JP2002536576A - 指向性掘穿装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 センサー／トランスミッター又はゾンデがドリルストリングの一つのセクションに内蔵され、隣接するセクションの要素が所定の横方向において掘穿される穴を“舵取り（ステア）”するように形成されている指向性掘穿装置において、前記センサー／トランスミッター及び前記舵取り可能な要素を正しく合致又は整合することを自動的に確実に行う手段が設けられ、この手段は、隣接するセクションのリファレンス部材と係合可能な前記センサー／トランスミッターを支持する前記セクションにおける方位部材を備え、このような係合の後、前記方位部材を支持する前記セクションにおいて回転可能である前記方位部材が前記センサー／トランスミッターと共に相対回転するが、前記ゾンデに対しては回転できない状態で接続している。前記リファレンス部材又は前記方位部材は、軸方向へ弾性的に移動可能で、前記二つのセクションが互いに螺合されるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 この発明は、指向性掘穿設備、さらに詳しくは、電気ケーブル類又は通信ケ
ーブル類、ガス管又は水路管などのためのほぼ水平の通路を地中内に（通常、地
表から１〜１０メーターの深さ）形成するために使用される指向性掘穿設備に関
するものである。このような指向性掘穿設備は、知られている。該掘穿設備は、
ドリルが建物の基礎部分又は水道本管、ガス本管又は下水本管に突き当たること
なく、ドリルが例えば街路又は道路又は道路下の地下又は河川の下にそって進路
を定めながら事実上舵取りされて進行することができるような指向性をもつもの
である。

【０００２】 このようなシステムは、すでに知られており、例えば、軸を回転軸として回
転対称になっていないか、又は、流体フラッシング出口が非対称に装着されたド
リルビットを利用するもので、この結果、マテリアルが掘穿されたボアの一方の
側から優先的に除去され、これによって、使用時、掘穿されたボアの端部が該端
部から先のボアの領域の軸の一方の側か又は他方の側かに意図的に偏り、これに
よって、前記ドリルが“舵取り”されることができるようになっている。ＷＯ９
７／４９８８９は、指向性掘穿機構の一例を開示している。既知の指向性掘穿設
備における進路変更の基本的メカニズムは、ドリルビットに作用する横方向の力
成分が均衡していないことによるものであり、これによって前記ドリルストリン
グが回転しなくなり、前記ドリルビットが掘穿すべき部分へ強制的に食い込むよ
うになる。さらに追加的に非対称に水を流し、掘穿された穴の一方の側から土砂
類を優先的に除去し、進路舵取りの変更を助け、ある種の柔軟さをもつ態様とす
る。

【０００３】 この横方向の力成分は、前記ドリル及びドリルストリングを該ドリルストリ
ングが回転しないときに必要な特定の方位角方向へ効果的に進路変更させたり、
舵取りしたりするものである。再び均一に回転し出すと、さらなる効果的な横方
向の力成分が発生しなくなり、前記ドリルストリングは、新たな伸直の軸（これ
は、以前のものと異なる軸である）にそって進む。この操作がかなり頻繁に行わ
れて、所望のレートの進路変更又は舵取りが行われる。

【０００４】 コンベンショナルの掘穿装置にあっては、ドリルビットは、スプライン（キ
ー溝）が設けられたシャンクを有し、このシャンクは、前記ドリルストリングの
最端部の筒状要素（又はチャック）の対応するキー溝つき端部で受けられるよう
になっており、互いに協力し合うキー溝により、前記ドリルビットと前記チャッ
クとが相対的に回転しないようになっている。通常の製造技術と使い勝手により
、これら既知の構成においては、前記ドリルビット及びシャンクのシャンクにお
けるスプラインは、回転対称に構成されている。

【０００５】 この発明の一つのアスペクトによれば、ドリルストリングの端部がドリルチ
ャックに達し、ドリルビットが該ドリルチャックに着脱自由に嵌まり、該ドリル
ビットが前記ドリルチャックで受けられるシャンクを有し、これらドリルチャッ
クとドリルシャンクとが互いに協力し合うキー溝を有し、前記キー溝が前記ドリ
ルチャックとドリルビットの軸まわりに不規則に配置され、これによって、前記
ドリルビットが一方向においてのみ前記ドリルチャックに嵌まることができるよ
うになっている掘穿（ドリリング）装置が提供される。

【０００６】 好ましくは、前記ドリルストリングは、空気圧作用で動くハンマーを備え、
このハンマーは、前記ドリルビットに対し軸方向の衝撃力を加えるように構成さ
れており、前記装置は、前記ハンマー機構に圧搾空気を供給する第１の通路及び
流体を前記ドリルビットに供給する別個の第２の通路を含んでいる。

