(57)【要約】この発明は、軸線方向に延びるスタブシャンク（３２）が形成されたヘッド部（３）を有するパーカッションビット（１）を具える流体作動式パーカッションドリル工具用のドリルビットアセンブリに関する。スタブシャンクには、駆動チャック（４）上に形成された相補的なスプライン（３５）と滑動係合可能な、軸線方向に延びるスプライン（３６）が設けられている。駆動チャック（４）からの回転駆動力は、スプラインによってスタブシャンク（３２）に伝達される。チャックに設けられたビット保持手段（６、７、４１、４２）は、スタブシャンクのスプライン部に形成された相補的な保持手段（３７、５１）と係合し、ドリルビットアセンブリ内にスタブシャンクを保持するよう構成されている。チャック（４）上の係合手段は、チャック（４）を流体作動式パーカッションドリル工具の駆動手段（５）に接続するよう設けられている。またこの発明は、外筒である外側摩耗スリーブ（５）と、外側摩耗スリーブ（５）内で往復運動し、該外側摩耗スリーブ（５）の前端部に位置するドリルビットアセンブリのパーカッションビット（１）を打撃するよう設けられた滑動ピストン（８）と、を具え、ドリルビットアセンブリが上述のアセンブリであるダウンザホールハンマーに関する。
2009501856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体作動式パーカッションドリル工具用のドリルビットアセンブリであって、
軸線方向に延びるスタブシャンク（３２）が形成されたヘッド部（３）を有するパーカッションビット（１）と、
軸線方向に延び、駆動チャック（４）上に形成された相補的なスプライン（３５）と滑動係合可能な、前記スタブシャンク（３２）上のスプライン（３６）であり、前記駆動チャック（４）からの回転駆動力を前記スタブシャンク（３２）に伝達可能なスプライン（３６）と、
前記スタブシャンクのスプライン部に形成された相補的な保持手段（３７、５１）と係合し、前記ドリルビットアセンブリ内に前記スタブシャンクを保持するよう構成された、前記駆動チャックに設けられたビット保持手段（６、７、４１、４２）と、
前記駆動チャック（４）を前記流体作動式パーカッションドリル工具の駆動手段（５）に接続するよう設けられた、前記駆動チャック（４）上の係合手段と、を具えることを特徴とするドリルビットアセンブリ。
【請求項２】
前記駆動チャック（４）には、前記ドリル工具の前記摩耗スリーブ（５）の下端部の相補的なネジ部と係合するよう設けられたネジ部が形成されており、軸線方向に延びる前記スプライン（３６）は、前記スタブシャンクの外周壁上に形成され、前記駆動チャック（４）に内部形成された前記相補的なスプライン（３５）と係合する、請求項１に記載のドリルビットアセンブリ。
【請求項３】
前記ビット保持手段は、前記駆動チャック（４）の壁面を貫く、少なくとも１つ、好ましくは複数の孔（７、４２）及びそれに対応する複数のビット保持ピース（６、４１）を具え、
前記ビット保持ピース（６、４１）は、前記ビットアセンブリが組み立てられた際に、前記孔（７、４２）内に収容され、前記スタブシャンクの前記スプライン部に設けられた前記相補的な保持手段（３７、５１）と係合し、前記スタブシャンクを前記ドリルビットアセンブリ内に保持する、請求項１又は２に記載のドリルビットアセンブリ。
【請求項４】
前記孔は、前記駆動チャックの壁面を貫く部分環状スロット（７）として形成され、
前記ビット保持ピースは、部分環状ビット保持ピースであり、
前記相補的な保持手段は、環状ショルダー（３７）を具え、前記部分環状ビット保持ピースは、前記ビットアセンブリが組み立てられた際に、前記部分環状スロット（７）内に収容されるとともに環状ショルダー（３７）の下面と係合し、前記スタブシャンクを前記ドリルビットアセンブリ内に保持する、請求項３に記載のドリルビットアセンブリ。
【請求項５】
前記孔は、前記駆動チャックの壁面を貫く実質的に円形状の開口部（４２）として形成され、
前記ビット保持ピースは、ボールノーズピン（４１）であり、
