JP2013537266A - 改良した削岩機 - Google Patents

Abstract

第１の制御バルブ８０と、この第１の制御バルブ８０を介して流体を供給可能な第１の流体回路７０と、この第１の流体回路７０内の流体圧力によって駆動可能な衝撃ピストン６６と、この衝撃ピストン６６から前記制御バルブ８０に至る複数の第１の流体回路フィードバック経路７２と、岩石面からの背圧を減衰する減衰体５０と、この減衰体５０に関連付けられた減衰流体室５２と、この減衰流体室５２と流体連通する第２の流体回路５６と、この第２の流体回路５６内の流体圧力によって駆動可能なストローク長制御機構９１と、を備えており、前記第１の流体回路フィードバック経路７２内の流体の流れは、前記ストローク長制御機構９１によって制御可能であり、これにより前記衝撃ピストン６６の駆動可能なストローク長を調整することができる、削岩機。
【選択図】７ａ

Description

本発明は、産業用採鉱ドリルツールに関し、具体的には、ドリルストリングに衝撃および回転エネルギーを与える削岩機（ロックドリル）に関する。

削岩機は、岩石に対面する端部を有するドリルビットに（ドリルストリングを介して）回転および衝撃エネルギーを伝えるドリルロッド（ドリルシャンクとしても知られる）を駆動する。掘削ツールは、ドリルロッドおよびドリルストリングを介して洗浄用媒体（通常は空気または水）も供給する。

典型的には、採鉱装置は、加圧される「中央」液圧システム内に流体を供給する「中央」ポンプを有する。掘削装置および削岩機の様々な部品が、加圧される液圧システムを使用して作動される。「中央」ポンプは電動「中央」モータによって駆動され得る。

この削岩機は、別のモータ（これは「中央」液圧システムから液圧供給を受け得る）も有し、このモータは、偏位された駆動シャフトを含むギア装置を介してドリルロッドの高速回転運動を起こす。典型的には、ドリルロッドは約２２０ｒｐｍまでの速度で回転する。この回転は、ドリルストリングを介し、岩石面にあるドリルビットに伝達され、この岩石に穴を開けることを可能にする。

削岩機は、ドリルストリングを介してドリルビット更には岩石面に伝達される衝撃波を生成することによって、ドリルロッドへの衝撃力も生成する。この衝撃力または衝撃波は、ドリルロッドと同軸に整合された衝撃ピストン（衝撃体に収容されている）からの衝撃力によって生成される。この衝撃ピストンはその端部がドリルロッドの端部に衝撃を与えるように、液圧により前後に駆動される。通常、液圧駆動回路は「中央」液圧システムによって提供される。６０Ｈｚで約２．８トンの力が典型的である。岩石面からドリルストリングに跳ね返る衝撃波に対処するために、減衰体が、ドリルロッドの端部を保持するチャックの衝撃を和らげる。

係る削岩機は、長さ約３〜６メートル、重さ約３５キログラムのドリルストリングを駆動することが必要であることが多い。岩石の性質に依って、１時間につき約６０メートルの岩石に穴を開けることができる。

この削岩機は、レール部材に沿って岩石面に向かって進み、ドリルビットの先端を（岩石の）当り面に接触するように維持する。このドリルビットの回転および衝撃波が岩石面を破壊し、場合によってはドリルビットの先端で岩石を流体化する。

削岩機は実際の運転において多くの問題に直面する。この運転条件は困難かつ汚いものであり、生じる負荷および力は著しく大きく、故障も頻繁に起こる。

ドリルがレール部材に沿って進む速度と、掘削される岩石の種類と、回転スピードと、使用される衝撃力の頻度および程度と、を含む複数のパラメータをマッチさせることが重要である。さもなければ、ドリルは制御不能になってしまう。岩石面が受ける圧力は、これらのパラメータに関連し、削岩機の減衰体もこの圧力を受ける。これは背圧として知られる。よって、ドリルが受ける背圧は、これらのパラメータに関連する。

伝達される衝撃力が特定の岩石面にマッチされることは効果的な掘削のために重要である。岩石が非常に硬い場合、その岩石面に集中させるためにはより大きな力が必要である。これは、より長い衝撃ピストンのストローク長を用いることによって達成できる。このより長いストローク長（「スロー（ｔｈｒｏｗ）」とも知られる）によって、最終衝撃速度がより高くなり、よって、短いスローよりも衝撃力（力＝質量×速度／時間）が著しく増加する。その背圧でのスローがより長くなると同じ背圧でのより短いスローよりも衝撃ピストンサイクルがより少ない頻度（すなわち、一定時間につきより少ない衝撃）になることに留意されたい。

