KR20210085183A - Bio-inspired drill bit for embedded directional drilling - Google Patents

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KR20210085183A
KR20210085183A KR1020190177957A KR20190177957A KR20210085183A KR 20210085183 A KR20210085183 A KR 20210085183A KR 1020190177957 A KR1020190177957 A KR 1020190177957A KR 20190177957 A KR20190177957 A KR 20190177957A KR 20210085183 A KR20210085183 A KR 20210085183A
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Abstract

A biomimetic rig for embedded directional drilling is disclosed. According to one embodiment, a drilling rig includes a drill bit that rotates and drills the ground; and a debris removal unit for removing the drilled ground by rotating and reciprocating while moving up and down while being disposed on the side of the drill bit.

Description

임베디드 방향성 시추를 위한 생체 모방형 굴착 장치{BIO-INSPIRED DRILL BIT FOR EMBEDDED DIRECTIONAL DRILLING}BIO-INSPIRED DRILL BIT FOR EMBEDDED DIRECTIONAL DRILLING

아래의 실시예들은 굴착 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 임베디드 방향성 시추를 위한 생체 모방형 굴착 장치에 대한 기술이다.The following embodiments relate to an excavation device, and more particularly, a technology for a biomimetic excavation device for embedded directional drilling.

시추는 지층의 구조나 성상을 알기 위하여 또는 석유, 천연가스, 온천수, 지하수 등을 얻기 위하여 지각 속에 지름이 작은 구멍을 뚫어 지반을 굴착 및 제거하는 작업을 의미한다.Drilling refers to the work of excavating and removing the ground by drilling small-diameter holes in the crust to find out the structure or properties of the strata or to obtain petroleum, natural gas, hot spring water, or groundwater.

이러한 시추 공법은 굴착 방식에 따라, 드릴에 충격을 주어 암석을 파쇄하여 천공하는 충격식과, 초경소재로 이루어진 드릴 비트는 암석면에 대하여 누르며 회전시켜 구멍을 뚫는 회전식이 있다. 회전식 시추 공법에 사용되는 드릴 비트에 대한 기존 기술은 한국 공개특허 제10-2010-0008587호에 개시되어 있다.According to the excavation method, these drilling methods include an impact type in which the rock is crushed and perforated by applying an impact to the drill, and a rotation type in which a drill bit made of carbide is pressed and rotated against a rock surface to drill a hole. A conventional technique for a drill bit used in a rotary drilling method is disclosed in Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2010-0008587.

한편, 천공동물인 두더지는 앞니(Chisel tooth)를 머리와 연계하여 높은 자유도를 가지며 지반을 물고 으깨 분쇄하는 도구로 사용하며, 앞다리를 바깥쪽으로 회전하며 분쇄된 지반을 뒤로 밀어내는 도구로 사용하고 있다.On the other hand, the mole, a perforated animal, has a high degree of freedom by linking the Chisel tooth with the head and is used as a tool for biting and crushing the ground, and is used as a tool to push the ground ground backward by rotating its forelimbs outward. .

이에, 두더지의 앞니는 지반을 굴착하는 메커니즘과 관련되며 앞다리는 굴착된 지반을 제거하는 잔해 제거 메커니즘과 관련되는 바, 두더지를 모사한 생체 모방형 굴착 장치가 제안될 필요가 있다.Accordingly, the mole's incisors are related to the mechanism for excavating the ground, and the forelimbs are related to the debris removal mechanism for removing the excavated ground, so there is a need to propose a biomimetic excavation device simulating a mole.

일 실시예들은 두더지의 앞니를 모사한 드릴 비트와, 두더지의 앞다리를 모사한 잔해 제거부를 포함하는 생체 모방형 굴착 장치를 제안한다.One embodiment proposes a biomimetic excavation device comprising a drill bit simulating the incisors of a mole, and a debris removal unit simulating the forelimbs of a mole.

보다 상세하게, 일 실시예들은 드릴 비트에서 굴착 구멍을 확장하기 위한 확장 블레이드를 유압식이 아닌 모터를 사용하여 확장 및 축소시키는 굴착 장치를 제안한다.More specifically, one embodiment proposes an excavation apparatus for expanding and contracting an expansion blade for expanding a drilling hole in a drill bit using a non-hydraulic motor.

이 때, 일 실시예들은 굴착을 위한 회전과 확장 블레이드의 확장 및 축소를 단일 모터를 이용하여 일괄적으로 동시 제어하는 굴착 장치를 제안한다.At this time, one embodiment proposes an excavation apparatus for collectively controlling the rotation for excavation and the expansion and contraction of the expansion blade using a single motor.

또한, 일 실시예들은 화합물이 섞인 유체를 이용해 잔해를 제거하는 기존 기술과 달리, 두더지의 앞다리의 메커니즘을 모사한 잔해 제거부를 포함하는 굴착 장치를 제안한다.In addition, one embodiment proposes an excavation apparatus including a debris removal unit simulating the mechanism of the forelimb of a mole, unlike the existing technology of removing debris using a fluid mixed with a compound.

일 실시예에 따르면, 굴착 장치는, 회전하며 지반을 굴착하는 드릴 비트(Drill bit); 및 상기 드릴 비트의 측면에 배치된 채 상하로 움직이며 회전 왕복 동작을 하여 상기 굴착된 지반을 제거하는 잔해 제거부를 포함한다.According to one embodiment, the excavation apparatus, the drill bit (Drill bit) for excavating the ground while rotating; and a debris removal unit for removing the excavated ground by rotating and reciprocating while moving up and down while being disposed on the side of the drill bit.

