KR20180058790A

KR20180058790A - 퍼쿠션 장치

Info

Publication number: KR20180058790A
Application number: KR1020187011434A
Authority: KR
Inventors: 제이런 라이엘 맥밀란
Original assignee: 제이런 라이엘 맥밀란
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2018-06-01
Also published as: EA035860B1; WO2017056026A1; AU2016332745B2; EP3356636A1; EA201890612A1; HK1249566A1; EP3356636A4; DK3356636T3; MY191558A; IL258275B; US20180274298A1; AU2016332745C1; CN108026756B; HRP20200735T1; US10883312B2; IL258275A; EP3356636B1; CA3027656A1; CA3027656C; AU2016332745A1

Abstract

본 발명에 따르면, -입력측; - 출력측; - 적어도 하나의 구동 트랜스미터; - 구동 트랜스미터 경로; - 퍼쿠션 임팩터; 및 - 퍼쿠션 앤빌을 포함한 퍼쿠션 장치로서, 상기 구동 트랜스미터 경로는 상기 퍼쿠션 장치의 길이방향 축 주위의 원주방향 경로이고, 상기 구동 트랜스미터 경로는 리프트부 및 리드부를 포함하는 적어도 하나의 치형부를 포함하며, - 상기 적어도 하나의 치형부는 본질적으로 톱니파의 한 파장이고, - 상기 리프트부는 구동 트랜스미터 경로의 밑변으로부터 멀리 기울어져 있으며, - 상기 리드부는 구동 트랜스미터 경로의 밑변으로 급격히 복귀하는 치형부의 한 섹션이고, - 상기 입력측은 퍼쿠션 임팩터로부터 회전 분리되며, - 상기 퍼쿠션 앤빌은 출력측에 부속되거나 출력측의 일부를 형성하고, - 상기 퍼쿠션 임팩터는 퍼쿠션 임팩터의 길이방향 맞은편 말단부들인 충돌 단부와 완력 입력단부를 포함하며, - 임팩트 단부는 퍼쿠션 앤빌과 마주보므로: 사용시, 출력부가 자유롭게 회전하는 경우, 적어도 하나의 구동 트랜스미터와 구동 트랜스미터 경로는 입력측의 회전운동을 출력측으로 전달하기 위해 협력해 동작하도록 구성되고, 사용시 출력측의 제한된 회전 또는 무회전이 가능한 경우, 적어도 하나의 구동 트랜스미터와 구동 트랜스미터 경로는 퍼쿠션 임팩터와 퍼쿠션 앤빌 간의 거리를 증가, 유지 또는 감소시키기 위해 협력해 동작하도록 구성되며, 적어도 하나의 구동 트랜스미터와 구동 트랜스미터 경로는 입력측의 회전운동을 수용하고 충격운동 및/또는 회전운동을 출력측에 전달하기 위해 협력해 동작하도록 구성되는 퍼쿠션 장치가 제공된다.

Description

퍼쿠션 장치

본 발명은 공구가 회전 저항을 충족할 때 충격력을 공구에 부여하는 장치로서, 저항이 계속되면 이 충격력이 주기적으로 가해질 수 있다. 특정 적용으로는 지면을 뚫는데 사용되는 착암기(rock drills), 피굴착 물질의 변화로 인해 드릴이 느려지거나 멈추게 할 수 있는 콘크리트 등을 뚫는데 사용되는 소형 드릴, 및 항타기(pile drivers)를 포함한다. 대안적인 형태로, 상기 장치는 퍼쿠션 장치를 충격 형태로만 강제하는 락킹장치를 포함한다.

드릴을 사용하여 암반을 뚫을 때 드릴을 늦추거나 멈추게 할 수 있는 물질을 만날 경우, 계속 착암하려면, 물질을 제거해 드릴링 작업을 재개하려는 시도로 드릴 헤드를 표면으로부터 뒤로 뺐다가 드릴 헤드를 회전시키면서 밀어 접촉시킬 수 있다. 이는 시간이 걸리고 드릴링을 항상 재개할 수 있는 것도 아니며, 때로 방해물질이 제거되거나 방해물질을 통과될 때까지 그 드릴을 빼내고 다른 드릴 헤드나 드릴을 사용하는 게 필요하다. 드릴이 회전하는 중에 드릴의 회전을 급속히 멈추게 하는 물질을 만나면, 드릴 헤드 및/또는 드릴 스트링 및/또는 구동유닛에 손상이 발생될 수 있다.

종래 굴착은 종종 비충격식의, 순전히 마찰 방식으로 사용되며, 이는 느리거나 느려질 수 있다.

드릴을 빼거나 드릴 헤드를 뒤로 뺐다 다시 접촉시켜야 하는 요구 조건을 극복하기 위해, 일부 드릴 스트링은 주기적인 충격력을 드릴 스트링 또는 드릴 팁에 가하는 퍼쿠션 유닛을 포함한다. 이들 장치는 공압식 또는 유압식 시스템으로 구동되는 퍼쿠션 해머를 포함하며, 이들은 가동하기에 비용이 많이 들 수 있고 종종 드릴링 유체 매질을 통해 퍼쿠션을 실행하는데 보조 에너지 소스를 필요로 할 수 있다. 이러한 장치는 공압을 필요로 하는 경우가 있는데 어떤 상황에서는 문제가 될 수 있다. 또한, 이들 퍼쿠션 장치 중 다수는 일단 결합되면 연속으로 또는 고정된 속도로 작동한다; 이는 많은 상황에서 최적이 아닐 수 있다. 종종 퍼쿠션 해머 드릴 스트링 상의 드릴 헤드는 하나 이상의 스플릿 링들에 의해 유지되는데, 이 링이 파손되면 드릴 헤드가 손실되거나 복구하기가 어려울 수 있다.

몇몇 표면 아래 작업의 경우, 약간의 회전 충격과 함께 충격력을 가하는 것이 유용하지만, 퍼쿠션 해머로는 이렇게 할 수 없다.

본 명세서 전반에 걸친 선행 기술에 대한 어떠한 논의도 그러한 선행 기술이 널리 알려져 있거나 현장에서 통상적인 일반 지식의 일부를 구성한다는 것을 인정하는 것은 아니다.

본 발명의 목적은 상술한 하나 이상의 문제를 개선하거나 적어도 소비자에게 유용한 선택을 제공하는 해결방안을 제공하는 것이다.

본 발명은:

- 입력측;

- 출력측;

- 퍼쿠션 임팩터; 및

- 외부 케이싱을 포함한 퍼쿠션 장치로서,

- 상기 퍼쿠션 임팩터 또는 외부 케이싱 중 하나는 구동 트랜스미터 경로를 포함하고,

- 상기 외부 케이싱 또는 퍼쿠션 임팩터 중 하나는 적어도 하나의 구동 트랜스미터를 포함해, 퍼쿠션 임팩터가 구동 트랜스미터 경로를 포함할 경우 외부 케이싱이 적어도 하나의 구동 트랜스미터를 포함하거나 그 반대도 마찬가지인 퍼쿠션 장치를 제공한다.

바람직하기로, 상기 적어도 하나의 구동 트랜스미터는 상기 구동 트랜스미터 경로 길이 중 적어도 일부를 따라 슬라이딩하거나 롤링하도록 구성된다.

바람직하기로, 구동 트랜스미터 경로는 퍼쿠션 임팩터의 일부이며, 상기 퍼쿠션 임팩터는 충돌 단부 및 완력 입력단부(F1 단부)를 포함하고, 상기 충돌 단부 및 F1 단부는 퍼쿠션 임팩터의 대향 말단부이며, 구동 트랜스미터 경로는 적어도 하나의 리프트부와 적어도 하나의 리드부를 포함한다.

바람직하기로, 상기 구동 트랜스미터 경로가 상기 퍼쿠션 임팩터의 일부인 경우, 어느 한 리프트부를 따라 움직임에 따라, F1 단부와 구동 트랜스미터 경로 사이 거리가 증가하며, 어느 한 리드부를 따라 움직임에 따라, F1 단부와 구동 트랜스미터 경로 사이 거리는 갑자기 최소로 감소하고, 한 리프트부 다음에 한 리드부가 치형부를 형성한다.

대안으로, 상기 구동 트랜스미터 경로가 상기 퍼쿠션 임팩터의 일부인 경우, 어느 한 리프트부를 따라 움직임에 따라, F1 단부와 구동 트랜스미터 경로 사이 거리는 초기에 리프트부의 시작시 스캘로프부를 이루며 감소하다 증가하며, 어느 한 리드부를 따라 움직임에 따라, F1 단부와 구동 트랜스미터 경로 사이 거리는 갑자기 최소로 감소하고, 한 리프트부 다음에 한 리드부가 치형부를 형성한다.

바람직한 형태로, 구동 트랜스미터 경로가 퍼쿠션 임팩터의 일부인 경우, 일정 속도로 리프트부를 따라 움직임에 따라, F1 단부와 구동 트랜스미터 경로 사이 거리의 변화 속도가 바뀌며, 리프트부에 대한 가변 기울기를 형성한다.

바람직하기로, 적어도 2개의 구동 트랜스미터가 있다. 매우 바람직한 형태로, 짝수 개의 구동 트랜스미터가 있다. 바람직하기로, 1개 내지 8개의 구동 트랜스미터들이 있다.

바람직하기로, 구동 트랜스미터 경로가 퍼쿠션 임팩터의 일부인 경우, 한 치형부 다음에 기저부가 오며, 기저부는 본질적으로 F1 단부에서 일정 거리에 있다. 바람직하기로, 기저부는 치형부보다 훨씬 더 낮은 경사로 기울어져 있다.

다른 바람직한 형태로, 구동 트랜스미터 경로가 외부 케이싱의 일부인 경우, 상기 구동 트랜스미터 경로는 적어도 하나의 리프트부와 적어도 하나의 리드부를 포함한다. 바람직하기로, 어느 한 리프트부를 따라 움직임에 따라, 입력측과 구동 트랜스미터 경로 간의 거리가 증가하며, 어느 한 리드부를 따라 움직임에 따라, 입력측과 구동 트랜스미터 경로 간의 거리가 갑자기 최소로 감소해, 한 리프트부 다음에 한 리드부가 치형부를 형성한다. 대안적인 바람직한 형태로, 어느 한 리프트부를 따라 움직임에 따라, 출력측과 구동 트랜스미터 경로 간의 거리가 증가하며, 어느 한 리드부를 따라 움직임에 따라, 입력측과 구동 트랜스미터 경로 간의 거리가 갑자기 최소로 감소해, 한 리프트부 다음에 한 리드부가 치형부를 형성한다.

바람직하기로, 단면에서 스캘로프 리드는 구동 트랜스미터 경로가 외부 케이싱에 포함되는 변형들에 포함된다. 바람직한 변형으로, 구동 트랜스미터 경로가 외부 케이싱의 일부인 경우, 리프트부의 기울기가 가변될 수 있고/있거나 스캘로프부를 포함할 수 있다.

바람직하기로, 치형부 다음에 기저부는 한 파장(λ)의 파이다. 대안으로, 한 치형부가 한 파장(λ)의 파이다.

바람직하기로, 구동 트랜스미터 경로는 2 내지 1000 파장을 포함한다. 매우 바람직한 형태로 구동 트랜스미터 경로는 2 에서 20 파장을 포함한다.

