JP6061847B2 - トルク及び回転を回転チャックからドリル鋼に伝達するドライバー - Google Patents

Description

本発明は、削岩機のドリル鋼にトルク及び回転を伝達するためのドライバーに関わるものである。ドライバーは、摩耗を受ける交換可能な部分であり、削岩機のギアハウジング内に取り付けるように設計されており、その機能はトルク及び回転を回転チャックからドリル鋼に伝達することにある。伝達中ドリル鋼はドライバーにおいて軸方向に変位できる。この目的のために、ドライバーは外部に多角形の輪郭を備え、内部にスプラインを備えている。

本発明では、多角形輪郭及びスプラインは、ドライバーの商品寿命を伸ばし金属疲労による破損の危険を減らす革新的な仕方で構成される。さらに本発明は、そのようなドライバーを少なくとも１つ備える削岩機にも関わる。

図１は、先行技術における削岩機のギアハウジング１の断面図を示している。ギアハウジング１の中心には、軸アダプターとして公知のドリル鋼２の上方部を見ることができる。軸アダプターは、外部にスプラインを備えている。軸アダプターは公知のドライバー３に挿入され、公知のドライバー３は、軸アダプターのスプラインに一致する内部スプライン４を備えている。ドライバー３は、外部に多角形の輪郭を備え、そしてドライバー３の多角形輪郭に一致する内部多角形輪郭を有する回転チャック５内に取り付けられている。回転チャック５は、ギアハウジング１内の軸受に配置され、歯車装置（図示していない）を介して削岩機の回転モーターによって回転される。伝達されるトルクは１０００ニュートンメートルを上回る量に達する。

ドライバー３の断面は、閉じた形状６を形成するため結合したカーブによって外側を限定され、閉じた形状６は、３つの辺７と３つのコーナー８とを備えた多角形でほぼ表わされている。この種の結合された形状は、通常「多角形輪郭」として公知である。図形６は、３本の対称性を有する仮想線９によってドライバー３の中心から引き出されそして３つのコーナー８を通過して横切っているため、これらは対称性を有する線９の周囲に対称的に分布されている。

ドライバー３の断面は、８枚のスプライン歯１０と８つのスプライン空間１１を備えたスプライン４によって内側が限定されている。図面は、３本の対称性を有する線のうちのいずれか１本の周囲に８つのスプライン空間１１のうちの１つだけが対称的に配置されることが可能であることを明らかにしている。スプライン空間１１のうちの１つが対称性を有する線９の最上部の周囲に対称的に配置される場合、スプライン歯１０のうちの２つは２本の低い対称性を有する線９の周囲に非対称分布を得る。仮にスプライン歯１０のうちの１つが最初から無かった場合、同様の結果が得られたであろう。非対称は、特定部位がドライバー３の他の部分よりも相当に高い負荷に晒されることになる。

図２は、先行技術におけるドライバー３のスプライン空間１１のうちの１つ及びドリル鋼２の軸アダプター並びに図１の回転チャック５を示す拡大断面図である。回転チャック５の回転の方向は、底部の矢印で示されている。ドライバー３は、スプライン４の底円の直径ｄ２と頂円の直径ｄ１との間の比率が１．３８であるように構成されている。軸アダプターのスプライン歯の頂円の直径Ｄ２は、ドライバー３のスプライン４の底円の直径ｄ２のおよそ９８％を構成するようにされている。そのような配置及び軸アダプターのスプライン歯１０とドライバー３との間の接触圧により、トルク伝達中、ドライバー３の少量の物質がスプライン空間１１のルート半径１２まで押し下げられることになになる。押し下げられる物質は、半径１２に沿って破砕による切欠或いは刻み目１３を構成し、このようにして疲労破損から保護するその機能を害している。図面は、これらの刻み目１３がどのようにしてルート半径１２のひび割れの形成を開始するのかを示している。

本発明の目的は、特許請求の範囲の記載によれば、前述の問題点を克服するドライバー及び削岩機を提供することにある。本発明によれば、多角形輪郭及びスプラインは、負荷を軽減してドライバーにそれらを対称的に分配する革新的な仕方で配置される。ドライバーのスプラインは、摩耗の結果として生じる刻み目が半径の底部から切り離されるように構成される。本発明のさらなる利点は、ギアハウジングの外寸を著しく大きくすることなく導入することができるという点にある。

削岩機の先行技術のギアハウジングを示す断面図。 図１のドライバーのスプライン空間のうちの１つを示す拡大断面図。 本発明によるドライバーの断面図。 図３のドライバーの詳細を示す拡大断面図。 図３のドライバーのスプラインの代替設計を示す拡大断面図。 図３のドライバーのスプラインの代替設計を示す拡大断面図。 図３のドライバーのスプラインの代替設計を示す拡大断面図。

本発明は、図３〜図７の添付図面によって詳細に説明される。図３は、本発明によるドライバーを示す断面図である。図４は、削岩機のギアハウジングに装着された図３のドライバーの詳細を示す拡大断面図である。図５〜図７は、ドライバーのスプラインの代替設計を示している。

