(57)【要約】本発明は、パーカッションビット（３）に衝撃を与えるためにシリンダ（１）内を往復運動するように取り付けられたピストン（２）と、該ピストン（２）の往復運動を制御するための制御バルブ（４）と、を備える、液圧式パーカッションデバイスを提供する。バルブパイロットライン（７）は、シリンダ（１）内のピストン（２）の位置に基づいて、制御バルブ（４）を切り替えるように構成されている。バルブパイロットライン（７）は、ピストン（２）の往復運動によって、ピストン（２）のアンダーカット（８）を介して、高圧および低圧ライン（Ｐ，Ｔ）に交互に接続される。アンダーカット（８）は、ピストンの最大シール直径よりも小さい直径を有するピストン（２）の部分に配置されている。【選択図】図４ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液圧パーカッションデバイスは：
シリンダ内で往復運動するように取り付けられ、ツールに衝撃を与えるピストンと；
前記ピストンの往復運動を制御するための制御バルブと；
前記シリンダ内の前記ピストンの位置に基づいて前記制御バルブを切り替えるように構成されたバルブパイロットラインであって、前記ピストンの往復運動によって、当該ピストンのアンダーカットを介して高圧および低圧ラインに交互に接続されるバルブパイロットラインと、を備え、前記アンダーカットが、前記ピストンの最大シール直径よりも小さい直径を有する当該ピストンの部分に配置されていることを特徴とする、液圧パーカッションデバイス。
【請求項２】
前記アンダーカットが前記ピストンの前端部に設けられている、請求項１に記載の液圧パーカッションデバイス。
【請求項３】
前記アンダーカットが前記ピストンの後端部に設けられている、請求項１に記載の液圧パーカッションデバイス。
【請求項４】
前記アンダーカットが、最小直径を有する前記ピストンの部分に設けられている、請求項２または３に記載の液圧パーカッションデバイス。
【請求項５】
前記アンダーカットが、ピストンサイクル全体にわたって後部チャンバの後方にある、前記ピストンの部分に設けられている、請求項３または４に記載の液圧パーカッションデバイス。
【請求項６】
前記アンダーカットが、ピストンサイクル全体にわたって前記ピストンと前記シリンダとの間に配置された後部シールの前方にある、前記ピストンの部分に設けられている、請求項３〜５のいずれか一項に記載の液圧パーカッションデバイス。
【請求項７】
前記バルブパイロットラインを、前記アンダーカットを介して前記低圧ラインに接続するための、前記シリンダ内に設けられたポートをさらに備え；前記ポートが、前記ピストンと前記シリンダとの間に配置されたシールにシール排水をさらに提供する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の水圧パーカッションデバイス。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の液圧パーカッションデバイスと；パーカッションビットと、を備える、液圧ダウンザホールハンマ。
【請求項９】
実質的に添付の図面を参照して説明され、および／または添付の図面に示されている、液圧パーカッションデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液圧式パーカッションデバイス、特には液圧式ダウンザホールハンマの制御バルブまたはシャトルバルブパイロット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液圧駆動のパーカッション機構は、ドリルロックを使用する様々な機器に採用されている。図１ａに示すような液圧式パーカッションデバイスは、通常、少なくともシリンダ１と、該シリンダ内で往復運動するように取り付けられ、デバイスの前端部に配置されたパーカッションビットまたはツール３に衝撃を与えるピストン２と、該ピストンの往復運動を制御するための制御バルブまたはシャトルバルブ４と、を含む。制御バルブは、ピストンの往復運動を引き起こすために、ピストンの後部駆動チャンバ６を、デバイスの高圧および低圧ラインＰ，Ｔに交互に接続する。制御バルブの切り替えは、ピストンの位置、すなわち位置フィードバッグ制御によって制御される。
【０００３】
