KR20090118550A

KR20090118550A - 굴착용 천공장치

Info

Publication number: KR20090118550A
Application number: KR1020080044402A
Authority: KR
Inventors: 정영수; 배현진
Original assignee: (주)대건산업
Priority date: 2008-05-14
Filing date: 2008-05-14
Publication date: 2009-11-18
Also published as: KR101005942B1

Abstract

본 발명은 굴착용 천공장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공압의 흐름을 원활하게 하여 공압저하 현상을 없애고 타격력이 향상된 굴착용 천공장치에 관한 것이다.

상술한 본 발명은,

슬리브관; 상기 슬리브관 상단으로 공급된 공압이 내부로 유입되도록 하는 체크밸브수단; 상기 체크밸브수단을 통과한 공압이 상기 슬리브관 내주면 쪽으로 분배되도록 상부에 유도만곡부가 형성된 에어분배기; 상기 에어분배기 하부에 결합되고 상기 슬리브관과의 사이에 제1유로가 형성되는 실린더; 상기 실린더에 삽입되어 상하로 승강되며, 상기 제1유로와 연통되는 제2유로가 상기 슬리브관과의 사이에 형성되고, 상기 제2유로로부터 제공된 공압에 의해 상승되며, 상승시 상기 실린더 내부공기의 압축에 의해 하강력을 제공받는 피스톤; 상기 슬리브관의 하단에 상하로 움직일 수 있게 설치되며, 상기 피스톤의 하강력을 전달받아 하부로 돌출되면서 지반을 천공하는 비트부; 를 포함하여 이루어지는 천공장치를 제공한다.

굴착, 천공, 슬리브관, 에어분배기, 실린더, 피스톤, 비트

Description

굴착용 천공장치{Boring Apparatus for Excavation}

일반적으로, 시추(boring)는 지층의 구조나 성상을 알기 위하여 지반에 구멍을 뚫는 일로서, 지각 내부의 여러 지식을 얻기 위하여 또는 석유, 천연가스, 온천, 지하수 등을 채취하기 위하여 이루어진다.

이러한 시추에 사용되는 굴착용 천공장치는 굴착방법에 따라 비트에 충격을 주어 암석을 파쇄하여 천공하는 충격식과, 강관 끝에 다이아몬드, 초경합금을 끼워 넣은 비트를 암석면에 대하여 누르면서 회전시켜 천공하는 회전식이 있다.

이런 시추에 사용되는 굴착용 해머비트는 그 용도나 지층의 조건에 따라서 각기 다른 규격 및 구조상의 해머비트를 사용하게 되는바, 그 종류는 직접 굴착방식용 해머비트와 간접 굴착방식용 해머비트로 대별된다.

직접 굴착방식용 해머비트는 지층의 상태가 양호하여 시추후 주위의 지반이 무너지지 않는 안전지층에 사용되거나 깊이 굴착하지 않는 방식에 사용되는 것으로, 이때는 별도의 스틸관을 사용하지 않고 굴착용 해머드릴의 하단부에 해머비트를 장착하여 지층을 굴착하게 된다.

반면, 간접 굴착방식용 해머비트는 굴착공에 스틸관을 매립하면서 굴착을 실시하는 방식에 사용되는 것으로, 해머드릴에 장착된 해머비트를 스틸관 속으로 삽입하여 해머비트가 스틸관 하단 상에서 노출되도록 한 후 해머비트가 회전하면서 스틸관 지름보다 넓은 구멍을 뚫게 되며, 굴착이 종료되면 해머비트의 회수를 위해 다시 그 스틸관을 통하여 인양된다.

이러한 간접 굴착방식용 해머비트는 땅 속 깊이 들어갈수록 압력이 크게 증가되면서 많은 에너지에 의한 부하가 해머비트에 작용하여 굴착작업을 어렵게 한다.

또한, 매립되는 스틸관의 지름보다 넓은 구멍을 굴착해야 하는 해머비트는 굴착되는 양만큼 스틸관이 동시에 박히게 되므로, 스틸관이 용이하게 들어갈 수 있도록 구멍을 넓게 굴착하지 못하면 그만큼 스틸관의 매립이 어려워질 뿐만 아니라 굴착중에 많은 부하가 걸리면서 해머비트의 파손이 발생되며 이런 경우 대부분 해머비트를 다시 인양하기가 어려워진다.

따라서, 당해 분야에서는 보다 강하고 신속하게 굴착작업을 수행할 수 있는 해머비트의 개발이 요구되고 있다.

