코어 드릴 장치

코어 드릴 장치{Core drill apparatus}

본 발명은 코어 드릴 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무근 콘크리트 또는 암반 등에 일정 크기의 구멍을 천공하기 위해 사용되는 코어 드릴 장치에 관한 것이다.

무근 콘크리트 또는 암반 등에 일정 크기의 구멍을 천공하기 위해 코어 작업이 수행될 수 있다. 종래 예에 따른 코어 작업은 다음과 같이 이루어지고 있다. 먼저, 코어 드릴 장치에 의해 무근 콘크리트에 고리형 홈을 형성하여 원기둥 형태의 코어를 만든 후, 코어 드릴 장치를 고리형 홈으로부터 외부로 인출한다. 그 다음, 원기둥 형태의 코어를 상부에서 파쇄기로 파쇄하여 무근 콘크리트에 원형 구멍을 형성한다. 그 다음, 원형 구멍 내의 파쇄물을 그래브(grab) 등에 의해 외부로 꺼낸다. 이러한 과정들을 반복 수행하여 무근 콘크리트에 구멍을 천공하게 된다.

그런데, 전술한 바와 같이, 코어 작업이 이루어지므로, 작업 효율성이 대체로 낮은 편이다. 또한, 코어를 파쇄기로 파쇄할 때나, 그래브 등에 의해 구멍 내의 파쇄물을 외부로 꺼낼 때, 구멍의 내주면이 손상될 수 있다. 따라서, 천공된 구멍의 내주면을 온전히 유지시킬 필요가 있는 경우, 전술한 코어 작업을 적용하기가 곤란하다.

본 발명의 과제는 코어 작업의 효율성을 향상시킬 수 있고, 천공된 구멍의 내주면을 온전히 유지시킬 수 있는 코어 드릴 장치를 제공함에 있다.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 코어 드릴 장치는 복수의 해머들과, 해머 하우징, 및 코어 커터를 포함한다. 해머들은 상단을 통해 외부의 압축공기를 공급받는 실린더와, 실린더 내로 공급되는 압축공기에 의해 실린더 내에서 승강 동작하는 피스톤과, 피스톤의 하강 동작에 의해 타격력을 받도록 실린더의 하단에 장착되며 상단으로부터 공기를 유입시켜 배출하도록 형성된 비트를 각각 구비한다. 해머 하우징은 하단을 통해 해머들의 각 비트를 인출시킨 상태로 해머들을 수용하며, 해머들 사이에 상하 방향으로 관통되며 비트로부터 배출되는 압축공기를 공급받는 파쇄물 배출통로를 구비하며, 회전구동기구에 의해 회전한다. 코어 커터는 상하가 개구되고 중공을 갖는 원통형으로 이루어지며, 중공에 해머 하우징으로부터 인출된 각 비트의 부위를 수용한 상태로 해머 하우징의 하단에 고정되어 해머 하우징과 함께 회전한다.

본 발명의 코어 드릴 장치에 의하면, 종래 예에 비해 코어 작업의 효율성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 코어 드릴 장치에 의하면, 코어 커터가 구멍의 내주면을 감싼 상태에서, 코어가 파쇄되고 파쇄물이 외부로 배출되므로, 천공된 구멍의 내주면을 온전히 유지시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코어 드릴 장치에 대한 사시도이다.
도 2는 도 1에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 대한 저면도이다.
도 4는 도 1에 대한 종단면도이다.
도 5는 도 4에 있어서, 해머의 작용 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 4에 있어서, 코어 드릴 장치의 작용 예를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코어 드릴 장치에 대한 사시도이다. 도 2는 도 1에 대한 분해 사시도이다. 도 3은 도 1에 대한 저면도이다. 도 4는 도 1에 대한 종단면도이다. 도 5는 도 4에 있어서, 해머의 작용 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 도 4에 있어서, 코어 드릴 장치의 작용 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 코어 드릴 장치(100)는 무근 콘크리트 또는 암반 등에 일정 크기의 구멍을 천공하기 위한 것으로, 복수의 해머(110)들과, 해머 하우징(120), 및 코어 커터(130)를 포함한다.

