JP5450787B2 - 打撃装置 - Google Patents

Description

発明の背景

本発明は、フレームを有する打撃装置に関するものであり、フレームにはツールをその長手方向に打撃装置のフレームに対して可動に取り付けることができる。打撃装置は、作動チャンバを含み、作動チャンバはツールの軸方向に可動に備えられた伝達ピストンを有して、伝達ピストンに作用する圧力流体の圧力によってツールをその長手方向に勢いよく押して、ツールへ長手方向の応力パルスを生成し、この応力パルスはツールを通って破砕中の物体に伝わる。打撃装置はまた、圧力流体を打撃装置へ案内し打撃装置から排出させる流入チャネルおよび流出チャネルと、制御弁とを含む。制御弁は、可動に取り付けられた切替部材を有し、切替部材は少なくとも１つのチャネルを有し、切替部材が圧力流体を流入チャネルから作動チャンバへの供給と作動チャンバから流出チャネルへの排出とを交互に行い、圧力流体の供給により圧力流体を伝達ピストンに作用させて、これにより伝達ピストンは打撃装置のフレームに対してツール方向に動き、伝達ピストンに作用していた圧力流体の排出により伝達ピストンが打撃装置のフレームに対してその初期位置に戻る。

本発明の打撃装置では、圧力流体の圧力を加えて別個の作動チャンバの伝達ピストンに好ましくは比較的急激に作用させることにより、応力パルスを生成する。圧力の効果により伝達ピストンはツール方向に押される。この結果、ツールは押し付けられ、これにより応力パルスがツール内に形成されてツールを通り、ツールビットが岩または対象とする何らかの他の硬い物質に接触するとそれを破壊する。打撃装置では、打撃操作を制御するために、次のような回転するまたは線状に往復する切替部材を用いることが可能である。すなわちこの切替部材は、典型的には並んだ開口を有し、開口によって交互に、圧力流体源から打撃装置の伝達ピストンへの接続を開通させ、これに応じて伝達ピストンから圧力流体容器への接続を開通させるものである。公知の方式の一般的な問題は、ピストンがその初期位置へ戻ることにあるが、これは連続した打撃作業を行うために必要なことである。最も簡単な解決策は、たとえば肩部などの様々な機械的制限部を用いて戻り方向に進む伝達ピストンを止めることである。しかし、伝達ピストンがその軸を中心に回転する可能性のある方式では、これは摩擦と損耗を引き起こすであろう。他の問題は、伝達ピストンが制限部に当たると、長く稼働させた結果、材料の変形または破損が起こる可能性があることである。

発明の簡単な説明

本発明の目的は、伝達ピストンを所望の位置で確実に、機械的な制限部を使用することなく止める打撃装置を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。

本発明の打撃装置は、伝達ピストン、または伝達ピストンに接続され伝達ピストンとともに動く部材の位置に通じる第１の制御チャネルを有する。

制御弁の切替部材は、伝達ピストンに作用していた圧力流体を伝達ピストンの戻り運動中、制御弁を通過させて第１の制御チャネルに流す少なくとも1つのチャネルを有する。

伝達ピストン、または伝達ピストンに接続され伝達ピストンとともに動く部材は第２の制御チャネルを有し、第２の制御チャネルは、伝達ピストンがその初期位置からツールに向けて動くと、第１の制御チャネルを圧力流体の流出チャネルに接続し、応力パルスの形成後、伝達ピストンに作用していた圧力流体は、伝達ピストンの戻り運動中、第１および第２の制御チャネルを通って流出チャネルに流れることができ、伝達ピストンがその初期位置に戻ると上述の接続を閉鎖し、これによって、作動チャンバに残っている圧力流体は緩衝体となり、緩衝体によって伝達ピストンの初期位置への戻り運動が止められる。

本発明によれば、機械的制限部を設けることなく伝達ピストンの戻り運動は、圧力流体によって形成された緩衝体によって柔軟かつ確実に制限されるという利点がある。これにより、打撃装置の信頼性が増す。さらに、この方式は圧力流体チャネルだけを用いて簡単に実現することができる。

本発明を添付図面を参照して詳細に説明する。
打撃装置の従来技術の原理を概略的に示した図である。 本発明の実施例の概略図である。 本発明の第２の実施例の概略図である。 本発明のさらに他の実施例を示す図である。 図４の線B-Bに沿った断面図である。 図７の線D-Dに沿った断面図である。 図６の線C-Cに沿った断面図である。 本発明のさらに他の実施例の概略図である。 本発明のさらに他の実施例の概略図である。