도1 내지 도3은 종래 천공장치를 나타낸 분해사시도 및 단면도이다.

도1 및 도2에 도시된 바와 같이 종래의 굴착용 천공장치는, 소정의 공압이 유입되도록 중심에 유입공(11)이 형성된 백헤드(10)와, 상기 유입공(11)의 하단에 위치되어 유입된 공압이 백헤드(10)의 유입공(11)으로 다시 유출되는 것을 방지하는 체크밸브(20)와, 상단 내측에는 백헤드(10)의 하단부가 밀폐되게 결합되고 하단 내측에는 척(60)이 고정되며 내측에 해머비트(70)가 위치되고 하부에 걸림돌기(81)와 상승장공(82)을 갖는 긴 관체인 슬리브관(80)과, 상기 슬리브관(80) 내측에서 에어분배자(30)와 슬리브관(80) 하부의 걸림돌기(81) 사이에 고정된 원통 형상의 실린더(40)와, 슬리브관(80) 내측의 실린더(40) 내측에서 해머비트(70) 상측에 위치되어 상하 왕복운동하며 해머비트(70)를 타격하는 피스톤(50)과, 하단은 실린더(40) 상단 내주연에 고정되고 상단은 백헤드(10) 하단에 탄발 형성되어 백헤드(10)의 유입공(11)으로 유입된 공압을 분배하여 피스톤(50)을 상하 왕복운동시키는 에어분배자(30)로 구성된다.

여기서, 상기 슬리브관(80)은 내측에 해머비트(70)가 위치되는 긴 관체로, 내측면의 해머비트(70) 상부에는 내측으로 돌출된 걸림돌기(81)를 갖고, 상기 걸림돌기(81) 하부에는 외측으로 형성된 상승장공(82)을 갖으며, 상단 내측에는 백헤드(10)의 하단부가 밀폐되게 결합되고, 하단 내측에는 척(60)이 결합된다.

상기 피스톤(50)은 중심측에 통공(51)을 갖고, 실린더(40) 상부에서 하강시 하강중공(42)을 통해 유입된 외부공압을 피스톤(50) 상단과 에어분배자(30) 하단 사이로 유도하는 하강유도장공(52)을 갖으며, 실린더(40) 하부에서 상승시 상승하 공(43)을 통해 유입된 외부공압을 슬리브관(80)의 상승장공(82)을 통해 피스톤(50) 하단과 해머비트(70) 상단 사이로 유도하는 상승유도요부(53)를 갖고 슬리브관(80) 내측의 실린더(40) 내측에서 상하 왕복운동하며 해머비트(70)를 하측으로 타격한다.

상기 에어분배자(30)는 슬리브관(80) 내측의 피스톤(50)과 백헤드(10) 사이에 위치되어 그 상단중심에 체크밸브(20)가 스프링에 의해 탄발결합되고, 상단 주변부에 다수개의 유입관공(31)을 갖으며, 상부에는 슬리브관(80) 내측면에 밀착되는 밀착상부돌부(32)를 갖고, 밀착상부돌부(32) 상단면에 스프링안착부(33)를 갖으며, 하부에 실린더(40) 내측면에 밀착되는 밀착하부돌부(34)가 형성되어, 백헤드(10)의 유입공(11)으로 유입된 공압을 분배하여 피스톤(50)을 상하왕복운동시켜 해머비트(70)를 타격시킨다.

이와 같이 구성된 종래의 천공장치에서는, 일정한 압력을 갖는 공압이 상기 유입공(11)을 통해 공급되면, 그 공압은 상기 체크밸브(20)를 가압하여 체크밸브(20)를 밀고 상기 에어분배자(30)의 유입관공(31)으로 유입된 후 상기 실린더(40)의 하강상공(41)을 통해 실린더(40) 외주연과 슬리브관(80) 내주연 사이에 형성된 중공부로 들어온다.

중공부로 들어온 공압은 도2에 나타낸 바와 같이 상기 실린더(40)의 하강중공(42)을 통해 실린더(40) 내부에 위치된 상기 피스톤(50)의 하강유도장공(52)을 거쳐 상기 피스톤(50) 상단부와 에어분배자(30) 하단 사이의 공간으로 유입되어 충진되는바, 이에 따라 상기 공압은 피스톤(50)에 하강력을 제공하여 상기 피스 톤(50)은 실린더(40) 내에서 하강된다.

