JP6421180B2 - 液圧ダウンザホールハンマー - Google Patents

Description

本発明は打撃機構用のアキュムレータ構成、とくに、液圧ダウンザホールハンマー用のアキュムレータ構成に関する。

液圧作動打撃機構は、岩盤に削孔するのに用いられる広範な種類の機器に採用される。多くの異なる様々な種類の打撃機構が、トップハンマーシステム及びダウンザホールハンマーシステムの双方に関して存在する。このような変異種としては、シャトルバルブとして知られている制御バルブを有する機構、及び制御バルブを特別なポートレイアウトに置き換えたバルブレス機構として知られている機構がある。

共通して使用される大部分の打撃機構は、３つの主要コンポーネント、すなわち、
1. 機構の前端部に配置した掘削ビット又はツールに打撃エネルギーを加える衝撃ピストンと、
2. 打撃機構内における液圧流体の流れを制御して、圧力を衝撃ピストンの面に加え、これによりピストンの往復運動を生ぜしめる周期的な力を発生するシャトルバルブと
3. ピストンの往復運動によって生ずる変動する一時的流れの要件に対処するよう背圧印加液圧流体を吸収、貯蔵及び送給するアキュムレータと、
を有する。

液圧流体は、打撃機構を装着するベースマシンから一定流量で供給される。流体は、シャトルバルブ及びアキュムレータに並列的に供給される。サイクルにおけるピストンの位置に基づいて、液圧流体は、衝撃ピストンを移動するようシャトルバルブを通過するか、又はアキュムレータを充填するかのいずれかを行うことができる。しかし、アキュムレータは、流体圧力がアキュムレータ予充填圧力として知られている所定最小レベルに達した後にのみ液圧流体を吸収するよう構成するのが一般的である。

ピストンが一時的に静止するピストンサイクルの終了時には、ピストンへの液圧の流れは不要であり、したがって、液圧はアキュムレータ予充填圧力まで増加し、アキュムレータ内に流入する。しかし、液圧は並列的に供給されるため、シャトルバルブを介して衝撃ピストンに作用し、ピストンを静止端部位置から離れる方向に加速する力を発生する。ピストンが速度を得るにつれて、アキュムレータは供給される流体を次第により少なく受け取る。このサイクルの所定ポイントで、ピストンは供給される流体のすべてを消費する程に十分な速度を得る。この流体は、依然としてアキュムレータ予充填圧力で最小限供給され、したがって、ピストンは流体の力の下で加速を維持する。このポイントにおいて、アキュムレータは流体を受け取るのを止め、流体をシステムに送り戻し始める。加圧流体がアキュムレータから流出し、ピストンはより速い速度を獲得できるようになる。このことは、アキュムレータが蓄えた流体を完全に排出しきるまで、又はピストンがドリルビット又はツールを打撃し、したがって、止まってまた再びプロセスを開始するまで継続する。

液圧流体を貯留また送給するアキュムレータ能力は、打撃機構の性能にとって重要である。アキュムレータが十分な流体を貯留できない、又は十分迅速に送り戻すことができない場合、ピストンの最大速度は制限されて、ピストンの一撃エネルギーを制限することになる。打撃機構の最大衝撃振動数も制限される。周期的荷重もピストン往復振動数でベースマシンに加わり、このことはベースマシンの信頼性にとって有害である。

打撃機構の作動出力は一撃エネルギー及び衝撃振動数の双方に比例する。一撃エネルギー及び衝撃振動数の双方は、低いアキュムレータ性能によって制限されるおそれがあるため、アキュムレータ性能は、打撃機構の最大出力、及びひいては最大性能を左右する。良好なアキュムレータ性能を確保するため、幾つかの要因、すなわち、貯留能力、応答時間及び信頼性を考慮しなければならない。

高振動数の打撃機構においてアキュムレータの配置も極めて重要である。アキュムレータをシャトルバルブに近い位置に配置すればするほど、流体の貯留又は供給の応答が迅速になる。迅速応答は高振動数での最大一撃エネルギーを得る上で重要である。アキュムレータの配置は、さらに、打撃機構の信頼性にも影響を及ぼし得る。アキュムレータの位置が遠ければ遠いほど、シャトルバルブの運動に応答して加速及び減速しなければならない流体量が多くなる。打撃機構は、運動する流体量が増加するにつれて、「流体ハンマー」として知られているダメージを与える圧力変動をより一層受け易くなる。

