JP4923045B2 - 打撃装置用バルブ装置及び削岩機用打撃装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に従った削岩機用の打撃装置用バルブ装置及びそのようなバルブ装置を備えた削岩機用打撃装置に関する。

装置ハウジング内で往復動作可能な打撃ピストンを備えた打撃装置は、米国特許ＵＳ５，３７２，１９６号から公知である。打撃ピストンの往復動作は、装置ハウジング内でバルブ要素が前後に動作可能なバルブ装置によって制御される。装置ハウジングは、その後端部に、加圧流体が供給される空間を有し、そして、それにより、打撃ピストンを前進方向に駆動する。

加圧可能な第二チャンバが、打撃ピストンの後退駆動のために設けられている。バルブ装置の動き、そして、それによる打撃ピストンの動きは、バルブ本体の第一圧力面を周期的に加圧することによって、ハウジングにおける打撃ピストンのバルブ部分の位置に応じて制御される。恒久的に加圧される第二の圧力面上には、圧力面の面積差のために、バルブ本体上に作用する力より小さな力が作用する。

公知の打撃装置は、１５０Ｈｚの大きさの打撃周波数を目指して良好に稼動する。しかし、近年は、より高い稼働率とより良い経済性に対する要求があり、その結果、さらに高い打撃周波数とより速い応答時間を有するバルブ装置とが求められている。

米国特許ＵＳ５，３７２，１９６号

これらの要求を背景として、本発明の目的は、より早いバルブ動作を持った冒頭で説明した種類の打撃装置を開発することにあり、それにより、高い打撃周波数を持った打撃装置を開発することにある。

この目的は、特許請求の範囲の請求項１における特徴を通して、冒頭で説明したようなバルブ装置によって達成される。
対応する目的は、請求項９の特徴部分の特徴を通して、冒頭で説明したような打撃装置において得られる。

対応する数のバルブ制御エッジと協働する少なくとも二つの信号導管部分を設けることによって、信号流体圧力の伝達をより早くすることが可能になり、それにより、バルブスイッチ速度を上げることができ、打撃周波数を上げることが可能になる。これは、打撃効果を最適化するよう構成された細長い打撃ピストンに関して達成され得、打撃ピストンの直径が同じであると仮定すると、本発明によれば、信号圧力を伝達するための開放面積が広がり、少なくとも二倍になる。

本発明によれば、各バルブ制御エッジが各ポートを開くと、瞬時に、信号導管内の信号流体圧力が非常に加速された状態に達し得ることが達成される。圧力を高める流体が少なくても、本発明により可能にされる方法で信号導管を複数開放することを可能にすることの大きな重要性が意外にも証明されている。

対応する利点は、本発明による削岩機用の打撃装置において達成される。
本発明は、添付図面を参照した実施例に基づいてより詳細に説明される。

図１に示された打撃装置１は、装置ハウジング２の内部に、往復動作打撃ピストン３を備えている。この打撃ピストン３は、後部圧力面６で、打撃ピストン３の前進駆動方向に向けて、第一チャンバ５内にある加圧流体の圧力を受け、工具（図示せず）に対する衝撃動作を実行する前に加速される。この図では、Ｐは加圧、Ｒは戻り、そして、Ｄは排出を示している。

第一チャンバからある距離を置いた位置で、打撃ピストン３は駆動ピストン７に囲まれている。駆動ピストン７は、衝撃動作完了後に、打撃ピストン３を後退駆動させるために、第一駆動領域９と第二駆動領域１０とを含んだ駆動面を介して、第二チャンバ８内の加圧流体の圧力で駆動される。しかし、図１及び図２に示した打撃装置のこの特徴は、本発明の対象ではなく、従って、ここではより詳細には説明しない。

第一チャンバ５が恒久的に加圧され得るのに対して、第二チャンバ８は、打撃装置のメインバルブ４’によって、本質的に公知の方法で周期的に加圧され得る。ここで、メインバルブ４’のバルブ要素は、打撃ピストン３の位置によって制御される。第二チャンバ８を加圧し、かつ、排出するために、メインバルブ４’のバルブ要素は、打撃ピストン３のバルブ部分Ｖによって作動させられる。