前記相補的な保持手段は、前記スタブシャンクの上端部に形成された複数の凹所（４７）を具え、前記ボールノーズピン（４１）は、前記ビットアセンブリが組み立てられた際に、前記開口部（４２）内に収容されるとともに前記凹所（４７）の上部内壁（５１）と係合し、前記スタブシャンクを前記ドリルビットアセンブリ内に保持する、請求項３に記載のドリルビットアセンブリ。
【請求項６】
前記スタブシャンクの上端部に形成された少なくとも一つの凹所（４７）は、前記スタブシャンク（３２）上のスプライン（３６）にその全体を収めて形成されている、請求項５に記載のドリルビットアセンブリ。
【請求項７】
前記スラブシャンクの上端部に形成された各凹所（４７）は、前記スタブシャンク（３２）上の前記スプライン（３６）のうちのそれぞれ一つにその全体を収めて形成されている、請求項６に記載のドリルビットアセンブリ。
【請求項８】
外筒である外側摩耗スリーブ（５）と、
前記外側摩耗スリーブ（５）内で往復運動し、該外側摩耗スリーブ（５）の前端部に位置するドリルビットアセンブリのパーカッションビット（１）を打撃するよう設けられた滑動ピストン（８）と、を具え、
前記ドリルビットアセンブリは、請求項１〜７の何れか一項に記載のドリルビットアセンブリであることを特徴とするダウンザホールハンマー。
【請求項９】
前記ダウンザホールハンマーは、リバースサーキュレーションダウンザホールハンマーである、請求項８に記載のダウンザホールハンマー。
【請求項１０】
添付図面の図１〜５、図６〜８又は図９〜１１に関連して説明された及び／又は図示された流体作動式パーカッションドリル工具用のドリルビットアセンブリ。
【請求項１１】
添付図面の図１〜３又は図１２〜１４に関連して説明された及び／又は図示された流体作動式パーカッションドリル工具用のドリルビットアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流体作動式パーカッションドリル工具用のドリルビットアセンブリに関する。とりわけこの発明は、ダウンザホールハンマー（down the hole hammer）に使用されるドリルビットアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来設計のダウンザホールハンマー及び流体作動式パーカッションドリル工具は、バックヘッドアセンブリと順次係合する内筒が内部に取り付けられた外筒又は外側摩耗スリーブを具える。
滑動往復ピストンは、空気圧がバックヘッドアセンブリを介して供給された際に、内筒及びバックヘッドアセンブリと協働し、外側摩耗スリーブ上のチャック内に保持されたドリルビットに打撃作用を与える。
【０００３】
一般に、内筒は、外側摩耗スリーブと同軸に取り付けられている。滑動ピストンは、既知の方法により、外側摩耗スリーブの前端部に位置するチャック内で滑動運動するよう取り付けられたハンマービットを打撃するために、内筒及び外側摩耗スリーブ内で往復運動するよう取り付けられている。フート弁はビットよりも上方に配置されている。
【０００４】
本出願人による国際公開第２００４／０１３５３０号パンフレットには、ビットが細長いシャンク部を有し、その上端部には、ピストンが衝突して打撃力をビットに与える環状の打面（又はアンビル）が設けられたダウンザホールハンマーが開示されている。ビットシャンクの下端部には、円周に離間配置されるとともに軸線方向に延びる複数のスプラインが外部形成されている。スプライン（キー溝）は、環状チャックの内壁上に形成された相補的なスプラインと滑動可能に係合する。チャックは、外側摩耗スリーブの底部に螺合可能に接続されている。ビットは、チャック上方に位置し、ビット上の環状ショルダーと協働するビット保持リングによってハンマーアセンブリ内に保持されている。これにより、操作中にビットがアセンブリから落下するのは阻止される。
【０００５】
