(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内に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との間にショートストロークポートを設け、
ショートストロークポートと切換弁の制御室とをストローク調整弁を介して接続すると共に、ストローク調整弁の調整室に連通するストローク調整弁制御ポートと、高圧回路に連通する高圧ポートとをシリンダに設け、
ピストンが所定の打撃位置よりも前進したとき高圧ポートとストローク調整弁制御ポートとを連通させてストローク調整弁のスプールをショートストローク側へ切換える連通溝をピストンに設け、
ストローク調整弁のスプールは、通常はロングストローク側に位置し、ピストンが所定の打撃位置よりも前進したときにのみショートストローク側に切換えられるようになってい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。
【請求項２】
ストローク調整弁のスプールが、前部液室とショートストロークポートとの連通によって、ロングストローク側へ付勢されるよう構成したことを特徴とする請求項１記載の液圧打撃装置のストローク調整機構。
【請求項３】
高圧ポートとストローク調整弁制御ポートとの連通が遮断された後、ストローク調整弁のスプールのロングストローク側への切換えを遅延させる切換遅延手段を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の液圧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、ブレーカーやさく岩機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ブレーカーやさく岩機を用いて、岩盤を破砕するときには、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所定の打撃位置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】
ブレーカーやさく岩機では、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り、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。
従来、液圧式打撃装置のピストンのストロークを調整するためのストローク調整機構として、図７に示すように、シリンダ１内にピストン２を摺嵌して前部液室３と後部液室４とを形成し、前部液室３を高圧回路７へ連通させ、後部液室４を切換弁２０で高圧回路７と低圧回路９とに交互に切換え連通させてピストン２を前後に往復動させる液圧式打撃装置において、切換弁２０の制御室２１と連通しピストン２の往復動に伴って開閉される切換弁制御ポート１０を前部液室３の後側に設け、切換弁制御ポート１０と前部液室３との間にショートストロークポート１３を設け、ショートストロークポート１３と切換弁２０の制御室２１とを可変絞り４０を介して接続し、この可変絞り４０の流量をオペレータが手動で調節することにより、ストロークを調整するものが公知である。
【０００４】
しかし、このストローク調整機構は、オペレータが手動でストロークを調節しなければならないので、平均的な岩盤の状況には対応可能であるが、岩質の瞬間的な変化には対応できない。
破砕対象の岩質が異なると、ブレーカーやさく岩機のロッドにピストンが打撃を加えたときにピストンがロッド後端に接触している停滞時間が異なる。そこで、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液圧式打撃装置のストローク調整機構も提案されている（特公平６−９８５７８号参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ピストン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、停滞時間に基づいてピストンのストロークを変更するものでは、常にその液圧通路に所定の流量が必要であるため、作動液量のロスが大きい。また、停滞時間に流れる液量は瞬間的に変化し、この液量によってストロークを調整するスプールを制御する場合、スプールが液量にバランスするように受ける力はスプリング力などによって与えられているため、バランスが非常に微妙なものとなり、液温等の影響によってバランスがくずれうまく制御できないことが多い。
【０００６】
本発明は、破砕対象の岩質と作業状況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、打撃数で作動させることにより作業能率とロッドの耐久性をを向上させることができ、作動液量のロスの少ない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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本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との間にショートストロークポートを設け、ショートストロークポートと切換弁の制御室とをストローク調整弁を介して接続すると共に、ストローク調整弁の調整室に連通するストローク調整弁制御ポートと、高圧回路に連通する高圧ポートとをシリンダに設け、ピストンが所定の打撃位置よりも前進したとき高圧ポートとストローク調整弁制御ポートとを連通させてストローク調整弁のスプールをショートストローク側へ切換える連通溝をピストンに設け、ストローク調整弁のスプールは、通常はロングストローク側に位置し、ピストンが所定の打撃位置よりも前進したときにのみショートストローク側に切換えられるように構成したことにより上記課題を解決している。
