JP2534420B2 - 軸方向に往復運動可能な工具の駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は軸方向に往復運動可能な工具を駆動するため
の装置に関する。

このような工具および駆動装置は、この原理で作動す
る例えば圧縮空気ハンマー、圧縮空気カッター等として
多く知られている。この駆動装置は空転時でも、また駆
動のために小さな力しか必要としないときでも、非常に
大きな騒音を発生する。公知の駆動装置の場合には更
に、出力に対する工具の重量と容積の関係が良くないの
で、工具の操作のために非常に大きな力を手で加える必
要がある。

フランス国特許出願公開第2402127号明細書により、
駆動装置がシリンダ内でピストンを往復運動させるテレ
モータシステムが知られている。このピストンは油柱に
作用し、この油柱は作動機器のシリンダ内のピストンに
作用し、例えば刈り込み鋏の刃を往復運動させる。力を
及ぼすムカムディスクに接触させるマスターシリンダピ
ストンの戻しは、ピストンに作用するばねによって行わ
れる。ばねが非常に緩慢に作動するので、このような駆
動装置は低いストローク周波数の工具のためにのみ使用
可能である。さもなければ、ピストンとカムディスクが
離れたり、衝撃を発生する。更に、例えば12Hz以上の高
いストローク周波数の場合には、油内にガスが発生す
る。これにより、駆動側のモータと被駆動側の工具との
間の力の伝達の効率がかなり悪化する。更に、このよう
なガス発生の場合には、キャビテーション現象が生ずる
危険がある。このような装置の駆動部と被駆動部の間の
効率は比較的に悪い。なぜなら、作動サイクルの間駆動
装置の全体作動出力を、全サイクルの前半でもたらさな
ければならないからである。更に、作動サイクルのこの
前半では、放出されるモータ出力は線形には分配されな
い。前半の作動サイクルの終了までモータ出力は比例的
に増大し、その後ほとんど零に戻る。従って、全サイク
ルの後半では、モータ出力がほとんど伝達されない。

同じ欠点を有する類似のシステムがオーストラリア国
特許出願公開第490,039号明細書およびスイス国特許第2
67482号明細書に開示されている。

カムディスクは駆動装置として必ずしも役立たない。
ヨーロッバ特許出願公開第244878号明細書では、カムデ
ィスクが２個の電磁石によって置き換えられている。こ
の電磁石はシリンダ内でピストンを往復運動させる。こ
のピストンはその両側に設けられた二つの油柱に作用す
る。この油柱は適当な方法で、自動車の弁駆動装置用の
作動ピストンを駆動する。この場合、ピストンの戻しは
一方の油管に負圧を発生させ、他方の油管に正圧を発生
させることによって行われる。この圧力変化は弁を操作
するために交互に行われる。これによって生じる慣性は
戻しばねによって改善される。この駆動装置を高い周波
数のために使用すると、発生する負圧によってガスが生
じる。このガスは技術水準では非常に高価な手段によっ
て除去しなければならない。

本発明の課題は、キャビテーションの発生と、駆動ピ
ストンへの偏心ディスクの衝突を確実に防止することが
できる。駆動部（モータ）と被駆動部（工具）の間に配
置された、迅速に振動するストローク周波数と高い効率
を有する駆動装置を提供することである。

この課題は、請求第１項記載の特徴、すなわちマスタ
ーシリンダ内に往復運動可能なピストンが設けられ、こ
のピストンが液状媒体を押すかまたは吸引し、この液状
媒体が作動シリンダ内の１個のピストンを操作し、マス
ターシリンダのピストンが偏心ディスクに枢着され、そ
れによって偏心ディスクがピストンを前進および後退さ
せ、マスターシリンダが作動シリンダから空間的に分離
されて配置され、マスターシリンダと作動シリンダが曲
がる１本のホースまたは導管によって互いに接続され、
作動シリンダのピストンだけが少なくとも一つの逆圧ば
ねの作用を受けており、外部の空気圧が作動シリンダピ
ストンの戻しを補助する働きをし、偏心ディスクの外周
に玉軸受が設けられ、この玉軸受の内側のリングが偏心
ディスクと共に回転し、外側のリングが回転不能であ
り、かつ直線的に往復運動可能にマスターシリンダのピ
ストンに枢着連結されていることによって解決される。

