JP6419834B2 - 液圧式トルク衝撃発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、トルク衝撃発生装置に関するものであり、かかるトルク衝撃発生装置は、出力軸にトルク衝撃を発生させるために液圧チャンバを備えたモーター駆動式駆動シリンダと、駆動シリンダ内に伸びていて且つ液圧チャンバを高圧室及び低圧室に間欠的に分割するために液圧流体チャンバの密封領域と共動するよう配置された少なくとも１つの半径方向に移動可能な密封要素を担持している出力軸の衝撃受け部とを備えている。

上記種類の衝撃発生装置は、一つの密封要素又は複数の密封要素が液圧流体チャンバの低圧室から高圧室を所定の角度位置で密封して、トルク衝撃を生成するよう構成されている。トルク衝撃が生成される毎に、駆動シリンダの運動エネルギーは、密封要素又は複数の密封要素及び高圧室内で上昇した高圧ピークを介して、出力軸の衝撃受け部に伝達される。駆動シリンダの運動エネルギーが出力軸へ伝達されることによって、出力軸に対する駆動シリンダの回転にほぼ瞬間的な停止を引き起こす。モーターの駆動トルクは連続してシリンダに作用するにも関わらず、高圧室内の液圧が密封要素を過ぎて漏圧クリアランスを介してゆっくりと減少するだけであるという点で、別の衝撃を生成するための駆動シリンダの加速は、先ず阻まれる。むしろこれは、衝撃発生装置の衝撃率を低下させることを意味する。漏圧クリアランスが、密封要素又は複数の密封要素とシリンダとの間に拡幅された場合、各衝撃伝達後のシリンダの停止段階を短くして、衝撃率を増加させることは可能であろう。しかしながら、拡幅された漏圧クリアランスは、高圧パルスの規模を大きく縮小することに関わり、また衝撃率は増加するけれども衝撃発生装置の効率は好ましくない方法で制限されることになる。

米国特許第４，７３５，５９５号に開示される従来公知の方法では、高圧パルスが生成された直後にバネ型バルブ要素が高圧室と低圧室との間のバイパス接続を開くように配置されている点において、トルク衝撃発生装置の衝撃率は増加される。これは、次に発生する衝撃の前に、駆動シリンダの迅速な加速を妨害または遅らせ、ひいては衝撃発生装置の衝撃率を制限する残圧を高圧室に留めないことを意味している。

米国特許第３，２８３，５３７号に開示された同様の方法では、トルク衝撃装置の衝撃率を増加させるために、駆動シリンダのバネ付勢されたバイパス弁装置は、衝撃が伝達されるとすぐに高圧室内の残圧を排出するように構成されている。

上記の２つの関連する先行技術の装置の欠点は、両弁装置が圧力作動であるという点にあり、高圧室内の圧力が所定のレベルに達するとバイパス接続を閉じ始めることを意味する。これは、高圧室内で上昇する圧力の最初の部分で、両弁装置がまだ開いているということであり、高圧室が完全に閉じられて高圧パルスを生成する衝撃が作成されようとする前に、高圧室の圧液流体の所定の部分が低圧室に連通されるようになることを意味している。その結果、高圧室内の望ましくない完成圧力パルスの低下、ひいては脆弱なトルク衝撃力をもたらす。同じ方法で、このような良く知られた型の弁装置は、高圧室内の圧力が所定のレベルに減少するまでバイパス連通部を開かない。これは次に発生するトルク衝撃の前に、望ましくない加速の遅れを意味している。

本発明の目的は、トルク衝撃を生成する効率を損なうことなく衝撃率が増加する上記種類のトルク衝撃発生装置を提供することにある。

本発明は、液圧流体チャンバを備えたモーター駆動される駆動シリンダと、駆動シリンダと同軸の衝撃受け部を備え且つ衝撃受け部に支持された少なくとも１つの半径方向に移動可能な密封要素に接続されまた液圧チャンバを高圧室と低圧室とに間欠的に分割する出力軸と、待機位置から高圧パルス生成位置まで上記少なくとも１つの密封要素を変位させるよう配置されたカムプロファイルと、を備える液圧式トルク衝撃発生装置に関するものであり、バイパス通路は、高圧室と低圧室との間に流体を連通させるために設けられ、またバイパス通路を通る流体の流れを制御するために、閉じた位置と開いた位置との間を移動可能なバルブ要素を設けている。弁要素は、駆動シリンダに連結され且つ駆動シリンダと共に回転可能であり、高圧室内で上昇した圧力中上記弁要素はその閉じた位置を保持し、高圧パルスが完成すると直にその開いた位置にシフトするよう構成されている。

