JPH11159272A - 削岩機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 衝撃周波数が回転モータの回転速度に比例し
て変化し、ドリル鋼が動かなくなった場合に、衝撃ユニ
ットが自動的に止まるとともに、シンプルな構成を備
え、使用制限が少ない（応用がきく）削岩機を提供す
る。 【解決手段】 削岩機（９）は、回転モータ（１０）
と、衝撃バルブ（１７）有する衝撃ユニット（１１）と
を備え、回転ユニットと衝撃ユニット（１１）とは制御
ユニット（３４）にある別個のバルブ（３９、４６）に
よって操作され、衝撃ユニット（１１）の衝撃周波数
は、回転モータ（１０）が停止するときには衝撃ユニッ
ト（１１）が停止するように回転モータ（１０）の回転
数に連動しており、この連動は流体駆動手段を採用する
ことにより、機械的クラッチ機構なしに達成され、ドリ
ル棒を分解する際には、手動で流体結合をバイパスする
ことにより、動かなくなったネジ山を衝撃ユニット（１
１）から緩くなった状態で振ることができ、ドリル穴中
でドリル棒が動かなくなった場合も同様に構成してあ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、削岩機に関する。
より詳しくは、回転モータと衝撃ユニットとを備えた削
岩機に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転モータと衝撃ユニットとを備えた削
岩機は、米国特許US 5 415 240号公報により公知であ
る。この削岩機の回転ギヤは、回転モータにより駆動さ
れている。また、この衝撃ユニットは、回転モータによ
りギヤリンクを介して駆動される回転バルブにより制御
されている。したがって、この削岩機は、衝撃周波数が
回転モータの回転速度に比例して変化する点、及びドリ
ル鋼が動かなくなった場合に、衝撃ユニットが自動的に
止まる点で有利であり、時間とドリル装置とをかなり節
約することができる。そして、この削岩機においてはそ
のことが実際立証されてきた。しかしながら、この削岩
機は構成がかなり複雑であるという問題点が見られた。

【０００３】また、欧州特許EP-A-145 701号公報には、
別の削岩機が開示されている。この削岩機によれば、衝
撃モータへの供給ラインの途中に、案内操作バルブが配
置されており、回転モータへの供給圧力は、このバルブ
の案内圧力として働く。したがって、ドリル鋼が穴の中
でスタック（停止）したときには、回転モータの回転速
度が低くなり、それゆえモータへの供給圧力が高くなる
ため、バルブが衝撃モータへの供給を閉じる。しかしな
がら、この解決方法は回転モータへの所定の供給圧力を
必要とする。したがって、この所定圧力をそのまま異な
った組成の岩には適用することは困難であり、この削岩
機を使用する際の制約が大きいという問題点が見られ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、米国
特許US 5 415 240号公報の削岩機の利点、すなわち、衝
撃周波数が回転モータの回転速度に比例して変化する
点、及びドリル鋼が動かなくなった場合に、衝撃ユニッ
トが自動的に止まる点を保持しつつ、よりシンプルな構
成を備え、使用制限が少ない（応用がきく）削岩機を提
供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、本発明
の削岩機である回転モータと衝撃バルブを有する衝撃ユ
ニットとを備えた削岩機によって達成される。すなわ
ち、本発明は、回転モータと、衝撃バルブを有する衝撃
ユニットとを備えた削岩機であって、この回転モータ
は、第１バルブを介して制御ユニットに供給されている
流体によって加圧されるとともに、衝撃ユニットは、第
２バルブを介してこの流体によって加圧されている。そ
して、回転モータが停止させられるときに衝撃ユニット
も停止するように、衝撃ユニットの衝撃周波数は、回転
モータの回転に連動している。また、回転モータのリタ
ーンラインには、スロットルが設けられており、これら
のスロットルの上流に向かう圧力は、衝撃ユニットを制
御するために用いられている。

【０００６】したがって、回転バルブは、制御ユニット
に供給されている流体によって第１バルブを介して圧力
を印加することが可能であり、衝撃ユニットは、第２バ
ルブを介してこの流体の圧力を印加することが可能であ
る。そして、回転モータのリターンラインには、スロッ
トルが配置されている。このスロットルの上流に向かう
圧力は、衝撃ユニットを制御するために用いられ、その
結果回転モータが引き止められるときに衝撃が止まるよ
うになっている。

