(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、フレームと、
応力パルスを発生する打撃部と、
打撃方向において該打撃部の前方に配設され、前記応力パルスを受ける打撃面を有するシャンクと、
さらに、軸方向ベアリングとを少なくとも含む削岩機であって、該軸方向ベアリングは少なくとも、第１のピストンおよび第２のピストンと、該第１および第２のピストンの間において同一の圧力室に配置されて互いに向かい合う第１の軸方向接触面および第２の軸方向接触面と、圧流体を圧力供給源から該軸方向ベアリングへ案内する少なくとも１つの圧力ダクトと、前記第１および第２のピストンにおいて打撃方向に面するそれぞれの正圧面とを含み、該正圧面に対して、前記圧流体が前記第１および第２のピストンの軸方向の運動の代わりに作用するように調整され、該軸方向ベアリングには、前記第１および第２のピストンが配設されて、前記シャンクをそれぞれ異なる移送距離に従って前記打撃方向へと押し出し、前記第１および第２のピストンの力は、前記打撃方向への前記圧流体の作用によって、前記打撃面を前記応力パルスを受ける所望の軸方向の点で削岩中に調節可能な大きさである削岩機において、該削岩機は、
前記軸方向ベアリングに対して供給する同一の圧流体を、前記第１および第２のピストンの接触面および正圧面に対して作用させるように調整することを特徴とする削岩機。
【請求項２】
請求項１に記載の削岩機において、
第２のピストンの後方には、第１の圧力室が設けられ、これは、前記圧流体を前記軸方向ベアリングへ供給する第１の圧力ダクトと接し、
第１の接触面および第２の接触面が、第１の圧力室の前方における第２の圧力室に配置され、
前記軸方向ベアリングへ供給する圧流体を第１の圧力室から第２の圧力室へ流れるように調整することを特徴とする削岩機。
【請求項３】
請求項２に記載の削岩機において、
第３の圧力室が第１の接触面の前方に設けられ、
圧流体を調整して、第２の圧力室から第３の圧力室へ流すことを特徴とする削岩機。
【請求項４】
請求項３に記載の削岩機において、
第３の圧力室と第２の圧力室との間には、少なくとも１つのスロットルが設けられて、前記第２および第３の圧力室間の前記圧流体の流れを絞ることによって、第２の圧力室において作用する圧力に対して作用するように配設されていることを特徴とする削岩機。
【請求項５】
請求項３または４に記載の削岩機において、
第３の圧力室は、少なくとも１つの第２の圧力ダクトに接し、
第３の圧力室において作用する圧力を左右する少なくとも１つの部材（34）が第２の圧力ダクトに設けられていることを特徴とする削岩機。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の削岩機において、
第１の圧力ダクトは、該削岩機の打撃圧力ダクトに接し、
第１の圧力ダクトは、前記圧流体の流れに影響を及ぼす少なくとも１つの部材（36）を有していることを特徴とする削岩機。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の削岩機において、
第１のピストンおよび第２のピストンは、前記打撃部または前記シャンクの周囲に配設されたスリーブ状部品であることを特徴とする削岩機。
【請求項８】
請求項７に記載の削岩機において、
第１のピストンは、前記フレームに対して、その第１および第２の端部の領域において支持される長尺状のスリーブであり、
第１の端部と第２の端部との間の区間において、第１のピストンはそのスリーブの外周に設けられた肩を有し、該肩は、前記打撃方向とは反対の方向に向いた第１の軸方向接触面を有し、
第２のピストンは、第１のピストンの周囲に存在し、
第２のピストンは、前記打撃方向にて第１の接触面と同一の圧力室に配設された第２の軸方向接触面を有していることを特徴とする削岩機。
【請求項９】
請求項１ないし６のいずれかに記載の削岩機において、
前記軸方向ベアリングは、少なくとも主として前記打撃部の後方に配置され、
前記打撃部は、スリーブ状部品であり、
第１のピストンは、少なくとも一部が前記打撃部の内側にある長尺状のスペーシング部品によって、前記シャンクに対して作用するように形成されていることを特徴とする削岩機。
【請求項１０】
請求項１ないし６のいずれかに記載の削岩機において、
前記軸方向ベアリングは、少なくとも主として前記打撃部の後方に配置され、
前記打撃部は、スリーブ状部品であり、
第１のピストンは、前記スリーブ状打撃部において部分的に入れ子にして配設され、前記打撃部を介して前記シャンクに対して作用するように配設されていることを特徴とする削岩機。
【請求項１１】
請求項１ないし６のいずれかに記載の削岩機において、
前記軸方向ベアリングは、少なくとも主として前記打撃部の後方に配置され、
前記打撃部は、スリーブ状部品であり、
前記シャンクには、前記打撃部において少なくとも部分的に入れ子になるように配設した区間が設けられ、これに対して作用するように第１のピストンが配設されていることを特徴とする削岩機。
