KR20020086528A - 타격 다운-더-홀 록 드릴 해머 및 상기 해머용 피스톤 - Google Patents

Abstract

다운-더-홀 타격 드릴은 케이싱, 케이싱의 하단부에 장착되는 드릴비트, 케이싱내에 고정되고 그것의 중심축선을 따라 연장되는 중공의 이송관 및 드릴비트에 충격을 전달하도록 케이싱내에서 축선방향의 왕복운동을 하기 위해 장착되는 피스톤을 포함한다. 상부는 상부와 하부의 교차부에서 하향면을 형성한다. 윤활제를 함유한 가압된 공기용 통로들이 피스톤내에 형성된다. 이들 통로 중 적어도 하나는 피스톤의 외주부에 형성된 수직방향 후퇴부를 구성한다. 피스톤은 후퇴부의 상단부와 하단부 사이에 배치된 반경방향 바깥쪽으로 돌출된 리브를 포함한다. 리브가 케이싱의 내면에 형성된 고리모양의 홈과 대향하여 위치될 때까지 공기가 리브를 지나 이동하는 것이 차폐된다.

Description

타격 다운-더-홀 록 드릴 해머 및 상기 해머용 피스톤{PERCUSSIVE DOWN-THE-HOLE ROCK DRILLING HAMMER AND PISTON THEREFOR}

관련발명

본 발명은 1998년 6월 15일에 미국 특허 제09/099,686호로 출원되고 및 최근등록된 미국특허 제6,062,322호에 개시된 것과 관련이 있다.

배경기술

본 발명은 록 드릴가공용 타격 다운-더-홀 해머 및 상기 해머에 사용되는 피스톤에 관한 것이다.

종래기술에 대한 설명

종래기술의 다운-더-홀 해머(down-the-hole hammer)용 피스톤이 유럽공보 0336010 B1호에 개시되어 있다. 피스톤은 덕트에 연결된 중앙채널을 포함한다. 덕트는 피스톤의 주변 홈을 거쳐 저부 및 상부 챔버로 공기를 배분한다. 공지된 피스톤은 기하구조적으로 복잡하고 임피던스와 관련하여 구성되지 않았다. 게다가, 공지된 해머는 작동공기를 안내(conduct)하기 위한 홈이 기계가공되는 반전가능한 케이싱을 구비한다. 이는 공기 흐름에 수반되는 오일이 피스톤과 케이싱의 내면 사이의 교차면에 도달되어 상기 교차면을 윤활시킬 수 있게 한다. 하지만, 케이싱에서 공기안내용 홈의 존재는 케이싱을 약화시키고 그것의 제조를 어렵게 만든다. 비교적 제작하기에 단순하면서 여전히 교차면을 윤활시킬 수 있는 더욱 튼튼한 케이싱을 제공하는 것이 바람직하다.

피스톤의 중심구멍을 통하여 연장되는 중공 공기이송관상에서 피스톤이 왕복운동하는 다른 종래기술의 다운-더-홀 해머가 미국특허 제4,015,670호에 개시되어 있다. 피스톤의 효과적인 왕복운동을 위하여 공기이송관으로부터 피스톤의 상하 챔버로 가압된 공기를 안내하는 통로가 상기 피스톤의 전체에 걸쳐 형성되어 있다. 즉, 통로들 중 일부는 중심구멍으로부터 피스톤의 상부면으로 연장되고, 그 나머지 통로는 중심구멍으로부터 피스톤의 저부면으로 연장되어 있다. 이러한 구조와 관련하여 발생되는 문제는 피스톤의 저부면이 드릴비트를 타격하는 경우에 저부면에 위치한 통로의 끝단부가 드릴비트에 의하여 적어도 부분적으로 차폐된다는 점이다. 또한, 가격시에 통로 끝단부 주위의 저부면에 크랙을 발생시킬 수도 있다.

