JP2001512799A - ダウンホール掘削用の掘削工具、リーマー手段、及びその工具に使用するボデー要素 - Google Patents

ダウンホール掘削用の掘削工具、リーマー手段、及びその工具に使用するボデー要素

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、さく岩工具(10)、リーマー手段(12)及びボデー要素(11)に関する。掘削工具(10)は、追従するケーシング(13)の前方で穴を掘削することにより、ダウンホール掘削することを第１に意図するものである。掘削工具は、ボデー要素(11)及びリーマー手段(12)を含む。ボデー要素(11)は、中央のパイロットビット(16)、シャンク(15)、及び掘削工具を案内する案内手段(18)及び互いに関するケーシング(13)を含む。案内手段(18)、シャンク(15)及びパイロットビット(16)は、一体の構成要素を構成し、ここで、案内手段(18)、シャンク(15)及びパイロットビット(16)は、互いに分解できないものである。リーマー手段(12)は、分割され、取付られた状態において、案内手段(18)及びパイロットビット(16)の最大直径(D,D1)より小さい内径(D2)を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、独立請求項の書き出し部分のような、さく岩工具、リーマー手段及
びボデー要素に関する。
【０００２】 上記の種類の知られている掘削工具において、弱部は、例えば案内手段とリー
マーを担持する部分との間のねじ接続部である。衝撃エネルギーを伝えるねじ継
手では常にエネルギー損失がある。 別の種類の知られている工具は、US-A-5,284,216に示され、シャンク及びドリ
ルビットが、構成要素を構成し、それ上に案内を備えている。しかしながら知ら
れている工具は多くの欠点を含むことが経験されており、それは、リーマーが容
易に交換できない、衝撃エネルギーが最大限利用できない、溝の位置が最適に配
置できない、及びねじの固定手段が十分な強度を持たなく、取り扱いが困難であ
ることである。 発明の目的 本発明の１つの目的は、上述の欠点を排除したさく岩工具を提供することであ
る。
【０００３】 本発明の他の目的は、リーマーを容易に取り付け、及び取り外し可能な、さく
岩工具を提供することである。 本発明の更なる他の目的は、任意選択できるリーマーを使用することができる
、さく岩工具を提供することである。 本発明の目的は、請求の範囲に定義したようなさく岩工具、ボデー要素及びリ
ーマーにより理解される。これらの以下の実施態様は、添付図面に関連して記載
されている。 発明の詳細な説明 図３において、本発明によるさく岩工具10は、ボデー要素11及びリーマー12を
含む。掘削工具は、掘削又は運転モードにおいて、知られている方法でリーマー
12を備えることで、ケーシング13を掘削工具と共に下方に変位させるように穴を
拡大する。掘削工具をその回転軸又は中心軸CL周りに、運転方向と反対向きに回
転させることにより、リーマー12は、軸受部14に関して限定した角度だけ回転し
、作用しない状態、浸入(penetration) 状態をとり、それはケーシング13を通じ
て掘削工具を引き込むことを可能にする。軸受部14は、直径D3で実質的に円筒形
であって、回転軸又は中心軸CL2 を有し、かつリーマー12を担持し、その軸CL2
は、軸CLについて平行で、偏心して配置されたものである。リーマーは少なくと
も部分的に、その周囲に沿って厚みが変化する壁面を有し、直径D3と同じオーダ
ーの最小の内径D2を有する。さく岩工具は従って、運転モードにおいて、作用し
ない状態より、更に大きい直径を有するように形成される。
【０００４】 本発明によるボデー要素11は、図1Aから1Cにおいて分けて示されている。ボデ
ー要素11は、シャンク15、中心のパイロットビット16及び案内18を含み、ここで
、シャンク、パイロットビット及び案内手段は、一体の構成部分を構成し、互い
に解放することができない。パイロットビット16は、任意にダイヤモンド被覆し
た、超硬合金のボタン部60を含み（図５）、最大直径D1により規定される。案内
手段18は、最大直径Ｄにより規定され、駆動部17を含み、その駆動部は、案内手
段18の軸方向前方に、シャンク15と共に形成されている。駆動部17は、シャンク
11の残りの部分に関して、偏心して形成されていて、案内手段18は、中心軸CLに
関して反対側において、実質的に対応する偏心した溝19を有する。偏心した溝19
は、半円筒部22により半径方向内向きに、及び本質的に平らな面20により軸方向
後方に境界をなす。軸受部14の周囲に延びる支持面47は、半円筒部22及び駆動部
17の軸方向の前端として形成されている。支持面は回転軸CLに垂直である。半円
筒部22及び平らな面20は、互いに接続している。リーマーを駆動するための台座
