説明

水力式衝撃ユニット

本発明の衝撃ユニットは、水を動力源とする、ジャックハンマーまたはロックドリル用の衝撃ユニットであり、シリンダー内でスライド可能なピストンから成り、またストライカ部をその上に備えている。ピストン又は/及びシリンダーの少なくとも一部は、セラミックで被覆されている。セラミックとして最も適したものは、酸化アルミニウム−二酸化チタン複合物であり、これにより前記シリンダーの内径と前記ピストンの外径との間の隙間を、8〜10マイクロメートルにまで減少することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、破砕機としても知られるジャックハンマーや、ロックドリル、その他のインパクトツールにおける駆動装置として好適に使用される水力式衝撃ユニットに関する。
【背景技術】
【0002】
ジャックハンマーやロックドリルに動力を供給するために、衝撃ユニットを使用することが知られている。衝撃ユニットは、典型的には、油や油/水エマルジョンを作動流体として使用する閉ループ液圧装置によって動力を供給される。しかし、液圧装置がリークした場合、油や油/水エマルジョンが作業環境を汚染するといった不都合がある。これは、鉱坑深部などの密閉された作業環境では特に問題である。
【0003】
地中温度は一般に100メートル降下する毎に1.2〜2.6度上昇するので、深部採掘においては、その局部の温度が重要な問題となっている。4,000〜5,000メートルの深さの鉱坑では、周囲の気温は約60度に及ぶことになり、従ってこのような深部で人が作業を行うためには相当量の冷却が必要とされる。
【0004】
またこのような深さの鉱坑深部で使用するジャックハンマーやロックドリルの冷却も問題となっている。
【0005】
作動流体として油や油/水エマルジョンを使用する仕様の衝撃ユニットにおいては、水を作動流体として使用することは、水の粘度が油や油/水エマルジョンに比べて著しく低いために不可能である。通常の衝撃ユニットは、作動流体で作動されるピストンとシリンダーを備える。油や油/水エマルジョンを用いる衝撃ユニットにおける、シリンダー直径とピストン直径との間の間隙は、通常20〜50マイクロメートルである。そのようなユニットで油や油/水エマルジョンの代わりに水を用いた場合、上記間隙が大きすぎるためユニット内の水圧を保つことができない。すなわち、水はシリンダー内でピストンを作動せずにピストンを通過してしまう。更に、水は潤滑剤ではないので、衝撃ユニットの部品間の間隙を十分小さくしてシリンダーに対してピストンを密閉した場合には、互いに呼応して移動する部品が焼き付いたり溶着したりする傾向がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の目的は、水による動力の供給が可能であり、上記問題を実質的に低減させる衝撃ユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の第1の特徴によれば、シリンダー内で摺動可能なピストンを備え、ピストン及び/又はシリンダーの少なくとも一部分がセラミック被覆を有する、水により動力が供給される衝撃ユニットが提供される。
【0008】
好ましくは、ピストンはその上にストライカ部分を所持する。
【0009】
ピストン及び/又はシリンダーの少なくとも一部分にセラミック被覆を施すことにより、ピストン及びシリンダー間の間隙を十分減少できるので、部品間の焼付けを生じることなく水を作動流体として使用することが可能となる。この驚くべき効果は、水粒子がセラミックの表面細孔構造に捕捉されて、作動中にピストンとシリンダーを離間しておくためと考えられる。このように、水によっても、従来の油膜と同じく効果的に表面を潤滑することが可能である。
【0010】
前記セラミック被覆は金属酸化物を含有することが好ましい。セラミック被覆が酸化アルミニウム−二酸化チタン複合物であることが最も好ましい。
【0011】
好ましくは、ピストン及びシリンダーは概略円筒状である。
【0012】
シリンダーの内壁は、スリーブで形成してもよい。シリンダーの内径とピストンの外径との間の間隙は、好ましくは8〜10マイクロメートルである。
【0013】
好ましくは、充填水を加圧し、その加圧した充填水をピストン面に向けて誘導する圧力ユニットを設ける。圧力ユニットには、好ましくは、60〜70バールの気体を5〜10cc充填する。
【0014】
シリンダーに出入りする充填水を制御するための弁手段を設けることができる。好ましくは、弁手段は、シリンダーに対して摺動可能なスプール弁である。
【0015】
衝撃ユニットは、加圧水が20〜30リットル/分の流量で供給された時に作動するようにすることができる。好ましくは、水は100〜110バールで加圧される。
【0016】
衝撃ユニットは、流水量が20リットル/分の時にはツールには約1350打/分で作用することができる。或いは、衝撃ユニットは、流水量が30リットル/分の時にはツールに約1900打/分で作用することができる。
【0017】
好ましくは、水は閉ループの供給元から衝撃ユニットへ供給され、水は冷却及び/又は10マイクロメートルのフィルターでの濾過を行うことができる。
【0018】