操作中にて、ビットシャンクは、ハンマーの打撃動作とチャックによりもたらされる回転トルクとに起因する力を受ける。これは、ビットシャンクの上部に大きな曲げモーメントを与え、チャックによるシャンクの破損のリスクは増大する。ドリルビットは製造コスト及び掘削穴に落下した場合の回収コストが非常に高い。これは、従来のダウンザホールハンマーのドリルビットにとって重大な問題であり、このことは、ビットアセンブリ内部の破断ビット（broken-off bit）が掘削穴へ落下するのを防止するための、破断ビットの保持手段に関する多くの特許があるという事実によって証明されている。これら特許の例として、米国特許第５，０６５，８２７号、米国特許第４，００３，４４２号、国際公開第９６／１５３４９号、国際公開第９８／０５４７６号、国際公開第０３／０６２５８５号、国際公開第０３／０６２５８６号が挙げられる。
【特許文献１】国際公開第２００４／０１３５３０号パンフレット
【特許文献２】米国特許第５，０６５，８２７号明細書
【特許文献３】米国特許第４，００３，４４２号明細書
【特許文献４】国際公開第９６／１５３４９号パンフレット
【特許文献５】国際公開第９８／０５４７６号パンフレット
【特許文献６】国際公開第０３／０６２５８５号パンフレット
【特許文献７】国際公開第０３／０６２５８６号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これらの特許に開示されている発明は、ビットシャフトが破損した後に発生する問題に対処するようなされたものであり、そもそも破損を防ぐことを目的としたものではない。
【０００７】
ダウンザホールハンマーのような従来のパーカッションドリル工具に関連する他の問題は、製造コストの高い長いシャンク部を有することである。回転トルク伝達のための十分な支持をもたらす十分な長さと、ビットを保持するための、スプライン上の十分な領域とを有するスプライン付きのシャンク部を設けるために長いシャンク部は必要とされる。従来のハンマーでは、ビットヘッド又は切削面が摩耗してもシャンクは良好な状態にある場合が多く、ところがシャンクは切削面と一体形成されていたため廃棄しなければならなかった。ヘッド又は切削面の早期の摩耗は、硬質岩又は、切削ヘッドのタングステンカーバイト製のインサートを摩耗させる物質を掘削する場合に起こり得る。多くの従来のハンマーでは、ビット内にフート弁を設ける必要があった。フート弁は、ハンマー機能の不可欠な部分として必要とされ、すなわち、ピストンが打撃位置にあるとき、底部を上昇させるチャンバは、ピストンのボア及びフート弁の表面により密封される。このようにしない場合、ピストンを上昇させることはできない。フート弁は、故障時間につながる偶発的な破損を引き起こし易い傾向にある。
【０００８】
この発明の目的は、上述した従来のシステムにおける多くの問題を回避し得る、ダンザホールハンマー用の又は他の流体作動式パーカッションドリル工具用のビット取付けシステムを提供することにある。また、この発明の目的は、従来のドリルシャンクよりも長さの短いシャンクを有するビットシステムを提供することにある。さらに、この発明の目的は、ビットアセンブリ用の改良された連結手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の態様において、この発明は、軸線方向に延びるスタブシャンクが形成されたヘッド部を有するパーカッションビットと、軸線方向に延び、駆動チャック上に形成された相補的なスプラインと滑動係合可能な、スタブシャンク上のスプラインであり、駆動チャックからの回転駆動力をスタブシャンクに伝達可能なスプラインと、スタブシャンクのスプライン部に形成された相補的な保持手段と係合し、ドリルビットアセンブリ内にスタブシャンクを保持するよう構成された、駆動チャックに設けられたビット保持手段と、駆動チャックを流体作動式パーカッションドリル工具の駆動手段に接続するよう設けられた、駆動チャック上の係合手段と、を具える流体作動式パーカッションドリル工具用のドリルビットアセンブリを提供する。
【００１０】
駆動チャックには、ドリル工具の摩耗スリーブの下端部の相補的なネジ部と係合するよう設けられたネジ部が形成されていることが好ましい。さらに、軸線方向に延びるスプラインは、スタブシャンクの外周壁上に形成され、駆動チャックに内部形成された相補的なスプラインと係合することがより好ましい。
【００１１】