【請求項１２】
少なくとも、フレームと、
該フレームに形成された領域に配設され、同じ方向を向いた少なくとも１つの正圧面をそれぞれ有する少なくとも第１のピストンおよび第２のピストンと、
前記第１および第２のピストンの同じ方向に向かう軸方向の運動のために前記圧流体を前記正圧面へ導く少なくとも１つの圧力ダクトと、
前記第１および第２のピストンの間において同一の圧力室で互いに向かい合って配置された第１および第２の軸方向接触面とを含む打撃式削岩機用の軸方向ベアリングにおいて、該軸方向ベアリングは、
該軸方向ベアリングに対して供給する同一の圧流体を、前記第１および第２のピストンの接触面および正圧面に対して作用させるように調整することを特徴とする軸方向ベアリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも、フレームと、応力パルスを発生する打撃部と、その打撃方向においてこの打撃部の前方に配設され、この応力パルスを受ける打撃面を有するシャンクと、さらに、軸方向ベアリングとを含む削岩機に関するものであって、この軸方向ベアリングは少なくとも、第１のピストンおよび第２のピストンと、これらのピストン間にあって同一の圧力室に配置される第１の軸方向接触面および第２の軸方向接触面と、圧流体を圧力供給源から軸方向ベアリングへ案内する少なくとも１つの圧力ダクトと、これらのピストンにおける正圧面とを含み、この正圧面に対して、圧流体がピストンの軸方向の運動の代わりに作用するように調整され、軸方向ベアリングには、ピストンが配設されて、シャンクを異なる移送距離に従って打撃方向へと押し出し、ピストンの力は、打撃方向への圧流体の作用によって、打撃面を応力パルスを受ける所望の軸方向の点で削岩中に調節可能な大きさである。
【０００２】
さらに、本発明は、打撃式削岩機用の軸方向ベアリングに関するもので、この軸方向ベアリングは、少なくとも、フレームと、このフレームに形成された領域に配設され、少なくとも１つの正圧面を有する少なくとも第１のピストンおよび第２のピストンと、それらのピストンの軸方向の運動のために圧流体をこの正圧面へ導く少なくとも１つの圧力ダクトと、それらのピストン間において同一の圧力室に配置された軸方向接触面とを含むものである。
【０００３】
削岩機において、軸方向ベアリングを用いて、削岩中にシャンクを目的の打撃点へ移動し、シャンクの位置を調節することによって打撃力を調節することは公知のことである。他方、軸方向ベアリングを用いて、岩石から削岩機へ反射する応力パルスを減衰することができる。米国特許第6,186,246号に開示されている軸方向ベアリングでは、２つの入れ子になったスリーブを打撃ピストンの周囲の領域に配設して有し、そのうちの一方は、シャンクの後端部に間接的に接している。スリーブの打撃方向への移送距離は、さまざまで、スリーブは、軸方向接触面を介して互いに接している。圧力媒体を導く独自の圧力ダクトが、両スリーブの後端部で作動正圧面に接続されている。外側のスリーブは、フレームと内側のスリーブとへ密閉されており、さらに、内側のスリーブは、打撃ピストンと外側スリーブとへ密閉されている。削岩中、両スリーブは、それぞれのシャフトの周りを回転することができ、さらに、スリーブは、互いに軸方向で衝突することができる。したがって、スリーブ間の接触面は、機械的応力を受けて、損耗する。米国特許第5,896,937号による方式では、同様な問題が提起されるだろう。
【発明の簡単な説明】
【０００４】
本発明は、新規の、改善された、軸方向ベアリングを設けた削岩機、ならびに軸方向ベアリングを提供することを目的とする。
【０００５】
本発明の削岩機は、軸方向ベアリングに供給する同一の圧流体を調整して、ピストン接触面および正圧面上で作用させることを特徴とする。
【０００６】
本発明の軸方向ベアリングは、軸方向ベアリングに供給する同一の圧流体を調整して、ピストン接触面および正圧面上で作用させることを特徴とする。
【０００７】
本発明の本質的な概念では、軸方向ベアリングが第１のピストンおよび第２のピストンを含み、両者が正圧面を有して圧流体によるピストンの軸方向の運動を可能にする。さらに、ピストン間では、同一の圧力室に、第１の軸方向接触面および第２の軸方向接触面を配置している。軸方向ベアリングに供給される同一の圧流体が接触面および正圧面の両方で作用する。
【０００８】
本発明の利点には、ピストン間の軸方向の接触面が圧流体によって良好に潤滑され、これによって接触面の損耗を防止できることがある。さらに、圧流体は、接触面間において十分に効果的な減衰手段として機能することができる。さらなる利点には、１つの圧力媒体を、１つの圧力供給源から軸方向ベアリングへ供給することができ、ダクトの本数が少なくなり、簡易な構造になることがある。
【０００９】
本発明の実施例の本質的な概念では、圧流体を調整して、接触面を有する圧力室へ流入および流出する。このようにして、圧流体は、接触面から不純物を流し出すことができる。さらに、圧流体は、流れる場合に、接触面を冷却することができる。
