(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャンクロッドを打撃する打撃機構と、シャンクロッドに推力を伝達する伝達部材とを備え、伝達部材の後方に、さく岩機本体の推力より推力が小さいフロントダンピングピストンと、さく岩機本体の推力より推力が大きいリヤダンピングピストンとを配設したさく岩機において、
フロントダンピングピストンに油溝を設け、リヤダンピングピストンが前進位置にあり、フロントダンピングピストンがリヤダンピングピストンに対して前進した位置にあるとき、前記油溝を介して打撃機構の高圧回路をドレン回路と連通する排油孔をリヤダンピングピストンに設けたことを特徴とするさく岩機の打撃力制御機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、軽打撃状態で省エネルギー化が可能なさく岩機の打撃力制御機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
さく岩機は、図２に示すように、さく岩機本体１の前端部にシャンクロッド２が挿着されており、このシャンクロッド２には、さく孔用のビット２１を取付けたロッド２２がスリーブ２３で連結されている。さく岩機の打撃機構３の打撃ピストン３１がシャンクロッド２を打撃すると、その打撃エネルギーはシャンクロッド２からロッド２２を経てビット２１に伝達され、ビット２１が破砕対象である岩盤Ｒを打撃して破砕する。
【０００３】
このときの反射エネルギーＥr は、ビット２１からロッド２２、シャンクロッド２を経てさく岩機本体１に伝達されるので、この反射エネルギーＥr によってさく岩機本体１は一旦後退する。それから、さく岩機本体１が送り装置（図示略）の推力により１打撃による破砕長分だけもとの位置よりさらに前進したところで、打撃機構３が次の打撃を行う。この行程を繰り返すことによりさく孔作業が行われる。
【０００４】
従来のさく岩機本体１には、図６に示すように、チャック１１を介してシャンクロッド２に回転を与えるチャックドライバ１２を備えており、このチャックドライバ１２にはシャンクロッド２の大径部後端２b に当接するチャックドライバブッシュ１３が装着されている。このチャックドライバブッシュ１３は、さく岩機本体１に前方への推力が与えられると、この推力をシャンクロッド２に伝達するものであり、打撃時のビット２１からの反射エネルギーＥr もシャンクロッド２からこのチャックドライバブッシュ１３を介してさく岩機本体１へ伝達される。
【０００５】
この反射エネルギーＥr をチャックドライバブッシュ１３で直接さく岩機本体１に伝達するとその衝撃でさく岩機の損傷を生ずるおそれがあるので、図７に示すように、この反射エネルギーＥr を油圧で緩衝させるために、緩衝機構としてチャックドライバブッシュ１３の後側にダンピングピストン５０を設けたさく岩機も用いられている。
【０００６】
上記の如く、さく岩機本体１は打撃後一旦後退し、推力により１打撃による破砕長分だけもとの位置よりさらに前進したところで、次の打撃を行なわねばならない。従って、一旦後退した後、次の打撃が行われるまでには、速やかに所要距離だけ前進させる必要がある。
【０００７】
この前進が十分でない場合、ビット２１は岩盤Ｒに接していないので、打撃ピストン３１の打撃エネルギーは岩盤Ｒに伝達されず、破砕作業は行われない。このときの打撃エネルギーは、ほとんどが反射エネルギーＥr となってさく岩機本体１へ戻り、ロッド２２、ビット２１、スリーブ２３等の工具の損耗の増加をまねくばかりでなく、強力なさく岩機本体１への後退力となり、さらに次の打撃への前進の遅れをきたすことになる。
【０００８】
さく岩機本体１が受ける反射エネルギーＥr の強さは、１打撃毎に異なるものであり、これに伴うさく岩機本体１の後退量もまちまちであって、岩盤Ｒの岩質によって大きく変動する。また、打撃ピストン３１の前進加速に伴うさく岩機本体１への反力も後退力に加わる。
【０００９】
この反射エネルギーＥr と後退量の変動による前進の遅れには、ダンピングピストン５０による反射エネルギーＥr の緩衝だけでは対処できない。
