(57)【要約】【課題】軽量な空気圧作動式の打撃装置を提供すること。【解決手段】打撃装置が、シリンダ室１１及び空気の蓄圧室１３を備えるケーシング１５と、シリンダ室１１内に摺動自在に嵌装され、蓄圧室１３から吐出される空気の圧力により移動して打撃対象物に衝撃を加えるピストン１６と、ピストン１６を打撃対象物から離間させる方向に付勢する付勢手段１７とを具備しており、ケーシング１５が合成樹脂材料から形成される。【選択図】図１
2012111542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気圧作動式の打撃装置であって、
シリンダ室（１１）及び空気の蓄圧室（１３）を備えるケーシング（１５）と、
前記シリンダ室（１１）内に摺動自在に嵌装され、前記蓄圧室（１３）から吐出される空気の圧力により移動して打撃対象物に衝撃を加えるピストン（１６）と、
前記ピストン（１６）を打撃対象物から離間させる方向に付勢する付勢手段（１７）と、を具備しており、
前記ケーシング（１５）が合成樹脂材料から形成されることを特徴とする、打撃装置。
【請求項２】
前記合成樹脂材料が、ナイロン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、及びポリエチレン樹脂のうちのいずれか一種であるか、又はいずれか二種以上の混合物であることを特徴とする、請求項１に記載の打撃装置。
【請求項３】
前記合成樹脂材料が、二硫化モリブデン、シリコーンオイル、油脂、ポリテトラフルオロエチレン、ワックス、及びグラファイトのうちの一種以上を添加剤として含むことを特徴とする、請求項２に記載の打撃装置。
【請求項４】
取付けのための取付台（２１）を更に具備する請求項１〜３のいずれか一項に記載の打撃装置であって、
前記ケーシング（１５）が、前記取付台（２１）に結合するための第１嵌合部（５２）を備え、前記取付台（２１）が、前記第１嵌合部（５２）に嵌合する第２嵌合部（５６）を備えており、
前記第１嵌合部（５２）と第２嵌合部（５６）との嵌合の過程において前記第１嵌合部（５２）に弾性変形が生じる不完全嵌合位置を前記第１嵌合部（５２）が通過してから完全な嵌合位置に至って前記弾性変形が減少するか又はゼロになるように前記第１嵌合部（５２）及び第２嵌合部（５６）が形成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の打撃装置。
【請求項５】
前記ピストン（１６）が前記合成樹脂材料から形成されることを特徴とする、請求項１〜４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、空気圧作動式の打撃装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ホッパー又はサイロ等の粉粒体貯蔵設備、及びバグフィルターなどの集塵設備、及び粉粒体の輸送配管等で、粉粒体の閉塞が発生することを防止するために、前述の設備又は配管の外側を繰り返し打撃する空気圧作動式の打撃装置が、例えば特許文献１及び特許文献２で知られている。特許文献１又は２に記載された打撃装置は、シリンダと、シリンダ内に嵌装された打撃用のピストンを有しており、加圧空気とその流れを切り換える三方電磁弁を制御することによってピストンの往復運動が引き起こされて、打撃対象物に対する繰り返しの打撃が実現される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭５３−１３２１８２号公報
【特許文献２】実開昭６２−１２３８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような在来の打撃装置によって、配管等の内面への粉粒体の付着を確実に防止することはできたが、その一方で在来のものは、シリンダのサイズにもよるが、その重量が一人又は二人で短時間で簡単に設置作業をするには重く、従って軽量化が望まれていた。ところで、打撃装置はプラントの配管等の高所に設置されることも多いが、特にそのように高所に設置される場合、重い重量が作業時間あるいは作業者人数の増大と安全性の低下を引き起こしていた。
