(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一直径のシリンダ孔（20）を備えたハウジング（11）と、上記シリンダ孔（20）内で往復運動可能で、上記シリンダ孔（20）と密封かつ案内共動するピストンヘッド（63）を備えたハンマーピストン（28）と、上記ハンマーピストン（28）のそれぞれの端部に交互に駆動圧搾空気を加えて上記シリンダ孔（20）内で上記ハンマーピストン（28）を往復動させる空気分配弁（26、27）と、上記ハウジング（11）に取付けられ、作業工具（16）の案内及び支持手段を成す前方部分（13）と、上記シリンダ孔（20）と同軸でしかも上記シリンダ孔（20）より直径の小さく、環状肩部（49）によって上記シリンダ孔（20）から分離された順方向シリンダ孔伸長部（50）と、上記順方向シリンダ孔伸長部（50）内で密封的に案内され、上記作業工具（16）の後端部（15）に通常当接する前方端部及び上記順方向シリンダ孔伸長部（50）内に通常位置した後方端部（62）とを備えたアンビル（14）と、上記順方向シリンダ孔伸長部（50）内に円筒状に貫通し、上記ハンマーピストン（28）の往復動時に上記アンビル（14）の上記後方端部（62）に反復衝撃を加える順方向に伸長したステム部分（64）とを有し、上記順方向シリンダ孔伸長部（50）内への上記ステム部分（64）の貫通時に、上記ステム部分（64）及び上記ピストンヘッド（63）が上記シリンダ孔（20）及び上記環状肩部（49）と共に環状のエネルギー吸収空気クッション室（59）を形成する空気圧衝撃ブレーカーにおいて、
上記ピストンヘッド（63）が上記ステム部分（64）より軸方向に相当長く伸び、
上記ピストンヘッド（63）が上記シリンダ孔（20）と案内かつ密封共動する二つの軸方向に離間した端部分（65、66）を備え、
上記端部分（65、66）の各々と上記シリンダ孔（20）との間の半径方向遊びが、上記ステム部分（64）と上記順方向シリンダ孔伸長部（50）との間の半径方向遊び（Δ）より小さく、
前記シリンダ孔伸長部（５０）が、シリンダ孔（２０）の中に延び、前記環状肩部（４９）を形成する後方端部を有した、スリーブ（１７）によって形成されること、を特徴とする空気圧衝撃ブレーカー。
【請求項２】
上記順方向シリンダ孔伸長部（50）は、上記環状肩部（49）から軸方向にある距離をおいて配置され、上記ステム部分（64）が衝撃行程中に上記順方向シリンダ孔伸長部（50）内に貫通する際に、上記アンビル（14）と上記ステム部分（64）との間に含まれた空気量に対する環状膨脹容積を形成する周囲溝（５４）を備えている請求の範囲１に記載の空気圧衝撃ブレーカー。
【請求項３】
上記ピストンヘッド（63）の長さが上記ステム部分（64）の長さの少なくとも三倍である請求の範囲１又は２に記載の空気圧衝撃ブレーカー。
【請求項４】
上記アンビル（14）がその前方端部に環状つば（53）を備え、上記スリーブ（17）が上記順方向シリンダ孔伸長部（50）の前部と同軸にかつその中に配置され、上記環状つば（53）に対する案内手段を成す細長い案内孔（51）を備えている請求の範囲１に記載の空気圧衝撃ブレーカー。
【発明の詳細な説明】
本発明は、シリンダ孔と、シリンダ孔で往復運動可能なハンマーピストンと、シリンダ孔のピストンを往復運動させるハンマーピストンの端部に択一的に直進運動方向へ圧縮空気を送る空気分配弁を備えた後部シリンダヘッド及び、ハウジングに取り付けられ、ガイドと作業工具の支持手段を形成し、直径がシリンダ孔より小さく、それと同軸方向に伸びるの前方シリンダ孔伸長部及び、環状ショルダーによってシリンダ孔から分離される前記シリンダ孔伸長部と、シールされてシリンダ孔伸長部に案内され、通常は作業用具の後端部と隣接する前端部及び通常前記シリンダ孔伸長部内に配置されている後端部を有するアンビルと、シリンダ孔と共働してシール及び案内をするピストンヘッドで形成されるハンマーピストンと、ハンマーピストンの往復運動でアンビルに反復衝撃を加えるため、シリンダ孔伸長部に周期的に入り込む、前方向に伸びるステム部分を有し、シリンダ孔、環状肩部、ステム部分、及びピストンヘッドで環状エネルギー吸収空気クッション室を形成する空気圧衝撃ブレーカーに関する。