이때, 피스톤(50) 하단부와 슬리브관(80) 사이에 위치된 잔류공기는 피스톤(50)의 통공(51)을 통해 실린더(40) 내측에서 피스톤(50) 상단과 에어분배자(30) 하단 사이의 공간으로 토출된다.

한편, 도3에 나타낸 바와 같이 피스톤(50)이 상승함에 따라 상기 중공부에 있는 공압은 실린더(40)의 상승하공(43)을 통해 실린더(40) 내부로 유입되어 피스톤(50)의 상승유도요부(53)를 거치고 다시 피스톤(50) 하부와 슬리브관(80) 사이의 상승장공(82)을 통과해 피스톤(50) 하단과 해머비트(70) 상단 사이의 공간으로 유입되어 충진되므로, 상기 피스톤(50)은 상기 에어분배자(30) 쪽으로 상승되는 것이다.

그러나, 상술한 바와 같은 종래의 천공장치는 다음과 같은 불편함 및 문제점이 있다.

첫째, 체크밸브를 통과한 공기는 전량 에어분배자에 형성된 유입관공을 지날 수 밖에 없는데, 상기 유입관공의 크기가 매우 작아서 소정의 공압을 형성하는데 매우 불리할 뿐만 아니라 유입관공이 내부에 직각 형태로 이루어져 있어서 공기 흐름을 방해하므로 공압 형성에 저항이 되는 문제점이 있고, 또한 이러한 복잡한 다수개의 유입관공을 에어분배자에 형성시켜야 하므로 제조가 어려워 제조원가가 상승하는 문제점이 있다.

둘째, 종래의 천공장치는 실린더 및 피스톤에 다수개의 구멍과 홈이 형성되 어야 하고 그들이 에어분배자 및 슬리브관과 상호 유기적으로 정확하게 짜맞추어져야 공압을 이용한 피스톤의 승강이 이루어지는바, 그 구조가 너무 복잡하여 제조상 많은 어려움이 있으며 약간의 오차가 발생하면 동작이 원활히 이루어지지 않는 문제점이 있다.

셋째, 종래의 천공장치는 상술한 바와 같은 이유로 인하여 제공된 공압보다 실제 슬리브관 내부에서 형성되는 공압이 감소되는 바, 이에 따라 피스톤에 가해지는 작동압이 저하되어 피스톤에서 출력되는 타격력이 현저히 떨어지는 문제가 발생한다.

넷째, 종래의 천공장치는 피스톤이 상승된 상태에서 별도의 공압라인을 통해 공압을 받아서 피스톤의 하강력이 발생되므로, 시간지연이 필연적으로 발생할 뿐만 아니라 위에서 제기한 공압라인의 저항문제로 공압이 저하된 경우에는 거의 자중에 의하여 피스톤이 낙하될 뿐이어서 해머비트를 타격하기 위한 타격력이 매우 미미한 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 천공장치 내부에서 공압 저하현상이 일어나지 않도록 공기의 흐름저항을 최소화함으로써 피스톤에 가해지는 압력이 극대화되도록 하는데 있다.

또한, 본 발명은 천공장치의 구조가 간단해지도록 하여 제조 편의성을 높여 원가절감을 꾀하며 간단한 구조로 인하여 각 구성간에 약간의 조립 오차가 발생되어도 원활한 동작을 수행할 수 있도록 함에 있다.

또한, 본 발명은 피스톤이 비트를 강하게 타격할 수 있도록 피스톤의 타격력을 높여 천공장치의 굴착 성능이 향상되도록 함에 있다.

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 본 발명은,

슬리브관;

상기 슬리브관 상단으로 공급된 공압이 내부로 유입되도록 하는 체크밸브수단;

상기 체크밸브수단을 통과한 공압이 상기 슬리브관 내주면 쪽으로 분배되도록 상부에 유도만곡부가 형성된 에어분배기;

상기 에어분배기 하부에 결합되고 상기 슬리브관과의 사이에 제1유로가 형성되는 실린더;

상기 실린더에 삽입되어 상하로 승강되며, 상기 제1유로와 연통되는 제2유로가 상기 슬리브관과의 사이에 형성되고, 상기 제2유로로부터 제공된 공압에 의해 상승되며, 상승시 상기 실린더 내부공기의 압축에 의해 하강력을 제공받는 피스톤;

상기 슬리브관의 하단에 상하로 움직일 수 있게 설치되며, 상기 피스톤의 하강력을 전달받아 하부로 돌출되면서 지반을 천공하는 비트부; 를 포함하여 이루어지는 천공장치를 제공한다.

