JP5196506B2 - バイブレーションハンマー - Google Patents

Description

本発明は穿孔機に係り、さらに詳しくはビット付きロッドを振動及び回転させて穿孔可能なバイブレーションハンマーに関する。

一般に、地中を穿孔する穿孔機はビット付きロッドをただ回転させる方法(オシレータ工法とも呼ぶ)と、ビットまたはボールカッター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。

前記オシレータ(OSCILLATOR)工法は、作業場の土地の条件が土だけよりなる領域を穿孔するには差支えがないが、地中の岩盤を打ち砕く抗打機のような別の装備によって大きな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.Ｃ.Ｄ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、ロッドの端部に付着された特殊なビットを回転させて岩盤を掘削する方式である。前記Ｒ.Ｏ.Ｃ工法はロッドの端部に設けられたビットを単に回転させて掘削するようになるので、相対的に穿孔効率が不良である。

この点に鑑みて、従来の穿孔機は、深孔の穿孔時、ロッドの端部に設けられたビットに衝撃力と回転力を同時に提供する構造を有する。このような穿孔機はロッドの上端部側から回転力を提供し、ビット付きロッドの下端部側にロッドを介して供給される空圧または油圧によって作動されて打撃力を提供するハンマーが装着された構造を有する。
前述したような穿孔機は、ビット付きロッドの端部側に設けられたハンマーに空圧または油圧を供給すべきなので、穿孔の深さが深くなることによって相対的に構造が複雑になる。

また、穿孔機の他の例として、穿孔機はバイブレータと該バイブレータに設けられたロッドの端部にビットが設けられた構造を有するものであって、前記バイブレータによって回転及び衝撃力をロッドに伝えて穿孔作業を行うようになる。前記ロッドに衝撃を加えるための装置、すなわちバイブレータは油圧供給回路から供給された一つ以上の油圧流体の流れによって駆動される装置を含み、前記バイブレータから発生する衝撃はシャンクを通して穿孔ロッドに伝えられる。そして、シャンクは油圧モータによる回転力をロッドに伝える。

ヨーロッパ特許EP０５８,６５０号及びEP８５６,６３７号は、衝撃装置の主供給回路から油圧が供給される接合ピストン装置が開示されている。しかし、ピストン装置は作動者が供給回路を遮断し、例えば回転モータだけを作動した時、接合ピストンの表面はこれ以上油圧が供給されなくなる問題点がある。ハウジングに対して往復動するピストンの端部、すなわちピストンの端部側に設けられるシャンク部に穿孔のためのロッドが連結された構成を有しているので、穿孔作業時ロッドが側圧を受ける場合、ピストンとロッドとの連結部位が損傷する問題点がある。また、穿孔作業が行われる過程で前記ピストンまたはこれと連結されたシャンクは往復動を行いながら回転されるので、軸受部との摩擦熱によって固着される問題点がある。

ヨーロッパ特許EP０５８,６５０号 ヨーロッパ特許EP８５６,６３７号

本発明は、前述したような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と連結されたロッドに働く側圧によってピストンが損傷することを防止できるバイブレーションハンマーを提供するところにある。
本発明の他の目的は、衝撃力を提供するハンマーガイドと、これを回転させるための駆動部との間に、摩擦熱が発生して固着されることを根本的に防止できるバイブレーション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の本発明に係るバイブレーションハンマーは、メイン本体と、該メイン本体に設けられた油圧コントロールバルブユニットによって昇降可能に設けられるピストンハウジングと、該ピストンハウジングと同軸上に前記メイン本体に摺動自在に設けられるハンマーガイドと、前記ピストンハウジングとハンマーガイドに両端部が固定され、前記ピストンハウジングの昇降方向に対して所定の角度で弾性変形可能なピストンとを備えた打撃ユニットと、
前記メイン本体に設けられて前記ピストンと共に昇降されるハンマーガイドを正逆転させる回転ユニットと、を含んでなることを特徴とする。

本発明において、前記回転ユニットは、前記ハンマーガイドとスプラインに結合され油圧モータによって正逆転するメインギアと、前記ハンマーガイドとメインギアのスプライン結合部に設けられてハンマーガイドとメインギアが摩擦熱によって固着することを防止する摩擦力減少手段と、を備える。そして、前記摩擦力減少手段は前記ハンマー ガイドとメインギアの少なくとも一側のスプラインが長手方向に分割されてなされた単位スプラインと、該単位スプラインの間に形成されたボールガイダーと、単位スプラインと結合される両側のスプラインによって形成されたボールガイド部に設けられるローリングボールと、を備える。

