JPH01287392A - 回転ドリル法及び回転ドリル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はドリル中の物体に対し回転ヘッドに給電し、該
回転ヘッドに取付けられてドリル装置と連結するネック
エレメントが回転ヘッドの本体に対してそれの長手方向
軸線を中心に回転する回転式ドリル法に関する。

〔従来の技術〕

回転ドリル法は破砕作業の一形態であり、実際の破砕作
業は３個の円錐形ローラを有するいわゆるクラウンと称
する通常は回転ドリルビットである破砕具により実施さ
れる。該円錐形ローラは１２０°のピッチで回転ドリル
ビットの本体に軸支される。円錐形ローラには丸形突出
端を有する組立硬質合金スタッドを設ける。回転ドリル
ビットはドリルロンドの末端に固定される。ドリルロッ
ドの対向端は回転ヘッドにより担持されるネックエレメ
ントか又はねし連結部を有する伝送型ドリルロンドに固
定される。砕岩は回転ヘッドによって担持されるネック
エレメントを使用するドリルロンドによって回転させな
がらドリル中の岩等の物体に対して回転ドリルビットを
垂直に設けることによる回転ドリル法にて実施される。

回転ヘッドは、回転ドリル機と連結するマスト内を給電
機によって運動するようになっている。該給電機はビニ
オン／ラックか又はチェーン／モータ伝動装置のいずれ
かを有する。強力回転ドリル装置は電動式である。通常
回転ヘッドには２個の直流モータと、上方ドリルロンド
をねし止めしたネックエレメントによって出力軸を形成
する必要な歯車装置とを設ける。

現在使用されている回転ドリル装置の場合、ネックエレ
メントは軸方向に移動しないように回転ヘッドに固定さ
れる。かくて、給電力は回転ヘッドのスラスト軸受に直
接伝達される。

前述の回転ドリル法で作動する装置の最も重大な問題の
１つは、回転ドリルビットの構造と、ドリル中の物体の
特性とによって不規則な振動が生じることである。先ず
、回転ドリルビットの円錐形ローラの外面には円錐軸の
外面から突出する硬合金製スタッドを設ける。円錐ロー
ラのボスは往復垂直運動するように設定されているので
現在使用されている装置の場合、ドリルロンドとそれの
末端部の回転ヘッドは該運動に相応した動きをする。第
２でもっと大きな振動源は、洗浄媒体によって回転ドリ
ルビットの下方からすぐには流し去ることの出来ない岩
の破片である。回転ドリルビットはかかる岩の破片を細
かく粉砕するようにはなっている。破砕作業中、該岩の
破片によって回転ドリルビットに上向きの力が生じる。

前記理由により、現在使用されている回転ドリル機構に
は多数の欠点があり、そのうちの最も重要なものを以下
に記載する。

一円錐ローラの軸受が急速に摩耗し、硬質合金製スタン
ドが過負荷により摩耗して砕けやすいので回転ドリルビ
ットの実用寿命が短い。

−給電力の変動が著しいのでドリル能力は高くない（砕
岩に必要な給電力はドリル機構に現れる上向き加速で低
（なりすぎる場合がある）。

−実際の振動によって回転ドリル機及び回転ドリル機構
の構造体に応力が加わり、ジヨイントや給電機構を変質
させる。

一回転ヘッドの軸受及び電気モータに応力が加わる。

一振動により回転ドリル機全体がずれる傾向にあるので
、ドリル管の弯曲や中ぐり部穴が破損したりつまったり
する。

−特に振動により回転ドリル機の作業員に対する作業時
の安全性が不十分である。

第１図は現在使用されている回転ドリル機構の時間に対
する給電力の変動を示す曲線である。時間を表わす軸線
に対して平行な直線Ｆ、は所与の状況にて破砕を実施す
るために必要な給電力を示す。瞬時の給電力を示す曲線
に該線のいずれかの側にて変動する。前記直線Ｆ、と交
差する力のピークにより回転ドリルビットの軸受に特別
な応力が加わるのでそれらの耐用年数は該ピークによっ
て未定される。線Ｆの下方の力は砕岩用として不充分で
ある。給電力が急激に変動するので振動となる。

当然のことながら、回転ドリルに効果があって、回転ド
リルビットとドリルされる物体によって生じる前述の要
因を除去することは不可能であるが、本発明の回転ドリ
ル法を適用することによって、回転ドリル作業と回転ド
リル装置の両方に関する決定的な影響を克服することが
できる。

