Non-rotary piston and removable splined nut for the for hand-held rock drill

【発明の詳細な説明】 手持削岩機用非回転形ピストン及びそのための着脱式スプライン付きナット発明の背景 本発明は、一般的にいえば、ハウジング内で往復運動するピストンを有する流体作動形衝撃打撃工具に関し、さらに詳しくいえば、ピストンが縦に往復運動し、鋼製ドリルがピストンによって衝撃を与えられるとともに回転させられるように構成された手持削岩機に関する。 代表的手持削岩機の構成は、鋼製ドリルに衝撃エネルギーを与えるために流体を循環させることによって往復動させられるピストンを用いている。 ドリルを正しく動作させるには、ピストンが往復動すると同時にドリルが回転することが必要である。 この回転運動は、一連のスプラインとクラッチ機構を介して行なわれる。 スプラインの外形は、通常は、ピストンがドリルと共に回転するようなものである。 代表的ドリルは、軸方向に約２０４ｍ／ｍｉｎ（６７０ｆｔ／ｍｉｎ） 表面速度である２０００グロー毎分の速度で５．１ｃｍ（２インチ）のストロークで作動する。 ドリルは、普通には、１４０〜１５０回転／分で回転する。 平均のピストン直径が５．１ｃｍ（２インチ）であり、約２３ｍ／ｍｉｎ（７５ｆｔ ／ｍｉｎ）の回転表面速度を生じる。 軸方向表面速度と回転表面速度の両方の成分が、ピストンの外形のピストンの周囲の構成要素への全摩耗量に寄与する。 表面フィート数の回転成分を除くと、これらの構成要素間の摩耗を小さくするであろう。 したがって、ドリルを作動するとき性能と部分完全性が大きくなるはずである。 ドリルを回転する場合、普通の構成では手持削岩機にスプライン付きナットを用いる。 スプライン付きナットは、内部スプライン形の外形をもち、外径にねじを切ってある。 ねじ切り領域は、ドリル内部にあるチヤック又はチヤック駆動装置などの別の構成要素にかみ合されるのが普通である。 ナットについている内部スプラインは、ピストンについているスプラインとかみ合う。 ピストンとナットとにあるスプライン間のねじり相互作用は、ナットそのものの摩耗を大きくする。 この組立体の修理は困難で、ナットをピストン又はチヤックから外すのに特殊なレンチを必要とする。 前述のことは、現在の手持削岩機にあると知られている欠点を例示している。 したがって、上述の欠点の一つ以上を解消することを目的とした代替品を提供することが有益であることは明らかである。 それゆえ、あとでさらに詳しく開示される特徴を備える適当な代替品を提供する。 発明の概要 本発明の一つの面において、これは、ピストン棒、ピストン尾部及びピストン頭部を備えた往復動ピストンと、ピストン棒に沿った複数の縦のらせんみぞと、 工具ハウジングと縦みぞの間に着脱自在に取付けられてピストンの縦運動を許すが回転を許さない締りばめナットとを有する流体作動形衝撃打撃工具を提供することによって達成される。 第２の面においては、これはピストン棒にある縦みぞの中に摺動自在に取付けられている複数のスプラインをナットの内面に備えて、ピストンの縦往復運動を可能にする着脱自在なスプライン付きナット組合せによって提供される。 このナットは、外面に複数のローブを備え、前記ローブは、隣接するハウジング内でピストンが回転するのを抑制する複数の整合ローブくぼみと締りばめを形成する。 巻き付けばねクラッチがドリルに回転運動をピストンの縦往復運動の間与える。 前述及びその他の面は、添付図面と併せて考えるとき、本発明の以下の詳細な説明から明らかになる。 図面の簡単な説明 図１は、ラチエットとつめの機構によって回転される従来のピストンの一部分を除去した断面図である。 図２は、図１の線Ａ−Ａに沿った図である。 図３は、本願発明の手持削岩機の断面図である。 図４は、本願発明の着脱自在なクラッチ継ぎスプラインナットと油潤滑装置の拡大図である。 図５は、図４の線Ｂ−Ｂに沿った図である。 図６は、本願発明において用いる着脱自在なスプライン付きナットの等角図である。 図７は、図４の円Ａ内の拡大図である。 図８は、縦のらせんみぞを示すピストン軸の斜視図である。 詳細な説明 本願発明を好ましい実施例に従って例示し、説明するが、請求の範囲に記載される本願発明から外れることなく他の変形態様及び変更態様を作成できると認められる。 図１及び図２を参照すると、ストロークサイクルの間ピストンを回転させる機構を備える従来の手持削岩機が示されている。 ピストン１は、ピストンヘッド７ にねじ接続されているピストン旋条付きナット５によって旋条付き棒３に取付けられている。 ピストン旋条付きナット５は、ピストン１の往復運動と同じ縦方向に旋条付き棒３に沿って伸びる縦みぞ９に整合する内側スプラインによって旋条付き棒３に摺動自在に取付けられている。 