【手続補正書】
【提出日】平成19年1月26日(2007.1.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング(１１)と、
このハウジングの前端に装着してあり、貫通軸線方向フラッシング流体流路を有するドリル・ビット(１５)と、
ハウジング内に設けてあり、貫通軸線方向流路（５１）を有し、ドリル・ビットに衝撃を与えるように配置したピストン・ハンマー（５０）と、
機械を管状ドリル・ストリングに連結するための手段(１３)と、
ドリル・ストリングから加圧液圧作動流体を受け取るための入口（６４）と、
ハウジング内に固定してあり、ピストン・ハンマーにある軸線方向流路（５１）の後端内に滑りばめで延びているチューブ（３５）であって、ここで、ピストン・ハンマーの後部環状端が、ピストン・ハンマーを前方へ移動させるために第１の環状シリンダ室（５４）において第１のピストン表面（５３）を形成している、チューブ（３５）と、
ピストン・ハンマーを後方へ移動させるための、第２の環状シリンダ室（５５）内のピストン・ハンマーの第２の環状ピストン面（５６）と、
入口（６４）に接続しており、第１のシリンダ室（５４）を加圧するための第１の作動位置と第１のシリンダ室をチューブ（３５）に解放するための第２の位置とを有する弁（６２）であって、ピストン・ハンマーを往復動させ、ドリル・ビットにフラッシング流体を与える弁（６２）と、
弁を第１、第２の位置間で変位するように作動させるための、ピストン・ハンマーの軸線方向位置によって制御されるポート手段（４１、４２）を備えた制御導管（４０）と
を含む衝撃式孔内ロックドリル機であって、
ピストン・ハンマー（５０）が、チューブ（３５）と滑りばめされている表面に第１、第２の環状凹部（それぞれ５８、５９）を有し、
通路手段（４６）が第１の凹部（５８）を加圧するように配置してあり、
制御導管（４０）が、チューブ（３５）内に延在しており、ピストン・ハンマーの移動に応答して第１、第２の凹部（５８、５９）に交互に開くように配置されたポート手段（４１、４２）を有し、そして
第２の凹部（５９）が、少なくともピストンが後方位置にあるときにピストン・ハンマーにある流路（５１）と連絡するように配置してあること、
を特徴とする上記のドリル機。
【請求項２】
第１のピストン表面（５３）のピストン面積が第２のピストン表面（５６）のピストン面積よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の機械。
【請求項３】
第２の凹部（５９）が第１の凹部（５８）の前方にあることを特徴とする、請求項１または２に記載の機械。
【請求項４】
第２のシリンダ室（５５）がピストン・ハンマーの外側にあることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の機械。
【請求項５】
弁がチューブ（３５）と同軸のスプール弁（６２）であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の機械。
【請求項６】
スプール弁（６２）がカーバイド製の弁ハウジング（３４）に対して摺動するカーバイド製の弁であることを特徴とする、請求項５に記載の機械。
【請求項７】
ピストン・ハンマー（５０）が、等しい内径を有する２つの軸線方向に隔たった案内ブッシング（２４、２６）内を案内され、これら案内ブッシング（２４、２６）間に形成されたスペースが、ピストン・ハンマーが移動するときに、一定の体積を保つようになっていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の機械。
【請求項８】
ピストン・ハンマー（５０）が２つの軸線方向に隔たったカーバイド製の案内ブッシング（２４、２６）内を案内され、ピストン・ハンマーがカーバイドから作られることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の機械。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】液圧孔内ロックドリル機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
