JPH08508321A - 衝撃式穿孔の改良 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 孔内ハンマー衝撃穿孔に利用する衝撃ハンマーであって、水圧を利用して衝撃ハンマーを駆動し、このハンマーは多段階を通るピストン・シリンダーの組み合わせを有し、戻り方向と衝撃方向との両方でサイズが小さくなっていく順次の実効ピストン区域があって、水撃作用からのピーク圧力を最小としている。水を利用してリンクされているピストンを有する双ピストン構成も開示されており、各ピストンの戻り方向と衝撃方向との両方でサイズが小さくなっていく順次の実効ピストン区域によってピストンは駆動されている。

Description

【発明の詳細な説明】 衝撃式穿孔の改良 本発明は衝撃式穿孔の改良に係るものであり、特にそのような穿孔装置を加圧 液体により駆動する場合に係るものである。 空気圧で駆動する孔内往復式衝撃モータを使用することがこれまで知られてい る。 空気の代わりに液体（通常水）を使用すると利点はあるが、孔内液駆動式衝撃 モータを使用することを試みて問題があることが判った。 これらの問題の中で本発明と直接関係のある一つの問題は、（長い水柱の速度 が急激に変動させられるとき発生する）水撃作用の問題であり、それは通常高い 圧力ピークを生じさせる。 この高い圧力ピークは密封部分や他の封じ込め部分に大きなストレスをかける ことがある。 従来の装備を用いると生じるであろう圧力ピークを十分に減少させるため幾つ もの様々な技術が用いられてきた。 これまでの試みとして空気柱をバッファとして作用させようとするものがあっ た。これは長期間使用すると満足に働かなくなる。他にも試みとして他の緩衝装 置を使用したが、金属要素を使用するとやはり金属疲労が生じて、早期に、頻繁 に故障が生じる。 本発明の目的は高圧ピークを減少させる従来使用したものとは異なる構造のも のを提供することである。 本発明のこの構造は、衝撃ハンマーを駆動するのに液圧を使用する孔内ハンマ ー衝撃穿孔に利用できる衝撃ハンマーにあるということができ、その特徴として 、ハンマーは衝撃行程中少なくとも２段階をシリンダー内で通過するピストン部 材を含み、一つの段階で与えられる実効ピストン区域は他方の段階で与えられる 実効ピストン区域とは異なっており、実効ピストン区域の小さい方の段階中の液 圧の供給は実効ピストン区域の大きい方の段階中の液圧の供給に引き続いて行わ れ、これら２つの段階はピストン部材が衝撃位置へ外方へ向かって加速せしめら れている間にあるのである。 こうして、続く段階中ピストン部材を加速するに必要な供給流体の流速は、も しこのピストンが新しい段階毎に休止してスタートしたとしたならば減少したで あろう。しかしながら、ピストンはそれのスピードを増大しているので、小さい 方の実効ピストン区域が結果としてより一定の流速にする。 こういうことで、高い圧力ピークの原因である急激な変化を受けることが少な い液体全体としての流速を得ることができる。 衝撃行程と同じ仕方で扱われるべき戻り行程のためにもそのような構成が提供 されるのが好ましい。 使用される段階の数はピストン部材の外方への行程と戻り行程との両方につい て２つよりも多くするのが好ましい。 液体は水が好ましい。 代わりの好ましいこととしては、相互に対向方向に作動するよう同じシリンダ 内に２つのピストン部材を設け、一方のピストンはシリンダーの形をして、シリ ンダーとして他方のピストン部材と相互作用する。 同じシリンダー内に２つのピストンがある場合、水を充填した一つの室があっ て、そしてその室内でピストン部材のそれぞれがその室の区域の一部に境界をつ くってそれの実効区域を他方のピストン部材の実効区域と等しいものとし、そし てその室は外から近接できないように閉じられており、そして水で満たされてい る。 この最後の構造の結果はそれら２つのピストン部材のそれぞれの運動を抑制し てその室内に共通の容積を維持させるようにし、２つの部材の相対的な運動方向 を水力を使ってインターロックしてそれぞれに往復動させる。 ピストン部材の戻り行程の終わりに戻り行程の緩衝として作用する、水を充填 した閉じた室に来るように配置するのが好ましい。 本発明の一層の理解のため添付図を参照して好ましい実施例をこれから説明す る。 図１は、流れを反転させる弁を取り込んだ第１の実施例の衝撃ハンマーのみの 断面略図である。 図２、３、４そして５は、６段階単一ピストンモータとして図１に示した構造 の第２の実施例の衝撃ハンマーのピストンとシリンダーの断面図である。 図６は、３段階双ピストン衝撃モータである、第３の実施例の構造を示す。 図７、８そして９は、第４の実施例に係る、３段階双ピストンハンマーである 衝撃ハンマーの断面図であって、図６に示すような弁システムを使用することは 意図しているが、弁は示していない。 添付図を参照する。図１に略図として示す衝撃ハンマー１はピストン部材２、 弁部材３そしてシリンダー４を含んでいる。 ピストン部材２の中心通路５は加圧水を供給する出口を６と７に有する。 シリンダー４がピストン部材２を包囲し、そしてピストン部材２のそれぞれの ピストン部分を限定している。 