JP3393139B2 - 液圧式衝撃モータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液圧式衝撃モータに関する。特に、孔内削
岩機に関する。

この種の孔内削岩機（孔下降削岩機とも呼ばれる）
は、本出願人の米国特許第5,107,944号で知られてい
る。そこに記載された機械において、弁はその２つの安
定位置間でこの弁を変位させるための２つの制御面を持
つスプール弁である。制御面の中の１つは、穿孔作業の
間、連続的に加圧される。そして、他の制御面は制御流
路を通して加減圧される。この制御流路はシリンダとす
べり接触しているピストン・ハンマの面に対するポート
を有する。ピストン・ハンマのすべり面は軸線方向に長
い制御溝を有する。これによりピストン・ハンマの被案
内面が長くなる。長い被案内面は予想寿命にとって有害
である。さらに、ピストン・ハンマを駆動するための２
つのシリンダ室からの漏洩は、動力効率を低下させる。

ピストン・ハンマの案内面を短くし、ピストン・ハン
マとその案内面の予想寿命を延ばし、動力効率を高める
ことが本発明の目的である。これらの目的のために、本
発明は請求項において定義される特徴を有している。

本発明の実施例を示す図面を参照しながら本発明を以
下に説明する。

第１図と第２図は共に本発明による孔内削岩機の側面
図である。第１図は機械の後部を示し、第２図は前部を
示す。機械の中間部は図示していない。

図に示す孔内削岩機はハウジングを有する。ハウジン
グの主要部分は円筒状のチューブ12であり、このチュー
ブは内側肩部13と各端部における内ねじとを有する。

ドリル・ビット14がチューブ12内に螺合されたスリー
ブ15によってハウジング内に保持されている。スリーブ
15はドリル・ビットとスプライン結合している。ドリル
・ビットはハウジング内でスリーブ15と案内ブシュ16に
よって案内される。そして、止めリング17がドリル・ビ
ットが抜け落ちるのを防いでいる。したがって、ドリル
・ビット14は限られた距離を通してハウジング12内で軸
線方向に移動できるが、ハウジングに対して相対的に回
転することはできない。従来と同様に、ドリル・ビット
14は軸線方向のフラッシング流体流路を有する。この流
路はその前面にあるフラッシング流体放出孔で終わって
いる。

案内ブシュ18が肩部13に対する支えとなっている。そ
して、離間スリーブ19が案内ブシュ18の支えとなってい
る。バック・ヘッド38を持つ弁ハウジング20は離間スリ
ーブ19に対する支えとなっている。そして、フィルタ21
aを持つチューブ状のフィルタ支え21は弁ハウジング20
のバック・ヘッド38の支えとなっている。機械ハウジン
グのバック・ヘッド22はチューブ12の後端に螺合させて
あり、肩部13に対して部品18、19、20、38、21を軸線方
向に締め付けるように配置してある。これらの部品18、
19、20、38、21は一緒になって１つのばねとして作用す
る。そして、それらの合計長さは、バック・ヘッド22が
螺合されたとき圧縮されるような長さとなっている。軸
線方向の全圧縮は0.4〜2mmであるのが好ましい。離間ス
リーブ19は、その優先的な長さならびに横断面での鋼面
積が比較的小さいために、この圧縮に最も寄与する。そ
の長さの少くとも0.3、好ましくは、0.8〜3/1000（prom
ille）に圧縮されるようになっている。フィルタ支え21
は離間スリーブ19とほぼ同じ鋼の横断面積を持つが、そ
れより短い。したがって、ばね作用への貢献度は小さ
い。このように、弁ハウジング20のバック・ヘッド38
は、弁ハウジング20の主要な部分に対して締め付けられ
る。機械ハウジングのバック・ヘッド22は、回転を削岩
機に伝える普通のドリル・チュービングに螺合されるよ
うになっている。このドリル・チュービングは圧力水の
形の液圧駆動流体も削岩機に送る。したがって、作動に
際して、弁ハウジング20の後部にある環状スペース58は
濾過済みの加圧水で絶えず満たされる。機械を組み立て
るとき、全ての部品18、19、20、38、21を上下にゆるく
重ねる。これは、組立を単純にして、軸線方向公差につ
いての要求を減らす。余分な公差は軸線方向の弾性圧縮
によって吸収される。全ての部分は容易に機械ハウジン
グ内で滑動する。したがって、機械を分解しようとする
ときに取り外すのが容易である。