각각의 해머(110)는 실린더(111)와, 피스톤(112), 및 비트(113)를 구비한다. 실린더(111)는 상단을 통해 외부로부터 고압 상태의 압축공기를 공급받는다. 예컨대, 실린더(111)는 중공을 갖고 상하단이 개구된 형상으로 이루어진다. 실린더(111)의 내벽에는 상,하측 환형 홈(111a, 111b)이 형성된다. 백헤드(114)는 실린더(111)의 상단에 결합된다. 백헤드(114)는 공기 유입 홀(114a)을 갖는다. 공기 유입 홀(114a)은 백헤드(114)의 중심축을 따라 형성된다. 백헤드(114)는 공기 유입 홀(114a)을 통해 유입되는 압축공기를 슬리브(115)의 상측 홀(115a)로 배출하는 공기 배출 홀(114b)이 형성된다.

슬리브(115)는 백헤드(114)의 하측에 배치된다. 슬리브(115)는 상측 환형 홈(111a)과의 사이에 공기 유로를 형성한다. 슬리브(115)는 상단이 실린더(111)와 가이드(116) 사이에 고정된다. 슬리브(115)는 상측 홀(115a)과 하측 홀(115b)을 갖는다. 상,하측 홀(115a, 115b)는 슬리브(115)와 상측 환형 홈(111a) 사이의 공기 유로와 연결된다.

피스톤(112)은 실린더(111) 내로 공급되는 압축공기에 의해 실린더(111) 내에서 승강 동작한다. 예컨대, 피스톤(112)은 중심축을 따라 관통 홀(112a)이 형성된다. 피스톤(112)은 상측 턱(112b)과 하측 턱(112c)을 갖는다. 피스톤(112)의 상측 턱(112b)은 슬리브(115)의 내벽과 맞닿는다. 피스톤(112)의 하측 턱(112c)은 피스톤(112)의 승강 위치에 따라 실린더(111)의 내벽에 밀착되거나 실린더(111)의 하측 환형 홈(111b)에 이격된 상태로 삽입된다.

피스톤(112)는 상측 턱(112b)와 하측 턱(112c) 사이의 부위가 실린더(111)의 내벽과 이격되어 공기 유로를 형성할 수 있다. 피스톤(112)과 실린더(111) 사이의 공기 유로는 슬리브(115)의 하측 홀(115b)과 연결된다.

가이드(116)는 백헤드(114)의 하측에 배치되고 실린더(111)에 고정된다. 가이드(116)는 하단에 가이드 봉(116a)이 형성된다. 가이드 봉(116a)은 중심 축을 따라 관통 홀이 형성되어 가이드(116)의 상부 공간과 연결될 수 있다. 가이드 봉(116a)은 피스톤(112)의 승강 동작시 피스톤(112)의 관통 홀(112a)을 상측에서 출입함에 따라 피스톤(112)의 상측 공간(111c)을 개폐한다.

체크밸브(117)는 가이드(116)의 상단에 설치된다. 체크밸브(117)는 백헤드(114)의 공기 유입 홀(114a)을 개폐한다. 체크밸브(117)는 공기 유입 홀(114a)을 개폐하도록 동작하는 밸브체와, 밸브체가 공기 유입 홀(114a)을 폐쇄하는 방향으로 밸브체에 탄성력을 가하는 스프링을 포함할 수 있다.

비트(113)는 피스톤(112)의 하강 동작에 의해 타격력을 받도록 실린더(111)의 하단에 장착된다. 비트(113)는 상단으로부터 압축공기를 유입시켜 배출하도록 형성된다. 예컨대, 비트(113)는 상단으로부터 압축공기를 유입시켜 측면으로 배출하는 배기 통로(113a)를 구비한다. 배기 통로(113a)로부터 배출되는 압축공기는 해머 하우징(120)의 파쇄물 배출 통로(120a)로 공급된다.

비트(113)는 추가적인 배기 통로(113b)를 구비할 수 있다. 추가적인 배기 통로(113b)는 배기 통로(113a)로부터 분기되어 하단으로 관통되어 형성된다. 추가적인 배기 통로(113b)로부터 배출되는 압축공기는 비트(113)의 하측에서 파쇄된 파쇄물을 해머 하우징(120)의 하단 중앙 쪽으로 모을 수 있게 한다.