【０００７】 この前記の構成においては、別個の空気排出ポート及び掘穿流体排出ポート
が前記ドリルビットに設けられている。

【０００８】 この発明の別のアスペクトによれば、ドリルストリングの端部がドリルチャ
ックであり、ドリルビットが該ドリルチャックに着脱自由に嵌まり、前記ドリル
ビットは、前記ドリルチャックで受けられるシャンクを有し、前記ドリルビット
のシャンクは、前記ドリルビットの頭部位置に近接の第１のスプラインがきられ
た領域を有すると共に前記ドリルチャックの内側にスプラインがきられた相補部
分のスプラインの間の溝と協働するスプラインを有し、前記ドリルビットは、そ
の後方端部に近接の第２のスプラインがきられた領域を有すると共に前記第１と
第２のスプラインがきられた領域の間にスプラインがない帯域を有する掘穿装置
が提供されるものであり、この装置は、前記ドリルチャックを接合するライナー
を含み、このライナーは、前記チャックに隣接し、内部に軸方向の通路を有し、
この通路には、前記スプラインなしの帯域の軸長さよりも短い軸長さにわたり、
前記第２のスプラインがきられている領域に対応してスプラインがきられており
、前記ライナー内の前記軸方向の通路は、前記ライナーのスプラインがきられた
領域のすぐ背後にスプラインがきられていない領域を有し、この領域の内径は、
前記ドリルビットシャンクの前記第２のスプラインがきられた領域の外径よりも
大きく、前記ライナーは、前記ライナーの複数のスプラインが、前記チャックの
前記スプラインがきられた第２の領域における複数のスプラインと軸方向に整合
する角度位置とそれらが整合しない角度位置との間で回転可能であり、これによ
って、前記ドリルビットシャンクの対応する複数のスプラインに前記チャックと
ライナーの複数のスプラインが整合して、前記ドリルビットシャンクの前記第２
のスプラインがきられた領域が前記ライナーのスプラインなしの領域に達し、さ
らに、前記ライナーの端部スプライン領域が前記ドリルビットシャンクのスプラ
インなしの領域に達するまで、前記ドリルシャンクが前記チャックにおける相補
的断面の通路に挿入されることができ、その後、前記ライナーを回転し、該ライ
ナーの複数のスプラインを前記ドリルシャンクの前記第２のスプライン領域の複
数のスプラインから外れるように動かし、これによって、前記ドリルビットが軸
方向に抜け出ないようにされるものである。

【０００９】 この発明のさらに別のアスペクトによれば、ねじ溝の相互係合により端部同
士が着脱自由に相互連結する一連の長くなっている複数のセクション及び第１の
セクションと第２のセクションとが互いに螺合したときに、第１の前記セクショ
ンにより支持されている第１の部材が隣接する第２のセクションにより支持され
ているか、又は、その一部を形成する第２の部材に対して所定の方位をもつこと
を保証する方位決め手段を備える掘穿装置が提供されるもので、この装置におい
ては、前記第１の部材は、前記第１のセクションに対し回転可能であり、第１の
セクションは、ここで便宜上、方位部材という部材を支持し、この部材は、前記
第１のセクションに対し回転可能であるが、前記第１の部材に対しては回転不能
であり、そして、前記第２のセクションは、前記第２の部材に対し回転しないよ
うに固定されているリファレンス（基準）部材を支持し、このリファレンス部材
は、前記第１のセクションと第２のセクションとが互いに端部同士で螺合するこ
とで前記方位部材に対し所定の角度方位をもって前記方位部材に係合するもので
あり、そして、そのような係合により、前記方位部材と前記リファレンス部材と
の間の前記セクションの軸を回転軸としての回転が阻止され、さらに、前記第１
のセクションと第２のセクションとが互いに螺合することで、前記方位部材と前
記リファレンス部材の一方が他方から弾性的に動き、これによって、前記第１セ
クションと第２セクションとを互いに螺合する初期段階においては、前記弾性的
に動かされる部材が軸方向へ移動され、前記第２のセクションが螺合されること
で、前記第１セクションと第２セクションとが徐々に接近し合う一方、前記リフ
ァレンス部材の前記方位部材に対する前記所定の角度方位に達するまで前記部材
が他方の部材に対し回転して前記方位部材とリファレンス部材とを係合させ、こ
れら両者の相対回転を阻止し、これによって、前記第１のセクションと第２のセ
クションとが互いに螺合し合うまで、前記第１のセクションと第２のセクション
とが相対的に動いても、前記方位部材と、これに結合した前記第１の部材とは、
前記第２の部材に対し前記所定の方位を維持するものである。

【００１０】 この発明のさらに別のアスペクトによれば、前記ビットの長さ方向軸まわり
の角度をもつ動きが限定された範囲のみであるとき作動可能な衝撃（パーカッシ
ョン）ドリルビットが提供され、ここにおいて、前記ビットは、複数の掘穿（カ
ッティング）チップ又はインサートものを備え、これらは、前記長さ方向軸に対
し同心の一連の複数のリング又は横列の態様で構成され、前記軸を中心として前
記ビットが所定の角度で回転前記各リング又は各横列における各掘穿チップの作
動域が同じリング又は横列の少なくとも隣接する複数の掘穿チップ又はインサー
トものの作動域と重なり合うようになるものである。

【００１１】 この発明の好ましい実施例においては、ドリルビット又は他の掘穿器具の位
置と方位とに関する情報を検知して、地表へ送信する検知及び送信装置が前記ド
リルチャックに隣接して前記ドリルストリングに組み込まれている。この装置は
、前記ドリルストリングの深度、位置及び角度位置の読み取りを地表へリレーバ
ックすることができる。この情報は、とりわけ、前記ドリルビットの角度位置の
測定を可能とし、所望の方向へ進路を舵取りするために要求される角度に前記ビ
ットを位置させることを可能とする。上記したような操作が可能になる検知及び
送信装置は、ここでは、便宜上、“ゾンデ”又はデータ・トランスミッターとい
うことにする。

