(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダにリニアモータの固定子を設け、鋼製のピストンをリニアモータの可動子とする往復打撃機構を備えた打撃装置において、前記ピストンに、複数の永久磁石を、互いに前後方向に離間し同極が対向するよう配設するとともに、前記永久磁石とピストンの外周との間に、非磁性体製の衝撃吸収用のダンパーを挿入したことを特徴とする電磁式打撃装置。
【請求項２】
リニアモータの固定子にコイルを多段に設け、各コイルへの通電を可動子の移動に対応して順次切換えるよう構成したことを特徴とする請求項１記載の電磁式打撃装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、さく岩機やブレーカ等に使用される電磁式打撃装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、さく岩機やブレーカ等の打撃装置に使用される往復打撃機構では、油圧や空圧によりシリンダ内のピストンを前後方向に往復動させ、ロッドやチゼル等の工具を打撃している。
【０００３】
空圧式打撃装置は、機構が簡単で安価であるが、排気による騒音が大きく、また、エネルギーの利用効率が極めて低い。
油圧式打撃装置は、空圧式打撃装置に比べればエネルギーの利用効率が高いが原動機、油圧ポンプを含めたエネルギーの利用効率は、回転式電動機に比較するとまだ低い。
【０００４】
また、作動流体の圧力源として、空圧の場合はコンプレッサー、油圧の場合は原動機、油圧ポンプを設けるため、設備が大型化する。
しかも、油圧及び空圧式の打撃装置の場合、ピストンの運動制御も作動流体を利用して行っているので、使用する条件に合わせて、ピストンの作動を細かく制御することは困難である。
【０００５】
そこで、シリンダにリニアモータの固定子を設け、磁性体であるピストンをリニアモータの可動子とした往復打撃機構を備えた電磁式打撃装置が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
さく岩機やブレーカ等の打撃機構では、ピストンを高い周波数で往復させ、被破砕物を破砕可能な打撃力を発生させるピストン速度が必要であるので、強いピストンの推進力が要求される。
【０００７】
しかしながら、従来のリニヤモータを用いた電磁式打撃装置では、さく岩機やブレーカ等が必要とするピストンの推進力を得ることは困難であり、工具を打撃する際の打撃力が不足するという問題があった。
【０００８】
本発明は、さく岩機やブレーカ等の打撃装置におけるかかる問題を解決するものであって、エネルギーの利用効率が高く、ピストンの運動制御が容易で、強いピストンの推進力を得ることのできる電磁式打撃装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明では、シリンダにリニアモータの固定子を設け、鋼製のピストンをリニアモータの可動子とする往復打撃機構を備えた打撃装置において、前記ピストンに、複数の永久磁石を、互いに前後方向に離間し同極が対向するよう配設するとともに、前記永久磁石とピストンの外周との間に、非磁性体製の衝撃吸収用のダンパーを挿入することにより上記課題を解決している。
【００１０】
電磁式打撃装置を駆動する場合には、リニアモータの固定子のコイルに電流が供給され、通電したコイル内には電流による磁界が発生してリニアモータの可動子であるピストンを前後方向に往復動させる。
【００１１】
リニアモータの可動子には、複数の永久磁石が、互いに前後方向に離間し同極が対向するように配設されているので、ピストンには強い推進力が与えられ、さく岩機やブレーカが必要とする打撃力を得ることができる。
そして、永久磁石とピストンの外周との間に非磁性体製の衝撃吸収用のダンパーを設けることにより、磁束の漏れを防いで推進力を有効に発揮させることができ、打撃した際の衝撃から永久磁石を保護する役目も果たすことができる。
【００１２】
リニアモータの固定子はコイルを多段に設け、各コイルへの通電を可動子の移動に対応して順次切換えるようにすることにより、広い範囲で強い推進力が得られ、ピストン速度を高速にしてより大きな打撃力が得られるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態を示す電磁式打撃装置を用いたブレーカの構成の説明図、図２乃至図９はピストン位置とコイル通電の関係を示すブレーカの作動の説明図、図１０はピストン及びコイルの下半部の磁力線の解析結果の説明図である。