바람직하기로, 구동 트랜스미터 또는 각각의 구동 트랜스미터가 접촉한 리프트부를 따라 이동함에 따라 에너지를 축적하도록 구성된 완력 입력 단부와 접촉하는 완력 유닛이 있다. 바람직하기로는, 상기 구동 트랜스미터 또는 각각의 구동 트랜스미터가 리드부를 통과할 때, 퍼쿠션 앤빌과 접촉시 축적된 에너지가 퍼쿠션 임팩터로 보내지고 퍼쿠션 앤빌을 향해 퍼쿠션 임팩터를 가속시켜, 저장된 에너지의 일부 또는 전부가 충격 임펄스로서 퍼쿠션 임팩터에서 출력부로 전달된다. 바람직하게는, 충격 임펄스는 회전 성분을 포함한다.

대안적인 형태로 본 발명은:

- 입력측;

- 출력측;

- 적어도 하나의 구동 트랜스미터;

- 구동 트랜스미터 경로;

- 퍼쿠션 임팩터; 및

- 퍼쿠션 앤빌을 포함한 퍼쿠션 장치로서,

- 상기 구동 트랜스미터 경로는 상기 퍼쿠션 장치의 길이방향 축 주위의 원주방향 경로이고,

- 상기 구동 트랜스미터 경로는 리프트부 및 리드부를 포함하는 적어도 하나의 치형부를 포함하며,

- 상기 적어도 하나의 치형부는 본질적으로 톱니파의 한 파장이고,

- 상기 리프트부는 구동 트랜스미터 경로의 밑변으로부터 멀리 기울어져 있으며,

- 상기 리드부는 구동 트랜스미터 경로의 밑변으로 급격히 복귀하는 치형부의 한 섹션이고,

- 상기 입력측은 퍼쿠션 임팩터로부터 회전 분리되며,

- 상기 퍼쿠션 앤빌은 출력측에 부속되거나 출력측의 일부를 형성하고,

- 상기 퍼쿠션 임팩터는 퍼쿠션 임팩터의 길이방향 맞은편 말단부들인 충돌 단부와 완력 입력단부를 포함하며,

- 임팩트 단부는 퍼쿠션 앤빌과 마주보므로:

- 사용시, 출력부가 자유롭게 회전하는 경우, 적어도 하나의 구동 트랜스미터와 구동 트랜스미터 경로는 입력측의 회전운동을 출력측으로 전달하기 위해 협력해 동작하도록 구성되고,

- 사용시 출력측의 제한된 회전 또는 무회전이 가능한 경우, 적어도 하나의 구동 트랜스미터와 구동 트랜스미터 경로는 퍼쿠션 임팩터와 퍼쿠션 앤빌 간의 거리를 증가, 유지 또는 감소시키기 위해 협력해 동작하도록 구성되며,

적어도 하나의 구동 트랜스미터와 구동 트랜스미터 경로는 입력측의 회전운동을 수용하고 충격운동 및/또는 회전운동을 출력측에 전달하기 위해 협력해 동작하도록 구성되는 퍼쿠션 장치를 제공한다.

바람직하기로, 퍼쿠션 임팩터는 퍼쿠션 앤빌에 회전 연결된다.

바람직하기로, 출력부는 퍼쿠션 앤빌 위로 뻗어 있는 세장부재인 임팩터 샤프트를 포함하고 퍼쿠션 앰팩터는 길이방향으로 동축으로 정렬된 보이드인 임팩터 샤프트 터널을 포함해, 임팩터 샤프트가 길이방향 임팩터 샤프트 터널 내에 슬라이딩 핏되며, 임팩터 샤프트와 임팩트 샤프트 터널은 퍼쿠션 임팩터의 회전운동을 출력부에 전달하도록 하는 치수로 구성된다. 바람직하기로, 임팩터 샤프트와 임팩트 샤프트 터널의 횡단면은 다음의 목록, 즉, 직사각형, 정사각형, 불규칙 다각형, 규칙 다각형, 별 모양, 십자형 모양, 난형, 타원형, 엽상형, (있다면) 둥근 모서리 및 오브라운드를 갖는 상술한 모양들 중 어느 하나에서 선택된다. 바람직하기로, 임팩터 샤프트가 길이방향으로 트위스트된다. 바람직하기로, 트위스트는 1/20 내지 3/4 턴이다. 더 바람직하기로, 트위스트는 1/20 내지 1/2 턴이다.

바람직하기로, 구동 트랜스미터 경로는 연속 원주경로이다. 대안적인 형태로, 구동 트랜스미터 경로는 상기 치형부들 간에 공간과 조합해 연속 원주경로를 이루는 복수의 불연속 치형부이다.

바람직하기로, 입력측은 퍼쿠션 임팩터와 퍼쿠션 앤빌을 적어도 부분적으로 둘러싼 케이싱을 포함한다. 바람직하기로, 케이싱은 완력 면을 포함하고, 상기 완력 면은 퍼쿠션 임팩터의 완력 입력단부를 바라보는 케이싱의 내부면이다.

바람직하기로, 완력 면과 완력 입력단부 간에 완력 유닛이 놓여 있다. 바람직하기로, 압축될 때 상기 완력 유닛이 에너지를 축적한다. 바람직하기로, 완력 유닛은 다음의 목록, 즉, 일정 또는 가변 속도의 압축 스프링, 일정 또는 가변 속도의 고체 엘라스토머 스프링, 일정 또는 가변 속도의 자기 스프링 및 가스 스프링에서 별개로 선택된 하나 이상의 장치다.

한가지 바람직하기 형태로, 구동 트랜스미터 경로는 퍼쿠션 임팩터의 일부를 형성하거나 퍼쿠션 임팩터에 부속되며, 적어도 하나의 구동 트랜스미터는 드라이브 월에 부속되고, 상기 드라이브 월은 케이싱의 내벽이다.

다른 바람직한 형태로, 적어도 하나의 구동 트랜스미터는 퍼쿠션 임팩터의 일부를 형성하고 구동 트랜스미터 경로는 드라이브 월에 부속되거나 드라이브 월의 일부로서 형성되며, 드라이브 월은 케이싱의 내벽이다.

바람직하기로, 적어도 하나의 구동 트랜스미터는 구동 트랜스미터 경로의 길이의 적어도 일부를 따라 슬라이딩 또는 롤링하도록 구성된 롤러 또는 팔로워이다.

바람직하기로, 리프트부는 스캘로프 인덴트(scalloped indent)를 포함한다.

바람직하기로, 출력부는 회전 고정될 수 있다. 바람직하기로, 출력부가 회전 고정되면, 퍼쿠션 장치가 본질적으로 충격력을 출력부에 부과한다.

바람직하기로, 출력부가 드릴 비트 또는 드릴 비트를 포함한 드릴 스트링에 부속된다.

바람직하기로, 드릴링 리그의 일부로서 퍼쿠션 장치가 사용된다.

다른 바람직한 형태로, 퍼쿠션 장치는 막혀 움직이지 않는 드릴 스트링 또는 드릴 비트를 빼내는데 사용된다.

대안적인 형태로, 퍼쿠션 장치는 파일 또는 케이싱을 지면에 또는 한 피스의 재료를 통해 충격으로 굴착시키는데 사용된다.

바람직하기로, 적어도 하나의 구동 트랜스미터는 치형부의 정점을 지날 때 부하를 없애도록 구성된다.

바람직하기로, 적어도 하나의 치형부 다음에 기저부가 잇따르고, 기저부는 구동 트랜스미터 경로의 공간 또는 일부이다. 바람직하기로, 기저부는:

- 본질적으로 치형부가 상기 퍼쿠션 임팩터에 부속될 때 충격 입력단부로부터 일정 거리이거나,

- 본질적으로 치형부가 상기 케이싱에 부속될 때 케이싱의 단부로부터 일정 거리이다.

바람직한 대안으로, 기저부는 치형부보다 훨씬 더 적은 기울기로 경사져 있다.

바람직하기로,치형부 다음에 기저부는 한 파장(λ)의 파이다. 대안으로, 한 치형부가 한 파장(λ)의 파이다.

바람직하기로, 구동 트랜스미터 경로는 2 내지 1000 파장(λ)을 포함한다. 매우 바람직한 형태로, 구동 트랜스미터 경로는 2 에서 20 파장(λ)을 포함한다.

임의의 바람직하거나 대안적인 변형으로, 원주방향으로 측정된 기저부의 길이는 원주방향으로 측정된 치형부의 길이의 0.5 내지 4배이다.

바람직하기로, 1개 내지 8개의 구동 트랜스미터들이 있다. 매우 바람직한 형태로, 2개 내지 8개의 구동 트랜스미터들이 있다.

바람직하기로, 각 구동 트랜스미터들에 대해 하나의 치형부가 있다.

본 발명의 내용에 포함됨.

단지 예로서,첨부도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 아래에서 상세하게 설명한다.
도 1은 다양한 사용을 위해 드릴에 부착된 퍼쿠션 장치 또는 리그에 부착된 항타기를 갖는 드릴링 리그에 대한 일련의 4개의 측면도(A-D)이다.
도 2는 퍼쿠션 장치의 측면도이다.
도 3은 외부 케이싱이 선 A-A을 따라 절단되고 퍼쿠션 장치의 화살표 A-A 방향에서 본 횡단면도이다.
도 4는 퍼쿠션 장치로부터 떨어져 있는 퍼쿠션 어셈블리의 측면도이다.
도 5는 화살표 B 방향으로 퍼쿠션 임팩터의 도면이다.
도 6은 퍼쿠션 장치에서 제거된 아웃풋 어셈블리가 도시된 측면도이다.
도 7은 인풋 어셈블리만이 도시된 도 3에 도시된 횡단면도이다.
도 8은 그림으로 도시된 구동 트랜스미터의 일련의 다른 변형들 (i), (ii) 및 (ii)이다.
도 9는 임팩터 샤프트 또는 IS 터널에 대한 일련의 횡단면도 (i)-(vii)이다.
도 10은 구동 트랜스미터 경로의 많은 변형인 일련의 파형으로, 상기 구동 트랜스미터 경로는 평평하게 되어 있다.
도 11은 사용시 퍼쿠션 장치가 출력측이 정상적으로 회전하는 도 3과 유사한 횡단면도이다.
도 12는 사용시 퍼쿠션 장치가 출력측이 회전 저항을 만나는 도 11과 유사한 횡단면도이다.
도 13은 사용시 퍼쿠션 장치가 출력측이 회전 저항을 만나고 단위 힘으로 저장된 에너지가 퍼쿠션 임팩터로 방출되는 도 12와 유사한 횡단면도이다.
도 14는 퍼쿠션 장치의 제 2 변형으로 도 3에 도시된 도면과 유사한 횡단면도이다.
도 15는 나선형으로 트위스트된 임팩터 샤프트를 갖는 변형된 출력부의 측면도이다.
도 16은 단위 힘이 퍼쿠션 임팩터로 저장된 에너지를 방출하는 시점에서 퍼쿠션 임팩터와 함께 변형된 출력부의 측면도이다.
도 17은 치차부의 수직부가 변형된 트위스트 임팩터 샤프트를 감안해 후방으로 컷팅된 구동 트랜스미터 경로에 대한 교번하는 2파장 경로파형(75)의 도면이다.
도 18은 횡단면으로 도시된 임팩터 샤프트의 변형을 갖는 출력부의 측면도이다.
도 19는 퍼쿠션 장치가 항타기로 사용되는 리그의 측면도이다.
도 20은 별도의 구동 유닛에 의해 구동되는 퍼쿠션 장치를 갖는 리그의 측면도이다.
도 21은 선 A-A를 따라 절개되고 화살표 A-A 방향에서 본 외부 케이싱을 갖는 퍼쿠션 장치의 인출 변형의 횡단면도이다.
도 22는 드릴 비트로 유체 수송을 허용하는 대안적인 변형의 케이싱을 선 A-A를 따라 절단하고 드릴 비트가 부분적으로 절단되어 있으며, 화살표 A-A 방향에서 본 퍼쿠션 장치에서 드릴 비트까지 드릴 스트링의 부분 횡단면도이다.
도 23은 케이싱 드라이버로 사용하기 위한 퍼쿠션 장치를 포함하여 케이싱을 선 A-A를 따라 절단하고 화살표 A-A의 방향에서 본 드릴 스트링의 부분 횡단면도이다.
도 24는 퍼쿠션 장치가 케이싱 드라이버로서 구성된 드릴 스트링을 갖는 리그의 도면이다.
도 25는 퍼쿠션 장치의 다른 변형예의 케이싱을 선 A-A를 따라 절단하고 화살표 A-A 방향에서 본 횡단면도로, 통로 섹션은 외부 케이싱의 일부이고 구동 트랜스미터가 퍼쿠션 임팩트에 부착되어 있다.
도 26은 시그마 디바이스의 측면도이다.
도 27은 외부 케이싱을 선 A-A를 따라 절단하고 화살표 A-A 방향에서 본, 스프링이 아닌 완력 유닛과 수조액을 담은 선택적 유체수조를 갖는 퍼쿠션 장치의 변형예의 횡단면도이다.
도 28은 외측 케이싱을 선 A-A를 따라 절단하고 화살표 A-A 방향에서 본 퍼쿠션 장치의 스프링이 아닌 완력 유닛을 갖는 변형예의 횡단면도이다.
도 29는 사이에 공간을 갖는 복수의 분리 이격된 치형부로 구성된 구동 트랜스미터 경로를 갖는 퍼쿠션 어셈블리의 또 다른 변형예의 측면도이다.