【００１２】 ゾンデは、該ゾンデを機械的衝撃から隔離する弾性サスペンション構成を介
して前記ドリルビットに実装される。

【００１３】 この発明の実施例を添付の図面を参照しての例により以下に記載する。

【００１４】 図１Ａ及び図１Ｂは、前記掘穿機構の作動又は動作部分の実態を示す。この
機構は、図１Ａの左手に示された、ねじ溝が設けられたテーパーつきの軸部５０
により、所謂ドリルストリングと称されている器具に取り付けられるもので、こ
のドリルストリングは、一連の複数の筒状部を備え、これら筒状部は、ねじ目ピ
ッチが並み目（粗らい目）になっている相補ねじ溝つきの複数の軸部と複数のソ
ケットとにより端部と端部がつながれており、前記ストリングは、前記ドリルビ
ットから離れているその端部において既知の手段により前記ドリルビットにエネ
ルギーを供給する手段に接続している。ここで述べる実施例における掘穿アッセ
ンブリー機構は、回転するというよりも衝撃動作に適している（又は、衝撃なら
びに回転動作）ものであり、前記エネルギー供給は、圧搾空気によるもので、こ
の圧搾空気は、中空のドリルビットにそって送られ、前記ドリルビットに作用す
る後記するピストンハンマー機構を作動する。

【００１５】 図１Ａと図１Ｂとに示す前記装置においては、前記ドリルビットは、頭部２
０とシャンク２２とを備えている。この頭部は、指向性掘穿装置において、それ
自体知られている非対称の形状のもので、図１Ｂに略図的に示されている。一例
であるが、ドリリング（掘穿）流体及び／又は空気を放出する一連のポート、又
は、前記頭部の後方部分まわりに配置の複数の縦溝（フルート）又は溝及び衝撃
を与える削岩機において従来構造のハードボタン又はインサートもの（これら特
徴部分のいずれも図１Ｂには示されていない）から離れて、前記頭部は、前記ビ
ットの軸を回転軸とする回転体の一般形状をもつもので、この頭部から前記ビッ
トの軸に対し傾斜している面にそってフラットな面３０を構成する部分が区画さ
れ、このフラットな面は、前記ドリルビットの前端部に延び、前記ドリルビット
を非対称なものにしている。空気通路３４は、ドリルビットのシャンク２２にそ
って、該シャンクの後方端部（又は上方端部）から軸方向に延び、図示のように
、前記ドリルビットの頭部において、該ドリルビットの頭部の面にある放出ポー
ト３５，３５Ａに達する通路と連通している。このような非対称構造によって、
前記ドリルビットがこのドリルビットの後端に対するハンマー（後記参照）によ
る打撃によりマテリアル中を進行するとき、前記ドリル頭部の非対称形状により
、前記ドリルビットの軸まわりの前記ドリルビットの方位に応じて、掘穿される
ボアが一方の側又は他方の側へ漸進的に方向を変えることになる。前記ドリルビ
ットの他の非対称形態としては、例えば、一般形状の短軸のシリンダーの形状の
ドリルビットでもよく、このシリンダーは、該シリンダーと同軸のドーム状端面
をもつが、短いシリンダーとドーム状端部とが前記ドリルビットのシャクの中央
軸に対しほぼ平行ではあるがエキセントリックになっている曲率の軸を共通にし
ているものである。このようなエキセントリックなドリルビットは、既に知られ
ている。当然のことではあるが、前記頭部は、他の形状、例えば、凸面形状のも
のでもよい。

【００１６】 図１Ａと図１Ｂに示された前記装置は、圧搾空気と掘穿流体との両者を前記
ドリルビットに供給する構成になっており、これによって、図１Ｂに示されたド
リルビット２０，２２は、前記ビットに圧搾空気と掘穿流体を供給する別個の複
数の通路（後記参照）を有し、圧搾空気通路は、前記ビット頭部のポート３５に
開口し、掘穿流体通路は、前記ドリルビットの頭部における掘穿流体ポート３５
Ａに開口している。これらのポートもまた前記ドリルビットの頭部に対し非対称
に構成されている。したがって、前記ドリルビットを使用して、土又は他の顆粒
状のマテリアルのような流体で侵食されるマテリアル内で掘穿するとき、ハンマ
ーから前記ビットへ供給される加圧された掘穿流体又は排出空気がボーリングさ
れるホール（穴）の軸の一方の側からマテリアルを優先的に除去し、前記ビット
を前記の側の方へ偏位させたり、向くようにすることを助ける。このような方法
における前記ビットの方位及び流体の選択的供給をコントロールすることにより
、掘穿されるホールのルート（道程）をコントロールできる。

【００１７】 図１Ｂにおける前記ドリルビットの形状は、簡略化した形状で表現されてい
ることを理解すべきである。

【００１８】 再び図１Ａと図１Ｂとを参照すると、前記ドリルビットのシャンク２２は、
ここではチャック４０として述べる部材内に納められ、このチャックは、単に一
体になった筒状のシリンドリカルのケーシング又はスリーブ４６の先端部であっ
て、ドリルストリングの最先端部を効果的に形成するものである。図７に最もよ
く示されているように、このスリーブ４６は、その後方端部（即ち、上方端部）
の内側にねじ溝がきってあり、プラグ又はアダプタ４３の外側のねじ溝部分を受
け、その後方端部（上方端部）の内側には、ねじ溝がきられたソケットが設けら
れ、これに前記装置のゾンデ部分４８が螺合し、このゾンデ部分４８は、その後
方端部（上方端部）にねじ溝がきられた上記したテーパー状の軸部５０を有し、
この軸部が前記ドリルストリングの隣接する部分（図示せず）と接続する。この
明細書においては、前記装置の“後方”又は“上方”端部とは、前記ドリルビッ
トの頭部から距離的に最も離れた端部である。

