JP6191084B2 - 衝撃機構と該衝撃機構を備えた削岩機及びドリルリグ - Google Patents

衝撃機構と該衝撃機構を備えた削岩機及びドリルリグ Download PDF

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Description

本発明は、請求項1の序文による、衝撃機構に関するものである。
削岩機及び他の液体圧衝撃機構では、ハンマー・ピストンは円筒状ハウジング内で往復運動を行ない、軸アダプタ或いは他の種類のアンビル(鉄床)上に反復衝撃を行う。ストロークの長さは、ハンマー・ピストンがその動作方向を転換する位置間を移動する距離である。ストロークの長さは、例えばストローク調整ピンの形式のようなストローク調整装置によって調整でき、すなわちストローク調整装置の調整は異なる複数のチャンネル或いはチャンネル同士の組合せから選択するようにして行われ、例えばハンマー・ピストンがその運動方向を後方位置で転換することになる位置に影響を与える。このようにして衝撃のエネルギー及び振動数(発生頻度)に影響を与える。
ストローク調整装置の幾つかの異なる変形例が利用可能である。特許文献1:米国特許第4,413,687号には、作業者が調整ピンの凹部からバネ負荷式ロックピンを最初に引き抜かなければならない掘削機が開示されている。作業者は、続いて、調整ピンを軸方向に変位させながら、調整ピンから離してロックピンを保持するためにロックピンに力を加え続けなければならない。続いてロックピンは調整ピンの別の凹部に置くことができる。ストロークの長さを変更するのに両手を必要とする点で不利である。バネ負荷式ロックピンは外部に配置されているので、取扱いが雑になってバネ負荷式ロックピンの寿命が短くなるという危険がある。
特許文献2:米国特許第3,780,621号には、ストロークの長さを変更するためにピンからロックネジを外さなければならないドリルが開示されている。続いてピンは軸方向に移動でき、ロックネジはその新しい位置にピンをロックするために使用される。ストロークの長さを変更するのに工具を必要とする点で不利である。
ストロークを変更するための調整ピンは、1982年スウェーデン国オレブロのユングファールトーゲン・アクチボラグにより出版された非特許文献1:アトラス・コプコ・マニュアル(第四版)の56頁に示されている。ストロークの長さを選択するためにこの調整ピンは3つのチャンネルを軸に沿って有し、ナットを緩めピンを回転させそしてナットを再度緊締することによってチャンネルを選ぶことができる。ストロークの長さを変更するのに工具を必要とする点において不利である。
多かれ少なかれストロークの長さの自動調整の様々な変形例は、例えば特許文献3:欧州特許第0080446号、特許文献4:同第0112810号、特許文献5:国際特許公報WO2007/097677号及び特許文献6:同WO2008/033075号に開示されている。これらは良く動作するが複雑で高価でもある。
米国特許第4,413,687号 米国特許第3,780,621号 欧州特許第0080446号 欧州特許第0112810号 国際特許公報WO2007/097677号 国際特許公報WO2008/033075号
アトラス・コプコ・マニュアル(第四版)
本発明の目的は、先行技術を用いてストロークの長さを調整する問題点を解決することにある。
本発明によれば、この目的は請求項1の識別性の有る特徴によって達成される。
本発明による利点は、工具或いは複雑な構造を必要とせずに、迅速で単純で経済的に、片手でストロークの長さを手動で変更することができる点にある。
本発明は、好ましい実施形態によって及び添付図面を参照して以下により詳細に説明される。