この目的を達成するため本発明の方法は主として以下の
特徴を有する。すなわち 一ネックエレメントが、回転ヘッド本体を介して通常の
ドリル状況にて圧力媒体によって生じる２種類の反対方
向の力を受け、第１カがドリル方向に働き、第２力がド
リル方向と反対の方向に働き、第１カの方が大きくてそ
の差が給電力となり、 一該ネツクエレメントには該給電力が働く方向へ移動可
能な部分を設けるのでこれによりドジル中にネックエレ
メントに加えられる給電力と反対の力が給電力を上回り
、該ネックエレメントが回転ヘッド本体に対してドリル
方向に移動し、 一該運動中、第１カの力が少なくとも通常状態に等しく
なるように保持されて第２力の作用が除去され、給電力
と反対方向で該ネックエレメントに加えられる力の作用
が減少すると、該第１カ及び第２カ、か（てそれらの差
によって生じる給電力はネックエレメントがドリル方向
に移動する時に復元する。

前記解決法によれば回転ドリル装置の回転ヘッドの振動
を回避することが可能であり、又冬物体に合わせて給電
力を適当に調整可能であり、更に給電力を正確な基準に
合わせて保持可能である。

装置全体が上向きに加速されないので給電力の変動は最
小限になる。回転ドリルビットは常に破砕作業に必要な
力以上の力を受けるので、破砕作業は現在使用されてい
る装置よりも時間的に効果がある。回転ドリルビットの
円錐ローラ上の軸受荷重が従来のものより均一に配分さ
れるので軸受の寿命が長くなる。すなわち、従来のもの
と同じに軸受の耐用年数を計算した場合、給電力が増加
するのでドリル効率が改良される。このことは特に力を
多く必要とする硬質の岩を破砕する場合に極めて効果的
である。他方、当然のことながら、ドリル能力は、洗浄
媒体により実施される砕岩破片の排出がすみやかに行わ
れるか否かによって左右される。

〔作用及び実施例〕

本発明の他の特徴及び利点は本発明の好適実施例を示す
添附の図面を参照して以下に詳述する。

第２図に示す給電力の変動曲線は第３図に示す原理によ
って得られる。第３図は本発明方法の作動原理を示す線
図である。かくて、回転ヘッドの本体ｌにはネックエレ
メント３により担持されるピストン３ａを設けるシリン
ダスペース２を設ける。ピストン３ａはシリンダスペー
ス２を２個の圧力室に分割する。第１圧力室４は供給ダ
クト５を介して圧力媒体源と連結する。更に、該第１圧
カ室４はダクト６を介して圧力アキュムレータ７又はそ
れに類するものと連結する。第１圧力室内の圧力媒体の
圧力は、ネックエレメント３のピストン３ａ上の第１軸
受面８に力Ｆ、を加える。これにより第１力Ｆ、はドリ
ル方向に働く　（矢印Ｐ）。

第２圧力室９は供給管１０を介して圧力媒体源と連結し
、該圧力室内の圧力はネックエレメント３の第２力３ａ
の第２軸受面１１に加えられる。これにより第２力Ｆ２
はドリル方向と反対の方向に働く　（矢印Ｐ）。更に回
転ヘッド本体ｌには相応する出口管１３と連通ずる環状
排出スペース１２を設ける。

ドリル状況下にて、回転ヘッドをドリル方向に設けて力
Ｆ２を越えるように力Ｆ１を選択すると、有効給電力Ｆ
、は通常のドリル状況下にて力Ｆ１とＦ２との差となる
。かくて、ネックエレメント３は第３ａ図に示す平衡位
置をとる。従って、給電力は破砕作業に必要な力Ｆ、以
上である。

破砕に必要な力ＦＭがいくつかの前記理由によって増加
すると、ネックエレメントはシリンダスペース２内をド
リル方向とは逆の方向に移動する。

かくて、ネックエレメントを移動中、圧力媒体のいくら
かは圧力室４から蓄圧機を通過し、同時に第２圧力室９
は排出スペース１２と連通ずる。これにより第２力Ｆ２
の働きがなくなり、給電力Ｆ。

の力は第１圧力室４内の圧力により生じる力に等しくな
る。従って有効給電力Ｆ、が増加する。ネックエレメン
トにドリル方向の力が加わるということは、ネックエレ
メントがドリル方向（矢印Ｐ）により活発に移動する傾
向にあり、従って第３ｂ図に示す位置から第３ａ図に示
す通常のドリル状況に応じた平衡状況に戻す。これによ
り給電力の変動曲線は第２図に示すものとなり、これは
各時間モーメントにて少なくとも第２図に直線で示す必
要最小限の給電力Ｆ、ｓに等しい。他方過負荷ピークは
ピークを形成しない。