정의

톱니는 기저부에서 정점까지 비스듬히 뻗어 있고 정점 다음에 기저부까지 급강하하는 섹션을 갖는 파형(波形)이다. 이 용어는 부서지는 파도와 유사하거나 정점 아래 언더컷 섹션을 포함하는 파형뿐 아니라 예리하거나 둥근 정점 및 구배지거나 직선의 경사진 섹션을 갖는 파형을 포함하는 것을 의미한다.

샤프트(Shaft)는 다른 부분으로 힘 또는 운동을 방향전환시키거나 힘 또는 운동을 보내도록 방향전환되는 경질재료의 세장형 피스로, 목적에 적합한 임의의 횡단면 형상을 가질 수 있고, 중공(튜브형) 또는 강체 재질일 수 있다.

범위가 주어지면 상기 범위에 속하는 임의의 하위 범위도 또한 특정하게 포함되는 것을 유의해야 한다. 가령, 2-20 범위는 x가 2에서 20까지 선택되고, y가 x에서 20까지 선택되는 수식 x에서 y로 정의된 모든 범위를 포함하며, 0.05Hz-500Hz는 a = 0.05에서 500Hz이고 b = a에서 500Hz인 수식 a에서 b까지 정의되는 모든 범위를 포함한다. 간격은 범위가 다루는 대상에 따라 달라지며, 범위가 현재 있는 대상물의 개수를 포함하면 최소 분할은 하나의 대상물일 가능성이 높으므로 1-10의 범위는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 및 10이 된다; 범위가 예를 들어 주파수 범위라면, 측정 한계까지 분수 부분을 포함한다.

도면은 단지 대표적이며 상대 치수 또는 상대 척도 중 일부는 바람직하거 최적의 형태로 있는 것과는 다른데, 이는 명확히 하기 위한 것임을 유의하라.

본 발명을 실행하기 위한 최선의 태양

도 1을 참조하면, 각각이 메인 구동유닛(5)을 갖는 리그(3)를 포함한 다양한 드릴링 또는 파일 구동방안(A, B, C, D)에 대해 첨부된 외부 케이싱(2)을 갖는 퍼쿠션 장치(1)가 도시되어 있다. 메인 구동유닛(5)은(전기 또는 유압식)모터와 (대개 있으나 항상 있지는 않는)기어박스일 가능성이 크나, 오로지 모터이거나 (고정 속도, 가변 속도, 전기식, 유압식, 기어박스가 있거나 없는) 임의의 다른 적절한 타입의 구동유닛일 수 있다. 도 1의 A 및 1의 B는 표준 드릴(6)을 도시한 것이고, 도 1의 C는 US 9,115,477에 기술된 드릴과 유사한 트윈 컨센트릭 드릴(7)을 도시한 것이며, 도 1의 D는 통상적으로 사용되는 디바이스라기보다 퍼쿠션 장치(1)를 이용한 항타기(8)를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 드릴 비트는 단지 대표적이며, 이들은 트위, 트라이, 쿼드(또는 복수의 이들) 롤러 콘 비트, 블레이드/스크래퍼/드래그 비트, PDC(Polycrystalline Diamond Compact) 비트, 다이아몬드 비트, 퍼쿠션 비트 또는 이들의 변형 및 조합을 포함하나 이에 국한되지 않는 드릴 비트의 롤러 커터 또는 고정 커터 타입의 임의의 공지된 형태일 수 있다. 사용시, 메인 구동유닛(5)은 퍼쿠션 장치(1)의 입력측(10) 보다 앞서 드릴 스트링(9)을 회전시키므로, 외부 케이싱(2)을 회전시킨다.

도 2를 참조하면, 입력측(10)과 출력측(11)을 포함한 퍼쿠션 장치(1)가 온전한 외부 케이싱(2)과 함께 도시되어 있다. 사용시, 퍼쿠션 장치(1)는 직간접적으로 입력측(10)에 가해진 회전운동을 출력측(11) 상에 퍼쿠션 및/또는 회전운동으로 변환시킨다.

도 3을 참조하면, 도 2에서 절단선 A-A를 따라 외부 케이싱(2)을 절단하고 화살표 A-A 방향으로 본 퍼쿠션 장치(1)의 제 1 변형의 횡단면도가 도시되어 있다. 퍼쿠션 장치(1)는:

- 외부 케이싱(2), 구동 트랜스미터(21), 완력 유닛(22) 및 알파 섹션(23)을 포함한 인풋 어셈블리(20);

- 구동 트랜스미터 경로(26)와 함께 퍼쿠션 임팩터(25)를 포함한 퍼쿠션 어셈블리(24); 및

- 퍼쿠션 앤빌(28)과 임팩터 샤프트(29)를 포함한 아웃풋 어셈블리(27)를 구비한다.

인풋 어셈블리(20)는 퍼쿠션 장치(1)의 입력측(10)에 있고 아웃풋 어셈블리(27)는 퍼쿠션 장치(1)의 출력측(11)에 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 여기서 도 5는 화살표 B 방향으로의 퍼쿠션 임팩터(25)의 도면이고, 퍼쿠션 임팩터(25)는 퍼쿠션 장치(1)와 별도로 도시되어 있다. 퍼쿠션 임팩터(25)는:

- 임팩트 단부(31)를 포함한 제 1 섹션(30);

- 완력 입력 단부(33)를 포함한 경로부(32); 및

- IS(임팩터 샤프트) 터널(34)을 포함하고,

- 임팩트 단부(31)와 완력 입력 단부(33)는 퍼쿠션 임팩터(25)의 길이방향으로 마주보는 말단에 인접해 있으며,

- 경로부(32)는 구동 트랜스미터 경로(26)를 포함한다.

제 1 섹션(30)은 제 1 섹션 측면(30a)(간략히 FS 측면(30a))을 포함하고, 경로 섹션(32)은 제 2 섹션 측면(32a)(간략히 SS 측면(32a))을 포함한다. 여기서 측면(35,36)은 관련 섹션의 노출 면이다. 구동 트랜스미터 경로(26)는 FS 측면(30a)에서 제 1 부분(30)과 경로 섹션(32)이 접하는 SS 측면(32a)까지 뻗어 있다. 구동 트랜스미터 경로(26)는 퍼쿠션 임팩터(25)를 둘러싼 연속 경로이다. 구동 트랜스미터 경로(26)의 표면은 그 경로를 따라 임의 지점에서 퍼쿠션 임팩터(25)의 길이방향 축에 수직인 평면 상에 놓이는 것이 바람직하지만 반드시 그럴 필요는 없다.

경로 섹션(32)은 직경이 제 1 섹션(30)의 최대 횡단면 치수보다 더 큰 횡단면에서 원으로 도시되어 있다. 이 경우, 제 1 섹션(30)은 원 횡단면으로 도시되어 있어 구동 트랜스미터 경로(26)의 폭(W)이 퍼쿠션 임팩터(25) 주위로 일정하나, 몇몇 형태에서, 제 1 섹션(30)의 횡단면 모양은 원이 아닐 것이다(가령, 다각형 또는 타원형일 수 있다).

IS 터널(34)은 퍼쿠션 임팩터(25)의 각 말단부에 개구가 있으며, 퍼쿠션 임팩터(25)의 길이방향 축과 정렬된 개방형 보이드(open-ended void)이다. IS 터널(34)의 횡단면 형태 및 치수로 인해 임팩트 샤프트(29)와 결합시 퍼쿠션 임팩터(25)가 임팩터 샤프트(29)의 길이의 일부를 따라 슬라이딩할 수 있도록 된다. IS 터널(34)과 임팩터 샤프트(29)의 상보적인 횡단면 형태로 인해 결합시 임팩트 샤프트(29)와 퍼쿠션 임팩터(25) 간에 최소 차동 회전운동이 있게 된다. 퍼쿠션 임팩터(25)는 임팩터 샤프트(29)의 길이의 적어도 일부분을 따라 자유롭게 슬라이딩할 수 있는 것이 바람직하다. 도 5에서, IS 터널(34)은 정사각형 또는 직사각형 횡단면으로 도시되어 있다.

이런 제 1 변형으로, 충돌 단부(31)는 퍼쿠션 임팩터(25)의 길이방향 축에 수직인 면에 놓인 평편 면이다.

완력 입력 단부(31)와 구동 트랜스미터 경로(26) 간의 거리는 상기 구동 트랜스미터 경로(26)의 길이를 따라 이동함에 따라 변한다. 화살표 C 방향으로 구동 트랜스미터 경로(26)를 따라 움직이면, 완력 입력 단부(31)와 구동 트랜스미터 경로(26) 간의 거리는 증가하다가 급격히 감소하며 그런 다음 같게 유지되고 계속해 거리가 다시 증가하다 급격히 감소한 다음 같게 유지되며 이후 패턴을 반복한다. 경로 파형(75)은 기본적으로 치형(tooth)인데, 각 치형은 서로 떨어져 있다. 퍼쿠션 임팩터(25)의 각각의 완전한 회전을 위한 상승 회수는 변하나 짝수(2 내지 1000)일 것이며, 사용시 퍼쿠션 주파수는 0.1 내지 150Hz가 될 것이지만, 몇몇 애플리케이션은 0.05Hz 내지 500Hz에 있을 수 있으리라 생각된다.

퍼쿠션 임팩터(25)는 조밀한 강체 재료, 가장 가능성 있게는 금속이며 바람직하게는 하나 이상의 강철인 것으로 예상된다. 이 제 1 변형에서, 퍼쿠션 임팩터(25)는 본질적으로 견고한 구조이지만, 몇몇 형태로, 퍼쿠션 임팩터(25)의 행동을 변화시키기 위해 액체 물질로 채워질 수 있는 보이드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 액체가 움직이게 보이드가 부분적으로 채워질 수 있거나 사용시 액체를 첨가하거나 제거함으로써 퍼쿠션 임팩터(25)의 질량이 조정될 수 있다. 수은이 사용되었다면 질량은 강철 퍼쿠션 임팩터(25)보다 더 클 것이다; 수은의 밀도는 13.5 톤/m³이고 강철의 밀도는 약 7.8 톤/m³이다.