チューブ23は弁ハウジング20の一部をなしている。貫
通流路25を持つピストン・ハンマ24は案内ブシュ18内で
案内される前端部を有する。ピストン・ハンマ24の後端
27は、弁ハウジング20内で弁ハウジングのスリーブ状前
部35と弁ハウジングのチューブ23の間に形成された環状
のシリンダ室26（駆動室）内に延びている。したがっ
て、ピストン・ハンマ24の後端はシリンダ室26の壁、す
なわち弁ハウジング20によって案内される。ピストン・
ハンマ24の後端27は後部端壁29を持つ溝28を有する。し
たがって、ピストン・ハンマ24は端壁29の後に定まった
外側案内面30を有する。ピストン・ハンマ24はまた定ま
った長さの内側案内面31を有する。外側、内側の案内面
30、31はほぼ同じ長さであるのが適当である。案内面の
実際の長さは、案内面18（ピストン・ハンマの前端）と
案内面30、31（ピストン・ハンマの後端）によって決ま
る。そして、それはピストン・ハンマ24の長さの小部分
のみを吸収する。実際の案内長さはピストン・ハンマの
長さの20％未満である。ピストン・ハンマ24の主要部分
32はこれらの案内面間にある。そして、それは機械ハウ
ジング12の離間スリーブ19まで広いすきまを有する。ピ
ストン・ハンマをできるだけ重くするために、ピストン
・ハンマー24の主要部分32は、その案内される端部と比
べて半径方向に大きくするのが適当である。

ピストン・ハンマの、案内ブシュ18に対して滑動する
案内面33は、弁ハウジング20に対する案内面30よりも小
さい直径を有する。したがって、ピストン・ハンマは、
案内ブシュ18と弁ハウジング20の間に軸線方向に形成さ
れた前部駆動室34内にピストン面積差を持つことにな
る。溝28と前部案内面33が同じ直径を有するならば、こ
の面積差は、面積36によって、すなわち、溝28の後壁29
の面積によって表わされる。この面積差は、後部シリン
ダ室26内の環状ピストン面積37よりより小さい。

弁ハウジング20は、３つの環状の制御室45、46、47に
ある３つの制御面A1、A2、A3を持つスプール弁40を収容
している。面A3の有効面積は、面A1の近くの弁40のすべ
り面の直径が面A2の近くのすべり面の直径より大きいの
で、面積差となる。これらの面積間の関係は、A3＜A1＜
A2＋A3である。面積A2は面積A3より大きい。A1とA2が等
しいかほぼ等しく、A3の約２倍ほどの大きさであるのが
適当である。もう一つの環状の室48がある。この環状室
48は、弁40がその図示位置にあるときに環状の室47に通
じる。弁40がその他の位置内のあるとき、弁ハウジング
内の肩部49は、室47と48を切り離す。弁40は一連の大き
い穴50と２つの小さい穴51とを有する。

制御ダクト52が環状の室46と後部シリンダ室26間に通
じている。そして、それは後部シリンダ室26に通じる制
御ポート53を有する。もう一つの制御ダクト54が環状の
室45と後部駆動室26の間に通じている。そして、制御ダ
クト54は駆動室26と34のそれぞれに通じる制御ポート5
5、56を有する。多数の平行流路57が弁ハウジング20を
通して軸線方向に延びている。これらの平行流路は弁ハ
ウジング20の後部で前部駆動室34を絶えず加圧されるス
ペース58と接続する。多数の流路59が後部の駆動室26に
通じる一連のポート60を環状の室48に通じる一連のポー
ト61と接続している。多数の流路が環状の室47に通じる
一連のポート62を弁ハウジング20の後部にある常時加圧
スペース58と接続している。

機械の作動サイクルを以下に説明する。

ここで、弁40が図示されている位置にあり、そして、
ピストン・ハンマ24がちょうどその前進作業行程を開始
してドリル・ビット14と衝突したと仮定する。（ピスト
ン・ハンマ24は衝突位置に示してある。）ポート62、61
と60を通して、弁40は後部のシリンダ室26を連続的に圧
力下にある室58と接続する。弁の制御面A1は、ピストン
・ハンマ24の全作業行程中、圧力の下にある。制御流路
54の制御ポート56が最初に連続的に加圧された前部駆動
室34に対して開き、そして、ポート56が閉じてすぐに、
制御流路54の制御ポート55が圧力下にある後部駆動室26
に開くからである。図示するように、ピストン・ハンマ
の案内面30の長さは、両ポート56、55が短い期間閉じる
ようにしてもよい。しかしながら、この期間は制御流路
54内の圧力に影響しない程度に短くなければならない。
したがって、制御流路52の制御ポート53が閉じられる限
り、弁40は、面積A1が面積A3を凌駕するので、図示され
ている前方位置に安定状態で留まることになる。環状室
46からの漏洩は、環状の室46内で圧力が上昇するのを防
ぐ。

