JP2014511778A - 空気圧式動力工具の速度を調速する速度制御装置 - Google Patents

Abstract

空気タービン（２０）によって駆動され、そして圧力（Ｐ１）の圧力空気を供給する入口通路（１６）と、供給された駆動圧力空気を空気タービン（２０）のタービンホイール（２２）に指向する一つ以上の空気ノズル（２５）と、タービン速度応答制御圧力（Ｐ３）によって偏奇され、圧力空気入口通路（１６）からノズル（２５）への供給された駆動圧力空気の流れを制御するように設けられた可動弁要素（４３）を備えた調速機（２１）とを有する、空気圧式動力工具のアイドリング及び動作速度を制御する速度制御装置において、圧力空気供給圧力（Ｐ１）で制御された圧力調整装置（６０）が、圧力空気供給圧力（Ｐ１）の実際のレベルに応じて大気と連通するブリード通路（６６）のサイズを調整することにより制御圧力（Ｐ３）を調整するように設けられ、圧力空気供給圧力（Ｐ１）の減少時にブリード通路（６６）の面積を減少させることになり、また制御圧力の増加に続いてタービンノズル（２５）への圧力空気の流れを増大させ、圧力空気供給圧力（Ｐ１）の変動の発生を補償するように構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空気圧式動力工具、特に空気タービンを有する空気圧式動力工具のアイドリング速度を調速する速度制御装置に関するものである。

通常研削応用に用いられる上記形式の動力工具にもいては、人や機器に対する重大な損傷を避けるように回転速度を予定の安全レベルに抑えることは最も重要である。研削応用において、特に研削ホイールの材料が遠心力に耐えることのできないレベルに回転速度が達する場合に研削ホイールが破裂する大きな危険がある。

特許文献１：米国特許第５，３１４，２９９号に記載された先行技術のタービン研削機では、圧力空気入口通路に配置され、アイドリング運転ノズルを介して得られた制御圧力で作動される弁要素を有する調速機が用いられている。この制御圧力は、アイドリング運転ノズルに相対して設けた圧力感知開口を介して得られ、そして制御圧力と圧力空気入口通路における圧力との間の調速機の弁要素の平衡を得るために調速機の弁要素に送られ、それによりタービンの回転速度が低下する際に弁要素はその開放方向へ動かされ、また反対に、タービンの回転速度が上昇する際には弁要素はその閉成方向へ動かされる。これは、タービンホイールにおける圧力感知開口からの制御圧力が回転速度の増大につれて減少するためである。

この公知の調速機に伴う問題点は、圧力空気供給圧力に依存することにあり、このことは、高い空気供給圧力がタービンの高いアイドリング速度をもたらし、また低い空気供給圧力が低いアイドリング速度をもたらすことを意味している。安全のために、調速機は、通常の空気供給圧力、例えば７バールにおいてある特定の安全アイドリング速度レベルでタービンを動作させるように最初に調整される。かかるある特定の安全アイドリング速度は、実質的に通常の運転中の動作速度であり、研削機に取付けられた研削ホイールの機械的摩耗と共に研削効率に関して有利である。減少した空気圧力及び追従する低いアイドリング及び動作速度は、研削ホイールの破裂のいかなる危険も生じないが、しかし、研削ホイールが動作中に過剰の摩耗に晒されるという不利益がある。低すぎるアイドリング及び動作速度はまた望ましくない低い研削効率に繋がる。

米国特許第５，３１４，２９９号

本発明の目的は、空気タービンを有し、圧力空気供給圧力において生じる変動におけるタービンのアイドリング速度の依存性を避ける手段が設けられる、空気圧式工具のアイドリング速度を調速する速度制御装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、空気タービンを有し、また作動圧力空気の供給圧力とタービンホイールに隣接した圧力感知開口二発生した速度関連制御圧力との間で平衡した弁要素をもつ調速機を有し、圧力空気供給圧力において生じる変動におけるタービンのアイドリング速度の依存性を避ける手段が設けられる、空気圧式動力工具のアイドリング速度を調速する速度制御装置を提供することにある。

本発明のさらに別の目的及び利点は、以下の説明及び特許請求の範囲から明らかである。

以下添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。

本発明による速度制御装置を有する空気タービン駆動型動力工具の部分断面側面図。 タービンノズル及び調速機弁を通る圧力空気流路を示す本発明による速度制御装置を概略的に示す断面図。 本発明による速度制御装置を概略線図。 本発明による制御圧力調整装置の断面図。 圧力空気供給圧力の関数としてアイドリング速度を示す線図。

図１には、空気圧式角度付（ａｎｇｌｅ ｔｙｐｅ）研削機を示し、かかる空気式角度付研削機は、二つのハンドル１１、１２を備えたハウジング１０と、研削ホイール１３を支持している出力軸（図示していない）と、研削ホイール安全ガード１４とを有している。

