KR20020043209A - 충격 공구 - Google Patents

Abstract

해머(90)가 본체의 내부 통로(27)에 고정된 밸브 슬리브(82)에 수반된다. 이 밸브 슬리브는 오리피스(120)를 구비하는 크로스 벽(81)을 구비하는데, 상기 오리피스는 일측의 해머(90) 및 관형의 왕복 가능한 밸브(60)에 의하여 폐쇄 및 개방된다. 이 왕복 가능한 밸브(60) 둘레에는 환형 챔버(58)가 형성된다. 일측으로는 압력 가스 챔버(58)를 형성하고, 타측으로는 높은 유압 오일 챔버(75)를 형성하는 이 환형 챔버에는 피스톤(51)이 장착된다. 오일 챔버(75)로 유압 오일이 주입되면, 왕복 가능한 밸브(60)는 오리피스(120)를 폐쇄시키고, 피스톤(51)이 이동하여 가스 챔버(58) 내의 가스를 압축하면, 피스톤은 왕복 가능한 밸브(60)를 오리피스(120)로부터 멀리 이동시킨다. 높은 압력의 오일이 해머(90)에 방출되고, 이 해머가 타격 공구(102)를 타격한다.

Description

충격 공구{IMPACT TOOL}

강력한 충격을 인가하여 도로 포장을 부수고, 도랑을 파고, 폐구조물을 굴착 및 철거하는 데에 일반적으로 사용되는 충격 해머는 잘 알려져 있다. 이들에 대해서는 오테스타드 명의의 미국 특허 제4,111,269호에 특징이 설명되어 있다. 이 분야는 지난 수십년 간 광범위한 제품 개발이 있었고, 수많은 유명한 회사에 의하여 구체화된 많은 기능적인 제품이 제조 판매되어 왔다.

이 회사들의 공통된 목적은 최소한의 에너지 비용, 수리에서 검사까지 더 긴 제품 수명, 조기 파손을 일으키는 환경적 경직성의 저감, 충격 인가 제품의 경량화, 경제적인 제조, 조립 및 분해의 용이성이 있고, 더욱 강력한 타격을 인가할 수 있는 해머를 개발하는 것이었다.

이러한 모든 장치들의 개념은 세련되게 단순하다. 신속하게 이동하는 내부 해머가 본체 내에 지지되는 타격 공구를 타격하여 상기 타격 공구(대개는 뾰족하거나, 끌 형태이거나 또는 버킷)를 이 공구가 지향되거나 가압되고 있는 목표물에 대향하여 구동시킨다. 에너지가 아주 짧은 순간에 전달되어, 급격한 힘 곡선 및 예리한 피크값의 충격을 발생시킨다.

해머를 구동하기 위해, 소정 부피의 고압 가스가 피스톤에 의하여 더 높은 압력으로 압축된다. 피스톤은 가압된 작동유의 작용으로 구동된다. 편의상, 본 명세서에서는 이 작동유를 "오일"이라 부르기로 한다. 해머는 장전 작동 중에 구동 유체 압력으로부터 격리되고, 그것의 복귀 위치로 편향된다. 상기 장치가 발사되면, 해머 전면 가스에 의해 구동되는 피스톤의 힘과 공급 라인의 압력 모두에 의하여 가압되는 오일에 신속하게 노출되고, 상기 힘과 압력이 함께 해머를 구동하여 공구를 타격하게 한다.

이러한 개념의 세련된 단순성은 경제적이고 효과적이며 수명이 긴 장치를 설계 및 제조하는 데에 관계된 문제들과는 다르다. 매우 신속한 유체 흐름과, 공구가 "공기 중으로" 발사되는 경우에 장치를 손상시키지 않고 해머를 정지시킬 필요성과, 그리고 특히 종래의 설계가 필요로 하는 부품의 복잡성(그리고, 비용)은 과제의 곤란성을 입증한다.

본 발명은 시스템 공급 및 압축 가스로부터 유도되는 압력 하에 신속하게 적용되는 작동유에 의하여 구동되는 반복적인 충격 인가용 충격 해머에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 현재 바람직한 실시예의 횡단면도이다. 도시된 부분의 가로방향 횡단면은 원형이고, 임의적으로 배열된 공구 부품을 도시하는데, 도 1a의 우측단은 도 1b의 좌측단과 바로 일치한다.

도 2 내지 도 4는 유사하지만, 전진 배치된 일부 구성 요소를 보여주는 축방향의 부분 횡단면도이다.

도 5는 도 4의 5 부분의 부분적인 횡단면도이다.

도 6은 도 4의 6 부분의 부분적인 횡단면도이다.

도 7 내지 도 10은 더 전진 배치된 요소를 보여주는 축방향 횡단면도이다.

도 11은 본 발명에 사용하는 최적의 크로스핀을 상기 공구에 설치된 상태에서 도시한 횡단면도이다.

도 12는 가압되지 않은 도 11의 크로스핀의 측면도이다.

본 발명에 따른 충격 공구는 종축을 따라 공구의 부품이 이동하는 내부 통로를 구비하는 본체를 구비한다. 타격도 이 종축을 따라 인가된다.

