JPS5912428B2 - 圧力流体により作動される衝撃装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、非圧縮性液圧流体のような圧力流体により
作動される衝撃装置に関する。

この装置は、ピストン運動を行なう可動ハンマ２を介し
て、工具３に対して連続的に衝撃を加える。

ピストン２は、装置の胴体５中に形成されたシリンダ４
の内部を滑動するように取り付けられている。

シリンダ４は、それぞれ導路８，９に続くポート６．７
を有し、すべり弁１０の案内としての役割もする。

すべり弁１０は、シリンダ４内を滑動することにより、
ピストン上方の室１１を高圧回路１２および低圧回路１
３と交互に連絡させる。

室１１が高圧回路１２と連絡するとピストンは急速に下
降させられ、室１１が低圧回路１３と連絡するとピスト
ンは戻り行程に入る。

図示した実施例の場合、すべり弁１０は、仏国特許第１
４３１８３５号に従って、ばね１４によって工具３の方
へ押されている。

しかし、この装置は他の実施態様も可能であり、たとえ
ばすべり弁１０をばねによって移動させるのではなく、
仏国特許第１４３１８３５号に対する追加の証明書（ｃ
ｅｒｔｉｆｉｃａｔ ｄ’ａｄｄｉｔｉｏｎ ）第２
０４５２８９号に従って液圧により作動させられるタペ
ットによって移動させたり、あるいは、仏国特許第７６
３４３７６号に従って、対向する２本のロンドを有する
中央プランジャピストンによって移動させることができ
る。

すべり弁の動作方式にかかわりなく、この形式の装置の
作動原理は、ピストン上方の室１１を高圧回路および低
圧回路と交互に連絡させ、対向した小面積の環状部域を
常時高圧に維持し、それによって液圧力の合力を２方向
に交互に作用させることに存する。

この装置の作動原理を調べてみると、高速で作動する打
撃ピストン２中に蓄積された運動エネルギーが、工具３
を打撃した瞬間に圧縮波に変わり、この圧縮波が金属中
を音速で伝わり、岩石に接触したとき、それを破砕する
力に変わることがわかる。

実際には、前記エネルギーの一部だけが岩石に吸収され
、残りは圧縮波の形で工具に返され、装置の方へ戻る。

この戻って行く圧縮波は、通常、工具３０カラー１５を
介して一部は装置の胴体中へ消散し、残りは運動エネル
ギーの形でピストンへ返される。

この場合、ピストンははね返って、液圧装置の分野で通
常１水撃作用“と呼ばれる液圧波の形で流体を低圧回路
の方へ押し戻す。

上記の２つの場合において、戻りエネルギーは回収不可
能な形で失われるだけでなく、装置の耐用寿命に有害な
影響を及ぼし、特に、装置の胴体と接触する工具のカラ
ーの摩耗を早め、低圧用たわみ管を疲労させ、あるいは
戻り波のエネルギーの消散による温度上昇を引き起こす
。

さらに、工具中の戻り圧縮波が運動エネルギーの形でピ
ストンに返されることによって、ピストンの戻りが容易
になり、かつ、動作パラメータが液圧を岩石の硬さに比
例して低下させる方向で変化させられ、この圧力低下に
よって装置の効率が損なわれる点に注意すべきである。

この発明の目的は、工具中における戻り圧縮波に含まれ
るエネルギーを回収して再利用することにある。

このため、この発明による衝撃装置は、流体がピストン
上方の室１１から高圧回路１２の方へ移動することを可
能にする逆止弁２２と、この流体の移動に続いてすべり
弁１０を確実に移動させる手段とを具備しており、すべ
り弁がピストン上方の室１１を高圧回路１２と連絡させ
ているときの位置から、この連絡を断つときの位置へき
わめて迅速に移動し、次いで室１１と低圧回路１３との
連絡を遅らせるよう一層低く制御された速度で移動する
ことにより、室１１が高圧回路および低圧回路から隔絶
されている全期間のあいだ、逆止弁の作用による室１１
に閉じ込められた流体の圧縮と高圧回路中への移動によ
り戻りエネルギーの最大限の回収が可能であることを特
徴とする。

