Air hammer for drilling equipment

本発明は穿孔装置に係り、さらに詳しくは相互連結されるロッドの端部に設けられて掘削作業を行う穿孔機用エアハンマーに関する。

一般に、穿孔機はビットをただ回転させる方法(オシレータ工法とも言う)と、ビットまたはボールカッタを回転させると共に、加圧力を与える方法(Ｒ.Ｃ.Ｄ工法)などがある。 オシレータ工法は、通常直径が８００ないし３０００ｍｍのケーシングを油圧チャックでクランピングした状態で左右回転方向に設けられたシリンダの前後進作動で回動させながら穿孔する工法であり、前記Ｒ.Ｏ.Ｃ工法は端部にビットまたはボールカッタが設けられたドライブロッドを用いてビットまたはボールカッタを回転させて穿孔する方法である。 前記オシレータ(OSCILLATOR)工法は作業場の土地条件が土だけよりなる領域を穿孔するには差し支えないが、地中の岩盤を穿孔する杭打機のような別の装置によって大きいハンマーを落下させて破壊する工程を必要とする。

一方、前記Ｒ.Ｏ.Ｃ工法は、オシレータ工法に比べて進んだ穿孔効果を奏するもので、土砂層をオシレータまたはローテータ(rotator)で掘削した後軟岩と硬岩層を掘削しようとする際ドリルロッドの先端に取り付けられた特殊なビットを回転させて岩盤を掘削し、ドリルロッドパイプ(drill rod pipe)で循環水と破石をエアによってサクションして地上に排出しつつ掘削するもので、基礎工事などに使われる大口径現場打設及びトップダウン(top down)工法の核心の工法である。

穿孔作業を行うためのエアハンマーの一例が、アメリカ特許3,941,196号、US 0430554号、US3991834号に開示されている。

従来のエアハンマーは、打撃のためのハンマーがガイドから分離された状態で下降して打撃するようになるので、ハンマーの上下移動時振動が発生し、特にエアが各チャンバに吐き出される出口で断熱膨張されることによって急速に冷却されて、ピストンクラック発生の原因となる。 そして、エアハンマーの上昇時、上死点におけるピストンを上昇させるための空気の変化がないので、衝撃力が相対的に大きくなる問題点がある。 また、ビットユニットと衝突時反力が相対的に大きくなってビットの打撃力が不均一になる問題点がある。

韓国特許登録第１０-０３７２０４９号にクレーンを用いた穿孔機の一例が開示されている。

本発明は前述した従来の技術の問題点を解決するために案出されたもので、その目的はピストンハンマーの上下部を保持して、ピストンの揺れによるピストンの振動を減らせる穿孔機用エアハンマーを提供するところにある。

本発明の他の目的は、ピストンハンマーを通じて上下チャンバにエアの供給時空気の断熱膨張によってピストンが急冷されることによって脆性が発生し、ひいてはクラック発生の原因となることを防止できる穿孔機用エアハンマーを提供するところにある。

本発明のさらに他の目的は、ピストンハンマーの上昇及び下降時、圧力が最高点に達する時間を遅らせられる穿孔機用エアハンマーを提供するところにある。

前述した目的を達成するために本発明に係る穿孔機用エアハンマーは、中空部を有するメイン本体と、前記メイン本体の一側に結合されるソケットと、前記メイン本体に結合される遮断部と、該遮断部からメイン本体の中心軸と並んだ方向に延び、長手方向に空気供給通路が形成され、外周面に空気供給通路と連通される排出孔が形成されたピストンガイド部を有する第１ブッシュ部材と、前記メイン本体の他側端部に設けられる第２ブッシュ部材と、前記第２ブッシュ部材の端部に設けられるビットユニットと、前記ピストンガイド部と第２ブッシュ部材に上下端部が保持されて昇降されるもので、長手方向に貫通されるガイド孔が形成され、前記第１及び第２ブッシュ部材の間のメイン本体空間を第１及び第２チャンバに区画するピストンハンマーを備え、前記第２ブッシュ部材の上端部側にピストンの上昇時第２チャンバ内の空気を排出するための引込通路部が形成され、前記ピストンハンマーに形成されるものであって、ソケットと第１ブッシュ部材のピストンガイド部の空圧供給通路と排出孔を通じて供給される空圧を前記第１及び第２チャンバに選択的に供給してピストンハンマーを昇降させるための空圧分配部を備えてなることをその特徴とする。