本発明の方法及び回転ドリル装置は例えば第４図及び第
５図に示す回転ドリル作動機と連動させて使用される。

第４．５図に示す回転下リル作動機は無限軌道１４を進
行するようにしてあり、垂直面に傾斜可能なキャビン１
５とマスト１６とを有する。該作動機は回転ドリル中に
それを地面に支持するための支持脚部１７を有する。回
転ドリル装置１８は駆動機構（図示せず）によってマス
トの長平方向にて案内部材上を移動可能なようにしであ
る。同様にマスト１６はドリルロッド保管部１９を有す
る。

第６図は回転ドリル装置１８とそれに関連する駆動機構
を示す部分断面図である。この図はマストと回転ドリル
装置との取付部を示すものでなければ、駆動機構を詳細
に示すものでもない。第６図においては相応する部品に
第３図と同じ番号をつけた。

回転ヘッドは本体１と、２個のモータ２０と、ギアシフ
ト２１とネックエレメント３を有する。

ネックエレメント３は上方ドリルロッド２３を固着する
ための下方螺止部２２を有する。下方ドリル棒の末端は
破砕具として働く回転ドリルビット２４を担持する。ギ
アシフト２１にはクラッチ２５を設けてネックエレメン
トの回転運動を伝達し、この場合該クラッチは回転ヘッ
ドの該本体１に軸受２６及び２７で軸支される。かかる
クラッチ２５は回転ヘッド本体１に対するネックエレメ
ントの軸方向への運動が容易になるような構造を有し、
しかも回転力の伝達も容易になるようなものであるが、
当業者には明らかであるからここでは詳述しない。更に
回転ヘッド本体は成形部材１ａを有し、その内部にはネ
ックエレメント３の後部、特にそれによって担持される
ピストン３ａを設ける。

ネックエレメントの後部に取付けた管連結部２８によっ
て管状ネックエレメント３　（全体は図示せず）に掃気
を通過させる。該掃気はドリルロッド２３によって該ネ
ックエレメントを通過して回転中ぐり穴２４に到る。シ
リンダスペース２のいずれかの側にはシーリング２９．
３０を設ける。回転ドリル装置はモータと液圧ポンプを
有する加圧媒体装置３１を包含する。該装置３１は１組
の弁３２によって第１圧力室４と第２圧力室９とを連結
する。１組の弁３２は、回転ヘッド駆動機構３４からく
る制御信号によって制御される２個の圧力制御弁３３ａ
及び３３ｂより成る（鎖線３５）。

本発明の回転ドリル装置は以下の如く作動する。

先ずドリル状況下にて、該駆動機構３４は、回転ドリル
装置１８と、ドリルロッド２３とビット２４に給電して
、マストによって担持される案内装置に沿ってドリルさ
れる岩の如き物体の方に到達させる。ギアシフト２１を
介して該モータ２０はネックエレメント３と、ドリルロ
ッド及び破砕具を回転させる。有効給電力Ｆ、が破砕に
必要な限界力に達すると岩石は破砕し、この場合該ネッ
クエレメント３は第１圧力室４内の圧力にて支持される
。第１圧力室の圧力Ｆ、は弁３３ａによって送給力によ
り制御されるような予め計算した値に調整される。ネッ
クエレメント３のピストン３ａの第２軸受面１１が絞り
間隙を調整するために排出スペースの縁１２ａに隣接す
る位置に到るだけの圧力を弁３３ｂから第２圧力室９内
に供給する（第３図）。力Ｆ２は力の均衡を失わせて給
電力を変動させやすくする傾向にあるので核力を最小限
にする試みを計画的に実施する。回転ドリルビット２４
からネックエレメントに加えられるドリル方向とは反対
の方向の力Ｆうによりドリルロフト２３が上方に移動す
るので、該ネックエレメントは上方へ移動して第１圧力
室４の圧力媒体を蓄圧機７内に押し入れ、これによって
蓄圧機内のガスが圧縮される。蓄圧機７の弾性エネルギ
ー定数が回転ドリル装置の主要給電力の範囲内にて一様
であるように、蓄圧機７のガス容積部をネックエレメン
ト３の第１軸受面８の表面積に比例させることが望まし
い。かくて、第１圧力室４内のネックエレメント３の運
動によって生じる圧力増加は僅かである。ドリル方向と
は反対にネックエレメント３が運動することによって回
転ドリル作動機械の全体量によって生じる力を越えるこ
とにはならず、給電力に対する反対力として働くことは
ない。かくて、回転ドリル作動機械の全体量が上方運動
を受けない。当然のことながらこれにより給電力は減少
し、振動することになる。ネックエレメント３がドリル
方向とは反対の方向に進行すると、第２圧力室９の圧力
は該第２圧力室９と排出スペース１２とが連通ずる故に
低下する（圧力媒体装置３１）。かくて、ドリル方向に
働く力Ｆ。