岩石が柔らかい場合、より短い衝撃ピストンのストローク長を用いることによってより小さい力が使用され、よって、衝撃ピストンがドリルロッドを打撃するときに最終インパクト速度がより低くなり、よってより長いスローを用いることと比較して衝撃力が減少する。

運転時、背圧が影響を受ける主な要因は、実際の岩石の変化によるものであり、これは、ドリル先端が硬い岩石に向かってレール部材に沿って進むにつれて、硬い岩石が高い背圧を生じることによるものである。岩石が柔らかい場合に、ドリルが硬い岩石用に設定されておりドリル先端が硬い岩石用の速度で進む場合、背圧をほぼ全て無駄にしており、なぜなら、硬い岩石ではなく柔らかい岩石内においてはドリルビット先端から著しく離れてこの岩石が割られるか流体化され、その結果、このドリルビット先端は、圧力が働く表面ではなく、非抵抗性の物質に対して作用することになるからである。

使用中の削岩機に関連するドリルロッドは、チャックに保持される。チャックの回転は、ギアボックスを介して生じ、ドリルロッドを回転させる。このチャックは、減衰体によって背圧および振動に対して衝撃が和らげられる。典型的には、このチャックは減衰体の作動流体室に位置する減衰ピストンに対して自身を押圧し、緩衝体（クッション）として作用する。この減衰流体室は、「中央」作動流体システムからは独立しており、減衰ピストンの移動によって振動および背圧を吸収するために圧力を単に増加または減少する。このように、運転中に生じた力は、ドリルの主要部から可能な限り隔離され、あるいは少なくとも減衰される。

より大きな力がチャックにかかると、それはより強く減衰体内に押圧される。ドリルの先端によって岩石面により大きな圧力が印加されて背圧が増加する場合、より大きな力がチャックに作用する。一方、岩石面により小さな圧力が印加される場合、より小さな力がチャックに作用する。岩石面に対してより強く押圧することで、より高い背圧が生じる。柔らかい岩石面の圧力は背圧を減少させる。

背圧の損失により、チャックは減衰体および衝撃体に対して相対的に前方に移動し、衝撃体から離れるように前方にドリルロッドの端部を移動し、よって衝撃ピストンのストローク長をより長いスローに変化させる。よって、より大きな衝撃力がドリルロッドに印加される。これは岩石面での力を増加し、更に、背圧を減少させ、超過ストロークのループがすぐに現れる。この衝撃ピストンのスローは増加するが、ドリルロッドを通しての背圧がないため、頻度（衝撃数）も増加し得る。

衝撃ピストンの無制御な超過ストロークは、ドリルに対して高額かつ著しい損傷を与える可能性があり、これには「中央」液圧ポンプおよびそのモータへの損傷が含まれる。衝撃ピストンのスロー長さを岩石の種類にマッチさせることは、現場や作業場で変更することができる１セットの調整ピンを使用することによって達成されることもある。各ピンは、ピストンストローク長を「長い」「中間」「短い」に変更するように衝撃ピストンを駆動する流体回路を再構成できるようにその形状が形成される。しかしながら、これは、硬い岩石から柔らかい岩石に急に突き抜ける場合の問題を解決しない。超過ストロークの問題はなお存在する。更に、オペレータがピンを変更するのを忘れたり、ピンをなくしたり、汚い採鉱の環境にある場合、汚物や汚染物質が衝撃ピストンの液圧駆動回路に入り、高額な損傷を引き起こす危険性がある。

これまで、この超過ストローク問題を緩和するために電子制御および監視システムが開発されてきた。しかしながら、これらのシステムはそれ自体、過酷な現場状況（通常、非常に高温または低温、かつ非常に汚い）において不具合が出やすく、更に、所定の期間、運転を停止する必要があることに加え、非常に高額である。

本発明の目的の一つは掘削運転において超過ストロークの衝撃を減少する改善した手段または代替の手段を提供することである。

用語「前方」「後方」または他の相対語は、部品（コンポーネント）の相対配置の理解を容易にするために使用され、ドリルまたは部品の動作を特定の方向に限定するものと解釈されるべきではない。

本明細書における従来技術への参照は、この従来技術が当業者の一般的知識を構成するものと認識するものやこれを認めるものではなく、また、当業者によってと特定され、理解され、関連するものとして考慮されるものと認識するものやこれを認めるものでもない。

