは、リリーフバルブ６１によって調整される。前進ポートＰＦ１の圧力Ｐｐを「フィード圧Ｐｐ」と記載することがある。

なお、リリーフバルブ６１による圧力Ｐｐの調整は、油圧技術者または現場担当者が、リリーフバルブ６１のハンドルまたは調整ネジなどを手動で回転することによって容易に行うことができる。圧力の確認のためには適当な圧力計を取り付けておけばよい。

フィード油圧回路ＹＫ１は、本発明における「圧力調整装置」の例である。前進ポートＰＦ１は、本発明の「推進用ポート」の例であり、油圧モータ１４の回転によって工具を対象物に向かって押す作用が生じる側の当該油圧モータ１４のポートである。

回転油圧回路ＹＫ２は、制御弁である切り替えバルブＶ２を有する。切り替えバルブＶ２が切り替わることにより、回転駆動用の油圧モータ１７が正転、逆転、または停止し、シャンクロッド１８ａは正転、逆転、または停止する。

打撃油圧回路ＹＫ３は、制御弁である切り替えバルブＶ３を有する。切り替えバルブＶ３が切り替わることにより、打撃機構ＤＫへの油圧が供給されまたは停止される。油圧が供給されたときに、打撃機構ＤＫが作動してシャンクロッド１８ａに打撃が周期的に加えられる。

ダンパ油圧回路ＹＫ４は、制御弁である切り替えバルブＶ４を介して油圧源Ｐ４に接続されるダンパ入力ポートＤＮ１と、ダンパ機構ＰＫに油圧を出力するダンパ出力ポートＰＤ１と、ダンパ入力ポートＤＮ１とダンパ出力ポートＰＤ１との間に設けられた流量調整弁５１と、流量調整弁５１の出力ポート５１Ｐ２の側に入力ポート５２Ｐ１が接続された直動形リリーフ弁５２と、直動形リリーフ弁５２の出力ポート５２Ｐ２の側に入力ポート５３Ｐ１が接続され、タンクＴに接続される戻りポートの側に出力ポート５３Ｐ２が接続された、パイロット操作形リリーフ弁５３と、パイロット操作形リリーフ弁５３のパイロットポート５３Ｐ３にフィード用の油圧モータ１４の前進ポートＰＦ１に供給される油圧が供給されるよう接続するパイロット管路ＬＰ１と、を有する。

なお、ダンパ出力ポートＰＤ１の圧力（Ｐｒ＋Ｐα）のことを「ダンパ圧力」と記載することがある。

流量調整弁５１は、ここを流れる油圧の流量Ｑ１を調整するものであり、本実施形態においては圧力補償形のものが用いられる。また、流量調整弁５１と並列に、ダンパ出力ポートＰＤ１からダンパ入力ポートＤＮ１に向かって自由流となるチェック弁５４を設けてもよい。

直動形リリーフ弁５２は、その入力ポート５２Ｐ１と出力ポート５２Ｐ２との間に、差圧（設定圧）Ｐαを発生させる。差圧Ｐαの大きさは、例えば２〜４ＭＰａ程度、好ましくは２．５〜３．５ＭＰａ程度、中心値は例えば３ＭＰａ程度であり、手動で調整することができる。

パイロット操作形リリーフ弁５３は、パイロットポート５３Ｐ３に加えられる圧力Ｐｐに対応した圧力Ｐｒを、入力ポート５３Ｐ１に発生させる。パイロットポート５３Ｐ３は、パイロット管路ＬＰ１を介して油圧モータ１４の前進ポートＰＦ１に接続されており、したがって、前進ポートＰＦ１の圧力が、圧力Ｐｐとしてパイロットポート５３Ｐ３に加えられることとなる。