ピストン部材２の一端にピストン区域８、９、１０がそれぞれ示されており、 そしてピストン部材２の他端にピストン区域１１、１２、１３がそれぞれ示され ている。これらの区域はそれぞれ、一方で１４、１５そして１６、そして他方で １７、１８そして１９のようにシリンダーの内方延長部分と一致するので加圧水 を受け、そこで実効ピストン区域がつくられて、この実効区域が、端１９と言っ ている最外衝撃位置に向かってピストン部材２が加速されるとき、シミュレート されたビット２０に衝撃を与え、それから加圧流体が作用する各実効ピストン区 域は小さくなる。 図１から判るように、６つの実効ピストン区域がある。ピストン部材２はビッ トを打ってからそれの戻り行程を開始する（ピストン１１、１２、１３は同時に 排出圧へ曝されている）。コンジット５を通して、そして出口７を通してそして ピストン要素１０、９を迂回して高圧水供給源からの実効圧をかけることにより 最大実効区域８へシリンダー１４を通して圧力がかけられる。それ故、ピストン 部材２は内方位置に向かって加速させられるので、次のピストン部分９はシリン ダー部分１５と一致し、このシリンダー部分１５はそれにより小さい実効ピスト ン区域を形成する。その次のピストン部分１０はシリンダー部分１６と一致する 。 それぞれのピストン部分とそれらが一致するための相対位置との間の距離は、 第１の実効最大ピストン区域が一致から外れるときその次のが位置して事実上継 ぎ目なしで転移するようになっているシリンダーの部分である。それ故、加圧液 体の全部の流れの急激な停止もしくは始動は殆ど生じない。このようにして、シ リンダー区域を満たすのに必要な液体の体積は漸減するが、これはピストンの増 大するスピードにより相殺される。従って、ピストンの全行程の期間もしくは段 階を通して流れの変化率は実質的に減少される。戻り行程の終わりでピストン部 材２は、高圧流体源２２と弁部材３のチャンネル２３との間の一致チャンネル２ １に入ってくる。これは室２４に圧力を付与し、それは弁部材３を下降させるこ ととなり、それは今度は、加圧流体供給が区域２６に入っていくようにする位置 に弁３の部分２５を持っていく。こうなると区域２６は低圧の代わりに高圧とな る。シリンダー区域１４、１５、１６内のピストン８、９、１０は戻り行程中そ うであったように、前進行程中高圧に順次曝される。 前進行程の始めに、シリンダー１７内でピストン１１にかかる圧力はシリンダ ー１６内でピストン１０に働く。前進行程の第２段階中、シリンダー１８内のピ ストン１２はシリンダー１６内のピストン９に働く。前進行程の終わりで、シリ ンダー１９内のピストン１３はシリンダー１４内のピストン８に働く。 各場合において、相互に作用するピストンの対について、差動の、もしくは実 効ピストン区域は異なる段階にかかるとき減少する。 図１の実施例においてピストン１１、１２は同じ大きさにつくっており、そし てシリンダー1７、１８は一致している。このような構成は全長を短くし、そし てピストンのスピードが方向反転後適当であれば、使用できるのである。 それ故、再び、ピストンが加速させられると、３つの段階のそれぞれを通って 順次の実効ピストン区域が減少させられる。このことが、流体の流れの圧力ピー クを減少させたままにしていることを保証している。 衝撃時シリンダーおよびボデイ４に対する弁３の位置に再び変化が生じ、また もや２６を通して戻り方向の流体の流れが生じる。空間２６は排出圧力に曝され 、他方コンジット７はピストン８、９、１０とシリンダー１４、１５、１６へ高 圧流体を供給し続ける。 以上は、順次の実効ピストン区域を所要の結果を達成するよう配置する原理の 説明のための略図を参照しての説明である。 このことを実際にはどのようにして実施するかにつき、簡単にするため弁シス テムを示していない図２、３、４そして５を参照して以下に、更に具体的に説明 する。 これら４枚の図面は、外方への衝撃行程のそれぞれ３段階と戻り行程の同じ３ 段階とが見れる順次の位置を示している。 従って、シリンダー・ボデイ２７とピストン部材２８しかない。弁の排出部か らチャンネル２９を通って、そしてシリンダー・セットの間でビットまでの水の 緩衝を実施している。ピストン部材２８の中心を通って中心コンジット３０を通 して、戻り行程のピストンへ高圧で水を供給する。水は前進行程のための弁から ピストン３９、４１へ供給されている。 戻り行程のため水がチャンネル３１を通って出る。そして戻り行程の時は先ず 図５に示すように水はシリンダー部３２に当たり、それからこれがシリンダー部 分３３を外すので、その次のピストン部分３４がシリンダー部３６と一致し、そ して最後にピストン部分３７がシリンダー部３８と一致する。 下方衝撃行程については、先ずピストン部分３９がシリンダー部分４０と一致 し、それからピストン部分４１がシリンダー部分４２と一致し、最後にピストン 部分３２がシリンダー部分３３と一致する。 図６を参照する。本発明の思想を取り込んだ双ピストン・システムの相対的な 部分の位置関係だけを、略図であるが詳細に示している。 この実施例では２つのピストン部材４３、４４が設置されている。 