JPH08501502A - 手持削岩機用非回転形ピストン及びそのための着脱式スプライン付きナット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 流体作動形衝撃打撃工具が縦に往復運動するが回転しないピストンを中に備えている。ピストンは巻き付けばねクラッチを作動させてドリルを回転させる。工具のハウジングと組合せた着脱自在なスプライン付きナットがピストンの回転を阻止するが、ピストンの縦の往復運動を可能にしている。

Description

【発明の詳細な説明】 手持削岩機用非回転形ピストン及びそのための着脱式スプライン付きナット 発明の背景 本発明は、一般的にいえば、ハウジング内で往復運動するピストンを有する流 体作動形衝撃打撃工具に関し、さらに詳しくいえば、ピストンが縦に往復運動し 、鋼製ドリルがピストンによって衝撃を与えられるとともに回転させられるよう に構成された手持削岩機に関する。 代表的手持削岩機の構成は、鋼製ドリルに衝撃エネルギーを与えるために流体 を循環させることによって往復動させられるピストンを用いている。ドリルを正 しく動作させるには、ピストンが往復動すると同時にドリルが回転することが必 要である。この回転運動は、一連のスプラインとクラッチ機構を介して行なわれ る。スプラインの外形は、通常は、ピストンがドリルと共に回転するようなもの である。代表的ドリルは、軸方向に約２０４ｍ／ｍｉｎ（６７０ｆｔ／ｍｉｎ） 表面速度である２０００グロー毎分の速度で５．１ｃｍ（２インチ）のストロー クで作動する。ドリルは、普通には、１４０〜１５０回転／分で回転する。平均 のピストン直径が５．１ｃｍ（２インチ）であり、約２３ｍ／ｍｉｎ（７５ｆｔ ／ｍｉｎ）の回転表面速度を生じる。軸方向表面速度と回転表面速度の両方の成 分が、ピストンの外形のピストンの周囲の構成要素への全摩耗量に寄与する。表 面フィート数の回転成分を除くと、これらの構成要素間の摩耗を小さくするであ ろう。したがって、ドリルを作動するとき性能と部分完全性が大きくなるはずで ある。 ドリルを回転する場合、普通の構成では手持削岩機にスプライン付きナットを 用いる。スプライン付きナットは、内部スプライン形の外形をもち、外径にねじ を切ってある。ねじ切り領域は、ドリル内部にあるチヤック又はチヤック駆動装 置などの別の構成要素にかみ合されるのが普通である。ナットについている内部 スプラインは、ピストンについているスプラインとかみ合う。ピストンとナット とにあるスプライン間のねじり相互作用は、ナットそのものの摩耗を大きくする 。この組立体の修理は困難で、ナットをピストン又はチヤックから外すのに特殊 なレンチを必要とする。 前述のことは、現在の手持削岩機にあると知られている欠点を例示している。 したがって、上述の欠点の一つ以上を解消することを目的とした代替品を提供す ることが有益であることは明らかである。それゆえ、あとでさらに詳しく開示さ れる特徴を備える適当な代替品を提供する。 発明の概要 本発明の一つの面において、これは、ピストン棒、ピストン尾部及びピストン 頭部を備えた往復動ピストンと、ピストン棒に沿った複数の縦のらせんみぞと、 工具ハウジングと縦みぞの間に着脱自在に取付けられてピストンの縦運動を許す が回転を許さない締りばめナットとを有する流体作動形衝撃打撃工具を提供する ことによって達成される。 第２の面においては、これはピストン棒にある縦みぞの中に摺動自在に取付け られている複数のスプラインをナットの内面に備えて、ピストンの縦往復運動を 可能にする着脱自在なスプライン付きナット組合せによって提供される。このナ ットは、外面に複数のローブを備え、前記ローブは、隣接するハウジング内でピ ストンが回転するのを抑制する複数の整合ローブくぼみと締りばめを形成する。 巻き付けばねクラッチがドリルに回転運動をピストンの縦往復運動の間与える。 前述及びその他の面は、添付図面と併せて考えるとき、本発明の以下の詳細な 説明から明らかになる。 