일측에 따르면, 상기 드릴 비트는, 헤드 파트; 상기 헤드 파트의 상부 중심에 돌출되는 니들 블레이드(Needle blade); 상기 헤드 파트의 상부에서 상기 니들 블레이드를 둘러싼 채 상기 니들 블레이드를 중심으로 각기 다른 방향으로 연장 형성되는 복수의 내부 블레이드들(Inner blades); 상기 헤드 파트의 내부에 배치된 채 회전 동작으로 상기 니들 블레이드 및 상기 복수의 내부 블레이드들을 회전시키는 내부 샤프트(Inner shaft); 및 상기 헤드 파트의 측부에 배치된 채 상기 내부 샤프트의 회전 동작에 의해 확장 및 축소되는 복수의 확장 블레이드들(Expandable blades)을 포함할 수 있다.According to one side, the drill bit, a head part; a needle blade protruding from the upper center of the head part; a plurality of inner blades extending in different directions around the needle blade while surrounding the needle blade at the upper portion of the head part (Inner blades); an inner shaft for rotating the needle blade and the plurality of inner blades in a rotational operation while being disposed inside the head part; and a plurality of expandable blades arranged on the side of the head part and expanded and contracted by a rotation operation of the inner shaft.

다른 일측에 따르면, 상기 드릴 비트는, 상기 니들 블레이드, 상기 복수의 내부 블레이드들 및 상기 복수의 확장 블레이드들의 회전과 상기 복수의 확장 블레이드들의 확장 및 축소를 상기 내부 샤프트의 회전 동작을 통해 일괄적으로 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to the other side, the drill bit, the needle blade, the plurality of inner blades and the rotation of the plurality of extended blades and the expansion and contraction of the plurality of extended blades collectively through the rotational operation of the inner shaft It can be characterized by controlling.

또 다른 일측에 따르면, 상기 복수의 확장 블레이드들은, 상기 헤드 파트가 상기 내부 샤프트의 회전 동작에 의해 상하로 선형 동작함에 따라, 확장 및 축소되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another side, the plurality of extended blades, as the head part linearly moves up and down by the rotational operation of the inner shaft, it may be characterized in that it expands and contracts.

또 다른 일측에 따르면, 상기 복수의 확장 블레이드들은, 상기 내부 샤프트에 탑재된 랙(Rack)과 기어(Gear)로 맞물리도록 형성됨으로써, 상기 헤드 파트가 상하로 선형 동작함에 따라 확장 및 축소되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another side, the plurality of expansion blades are formed to be engaged with a rack and a gear mounted on the inner shaft, so that the head part expands and contracts as the linear motion up and down can be done with

또 다른 일측에 따르면, 상기 헤드 파트는, 상하로 선형 동작하며 상기 내부 샤프트와 연결된 외부 케이스(Outer case)와 나사 결합 및 분리됨으로써, 상기 복수의 확장 블레이드들이 확장되는 정도 및 축소되는 정도를 제한하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another side, the head part operates vertically and is screwed and separated from an outer case connected to the inner shaft, thereby limiting the extent to which the plurality of extension blades are expanded and reduced. can be characterized as

또 다른 일측에 따르면, 상기 드릴 비트는, 상기 내부 샤프트와 연결된 외부 케이스의 내측면에 형성된 채, 상기 드릴 비트의 회전에 의한 충격을 완화하는 복수의 캐스터 휠들(Castor wheels)을 더 포함할 수 있다.According to another side, the drill bit, while being formed on the inner surface of the outer case connected to the inner shaft, may further include a plurality of caster wheels (Caster wheels) to alleviate the impact caused by the rotation of the drill bit. .

또 다른 일측에 따르면, 상기 잔해 제거부는, 상기 드릴 비트의 측면에 배치된 샤프트의 회전 동작이 웜 기어(Worm gear) 및 랙 피니언(Rack-pinion)에 의해 전환된 선형 동작에 따라 상하로 움직이며 회전 왕복 동작을 하여 상기 굴착된 지반을 제거하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another side, the debris removal unit, the rotational operation of the shaft disposed on the side of the drill bit is moved up and down according to the linear operation switched by the worm gear and the rack-pinion (Rack-pinion) It may be characterized in that the excavated ground is removed by a rotary reciprocating operation.

또 다른 일측에 따르면, 상기 잔해 제거부는, 상기 전환된 선형 동작에 따라 상하로 움직이는 견갑골(Scapula) 파트; 상기 견갑골 파트와 연결된 채 상기 견갑골 파트의 동작에 의해 회전 왕복 동작하는 상완골(Humerus) 파트; 및 상기 상완골 파트와 연결된 채 상기 상완골 파트의 동작에 의해 회전 왕복 동작하며 상기 굴착된 지반을 제거하는 앞발(Forefoot) 파트를 포함할 수 있다.According to another side, the debris removal unit, the scapula (Scapula) part moving up and down according to the converted linear motion; a humerus (Humerus) part that rotates and reciprocates by the operation of the scapula part while being connected to the scapula part; and a forefoot part that rotates and reciprocates by the operation of the humerus part while being connected to the humerus part and removes the excavated ground.

일 실시예에 따르면, 굴착 장치에서 회전하며 지반을 굴착하는 드릴 비트는, 헤드 파트; 상기 헤드 파트의 상부 중심에 돌출되는 니들 블레이드; 상기 헤드 파트의 상부에서 상기 니들 블레이드를 둘러싼 채 상기 니들 블레이드를 중심으로 각기 다른 방향으로 연장 형성되는 복수의 내부 블레이드들; 상기 헤드 파트의 내부에 배치된 채 회전 동작으로 상기 니들 블레이드 및 상기 복수의 내부 블레이드들을 회전시키는 내부 샤프트; 및 상기 헤드 파트의 측부에 배치된 채 상기 내부 샤프트의 회전 동작에 의해 확장 및 축소되는 복수의 확장 블레이드들을 포함한다.According to one embodiment, the drill bit rotates in the excavation device to excavate the ground, a head part; a needle blade protruding from the upper center of the head part; a plurality of inner blades extending in different directions around the needle blade while surrounding the needle blade at an upper portion of the head part; an inner shaft for rotating the needle blade and the plurality of inner blades in a rotational operation while being disposed inside the head part; and a plurality of expansion blades arranged on the side of the head part and expanded and contracted by the rotational operation of the inner shaft.