21は、半円筒部22の１つの円周上の端部、すなわち回転方向Ｙの後端において形
成されている。第２の端部48は、回転方向Ｙにおいて最初にくる半円筒部22の部
分に形成される。洗浄流路システムをボデー要素に配置し、その１つの流路は台
座21で末端となることで、台座を洗浄し、それによりリーマーの簡素な内向きの
回動を保証する。
【０００５】 案内手段18は、ケーシング13の内側突出部と協働する、２つの外側肩部23,24
を備える。肩部23,24 は掘削方向にいくらか円錐形であり、かつ回転方向におい
て半円状である。そのような配置により、掘削工具が前方に変位したときに、掘
削工具からの衝撃を介して、ケーシング13を掘削方向に押しやることができる。 案内手段18は、２つの外側の洗浄流路49,50 を有し、それらは肩部23,24 を互
いに間隔をあけさせている。別の実施態様においては、洗浄流路は、肩部の半径
方向状態を規定する円の半径方向内側に、洗浄穴として配置することができる。
その場合１つの連続する肩部のみを配置する。
【０００６】 シャンク15は、外側のスプライン25を備え、それはダウンホールハンマの内側
スプライン（図示せず）と係合すべきである。ダウンホールハンマは、これらの
スプラインを介してさく岩工具に回転を伝える。シャンク11は、その後端で直径
が小さい部分15A を有し、上記部分15A は、ダウンホールハンマに関して軸方向
に限られた距離だけ、シャンク15を動けるようにするのに用いる。
【０００７】 図2A,2B 及び2Cにおいてリーマー12を示し、それは好ましい実施態様において
、４つの部分、すなわち、ボタン収容部26、シャックル27及び２つのピン28,29
からなる。 ボタン収容部26は、一般的にＵ形である。ボタン収容部は内側の半円筒の軸受
面30を有し、それは上部面31及び下部面に接続していて、掘削工具に取り付けた
とき、上部面及び下部面は、実質的にドリルの回転軸CLに垂直である。軸受面30
は半径Ｒで規定され、その中心は軸受部14についての中心軸CL2 上に常にある。
上部面31は、傾斜した又は実質的な円錐面32に接続している。円錐面は、超硬合
金のボタンを受けるための、周囲に配置した複数の穴33を含む。ボタンはダイヤ
モンド被覆してもよい。表面32は更に、覆い面34に接続され、実施態様において
は、２つの異なる半径R1及びR2により規定される。半径R2の中心は、回動した状
態において回転軸CLと一致する一方、半径R1の中心は回動した状態で上記回転軸
CLの半径方向外側に配置されている。半径R1は、脚部の覆い面を規定する一方、
半径R2はボタン収容部の中央部分を規定する。半径R1は、半径R2より小さい。包
囲面34は、回転の方向の最初に位置する部分に、超硬合金のボタンを受ける穴35
を形成することで、鋼の摩損(steel wash)を最小化する。ボタン収容部は円形の
自由端を有する。貫通した穴36,37 を、両方の自由端の近傍で形成している。穴
は回転軸CLと平行である。凹部又は溝38,39 を各々の自由端に形成し、その溝は
、各々の自由端から内向きに穴36,37 を超えて延びている。
【０００８】 シャックル27は同様に一般的にＵ形である。シャックルは内側の半円筒状の軸
受面40を有し、その軸受面は、掘削工具に取り付けたときに、ドリルの回転軸CL
に本質的に垂直な、上部面41及び下部面に接続している。軸受面40は、軸受面30
の半径と同一の半径Ｒにより規定される。シャックルは好ましくはボタンをもた
ない。貫通した穴42,43 を両方の自由端の近傍に形成している。穴は回転軸CLと
平行である。凸状部44,45 が各々の自由端に形成され、上記凸状部が穴42,43 を
担持し、各々の自由端から穴36,37 を超えて延びている。凸状部の厚みは、接続
した溝38,39 の幅よりいくらか小さい。各々の凸状部は、高さ方向において、ボ
タン収容部の接続する円形の自由端に続くように適合した、半円筒状の凹状面に
囲まれている。凸状部44は、ヒンジ取付を構成するように溝38に適合すべきであ
る。その凸状部は円形の自由端を有する一方、溝39に適合するようになっている
凸状部45は、平坦な自由端を有する。
【０００９】 さく岩工具10は、まず図2Aから2C及び4Aを参照して、以下の方法で取り付けら
れる。第１に、穴36,42 が整列するように、シャックルの凸状部44を、ボタン収
容部の溝38に導く。その後、ピンの一端が面31及び41と実質的に同じ高さにある
ように、ピン28を穴36,42 通して挿入する。上記一端は軸方向位置決め用のヘッ
ドを含んでよい。ピン28は、形成するヒンジの厚みより長く、従ってもう一方の
端部は、掘削工具の供給方向に関して後方に、距離Ｌ突出している。ボタン収容
部及びシャックルはそれにより回動可能に連結する。その後、ボタン収容部の軸
受面30がボデー要素の軸受部14に接するように、これらを図4Aによる状態に、す
