JPH04256587A

JPH04256587A - プランジャー摺動弁型空気衝撃装置

Info

Publication number: JPH04256587A
Application number: JP3261232A
Authority: JP
Inventors: Chikoku To; 黨　治國
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-09-15
Filing date: 1991-09-12
Publication date: 1992-09-11
Anticipated expiration: 2009-11-09
Also published as: RU2043546C1; EP0477067B1; US5199504A; JPH0688216B2; EP0477067A1; DE69100306D1; DE69100306T2; CN2080099U

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
り絶熱圧縮され、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。残された空気が絶熱圧縮さ
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・後二つの
配気ロッドが設けられ、前配気ロッドはインパクト・ヘ
ッドとして使用される。後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・後空気クッション蓋が設けられる。

【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は従来の装置のストロークを示す断面図である。図５
は図４のバック・ストローク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・後二つの配気ロッド３，４が
設けられ、前配気ロッド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・ストローク空気路４３とバック・ストローク空
気路４４に交互に連通できる。空気路４３は、シリンダ
１の後部開口４５を介してプランジャー・シリンダ５２
の右端に連通する。空気路４４はシリンダ１の前部開口
６５を介してプランジャー・シリンダ５２の左端に連通
する。給気路４１及び３８は圧縮空気源に連通している
。シリンダの後室２９にフォーワード・ストローク給気
路１２とバック・ストローク排気路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１１とフ
ォーワード・ストローク排気路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
配気ロッド３，４は定量給気用の配気円柱面１７，１８
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・後配気ロ
ッド、前・後空気路、前・後給・排気孔、前・後空気ク
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　の両端にリング溝７０，
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の孔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の孔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７０，７２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５９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。後配気ロッ
ド４の太い円柱面１８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
は再び第１図の位置に戻り、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・後配気ロッド５　　摺動弁６，７　　前・後空気クッション蓋８　　リング状空気路１１，１２　　フォーワード・ストロークとバック・ス
トロークの空気路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４３，４４　　フォーワード・ストロークとバック・ス
トロークの空気路５２　　プランジャー・シリンダ５９，６０　　排気路７０，７２　　リング溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　シリンダ（１）とピストン（２）とイ
ンパクト・ヘッドと前方へのストローク及び後方へのス
トローク用の空気路（１２，１１）と圧縮空気源とを含
んでいるプランジャー摺動弁型空気衝撃装置において、
上記ピストン（２）は前・後二つの配気ロッド（３，４
）を持っており、前配気ロッド（３）はインパクト・ヘ
ッドとして使用され、後配気ロッド（４）内に軸方向の
空気路（４１）が設けられ、該空気路（４１）がピスト
ン（２）内の半径方向空気路（４２）を介して前方への
ストローク及び後方へのストローク用の空気路（４３，
４４）に連通できて、シリンダの前・後端にそれぞれ給
・排気通路（１１，５９，１２，６０）が設けられ、プ
ランジャー・シリンダ（５２）における二位置プランジ
ャー摺動弁（５）の両端に前方へのストロークと後方へ
のストローク用の給・排気通路（１２，５９，１１，６
０）を開閉するリング溝（７０，７２）が設けられ、シ
リンダの前・後蓋（１９，４９）の側壁に給気口（２０
，２１）があり、配気ロッド（３，４）の配気円柱面（
１７，１８）と小径部（１５，１６）により定量給気が
形成され、シリンダ本体に対して移動できる前・後空気
クッション蓋（６，７）の背面に緩衝空気クッション室
（３０，３１）があ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。