(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンハウジング（７）と、
前記ピストンハウジング（７）に移動可能に取り付けられかつ液圧液体で加圧され、使用中に、削岩装置に接続されたドリル鋼体に主に連続して掘削方向に力を伝達するようにされた第一のピストン（１３）と、
使用中に、接続されたドリル鋼体に反復的に衝撃を与えるために圧力の切換えを受けるようにされた第二のピストン（６）と、
前記第二のピストン（６）内の第二の制御装置（１２）と共動して、前記第二のピストン（６）に作用する液圧液体の第一の部分の圧力の切換を制御するようにピストンハウジング（７）内に配置された第一の制御装置（１１ａ，３２、３３）と、
を有して成る削岩装置（１）において、
削岩装置が、ドリル鋼体或いはドリル鋼体に接続された部分（９）に前記第二のピストン（６）が接触する瞬間に、相互に相対した第一及び第二制御装置の変位を打ち消すために、前記ピストンハウジング（７）内の前記第二のピストン（６）の位置に対して前記第一のピストン（１３）に作用する圧力の切換えを制御する第一の制御手段（２１，２２）を前記第二のピストン（６）内に備えていることを特徴とする削岩装置。
【請求項２】
前記第一の制御手段（２１，２２）が、前記ピストンハウジング（７）に位置決めされ固定される或いは前記ピストンハウジング（７）に取り付けられる第二の制御手段（２０、２３、２４、２５）と共動して、前記第二のピストン（６）と前記ピストンハウジング（７）との間の相対位置で前記第一のピストン（１３）に対する圧力を変化させるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の削岩装置。
【請求項３】
請求項１〜請求項２の何れか一項に記載の少なくとも１つの削岩装置を備える岩盤ドリルリグ。
【請求項４】
ピストンハウジング（７）と、
前記ピストンハウジング（７）に移動可能に取り付けられかつ液圧液体で加圧され、使用中に、液圧液体の第二の部分における圧力を、削岩装置に接続されたドリル鋼体に主に連続して掘削方向に作用する力に変換するようにされた第一のピストン（１３）と、
使用中に、接続されたドリル鋼体に反復的に衝撃を与えるために圧力の切換えを受けるようにされた第二のピストン（６）と、
前記ピストンハウジング（７）内の第一の制御装置（１１ａ，３２、３３）及び前記第二のピストン（６）内の第二の制御装置（１２）と
を有し、
これら制御装置が、互いに共動して、前記反復的な衝撃を達成するために、前記第二のピストン（６）における駆動面（５）に作用する液圧液体の第一の部分の圧力の切換を制御するようにされ、
前記第一の制御装置（１１ａ，３２、３３）が前記第二の制御装置（１２）に対して予定の位置にあるときに、前記第一のピストン（１３）における液圧流体の前記第二の部分の作用が変化するようにされること
を特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用に際して、掘削機に接続されるドリルロッドに繰り返し衝撃を与えるピストンに作用する流体圧力における変化を制御するための制御装置を有する削岩機に関するものである。また本発明は、かかる掘削機を取り付けたドリルリグ及び前記掘削機で使用することを目的とした方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
岩盤における掘削を目的とした上記種類の削岩装置は、ほとんどの場合、流体圧で流体駆動されている。添付図面の図１には、そのような先行技術による削岩装置の一例を概略的に示している。掘削装置１は液体のような流体タンク２に接続され得る。ポンプ３は高圧下での液体源を形成するために使用される。摺動弁４は、ピストンハウジング７及びハンマーピストン６の制御装置との相互作用において、掘削装置のピストンハウジングで作動するハンマーピストンの少なくとも１つの駆動面５が高圧力及び低圧力に交互に晒されるように液圧液体を制御している。