【０００７】また、本発明の削岩機を構成するにあた
り、スロットルは、例えば、回転モータの回転数と衝撃
周波数との比率を調整可能であることが好ましい。

【０００８】また、本発明の削岩機を構成するにあた
り、スロットルは、第１バルブのリターンラインの途中
に設けられており、このスロットルの上流に向かう圧力
は、衝撃バルブに結合された２つのラインのうちの一つ
に配置され、スロットルの上流に向かう圧力が所定の値
に達しないときに、このラインをブロック（遮断）する
ように案内制御する第３バルブのための案内圧力（動作
圧力）であることが好ましい。

【０００９】また、本発明の削岩機を構成するにあた
り、第３バルブが、比例バルブであることが好ましい。

【００１０】また、本発明の削岩機を構成するにあた
り、回転モータへの二つのラインに、さらなるスロット
ルが設けられ、このスロットルは、リターンフローの方
向に開放するチェックバルブと並列に配置されているこ
とが好ましい。

【００１１】また、本発明の削岩機を構成するにあた
り、第３バルブと並列に、手動で（直接に又は遠隔で）
操作される第４バルブが設けられていることが好まし
い。

【００１２】また、本発明の削岩機を構成するにあた
り、回転モータへの流体ラインうちの一つ中における少
なくとも部分的な流れが、衝撃バルブを制御する脈動モ
ータによって、案内されていることが好ましい。

【００１３】また、本発明の削岩機を構成するにあた
り、回転モータが停止する前に脈動モータが停止するよ
うに、この脈動モータへのラインに、圧力低減バルブが
設けられていることが好ましい。

【００１４】また、本発明の削岩機を構成するにあた
り、脈動モータは、手動で、直接に又は遠隔で制御可能
な第３バルブによって追加的に加圧可能であることが好
ましい。

【００１５】また、本発明の削岩機を構成するにあた
り、脈動モータが、衝撃バルブを制御するための脈動バ
ルブを動かすことが好ましい。

【００１６】また、本発明の削岩機を構成するにあた
り、脈動モータが、衝撃バルブを直接駆動することが好
ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態１〜３を、以下
の図面を参照しながら、具体的に説明する。

【００１８】（第１の実施形態）図１は、削岩機９に用
いられる水圧機構を示す図である。この削岩機９は、ハ
ウジング（図示せず）を備えており、このハウジングに
は往復運動及び回転運動が可能となるようアダプタが設
けられている。このアダプタは、その前端部のところで
ドリル鋼を結合するための部材、例えば雄のねじ山を有
していてもよい。また、このアダプタは、ギヤリンクを
介して回転モータ１０に結合されている。なお、この構
成は米国特許第5 415 240 号公報の図１に開示された内
容に対応するものであり、本発明においても、米国特許
と同様の構成を採ることができる。

【００１９】また、アダプタには、同軸的に衝撃ユニッ
ト１１が設けられ、その衝撃ユニット１１には、シリン
ダ１２内をスライドするピストン１３とピストンロッド
１４とがそれぞれ設けられている。このピストンロッド
１４の前面が、アダプタの後端を打撃するように構成し
てある。このピストンロッド１４に対向するピストン面
１５は、供給圧力によって定常的に圧力が加えられてい
る。このピストン面１５に対向する面１６は、衝撃バル
ブ１７を介して、供給ライン１８からの供給圧力又はリ
ターンライン１９からのリターン圧力のいずれかに交替
的に結合されている。また、ピストン１３の最終位置の
一つに近接したシリンダ穴に連通する案内ライン２０、
２１を介して、バルブ１７のバルブスプール（valve sp
ool ）は、この２つのスイッチ（切り換え）位置へ、往
復的に駆動される。また、積算器２２、２３は、それぞ
れ別個に供給ライン１８及びリターンライン１９に結合
して設けられている。したがって、これらの積算器２
２、２３を設けることにより、衝撃ユニット１１を高容
量可能にしている。

【００２０】また、削岩機９は、４つの圧力ライン３０
〜３３を介して、制御ユニット３４に結合されている。
この制御ユニット３４は、回転モータ１０と衝撃ユニッ
ト１１とに供給される圧力を調整するための別個の結合
部３５、３６を有している。回転ユニット（回転モータ
１０）及び衝撃ユニット１１からのリターンは、一つの
共通又は二つの分離された結合部３７、３８のいずれを
有することもできる。

