JP5097783B2 - 打撃装置 - Google Patents

Description

発明の背景

本発明は、本体と、本体において圧力流体の作用によって長手方向に往復運動する打撃ピストンと、本体において、打撃ピストンの後端および前端にそれぞれある第1および第2の圧力流体空間と、打撃ピストンの後端の周りに位置し打撃ピストンの長手方向に移動可能に装着された実質的にスリーブ状の制御弁と、さらに打撃装置の内外に加圧された圧力流体を供給する圧力流体路とを含む打撃装置に関するものである。

圧力流体作動打撃装置において、打撃ピストンの往復運動打撃動作は制御弁によって制御され、制御弁は、打撃ピストンの圧力表面への圧力流体の供給量を制御する。公知の方法では、制御弁は打撃ピストンの軸方向に打撃ピストンの後端に位置する。打撃のさまざまな段階における制御弁の位置は、打撃ピストンの打撃装置に対する位置によって制御される。その結果、打撃ピストンがその後端に接近するにつれて、打撃ピストンは制御弁の位置を変化させるが、これは典型的には、ピストンの後部空間に設けられた実質的な閉空間における圧力流体の圧力の増加の影響による外部圧力制御または強制制御によるものである。外部圧力制御では、逆打行程中、打撃ピストンの位置が変化するにつれて、打撃ピストンは加圧された圧力流体を制御弁に作用させる。これによって、制御弁は一方の位置から他方の位置に移動する。次に強制制御では、最後部の圧力流体空間で圧力上昇が生ずるのは、打撃ピストンが圧力流体を加圧しながら最後端の圧力流体空間にはいり込むためであり、この空間は、逆打行程中に打撃ピストンの位置によって実質的に閉じた状態になる。

外部圧力制御では、一方の位置から他方の位置への弁の動きが遅いという問題が発生する。次に強制制御方式では、弁の位置変化は速いが、問題は弁がその移動の両端位置で高い最終速度を有することである。さらに、弁の前方で圧力流体が直接タンクに流れ込み、これによって効率が下がる。

発明の簡単な説明

本発明の目的は、弁の位置をより速く、かつより効率的に変化させる解決策を提供し、同時に効果的な減衰緩和策を打撃ピストンおよび弁について提供することである。

本発明の打撃装置は以下の特徴を有する。すなわち、打撃ピストンの後端には制御弁と面する環状表面があり、同様に、制御弁の内表面には打撃ピストンと面する環状表面があって、両環状表面が整列すると、それらは打撃ピストンおよび制御弁の間の圧力流体の流れを実質的に絞り、打撃ピストンが逆打行程を始めるとき、制御弁はその最後端の位置にあり、打撃ピストンの後端にある第２の圧力流体空間への圧力流体の流れ込みを閉じ、これによって、圧力流体は、第２の圧力流体空間から、打撃装置から離れた制御弁の前端にある圧力流体路を通って流れることができ、さらに、打撃ピストンが所定の位置に向かって後方に移動すると、その後端にある環状表面は、制御弁の内表面にある環状表面と整列し、その結果、打撃ピストンの逆打行程が続くにつれて、第２の圧力流体空間の圧力が上昇して打撃ピストンの逆打行程を減速し、制御弁の第２の圧力流体空間の側にある制御弁の表面に圧力が作用すると同時に、これによって制御弁が打撃ピストンの前端に向けて移動し、これによって打撃ピストン環状表面および制御弁の環状表面が離れて、制御弁の前端の圧力流体が打撃ピストンの後端における第２の圧力流体空間に流れることができ、制御弁は、圧力流体路を通って打撃装置から出る圧力流体の流れを閉じる。

本発明の基本理念は、打撃ピストンの後端が環状表面を含み、同様に制御弁の内部が環状表面を含み、両表面が整列すると、その間の小さな隙間によって最後端の円筒空間で圧力が急速に上昇し、その結果、制御弁が第２の位置に速く移動し、同様に減衰クッションが打撃ピストンに生ずることである。さらに、本発明の基本理念は、打撃装置の環状表面から打撃ピストンの前端に向かって少なくとも制御弁の環状表面を通る流路があり、制御弁の環状表面が打撃ピストンの前方に移動すると、弁表面および打撃ピストンの間に隙間があり、これを通って制御弁の前方の圧力流体は弁の前側からさらに後側にある円筒空間に流れることができることである。

