JPH0688216B2

JPH0688216B2 - プランジャー摺動弁型空気衝撃装置

Info

Publication number: JPH0688216B2
Application number: JP3261232A
Authority: JP
Inventors: 治國黨
Original assignee: 治國黨
Priority date: 1990-09-15
Filing date: 1991-09-12
Publication date: 1994-11-09
Anticipated expiration: 2009-11-09
Also published as: CN2080099U; DE69100306T2; DE69100306D1; US5199504A; RU2043546C1; JPH04256587A; EP0477067A1; EP0477067B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は空気衝撃装置に関し、特
に、採鉱用の空気削岩機、空気鋲打銃などの空気衝撃工
具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧縮空気を動力とする衝撃工具は
空気削岩機、エア・ハンマ、エア・ショベル、空気鋲打
銃などが挙げられて、広く使用されている。しかし、こ
れら空気衝撃工具のエネルギー利用率は非常に低く、圧
縮空気のなす仕事、即ち、圧縮空気の有効エネルギーの
比はただの２６〜３５％でしかない。

【０００３】従来の空気削岩機の伝統的な構造は図４、
図５に示されたものである。弁４０は図４に示された左
端に位置する際、圧縮空気源３１はストローク空気路３
５からシリンダ１の後室２９へ給気して前室２８が大気
に連通し、ピストン２は前方（図４の矢印方向）へ移動
する（以下、この移動をフォーワード・ストロークと称
する）。ピストン２のＡ−Ａ面が排気孔７１を越すと、
前室２８の空気が圧縮されてピストンの動勢力を消耗す
る空気クッションが形成される。これ以前にピストン・
ロッド３はビット（図示せず）を打撃し、仕事をする。
図５に示されるように、ピストン２のＢ−Ｂ面が排気孔
７１を越すと、後室２９が大気に連通し、室内の圧力が
急に下がり、前室２８の圧力が増加して、圧縮空気が前
室２８よりバック・ストローク空気路３６を通って弁４
０の後面側に流入し、弁４０を右に移動させ、後室２９
への給気を中止させ、前室２８に給気し、図５の矢印で
示されるようにピストン２は後方へ移動する（以下、こ
の移動をバック・ストロークと称する）。バック・スト
ロークの運動過程はフォーワード・ストロークと同様で
ある。

【０００４】前述のように、従来の伝統的な構造は二つ
の特徴がある。一つは、フォーワード・ストロークとバ
ック・ストロークで圧縮空気を交替で供給されるので、
ただ等圧状態で仕事をすることができるのみで、膨張状
態で仕事をすることができない。もう一つは、一つの固
定の排気孔から急に高圧の排気が断続的に排出され、そ
れに排気は不十分なので、排気後、シリンダの中に一定
量の空気が残される。この残された空気はピストンによ
り断熱圧縮され、空気でクッションを形成する。圧縮さ
れた空気は再び膨張する際、もとの状態に回復されなく
て途中で高圧排出されてしまう。従って、一部分の圧縮
の仕事は無駄になる。これを空気クッションのロスと言
う。通常の使用条件において、連続的な給気とそれに従
う断続的な高圧排気によって生じた圧縮空気のエネルギ
ー・ロスは約４０％になる。残された空気が断熱圧縮さ
れて形成した空気クッションにより生じた圧縮空気のエ
ネルギー・ロスは約１６％以上になる。

