(57)【要約】  本発明は、打撃ピストンが長手方向軸に沿って移動可能であるように取り付けられる受入ボアを有する打撃機構ハウジングを備え、内径を有する少なくとも１つの打撃機構ガイド面が受入ボアに形成され、外径を有する少なくとも１つの打撃ピストンガイド面が打撃ピストンに形成されている打撃装置に関する。打撃ピストンと打撃機構ハウジングとの間の半径方向の接触を可能な限り回避し、ガイド面の間隙を通る油の漏れの体積を低減し、ガイド面およびシール間のランドに対する摩耗を低減するために、本発明によれば、打撃機構ガイド面は、少なくともいくつかの領域に、軸方向に非線形に増大する内径を有し、かつ／または打撃ピストンガイド面は、軸方向に非線形に低減する外径を有する。
2015520682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
打撃ピストン（６）が長手方向軸に沿って移動可能であるように取り付けられる受入ボアを有する打撃機構ハウジングを備え、内径を有する少なくとも１つの打撃機構ガイド面（３４、３６）が前記受入ボアに形成され、外径を有する少なくとも１つの打撃ピストンガイド面（３０、３１）が前記打撃ピストン（６）に形成されている打撃装置であって、
前記打撃機構ガイド面（３４、３６）が、少なくともいくつかの領域に、軸方向に非線形に増大する内径を有し、かつ／または前記打撃ピストンガイド面（３０、３１）が、軸方向に非線形に低減する外径を有することを特徴とする打撃装置。
【請求項２】
前記打撃機構ガイド面（３４、３６）の前記内径が、端部のうちの少なくとも一方に向かって非線形に増大する直径を有する、請求項１に記載の打撃装置。
【請求項３】
前記打撃機構ガイド面（３４、３６）がピストンロッド（１５、１６）を案内し、前記打撃機構ガイド面（３４、３６）の前記内径が、前記ピストンロッドの外端に向かって非線形に増大する直径を有する、請求項２に記載の打撃装置。
【請求項４】
前記打撃機構ガイド面（３４、３６）の前記内径の前記非線形の増大が、設計上放物線状である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の打撃装置。
【請求項５】
前記打撃機構ガイド面（３４、３６）が複数の部分領域を有し、１つの部分領域（Ｐ）が、一定の内径で１つの部分領域（Ｚ）に融合する非線形に変化する内径を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の打撃装置。
【請求項６】
部分領域（Ｐ）の最大径を有する端部に、内径が線形に広がるように配置された部分領域（Ｌ）があり、前記部分領域（Ｐ）の最小径を有する端部に、直径が一定であるように配置された部分領域（Ｚ）がある、請求項１〜５のいずれか一項に記載の打撃装置。
【請求項７】
前記打撃機構ガイド面（３４、３６）が、各側に、異なる向きに非線形に広がる部分領域を有する部分領域（Ｐ１、Ｐ２）を有し、前記部分領域（Ｐ１）および（Ｐ２）が、好ましくは、直径が一定である部分領域（Ｚ）を介して互いに接続されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の打撃装置。
【請求項８】
前記打撃ピストン（６）が、少なくとも１つのピストンロッド（１５、１６）と、その外面が打撃ピストンガイド面（３０、３１）として設計されている少なくとも１つのピストンカラー（１７、１８）とを有する、請求項１に記載の打撃装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つの打撃ピストンガイド面（３０、３１）が、工具から離れる方向に面している側に、好ましくは放物線状に伸びる非線形に低減する外径を有しかつ／または好ましくは直径が一定である部分領域（Ｚ）に変わる外側部分領域（Ｐ２）を有する、請求項８に記載の打撃装置。
【請求項１０】
前記打撃ピストンガイド面（３０、３１）が、異なる向きに非線形に低減しかつ好ましくは放物線状に伸びる外径を有する２つの外側部分領域（Ｐ１、Ｐ２）を有する、請求項９に記載の打撃装置。
【請求項１１】
直径が一定である部分領域（Ｚ）が前記外側部分領域（Ｐ１、Ｐ２）の間に配置されている、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の打撃装置。
【請求項１２】
前記打撃機構が、ピストンロッド（１６）を案内する打撃機構ガイド面（３６）を有し、工具を、前記ピストンロッド（１６）の外端に装填することができ、前記打撃機構ガイド面の前記内径が、直径が一定でありかつ前記ピストンロッドの前記外端に向いている部分領域（Ｚ）と、直径が放物線状に増大する部分領域（Ｐ）とを有し、少なくとも１つの打撃ピストンガイド面（３０、３１）が、直径が一定である部分領域（Ｚ）と、前記工具から離れる方向に面する側に、放物線状に低減する外径を有する外側部分領域（Ｐ２）を有する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の打撃装置。
【請求項１３】
前記打撃機構ガイド面（３４、３６）に、周辺溝（４０、４１）が配置されている少なくとも１つの領域が隣接し、前記溝（４０、４１）の間のウェブと、溝（４１）とその後方に配置された空間（２３、２９）との間の領域とが、前記ガイド領域（３４、３６）の最小内径より大きい内径を有する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の打撃装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、打撃ピストンが長手方向軸に沿って移動可能であるように支承されている受入ボアを有する打撃機構ハウジングを備え、内径を有する少なくとも１つの打撃機構ガイド面が受入ボアに形成され、外径を有する少なくとも１つの打撃ピストンガイド面が打撃ピストンに形成されている、打撃装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
加圧媒体によって動作する打撃装置は、特に石、コンクリートまたは他の建築材料を粉砕するのに役立つ油圧ハンマーに、かつ石および他の建築材料に穴を開けるのに役立つボーリングハンマーに使用される。大部分の場合、それらは、たとえば掘削機、ローダ、無限軌道車両または他の支持ユニット等、建設機械に追加の装置または増設装置として設置され、これらの建設機械から作動流体が供給される。
【０００３】
作動流体としての油によって駆動される油圧ハンマーの場合、打撃機構が、圧力ラインおよびタンクラインを介してたとえば掘削機のポンプまたはタンクに油圧式に接続される。打撃機構ハウジング内で案内される打撃ピストンは、制御弁（制御スライド）によって圧力ラインまたはタンクラインに接続される２つの反対に向けられた駆動面を有し、それにより、打撃ピストンは前後運動を繰返し行い、そこでは、運動の一方向において、ピストンはそのストローク、すなわち打撃ストロークの最後に、例として、たがね、ボアロッドまたは打撃部材等の工具に打ち当たる。通常動作時、支持装置は、処理される材料の方向に打撃機構を押し付け、それにより、工具下端が、処理される材料に対して押圧される。
【０００４】
工具に打ち当たる打撃ピストンによって工具内に導入されるエネルギーにより、工具から材料に伝達される高い衝撃力がもたらされ、材料が粉砕される。
【０００５】
打撃ピストンは、通常、直径の異なる２つのピストンロッドを備え、１つまたは複数のピストンカラーが、ロッドの間に配置され、かつ各々が円筒状外側シェル面を有している。打撃ピストンは、打撃機構ハウジングの段付き受入ボア内で案内され、ボアは、打撃ピストン直径に対応するように適合され、そこでは、ガイドの領域における受入ボアの内径は、打撃ピストンの対応する外径よりわずかに大きくなっている。そのように形成されるガイド面は、各々が円筒形状を有しているため、構成部品の間のガイド領域に、一定高さの間隙が形成される。
【０００６】
ある体積の油が間隙の両端に位置する場合、油の体積流が、油体積間の圧力差に応じて間隙内を流れる。打撃ピストンが、打撃機構ハウジングの受入ボア内で打撃機構ハウジングに対するその対称軸に沿って移動する場合、油と構成部品の表面との間の摩擦力および付着力の結果として、間隙を通る油の移送がさらに発生する。これらのプロセスの結果として、油体積間の圧力差と打撃ピストンの運動の速度とによって決まる油圧が、間隙に設定される。間隙内の油の圧力は、ピストンに対して周辺部にわたって作用する半径方向の力をもたらし、ピストンをボア壁から離れる方向に押しながら、打撃ピストンに対して中心合せ効果を及ぼす。
【０００７】