도 6을 참조하면, 퍼쿠션 장치(1)와 별개로 퍼쿠션 앤빌(28), 임팩터 샤프트(29) 및 분리섹션(36)을 포함한 아웃풋 어셈블리(27)가 도시되어 있다. 분리섹션(36)은 분리 지지부(37), 아이솔레이터(38) 및 분리 디스크(39)를 포함한다. 분리 지지부(37)와 분리 디스크(39)는 기본적으로 'I'형 섹션을 형성하는 아이솔레이터(38)에 의해 이격되어 있다. 이 제 1 변형에서 분리 지지부(37)와 분리 디스크(39)의 외직경은 (같을 필요는 없지만) 같다. 분리 지지부(37)와 분리 디스크(39)의 외직경은 둘 다 아이솔레이터(38)의 외직경보다 더 크다. 분리 디스크(39)는 출력측(11)의 일부를 형성하는 출력 샤프트(40)에 부속되어 있다. 분리 지지부(37)는 퍼쿠션 앤빌(28)을 포함하며 퍼쿠션 엔빌에 부속되어 있다. 임팩터 샤프트(29)의 길이방향 축은 아웃풋 어셈블리(27)의 길이방향 축과 동축이며, 분리 지지부(37)의 노출면에 부속되고 분리 지지부(37)의 노출면에서 입력섹션(10)을 향해 뻗어 있다.

도 7을 참조하면, 퍼쿠션 장치(1)와 별개로 인풋 어셈블리(20)가 도시되어 있다. 이 제 1 변형에서, 외부 케이싱(2)은 본체부(50)와 기저부(51)를 포함하고, 본체부(50)는 튜브이고, 기저부(51)는 외부 케이싱(2)의 한 말단부를 이루는 디스크이다. 기저부(51)는 입력면(54)와 완력면(55)을 포함한다. 입력면(54)은 외부 케이싱(2)의 노출면과 인접해 있고 완력면(55)은 완력 유닛(22)의 일단과 함께 1차 단부(60)와 치합하고/하거나 인접해 있는 기저부(51)의 대향면이다.

외부 케이싱(2)은 개방형 말단부와 개방 케이싱 단부(57)를 포함하고, 개방 케이싱 단부(57)와 기저부(51)는 외부 케이싱(2)의 마주보는 말단부이다.

외부 케이싱(2)은 드라이브 월(58)과 노출형 케이싱 월(59)을 포함하고, 노출형 케이싱 월(59)은 퍼쿠션 장치(1)의 노출면과 인접한 외부 케이싱(2)의 면이다. 드라이브 월(58)과 노출형 케이싱 월(59)은 외부 케이싱(2)의 마주보는 면이다. 알파 섹션(23)은 개방향 케이싱 단부(57)에 가까운 드라이브 월(58)의 일부에 부속되고 이로부터 수직으로 뻗어 나온 재료의 평평한 링으로, 드라이브 월(58)의 일부에서 뻗어 나온 고리모양이다. 퍼쿠션 장치(1)가 어셈블리 형태로 있으면, 알파 섹션(23)과 아이솔레이터(38) 간에 슬라이딩 핏(sliding fit) 또는 클리어런스 핏(clearance fit)으로, 분리 지지부(37) 및 분리 디스크(39) 사이에 알파 섹션(23)이 놓인다. 분리 디스크(39) 및 분리 지지부(37) 모두와 드라이브 월(58) 사이에도 슬라이딩 핏 또는 클리어런스 핏이 있다.

완력 유닛(22)은 완력 면(55)에서 일정 비율 또는 가변 비율로 전개되어 있는 코일 스프링으로 도시되어 있다. 이 경우 완력 유닛은 외부 케이싱(2)과 동축을 정렬되어 있다. 완력 유닛(22)은 1차 단부(60)와 2차 단부(61)를 포함하며, 1차 단부(60)와 2차 단부(61)는 완력 유닛(22)의 마주보는 말단이다. 상술한 바와 같이, 1차 단부(60)는 완력면(55)에 가장 가까운 단부이다. 완력 유닛(22)은 스프링, 압축가스(가령 가스 스트럿), 동일한 극들이 가장 가까이 있는 자력(磁力), 또는 이 목록에서 별개로 선택된 복수의 물품들을 포함할 수 있다.

도 3, 도 7 및 구동 트랜스미터(21) 형태에 대해 도 8을 참조하면, 외부 케이싱(2)의 중심을 향해 드라이브 월(58)에 부속되거나 드라이브 월에서 뻗어 있는 2개의 대각선으로 마주보는 구동 트랜스미터(21)가 도시되어 있다. 각 구동 트랜스미터(21)는 사용시 구동 트랜스미터 경로(26)와 접촉하는 트랜스미터 면(70)을 포함한다. 구동 트랜스미터(21)는 (도 8의 i에 도시된 바와 같이) 롤러, (도 8의 ii에 도시된 바와 같이) 구배면이 트랜스미터 면(70)을 이루는 디스크의 한 섹션일 수 있거나, 구동 트랜스미터(21)가 구동 트랜스미터 경로(26)와 치합시 상기 구동 트랜스미터(21)가 상기 구동 트랜스미터 경로(26)를 따라 이동할 수 있는 임의의 다른 형태일 수 있다. 예컨대, 구동 트랜스미터(21)는 액슬에 의해 드라이브 월(58)에 부속된 롤러일 수 있고, 그 모양은 강체적으로 또는 핀, 또는 유사한 회전장치, 힌지형장치 또는 고정장치의 방향을 바꾸게 하는 핀을 통해 도 8의 ii에 도시되어 있다. 구동 트랜스미터(21)는 도 3 및 도 7에서 롤러로 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 임팩트 단부(31)가 퍼쿠션 앤빌(28)로부터 이격되게 도시된 퍼쿠션 장치(1)가 조립된 상태로 도시되어 있다. 퍼쿠션 임팩터(25)는 임팩터 샤프트(29)와 맞물린다. 구동 트랜스미터 경로(26)는 완력 입력단부(31)와 구동 트랜스미터 경로(26) 사이의 거리가 최대인 지점에서 구동 트랜스미터(21)와 맞물린 다. 완력 유닛(22)은 퍼쿠션 임팩터(25)와 치합되어 퍼쿠션 임팩터(25)에 최대 힘을 가한다. 알파 섹션(23)은 아이솔레이터(38)에 바로 인접하고 분리 디스크(39)로부터 이격되어 있다. 아이솔레이터(38) 및 알파 섹션(23)의 치수는 슬라이딩 조인트를 형성하는 치수가 된다.

임팩터 샤프트(29)와 IS 터널(34)의 횡단면 형태는 상보적이며 (임팩터 샤프트(29)가 길이방향 트위스트를 갖지 않는 한) 이들 간에 차동 회전운동을 허용하지 않는다.

도 9의 (i) 내지 (vii)를 참조하면, 임팩터 샤프트(29)와 IS 터널(34)에 대한 몇몇 예시적인 횡단면 형태들이 도시되어 있고, 도 9의 (i) 내지 (iv)는(규칙 또는 불규칙) 3면에서 8면의 다각형이고 도 9의 (v) 내지 (vii)는 스플라인형 샤프트/터널이다.

사용시 퍼쿠션 장치(1)의 이 제 1 변형을 설명하기 전에, 경로 파형(75)을 볼 수 있도록 잡아 늘리고 평평하게 놓음으로써 구동 트랜스미터 경로(26)의 몇가지 변형을 설명할 것이다. 도 10의 (i) 내지 (v)를 참조하면, F1 단부(33)(도 4 참조)가 맨 위에 있도록 지향된 퍼쿠션 임팩터(25)로부터 이격된 경로 파형(75)인 구동 트랜스미터 경로(26)가 도시되어 있다. 사용시, 구동 트랜스미터(21)는 우측에서 좌측으로 움직인다.

도 10의 (i)를 참조하면, 경로 파형(75)은 2개의 파장(λ)으로 구성된 것으로 도시되어 있으며, 각각의 파장(λ)은 기저부(80) 및 치형부(81)를 포함한다. 기저부(80)는 치형부(81)와 대략 동일한 길이로 도시되어 있다. 치형부(81)는 기저부(80)와 동일한 라인 상에 놓인 밑변과 직각이고 좌측면에서 직각인 직각 삼각형이며, 노출된 꼭지점은 완만한 곡선이다. 밑변에서 꼭지점까지 최단거리인 치형부(81)의 높이(H)는 치형 길이(TL)의 약 25%에서 40%로 도시되어 있다. 경로 파형(75)은 퍼쿠션 임팩터(25)의 완전한 일회전을 나타낸다.

도 10의 (ii)를 참조하면, 경로 파형(75)은 도 10의 (i)에 도시된 바와 유사하나, 높이(H)가 치형 길이(SL)의 약 45% 내지 65%인 4 파장 길이(λ)로 구성된다.

도 10의 (iii)를 참조하면, 경로 파형(75)은 도 10의 (i)에 도시된 바와 유사하나, 높이(H)가 경로 섹션(32)의 직경과 거의 동일하고, 치형 길이(TL)는 기저부(80)의 약 30% 내지 40%이다.

도 10의 (iv)를 참조하면, 경로 파형(75)은 2 파장(λ)으로 도시되어 있으나, 치형부(81)의 빗변은 스캘럽트 아웃 섹션(83)으로 시작된다.

도 10의 (v)를 참조하면, 경로 파형(75)은 각각 4개의 톱니와 1개의 커다란 톱니로 구성되는 2개의 파장(λ)으로 구성되며, 서로 다른 크기의 파들의 조합이 사용될 수 있음을 나타낸다.

높이(H)는(일부 적용에서는 높이를 경로 섹션(32)의 직경의 2배로 연장시킬 필요가있을 수 있지만) 1mm 내지 10mm 정도로 낮을 수 있고 경로 섹션(32)의 직경까지 될 수 있음에 유의해야 한다. 퍼쿠션 장치(1)의 최대 직경은 드릴 비트가 형성하는 구멍의 직경이며, 퍼쿠션 임팩터(25)는 외부 케이싱(2) 내에 끼워지기 때문에 직경이 이보다 더 작다.

도 1 내지 도 10 및 보다 구체적으로는 도 11 내지 13 중 어느 하나를 참조로 퍼쿠션 장치(1) 동작의 한가지 바람직한 방법을 설명한다.

도 11과 특히 필요한 경우 이전의 도면들을 참조하면, 사용시 아웃풋 어셈블리(27)의 회전에 대해 저항이 거의 없거나 전혀 없는 퍼쿠션 장치(1)의 횡단면도가 나타나 있다. 외부 케이싱(2)은 시계방향으로(도면에서 좌에서 우로) 회전되고, 구동 트랜스미터(21)는 구동 트랜스미터 경로(26)의 치형부(81)와 접촉하고 임팩터 샤프트(29)를 통해 이 회전력을 아웃풋 어셈블리(27)로 전하는 퍼쿠션 임팩터(25)에 힘을 가하기 시작할 때까지 주위를 회전한다. 아웃풋 어셈블리(27)가 드릴 비트(미도시)에 부속되면, 이는 회전시키기 위해 다소 힘을 필요로 할 수 있다.

