(57)【要約】  本発明は、加圧可能な流体ボリューム（８）を受ける推進チャンバー６と推進チャンバー（６）で受ける衝撃ピストン（１０）とを備える岩盤破砕工具用インパルス発生器（２）に関わるものであり、衝撃ピストン（１０）は流体ボリューム（８）の圧力ピークを工具（１２）のインパルスに変換するよう構成され、推進機構（１４）からのエネルギーを工具（１２）のインパルスに変換することが、推進チャンバー（６）のボリュームを低減することで行われ、衝撃ピストン（１０）は推進チャンバー（６）の圧力ピークによって前方に駆動される。また本発明はインパルス発生器（２）を備える流体力インパルス工具にも関わる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
岩盤破砕工具用インパルス発生器（２）であって、加圧可能な流体ボリューム（８）を受ける推進チャンバー（６）と、推進チャンバー（６）で受ける衝撃ピストン（１０）とを備えている岩盤破砕工具用インパルス発生器において、
衝撃ピストン（１０）が、流体ボリューム（８）の圧力ピークを工具（１２）のインパルスに変換するよう構成され、それにより推進チャンバー（６）のボリューム低減によって、推進機構（１４）からのエネルギーを工具（１２）のインパルスに変換し、衝撃ピストン（１０）が推進チャンバー（６）における圧力ピークによって前方へ駆動される、
ことを特徴とするインパルス発生器。
【請求項２】
インパルス発生器（２）がピストン・チャンバー装置（１６、２２、３０、３４；６、２０、２８、３２）を備え、チャンバー（６、２０、２８、３２）に配置された少なくとも１つのピストン（１６、２２、３０、３４）の動きによって推進チャンバー（６）のボリュームを低減させることを特徴とする請求項１に記載のインパルス発生器。
【請求項３】
ピストン・チャンバー装置（１６、２２、３０、３４；６、２０、２８、３２）が、１つ以上のピストン（１６、２２、３０、３４）を備えていることを特徴とする請求項２に記載のインパルス発生器。
【請求項４】
推進チャンバー（６）が衝撃ピストン（１０）の配置されているメインチャンバー（１８）と、メインチャンバー（１８）に接続された少なくとも１つのサイドチャンバー（２０、２８、３２）とを備え、推進機構（１４）からのエネルギーを工具（１２）のインパルスに変換することが、サイドチャンバー（２０）のボリュームを低減させることによって行われ、衝撃ピストン（１０）が推進チャンバー（６）における圧力ピークによって前方へ駆動される、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のインパルス発生器。
【請求項５】
少なくとも１つのサイドチャンバー（２０）内のピストン（２２）が、工具（１２）に対して軸方に動くことを特徴とする請求項４に記載のインパルス発生器。
【請求項６】
少なくとも１つのサイドチャンバー（２８）内のピストン（３０）が、工具（１２）に対して放射状に動くことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のインパルス発生器。
【請求項７】
少なくとも１つのサイドチャンバー内のピストンが、工具に対して傾斜しているラインに沿って動くことを特徴とする請求項４〜６の何れか一項に記載のインパルス発生器。
【請求項８】
ピストン・チャンバー装置が、ピストン・シリンダー装置（１６、２２、３０、３４；６、２０、２８、３２）であることを特徴とする請求項２〜７の何れか一項に記載のインパルス発生器。
【請求項９】
インパルス発生器が、回転駆動するようｉ構成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インパルス発生器。
【請求項１０】
インパルス発生器が、カムフォロア装置（３８；２２、３０、３４）で駆動するように構成されていることを特徴とする請求項９に記載のインパルス発生器。
【請求項１１】
ピストン（２２、３０、３４）が、カムディスク（３８）のカム曲線通路（３６）に対して走行することを特徴とする請求項１０に記載のインパルス発生器。
【請求項１２】
カム曲線通路（３６）が、内側又は外側にあることを特徴とする請求項１１に記載のインパルス発生器。
【請求項１３】
ピストンが、円錐形のカム曲線通路（３６）に対して走行することを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載のインパルス発生器。
【請求項１４】
