JP5080640B2

JP5080640B2 - 削岩ドリルシャンク連結用連結機構

Info

Publication number: JP5080640B2
Application number: JP2010504773A
Authority: JP
Inventors: マウリエスコ、; マルックケスキニバ、; ユハピイスパネン、; アイモヘリン、
Original assignee: Sandvik Mining and Construction Oy
Current assignee: Sandvik Mining and Construction Oy
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2008-04-24
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2028-04-24
Also published as: WO2008132276A1; KR20100017275A; CA2685059A1; US20100116518A1; RU2009143536A; AU2008244164B2; BRPI0810507A2; ZA200908084B; CN101668922A; FI20075289A0; EP2145072A1; JP2010525201A; FI20075289L; RU2435014C2; AU2008244164A1; CL2008001190A1

Description

発明の背景

本発明は削岩機のドリルシャンクを、シャンクが削岩機の所定の位置に設けられてドリルシャンクが回転している間、ドリルシャンクの周囲に備えられた回転ブッシングに対して、非回転的ではあるが軸方向に可動に連結するための連結機構に関するものである。この機構において回転ブッシングは、回転方向に関連して、実質的に回転軸方向であって回転方向に対して横切る向きに備えられて回転方向に面した少なくとも１つの力伝達面を含み、それに対応して、ドリルシャンクは同じ方向に同じ数の力受面を含み、力受面は力伝達面から見て回転方向を向き、これによって回転トルクが、回転している間、回転ブッシングから力伝達面および力受面を通してドリルシャンクに伝えられる。

削岩装置において、ドリルロッドは削岩中別個の回転モータによって回転し、多くの場合、回転モータは液圧式モータである。回転モータは他の連結部品を回転させ、この部品は典型的には回転ブッシングである。また、回転ブッシングはドリルシャンクを回転させ、ドリルシャンクにはドリルロッドが一般的なネジ継ぎ手によって接続され、ドリルシャンクで削岩中に必要とされる打撃パルスは削岩機の打撃ピストンまたは同様の機構によって生成される。

典型的には、回転ブッシングとドリルシャンクは、回転ブッシングに軸方向に設けられた溝とこの溝に対応してドリルシャンクに設けられた溝とを用いて連結され、これにより回転ブッシングとドリルシャンクとは互いに対して非回転的ではあるが軸方向に可動に連結される。この場合、溝の側面は回転トルクを伝達する面および受ける面として働く。

現在の方式の問題は、回転モータの回転トルクによって溝の側面が互いに押し付けられている間、側面が削岩中にこすれ合うことである。これにより側面が熱くなり、劣化する。伝達する回転トルクと、ドリルシャンクおよび回転ブッシング間の軸方向の運動と、ドリルの打撃周波数とが大きいほど、側面間に働く摩擦力は大きくなる。

この問題を解決するために様々な方法が提案されてきた。ある方法では溝を斜めに設け、これにより打撃により起こる並進運動の結果として、側面は結合せず、運動は側面間に摩擦を起こすことなく行われる。一方この方式では、反射パルスによって生じる運動が逆の現象を引き起こし、これによって、反射圧縮波が接触面に打撃様荷重スパイクを発生させる。その結果、摩擦と荷重スパイクの両方が側面に働くと、接触面は機械的な損傷を受けるかもしれない。

発明の簡単な説明

本発明の目的は、現在の問題を大幅に軽減する連結機構を提供することである。

本発明の機構は、力伝達面とそれに対応する力受面との間に力伝達部材を含むことを特徴とし、この力伝達部材は、ドリルシャンクが回転ブッシングに関連してその長手方向に動くと、力伝達面に沿って、またそれに対応して力受面に沿って回転し、伝達部材を通して回転トルクは力伝達面から力受面へ伝達される。