衝撃機構がどのように動作し、またストロークの長さの変更がどのように実行され得るかを示す概略図。 衝撃機構がどのように動作し、またストロークの長さの変更がどのように実行され得るかを示す概略図。 衝撃機構がどのように動作し、またストロークの長さの変更がどのように実行され得るかを示す概略図。 衝撃機構がどのように動作し、またストロークの長さの変更がどのように実行され得るかを示す概略図。 第一の実施形態を示す横断面図。 第一の実施形態を示す横断面図。 第一の実施形態を示す横断面図。 第一の実施形態を示す概略図。 第一の実施形態を示す側面図。 第一の実施形態を示す側面図。 第二の実施形態を示す概略図。 第二の実施形態を示す側面図。 第二の実施形態を示す側面図。 第三の実施形態を示す断面図。 第三の実施形態を示す断面図。 第三の実施形態を示す断面図。 第三の実施形態を示す側面図。 第三の実施形態を示す側面図及び断面図。 第四の実施形態を示す断面図。 第四の実施形態を示す断面図。 第四の実施形態を示す断面図。 第四の実施形態を示す側面図。 第四の実施形態を示す側面図及び断面図。
図1a〜図1dは、ハウジング内に配置された交番圧力型衝撃機構を備えた先行技術による液体圧式ダウンザホール衝撃ドリルを概略的に示している。衝撃機構は、ハンマー・ピストン1を備え、ハンマー・ピストン1は前後に動いて軸アダプタ2或いは類似のものに衝撃を与える。そして軸アダプタ2はドリル・ストリング(図示していない)及びドリル・ビット(図示していない)を介して岩盤に衝撃エネルギーを伝達する。
ハンマー・ピストンの前方端部3は、軸アダプタ2に衝撃を与える端部として示され、一方ハンマー・ピストンの後方端部4は、軸アダプタ2から離れた方向の端部である。ハンマー・ピストン1は、この例では前方駆動領域6を備えた前方ピストン・ブーム5及び後方駆動領域8を備えた後方ピストン・ブーム7を備えている。前後の動きはバルブ・ピストン9及び多数のチャンネルによって制御される。稼働中吸気アキュムレータ25及び戻りアキュムレータ24は圧力のピークを外に排出する。
バルブ・ピストン9は、図1aではその第一の位置にある。前方信号チャンネル10は、高圧力11に開放され、バルブ・ピストン9を通ってハンマー・ピストンの後方駆動領域8まで及んでいる。後方信号チャンネル14は、ハンマー・ピストンの前方駆動領域6からバルブ・ピストン9を通って低圧力23へ開放されている。
これにより、ハンマー・ピストンの前方駆動領域6にではなく、ハンマー・ピストンの後方駆動領域8に圧力が付与されて、軸アダプタ2に向けてハンマー・ピストン1を前方に移動させる。後方ピストン・ブーム7は第一の調整チャンネル12への通路をブロックして、その後にピストン運動の反転を引き起こす。
ハンマー・ピストン1は、図1bにおいて前方へ動き続ける。ハンマー・ピストン1が軸アダプタ2に接近すると、後方ピストン・ブーム7は第一の調整チャンネル12への通路をもはやブロックせず、これによりバルブ・ピストンの第一の調整域13を圧力下にして、バルブ・ピストン9をその第二の位置へ移動させる。
バルブ・ピストン9は、図1cの第二の位置まで移動する。このようにして、後方信号チャンネル14は代わりに高圧力11に開放され、バルブ・ピストン9を通ってハンマー・ピストンの前方駆動領域6まで及んでいる。高圧力11から前方信号チャンネル10への通路は閉じられ、ハンマー・ピストンの後方駆動領域8はもはや圧力下に置かれることなく、代わりにバルブ・ピストン9を介して低圧力23に接続される。この圧力変化は、ハンマー・ピストン1がむしろ後方に押し戻されるようにハンマー・ピストン1の運動方向を転換する。
ハンマー・ピストン1は、図1dでは後方に移動している。調整ピン15の形状の調整装置は、ストロークの長さの設定を可能にしている。この例では、調整ピン15は第一の調整ピン・チャンネル(図示していない)、第二の調整ピン・チャンネル16、及び第三の調整ピン(図示していない)を有する。基本のストローク調整チャンネル17、第一のストローク調整チャンネル18、第二のストローク調整チャンネル19、及び第三のストローク調整チャンネル20は、ハウジング内に設けられている。基本のストローク調整チャンネル17は第二の調整チャンネル21を通ってバルブ・ピストンの第二の調整域22に接続される。
調整ピン15が第一の位置に置かれる場合、第一の調整ピン・チャンネルは基本のストローク調整チャンネル17を第一のストローク調整チャンネル18に接続する。調整ピン15が第二の位置に置かれる場合、第二の調整ピン・チャンネル16は基本のストローク調整チャンネル17を第二のストローク調整チャンネル19に接続する。調整ピン15が第三の位置に置かれる場合、第三の調整ピン・チャンネルは基本のストローク調整チャンネル17を第三のストローク調整チャンネル20に接続する。