ハウジング(１１)と、
このハウジングの前端に装着してあり、貫通軸線方向フラッシング流体流路を有するドリル・ビット(１５)と、
ハウジング内に設けてあり、貫通軸線方向流路（５１）を有し、ドリル・ビットに衝撃を与えるように配置したピストン・ハンマー（５０）と、
機械を管状ドリル・ストリングに連結するための手段(１３)と、
ドリル・ストリングから加圧液圧作動流体を受け取るための入口（６４）と、
ハウジング内に固定してあり、ピストン・ハンマーにある軸線方向流路（５１）の後端内に滑りばめで延びているチューブ（３５）であって、ここで、ピストン・ハンマーの後部環状端が、ピストン・ハンマーを前方へ移動させるために第１の環状シリンダ室（５４）において第１のピストン表面（５３）を形成している、チューブ（３５）と、
ピストン・ハンマーを後方へ移動させるための、第２の環状シリンダ室（５５）内のピストン・ハンマーの第２の環状ピストン面（５６）と、
入口（６４）に接続しており、第１のシリンダ室（５４）を加圧するための第１の作動位置と第１のシリンダ室をチューブ（３５）に解放するための第２の位置とを有する弁（６２）であって、ピストン・ハンマーを往復動させ、ドリル・ビットにフラッシング流体
を与える弁（６２）と、
弁を第１、第２の位置間で変位するように作動させるための、ピストン・ハンマーの軸線方向位置によって制御されるポート手段（４１、４２）を備えた制御導管（４０）と
を含む衝撃式孔内ロックドリル機に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第５,１０７,９４４号に、衝撃式ドリル機の形をした液圧ドリル・ストリング装置が記載されている。この記載された衝撃式ドリル機は、ハウジング・チェストに設けたシリンダ内を往復動できる環状駆動ピストンを備えている。駆動ピストンは加圧駆動液体と相互作用を行う駆動面を有する。駆動ピストンは、それが駆動するドリル・ストリングの外側ケーシングによって形成されるチャンバ内で往復運動を行うように配置された衝撃ハンマーを有する主要部片となっている。衝撃ハンマーはその前進移動時にドリル・ビットに衝撃を与えるように配置されている。
【０００３】
環状駆動ピストンはハウジング・チェスト内に収容されている。環状駆動ピストンの中心孔は、環状駆動ピストン内を延びる中心ダクトまたは中心チューブの形をした迂回通路を備えており、低圧のフラッシング液が駆動ピストンの駆動面を迂回して、ドリル・ビットに流れることができるようにしている。環状ピストンの外面にあるハウジング・チェストは、駆動面を迂回する加圧液が通過できる流路を備えている。
【０００４】
これらの流路は、駆動ピストンの往復動位置に応じて連続的または間欠的に駆動ピストンの外周面に設けた環状凹部に接続する。間欠的に接続する凹部は加圧液体のための制御溝またはタイミング・ポートとなる。こうして生じた間欠的な時限式の加圧液体は、環状ピストンの駆動面に対する駆動液体の供給、解放を制御する制御弁を駆動する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、液圧ロックドリル機によって供給できる動力を増大させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、
ハウジング(１１)と、
このハウジングの前端に装着してあり、貫通軸線方向フラッシング流体流路を有するドリル・ビット(１５)と、
ハウジング内に設けてあり、貫通軸線方向流路（５１）を有し、ドリル・ビットに衝撃を与えるように配置したピストン・ハンマー（５０）と、
機械を管状ドリル・ストリングに連結するための手段(１３)と、
ドリル・ストリングから加圧液圧作動流体を受け取るための入口（６４）と、
ハウジング内に固定してあり、ピストン・ハンマーにある軸線方向流路（５１）の後端内に滑りばめで延びているチューブ（３５）であって、ここで、ピストン・ハンマーの後部環状端が、ピストン・ハンマーを前方へ移動させるために第１の環状シリンダ室（５４）において第１のピストン表面（５３）を形成している、チューブ（３５）と、