図１ｂは、戻りストロークにある図１ａのデバイスを示している。ここでは、ピストンは、矢印で示される方向にツールから離れるように駆動されている。バルブパイロットライン７は、ピストン２のアンダーカット８を介して、高圧ラインＰに接続されている。バルブに作用する液圧力によりバルブが右に移動し、これにより、後部チャンバ６が低圧ラインＴに接続される。前部チャンバ５は、ピストンがツール３から離れるように駆動されるように、高圧ラインに連続的に接続されている。
【０００４】
図１ｃは、ピストンのアンダーカット８がバルブパイロットライン７を低圧ラインＴに接続する位置にあるピストンを示している。ここでは、バルブ４が左位置に強制的に切り替えられ、これにより、後部チャンバ６が高圧ラインＰに接続される。後部チャンバのピストン面積は前部チャンバのそれよりも大きいため、正味の液圧力によって、ピストンがツール３に向かって駆動される。ピストンがツールに衝突する直前に、バルブパイロットラインが再び高圧ラインに接続されて制御バルブが右に移動し、サイクルが繰り返される。
【０００５】
図２ａおよび２ｂは、図１ａ〜１ｃと同様のコンセプトを示しているが、前部チャンバ５もまた、後部チャンバと同様に、高圧および低圧ラインに交互に接続される。バルブは、図１ａ〜１ｃに関連して説明した方法とまったく同じ方法で操縦（パイロット）される。
【０００６】
図１ａ〜１ｃおよび図２ａ，２ｂに関連して上述したようなバルブパイロット装置を備えたパーカッションデバイスは、実質的な内部漏れに悩まされ得る。バルブの操縦を制御するアンダーカットは、前部チャンバと後部チャンバとの間の、ピストンの最大直径部分にあるが、漏れは、ピストンの直径に正比例する。さらに、ピストンの中心のランニングクリアランスｈｃは、ピストンの焼き付きを避けるために、前部および後部のベアリングにおけるベアリングクリアランスｈｂよりも大きい。圧力がシリンダを半径方向に拡大させる傾向があるため、高圧下におけるシリンダの変形はクリアランスをさらに増大させる。典型的な漏れを図３に示す。ピストンのアンダーカットでの漏れに加えて、前部および後部チャンバからシール排水ライン９への漏れもある。シール排水ラインは、そうでなければシール１０が高圧にさらされることになるため、該シールの寿命を改善するために提供されている。
【０００７】
これらの要因の結果、内部漏れによる効率性の損失なしに、高圧で操作できる大型の液圧式パーカッションを製造することは困難である。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の一態様によれば、液圧式パーカッションデバイスは：
シリンダ内で往復運動するように取り付けられ、パーカッションビットなどのツールに衝撃を与えるピストンと；
当該ピストンの往復運動を制御するための制御バルブと；
シリンダ内のピストンの位置に基づいて制御バルブを切り替えるように構成されたバルブパイロットラインであって、ピストンの往復運動によって、当該ピストンのアンダーカットを介して高圧および低圧ラインに交互に接続されるバルブパイロットラインと、を備え、該アンダーカットが、ピストンの最大シール直径よりも小さい直径を有するピストンの部分に配置されていることを特徴とする。
【０００９】
したがって、アンダーカットの両側のピストンの直径は、ピストンの最大シール直径よりも小さい。ここで、ピストンの最大シール直径は、デバイスの通常の動作中にシリンダとシール構成を形成するピストンの最大直径である。この構成の利点は、アンダーカットが、ピストンの最大シール直径に比べて小さい直径を有するピストンの部分に配置されているため、漏れが減少することである。
【００１０】
一実施形態において、アンダーカットは、ピストンの後端部（後方の端部）に設けられている。アンダーカットは、ピストンサイクル全体にわたって後部チャンバの後方にある、ピストンの部分に設けられていてもよい。アンダーカットは、ピストンサイクル全体にわたって後部シールの前方にある、ピストンの部分に設けられていてもよい。
【００１１】
通常、ピストンの後端部では、ピストン直径が最小である。また、通常、ピストンの後端部では、ランニングクリアランスも最小である。この領域では、ピストン直径が小さくなっており、通常、シリンダの壁厚が増しているため、周囲の構造がより硬い。これは、圧力下においてクリアランスが増加しにくいことを意味する。さらに、バルブパイロットラインを低圧ラインに接続するために使用されるシリンダポートを使用してシール排水を提供するため、専用のシール排水ポートは必要ない。このように、ピストンの後端部にアンダーカットを設けることにより、漏れを最小限に抑えることができる。