本発明の第１の態様は、
ａ）第１の制御バルブ８０と、
ｂ）この第１の制御バルブ８０を介して流体を供給可能な第１の流体回路７０と、
ｃ）この第１の流体回路７０内の流体圧力によって駆動可能な衝撃ピストン６６と、
ｄ）この衝撃ピストン６６から前記制御バルブ８０に至る複数の第１の流体回路フィードバック経路７２と、
ｅ）岩石面からの背圧を減衰する減衰体５０と、
ｆ）この減衰体５０に関連付けられた減衰流体室５２と、
ｇ）この減衰流体室５２と流体連通する第２の流体回路５６と、
ｈ）この第２の流体回路５６内の流体圧力によって駆動可能なストローク長制御機構９１と、
を備えており、前記第１の流体回路フィードバック経路７２内の流体の流れは、前記ストローク長制御機構９１によって制御可能であり、これにより前記衝撃ピストン６６の駆動可能なストローク長を調整することができる、削岩機を提供する。

有利には、衝撃ピストンのストローク長は、減衰体流体室に伝わるドリルの背圧の変化に応じて自動的に調整可能あるいは制御可能である。繊細な電子検出および制御装置に関する問題を回避する。手動による再構成に関連する、自動反応の欠如、手動ピンの紛失、ならびに汚物および汚染問題が回避される。よって、部品が交換されるときに汚染にさらされることはなく、流体回路は通常の現場での使用中に密閉することができる。

好適な実施形態において、前記ストローク長制御機構９１は、前記第２の流体回路５６内の流体圧力によって液圧駆動可能であり、前記複数の第１の流体回路フィードバック経路７２を液圧により開閉して前記衝撃ピストン６６の前記駆動可能なストローク長を調整する。

好適には、前記ストローク長制御機構９１は、前記第２の流体回路５６と流体連通し、かつ前記第２の流体回路５６内の流体圧力によって駆動可能なアクチュエータピストン９４を含む。好適には、前記ストローク長制御機構９１は、前記アクチュエータピストン９４によって駆動可能な調整ピン９２を含み、この調整ピン９２の移動によって、前記複数の第１の流体回路フィードバック経路７２が開閉する。好適には、前記調整ピン９２は、前記第１の流体回路７０と流体連通する。好適には、前記調整ピン９２は平衡ポート９２ｂを有する。好適には、前記アクチュエータピストン９４は平衡ポート９４ｂを有する。好適には、前記ストローク長制御機構９１は伸縮バネ９５を含む。

一の好適な実施形態において、削岩機は４つの前方の第１の流体回路フィードバック経路７２と、２つの後方の第１の流体回路フィードバック経路７２とを備える。

本発明の第２の態様は、
ａ）衝撃ピストン６６を駆動するための第１の流体回路７０と、
ｂ）前記第１の流体回路から隔離された第２の流体回路５６であって、岩石面から背圧を減衰するための減衰室５２と流体連通する第２の流体回路５６と、
ｃ）前記第１の流体回路および前記第２の流体回路のそれぞれと流体連通するストローク長制御機構９１であって、前記第１の流体回路７０内の流体経路を再構成するために前記第２の流体回路５６内の流体圧力によって駆動可能な前記ストローク長制御機構９１と、
を備えており、前記衝撃ピストン６６の前記駆動可能なストローク長は、記岩石面からの背圧に応じて自動的に調節可能である、削岩機を提供する。

本発明の第３の態様は、
ａ）衝撃ピストン６６を駆動するための第１の流体回路７０と、
ｂ）岩石面からの背圧を減衰するための減衰室５２と流体連通する第２の流体回路５６と、
ｃ）前記第１の流体回路７０内の流体経路を液圧により開閉するために、前記第２の流体回路５６内の流体圧力によって液圧駆動可能なストローク長制御機構９１と、
を備えており、前記衝撃ピストン６６の前記駆動可能なストロークは、前記岩石面からの背圧に応じて自動的に制御可能である、削岩機を提供する。

本発明の第４の態様は、
削岩機において衝撃ピストン６６の駆動可能なストローク長を調整する方法であって、
ａ）減衰室５２が減衰体５０に関連付けられており、減衰流体回路５６と流体連通し、この減衰室５２内の流体において圧力変更を生じさせるステップと、
ｂ）前記圧力変更に応じて、前記減衰流体回路５６と、衝撃ピストン６６を駆動するための流体回路７０との両方と流体連通する機構９１を液圧により駆動するステップと、
ｃ）前記機構９１の前記液圧による駆動に応じて前記機構の一または複数の部品を移動するステップであって、これにより前記駆動流体回路７０内の流体経路７２を開閉するステップと、
を備え、これにより、前記衝撃ピストン６６の前記駆動可能なストローク長が調整される、方法を提供する。