【００２１】回転モータ１０は、三位置四方向（ｔｈｒ
ｅｅ−ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ−ｆｏｕｒ−ｗａｙ）バルブ
３９により、この回転モータ１０がいずれの方向にも回
転できるように制御されている。一方向の回転は、削岩
動作を行い、他方向の回転はドリル棒を引き抜く動作を
行う。多数の国では、削岩方向は反時計回り方向であ
り、削岩時にはライン３０が加圧されている。ライン３
０、３１の各々において、例えばフロー速度が調整可能
なスロットル４０が、それと並列にスイッチ（切り換
え）され、リターン方向に開放するチェックバルブ４１
とともに設けられている。このようなスロットル４０を
用いることによって、両方の回転方向についてフロー速
度が各々調整可能になっている。結合部３７へのバルブ
３９のリターンにおいて、フロー速度が調整可能なスロ
ットル４２がさらに設けられている。

【００２２】また、衝撃ユニット１１への供給圧力は、
手動制御される２位置（ｔｗｏ−ｐｏｓｉｔｉｏｎ）バ
ルブ４６によって制御される。このバルブ４６により順
次スイッチされ、２方向の案内制御バルブ４７がそれと
並列の手動制御される２方向バルブ４８とともに設けら
れている。この案内制御バルブ４７は、スイッチバルブ
（開閉バルブ）又は示されたような比例バルブのいずれ
であってもよい。案内制御バルブ４７への案内圧力は、
バルブ３９とスロットル４２との間にある回転ユニット
のリターン圧力である。

【００２３】次に、削岩機９の動作について説明する。
上述した削岩機９は以下のように動作する。まず、通常
動作の場合、バルブ３９のバルブ部材は低位置にあり、
供給圧力がライン３０のスロットル４０に供給され、ラ
イン３１がリターン３７に結合されている。したがっ
て、バルブ４６がスイッチオンとなり、回転モータ１０
が回転すると、圧力ヘッドがスロットル４２の上流に向
かって発生し、バルブ４７もまたスイッチオンとなり、
衝撃ユニット１１が作動する。また、仮に、ドリルギヤ
が岩中で動けなくなった場合には、この回転モータ１０
及びライン３１のリターンフローが停止する。これによ
って、バルブ４７への案内圧力は急激に低下して、スイ
ッチオフとなり、衝撃ユニット１１を停止させる。その
場合、ドリル棒を引っ込めるためには、その削岩機９を
前車のところで引っ込める。そして、バルブ３９はスイ
ッチオフとなる。なお、必要であれば、衝撃ユニット１
１は、スイッチオンバルブ４８によってスイッチオンす
ることができ、回転モータ１０が停止した状態であって
も、削岩機をハンマーとして振動させることができる。

【００２４】また、ドリルギヤ、これは通常ネジ締めさ
れたいくつかのネジ棒を有しているが、このドリルギヤ
を取り外す場合には、まず最後のドリル棒をドリル穴か
ら引き出し、最後から２番目のドリル棒へスリーブのと
ころで固定装置を用いて固定された最後のドリル棒を取
り外すことができる。すると、バルブ３９が高位置にス
イッチされ、アダプタのところで緩める方向にトルクが
発生する。また、ネジ結合が動かなくなった場合には、
衝撃ユニット１１がスイッチオンバルブ４６、４８によ
ってスイッチオンされ、そのネジ結合を緩めることがで
きる。

【００２５】上述した削岩機９は、ハンマーとして、衝
撃ユニットと回転ギヤとが各々独立に駆動され、それで
もなお回転ユニットが回転しなくなったらすみやかに衝
撃ユニットが停止するので、種々の用途に用いることが
できる。したがって、動かなくなったドリル棒を引き出
すという骨の折れる、しかもしばしば不可能にさえなる
作業を避けることができる。また、スロットル４２は、
回転モータ１０が完全に止まる前にバルブ４７がすでに
スイッチオフとなるように調整することが可能である。
これによれば、ある程度の確率で、ドリル棒が動かなく
なるのを避けることができるという利点が得られる。

【００２６】また、バルブ４７を比例バルブとして設計
すれば、回転モータ１０の回転数の増加ともに衝撃周波
数を増加させることができる。回転数と衝撃周波数との
比率はスロットル４２を用いることによって調整可能で
あり、岩の種類によってこれを任意に変化させることが
できるので、削岩機を使用する際の制限が少なくなる。

【００２７】また、本発明の削岩機は米国特許5 415 24
0号に記載された削岩機より、構成がずっとシンプルで
ある。したがって、サイズを小さくすることができ、特
にトンネルの中や掘削装置の超構造（superstructures
of excavating machines）のような狭い空間で使用する
のに好適である。