【０００８】
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、ピストンは所定の打撃位置でロッドを打撃して速い速度で戻る。高圧ポートとストローク調整弁制御ポートとは連通しないので、ストローク調整弁はロングストローク側に保持される。前部液室と切換弁制御ポートとが連通する位置までピストンが後退したところで、切換弁制御ポートを通って高圧液が切換弁の制御室に流入し、制御弁が切換えられて後部液室が高圧になり、ピストンが前進するので、ピストンはロングストロークによる打撃を継続する。
【０００９】
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所定の打撃位置よりも前方まで前進運動を続ける。ピストンが所定の打撃位置より前方に移動すると、高圧ポートとストローク調整弁制御ポートとが連通溝を介して連通され、ストローク調整弁の調整室に高圧液が流入するので、ストローク調整弁のスプールがショートストローク側へ切換えられる。
【００１０】
これにより、前部液室とショートストロークポートとが連通する位置までピストンが後退すると、ストローク調整弁を通って高圧液が切換弁の制御室に流入し、制御弁が切換えられて後部液室が高圧になり、ピストンが前進するので、ショートストロークによる打撃が行われる。
この液圧式打撃装置のストローク調整機構において、ストローク調整弁のスプールが、前部液室とショートストロークポートとの連通によって、ロングストローク側へ付勢されるよう構成すれば、前部液室とショートストロークポートとが連通した後、ストローク調整弁のスプールがロングストローク側へ移動するので、次の打撃の際には、岩盤が硬ければロングストロークとなり、岩盤が軟らかければピストンが所定の打撃位置よりも前方まで前進してショートストロークに変わるので、岩質の瞬間的な変化に対応できる。
【００１１】
また、高圧ポートとストローク調整弁制御ポートとの連通が遮断された後、ストローク調整弁のスプールのロングストローク側への切換えを遅延させる切換遅延手段を設けることにより、ショートストロークからロングストロークへの変換速度を任意に調整することができる。
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。
【００１２】
【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液圧式ブレーカーの縦断面図、図２〜図４は液圧式ブレーカの作動の説明図である。
この液圧式ブレーカーＢは、シリンダ１内にピストン２が前後方向（図上、下上方向）へ往復動可能に摺嵌され、ピストン２の前方にはロッド５が挿着されている。また、液圧式ブレーカーＢには、ピストン２の前後進の切換えを行う切換弁２０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３０とが設けられている。
【００１３】
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。
前部液室３は液圧ポンプ６に接続された高圧回路７に常時連通しており、後部液室４は切換弁２０の切換えにより高圧回路７とタンク８に接続された低圧回路９とに交互に切換え連通されるようになっている。
【００１４】
シリンダ１の前部液室３と後部液室４との間には、切換弁２０の制御室２１に連通しピストン２の往復動に伴って開閉される切換弁制御ポート１０と、低圧回路９に連通する排出ポート１１とが所定間隔で設けられている。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１０と排出ポート１１とを連通させる連通部１２が設けられている。
切換弁２０には、高圧回路７に連通する供給ポート２２と、低圧回路９に連通する排液ポート２３と、後部液室４に連通する後部液室切換ポート２４とが設けられており、その弁室２９内には給液孔２５と排液孔２６とを有する円筒状のスプール２７が摺嵌されていて、供給ポート２２を介して高圧回路７と連通しスプール２７を前方に付勢する規制室２８と、切換弁制御ポート１０と連通してスプール２７の前後進を制御する制御室２１とが形成されている。規制室２８側の受圧面積は制御室２１側の受圧面積より小となっている。また、弁室２９の前後端は何れも低圧回路９と連通している。
【００１５】
また、シリンダ１の切換弁制御ポート１０と前部液室３との間にはショートストロークポート１３が設けられており、このショートストロークポート１３と切換弁２０の制御室２１とがストローク調整弁３０を介して接続されている。