【００１２】
別の実施形態では、アンダーカットは、ピストンの前端部（前方の端部）に設けられる。ピストンの前端部もまた、ピストンの中央部分と比較して直径が小さく、それによって漏れが減少する。
【００１３】
本明細書で使用するとき、「前方の」という用語は、パーカッションビットに最も近い、ピストンのデバイスの方向または端部をいう。「後方の」という用語は、パーカッションビットから最も遠いデバイスまたはピストンの方向または端部を示すために使用される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１ａ】従来の液圧式パーカッションデバイスのバルブパイロット構成の概略図である。
【図１ｂ】戻りストロークにある、図１ａの液圧式パーカッションデバイスの概略図である。
【図１ｃ】トップストロークにある、図１ａの液圧式パーカッションデバイスの概略図である。
【図２ａ】デバイスが戻りストロークにある、従来の液圧式パーカッションデバイスの別のバルブパイロット構成の概略図である。
【図２ｂ】トップストロークにある、図２ａの液圧式パーカッションデバイスの概略図である。
【図３】典型的な漏れを示す、図１ａの液圧式パーカッションデバイスの概略図である。
【図４ａ】本発明の第１の実施形態による、戻りストロークにある、液圧式パーカッションデバイスのバルブパイロット構成の概略図である。
【図４ｂ】トップストロークにある、図４ａの液圧式パーカッションデバイスの概略図である。
【図５ａ】戻りストロークにある、本発明の第２の実施形態による、液圧式パーカッションデバイスのバルブパイロット構成の概略図である。
【図５ｂ】トップストロークにある、図５ａの液圧式パーカッションデバイスの概略図である。
【図６ａ】戻りストロークにある、本発明の第３の実施形態による、液圧式パーカッションデバイスのバルブパイロット構成の概略図である。
【図６ｂ】トップストロークにある、図６ａの液圧式パーカッションデバイスの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図４ａおよび４ｂは、本発明の第１の実施形態による、液圧式パーカッションデバイスのバルブパイロット構成を示している。デバイスは、シリンダ１０１と、該シリンダ内で往復運動するように取り付けられ、デバイスの前端部に位置するパーカッションビットまたはツール１０３に衝撃を与えるピストン１０２と、該ピストンの往復運動を制御するための制御バルブまたはシャトルバルブ１０４と、を含む。制御バルブは、ピストンの後部駆動チャンバ１０５，１０６をデバイスの高圧ラインＰおよび低圧ラインＴに交互に接続して、該ピストンの往復運動を引き起こす。制御バルブの切り替えは、ピストンの位置によって、すなわち位置フィードバック制御によって制御される。バルブパイロットライン１０７は、シリンダ内のピストンの位置に基づいて制御バルブを切り替えるように配置されている。
【００１６】
図４ａは、ピストンが、矢印で示される方向にツールから離れるように駆動される、戻りストロークにあるデバイスを示している。バルブパイロットライン１０７は、バルブの右側１１４と、ピストン１０２の後端部、すなわちピストンテール１１１のアンダーカット１０８と、の間に接続されている。バルブの左側１１５は、ライン１１６によって、高圧ラインＰに接続されている。図４ａに示すように、アンダーカット１０８が設けられたピストンの部分は、ピストンの最大シール直径Ｍよりも小さい、最小ピストン直径ｍを有している。
【００１７】
図４ａでは、バルブパイロットライン１０７は、アンダーカット１０８およびシリンダポート１１７，１１８を介して、高圧ラインＰに接続されている。高圧が作用するバルブの右側の面積は、バルブの左側の面積よりも大きいため、バルブに作用する液圧力がバルブを左に動かし、これにより、後部チャンバ１０６が低圧ラインＴに接続される。ピストンがツール１０３から離れるように駆動されるように、前部チャンバ１０５は高圧に連続的に接続されている。
【００１８】