その結果、パイロット操作形リリーフ弁５３の入力ポート５３Ｐ１には、前進ポートＰＦ１の圧力Ｐｐとほぼ同じ圧力である圧力Ｐｒが発生する。

直動形リリーフ弁５２の入力ポート５２Ｐ１には、パイロット操作形リリーフ弁５３の入力ポート５３Ｐ１の圧力Ｐｒに差圧Ｐαを加えた圧力（Ｐｒ＋Ｐα）が発生し、これがダンパ出力ポートＰＤ１に出力され、ダンパ機構ＰＫに供給される。

なお、ダンパ油圧回路ＹＫ４は、適当なハウジングまたは基板などに必要な油圧機器を取り付けて配管を行い、１つの油圧回路ユニットとして構成することが可能である。または、油圧源Ｐ４に設けられるタンクに隣接してそれらの機器を取り付けて構成してもよい。または、ドリルヘッド１６の近傍にそれらの機器を配置してもよい。

図６（Ａ）（Ｂ）にはフィード油圧回路ＹＫ１の他の例が示されている。

図６（Ａ）において、フィード油圧回路ＹＫ１Ｂは、リリーフバルブ６１に代えて、パイロット操作形バランシング弁６２およびシーケンス弁６３を有する。

パイロット操作形バランシング弁６２は、油圧源Ｐ１から前進ポート（推進用ポート）ＰＦ１に向かう管路に挿入される。シーケンス弁６３は、その入力ポートが、パイロット操作形バランシング弁６２のパイロットポートの側に接続され、その出力ポートがタンク側に接続され、そのパイロットポートが油圧モータ１４の前進ポート（推進用ポート）ＰＦ１とは逆側のポートである後退ポートＰＦ２に接続される。

前進ポートＰＦ１に圧力が発生して油圧モータ１４が正転し、ドリルヘッド１６が前進するときは、パイロット操作形バランシング弁６２によって圧力Ｐ１が減圧され、前進ポートＰＦ１の圧力が調整される。パイロット操作形バランシング弁６２による圧力の調整は、パイロットポートに接続されたシーケンス弁６３の設定圧の調整によってなされる。

このようにして、圧力Ｐ１が大きい場合でも、パイロット操作形バランシング弁６２によって油圧モータ１４の駆動に必要な圧力Ｐｐに減圧することができる。

後退ポートＰＦ２に圧力が発生して油圧モータ１４が逆転し、ドリルヘッド１６が後退するときは、シーケンス弁６３の入力ポートの圧力が０の近辺に低下し、これによってパイロット操作形バランシング弁６２の入力ポートと出力ポートとの間の圧力は０近辺に低下する（除圧される）。これにより、前進ポートＰＦ１からの戻りの油はタンクＴに流れ込む。

なお、フィード油圧回路ＹＫ１Ｂにおいて、シーケンス弁６３を設けることなく、パイロット操作形バランシング弁６２の出力側（出力ポート）の圧力（つまり前進ポートＰＦ１の圧力）が油圧モータ１４の前進ポート（推進用ポート）ＰＦ１とは逆側のポートである後退ポートＰＦ２の圧力により除圧されるように構成すればよい。

例えば、シーケンス弁６３に代えてパイロットチェック弁を接続し、後退ポートＰＦ２の圧力により当該パイロットチェック弁が開いてパイロット操作形バランシング弁６２の入力ポートと出力ポートとの間の圧力が０近辺に低下するようにしてもよい。また、前進ポートＰＦ１とタンクＴとの間にパイロットチェック弁を接続し、後退ポートＰＦ２の圧力によって当該パイロットチェック弁が開いて前進ポートＰＦ１の圧力が０近辺に低下するようにしてもよい。

図６（Ｂ）において、フィード油圧回路ＹＫ１Ｃは、リリーフバルブ６１に代えて、パイロット操作形減圧弁６４およびチェック弁６５を有する。

パイロット操作形減圧弁６４は、油圧源Ｐ１から前進ポート（推進用ポート）ＰＦ１に向かう管路に挿入される。チェック弁６５は、パイロット操作形減圧弁６４と並列にかつ前進ポートＰＦ１から油圧源Ｐ１側へ向かって自由流となるように接続される。