バルブ装置Ｖ，４’４’’は、往復可動バルブ本体２０を有する。バルブ本体２０の動きは、信号導管手段２２を介して、バルブ要素の動きに作用する信号チャンバ２１を周期的に加圧することで、バルブ部分Ｖの位置に応じて制御される。前記信号導管手段２２は、少なくとも二つの信号導管部分２３，２４を有する。これらの導管部分２３，２４は、打撃ピストンのバルブ部分にある対応する数のバルブ制御エッジ２５，２６と協働することにより、本質的に同時に加圧されるよう配置されている。

符号２７は、圧力導管手段を示しており、圧力導管手段２７は、信号導管部分の軸方向前後にある二つの圧力導管部分２８，２９に分岐されている。図１に示した打撃ピストンの第一位置（図２により明確に示されている）において、前記信号導管手段２２，２３，２４は、前記圧力導管手段２７，２８，２９との流体接続が遮断されている。代わりに、前記信号導管手段は、排出導管手段３０，３１，３２と流体接続している。

これにより、バルブ本体は、チャンバ３３の恒久的な加圧により、図面における右側に駆動されることになる。具体的には、信号チャンバ２１は、バルブ要素の第一ピストン部分を受け入れる。第一ピストン部分は、第二ピストン部分より大きな圧力作用面を有する。第二ピストン部分は、チャンバ３３に受け入れられ、常時加圧される。この方法により、チャンバ２１及び３３の両方を同じ圧力にすると、バルブ要素２０は図面における左側に移動することになる。

駆動チャンバ８が、バルブ本体２０の位置により、排出されると（そして、打撃装置用の作動圧力Ｐとの接続が遮断されると）、それにより、第一チャンバ５内の圧力が、打撃ピストンを衝撃方向に駆動することになる。

図２には、バルブハウジング部分内にある各バルブチャンバ３６，３８の各エッジ３４，３５が、打撃ピストンにあるバルブ制御エッジ２５，２６と協働するように配置されていることが詳細に示されている。図示した位置では、圧力導管部分２８，２９と各信号導管部分２３，２４との間の流体接続が閉鎖されている。打撃ピストンにある制御ガイドフランジ上の制御エッジ４２，４３は、この位置において、代わりに、制御チャンバ３８，３９のエッジに対して開かれており、信号導管部分２３，２４と各排出導管部分３１，３２との間を流体接続する。

図３は、打撃ピストン３を備えた打撃装置１の工具（図示せず）に対する衝撃動作実行直後の第二位置を示している。この実施例によれば、装置の図３に示した位置において、緩衝ピストン７が緩衝チャンバ１２の中に入った後に、緩衝チャンバ１２内の高められた流体圧力が、回復通路１５及び補助バルブ４’’（図１参照）を介して、圧力源に伝達されると、さらに運動エネルギが回復され得る。しかし、この特徴は、本発明の一部を構成するものではなく、ここでは、これ以上詳細には説明しない。

図３は、図示された位置において、圧力導管部分２８，２９と各信号導管部分２３，２４との間の流体接続が開かれるように、バルブハウジング部分内の各バルブチャンバ３６，３８のエッジ３４，３５が、打撃ピストン上の各制御エッジ２５，２６と協働するよう配置されていることを示している。これにより、信号チャンバ２１（図１）が加圧され、バルブ要素２０が、駆動チャンバ８を加圧するために左側に駆動され、打撃ピストン３が図面から見て右側に後退駆動する。打撃ピストン上のガイドフランジの制御エッジ４２，４３は、バルブハウジング部分内にあるチャンバの協働エッジを通過し、それにより、信号導管部分と各排出導管部分３１，３２との間の流体連絡は遮断される。

本発明は、特許請求の範囲の範囲内で変更することができる。打撃ピストンは、バルブ部分を構成するように別の方法で設計された手段を用いて構成され得る。信号、圧力及び排出導管部分に応じた制御チャンバの位置決めは、異なる方法で、例えば、別のオーダーで軸方向に位置決めされ得る。打撃ピストン上のガイドフランジは、また、対応する別の方法で設計され得る。バルブ４’は、別の構成を有することができ、一例として、伸縮バネを有するか、又は両側部を交互に加圧することができる。

本発明は、信号伝達速度を上げることにより、打撃作用に適した設計の細長い打撃ピストンと、比較的簡単で、しかも費用面で有効な手段で、バルブの動きを速くし、打撃周波数を高くできるなお有効な手段とを備えた打撃装置を提供することができる。