さらに、ビット保持手段は、駆動チャックの壁面を貫く、少なくとも１つ、好ましくは複数の孔及びそれに対応する複数のビット保持ピースを具え、ビット保持ピースは、ビットアセンブリが組み立てられた際に、孔内に収容され、スタブシャンクのスプライン部に設けられた相補的な保持手段と係合し、スタブシャンクをドリルビットアセンブリ内に保持することが好ましい。
【００１２】
この発明の第１の実施形態においては、孔は、駆動チャックの壁面を貫く部分環状スロットとして形成され、ビット保持ピースは、部分環状ビット保持ピースであり、相補的な保持手段は、スタブシャンクの上端部に形成された環状ショルダーを具え、部分環状ビット保持ピースは、ビットアセンブリが組み立てられた際に、部分環状スロット内に収容されるとともに環状ショルダーの下面と係合し、スタブシャンクをドリルビットアセンブリ内に保持する。
【００１３】
この発明に従う代替の実施形態においては、孔は、駆動チャックの壁面を貫く実質的に円形状の開口部として形成され、ビット保持ピースは、ボールノーズピンであり、相補的な保持手段は、スタブシャンクの上端部に形成された複数の凹所を具え、ボールノーズピンは、ビットアセンブリが組み立てられた際に、開口部内に収容されるとともに凹所の上部内壁と係合し、スタブシャンクをドリルビットアセンブリ内に保持する。
【００１４】
特定の実施形態では、スタブシャンクの上端部に形成された少なくとも一つの凹所は、スタブシャンク上のスプラインにその全体を収めて形成されている。さらに、各凹所は、スタブシャンク上のスプラインのうちのそれぞれ一つにその全体を収めて形成されていることが好ましい。
【００１５】
他の態様では、この発明は、外筒である外側摩耗スリーブと、外側摩耗スリーブ内で往復運動し、該外側摩耗スリーブの前端部に位置するドリルビットアセンブリのパーカッションビットを打撃するよう設けられた滑動ピストンと、を具え、ドリルビットアセンブリが、上述のドリルビットアセンブリであるダウンザホールハンマーを提供する。
【００１６】
ハンマーは、従来のダウンザホールハンマーでも良く、リバースサーキュレーションダウンザホールハンマーでも良い。
【発明の効果】
【００１７】
この発明のドリルビットアセンブリは、従来のシステムを超える多くの利点を有する。すなわち、この発明によれば、チャック内にビットを保持する手段は、スタブシャンクのスプライン部まで移動するので、シャンクを短くすることができる。さらに、スプラインによる回転トルクの伝達は、ビット保持手段の上方及び下方の両方で行われる。相補的な保持手段は、複数の凹所を具え、各凹所は、スタブシャンク上のスプラインのうちの一つにその全体が収められて形成されていることから、スプラインによる回転トルクの伝達は、スプラインの全長に亘って行われる。
【００１８】
短いスタブシャフトは、長いシャフトを有するビットヘッドよりも製造コストが低い。スタブシャフトは、長さが短いことから曲げ応力からのダメージが少なく、それゆえ従来のパーカッションドリル工具に用いられていた長いシャンクに関連する曲げ破壊が発生し難い傾向にある。例えば、手動ハンマーを用いた場合、長い釘は、短い釘よりもはるかに曲がり易い。従って、短いシャンクは、従来のビットシャンクよりもはるかに頑丈である。
【００１９】
他の利点は、ビットヘッドが長いシャフトに取り付けられている従来のドリルビットアセンブリと比較して、摩耗状態にあるビットの交換コストが非常に低いことである。短いスタブシャンクは、従来の長いビットシャンクに比べて必要とする材料が実質少ない。さらに、この発明のアセンブリによれば、ビット内にフート弁を設ける必要がない。従来技術における、フート弁とピストンとの協働動作は、この発明においては、ピストン８のノーズでブッシング２のボアを密封することで代替することができる。いずれにせよフート弁を用いるか否かは随意的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