調整ピン15は、図1dに第二の位置で示されている。ハンマー・ピストン1が後方へ動いている間に圧力11に対して第一のストローク調整チャンネル18を開く時には、この位置の第一のストローク調整チャンネル18が基本のストローク調整チャンネル17に接続されないので、何も起こらない。
しかしながら、ハンマー・ピストン1がさらに後方に僅かな距離動く場合には、第二のストローク調整チャンネル19は圧力に押されて開かれる。第二の調整ピン・チャンネル16は、第二のストローク調整チャンネル19を基本のストローク調整チャンネル17に、それにより第二の調整チャンネル21及びバルブ・ピストンの第二の調整域22に接続する。これにより、バルブ・ピストンの第二の調整域22を圧力下に置き、バルブ・ピストン9を第一の位置へ移動させる。ハンマー・ピストンの前方駆動領域6が、もはや圧力下に置かれないように後方信号チャンネル14への通路は閉じられる。このようにして、ハンマー・ピストン1は方向を転換し、再び前方へ移動するようにされ、ストローク・サイクルは図1aに従い再び開始される。
これに代わって、調整ピン16が第一の位置に置かれる場合には、ハンマー・ピストン1が第一のストローク調整チャンネル18を通過した際にバルブ・ピストンの第二の調整域22は既に圧力下に置かれている。従って、ハンマー・ピストン1は先に方向を転換している。同様に、調整ピン16が第三の位置に置かれている場合には、ハンマー・ピストン1が第三のストローク調整チャンネル20を通過するまで第二の調整域22は圧力下に置かれることはない。従って、ハンマー・ピストン1は後に方向を転換する。ハンマー・ピストン1のストロークの長さは、このようにして選択することができ、またこれに関連して異なるエネルギー及び振動数の衝撃を得ることができる。
図1a〜図1dの調整ピン15は、上記非特許文献1の中で述べられているように、幾つかの調整ピン・チャンネルを有する調整ピン15を介して調整することができ、調整ピン・チャンネルは、最初にナットを緩め、次いで別の位置に調整ピンを回転させ、そして再度ナットを留める回転によって選択することができる。別の代わりの手段は、調整ピン15を緩めて外し、別の種類の調整ピン・チャンネルと交換することである。両代わりの手段は工具を必要とし実行するのが難しい。
本発明による解決策は、以下の図面に示されている。かかる解決策は、図示された調整ピン15の代わりに、例えば上記の交番圧力型の衝撃機構或いは類似のものにおいて使用できる。さらに本発明は、定圧型衝撃機構及びストロークの長さを調整することが必要なその他の考え得る衝撃機構で使用することも可能である。上述のように、ハンマー・ピストンが軸アダプタに或いはドリルビットやドリル・ストリングに或いは代りにノミや類似のものに直接衝撃を与えるかどうかは、関連するものではない。これらはすべて、衝撃を行うアンビルの変形例と見なすことができる。
図2a〜図2c及び図3a〜図3cには、調整ピン31或いは類似の形状で衝撃機構のハウジング32内に取付けられた調整装置が示されている。図3aは、調整ピン31を単独で示している。図3cは、側方から見たハウジング32を単独で示している。図2a〜図2c及び図3bは、調整ピン31を取付けたハウジング32を示している。
調整ピンは、内側端部33及び外側端部34を有する。調整ピン31は、第一の溝35、第二の溝36及び第三の溝37を有する。これらの溝は調整ピンの軸38に沿って切られた縦方向の溝で、それらが相互に分離されていることが好ましい。上記のように、溝35、36、37は調整ピン・チャンネルの機能を有しており、溝35、36、37は、ハウジングにある基本のストローク調整チャンネル17を、第一のストローク調整チャンネル18と、第二のストローク調整チャンネル19と、或いは第三のストローク調整チャンネル20とにそれぞれ接続するのに使用することができる。従って、調整ピン・チャンネルを選択しそしてこのようにしてストローク調整チャンネルを回転によって選択することが可能である。