【０００３】
ハンマーピストン６は、その前方端部でドリルアダプタ９の軸１０にピストン先端部８を打ち付けるように設けられている。ドリルロッドは、岩盤などの削岩されることになる表面に意図した穿孔を行うためにドリルアダプタ９に接続され得る。複数個のドリルロッドは、所望の深さに掘削（穿孔）できるような長さのドリルストリングを形成するため互いに接続され得る。制御導管１１ａはピストンハウジング７に設けられ、液圧液体源３に接続されている。この制御導管１１ａは、ハンマーピストン６とピストンハウジング７との間に形成された制御チャンバー１２と相互に作用し、それによって摺動弁４はピストンハウジング７に対して軸方向のハンマーピストン６の位置に依存して制御され得る。導管１１ｂはピストンを後方に駆動するためハンマーピストン６の制御縁部に一定の圧力を働かせる。
【０００４】
掘削すべき表面と一定に接触させてドリルロッドを維持するために、また互いに一定に接触させてドリルストリングの複数の部分を維持するために、反跳ピストン１３を備えた反跳緩衝装置が設けられる。この反跳ピストン１３は通常ハンマーピストン６の前面部の周りに同心に配置される。反跳ピストン１３は定流弁を通って高圧源と接触して設けられる圧力導管１４からの液圧液体によってドリルアダプタ９の軸１０に対して押圧した状態に保持され、それにより、ハンマーピストン６はドリルアダプタの軸上に衝撃を与える際に非弾性表面に対して衝撃を加えることができるようにされている。
【０００５】
完全な掘削装置は掘削中掘削すべき対象物を送り力によって押圧する。送り力は、例えば掘削１つ以上の掘削装置の位置及び角度を設定するための機器であるドリルリグに液圧で印加され得る。それで掘削装置は、多くの場合、ドリルリグの送りビームに沿って変位され得るキャリッジに取り付けられる。送り力が反跳圧力すなわち掘削方向前方に緩衝ピストンを駆動する液体の圧力と反跳ピストンの横断面積或いは、さらに正確には、液体が作用する反跳ピストンの駆動面との積より大きくなると、反跳ピストンは後方に押される。これに対抗するため及びハンマーピストンが掘削鋼体或いは軸アダプタに衝撃を与える際にできるだけ一定の状態を達成するために、排水導管或いはバランス導管１６が設けられ、この導管１６は以下で説明するように機能する。
【０００６】
例えば特許文献１に示されているように、ドリルアダプタ９の軸１０と直接接触をする反跳ピストン１３に代わって、ブッシング１５が反跳ピストン１３とドリルアダプタ９の軸１０との間の緩衝装置に配置され得る。反跳ピストン１３は付加的な機能を備えている。その付加的な機能は、ドリル鋼体がハンマーピストン６から送られる衝撃力でこの表面を押す際に掘削すべき表面からの反跳力を吸収するというものである。反跳ピストン１３は、液圧で掘削されることになる表面から送り戻される圧力を吸収し、その結果液圧液体及びドリル鋼体からの反跳力から受ける圧力によって制御され軸方向に揺動する。反跳ピストン１３にはこのために反跳ピストンとピストンハウジングとの間に駆動チャンバー１４ｂが設けられる。この駆動チャンバーは反跳ピストンの少なくとも１つの前方駆動面１３ｂによって制限されている。駆動チャンバー１４ｂは、反跳ピストンが十分に最前方位置に達すると、ピストンハウジング７のバランス導管１６を通って排出される。駆動面１３ｂがバランス導管１６の背後になるよう反跳ピストン１３が後方に駆動されると、駆動チャンバー１４ｂにおける圧力は上昇し、それによって駆動面１３ｂの圧力は必然的に反跳ピストン１３を前方に駆動させる。一方で、駆動面１３ｂが駆動チャンバー１４ｂに対してバランス導管１６の開口部を自由にするように反跳ピストン１３が前方に駆動される場合には、駆動チャンバーはバランス導管１６を通って排出され、それによって駆動チャンバー１４ｂにおける圧力は下降し、必然的にピストンを後方に押圧する。このようにして反跳ピストンは、反跳ピストンの駆動面１３ｂがバランス導管１６に駆動チャンバー１４ｂを開放する部位の周囲で平衡する位置となる。
【０００７】