図面の簡単な説明 図１は、ラチエットとつめの機構によって回転される従来のピストンの一部分 を除去した断面図である。 図２は、図１の線Ａ−Ａに沿った図である。 図３は、本願発明の手持削岩機の断面図である。 図４は、本願発明の着脱自在なクラッチ継ぎスプラインナットと油潤滑装置の 拡大図である。 図５は、図４の線Ｂ−Ｂに沿った図である。 図６は、本願発明において用いる着脱自在なスプライン付きナットの等角図で ある。 図７は、図４の円Ａ内の拡大図である。 図８は、縦のらせんみぞを示すピストン軸の斜視図である。 詳細な説明 本願発明を好ましい実施例に従って例示し、説明するが、請求の範囲に記載さ れる本願発明から外れることなく他の変形態様及び変更態様を作成できると認め られる。 図１及び図２を参照すると、ストロークサイクルの間ピストンを回転させる機 構を備える従来の手持削岩機が示されている。ピストン１は、ピストンヘッド７ にねじ接続されているピストン旋条付きナット５によって旋条付き棒３に取付け られている。ピストン旋条付きナット５は、ピストン１の往復運動と同じ縦方向 に旋条付き棒３に沿って伸びる縦みぞ９に整合する内側スプラインによって旋条 付き棒３に摺動自在に取付けられている。 旋条付き棒３の上端１１は、一方向にだけ回転できるようにリング歯車１３と 相互作用する複数のつめ１５によってリング歯車１３に接続されている。リング 歯車１３はドリルにドリルの動作中衝撃流体を分配する弁１７とともに手持削岩 機ハウジング（図示なし）のバックヘッド部分に置かれている。 ピストン棒２０は、縦軸線２４に沿って往復運動するように、ピストン棒軸受 ２６によってハウジング２２の中に支持されている。チヤックナット２８は、ピ ストン棒２０に沿って伸びている縦みぞ３０に整合する内側スプラインによって ピストン棒に摺動自在に取付けられている、クラッチナット２８は、チヤック３ ４に接続されているチヤック駆動体３２の中にねじ込まれている。ドリル３６は 、チヤック３４の中へ摺動自在に取付けられている。したがって、従来の手持削 岩機においては、ピストン１が縦方向に前後に往復運動し、同時にピストン１は 一方向に回転することが分る。この回転運動は、ピストン１とピストン旋条付き ナ ット５の間及びチヤック駆動体３２に接続されているスプライン付きチヤックナ ット２８とチヤック３４の間の接続によってドリル３６に伝えられる。 図３を参照すると、本願発明の手持削岩機は、縦軸線４４を有しピストン４６ とドリル４７、１００が、従来のものと同様に往復運動するための中央ボアが貫 通している外側ハウジングを有する４０として示されている。ピストン４６は、 ゲージ圧約６．３〜７．０ｋｇｆ／ｃｍ²（９０／１００ｐｓｉｇ）の圧力の圧 縮空気などの衝撃流体によって作動される。ピストン４６は、ピストンヘッド４ ８、ピストンヘッド４８の片側にあるピストンテール５０、及びピストンヘッド ４８の反対側にあるピストン棒５２を備えている。ピストン４６はハウジング４ ２の中で縦に往復運動するように、ピストンヘッド４８に接触するハウジング胴 体部材５４、ピストンテール５０に接触する空気分配器５６及びピストン棒５２ に接触するピストン棒軸受５８によって支持されている。 衝撃用流体がバックヘッド６２内の蓄圧室６０の中へ導入され、分配器５６に よって流体通路６４、６６及びポート６８、７０へ向けられ、駆動室７２に至り 、そのあと戻し室７４に至る。ストロークサイクル内のピストン４６の位置によ って駆動室７２又は戻し室７４のいずれかが排出口７６に通じて、それぞれの室 ７２又は７４の中の流体を排出する。 ピストン４６は、ピストン棒５２に沿って下向きに伸びる一連の縦みぞ８０を 介して回転運動を防止されている。本明細書で用いられるとき、「縦」又は「縦 方向」という用語は、軸線４４に平行な方向を意味する。みぞ８０は、周囲のハ ウジング８６（図５）に対して回転できない着脱自在なスプライン付きナット８ ４の中のスプライン８２にはまる。