【００１０】
本発明の実施例の本質的な概念では、第１のピストンおよび第２のピストンは、打撃部の周囲に配設されるスリーブ状の部品である。この第１のピストンは、その第１および第２の端部の領域内でフレームに支持される、長尺状のスリーブでよい。さらに、第１のピストンは、第１の端部と第２の端部との間の区間内において、その外周に設けられ、第２のピストンの方へ向いた第１の軸方向接触面を有する肩を含むことができる。第２のピストンは、第１のピストンの周囲に配設されている。第２のピストンは、打撃方向に向いた第１の接触面と同一の圧力室に配設される第２の接触面を含む。
【００１１】
本発明の好ましい実施例の本質的な概念では、第３の圧力室を、第１のピストンの第１の接触面の前方に配置している。さらに、第２の圧力室を、第１の接触面と第２の接触面との間に設けている。そのほかに、第２のピストンの後方には、第１の圧力室を設け、これは、圧流体を軸方向ベアリングへ供給する第１の圧力ダクトと接する。圧流体を調整して、第１の圧力室から第２のピストンを通過して第２の圧力室へ、さらに第２の圧力室から第３の圧力室へと流す。この場合、１つの圧流体だけの圧力を軸方向ベアリングに供給すれば十分であり、圧流体の流れおよび圧力を、適切に調節し、さまざまな圧力室へ案内して、軸方向ベアリングを所望の方式で作動させる。
【００１２】
本発明の好ましい実施例の本質的な概念では、少なくとも１つのスロットルまたは同様のものを、第３の圧力室と第２の圧力室との間に設けて、第１の圧力室へ流入する圧流体に対して作用させる。スロットルは、第２の圧力室の圧力に対して作用するので、スリーブの運動および相互の衝突を減衰させることができる。
【００１３】
本発明の好ましい実施例の本質的な概念では、第３の圧力室が、少なくとも１つの圧力ダクトに接して、圧流体の流れを、軸方向ベアリングから離して調整する。さらに、圧力ダクトには、排出流の量に影響を及ぼし、結果として第３の圧力室で作用する圧力に影響を及ぼす、少なくとも１つの部材を設けることができる。
【００１４】
次に、添付の図面において、本発明をより詳細に説明する。
【発明の詳細な説明】
【００１５】
明確にするために、図面は、簡略な方式で本発明を示す。図面において、同様の部分は、同じ参照番号で示す。
【００１６】
図１に簡略に示すように、削岩装置は、キャリア１と、１つ以上のブーム２と、ブーム２の自由端部に配設した送りビーム３とを含んでいる。さらに、削岩機４は、送りビーム３上に配設されている。削岩装置のキャリア１上には、液圧ポンプまたは同様のものなどの圧力媒体供給源90を配設して、発生した圧流体の圧力を圧力回路91に沿って削岩機４へ案内することができる。
【００１７】
図２に示すように、削岩機４は、送りビーム３に関して可動に配設している。削岩機４は、送りビーム３上で送り装置８によって動くことができる。削岩機４は、シャンク12を有し、たとえば、これに対して、１つ以上のドリルロッド5a、5bおよびドリルビット17からなる必要なボーリング装置５を接続することができる。削岩機４は、シャンク12で打撃パルスを発生する打撃装置６を含んでいる。加えて、削岩機４は、典型的には、その長手軸の周囲にシャンク12を回転させる回転装置７を有している。シャンク12は、打撃力、回転力および送り力をボーリング装置５へ伝達し、それらをさらに、掘削される岩16へと伝達する。
【００１８】
図３は、削岩機４の構造の一部を断面的に示す。削岩機４は、１つ以上の相互接続したフレーム部9aないし9dからなるフレーム９を含んでいる。打撃装置６は、打撃部10を含むもので、圧力媒体、電気、または同様のものの作用によって軸方向に動くように配設された打撃ピストンでよく、打撃部10の前端部11が、シャンク12の後端部の打撃面13を打撃するように配設されている。本願において、削岩機４の構成部品の前端部とは、打撃方向Ａ側の端部を言い、同様に、後端部とは戻り方向Ｂ側の端部を言う。シャンク12の周囲には、回転スリーブ14を設けて、回転装置７で達成される回転トルクをシャンク12へ伝達することができる。シャンク12と回転スリーブ14との間の連結によって、シャンク12を軸方向に動かすことができる。シャンク12をその後方で支持スリーブ15によって支持することができる。よく見れば、回転スリーブ14および支持スリーブ15は、ベアリング18および19によって、フレーム９に対しておよび互いに対して支持することができる。
【００１９】