マスターシリンダの１個のピストンをカムディスクに
枢着連結したことにより、偏心ディスクはその回転時に
このピストンを強制的にかつ滑らかに前進および後退さ
せる。更に、作動シリンダのピストンだけに作用してい
る一つの逆圧ばねによって、作動シリンダのピストンと
油柱の戻しが行われる。

よって、マスターシリンダ内のピストンが前進から後
退に移った後偏心ディスクに衝突することがなく、そし
てこのピストンの範囲に、キャビテーションを引き起こ
す負圧が発生しない。従って、装置が破壊したり、大き
な騒音が発生することがなく、かつ非常に高い周波数で
装置を運転することができる。

更に、逆圧ばねによって油の膨張が補償されるので、
温度変化時の油充填量調節が不要であり、偏心ディスク
の駆動力に反作用する逆ばねが１つだけであるので、駆
動エネルギーが少なくて済む。

請求の範囲従属項に記載された他の特徴は、工具（カ
ッター）の運転中もストローク周波数、ストローク長さ
および力を調節できるようにするというような副次的課
題を解決するための有利な実施形である。

マスターシリンダのピストンの駆動装置のために電動
機が設けられると、この電動機は少なくとも１個の偏心
ディスクに有利に作用し、この偏心ディスクを回転させ
る。偏心ディスクは好ましくはその外周に玉軸受を持っ
ている。この玉軸受の内側のリングは偏心ディスクに連
結され、好ましくはディスクに焼き嵌めされ、すなわち
偏心ディスクと一緒に回転する。玉軸受の外側のシェル
は回転しないが直線運動を行うことができ、それに枢着
されたマスターシリンダのピストンが偏心ディスクによ
って強制される往復運動を行う。マスターシリンダのピ
ストンはそのピストンロッドをクランクのように偏心デ
ィスクに側方から枢着可能である。

本発明による駆動装置は、作動シリンダのピストンの
力と周波数およびストロークを容易に調整できるという
利点がある。周波数は駆動モータの回転数によって決ま
る。最大ストロークは偏心ディスクの形状によって決ま
る。ストロークの正確な調整と縮小は図に基づいて説明
する手段によって可能である。力と特に押しのけられる
液体の圧力によって決まる。この力はリリーフ弁によっ
て調整可能である。それによって、駆動装置は多方面で
使用可能である。これに関する詳細は、請求の範囲従属
項および実施例の説明から明らかである。

液圧駆動の場合しばしば伝達媒体（以下、簡単にする
ために油と呼ぶ）の損失が発生するので、マスターシリ
ンダと作動シリンダの間あるいは作動シリンダ自体に連
結して、排気装置を備えた自動油補充装置が設けられて
いる。

マスターシリンダと作動シリンダの間の接続ホースは
その都度所望の接続のための容易に分離可能な差し込み
継手を備えていると有利である。それによって、工具は
油を損失せずにその固有の駆動装置によって他のものと
容易に交換可能である。

更に、作動ピストンは１個の逆圧ばねを備えている。
この逆圧ばねはマスターシリンダ内でピストンを摺動さ
せる際に油圧に反作用する。更に、作動シリンダのピス
トンには外部の空気圧が作用し、逆圧ばねの作用を強化
する。それによって、マスターシリンダのピストンと作
動シリンダのピストンの間にある油柱は往復運動し、そ
の際作業タクトの間油が所定の最低圧力を下回ってキャ
ビテーションを発生することがない。この手段は油柱の
迅速振動の周波数を可能にするために寄与する。

