(57)【要約】【課題】確実にかつ無段階にピストンストロークを調節することができるとともに、冷却手段を設ける必要のない構成の簡易かつ小型である衝撃動工具を提供する。【解決手段】シリンダ２内のピストン３大径部３ａの上面側が中室７と、大径部３ａの下面側が下室８とされている。制御弁５は、弁本体１２を備えている。圧油によって弁本体１２に圧力を付与して弁本体１２を上昇させるための流路１６中には、この流路１６の断面積を変化させ、弁本体１２の上昇速度を調節する可変オリフィス３０が設けられている。可変オリフィス３０が、一または二以上の貫通孔３２ａがあけられたスプール３２と、スプール３２を移動させる移動手段とを備え、スプール３２の移動によって貫通孔３２ａと流路１６との連通部分の断面積が変化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、シリンダ内部に上下動自在に組み込まれたピストンと、シリンダ内部におけるピストン下方に上下動自在に組み込まれてピストンで打撃されるチゼルと、シリンダ内部に流体を供給してピストンを上下動させる制御弁とを備え、
ピストンは、大径部と大径部の上下の小径部とを有し、シリンダ内の大径部の上面側が中室と、下面側が下室とされ、
制御弁は、上下動により下室および中室に対する流体の供給と排出とを切換えてピストンを上下動させる弁本体を備え、
ピストンの上昇行程の途中において下室に供給された流体の圧力を弁本体に加えて弁本体を上昇させるための上昇用流路が設けられた衝撃動工具において、
上昇用流路中に、可変オリフィスが設けられている、衝撃動工具。
【請求項２】
可変オリフィスが、一または二以上の貫通孔があけられたスプールと、スプールを移動させる移動手段とを備え、
スプールの移動によって貫通孔と上昇用流路との連通部分の断面積が変化する、請求項１記載の衝撃動工具。
【請求項３】
移動手段が、連通部分の断面積を大きくするおよび小さくする方向のいずれかにスプールを付勢する弾性部材と、
弾性部材が付勢する方向と逆方向にスプールが移動するようにスプールに圧力を付与するとともに付与する圧力を調整しうる圧力付与手段とを備えている、請求項１または２記載の衝撃動工具。
【請求項４】
圧力付与手段が、スプールに圧力を付与するための流体が流れる圧力付与流路と、圧力付与流路の途中に配されて圧力付与流路断面積を変化させ、付与する圧力を調整し得る比例弁とを備えている、請求項１〜３いずれかに記載の衝撃動工具。
【請求項５】
上昇用流路断面積の変化とスプールの移動量とが略比例関係になるように貫通孔の断面形状が定められている、請求項１〜４いずれかに記載の衝撃動工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベルなどに取り付けて使用する油圧ブレーカ、油圧さく岩機等の衝撃動工具に関する。詳しくはピストンのストロークを調整しうる衝撃動工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
衝撃動工具を用いて、破砕対象物例えば岩盤を破砕する場合、軟らかい岩盤を破砕するときには、弱い打撃を多数加えるようピストンのストロークを短くし、固い岩盤を破砕するときには、強い打撃を加えるためにピストンのストロークを長くすることが望ましい。
【０００３】
そこでピストンのストロークを変更することのできる衝撃動工具が種々提案されている（特許文献１参照）。例えば、特開２０００−５２２７６号公報の請求項１には、ピストンが後退したとき下室（特開２０００−５２２７６号公報においては前室）側に開くロングストロークポート、ミドルストロークポート、及びショートストロークポートを互いに所定距離を隔てて配置するとともに、ロングストロークポート、ミドルストロークポート、ショートストロークポートのいずれかを、制御弁に連通させるよう切換える衝撃動工具が記載されている。この衝撃動工具においては、制御弁と連通させるポートを切り替えることで制御弁の弁本体の上昇速度を調節し、ピストンストロークを調節している。
【０００４】
また、他の衝撃動工具として、以下に述べるものがある（特許文献２参照）。
【０００５】
この衝撃動工具は、シリンダと、シリンダ内部に上下動自在に組み込まれたピストンと、シリンダ内部におけるピストン下方に上下動自在に組み込まれてピストンで打撃されるチゼルと、シリンダ上部内に形成されてピストンを下方に付勢するガス室と、シリンダ内に圧油を供給し、ガス室と協働してピストンを上下に移動させる制御弁と、制御弁を圧油供給源に接続する圧油供給管路と、ガス室の容積を変化させるガス室容積変更手段とを備え、ガス室の容積の変化に伴うガス室内の圧力変化により、ピストンの運動エネルギーを変化させてピストンストロークを調節するものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−５２２７６号公報