【０００５】
本発明は前述した課題に鑑みてなされたもので、その目的は、軽量な空気圧作動式の打撃装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明は、空気圧作動式の打撃装置であって、シリンダ室（１１）及び空気の蓄圧室（１３）を備えるケーシング（１５）と、シリンダ室（１１）内に摺動自在に嵌装され、蓄圧室（１３）から吐出される空気の圧力により移動して打撃対象物に衝撃を加えるピストン（１６）と、ピストン（１６）を打撃対象物から離間させる方向に付勢する付勢手段（１７）と、を具備しており、ケーシング（１５）が合成樹脂材料から形成される。
【０００７】
このようにケーシングを合成樹脂材料から形成することにより打撃装置の軽量化が実現され、その結果設置作業時間の短縮及び設置作業時の安全性の向上という効果が得られる。
【０００８】
またこの軽量化にともなって、打撃装置を設置するための取付台に必要な強度及び剛性を低減することができ、その結果取付台の軽量化及び軽量化にともなう取付台の配管等からの脱落の危険性の低減、並びに取付台のコスト低減も可能になる。
【０００９】
また、ケーシングを合成樹脂材料から形成することによりシリンダ室の内面の摩擦係数が低下し、その結果連続運転時における、ピストン用のＯリングの温度上昇が低減されてその寿命が延びるという効果も得られる。
【００１０】
また、ケーシングを熱可塑性樹脂の射出成形品から形成すれば、ケーシングのコストの低減が可能である。また、ケーシングについては、塩害や化学薬品による腐食又は酸化に対する塗装等の保護処理が不要であるので、このことからもコストの低減が可能になる。
【００１１】
さらに、金属製の従来型の打撃装置では打撃時の衝撃反力によりケーシングが脆性破壊をすることがあったが、合成樹脂製のケーシングを有する本発明の打撃装置ではそのような破壊の危険性は著しく低下する。
【００１２】
本発明では、合成樹脂材料は、ナイロン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、及びポリエチレン樹脂のうちのいずれか一種であるか、又はいずれか二種以上の混合物であり得る。なお、ナイロン樹脂としては、ナイロン６、ナイロン６６、及びナイロン１２等が好適に使用できる。このような、いわゆるエンジニアリングプラスチックを利用することにより、ハウジングの強度及び寸法精度を高めることが可能になる。
【００１３】
本発明では、合成樹脂材料は、二硫化モリブデン、シリコーンオイル、油脂、ポリテトラフルオロエチレン、ワックス、及びグラファイトのうちの一種以上を添加剤として含んでよい。このように合成樹脂材料に潤滑性を高める添加剤を加えることにより、ピストン外周面とシリンダ室内面との間の摺動摩擦抵抗を低減することが可能になり、その結果従来は定期的なメンテナンスとしても必要であった潤滑用のグリースの塗布を不要にすること、さらにはピストンに装着されていたＯリングやピストンリングを削除することも可能になる。
【００１４】
本発明では、打撃装置が取付けのための取付台（２１）を更に具備することがあり、ケーシング（１５）は、取付台（２１）に結合するための第１嵌合部（５２）を備え、取付台（２１）は、第１嵌合部（５２）に嵌合する第２嵌合部（５６）を備えており、第１嵌合部（５２）と第２嵌合部（５６）との嵌合の過程において第１嵌合部（５２）に弾性変形が生じる不完全嵌合位置を第１嵌合部（５２）が通過してから完全な嵌合位置に至って弾性変形が減少するか又はゼロになるように第１嵌合部（５２）及び第２嵌合部（５６）が形成される。本発明におけるケーシングは、金属の場合に比べてはるかに大きな弾性変形が許容されるので、合成樹脂の弾性変形を積極的に利用した第１嵌合部と第２嵌合部との嵌合構造によってケーシングと取付台との結合及び分離を簡単に短時間に実現することが本発明により可能になる。
【００１５】
本発明では、ピストン（１６）が合成樹脂材料から形成されてもよい。これにより、装置の軽量化が促進されるとともに、ピストン用のＯリングやピストンリング及び摺動界面の潤滑用のグリースを不要にすることが可能になる。