これまでに、特許文献１及び２（国際公開第２０１０／０３３０４１号及び同第９６／２０３３０号）に記載のような液圧ダウンザホールハンマーは、打撃機構とは別個の単独アキュムレータを使用する。この理由としては、ダウンザホール打撃ドリルは、掘削する孔内に適合しなければならないため、サイズ及び形状に制約を受ける点にある。

国際公開第２０１０／０３３０４１号パンフレット 国際公開第９６／２０３３０号パンフレット

したがって、ダウンザホール打撃ドリル又はツールにおける制約内でアキュムレータの性能に影響を及ぼす要因を最適化するアキュムレータ構成を得るのは困難である。

本発明の一態様によれば液圧作動打撃機構を提供し、この液圧作動打撃機構は、
打撃ビットに衝撃を加えるピストンと
液圧流体のための第１アキュムレータ組立体と、
を備え、
前記第１アキュムレータ組立体は、共通ハウジング内に複数個の第１アキュムレータ素子を有することを特徴とする。

この構成の利点は、複数個のアキュムレータ素子を使用することにより、単一アキュムレータ構成に比べてアキュムレータ組立体の総貯留能力が増大する点である。さらに、１個のアキュムレータ素子が故障したとしても、組立体における他のアキュムレータ素子が正常に機能し続けるため、信頼性が向上する。他の利点は、設けるアキュムレータ素子の個数が多ければ多いほど、各アキュムレータ素子の移動量が少なくて済み、またひいてはアキュムレータ組立体の総応答時間が改善される点である。さらに他の利点は、各アキュムレータがそれ自身のハウジング内に存在する多重アキュムレータを使用するのに比べると、共通ハウジングは、各アキュムレータハウジングに利用可能な断面積を最大化する点である。

本発明の他の態様によれば液圧作動打撃機構を提供し、この液圧作動打撃機構は、
打撃ビットに衝撃を加えるピストンと
液圧流体のための第１アキュムレータ組立体と、
を備え、
前記第１アキュムレータ組立体は複数個の第１アキュムレータ素子を有し、前記第１アキュムレータ素子それぞれは、ピストンに対して同一近接度にして、すなわち、ピストンから等距離に配列することを特徴とする。

この構成は上述した利点の多くを享受し、とくに、改善した貯留能力、信頼性及び応答時間が改善する。各アキュムレータ素子をピストンに対して同一近接度で配列することの利点は、アキュムレータ素子に対して流入及び流出する液圧流体によって生ずる総移動距離が最小化される点である。

本発明の更なる態様によれば液圧作動打撃機構を提供し、この液圧作動打撃機構は、
打撃ビットに衝撃を加えるピストンと、
液圧流体のための第１アキュムレータ組立体と、
を備え、
前記第１アキュムレータ組立体は複数個の第１アキュムレータ素子を有し、前記第１アキュムレータ素子それぞれは、アキュムレータ膜体又はピストンを有し、また前記膜体又はピストンが前記液圧流体と接触する主移動方向は前記機構の長手方向軸線に対してほぼ平行であることを特徴とする。

この構成も上述した利点を享受し、とくに、改善した貯留能力、信頼性及び応答時間が改善する。膜体又はピストンの主移動方向が長手方向となるようアキュムレータ素子を配列する利点は、流体がアキュムレータ素子からピストン方向に排出される点である。アキュムレータ膜体の長手方向移動は、ハンマーの素子を長さに沿って順次に配列するダウンザホールハンマーのような打撃機構の用途に対しても有利である。

本発明の上述した態様における１つ又は複数の特徴は単一実施形態において組み合せることができる。

打撃機構は、さらに、前記ピストンの往復移動を制御するシャトルバルブであって、シャトルバルブ直径を有する、該シャトルバルブを備え、前記第１アキュムレータ組立体を前記シャトルバルブの近傍に又は隣接させて配置する。

打撃機構は、さらに、排出チャンバを備え、前記第１アキュムレータ素子それぞれは、前記第１アキュムレータ素子から排出される流体が前記排出チャンバに排出されるよう配列する。

排出チャンバはシャトルバルブに隣接させることができる。

前記第１アキュムレータ素子それぞれは、前記共通排出チャンバに対して同一近接度で配列する。

この構成の利点は、各素子からシャトルバルブへの圧力流体経路が同一になる点である。したがって、アキュムレータ素子からの圧力流体経路は最小化され、これによりアキュムレータ組立体の応答時間を改善し、また損傷を引き起こす「流体ハンマー」効果の可能性を減少する。

