JP2007077579A - 回転打撃式削孔装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成より、シリンダの後方部におけるピストンハンマの進退動作の切替えを素早く行うことができ、しかもその切替え時に伴う衝撃力を緩和して装置に対する損傷を防ぐことが可能な回転打撃式削孔装置を提供する。
【解決手段】削孔ビット４に対してダウンザホールハンマにより打撃力を付与するように構成した回転打撃式削孔装置において、シリンダ２の後端部にピストンハンマ１の外周部が摺接することにより密閉されるクッション室３０を設けるとともに、その手前にピストンハンマ１の外周部との間に流通間隙が形成される拡径部２９を設け、ピストンハンマ１の後退時に、それらの拡径部２９とピストンハンマ１の外周部との間に形成される流通間隙を介して加圧エアをピストンハンマ１の後部へ流通させ、更にその加圧エアをクッション室３０に閉込めて増圧しながらピストンハンマ１の進退動作を切替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、進退可能に構成された削孔ビットに対してダウンザホールハンマにより打撃力を付与するように構成した回転打撃式の削孔装置に関する。

この種の削孔ビットに対して回転力と打撃力を付与して掘削を行う回転打撃式の削孔装置における打撃力の付与の仕方は、トップハンマ方式とダウンザホールハンマ方式に大別される。後者のダウンザホールハンマ方式は、先端の削孔ビットを直接的に打撃することから、掘削性能が高く、大深度削孔にも有効である。ところで、このダウンザホールハンマ方式を採用する回転打撃式削孔装置において、ピストンハンマ作動用の流体通路を合理的に配置することによりシリンダの外径の縮小を試みた従来技術が開示されている（特許文献１）。しかしながら、この従来技術は、流体通路の設置スペースが狭く、充分な通路面積を確保しにくいだけでなく、ピストンハンマの後方部における進退動作の切替えがそれらの流体通路の切替えにより行われるため、大きな質量からなるピストンハンマの慣性力を吸収して素早い切替え動作を実現するには技術的な困難が伴った。延いては、そのピストンハンマの後方部における進退切替え動作に関する制約が削孔径の縮小化の障害になるという技術的問題があった。
特開平６−７３９７１号公報

本発明は、以上のような従来の技術的状況に鑑みて開発したもので、簡単な構成より、シリンダの後方部におけるピストンハンマの進退動作の切替えを素早く行うことができ、しかもその切替え時に伴う衝撃力を緩和して装置に対する損傷を防ぐことが可能な回転打撃式削孔装置を提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するため、本発明では、削孔ビットに対してダウンザホールハンマにより打撃力を付与するように構成した回転打撃式削孔装置において、シリンダの後端部にピストンハンマの外周部が摺接することにより密閉されるクッション室を設けるとともに、そのクッション室の手前に前記ピストンハンマの外周部との間に流通間隙が形成される拡径部を設け、ピストンハンマの後退時に、前記拡径部と該ピストンハンマの外周部との間に形成される前記流通間隙を介して加圧エアをピストンハンマの後部へ流通させ、更にその加圧エアを前記クッション室に閉込めて増圧しながらピストンハンマの進退動作を切替えるという技術手段を採用した。

本発明によれば、次の効果を得ることができる。
（１）ピストンハンマの進退切替え動作においては、前記拡径部とピストンハンマの外周部との間に形成される流通間隙を介して加圧エアがピストンハンマの後部へ流通し、更にその加圧エアがクッション室に閉込められて増圧されるように構成したので、ピストンハンマの前進動作への切替えに必要な高圧エアの形成にかかる所要時間を大幅に縮小できることから、素早い切替え動作が得られ、掘削性能の向上にもきわめて有効である。
（２）ピストンハンマの前進動作への切替えに必要な高圧エアの形成にかかる所要時間が大幅に縮小されるに拘らず、その動作方向の切替え時に作用する衝撃力は前記クッション室による緩衝作用により効果的に減衰されることから、装置に対する損傷を効果的に防ぐことが可能である。
（３）さらに、前記切替え動作後のピストンハンマの前進時においては、その切替え直後に前記拡径部とピストンハンマの外周部との間に形成される流通間隙を介して加圧エアがピストンハンマの後部のリアチャンバに流入し、リアチャンバ内の内圧が急増してピストンハンマの前進動作を加速することから、立上がりのよい切替え動作が得られる。
（４）以上のように、シリンダの後端部にピストンハンマの外周部が摺接し得るクッション室を設けるとともに、そのクッション室の手前にピストンハンマの外周部との間に流通間隙が形成される拡径部を設けるという、シリンダの外径に対する影響の少ない簡単な構成によって素早い切替え動作や緩衝作用が得られるので、ダウンザホールハンマ回転打撃式削孔装置を小口径用として適用する上できわめて有効である。

