JP6560098B2 - 油圧ダウンザホールドリルのアキュムレータ - Google Patents

Description

本発明は、油圧ダウンザホールドリルに係り、特に、油圧ダウンザホールドリルのアキュムレータに関する。

油圧で駆動するブラストホールドリルの打撃機構部は、高圧回路と低圧回路にそれぞれアキュムレータを備えている。油圧ドリフタの場合、アキュムレータは、打撃ピストンや切換バルブといった構成部品を内部に摺嵌したシリンダの外周面に装着されている。
これに対し、油圧ダウンザホールドリルの場合は、打撃機構部が先端ビットの直後のケーシングパイプ内に配設されている。そのため、アキュムレータも必然的にケーシングパイプ内に設けることになる。なお、本明細書において、図中の軸線方向左側を穿孔の進行方向とし、左側を前方または前側、右側を後方または後側として説明をする。

従来の油圧ダウンザホールドリルのアキュムレータとしては、例えば図７に示すものが提案されている。
同図に示すように、このアキュムレータは、管体１１０内を多重管構造として、中心に高圧路１７０設け、管体１１０と高圧路１７０との間に、高圧路１７０と同心の環状空間とを形成している。そして、その環状空間をダイヤフラム１８０でガス室１９０と油室２００とに隔成し、油室２００と高圧油通路１７０との間の隔管１４０に複数の油孔２３０を穿設し、接合面に凹凸を形成した複数のディスタンスリング３００を、隔管１４０の油室２００側に各接合面が油孔２３０に臨むよう連設している（例えば特許文献１参照）。
従来の油圧ダウンザホールドリルのアキュムレータでは、高圧油通路１７０、低圧通路１６０、およびフラッシング通路１５０の管体１１０内における径方向の配置は、中心が高圧油通路１７０、その外側が低圧通路１６０、そして、最外側がフラッシング通路１５０となっている。

特開平６−３４１４０３号公報

ここで、高圧油通路１７０と油室２００との間には、隔管１４０とディスタンスリング３００が介挿されているが、これはディスタンスリング３００が、その内周面が隔管１４０の外周面に当接して組み付けられているためであり、ガス室１９０と低圧通路１６０を画成するためのインナーケーシング１３０、低圧通路１６０とフラッシング通路１５０を画成するためのアウターケーシング１２０がそれぞれ必要であることから、従来の油圧ダウンザホールドリルのアキュムレータは、管体１１０の内部に、４つの管部材からなる多重管構造を収容している。なお、図中、高圧油のイメージを大きなドットの網掛けで示し、低圧油のイメージを小さなドットの網掛けで示している（以下同様）。

また、高圧油通路１７０の高圧油が油室２００に蓄圧される際には、図８に示すように、隔管１４０側に形成された油孔２３０および環状溝２４０、並びに、ディスタンスリング３００側の凹部３２０と接合面３１０の間隙および油路３４０の計４つの経路を通過することになる。このように、従来の油圧ダウンザホールドリルのアキュムレータは、構造が複雑で構成部材も多いので、コストが嵩み、また、圧油の通過経路も複雑なので圧力損失が大きいという問題がある。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、比較的に構造が簡素な油圧ダウンザホールドリルのアキュムレータを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る油圧ダウンザホールドリルのアキュムレータは、中空円筒状のアウタケースと、該アウタケース内に同心状に配設された３つの管状部材であって前記アウタケースの中心側から外周側に向けて順に配設されたインナパイプ、スクリーン部材および圧力容器部材と、前記スクリーン部材と前記圧力容器部材との間に配設されたダイヤフラムとを備え、前記インナパイプの内径空間に設けられたフラッシング通路と、前記インナパイプの外周面と前記スクリーン部材の内周面との間に形成される環状隙間に設けられた蓄圧流体通路と、前記スクリーン部材と前記ダイヤフラムの界面に設けられた蓄圧部と、前記ダイヤフラムと前記圧力容器部材の内周面との間に形成される閉空間に設けられたガス室と、前記圧力容器部材の外周面と前記アウタケースの内周面との間に形成される環状隙間に設けられた非蓄圧流体通路とを有することを特徴とする。