타격 공구는 내부 통로의 지지 표면에 왕복 운동 가능하게 장착된다. 핀과 슬롯 구조에 의하여 상기 공구는 이탈없이 적절한 범위의 축방향 운동을 할 수 있다. 타격 공구는 해머가 가격하는 면을 구비하고, 이 가격에 의해 타격 공구가 구동된다. 이것이 충격 공구의 목적이다.

해머는 상기 내부 통로에 축방향으로 슬라이딩 가능하고 밀봉되게 끼워맞춰져 있다. 이 해머는 타격 공구의 면에 충격을 가하는 타격 면과 구동 면을 구비하는데, 이들 면은 축방향으로 타격 공구 반대측을 향하고 있다.

상기 내부 통로에는 슬리브가 끼워맞춰져 고정된다. 상기 해머의 대경부가 슬리브 내의 중앙 통로에서 슬라이딩한다. 상기 해머의 소경부는 본체 내의 통로의 소경부에서 슬라이딩한다. 슬리브는 해머의 구동 면을 향하는 밸브 작용면과, 반대 방향으로 왕복 가능한 밸브를 향하는 다른 면을 구비한다.

상기 통로에는 왕복 가능한 환형 피스톤이 슬라이딩 가능하게 끼워맞춰져 있다. 통로는 단부 캡에 의하여 폐쇄되며, 따라서 피스톤의 일면은 가스 챔버를, 그리고 타면은 오일 챔버를 부분적으로 획정한다.

상기 피스톤을 관통하는 구멍에는 관형 밸브가 왕복 가능하게 끼워맞춰진다. 따라서, 피스톤과 밸브는 모두 본체에 대하여, 그리고 서로에 대하여 축방향으로 이동 가능하다.

압력 포트가 가압된 오일을 오일 챔버로 들어가게 한다. 드레인 포트는 개방되면 관형 밸브를 통하여 오일 챔버로부터 오일이 배출될 수 있게 한다.

밸브는 슬리브 상의 밸브와 마주하는 표면과 맞물리는 밸브 작용면과, 단부 캡과 협동하는 밸브 작용면을 구비한다.

밸브와 피스톤은 중요한 상대적인 위치를 설정하는 위치 제한 수단을 포함한다. 해머의 구동면은 밸브 작용면을 지탱하여 해머를 발사될 때까지 후퇴 상태로 유지시킨다.

이들 특징부는 용이하게 제조되는 최소수의 부품이 필요한 구조물에 마련되어, 충격 공구를 조립하는 데에 최소 노력을 필요로 하는 방식으로 조립될 수 있다.

본 발명의 상기 특징 및 다른 특징은 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 충분히 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 충격 공구(20)는 도 1a 및 도 1b에 도시되어 있는데, 이들 도면은 함께 참고해야 한다. 이들 도면의 일부 부품들은 설명을 목적으로 임의의 위치에도시되어 있다. 도시되어 있는 충격 공구는 가압된 상태, 또는 어떤 특별한 작동 또는 휴지 상태가 아니다. 부품들은 그들의 구조를 쉽게 볼 수 있도록 도면에서는 일정 간격을 두고 도시되어 있다.

본체(25)는 작동 축선이자 타격 인가 방향 축인 종축(26)을 갖는다. 본체의 일단에서 타단까지 길이방향 통로(27)가 연장한다. 후술할 목적으로 이 길이방향 통로는 다양한 직경을 갖는다. 길이방향 통로는 개방 타격 단부(28) 및 캡이 장착된 단부(29)(도 1b)를 갖는다.

단부 캡(30)이 본체의 단부(29)에 맞닿아 지탱되는 외주 견부(31)를 구비한다. 단부 캡 너트(32)가 나사부(33)에 의해서 본체에 나사 결합된다. 이 단부 캡 너트(32)는 단부 캡의 견부(31)에 맞닿아 지탱되는 견부(34)를 구비한다. 상기 본체와 단부 캡 사이는 시일(35)로 밀봉된다.

컵 형상인 단부 캡 측부를 드레인 포트(37)가 관통한다. 이 단부 캡의 내측에는 드레인 플러그(40)가 볼트(41)로 고정된다. 단부 플러그와 단부 캡의 내벽 사이에는 시일(42)이 배치된다. 이 단부 플러그는 주벽(周壁)이 원통형인 드레인 밸브 표면(43)과, 드레인 포트(37)로의 채널을 형성하는 리세스된 주면(周面)(44)을 포함한다.

또한, 단부 캡은 상기 드레인 밸브 표면(43)과 대향하는 드레인 밸브 표면(46)을 수반하고 있다. 이들 드레인 밸브 표면은 서로에 대하여 축방향으로 고정되어 있고 이들 사이에 드레인 밸브 갭(46a)이 있다.

단부 캡 근처에서, 그리고 밀폐된 단부(29)로부터 연장하는 상기 통로는 원통형이고 적당하게 매끄러운 피스톤 보어(50)를 구비한다. 이 피스톤 보어(50)에는 피스톤(51)이 슬라이딩 가능하게 끼워맞춰져 있는데, 피스톤 본체는 시일(52, 53)과 축방향으로 연장하는 원통형 스커트부(54)를 구비한다. 후술되는 이유 때문에, 피스톤의 일면(56)에는 주변 노치부(55)가 형성된다. 피스톤의 타면(57)은 가스 챔버(58)를 향한다.