上記構造には、以下のような多数の大きな利点がある。

一工具支持カラーの摩耗がきわめて少ない。

−低圧用たわみ管のレベルにおけろ水撃作用がなくなる
ため、これらのたわみ管の耐用寿命が延びる。

一衝撃装置に対して供給される流体に加えて、回収され
た流体のすべてを利用できるので、一定流量における単
位時間当たり衝撃回数が増大する。

この単位時間当たり衝撃回数の増大はその分だけ各サイ
クルの時間的長さが短縮することを意味し、かつ、衝撃
装置の作動パラメータを前記と逆の方向で、すなわち高
圧したがってまた各衝撃の有効度を岩石の硬さに比例し
て増大させる方向で変化させる。

一通常戻り波のエネルギーの消散によって引き起こされ
る温度上昇の度合が減少するので、装置の構成部品の耐
用寿命が延びる。

一板上のような作動条件の改善は、装置の支持アームに
吸収させなければならない反動および振動の幅の減少に
つながる。

もし可能ならば、すべり弁がピストン上方の室１１と高
圧回路との連絡を遮断するときの位置から室１１を低圧
回路と連絡させるときの位置へ移動するのに要する時間
を、最も硬い部類の岩石の場合において最も多くのエネ
ルギーが戻るのに必要な時間と等しくすることが望まし
い。

このようにすれば、破砕すべき岩石の種類にかかわりな
（最大限のエネルギー回収が可能になる。

この発明の別の特徴によれば、すべり弁は、ピストン上
方の室が低圧回路と連絡すると直ちに新しい加速運動を
受けて、連絡開口部を大きく開放し、可動ハンマの自由
な移動を可能にする。

この発明の１実施例においては、すべり弁は断面積の異
なる２つの部分、すなわちピストンがその内部を滑動で
きるように取り付けられているところのシリンダの断面
積に対応する断面積を有するピストン側に位置する部分
と、それより断面積の大きな、ピストンから遠い側に位
置する部分とによって構成され、断面積が大きい方の部
分は、それよりも断面積が太き（かつシリンダを延長し
ている空所に配置されておりかつ自らの断面積と同じ断
面積を有する室へ進入することができ、この室はシリン
ダと前記拡大された空所との間に位置しており、すべり
弁がピストン上方の室と高圧回路との連絡を断つ位置に
達したとき断面積の大きい方の部分は前記シリンダと空
所との間に位置する室に進入し、この室とすべり弁の２
つの部分の接続部とによって形成された環状のスペース
が少なくとも１つの流体流出オリフィスを介してピスト
ン上方の室と連絡するように構成されている。

すべり弁は、その断面積が大きい方の部分すなわちカラ
一部の全体がシリンダ上方の空所に位置しているとき、
何らの制動作用も受けないため、ピストンの方へ急速に
移動する。

すべり弁の２つの部分の接続部に対応するクラウン部が
前記環状室を閉鎖する位置に来たとき、環状室の内部に
収容された流体の圧縮が起こって、それがすべり弁に対
する急激な制動作用となる。

この時点以後は、前記オリフィスからの流体の流出によ
ってのみ、すべり弁の移動は可能となる。

したがって、ピストン上方の室を高圧回路から確実に隔
絶しているときの位置からピストン上方の室を低圧回路
と連絡させるときの位置へのすべり弁の移動の速度は、
前記オリフィスの断面積に依存する。

第１の実施例においては、前記環状室からの流体の流出
を可能にする前記オリフィスは、前記環状室を限ってい
る外壁に設ける。

別の実施例においては、すべり弁の内部に１本の導路な
軸方向に設け、この導路の一端を、すべり弁の断面積の
異なる２つの部分を接続しているクラウン部に開口させ
、それによって前記環状室からの流体の流出を可能にす
るオリフィスを形成する。

以下において、この発明のい（つかの実施態様を例示し
た添付図面を参照しながら、発明の詳細な説明を行なう
。

すべり弁１０は、断面積の異なる２つの部分、すなわち
ピストン２がその内部を移動するところのシリンダ４に
直径が対応する下部１６と、それよりも断面積が大きい
上部１７とによって構成されている。