これら２つのピストン部材を相互に組み合わせているのは、外側のピストンの 場合には４５で示す部品であり、内側のピストン４３の場合には５０で示す部品 であって、室区域４６内には不変のある量の水が閉じ込められている。 これが２つのピストン部材４３、４４を一緒に水を使って効果的に結合してお り、そしてこれらのピストン部材は１８０度位相を変えて逆相で作動し、ビット とピストンとの間の体積変化を相殺している。この場合更に弁５１を設けるが、 この弁の動作は図１の実施例で説明した弁と同じであって、それの目的は５２の 高圧供給源から供給される流れの方向を変えて区域５３内へ向かわせ、中心ピス トン部材４３の下降行程を実施させ、同時に他方では外側ピストン４４の往復運 動を生じさせる。 順次の整合をとるのに再び実効ピストン区域の機能を利用する。各場合におけ るそれぞれのピストン４３、４４がそれぞれ外側衝撃位置の方に向かってもしく は戻り位置の方へ向かって加速するとき、実効ピストン区域を適正に選択して、 もしピストンのスピードが一定であったらば必要とされる液体の体積は減少とな ったであろうが、これが加速しているのでその区域はそのスピードと一層マッチ させて圧力供給と戻りラインにおける水撃作用を起こす圧力の変化を実質的に少 なくするようにする。 ある程度明かとなったであろうが、コンジット５２を通って来てチャンネル５ ４に入って来る加圧水は区域５５を通ってピストン部分５６に当たり、それから ピストンが戻り行程を辿って上がるのでピストン部分５７はシリンダー部分５９ に一致し、そしてピストン部分５８はシリンダー部分６０に一致する。 有効な圧力は大きさ等しく、方向反対であるので、中心ピストン部材４３を戻 す圧力か生じるとき、これは外側ピストン４４に前進行程を辿らせる効果的な圧 力をつくる助けとなる。中心ピストンの前進行程中最初にピストン部分６１に圧 力がかかり、これに続いてピストン部分６２および６３に圧力がかかる。この実 施例ではピストン部分６1および６３は同じ直径の直列の２つのピストンである 。ピストンの直径は勿論異なっていてもよい。 同様に、中心ピストンについては最初にピストン部分６１に圧力がかかり、次 にピストン部分６２と６３に圧力がかかる。 このようにして中心ピストン４３はマスター・ピストンであり、そして外側ピ ストン４４はスレーブ・ピストンとして働く。平衡のとれた逆振動とは、もしス レーブ・ピストンの環状衝撃区域がマスター・ピストンの円形衝撃区域に等しい とピストンとビットとの間の水の体積には正味の変化はないということを意味し ている。各ピストンを経る供給から戻りへの流れの振動は、全体の流れの損失を 減少させる。 この構成の利点は、２つのピストン間の水力学的リンケージによりそれらが１ ８０度位相を変えて逆相で一緒に動くことができ、そしてどちらかのピストンが ビットを打つとき、他方のピストンのエネルギーがその衝撃を加えているピスト ンへ加わるようにエネルギーを転送するということにある。衝撃を加えているピ ストンの質量は両方のピストンの質量に実効的に等しい。 この構成は、先に説明した単一ピストン設計のものよりはっきりと高い作動衝 撃頻度数を有している。高い頻度数は行程が長く、ピストン速度が速い、従って 衝撃エネルギーが高いということに部分的に代えることができる。相対的なピス トン部分とシリンダー部分の選択によっても装置の組み立ては便利になる。 双ピストン、３段階構成をもっと詳しく説明するため図７、８そして９を参照 する。これらの図も単純にするため弁システムを示していないが、既知の技術に よって種々の弁システムを利用できることを理解されたい。ピストン６４はマス ターもしくは内側ピストンとして働き、そしてピストン６５はスレーブもしくは 外側ピストンとして働く。マスターピストン６４とスレーブピストン６５を水力 学的にインターロックしている室は６６Ａと６６Ｂとである。 水の中心供給は中心コンジット６７を介して行われ、そしてピストン部分６８ 、６９そして７０のそれぞれの位置はスレーブ・ピストン６５の内側の実効シリ ンダー部分７１、７２そして７３に合わされている。 ２つの実施例の適正利用を一般的な意味で説明したが、この説明からも水撃作 用の減少を理解されよう。 双ピストン・システムを使用するときの利点は、各行程の終わりでビットへエ ネルギーが転送され、そして戻り行程の終わりでエネルギーが蓄積されたり、浪 費されたりしないということにある。 存在する単一ピストンハンマーは戻り行程の終わりでかなりのエネルギーを浪 費する。弁が供給および排出ポートの双方を短期間閉じる時、ピストンは戻り行 程の終わりで捉えられた水の上で「跳ね上がる」のである。この期間中かなりの 量の高圧の水が出されて流れを維持し、そして水撃効果を最小とする。双ピスト ンハンマーの戻り行程におけるエネルギーは衝撃エネルギーとなる。小さいエネ ルギー損失のペナルテイとして我々は、ピストンのサイズおよび衝撃がわずかに 変化する間に供給源からの決まった漏れを戻させることにより過渡的な水の流れ の樋（くぼみ）を満たし、そして流出させる（完全なものとする）。 図１０を参照する。