打撃ピストンのガイド面および／または打撃機構ハウジングの受入ボアは、油をガイド面の周辺部にわたって均一に分散させ、したがって周辺方向においてガイド面に対する圧力補償を確実にするために、幅および深さが各々およそ１ｍｍから３ｍｍである周辺圧力補償溝を有することができる。圧力補償溝は、ガイド面に対して垂直に配置された溝基部および溝逃げ面に丸みを有している。この圧力補償により、圧力差の結果として発生する打撃ピストンのその運動軸に対して横方向の片側偏向が低減する。
【０００８】
油圧ハンマーのたがねは、打撃機構ハウジングの下方領域において軸受ブッシュによって取り付けられており、そこでは、新たな条件で、たがねと軸受ブッシュとの間にわずかな遊びがあり、すなわち、たがねがわずかに傾斜してセットされる可能性があり、それにより、たがね軸は、それ以上軸受ブッシュの軸に対して平行にならない。遊び、したがって傾斜位置は、たがねおよび軸受ブッシュに対する摩耗によってより増大する可能性がある。この傾斜位置により、打撃ピストンおよびたがねの端側が、互いに対してそれ以上正確に平行に位置合せされず、ピストン下端面がたがね上端面に打ち当たる際に形成される接触面が、打撃ピストン軸に対して中心に位置しないという結果になる。それにより、衝撃中に打撃ピストンに対して力が加えられ、その力は、打撃ピストン軸に対して偏心して作用し、打撃ピストンを偏向させる横方向の力を発生する。
【０００９】
打撃ピストンおよび／またはたがねの相互に接触する端面は、斜めの位置にある場合に偏心度を低減しかつ衝撃中に表面圧力を低減するために、部分的に面取り部が設けられているか、またはたがねの直径に比較して半径が大きい凹状輪郭を有している。
【００１０】
耐摩耗性を向上させるように意図する構成部品のガイド面に特別なコーティングを施すことによって、表面硬さを増大させることにより、摩擦を低減することにより、または表面を平滑化することにより、構成部品の接触によってもたらされる摩耗を低減する努力がなされている。こうしたコーティングは、例として、ダイヤモンド状カーボン層、グラファイト層または二硫化モリブデン層であり得る。
【００１１】
韓国特許出願第１０−２０１１−００８６２８９号明細書には、打撃ピストンであって、内面が、シリンダの下方部分において等距離間隔を空けて配置された複数の溝を有し、内面が傾斜面として形成されている、打撃ピストンが記載されており、そこでは、ボアが、最上溝から最下溝まで連続的に広がっている。ボアは、０．００１°から０．５°の一定ピッチ角で広がり、したがって、直径は、上方溝からの距離に対して線形に変化する。
【００１２】
打撃ストローク方向に見ると、広がっているボアを有する実際のガイド領域には、背面において、三角形状溝に加えてシールを受け入れる３つの溝を有する領域が隣接している（韓国特許出願第１０−２０１１−００８６２８９号明細書の図３を参照）。シールの間のウェブは、それらの内径がボアの最小径に対応し、したがって広がっているボアの最大径より小さいように、構成されている。
【００１３】
従来技術によって既知の打撃装置の欠点は、たがねの傾斜位置の結果として打撃ピストンの衝撃中に偏心して作用する力が、打撃ピストンの端面とたがねの端面との間に、打撃ピストンに対する横方向の力をもたらし、その力により、打撃ピストンの対称軸に対して横切る変位がもたらされる。変位はまた、横方向の力がハウジングに作用し、ハウジングが打撃ピストンに対して変位する場合に、打撃機構ハウジングの横方向の加速によっても発生する可能性がある。打撃ピストンのガイド面および打撃機構ハウジングのガイド面が円筒状設計である場合、打撃ピストンと受入ボアとの間の間隙内の油圧は、打撃ピストンと打撃機構ハウジングとの間の接触を防止するには十分でないことが多い。また、端面の凸状成形、圧力補償溝の使用または構成部品上のコーティングの使用は、打撃ピストンとガイド面との間の接触を防止し摩耗を低減するために、横方向の力を適切に低減するには十分でないことが多い。したがって、ガイド面の間の間隙における油圧によって決まる油膜の耐荷重（ｌｏａｄ−ｂｅａｒｉｎｇ）能力を超える場合、打撃ピストンと打撃機構ハウジングとが接触する結果となり、それにより、ガイド面が塑性変形する可能性があり、ガイド面に引っ掻き傷がつく可能性がある。
【００１４】
ガイド面の円筒状設計により、打撃ピストンの対称軸がそれ以上打撃機構の受入ボアの対称軸と平行ではない、斜めの位置にある場合、打撃ピストンはそれぞれ縁に当接し、それにより、高い表面圧力によって、損傷および摩耗をもたらす接触点が生成される。斜めの位置とは別に、ピストンはまた、横方向の力の結果として変形する可能性もあり、それにより、対称軸はそれ以上直線にならず、一端または両端は一時的に外側に曲がる。
【００１５】
打撃機構ハウジングに関する打撃ピストンの軸方向運動の結果として、これらの表面が接触した時に摩擦が発生し、それにより部分的に、構成部品の表面が局所的に合わせて溶着するほど高い熱が発生し、材料が、これらの場所で構成部品のうちの一方から引きはがれ、他方の構成部品の構成部品の表面に堅固に付着する。この材料がガイド面にわたって引き寄せられる場合、付着し突出する材料が、それらの面にさらに急速に損傷を発生させ、それにより、打撃機構が破壊し油が漏れることになる。
【００１６】
韓国特許出願第１０−２０１１−００８６２８９号明細書による打撃装置の場合であっても、打撃ピストンがボアの中で斜めの位置にある場合、打撃ピストンは、不都合な方法で（溝（８ａ）の上方の）ボアの上縁と接触し、それは、打撃ピストンが溝（８ａ）と溝（３２）との間の領域と接触しないように、角度が選択されているためである。上縁と当接することにより、打撃ピストンとボアとの間の極めて非常に小さい接触面のみが提供され、それにより、ピストンおよびボアの接触面に対して対応する損傷および摩耗をもたらす高い表面圧力が発生する。
【００１７】
シールの領域におけるウェブの内径がボアの最大内径と比較してより小さいことにより、ハウジング内で打撃ピストンが斜めの位置にある場合、または打撃ピストンが変形した場合、打撃ピストンはウェブに当接する。それにより、打撃ピストンのガイド面およびウェブ面が損傷する。
【００１８】
ボアと打撃ピストンとの間の間隙は、さらに、大量の油が間隙を通り間隙の後方に位置する圧力逃し溝まで流れるのを防止する封止間隙として作用する。封止間隙の絞り作用は、溝３３に発生し間隙内で増大し続ける圧力ピークが間隙の端部で極度にシール３１に作用しないことを確実にするというものである。ボアがその軸方向の広がり全体にわたって連続的に拡張することにより、ガイドの絞り作用が、好ましくない程度に低減し、それにより、大量の漏れとシールにおける高圧ピークの存在とがもたらされる。大量の漏れは、油圧ハンマーの効率を低下させる。
【００１９】
さらに、ボアに、直径が一定である円筒状領域がないことにより、間隙に形成される油膜の耐荷重能力が低減し、それにより、打撃ピストンとボアとが接触し、ガイド面に損傷および摩耗がもたらされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の目的は、上述した不都合を克服し、打撃ピストンと打撃機構ハウジングとの間のいかなる半径方向の接触も実質的に回避することである。さらに、ガイド面の間隙を通って流れる油漏れの体積を低減するべきである。より詳細には、ガイド面およびシール間のウェブに対する摩耗を防止するべきである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この目的は、請求項１に記載の打撃装置によって達成され、その打撃装置によれば、本発明に従って、打撃機構ガイド面は、軸方向において少なくとも部分的に、非線形に増大する内径を有し、かつ／または打撃ピストンガイド面は、軸方向に非線形に低減する外径を有しているものとする。ガイド面の間の間隙における油膜の耐荷重能力を向上させるために、打撃ピストンまたは打撃機構ハウジングのガイド面は、少なくとも１つのガイド面のシェル面の部分領域が、少なくともガイド面の一端に向かって軸方向に非線形に増大する内径、または軸方向に非線形に低減する外径を有するように設計されている。内径の増大または外形の低減は、好ましくは放物線状に構成される。
【００２２】
本発明による構成により、受入ボアにおける打撃ピストンが傾斜位置にあるか、または変形する場合に、打撃ピストンガイド面がボアの領域と接触し、損傷および摩耗をもたらすことが防止される。
【００２３】
非円筒状打撃機構ガイド面の場合に、打撃ピストンが先細りの間隙に向かって移動し、または、非円筒状打撃ピストンガイド面の場合に、打撃ピストンが広がっている間隙に向かって移動する場合、油と構成部品の表面との間の摩擦の結果として、油は幅が狭くなっている間隙内に搬送される。それにより、狭くなっている間隙における油圧は、単なる円筒状設計と比較して明確に上昇し、それによって、一定の間隙高さを有する隣接領域における圧力の上昇ももたらされる。この油圧の上昇により、十分な半径方向の力が打撃ピストンに作用し、油膜の耐荷重能力が明確に向上し、ここでは、打撃機構ハウジングから距離をおいてピストンを保持するのに十分であることが確実になる。移動する構成部品の間にそれ以上接触が発生しないため、ガイド面に対する摩耗および損傷は、有効に低減または回避され、打撃機構の耐用年数が長くなる。
