(57)【要約】  本発明の掘削用エアーハンマー(pneumatic operated hammer for rock drilling)は、筒状のケーシング(casing)と、ケーシングの上部に設けられるバックヘッド(back head)と、前記ケーシング内で圧縮空気通路(compressed air passageway)を開閉する逆止弁(check valve)と、前記逆止弁を支持するガイド(guide)と、前記ケーシング内で圧縮空気によって昇降するピストン(piston)と、前記ピストンの打撃により掘削作業を行うボタンビット(button bit)と、を備えてなる。ピストンの長さを作業条件に合わせて所定の長さにすることにより、掘削作業時に地下水(underground water)などが掘削装備(drilling equipment)内へ流入する逆水現象(water back-flow phenomenon)を防止し、圧縮空気通路(compressed air passageways)と可変圧縮空気チャンバーをピストンとケーシングとの間に形成することにより、圧縮空気によってピストンが上昇するとき、無負荷状態で急上昇することができ、さらに、ピストンが基準外径及びそれぞれ異なる外径を有する軸部を備えることにより、ケーシングとピストンとの間に形成された複数の可変圧縮空気チャンバーを有する、作業容量に適したハンマービット(hammer bit)を製造することができる。無負荷状態で上昇したピストンは、可変チャンバーから供給された圧縮空気によってピストンを急降下させながら提供される迅速で強い打撃力でボタンビットを打撃することにより、掘削作業を行う。
2008523272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に下降する筒状のケーシング内で、ピストンが圧縮空気によって作動してボタンビットを打撃することで掘削作業を行う掘削用エアーハンマーにおいて、
前記ケーシングの上部に螺合されるバックヘッドと、
前記バックヘッドの中央孔(center hole)内に収容され、下端(lower portion)の軸部(shaft portion)と、中心のアンビル部(anvil portion)と、上端(upper end portion)の逆止弁収納部(check valve receiving portion)とを含み、前記アンビル部の外周面にストッパ溝(stopper hole)が形成され、前記アンビル部の下部に拡張外周縁部(circumferentially extending outer peripheral edge portion)が形成され、前記軸部の外周面に複数の環状溝(annular grooves)が形成される、ガイドと、
前記ガイドの逆止弁収納部にコイルバネにより弾支される逆止弁と、
ケーシングの内部に昇降可能に設けられ、中央孔(center hole)と圧縮空気供給路(compressed air passageway)とを備え、基本外径（Ｒ）及び他の外径部（Ｒ２(Ｒ＝１)、Ｒ３、Ｒ４）を有するピストンと、
前記ケーシングからの前記ピストンの離脱を防止するために前記ピストンを案内し、ブッシング部と一体に形成されており、中間軸部(intermediate axial portion)の内周面(inner peripheral surface)に形成されたビットリテーナーリング設置溝(bit retainer ring mounting recess)と、下端部の内周面に形成された複数のガイド溝(guide grooves)と、を有するチャックと、
外周面に形成された複数のガイド溝のうち隣接ガイド溝(adjacent ones of a plurality of guide grooves)の間に複数の円周突起(circumferential protrusion)が交互に配設され、前記チャックのガイド溝(guide grooves)とスライド可能に結合され、外周面に外周溝(outer circumferential groove)が形成され、前記外周溝の上部に係止爪(retaining step)が形成され、昇降長さが前記外周溝の長さによって制限されるボタンビットと、
上部が前記バックヘッドと螺合され、それぞれ異なる内径部（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）を有する軸部(axial portions)を備えるケーシングと、
ピストンの外周部とケーシングの内周部との間に形成される可変圧縮空気チャンバーと、を備えることを特徴とする掘削用エアーハンマー。
【請求項２】
バックヘッドは、バックヘッドの中央孔(center hole)に連通する複数の空気通路を有し、前記空気通路は、バックヘッドの外周面から放射状に内向して離隔し、バックヘッドの中心軸(central axis)の周りに一定間隔で同心円状に配設され、下端が開放されて入口(inlet aperture)を介して中央孔(center hole)と連通する空気通路と、下端が閉鎖されて出口(outlet aperture)を介して中央孔(center hole)と連通する空気通路とが、交互に同心円状に配設されることを特徴とする、請求項１に記載の掘削用エアーハンマー。
【請求項３】
逆止弁は、中央孔(center hole)と前記中央孔の上方に形成された内部中空 (inner hollow space)とが形成された安着部(seating portion)と、前記安着部上に設けられ、弾性ゴム部(elastic rubber element)が覆われた頭部(head portion)５４４とを含み、
前記頭部は、上端部に中心軸に向いて上方へ傾斜している傾斜面(slant surface)を有するスカート(skirt)と、弾性ゴム部(elastic rubber element)とを含み、
前記弾性ゴム部(elastic rubber element)は、スカートの傾斜面と同じ角度(angle parallel)に傾いている傾斜面と、弾性ゴム部の傾斜面と頭部の傾斜面とが合致(matching)する傾斜面から所定長さ（ｒ）(certain thickness)突出した補強部(reinforced strip portion)とを有することを特徴とする、請求項１に記載の掘削用エアーハンマー。
【請求項４】
ピストン２００の長さＬを基準外径(reference outer diameter)Ｒよりも５．７倍（Ｌ／Ｒ＝５．７）以上、最外径部Ｒ３よりも３．２倍（Ｌ／Ｒ３）以上にすることにより、逆水の流入による作動不良を防止することを特徴とする、請求項１に記載の掘削用エアーハンマー。
【請求項５】
回転可能に下降する筒状のケーシング内で、ピストンの垂直往復運動(vertically reciprocation)によりボタンビットを打撃することで掘削作業を行う掘削用エアーハンマーの駆動方法において、
エアーハンマーが掘削位置で圧縮空気が供給されても無負荷状態で掘削待機する第１段階と、
ピストンとケーシングとの間に形成された可変圧縮空気チャンバー(variable compressed-air chamber)を膨脹させるための圧縮空気通路を形成して、ケーシング内のピストンを急上昇させる第２段階と、
ピストンとケーシングとの間に形成された他の可変圧縮空気チャンバー(variable compressed-air chamber)を膨脹させるための圧縮空気通路を形成して、ケーシング内のピストンを急降下させる第３段階と、を含み、
これらの３段階の駆動過程によって掘削作業を行うことを特徴とする、掘削用エアーハンマーの駆動方法。
【請求項６】
第１の段階は、ピストンとボタンビットが自重によって下降して最下部に位置している状態で、バックヘッドの中央孔(center hole)を介して供給される圧縮空気が、逆止弁の圧力を克服して空気通路→ピストンの中央孔(center hole)→ボタンビットの排出口への圧縮空気通路(compressed air flow channel)に沿って外部に排出される段階であり、
第２の段階は、ケーシングが掘削作業のために回転しながら下降し、ハンマービットの底面(bottom surface)が掘削面に到達すると、ボタンビットとピストンが、ケーシング内へ押し込まれ、圧縮空気が、バックヘッドの中央孔(center hole)→空気通路(air passageway)→ピストンの昇圧チャンバー(pressure-increasing chamber)によって形成さえる圧縮空気通路(compressed air flow channel)に沿って供給される段階であり、
第３の段階は、急上昇したピストンが頂点に到達した状態で、圧縮空気が、
バックヘッドの中央孔(center hole)と空気通路(air passageway)を介して圧縮空気チャンバーとピストンの上面(top surface)との間の空間により画定される内部中空(hollow inner space)に供給されて圧縮されることにより、ピストンが急降下して、ピストンの下端(bottom end)がボタンビットの上面(top surface)を打撃する段階であることを特徴とする、請求項５に記載の掘削用エアーハンマーの駆動方法。
【請求項７】
外部からの圧縮空気を逆止弁を介してピストンの中央孔(center hole)内に供給する段階と、
ピストンの中央孔(center hole)内の圧縮空気を中央分散式(central and distributed manner)で昇圧チャンバー(pressure-increasing chamber)に選択的に供給する段階と、
圧縮空気チャンバーーを、ピストンのそれぞれ異なる外径部を有する軸部とケーシングの内壁(inner wall)との間に形成する段階と、をさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の掘削用エアーハンマーの駆動方法。
【請求項８】
複数の空気通路を、前記空気通路 中央分散式による圧縮空気供給のためにバックヘッド内側の中央孔(center hole)の周囲に中心軸(central axis)の周りに一定間隔で同心円状に配設する段階と、
ピストンの下降用圧縮空気チャンバーを、空気通路と連通できるように形成する段階と、
ピストン上昇用圧縮空気チャンバーを、空気通路と選択的に連通できるように形成し、この場合、前記ピストンの下降用圧縮空気チャンバーと連通する空気通路と、前記ピストン上昇用圧縮空気チャンバーと選択的に連通する空気通路とを、バックヘッドの中心孔(center hole)の周りに同心円状に交互に配設する段階と、