この図は流速変動の減少、従ってピーク圧力の減少をどれ だけ本発明によって達成したかを計算に基づいて示したものである。 グラフは、左の縦軸に流速を毎秒当たりリットルで示し、ピストンのスピード を毎秒当たりメートルで示し、横軸に時間をミリ秒で示し、そして右の縦軸に距 離をミリメートルで示している。 ７４のグラフは毎秒当たりリットルの流速であり、７５のグラフは毎秒当たり メートルのピストンのスピードであり、そして最後に７６のグラフは通過距離で ある。 このグラフで明かなことは、それぞれの段階を通って順次実効ピストン区域が 変化することにより流速の変化がかなり小さいということである。 最後に、戻り行程の終わりで水の捉えられた体積の上でピストンが跳ね返され るように部品を配置するのが好ましい。 ピストンを反転させるのに弁を使用したと説明したが、そのために他の既知の 技術を利用できる。例えば、高圧供給水だけ使ってピストンを反転させることも できるが、その場合同じピストンのサイズに対して行程は大きくしなければなら ないだろうし、多くのエネルギーも喪失することとなろう。この考えを使うと、 ピストンの運動エネルギーの総てが失われることもある。 実施例に変更を加えることができることは理解されよう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年１１月４日 【補正内容】 明細書 衝撃式穿孔の改良 本発明は衝撃式穿孔の改良に係るものであり、特にそのような穿孔装置を加圧 液体により駆動する場合に係るものである。 空気圧で駆動する孔内往復式衝撃モータを使用することがこれまで知られてい る。 空気の代わりに液体（通常水）を使用すると利点はあるが、孔内液駆動式衝撃 モータを使用することを試みて問題があることが判った。 これらの問題の中で本発明と直接関係のある一つの問題は、水撃作用（長い水 柱の速度に急激な変動が生じるとき発生する高い圧力ピークから生じる機械的な 衝撃）として普通知られている問題である。 この高い圧力ピークは密封部分や他の封じ込め部分に大きなストレスをかける ことがある。 従来の装備を用いると生じるであろう圧力ピークを十分に減少させるため幾つ もの様々な技術が用いられてきた。 これまでの試みとして空気柱をバッファとして作用させようとするものがあっ た。これは長期間使用すると満足に働かなくなる。他にも試みとして他の緩衝装 置を使用したが、金属要素を使用するとやはり金属疲労が生じて、早期に、頻繁 に故障が生じる。 本発明の目的は高圧ピークを減少させる従来使用したものとは異なる構造のも のを提供することである。 本発明のこの構造は、衝撃ハンマーを駆動するのに液圧を使用する孔内ハンマ ー衝撃穿孔に利用できる衝撃ハンマーにあるということができ、その特徴として 、ハンマーは衝撃行程中少なくとも２段階をシリンダー内で通過するピストン部 材を含み、一つの段階で与えられる実効ピストン区域は他方の段階で与えられる 実効ピストン区域とは異なっており、実効ピストン区域の小さい方の段階中の液 圧の供給は実効ピストン区域の大きい方の段階中の液圧の供給に引き続いて行わ れ、これら２つの段階はピストン部材が衝撃位置へ外方へ向かって加速せしめら れている間にあるのである。 こうして、続く段階中ピストン部材を加速するに必要な供給流体の流速は、も しこのピストンが新しい段階毎に休止してスタートしたとしたならば減少したで あろう。しかしながら、ピストンはそれのスピードを増大しているので、小さい 方の実効ピストン区域が結果としてより一定の流速にする。 こういうことで、高い圧力ピークの原因である急激な変化を受けることが少な い液体全体としての流速を得ることができる。 衝撃行程と同じ仕方で扱われるべき戻り行程のためにもそのような構成が提供 されるのが好ましい。 使用される段階の数はピストン部材の外方への行程と戻り行程との両方につい て２つよりも多くするのが好ましい。 液体は水が好ましい。 代わりの好ましいこととしては、相互に対向方向に作動するよう同じシリンダ ー内に２つのピストン部材を設け、一方のピストンはシリンダーの形をして、シ リンダーとして他方のピストン部材と相互作用する。 同じシリンダー内に２つのピストンがある場合、水を充填した一つの室があっ て、そしてその室内でピストン部材のそれぞれがその室の区域の一部に境界をつ くってそれの実効区域を他方のピストン部材の実効区域と等しいものとし、そし てその室は外から近接できないように閉じられており、そして水で満たされてい る。 この最後の構造の結果はそれら２つのピストン部材のそれぞれの運動を抑制し てその室内に共通の容積を維持させるようにし、２つの部材の相対的な運動方向 を水力を使ってインターロックしてそれぞれに往復動させる。 ピストン部材の戻り行程の終わりに戻り行程の緩衝として作用する、水を充填 した閉じた室に来るように配置するのが好ましい。 本発明の一層の理解のため添付図を参照して好ましい実施例をこれから説明す る。 図１は、流れを反転させる弁を取り込んだ第１の実施例の衝撃ハンマーのみの 断面略図である。 図２、３、４そして５は、行程毎に３段階の、６段階単一ピストンモータとし て図１に示した構造の第１の実施例の衝撃ハンマーのピストンとシリンダーの断 面図である。 