前記のような形式の空気圧衝撃ブレーカーは、高い衝撃エネルギーによって、効果的な破砕力を得るが、同時に機械部品と同様に作業者に有害な影響を及ぼす外部の振動と内部の衝撃が発生する。有害な衝撃または、その様に呼ばれるハンマーピストンの底部への衝撃は、ブレーカーへの負担が非常に小さいか、又はゼロまたはマイナスの時に発生する。作業工具が誤動作／停止した時、マイナス負荷が働いて直ちに、ブレーカーを持ち揚げられる。
上記形式の衝撃ブレーカーでは、底部への衝撃を充分に低下させる事が困難であった。部品に応力を耐えさせ、ブレーカーの組立体を確実に安全にするためには、ハウジング自体を含む部品を非常に大きくしなければならなかった。それには、特別に強力な締め付け／連結ボルトと／または部品同士を安全に保つためにねじ接続部を使用する必要性もあった。例えば、米国特許明細書第3,179,185号の第４図には、ストロークの最下位置でのハンマーピストンエネルギーを吸収する環状エラストマー要素から成る衝撃低下手段が示されている。実際問題として、この公知の装置は、ハンマーピストンの運動エネルギーを吸収する能力は無く、衝撃低下エラストマー要素の寿命は非常に短くなる。
他の実施例が、米国特許明細書第3,451,492号に開示されている。そこに示されている衝撃ブレーカーは、ピストンヘッドの長さに関して、ステム部分に比較的長い衝撃を加えるハンマーピストンから成る。これは、ステム部分が前方の直径の小さなシリンダ孔伸長部と連動させない時、必然的にピストンが傾いて、ステム部分と孔との間の、非常に激しい金属の接触が生じることを避けるため相対的に大きな影響がある意味している。そして結果として、ステム部分の周りに相対的に広い漏れ間隙が生じ、従って、ハンマーピストンとシリンダ孔とシリンダ孔の前方向肩部との間にある減衰容量の効力を相当落とす。ピストンステムとシリンダ孔伸長部の間の遊びがかなり大きく、空気量のエネルギー吸収が乏しいにも関わらず、ピストンステムとシリンダ孔伸長部の間の金属的な接触によって、ピストン軸とシリンダ孔伸長部の好ましくない重大な摩損が起こる。
本発明の目的は、ハンマーピストンステム部分をより正確に直線的な動作に改善することによって、無負荷時またはハンマーピストンのストロークの最下位置で、空気クッションのエネルギー吸収力を改善する、空気圧ブレーカーを提供することである。
本発明のもう一つの目的は、ハンマーピストンステム部分とアンビルとの間に留まる有害エネルギー吸収空気量を低減することである。もし、この空気量の最大圧力を上げすぎると、ハンマーピストンとアンビルとの間のエネルギー伝達に実質的な損失が生じる。この問題は、衝撃機構における、ピストン軸部分と孔との間の堅固なはめ合いによって漏れ隙間が狭い場合に生じる。しかしこの問題は、本発明によって解決される。
第１Ａ図及び第１Ｂ図は、本発明による空気圧ブレーカの長手方向断面をＡ−Ｂ横断線で分割した図である。
第２図は、第１Ａ図によるブレーカーの後部の長手方向断面の拡大図である。
第３図は、第２図の３−３線に沿った断面を多少縮小した図である。
第４図は、第１Ｂ図の部分拡大図であるが、衝撃発生部材の作業位置に関しては第１Ｂ図と異なる位置を示している。
第５図は、第３図の装置の詳細を示す拡大図である。
第１Ａ図及び第１Ｂ図に示された衝撃ブレーカー１０は、シリンダ孔２０を有し、かつシリンダヘッド１２が設けられた細長いハウジング１１と、ハンドル１８，１９と、前方部材１３とを備えている。これらの部材は相互に連結され、また、シリンダ孔２０の長手方向軸線２４に関して対称にされている。シリンダ孔２０は、環状の肩部２１から後方へは、拡径孔２３を通してのびている。また、シリンダ孔２０は内側の環状肩部２１から前方へは、前方孔４５を通してのびている。ハウジング１１の前方孔４５の前方には、軸方向スロット４７を有するクランピング部４６が形成されている。クランピング部４６は、さらに拡径された孔４８を画定し、該孔４８は、孔４５やシリンダ孔２０と同軸上にのびている。
