(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内に、中間に大径部その前後に小径部を有するピストンを摺嵌して前部液室と後部液室とを形成し、前部液室を高圧回路へ連通させ、後部液室を切換弁で高圧回路と低圧回路とに交互に切換え連通させてピストンを前後に往復動させる液圧式打撃装置において、
切換弁の弁制御室と連通しピストンの往復動に伴って開閉される切換弁制御ポートを前部液室の後側に設け、
切換弁制御ポートと前部液室の間にショートストロークポートを設け、
切換弁制御ポートとショートストロークポートとの間の連通を開閉する連通溝を設けたスプールを有し、且つ当該連通溝はスプールが移動する方向に平行な面における断面形状が楔型であるストローク調整弁を設け、
前部液室の前側に高圧ポート及びストローク調整弁制御ポートを設け、
ピストンが正規の打撃位置よりも前進したときにストローク調整弁制御ポートを高圧ポートに連通させ、且つピストンが移動する方向に平行な面における断面形状が船底形の連通溝をピストンに設け、
前記楔型の連通溝は、スプールが切換弁制御ポートとショートストロークポートとの間を連通状態とする側に移動する場合にその移動量が大きいときほど連通面積が大きくなるように形成され、
前記船底形の連通溝は、ピストンが正規の打撃位置よりも前進する場合にその移動量が大きいときほど連通面積が大きくなるように形成されることを特徴とする液圧式打撃装置のストローク調整機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、さく岩機やブレーカー等の液圧式打撃装置のピストンのストロークを破砕対象の岩質に応じて自動的に調整する液圧式打撃装置のストローク調整機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液圧式打撃装置を備えたさく岩機やブレーカーを用いて、岩盤を破砕する場合、ロッドの先端が岩盤に密着するように適度の推力を加える。この状態で、液圧式打撃装置のピストンの往復動によりロッドの後端を打撃する。この打撃力はロッドを介して岩盤に伝達され、岩盤が破砕される。
このとき、岩盤が硬い場合には、ロッドの岩盤への食い込み量は少なく反発が大きくピストンは速い速度で戻る。岩盤が軟らかい場合には、ロッドの岩盤への食い込み量は大きくなりピストンは反発を受けるまでロッドとともに正規の打撃点より前方へ前進を続ける。また、推力をかけずにロッドが岩盤から離れた状態で打撃すると所謂空打ちとなり、極めて有害な応力がロッドの中に発生し、打撃装置本体の耐久性にも悪影響を与える。
【０００３】
さく岩機やブレーカーでは、軟らかい岩盤を破砕する場合には打撃力をあまり大きくする必要がないので、打撃装置のピストンのストロークを短くして打撃数を多くし、硬い岩盤を破砕する場合には打撃力を大きくする必要があるが打撃数は少なくてよいので、打撃装置のピストンのストロークを長くすることが望ましい。
破砕対象の岩質が異なると、さく岩機やブレーカーのロッドにピストンが打撃を加えたときにロッド後端に当接するピストンの停滞時間が異なる。そこで、液圧式打撃装置のストローク調整機構として、この停滞時間をピストン及びその周辺に配された液圧通路を流れる液量によって検出し、ピストンのストロークを変更するものが提案されている（特公平６−９８５７８号参照）。
【０００４】
このストローク調整機構は、図８に示すように、分配器８３が同心的に取付けられるシリンダ８２内に摺動するピストン８１を備えた液圧式打撃装置に設けられており、スプリング８５の付勢の下で、通路８６とジェット８７を通して導かれかつ端面８８に作用する供給流体の圧力下で平衡されるスライド８４を備えている。
