削岩機

本発明は、請求項1の前提部分による削岩機に関するものである。

衝撃削岩機はケーシングを備えており、そのケーシング内において衝撃ピストンが前方及び後方に動いて軸アダプタに衝撃を与える。さらに、送り装置から軸アダプタに送り力が伝達され、また回転モーターからの回転も駆動装置によって軸アダプタに伝達される。その結果、衝撃エネルギー及び送り力並びに回転は、軸アダプタから1つ或いは幾つかのドリルロッド及び1つのドリルビットを介して岩盤に伝達されて、岩盤にボアホール(試錐孔)が作られる。

1つ或いは幾つかの減衰ピストンは、回転チャックブッシングに接触して配置され、回転チャックブッシングは軸アダプタと特定の周期で接触する。減衰ピストンの主たる機能は、反射衝撃波を吸収してこれら反射衝撃波を熱に変換することにある。さらに、減衰ピストンは、軸アダプタを正確な位置に置いて次の衝撃に備えるように補助する。削岩中軸アダプタは削岩機の送り装置によって削岩機内に押される。削岩機内部で軸アダプタは、回転チャックブッシングを介して減衰ピストンに対峙し、それによって減衰ピストンは送り装置からの力を打ち消している。

停止リングは、軸アダプタの前方軸方向動作に対する端部停止装置として機能する。削岩機内へ軸アダプタを押す送り力が無い状態では、軸アダプタは停止リングに遭遇するまで前方に移動することができる。これは、例えば、ドリルビットが岩盤の空洞に遭遇する場合或いはドリルロッド間のスレッドが打設不要の場合に起こるかもしれない。ドリルビットがもはや岩盤に接触していない場合には、軸アダプタは停止リングと回転チャックブッシングの間で自由に移動することができる。もしこの位置で衝撃ピストンが衝撃を与えと、軸アダプタは、停止リングと回転チャックブッシングとの間で制御不能な状態で跳ね返るであろう。これにより削岩機の前方部分に破損を引き起こすかもしれない。

本発明の目的は、削岩機の構成要素が岩盤に対して衝撃を与える位置にある正常衝撃位置及び空気に対して衝撃を与えるアイドル衝撃位置を備えた削岩機によって先行技術の問題点を解決することにある。削岩機は下記の構成要素を備えている:軸アダプタ、前方端部面を備えた減衰ピストン、減衰ピストン用停止端部面、前方端部面を備えた回転チャックブッシング、回転チャックブッシング用停止端部面、前方端部面を備えた制動(ブレーキ)領域を備えた衝撃ピストン、及びアイドル衝撃中衝撃ピストンの衝撃速度制動用制動チャンバ、制動チャンバは後縁部を有する。

本発明によれば、減衰ピストンは、減衰ピストンの停止端部面と、削岩機の正常衝撃位置で減衰ピストンの前方端部面の位置との間の距離として定義されたアイドル衝撃ストローク長を有する。回転チャックブッシングは、回転チャックブッシングの停止端部面と、削岩機の正常衝撃位置で回転チャックブッシングの前方端部面の位置との間の距離として定義されたアイドル衝撃ストローク長を有する。実際の減衰ピストンのアイドル衝撃ストローク長は、減衰ピストンのアイドル衝撃ストローク長及び回転チャックブッシングのアイドル衝撃ストローク長よりも短い。衝撃ピストンは、制動チャンバの後縁部と、削岩機の正常衝撃位置で制動領域の前方端部面の位置との間の距離として定義されたアイドル衝撃ストローク長を有する。