관형 밸브(60)가 피스톤의 통로(61)에서 자유롭게 슬라이딩 가능하다. 이들 사이를 시일(53)이 밀봉한다. 이에 의해 가스 챔버(58)가 밀폐되는데, 이 가스 챔버의 체적은 피스톤의 축방향 위치의 함수로서 변화한다. 밸브의 외벽은 단부 캡의 드레인 밸브면(46)에 슬라이딩 끼워맞춤된다. 이 사이를 시일(64)이 밀봉한다. 이로써 가스 챔버(58)의 밀폐가 달성된다.

밸브 부재 외벽의 홈에 안장되는 링으로 형성되는 피스톤 멈추개(65)는 피스톤의 스커트부가 그 멈추개에 충돌함에 의하여 피스톤이 가스 챔버로 이동하는 것을 제한한다.

도 6이 논의될 때, 설명될 목적 때문에, 밸브(60) 외벽의 단차부(66, 67)가 피스톤 면(56)의 노치(55)와 정렬된다.

도 1b의 밸브(60)의 좌측 단부로부터 밸브 립(valve lip)(68)이 축방향으로 연장한다. 이 밸브 립의 근처에는 오리피스 밸브 작용면(69)이 형성되는데, 이에 대해서는 이후 도 5와 관련하여 더 자세히 설명하겠다.

밸브의 타단부에는, 도시된 위치에서 밸브(60)는 단부 플러그와 단부 캡 사이의 드레인 밸브 갭(46a)을 폐쇄시킬 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 그 상태에서, 관통 갭(46a), 드레인 통로(45), 드레인 포트(37) 사이의 흐름을 방지하게 된다.

본체의 벽을 관통하는 압력 포트(80)가 오일 압력 챔버(75)로 진입한다. 이 오일 압력 챔버는 밸브(60) 내의 중앙 통로(76)를 통하여, 그리고 밸브 둘레로 피스톤 면(56)까지 연장하고, 밸브(60)가 폐쇄되는 경우 밸브 슬리브(82) 면(81)까지 연장한다.

밸브 슬리브(82)는 본체 통로의 대경부(83)에 고정된다. 이 밸브 슬리브는 왕복 운동하지 않는다. 이 슬리브(82)의 일단에서 타단까지는 일 군의 스플라인형 축방향 홈(84)이 연장한다. 또한, 이 홈들은 후술될 목적으로 본체 통로 벽의 주변 감속 홈(85)과 연통한다.

본체 통로 벽의 해머 보어(92)에는 소경부 해머 헤드(91)(도 1b)를 구비하는 해머(90)가 슬라이딩 가능하게 끼워맞춰지고, 이 해머 보어와 해머 사이에는 슬라이딩 시일(93)이 있다. 해머는 밸브 슬리브(82)의 해머 보어(96)에 슬라이딩 가능하게 끼워맞춰지는 대경부(95)를 구비한다. 해머 보어와 대경부 사이에 시일(97)이 배치된다.

해머의 대경부(95)와 헤드(91) 사이의 복귀 견부(100)가 보어(85)를 향하고 있다. 상기 해머의 대경부(95)의 외경은 보어(85)의 직경보다 다소 작은데, 이에 따라 역시 후술될 감속 및 해머 복귀 목적의, 보어(85)로부터 홈(84)으로의 흐름이 허용된다.

해머(90)는 타격 공구(102)를 향하는 타격면(101)을 구비한다. 이 타격 공구(102)는 타격면(101)으로부터의 충격을 수용하는 면(103)을 구비한다. 타격 공구는 본체에 고정된 크로스핀(104)과 타격 공구를 관통하는 축방향 슬롯(105)의 길이에 의해 설정된 축방향 운동의 한도까지, 본체 내에서 왕복 운동할 수 있다.

크로스핀은 어떠한 적절한 횡단 형상도 가질 수 있지만, 이들은 상당히 남용되어, 이러한 핀은 종종 제거하기가 어렵고, 설치하기도 곤란하다.

도 11에 도시되어 있는 크로스핀은 상당한 이점이 있다. 이 크로스핀은 2 개의 부분(111, 112)으로 구성된다. 이들 부분은 반원보다는 다소 크고, 모두 동일한 직경을 가지며, 직경보다 높이가 더 크다. 이들 부분은 분리되고, 타이어 트레드 재료와 같은 강성 고무 또는 고무 유사 재료의 층(113)에 의하여 함께 결합된다. 상기 핀 부분들은 적합한 금속 고무간 접착제에 의하여 상기 층에 접착된다. 2 헤드 카운터 싱크 타입 핀(114, 115)이 고무층(113)에 접착된 둥근 헤드와 상기 부분(111, 112)의 구멍(114a, 115a)을 관통하는 생크를 구비한다. 이들 생크는 캠작용(camming) 목적으로 둥근 단부(114b, 115b)를 구비한다. 휴지 상태의 생크의 단부는 상기 부분의 표면 위로 돌출된다. 만약 생크가 충분히 강하게 가압되면, 이 생크는 내측으로 이동하여 핀이 본체의 구멍으로 충분하게 들어가고 리세스(114c, 115c)에 수용될 수 있게 한다. 이렇게 하면 리세스에 생크를 유지하게 되고, 크로스핀은 보유(保維)된다. 단부가 둥근 생크는 역시 경사진 단면형일 수 있는 홈으로부터 캠 작용으로 빠져 나올 수 있기 때문에, 강력하게 타격하면 이 생크들은 분리된다. 고무는 변형되어 필요한 양의 핀의 축방향 이동을 가능하게 할 수 있다. 이러한 전체 구조는 본체 벽의 상보적(相補的) 형상의 포트(114e,115e) 내로 강제 압입되어, 고무 유사 재료의 팽창력에 의해서 강하게 지탱된다. 바람직하다면, 고무 중간층 없이 종래의 원형 핀을 대신 사용할 수도 있지만, 이것이 바람직한 경우는 드물다. 고무층(113)은 중실형 금속 핀에 비교하여 소음을 상당히 감소시킨다.