ハンドルの一方１１には、圧力空気入口通路１６、レバー１７により制御される絞り弁１５及び圧力空気供給導管の導管接続部１８が設けられている。

研削機はさらに、タービンホイール２２を備えた作動型空気タービン２０の形態のモーター、調速機弁ユニット２１及びタービンホイール２２を出力軸に接続する減速ギヤー（図示していない）を有している。

タービンホイール２２は軸２３に装着され、そして周囲羽根列２４を備え、またハウジング１０には、軸線２６のまわりでタービンホイール２２を回転させる駆動圧力空気をタービンホイール羽根２４に指向させる多数のノズル２５が設けられる。空気供給通路２７は、調速機弁ユニット２１とノズル２５との間にのび、また別個のアイドリングノズル２８は、通路２９を介して調速機弁ユニット２１の上流の入口通路１６と直接連通している。排出空気通路３０は、タービンホイール２２から出口及び消音チャンバー３１へのび、消音チャンバー３１は多数の開口３２を介して大気に連通している。

アイドリングノズル２８に相対してタービンホイール２２の下流には圧力感知開口３４が設けられ、圧力感知開口３４は制御圧力通路３５を介して調速機弁ユニット２１に連通している。

調速機弁ユニット２１は、ハウジング２０に装着したケーシング３６、入口開口３８を備えた端部カバー３７及びワイヤーネットスクリーン３９を有している。ケーシング３６には、直径の異なる二つの孔４１、４２が形成され、これらの孔４１、４２は、それぞれ弁要素４３及び作動ピストン４４を案内支持している。弁要素４３は、側方開口５１を備えた後方スリーブ形状部分５０を有し、側方開口５１は弁要素４３の開放位置において弁ケーシング３６の出口開口５２と一致し、入口通路１６と空気供給通路２７とを連通させる。弁要素４３は、入口圧力Ｐ１と、一側では圧縮ばね４５の負荷と、また他側では通路３５における制御圧力との間で平衡状態にされる。

研削機はさらに、圧力空気入口通路１６における実際の圧力に応じて通路３５における制御圧力を調整する圧力調整装置６０（図１及び図２に示されていない）を有している。圧力調整装置６０について以下に詳しく説明する。制御圧力通路３５と圧力調整装置６０との間を連通させるため通路４７が設けられる。

図３に概略的に示すように、入口通路１６における空気圧力はＰ１であり、通路２９を介してアイドリングノズル２８に直接連通される。このことは、絞り弁１５が開放している限り、アイドリングノズル２８が作動して低出力でのアイドリング速度でタービンを駆動することを意味している。タービンホイール２２の下流側において、圧力感知開口３４は、タービンホイール２２の下流のアイドリングノズル２８からの出力流によってヒットされ、制御圧力Ｐ２を発生する。この制御圧力Ｐ２は、タービンホイール２２の実際の回転速度に関連して該出力流の流れ方向に依存する。その理由は、単にある予定の速度レベルにおいて出力流が感知開口３４をぴったりヒットするからである。これは、圧力感知開口３４が所望のアイドリング速度レベルで最高制御圧力となるように配置される場合に得られる。従って、タービンの始動時には制御圧力は低く、調速機弁要素４３は閉じられる。アイドリング速度が所望のレベルに達すると、制御圧力Ｐ２は弁要素４３を開放位置に向って強制するのに十分なように高く、側方開口５１は出口開口５２に一致して主ノズル２５に空気流を通す。この位置において、タービンは全出力となるが、速度が予定のアイドリング速度以上に増大すると、タービンホイールの下流のアイドリングノズル２８からの出力流は圧力感知開口３４をヒットせず、このことは、通路３５における制御圧力Ｐ２が実質的に減少されることを意味している。作動ピストン４４におけるこの減少した制御圧力負荷により、入口圧力Ｐ１及びばね４５の負荷は弁要素４３を閉じた位置に向って変移させ、それによりアイドリング速度を所望のレベルに制限する。

研削ホイール１３に動作負荷を印加すると、タービン２１の回転速度は、所望のアイドリング速度から減少する傾向となり、このことは、制御圧力Ｐ２が幾分減少され、そして作動ピストン４４及び弁要素４３に作用する制御圧力も減少されることを意味している。これにより、弁要素４３は、入口圧力Ｐ１の作用及びばね４５の負荷によって開放する方向に向って動かし、それによりノズル２５への空気流を増大させ、回転速度を所望のレベルに維持する。

