JP5843242B2 - 液圧式衝撃装置、ピストンガイド及び掘削装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文による液圧式衝撃装置に関するものである。

衝撃液圧式削岩機は、ケーシングを備えており、そのケーシング内において衝撃ピストンが前方及び後方に動いて軸アダプタに衝撃を与えるようにされている。さらに回転モータから軸アダプタに回転が伝達される。その結果、衝撃エネルギー及び回転は、軸アダプタから一つ或いは幾つかのドリルロッド及びドリルビットを介して岩盤に伝達されて、岩盤にせん孔が形成される。

一つ或いは幾つかのブッシングは、衝撃ピストンを密閉するために設けられている。幾つかの解決策は、ブッシング上の負荷が低いことやブッシングの商品寿命が可能な限り長いことを保証するために利用可能である。特許文献１には、削岩機でも使用可能である液圧式ハンマー用の装置が開示されている。ピストンブッシングの直ぐ近くにある第一のチャンバーは、油圧オイルが戻りラインに排出されるので、ブッシングは可能な限り低い圧力の油圧オイルに晒されるようになる。高い圧力の油圧オイルの入った第二のチャンバーは、ピストンとケーシングの間に形成されるギャップによって前記第一のチャンバーから分離されている。

先行技術の問題点は、ピストンとケーシングとの間のギャップ中の圧力差が（該圧力差は、高い圧力の油圧オイルの入った第二のチャンバーと排出された第一のチャンバーとの間の圧力差のことである）ギャップの長手方向に沿って油圧オイルを押し出すことにある。油圧オイルが圧力によって駆動されているのと同じ方向にある速度でピストンが動く場合に、流体の速度及び容量は大きくなる。この油圧オイルは、ピストンの表面に沿って膜中を高速で流出して、ピストンブッシングと接触する。油圧オイルは、浸食を引き起こすだけではなくブッシングの商品寿命を短くする。それによってブッシングリングを部分的に捲り上げて漏洩を引き起こす。

ピストンブッシングが二つのブッシングを直列に備える場合には、圧力はこれらの場合ブッシング間に確立され、そして内側ブッシングの端部上で内側ブッシングを回転させ、外側ブッシングをピストンに沿って押し出すようになる。このようにしてブッシングの組合せの大失敗が生じる。

同様の問題は、ピストン以外の他の可動構成要素でも同じように生じる可能性がある。

特許文献２には、ピストン式圧縮機におけるピストンが開示されており、ピストン表面から油圧オイルを取り除くためにピストンの周囲に可動ストリッピングリングが配置されている。ストリッピングリングは、圧縮機のケーシング或いはピストンのいずれにも取り付けられておらず、従って自由に動いて、その動作中部分的にピストンに付随して動く。削岩機における油圧オイルの圧力は比較的高く、特許文献２に記載された解決策は、この場合同様に機能しない。リングはピストン上でまたは相互に摩耗する。さらに結果は、リングの瞬間的な位置に非常に強く依存する。特にリングが動作するための空間を持つようにされていること、及びリングが他の何のためにも使用されないことを考慮すると、リングは多くの空間を占めている。しかもリングが配置される大きなチャンバーは大きな空間を占め、ケーシングを弱めている。

米国特許第７，１５２，６９２号 米国特許第６，３６７，８０５号

本発明は、ケーシング内にピストンなどの変位可能な装置を有する液圧式削岩機に関するものである。ケーシング内には、以下の構成要素が変位可能に配置されている。すなわち、
油圧オイルの戻りラインに接続される第一のチャンバー、
第一のチャンバーの第一側面に配置され、しかも変位可能な装置に沿った第一のギャップによって第一のチャンバーから分離されたブッシング、及び
第一のチャンバーの圧力より高い油圧オイルの圧力を備えて第一のチャンバーの第二側面に配置され、変位可能な装置に沿った第二のギャップによって第一のチャンバーから分離された第二のチャンバー。
本発明によれば、第三のチャンバーは第二のギャップと第一のチャンバーとの間に固定して配置されている。第三のチャンバーは、第一の通路だけでなく変位可能な装置に沿った第三のギャップも介して第一のチャンバーに接続される。

