JPH04507121A - ハイブリッド空気圧衝撃式さく岩機 - 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】 ハイブリッド空気圧衝撃式さく岩槻 発明の背景 本発明は、一般的にはさく岩槻に関し、さらに詳しくいえば、ダウンホール又は アウトオブザホールのいずれかの種類のさく岩槻に関するものである。

現在は、二つの基本形式のさく岩槻がある。一つは駆動室及び戻り室の両方への 空気圧がピストンの位置によって制御される弁なし形である。米国特許第４，０ ８４，６４６号に記載されたさく岩槻は、一つの代表例である。

第２の基本形式のさく岩槻は、駆動室及び戻り室の両方への空気圧が２位置弁に よって制御される弁付き型である。米国特許第２，９３７，６１９号に記載され たさく岩槻は、−例である。

出力パワーと効率を最大にすることがすべてのさく岩槻において望ましい。これ を達成する最も効果的な方法は、ピストンの上昇行程では空気を駆動室に入れる 点を最適化し、ピストンの下降行程では駆動室への空気の供給を、停止する点を 独立に最適化することである。

弁なしさく岩槻ではこれを行うことができない。

理由は、空気導入点及び空気供給停止点がピストンの位置に結びつけられている からである。弁付きさく岩槻は、これを行うことができないが、その理由は空気 の導入及び供給停止点が駆動又は、戻り室のどちらかに通じていなければならず 、二つの室に流体をより効率よく与えるのを制限するからである。

この発明は、戻り室側に従来の弁なし構成を組入れ、駆動室側に空気の導入と空 気の供給停止の両方を独立に制御する弁を組入れることによって、出力パワーと 効率を最適化する。

発明の概要 本発明の一つの実施例において、これは、駆動位置と戻り位置の間で変位可能な ピストンを含む衝撃装置を設けることによって達成される。ピストンは、駆動圧 力面と戻り圧力面を備え、それによって、駆動圧力面に加わる流体圧力がピスト ンを戻り位置の方へ片寄せ、戻り圧力面に加わる流体圧力がピストンを駆動位置 の方へ片寄せる。第１の圧力装置が第１の流体圧力を戻り圧力面に加える。第１ の流体圧力の加え方は、ピストンの位置によって異なる。第２の圧力装置が第２ の流体圧力を駆動圧力面に加へ、第２の流体圧力の加え方はピストンによって作 られる圧力によって変る。

上述及びその他の面は、添付図面と併せて考えるとき、発明の以下の詳細な説明 から明らかになるであろう。しかし、各図は本発明の限定として考えられている のではなく、例示のためだけのものであることがはっきりと分るはずである。

図面の簡単な説明 図面において、 図１は、本発明の空気圧衝撃式さく岩槻の実施例を例示する一般外観図、 図２ａは、ピストンが戻り位置にある本発明のハイブリッドさく岩槻の左上部分 の実施例を例示する断面図、 図２ｂは、ピストンが駆動位置にあるのを除いて、図２ａと同様のハイブリッド さく岩槻の右上部分の実施例を例示する断面図、 図３ａは、ピストンが駆動位置にある本発明のハイブリッドさく岩槻の左下部分 の実施例を例示する断面図、 図３ｂは、ピストンが駆動位置にある本発明のハイブリッドさく岩槻の右下部分 の実施例を例示する断面図である。

次に図面を参照すると、図１．２ａ、２ｂ、３ａ及び３ｂは同じ要素に各図を通 じて同様の番号をつけである本発明のハイブリッド衝撃式さく岩槻の実施例を示 している。

さく岩槻か１０のところに総括的に示されている。

各図に示した特定のさく岩槻が、ダウンザホール型のものであったとしても、本 発明はアウトオブザホールさく岩槻に同様に適用できる。摩耗スリーブ１２がさ く岩槻１０の諸要素を収納している。ピストン１４がさく岩槻のビット１６を往 復打撃する。