発明の詳細な説明

図１は、従来の打撃装置1の概略断面図であり、打撃装置1はフレーム2を有し、フレーム2の内部には作動チャンバ3が、作動チャンバ3の内部には伝達ピストン4が備えられている。伝達ピストン4はツール5と同軸であり、伝達ピストンとツールは軸方向に動くことができて、少なくとも応力パルスが形成され始める時と、その形成中、伝達ピストン4はツール5に直接接触し、またはツールに固定されたそれ自体公知のシャンクによって間接的に接触する。伝達ピストン4のツールとは逆の側には、作動チャンバ3に対向する圧力面がある。応力パルスを形成するため、圧力がかかった圧力流体を、たとえばポンプ6などの圧力源から、流入チャネル7に沿って制御弁8を通って作動チャンバ3に流入させる。制御弁は移動切替部材8aを有し、切替部材は1つまたは、図に示すように複数のチャネルを有し、チャネルはたとえば開口や溝8bなどである。制御弁8の切替部材8aが動くと、圧力流体は開口または溝8bを通って伝達ピストン4に作用し、これに応じて、切替部材8aが運動を続けると、伝達ピストン4に作用していた圧力流体は流出チャネル9を通って排出される。圧力流体の圧力が伝達ピストン4をツール5方向に押し、これによりツール5を破砕中の物体に押し付けると、応力パルスが形成される。応力パルスがそれ自体公知の方法でドリルビットなどのツール5の先端部を通って岩などの破砕中の物体へ移動すると、応力パルスは物体を破壊する。制御弁8の切替部材が圧力流体の打撃装置への流入を妨げ、伝達ピストン4に作用していた圧力流体を流出チャネル9を通じて圧力流体容器10に排出させると、応力パルスは止まり、短い距離、すなわちほんの数ミリメートルだけツール5方向に移動した伝達ピストン4は初期位置へ戻ることができる。これは、弁8の切替部材8aが動いて交互に圧力を伝達ピストンに作用させ、そこで圧力を排出させることにより繰り返され、これにより、切替部材8aが運動を続けると、一連の連続した応力パルスが形成される。

打撃装置を使用している間、打撃装置はそれ自体公知の方法で送り力Fを用いてツール5方向に押され、同時に、破砕中の物体に向けて押される。伝達ピストン4を戻すため、必要に応じて応力パルスと応力パルスとの間で圧力媒体をチャンバ3aに供給してもよいし、または伝達ピストンをバネなどの機械的手段によって戻してもよいし、打撃装置を掘削方向の送り力で押すことによって戻してもよく、これによって伝達ピストンは打撃装置に対して後退し、すなわち、その初期位置へ移動する。ツールはピストンとは別個の部品であってもよいし、それ自体公知の方法でピストンと一体化してもよい。

図１の場合、制御弁8は、ツール5と同軸の回転移動切替部材8を備え、切替部材は、モータ11などの適当な回転機構を用いて破線で概略的に示された動力伝達によって矢印A方向にその軸を中心に回転する。または、切替部材8は、適当な機構を用いて回転可能に前後に動く。回転移動切替部材をまた他に取り付けてもよく、たとえばフレーム2の作動チャンバ3の側に取り付けてもよい。また、回転移動切替部材の代わりに往復切替部材を制御弁8に用いてもよい。さらに、すべての場合に制御弁を用いることができ、その場合の制御弁は、単独のチャネルで圧力流体を作動チャンバに案内しこれに応じて作動チャンバから排出させる切替部材を備える。しかし、制御弁8の切替部材8aは好ましくは複数の平行なチャネルを備える。

図１はさらに、制御ユニット12を示し、制御ユニットは制御弁の回転速度または往復運動制御弁の運動速度を制御線または信号線13aおよび13bによって制御するよう接続することができる。このタイプの調整は、それ自体公知の様々な技術によって、たとえば掘削状況や破砕中の石の硬さなど、所望のパラメータを用いて行うことができる。