【００１６】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態による打撃装置の模式的な部分縦断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態による打撃装置の模式的な部分縦断面図である。
【図３】第２実施形態による打撃装置の模式的な正面図である。
【図４】第２実施形態による打撃装置の緊締バンドを含んだ模式的な正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１実施形態）
次に、本発明の第１実施形態による打撃装置１０をその模式的な部分縦断面図である図１を参照して説明する。なお、本明細書において用いられる「上」及び「下」という方向は、説明のために、図１等の図面の上下方向に対応させた方向であり、従って絶対的なものではない。
【００１９】
図１に示される第１実施形態の打撃装置１０は、シリンダ室１１を形成するシリンダ部１２、及びシリンダ室１１の上方に配置されてシリンダ室１１と連通する蓄圧室１３を形成する蓄圧部１４を有するケーシング１５を具備しており、これらシリンダ部１２と蓄圧部１４は本実施形態の場合ナイロン６６樹脂を材料とした射出成形品から形成されている。打撃装置１０はさらに、シリンダ室１１内に摺動自在に嵌装されたピストン１６と、シリンダ室１１内においてピストン１６を上方に付勢するように配置された圧縮コイルスプリング１７と、シリンダ室１１と蓄圧室１３との間に配置されたドーナツ円板状のアンカープレート１８と、ホッパー等の配管の外壁面１９への取付けのための取付台２１とを含んでいる。これらケーシング１５以外の打撃装置１０の構成要素は、アルミニウム合金、鉄鋼、ばね鋼等の金属材料から形成されている。
【００２０】
ケーシング１５のシリンダ部１２は、概ね円筒状の外形を呈しているが、上端部付近は蓄圧部１４を結合するために拡径しており、下端部には取付台２１との結合ためのボルト取付け穴が設けられたフランジ２２と、このフランジ２２を補強するための４枚（図１では２つだけが識別される）の三角リブ２３を有している。シリンダ部１２の内部には前述したとおりシリンダ室１１が形成されており、またシリンダ室１１の上側は蓄圧部１４の本体部２８を収容するために拡径されており、下側には前記スプリング１７の下端を支持する肩部２５が形成され、その結果シリンダ室１１の内径が縮小している。さらに、シリンダ室１１の下端部からフランジ２２の中を通って外周面まで半径方向に延びる排気孔２６が一つ設けられている。この排気孔２６はピストン移動時のシリンダ室１１内の排気のために設けられたものである。
【００２１】
ケーシング１５の蓄圧部１４は、わずかに湾曲した上壁部２７を有する概ね円筒状の本体部２８と、シリンダ部１２への結合のためのフランジ２９とを有しており、本体部２８の内部には蓄圧室１３が形成されている。本体部２８の上壁部２７には空気入口３１が設けられていて、前記空気入口３１には、三方電磁弁３２が配設された空気供給用の配管３３が接続されていて、この配管３３は図示しない空気供給源に接続されている。蓄圧室１３の下部は開口してシリンダ室１１と連通している。また、蓄圧部１４はそのフランジ２９において複数のボルト３５によってシリンダ部１２に結合され、また蓄圧部１４のフランジ２９とシリンダ部１２との接合面及び蓄圧部１４の本体部２８の下端部とアンカープレート１８との接合面には気密用のＯリング３６が介装されている。
【００２２】
第１実施形態におけるピストン１６は、前述したとおり鉄鋼材料から形成されたものであり、シリンダ室１１内で摺動するための大径の摺動円柱部３７と、打撃用の小径の打撃円柱部３８とを有しており、前記摺動円柱部３７の内部には永久磁石３９が埋め込まれている。また、摺動円柱部３７の外周部には気密性を高めるためにＯリング４１及びピストンリング４２が装着されている。
【００２３】