前進ポートＰＦ１に圧力が発生して油圧モータ１４が正転し、ドリルヘッド１６が前進するときは、パイロット操作形減圧弁６４によって圧力Ｐ１が減圧され、前進ポートＰＦ１の圧力が調整される。つまり、圧力Ｐ１が大きい場合でも、パイロット操作形減圧弁６４によって油圧モータ１４の駆動に必要な圧力Ｐｐに減圧することができる。

後退ポートＰＦ２に圧力が発生して油圧モータ１４が逆転し、ドリルヘッド１６が後退するときは、前進ポートＰＦ１からの戻りの油はチェック弁６５を経由してタンクＴに流れ込む。

フィード油圧回路ＹＫ１Ｂ，Ｃを用いた場合に、圧力Ｐｐの調整は、油圧技術者または現場担当者が、シーケンス弁６３またはパイロット操作形減圧弁６４の調整ネジまたはハンドルなどを手動で回転することによって容易に行うことができる。

また、フィード油圧回路ＹＫ１Ｂ，Ｃを用いる場合には、フィード機構ＦＫの油圧源Ｐ１とダンパ機構ＰＫの油圧源Ｐ４とは、共通の単一の油圧源によって兼用することができる。つまり、単一の油圧ポンプを用いて油圧を発生させ、これを油圧源Ｐ１、Ｐ４として共通に用いることができる。

次に、図５に示す油圧回路ＹＫにおける圧力の設定例について説明する。

フィード機構ＦＫにおける油圧モータ１４の前進ポートＰＦ１の圧力（フィード圧）Ｐｐを、例えば５ＭＰａに設定する。このとき、ダンパ機構ＰＫにおける直動形リリーフ弁５２の圧力（差圧）Ｐαを、２．２〜３．０ＭＰａに設定し、ダンパ出力ポートＰＤ１の圧力つまりダンパ圧力（Ｐｒ＋Ｐα）が７．２〜８．０ＭＰａになるよう設定する。

この場合に、流量調整弁５１における流量Ｑ１を、例えば１０〜１３Ｌ／ｍｉｎに設定する。

また、前進ポートＰＦ１の圧力（フィード圧）Ｐｐを、例えば８ＭＰａに設定する。このとき、直動形リリーフ弁５２の圧力（差圧）Ｐαを、２．２〜３．０ＭＰａに設定し、ダンパ圧力（Ｐｒ＋Ｐα）が１０．２〜１１．０ＭＰａになるよう設定する。

図７（Ａ）には、フィード圧Ｐｐの変化とそれに対する差圧Ｐαおよび流量Ｑ１の変化との関係が、図７（Ｂ）には、フィード圧Ｐｐの変化とそれに対するダンパ圧力（Ｐｒ＋Ｐα）との関係が、それぞれ示されている。

図７（Ａ）は、フィード圧Ｐｐを５ＭＰａ、差圧Ｐαを３ＭＰａ、流量Ｑ１を１２Ｌ／ｍｉｎのそれぞれ基準値に設定し、フィード圧Ｐｐを変化させた場合の差圧Ｐαおよび流量Ｑ１の変化を観察したものである。

図７（Ａ）に示すように、フィード圧Ｐｐが２〜８ＭＰａの範囲において、差圧Ｐαは３．４〜２．８ＭＰａの範囲であり、流量Ｑ１は１５〜７．５Ｌ／ｍｉｎの範囲である。したがって、ダンパ機構ＰＫに供給されるダンパ圧（Ｐｒ＋Ｐα）は、フィード圧Ｐｐに対して常に差圧Ｐαの３．４〜２．８ＭＰａだけ高くなる。

図７（Ｂ）においては、フィード圧Ｐｐの変化とダンパ圧力（Ｐｒ＋Ｐα）との基本的な関係が示されている。

図７（Ｂ）に示すように、フィード圧Ｐｐが所定の範囲において、フィード圧Ｐｐの増大にほぼ比例してダンパ圧力（Ｐｒ＋Ｐα）が増大する。図７（Ａ）に示すように差圧Ｐαは厳密には一定ではないが、その変動は小さな所定範囲に収まっており、ダンパ圧力（Ｐｒ＋Ｐα）はフィード圧Ｐｐにほぼ比例すると言える。