旋条付き棒３の上端１１は、一方向にだけ回転できるようにリング歯車１３と相互作用する複数のつめ１５によってリング歯車１３に接続されている。 リング歯車１３はドリルにドリルの動作中衝撃流体を分配する弁１７とともに手持削岩機ハウジング（図示なし）のバックヘッド部分に置かれている。 ピストン棒２０は、縦軸線２４に沿って往復運動するように、ピストン棒軸受２６によってハウジング２２の中に支持されている。 チヤックナット２８は、ピストン棒２０に沿って伸びている縦みぞ３０に整合する内側スプラインによってピストン棒に摺動自在に取付けられている、クラッチナット２８は、チヤック３ ４に接続されているチヤック駆動体３２の中にねじ込まれている。 ドリル３６は、チヤック３４の中へ摺動自在に取付けられている。 したがって、従来の手持削岩機においては、ピストン１が縦方向に前後に往復運動し、同時にピストン１は一方向に回転することが分る。 この回転運動は、ピストン１とピストン旋条付きナット５の間及びチヤック駆動体３２に接続されているスプライン付きチヤックナット２８とチヤック３４の間の接続によってドリル３６に伝えられる。 図３を参照すると、本願発明の手持削岩機は、縦軸線４４を有しピストン４６ とドリル４７、１００が、従来のものと同様に往復運動するための中央ボアが貫通している外側ハウジングを有する４０として示されている。 ピストン４６は、 ゲージ圧約６．３〜７．０ｋｇｆ／ｃｍ ² （９０／１００ｐｓｉｇ）の圧力の圧縮空気などの衝撃流体によって作動される。 ピストン４６は、ピストンヘッド４ ８、ピストンヘッド４８の片側にあるピストンテール５０、及びピストンヘッド４８の反対側にあるピストン棒５２を備えている。 ピストン４６はハウジング４ ２の中で縦に往復運動するように、ピストンヘッド４８に接触するハウジング胴体部材５４、ピストンテール５０に接触する空気分配器５６及びピストン棒５２ に接触するピストン棒軸受５８によって支持されている。 衝撃用流体がバックヘッド６２内の蓄圧室６０の中へ導入され、分配器５６によって流体通路６４、６６及びポート６８、７０へ向けられ、駆動室７２に至り、そのあと戻し室７４に至る。 ストロークサイクル内のピストン４６の位置によって駆動室７２又は戻し室７４のいずれかが排出口７６に通じて、それぞれの室７２又は７４の中の流体を排出する。 ピストン４６は、ピストン棒５２に沿って下向きに伸びる一連の縦みぞ８０を介して回転運動を防止されている。 本明細書で用いられるとき、「縦」又は「縦方向」という用語は、軸線４４に平行な方向を意味する。 みぞ８０は、周囲のハウジング８６（図５）に対して回転できない着脱自在なスプライン付きナット８ ４の中のスプライン８２にはまる。 スプライン８２はナット８４の内面に形成されてナット８４の長さに沿って縦に下向きに伸びている。 ピストン４６はまた、らせんナット９４にあるらせんスプライン９２に接続される一連のらせんみぞ９０（図８）を備えている。 らせんみぞ９０はピストン軸５２に沿って下向きに伸びて前記縦みぞ８０の間に、好ましくは各１対の隣接縦みぞ８０の間に１本のらせんみぞ９０があるように設けられている。 スプライン８２のらせん運動作用によってらせんナット９４をピストン４６の往復運動につれて回転自在に前後に振動させる。 次に、らせんナット９４は、チヤック９８及びドリル１００を駆動する巻き付けばねクラッチ９６のような一方向クラッチ機構に摩擦力で取付けられる。 らせんナット９４は、第１のハブ面１０２を表面にもった外面を備えている。 チヤック９８は、チヤック９８にある第２の外側ハブ面１０４が第１のハブ面１０２に隣接して取付けられるようにボアの中に配置されている。 コイルばね１０６を第１及び第２のハブ面１０２、１０４の回りに巻いて、ピストン４６が往復運動するにつれて、中にあるチヤック９８とドリル４ ７、１００が一方向に回転するようにしている。 巻き付けばねクラッチ機構は、 リーランド・エッチ・ライアン（Ｌｅｌａｎｄ Ｈ．Ｌｙｏｎ）に交付された米国特許第５，１３９，０９３号に記載されている。 スプライン付きナット８４は、ハウジング８６から取外しできる。 着脱性は、 図１に示されたナット５とピストンヘッド７の間の従来技術のねじ式接続部をなくし、図３に示されているようにピストン棒５２にあるはめ合いみぞ８０と係合する内側スプライン８２をナット８４に設けることよって与えられる。 したがって、ナット８４がピストン棒５２に摺動自在にスプライン結合されるが、縦軸線４４、ピストン４６及びハウジング８６に対して回転できないことが分る。 図５に示されているように、ナット７４には、ナットそのものの外側輪郭に少なくとも一つのローブ１１０がある。 ローブ１１０は、三つあり、ナット８４の外面の円周のまわりに等間隔に配置されているのが好ましいが、任意の適度な数で差支えない。 