【特許文献２】
特開平２−１３１８８１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特開２０００−５２２７６号公報に記載の衝撃動工具の場合、３つのポートと制御弁とを接続する流路中に切替弁を設け、制御弁と連通させるポートを切り替えている。しかし、ピストン大径部と３つのポート間において油漏れがあれば切替弁の位置と関係なく制御弁とポートとが連通してしまい、ピストンの運動エネルギーの調整がうまくいかないことがある。
【０００８】
また、この衝撃動工具の場合、ピストンストロークは、ポートの数により決定され、ストロークを無段階に調節することはできない。
【０００９】
一方、特開平２−１３１８８１号公報に記載のものはガス室の容積を小さくした場合にガス室が発熱により高温になるという問題がある。このため、この衝撃動工具を用いる場合は、ガス室を大きくするか、又は冷却手段を設ける必要があり、衝撃動工具の構成が複雑で大型になるという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記問題を解決することを課題とし、確実にかつ無段階にピストンストロークを調節することができるとともに、冷却手段を設ける必要のない構成の簡易な衝撃動工具を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記課題を解決するために、本発明の衝撃動工具は、シリンダと、シリンダ内部に上下動自在に組み込まれたピストンと、シリンダ内部におけるピストン下方に上下動自在に組み込まれてピストンで打撃されるチゼルと、シリンダ内部に流体を供給してピストンを上下動させる制御弁とを備え、ピストンは、大径部と大径部の上下の小径部とを有し、シリンダ内の大径部の上面側が中室と、下面側が下室とされ、制御弁は、上下動により下室および中室に対する流体の供給と排出とを切換えてピストンを上下動させる弁本体を備え、ピストンの上昇行程の途中において下室に供給された流体の圧力を弁本体に加えて弁本体を上昇させるための上昇用流路が設けられ、上昇用流路中に、可変オリフィスが設けられているものである。可変オリフィスは、一または二以上の貫通孔があけられたスプールと、スプールを移動させる移動手段とを有し、スプールの移動によって貫通孔と上昇用流路との連通部分の断面積が変化する、ものであることが好ましい。
【００１２】
この衝撃動工具によれば、可変オリフィスによって上昇用流路の断面積を変化させるので弁本体の上昇速度を調節し、ピストンストロークを調節することができる。したがって、上昇速度を調節するためにシリンダ内周に複数のポートを開口させる必要はなく、ピストンストロークの調節が確実かつ無段階に行なえる。また、上昇用流路の断面積を小さくした場合に発生する熱はきわめて小さく、新たに冷却手段を設ける必要がない。
【００１３】
上記衝撃動工具において、移動手段が、連通部分の断面積を大きくするおよび小さくする方向のいずれかにスプールを付勢する弾性部材と、弾性部材が付勢する方向と逆方向にスプールが移動するようにスプールに圧力を付与するとともに付与する圧力を調整しうる圧力付与手段とを備えている、ことがある。
【００１４】
このようにすれば、可変オリフィスの構成が単純になるとともに、上昇用流路断面積の調節が容易になる。
【００１５】
そして、圧力付与手段が、スプールに圧力を付与するための流体が流れる圧力付与流路と、圧力付与流路の途中に配されて圧力付与流路断面積を変化させ、付与する圧力を調整し得る比例弁とを備えている、ことがある。
【００１６】
このようにすれば、衝撃動工具を駆動する流体をスプールに圧力を付与するために用いることができる。また、比例弁によって容易に付与する圧力を調節することができる。
【００１７】
上記の衝撃動工具において、上昇用流路断面積の変化とスプールの移動量とが略比例関係になるように貫通孔の断面形状が定められている、ことが好ましい。
弁本体の上昇速度の調節が容易になるからである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態の衝撃動工具について説明する。
【００１９】
図１には、衝撃動工具としての油圧ブレーカ１が示されている。油圧ブレーカ１は、シリンダ２と、シリンダ２内部に上下摺動自在に組み込まれたピストン３と、シリンダ２内部におけるピストン３下方に上下摺動自在に組み込まれてピストン３で打撃されるチゼル４と、シリンダ２内部に圧油を供給してピストン３を上下動させる制御弁５とを備え、図示しない油圧ショベルに取り付けられて使用される。