実際の減衰ピストンのアイドル衝撃ストローク長は、衝撃ピストンのアイドル衝撃制動距離よりも大きい。この利点は、アイドル衝撃の場合、軸アダプタが如何なる相当な距離を介しても跳ね返ることができないという点にある。衝撃ピストンはアイドル衝撃が起こる以前に制動を掛ける十分な時間を有している、これは単純で効果的な方法で削岩機への破損の危険を減らし、削岩機の商品寿命を伸ばしている。アイドル衝撃が起こる前に、衝撃ピストンの衝撃速度が衝撃速度の40%から60%、好ましくは50%まで制動を掛けられることは適切である。減衰ピストンのアイドル衝撃ストローク長は、回転チャックブッシングのアイドル衝撃ストローク長より短いことが望ましい。

本発明の第一の実施形態を示す横断面図。

本発明の第二の実施形態を示す横断面図。

本発明は、添付図面を参照して好ましい実施形態により以下詳細に説明される。

図1及び図2は、岩盤を穿孔する削岩機の異なる実施形態を示している。かかる削岩機は多数の構成要素を備えている。図面は詳細があまり微細にならぬよう多少省略されている。削岩機の前方端部は、岩盤に対して使用される端部として定義され、また削岩機の後方端部は岩盤からそれて使用される端部として定義されている。削岩機は、ケーシング1を備え、そのケーシング1内で衝撃ピストン2が往復運動で変移可能である。衝撃ピストン2は軸アダプタ3の後方端部上に衝撃を介して作用する。軸アダプタ3は図示されていないがドリルロッド及びこちらも図示されていないがドリルビットに接続されている。回転は回転チャック20及び駆動装置15を介して軸アダプタ3に伝達される。また削岩機は前進送り力によって影響を受ける。軸アダプタ3はドリルロッド及びドリルビットを介して衝撃エネルギー、送り力、そして回転を岩盤に伝達する。

アダプタの衝撃受付後方端部表面11の外部表面で放射状に、軸アダプタ3は回転チャックブッシング4の前方端部面16のための接触域12を有する。また回転チャックブッシング4は減衰ピストン5によって影響を受ける後方端部面13を有している。例えば、図1では、減衰ピストン5は回転チャックブッシング4を周囲しているが、図2に示されるように、減衰ピストン5はまた単独で回転チャックブッシング4の後方端部面13に影響を及ぼすことができる。また使用可能な二重減衰ピストンの様々な変形例がある。減衰ピストン5及び回転チャックブッシング4は、主に単体ユニットとして動作し、単体ユニットとして交換が可能である。しかしながら、個別のユニットとしてこれらを有する際に、経済的利点及び耐久性の利点がある。減衰ピストン5は、1つ或いは幾つかの減衰チャンバ6の1つ或いは幾つかの駆動領域上の作動流体によって影響を受ける。

正常穿孔中、減衰ピストン5は以下の機能(それらのうちの幾つかの変形例が可能である)を有する:削岩機は岩盤に向かう前進送り力によって影響を受ける。第一段階で、ドリルビットと岩盤の間に接触が生じ、その一方で衝撃ピストン2は前進に移動する。減衰ピストン5は、回転チャックブッシング4と結合して、送り力を打ち消すよう働きかける、よって軸アダプタ3は正確な位置に保持され、次の衝撃に準備する。第二段階で、衝撃ピストン2は引き続き前進し、軸アダプタ3に衝撃を与える。これは図1及び図2に示されている段階である。そこで削岩機の構成要素はそれらの正常衝撃位置にある。衝撃は、ドリル・ストリング及びドリルビットを岩盤内に前進させる。同時に、軸アダプタ3と回転チャックブッシング4との間の接触は失われる。

第三の段階で、衝撃ピストン2はその方向を逆転し後方に移動する。減衰チャンバ6の減衰ピストン5の駆動領域上の一定流量は、回転チャックブッシング4に対し前方に減衰ピストン5を押し進め、軸アダプタ3との接触を回復する。第四の段階では、送り力が削岩機をさらに前方に押しやり、しかも岩盤からの反射が軸アダプタ3、回転チャックブッシング4、及び減衰ピストン5を後方に動かす。減衰ピストン5が減衰チャンバ6内で後方に動く場合、減衰チャンバ6の作動油は圧縮され、それによって動作に制動を掛けて動作を熱に変換する。