타격 공구가 크로스핀 및 슬롯에 의하여 설정된 한도 내에서 자유롭게 슬라이딩 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 해머(90)가 타격 공구를 타격한다. 통로 내에서의 이 타격 공구의 위치는 목표물에 대한 충격 공구의 위치 및 방향에 의해 결정되게 된다. 조작자가 상기 타격 공구를 목표물에 대고 가압하면, 이 타격 공구는 통로 내로 밀려 들어가게 된다. 타격 공구가 어떤 것과도 접촉하지 않으면, 이 타격 공구는 갈 수 있는 데까지 가게된다. 따라서, 상기 타격 공구의 복귀 위치를 벗어난 이동에 기인한 충격 공구의 자체 파손을 피하기 위해서는 해머(90)를 감속시켜야 한다. 이하, 이러한 특징에 대하여는 아래에서 충분히 논의하겠다.

이제, 밸브 슬리브(82), 특히 이것의 기능으로 돌아가면, 밸브 슬리브는 밸브(60)와 해머(90)의 면(115) 모두를 향하고 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 밸브 슬리브의 기능은 오일 압력 챔버(75)로부터 구동 챔버(116)를 적절하게 격리시키고, 때로는 이들 사이의 흐름을 가능하게 하는 것이다.

이러한 목적으로, 컵형상의 밸브 슬리브(82)의 단부에는 오리피스(120)가 형성된다. 도 5에 보다 구체적으로 도시된 바와 같이, 이 오리피스는 립(68)과 상보적인 오리피스 밸브 작용면(121)을 구비하여 상기 립(68)으로부터 밸브(60)를 향하여 테이퍼진 밸브 작용면(122)이 뻗어 있다.

밸브의 대경부(95)가 밸브 헤드(130)를 수반한다. 이 밸브 헤드는 단차져 있는 2 개의 테이퍼진 표면(131, 132)을 포함한다. 유출 통로(133)가 후술되고 개시될 목적으로 면(134)로부터 측벽(135)으로 연장한다.

차단식 가스 충전 밸브(141)를 구비하는 가스 충전 포트(140)가 충전 라인(142)을 통하여 가스 챔버(58)로 도입된다. 원하는 압력으로 압축된 질소와 같은 적절한 충전 가스가 가스 챔버 내로 주입되고, 그 후 충전 밸브는 대체 가스가 필요할 때까지 폐쇄된다. 이것으로 부품에 대한 개괄적인 설명을 마친다. 이제, 본 발명의 충격 공구의 작동을 구조적 형상에 대한 몇가지 추가적인 논의과 함께 설명하겠다.

도시의 편의를 위해 타격 공구와 해머(90)의 대부분이 도시되어 있지 않은 도 2에는 가스가 충전되는 충격 공구가 도시되어 있다. 이러한 목적으로, 가스 충전 밸브(141)는 개방되었고, 충전 가스가 주입되었다. 이에 의해 도시된 바와 같이 피스톤이 좌측으로 구동되게 된다. 이후에, 더 자세히 설명되겠지만, 노치면(55)은 밸브(60)의 단차부(67) 표면과 맞물린다(도 6 참조). 도시된 바와 같이, 피스톤의 면(57)에 가해진 힘에 의하여 밸브가 구동되어 슬리브(82)에 대하여 압박된다.

가스 압력은 가스 챔버에서 안정화될 수 있는데, 이 가스 챔버는 그 때 최대 최적이고, 가스 충전 밸브(141)는 폐쇄된다. 이러한 상태에서의 압력은 사용 가능한 유압 라인 압력, 예를 들면 팽창 상태에서는 1500 psi이고 압축되면 약 1800 psi 까지 상승하는 사용 가스 압력보다 작다. 이것은 또한 일반적으로 약 2,000psi인 사용 가능한 오일 라인의 압력보다 낮다.

도시된 바와 같이, 이것은 밸브 슬리브(82)에서 밸브(60)를 폐쇄시키고, 드레인 플러그를 지나서 드레인 밸브 갭(46a)을 개방시켜 둔다. 아직까지는, 오일 압력이 전혀 작용하지 않았다. 충격 공구에는 단순히 가스가 충전되어 사용 준비가 된다. 충격 공구는 오일 압력을 적용할 준비가 된다. 그 때까지는, 해머(90)와 타격 공구의 위치는 임의적이다.