下部１６はシリンダ４の上端に嵌合されており、上部１
７は、それよりも断面積がかなり大きな空所１８に位置
している。

第６図に示す実施例の場合、空所１８の断面積は、すべ
り弁の上部１７の側方に設けた半月状のスペースの分だ
け部分１７より大きくなっているのに対し、第７図に示
す実施例の場合、空所１８は対向する２つの半月状スペ
ースによって構成されている。

すべり弁の上部１７は、シリンダ４を延長している、自
己の断面積と対応する断面積を有する室１９に進入する
ことができる。

この室１９とすべり弁の拡大部１Ｔすなわちカラ一部の
寸法関係は、カラ一部１７が室１９の高さまで下降して
室１９を閉鎖したときすべり弁が高圧回路１２とピスト
ン上方の室１１との通路を閉鎖するような関係である。

環状室１９と空所１８との連絡は、オリフィス２０によ
ってのみ可能となっている。

すべり弁の移動によって室１１と連絡させられる空所１
８と高圧回路１２との間には、逆止弁２２が設けである
。

この逆止弁２２０目的は、圧力流体の室１１から高圧回
路１２へ向かう移動を可能にすることにある。

この衝撃装置は次のようにして作動する。

まず、すベリ弁１０が、第１図に示す高圧流体の流入を
可能にしている位置から、第２図に示す高圧回路を閉鎖
する位置へきわめて迅速に移動する。

この段階は、第１３図に示す線図における期用ｔ Ｏ、
ｔ １における移動ａＯ，ａ１に対応する。

この迅速移動は、すべり弁のカラ一部１７の２つ０面が
空所１８のレベルで断面の大きな導路によって液圧的な
関係に維持されていることによって可能となっている。

すべり弁の断面積の異なる２つの部分を結ぶクラウン部
２３が室１９０レベルまで下降して室１９を塞いだとき
、一定量の流体が室１９の内部で圧縮されるため、すべ
り弁の以後の移動は、流体がオリフィス２０から流出し
てはじめて可能となる。

第２図に示す位置から第４図に示す位置への、すなわち
高圧回路を閉鎖する位置から低圧回路１３を開放する位
置へのすべり弁の移動時間は、オリフィス２０の断面積
を調節することによって調節が可能である。

すべり弁のこの移動時間中に室１１が高圧回路１２およ
び低圧回路１３の双方から隔絶され、かつ、ピストン２
により圧縮された流体が室１１から高圧回路の方へ、よ
り正確には高圧回路のアキュムレータ２４の方へ逆止弁
２２を介して移動することにより、第３図に示すごと（
戻りエネルギーの最大限の回収が可能になる。

この段階は、第１３図の期間ｔ１ 、ｔ２におけるすべ
り弁の移動ｄ１．ｄ２に対応する。

戻りエネルギーが回収された後、すべり弁はさらに下降
して、第５図に示す位置に達する。

ピストン上方の室１１は、導路７，９によって徐々に低
圧回路と連絡され、こうして室１１からの流体の流出が
起こってピストン２は戻り行程に入ることができる。

この段階は、第１３図に示すすべり弁の移動ｄ２．ｄ３
に対応する。

環状室１９から流体を流出させる装置の変形例を示す第
８図において、すべり弁の内部に１本の導路２５が軸方
向に設けられており、この導路は、すべり弁の断面積の
異なる２つの部分をつないでいるクラウン部２３に対し
て開口している。

この導路２５を介して流体が排出される仕組みは、オリ
フィス２０を介する場合とまった（同じである。

第１図ないし第５図、および第８図に示す実施例の場合
、逆止弁２２は、弁頭の下に配置された中央室２６によ
って弁座への復帰が可能になっており、前記中央室は導
路２９によって低圧回路と接続されている。

第９図に示す実施例の場合、逆止弁２２は環状室２７に
よって弁座への復帰が可能となっており、この環状室は
、直径２８ａと２８ｂに差があることにより、導路２９
を介して低圧回路と接続されている。

第１０図に示す実施例の場合、逆止弁２２は、そのリフ
トがストッパ部３０によって小さな遊隙Ｊに制限されて
いるため、流体の流動方向が切り替わろうとするとき高
圧回路１２と室１１との間に発生する負圧によって閉鎖
位置に維持される。