上述の先行技術の問題点は、特に高い衝撃率に対して寸法決めする際及び特に特定の動作周期の後に衝撃機構の機能が幾つかの装置で不安定となる傾向があることにある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許番号第５，４７９，９９６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の一つの目的は、上述の先行技術に伴う幾つかの問題点を減らす方法を達成することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、削岩装置の長い製造シリーズのための衝撃機構の安定性の再現可能性の相当の改良が達成され得る。同様に本発明によって製造された削岩装置の商品寿命は、構成部品の消耗にも関わらず比較的安定した仕方で作用する衝撃機構を通して拡伸ばされる。さらに、衝撃機構の安定性の危険を冒すことなく高い衝撃率について寸法決めすることが可能である。
【００１１】
本発明の第一の特徴によれば、独立請求項に記載した装置で特定されるような装置が提供される。
【００１２】
本発明の第二の特徴によれば、独立請求項に記載した方法で特定されるような方法が提供される。
【００１３】
本発明のさらに好ましい実施形態及び特徴は従属請求項に記載される。
【００１４】
本発明によれば、反跳ピストンがピストンハウジングに対して予定の位置に達した際に従来行われて来たように反跳ピストン１３の駆動チャンバー１４ｂを排出させるようにする代わりに、ハンマーピストン６がピストンハウジングに対して予定の位置に配置される時にこの排出が実行される。打撃装置の前後方向切換のための制御装置がそれぞれハンマーピストン及びピストンハウジングに配置されるために、ハンマーピストンが掘削軸に衝撃を与える瞬間に、これらの制御装置の相対位置は良好に制御されるようになる。特に、この瞬間における相対位置は多くの製造許容差に依存しなくなる。同様にして、ピストン先端部、軸、及び反跳ピストンなど構成部品の磨耗に対する感応性は低減される。このようにして、長い製造シリーズのための及び衝撃率を高める際の改良された衝撃機構の時間の経過に応じた安定性が達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】先行技術による液圧削岩装置の概略縦断面図。
【図２】本発明による液圧削岩装置の概略縦断面図。
【図３】先行技術によるハンマーピストンを用いて繰り返し衝撃を行うために必要な圧力の切換を保証する制御装置の概略部分拡大図。
【図４】図２の領域Ａの概略拡大図であり、発明の概念の実施形態による御手段の機能を明確に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
幾つかの例を挙げるために添付図面を参照して本発明の多くの実施形態について以下説明する。本発明は、説明される実施形態を限定するものではなく、請求項で規定した範囲によって決定される。
【００１７】
図２には、本発明の一つの特徴による液圧削岩装置１の例を示している。削岩装置１は液圧液体のタンク２などの流体タンクに接続され得る。ポンプ３は高圧下の液圧液体源を作るために使用される。さらに「ハンマーピストン」として知られた第二のピストン６はピストンハウジング７の軸方向に作用する装置の一部であり、ピストンハウジング７は同時に掘削装置すなわち削岩装置の装置ハウジングを構成している。制御装置（１２、１１ａ、３３、３２）と相互作用する摺動ハウジング４ａに配置された摺動部材４は、第二のピストン６の少なくとも１つの駆動面５が圧力の切換すなわち高／低圧力間の切換を受けるように液圧液体を制御する。
【００１８】