本発明の基本的な考えは、回転ブッシングおよびドリルシャンクの力伝達面と力受面との間に、軸受けとして働く伝達部材を備え、伝達部材は、ドリルシャンクと回転ブッシングとが互いに対して長手方向に運動するとき、力伝達面と力受面とに沿って回転することである。本発明の実施例の基本的な考えは、回転ブッシングとドリルシャンクとが複数の互いに並んだ溝を有し、溝には伝達部材として機能するボールが備えられ、ボールにより、一方では回転ブッシングからドリルシャンクに回転トルクが伝達され、他方では回転ブッシングとドリルシャンクとの間で軸方向の運動を実質的に滑り摩擦を起こすことなく行うことができることである。

本発明における利点は、ボールなどの回転する伝達部材を回転ブッシングとドリルシャンクとの間に用いる場合、回転ブッシングとドリルシャンクとには互いに研磨し合う面が存在しないことである。さらに、それぞれの溝に十分な数の回転する伝達部材が備えられていれば、所望の回転トルクを表面に過度の圧力を掛けることなく伝達することができ、そのため機械的な損傷は起こらない。さらに、回転ブッシングに関連してドリルシャンクがその軸方向に運動すると、伝達部材は回転ブッシングとドリルシャンクの対向面を転がり、これにより最も有利には、摩擦が実質的に回転摩擦だけとなる。

以下、本発明を添付の図面に関連して詳細に述べる。
従来の削岩機の概略図である。部分的に切り開かれた、本発明の連結機構を備える削岩機の前端部の概略図である。ないし図２の線A-Aに沿って切断した削岩機の前端部および方式の細部を示す概略図である。および本発明の他の実施例の断面を示す図である。および本発明のさらに他の実施例を示す。本発明のさらにまた他の実施例を示す概略図である。

発明のいくつかの実施例の詳細な説明

図１から図６において、同一の参照符号は、実施例が何らかの点で他の実施例と異なる場合を除き、同様の部分を表す。したがって、同様の部分には、明瞭性の観点から必要とされる場合を除き、すべての図において独立して参照符号を付していない。

図１は、削岩機1の概略図である。削岩機は回転モータ2を含み、回転モータはそれ自体が公知の方法で連結されて、図示しない別個の回転ブッシングを介してドリルシャンク3を回転させる。ドリルロッドおよびドリルビットは、ネジ山（図示せず）を利用して、それ自体が公知の方法でドリルシャンク3に連結される。

図２は、削岩機の前端部をその長手方向に切り開いた図である。本図は本体1aを含み、この本体には他の部品が取り付けられている。本図は、回転モータ2の軸に設けられた歯輪4が、伝動装置5を介して噛み合って回転ブッシング6を回転させる様子を示し、回転ブッシング6は概略的に示した軸受1bに軸受けされて回転する。また、回転ブッシング6はドリルシャンク3を囲むように配されている。それ自体が公知の打撃ピストン7は、本図ではその端部のみが示されているが、削岩機が作動していて、ドリルシャンク3および図示しないがそこに接続されたそれ自体公知のドリルロッドを、掘削すべき岩の方向、すなわち図２に示す状態では左方向へと動かす際に、ドリルシャンク3の頭部を打撃する。

図２に示す方式では、ドリルシャンク3の外径は、回転ブッシング6の内径よりわずかに小さく、その結果、ドリルシャンクと回転ブッシングとは互いに直接接することはない。代わりに、ドリルシャンク3および回転ブッシング6には溝3aおよび6aが設けられ、これらの溝は半径方向に並んでいる。ある実施例では３つの溝が設けられ、これらの溝は、ドリルシャンクの外面に120度の間隔で対称的に配置され、また回転ブッシング6の内面にも、それに対応して配置される。また、溝3aおよび6aは、伝達部材8の機能を果たす実質的に溝と同じ大きさのボールも備え、これらのボールがドリルシャンク3および回転ブッシング6を実質的に半径方向に整列させる。ボールの数は、伝達される回転トルクとドリルロッド／ドリルビットの直径とに応じて選択してよい。