도 3에는 발사 순서의 시작이 도시되어 있다. 이 충격 공구를 작동시키기 위해, 오일 저장조와 같은 공급원(150)으로부터의 오일이 펌프(151)와 선택 밸브(152)를 통과한다. 이 선택 밸브는 2 개의 설정부가 있다. 설정부(153)에 의하면 가압된 유체가 라인(154)을 통하여 압력 포트(80)로 공급된다. 설정부(155)에 의하면 오일이 라인(156)을 통하여 저장조에 복귀시킨다. 펌프는 계속하여 작동하고 타격 중간에 중지될 필요가 없어서, 밸브(152)는 충격 공구의 작동 제어부로 작용할 수 있다. 우회하는 유체는 배출 라인(156)을 통하여 저장조로 복귀한다. 상기 공구로부터의 배출 유체는 라인(157)을 통하여 저장조로 복귀한다.

오리피스(120)에서 밸브(60)가 폐쇄된 채, 가압된 오일이 압력 챔버(75)로 유입된다. 화살표(160)에 의하여 도시되어 있는 이 오일의 흐름은 채널(84)을 통과하여 해머(90)의 복귀 견부(100)에 압력을 가한다. 이에 따라 해머를 타격 공구로부터 밀어붙여지고, 해머 전방의 압력 챔버(75)의 모든 오일을 밸브(60)와 드레인 플러그(40) 사이의 드레인 밸브(46a)를 통하여 이동시킨다. 화살표(163)로 도시된 바와 같이, 오일은 자유롭게 저장조로 흐르게 된다. 이러한 상태에서,해머(90)는 타격 공구로부터 멀리 구동된다. 타격 공구는 이것을 조작자가 어디에 설치하더라도 머물러 있다.

도 4에는 가압된 오일이 압력 챔버(75)로 계속하여 흐른 다음의 작동 단계가 도시되어 있다. 화살표(160)로 도시된 바와 같이, 해머(90)는 슬리브에 대하여 강하게 압박되어 그 슬리브와 함께 밀봉부를 형성하였다. 밸브(60)는 이 단부에서 여전히 폐쇄되어 있고, 갭(46a)은 배출을 위해 개방되며, 이에 따라 밸브의 관형 통로(76)도 개방된다. 그러나, 해머(90)는 오리피스(120)를 폐쇄시켰다.

도 5(도 6과 함께 이해를 쉽게하기 위해서 단면 해칭선을 표시하지 않았다)에는 슬리브(82)의 절두원추형 시일(170)이 도시되어 있다. 이 절두원추형 시일은 해머의 시일(131)을 향하고 있는데, 이 해머의 시일(131)도 역시 절두원추형이다. 해머의 시일(131)의 각도의 절반은 슬리브의 시일(170)의 각도의 절반보다 약 2도 작다. 따라서, 이들 두 시일 사이에 선형 밀봉부(171)가 형성된다. 이것은 이들 두 시일 사이의 면대 면 잠김(face to face lock)을 방지하여, 이들 사이의 신속한 분리를 촉진하게 된다.

해머(90)의 스풀(130)과의 다른 관계에 대해서도 더 유의할 필요가 있다. 밸브(60)의 립(68)은 양측에 작은 갭(간극)(175, 176)을 두고 오리피스(120)로 진입하였다. 또한, 슬리브의 밀봉면(69)과 밸브(60)의 밀봉면(123)은 원추각의 절반이, 약 2도 만큼 차이가 나서 이들 사이에 선형 밀봉부(177)가 형성된다. 또한, 슬리브 표면과 밸브 표면 사이에도 역시 갭(178)이 있다. 따라서, 갭(176, 178)은 쿠션으로 작용하여 밸브와 슬리브 사이의 잠재적으로 손상을 입히는 급작스런 접촉을 피한다.

밸브(60)의 단차부(67, 68a)와 피스톤의 노치(55) 사이의 관계를 도시하고 있는 도 6에도 주의를 기울일 필요가 있다. 견부(67a)가 노치 면(55a)에 접근하면, 이들 사이의 액체가 갭(180)을 통하여 정량적으로 유출되게 된다. 이로 인하여 이들이 서로 접하게 될 때 피스톤과 밸브 사이의 지나치게 강한 타격을 피하게 된다.

또한, 단차부(68)의 면(181)에는 밸브를 슬리브(82)를 향하여 편향시키는 우세한 편향력이 작용하게 된다. 이로 인하여 밸브는 폐쇄되고 드레인 밸브는 개방된 채 유지된다.

전술한 바에 의하면, 오일 압력이 충분하게 작용하면, 밸브가 슬리브를 향하여 편향되고, 해머(90)는 오리피스를 향하여 편향하게 된다는 것이 명백할 것이다. 이제 오리피스는 양측이 폐쇄된다.

오일을 계속하여 주입하면 피스톤(51)이 가스 챔버로 이동하여 이 챔버 내의 가스를 압축시킨다. 가스 챔버에 저장된 에너지는 피스톤(51)에 가해지는 가스의 초기 압력과, 체적의 변화에 의하여 발생하는 작은 증분의 함수이다. 이것은 피스톤이 얼마나 멀리 이동할 수 있는 가에 의하여 제한된다.

궁극적으로는 피스톤 스커트부(54)의 단부가 제한 링(65)을 타격하도록 의도된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 피스톤(51)에 가해지는 순수한 힘을 슬리브로부터 밸브를 이동시켜서, 오리피스(120)를 개방시킬 수 있다. 밸브가 이와 같이 이동하면, 드레인 플러그와 단부 캡 사이의 드레인 갭(46a)을 폐쇄시키고, 배출을 막는다.