は第１圧力室４内の力Ｆ１に等しい。この力は有効給電
力Ｆ、を越える。かくて、ネックエレメント３は平衡位
置まで後退する傾向にある。従って、第２圧力室９内の
圧力増加により該状況の均衡が保持される。第２圧力室
及びその内部の圧力によって回転ヘッド本体に対するド
リル方向におけるネックエレメント３の進行速度は減少
し、これによってネックエレメントは往復運動するよう
に設定されない。

ドリル中の穴が完成すると、ドリルロッド２３及び回転
ドリルビット２４は上方へ後退する。帰電中、ネックエ
レメント３のピストン３ａが第２圧力室の底部に降下し
ないように第２圧力室９を高圧にしなければならない。

弁３３ｂを制御するために圧力制御装置と給電装置と連
結し、第１圧力室４の圧力は帰電中にゼロに近づく。

各ドリル状況下にて、該駆動機構３４は弁３３ａ及び３
３ｂを制御し、これにより力Ｆ、とＦ２との差及び平均
圧力値はドリル中の所与の物体に適応するように調節可
能である。

当然のことながら本発明の構造を複数の方法で実施可能
である。かくて第１圧力室がギアシフトの上方にあって
第２圧力室がギアシフトの下方になるようにシリンダス
ペース２もギアシフトの下方又はそれと同し高さに設け
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は現在使用されている回転ドリル機構の給電力の
時間に対する変動を示す曲線、第２図は本発明の回転ド
リル方法及び装置の給電力の時間に対する変動を示す曲
線、 第３図は本発明方法の作動原理を線図で示すもの、 第４図及び第５図は回転ドリル作動機の全体を示す側面
図及び正面図、そして 第６図は回転ヘッドの本体を示す横断面図である。 １・・・回転ヘッド本体、３・・・ネックエレメント、
４．９・・・圧力室、７・・・蓄圧機、１０・・・排出
管、１２・・・排出スペース、２０．２１・・・回転ヘ
ッド、２５・・・クラッチ、３１・・・圧力媒体装置、
３３ａ、３３ｂ・・・制御弁、３４・・・駆動機構。 特許出願人　　　オーワイ　タンペラ　エービー２ＬＩ 手続補正書（□） 平成　１年　４月２０日 需庁舵吉田文毅殿 １、　　１９牛の耘 昭和６３年　特許願　第３２０７４３号２、　　発明の
名称 回転ドリル法及び回転ドリル装置 ３、　　補正をする者 羽生との関係　　　　特許出願人 住　所　　フィンランド国　ニスエフ−３３１０１タン
ペレ、ピー・オー・　ボックス　２５６ 名　称　　オーワイ　タンペラ　ニービー４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ドリル中の物体に対して回転ヘッド（１、３、２０
   、２１）に給電し、回転ヘッド（１、３、２０、２１）
   に取付けられてドリル装置と連結するネックエレメント
   （３）が該回転ヘッドの本体（１）に対してそれの長手
   方向軸線を中心に回転し、 ネックエレメント（３）が、回転ヘッド本 体（１）を介して通常のドリル状況にて圧力媒体によっ
   て生じる２種類の反対方向の力（Ｆ＿１、Ｆ＿２）を受
   け、第１力（Ｆ＿１）がドリル方向に働き、第２力（Ｆ
   ＿２）がドリル方向と反対の方向に働き、第１力（Ｆ＿
   １）の方が大きくてその差が給電力（Ｆ＿Ｓ）となり、
   該ネックエレメント（３）には該給電力が 働く方向へ移動可能な部分（２５）を設けるので、これ
   により、ドリル状況下にてネックエレメント（３）に加
   えられる給電力（Ｆ＿Ｓ）と反対の力（Ｆ＿Ｍ）が給電
   力（Ｆ＿Ｓ）を上回り、該ネックエレメント（３）が回
   転ヘッド本体（１）に対してドリル方向に移動し、 該運動中、第１力（Ｆ＿１）の力が少なくとも通常状態
   に等しく保持されて第２力（Ｆ＿２）の作用が除去され
   、 給電力（Ｆ＿Ｓ）と反対方向で、ネックエレメント（３
   ）に加えられる力（Ｆ＿Ｍ）の作用が減少すると、該第
   １力（Ｆ＿１）及び第２力（Ｆ＿２）、かくてそれらの