タービン２１のアイドリング速度において、入口圧力Ｐ１の生じる変動の影響を避けるために、圧力調整装置６０が用いられ、作動ピストン４４に作用する制御圧力を調整する。圧力調整装置６０は、通路５９を介して連通される圧力空気供給圧力Ｐ１の実際のレベルに対して、制御圧力通路３５からの空気のある特定量を選択的に大気へ放出するように構成される。図３参照。この目的のため圧力調整装置６０には、大気に連続して連通する出口開口７０が設けられる。入口通路１６における圧力空気供給圧力Ｐ１が高ければ高いほど、アイドリング速度は高くなる傾向があり、反対に供給圧力Ｐ１が低くなると、アイドリング速度は望ましくないほど減少することになる。これは図５に示され、曲線Ａは、制御圧力調整装置なしの先行技術のタービン研削機における圧力空気供給圧力Ｐ１の変動時のアイドリング速度の変動を示し、曲線Ｂは、本発明に従って制御圧力調整装置を用いた際のアイドリング速度の変動を示している。曲線Ｂで明瞭に示されるように、制御圧力調整装置を使用することにより、タービンのアイドリング速度が実際の圧力空気供給圧力に依存するのを阻止する。

図４に示すように、圧力調整装置６０は、弁シリンダー６１と、弁シリンダー６１内で変移可能に案内されかつ端部分６３を備えた弁スピンドル６２とを有している。弁スピンドル６２は、弁シリンダー６１における弁スピンドル６２及び肩部７１の間に作用するばね６９と入口圧力Ｐ１との間で平衡状態にされる。弁スピンドル６２の円錐形端部分６３は弁スリーブ６４内へのび、そして弁スリーブ６４の環状肩部６５と共動して、調整可能な環状空気ブリード通路６４を形成し、この環状空気ブリード通路を介して減圧空気流が大気へ流れ得るように構成されている。

弁シリンダー６１は、通路４７を介して制御圧力通路３５と連通する側方開口６８と、弁スリーブ６４における開口６７とを備えている。従って、制御圧力Ｐ２は、開口６８及び開口６７を介して弁スリーブ６４の内側に達することができ、そして弁スピンドル６２の円錐形端部分６３と弁スリーブ６４における肩部６５との間に形成したブリード通路６６を通して空気の調整可能な出口流が確立され得る。弁スリーブ６４と弁シリンダー６１との間の空間は、出口開口７０を介して大気に連続して接続される。

本発明による圧力調整装置を備えた速度制御装置の動作順序は以下の通りである。

最初に、製造公差を補償する圧力調整装置６０の基本設定は、弁シリンダー６１に対して弁スリーブ６４の軸方向位置を調整することによって行われる。これは、ロックナット７５を緩め、弁スリーブ６４を回転し、それにより弁スリーブ６４のねじ付き後端部分７４を弁シリンダー６１におけるねじと共動させることにより得られる。通常の圧力空気供給圧力においてタービンの所望のアイドリング速度に相当する弁スリーブ６４の満足な軸方向位置が見出されると、ロックナットら７５は緊締される。弁スリーブ６４の軸方向位置は、弁スリーブ６４における肩部６５と弁スピンドル端部分６３との間に得られた空気ブリード隙間６６を決める。

タービンを始動する際には、絞り弁１５は開放され、入口圧力Ｐ１の圧力空気は入口通路１６を通って供給される。入口圧力Ｐ１は、調速機弁ユニット２１だけではなくアイドリングノズル２８にも直接伝達され、タービン２０を回転始動し、また入口圧力Ｐ１は、制御圧力調整装置６０に伝達される。制御圧力調整装置６０において、入口圧力Ｐ１は、弁スピンドル６２の後方端部に作用し、弁スピンドル６２は、入口圧力Ｐ１の実際のレベルに依存して、大気へのブリード流れを開放する。弁スピンドル６２の円錐形端部分６３の形状のために、比較的高い圧力空気供給圧力Ｐ１は、ばね６９の力に抗して弁スリーブ６４内へ弁スピンドル６２をさらに動かし、それによりブリード隙間６６を開放する。制御圧力通路３５からの空気の流れは通路４７、開口６８及び開口６７を介して弁シリンダー６１に入り、そしてブリード隙間６６及び出口開口７０を介して大気へ放出される。このことは、通路３５における制御圧力Ｐ２がＰ３に低減されて、調速機ユニット２１の作動ピストン４４に作用することを意味している。この結果、調速機弁４３は閉成位置へ向って幾分動く傾向があり、従ってノズル２５への空気流を低減させ、それによりタービン２０のアイドリング及び動作速度を抑える。