第１１図に示す実施例の場合、逆止弁２２は、弁と高圧
側に位置するストッパ部３３との間に配置されたばね３
２によって、閉鎖位置に戻される。

第１２図は、第１図ないし第５図に示す衝撃装置の変形
例を示すが、この実施例の場゛合、すべり弁１０はもは
やばね１４の作用を受けず、対向した２本のロンドを有
する中央プランジャピストン３４の作用を受ける。

この場合、第８図に示す弁復帰装置を設けることは不可
能であるが、第９図ないし第１１図に示す弁復帰装置の
任意の１つを設けることができる。

第１４図および第１５図に示す実施例において、すべり
弁１旧ζ同筒部１６および１７の間に設けられた凹部３
５を有する。

シリンダ４の胴体部には、断面の大きな導路３６が少な
くとも１本設けてあり、この導路は円筒部１６がその内
部を滑動するところの空所に開口していて、空所１８と
連絡する。

導路３６はさらに、すベリ弁１０が室１１と低圧回路と
を連絡させる位置に来たとき、凹部３５によって形成さ
れた環状スペースを低圧回路と連絡する。

第１６図および第１７図に示す実施例の場合、室１８か
らの流体の排出は、第８図の場合と同様、導路２５を介
して行なわれる。

室１９の周囲に凹部３７が設けてあり、すべり弁の内部
には導路３８が設けである。

これらによって、すベリ弁１０が室１１と低圧回路とを
連絡させる位置に来たとき、室１９と低圧回路とを充分
に連絡させることができるようになっている。

以上の説明から明らかなごとく、この発明は従来公知の
衝撃装置よりも構造が複雑でなくそれらよりもすぐれた
性能および信頼度を示す衝撃装置を提供することにより
、従来技術を大幅に改良するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は、この発明による衝撃装置の第１
の実施例における縦断面図であるが、これらの図は５つ
の動作段階に対応している。 第６図は、すべり弁の上部が位置する空所の、第１図の
６−６線に沿った部分断面図である。 第７図は、第６図に示す空所の別の変形例における断面
図である。 第８図は、環状室から流体を流出させる装置の他の変形
例における断面を示す、この発明による衝撃装置の部分
図である。 第９図、第１０図および第１１図は、ピストン上方の室
と高圧回路との間に配置された逆止弁の３種類の実施例
における断面を示すこの発明による衝撃装置の部分図で
ある。 第１２図は、第１図ないし第５図に示す衝撃装置の他の
変形例における縦断面図である。 第１３図は、時間に応じたすべり弁の移動を示す線図で
ある。 第１４図および第１５図は、第１図ないし第５図に示す
衝撃装置のすべり弁を含む部分の拡大縦断面図で、これ
らの図はすべり弁の２つの動作段階に対応する。 第１６図および第１７図は、第８図に示す衝撃装置のす
べり弁を含む部分の拡大縦断面図で、これらの図はすべ
り弁の２つの動作段階に対応する。 ２・・・・・・ピストン、計・・・・・工具、４・・・
・・・シリンダ、６．７・・・・・・ポート、８，９・
・・・・・導路、１０・・・・・・すべり弁、１１・・
・・・・ピストン上方の室、１２・・・・・・高圧回路
、１３・・・・・・低圧回路、１８・・・・・・空所、
１９・・・・・・室、２０・・・・・・通路、２２・・
・・・・逆止弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 工具３に連続的に衝撃を加える可動ハンマすなわち
   ピストン２を具備しており、このピストンが装置の胴体
   中に形成されたシリンダ４の内部を滑動できるように取
   り付けられており、前記シリンダ４がそれぞれ導路８，
   ９に続くポート６．７を含んでおり、シリンダ４がすべ
   り弁１０の滑動の案内としての役割も果たしており、前
   記すべり弁１０の移動によってピストン上方の室１１が
   高圧回路１２および低圧回路１３と交互に連絡させられ
   、室１１と高圧回路１２との連絡によってピストンの急
   速な下降が可能となり、室１１と低圧回路１３との連絡
   によってピストンが戻す行程に入る形式の圧力流体によ
   り作動される衝撃装置において、流体がピストン上方の
   室１１から高圧回路１２の方へ移動することを可能にす