これらの調整ピン・チャンネル35、36、37及びストローク調整チャンネル18、19、20は、異なる仕方で設計されてもよい:同様の機能が実行される限り、チャンネル数及びそれらの形状は関連するものではない。特に、チャンネル数は2つ或いは4つ、有利には3つであってもよい。
取付け装置44は、ペグ43或いは類似の形状で調整ピン31上に設けられるのが好ましい。ここでは卵形であるが別の形状を有してもよい。ペグ43は、3つのくぼみ44、45、46の形状でハウジングにおける取付け装置44、45、46に嵌合する。ペグ43が接触するようになるくぼみ44、45、46を選択することによって、調整ピン31の回転されることになる量は選択され、及びしたがって調整ピン・チャンネル35、36、37のうちの対応する調整ピン・チャンネルも、さらに拡大すると、ストローク調整チャンネル18、19、20のうちの対応するストローク調整チャンネルも選択されることになる。このようにして、ストロークの長さは選択される。
より高い強度を得るために、調整ピン31は、調整ピン31の周囲に円形に配置された2つ又は3つのペグ43a、43b、43cを備え得、それにより、2つ又は3つのペグ43a、43b、43cが1つ以上のくぼみ44、45、46と同時に接触できるようにしている。図4a〜図4cに示す例参照。
代わりにかつ対照的に、ペグ又は複数のペグはハウジング32内に配置され得、一方くぼみは調整ピン31に配置される。また、機能を変更することなく他の取付け装置を設けてもよい。
調整ピン31は、例えば調整ピンの外側端部34が通り抜けることができる穴50を備えたナット49によってハウジングに取付けられてもよい。
フランジ或いは類似の部材47は調整ピン31に設けられ、さらにバネ48或いは類似の形状の弾性要素も設けられ、張力を付加した状態でその一方の端部51でフランジ47と、他方の端部52でナット49或いはハウジング32の別の部分と接触させる。これに関連してハウジング32に取付けられたナット49或いは他の部分は、ハウジング32の一部分であると考えられる。
このようにして軸方向バネ負荷の下に置かれている調整ピン31によって、ペグ43は選択されたくぼみ44、45、46の空間に適切に保持される。これにより、調整ピン・チャンネル35、36、37は適切な位置及び意図した機能に保持されることを保証している。
さらなる代りとして、フランジ47自体は3つのペグとして設計され、これらのペグは、バネ48がそれらと接触することができるように十分に広い。
調整ピン・チャンネル35、36、37及び従ってストロークの長さを変更するために、作業者は、調整ピンの外側端部34すなわち別の対応する作動手段34を引き、バネ48を圧縮する。作業者は、ペグ43がくぼみ44、45、46から解放されるようになるまで引っ張る。そこで、調整ピン31を回転させることが可能になり、別のくぼみ44、45、46にペグ43を嵌合することができる。作業者が、調整ピンの外側端部34を解放すると、調整ピンはネジ力でその位置に回復し、一方、ペグ43は新しいくぼみ44、45、46に迅速に保持される。
調整ピン31の把持を容易にするか又は調整ピン31がハウジング上のマーキング55、56、57に対して設定された3つの位置のうちのどれを表示するのか、そのどちらか一方のために或いはその両方のために、調整ピンの外側端部34はピン53或いは類似の手段を備えてもよい。
図5a〜図5c及び図6a〜図6bには一実施形態が示され、バネ48は、調整ピン・チャンネル35、36、37の変更中、最も外側の端部34が引抜かれる代わりに押されるように配置され、それよってくぼみ44からペグ43を解放するためにバネ48は圧縮される。
図6bは、調整ピン・チャンネル35、36、37がどのようにして相互に分離されるかを断面図で示している。
さらに、弾性要素48のその他の変形例は、例えば圧縮されるのではなくむしろ引き離される要素として想定できる。これはすべての実施形態に当てはまる。