そこで、反射エネルギーＥr を油圧で緩衝すると共に、さく岩機本体１の推力が不足して、一旦後退した後次の打撃時までにさく岩機本体１の所要位置までの前進が得られない場合でも、ビット２１を岩盤に接するよう前進させて打撃することができるようにするために、図８に示すように、チャックドライバブッシュ１３の後方に、さく岩機本体１の推力より推力が小さいフロントダンピングピストン４と、さく岩機本体１の推力より推力が大きいリヤダンピングピストン５とを配設し、フロントダンピングピストン油室４２とリヤダンピングピストン油室５２とを油路５１で連通させ、打撃機構３の高圧回路７のアッキュムレータ６と接続して緩衝機構を構成したさく岩機が提案されている。
【００１０】
このさく岩機では、シャンクロッド２からチャックドライバブッシュ１３に伝達される反射エネルギーＥr は、フロントダンピングピストン４とリヤダンピングピストン５の後退により緩衝される。
【００１１】
リヤダンピングピストン５の推力は、さく岩機本体１の推力より大きいので、一旦後退したフロントダンピングピストン４とリヤダンピングピストン５は、速やかにリヤダンピングピストン５の所定の前端位置まで前進する。フロントダンピングピストン４の推力はさく岩機本体１の推力より小さいが、チャックドライバブッシュ１３とシャンクロッド２、ロッド２２、ビット２１は、質量がさく岩機本体１よりはるかに小さいので、その後、フロントダンピングピストン４によりチャックドライバブッシュ１３とシャンクロッド２、ロッド２２、ビット２１をさらに前進させる。
【００１２】
これに続いて、さく岩機本体１が、その推力により前進する。ビット２１が岩盤Ｒに接した後は、さく岩機本体１の推力がフロントダンピングピストン４の推力より大きいので、フロントダンピングピストン４にリヤダンピングピストン５が当接するまでさく岩機本体１が前進し、通常は、そこで打撃機構３が次の打撃を行う。この行程を繰り返すことによりさく孔作業が行われる。
【００１３】
さく岩機本体１の推力が不足し、一旦後退した後次の打撃時までにさく岩機本体１が所要の位置まで前進ができない場合にも、フロントダンピングピストン４は、リヤダンピングピストン５の停止後、リヤダンピングピストン５から離れ、チャックドライバブッシュ１３、シャンクロッド２を押して、ビット２１が岩盤Ｒに接するまで、さく岩機本体１が前進するより速やかに前進しているので、ビット２１が岩盤Ｒに接した状態で次の打撃を行うことができる。
【００１４】
なお、ビット２１の先端部が、大きい打撃力を必要としない粘土層や空洞等に遭遇して、フロントダンピングピストン４の推力でもビット２１、ロッド２２が前進するような場合には、フロントダンピングピストン４がシャンクロッド２を図ハの基準位置より前方へ押し出した打撃位置で、打撃ピストン３１がシャンクロッド２を打撃する。
【００１５】
打撃位置が基準位置より前方になると、図９に示すように、打撃ピストン３１は減速域となってピストン速度が低下し、打撃力の小さい軽打撃状態となるので、粘土層等の軟弱な個所に適当な打撃力でさく孔することができる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のごとく、このさく岩機は、打撃力が小さくてもよい軟弱な個所では軽打撃ができる。しかし、この軽打撃は、打撃ピストン３１が減速域でシャンクロッド２を打撃することにより行われているので、軽打撃の際にも打撃機構３自体は全油量で作動している。従って、軽打撃を行っているにもかかわらず、通常の打撃の場合と同様にエネルギー消費量が大であった。
【００１７】
本発明は、さく岩機における上記の問題を解決するものであって、打撃力が小さくてもよい軟弱な個所で軽打撃を行う際には、打撃機構の作動用の圧油の油量を減少させ、エネルギー消費量を低減することのできるさく岩機の打撃力制御機構を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明では、シャンクロッドを打撃する打撃機構と、シャンクロッドに推力を伝達する伝達部材とを備え、伝達部材の後方に、さく岩機本体の推力より推力が小さいフロントダンピングピストンと、さく岩機本体の推力より推力が大きいリヤダンピングピストンとを配設したさく岩機において、フロントダンピングピストンに油溝を設け、リヤダンピングピストンが前進位置にあり、フロントダンピングピストンがリヤダンピングピストンに対して前進した位置にあるとき、前記油溝を介して打撃機構の高圧回路をドレン回路と連通する排油孔をリヤダンピングピストンに設けてさく岩機の打撃力制御機構を構成することにより上記課題を解決している。