図２は、本発明の実施例の概略図である。図２には、移動切替部材8aを備える制御弁8の部分と打撃装置のフレーム2とだけが示されている。打撃装置は制御弁8と伝達ピストン4との間に別個の閉鎖部材14を備え、閉鎖部材は、制御弁8と伝達ピストン4との間の圧力流体チャネルにある弁空間15aの中を移動する。応力パルスは、次のようにして形成される。すなわち、加圧された圧力流体が制御弁8によって案内されて伝達弁4へ流れ、これによって閉鎖部材は実質的にチャネル内の流れに従って移動する。この状況で閉鎖部材の両端には、実質的に同じ圧力が掛かっている。この結果、伝達ピストン4はツール5の方に動き、ツールを押し、その結果、応力パルスがツール内に形成される。応力パルスの形成は、閉鎖部材14が機械的に閉鎖部材の動きを制限する障害部で止まり圧力流体の伝達ピストン4への流れが遮断されるまで続く。したがって、応力パルスの長さは閉鎖部材14の移動距離を変更することにより調節することができる。

応力パルスが形成された後、制御弁の切替部材8aが動くと、制御弁8と伝達ピストン4との間の圧力流体チャネルから圧力流体戻りチャネル9への接続が開通して圧力が解放され、伝達ピストン4が戻り力の影響を受けてその初期位置へ戻ると、閉鎖部材14はそれに応じてその初期位置へ戻る。

実際には、伝達ピストン4の作動チャンバの圧力流体を交換できるようにする必要がある。なぜなら、交換しなければ圧力流体の温度がかなり上昇してしまうからである。同様に、このタイプの方式では、密閉部材を用いてもいくらかのオイル漏れが常に起こることを考慮しなくてはならない。図２の方式では、これらの問題が考慮されている。この方式では、チャネル16が閉鎖部材14を通り、閉鎖部材の開口が凸部14aにあり、弁8が少量の圧力流体を通過させて閉鎖部材14に作用すると、この開口を通して圧力流体は圧力流体チャネル15から作動チャンバ3へ流れることができる。チャネル16を流れる圧力流体の量は体積にして大変小さい。閉鎖部材14が圧力流体空間3bに向かって動くと、応力パルスが伝搬し、そこで、圧力流体空間3bの側の閉鎖部材の前方端部にある凸部14aは、凸部に形と大きさが一致した凹部3cに押し込まれ、圧量流体はチャネル16から圧力流体空間3bへ流れることができなくなる。応力パルスが形成されると、伝達ピストン4および閉鎖部材14は前述の方法でそれぞれの初期位置へ戻り、これによって、圧力流体空間3bに流入し、したがって作動チャンバ3にも流れた更なる圧力流体がチャネル16を通って再び流出する。

図２の実施例では、打撃ピストンは打撃装置の送り力を利用してその初期位置に戻り、これにより、送り力は打撃装置を前方へ動かし、ツール5に支持されている伝達ピストンは打撃装置のフレームがツール5方向に押す間制止している。この場合、伝達ピストン4の前方にある圧力流体空間は、圧力の掛かっていない状態でチャネル9を通じて圧力流体容器に接続されている。

また、制御弁8の切替部材8aは、閉鎖部材14と制御弁8との間の圧力流体チャネル15を第１の制御チャネル17に接続する溝または同様のもの8cを有する。また、伝達ピストン4は、応力パルスが形成されている間伝達ピストン4がツール5方向に動くと圧力流体空間3aと第１の制御チャネルとの間の接続を開通させる第２の制御チャネル18を内部に有する。伝達ピストン4が打撃装置1のフレーム2に対してその初期位置へ押し戻されると、圧力流体は作動チャンバ3から流れ、まず閉鎖部材14を後方へ押し、閉鎖部材14のチャネル16を通って圧力流体チャネル15へ流れ、溝または同様のもの8cを通って第１の制御チャネル17へ流れ、そして第２の制御チャネル18を通って圧力流体空間3aへ流れる。伝達ピストン4がその初期位置、すなわち図２に示す位置へ戻ると、チャネル17とチャネル18との間の接続が閉鎖され、圧力流体はこれ以上作動チャンバ3から流出しない。伝達ピストン4は液圧によってその初期位置で止まり、閉鎖空間にある圧力流体は、伝達ピストン4の動きを優しくそれほど機械的な負荷をかけることなく弱め、そして止める。