前記シャトルバルブは、前記第１アキュムレータ組立体に対して流入及び流出する流体の流れを制御する表面を有する。この実施形態において、前記第１アキュムレータ素子それぞれは、アキュムレータ膜体又はピストンを有し、また前記打撃機構の動作中に、少なくとも１個のアキュムレータ膜体又はピストンと前記シャトルバルブ表面との間における最小距離が、前記シャトルバルブ表面からの前記シャトルバルブ直径の３倍未満又は３倍に等しい距離であるようにする。

実施形態において、前記第１アキュムレータ素子は、前記打撃機構の長手方向軸線周りに極性アレイ配置となるよう配列する。

実施形態において、前記第１アキュムレータ素子それぞれは、ガス入りブラダ又は膜体を有する。

前記第１アキュムレータ素子それぞれは、前記打撃機構内で同一長手方向位置に、すなわち、シャトルバルブに対して同一近接度で配列する。

前記第１アキュムレータ組立体は圧力アキュムレータ組立体とすることができる。代案として、前記第１アキュムレータ組立体は帰還アキュムレータ組立体とすることができる。他の実施形態において、前記第１アキュムレータ素子それぞれは、圧力アキュムレータ又は帰還アキュムレータのいずれかとして個別に構成することができる。

実施形態において、打撃機構は、さらに、共通ハウジング内に複数個の第２アキュムレータ素子を有する第２アキュムレータ組立体を備え、前記第２アキュムレータ素子それぞれは、圧力アキュムレータ又は帰還アキュムレータのいずれかとして個別に構成可能にすることができる。

打撃機構は、さらに、アダプタハウジングを備え、前記アダプタハウジングは、前記第１アキュムレータ組立体又は第２アキュムレータ組立体に連結可能にし、前記前記第１アキュムレータ組立体又は第２アキュムレータ組立体を、圧力アキュムレータ又は帰還アキュムレータのいずれかとして構成することができる。

本発明の他の態様によれば、液圧作動打撃機構を提供し、この液圧作動打撃機構は、
打撃ビットに衝撃を加えるピストンと、
前記ピストンの往復移動を制御するシャトルバルブであって、シャトルバルブ直径を有する、該シャトルバルブと、
液圧流体のための第１アキュムレータ組立体であって、前記シャトルバルブの近傍に配列し、前記シャトルバルブは、前記第１アキュムレータ組立体に対して流入及び流出する流体の流れを制御する表面を有するものとした、該第１アキュムレータ組立体と、
を備え、また
前記第１アキュムレータ組立体は、複数個の第１アキュムレータ素子を有し、前記第１アキュムレータ素子それぞれは、アキュムレータ膜体又はピストンを有し、また前記打撃機構の動作中に、少なくとも１個のアキュムレータ膜体又はピストンと前記シャトルバルブ表面との間における最小距離が、前記シャトルバルブ表面からの前記シャトルバルブ直径の３倍未満又は３倍に等しい距離であり、また前記打撃機構の動作中に、他の少なくとも１個のアキュムレータ膜体又はピストンと前記シャトルバルブ表面との間における最小距離が、前記シャトルバルブ表面からの前記シャトルバルブ直径の１０倍未満又は１０倍に等しい距離であることを特徴とする。

本発明の態様によれば、上述の打撃機構を備える、液圧ダウンザホールハンマーを提供する。

液圧ダウンザホールハンマーは、さらに、外側円筒形の外被スリーブを備え、前記ピストンは、前記打撃ビットを打撃するよう往復移動可能に前記外被スリーブ内に取り付け、前記打撃ビットは前記外被スリーブの前端部に配置する。

実施形態において、液圧ダウンザホールハンマーは、
前記ピストンの往復移動を制御するシャトルバルブであって、シャトルバルブ直径を有し、前記第１アキュムレータ組立体に対して流入及び流出する流体の流れを制御し、前記第１アキュムレータ組立体は前記シャトルバルブの近傍に配置する、該シャトルバルブを備え、また
前記第１アキュムレータ素子それぞれは、アキュムレータ膜体又はピストンを有し、また前記打撃機構の動作中に、少なくとも１個のアキュムレータ膜体又はピストンと前記シャトルバルブ表面との間における最小距離が、前記シャトルバルブ表面からの前記シャトルバルブ直径の１０倍未満又は１０倍に等しい距離であるものとする。