이제, 고압 오일이 오리피스를 통하여 급작스럽게 흐르고, 밸브를 구동하여, 도 8에 도시된 바와 같이 개방시키게 된다. 이제, 해머 헤드에는 직접 중앙부에 전체 해머 헤드 면을 교차하여, 그리고 우회 통로를 통해서 최대 오일 압력이 가해진다. 인가된 오일 압력은 이처럼 유입되는 공급량과 피스톤의 변위 양자로부터 기인한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 해머(90)는 오일에 의하여 구동되고, 밸브는 피스톤에 의하여 오리피스를 향하여 구동될 것이다. 이러한 구동 행정은 밸브(60)가 다시 오리피스(120)를 폐쇄시키고 드레인 밸브 갭(46a)을 개방시킬 때까지 계속되게 된다. 상기 갭(46a)은 슬리브의 폐쇄로 구동이 계속되는 것이 가능할 때까지 폐쇄된 채 유지된다. 밸브(60)가 오리피스(120)를 폐쇄하여 피스톤이 복귀할 수 있을 때, 상기 갭은 개방된다. 이것이 해머가 돌진하여 타격 공구를 타격하도록 의도되는 구동 행정이다. 이것이 예상되는 타격이고, 이 타격이 상기 공구의 최종 목적이다.

도 10은 의도된 구동 행정의 말기의 상태를 도시하고 있다. 상기 오리피스에서 밸브(60)는 폐쇄되고, 해머는 타격 공구를 타격하였다. 해머의 복귀 견부(100)는 에지(160)를 통과하여, 해머와 감속 챔버(162)의 내측 벽 사이에 갭(161)을 남긴다. 해머의 추가적인 이동은 오일 압력에 대항하여 유체를 계속되는 공급으로부터 상기 갭을 통하여 변위시킬 필요성에 의하여 저항을 받는다. 견부(100)는 에지(160)를 통과할 때, 채널(84)을 통과하는 압력 오일에 완전히 노출된다. 이것이 해머 상에 가해지는 편향력으로 이어져 해머를 복귀시킨다.

따라서, 만약 해머(90)가 최대로 후퇴된 타격 공구를 타격하지 않는다면, 상기 타격 공구는 이러한 모든 힘에 의하여 감속되게 된다. 감속 주행 거리는 구동 행정의 4배 내지 8배이므로, 잠재적으로 손상을 초래하는 과도한 주행이 회피된다.

이제, 오일 압력이 상기 공구에 공급되는 한, 상기 과정이 반복된다. 이 과정은 제어 밸브를 개방 설정에 유지시킴으로써 계속(순환)될 수 있다. 밸브 설정이 바뀌면 이 과정은 중지하게 된다. 이 과정은 단지 제어 밸브를 개방하면 간단히 개시될 수 있다.

독자는 본 발명의 구조의 간결성과, 부품 수가 적다는 것과, 특히 타이 로드(tie rod)가 없다는 것을 주목하게 될 것이다. 이 타이 로드를 사용하여 충격 공구를 함께 고정하면, 과도한 중량의 복잡성으로 연신과 굽힘, 조립 및 수리의 곤란성을 초래한다.

본 발명의 공구는 터닝 작업 , 브로칭 작업, 그리고 밀링 작업에 의하여 손쉽게 제조되는 원형 단면 부품만을 사용한다. 이 조립체는 오직 나사 캡에 의해서만 함께 고정된다. 이것은 단면이 원형이다.

상기 공구의 조립은 간단한 공구를 사용하여 몇 분만에 끝낼 수 있고, 수리를 위해 분해하는 경우도 마찬가지다. 종래의 공구는 일반적으로 이러한 작업 과정에 몇 시간이 걸리고, 작업에 강하고 특수한 공구류가 필요하다.

원형 단면의 도시된 충격 공구는 대경부가 약 6 인치인 해머를 사용한다. 다른 치수는 도면 상의 해머로부터 축적에 따라 정할 수 있다. 구조의 재료는 통상적인 것으로서 충격 부품용 고급강(high grade steel)이다. 원한다면, 해머는 2개의 부분으로 제조하여, 해머의 밸브 작용면은 더 가볍고 더 유연한 재료로 제조할 수 있다. 시일은 어떠한 적절한 형태일 수 있다. 피스톤이 신장될 때는 약 2000 psi의 오일 공급 압력 및 약 1500 psi의 가스 압력이 적절하다. 이러한 공구로, 약 1/2 인치 이동하는 해머에 의하여 약 500 피트 파운드의 타격이 인가될 수 있다.

이 개량된 충격 해머는 수명 연장과, 사용의 편리성과, 에너지 절감에 기여하는 많은 특징을 구비한다. 이 특징 중 몇 가지는 아래와 같다.

1. 가스 챔버로부터의 구동 압력은 유입 오일 공급 압력과 대등하여, 따라서 많은 선행 기술 장치에서 요구되는 바와 같은 가스 압력의 증폭이 없다.

2. 동력 행정 중에, 압력 오일은 공구에 계속하여 공급된다. 오일 공급은 일정하게 유지되며, 이에 의해서 실질적으로 압력 사이클을 배제한다.

3. 가스 챔버의 가스 압력을 변화시킴으로써 타격 에너지를 선택 및 조절할 수 있다.