第１実施形態における取付台２１は、ケーシング１５のシリンダ部１２のフランジ２２とほぼ等しい外径を有する円板部４３と、円板部４３の中心から鉛直下方に延びる円柱部４４と、円板部４３と円柱部４４とを連結して補強する２枚ないし４枚のリブ４５とが溶接によって接合されて形成されている。本実施形態では、ホッパー又は配管等の外壁面１９には取付台２１の底部外形より一回り大きい外形を有する補強板４６が溶接されていて、取付台２１は前記補強板４６に溶接によって固定されている。また、ケーシング１５のシリンダ部１２のフランジ２２と取付台２１の円板部４３とが複数のボルト４７によって固定されている。
【００２４】
本実施形態による打撃装置１０のピストン１６の作動の様態は在来型のものと同様であるので、それを簡単に以下に説明する。
【００２５】
図１は作動の第１段階を示しており、この第１段階では、ピストン１６はその内部に埋め込まれた永久磁石３９の磁力によってアンカープレート１８に吸着している。このときの蓄圧室１３の圧力は大気圧である。
第２段階（図示せず）で、空気供給源から空気が供給されるように三方電磁弁３２が作動されて、蓄圧室１３の圧力が高まって磁力による吸着力を超えると、ピストン１６はアンカープレート１８から離脱して高速で下方に移動する。
第３段階（図示せず）では、下方へ移動するピストン１６の打撃円柱部３８が取付台２１の円板部４３を打撃する。このとき取付台２１の円板部４３に加えられた衝撃は取付台２１の円柱部及びリブ４５を経由して補強板４６からホッパー又は配管等に伝達される。また、排気孔２６がシリンダ部１２に設けられているので、ピストン１６の下方への移動が妨げられることはない。
第４段階（図示せず）では、三方電磁弁３２が排気側に解放されることにより、蓄圧室１３の圧力が低下し、その結果スプリング１７の力によりピストン１６は上に戻されてアンカープレート１８に吸着され、ピストン運動の１サイクルが完了する。
また、本実施形態では、ピストン１６による打撃は約１回／秒発生するように三方電磁弁３２の開閉が制御される。なお、この打撃の間隔は、用途に応じて約１回／秒から約１回／数時間までの範囲で適切に設定すればよい。
【００２６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による打撃装置１００についてその模式的な部分縦断面図である図２、模式的な正面図である図３、及び図４を参照して説明する。なお、第２実施形態の各構成要素の参照符号は、ほぼ同様の機能を有する第１の構成要素の参照符号と同一にされている。
【００２７】
第２実施形態による打撃装置１００は、その基本的構成は第１実施形態のものとほぼ同様である。ただし、ケーシング１５のシリンダ部１２がフランジ２２に代えて第１嵌合部５２を有すること、及びシリンダ部１２と蓄圧部１４とがボルト３５で結合されないこと、及びピストン１６も合成樹脂から形成されることにおいて第１実施形態のものと異なっているので、本明細書では前記の異なる点を主に説明する。
【００２８】
第２実施形態のケーシング１５のシリンダ部１２は、ほぼ均一の外径を有する円筒状に形成されていて、圧縮コイルスプリング１７の下端を支持するための内方への環状突出部５１がシリンダ室１１の下端に形成されており、この環状突出部５１よりも下側の領域に、取付台への結合のための第１嵌合部５２が形成されている。シリンダ室１１内にはピストン１６及び圧縮コイルスプリング１７が収納されている。シリンダ部１２の上端部の内側は、アンカープレート１８を支持するためにシリンダ室１１よりも拡径されている。またシリンダ部１２は、やはりナイロン６６樹脂の射出成形品から形成されたものであるが、本実施形態では、前記ナイロン６６樹脂は潤滑用の二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）を約２〜５％含むものである。
【００２９】