シャンク12の軸方向の位置は、軸方向に可動な少なくとも２つのピストンを有する軸方向ベアリング100によって影響を受け得る。支持スリーブ15の後端部は、スリーブ状の第１ピストン20によって作用を受けることができ、打撃部10の周囲に設けた領域に配設することができる。さらに、スリーブ状の第２のピストン21を、第１のピストン20の周囲に配設することができる。第１のピストン20と打撃部10との間には、隙間を設けることができ、このため、打撃部10の運動が、ピストン20、21の運動、または損耗に直接的に影響を与えることはない。第１のピストン20は、ベアリングにおいて、第１の端部の領域においては第１のベアリング部22によって、第２の端部の領域においては第２のベアリング部23によって削岩機のフレーム９へしっかりと取り付けることができる。この場合、第１のピストン20は、所定の移送距離に従って軸方向に動き、その長手軸の周囲を回転することができる。さらに、第１のピストン20の第１の端部が、第１のシール24を、第２の端部が第２のシール25を含み、圧力室をフレーム９とピストン20の外周との間に形成する。シール24および25は、フレーム9cに配設することができるので、シールの溝を第１のピストン20に配設する必要がない。さらに、第２のピストン21は、シールがなくてもよく、さらには、軸方向ベアリング100の構造を簡素化し、耐久性を改善している。軸方向ベアリング100は、第１の圧力室32、第２の圧力室28および第３の圧力室27を含んでよい。
【００２０】
第１のピストン20の外周でその第１の端部と第２の端部との間の区間に肩26を配設することができる。第３の圧力室27を、肩26の前方に配設することができ、第２の圧力室28を肩26の後方に配設することができる。肩26とフレーム９との間には狭いギャップを配設して、第３の圧力室27と第２の圧力室28との間にスロットル29を構成することができる。第２のピストン21を、第１のピストン20の周囲で肩26の後方に配置することができる。したがって、第２のピストン21を、第１のピストン20とベアリング22および23との間の区間に配置することができる。第２のピストン21を、ベアリングにおいて、フレーム９に対してはベアリング部30によって、第１のピストン20に対してはベアリング部31によって取り付けることができる。第２のピストン21の後端部側には、第１の圧力室32を設けることができる。第１のピストン20および第２のピストン21は、互いに軸方向に動くことができる。しかし、第２のピストン21の軸方向の運動は、第１のピストン20よりも短くてよい。さらに、図３に示すように、第１のピストン20は、第２のピストン21よりも、長くかつ実質的により大きな質量であってよい。
【００２１】
第３の圧力室27は、制御圧Psが作用する第２の圧力ダクト33に接してよい。圧力ダクト33の流れに影響を及ぼす、少なくとも１つのスロットル34を、第２の圧力ダクト33に設けることができる。さらに、第１の圧力室32は、第１の圧力ダクト35に接してよい。第１の圧力ダクト35は、打撃用圧力ダクトに接してよい。または、他の圧力がダクト35に加える。第１の圧力ダクト35は、圧力ダクトで作用する圧流体の流れを調節する、少なくとも１つのスロットル36に設けることができる。第１のピストン20および第２のピストン21の軸方向接触面を、第２の圧力室において配置して、第１の圧力ダクト35から供給される圧流体で接触面を潤滑し、冷却することができる。さらに、第２の圧力室28は、ピストン20、21間で減衰装置として作動することができる。圧力室27および32の圧力とスロットル29が、第２の圧力室28における圧力に対して作用することができる。
【００２２】
さらに、第１のピストン20の前端部は、第１の排出路37に接してよく、同様に、ピストン20の後端部は、第２の排出路38aまたは排出路38bに接してよい。ベアリング22および23を通過する漏出流を排出路37および38へ導くことができる。図３は、破線70で他の方式を示し、これは、第２の排出路38aの圧力をダクト33へ導いて、そこで制御圧Psの少なくとも一部を構成する。
【００２３】
図４および図５は、本発明による削岩機４の一部であって、打撃部10の軸の中央で断面したものを示す。明確にするために、図４および図５は必要なベアリング、シールおよびダクトのすべてを図示するものではない。図４に示すように、第１のピストン20の軸方向の運動は、第２のピストン21のそれより大きくすることができる。第１のピストン20の打撃方向Ａへの運動は、フレーム９における面42および第２の面39によって制限することができ、さらに、戻り方向Ｂへの運動は、面43aを有する第２のピストン21によって制限することができ、したがってこの面でピストン20の面60が支えられる。上述の状態において、ピストン20、21間の接触面60および43aは、圧流体によって潤滑され、冷却される。第２のピストン21の軸方向の運動は、第１のピストン20の周囲のリング型領域の面40および41によって制限することができる。さらに、軸方向ベアリング100に供給される圧流体は、ピストン20、21とフレーム９との間の面39、42；43b、41を効率的に潤滑し、冷却することができる。第１のピストン20の軸方向の運動は、減衰装置50が受けるべき、打撃部10を動かすのに必要な運動よりも大きくてよい。したがって、たとえば、ボーリングが軟質岩石で行なわれる場合、供給抵抗が小さくなるので、第１のピストン20は、打撃面13をシャンク12で打撃方向Ａの方へ動かすことができ、これによって打撃部10が目的の打撃点Ｃの前方の打撃面13に打ち当たる。