또다른 단점은 피스톤이 피스톤의 중심구멍을 통하여 연장되는 중공의 공기이송관상에서 왕복운동하는 상술된 해머에서 발생한다. 이송관은 통상적으로 드릴의 톱 서브(top sub)에 장착되고 작동공기(working air)가 도전되는 톱 서브의 중심보어를 폐쇄시킬 수 있는 일방통행 밸브를 지지하여, 가압된 공기가 그것을 통해 흐르지 않는 기간동안 물이나 기타 이물질이 톱 서브를 통하여 윗쪽으로 흐르지 못하게 한다. 이송관의 장착에 사용되는 구조체는 드릴의 높이를 증가시킬 수 있다. 몇몇 경우에는, 이송관을 고정시키기 위하여 톱 서브의 수나사부 아래의 위치에 톱 서브 및 이송관을 통하여 소정의 핀이 반경방향으로 연장되지만, 상기 핀은 이송관의 공기안내능력을 떨어뜨리는 장애물로서 작용한다. 또한, 이송관의 외경이 톱 서브의 내경과 근접한 치수의 공차를 갖도록 제조하여 그들 사이에서 적절한 맞물림이 일어나 이송관을 안정시키고 작동공기가 이송관의 외부로 누설되지 않게할 필요가 있다. 이러한 고도의 정밀제작에 대한 요구는 제조비용을 상당히 증가시킨다. 따라서, 단순화된 이송관 및 이송관 장착장치를 제공하는 것이 바람직하다.

다른 목적은 제조하기가 비교적 쉽고 최소한의 부품을 포함하는, 효율적인 다운-더-홀 해머를 제공하는 것이다.

또 다른 목적은 상호작동면상에 양호한 윤활을 제공하는 다운-더-홀 해머용 피스톤을 제공하는 것이다.

부가적인 목적은 생산하기에 저렴한 다운-더-홀 해머용 피스톤을 제공하는 것이다.

발명의 상세한 설명

본 발명의 제1형태는 록 드릴작업용 다운-더-홀 타격 드릴에 관한 것이다. 드릴은 내면을 갖고, 상기 내면에 형성되고 케이싱의 상단부 및 하단부로부터 이격된 고리모양의 홈을 갖는 대체로 원통형인 케이싱을 포함한다. 비트장착구조체는 케이싱의 하부에 장착되고 윗쪽으로 개방된 중앙통로를 형성한다. 드릴비트는 비트장착구조체에 장착되고 비트장착구조체의 중앙통로내에서 위쪽으로 돌출된 앤빌부를 포함한다. 톱 서브는 케이싱의 상부에 장착되고 중공이송관은 톱 서브에 장착되고 케이싱의 길이방향 중심축을 따라 아랫쪽으로 연장된다. 이송관은 윤활제를 함유하는 가압된 공기를 안내하는데 적합한 중앙통로를 형성한다. 이송관은 축방향으로 이격된 상하의 반경방향 어퍼처를 포함한다. 피스톤은 케이싱내에서의 축방향 왕복운동을 하기 위하여 장착되고 상부의 서브 아래와 비트장착구조체 위에 배치된다. 피스톤은 상부 및 하부를 포함하며, 하부가 상부보다 작은 단면으로 되어 있어, 상부와 하부간의 교차부에서 상기 상부가 하향면을 형성한다. 피스톤은 이송관을 슬라이딩가능하게 수용하는 축방향 관통구멍, 피스톤의 상향면으로부터 아랫쪽으로 연장되는 제1통로, 피스톤 상부의 하향면으로부터 윗쪽으로 연장되는 제2통로, 축방향 관통구멍으로부터 피스톤의 외주쪽 측면으로 연장되고 제1통로의 하단부와 교차하는 제3통로 및 축방향 관통구멍으로부터 피스톤의 외주쪽 측면으로 연장되고 제2통로의 상단부와 교차하는 제4통로를 포함한다. 제2통로는 피스톤의 외주쪽 측면에 형성되는 후퇴부에 의하여 형성된다. 후퇴부의 상단부는 상향면으로부터 아랫쪽으로 이격되어 있다. 피스톤의 외주쪽 측면은 후퇴부의 상단부와 하단부 사이에 위치한 반경방향 바깥쪽으로 돌출된 리브를 포함한다. 제3 및 제4통로 각각은 피스톤의 왕복운동시 케이싱의 내면을 윤활제를 함유한 공기에 노출시키기 위하여 이송관의 하부 어퍼처와 간헐적으로 연통하도록 배치된다. 홈을 통하여 리브를 가로질러 후퇴부의 상단부로부터 그것의 하단부로 윤활제를 함유한 공기가 흐를 수 있도록 하부 어퍼처가 제4통로와 연통되는 경우에 리브는 홈의 반경방향 반대쪽에 위치하게 된다. 피스톤의 하부는 드릴비트 및 비트장착구조체 위로 이격된 피스톤 상부의 하향면을 이용하여 비트장착구조체의 중앙통로내에서 아랫쪽으로 이동하여 드릴비트의 앤빌부를 타격하도록 배치된다.