ピストンの下降用圧縮空気供給システムを、圧縮空気チャンバーとピストンの上面(top surface)に作用できるように構成する段階と、
ボタンビットを、チャックの内周面に形成されたガイド溝に沿ってスライド可能にチャックと結合して、掘削作業のための昇降を行う段階と、を含むことを特徴とする、請求項７に記載の掘削用エアーハンマーの駆動方法。
【請求項９】
筒状のケーシングと、ケーシングの上部に設けられるバックヘッドと、前記ケーシング内で圧縮空気通路を開閉する逆止弁と、前記逆止弁を支持するガイドと、前記ケーシング内で圧縮空気によって昇降されるピストンと、前記ピストンの打撃で掘削作業を行うボタンビットと、を含んでなる掘削用エアーハンマーにおいて、
筒状のジョイントを、前記ケーシングとバックヘッドを結合するためにケーシングとバックヘッドとの間にさらに設けるが、前記ジョイントには、中央に貫通孔(through-hole)を有するガイド安着部(guide seating portion)が形成され、上部の内周面に上部の内周螺旋結合部が形成され、下部の外周面に外周螺旋結合部が形成され、中央孔(center hole)の周りに複数の圧縮空気通路が形成され、前記ケーシングには、上部の内周面に、ジョイントの外周螺旋結合部と螺合する内周螺旋結合部が形成され、中央部の内周面に、凹部(concave depression)と前記凹部から下方に延長している傾斜溝(slant groove)とが形成され、
前記ピストンは、基準外径（Ｒ２）及びそれぞれ異なる外径（Ｒ２（＝Ｒ１）、Ｒ３、Ｒ４）を有する軸部(axial portions)を備えた筒状をしており、内部に中央孔(center hole)と打撃ガイド溝(striking guide groove)が形成されており、中央孔とピストンの外周面との間には、中央孔(center hole)と平行で、入口(inlet aperture)及び出口(outlet aperture)と連通する昇降通路(pressure-increasing passageway)が形成され、外周面には第１及び第２のチャンバー隔壁と下部隔壁とが形成され、前記第１のチャンバー隔壁の下部のみにはシール支持リング着脱口(sealing support ring mounting groove)が形成され、前記第１のチャンバーの隔壁内には入口(inlet aperture)及び出口(outlet aperture)と連通する減圧通路(pressure-reducing pass) が形成され、
前記ボタンビットには、上部の内周面に、ボタンビットの中央孔(center hole)の上部の直径よりも少し大径の支持溝(support groove)が形成され、該支持溝に中心棒(center rod)が固定結合され、前記ケーシングの凹部にはシール支持リングが装着され、前記シール支持リングは、２つの半円片(semi-circular piece)が結合されたドーナツ状を呈し、シリンダー内のピストンリング(piston ring)と同じ役目をし、前記シール支持リングの内周面には、引張バネを設けるためのバネ設置溝(spring mounting groove)が形成され、上記部品が互いに結合された後、ケーシングとピストンとの間に形成される可変圧縮空気チャンバーと、ピストンの上部とジョイントの中央孔(center hole)との間に形成されるピストン加圧チャンバー(piston pressurizing chamber)と、前記ジョイントのガイド安置部とジョイント内のバックヘッドの下部のガイド安着部との間に形成される内圧チャンバー(internal pressure chamber)とによって可変圧縮空気供給通路(variable compressed air supply passageway)を形成することにより、前記ピストンがケーシング内で急上昇及び急降下による往復運動を行い、この往復運動によりボタンビットを打撃して掘削作業を行うことを特徴とする掘削用エアーハンマー。
【請求項１０】
可変圧縮空気チャンバーに供給される圧縮空気は、前記ピストンとボタンビットがケーシング内で最下部に位置するとき、中央孔(center hole)→耐圧チャンバー(pressure-resistant chamber)→圧縮空気通路(compressed air passageway)→ピストン加圧チャンバー(piston pressurizing chamber)→中央孔(center hole)によって形成される圧縮空気通路(compressed air flow channel)に供給され、
掘削作業のためにケーシング全体が下降すると、ボタンビットとピストンがケーシング内に押し上げられ、同時に圧縮空気通路(compressed air flow channel)が、中央孔(center hole)→耐圧チャンバー(pressure-resistant chamber)→圧縮空気通路(compressed air passageway)→昇圧通路(pressure-increasing passageway)→昇圧チャンバーー(pressure-increasing chamber)ーによって形成されることになり、これにより昇圧チャンバーの容積が急膨張してピストンを瞬間的に上昇させる力として作用し、
この上昇するピストンが頂点に到達すると、ピストンの中央孔(center hole)がガイドの中心軸棒(central axial rod)によって遮断された状態で、圧縮空気通路(compressed air flow channel)が、中央孔(center hole)→耐圧チャンバー(pressure-resistant chamber)→圧縮空気通路(compressed air passageway)→ピストン加圧チャンバー(piston pressurizing chamber)→可変圧縮空気チャンバー(variable compressed air chamber)によって形成されることになり、これにより前記ピストン加圧チャンバーと可変圧縮空気チャンバーの急激な膨脹によってピストンが急降下し、ボタンビットを打撃して掘削を行うことを特徴とする、請求項９に記載の掘削用エアーハンマー。
【請求項１１】
ピストンのシール支持リング着脱口(sealing support ring mounting groove)に中央孔(center hole)と連通する貫通口(through-hole)を形成することにより、可変圧縮空気チャンバーに圧縮や負圧が生じることを防止することを特徴とする、請求項９に記載の掘削用エアーハンマー。
【請求項１２】
ケーシングの凹部に傾斜溝(slant groove)を形成し、ピストンの外周面にシール支持リング着脱口(sealing support ring mounting groove)を形成することにより、ケーシングからピストンを分離すると共に、ピストンから、引張バネによって弾支されたシール支持リングを取り外せることを特徴とすることを特徴とする、請求項９に記載の掘削用エアーハンマー。
【請求項１３】
外部から圧縮空気が供給されるバックヘッドと、前記バックヘッドをケーシングと結合させるジョイントと、前記ジョイントの内部に設置され、圧縮空気の供給を選択的に遮断する逆止弁と、前記逆止弁を支持するための筒状ガイド(cylindrical guide)と、前記ケーシングと結合されたガイド内で昇降し、複数の圧縮空気通路(compressed air passageways)を有するピストンと、前記ピストン下部に設置され、回転力と打撃力を用いて掘削作業を行うドリルビット(ボタンビット)と、を備えるが、前記バックヘッドはジョイント上部と螺合し、前記ジョイントの下部はケーシングの上部と螺合し、ケーシングの下部はチャックと螺合して外形を形成し、前記ビットの進退範囲(advancing and retracting range)を限定するビットリテーナーリングとチャックは、ケーシング下端の内部に設置される掘削用エアーハンマーにおいて、
前記ピストンは、それぞれ異なる外径（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）を有する軸部(axial portions)を含む重量体(weight body)であり、内部に、入口(inlet aperture)及び出口(outlet aperture)と連通可能に形成された圧縮空気通路と、他の入口(inlet aperture)と連通可能に形成された中央孔(center hole)と、別途に形成された圧縮空気通路とを有し、
前記バックヘッドは、下部の外周面と上部の外周面にそれぞれ形成され、他の部品と螺合される螺旋結合部(spiral engagement sections)と、中央部の外周面に形成されるナット部と、内部に形成される、圧縮空気が供給される中央孔(center hole)とを有し、前記ナット部は、中央孔(center hole)と連通可能に形成される部品組み立てホール(component assembling hole)とバイパスホール(bypass hole)とを有し、バルブは、前記部品組み立てホール内にバネによって弾支され、スナップリング(snap ring)位置決められ、
前記ジョイントは、上部の内周面に形成され、バックヘッドの外周螺旋結合部(outer spiral engagement portion)と結合される内周螺旋結合部と、下部の外周面に形成され、ケーシングの上端部と結合される外周螺旋結合部(outer spiral engagement portion)と、を備え、また、ジョイントの内部にはガイド(guide member)が形成され、前記ガイドとジョイントの外周面との間には圧縮空気入口(compressed air inlet aperture)が形成されることにより、ジョイントとケーシングとの間に圧縮空気通路(compressed air flow channel)が形成され、
掘削作業前の準備状態では、圧縮空気通路(compressed air flow channel)が、バックヘッドの中央孔(center hole)→ガイド(guide member)とジョイント(joint)との間に形成された圧縮空気入口(compressed air inlet aperture)→ガイドの圧縮空気通路(compressed air passageway)→ピストンの圧縮空気通路(compressed air passageway)→ピストンの中央孔(center hole)→ボタンビットの中央孔(center hole)によって形成され、