更に、油圧（力）が調節可能で、ストローク長さとス
トローク周波数が調節可能であると共に、接続された工
具の往復運動のためのきわめて正確な微調節が保証され
る。逆圧ばねは更に、例えば工具を作動シリンダに連結
するために使用することができる。それによって、工具
の簡単な交換が可能になる。

図には本発明の実施例が示してある。

図１は装置の概略構造を示す図、 図２は変更された実施例を示す図、 図３は図２のIII-III線に沿った断面図、 図４は変更された実施例を示す図、 図１に示すように、軸２を駆動する電動機１が設けら
れている。この軸は玉軸受3,4内で回転する。軸２には
偏心ディスク５が固定配置されている。この偏心ディス
クは軸の駆動軸線Ａ−Ａ回りに回転する。偏心ディスク
５は玉軸受６を持っている。この玉軸受のリング6aは好
ましくは偏心ディスク５に焼き嵌めされている。球はリ
ング6aと外側のリング７の間で回転する。外側のリング
は回転不能である。しかし、外側のリング７は線Ｂ−Ｂ
の方向に往復運動可能である。外側のリングはピストン
ロッド7aに枢着連結されている。ピストンロッド7aはピ
ストン８を持ち、このピストンをマスターシリンダ９内
で往復運動させる。

ピストン８背後の作動室10内には、伝達媒体としての
油が入れてある。この油は自動油補充装置11によって、
図示していない普通の逆止弁を経て作動室10に供給さ
れ、油減少時に自動的に補充される。油補充装置11は更
に、その蓋に、通気および排気装置12を備えている。作
動室10は更に、油用の出口12aを備えている。ピストン
８の前進運動時（図１において右方への移動時）に、油
は出口12aを経てホース14に押し込められる。ホース14
は曲がるが、その横断面積と長手方向の膨張はほとんど
影響を受けない。媒体予圧ねじ40が、ホースの膨張によ
る最小の圧力損失を補償するために、シリンダ容積に作
用する。伝達媒体である油はピストン８の前進運動時に
作動シリンダ20に供給される。ホース14には迅速継手15
が設けられている。それによって、異なる作業工具に対
する異なる接続を行うことができる。迅速継手は圧力に
対する感度が良く、他の工具のコネクタの交換時に油の
損失を防止する。作動シリンダ20はピストン22を備えて
いる。マスターシリンダ９のピストン８が前進すると、
油がこのピストン22に作用し、ピストン22を矢印24の方
向に移動させる。このピストン22には、動かされる工具
（図示していない）がばね25によって固定されている。
このばねは同時に逆圧ばねとして作動ピストン22に作用
する。ピストン８がマスターシリンダ９の中で後退する
と、ばね25の作用により、作動シリンダ20内でピストン
22が後退し、すなわち図１において右側へ移動し、ホー
ス14内の油柱をマスターシリンダ９内へ押し戻す。例え
ばリリーフ弁によって油ホース14内の圧力を調節するこ
とにより、工具の力をきわめて正確に調節することがで
きる。ばねの力は、ピストンひいては工具の前進運動を
妨害しないように、かつピストン22の充分に迅速な後退
を保証するように選定される。

同時に、調節ねじ40によって、圧縮される油の容積が
変更されるので、ピストン８の前進運動の度に、多いま
たは少ない量の油がホース14内に圧入され、それによっ
てストロークの調整が可能である。

図２では、図１の往復運動可能なピストン８が斜面42
を有するピストン41によって置き換えられている。この
構造の場合、ピストン41は斜面の傾斜に応じて補充装置
11用の入口43を早くまたは遅く閉鎖する。更に、調節ね
じ40aがピストン41に連結され、ピストンがその軸線Ｂ
−Ｂ回りに回転可能であるので、油入口43に対する斜面
42の傾斜を変えることができる。すなわち、ピストンの
往復運動時に、入口43は斜面の傾斜に依存して開閉され
る。図３では、調節ねじ40aが斜面の傾斜の調節のため
に、二つの突起50,51を備えている。この突起はピスト
ンの対応する凹部に挿入され、ねじ40aを回転すると、
このピストンは軸線Ｂ−Ｂ回りに回転する。調節ねじは
所望の位置で錠止される。