【００１９】 前記ビットのシャンク２２は、シリーズになった複数の長さ方向のスプライ
ン３６（図２，図４参照）を周側面に有し、前記ドリルストリングの端部側にお
いて、チャック４０の内側の対応するスプライン通路又はソケット（４６Ｂ−図
２参照）に嵌まり、これによって、前記ドリルビットが前記チャックとドリルス
トリングに対し回転しなようになっている。図２を構成する断面図に示されるよ
うに、前記複数のスプライン３６は、前記ビットの軸まわりにそって完全に規則
的に配置されておらず、そして、前記チャックの前記スプライン４６ｂの間の溝
も前記シャンク２２のスプライン３６と同様になっているから、前記シャンク２
２は、ただ一つの角度をもった方向においてのみ前記チャック内へスライドさせ
ることができるようになっている。かくして、図２に示した好ましい態様におい
ては、前記複数のスプライン３６は、３６ｂで示されるスプラインを除いて、前
記シャンクの軸まわりにそって３５°の間隔をおいて離れており、スプライン３
６ｂは、両側に隣接するスプライン３６とは４０°の間隔をおいて離れている。

【００２０】 変形例においては、複数のスプラインの間の角度上の離間は、所望の値にす
ることができ、これらスプラインの数を所望のものにしてもよい。実際、前記ド
リルビットとチャックとにスプラインを必ずしも設けなくてもよく、特に言えば
、例えば、断面多角形のものしてもよい。しかしながら、前記ドリルビットのシ
ャンク及び前記チャックの相補的断面形態は、前記ドリルストリングの軸まわり
における唯一の角度方向においてしか前記チャックに前記ドリルビットが挿入で
きないようになっていなければならない。図４に示すように、頭部２４（図４に
は略図的に示されているにすぎない）と複数のスプライン３６との間にスプライ
ンがないシャンク部分３７が設けられている。図示のように、前記複数のスプラ
イン３６の後部の前記ドリルシャンクの部分は、段つき構造になっており、この
構造は、複数のスプライン３６の間の複数の溝を横切って測定した直径寸法と同
じ直径か、又は、これよりも細い直径をもつ平滑なシリンドリカルのベアリング
部３８を備え（製造上の理由又は掘穿屑を取り除きやすくするためにではあるが
、ベアリング部３８の面には、図４に示すように溝を介在させてもよい）、かつ
、前記ベアリング部３８の後部に第２の平滑なシリンドリカルな部分３９を備え
、このシリンドリカルな部分は、短軸のスプラインつき後端部４１に向けて後方
へ延びており、この後端部は、前記部分３９よりもやや大径ではあるが、前記ド
リルシャンクの平滑なシリンドリカルのベアリング部３８よりも小径か、又は、
同じ直径になっている。以下から分かるように、前記ドリルビットのシャンクの
前記ベアリング部３８と、さらに前側の平滑な部分３７とでベアリング面を構成
するものである。

【００２１】 前記スリーブ４６内には、筒状のほぼシリンドリカルのライナー５４が実質
的な密封関係をもって内蔵されており、このライナーは、ハンマーとして作用す
る断面環状のピストン５６のためのワーキングシリンダーを構成し、前記装置の
衝撃（パーカッション）モードにおける作動時においては、前記ピストンは、前
記ドリルビットのシャンクの後端を繰り返し叩き、前記ドリルビットを掘穿する
マテリアルに向けて押し進める。前記装置の作動時においては、前記ピストン又
はハンマー５６は、バルブシステムにより前記ピストンの両端側に交互に供給さ
れる圧搾空気によってレシプロ運動を行うもので、前記バルブシステムは、ライ
ナー５４の壁を貫通し、該ライナーの外側の溝と既知の態様で連通するポートを
含み、これら溝は、前記シリンダー４６の隣接面と共に前記圧搾空気のダクトを
構成し、前記圧搾空気は、アダプタ４３の前側にある環状チャンバ５７から前記
バルブシステムへ供給される。前記圧搾空気は、上方流体チューブ７４のフラン
ジ６３におけるポートを経由し、ステムボディ６４におけるポートを経由し、そ
して、前記ライナー５４における隣接するポート５８（図８）を経由し、前記ラ
イナー５４と前記スリーブ４６との間に構成された前記長さ方向のダクトを通り
、さらに、前記ライナー５４と前記ピストン５６の中央くびれ部分との間の環状
チャンバ５６Ａに入る。前記ピストン５６と前記ポートつきライナー５４とは、
共に一種のスプールバルブとして作用し、前記ピストンが最前方位置にあるとき
には（即ち、前記ドリルビットに最接近）、前記チャンバ５６Ａは、それぞれの
ダクトを経て前記ワーキングシリンダーの前端部に通じる前記ライナー５４のポ
ートと連通し、前記ピストン５６が最後方位置にあるときには、前記チャンバ５
６Ａは、それぞれのダクトを経て前記ワーキングシリンダーの後端部に通じる前
記ライナー５４のポートと連通するようになる。前記ステムボディ６４は、外周
面がシリンドリカルで平滑なになっていて、前方へ突き出ているスピゴット６５
を有し、このスピゴットは、前記ピストンの最後方位置において前記ピストン５
６を貫通する軸方向のボア内に密封状態で係合し、前記ピストンを通る軸方向の
通路６６から前記ワーキングシリンダーの後端部をシールオフするが、前記スピ
ゴットは、前記ピストンの最前方位置において前記軸方向の通路６６から引き抜
かれ、前記ワーキングシリンダーの後端部における前記チャンバーから軸方向の
通路６６と前記ドリルビットの中央通路３４、さらには、ポート３５を経て空気
が掘穿されたボアホールへ排気される。前記ボア３４の拡張された端部内に密封
状態で受けられるブッシュ６０は、前記ドリルビットのステムから後方へ軸方向
に延び、前記ピストンの最前方位置において前記ピストン５６を貫通する軸方向
の通路６６内で密封状態で係合し、前記ワーキングシリンダーの前端部を前記軸
方向の通路６６と前記ビットを貫通する前記ボア３４からシールオフする。前記
ピストンの最後方位置においては、前記ピストンは、前記ブッシュ６０から離れ
、前記ワーキングシリンダーの前端部から前記ブッシュ６０及び前記ボア３４を
経て空気が排気される。

