JPH026919B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は軸方向固定チヤツクと、各方向ごとの
圧力流体供給導管を有する圧力流体駆動の回転モ
ータにより回転し且つ各方向ごとの圧力流体供給
導管を有する圧力流体駆動の可逆送りモータによ
り前後移動するようにした軸方向可動チヤツクと
を備えた岩盤または土質盤掘削機における回転掘
削装置に関する。この種掘削装置においては、こ
れらチヤツクを作動して、複数個のねじ込ストリ
ング部材から成るドリル・ストリングの掘削孔か
らの抜取り、あるいは掘削孔への挿入を行わせる
と共に、ストリング部材相互間の接続または分離
を行わせるようになつている。

前記のような装置は、たとえば米国特許第
3613804号により既に公知である。この装置によ
り２つのストリング部材の螺合接続または分離を
行う際、軸方向固定チヤツクは一方のストリング
部材を掴持し、軸方向可動チヤンクは他方のスト
リング部材を掴持してこれを回転させるのである
が、掘削機を下方向掘削に使用している場合、軸
方向可動チヤツクとこれに接続された回転モー
タ、ギヤボツクス等の装置とが、分離作業中その
総重量により回転中のストリング部材を静止状態
のストリング部材に向けて押圧し、このため両方
のストリング部材のねじ部が大きな力で互いに押
圧されることになる。また、掘削機を上方向掘削
に使用している場合には、ストリング部材接続作
業の際、軸方向移動可能チヤツク、回転モータ等
の総重量（数百Kgにも及ぶ）により回転中のスト
リング部材を静止状態のストリング部材から離れ
る方向へ移動させようとする負荷がかかるので、
この場合も双方のねじ部が大きな力で互いに押圧
される結果となる。

特に、ねじ部が円錐状もしくは細目ねじの場合
には、ストリング部材間の相対運動中にねじ部が
急速に摩耗するので有効寿命が短くなるといつた
難点があつた。

本発明は上記の欠点を解消すると共に、ストリ
ング部材間の接続および分離に際してストリング
部材のねじ部を極めて簡単に解放しうるようにし
た装置を提供することを目的とする。

これらの目的は、本発明の装置に特許請求の範
囲第１項に記載の特徴を具備させることにより達
せられる。

以下添付図面に基づき本発明の実施例を説明す
る。

第１図および第２図に示した掘削機は、伸縮装
置１２により支持されるフイードバー１１を備え
ている。フイードバーは車輪付きの下部構造に支
持させてもよく、あるいは別の適当な方法で支持
するようにしてもよい。１３はスライダで、ドリ
ル１４を支持し、２条の平行チエーン１５とチエ
ーン１６と、往復ピストンロツド２０を有するシ
リンダの形の送りモータ１７とによりフイードバ
ー１１に沿つて摺動可能に構成されている。送り
モータ１７は二つの供給導管１８，１９を有す
る。供給導管１８を通じて圧力流体を供給する
と、ピストンロツド２０が後退し、チエーン１６
がスライダ１３を前方へ、即ち第１図で下方向へ
引張る。また、圧力流体が供給導管１９を通じて
供給されると、スライダ１３はチエーン１５によ
り後方へ、即ち第１図で上方へ引張られる。

フイードバー１１の前端部には固定チヤツク２
１が配設されている。固定チヤツク２１のジヨー
（図示せず）をバイアスさせると、ドリル・スト
リング、即ち掘削管２３がこれに咬持される。そ
して導管２５を通る圧力流体の作用を受けると、
ジヨーは掘削管２３を解放する。

掘削管２３は、ねじ継手により連結された数本
のパイプ部材とドリルビツト２６から成る。岩盤
掘削の場合には、ドリルビツト２６にはパイプ様
のダイヤモンド・ドリルビツトを使用し、また最
初のパイプ部材としてコア採取用の所謂コアパイ
プを使用する。スイベル４９は掘削管に洗浄水を
供給する。