本発明の液圧式トルク衝撃発生装置によれば、衝撃率は、高圧室内の流体の圧力レベルとは無関係に動作し、むしろ駆動シリンダの回転位置で制御されるバイパス弁装置を設けることによって、上昇する。

本発明の特定の実施形態では、高圧室は衝撃受け部内に形成され上記少なくとも１つの密封要素を総計で２つ備え、高圧室内で相互に移動可能であり、またカムプロファイルは液圧チャンバの内壁に設けられ、上記高圧室内で２つの密封要素を相互に同時に促すよう配置されている。

本発明の別の実施形態では、弁要素は、制御スピンドルの一部であり、制御スピンドルと駆動シリンダとの間に角度の遊びを提供するロストモーション継手を介して駆動シリンダに連結され、また各高圧パルスの発生時に前記制御スピンドルは駆動シリンダの急な停止によるその固有の運動エネルギーで、前記角度の遊びを介して回転するよう構成されている。よって弁要素はその開いた位置までシフトされる。

カム突起部は、別の高圧パルスが発生される前に、密封要素を係合してその待機位置に戻すために、制御スピンドルに設けることができる。

本発明のさらなる特徴及び利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。本発明の具体的な実施の形態については、添付図面を参照して説明する。

本発明によるトルク衝撃発生装置の斜視図。 待機位置でのピストンを示す図１の衝撃発生装置の縦断面図。 閉じた位置でのバイパス弁を示す図２と同様の縦断面図。 開いた位置でのバイパス弁を示す図３と同様の縦断面図。 閉じた位置でのバイパス弁を示す図２の線Ａ−Ａに沿った断面図。 衝撃発生段階の終端段階における部分的に開いた位置でのバイパス弁を示す図５と同様の断面図。 衝撃発生段階の完了時における完全に開いた位置でのバイパス弁を示す図５及び６と同様の断面図。 制御スピンドルのカム突起部によってそれらの待機位置まで押し出されたピストンを示す図２の線Ｂ−Ｂに沿った断面図。 ピストン押圧ローラーが駆動シリンダのカムプロファイルによって係合され、高圧室内で相互に向かってピストンを押す衝撃発生段階を示す図８と同様の断面図。 制御スピンドルとカム突起部のさらなる角度変位に関連した慣性を示す図８及び９と同様の断面図。 慣性シリンダと制御スピンドルとの間の制御スピンドルを備えた位置でシリンダにより回転されるロストモーション継手を示す図２の線Ｃ−Ｃに沿った断面図。 シリンダの衝撃発生位置及び制御スピンドルの慣性に関連するさらなる回転の最初の部分を示す図１１と同様の断面図。 制御スピンドルのさらなる回転変位に関連する完成した完全な慣性を示す図１１及び１２と同様の断面図。

図示されたトルク衝撃発生装置は、内部円筒形流体チャンバ１５を備えた慣性駆動シリンダ１２、後端壁部１３、及びモーターに接続するための軸１４を包含する。出力軸２０の衝撃受け部１９はシリンダの前方開口部１８を通って伸びている。この受け部１９は、横方向の穴２２を有し、その中で２本のピストン２４、２５が放射状に移動可能である。図３を参照する。図８〜１０に示されるように、流体チャンバ１５の内部壁２６は、２つの直径方向に対向するカムプロファイル２７、２８を備えている。ピストン２４、２５は、２つの押圧ローラー３０、３１を介して、このカムプロファイル２７、２８によって作動される。よって、ピストン２４、２５のそれぞれは、穴２２の中で相互から離れるようにまた相互に向かって変位する。相互に向かって変位した場合には、ピストン２４、２５は、それらの間に高圧に圧縮された流体の体積を包囲する。言い換えれば、ピストン２４、２５は、それらの間に高圧室３２を包囲する一方で、衝撃受け部１９を囲む流体チャンバ１５内に低圧室３３を形成する。