ピストンが上昇する状態では、圧縮空気通路(compressed air flow channel)が、バックヘッドの中央孔(center hole)→ガイド(guide member)とジョイント(joint)との間に形成された圧縮空気入口(compressed air inlet aperture)→ケーシングの上部とガイドの外周との間に画定された空間によって形成される圧縮空気通路(compressed air passageway)→ガイド(guide member)とジョイント(joint)との間に形成された圧縮空気出口(compressed air outlet aperture)→ ピストンの圧縮空気通路(compressed air passageway)→ケーシングとピストンとの間に形成される可変圧縮空気チャンバーによって形成され、他の圧縮空気チャンバーの圧縮空気は、ピストンの圧縮空気通路→ピストンの圧縮空気チャンバー→ボタンビットの中央孔(center hole)を介して外部に排出されることにより、ピストンが無負荷状態で急上昇し、
ピストンが下降する状態では、圧縮空気が、ガイド(guide member)とジョイント(joint)との間に形成された圧縮空気入口(compressed air inlet aperture)と、ガイド(guide member)とジョイント(joint)との間に形成された圧縮空気出口(compressed air outlet aperture)と、ピストンの圧縮空気通路(compressed air passageway)とが互いに連通するまでピストンに続けて供給され、これによりガイド内部の圧縮空気チャンバーが急激に膨脹し、瞬間圧力(instantaneous pressure)によってピストンを急下降させてボタンビットを打撃することにより、ボタンビットによる掘削作業が行われることを特徴とする掘削用エアーハンマー。
【請求項１４】
ピストンの出口(outlet aperture)は、ピストンの中心軸(central axis)の周りに四方八方(all directions)に形成されることを特徴とする、請求項１３に記載の掘削用エアーハンマー。
【請求項１５】
バイパスホール(bypass hole)、部品組み立てホール(component assembling hole)及び前記部品組み立てホールに設けられた部品(components)は、ナット部の６角形の各角に(respective hexagonal corners)に配置するか、対称する６角面位置(symmetrical hexagonal positions)に配置することを特徴とする、請求項１３に記載の掘削用エアーハンマー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削用エアーハンマー及びその駆動方法に係り、特に、空気通路を、バックヘッド(Back Head)の中心軸(central axis)の周りに一定の間隔で同心円状に形成することでハンマー駆動用圧縮空気を中央分散式(central and distributed manner)で供給し、また、ピストンの長さをエアーハンマー(pneumatic hammer)の作業条件に合わせて所定の長さにすることにより、掘削作業時に地下水(underground water)などが掘削装備(drilling equipment)内へ流入する逆水現象(water back-flow phenomenon)を防止し、さらに、ピストンのそれぞれの軸部の外径を異ならせ、ピストンとケーシングとの間に可変圧縮空気チャンバー(variable compressed air chambers)を形成することにより、圧縮空気によるピストンの上昇時には無負荷状態で急上昇を行い、ピストンの下降時には、複数の可変空気チャンバー(variable air chambers)から一体に加えられる圧縮空気力によるピストンの急降下を行い、ピストンが強い打撃力でボタンビットを打撃して掘削作業を行うことにより、掘削作業効率を高め、掘削装備のメンテナンスのコストを低減する他、作業量に応じて製作できる掘削用エアーハンマー及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来公知の掘削用エアーハンマーとして、ヨーロッパ特許ＥＰ−Ｂ１−０ ３３６ ０１０号やアメリカ特許第４、０１５、６７０号には、孔落下式ハンマー用ピストン(a down-on-the hole hammer)が開示されている。しかし、これは、ピストンの構造が極めて複雑でメンテナンスが面倒になり、故障がひんぱんに発生し作業効率が落ちる。さらに、ピストン下端面がドリルビットに打撃を与えるとき、圧縮空気供給部が遮断されてハンマーの作動に邪魔となるという問題があった。
【０００３】
韓国公開特許特２００１-５２９１９号(２００１.６.２５)には、上記技術よりも改良されたもの（英文名称：percussive down-the-hole-rock drilling hammer and piston used therein）が開示されている。しかし、これは、圧縮空気(pressurized air)の供給がピストンの中央通路の開口とフィードチューブ(feed tube)の出口のみを介して行われるため、ピストンの昇降、すなわち上方と下方への移動のための圧縮空気(compressed air)の機能が効率的に発揮できなくなり、また、主として部品の抵抗と密度の算術比率が適用されたものであるため、実際作業時に地下水やスラッジなどの逆流を防止することができない。
【０００４】
さらに、圧搾空気(pressurized air)を選択的に遮断する逆止弁(check valve)が摩耗しやすくなり、頻繁な打撃で疲労強度を超えて部分的亀裂または破損が発生し、このため、作業中止が頻繁に起こるのみならず、装備のメンテナンスが容易ではないなどの問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、かかる従来の問題点を解決するためのもので、その目的は、圧縮空気(compressed air)の供給方式を新たに設計することにより、圧縮空気(compressed air)を利用したピストンの昇降動作を効率的に行い、また、ピストンの長さを作業に合わせて所定の長さにすることにより、掘削ハンマー内へ流入する逆水が原因で発生するハンマーの機能低下や破損を防止し、しかも、可変圧縮空気チャンバーを追加して圧縮空気(compressed air)の流れ構造を効率的に改善することにより、ピストンの昇降運動を円滑に行い、作業効率を高め、その結果、時間的、経済的に掘削作業の環境を改善させた新しい構造の掘削用エアーハンマー及びその駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、圧縮空気(compressed air)の流れを改善させるために、圧縮空気の供給構造を革新的に設計し中央供給式を採用することにより、バックヘッドの中央空間(central hollow space)の圧縮空気を、バックヘッド内に同心円状に配置された圧縮空気通路(compressed air passageways)を通って分散させ、該圧縮空気を、ピストンを昇降させるために、ピストンとケーシングとの間の空間によって形成される複数のチャンバー内に供給し、ピストンの長さを、装備内への逆水の流入を防止できるように構造力学的に設計した、本発明の構成及び駆動原理によって達成される。
【０００７】
このような構成原理が適用された本発明によれば、圧縮空気が供給されるケーシング内には、ピストンとケーシングとの間の空間に、ピストンの往復昇降を可能にするために、複数の圧縮空気チャンバー(compressed-air chambers)を形成し、これら圧縮空気チャンバーに連結される空気通路(air passageways)を通って供給される圧縮空気によって、ピストンの昇降駆動を迅速に行い、さらに、打撃力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施の形態による掘削用エアーハンマーの断面図である。
【図２】図１の分解斜視図である。
【図３】図１のバックヘッド（Back Head、４００）の構成図であり、図３（ａ）は前記バックヘッドの正面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の右側面図、図３（ｃ）は図３（ｂ）のＳ−Ｓ'線断面図である。
【図４】図１のピストン（２００）の構成図であり、図４（ａ）は前記ピストンの正面図、図４（ｂ）は図３（ａ）の右側面図、図４（ｃ）は４（ａ）の左側面図、（ｄ）は（ｂ）のＳ−Ｓ'線断面図である。
【図５】図１のガイド（６００）構成図であり、図５（ａ）は前記ガイドの正面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の右側面図、図５（ｃ）は図５（ｂ）のＳ−Ｓ'線断面図である。
【図６】図１の逆止弁（５００）の構成断面図である。
【図７】図１のドリルチャックの構成図であり、図７（ａ）は前記ドリルチャックの正面図、図７（ｂ）は図７（ａ）の右側面図、図７（ｃ）は図７（ｂ）のＳ−Ｓ'線断面図、図７（ｄ）は図７（ａ）のＡ−Ａ'線断面図である。
【図８】（ａ）乃至（ｄ）は、図１の本実施形態による掘削用エアーハンマーの作動を順に追って説明するための断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態による掘削用エアーハンマーの断面図である。
【図１０】図９のピストン（２０）の構成図であり、図１０（ａ）は前記ピストンの正面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の平面図、図１０（ｃ）は図１０ （ａ）の底面図、図１０（ｄ）は図１０（ｃ）の３−３'線断面図である。
【図１１】図９のシール支持リング(sealing support ring)の構成図であり、図１１（ａ）はシール支持リングを構成する半円片(semi-circular piece)の正面図、平面図及び底面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の８−８'線断面図、図１１（ｃ）は引張バネの構成図、図１１（ｄ）は図１１（ａ）の半円片(semi-circular piece)を一対にして構成したシール支持リングの組立図である。