本発明に係るバイブレーションハンマーは、ピストンに加わる側圧によってピストンが弾性変形して破損されることを防止でき、耐久性及び駆動による信頼性を向上することができ、振動するピストンの回転時メインギアとハンマー部材との間が摩擦熱によって固着されることを根本的に防止できる。

本発明に係るバイブレーションハンマーの断面図、

ピストンハウジングとピストンとの結合関係を示した一部切除側面図、

摩擦力減少手段を抜粋して示した分離斜視図、

摩擦力減少手段の一部切除斜視図、

摩擦力減少手段の要部を抜粋して示した斜視図。

以下、添付した図面に基づき本発明のさらに望ましい実施形態を詳述する。
本発明に係るバイブレーションハンマーは、機械本体によって垂設されたリーダによってガイドされ、穿孔のためのビット付きロッドと連結され、ロッドに衝撃力と回転力を提供するものであって、その一実施形態を図１から図３に示した。

図面を参照すれば、バイブレーションハンマー１０はメイン本体１１に設けられて穿孔のためのロッド１００と連結されたピストン２８を用いてロッドに衝撃力を提供するための打撃ユニット２０と、前記メイン本体１１に設けられ、後述するハンマーガイド２６によって保持されるピストン２８を正逆転させる回転ユニット５０と、を備える。

前記打撃ユニット２０は、図１に示したように、メイン本体２１の内部に設けられてシリンダ部２２及びピストンハウジングガイド部２３を形成するホルダ２４と、該ホルダ２４のガイド部２３に保持されて昇降するピストンハウジング２５を備える。前記ピストンハウジング２５は前記ガイド部２３によって保持されるピストンハウジング保持部２５ａと、前記ピストンハウジング保持部２５ａの直径より相対的に大直径を有し、前記シリンダ部２２に沿って摺動するピストン部２５ｂを備える。そして、前記ピストンハウジング２５はその長手方向に中空部２５ｃが形成される。ここで、前記ホルダ２４は相異なる直径を有する部材が相互結合されてなされうる。前記シリンダ部２２を形成するホルダ２４には前記ピストン部２５ｂによって区画された上下側シリンダ部２２ａ、２２ｂに作動流体を選択的に供給するための第１及び第２ポート２０１、２０２が形成される。

そして、前記メイン本体１１には第１及び第２ポート２０１、２０２に選択的に作動流体を供給してピストンハウジング２５を昇降させるための油圧コントロールバルブユニット２１０を備える。この油圧コントロールバルブユニット２１０は油圧ポンプ(図示せず)からポンピングされた油圧油を前記ホルダ２４に形成された第１及び第２ポート２０１、２０２を通して上下側シリンダ部２２ａ、２２ｂに交互に供給及び排出するための２ポート２位置のメインコントロールバルブ２１１と該コントロールバルブのスプル２１１ａを左右に往復移送させて流路を変換させるアクチュエータ２１２を備える。ここで、前記第１及び第２ポート２０１、２０２を通じた油圧油の供給及び排出はメイン本体１１の外周面に環状のグルーブが形成され、該グルーブと対応するホルダ２４に複数個の貫通孔が形成されてなされうる。前記アクチュエータ２１２は前記２ポート２位置のメインコントロールバルブ２１１を操作するためにパイロット圧力を用いてスプル２１１ａを移送させたり、油圧モータ２１２ｂによって別の２ポート２位置の補助コントロールバルブ２１２ａのスプルを回転させて前記メインコントロールバルブ２１１のスプル２１１ａを往復移送させるためのパイロット作動流体を供給することができる。上下側シリンダ部への作動流体の供給は前述した実施例に限らず、第１及び第２ポートにピストン部２５ｂを昇降させられる作動油を供給及び排出可能な構造であればいずれも可能である。

前記メイン本体１１の下部側にはピストンハウジング２５のように中空部２６ａの形成されたハンマーガイド２６がピストンハウジング２５のように長手方向に摺動自在にメイン本体１１に設けられる。ここで、前記ピストンハウジング２５とハンマーガイド２６は所定間隔離隔された状態になり、同軸上に設けられる。