【０００５】従来の空気衝撃工具のもう一つの欠点は巨
大な排気騒音があることである。排気孔内の圧力が高い
ので急に排気するとパルス状の騒音が形成される。上記
の低効率と高騒音という問題は工具の構造上の欠陥によ
るもので、単にサイズの変更または工程と材料の改良に
よって克服できないということが明らかである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来の
問題点をすべて解消するためになされたものであり、連
続的な排気−空気クッション型空気衝撃装置を提供する
ものである。本発明の装置は、シリンダに入る圧縮空気
が膨張されて大気圧に近くなり、フォーワード・ストロ
ークとバック・ストロークの全過程で連続的に排気する
ことができて、ピストンのバック・プレッシャー（背
圧）は常に大気圧にほぼ等しい。また、ピストンのバッ
ク・ストロークの動勢力（運動エネルギー）がフォーワ
ード・ストロークの動勢力（運動エネルギー）に転換さ
れるので空気衝撃工具の有効熱効率が大幅にあがる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は以下の構
成で達成される。シリンダ内のピストンに前・後部二つ
の配気ロッドが設けられ、前部配気ロッドはインパクト
・ヘッドとして使用される。後部配気ロッドに設けられ
る軸方向の空気路が、ピストン内の半径方向空気路を介
して、前方へのストロークまたは後方へのストローク用
の空気路に連通できる。シリンダの前・後室にそれぞれ
給・排気路があり、プランジャー・シリンダ内の摺動弁
の両端に前方へのストロークと後方へのストロークの給
・排気通路を開閉するリング溝が設けられ、シリンダ前
・後蓋の側壁に給気口が設けられ、該給気口と配気ロッ
ド円柱面とにより定量給気が形成される。シリンダの両
端にそれぞれ前・後部空気クッション室が設けられる。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
するが、図１は本発明装置のピストンが前進位置にあり
バック・ストローク（後方へのストローク）を開始する
状態を示す断面図である。図２はピストンが後進位置に
ありフォーワード・ストローク（前方へのストローク）
を開始する状態を示す断面図である。図３はプランジャ
ー式摺動弁の構造を示す側面図である。図４は従来の装
置のフォワード・ストロークを開始する状態を示す断面
図である。図５は図４のバック・ストロークを開始する
状態を示す断面図である。

【０００９】まず、図１及び図２に示すごとく、シリン
ダ１内のピストン２に前・後部二つの配気ロッド３，４
が設けられ、前部配気ロッド３は衝撃力を加えるための
インパクト・ヘッドとして使用される。後部配気ロッド
４内には、ピストン内の半径方向空気路４２と連通して
いる軸方向の給気路４１が設けられている。ピストン２
の移動により、半径方向空気路４２はシリンダ壁にある
フォーワード・ストローク（第１）空気路４３とバック
・ストローク（第２）空気路４４に交互に連通できる。
第１空気路４３は、シリンダ１の後室２９の開口４５を
介してプランジャー・シリンダ５２の右端に連通する。
第２空気路４４はシリンダ１の前室２８の開口４６を介
してプランジャー・シリンダ５２の左端に連通する。軸
方向の給気路４１及び室３８は圧縮空気源に連通してい
る。シリンダ１の後室２９にフォーワード・ストローク
給気路（第３空気路）１２とバック・ストローク（後
室）排気路６０が設けられ、シリンダの前室２８にバッ
ク・ストローク給気路（第４空気路）１１とフォーワー
ド・ストローク（前室）排気路５９が設けられ、排気路
５９，６０がプランジャー式摺動弁５（以下摺動弁５と
称する）のリング溝７０，７２を介して外界の大気に連
通する。その出口部分は図中に破線で示される。図面を
簡単にするために、図中に示された各交叉する管路は互
いに連通していない。プランジャー・シリンダ５２とシ
リンダ１とは一体に結合されている。二位置型の摺動弁
５によりフォーワード・ストロークとバック・ストロー
クの給・排気が制御される。摺動弁５は両側の空気路の
圧力差により動作され、給・排気路が摺動弁のリング溝
７０，７２と合う時、管路が連通され、ほかの位置で管
路が閉じる。

【００１０】シリンダの前・後蓋１９，４９の側壁に給
気口２０，２１があり、前後蓋の孔内を摺動する前・後
部配気ロッド３，４は定量給気用の配気円柱面１７，１
８と、小径部１５，１６を持つ。図１右側と図２左側に
示すように、配気ロッド３，４の小径部１５，１６が給
気口２０，２１を通過する際、圧縮空気がその間の通路
を通ってシリンダ内に入り、太い配気円柱面１７，１８
が給気口２０，２１を通過する際、給気口２０，２１を
閉じて給気を中止して、従って定量給気（あらかじめ、
定められた量の圧縮空気がシリンダ内に供給される）が
形成される。定量給気は配気ロッドの小径部１５，１６
の長さで決められ、その長さは必要に応じて設計され
る。