【００１９】
さく岩機では、打撃機構がシャンクロッドに打撃を与えると、その打撃エネルギーでロッド、ビットが破砕対象を打撃して破砕する。
このときの反射エネルギーは、シャンクロッドから伝達部材を経てさく岩機本体に伝達されるので、この反射エネルギーによってさく岩機本体は一旦後退し、推力により前進した後に、打撃機構が次の打撃を行う。
【００２０】
ここで、シャンクロッドから伝達部材に伝達される反射エネルギーは、フロントダンピングピストンとリヤダンピングピストンの後退により緩衝される。
リヤダンピングピストンの推力は、さく岩機本体の推力より大きいので、一旦後退したフロントダンピングピストンとリヤダンピングピストンは、速やかにリヤダンピングピストンの所定の前端位置まで前進する。フロントダンピングピストンの推力はさく岩機本体の推力より小さいが、伝達部材とシャンクロッド、ロッド、ビットの質量がさく岩機本体の質量よりはるかに小さいので、その後、フロントダンピングピストンにより伝達部材とシャンクロッド、ロッド、ビット１をさらに前進させる。
【００２１】
これに続いて、さく岩機本体が、その推力により前進する。ビットが岩盤に接した後は、さく岩機本体の推力がフロントダンピングピストンの推力より大きいので、フロントダンピングピストンにリヤダンピングピストンが当接するまでさく岩機本体が前進し、通常は、そこで打撃機構が次の打撃を行う。この行程を繰り返すことによりさく孔作業が行われる。
【００２２】
さく岩機本体の推力が不足し、一旦後退した後次の打撃時までにさく岩機本体が所定の前進位置まで前進ができない場合にも、フロントダンピングピストンは、リヤダンピングピストンの停止後、リヤダンピングピストンから離れ、シャンクロッドを押して、ビットが岩盤に接するまで、さく岩機本体が前進するより速やかに前進しているので、ビットが岩盤に接した状態で次の打撃を行うことができる。
【００２３】
また、ビットの先端部が、大きい打撃力を必要としない粘土層や空洞等で、フロントダンピングピストンの推力でもビット、ロッドが前進するような場合には、フロントダンピングピストンがシャンクロッドを基準位置より前方へ押し出した打撃位置で、打撃ピストンがシャンクロッドを打撃する。
【００２４】
この打撃位置では、リヤダンピングピストンが前進位置にあり、フロントダンピングピストンがリヤダンピングピストンに対して前進した位置にあるので、打撃機構の高圧回路がフロントダンピングピストンの油溝とリヤダンピングピストンの排油孔を介してドレン回路と連通し、打撃機構の高圧回路から圧油が一部ドレン回路へ流出する。すると、打撃機構の作動用の圧油の油量が減少するので、打撃力が小さな軽打撃となり、エネルギー消費量が低減する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態を示すさく岩機の緩衝機構と打撃力制御機構の縦断面図、図２はさく岩機の基本的構成の説明図、図３乃至図５は打撃力制御機構の作動の説明図である。
【００２６】
ここで、さく岩機の基本的な構成は、従来のさく岩機と同様であり、図２に示すように、さく岩機本体１の前端部にシャンクロッド２が挿着されており、その後方にシャンクロッド２に打撃を与える打撃機構３が設けられている。シャンクロッド２には、さく孔用のビット２１を取付けたロッド２２がスリーブ２３で連結されている。
【００２７】
図１に示すように、さく岩機本体１には、チャック１１を介してシャンクロッド２に回転を与えるチャックドライバ１２を備えており、このチャックドライバ１２にはシャンクロッド２の大径部後端２b に当接するチャックドライバブッシュ１３が装着されている。伝達部材であるこのチャックドライバブッシュ１３の後側には、フロントダンピングピストン４とリヤダンピングピストン５とが配設され緩衝機構を構成している。