この場合、減衰装置50は工具に伝達される打撃力を減少することができる。第２のピストン21における作動正圧面43aおよび43bは、サイズにおいては実質的に等しい。面43bでは、面43aよりも大きな圧力が作用し、その結果、力が生成されて、第２のピストン21を打撃方向Ａの方へ押し出し、その大きさは、これらの面間の圧力差に左右される。ピストン20および21の打撃方向Ａへ向かう総合力は、送り力Ｆよりも大きくてよい。または、第２のピストン21の力効果だけを、送り力より大きくする。この場合、第２のピストン21は、打撃方向Ａにおける肩40の方へ定着し、シャンク12は、目的の打撃点Ｃに達し、この位置は、打撃部10からシャンク12への応力パルスの最大効果的伝達を考慮して決められる。さらに、岩石から戻ってくる応力パルスによって生じる戻り運動は、ピストン20、21によって減衰することができ、これは、後に図６および図７に関連して説明する。
【００２４】
打撃面13が目的の打撃点Ｃに達するとき、第２のピストン21は、図４に示すように、最も先の位置へ突き出してフレーム９内の肩40に当接する。同時に、第２のピストン21は、第１のピストン20を打撃方向Ａに既に押し出して、支持スリーブ15がシャンク12を支持する。第１の圧力ダクト35の圧力が第２のピストン21の後端部に作用する。第２の圧力室28で作用する圧力は、第２のピストン21の前端部に作用し、この圧力の大きさは、第１の圧力室27で作用する圧力を調節することによって、さらには第３の圧力室27と第２の圧力室28との間のスロットル29によって、影響を受け得る。打撃方向および戻り方向に作用する、第２のピストン21の作動正圧面43aおよび43bは、サイズにおいては実質的に等しい。同図の方式において、ベアリング部31は、第２のピストン21の作動正圧面43a、43bの一部を構成している。
【００２５】
第３の圧力室27で作用する圧力は、第２の圧力ダクト33における制御圧を調節することによって影響を受け得る。第１の圧力室27へ向いた肩26の第１の作動正圧面42は、第２の圧力室28に向いた肩26の第２の作動正圧面60よりも小さく、その結果、ピストン20を打撃方向Ａへ押し出す力を発生させる。したがって、通常のボーリング中では、ピストン20、21は、図４に示す位置にある。このため、第１のピストン20に作用する打撃方向Ａの力だけでは、第１のピストン20を前方に動かすのに十分でなく、送り力Ｆの作用によって、それを第２のピストン21の前部に当接して定着させる。
【００２６】
第３の圧力室27で作用する制御圧Psは、典型的には、第１の圧力室32で作用する圧力Psよりも低く調節される。これによって、圧流体を第１の圧力室32からベアリング30および31を越えて第２の圧力室28へと、さらにスロットル29を通過して第３の圧力室27へと流すことができる。第１のピストン20の前端部の隙間を適切な大きさにすることによって、排出路37への漏出流を、第２の圧力室28から第３の圧力室27への圧流体流よりも少なく調整することができる。したがって、第２の圧力ダクト33内の流れを外へ向けることができる。このようにして、ピストン20、21の圧力室における不純物を、削岩機４から排出し、これによって、たとえば、ベアリング22、30および31に対する損傷が生じないようにすることができる。加えて、制御圧Psの制御を、単に排出流を調節するだけで調整することができる。その調節手段を、削岩機４に関連して、たとえば制御弁を調整することによって調整することができ、これは、削岩装置のキャリア１からたとえば電気によって制御することができる。排出圧流体流は、ブーム２からキャリア１へ通じる共通の戻りダクトへ案内することができ、これによって、制御圧Psの調節には、特別な圧力媒体ダクトを必要としない。さらに、打撃圧をダクト35へ案内することができるので、特別な圧力ダクトを軸方向ベアリング100へ通す必要がない。
【００２７】
図５は、第１のピストン20がその最も先の位置へ移動している状態を示す。これは、たとえば軟質岩石のボーリング中に行なうことができる。ボーリング抵抗が降下するとき、シャンク12を、第１のピストン20によって押し出し、目的の打撃点Ｃの前方まで移動させることができる。これは、送り力Ｆから生成される力が、ボーリング抵抗が降下するにしたがって低下するためで、これによって、第１のピストン20は、第２の作動正圧面60に影響を及ぼす力の作用によって前進運動することができる。このように、ボーリング装置５の岩石との接触を、ボーリング中に継続して保つことができ、ボーリング装置５における有害な引張り応力の発生を回避することができる。
【００２８】
一度、打撃面13が目的の打撃点Ｃの前方へ移動すると、打撃ピストン10の打撃の一部を緩衝装置50で受けることができる。したがって、大きな打撃力が問題になることがある状況では、打撃力を減少することができる。
【００２９】