4. 동력 행정의 종료 근처일 때, 해머로부터 유체 구동력이 차단되며, 따라서 해머의 가속은 타격 공구에 대한 충돌 바로 직전에 종료된다. 이로 인하여 "킥-오프"("kick-off")가 배제된다.

5. 상기 공구는 더 높은 배출 압력에 저항하면서 작동할 수 있다. 이 분야에서 유압 시스템은 벤트(vent)되지 않는다. 대신에 배출(저장조) 압력은 평방 인치당 수백 파운드이다. 이 공구는 이처럼 높은 배압에 영향을 받지 않는다.

6. 피스톤이 가스 챔버를 향하여 강제될 때, 충전 행정 중의 유입 오일 압력이 강하하지 않는다. 따라서, 호스의 맥동 - 압력의 맥동시 호스가 주위로 튕겨나가려는 경향 - 이 더 적다.

7. 유압이 거의 일정하게 유지되기 때문에 공동현상(空洞現象)이 크게 감소된다. 이 공동현상은 상당한 압력차 하에서 갭과 오리피스를 통한 빠른 흐름이 있는 경우에 발생하기 쉽다.

8. 해머가 충격 공구를 타격하지 않으면, 헤드는 감속되고 복귀되기 때문에 에너지의 감소가 있다. 이 헤드가 피스톤을 이동시키는 오일을 복귀시키기 때문에, 상당한 에너지를 절약할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시되고 상세한 설명에 기재되어 있는 한정이 아닌 예로서 제시된 실시예로 한정되지 않고, 첨부된 청구 범위의 보호 범위에 따라 제한될 뿐이다.

본 발명을 바람직한 실시예와 관련하여 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않고 형태나 세부 사항에 있어서 수정이 있을 수 있다는 것을 알 것이다.

Claims (12)

1. 본체와, 타격 공구와, 해머와, 밸브 슬리브와, 축방향으로 왕복 가능한 관형 밸브와, 피스톤과, 립과, 환형 드레인 채널과, 압력 포트를 포함하고,

   상기 본체는 종축과, 길이방향 중앙 통로와, 타격 단부와, 그리고 폐쇄 단부를 구비하고,

   상기 타격 공구는 상기 통로에 왕복 가능하게 장착되며,

   상기 해머는 상기 통로 내에 왕복 가능하게 장착되어 한 이동 방향으로 상기 타격 공구를 타격하도록 배치 및 설치되고,

   상기 밸브 슬리브는 상기 통로에 고정되고, 이 밸브 슬리브에는 상기 해머의 일부분이 왕복 가능하게 밀봉결합되며, 이 밸브 슬리브는 일단부의 오리피스와, 슬리브의 외측을 따라서 연장하는 축방향 채널을 포함하고,

   상기 해머는 밸브 슬리브 내에서 오리피스를 형성하는 제1 내측 표면의 오리피스를 밀봉하기 위한 밀봉면을 구비하며,

   상기 관형 밸브는 밸브 슬리브와 상기 폐쇄 단부 사이의 통로 내에서 상기 축방향으로 왕복 가능하며, 본체의 벽으로부터 일정 간격을 두고 배치된 외측 벽을 구비하고,

   상기 피스톤은 본체의 벽과 왕복 가능한 밸브의 외측 벽과의 사이에 슬라이딩 가능하고 밀봉결합되고, 상기 왕복 가능한 밸브 상에서 슬라이딩 가능하며, 멈추개가 상기 왕복 가능한 밸브 상에서의 상기 폐쇄 단부를 향한 방향으로의 피스톤의 이동을 제한하고,

   상기 왕복 가능한 밸브 단부에 있는 립은 상기 오리피스로 진입하도록 조절되고 립 둘레에는 갭이 남으며, 시일 견부가 립에 인접하여 밸브 슬리브 내에 오리피스를 형성하는 제2 외측 표면을 밀봉하고,

   상기 왕복 가능한 밸브의 외측 벽은 상기 피스톤의 노치부와 맞물릴수 있는 단차부를 구비하고,

   상기 왕복 가능한 밸브와 피스톤의 제1 면은 상기 통로의 폐쇄 단부에서 상승된 압력의 충전 가스를 유지하는 가스 챔버를 형성하고

   상기 환형 드레인 채널은 상기 통로의 폐쇄 단부에 인접하고, 상기 왕복 가능한 밸브는 상기 폐쇄 단부로 이동할 때, 상기 드레인 채널로 진입하여 그 드레인 채널을 폐쇄시키는 부분을 구비하며,

   상기 압력 포트는 상승된 압력 하의 오일을 해머로부터 밸브 슬리브 내의 오리피스의 반대측에 있는 오일 챔버로 들어가게 하고, 피스톤의 제2 면이 오일 챔버를 향하고 이 오일 챔버의 벽을 형성하며,

   상기 가스 챔버에는 상승된 압력의 가스가 충전되어, 상기 왕복 가능한 밸브를 이동시켜 오리피스의 제2 표면을 폐쇄시키고, 가압된 오일은 오일 챔버로 들어가서 오리피스의 제1 표면 상의 해머 시일을 강제하여 슬리브의 오리피스를 폐쇄시키며,