より詳しくは、差圧Ｐαは、フィード圧Ｐｐの増大に応じてやや減少する傾向がある。そのため、図７（Ｂ）に直線の二点鎖線と曲線の実線とで比較されるように、フィード圧Ｐｐの増大にともなって、ダンパ圧力（Ｐｒ＋Ｐα）の増大の傾きが僅かに減少する傾向がある。

この原因は、フィード圧Ｐｐが増大するにともない、ダンパ圧力（Ｐｒ＋Ｐα）と油圧源との圧力差が減少し、流量Ｑ１が減少するため、リリーフ弁の特性により引き起こされる。これらの不具合は、流量調整弁を圧力補償形にすることにより防ぐことができる。

なお、油圧削岩機１において、ダンパ圧力（Ｐｒ＋Ｐα）はフィード圧Ｐｐに必ずしも正確に比例しなくてもよい場合があり、油圧削岩機１およびドリルヘッド１６の実際の構造などに応じ、使用する機器を選択することなどによって最適な動作となるよう調整することが可能である。

このように、ダンパ油圧回路ＹＫ４を用いることによって、ダンパ圧力をフィード圧Ｐｐよりも差圧Ｐαだけ常に大きい値とすることができる。ダンパ油圧回路ＹＫ４は、流量調整弁５１、直動形リリーフ弁５２、およびパイロット操作形リリーフ弁５３によって構成され、電気−油圧変換を行うことなく、入手が比較的容易な油圧機器のみを用いた簡単な構成でダンパ圧力の制御を行うことができ、油圧削岩機１を効率良く作動させるための調整およびメンテナンスを容易にすることができる。

ダンパ圧力を制御することにより、打撃時に岩盤などから反発力を受けて戻ろうとするシャンクロッド１８ａつまりドリルロッド１８の動きをダンパ機構ＰＫによって効果的に抑制することができる。これにより、ビット２０の着岩性が確保され、衝撃波のエネルギーを岩盤に確実に伝達することができる。

次に、油圧回路ＹＫに用いる機器の具体例について説明する。

図８にはダンパ油圧回路ＹＫ４に用いられるパイロット操作形リリーフ弁５３の構造の例が断面図で示されている。

図８において、パイロット操作形リリーフ弁５３には、ボディ７１の内部に、メイン流量を調整するピストン７２、および圧力調整用のパイロット弁７５が設けられる。

入力ポート５３Ｐ１から入った圧油は、ピストン７２の下面に作用し、同時にオリフィス７３ａを通ってスプリング室７４ａに入り、さらに通路７３ｂ，７３ｃを経てニードル弁７５に作用する。ニードル弁７５に作用する圧力がスプリング７６の設定値を越えると、ニードル弁７５が開き、スプリング室７４ａの圧油はニードル室７４ｂに流出する。この動作によってスプリング室７４ａの圧力が低下すると、ピストン７２が上昇し、入力ポート５３Ｐ１から出力ポート５３Ｐ２への流路が開く。

なお、この場合に、スプリング７６の設定値は、調整ネジ７７を回転することによって任意に調整することができる。

ニードル室７４ｂに流出した圧油は、通路７３ｄを経て出力ポート５３Ｐ２に流出可能である。

本実施形態では、パイロットポート（ベントポート）５３Ｐ３にパイロット管路ＬＰ１が接続されている。したがって、パイロット管路ＬＰ１を介してパイロットポート５３Ｐ３に圧力Ｐｐが加えられることにより、スプリング室７４ａの圧力が圧力Ｐｐとほぼ等しくなり、入力ポート５３Ｐ１の圧力が圧力Ｐｐとほぼ等しい状態に保たれる。つまり、入力ポート５３Ｐ１の圧力が、パイロット管路ＬＰ１を介したパイロットポート５３Ｐ３の圧力Ｐｐによってリモートコントロールされる。

