JPS5890476A - 衝撃モ−タ制御方法および衝撃モ−タ - Google Patents

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】 エイ，ルギ−Ｊｔ爾ｓ波エネルギーに変侠してこの爾縁
仮エネルギーを削岩機ステムま友はたかねのよ′）なａ
長い工具に伝達するよう構成された往復運動ハンマーピ
ストンを具える衝撃モータを制御する方法ｒζ関するも
のである。

本発明はまた，ハンマーピストンの衝撃速度を＄４贅す
る１４整装置を臭える上述し比形成の衝撃モータにーす
るものである。

削岩機において，ｌ打撃当りの衝撃エネルギーをノー大
させることによって貞逓量を成るレベルまで増大させる
ことができることは既知である．衝撃エネルギーを上述
したレベル以上に増大させる場合，貞通量は極く僅か増
大するだけで，これに反し、削岩機の岸耗が著しく増大
する。

華耗した削岩機は新しい削岩機または新しく研磨した削
岩機に比べて同じ貞通量を得るためにょ９１１ｉ６い衝
撃エネルギーを必賛とすることも当業者間において既知
である。

通常、削岩機においては、徐々に変化する削岩機の状態
および岩石の性買の変化とは無関係に。

１回の打撃当り一定の衝撃エネルギーでハンマーピスト
ンが衡撃を加える。

本発明の目的は，衝撃エネルギーを一層有効に利用する
ためＫ　衝撃エータを制御し得るようにするものである
．したがって、本発明にょる＊隼モータは，例えは、削
岩機またはジヤツキハンマーの衝撃モータとして用いる
ことができる．かがる目的は特許請求の範囲の特徴とす
る記載の部分に記載された特徴によって達成される。

ハンマーピストンの運動エネルギーは、ＰＡ岩機ステム
を構成し得る工具に圧縮波の形で伝達する。

岩を破砕するために利用されない衝撃波エネルギーの大
部分は圧縮波ま几は引張波の形で衝撃波エネルギーとし
て反射される．このエネルギーもまた一部が圧縮波とし
て、を九一部が引張波として反射され得る。

本発明によれは，反射衝撃波を感知し，この感知した反
射衝撃波に応答して衝撃速屍を調整する。

本発明による利点として，反射衝撃波に結合される運動
を感知し，この運動を最小にする．工具に送ｐカを伝達
し得みよ５，またハンマーピストンの衝撃速度に適合す
るよう構成された弾性的にｉ形可能の素子のはね返夛を
感知し，この変形可能素子のはね返夛が消失されないが
小さくなるようにするのが特に有利である．圧縮波エネ
ルギーは変形可能素子をはね返させるだけであるから僅
かなはね返シとすべきである、引張波エネルギーははね
返りに悪い影響を及ほすことがなく１はね返ｐが全くな
い場合には，衝撃速度は正確であるか５尚〈なり過さ゛
る。

以下，本発明を図面につき説明する。

第１図に示す衝撃装置は、流体圧削岩機，流体圧ジャー
，ジャック削岩機その他同様の装置を示す．図示の装置
は外匣ｌ／にシリンダ／Ｊを有し。

このシリンダ内にハンマーピストン／Ｊが往復運動して
タガネ，削岩機ステムまたは削岩機ステムのアダプタの
ようなアンピル素子／ｌに衝撃を加えるよう構成されて
いる．アンピル素子上の肩部ｌｊは反射圧縮衝撃波を緩
衝する緩衝ピストンｌ７のスリーブ／ｊ上に支持されて
いる．シリンダ室／Ｉは通路ｌタを経て絶えず加圧され
，このシリンダ室ｉｔ内の流体圧力によって緩衝ピスト
ンｌ７は図面に示すように前端位置に前方に押圧されて
いる。シリンダ室ｌｒ内の圧力は緩衝ピストンの環状ピ
ストン表面タ上に作用している．ハンマーピストン／Ｊ
はコ個のランドー〇．コＩを有し、これによりピストン
／３とシリンダーｌコとの間に前側シリンダ室λλと、
後側シリンダ室２３と，中間シリング室λ弘とが形成さ
れている。