本発明の方法は、打撃装置の効率を改善する利点がある。なぜなら、制御弁の動きによってその前方にある圧力流体は、打撃ピストンの溝と制御弁の突起部との間を通って打撃装置の最後端の圧力流体空間すなわち作用空間に流れ込むことができ、流体を圧力流体容器に流れ込ませないからである。さらに、別個の減衰クッション無しで弁速度が減衰される。

以下では、添付図面についてより詳細に本発明を説明する。
は、従来技術の打撃装置の概略図である。 ないし は、打撃運動の諸段階における本発明の打撃装置を示す。 および は、本発明を実施するために適用可能な打撃ピストンの実施例を示し、 および は、本発明を実施するために適用可能な制御弁の実施例を示す。

発明のいくつかの実施例の詳細な説明

図１は公知の方式の打撃装置を概略的に示す。それは打撃装置１を含み、その内部において、打撃ピストン２が往復運動する。打撃ピストン２はショルダ2aおよび2bを含み、さらにそれらの間には環状溝2cがあり、これによって打撃装置の動作が制御される。打撃装置の前端には第1の圧力流体空間３が、また後端には第2の圧力流体空間４がある。圧力流体空間４の内部には、打撃ピストンの軸方向に制御弁５がある。圧力流体が圧力流体ポンプ６から打撃装置の第1の圧力流体空間３には絶えず供給され、また第2の圧力流体空間には制御弁５で制御される流路７を通って周期的に供給される。打撃装置の本体には、第２の圧力流体路８および第３の圧力流体路９もあり、後者は圧力流体容器10に連通している。第２の圧力流体路８は制御弁５に接続され、こうしてそこで作用する圧力により制御弁が一方の位置から他方の位置に移動する。

図１に示されている状況では、打撃ピストン２は矢印方向に前進する。制御弁５は、その最後部の位置、すなわち図１に示す状況において右にある。圧力流体は、圧力流体ポンプ６から流体路７を通って第２の、すなわち最後部の圧力流体空間４に流れ、打撃ピストンを前方に押し出すことができる。実質的に零の圧力が流体路８に拡大する。なぜなら、流体路８は溝2cを経由して圧力流体容器10に接続されているからである。同時に、制御弁５も実質的に零の圧力にさらされ、その結果、制御弁５は不動状態に留まる。

打撃ピストンが進行方向に前進するにつれて、ショルダ2bが流体路９に閉じ、したがって、溝2cによって形成された空間を圧力流体容器10から分離する。打撃ピストンがさらに前進すると、第1の圧力流体空間３から溝2cを通って流体路８までの接続が出来上がる。それによって、圧力流体の圧力も制御弁５に作用し、制御弁は位置を変える。

図2aないし図2dは、移動のさまざまな段階における本発明による打撃装置の動作を示す。これらの図において、同じ参照番号は図１に示すのと同様の部位を表す。

図2aは、打撃ピストンが打撃方向すなわち矢印方向Ａに動く場合において、そのほぼ最先端の位置にある状況を示している。制御弁５がその最先端の位置にあり、そこで圧力流体の圧力が打撃ピストン２の最後部ショルダ2bの背面に作用する。しかし、同時に第1の圧力流体空間３からの圧力流体の圧力が溝2cを、さらに流体路８を通って制御弁５に作用し、これによって、制御弁は、図2bに示される位置に変わり、圧力流体の第２の圧力流体空間４への流れを閉じることができる。その結果、打撃ピストン２は矢印Bが指す方向とは逆の方向に進み始め、圧力流体を打撃ピストン２の後端の制御弁５と環状溝2bとの間で流路11を通して圧力流体容器10へ排出することができる。

打撃ピストン２の逆打行程中、ショルダ2aは、第1の圧力流体空間から溝2cを通って流体路８への、さらにそれを通って制御弁への連通を閉じる。このようにして、圧力流体における圧力が制御弁５に作用しなくなる。

