Method and device for actuating working module

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワーキングモジュールの動作のための装置及び方法、特に液圧（通常は油圧）グラブ（つかみ機）であって、動力回転ヘッドやドリルロッドと共に地面などに穴を掘るのに使われ、岩（ロック）や小石（ボールダー）のような障害物を除去するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ドリルロッドにより穴を掘っている時に、穴の中の石などの障害物にあった時には、
この障害物を除去するために特別の装置を使用している。 例えば、グラブツール（つかみ機）であって、液圧（油圧）駆動のものが使用される。 また、一般的に、このグラブツールは、操作可能に接続されている追加の装置を操作して使用する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この追加の装置は、穴からドリルロッドが除去される時に用意され、ドリルロッドが除去されてから穴に入れられ、その後が除去される。 このプロセスは、時間がかかるだけでなく、また装置のコストの面でも非効率的である。

【０００４】本発明の目的は、穴堀装置及びプロセスにおける従来の装置及び方法の欠点を解決することにある。

【０００５】また、本発明の他の目的は、液圧グラブのようなワーキングモジュールを操作する方法及び穴掘り及び穴からの障害物の除去を非常に効率的（ハードウェア、時間及びコストとして効率的）に行える装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明は、次のような装置を用いる。 例えば、パワーロータリヘッドのトルクＭ及び回転数ｎｒｐｍの回転である機械的な量（機械的な運動、この場合は回転力）
は、選択的に所定の頻度で、液圧に変換される。

【０００７】液圧は、例えば液圧グラブのような液圧ラインを用いるワーキングモジュールに伝達される。 ワーキングモジュールは液圧を出力する装置に接続される。
本発明のプロセス及び装置の好適な一適用例は、キリーロッド（ｋｅｌｌｙ ｒｏｄ）を持つ回転ヘッドのトルク及び回転（ｒｐｍ）のワーキングモジュールとしての液圧グラブへの伝達である。 キリーロッドのトルク及び回転は、液圧グラブに追加の伝達装置を介し伝達される。 この伝達装置は、ドリルロッドと液圧グラブの間に位置して設けられ、トルク及び回転は、ドリルロッドの回転方向を変更することによって液圧力に変換される。
この液圧力は、液圧グラブに供給され、液圧グラブの少なくとも１つの他の機能を行わせる。

【０００８】液圧ポンプを用いて液圧流体を液圧グラブの閉じられているシリンダに供給することが重要である。 ここで、液圧ポンプは、ドリルロッドによって駆動される。 同時に、ドリルロッドに接続された液圧ヘッドはドリルロッドの回転動作をワーキングモジュール（例えば、液圧グラブ）に伝達する。 液圧グラブは穴の底に位置するときに、開かれており、グラブのブレードが土の中に向けられる。

【０００９】本発明の好適な態様によれば、液圧ヘッドはギアを有し、このギアによってドリルロッドの回転数はｉ倍（ギアの伝達比をｉとしている）に上げられる。
また、同時に、ドリルロッドのトルクは、同じ比率ｉで減少される（１／ｉになる）。 ギアと液圧ポンプの間には、一方向の回転のみを伝達するトリップフリー機構であって、第１の方向の回転を液圧ポンプに伝達するが、
反対方向の回転はブロックするものが配置されている。
トリップフリー機構は、一方向の回転について歯がかみ合い、他方の回転の時に歯上をスリップする。 穴の底に液圧グラブを下げた後のドリルロッドの一方向の回転により、開いているグラブが土の中で回転する。 液圧ポンプは、反対の回転方向に駆動され、ワーキングモジュールの液圧シリンダが駆動される。 ここにおいて、液圧流体は、液圧ポンプで液圧シリンダへ分配される。 液圧シリンダの動作（シリンダ内のピストンの動き）に応じて液圧グラブが開閉される。

【００１０】グラブのブレードを広げるために、方向制御弁であって、液圧流体の流れを反転させるスイッチング機能（流体流れ方向切り替え機能）を有するものが設けられている。