本発明の一態様に係る油圧ダウンザホールドリルのアキュムレータによれば、アウタケースの内部は、３つの管状部材からなる多重管構造を収容するので、４つの管状部材からなる多重管構造を収容する従来のアキュムレータに比べて構造が簡素化されるのでコストを低減することができる。
ここで、本発明の一態様に係る油圧ダウンザホールドリルのアキュムレータにおいて、前記スクリーン部材は、複数のディスタンスリングが相互に係合することで構成されており、前記蓄圧流体通路と前記蓄圧部とを連通する経路が、前記ディスタンスリングの係合部に設けた油孔と、該油孔の外側に形成される環状油路と、該環状油路の開口部であるスリットとから構成されていることは好ましい。
このような構成であれば、アキュムレータに蓄圧する際の圧油が通過する経路は、実質的に２つであり、４つの経路を通過する従来のアキュムレータに比べて圧力損失が大幅に低減される。

上述のように、本発明によれば、比較的に構造が簡素な油圧ダウンザホールドリルのアキュムレータを提供することができる。

本発明の一態様に係る油圧ダウンザホールドリルの一実施形態の説明図である。 本発明の一態様に係る油圧ダウンザホールドリルのアキュムレータの一実施形態を示す軸線に沿った断面図である。 図２の高圧アキュムレータの部分の縦断面図である。 図３のＡ部詳細説明図である。 図３のＢ―Ｂ線断面図である。 図３のＣ―Ｃ線断面図である。 従来の油圧ダウンザホールドリルのアキュムレータの一例を示す縦断面図である。 図７の要部詳細説明図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
特に、本発明では多重管構造の各管路配置が重要なので、原図の尺度を変更してデフォルメするとともに、管路の視認性を優先して断面のハッチングを適宜省略している。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。

本実施形態の油圧ダウンザホールドリルは、図１に示すように、先端側から後方に向けて、ビット１００、打撃機構９０、アキュムレータ１、継ぎロッド８０、スイベル機構７０および回転機構６０が順次に接続されて構成されている。
この油圧ダウンザホールドリルは、不図示の油圧源からスイベル機構７０を介して打撃機構９０に圧油を供給し、打撃機構９０の駆動によってビット１００に打撃を与えるとともに、回転機構６０から継ぎロッド８０、アキュムレータ１、打撃機構９０を介して回転力をビット１００に伝達することにより、所期のさく孔を行うようになっている。

上記アキュムレータ１は、図２に縦断面図を示すように、高圧アキュムレータ１０と低圧アキュムレータ５０とを前後に隣接した構成を有する。高圧アキュムレータ１０と低圧アキュムレータ５０の構成は、両者で共通している。両者の差異点は、後述するガス室３０にチャージする窒素ガスの圧力設定を変えているだけである。したがって、本明細書では、以下、高圧アキュムレータ１０のみを図面を参照しながら説明し、低圧アキュムレータ５０については説明を適宜省略する。
高圧アキュムレータ１０は、図３に示すように、中空円筒状のアウタケース２１と、このアウタケース２１内に、中心側から外周側へ向けて同心状に、インナパイプ１１、スクリーン部材Ｓ、および圧力容器部材Ｒからなる３つの管状部材が配設されている。

スクリーン部材Ｓは、複数のディスタンスリング１２と、その前後に設けられた前側サポートリング１３および後側サポートリング１４をそれぞれ係合して構成されている。また、圧力容器部材Ｒは、インナケース１８、前側アダプトリング１９および後側アダプトリング２０によって構成されている。スクリーン部材Ｓと圧力容器部材Ｒとの間にダイヤフラム１５が設けられている。
インナパイプ１１は、略ストレート形状の管状部材であり、先端側が前側キャップ１６に支持され、後端側がジョイント２２に支持されている。インナパイプ１１の内径空間（アキュムレータ１０の軸心部分の空間）は、フラッシング流体通路２６となっている。また、インナパイプ１１の外周面とスクリーン部材Ｓの内周面との間に形成される環状隙間が、蓄圧流体通路、すなわち、高圧油通路２７となっている。

各ディスタンスリング１２は、図４に示すように、大径部１２ａの前方に、円環状の前側係合部１２ｄが突出したリング状の部材である。大径部１２ａの前後には、大径部前端面１２ｂおよび大径部後端面１２ｃがそれぞれ形成されており、大径部後端面１２ｃの隅部には大きなＲ面取りが施されている。大径部１２ａの後方の内部には、後側係合部１２ｆと凹部１２ｉとが形成されている。前側係合部１２ｄの前端には、係合部前端面１２ｅが形成され、後側係合部１２ｆには、係合部後端面１２ｇが形成されている。前側係合部１２ｄには、油孔１２ｈが周方向に離隔して等配に設けられている。

