Cushioning mechanism for hydraulic striking device

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ロッドやチゼル等の工具に打撃を与えて岩盤等の破砕を行う、さく岩機やブレーカ等の油圧打撃装置の緩衝機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、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Ｅ _r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Ｅ _r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前進した後に、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２ _b
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２
１からの反射エネルギーＥ _r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Ｅ _r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Ｅ _rを緩衝させるために、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を設けたものも用いられている。

【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前進した後に、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、１打撃による破砕長分だけ速やかに前進させる必要がある。 この前進が十分でない場合、シャンクロッド２の位置が一定せず、図８に示すように、ビット２は岩盤Ｒから離れているので、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Ｅ _r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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、通常、油圧打撃装置が受ける反射エネルギーの強さは、１打撃毎に異なるものであり、これに伴う油圧打撃装置の後退量もまちまちであって、岩盤の岩質によって大きく変動する。 また、打撃ピストンの前進加速に伴う油圧打撃装置本体への反力も後退力に加わる。

【０００８】従来の油圧打撃装置では、この反射エネルギーと後退量の変動に対して適切に対処できず、次の打撃への前進の遅れを生ずることがあった。 この前進の遅れは、反射エネルギーの緩衝だけでは対処できない。 本発明は、油圧打撃装置における上記の問題を解決するものであって、工具からの反射エネルギーを油圧で緩衝して油圧打撃装置に伝達させることにより損傷を少なくすると共に、油圧打撃装置の推力が不足して、一旦後退した後次の打撃時までに装置本体の所定位置までの前進が得られない場合でも、工具を岩盤に接するよう前進させて打撃することができ、打撃効率を向上させる油圧打撃装置の緩衝機構を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明では、工具を打撃する打撃機構と、工具に破砕対象側への推力を伝達する伝達部材とを備えた油圧打撃装置において、伝達部材の後方に、油圧打撃装置の装置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、装置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て油圧打撃装置の緩衝機構を構成することにより上記課題を解決している。

【００１０】油圧打撃装置では、打撃機構が工具に打撃を与えると、その打撃エネルギーで工具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、工具から伝達部材を経て油圧打撃装置に伝達されるので、この反射エネルギーによって油圧打撃装置は一旦後退し、推力により１打撃による破砕長分だけ前進した後に、打撃機構が次の打撃を行う。

【００１１】ここで、工具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ので、油圧打撃装置の装置本体及び工具の損傷が少なくなる。 リヤダンピングピストンの推力は、油圧打撃装置の装置本体の推力より大きいので、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装置本体の推力より小さいが、伝達部材と工具は、質量が油圧打撃装置の装置本体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工具のみをさらに前進させることができる。 従って、油圧打撃装置の推力が不足し、一旦後退した後次の打撃時までに装置本体が所定の位置まで前進ができない場合にも、工具は岩盤に接した状態となって次の打撃を行うことができるので、打撃効率を向上させることができる。

【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さく岩機の緩衝機構の縦断面図、図２はさく岩機の基本的構成の説明図、図３は緩衝機構の作動の説明図、図４は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。 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。

【００１３】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２ _b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。

【００１４】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。 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５ _f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。

【００１５】フロントダンピングピストン油室４２はリヤダンピングピストン油室５２と油路５１で連通しており、リヤダンピングピストン油室５２は緩衝用のアッキュムレータ６に連通している。 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Ｄ ₁後方がＤ ₂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Ｆ ₄は： Ｆ ₄ ＝π（Ｄ ₁ ² −Ｄ ₂ 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Ｄ ₃後方がＤ ₄であり、リヤダンピングピストン油室５２の油圧は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Ｆ ₅は： Ｆ ₅ ＝π（Ｄ ₃ ² −Ｄ ₄ ² ）Ｐ である。

【００１６】そして、さく岩機本体１に与えられるを推力をＦ ₁とすると： Ｆ ₄ ＜Ｆ ₁ ＜Ｆ ₅となるように設定されている。 通常、さく岩機本体１の推力Ｆ ₁は１ｔ程度、高打撃力仕様の場合には１ｔ以上であり： Ｆ ₄ ：Ｆ ₁ ：Ｆ ₅ ＝１：２：３ 程度に設定される。

【００１７】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。 このときの反射エネルギーＥ _r
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、リヤダンピングピストン５に伝達され、前端面５ _fがさく岩機本体１の中央段部１４と当接する基準位置にあったリヤダンピングピストン５は、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Ｅ _rがさく岩機本体１に伝達される。

【００１８】このようにシャンクロッド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Ｅ _r
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ので、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。 さく岩機本体１に伝達された反射エネルギーＥ _r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Ｆ
₅は、さく岩機本体１に与えられる推力Ｆ ₁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、前端面５ _fがさく岩機本体１の中央段部１４と当接する基準位置まで前進して停止する。

【００１９】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＝ａＴ ² ／２ ∴ Ｔ＝（２ＭＳ／Ｆ） ^1/2である。

【００２０】一般に、さく岩機本体１の質量Ｍ ₁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２
２、及びビット２１との合計の質量Ｍ ₂の１０倍〜３０
倍であるのに対し、さく岩機本体１の推力Ｆ ₁は、前述の通りフロントダンピングピストン４の推力Ｆ ₄の２倍程度しかない。

【００２１】さく岩機本体１が距離Ｓを移動するのに要する時間Ｔ ₁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Ｔ ₂との比は： Ｍ ₁ ＝２０Ｍ ₂ Ｆ ₁ ＝２Ｆ ₄とすれば、 Ｔ ₁ ／Ｔ ₂ ＝（１０） ^1/2 ≒３．１６ となる。

【００２２】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、図３に示すように、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。 これに続いて、さく岩機本体１が、その推力Ｆ ₁により、１打撃による破砕長分だけ前進する。 ビット２１が岩盤Ｒに接した後は、さく岩機本体１の推力Ｆ ₁がフロントダンピングピストン４の推力Ｆ ₄より大きいので、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に当接するまで押し戻される。

【００２３】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。 もし、反射エネルギーＥ _r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。

【００２４】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。

【００２５】なお、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Ｆ ₄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。

【００２６】この打撃位置では、図４に示すように、打撃ピストン３１が減速域となっていて、打撃力の小さい軽打撃となるので、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。

【００２７】

【実施例】図５は、この発明の油圧打撃装置の緩衝機構の一実施例を示す緩衝機構の縦断面図である。 この実施例では、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との間にフロントダンピングピストン油室４２に代えてフロントダンピングピストン空気室４３を設けて、フロントダンピングピストン４の推力Ｆ ₄にブロー用空気の空気圧を利用するようになっている。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の油圧打撃装置の緩衝機構では、工具からの反射エネルギーを油圧で緩衝して油圧打撃装置に伝達させることにより損傷を少なくすると共に、油圧打撃装置の推力が不足して、一旦後退した後次の打撃時までに装置本体が所定位置まで前進できない場合でも、工具を岩盤に接するよう前進させて打撃することができ、打撃効率を向上させることができる。

【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緩衝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】緩衝機構の作動の説明図である。

【図４】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。

【図５】この発明の一実施例を示す緩衝機構の縦断面図である。

【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】従来のさく岩機の作動の説明図である。

【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 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 ５１ 油路 ５２ リヤダンピングピストン油室 Ｅ _r反射エネルギー Ｒ 岩盤