【００１１】好適には、液圧グラブにドリルロッドにより与えられる引っ張り及び圧縮力が、方向制御弁を切り替えるのに利用される。 一形態においては、バネ付勢トリップカムがスイッチハウジング上に設けられている。
すなわち、ドリルロッドの軸方向の動きに応じてバネの力に抗してトリップカムを移動させ、方向制御弁を切り替える。 例えば、ワーキングモジュールを下方に向けて押しているときに、石などでいっぱいになり、ワーキングモジュールが下に進めなくなった（負荷が大きくなった）時には、ドリルロッドとワーキングモジュール間の軸変位が起きる。 従って、このワーキングモジュール（例えば液圧グラブ）が、岩や類似のもので満たされたときは、これはドリルロッドを引き上げてこれらを、地表に運ぶ。 ここで、液圧グラブがパワー回転ヘッド上のストップに向けて引き上げられることが好適である。 液圧グラブがストップに当たると、ドリルロッドには引っ張り力が働く。 この引っ張り力（張力）は、方向制御弁を切り替えるように働き、液圧が反対方向に切り替えられるので、ドリルロッドの回転は、グラブブレードを開く力に変換される。

【００１２】本発明のワーキングデバイスは、パワーロータリヘッドのようなトルク及び回転を伝達する部材とドリルグラブモジュールのようなワーキングモジュールの間に設けられる。 そして、ワーキングモジュールは、
液圧によって動かされる対象となる。 さらに、上述のような好適なグラブモジュールまたは液圧グラブに加えて、液圧駆動ポンプや、つき棒（ランマー：ｒａｍｍｅ
ｒｓ）またはモータであって周縁及び接触力によって回転されたり回転方向を変更することによって液圧的に駆動されるものであってもよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明の実施の形態について説明する。 部材の参照符号は、複数の図面において共通に使用する。

【００１４】図１は、機械量から液圧パワーを生成するワーキングデバイスとして利用される液圧ヘッド３を示す。 機械量は、例えばドリルロッド２のトルクＭ、回転（ｒｐｍ）であり、機械力は、ドリルロッド２から穴の底に向けて伝達される。 ドリルロッド２は、パワーロータリヘッド（図示せず）にトーション的に強固に接続されている。 すなわち、ねじれ方向において強固であり、
回転を伝達するように接続されている。 パワーロータリヘッドは、トルクＭ、回転数ｎであって、回転力として伝達され、または液圧に変換されるものを発生する。

【００１５】液圧ヘッド３は、ヘッドカバー２１を有する。 このヘッドカバー２１は、トーション的に強固にドリルロッド２のカップリングピースに接続されている。
また、ヘッドカバー２１は、ロータリヘッドハウジング１７にベアリングユニット３１を介し隣接接続される。
ギア７、トリップフリー機構１１及び液圧ポンプ９は、
ロータリヘッドハウジング１７に囲まれており、ロータリヘッドハウジング１７に固定されている。 スイッチハウジング１５は、ロータリヘッドハウジング１７内の底部に位置しており、スイッチ素子（例えば、バネで付勢されたトリップカム１６）を有している。 このスイッチハウジングもロータリヘッドハウジング１７に取り囲まれている。 スイッチハウジング１５は、ロータリヘッドハウジング１７にトーション的に強固に接続されている。 このスイッチハウジング１５は、ワーキングモジュール５にトーション的に強固に保持されている。 ワーキングモジュール５（図４、５参照）は、穴（図示せず）
の底に位置される。

【００１６】ドリルロッド２の第１の方向の回転は、ヘッドカバー２１からギアドライブシャフト２２に伝達される。 ギア７は、例えばプラネットギアであり、回転をｉ倍にする。 すなわち、ギア７は、入力トルクＭを１／
ｉに減少させ、入力される回転数ｎをｉ倍とする。

【００１７】ギアドライブシャフト２３は、カップリング１３によって接続されるトリップフリー機構１１のドライブシャフト２４を駆動する。 トリップフリー機構１
１は、カップリング１３からの第１の方向の回転であるトルクＭ、回転数ｎを液圧ポンプ９のドライブシャフト２６に伝える。 すなわち、トリップフリー機構１１のシャフト２５、カップリング１４を介しドライブシャフト２６にそのまま回転が伝達される。 液圧ポンプ９は、タンク２７からの液圧液体を吸い、トルク及び回転力を回転流れ及び圧力として出力する。 液圧流体は液圧ポンプ９の高圧側から液圧ライン（供給ライン）１８を介しバルブ２０に向けられる。 バルブ２０は、例えば、４／２
方向制御弁である。 すなわち、入力側に一対の出入り口を持ち出力側に一対の出入り口を持ち、出力側の出入り口を切り替え、出力側における流体の流れ方向を切り替える。 そして、液圧の動作対象であるワーキングモジュール（液圧グラブ）５（図４、５参照）の液圧シリンダ６に切替可能な方向で液圧流体が供給される。 液圧駆動対象である液圧シリンダ６から液圧液は、液圧ライン１
９、方向制御弁２０、液圧ライン（リターンライン）２
９を介しタンク２７に戻る。