또한, 상기 에어분배기의 상부에는 상기 유도만곡부에 의해 슬리브관의 내주면 쪽으로 방향전환된 공기가 상기 제1유로로 안내되도록, 상기 유도만곡부의 저면에 대응하는 위치에 가이드공이 형성된 에어가이드가 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실린더 내주면에는 보유공기량을 증가시키기 위한 1개 이상의 확장홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 피스톤에는, 피스톤이 상승할 때 상기 확장홈을 통해 압축압력이 피스톤 하방으로 누설되는 것이 방지되도록 실린더 내주면에 밀착되기 위한 기밀턱이 원주방향을 따라 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 에어분배기의 상부 중앙에는 상기 체크밸브수단이 설치될 수 있도록 수용홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 슬리브관의 상단에는 내부 중앙으로 공기유입공이 형성된 백헤드가 설치되고, 상기 공기유입공의 일단은 상기 체크밸브수단에 의해 개폐되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 에어분배기의 하부에는 피스톤안내부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실린더에는 상기 제1유로의 공압이 실린더 내부로 유입되도록 하는 통공이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 통공은 상기 피스톤의 승강에 의해 개폐되는 것으로, 상기 피스톤이 비트부를 타격하기 위해 하방으로 이동될 때에만 개방되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 피스톤에는 상기 통공을 통해 실린더 내부로 유입된 공압을 제공받기 위한 피스톤공이 관통 형성되고, 상기 비트부에는 상기 피스톤공과 연통되는 비트공이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 비트부는 비트척을 매개로 상기 슬리브관 하단에 설치되고, 상기 비트부는 상기 비트척 상에서 상하로 슬라이딩 이동되도록 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 유도만곡부를 갖는 에어분배기 구조에 의하여 천공장치에 공급되는 공압의 흐름저항이 최소화되고 이에 따라 공압저하 현상이 발생하지 않으므로 천공장치의 성능을 좌우하는 피스톤의 작동압이 개선되는 특유의 효과가 있다.

또한, 본 발명은 전체적인 구조가 매우 간단하여 제조가 간편하므로 제조원가가 크게 줄고 특히 제조상 약간의 오차가 발생되더라도 동작에 전혀 지장이 없다.

뿐만 아니라, 비트부를 타격하는 피스톤의 하강력을 외부에서 공급받지 않고 자체적으로 생성된 압축압력에 의하므로 동작이 확실하고 비트를 강하게 타격할 수 있어서 천공장치의 굴착 성능이 향상되는 탁월한 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

도4는 본 발명에 따른 천공장치의 분해사시도이고, 도5는 본 발명의 단면도이며, 도6은 본 발명의 요부 단면 확대도이고, 도7a 내지 도7c는 본 발명의 작용 상태도이다.

도4 및 도5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 천공장치는 크게 슬리브관(110), 체크밸브수단(120), 에어분배기(130), 실린더(140), 피스톤(150), 비트부(160)를 포함하여 이루어지고, 여기에 에어가이드(170)가 추가로 설치되는 것이 가능하다.

상기 슬리브관(110)은 본 발명의 전체적인 외관을 차지하는 구성요소로 양단이 개방된 긴 관의 형상으로 이루어지며, 내부에는 상기의 체크밸브수단(120), 에어분배기(130), 실린더(140), 피스톤(150) 등의 구성이 내장될 수 있도록 소정의 수용공간이 형성되고 상단에는 슬리브관(110) 내부로 공압이 공급되도록 하는 백헤드(101)가 결합될 수 있다.

또한, 상기 슬리브관(110) 내부에는 상단을 통해 공급된 공압이 내부로 유입되도록 하는 체크밸브수단(120)이 설치되는데, 상기 체크밸브수단(120)은 제공된 공압이 소정압력 이상일 때만 후방으로 밀리면서 개방되어 슬리브관(110) 내부로 항상 일정압력 이상의 공압이 유입되도록 한다.

여기서, 상기 체크밸브수단(120)은 밸브(121)와 스프링(122)을 포함하여 이루어지며 상기 슬리브관(110)의 일단(통상적으로는 상단)에 설치된 백헤드(101)의 공기유입공(102) 일단을 폐쇄하여 슬리브관(110) 내부의 공기가 역류하는 것을 방 지한다. 이때 상기 공기유입공(102)은 상기 백헤드(101)의 내부 중앙에 관통 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 소정 압력으로 상기 체크밸브수단(120)을 통과한 공압이 상기 슬리브관(110) 내주면 쪽으로 분배되어 슬리브관(110)의 길이방향을 따라 진행할 수 있도록 상기 슬리브관(110) 내부에는 에어분배기(130)가 구비된다.