本発明による利点は、隣接したブッシングにおける負荷を減少し、密閉機能の欠如による危険を軽減して削岩機の駆動時間を延長することにある。これは、分枝路に沿って送られる油圧オイルによって達成され、よって先行技術の場合のように高速でブッシングに衝撃を与えることがない。

ケーシング内に第三のチャンバーを配置することによって或いはその他の特徴においてストンガイドなどをケーシング内に固定配置することによって、予測可能な結果が得られ、比較的高圧の油圧オイルにも耐えることができる装置を得ることができる。

一つの実施形態によれば、第三のチャンバーはピストンガイド内に配置される。これの利点は、ピストンガイドが二つの機能に使用されるということであり、しかも多くの空間を占領しない小型の解決策が提供できる。
本発明は、好ましい実施形態を用い添付図面を参照して詳細に説明される。

先行技術の一つの例を示す断面図。 先行技術の別の例を示す断面図。 先行技術の別の例を示す断面図。 本発明の第一の実施形態を示す断面図。 本発明の第二の実施形態を示す断面図。 本発明の第三の実施形態を示す断面図。

図１、図２及び図３は、液圧式削岩機のケーシング１１の一部を示している。衝撃ピストン１は、多かれ少なかれ円筒状の仕切り部のケーシング１１に配置されている。ピストン１は、前方及び後方に動いて軸アダプタ（図示されていない）に衝撃を与え、このようにして衝撃エネルギーを一つ或いは幾つかのドリルロッド（図示されていない）及び一つのドリルビット（図示されていない）を介して岩盤に伝達する。ピストンには、ピストン１を往復運動で駆動させる油圧オイルからの油圧用の駆動領域である二つのランドを備えている。ピストン１は常時軸アダプタに直接衝撃を与えながらピストン１の二つのランドが円筒状の仕切り部の壁と接触するのを回避するために、ピストンガイド３はピストン１の各端部でケーシング１１内に配置されている。

図１及び図２をそれぞれ参照すると、一つ或いは幾つかのブッシング６はピストン１に対して密閉するために配置されている。ブッシング６は、ケーシング１１に配置された第一のチャンバー５の第一の側に配置されている。ピストン１に沿った第一のギャップ１２は第一のチャンバー５からブッシング６を分離している。第一のチャンバー５は、油圧オイルの戻りライン７に接続され、ブッシング６は油圧オイルの可能な限り低い圧力に晒されるようにされている。第一のチャンバー５の第二の側において、ケーシング１１内に一つ或いは幾つかの第二のチャンバー２が設けられており、第二のチャンバー２は油圧オイルの高い圧力にある。第二のチャンバー２は、ピストンガイド３とピストン１との間にピストン１に沿って形成される第二のギャップ４によって第一のチャンバー５から分離されている。

同じ機能をもつ代わりの構成は図３に示され、ピストンガイド３はブッシング６まで完全に伸長して、排出された第一のチャンバー５はピストンガイド３に配置している。ピストンガイド３の通路１３は、戻りライン７に第一のチャンバー５を接続するために設けられている。

油圧オイルの高い圧力で第二のチャンバー２から発生される油圧オイルは、ブッシング６を破損せずに戻りライン７を通って排出されるようにしている。しかし、ピストン１とピストンガイド３との間の第二のギャップ４で油圧オイルの高い圧力を備えた第二のチャンバー２と、排出された第一のチャンバー５との間の圧力差は、第二のギャップ４の長手方向に沿って油圧オイルを押し出す。圧力によって油圧オイルが駆動されているのと同じ方向にピストン１がある速度で動いている場合、流体の速度及び容量は大きくなる。この油圧オイルは、ピストン１の表面に沿って膜状に高速で流れ出てブッシング６と接触する。油圧オイルは、ブッシング６の商品寿命を短くする浸食を引き起こすだけではなく、ブッシング６を部分的に捲り上げて漏洩をも引き起こしてしまう。

図２に示すように、ピストンブッシングが二つのブッシング６を直列で備える場合には、圧力はブッシング６間に確立され、そして内側ブッシング６をその端縁部上で回転させ、外側ブッシング６をピストン１の表面に沿って押し出す。このようにしてブッシングの組合せは完全に失敗となる。