본 발명의 다른 형태는 본질적으로 피스톤에 관한 것이다.

도면의 간단한 설명

도 1a, 도 1b, 도 1c 및 도 1d는 각각 본 발명에 따른 다운-더-홀 해머의제1, 제2, 제3 및 제4위치에서의 길이방향의 단면을 나타내고 있는 도면,

도 2a는 본 발명에 따른 피스톤의 길이방향 단면을 나타내고 있는 도면,

도 2b 및 도 2c는 각각 도 2a의 피스톤의 저부도 및 평면도,

도 2d는 본 발명에 따른 피스톤의 측면도,

도 3a는 본 발명에 따른 공기이송관의 길이방향 단면도,

도 3b는 도 3a의 라인 3B-3B을 따라 취한 단면도,

도 4는 이송관 상부 및 그 위에 장착된 밸브의 길이방향 단면도,

도 5는 본 발명에 다른 튜브장착용 핀의 부분절개도,

도 6은 본 발명에 따른 케이싱의 길이방향 단면도,

도 7은 본 발명에 따른 나일론 부싱의 길이방향 단면도,

도 8은 본 발명에 따른 시일부재의 길이방향 단면도,

도 9는 본 발명에 따른 피스톤의 바람직한 제2실시예의 평면도,

도 10은 도 9의 라인 10-10을 따라 취한 수직방향 단면도,

도 11은 도 10과 유사한 도면으로, 수정된 케이싱을 추가로 나타낸 도면,

도 12는 도 10의 라인 12-12를 따라 취한 단면도이다.

실시예

도 1a, 1b, 1c 및 1d에는, 본 발명에 따른 다운더홀 해머(down-the-hole hammer)(10)의 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 이 해머(10)는 톱 서브(sub)(14)를 거쳐, 압축된 공기가 통과하는 회전식 드릴파이프 스트링에 연결가능한, 원통형인 리버서블 외측 케이싱(11)을 포함한다. 톱 서브는 케이싱(11)에 연결된 수나사부(14a)를 가진다. 케이싱(11)의 내벽에는 공기통로형성홈(air passage-defining grooves)이 없어 튼튼하며, 상대적으로 제조하기가 단순하다. (리버서블 케이싱(11)이 사용되는 경우에만 리테이닝 목적의 피스톤과 접촉하는 내벽의 일부에 파트-리테이닝(part-retaining) 홈(1b)이 제공될 수 있다(도 6 참조). 원통형 케이싱(11)내에서 해머 피스톤(16)이 왕복운동하고, 압축된 작동 공기가 케이싱내에서 그것을 왕복운동시키기 위해 피스톤의 상단 및 하단으로 교대로 향한다. 피스톤의 각 하향 스트로크는 원통형 케이싱(11)의 하부에 있는 드라이버 서브(12)내에 장착되는 드릴 비트(13)의 앤빌부(30)상에 임팩트 블로우(impact blow)를 가한다. 도 1a 내지 도 1d로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 피스톤(16) 및 드릴 비트(13)는 서로에 대하여 실질적으로 역전된(뒤집힌) 형상을 갖는다. 즉, 피스톤은 넓은 상부 및 좁은 하부를 가지며, 드릴 비트는 넓은 하부 및 좁은 상부를 갖는다. 일반적으로 말하면, 응력파 에너지가 피스톤 및 드릴 비트를 통해 전달되면, 단면적(A), 영계수(E) 및 밀도(ρ)의 변화로 인한 영향은 임피던스 Z로 칭해지는 매개변수로 요약될 수 있다. 임피던스의 중요성은 미국특허 제5305841호에 개시되어 있다. 임피던스 Z = AE/c, 여기서, c = (E/ρ)1/2, 즉, 탄성파 속도이다. 따라서, Z = 2Aρ이다.