【００１４】
このブレーカ１では、シリンダ２の前方（図上左方）にフロントヘッド１１とフロントカバー１３とが取付けられており、このフロントヘッド１１の前端部にはロッド１２がロッドピン１４で規制されて所定距離前後摺動可能に挿着されている。シリンダ６の後方にはバックヘッド１５が設けられている。
【００１５】
シリンダ６内に設けられたピストン２は、前後の小径の部分が、シリンダ６の前端部に設けられた軸受９とバックヘッド１５に設けられた軸受１０とでシリンダ６内を前後に移動可能に支持されている。
【００１６】
シリンダ６には、強磁性体からなる固定子励磁鉄心８で覆われた円筒状のコイル７が、前後方向に６段設けられており、これがリニアモータの固定子となっている。各コイル７は、電源制御装置１７に接続され電流を供給される。
【００１７】
シリンダ６に設けられたピストン２は、鋼製でリニアモータの可動子となっており、このピストン２の中央の大径の部分の外周上には、４個の永久磁石３が、互いにピストン２の軸方向に離間し同極が対向するよう配設されている。各永久磁石３の間には、リング状の可動子励磁鉄心４が装着されている。永久磁石３及び可動子励磁鉄心４とピストン２の外周との間には、衝撃吸収と磁束の漏れを防止するためのダンパー５が挿入されている。ここでダンパー５はウレタンゴムを用いているが、他の合成ゴムや天然ゴムを用いることもできる。
【００１８】
バックヘッド１５には、ピストン２が前後に往復動するときのピストン２の後端の位置を検出するピストン位置検出装置１６が設けられており、このピストン位置検出装置１６は電源制御装置１７に接続されている。
【００１９】
このブレーカ１において、コイル７に電流が供給されていない状態では、図２に示すように、ピストン２は永久磁石３の磁力により、永久磁石３と固定子励磁鉄心８とが最も近接する位置に保たれている。
【００２０】
ブレーカ１を駆動する場合には、ピストン２に設けた永久磁石３及び可動子励磁鉄心４に臨む位置にあるコイル７に電源制御装置１７から電流を供給する。
ここで、前端の永久磁石３から後端の永久磁石３までの距離は、コイル７の前後の幅の約３倍となっているので、図３に示すように３箇所のコイル７に通電される。３箇所のコイル７の通電方向は、ピストン２の下側において、前後のコイル７が紙面の裏側から表側、中央のコイル７は紙面表側から裏側となっている。
【００２１】
このとき、図１０に示すように、個々の固定子励磁鉄心８の後端部と可動子励磁鉄心４の前端部の間に磁束が密集しており、且つ斜めに流れているので、磁気エネルギーに勾配が発生しピストン３には推進力が作用する。磁束が斜めに流れた場合、それを真っ直ぐに流そうとする方向に力が働くから、ピストン２に作用する推進力の方向は前方となる。
【００２２】
ここで、鋼製のピストン２は強磁性体であるから、通常の状態では磁束がピストン２の方に漏れて有効に力が発揮できなくなる。永久磁石３及び可動子励磁鉄心４とピストン２の外周との間挿入されているダンパー５は非磁性体であるので、この磁束の漏れを防いで推進力を有効に発揮させる。またダンパー５はピストン２がロッド１２を打撃した際の衝撃から永久磁石３を保護する役目も果たしている。
【００２３】
コイル７に通電してピストン２に前方への推進力が与えられると、ピストン２は前進を開始する。ピストン２が前進を続けコイル７の幅だけ移動すると、後端の永久磁石３が、通電中の３箇所のコイル７のうちで最も後方のコイル７内を通過してしまう。ピストン位置検出装置１６がこの位置を検出すると、電源制御装置１７は、図４に示すように、通電中の３箇所のコイル７のうちで最も後方のコイル７への通電を停止し、他の２箇所のコイル７への通電の方向を切換え、それまで通電していたコイル７より１つ前方のコイル７へ新たに通電を開始する。新たに通電されている３箇所のコイル７の通電方向は、ピストン２の下側において、前後のコイル７が紙面の裏側から表側、中央のコイル７は紙面表側から裏側となっており、ピストン２には前方への推進力が作用する。
【００２４】
以後、各コイル７への通電をピストン２の移動に対応して順次切換えて、ピストン２を加速させてゆく。