変形実施例では図４に示すごとく、複数の入口43a,43
b,43cが並べて設けられる。この入口はピストンの移動
時にピストンによって順々に閉鎖される。これにより、
液体押しのけひいては作動ピストン22の往復運動は同様
に制御可能である。この場合、調節ねじが一つまたは複
数の入口を順々に閉鎖する。ピストンの斜面はここでは
設ける必要がない。しかし、いかなる場合でも、入口の
一つは常に開放していなければならない。

次に、上記装置の作用について説明する。

マスターシリンダのピストンロッド7aがカムディスク
５に枢着されることにより、ピストン８は駆動モータ１
によって往復運動する。従って、ピストン８はホース14
内の油柱を往復摺動し、それによって一方では作動シリ
ンダ20のピストン23を押し、他方では油柱ひいてはピス
トン23を再び吸引して戻す。この後退運動はピストン22
に作用するばね25によって補助され、更に、ピストン22
に作用する外部の空気圧によって補助される。

本発明による構造は他の利点を有する。

駆動装置の伝達力と重量および容積の比は、きわめて
所望である。ピストンを備えた作動シリンダの重量が約
40グラムで、ストローク長さが12〜13ミリメートルであ
り、そしてピストンが10ヘルツの周波数で動くと、スト
ローク毎に100キログラムの力が生じ、しかも750ワット
の電動機の駆動によって生じる。

同様に上記数値例から判るように、駆動装置はきわめ
て高い効率で作動する。その理由は、駆動モータの作動
出力が、駆動モータ軸とピストンとの枢着部を介して、
回転の間中ほとんど均一にかつ前進および後退運動とし
てマスターシリンダのピストンに伝達されるからであ
る。

駆動装置はほとんど騒音なしに作動する。作動ユニッ
トの連結は伝達ホース14内の迅速継手15によって容易に
行うことができる。連結部はほとんど摩耗しない。クラ
ッチによって、作動機器を他の作動機器と迅速に交換す
ることができる。

従来の装置、例えば圧縮空気を作用する駆動装置の場
合に常に作動機器に伝達される、往復運動する作動機器
の振動は、駆動媒体としての油柱によって作動ユニット
から導き出される。それによって、作動機器自体はほと
んど振動しない。

この利点には更に次のことが寄与する。すなわち、実
際の駆動装置、すなわちマスタシリンダユニットと作動
シリンダユニットが剛体でなく、曲がるホースによって
互いに接続され、負荷、特にマスターユニットの重量が
作動ユニットに伝達されないことが寄与する。最大の力
伝達の場合ですら、伝達ラインのために小さな横断面積
のホースしか必要としない。上記の力と重量の例の場
合、ホースは外径が５ミリメートルで充分である。軽い
重量と細い可撓性供給ホースにより、各作動ユニットの
取扱が上述のようにきわめて容易である。

駆動ユニットが密封されているので、駆動ユニットは
水中で回転するかまたは少なくとも液体で洗浄される装
置の場合にも使用可能である。装置全体がほとんど保守
整備不要であり、寿命が非常に長い。装置は容易に製作
可能である。製作コストは少なく、しかも同じ大きさの
出力の圧縮空気式装置等と比べてはるかに安い。

作動ユニットが電源に直接接続されないので、水面下
での運転が可能である。大きな力を伝達する場合でも、
工具に直接連結可能な作動シリンダは常に非常に小さく
て済む。