図２に示すように、回転ブッシングの溝の一端には、ドリルシャンクの肩部3bと同様の方法で肩部6bが設けられ、これらの肩部はボールが脱落するのを防止する。そのため、回転ブッシング6の肩部6bは削岩機の後端部、つまり打撃ピストン7側の端部に向けて配設され、またドリルシャンクの肩部3bは削岩機1の前端部に向けて配設される。

図3aおよび図3bは、図２の線A-Aに沿って切断して、前端部およびその方式の細部を概略的に示す図である。本図は、回転ブッシング6およびドリルシャンク3がそれぞれどのように溝3aおよび6aを含むかを示し、これらの溝は互いに円周方向に並び、好ましくは、周縁を左右対称に囲繞する。図3aおよび図3bの実施例では、溝3a、6aの数はそれぞれ３本である。本方式では、ドリルシャンク3と回転ブッシング6の表面は互いに接していず、溝に設けられた伝達部材8としての機能するボールによって相互接続しているだけであり、すべての力がボールを介して回転ブッシング6からドリルシャンク3に伝達され、またその逆も然りである。半円形の溝6aの断面円弧状部6cは、回転ブッシングが正常方向に回転しているとき、すなわち掘削時に力伝達面の役割を果たし、これに対応して、溝6aの断面円弧状部6dは、回転ブッシングが逆方向に回転しているときに力伝達面の役割と果たし、たとえばネジを緩めるために働く。同様に、ドリルシャンクの溝3aの半円形の溝3aの断面円弧状部3cおよび3dは、力受面としての役割を果たす。

図3cは、図２における線A-Aにそって切り開き、図3bとは異なる方式の細部を概略的に示す。本例では、回転ブッシング6に設けられた溝6aの形状は、その断面の弧が180度より大きくなるように設けられている。溝6aおよびボール8は、ドリルシャンク3に対向する溝6aの開口部の幅 W が伝達部材8として機能するボールの寸法 D より小さくなるように設計されている。その結果、ボールは装着された後、溝6aから抜け落ちることはできない。同様に、回転ブッシング6の代わりに、この類の溝をドリルシャンク3に設けてもよい。

図４ａおよび図４ｂは、本発明の他の実施例を、図３ａないし３ｃと同様に線A-Aにおける部分的な断面で概略的に示す。

図４ａは、円筒状ローラーが丸いボールの代わりに回転伝達部材8として用いられる実施例を示す。本実施例では、溝3aおよび6aは実質的に長方形であり、回転伝達部材8、すなわち円筒状ローラーは、ドリルシャンク3の回転軸およびこれに対応して回転ブッシング6の回転軸に対し、軸が横切るよう配置される。これにより、ローラーの円筒状の表面が、回転トルクを回転ブッシングからドリルシャンクに伝達する力伝達面および力受面の役割を果たす溝3aおよび6aの側面に沿って回転する。当然のことながら、本実施例では、ローラーの端部面は、いずれか１つの溝の底部にある程度スライドしてもよいが、その方向、つまり半径方向にはたいした力が伝わらないため、滑り摩擦はさほど発生せず、その結果、実質的な摩耗も生じない。

図４ｂは本発明のさらに他の実施例を示し、本実施例では曲面を有するローラーが回転伝達部材8として用いられ、したがって溝３ａおよび６ａは実質的にこの形状の表面を有している。この場合、回転は曲面に沿って起こり、摺動、およびそれに伴う滑り摩擦はたいして生じない。

図５ａおよび図５ｂは、図３ａないし３ｃにおける断面図と同様の、本発明の他の実施例の概略的な正面図である。これらの実施例では、ドリルシャンク3の外径は回転ブッシング6の内径より大きい。そのため、ドリルシャンク3および回転ブッシング6のどちらも溝3aおよび6aを含み、これらの溝は大きいため、ドリルシャンクの溝およびそれに対応する回転ブッシングの溝の間の部分、すなわち隆起部3eおよび6eが互いの溝に嵌合する。