【００２８】また、衝撃バルブ１７は、例えば横向きに
搭載することが可能であり、その場合、削岩機９を前車
に密接して搭載することができる。これによって、ドリ
ルを進める際に発生するモーメントは減少する。また、
回転運動と衝撃との間の水圧関連性は、回転ユニットか
らのリターンに由来するので、回転モーターへの供給圧
力とは無関係である。これによって、この削岩機は極め
て多用途であり、削岩すべき岩の組成にあわせて供給圧
力を最適に調整できるため、特に様々な岩状態のもとで
の削岩に対して好適である。このシステムは水圧でも空
気圧によっても操作可能である。バルブの駆動は、特に
削岩機９の外側のものでは、水圧でも空気圧でも電気的
にでも手動でもどれでも行うことができる。

【００２９】以下の第２および第３の実施形態の説明に
おいては、第１の実施形態での説明の繰り返しを避ける
ために、同じ部品については、第１の実施形態と同じ参
照番号をつけている。

【００３０】（第２の実施形態）図２の実施形態におい
ては、２つの調整可能なスロットル５２、５３は、リタ
ーンラインとして働くライン３１に結合されている。ス
ロットル５２は、削岩する際に、リターンラインの結合
部３７に結合されるバルブ３９の結合Ａ７にリンクされ
ている。これとは別のスロットル５３は、調整可能な圧
力低下バルブ５４を介して、他方の結合部が結合Ａ７に
同様に結合されている脈動モータ（容積脈動）モータ５
５の結合部５６にリンクされている。この脈動モータ５
５は、衝撃ユニット１１の結合部３６、３８に結合され
ている３方向脈動バルブ５７を駆動することができるよ
うにしてある。また、この脈動バルブ５７の放出口は、
案内ライン２１にリンクされている。

【００３１】そして、削岩中、ライン３１におけるリタ
ーンフローは、スロットル５２、５３によって、モータ
５５を駆動する２つの分岐フローに分割される。これに
よって、バルブ５７はモータ１０の回転数に比例した周
波数によって前後にスイッチすることができる。そし
て、衝撃周波数に対する回転数の比率はスロットル５
２、５３によって調整可能である。したがって、回転数
が極端に低下した場合には、この圧力低下が上流に向か
うスロットル５２、５３を調整したり、下流に向かうス
ロットル５３を調整し、結果として回転数の比率を調整
することができる。また、バルブ５４で調整可能である
最小限の回転数になるとバルブ５４が閉まり、回転モー
タ１０が完全に停止する前にモータ５５が停止し、衝撃
ユニット１１が停止する。それによって、ほとんどの場
合、ドリルの刃又はドリル棒が動かなくなることがなく
なる。

【００３２】時計方向に回転するとき、すなわちドリル
棒のネジ山を緩めるように回転する場合であって、供給
圧力の圧力ヘッドがバルブ３９の結合部Ａ７のところに
あるときにも、衝撃ユニット１１を動作できるようにす
るため、モータ５５の結合５６が、スロットル５８及び
手動バルブ５９を介して、追加的にライン３０にリンク
されている。その結果、回転モータ１０に緩める方向に
働くトルクがある際には、回転することなしに、言い換
えると、ネジ山が動かなくなった場合には、手動でこの
ネジ山を衝撃ユニット１１とかみ合わすことによって緩
めることができる。

【００３３】また、衝撃ユニット１１の自動シャットダ
ウン機構にもかかわらずドリル鋼が動かなくなった場
合、削岩機９は前進モータによって引っ込められる。手
動でバルブ５９によって衝撃ユニット１１をスイッチオ
ンしたとき、ピストン棒１４はアダプタを打撃すること
はない。しかしながら、ピストン面１５をシリンダーベ
ースのところでオイルクッションに対して打撃すること
により、削岩機ハウジングによって動かなくなった穴ギ
ヤを緩める。なお、スロットル５２、５３は、同様に一
つの分布バルブ、例えば比例バルブ、３方向バルブとし
て設計することもできる。また、オーストラリアの国の
ように、削岩機が時計方向において削岩するように用い
られる場合、回転モータ１０への結合は逆転される。

【００３４】（第３の実施形態）図３に示す実施形態
は、図２の実施形態のものと類似した構成（レイアウ
ト）を有しているが、スロットル５２、５３、圧力低下
バルブ５４、脈動モータ５５、結合部５６及びバルブ５
８、５９等が、削岩機９の中に備えられている点で異な
っている。また、バルブ５９は手動で操作されるのでは
なく、手動バルブ６４によって案内ライン６３を介して
案内制御されている。そして、脈動モータ５５は、衝撃
バルブ１７を直接駆動している。したがって、この場
合、衝撃バルブモータである。なお、第３の実施形態の
動作モードは、図２の実施形態とほぼ同様であるので、
ここでの説明は省略する。

