JP2009506903A - 水力式衝撃ユニット - Google Patents

Abstract

本発明の衝撃ユニットは、水を動力源とする、ジャックハンマーまたはロックドリル用の衝撃ユニットであり、シリンダー内でスライド可能なピストンから成り、またストライカ部をその上に備えている。ピストン又は／及びシリンダーの少なくとも一部は、セラミックで被覆されている。セラミックとして最も適したものは、酸化アルミニウム−二酸化チタン複合物であり、これにより前記シリンダーの内径と前記ピストンの外径との間の隙間を、８〜１０マイクロメートルにまで減少することができる。

Description

本発明は、破砕機としても知られるジャックハンマーや、ロックドリル、その他のインパクトツールにおける駆動装置として好適に使用される水力式衝撃ユニットに関する。

ジャックハンマーやロックドリルに動力を供給するために、衝撃ユニットを使用することが知られている。衝撃ユニットは、典型的には、油や油／水エマルジョンを作動流体として使用する閉ループ液圧装置によって動力を供給される。しかし、液圧装置がリークした場合、油や油／水エマルジョンが作業環境を汚染するといった不都合がある。これは、鉱坑深部などの密閉された作業環境では特に問題である。

地中温度は一般に１００メートル降下する毎に１．２〜２．６度上昇するので、深部採掘においては、その局部の温度が重要な問題となっている。４，０００〜５，０００メートルの深さの鉱坑では、周囲の気温は約６０度に及ぶことになり、従ってこのような深部で人が作業を行うためには相当量の冷却が必要とされる。

またこのような深さの鉱坑深部で使用するジャックハンマーやロックドリルの冷却も問題となっている。

作動流体として油や油／水エマルジョンを使用する仕様の衝撃ユニットにおいては、水を作動流体として使用することは、水の粘度が油や油／水エマルジョンに比べて著しく低いために不可能である。通常の衝撃ユニットは、作動流体で作動されるピストンとシリンダーを備える。油や油／水エマルジョンを用いる衝撃ユニットにおける、シリンダー直径とピストン直径との間の間隙は、通常２０〜５０マイクロメートルである。そのようなユニットで油や油／水エマルジョンの代わりに水を用いた場合、上記間隙が大きすぎるためユニット内の水圧を保つことができない。すなわち、水はシリンダー内でピストンを作動せずにピストンを通過してしまう。更に、水は潤滑剤ではないので、衝撃ユニットの部品間の間隙を十分小さくしてシリンダーに対してピストンを密閉した場合には、互いに呼応して移動する部品が焼き付いたり溶着したりする傾向がある。

本発明の目的は、水による動力の供給が可能であり、上記問題を実質的に低減させる衝撃ユニットを提供することである。

本発明の第１の特徴によれば、シリンダー内で摺動可能なピストンを備え、ピストン及び／又はシリンダーの少なくとも一部分がセラミック被覆を有する、水により動力が供給される衝撃ユニットが提供される。

好ましくは、ピストンはその上にストライカ部分を所持する。

ピストン及び／又はシリンダーの少なくとも一部分にセラミック被覆を施すことにより、ピストン及びシリンダー間の間隙を十分減少できるので、部品間の焼付けを生じることなく水を作動流体として使用することが可能となる。この驚くべき効果は、水粒子がセラミックの表面細孔構造に捕捉されて、作動中にピストンとシリンダーを離間しておくためと考えられる。このように、水によっても、従来の油膜と同じく効果的に表面を潤滑することが可能である。

前記セラミック被覆は金属酸化物を含有することが好ましい。セラミック被覆が酸化アルミニウム−二酸化チタン複合物であることが最も好ましい。

好ましくは、ピストン及びシリンダーは概略円筒状である。

シリンダーの内壁は、スリーブで形成してもよい。シリンダーの内径とピストンの外径との間の間隙は、好ましくは８〜１０マイクロメートルである。

好ましくは、充填水を加圧し、その加圧した充填水をピストン面に向けて誘導する圧力ユニットを設ける。圧力ユニットには、好ましくは、６０〜７０バールの気体を５〜１０ｃｃ充填する。

シリンダーに出入りする充填水を制御するための弁手段を設けることができる。好ましくは、弁手段は、シリンダーに対して摺動可能なスプール弁である。

衝撃ユニットは、加圧水が２０〜３０リットル／分の流量で供給された時に作動するようにすることができる。好ましくは、水は１００〜１１０バールで加圧される。

衝撃ユニットは、流水量が２０リットル／分の時にはツールには約１３５０打／分で作用することができる。或いは、衝撃ユニットは、流水量が３０リットル／分の時にはツールに約１９００打／分で作用することができる。