図7a〜図7c及び図8a〜図8bはさらなる実施形態を示している。前記した実施形態では、ストロークの長さの調整を可能にするには衝撃機構が動作中でないことが必要である。これらの場合、調整ピン・チャンネル35、36、37は、相互に分離されるが溝或いは類似の手段を含んでいた。
対照的に、図7a〜図7c及び図8a〜図8bには、相互に遷移する3つの調整ピン・チャンネル135、136、137を示している。これにより、調整ピン31がどのように回転するかに無関係に、基本のストローク調整チャンネル17とストローク調整チャンネル18、19、20のうちの1つとの間の接続が常に形成されることを保証し、そしてまた衝撃機構が機能できることを保証している。
図7a〜図7c及び図8a〜図8bでは、取付け装置43及び44は、外側端部34が引き抜かれることによって相互に緩められる。外側端部34が引き抜かれる際に、基本のストローク調整チャンネル17とストローク調整チャンネル18、19、20のうちの1つとの間の接続を維持するために、図7a〜図7c及び図8a〜図8bに示される実施形態の調整ピン・チャンネル135、136、137は、前記した実施形態の場合よりも長い。
もし、図5a〜図5c及び図6a〜図6bに示される実施形態が相互に遷移する調整ピン・チャンネルと対応した仕方で設計される場合には、かかる対応は勿論真であり、それよって調整ピン・チャンネルの拡張は、外側端部34をむしろ押すことによってストロークの長さの変更を可能にするために、他の方向に成されなければならない。
本発明は、当然上記例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で変更することができる。
1 ハンマー・ピストン
2 軸アダプタ
3 前方端部
4 後方部
6 前方駆動領域
7 後方ピストン・ブーム
8 後方駆動領域
9 バルブ・ピストン
10 前方信号チャンネル
11 高圧力
12 第一の調整チャンネル
13 第一の調整域
14 後方信号チャンネル
15 調整ピン
16 第二の調整ピン・チャンネル
17 基本のストローク調整チャンネル
18 第一のストローク調整チャンネル
19 第二のストローク調整チャンネル
20 第三のストローク調整チャンネル
21 第二の調整チャンネル
22 第二の調整域
23 低圧力
24 戻りアキュムレータ
25 吸気アキュムレータ
31 調整ピン
32 ハウジング
33 内側端部
34 外側端部
35;36;37;135;136;137 調整ピン・チャンネル(溝)
38 軸
43;43a;43b;43c ペグ
44;45;46 取付け装置(くぼみ)
47 フランジ
48 バネ
49 ナット
50 穴
51;52 端部

Claims (11)

  1. 少なくとも2つのストローク調整チャンネル(18、19、20)を設けたハウジング(32)と、
    ストローク調整チャンネル(18、19、20)との相互接続を自由に選択するように設けた少なくとも2つの調整ピン・チャンネル(35、36、37、135、136、137)を備えた調整装置(31)と、
    アンビル(2)に反復して衝撃を与えるためにハウジング(32)で往復運動を行なうハンマー・ピストン(1)と
    を有し、
    ハンマー・ピストン(1)が調整ピン・チャンネル(35、36、37、135、136、137)及びストローク調整チャンネル(18、19、20)によって選択できるストロークの長さを有する衝撃機構であって、
    調整装置(31)が、選択されたハンマーピストンのストローク長のための位置に調整装置(31)を維持するように設けられた弾性要素(48)と、調整ピン・チャンネル(35、36、37、135、136、137)、即ち、ハンマー・ピストン(1)のストロークの長さを選択するように調整装置(31)を作動する手動で操作可能な作動手段(34)とを備え
    調整装置(31)の取付け装置(43)とハウジング(32)にある取付け装置(44、45、46)とが少なくとも2つの異なる仕方で相互に嵌合するように、しかもハウジングにおける取付け装置(44、45、46)と調整装置の取付け装置(43)とがどのように嵌合されるかに依存して調整ピン・チャンネル(35、36、37、135、136、137)が選択されるように、ハウジング(32)における対応する取付け装置(44、45、46)内に嵌合するよう配置された取付け装置(43)を調整装置(31)に設け、