【図１２】図９のガイドの構成図であり、図１２（ａ）は前記ガイドの正面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の平面図、図１２（ｃ）は図１２（ａ）の底面図、図１２（ｄ）は図１２（ｃ）の６−６'線断面図である。
【図１３】図９のジョイントの構成図であり、図１３（ａ）は前記ジョイントの正面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の底面図、図１３（ｃ）は図１３（ｂ）の７−７'線断面図である。
【図１４】図９のバックヘッドの構成図であり、図１４（ａ）は前記バックヘッドの正面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）の底面図、図１４（ｃ）は図１４（ｂ）の４−４'線断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態による図９の掘削用エアーハンマーの作動状態を示す断図面であり、図１５（ａ）はエアーハンマーの駆動前の、掘削作業のための圧縮空気の流れを示す図、図１５（ｂ）はピストン上昇のための圧縮空気の流れを示す図、図１５（ｃ）はピストン下降のための圧縮空気の流れを示す図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態による掘削用エアーハンマーの断面図である。
【図１７】図１６の分解斜視図である。
【図１８】図１６のピストンの構造断面図であり、図１８（ａ）はピストンの正面図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）の右側面図、図１８（ｃ）は図１８（ｂ）のＳ−Ｓ'線断面図である。
【図１９】図１６のバックヘッドの構成図であり、図１９（ａ）はバックヘッドの正面図、図１９（ｂ）は図１９（ａ）の右側面図、図１９（ｃ）は図１９（ｂ）のＳ−Ｓ'線断面図、図１９（ｄ）は図１９（ｃ）のＡ部分の拡大図である。
【図２０】ジョイントの構成図であり、図２１（ａ）はジョイントの正面図、図２１（ｂ）は図２１（ａ）の右側面図、図２１（ｃ）は図２１（ｂ）のＳ−Ｓ線断面図である。
【図２１】本発明の第３の実施の形態による図１６の掘削用エアーハンマーの作動状態を示す断図面であり、図２１（ａ）はエアーハンマーの駆動前の、掘削作業のための圧縮空気の流れを示す図、図２１（ｂ）はピストン上昇直前の圧縮空気の流れを示す図、図２１（ｃ）はピストンの上昇後、頂点で打撃のための圧縮空気の流れを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態は、次の部品の具体的形状及び構造によって行われる。すなわち、ケーシング１００内でピストン２００が垂直に往復運動しながらボタンビット(Button Bit)３００を打撃することにより掘削作業が行われる掘削用エアーハンマーにおいて、前記ケーシング１００の上部には、圧縮空気供給用中央孔(center hole)４１０と逆止弁５００収納用内部中空(inner hollow space)４２０を有するバックヘッド４００が螺合される。前記逆止弁５００の下端には、ガイド６００がコイルバネ５３０を介して結合され、その軸部(shaft portion)６１０がピストン２００の中央孔(center hole)２１０内に出入りする。前記ケーシング１００の下端の内周部(inner periphery)には、ブッシング部１１０が一体化されたチャック(chuck)１２０を設置することで、ピストン２００とボタンビット３００がケーシング内で昇降する際に遊撃(axial play)によって発生する振動を防止し、エアーシール機能(air sealing function)を果たせる。
【００１０】
上記構造下で掘削用エアーハンマーの駆動方法は、本実施形態のエアーハンマーが掘削位置で圧縮空気が供給されても無負荷状態で掘削待機する第１段階と、ピストン２００とケーシング１００との間に形成された圧縮空気通路(compressed air passageways)を介して複数の可変チャンバーを膨脹させることにより、ケーシング内のピストン２００を急上昇させる第２段階と、頂点のピストン２００に圧縮空気通路を介して圧縮空気が供給され、ピストン２００とケーシング１００との間の他の複数の可変圧縮空気チャンバーを膨脹させることにより、ピストン２００を急降下させる第３段階と、を含む。
【００１１】
前記ケーシング１００の内周部(inner periphery)には、ブッシング部１１０が一体化されたチャック１２０が螺合され、ピストン２００はケーシング１００内でチャック１２０によって制限される長さ方向の所定範囲内で垂直に往復動する。また、前記バックヘッド４００は、圧縮空気供給用中央孔(center hole)４１０と内部中空(inner hollow space)４２０を有する截頭円錐形(truncated-conical shape)をしている。前記バックヘッドの内部中空(inner hollow space)４２０には、ガイド６００がバックヘッドと一体又は分離結合される形で固定される。前記ガイド６００の中央上部には、バックヘッド４００の中央孔(center hole)４１０と内部中空(inner hollow space)４２０を開閉するために、コイルバネ５３０によって弾支される逆止弁５００が設けられる。
【００１２】
図２は、本発明の第１の実施の形態による掘削用エアーハンマーの分解斜視図である。
図２に示すように、ケーシング１００の上端部の内周(the inner periphery of the upper end portion)に設けられるバックヘッド４００、Ｏリング４５０、逆止弁５００、プラグ５１０、前記逆止弁５００の中央孔(center hole)５２０に設けられるコイルバネ５３０、及び外周面(outer peripheral surface)にストッパ穴(stopper hole)６０２が形成されたガイド６００が順に追って分離図示されている。また、ケーシング１００の内部下端に設けられるピストン２００とチャック１２０、及び前記ピストン２００との衝突によって掘削作業を行うボタンビット３００が示されている。図中、符号１１０はブッシング、１３０はストップリング、１４０はビットリテーナーリング設置溝(bit retainer ring mounting recess)、１７０はＯリング、１８０はビットリテーナーリング、３４０はガイド溝(guide grooves)、６５０はバックヘッド４００内にガイド６００を結合するためのストッパである。
【００１３】
図３は、バックヘッド４００の構成図であり、図３（ａ）はバックヘッドの正面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の右側面図、図３（ｃ）は図３（ｂ）のＳ−Ｓ'線断面図である。
図３において、バックヘッド４００の上端部は、圧縮空気が供給される既存の回転可能なドリルパイプストリング（図示せず）と結合することができる中空の截頭円錐形(truncated-conical shape)の筒状をしている。図３（ｃ）に示すように、内部中空(hollow inner space)４２０に連通された空気通路４０４は、その下端（図面の右側）が閉鎖されており、他の空気通路４０６は、入口４１２を介して後述するケーシング１００とピストン２００との間に形成された圧縮空気チャンバー２２０と連通できるように、その下端が開放されている。
【００１４】
したがって、前記空気通路４０６は、バックヘッドの外周面から放射状に内向して離隔され、バックヘッド４００の中心軸(central axis)の周りに一定間隔で同心円状に配設される（図３（ｂ）参照）。この場合、下端が開放された空気通路４０６と、下端が閉鎖されて出口４１４を介して内孔(inner hole)４２２に連通された空気通路４０４とが、交互に(alternately)同心円状に(concentrically)配置される。また、バックヘッド４００の先端部の外形は截頭円錐状(truncated-conical shape)を呈し、バックヘッド４００の中央部の外周にはネジ山４０８が形成され、ケーシング１００先端部の内周に形成された後述のネジ山１０２と螺合される。図中、符号４０２はピンホール(pin hole)である。
【００１５】
図４は、図１のピストン（２００）の構成図であり、図４（ａ）はピストン２００の正面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の右側面図、図４（ｃ）は図４（ａ）の左側面図、図４（ｄ）はピストン２００の内部構造を示す、図４（ｂ）のＳ−Ｓ'線断面図である。図４（ａ）に示すピストン２００は、中央孔(center hole)２１０が形成された一定直径Ｒの中心軸(central shaft)２２０'を備える。この場合、軸部(axial portion)は、前記中心軸２２０'の直径Ｒよりも大径の、それぞれ異なる長さの外径部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を有する。図１に示すように、前記ピストン２００は、ケーシング１００内の、それぞれ異なる長さの外径部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を有する軸部(axial portion)と、それぞれ異なる長さの内径部Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を有する軸部(axial portion)との接触面はもとより、それぞれ異なる長さの外径部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を有する軸部(axial portion)と、バックヘッド４００の内部中空(inner hollow space)４２０の内壁(inner walls)と、チャック１２０のブッシング部１１０及びケーシング１００と、の接触面における摩擦抵抗を最小化し、効果的なシール機能を有するように設計され、これにより、ピストンとケーシングとの間に複数の圧縮空気チャンバーを構成するようになる。
【００１６】
図５は、図１のガイド（６００）構成図であり、図５（ａ）はガイド６００の正面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の右側面図、図５（ｃ）は図５（ｂ）のＳ−Ｓ'線断面図である。