図６は、行程毎に３段階の、双ピストン衝撃モータである、第２の実施例の構 造を示す。 図７、８そして９は、第２の実施例に係る、行程毎に３段階の、双ピストンハ ンマーである衝撃ハンマーの断面図であって、図６に示すような弁システムを使 用することは意図しているが、弁は示していない。 図１０は、本発明で達成した流速変化の減少における改善を示すグラフである 。 添付図を参照する。図１に略図として示す衝撃ハンマー１はピストン部材２、 弁部材３そしてシリンダー４を含んでいる。 ピストン部材２の中心通路５は加圧水を供給する出口を６と７に有する。 シリンダー４がピストン部材２を包囲し、そしてピストン部材２のそれぞれの ピストン部分を限定している。 ピストン部材２の一端にピストン区域８、９、１０がそれぞれ示されており、 そしてピストン部材２の他端にピストン区域１１、１２、１３がそれぞれ示され ている。これらの区域はそれぞれ、一方で１４、１５そして１６、そして他方で １７、１８そして１９のようにシリンダーの内方延長部分と一致するので加圧水 を受け、そこで実効ピストン区域がつくられて、この実効区域が、端Ａと言って いる最外衝撃位置に向かってピストン部材２が加速されるとき、シミュレートさ れたビット２０に衝撃を与え、それから加圧流体が作用する各実効ピストン区域 は小さくなる。 図１から判るように、６つの実効ピストン区域がある。ピストン部材２はビッ ト２０を打ってからそれの戻り行程を開始する（ピストン１１、１２、１３は同 時に排出圧へ曝されている）。コンジット５を通して、そして出口７を通してそ してピストン要素１０、９を迂回して高圧水供給源からの実効圧をかけることに より最大実効区域８へシリンダー１４を通して圧力がかけられる。それ故、ピス トン部材２は内方位置に向かって加速させられるので、次のピストン部分９はシ リンダー部分１５と一致し、このシリンダー部分１５はそれにより小さい実効ピ ストン区域を形成する。その次のピストン部分１０はシリンダー部分１６と一致 する。 それぞれのピストン部分とそれらが一致するための相対位置との間の距離は、 第１の実効最大ピストン区域が一致から外れるときその次のが位置して事実上継 ぎ目なしで転移するようになっているシリンダーの部分である。それ故、加圧液 体の全部の流れの急激な停止もしくは始動は殆ど生じない。このようにして、シ リンダー区域を満たすのに必要な液体の体積は漸減するが、これはピストンの増 大するスピードにより相殺される。従って、ピストンの全行程の期間もしくは段 階を通して流れの変化率は実質的に減少される。戻り行程の終わりでピストン部 材２は、高圧流体源２２と弁部材３のチャンネル２３との間の一致チャンネル２ １に入ってくる。これは室２４に圧力を付与し、それは弁部材３を下降させるこ ととなり、それは今度は、加圧流体供給が区域２６に入っていくようにする位置 に弁３の部分２５を持っていく。こうなると区域２６は低圧の代わりに高圧とな る。シリンダー区域１６、１５、１４内のピストン１０、９、８は戻り行程中そ うであったように、前進行程中高圧に順次曝される。 前進行程の始めに、シリンダー１７内でピストン１１にかかる圧力はシリンダ ー１６内でピストン１０に働く。前進行程の第２段階中、シリンダー１８内のピ ストン１２はシリンダー１５内のピストン９に働く。前進行程の終わりで、シリ ンダー１９内のピストン１３はシリンダー１４内のピストン８に働く。 各場合において、相互に作用するピストンの対について、差動の、もしくは実 効ピストン区域は異なる段階にかかるとき減少する。 図１の実施例においてピストン１１、１２は同じ大きさにつくっており、そし てシリンダー１７、１８は一致している。このような構成は全長を短くし、そし てピストンのスピードが方向反転後適当であれば、使用できるのである。 それ故、再び、ピストンが加速させられると、３つの段階のそれぞれを通って 順次の実効ピストン区域が減少させられる。このことが、流体の流れのピークを 減少させたままにしていることを保証している。 衝撃時シリンダーボデイ４に対する弁３の位置に再び変化が生じ、またもや２ ６を通して戻り方向の流体の流れが生じる。空間２６は排出圧力に曝され、他方 コンジット７はピストン８、９、１０とシリンダー１４、１５、１６へ高圧流体 を供給し続ける。 以上は、順次の実効ピストン区域を所要の結果を達成するよう配置する原理の 説明のための略図を参照しての説明である。 このことを実際にはどのようにして実施するかにつき、簡単にするため弁シス テムを示していない図２、３、４そして５を参照して以下に、更に具体的に説明 する。 これら４校の図面は、外方への衝撃行程のそれぞれ３段階と戻り行程の同じ３ 段階とが見れる順次の位置を示している。 従って、シリンダー・ボデイ２７とピストン部材２８しかない。弁の排出部か らシリンダー・ボデイ２７の外側のチャンネル２９を通って、そしてシリンダー ・セットの間でビットまでの水の緩衝を実施している。ピストン部材２８の中心 を通って中心コンジット３０を通して、戻り行程のピストンへ高圧で水を供給す る。水は前進行程のための弁からピストン３９、４１へ供給されている。 