ピストン・ハンマーを後方へ移動させるための、第２の環状シリンダ室（５５）内のピストン・ハンマーの第２の環状ピストン面（５６）と、
入口（６４）に接続しており、第１のシリンダ室（５４）を加圧するための第１の作動位置と第１のシリンダ室をチューブ（３５）に解放するための第２の位置とを有する弁（６２）であって、ピストン・ハンマーを往復動させ、ドリル・ビットにフラッシング流体を与える弁（６２）と、
弁を第１、第２の位置間で変位するように作動させるための、ピストン・ハンマーの軸
線方向位置によって制御されるポート手段（４１、４２）を備えた制御導管（４０）と
を含む衝撃式孔内ロックドリル機であって、
【０００７】
ピストン・ハンマー（５０）が、チューブ（３５）と滑りばめされている表面に第１、第２の環状凹部（それぞれ５８、５９）を有し、
通路手段（４６）が第１の凹部（５８）を加圧するように配置してあり、
制御導管（４０）が、チューブ（３５）内に延在しており、ピストン・ハンマーの移動に応答して第１、第２の凹部（５８、５９）に交互に開くように配置されたポート手段（４１、４２）を有し、そして
第２の凹部（５９）が、少なくともピストンが後方位置にあるときにピストン・ハンマーにある流路（５１）と連絡するように配置してあること、
を特徴とするドリル機を得ることができる。
【０００８】
制御導管、通路、流路、凹部およびポートがこのような配置を取ることによって、機械の直径がより有効に利用され、そしてピストン面積がより大きくなることによって機械が強力になる。
【０００９】
以下、添付図面を参照しながら実施形態を詳しく説明することによって本発明を説明する。
図１ａ、１ｂ、１ｃは、一緒になって、図３、４における１−１線に沿ったドリル機の長手断面図を形成し、図１ａは機械の前部を示し、図１ｂは機械の中間部を示し、図１ｃは機械の後部を示している。
図２は、図１ｂに対応しているが、他の相対的な位置にあるいくつかの要素を示す図である。
図３は、図１ｂの３−３線に沿った横断面図を示している。
図４は、図１ｂの４−４線に沿った横断面図を示している。
【００１０】
〔実施例〕
好ましい図示実施形態の説明
図に示す液圧孔内ロックドリル機は、機械ハウジングを有し、この機械ハウジングは、機械ハウジング・チューブ１１と、たとえばねじ留めによってチューブ１１に固定した前端ブッシング１２と、好ましくはねじ留めによってハウジング・チューブ１１に固定したドリル・ストリング・アダプタ１３の形をした後部ヘッドとを含む。
【００１１】
前端ブッシング１２はドリル・ビット１５を保持している。このドリル・ビット１５は在来型のものであってもよい。ドリル・ビット１５はヘッド１６とシャンク１７とを有する。シャンクは、ブッシング１２に対するスプライン連結部１８とスプラインのない部分１９とを有する。ブッシング１２と機械チューブ１１との間にはリング２０が固定されていて、このリング２０でドリル・ビットが抜け出るのを防いでいる。リング２０は軸線方向に分割してあるので装着が可能である。したがって、ドリル・ビット１５は、そのヘッドがブッシング１２の端に対する支えとなるときに示される後端位置と、スプラインの後部２１がリング２０に載る前方位置との間を軸線方向に移動できる。ドリル・ビット１５は、そのシャンク１７から該ビットの前端まで延びていてフラッシング流体を供給する中央フラッシング流体流路を有する。
【００１２】
アダプタ１３が、機械ハウジング・チューブ１１の前端にある内側肩部２２に対して一列の要素を固定している。この要素列には、ライナとなる環状要素２３と、後部環状案内要素２４と、隔離スリーブ２５と、前部環状案内要素２６と、ブッシング２７とがある。
【００１３】
アダプタ１３内部には、ライナ２３に対して固定されたヘッド３１を有するストレーナ