ピストン１４は矢印１４ａで示された駆動方向又は矢印１４ｂで示された戻り方 向のいずれにも動く。

さく岩槻を通して高圧ボート１８に圧力を供給し、ピストン１４に原動力を与え る流体が流体供給管路２０を通して供給される。供給管路２０内の圧力が一旦止 まると、逆止弁２１が供給管路を通るさく岩槻からの流体の逆流を防ぐ。

ピストン１４がビット１６にごく接近しているとき、戻り室２２が流体通路２４ を経て高圧ボート１８と流体でつながっている。戻り室２２の中の圧力がどうで あってもピストンを戻り方向に片寄せる。

高圧ボート１８の圧力は、ピストン通路密封点２６が摩耗スリーブ通路密封点２ ８を通り過ぎるまで、戻り室に加え続けられる。

出口圧力孔３０がビット１６に形成される。ピストンの戻り圧力面３２が出口圧 力孔３０の出口３４を過ぎるまで圧力がピストンの戻り方向１４ｂに加速し続け る。この時点で、戻り室２２内の圧力がすべて出口ポートへ逃げるが、ピストン の運動量は、ビスＩ・ンを戻り方向１４ｂに運び続ける。

駆動室３６が孔３０及び３８を通る出口圧力にさらされるので、分配器４０の端 が駆動室から出口圧力孔３８への通路を密封するまで、駆動室３６内の圧力は、 出口ボートの圧力を持続する。この時点で、駆動室内の流体は圧縮される。この 圧縮は、圧力を高め、ピストンの戻り運動を徐々に遅くする。

感圧弁４２が高圧入口４４から弁開口部５６と通路５９を通って駆動室３６に至 る流体の流れを制御する。図２ａ及び図２ｂに示された弁４２は、三つの圧力面 ４６．４８及び５０を含んでいる。圧力面４６は、つねに高圧入口４４の圧力に さらされている。圧力面４８は、弁を閉じると駆動室３６の圧力にさらされる。

弁が開いているとき、圧力面４８は、弁開口部５６と流体通路５９の寸法を制御 することによって駆動室３６と入口４４の間の流体の流れを制御するように設計 できる。圧力ボート５２が弁４２の位置に関係なく通気孔５４を通る圧力にさら される。他の形式の感圧弁を発明の予期される範囲からそれることなく本特許願 において容易に利用できることが予期される。

圧力面４８に作用する力が圧力面４６及び５０に作用する圧力の合成圧力を超え る範囲までピストンが戻り方向１４ｂに動くと、圧力弁４２が図２ｂに示される ように開く。弁が開くと、高圧空気が圧力人口４４から弁開口部５６及び通路５ ９を通って駆動室３６に至ることができるようになる。弁開口部５６の寸法は、 面４６及び５０の割合とともに、後述のように、弁４２が閉じる点を駆動行程内 のどこにするかを決めるのに非常に重要である。

高圧空気が弁の開口部から駆動室に入った結果束ずる圧力の増加によって、まず 、ピストンが戻り運動を止め、次にピストンが駆動方向１４ａに迅速に変速する 。ピストン駆動面５８が分配器４０の端を通り過ぎるとすぐに、駆動室内の圧力 は、大気通気孔３８及び３０を通して出口圧力孔へ吐き出される。

駆動室３６の寸法が大きいために、狭い弁開口部５６を通過する空気は、駆動室 ３６内の圧力を保つのに適当でなくなる。結果として、圧力面４８に作用する力 は、圧力面４６及び５０に作用する合成力以下に落ち、弁はもう一度閉じる。

供給管路２０の各所定の圧力ごとに、弁が閉じる特表平４−５０７１２１　（５ ） ピストンの駆勤行程の位置が弁開口部５６及び通路５９の構成並びにその結果と しての空気が開口部５６を通ることのできる速度によって制御できる。弁４２が 厚くなると弁の開口部が小さくなり、続いて弁にピストンの駆勤行程においてよ り早期に閉じさせる。流体供給管路２０の圧力及び開口部５６と５９の決まった 値ごとに、最大の掘さく速度又は高圧流体の最も効率よい利用のいずれかを生ず る圧力面４６と５０の最適組合せが存在する。それらに用いる弁の迅速な取替え が最適化をもたらす。