本発明の実施形態による液圧ダウンザホールハンマーの縦断面図である。 図１の中央部分における拡大部分縦断面図である。 図１のハンマー上方部分における拡大部分縦断面図である。 第１アキュムレータ組立体における図１のＸ−Ｘ線上の横断面図である。 第１アキュムレータ組立体における図１のＹ−Ｙ線上の横断面図である。 図１の第１アキュムレータ組立体の拡大縦断面図であり、異なる圧力流体量を貯留しているアキュムレータ素子を示す。 図１の第１アキュムレータ組立体の拡大縦断面図であり、異なる圧力流体量を貯留しているアキュムレータ素子を示す。 図１の第２アキュムレータ組立体の拡大縦断面図である。 代替的な第２アキュムレータ組立体の拡大縦断面図である。 第２アキュムレータ組立体における図１のＺ−Ｚ線上の横断面図である。

本発明の実施形態による液圧ダウンザホールハンマー１０を図１に示す。このハンマー１０は、アキュムレータカートリッジ１１及び打撃カートリッジ１２を備える。打撃カートリッジは外側円筒形の外被スリーブ９ａを有する。内側シリンダ５は外被スリーブ内に同軸状に取り付ける。摺動する衝撃ピストン６は、内側シリンダ５及び外被スリーブ９ａ内で往復動するよう取り付け、外被スリーブの前端部に配置したハンマービット８を打撃し、ドリルビットに打撃力を加えるようにする。

外被スリーブ９ａは、外被スリーブ９ａの前端部に設けた雌ねじのねじ山、及びこれに協調動作するようビットハウジング７の後端部に設けた雄ねじのねじ山によって、ビットハウジング７にねじ連結する。ビットハウジングには外側環状肩部を設け、この環状肩部は、ハウジング７を外被スリーブ９ａにねじ付けるとき止め部として作用する。回転力は、ビットハウジング７の前端部に取り付けた中空円筒形のチャック１３によって、回転する外被スリーブ９ａからビットに伝達される。チャックは内側に機械加工を施して軸線方向に延在する複数のスプラインを内壁に設け、これらスプラインは、ハンマービット８のシャンクにおける補完し合うスプラインと係合し、回転駆動力をチャックからドリルビットに伝達できるようにする。チャックの上方部分には、ビットハウジング７と連結するために、雄ねじのねじ山を形成する。チャックには、チャックをビットハウジング７にねじ付けるとき止め部として作用する外側環状肩部も設ける。

打撃カートリッジは、さらに、シャトルバルブ及びハウジング４を有する。シャトルバルブは、ピストン６の往復運動を制御し、またシャトルバルブ直径Ｄを有する。シャトルバルブは、第１アキュムレータ組立体３ａに対して流入及び流出する流体流を制御する表面２９を有する。

アキュムレータカートリッジ１１は、２つの区域９ｂ及び９ｃを有する外側円筒形の外被スリーブを有する。第１アキュムレータ組立体３ａ及び第２アキュムレータ組立体３ｂを外被スリーブ９ｂ、９ｃ内に同軸状に取り付ける。アキュムレータカートリッジは、さらに、以下により詳細に説明するアダプタハウジング３ｃを有する。接続バルブ１及びマニホルド２をハンマー１０の後端部に設ける。

アキュムレータカートリッジ１１は、第１アキュムレータ組立体３ａと外被スリーブ９ａとの間におけるねじ連結により打撃カートリッジ１２に連結する。第１アキュムレータ組立体３ａはハウジング１４を有し、このハウジング１４は、前端部及び後端部に設けた雄ねじのねじ山、及び前端部と後端部との間に設けた外側スプラインを有する。第１アキュムレータ組立体におけるハウジング１４の前端部に設けたねじ山は、外被スリーブ９ａの後端部に設けた雌ねじのねじ山と係合する。外被スリーブ９ｂには、ハウジング１４における外側スプラインと係合するよう内側にスプラインを形成する。外被スリーブ９ｂは、動作中に第１アキュムレータ組立体３ａを保護し、またハウジング１４とのスプライン係合によって、組付け及び分解のためハウジングを回転させる手段をなす。外被スリーブ９ｃは、両側の端部にやはり雌ねじのねじ山を形成し、外被スリーブ９ｃの前端部でハウジング１４の後端部に設けた雄ねじのねじ山に連結する。外被スリーブ９ｃの後端部はハンマーの後頭部組立体１ａ、１ｂにねじ連結する。