상기 에어분배기(130)는 도6에 도시된 바와 같이 상기 체크밸브수단(120)을 지나서 대략 중앙부 쪽으로 들어오는 공압이 슬리브관(110)의 내주면에 해당하는 내측 원주방향으로 고루 퍼져 분배되도록 도와주는 구성으로, 공압 분배시 유입량에 비해 공기량이 감소되지 않고 저항이 거의 없어 공기흐름이 원활해지도록 상기 에어분배기(130)의 상부에는 유도만곡부(131)가 형성된다.

즉, 종래에는 공기를 분배하기 위하여 소직경을 갖는 다수개의 유입관공이 형성되어 있었으나, 이 유입관공은 다수개가 형성되어도 일단 직경이 작기 때문에 유입된 공압이 즉시 통과하지 못하고 정체되어 시간지연이 생길 뿐만 아니라 유입관공의 내부 통로가 거의 직각으로 절곡되어 있어서 공기흐름저항이 매우 높아 결과적으로 유입관공을 통과한 공기의 압력이 크게 저하되는 문제가 있다.

이에, 본 발명에서는 유입된 공압의 정체현상을 없애고 공기흐름저항을 현저하게 낮추어 상기 에어분배기(130)를 통과한 후의 공압저하 현상이 나타나지 않도록 유도만곡부(131)의 구성이 제시되었는바, 상기 유도만곡부(131)는 도시된 바와 같이 에어분배기(130)의 중심부에서 외곽을 향하여 하방으로 경사지는 형태로 이루 어지며, 이때의 경사면은 완만한 곡면 형태를 갖도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 에어분배기(130)의 상부 중앙에는 상기 체크밸브수단(120)이 설치되는 것이 바람직한데, 상기 체크밸브수단(120)이 설치될 수 있도록 상기 에어분배기(130) 중앙에는 상기 스프링(122)과 밸브(121)의 일부가 수용되기 위한 수용홈(132)이 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 에어분배기(130)의 하부에는 피스톤안내부(133)가 형성되는 것이 바람직한데, 상기 피스톤안내부(133)는 후술할 피스톤(150)이 원활하게 상승되도록 안내하는 역할을 함과 동시에 피스톤(150)과 실린더(140) 및 에어분배기(130) 간에 기밀이 유지되도록 하여 피스톤(150)이 상승할 때 내부공기가 압축되도록 하기 위한 구성인바, 피스톤안내부(133)에 대해서는 피스톤(150)을 설명할 때 작용과 함께 다시 한번 설명하기로 한다.

그리고, 상기 에어분배기(130)의 하부에는 양단이 개방된 관 형태의 실린더(140)가 결합되는데, 상기 실린더(140)는 상기 슬리브관(110) 내경과의 사이에 공압이 지나갈 수 있는 제1유로(201)가 형성되도록 그 외경이 설정되어야 한다.

즉, 상기 실린더(140)의 외주면과 상기 슬리브관(110)의 내주면 사이에는 미세한 간극이 형성되어야 하는데, 이 간극이 공압이 지나가는 제1유로(201)가 된다.

따라서, 상기 에어분배기(130)에 의하여 상기 슬리브관(110)의 내주면으로 진행하는 공압은 상기 실린더(140)와 슬리브관(110) 사이에 형성된 제1유로(201)를 따라 하방으로 이동하게 된다.

여기서, 상기 에어분배기(130)는 유도만곡부(131)만으로도 상기 제1유로(201)로 공압을 보낼 수 있으나, 상기 유도만곡부(131)에 의하여 슬리브관(110)의 내주면 쪽으로 방향 전환된 공기의 압력과 유속이 높으면 유도만곡부(131)에서 와류가 발생되어 오히려 그 흐름에 방해가 될 수 있다.

그러므로, 상기 에어분배기(130)의 상부에는 상기 슬리브관(110)의 내주면 쪽으로 방향전환된 공기가 상기 제1유로(201)로 보다 원활하게 안내되도록 에어가이드(170)가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 에어가이드(170)에는 도시된 바와 같이 공기가 통과되기 위한 가이드공(171)이 형성되는데, 상기 가이드공(171)은 에어가이드(170)의 원주방향을 따라 다수개가 형성되는 것이 좋고, 상기 가이드공(171)의 위치는 상기 유도만곡부(131)의 저면과 대응하는 곳이 좋다.