【００２２】 図１に示した構成においては、前記ドリルビットへの掘穿流体供給の手段が
設けられており、この手段は、前記スピゴット６５（この構成の場合にあっては
、前記チューブ３２を受ける）から軸方向に延びている掘穿流体供給チューブ３
２を含み、前記チューブ３２は、間隙を残して前記ブッシュ６０と前記通路３４
の主たる部分を貫通し、該チューブの前端部は、前記通路３４の直径が縮径され
た前端部にぴったり嵌合するもので、この前端部は、掘穿流体ダクト又は複数の
掘穿流体ダクトを介して前記ドリルビットの掘穿流体放出ポート又は複数の掘穿
流体放出ポート３５Ａに接続している。前記ドリルビットへの掘穿流体供給手段
が設ける必要がない場合には、前記チューブ３２を設けず、前記スピゴット６５
を中実なものにする。

【００２３】 前記ドリルシャンクのベアリング部分３７，３８は、軸方向において距離的
に十分離されており、これによって前記チャックにおける前記ドリルビットが横
方向に傾かないようにすることを効果的に行えるようになっている。

【００２４】 前記ステムボディ６４は、その周側縁の所定の位置にある突起又はキイ６４
Ａによりケーシング４６内で回転しないようにしっかり固定されており（この目
的は、後記する）、前記キイ６４Ａは、前記ケーシングの後端部近くの前記ケー
シング４６の内面にそって形成された対応するキイ溝又は長い溝４６Ａ（図７）
に係合する。前記ライナー５４もまた前記ステムボディ６４に対し相対回転しな
いように、前記ボディの周側縁の所定の位置にあって突出する係合体（ペグ）５
５により固定されるもので、前記係合体は、前記ライナーの後端部近くの前記ラ
イナー５４の内面にそって形成された幾つかの対応するキイ溝又は長い溝５１の
一つ（図８）に係合する。このようにして、前記ステムボディ６４により、前記
ライナー５４がケーシング６４に対し相対回転しない構成になる。特殊のツール
（図示せず）を使って、前記ライナー５４をケーシング４６内において、定めら
れた角度範囲でその軸を中心として回転させることができるもので、この回転操
作は、後記する目的をもって、アダプタ４３、流体チューブ７４及びステムボデ
ィ６４を取り除いた状態で行われる。Ｏリング５５などのようなシール手段を前
記ステムボディ６４のまわりに設けて、これを前記ライナー５４の後端部に対し
シールする。

【００２５】 図８に示すように、前記ドリルビットに近接の前記シリンダー状ライナー５
４の端部に内側に向くフランジをぐるり設け、このフランジには、軸方向に複数
の溝をきることで、均等に間隔をおいた５本のスプライン６７が設けてある。前
記ドリルビットのシャンクのスプラインが設けられた後端部４１には（図１Ｂ及
び図４参照）、外側へ突出した５本の相補のスプラインが等間隔で形成されてお
り、これらスプラインは、前記シリンダー状ライナー５４の端部における内側ス
プライン６７の間の複数の溝と断面寸法及び断面形状が対応する。即ち、スプラ
インが設けられた領域４１と前記スプライン６７の領域とにおいて、前記ドリル
ビットのシャンクと前記シリンダー状ライナー５４の端部を貫通する前記通路そ
れぞれは、相補的な断面形状をもち、その結果、前記ドリルビットのシャンクの
端部におけるスプラインが前記シリンダー状ライナー５４の端部にある複数のス
プライン６７の間の間隙に合えば、前記ドリルビットのシャンクの端部は、前記
シリンダー状ライナーの端部内に軸方向にそって進入でき、前記ドリルビットの
部分４１における複数のスプラインが前記シリンダー状ライナー５４の内部にお
ける、それぞれ近接の複数のスプライン６７の間を抜ければ、前記シリンダー状
ライナー５４の複数のスプライン６７の内側に向く内面が前記ドリルビットシャ
ンク端部のシリンドリカルの面３９にぴったり寄り添う。部材４６内で、前記シ
リンダー状ライナー５４を、その軸を中心として前記複数のスプライン６７の間
のピッチの半分に相当する角度で回転させると、その後は、前記複数のスプライ
ン６７は、前記ドリルビットのシャンクの領域４１における複数のスプラインと
角度が合い、これによって、その後では、前記シリンダー状ライナー５４を反対
方向へ対応するように回転しない限り、前記ドリルビットのシャンクの端部を引
き抜くことができなくなる（前記ドリルビットのシャンクにそう複数のスプライ
ン３６は、前記アウタースリーブ４０の前端部に近接の対応するスプライン領域
４６Ｂ（図８参照）と協働し、前記アウタースリーブ４０に対し前記ドリルビッ
トが回転できなくなるからである）。前記の態様で前記ドリルビットを取り付け
、前記部材４６内でライナー５４を説明したように回転させるには、前記部材４
６をアダプタ４３から取り外し、流体チューブ７４とステムボディ６４とを取り
除いて行う。上記したライナー５４を回転させるには、ケーシング４６の後端部
からライナー５４の後端部へ達するツール（治具）によって行うもので、このツ
ールの側面突起又はリブを前記ライナーの複数の溝５１に係合させる。前記複数
のスプライン６７が前記ビットのスプライン４１に合致する位置に前記ライナー
が位置しているときは、当然のことながら、前記複数の溝５１の一つは、前記内
側の溝４６Ａに合致するもので、かくして、前記スプライン４１の間の溝と完全
に合わなくなり、かくして、ピン５５がステムボディ６４のキイ６４Ａに合致す
ることで、このように前記ライナーが位置した後のステムボディ６４の挿入で前
記ライナーは、ケーシング４６内で回転しない位置でロックされる。