본 발명에 따른 피스톤(16)(도 2a 내지 2d 참조)은 하부(16b) 및 케이싱(11)의 내벽과 슬라이딩 가능하게 맞물리는 상부(16a)를 포함한다. 상부(16a)는 길이(LM1) 및 임피던스(ZM1)를 가지는 한편, 하부(16b)는 길이(LT1) 및 임피던스(ZT1)를 갖는다. 관계 ZM1/ZT1는 3.5 내지 5.8의 범위내에 있다. 또한, 관계 LM1/LT1 또는 TM1/TT1은 1.0 내지 3.0, 바람직하게는 1.5 내지 2.5의 범위내에 있으며, 여기서, TM1은 피스톤 후방부(16a)의 시간 매개변수이며, TT1은 피스톤 하부(16b)의 시간 매개변수이다. 시간 매개변수(T)의 정의는 T = L/c이며, 여기서, L은 해당부분의 길이이고, c는 해당 부분의 탄성파속도이다. 따라서, 피스톤(16a)에 대하여, TM1 = LM1/cM1 ; 피스톤(16b)에 대하여, TT1 = LT1/cT1이다. 길이(L) 대신 시간 매개변수(T)를 고려할 필요가 있는 이유는 각각의 부분이 탄성파의 속도(c)에 대하여 다른 값을 갖는 상이한 재료로 형성될 수 있기 때문이다.

부분(16a 및 16b)의 각각은 원통형의 기본형상을 가지고, 하부의 원통형상부(16b)는 줄어든 직경을 가지므로, 중간의 끝단면 또는 그 면이 해머의 중심선(CL)에 대하여 수직한 것이 바람직한, 아래쪽을 향하는 쇼울더면(22)이 상부(16a)상에 형성되도록 한다. 피스톤의 구조는 피스톤(16)의 질량분포(mass disribution)가 처음에는 소질량부, 즉, 16b 부분이 드릴비트(13)와 접촉하도록 하는 아이디어를 기초로 한다. 후속해서, 대질량부, 즉, 16a 부분이 뒷따른다. 이러한 배치에 의하여 피스톤의 운동에너지 거의 모두가 드릴 비트를 거쳐 암석으로 전달된다는 것이 판명되었다.

피스톤의 내부 원통형상벽(37)은 중심의 통로(31)를 형성하고, 톱 서브(14)에 체결되는 동축의 제어관 또는 이송관(15) 표면에서 슬라이딩하도록 배치된다. 이송관(15)은 중공이고 반경방향 공기유입어퍼처(20) 및 반경방향 공기유출어퍼처(21)를 포함한다. 피스톤의 상부(16a)에는 가압된 공기의 이송을 위한 몇개의 통로(17, 18, 24, 25)가 제공된다. 제1통로(17)는 피스톤의 상단면(19)과 연통되어 있으며, 피스톤의 길이를 따라 이격된 위치에 있는 제3통로(24)를 거쳐 피스톤의 벽(37)으로 개방된다. 피스톤의 제2통로(18)는 쇼울더(22)와 연통되어 있으며, 제3통로(24)로부터 상방향으로 이격된 위치에 있는 제4통로(25)를 거쳐 피스톤의 벽(37)으로 개방된다. 따라서, 제2통로(18)는 피스톤의 상부면 및 하부면(19, 27) 중 어디로도 개방되지 않는다. 통로(17, 18)는 피스톤을 강화하고 공기누설을 최소화하기 위한 랜드(38)에 의하여 피스톤의 외주부로부터 반경방향으로 이격되어 있다. 통로(17, 18) 각각의 중심선(CL1, CL2)은 실질적으로 상호평행하며, 피스톤의 중심선(CL)과 실질적으로 평행하다. 통로(24, 25)의 중심선(CL3, CL4)은 실질적으로 상호평행하며, 피스톤의 중심선에 대해 실질적으로 직각이다. 통로(17, 24, 18, 25)의 직경은 실질적으로 동일하다. 피로 강도(fatigue strength) 및 블라스팅의 이유(blasting reason)로 통로(17, 24) 각각의 중심선(CL1, CL3)은 서로 교차하는 것이 바람직하며, 통로(18, 25) 각각의 중심선(CL2, CL4) 또한 서로 교차하는 것이 바람직하다.

통로(24, 25)는 피스톤의 원통형 외주부로 개방되어 피스톤 슬라이딩 표면에 양호한 윤활을 제공하고 드릴가공 및 블라스팅 단계와 같은 피스톤의 제작을 용이하게 한다. 즉, 통로(24, 25)의 반경방향 바깥쪽 끝단부가 내벽에 의하여 밀봉되어 있더라도 가압된 공기에 함유된 오일이 케이싱의 내벽(11a)상에 지속적으로 퇴적된다(따라서 윤활됨). 통로(17)는 대략 90°로 이격되어 있고, 통로(18)는 대략 180°로 이격되어 있다.