スプライン８２はナット８４の内面に形成さ れてナット８４の長さに沿って縦に下向きに伸びている。 ピストン４６はまた、らせんナット９４にあるらせんスプライン９２に接続さ れる一連のらせんみぞ９０（図８）を備えている。らせんみぞ９０はピストン軸 ５２に沿って下向きに伸びて前記縦みぞ８０の間に、好ましくは各１対の隣接縦 みぞ８０の間に１本のらせんみぞ９０があるように設けられている。スプライン ８２のらせん運動作用によってらせんナット９４をピストン４６の往復運動につ れて回転自在に前後に振動させる。次に、らせんナット９４は、チヤック９８及 びドリル１００を駆動する巻き付けばねクラッチ９６のような一方向クラッチ機 構に摩擦力で取付けられる。らせんナット９４は、第１のハブ面１０２を表面に もった外面を備えている。チヤック９８は、チヤック９８にある第２の外側ハブ 面１０４が第１のハブ面１０２に隣接して取付けられるようにボアの中に配置さ れている。コイルばね１０６を第１及び第２のハブ面１０２、１０４の回りに巻 いて、ピストン４６が往復運動するにつれて、中にあるチヤック９８とドリル４ ７、１００が一方向に回転するようにしている。巻き付けばねクラッチ機構は、 リーランド・エッチ・ライアン（Ｌｅｌａｎｄ Ｈ．Ｌｙｏｎ）に交付された米 国特許第５，１３９，０９３号に記載されている。 スプライン付きナット８４は、ハウジング８６から取外しできる。着脱性は、 図１に示されたナット５とピストンヘッド７の間の従来技術のねじ式接続部をな くし、図３に示されているようにピストン棒５２にあるはめ合いみぞ８０と係合 する内側スプライン８２をナット８４に設けることよって与えられる。したがっ て、ナット８４がピストン棒５２に摺動自在にスプライン結合されるが、縦軸線 ４４、ピストン４６及びハウジング８６に対して回転できないことが分る。 図５に示されているように、ナット７４には、ナットそのものの外側輪郭に少 なくとも一つのローブ１１０がある。ローブ１１０は、三つあり、ナット８４の 外面の円周のまわりに等間隔に配置されているのが好ましいが、任意の適度な数 で差支えない。ナット８４のこの雄輪郭の各ローブ１１０は、周囲のハウジング ８６にある雌形ローブくぼみ１１２に係合する。ピストン４６は、ドリルが作動 するにつれて、往復運動する。巻き付けばねクラッチ９６は、ピストン４６に回 転を促す。ナット８４の機能は、この回転を止めることである。ピストン４６が 回転しようとするとき、ナット８４のスプライン８２は、回転を阻止する。次に ねじり負荷は、ハウジング８６のローブ１１０及びローブくぼみ１１２に伝えら るので、回転を止める。 図６及び図７示されているように、ナット８４の外径部にテーパをつけてある ことは、ナット８４の負荷を支える能力をさらに助ける。ナット８４は、断面図 で見たとき、雄輪郭全体がナットの上端１１４と下端１１６の間の中央部頂点１ １８におけるより、ナット８４の上端１１４と下端１１６において小さくなるよ うにテーパがつけられている。ナット８４が雌ハウジング輪郭に挿入されるとき 、ナット８４はハウジング８６を締めつける。したがって、二つの締まりばめ、 すなわち、ローブ１１０による第１のものとナットのテーパ付き胴体による第２ のもの、ができることが分る。 なお、一つ以上のローブ１１０の中にナット８４の胴体の長さに沿って軸方向 に縦に伸びる縦みぞ１２０を形成することによって、第３の締まりばめを与える ことができる。三つのローブ１１０の各々に一つのみぞ１２０を設けるのが好ま しい。ピン１２２がナット８４とハウジング８６のローブくぼみ１１２の間に圧 力ばめをするために各みぞ１２０の中へゆるやかに押しこまれる。他の二つの界 面がすりへるにつれて、ピン構成は、ナットが回転し始めるとき縦断面をさらに 締めつけるローラランプ形クラッチと同様に作用する。 手持削岩機のための潤滑が液体潤滑剤、好ましくは油、を衝撃空気に導入する ことによって行われる。油キヤップ１３０が図３及び図４に示されているように 、ハウジング８６内の油入口管１３２をねじ込み式に閉じる。