JP2001503488A - 表土掘削装置のドリルビットにケーシングを取り付ける方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 表土掘削装置はドリルビット本体、上記本体に衝撃を加えるための衝撃付与要素、及び上記本体に取り付けるケーシングを含む。上記ケーシングはケーシングシューにより上記ドリルビット本体に連結し、上記ケーシングシューは半円筒状の半割を含み、上記半割はそれに溶接される円形リングにより組合せて保持する。上記ケーシングシュー及び上記ドリルビット本体は半径方向に部分的に重なり合う壁面により相互に連結し、そのため上記ドリルビット本体は掘削作業において上記ケーシングを引き込む。

Description

【発明の詳細な説明】 表土掘削装置のドリルビットにケーシングを取り付ける方法及び装置 技術的背景 本発明は表土掘削装置(overburden drilling equipment)及びケーシングシュ ー(casing shoe)に関し、ここで表土掘削装置は、ダウンザホールハンマー(down -the-hole hammer)のような衝撃付与構成部分へ連結するための連結部分を後端 に有し、及びドリルビット(drill bit)の回転軸を規定しているドリルビット本 体と、ケーシング(casing)に取り付けるためのケーシングシューを含み、ケーシ ングシューは溝(groove)と継輪(collar)の相互の係合による重ね継ぎ(lap-joint )でドリルビット本体に連結する。 先行技術 表土掘削装置は例えば米国特許第5,255,960号等で以前に開示されている。ケ ーシングと削岩ドリルビットは相対的に回転可能となっていながら同時に軸方向 に連結しており、そのためドリルビットが地盤中に前進するのに沿ってケーシン グをドリルビットが引き込むようになっている建設用表土掘削装置は好都合であ ることが明らかになっている。そのような相対的回転の解決法は上述の特許にお いて「重ね継ぎ」として記載されており、ここでケーシング若しくはケーシング の前部に取り付けたケーシングシューは、軸方向においてドリルビットと部分的 に重なっている。ケーシングの内部に溶接した分割継輪はドリルビットに形成し た円周状の溝に突出しており、ドリルビットがケーシングを引き込むことを可能 にしている。 今日、溶接部がしばしば破壊することが明らかになっており、ケーシングの軸方 向進展が停止する。その上、ケーシング内には溶接を施工する作業空間が非常に 限られていた。 本発明の目的は上述した不利益を回避した、表土掘削装置、本質的にはケーシ ング継輪、及びケーシング継輪を取り付ける方法を提供することである。 発明の要約 本願発明のその目的及び他の目的は、ドリルビット本体及びケーシングシュー を含む表土掘削装置で達成した。長さ方向の回転軸を規定するドリルビット本体 は、上記本体の長さ方向の前端での切削面(cutting face)、及び上記本体の長さ 方向の後端での衝撃付与構成部分との連結に適合した連結部分を含む。ケーシン グシューは一般的に円筒状であり、ケーシングに取り付けるのに適合している。 ドリルビット本体は半径方向外向きに延び、長さ方向前方に面する第一の壁面を 含む。ケーシングシューは第一の壁面に面している、半径方向内向きに延び、長 さ方向後方に面する第二の壁面を含み、掘削作業において係合しそれによって長 さ方向に前進する。ケーシングシューは２つの本質的に同一の半円筒状の半割、 及び２つの半割を合わせて維持するための半割周りに同軸状に延びている切れ目 のない本質的に円形のリングを含む。 好ましくは、リングのそれぞれ前面と後面に配置した前方と後方の溶接部にお いて、リングを半割に溶接する。 好ましくは、各々の半割の前端に形成した円周状の窪み(recess)にリングを配 置し、上記窪みは互いに円周状に整列している。 本発明は、本質的にケーシングシュー、及びドリルビット本体にケーシングシ ューを据え付ける方法にも関係する。 