윗면(19)로 개방된 4개의 제1통로(17)가 도시되어 있고(도 2c) 중간끝단면(22)으로 개방된 단 2개의 제2통로(18)가 도시되어 있다(도 2b). 하지만, 예를 들어, 3개의 제1통로 및 3개의 제2통로와 같은, 통로의 다른 조합들도 이용될 수 있다.

하부(16b)는 리테이너(33)상에 놓이는 저부 챔버 밀봉부재의 중앙통로(39)내에 슬라이딩한다. 하부(16b)의 외벽(40)은 중앙통로(39) 상부(39a)의 내벽에 대하여 슬라이딩 하여 그들 사이에서 밀봉상태를 이룬다. 저부 챔버 밀봉부재(36)는 일반적으로 원통형의 기본형상으로 이루어지며, 케이싱(11)의 내면(11a)과 맞물리는 O링 시일을 수용하는 홈(36a)을 갖는다. 드릴 비트(13)의 앤빌부(30)는 중앙통로(39) 하부의 확장부(39b)내에 배치된다. 따라서, 시일부재(36)는 저부의 서브(12)와 함께 비트 장착(beat-mounting) 구조체를 형성한다.

저부의 챔버(26)는 피스톤(16)과 시일부재(36) 사이에 연속적으로 형성된다. 피스톤의 하향 스트로크시, 피스톤의 하부(16b)는 도 1b에 나타낸 피스톤에 도달하며, 여기서, 시일부재(36)의 중앙통로(39)의 최상부는 폐쇄된다. 그 순간, 이송관의 공기 배출어퍼처(21) 또한 폐쇄된다. 따라서, 외부와 차단된 저부의 챔버(26a)가 형성된다. 그러므로, 저부챔버내의 공기는 피스톤이 하강할 수록 점점 더 압축되기 시작한다. 결국, 피스톤은 드릴 비트(13)를 때리며(도 1c 참조), 이에 의하여 저부에 챔버(26b)가 형성된다.

해머가 사용중인 동안에는 톱 서브의 중심보어(41)로 가압된 공기가 지속적으로 전달된다. 보어(41)는 원뿔형 밸브 시트(42)로 이어지고, 다음에는 이 밸브 시트가 확장된 중심 캐비티(43)로 이어진다. 이송관(15)은 톱 서브(14)의 중심 캐비티(43)내로 연장된다. 부싱(45)은 캐비티 내의 이송관을 안정시키기 위하여 공기 유입구(20) 아래의 위치에 있는 제어관(15)의 일부분 주위에서 연장된다. 부싱은 그것의 외주부에 톱 서브의 내면에 대하여 시일을 형성하는 O링 시일을 수용하기 위한 고리모양의 홈을 포함한다(도 7 참조). 부싱은 어떤 재료로도 형성될 수 있으나, 후술되는 핀(44)에 작용하는 무게를 최소화하기 위하여 플라스틱(예를 들어, Nylon)과 같은 경량 재료로 형성되는 것이 바람직하다.

이송관을 안정시키기 위한 부싱(45)을 사용하기 때문에, 톱 서브의 내경에 대하여 근접한 치수의 공차를 갖는 이송관의 외경을 제작할 필요가 없으며, 이는 부싱이, 이송관이 안정되도록 하고 작동공기가 부싱을 지나 아래쪽으로 누설될 수 없도록 확실하게 하기 때문이다.

이송관은 톱 서브의 하부, 부싱(45), 관(15)의 상부에 형성되어 있는 정렬된 반경방향 보어를 통하여 각각 연장되는 2개의 측방향 핀(44)(도 5도 참조)에 의하여 톱 서브에 장착된다. 제어관(15)에 형성된 보어(15a, 45a) 및 부싱(45)은 각각 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있다. 각각의 핀(44)은 관(15)으로부터 톱 서브의 수나사부(14a)로 연장되나, 식별가능한(appreciable) 정도로 관의 내부로 연장되지는 않으며, 따라서, 핀이 관 전체를 통하여 연장된 경우 일어날 수 있는 관의 공기안내능력의 저하가 없다. 관(15)의 상부는, 이송관(15)의 어퍼처(21)가 피스톤의 내벽(37)에 의하여 차폐되는 기간동안 밸브를 폐쇄하도록 편향시키는 코일압축스프링(50)(도 4 참조)에 의하여 관상에 탄성적으로 배치되는 체크밸브(35)를 받치고 있다.