ピストンｌ３は，その表ｒ１１１コｊに作用する圧力に
よって前方に推進され，表面コぶに作用する圧力によっ
て後方（推進される。弁コアは高圧流体源に通じる入口
λｔとタンクに通じる出口λりに接続されている。これ
らの入口２１および出ロコタに＃ｉアキュムレータ３０
，３／がそれぞれ接続される。中間シリンダ室２１は出
口２りに通路コナａＫよって絶えず接続される。弁コア
は後側シリンダ室コ３に供給通路３２を経て接続され、
前側シリンダ室２．２に供給通路３３を経て接続される
。

弁２７の弁スプール３４ｔは図示の位置において後側シ
リンダ室λ３を圧力流体源に接続し、前側シリンダ室、
２コをタンクに接続する。弁スプール３４Ｉ−の円筒形
端部３！、３６の端部はピストン表面を有し、このピス
トン表面は制御通路３７．≠２内の圧力を受け、これら
の通路はダ個の分岐通路にそれぞれ分岐され、したがっ
て制御通路３７．４！２はそれぞれ参個のボート３１ｒ
、３り、ｐｏ、　　グ／および！ｊ、　　４＋！≠、参
３．弘６を経てシリンダ／２に通じている。全部でｔ本
の分岐通路に円筒形孔弘７が交差して設けられ、この円
筒形孔４／−７内に円筒形ピン≠ｔが流体密に摺動可能
に設けられている。ピン＃ｌは２個の小径部参デ、ｎｏ
をＭする。ピン４！ＩＫ制御ピストン１１が一体に設け
られ、このピストン！ｊは１個のシリンダを２個のシリ
ンダ室Ｉｔ、１７に分割し、’ｔｔ％亀ビン参ｌＫはダ
ッシュポットピストンＪｌが一体に設けられている。

圧締空気は圧力調整器！デを経て２個の通路４０．４／
によって２個のシリンダ室Ｉｔ、１７にそれぞれ供給さ
れる０通路４１内には制限部４２が設けられている。

シリンダ室ｊ７は通路４３によって外匣ｌｌと緩衝ピス
トン１７上のランド４ｊとの間のシリンダ室４＃に連通
されている。ランド４ｊの前端面６４は外匣／／内の肩
部４７に対して衝合してアンビル素子ｌ弘の衝撃位置を
限定している。ランド４ｊＫは７個以上の通路１１が軸
線方向く頁通して設けられ、緩衝ピストン１７が第１図
に示すように正常位置に前方に押しつけられているｌハ
造路１１が閉止されるも、しかし、緩衝ピストン１７が
肩部≦７から離れる際には通路４２を経て大気に連通さ
れる。

次に、第１図に示す衝撃装置の作動につ′ｆ５説明する
。

ハンマーピストン１３は第１図に示されるようにその作
動ストローク中に前方に（第１図において左方に）移動
し、これによシ弁スプール３≠は図示の位置に位置する
。制御通路グλのボート弘ｊが後側シリンダ室コ３に対
して開放される際、制御通路≠コは圧力を制御ピストン
３ｔに作用して弁スゾール３４＆を笛１図に）いて右方
に移動する。ハンマーピストン１３がアンビル／弘に衝
突する瞬間、弁スゾール３≠はその運動を終了している
ことが好ましい。これがため、衝突の瞬間から前側シリ
ンダ室λλ内に存在している圧力はノ・ンマービスト／
ｌＪを後方に移動して制御通路３７の分岐通路弘Ｏを前
側圧力室ココに対して開放する。これにより、圧力通路
３７は制御ピスト／３ｊＶｃＥｆｌ力を作用し、弁スプ
ール３Ｖを図示の位置に戻し、これによって後側シリン
ダ室λ３は貴び加圧される。後側シリンダ室２３内の圧
力はハンマーピストン１１の動きを遅らせ、このハンマ
ーピストンを再び前方に加速し、これによってハンマー
ピストン／３は他の作動ストロークｔ’行なう。

弁スプール３参は環状表面ｊ２．！３と内部通路ｓｉ、
ｚ４Ｌを有し、これにより、活ＩＪ両ピストン３ｊｔ、
３４がピストンを匈実に保持しない期間、斤スプールを
所定位置に保持する。環状表［ｊＪ。