도 12와 특히 필요한 경우 이전의 도면들을 참조하면, 사용시 아웃풋 어셈블리(27)의 회전에 대한 저항을 높이는 퍼쿠션 장치(1)의 횡단면도가 나타나 있다. 아웃풋 어셈블리(27)의 회전에 대한 저항으로서, 구동 트랜스미터(21)는 치형부(81)를 오르고, 이는 퍼쿠션 임팩터(25)의 회전속도가 느려짐으로 인해 발생한다. 이러한 오름으로 퍼쿠션 임팩터(25)는 퍼쿠션 앤빌(28)에서 멀리 임팩터 샤프트(29)를 따라 이동하게 된다. 퍼쿠션 임팩터(25)의 이런 이동으로 완력 유닛(22)이 에너지를 축적하게 된다(스프링 또는 압축가스를 포함하는 경우, 스프링 및 가스 압축되고, 자석의 동일 극들을 포함하는 경우, 이들을 함께 움직인다). 이 축적된 에너지는 상기 에너지 방출을 막기에 저항이 충분치 못하는 수준에 도달할 수 있는데, 이런 경우이면, 아웃풋 어셈블리(27)는 증가된 회전속도 및 가능하게는 퍼쿠션 임팩터(25)가 퍼쿠션 앤빌(28)을 타격함에 따라 최소 충격력을 경험할 수 있다. 아웃풋 어셈블리(27)가 지속적으로 증가된 저항을 경험하거나 단순히 회전을 방해받으면, 구동 트랜스미터(21)가 정점에 도달할 때까지 계속해서 치형부(81)를 올라간다.

도 13과 특히 필요한 경우 이전의 도면들을 참조하면, 사용시 구동 트랜스미터(21)가 치형부(81)와 완력 유닛(22)의 정점을 지나 축적된 에너지를 퍼쿠션 임팩터(25)로 방출하는 퍼쿠션 장치(1)의 횡단면도가 나타나 있다. 아웃풋 어셈블리(27)의 회전 저항이 계속되고 구동 트랜스미터(21)는 치형부(81)의 정점을 지나 회전된다. 구동 트랜스미터(21)가 치형부(81)의 정점을 지나자마자, 퍼쿠션 임팩터(25)는 완력 유닛(22)에 축적된 에너지와 임의의 중력을 가지며 퍼쿠션 앤빌(28)을 향해 자유 이동하여 가속된다. 퍼쿠션 임팩터(25)는 퍼쿠션 앤빌(28)을 타격해 충격 임펄스를 아웃풋 어셈블리(27)에 전달한다. 구동 트랜스미터(21)는 퍼쿠션 임팩터(25)가 퍼쿠션 앤빌(28)을 타격할 때 구동 트랜스미터 경로(26)의 기저부(80)와 접촉하지 않는 것에 유의해야 한다. 이는 기저부(80)가 스캘로프되거나 잘려져 있거나, 퍼커션 임팩터(25)의 치수가 기저부(80)가 구동 트랜스미터(21)에 접촉할 수 없도록 되어 있는 것을 의미한다.

아웃풋 어셈블리(27)가 단단한 물질에 부딪혀 멈추어진 드릴 비트에 부착된 경우, 이 충격 임펄스가 이를 제거해야 한다. 기저부(80)는 다양한 드릴 및/또는 지면 조건에 최적화될 수 있는 퍼쿠션들 간에 시간 주기를 둔다. 지면 조건에 따라 드릴이 특정 값 이하로 느려질 때 간헐적인 퍼쿠션 동작이 특정 문제가 있는 곳에 관통 속도를 향상시킬 것으로 예상된다.

도 14를 참조하면, 퍼쿠션 장치(1)의 제 2 변형이 도시되어 있다. 이 제 2 변형은 알파 섹션(23)과 분리 디스크(39) 사이에 분리 버퍼(90)를 포함한다. 분리 버퍼(90)는 탄성재료, 가령 충격 부하의 일부 또는 전부를 흡수할 수 있는 엘라스토머 재료로 된 링 또는 환형 피스이다. 적절한 재료의 예로는 고무, 천연 또는 합성 폼 또는 이들의 조합을 포함하고, 분리 버퍼(90)는 금속 또는 경질의 플라스틱 재료가 엘라스토머 코어를 대면한 샌드위치 재료들일 수 있고, 엘라스토머 코어는 하나 이상의 별개로 선택된 엘라스토머 재료들로 제조된다. 분리 버퍼(90)는 입력측 및 출력측(10,11) 사이에 허용된 차동 움직임을 최소화하고/하거나 퍼쿠션 임팩터(25)에 의해 발생된 충격 임펄스가 퍼쿠션 앤빌(28)을 타격할 경우 분리 섹션(27)에 손상을 방지하기 위해 있다. 몇몇 구성에서, 분리 버퍼(90)는 가스로 가압되는 가압식 블래더이고, 이 가스압력은 아웃풋 어셈블리(27)가 외부 케이싱(2)과 관련해 움직일 수 있는 거리가 설정되게 하도록 가변될 수 있다. 기설정된 최소 길이방향 이동을 설정하는 이 능력은 파일이 지면에 박힘에 따라 파일이 이동되는데 필요하는 거리가 변하는 파일 구동 애플리케이션에 사용될 수 있다.

알파 섹션(23)과 분리 지지부(37) 간에 선택적 보조 분리 버퍼(91)가 도시되어 있다; 이는 분리 버퍼(90)와 구성이 유사하다.

갭을 채우는 분리 버퍼(90) 및 선택적 보조 분리 버퍼(91)가 부분적으로 도시되어 있으며, 몇몇 변형으로 이들은 갭을 완전히 채울 수 있다.

다른 구성으로, 분리 버퍼(90) 또는 보조 분리 버퍼(91)는, 있다면, 코일 스프링 또는 동일한 자극이 마주보는 환형 자석을 포함하거나 코일 스프링 또는 동일한 자극이 마주보는 환형 자석이다.

보조 분리 버퍼(91)는, 있다면, 퍼쿠션 장치(1)를 출력부(11)의 하류에 있는 부품들에 의해 가해진 충격 및 기타 충격력과 분리시키도록 작동할 수 있다. 가령, 퍼쿠션 장치(1)가 단단한 물질에 충격을 주는 드릴 비트(미도시)에 부착되어 있다면, 이로 인해 이 임펄스가 반동하는 것이 댐핑될 수 있다.

적절한 치수의 분리 버퍼(90) 또는 선택적 보조 분리 버퍼(91)는 퍼쿠션 장치(1)의 내부로 물질이 들어가는 것을 최소화하거나 또는 제거하기 위해 아이솔레이터(38)의 표면을 봉쇄할 수 있다.

도 15(및 필요다면 다른 이전의 도면)를 참조하면, 나선형 트위스트를 갖는 임팩터 샤프트(29)를 포함하는 아웃풋 어셈블리(27)의 변형이 도시되어 있다. 표시된 트위스트는 대략 1/4 턴이지만, 실제로는 1/20 내지 1/2 턴이 허용범위가 될 것으로 생각된다. 사용된 이러한 변형된 아웃풋 어셈블리(27)로 퍼쿠션 임팩터(25)는(외부 케이싱(2)의 회전 방향에 대해) 후방으로 회전할 것이다. 도 16을 참조하면, 완력 유닛(22)에 축적된 에너지가 방출될 때 그러하듯이 퍼쿠션 임팩터가 화살표 방향으로 전방 회전하는 임팩터 샤프트(29)를 따라 이동하는 순간의 퍼쿠션 임팩터(25)가 도시되어 있다. (대시선으로 도시된) 퍼쿠션 임팩터(25)가 퍼쿠션 앤빌(28)을 타격하면, 회전 충격 임펄스를 부과한다. 이 회전 충격 임펄스는 고착된 드릴 비트를 빼내고 몇몇 경우 파일을 더 효율적으로 굴착시키거나 소정의 형태로 더 빠르게 뚫을 것으로 생각된다. 트위스트를 위한 최적의 범위는 1/20 내지 1/6 턴일 것 같다.

트위스트로, 구동 트랜스미터 경로(26)의 수직 단면은 구동 트랜스미터(21)와 접촉할 수 있다(도 16에 미도시됨, 예를 들어 도 11-13 참조). 이 접촉을 방지하기 위해, 수직 부분은 절단되어 접촉하지 않게 된다.

도 17을 참조하면, 경로 파형(75)이 2 파장(λ)인 변형된 구동 트랜스미터 경로(26)가 도시되어 있다. 이 변형된 경로 파형(75)에서, 상기 경로 파형(75)의 치형부(81)는 상술한 바와 동일한 기본 형태를 가지나, 치형부(81)의 리드부(95)는 (대시선으로 도시된 바와 같이) 거리(x)로 스캘로프되어 있어 완력 유닛(22)에 축적된 에너지가 방출될 때 퍼쿠션 임팩터(25)가 임팩터 샤프트(29)를 따라 회전하기 때문에 구동 트랜스미터가 리드부(95)와 접촉하지 않는다. 리드부(95)는 평평한 톱니파로 밑변에 수직인 치형부(81)의 일부이다. (대시선으로 도시된) 구동 트랜스미터(21)가 오르는 치형부(81)의 일부는 리프트부(96)이다. 파형의 길이(πD)는 파고(H)가 치형 길이(TL)와 대략 같은 2 파장(λ)이며, 치형 길이(TL)는 치형부(81)의 길이다. 기저부(80)는 치형부(81)와 대략 길이가 같다. 기저부(80)에 대한 치형부(81)의 리프트부(96)의 각도는 θ이고, 이 각도는 단순히 리프트부(96)의 평균 기울기를 따른 선이다.

도 18을 참조하면, 유체가 임팩터 샤프트(29)의 중심을 지나게 하는 슬라이딩 조인트(100)가 달린 임팩터 샤프트(29)를 포함한 출력부(27)의 변형이 도시되어 있다. 이 경우, 임팩터 샤프트(29)는 (대시선으로 도시된) 완력 면(55)에서 분리 지지부(37)가지 뻗어 있다. 이 임팩터 샤프트(29)의 변형은 1차 샤프트(101)와 2차 샤프트(102)를 포함하고, 1차 샤프트(101)의 한 말단은 완력 면(55)과 접하고 2차 샤프트(102)의 한 말단은 절연 지지부(37)와 접한다. 1차 샤프트(101)와 2차 샤프트(102)는 각각 길이방향의 동축으로 정렬된 축을 따라 뻗어 있는 개방단부 유체 경로를 포함한다.

1차 샤프트(101)는 1차 감소부(104)와 1차 확장단부(105)를 포함하고, 1차 감소부(104)는 1차 샤프트(101)의 나머지의 최소 횡단면 치수보다 더 작은 외직경를 갖는 1차 샤프트(101)의 길이다. 1차 확장단부(105)는 완력 면(55)으로부터 가장 먼 1차 샤프트(101)의 말단이고 1차 감소부(104)는 1차 말단부(106)에 바로 인접해 있다. 1차 확장단부(105)는 1차 샤프트 홀(107)을 갖는 고리다.

2차 샤프트는 타우 말단부(108)를 갖고, 타우 말단부(108)는 분리 지지부(37)로부터 최외각에 있는 2차 샤프트(102)의 말단이다.

타우 말단부는 1차 감소부(104)를 수용하지만 너무 작아서 1차 확장단부(105)가 통과하지 못하게 하는 치수의 원형개구인 타우 개구(109)를 포함한다. 타우 개구는 2차 샤프트(102) 내의 실린더형 보이드, 즉 연결 보이드(110)로의 경로다. 연결 보이드(110)의 직경은 타우 개구(109)의 직경보다 더 크다. 1차 감소부(104)는 타우 개구(109) 내에 놓여 있고 1차 확장단부(105)는 연결 보이드(110) 내에 놓여 있다. 1차 확장단부(105)와 연결 보이드(110)의 치수는 이들이 1차 샤프트(101)를 2차 샤프트(102)로부터 회전적으로 분리시키는 슬라딩 유체 밀봉을 형성하도록 되어 있다. 1차 감소부(104)와 연결 보이드(110)의 길이는 유체 밀봉 및 회전 분리가 유지되면서 임팩터 샤프트(29)의 길이가 변하게 한다. 출력부(27)의 이런 변형은 또한 차동 길이방향 이동을 허용하고 유체 밀봉을 유지하면서 1차 샤프트(101) 및 2차 샤프트(102)를 분리시킨다.