図３は、本発明の第２の実施例の概略図である。この実施例では閉鎖部材14が用いられ、これは、周囲の弁空間15aより横断面積が小さい。したがって、圧力流体の給送中も戻る間も、圧力流体は、閉鎖部材14と弁空間15aの間の間隙を通ってこれらに流れることができる。この実施例では、圧力流体の流れは、閉鎖部材の円錐形の、または球状などに曲がった面14bが、弁空間15aの端部にある円錐形の、または凹んだ封止面15bに接触すると止まる。伝達ピストン4の動きは図２と同じように制限されるが、戻り流は制御弁8の切替部材8aの開口または溝8bによって制御され、開口または溝は、伝達ピストン4の戻り運動中、圧力流体チャネル15を第１の制御チャネル17に接続する。

図４は、本発明のさらに他の実施例の概略図である。図４において、矢印Aは、制御弁の切替部材8aが前後にも動くことができ、一方向にだけ回動するものでないことを示す。さらに、本実施例の打撃装置は閉鎖部材を有さず、圧力流体は制御弁8の切替部材8aから直接圧力制御チャネル15を通って作動チャンバ3に流れる。伝達ピストン4の動きは、図２および図３の実施例と同様に制限されるが、戻り流は制御弁8の切替部材8aの開口8bによって制御される。この開口8bは、伝達ピストン4の戻り運動の際、切替部材8aの反対側の第１の制御チャネル17に圧力流体チャネル15を接続する。図４は、2本の第１の制御チャネル17および18をそれぞれ示すが、図５に示すように、3本以上備えていてもよい。図５は4本のチャネル17および18をそれぞれ示すが、その数は操作の必要に応じて選んでもよい。

図４および図５はともに、他の実施例として環状溝19および20をも示し、環状溝はフレーム2のシリンダ空間の表面に形成され、または同様に伝達ピストン4に形成され、環状溝はそれぞれ第１および第２の制御チャネル17および18を互いに接続する。環状溝は1本だけ、すなわちフレーム2のシリンダ空間壁に、または伝達ピストン4に設けてもよい。少なくとも1本の環状溝を有するすべての場合において、チャネル17および18の数は同じでなくてもよい。これらの実施例において、溝20および19の下縁部と上縁部が当接すると、または溝が1本だけの場合溝の端部ともう一方の側のチャネルの縁部とが当接すると、圧力流体の流れは止まる。

図６は図７の線D-Dに沿った断面を示し、図７は図６の線C-Cに沿った断面を示す。図６および図７に示す実施例では、第２の制御チャネル18は伝達ピストン4の側部にある溝であり、この溝は第１の制御チャネル17と、フレーム2のシリンダ空間の内壁に続く流出チャネル9とを繋ぐ。流出チャネル9または流出チャネル9のところにある第２の制御チャネル18の伝達ピストン4の軸方向における長さは、第１および第２の制御チャネルが互いに接続されている間中、圧力流体の流れを可能にするものである。

図８は、本発明のさらに他の実施例の概略図である。図８は、図２と同様に、移動切替部材8aが取り付けられた制御弁8の部分および打撃装置のフレーム2のみを示す。伝達ピストン4に設けられた第２の制御チャネルを用いて伝達ピストン4の位置を決定するのに代わって、本実施例では、伝達ピストンの位置を制御する第２の制御チャネル18が、伝達ピストン4の押付力をツールに伝える伝達ピストン4の延長部である部材4aに形成され、それに応じてチャネル9および17は延長部に接続されている。本実施例の動作は他の実施例と同じであり、他の実施例に表された細部を本実施例にふさわしい方式で適用することができる。

図９は本発明のさらに他の実施例の概略図である。図９では、第２の制御チャネル18は伝達ピストンの運動方向に拡張されたチャネル部18’を有し、このチャネル部は、伝達ピストン4の全移動長に渡って第１の制御チャネル17への連通を維持する。同様に、このタイプの拡張部を第１の制御チャネル17に形成してもよいし、または両方に形成してもよいであろう。さらに、伝達ピストン4の位置を制御するために、第２の制御チャネル18および流出チャネル9の伝達ピストンにおける位置は、伝達ピストン4がその初期位置に戻ると第２の制御チャネル18から流出チャネル9への接続が閉鎖されるよう決める。この方式はもちろん図８の場合にも適用することができる。