！３はピストン３！、３４の端部より小さい。

ビン≠ｌが図示の位置にある除、制御通路３７のボート
参〇および制御通路４Ａ２のボートμｊは弁スツールシ
フト位ｔｊｊｔｔ−造るボートとなる。他のボートは作
用しない、ピンｔｉ−ｔの他の位置においては、３対の
ボート３１．≠３；３り、弘≠および≠／、弘４のそれ
ぞれのうち一対のボートが協働して弁を制御するよう選
択される。

ハンマーピストンの復帰ストローク中に前側シリンダ室
２２に対して開放されるボート３１〜≠ｉｏ＠初の一つ
が弁スプール３弘をシフト位置に動かし始める。これが
ため、ビンの軸線方向位値を調整することによって、オ
ペレータはノ１ンマービスト／のストローク長さを予め
選択する。ボート弘３〜弘４間の軸線方向距離はボート
Ｊｌ〜Ｆ／間の対応する軸線方向距離に比べて小さい。

シリンダー内のボート弘３〜≠４の軸線方向位置を各ス
トローク長に対して適切に選定することによって、ボー
ト弘３〜−乙の選択されたボートはハンマーピストンの
衝撃位置より所定距離手前で閉止されず、また、ハンマ
ーピストン／Ｊがアンビル素子ｌ弘に衝撃する際に前側
圧力室を加圧する位置に弁スプールが頂匿動かされるよ
うにすることができる。ボート弘３〜１４間の距離を適
切に選定することによって、Ｎ個のボートのうちの選択
され友１個のボートが衝突する前の成る期間無関係に開
放されるようにすることができる。

反射による圧縮衝撃波がない場合には、綾振ピストン１
７ははね返されることなく１通路４３は絶えず閉止され
る。これがため、ピストンＪＪｔｌＣ作用する圧力は釣
合う、ピスト：ｙｊｊｑ）面積差によって、ピストン１
１は第１図において左方Ｋｓ動し、したがって、緩衝ピ
ストン１７がはね返り運動し始めるまで、ハンマーピス
トンのストローク長は減少する６周期的はね返シ運動に
よって空気が通１６４３を経て漏洩し、これにより室ｊ
７円の圧力は低下し、ピストンは第１図において左方へ
の動きを停止する。ピストンは緩衝ピストン１７が殆ん
どはね返９運動を行なわない位置に均衡させる必要があ
り、これは圧紬波としてのエネルギー反射量が価かであ
ることを意味している。ピストンの釣合はその面積差、
制限部４−１供給空気圧および当然のこととして、緩衝
ピストン１７によって限定される。ダッシュポットピス
トンｉｔは緩衝ピストン１７の動きを遅らせ、制御ｔ＊
に安定化する。

削岩機ビットが新しいか、を几は、新しく再研磨された
ものである場合、＊撃波エネルギを少なくする必要があ
タ、ストローク長は自動的に減小され、これによ）削岩
機ビットは不必要に急速に摩耗しない、したがって、削
岩機ビットが摩耗するにつれてストローク長が増大する
。ストローク梃はまた岩石の性質およびロッドの延長に
よる削岩機ステムの長さに対して自動的に調査される。

第２図はピン４ＩＬｌを制御する装置の他の実施例を示
す、ピンａｔにプランジャピストン７１を固定し、逆止
弁７Ｊを設は九通路７コによって緩衝ピストン／７のシ
リンダ室／Ｉとプランジャピストン７１のシリンダ室７
＃とを直接に接続している。逆上弁７３をバイパス通路
７ｊによって７５イパスさせ、この通路７ｊに制限部７
６を設けている。ピン４Ａｔとプランジャピストン７１
との間の環状ランド７７によって幅広のシリンダを２個
の７リング室７１，７りに分割する。シリンダ室７ｔは
通路１０を経て絶えずドレンに通じ、シリンダ室７りは
通路１／を経て絶えず加圧されている。流体正系の圧力
レベルに敏感に影譬されないようにするため、シリンダ
室７りにおける環状面積をプランジャ面積に等しくする
必要がある。スプリングｌコはビン参ｌを第２図におい
て左方に押圧するよう構成されている。