カム曲線通路（３６）が、各ピストン（１６、２２、３０、３４）について同一であることを特徴とする請求項１１〜１３の何れか一項に記載のインパルス発生器。
【請求項１５】
すべてのピストン（１６、２２、３０、３４）のカム曲線通路（３６）が、同期化され、すべてのピストン（１６、２２、３０、３４）がメインチャンバー（１８）に対して同期的に動くことを特徴とする請求項１１〜１４の何れか一項に記載のインパルス発生器。
【請求項１６】
インパルス発生器（２）のカム曲線通路（３６）が、別個のモーターで駆動されることを特徴とする請求項１１〜１５の何れか一項に記載のインパルス発生器。
【請求項１７】
インパルス発生器（２）のカムディスク（３８）を駆動する力が、機械的に、流体力的に又は電気的に発生されることを特徴とする請求項１１〜１６の何れか一項に記載のインパルス発生器。
【請求項１８】
カムディスク３８）の慣性モーメントが、エネルギーの流れの均衡をとるために使用されることを特徴とする請求項１１〜１７の何れか一項に記載のインパルス発生器。
【請求項１９】
ピストン（１６、２２、３０、３４）が、それらの入行及び出行動作の両方に関係するカムディスク（３８）のカム曲線（３６）によって強制的に案内されることを特徴とする請求項１１〜１８の何れか一項に記載のインパルス発生器。
【請求項２０】
カムディスク（３８）が工具（１２）に対して軸方向に移動でき、カムディスク（３８）のカム曲線（３６）に対して走行するピストン（１６、２２、３０、３４）がカムディスク（３８）の軸方向位置に依存して種々のカム構造に合うようにされていることを特徴とする請求項１１〜１９の何れか一項に記載のインパルス発生器。
【請求項２１】
カムディスク（３８）が工具（１２）に対して軸方向に移動でき、カムディスク（３８）のカム曲線（３６）に対して走行するピストン（１６、２２、３０、３４）がカムディスク（３８）の軸方向位置に依存して一回転当り異なる数のカムに接触するようにされていることを特徴とする請求項１１〜１９の何れか一項に記載のインパルス発生器。
【請求項２２】
カムディスク（３８）が、カムディスク（３８）の構造を変えるために相互に対して回転し得るよう配列されたディスク構成要素を相互に１つ以上備え、可変カム曲線（３６）を作ることができることを特徴とする請求項１１〜２１の何れか一項に記載のインパルス発生器。
【請求項２３】
カムディスク（３８）が、作動中工具（１２）に対して手動又は自動で軸方向に移動できることを特徴とする請求項１１〜２２に記載のインパルス発生器。
【請求項２４】
カムディスク（３８）が交換可能に構成され、インパルス発生器（２）の特徴が掘削条件に適応できることを特徴とする請求項１１〜２３の何れか一項に記載のインパルス発生器。
【請求項２５】
インパルス発生器（２）が、カムディスク（３８）回転方向に依存して種々の特徴を達成することを特徴とする請求項１１〜２４のいずれか一項に記載のインパルス発生器。
【請求項２６】
カムディスク（３８）の回転が、直接或いはギア機構を介して工具（１２）を回転するのに使用されることを特徴とする請求項１１〜２５の何れか一項に記載のインパルス発生器。
【請求項２７】
インパルス発生器（２）の駆動手段が、ラジアルピストンエンジンとして構成されることを特徴とする請求項１〜２６の何れか一項に記載のインパルス発生器。
【請求項２８】
多数のサイドチャンバー（２０、２８、３２）が、メインチャンバー（１８）の周囲に配置されることを特徴とする請求項１〜２７の何れか一項に記載のインパルス発生器。
【請求項２９】
メインチャンバー（１８）が円形の断面を有することを特徴とする請求項１〜２８の何れか一項に記載のインパルス発生器。
【請求項３０】
推進チャンバー（６）が、約４００乃至１０００Ｈｚの周波数（振動数）に適応されていることを特徴とする 請求項１〜２９の何れか一項に記載のインパルス発生器。
【請求項３１】
推進ピストン（１６、２２、３０、３４）及び衝撃ピストン（１０）が、冷却及び潤滑用に適した整合排出孔及び／又は排出チャネルを有することを特徴とする請求項１〜３０の何れか一項に記載のインパルス発生器。
【請求項３２】
推進チャンバー（６）に、静的基圧力が加えられることを特徴とする請求項１〜３１の何れか一項に記載のインパルス発生器。
【請求項３３】
プレストレスバネ（４０）が、メインチャンバー（１８）から離れた方向にサイドチャンバー（２０、２８、３２）内のピストン（２２、３０、３４）を押すよう構成されていることを特徴とする請求項１〜３２の何れか一項に記載のインパルス発生器。
【請求項３４】