・ホルダ３０がある。ヘッド３１は一組のベベルプレート・スプリング３２のための当接部となり、これらのベベルプレート・スプリング３２が、リング３３を介してスリーブ３４およびチューブ３５をライナ２３にある内側肩部に対して固定する。ヘッド３１およびスプリングは中央穴を有し、そして、ストレーナ・ホルダからの流れを受け取るようにノズル３７が配置してある。ストレーナまたはフィルタ２８がストレーナ・ホルダ内に装着してあり、ドリル・ストリングからの液体がストレーナ２８を通って流れ、ストレーナ・ホルダ３０にある穴２９から流出する。チューブ３５は、ポート４１、４２、４３を備えた複数の流路４０を有する。ポート４３は環状スペース４４に開いている。チューブは複数の供給流路４６も有し、これらの供給流路４６はポート４７、４８の形をした供給流路入口および供給流路出口を有する。
【００１４】
ピストン部分およびハンマー部分を含む主要部片であるピストン・ハンマー５０が間隔を置いた案内要素２４、２６内を案内される。そして、ピストン・ハンマー５０は、拡大後部５２を有する長手方向流路５１を有する。ピストン・ハンマーの後端はチューブ３５、ライナ２３間の環状円筒形スペース内に摺動可能に延びており、その後端面５３が第１の環状シリンダ室５４内に位置する。ライナ２３と、ピストン・ハンマーの外面と、ピストン・ハンマーのヘッド５７にある環状ピストン面５６との間には第２の環状シリンダ室５５が形成されている。２つの案内要素２４、２６はピストン・ハンマーを案内するために同じ内径を有する。その結果、案内要素２４、２６間のスペースは、ハンマーの往復運動中、一定の体積を保つことになる。ハンマーの流路５１にある拡大部分５２の壁はチューブ３５の外面に対して摺動する。ハンマーの内壁は第１の環状凹部５８および第２の環状凹部５９を有する。ピストン・ハンマーの前端は縮径部分６０を有し、減衰室６１を形成している。
【００１５】
弁スプール６２の形をした弁要素がスリーブ３４内を摺動可能であり、この弁スプール６２の前方位置が図２に示してあり、その後方位置が図１ｂに示してある。したがって、スリーブ３４は弁スプール用のシリンダとなる。
【００１６】
複数の流路６３が、ストレーナ・ホルダ３０の外側にある環状スペース６４からシリンダ室５５まで、そして、ポート４８に開いている環状凹部６５まで通じている。環状スペース６４は、ライナ２３の外側６６のところでスリーブ３４にあるポート６７まで延びている。したがって、アダプタ１３およびスペース６４は、ドリル・ストリングからの作動流体のための入口を形成している。スリーブ３４のポート６９とつながる複数の流路６８がシリンダ室５４に通じている。
【００１７】
弁スプール６２は中空であって、その外面、内面間に一列の穴７０を有し、これらの穴は環状凹部７１ａで終わっており、弁スプールの角度位置にかかわらず弁スプールの機能を発揮させるようになっている。図１ｂに示す後方位置において、弁スプールは、その穴７０を経て第１の環状シリンダ室５４をスプールの内部に接続し、それによって、スプールの内面、チューブ３５、ピストンの中央流路５１によって形成されたフラッシング流体流路およびドリル・ビットにあるフラッシング流体流路に接続している。図２に示す前方位置において、弁スプール６２は、その代わりに、ストレーナ・ホルダ３０の外側にあるスペース６４を第１の環状シリンダ室５４に、弁スプールのウエスト７１を経て接続する。ウエスト７１の前方におけるスプールの外径はウエストの後方における外径よりもいくらか大きくなっていて差表面７２を形成しており、この差表面７２は絶えず高圧を受けていて弁スプールを図２の弁位置に向かって前方に押圧（ｂｉａｓｉｎｇ）している。弁スプールは、また、環状制御面７３も有し、この環状制御面７３は制御面７２よりも、たとえば２倍大きい。そして、この制御面７３はそこまでずっと延びている環状スペース４４に接続している。したがって、チューブ３５の通路４０および環状スペース４４は弁の位置を変えるための制御流路を形成する。制御流路４０が加圧されたとき、弁は図１ｂに示
す位置へ移動し、制御流路４０が低圧側に接続したとき、この制御流路は放出流路として作用し、弁が図２に示す位置へ移動する。
【００１８】
先に説明したように、チューブ３５の中央穴および流路４０、４６は、ピストン表面５３およびシリンダ室５４を迂回する流路を形成している。
