(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力伝達用の油圧流体をポンピングする油圧ポンプと；
圧縮機油によって潤滑される空気圧縮機と；
油圧ポンプと空気圧縮機とに共通のギヤーボックスであって、入力された動力を油圧ポンプと空気圧縮機とに伝動するための噛合い歯車装置を含み、前記噛合い歯車装置は入力歯車と圧縮機駆動歯車とポンプ駆動歯車とを備え、圧縮機駆動歯車及びポンプ駆動歯車は該ギヤーボックス内で入力歯車に作動可能に接続されている、ギヤーボックスと；
圧縮機油の供給源と；を具備する装置であって、
ギヤーボックスが、圧縮機油の供給源に接続された油入口と、油出口とを含み、油入口が油出口より高い圧力にあって、入力された動力が噛合い歯車装置に伝動される間に圧縮機油がギヤーボックスの中を循環させられる、装置。
【請求項２】
油圧ポンプと空気圧縮機とを駆動するために噛合い歯車装置の入力歯車に作動可能に接続された出力を有する原動機をさらに含み、ギヤーボックスが原動機のハウジングに結合された、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
ギヤーボックスから圧縮機油を吸い出すための吸引力の源に油出口が接続される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
吸引力の源が圧縮機の空気入口である、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
圧縮空気を空気圧縮機から受容するために及び圧縮機油を分離するために空気圧縮機の空気出口に連結された圧縮空気槽をさらに含み、ギヤーボックスの油入口が圧縮空気槽から圧縮機油を受け取るために圧縮空気槽に接続される、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記圧縮機駆動歯車が駆動軸に結合され、前記ポンプ駆動歯車が圧縮機駆動歯車に噛合い、圧縮機駆動歯車とポンプ駆動歯車とが相互に平行な軸線を中心に回転可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
空気圧縮機が、相互に噛合う関係で配置された駆動スクリューと被駆動スクリューとを有するスクリュー圧縮機を含んでなるものであり、駆動スクリューが、噛合い歯車装置の前記圧縮機駆動歯車によって駆動される駆動軸に結合されている、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
油圧ポンプが、第一油圧ポンプと、第一油圧ポンプ及び空気圧縮機に隣接して配設された第二油圧ポンプとから構成されて、ギヤーボックス内の噛合い歯車装置によって駆動される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
ギヤーボックスから圧縮機油を吸い出すための吸引力の源に油出口が接続される、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
吸引力の源が圧縮機の空気入口である、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
空気圧縮機から圧縮空気を受け取るため及び圧縮機油を分離するために空気圧縮機の空気出口に連結された圧縮空気槽をさらに含む請求項１に記載の装置であって、圧縮機油を圧縮空気槽からギヤーボックスに導くためにギヤーボックスの油入口が圧縮空気槽に接続されている請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
縦方向に離間された前端部および後端部を形成するプラットフォームと；
プラットフォームの各々の横側に配設された走行可能な基礎支持構造体であって、縦方向に離間された車軸を各々が含む走行可能な基礎支持構造体と；
プラットフォームに取り付けられたビームキャリヤと；
ビームであって、ドリルストリングを支持するための概ね直立した状態と、掘削装置の移動を容易にするために掘削装置の前から後への縦軸線にほぼ平行に該ビームが延在するところの概ね水平な状態との間での揺動のために、ビームキャリヤに取り付けられた第一端部を有するビームと；
空気を圧縮するための空気圧縮機であって、圧縮機油によって潤滑される空気圧縮機と；
油圧油を加圧するための油圧ポンプと；
空気圧縮機及び油圧ポンプを駆動するための原動機と；
圧縮機油の供給源と；
原動機からの回転を圧縮機と油圧ポンプに伝動するためのギヤーボックスであって：