図９には、ダンパ油圧回路ＹＫ４に用いられる直動形リリーフ弁５２の構造の例が断面図で示されている。

図９において、直動形リリーフ弁５２には、ボディ８１の内部に、ポペット弁８２、スプリング８３、および調整ネジ８４などが設けられる。

入力ポート５２Ｐ１から入った圧油は、ポペット室８５ａに流入し、ポペット弁８２に作用する。ポペット弁８２に作用する圧力がスプリング８３の設定値を越えると、ポペット弁８２が開き、ポペット室８５ａの圧油はスプリング室８５ｂに流入し、出力ポート５２Ｐ２に至る。この動作によってポペット室８５ａの圧力が低下すると、スプリング８３の力によってポペット弁８２が閉じられる。これによって、入力ポート５２Ｐ１の圧力が設定圧に保たれる。設定圧は、調整ネジ８４をドライバなどで回転することによって任意に調整することができる。

図１０には、フィード油圧回路ＹＫ１Ｂの機器構成の例が示されている。

図１０において、パイロット操作形バランシング弁６２には、ボディ９１の内部に、弁体９２、スプリング９３、ニードル弁９４、スプリング９５、および調整ハンドル９６などが設けられる。

入力ポート６２Ｐ１から入った圧油は、弁室９７ａに流入し、弁体９２に作用する。弁体９２に作用する圧力がスプリング９３の設定値を越えると、弁体９２が開き、弁室９７ａがドレンポート６２ＰＤに連通して圧油がタンクＴに流出する。この動作によって弁室９７ａの圧力が低下すると、スプリング９３およびパイロットポート６２Ｐ３の圧力によって弁体９２が閉じられる。

これによって、入力ポート６２Ｐ１の圧力が設定圧に保たれ、その圧力Ｐｐは、前進ポートＰＦ１のフィード圧として油圧モータ１４に出力されるとともに、パイロット管路ＬＰ１を介してパイロット操作形リリーフ弁５３のパイロットポート５３Ｐ３に出力される。

なお、パイロット操作形バランシング弁６２により設定される圧力Ｐｐは、シーケンス弁６３の圧力設定によって容易にアンロードを行うことができる。

図１１には、フィード油圧回路ＹＫ１Ｃの機器構成の例が示されている。

図１１において、パイロット操作形減圧弁６４には、ボディ１０１の内部に、弁体１０２、スプリング１０３、ニードル弁１０４、スプリング１０５、調整ハンドル１０６、およびチェック弁体１０７などが設けられる。

入力ポート６４Ｐ１から入った圧油は、出力ポート６４Ｐ２に至るとともに、通路１０９ａ、オリフィス１０９ｂを経てスプリング室１０８ｂに入り、ニードル室１０８ｃに至ってニードル弁１０４に作用する。ニードル弁１０４に作用する圧力がスプリング１０５の設定値を越えると、ニードル弁１０４が開き、圧油はドレン孔１０９ｃを経てタンクＴに流出する。これによって、スプリング室１０８ｂの圧力は、スプリング１０５で設定された設定圧となる。出力ポート６４Ｐ２の圧力は、スプリング１０５で設定された設定圧に対応した圧力に維持される。

出力ポート６４Ｐ２の圧力Ｐｐは、前進ポートＰＦ１のフィード圧として油圧モータ１４に出力されるとともに、パイロット管路ＬＰ１を介してパイロット操作形リリーフ弁５３のパイロットポート５３Ｐ３に出力される。