好ましくは、水は閉ループの供給元から衝撃ユニットへ供給され、水は冷却及び／又は１０マイクロメートルのフィルターでの濾過を行うことができる。

本発明の利点は、万一リークしても、漏洩するのが無毒で不燃性の水のみであることである。本発明の更なる利点は、循環路に実質的に空気が存在しない閉ループ循環路を形成するために衝撃ユニットの腐食が回避されることである。

衝撃ユニットは、ジャックハンマーや、ロックドリル、その他のインパクトツールで使用できる。

本発明の第２の特徴によれば、本発明の第１の特徴による水力式衝撃ユニットを少なくとも一つ備えた鉱坑で使用するツール装置が提供される。

好ましくは、一つ以上のツールが、作業層に沿って容易に前進できるように可動プラットフォームに取り付けられる。プラットフォームは、衝撃ユニットの使用時にプラットフォームが移動したり転倒しないように保持するために、坑道の天盤、側面、又は床面に係合するように移動可能な一つ以上の伸縮自在要素などの安定化手段を備えると有利である。

本発明の第３の特徴によれば、作動液体が水である、閉ループ液圧装置が提供される。

好ましくは、閉ループ液圧装置は、水槽、水を水槽からツールへ圧送するポンプ、及び水をツールから水槽へ運び戻す手段を備える。

水槽は、大気圧、すなわち、大気に連通していてもよい。或いは、水槽は、大気と遮断して、大気圧以上又は以下の圧力に保持してもよい。

ツールは衝撃ユニットであることが好ましい。衝撃ユニットは、ジャックハンマー或いはロックドリルでもよい。

本発明を更に理解し、その実施の形態を更に明瞭に示すために、添付の図面に示す実施例により説明する。
ジャックハンマーに内蔵されたインパルスユニットの断面模式図 インパルスユニットを内蔵するロックドリルの斜視図 図２のロックドリルの部分分解斜視図

まず、図１を参照する。ジャックハンマー又は破砕機を符号１０で示す。符号１２で示す衝撃ユニットは、ハウジング１４内に略収容される。ハウジング１４の一端には、圧力ユニット又はアキュムレーター１６が取り付けられ、ハウジング１４の他端には、インパクトツール（図示せず）を誘導するツールガイド１８が取り付けられる。例えばチゼルなどのツールをツールガイドに着脱可能に保持するツール保持具２０が、ツールガイドの端部に設けられる。

流体主制御弁２４がハウジング１４の側面に取り付けられ、トリガー３０により手動で操作される。作動流体供給路２６と戻り路２８が流体主制御弁２４に接続される。ジャックハンマー１０は、２つのハンドル２２を有し、そのうちの一つは流体主制御弁２４にボルト結合され、もう一つはハウジング１４に直接ボルト結合される。

ハウジング１４は、衝撃ユニット１２の作動部品を略収納するシリンダーを形成する内部室３２を有する。ストライカ部分３５をその上に所持するピストン３４が、ハウジング１４内の室３２内に同軸に保持される。ピストン３４は、環状取付要素３８、４０によってハウジングに固定されるストライカスリーブ３６に摺動係合して取り付けられる。摺動スプール弁４２が、ストライカスリーブ３６とハウジング１４と角状取付要素３８、４０とにより区画された円筒状空間において、ストライカスリーブ３６の周りに同軸に取り付けられる。ストライカスリーブ３６には、作動空洞５６に出入りする流体の流れを制御するために、ピストン３４又はスプール弁４２のどちらかにより選択的に開閉される複数のポートが設けられる。ピストンには、使用中にスリーブ３６と実質的に液密に摺動係合するピストンの部分６０、６２との間に、縮径部分５８が設けられる。

ピストン３４の、スリーブ３６の内面と摺動係合する部分は、セラミックで被覆されている。或いは、スリーブ３６の、ピストン３４と摺動係合する部分はセラミックで被覆されている。セラミック被覆は、金属酸化物を含有し、最も好ましくは酸化アルミニウム−二酸化チタン複合物からなる。スリーブ３６の内径とピストン３４の外径との間の間隙は、８〜１０ミクロメートルである。この間隙は、ピストンとスリーブの移動を可能とするが、ピストン３４の端部に作用する高圧の水を密閉するのに十分小さくなっている。

圧力ユニット１６は、可撓性隔壁６４によって密閉され、６０〜７０バールの圧力で通常、窒素などの気体で加圧されている。圧力ユニットは、この圧力で、５〜１０ｃｃの気体を含有する。

使用中は、通常１００〜１１０バールの高圧の水が２０〜３０リットル／分の流量でジャックハンマー１０に供給される。加圧された水は、制御弁２４を通過して、可撓性隔壁６４の前にある室７６に入る。圧力ユニット１６中の気体は圧縮され、加圧下にある充填水が増加する。充填水の容積と圧力が一定値に達した時、スプール弁４２が長手方向に変位し、充填水は作動空洞５６へ誘導され、ピストン３４の端部に作用する。これによって、ピストンがスリーブ３６内を、ツールガイド内で保持されたツール（図示せず）へ向けて軸方向に摺動する。ピストンの端部がツールの端部に衝突し、ツールを前進させる。スプール弁４０により、次のサイクルのために、ピストン４４の復帰を制御する。