本発明は小口径用の回転打撃式削孔装置としてきわめて有効であるが、種々の口径用としても適用が可能である。また、単体の削孔ビットを使用する単管削孔装置としても、インナービットとその外周部に配設されたアウタービットを使用する二重管削孔装置としても適用が可能である。要は、削孔ビットに対してダウンザホールハンマにより打撃力を付与するように構成した回転打撃式削孔装置であれば、シリンダやピストンハンマの径如何や、削孔ビットの形態如何に関わらず、広く適用することが可能である。

図１は本発明の一実施例の要部を示した縦断面図である。図中１はピストンハンマで、シリンダ２の内部に摺動可能に嵌装されている。シリンダ２の先端部には、そのシリンダ２の端部に螺着された案内支持部材３を介して削孔ビット４が進退可能に嵌装されており、該削孔ビット４の後端部をピストンハンマ１により打撃することにより打撃力が伝達されるように構成されている。削孔ビット４の先端部には複数個の削孔用チップ５が備えられており、内部にはエア流通用の内部流通路６が形成されている。この内部流通路６の上流側はバルブ細管７を介してピストンハンマ１の内部に形成された内部流通路８に対して嵌入・脱離可能に構成され、下流側は流出孔９を介して外部に連通されている。また、削孔ビット４は案内支持部材３の内面との間に形成されたスプライン結合によって前後方向のみ摺動可能に案内され、シリンダ２の回転動作によって共に回転するように構成されている。削孔ビット４の後部外周面には、凹部１０が形成されており、シリンダ２側に固定された係止部材１１との係合によって削孔ビット４のストロークが規制されるように構成されている。

前記ピストンハンマ１は、中央部の小径部１２と両側の大径部１３，１４から構成され、前方の大径部１３をシリンダ２の内面に摺接するとともに、後方の大径部１４をシリンダ２の後端部に螺入された給気管１５の連結部１６の内面に摺接することにより、ピストンハンマ１を両側で軸線方向に進退可能に支持している。給気管１５からは加圧エアが供給され、バルブシート１７に接離可能に配設された逆止弁１８を介してバルブ室１９に流入した後、シリンダ２と給気管１５の連結部１６との間に形成された連通路２０を経て給気口２１から給気されるように構成している。なお、逆止弁１８の背圧側にはバネ材２２が配設されるとともに、バルブ細管２３が一体的に形成されており、ピストンハンマ１の内部流通路８に対して嵌入・脱離可能に構成されている。

次に、加圧エアの流れと共にピストンハンマ１の打撃動作に関して説明する。しかして、図１に示した削孔ビット４の前進状態から地盤からの反力によって、図２のように削孔ビット４がシリンダ２に対して相対的に後退（図において上動）した場合には、前記給気口２１からピストンハンマ１の小径部１２の周囲のシリンダ２との間隙２４へ加圧エアが流入し、さらにピストンハンマ１の大径部１３の外周面の後半部に形成された縦溝２５及びシリンダ２の内周面に形成された凹部２６を経てピストンハンマ１と削孔ビット４の後端部との間に流入し、図３に示したようにフロントチャンバ２７を拡大しながらピストンハンマ１を後退させることになる。本実施例では、図１に示したように、前記凹部２６は、前進状態の削孔ビット４の後端部から離れた位置まで形成し、その凹部２６が形成されていない部分をクッション室として構成している。これにより、後述のように、軟弱な地盤の掘削時における装置の損傷を軽減することが可能である。

しかして、上述のように、図２においてピストンハンマ１と削孔ビット４の後端部との間に加圧エアが供給されると、図３に示したようにフロントチャンバ２７が拡大し、ピストンハンマ１が後退する。この図２から図３へのピストンハンマ１の後退動作においては、ピストンハンマ１の後方のリアチャンバ２８がピストンハンマ１の内部流通路８、削孔ビット４の内部流通路６及び流出孔９を介して外部へ開放されているので、ピストンハンマ１はスムーズに後退する。そして、やがて図示のように縦溝２５が凹部２６から外れると、フロントチャンバ２７への加圧エアの供給が停止され、同時にピストンハンマ１の内部流通路８の後端側にバルブ細管２３が嵌入し、リアチャンバ２８が密閉される。因みに、この状態においても、フロントチャンバ２７には加圧エアが充満されているので、ピストンハンマ１は、リアチャンバ２８を圧縮しながら後退動作を継続する。