ビット連結システムを有する、この発明に従うダウンザホールハンマーの二つの実施形態につき、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。ここで、図１は、この発明の第１の実施形態に従うダウンザホールハンマーの側断面を、ピストンの底部が離れた位置にある状態を示す側断面図である。図２は、図１に示すダウンザホールハンマーの側断面を、ピストンが打撃位置にある状態で示す側断面図である。図３は、図１に示すダウンザホールハンマーの側断面を、ピストンがストロークの最上位置にある状態で示す側断面図である。図４は、この発明のビット連結システムの分解斜視図である。図５は、図２の下部を拡大して示す拡大側断面図である。図６は、この発明の第２の実施形態の分解斜視図である。図７は、この発明の第２の実施形態に従うダウンザホールハンマーの下部の拡大側断面を、ピストンの底部が離れた位置にある状態で示す拡大側断面図である。図８は、図７のダウンザホールハンマーの下部の拡大側断面を、ピストンが打撃位置にある状態で示す拡大側断面図である。図９は、この発明の第３の実施形態の分解斜視図である。図１０は、この発明の第３の実施形態に従うダウンザホールハンマーの下部の側断面を、ピストンが打撃位置にある状態で示す側断面図である。図１１は、図１０のダウンザホールハンマーの、Ｘ−Ｘ線に沿った断面図である。図１２は、この発明に従うリバースサーキュレーションダウンザホールハンマーの側断面を、ピストンの底部が離れた位置にある状態で示す側断面図である。図１３は、図１２のリバースサーキュレーションダウンザホールハンマーの側断面を、ピストンが打撃位置にある状態で示す側断面図である。図１４は、図１２のリバースサーキュレーションダウンザホールハンマーの側断面を、ピストンがストロークの最上位置にある状態で示す側断面図である。
【００２１】
図面を参照すると、この発明の実施形態にかかるダウンザホールハンマーは、外筒である外側摩耗スリーブ５を具える。内筒２５は、外側摩耗スリーブ５と同一軸線上に設けられている。滑動ピストン８は、内筒及び外側摩耗スリーブ５内で往復運動し、外側摩耗スリーブ５の前端部に位置するハンマービット１を打撃し、ドリルビットに打撃力を与えるよう設けられている。回転力は、チャック４によって回転する外側摩耗スリーブ５から伝達される。摩耗スリーブは、掘削装置の回転モーターに接続されたドリルストリングにその表面にて螺合可能に接続されている。
【００２２】
特に図４及び５を参照すると、ビットアセンブリのヘッド部３は、既知の手法によりタングステンカーバイト製のインサート３１が設けられたパーカッションビット１を具える。ビットヘッド部３には、軸線方向に延びるスタブシャンク３２が形成されている。スタブシャンク３２には、下環状ショルダー部３３、上環状ショルダー部３７及び中間部５０を含むスプライン部が形成されている。上下環状ショルダー部３３、３７には、軸線方向に延びる複数のスプライン３６が設けられている。中間部５０には、スプラインは設けられていない。回転トルクは、チャック４を介してビットヘッド部３に適用される。中空円筒状のチャック４には、その内壁に、シャンク３２のスプライン３６と係合する、軸線方向に延びる複数の内歯スプライン３５が内部加工されており、これによりチャック４からの回転駆動力はドリルビットに伝達される。
【００２３】
チャック４の上部には、外嵌ネジ部が形成されている。さらにチャック４には、以下に述べるように、チャック４が摩耗スリーブ５内にねじ込まれた際のストッパとして機能する外側環状ショルダー３８が設けられている。ショルダー３８の上方には、部分環状保持ピース６を受ける複数の部分環状スロット７がチャック４の壁面を貫いて切除又は機械加工されている。組み立てられたビットアセンブリにて、ビット保持ピース６は、シャンク３２の上端部に形成された環状ショルダー３７の下面と係合し、ドリルビットアセンブリ内にスタブシャンクを保持する。チャック４は、摩耗スリーブ５の下端部内にねじ込まれ、この際にスロット７内のビット保持ピース６は保持される。さらに、チャック４を摩耗スリープ５に螺合係合させることで、回転トルクを、摩耗スリーブ５からチャック４を介してビット１に伝達させることができる。
【００２４】