ピストン２４、２５及び押圧ローラー３０、３１が、カムプロファイル２７、２８と係合するためそれらの外部待機位置に戻されることを保証するために、駆動シリンダ１２と同心に配置され且つ駆動シリンダ１２によって回転する制御スピンドル３６が設けられている。制御スピンドル３６には、ピストン２４、２５との連続した係合のために対向して伸びるカム突起部３７、３８が設けられ、かつ、制御スピンドル３６は、駆動可能流体チャンバ１５の後端壁１３で砂時計形状のソケット部４２に係合するよう配置された横断リッジ部４１を備えるロストモーション継手４０を介して、駆動シリンダ１２に駆動接続されている。従って、駆動シリンダ１２と制御スピンドル３６との間に、回転の遊びが与えられる。図１１〜１３を参照する。駆動シリンダ１２と制御スピンドル３６との間の低摩擦軸受装置を保証するために、球４３、４４が設けられている。これらの球の上に、制御スピンドル３６の端部が当接する。

与えられた各衝撃の効率や大きさを損なうことなく、衝撃発生装置の衝撃率の上昇を促進するために、高圧室３２と低圧室３３との間で液圧流体のバイパス流量を制御するための弁手段が提供されている。その目的のために、衝撃受け部１９は、バイパス通路４６及び弁要素４７を備えている。後者は円筒形であり、またバイパス通路４６を連続して開くために流路形成溝４８、４９が形成され、高圧室３２と低圧室３３との間を流体が流れるのを可能にする。弁要素４７は、後者の統合部分として制御スピンドル３６の片端に提供されている。

衝撃発生装置の動作順序は、図面を参照して以下に説明する。動作の様々な段階は、図２に示された断面Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃを参照して説明されることになる。

動作時、駆動シリンダ１２の後部シャフト１４が、一定のトルクを受けるように不図示のモーターに接続されている。これにより、駆動シリンダ１２は、図中矢印で示された方向に、出力軸２０及び衝撃受け部１９に対して回転する。図５、図８、図１１に示された第一段階では、ピストン２４、２５は、制御スピンドル３６のカム突起部３７、３８によってそれらの外部待機位置までシフトされている。図５に示すように、後者の溝４８、４９が、バイパス通路４６とのアラインメントから外れるように、バイパス通路４６は弁要素４７によって閉じられる。この段階では、制御スピンドル３６のリッジ部４１が、駆動シリンダ端壁１３で砂時計形状ソケット部４２によって係合されると共に制御スピンドル３６は駆動シリンダ１２と一体で回転する。図１１を参照する。これは、加速段階であり、この段階で、次の衝撃発生前に駆動シリンダ１２が速度及び運動エネルギーを増進する。流体チャンバの内壁２６のカムプロファイル２７、２８は、ピストン２４、２５をアクティブにする押圧ローラー３０、３１に未だ達していない。

図６、図９及び図１１に示された次の段階では、カムプロファイル２７、２８は、反対向きの力がピストン２４、２５に印加されることによって、カムプロファイル２７、２８が押圧ローラー３０、３１と係合する位置に達する。この段階で、相互に向かうピストン２４、２５の半径方向の変位を可能にするために、カム突起部３７、３８がピストン２４、２５ともはや接触していない位置に、制御スピンドル３６は達している。急速に上昇した流体圧力が高圧室３２で達成されると駆動シリンダ１２の運動エネルギーは、衝撃受け部１９を介して出力軸２０に伝達される。これは、駆動シリンダ１２が急停止されることを意味する。

この衝撃を与える段階で且つ駆動シリンダ１２の急停止によって、制御スピンドル３６はそれ自身の慣性によって所定の角度間隔で回転し続ける。この角度間隔はロストモーション継手４０によって決定される、また初期段階で、リッジ部４１は、駆動シリンダ端壁１３で砂時計形状ソケット部４２とのその駆動係合から外れた位置にある。図１２を参照する。その結果、弁要素４７も、この角度間隔の間、回転させられ、溝４８、４９がバイパス通路４６を通って流体連通を開き始める位置に、弁要素は達する。図６を参照する。この段階に続いて直ぐに、砂時計形状のソケット部４２の形状によって決定されるその完全に変位した位置に、制御スピンドル３６は達する。図１３を参照する。制御スピンドル３６がその位置にある場合、溝４８、４９がバイパス通路４６を通って完全な流体の流れを可能にするその完全に開いた位置に、弁要素４７は達する。図７を参照する。図１０では、この位置が、ピストン２４、２５に対してさらに変位した位置を占めるカム突起部３７、３８によって示されている。