【００２４】
試験により、非線形特に放物線状の直径変化が、線形の直径変化より、打撃ピストンと打撃機構との接触を防止するのに実質的により有効であり、したがって、構成部品に対する摩耗を、線形の直径変化の場合より、非線形または放物線状の直径変化によってより著しく低減することができることが分かった。
【００２５】
特に、戻りストローク（その後に、打撃ピストンがたがねに打ち当たった後に横方向の力を受ける）の場合、非線形の直径変化により、より優れた耐荷重性潤滑膜の形成が得られ、それにより、ガイド面、下方ピストンロッド、および打撃機構ハウジングの対応するガイド面に対する損傷が防止される。
【００２６】
打撃ピストンガイド面における直径変化が同様に有効であり、そこでは、それぞれのピストンカラーの両端が、円筒状領域の中間に比較して直径が低減するように設計されている。ピストンカラーは、それにより、両運動方向において潤滑膜の耐荷重能力の上昇を確実にするおよそバレル形状の外側輪郭を有している。いくつかのピストンカラーの場合、各々、直径が低減する、ピストンロッドに向いている外側ピストンカラーの端部のみを提供することも可能である。
【００２７】
本発明による構成は、高価で、複雑な、部分的に環境に損傷を与えるコーティングの使用をなくすことができる。
【００２８】
ガイド面の制限された軸方向の長さのみにわたって延在する、直径が変化する領域により、一定の直径および小さい間隙高さを有する円筒状領域が残り、それにより、直径がガイド面の全長にわたって変化する設計に比較して、間隙を通って流れる漏れの容量が低減し、間隙を通して供給される圧力ピークの高さが低減する。より詳細には、打撃機構ガイド面において、部分領域内のみにおける直径の増大により、漏れの流れ体積および圧力ピークが低減する。
【００２９】
さらに、幅が広がる直径により、打撃ピストンの軸がそれ以上ガイドの軸に対して平行ではない、ハウジング内で打撃ピストンが斜めの位置にある場合、またはピストンロッドの端部が外側に湾曲する、打撃ピストンの変形の場合、打撃ピストンは、打撃機構ハウジングのガイド面の角のある内縁、または打撃ピストンのガイド面の角がある外縁に当接するだけでなく（それにより、点または線状接触点が発生する）、接触点は、直径がわずかに変化する領域に位置する。放物線状に変化する直径の場合、円筒状領域から直径が増大している領域まで平滑な遷移が形成される。それにより、いかなる縁もなしにより大きい接触面が形成され、それにより、表面圧力したがって摩耗が大幅に低減する。
【００３０】
打撃ピストンの対称線と受入ボアの対称線との間の可能な最大角度を正確に求めることはできず、それは、一方で、回避できない製造公差の結果として、ピストンと受入ボアとの間の遊びが、打撃機構間で異なる可能性があり、さらに、軸方向ピストン運動中に角度が変化するためである。概して、打撃ピストンの理論的に可能な最大傾斜位置は、受入ボアと打撃ピストンとの間の遊びから発生するが、打撃ピストンと受入ボアとの間の２つの接触点の軸方向間隔からも発生する。例として、上方接触点の位置が上方打撃ピストンカラーの上縁によって画定され、下方接触点の位置が、下方ロッドを案内するために打撃機構ハウジングのガイド面の上縁によって画定された場合、上方接触点は、打撃ピストンとともに移動するが、下方接触点は打撃機構ハウジングに対して固定されたままであり、それにより、接触点の軸方向間隔は、打撃ピストンの軸方向運動中に変化し、それによって同様に最大傾斜位置が変化する。角度の変化は、接触点が直線によって接続された場合に見られる。ピストンが、上述した接触点の位置である場合に打撃ストローク方向において下方に移動する場合、線の長さが低減するが、受入ボアの対称軸に対する角度は増大する。したがって、線形の直径変化の領域における表面がその全長にわたって常に支持しているように、ガイド面において直径を線形に変化させることは、可能ではない。角度が変化する場合、接触点はガイド面の一端まで移動し、それにより、このガイド面において角が接触点を形成する。非線形の場合、より詳細には放物線状の直径変化の場合、対応する設計の場合に丸い領域、非線形領域または放物線領域が常に支持している。
【００３１】
封止溝の間、および封止溝と圧力補償溝または打撃チャンバとの間のウェブの領域における直径が、隣接する打撃機構ガイド面と比較して大きい結果として、ウェブおよび打撃ピストンの表面に対する損傷および摩耗が防止され、それは、打撃ピストンがそれ以上ここに接触することができないためである。
【００３２】
本発明の好ましい実施形態について、以下にかつ従属請求項に記載する。
【００３３】
第１の好ましい実施形態によれば、打撃機構ガイド面の内径が、少なくとも端部のうちの一方に向かって非線形に増大する直径を有することが提案される。この種の打撃機構ガイド面は、好ましくはピストンロッドを案内し、そこでは、打撃機構ガイド面の内径は、ピストンロッドの外端に向かって非線形に増大する直径を有している。
【００３４】
上述したタイプの打撃機構は、１つまたは複数の打撃機構ガイド面を備えることができ、そこでは、１つの打撃機構の打撃機構ガイド面のすべてが、本発明による構成を有する必要はない。２つ以上の相互に間隔が空けられた打撃機構ガイド面を有する実施形態の場合、打撃機構ガイド面のうちの１つまたは一部のみが本発明による特徴を有してもよい。本発明による構成は、好ましくは、打撃機構ハウジングのガイド面の部分領域が放物線状に増大する直径を有する、少なくとも下方ピストンロッドのガイドにおいて使用され、そこでは、直径はガイドの下端に向かって増大し、一定の直径を有する領域への接線方向の遷移が形成される。ピストンロッドは、ガイド面の領域において円筒状に設計されている。それにより、直径の放物線状の増大は、ガイドの上縁から、または円筒状ガイド領域の幅が広がっているガイド領域までの遷移部からの軸方向の間隔に対して、直径が、線形にではなく比例関係を超えて（ｏｖｅｒ−ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｌｙ）増大することを意味する。ガイドの中心軸を通る断面の場合、打撃機構ハウジングにおけるガイド面の内縁の経路は、部分的に放物線を表す。
【００３５】
本発明のさらなる好ましい実施形態によれば、打撃機構ガイド面はいくつかの部分領域を有することが提案され、そこでは、１つの部分領域は、内径が一定である１つの部分領域内に移行する、非線形に増大する内径を有している。さらに、最大径を有する部分領域の端部には、内径が線形に広がるように配置された部分領域があり、最小径を有する部分領域の端部には、一定の直径が提供された部分領域がある。
【００３６】
最後に、打撃機構ガイド面の好ましい構成によれば、両側に、異なる向きに非線形に広がる部分領域を有する部分領域が配置されることが提案され、そこでは、部分領域は、好ましくは、直径が一定である部分領域を介して互いに接続されている。
【００３７】
本発明によるガイド面の構成は、打撃機構ガイド面の場合のみではなく、打撃ピストンガイド面の場合にも提供される。打撃ピストンは、好ましくは、ここでは、少なくとも１つのピストンロッドと、外面が打撃ピストンガイド面として形成される少なくとも１つのピストンカラーとを有している。言い換えれば、本発明による実施形態は、１つまたは複数のピストンカラーのガイド面にも適用され、そこでは、ガイド面は、打撃機構ハウジングにおいて円筒状に設計されるが、少なくとも１つのピストンカラーのガイド面は、少なくとも一端に向かって低減する直径を有している。直径は、好ましくは、軸方向に見ると放物線状に低減し、一定の直径の領域まで接線方向の遷移がある。ピストンカラーのガイド面が、両側に、好ましく提案される、放物線状に低減する直径を有する場合、ピストンカラーはおよそバレル形状の外側輪郭を有する。
【００３８】
言い換えれば、少なくとも１つの打撃ピストンガイド面は、好ましくは、工具から離れる方向に面する側に、好ましくは放物線状に伸びかつ／または好ましくは直径が一定である部分領域に移行する非線形に縮径する外径を有する外側部分領域を有している。これにより、打撃ピストンガイド面は、異なる向きに非線形に低減し、かつ好ましくは放物線状に伸びる外径を有する、２つの部分領域を有することができる。特に好ましい実施形態によれば、一定の直径を有する部分領域が外側部分領域の間に配置されることが提案される。
【００３９】