또한 상기 실린더(140)의 하부에는 원주방향을 따라 1개 이상의 통공(141)이 형성되는데, 상기 통공(141)은 상기 제1유로(201)의 공압이 실린더(140) 내부로 유입되도록 하는 기능을 하는 것으로, 도5에 나타낸 바와 같이 상기 통공(141)은 평상시에 실린더(140) 내부에 삽입된 피스톤(150)에 의해 폐쇄되지만, 도7c에 나타낸 바와 같이 피스톤(150)이 후술할 비트부(160)를 타격하기 위해 하방으로 더 이동될 때에만 상기 통공(141)이 개방되어 제1유로(201)의 공압이 실린더(140) 내부로 들어올 수 있게 된다. 실린더(140) 내부로 들어온 공압의 용도에 대해서는 후술한다.

한편, 상기 실린더(140)에는 피스톤(150)의 일부가 삽입되어 실린더(140) 내 에서 상하로 승강되는데, 이때 실린더(140) 밖으로 노출되는 상기 피스톤(150)의 외주면과 상기 슬리브관(110)의 내주면 사이에는 상기 제1유로(201)와 연통되는 제2유로(202)가 형성됨에 따라 상기 제1유로(201)의 공압을 제2유로(202)가 이어받게 된다.

상기 제2유로(202)의 공압은 상기 피스톤(150)의 길이방향을 따라 하방으로 진행한 후 상기 피스톤(150) 아래에서 진행방향이 상방으로 전환되어 피스톤(150) 하단에 공압이 작용함으로써 상기 피스톤(150)이 상승되도록 하여야 하는바, 상기 피스톤(150)의 하단부 아래에는 공급되던 공압이 정체되면서 국부적으로 압력이 상승되는 압력상승부(203)가 형성되는 것이 바람직하다.

상기 압력상승부(203)는 상기 제2유로(202)로부터 계속해서 공급되는 공압에 의해 압력이 국부적으로 높아지면서 그 압력이 상기 피스톤(150) 하단에 작용하여 피스톤(150)을 상승시킨다.

상기 피스톤(150)이 상기 압력상승부(203)의 압력에 의하여 상부로 이동하는 과정에서 상기 피스톤(150) 상단이 에어분배기(130)의 피스톤안내부(133)와 실린더(140)가 이루는 공간(이하, "압축압력발생부"라 한다)속으로 들어가게 됨에 따라 그 압축압력발생부(204)에 들어있던 공기가 상승하는 피스톤(150)에 의하여 압축되면서 상기 피스톤(150)의 운동방향을 하방으로 다시 전환하게 된다.

즉, 상기 압축압력발생부(204)에서의 압축압력은 상기 피스톤(150)에 하강력을 제공함과 동시에 고속으로 상승하는 피스톤(150)이 에어분배기(130)와 직접 충돌하는 것을 방지하는 기능을 동시에 수행하는데, 본 발명에서 주목할 것은 피스 톤(150)의 하강력을 외부에서 별도로 제공받는 것이 아니라 실린더(140) 내부에서 자체적으로 발생되는 공기의 압축력을 이용한다는 것이다.

여기서, 피스톤(150)이 상승되기 전 상기 압축압력발생부(204)에 보유하고 있는 공기의 양을 최대한 확보하여 피스톤(150)이 상승될 때 공기의 압축압력을 최대한 높이고 이에 따라 피스톤(150)의 하강력을 배가시키기 위하여 상기 실린더(140)의 내주면 상에는 원주방향을 따라 1개 이상의 확장홈(142)이 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 피스톤(150)이 상승할 때 상기 확장홈(142)을 통해 압축압력이 피스톤(150) 하방으로 누설되는 것을 방지하기 위하여 상기 피스톤(150)에는 실린더(140) 내주면에 밀착되기 위한 기밀턱(152)이 원주방향으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 확장홈(142)과 상기 기밀턱(152)에 의하여 상기 압축압력발생부(204)의 압축효율은 증대되면서 압축공기가 피스톤(150) 하방으로 누설되지 않아 피스톤(150)은 보다 강한 힘으로 비트부(160)를 타격할 수 있게 된다.