【００１８】第１の回転方向と反対のドリルロッド２の第２の方向の回転は、ワーキングモジュール５に対しトーション的に強固に伝えられる。 すなわち、トリップフリー機構１１が第２の方向の回転をブロックするときには、トリップフリー機構の内側部分１２及び回転ヘッドハウジング１７に結合されている外側リング１０は、互いに接続されている。 従って、トリップフリー機構１１
は全体としてヘッドハウジングと同じに回転する。

【００１９】従って、トリップフリー機構１１のドライブシャフト２５は、ヘッドハウジング１７に対し相対的に回転しない。 ギアドライブシャフト２３は、ドリルロッドトルクの１／ｉ倍の力しかなく、トリップフリー機構１１によりｉ倍の回転はしない状態に保たれる。 回転及びトルクは、ギアハウジング７を介し、ロータリハウジング１７に伝えられる。 このロータリハウジング１７
は、スイッチハウジング１５にトーション的に強固に接続されている。

【００２０】ワーキングモジュール５は、スイッチハウジング１５に永久的に固定されている。 ワーキングモジュール５は、ドリルロッド２のトルク及び回転に従って、回転される。 これによって、第２の方向の回転では、開いたグラブブレード４（図４、５参照）は、穴の底に入って回ることができる。

【００２１】スイッチハウジング１５は、トリップカム１５ａを有している。 トリップカム１５ａは、バネ装置１６によって、予め所定の力がかかるように調整されている。 スイッチハウジング１５は、液圧液体の２つの異なる回転流れ方向を可能としている。 これによって、液圧グラブ及び液圧ヘッドなどのワーキングモジュールを穴から引き出さずにスイッチングできる。 ２つの異なる方向の液圧流体の流れは、ドリルロッド２を介し液圧ヘッド３に対し追加の負荷が与えられたときに得られる。
スイッチングハウジング１５は、バネ装置１６と共に設けられており、ドリルロッド２と相対的に移動可能である。 ドリルロッド２は、方向コントロール弁２０をスイッチするのに利用される。 すなわち、負荷に応じた方向制御弁２０の切替は、図２、３に示されている。 液圧グラブ（図示せず）は、穴の底にある。 そして、ドリルロッド２がスイッチハウジング１５に負荷を与える。 方向制御弁２０はスイッチされることによってスイッチハウジング１５に負荷がかかる。 そして、液圧液体の流れ方向が反対になる。 すなわち、液圧グラブが石などによりいっぱいになるとしたに進めなくなり、ロータリハウジング１７が軸方向にスイッチハウジングに対し相対的に移動する。 そして、この相対的な移動量が一定以上になると（長穴の先端に至ると）、トリップカム１５ａが方向制御弁２０を押し（図における上方）、方向制御弁が切り替わる。

【００２２】図３には、他のスイッチ状態が示されている。 このスイッチ状態では、引っ張り力は、スイッチハウジング１５に加えられている。 図１、２の状態と比較して、スイッチハウジング１５は、カバーサイドのストップ３３に至るまで穴の底の方向に移動する。 この動きは、バネ装置１６によって生起される。 液圧シリンダ６
（ここでは、１つだけ示されているが複数ある）の液圧駆動は、スイッチハウジング１５及びワーキングモジュール５がストップ３３に対して引かれた時に起こる。 例えば、パワーロータリヘッド（図示せず）により引かれる。 これによって、ドリルロッド２の第２の方向の回転と共に、グリップブレード３４が液圧で開かれる。 すなわち、ロータリハウジング１７の動きは、ストッパ３３
によって、止められさらにドリルロッド２が引き上げられるとピンが長穴の端部に至るためトリップカム１５ａ
が押し下げられ方向制御弁が切り替えられる。 これによって、グリップブレード３４が開かれる。