往復ピストン８は、内筒２５及び外側摩耗スリーブ５内で往復運動してショルダー３７の上面を打撃しビットに打撃力を与えるよう設けられている。チャック４のスプライン３５は、シャンク３２上の相補的なスプライン３６と滑動可能に係合し、これによりヘッド部３は、打撃動作の間にチャックに対して軸線方向に移動する。
【００２５】
図６、７及び８にこの発明の代替的な実施形態を示す。前述同様に、ビットアセンブリのヘッド部３は、既知の手法によりタングステンカーバイト製のインサート３１が設けられたパーカッションビット１を具える。ビットヘッド部３には、軸線方向に延びるスタブシャンク３２が形成されている。スタブシャンク３２は、軸線方向に延びる複数のスプライン３６及び軸線方向に延びる複数の凹所又はミリング４７が形成されたスプライン部を具える。凹所４７には、上部内壁又はショルダー５１が形成されている。回転トルクは、チャック４を介してビットヘッド部３に適用される。中空円筒状のチャック４には、その内壁に、シャンク３２のスプライン３６と係合する、軸線方向に延びる複数の内歯スプライン３５が内部加工されており、これによりチャック４からの回転駆動力がドリルビットに伝達される。
【００２６】
ショルダー３８の上方には、ボールノーズピン４１を受ける実質的に円形状をなす複数の開口部４２がチャックの壁面を貫いて切除又は機械加工されている。組み立てられたビットアセンブリにて、ボールノーズピン４１は、シャンク３２の上端部に形成された凹所又はミリング４７の上部内壁又はショルダー５１と係合し、ドリルビットアセンブリ内にスタブシャンクを保持する。チャック４は、摩耗スリーブ５の下端部内にねじ込まれ、この際に開口部４２内のボールノーズピン４１は保持される。さらに、チャック４を摩耗スリープ５に螺合係合させることで、回転トルクを、摩耗スリーブ５からチャック４を介してビット１に伝達させることができる。
【００２７】
この発明のさらに他の実施形態を図９〜１１に示す。この実施形態では、スラブシャンク３２は、軸線方向に延びる複数のスプライン３６及び軸線方向に延びる多数の凹所又はミリング４７が形成されたスプライン部を具える。各凹所４７は、スタブシャンク３２上のスプライン３６のうちのそれぞれ一つにその全体を収めて形成されている。図９〜１１に示す実施形態では、各スプラインに一つの凹所４７が形成されている。ところで、他の実施形態では、凹所はスプラインの全てに形成されていない。図６〜８を参照して前述したように、ボールノーズピンは、スタブシャンクをドリルビットアセンブリ内に保持するのに用いられる。
【００２８】
この発明の実施形態は、１０ｃｍよりも大きい寸法の穴を掘削する公称４インチ（１０．１６センチメートル）のハンマーを含み、スタブシャフト３２は、９０〜１４０ｍｍの範囲内の長さ、好適には１３０ｍｍの長さを有する。その一方で、ほぼ同寸法のドリルにおける従来のダウンザホールハンマーの長いシャンク部は、一般に２００〜２６０ｍｍの範囲内の長さを有していた。従って、この発明によれば、シャフト３２の長さを、従来のダウンザホールハンマーのシャフトの約３０〜５０％未満にすることができる。
【００２９】
ハンマーのサイクルを図１〜３及び図７及び８に示す。図１及び７は、底部から離れた位置にある状態のハンマーを示している。ピストン８は、排気を、ビット１のボア９及びボア１０を通って表面フラッシング孔１１から噴出させる。図２、図５及び図８は、打撃位置にある状態のハンマーを示している。ブッシング２は、ドリルアセンブリ内にフート弁の代わりに設けられており、ピストンノーズ２０と協働する。圧縮空気は、下部チャンバ１３に供給され、ピストン溝１４及び摩耗スリーブのアンダーカット１５を通って圧縮チャンバ１２に供給される。この空気は、ピストンノーズ２０及びブッシング２によって密封されている。同時に、上部チャンバ１６は、ボア９、１０及び１１を介して排気にさらされる。この結果、ピストン８は上昇する。図３は、ストロークの最上位置にある状態のピストン８を示している。ピストンノーズ２０がブッシング２と非接触状態にあるとき、リフトチャンバ１２は、ブッシング２及びボア１０、１１を介して排気にさらされる。上部チャンバ１６には、ポート１９及びチャンネル１７を介して圧縮空気が供給される。チャンバ１６は、分配プローブ１８によって密封されている。その結果、ピストンは下方に押し下げられ、ビットを打つとともにサイクルを繰り返す。