さらに、シリンダ１には、前部液室３の前側にストローク調整弁３０の調整室３１と連通するストローク調整弁制御ポート１４が設けられ、ストローク調整弁制御ポート１４と前部液室３との間に高圧回路７に連通する高圧ポート１５が設けられており、ピストン２には、所定の打撃位置よりもさらに前進したとき高圧ポート１５とストローク調整弁制御ポート１４とを連通させる連通溝１６が設けられている。
【００１６】
なお、ストローク調整弁制御ポート１４と高圧ポート１５の位置は、ピストン２が所定の打撃位置よりもさらに前進したとき連通溝１６によって連通可能なところであればよく、ピストンの後部に配置することもできる。ストローク調整弁制御ポート１４と高圧ポート１５の前後を逆に配置してもよい。
ストローク調整弁３０は弁室３９内に中央部を縮径したスプール３２が前後方向へ往復動可能に摺嵌されており、前側にストローク調整弁制御ポート１４と連通する調整室３１、後側にショートストロークポート１３と連通するショートストロークポート連絡室３３及び切換弁２０の制御室２１と連通する切換弁連絡室３４が形成されている。調整室３１側の受圧面積はショートストロークポート連絡室３３側の受圧面積より大となっている。スプール３２は、通常は前方のロングストローク側にあってショートストロークポート連絡室３３と切換弁連絡室３４間を遮断しており、後方のショートストローク側に移動したときショートストロークポート連絡室３３と切換弁連絡室３４とを連通させる。弁室３９の後端は低圧回路９と連通している。
【００１７】
この液圧ブレーカーＢの打撃装置では、図１に示すように、ピストン２が所定の打撃位置に前進すると、切換弁制御ポート１０が排出ポート１１に連通するので、制御弁２０の制御室２１が低圧となる。このとき、規制室２８は高圧のままであるから、スプール２７は前進する。スプール２７が前進すると後部液室切換ポート２４がスプール２７の排液孔２６によって排液ポート２３と連通し、後部液室切換ポート２４が低圧回路９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はロッド５を打撃し後退を始める。
【００１８】
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１０と排出ポート１１との連通が遮断され、図２に示す位置までピストン２が後退すると、前部液室３と切換弁制御ポート１０とが連通し、切換弁制御ポート１０を介して制御弁２０の制御室２１が高圧となり、スプール２７が後退する。すると、後部液室切換ポート２４がスプール２７の給液孔２５によって供給ポート２２と連通し、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。
【００１９】
ピストン２が図１の打撃位置まで前進するとロッド５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5 は、岩盤等の破砕対象に打撃力を伝達して破砕する。
破砕対象が硬岩の場合には、ロッド５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２は所定の打撃位置でロッドを打撃して速い速度で戻る。このときは高圧ポート１５とストローク調整弁制御ポート１４とが連通することはなく、ピストン２はロングストロークによる打撃を継続する。
【００２０】
破砕対象が軟岩の場合には、ロッド５の岩盤への食い込み量は硬岩の場合のより大きくなり、ピストン２が反発を受けるまでロッド５とともに所定の打撃位置よりも前方へ前進運動を続ける。ピストン２が所定の打撃位置より前方に移動すると、図３に示すように高圧ポート１５とストローク調整弁制御ポート１４とが連通溝１６を介して連通され、ストローク調整弁３０の調整室３１に高圧液が流入するので、ストローク調整弁３０のスプール３２が後方へ移動してショートストローク側へ切換えられ、これにより、ショートストロークポート連絡室３３と切換弁連絡室３４とが連通する。
【００２１】
打撃直前に切換弁制御ポート１０と排出ポート１１が連通し、制御弁２０の制御室２１が低圧となり、スプール２７が前進して後部液室４が低圧となっているので、ピストン２はロッド５を打撃したら後退を始める。
ストローク調整弁３０の調整室３１は可変絞り３５を介して低圧回路９に接続されており、ピストン２が後退して高圧ポート１５とストローク調整弁制御ポート１４との連通が遮断されてもスプール３２は調整室３１の残圧でショートストローク側に保持される。
【００２２】
この状態で、ピストン２が図４に示す位置まで後退すると、前部液室３とショートストロークポート１３が連通しストローク調整弁３０のショートストロークポート連絡室３３に高圧液が流入する。このときショートストロークポート連絡室３３は切換弁連絡室３４に連通しているので、制御弁２０の制御室２１が高圧となってスプール２７が後退する。このため、後部液室切換ポート２４がスプール２７の給液孔２５によって供給ポート２２と連通し、後部液室４が高圧になってピストン２は前進し始める。従って、通常時よりもピストンストロークが短くなって、ショートストロークによる打撃が行われる。
【００２３】