일측에 따르면, 상기 드릴 비트는, 상기 니들 블레이드, 상기 복수의 내부 블레이드들 및 상기 복수의 확장 블레이드들의 회전과 상기 복수의 확장 블레이드들의 확장 및 축소를 상기 내부 샤프트의 회전 동작을 통해 일괄적으로 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to one side, the drill bit controls the rotation of the needle blade, the plurality of inner blades and the plurality of extended blades and the expansion and contraction of the plurality of extended blades collectively through the rotational operation of the inner shaft. It can be characterized as

다른 일측에 따르면, 상기 복수의 확장 블레이드들은, 상기 헤드 파트가 상기 내부 샤프트의 회전 동작에 의해 상하로 선형 동작함에 따라, 확장 및 축소되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another side, the plurality of extended blades, as the head part linearly moves up and down by the rotational operation of the inner shaft, it may be characterized in that it expands and contracts.

또 다른 일측에 따르면, 상기 헤드 파트는, 상하로 선형 동작하며 상기 내부 샤프트와 연결된 외부 케이스(Outer case)와 나사 결합 및 분리됨으로써, 상기 복수의 확장 블레이드들이 확장되는 정도 및 축소되는 정도를 제한하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another side, the head part operates vertically and is screwed and separated from an outer case connected to the inner shaft, thereby limiting the extent to which the plurality of extension blades are expanded and reduced. can be characterized as

일 실시예에 따르면, 굴착 장치에서 굴착된 지반을 제거하는 잔해 제거부는, 상하로 움직이는 견갑골(Scapula) 파트; 상기 견갑골 파트와 연결된 채 상기 견갑골 파트의 동작에 의해 회전 왕복 동작하는 상완골(Humerus) 파트; 및 상기 상완골 파트와 연결된 채 상기 상완골 파트의 동작에 의해 회전 왕복 동작하며 상기 굴착된 지반을 제거하는 앞발(Forefoot) 파트를 포함한다.According to one embodiment, the debris removal unit for removing the ground excavated in the excavation device, the shoulder blade (Scapula) part moving up and down; a humerus (Humerus) part that rotates and reciprocates by the operation of the scapula part while being connected to the scapula part; and a forefoot part that rotates and reciprocates by the operation of the humerus part while being connected to the humerus part and removes the excavated ground.

일 실시예들은 두더지의 앞니를 모사한 드릴 비트와, 두더지의 앞다리를 모사한 잔해 제거부를 포함하는 생체 모방형 굴착 장치를 제안할 수 있다.One embodiment may propose a biomimetic excavation device comprising a drill bit simulating the incisors of a mole, and a debris removal unit simulating the forelimbs of a mole.

이에, 일 실시예들은 굴착 효율을 향상시킨 드릴 비트와 잔해 제거 효율을 향상시킨 잔해 제거부를 포함하는 굴착 장치를 제안할 수 있다.Accordingly, one embodiment may propose an excavation apparatus including a drill bit with improved excavation efficiency and a debris removal unit with improved debris removal efficiency.

보다 상세하게, 일 실시예들은 드릴 비트에서 굴착 구멍을 확장하기 위한 확장 블레이드를 유압식이 아닌 모터를 사용하여 확장 및 축소시키는 굴착 장치를 제안할 수 있다.More specifically, one embodiment may propose an excavation device for expanding and contracting the expansion blade for expanding the drilling hole in the drill bit using a motor, not hydraulic.

이 때, 일 실시예들은 굴착을 위한 회전과 확장 블레이드의 확장 및 축소를 단일 모터를 이용하여 일괄적으로 동시 제어하는 굴착 장치를 제안할 수 있다.At this time, one embodiment may propose an excavation apparatus for collectively controlling the rotation for excavation and the expansion and contraction of the expansion blades using a single motor.

따라서, 일 실시예들은 확장 블레이드의 확장 및 축소와 굴착을 위한 회전을 각기 다른 동력원을 이용하여 제어하는 기존 기술과 달리, 단일 동력원을 이용하여 제어함으로써, 보다 소형화된 굴착 장치를 제안할 수 있다.Therefore, one embodiment can propose a more compact excavation apparatus by controlling the expansion and contraction of the expansion blade and the rotation for excavation by using a single power source, unlike the existing technology of controlling the rotation using different power sources.

또한, 일 실시예들은 화합물이 섞인 유체를 이용해 잔해를 제거하는 기존 기술과 달리, 두더지의 앞다리의 메커니즘을 모사한 잔해 제거부를 포함하는 굴착 장치를 제안할 수 있다.In addition, the embodiments may propose an excavation device including a debris removal unit simulating the mechanism of the forelimb of a mole, unlike the existing technology of removing debris using a fluid mixed with a compound.

이에, 일 실시예들은 유체를 이용해 잔해를 제거할 시 발생될 수 있는 환경 및 토양 오염을 방지하는 굴착 장치를 제안할 수 있다.Accordingly, one embodiment may propose an excavation apparatus for preventing environmental and soil contamination that may occur when removing debris using a fluid.