そして、図４の状態に至ると、ピストンハンマ１の後方の大径部１４が給気管１５の連結部１６の内面に形成した凹部からなる拡径部２９内に位置し、給気口２１からの加圧エアがそのピストンハンマ１の大径部１４の外周部と拡径部２９との間隙を介してリアチャンバ２８に流入する。そして、さらにピストンハンマ１が後退すると、図５のように大径部１４により後方のクッション室３０が密閉され、ピストンハンマ１に対する前進方向への押圧力が急増する。同時に、前方のバルブ細管７がピストンハンマ１の内部流通路８から抜けて脱離するので、フロントチャンバ２７内の加圧エアはバルブ細管７、削孔ビット４の内部流通路６及び流出孔９を介して外部へ放出され、フロントチャンバ２７の内圧は激減する。その結果、ピストンハンマ１は前進動作に切替えられる。

しかる後、ピストンハンマ１の前進動作が図６の状態まで進むと、給気口２１からの加圧エアがピストンハンマ１の大径部１４と前記拡径部２９との間隙を介してリアチャンバ２８に流入し、リアチャンバ２８内の内圧が急増する結果、ピストンハンマ１の前進動作が加速される。本発明は、以上のようにシリンダ２の後端部にピストンハンマ１の外周部が摺接することにより密閉されるクッション室３０を設けるとともに、その手前にピストンハンマ１の外周部との間に流通間隙を形成するための凹部からなる拡径部２９を設けた点を特徴としており、これによりピストンハンマ１の後退時には、前記拡径部２９とピストンハンマ１の外周部との間に形成される流通間隙を介して加圧エアがピストンハンマの後部へ流通し、更にその加圧エアがクッション室３０に閉込められて増圧される結果、ピストンハンマ１の前進動作への切替えが助勢されることになる。また、その切替え後のピストンハンマ１の前進時には、切替え直後に給気口２１からの加圧エアがピストンハンマ１の大径部１４の外周部と前記拡径部２９との間隙を介してリアチャンバ２８に流入し、リアチャンバ２８内の内圧が急増する結果、ピストンハンマ１の前進動作が加速されることになる。すなわち、本発明によれば、前記拡径部２９及びクッション室３０の設置によって、ピストンハンマ１の後退動作から前進動作への素早い切替え動作が可能となり、掘削性能の向上にも有効であるとともに、その動作方向の切替え時に作用する衝撃力はクッション室３０による緩衝作用により効果的に減衰されるので、装置に対する損傷を効果的に防ぐことも可能である。なお、図６に示したように、ピストンハンマ１が前進動作を始めてから間もない時期に、ピストンハンマ１の内部流通路８の前端側にバルブ細管７が嵌入して、フロントチャンバ２７が密閉される。その後、図７に示したようにピストンハンマ１が前進して大径部１４の外周部と前記拡径部２９との間隙が遮断されても、フロントチャンバ２７内は低圧のままであることから、リアチャンバ２８内の加圧エアによりピストンハンマ１の前進動作が継続される。

そして、図８に示したように、ピストンハンマ１の前方の大径部１３に形成した縦溝２５とシリンダ２の内周面に形成された凹部２６との連通が開始されると、給気口２１からピストンハンマ１の小径部１２の周囲のシリンダ２との間隙２４を介して供給される加圧エアがフロントチャンバ２７へ流入して、ピストンハンマ１の後退動作への切替えの準備に入る。因みに、このフロントチャンバ２７への加圧エアの流入によりピストンハンマ１の前進動作に対してブレーキがかかることになるが、この時点では、ピストンハンマ１はそれ自体の慣性によって高速での前進動作を維持するように各部の寸法が設定されている。