前記ガイド６００は、ピストン２００の中央孔(center hole)２１０に出入りする軸部(shaft portion)６１０と、中心部を構成するアンビル部(anvil portion)６２０と、上端に形成された逆止弁収納部６３０とを含み、これらはそれぞれ異なる直径を有する。また、前記アンビル部６２０は、下部に形成された拡張外周縁部(circumferentially extending outer peripheral edge portion)６２２と、外周面に形成されたストッパ溝(stopper hole)６４０とを有する。前記軸部(shaft portion)６１０には、逆止弁収納部６３０の収納ホール(receiving hole)６３２と連通する中央孔(center through-hole)６１２が形成される。また、軸部６１０の外周面には複数の環状溝(annular grooves)６１４が形成され、ピストン２００の中央孔(center hole)２１０への出入り時にシール機能(sealing function)の最大化と摩擦力の最小化を同時に図ることができる。特に、アンビル部６２０の拡張外周縁部６２２は、図３のバックヘッド４００の内周縁部(inner peripheral edge portion)４３０と凹凸係合される。
【００１７】
図６は、図１の逆止弁５００の構成断面図である。
前記逆止弁５００は、従来の逆止弁５００'に比べて次のような構造的特徴を持つ。すなわち、図６に示すように、本実施形態の逆止弁５００は、中央孔(center hole)５２０と前記中央孔の上方に形成された内部中空(inner hollow space)５４０とが形成された安着部(seating portion)５４２と、弾性ゴム部(elastic rubber element)５６０が覆われた頭部(head portion)５４４とからなる。特に、前記頭部５４４は、上端部に中心軸に向いて上方へ傾斜している傾斜面(slant surface)５４８を有するスカート(skirt)を含む。また、前記頭部５４４は、所定の間隔をおいてスカート５４６と平行に配置された、スカート５４６よりも小径の支持部(support)５５０を含み、レール状の断面構造を有する。また、前記支持部５５０上に覆われている弾性ゴム部５６０は、外形面で、スカート５４６の傾斜面５４８と同じ傾斜(angle parallel)を持つ傾斜面(slant surface))５５２と、下部に形成され、前記弾性ゴム部５６０の傾斜面５５２と頭部５４４の傾斜面５４８とが合致(matching)する傾斜面から所定長さ(certain thickness)突出した補強部(reinforced strip portion)５５４と、を有する。
【００１８】
図７は、図１のチャック１２０の構成図であり、図７（ａ）はチャックの正面図、図７（ｂ）は図７（ａ）の右側面図、図７（ｃ）は図７（ｂ）のＳ−Ｓ'線断面図、図７（ｄ）は図７（ａ）のＡ−Ａ'線断面図である。
図７（ａ）に示すように、チャック１２０はブッシング部１１０と、ケーシング接触部１１２とからなる。前記ブッシング部１１０と前記ケーシング接触部１１２との間に位置した、前記チャック１２０の中央部には、内周面(inner peripheral surface)にビットリテーナーリング設置溝(bit retainer ring mounting recess)１４０と圧縮空気溝(compressed air groove)１２４とが形成される（図７（ｄ）参照）。また、図７（ｂ）に示すように、チャック１２０のケーシング接触部１１２の内周面(inner peripheral surface)には一定間隔でガイド溝(guide groove)１２２が形成される。前記ガイド溝１２２は、前記ボタンビット３００の隣接ガイド溝(adjacent guide grooves)３４０の間に交互に配設された複数の円周突起(circumferential protrusion)とスライド可能に凹凸係合される。前記図７（ｃ）は、ビットリテーナーリング設置溝１４０と圧縮空気溝１２４の形成を簡単に示すための断面図である。
【００１９】
以上のように本実施形態を構成する各部品が図２と同じ位置で組み立てられ、図１のような完成された掘削用エアーハンマーが得られる。後述する図８の駆動過程に示すように、ケーシング１００とピストン２００との間に、可変チャンバー２２０、２５０、２２０a、２５０ａが形成される。
【００２０】
前記構成の第１の実施の形態による本発明の未説明構造と駆動過程を図８を参照して説明する。
図８では、同じ符号の重複記載を必要に応じて省略した。
本実施形態の掘削用エアーハンマーが回転しながら打撃して掘削する駆動過程(driving process)は、従来と同様である。したがって、掘削用エアーハンマーの回転力は公知の方法によって得られるので、その説明を省略する。本実施形態による掘削用エアーハンマーの打撃力は、圧縮空気がバックヘッド４００の中央孔(center hole)４１０を介して供給され、ピストン２００を下降させてボタンビット３００を打撃することにより得られる。次に、これを段階別に区分して駆動方法を説明する。
【００２１】
図８（ｄ）のように組み立てられた掘削用エアーハンマーにおいて、ピストン２００とボタンビット３００は無負荷状態で自重によって下降状態になっており、圧縮空気（多数の点で表示）はピストン中央孔(center hole)２１０を介して供給される。
【００２２】
上記作動が掘削用エアーハンマーの駆動過程の第１の段階である。第１の段階は、本実施形態のエアーハンマーにおいて、掘削作業に対する準備が完了して圧縮空気が供給されても掘削作業が行われない無負荷段階に該当される。無負荷段階では、ピストン２００とボタンビット３００が自重によって下降して最下部に位置している状態で、バックヘッド４００の中央孔(center hole)４１０を介して供給される圧縮空気が、シート部４４０に当接する逆止弁５００の弾圧を克服して空気通路４０４→ピストンの中央孔(center hole)２１０→ボタンビットの排出口３２０への圧縮空気通路(compressed air flow channel)に沿って外部に排出される。よって、打撃効果なしに掘削面のスラッジなどを吹き飛ばすようになる。
【００２３】
掘削用エアーハンマーの駆動過程の第２の段階は、ピストン２００の上昇段階に該当する。このピストンの上昇段階において、エアーハンマーが、掘削作業のために供給される回転力(rotation force)及び空気圧(compressed air)によって下降して掘削面に到達すると、図８（ｂ）に示すようにボタンビット３００とピストン２００はケーシング１００内へ押し込まれる。このとき、圧縮機(compressor)によって外部からエアーハンマーに供給される圧縮空気は、バックヘッド４００の中央孔(center hole)４１０と内部中空(hollow inner space)４２０を介して空気通路(air passageway)４０４に供給され、さらに該空気通路４０４の出口(outlet aperture)４１４と連通するピストン２００の入口(inlet aperture)２３２を介して出口２３４に供給される。
【００２４】
圧縮空気(compressed air)は昇圧チャンバー(pressure-increasing chamber)２５０内で上下方向に膨脹するが、ピストン２００とボタンビット３００が当接し、ボタンビット３００の下端部は掘削面に当接して下降が停止される。このため、圧縮空気はピストン２００を上昇させる方向に膨脹し、ピストン２００は上昇し続けるようになる。よって、圧縮空気通路は、ケーシング１００とピストン２００下端の密閉(hermetic sealing)によって形成される昇圧チャンバー(pressure-increasing chamber)２５０につながり、この昇圧チャンバー２５０に圧縮空気が供給されて昇圧チャンバー２５０の内部空間を膨脹させることにより、ピストン２００を加速上昇させる。このとき、ピストンは、図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示すように、ピストンの出口２３４が閉塞されて圧縮空気の昇圧チャンバー２５０への供給が停止されるまで、上昇し続ける。
【００２５】
このようなピストンの上昇中に圧縮空気チャンバー(compressed air chamber)２２０内の空気は、図８（ｃ）の矢印で示されているように、バックヘッドの空気通路４０６を通って内孔(inner hole)４２２とピストンの中央孔(ceter hole)２１０を通り、ボタンビット３００の排出口(discharge hole)３２０から排出されることにより、ピストン２００の上昇防止、すなわち、ピストン２００の上昇の際、圧縮空気チャンバー２２０内の空気が圧縮されてピストン２００の上昇を抑える圧縮効果(compression effect)は発生しない。図８（ｃ）に示すように、ピストン２００は上昇慣性によって所定の頂点(vertex point)まで上昇し、ガイド６００の軸部(shaft portion)６１０がピストンの中央孔(center hole)２１０の上部内へ収まることにより、圧縮空気チャンバー２２０内の圧縮空気の供給のための通路が閉鎖される。
【００２６】
これをまとめると以下のとおりである。ハンマー駆動過程の第２段階において、掘削作業のためにハンマービットが下降し、このハンマーの底面が掘削面に接するようになる。この場合、ハンマービットが回転しながら下降すると、エアーハンマーの最下部に位置付けられているボタンビット３００とピストン２００は、ケーシング１００内に押し込まれる。これにより、圧縮空気通路が中央孔(center hole)４１０、空気通路４０４、ピストンの昇圧チャンバー２５０により形成され、前記ピストン２００は圧縮空気によって瞬間的に上昇する。
ハンマー駆動過程の第３の段階は、頂点に位置したピストン２００が下降する打撃段階である。第３の段階では、第２の段階に示すように、ピストン２００は、外径Ｒ１、Ｒ２を有する部分が前記バックヘッド４００の内孔(inner hole)４３０を構成する、バックヘッドの内壁縁に沿って上昇し、外径Ｒ２と外径Ｒ３との間の小径の軸部(axial portion)Ｒ（図４（ａ）参照）が空気通路４０４の出口４１４に到達すると、圧縮空気は、その隙間(clearance)、すなわちピストン２００のそれぞれ異なる外径（Ｒ２とＲ）の差によって形成される圧縮空気口(compressed air hole)２２２を介して、ピストンの下降のために圧縮空気チャンバー２２０内に流入する。
【００２７】