도 1은 일 실시예에 따른 굴착 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 드릴 비트를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 드릴 비트에 포함되는 복수의 내부 블레이드들 및 복수의 확장 블레이드들 각각의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 4b는 일 실시예에 따른 드릴 비트에 포함되는 내부 샤프트를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 5b는 일 실시예에 따른 드릴 비트에 포함되는 복수의 확장 블레이드들을 설명하기 위한 도면이다.
도 6는 일 실시예에 따른 드릴 비트의 회전 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 드릴 비트에 포함되는 복수의 캐스터 휠들을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 잔해 제거부를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 잔해 제거부의 동작을 보다 상세하게 설명하기 위한 도면이다.1 is a view showing an excavation apparatus according to an embodiment.
2 is a view for explaining a drill bit according to an embodiment.
3 is a view for explaining the shape of each of the plurality of inner blades and the plurality of extended blades included in the drill bit shown in FIG. 2 .
Figures 4a to 4b is a view for explaining the inner shaft included in the drill bit according to an embodiment.
5A to 5B are views for explaining a plurality of extended blades included in a drill bit according to an embodiment.
6 is a view for explaining the rotation operation of the drill bit according to an embodiment.
7 is a view for explaining a plurality of caster wheels included in the drill bit according to an embodiment.
8 is a view for explaining a debris removal unit according to an embodiment.
9 is a view for explaining the operation of the debris removal unit shown in FIG. 8 in more detail.

이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the examples. In addition, like reference numerals in each figure denote like members.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In addition, the terms used in this specification are terms used to properly express the preferred embodiment of the present invention, which may vary according to the intention of a user or operator, or customs in the field to which the present invention belongs. Accordingly, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.

도 1은 일 실시예에 따른 굴착 장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 일 실시예에 따른 드릴 비트를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 도 2에 도시된 드릴 비트에 포함되는 복수의 내부 블레이드들 및 복수의 확장 블레이드들 각각의 형상을 설명하기 위한 도면이고, 도 4a 내지 4b는 일 실시예에 따른 드릴 비트에 포함되는 내부 샤프트를 설명하기 위한 도면이며, 도 5a 내지 5b는 일 실시예에 따른 드릴 비트에 포함되는 복수의 확장 블레이드들을 설명하기 위한 도면이고, 도 6는 일 실시예에 따른 드릴 비트의 회전 동작을 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 일 실시예에 따른 드릴 비트에 포함되는 복수의 캐스터 휠들을 설명하기 위한 도면이다.Figure 1 is a view showing an excavation apparatus according to an embodiment, Figure 2 is a view for explaining a drill bit according to an embodiment, Figure 3 is a plurality of inner blades included in the drill bit shown in Figure 2 And a view for explaining the shape of each of the plurality of expansion blades, Figures 4a to 4b is a view for explaining the inner shaft included in the drill bit according to an embodiment, Figures 5a to 5b according to an embodiment A view for explaining a plurality of extended blades included in a drill bit, Figure 6 is a view for explaining a rotation operation of a drill bit according to an embodiment, Figure 7 is a plurality of included in the drill bit according to an embodiment It is a view for explaining the caster wheels of.

도 1 내지 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 굴착 장치(100)는 회전하면 지반을 굴착하는 드릴 비트(Drill bit)(110) 및 드릴 비트(110)의 측면에 배치된 채 상하로 움직이며 회전 왕복 동작을 하여 굴착된 지반을 제거하는 잔해 제거부(120)를 포함한다.1 to 7, the excavation apparatus 100 according to an embodiment moves up and down while being disposed on the side of the drill bit 110 and the drill bit 110 for excavating the ground when rotating It includes a debris removal unit 120 for removing the excavated ground by rotating reciprocating operation.

드릴 비트(110)는 두더지의 머리와 앞니의 높은 자유도를 모사한 구조를 갖는 것을 특징으로 하며, 헤드 파트(111), 헤드 파트(111)의 상부 중심에 돌출되는 니들 블레이드(Needle blade)(112), 헤드 파트(111)의 상부에서 니들 블레이드(112)를 둘러싼 채 니들 블레이드(112)를 중심으로 각기 다른 방향으로 연장 형성되는 복수의 내부 블레이드들(Inner blades)(113), 헤드 파트(111)의 내부에 배치된 채 회전 동작으로 니들 블레이드(112) 및 복수의 내부 블레이드들(113)을 회전시키는 내부 샤프트(Inner shaft)(114) 및 헤드 파트(111)의 측부에 배치된 채 내부 샤프트(114)의 회전 동작에 의해 확장 및 축소되는 복수의 확장 블레이드들(Expandable blades)(115)를 포함할 수 있다.Drill bit 110 is characterized in that it has a structure that mimics the high degree of freedom of the head and front teeth of a mole, and the head part 111, a needle blade protruding from the upper center of the head part 111, 112 ), a plurality of inner blades 113 extending in different directions around the needle blade 112 while surrounding the needle blade 112 in the upper part of the head part 111, the head part 111 ) while being disposed in the inner shaft (Inner shaft) 114 for rotating the needle blade 112 and the plurality of inner blades 113 in a rotational operation and the inner shaft disposed on the side of the head part 111 It may include a plurality of expandable blades (Expandable blades) 115 that are expanded and contracted by the rotation operation of 114 .

여기서, 니들 블레이드(112) 및 복수의 내부 블레이드들(113)은 헤드 파트(111)에 고정된 칼날이며, 복수의 내부 블레이드들(113) 각각의 형상은 도 3의 (a)와 같다. 도면에는, 복수의 내부 블레이드들(113)이 니들 블레이드(112)를 둘러싸는 세 개의 칼날들인 것으로 도시되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 두 개의 칼날들 또는 네 개 이상의 칼날들로 구현될 수 있다.Here, the needle blade 112 and the plurality of inner blades 113 are blades fixed to the head part 111 , and the shape of each of the plurality of inner blades 113 is the same as in FIG. 3A . In the drawings, the plurality of inner blades 113 are illustrated as three blades surrounding the needle blade 112, but the present invention is not limited thereto and may be implemented with two blades or four or more blades.