一方、前記ピストンハウジング２５とハンマーガイド２６の中空部２５ｃ、２６ａには端部にロッド結合部２７の形成されたピストン２８が結合される。前記ピストン２８の上端部側はピストンハウジング２５と螺合され、前記ピストン２８の下端部側はハンマーガイド２６と螺合される。そして、ピストンの螺合されていない部位はピストン２８のピストンハウジング２５及びハンマーガイド２６と干渉が発生しないように前記ピストンハウジング２５の中空部２５ｃの直径及びハンマーガイド２６の中空部２６ａの直径より小さく形成された弾性変形部２８ａが設けられる。前記ハンマーガイド２６と隣接するピストンハウジング２５の下端部はガイドリング２９によってピストン２８の弾性変形部２８ａを保持する。該ガイドリング２９は弾性変形部２８ａの振動を防止する。

一方、前記ピストンには長手方向に貫通する流体供給のための中空２８ｂが形成される。そして、前記ピストン２８の端部に形成された前記ロッド結合部２７はテーパー状をなし、外周面に螺子が形成される。

前記回転ユニット５０は、図１及び図３ないし図５に示されているように、前記ハンマーガイド２６の昇降に影響を与えない状態でハンマーガイド２６を正逆転させられるものであって、前記メイン本体１１の下部にケーシング５１が設けられ、該ケーシング５１の下部に突出するハンマーガイド２６の外周面に少なくとも一つの第１スプライン５２と第１スプライン溝５３が形成される。

そして、前記ケーシング５１には前記第１スプライン５２と第１スプライン溝５３にそれぞれ結合される第２スプライン溝５４と第２スプライン５５が形成されたメインギア５６が設けられる。該メインギア５６はケーシングに軸受５７、５８によって保持され、前記メインギア５６はケーシング５１に設けられる駆動ギア６１、６２と噛み合う。前記駆動ギア６２は油圧モータ６３によって回転される。ここで、前記ケーシング５１はケーシング本体５１ａと、該ケーシング本体５１ａと結合されるカバー部材５１ｂよりなりうるが、このケーシング本体５１ａには前記ハンマーガイド２６と結合されたピストン２８のロッド結合部２７が突出される。

一方、前記ハンマーガイド２６とメインギア５６とが結合されるスプライン結合部には、昇降されるハンマーガイド２６にメインギア５６による回転力の伝達時ハンマーガイド２６とメインギア５６が摩擦熱によって固着されることを防止する摩擦力減少手段７０が設けられる。

この摩擦力減少手段７０は、図３、図４及び図５に示したように、前記ハンマーガイド２６に第１スプライン５２が所定間隔離隔されるように第１及び第２単位スプライン７１、７２に分離され、これらの間にはボールガイダー７３が設けられて、この第１スプラインが結合されるメインギア５６の両側に置かれる第２スプライン５５によって閉ループ状のボールガイド部７５が形成される。そして、前記ボールガイド部７５には複数個のローリングボール７６が設けられる。ここで、前記摩擦力減少手段を具現するに当たって、前記第１及び第２単位スプラインとボールガイダー７３はメインギア５６の第２スプライン５５に形成されることができ、前記第１及び第２スプラインに交互に設けられることもできる。

前記摩擦力減少手段は前述した実施形態に限らず、スプライン結合されたハンマーガイド２６とスプライン結合されたメインギア５６との間に摩擦力を減少させられる構造であればいずれも可能である。例えば、相互対応する第１及び第２スプラインの外周面に長手方向にボールガイド部を形成し、該ボールガイド部に複数個のボールを保持させることによってなされうる。

前述したように構成された本発明に係るバイブレーションハンマーの作用を説明すれば次の通りである。

まず、穿孔作業を行うためには、リードに保持されたバイブレーションハンマー１０の結合部材２７に穿孔のためのロッド１００を装着した状態で油圧コントロールバルブユニット２１０を操作して、メイン本体１１とホルダ２４によって形成された第１及び第２ポート２０１、２０２に選択的に油圧油を供給することによってピストンハウジング２５を昇降させ、かつこれと結合されたピストン２８を昇降させる。そして、前記ケーシング５１に設けられた油圧モータ６３によって駆動ギア６１を駆動させることによって、ケーシング５１に軸支持されたメインギア５６を回転させる。

このような作動によりピストンのロッド結合部２７に結合され、端部に穿孔のためのビット(図示せず)付きロッド１００を回転及び上下方向に振動させて穿孔作業を行うようになる。