本発明の好適な実施形態は、添付の図面を参照して以下に記載されるが、これらは一例にすぎない。

レール部材に沿って移動可能な架台に搭載された、本発明の実施形態による削岩機の斜視図である。 図１の実施形態の正面図である。 図２の実施形態を図２の線Ａ−Ａに沿って切り取った断面図である。 図２の実施形態を図２の線Ｂ−Ｂに沿って切り取った断面図である。 図４の一部分の詳細図である。 図１の実施形態の拡大図である。 衝撃ピストン、およびこれに関連する液圧駆動回路の概略断面図であり、ここにおいて、ストロークアジャスタが最小ストローク位置に示されている。 衝撃ピストン、およびこれに関連する液圧駆動回路の概略断面図であり、ここにおいて、ストロークアジャスタが中間ストローク位置に示されている。 衝撃ピストン、およびこれに関連する液圧駆動回路の概略断面図であり、ここにおいて、ストロークアジャスタが最大ストローク位置に示されている。 本発明の実施形態による流体回路の概略図を示す。 本発明の実施形態による方法のブロック図である。

図１および２は、ドリル運転状態にある削岩機２を示しており、このドリル２は、前頭部２０，カバープレート３０，回転発生機構のハウジングもしくはギアボックス４０，ドリルロッドを減衰するための衝撃または背圧減衰機構（背圧減衰体５０としても知られる），衝撃ピストン６６のストローク長を調整するためのストロークアジャスタ９０および衝撃発生機構もしくは衝撃体６０を有する。これらは、架台組立体１１０上で支持されており、この架台組立体１１０はレール部材１２０に沿って長手方向に移動する。

削岩機に関連するドリルロッドまたはシャンクアダプタ１０も運転位置にて示されている。使用中、ドリルロッド１０は、岩石面に作用するドリルビット（図示せず）に回転運動および衝撃力を伝達するためのドリルストリング（図示せず）に連結されている。削岩機２は、ドリルの先端ビット（図示せず）が岩石面に圧力をかけ続けるようにレール部材１２０に沿って進む。岩石が流体化されるにつれ、削岩機は前方に移動し、岩石に穴を切削する。ドリル２がレール部材１２０の前端部まで進むと、後端部に再配置され、レール部材およびドリルストリングは運転を再開するために再構成される。

図３に示されるように、ドリルロッドまたはシャンクアダプタ１０はドリルチャック４２によって保持される。ドリルチャック４２は、中心ドリル軸４を中心として回転可能であり、かつ、ドリル軸４に沿って長手方向に制限された範囲で移動することができる。運転中、削岩機２がレール部材１２０に沿って進むと、ドリルの先端ビット（図示せず）が岩石面に作用する。この削岩機２が継続して進むと、岩石面にあるドリルビットからドリルチャック４２までドリルストリングおよびドリルロッド１０に沿って背圧が生じる。ドリルチャック４２は、この背圧（すなわち岩石の当たり面での圧力）に応じて、長手方向軸４に沿って背圧減衰体５０に対して相対的に前方または後方に制限された範囲で移動する。当り面に掛かり、この当たり面から跳ね返る背圧ならびに振動力もしくは衝撃波は、背圧減衰体５０によってドリルの残りの部分から可能な限り隔離され、減衰される。これらの振動力は反射波（ｒｅｆｌｅｘ ｗａｖｅ）としても知られる。

回転ドライブシャフト４６は、カバープレート３０と、ギア４８と、テーパーしたスラストベアリング４７，４９とを有するギアボックス４０を駆動する。これにより今度はチャック４２およびドリルロッド１０が駆動される。前頭部２０は洗浄シールキャリア１５０を有し、このシールキャリア１５０を介して洗浄媒体がドリルロッド１０の中空芯１２に供給される。

背圧減衰体５０は、背圧減衰流体室５２および減衰ピストン５４を有し、あるいはこれらに関連付けられている。減衰ピストン５４は、長手方向にドリルチャック４２と整合しており、かつ、ドリルチャック４２によって駆動される。ドリルチャック４２が、ドリルロッド１０を通して伝達される背圧によって長手方向軸４に沿って後方に移動すると、減衰ピストン５４も後方に移動し、背圧減衰流体室５２内の緩衝作動流体を圧縮する。圧縮が大きくなるにつれ、減衰流体室内の圧力も大きくなり、後方への更なる移動に対する抵抗も大きくなる。背圧が低いか無い場合、減衰ピストン５４は作動流体によって前方の所定の位置にまで駆動される。よってドリルチャック４２の長手方向の移動によって、衝撃体６０および衝撃ピストン６６に対して相対的にドリルロッド１０の位置が変わる。背圧減衰流体室５２は、衝撃ピストン６６の周囲に延びる略環状室であり、減衰ピストン５４も衝撃ピストン６６の周囲に環状に延びることに留意されたい。減衰体５０およびこれに関連する背圧減衰室５２は、ギアボックス４０を駆動するためにモータに関連付けられた流体回路とは流体連通しない。