複数のディスタンスリング１２同士は、図４に示すように、前側係合部１２ｄと後側係合部１２ｆとが係合することで相互に連結され、大径部前端面１２ｂ、大径部後端面１２ｃ、および凹部１２ｉによって環状油路１２ｊが形成され、環状油路１２ｊに連続してスリット１２ｋが形成されている。これら油孔１２ｈ〜環状油路１２ｉ〜スリット１２ｋは、蓄圧流体、すなわち高圧油の通過経路を形成している。
前側サポートリング１３の後部は、ディスタンスリング１２の後部と同じ構成を備えており、後側サポートリング１４の前部は、ディスタンスリング１２の前部と同じ構成を備えている。これにより、図３に示すように、前側サポートリング１３、ディスタンスリング１２、および、後側サポートリング１４は、相互に連結されてスクリーン部材Ｓを構成している。なお、後側サポートリング１４には、ガス室３０にガスを給排気するための給排気通路１４ａが設けられている。

インナケース１８は、その中央部の内周面に、図３において台形状を呈した凹部１８ａが形成されており、凹部１８ａの前後には、台形の斜辺と略連続する傾斜面を有する前側アダプトリング１９、および、後側アダプトリング２０が設けられている。後側アダプトリング１４には、ガス室３０にガスを給排気するための給排気通路２０ａが設けられている。
前側サポートリング１３と前側アダプトリング１９、そして、後側サポートリング１４と後側アダプトリング２０は、ダイヤフラム１５の前後端部をそれぞれ保持しており、ダイヤフラム１５と圧力容器部材Ｒの内周面との間に形成される閉空間（インナケース凹部１８ａが形成する閉空間）にガス室３０が形成され、これにより、ダイヤフラム１５とスクリーン部材Ｓとの界面が蓄圧部２９になっている。

インナケース１８の前後は、図３に示すように、前側キャップ１６および後側キャップ１７が螺着されており、これによってスクリーン部材Ｓの各構成部材と圧力容器部材Ｒの各構成部材とが一体に組付けられている。そして、前側キャップ１６の大径部と後側キャップ１７の大径部がアウタケース２１の内径に当接して保持されることで高圧アキュムレータ１０が構成されている。
前側キャップ１６の大径部には連通溝１６ａが設けられ、内部には傾斜通路１６ｂが設けられている。また、後側キャップ１７の大径部には複数の連通溝１６ａが設けられ、後側キャップ１７の内部には、ガス室３０にガスを給排するためのチャージバルブ２４、プラグ２５（図６参照）、および、吸排気孔１７ｂが設けられている。アウタケース２１の内径と連通溝１６ａ、１７ａとの隙間、およびアウタケース２１の内周面とインナケース１８の外周面との間に形成された環状隙間が、非蓄圧流体通路、すなわち、低圧油通路２８になっている。

なお、低圧アキュムレータ５０の場合は、前側キャップ１６の代わりに、図２に示すようにジョイント２２が螺着されている。ジョイント２２は、高圧アキュムレータ１０と低圧アキュムレータ５０それぞれのアウタケース２１を接続するねじ部を２箇所備えており、さらに、後述する高圧油通路２７を内側から外側へと導く傾斜通路２２ａと、低圧通路２８を外側から内側へと導く傾斜通路２２ｂとを備えている。なお、図２および図３に示すように、キャップ１７の内周面とジョイント２２の内周面とは、アウタパイプ２３によって相互に接続されており、高圧油通路２７と低圧油通路２８とを隔成している。

次に、本実施形態の油圧ダウンザホールドリルのアキュムレータ１の動作、および作用効果について説明する。
本実施形態の油圧ダウンザホールドリルを駆動してさく孔作業を行う場合、外部のコンプレッサからの圧縮空気がフラッシング流体通路２６に供給されて先端のビット１００から吐出し、外部の油圧ポンプからの高圧油が高圧油通路２７に供給されて打撃機構９０を駆動した後、低圧油回路２８を通り外部のタンクへと戻される。
打撃機構９０で圧油の脈動が発生するとアキュムレータ１がこれを蓄圧する。高圧アキュムレータ１０において高圧油通路２７内で脈動による圧力上昇が発生すると、圧油は油孔１２ｈ〜環状油路１２ｉ〜スリット１２ｋを経て蓄圧部２９へと伝達しダイヤフラム１５を押圧する。ダイヤフラム１５が押圧されて変形することによってガス室３０の窒素ガスが圧縮し、圧油の脈動は蓄圧部２９に蓄圧される。蓄圧された圧油は吐出されて打撃機構９０の作動に供される。