打撃カートリッジ及びアキュムレータカートリッジの種々のコンポーネントは、コンポーネント間の種々のねじ連結で生ずる対向力によって互いに接触した状態に保持される。

ハンマー１０は１個又は複数個のドリルロッドによってベースマシンに連結する。接続バルブ１は、使用される特定ロッドに対してハンマーを適正に仲介するよう選択する。接続バルブは、中心の圧力流体経路１５と圧力流体経路に対して同心状に外側に位置する帰還流体経路１６とを有する。接続バルブはさらに、帰還流体経路に対して同心状に外側に位置するフラッシュ（瀉出）流体経路１７を有する。マニホルド２の機能は、圧力流体経路が帰還流体経路に対して同心状に外側に位置するよう圧力流体経路と帰還流体経路との位置を交換することである。単一の帰還流体チャネル１８がハンマー１０の中心に延在し、シャトルバルブ４の中心からアキュムレータ組立体３ａ及び３ｂの中心を通過する。図１に示す実施形態において、圧力流体は、コンポーネント周縁寄りに位置する複数個のチャネル１９内で搬送される。フラッシュ流体は、外被スリーブとハンマーの内部コンポーネントとの間に形成される複数個のチャネル２０内で搬送される。ハンマーの前端部において、フラッシュ流体はビットハウジング７におけるチャネル２１を流れ、ビットから流出して削孔している孔内に流入する。

図２は、打撃カートリッジにおけるシリンダ５、ピストン６及びシャトルバルブ４をより詳細に示す。２つのチャネルグループ２２，２３が流体をシリンダに搬送する。５個のチャネルを有する底部チャネルグループ２２は流体をシリンダの前端部に搬送し、また５個のチャネルを有する頂部チャネルグループ２３は流体をシリンダの後端部に搬送する。衝撃ピストン６は、シリンダ５内に極めて密接に嵌合する外径を有し、シリンダ内に３つの明確に区別されるチャンバを効果的に生ずる。底部チャンバ２４は底部チャネルグループ２２に流体連通する。頂部チャンバ２５は頂部チャネルグループ２３に流体連通する。ピストン６の位置に基づいて、中間チャンバ２６は底部チャンバ２４又は帰還流体チャネル１８のいずれかと流体連通する。

図３，４，５，６ａ及び６ｂは第１アキュムレータ組立体３ａをより詳細に示す。図３及び４に示すように、第１アキュムレータ組立体３ａは、上述したようにハウジング１４を有する。５個の第１アキュムレータ素子２７それぞれは、チャンバ３３内に配置したガス入りブラダ又は膜体３２を有し、共通ハウジング１４内でハンマー１０の長手方向軸線周りに対称極性アレイとなるよう配列する。第１アキュムレータ組立体３ａは、さらに、シャトルバルブ４に隣接する共通排出チャンバ３０を有し、この共通排出チャンバ３０内に各第１アキュムレータ素子２７を配置し、第１アキュムレータ素子２７から排出される流体はチャネル３１を経由して共通排出チャンバ内に排出される。第１アキュムレータ素子２７それぞれは、共通排出チャンバ３０に対して同一近接度で配列し、またハンマー１０において同一長手方向位置に配列する。したがって、各第１アキュムレータ素子２７は衝撃ピストン６から等距離に位置する。代替的実施形態において、異なる数の第１アキュムレータ素子を設ける及び／又はそれら第１アキュムレータ素子を非対称に配列することができる。代替的実施形態において、第１アキュムレータ素子は、ガス入りブラダ３２の代わりに、ガス充填ダイヤフラム又はガス充填ピストンを有することができる。

図６ａ及び６ｂは、ピストンサイクルにおける２つの異なる時点でのアキュムレータ素子２７を示す。図６ｂは、図６ｂにおけるよりも多くの圧力流体量を貯留している素子２７を示す。図面に示すように、膜体３２の主移動方向は機構の長手方向軸線に対してほぼ平行である。これら図面は、１つのアキュムレータ素子それ自体がハンマーの打撃機構を動作させるのに必要な運動を示す。設ける素子２７の個数が多ければ多いほど、各素子に必要とされる運動量はより少なくなり、したがって、アキュムレータ組立体の総応答時間は改善される。さらに、設ける素子２７の個数が多ければ多いほど、流体速度は遅くなり、したがって、「流体ハンマー」効果は低下する。