本発明を好ましい実施にしたがって例示して説明したが、変形及び変更形が請求 の範囲において述べる発明からそれることなく作られることが認められる。

ＦＩＧ−３Ａ　ＦＩＧ、３Ｂ 開示の要約 中空摩耗スリーブと摩耗スリーブの中に滑るように配置されたピストンを備える 流体作動衝撃式さく岩槻である。駆動圧力面と戻り圧力面がそれぞれピストンを 駆動位置と戻り位置の間で片寄せる。

高圧ポートが設けられている。戻り室が戻り圧力面にさらされる。駆動室が駆動 圧力面にさらされる。

感圧弁が開位置と閉位置の間を移動できる。弁が開位置にあるとき、高圧ポート が駆動室に接続される。

弁は、駆動室にさらすための第１の弁圧力面と高圧ポートにさらすための第２の 弁圧面を備えている。

第３の弁圧面が出口ボートにさらされる。弁が開位置にあるとき、高圧ポートと 駆動室の間を移動する流体の体積を、異なるさく岩槻用途に対して望み通りに制 限できる。駆動室に入る高圧を制御するために弁を用いるとまたさく岩槻におい てさらに望ましい状態をもたらす。この状態はピストンの戻り工程のほとんどの 間駆動室につながらないでピストンの駆動工程のほとんどの間接続されたままで いることができるようにする。