図４および５を参照すると、衝撃ピストン６６は流体回路７０内で流体によって駆動され、この流体回路７０はこの実施形態において「中央」液圧システム（図示せず）から圧力供給を受ける流体回路である。用語「駆動流体回路」７０および「第１の流体回路」７０は、本明細書において背圧減衰室５２に関連する「減衰流体回路」５６（「第２の流体回路」５６とも呼ばれる）から区別するために使用される。「減衰流体回路」５６は、駆動流体回路から隔離されており、「中央」液圧システムから圧力供給を受けないが、ドリルロッド１０を保持するドリルチャックに応じて減衰ピストン５４の移動によって圧力変更が生じる。用語「駆動流体回路」７０は、衝撃ピストンを駆動するためにその回路内の複数の経路のうち特定の流体経路を必要とするものとして解するべきではない。

図７ａから７ｃ（図４および５と比較して鏡像方向にある）を参照すると、液圧駆動流体回路７０は、これに関連する制御バルブを有し、これは、図４および５には示されない第１のスプールバルブ８０である。衝撃ピストン６６は、約６０Ｈｚにて衝撃ピストンハウジング６０内で前方および後方に駆動される。流体は第１の制御スプールバルブ８０を通してポート２１０または２１４を介して衝撃ピストンハウジング６０内に供給され、衝撃ピストン６６を駆動する。流体は、衝撃ピストン６６からポート２１０，２１１および／または２１４を介して戻る。６ポート，２位置のスプールの位置は、流体が供給される経路を決定し、よって衝撃ピストン６６の移動方向を決定する。制御スプールバルブ８０は、圧力供給ポート２０２と、戻りポートあるいはドレンポート２０１および２０３を有する。これは作業側ポート２０４，２０５および２０６も有し、これらを通して流体が衝撃ピストン６６に供給され、かつこれから戻る。スプールバルブ８０は一方通行弁であり、ここで、端部ポート２０７または２０８まで流れる流体を介してトリガされる。

衝撃ピストン６６の方向の変更は、衝撃ピストン６６の移動による前方ポートおよび後方ポート（例えば前方ポート２１５，２１６，２１７，２１８および後方ポート２１２，２１３）の開閉によって生じる衝撃ピストン６６からの液圧フィードバックによってトリガされる。スプールバルブ８０の各端部２０７，２０８へのフィードバックによって、スプールが他の位置に移動する。少なくとも２つの前方（または後方）液圧フィードバックポートを設けることによって、衝撃ピストン６６のストローク長の変更が得られ、これはどのポートがスプールバルブの端部に接続されているかに依る。回路を再構成するために流体経路を閉塞または解放するために調整ピンが使用され、どのポートが接続されるかを決め、よって、衝撃ピストンストローク長を決める。

従来技術の構成において、駆動回路を特定のストローク長に手動で再構成するために調整ピンを設けることは、既知の岩石面の硬度レベルにおいて動作するようにドリル２を手動で設定するのに役に立つものであった。しかしながら、例えば硬い岩石が急に柔らかい岩石の区間に変化する場合、ドリル２はなお衝撃ピストンの超過ストロークに悩まされる。この超過ストロークは不当に高回転の衝撃ピストンサイクルをもたらし、最も望ましくないものである。手動で調整ピンを変更することが可能であるが、これは超過ストロークを回避するものではなく、むしろ、ドリルが損傷を受けていない場合に単にこのドリルが異なる調整ピン（明らかに新しい条件のために新しいストローク長を設定するもの）で運転を再開することができるようにするものである。この調整ピンは、ドリルハウジングから手動で外されるが、汚物および汚染物が衝撃ピストンを駆動する作動流体回路に混入するというリスクを伴う。