戻り行程のためコンジット３０を水がチャンネル３１を通って出る。そして戻 り行程の時は先ず図５に示すように水はピストン部３２に当たり、それからこれ がシリンダー部分３３を外すので、その次のピストン部分３４がシリンダー部３ ６と一致し、そして最後にピストン部分３７がシリンダー部３８と一致する。 下方衝撃行程については、先ずピストン部分３９がシリンダー部分４０と一致 し、それからピストン部分４１がシリンダー部分３９と一致し、最後にピストン 部分Ｂがシリンダー部分４２と一致する。 図６を参照する。本発明の思想を取り込んだ双ピストン・システムの相対的な 部分の位置関係だけを、略図であるが詳細に示している。 この実施例では２つのピストン部材４３、４４が設置されている。 これら２つのピストン部材を相互に組み合わせているのは、外側のピストンの 場合には４５で示す部品であり、内側のピストン４３の場合には５０で示す部品 であって、室区域４６内には不変のある量の水が閉じ込められている。ビットの 端Ａに近い別の室４７もこれらのピストンを一緒にロックしている。 これが２つのピストン部材４３、４４を一緒に水を使って効果的に結合してお り、そしてこれらのピストン部材は１８０度位相を変えて逆相で作動し、ビット とピストンとの間の体積変化を相殺している。この場合更に弁５１を設けるが、 この弁の動作は図１の実施例で説明した弁と同じであって、それの目的は５２の 高圧供給源から供給される流れの方向を変えて区域５３内へ向かわせ、中心ピス トン部材４３の下降行程を実施させ、同時に他方では外側ピストン４４の往復運 動を生じさせる。 順次の整合をとるのに再び実効ピストン区域の機能を利用する。各場合におけ るそれぞれのピストン４３、４４がそれぞれ外側衝撃位置の方に向かってもしく は戻り位置の方へ向かって加速するとき、実効ピストン区域を適正に選択して、 もしピストンのスピードが一定であったらば必要とされる液体の流速は減少とな ったであろうが、これが加速しているのでその区域はそのスピードと一層マッチ させて圧力供給と戻りラインにおける水撃作用を起こす圧力の変化を実質的に少 なくするようにする。 ある程度明かとなったであろうが、コンジット５２を通って来てチャンネル５ ４に入って来る加圧水は区域５５を通ってピストン部分５６に当たり、それから ピストンが戻り行程を辿って上がるのでピストン部分５７はシリンダー部分５９ に一致し、そしてピストン部分５８はシリンダー部分６０に一致する。 有効な力は大きさ等しく、方向反対であるので、中心ピストン部材４３を戻す 圧力か生じるとき、これは外側ピストン４４に前進行程を辿らせる効果的な力を つくる助けとなる。中心ピストンの前進行程中最初にピストン部分６２に圧力が かかり、これに続いてピストン部分６３に圧力がかかる。この実施例ではピスト ン部分６２は同じ直径の直列の２つのピストンである。ピストンの直径は勿論異 なっていてもよい。 同様に、中心ピストンについては最初にピストン部分５８に圧力がかかり、次 にピストン部分５９と５６に圧力がかかる。 このようにして中心ピストン４３はマスター・ピストンであり、そして外側ピ ストン４４はスレーブ・ピストンとして働く。平衡のとれた逆振動とは、もしス レーブ・ピストンの環状衝撃区域がマスター・ピストンの円形衝撃区域に等しい とピストンとビットとの間の水の体積には正味の変化はないということを意味し ている。各ピストンを経る供給から戻りへの流れの振動は、全体の流れの損失を 減少させる。 この構成の利点は、２つのピストン間の水力学的リンケージによりそれらが１ ８０度位相を変えて逆相で一緒に動くことができ、そしてどちらかのピストンが ビットを打つとき、他方のピストンのエネルギーがその衝撃を加えているピスト ンへ加わるようにエネルギーを転送するということにある。衝撃を加えているピ ストンの質量は両方のピストンの質量に実効的に等しい。 この構成は、先に説明した単一ピストン設計のものよりはっきりと高い作動衝 撃頻度数を有している。高い頻度数は行程が長く、ピストン速度が速い、従って 衝撃エネルギーが高いということに部分的に代えることができる。相対的なピス トン部分とシリンダー部分の選択によっても装置の組み立ては便利になる。 双ピストン、３段階構成をもっと詳しく説明するため図７、８そして９を参照 する。これらの図も単純にするため弁システムを示していないが、既知の技術に よって種々の弁システムを利用できることを理解されたい。ピストン６４はマス ターもしくは内側ピストンとして働き、そしてピストン６５はスレーブもしくは 外側ピストンとして働く。マスターピストン６４とスレーブピストン６５を水力 学的にインターロックしている室は６６Ａと６６Ｂとである。 水の中心供給は中心コンジット６７を介して行われ、そしてピストン部分６８ 、６９そして７０のそれぞれの位置はスレーブ・ピストン６５の内側の実効シリ ンダー部分７１、７２そして７３に合わされている。 ２つの実施例の適正利用を一般的な意味で説明したが、この説明からも水撃作 用の減少を理解されよう。 双ピストン・システムを使用するときの利点は、各行程の終わりでビットへエ ネルギーが転送され、そして戻り行程の終わりでエネルギーが蓄積されたり、浪 費されたりしないということにある。 