補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. １．流体作動衝撃式さく岩機において、中空摩耗スリーブと、 前記摩耗スリーブの内部に滑動するように配置されたピストンと、 戻り位置と駆動位置の間でピストンをそれぞれ片寄らせる駆動及び戻り圧力面手 段と、高圧ポートと、 前記さく岩機装置内に形成され前記戻り圧力面手段にさらされる戻り室と、 前記さく岩機内に形成され前記駆動圧力面手段にさらされる駆動室と、 開位置と閉位置の間で可動な感圧弁手段と、前記弁手段が開位置にあるとき限ら れた体積の流体が前記高圧ポートと駆動室の間を移動できるようにする手段と、 を備え、 前記弁手段が開位置にあるとき、前記高圧ポート手段が前記駆動圧力手段と通じ ており、前記弁手段が前記駆動室と通じている第１の弁圧力面と、前記高圧ポー トと通じている第２の弁圧力面と、出口圧力と通じている第３の弁圧力面を備え ていることを特徴とする流体作動衝撃式さく岩機。
2. ２．前記弁手段がさらに出口圧力に排気される第３の弁圧力面を備えている請求 項１に記載のさく岩機。
3. ３．前記第３の弁圧力面が前記弁手段の前記第２の弁圧力手段と同じ側にある請 求項１に記載のさく岩機。
4. ４．ピストンの戻り位置の方へ戻り変位の圧縮部分の間、前記駆動室内の流体が 出口圧力からシールされる請求項１に記載のさく岩機。
5. ５．圧縮部分の一部分の間、前記弁を開位置へ片寄せる前記第１の弁圧力面手段 に加はる力の成分が前記第２の弁圧力手段に加へられて前記弁を閉位置に片寄せ る力の成分より大きくなる請求項４に記載のさく岩機。
6. ６．前記駆動室に入る前記限られた体積の流体が前記駆動室内の圧力をあるレベ ルに保つのに不十分であり、それによって前記ピストンの前記駆動位置の方への 変位の一部分の間、前記弁を開位置に片寄せる力の成分が前記弁を閉位置に片寄 せる力の成分以下に落ちる請求項１に記載のさく岩機。
7. ７．前記限られた体積の流体が前記駆動室に入る速度を変えるように前記弁の寸 法を変更できる請求項１に記載のさく岩機。
8. ８．前記駆動室に入る流体の前記限られた体積を変更することが前記弁が閉じる ピストン動程の点を変える請求項７に記載のさく岩機。
9. ９．前記弁の寸法を変更して前記弁を閉じるように前記高圧面を変えることがで きる請求項１に記載のさく岩機。
10. １０．前記弁の前記高圧面を変更することが弁が閉じるピストン道程の位置を変 える請求項９に記載のさく岩機。
11. １１．衝撃装置において、 前記衝撃装置内で駆動位置と戻り位置の間に往復動ずるように配置されたピスト ンであって、駆動圧力面と戻り圧力面を備え、それによって前記駆動圧力面に加 わる流体圧力がピストンを戻り位置の方へ片寄せ、前記戻り圧力面に加わる流体 圧力がピストンを駆動位置の方へ片寄せるピストンと、第１の流体圧力を前記戻 り圧力面に加える第１の圧力手段と、 第２の流体圧力を前記駆動圧力面に加える第２の圧力手段と、を備え、 前記第１の流体圧力の印加が前記衝撃装置に対するピストンの位置によって変わ り、前記第２の流体圧力の印加がピストンによって作られる圧力によって変わる ことを特徴とする衝撃装置。
12. １２．前記第１の圧力手段と前記第２の圧力手段が独立に動作する請求項１１に 記載の衝撃装置。
13. １３．前記第１の圧力手段はピストンが前記戻り位置に極めて接近して置かれて いるとき印加される請求項１１に記載の衝撃装置。
14. １４．変位自在な弁をさらに備え、前記変位自在な弁が開位置にあるのに応じて 前記第２の流体圧力が加えられる請求項１１に記載の衝撃装置。
15. １５．前記変位自在な弁が第２の圧力手段を備え、ピストンからの高圧が前記第 ２の圧力手段へ加えられるのに応じて前記変位自在な弁が開位置に片寄せられる 請求項１４に記載の衝撃装置。
16. １６．衝撃装置において、 前記衝撃装置内で駆動位置と戻り位置の間に往復動ずるように配置されたピスト ンであって、駆動圧力面と戻り圧力面を備え、それによって前記駆動圧力面に加 わる流体圧力がピストンを戻り位置の方へ片寄せ、前記戻り圧力面に加わる流体 圧力がピストンを駆動位置の方へ片寄せるピストンと、流体圧力を前記衝撃装置 に対するピストンの位置にしたがって前記戻り圧力面に加える第１の圧力手段と 、 流体圧力を変位自在な弁から加えられる圧力にしたがって前記駆動圧力面に加え る第２の圧力手段とを備え、前記第１の圧力手段が前記変位自在な弁とは関係な く動作することを特徴とする衝撃装置。
17. １７．前記第１の圧力手段はピストンが前記戻り位置に極めて接近して置かれて いるとき印加される請求項１６に記載の衝撃装置。