さらに、本発明の好ましい実施形態によれば、打撃機構は、ピストンロッドを案内する打撃機構ガイド面を有することが提案され、そこでは、ピストンロッドの外端に工具を装填することができるか、若しくは負荷をかけることができ、打撃機構ガイド面の内径は、直径一定でありピストンロッドの外端に向いている部分領域と、直径が放物線状に増大する部分領域とを有し、少なくとも１つの打撃ピストンガイド面は、直径が一定の部分領域と、工具から離れる方向に面する側に、放物線状に低減する外径を有する外側部分領域とを有している。
【００４０】
さらに、打撃ピストン用の受入ボアの内側のウェブの内径は、シールおよび圧力補償溝の領域において、ピストンロッド用のガイド領域の最小内径より大きく、かつ好ましくはガイド領域の最大径より大きく設計されている。
【００４１】
打撃機構ガイド面には、ここでは少なくとも、周辺溝が配置されている領域が隣接し、そこでは、溝の間のウェブ、および溝と溝の後方に配置された空間との間の領域は、ガイド領域の小さい内径より大きい内径を有している。
【００４２】
ここで、本発明の具体的な例示的な実施形態を、図面を参照して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】打撃ピストンを有する打撃機構の概略図を示す。
【図２】打撃ピストンを有する打撃機構の概略図を示す。
【図３】打撃機構ガイド面の種々の設計のうちの１つを示す。
【図４】打撃機構ガイド面の種々の設計のうちの１つを示す。
【図５】打撃機構ガイド面の種々の設計のうちの１つを示す。
【図６】打撃機構ガイド面の種々の設計のうちの１つを示す。
【図７】打撃機構ガイド面の種々の設計のうちの１つを示す。
【図８】打撃ピストンガイド面の種々の例のうちの１つを示す。
【図９】打撃ピストンガイド面の種々の例のうちの１つを示す。
【図１０】打撃機構の詳細図を示す。
【図１１】ａからｄは、圧力補償溝の種々の詳細図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１および図２に、油圧打撃装置の動作モードを概略的に示す。打撃機構３は、支持装置、例として掘削機のポンプ４およびタンク５にそれぞれ、圧力ライン１とともにタンクライン２を介して、油圧式に接続されている。掘削機には弁があり、その弁に、動作のために打撃機構に加圧油を供給するために、ポンプへのライン１を接続することができ、または打撃機構の動作を停止させるために接続を分離することができる。この弁は、より明確にするために示していない。
【００４５】
打撃機構３は、打撃ピストン６が案内される打撃機構ハウジングから構成されている。打撃機構ハウジングを、シリンダ蓋、シリンダ、およびたがね７が軸受ブッシュ８によって取り付けられているたがねソケット等、ねじによって接続されるいくつかの構成部品から構成することができる。打撃ピストン６が案内される打撃機構ハウジングの受入ボアの簡略化した内側輪郭のみを図示する。図２では、例として、シリンダ蓋とシリンダとの間、およびシリンダとたがねソケットとの間それぞれのあり得る分離点を示すように、水平一点鎖線が追加されている。こうした分離は、打撃ピストンを受入ボアに挿入するためにも必要である。シリンダは、一点鎖線の間に位置している。
【００４６】
通常動作中、支持装置は、処理される材料９の方向に打撃機構を押し付け、それにより、打撃機構は、ハウジング内に配置されたたがね止め１０を介してたがね上端の接触支持面１１に支持され、たがね下端は、処理される材料に対して押圧される。
【００４７】
通常動作中、油圧駆動打撃ピストン６は、各打撃ストロークの最後に、打撃機構内に位置するたがねの端部に対して打ち当たり、それにより、その運動エネルギーをたがねに伝達する。たがね内に導入されるエネルギーは高い衝撃力を生成し、その衝撃力は、たがねから材料に伝達され、材料を粉砕する。
【００４８】
打撃ピストン６は２つのピストンロッド１５、１６を有し、それらの間に２つのピストンカラー１７、１８が配置されている。ピストンカラー１７、１８は各々、それぞれのロッドに向いている側に、ロッド径が異なる結果として表面積が異なる、反対側に向けられた環状駆動面１９、２０を形成している。下方駆動面２０を介して、圧力が加えられた時に戻りストロークが引き起こされ、その間、打撃ピストンがたがね７から離れて上方に移動し、その下方駆動面２０には、動作中に圧力ライン１内を占めているポンプ吐出圧が連続的にかけられる。上方駆動面１９を介して、圧力が加えられた時に打撃ストロークが引き起こされ、その間、打撃ピストン６がたがね７に向かって移動し、その上方駆動面１９には、制御弁２１の位置に応じて、圧力ラインまたはタンクラインのいずれかとの接続により、ポンプ吐出圧がかけられるかまたはそこからタンクに圧力が解放される。上方環状駆動面１９の方が下方駆動面２０より表面積が広く、それにより、両面にポンプ圧がかけられた場合に、たがね７に向けられた合成力が打撃ピストン６に作用するため、打撃ストロークが可能である。いわゆる打撃ストローク中の移動する打撃ピストン６は、小さい下方駆動面２０から押しのけられる油を、打撃ピストン６の大きい方の上方駆動面１９の方向に押しのけ、その上方駆動面１９には、ポンプ４から来る油も流れ込む。戻りストローク中、油は、表面積の小さい方の下方駆動面２０の方向にのみポンプ４から流れ、一方で、表面積の大きい方の上方駆動面１９からの油は、ハンマーの平滑な作動を確実にする戻りスロットル２２を介して、タンク５に排出される。
【００４９】
打撃機構は、ガス貯蔵器２３、すなわちガス圧下にありかつピストン６の上方ロッド１５が内部に突出する空間を有している。この空間内のガス圧は、ピストンに対して、打撃ストロークの方向に作用するさらなる力を与える。他方の下方ロッド１６は、外気に連結されているいわゆる打撃チャンバ２９内に突出している。
【００５０】
好ましくは、切替え位置に応じて、シリンダ蓋、シリンダ、またはシリンダ蓋あるいはシリンダに固定される弁ブロックに位置する制御弁２１は、表面積が大きい方の上方駆動面１９を圧力ライン１に接続して、動作圧がそこに作用するようにするか、または戻りストローク中に、タンクライン２を介してこの面からタンク５に圧力を解放する。
【００５１】
制御弁２１はまた、打撃ピストンと同様に２つの駆動面を有することができ、そこでは、第１面３８、すなわちリセット面には、常に、圧力ライン１を介してポンプ吐出圧がかけられ、表面積が大きい方の、第１面と反対側に向けられている第２面３７、すなわち制御面は、選択的にポンプ圧がかけられるか、またはタンク５に圧力が解放される。２つの面３７，３８の寸法が異なることにより、制御弁を、それらの面の対応する圧力荷重によりその端位置のうちの一方に移動させることができる。
【００５２】
制御面３７は、打撃ピストン６が案内される受入ボア２５内に通じる反転ライン２４に接続されており、それにより、制御面３７は、打撃ピストン６の位置に応じてポンプ圧がかけられるかまたはタンク５に圧力が解放される。図１に示すように、通常動作状態で打撃ピストンが工具に打ち当たる下方反転位置では、反転ライン２４の開口部はピストンカラーの間に配置された周辺溝２６を介して、同様に受入ボアに通じておりかつ低い圧力が存在するタンクライン２７に接続され、それにより、制御弁の制御面はタンク５に圧力が解放され、制御弁２１は第１端位置（戻りストローク位置）に切り換わり、それは、高いポンプ圧が制御スライダのリセット面３８に発生し、対応するリセット力を生成するためである。タンクライン２、２７は、打撃機構内部で一緒になり、ここでは明確にするために２つのタンクとして示す支持装置の共通タンク内に通じている。戻りストローク位置では、制御弁２１は、打撃ピストン６の上方駆動面１９を、切換圧力ライン２８を介してタンクライン２に接続する。打撃ピストン６の下方駆動面２０に常にポンプ吐出圧が発生する結果として、打撃ピストン６は、打撃ストローク方向に抗して上方に変位する。上方ピストン駆動面１９から押しのけられた油は、戻りスロットル２２を介して絞られてタンク５に流れ込み、それにより、戻りストローク中に、上方駆動面１９において、平滑な作動に必要な圧力レベルが維持される。
【００５３】
打撃ピストン６が、戻りストローク中に下方反転位置から上方に移動する場合、下方ピストンカラー１８はまず、受入ボア内に通じている反転ライン２４を覆い、その後、公称ピストンストロークを表すピストン行程後に、上方反転点の近くで反転ライン２４を下方駆動チャンバ３９に解放する。下方駆動チャンバが、ポンプ吐出圧が発生している圧力ライン１に接続されているため、このポンプ圧はこの時、反転ライン２４を経由して制御弁２１の制御面３７に対しても作用する。制御面３７が、リセット面３８より表面積が大きいため、２つの面に対して圧力が同じであるにも関らず、合成力が制御面に作用して、制御弁２１を異なる端位置（打撃ストローク位置）に切り替える。制御弁２１は、この時、打撃位置の上方駆動面１９を、切換圧力ライン２８を介して圧力ライン１に接続する。上方駆動面１９が、下方駆動面２０より表面積が大きいため、２つの面に対して圧力が同じであるにも関らず、合成力が、打撃ピストン６に対して作用して、打撃ストローク方向にかつたがね７に向けて打撃ピストン６を加速する。打撃ストローク中、ピストン６がたがね７に打ち当たる直前に、ピストン６は再び反転ラインを覆い、上述したように、これを、周辺溝２６を介して再びタンクライン２７に再び接続する。そして、再び戻りストロークが発生し、以下続く。