衝撃ユニットは、流量が２０リットル／分の時に約１３５０打／分でツールに作用する。流水量が３０リットル／分に増加した時には、衝撃ユニット１２はツールに約１９００打／分で作用する。

衝撃ユニット１０に供給された水は、閉ループ供給元からのものであり、冷却及び１０マイクロメートルフィルターによる濾過が行われる。水は、圧力の低い戻り路において濾過される。水を作動流体として使用できることは、もし閉ループ供給元がリークした場合、水が無毒で不燃性であるために健康及び安全上の問題を生じないという利点をもたらす。

符号８０で示すロックドリルにおける衝撃ユニット１２を図２及び図３に示す。衝撃ユニット１２は、前記と同様のハウジング１４に保持され、圧力ユニット又はアキュムレーター１６と共に前記と全く同様に作動される。しかしながら、ハウジング１４は、水で作動されるドリル回転用水圧式モータを内蔵するツールガイド７０に取り付けられる。ピストン３４は、ジャックハンマー１０のツールに対してと全く同様に、ドリルとしてのツールの端部に作用する。

鉱坑での生産性を向上するために、多数のツール（図示せず）を、ツールが作業層に沿って容易に前進できるように移動可能なプラットフォームに取り付けることも可能である。プラットフォームは、衝撃ユニットの使用中にプラットフォームが移動したり転倒しないように保持するために、坑道の天盤、側面、又は床面に係合するように移動可能な伸縮自在要素で安定化できる。

Claims (21)

1. シリンダー内で摺動可能なピストンを備え、その上にツールと係合するストライカ部分を所持し、ピストン及び／又はシリンダーの少なくとも一部分がセラミック被覆を有する、水により動力が供給される衝撃ユニット。
2. 前記セラミック被覆が金属酸化物を含有する、請求項１に記載の衝撃ユニット。
3. 前記セラミック被覆が酸化アルミニウム−二酸化チタン複合物である、請求項１又は２に記載の衝撃ユニット。
4. 前記ピストン及びシリンダーが概略円筒状である、前記請求項いずれかに記載の衝撃ユニット。
5. 前記シリンダーの内径と前記ピストンの外径との間の間隙が８〜１０マイクロメートルである、請求項４に記載の衝撃ユニット。
6. 前記シリンダーの内壁がスリーブで形成された、前記請求項いずれかに記載の衝撃ユニット。
7. 充填水を加圧し、加圧した充填水を前記ピストン面に誘導するための圧力ユニットが設けられた、前記請求項いずれかに記載の衝撃ユニット。
8. 前記圧力ユニットが６０〜７０バールの気体５〜１０ｃｃで充填された、請求項７に記載の衝撃ユニット。
9. 前記シリンダーに出入りする充填水を制御するための弁手段が設けられた、請求項７又は８に記載の衝撃ユニット。
10. 前記弁手段が前記シリンダーに対して摺動可能なスプール弁である、請求項９に記載の衝撃ユニット。
11. 加圧水が２０〜３０リットル／分の流量で供給された時に作動するように構成される、前記請求項いずれかに記載の衝撃ユニット。
12. 前記水が１００〜１１０バールに加圧された時に作動するように構成される、請求項１１に記載の衝撃ユニット。
13. 流水量が２０リットル／分の時に、衝撃ユニットがツールに約１３５０打／分で作用する、請求項１１又は１２に記載の衝撃ユニット。
14. 流水量が３０リットル／分の時に、衝撃ユニットがツールに約１９００打／分で作用する、請求項１１又は１２に記載の衝撃ユニット。
15. ストライカ部分が前記ツールに直接係合する、前記請求項いずれかに記載の衝撃ユニット。
16. 前記請求項いずれかに記載の衝撃ユニットを有する、インパクトツール。
17. 閉ループ供給元から衝撃ユニットへ水を供給する水供給手段を設けた、請求項１５に記載のインパクトツール。
18. 前記水供給手段が衝撃ユニットに供給される水を濾過する１０マイクロメートルフィルターを備える、請求項１６に記載のインパクトツール。
19. 前記水供給手段が衝撃ユニットに供給される水を冷却するクーラーを備える、請求項１７又は１８に記載のインパクトツール。
20. インパクトツールがジャックハンマーである、請求項１６〜１９のいずれかに記載のインパクトツール。
21. インパクトツールがロックドリルである、請求項１６〜１９のいずれかに記載のインパクトツール。
    

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