ケーシング１５の第１嵌合部５２は、ケーシング１５の環状突出部５１よりも下側に形成されて、その下端部は開口しており、後述する取付台２１の第２嵌合部である円柱部５７を受容できるように略円柱状の空間が内部に形成されている。第１嵌合部５２の下端部の内側には、半径方向内側へ突出する環状の第１凸部５３が形成されており、この第１凸部５３は、先端側が傾斜したフック状の断面を有している。また第１嵌合部５２は、図３に示されるように、その下端部から軸線方向に延びる４本（図２では１本のみ示される）のスリット５４を有しており、前記４本のスリット５４は円周方向の等角度間隔で配置されている。これらスリット５４は、第１嵌合部５２の半径方向の弾性変形能力を高めるために設けられたものであるが、第１実施形態における排気孔２６と同様の働きも有している。さらに、第１嵌合部５２の外周面には、後述する緊締バンド６０を配置するための比較的浅い深さの環状のバンド用凹部５５が形成されている。
【００３０】
第２実施形態のケーシング１５の蓄圧部１４は、円筒状の本体部２８のみから構成されていて、シリンダ部１２への結合のためのフランジ２９を有していない。また、蓄圧部１４はシリンダ部１２と同じ前述の合成樹脂材料から形成されている。蓄圧部１４の下端部はシリンダ部１２の上端部との間にアンカープレート１８を介装して嵌合するように形成されていて、本実施形態では超音波溶着によってシリンダ部１２の上端部に気密に接合されている。また、このような接合方法なので、蓄圧部１４のシリンダ部１２との間には気密保持用のＯリング３６等は介在しない。
【００３１】
第２実施形態におけるピストン１６は、鉄鋼材料ではなく、シリンダ部１２と同様の二硫化モリブデンの添加されたナイロン６６樹脂から形成されている。やはり摺動円柱部３７の内部には永久磁石３９が埋めこまれている。但し摺動円柱部３７の外周部には気密性を高めるためのＯリング４１及びピストンリング４２は装着されない。従って、本実施形態では摺動円柱部３７の外周面がシリンダ室１１の内壁面に直接的に接触する。
【００３２】
本実施形態の取付台２１は、ケーシング１５の第１嵌合部５２の内径とほぼ等しい外径の円柱部５７と、円柱部５７の基部側に溶接により結合された円形の基板部５８とを含んでおり、また前記基板部５８がホッパーや配管等の外壁面１９に溶接により固定される。円柱部５７の軸方向の中央部付近に環状溝である第２凹部５９が設けられており、前記第２凹部５９はケーシング１５の第１嵌合部５２の第１凸部５３との嵌合が可能な形状で形成されている。また、ケーシング１５の第１嵌合部５２と嵌合する取付台２１の第２嵌合部５６が、円柱部５７と第２凹部５９とにより構成される。
【００３３】
次に、ケーシング１５を取付台２１に取り付けるときの第１嵌合部５２と第２嵌合部５６とがどのように嵌合されるかについて説明する。
最初に、ケーシング１５の第１嵌合部５２の先端の開口の中心と取付台２１の円柱部５７の中心とを整列させて、ケーシング１５を押し込む。その場合、第１凸部５３が第２凹部５９に完全に嵌合する前の不完全な嵌合位置においては、第１凸部５３の形成する内径は円柱部５７の外径よりも小さいので、第１嵌合部５２は半径方向外側に弾性変形される。さらにケーシング１５を押し込み、第１凸部５３が第２凹部５９の位置に達すると、第１凸部５３と第２凹部５９の嵌合が完全に為され、その結果第１嵌合部５２と第２嵌合部５６が結合される。このような完全な嵌合位置において、本実施形態では、第１嵌合部５２の弾性変形量はゼロとなる。ただし、完全な嵌合位置における第１嵌合部５２の弾性変形量が不完全な嵌合位置における弾性変形量より小さいがゼロではない第１及び第２嵌合部が他の実施形態で形成されてもよい。
【００３４】
図４に示されるように、第２実施形態の打撃装置１００は緊締バンド６０を更に具備している。ケーシング１５の第１嵌合部５２と取付台２１の第２嵌合部５６とが嵌合された後に、緊締バンド６０を前記バンド用凹部５５に掛け回わして締め付けることにより、ケーシング１５と取付台２１との結合が補強される。本実施形態では、緊締バンド６０は、その内径を連続的に調節できる調節ねじ６１を有する金属製のものであるが、本技術分野で知られた他の様々な形態のバンドが用いられてよい。
【００３５】
（その他の実施形態）