    作動手段(34)がハウジング(32)から引き抜かれる際に、ハウジングの取付け装置(44、45、46)から調整装置の取付け装置(43)が外されるように作動手段(34)が設けられている
    ことを特徴とする衝撃機構。
  2. 少なくとも2つのストローク調整チャンネル(18、19、20)を設けたハウジング(32)と、
    ストローク調整チャンネル(18、19、20)との相互接続を自由に選択するように設けた少なくとも2つの調整ピン・チャンネル(35、36、37、135、136、137)を備えた調整装置(31)と、
    アンビル(2)に反復して衝撃を与えるためにハウジング(32)で往復運動を行なうハンマー・ピストン(1)と
    を有し、
    ハンマー・ピストン(1)が調整ピン・チャンネル(35、36、37、135、136、137)及びストローク調整チャンネル(18、19、20)によって選択できるストロークの長さを有する衝撃機構であって、
    調整装置(31)が、選択されたハンマーピストンのストローク長のための位置に調整装置(31)を維持するように設けられた弾性要素(48)と、調整ピン・チャンネル(35、36、37、135、136、137)、即ち、ハンマー・ピストン(1)のストロークの長さを選択するように調整装置(31)を作動する手動で操作可能な作動手段(34)とを備え、
    調整装置(31)の取付け装置(43)とハウジング(32)にある取付け装置(44、45、46)とが少なくとも2つの異なる仕方で相互に嵌合するように、しかもハウジングにおける取付け装置(44、45、46)と調整装置の取付け装置(43)とがどのように嵌合されるかに依存して調整ピン・チャンネル(35、36、37、135、136、137)が選択されるように、ハウジング(32)における対応する取付け装置(44、45、46)内に嵌合するよう配置された取付け装置(43)を調整装置(31)に設け、
    作動手段(34)がハウジング(32)内に押される際に、ハウジングの取付け装置(44、45、46)から調整装置の取付け装置(43)が外されるように作動手段(34)が設けられている
    ことを特徴とする衝撃機構。
  3. 作動手段(34)が調整装置(31)の軸線方向外側端部(34)であることを特徴とする請求項1又は2記載の衝撃機構。
  4. 作動手段(34)が作動手段(34)の回転によってストローク調整チャンネルと接続する調整ピン・チャンネル(35、36、37、135、136、137)を選択するように構成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の衝撃機構。
  5. 調整装置の取付け装置(43)が少なくとも1つの係止突起(43)を備え、また、ハウジングの取付け装置(44、45、46)が少なくとも1つのくぼみ(44、45、46)を備えることを特徴とする請求項1又は2記載の衝撃機構。
  6. 調整装置の取付け装置(43)が少なくとも1つのくぼみ(43)を備え、またハウジングの取付け装置(44、45、46)が少なくとも1つの係止突起(44、45、46)を備えることを特徴とする請求項1又は2記載の衝撃機構。
  7. 調整ピン・チャンネル(35、36、37)が相互に分離されて設けられていることを特徴とする請求項1〜の何れか一項記載の衝撃機構。
  8. 複数の調整ピン・チェンネル(135,136,137)が連続する一つのチャンネルとして設けられていることを特徴とする請求項1〜の何れか一項記載の衝撃機構。
  9. アンビル(2)がグループ:軸アダプタ、ドリル・ストリング、ドリルビット、ノミのうちの何れか1つであることを特徴とする請求項1〜8の何れか一項記載の衝撃機構。
  10. 請求項1〜9の何れか一項記載の衝撃機構を備える削岩機。
  11. 請求項10に記載の削岩機を備えるドリルリグ。
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