メインチャンバー（１８）が、少なくとも１つの流体チャネル（４２）を介して少なくとも１つのサイドチャンバー（２０、２８、３２）に接続されていることを特徴とする請求項２〜３３の何れか一項に記載のインパルス発生器。
【請求項３５】
メインチャンバー（１８）と、少なくとも１つのサイドチャンバー（２０、２８、３２）が、互いに直接接触することを特徴とする請求項２〜３４の何れか一項に記載のインパルス発生器。
【請求項３６】
推進チャンバー（６）が、流体ボリュームにおいて、水、シリコンオイル、作動油、鉱油、不燃性作動油のグループのうちから１つの流体を受けるということに適していることを特徴とする請求項１〜３５の何れか一項に記載のインパルス発生器。
【請求項３７】
上記請求項１〜３６の何れか一項に記載のインパルス発生器（２）を備える流体力インパルス工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、岩盤破砕工具のインパルス発生器及びインパルス発生器を備えるインパルス工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の岩盤破砕工具においては、シリンダー内で空気圧或いは油圧によって前後に動くようにされるピストンが使用され、かかるピストンは、例えばドリル鋼軸を介して直接的に或いは間接的にドリル鋼体の端部に対して打撃し、岩盤を打撃する。比較的大きな質量を有するピストンが、素早くドリル鋼体に向かって動くことにより、岩盤からドリル鋼体を引き離そうとする望ましくない動的加速力が掘削装置に生じる。
【０００３】
上記の動的加速力を低減させるために、従来の岩盤破砕工具と違って、衝撃力の変換中シリンダー内で前後に可動せず、また衝撃振動数を高める可能性をもたらすピストンを有する岩盤破砕工具を用いて幾多の取り組みが為されてきた。
【０００４】
英国特許第２０４７７９４Ａ号には、ドリル鋼体側に相対するピストンの側でエネルギー蓄積空間に圧力が作られると同時にピストンがドリル鋼体から離れる方向に動くことによってプレテンションされる岩盤破砕工具が開示さている。次いで急激にピストンを解放することによって、エネルギー蓄積空間における圧力は高速でドリル鋼体に向かってピストンを押し、応力パルスがドリル鋼体を打撃する。
【０００５】
国際公開第０３／０９５１５３Ａ１号には、ドリル鋼体側に相対するピストンの側のエネルギー蓄積空間に圧力が作られると同時にピストンがドリル鋼体から離れる方向に動くことによってプレテンションされる別の岩盤破砕工具が開示されている。次いで急激にピストンを解放することによって、エネルギー蓄積空間における圧力は高速でドリル鋼体に向かってピストンを押し、応力パルスがドリル鋼体を打撃する。
【０００６】
米国特許出願第２００４／０２２６７５２号には、ドリル鋼体側に相対するピストンの側のエネルギー蓄積空間に圧力が作られると同時にピストンがドリル鋼体から離れる方向に動くことによってプレテンションされる更に別の岩盤破砕工具が開示されている。エネルギー蓄積空間は、この場合金属ロッドである。次いで急激にピストンを解放することによって、エネルギー蓄積空間における圧力は高速でドリル鋼体に向かってピストンを押し、応力パルスがドリル鋼体を打撃する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
大きな動的加速力が起こる問題点は、岩盤破砕工具にインパルス発生器を設けることで本発明により解決され、本インパルス発生器は、加圧可能な流体ボリュームを受ける推進チャンバーと、推進チャンバーで受ける衝撃ピストンとを備え、かかる衝撃ピストンは流体ボリュームの圧力ピークを工具のインパルスに変換するよう構成され、それにより推進チャンバーのボリュームを低減させることによって、推進機構からのエネルギーを工具のインパルスに変換し、その結果衝撃ピストンは推進チャンバーにおける圧力ピークによって前方へ駆動される。
【発明の効果】
【０００８】
本インパルス発生器が請求項１に記載の特徴を備えることによって、低い動的加速力で工具にインパルスを変換することができるインパルス発生器を提供できるという利点が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
【００１０】