【００２８】
リヤダンピングピストン５は、円筒状のピストンでその外側と内側とを連通させる油路５１と小油孔５３とを備えており、さく岩機本体１に設けられている中央段部１４と後方段部１５との間で前後に摺動可能に装着され、さく岩機本体１との間に形成されるりリヤダンピングピストン油室５２の油圧で前方への推力が与えられる。
【００２９】
フロントダンピングピストン４は、前端部外径を大径、その後方を小径とする円筒状のピストンであり、小径の部分がリヤダンピングピストン５の内側に前後摺動可能に装着され、大径の部分により、さく岩機本体１に設けられている前方段部１６とリヤダンピングピストン５の前端面５f との間で前後の移動範囲を規制されている。フロントダンピングピストン４の外周とリヤダンピングピストン５の内周との間には、フロントダンピングピストン油室４２が形成されており、その油圧でフロントダンピングピストン４に前方への推力が与えられる。
【００３０】
フロントダンピングピストン油室４２とリヤダンピングピストン油室５２とは小油孔５３で常時連通しており、リヤダンピングピストン油室５２は打撃機構３の高圧回路７の緩衝用のアッキュムレータ６に連通している。油路５１は、フロントダンピングピストン４がリヤダンピングピストン５に対して前進した位置では図１に示すようにフロントダンピングピストン油室４２とリヤダンピングピストン油室５２とを連通し、フロントダンピングピストン４が後退するとき、フロントダンピングピストン４がリヤダンピングピストン５に衝突する前に遮断されるよう、小油孔５３より前方に配置されている。
【００３１】
また、フロントダンピングピストン４の外周上には、フロントダンピングピストン油室４２の前方に油溝４４が設けられており、リヤダンピングピストン５には、リヤダンピングピストン５が前進位置にあり、フロントダンピングピストン４がリヤダンピングピストン５に対して前進した位置にあるとき、油溝４４を介してリヤダンピングピストン油室５２とドレン回路８とを連通させる排油孔５４、５５が設けられている。
【００３２】
フロントダンピングピストン４の外径は、図３に示すように、フロントダンピングピストン油室４２の前方がＤ1 後方がＤ2 であり、フロントダンピングピストン油室４２の油圧をＰとすると、フロントダンピングピストン油室４２により与えられる推力Ｆ4 は：
Ｆ4 ＝π（Ｄ1 2 −Ｄ2 2 ）Ｐ
リヤダンピングピストン５の外径は、リヤダンピングピストン油室５２の前方がＤ3 後方がＤ4 であり、リヤダンピングピストン油室５２の油圧は、通常フロントダンピングピストン油室４２の油圧Ｐと等しいので、リヤダンピングピストン油室５２により与えられる推力Ｆ5 は：
Ｆ5 ＝π（Ｄ3 2 −Ｄ4 2 ）Ｐ
である。
【００３３】
そして、さく岩機本体１に与えられるを推力をＦ1 とすると：
Ｆ4 ＜Ｆ1 ＜Ｆ5 
となるように設定されている。
【００３４】
通常、さく岩機本体１の推力Ｆ1 は１ｔ程度、高打撃力仕様の場合には１ｔ以上であり：
Ｆ4 ：Ｆ1 ：Ｆ5 ＝１：２：３
程度に設定される。
【００３５】
さく孔作業の際には、打撃機構３の打撃ピストン３１がシャンクロッド２を打撃すると、その打撃エネルギーはシャンクロッド２からロッド２２を経てビット２１に伝達され、ビット２１が破砕対象である岩盤Ｒを打撃して破砕する。
【００３６】
このとき、の反射エネルギーＥr は、ビット２１からロッド２２、シャンクロッド２、チャックドライバブッシュ１３を経てフロントダンピングピストン４に伝達される。フロントダンピングピストン４は、図３のように前進した位置にあれば、フロントダンピングピストン油室４２の油圧により緩衝されながら後退する。フロントダンピングピストン４が後退すると、油路５１は、図４に示すように開口面積が絞られてゆき、フロントダンピングピストン４がリヤダンピングピストン５に衝突する前に遮断される。よって、フロントダンピングピストン油室４２からリヤダンピングピストン油室５２への圧油の流出が制限されてフロントダンピングピストン油室４２の油圧がリヤダンピングピストン油室５２の油圧より高くなる。