図面の説明 本発明の目的と利点は、添付図面と共に以下のその好ましい実施態様の詳細な 説明より明らかとなり、ここで： 図１Ａに本発明による表土掘削装置の分解図を示し； 図１Ｂに左半分に装置の側面図と右半分に表土掘削装置の長さ方向断面図を示 し； 図１Ｃに図１Ｂに示した表土掘削装置におけるリングビット(ring bit)とケー シングシューの継手の拡大図を示し； 図２Ａにケーシングシューの半割の側面図を示し； 図２Ｂに組み立てた２分割ケーシングシューの前面図を示し； 図３に一体型リングの平面図を示し； 図４に図３の線4-4での一体型リングの断面図を示し； 図５に図１に類似した本発明による他の表土掘削装置のリングビットとケーシ ングシューとの継手を示した。 発明の好ましい実施態様の詳細な説明 図１Ａ〜Ｃにおいて、本発明による表土掘削装置の好ましい実施態様を示して ある。上記装置10はダウンザホールハンマー11、パイロットドリルビット(pilot drill bit)12、リングドリルビット(ring drill bit)13、ケーシングシュー14 、及びケーシング15を含む。パイロットドリルビット12及びリングドリルビット 13を合わせてドリルビット本体を規定する。 上記ハンマー11は好ましくは空気圧式であり、パイロットドリルビット12に対 して軸方向の衝撃を生じる。パイロットドリルビットは超硬合金インサート18を 備え、ねじ、スプライン(splines)、若しくは突起(protrusions)16を介してリン グビット13に連結している。リングビットは超硬合金インサート19を備え、回転 軸CL周りに リングビット13とケーシングシュー14との間で相対的に回転可能な方法でケーシ ングシュー14に連結している。ケーシングシューは、好ましくは溶接の手段で、 ケーシング15に堅く連結している。 ここまで記述したように、上記装置は先行技術のものと類似しており、この種 の装置の概念は、装置で穴をあけ、ハンマー及びパイロットビットを穴から引き 込む前に、パイロットビットをリングビットとの連結から解放することで、リン グビット、ケーシングシュー、及びケーシングを穴に取り残すことである。ケー シング周りの地盤が装置を引き込む後にも安定なままであるような性質であれば 、すべての装置を引き込むことは可能であろう。 ここで図１Ｃに話を変え、図１Ｂの継手17の拡大した断面図を示す。リングビ ット13はその軸方向内側の端部に円周状に延びた外部の継輪20を含み、上記継輪 はそれぞれ長さ方向の前方及び後方に面する、軸方向に間隔をあけた壁面21及び 22を含み、回転軸CLに対して本質的に垂直に延びている。壁面21は長さ方向の後 方に面する壁面24Aと共同することで、底面(floor)24Bを有する円周状の溝23Aを リングビットに形成する。円周状に延びた内部の溝23は継輪10を受け入れるため ケーシングシュー14に備えている。溝23はそれぞれ長さ方向の後方及び前方に面 する、軸方向に間隔を空けた壁面24及び25により境を成し、軸CLに対して本質的 に垂直に延びている。上記溝の軸方向長さは上記継輪の軸方向長さより長く、そ のためケーシングはリングビットに対して軸方向へ相対的に動作することがいく らか可能となっている。しかしながらこれらの長さはケーシングシューの自由端 若しくは外側の端部40がリングビットに衝撃を与えないように選択する。 ケーシングシュー14は一般的に半円筒形状の２つの本質的に同一で鏡像の半割 14A及び14Bを含む（図２Ａ及び２Ｂを見よ）。各々 の半割の前方部分38は円周状の窪み26を備え、上記窪みは第一の若しくは前方の ベベル(bevel)27、ランド(land)28、及び第二の若しくは後方のベベル29を含む 。ランド28は回転軸CLに対して本質的に平行であり、鈍角を規定する外部の角を 通して第一のベベルと連結している。ランド28は鈍角を規定する内部の角を通し て第二のベベル29に連結している。第一のベベル27と第二のベベル29は本質的に 平行である。半割の長さ方向端部30は、長さ方向に延びるベベルを組合わせるこ とで溶接を受けるための角度βを形成することで溶接に備える。 リング31を溶接に備える２つの半割の位置を定めるため提供する（図３及び図 ４を見よ）。リング31は本質的に菱形の断面を有し、平行であり平滑である半径 方向に間隔をあけた内部及び外部の表面32、33、及び回転軸CLに対して各々相対 的に斜めに延びている２つの軸方向に間隔をあけた表面34及び35を含む。