可動チヤツク２７はドリル１４の一部であつ
て、ドリル１４に回転可能に支持されている。従
つて、チヤツク２７はドリル１４と共に移動す
る。

圧力流体作動の可逆回転モータ３２が設けら
れ、チヤツク２７を歯車装置を介して回転させる
ようになつている。回転モータ３２は二つの供給
導管３６，３７を有し、圧力流体が導管３６を通
じて供給されるとモータ３２は正回転し、圧力流
体が導管３７を通じて供給されるとモータ３２は
逆回転するようになつている。

圧力流体は導管３８を通じてチヤツク２７に供
給され、ドレン導管４２により流体溜め５２に戻
される（第３図）。圧力流体が導管３８を通じて
供給されると、チヤツク２７のジヨー（図示せ
ず）は掘削管２３を掴持する。導管３８に圧力が
存在しないときは、ジヨーは不係合位置に保たれ
る。

第３図の導管管路図には、前述のチヤツク２
１，２７、送りモータ１７、回転モータ３２、導
管１８，１９，２５，３６，３７，３８，４２を
すべて示してある。５１は圧力流体供給部で、流
体溜め５２とモータＥにより駆動されるポンプ５
３とから成る。通常、圧力流体供給部５１は掘削
機から若干離れた場所に位置する。ポンプ５３は
主導管５４を通じて圧力流体、好ましくは圧媒油
を制御部５６に供給する。制御部５６は一点鎖線
で示してある。好ましくは、ポンプ５３は圧力補
償されたもので、利用油量の如何にかかわらず一
定圧のオイルを供給できるようになつている。オ
イルは帰り導管５５により制御部５６から溜め５
２に戻る。

回転モータ３２用の手動制御弁５７には、主導
管５４から圧力流体が供給される。この制御弁５
７（以下“回転制御弁”という）は３位置(a)(b)(c)
に選択できるようになつている。図示のように回
転制御弁５７が(b)位置にあるとき、導管３６，３
７は帰り導管５５に接続し、従つて回転モータ３
２は回転しない。回転制御弁５７を(a)位置にする
と、主導管５４から導管３６に圧媒油が供給さ
れ、導管３７は帰り導管５５を介して空液状態と
なり、従つて回転モータ３２は正回転する。また
前記弁が(c)位置になると、導管３６から液が退
き、導管３７に圧媒油が供給されて、回転モータ
３２は逆方向に回転する。

ドリル１４の軸方向移動は手動制御弁５８（以
下“送り制御弁”という）により制御される。こ
の送り制御弁５８も３位置(a)(b)(c)を有する。図示
のように送り制御弁５８が(b)位置にあるとき、送
りモータ１７の２つの供給導管１８，１９は帰り
導管５５に接続し、ドリル１４は軸方向移動しな
い。このとき、回転制御弁５７も同時に(b)位置に
あれば、主導管５４は直接帰り導管５５に接続
し、掘削機全体が空運転の状態となる。送り制御
弁５８には、回転制御弁５７の位置に関係なく導
管５９を通じて圧媒油が供給される。送り制御弁
５８が(a)位置にあるときは、圧媒油は導管１８に
供給され、導管１９は帰り導管５５に接続され
る。従つて、ドリル１４は前進移動する。また、
送り制御弁５８を(c)位置にすると、圧媒油は導管
１９に供給され、導管１８はドレン状態となり、
従つてドリル２１は後退する。

２つのチヤツク２１，２７のそれぞれの供給導
管２５，３８は共通供給導管６０の支管を形成す
る。手動セレクター弁６１（以下チヤツク制御弁
と称す）が位置(a)にあるとき、送りモータ１７の
供給導管１８は導管６０に接続している。チヤツ
ク制御弁６１を位置(c)にすると、送りモータ１７
の他方の供給導管１９が導管６０に接続する。ま
た、このチヤツク制御弁を位置(b)に選択した場合
は、導管６０は導管１８，１９のいずれにも接続
しない。可動チヤツク２７の導管３８は、２つの
接続導管６２，６３により回転モータ３２の供給
導管３６，３７の両方に接続する。接続導管６
２，６３は、導管３８の方向への流れのみを許す
逆止め弁６４をそれぞれ備えている。また導管３
８には、接続導管６２，６３と導管３８との接点
と、導管２５と導管３８との接点との間で、一方
制流装置６５が配設されている。