本発明の利点は、万一リークしても、漏洩するのが無毒で不燃性の水のみであることである。本発明の更なる利点は、循環路に実質的に空気が存在しない閉ループ循環路を形成するために衝撃ユニットの腐食が回避されることである。
【0019】
衝撃ユニットは、ジャックハンマーや、ロックドリル、その他のインパクトツールで使用できる。
【0020】
本発明の第2の特徴によれば、本発明の第1の特徴による水力式衝撃ユニットを少なくとも一つ備えた鉱坑で使用するツール装置が提供される。
【0021】
好ましくは、一つ以上のツールが、作業層に沿って容易に前進できるように可動プラットフォームに取り付けられる。プラットフォームは、衝撃ユニットの使用時にプラットフォームが移動したり転倒しないように保持するために、坑道の天盤、側面、又は床面に係合するように移動可能な一つ以上の伸縮自在要素などの安定化手段を備えると有利である。
【0022】
本発明の第3の特徴によれば、作動液体が水である、閉ループ液圧装置が提供される。
【0023】
好ましくは、閉ループ液圧装置は、水槽、水を水槽からツールへ圧送するポンプ、及び水をツールから水槽へ運び戻す手段を備える。
【0024】
水槽は、大気圧、すなわち、大気に連通していてもよい。或いは、水槽は、大気と遮断して、大気圧以上又は以下の圧力に保持してもよい。
【0025】
ツールは衝撃ユニットであることが好ましい。衝撃ユニットは、ジャックハンマー或いはロックドリルでもよい。
【図面の簡単な説明】
【0026】
本発明を更に理解し、その実施の形態を更に明瞭に示すために、添付の図面に示す実施例により説明する。
【図1】ジャックハンマーに内蔵されたインパルスユニットの断面模式図
【図2】インパルスユニットを内蔵するロックドリルの斜視図
【図3】図2のロックドリルの部分分解斜視図
【発明を実施するための最良の形態】
【0027】
まず、図1を参照する。ジャックハンマー又は破砕機を符号10で示す。符号12で示す衝撃ユニットは、ハウジング14内に略収容される。ハウジング14の一端には、圧力ユニット又はアキュムレーター16が取り付けられ、ハウジング14の他端には、インパクトツール(図示せず)を誘導するツールガイド18が取り付けられる。例えばチゼルなどのツールをツールガイドに着脱可能に保持するツール保持具20が、ツールガイドの端部に設けられる。
【0028】
流体主制御弁24がハウジング14の側面に取り付けられ、トリガー30により手動で操作される。作動流体供給路26と戻り路28が流体主制御弁24に接続される。ジャックハンマー10は、2つのハンドル22を有し、そのうちの一つは流体主制御弁24にボルト結合され、もう一つはハウジング14に直接ボルト結合される。
【0029】
ハウジング14は、衝撃ユニット12の作動部品を略収納するシリンダーを形成する内部室32を有する。ストライカ部分35をその上に所持するピストン34が、ハウジング14内の室32内に同軸に保持される。ピストン34は、環状取付要素38、40によってハウジングに固定されるストライカスリーブ36に摺動係合して取り付けられる。摺動スプール弁42が、ストライカスリーブ36とハウジング14と角状取付要素38、40とにより区画された円筒状空間において、ストライカスリーブ36の周りに同軸に取り付けられる。ストライカスリーブ36には、作動空洞56に出入りする流体の流れを制御するために、ピストン34又はスプール弁42のどちらかにより選択的に開閉される複数のポートが設けられる。ピストンには、使用中にスリーブ36と実質的に液密に摺動係合するピストンの部分60、62との間に、縮径部分58が設けられる。
【0030】
ピストン34の、スリーブ36の内面と摺動係合する部分は、セラミックで被覆されている。或いは、スリーブ36の、ピストン34と摺動係合する部分はセラミックで被覆されている。セラミック被覆は、金属酸化物を含有し、最も好ましくは酸化アルミニウム−二酸化チタン複合物からなる。スリーブ36の内径とピストン34の外径との間の間隙は、8〜10ミクロメートルである。この間隙は、ピストンとスリーブの移動を可能とするが、ピストン34の端部に作用する高圧の水を密閉するのに十分小さくなっている。
【0031】
圧力ユニット16は、可撓性隔壁64によって密閉され、60〜70バールの圧力で通常、窒素などの気体で加圧されている。圧力ユニットは、この圧力で、5〜10ccの気体を含有する。
【0032】
使用中は、通常100〜110バールの高圧の水が20〜30リットル/分の流量でジャックハンマー10に供給される。加圧された水は、制御弁24を通過して、可撓性隔壁64の前にある室76に入る。圧力ユニット16中の気体は圧縮され、加圧下にある充填水が増加する。充填水の容積と圧力が一定値に達した時、スプール弁42が長手方向に変位し、充填水は作動空洞56へ誘導され、ピストン34の端部に作用する。これによって、ピストンがスリーブ36内を、ツールガイド内で保持されたツール(図示せず)へ向けて軸方向に摺動する。ピストンの端部がツールの端部に衝突し、ツールを前進させる。スプール弁40により、次のサイクルのために、ピストン44の復帰を制御する。
【0033】