第２の圧力室28は、ピストン20、21間で緩衝装置として作動することができる。ボーリング装置５からピストン20へ反射する圧力パルスの作用によって、第１のピストン20が迅速に後方へ移動するとき、第２の圧力室28で作用する圧力がスリーブ20、21の互いの衝突を減衰する。さらに、第２の圧力室28は、肩40へのピストン21の衝突を減衰するので、第２のピストン21の打撃方向Ａへの減衰装置として作動する。図２には、反射応力パルスを矢印80で示している。
【００３０】
図６は、削岩機４のさまざまな構成部品の軸方向の移動位置を説明するグラフを示し、このグラフは、図３による削岩機のシミュレーションによって定められる。曲線12は、シャンク12の運動を説明し、曲線20は、第１のピストン20の運動を説明し、さらに、曲線21は、第２のピストン21の運動を説明している。
【００３１】
図７は、図６のシミュレーションに対応する、軸方向ベアリング100の圧力室における圧力を示す。縦軸は圧力を、横軸は時間を示す。曲線27は、第３の圧力室内の圧力を説明し、曲線28は、第２の圧力室内の圧力を説明し、さらに、曲線32は、第１の圧力室32内の圧力を説明している。
【００３２】
図６において、打撃は点81において時間N0に発生している。打撃の力は、シャンク12を距離Ｍだけ前方へ移動させる。第１のピストン20は、時間N1にシャンク12へ到達している。ピストン20がシャンク12へ到達する時間は、制御圧Psを調整することによって、さらにはスロットル29の大きさを決めることによって影響を受け得る。また、図６の曲線20を見ると、約時間N2においてボーリング装置５から戻る圧縮応力パルスが第１のピストン20へ到達し、これを突然後方へ移動させることが分かる。これは、次に、第２の圧力室28における圧力の著しい上昇を生じ、図７における曲線28の時間N3を見ると明確に分かる。その時間には、第２の圧力室28では高圧が作用し、これが第１のピストン20の後方への移動に抵抗している。同時に、第２の圧力室28において作用する高圧は、第２のピストン21の作動正圧面43aに影響を及ぼし、第２のピストン21を後方に押し出す。したがって、ピストン20、21は互いに衝突することがない。第２のピストン21の後方運動は、図６における曲線21の時間N3を見ると分かる。第２の圧力室28に発生する圧力の大きさおよび減衰効果は、スロットル29によって影響を受け得る。さらに、第１の圧力室32からの圧流体流の減衰の大きさと、第２のピストン21の後方運動とは、第１の圧力ダクト35におけるスロットル36によって影響を受け得る。また、他方、スロットル36は、圧力パルスの効果が終った後に、第２のピストン21の前方運動をも減衰する。第１のピストン20の質量は、比較的大きくすることができるので、ボーリング装置５から削岩機４へ反射する圧縮応力パルスを効率的に減衰することができる。
【００３３】
他方、第１のピストン20とフレーム９との間のスロットル29を適切な大きさにすることによって、さらには制御圧Psおよび第２の圧力室32に影響を及ぼす圧力によって、２つのドリルロッド5aおよび5bがシャンク12へ接続するまで、第１のピストン20がシャンク12に影響を及ぼさない状態を達成することができる。このようにして、ボーリング開始時には、たとえば、接続されている１つのドリルロッド5aだけでボーリングを行う場合、第１のピストン20は、ボーリング装置５から反射して戻る応力パルスを実質的には減衰せず、その代わりに、応力パルスを、シャンク12の打撃面13に当接して静止し、その作用により戻り運動を開始する打撃部10で受ける。打撃部10を軸方向に前後に動くように配設する場合、打撃部の戻り運動が、反射する応力パルスのために加速されるので、戻りパルスのために打撃頻度が増すという利点がある。打撃頻度が大きいほどボーリング力を増大させる。
【００３４】
打撃を利用してボーリング装置５の差し込みジョイントを開ける場合、打撃中のシャンク12への第１のピストン20による支持を排除または減少し、これによって、引張り応力を打撃の作用によってボーリング装置５に発生させて、引張り応力がジョイントの開放を容易にする。打撃を開放するとき、第２の圧力ダクト33を外部タンクのダクトへ接続して、第３の圧力室27および第２の圧力室28における圧力を低下することができ、これによって、第１のピストン20の打撃方向Ａへの運動を妨げる。
【００３５】
さらに、図８ないし図12は、軸方向ベアリング100の実施例を詳細に示している。図８ないし図12では、打撃部10の軸中央の点で断面した構造を示す。明確にするために、ピストン20、21のベアリング部は図示しない。さらに、明確にするために、第２のピストン21が目的の打撃点Ｃの前方へ移動して、第２の圧力室28がもっとはっきりと見える状態で、軸方向ベアリング100を示す。図８ないし図10において、第１のピストン20は、長尺状のスリーブであり、その前部を打撃部10およびフレーム９へ密閉している。図11および図12において、ピストン20の外周だけを、その両端部の領域内でフレーム９へ密閉している。