手持削岩機のオペ レータは、定期的な間隔で油を油入口管１３２に導入する。ピストン棒軸受１４ ０は、ピストン軸５２に摺動自在に接触する内面１４０を有し、ピストン４６を 軸線４４に沿って往復運動するように支持する。ピストン棒軸受１４０は、環状 くぼみ部分１４６と下部フランジ付き部分１４８を形成する外面１４４を備えて いる。上側ランド面１５０において、環状くぼみ部分１４６は、流体密封接触状 態でハウジングの内壁１５２に接触する。外面１４４とハウジング１５０の組合 せは、油室１６０を形成する。油１６０はまた部分的又は全面的にハウジング１ ５２の内面にあるくぼみによって形成できる。油室１６０は、油を油室１６０に 運び込むために入口管１３２と連絡している。送油穴１７０が下部フランジ１４ ８を貫通して、着脱自在な多孔質の焼結金属プラグなどの絞り要素１７２のため の内部くぼみを形成している。送油穴１７０と絞り要素１７２は、油が着脱自在 なスプライン付きナット８４の領域にある手持削岩機の内径部の中に入る通路と なっている。 ピストン棒軸受１４０の上端１８０は、上側ランド面１５０より上に間隔をあ けた場所で、第２の流体密封接触状態でハウジング８６の内面１８２に接触する 。 上端１８０と上側ランド１５０の間には、外面１４４にある第１の円周方向みぞ １８４があって、ピストン棒軸受１４０の内面１４２にある第２の円周方向みぞ １８６とピストン棒軸受１４０の円周方向のまわりに間隔をあけて配置された複 数の穴１８８によって連通している。第１のみぞ１８４は、洗浄流体が前部ピス トン室１９２の中に入って、軸受１４０の中の穴とピストン棒５２の中のみぞ９ ０を経てドリル４７、１００のまわりから出てゆくように設けられた外側通路１ ９０と通じてドリル穴から削岩くずを洗い流す。外側通路１９０及び穴１８８を つけたみぞ１８４、１８６は自由選択のもので、本発明の一分を形成しない。 動作についていえば、戻し室７４が排気すると、排気の一部分がピストン棒５ ２にある縦みぞ８０を経てピストン４６の前方の前部ピストン室１９２に入る。 そこでは、そのような排気は、手持削岩機のバックヘッドにある空気分配室５６ からピストン４６の中心を通って下へ送られる衝撃流体と合併する。油と流体の 混合物は巻き付けばねクラッチ９６及びその領域内の他の当り面を潤滑し、つい には、ドリルのまわりから外に排出されてドリル穴から削岩くずを取除く。 この前部ピストン室１９２は、通常はゲージ圧０．７〜２．１ｋｇｆ／ｃｍ² （１０〜３０ｐｓｉｇ）であるが、駆動室７２及び戻し室７４の中の圧力は、ず っと高くゲージ圧約６．３〜７．０ｋｇｆ／ｃｍ²（９０〜１００ｐｓｉｇ）で ある。油室１６０が戻し室７４より下にあって、中の圧力と流体接触していない ので、油室１６０は、前部ピストン室１６０の脈動圧力が低くなったことによっ て生じる低い圧力差だけを受けている。この圧力差の低下は油室１６０から消費 される油を少なくする。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．上端にあるバックヘッド、下端にあるドリルチヤック、及びそれらの間 に延在し、往復動ピストンが中に入っている中央ボアを形成するハウジングを備 える流体作動衝撃打撃工具において、 ａ．ピストン棒、ピストンテール及びそれらの間にピストンヘッドを備え る前記ピストンと、 ｂ．前記ボアを通して縦軸線に沿って往復動させるように前記ピストンを 支持する手段と、 ｃ．前記ピストン棒に沿って下向きに伸び、前記ピストン棒の周囲に間隔 をおいて配置された複数の縦みぞと、 ｄ．前記ピストン棒に沿ってらせん状に下向きに伸び、各々が１対の縦み ぞの間に間隔をあけて配置された複数のらせんみぞと、 ｅ．前記ハウジングと前記ピストン棒の間にあって、 前記ピストンの縦往復運動を許すが、前記ピストンの前記ボアの中での回転を阻 止する締まりばめ手段と、 ｆ．