原動機に取り付けられて密閉歯車室を形成する外側ケーシングと；
歯車室内に配設された噛合い歯車装置であって、空気圧縮機と油圧ポンプを駆動するために、空気圧縮機と油圧ポンプのそれぞれの駆動軸に原動機を作動可能に接続する噛合い歯車装置と；を該ギヤーボックスが含み、
外側ケーシングが、圧縮機油の供給源に接続された油入口と、油出口とを含み、動力が原動機から噛合い歯車装置に伝動される間に、圧縮機油が、歯車室内に注入されて歯車室から排出されるところのギヤーボックスと；を具備する移動式掘削装置。
【請求項１３】
外側ケーシングから圧縮機油を吸い出すための吸引力の源に油出口が接続される、請求項１２に記載の掘削装置。
【請求項１４】
吸引力の源が空気圧縮機の空気入口である、請求項１３に記載の掘削装置。
【請求項１５】
空気圧縮機から圧縮空気を受け取るために及び圧縮機油を分離して圧縮機油の供給源を形成するために空気圧縮機の空気出口に連結された圧縮空気槽をさらに含む、請求項１４に記載の掘削装置であって、ギヤーボックスの油入口が、圧縮空気槽から圧縮機油を受け取るために圧縮空気槽に接続される、請求項１４に記載の掘削装置。
【請求項１６】
噛合い歯車装置が、駆動軸に結合された圧縮機駆動歯車と、圧縮機駆動歯車に噛み合うポンプ駆動歯車とを含み、圧縮機駆動歯車とポンプ駆動歯車とが、相互に平行な軸線を中心に回転可能である、請求項１２に記載の掘削装置。
【請求項１７】
空気圧縮機が、相互に噛み合う関係で配置された駆動スクリューと被駆動スクリューとを有するスクリュー圧縮機を含んで成るものであり、駆動スクリューが、噛合い歯車装置の圧縮機駆動歯車によって駆動される駆動軸に結合される、請求項１２に記載の掘削装置。
【請求項１８】
油圧ポンプが、第一油圧ポンプと、第一油圧ポンプ及び空気圧縮機に隣接して配設された第二油圧ポンプとから構成されて、ギヤーボックス内の噛合い歯車装置によって駆動される、請求項１２に記載の掘削装置。
【請求項１９】
圧縮機油を圧縮機に供給する手段を、前記油圧ポンプとは別に、更に含む、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は移動式掘削装置に関するものであり、特に移動式掘削装置における原動機、空気圧縮機、及び油圧ポンプの配置構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１及び２に示される従来型の移動式操縦可能掘削装置１０は、プラットフォーム１２を圧縮しており前記プラットフォーム１２の下に、プラットフォームのそれぞれの横側に配設された一対の回転可能車輪（非図示）又は二つの回転可能キャタピラ１４のような走行可能な基礎支持体が取り付けられている。操作者の運転室１６がプラットフォームの後端に配設されている。穴を地中下方に掘削するための掘削組立体１７が運転室１６の前のプラットフォームに配置されている。掘削組立体１７は、マストのような揺動可能なビーム１８を含んでおり、前記マストの下端は固定ペデスタル１８ａに回動可能に結合されていて、前記マストは、前後に延びる掘削装置の縦軸線Ａに垂直に延びる水平軸線を中心にして揺動可能である。かくして、マスト１８は、図１に示される鉛直状態から、マストの自由端がプラットフォームの前端に配設されたマストレスト２０に着座するところの水平状態（非図示）に油圧デバイス２１によって揺動されることが可能である。
【０００３】
マストは、移動するとき、即ち掘削装置を一つの現場から他の現場へ走行させるとき水平に方向付けられる。他方では、マストは、掘削作業の間は鉛直に方向付けられる。下端にドリルビットを有するドリルストリングを昇降させるための油圧動力昇降機構がマストに取り付けられている。ドリルストリングは、マストに装着された回転台に保管されて相互接続された一連のドリルロッドからなるものである。原動機又はシリンダのような油圧デバイスが回転台を回転させるために設けられている。
【０００４】
油圧ポンプ２７が、加圧されたフルイドを様々な油圧デバイス及び油圧原動機に供給するために備えられている（図３）。
【０００５】