低圧復帰回路５０と連通される室９１は、スライド８４の端面８８と同じ側に配置される。スライド８４は中に空所が設けられる壁と共にジェット８９を形成している狭窄した通路を限定し、ピストン８１の復帰ストロークの間、ピストン８１により通路９０を通して戻される流体の通過を確保する。平衡した位置において、ジェット８９は復帰ストロークの間、通路９０内に背圧を発生し、従って端面８８に作用する供給圧力は、スプリング８５の作用を補償するに十分な値に上昇する。
【０００５】
シリンダ８２にはジェット９４を備える通路９２が設けられ、この通路９２は、ピストン８１を変位するために用いられる係合穴９３に開放する。
この通路９２には、ピストン８１に設けられる溝９５を通して流体が供給圧で供給される。溝９５の一端を限定している縁部９６は、ピストン８１が理論的打撃位置にあるとき、通路９２が現れるレベルでオリフィス８０が完全に開きかつこの通路９２を圧力下の流体供給源との連通を確保するように位置される。
【０００６】
通路９２が連通する一次回路は、一側部でバッファ室５１を限定している穴１００の内側に摺動可能に取付けられるスライド９７を備え、このバッファ室５１には通路９９およびスプリング９８を含み且つ通路１０１を通して低圧復帰回路５０に連通する室５２が連結される。通路９２とバッファ室５１には、圧力下の流体用の供給調整器のパイロット室９１が接続される。
穴１００に開放しかつ低圧回路に連結される通路１０２を通して室５１内の最高圧力を制限することが可能である。
【０００７】
この液圧式打撃装置のストローク調整機構では、ピストン８１が打撃点に達すると、ピストン８１の溝９５によって高圧通路８６と通路９２が連通し、バッファ室５１およびパイロット室９１に圧力流体が流入する。スライド９７はアキュムレータの役割を演じ、溝９５からの圧力流体の流入量に対応して移動しバッファ室５１とパイロット室９１に圧力を与える。
パイロット室９１に圧が立つと、スライド８４は、ジェット８９を開放する方向へ移動し通路９０の背圧を減少させる。通路９０の背圧が減少すると分配器８３の切換に要する時間が短縮されるため、ピストン８１のストロークは短くなる。
【０００８】
バッファ室５１とパイロット室９１への圧力流体の総流入量Ｑ8 は、単位時間当たり一定の流入量ｑ8 と停滞時間ｔ8 の積であり、次式で表される。
Ｑ8 ＝ｑ8 ×ｔ8 ・・・・・（１）
破砕対象の岩盤が硬い場合にはピストン８１の停滞時間ｔが短く、総流入量Ｑ8 は小さいのでピストン８１のストロークは長い。
岩盤が軟らかい場合にはピストン８１の停滞時間ｔは長くなり、総流入量Ｑ8 は大きくなるので、ピストン８１のストロークは短くなる。
【０００９】
このように、ピストン８１の停滞時間ｔはバッファ室５１とパイロット室９１への圧油の総流入量Ｑ8 に変換され、ピストン８１は停滞時間ｔ8 に基づいてストロークが変更されることになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ピストンの停滞時間を検出し、停滞時間のみに基づいてピストンのストロークを変更するものでは、打撃点からの食い込み量はわからないので適切にピストンのストロークを調整することができない。
この発明は、破砕対象の岩質の変化に対応してピストンのストロークを自動的に調整し適切な打撃力、打撃数で作動することのできる液圧式打撃装置のストローク調整機構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】
この発明の液圧式打撃装置のストローク調整機構は、シリンダ内に、中間に大径部その前後に小径部を有するピストンを摺嵌して前部液室と後部液室とを形成し、前部液室を高圧回路へ連通させ、後部液室を切換弁で高圧回路と低圧回路とに交互に切換え連通させてピストンを前後に往復動させる液圧式打撃装置において、切換弁の弁制御室と連通しピストンの往復動に伴って開閉される切換弁制御ポートを前部液室の後側に設け、切換弁制御ポートと前部液室の間にショートストロークポートを設け、切換弁制御ポートとショートストロークポートとの間の連通を開閉する連通溝を設けたスプールを有し、