図４は、本発明の第一の実施形態を示し、ピストン１に沿って流れブッシング６上に衝撃を与える油膜の量及び速度を減らすようにされており、それによってブッシング６上の負荷を軽減するようにしている。第三のチャンバー８はピストンガイド３に設けられている。第三のギャップ９は、第三のチャンバー８と第一のチャンバー５との間のピストン１に沿って設けられている。さらに、第一の通路１４は、第三のチャンバー８と第一のチャンバー５との間の別の位置に設けられている。第一の通路１４は、例えば一つ或いは幾つかの穴を含んでいてもよい。第一の通路１４が第三のギャップ９より大きければ、油圧オイルは第一の通路１４を自由に流れる。流れ方向において第一の通路１４の横断面積は第二のギャップ４の横断面積の少なくとも２倍であることが適切である。

第一の通路１４を通る油圧オイルの自由な流れは、第三のチャンバー８における油圧オイルの圧力が第一のチャンバー５における圧力とほぼ同じになることを保証する。従って、第三のギャップ９を通って油圧オイルを駆動する圧力勾配は無視できる。従って、ほとんどの油圧オイルは第一の通路１４を通って第一のチャンバー５内に送られ、そして戻りライン７を通って排出される。これによって、第二のギャップ４を通って高速で流れる油圧オイルの大部分がブッシング６に衝撃を与えるのを阻止し、それによってブッシング６における負荷は軽減される。

図５には、機能が類似である構成を示し、ピストンガイド３と第一のチャンバー５の壁との間に個別のブッシング１０が配置されている。第一の通路８は、この場合、ピストンガイドに第一の凹み８を備えることができ、第一の凹み８はブッシング１０に接触している。代わりに、第一の凹み８は、ブッシング１０に設け、ピストンガイド３に接触してもよい。さらに、ブッシング１０は戻りライン７に第一のチャンバー５を接続するための第二の通路１５を有している。第二の通路は、第一のチャンバー５の壁に接触している第二の凹み１５を含んでいてもよい。

図６には、機能が類似している構成を示し、この例では、ブッシング１０はブッシング６のための第四のチャンバー１６を備えている。この場合、第二の通路１５は穴を備えているのが適切である。選択肢としては、個別のブッシング１０を省略すること、またピストンガイド３を完全な距離拡張して、両方の通路１４、１５及び第四のチャンバー１６を含めることである。この場合、通路１４及び１５は両方とも穴を含んでいることが適切である。

第三のギャップ９の高さは、第二のギャップ４の高さのおよそ０．５から１０倍であるべきである。第二のギャップ４及び第三のギャップ５は等しい高さであることが望ましい。第三のギャップ９の高さが小さすぎる場合には、第三のギャップ９において摩耗が起こる。一方、第三のギャップ９の高さが大きすぎる場合には、油圧オイルのあまりにも大きな容量がこの通路に沿って流れる。しかし、第三のギャップ９の端部を横切っての圧力勾配が低くそして本発明が機能するより広い範囲に渡ることが認められる場合には、第三のギャップ９の高さが大きすぎるという条件は些細な問題である。

第三のギャップ９の長さは、第二のギャップ４の高さのおよそ５０から５００倍であることが適切である。第三のギャップ９の長さが短すぎる場合には、あまりにも小さな効果が得られ、一方、第三のギャップ９の長さが大きすぎる場合に、削岩機の全長に亘って悪い影響を与える。

衝撃ピストンはすべての例において特定されているが、解決策が例えば減衰ピストンなど他の変位可能な装置を用いて機能することは明らかである。同様にして、ピストンガイド３に第三のチャンバー８を設けることは必要ではなく、第三のチャンバー８は、ケーシング１１の壁或いはケーシング１１に固定された別の装置に直接的に設けることができる。

１つのブッシング６を備えた例が図示されているが、しかし、本発明は縦並びの二つ以上のブッシング６に対して同じ保護を提供する。図２に示される先行技術の解決策は、この場合比較されるべきである。さらに、ブッシング以外の敏感な部分を同じように保護することができる。