孔４５の中にはスリーブ１７から成る中間部材が装着されている。このスリーブ１７は環状肩部２５と接して共働する外側肩部を有し、かつ、シリンダ孔２０内に密閉的にのびている。スリーブ１７はシリンダ孔２０側に向いた環状端面４９を有する。スリーブ１７はブレーカハウジング１１の前方部分の一部となり、工具の衝撃受け止め部材用の案内スリーブとして機能する。スリーブ１７は、中央同軸第１孔５０と、環状前向き肩部５２によって前記第１孔５０から分離された拡径同軸第２孔５１とを有する。ハウジングの前方部材１３は、クランピング部４６の拡径孔４８内に挿入すべき管状ネック５５が形成された独立した部材であり、スリーブ１７によって軸方向に配置される。スリーブ１７は、環状肩部２５を介してハウジング１１に関する前方部材１３の軸方向位置を決める。
クランピングボルト５６は、クランピング部４６の孔５７を通って横断方向にのび、ネック５５の接線方向溝５８と噛み合って、ネック５５をハウジング１１に関して軸方向に完全に固定する。ナット（図示せず）によって、クランピングボルト５６は、ネック５５をクランピング部４６に摩擦的に固定し、その結果、前方部材１３とスリーブ１７とはハウジング１１に堅固に締め付けられる。
スリーブ１７の孔５０内では、衝撃伝達アンビル１４が密閉的にガイドされている。アンビル１４には、シリンダ孔２０側に向いた衝撃受け止め端面６２と、拡径第２孔５１内でガイドされる環状フランジ５３とが形成されている。アンビル１４は、作業工具１６のネック１５によって後方に移動可能であり、フランジ５３と環状肩部５２との相互係合によってハウジング１１に関するアンビル１４の作業位置の後端が決められる。第１Ｂ図を参照すると、アンビル１４の作業位置において、後部衝撃受け止め端面６２は、スリーブ１７の後部端面４９と実質的に同じレベルに、又はそれより僅かに下方に位置している。一般的な方法で、前方部材１３は解放可能な作業工具保持部材６０を支持する。前記保持部材６０は作業工具１６のカラー６１と係合可能であると同時に、前方部分１３のネック５５でネック１５をガイドした状態での作業工具１６の軸方向の動きを制限付きで許容する。作業工具１６は、その最前方位置では、カラー６１に係合する保持部材６０によって、さらなる前方への動きを阻止され、アンビル１４は、それが前方部材１３のネック５５に接する伸長位置に維持される。アンビル１４及びネック１５は、作業工具１６の衝撃伝達手段を形成する。
衝撃機構の代わりの設計によれば、アンビル１４は省略され、作業工具１６の軸部（ネック）１５は、アンビル１４の端面６２によって画定された衝撃受け止め位置に達する位置までのばされる。軸部１５の最後端位置、即ち、衝撃受け止め面６２は、作業工具１６のカラー６１と前方部材１３との間の相互係合によって決められる。
第２図に示すように、ハウジング１１の後端部には、二つの側壁２９，３０が形成されており、これら側壁２９，３０は、シリンダヘッド１２及びハンドル１８，１９の中央部分を超えて後方にのびている。側壁２９，３０における対向する同軸孔６７，６８には、くさびボルト３２が挿入されている。このくさびボルト３２は円筒状鋼管からなり、径方向の圧縮性を得るために、軸方向にのびるジグザグ形スロット３３を備えている。このジグザグ形スロット３３のおかげで、くさびボルト３２の外表面は、装着時に孔６７，６８に損傷を与え得る直線切断縁がない滑らかな面になる。第３図に示すように、くさびボルト３２はハンドル１８，１９の中央部分に対する旋回軸を形成し、それにより、ハンドル１８，１９をハウジング１１に連結する。ハンドル１８，１９の各々とハウジング１１との間には振動減衰用の予め張力がかけられたスプリング３５が配置されており、これらスプリング３５によってハンドルを後端部カバー３１側に偏らせている。この端部カバー３１は、プラスチック材料によって成形され、側壁２９，３０の対向する溝７４で保持されている。
