JP5286082B2 - 削岩機用打撃装置、打撃ピストンの往復動作を達成する方法及び削岩機 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に記載された削岩機用打撃装置に関する。また、本発明は、請求項１０の前文に岸アされた打撃ピストンの往復動作を達成する方法に関する。さらに、本発明は、そのような打撃装置を備えた削岩機に関する。

この種の打撃装置は、米国特許ＵＳ５，３７２，１９６号で公知である。この打撃装置は、装置ハウジング内で往復動作可能な打撃ピストンを有する。打撃ピストンの往復動作は、バルブ要素が装置ハウジング内で前後に動作可能なバルブ装置によって制御される。装置ハウジングは、その後端部に、加圧流体が供給される空間を有し、それにより、打撃ピストンを前進方向に駆動する。加圧され得る第二チャンバが、打撃ピストンを後退駆動させるために設けられている。

公知の打撃装置は、１５０Ｈｚの大きさの打撃周波数を得ることを目的として良好に動作する。しかし、近年は、より高い稼働率とより良い経済性に対する要求があり、その結果、さらに高い打撃周波数が求められている。

米国特許ＵＳ５，３７２，１９６号

上述の要求を背景として、本発明の目的は、より高い周波数で動作することを可能にする冒頭で説明した種類の打撃装置を開発することにある。

この目的は、特許請求の範囲の請求項１における特徴を通して、冒頭で説明したような打撃装置において達成される。
対応する目的は、請求項１０の特徴部分の特徴を通して上述した種類の方法において達成される。

第二チャンバ内の圧力流体によって作動するための駆動領域を有し、所望の大きさ、特に、打撃ピストン自身の対応する作動面より大きい大きさで形成され得る駆動ピストンを設けることによって、後退駆動速度を速くし、それにより、打撃周波数を高くすることが可能になる。

さらに、駆動ピストンを別体とし、こうして、打撃ピストンがドリルシャンク上への衝撃動作を実行した後、打撃ピストンに対して軸方向の動きを自由にさせることによって、好ましくない形状の応力波がドリルスチール内に生じることが回避される。特に、ドリルスチールに望ましくない緊張ピークをもたらすので、操作上好ましくないものであり得る応力波ピークが形成されることが避けられる。従って、本発明によれば、打撃ピストンがそれ自身の衝撃動作の実行に最適に構成され得る一方で、駆動ピストンを構成する時に後退駆動の点も考慮されている。

さらなる利点は、第二チャンバ内の圧力が低く選択され得ることにあり、かつ、打撃装置が従来技術による打撃装置より本質的に高い打撃周波数を有し得ることにある。

本発明による構成により、３００〜５００Ｈｚの打撃周波数に達することが完全に実現される。しかし、他にも特別に高い打撃周波数が存在し得る。

好ましくは、駆動ピストンが、その打撃ピストンとの協働を止めた後に駆動ピストンを穏やかに緩衝するために、駆動ピストンは、打撃ピストンの衝撃動作の実行後に、ハウジング内の緩衝チャンバと協働するための緩衝部分を有する。特に、好ましくは、圧力媒体源に伝達される緩衝チャンバ内の高められた圧力による緩衝作用の間に放出さえるエネルギを回復するために、前記緩衝チャンバは、圧力媒体源に接続される。

好ましくは、第一チャンバは、恒久的に加圧されるように構成される。特に、第二チャンバは、バルブ装置を通して周期的に加圧される。駆動ピストンの構成を通して、駆動領域、第二チャンバ内の圧力及び第一チャンバ内の圧力間の関係は、所望の打撃周波数を得るために最適に選択され得る。

本発明による方法及び削岩機においても対応する利点が得られる。

本発明は、添付図面を参照して実施例を用いてより詳細に説明される。

図１に示された打撃ピストン１は、ハウジング２の内部に、往復可動打撃ピストン３を有する。前記打撃ピストン３は、後部圧力面６を介して、第一チャンバ５内の加圧流体の圧力によって、打撃ピストン３の前進方向に駆動され、工具（図示せず）に対する衝撃動作を実行する前に加速される。

第一チャンバ５からある距離を置いた位置で、打撃ピストン３は、駆動ピストン７によって囲まれている。駆動ピストン７は、第一駆動領域９と第二駆動領域１０とを含む駆動面を介して、第二チャンバ８内の加圧流体の圧力によって駆動され、衝撃動作の実行後に衝撃ピストン３を後退駆動させる。そのために、駆動ピストン７は、リング形係合面１３を有し、このリング形係合面１３は、後退駆動位置において、打撃ピストン３上の作動面１４と協働し、打撃ピストン３を後方、図１における右側へ移動させる。