한편, 상기 피스톤(150)의 하강력이 더욱 배가되도록 피스톤(150) 상승시 상기 압축압력발생부(204) 외의 다른 곳에서도 공기압축이 이루어지는 것이 바람직한바, 상기 피스톤(150)의 하단부 측에는 상기 압축압력발생부(204)에서 공기압축이 이루어질 때 상기 제2유로(202)에서도 공기압축이 이루어질 수 있도록 상기 슬리브관(110)에 밀착되는 밀착부(153)가 형성되는 것이 바람직하다.

이때 상기 밀착부(153)가 형성되어도 피스톤(150)이 상승되기 전까지는 상기 제2유로(202)의 공압이 상기 압력상승부(203)로 전달될 수 있도록 상기 슬리브관(110)의 내주면에는 원주방향으로 요홈(113)이 형성된다.

따라서, 도7a에 나타낸 바와 같이 피스톤(150)이 상승하기 전 상태에서는 상기 슬리브관(110)의 요홈(113)과 상기 피스톤(150)의 밀착부(153) 사이에 간극이 형성되어 제2유로(202)를 통해 공압이 상기 압력상승부(203)까지 전달될 수 있고, 도7b와 같이 상승하는 피스톤(150)에 의해 상기 압축압력발생부(204)의 공기가 압축되기 시작하는 시점에서는 상기 피스톤(150)의 밀착부(153)가 슬리브관(110)의 요홈(113)보다 상부에 위치하면서 슬리브관(110)의 내주면과 밀착되어 상기 제2유로(202)의 공압이 하방으로 진행하지 못하는바, 상기 밀착부(153)에 의하여 제2유로(202)는 국부적으로 압력이 높아져 상기 압축압력발생부(204)와 함께 피스톤(150)에 하강력을 제공하게 된다.

한편, 상기 피스톤(150)으로부터 하강력을 전달받아 그 힘에 의해 하부로 돌출되면서 지반을 천공하는 비트부(160)는 상기 슬리브관(110)의 하단에 상하로 움직일 수 있도록 설치된다.

여기서, 상기 비트부(160)는 상기 슬리브관(110)에 직접 설치되어도 무방하지만, 도시된 바와 같이 비트척(180)을 매개로 상기 슬리브관(110) 하단에 설치되는 것이 바람직한데, 상기 비트척(180)은 상기 슬리브관(110) 하단에 통상의 체결수단을 통해 착탈 가능하게 결합되고, 상기 비트부(160)는 상기 비트척(180) 상에서 상하로 슬라이딩 가능하게 설치된다.

따라서, 도7b에서와 같이 비트부(160)가 지반에 의하여 더 이상 들어가지 못하고 그 위에 비트척(180)과 슬리브관(110)이 얹혀져 있는 상태에서, 피스톤(150)이 하강하면서 상기 비트부(160)를 타격하면 도7c와 같이 상기 비트부(160)가 그 충격력에 의하여 돌출되면서 지반을 뚫고 들어가는데, 이러한 연속적인 동작이 반복되면서 지반의 천공이 이루어진다.

이와 같이 상기 비트부(160)가 지반을 천공할 때에는 지반에 가해지는 충격에 의해 비트부(160) 주위로 많은 미립의 슬라임(Slime)이 생성되는데, 슬라임이 많으면 굴착성능에 악영향을 미치므로, 슬라임은 상기 비트부(160) 주위로부터 배출되는 것이 좋다.

슬라임을 배출하기 위한 수단으로 도7c에 나타낸 바와 같이 상기 실린더(140)에 형성된 통공(141)을 통해 실린더(140) 내부로 유입된 공압이 사용되는데, 상기 공압이 상기 비트부(160)의 선단까지 공급되도록 상기 피스톤(150)에는 피스톤공(151)이 관통 형성된다.

또한, 상기 비트부(160)에는 상기 피스톤공(151)과 연통되도록 비트공(161)이 형성되어 이 비트공(161)으로 공압이 분출됨으로써 비트부(160) 주위의 슬라임이 배출되는데, 하강하는 피스톤(150)이 상기 비트부(160)를 타격하기 바로 직전에 상기 실린더(140)의 통공(141)을 개방시키면 상기 통공(141)을 통해 제1유로(201)의 공압이 실린더(140) 내부로 유입되어 상기 비트부(160)의 비트공(161)을 통해 분출된다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 설명된 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위 내에서 얼마든지 구성요소의 치환과 변형이 가능한바, 이 또한 본 발명의 권리에 속하게 된다.