【００３５】

【発明の効果】本発明の削岩機によれば、衝撃周波数が
回転モータの回転速度に比例して変化し、ドリル鋼が動
かなくなった場合に、衝撃ユニットが自動的に止まるこ
とにより、時間とドリル装置とを著しく節約（保護）す
ることができるようになった。また、本発明の削岩機の
構造は簡易であり、使用する岩石の種類を問わず広く使
用することができ、使用制限が少ない（応用がきく）削
岩機を提供することができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態である水圧機構を示す図であ
る。

【図２】第２の実施形態である別の水圧機構を示す図で
ある。

【図３】第３の実施形態であるさらに別の水圧機構を示
す図である。

【符号の説明】

９ 削岩機 １０ 回転モータ １１ 衝撃ユニット １２ シリンダ １３ ピストン １４ ピストンロッド １５ ピストン面 １６ ピストン面と対向する面 １７ 衝撃バルブ １８ 供給ライン １９ リターンライン ２０、２１ 案内ライン２０、２１ ２２、２３ 積算器 ３０、３１、３２、３３ 圧力ライン ３４ 制御ユニット ３５、３６ 結合部 ４１ チェックバルブ ４２、５２、５３ スロットル ５５ 脈動モータ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転モータ（１０）と、衝撃バルブ（１
   ７）を有する衝撃ユニット（１１）とを備えた削岩機で
   あって、 前記回転モータ（１０）は、第１バルブを介して制御ユ
   ニット（３４）に供給されている流体によって加圧され
   ており、前記衝撃ユニット（１７）は、第２バルブを介
   して前記流体によって加圧されており、 前記回転モータが停止させられるときには前記衝撃ユニ
   ットが停止するように、前記衝撃ユニットの衝撃周波数
   は前記回転モータ（１０）の回転に連動しており、 前記回転モータ（１０）のリターンライン（３１、３
   ７）にスロットル（４２、５２）が設けられており、
   当該スロットル（４２、５２）の上流に向かう圧力が前
   記衝撃ユニット（１１）を制御するために用いられてい
   ることを特徴とする削岩機。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の削岩機において、前記
   スロットル（４２、５２）は、調整可能な状態に設けて
   あることを特徴とする削岩機。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の削岩機において、前記
   スロットル（４２）は、第１バルブ（３９）のリターン
   ラインに設けられており、このスロットル（４２）の上
   流に向かう圧力が、衝撃バルブ（１７）に結合された２
   つのライン（３２、３３）のうちの一つに配置され、前
   記スロットル（４２）の上流に向かう圧力が所定の値に
   達しない場合に、配置されたラインをブロックするよう
   に案内制御する第３バルブ（４７）のための案内圧力で
   あることを特徴とする削岩機。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の削岩機において、前記
   第３バルブ（４７）が比例バルブであることを特徴とす
   る削岩機。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の削岩機において、前記
   回転モータ（１０）への二つのライン（３０、３１）に
   はさらなるスロットル（４０）が設けられ、当該スロッ
   トル（４０）はリターンフローの方向に開放するチェッ
   クバルブ（４１）と並列に配置されていることを特徴と
   する削岩機。
6. 【請求項６】 請求項３に記載の削岩機において、前記
   第３バルブと並列に、手動で（直接に又は遠隔で）操作
   される第４バルブ（４８）が設けられていることを特徴
   とする削岩機。
7. 【請求項７】 請求項１に記載の削岩機において、前記
   回転モータ（１０）への流体ラインうちの一つ中におけ
   る少なくとも部分的な流れが、衝撃バルブ（１７）を制
   御する脈動モータ（５５）によって、案内されているこ
   とを特徴とする削岩機。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の削岩機において、前記
   回転モータ（１０）が停止する前に前記脈動モータ（５
   ５）が停止するように、当該脈動モータ（５５）へのラ
   インに圧力低減バルブ（５３）が設けられていることを
   特徴とする削岩機。
9. 【請求項９】 請求項７に記載の削岩機において、前記
   脈動モータ（５５）に対し、手動で、直接に又は遠隔で
   制御可能な第３バルブ（５９）によって追加的に加圧可
   能であることを特徴とする削岩機。
10. 【請求項１０】 請求項７に記載の削岩機において、前
    記脈動モータ（５５）が、前記衝撃バルブ（１７）を制
    御する脈動バルブ（５７）を動かすことを特徴とする削
    岩機。
11. 【請求項１１】 請求項７に記載の削岩機において、前
    記脈動モータ（５５）が、前記衝撃バルブ（１７）を直
    接駆動することを特徴とする削岩機。