비트(113)는 비트 샤프트(1131) 및 비트 블록(1132)을 구비할 수 있다. 비트 샤프트(1131)는 비트 블록(1132)의 상단에 연결된다. 비트 샤프트(1131)는 실린더(111)의 하단 개구에 삽입되어 승강 가능하게 지지된다. 비트 샤프트(1131)는 회전 제한된 상태로 승강 동작만 하도록 실린더(111)의 하단 개구에 지지될 수 있다. 예컨대, 비트 샤프트(1131)에는 스플라인이 형성되고, 실린더(111)에는 스플라인을 끼워서 지지하는 끼움 홈이 형성될 수 있다. 실린더(111)의 내벽에는 비트 샤프트(1131)와의 밀봉을 위해 오-링 등의 밀봉 부재가 장착될 수 있다.

배기 통로(113a)는 비트 샤프트(1131)에 형성된다. 배기 통로(113a)의 출구는 비트(113)의 승강 동작시 해머 하우징(120)의 연결 통로(120b)의 입구와 연통된 상태를 유지할 수 있는 크기로 형성된다.

해머(110)가 3개로 구비된 경우, 비트 블록(1132)은 해머 하우징(120)의 중앙에 위치한 부위가 120도로 각진 형태로 이루어질 수 있다. 비트 블록(1132)은 인접한 비트 블록(1132)과 일정 간격을 두고 배치될 수 있다. 비트 블록(1132)은 각진 면들에 반원형 홈이 각각 형성될 수 있다. 반원형 홈은 해머 하우징(120)의 파쇄물 배출통로(120a)와 연통되게 배치된다. 비트 블록(1132)은 하면에 홈들이 함몰되어 형성될 수 있다.

도시하고 있지 않으나, 비트 블록(1131)의 하면에 비트 팁들이 형성될 수 있다. 비트 팁들은 초경 합금으로 제조되어 비트 블록(1131)에 부착될 수 있다. 한편, 해머(110)는 3개로 구비된 것으로 예시되어 있으나, 2개로 구비되는 것도 가능하며, 4개 이상으로 구비되는 가능하다.

전술한 해머의 작용에 대해, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 피스톤(112)의 하단이 비트(113)의 상단에 맞닿은 상태로 대기한다. 이 상태에서, 실린더(111) 내로 외부로부터 고압의 압축공기가 공급되면, 피스톤(112)의 하측 공간(111d)에 압축공기가 채워지면서 피스톤(112)을 상승시키는 압력을 발생시키게 된다. 피스톤(112)의 하측 공간(111d)에 발생된 압력에 의해 피스톤(112)이 상승하면, 가이드 봉(116a)이 피스톤(112)의 관통 홀(112a)에 삽입되면서 피스톤(112)의 상측 공간(111c)이 밀폐된다.

피스톤(112)의 상측 공간(111c)은 밀폐된 상태에서 압축됨에 따라 피스톤(112)을 하강시키는 압력을 발생시키게 된다. 피스톤(112)의 상측 공간(111c)에 발생된 압력에 의해 피스톤(112)이 하강함에 따라 비트(113)를 타격하게 된다.

실린더(111) 내로 압축공기의 공급이 차단될 때까지 피스톤(112)은 승강 동작을 반복하면서 비트(113)에 타격력을 제공함으로써, 비트(113)에 의해 무근 콘크리트(1)의 코어(1a)가 파쇄되도록 할 수 있다. 한편, 피스톤(112)이 승강 동작하는 과정에서 실린더(111) 내로 공급된 압축공기는 비트(113)의 배기 통로(113a)를 거쳐 파쇄물 배출 통로(120a)로 공급될 수 있다.

해머 하우징(120)은 하단을 통해 해머(110)들의 각 비트(113)를 인출시킨 상태로 해머(113)들을 수용한다. 예컨대, 해머 하우징(120)은 상,하면에 각 실린더(111)의 상,하단을 끼워서 지지하는 끼움 홀들이 형성될 수 있다. 해머 하우징(120)은 해머(110)들의 각 실린더(111)를 수용하는 원통형 관들을 내부에 구비할 수 있다.

해머 하우징(120)은 파쇄물 배출통로(120a)를 구비한다. 파쇄물 배출통로(120a)는 해머(110)들 사이에 상하 방향으로 관통되며, 비트(113)로부터 배출되는 압축공기를 공급받는다. 파쇄물 배출통로(120a)는 천공된 구멍 내에 있는 파쇄물을 구멍 외부로 배출시킨다. 따라서, 구멍 내의 파쇄물을 배출하기 위한 별도의 공기 컴프레셔를 사용하지 않고도, 해머(110)를 작동하기 위한 압축공기를 파쇄물 배출에 활용할 수 있다.