しかして、ピストンハンマ１が高速で更に前進すると、図９に示したように削孔ビット４の後端面を打撃することになる。この打撃の瞬間におけるピストンハンマ１と削孔ビット４との間のエアは凹部２６側へ逆流したり削孔ビット４の外周部のスプライン結合部から逃げることになる。なお、この打撃動作の際には、後方のバルブ細管２３はピストンハンマ１の内部流通路８の後端側から抜けて脱離した状態にあり、リアチャンバ２８は内部流通路８、削孔ビット４の内部流通路６及び流出孔９を介して外部へ開放された状態にある。そして、硬質の地質部分を掘削中の場合には、掘削量が小さいことからピストンハンマ１の打撃を受けても削孔ビット４はあまり前進しない。しかも、図９の状態では給気口２１がピストンハンマ１の小径部１２の周囲のシリンダ２との間隙２４に連通した状態にあり、打撃後のピストンハンマ１と削孔ビット４との間には加圧エアが供給され続けるので、更に以上の図２〜図９の動作を繰返すことになる。

これに対して、軟弱な地質部分を掘削する場合には、１回の打撃毎の掘削量が大きく、図９に示したようにピストンハンマ１が高速で削孔ビット４の後端面を打撃すると、削孔ビット４は図１０に示したように前進する。この図１０の場合には、給気口２１とピストンハンマ１の小径部１２の周囲のシリンダ２との間隙２４との連通が大径部１４により遮断された状態にある。さらに、以上の打撃動作を再度実行させるには、装置を押込んで地盤からの反力により削孔ビット４をシリンダ２に対して相対的に後退（図において上動）させて、前記給気口２１と間隙２４を連通させることにより可能である。

ところで、この地質が軟弱な場合の掘削においては、図８に関して説明したようにフロントチャンバ２７へ加圧エアが供給された際に、その加圧エアによって削孔ビット４が前進してしまうこともある。また、打撃時のピストンハンマ１と削孔ビット４との間のエアの圧力上昇や、打撃タイミングのずれなどによって打撃位置が前方（図において下方）にずれることがある。このような場合には、地盤からの反力が弱いため、削孔ビット４に作用した打撃力を前記係止部材１１を介して装置側で受止めなければならないことから装置が損傷を受けやすい。本実施例では、この装置の損傷を軽減するため、図１１に示したように、凹部２６が形成されていない前方の部分をクッション室３１として構成するという技術手段を採用した。すなわち、図示のように、ピストンハンマ１の前進に伴って削孔ビット４の後端面との間に閉じられたクッション室３１が形成されるので、そのクッション手段としての緩衝機能により削孔ビット４に対する打撃力が緩和され、装置が損傷から保護されることになる。なお、クッション室３１内のエアはやがて削孔ビット４の外周部のスプライン結合部から漏出することになる。因みに、このクッション手段としては、バネ材等の弾性手段を付設する形態も可能である。

本発明の一実施例の要部を示した縦断面図である。 同実施例の動作過程を示した縦断面図である。 同実施例の動作過程を示した縦断面図である。 同実施例の動作過程を示した縦断面図である。 同実施例の動作過程を示した縦断面図である。 同実施例の動作過程を示した縦断面図である。 同実施例の動作過程を示した縦断面図である。 同実施例の動作過程を示した縦断面図である。 同実施例の動作過程を示した縦断面図である。 同実施例の動作過程を示した縦断面図である。 同実施例の動作過程を示した縦断面図である。

符号の説明

１…ピストンハンマ、２…シリンダ、３…案内支持部材、４…削孔ビット、５…削孔用チップ、６…内部流通路、７…バルブ細管、８…内部流通路、９…流出孔、１０…凹部、１１…係止部材、１２…小径部、１３，１４…大径部、１５…給気管、１６…連結部、１７…バルブシート、１８…逆止弁、１９…バルブ室、２０…連通路、２１…給気口、２２…バネ材、２３…バルブ細管、２４…間隙、２５…縦溝、２６…凹部、２７…フロントチャンバ、２８…リアチャンバ、２９…拡径部、３０，３１…クッション室

Claims (1)

1. 削孔ビットに対してダウンザホールハンマにより打撃力を付与するように構成した回転打撃式削孔装置において、シリンダの後端部にピストンハンマの外周部が摺接することにより密閉されるクッション室を設けるとともに、そのクッション室の手前に前記ピストンハンマの外周部との間に流通間隙が形成される拡径部を設け、ピストンハンマの後退時に、前記拡径部と該ピストンハンマの外周部との間に形成される前記流通間隙を介して加圧エアをピストンハンマの後部へ流通させ、更にその加圧エアを前記クッション室に閉込めて増圧しながらピストンハンマの進退動作を切替えるように構成したことを特徴とする回転打撃式削孔装置。
   
   
   

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