図５ａは、ドリルシャンク3および回転ブッシング6の溝3aおよび6aが、伝達面間に伝達部材8aおよび8bのためのスペースが存在するよう設計されている方式を示す。本実施例では、６箇所のスペースに伝達部材が配され、伝達部材8aまたは8bのどちらか一方の側の伝達面は、伝達部材8aまたは8bと実質的に同じ高さである。本実施例では、回転ブッシングからドリルシャンクへの力は、掘削中およびこれと逆方向に回転するとき、３組の伝達部材8aおよび8bによって伝達され、これにより１組の伝達部材は、１または複数の伝達部材を同じ力伝達面および力受面の間に含んでもよい。したがって、掘削中で回転が矢印B方向であるとき、伝達部材8aが回転トルクを伝達する。同様に、ドリルロッドがたとえば取り外しの際に後方に回転するとき、伝達部材8bが回転トルクを伝達する。

図５ｂは、本発明のさらに他の実施例を示す。本実施例では、伝達部材8を回転方向に、ドリルシャンクと回転ブッシングとの間の一方の側にのみ含み、これにより伝達部材は通常の掘削時、つまり矢印B方向に回転しているときに、回転トルクをドリルシャンク3に伝達する。ドリルロッドを取り外すときには、当然のことながら、逆方向に回転する。概して、逆方向の回転は通常の掘削に伴う回転ほど大きくなく、故に逆方向の回転には図５ｂの方式を用いてよく、この方式では、回転トルクの伝達は、取り外し段階において回転ブッシングからドリルシャンクへと、それ自体が公知の従来型の摺動面3fおよび6fによって行われる。

図６は本発明のさらに他の実施例を示し、図２と同様、削岩機の前端部を長手方向に切り開いた図である。本実施例は他のあらゆる点において図２に対応するが、第２肩部3gがドリルシャンク3の打撃ピストン7側の端部にも設けられていて、そのため回転ブッシングは肩部6bを必ずしも必要としない。もしくは、肩部を回転ブッシング6にのみ設けてもよい。また本図では、伝達部材8として機能するボールの両側にバネ9が示され、バネはそれぞれ、ボールと、ドリルシャンク3および回転ブッシング6の各肩部3bおよび6bとの間に設けられている。このように取り付けることで、これらのバネが伝達部材8を肩部3bと6bとの間のスペースの中央に向かって押す。ドリルシャンクまたは回転ブッシング6のどちらか一方が肩部を備える場合、バネは必然的にドリルシャンク3または回転ブッシングの肩部と伝達部材8との間にのみ配設される。

本発明は、上記詳細な説明および図面に例として述べられているのであり、これらに限定されることはない。必要に応じて溝の数を変更してもよく、また１または複数の溝を設けてもよい。しかし、表面が左右対称であり、密接しているため、２組または３組の力伝達面および力受面を、これらの間を回転する伝達部材と共に備えると有利である。円筒状の伝達部材または他の形状であるが明確に規定され、その形状に適応する回転軸を有する伝達部材を用いる場合、溝および表面をドリルシャンクおよび回転ブッシングの半径方向に対し円周方向に斜めにし、伝達部材の軸を斜めに設けてよい。上述のさまざまな実施例における細目は、発明の概念の範囲内であれば他の実施例に応じて変更して用いてもよい。