反対に、比較的低い圧力空気供給圧力Ｐ１は、弁スピンドル６２を弁スリーブ６４内へ十分に長く強制せず、ひじ用に小さなブリード隙間だけを開くか又は全くブリード隙間を開かない。このことは、制御圧力Ｐ２が圧力感知開口３４から調速機弁ユニット２１の作動ピストン４４への通路を実質的に全て維持されることを意味し、そしてこのことは、Ｐ２が実質的にＰ３に等しいことを意味している。圧力調整装置の弁スピンドル６２及び維持された制御圧力Ｐ２のこの位置において、調速機の弁要素４３はノズル２５へ大きな圧力空気流を流して、タービン２０の動作速度を増大させる。

最終結果は、タービン２０がたとえ圧力空気供給圧力Ｐ１の実際のレベルでも実質的に同じアイドリング及び動作速度で動作することになる。本発明による圧力調整装置で得られる利点を例示するために、図５の線図では、二つの曲線が示され、曲線Ａは、いかなる制御圧力調整もなしのタービン駆動型動力工具における種々の空気供給圧力レベルでのタービン２０のアイドリング及び動作速度の変動を示している。これに対して、曲線Ｂは、本発明による制御圧力調整装置を使用した場合において圧力空気供給圧力Ｐ１に変動が生じるにもかかわらず、タービン２０のアイドリング及び動作速度ほとんど一定に維持する仕方を示している。

従って、低減した圧力空気供給圧力Ｐ１は、研削ホイールの望ましくない高い機械的摩耗となるタービン２０のアイドリング又は動作速度を減少させず、動作効率を損なわない。

本発明は、図示し説明してきた実施例に限定されず、特許請求の範囲内で変更できることが理解されるべきである。

１０ ハウジング
１１ ハンドル
１２ ハンドル
１３ 研削ホイール
１４ 研削ホイール安全ガード
１５ 絞り弁
１６ 圧力空気入口通路
１７ レバー
１８ 導管接続部
２０ 作動型空気タービン
２１ 調速機弁ユニット
２２ タービンホイール
２３ 軸
２４ 周囲羽根列
２５ ノズル
２６ 軸線
２７ 空気供給通路
２８ アイドリングノズル
２９ 通路
３０ 排出空気通路
３１ 消音チャンバー
３２ 開口
３４ 圧力感知開口
３５ 圧力感知開口
３６ ケーシング
３７ 端部カバー
３８ 入口開口
３９ ワイヤーネットスクリーン
４１ 孔
４２ 孔
４３ 弁要素
４４ 作動ピストン
４７ 通路
５０ 後方スリーブ形状部分
５１ 側方開口
５２ 出口開口
５９ 通路
６０ 圧力調整装置
６１ 弁シリンダー
６２ 弁スピンドル
６３ 端部分
６４ 弁スリーブ
６５ 環状肩部
６６ ブリード通路
６７ 開口
６８ 側方開口
６９ ばね
７０ 出口開口
７４ ねじ付き後端部分
７５ ロックナット
Ｐ１ 空気圧力
Ｐ２ 制御圧力

Claims (4)

1. 圧力空気入口通路（１６）を備えたハウジング（１０）と、出力スピンドルに駆動的に結合したタービンホイール（２２）を備えた空気タービン（２０）と、ハウジング（１０）内に設けられ、タービンホイール（２２）に圧力空気の流れを指向する一つ以上の空気ノズル（２５）と、弁要素（４３）を備えた圧力作動型調速機（２１）とを有し、弁要素（４３）が、圧力空気入口通路（１６）における空気圧力（Ｐ１）と制御圧力通路（３５）を介して調速機（２１）に供給されるタービン速度応答制御圧力（Ｐ３）との間で平衡状態を取り、一側では制御圧力通路（３５）に連通し、他側では調速機（２１）の上流で圧力空気入口通路（１６）に連通する制御圧力調整装置（６０）が設けられ、制御圧力調整装置（６０）が、圧力空気入口通路（１６）における圧力の実際のレベルに応じて制御圧力（Ｐ３）を調整するように設けられていることを特徴とする空気圧式動力工具の速度を制御する速度制御装置。
2. 制御圧力調整装置（６０）が、制御圧力通路（３５）を大気に選択的に接続して制御圧力（Ｐ３）を調整する調整可能なブリード通路（６６）を備えていることを特徴とする請求項１記載の速度制御装置。
3. 制御圧力調整装置（６０）が、圧力空気入口通路（１６）における空気圧力（Ｐ１）とばね（６９）との間で平衡状態を取る可動弁スピンドル（６２）を備えていることを特徴とする請求項２記載の速度制御装置。
4. 制御圧力調整装置（６０）が環状肩部（６５）を持つ弁スリーブ（６４）を備え、可動弁スピンドル（６２）の円錐状端部分（６３）が環状肩部（６５）と共動して調整可能なブリード通路（６６）を形成すように構成されることを特徴とする請求項３記載の速度制御装置。
   

Images