本発明のケーシング及びピストンに用いられる合成樹脂材料は、ナイロン６６（ＰＡ６６）樹脂に限定されるものではなく、例えばナイロン６（ＰＡ６）樹脂やナイロン１２（ＰＡ１２）樹脂などの各種ポリアミド樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、アクリロニトリル・スチレン共重合（ＡＳ）樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合（ＡＢＳ）樹脂、四フッ化エチレン・エチレン共重合（ＥＴＦＥ）樹脂、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂、ポリアリレート（ＰＡＲ）樹脂、変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）樹脂、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂、及びポリプロピレン（ＰＰ）樹脂のうちのいずれか一種であるか、又はいずれか二種以上の混合物であってもよい。
【００３６】
また、前記樹脂材料へは、望まれる特性に応じて、公知の様々な添加物が添加されてよく、例えば寸法安定性や強度を高めるためにグラスファイバー、カーボンファイバー、炭化カルシウム、又はタルク等を、帯電防止性を高めるために帯電防止剤を、機械的特性を向上させるためにエラストマー、ゴム又は可塑剤等を、その他必要に応じて公知の酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、滑剤（金属石鹸、ポリエチレンワックス、ビスアマイド系等）等の各種プラスチック添加剤を適当量配合することも可能である。また、潤滑性を高めるために、前述の第２実施形態における二硫化モリブデンに代えてシリコーンオイル、油脂類、ポリテトラフルオロエチレン、ワックス又はグラファイトが樹脂材料に添加されてもよい。
【００３７】
ピストン１６を第２実施形態の場合のように全体的に合成樹脂から形成するのではなく、ピストン１６の少なくとも摺動円柱部３７の外周部を合成樹脂で形成し、他の部分を鉄等の金属で形成してもよい。例えば、摺動円柱部３７を合成樹脂で形成し、鉄鋼等の金属で形成された打撃円柱部３８を前記合成樹脂製の摺動円柱部３７にねじ込んで接合してピストンを構築することも可能である。
【００３８】
第２実施形態におけるケーシング１５の第１嵌合部５２の第１凸部５３と、取付台２１の第２嵌合部５６の第２凹部５９との凹凸の関係を逆にすること、つまり第１嵌合部５２が第１凹部を有し、第２嵌合部が第２凸部を有するように第１及び第２嵌合部を形成してもよい。
【００３９】
第１及び第２実施形態におけるピストン１６には永久磁石３９が埋めこまれていたが、例えば特許文献２に記載されているような、蓄圧室と空気入口の間に傘形バルブの配置された弁室が設けられていてピストンが永久磁石を有さないタイプの打撃装置の本発明による実施形態も可能である。
【００４０】
本発明の第１実施形態による打撃装置１０の重量と、市販されている従来技術による同等のサイズの金属製のケーシング及びピストンを有する打撃装置の重量との比較を次の表１に示す。また、第１実施形態による打撃装置のピストンを鉄鋼製のものからナイロン６６樹脂製のものに入れ替えた場合の重量も示してある。なお、この表の重量には、取付台及び取付け用ボルトは含まれない。
【表１】
2012111542.tif 000003
表１によると、本発明による打撃装置は従来型の打撃装置の重量から最大で約７５％、最小でも約２５％の軽量化が達成できる。
【符号の説明】
【００４１】
１０    打撃装置
１１    シリンダ室
１２    シリンダ部
１３    蓄圧室
１４    蓄圧部
１５    ケーシング
１６    ピストン
１７    圧縮コイルスプリング
１９    配管の外壁面
２１    取付台
５２    第１嵌合部
５６    第２嵌合部
【図１】
2012111542.tif 000004
【図２】
2012111542.tif 000005
【図３】
2012111542.tif 000006
【図４】
2012111542.tif 000007