図示された本発明の実施形態において、ストロークアジャスタ９０はストローク長制御機構９１を備え、この実施形態において液圧制御バルブは本明細書においてストローク長制御バルブ９１，第２の制御バルブ９１またはスイッチ９１とも呼ばれる。ストローク長制御バルブ９１は、アジャスタハウジング９８内にあるストローク調整ピン９２と、ピン９２を駆動するアクチュエータピストンもしくはストロークアジャスタピストン９４と、伸縮バネ９５とを備える。ストローク長制御機構９１は、駆動流体回路を再構成するように作動可能である。ピン９２の移動によって第１の流体回路フィードバック経路７２が開閉する。液圧により駆動されるストローク調整ピン９２の位置は、駆動流体回路７０において作動流体が流れる前方フィードバック流体経路を制御または切り替える。これにより、今度は衝撃ピストンの移動もしくはストロークにおいて、衝撃ピストンハウジング６０内の衝撃ピストン６６の移動方向の変更を第１の制御スプールバルブ８０がトリガする地点が変更される。衝撃ハウジング６０内の４つの前方フィードバックポート２１５，２１６，２１７，および２１８は、２つの後方フィードバックポート２１２，２１３から所定距離離間しており、これらは衝撃ピストン６６と連動して衝撃ピストンストローク長を０ｍｍ，９ｍｍ，１７．５ｍｍ，３１ｍｍにて調整可能である。よって、図示された実施形態において、衝撃ピストン６６は衝撃ハウジング９８内の４つの前方流体ポート２２０，２２１，２２２および２２３に対応する４つのストローク長のうちいずれかを有する。

４つの前方フィードバックポート２１５，２１６，２１７，および２１８は、それぞれ調整ピンハウジング９８内のポート２２０，２２１，２２２および２２３に接続する流体経路を有する。調整ピン位置は、どのポート２２０，２２１，２２２および２２３を開くかを決定し、これにより、決定されたポートが方向性フィードバック開始点（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｔａｋｅ−ｏｆｆ）２２４に接続し、これにより流体経路２２４〜２０７に接続し、このスプールの前方端部にて第１の制御バルブ８０に圧力を供給してスプール位置変更（そして衝撃ピストン方向の変更）をトリガする。

よって、図７ａに示されるように、衝撃ピストン６６は、流体経路接続ポート２１５〜２２０が両端部において開放されると、方向変更をトリガされ、よってこれは、図７ｂに示されるように流体経路２１５〜２２０がストローク調整ピン９２によってブロックされており衝撃ピストン６６が流体経路２１６〜２２１を開放するのに十分な距離まで移動するまで方向変更がトリガされない図７ｂの場合よりもストローク長が短い。同様に、衝撃ピストン６６が流体経路２１８〜２２４を開放するまで移動し、調整ピン９２が流体経路２１５〜２２０，２１６〜２２１，および２１７〜２２２をブロックすると、図７ｃにおいて最大ストローク長が得られる。

重要なことは、図７ａ〜７ｃに示されるように、ストローク長制御機構９１が液圧により運転され、すなわち駆動流体回路７０を再構成するために減衰流体室５２および減衰流体回路５６内の圧力によって駆動されることである。ストローク調整ピン９２は、ハウジング９６（図５を参照）内に位置するアクチュエータピストンまたはストロークアジャスタピストン９４によって駆動される。ストロークアジャスタピストン９４は、これに関連する伸縮バネ９５を有する。減衰流体室５２内の圧力が増加すると、この減衰流体室５２から流体が減衰流体経路５６を通してポート２２５を介してピストンハウジング９６内の端部ゾーン９７に流れ、伸縮バネ９５に逆らってピストン９４を液圧により駆動する。これは調整ピン９２も駆動する。減衰流体室５２内の圧力に応じ、調整ピン９２の移動によって上述にように前方フィードバック流体経路を切り替える。

ストロークアジャスタピストン９４は、ピストンハウジング９６の端壁と共に端部ゾーン９７を画成する作用面を有し、減衰流体経路５６は減衰流体を減衰室５２からこの端部ゾーン９７内に通す。ピストン９４の作用面は、ストローク調整ピン９２の左端部によってハウジングの端壁に「はりつく」のを妨げられ、すなわち、ストローク調整ピン９２がアジャスタハウジング９８内においてその最大移動距離に達し、ピストン９４が端壁に接触するのを防ぐ。

ストロークアジャスタピストン９４は、ピストンの肩部９４ａに対して当接する伸縮バネ９５を有する。ピストン９４は更に、平衡ポート９４ｂを有し、この平衡ポート９４ｂは、ピストン９４の端部ゾーン９７側からピストン９４の伸縮バネ９５側までピストン９４を通る経路として機能する中空芯チャネルである。平衡ポート９４ｂによって、ピストン９４の各側部に対して流体圧力が均一化され、伸縮バネ９５に作用する力を著しく減少することができる。よって、伸縮バネ９５の疲労寿命は著しく増加する。

ストロークアジャスタピストンハウジング９６は、調整ピンハウジング９８との間にシール９９を有し、減衰流体がハウジング９６から出るのを防ぎ、かつピストン９４が調整ピンハウジング９８内に延伸するのを可能にし、調整ピン９２を駆動するのを可能にする。