本発明における前記排出孔は、排出孔の中央部から上部と下部方向に断面積が次第に小さくなるように形成される。

前記空圧分配部は、長手方向に形成されたガイド孔の内周面に相互所定間隔離隔される第１及び第２分配溝が形成され、前記第１分配溝はこれよりピストンハンマーの外周面にピストンハンマーを貫通する第１分配孔と連結され、第１分配孔はピストンハンマーの外周面の一部に形成されて本体の内周面と通路をなすための連結引込部と連結され、前記連結引込部は第２チャンバとピストンの外周面に形成されて第１分配引込部と連結され、前記第２分配溝は、これよりピストンハンマーの外周面にピストンハンマーを上部側に貫通する第２分配孔と連結され、第２分配孔はピストンハンマーの外周面に形成されて第１チャンバと連通される第２分配引込部と連結される。

そして、前記第１及び第２分配引込部の出口側はその断面積が次第に広くなる拡開部を備えられる。

また、前述した目的を達成するための本発明に係る穿孔機用エアハンマーは、中空部を有するメイン本体と、該メイン本体の一側に結合されるソケットと、前記メイン本体に結合される遮断部と、該遮断部からメイン本体の中心軸と並んだ方向に延び、長手方向に空気供給通路が形成され外周面に空気供給通路と連通される排出孔が形成されたピストンガイド部を有する第１ブッシュ部材と、前記メイン本体の他側端部に設けられる第２ブッシュ部材と、前記第２ブッシュ部材の端部に設けられるビットユニットと、前記ピストンガイド部と第２ブッシュ部材に前記ピストンガイド部が摺動自在に設けられるもので、長手方向に貫通するガイド孔が形成され、前記下端部が第２ブッシュ部材に摺動自在に保持され、前記第１及び第２ブッシュ部材の間のメイン本体空間を第１及び第２チャンバで区画するピストンハンマーを備え、前記第２ブッシュ部材の上端部側に設けられてピストンの上昇時第２チャンバ内の空気を排出するための空気排出部が備えられ、前記ピストンハンマーに形成されてピストンの下降時前記第２チャンバに空気を供給し、上昇時前記第１チャンバ内に空圧を供給する空圧供給部とを備えてなることをその特徴とする。

以上説明したように本発明によれば、ピストンハンマーの昇降時、ピストンの上部側と下部側を保持することによって、ピストンハンマーが揺れて打撃力が分散することを防止でき、ピストンハンマーの上昇時慣性力を相対的に減らすことができる。

そして、第１及び第２チャンバに空圧の供給時第１及び第２空圧供給通路の吐出口側で端熱膨張によって急冷されてピストンハンマーに脆性が発生して破損しやすくなることを防止できる。

図１は、本発明に係る穿孔装置を示した側面図である。

図２は、本発明に係るエアハンマーの断面図である。

図３は、図２に示されたエアハンマーの分離斜視図である。

図４は、第１ブッシュ部材を抜粋して示した斜視図である。

図５は、図２に示されたピストンハンマーと第２ブッシュ部材を抜粋して示した一部切除斜視図である。

図６は、本発明に係るエアハンマーの作動状態を示した断面図である。

図７は、本発明に係るエアハンマーの作動状態を示した断面図である。

以下、本発明の望ましい実施形態を添付した図面に基づき詳述する。

本発明に係るエアハンマーは、穿孔機のドライブロッドに設けられてビットに掘削のための打撃力を提供するもので、その一実施形態を図１及び図２に示した。

図面を参照すれば、穿孔機１は機械本体２に垂設されるリーダ３と、該リーダ３により昇降自在にガイドされるヘッド部５と、該ヘッド部５の駆動軸と結合されて昇降及び回転されるドライブロッド６の端部に設けられるエアハンマー１０を備える。 そして、図示されていないが、機械本体２には前記ドライブロッドを介してエアハンマーに空圧を供給するためのコンプレッサが設けられる。