この液圧式打撃装置のストローク調整機構において、ストローク調整弁３０のスプール３２は、前部液室３とショートストロークポート１３との連通によって、ロングストローク側へ付勢されるので、前部液室３とショートストロークポート１３とが連通した後、ストローク調整弁３０のスプール３２がロングストローク側へ移動するので、次の打撃の際には、岩盤が硬ければロングストロークとなり、岩盤が軟らかければピストン２が所定の打撃位置よりも前方まで前進してショートストロークに変わるので、岩質の瞬間的な変化に対応できる。
【００２４】
可変絞り３５の開度は、ストローク調整弁３０のスプール３２が１打撃の間にショートストローク側からロングストローク側へと切り替わるように設定する。このストローク調整機構においてスプール３２に作用する付勢力は、油圧によるものであるので従来のスプリング式の場合と較べて格段と大きい。従って、可変絞り３５の開度は調整幅を大きく取れるので設定が容易であり、液温の変化にも余裕をもって対応することが可能である。
【００２５】
また、このストローク調整機構では、ロングストロークからショートストロークへの切換えは直ちに行われるが、ショートストロークからロングストロークへの切換えは、可変絞り３５によって調整室３１の液圧の逃がし量を調節して遅延させることができるので、変換速度を任意に調整することもできる。
従って、液圧ブレーカＢは、硬岩ではロングストロークで、軟岩ではショートストローク・高打撃数で作動し、岩質の不均一な作業状況でロングストロークとショートストロークが頻繁に変化し不安定となるような現象も防止することができ、作業能率とロッドの耐久性が向上する。
【００２６】
切換えに圧液の供給が必要になるのはロングストロークからショートストロークへの切換え時のみであるので、無駄な圧液の消費も防止される。
また、不適切な推力あるいは破砕対象の突然の破壊で遊びが生じたような場合でも、ロッド５と破砕対象の良好な接触を保ち、空打ちを防止して良好な作業性と耐久性が得られる。
なお、ストローク調整弁３０のスプール３２をロングストローク側からショートストローク側へ移動させる場合、ショートストロークポート連絡室３３の液がショートストロークポート１３から切換弁制御ポート１０側へ、ピストン２とシリンダ間の隙間を通って漏れることにより移動可能となるが、この隙間が小さい場合は、図５に示すように、ショートストロークポート連絡室３３と低圧回路９との間にリリーフ弁３６を設けることでスプール３２のショートストローク側への移動を容易にすることができる。
【００２７】
さらに、図６に示すように、ショートストロークポート１３と切換弁制御ポート１０との間に可変絞り３７を設けると、可変絞り３７で最大ストロークを手動で設定し、岩質に応じて予め手動設定した最大ストロークとショートストロークとの間でストロークの自動制御を行うことが可能となる。
また、高圧ポート１５とストローク調整弁制御ポート１４とを連通させる連通溝１６は、船底形に形成すると、ピストン２が所定の打撃位置よりどれだけ前方に移動したかによって連通溝１６の通過断面積が変わってストローク調整弁３０への圧油の供給量が変化するので、ストロークの制御をより精緻に行うことができる。
【００２８】
【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、破砕対象の岩質と作業状況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、打撃数で作動させることにより作業能率とロッドの耐久性を向上させることができ、作動液量の無駄な浪費も防止できる。
【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液圧式ブレーカーの縦断面図である。
【図２】液圧式ブレーカの作動の説明図である。
【図３】液圧式ブレーカの作動の説明図である。
【図４】液圧式ブレーカの作動の説明図である。
【図５】本発明の他の実施の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液圧式ブレーカーの縦断面図である。
【図６】本発明の他の実施の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液圧式ブレーカーの縦断面図である。
【図７】従来の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。
【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
５      ロッド
７      高圧回路
９      低圧回路
１０    切換弁制御ポート
１１    排出ポート
１３    ショートストロークポート
１４    ストローク調整弁制御ポート
１５    高圧ポート
１６    連通溝
２０    切換弁
２１    制御室
３０    ストローク調整弁
３１    調整室
３２    スプール
３３    ショートストロークポート連絡室
３４    切換弁連絡室
３５    可変絞り
３６    リリーフ弁
３７    可変絞り
【図１】
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【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】
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