図３は、ドライバー３の断面図を示している。ドライバーはその全長に沿って同一断面を本質的に備えている。ドライバー３の長さは、許容接触圧がトルクの伝達中に得られるようにされている。ドライバー３は青銅から作られているが、同様の摩擦特性を備えた鋳鉄や他の物質から作られてもよい。

ドライバー３の断面は、閉じた形状６を形成するために結合されたカーブ或いはより正確には弧によって外側が限定されている。本発明における閉じた形状６は、４つの側面７及び４つのコーナー８から構成され、ほぼ凸面の多角形にすることができる。多角形は直線すなわち直ぐなカーブによって制限された平面図形として画定されている。直線が閉じた形状６の側面７の仮想拡張部の交差地点間に引かれる場合、多角形は形成される（拡張部及び多角形は図中点線で示されている）。この事実はこの文脈における「ほぼ」の概念の重要性を画定している。

各側面７は円弧で構成され、全側面７の円弧はすべて同一半径及び長さを備えている。コーナー８は同様の仕方で配置されている。各コーナー８は、円弧で構成され、全コーナー８の円弧はすべて同一半径及び長さを備えている。さらに、側面７或いはコーナー８は円弧以外の他の種類の弧及び／又はカーブから構成できるようにすることが可能である。弧同士の接続は、接続している弧への接線が一致する地点に配置される。結果として高い張力集中がドライバー３で生じないということである。

ドライバー３の断面図は、多数のスプライン歯を備えるスプライン４によって内側が制限されている。そのスプライン歯の数は４で割り切れ、１つのスプラインセット４は、例えば８本のスプライン歯１０と８つのスプライン空間１１とを備えている。また、スプライン４に１２本或いは１６本のスプライン歯１０を持つよう配置することも可能である。スプライン４は、スプライン歯１０のうちの４つが閉じた形状６によってドライバー３の中心から伸びる対称性を有する仮想線９の周囲に対称分布を得るよう配置されている。対称性を有する線９は、形状６が対称性を有する線９の周囲に対称的に分布されるよう引かれている。スプライン４が８本或いは１２本のスプライン歯１０を備え且つスプライン歯１０のうちの４つが閉じた形状６のコーナー８を介してドライバー３の中心から伸びる対称性を有する仮想線９の周囲に対称分布を得るよう配置されるのが最適である。その配置は、負荷を最小にし且つドライバー３内に対称分布されることを保証している。これらの積極特性はドライバー３の回転方向に依存することがない、従って組立て誤差の危険は小さい。コーナー８を介して対称性を有する線９の周囲にスプライン４のスプライン空間１１のうちの４つを対称的に分布することも可能である。ドライバー３への負荷はこの場合幾分大きくなるが、それでも上述の先行技術よりは低くなる。

スプライン歯１０及びスプライン４のスプライン空間１１は、コーナー８を介して対称性を有する線９の周囲に非対称的に配置することもできる。この分布は、トルク転送中ドライバー３への負荷を置き換える対称分布を得ている間も回転の特定方向への転送に有意であり得る。ドライバー３は、回転の特定方向を得るようこのような設計に準じて組立てられなければならない。

スプライン４の底円の直径ｄ２と頂円の直径ｄ１との間の関係は、先行技術におけるドライバーよりも大きくなるよう配置されている（ｄ１とｄ２の両方は図中破線の円で示されている）。これは図４に関わってより詳細に記述される利点をもたらしている。ｄ２／ｄ１比率は、１．３９或いはそれより高い比率、例えば１．４８±０．０２で良い結果を得ることができるが、ｄ２／ｄ１比率が１．４８となるようスプライン４を配置するのが最善である。１．４８より大きな比率はギアハウジングの外寸に著しい増加を要求する。

図４は、新しい比率ｄ２／ｄ１＝１．４８（図３で示されるように）が軸アダプター（ドリル鋼２）のスプライン歯の頂部とドライバー３のスプライン空間１１の底部との間にチャンバー１４を形成するのに寄与している。そのために、ドリル鋼２の軸アダプターは頂部及びスプライン４のスプライン歯１０の側面によって放射状に制御されるであろう。図面は、軸アダプターのスプライン歯の頂円の直径Ｄ２がドライバー３のスプライン４の底円の直径ｄ２のおよそ９５％を如何に構成するかを示している。刻み目１３は、図２に関わって上述されたのと同じプロセスに準じた摩耗の結果として形成される。しかしチャンバー１４によって、これらの刻み目１３がスプライン歯１０への遷移でルート半径１２に達するほど深くスプライン空間１１の底部に押し下げられることがない。従って、刻み目１３はルート半径１２から分離され、これに関わって新しいドライバー３は図１〜図２に示した先行技術のドライバーよりも疲労による破損からより一層保護されていると言うことができる。