この穿孔機用エアハンマー１０は、第１中空部１１を有するメイン本体１２と、該メイン本体１２の上部側端部に結合されるソケット１３と、該ソケット１３と隣接するメイン本体１２に設けられ、ピストンガイド部２１を有する第１ブッシュ部材２０と、前記メイン本体１２の端部に設けられる第２ブッシュ部材３０と、該第２ブッシュ部材３０の下端部側に設けられて掘削作業を行うビットユニット６０と、前記ピストンガイド部２０に摺動自在に設けられるもので、長手方向に貫通されるガイド孔５１が形成され、前記下端部が第２ブッシュ部材３０に形成された中空型ガイド部３１に摺動自在に保持され、前記第１及び第２ブッシュ部材２０、３０の間のメイン本体１２空間を第１及び第２チャンバ１００、２００に区画するピストンハンマー５０を備える。

そして、前記ソケット１３と第１ブッシュ部材２０のピストンガイド部２１を通じて供給される空圧を前記第１及び第２チャンバ１００、２００に選択的に供給して、ピストンハンマー５０を昇降させるための空圧分配部７０を備える。

前述したように構成された本発明に係る穿孔機用エアハンマー１０をさらに詳しく説明する。

本発明に係る穿孔機用エアハンマー１０のメイン本体１２は円筒形の管状よりなるもので、好ましくはドライブロッド６の直径と前記メイン本体１２の直径を同じく形成するのが望ましい。 前記メイン本体１２の上端部側に設けられるソケット１３はドライブロッド６のうち端部側ドライブロッドと結合するためのもので、外周面に螺合部が形成され、長手方向に前記ドライブロッド６の中空部を通じて供給される高圧を供給するための第１空圧供給通路１３ａが形成される。 そして、前記ソケット１３の下部側には前記第１空圧供給通路１３ａを通じて第１ブッシュ部材２０側に供給される空圧が逆流することを防止するためのチェックバルブ１４が設けられる。 このチェックバルブ１４はソケット１２に形成されるシート部材１４ａと、該シート部材１４ａに接触及び結合されて遮断するチェックバルブ部材１４ｂ、前記ソケット１３と結合されたチェックバルブ部材１４ｂを上方に付勢させる弾性部材１４ｃと、ソケット１３と結合されて弾性部材１４ｃを保持するためのストッパ１４ｄを備える。 前記ストッパ１４ｄには前記第１空圧供給通路１３ａを通じて供給される空圧を前記第１ブッシュ部材２０側に供給するための貫通孔１４ｅが形成される。

前記第１ブッシュ部材２０は、ソケット１３の下部側のメイン本体１２の内部に設けられて、ソケット１３の第１空圧供給通路１３ａを通じて供給される空圧をピストンハンマー５０に設けられた空圧分配部７０に供給するためのもので、図２ないし図４に示した。
前記第１ブッシュ部材２０は、メイン本体１１に保持される遮断部２２と、遮断部２２から下方であるビットユニット６０側に延びてピストンハンマー５０をガイドするためのピストンガイド部２１を備える。 このピストンガイド部２１には前記ソケット１３の第１空圧供給通路１３ａとチェックバルブ１４を経由して供給された空圧を伝達できるように長手方向に第２空圧供給通路２３が形成されるが、この第２空圧供給通路２３はピストンガイド部２１を貫通しない。 前記ピストンガイド部２１の端部は第２空圧供給通路２３がピストンガイド部２１を貫通しないように閉鎖されている。

そして、前記ピストンガイド部２１の端部側の外周面には空圧を分配するための排出孔２４が形成される。 前記各排出孔２４は中央部から上下部(ピストンガイドの上部側と端部側)側に行くほど空圧の排出のための断面積が次第に小さく形成される。 ここで、前記各排出孔２４はその中央部に空圧排出のための断面積均一区間２４ａをさらに具備でき、前記ピストンガイド部２１は遮断部２２からメイン本体１１の長手方向の中心軸ｃに沿って形成され、前記排出孔２４はピストンガイド部２１の端部から同じ高さの外周面に形成される。

前記第２ブッシュ部材３０は前記メイン本体１２の下部側に結合されるもので、円筒形よりなっており、第２ブッシュ部材３０の端部側には空圧吐出のための空圧吐出孔６１が形成されたビットユニット６０が設けられる。

前記第２ブッシュ部材３０の上端部側はピストンハンマー５０の下端部をガイドするようになる。 前記ピストンハンマー５０の下端部をガイドする第２ブッシュ部材３０の内周面にはピストンハンマー５０の上昇時、第２チャンバ２００内部の空圧を前記ビットユニット６０の空圧吐出孔６１側に排出するための空圧排出部３２が形成される。 該空圧排出部３２は上面から長手方向に複数の第１通路部３２ａが形成され、第１通路部３２ａの端部側に第１中空ガイド部３１の内周面から円周方向に引き込まれた第２通路部３２ｂが形成され、ピストンの上昇時第２チャンバ２００の内部の空圧、すなわち空気が第１通路部３２ａと第２通路部３２ｂを通じて空圧吐出孔６１に排出される。