【００２０】
ピストン３は、中央の大径部３ａおよび大径部３ａの上下の上部小径部３ｂと下部小径部３ｃを有している。そして、シリンダ２内のピストンの大径部３ａの上面側が中室７とされ、下面側が下室８とされている。また、シリンダ２におけるピストン３の上部小径部３ｂの上方には、窒素ガスを封入した上室９が形成されている。
【００２１】
制御弁５は、シリンダ２の一側にシリンダ２と一体に設けられた弁箱１０を備え、この弁箱１０内に弁室１１が形成されている。弁室１１内に、略円柱状弁本体１２が上下摺動自在に設けられている。弁本体１２は上部が大径部１２ａとされ、下部が小径部１２ｂとなっているとともに弁本体１２の軸心には弁室１１の上部と下部を通じる連通孔１３があけられている。
弁室１１の上部は流路１４で中室７と連通され、弁室１１の下部は流路１５で下室８と連通されている。さらに、弁室１１における弁１２の大径部１２ａの下方に形成される中間部は、流路１６でシリンダ２の中間部と連通されてアクチュエイト室２２となっている。
【００２２】
流路１６は弁本体１２を上昇および下降させるために用いられるものであり、流路１６の途中には、弁本体１２の上昇速度を調節するための可変オリフィス３０が配されている。さらに、弁本体１２が下降する際、可変オリフィスを介さずにアクチュエイト室２２からシリンダ２内に圧油が流れるようにするためのバイパス流路１６ａが形成されている。バイパス流路１６ａには、アクチュエイト室２２から中室７に圧油が流れかつ中室７からアクチュエイト室２２に圧油が流れないように逆止弁２１が配されている。
【００２３】
弁箱１０には、給油口１８および排油口１９が形成されている。給油口１８は弁室１１の下部および頂部に連通させられている。そして、給油口１８と弁室１１頂部とを結ぶ流路中にプランジャ２０が上下摺動自在に配されている。このプランジャ２０の下は弁本体１２の上端に当接し、給油口１８から供給される圧油によって弁本体１２に下向きの力を加えるようになっている。一方、排油口１９は弁室１１の上部に連通させられている。
【００２４】
可変オリフィス３０は、シリンダ２に形成された、上下に伸びる断面円形状の室３１と、この室３１内に配された室３１より長さの短いかつ室３１と同じ径を有する円柱状スプール３２とを備えている。スプール３２には、流路１６と連通する貫通孔３２ａがあけられている。スプール３２は後に詳しく述べるように、室３１内を上下に移動するものであるが、貫通孔３２ａの断面形状は、スプール３２の移動量に比例して流路１６と連通する部分（図２には符号Ａ１で、図３には符号Ａ２で示した）の断面積が減少する形状である。
【００２５】
スプール３２の下端面と室３１の下端面との間にはばね３３が配されている。一方、室３１の上端面には流路３４が接続されている。流路３４は図示しない油圧ショベルの圧油供給路に接続され、スプール３２の上端面と室３１の上端面との間に圧油を供給することでスプール３２に圧力を付与してスプール３２をばね３３の力に抗って移動させるためのものである。スプール３２に圧力が付与されていない場合は、スプール３２はばね３３によって付勢され、スプール３２の上端面と室３１の上端面とが当接し、図２に符号Ａ１で示したように流路１６と貫通孔３２ａとの連通部分の断面積が最大となるようになっている。
【００２６】
流路３４の途中には比例弁３５が配されている。比例弁３５はペダル３６を有し、ペダル３６の踏み込み量に比例して流路３４の断面積が大きくなるようにする公知のものであり、ペダル３６を踏み込んでいない状態では、流路３４は遮断されている。
【００２７】
上記の構成を有する油圧ブレーカ１は以下に述べるように作動する。
【００２８】
弁本体１２が下方にある時は、中室７が排油口１８に連通しており、給油口１８から圧油が流路１５を経て下室８に供給されると下室８内の圧力が高くなるのでピストン３は上室９のガス圧力に抗って上昇する。ピストン３が上昇して大径部３ａの下端が流路１６より上になると、給油口１８が、流路１５および下室８を介して流路１６に連通し、アクチュエイト室２２に圧油が供給される。アクチュエイト室２２内に圧油が供給されると、上部が大径部１２ａ、下部が小径部１２ｂとなっている弁本体１２は上向きの力を受けて上昇する。
【００２９】
弁本体１２が上昇すると、給油口１８と下室８との連通が遮断されるとともに下室８が弁本体１２の連通孔１３を介して排油口１９および中室７に連通するので下室８内の圧力と中室７内の圧力が同圧となる。このため上室９のガス圧力によりピストン３が下降してチゼル４を打撃する。弁本体１２は、ピストン３が下降を開始した後も上昇を続けて上端位置に達する。弁本体１２が上端位置に位置すると、下室８と中室７とは排油口１９と遮断されるが両室７，８の連通は保たれる。