単一ピストンハンマーは戻り行程の終わりでかなりのエネルギーを浪費する。 ピストンは戻り行程の終わりで捉えられた水の上で「跳ね上がる」のである。こ の期間中かなりの量の高圧の水が出されて流れを維持し、そして水撃効果を最小 とする。双ピストンハンマーの戻り行程におけるエネルギーは衝撃エネルギーと なる。小さいエネルギー損失のペナルテイとして弁のポートは、ピストンが反転 し、そして行程の始めで加速しているとき供給源からの決まった漏れを戻させる ことにより過渡的な水の流れの樋（くぼみ）を満たし、そして流出させる（完全 なものとする）。加圧された供給液体の決まった漏れもしくは「ダンピング」を 利用して、ピストンがゆっくり動くとき、そして各行程の終わりでピストンが停 止するとき、そして衝撃後ピストンが加速するとき水の流れを維持する。もしも この水の流れが突然停止すると、水の供給、戻りそしてどっと流れる水の柱は突 然減速し、それから加速しなければならない。その結果は大きな衝撃負荷、騒音 そして性能の低下である。 図１０を参照する。この図は流速変動の減少、従ってピーク圧力の減少をどれ だけ本発明によって達成したかを計算に基づいて示したものである。 グラフは、左の縦軸に流速を毎秒当たりリットルで示し、ピストンのスピード を毎秒当たりメートルで示し、横軸に時間をミリ秒で示し、そして右の縦軸にピ ストンが６段階を通過する距離をミリメートルで示している。 ７４のグラフは毎秒当たりリットルの流速であり、７５のグラフは毎秒当たり メートルのピストンのスピードであり、そして最後に７６のグラフは通過距離で ある。放擲された水の体積は７７で示され、平均流速は７８で示されている。 このグラフで明かなことは、それぞれの段階を通って順次実効ピストン区域が 変化することにより流速の変化がかなり小さいということである。 最後に、戻り行程の終わりで水の捉えられた体積の上でピストンが跳ね返され るように部品を配置するのが好ましい。 ピストンを反転させるのに弁を使用したと説明したが、そのために他の既知の 技術を利用できる。例えば、高圧供給水だけ使ってピストンを反転させることも できるが、その場合同じピストンのサイズに対して行程は大きくしなければなら ないだろうし、多くのエネルギーも喪失することとなろう。この考えを使うと、 ピストンの運動エネルギーの総てが失われることもある。 実施例に変更を加えることができることは理解されよう。 請求の範囲 １．衝撃ハンマーを駆動するのに液圧を使用する孔内ハンマー衝撃穿孔に利用 できる衝撃ハンマーにおいて、ハンマーは衝撃行程中少なくとも２段階を通過す るシリンダー内のピストン部材を含み、一つの段階で与えられる実効ピストン区 域は他方の段階で与えられる実効ピストン区域とは異なっており、実効ピストン 区域の小さい方の段階中の液圧の供給は実効ピストン区域の大きい方の段階中の 液圧の供給に継続しており、これら２つの段階はピストン部材が衝撃位置へ外方 へ向かって加速せしめられている間にあることを特徴とした衝撃ハンマー。 ２．ハンマーは戻り行程中少なくとも２段階を通過するシリンダー内のピスト ン部材を含み、一つの段階で与えられる実効ピストン区域は他方の段階で与えら れる実効ピストン区域とは異なっており、実効ピストン区域の小さい方の段階中 の液圧の供給は実効ピストン区域の大きい方の段階中の液圧の供給に継続してお り、これら２つの段階はピストン部材が最も内側の位置へ内方へ向かって加速せ しめられている間にあることを特徴とした請求項１に記載の衝撃ハンマー。 ３．ハンマーは衝撃行程中３つもしくはそれ以上の段階を通過するシリンダー 内のピストン部材を含み、各段階で与えられる実効ピストン区域は他の段階で与 えられる実効ピストン区域とは異なっており、実効ピストン区域の小さい方の各 段階中これは、ピストン部材が外方へ衝撃位置へ加速させられている間実効ピス トン区域の大きい方の段階中に供給されている液圧の供給だけに続く液圧の供給 に接続させられていることを特徴とする請求項１ないし２のいずれかに記載の衝 撃ハンマー。 ４．ハンマーは戻り行程中３つもしくはそれ以上の段階を有するシリンダー内 のピストン部材を含み、各段階で与えられる実効ピストン区域は他の段階で与え られる実効ピストン区域とは異なっており、実効ピストン区域の小さい方の各段 階中これは、ピストン部材が内方へ最も内側の位置へ加速させられている間実効 ピストン区域の大きい方の段階中に供給されている液圧の供給だけに続く液圧の 供給に接続させられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載 の衝撃ハンマー。 ５．その、もしくはそれぞれのピストンがゆっくりと動き、もしくは停止する とき加圧された供給液の測定された量がハンマー内に放出されて、それによりピ ストンが各行程の終わりで停止させられるその間液の流れを維持することを特徴 とした請求項１ないし４のいずれかに記載の衝撃ハンマー。 ６．シリンダー内に２つのピストン部材があり、各ピストンは請求項１〜５の いずれかに記載のような特徴をもって構成されていることを特徴とした請求項１ 〜５のいずれかに記載の衝撃ハンマー。 ７．シリンダー内に２つのピストン部材があり、各ピストンは請求項１〜６の いずれかに記載の構成に従って構成され、そしてピストン部材の中の第１のもの は第２のものへ結合されていてそれらは相互に反対方向に動くことを特徴とした 請求項１〜６のいずれかに記載の衝撃ハンマー。 ８．水撃作用によるピーク圧力を減少するような構成としたことを特徴とする 請求項１〜７のいずれかに記載の衝撃ハンマー。 ９．液体が水である請求項１〜８のいずれかに記載の衝撃ハンマー。 １０．請求項１〜９のいずれかに記載の衝撃ハンマーのドリル・ステムが孔内 端にある穿孔システム。 １１．衝撃ハンマーが孔内で使用され、衝撃ハンマーを駆動するのに加圧液体 を使用する穿孔方法。 １２．水撃効果を小さく維持する手段が請求項１〜１１のいずれかに記載のよ うに構成されたシリンダー内にピストン部材を含むハンマーを有するものである 請求項１１に記載の方法。 １３．明細書に説明され、添付図に示されたのと実質的に同じ穿孔方法。 １４．明細書に説明され、添付図に示されたのと実質的に同じである、衝撃ハ ンマーを駆動するのに液圧を利用する孔内ハンマー反転循環衝撃穿孔に利用する 衝撃ハンマー。 【図１】 【図２】 【図３】 【図４】 【図５】 【図６】 【図７】 【図８】 【図９】 【図１０】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，Ｔ Ｊ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．衝撃ハンマーを駆動するのに液圧を使用する孔内ハンマー衝撃穿孔に利用 できる衝撃ハンマーにおいて、ハンマーは衝撃行程中少なくとも２段階を通過す るシリンダー内のピストン部材を含み、一つの段階で与えられる実効ピストン区 域は他方の段階で与えられる実効ピストン区域とは異なっており、実効ピストン 区域の小さい方の段階中の液圧の供給は実効ピストン区域の大きい方の段階中の 液圧の供給に継続しており、これら２つの段階はピストン部材が衝撃位置へ外方 へ向かって加速せしめられている間にあることを特徴とした衝撃ハンマー。 ２．ハンマーは戻り行程中少なくとも２段階を通過するシリンダー内のピスト ン部材を含み、一つの段階で与えられる実効ピストン区域は他方の段階で与えら れる実効ピストン区域とは異なっており、実効ピストン区域の小さい方の段階中 の液圧の供給は実効ピストン区域の大きい方の段階中の液圧の供給に継続してお り、これら２つの段階はピストン部材が最も内側の位置へ内方へ向かって加速せ しめられている間にあることを特徴とした請求項１に記載の衝撃ハンマー。 ３．ハンマーは衝撃行程中３段階を通過するシリンダー内のピストン部材を含 み、各段階で与えられる実効ピストン区域は他の段階で与えられる実効ピストン 区域とは異なっており、実効ピストン区域の小さい方の各段階中これは、ピスト ン部材が外方へ衝撃位置へ加速させられている間実効ピストン区域の大きい方の 段階中に供給されている液圧の供給だけに続く液圧の供給に接続させられている ことを特徴とする請求項１ないし２のいずれかに記載の衝撃ハンマー。 ４．ハンマーは戻り行程中３段階を有するシリンダー内のピストン部材を含み 、各段階で与えられる実効ピストン区域は他の段階で与えられる実効ピストン区 域とは異なっており、実効ピストン区域の小さい方の各段階中これは、ピストン 部材が内方へ最も内側の位置へ加速させられている間実効ピストン区域の大きい 方の段階中に供給されている液圧の供給だけに続く液圧の供給に接続させられて いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の衝撃ハンマー。 ５．シリンダー内に２つのピストン部材があり、各ピストンは請求項1〜４の いずれかに記載のような特徴をもって構成されていることを特徴とした請求項１ 〜４のいずれかに記載の衝撃ハンマー。 ６．シリンダー内に２つのピストン部材があり、各ピストンは請求項１〜５の いずれかに記載の構成に従って構成され、そしてピストン部材の中の第１のもの は第２のものへ結合されていてそれらは相互に反対方向に動くことを特徴とした 請求項１〜５のいずれかに記載の衝撃ハンマー。 ７．水撃作用によるピーク圧力を減少するような構成としたことを特徴とする 請求項１〜６のいずれかに記載の衝撃ハンマー。 ８．液体が水である請求項１〜７のいずれかに記載の衝撃ハンマー。 ９．請求項１〜８のいずれかに記載の衝撃ハンマーのドリル・ステムが孔内端 にある穿孔システム。 １０．衝撃ハンマーが孔内で使用され、衝撃ハンマーを駆動するのに加圧液体 を使用する穿孔方法。 １１．水撃効果を小さく維持する手段が請求項１〜１０のいずれかに記載のよ うに構成されたシリンダー内にピストン部材を含むハンマーを有するものである 請求項１０に記載の方法。 １２．明細書に説明され、添付図に示されたのと実質的に同じ穿孔方法。 １３．明細書に説明され、添付図に示されたのと実質的に同じである、衝撃ハ ンマーを駆動するのに液圧を利用する孔内ハンマー反転循環衝撃穿孔に利用する 衝撃ハンマー。