したがって、この圧縮空気チャンバー２２０内の空間が迅速に膨脹し、該膨張力によってピストン２００を下降させ、同時に、圧縮空気チャンバー２２０内の圧縮空気はピストン２００の上端面２０２に圧力を加え、ピストン２００の下降力を助ける二重打撃力を付与する。ピストン２００が下降するとき、ピストンの下端部とボタンビット３００の上部とケーシング１００の内壁とによって形成される空間に残っている圧縮空気は、図８（ｃ）の矢印で示されているように、排出口(discharge hole)３２０から排出されることにより、ピストン２００の下降を阻止する圧縮力として作用することができない。
【００２８】
つまり、ハンマー駆動過程の第３の段階は、ピストン２００がケーシング１００内で頂点の位置から下降する段階である。この第３の段階において、圧縮空気は、バックヘッド４００の中央孔(center hole)４１０と空気通路(air passageway)４０４を介して圧縮空気チャンバー２２０とピストン２００の上面(top surface)との間の空間により画定される内部中空(inner hollow space)４２０に供給されて圧縮されることにより、ピストン２００の下端(bottom end)がボタンビット３００の上面(top surface)を打撃し、ボタンビット３００をして掘削作業を行わせる。
【００２９】
掘削作業が終了するまで前記第２の段階と第３の段階を繰り返し、ピストン２００の昇降動作を行う。このとき、ピストンの垂直打撃力と全体掘削用ハンマーの回転動作によって掘削が行われる。
【００３０】
この場合、ボタンビット３００は、図７に示すように、ガイド溝３４０が形成されたガイド部が、ブッシング部１１０が一体化されたチャック１２０のガイド溝１２２に沿って昇降を行うが、ボタンビット３００の外周溝(outer circumferential groove)３１０がその係止爪(retaining step)３３０によって終了されるので、ボタンビット３００の昇降長さは、ビットリテーナーリング１８０によって外周溝３１０の長さによって制限される。
【００３１】
一方、前記連続掘削作業中に地下水などがケーシング１００内へ流入するいわゆる逆水現象が発生し、スラッジ(sludge)などと共にピストンの摩擦面と圧縮空気チャンバー(compressed chamber)等を塞ぐ恐れがある。これを防止するために、ピストン２００の長さＬを基準外径(reference outer diameter)Ｒよりも５．７倍（Ｌ／Ｒ＝５．７）以上、最外径部Ｒ３よりも３．２倍（Ｌ／Ｒ３）以上にする必要がある。
【００３２】
特に、ピストン２００は、それぞれ異なる外径部（Ｒ１、Ｒ２（＝Ｒ１）、Ｒ３、Ｒ４）を有する軸部(axial portions)により形成されていて、前記軸部がバックヘッド４００の内部中空(inner hollow space)４２０の内壁面とケーシング１００の内壁面に遊動可能に接触されているので、ピストン昇降動作中に発生する左右振動(horizontal shaking)を防止し、ピストンの裕隔 (clearance)なしの上下直線運動を助ける役目をする。これは、空気流れ(air flow)の動線(moving lines)を効率的に改善でき、これによりピストンの往復速度を増やして掘削作業効率を改善することができる。
【００３３】
一方、本発明の前記第１の実施の形態によるエアーハンマーの駆動方法は、何よりもピストンの迅速で強い打撃力を付与する圧縮空気チャンバーの形成を必要とする。掘削作業効率を高めるために、本発明の第２の実施の形態を本発明の範ちゅう内で 次のように構成することができる（本発明の第１の実施の形態及び第２の実施の形態の構成には、同一範疇で同一または類似の構造の部品が使われるが、混同を防止するために同じ部品に対しても別の符号を用いる。
【００３４】
本発明の第２の実施の形態による掘削用エアーハンマーは、図９に示すように、先ず、バックヘッド４０とケーシング１０がジョイント７０によって結合される。なぜなら、前記ジョイント７０にガイド安着部(guide seationg portion)７１と圧縮空気溝(compressed air groove)７２を形成して、ガイド６０が図面のジョイント７０の上部から下部へ安着できるようにし、掘削作業中の振動(vibration)による裕隔(clearance)発生を抑えることができるからである。
【００３５】
また、前記ピストン２０の内径を構成する中央孔(center hole)２１とピストン外周面(outer periphery)との間には、中央孔(center hole)２１とつながる打撃ガイド溝２１'が形成される。前記ピストンは、ピストンの外周面上に形成された、第１のチャンバー隔壁２８及び前記第１のチャンバー隔壁２８の下部に位置する第２のチャンバー隔壁２８'と、前記第１のチャンバー隔壁の下部に形成された、後述のシール支持リング８０を着脱するためのシール支持リング着脱口２９と、を有する。
【００３６】
一方、前記ボタンビット３０の中央孔(center hole)３１の上部には、該中央孔(center hole)３１の上部直径よりも大径の支持溝(support groove)３２が形成され、該支持溝３２に中心棒(center rod)９０が固定結合される。前記中心棒９０は、前記ピストン２０の下降時に打撃ガイド溝２１'に嵌め込まれ、正確な位置でピストン２０がボタンビット３０を打撃することをガイドすることができ、しかも、ピストンの中央孔(center hole)２１からの圧縮空気は、ボタンビットの中央孔(center hole)３１を介して供給され、スラッジと一緒に迅速に排出される。
【００３７】
また、前記ケーシング１０には中央部(intermediate portion)に凹部(concave depression)１１が形成され、この凹部１１にシール支持リング８０が装着される。前記シール支持リング８０は、ドーナツ状の２つの半円片(semi-circular piece)が結合されてなるもので、シリンダー内のピストンリング(piston ring)と同じ役目をする。
【００３８】
図１０は、図９のピストン２０の構成図である。前記ピストン２０は、内部中心に中央孔(center hole)２１が穿孔されている。また、前記ピストン２０は、基準直径(reference diameter)Ｒと、該基準直径Ｒとそれぞれ異なる外径部(outer diameters)Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４とを有する軸部(axial portions)により構成される。この場合、ピストン２０の中央孔(center hole)２１と外周面との間には、入口２２及び出口２３と連通された昇圧通路(pressure-increasing passageway)２４と、別の入口２５及び出口２６と連通された降圧通路(pressure-reducing passageway)２７とが形成されている。符号１９は、貫通口(through-hole)である。
【００３９】
図１１は、ケーシング１０の凹部(concave depression)１１に収納設置されるシール支持リング(sealing support ring)８０の構成図である。図１１（ａ）に示すように、環状のシール支持リング(annular sealing support ring)８０は、左半円片(left semi-circular piece)８１と右半円片(right semi-circular piece)８２とが結合されてなる。この場合、左半円片８１の端部と右半円片８２の端部が凹凸係合されて（図１１（ａ）の上下図面参照）環状（ドーナツ型）を成す。前記シール支持リング８０の内周面(inner peripheral surface)には、図１１（ｂ）（図１１（ａ）の８−８'線断面図）のバネ設置溝(spring mounting groove)８３が形成されていて、該バネ設置溝８３に図１１（ｃ）の引張バネ(tension spring)８４が設置される。
【００４０】
図１２は、図９のガイドの構成図であり、図１２（ａ）はガイドの正面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の平面図、図１２（ｃ）は図１２（ａ）の底面図、図１２（ｄ）は図１２（ｃ）の６−６'線断面図である。図１２において、前記ガイド６０は、ボディを構成するバネ安着部(spring seating portion)６１と、内周面に形成された圧縮空気溝(compressed air groove)６２と、外周面に突設されたシート部(seat portion)６３と、を有する。
【００４１】
また、前記ガイド６０は、前記バネ安着部６１と外周面との間に形成された圧縮空気通路(compresed air passageways)６４と、前記シート部６３から下方に伸びた、中央孔(center hole)６６を有する所定の長さの中心軸棒(central axial rod)６５と、備える。
【００４２】
特に、前記圧縮空気通路６４は、図１２（ｂ）に示すように中心軸(central axis)の周りに一定の間隔で同心円状に配設される。前記圧縮空気通路６４は、図示された個数に限定されるものではなく、掘削装備のサイズ及び作業目的に応じて変わることができる。
【００４３】
図１３は、図９のジョイント７０の構成図である。
前記ジョイント７０は、図１４のバックヘッド４０をケーシング１０と結合させる役目をする。図１３及び図１４に示すように、前記ジョイント７０の上部には内周面(inner peripheral surface)に、バックヘッド４０下部の外周螺旋結合部(outer spiral engagement section)４１が収納結合される内周螺旋結合部(inner spiral engagement section)７３が形成される。前記ジョイント７０の下部には外周面(outer spiral engagement section)に、ケーシング１０の上部と結合される外周螺旋結合部７４が形成される。また、図１３（ｃ）に示すように、前記ジョイント７０は、ジョイントの外周面とジョイントの中央孔(center hole)７８との間に、ジョイント７０の中心軸の周りに一定の間隔で同心円状に複数の圧縮空気通路(compressed air passageways)７５、７６が配設される構造的特徴を持つ。図１４は、バックヘッドの構成図であり、図１４（ａ）は前記バックヘッドの正面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）の底面図、図１４（ｃ）は 図１４（ｂ）の４−４'線断面図である。図１４に示すように、前記バックヘッド４０は、截頭円錐形(truncated-conical shape)の上部の外周面に形成される外周螺旋結合部４２と、圧縮空気供給用の中央孔(center hole)４３と、下部の外周面に形成され、前記ジョイント７０の内周螺旋結合７３と螺合される外周螺旋結合部４１と、を有する。