打撃ピストンは、そのショルダ2bの背部の後端において環状溝すなわち流路2dを含み、その第２の端部、すなわちショルダ2bから離れた後端には、環状表面2fを有する狭いショルダ2eがある。さらに打撃ピストンは、後端に延伸部を形成する別体2gを含んでもよいが、これは本発明に必要または関連がない。打撃ピストンは延伸部2gなしでもよく、延伸部の長さおよび断面積は、それ自体公知の方法で変更してもよい。延伸部の断面積は、本発明に何らかの影響を及ぼすことなくさまざまに変えてもよい。

制御弁５の内側には、ピストン２に面して環状表面5bを有するショルダ5aがある。ショルダ5aから打撃装置１の前端にかけての制御弁５の内径はショルダ5aの内径より大きく、環状流路5cがショルダ5aから制御弁５の前端まで形成されている。

打撃ピストン２がその逆打行程中、図2cに示された位置に到達すると、ショルダエッジ、したがって環状表面2fおよび5bは整列し、ショルダ2eおよび5aの間には小さな隙間のみとなり、圧力流体を絞ることになる。その結果、第２の圧力流体空間から打撃ピストン２および制御弁５の間で、流体路９を通って圧力流体容器10に流れる圧力流体は、かなり減少し、または実質的に停止することになる。そこで、打撃ピストンが最後端すなわち第２の圧力流体空間４に突入すると、急激な高圧が内部に生成される。そこで、圧力流体で満たされた減衰クッションも生成され、打撃ピストン２の反動を減衰する。これは、第２の圧力流体空間４に面した制御弁５の表面に高圧が作用すると、これによって制御弁５が前方位置、すなわち図2aに示された位置に速く移動するためである。

ショルダ2eおよび5aの環状表面2fおよび5bがお互いに擦れ違うと、制御弁５によって移動された圧力流体は、制御弁の前端から第２の圧力流体空間４に流路5cおよび流路2eをそれぞれ通って流れることができ、圧力流体容器10へ流れ込む必要がない。図2aないし図2dに示されているように、突出部5aが制御弁５の両端部の間にある場合、制御弁５の後部、すなわちショルダ5aから制御弁５の後端にかけても流路が必要である。一例としてこの場合、流路は、ショルダ5aから打撃装置１の後端部に向かって延伸する制御弁５の内径がショルダ5aの内径より大きくなるように形成され、これによって環状流路5dがショルダ5aから制御弁５の後端にかけて形成される。ショルダ5aが制御弁５の後端にあるとき、もちろん別の流路は必要なくなる。

図2dに示された状況では、打撃ピストン２がその最後端の位置にあり、制御弁５がその最前端に移動している。この状況において、打撃ピストン２が再び矢印Ａの方向に前進し始め、作業周期が上述の方法で続く。

図3aおよび図3bは打撃ピストンの他の実施例を示し、これは本発明による使用に適用できる。この実施例には、ショルダ2bおよび環状表面2f’の間の打撃ピストン全体の周縁で延伸する環状溝はないが、一例として、流路2d’を構成する４つ以上の長手溝を備え、これらを通って圧力流体が制御弁５の突起部5aおよび打撃ピストン２の間を流れることができる。その他、打撃ピストンの構造および動作は、図2aないし図2dに示されているものと同様である。図3bは打撃ピストンの断面A-Aとして溝2d’の形状を示す。

次に、図4aおよび図4bは制御弁の実施例を示し、これも本発明の打撃装置に適用できる。この実施例では、流路5c’を構成する長手溝が制御弁５の内表面に設けられ、これを通って圧力流体が流れることができる。制御弁５の内表面には連続した環状表面5b’があり、これは打撃ピストン２の環状表面2fまたは2f’と協動する。これはまた、環状表面5b’から後方に流路5d’を構成する長手溝も含む。