且つ当該連通溝はスプールが移動する方向に平行な面における断面形状が楔型であるストローク調整弁を設け、前部液室の前側に高圧ポート及びストローク調整弁制御ポートを設け、ピストンが正規の打撃位置よりも前進したときにストローク調整弁制御ポートを高圧ポートに連通させ、且つピストンが移動する方向に平行な面における断面形状が船底形の連通溝をピストンに設け、前記楔型の連通溝を、スプールが切換弁制御ポートとショートストロークポートとの間を連通状態とする側に移動する場合にその移動量が大きいときほど連通面積が大きくなるように形成し、前記船底形の連通溝を、ピストンが正規の打撃位置よりも前進する場合にその移動量が大きいときほど連通面積が大きくなるように形成したことにより上記課題を解決している。
【００１２】
液圧式打撃装置は、後部液室を切換弁で高圧回路と低圧回路とに交互に切換え連通させてピストンを前後に往復動させる。
岩盤が硬い場合には、ロッドの岩盤への食い込み量は小さく反発が大きいので、ピストンは速い速度で戻る。
岩盤が軟らかい場合には、ロッドの岩盤への食い込み量は大きくなり、ピストンは反発を受けるまでロッドとともに正規の打撃位置よりも前方まで前進運動を続ける。
【００１３】
また、推力をかけずにロッドが岩盤から離れた状態で打撃する所謂空打ちの場合には、ロッドが正規の打撃位置よりも前方にあるので、ピストンは正規の打撃位置ではロッドを打撃せず、正規の打撃位置より前方まで前進運動を続ける。
ピストンが正規の打撃位置より前方に移動した場合は、ピストンに設けた船底形の連通溝を介してストローク調整弁制御ポートが高圧ポートに連通され、ストローク調整弁の楔形の連通溝を介してショートストロークポートと切換弁の弁制御室が連通する。
【００１４】
ピストンが後退し前部液室ポートとショートストロークポートが連通すると、ストローク調整弁の連通溝を通って高圧油が流入するので、制御弁の弁制御室が高圧となり、制御弁が切換えられて後部液室が高圧になり、ピストンは前進し始めるので、通常時よりもピストンストロークが短くなる。
ピストンが正規の打撃位置より前方に移動するとき、移動量の増加に伴って、船底形の連通溝の開口量が増加し、高圧ポートからストローク調整弁制御ポートへ流入する高圧液の流量が増加する。また時間が経つのに従って総流入量が増加する。
【００１５】
ストローク調整弁制御ポートからストローク調整弁への高圧液の流量によりスプールの移動量が変化し、それに応じて楔形の連通溝を通って切換弁の弁制御室へ流入する高圧液の流量が変化する。連通溝が楔形をしているので、僅かに連通した場合は流量は極僅かであるが移動量が増えるに従って流量は増加する。
このように、ショートストロークポートからストローク調整弁へ流入する高圧液の流量はスプールの移動量によって無段階に変化する。この変化により、切換弁の切換えられる速度が変化し、スプールの移動量が大きい場合はピストンが早く制動反転してストロークが短くなり、スプールの移動量が小さい場合にはピストンの制動反転は遅くなってストロークが長くなる。
【００１６】
このように、破砕対象の岩質の変化に対応してピストンのストロークが自動的に調整されるので、液圧式打撃装置は適切な打撃力、打撃数で作動することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態を示す液圧式打撃装置のストローク調整機構を備えたブレーカーの縦断面図、図２は液圧式打撃装置のストローク調整機構の構成の説明図、図３〜図６は液圧式打撃装置のストローク調整機構の作動の説明図、図７は打撃時のピストンの作動の説明図である。
このブレーカーは、シリンダ１内にピストン２が前後（図１上左右）方向へ往復動可能に摺嵌され、ピストン２の前方にはロッド３９が挿着されている。また、シリンダ１上にはピストン２の前後進の切換えを行う切換弁１２と、ピストン２のストロークを調整するストローク調整弁２０とが設置されている。
【００１８】