【００２６】 当然ではあるが、ここに述べた相補のスプラインがきられた部材に設けられ
るスプラインの数は、特別の意義をもつものではなく、実例としてここに特に述
べる数以外のものも使用できることを認識すべきである。例えば、前記ビットの
シャンクが１２のスプラインを有するものであれば、ロック作用の溝の数を６，
４，３又は２にすることができる。

【００２７】 上記したように、前記ドリルビットのシャンクは、唯一つの方向においてし
か前記シリンダー４０内へ挿入することができないから、前記ドリル操作者は、
ゾンデ領域４８に内蔵のゾンデのオリエンテーション（方位）を追跡することに
より、前記ドリルビットの方位を追跡することができるもので、これは、以下に
説明するように、前記ドリルストリングの軸まわりの前記ケーシング４６、した
がってチャック４０に対する前記ゾンデの方位が保証されているからである。前
記ゾンデは、既知のデバイスであり、例えば、垂直に対する及び／又は地球の磁
界に対する該ゾンデの方位を検知するセンサー類を含む複数のセンサーを備え、
さらに、前記センサーの方位を示すシグナルを含む前記センサーにより検知され
た量を示す多数のシグナルを地表に送る手段をも備えている。かくして、前記ゾ
ンデ（ここではまた“データトランスミッタ”ともいう）は、無線又は他の手段
（例えば、超音波）により、垂直に対する位置、深度及び方位に関する情報を地
表に送信する。

【００２８】 図１に示され、掘穿流体供給チューブ３２を浮彫りしている実施例において
は、前記チューブ３２は、その後端部が中空の前記スピゴット６５とステムボデ
ィ６４内に密封係合されている。スピゴット６５を貫通するボアは、ステムボデ
ィ６４の完全に貫通する軸方向のボアの一部であり、上位側流体チューブ７４を
通る軸方向ボアに直結している。このチューブ７４は、前記のフランジ６３を一
体に備え、このフランジは、図１Ａと図３に示すように、ステムボディ６４と同
様に前記ドリルストリングの軸に対し横向きになっている長い複数の通路を有し
、該通路を介してチャンバ５７から前記ライナーへ圧搾空気を供給する。

【００２９】 図１Ａと図３とを参照すると、前記フランジ６３は、スリーブ４６の後端部
内にぴったり嵌まっていて、キイ６３Ａを有し、このキイは、該フランジの周側
面から放射状に突き出ており、キイ溝４６Ａ（図７）に納まり、かくして、前記
流体チューブ７４は、スリーブ４６内における、その長さ方向軸に対して所定の
角度位置で位置づけられる。

【００３０】 図１を参照すると、圧搾空気は、前記ドリルストリングを通り、アダプタ４
８内の軸方向のボアとバルブ部材４７の外側との間の環状通路６１を経て前記チ
ャンバ５７に供給されるもので、前記バルブ部材は、前記流体チューブに装着さ
れていて、限定された範囲で軸方向にスライドし、後方へスプリング付勢されて
、アダプタ４８内に設けられた弁座に係合し、この弁座には、軸方向に通路が貫
通している。かくして前記バルブ部材４７は、前記弁座と共に前記ビットへの前
記圧搾空気供給のためのチェッキバルブを形成する。このチェッキバルブの設置
位置は、当然のことではあるが前記アッセンブリーのどのような位置でもよい。

【００３１】 前記部材４８は、また、ゾンデ１００のハウジングとして機能する（後記参
照）。前記部材４８は、これに内蔵の部材と共にここでは前記ドリルストリング
のゾンデ部分又はデータ送信部分ということにする。このゾンデ部分４８は、圧
搾空気が軸方向の通路からコネクターを通り、前記アダプタ４８の後端部へ入り
、前記ゾンデを過ぎて前記したチェッキバルブ（さらにまた、掘穿流体を前記部
材４８の後端部から前記流体チューブ７４、したがって、前記チューブ３２へ供
給するための掘穿流体の供給手段も設けられている）へ達するように考案されて
いる。かくして、掘穿流体供給手段も設けられている図１Ａと図１Ｂにおける構
成においては、アダプタ４９の中央に前記スタブ５０から延びる掘穿流体供給チ
ューブが設けられ、圧搾空気のために設けられたものとは別に流体通路が設けら
れ、この通路は、前記の掘穿流体供給チューブから部材７４を貫通する軸方向の
ボアへ達している。同様に、前記ドリルストリングの各他の部分（図示せず）に
は、掘穿泥水のための中央チューブ又は中央通路及び前記中央チューブとその部
分のアウター構造部又はケーシングとのほぼ間に区画されている圧搾空気のほぼ
同心の通路が含まれる。前記ドリルストリングの前記各他の部分には、さらに、
前記外側構造体から前記それぞれの中央チューブを支持するスパイダー状の構造
体が含まれている。理解すべき点は、各ドリルストリング部分の後端部は、かく
して、図１Ａに示した機構の後端部に類似した形態になっており、前記各ドリル
ストリング部分の先端部は、中央掘穿泥水チューブを有し、このチューブがアダ
プタ４８の後端部又は前記隣接のドリルストリング部分の後端部の対応する部材
にシール状態で係合し、これによって、掘穿流体通路と別個の圧搾空気の通路と
が前記ドリルストリングの全長にわたり延びる構成になる点である。