   差によって生じる給電力（Ｆ＿Ｓ）は、ネックエレメン
   ト（３）がドリル方向へ移動する時に復元 することを特徴とする回転ドリル法。 ２）該第１力（Ｆ＿１）が所与のドリル状況にてほぼ一
   定に保持されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の回転ドリル法。 ３）該第１力（Ｆ＿１）と第２力（Ｆ＿２）、従って該
   給電力が調整可能にしてあり、特にそれらがドリルされ
   るべく物体の必要条件に合致するように調整されること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の回転ドリル法
   。 ４）該第１力（Ｆ＿１）と第２力（Ｆ＿２）が、回転ヘ
   ッド駆動機構（３４）によって制御されるようにした別
   個の値（３３ａ、３３ｂ）によって調整されることを特
   徴とする特許請求の範囲第１−３項のいずれかに記載の
   回転ドリル法。 ５）本体（１）と、ネックエレメント（３）と、該回転
   ヘッドの本体（１）に対して該ネックエレメントを回転
   させるための装置（２０、２１）とを包含し、ドリル中
   の物体に対して回転ヘッドに給電するための装置（３４
   ）と連通し、ネックエレメント（３）が回転ヘッド本体 （１）に対して長手方向軸線の方向に可動であるように
   してあり、 該回転ヘッド本体には、ネックエレメント （３）によって担持されるピストン（３ａ）を設けるよ
   うなシリンダスペース（２）又はそれに類するものを設
   け、 該ピストン（３ａ）がシリンダスペース（ ２）又はそれに類するものを２個の圧力室（４、９）に
   分割し、 両圧力室（４、９）が第１圧力室（４）と 第２圧力室（９）内の圧力媒体の圧力を調整するように
   該室と連結するようにした装置（３３ａ、３３ｂ）を有
   し、 該第１圧力室（４）がそれと連結する蓄圧 機（７）又はそれに類するものを有し、 該回転ヘッド本体（１）には排出スペース （１２）又はそれに類するものを設け、該スペースにて
   、ある種の位置にあるピストン（３ａ）が第２圧力室（
   ９）と連通するようにしてあることを特徴とする回転ド
   リル装置。 ６）ネックエレメント（３）がネックエレメント（３）
   とギアシフト（２１）との間の回転ヘッド本体（１）に
   軸支されるクラッチ（２５）によって該エレメントの長
   手方向軸線の方向に移動可能なことを特徴とする特許請
   求の範囲第５項記載の回転ドリル装置。 ７）該回転ヘッド本体（１）の上方及び又は下方（８）
   に該シリンダスペース（２）を設けることを特徴とする
   特許請求の範囲第５項記載の回転ドリル装置。 ８）第１圧力室（４）及び第２圧力室（９）内の圧力媒
   体の圧力を調整するための該装置が、回転ドリル装置に
   内蔵される圧力媒体装置（３１）と連結するように取付
   けた圧力制御弁（３３ａ、３３ｂ）を包含し、該弁が回
   転ドリル装置と連結する駆動機構（３４）からの制御信
   号によって制御されるようになっていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第５項記載の回転ドリル装置。 ９）蓄圧機（７）の弾性エネルギー定数が回転ドリル装
   置の給電力の主要作動範囲内で一様になるように蓄圧機
   （７）のガス容積部が第１圧力室（４）の容積部に比例
   することを特徴とする特許請求の範囲第５項又は第７項
   記載の回転ドリル装置。 １０）望ましくは該ピストン（３ａ）を包囲する環状ス
   ペースとして該本体内の出口管（１０）を介して圧力媒
   体装置（３１）と連通するように該回転ヘッド本体（１
   ）内のネックエレメント（３）のピストン（３ａ）に該
   排出スペース又はそれに類するものを設けることを特徴
   とする特許請求の範囲第５項記載の回転ドリル装置。