【００１９】
案内ブッシング２４、２６の形をした案内要素は同じ直径を有するので、これら案内要素間のスペースは、ピストン・ハンマーが移動するとき、一定の体積を保つことになる。それ故、予想寿命を延ばす動的シ−ルは不要となる。案内ブッシング２４、２６およびピストン・ハンマーは、好ましくは、いわゆる超硬合金で作るとよい。超硬合金とは、摩耗を最小限に抑え、さらに予想寿命を延ばす、タングステンカーバイドや、これに相当する材料のことである。チューブ３５に対するピストン・ハンマーの摺動面も予想寿命にとって重要であり、そして、チューブは、好ましくは、カーバイドで作るべきである。同様に、スプール弁およびそのハウジング３４は超硬合金で作るべきである。
【００２０】
上記のように超硬合金を用い、動的シ−ルを用いない場合、作動流体として水を用いることが可能となるばかりでなく、懸濁状態で固体を含有する水またはその他の液体も用いることが可能となる。最も細かい岩屑を取り除けないにしても岩屑を取り除いた後に懸濁液を再利用することも可能である。
【００２１】
タングステンカーバイドの熱膨張は鋼の熱膨張よりもかなり小さいので、機械が加熱されたときに、カーバイド部品を固定しているベベル・スプリング３２のために、鋼鉄部品とカーバイド部品との間にいかなるギャップも生じることはない。本ロックドリル機をガスの探査ボ−リングで用いる場合、温度が非常に高くなってもよい。
【００２２】
ノズル３７は交換可能であって、フラッシング流体の流量を実際の必要流量に適応させるように選ぶ。付加的なフラッシング流体が必要ないときにはノズルの代わりにプラグを使用することさえ可能である。
【００２３】
作動の説明
操作に当たって、ドリル機を岩石の孔内に入れ、ドリル・ストリングを回転させながらドリル機に送り力を加える。その結果、ドリル・ビット１５が孔の底に向かって押圧される。そして、高圧液体の作動流体を、ドリル・ストリングを通してアダプタへ、すなわち、ドリル機の入口に供給する。ピストン・ハンマー５０が往復運動してドリル・ビット１５のシャンク１７の端面に衝撃を与える。図１ａ、１ｃにおいては、ピストン・ハンマー５０が衝撃付与位置で示してある。ピストン・ハンマー５０がその作業ストロークでその衝撃付与位置に到達する前に、ポート４２が環状凹部５８に開き、この環状凹部５８が供給流路４６から圧力を加えられ、その結果、流路４０、４４が加圧され、制御面７３への圧力が弁スプール６２を図１ｂに示す位置へ移動させ、その結果、弁スプール６２が第１の環状シリンダ室５４をピストン・ハンマーを貫いているフラッシング流体導管に解放する。したがって、第２の環状シリンダ室５５内の圧力がピストン・ハンマー５０に力を加えてその復帰ストロークで後方へ移動させる。ピストン・ハンマーの復帰ストローク中、制御流路４０、４４のポート４１が凹部５９に開き、制御流路４０を排出させる。その結果、弁スプール６２が図２に示す位置に切り替わり、弁スプール６２のウエスト７１がシリンダ室５４を高圧側に接続し、そして、ピストン・ハンマー５０の後端面５３に加わるこの圧力がピストン・ハンマーを減速させ、反転させてその作業ストロークを開始させる。ここで再び、ハンマー・ピストンがドリル・ビットに衝撃を加える直前の位置に弁が変位し、ハンマーがその復帰ストロークを開始し、このサイクルが繰り返される。衝撃頻度は、たとえば５０〜１００Ｈｚであり得る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１ａ】一緒になって、図３、４における１−１線に沿ったドリル機の長手断面を示す図であり、機械の前部を示している。
【図１ｂ】一緒になって、図３、４における１−１線に沿ったドリル機の長手断面を示す図であり、機械の中間部を示している。
【図１ｃ】一緒になって、図３、４における１−１線に沿ったドリル機の長手断面を示す図であり、機械の後部を示している。
【図２】図１ｂに対応しているが、他の相対的な位置におけるいくつかの要素を示す図である。
【図３】図１ｂの３−３線に沿った横断面図を示している。
【図４】図１ｂの４−４線に沿った横断面図を示している。