피스톤(16)의 임팩트 위치를 나타내고 있는 도 1a 내지 도 1c를 참조하면 해머는 다음과 같이 작동한다. 드릴가공 작업동안 피스톤과 시일부재(39) 사이에 배치되는 저부챔버(26)는 도 1c에 나타낸 저부챔버(26b)의 길이(L2)보다 조금도 짧아서는 안된다는 점에 유의해야 한다. 피스톤(27)의 전방끝단부(27)는 비트(13)의 앤빌부(30)상에 바로 부딪친다. 충격파는 드릴비트를 통하여 비트 전방면에 있는 초경합금의 버튼으로 전달되어, 암석재료를 깨뜨릴 것이다. 동시에 해머는 드릴스트링(도시 안됨)를 거쳐 회전된다.

그 다음, 피스톤은 비트로부터의 반동 및 통로(25, 18)를 거쳐 제어관(15)의 공기 유출어퍼처(21)로부터의 가압된 공기의 공급에 의하여 위로 움직인다. 피스톤은 어퍼처(21)를 폐쇄시키면서, 가압되지 않은 공기가 어퍼처(21)를 통하여 더이상 방출되지 않도록 위로 움직인다. 따라서, 스프링(50)은 통로(41)를 폐쇄시키는 위치까지 밸브(35)를 윗쪽으로 밀어주며(도 1b 참조), 이에 의하여 공기흐름이 차폐된다. 피스톤(16)은 그 운동량 및 저부챔버내에서 팽창하는 공기로 인해 윗쪽으로 더 움직인다. 이러한 피스톤의 움직임은 피스톤의 윗면(19)상에서 아래쪽으로 작용하는 힘이 피스톤의 중간 끝단면(22)상에서 윗쪽으로 작용하는 힘보다 커질때까지 계속될 것이다. 그 동안에, 상부챔버(32)나 저부챔버(26) 어느것도 공기 공급채널 또는 유출채널과 연통되지 않는다(도 1b 참조).

도 1a에 나타낸 상태에서는, 저부챔버 시일부재(36)의 내벽 및 하부(16b)의 외벽(40)이 서로 맞물려 있지 않기 때문에. 저부챔버(26)가 외부로 개방되어 있다. 따라서, 드릴 분진(dust)을 불어내기 위하여 공기는 드릴 비트를 통해 저부챔버로부터 몰려나간다. 그리고 나서 상부챔버(32)에 어퍼처(21) 및 통로(24, 27)를 통하여 가압된 공기가 공급된다. 하지만, 피스톤은 결국 어퍼처(21)가 폐쇄되도록 윗쪽으로 계속 움직이는 한편, 폐쇄된 상부 챔버(32)내의 압축된 공기의 압력은 제어관(15)으로 전달되는 공급공기의 압력과 대략 동일한 수준까지 올라간다. 이 단계에서 피스톤은 윗쪽으로의 움직임을 중단한다. 그 다음 폐쇄된 상부챔버(32)내에서 조밀해진 공기의 스프링력으로 인하여 아래쪽으로의 움직임이 시작된다. 이 아래쪽으로의 움직임은 어퍼처(21)가 통로(24)와 정렬될 때 상부챔버(32)로의 공기 공급이 개방됨으로써 첨가된 공기의 압력에 의하여 가속된다. 도 1c에 나타낸 바와 같이, 세장형 하부(16b)의 표면(27)이 비트(13)상에 부딪칠 때까지 피스톤은 아래쪽으로 계속 움직인다.

상술된 사이클은 가압된 공기가 해머에 공급되는 동안 또는 도 1d에 나타낸 바와 같이 드릴 비트의 앤빌부(30)가 비트 리테이너(33)상에 놓이게 될 때까지 계속된다. 후자의 경우는 비트가 암석내의 빈공간과 마주치거나 해머가 들어올려질 때 일어날 수 있다. 그 다음, 리테이너(33)상에서의 충돌을 피하기 위하여, 공급되는 공기는 피스톤을 움직이지는 않고 어퍼처(21)를 통하여 얼마간 배출되어 해머의 전방쪽 외부까지 도 1d의 화살표로 표시된 경로를 따라간다. 하지만, 해머가 암석과 다시 접촉하는 경우에, 비트(13)는 도 1c의 위치까지 해머내로 밀리고 가압된 공기가 공급된다면 드릴링이 재개된다.

몇가지 시험에서 본 발명에 따른 해머는 공지되어 있는 가장 경쟁력 있는 해머보다 33% 빨리 드릴링되고 15% 적은 공기 소모량이 소요된다는 것을 보여주었다.