図１は、インパルス発生器２の第一の実施形態を縦断面図で概略的に示し、このインパルス発生器２は、加圧可能な流体ボリューム８を受ける推進チャンバー６を備えたハウジング４を有し、推進チャンバー６には衝撃（インパルス）ピストン１０が受けられており、衝撃ピストン１０は、流体ボリューム（体積又は容量）８の圧力ピークを工具１２のインパルスに直接又は間接変換するように構成され、推進機構１４からのエネルギーを工具１２のインパルスに変換することは、推進チャンバー６のボリュームを低減することによって行われ、それにより衝撃ピストン１０は推進チャンバー６の圧力ピークによって前方に駆動される。衝撃ピストン１０が工具１２に近接して設けられている場合、インパルスは、直接的に変換されるが、例えば中間ドリル鋼軸（図示されていない）を介して間接的にも変換できる。
【００１１】
図面において、推進チャンバー６は、推進チャンバー６における流体ボリューム８の圧力が低い位置に示されており、かかる状態では、衝撃ピストン１０はその第一の端部位置、すなわち工具１２から最大に離間した終端位置に位置している。この位置では、推進チャンバーは、好ましくは、ピストン・チャンバー装置内の推進チャンバー６のピストン１６が上記の終端位置にあることによって、最大限に拡張され、推進チャンバー６のボリュームは最大限に大きくなる。ピストン・チャンバー装置はまた、推進チャンバー６内に１つ以上のピストン１６を備えてもよい。この図示された位置への衝撃ピストン１０の戻り運動は、例えば、空気或いは流体で推進チャンバー６の側に相対する衝撃ピストン側のチャンバー９を加圧することで、或いはこの空間にバネ１１を設けることで、或いはインパルス発生器２を実装した削岩装置全体を岩盤に向かって前方に動かすことで、引き起こされる。この場合、推進チャンバー６内には止め部材として肩部７が設けられるべきである。
【００１２】
図２は、インパルス発生器２の第二の実施形態を縦断面図で概略的に示し、このインパルス発生器２は、加圧可能な流体ボリューム８を受ける推進チャンバー６を備えたハウジング４を有し、推進チャンバー６内には衝撃ピストン１０が受けられており、衝撃ピストン１０は、流体ボリューム８の圧力ピークを工具１２のインパルスに直接又は間接変換するよう構成されている。推進チャンバー６は、メインチャンバー１８と、メインチャンバーに接続された少なくとも１つのサイドチャンバー２０とを備えている。衝撃ピストン１０は、この場合、メインチャンバー１８内に配置されている。推進機構１４からのエネルギーを工具１２のインパルスに変換することは、サイドチャンバー２０及び、ひいては推進チャンバー６のボリュームを低減させることによって行われ、衝撃ピストン１０は推進チャンバー６内の圧力ピークによって前方へ駆動される。
【００１３】
図２において、推進チャンバー６は、推進チャンバー６における流体ボリューム８の圧力が低く、衝撃ピストン１０がその第一の端部位置、すなわち工具１２から最大に離間して位置した終端位置に位置されている位置に示されている。この位置において、推進チャンバー６は、好ましくは、ピストン・チャンバー装置内のサイドチャンバー２０内のピストン２２が、サイドチャンバー２０のボリュームが最大限に大きくなる上記の終端位置にあることによって、最大限に拡張される。
【００１４】
図３は、図２によるインパルス発生器２の縦断面図を概略的に示しており、推進チャンバー６が図示した状態では、推進チャンバー６における流体ボリューム８の圧力は高く、衝撃ピストン１０がその第二の端部位置、すなわち工具１２から最小に離間した終端位置に位置している。この位置では、推進チャンバー６は、好ましくは、ピストン・チャンバー装置内のサイドチャンバー２０のピストン２２が、サイドチャンバー２０のボリュームが最小限に小さくなる上記の終端位置にあることで加圧され、衝撃ピストン１０は流体ボリューム８の圧力ピークを工具１２のインパルスに変換する。サイドチャンバー２０内のピストン２２及びメインチャンバー１８内の衝撃ピストン１０は、好ましくは、冷却または潤滑用の公知の形態の整合した排出孔及び／又は排出チャネル（図示されていない）を有する。
【００１５】
推進チャンバー６は、好ましくは、およそ４００乃至１０００Ｈｚの周波数（振動数）に適しており、また好ましくは、メインチャンバー１８から離れる方向にサイドチャンバー２０内のピストン２２を押す静的其本圧力が印加される。任意ではあるが、メインチャンバー１８から離れる方向にサイドチャンバー２０内のピストン２２を押し出すようにプレストレスされたバネ４０を設けてもよい。推進チャンバー６は、好ましくは、流体ボリュームにおいて、水、シリコンオイル、作動油、鉱油、不燃性作動油のグループのうちから１つの流体を受けるようにされる。メインチャンバー１８は、好ましくは円形の断面を有し、少なくとも１つの流体チャネル４２を介してサイドチャンバー２０に接続されてもよいし、或いは任意ではあるがチャンバー１８、２０は相互に直接接触してもよい。