前記らせんみぞに接続されて、前記チヤック内に配置されたドリ ルを前記ピストンの往復運動の間一つの方向に回転させる回転手段と、 を備えることを特徴とする流体作動衝撃打撃工具。 ２．前記締まりばめ手段が前記縦みぞに摺動自在に接続されたスプライン付 き内面とローブくぼみにおいて前記ハウジング内に拘束されるローブ付き外面と を有する着脱自在なナットを備え、前記ローブくぼみは前記ローブに適合するよ うに形成されており、それによって前記ナットと前記ピストンの回転を抑制する が前記ピストンの縦運動を許す請求項１に記載の工具。 ３．前記ナットがさらに前記ナットの胴体の前記内面に沿って縦に下向きに 伸びる複数のスプラインと前記ナットの外面に形成された複数のローブ付き面を 備える請求項２に記載の工具。 ４．前記ナットが前記ナットの周囲に等間隔に配置された３以下のローブを 備えている請求項３に記載の工具。 ５．前記ハウジングが前記ナットの各ローブのためのローブくぼみを備えて いる請求項４に記載の工具。 ６．前記ナットがさらに、ローブの中にあって前記ローブと前記ローブくぼ みの間に圧力ばめになるようにピンを受ける少なくとも一つの縦みぞを備えてい る請求項５に記載の工具。 ７．前記ピストンを前記軸線に沿って往復運動させるように支持する前記手 段が ａ．前記ボアの中で前記バックヘッドに配置され、前記ピストンテールに 摺動自在に接触する内面を有する空気分配器と、 ｂ．前記ピストンヘッドに接触しているハウジング胴体支持面と、 ｃ．前記ボアの中にあって、前記ピストン棒に摺動自在に接触する内面を 有するピストン棒軸受と を備えている請求項６に記載の工具。 ８．前記回転手段が ａ．前記ピストン棒にある前記らせんみぞに摺動自在に接続されたらせん スプラインを有する回転自在なナットと、 ｂ．前記ナットにある第１のハブ面と、 ｃ．前記ハウジング内にあって、第２のハブ面を備え、前記第１のハブ面 に隣接して配置されているチヤックと、 ｄ．前記第１及び第２のハブ面のまわりにらせん状に巻かれ、前記両ハブ 面を前記ピストンが往復運動するとき、一方向に回転させる巻き付けばねと を備えている請求項７に記載の工具。 ９．流体作動形衝撃打撃工具のハウジングの中にあって、表面に複数の縦み ぞを有するピストン棒を備えた往復動ピストンが回転しないように拘束する着脱 自在なスプライン付きナットであって、該ナットは、 ａ．上端と下端とそれらの間にある中央部分を有するナット胴体と、 ｂ．前記胴体にあって、少なくとも１本の縦に伸びるスプラインを有し、 前記ピストン軸にある縦みぞに摺動自在に接続する内面と、 ｃ．前記ローブを縦方向に受けるローブくぼみを有するハウジングの部分 に締まりばめをする少なくとも一つのローブを有する外面と を備える着脱自在なスプライン付きナット。 １０．前記ナットが前記ナット胴体の円周方向に間隔をあけて配置された少な くとも三つのローブを有する請求項９のナット。 １１．各ローブが前記ローブと前記ハウジングのローブくぼみの間に圧力ばめ するためにピンを受ける縦みぞを備えている請求項１０に記載のナット。 １２．上端にあるバックヘッドと下端にあるドリルチヤックとそれらの間に延 在し、縦軸線に沿って往復運動するように支持された往復動ピストンを有する中 央ボアを形成するハウジングと、前記ピストンの往復運動の間ドリルを前記チヤ ック内で一方向に回転させる巻き付けぼねクラッチとを備える流体作動形手持削 岩機において、 ａ．ピストン棒、ピストンテール及びそれらの間にあるピストンヘッドを 備える前記ピストンと、 ｂ．前記ピストン棒に沿って下向きに伸び、前記ピストン棒の円周のまわ りに間隔をおいて配置された複数の縦みぞと、 ｃ．前記縦みぞに摺動自在に接続されたスプライン付き内面とローブキヤ ビテイに前記ハウジング内に拘束されるローブ付き外面とを有する着脱自在なナ ットを備え、前記ローブキヤビテイは前記ローブに適合するように形成されてお り、それによって前記ナットと前記ピストンの回転を拘束するが前記ピストンの 縦運動を許すことを特徴とする 流体作動形手持削岩機。