削岩作業中、Ｉｌ術ピストン１７の社ね返りによって室
Ｉｔ内の圧力がピーク値になる。正常圧力レベルにおい
て閉止状態にある逆止弁７Ｊは、各ピーク圧力に対して
開放して小量の流体をプランジャシリンダ７＃に供給し
、プランジャピストン７ノはスプリングの作用に抗して
ピンａｔを図面において右方に移動し、これＫよってノ
１ンマーピストンＩＪのストロークの長さが第１図につ
き述べ友ように増大する。はね返り運動が減小する１１
！。

スプリングｔコはプランジャ７１およびピン参ｔを、は
ね返りが再び増大するまで、第２図において左方に押し
動かす。かようにして、第１図の例におけると同様（、
ピンａｔは圧Ｓ＊撃波に応答して制御される。

第１図およびＷｃ２図に示す衝撃モータにおいては、緩
衝ピストン１７は限定正常位置に前方に押圧され、外匣
／／に加えられる送９力が緩衝ピスト／のピストン表面
りに加えられる力より小さいことを条件として、緩衝ピ
ストン１７は各衝撃前に限定正常位［に復帰またはほぼ
復帰する。

第Ｊ図Ｌ１衝撃の瞬間において、アンビル素子の衝撃表
面の位置の成る程度の制限内での変動を許容する弁コア
の制御系を具える流体圧衝撃モータを示す、したがって
、緩衝ピストン１７は第３図に示すように浮動状１ｉＫ
ある。ピン参ｌは弁制御通路Ｊ７だけを制御し、弁制御
通路参コを制御しない、ビンａｔはＩＩ１図に示すと同
様に制御圧力の圧縮空気によって制御されるが、しかし
、第１図に示す例とは１通路≦３の通気方法を相違して
いる、室Ｉｔには、供給通路ＩＩから逆止弁Ｉｔを経て
制御圧力の圧縮空気が供給され、これにより室Ａｔ内の
空気は空気はねを形成するよう構成されている。カウン
ターピストン１７の塊状ピストン表面ｔｔ＃ｉシリンダ
室１７内に位置し、使用時、シリンダ室１７は供給通路
ｌ！に接続されている仁とくよって絶えず加圧される。

カウンターピストン１７のピストン表面ｉｔは緩衝ピス
トン１７のピストン表面りに比べて実質的に小さいこと
が必要である。

削岩を開始する際、圧縮空気は先づ供給通路４ｏ、Ａｔ
、ＩＩＫ供給されて緩衝ピストン１７は第３図において
左方に移動する。送り力を外匣／／に供給して衝撃モー
タを始動する除、外匣／／は前方に移動し、すなわち、
緩衝ピスト／１７は外匣／／内に内方に移動し、これに
よって。

表面２に作用する空気はね力と表面ｉｔに作用する力と
の合力が送シカと内部反動力との合力に釣合うまで、室
ｌｔ内の空気は圧縮される。

緩衝ピストンがはね返る際、カウンターピストンｔ７は
追従するが、しかし、はね返９の加速度が極めて高いた
め、緩衝ピストン１７とカウンターピストンｔ７との間
に間隙りＯが一時的に生ずる。この一時的間隙によって
漏洩通路が生じ、この通路を経て通路ｔ３がアンビルｌ
参とカウンターピストンｔ７との間の隙間２／を経て大
気に通気する。かように通路ｔ３を通気することによっ
てピン弘ｔの位置を第１図につき述べたと同様に制御す
る。

上述した実施例では、反射による圧縮衝撃波に関係する
動きだけを感知している。−次圧縮衝撃波および反射引
張衝撃波はいづれも緩貴ピストン／７のはね返りを引き
おこすことがなく、これにより装置を極めて簡単な構造
にすることができる。

他の方法として、削岩機ステムの動きを１例えば、光エ
ミッタ、光学ファイバー束およびフォトセルによって感
知することができる。フォトセルからの電気的信号を分
析および処理して上述の図示の形式の制御ピン弘ｌまた
はハンマーピストンの衡撃速度を調整する他のｓｒｓの
装置を制御するための制御信号を得ることができる。か
ようにして１反射した衝撃波に関連する動きを一次衝撃
波と比較し、これらの動きの長さの比に応答して衡撃速
度を調整するの−が有利である。