예컨대, 해머 하우징(120)은 내부 공간에 파쇄물 배출관(121a)을 수용할 수 있다. 파쇄물 배출관(121a)은 해머 하우징(120) 내에서 파쇄물 배출통로(120a)를 일부 구성하게 된다. 해머 하우징(120)은 상,하면에 파쇄물 배출관(121a)의 상,하단을 끼워서 지지하는 끼움 홀들이 형성될 수 있다.

해머 하우징(120)은 하단 중앙에 파쇄물 배출관(121a)과 연결되는 연장 관(121b)을 장착할 수 있다. 연장 관(121b)은 파쇄물 배출통로(120a)의 하측 영역을 형성할 수 있다. 해머 하우징(120)은 비트(113)들의 배기 통로(113a)들을 파쇄물 배출통로(120a)와 연결하는 연결 통로(120b)를 구비할 수 있다. 연결 통로(120b)는 해머(110)들의 각 배기 통로(113a)로부터 파쇄물 배출통로(120a)로 압축공기를 제공함으로써, 구멍 내의 파쇄물을 파쇄물 배출통로(120a)를 통해 구멍 외부로 배출될 수 있게 한다. 연결 통로(120b)는 연장 관(121b)에 형성될 수 있다. 연결 통로(120b)는 출구가 입구보다 높게 경사진 형태로 이루어질 수 있다.

해머 하우징(120)은 회전구동기구(미도시)에 의해 회전한다. 예컨대, 해머 하우징(121)의 상단에는 공기 탱크(150)가 고정되며, 공기 탱크(150)의 상단에 회전 블록(160)이 고정될 수 있다. 회전 블록(160)은 상단을 통해 공기 컴프레셔(미도시)로부터 압축공기를 공급받아 공기 공급관(151)에 의해 공기 탱크(150)로 전달할 수 있다. 공기 탱크(150)는 회전 블록(160)으로부터 공급받은 압축공기를 각 실린더(111)로 전달할 수 있다.

공기 탱크(150)는 파쇄물 배출통로(120a)로부터 하단을 통해 파쇄물을 공급받아 상단으로 배출하는 제1 연장 통로(150a)를 갖는다. 회전 블록(160)은 공기 탱크(150)의 제1 연장 통로(150a)로부터 하단을 통해 파쇄물을 공급받아 측면으로 배출하는 제2 연장 통로(160a)를 갖는다.

회전 블록(160)으로부터 배출되는 파쇄물은 파쇄물 배출부재(170)를 거쳐 배출될 수 있다. 파쇄물 배출부재(170)는 링 형태로 이루어져 회전 블록(160)의 둘레를 둘러쌀 수 있다. 파쇄물 배출부재(170)는 내주면에 파쇄물 배출홈(171)이 원주 방향을 따라 연속되게 형성될 수 있다. 파쇄물 배출홈(171)은 제2 연장 통로(160a)의 출구와 통하게 형성된다.

파쇄물 배출부재(170)는 파쇄물 배출홈(171)의 저면으로부터 바깥 측면으로 관통된 파쇄물 배출구(172)를 갖는다. 따라서, 파쇄물 배출홈(171)은 제2 연장 통로(160a)의 출구로부터 배출되는 파쇄물을 공급받아서 파쇄물 배출구(172)를 통해 배출시킬 수 있다. 파쇄물 배출부재(170)는 회전 블록(160)과의 사이가 오-링 등의 밀봉 부재에 의해 밀봉될 수 있다.

회전 블록(160)은 회전구동기구와 연결될 수 있다. 해머 하우징(120)은 회전 블록(160)이 회전구동기구에 의해 회전함에 따라 함께 회전할 수 있다. 코어 드릴 장치(100)는 굴삭기 등의 중장비의 암에 장착되어 설정 위치로 이동 가능하게 될 수 있는데, 이 경우 회전구동기구는 중장비의 암에 구비될 수 있다. 회전구동기구는 유압 회전 실린더 또는 회전 모터 등을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 공기 컴프레셔도 중장비에 구비될 수 있다.

코어 커터(130)는 상하가 개구되고 중공을 갖는 원통형으로 이루어진다. 코어 커터(130)는 중공에 해머 하우징(120)으로부터 인출된 각 비트(113)의 부위를 수용한 상태로 해머 하우징(120)의 하단에 고정된다. 코어 커터(130)의 상부 개구는 비트(113)들의 각 비트 샤프트(1131)를 통과시키는 홀들로 구획될 수 있다. 이 경우, 코어 커터(130)의 상부는 비트(113)들의 각 비트 샤프트(1131)를 통과시키는 홀들을 제외한 부위가 막힌 형태로 이루어진다.