【００１１】シリンダの前・後蓋１９，４９とシリンダ
壁の間にリング状の前・後空気クッション蓋６，７が設
けられ、それにより囲んだ容積に前・後緩衝空気クッシ
ョン室３０，３１が形成される。空気クッション室が圧
縮空気源に連通することができる。空気クッション蓋
６，７は背面からの圧力を受けて、シリンダボディの段
差３２，３３で保持される。給気路１１，１２は空気ク
ッション蓋を径方向に通ることができる。空気クッショ
ン蓋がピストンの衝撃を受ける時、背面の空気を圧縮し
て後方向に移動する。緩衝の空気クッション室３０は空
打ちする時シリンダを保護する作用を持つ。本装置の前
・後の二つ部分は大体対称構造であり、例えば、前・後
部配気ロッド、前・後部空気路、前・後部給・排気孔、
前・後部空気クッション室などが設けられ、その動作の
原理も同じである。

【００１２】図３に示すように、プランジャー摺動弁５
は円柱体であって、外径φ₁ の両端にリング状の溝７
０，７２が設けられ、その直径はφ₂ である。摺動弁５
はプランジャー・シリンダ５２に対してスライドしてシ
リンダ５２とリング溝７０，７２の間に形成された二つ
のリング状室は上記各給気路１１，１２、排気路５９，
６０を開閉できる。

【００１３】次に、本装置の動作を説明する。図１と図
２を参照して、後蓋４９の室３８とシリンダ５２内の空
気路５３は圧縮空気源に連通している。図中点々の部分
は圧縮空気で満たされていることを示す。始動する際、
ピストン２は任意の位置にあることを設定して、後蓋４
９の室３８内の圧縮空気はピストン２を前に移動させて
図１右端に位置する、即ち、フォーワード・ストローク
が終わり、バック・ストロークが始まる位置に達する。
後部配気ロッド４内の給気路４１から入った圧縮空気は
ピストンの半径方向空気路４２とバック・ストローク空
気路４４を通ってプランジャー・シリンダ５２の左室に
入る。プランジャー・シリンダ５２の右室はフォーワー
ド・ストローク空気路４３を介して後室２９に連通す
る。この際、後室２９の圧縮空気は膨張して仕事をする
ことによって圧力が大気圧に近くなる。摺動弁５が両室
の圧力差により右側に移動され、そのリング溝７０，７
２がバック・ストローク排気路６０と給気路１１のそれ
ぞれに連通するとともに、フォーワード・ストローク給
気路１２と排気路５９が閉じられる。この時、圧縮空気
がバック・ストローク給気路１１及びピストン衝撃ロッ
ドの小径部１５と前蓋１９内の孔の間のリング状空気路
８を通ってシリンダの前室２８に入ってピストンを押し
て、左へ移動させる。この時、後室２９内の空気はバッ
ク・ストロークの排気路６０及びリング溝７２を通って
大気に連通されるので、ピストンのバック・ストローク
で連続的に排気できて、ピストンのバック・ストローク
のバック・プレッシャーはほぼ大気圧に等しい。インパ
クト・ヘッドとしての太い配気円柱面１７が給気口２０
を越すと、給気口２０が閉じられ、シリンダ前室２８へ
の給気は中止される。前室２８に入った配気ロッドの小
径部の長さで決められる一定量の圧縮空気が膨張してピ
ストンを移動させる。ピストンの動勢力（運動エネルギ
ー）が増加して、膨張した圧縮空気が大気圧に達して、
そのエネルギーが十分利用された時、ピストンの半径方
向空気路４２は空気路４３に連通し、圧縮空気が摺動弁
５の右室に入って、左室が前室２８に連通し、圧力が大
気圧まで下がり、摺動弁５が左端に移動される（図２を
参照）。この場合、後室２９はストローク給気路１２、
リング溝７２と連通し、前室２８のストローク排気路５
９も開けられて、バック・ストローク給・排気路１１，
６０が閉じられて、ストロークが始まる。バック・スト
ロークが終わる時のピストンは相当な動勢力を持って、
後部空気クッション蓋７と衝突し、それを押して一緒に
後へ移動する。後部空気クッション室３１の空気が圧縮
され、ピストンと空気クッション蓋７をブレーキに止ま
る。その後、空気クッションの圧縮位置エネルギーが速
やかにピストンを前へ移動させる動勢力に転換されるか
ら、ストロークの始まる場合でもピストンを一定の初期
速度を持たせることができる。該動勢力は圧縮空気がス
トロークでする仕事に加えるので、バック・ストローク
の圧縮空気のエネルギーが十分利用できる。丁度、シリ
ンダの有効容積を増加するのに相当して、換言すれば、
同じパワーレベルの従来の装置よりもシリンダの体積を
小さくすることができる。