복수의 확장 블레이드들(115)은 헤드 파트(111)의 측부에 탑재된 채 확장 및 축소되는 칼날이며, 각각의 형상은 도 3의 (b)와 같다. 도면에는 복수의 확장 블레이드들(115)이 세 개의 칼날들로 구현되는 경우로 도시되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 두 개의 칼날들 또는 네 개 이상의 칼날들로 구현될 수도 있다. 복수의 확장 블레이드들(115)에 대해서는 내부 샤프트(114)의 설명 이후에 보다 상세히 기재하기로 한다.The plurality of extended blades 115 are blades that expand and contract while being mounted on the side of the head part 111 , and each shape is as shown in FIG. 3 ( b ). In the drawings, the plurality of extended blades 115 are illustrated as being implemented with three blades, but are not limited thereto and may be implemented with two blades or four or more blades. The plurality of extended blades 115 will be described in more detail after the description of the inner shaft 114 .

내부 샤프트(114)는 헤드 파트(111)의 내부에 배치된 채 모터(미도시)에 의해 회전 동작하며 니들 블레이드(112) 및 복수의 내부 블레이드들(113)을 회전시킬 수 있다.The inner shaft 114 may rotate by a motor (not shown) while being disposed inside the head part 111 to rotate the needle blade 112 and the plurality of inner blades 113 .

이 때, 내부 샤프트(114)의 회전 동작은 도 4a 내지 4b와 같이 헤드 파트(111)의 상하 선형 동작을 야기하게 되고, 헤드 파트(111)는 상하로 선형 동작하며 내부 샤프트(114)와 연결된 외부 케이스(Outer case)(116)와 나사 결합 및 분리될 수 있다. 일례로, 내부 샤프트(114)가 시계 방향으로 회전하는 경우 도 4b와 같이 헤드 파트(111)가 하강되며 외부 케이스(116)와 나사 결합되며 고정될 수 있으며, 내부 샤프트(114)가 반시계 방향으로 회전하는 경우 도 4a와 같이 헤드 파트(111)가 상승하며 외부 케이스(116)와의 나사 결합으로부터 분리될 수 있다.At this time, the rotational operation of the internal shaft 114 causes a vertical linear motion of the head part 111 as shown in FIGS. 4A to 4B , and the head part 111 linearly operates vertically and is connected to the internal shaft 114 . It may be screwed and separated from the outer case 116 . For example, when the inner shaft 114 rotates in a clockwise direction, the head part 111 is lowered as shown in FIG. 4B and is screwed with the outer case 116 and fixed, and the inner shaft 114 is rotated in a counterclockwise direction. When rotating with the head part 111 rises as shown in FIG. 4A and may be separated from the screw coupling with the outer case 116 .

이와 같은 헤드 파트(111)의 상하 선형 동작은 복수의 확장 블레이드들(115)의 확장 및 축소를 야기하게 된다. 복수의 확장 블레이드들(115)이 접힌 축소 상태인 경우 직경은 93.4mm일 수 있으며, 복수의 확장 블레이드들(115)이 펼쳐진 확장 상태인 경우 직경은 202mm일 수 있다.The vertical linear motion of the head part 111 causes expansion and contraction of the plurality of expansion blades 115 . When the plurality of extended blades 115 are in the folded and contracted state, the diameter may be 93.4 mm, and when the plurality of extended blades 115 are in the unfolded and expanded state, the diameter may be 202 mm.

보다 상세하게, 복수의 확장 블레이드들(115)은 내부 샤프트(114)에 탑재된 랙(Rack)(114-1)과 기어(115-1)로 맞물리도록 형성되기 때문에, 헤드 파트(111)가 상하로 선형 동작함에 따라 기어(115-1)가 반시계 방향으로 회전할 경우 확장될 수 있으며, 기어(115-1)가 시계 방향으로 회전할 경우 축소될 수 있다. 예를 들어, 복수의 확장 블레이드들(115)은 도 5a와 같이 헤드 파트(111)가 상승되어 있는 경우 접힌 축소 상태이다가, 도 5b와 같이 헤드 파트(111)가 하강되는 경우 기어(115-1)가 반시계 방향으로 회전하며 펼쳐진 확장 상태로 전환될 수 있다. 다른 예를 들면, 복수의 확장 블레이드들(115)은 도 5b와 같이 헤드 파트(111)가 하강되어 있는 경우 펼쳐진 확장 상태이다가, 도 5a와 같이 헤드 파트(111)가 상승되는 경우 기어(115-1)가 시계 방향으로 회전하며 접힌 축소 상태로 전환될 수 있다.In more detail, since the plurality of expansion blades 115 are formed to mesh with the rack 114-1 and the gear 115-1 mounted on the inner shaft 114, the head part 111 is As it linearly moves up and down, it can be expanded when the gear 115-1 rotates counterclockwise, and can be reduced when the gear 115-1 rotates clockwise. For example, the plurality of extended blades 115 are in a folded and reduced state when the head part 111 is raised as shown in FIG. 5A, and when the head part 111 is lowered as shown in FIG. 5B, the gear 115- 1) rotates counterclockwise and can be converted to an unfolded and expanded state. For another example, the plurality of extended blades 115 are in an extended state in which the head part 111 is lowered as shown in FIG. 5B , and when the head part 111 is raised as shown in FIG. 5A , the gear 115 -1) rotates clockwise and can be converted to a collapsed state.