【００３２】 掘穿流体に対する手段がなんら設けられない場合、前記部材６５，７４をチ
ューブ構造ではなく中実とし、これに応じて、ゾンデ部分４８の内部をさらに簡
略化できる。

【００３３】 認識されるべき点は、前記チューブ７４とねじ溝がきってあるスピゴット５
０との間にあって、前記ゾンデとゾンデハウジングを含む前記装置のゾンデ部分
は、図１と図２においては、略図的にしか図示されておらず、特に、実際の場合
よりもはるかに短いものとして示されている点である。

【００３４】 図１０と図１１とを参照すると、頭部が前記ドリルのシャンクの長さ方向軸
に対しある程度非対称に配置されているもの、例えば、図１Ｂに示されたような
“カモノハシ”のような形状の頭部又は前記ドリルのシャンク軸に対し偏心して
いるものになっているドリルビットを使用する代わりに、前記ドリルストリング
内に僅かに曲がった部分６９を前記ドリルビットに離隔させながら近接させて設
けることにより、前記掘穿装置を舵取りすることができる。一つの例であるが、
この曲げ部分は、図１０に示すように、前記ハンマー部／ドリル部機構の後部又
は図１１に示すように、前記ハンマー部４６と前記トランスミッター又はゾンデ
ハウジング４８との間のいずれにも配置できる。

【００３５】 図１０と図１１とにおいては、前記ドリルビット頭部は、２０Ａとして示し
てあり、そして、前記ドリルストリングの後方（上位）部は、２５として示して
ある。掘穿の間、前記機構全体は、舵取りしたい方向のいずれかの側に対し例え
ば６０°の状態で例えばロックされる。

【００３６】 図１０又は図１１の構成においては、屈曲部分６９は、舵取りに応答するか
ら、前記ドリルビットを非対称に形成する必要がなく、穴を掘る仕事のための構
成になっていればよい。かくしてドリルビットの構造に対する注意は、ドリルビ
ットの不具合をなくすことに集中できる。図１２と図１３は、前記ドリルの回転
が拘束を受けるにも拘らず、ボア（掘った穴）の先にある岩石すべてに対する掘
穿チップ（インサートもの）になるドリルビットを作ることが達成される、この
発明による他のアスペクトによるドリルビットを示す。通常の岩石用ドリルビッ
トにあっては、掘穿チップを掘った穴の先にある岩石すべてに対して対応させる
には、ドリルビットを３６０°回転させなければならない。しかしながら、図１
２と図１３とに示したドリルビットは、以下の特徴点を有する：−

【００３７】 （ａ）ドリルビット２０Ａは、所定のアーク運動又はロッキング（揺動）運
動内で、掘穿チップ（例えば、硬質インサートもの２３により提供）が除去すべ
き岩石そのものに当てられる。かくして、例えば、舵取り進行方向のいずれかの
側方へ９０°にわたり揺動させるとすれば、前記ドリルビットを中央（直径方向
）軸にそっての二つのセグメントに構成される；各セグメントには、ロッキング
運動の円弧軌道で岩石すべてを除去するに十分な複数の掘穿チップ２３が設けら
れている。舵取り進行方向の各側方に向け６０°の角度でロッキング運動するに
は、図１２に示したように、前記ビットを三つのセグメントの構成にするなどの
ことが行われる。

【００３８】 （ｂ）図１２に示すように、前記ビットには、複数の切削チップ２３（硬質
カーバイドのインサートもので通常の手段により設けられる）が形成されており
、これらチップは、同心状の複数のリング又は横列のシリーズで配置され、各列
の複数のインサートもの２３は、隣接する横列又は列のインサートものに対し前
記ドリルビットの中央長さ方向軸まわりに重なり合って、即ち、角度的にずれて
いるようになっている。これによって、前記ビットが岩石により漸進的に食い込
み、前記岩石に前記ビットが残す圧痕に前記ビットが立ち往生してしまうような
傾向をなくす。

【００３９】 （ｃ）前記ドリルビットには、一つ又はそれ以上のくびれ（ウエスト）領域
１１２（図１３）が設けられ、該くびれ領域は、前記ビットの前面側の後方に配
置されており、複数の切削チップ又はインサートもの２３がまた前記各くびれ部
の背にあたる前記ビット表面の前向き肩部にぐるり設けられていて、これらの切
削チップ又はインサートものの配置は、前記ドリルビットの軸に対し角度をもっ
た位置において、隣接する横列のインサートものが前方のもの及び／又は後方の
ものに同様にオーバーラップしている。さらに、前記ビットは、複数の排気ポー
ト２５（図１Ｂにおける複数のポートと機能が一致する）を有し、これらポート
は、前記ビットのそれぞれのくびれ部１１２の底部に位置し、この結果、これら
ポートは、前側にある前記ドリルビットの広くなっている部分により、掘穿され
る穴（ボア）の壁で閉塞されないように保護され、かくして、これらポートは、
たやすく閉じられないようになる。対応して配置の液体掘穿流体、例えば、屈穿
泥水の排出ポートも同様に配置できる。

【００４０】 前記ビット２０Ａの端面における中央に最も近い前記インサートもの２３は
、原則として、前記それぞれのセクター（使用時、前記ビットが揺動するように
なっている最少角度）の全体を通らなければならないが、前記中央から離れてい
る複数のインサートもの２３は、角度的にさらに近づいて位置し、かくして、こ
れらのものそれぞれは、使用時、対応するセクターを掃くように通るが、このセ
クターは、同じリング又は横列における隣接の複数のインサートもの２３の対応
する複数のセクターと実質的に重なり合う。