なわち作用しない状態に、開いた状態でボデー要素11に導く。その後、シャック
ル27を、穴39,43 が掘りくず用の溝46で整列するまで、軸受部14の周りを回動さ
せる。ピン29をその後掘りくず用の溝46に挿入し、整列した穴39,43 に挿入する
。ピン29の端部は軸方向位置決め用のヘッドを含む。ピン29は、形成した環状リ
ーマーの厚みより長くなく、従って他の端部はリーマーに対して突出しない。ボ
タン収容部及びシャックルは、それにより、ドリルの回転軸CLに関して偏心して
いる軸受部14周りに互いに固定されている。それにより、図4Aによるリーマーの
状態が達成され、すなわちリーマーは、回転軸CLに関して偏心して配置され、支
持面47又はドリルビット16の軸方向後方の肩部のいずれに対しても支持できる。
リーマー12は従って分割され、内径D2を有し、それは、取り付け状態において案
内手段18の最大直径Ｄ及びパイロットビット16の直径D1より小さい。リーマーの
内径D2は、軸受部の最大直径D3よりいくらか大きい。
【００１０】 取付状態において、リーマー12は軸受部14を覆い、上述のように、リーマー14
は軸受部13に関して限定した角度で回転可能になる。リーマーが回転可能な角度
は、ピン28の突出Ｌ及び半円筒部22の端部21及び48で規定される。その角度は約
180 °である。 他の実施態様においては、ピン28及び台座21は、ボタン収容部及び駆動部17上
の２つの軸方向に延びる平坦な肩面に取り替えることができる。
【００１１】 掘削工具はそれにより、ケーシング13上のケーシングシューに当たってケーシ
ング内を通って更に移動するように、ダウンホールハンマに取り付ける準備がで
き、その後、掘削を知られている方法で開始できる。掘削工具が掘削を始めると
、リーマーは、掘削した穴に対する摩擦により、ボデー要素に関して回転し、そ
れによりピン28が台座21に接するまで外向きに突出し、ここで図4Bのように更な
る相対的な回転は止まる。
【００１２】 掘削工具の回転を逆にすると、リーマーは図4Aのように、ピン28が端面48に接
するまで引き込まれ、掘削工具はケーシングを通じて引き込むことができる。 洗浄流路49,50 は、回転軸CLについて垂直な同一側に配置され、すなわちシャ
ッケル27が運転状態で配置されている側に配置される。それにより、リーマーは
運転状態において洗浄流路を覆うことはなく、従って掘削掘りくずの良好な輸送
を達成する。
【００１３】 リーマー12は通常、ボデー要素11又はビット16より著しく早期に摩損するので
、リーマー14を交換することが必要となる。そのような場合、リーマー12は、上
記のことと比較して逆の順序で容易に取り外すことができる。 ある場合においては、大型のリーマーが必要である。現在までは、使用者は大
型の掘削工具を購入することを強いられたが、本発明により、大型のリーマーと
、大型の直径のケーシングに衝撃を伝える中間リングのみを用意する必要がある
。そのような場合、中間リングは、リーマーと、ケーシングを通じて引き込む案
内手段との間にあるということになる。
【００１４】 上記の実施態様においては、案内手段及びパイロットビットは、一体の構成要
素を構成すると記載している。しかしながら、本発明の趣旨においては、案内手
段、シャンク及びパイロットビットが、分離した部品を構成するが、例えば摩擦
溶接により互いに接続している、すなわち、複合した構成要素が、一体の構成要
素に相当する設計及び機能をもつような配置を有することも可能である。そのよ
うな理由により、請求項１及び９において、「…一体の構成要素を構成し、ここ
で、前記案内手段、前記シャンク及び前記パイロットビットは、互いに分解でき
ず…」という表現を使用した。
【００１５】 本発明による掘削工具、ボデー要素及びリーマーにおいて、リーマーは容易に
交換できる。その上、ドリルビット16への衝撃エネルギーは、最大限に使用する
ことができ、それは、このエネルギーがねじを介して案内される必要がなく、中
実の本体の手段により案内されるためである。従って、ねじを固定する手段も取
り除かれる。本発明の実施態様によると、溝の位置は、掘削の掘りくずの除去を
妨げないように最適に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図1Aは、本発明によるボデー要素を斜視図で示し、図1Bは、ボデー要素の断面
を示している。
【図２】 図2Aは、本発明によるリーマーを模式的に斜視図で示し、図2B及び2Cは、リー
マーの部品を、部分的に模式的に平面図で示している。
【図３】 図３は、本発明によるさく岩工具の側面図を、部分的に模式的に示している。
【図４】 図4A及び4Bは、それぞれ浸入状態及び掘削モードにおけるさく岩工具の斜視図
を示している。
【図５】 図５は、さく岩工具の端面図を示している。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ダウンホール掘削用の掘削工具であって、上記掘削工具(10)