ドリルビットが岩盤に接している限りこの減衰機能は功を奏する。

停止リング7は軸アダプタ3を保護するために配置されている。例えば、ドリルビットが岩盤中の空洞に遭遇する或いはドリルロッド間のスレッドを打設不要でなければならない理由で、ドリルビットが岩盤の代わりに(アイドル衝撃或いは打ち返しとして公知の)空気に衝撃を与える場合、停止リング7は、軸アダプタ3が軸方向で過度に前進するのを部分的に阻止する、これによって損傷の危険を減らしている。

アイドル衝撃中に何が起こるかというと、軸アダプタ3は岩盤で停止されることなく前方へ動き、代わりに停止リング7で軸アダプタ3を停止するよう衝撃ピストン2が軸アダプタ3に衝撃を与える。後続の出来事は無作為に決定される。したがって、十分に定義された正常なアイドル衝撃位置は存在しない。軸アダプタ3は、停止リング7で前方に留まるか或いは所定の距離を後方に跳ね返るかの何れかである。その距離は長くても短くてもよい。

衝撃ピストン2が衰えていない力で軸アダプタ3上に再び衝撃を与える場合、削岩機の前方の部分で損傷が生じるかもしれない。軸アダプタ3が停止リング7で前方位置に留まる場合、衝撃ピストン2は衝撃以前に制動を掛けることができる。これは、後縁部21を備えた制動チャンバ8の一助によって起こる。図2の制動チャンバ8は非常に狭い。

衝撃ピストン2は、前方端部面19を備えた制動領域10を有している。岩盤に対する正常衝撃の場合、正常位置は、制動チャンバの後縁部21を通過するために、衝撃ピストン2が制動領域の前方端部面19に対し前方に移動しすぎることがないような位置にあることが適切である、したがって、制動は起こらない。岩盤に対する正常衝撃中に制動が起こることは望ましくない。

アイドル衝撃の場合で、しかも軸アダプタ3が停止リング7で前方に置かれる場合、ピストン2は衝撃が起こる以前により長い距離を移動する必要がある。これは、制動領域の前方端部面19が制動チャンバの後縁部21を通過することを意味する。制動領域の前方端部面19が制動チャンバの後縁部21を通過した際には制動チャンバ8内の作動油は圧縮されて衝撃ピストン2に制動を掛け、衝撃が起こる前に衝撃速度が減速される。アイドル衝撃制動長L3は、制動チャンバの後縁部21と、正常衝撃位置で制動領域の前方端部面19の位置との間の距離L3として定義される、すなわち制動領域の前方端部面19が正常衝撃位置から制動チャンバの後縁部21まで移動できる距離L3である。

これは、軸アダプタ3が停止リング7で前方に置かれるようなことが起こる場合、それ自身最善に機能するが、軸アダプタ3が大きすぎる距離を跳ね返った場合、衝撃ピストン2は全力で軸アダプタ3に衝撃を与える。

しかしながら本発明は、軸アダプタ3が大きすぎる距離を跳ね返ることができるのを阻止することによって、アイドル衝撃の場合で衝撃ピストン2が軸アダプタ3に全力で衝撃を与えるのを防ぐ。

減衰ピストンのアイドル衝撃ストローク長L1は、減衰ピストンのための停止端部面14と、削岩機の正常衝撃位置で減衰ピストンの前方端部面16の位置との間の距離L1として定義される、すなわち減衰ピストン5が正常衝撃位置から減衰ピストンの停止端部面14まで前進移動することができる最大距離L1である。図1及び2に示されているように、回転チャック20の後縁部或いはケーシング1に減衰ピストンの停止端部面14が置かれることは適切である。