ピストン２は、中間に大径部２ａ、その前方に前方小径部２ｂ、後方に後方小径部２ｃを有し、この径の相違により前部液室３と後部液室４とを形成している。後方小径部２ｃは、前方小径部２ｂより更に径が小さく、従って、ピストン２は後部液室４側の受圧面積が前部液室３側の受圧面積より大である。
シリンダ１には前部液室３を油圧ポンプ６に接続された高圧回路７に連通させる前部液室ポート８と、切換弁１２の切換えにより後部液室４を高圧回路７と排出タンク９に接続された低圧回路１０とに切換え連通させる後部液室ポート１１とが設けられている。
【００１９】
前部液室ポート８と後部液室ポート１１との間には、ストローク調整弁２０の調整圧ポート３１に連通するショートストロークポート１６と、切換弁１２の弁制御室４２に連通する切換弁制御ポート１４と、低圧回路１０に連通する排出ポート１３とが所定間隔で設けられ、ピストン２の大径部２ａの外周には、ピストン２が前進したとき切換弁制御ポート１４と排出ポート１３とを連通させる連通溝１５が設けられている。
【００２０】
前部液室３の前側には、高圧回路７に連通する高圧ポート１７と、ストローク調整弁２０の弁制御室２３に連通するストローク調整弁制御ポート１８とが設けられている。また、ピストン２の前方小径部２ｂには、ピストン２が正規の打撃位置より前方へ移動したとき高圧ポート１７とストローク調整弁制御ポート１８とを連通させる船底形の連通溝１９が設けられている。
切換弁１２には、高圧回路７に連通する供給ポート４９と、低圧回路１０に連通する排液ポート４８と、後部液室ポート１１に連通する後室圧切換ポート４７とが設けられており、弁室４３内には給液孔４５と排液孔４６とを有する円筒状の弁体４１が摺嵌され、供給ポート４９を介して高圧回路７と連通し弁体４１を前方に付勢する弁規制室４４と、切換弁制御ポート１４と連通して弁体４１の前後進を制御する弁制御室４２とが形成されている。弁規制室４４側の受圧面積は弁制御室４２側の受圧面積より小となっている。また、弁室４３の前後端は何れも低圧回路１０と連通している。
【００２１】
ストローク調整弁２０には、スプール２１が前後方向へ往復動可能に摺嵌されており、前側に低圧室２２、後側に弁制御室２３及びクッション室２４が形成されている。クッション室２４はスプール２１の内部通路２５によって低圧室２２に通じている。低圧室２２には低圧回路１０に連通する排出ポート２６が設けられており、弁制御室２３にはストローク調整弁制御ポート１８に連通する調整弁制御ポート２７が設けられている。
【００２２】
また、弁制御室２３と低圧室２２とは弁制御通路２８で接続されている。弁制御通路２８には絞り２９が介設されており弁制御通路２８の流量を規制する。低圧室２２と弁制御室２３との間には、切換弁制御ポート１４に連通する制御圧ポート３０と、ショートストロークポート１６に連通する調整圧ポート３１とが設けられている。スプール２１には、前方へ移動したとき制御圧ポート３０と調整圧ポート３１とを連通させる楔形の連通溝３２が設けられている。
【００２３】
このストローク調整弁２０は、通常はスプール２１が後方にあり、弁制御室２３が高圧になると、スプール２１が前方へ移動し、スプール２１に形成された楔形の連通溝３２によって制御圧ポート３０と調整圧ポート３１とが連通する。スプール２１はスプリング３３によって後方へ押し戻されるがこのときスプール２１の内部通路２５に介設されてされている絞り３４によって戻りの速度が規制される。
【００２４】
このブレーカーの打撃装置では、図２に示すように、ピストン２が正規の打撃位置に前進すると、切換弁制御ポート１４が排出ポート１３に連通するので、制御弁１２の弁制御室４２が低圧となる。このとき、弁規制室４４は高圧のままであるから、弁体４１は前進する。弁体４１が前進すると後室圧切換ポート４７が弁体４１の排液孔４６によって排液ポート４８と連通し、後部液室ポート１１が低圧回路１０に連通して後部液室４が低圧となる。前部液室３は高圧になっているので、ピストン２は後退を始める。