他の利点は、工具ユニットのストローク周波数、スト
ローク高さおよび力が運転中でも無段階にかつ互いに無
関係に制御調整可能であることにある。

簡単な使用のために、任意の液体が伝達媒体として使
用可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイクスナー・ハンス―ウエルナー ドイツ連邦共和国、デー―6301 ウェッ テンベルク／オーテー・クロフドルフ― グライベルク、ロートハイマー・ストラ ーセ、６ (56)参考文献 特開 昭61−187505（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−273229（ＪＰ，Ａ)

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マスターシリンダ（９）内に往復運動可能
   なピストン（８）が設けられ、このピストンが液状媒体
   を押すかまたは吸引し、この液状媒体が作動シリンダ
   （20）内の１個のピストン（22）を操作し、マスターシ
   リンダ（９）のピストン（８）が偏心ディスク（５）に
   枢着され、それによって偏心ディスクがピストン（８）
   を前進および後退させ、 マスターシリンダ（９）が作動シリンダ（20）から空間
   的に分離されて配置され、マスターシリンダ（９）と作
   動シリンダ（20）が曲がる１本のホース（14）または導
   管によって互いに接続され、作動シリンダ（20）のピス
   トン（22）だけが少なくとも一つの逆圧ばね（25）の作
   用を受けており、外部の空気圧が作動シリンダピストン
   （22）の戻しを補助する働きをし、 偏心ディスク（５）の外周に玉軸受（６）が設けられ、
   この玉軸受の内側のリング（6a）が偏心ディスク（５）
   と共に回転し、外側のリング（７）が回転不能であり、
   かつ直線的に往復運動可能にマスターシリンダ（９）の
   ピストン（８）に枢着連結されていることを特徴とする
   軸方向に往復動可能な工具を駆動するための装置。
2. 【請求項２】工具（27）が逆圧ばね（25）によって作動
   シリンダピストン（22）に連結されていることを特徴と
   する請求の範囲第１項の装置。
3. 【請求項３】玉軸受を用いる代わりに、ピストンロッド
   （7a）が側方から偏心ディスク（５）に枢着されている
   ことを特徴とする請求の範囲第１項の装置。
4. 【請求項４】装置が液状媒体の損失を補償するためおよ
   び機器に充填するための自動補充装置（11）を備えてい
   ることを特徴とする請求の範囲第１項の装置。
5. 【請求項５】マスターシリンダ（９）のピストン（41）
   の端面が、ピストンの運動方向に見て、斜面（42）とし
   て形成され、ピストン（41）の斜面（42）の作用傾斜部
   が、ピストン（41）をその中心軸線回りに回転させるこ
   とによって調節し、錠止可能であることを特徴とする請
   求の範囲第１項の装置。
6. 【請求項６】マスターシリンダ（９）内の液状媒体のた
   めの自動補充装置（11）の充填口（43）が、長手方向ス
   リットとして形成されているかまたはシリンダ方向に並
   べられた複数の孔（43a,43b,43c）の形に形成され、そ
   れによって、ピストン（8,41）がその調節位置に依存し
   てその作動変位に沿って、孔の一つまたは複数あるいは
   長手方向スリットを早くまたは遅く閉鎖することを特徴
   とする請求の範囲第１項の装置。
7. 【請求項７】マスターシリンダ（９）のシリンダ壁内の
   充填口（43a,43b,43c）が錠止可能な調節ねじによって
   少なくとも一つを除いて順々に遮断可能であることを特
   徴とする請求の範囲第６項の装置。
8. 【請求項８】使用される液状媒体が、圧力と適当な温度
   の下で液化されたガスであることを特徴とする請求の範
   囲第１項の装置。
9. 【請求項９】系内のピストンの力を調節するために、調
   節可能なリリーフ弁が設けられ、このリリーフ弁が、所
   定の圧力から、液状媒体を、補充装置（11）の貯蔵容器
   に溢流させることを特徴とする請求の範囲第１項の装
   置。