前記第２ブッシュ部材３０の端部に設けられるビットユニット６０は下端部側に掘削のためのチップ(図示せず)が形成され、前記下面には空圧吐出孔６１から吐き出される空圧の吐出しが十分に行えるように空圧分岐吐出部６３が形成される。 この空圧分岐吐出部６３は空圧吐出孔６１を介して吐き出される空圧によりビットユニットが上昇されないように放射状に形成するのが望ましい。 前記空圧分岐吐出部６３は掘削時地面と接触するビットユニットの端部面積を縮められるように下面に空圧吐出孔６１と連結される引込部よりなりうるが、この引込部はビットユニットの下面から外周面へ形成されうる。

前記ピストンハンマー５０は、前述したようにメイン本体１２と前記第１ブッシュ部材２０のピストンガイド部２１に摺動自在に設けられるように中心部に長手方向にガイド孔５１が形成される。 そして、前記ピストンハンマー５０の下端部側は相対的に小さな直径に形成され、前記第２ブッシュ部材３０の中空ガイド部３１に挿入されてガイドされる。 前記ピストンハンマー５０の下端部が第２通路部３２ｂを遮断及び開閉するようにすることで、第２チャンバ２００が密閉されたり、第２チャンバ２００内の空気が第２通路部３３を介して空圧吐出孔６１に排出される。

そして、前記ピストンハンマー５０には、前記ソケット１３とピストンガイド部２１の排出孔２４を介して供給される空圧を前記第１及び第２チャンバ１００、２００に選択的に供給するための空圧分配部７０が形成される。

前記空圧分配部７０は、図５に示したように、長手方向に形成されたガイド孔５１の内周面に相互所定間隔離隔される第１及び第２分配溝７１、７２が形成される。 前記第１及び第２分配溝７１、７２はそれぞれ前記第１ガイド孔５１の内面から引き込まれた環状に形成される。 前記第１及び第２分配溝７１、７２はガイド孔５１の長手方向に対して直角方向に形成される。

また、前記第１分配溝７１は、これよりピストンハンマー５０の外周面にピストンハンマー５０を貫通する第１分配孔７３と連結され、第１分配孔７３はメイン本体１２の内周面と通路をなすためにピストンハンマー５０の外周面に形成された連結引込部７４と連結される。 そして、前記ピストンハンマー５０の外周面には前記連結引込部７４と第２チャンバとを連結する第１分配引込部７５が形成される。 前記第１分配引込部７５の断面積は第１分配孔７３の断面積より相対的に小さく形成され、空気の膨張が第１分配引込部７５で行われるようにするのが望ましい。

従って、前記ピストンハンマー５０を上昇させるための空圧は前記排出孔２４から第１分配孔７３と連結引込部７４及び第１分配引込部７５を介して第２チャンバ２００に供給される。

そして、前記第２分配溝７２は、これよりピストンハンマー５０の外周面にピストンハンマー５０を上部側に貫通する第２分配孔７６と連結され、第２分配孔７６はピストンの外周面に形成され第１チャンバ１００と連通される第２分配引込部７７と連結される。 従って、前記ピストンハンマー５０を下降させるための空圧は前記排出孔２４から第２分配溝７２と第２分配孔７６及び第２分配引込部７７を介して第１チャンバ１００に供給される。

前記第１及び第２分配引込部７５、７７はそれぞれ断面積が第１及び第２分配孔の断面積より小さく形成するのが望ましい。 前記第１及び第２分配引込部７５、７７の端部、すなわち第２チャンバ２００と第１チャンバ１００とを連結する連結部位には拡開部が形成されうる。

前述したように構成された本発明に係るエアハンマーは、穿孔機のヘッド部５と連結されたドライブロッド６と結合された状態で穿孔作業を行うようになる。 穿孔作業はヘッド部５によりドライブロッド６と連結されたエアハンマー１０を回転させると共に、ドライブロッド６を介してエアハンマー１０に高い空圧を供給してビットユニット６０を打撃するようになる。