駆動ピストンの運動エネルギを図１に示した方法で回復することは本発明の必須の構成ではない。

追加の駆動ピストン７を備えた実施例は、幾つかの実施可能な構成の一つである。本発明は、従来の打撃装置にも適用可能である。

打撃ピストンが第一位置にある本発明による打撃装置を図式的に示す図である。 第一位置にある図１の打撃装置の詳細を示す拡大図である。 第二位置にある図１の打撃装置の詳細を示す拡大図である。

Claims (10)

1. 打撃ピストン（３）を前進駆動させるために加圧され得る第一チャンバ（５）と、
   打撃ピストン（３）を後退駆動させるために加圧され得る第二チャンバと
   を備えた削岩機用打撃装置（１）の往復動作打撃ピストン（３）の装置ハウジング（２）における動きを制御するバルブ装置（Ｖ，４’）であって、
   前記バルブ装置が、往復可動バルブ要素（２０）を備え、
   バルブ要素（２０）の動きが、信号導管手段（２２，２３，２４）を介してバルブ要素を始動させる信号チャンバ（２１）を周期的に加圧することによって、バルブハウジング部分における打撃ピストンのバルブ部分（Ｖ）の位置に応じて制御される
   バルブ装置において、
   前記信号導管手段が、少なくとも二つの信号導管部分（２３，２４）を有し、
   打撃ピストンのバルブ部分上にある対応する数のバルブ制御エッジ（２５，２６）と、装置ハウジング内にある制御チャンバのエッジ（３４，３５）との間の協働作用により、信号導管部分が本質的に同時に加圧されるように配置されている
   ことを特徴とするバルブ装置。
2. 前記少なくとも二つの信号導管部分（２３，２４）が、信号チャンバ（２１）に繋がる一つの導管部（２２）から分岐している
   ことを特徴とする請求項１に記載のバルブ装置。
3. バルブハウジング部分内の制御チャンバが、
   第一の相対位置において、バルブ制御エッジと協働して、各信号導管部分と各圧力導管部分との間を流体接続し、
   装置ハウジング（２）に対する打撃ピストンの第二の相対位置において、排出導管部分と協働する
   ように配置されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブ装置。
4. 信号チャンバ（２１）が、第二ピストン部分より大きな圧力作用面を有するバルブ要素（２０）の第一ピストン部分を受け入れ、
   第二ピストン部分が、チャンバ（３３）に受け入れられ、常時加圧される
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のバルブ装置。
5. バルブハウジング部分（Ｖ）に繋がる圧力導管手段（２７）が、信号導管部分（２３，２４）と同じ数の圧力導管部分（２８，２９）を有する
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のバルブ装置。
6. 信号導管部分の数が二つであり、
   一つの圧力導管部分（２８）に繋がる制御チャンバが、打撃ピストン（３）の衝撃方向から見て、二つの信号導管部分（２３，２４）に繋がる各制御チャンバの軸方向前方に配置され、
   別の圧力導管部分（２９）に繋がる制御チャンバが、打撃ピストン（３）の衝撃方向から見て、二つの信号導管部分（２３，２４）に繋がる各制御チャンバの軸方向後方に配置されている
   ことを特徴とする請求項５に記載のバルブ装置。
7. バルブハウジング部分（Ｖ）に繋がる排出導管部分（３０，３１，３２）が、信号導管部分（２３，２４）の数と同じ数の排出導管部分（３１，３２）を有する
   ことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のバルブ装置。
8. 信号導管部分の数が二つであり、
   排出導管部分（３１，３２）に繋がる制御チャンバが、二つの信号導管部分（２３，２４）の制御チャンバの間に軸方向に配置されている
   ことを特徴とする請求項７に記載のバルブ装置。
9. 打撃ピストン（３）を前進駆動させるために加圧され得る第一チャンバ（５）と、
   打撃ピストン（３）を後退駆動させるために加圧され得る第二チャンバ（８）と
   を備えた削岩機用打撃装置（１）において、
   請求項１〜８の何れか一項に記載のバルブ装置を備えている
   ことを特徴とする打撃装置。
10. 請求項９に記載の打撃装置を有する削岩機。

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