【００２３】このように、ロータリハウジング１７とスイッチハウジング１５の相対的な位置は、バネ装置１６
によって、中立位置に維持されている。 そして、ある程度以上の力が掛かった場合に、ロータリハウジング１７
とスイッチハウジング１５の相対的位置関係が崩れ、方向制御弁が切り替えられる。 なお、ドリルロッド２の回転方向がいずれの方向であってもロータリヘッドハウジング１７、スイッチハウジング１５、ワーキングモジュール５は、ドリルロッド２と同様に回転する。

【００２４】また、液圧ヘッドは、スイッチハウジング１５無しでも形成できる。 この場合、液圧液体は、単に１方向の流れでよい。 第２の可能性は、ワーキングモジュールの穴の外での駆動である。 例えば、手動で駆動したり、電気的にスイッチング機構を遠隔操作することが可能である。 すなわち、所望のタイミングで、方向制御弁を手動や電気的に切り替えればよい。

【００２５】図４は、本発明の好適な例である。 この例では、パワー回転ヘッドの回転エネルギーは、ドリルロッド２によってワーキングモジュール５に伝えられる。
この例では、ワーキングモジュール５は、液圧グラブ２
５である。 図１〜３における液圧ヘッド３と同一の部材には、同一の符号を付してある。

【００２６】図４の装置は、液圧シリンダ２６を有している。 液圧シリンダ２６は、液圧ヘッド３と同心的に位置されている。 またカップリングポイント３２によって、液圧グラブ２５のグラブブレード３４を閉じた位置から開いた位置に動かす。 開いた位置において、液圧グラブ２５は、液圧ヘッド３と共に、回転可能になっている。 この回転は、ドリルロッド２の回転に対応する。 液圧グラブモジュール２５のグラブブレード３４の端部に対応して端部部材３６が形成されている。 これらと液圧ヘッド３は、穴の底部におろされる。 そして、端部部材３６によって壊された地面の中に入る。 次に、グラブブレード３４が液圧によって開位置から閉位置に移動された後、穴から引き上げられる。

【００２７】図５には、ドリルグラブモジュール２５と液圧ヘッド３の他の実施例が示されている。 液圧ヘッド３は、外形のみが示してある。 穴の方向における液圧ヘッド３の下には、液圧シリンダ２６が配置されている。
すなわち、液圧ヘッド３の軸方向に延長した位置に液圧シリンダ２６が配置されている。 グラブブレード４を有する液圧グラブモジュール２５は開いた位置にあるように示してある。 特に図５において、液圧ヘッド３上に液圧グラブモジュール２５がトーション的に強固に配置するものを示している。 グラブブレード３４は、端部延長部（端部部材３６）を有しており、これは、グラブブレード３４が開いているときに穴の中に入っていく。 障害物がある場合、グラブブレード３４は、上述のようにして随時、障害物を除去する。

【００２８】なお、ワーキングモジュールは、パイルベースカッターであることが好適である。

【００２９】また、ワーキングモジュールはコアキャッチャーであることが好適である。

【００３０】また、ワーキングモジュールはコアブレーカであることが好適である。

【００３１】また、動作手段である液圧ヘッドは、ローラービットコアケーシングパイパーを含み、前記ワーキングモジュールはスイベルローラーを有することが好適である。

【００３２】好適な実施形態について記載したが、本発明はこれに限定されるものではなく、当業者が容易に行える変形などを含む。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ドリルロッドを持つパワーロータリヘッドのトルク及び回転をワーキングモジュールに伝達する本発明の液圧ヘッドを示す図である。

【図２】 図１に示される液圧ヘッドの異なるスイッチング状態を示す図である。

【図３】 図１に示される液圧ヘッドの異なるスイッチング状態を示す図である。

【図４】 ワーキングモジュールとして液圧グラブを有し、液圧シリンダが液圧ヘッドと同心状に配置されている本発明にかかる装置を示す図である。

【図５】 ワーキングモジュールとして液圧グラブを有し、液圧シリンダが液圧ヘッドの軸の延長上に配置されている本発明にかかる装置を示す図である。

【符号の説明】

２ ドリルロッド、３ 液圧ヘッド、４ グラブブレード、５ ワーキングモジュール、６ 液圧シリンダ、７
ギア、９ 液圧ポンプ、１１ トリップフリー機構、
１５ スイッチハウジング、２０ バルブ。

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年６月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】