【００４４】
図９は、前記構成をなす各部品が組み立てられたものである。先ず、ピストン２０をケーシング１０内に挿入する。このとき、シール支持リング８０は、ピストン２０の第１のチャンバー隔壁２８と第２のチャンバー隔壁２８'との間に位置した状態でケーシング１０の凹部１１に弾着される。また、前記ガイド６０は、コイルバネ(coil spring)５５によって弾支される逆止弁(check valve)５０がバネ安着部(spring seating portion)６１に安着された状態で、ジョイント７０のガイド安着部(guide seating portion)７１に載置される。ジョイント７０の下部がケーシング１０の上部に螺合されると、前記逆止弁５０は、コイルバネ５５の弾性力によって弾頭型先端部(warhead-shaped front end portion)がバックヘッド４０下部の中央孔(center hole)４３を閉鎖する構造で構成される。しかし、中央孔(center hole)４３は常時逆止弁５０によって閉鎖されているものではない。前記コイルバネ５５には、空気圧(compressed air)の高低によって前記逆止弁５０を開閉する所定の弾性力を持たせる。したがって、空気圧が所定値以下になると、逆止弁５０はバネ５５の弾性力によって中央孔(center hole)４３を閉鎖し、空気圧がコイルバネ５５の弾性力よりも大きくなると、圧縮空気通路が形成されて圧縮空気が供給される。
【００４５】
一方、ボタンビット３０がケーシング１０の下部に設けられる構成は前述の図１の場合と同様であるので、その説明を省略する。
【００４６】
シール支持リング８０がケーシング１０の凹部１１に弾着されてから分離される過程は、次のとおりである。
【００４７】
すなわち、先ず、ピストン２０の下部の他の構造物を分離させた後、ピストン２０を下方に押し下げると、第１のチャンバー隔壁２８がシール支持リング８０を下方に押し下げることになる。このとき、シール支持リング８０が収納されたケーシング１０の凹部(concave depression)１１の断面(cross section)は、図９の円内に拡大図で示すように傾斜溝(slant groove)１２の形をしており、シール支持リングがその傾斜溝に沿って下方へ滑り、ピストン２０の方へ強制的に移動する。その結果、シール支持リング８０は、ピストン２０の外周面に形成されたシール支持リング着脱口(sealing support ring mounting groove)２９内へスライド可能に収容され、ピストン２０と共にケーシング１０の下端から抜け出ることになる。
【００４８】
上記構成の本発明の第２の実施の形態による掘削方法は、本発明の第１の実施の形態の掘削方法と同様である。すなわち、第１の段階においては、掘削作業に対する準備が完了すると、図１５（ａ）に示すように、ピストン２０とボタンビット３０は自重によって下降して最下部に位置し、この場合には、圧縮空気が供給されても無負荷状態を保持する。
【００４９】
第２の段階においては、エアーハンマー全体が、掘削作業のために供給される回転力(rotation force)及び空気圧(compressed air)によって下降して掘削面に到達すると、図１５（ｂ）に示すように、ピストン２０とケーシング１０との間に第１のチャンバー隔壁によって仕切られたチャンバー１３、１４、１５、１６、１７、１８を形成しつつ、ボタンビット３００とピストン２００はケーシング１００内へ押し込まれる。
【００５０】
一方、外部で圧縮機によって供給される圧縮空気は、バックヘッド４０の中央孔(center hole)４３を通って逆止弁５０を押圧しながら、ジョイント７０内に形成された耐圧チャンバー(pressure-resistant chamber)７９に供給され、さらに該耐圧チャンバー７９の圧縮空気はジョイント７０に形成された圧縮空気通路(compressed air passageway)７５に供給される。
【００５１】
ここで、ピストン２０は、その入口(inlet aperture)２２が前記圧縮空気チャンバー７９と連通する上昇位置にあるので、圧縮空気は昇圧通路(pressure-increasing passageway)２４と出口(outlet aperture)２３を経て昇圧チャンバー(pressure-increasing chamber)２８ａに供給される。前記昇圧チャンバー２８ａはケーシング１０の内周面に形成された凹溝(groove)１０ａと、ピストン２０の第２のチャンバー隔壁２８'と下部隔壁２８ｂとの間の空間とにより定義される可変空間(variable space)である。高圧の空気が前記昇圧チャンバー２８ａに流入し続けるので、該昇圧チャンバーの空間が膨脹することでピストン２０を上方に押し上げる。
【００５２】
ピストン２０が上方に押し上げられると、各チャンバー１３、１４、１５、１６の容積が次第に減少し、これによりピストン内の空気は図面の左上部のチャンバー１３に連通されたジョイント７０の圧縮空気通路７６に供給され、さらに該圧縮空気(compressed air)は、ピストン加圧チャンバー(piston pressurizing chamber)９９を介して中央孔(center hole)２１、３１に排出される。これにより、チャンバーの容積の減少による圧縮現象(compression phenomenon)を防止することができる。
【００５３】
すなわち、ピストン２０の上昇時に無負荷状態で空気圧縮現象がなくなり、ピストン２０が非常に急上昇する。
【００５４】
しかし、中間チャンバー(intermediate chambers)１７、１８の容積が増加することで負圧(negative pressure)が形成されるとしても、貫通口(through-hole)１９が負圧の発生を防止し、逆に、前記中間チャンバー１７、１８の容積が減少することで発生する圧力の増加を抑えることもできる。
【００５５】
第３段階においては、ピストン２０は、上昇が停止される昇降長さＬの頂点(vertex position)に到達した後、ボタンビットを打撃する。つまり、圧縮空気は耐圧チャンバー７９→圧縮空気通路７５→上部左右チャンバー１３、１４に供給され、同時に特に、圧縮空気はピストン２０の減圧チャンバー(pressure-reducing chamber)２７を通過して出口２６を通って下部左右チャンバー１５、１６に供給されることにより、ピストン２０を瞬間的に下降させる圧力を発生させる。これにより、ピストン２０は、迅速で強い打撃力でボタンビット３０を打撃することになる。
【００５６】
このように、本発明の第２の実施の形態は、ケーシングとピストンとの間に可変チャンバーをさらに形成し、該可変チャンバーに圧縮空気を供給する圧縮空気通路を形成できる形状と構造を有する部品を組み合わせて掘削ハンマーを作製することにより、迅速で強い打撃力による掘削作業を行うことができる。
【００５７】
前記第１及び第２の実施の形態に構成と作用は大容量を中心に設計されているものに対し、本発明による第３の実施の形態は、中・小容量の掘削作業に用いるための掘削用エアーハンマーを提供する。
【００５８】
本発明の第３の実施の形態による掘削ハンマーは、図１６ないし図２１に示すように、外部から圧縮空気が供給されるバックヘッド４０ａと、前記バックヘッド４０ａをケーシング１０ａと結合させるジョイント７０ａと、前記ジョイント７０ａの内部に設置され、圧縮空気の供給を選択的に遮断する逆止弁５０ａと、前記逆止弁５０ａを支持するための筒状ガイド(cylindrical guide)６０ａと、前記ケーシング１０ａと結合されたガイド６０ａ内で昇降し、複数の圧縮空気通路(compressed air passageways)を有するピストン２０ａと、前記ケーシング１０ａ内で昇降し、ピストン２０ａの下降打撃力とケーシング１０ａの回転力によって掘削作業を行うボタンビット３０ａと、を備える。
【００５９】
図１７は、本発明の第３の実施の形態による掘削用エアーハンマーの分解斜視図である。
図１７において、バックヘッド４０ａとケーシング１０ａはジョイント７０ａによって螺合される。前記バックヘッド４０ａの圧縮空気通路４３の下端でバネ５３ａによって弾支される逆止弁５０ａが、ガイド６０a（図１６参照）の弾頭型先端(warhead-shaped front end)の内周に支持されて、前記圧縮空気通路４３ａからの圧縮空気がバネ５３ａを押して圧縮空気の供給通路を形成する。図１７中、符号４５a、７１aはＯリングであり、５１ａはプラグである。また、図１８に示すように、ケーシング１０ａの中央部に設置されるピストン２０ａは、それぞれ異なる外径部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を有する軸部(axial portions)を備え、ボタンビット３０ａを打撃する。
【００６０】
前記ケーシング１０ａの下部には、チャック１１ａがピストンストップリング(stop ring for the piston)１３ａ、リテーナーリング(retainer ring)１７ａ、ボタンビット(button bit)３０ａ、Ｏリング１２ａと共に設けられ、前記ボタンビット３０ａがチャック１１ａの内周に沿って昇降することができる。
【００６１】
図１８は、本発明の第３の実施の形態によるエアーハンマーのピストン２０ａの構造図であり、図１８（ａ）はピストンの正面図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）の右側面図、図１８（ｃ）は図１８（ｂ）のＳ−Ｓ線断面図である。前記ピストン２０ａは、それぞれ異なる外径部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を有する軸部(axial portions)を含む重量体(weight body)である。前記ピストン２０ａは、内部に入口２２ａ及び出口２３ａと連通可能に形成された圧縮空気通路２４ａと、他の入口２５ａと連通可能に形成された中央孔(center hole)２１aと、別途に形成された圧縮空気通路２７ａと、を有する。前記出口２３ａは、圧縮空気通路２４ａを放射状に設けるために、図１８（ｂ）に示すように中心軸の周りに東西南北(all directions)方向に形成される。
【００６２】