図７ｃに最もよく示されているように、調整ピンハウジング９８は、第１の端部ゾーン９３ａを画成する小さい段差の肩部９８ａを有する。

調整ピン９２は更に、図７ｃに示される最大ストローク位置においてハウジング９８の端壁に対して当接するピストン肩部９２ａを有する。最大ストローク位置にない場合、肩部９２ａおよびハウジング９８は図７ａおよび７ｂに示されるように第２の端部ゾーン９３ｂを画成する。

ストローク調整ピン９２は更に、図７ａ，７ｂおよび７ｃに示されるように平衡ポート９２ｂを有し、この平衡ポート９２ｂは、第１の端部ゾーン９３ａ側から第２の端部ゾーン９３ｂ側までピン９２を貫通する経路として機能する中空芯チャネルである。

平衡ポート９２ｂによって、調整ピン９２の各側部に対する流体圧力が均一化され、衝撃ピストン６６が作動されるとストローク調整ピン９２に作用する第１の（または駆動）流体回路内の高い衝撃圧力を緩和する。よって、ストロークアジャスタ機構は、第２の（または減衰）流体回路内の圧力（すなわち背圧）によって主に制御または作用される。

よって、フィードバック流体ポートおよび経路、ならびに調整ピン９２は（伸縮バネ９５、およびピストン９４等の表面の大きさと連動して）、（背圧によって減衰流体室５２内の圧力が決まるため）衝撃ピストン６６のストローク長が岩石面からの背圧に自動的にマッチされるように配置・構成されている。

減衰流体室５２と減衰流体経路５６とを備える減衰流体回路は、駆動流体回路７０とは別の流体回路であり、ストロークアジャスタピストン９４およびストローク調整ピン９２が一方のシステムから他方のシステムに漏れを防ぐ関連するシールを有する。

よって、液圧により駆動されるストローク長制御機構またはスイッチ９１（ストローク調整ピン９２を含む）は、減衰流体室内の圧力の変化に直接応じ、運転中に衝撃ピストンのストローク長が自動的かつ液圧により調節されることを可能にする。これは、従来技術において問題を起こしていた超過ストロークのフィードバックループを回避することができ、なぜなら、ストローク長は背圧に応じて継続的に調整されるからである。この液圧動作は、高価かつ繊細な電子機器を不要とし、超過ストローク時にドリルを停止するように制御する。

開示された実施形態は、４つのストローク長の設定を画定する４つの流体経路を有する。しかしながら、これより多くのまたは少ない流体経路を設けて、ストローク長の設定の数を変更することも可能であり、各経路によって実現されるストローク長の差異は特定の要件に合うように選択することができる。

駆動流体回路７０，ストローク長制御機構９１，調整ピン９２，衝撃ピストン６６およびスプールバルブ８０の配置は、様々な構成においてなされ得る。例えば、衝撃ピストンとそのハウジングとの間、または調整ピンとそのハウジングとの間に画成された間隙の大きさおよび位置や、一方通行弁の種類および構成や、流体ポートの位置は、同一または類似する結果をなすために多くの態様において変更され得る。よって、上記は、係る駆動流体回路の一実施形態の説明である。

減衰流体回路５６の配置も様々な構成においてなされ得る。機械的構成に応じて、ストローク長制御機構９１は減衰流体室５２に直接隣接して位置することができ、減衰流体室５２とピストン９４との間の導管、流体チャネルまたは経路の必要性がなくなる。それにも関わらず、係る場合において減衰室５２は第２の流体回路５６を備えることが考えられる。

用途によっては液圧ではなく空圧による動作も可能である。

図９は、衝撃ピストンの駆動可能なストローク長を調節する方法のブロック図である。ステップ１において、減衰室５２内の流体圧力は、岩石の背圧によるドリルロッドの移動に応じて変化する。ステップ２において、流体圧力変化は、減衰流体回路５６を介して液圧によりストローク長制御機構９２を新しい位置に駆動する。ステップ３において、機構９２内の調整ピン９２が移動することで、駆動流体回路７０内のポート２１５，２１６，２１７および２１８に接続される前方フィードバック経路７２を開閉する。これは、流体を制御バルブ８０（衝撃ピストンの方向変更をトリガする）に戻す経路およびポートを調整し、よって方向変更がトリガされるときの衝撃ピストンの位置を調整する。よって、衝撃ピストンの駆動可能なストローク長が岩石面の背圧に応じて減衰体の液圧により調節される。

上記説明は、削岩機の一実施形態を参照するが、構成要素の異なる組み合わせによって他の実施形態を採用することも可能であることが理解される。係る実施形態は本発明の精神および範囲内に含まれるものである。

用語「含む・備える」およびその文法的な異形の意味は文脈に応じて判断される。従って、この用語は限定的なものとして解釈されるべきではない。

Claims (14)