本発明は、上述の明細書および図面において一例を説明したにすぎず、決してこれに限定されるものではない。本発明の観点から本質的なことは、打撃ピストンおよび制御弁が狭い環状表面、好ましくはショルダを含み、これらが整列すると、打撃ピストンの背部の圧力流体に高圧を生ずるほぼ閉じた空間が形成され、一方、ショルダなどの表面が互いに擦れ違うと、制御弁によって移動された圧力流体が環状溝などの流路によって打撃ピストンの背部の圧力流体空間に流れ込むことができることである。

Claims (8)

1. 本体と、本体において圧力流体の作用によって長手方向に往復運動する打撃ピストンと、該本体において、該打撃ピストンの後端および前端にそれぞれある第１および第２の圧力流体空間と、前記打撃ピストンの後端の周辺に位置し該打撃ピストンの長手方向に移動可能に装着された実質的にスリーブ状の制御弁と、さらに打撃装置の内外に加圧された圧力流体を供給する圧力流体路とを含む打撃装置において、
   前記打撃ピストンの後端には、前記制御弁と面する環状表面があり、同様に前記制御弁の内表面には、前記打撃ピストンと面する環状表面があり、それら環状表面が整列すると、前記打撃ピストンおよび前記制御弁の間の圧力流体の流れを実質的に絞り、
   前記打撃ピストンの逆打行程を始めるとき、前記制御弁はその最後端位置にあり、前記打撃ピストンの後端にある第２の圧力流体空間への前記圧力流体の流れ込みを閉じ、これによって該圧力流体は第２の圧力流体空間から、該打撃装置から離れた前記制御弁の前端にある圧力流体路を通って流れることができ、
   前記打撃ピストンが所定の位置に向かって後方に移動すると、その後端にある前記環状表面は、前記制御弁の内表面にある前記環状表面と整列し、その結果、前記打撃ピストンの逆打行程が続くにつれて、第２の圧力流体空間の圧力が上昇して前記打撃ピストンの逆打行程が減速し、前記制御弁の第２の圧力流体空間の側にある前記制御弁の表面に圧力が作用すると同時に、これによって該制御弁が前記打撃ピストンの前端に向けて移動し、これによって該打撃ピストンの環状表面および前記制御弁の環状表面が離れて、該制御弁の前端の圧力流体が前記打撃ピストンの後端における第２の圧力流体空間に流れることができ、前記制御弁は、前記流体路を通って該打撃装置から出る前記圧力流体の流れを閉じることを特徴とする打撃装置。
2. 請求項１に記載の打撃装置において、前記環状表面が整列すると、それらの間にスロットがあり、該スロットは、前記打撃ピストンおよび前記制御弁の間における前記圧力流体の流れを絞ることを特徴とする打撃装置。
3. 請求項１または２に記載の打撃装置において、前記打撃ピストンおよび前記制御弁は、前記環状表面から前記打撃装置の前端に向かって相互に整列された流路を含み、該流路を通って前記圧力流体が前記打撃ピストンおよび前記制御弁の間を流れることを特徴とする打撃装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の打撃装置において、前記打撃ピストンの後端には環状突起部があり、該突起部の外表面は環状表面を形成し、該突起部から前記打撃ピストンの前端に向かって環状流路があることを特徴とする打撃装置。
5. 請求項１ないし３のいずれかに記載の打撃装置において、前記打撃ピストンの後端には環状表面があり、該表面から前記打撃ピストンの前端に向かって少なくとも１つ流路が前記打撃ピストンに設けられていることを特徴とする打撃装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の打撃装置において、前記制御弁の内表面には環状突起部があり、該突起部の外表面が環状表面を形成し、該突起部から前記打撃装置の前端に向かう前記制御弁の内径は前記突起部の内径より大きく、環状流路をなすことを特徴とする打撃装置。
7. 請求項１ないし５のいずれかに記載の打撃装置において、前記制御弁の内表面には環状表面があり、該環状表面から前記打撃装置の前端に向かって少なくとも１つ流路が前記制御弁の内表面に設けられていることを特徴とする打撃装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の打撃装置において、前記制御弁の前記環状表面は前記制御弁の端部の間にあり、該環状表面から該制御弁の後端に向かって少なくとも１つ流路が設けられていることを特徴とする打撃装置。

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