【００２５】
ピストン２の後退により、ピストン２の大径部２ａで切換弁制御ポート１４と排出ポート１３との連通が遮断され、図３に示す位置までピストン２が後退すると、前部液室ポート８と切換弁制御ポート１４とが連通し、切換弁制御ポート１４を介して制御弁１２の弁制御室４２が高圧となって弁体４１が後退する。すると、後室圧切換ポート４７が弁体４１の給液孔４５によって供給ポート４９と連通し、後部液室ポート１１が高圧回路７に連通して後部液室４が高圧となる。ピストン２は後部液室４側の受圧面積が前部液室３側の受圧面積より大きいため、前進を始める。
【００２６】
ピストン２が図２の打撃位置まで前進するとロッド３９を打撃して再び後退を始めるので、前後方向への往復動が繰り返される。ピストン２により打撃が与えられたロッド３９は、岩盤Ｒに打撃力を伝達して岩盤Ｒを破砕する。
図７に示すように、岩盤Ｒが硬岩の場合には、ロッド３９の岩盤Ｒへの食い込み量Ｌは小さくＬl 以下であり、反発が大きいので、ピストン２は速い速度で戻る。従って、このときは停滞時間ｔがｔl 以下で小さい。
【００２７】
岩盤Ｒが軟岩の場合には、ロッド３９の岩盤Ｒへの食い込み量Ｌは硬岩の場合のＬl より大きくなり、食い込み量ＬがＬ2 に達してピストン２が反発を受けるまでロッド３９とともに正規の打撃位置よりも前方へ前進運動を続ける。このときは停滞時間ｔはｔ2 となり、硬岩の場合より大きい。
岩盤Ｒが中硬岩の場合には、硬岩と軟岩の中間であり、食い込み量ＬはＬ3 、停滞時間ｔはｔ3 となる。
【００２８】
また、推力をかけずにロッド３９が岩盤Ｒから離れた状態で打撃する所謂空打ちの場合には、ロッド３９が正規の打撃位置よりも前方にあるので、ピストン２は正規の打撃位置ではロッド３９を打撃せず、正規の打撃位置より前方まで前進運動を続ける。
図４に示すように、ピストン２が正規の打撃位置より前方に移動した場合は、ピストン２の連通溝１９を介してストローク調整弁制御ポート１８が高圧ポート１７に連通され、ストローク調整弁２０の弁制御室２３が高圧回路７に連通されて高圧となりスプール２１が前進する。このときスプール２１の連通溝３２によって調整圧ポート３１が制御圧ポート３０に連通する。
【００２９】
ピストン２が後退し図５に示す位置に達すると、前部液室ポート８とショートストロークポート１６が連通しストローク調整弁２０の調整圧ポート３１に高圧液が流入する。このとき調整圧ポート３１はスプール２１の連通溝３２によって制御圧ポート３０に連通しているので、制御弁１２の弁制御室４２が高圧となって弁体４１が後退する。このため、後室圧切換ポート４７が弁体４１の給液孔４５によって供給ポート４９と連通し、後部液室ポート１１が高圧回路７に連通し、後部液室４が高圧になってピストン２は前進し始めるので、通常時よりもピストンストロークが短くなる。
【００３０】
ピストン２が正規の打撃位置より前方に移動するとき、図４に示す位置までは前進せず、図６に示す位置までしか達しない場合には、ストローク調整弁制御ポート１８と高圧ポート１７を連通させる連通溝１９は僅かしか開口しないので、高圧ポート１７からストローク調整弁制御ポート１８へ流入する高圧液の流量は僅少となる。しかし、連通溝１９は船底形をしているので、ピストン２の前進量が増えるに従って流量が増加し、また時間が経つのに従って総流入量が増加する。
【００３１】
ストローク調整弁制御ポート１８からストローク調整弁２０の弁制御室２３への高圧液の流量によりスプール２１の移動量が変化し、それに応じて調整圧ポート３１から連通溝３２を通って制御圧ポート３０へ流入する高圧液の流量が変化する。連通溝３２は楔形をしているので、僅かに連通した場合は流量は極僅かであるが移動量が増えるに従って流量は増加する。