【００３６】
図８の実施例において、第１のピストン20は、外周に肩を有していない。第２のピストン21は、第１のピストン20の後端部の側に配設されたスリーブ状部品である。第２のピストン21において、打撃方向Ａに面した端面が窪みを有し、その内側で第１のピストンは部分的に定着することができる。圧流体を、第１の圧力ダクト35から第１の圧力室32へ導くことができ、その後、圧流体を、第２の圧力室28を介して第３の圧力室27へ流すことができる。スロットル29を、第２のピストン21の窪みと第１のピストン20の後端部との間に設けることができる。第３の圧力室27は、第２の圧力ダクト33に接してよい。第１のピストン20の第１の軸方向接触面、および第２のピストン21の第２の軸方向接触面は、第２の圧力室28に配置される。このようにして、軸方向ベアリング100へ案内された圧流体は、圧力室28の接触面を潤滑し、冷却する。さらに、第２の圧力室28の圧力媒体は、ピストン20、21の運動を減衰することができる。
【００３７】
図９において、第１のピストンの後端部が肩26を有している。肩26とフレーム９との間には、狭いギャップを設けることができ、これは、第３の圧力室27と第２の圧力室28との間にスロットル29を構成する。第１の圧力ダクト35から供給された圧流体は、第２のピストン21を通過して第２の圧力室28へと流れることができる。第１のピストン20の後端部における第１の軸方向接触面、および第２のピストン21の前端部における第２の軸方向接触面は、第２の圧力室28に配置されている。さらに、フレーム９はダクト92を含んでよく、これは、圧力回路91を介して、第１の圧力ダクト35と同じ圧力供給源に接している。ダクト92は、第２の圧力室28へ流入する圧流体の流れに影響を及ぼすスロットルなどの制御部材を含んでよい。
【００３８】
図10において、第１のピストン20の両端部間の区間が、その外周に肩26を有している。スロットル29を、この肩26とフレーム９との間に設けることができる。第１のピストン20の肩26における第１の軸方向接触面、および第２のピストン21の前端部における第２の接触面が、第２の圧力室28に配置されている。
【００３９】
図11において、第１のピストン20は、ピストン20の前端部からピストンの中央部へと延びている肩26を有している。したがって、第１のピストン20の前端部の直径は、その後部の直径よりも大きい。肩26は、方向Ｂに向いた第１の軸方向接触面を有している。第２のピストン21の前端部は、方向Ａに向いた第２の軸方向接触面を有している。これら第１および第２の接触面は、第２の圧力室28に配置され、ここで、軸方向ベアリング100に供給された圧流体が作用する。さらに、肩26とフレーム９との間には、第３の圧力室27と第２の圧力室28との間にスロットル29を構成するギャップを設けることができる。
【００４０】
図12において、第１のピストン20の両端部間には、方向Ｂに向いた第１の軸方向接触面を有する肩26を設けている。第２のピストン21の方向Ａを向いた端部面が窪みを有し、これは、肩26が窪みにおいて動くことができるような大きさである。窪みと肩26との間には、狭いギャップを設けることができ、これが第３の圧力室27と第２の圧力室28との間にスロットル29を構成する。第２の軸方向接触面を、第２のピストン21における窪みの底部に設ける。第１の接触面および第２の接触面を、第２の圧力室28に配置して、ここで、軸方向ベアリング100に供給された圧流体が作用する。前の図とは異なり、第１のピストン20および第２のピストン21を、シャンク12の周囲に、全体的にまたは部分的に配設することができる。
【００４１】
図13は、軸方向ベアリング100をボーリング機の後端部に配設している削岩機の構造を示す。打撃ピストン10は、スリーブ状部品でよく、これを介して長尺状のスペーシング部品110を配設することができる。このスペーシング部品110の前端部を、シャンク12の後端部に当接して配設し、その後端部は、軸方向ベアリング100によって影響を受けることができ、これは、打撃ピストン10の後部側へその全体を配設することができる。軸方向ベアリング100は、第１のピストン20と、その軸方向に後方の第２のピストン21とを有することができる。第１のピストン20の前端部を、スペーシング部品110に作用するように配設することができる。第１のピストン20の後端部は、肩26を有することができる。この肩26と軸方向ベアリング100のフレーム9cとの間に、狭いギャップを形成することができ、これは、第３の圧力室27と第２の圧力室28との間でスロットル29として作動することができる。第１のピストン20の後端部における第１の軸方向接触面、および第２のピストン21の前端部における第２の軸方向接触面は、圧力室に配置され、ここで、軸方向ベアリング100に供給された圧流体が作用する。
【００４２】