各々の 傾斜した表面34及び35は回転軸CLに垂直に延びている線Ｐと鋭角αを形成する。 ケーシングシュー14は以下の方法でリングビット13に据え付ける。リング31の 最小の直径は、リングビット13の継輪20の最大直径より大きい。このことは、図 １Ｃにおいて点線で示した31Aのように、リングはリングビットの溝23の底面23A の周囲に配置可能であることを意味する。これを行った後、ケーシングシューの 溝23がリングビットの継輪20を受けるように、ケーシングシュー14の半割14A及 び14Bをリングビットの周囲に置く。半割をリングビットの周囲に保持すると、 半割をその各々と相対的に及びリングビットと相対的に適当な場所に位置するよ うに、リング31が円周状に整列した窪み26上を軸方向に滑り込む。そこで、それ ぞれリングの傾斜した表面34、35、及びケーシングシューの第一及び第二ベベル 27及び29で形成した、前方及び後方のＶ型窪みは溶接に適合する。溶接をまず 形成した窪みに溶接材料を満たし、それにより軸方向前方の溶接部36及び軸方向 後方の溶接部37をひだ状にする。その後ベベル30で形成した長さ方向に延びてい る接合部を溶接する。他に採りうる手段として、長さ方向に延びているベベル30 をまず溶接しても良い。 ここで表土掘削装置のケーシングシューを、ケーシングの軸方向進展をかなり の時間に渡り継続しうるように、耐久力のある溶接で製造することができる。そ の上、溶接を施すための大きな作業空間を生み、装置の製造を容易にした。 ここで図５に話を変え、本発明による表土掘削装置の他の実施態様を図１Ｂに 類似した図で示す。リングビット１３’の外表面は円周状に延びている内部の溝 23’を備え、上記溝は回転軸CLに対して本質的に垂直に延びている軸方向に間隔 をあけた壁面21’及び22’を含む。対応する円周状に延びている外部の継輪20’ をケーシングシュー14’上に備える。継輪20’は軸方向に間隔をあけた壁面24’ 及び25’により境を成す。溝23’の軸方向長さは継輪20’の軸方向長さより長く 、そのためケーシングはリングビットに対して軸方向へ相対的に動作することが いくらか可能となっている。しかしながら軸方向長さは、ケーシングシューの軸 方向前方の溶接部36’がリングビットに衝撃を与えうるように選択する。衝撃付 与表面25’を形成する溶接部36’はそのような衝撃下で耐久力のある材料で形成 できる。 上記装置の運転において、ドリルビット本体は回転している一方衝撃付与装置 により衝撃を受けることで穴をあける。上記ビット本体が進展するにつれて、リ ングビットの壁面24はケーシングシューの壁面21と係合することでケーシングを 引き込む。流体を内部流路50、52を通してビット本体の前部に導くことで、イン サート18を冷却し汚れを取る。その中に引き込まれた堀くずに加えてその流体は 、ケーシングシューの半径方向内部に配置した戻り流路54を通して穴から流出し 、その後ケーシング15内を移動する。 本発明は請求の範囲内で自由に変更できる。本発明をその好ましい実施態様と 関連して記述したが、明確に記述していない追加、削除、変更、及び代用を請求 の範囲で定義した本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行うことができる ことは当業者の認めるところである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．穴を掘削する表土掘削装置であって 長さ方向の回転軸を規定し、ドリルビット本体の長さ方向前端に切削面、及び 上記本体の長さ方向後端での衝撃付与構成部分との連結に適合した連結部分を含 むドリルビット本体、及び、 ケーシングに取り付けるのに適合した、ほぼ円筒状のケーシングシューを含み 、 上記ドリルビット本体には、半径方向外向きに延び、長さ方向前方に面してい る第一の壁面があり、上記ケーシングシューには、半径方向内向きに延び、長さ 方向後方に面する第二の壁面があって、上記第二の壁面が上記第一の壁面に面し て係合することにより掘削作業中に長さ方向に前進するようになっており、 上記ケーシングシューは、本質的に同一の２つの半円筒状の半割と、上記２つ の半割を同心円状に取り巻いて上記半割同士を組み合わせて保持する、切れ目の ない本質的に円形のリングとを含んで構成されている、 表土掘削装置。 ２．更に、上記連結部分に連結した衝撃付与構成部分、及び上記ケーシングシ ューの後端に取り付け、かつ上記衝撃付与構成部分を取り囲んでいるケーシング を含む請求項１記載の装置。 ３．上記リングのそれぞれ前面及び後面に配置した前方及び後方の溶接部によ り、上記リングを上記半割に溶接した請求項１記載の装置。 ４．上記リングを各々の上記半割の前端に形成した円周状の窪みに配置した請 求項３記載の装置。 ５．各々の窪みは長さ方向に間隔をあけた前方及び後方のベベル を含み、上記前方のベベルは上記後方のベベルに関して半径方向内側にあり、上 記リングは長さ方向に間隔をあけた外向き及び内向きの表面を含み、上記表面は ほぼ互いに平行であり回転軸に対して傾斜していて、そのため上記外向き表面と 上記前方のベベルが組合わさって前方のＶ型窪みを形成し、上記内向き表面と上 記後方のベベルが組合わさって後方のＶ型窪みを形成し、上記前方及び後方の溶 接部をそれぞれ前方及び後方のＶ型窪みに配置した請求項４記載の装置。 ６．上記第二の壁面が全体として上記ケーシングシューと一体構造である請求 項１記載の装置。 ７．上記第一の壁面が上記本体に形成した円周状の第一の溝の後方の壁面を構 成する請求項６記載の装置。 ８．上記第二の壁面が上記ケーシングシューに形成した円周状の第二の溝の前 方の壁面を構成する請求項７記載の装置。 ９．上記ドリルビット本体がパイロットドリルビット及び上記パイロットドリ ルビットの外表面上に据え付けたリングビットを含み、上記第一の壁面が全体と して上記リングビットと一体構造である請求項１記載の装置。 １０．円筒状ケーシングをドリルビット本体に連結するのに適合したケーシン グシューが、以下のもの： 組合わせることで長さ方向軸を規定する円筒を形成するのに適合した２つの本 質的に同一の半円筒状の半割であって、各々の半割がその前端において円周状の 窪みと、各々の半割の長さ方向前方の後端に配置した場所での半径方向内向きに 延びた長さ方向後方に面した壁面を含み、上記半割を組合わせると上記窪みが相 互に円周状で整列している半割、及び、 上記半割を組合わせて保持するため、整列した窪みに長さ方向で 差し込み、上記半割に溶接できる大きさの切れ目のない本質的に円形のリング を含むケーシングシュー。 １１．各々の窪みは長さ方向に間隔をあけた前方及び後方のベベルを含み、上 記前方のベベルは上記後方のベベルに関して半径方向内側にあり、上記リングは 長さ方向に間隔をあけた外向き及び内向きの表面を含み、上記表面はほぼ互いに 平行であり回転軸に対して傾斜していて、そのため上記外向き表面と上記前方の ベベルが組合わさって前方のＶ型窪みを形成し、上記内向き表面と上記後方のベ ベルが組合わさって後方のＶ型窪みを形成し、上記前方及び後方のＶ型窪みが分 割して溶接を受けるように適合した請求項１０記載のケーシングシュー。 １２．ドリルビット本体にケーシングシューを据え付ける方法が、以下の工程 ： ａ．上記ドリルビット本体の外表面に形成した円周状の溝は長さ方向前方に面 した第一の壁面を含んでいて、上記溝に切れ目のない円形リングを挿入する工程 、及び、 ｂ．上記ケーシングシューの長さ方向後方に面した第二の壁面が上記第一の壁 面に面するように上記半割を組合せることで、２つの本質的に同一の半円筒状の 半割を含むケーシングシューを上記ドリルビット周りに取り付ける工程、及び、 ｃ．上記リングが上記半割の前方部分を取り囲むまで上記リングを長さ方向後 方に移動させる工程、及び、 ｄ．上記リングを上記半割に溶接する工程、及び、 ｅ．上記半割を長さ方向のその接合部に沿って溶接する工程を含む据え付け方 法。 １３．工程ｃが上記半割の前方部分に形成した円周状の窪みに上 記リングを挿入することを含む請求項１２記載の方法。 １４．工程ｄが上記リングの向かい合った軸方向側面に沿って、上記窪み内で 軸方向前方及び後方の溶接部を形成することを含む請求項１３記載の方法。