前記ドライブロッド６を介して供給されるエアハンマー１０の作用は次の通りである。 前記ドライブロッド６を介して供給される空圧は前記ソケット１３に設けられたチェックバルブ１４のバルブ部材１４ｂに加わって弾性部材１４ｃの弾性力を克服し、バルブ部材１４ｂを下降させるようになる。 そして、この空圧は貫通孔１４ｅを通じて第１ブッシュ部材２０の第２空圧供給通路２３に流入される。

前述したように第２空圧供給通路２３に流入された空圧は、図６に示したように、ピストンハンマー５０が下降している状態で排出孔２４と第１分配溝７１、第１分配孔７３、連結引込部７４及び第１分配引込部７５を通じて第２チャンバ２００に供給されピストンハンマー５０を上昇させるようになる。 この過程で、前記第１分配引込部７５は第１分配孔７３の断面積より相対的に小さく形成されているので、第２チャンバ２００に流入される第１分配引込部７５で膨張、すなわち断熱膨張されることによってピストンハンマー５０が急冷されて脆性が発生することを抑えられる。 前述したように、第２チャンバ２００に空圧が供給されることによってピストンハンマー５０が上昇するようになる。

前記ピストンハンマー５０が上昇すれば、前記排出孔２４は第１分配溝７１から外れるようになり、ピストンハンマー５０が上死点に達する時点で排出孔２４は第２分配溝７２と連結される。 この際、前記第２ブッシュ部材３０によりガイドされるピストンハンマー５０の下端部は上昇して第２通路部３２ｂを外れるようになる。 従って、前記第２チャンバ２００の空圧は第１通路部３２と第２通路部３３を通じて空圧吐出孔６１に排出される。

そして、前記排出孔２４から第２分配溝７２と第２分配孔７６及び第２分配引込部７７を介して第１チャンバ１００に空圧が供給される。 この過程で前記排出孔２４は中央部から上下部側に行くほど排出断面積が次第に小さく形成されているので、上死点に達する時点で空圧、すなわち空気の供給量が次第に減少するようになって、ピストンハンマー５０の上昇力を次第に減少できるのみならず、圧力が最高点に達する時間を遅らせられる。 従って、ピストンハンマー５０の上昇による運動エネルギーが最小になる時点でピストンハンマー５０に下降力を供給できるので、下降による運動エネルギーを極大化することができる。

これをさらに詳しく説明すれば、前記ピストンハンマー５０が上昇することによって排出孔２４は下端部から第２分配溝７２に露出されるが、ピストンガイド部２１の下端部から上部側へ行くほどその断面積が小さく形成されているので、排出孔２４を介して流入される空気量が急激に増加されず、次第に増加するので、第１チャンバ１００内の空圧が急激に最高点に達することを防止することができ、さらにはピストンハンマー５０の下降が上昇による運動エネルギーが最小化する時点でピストンハンマー５０の下降のための空圧が最高点に達するようにしてピストンハンマー５０の下降力を極大化することができる。

前述したように、第２チャンバ２００の空圧は排出され、第１チャンバ１００は空気の供給により内部の圧力が高まった状態であることから、ピストンハンマー５０が急激に下降するようになって前記ビットユニット６０を打撃するようになる。

前述したような作動の繰り返しによって、ピストンハンマー５０は昇降して、ビットユニット６０に連続的な衝撃力を加えて掘削作業を行うようになる。

前述したように掘削作業が行われる過程で、前記ビットユニット６０の空圧吐出孔６１を介して吐き出される空気、すなわち空圧は穿孔作業を行っているビットユニット６０の下端面と地面との密着力によって円滑に排出できなくてビットユニット６０が上昇されうる。 しかし、本発明のビットユニット６０の下面には空圧分岐吐出部６３が形成されているので、排出できなかった空圧によりビットユニット６０に上方に反発力が働くことを防止することができる。

以上述べたように、本発明はピストンガイド部２１と第２ブッシュ部材３０によってピストンハンマー５０の上下部を保持するようになるので、ピストンハンマー５０の昇降時安定的にピストンハンマー５０を保持でき、さらには振動発生を低減することができる。 また、ピストンガイド部２１に形成された排出孔２４が中央部から上下方向にその断面積が次第に小さく形成されているので、ピストンが急激に上昇することによる衝撃力を減少できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれらの例に限定されない。 本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範疇に属するものと解されるべきである。

本発明の穿孔機用エアハンマーは各種の地下孔の形成に幅広く使用されうる。