1. ａ）第１の制御バルブ８０と、
   ｂ）この第１の制御バルブ８０を介して流体を供給可能な第１の流体回路７０と、
   ｃ）この第１の流体回路７０内の流体圧力によって駆動可能な衝撃ピストン６６と、
   ｄ）この衝撃ピストン６６から前記制御バルブ８０に至る複数の第１の流体回路フィードバック経路７２と、
   ｅ）岩石面からの背圧を減衰する減衰体５０と、
   ｆ）この減衰体５０に関連付けられた減衰流体室５２と、
   ｇ）この減衰流体室５２と流体連通する第２の流体回路５６と、
   ｈ）この第２の流体回路５６内の流体圧力によって駆動可能なストローク長制御機構９１と、
   を備えており、前記第１の流体回路フィードバック経路７２内の流体の流れは、前記ストローク長制御機構９１によって制御可能であり、これにより前記衝撃ピストン６６の駆動可能なストローク長を調整することができる、削岩機。
2. 前記ストローク長制御機構９１は、前記第２の流体回路５６内の流体圧力によって液圧駆動可能であり、前記複数の第１の流体回路フィードバック経路７２を液圧により開閉して前記衝撃ピストン６６の前記駆動可能なストローク長を調整する、請求項１に記載の削岩機。
3. 前記ストローク長制御機構９１は、前記第２の流体回路５６と流体連通し、かつ前記第２の流体回路５６内の流体圧力によって駆動可能なアクチュエータピストン９４を含む、請求項１または２に記載の削岩機。
4. 前記ストローク長制御機構９１は、前記アクチュエータピストン９４によって駆動可能な調整ピン９２を含み、この調整ピン９２の移動によって、前記複数の第１の流体回路フィードバック経路７２が開閉する、請求項３に記載の削岩機。
5. 前記調整ピン９２は、前記第１の流体回路７０と流体連通する、請求項４に記載の削岩機。
6. 前記調整ピン９２は平衡ポート９２ｂを有する、請求項５に記載の削岩機。
7. 前記アクチュエータピストン９４は平衡ポート９４ｂを有する、請求項３から６の何れか一項に記載の削岩機。
8. 前記ストローク長制御機構９１は伸縮バネ９５を含む、請求項３から７の何れか一項に記載の削岩機。
9. ４つの前方の第１の流体回路フィードバック経路７２を備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の削岩機。
10. ２つの後方の第１の流体回路フィードバック経路７２を備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の削岩機。
11. ａ）衝撃ピストン６６を駆動するための第１の流体回路７０と、
    ｂ）前記第１の流体回路から隔離された第２の流体回路５６であって、岩石面から背圧を減衰するための減衰室５２と流体連通する第２の流体回路５６と、
    ｃ）前記第１の流体回路および前記第２の流体回路のそれぞれと流体連通するストローク長制御機構９１であって、前記第１の流体回路７０内の流体経路を再構成するために前記第２の流体回路５６内の流体圧力によって駆動可能な前記ストローク長制御機構９１と、
    を備えており、前記衝撃ピストン６６の前記駆動可能なストローク長が、記岩石面からの背圧に応じて自動的に調節可能である、削岩機。
12. ａ）衝撃ピストン６６を駆動するための第１の流体回路７０と、
    ｂ）岩石面からの背圧を減衰するための減衰室５２と流体連通する第２の流体回路５６と、
    ｃ）前記第１の流体回路７０内の流体経路を液圧により開閉するために、前記第２の流体回路５６内の流体圧力によって液圧駆動可能なストローク長制御機構９１と、
    を備えており、前記衝撃ピストン６６の前記駆動可能なストロークは、前記岩石面からの背圧に応じて自動的に制御可能である、削岩機。
13. 削岩機において衝撃ピストン６６の駆動可能なストローク長を調整する方法であって、
    ａ）減衰室５２が減衰体５０に関連付けられており、減衰流体回路５６と流体連通し、この減衰室５２内の流体において圧力変更を生じさせるステップと、
    ｂ）前記圧力変更に応じて、前記減衰流体回路５６と、衝撃ピストン６６を駆動するための流体回路７０との両方と流体連通する機構９１を液圧により駆動するステップと、
    ｃ）前記機構９１の前記液圧による駆動に応じて前記機構の一または複数の部品を移動するステップであって、これにより前記駆動流体回路７０内の流体経路７２を開閉するステップと、
    を備え、これにより、前記衝撃ピストン６６の前記駆動可能なストローク長が調整される、方法。
14. 添付の図１から９に示された実施形態を参照し、本明細書に実質的に記載した削岩機。
    
    

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