図７〜９により詳細に示すように、ハンマー１０は、さらに、ハウジング３４を有する第２アキュムレータ組立体３ｂを備える。５個の第２アキュムレータ素子３５それぞれは、チャンバ３７内に配置したガス入りブラダ又は膜体３６を有し、共通ハウジング３４内でハンマー１０の長手方向軸線周りに対称極性アレイとなるよう配列する。代替的実施形態において、異なる数の第２アキュムレータ素子を設ける及び／又はそれら第２アキュムレータ素子を非対称に配列することができる。各第２アキュムレータ素子３５は、それぞれが圧力アキュムレータ又は帰還アキュムレータのいずれかとして構成することができる。圧力アキュムレータとして構成した素子は、第１アキュムレータ組立体３ａを補助する。帰還アキュムレータとして構成した素子は、ベースマシンに戻る帰還流体流を「滑らか」にするのに使用し、これにより、ドリルロッド及びベースマシンの液圧回路が脈動帰還流を受けることがなくなり、したがって、ハンマー及びベースマシンの信頼性を向上する。

第２アキュムレータ組立体３ｂは複数個の排出接続具３８を有する。排出接続具３８はアダプタハウジング３ｃに連結し、各第２アキュムレータ素子を圧力アキュムレータ又は帰還アキュムレータのいずれかとして構成する。アダプタハウジング３ｃには、図７に示すように個別のアキュムレータ素子３５を中心帰還チャネル１８に接続する、又は図８に示すように中心を包囲する圧力チャネル１９に接続する穿孔部を設ける。したがって、図７に示す素子３５ａは帰還アキュムレータとして構成されるとともに、図８に示す素子３５ｂは圧力アキュムレータとして構成される。アダプタハウジングの範囲は、エンドユーザーが規定する圧力アキュムレータ素子及び帰還アキュムレータ素子の適切な混合を有するようアキュムレータ組立体３ｂを構成するのに使用することができる。ハウジング３４、アキュムレータ素子３５及び排出接続具３８は、選択した構成に無関係にそのままの形態を維持し、アダプタハウジング３ｃのみ変更する必要があり、これに応じて個別素子の予充填圧力を設定する。

３つの流体流がハンマー動作に必要である。圧力流体は、ベースマシンからハンマー１０に流れ、エネルギーを供給してハンマーを駆動する。帰還流体流は低圧力でハンマー１０から遠ざかるよう流れてベースマシンに戻る。フラッシュ流体はハンマーに流れてビット８経由で流出し、次に削孔している孔から流れ出し、削孔屑を排除する。概して、圧力及び帰還流体はオイルとし、フラッシュ流体は空気とするが、他の組合せも可能である。

シリンダ５における底部チャンバ２４には、シリンダにおける圧力チャネル１９及び底部チャネルグループ２２経由で圧力流体を常に供給する。頂部チャンバ２５には、頂部チャネルグループ２３経由で間欠的に加圧し、この頂部チャネルグループ２３には、シャトルバルブ４の位置に基づいて圧力流体を供給するか、又は帰還流体チャネル１８に接続される。シリンダ５の中間チャンバ２６も、シリンダ５内における衝撃ピストン６の位置に基づいて間欠的に加圧される。衝撃ピストン６がハンマービット８に接近するとき、中間チャンバ２６は底部チャンバ２４に接続され、したがって、加圧される。衝撃ピストンがストロークの頂部に接近するとき、中間チャンバは帰還流体ライン１８に接続され、したがって、減圧される。