作業行程にあるピストン・ハンマが制御流路54の制御
ポート55を開いた直後に制御流路52の制御ポート53を開
いたとき、制御流路52と環状の室46が加圧される。次に
圧力下に置かれた面積A2はすでに圧力下にある面積A1と
等しいので、これらの面積は互いに釣り合う。そして、
面積A3は、弁を図示されていないその後方位置に移動さ
せることになる。弁40の穴51が環状室46へ開くことにな
るが、これらの孔は環状の室46の加圧を妨げるほど大き
くはない。穴51を通る漏洩は全動力効率に大きく影響す
るほど大きくない。弁40は減衰室を遮断するノーズ部65
によって制動を受ける。そのため、弁はその図示されて
いない後部位置に到着する前に減速される。したがっ
て、弁が跳ね返る傾向がない。環状の室48は、環状の室
47から遮断され、弁の穴50を通して弁内部に連絡する。
チューブ23を通して、弁の内部は連続的にピストン・ハ
ンマ内の流路25に開く。そして、常に、流路25はドリル
・ビット14内のフラッシング流体流路に開いている。し
たがって、後部の駆動室26は、ピストン・ハンマがその
衝突位置に到着すると同時に、減圧されることになる。
そして、連続的に加圧された前部の駆動室34はその戻り
行程でピストン・ハンマを後方へ駆動し始める。

制御ポート53と55の相対的な軸線方向の位置は変える
ことができる。そして、制御ポート53がポート55の軸線
方向前方にある必要はない。

したがって、ピストン・ハンマ24の戻り行程中に後部
駆動室26から流れる水は、地面に掘抜いた穴から廃石を
洗い流すためのフラッシング流体として利用される。

後部の駆動室26が減圧されると、制御面A1とA2は、両
方とも減圧される。制御流路52のポート55と制御流路52
のポート53が後部駆動室26に開くことになるからであ
る。

戻り行程の間、ピストン・ハンマ24はポート55と53を
閉じる。しかしながら、環状の室46は弁を貫く小さい穴
51を通してドレン状態のままである。次に、ピストン・
ハンマー24は制御流路54のポート56を開く。そのため、
制御流路54と環状の室45が前部駆動室34から加圧され、
面A1が加圧されることになる。面A2が加圧されないの
で、面A1は弁40をその図示した前方位置に強制的に切り
換える。弁40の前方移動の最後の部分で、弁の２つの小
さい穴51は環状室46から遮断される。そして、圧力が制
御面A2に対して上昇するために、室46および制御流路53
内に閉じ込められた水が弁が到達する前に弁を減速す
る。この圧力は、弁の大きい穴50の列が環状室46に近い
ので、前方位置に安定状態で留まっている弁を危険にさ
らすほど高くなることはない。穴50からの漏洩は、弁40
の端からの漏洩と共に、比較的大きく、閉じたポート53
への漏洩より大きくなる。弁はポート62、61、60とポー
ト61、60間の流路59を通して後部駆動室26を加圧するこ
とになる。その結果、ピストン・ハンマが先に述べたよ
うにその作業行程において減速し、回転し、加速し、そ
して、このサイクルが繰り返される。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液圧式衝撃モータであって、 ハウジング（12）と、 前記ハウジング内で往復動可能であり、２つの圧力室
   （26、34）内で圧力により往復運動するように駆動され
   るピストン・ハンマ（24）と、 前記圧力室の少くとも一方を交互に加圧、排水してピス
   トン・ハンマを往復運動させる弁（40）とを包含し、 前記弁が、第１の制御室（45）にある第１の制御面（A
   1）と、第２の制御室（46）にあり、前記第１制御面に
   対して対向している第２の制御面（A2）とを有し、 前記第１、第２の制御室（45、46）が、ピストン・ハン
   マの位置に応じて、ピストン・ハンマおよび制御ダクト
   （52、54）によって制御される制御ポート（53、55、5
   6）を通して加圧、減圧されるように配置してある液圧
   式衝撃モータにおいて、 前記弁の連続的に加圧された室（47）内に前記弁に設け
   られ、前記第２の制御面（A2）と同じ方向に作用する第
   ３の制御面（A3）を有し、前記第２、第３の制御面（A
   2、A3）が前記第１の制御面（A1）より大きく、第１の
   制御面（A1）が第３の制御面（A3）より大きく、第１の
   制御室（45）が加圧され、第２の制御室（46）が減圧さ
   れたときに弁（40）は一方向に動かされ、そして、第
   １、第２の制御室（45、46）が等しい圧力を有するとき
   反対方向に動かされるようになっていることを特徴とす
   る液圧式衝撃モータ。
2. 【請求項２】請求項１記載の衝撃モータにおいて、前記
   第１の制御室（45）が、前記一方向に前記弁（40）の移
   動を開始させるようにピストン・ハンマ（24）のための
   駆動室（34）の１つから加圧されるようになっており、
   前記第２の制御室（46）が、反対方向への弁（40）の移
   動を開始させるように他方の駆動室（26）から加圧され
   るようになっていることを特徴とする衝撃モータ。
3. 【請求項３】前記弁（40）から追い出される使用済みの
   駆動流体をピストン・ハンマ（24）の流路25）を通して
   削岩機のドリル・ビット（14）へフラッシング流体とし
   て運ぶようにしたことを特徴とする請求項１又は２のい
   ずれか１つの項に記載の衝撃モータを用いることを特徴
   とする孔内削岩機。