【００３７】
そこで、前端面５f がさく岩機本体１の中央段部１４と当接する前端位置にあったリヤダンピングピストン５は、フロントダンピングピストン４がリヤダンピングピストン５に衝突する前に後退を始め、リヤダンピングピストン油室５２の油圧により緩衝されながらフロントダンピングピストン４と共にリヤダンピングピストン５が後方段部１５に当接するまで後退し、反射エネルギーＥr がさく岩機本体１に伝達される。
【００３８】
フロントダンピングピストン油室４２とリヤダンピングピストン油室５２とは小油孔５３で常時連通しているのでやがて両油室４２、５２の油圧は等しくなり、緩衝行程が終わる。
【００３９】
このように、フロントダンピングピストン４とリヤダンピングピストン５との衝突によるフロントダンピングピストン油室４２とリヤダンピングピストン油室５２の油圧の大きな変動を生ずることなく滑らかな緩衝が行なわれるので、緩衝効果が向上しさく岩機本体１及びビット２１からロッド２２、シャンクロッド２の損傷が少なくなる。
【００４０】
さく岩機本体１に伝達された反射エネルギーＥr によってさく岩機本体１は一旦後退する。リヤダンピングピストン油室５２により与えられる推力Ｆ5 は、さく岩機本体１に与えられる推力Ｆ1 より大きいので、まず、リヤダンピングピストン５はフロントダンピングピストン４とチャックドライバブッシュ１３、シャンクロッド２を押し戻して、図５に示すように、前端面５f がさく岩機本体１の中央段部１４と当接する前端位置まで前進して停止する。
【００４１】
静止している質量Ｍの物体が、外力Ｆを受け、距離Ｓを移動する時間Ｔは、加速度をａとすると、運動の方程式より：
Ｆ＝ａＭ
Ｓ＝ａＴ2 ／２
∴  Ｔ＝（２ＭＳ／Ｆ）1/2 
である。
【００４２】
一般に、さく岩機本体１の質量Ｍ1 は、フロントダンピングピストン４とチャックドライバブッシュ１３、シャンクロッド２、スリーブ２３、ロッド２２、及びビット２１との合計の質量Ｍ2 の１０倍〜３０倍であるのに対し、さく岩機本体１の推力Ｆ1 は、前述の通りフロントダンピングピストン４の推力Ｆ4 の２倍程度しかない。
【００４３】
さく岩機本体１が距離Ｓを移動するのに要する時間Ｔ1 と、フロントダンピングピストン４がチャックドライバブッシュ１３、シャンクロッド２、スリーブ２３、ロッド２２、及びビット２１を押しながら距離Ｓを移動するのに要する時間Ｔ2 との比は：
Ｍ1 ＝２０Ｍ2 
Ｆ1 ＝２Ｆ4 
とすれば、
Ｔ1 ／Ｔ2 ＝（１０）1/2 ≒３．１６
となる。
【００４４】
よって、フロントダンピングピストン４は、リヤダンピングピストン５の停止後、リヤダンピングピストン５から離れ、チャックドライバブッシュ１３、シャンクロッド２を押して、ビット２１が岩盤Ｒに接するまで、さく岩機本体１が前進するより速やかに前進する。
【００４５】
これに続いて、さく岩機本体１が、その推力Ｆ1 により前進する。ビット２１が岩盤Ｒに接した後は、さく岩機本体１の推力Ｆ1 がフロントダンピングピストン４の推力Ｆ4 より大きいので、フロントダンピングピストン４に、リヤダンピングピストン５に当接するまでさく岩機本体１が前進する。そこで、打撃機構３が次の打撃を行う。この行程を繰り返すことによりさく孔作業が行われる。
【００４６】
この打撃位置では、図５に示すように、リヤダンピングピストン５が前進位置にあり、フロントダンピングピストン４はリヤダンピングピストン５に対して後退した位置にあるので、油溝４４と排油孔５５との間が遮断されており、打撃機構３の高圧回路７から圧油がドレン回路８へ流出することはない。従って、打撃機構３のは全油量で作動し、打撃力は大となっている。
【００４７】
もし、反射エネルギーＥr が異常に大きくなり、さく岩機本体１の前進が遅れるような場合でも、ビット２１はフロントダンピングピストン４の前進で既に岩盤Ｒに接しているので、打撃エネルギーは確実に破砕に消費され、打撃効率が向上する。
【００４８】