第二のピストン６は、使用に際してその前方端部で、ピストン先端部８が、ドリルアダプタ９の軸１０の上に、反復性の衝撃を与えるように先行技術に従って構成される。ドリルアダプタ９は、ピストンハウジング７内で軸受けに取り付けられ、第二のピストンと整列されている。従って、ドリルアダプタ９及び第二のピストン６は同軸に沿って位置している。ドリルロッドはドリルアダプタ９或いは岩盤などの掘削しようとする表面に意図した掘削（穿孔）を行うために、接続された数本のドリルロッドを有するドリルストリングに接続され得る。制御導管１１ａの形状の第一の制御装置と、摺動信号ライン３２と、排出導管３３とがピストンハウジング７に示されている。制御導管１１ａは液圧液体源３と接触（連通）状態にある。第二の制御装置は、好ましくはピストン６に環状溝の形状で、第二のピストン６とピストンハウジング７との間に形成された制御チャンバー１２によって構成される。摺動部材４は、摺動信号ライン３２の圧力の作用によって、ピストンハウジング７に対する第二のピストン６の軸方向位置に依存して制御され得る。
【００１９】
圧力の切換制御は図３を参照して説明される。図３に見られるように、第二のピストン６が右に動くと、制御チャンバー１２内の圧力は、圧力源３からの液圧液体の圧力レベルの圧力まで上昇する。その結果、出口は制御チャンバー１２から排出ライン３３へと開かれ、それによって制御チャンバーにおける圧力は排出レベルまで下降する。制御チャンバー１２における圧力変化は摺動信号ライン３２を通して送られて、摺動部材４に作用し、高圧の液圧液体が駆動面５を介して第二のピストンに作用して第二のピストンを図面において左方へ動かすようにされる。このようにして排出ライン３３は閉じられ、一方、制御導管１１ａは制御チャンバー１２に開放し、この制御チャンバー１２の圧力を再び上昇させる。これにより、摺動部材４の作用を通して第二のピストン６の端部にある駆動面５における圧力は除去されることになる。かかる方法はその後上述のパターンに従って繰り返される。
【００２０】
掘削すべき表面と一定に接触させてドリル鋼体を維持するためにまた加圧下で互いに一定に接触させてドリルストリングの部分を維持するために、反跳ピストン１３すなわち第一のピストンを備えた反跳緩衝装置が設けられる。この反跳ピストン１３は通常第二のピストン６の前方部分の周りに同心に配置される（本明細書の記載において、用語“前方”は掘削の方向を表すために用いられる）。第二のピストン６がドリルアダプタ９の軸１０に衝撃を与える際に、第二のピストン６が弾性のない表面に対して衝撃を加えることができるように、反跳ピストン１３は、定流弁１７を通って高圧源３と接触状態に配置される圧力導管１４からの液圧液体によってドリルアダプタ９の軸１０に対して押圧された状態で保持される。
【００２１】
反跳ピストン１３をドリルアダプタ９の軸１０と直接接触させる代りに、反跳ピストン１３とドリルアダプタ９の軸１０との間の緩衝装置にブッシング１５が配置され得る。反跳ピストン１３は上述のように付加的な機能を備えている。すなわちこの付加的な機能は、ドリルビットが第二のピストン６から送られる衝撃力で掘削しようとする表面に対して押圧される際に、掘削しようとする表面からの反跳力（反動力）を吸収するという機能である。反跳ピストン１３は掘削しようとする表面から送り戻される力を液圧的に吸収し、その結果、液圧液体から及びドリル鋼体からの反跳力から受ける圧力によって制御されて軸方向に揺動する。反跳ピストン１３はこのために、反跳ピストン１３とピストンハウジング７との間に形成された駆動チャンバー１４ｂを備えている。駆動チャンバーは反跳ピストンの少なくとも１つの前方駆動面１３ｂによって限定されている。駆動チャンバー１４ｂは、反跳ピストン１３が第二のピストン６（ハンマーピストン）に配置された第一の制御手段２１、２２及びピストンハウジング７に配置された第二の制御手段２０、２３、２４、２５を通してピストンハウジング７で十分に前方位置に達すると、排出される。かかる機能は、図２におけるＡの部分を拡大して示す図４でさらに詳細に明らかにされる。
【００２２】