도1 내지 도3은 종래 천공장치를 나타낸 분해사시도 및 단면도,

도4는 본 발명에 따른 천공장치의 분해사시도,

도5는 본 발명의 단면도,

도6은 본 발명의 요부 단면 확대도,

도7a 내지 도7c는 본 발명의 작용 상태도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

101 : 백헤드 110 : 슬리브관

113 : 요홈 120 : 체크밸브수단

130 : 에어분배기 131 : 유도만곡부

132 : 수용홈 133 : 피스톤안내부

140 : 실린더 141 : 통공

142 : 확장홈 150 : 피스톤

151 : 피스톤공 152 : 기밀턱

153 : 밀착부 160 : 비트부

161 : 비트공 170 : 에어가이드

171 : 가이드공 180 : 비트척

Claims

슬리브관(110);

상기 슬리브관(110) 상단으로 공급된 공압이 내부로 유입되도록 하는 체크밸브수단(120);

상기 체크밸브수단(120)을 통과한 공압이 상기 슬리브관(110) 내주면 쪽으로 분배되도록 상부에 유도만곡부(131)가 형성된 에어분배기(130);

상기 에어분배기(130) 하부에 결합되고 상기 슬리브관(110)과의 사이에 제1유로(201)가 형성되는 실린더(140);

상기 실린더(140)에 삽입되어 상하로 승강되며, 상기 제1유로(201)와 연통되는 제2유로(202)가 상기 슬리브관(110)과의 사이에 형성되고, 상기 제2유로(202)로부터 제공된 공압에 의해 상승되며, 상승시 상기 실린더(140) 내부공기의 압축에 의해 하강력을 제공받는 피스톤(150);

상기 슬리브관(110)의 하단에 상하로 움직일 수 있게 설치되며, 상기 피스톤(150)의 하강력을 전달받아 하부로 돌출되면서 지반을 천공하는 비트부(160);

를 포함하여 이루어지는 굴착용 천공장치.
제1항에 있어서, 상기 에어분배기(130)의 상부에는 상기 유도만곡부(131)의 저면에 대응하는 위치에 가이드공(171)이 형성된 에어가이드(170)가 설치된 것을 특징으로 하는 굴착용 천공장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 실린더(140) 내주면에는 보유공기량을 증가시키기 위한 1개 이상의 확장홈(142)이 형성된 것을 특징으로 하는 굴착용 천공장치.
제3항에 있어서, 상기 피스톤(150)에는,

피스톤(150)이 상승할 때 상기 확장홈(142)을 통해 압축압력이 피스톤(150) 하방으로 누설되는 것이 방지되도록 실린더(140) 내주면에 밀착되기 위한 기밀턱(152)이 원주방향을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 굴착용 천공장치.
제4항에 있어서, 상기 에어분배기(130)의 상부 중앙에는 상기 체크밸브수단(120)이 설치될 수 있도록 수용홈(132)이 형성된 것을 특징으로 하는 굴착용 천공장치.
제5항에 있어서, 상기 슬리브관(110)의 상단에는 내부 중앙으로 공기유입공(102)이 형성된 백헤드(101)가 설치되고, 상기 공기유입공(102)의 일단은 상기 체크밸브수단(120)에 의해 개폐되는 것을 특징으로 하는 굴착용 천공장치.
제6항에 있어서, 상기 에어분배기(130)의 하부에는 피스톤안내부(133)가 형성된 것을 특징으로 하는 굴착용 천공장치.
제7항에 있어서, 상기 실린더(140)에는 상기 제1유로(201)의 공압이 실린더(140) 내부로 유입되도록 하는 통공(141)이 형성된 것을 특징으로 하는 굴착용 천공장치.
제8항에 있어서, 상기 통공(141)은 상기 피스톤(150)의 승강에 의해 개폐되는 것으로, 상기 피스톤(150)이 비트부(160)를 타격하기 위해 하방으로 이동될 때에만 개방되는 것을 특징으로 하는 굴착용 천공장치.
제9항에 있어서, 상기 피스톤(150)에는 상기 통공(141)을 통해 실린더(140) 내부로 유입된 공압을 제공받기 위한 피스톤공(151)이 관통 형성되고, 상기 비트부(160)에는 상기 피스톤공(151)과 연통되는 비트공(161)이 형성된 것을 특징으로 하는 굴착용 천공장치.
제10항에 있어서, 상기 비트부(160)는 비트척(180)을 매개로 상기 슬리브관(110) 하단에 설치되고, 상기 비트부(160)는 상기 비트척(180) 상에서 상하로 슬라이딩 이동되도록 설치된 것을 특징으로 하는 굴착용 천공장치.