導管１８には調節可能な減圧弁６７が設けら
れ、供給動力の上限を設定している。マノメータ
６８は供給圧を指示する。また、主導管５４の圧
力を指示するマノメータ６９が設けられている。
送りモータ１７の導管１９には、安全弁型の調整
弁７０を設けてある。この弁は、導管１９内の圧
力が所定圧よりも低い時には自動的に閉じるよう
になつている。この調整弁７０の目的は、掘削作
業中のドリル１４と掘削管２３の重量を補償する
と共に、ドリルとドリル・ストリングが自重だけ
で下方に移動しないようにすることにある。調整
弁７０に平行して逆止め弁７０を接続させてあ
り、ドリル１４の後退が可能なようになつてい
る。上方向の掘削を行う場合には、弁７０，７１
を導管１９でなく、導管１８に接続する。

空運転を行う場合は、回転制御弁５７と送り制
御弁５８を共に中立位置、すなわち(b)位置に設定
する。ここで、掘削管２３は固定チヤツク２１に
保持される。掘削を開始する場合は、まずチヤツ
ク制御弁６１を(b)位置にセツトし、次いで回転制
御弁５７を(a)位置にする。すると、圧媒油が接続
導管６２を通つてチヤツク２１および２７に流
れ、チヤツク２７が掘削管２３を掴持し、同時に
チヤツク２１が掘削管を解放し、チヤツク２７が
回転を開始する。そして送り制御弁５８を(a)位置
に移動させると、ドリル１４は前進する。そして
送りモータ１７のピストンロツド２０が後退して
停止位置に達すると、ドリル１４の前進は自動的
に停止する。但しこれは、この位置に到達するま
でに送り制御弁５８を移動させなかつた場合であ
る。

回転制御弁５７を(b)位置に復帰させると、チヤ
ツク２１，２７が係合交代するので、ここで別の
パイプ部材を手作業で掘削管２３に螺合接続する
ことができる。そのあと、スイベル４９を掘削管
２３の未端に螺合接続する。送り制御弁５８を(c)
位置に移動させると、ドリル１４は後退位置に戻
る。回転制御弁５７と送り制御弁５８を共に(a)位
置にセツトすると、掘削作業が再開される。

掘削管２３を抜取るには、チヤツク制御弁６１
を(c)位置にし、さらに回転制御弁５７を(b)位置に
セツトする。ここで、送り制御弁５８を２つのチ
ヤツク２１，２７と送りモータ１７の共通制御弁
として用いる。すなわち、送り制御弁５８を中立
位置である(b)位置から(c)位置に移動させると、チ
ヤツク２１が掘削管を解放し、チヤツク２７が掘
削管を掴持して、これを抜き出す。送り制御弁５
８を(a)位置に移動させると、両チヤツクは自動的
に係合交代し、ドリル１４は掘削管を前進方向へ
押し進めることなく前進する。必要なれば、掘削
管２３の後退長さが適当な長さになるまで、これ
を反復する。次いで、送り制御弁５８を中立位置
である(b)位置に、回転制御弁５７を(c)位置に移動
させると、チヤツク２７は逆方向に回転し、両チ
ヤツク２１，２７に共通の供給導管６０はチヤツ
ク制御弁６１と送り制御弁５８を介してドレン状
態となる。しかし、可動チヤツク２７は接続導管
６２を通じて圧媒油を供給される。制御装置６５
により該チヤツク２７には油圧が作用し、チヤツ
ク２７は掘削管２３を掴持する。そして制流弁を
通る流れはチヤツク２１，２７の共通供給導管６
０を通じてドレンするので、固定チヤツク２１は
掴持状態を維持する。従つて、チヤツク相互間に
ドリル・ストリングのねじ接続部が存在する場
合、この接続部は、制御弁５７，５８が前記位置
にあるとき機械的に接続が解ける。接続部の締り
が非常に固い場合の分離を容易にするため、固定
チヤツク２１を限られた角度、例えば25°程度の
回転可能にして、衝撃を与えやすい構成にしても
よい。