    は、追従するケーシング(13)の前方で穴を掘削することを意図し、上記掘削工具
    は、ボデー要素(11)及びリーマー手段(12)を含み、上記ボデー要素(11)は、中央
    のパイロットビット(16)と、シャンク(15)と、前記掘削工具及び前記ケーシング
    (13)を互いに関して案内する案内手段(18)とを含む、掘削工具において、 前記案内手段(18)、前記パイロットビット(16)及び前記シャンク(15)が、一体
    の構成要素を構成し、ここで、前記案内手段(18)、前記シャンク(15)及び前記パ
    イロットビット(16)は、互いに分解できず、前記リーマー手段(12)が、分割され
    、取付られた状態において、前記案内手段(18)及び前記パイロットビット(16)の
    最大直径(D,D1)より小さい内径(D2)を有することを特徴とする掘削工具。
  2. 【請求項２】 前記リーマー手段(12)が、前記ボデー要素(11)に関して限定
    した角度だけ回転可能であり、上記回転が前記リーマー手段に作用することで、
    作用しない状態から運転状態及びその逆に変位し、前記リーマー手段(12)が、前
    記ボデー要素(11)に取り外し可能に取り付けられた分割した要素であって、前記
    シャンク(15)が、前記ダウンホールハンマに直接的に接続されるようになってい
    ることを特徴とする、請求項１に記載の掘削工具。
  3. 【請求項３】 前記リーマー手段(12)及び前記ボデー要素(11)が、前記ボデ
    ー要素に関する前記リーマー手段の回転を限定する、協働手段(21,28) を含むこ
    とを特徴とする、請求項１又は２に記載の掘削工具。
  4. 【請求項４】 前記リーマー手段(12)が、軸受部(14)の周りに形成される、
    ２つの実質的にＵ形の部品(26,27) からなり、前記リーマー手段の第１の部品(2
    6)が、切削手段を担持し、上記部品が、ヒンジ取付部(28,36,44)を介して協働す
    るように形成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記
    載の掘削工具。
  5. 【請求項５】 前記ヒンジ取付部におけるピン(28)が、駆動部を構成する意
    図を有して、前記部品(26,27) より長いことを特徴とする、請求項４に記載の掘
    削工具。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載のダウンホール掘削用の掘削工具に使用する
    リーマー手段であって、上記リーマー手段(12)は、追従するケーシング(13)の前
    方においてパイロットホールを拡大することを意図されているものにおいて、前
    記リーマー手段(12)が、分割され、取付られた状態において、前記案内手段(18)
    及び前記パイロットビット(16)の最大直径(D,D1)より小さい内径(D2)を有するこ
    とを特徴とするリーマー手段。
  7. 【請求項７】 前記リーマー手段(12)が、軸受部(14)の周りに形成される、
    ２つの実質的にＵ形の部品(26,27) からなり、前記リーマー手段の第１の部品(2
    6)が、切削手段を担持し、上記部品が、ヒンジ取付部(28,36,44)を介して協働す
    るように形成されていることを特徴とする、請求項６に記載のリーマー手段。
  8. 【請求項８】 前記ヒンジ取付部におけるピン(28)が、駆動部を構成する意
    図を有して、前記部品(26,27) より長いことを特徴とする、請求項７に記載のリ
    ーマー手段。
  9. 【請求項９】 請求項１に記載のダウンホール掘削用の掘削工具に使用する
    ボデー要素であって、上記ボデー要素(11)は、追従するリーマー手段(12)の前方
    においてパイロットホールを掘削することを意図したものであって、上記ボデー
    要素は、パイロットビット(16)と、シャンク(15)と、前記掘削工具(10)及びケー
    シング(13)を互いに関して案内する案内手段(18)とを含むものにおいて、 前記案内手段(18)、前記シャンク(15)及び前記パイロットビット(16)が、一体
    の構成要素を構成し、ここで、前記案内手段(18)、前記シャンク(15)及び前記パ
    イロットビット(16)は、互いに分解できず、前記ボデー要素が、前記案内手段(1
    8)及び前記パイロットビット(16)の最大直径(D,D1)より小さい外側直径(D3)を有
    する前記リーマー手段の軸受部(14)を含むことを特徴とするボデー要素。
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