【００５４】
例示する設計では、打撃ピストン６は、上方ピストンロッド１５、下方ピストンロッド１６および２つのピストンカラー１７、１８を有し、ピストンカラー１７、１８の間に、周辺溝２６が配置されている。１つのみまたは３つ以上のピストンカラーを使用し、周辺溝の代りに、ロッドまたは１つあるいはいくつかのピストンカラーに軸方向に配置された溝、または半径方向ボアを使用することも可能である。１つあるいは複数の周辺溝またはボアは、制御機能を行うために必要であり、そこでは、打撃機構ハウジングに対する打撃ピストンの位置に応じて、打撃機構ハウジングに位置する周辺溝またはボアが、互いに接続されるか、または打撃ピストンに位置する溝またはボアを介して分離されている。
【００５５】
打撃ピストンまたはハウジングのシリンダボアは、ピストンのシェル面にわたって均一に油を分散させ、したがってシェル面における周辺方向の圧力補償を確実にするために、周辺圧力補償溝を有することができる。
【００５６】
打撃ピストンは、ピストンカラー１７、１８の打撃ピストンガイド面３０および３１にわたって、かつロッド１５、１６の打撃ピストンガイド面３２および３３にわたって案内され、打撃ピストンガイド面３２および３３は、ロッドを案内する対応する打撃機構ガイド面３４および３６ならびにピストンカラー１７および１８を案内する打撃機構ガイド面３５の内径より外径がわずかに小さい。
【００５７】
打撃ピストンが３つ以上のガイド場所を有している場合、それぞれのガイド面の内径および外径を好適に選択することにより、いずれのガイド面が受入ボアにおいて打撃ピストンの最大傾斜位置を制限するかと、いずれの最大傾斜位置が可能であるかとを、確定することができる。
【００５８】
打撃機構ハウジングにおける受入ボアは、図示するように、打撃ピストン用の打撃機構ガイド面を直接表すことができるが、別法として、スリーブ状ガイドブッシュも使用することができ、それは、打撃ピストンの周囲にわずかな遊びがあるように配置され、それらの外側シェル面とともに打撃機構ハウジングの受入ボア内に挿入される。こうしたピストンロッドを案内するガイドブッシュが使用される場合、これらは同時に、ピストンロッドに沿ってガスまたは作動流体が流れ出るのを防止するために、シェル内面に、シールが挿入される周辺溝を有することができる。
【００５９】
受入ボアは、下方ピストンロッド１６のガイドの領域に周辺溝を有している。打撃機構ガイド面３６の下に配置された圧力逃し溝４０は、タンクに油を排出するためにタンクライン２に接続されており、油は、下方駆動チャンバから来て、打撃ピストンガイド面３３と打撃機構ガイド面３６との間のガイド間隙を通って流れる。
【００６０】
封止溝４１が、圧力逃し溝の下に位置し、作動流体が下方駆動チャンバから打撃チャンバ２９内に流れ出るのを防止するためにシール（図示せず）を収容している。封止溝４１に加えて、第２シールを受け入れるように、かつ打撃チャンバからの塵埃がガイド領域に入るのを防止するスクレーパを受け入れるように、１つまたは複数の封止溝もまた圧力逃し溝の下に配置することができる。さらに、封止溝の間に圧力逃し溝を設けることも可能である。
【００６１】
圧力逃し溝を、スロットルを介してタンクラインにまたは圧力ラインに接続することも可能である。この圧力逃し溝は、下方駆動チャンバに現れる圧力ピークが、公称動作圧を超えることができシールに作用する（それによってシールが損傷する可能性がある）のを防止するものである。
【００６２】
上方ピストンロッド１５にもまた、封止溝および圧力補償溝の同様の配置が使用されるが、明確にするために図示していない。打撃ストローク中に上方ピストンロッドのガイド面に油を供給するために、ガイド面とシールとの間に圧力逃し溝を配置することができ、それは、圧力ラインにまたはタンクラインに接続されている。
【００６３】
圧力逃し溝と封止溝との間のウェブ領域４２（図２）におけるボア、および封止溝と打撃チャンバとの間のウェブ領域４３（図２）におけるボアの内径は、ガイド面３６の領域における最大径より大きく設計されており、好ましくは、打撃機構ガイド面３６の最小径より０．２ｍｍから０．５ｍｍ大きいように選択されている。これにより、打撃ピストンガイド面３３が、受入ボアにおける打撃ピストンの傾斜位置または変形により、ボアのこれらの領域と接触し損傷および摩耗をもたらすのを防止する。
【００６４】
上方ピストンロッドに、同様のタイプの設計を適用することができ、そこでは、ガイド領域３４とガスチャンバ２３との間に配置されている封止溝および圧力逃し溝におけるウェブ領域の直径は、ガイド領域の最大径より径が大きい。
【００６５】
それぞれの打撃ピストンガイド面とそれと対向する打撃機構ガイド面との直径の差が小さい結果として、打撃ピストンがガイド面に沿って受入ボアに対して同心位置にある場合、打撃ピストンと打撃機構ハウジングとの間に間隙が形成される。打撃機構ハウジングガイド面３４の直径は、このガイド面の内径が上方に、すなわち打撃機構ガイド面の上端に向かって増大するように設計されており、そこでは、第１軸方向延在領域が一定の直径を有し、したがって円筒状ガイド領域を表している。隣接する第２領域は、放物線状に増大する直径を有し、すなわち、直径は、第２領域において、ガイドの下端から、または円筒状ガイド領域から幅が広がっているガイド領域への遷移部から軸方向距離に対して線形ではなく比例関係を超えて変化する。
【００６６】
ガイドの中心軸を通る断面により、広がっているガイド領域の領域における打撃機構ガイドの内縁の経路は、円筒状領域まで接線方向の遷移がある、放物線をもたらす。
【００６７】
下方ピストンロッド１６を案内する打撃機構ガイド面３６は同様に設計され、そこでは、直径は、打撃機構ガイド面の下端に向かって増大している。
【００６８】
カラー１７における打撃ピストンガイド面３０の直径は、同様に、直径が変化するように設計され、そこでは、直径は、ガイド面の中心領域からピストンカラーの両端まで放物線状に低減している。それにより、カラーは、実質的にバレル状の外側輪郭を有している。
【００６９】
すべての場合において、ガイド面の直径が軸方向に変化することにより、ガイド面の間に高さが変化する間隙が生成され、そこでは、間隙高さは、ガイド面の少なくとも一端まで増大している。打撃機構に、油圧式に接続され油で充填される周辺溝が配置されることにより、ガイド面の間の間隙が同様に油で充填される。
【００７０】
打撃ピストンガイド面および対応する打撃機構ガイド面が過度に摩滅する（ガイド面の間の接触によって発生する可能性がある）ことがないように、ガイド面の間に、十分に耐荷重性の潤滑油膜が形成されることが必要である。潤滑膜は、受入ボアにおいて可能な限り打撃ピストンを中心に配置し、打撃ピストンと打撃機構ハウジングとの間にいかなる直接的な接触ももたらすことなく、受入ボアにおける打撃ピストンの低摩擦および低摩耗運動を可能にするために、打撃ピストンに対して半径方向に作用する力を吸収するものである。
【００７１】
打撃ピストンガイド面および打撃機構ガイド面が円筒状設計である場合に、高さが一定の間隙が存在する場合、特に打撃ピストンまたは打撃機構ハウジングの相対的な速度が低く、機械的な横方向の加速が激しく、または他の横方向の力がある場合に、潤滑膜の耐荷重能力を超過する可能性がある。耐荷重能力を超過する場合、ガイド面の間に接触が発生し、それにより、構成部品に急速な摩耗が現れ、それが打撃機構の急速な破壊をもたらす。
【００７２】
両端に溝の形態で油体積を有する２つの対向するガイド面が互いに対して移動する場合、付着力の結果として、油はガイド面の表面に付着し続ける。付着する油は、押し流され、部分的にガイド面の間の間隙内に搬送される。油の内部の凝集力の結果として、表面からわずかに間隔を空けて位置する油は、同様に部分的に間隙内に搬送される。
【００７３】
打撃ピストンが、戻りストローク中に打撃機構ハウジングの受入ボア内で上方に移動する場合、付着力および摩擦の結果として、油は、打撃ピストン案内面３３に付着したままであり、打撃ピストンによって押し流される。運ばれる油は、狭くなっている間隙内で移送される。油と打撃機構案内面との間の付着および摩擦は、圧力補償溝４０の方向において油の戻り流に反作用し、それにより圧力が間隙に蓄積する。
【００７４】