   상기 피스톤은 오일 압력에 의하여 왕복 가능한 밸브 상의 멈추개와 맞닿도록 이동되어 이 왕복 가능한 밸브를 오리피스로부터 멀리 이동시킴으로써, 드레인채널을 폐쇄시키고 해머를 오일 압력에 노출시켜서 타격 공구를 향하여 구동시키며, 피스톤에 대한 충전 가스의 작용이 왕복 가능한 밸브를 복귀시켜 오리피스를 폐쇄시키고, 오일이 드레인 채널과 왕복 가능한 밸브의 내측을 통하여 배출될 때, 드레인 채널을 개방하고 해머가 복귀되어 오리피스 시일의 제1 표면과 맞물리게 하는 것인 충격 공구.
2. 제1항에 있어서, 상기 통로는 해머에 형성된 복귀 견부와 항상 연통하는 감속 홈을 포함하는 것인 충격 공구.
3. 제1항에 있어서, 상기 해머는 오리피스를 향하는 단부면과, 이 단부면으로부터 상기 해머의 밀봉면의 다른 측면의 측부의 위치까지 연장하는 유출 통로를 구비하는 것인 충격 공구.
4. 제3항에 있어서, 밸브 슬리브의 상기 오리피스를 형성하는 제1 표면은 해머를 향하는 제1 절두원추형 표면이고, 오리피스를 향하는 해머의 밀봉 표면은 제2 절두원추형 표면이며, 제1 절두원추형 표면과 상이한 원추 반각을 가지는 것인 충격 공구.
5. 제1항에 있어서, 상기 왕복 가능한 밸브의 단부의 시일 견부와 상기 오리피스를 형성하는 제2 외측 표면 양자는 절두원추형이고, 상이한 원추 반각을 가지는것인 충격 공구.
6. 제5항에 있어서, 밸브 슬리브 내에서 오리피스를 형성하는 상기 제1 표면과 이 제1 표면을 향하는 해머의 밀봉 표면 양자는 절두원추형이고, 서로 상이한 원추 반각을 구비하는 것인 충격 공구.
7. 제1항에 있어서, 상기 왕복 가능한 밸브에 의해 오리피스를 폐쇄시키는 것은 상기 드레인 밸브에서 왕복 가능한 밸브에 의하여 드레인 채널을 폐쇄시키는 것을 대신하는 것인 충격 공구.
8. 제1항에 있어서, 상기 드레인 채널은 폐쇄된 저장조로 방출되고, 이 저장조에서는 연속적으로 작동하는 펌프가 상기 저장조로부터 오일을 인출하여 이 오일을 일정한 압력 하에 상기 압력 포트로 전달하고, 상기 펌프로부터 하류의 선택 밸브는 오일을 상기 압력 포트와 저장조에 교대로 통과시키는 것인 충격 공구.
9. 제1항에 있어서, 상기 본체는 주벽을 구비하는 중앙 통로를 포함하고, 상기 주벽과 타격 공구를 관통하는 상기 통로 내의 크로스 통로는 크로스슬롯을 포함하고, 크로스핀이 상기 크로스 통로와 크로스슬롯을 통하여 연장하며, 이 크로스핀은 소정 치수의 길이와 만곡된 외측 길이방향 표면과 평탄한 표면을 각각 구비하는 금속 부분과, 이 평탄한 표면 부착되는 한쌍의 대향하는 표면을 구비하는 고무 유사층을 구비하고, 이 크로스핀은 가압되지 않을 때 소정의 높이를 가지며 더 낮은 높이로 압축되어 크로스 통로로 진입하는 것인 충격 공구.
10. 제9항에 있어서, 상기 각 금속 부분은 이를 관통하는 구멍을 가지며, 헤드와 둥근 단부의 생크를 구비하는 핀은 이의 생크가 상기 구멍에 배치되고 상기 헤드가 상기 층에 맞닿은 채 배치되며, 상기 생크는 금속 부분 위로 돌출하고, 이에 따라 상기 생크는 상기 구멍으로 충분하게 들어갈 수 있어서 핀이 금속 부분 내로 캠작용될 수 있고, 크로스핀의 삽입을 가능하게 하며, 그 후 상기 충격 공구의 내측 리세스로 연장하는 것인 충격 공구.
11. 상기 크로스핀은 소정의 길이와, 만곡된 외측 길이방향 표면과, 평탄한 표면을 각각 구비하는 2 개의 금속 부분과, 이 평탄한 표면에 부착되는 한쌍의 대향하는 표면을 구비하는 고무 유사 층으로 형성된 핀을 포함하여, 상기 크로스핀이 압축될 때 소정의 높이를 가지며 더 작은 높이로 압축되어 크로스 통로로 진입하는 것인 충격 공구용 크로스핀.
12. 제11항에 있어서, 상기 각 금속 부분은 이를 관통하는 구멍을 가지며, 헤드와 둥근 단부의 생크를 구비하는 핀은 이의 생크가 상기 구멍에 배치되고 상기 헤드가 상기 층에 맞닿은 채 배치되며, 상기 생크는 금속 부분 위로 돌출하고, 이에 따라 상기 생크는 상기 구멍으로 충분하게 후퇴될 수 있어서 핀이 금속 부분 내로캠작용될 수 있고, 크로스포트로 크로스핀의 삽입을 가능하게 하며, 그 후 상기 충격 공구의 내측 리세스로 연장하는 것인 크로스핀.