또한 본 발명에 따르면 피스톤이 드릴 비트 또는 비트장착 구조체를 타격할 때 피스톤에 형성된 공기흐름 안내통로가 절대 막히지 않는다.

톱 서브의 나사부를 통하여 연장되는 핀에 의한 이송관의 장착은 드릴의 높이를 줄여준다. 핀은 이송관을 통과하지 않기 때문에, 핀들이 공기흐름을 막지 않는다.

이송관과 톱 서브 사이에 부싱을 사용하면 이송관은 그것의 외경이 톱 서브의 내경과 치수상으로 거의 일치해야 할 필요없이 안정된 방식으로 장착될 수 있게 된다. 따라서, 이송관은 간단하면서 저렴하게 제조될 수 있다.

도 9 내지 도 12에 나타낸 대안적인 실시예는 도 2a 내지 도 2d와 관련하여 기술된 것과 기본적으로 유사한 피스톤(60)을 포함하고 있다. 하지만, 제2통로는 피스톤의 외주쪽 측면으로부터 이격되어 있지 않다. 오히려, 각각의 제2통로(180)는 피스톤의 외주쪽 측면(138)에 형성된 후퇴부에 의해 형성된다. 따라서, 서로 대각방향으로 대향하여 배치되는 2개의 상기 후퇴부(180)가 있다. 각 후퇴부(180)의 상단부는 윗쪽을 향하는 표면(19)로부터 아랫쪽으로 이격되어 있다. 각각의 후퇴부는 외측면(138)을 통하여 연장되는 할선(secant)(182)에 의하여 형성된다(도 12 참조).

피스톤의 원통형 외면의 연장부를 구성하는 외면(186)을 포함하는 반경방향 바깥쪽으로 돌출된 리브(184)는 후퇴부(180)의 상단부와 하단부 사이에 배치된다.

케이싱(110)은 내면(114)에 고리모양의 홈(112)이 형성되어 있다는 점을 제외하면 상술된 케이싱(11)과 유사하다. 홈(112)은 이송관(15)의 공기유출어퍼처(21)가 제4통로(25)와 정렬될 때 리브(184)와 정렬되도록 배치되어, 공기가 리브(184) 주위에서 흘러 저부챔버(26)에 도달한다.

도 9 내지 도 12와 관련하여 개시된 실시예는, 후퇴부(180) 각각의 전체길이에서 내면(114)과 연통되어 있기 때문에, 더 많은 윤활제를 함유한 공기가 피스톤의 외면을 따라 흘러 케이싱(110)의 내면(114)을 윤활시킨다는 점에서 도 1a 내지 도 8과 관련하여 개시된 이전 실시예에 의하여 얻어지는 이점을 극대화 시킨다. 따라서, 더욱 양호한 윤활이 일어난다. 또한, 도 9 내지 도 12의 피스톤에서는 벽 구조체가 제거되었기 때문에 제2통로(18)를 피스톤의 외주부로부터 분리시키는 얇은 벽으로 인하여 도 2a의 피스톤에 존재하는 여하한 단점도 피할 수 있다.

본 발명은 그것의 바람직한 실시예와 관련하여 기술되었으나, 당업자라면 첨부된 청구항에 기술된 바와 같은 본 발명의 기술적사상 및 범위를 벗어나지 않고, 구체적으로 기술되지 않는 추가, 삭제, 수정 및 치환이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

1. 내면, 상기 내면에 형성되고 케이싱의 상부 끝단 및 하부 끝단으로부터 이격된 고리모양의 홈을 갖는 대체로 원통형상인 케이싱;

   상기 케이싱의 하부에 장착되고 윗쪽으로 개방된 중앙통로를 형성하는 비트장착구조체;

   상기 비트장착구조체에 장착되고, 상기 비트장착구조체의 중앙통로내로 윗쪽으로 돌출된 앤빌부를 포함하는 드릴비트;

   상기 케이싱의 상부에 장착되는 톱 서브;

   상기 톱 서브에 장착되고, 상기 케이싱의 길이방향 중심축선을 따라 아랫쪽으로 연장되며 윤활제를 함유하는 가압된 공기를 안내하는데(conduct) 적합한 중앙통로를 형성하고, 축방향으로 이격된 상부 및 하부의 반경방향 어퍼처를 포함하는 중공의 이송관; 및