間隙内部の圧力経路は、間隙の正面の油体積と背面の油体積との圧力差と、ガイド面の形状と、打撃ピストンの運動速度とによって決まる。間隙内の油の圧力により、ピストンの周辺部にわたって作用する半径方向の力がもたらされ、これにより、打撃ピストンが受入ボアにおいて中心合せされる。
【００７５】
単に円筒状のガイド面に比較して、ガイド面の形状の上述した設計により圧力レベルが上昇するため、間隙における油膜の耐荷重能力が増大し、それは、油圧が、打撃ピストンを打撃機構ハウジングから距離をおいて保持するために打撃ピストンに対してより強力な半径方向の力をかけるためである。打撃ピストンと打撃機構ハウジングとの間の接触が有効に防止され、構成部品に対する摩耗が実質的に低減する。
【００７６】
さらに、打撃機構ガイド面３６の直径が放物線状に広くなることにより、達成されることは、打撃ピストンの軸がそれ以上打撃機構ハウジングの受入ボアの軸と平行でなくなる、打撃ピストンの斜めの位置により、下方ピストンロッドが、打撃機構ガイド３６の下方内縁と当接し、それにより点または線状接触点が発生するだけでなく、下方ピストンロッドはより大きい表面積に当接する。このより大きい接触面は、ピストンロッドが打撃機構ガイド面のわずかに湾曲した面に当接することになる放物線形状によって発生する。それにより、接触点における表面圧力および摩耗は明らかに低減する。
【００７７】
上述したような比例関係を超える直径の変化を、打撃ピストンのすべてのガイド面３０、３１において、かつ打撃機構ガイド面３４、３５、３６において実施することができ、そこでは、ガイド面３４および３６において示すように間隙の一方の側にのみ、またはピストンカラー１７において示すようにガイド面の両側に、直径の変化を提供することができる。直径の変化が打撃ピストンガイド面に提供される場合、直径変化は、内径が少なくとも一端に向かって増大する打撃機構ガイド面における直径変化とは対照的に、外径がガイド面の少なくとも一端に向かって低減するように行われる。
【００７８】
ピストンカラー１８は、図１において、一定の直径であるように示され、従来技術を表し、そこでは、カラー１７と類似するこのピストンカラーを、直径が可変であるように同様に設計することができる。
【００７９】
直径変化の設計とは無関係に、ガイド領域の外端とともに、円筒状ガイド領域と直径が広がった領域との遷移部に、丸みを設けることができ、それにより、鋭利な縁または直径変化における角のある遷移が回避される（図１および図２には示さない）。
【００８０】
たがね７のガイド面および軸受ブッシュ８における摩耗はまた、軸受ブッシュの内部ガイド面における放物線状の直径の変化によっても低減することができる。たがね端に向いている軸受ブッシュのそれぞれの端部における直径は、軸受ブッシュのそれぞれの端部からの距離が低減するに従って、好ましくは放物線状に増大する。ブッシュにおいてたがねの位置が傾斜している場合、たがねは、それ以上、軸受ブッシュのそれぞれの外端には当接しないが、直径が放物線状に増大する領域に当接し、それにより、接触面が拡大し、表面圧力および摩耗が低減する。
【００８１】
図３は、打撃ピストンガイド面３３および打撃機構ガイド面３６の構成を示し、そこでは、図は、打撃ピストン軸を通る断面を示し、打撃ピストン軸と対称の輪郭の各半分のみを示す。輪郭は、打撃ピストン軸の方向に境界が定められた１つの断面のみを表している。
【００８２】
水平座標軸４７は、打撃ピストンおよび打撃機構ハウジングの受入ボアの対称軸に対応している。水平座標軸と、打撃ピストンガイド面３３および打撃機構ガイド面３６それぞれの太い輪郭線との間の垂直距離は、打撃ピストンの半径と、打撃機構ハウジングの受入ボアの半径とをそれぞれ表している。
【００８３】
ガイド領域の軸方向広がりを水平座標軸に示し、直径を垂直軸に示す。ガイド面の半径、直径、直径の変化、間隙の高さ、軸方向の広がり、および円筒状領域から広がっている領域までの遷移の位置は、実際には妥当なパラメータに対応せず、本発明の概念をよりよく例示するために正確な縮尺では示されていない。
【００８４】
上方太線は、下方駆動チャンバ３９と圧力逃し溝４０との間の打撃機構ガイド面３６の輪郭を示す。打撃機構ガイド面は、軸方向領域Ｚの内側において円筒状に設計されており、すなわち直径ＤＺまたは水平座標軸からの線の距離は、遷移点４６まで一定である。領域Ｌの内側では、打撃機構ガイド面３６の直径は、遷移点４６からの距離に対して線形に増大し、打撃機構ガイド面の端部においてその最大値ＤＭに達する。
【００８５】
下方太線は、打撃ピストンガイド面３３の輪郭を表し、少なくとも打撃機構ガイド面３６の領域内で一定である直径ＤＫを有している。
【００８６】
間隙高さは、打撃機構ガイド面および打撃ピストンガイド面の直径の差の半分からもたらされ、領域ＺにおいてＨによってマークされ、打撃機構ガイド面の右端において最大値ＨＭに達する。
【００８７】
圧力逃し溝４０または下方駆動チャンバ３９の輪郭等、打撃機構ガイド面の外側の領域の輪郭は、ここでは示しておらず、直径ＤＭまたはＤＺそれぞれより大きい直径を有することができる。
【００８８】
打撃ピストンはまた、図示する領域の側において、少なくとも制限された長さにわたって一定の直径ＤＫを有している。
【００８９】
矢印４４は、打撃ピストンの運動をマークし、その運動中、ガイド面の図示する設計により、潤滑膜の耐荷重能力が向上する。打撃ピストンは、水平座標軸に対して平行に、狭くなっている間隙４９に向かって移動する。付着力および摩擦の結果として、油は、打撃ピストンガイド面の表面に付着したままであり、矢印４５の方向に運ばれる。油の中の凝集力は、打撃ピストンガイド面からさらに離れて位置する油もまた運ばれるのを確実にする。しかしながら、打撃ピストンガイド面に近接して、油が矢印の方向に上方に移動する速度は、打撃ピストンガイド面からの距離が大きくなるほど低減する。間隙高さが矢印の方向に低減するため、このように運ばれる油は間隙内に蓄積し、それにより圧力が上昇し、間隙内に位置する油膜の耐荷重能力と、油圧によって生成され打撃ピストンに対して半径方向に作用する力の結果としての中心合せ作用とが増大する。
【００９０】
図４による実施形態の場合、打撃機構ガイド面３６の直径は、円筒状領域Ｚが終了する遷移点４６からの距離に対して線形には増大せず、比例関係を超えて増大し、それにより、領域Ｚにおいて接線方向に遷移して領域Ｐの内側に放物線経路が生成される。
【００９１】
領域Ｐにおける直径の変化は、以下の式からもたらされる。
Ｄ（ａ）＝ＤＺ＋（ｋ・ａ２）
ここで、ＤＺ＝ガイド面の円筒状領域における打撃機構ガイド面の直径、
Ｋ＝広がったガイド領域Ｐの軸方向広がりに応じて選択される定数係数。この係数は、直径が軸方向の位置変化ａによっていかに激しく変化するかに影響する。
ａ＝遷移点４６からの、対称軸に対して垂直に位置する平面の軸方向距離、そこでは、平面は領域Ｐ内に位置する。
【００９２】
領域Ｐの長さをガイド領域の全長（Ｚ＋Ｐ）で割った値は、図示する設計では０．５になる。ガイド領域はまた、連続的に放物線状に増大する直径も有することができるが、好ましい設計として０．３から０．９、好ましくは０．５から０．７の比が明らかになった。
【００９３】
直径が一定の領域Ｚの直径ＤＺと、直径の変化がその最大に達する領域の端部における直径ＤＭとの差の合計は、０．０１から０．０８、好ましくは０．０２ｍｍから０．０５ｍｍになる。
【００９４】
係数ｋを、可変直径の領域の軸方向長さＰおよび最大直径変化（ＤＭ−ＤＺ）が予め確定されている場合、以下の式に従って計算することができる。
ｋ＝（ＤＭ−ＤＺ）／（Ｐ２）
【００９５】
図５による実施形態の場合、図３による構成が図４の構成と結合されている。打撃機構ガイド面の直径が一定の領域Ｚには、遷移点４６から、直径が放物線状に増大する領域Ｐが続く場所からの第２遷移点５０まで直径が線形に増大する領域Ｌが隣接している。
【００９６】
円筒状から線形に増大する直径までの遷移に、遷移点４８の領域において、輪郭の経路にいかなる角または縁も発生しないが接線方向の遷移が生成されるような丸みを設けることができる。
【００９７】
ガイド領域の直径の変化を、打撃機構ガイド面の直径が一定の領域Ｚに、遷移点４８から直径が放物線状に増大する領域Ｐが隣接し、第２遷移点５０から直径が線形に増大する領域Ｌが隣接するように設計することも可能である。
【００９８】