코어 커터(130)의 내부 공간은 각 해머(110)의 비트(113)가 충분한 승강 거리로 코어(1a)를 타격할 수 있게 하는 높이로 이루어진다. 코어 커터(130)는 하측 내주면의 지름이 일정하고 상측 내주면의 지름이 상부로 갈수록 점차 작아지는 형태로 이루어질 수 있다. 코어 커터(130)는 하단에 대략 직각 삼각 형태의 톱니(131)들이 원주 방향을 따라 배열되어 형성될 수 있다.

커터 팁(132)은 각 톱니(131)에 형성될 수 있다. 여기서, 커터 팁(132)은 각 톱니(131)의 골 부위에 배치될 수 있다. 커터 팁(132)들은 지그재그 형태로 원주 방향을 따라 배열될 수 있다. 커터 팁(132)은 초경 합금, 인조 다이아몬드 등으로 형성되어 코어 커터(130)에 장착될 수 있다. 코어 커터(130)는 해머 하우징(120)과 함께 회전하여 무근 콘크리트(1)에 고리형 홈(1b)을 형성하여 원기둥 형태의 코어(1a)를 만들 수 있게 한다.

코어 드릴 장치(100)는 회전구속부재(140)들을 더 포함할 수 있다. 회전구속부재(140)들은 해머 하우징(120)의 하단에 장착되어 비트(113)들이 각 상하 축을 중심으로 회전하지 않도록 구속한다. 회전구속부재(140)는 인접한 비트 블록(1132)들 사이에 배치된다. 회전구속부재(140)는 부채꼴로 이루어질 수 있다. 회전구속부재(140)는 2개의 반지름 부위들이 비트 블록(1132)들에 마주하게 배치된 상태로 코어 커터(130)의 상면에 고정될 수 있다. 회전구속부재(140)는 하면이 비트 블록(1132)의 하면보다 높게 위치될 수 있는 상하 두께를 갖는다.

본 발명의 일 실시예에 따른 코어 드릴 장치(100)에 의해 무근 콘크리트(1)에 코어 작업하는 예를 설명하면 다음과 같다. 여기서, 무근 콘크리트(1)에 코어 작업하는 것을 예시하고 있으나, 암반 등에 대한 코어 작업도 동일하게 이루어질 수 있다.

먼저, 해머 하우징(120)에 회전구동기구 및 공기 컴프레셔를 연결한 상태에서, 코어 작업될 무근 콘크리트(1) 지반에 코어 커터(130)를 배치한다. 그 다음, 회전구동기구에 의해 해머 하우징(120)을 회전시키며, 공기 컴프레셔에 의해 해머(110)들에 고압의 압축공기를 공급한다. 해머 하우징(120)이 회전함에 따라 코어 커터(130)가 회전 동작한다. 코어 커터(130)가 회전 동작함에 따라 무근 콘크리트(1)에 고리형 홈(1b)을 형성하여 원기둥 형태의 코어(1a)를 만들게 된다. 이와 함께, 해머(110)들에 압축공기가 공급됨에 따라 비트(113)들이 타격 및 회전 동작하면서 코어(1a)를 파쇄한다. 이때, 파쇄물은 비트(113)를 거쳐 배출되는 압축공기에 의해 해머 하우징(120)의 파쇄물 배출통로(120a)를 따라 외부로 배출될 수 있다. 그 결과, 무근 콘크리트(1)에 일정 크기의 구멍이 천공될 수 있다.

이와 같이, 코어 작업은 전술한 과정들에 의해 수행되므로, 종래 예에 비해 작업 효율성을 향상시킬 수 있다. 또한, 코어 작업시, 코어 커터(130)가 구멍의 내주면을 감싼 상태에서, 코어(1a)가 해머(110)들의 비트(113)들에 의해 파쇄되고, 파쇄물이 압축공기에 의해 파쇄물 배출통로(120a)를 통해 외부로 배출된다. 따라서, 천공된 구멍의 내주면을 온전히 유지시킬 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

110..해머
111..실린더
112..피스톤
113..비트
113a..배기 통로
120..해머 하우징
130..코어 커터
140..회전구속부재