ナット８４のこの雄輪郭の各ローブ１１０は、周囲のハウジング８６にある雌形ローブくぼみ１１２に係合する。 ピストン４６は、ドリルが作動するにつれて、往復運動する。 巻き付けばねクラッチ９６は、ピストン４６に回転を促す。 ナット８４の機能は、この回転を止めることである。 ピストン４６が回転しようとするとき、ナット８４のスプライン８２は、回転を阻止する。 次にねじり負荷は、ハウジング８６のローブ１１０及びローブくぼみ１１２に伝えらるので、回転を止める。 図６及び図７示されているように、ナット８４の外径部にテーパをつけてあることは、ナット８４の負荷を支える能力をさらに助ける。 ナット８４は、断面図で見たとき、雄輪郭全体がナットの上端１１４と下端１１６の間の中央部頂点１ １８におけるより、ナット８４の上端１１４と下端１１６において小さくなるようにテーパがつけられている。 ナット８４が雌ハウジング輪郭に挿入されるとき、ナット８４はハウジング８６を締めつける。 したがって、二つの締まりばめ、 すなわち、ローブ１１０による第１のものとナットのテーパ付き胴体による第２ のもの、ができることが分る。 なお、一つ以上のローブ１１０の中にナット８４の胴体の長さに沿って軸方向に縦に伸びる縦みぞ１２０を形成することによって、第３の締まりばめを与えることができる。 三つのローブ１１０の各々に一つのみぞ１２０を設けるのが好ましい。 ピン１２２がナット８４とハウジング８６のローブくぼみ１１２の間に圧力ばめをするために各みぞ１２０の中へゆるやかに押しこまれる。 他の二つの界面がすりへるにつれて、ピン構成は、ナットが回転し始めるとき縦断面をさらに締めつけるローラランプ形クラッチと同様に作用する。 手持削岩機のための潤滑が液体潤滑剤、好ましくは油、を衝撃空気に導入することによって行われる。 油キヤップ１３０が図３及び図４に示されているように、ハウジング８６内の油入口管１３２をねじ込み式に閉じる。 手持削岩機のオペレータは、定期的な間隔で油を油入口管１３２に導入する。 ピストン棒軸受１４ ０は、ピストン軸５２に摺動自在に接触する内面１４０を有し、ピストン４６を軸線４４に沿って往復運動するように支持する。 ピストン棒軸受１４０は、環状くぼみ部分１４６と下部フランジ付き部分１４８を形成する外面１４４を備えている。 上側ランド面１５０において、環状くぼみ部分１４６は、流体密封接触状態でハウジングの内壁１５２に接触する。 外面１４４とハウジング１５０の組合せは、油室１６０を形成する。 油１６０はまた部分的又は全面的にハウジング１ ５２の内面にあるくぼみによって形成できる。 油室１６０は、油を油室１６０に運び込むために入口管１３２と連絡している。 送油穴１７０が下部フランジ１４ ８を貫通して、着脱自在な多孔質の焼結金属プラグなどの絞り要素１７２のための内部くぼみを形成している。 送油穴１７０と絞り要素１７２は、油が着脱自在なスプライン付きナット８４の領域にある手持削岩機の内径部の中に入る通路となっている。 ピストン棒軸受１４０の上端１８０は、上側ランド面１５０より上に間隔をあけた場所で、第２の流体密封接触状態でハウジング８６の内面１８２に接触する。 上端１８０と上側ランド１５０の間には、外面１４４にある第１の円周方向みぞ１８４があって、ピストン棒軸受１４０の内面１４２にある第２の円周方向みぞ１８６とピストン棒軸受１４０の円周方向のまわりに間隔をあけて配置された複数の穴１８８によって連通している。 第１のみぞ１８４は、洗浄流体が前部ピストン室１９２の中に入って、軸受１４０の中の穴とピストン棒５２の中のみぞ９ ０を経てドリル４７、１００のまわりから出てゆくように設けられた外側通路１ ９０と通じてドリル穴から削岩くずを洗い流す。 外側通路１９０及び穴１８８をつけたみぞ１８４、１８６は自由選択のもので、本発明の一分を形成しない。 動作についていえば、戻し室７４が排気すると、排気の一部分がピストン棒５ ２にある縦みぞ８０を経てピストン４６の前方の前部ピストン室１９２に入る。 そこでは、そのような排気は、手持削岩機のバックヘッドにある空気分配室５６ からピストン４６の中心を通って下へ送られる衝撃流体と合併する。 油と流体の混合物は巻き付けばねクラッチ９６及びその領域内の他の当り面を潤滑し、ついには、ドリルのまわりから外に排出されてドリル穴から削岩くずを取除く。 この前部ピストン室１９２は、通常はゲージ圧０．７〜２．１ｋｇｆ／ｃｍ ² （１０〜３０ｐｓｉｇ）であるが、駆動室７２及び戻し室７４の中の圧力は、ずっと高くゲージ圧約６．３〜７．０ｋｇｆ／ｃｍ ² （９０〜１００ｐｓｉｇ）である。 油室１６０が戻し室７４より下にあって、中の圧力と流体接触していないので、油室１６０は、前部ピストン室１６０の脈動圧力が低くなったことによって生じる低い圧力差だけを受けている。 この圧力差の低下は油室１６０から消費される油を少なくする。