さらに、ドライバーの後方端部面17に対し回転チャックブッシングの前方端部面16を備えた回転チャックブッシング4を介して或いは回転チャックブッシング4のための別の停止端部面17を介して減衰ピストン5の動作を停止することは可能である。しかしながら、通常ドライバー15が回転チャック20或いはケーシング1ほど摩耗に耐えることはないので、これはあまり良い解決策ではない。回転チャックブッシングのアイドル衝撃ストローク長L2は、回転チャックブッシングの停止端部面17と、削岩機の正常衝撃位置で回転チャックブッシングの前方端部面16の位置との間の距離L2として定義される、すなわち回転チャックブッシング4(及びしたがって減衰ピストン5)が正常衝撃位置から回転チャックブッシングの停止端部面17まで前進移動することができる最大距離L2である。同様の機能を備えたその他の設計も想定可能である。

「端部面」という文言は、削岩機の軸に垂直な平らな面を有する端部面を確定するような非常に制限された方法だけで解釈すべきでないことが注記される。図1及び図2で見ることができるように、端部面は異なる構成要素上に異なる形状を持つことができる。表示されている距離は、最短距離すなわち停止を余儀なくされる前に構成要素4及び5が移動できる距離である。

減衰装置の実際のアイドル衝撃ストローク長L1、L2は、減衰ピストンのアイドル衝撃ストローク長L1及び回転チャックブッシングのアイドル衝撃ストローク長L2よりも短く定義される。したがって実際のところ、減衰ピストン5がアイドル衝撃の場合に移動できる距離を制限するのは、減衰装置の実際のアイドル衝撃ストローク長L1、L2である。

上記で明確にされたように、減衰ピストン5及び回転チャックブッシング4を衝撃中及び衝撃前に正確な位置に軸アダプタ3を保持する。アイドル衝撃の場合には、回避する岩盤がない場合、減衰ピストン5が減衰ピストンの停止端部面14によって停止されるまで或いは減衰ピストン5が回転チャックブッシング4によって停止され次に回転チャックブッシングの停止端部面17によって停止されるまで、減衰ピストン5は前進する。本発明によれば、減衰ピストンの実際のアイドル衝撃ストローク長L1、L2はアイドル衝撃制動長L3より大きい。これは、アイドル衝撃の場合であっても、軸アダプタ3が不確定の距離を介して跳ね返ることができないことを保証する。より正確に言えば、制動領域の前方端部面19は、衝撃が起こる前に制動チャンバの後縁部21を通過するのに十分な時間を有することを保証している、すなわち衝撃ピストン2は、軸アダプタ3がどこに置かれるようになろうとも、それとは無関係に常時衝撃が起こる前に制動を掛ける十分な時間を有する。

必ずしも制動の程度が大きいことが利点であるとは言えない。状況に依存した判断の問題かもしれない。削岩機が嵌り込むようになることは時々起り得る、この場合には自由に削岩機を後方に引きながら同時に軸アダプタに衝撃を加えることができるのが望ましい。

したがって、アイドル衝撃が行われる前に、衝撃ピストンの衝撃速度がおよそ40から60%、好ましくは50%に減速すなわち毎秒8mから毎秒4mまで衝撃ピストンに制動を掛けることができるのが適切である。しかも、すべての制動には明らかに特定の防護効果がある。

例証として、減衰ピストンの実際のアイドル衝撃ストローク長L1、L2がおよそ15mmである場合、アイドル衝撃制動長L3はおよそ10mmであってよい。

当然ながら、本発明は上記例に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲の範囲内で変更することができる。

1 ケーシング 2 衝撃ピストン 3 軸アダプタ 4 回転チャックブッシング 5 減衰ピストン 6 減衰チャンバ 7 停止リング 8 制動チャンバ 10 制動領域 11 後方端部面 12 接触領域 13 後方端部面 14 停止端部面 15 ドライバー 16 前方端部面 17 後方端部面 18 前方端部面 19 前方端部面 20 回転チャック 21 後方縁部 L1 アイドル衝撃ストローク長 L2 アイドル衝撃ストローク長 L3 アイドル衝撃制動長