도 19를 참조하면, 락킹장치(115)가 부착된 파일 구동 변형이 도시되어 있고, 이 락킹장치(115)는 아웃풋 어셈블리(27)가 회전하는 것을 방지하며, 이는 퍼쿠션 장치(1)를 락시켜 지면(117)에 파일(116)을 굴착시키는데 충격 임펄스 출력(무회전)만 제공한다. 락킹장치(115)는 간단히 브레이크 드럼/디스크일 수 있거나, 핀을 개구에 치합시킬 수 있거나, 자기 락킹 클러치일 수 있거나, 유사한 어떤 것일 수 있다; 락킹장치(115)는 간단히 출력 샤프트(40)의 회전을 감소시키거나 중단시킨다. 이것이 필요한 경우에 락킹장치(115)가 퍼쿠션 장치에 영구적으로 있을 수 있거나 필요에 따라 전체적으로 또는 부분적으로 치합될 수 있는 퍼쿠션 장치(1)의 출력측(11)에 연결된 락킹장치(115)가 도시되어 있다. 영구적으로 온인 퍼쿠션 장치(1)의 경우, 아웃풋 어셈블리(36) 또는 출력 샤프트(40)가 링(3)에 단단히 부착될 수 있다.

도 20을 참조하면, 리그(3)에 부착된 가령 퍼쿠션 장치(1)만을 구동하는 모터 또는 모터/기어박스 유닛과 같은 별도의 퍼쿠션 구동유닛(120)에 의해 구동되는 퍼쿠션 장치(1)를 갖는 대안적인 구성이 도시되어 있다. 도시된 구성에서의 퍼쿠션 장치(1)는 메인 모터 기어박스유닛(5) 위에 있다. 이 구성에서, 메인 구동유닛(5)에 대한 충격 손상을 방지하기 위해, 추가 댐핑 또는 충격 분리를 추가해야 할 수 있다. 퍼쿠션 장치(1)는 드릴(121)과 회전할 수 있지만 충격 임펄스가 요구될 때 퍼쿠션 구동유닛(120)가 치합하게 된다. 퍼쿠션 구동유닛(120)은 상기 퍼쿠션 장치(1)가 동작하게 하는 드릴(121)보다 높은 회전속도를 가질 것이다. 완력 장치(22)(이전 도면 참조)는 퍼쿠션 장치(1)에 의해 가해진 회전 충격이 본질적으로 메인 구동장치(5)에 손상을 주지 않도록 하는 크기로 조정되어야 한다.

도 21을 참조하면, 퍼쿠션 장치(1)의 인출 변형이 도시되어 있다. 이 인출 변형에서, 퍼쿠션 장치(1)는 상기 퍼쿠션 장치(1)를 향해 출력부(11)를 미는 충격 임펄스를 생성하도록 구성된다. 이런 형태의 퍼쿠션 장치(1)는 상술한 바와 유사한 락킹장치(115)를 포함한다. 락킹장치(115)는(대시선으로 도시된) 링(3)의 마스트(126)에 부착되고, 이 락킹장치(115)는 출력부(11)를 락시켜 회전하지 못하게 한다.

인출 구성에서, 퍼쿠션 임팩터(25)는 반전되고 완력 입력 단부(F1 단부)(33)는 분리 지지부(37)에 인접해 위치되며, 완력 유닛(22)이 분리 지지부(37)와 퍼쿠션 임팩터(25)를 분리시킨다.

임팩터 샤프트(29)는 상기 임팩터 샤프트(29)의 말단부인 샤프트 말단부(125)를 포함하며, 상기 샤프트 말단부는 격리 지지부(37)에 붙지 않는다. 이 인출 변형예에서, 임팩터 앤빌(28)은 샤프트 말단부(125)와 인접한 디스크이다.

동작시, 외부 케이싱(2)은 화살표 E 방향으로 회전되고, 락킹장치(115)에 의해 출력 샤프트(40)는 락(회전 방지)된다. 구동 트랜스미터(21)는 완력 유닛(22)에 에너지를 저장하는 리프트부(96) 위로 기저부(80)를 따라 이동한다. 구동 트랜스미터(21)는 정점을 지나 리드부(95)로 통과하며 완력 유닛(22)에 축적된 에너지를 방출해 퍼쿠션 임팩터(25)를 퍼쿠션 앤빌(28)쪽으로 가속시킨다. 퍼쿠션 임팩터(25)는 퍼쿠션 앤빌(28)을 타격하여 퍼쿠션 임펄스를 임팩터 샤프트(29)에 전달하고 상기 임팩터 샤프트는 이 퍼쿠션 임펄스를 출력 샤프트(40)로 전달한다. 이 퍼쿠션 임펄스는 파일, 드릴 비트, 또는 드릴 스트링 또는 그 드릴 스트링의 임의의 부품들일 수 있는 피인출 물체(미도시)로 전달된다.

도 22를 참조하면, 퍼쿠션 장치(1)를 통해 유체가 공급되게 하는 또 다른 변형예가 도시되어 있고, 상기 퍼쿠션 장치(1)는 유체 도관(130) 및 스위블(131)을 제외하고 단면도로 도시되어 있다. 도 22는 또한 드릴 스트링(133)의 단부에 부착 된 드릴 비트(132)를 도시한 것으로, 도시된 드릴 비트(132)는 트라이-콘 락 드릴(tri-cone rock drill)이지만 임의의 드릴 비트(132)가 있을 수 있다.

스위블(131)은 정지 지점으로부터 드릴 스트링(133)의 회전 부분 내로 도입되는 재료에 대한 경로를 제공하는 드릴에 사용되는 표준 장비이거나, 드릴 스트링(133)내의 부품이 다른 부품들의 회전과 분리되게 한다. 이 경우, 스위블(131)은 유체 도관(130)이 외부 케이싱(2)을 통과하여 퍼쿠션 장치(1) 내부로 통과하는 경로를 제공한다.

유체 도관(130)은 퍼쿠션 장치(1) 아래의 드릴 비트(132) 또는 드릴 스트링(133)의 일부에 공급되도록 지면 위로 도입된 유체에 대한 경로를 제공하는 튜브 또는 다른 형태의 중공의 세장 부재이다.

유체 도관(130)은 임팩터 샤프트(29)를 통해 중앙 정렬된 개방단부 구멍 인 임팩터 경로(134)를 통과하며, 임팩터 경로(134)는 유체 도관(130)이 임팩트 샤프트(29)로부터 회전적으로 분리되게 하는 치수로 구성된다. 유체 도관(130)은 또한 출력부(36)을 통해 중앙 정렬된 개방단부 구멍인 출력 경로(135)를 통과한다. 출력 경로(135)는 유체 도관(130)이 출력부(36)로부터 회전적으로 분리되게 하는 치수로 구성된다. 유체 도관(130)은 드릴 스트링(133)을 지나 퍼쿠션 장치(1) 아래의 드릴 비트(132)까지 통한다. 유체 도관(130)은 비트 슬라이딩 조인트(136)에 의해 드릴 비트(132)에 연결된다. 비트 슬라이딩 조인트(136)는 입력측(10) 상의 유체 도관(130)을 여전히 드릴 비트(132)와 회전적으로 분리시키면서 유체 도관(130)이 퍼쿠션 장치(1) 아래의 드릴 비트(132) 또는 드릴 스트링(133)으로 유체를 공급하게 한다. 비트 슬라이딩 조인트(136)는 유체 밀봉을 유지하면서 드릴 비트(132)와 유체 도관(130)의 말단부 사이에 일정량의 수평 운동 또는 동축 길이방향 운동을 허용하며, 이는 도 18에 도시된 바와 유사한 방식으로 달성될 수 있거나, 하나 이상의 씰링 링(137)이 유체 도관(130)에 부착될 수 있다. 이 비트 슬라이딩 조인트(136)를 제공하는 방법은 여러 가지가 있으며 이들 중 어느 하나를 사용할 수 있습니다. 일부 변형예에서, 유체 도관(130) 내의 보이드는 출력 경로(135)와 접할 수 있고, 스위블(131)은 입력측(10)상의 유체 도관을 출력측(11) 상의 유체 도관(130)과 회전 분리시킨다. 다른 변형예에서, 유체 도관(130)은 드릴 비트(132)와 함께 쌍으로 된다.

도 23 및 도 24를 참조하면, 케이싱 해머/드라이버로 사용되는 퍼쿠션 장치(1)가 도시되어 있다. 이 변형에서, 마스트(126)의 상단을 향해 메인 구동유닛(5)이 부착되고 사용시 스위블(131), 임팩터 경로(134), 출력 경로(135) 및 피구동 케이싱(141)을 통과하는 내부 드릴 스트링(140)을 구동시킨다. 드릴 비트(132)는 메인 구동유닛(5)으로부터 멀리 떨어져 있는 내부 드릴 스트링(140)의 말단부에 부착된다. 퍼쿠션 장치(1)는 내부 드릴 스트링(140)으로부터 회전 분리되고 메인 구동유닛(5)에 의해 직접 회전될 수 없다.

퍼쿠션 장치(1)는 사용시 외부 케이싱(2)이 회전되게 하는 퍼쿠션 구동유닛(120)에 부착된다. 퍼쿠션 장치(1)의 출력측(11)을 회전 고정시킬 수 있는 락킹장치(115)가 마스트(136) 및 퍼쿠션 장치(1)에 부착된다.

사용시, 메인 구동유닛(5)은 드릴 비트(132)를 회전 구동시키고 리그(3)는 드릴 비트를 지면(117)에 삽입한다. 케이싱(141)이 지면(117)에 박힐 때, 퍼쿠션 장치(1)의 출력측(11)은 케이싱(141)의 단부와 치합되고, 퍼쿠션 구동유닛(120) 및 락킹장치(115)가 충격 임펄스를 발생하도록 결합된다. 퍼쿠션 장치(1)로부터의 퍼쿠션 임펄스는 케이싱(141)에 전달되어 케이싱(141)을 지면(117)으로 박히게 하는 것을 돕는다.

이 변형예에서, 가외의 케이싱 섹션이 삽입되게 하고 케이싱(141)의 설치 속도를 제어하는 출력 샤프트(4)의 잠금/잠금해제에 의해 및/또는 퍼쿠션 구동 유닛(120)을 결합 또는 결합해제함으로써 퍼쿠션 동작이 온 및 오프될 수 있다.

도 25를 참조하면, 퍼쿠션 장치(1)의 다른 변형예가 도 3의 것과 유사한 부분 단면도로서 도시되어 있으며, 이 변형예에서, 경로 섹션(32)은 오히려 퍼쿠션 임팩터(25)라기보다 외부 케이싱(2)의 일부이다. 이 변형예에서, 구동 트랜스미터(26)는 퍼쿠션 임팩터(25)의 제 1 섹션(30)에 부속된다. 퍼쿠션 임팩터(25)의 동작은 상술한 바와 같으며, 이러한 구성은 나머지 구성요소를 크게 변경하지 않고서 상술한 변형예 중 어느 하나에 사용될 수 있다.