図13による方式において、第１のピストンの質量を比較的小さくすることができ、これは、スペーシング部品110および第１のピストン20が、ともに十分に大きな質量を成して、目的の打撃点Ｃの前方まで延長することができ、かつ岩石から戻る応力パルスを受けることができるためである。さらに、図示の構造の利点は、打撃部10をベアリングにおいて目的の打撃点Ｃに比較的近接して取り付けることができることである。
【００４３】
さらに、図13は、軸方向ベアリング100および打撃装置を、同一の圧力媒体回路91へ接続することができ、これに圧力供給源90が配設されて圧力を発生することを示している。軸方向ベアリング100へ通っている第１のダクト35は、軸方向ベアリング100へ案内される流れに影響を及ぼす１つ以上の制御部材36を含んでよい。
【００４４】
他に実行可能な構造では、独自のスペーシング部品110を有していない。図14では、第１のピストン20が、打撃部10を通って打撃面13まで延びている。図15では、スペーシング部品110がシャンク12の一部を構成し、シャンク12は、打撃部10において少なくとも部分的に入れ子になっている。
【００４５】
前出の図が示すように、軸方向ベアリング100は、一体化した削岩機４の一部であってよい。他方、軸方向ベアリング100は、削岩機４のフレーム部品間で、または打撃装置の延長部上で適応可能な、独自の部品であってよい。軸方向ベアリング100は、ピストン20および21用に空間が形成される独自のフレーム9cと、必要な圧力ダクトと、圧力室とを有することができる。軸方向ベアリング100は、損耗または損傷する場合、比較的迅速および簡単に、新規のものと交換することができる。
【００４６】
削岩機４の詳細な構造は、図に示すものから逸脱してもよい。したがって、場合によっては、第１のピストン20の前端部を、シャンク12の後端部に直接作用するように配設して、支持スリーブ15、スペーシング部品110または同様なものの必要性をなくすことができる。さらに、支持スリーブ15および第１のピストン20を、部分的または全体的に入れ子状に配設して、支持スリーブ15をピストン20において入れ子にすることができる。さらに、圧力媒体の作用によって打撃ピストンを前後に動かす代わりに、削岩に必要な打撃パルスを発生する他の種類の打撃部10を用いることができる。したがって、打撃部10は、たとえば、磁気歪効果に基づいた打撃部であってよく、応力パルスを、削岩機に連結された工具において発生することができる。
【００４７】
さらに、シャンク12は、総じて、打撃部10によって生成される応力パルスを受ける打撃面13を少なくとも有する部品を言う。シャンク12は、ボーリング工具を固定する接続部を有することができる。または、シャンク12は、ボーリング工具の一部として一体化されてもよい。
【００４８】
第３の圧力室27と第２の圧力室28との間のスロットル29は、肩26とフレーム9cとの間に隙間を有することができ、または、肩26が他の種類の狭いギャップに設けられてもよい。さらに、フレーム9cは、ダクトを設けることができ、これは、圧力室間を接続し、かつ、ぴったりの大きさになり、または適切な絞り部品を装備している。また、スロットル29は、複数のさまざまな絞り部から構成することもできる。
【００４９】
さらに、フレーム9cおよび第１のピストン20の前端部の隙間、さらには、第１の排出路37の大きさを決めて、第２の圧力ダクト33の必要性をなくすようにすることができる。この場合、第３の圧力室27において作用する圧力は、隙間の大きさによって固定されるように、または排出路37における可調節スロットルを配設することによって調節できるように、影響を受け得る。
【００５０】
図およびその関連説明は、本発明の概念を説明することを意図しているにすぎない。本発明の細部は、特許請求の範囲内で変動してよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、削岩装置の概要的側面図である。
【図２】図２は、削岩機の概要的側面図である。
【図３】図３は、本発明による削岩機の、一部の概要的断面図である。
【図４】および
【図５】図４および図５は、本発明による軸方向ベアリングの、その２つの異なる位置における概要的断面図である。
【図６】図６は、図３による削岩機において、打撃中の軸方向ベアリングのピストンと、シャフトの運動を概要的に示すグラフである。
【図７】図７は、図３による削岩機の軸方向ベアリングのピストンの圧力室で作用する圧力を、時間の関数として示す概要的なグラフである。
【図８】ないし
【図１２】図８ないし図１２は、打撃面が目的の打撃点の前方へ移動した状態における、本発明の実施例の一部の概要的断面図である。
【図１３】ないし
【図１５】図１３ないし図１５は、本発明による軸方向ベアリングを設けた削岩機の、さらなる概要的断面図である。
【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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