制御スピンドル３６及び弁要素４７の上記動作順序は、トルク衝撃が与えられた直後に、高圧室３２内の非常に迅速な圧力除去をもたらす。これにより、駆動シリンダ１２は、高圧室３２内に残る圧力及び生成された衝撃の大きさに負の影響を受けることなく上昇した衝撃率によって、時間の遅延なく、別の衝撃を発生する前に速度を増進することが可能であることを意味する。バイパス弁の動作順序は、駆動シリンダ１２及び出力軸２０の衝撃受け部１９の相対的な角度位置と、制御スピンドル３６のさらなる慣性駆動回転動作とによって決定される。従来技術に記載された圧力制御弁装置とは異なり、衝撃発生段階の初期段階中、望ましくない流体のバイパス流が全くなく、しかも衝撃発生段階直後高圧室３２から圧力除去の遅延もない。これは、衝撃規模はより大きく、衝撃率はより高いことを意味している。

本発明の実施形態は、上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲内で自由に変更ことができることを理解すべきである。本発明は、例えば駆動シリンダの加速が遅延する問題が起こるベーン型の衝撃発生装置に適用することができる。

１２ シリンダ
１３ 後端壁
１４ 軸
１５ 流体チャンバ
１８ 開口部
１９ 衝撃受け部
２０ 出力軸
２２ 穴
２４；２５ ピストン
２６ 内部壁
２７；２８ カムプロファイル
３０；３１ 押圧ローラー
３２ 高圧室
３３ 低圧室
３６ 制御スピンドル
３７；３８ カム突起部
４０ ロストモーション継手
４１ リッジ部
４２ ソケット部
４３；４４ 球
４６ バイパス通路
４７ 弁要素
４８；４９ 溝

Claims (3)

1. 液圧式流体チャンバ（１５）を備えたモーター駆動式駆動シリンダ（１２）と、
   駆動シリンダ（１２）と同軸の衝撃受け部（１９）を備え、前記衝撃受け部（１９）に支持された少なくとも１つの半径方向に移動可能な密封要素（２４、２５）に接続され且つ液圧式流体チャンバ（１５）を高圧室（３２）と低圧室（３３）とに間欠的に分割する出力軸（２０）と、
   待機位置から高圧パルス発生位置まで密封要素（２４、２５）を変位させるために配置されたカムプロファイル（２７、２８）と、
   を備える液圧式トルク衝撃発生装置であって、
   バイパス通路（４６）が、高圧室（３２）と低圧室（３３）との間の流体を連通させるために設けられ、また弁要素（４７）が、高圧室（３２）と低圧室（３３）との間のバイパス通路を通る液体流量を制御するために閉じた位置と開いた位置の間を移動可能である衝撃発生装置において、
   弁要素（４７）が、駆動シリンダ（１２）に連結され且つ駆動シリンダ（１２）と共に回転可能であって、
   前記弁要素（４７）が、高圧室（３２）内の圧力上昇時にはその閉じた位置に留まり且つ高圧パルスが完成すると直にその開いた位置までシフトするために配置され、
   弁要素（４７）が、制御スピンドル（３６）と駆動シリンダとの間に角度の遊びを与えるロストモーション継手（４０）を介して駆動シリンダ（１２）に連結された制御スピンドル（３６）の一部であり、
   さらに、前記制御スピンドル（３６）が、高圧パルスが発生する度に駆動シリンダ（１２）の急停止でその内在する運動エネルギーによって前記角度の遊びを介して回転するように配置され、よって弁要素（４７）はその開いた位置までシフトされる、
   ことを特徴とする衝撃発生装置。
2. 高圧室（３２）が、衝撃受け部（１９）に形成され、上記少なくとも１つの密封要素（２４、２５）を２つ備え、高圧室（３２）内で相互に移動可能であり、
   またカムプロファイル（２７、２８）が、液圧式流体チャンバ（１５）の内壁（２６）に設けられ、上記高圧室（３２）内で上記密封要素（２４、２５）を相互に向けて同時に促すよう配置されていることを特徴とする請求項１に記載の衝撃発生装置。
3. 別の高圧パルス発生前に密封要素（２４、２５）に係合し且つ密封要素（２４、２５）を待機位置に戻すために、カム突起部（３７、３８）を制御スピンドル（３６）に設けていることを特徴とする請求項１または２に記載の衝撃発生装置。

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