【００１４】図２に示したのはピストン１が後進位置に
ありフォーワード・ストロークが開始する状態である。
圧縮空気がストローク給気路１２及び後部配気ロッドの
小径部１６の通路を通って後室２９に入って、ピストン
１を右へ移動させる。前室２８で膨張して仕事をした空
気はストローク排気路５９を通って大気に排出され、前
室２８内の圧力はフォーワード・ストロークの間、常に
大気圧にほぼ等しい。後部配気ロッド４の太い円柱面１
８がストロークの給気路１２を閉じる際、後室２９への
給気は中止される。後室に入った一定量の圧縮空気は膨
張してピストンを移動させる。膨張した空気が大気圧に
近づく時、ピストンの速度が一番速く、インパクト・ヘ
ッドがビットを打撃する。ピストンは再び図１の位置に
戻り、一つのサイクルが完成して、二番目のバック・ス
トロークが始まる。

【００１５】

【発明の効果】本発明の装置は従来の衝撃工具と比べ
て、以下の利点がある。

【００１６】本装置は、連続的な排気方式を持っており、即ち、
シリンダの前・後室が交替で排気される。シリンダがず
っと連続的な排気状態にあるので空気が完全に排出でき
る。ピストンの背圧を小さくして大気圧まで下げ、シリ
ンダ内の仕事をする圧縮空気も大気圧の近く迄膨張でき
る。本装置は、断続的な給気方式を持っており、即ち、
フォーワード・ストロークとバック・ストロークの間
に、一定量給気され、この定量給気は圧縮空気が膨張し
て仕事をする必要な条件である。本装置には、シリンダの後部に一つの空気クッショ
ン手段が設けられる。従来のものはピストンがバック・
ストロークにエネルギーを消耗するが、本装置はピスト
ンがバック・ストローク時の動勢力を速やかにフォーワ
ード・ストロークの動勢力に転換できる。本装置は、排気の圧力が大気圧に近く、排気騒音が
大幅に低下され、仕事の環境を改善できる。

【００１７】まとめると、本装置は圧縮空気のエネルギ
ーが十分に利用できて、有効熱効率が倍に上がっている
ので、従来の空気衝撃工具をはるかに凌ぐものだと言い
得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置のピストンが前進位置にありバック
・ストロークを開始する状態を示す断面図。