中間チャンバ２６における圧力はシャトルバルブの位置を制御する。サイクルの開始時に中間チャンバが減圧されているとき、シャトルバルブ４は圧力を頂部チャンバ２５に供給するよう移動する。この段階で第１アキュムレータ素子２７及び第２アキュムレータ組立体３ｂにおける圧力素子は、ベースマシンから十分な流体流を受け取り、したがって、流体を貯留する。サイクルのこの時点において、頂部チャンバ２５に晒される衝撃ピストンの面積は、底部チャンバ２４に晒される面積よりも大きく、衝撃ピストンをビット８に向けて前方に駆動する正味下向き作用力を発生する。衝撃ピストンが下向きに加速するにつれて、圧力アキュムレータ内に流入する流れは、ほぼ１／４ストローク位置でゼロになるよう徐々に減少する。この時点からアキュムレータはオイル送給を開始し、ベースマシンから入来するオイルに付加し、ピストンの打撃速度まで加速を維持することができる。流体を迅速に送給するアキュムレータ能力は、打撃時点直前において最も重要である。衝撃ピストンがオイル供給を「上回る」場合、その最大速度は制限される。衝撃ピストンがビットに接近した後、圧力流体経路は開き、流体は中間チャンバ２６に流入する。中間チャンバが加圧された状態では、シャトルバルブは移動して頂部チャンバ２５を帰還流体チャネル１８に接続する。これに応じて衝撃ピストンの頂部に加わる力は低下し、ピストンに作用する正味の力は方向を逆転する。衝撃ピストンがビットとの衝突によって静止状態にされた後、この力はピストンをビットから離れる方向に加速する。打撃時点において、圧力アキュムレータは貯留した流体のほとんどを排出する。衝撃ピストンが静止状態にされるとき、アキュムレータは再び迅速に供給される流体の貯留を開始する必要がある。流体を貯留するアキュムレータの応答時間及び位置が最も重要であるのはサイクルにおけるこの時点である。この時点における移動する流体量が多すぎる場合、又はアキュムレータが十分なオイルを迅速に貯留し始めることができない場合、危険な圧力スパイクを生ずる。ピストンが上向き速度を獲得するとき、アキュムレータに流入する流体は減少する。次に、衝撃ピストンがこの上方行程における所定ポイントに達するとき、中間チャンバへの圧力流体供給は再び中断され、中間チャンバは帰還流体経路１８に接続される。このことにより、シャトルバルブは初期位置に復帰移動させられ、頂部チャンバ２５を圧力チャネル１９に接続する。この時点において、アキュムレータは、ピストンが静止状態にされるまでピストン移動によって頂部チャンバ２５から押し出される流体を迅速に再貯留し始めることが必要となる。この場合もアキュムレータの応答時間及び位置が、この時点で生ずる圧力遷移を制御する上で極めて重要である。中間チャンバが減圧され、ピストンがこのストロークの頂部にある状態で、サイクルが再び開始する。アキュムレータはサイクルの約７５％にわたり流体を貯留することを必要とし、またひいては他の２５％にわたり流体を送り返すことを必要とする。したがって、アキュムレータの応答時間は、とくに、振動数が増加するときには、機構の性能に必須である。

上述の実施形態は、液圧ダウンザホールハンマーにおけるシャトルバルブ装備打撃機構を有する。しかし、本発明は、バルブレス設計の全ての打撃機構形態にも同様に適用可能である。

本発明に言及する本明細書における用語としての「備える／備えている（comprises/comprising）」及び「有する／含む（having/including）」は、記載の特徴、実体、ステップ又はコンポーネントの存在を特定するのに使用するが、１つ又は複数の他の特徴、実数、ステップ、コンポーネント又はそれらのグループの存在又は付加を排除するものではない。

個別の実施形態の文脈で分かり易くするため記載した本発明の若干の特徴は、単独実施形態において組み合わせて設けることもできる。逆に、単独の実施形態の文脈で簡潔に記載した本発明の様々な特徴は、切り離して又は任意の適当な副次的組合せで設けることができる。

１ 接続バルブ
１ａ 後頭部組立体
１ｂ 後頭部組立体
２ マニホルド
３ａ 第１アキュムレータ組立体
３ｂ 第２アキュムレータ組立体
３ｃ アダプタハウジング
４ シャトルバルブ及びハウジング
５ 内側シリンダ
６ 衝撃ピストン
７ ビットハウジング
８ ハンマービット
９ａ 外被スリーブ
９ｂ 区域（外被スリーブ）
９ｃ 区域（外被スリーブ）
１０ 液圧ダウンザホールハンマー
１１ アキュムレータカートリッジ
１２ 打撃カートリッジ
１３ チャック
１４ ハウジング
１５ 圧力流体経路
１６ 帰還流体経路
１７ フラッシュ（瀉出）流体経路
１８ 帰還流体チャネル
１９ チャネル
２０ チャネル
２１ チャネル
２２ 底部チャネルグループ
２３ 頂部チャネルグループ
２４ 底部チャンバ
２５ 頂部チャンバ
２６ 中間チャンバ
２７ 第１アキュムレータ素子
３０ 共通排出チャンバ
３１ チャネル
３２ ガス入りブラダ又は膜体
３３ チャンバ
３４ ハウジング
３５ 第２アキュムレータ素子
３６ ガス入りブラダ又は膜体
３７ チャンバ
３８ 排出接続具

Claims (13)