穴が掘削されているとき、穴から掘りくずを流すために、圧縮空気をドリルストリングを通してドリルビットの前面まで下方に導くことが普通である。掘りくずは、空気がドリルストリングの外側を取囲む環に沿って上方に移動するとき、空気の流れに乗せられて表面まで連れて来られる。圧縮空気は、ドリルビットの切削要素を冷却するようにも働く。圧縮空気は、典型的にはスクリュー圧縮機２２のような圧縮機によって生成される。圧縮機は、圧縮空気を圧縮空気槽１９に供給し（図４）、前記圧縮空気槽１９から空気がドリルストリングに導かれる。圧縮機を潤滑するために潤滑油が圧縮空気と混合される。潤滑油は、圧縮空気槽１９の中で圧縮空気から分離されて、図４で示されるように導管１９ａを通って圧縮機と圧縮機のギヤーボックス２２ａとに導かれて戻る。潤滑油は、圧縮空気槽とギヤーボックスとの間の圧力差によって導管１９ａを通って噴出される。潤滑油は次にギヤーボックス２２ａから吸い出されて、導管１９ｂを通って圧縮機入口に吸い込まれる。
【０００６】
スクリュー圧縮機２２と油圧ポンプ２７を駆動するために、燃料駆動エンジン（例えばディーゼルエンジン）又は例えば電動モーターのような原動機２６が常套的に利用されている。典型的な装置では、圧縮機２２、原動機２６、原動機駆動シャフト、ポンプ２７、並びに圧縮機及びポンプのためのギヤーボックスが図２及び３に示されるように掘削装置の縦軸線に平行に延びる線に配置される。
【０００７】
圧縮機の歯車装置２３が、図３に示されるように、原動機の後フライホイール端と圧縮機との間に配設されている。歯車装置の主歯車２３ａが、原動機によって駆動され、次に前記主歯車２３ａは歯車装置２３の別の歯車を介して圧縮機のスクリューを駆動する。
【０００８】
第一動力伝達装置２４がエンジンの前面から突出しており（図３）、前記第一動力伝達装置２４は第一油圧ポンプ組立体２４ｂの第一ポンプ駆動ギヤーボックス２４ａを駆動し、前記第一油圧ポンプ組立体２４ｂはキャタピラ１４を駆動する（走行させる）ための加圧油圧流体を供給する。第二動力伝達装置２５が、第二油圧ポンプ機構２５ａの第二ポンプ駆動ギヤーボックス２５ｂを駆動し、前記第二油圧ポンプ機構２５ａは、掘削機能を果たすために、及びディーゼルエンジン２６を冷却するための冷却システムを駆動するために加圧流体、つまり圧縮機油及び油圧油を供給する。
【０００９】
運搬キャタピラ１４の設計及びコストの観点から、重心が、運搬キャタピラ上の中心に置かれること、即ち（図１のように掘削装置を側面から見たとき）各キャタピラの前車軸と後車軸との間の中点にできるだけ近く配置されることが望ましい。そのように、各車軸は荷重の約２分の１だけを支持するように設計されなければならない。代わりに、もし荷重の重心が車軸の一方に近かったなら、その車軸は荷重の２分の１より多くを支持しなければならない。それ故、キャタピラは、より多くの荷重を担持するために過大に作られなければならず、そのことがコストを高め、また走行時の安定性の問題を結果として招く。また、キャタピラの寿命が不均一な重量配分のために短縮される。これらの問題の深刻さは、中点から重心がずれる距離に依存する。
【００１０】
他方では、掘削効率の観点からは、掘削作業中にドリルビットに下方に作用する引き落とし力を最大化するために、重心が可能な限りマストキャリヤに近接して配置されることが好ましい。
【００１１】
従って、荷重の最適な重心位置は、上で検討した事項の間の設計的妥協であることが理解されるであろう。しかしながら現行の掘削装置には、掘削装置を製造するときの重心の最適配置の選択における自由度がほとんどない。つまり前述されたように、原動機２６、スクリュー圧縮機２２、油圧ポンプ組立体２４ｂ、２５ｂ、及びそれらのギヤーボックスが、重心を調節できる可能性がほとんどないほどにプラットフォームの前から後への寸法の大部分を占める。
【００１２】
従って、キャタピラ１４によって支持される荷重の重心の配置を決定する観点から、より融通性の有る掘削装置の設計を行う方法を提供することが望ましい。
【００１３】
第一及び第二ポンプ組立体２４ｂ、２５ｂのギヤーボックス２４ａ、２５ａは、比較的重い一定量の潤滑ギヤオイルで満たされており、前記潤滑ギヤオイルは、動力の損失を招きまた寒冷気候時に始動を困難にすることがあり、またオイルを交換するための定期的な保守が必要である。掘削装置のポンプ駆動ギヤーボックスは、保守と費用を要する品目である。そのような欠点は、ギヤーボックスを潤滑し且つ冷却するために導管２３ａ，２３ｂを介して希薄な圧縮機潤滑油が連続的にギヤーボックスを通って循環されるところの圧縮機ギヤーボックス、即ち所謂“乾式”ギヤーボックスと共には存在しない。
【００１４】
望ましいことは：
動力の損失を低減する様態で油圧ポンプ歯車装置を潤滑して冷却すること、
ディーゼルエンジンの困難な始動を容易にすること、
ポンプ駆動ギヤーボックスの潤滑油を交換する必要性を削除すること、
高価で複雑で保守と費用を要する品目を削除すること、