【図２】本発明装置のピストンが後進位置にありフォー
ワード・ストロークを開始する状態を示す断面図。

【図３】プランジャー式摺動弁の構造を示す側面図。

【図４】従来の装置のフォーワード・ストロークを示す
断面図。

【図５】従来の装置のバック・ストロークを示す断面
図。

【符号の説明】

１シリンダ２ピストン３，４前・後部配気ロッド５摺動弁６，７前・後部空気クッション蓋８リング状空気路１１バック・ストロークの（第４）空気路１２フォーワード・ストロークの（第３）空気路１７，１８配気円柱面１９，４９前・後蓋２０，２１給気口３０，３１緩衝空気クッション室４１軸方向空気路４２半径方向空気路４３第１空気路４４第２空気路５２プランジャー・シリンダ５９前室排気路６０後室排気路７０，７２リング溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】前端部と後端部を有するシリンダ（１）
と；前記シリンダ（１）内に配置され、前記シリンダ
（１）の前記後端部との間に後室（２９）を形成し、前
記シリンダ（１）の前記前端部との間に前室（２８）を
形成するように、前進位置と後進位置間を摺動するピス
トン（２）と；前記ピストン（２）は後部配気ロッド
（４）と、インパクトヘッドとして作動する前部配気ロ
ッド（３）とを有し、前記後部配気ロッド（４）は軸方
向に延びた空気路（４１）を有し、更に前記空気路（４
１）と連通した半径方向空気路（４２）を有し；前端部
と後端部を有するプランジャーシリンダ（５２）と；前
記シリンダ（１）の前記後室（２９）と前記プランジャ
ーシリンダ（５２）の前記前端部間に連通する第１空気
路（４３）と、前記シリンダ（１）の前記前室（２８）
と前記プランジャーシリンダ（５２）の前記後端部間に
連通する第２空気路（４４）と；前記シリンダ（１）の
後室（２９）と外部大気間にプランジャーシリンダ（５
２）を介して連通する後室排気路（６０）と、前記シリ
ンダ（１）の前室（２８）と外部大気間にプランジャー
シリンダ（５２）を介して連通する前室排気路（５９）
と；前記ピストン（２）が前進位置にある時は、前記後
室排気路（６０）と前記第１空気路（４３）が前記後室
（２９）に対して開放され、前記前室排気路（５９）が
遮断され、前記半径方向空気路（４２）が実質的に前記
第２空気路（４４）に合わされ、前記軸方向空気路（４
１）と前記プランジャーシリンダ（５２）の後端間に前
記半径方向空気路（４２）及び第２空気路（４４）を経
由して空気流路を形成し；前記ピストン（２）が後進位
置にある時は、前記後室排気路（５９）と前記第２空気
路（４４）が前記前室（２８）に対して開放され、前記
後室排気路（６０）が遮断され、前記半径方向空気路
（４２）が実質的に前記第１空気路（４３）に合わさ
れ、前記軸方向空気路（４１）と前記プランジャーシリ
ンダ（５２）の前端間に前記半径方向空気路（４２）及
び第１空気路（４３）を経由して空気流路を形成し；前
記後室（２９）と前記プランジャーシリンダ（５２）の
前記後端部側に連通する第３空気路（１２）と、前記前
室（２８）と前記プランジャーシリンダ（５２）の前記
前端部側に連通する第４空気路（１１）と、前記プラン
ジャーシリンダの前記前端部側と後端部側間に連通する
連結空気路（５３）と；前記プランジャーシリンダ（５
２）内に配置されて、前位置と後位置間を摺動する二位
置型のプランジャー摺動弁（５）とを備え；前記プラン
ジャ摺動弁（５）は、前位置では前記第１空気路（４
３）、前記第３空気路（１２）、前記前室排気路（５
９）が遮断され、前記第２空気路（４４）、前記第４空
気路（１１）、前記後室排気路（６０）が開放され、後
位置では前記第１空気路（４３）、前記第３空気路（１
２）、前記前室排気路（５９）が開放され、前記第２空
気路（４４）、前記第４空気路（１１）、前記後室排気
路（６０）が遮断され；前記プランジャー摺動弁（５）
を前位置と後位置間に選択的に移動させる手段とを備
え、前記後部配気ロッド（４）は大径部と小径部を有
し、前記ピストン（２）が前進位置にあるときには、前
記第３空気路が前記大径部により遮断され、前記ピスト
ン（２）が後進位置にあるときには前記第３空気路が開
放され；前記前部配気ロッド（３）は大径部と小径部を
有し、前記ピストン（２）が前進位置にあるときには前
記第４空気路（１１）が前記大径部により開放され、前
記ピストン（２）が後進位置にあるときには前記大径部
により前記第４空気路（１１）が遮断され；仕事をした
後の圧縮空気は連続的に前室（２８）と後室（２９）か
ら交互に排気され、前記シリンダ（１）は全体としては
常に排気状態であり前記ピストン（２）の背圧は大気圧
レベル迄減少され、前記シリンダ（１）内で仕事をする
圧縮空気は大気圧にほぼ等しい圧力に対して膨張できる
ことを特徴とするプランジャー摺動弁型空気衝撃装置。
【請求項２】前記プランジャーシリンダ（５２）と前
記シリンダ（１）が一体に形成され、前記シリンダ
（１）の前記前端部および後端部を封じる前蓋（１９）
および後蓋(４９）と、前記前蓋（１９）の裏側の前記
シリンダ内に配置され、前進位置に移動する前記ピスト
ンの衝撃を緩衝する緩衝空気クッション室（３０）と、
前記後蓋（４９）の裏側の前記シリンダ内に配置され、
後進位置に移動する前記ピストンの衝撃を緩衝する緩衝
空気クッション室（３１）とを有することを特徴とする
請求項１記載のプランジャー摺動弁型空気衝撃装置。
【請求項３】前記プランジャー摺動弁（５）がその両
端部側にそれぞれリング状の溝（７０、７２）を有し、
前記プランジャー摺動弁が前位置にあると前記リング状
の溝の一方（７０）が前記第４空気路（１１）と一致
し、前記第４空気路（１１）が開放し、前記プランジャ
ー摺動弁が後位置にあると前記リング状の溝の他方（７
２）が前記第３空気路（１２）と一致し、前記第３空気
路（１２）が開放することを特徴とする請求項１記載の
プランジャー摺動弁型空気衝撃装置。