このように、ショートストロークポート１６から調整圧ポート３１、連通溝３２、制御圧ポート３０を通って弁制御室４２へ流入する高圧液の流量はストローク調整弁２０のスプール２１の移動量によって無段階に変化する。この変化により、切換弁１２内の弁体４１の移動速度が変化し、スプール２１の移動量が大きく弁制御室４２へ流入する高圧液の流量が大で弁体４１の移動速度が速い場合はピストン２が早く制動反転してストロークが短くなり、スプール２１の移動量が小さく弁制御室４２へ流入する高圧液の流量が絞られ弁体４１の移動速度が遅い場合にはピストン２の制動反転は遅くなってストロークが長くなる。
【００３２】
このストローク調整機構では、ピストン２が正規の打撃位置より前方へ移動して連通溝１９がストローク調整弁制御ポート１８と高圧ポート１７との連通を開始する位置（検出開始点：Ｌ＝Ｌl ）からの食い込み量Ｌの増分ΔＬ＝Ｌ−Ｌl に比例して、高圧液の流量ｑが増加するように船底形の連通溝１９を形成している。
従って、
ｑ＝αΔＬ・・・・・・・・・・・（２）
であり（αは係数）、
総流入量Ｑは、単位時間当たりの流量ｑと食い込み時間Ｔの関数
Ｑ＝（αΔＬ×Ｔ）／２・・・・・（３）
で表される。
【００３３】
なお、連通溝１９がストローク調整弁制御ポート１８と高圧ポート１７との連通を開始する位置（検出開始点）から前方へ食い込むときの食い込み時間Ｔは、図示の例では、軟岩でＴ＝Ｔ2 、中硬岩でＴ＝Ｔ3 となっている。
従来の液圧式打撃装置のストローク調整機構が、式（１）に示すように、ピストンの停滞時間ｔ8 を検出し、停滞時間ｔ8 のみに基づいてピストンのストロークを変更しているのに対し、この液圧式打撃装置のストローク調整機構では、食い込み量Ｌの増分ΔＬと、食い込み時間Ｔとの関数である式（３）に基づいてピストンのストロークを調整しているため、岩質の判定をより明確に行うことができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液圧式打撃装置のストローク制御機構は、破砕対象の岩質の変化に対応してピストンのストロークが自動的に調整され、適切な打撃力、打撃数で打撃装置が作動するので、作業能率が向上し、ロッド及び打撃装置の耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す液圧式打撃装置のストローク調整機構を備えたブレーカーの縦断面図である。
【図２】液圧式打撃装置のストローク調整機構の構成の説明図である。
【図３】液圧式打撃装置のストローク調整機構の作動の説明図である。
【図４】液圧式打撃装置のストローク調整機構の作動の説明図である。
【図５】液圧式打撃装置のストローク調整機構の作動の説明図である。
【図６】液圧式打撃装置のストローク調整機構の作動の説明図である。
【図７】打撃時のピストンの作動の説明図である。
【図８】従来の液圧式打撃装置のストローク調整機構の説明図である。
【符号の説明】
１      シリンダ
２      ピストン
３      前部液室
４      後部液室
７      高圧回路
８      前部液室ポート
１０    低圧回路
１１    後部液室ポート
１２    切換弁
１３    排出ポート
１４    切換弁制御ポート
１５    連通溝
１６    ショートストロークポート
１７    高圧ポート
１８    ストローク調整弁制御ポート
２０    ストローク調整弁
２１    スプール
２２    低圧室
２３    弁制御室
２４    クッション室
３０    制御圧ポート
３１    調整圧ポート
３２    連通溝
４１    弁体
４２    弁制御室
４４    弁規制室
４５    給液孔
４６    排液孔
４７    後室圧切換ポート
４８    排液ポート
４９    供給ポート
【図１】
0003986803.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003986803.tif 000008
【図８】
0003986803.tif 000009