なお、スプリング１０５の設定圧、つまりパイロット操作形減圧弁６４により設定される圧力Ｐｐは、調整ハンドル１０６で容易に調整することができる。

これらの機器は、市場において容易に入手することができ、当業者であれば容易に組み立てて油圧回路ＹＫとして使用することができる。

上に述べた実施形態において、フィード機構ＦＫ、回転駆動機構ＫＫ、打撃機構ＤＫ、ダンパ機構ＰＫ、フィード油圧回路ＹＫ１、回転油圧回路ＹＫ２、打撃油圧回路ＹＫ３、ダンパ油圧回路ＹＫ４、油圧回路ＹＫ、ドリルヘッド１６、油圧削岩機１の全体または各部の構成、構造、配置、個数、材質、組み合わせ、寸法、圧力値などは、上に述べた以外の種々のものとすることが可能である。

１ 油圧削岩機
１４ 油圧モータ
１６ ドリルヘッド
１７ 油圧モータ
１８ ドリルロッド（工具）
１８ａ シャンクロッド（工具）
２０ ビット（工具）
３２ 打撃ピストン
３３ ダンパピストン
５１ 流量調整弁
５２ 直動形リリーフ弁
５３ パイロット操作形リリーフ弁
ＬＰ１ パイロット管路
ＤＮ１ ダンパ入力ポート
ＰＤ１ ダンパ出力ポート
Ｐ４ 油圧源
Ｖ４ 切り替えバルブ
Ｐα 差圧（設定圧）
Ｐｐ フィード圧
Ｐｒ 圧力（フィード圧）
（Ｐｒ＋Ｐα） ダンパ圧力（圧力）
ＦＫ フィード機構（推進機構）
ＫＫ 回転駆動機構
ＤＫ 打撃機構
ＰＫ ダンパ機構
ＹＫ 油圧回路
ＹＫ１ フィード油圧回路
ＹＫ２ 回転油圧回路
ＹＫ３ 打撃油圧回路
ＹＫ４ ダンパ油圧回路

Claims (10)