全体的パワートレイン設計及び構造を単純化すること、及び、
ディーゼルエンジン、圧縮機、及び油圧ポンプからなる動力ユニットのサイズを縮小すること、である。
【発明の開示】
【００１５】
本発明は、油圧ポンプと、圧縮機油によって潤滑される空気圧縮機と、油圧ポンプと空気圧縮機に共通なギヤーボックスであって入力された動力を油圧ポンプと空気圧縮機に伝動するための相互に噛合う歯車装置を含むギヤーボックスとを含む装置に関係する。ギヤーボックスは、圧縮機油の供給源に接続された油入口を含み、また油出口も含む。油入口は油出口より高い圧力にあり、そこで圧縮機油は、入力された動力が歯車装置に伝動される間にギヤーボックスの中を循環させられる。
【００１６】
好適には、油出口は圧縮機入口に接続され、圧縮機入口はギヤーボックスから圧縮機油を吸引するための吸引力を提供する。
【００１７】
圧縮機油の供給源は、圧縮機からの圧縮空気を受容する貯槽であって、圧縮空気から圧縮機油を分離する貯槽であることが好ましい。
【００１８】
本発明は、上述の機器を含む移動式掘削装置にも関係する。
【００１９】
本発明の目的と利点は、添付図面と関連する好適な実施例の次の詳細な説明から明らかになるであろう。添付図面中の同様な参照符号は同様な要素を指し示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明が用いられる掘削装置３０が図５に示されている。その掘削装置は、備えられた全体的機器の点に関しては図２の掘削装置に基本的に類似している。つまり、掘削装置３０はプラットフォーム１２を含み、該プラットフォーム１２に走行可能な基礎支持体（例えばキャタピラー１４又は車輪）が取り付けられる。操作者の運転室１６が、プラットフォームの後端に配設されている。ビーム１８が運転室の前に配置されており、前記ビーム１８の下端は固定ペデスタル１８ａに結合されており、また前記ビーム１８は、鉛直状態と、ビームの自由端がプラットフォームの前面に配置されたレスト２０に着座するところの水平状態との間で水平軸線を中心にして揺動可能である。ビームは、ドリルロッドが保管される回転台を保持するマストの形であることが可能である。マスト１８は、掘削作業中の直立状態に、及び新しい作業現場への路上走行のための水平状態に油圧デバイス２１によって振り動かされる。ドリルロッドを昇降させるため及び回転台を回転させるための油圧機構がマストに取り付けられている。油圧デバイスを作動させるための加圧油圧流体が油圧ポンプ５０，５２によって供給される。
【００２１】
従来型のスクリュー圧縮機２２が、掘削されている穴から掘りくずを流すべくドリルビットに圧縮空気を供給するために設けられている。スクリュー圧縮機は、雄（駆動）スクリューと、雄スクリューに噛合うように配置された雌（被駆動）スクリューとを具備する従来的なものであり、例えば、２００２年５月２０日に出願された同時係属の米国特許出願第１０／１４７８８３号明細書に示された従来型のスクリュー圧縮機を参照のこと。なお前記特許出願明細書は引用することにより本明細書に組み入れられる。スクリュー圧縮機からの圧縮空気は、ドリルストリングに導かれる前に圧縮空気槽１９（図８）内に蓄積される。
【００２２】
本発明によると、原動機２６、圧縮機２２、及びポンプ５０，５２のよりコンパクトな配置が提供されることはもとより、新しいポンプ駆動潤滑技法も提供される。
【００２３】
従来技術におけるように、圧縮機及び油圧ポンプのために別個のギヤーボックスを設ける代わりに単一のギヤーボックス６０が設けられている。ギヤーボックスは、外側ケーシング６１を含んでおり、該外側ケーシング６１は、原動機のフライホイールハウジング６５にボルト固定されたフランジ６３を有し、また密閉歯車室を形成している。各々のポンプ５０，５２はギヤーボックスケーシング６１に結合されたフランジ５３を含み、また圧縮機２２はケーシング６１に結合されたフランジ５５を含む。
【００２４】
エンジンによって駆動される駆動軸７０が、歯車室に配設された二つの同軸の駆動歯車７２，７４を駆動する。それらの第一の歯車７２は、それが圧縮機２２の第一スクリューに結合された歯車７６を駆動するという点で圧縮機駆動歯車を構成し、その駆動スクリュー（雄スクリュー）は次に第一スクリューに噛合っている第二スクリューを駆動する。空気は、噛合っているスクリューの間で圧縮される。
【００２５】