衝撃ユニットは、流量が20リットル/分の時に約1350打/分でツールに作用する。流水量が30リットル/分に増加した時には、衝撃ユニット12はツールに約1900打/分で作用する。
【0034】
衝撃ユニット10に供給された水は、閉ループ供給元からのものであり、冷却及び10マイクロメートルフィルターによる濾過が行われる。水は、圧力の低い戻り路において濾過される。水を作動流体として使用できることは、もし閉ループ供給元がリークした場合、水が無毒で不燃性であるために健康及び安全上の問題を生じないという利点をもたらす。
【0035】
符号80で示すロックドリルにおける衝撃ユニット12を図2及び図3に示す。衝撃ユニット12は、前記と同様のハウジング14に保持され、圧力ユニット又はアキュムレーター16と共に前記と全く同様に作動される。しかしながら、ハウジング14は、水で作動されるドリル回転用水圧式モータを内蔵するツールガイド70に取り付けられる。ピストン34は、ジャックハンマー10のツールに対してと全く同様に、ドリルとしてのツールの端部に作用する。
【0036】
鉱坑での生産性を向上するために、多数のツール(図示せず)を、ツールが作業層に沿って容易に前進できるように移動可能なプラットフォームに取り付けることも可能である。プラットフォームは、衝撃ユニットの使用中にプラットフォームが移動したり転倒しないように保持するために、坑道の天盤、側面、又は床面に係合するように移動可能な伸縮自在要素で安定化できる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
シリンダー内で摺動可能なピストンを備え、その上にツールと係合するストライカ部分を所持し、ピストン及び/又はシリンダーの少なくとも一部分がセラミック被覆を有する、水により動力が供給される衝撃ユニット。
【請求項2】
前記セラミック被覆が金属酸化物を含有する、請求項1に記載の衝撃ユニット。
【請求項3】
前記セラミック被覆が酸化アルミニウム−二酸化チタン複合物である、請求項1又は2に記載の衝撃ユニット。
【請求項4】
前記ピストン及びシリンダーが概略円筒状である、前記請求項いずれかに記載の衝撃ユニット。
【請求項5】
前記シリンダーの内径と前記ピストンの外径との間の間隙が8〜10マイクロメートルである、請求項4に記載の衝撃ユニット。
【請求項6】
前記シリンダーの内壁がスリーブで形成された、前記請求項いずれかに記載の衝撃ユニット。
【請求項7】
充填水を加圧し、加圧した充填水を前記ピストン面に誘導するための圧力ユニットが設けられた、前記請求項いずれかに記載の衝撃ユニット。
【請求項8】
前記圧力ユニットが60〜70バールの気体5〜10ccで充填された、請求項7に記載の衝撃ユニット。
【請求項9】
前記シリンダーに出入りする充填水を制御するための弁手段が設けられた、請求項7又は8に記載の衝撃ユニット。
【請求項10】
前記弁手段が前記シリンダーに対して摺動可能なスプール弁である、請求項9に記載の衝撃ユニット。
【請求項11】
加圧水が20〜30リットル/分の流量で供給された時に作動するように構成される、前記請求項いずれかに記載の衝撃ユニット。
【請求項12】
前記水が100〜110バールに加圧された時に作動するように構成される、請求項11に記載の衝撃ユニット。
【請求項13】
流水量が20リットル/分の時に、衝撃ユニットがツールに約1350打/分で作用する、請求項11又は12に記載の衝撃ユニット。
【請求項14】
流水量が30リットル/分の時に、衝撃ユニットがツールに約1900打/分で作用する、請求項11又は12に記載の衝撃ユニット。
【請求項15】
ストライカ部分が前記ツールに直接係合する、前記請求項いずれかに記載の衝撃ユニット。
【請求項16】
前記請求項いずれかに記載の衝撃ユニットを有する、インパクトツール。
【請求項17】
閉ループ供給元から衝撃ユニットへ水を供給する水供給手段を設けた、請求項15に記載のインパクトツール。
【請求項18】
前記水供給手段が衝撃ユニットに供給される水を濾過する10マイクロメートルフィルターを備える、請求項16に記載のインパクトツール。
【請求項19】
前記水供給手段が衝撃ユニットに供給される水を冷却するクーラーを備える、請求項17又は18に記載のインパクトツール。
【請求項20】
インパクトツールがジャックハンマーである、請求項16〜19のいずれかに記載のインパクトツール。
【請求項21】
インパクトツールがロックドリルである、請求項16〜19のいずれかに記載のインパクトツール。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公表番号】特表2009−506903(P2009−506903A)
【公表日】平成21年2月19日(2009.2.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−529689(P2008−529689)
【出願日】平成18年9月7日(2006.9.7)
【国際出願番号】PCT/GB2006/003326
【国際公開番号】WO2007/029004
【国際公開日】平成19年3月15日(2007.3.15)
【出願人】(508071582)グレンクロス リミテッド (1)
【Fターム(参考)】