【００３０】
この発明にかかる構成によれば、ドリルビットシステムの各部における組み立てが容易になるという利点がもたらされる。かかる各部は、上方からスタブシャンク３２をスライドさせスプライン３６をチャック４０のスプライン３５に係合させることで組み立てることができ、これによりシャンクはチャック４内に嵌め込まれる。
【００３１】
単純化のため、この発明のドリルビットアセンブリは、従来のダウンザホールハンマーに関連して記載されているが、この発明は、図１２〜１４を参照して説明するように、リバースサーキュレーション工法用のダウンザホールハンマーに同様に適用可能である。
【００３２】
リバースサーキュレーション工法では、切断岩石及び岩屑は、加圧下で掘削流体を再循環させることによって、ドリル内の中空の通路又は単純なチューブ内を通って掘削穴の底面から表面まで押し上げられる。掘削流体は、ドリルストリング内側の環状空隙を下向きに循環する。リバースサーキュレーション技術の利点は、掘削の進行と同時に岩層を連続的にサンプリングできることであり、サンプルが掘削穴の底面から素早く戻った際に代表的なサンプルを収集し監視することができる。
【００３３】
この発明に従うリバースサーキュレーションダウンザホールハンマーは、外筒である外側摩耗スリーブ１０５を具える。内筒１２５は、外側摩耗スリーブ１０５と同一軸線上に設けられている。滑動ピストン１０８は、内筒及び外側摩耗スリーブ１０５内で往復運動して外側摩耗スリーブ１０５の前端部に位置するハンマービット１０１を打ち、ドリルビットに打撃力を及ぼすよう設けられている。摩耗スリーブ１０５の内径は、摩耗スリーブ１０５と内筒１２５との間に環状隙間１７０を形成する。
【００３４】
この発明によれば、ドリルビット１０１には、軸線方向に延びるスタブシャンク１３２が形成されている。スタブシャンク１３２には、軸線方向に延びる複数のスプライン１３６が設けられたスプライン部が形成されている。中空円筒状のチャック１０４には、その内壁に、シャンク１３２のスプライン１３６と係合する、軸線方向に延びる複数の内歯スプライン１３５が内部加工されており、これによりチャック１０４からの回転駆動力がドリルビットに伝達される。スプライン１３５、１３６は、ドリルビット１０１の周りに多数の流体通路１７１が形成されるよう寸法決めされている。ビット１０１は、従来のハンマーに関連して上述した構成、すなわち、部分環状ビット保持ピースやボールノーズピンの何れかを用いてチャック内に保持しても良い。
【００３５】
図１３は、打撃位置にあるハンマーを示しており、ピストンノーズ１２０はドリルビット１０１に接触している。ピストン１０８の上昇ストローク又は戻りストロークの初期において、チャンバ１１６は環状隙間１７２を介して通路１７１と直に連通し圧縮空気が排出される。圧縮空気が内筒ポート１７９、環状隙間１８０、ピストン溝１７３及び摩耗スリーブのアンダーカット１７４を通って環状隙間１７０から供給された場合、チャンバ１７６は加圧され、ピストン１０８に押し上げ力が適用される。その結果ピストン１０８は上昇する。
【００３６】
かかる上昇は、ピストンノーズ１２０がブッシング１０２に対して非接触となるまで続く。図１４は、ストロークの最上位置にあるピストン１０８を示している。このときにチャンバ１７６内の圧縮流体を、溝１７５に通じる環状通路１７１を通した上でビットヘッド１０３内の通路１７７を介して排出しても良い。排出流体の主な部分は、掘削スペースに進入するとともに戻りボア１１１、１１０及び１０９を通って表層回収装置に噴出される。チャンバ１１６には、ポート１７９、環状隙間１８０及び溝１１７を介して圧縮空気が供給される。さらに、環状隙間１７２は、ピストン１０８及び、サンプリングチューブ１７９の拡径部１８１によって密封されている。その結果、ピストンは押し下げられてビットを打つとともにサイクルを繰り返す。