また、駆動ピストン７は緩衝部１１を有する。この緩衝部１１は、駆動ピストン７の前進位置において緩衝チャンバ１２に入り、この緩衝チャンバ１２内の流体が、駆動ピストン７の第二駆動領域１０上に緩衝力を及ぼすようにされている。

第一チャンバ５が恒久的に加圧され得るのに対して、第二チャンバ８は、打撃装置１のメインバルブ４’によって、公知の方法で周期的に加圧され得る。そのため、メインバルブ４’のバルブ要素は、打撃ピストン３の位置によって制御される。打撃ピストン３は、打撃ピストン３のバルブ部分Ｖによって、メインバルブ４’のバルブ要素を制御し、第二チャンバ８を加圧し、また、排液する。

図２は、工具（図示せず）に対する衝撃動作を実行した直ぐ後の第二位置にある打撃ピストン３を備えた打撃装置１を示している。図２に示した位置において、駆動ピストン７は打撃方向に移動させられており、その係合面１３は、打撃ピストン３の作動面１４との接触から離されている。従って、この位置において、駆動ピストン７は、打撃ピストン３との軸方向の接触はない。この時、駆動ピストン７は、その緩衝部１１が緩衝チャンバ１２に入り、それにより、その運動エネルギは、緩衝チャンバ２内にある流体の上昇した圧力を、回復通路１５及び補助バルブ４’’を介して圧力源に供給することによって回復される。

図示した構成により、分離駆動ピストン７は、その衝撃動作を実行する衝撃ピストン３に関して、衝撃ピストン３から自由にされ、衝撃ピストンへの対応付加フォームで生じる不利な応力波形状は避けられる。

往復打撃ピストン運動を達成する本発明による方法が、ブロック配列として図３に図式的に示されている。

ポジション２０は、連続動作の開始を示している。
ポジション２１は、打撃ピストン３を前進駆動させるために第一チャンバ５を加圧する工程を示している。この工程は、本質的に直接システム圧力へ連結することによって実行され得る。
ポジション２２は、第二チャンバ８内の加圧流体を抜いて、それにより、打撃ピストン３の打撃動作を開始する工程を示している。
ポジション２３は、打撃動作を実行する工程を示している。この時、駆動ピストン７は、衝撃動作が完了するまで、打撃ピストン３に追従して前進方向に動く。その後、駆動ピストン７は、打撃方向にある打撃ピストン３に関して軸方向に自由に動く。
ポジション２４は、緩衝ピストン１１を有する駆動ピストン７が緩衝チャンバ１２に入り、その軸方向の動きが緩衝され、また、駆動ピストン７の運動エネルギの回復を可能にする工程を示している。
ポジション２５は、連続動作の停止を示している。

連続動作の変形例においては、第一チャンバへの接続を遮断し得る工程が設けられる。この方法により、打撃ピストンを後退駆動している間の第一チャンバ内の相当な圧力上昇が保証される。この圧力上昇は、一例として、システム圧力の３倍の大きさである。従って、他の圧力上昇率があり得ることは理解される。

本発明は、特許請求の範囲の範囲内で変更し得る。打撃ピストンと共に駆動ピストンは、後退駆動接続(connection)を達成するために別の方法で形成された相互手段(mutual means)を用いて、別の方法で構成され得る。駆動ピストンの変形例では、特別に薄くされた緩衝部分はない。従って、駆動ピストンは、その軸線方向の伸長部に沿って変化しない部分を有し得る。また、スリーブとは別の方法で構成された駆動ピストンを有することも可能である。また、打撃ピストンの周囲に分配するのに適した設計の複数の駆動ピストンを有することもできる。

本発明は、衝撃動作に適した形状であり、かつ、打撃ピストンを効果的に高速に後退駆動するための効果的な手段を有する細長い打撃ピストンを備えた打撃装置を提供することを可能にし、それにより、比較的シンプルな構造でコスト効率良く高い打撃振動数を得るという目的が達成され得る。

作業効率を良くするので、上述した方法で駆動ピストンの運動エネルギを回復させることが好ましいが、これは、本発明には必須ではない。

駆動ピストンの質量は衝撃時の衝撃エネルギには寄与していないので、エネルギ損失の発生は、緩衝チャンバ内に高い圧力を直接圧力系に供給することにより回復され得る。より具体的には、それは、圧力系に接続された蓄圧器（図示せず）を通して回復される。図１及び図２における実施例では、バルブ４’’は、バルブＶからの信号を受けて、緩衝チャンバ１２と圧力系との間の接続を開放するために開弁する。