지면에 구멍을 뚫기 위한 드릴링 리그(3)를 참조로 설명하였으나, 퍼쿠션 장치(1)는 더 작은 전동공구와 함께 사용되어 단단하거나 특정한 재료에 구멍을 뚫을 때 퍼쿠션 임펄스를 제공할 수 있다. 또한, 퍼쿠션 장치(1)는 회전운동을 퍼쿠션 운동 및/또는 회전운동으로 변환할 것을 요구하는 임의의 적절한 응용에 사용될 수 있다.

예상 범위

범위들이 상기 변형들 중 어느 하나 또는 상기 변형들의 조합을 이용해 드릴링 리그(3)에 대한 동작 파라미터의 터미널 수치를 포함하는 경우:

퍼쿠션 임팩터(25)의 완전한 회전 당 파장 수는 1 내지 40, 바람직하게는 2 내지 20의 짝수다. 더 작은 직경의 적용은 이 범위를 1 내지 1000까지 확장할 수 있지만, 아직 확인되지 않았고 몇몇은 비실용적일 수 있다.

높이(H)는 2×드릴 비트의 직경 내지 1mm, 바람직하게는 약 드릴 비트의 직경 내지 5mm이다. 드릴 비트가 없다면, 범위는 1.2m에서 1mm이다. 100mm와 900mm 사이가 드릴링 작업에 가장 유용할 것으로 예상된다.

회전속도(rpm 단위)는 직경이 약 600mm 이상인 드릴의 경우 1 내지 50rpm, 직경이 약 600mm 미만의 드릴의 경우 4 내지 1200rpm이다. 인출 및 파일 구동 애플리케이션에 대해, 주파수 및/또는 퍼쿠션 충격력이 허용 범위를 결정할 것이다. 더 작은 전동공구의 경우, 회전속도는 애플리케이션에 의해 결정된다. 예를 들어, 텅스텐 카바이드 드릴이 콘크리트 드릴링에 사용되는 전동드릴은 목재, 금속 또는 세라믹 드릴링에 사용되는 고속 드릴과 다르다. 소형 전동공구의 회전속도(rpm 단위)는 드릴의 직경이 변함에 따라 또한 변하게 된다. 예를 들어, 인쇄회로기판에 사용되는 드릴은 30,000rpm 정도로 빠르게 돌아가고 직경이 0.3mm가 될 수 있지만 목재 드릴은 직경이 65mm이고 600rpm으로 작동할 수 있다. 당업자는 소형 전동공구에 대한 다양한 재료 공구 조합에 대해 요구되는 회전속도(rpm) 최적 조건을 용이하게 결정할 수 있다. 퍼쿠션 장치(1)는 소형 전동공구에 내장될 수 있지만, 예를 들어 전기 드릴의 척에 의해 구동되는 소형 전동공구에 대한 별도의 부속물로서 제공될 수도 있다.

위의 범위에도 불구하고 드릴링 리그 애플리케이션에 대해 퍼쿠션 임펄스 주파수는 0.1 내지 150Hz가 될 것으로 예상되나, 일부 애플리케이션은 0.05Hz 내지 500Hz 범위에 속할 수도 있다.

또 다른 변형예에서, 두 개의 상호연결된 퍼쿠션 임팩터(25)가 있는데, 하나는 파일 개시용이고, 다른 하나는 파일을 구동시켜 완성하면 필요로 하는 하나와 결합하도록 분리될 수 있다. 이는 또한 2개의 별도의 구동 트랜스미터 경로(26)를 가진 하나의 퍼쿠션 임팩터(25)와 구동 트랜스미터(21)가 드라이브 월(58)에서 얼마나 멀리 뻗어 있는 지를 변화시키는 방법을 일 수 있다. 구동 트랜스미터(21)는 연장부에 따라 원하는 구동 트랜스미터 경로(26)와 결합한다.

임의의 변형을 위해 완력 유닛(22)은 압축받을 때 에너지의 저장 및 압축해제가 허용됨에 따라 이 에너지의 방출을 허용하는 임의의 공지의 장치일 수 있다. 예를 들면 일정 또는 가변 속도를 갖는 압축 스프링, 일정 또는 가변 속도의 복수 의 압축 스프링들, 가변 또는 일정 속도의 가스 스프링, 때로는 엘라스토머 스프링이라고 하는 (예를 들어, US20130069292에 기술된) 솔리드 엘라스토머 스프링, (가령, US3467973에 기술된) 자기 스프링 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있다.

특정 애플리케이션에서, 완력 유닛(22)은 퍼쿠션 임팩터(25)가 중력에 대항하여 상방으로 상승할 수 있는 공간일 수 있으며 퍼쿠션 임팩터(25)는 충격 임펄스를 생성하기 위해 단순히 중력 하에서 낙하할 수 있다.

모든 변형 예에 나타내지는 않았지만, 명확히 하기 위해, 임의의 변형으로 분리 버퍼(90) 및 선택적 보조 분리 버퍼(91)가 있을 수 있다. 분리 버퍼(90) 및 선택적 보조 분리 버퍼(91)는 상술한 바와 같을 수 있거나 또는 완력 유닛(22)에 대해 설명한 바와 유사한 구성을 가질 수 있다.

분리 버퍼(90) 및 선택적 보조 분리 버퍼(91)는 외부 케이싱(2)과 아이솔레이터(38) 사이의 갭을 밀봉하도록 작용할 수 있거나 공지의 타입의 추가의 씰링 링이 있을 수 있다.

구동유닛(5, 120)이라는 용어가 사용되는 곳에서는 드릴 스트링, 드릴 또는 드릴 비트, 예를 들어 유압 또는 전기 모터, 디젤 엔진, 변속기가 있는 유압 모터, 전기 모터와 기어 박스 등을 회전 구동하는데 사용되는 임의의 장치를 포함하도록 되어 있다.

소개된 구동 트랜스미터(21)의 개수는 1에서부터 위로 임의의 개수일 수 있지만, 특정 변형은 2 내지 6일 수 있으나, 정확한 동작을 위해서 그 수는 구동 트랜스미터 통로(25)에 있는 파장 수를 초과해서는 안된다.

구동 트랜스미터(21) 및 구동 트랜스미터 경로(26)에 가해지는 부하로 인해, 이들 부품에 가해지는 부하 및/또는 이들 부품들 간에 접촉력을 줄이는 메커니즘은 수명 및/또는 퍼쿠션 장치(1)의 효율을 늘리는데 필수적일 수 있다(도 3, 11 내지 14 또는 21 내지 25 중 어느 하나를 참조). 이 부하를 줄이는 한 가지 방법은 각 구동 트랜스미터(21)가 치형부(81)의 정점을 지난한 다음 앞으로 움직이게 하는 것이다. 도 26을 참조하면, 이를 가능하게 하는 한 가지 메카니즘이 도시되어 있으며, 이 메카니즘인 시그마 장치(150)는 각 트랜스미터 핀(152)에 대한 핀 슬롯(151)을 갖는 환형의 실린더 링이다. 퍼쿠션 장치(1)의 어떤 버전이 사용되는지에 따라, 이 환형 링은 외부 케이싱(2) 또는 퍼쿠션 임팩터(25)에 부착되고, 각각의 핀 슬롯은 상기 시그마 장치(150) 내로 또는 시그마 장치(150)를 관통해 뻗으며 원주상으로 정렬된 타원형 슬롯이다. 구동 트랜스미터(21)는 트랜스미터 핀(152)에 부착되고, 각각의 트랜스미터 핀(152)은 상보적인 핀 슬롯(151) 내에 놓인다. 각각의 트랜스미터 핀(152)은 가해진 부하가 이것이 발생하지 못하게 하지 않으면 핀 슬롯(151)을 따라 슬라이딩(또는 다른 방식으로 길이방향으로 이동)할 수 있다. 작동시, 화살표 L의 방향으로 입력측이 회전하고(예를 들어, 도 3 참조), 상기 또는 각각의 구동 트랜스미터(21)가 관련된 치형부(81)의 정점을 지나지 않고 리프트부(96)와 접촉해, 트랜스미터 핀(151)이 부하 위치에 있다. 이 부하 위치에서, 각각의 트랜스미터 핀(152)은 시그마 부하 단부(153)와 접촉해 유지되고, 트랜스미터 핀(152)/구동 트랜스미터(21)는 이 부하 위치에서 점선으로 도시되어 있다. 구동 트랜스미터(21)가 관련 치형부(81)의 정점을 통과하면, 연결된 트랜스미터 핀(152)을 유지하는 부하가 급강하되고 핀 슬롯(151)의 길이를 따라 움직여 구동 트랜스미터(21)와 구동 트랜스미터 경로(26) 사이에 접촉 하중을 감소시킬 수 있다. 트랜스미터 핀(21)은 임의의 적절한 단면을 가질 수 있으며, 일부 구성에서는 원형일 수 있고 관련된 구동 트랜스미터(21)에 대한 액슬로서 작용할 수 있음에 유의하라.

시그마 디바이스(150)는 선택적이며, 최적의 구성에서는 있을 수 있지만, 시그마 디바이스(150)의 형태는 변할 수 있다.

명확히 하기 위해 도 27은 선택적으로 스프링을 포함하지 않는 완력 유닛(22)을 포함하는 퍼쿠션 장치(1)의 일 변형예의 단면도를 도시한 것이다. 이 변형은 저장액(161)을 담은 선택적인 내부 유체수조(160)와 함께 도시되어 있다. 저장액(161)은 유체수조(150)를 채울 수 있지만, 퍼쿠션 임팩터(25)에 일정한 동적 특성을 부여하지 않을 수도 있다.

도 28을 참조하면, 퍼쿠션 유닛(1)의 일 변형예가 도시되어 있는데, 이 변형예에서 완력 유닛(22)은 사실 단순히 보이드이며, 충격력은 단순히 중력의 영향을 받아 낙하하는 퍼쿠션 어셈블리(24)에 의해 발생한다.

구동 트랜스미터 통로(26)는 연속 경로로 도시되어 있지만, 구동 트랜스미터(21)는 리프트부(96)의 바로 하류에 위치한 기저부(80)와 접촉하지 않게 되어 있으므로 일련의 분리된 치형으로 구현될 수 있다. 구동 트랜스미터(21)가 리프트부의 하류에 있는 기저부(80)와 충돌하면, 퍼쿠션 임펄스가 발생됨에 따라/퍼쿠션 임펄스가 발생되기 전에, 구동 트랜스미터(21)가 충격에 의해 손상될 수 있는 것 외에도, 퍼쿠션 임팩터(25)가 퍼쿠션 앤빌(28)을 타격할 때 발생되는 충격 임펄스를 아마 감소시킬 것이다. 퍼쿠션 임팩터(25)가 복수의 이격된 치형부들(81)로 구성되고, 구동 트랜스미터 경로(26)는 치형부(81) 및 공간(162) 사이의 조합인 퍼쿠션 임팩터(25)에 구현된 이 변형이 도 29에 도시되어 있다. 구동 트랜스미터 경로(26)가 드라이브 월(58) 상에 위치한 유사한 변형예(미도시)가 또한 구현될 수 있다.

알 수 있는 바와 같이, 다양한 변형 및/또는 실시예로부터의 다양한 구성요소가 본 발명의 개념을 벗어남이 없이 결합되어 상이한 동작 파라미터를 달성할 수 있다. 예를 들어, 치형부 사이의 간격, 치형부 개수, 리드부의 길이, 구동 트랜스미터가 퍼쿠션 임팩터 또는 케이싱에 부착되었는지 여부, 구동 트랜스미터의 개수, 구동 트랜스미터 경로가 일련의 이격된 치형부이거나 연속 경로인지 여부, 완력 유닛의 형태, 구동 트랜스미터의 형태, 시그마 디바이스의 유무 또는 임의의 유사한 구성요소들은 본 발명의 개념을 벗어남이 없이 조합될 수 있다.