図１９は、図１６のバックヘッド４０ａの構成図であり、図１９（ａ）は外形が截頭円錐形(truncated-conical shape)を呈するバックヘッド４０ａの正面図、図１９（ｂ）は図１９（ａ）の右側面図、図１９（ｃ）は図１９（ｂ）のＳ−Ｓ線断面図、図１９（ｄ）は図１９（ｃ）のＡ部拡大図である。
図１９において、バックヘッド４０ａは、下部の外周面と上部の外周面にそれぞれ形成され、他の部品と螺合される螺旋結合部(spiral engagement sections)４１a、４１'ａと、中央部の外周面に形成されるナット部４９ａと、を有する。また、バックヘッド４０ａは、内部に形成される、圧縮空気が供給される中央孔(center hole)４３ａを有する。
【００６３】
また、前記ナット部４９ａは、中央孔(center hole)４３と連通可能に形成される部品組み立てホール４２ａ(component assembling hole)とバイパスホール(bypass hole)４５ａとを有する。バルブ４４ａは、前記部品組み立てホール４２ａ内にバネ４８ａによって弾支され、スナップリング(snap ring)４６ａで位置決められる。高深度掘削作業に当たり、エアーハンマーで消耗する圧縮空気のみでスラッジを処理するのに限界がある場合、その圧縮空気を前記バイパスホール４５ａを介して外部に排出させ、スラッジ処理を容易に行い、しかも掘進力(penetration rate)を高める効果を得ることができる。一方、ナット部４９ａは 前記図１９で６角状(hexagonal shape)をしているが、これに限定されるものではない。また、他の部品をバイパスホール４５ａと共に図９（ｃ）に示すように対称的位置に配置するか、またはナット部４９ａの６角形の各角に(hexagonal corners)に配置することができる。
【００６４】
図２０は、本発明の第３の実施の形態によるエアーハンマーのジョイント７０ａの構成図であり、図２０（ａ）はジョイントの正面図、図２０（ｂ）は図２０（ａ）の右側面図、図２０（ｃ）は図２０（ｂ）のＳ−Ｓ'線断面図である。
図２０に示すように、前記ジョイント７０ａは、上部の内周面に形成され、バックヘッドの外周螺旋結合部(outer spiral engagement portion)４１ａと結合される内周螺旋結合部と、下部の外周面に形成され、ケーシング１０ａの上端部と結合される外周螺旋結合部(outer spiral engagement portion)７４ａと、を備える。また、ジョイント７０ａの内部にはガイド(guide member)７１ａが形成される。前記ガイド７１ａとジョイント７０ａの外周面との間には圧縮空気入口７７ａが形成され、ジョイント７０ａと後述のケーシング１０ａとの間には、前記圧縮圧縮空気入口７７ａ及び圧縮空気出口７６ａと連通する圧縮空気通路７５ａが形成される。 前記部品を組み合わせて完成した本発明の第３の実施の形態による掘削用エアーハンマーの断面は、図１６に示す。
【００６５】
図１６において、掘削用エアーハンマーは、掘削作業のために垂直に立てられている。バックヘッド４０ａはジョイント７０ａと結合され、逆止弁５０ａはジョイント７０ａ内のガイド(guide member)７１ａにバネ５３ａを介して弾支される。圧縮空気通路７５ａは、前記ジョイント７０ａがケーシング１０ａと螺合された状態でジョイント７０ａとケーシング１０ａとの間に形成される。また、ジョイント７０ａは、円筒状をしており、下部に圧縮空気チャンバー５６ａが形成される。
【００６６】
一方、前記ケーシング１０ａとピストン２０ａとの間には、可変圧縮空気チャンバー２６０がピストン２０ａの圧縮空気通路２７ａと連通可能に形成され、別の可変圧縮空気チャンバー２７０がピストン２０ａの別の圧縮空気通路２４ａと連通可能に形成される。また、ピストン２０ａの圧縮空気入口(compressed air inlet aperture)２５ａは、ケーシング１０ａの厚さを異ならせてなる内径ホール２３０と共に圧縮空気通路を形成する。ピストン２０ａの中央孔(center hole)２１aは、ボタンビット３０ａ上に設けられた軸９０ａを収容できるように上広下狭の直径を有する。また、ピストンストップリング(stop ring for the piston)１３ａ及びリテーナーリング(retainer ring)１７ａは、ピストンの上下運動（上昇と下降）による打撃を行えるように、ボタンビット３０ａの裕隔なしにチャック１１ａと共に組み立てられる。さらに、中央孔(center hole)３１ａがボタンビッド内に形成され、ピストン２０ａの中央孔(center hole)２１aと連通すると、圧縮空気が排出孔(discharge hole)３２ａを介して外部に排出されることにより、スラッジが吹き飛ばされる。
【００６７】
本発明の第３の実施の形態による掘削用エアーハンマーの駆動過程は、図２１に示す。エアーハンマーが回転し、圧縮空気によってピストン２０ａが下降してボタンビット３０ａを打撃して掘削する過程は、前記第１及び第２の実施の形態と同様である。
【００６８】
図２１（ａ）に示すように、掘削作業に対する準備が完了したハンマーにおいて、ピストン２０ａとビット３０ａは自重によって下降する。このとき、圧縮空気は、太い矢印で示すように一方向の排出通路に沿って流れる。掘削作業が開始されると、図５（ｂ）に示すように、ハンマー全体が下降し、ボタンビット３０ａの下端面(bottom end surface)が掘削面(drilling surface)に到達することになり、ボタンビット３０ａがケーシング１０ａ内に引き込まれる。このような掘削過程は、他の実施の形態と同様である。
【００６９】
掘削作業のために外部からエアーハンマーに供給される圧縮空気は、バックヘッド４０ａの中央孔(center hole)４３ａを介して逆止弁５０ａを押し、その後、ジョイント７０ａのガイド(guide member)７１ａとジョイント７０ａの外周(outer periphery)との間に形成された圧縮空気入口７７ａに移動する。このとき、圧縮空気は、空気圧が逆止弁５０ａの支持バネ５３ａの弾性力を超えるまで供給され続ける。逆止弁５０ａが閉じると圧縮空気の逆流は遮断され、逆止弁５０ａは、圧縮空気を一方向に供給する機能を行うようになる。
【００７０】
バックヘッドに流入した圧縮空気は、図２１（ｂ）に示すように、ジョイント７０ａの圧縮空気入口７７ａを経て、ケーシング１０ａの上部とガイド７１ａの外周との間の空間によって画定される圧縮空気通路７５ａを通って、ガイド７１ａの圧縮空気出口７６ａに供給され、さらに、ピストン２０ａの圧縮空気通路２４ａ→圧縮空気チャンバー２７０に供給される。圧縮空気圧の増加により圧縮空気チャンバー２７０が膨脹する一方、他の圧縮空気チャンバー５６ａの圧縮空気は圧縮空気通路２７ａ→圧縮空気チャンバー２６０→中央孔(center hole)２１a→中央孔(center hole)３１ａを経て外部に排出される。よって、ハンマー内の残留圧縮空気によるピストン２０ａの上昇抑制作用は発生しない。このようなピストン２０ａの上昇力は、前記圧縮空気供給時に瞬間的に発生してピストン２０ａを上昇させるのである。
【００７１】
このように圧縮空気チャンバー２７０を膨脹させる圧縮空気は、図２１（ｃ）に示すように、ピストン２０ａが最頂点(vertex point)まで上昇し、圧縮空気入口７７ａ→圧縮空気出口７６ａ→圧縮空気通路２７ａが互いに連通するまで継続的に供給される。圧縮空気の継続的な供給によって圧力が増加すると、ガイド７１ａ内の圧縮空気チャンバー５６ａの容積(aria)が増大し、瞬間圧力がピストン２０ａを急降下させるようになる。このような上昇と下降によるピストン２０ａの連続打撃により、ボタンビット３０による掘削作業が行われる。
【００７２】
上述した本発明の第３の実施の形態によるエアーハンマーは、圧縮空気通路の変換と圧縮空気チャンバーの圧力変化を用いてピストンの昇降を行えるように設計される。これにより、部品点数の低減を実現し、構造の簡略化による作業効率の増大を図り、メンテナンスのコストや手間を低減することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
以上説明したように、掘削作業のための圧縮空気を、バックヘッドの中心軸(central axis)の周りに一定の間隔で同心円状に配設した空気通路を介してピストンに供給することにより、チャンバーを膨脹させてピストンを昇降させる。本実施形態は、このように動作原理が簡単である他、掘削作業の効率を格段に向上させることができ、その結果、メンテナンスの容易化を実現し、掘削作業時の手間の軽減とコストダウンを実現することができる。
【００７４】
特に、従来のエアーハンマーは、圧縮空気によってピストンが上昇すると、容積が減少する圧縮空気チャンバーが加圧され、ピストンの上昇を抑える負荷を発生させるという欠点がある。これに対し、本実施形態は、ピストン上昇時には、圧縮空気が圧縮空気チャンバーの加圧(pressurization)なしに無負荷状態で供給されるので、ピストンの急上昇を可能にし、一方、ピストンの下降時にも、可変圧縮空気チャンバーの圧縮空気が瞬間的に作用して、その打撃力を増することができる。
【００７５】
さらに、ピストンは、逆水防止用として設計し、ピストンに第２のチャンバー隔壁を形成し、内空部(inner space)を出口まで延長して昇圧チャンバー(pressure-increasing passageway)を形成することにより、ピストンの上昇動作を迅速に行い、また、上昇動作から下降動作に変わるとき、圧縮空気が即時ピストンを下降させてピストンの下降動作を迅速に行うことができ、その結果、ピストンの迅速な昇降による打撃力の増大を実現し、掘削作業のスピードアップで作業効率を高めることができる。
【００７６】
なお、作業規模に応じて小型、中型、大型の掘削ハンマーを提供することができるので、作業効率の増大はもとより、メンテナンスのコストや手間を低減することが可能となる。
【００７７】
一方、本発明は、上記記構造と作用効果に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲を逸脱しない範囲内であれば、本発明における当業者であれば、特許請求の範囲に記載の本発明の思想と技術範囲を逸脱しない範囲内で各種の変形および修正並びに変更が可能であるということは理解できるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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