油圧ポンプ５０，５２は、それぞれの入力軸も含んでおり、前記入力軸に歯車７８，８０がそれぞれ結合されている。それらの歯車は、第二駆動歯車７４によって駆動され、前記第二駆動歯車７４は、ポンプ駆動歯車を構成する。圧縮機駆動歯車７２と圧縮機入力歯車７６との間の歯数比は、ポンプ駆動歯車７４とポンプ入力歯車７８，８０との間の歯数比とは異なるものであることが可能であり、その結果圧縮機はポンプとは異なった速度で駆動されることが可能である。
【００２６】
ギヤーボックス６０内の歯車を潤滑するために、また歯車室と圧縮機内に潤滑油を導くために油投入導管９０が圧縮空気槽１９からギヤーボックス６０及び圧縮機２２まで延びる。その油は、従来的な圧縮機油であって、スクリュー圧縮機に普通に使用されるもので、またポンプの歯車を潤滑するために普通に使用される歯車油より実質的に低い粘性を有するものである。圧縮機油は、−１．１°Ｃ（３０°Ｆ）のとき約１０００ｃＳｔ以下の粘性グレードで、好適には−１．１°Ｃ（３０°Ｆ）のとき約７５０ｃＳｔの粘性グレードのものである。圧縮機油と混合された高圧空気が圧縮機２２から圧縮空気槽１９に導かれ、前記圧縮空気槽１９が空気を油から分離する。分離された圧縮機油は、圧縮空気槽１９とギヤーボックス６０との間の圧力差に基づいて、導管９０を通って圧縮機と歯車ハウジングに導かれる。ギヤーボックス内で、圧縮機油が少しの加圧空気と共にそれぞれの歯車７２，７４，７６，７８，８０の噛合いゾーンの方に吹き付けられる。
【００２７】
油吐出導管９２が、ギヤーボックスから圧縮機入口まで油／空気を導くために歯車室から圧縮機入口まで延びる。従って、冷たくて新鮮な圧縮機油の少量の流れがギヤーボックス６０を通って絶え間なく循環され、また圧縮機からの吸引力又は別個のポンプからの吸引によってギヤーボックスから吸い出される。ギヤーボックスは、かくして“乾式”ギヤーボックスと呼ばれる。
【００２８】
代わりに、ギヤーボックスから出る圧縮機油が圧縮機空気入口に供給されるべきでないなら、別個の吸引ポンプをギヤーボックスから油を吸い出すために使用することが可能である。
【００２９】
ポンプの歯車装置、並びに圧縮機の歯車装置は、例えば−１．１°Ｃ（３０°Ｆ）のとき約２００００ｃＳｔの粘性グレードを典型的に有するより高粘度の歯車油で満たされた従来型のポンプ駆動ギヤーボックスとは対照的に、動力の損失を最小限に抑え、始動を容易にし、また油の交換に対する必要性を回避する様態で潤滑される。かくして、圧縮機とポンプに共通のギヤーボックスを利用することによって、圧縮機ギヤーボックスに普通に採用される有利な潤滑技法がポンプの歯車にも利用可能である。
【００３０】
必要に応じて、エンジン２６は、寒冷気候時のエンジンの始動を容易にするために、フライホイールとギヤーボックスとの間にクラッチのような切断手段を備えることが可能である。それぞれのクラッチに油圧ポンプ及び／又は圧縮機を備えることも可能であるが、部品数を最小限に抑えてシステムの堅牢性を最大限に高めるためには好ましくない。
【００３１】
圧縮機歯車とポンプ歯車に共通のギヤーボックスを利用することにより、圧縮機／ポンプの長さは従来型の組立体に比較して著しく短縮されることが可能で、その結果そのような組立体の重心を掘削装置プラットフォームの縦寸法に沿って配置する際の自由度を高める。それは次に、基礎支持キャタピラー（又は車輪）に対してその重心を中央に置くか又はほぼ中央に置くことによって、基礎支持体上への荷重の配置を最適化するより多くの機会を提供する。
【００３２】
本発明はその好適な実施例と共に説明されてきたが、具体的に記載されなかった追加、削除、変更、及び置き換えが、特許請求の範囲で規定された本発明の精神と範囲から逸脱することなく実施され得ることが、本技術分野に知識を有する者には理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来型の掘削装置の側面図である。
【図２】従来型の掘削装置の平面図である。
【図３】従来型の掘削装置における、ディーゼル原動機、スクリュー圧縮機、及び油圧ポンプ装置の分解斜視図である。
【図４】従来型の掘削装置における、圧縮機からの空気と、圧縮機への潤滑油との流れの回路図である。
【図５】本発明による掘削装置の平面図である。
【図６】本発明による、原動機、圧縮機、およびポンプ装置の分解斜視図である。
【図７】本発明による、原動機、圧縮機、及びポンプ装置の平面図である。
【図８】図４に類似の、本発明に関する回路図である。
【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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