また、駆動ピストンを動かすための他の構成も問題になり得る。往復運動を制御するためのバルブ構造は、他の方法で構成され得、例えば、打撃ピストン上のバルブ部分Ｖを介した方法とは別の方法でバルブ運動を開始するように構成され得る。

第一位置にある打撃ピストンを備えた本発明による打撃装置を図式的に示す図である。 第二位置にある打撃ピストンを備えた図１の打撃装置を示す図である。 本発明による方法をブロック図を用いて図式的に説明する図である。

Claims (12)

1. 往復動作打撃ピストン（３）を備えたハウジング（２）を有し、その動作がバルブ装置（Ｖ，４’，４’’）によって制御される削岩機用打撃装置（１）であって、
   前記ハウジング（２）が、
   打撃ピストン（３）を前進駆動させるために加圧され得る第一チャンバ（５）と、
   打撃ピストン（３）を後退駆動させるために定期的に加圧され得る第二チャンバ（８）と
   を備え、
   打撃ピストン（３）を後退駆動させるための少なくとも一つの駆動ピストン（７）が打撃ピストン（３）に配置され、
   前記駆動ピストン（７）の一部が、第二チャンバ（８）の中に入るように構成され、この第二チャンバ内にある圧力媒体によって、後退駆動方向に、駆動ピストンの駆動面上に圧力を作用させ、
   前記駆動ピストン（７）が、打撃ピストン（３）の作用面（１４）と協働して後退駆動させるために係合面（１３）を有し、
   前記駆動ピストン（７）が、係合面（１３）と作用面（１４）とが係合している位置から後退駆動方向とは反対方向には、打撃ピストン（３）に対して軸方向に自由にされており、
   前記駆動ピストン（７）が、打撃ピストン（３）による打撃実行後に、ハウジング内の緩衝チャンバ（１２）と協働する緩衝部（１１）を有する打撃装置において、
   打撃ピストン（３）が、第一チャンバからある距離において駆動ピストンによって包囲され、
   緩衝チャンバ（１２）が、緩衝中に放出されたエネルギを回復させるために圧力媒体源に接続されている
   ことを特徴とする打撃装置。
2. 駆動ピストン（７）がスリーブ形状であり、打撃ピストン（３）と同軸上に打撃ピストン（３）の外側に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の打撃装置。
3. 前記係合面（１３）及び作用面（１４）がリング形状の表面を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の打撃装置。
4. 駆動ピストン（７）が、打撃ピストン（３）の直径より大きな直径を有することを特徴とする請求項１又は３に記載の打撃装置。
5. 第一チャンバ（５）が、本質的に一定の圧力で加圧されるように構成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の打撃装置。
6. 第一チャンバ（５）が、打撃ピストンの後退駆動の間に、相当の圧力上昇を得るように構成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の打撃装置。
7. 所望の圧力を維持するために、圧力媒体導管が第一チャンバ（５）に引き込まれていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の打撃装置。
8. 第二チャンバ（８）が、バルブ装置を介して周期的に加圧され得ることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の打撃装置。
9. 第一チャンバ（５）が、打撃ピストン（３）の工具に対する衝撃方向から見た後端部を受け入れるように配置されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の打撃装置。
10. 打撃ピストン（３）を前進駆動させるために第一チャンバ（５）を加圧し、
    打撃ピストン（３）を後退駆動させるために第二チャンバ（８）を周期的に加圧し、
    打撃ピストン（３）が、打撃ピストン（３）に配置された少なくとも一つの駆動ピストン（７）を用いて後退駆動され、
    第二チャンバ（８）内の加圧媒体が、駆動ピストン（７）を、後退駆動方向に圧力で作動させるようにされ、
    後退駆動中に、駆動ピストン（７）が、打撃ピストン（３）と協働した後退駆動を確立し、
    駆動ピストン（７）が、前記協働して後退駆動する位置から、後退駆動方向と反対方向には、打撃ピストン（３）に関して軸方向に自由に動き、
    駆動ピストン（７）が、緩衝部（１１）によって、打撃ピストン（３）による打撃実行後に、ハウジング内の緩衝チャンバ（１２）と協働する
    打撃ピストンを往復運動させる方法において、
    後退駆動中に駆動ピストン（７）が、第一チャンバからある距離において打撃ピストン（３）との後退駆動協働を確立し、
    緩衝チャンバ（１２）の緩衝中に放出されたエネルギが、圧力媒体源において回復させられる
    ことを特徴とする方法。
11. 第一チャンバ（５）が、打撃ピストンの後退駆動中に、相当な圧力上昇を受けることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 請求項１〜９の何れか一項に記載の打撃装置を備えた削岩機。

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