図６は、打撃機構ガイド面のさらなる具体的な実施形態を示す。この設計は、図４に示すものに対応しているが、ここでは、打撃ピストンガイド面が打撃機構ガイド面に当接するように打撃ピストンが受入ボア内で斜めに立っている時にもたらされる、打撃ピストンガイド面３３の位置を示す。こうした斜め位置では、ここでは一点鎖線で示す、打撃ピストンの対称軸５２は、それ以上、水平座標軸によって示す打撃機構ハウジングの受入ボアの対称軸４７に対して平行でなくなり、打撃ピストンガイド面の右側に示す領域は、打撃機構ガイド面３６に向かって矢印６３の方向に変位している。傾斜位置により、打撃ピストンガイド面と打撃機構ガイド面とが接触する結果となり、そこでは、ピストンロッド１６の打撃ピストンガイド面３３は、打撃機構ガイド面３６の外端に当接することになる。こうした状況は、例として、潤滑膜の耐荷重能力を超過する過度に高い横方向の力が打撃ピストンに作用する場合、またはガイド面の間の間隙にいかなる十分に安定した潤滑膜も形成され得ず、正確な中心合せがそれ以上提供されない低い打撃ピストン速度の場合に、発生する可能性がある。
【００９９】
領域Ｐにおける打撃機構ガイド面の輪郭の放物線状経路により、斜めの位置にある場合に、打撃機構ガイド面３６の外側の角のある縁と打撃ピストンガイド面３３とが接触する結果とならず、接触領域５１は放物線領域Ｐに位置する。領域Ｐにおけるこの放物線状の丸い領域により、接触面積は増大し、それにより、接触領域における表面圧力は大幅に低減し、ガイド面に対する損傷および摩耗が著しく低減する。打撃機構ガイド面の単に円筒状の設計の場合、打撃機構ガイド面の外側の尖った縁は、打撃ピストンガイド面と当接することになり、それにより、高い表面圧力および摩耗がもたらされる。また、図３に示すような、放物線状変化の代りに線形の直径変化により、角のある縁が、打撃機構ガイド面の外端に、かつ円筒状領域と直径が遷移点からの距離に対して線形に変化する領域との間の遷移点においてもまた存在し、これらの角のある縁は、高い表面圧力したがってガイド面に対する損傷と摩耗の増大とをもたらす。
【０１００】
図７による具体的な実施形態は、図４に示す実施形態に類似しているが、打撃機構ガイド面３６は、円筒状領域Ｚの各側に、または打撃機構ガイド領域の両端に、直径が放物線状に増大する領域Ｐ１およびＰ２を有し、それにより、潤滑膜の耐荷重能力の向上は、潤滑間隙高さが軸方向に変化することにより、打撃ピストン１６の運動方向４４、５４の両方において達成される。領域Ｐ１およびＰ２の長さならびに最大直径の変化を、条件に適合させることができ、それらは、領域Ｐ１およびＰ２において異なるパラメータを有することができる。
【０１０１】
打撃ピストンが矢印４４の方向に移動する場合、放物線状領域Ｐ２（および矢印５４に対応する反対の運動方向では放物線状領域Ｐ１）によって、油が、打撃ピストンガイド面の表面から、対応する運動方向において幅が狭くなっている間隙内に搬送されることにより、ガイド面の間の間隙において圧力の蓄積が増大する。圧力補償溝または下方駆動チャンバが隣接し、直径が明らかに変化するガイド面の外端において、例として点線で示す面取り部５５または丸み５６をさらに設けることができる。これらの面取り部または丸みにより、打撃機構ハウジングの受入ボアに打撃ピストンを設置することが容易になり、それは、それらが、ガイド補助として役立ちかつ打撃機構ハウジングに対してわずかに横方向に互い違いに打撃ピストンを中心合せするためである。さらに、これらの丸みまたは面取り部により、丸みまたは面取り部なしに存在する鋭利な縁が、応力がかけられた時に損傷を受け変位するというリスクが低減する。面取り部または丸みの軸方向の広がりは、放物線状領域Ｐの軸方向の広がりより小さい。例示とは対照的に、面取り部または丸みの領域内の直径の差は、放物線状領域Ｐ内の直径の差より大きい。
【０１０２】
図８は、打撃ピストンガイド面のさらなる実施形態を示す。ここでは、ピストンカラー１７の領域におけるガイド領域および潤滑間隙４９を示す。図３から図７と比較して、この設計では、打撃ピストンガイド面３０は、直径が変化する輪郭を有し、打撃機構ガイド面３５は設計が円筒状である。
【０１０３】
打撃ピストンガイド面３０および打撃機構ガイド面３５の輪郭を示し、そこでは、図は、打撃ピストン軸５２を通る断面を示し、打撃ピストン軸５２に対して対称である輪郭の半分のみを示す。輪郭は、打撃ピストン軸の方向に制限される１つの断面のみを表している。
【０１０４】
打撃ピストン軸または対称軸５２と、打撃ピストンガイド面３０または打撃機構ガイド面３５の太い輪郭線との間の垂直距離は、打撃ピストンまたは打撃機構ハウジングの受入ボアの半径を表している。
【０１０５】
ガイド領域の軸方向広がりを水平座標軸に示す。ガイド面の半径、直径、直径変化、間隙高さ、軸方向広がり、および円筒状領域Ｚから広がっている領域Ｐ１、Ｐ２までの遷移部の位置は、実際には妥当なパラメータに対応していない。むしろ、それらのパラメータを、拡大して示しており、よりよく例示するために正確な縮尺では示していない。
【０１０６】
下方太線は、上方駆動チャンバ５３と下方駆動チャンバ３９との間の部分領域内の打撃機構ガイド面３５の輪郭を表している。打撃機構ガイド面は、この領域の内側では一定の直径ＤＧを有している。
【０１０７】
上方太線は、上方ピストンカラー１７の領域において、打撃ピストンガイド面３０の輪郭を表している。
【０１０８】
中心軸方向領域Ｚの内側で、打撃ピストンガイド面は円筒状に設計され、すなわち、直径ＤＺまたは対称軸からの線の距離は、２つの遷移点４６まで一定である。領域Ｐ１、Ｐ２の内側では、打撃ピストンガイド面の外径は、遷移点４６からの距離まで比例関係を超えて低減し、打撃機構ガイド面の端部においてその最小径ＤＭに達する。間隙高さは、打撃機構ガイド面の直径と打撃ピストンガイド面との差の半分からもたらされ、領域ＺにおいてＨによってマークされている。間隙高さは、打撃ピストンガイド面の外端において最大値ＨＭを呈している。
【０１０９】
右側に示すピストンカラー１７の打撃ピストンガイド面３０の端部には、上方駆動面１９が位置する上方駆動チャンバ５３内に突出する上方ピストンロッド１５が隣接している。左端には、周辺溝２６が隣接している。
【０１１０】
領域Ｐ１、Ｐ２における直径変化は、以下の式からもたらされる。
Ｄ（ａ）＝ＤＺ−（ｋ・ａ２）
ここで、ＤＺ＝打撃ピストンガイド面の円筒状領域の直径であり、
ｋ＝広がっているガイド領域Ｐの軸方向に広がりに応じて選択される定数係数である。この係数は、軸方向位置変化ａによって直径がいかに激しく変化するかに影響を与える。
ａ＝遷移点４６からの対称軸に対して垂直に位置する平面の軸方向距離であり、そこでは、平面は領域Ｐ内に位置している。
【０１１１】
領域Ｐ１、Ｐ２の長さをガイド領域の全長（Ｚ＋Ｐ１＋Ｐ２）で割った値は、図示する実施形態では約０．２７になる。０．１から０．４、好ましくは０．２から０．３の、領域Ｐの長さの打撃ピストンガイド領域の全長に対する比が、好ましい設計として明らかになった。
【０１１２】
直径が一定の領域Ｚにおける直径ＤＺと、直径変化がその最大に達する領域Ｐの外端における直径ＤＭとの差の合計は、０．００５ｍｍから０．０３ｍｍ、好ましくは０．０１ｍｍから０．０２ｍｍになる。
【０１１３】
係数ｋは、可変直径の領域の軸方向長さＰおよび最大直径変化（ＤＺ−ＤＭ）が事前に確定される場合、以下の式からもたらされる。
ｋ＝（ＤＺ−ＤＭ）／（Ｐ２）
【０１１４】
矢印４４は、対称軸に対して平行な打撃ピストンしたがってピストンカラー１７の戻りストローク運動を示し、その戻りストローク運動中、領域Ｐ２の内側の放物線状輪郭により、潤滑膜の耐荷重能力が向上する。付着力の結果として、間隙内に位置する油は、打撃ピストンに対して移動する打撃機構ガイド面の表面に付着したままであり、矢印４４の方向に抗して幅が狭くなっている潤滑間隙内に引き込まれ、それにより、間隙内側の圧力が上昇する。間隙におけるこの油圧の上昇により、油潤滑膜の耐荷重能力が向上し、油圧の上昇によって力が生成されそれが打撃ピストンに対して半径方向に作用する結果として中心合せ作用が改善する。放物線状輪郭の代りに、輪郭を、図３による設計と類似して設計することも可能であり、それにより、打撃ピストンガイド面の直径が、遷移点４６からの距離に対して線形に変化し、そこでは、放物線状輪郭は、線形輪郭に比較して潤滑間隙の耐荷重能力がさらに向上し、摩耗をさらに低減する。
【０１１５】
図９による実施形態は、図８による構成に対応し、ここでは、打撃ピストンガイド面３０が打撃機構ガイド面３５に当接することになるように、打撃ピストンが打撃機構ハウジングの受入ボアにおいて斜めにセットされる時に発生する、打撃ピストンガイド面３０の位置を示す。こうした斜めの位置の場合、打撃ピストンの対象軸５２は、それ以上、打撃機構ハウジングの受入ボアの対象軸５７に対して平行にならず、打撃ピストンガイド面の右側に示す端部は、矢印６３の方向において打撃機構ガイド面に向かって変位する。傾斜位置により、打撃ピストンガイド面と打撃機構ガイド面とが接触し、そこでは、ピストンカラー１７の打撃ピストンガイド面３０が、ピストンカラーの外縁に近接して打撃機構ガイド面３５に当接する。こうした状況は、例として、潤滑膜の耐荷重能力を超過する過度に高い横方向の力が、打撃ピストンに作用する場合、または、いかなる十分に安定した潤滑膜も形成され得ず、正確な中心合せがそれ以上提供されない低い打撃ピストン速度の場合に発生する可能性がある。