Claims

削岩機のドリルシャンクを、該シャンクが該削岩機の所定の位置に取り付けられている間、該ドリルシャンクの周囲に配置された回転ブッシングに対して非回転的ではあるが軸方向に可動に連結させ、該回転ブッシングは回転の方向に関連して、実質的に回転軸方向に回転方向を横切る向きに備えられ回転方向を向いた少なくとも１つの力伝達面を含み、それに対応して、前記ドリルシャンクは、同じ数の力受面を実質的に同じ向きに、すなわち前記力伝達面から見て前記回転方向に含み、さらに該ドリルシャンクは力伝達部材を含み、これにより回転トルクが回転中に前記回転ブッシングから該力伝達面と伝達部材と力受面とを通して前記ドリルシャンクに伝達される連結機構において、前記力伝達部材は前記力伝達面とそれに対応する前記力受面との間に回転可能に設けられ、前記ドリルシャンクが前記回転ブッシングに関連して該力受面と力伝達面の長手方向に運動するとき、該力伝達部材は該力伝達面に沿って、またそれに対応して該力受面に沿って回転する連結機構において、
前記ドリルシャンクおよびそれに対応して前記回転ブッシングはその軸方向に少なくとも１つの溝を備え、それぞれの溝はリッジを含み、前記ドリルシャンクが所定の位置に取り付けられているとき、該ドリルシャンクのリッジは前記回転ブッシングの溝に向かって伸び、それに対応して、前記回転ブッシングのリッジは前記ドリルシャンクの溝に向かって伸び、前記力伝達面およびそれに対応して前記力受面は前記溝およびリッジの側面に備えられ、回転する力伝達部材が少なくとも前記削岩機の回転方向に伸びる該力伝達面とそれに対応する前記ドリルシャンクの力受面との間に位置することを特徴とする連結機構。
請求項１に記載の連結機構において、前記回転する伝達部材は、前記回転ブッシングのリッジに対向する前記力伝達面と前記ドリルシャンクの回転に対し逆方向を向く前記力受面との間に備えられていることを特徴とする連結機構。
請求項１または２に記載の連結機構において、前記回転する伝達部材は丸いボールであり、前記力伝達面およびそれに対応して前記力受面は実質的に断面が円弧状であることを特徴とする連結機構。
請求項１または２に記載の連結機構において、前記回転する伝達部材は円筒形状であり、前記力受面は実質的に平面であることを特徴とする連結機構。
請求項１または２に記載の連結機構において、前記回転する伝達部材は実質的に樽形状であり、前記力伝達面およびそれに対応して前記力受面は、前記伝達部材のアーチ状の滑走面に実質的に対応したアーチ形状の面であることを特徴とする連結機構。
削岩機のドリルシャンクを、該シャンクが該削岩機の所定の位置に取り付けられている間、該ドリルシャンクの周囲に配置された回転ブッシングに対して非回転的ではあるが軸方向に可動に連結させ、該回転ブッシングは回転の方向に関連して、実質的に回転軸方向に回転方向を横切る向きに備えられ回転方向を向いた少なくとも１つの力伝達面を含み、それに対応して、前記ドリルシャンクは、同じ数の力受面を実質的に同じ向きに、すなわち前記力伝達面から見て前記回転方向に含み、さらに該ドリルシャンクは力伝達部材を含み、これにより回転トルクが回転中に前記回転ブッシングから該力伝達面と伝達部材と力受面とを通して前記ドリルシャンクに伝達される連結機構において、前記力伝達部材は前記力伝達面とそれに対応する前記力受面との間に回転可能に設けられ、前記ドリルシャンクが前記回転ブッシングに関連して該力受面と力伝達面の長手方向に運動するとき、該力伝達部材は該力伝達面に沿って、またそれに対応して該力受面に沿って回転する連結機構において、
前記ドリルシャンクおよびそれに対応して前記回転ブッシングは少なくとも１つの溝をその長手方向に含み、該ドリルシャンクが所定の位置に取り付けられているとき該溝は並び、該溝には少なくとも一つの回転する伝達部材が備えられ、該伝達部材は前記ドリルシャンクと回転ブッシングとが互いに対して回転するのを防止し、該伝達部材を通して該回転ブッシングからの回転トルクが該ドリルシャンクに対して働き、該ドリルシャンクは該回転ブッシングの回転に伴って回転し、該ドリルシャンクが長手方向に前記回転ブッシングに向けて動くと、前記伝達部材は該ドリルシャンクを横切る向きの軸の周りを回転して、該伝達部材は該ドリルシャンクおよび前記回転ブッシングのそれぞれの溝の表面に沿って回転し、