以上、本発明は、明細書および図面に単なる例として記載したが、この記載に制限されることはない。実施例の細部は様々な方式で様々に実現可能であり、互いに組み合わせてもよい。したがって、各図、すなわち図１ないし図９の細部を、実際に必要な実施例を得るために異なる方法で互いに組み合わせてもよい。制御弁8の切替部材8aの回転運動または往復運動は、機械的に、電気的に、気圧または液圧によって、それ自体公知のいかなる方法で行ってもよい。制御弁8の切替部材8aは全実施例において、回転可能に一方向に動作させてもよいし、往復運動を行ってもよい。回転切替部材8aを有する制御弁は、例として、シリンダ状弁部を有する形態として提示したが、円盤状または円錐状の形態で適宜実現してもよく、適当な形態であればいかなる形態で実現してもよい。さらに、制御弁の切替部材8aを貫く開口の代わりに、切替部材8aに形成された溝状のチャネルを用いることもできる。

Claims (7)

1. フレームを有し、該フレームには該フレームに対して長手方向に可動なツールが取付け可能であり、さらに作動チャンバを含み、該作動チャンバは伝達ピストンを有し、該伝達ピストンは前記ツールの軸方向に可動に取り付けられ、該伝達ピストンに作用する圧力流体の圧力によって前記ツールをその軸方向に急激に押し付けて長手方向の応力パルスを該ツールへ発生させ、該応力パルスが該ツールを通って破砕中の物体に伝搬する打撃装置であって、該打撃装置はさらに、前記圧力流体を該打撃装置へ接続しまた該打撃装置から排出させる流入チャネルおよび流出チャネルと、制御弁とを含み、該制御弁は可動に取り付けられた切替部材を有し、該切替部材は少なくとも1つのチャネルを有し、該切替部材は圧力流体を前記流入チャネルから前記作動チャンバへの供給と該作動チャンバから流出チャネルへの排出とを交互に行い、該圧力流体の供給により該圧力流体を前記伝達ピストンに作用させ、これによって該伝達ピストンは該打撃装置のフレームに対して前記ツールの方向に動き、伝達ピストンに作用していた該圧力流体の排出により該伝達ピストンが該打撃装置のフレームに対してその初期位置に戻る打撃装置において、
   該打撃装置は、前記伝達ピストンまたは該伝達ピストンに接続され該伝達ピストンとともに動く部材の場所へ通じる第１の制御チャネルを有し、
   前記制御弁の制御部材は少なくとも1つのチャネルを有し、該チャネルは、前記伝達ピストンに作用していた圧力流体を接続して、該伝達ピストンの戻り運動中、該制御弁を通って第１の制御チャネルへ流し、
   該伝達ピストン、または該伝達ピストンに接続されて該伝達ピストンとともに動く前記部材は第２の制御チャネルを有し、第２の制御チャネルは、該伝達ピストンがその初期位置から前記ツールに向かって動くと、第１の制御チャネルを前記圧力流体の流出チャネルに接続して、前記応力パルスの形成後、該伝達ピストンに作用していた圧力流体は、該伝達ピストンの戻り運動中、第１および第２の制御チャネルを通って前記流出チャネルへ流れることができ、該伝達ピストンがその初期位置へ戻ると該接続が閉鎖され、これにより前記作動チャンバに残っている圧力流体は、該伝達ピストンのその初期位置への戻り運動を止める緩衝体とな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、該打撃装置は、複数の第１の制御チャネルと、これに応じて複数の第２の制御チャネルとを備え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、第２の制御チャネルは前記伝達ピストンの側部から前記ツール側の空間に通じ、該ツール側の空間は前記圧力流体流出チャネルに接続されていることを特徴とする打撃装置。
4. 請求項１または２に記載の打撃装置において、第２の制御チャネルは、前記伝達ピストンまたは該伝達ピストンに接続され該伝達ピストンとともに動く部材の側部に設けられた溝であり、前記流出チャネルは該打撃装置のフレームにある第２の制御チャネルの位置へ通じていることを特徴とする打撃装置。
5. 請求項１または２に記載の打撃装置において、第２の制御チャネルは、前記伝達ピストン、または該伝達ピストンに接続されて該伝達ピストンとともに動く部材を通るよう形成されたチャネルであり、前記流出チャネルは、該打撃装置のフレームを通って第２の制御チャネルの第１の制御チャネルに対して反対側の端部に続く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、第１の制御チャネルは該打撃装置のフレームに形成された環状溝によって互いに接続されていることを特徴とする打撃装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の打撃装置において、第２の制御チャネルは、前記伝達ピストン、または該伝達ピストンに接続されて該伝達ピストンとともに動く部材に形成された環状溝によって互いに接続されていることを特徴とする打撃装置。

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