【００１６】
図４は、本発明によるインパルス発生器２の第三の実施形態を縦断面図で概略的に示している。この実施形態は、推進チャンバー６が２つのサイドチャンバー２０、２８を備えている点で図２に示されたものとは異なっている。図４において、推進チャンバー６は、好ましくは、それそれのサイドチャンバー２０、２８内のピストン２２、３０がサイドチャンバー２０、２８の両方のボリュームが最大限に大きい終端位置にあるということによって、推進チャンバー６が最大限に拡張した状態で示されている。サイドチャンバー２０、２８内のピストン２２、３０は、工具１２に対して軸方向に（ピストン２２参照）、或いは工具１２に対して半径方向に（ピストン３０参照）、或いは工具に対して傾斜しているラインに沿ってのいずれにも動くことができる。
【００１７】
図５は、本発明によるインパルス発生器２の第四の実施形態を縦断面図で概略的に示している。この実施形態は、推進チャンバー６がそれぞれピストン２２、３０、３４を備えた３つのサイドチャンバー２０、２８、３２を備えている点で図２に示されたものとは異なっており、サイドチャンバー２０、２８、３２はメインチャンバー１８の周囲に配置されている。当然推進チャンバー６はまた、メインチャンバー１８の周囲に対称的或いは非対称的のいずれでも配置される３つ以上のサイドチャンバー２０、２８、３２を備えてもよい。インパルス発生器は、ピストン２２、３０、３４がカムディスク３８のカム曲線通路３６に接して走行する、すなわちカムフォロア装置で回転駆動されるように構成されてもよく、かかるカム曲線通路は内側でも外側でもよい。
【００１８】
カム曲線通路は、それぞれのピストンについて直線でも或いは円錐形でも、また同一でも或いは異なるものであってもよい。すべてのピストンのカム曲線通路は、好ましくは、すべてのピストンがメインチャンバーに対して同期して動くことができるよう同期化される。インパルス発生器のカムディスクは、別個のモーターで駆動されてもよく、インパルス発生器のカムディスクを駆動する力は、機械的に或いは油圧式に或いは電気的に発生される。さらにカムディスクの慣性モーメントは、エネルギーの流れの平衡をとるために使用されてもよい。ピストンの動きは、それらの入行及び出行動作の両方に関係するカムディスクのカム曲線通路によって強制的に案内されてもよい。１つの選択肢として、カムディスクは、カムディスクのカム曲線に対して走行するピストンが、カムディスクの軸方向位置に依存して種々のカム構造に適合できるように工具に対して軸方向に移動できる。別の選択肢として、カムディスクは、カムディスクのカム曲線に対して動くピストンが、カムディスクの軸方向位置に依存して一回転当り異なる数のカムに適合できるように工具に対して軸方向に移動できる。
【００１９】
また、カムディスクは、カムディスクの幾何学的構造を変えるために、相互に相対的に回転できるように配列されたディスク構成要素を相互に１つ以上備えることができ、それにより可変カム曲線を作ることができる。好ましくは、カムディスクは作動中工具に対して手動或いは自動で軸方向に移動できる。さらにカムディスクは交換可能に構成することができ、それによりインパルス発生器の特徴は複数の掘削条件に適応され得る。さらにカムディスクは、インパルス発生器がカムディスクの回転する方向に依存して種々の特徴を達成することができるように非対称的な幾何学的構造で構成されてもよい。直接的或いはギア機構を介してのカムディスクの回転は、工具を回転するために使用してもよい。また、インパルス発生器の駆動はラジアルピストンエンジンとして構成されてもよい。
【００２０】
特許請求の範囲内において、ここに説明された種々の随意的な実施形態を組み合わせることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】インパルス発生器の第一の実施形態を概略的に示す縦断面図。
【図２】インパルス発生器の第二の実施形態を概略的に示す縦断面図。
【図３】図２によるインパルス発生器２を概略的に示す縦断面図。
【図４】本発明によるインパルス発生器の第三の実施形態を概略的に示す縦断面図。
【図５】本発明によるインパルス発生器の第四の実施形態を概略的に示す縦断面図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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