前述したように穿孔作業を行う過程において、ロッドが岩盤または岩石によって側圧を受けるようになるが、この際前記ピストン２８は両端部がピストンハウジング２５とハンマーガイド２６により保持されているので、ピストン２８の弾性変形部２８ａが弾性変形されて前記ロッド１００に働く側圧を吸収するようになる。従って、ロッドとピストン２８との結合部位がロッド１００に働く側圧によって破損することを根本的に防止することができる。すなわち、穿孔作業を行うロッド１００が側圧によって垂直軸線上から外れる場合、前記ピストン２８の弾性変形部２８ａが弾性変形されて、この移動量を吸収するようになる。そして、穿孔作業が持続的に行われる間、ピストンの弾性復元力によって前記ロッド１００は直進状態を維持するようになる。

そして、前述したように穿孔作業が行われる過程で、前記ハンマーガイド２６の昇降運動とこのハンマーガイド２６を回転させるメインギア５６とハンマーガイド２６のスプライン結合部位で摩擦熱が発生するようになるが、該スプライン結合部には摩擦力を減らすための手段が設けられているので、摩擦熱によってハンマーガイド２６とメインギア５３とが固着されることを防止することができる。すなわち、第１スプラインが単位スプライン７１、７２に分離され、これらの間にローリングボール７６をガイドするボールガイダー７３が備えられているので、ローリングボール７６によって第１及び第２スプラインの間の摩擦熱を最小化することができる。

特に、前記摩擦減少手段７０はボールガイド部７５が閉ループ状で形成されているので、ローリングボール７６がループを循環するようになり、ローリングボール７６が保持される第１スプラインの両側面と前面が第２スプラインの両側面と第２スプライン溝の内面にそれぞれ接触されることによって第１及び第２スプラインの間の摩擦力を最小化することができる。

このような摩擦力の減少は、深孔の穿孔時ハンマー部材とこれを回転させるためのメインギア５６の間の摩擦力が増加することによって発生する固着を根本的に防止することができる。

以上述べたように、本発明に係るバイブレーションハンマーはドライブロッドの回転力を提供し、その長手方向への打撃力を加え続けられ、ひいてはハンマー部材とメインギアとの摩擦力を減らして駆動による動力損失およびこれらの固着を防止することができる。特に、穿孔過程でロッドが側圧によって垂直側からやや外れるとしてもピストンが弾性変形されてこれを吸収できることから、ロッド１００とピストン２８との結合部位又はピストン２８が損傷することを根本的に防止することができる。

本発明は図面に示された一実施形態に基づき説明されてきたが、これは例示的なものにすぎず、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、これより多様な変形及び均等な実施例が可能であることを理解できよう。

従って、本発明の真の保護範囲は添付した請求の範囲によって定まるべきである。

本発明は各種の穿孔装置、地層のサンプリング装置などに幅広く適用可能である。

Claims (2)

1. メイン本体と、
   前記メイン本体に設けられた油圧コントロールバルブユニットによって昇降自在に設けられるピストンハウジングと、該ピストンハウジングと同軸上に前記メイン本体に摺動自在に設けられるハンマーガイドと、前記ピストンハウジングとハンマーガイドに両端部が固定され、前記ピストンハウジングの昇降方向に対して所定の角度で弾性変形可能なピストンとを備えた打撃ユニットと、
   前記メイン本体に設けられて前記ピストンと共に昇降するハンマーガイドを正逆転させる回転ユニットと、を含み、
   前記回転ユニットは、前記ハンマーガイドとスプライン結合され油圧モータによって正逆転されるメインギアと、前記ハンマーガイドとメインギアのスプライン結合部に設けられてハンマーガイドとメインギアとの摩擦熱による固着を防止する摩擦力減少手段と、を備えてなり、
   前記摩擦力減少手段は、前記ハンマーガイドとメインギアの少なくとも一側のスプラインが長手方向に分割されてなされた単位スプラインと、該単位スプラインの間に形成されたボールガイダーと、単位スプラインと結合される両側のスプラインによって形成されたボールガイド部に設けられるローリングボールと、を備えてなることを特徴とするバイブレーションハンマー。
2. 前記ピストンハウジングとハンマーガイドにより保持されたピストンの両端部の間の弾性変形部は前記ピストンハウジング及びハンマーガイドの中空部の直径より小さく形成されることを特徴とする請求項１に記載のバイブレーションハンマー。

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