【０１１６】
例示を改善する目的で、直径の変化とともに傾斜位置は、例示において正確な尺度では示されておらず、非常に誇張されており、実際には妥当なパラメータに対応していない。
【０１１７】
打撃ピストンガイド面の直径が打撃ピストンガイド面の外端に向かって次第に低減する、領域Ｐにおける打撃ピストンガイド面の輪郭の放物線状経路により、傾斜位置にある場合に、打撃ピストンガイド面の外側の角のある縁は打撃機構ガイド面に接触することにならず、接触領域は放物線状領域Ｐに位置する。領域Ｐにおけるこの放物線状の丸い領域によって、接触面積が拡大し、それにより、接触領域における表面圧力が大幅に低減し、ガイド面に対する損傷および摩耗が激しく低減する。打撃ピストンガイド面の単に円筒状の設計の場合、外側の尖った縁が当接し、それにより高い表面圧力および摩耗がもたらされる。図３による輪郭と同様に、放物線状の直径の変化の代りに線形の直径変化であっても、打撃ピストンガイド面の外端に、かつ遷移点であって、円筒状領域から直径が遷移点からの距離に対して線形に低減する領域への遷移点において、角のある縁が存在し、これらの角のある縁により、高い表面圧力したがってガイド面に対する損傷および摩耗の増大がもたらされる。
【０１１８】
打撃ピストンガイド面における直径変化、より詳細には放物線状経路による直径変化、ピストンロッドに向いているそれぞれの打撃ピストンガイド面のそれぞれの端部にのみ提供することも可能である。したがって、図示する設計では、直径変化を、例として（領域Ｐ２における）ロッド１５に向いている端部においてのみ、カラー１７において設計することができる。
【０１１９】
図１０は、打撃ピストンのピストンロッド１６を案内するのに役立つ打撃機構ガイド面３６の領域における、打撃機構ハウジングの断面を示す。一点鎖線は、打撃ピストンおよび打撃機構ハウジングの受入ボア２５の対称線５２を表している。圧力補償溝５８が、打撃機構ガイド面３６に設けられ、互いに対しておよそ同じ間隔で円周方向に伸びて、打撃機構ガイド面３６と打撃ピストンガイド面との間の間隙に広がっている圧力が、周辺方向に補償され、それにより、ピストンに対して半径方向に作用している圧力が、受入ボアに関して打撃ピストンのいかなる横方向の偏向ももたらさないことを確実にする。しかしながら、圧力補償溝は、打撃ピストンと打撃機構との間の相対速度が低い場合、または打撃ピストンに高い横方向の力が作用している場合、打撃ピストンの案内面と打撃機構の案内面との間が接触するのを防止することができない。
【０１２０】
ピストンカラー１７、１８の打撃ピストンガイド面と打撃機構ガイド面とは、周辺圧力補償溝を有することができ、そこでは、両打撃ピストン案内面および打撃機構ガイド面は、圧力補償溝があるように設計されることも可能である。これらの圧力補償溝を、ガイド面の直径が線形にまたは放物線状に変化する領域ＬまたはＰにおいて配置することも可能である。
【０１２１】
さらに、打撃ストローク方向に見て、ガイド領域の後方に位置する圧力逃し溝４０および３つの封止溝４１を示す。
【０１２２】
図１１ａから図１１ｄは、圧力補償溝５８の詳細図を示す。特に、断面を示し、その断面の平面は、打撃機構ハウジングの受入ボア２５の対称軸５２に対して平行に伸びている。例示は、断面全体の一部のみを示す。図示する圧力補償溝は、それらの断面形状が、特に打撃機構ガイド面３６から溝逃げ面５９までの遷移部において異なっている。
【０１２３】
受入ボアの対称軸は、図示しないが、図示しないが対称軸と打撃機構案内面３６との間に水平に位置する打撃ピストンガイド面と同様に、図示する輪郭の上方に水平方向に伸びている。
【０１２４】
したがって、打撃機構ガイド面から溝逃げ面までの遷移部は、圧力補償溝に近接する打撃機構ガイド面の直径が、溝逃げ面に向かって距離が低減するに従って増大するように設計されている。この直径変化により、遷移部は、線形経路および小さい傾斜を有する勾配、放物線状経路を有する勾配、面取り部または丸みの形態を採用することができ、そこでは、面取り部または丸みの勾配との組合せも可能である。
【０１２５】
後述する圧力補償溝の設計は、打撃機構案内面３６の圧力補償溝を示す。同じ設計を、打撃機構ガイド面３４および３５ならびに打撃ピストンガイド面３２および３３に、ただし好ましくは打撃ピストンガイド面３０および３１に提供することも可能である。
【０１２６】
打撃機構ハウジングの受入ボアの対称軸に対して平行な平面における、図１１ａによる圧力補償溝５８の断面は、溝底部の半径Ｒを有し、それにより溝底部は、溝逃げ面５９まで接線方向に変化する。打撃機構ガイド面３６の直径Ｄは、溝逃げ面までの距離が低減するに従ってわずかに線形に増大し、それにより、この領域における打撃機構ガイド面の輪郭は、溝逃げ面５９の各側にわずかなピッチを有して勾配６２を形成する。
【０１２７】
勾配は、打撃機構ガイド面と打撃ピストンガイド面との間の潤滑間隙内における圧力の蓄積を補助し、損傷を受けやすい溝縁６１に対する損傷をさらに防止し、それは、それら溝縁６１が、勾配を通して打撃ピストンガイド面からわずかに間隔を空けて配置されているためである。溝は、勾配の輪郭が圧力補償溝の両側に提供されるように対称に設計されている。一方の側にのみ勾配があるように設計することも可能である。勾配を、打撃機構ガイド面まで接線方向に遷移がある放物線状輪郭で作製することも可能である。
【０１２８】
溝底の半径は、０．７５ｍｍと１．７５ｍｍとの間になり、溝逃げ面の間の距離は、１．５ｍｍと３．５ｍｍとの間になる。溝深さは０．８ｍｍと３ｍｍとの間になる。
【０１２９】
これと比較して、図１１ｂによる実施形態では、直径変化は実質的により大きく、それにより、勾配は、約４５°のピッチで面取り部の形態で溝縁に提供される。溝逃げ面への勾配の遷移部にそのように形成された溝縁６１は、機械的接触、キャビテーションまたは流れ力を通して発生する可能性がある応力に対して著しくより安定している。流れ力およびキャビテーションは、油が、ガイド面の間の間隙から圧力補償溝内に高い流速で流れる時に発生する可能性がある。溝深さは、勾配が溝底の半径Ｒまで直接変化するように選択される。
【０１３０】
キャビテーションは、例として、油が周囲を高速で流れる縁に渦流が発生し、これらの渦流が局所的に急な圧力の降下をもたらし、それにより油に気泡が形成される可能性があるプロセスを意味する。これらの気泡がより高い圧力で領域内に入る場合、これらの気泡は再度崩壊し、それにより、流体は気泡の周囲で非常に強力に加速する。気泡の崩壊が構成部品の表面に近接して、より詳細には角のある縁に近接して発生する場合、加速した油が、構成部品の表面にこれら構成部品が損傷を受けるほど激しく打ち当たる可能性がある。
【０１３１】
図１１ｂによる設計と比較して、図１１ｃによる構成では、勾配または面取り部は丸みＲによって置き換えられ、それにより、溝表面は互いに融合し、それ以上角のある縁はないが、打撃機構ガイド面と圧力補償溝の内面との間に接線方向の遷移がある。溝底部および遷移部における半径は、同じである場合もあれば異なる場合もあり得る。丸い領域により、安定した縁および遷移部が設けられ、それにより、圧力補償溝内に流れ込む油の渦流がさらに低減し、それによりキャビテーションの傾向が低減する。
【０１３２】
最後に、図１１ｃによる設計に比較して図１１ｄによる実施形態では、圧力補償溝は遷移部６０に肩部６３を有し、それにより、傾斜した溝逃げ面５９を有する段状圧力補償溝が生成される。溝底部は半径Ｒを有している。溝逃げ面５９と肩部６３との間の遷移部には同様に丸みが設けられ、それにより、いかなる角のある溝縁も存在しない。肩部により、打撃ピストンガイド面と打撃機構ガイド面との間の間隙から圧力補償溝に流れる油の流れは偏向され、それにより、溝底部で渦および流速が低減し、間隙における油圧と圧力補償溝における油圧との間の圧力低減が段階的に発生する。圧力補償溝の底部からの打撃機構ガイド面３６の距離を、打撃機構ガイド面３６と肩部６３との間の距離で割った値は、０．２５ｍｍから０．５ｍｍになる。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
2015520682.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
2015520682.tif 000014
【図１１ｃ】
2015520682.tif 000015
【図１１ｄ】
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【国際調査報告】
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