好ましくは、最小の負荷を経験する半径においてもなお破砕による切欠或いは刻み目を除去するために、チャンバー１４は軸アダプター（ドリル鋼２）の全スプライン歯の頂部とドライバー３の全スプライン空間１１の底部との間に形成されるよう配置される。しかし、図７に示されるように、軸アダプター（ドリル鋼２）のスプライン歯のうちの１つ或いは少数だけがスプラインのうちの１つ或いは少数の底部と接触するよう配置され得ることは当然注記されるべきである。すなわち、図７はスプライン４の底円の直径ｄ２（図示されていない）と頂円の直径ｄ１（図示されていない)との間の比率がドライバー３の全スプライン空間１１と同一ではないケースを示している。

図３〜図４は、スプライン４のスプライン空間１１の底部がｄ２と等しい底円の直径を備えた円弧として配置されている。図５及び図６は、スプライン４のスプライン空間１１の代替配置案を示している。図５の底部は、底円の直径ｄ２より相当に小さい直径を備えた円弧で構成されている。図６の底部は、スプライン歯１０への遷移で直線および半円弧で構成されている。スプライン４のスプライン歯１０の頂部は、ｄ１と等しい頂円の直径を備えた円弧として配置されている。しかも、円弧以外のその他の直径或いはその他のカーブ、或いは、その他の直径及びその他のカーブを備えた頂部を配置することが可能である。上述の構成及び類似の設計において、底円の直径ｄ２と及び頂円の直径ｄ１は円と円との間の領域にそれらのカーブを厳密に配置できる仮想円（図中点線で示されている）の直径として画定される。

上述の通り、ドライバー３のスプライン４の新しい配置は、スプライン歯１０及びスプライン４のスプライン空間１１をすべて包含するよう導入されている。しかし、本発明の設計によるスプライン歯１０及びスプライン４のスプライン空間１１のうちのいくつかと、先行技術におけるドライバーのスプライン設計によるスプライン歯及びスプライン空間の残りとを特定の状況下で同時に配置することが可能である。そのように「結合された」ドライバーは、本願の特許請求の範囲内であると考えられるべきである。

１ ギアハウジング
３ ドライバー
４ スプライン
５ 回転チャック
６ 閉じた形状
７ 辺
８ コーナー
９ 仮想線
１０ スプライン歯
１１ スプライン空間
１２ ルート半径
１３ 刻み目
１４ チャンバー
ｄ１ スプライン４の底円の直径
ｄ２ スプライン４の頂円の直径
Ｄ２ スプライン歯１０の頂円の直径

Claims (10)

1. トルク及び回転を回転チャック（５）からドリル鋼（２）へ伝達するドライバー（３）であって、
   ドライバー（３）がその全長に沿って同一断面を備え、ドライバー（３）の断面が、閉じた形状（６）を形成するために結合された凸状にカーブした側面で外側が制限され且つスプライン（４）によって内側が制限されており、
   形状（６）が、４つの側面（７）及び４つのコーナー（８）を備え、
   またスプライン（４）が多数のスプライン歯（１０）を備え、その数が４で割り切れることを特徴とするドライバー（３）。
2. スプライン（４）が８枚、１２枚或いは１６枚のスプライン歯（１０）から構成されることを特徴とする請求項１に記載のドライバー（３）。
3. スプライン（４）の４枚のスプライン歯（１０）或いはスプライン空間（１１）が、形状（６）を通る対称線（９）の周囲に対称的に分布されていることを特徴とする請求項１に記載のドライバー（３）。
4. スプライン（４）の４枚のスプライン歯（１０）或いはスプライン空間（１１）が、形状（６）を通る対称線（９）の周囲に非対称的に分布されていることを特徴とする請求項１に記載のドライバー（３）。
5. 上記対称線（９）がコーナー（８）介して伸長していることを特徴とする請求項３又は４に記載のドライバー（３）。
6. 各側面（７）が円弧で構成され且つ全側面（７）の円弧がすべて同一半径及び長さを備えており、さらに各コーナー（８）が円弧で構成され且つ全コーナー（８）の円弧がすべて同一半径及び長さを備えていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のドライバー（３）。
7. 弧と弧との間の接続が接続された弧への接線が一致する部位に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のドライバー（３）。
8. スプライン（４）の底円の直径（ｄ２）とスプライン空間（１１）のうちの少なくとも１つの頂円の直径（ｄ１）との間の比率が１．３９か或いはそれ以上であることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載のドライバー（３）。
9. スプライン（４）の底円の直径（ｄ２）とスプライン空間（１１）のうちの少なくとも１つの頂円の直径（ｄ１）との間の比率が１．４８±０．０２であることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載のドライバー（３）。
10. 回転チャック（５）と、トルク及び回転を回転チャック（５）からドリル鋼（２）へ伝達するドライバー（３）とを備える削岩機が、請求項１〜９の何れか一項に記載のドライバー（３）で構成されることを特徴とする削岩機。

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