カバー３１の内側では、ハンドル１９が旋回レバー３６を支持している。この旋回レバー３６は、プッシュロッド４０によって空気入口弁３８を制御するために装備されている。空気入口弁３８は、スプリング３９によって閉弁位置側に付勢されている。レバー３６を操作して入口弁３８を作動させることによって、圧縮空気入口８０と、ハウジング１１の入口通路８１、シリンダ孔２０の後部孔２３と間の連通が制御される。第２図及び第４図に示すように、拡径孔２３における軸方向肩部２１上に載る分配弁の弁ハウジング２７が挿入される。シリンダヘッド１２は、金属又はプラスチック材料で形成されるプラグから成り、これは拡径孔２３内に導入され、シールリング８２を介して弁ハウジング２７に軸方向に接触し、弁ハウジング２７を固定する。プラグ１２の後端には後方にのびる二つのヒール(heal)８３が形成されている。これらヒール８３には凹部７９が形成され、また、これらヒール８３はハンドル１８，１９の両側に配置されている。ヒール８３は、プラグ１２が孔２３内に軸方向に固定されるように、くさびボルト３２に支持されている。プラグ１２は、径方向にのびる空気分配通路８４を有する。この分配通路８４は、ハウジング１１内で長手方向にのびる供給通路８６を介してシリンダ孔２０の前端と連通している。通路８４は、中央の軸線方向にのびる開口を介して弁ハウジング２７に向けて開口している。
弁ハウジング２７は、プラスチック材料、好ましくはアセタールプラスチック（デルリン）で成形される。また、この弁ハウジング２７は、回転対称で、実質的にカップ形の本体を有し、この本体はハウジング１１の空気入口通路８１と連通する外側円周溝８７を有する。弁ハウジング２７内には、プラスチック材料から成る弁プレート２６が移動可能に配置されており、この弁プレート２６は、シリンダ孔２０に開口する前方弁座４１及びプラグ１２内の径方向空気通路８４に開口する後方弁座４２と選択的に共働する。円周溝８７の底部８８には、径方向開口８９が設けられている。これら開口８９は軸方向に分離した列で配置され、これら開口列間で弁プレート２６が移動可能にされる。後方弁座４２は、アセタールプラスチックのようなプラスチック材料で成形されている。第２図に示すように、この後方弁座４２は、弁ハウジング２７内に挿入され、ロックリング４３によって固定されるリッドから成る。
シリンダ孔２０内の弁ハウジング２７とスリーブ１７の端面４９との間では、ハンマーピストン２８が相互にガイドされている。このハンマーピストン２８には、ピストンヘッド６３が形成されている。このピストンヘッド６３は、後端部分６５と前端部分６６とを有し、これらはシリンダ孔２０に密閉的に案内される。また、ハンマーピストン２８は、ピストンネック６４を有し、このネック６４は、ハンマー打撃をアンビル１４の衝撃受け止め端面６２上に伝達する。
アンビル１４は、スリーブ１７内に形成されたシリンダ孔伸長部５０内で密閉的にガイドされ、また、シリンダ孔伸長部５０内のブレーカハンドル１８，１９にかけられる負荷の実際の大きさに応じた軸方向作業位置にある。極端に大きい負荷が加えられると、アンビル１４は、第１Ｂ図に示すように、その最後端部を塞ぐ。このような場合、アンビル１４の後方衝撃受け止め端面６２は、シリンダ孔２０における肩部４９と同一面上に位置し、ハンマーピストン２８のステム部分（ハンマーネック）６４はシリンダ孔伸長部５０内に全く入らない。
他の極端な場合には、ブレーカハウジング１１上に加えられる負荷がなくなり、その結果、ハウジング１１は作業工具１６に対して引き上げられる。このようなことはブレーカー作動中にしばしば生じるが、このような場合は、アンビル１４は、その最前方位置に移動され、それにより、ピストンのステム部分（ピストンネック）６４が完全にシリンダ孔伸長部５０内に入り込む。
しかし、アンビル１４の通常の作業位置では、後端面６２は環状肩部４９の前方のどこかに位置する。これは、ピストンステム部分６４が常にある程度シリンダ孔伸長部５０内に入っていることを意味する。従って、ピストンステム部分６４が通常シリンダ孔伸長部５０に入り込んでいるので、シリンダ孔２０、肩部４９、及びピストンステム部分６４の間に形成される環状室５９と、シリンダ孔伸長部５０におけるピストンステム部分６４及びアンビル１４の後端面６２の間に形成される円柱状室との両方に、ある量の空気が捕らえられる。環状室５９内の空気量は、非常に重要な目的をもつ。即ち、前記空気量は、負荷が非常に小さいか又はない、無負荷打撃の時に、肩部４９に対するピストン２８の機械的な衝突を防止するためにピストン減衰及びエネルギー吸収用の空気クッションを形成する。