   る逆止弁２２と、この流体の移動に続いてすベリ弁１０
   を確実に移動させる手段とを具備しており、すべり弁が
   ピストン上方の室１１を高圧回路１２と連絡させている
   ときの位置から、この連絡を断つときの位置へきわめて
   迅速に移動し、次いで室１１と低圧回路１３との連絡を
   遅らせるよう一層低（制御された速度で移動することに
   より、室１１が高圧回路および低圧回路から隔絶されて
   いる全期間のあいだ、工具からピストンへ運動エネルギ
   ーの形で戻されるエネルギーの最大の回収が可能であり
   、こうしてピストンの反動が前記室内に閉じ込められた
   流体を逆止弁によって高圧回路へ圧縮することを特徴と
   する衝撃装置。 ２ すべり弁１０がピストン上方の室１１と高圧回路１
   ２との連絡を遮断するときの位置から室１１を低圧回路
   １３と連絡させるときの位置へ移動するのに要する時間
   が、最も硬い部類の岩石の場合において最も多くのエネ
   ルギーが戻るのに必要な時間と等しいことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の衝撃装置。 ３ ピストン上方の室１１が低圧回路１３と連絡すると
   直ちにすベリ弁１０が新しい加速運動を受けて、連絡開
   口部を大きく開放し、可動ハンマ２の自由な移動を可能
   にすることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項に記載の衝撃装置。 ４ すベリ弁１０が断面積の異なる２つの部分、すなわ
   ちピストン２がその内部を滑動できるように取り付けら
   れているところのシリンダ４の断面積に対応する断面積
   を有するピストン側に位置する部分１６と、それより断
   面積が大きな、ピストンから遠い側に位置する部分１７
   とによって構成されており、断面積の大きい方の部分１
   １がそれよりも断面積が大きくかつシリンダを延長して
   いる空所１８に配置されておりかつ自らの断面積と同じ
   断面積を有する室１９へ進入することができ、この室１
   ９がシリンダ４と前記拡大された空所１８との間に位置
   しており、すべり弁１０がピストン上方の室１１と高圧
   回路１２との連絡を断つ位置に達したとき断面積の大き
   い方の部分１７が室１９に進入し、室１９とすべり弁の
   ２つの部分の接続部とによって形成された環状のスペー
   スが少なくとも１本の通路２０を介してピストン上方の
   室１．１と連絡することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項ないし第３項の任意の１項に記載の衝撃装置。 ５ 環状室１９からの流体の流出を可能にする通路２０
   が環状室１９を限っている壁部に設けであることを特徴
   とする特許請求の範囲第４項に記載の衝撃装置。 ６ すべり弁１０が断面積の異なる２つの円筒部１６と
   １７との間に形成された凹部３５を有し、かつ、すべり
   弁１０がピストン上方の室１１を低圧回路と連絡させる
   位置に移動したとき直ちに前記凹部３５によって形成さ
   れた環状スペースと低圧回路との連絡を可能にする少な
   くとも１本の導路３６がシリンダ４に対して開口してい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第３項ないし第５項
   の任意の１項に記載の衝撃装置。 ７ すべり弁１０の内部に１本の導路２５が軸方向に設
   けてあり、この導路の一端がすべり弁の断面積の異なる
   ２つの部分を接続しているクラウン部２３に開口してお
   りかつ前記環状室からの流体の流出を可能にしているオ
   ＩＪフィスを形成していることを特徴とする特許請求の
   範囲第４項に記載の衝撃装置。 ８ すべり弁の移動中にその内部で流体の圧縮が行なわ
   れるところの室１９力稠囲に凹部３７を有し、この凹部
   が、すべり弁がピストン上方の室１１を低圧回路と連絡
   させる位置に移動したときすべり弁中に設けられた導路
   ３８を介して直ちに低圧回路と連絡できることを特徴と
   する特許請求の範囲第３項、第４項および第７項の任意
   の１項に記載の衝撃装置。