【００３０】
ピストン３の下降途中において、ピストン３の大径部３ａの上端が流路１６より下方にくると、アクチュエイト室２２は流路１６およびバイパス流路１６ａを経て中室７に接続される。そして、中室７は、連結孔４０を介して排油口１９に繋がっているので圧油が排出され、アクチュエイト室２２の圧力が低下し、弁本体１２は、プランジャ１８の押付力によって下端位置まで押し下げられる。
【００３１】
上記の作動を繰り返す際に、弁本体１２の上昇速度を調節することでピストン３のストロークを変更することができる。弁本体１２の上昇速度の調節は以下のようにして行なわれる。
【００３２】
流路３４は、ペダル３６が踏み込まれていない状態では比例弁３５によって閉じられている。ペダル３６を踏み込むと、閉じられていた流路３４が開かれる。流路３４が開かれると室３１内に圧油が供給されてスプール３２が移動する。スプール３２が移動すると、流路１６と貫通孔３２ａとの連通部分の断面積は例えばＡ１からＡ２に減少し、流路１６を通ってアクチュエイト室２２へ流れる圧油の流量が減少して弁本体１２の上昇速度が遅くなる。
【００３３】
以上述べたように、ペダル３６を踏み込んでいない場合は、可変オリフィス３０を介してアクチュエイト室３４へ流れる圧油の流量は最大であり、弁本体１２は最大の速度で上昇し、ピストン３の動きは短時間で上昇から下降へと切り替わるのでピストン３のストロークは短くなる。ペダル３６を踏み込んだ場合は、可変オリフィス３０を介してアクチュエイト室３４へ流れる圧油の流量が減少し、ペダル３６を踏み込んでいない場合に比して弁本体１２の上昇速度は遅くなる。したがってピストン３のストロークは長くなる。
【００３４】
なお、この油圧ブレーカ１では、ペダル３６の踏込み量に比例して流路３４の断面積は変化し、流路３４の断面積に比例してスプール３２に付与される圧力は変化する。そして、スプール３２に付与される圧力に比例してスプール３２の移動量は変化する。さらに、スプール３２の移動量に比例して、流路１６と貫通孔３２ａとの連通部分の断面積が減少し、前記断面積の変化に比例して弁本体１２の上昇速度が変化する。したがって、ペダル３６の踏込み量に比例して弁本体１２の上昇速度が減少する。
【００３５】
弁本体１２が下降する等、アクチュエイト室２２から中室７に圧油が流れる際は、流路１６に加えてバイパス流路１６ａを通って充分な量の圧油が流れるため、弁本体１２の下降の際に可変オリフィス３０が影響を及ぼすことはない。
【００３６】
上記実施形態の説明においてはペダル３６の設置位置は明示しなかったが、ペダル３６は図示しない油圧ショベルの運転室に設けることが好ましい。また、スプールの移動量に比例して流路１６と連通する部分の断面積が減少するような貫通孔３２ａの断面形状も明示していないが、このような形状として、例えば、方形、三角形などがある。また、スプール３２の移動量に比例して流路１６と連通する部分の断面積が変化するように複数の貫通孔をあけることもある。
【００３７】
なお、本発明の衝撃動工具は上記実施形態のものには限られず、制御弁の構成やシリンダの形状等、各部構成は適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の衝撃動工具の概略構成を示す図である。
【図２】弁本体が最大速度で上昇する場合の同衝撃動工具の要部を示す断面図である。
【図３】弁本体の上昇速度を最大速度に比して遅くした場合の図２相当の図である。
【符号の説明】
１      油圧ブレーカ
２      シリンダ
３      ピストン
３ａ    大径部
３ｂ    上部小径部
３ｃ    下部小径部
４      チゼル
５      制御弁
７      中室
８      下室
９      上室
１０    弁箱
１１    弁室
１２    弁本体
１２ａ  大径部
１２ｂ  小径部
１３    連通孔
１４    流路
１５    流路
１６    流路（上昇用流路）
１６ａ  バイパス流路
１８    給油口
１９    排油口
２０    プランジャ
２１    逆止弁
２２    アクチュエイト室
３０    可変オリフィス
３１    室
３２    スプール
３２ａ  貫通孔
３３    ばね
３４    流路（圧力付与流路）
３５    比例弁
３６    ペダル
４０    連通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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