1. 回転する工具を対象物に向かって油圧により押して推進させる推進機構と、前記工具を前記対象物に向かって打撃する打撃機構と、前記工具への打撃により前記対象物からの反射による衝撃を油圧によって緩衝するダンパ機構と、前記ダンパ機構に油圧を供給するダンパ油圧回路とを有する油圧削岩機において、
   前記ダンパ油圧回路は、
   油圧源に接続されるダンパ入力ポートと、
   前記ダンパ機構に油圧を出力するダンパ出力ポートと、
   前記ダンパ入力ポートと前記ダンパ出力ポートとの間に設けられた流量調整弁と、
   前記流量調整弁の出力ポートの側に入力ポートが接続された直動形リリーフ弁と、
   前記直動形リリーフ弁の出力ポートの側に入力ポートが接続され、タンクに接続される戻りポートの側に出力ポートが接続された、パイロット操作形リリーフ弁と、
   前記パイロット操作形リリーフ弁のパイロットポートに前記推進機構に供給される油圧が供給されるよう接続するパイロット管路と、
   を有することを特徴とする油圧削岩機。
2. 前記パイロット操作形リリーフ弁の入力ポートの圧力Ｐｒは、前記パイロットポートに供給される油圧の圧力Ｐｐに対応しており、
   前記ダンパ出力ポートには、前記圧力Ｐｒに前記直動形リリーフ弁の設定圧Ｐαを加算した圧力（Ｐｒ＋Ｐα）が出力される、
   請求項１記載の油圧削岩機。
3. 前記流量調整弁は、圧力補償形の流量調整弁である、
   請求項１または２記載の油圧削岩機。
4. 前記推進機構には、
   推進用の油圧モータと、
   前記油圧モータの回転によって前記工具を対象物に向かって押す作用が生じる側の当該油圧モータのポートである推進用ポートに接続された圧力調整装置と、
   が設けられ、
   前記パイロット管路の一端は、前記推進用ポートの側に接続される、
   請求項１ないし３のいずれかに記載の油圧削岩機。
5. 前記推進機構の油圧源と前記ダンパ油圧回路の油圧源とは、共通の単一の油圧源によって兼用されており、
   前記圧力調整装置として、
   パイロット操作形バランシング弁を有し、
   前記パイロット操作形バランシング弁は、前記油圧源から前記推進用ポートに向かう管路に挿入され、
   前記パイロット操作形バランシング弁の出力側の圧力が、前記油圧モータの前記推進用ポートとは逆側のポートの圧力により除圧されるように構成される、
   請求項４記載の油圧削岩機。
6. 前記推進機構の油圧源と前記ダンパ油圧回路の油圧源とは、共通の単一の油圧源によって兼用されており、
   前記圧力調整装置として、
   パイロット操作形減圧弁およびチェック弁を有し、
   前記パイロット操作形減圧弁は、前記油圧源から前記推進用ポートに向かう管路に挿入され、
   前記チェック弁は、前記パイロット操作形減圧弁と並列にかつ前記推進用ポートから前記油圧源側へ向かって自由流となるように接続される、
   請求項４記載の油圧削岩機。
7. 回転する工具を対象物に向かって油圧により押して推進させる推進機構と、前記工具を前記対象物に向かって打撃する打撃機構と、前記工具への打撃により前記対象物からの反射による衝撃を油圧によって緩衝するダンパ機構とを有する油圧削岩機に用いられ、前記ダンパ機構に油圧を供給するためのダンパ油圧回路であって、
   油圧源に接続されるダンパ入力ポートと、
   前記ダンパ機構に油圧を出力するダンパ出力ポートと、
   前記ダンパ入力ポートと前記ダンパ出力ポートとの間に設けられた流量調整弁と、
   前記流量調整弁の出力ポートの側に入力ポートが接続された直動形リリーフ弁と、
   前記直動形リリーフ弁の出力ポートの側に入力ポートが接続され、タンクに接続される戻りポートの側に出力ポートが接続された、パイロット操作形リリーフ弁と、
   前記パイロット操作形リリーフ弁のパイロットポートに前記推進機構に供給される油圧が供給されるよう接続するパイロット管路と、
   を有することを特徴とする油圧削岩機のためのダンパ油圧回路。
8. 前記パイロット操作形リリーフ弁の入力ポートの圧力Ｐｒは、前記パイロットポートに供給される油圧の圧力Ｐｐに対応しており、
   前記ダンパ出力ポートには、前記圧力Ｐｒに前記直動形リリーフ弁の設定圧Ｐαを加算した圧力（Ｐｒ＋Ｐα）が出力される、
   請求項７記載の油圧削岩機のためのダンパ油圧回路。
9. 前記流量調整弁は、圧力補償形の流量調整弁である、
   請求項７または８記載の油圧削岩機のためのダンパ油圧回路。
10. 回転する工具を対象物に向かって油圧により押して推進させる推進機構と、前記工具を前記対象物に向かって打撃する打撃機構と、前記工具への打撃により前記対象物からの反射による衝撃を油圧によって緩衝するダンパ機構とを有する油圧削岩機において、前記ダンパ機構に供給する油圧の圧力を制御する方法であって、
    油圧源に接続されるダンパ入力ポートと、
    前記ダンパ機構に油圧を出力するダンパ出力ポートと、
    前記ダンパ入力ポートと前記ダンパ出力ポートとの間に設けられた流量調整弁と、
    前記流量調整弁の出力ポートの側に入力ポートが接続された直動形リリーフ弁と、
    前記直動形リリーフ弁の出力ポートの側に入力ポートが接続され、タンクに接続される戻りポートの側に出力ポートが接続された、パイロット操作形リリーフ弁と、
    前記パイロット操作形リリーフ弁のパイロットポートに前記推進機構に供給される油圧が供給されるよう接続するパイロット管路と、
    を有するダンパ油圧回路を用い、
    前記パイロット操作形リリーフ弁の前記入力ポートの圧力Ｐｒを、前記推進機構に供給される油圧の圧力Ｐｐに対応させ、
    前記ダンパ機構に、前記圧力Ｐｒに前記直動形リリーフ弁の設定圧Ｐαを加算した圧力（Ｐｒ＋Ｐα）の油圧を出力する、
    ことを特徴とする油圧削岩機におけるダンパの圧力制御方法。

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