여기서, 복수의 확장 블레이드들(115)이 확장되는 정도 및 축소되는 정도는, 각기 헤드 파트(111)의 하강 정도 및 상승 정도에 의해 영향을 받게 된다. 따라서, 헤드 파트(111)가 외부 케이스(116)와 나사 결합 및 분리되는 구조를 통해 헤드 파트(111)의 하강 정도 및 상승 정도가 제한되게 되고, 헤드 파트(111)의 하강 정도 및 상승 정도의 제한은 복수의 확장 블레이드들(115)이 확장되는 정도 및 축소되는 정도의 제한으로 이어질 수 있다. 즉, 헤드 파트(111)는 상하로 선형 동작하며 외부 케이스(116)와 나사 결합 및 분리됨으로써, 복수의 확장 블레이드들(115)이 확장되는 정도 및 축소되는 정도를 제한할 수 있다.Here, the extent to which the plurality of expansion blades 115 are expanded and reduced is affected by the degree of lowering and the degree of raising of the head part 111 , respectively. Accordingly, through the structure in which the head part 111 is screwed and separated from the outer case 116 , the degree of descent and the degree of elevation of the head part 111 are limited, and the degree of descent and elevation of the head part 111 is limited. The limitation may lead to a limitation of the extent to which the plurality of expansion blades 115 are expanded and reduced. That is, the head part 111 operates vertically and is screwed and separated from the outer case 116 , thereby limiting the extent to which the plurality of extension blades 115 are expanded and reduced.

설명된 바와 같이, 내부 샤프트(114)의 회전 동작에 의한 헤드 파트(111)의 상하 선형 동작에 따라 헤드 파트(111)가 외부 케이스(116)와 나사 결합되며 고정되고 나면, 내부 샤프트(114)의 회전 동작에 의해 헤드 파트(111)도 같이 회전하게 되므로 도 6과 같이 니들 블레이드(112), 복수의 내부 블레이드들(113) 및 복수의 확장 블레이드들(115)의 회전을 통한 굴착 동작이 수행될 수 있다.As described, after the head part 111 is screwed with the outer case 116 and fixed according to the vertical linear motion of the head part 111 by the rotational operation of the inner shaft 114, the inner shaft 114 Since the head part 111 is also rotated by the rotational operation of the needle blade 112, the plurality of inner blades 113 and the plurality of extended blades 115 as shown in FIG. 6, an excavation operation is performed through rotation of the can be

이처럼 복수의 확장 블레이드들(115)의 확장 및 축소와 굴착을 위한 회전(니들 블레이드(112), 복수의 내부 블레이드들(113) 및 복수의 확장 블레이드들(115)의 회전) 모두가 내부 샤프트(114)의 회전 동작에 의해 야기되는 바, 드릴 비트(110)는 굴착을 위한 회전과 복수의 확장 블레이드들(115)의 확장 및 축소를 단일 모터를 이용하여 일괄적으로 제어할 수 있다.As such, the expansion and contraction of the plurality of extended blades 115 and rotation for excavation (rotation of the needle blade 112, the plurality of inner blades 113 and the plurality of extended blades 115) are all internal shafts ( Bar caused by the rotational operation of the 114, the drill bit 110 can collectively control the rotation for excavation and the expansion and contraction of the plurality of expansion blades 115 using a single motor.

따라서, 확장 블레이드의 확장 및 축소와 굴착을 위한 회전을 각기 다른 동력원을 이용하여 제어하는 기존 드릴 비트와 달리, 일 실시예에 따른 드릴 비트(110)는 단일 동력원을 이용하여 제어하기 때문에 보다 소형화될 수 있다.Therefore, unlike the conventional drill bit that controls the expansion and contraction of the expansion blade and rotation for excavation using different power sources, the drill bit 110 according to an embodiment is controlled using a single power source, so it can be made smaller. can

이상, 드릴 비트(110)는 두더지의 머리와 앞니의 높은 자유도를 모사한 구조를 갖도록 헤드 파트(111), 니들 블레이드(112), 복수의 내부 블레이드들(113), 내부 샤프트(114) 및 복수의 확장 블레이드들(115)를 구성요소로 포함하는 것으로 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 추가적인 구성요소를 더 포함할 수도 있다. 일례로, 드릴 비트(110)는 도 7과 같이 외부 케이스(116)의 내측면에 형성된 채, 회전에 의한 충격을 완화하는 복수의 캐스터 휠들(Castor wheels)(117)을 더 포함할 수도 있다.Above, the drill bit 110 is a head part 111, a needle blade 112, a plurality of inner blades 113, an inner shaft 114 and a plurality of the head parts 111 to have a structure that simulates the high degree of freedom of the head and front teeth of the mole. Although it has been described as including the extended blades 115 of the component, it is not limited thereto and may further include an additional component. As an example, the drill bit 110 may further include a plurality of caster wheels (Caster wheels) 117 for alleviating the impact caused by rotation while being formed on the inner surface of the outer case 116 as shown in FIG. 7 .

잔해 제거부(120)는 두더지의 앞다리 및 어깨를 모사한 구조를 갖는 것을 특징으로 하며, 드릴 비트(110)의 측면에 배치된 샤프트(118)의 회전 동작이 전환된 선형 동작에 따라 상하로 움직이며 회전 왕복 동작을 하여, 드릴 비트(110)가 굴착한 지반을 제거할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 아래의 도 8 및 9를 참조하여 기재하기로 한다.The debris removal unit 120 is characterized in that it has a structure simulating the forelimbs and shoulders of a mole, and the rotational operation of the shaft 118 disposed on the side of the drill bit 110 moves up and down according to the converted linear operation. And by rotating and reciprocating operation, the drill bit 110 can remove the excavated ground. A detailed description thereof will be described with reference to FIGS. 8 and 9 below.

도 8은 일 실시예에 따른 잔해 제거부를 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 도 8에 도시된 잔해 제거부의 동작을 보다 상세하게 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining the debris removal unit according to an embodiment, and FIG. 9 is a view for explaining the operation of the debris removal unit shown in FIG. 8 in more detail.

도 8 내지 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 잔해 제거부(120)는 드릴 비트(110)의 측면에 배치된 샤프트(118)의 회전 동작이 웜 기어(Worm gear)(119-1) 및 랙 피니언(Rack-pinion)(119-2, 119-3)에 의해 전환된 선형 동작에 따라, 상하로 움직이며 회전 왕복 동작을 하여 굴착된 지반을 제거하는 것을 특징으로 한다.8 to 9, in the debris removal unit 120 according to an embodiment, the rotation operation of the shaft 118 disposed on the side of the drill bit 110 is a worm gear 119-1 and According to the linear motion switched by the rack-pinion (119-2, 119-3), it moves up and down and rotates and reciprocates to remove the excavated ground.