効果を高めるために、第三のギャップ９を直列に備えた幾つかの第三のチャンバー８を有することも可能である。

本発明は、削岩機だけでなく例えば類似の問題点を抱えた液圧式ハンマー及びその他の同様な装置においても機能するものである。

本発明は、当然上述の例に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内で変更することができる。

１ ピストン
２ 第二のチャンバー
３ ピストンガイド
４ 第二ギャップ
５ 第一のチャンバー
６ ブッシング
７ 戻りライン
８ 第三のチャンバー；第一の凹み
９ 第三ギャップ
１０ ブッシング
１１ ケーシング
１２ 第一ギャップ
１３ 通路
１４ 通路
１５ 第二の通路；第二の刻み付け
１６ 第四のチャンバー

Claims (12)

1. ケーシング（１１）内の変位可能な装置（１）を有し、該ケーシング（１１）内に、
   油圧オイルの戻りライン（７）に接続される第一のチャンバー（５）と、
   第一のチャンバー（５）の第一側に配置され、変位可能な装置（１）に沿った第一のギャップ（１２）によって第一のチャンバー（５）から分離されたブッシング（６）と、
   第一のチャンバー（５）の圧力より高い油圧オイルの圧力を備え、第一のチャンバー（５）の第二側に配置され、変位可能な装置（１）に沿った第二のギャップ（４）によって第一のチャンバー（５）から分離された第二のチャンバー（２）と
   設けられ、
   第二のギャップ（４）と第一のチャンバー（５）との間に第三のチャンバー（８）が固定配置され、また
   第三のチャンバー（８）が、変位可能な装置（１）に沿って第一の通路（１４）だけでなく第三のギャップ（９）によっても第一のチャンバー（５）に接続されていること
   を特徴とする液圧式衝撃装置。
2. 変移可能な装置（１）が衝撃ピストン或いは減衰ピストンなどのピストンであることを特徴とする請求項１に記載の液圧式衝撃装置。
3. 第三のチャンバー（８）がケーシング（１１）内に設けたピストンガイド（３）内に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液圧式衝撃装置。
4. ピストンガイド（３）がさらにブッシング（６）のための第四のチャンバー（１６）を備えていることを特徴とする請求項３に記載の液圧式衝撃装置。
5. 第三のチャンバー（８）が、ケーシング（１１）内に配置されたピストンガイド（３）とケーシング（１１）内に配置されたブッシング（１０）との間に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液圧式衝撃装置。
6. ブッシング（１０）がさらにブッシング（６）のための第四のチャンバー（１６）を備えていることを特徴とする請求項５に記載の液圧式衝撃装置。
7. 第三のギャップ（９）の高さが第二のギャップ（４）の高さの０．５から１０倍であることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の液圧式衝撃装置。
8. 第三のギャップ（９）の長さが第二のギャップ（４）の高さの５０から５００倍であることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の液圧式衝撃装置。
9. 第一の通路（１４）の横断面積が第二のギャップ（４）の横断面積の少なくとも２倍であることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の液圧式衝撃装置。
10. 液圧式削岩機或いは液圧式ハンマーであることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の液圧式衝撃装置。
11. ピストン（１）を備えた削岩機のケーシング（１１）に装着するためのピストンガイド（３）であって、
    ピストン（１）の横方向でピストンガイド（３）とピストン（１）の間に且つ第一のチャンバー（５）とピストン（１）の長手方向に沿った第一のチャンバー（５）における圧力よりも高い油圧オイルの圧力を備えた第二のチャンバー（２）との間にギャップ（４）が形成されるようにされ、
    ピストンガイド（３）が第三のチャンバー（８）を備え、第三のチャンバー（８）が、ギャップ（４）と第一のチャンバー（５）との間に固定配置されるように設けられ、第三のチャンバー（８）が、ピストン（１）に沿って第一の通路（１４）だけでなく第三のギャップ（９）によっても第一のチャンバー（５）に接続されていること
    を特徴とするピストンガイド。
12. 請求項１〜１０の何れか一項に記載の液圧式衝撃装置を備えた掘削装置。

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