ピストンが右に移動すると、アンダーカットは、バルブパイロットラインを高圧ラインＰに接続する位置から、バルブパイロットラインを低圧ラインＴに接続する位置に移動する。図４ｂは、ピストンのアンダーカット１０８が、バルブパイロットライン１０７を、シリンダポート１１７および１１９を介して低圧ラインＴに接続する位置にあるピストンを示している。バルブの左側１１５が高圧ラインＰに接続されているため、バルブ１０４は右位置に強制的に切り替えられ、これにより、後部チャンバ１０６が高圧ラインＰに接続される。後部チャンバのピストン面積１１２は、前部チャンバのピストン面積１１３よりも大きいため、正味の液圧力がピストンをツール１０３に向けて駆動する。ピストンがツールに衝突する直前に、バルブパイロットラインが再び高圧ラインに接続されて制御バルブが左に移動し、サイクルが繰り返される。
【００１９】
図４ａおよび４ｂに示すように、アンダーカット１０８は、ピストンサイクル全体にわたって後部チャンバ１０６の後方にある、ピストンの部分に設けられている。アンダーカット１０８は、ピストンサイクルにわたって後部シール１１０の前方にある、ピストンの部分に設けられている。シリンダポート１１９は、後部シール１１０にシール排水を提供するため、専用のシール排水ポートは不要である。
【００２０】
図５ａおよび５ｂは、本発明の第２の実施形態による、液圧式パーカッションデバイスのバルブパイロット構成を示している。ここでは、前部および後部チャンバの両方が交互の圧力を有している。バルブは、図４ａおよび４ｂに関連して説明したのとまったく同じ方法で操縦（パイロット）される。
【００２１】
図６ａおよび６ｂは、本発明の第３の実施形態を示している。この実施形態では、アンダーカット２０８は、ピストンの前端部に配置されている。図６ａおよび６ｂに示すように、アンダーカットは、ピストンの最大シール直径Ｍよりも小さい、直径Ｄを有するピストンの部分に配置されている。バルブパイロットライン１０７は、バルブの左側１１５と、ピストン１０２の前端部のアンダーカット２０８と、の間に接続されている。バルブ１１４の右側は、ライン１１６によって高圧ラインＰに接続されている。
【００２２】
図６ａは、ピストンが、矢印によって示される方向にツールから離れるように駆動される、戻りストロークにあるデバイスを示している。バルブパイロットライン１０７は、ピストン１０２の前端部のアンダーカット２０８およびシリンダポート１２０，１２１を介して低圧ラインＴに接続されている。バルブに作用する液圧力により、バルブが左へ移動し、これにより、後部チャンバ１０６が低圧ラインＴに接続される。前部チャンバ１０５は、ピストンがルーツ１０３から離れるように駆動されるように、連続的に高圧に接続される。
【００２３】
図６ｂは、ピストンのアンダーカット２０８が、シリンダポート１２０および前部チャンバを介して、バルブパイロットライン１０７を高圧ラインＰに接続し、バルブを強制的に右位置に切り替え、これにより、後部チャンバ１０６が高圧ラインＰに接続される配置にあるピストンを示している。後部チャンバのピストン面積１１２は、前部チャンバのピストン面積１１３よりも大きいため、正味の液圧力がピストンをツール１０３に向けて駆動する。ピストンがツールに衝突する直前に、バルブパイロットラインが再び低圧ラインに接続されて制御バルブが左に移動し、サイクルが繰り返される。
【００２４】
シリンダポート１２１は、前部シール１１０にシール排水を提供するため、専用のシール排水ポートは不要である。
【００２５】
本発明に関して本明細書で使用される場合、「備える／備えている」という用語および「有する／含む」という用語は、述べられた特徴、整数、ステップまたは構成要素の存在を指定するために使用されるが、１つまたは複数の別の特徴、整数、ステップ、構成要素またはそれらの群の存在または追加を排除するものではない。
【００２６】
明確性のために、別個の実施形態の文脈で説明される本発明の特定の特徴は、単一の実施形態において組み合わせて提供されてもよいことが理解されよう。逆に、簡潔性のために、単一の実施形態の文脈で説明される本発明の様々な特徴もまた、別個に、あるいは任意の適切なサブコンビネーションで提供されてもよい。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【国際調査報告】
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