보다 상세하게, 잔해 제거부(120)는 전환된 선형 동작에 따라 상하로 움직이는 견갑골(Scapula) 파트(121), 견갑골 파트(121)와 연결된 채 견갑골 파트(121)의 동작에 의해 회전 왕복 동작하는 상완골(Humerus) 파트(122) 및 상완골 파트(122)와 연결된 채 상완골 파트(122)의 동작에 의해 회전 왕복 동작하며 굴착된 지반을 제거하는 앞발(Forefoot) 파트(123)를 포함할 수 있다.In more detail, the debris removal unit 120 rotates and reciprocates by the operation of the scapula part 121 and the scapula part 121 connected to the scapula part 121 moving up and down according to the converted linear motion. The humerus part 122 and the humerus part 122 may include a forefoot part 123 that rotates and reciprocates by the operation of the humerus part 122 and removes the excavated ground.

이처럼 잔해 제거부(120)는 견갑골 파트(121), 상완골 파트(122) 및 앞발 파트(123)로 구성됨으로써, 회전 왕복 운동의 반경을 넓히는 동시에 높은 회전력을 발생시켜, 굴착된 지반을 제거하는 효율을 향상시킬 수 있다.As such, the debris removal unit 120 is composed of the scapula part 121, the humerus part 122 and the forefoot part 123, thereby increasing the radius of the rotational reciprocating motion and generating a high rotational force at the same time, the efficiency of removing the excavated ground can improve

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited embodiments and drawings, various modifications and variations are possible for those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (14)