1. 퍼쿠션 장치;
2. 외부 케이싱(또는 퍼쿠션 장치);
3. 리그;
5. 메인 구동유닛;
6. 표준 드릴;
7. 컨센트릭 드릴;
8. 항타기;
9. 입력측 앞에 있는 드릴 스트링;
10. 입력측;
11. 출력측;
20. 인풋 어셈블리;
21. 구동 트랜스미터(외부 케이싱 또는 임팩터의 롤러 또는 다른 내부 형상);
22. 완력 유닛(퍼쿠션 장치에 힘을 가하는 퍼쿠션 유닛의 일부);
23. 알파 섹션(입력측과 출력측을 분리하기 위해 분리 섹션과 협력해 작동하는 외부 케이싱의 섹션);
24. 퍼쿠션 어셈블리;
25. 퍼쿠션 임팩터(해머로서 작동하는 퍼쿠션 어셈블리의 일부);
26. 구동 트랜스미터 경로(구동 트랜스미터의 가이드 경로);
27. 아웃풋 어셈블리(출력측에 위치한 퍼쿠션 장치의 일부);
28. 퍼쿠션 앤빌;
29. 임팩터 샤프트(퍼쿠션 장치와 슬라이딩식으로 결합하는 세장 부재);
30. (임팩터의) 제 1 섹션;
30a. 제 1 섹션 측벽;
31. (임팩터의) 임팩트 단부;
32. (임팩터 또는 외부 케이싱의) 경로 섹션;
32a. 제 2 섹션 측벽;
33. 완력 입력단부(임팩터의 F1 단부);
34. IS(임팩트 샤프트) 터널;
36. 분리 섹션(퍼쿠션 장치의 내부를 외부와 분리)
37. 분리 지지부;
38. 아이솔레이터;
39. 격리 디스크.
40. 출력 샤프트;
50. (외부 케이싱의) 본체부;
51. (외부 케이싱의) 기저부;
54. (외부 케이싱 기저부의) 입력면;
55. (완력 유닛과 결합한 외부 케이싱 면의) 완력 면;
56. 1차 단부(완력 유닛의 케이싱 단부);
57. 개방 케이싱 단부(외부 케이싱의 맞은편 개방단부).
58. 드라이브 월(외부 케이싱의 내부면);
59. 노출된 케이싱 월;
60. (완력 유닛의) 1차 단부 ;
61. (완력 유닛의) 2차 단부;
70. 트랜스미터 표면(구동 트랜스미터 경로와 접촉하는 구동 트랜스미터의 표면);
75. 경로 파형;
80. (경로 파형(75)의) 기저부;
81. (경로 파형(75)의) 치형부;
83. 스캘로프부;
90. 분리 버퍼;
91. 보조 분리 버퍼;
95. (치형부의) 리드부;
96. 리프트부;
100. 슬라이딩 조인트;
101. 1차 샤프트;
102. 2차 샤프트;
104. 1차 감소부;
105. 1차 확장단부;
106. 1차 말단부;
107. 1차 샤프트 구멍;
108. 1차 샤프트 구멍;
109. 타우 말단부;
110. 타우 개구;
115. 락킹장치;
116. 파일;
117. 지면;
120. 퍼쿠션 구동유닛;
121. 드릴;
125. 샤프트 말단부;
126. 마스트;
130. 유체 도관;
131. 스위블;
132. 드릴 비트;
133. 드릴 스트링;
134. 임팩터 경로;
135. 출력 경로;
136. 비트 슬라이딩 조인트;
140. 내부 드릴 스트링;
141. 케이싱;
150. 시그마 장치.
151 핀 슬롯;
152. 드라이브 핀;
153. 시그마 부하 단부.
160. 유체수조;
161. 저장액;
162. (별도의 치형부 사이의) 공간;
TL = 치형 길이

Claims

- 입력측;
- 출력측;
- 적어도 하나의 구동 트랜스미터;
- 구동 트랜스미터 경로;
- 퍼쿠션 임팩터; 및
- 퍼쿠션 앤빌을 포함한 퍼쿠션 장치로서,
- 상기 구동 트랜스미터 경로는 상기 퍼쿠션 장치의 길이방향 축 주위의 원주방향 경로이고,
- 상기 구동 트랜스미터 경로는 리프트부 및 리드부를 포함하는 적어도 하나의 치형부를 포함하며,
- 상기 적어도 하나의 치형부는 본질적으로 톱니파의 한 파장이고,
- 상기 리프트부는 구동 트랜스미터 경로의 밑변으로부터 멀리 기울어져 있으며,
- 상기 리드부는 구동 트랜스미터 경로의 밑변으로 급격히 복귀하는 치형부의 한 섹션이고,
- 상기 입력측은 퍼쿠션 임팩터로부터 회전 분리되며,
- 상기 퍼쿠션 앤빌은 출력측에 부속되거나 출력측의 일부를 형성하고,
- 상기 퍼쿠션 임팩터는 퍼쿠션 임팩터의 길이방향 맞은편 말단부들인 충돌 단부와 완력 입력단부를 포함하며,
- 임팩트 단부는 퍼쿠션 앤빌과 마주보므로:
- 사용시, 출력부가 자유롭게 회전하는 경우, 적어도 하나의 구동 트랜스미터와 구동 트랜스미터 경로는 입력측의 회전운동을 출력측으로 전달하기 위해 협력해 동작하도록 구성되고,
- 사용시 출력측의 제한된 회전 또는 무회전이 가능한 경우, 적어도 하나의 구동 트랜스미터와 구동 트랜스미터 경로는 퍼쿠션 임팩터와 퍼쿠션 앤빌 간의 거리를 증가, 유지 또는 감소시키기 위해 협력해 동작하도록 구성되며,
적어도 하나의 구동 트랜스미터와 구동 트랜스미터 경로는 입력측의 회전운동을 수용하고 충격운동 및/또는 회전운동을 출력측에 전달하기 위해 협력해 동작하도록 구성되는 퍼쿠션 장치.
제 1 항에 있어서,
출력부는 퍼쿠션 앤빌 위로 뻗어 있는 세장부재인 임팩터 샤프트를 포함하고 퍼쿠션 앰팩터는 길이방향으로 동축으로 정렬된 보이드인 임팩터 샤프트 터널을 포함해, 임팩터 샤프트가 길이방향 임팩터 샤프트 터널 내에 슬라이딩 핏되며, 임팩터 샤프트와 임팩트 샤프트 터널은 퍼쿠션 임팩터의 회전운동 전부 또는 적어도 일부를 출력부에 전달하도록 하는 치수로 구성되는 퍼쿠션 장치.
제 2 항에 있어서,
임팩터 샤프트와 임팩트 샤프트 터널의 횡단면은 다음의 목록, 즉, 직사각형, 정사각형, 불규칙 다각형, 규칙 다각형, 별 모양, 십자형 모양, 난형, 타원형, 엽상형, (있다면) 둥근 모서리 및 오브라운드를 갖는 상술한 모양들 중 어느 하나에서 선택되는 퍼쿠션 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
임팩터 샤프트가 길이방향으로 트위스트되는 퍼쿠션 장치.
제 4 항에 있어서,
트위스트는 1/20 내지 3/4 턴인 퍼쿠션 장치.
제 5 항에 있어서,
트위스트는 1/20 내지 1/2 턴인 퍼쿠션 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
구동 트랜스미터 경로는 연속 원주경로인 퍼쿠션 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
구동 트랜스미터 경로는 상기 치형부들 간에 공간과 조합해 연속 원주경로를 이루는 복수의 불연속 치형부인 퍼쿠션 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
입력측은 퍼쿠션 임팩터와 퍼쿠션 앤빌을 적어도 부분적으로 둘러싼 케이싱을 포함하는 퍼쿠션 장치.
제 9 항에 있어서,
케이싱은 완력 면을 포함하고, 상기 완력 면은 퍼쿠션 임팩터의 완력 입력단부를 바라보는 케이싱의 내부면인 퍼쿠션 장치.
제 10 항에 있어서,
완력 면과 완력 입력단부 간에 완력 유닛이 놓여 있어 압축될 때 상기 완력 유닛이 에너지를 축적하는 퍼쿠션 장치.
제 11 항에 있어서,
완력 유닛은 다음의 목록, 즉, 일정 또는 가변 속도의 압축 스프링, 일정 또는 가변 속도의 고체 엘라스토머 스프링, 일정 또는 가변 속도의 자기 스프링 및 가스 스프링에서 별개로 선택된 하나 이상의 장치인 퍼쿠션 장치.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
구동 트랜스미터 경로는 퍼쿠션 임팩터의 일부를 형성하고 퍼쿠션 임팩터에 부속되며, 적어도 하나의 구동 트랜스미터는 드라이브 월에 부속되고, 상기 드라이브 월은 케이싱의 내벽인 퍼쿠션 장치.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 구동 트랜스미터는 퍼쿠션 임팩터의 일부를 형성하고 구동 트랜스미터 경로는 드라이브 월에 부속되거나 드라이브 월의 일부로서 형성되며, 드라이브 월은 케이싱의 내벽인 퍼쿠션 장치.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 구동 트랜스미터는 구동 트랜스미터 경로의 길이의 적어도 일부를 따라 슬라이딩 또는 롤링하도록 구성된 롤러 또는 팔로워인 퍼쿠션 장치.
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
리프트부는 스캘로프 인덴트(scalloped indent)를 포함하는 퍼쿠션 장치.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
출력부는 회전 고정될 수 있는 퍼쿠션 장치.
제 17 항에 있어서,
출력부가 회전 고정되면, 퍼쿠션 장치가 본질적으로 충격력을 출력부에 부과하는 퍼쿠션 장치.
제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
출력부가 드릴 비트 또는 드릴 비트를 포함한 드릴 스트링에 부속되는 퍼쿠션 장치.
제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
드릴링 리그의 일부로서 퍼쿠션 장치가 사용되는 퍼쿠션 장치.
제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
퍼쿠션 장치는 막혀 움직이지 않는 드릴 스트링 또는 드릴 비트를 빼내는데 사용되는 퍼쿠션 장치.
제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
퍼쿠션 장치는 파일 또는 케이싱을 지면에 또는 한 피스의 재료를 통해 충격으로 굴착시키는데 사용되는 퍼쿠션 장치.
제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 구동 트랜스미터는 치형부의 정점을 지날 때 부하를 없애도록 구성된 퍼쿠션 장치.
제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
1개 내지 8개의 구동 트랜스미터들이 있는 퍼쿠션 장치.
제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
각 구동 트랜스미터들에 대해 하나의 치형부가 있는 퍼쿠션 장치.
제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 치형부 다음에 기저부가 잇따르는 퍼쿠션 장치.
제 26 항에 있어서,
기저부는:
i. 본질적으로 치형부가 상기 퍼쿠션 임팩터에 부속될 때 충격 입력단부로부터 일정 거리에 있거나,
ii. 본질적으로 치형부가 상기 케이싱에 부속될 때 케이싱의 단부로부터 일정 거리에 있는 구동 트랜스미터 경로의 일부 또는 공간인 퍼쿠션 장치.
제 26 항에 있어서,
기저부는 공간 또는 보이드인 퍼쿠션 장치.
제 26 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
원주방향으로 측정된 기저부의 길이는 원주방향으로 측정된 치형부의 길이의 0.5 내지 4배인 퍼쿠션 장치.