18. １８．圧力面を備える変位自在な弁をさらに備え、ピストンからの高圧が前記第 ２の圧力手段へ加えられるのに応じて前記変位自在な弁が開位置に片寄せられる 請求項１６に記載の衝撃装置。
19. １９．駆動位置と戻り位置の間で変位自在なピストンを備え、前記ピストンが駆 動圧力面と戻り圧力面を備えることによって、前記駆動圧力面に加えられる流体 圧がピストンを前記戻り位置の方へ片寄せ、戻り圧力面に加えられる流体圧力が ピストンを前記駆動位置の方へ片寄せる衝撃装置において、第１の流体圧力を前 記戻り圧力面に加える第１の圧力手段と、 第２の流体圧力を前記駆動圧力面に加える第２の圧力手段と、を備え、 前記第１の流体圧力の印加が前記衝撃装置に対するピストンの位置によって変わ り、前記第２流体圧力の印加がピストンによって作られる圧力によって変わるこ とを特徴とする衝撃装置。
20. ２０．流体作動衝撃装置において、 前記作動衝撃内で滑り運動するピストン手段と、 戻り位置と駆動位置の間で前記ピストン手段をそれぞれ片寄せる駆動及び戻り圧 力面手段と、前記衝撃装置内に形成された高圧ポートと、前記衝撃装置内に形成 され前記戻り圧力面にさらされた戻り室と、 前記衝撃装置内に形成され前記駆動圧力面手段にさらされた駆動室と、 開位置と閉位置の間で可動な感圧弁手段と、前記弁手段が開位置にあるとき限ら れた体積の流体が前記高圧ポートと駆動室の間を移動できるようにする手段と、 を備え、 前記弁手段が開位置にあるとき、前記高圧手段が前記駆動圧力面と通じており、 前記弁手段が前記駆動室と通じている第１の弁圧力面と、前記高圧ポートと通じ ている第２の弁圧力面と、出口圧力と通じている第３の弁圧力面を備えているこ とを特徴とする流体作動衝撃装置。
21. ２１．流体作動衝撃装置において、 開位置と閉位置の間で運動できる感圧弁手段を備え、開位置にあるとき、高圧ポ ートと前記弁手段が関連のピストンの駆動圧力面間で流体の連通を可能にし、前 記弁手段が前記衝撃装置内に形成された前記駆動室と流体で通じている第１の弁 圧力面を備え、又前記弁手段が前記高圧ポートと流体で通じている第２の弁圧力 面を備え、前記弁手段はさらに出口圧力と流体で通じている第３の弁圧力面を備 えており、また 前記弁手段が開位置にあるとき、限られた体積の流体が前記高圧ポートと前記駆 動室の間を移動できるようにする手段を備えている流体作動衝撃装置。
22. ２２．前記第３の弁圧力面手段が前記弁手段の前記第２の弁圧力面手段と同じ側 にある請求項２１に記載の衝撃装置。
23. ２３．ピストンの戻り位置の方への戻り変位の圧縮部分の間、前記駆動室内の流 体が出口圧力からシールされる請求項２１に記載の衝撃装置。
24. ２４．前記弁を開位置へ片寄せる前記第１の弁圧力面手段に加わる力の成分が前 記第２の弁圧力手段に加えられて前記弁を閉位置に片寄せる力の成分より大きく なる請求項２３に記載の衝撃装置。
25. ２５．前記駆動室に入る前記限られた体積の流体が前記駆動室内の圧力をあるレ ベルに保つのに不十分であり、それによって前記弁を開位置に片寄せる力の成分 が前記弁を前記ピストンの前記駆動位置の方への変位の一部分以下に落ちる請求 項２１に記載の衝撃装置。
26. ２６．前記弁が前記限られた体積の流体が前記駆動室に入る速度を変えるように 寸法を変更できる請求項２１に記載の衝撃装置。
27. ２７．前記駆動室を変更することが弁が閉じるピストン動程の点を変える請求項 ２６に記載の衝撃装置。
28. ２８．前記弁の寸法を変更して前記弁を閉じるように前記高圧面を変えることが できる請求項２１に記載の衝撃装置。
29. ２９．前記弁の前記高圧面を変更することが弁が閉じるピストン道程の位置を変 える請求項２８に記載の衝撃装置。
30. ３０．流体で作動されるピストンを備え、前記ピストンがピストンの第１と第２ の圧力面に作用する流体圧力に応じて第１と第２の位置の間を滑る流体作動衝撃 装置において、 開位置と閉位置の問で運動できる感圧弁手段を備え、開位置にあるとき、高圧ポ ートと前記弁手段が関連のピストンの駆動圧力面間で流体の連通を可能にし、前 記弁手段が前記衝撃装置内に形成された前記駆動室と流体で通じている第１の弁 圧力面を備え、また前記弁手段が前記高圧ポートと流体で通じている第２の弁圧 力面を備え、前記弁手段はさらに出口圧力と流体で通じている第３の弁圧力面を 備えており、また 前記弁手段が開位置あにるとき、限られた体積の流体が前記高圧ポートと前記駆 動室の間を移動できるようにする手段を備えている流体作動衝撃装置。