【００３７】
この発明に関連して用いられている用語「具える」及び用語「有する／含む」は、所定の特徴、数値、方法又は要素を特定するために用いられているものであって、これら以外の特徴、数値、方法若しくは要素又はこれらの組み合わせの存在あるいはこれらの追加を除外するものではない。
【００３８】
前述の説明から、この発明における新概念の真の趣旨及び範囲から逸脱することなく多くの修正や変更が予想される。この開示は、本発明の例示を説明するためのものであって、この発明が図示された特定の実施形態に限定されることを意図するものではないことに留意されたい。この開示は、特許請求の範囲に含まれるような全ての修正が添付の特許請求の範囲によって網羅されることを意図するものである。
【００３９】
何れの請求項で言及される技術的特徴は、参照符号によって補われており、これら参照符号は、特許請求の範囲の理解を向上させることを唯一の目的として設けられたものであって、従って、このような参照符号は、このような参照符号によって一例として特定される各要素の範囲の趣旨をいかなる場合も限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、この発明の第１の実施形態に従うダウンザホールハンマーの側断面を、ピストンの底部が離れた位置にある状態を示す側断面図である。
【図２】図２は、図１に示すダウンザホールハンマーの側断面を、ピストンが打撃位置にある状態で示す側断面図である。
【図３】図３は、図１に示すダウンザホールハンマーの側断面を、ピストンがストロークの最上位置にある状態で示す側断面図である。
【図４】図４は、この発明のビット連結システムの分解斜視図である。
【図５】図５は、図２の下部を拡大して示す拡大側断面図である。
【図６】図６は、この発明の第２の実施形態の分解斜視図である。
【図７】図７は、この発明の第２の実施形態に従うダウンザホールハンマーの下部の拡大側断面を、ピストンの底部が離れた位置にある状態で示す拡大側断面図である。
【図８】図８は、図７のダウンザホールハンマーの下部の拡大側断面を、ピストンが打撃位置にある状態で示す拡大側断面図である。
【図９】図９は、この発明の第３の実施形態の分解斜視図である。
【図１０】図１０は、この発明の第３の実施形態に従うダウンザホールハンマーの下部の側断面を、ピストンが打撃位置にある状態で示す側断面図である。
【図１１】図１１は、図１０のダウンザホールハンマーの、Ｘ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図１２】図１２は、この発明に従うリバースサーキュレーションダウンザホールハンマーの側断面を、ピストンの底部が離れた位置にある状態で示す側断面図である。
【図１３】図１３は、図１２のリバースサーキュレーションダウンザホールハンマーの側断面を、ピストンが打撃位置にある状態で示す側断面図である。
【図１４】図１４は、図１２のリバースサーキュレーションダウンザホールハンマーの側断面を、ピストンがストロークの最上位置にある状態で示す側断面図である。
【図１】
2009501856.tif 000003
【図２】
2009501856.tif 000004
【図３】
2009501856.tif 000005
【図４】
2009501856.tif 000006
【図５】
2009501856.tif 000007
【図６】
2009501856.tif 000008
【図７】
2009501856.tif 000009
【図８】
2009501856.tif 000010
【図９】
2009501856.tif 000011
【図１０】
2009501856.tif 000012
【図１１】
2009501856.tif 000013
【図１２】
2009501856.tif 000014
【図１３】
2009501856.tif 000015
【図１４】
2009501856.tif 000016
【国際調査報告】
2009501856.tif 000017
2009501856.tif 000018
2009501856.tif 000019