회전하며 지반을 굴착하는 드릴 비트(Drill bit); 및
상기 드릴 비트의 측면에 배치된 채 상하로 움직이며 회전 왕복 동작을 하여 상기 굴착된 지반을 제거하는 잔해 제거부
를 포함하는 굴착 장치.A drill bit rotating and excavating the ground; and
Debris removal unit for removing the excavated ground by rotating and reciprocating while moving up and down while being disposed on the side of the drill bit
Excavation equipment comprising a. 제1항에 있어서,
상기 드릴 비트는,
헤드 파트;
상기 헤드 파트의 상부 중심에 돌출되는 니들 블레이드(Needle blade);
상기 헤드 파트의 상부에서 상기 니들 블레이드를 둘러싼 채 상기 니들 블레이드를 중심으로 각기 다른 방향으로 연장 형성되는 복수의 내부 블레이드들(Inner blades);
상기 헤드 파트의 내부에 배치된 채 회전 동작으로 상기 니들 블레이드 및 상기 복수의 내부 블레이드들을 회전시키는 내부 샤프트(Inner shaft); 및
상기 헤드 파트의 측부에 배치된 채 상기 내부 샤프트의 회전 동작에 의해 확장 및 축소되는 복수의 확장 블레이드들(Expandable blades)
을 포함하는 굴착 장치.According to claim 1,
The drill bit is
head part;
a needle blade protruding from the upper center of the head part;
a plurality of inner blades extending in different directions around the needle blade while surrounding the needle blade at the upper portion of the head part (Inner blades);
an inner shaft for rotating the needle blade and the plurality of inner blades in a rotational operation while being disposed inside the head part; and
A plurality of expandable blades arranged on the side of the head part and expanded and contracted by the rotation operation of the inner shaft
Excavation equipment comprising a. 제2항에 있어서,
상기 드릴 비트는,
상기 니들 블레이드, 상기 복수의 내부 블레이드들 및 상기 복수의 확장 블레이드들의 회전과 상기 복수의 확장 블레이드들의 확장 및 축소를 상기 내부 샤프트의 회전 동작을 통해 일괄적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 굴착 장치.3. The method of claim 2,
The drill bit is
Excavation apparatus, characterized in that the rotation of the needle blade, the plurality of inner blades and the plurality of extended blades and the expansion and contraction of the plurality of extended blades are collectively controlled through the rotational operation of the inner shaft. 제2항에 있어서,
상기 복수의 확장 블레이드들은,
상기 헤드 파트가 상기 내부 샤프트의 회전 동작에 의해 상하로 선형 동작함에 따라, 확장 및 축소되는 것을 특징으로 하는 굴착 장치.3. The method of claim 2,
The plurality of expansion blades,
As the head part linearly moves up and down by the rotational operation of the inner shaft, it expands and contracts. 제4항에 있어서,
상기 복수의 확장 블레이드들은,
상기 내부 샤프트에 탑재된 랙(Rack)과 기어(Gear)로 맞물리도록 형성됨으로써, 상기 헤드 파트가 상하로 선형 동작함에 따라 확장 및 축소되는 것을 특징으로 하는 굴착 장치.5. The method of claim 4,
The plurality of expansion blades,
By being formed to be engaged with a rack and a gear mounted on the inner shaft, the head part expands and contracts as the linear motion up and down. 제4항에 있어서,
상기 헤드 파트는,
상하로 선형 동작하며 상기 내부 샤프트와 연결된 외부 케이스(Outer case)와 나사 결합 및 분리됨으로써, 상기 복수의 확장 블레이드들이 확장되는 정도 및 축소되는 정도를 제한하는 것을 특징으로 하는 굴착 장치.5. The method of claim 4,
The head part is
An excavation apparatus, characterized in that the plurality of extension blades limit the extent to which the plurality of extension blades are expanded and reduced by screwing and separating the outer case (Outer case) connected to the inner shaft and operating linearly up and down. 제2항에 있어서,
상기 내부 샤프트와 연결된 외부 케이스의 내측면에 형성된 채, 상기 드릴 비트의 회전에 의한 충격을 완화하는 복수의 캐스터 휠들(Castor wheels)
을 더 포함하는 굴착 장치.3. The method of claim 2,
A plurality of caster wheels that are formed on the inner surface of the outer case connected to the inner shaft and relieve the impact caused by the rotation of the drill bit (Caster wheels)
An excavator further comprising a. 제1항에 있어서,
상기 잔해 제거부는,
상기 드릴 비트의 측면에 배치된 샤프트의 회전 동작이 웜 기어(Worm gear) 및 랙 피니언(Rack-pinion)에 의해 전환된 선형 동작에 따라 상하로 움직이며 회전 왕복 동작을 하여 상기 굴착된 지반을 제거하는 것을 특징으로 하는 굴착 장치.According to claim 1,
The debris removal unit,
The rotary motion of the shaft disposed on the side of the drill bit moves up and down according to the linear motion converted by a worm gear and a rack-pinion and performs a rotary reciprocating motion to remove the excavated ground Excavation apparatus, characterized in that. 제8항에 있어서,
상기 잔해 제거부는,
상기 전환된 선형 동작에 따라 상하로 움직이는 견갑골(Scapula) 파트;
상기 견갑골 파트와 연결된 채 상기 견갑골 파트의 동작에 의해 회전 왕복 동작하는 상완골(Humerus) 파트; 및
상기 상완골 파트와 연결된 채 상기 상완골 파트의 동작에 의해 회전 왕복 동작하며 상기 굴착된 지반을 제거하는 앞발(Forefoot) 파트
를 포함하는 굴착 장치.9. The method of claim 8,
The debris removal unit,
a scapula (Scapula) part moving up and down according to the converted linear motion;
a humerus (Humerus) part that rotates and reciprocates by operation of the scapula part while being connected to the scapula part; and
A forefoot part that rotates and reciprocates by the operation of the humerus part while being connected to the humerus part and removes the excavated ground
Excavation equipment comprising a. 굴착 장치에서 회전하며 지반을 굴착하는 드릴 비트에 있어서,
헤드 파트;
상기 헤드 파트의 상부 중심에 돌출되는 니들 블레이드;
상기 헤드 파트의 상부에서 상기 니들 블레이드를 둘러싼 채 상기 니들 블레이드를 중심으로 각기 다른 방향으로 연장 형성되는 복수의 내부 블레이드들;
상기 헤드 파트의 내부에 배치된 채 회전 동작으로 상기 니들 블레이드 및 상기 복수의 내부 블레이드들을 회전시키는 내부 샤프트; 및
상기 헤드 파트의 측부에 배치된 채 상기 내부 샤프트의 회전 동작에 의해 확장 및 축소되는 복수의 확장 블레이드들
을 포함하는 드릴 비트.In a drill bit rotating in an excavator to excavate the ground,
head part;
a needle blade protruding from the upper center of the head part;
a plurality of inner blades extending in different directions around the needle blade while surrounding the needle blade at an upper portion of the head part;
an inner shaft for rotating the needle blade and the plurality of inner blades in a rotational operation while being disposed inside the head part; and
A plurality of expansion blades arranged on the side of the head part and expanded and contracted by the rotational operation of the inner shaft
A drill bit comprising a. 제10항에 있어서,
상기 드릴 비트는,
상기 니들 블레이드, 상기 복수의 내부 블레이드들 및 상기 복수의 확장 블레이드들의 회전과 상기 복수의 확장 블레이드들의 확장 및 축소를 상기 내부 샤프트의 회전 동작을 통해 일괄적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 드릴 비트.11. The method of claim 10,
The drill bit is
Drill bit, characterized in that the rotation of the needle blade, the plurality of inner blades and the plurality of extended blades and the expansion and contraction of the plurality of extended blades are collectively controlled through a rotational operation of the inner shaft. 제10항에 있어서,
상기 복수의 확장 블레이드들은,
상기 헤드 파트가 상기 내부 샤프트의 회전 동작에 의해 상하로 선형 동작함에 따라, 확장 및 축소되는 것을 특징으로 하는 드릴 비트.11. The method of claim 10,
The plurality of expansion blades,
Drill bit, characterized in that the head part expands and contracts as the linear motion up and down by the rotational operation of the inner shaft. 제12항에 있어서,
상기 헤드 파트는,
상하로 선형 동작하며 상기 내부 샤프트와 연결된 외부 케이스(Outer case)와 나사 결합 및 분리됨으로써, 상기 복수의 확장 블레이드들이 확장되는 정도 및 축소되는 정도를 제한하는 것을 특징으로 하는 드릴 비트.13. The method of claim 12,
The head part is
A drill bit, characterized in that it is linearly operated up and down and is screwed to and separated from an outer case connected to the inner shaft, thereby limiting the extent to which the plurality of extension blades are expanded and reduced. 굴착 장치에서 굴착된 지반을 제거하는 잔해 제거부에 있어서,
상하로 움직이는 견갑골(Scapula) 파트;
상기 견갑골 파트와 연결된 채 상기 견갑골 파트의 동작에 의해 회전 왕복 동작하는 상완골(Humerus) 파트; 및
상기 상완골 파트와 연결된 채 상기 상완골 파트의 동작에 의해 회전 왕복 동작하며 상기 굴착된 지반을 제거하는 앞발(Forefoot) 파트
를 포함하는 잔해 제거부.In the rubble removal unit for removing the ground excavated from the excavator,
moving up and down the scapula (Scapula) part;
a humerus (Humerus) part that rotates and reciprocates by operation of the scapula part while being connected to the scapula part; and
A forefoot part that rotates and reciprocates by the operation of the humerus part while being connected to the humerus part and removes the excavated ground
Debris removal unit comprising a.
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