掘削管を掘削孔に再挿入したい場合は、チヤツ
ク制御弁６１を(a)位置にセツトする。ドリル１４
が前進すると、可動チヤツク２７は掘削管２３を
前進させ、一方固定チヤツク２１はドリルの後退
の際掘削管２３を保持する。この再挿入において
は、作業の制御は送り制御弁５８によつて行い、
回転制御弁５７は中立位置の(b)位置に維持する。
掘削管２３が挿入されて固定チヤツク２１が管の
外端を保持しているだけの状態になると、新たな
パイプ部材を手で荒ねじ締めしてドリル１４を後
退させ、次いで回転制御弁５７を(a)位置に移動さ
せる。ここで、可動チヤツク２７がパイプ部材に
係合してこれを回転させ、一方固定チヤツク２１
は制御弁６５の作用により掘削管２３を保持す
る。これは接続解除の場合も同様である。以上の
ようにして管接続が行われる。ここで再び掘削管
挿入が進められ、チヤツク２１が掘削管の外端を
保持する状態になるまでそれが続く。

２つのチヤツク２１，２７を介しての掘削管２
３の最初のパイプ部材（コアパイプ）の挿入を行
うためには、両チヤツクを同時に開放する必要が
ある。このためには、回転制御弁５７を中立位置
の(b)位置にセツトし、チヤツク制御弁６１と送り
制御弁５８を(a)位置にセツトする。これにより、
ドリル１４は前進し、前進停止位置に達して停止
する。ここで両チヤツク２１，２７は開となる。
別の方法として、チヤツク制御弁６１と送り制御
弁５８を(c)位置にセツトし、ドリル１４を後退停
止位置で停止させるようにしてもよい。

以上説明したように、上記の掘削機において両
チヤツク２１，２７は自動制御される。すなわ
ち、掘削作業中における管の接続および分離に際
しては、チヤツクの制御は回転モータの制御弁５
７により行われ、ドリル・ストリングの挿入およ
び抜取りの際のチヤツク制御は送りモータの制御
弁５８により行われる。

特に大型掘削機においては、岩盤掘削は相対的
高速回転により行うことが望ましく、また土質盤
掘削と管の接続・分離については、相対的に低い
回転速度と相対的に高いトルクが必要とされる。
この目的から、回転モータ３２とチヤツク２７間
に２段速度ギヤボツクス（図示せず）を作動接続
して、両者間の伝導速度の２段切換えができるよ
うにしてもよい。

また、下方向掘削の場合に２本のドリル・スト
リング部材間の接続を解除するに際しては、本発
明によれば、回転モータ３２の供給導管３７と送
りモータ１７の供給導管１９との間に圧力流体導
管１００を接続することにより該ストリング部材
の圧力解放（除重）を行うことができる。すなわ
ち、送り制御弁５８を中立位置の(b)位置にしてチ
ヤツク２１に一方のストリング部材を、チヤツク
２７に他方のストリング部材を掴持させ、チヤツ
ク制御弁６１を(b)位置にして供給導管１８，１９
を無圧状態とし、回転制御弁５７を(c)位置にして
モータ３２を逆回転させると、圧媒油はモータ３
２に供給されるだけでなく、導管１００を介して
導管３７から導管１９へも供給され、これにより
送りモータ１７は加圧され、チヤツク２７とこれ
に接続するモータ３２等の装置はチヤツク２１か
らの押上げ加力の影響を受ける。この押上げ加力
はチヤツク２７とこれに接続する諸装置の重量に
ほぼ相当する。

また、モータ１７（シリンダ）に対して十分な
流量を供給するため、導管１００には流量調整装
置１０１が設けられている。また、この調整装置
に加え、又はこれに代えて圧力調整弁１０３を導
管１００に設けることにより、流量および圧力の
調整を行うことができる。また、流れが導管１０
０を通つて戻るのを防止するため、前記調整装置
１０１と導管１９との間で導管１００に逆止め弁
１０２が設けられている。

弁７０は、チヤツク２７とこれに接続する装置
が自重で移動しないようにする機能を有するが、
さらにストリング部材相互間の接続解除にストリ
ング部材のねじ部に加わる圧力を制限する作用を
する。