   상기 케이싱내에서의 축선방향의 왕복운동을 위하여 장착되고, 상부 서브 아래와 상기 비트장착구조체의 위에 배치되고, 하부가 상부보다 작은 단면으로 되어 있어 상기 상부와 상기 하부간의 교차부에 상기 상부가 하향면을 형성하는 상기 상부 및 상기 하부를 포함하는 피스톤으로 이루어지는 록 드릴가공용 다운-더-홀 타격 드릴(down-the-hole percussive drill)에 있어서,

   상기 피스톤은;

   상기 이송관을 슬라이딩가능하게 수용하는 축선방향 관통구멍,

   상기 피스톤의 상향면으로부터 아랫쪽으로 연장되고 상기 피스톤의 외주면으로부터 반경방향 안쪽으로 이격된 제1통로,

   상기 피스톤의 상부의 하향면으로부터 윗쪽으로 연장되는 제2통로로서, 상기 제2통로는 상기 피스톤의 외주쪽측면에 형성되는 후퇴부에 의하여 형성되고, 상기 후퇴부의 상단부는 상기 상향면으로부터 아랫쪽으로 이격되는 제2통로,

   상기 축선방향 관통구멍으로부터 상기 피스톤의 외주쪽 측면으로 연장되고 상기 제1통로의 하단부와 교차하는 제3통로, 및

   상기 축선방향 관통구멍으로부터 상기 피스톤의 외주쪽 측면으로 연장되고 상기 제2통로의 상단부와 교차하는 제4통로를 포함하며,

   상기 외주쪽 측면은 상기 후퇴부의 상단부와 하단부 사이에 위치한 반경방향 바깥쪽으로 돌출된 리브를 포함하고,

   상기 제3통로 및 제4통로 각각은, 상기 케이싱의 내면을 윤활제를 함유한 공기에 노출시키기 위하여 상기 피스톤의 왕복운동시 상기 이송관의 하부 어퍼처와 간헐적으로 연통되도록 배치되고, 상기 리브는, 상기 하부 어퍼처가 윤활제를 함유한 공기가 상기 홈을 통하여 상기 후퇴부의 상단부로부터 그것의 하단부로 상기 리브를 가로질러 흐르도록 하는 제4통로와 연통되는 경우에 상기 홈의 반경방향 반대쪽에 위치하며,

   상기 피스톤의 하부는 상기 드릴비트 및 상기 비트장착구조체 위에서 이격된 상기 피스톤 상부의 하향면에 의하여 상기 비트장착구조체의 중앙통로내에서 아랫쪽으로 이동하여 상기 드릴비트의 앤빌부를 타격하도록 배치되는 드릴.
2. 제1항에 있어서,

   상기 리브는 상기 피스톤의 원통형상면의 연장부를 구성하는 외면을 포함하는 것을 특징으로 하는 드릴.
3. 제2항에 있어서,

   상기 피스톤은 원주방향으로 이격된 복수의 후퇴부를 포함하는 것을 특징으로 하는 드릴.
4. 축선방향 관통구멍;

   상기 피스톤의 상향면으로부터 아랫쪽으로 연장되고 상기 피스톤의 외주쪽 측면으로부터 반경방향 안쪽으로 이격된 제1통로;

   상기 피스톤 상부의 하향면으로부터 위쪽으로 연장되는 제2통로로서, 상기 제2통로는 상기 피스톤의 외주쪽 측면에 형성된 후퇴부에 의하여 형성되고, 상기 후퇴부의 상단부는 상기 상향면으로부터 아랫쪽으로 이격되는 제2통로;

   상기 축선방향 관통구멍으로부터 상기 피스톤의 외주쪽 측면으로 연장되고 상기 제1통로의 하단부와 교차하는 제3통로;

   상기 축선방향 관통구멍으로부터 상기 피스톤의 외주쪽 측면으로 연장되고 상기 제2통로의 상단부와 교차하는 제4통로;

   상기 후퇴부의 상단부와 하단부 사이에 위치한 반경방향 바깥쪽으로 돌출된리브를 포함하는 외주쪽 측면을 포함하는 다운-더-홀 타격 드릴에 사용하기 위한 피스톤.
5. 제4항에 있어서,

   상기 리브는 상기 피스톤의 원통형상면의 연장부를 구성하는 외면을 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤.
6. 제5항에 있어서,

   상기 피스톤은 원주방향으로 이격된 복수의 후퇴부를 포함하는 것을 특징으로 하는 드릴.