それに対して、ピストンステム部分６４とアンビル１４との間に捕らえられたある量の空気はブレーカーの作業に悪影響を与える。その理由は、この空気容量が、ピストン２８からアンビル１４に有効なエネルギーが伝達することを防止するエネルギー吸収クッションとして作用することにある。
本発明は、これら二つの問題を解決することを目的とし、言い換えれば、環状室５９に捕らえられた衝撃減衰環状空気クッションの効果的な働きをどのように改良し、また、シリンダ孔伸長部５０に捕らえられたエネルギー吸収空気量の影響をどのように回避するかを解決する目的としている。
後者の問題は、スリーブ１７に、シリンダ孔伸長部５０の後端を形成する肩部４９からある程度間隔を開けて内側円周溝５４を設けることにより処理される。この溝５４は、環状の膨張容積を形成し、この膨張容積により、減衰効果のある捕らえられた空気量の圧力ピークの大きさを実質的に低減する。
前記したピストンステム６４とシリンダ孔伸長部５０との間の金属接触をどのように回避するかという問題に加えて他の問題は、シリンダ孔２０内でハンマーピストン２８を正確に案内し、シリンダ孔伸長部５０に関するピストンステム６４の径方向の調整不良を最小限に抑えるようにハンマーピストン２８を設計し、かつ、環状空気クッション室５９の気密性を改善できるように種々のピストン部分間の径方向の遊びを決めることによって解決される。
これは、ピストンヘッド６３に、ピストンステム６４よりかなり大きい径方向の伸長部を設け、ピストンヘッド６３に、シリンダ孔２０と共働して密閉及び案内をする二つの径方向に離間した後端部分６５，６６を形成し、かつ、後端部分６５，６６の各々とシリンダ孔２０との間に、ピストンステム６４とシリンダ孔伸長部５０との間の径方向の遊びより小さい径方向の遊びを設けることによって得られる。ピストンヘッド６３は、少なくともピストンステム６４の３倍の長さにされるべきである。
これらの寸法によって、ハンマーピストン２８は正確に案内され、また、金属接触の危険なしにピストンステム６４とシリンダ孔伸長部５０間の遊びを比較的小さく、０．０５ｍｍより小さくでき、その結果、環状空気クッション室５９は非常に気密になり、良好なエネルギー吸収を提供するようになる。それにより、ブレーカハウジング１１、ハンマーピストン２８、スリーブ１７、及び他の部材は、無負荷作業時のハンマーピストン１８のストローク最下位置におけるダメージから保護される。
作業者が作業表面に対して衝撃ブレーカー１０を作動させると、アンビル１４に加えて作業工具１６は、第１Ｂ図に示すように、それらの通常の作業位置まで後方に移動される。レバー３６が押し下げられると、圧縮空気が、空気入口８０から入口弁３８及び通路８１を通って弁ハウジング２７に供給される。弁座４１及び４２と選択的に共働させることによって、弁プレート２６は圧縮空気をシリンダ孔２０の各端部に分配し、それにより、ハンマーピストン２８をシリンダ孔２０内で往復運動させ、ハンマー打撃をアンビル１４に繰り返し伝達する。ハンマーピストン２８が往復運動している間、シリンダ室２０の各部分は、ハウジング１１内の軸方向に異なるレベルに配置された出口開口７０，７１を通して大気に排気する。出口開口７０はハンマーピストン２８の後方のシリンダ室２０の後方部分を排気し、また、開口７１はハンマーピストン２８の前方のシリンダ室２０の前方部分を排気する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図５】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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