掘削機は上方掘削に使用する場合には、導管１
００の一端を導管３７でなく導管３６に接続し、
他端を導管１９でなく導管１８に接続する。弁５
７を(a)位置にし、弁５８および６１を(b)位置にし
て２本のストリング部材間の接続を行う場合に
は、可動チヤツク２７とこれに接続する装置は、
モータ１７（シリンダ）により該チヤツク２７と
その接続装置の総重量（この総重量はチヤツク２
７の掴持するストリング部材を固定チヤツク２１
から離れる方向へ移動させようとする）にほぼ相
当する力で固定チヤツク２１の方向へ移動せしめ
られるので、ストリング部材のねじ部は無負荷状
態となり、従つて摩耗の心配はほとんどない。ま
た、上方掘削の場合には、チヤツク２７とこれに
接続する装置の重量補償のため、かつ該チヤツク
および装置の自重による移動防止のため、弁７
０，７１は導管１９との接続を解き、これを導管
１８に接続する。

本発明は上記実施例のみに限定されるものでな
く、特許請求の範囲の趣旨内において種々の態様
変更が可能である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は本発明
に従つた装置を含む岩盤又は土質盤掘削機の部分
断面側面図、第２図は第１図の掘削機の部分断面
正面図、第３図は第１、第２図に示した掘削機の
圧力流体系統の流れ図である。 １７……可逆送りモータ、２１……軸方向固定
チヤツク、１８，１９，２５，３６，３７，３
８，４２……供給導管、２７……軸方向可動チヤ
ツク、３２……可逆回転モータ、５７……回転制
御弁、５８……送り制御弁（共通制御装置）、６
０……共通供給導管、６２，６３，１００……接
続導管、１０１……流量調整装置、１０２……逆
止め弁、１０３……圧力調整弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軸方向固定チヤツクと、各方向ごとの圧力流
   体供給導管を有する圧力流体駆動の可逆回転モー
   タにより回転し且つ各方向ごとの圧力流体供給導
   管を有する圧力流体駆動の可逆送りモータにより
   前後移動するようにした軸方向可動チヤツクとを
   具備し、これらチヤツクを動作させて複数個のね
   じ込みストリング部材から成るドリル・ストリン
   グの掘削孔からの抜取り、あるいは掘削孔への挿
   入、ならびにストリング部材相互間の接続または
   分離を行いうるようにした岩盤または土質盤掘削
   機における回転掘削装置であつて、前記送りモー
   タの圧力流体供給導管の１つを前記回転モータの
   圧力流体供給導管の１つに接続させて、前記の２
   つのチヤツクにより掴持された２本のストリング
   部材相互間の接続または分離の際に前記送りモー
   タを作動し、前記の軸方向可動チヤツクを、該チ
   ヤツク及びそれに連結された各装置の自重による
   ねじ部への圧力を減少させる方向へ前記固定チヤ
   ツクに対し相対移動させるように構成したことを
   特徴とする回転掘削装置。 ２ 前記送りモータと前記回転モータそれぞれの
   前記圧力流体供給導管を接続する導管に流量調整
   装置を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の回転掘削装置。 ３ 前記の接続導管に圧力流体の回転モータへの
   逆流を防止する逆止め弁を配設すると共に、該導
   管に圧力調整弁を設けたことを特徴とする特許請
   求の範囲第２項に記載の回転掘削装置。 ４ 前記チヤツクの一方、好ましくは固定チヤツ
   クを、圧力流体が負荷されるとドリル・ストリン
   グを解放し、圧力流体の負荷が解除されるとこれ
   を掴持するように構成し、他方のチヤツクを、圧
   力流体が負荷されるとドリル・ストリングを掴持
   し、圧力流体の負荷が解除されるとこれを解放す
   るように構成すると共に、少くともドリル・スト
   リングの掘削孔への挿入時または掘削孔からの抜
   取り時には、前記各チヤツクと前記送りモータの
   供給導管の１つとが共通制御装置により略々同時
   に圧力流体を負荷され、あるいは略々同時に圧力
   流体の負荷を解除されるようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
   かに記載の回転掘削装置。