前記回転する伝達部材は丸いボールであり、前記力伝達面およびそれに対応して前記力受面は断面が実質的に円弧状であり、前記ドリルシャンクおよび回転ブッシングのそれぞれの溝のうち１つは、断面で見た場合に、その弧が180度を超え、該溝の開口部の幅が前記ボールの直径より小さいことを特徴とする連結機構。
削岩機のドリルシャンクを、該シャンクが該削岩機の所定の位置に取り付けられている間、該ドリルシャンクの周囲に配置された回転ブッシングに対して非回転的ではあるが軸方向に可動に連結させ、該回転ブッシングは回転の方向に関連して、実質的に回転軸方向に回転方向を横切る向きに備えられ回転方向を向いた少なくとも１つの力伝達面を含み、それに対応して、前記ドリルシャンクは、同じ数の力受面を実質的に同じ向きに、すなわち前記力伝達面から見て前記回転方向に含み、さらに該ドリルシャンクは力伝達部材を含み、これにより回転トルクが回転中に前記回転ブッシングから該力伝達面と伝達部材と力受面とを通して前記ドリルシャンクに伝達される連結機構において、前記力伝達部材は前記力伝達面とそれに対応する前記力受面との間に回転可能に設けられ、前記ドリルシャンクが前記回転ブッシングに関連して該力受面と力伝達面の長手方向に運動するとき、該力伝達部材は該力伝達面に沿って、またそれに対応して該力受面に沿って回転する連結機構において、
前記回転する伝達部材は実質的に樽形状であり、前記力伝達面およびそれに対応して前記力受面は、前記伝達部材のアーチ状の滑走面に実質的に対応したアーチ形状の面であることを特徴とする連結機構。
請求項７に記載の連結機構において、前記ドリルシャンクおよびそれに対応して前記回転ブッシングは少なくとも１つの溝をその長手方向に含み、該ドリルシャンクが所定の位置に取り付けられているとき該溝は並び、該溝には少なくとも一つの回転する伝達部材が備えられ、該伝達部材は前記ドリルシャンクと回転ブッシングとが互いに対して回転するのを防止し、該伝達部材を通して該回転ブッシングからの回転トルクが該ドリルシャンクに対して働き、該ドリルシャンクは該回転ブッシングの回転に伴って回転し、該ドリルシャンクが長手方向に前記回転ブッシングに向けて動くと、前記伝達部材は該ドリルシャンクを横切る向きの軸の周りを回転して、該伝達部材は該ドリルシャンクおよび前記回転ブッシングのそれぞれの溝の表面に沿って回転することを特徴とする連結機構。
請求項１ないし８のいずれかに記載の連結機構において、少なくとも２つ、好ましくは３つの溝があり、該溝はそれぞれ前記ドリルシャンクおよび回転ブッシングに対称に設けられていることを特徴とする連結機構。
請求項１ないし９のいずれかに記載の連結機構において、それぞれの力伝達面とそれに対応する力受面との間には、複数の回転する伝達部材が備えられていることを特徴とする連結機構。
請求項１ないし１０のいずれかに記載の連結機構において、前記ドリルシャンクおよび／または前記回転ブッシングは、少なくとも前記回転ブッシングの前端部に、前記回転する伝達部材が該ドリルシャンクと前記回転ブッシングとの間から外れることを防止する肩部を含み、それに対応して、該回転ブッシングの前記打撃ピストン側の端部および／または前記ドリルシャンクの該打撃ピストン側の端部に、前記伝達部材が該ドリルシャンクと回転ブッシングとの間から該打撃ピストン側に外れるのを防ぐ肩部を備えることを特徴とする連結機構。
請求項１１に記載の連結機構において、前記肩部の間にはバネが前記ドリルシャンクの軸方向に備えられ、該バネは前記伝達部材を該肩部の間のスペースの中心に向かって押すことを特徴とする連結機構。
請求項１ないし１２のいずれかに記載の連結機構において、前記ドリルシャンクの溝は、該ドリルシャンクの前記削岩機後端部側の端部へ伸びていることを特徴とする連結機構。
請求項１ないし１３のいずれかに記載の連結機構において、前記回転ブッシングの溝は該回転ブッシングの前記削岩機前端部側の端部へ続いていることを特徴とする連結機構。