ピストン２が前進を続け、ピストン２の先端がロッド１２の後端の位置に達すると、図５に示すように、ピストン２がロッド１２を打撃する。ピストン位置検出装置１６がこの位置を検出すると、電源制御装置１７は、図６に示すように、各コイル７への通電を逆向きに切換える。すなわちロッド１２からの反力を受けるのと同時に、ピストン２への推進力は後方に向けて作用するようになり、ピストン２は後退を開始する。
【００２５】
ピストン２の後退行程においても、前進行程の場合と同様に各コイル７への通電をピストン２の移動に対応して順次切換えて、ピストン２を加速させてゆく。ピストン２が所定の位置まで後退し、ピストン位置検出装置１６がこの位置を検出すると、電源制御装置１７は、図７に示す状態から、各コイル７への通電を逆向きに切換える。そこでピストン２への推進力は図８に示すように、前方に向けて作用するようになる。ピストン２は慣性により後方への移動を続けるが、次第に減速してやがて停止し、図９に示す状態となって再び前進行程にはいる。以後同様のサイクルが繰り返される。
【００２６】
ピストン２が後退する際のピストン２への推進力を後方から前方へと切換える位置を変更することにより、ピストン２のストロークを変化させ、ピストン２がロッド１２を打撃するときの速度を制御することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電磁式打撃装置は、機構が簡単で必要な設備も少なくてすみ、また、電磁力を推進力とするため空圧式や油圧式の打撃装置に比べてエネルギーの利用効率が高く、省エネルギー効果が大きい。リニアモータの可動子に、複数の永久磁石を、互いに前後方向に離間し同極が対向するよう配設するとともに、永久磁石とピストンの外周との間に磁束の漏れを防ぐことができる非磁性体製の衝撃吸収用のダンパーを設けていて大きなピストンの推進力を得ることができるので、さく岩機やブレーカ等の打撃装置において、必要とする大きな打撃力を工具に与えることができる。ピストンのストロークや速度は電気的に制御することができるので操作が容易となる。
また、衝撃吸収用のダンパーは、磁束の漏れを防ぐだけではなく、打撃した際の衝撃から永久磁石を保護する役目も果たすことができる。
【００２８】
リニアモータの固定子はコイルを多段に設け、各コイルへの通電を可動子の移動に対応して順次切換えるようにすることにより、広い範囲で強い推進力が得られ、ピストン速度を高速にしてより大きな打撃力が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す電磁式打撃装置を用いたブレーカの構成の説明図である。
【図２】ピストン位置とコイル通電の関係を示すブレーカの作動の説明図である。
【図３】ピストン位置とコイル通電の関係を示すブレーカの作動の説明図である。
【図４】ピストン位置とコイル通電の関係を示すブレーカの作動の説明図である。
【図５】ピストン位置とコイル通電の関係を示すブレーカの作動の説明図である。
【図６】ピストン位置とコイル通電の関係を示すブレーカの作動の説明図である。
【図７】ピストン位置とコイル通電の関係を示すブレーカの作動の説明図である。
【図８】ピストン位置とコイル通電の関係を示すブレーカの作動の説明図である。
【図９】ピストン位置とコイル通電の関係を示すブレーカの作動の説明図である。
【図１０】ピストン及びコイルの下半部の磁力線の解析結果の説明図である。
【符号の説明】
１      ブレーカ
２      ピストン
３      永久磁石
４      可動子励磁鉄心
５      ダンパー
６      シリンダ
７      コイル
８      固定子励磁鉄心
９      軸受
１０    軸受
１１    フロントヘッド
１２    ロッド
１３    フロントカバー
１４    ロッドピン
１５    バックヘッド
１６    ピストン位置検出装置
１７    電源制御装置
【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】
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【図９】
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【図１０】
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