低圧アキュムレータ５０においては、ジョイント２２の傾斜通路２２ａ、２２ｂによって高圧油の流通経路と低圧油の流通経路の位置関係が逆転し、蓄圧流体通路に低圧油が流通するので低圧油の脈動が蓄圧される。
そして、上述したように、この油圧ダウンザホールドリルのアキュムレータ１によれば、アウタケース２１の内部は、３つの管状部材からなる多重管構造を収容するので、例えば図７に示した、４つの管状部材からなる多重管構造を収容する従来のアキュムレータに比べて構造が簡素化されるのでコストを低減することができる。

また、このアキュムレータ１によれば、スクリーン部材Ｓは、複数のディスタンスリング１２が相互に係合することで構成されており、蓄圧流体通路５１と蓄圧部２９とを連通する経路が、ディスタンスリング１２の係合部に設けた油孔１２ｈと、この油孔１２ｈの外側に形成される環状油路１２ｊと、この環状油路１２ｊの開口部であるスリット１２ｋとから構成されているので、アキュムレータ１に蓄圧する際の圧油が通過する経路は、実質的に２つであり、４つの経路を通過する従来のアキュムレータに比べて圧力損失が大幅に低減することができる。

以上、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明したが、本発明に係る油圧ダウンザホールドリルのアキュムレータは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しなければ、その他の種々の変形や各構成要素を変更することが許容されることは勿論である。
例えば、上記実施形態では、圧力容器部材Ｒは、インナケース１８、前側アダプトリング１９、および後側アダプトリング２０によって構成した例を説明したが、これに限らず、一体成形部品としてもよい。

また、例えば、インナケース１８の中央部の長手方向の寸法について、ディスタンスリング１２の係合部前端面から係合部後端面までの寸法分を延長または短縮した変形インナケースを用意し、それに合わせてディスタンスリング１２の連結個数を変更して組み付ける構成としてもよい。このような構成であれば、ガス室３０の容積、すなわちアキュムレータ特性を容易に変更することができる。

１ アキュムレータ
１０ 高圧アキュムレータ
１１ インナパイプ
１２ ディスタンスリング
１２ａ 大径部
１２ｂ 大径部前端面
１２ｃ 大径部後端面
１２ｄ 前側係合部
１２ｅ 係合部前端面
１２ｆ 後側係合部
１２ｇ 係合部後端面
１２ｈ 油孔
１２ｉ 凹部
１２ｊ 環状油路
１２ｋ スリット
１３ 前側サポートリング
１４ 後側サポートリング
１４ａ 給排気通路
１５ ダイヤフラム
１６ 前側キャップ
１６ａ 連通溝
１６ｂ 傾斜通路（高圧）
１７ 後側キャップ
１７ａ 連通溝
１７ｂ 給排気孔
１８ インナケース
１８ａ 凹部
１９ 前側アダプトリング
２０ 後側アダプトリング
２０ａ 給排気通路
２１ アウタケース
２２ ジョイント
２２ａ 傾斜通路（高圧）
２２ｂ 傾斜通路（低圧）
２３ アウタパイプ
２４ チャージバルブ
２５ プラグ
２６ フラッシング流体通路
２７ 高圧油通路（蓄圧流体通路）
２８ 低圧油通路（非蓄圧流体通路）
２９ 蓄圧部
３０ ガス室
５０ 低圧アキュムレータ
Ｓ スクリーン部材
Ｒ 圧力容器部材

Claims (2)

1. 中空円筒状のアウタケースと、該アウタケース内に同心状に配設された３つの管状部材であって前記アウタケースの中心側から外周側に向けて順に配設されたインナパイプ、スクリーン部材および圧力容器部材と、前記スクリーン部材と前記圧力容器部材との間に配設されたダイヤフラムとを備え、
   前記インナパイプの内径空間に設けられたフラッシング通路と、前記インナパイプの外周面と前記スクリーン部材の内周面との間に形成される環状隙間に設けられた蓄圧流体通路と、前記スクリーン部材と前記ダイヤフラムの界面に設けられた蓄圧部と、前記ダイヤフラムと前記圧力容器部材の内周面との間に形成される閉空間に設けられたガス室と、前記圧力容器部材の外周面と前記アウタケースの内周面との間に形成される環状隙間に設けられた非蓄圧流体通路とを有することを特徴とする油圧ダウンザホールドリルのアキュムレータ。
2. 前記スクリーン部材は、複数のディスタンスリングが相互に係合することで構成されており、
   前記蓄圧流体通路と前記蓄圧部とを連通する経路が、前記ディスタンスリングの係合部に設けた油孔と、該油孔の外側に形成される環状油路と、該環状油路の開口部であるスリットとから構成されている請求項１に記載の油圧ダウンザホールドリルのアキュムレータ。

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