第二の制御手段は、反跳ピストンの駆動チャンバー１４ｂに接続され且つピストンハウジングのシリンダボア内に連通する圧力導管１４と接続される調節導管２０を備えている。ハンマーピストン６が軸１０に衝撃を加えるための予定の位置に近づくと、ハンマーピストンとピストンハウジングとの間に形成され且つ第一の制御手段に属する第一の区画室２１は、調節導管２０からのオイルを受ける。第一の制御手段における第一の制御縁部２２が第二の制御手段に属する第二の制御縁部２４を通過する十分に前方の位置にハンマーピストンが達すると、駆動チャンバー１４ｂからのオイルはハンマーピストンとピストンハウジングとの間に形成され且つ第二の制御手段に属する第二の区画室２３を通り、排出ライン２５を通って前方へ排出される。このようにして反跳圧力は低減され、そして排出プロセスが止まり、駆動チャンバー１４ｂにおける圧力が再び上昇し、掘削軸１０がこのようにして再び前方に駆動されるまで、送り力は軸を後方に駆動する。こうして軸１０はハンマーピストンの実際の位置に関連される位置Ｅの周りで平衡状態になる。
【００２３】
さらに、図面には液圧液体の戻り導管３０が示され、この戻り導管３０は摺動部材４を通してタンク２に液圧液体を戻す。ガス蓄積器３１は、複数のライン内の圧力差を均等にするために、圧力導管１４だけでなく戻り導管３０にも配置される。ここで、完全な制御を達成するための導管は図面には十分には例示されてないことも強調しなければならない。この点は先行技術を構成するものであり本発明に影響するものではないため、それら導管は単に概略的に図示されている。
【００２４】
位置Ｅの地点は、所望の移動距離が達成されるように選択される。第二のピストン６は、摺動部材の移動距離が反転する地点を通過する前に、その衝撃位置から特定の距離に沿って移動することになる。これが起こると、摺動部材４は移動し始め、第二のピストンの駆動面５にかかる圧力は低圧力から高圧力へと変化し、すなわち第二のピストン６の動作は戻り動作から衝撃動作になるように変化する。
【００２５】
また、反跳ピストンの駆動面１４ｂの排出のためのその他の解決策は、本発明の範囲内で可能である。このようにハンマーピストンの位置は、位置Ｅに対応する位置を識別する電子感知装置を用いて決定でき、引き続き駆動チャンバー１４ｂを排出するため電磁弁が作動される。感知装置は例えば誘導型或いは容量型であり得る。また例えば光などの電磁放射を検出用に使用してもよい。この場合、感知装置は第二の制御手段に対応するのが適当であり、半径方向或いは軸方向のどちらも測定するためにピストンハウジングに取り付けられ得る。第一の制御手段はハンマーピストンに形成された溝、例えば異なる磁気特性をもつインサート、条片のパターンなどで構成され得る。第一の制御手段は、その最も簡潔な形態ではピストンの後方縁部すなわち端部面によって構成され得る。
【００２６】
ハンマーピストンの順方向動作及び反転動作は、上述のように、摺動部材と制御装置の相互作用で発生されるのに代えて、オイルの容量に貯蔵されたエネルギーなど、摺動弁を元の位置に戻すエネルギー貯蔵によって発生され得る。これは先行技術を構成するものであり「摺動しない」或いは「弁のない」装置として公知のかかる装置は市販されている。
【符号の説明】
【００２７】
１  ：削岩機
２  ：タンク
３  ：ポンプ（圧力源）
４  ：摺動部材
４ａ  ：摺動ハウジング
５  ：駆動面
６  ：第二のピストン（ハンマーピストン）
７  ：ピストンハウジング
８  ：ピストン先端部
９  ：ドリルアダプタ
１０  ：軸
１１ａ：制御導管
１２  ：制御チャンバー
１３  ：第一のピストン（反跳ピストン）
１３ｂ：前方駆動面
１４  ：圧力導管
１４ｂ：駆動チャンバー
１７  ：定流弁
２０  ：調節導管
２１  ：第一の区画室
２２  ：第一の制御端部
２３  ：第二の区画室
２４  ：第二の制御端部
２５  ：排出ライン
３０  ：戻り導管
３１  ：ガス蓄積器
３２  ：摺動信号ライン
３３  ：排出導管
Ｅ  ：位置
【図１】
0005830223.tif 000002
【図２】
0005830223.tif 000003
【図３】
0005830223.tif 000004
【図４】
0005830223.tif 000005