打撃エネルギーが破砕に消費されると異常な反射エネルギーＥr は発生しないので、さく岩機本体１の後退は小さくなり、以後の正常な前進が確保できる。
打撃装置において強力な打撃エネルギーを得るためには、ピストンの前進加速を大きくし、衝突スピードを速くしなければならない。このピストンの前進加速に伴う反力は、さく岩機本体１が受けるものであり、この反力は、打撃タイミングの前に発生するので、さく岩機本体１に与えられる推力より小さいことが望ましい。もし、この反力がさく岩機本体１の推力より大きい場合、反力の発生してる間さく岩機本体１は後退側への加速力を受けることになり、ビット２１が岩盤Ｒに接する位置まで既に前進していても、さく岩機本体１は打撃前にわずかに後退を生ずることになる。この場合にも、フロントダンピングピストン４の前進で、ビット２１を岩盤Ｒに接する位置に保持することができる。
【００４９】
また、ビット２１先端部が、大きい打撃力を必要としない粘土層や空洞等に遭遇して、フロントダンピングピストン４の推力Ｆ4 でもビット２１、ロッド２２が前進するような場合には、フロントダンピングピストン４がシャンクロッド２を図１のように、基準位置より前方へ押し出し、この打撃位置で、打撃ピストン３１がシャンクロッド２を打撃する。
【００５０】
この打撃位置では、リヤダンピングピストン５が前進位置にあり、フロントダンピングピストン４がリヤダンピングピストン５に対して前進した位置にあるので、打撃機構３の高圧回路７がリヤダンピングピストン油室５２、排油孔５４、油溝４４、排油孔５５を介してドレン回路８と連通し、打撃機構３の高圧回路７から圧油が一部ドレン回路８へ流出する。すると、打撃機構３の作動用の圧油の油量が減少するので、打撃力が小さな軽打撃となり、エネルギー消費量が低減する。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のさく岩機の打撃力制御機構では、緩衝効果を向上させ損傷を少なくし、打撃効率を向上させると共に、打撃力が小さくてもよい軟弱な個所で軽打撃を行う際には、打撃機構の作動用の圧油の油量を減少させ、エネルギー消費量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態を示すさく岩機の打撃力制御機構の縦断面図である。
【図２】さく岩機の基本的構成の説明図である。
【図３】打撃力制御機構の作動の説明図である。
【図４】打撃力制御機構の作動の説明図である。
【図５】打撃力制御機構の作動の説明図である。
【図６】従来のさく岩機の内部構造の説明図である。
【図７】従来のさく岩機の内部構造の説明図である。
【図８】従来のさく岩機の内部構造の説明図である。
【図９】さく岩機のピストンの打撃位置とピストン速度との関係の説明図である。
【符号の説明】
１      さく岩機本体
２      シャンクロッド
３      打撃機構
４      フロントダンピングピストン
５      リヤダンピングピストン
６      アッキュムレータ
７      高圧回路
８      ドレン回路
１１    チャック
１２    チャックドライバ
１３    チャックドライバブッシュ
１４    中央段部
１５    後方段部
１６    前方段部
２１    ビット
２２    ロッド
２３    スリーブ
３１    打撃ピストン
４２    フロントダンピングピストン油室
４４    油溝
５１    油路
５２    リヤダンピングピストン油室
５３    小油孔
５４    排油孔
５５    排油孔
Ｅr     反射エネルギー
Ｒ      岩盤
【図１】
0003793904.tif 000002
【図２】
0003793904.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003793904.tif 000005
【図５】
0003793904.tif 000006
【図６】
0003793904.tif 000007
【図７】
0003793904.tif 000008
【図８】
0003793904.tif 000009
【図９】
0003793904.tif 000010