第１図、グコ図または第３図に示す衝撃装置を削岩機と
する場合の前端′を８ｇ弘図に“示す、この場合、アン
ビル素子ｌ弘の肩部／ｊは削岩機ステムアダプターｌ弘
の非円形拡がり部分りｌの稜端撤面／ｊとなる１部分り
ｌはチャックブシュタλに掛合し、このブシュには挿入
ブシュタＪが設けられ、これにより挿入ブシュはチャッ
クブシュと一体に回転する。テヤツクブシュタλは駆動
軸りｊおよび歯車装置Ｐ４ｃを介して図示せざる回転モ
ータによって１転される。

回向には、孔ｕ７と交差するμ個の通路をそれぞれ備え
るたったｌ個のボー）７１−参／および孔＄７と交差弘
個の通路をそれぞれ備えるたったｌ個のボー）４Ｃｊ〜
１４が示さｉしているが、Ｗ御を実質的に無段階に行な
うた。めには、別々のボートおよびそれらの通路を互い
−に軸方向に重合させることが有利でありかつ望ましい
、このためボートおよびそれぞれの通路を、それらが互
いに軸方向に重合するが別々のままとなるように１例え
は２列または３列に軸方向に配置することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は削岩機の衡撃モータのような本発明による衝撃
モータの縦断面図、第コ図は本発明の第１の夷ぬ例によ
るｖｋ隼モータの縦断面図、第３図は本発明の第３の実
施例による衝撃モータの縦断面図、第参図はｍ１図、第
一図または第３図に示す衝撃モータを取付けた削岩機の
前端の縦′＃ｆｒ向図である。 ｌ３・・・・・・ハンマーピストン、／４１！・・・・
・・アンビル。 １７・・・・・・緩衝ピストン、弘ｌ・・・・・・円筒
形ピン。 ｊｊ・・・・・・ピストン、７／・・・・・・プランジ
ャピストン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｔ　往復運動ハンマーピストンα１を具える衝撃モータ
   を制御してアンビルＩ上に衝撃を加える際に運動エネル
   ギーを衝撃波エネルギーに変換し。 この衝撃波エネルギーを削岩機ステムま友はたがねのよ
   うな細長い工具に伝達する衝撃モータ制御方法において
   、反射衝撃波を感知し１反射衝撃波エネルギーが最小に
   なるように感知した反射衝撃波に応答して前記ハンマー
   ピストンα謙の衝撃速度を調整することを特徴とする衝
   撃モータ制御方法。 ２　前記ハンマーピストンα謙のストローク長を＃１１
   ｉシてハンマーピストンの衝撃速度を調整することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３　前記反射衝撃波エネルギーを小さくして夷賞的に圧
   縮波エネルギーの形にするようハンマーピストン０３の
   衝撃速度を調整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項に記載の方法。 弘　反射衝撃波に結合された動きを感知することを特徴
   とする特許請求の範囲第ｉ−ｉ項のいずれか１項に記載
   の方法。 よ　反射衝撃波に結合された動きおよび一次衝撃波に結
   合されたＷｂきを感知し、前記動きの長さの比に応答し
   て衝撃速ｋを調整すること＊＊像とする特許請求の範［
   第参項に記載の方法。 五　アンビルａ４上に衝撃を加える腺に運動エネルギー
   を衝撃波エネルギーに変換してこの衝撃波エネルギーを
   削岩機ステムまたはたがねのような細長い工具に伝達す
   るよう構成された往復運動ハンマーピストンＱ３と、こ
   のハフ１−ピストンＯＩＩ撃速度をｖ４釡する一Ｎｋ装
   置−とを具える衝撃モータにおいて１反射衝撃波に結合
   された動きを感知して反射衝撃波エネルギーを最小にす
   るよう反射ａＳ波の量に応答して前記ｍｕ妓装−を制御
   する装置（５５，７１）を具えることを特徴とする倫撃
   七−タ。 ７　前起工具に送り刀を伝達するよう弾性的に父形ｕＪ
   藺の索子σｎが設けられ、この変形可能索子０ηのはね
   返りを感知して変形可能索子ａηのはね返り鼠が存在す
   るも小さくなるように前記ｇ４整装置崗をＩｔＩＩＪ御
   するよう前記感知装置（５５）を構成したことをｔ＋＋
   像とする特許請求の軛西第４項に記載の衝撃モータ。