1. 液圧作動の液圧ダウンザホールハンマーであって、
   打撃ビットに衝撃を加えるために往復移動可能に前記液圧ダウンザホールハンマー内に取り付けられるピストンと、
   ベースマシンから前記液圧ダウンザホールハンマーに圧力流体を供給して前記ピストンの往復移動を制御する圧力流体経路と、
   液圧流体のための第１アキュムレータ組立体と、を備え、
   前記第１アキュムレータ組立体は複数個の第１アキュムレータ素子を有し、前記第１アキュムレータ素子それぞれは、ピストンに対して同一近接度で配列されており、
   前記複数個の第１アキュムレータ素子は、ピストンサイクルを通して、前記液圧ダウンザホールハンマーの前記圧力流体経路に流体連通することを特徴とする、液圧ダウンザホールハンマー。
2. 請求項１記載の液圧ダウンザホールハンマーにおいて、さらに、前記ピストンの往復移動を制御するシャトルバルブであって、シャトルバルブ直径を有する該シャトルバルブを備え、前記第１アキュムレータ組立体を前記シャトルバルブの近傍に配置する、液圧ダウンザホールハンマー。
3. 請求項１又は２記載の液圧ダウンザホールハンマーにおいて、さらに、共通排出チャンバを備え、前記第１アキュムレータ素子それぞれは、前記第１アキュムレータ素子から排出される流体が前記共通排出チャンバに排出されるよう配列されている、液圧ダウンザホールハンマー。
4. 請求項３記載の液圧ダウンザホールハンマーにおいて、前記第１アキュムレータ素子それぞれは、前記共通排出チャンバに対して同一近接度で配列されている、液圧ダウンザホールハンマー。
5. 請求項２記載の液圧ダウンザホールハンマーにおいて、前記シャトルバルブは、前記第１アキュムレータ組立体に対して流入及び流出する流体の流れを制御する表面を有し、また前記第１アキュムレータ素子それぞれは、アキュムレータ膜体又はピストンを有し、また前記打撃機構の動作中に、少なくとも１個のアキュムレータ膜体又はピストンとシャトルバルブ表面との間における最小距離が、前記シャトルバルブ直径の３倍未満又は３倍に等しい距離である、液圧ダウンザホールハンマー。
6. 請求項１〜５のうちいずれか一項記載の液圧ダウンザホールハンマーにおいて、前記第１アキュムレータ素子は、前記打撃機構の長手方向軸線周りに極性アレイ配置となるよう配列されている、液圧ダウンザホールハンマー。
7. 請求項１〜６のうちいずれか一項記載の液圧ダウンザホールハンマーにおいて、前記第１アキュムレータ素子それぞれは、ガス入りブラダ又は膜体を有する、液圧ダウンザホールハンマー。
8. 請求項１〜７のうちいずれか一項記載の液圧ダウンザホールハンマーにおいて、前記第１アキュムレータ素子それぞれは、前記打撃機構内で同一長手方向位置に配列されている、液圧ダウンザホールハンマー。
9. 請求項１〜８のうちいずれか一項記載の液圧ダウンザホールハンマーにおいて、前記第１アキュムレータ素子それぞれは、圧力アキュムレータ又は帰還アキュムレータのいずれかとして個別に構成する、液圧ダウンザホールハンマー。
10. 請求項１〜９のうちいずれか一項記載の液圧ダウンザホールハンマーにおいて、さらに、共通ハウジング内に複数個の第２アキュムレータ素子を有する第２アキュムレータ組立体を備え、前記第２アキュムレータ素子それぞれは、圧力アキュムレータ又は帰還アキュムレータのいずれかとして個別に構成可能とする、液圧ダウンザホールハンマー。
11. 請求項１０記載の液圧ダウンザホールハンマーにおいて、さらに、アダプタハウジングを備え、前記アダプタハウジングは、前記第１アキュムレータ組立体又は前記第２アキュムレータ組立体に連結可能にし、前記前記第１アキュムレータ組立体又は第２アキュムレータ組立体を、圧力アキュムレータ又は帰還アキュムレータのいずれかとして構成する、液圧ダウンザホールハンマー。
12. 請求項５記載の液圧ダウンザホールハンマーであって、前記打撃機構の動作中に、他の少なくとも１個のアキュムレータ膜体又はピストンと前記シャトルバルブ表面との間における最小距離が、前記シャトルバルブ直径の１０倍未満又は１０倍に等しい距離であることを特徴とする、液圧ダウンザホールハンマー。
13. 請求項１〜１２のうちいずれか一項記載の液圧ダウンザホールハンマーにおいて、さらに、外側円筒形の外被スリーブを備え、前記ピストンは、前記打撃ビットを打撃するよう往復移動可能に前記外被スリーブ内に取り付け、前記打撃ビットは前記外被スリーブの前端部に配置する、液圧ダウンザホールハンマー。

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