【００４１】 図１０から図１３の構成においては、前記ドリルビットの方位（オリエンテ
ーション）は、前記ドリルの舵取り方向を定める要素ではないから、前記ドリル
チャックにおいての前記ドリルビットの特定の角度方位を確定する必要がなく、
したがって、非対称の進行方向を舵取りできるドリルビットに関しては、上記し
た共働する複数のスプラインを不規則に分布させる必要性はない。

【００４２】 同様に、理解すべき点は、スリーブ６４内でライナー５４を部分的に回転さ
せて前記チャックにドリルを保持する上記した機構もまた図１０から図１３の構
成に使用できるもので、この場合、ドリルシャンクの複数のスプラインを不規則
に分布させるか、又は、不規則に分布させないものであり、また、前記機構を舵
取りできない指向性をもたない掘穿装置に使用でき、この場合、前記のような不
規則に分布されたビットシャンクの複数のスプラインは、設けられない。これに
よって、衝撃（パーカッシブ）ツール、即ち、空気圧作用のハンマーが柔らかく
されたマテリアルズ又は予め掘穿された岩石に過大な力で押し込められたときで
あっても、動き続けることができる。

【００４３】 図１４Ａと図１４Ｂは、隣り合う部分の軸方向断面の部分を示す図であり、
図１Ａと図１Ｂに比較して拡大してあり、一つの実施例おける図１から図９に関
して記載した構成に相当する前記ゾンデ部４８の詳細を示す。図１４Ａと図１４
Ｂの各々は、一方の側における周縁から中央軸へ延びる前記ドリルストリングの
それぞれの部分及び中央軸から他方の側へ延びる残りの部分を示す。かくして、
図１４Ａと図１４Ｂとは、各々、“軸の半分”の断面図よりも僅かではあるが大
きくなっている。

【００４４】 図１４Ａは、ゾンデ部４８の一部と、前記ドリルビットに対し、より近い関
連の部分を示し、図１４Ｂは、ゾンデ部４８の一部と、前記ドリルビットに対し
、距離的に離れている関連の部分を示す。便宜的に、図１４Ａと図１４Ｂを一緒
にして以下では“図１４”とする。

【００４５】 図１４を参照すると、図示の構造の複雑さは、様々の部材構造が簡単な構造
の観点から適切なものであるという事実に大幅に起因する。しかしながら、図１
４に示された構成においては、本質において、部材１０１，１０４は、使用時、
互いに実質的に永久に固定され、図１Ａのアダプタ４３に着脱自由に螺合される
図１のゾンデ部４８の外壁を形成するものとみなされる。同様に、ここで言及す
る部材１１０，１１２は、前記部材１０１，１０４に対し通常永久的に固定され
ている。

【００４６】 上位部１０１，１０４は、その上方でドリルストリングの部分に接続されて
おり、この接続は、コンベンショナルな粗いピッチのねじ、例えば、コンベンシ
ョナルのドリルストリングの隣接し合う複数のシリンドリカル又は筒状部分を手
早く接続したり、外したりするために接続するのに通常使用されているようなね
じにより行われ、前記ゾンデ部１０１，１０４は、同様に、類似の粗いピッチの
ねじ溝により前記アダプタ４３に接続されている。（図１Ａと図１Ｂとにおける
部材４８，４３の表現は、したがって、図１４Ａと図１４Ｂにおいて、より詳し
く示した構成を正確に又は実寸に合わせて示されていない。上位部１０１，１０
４及びそれに内蔵の部材は、下側のハンマー／ビット部４６，４８から、そして
、直上のドリルストリング部分から既に触れた粗いピッチのねじ溝接続手段によ
り手早く取り外すことができる前記ドリルストリングのゾンデ又はデータ送信部
４８を具合良く形成する。

【００４７】 前記ドリルストリングのデータ・トランスミッタ又はゾンデ部４８は、以下
のように定義される：−

【００４８】 （ａ）以下に述べるゾンデ構成部を納めるのに適した中央スペース、

【００４９】 （ｂ）前記データ・トランスミッタ又はゾンデ部の上位端からその下位端へ
の圧搾空気の通路であり、この通路は、前記ゾンデに適合するアダプタの領域に
そって延びるものであり、そして

【００５０】 （ｃ）（掘穿流体（掘穿泥水）の供給手段が設けられている場合）前記デー
タ・トランスミッタ又はゾンデ部の上位端からその下位端への掘穿流体のための
同様の通路であり、この掘穿流体の通路は、同様に、前記ゾンデに適合するアダ
プタの領域の横合いにあり、前記圧搾空気の通路から区別されている。

【００５１】 さらに加えて、記載すべき構成は、前記流体チューブ部材７４に対しての、
前記機構の長さ方向軸を回転中心とする所定の回転方向に前記ゾンデ又はデータ
・トランスミッタを維持するようになっている。想起される点は、前記ステムボ
ディ同様に前記部材７４は、前記スリーブ４６の上位端内にぴったり嵌まるカラ
ー又はフランジ６３を有し、そこで所定の角度位置で固定される点である。

【００５２】 図１４Ｂに示すように、前記部材１０１は、外側ハウジング部分となり、さ
らに、前記ドリルストリングのゾンデ部（データ・トランスミッタ部）の上端部
において粗いねじ溝のコネクタ５０となる。部材１０１内に固定の掘穿流体チュ
ーブ１１０は、部材１０１内に固定されており、前記ドリルストリングの次の後
方部の中央掘穿流体チューブに接続するようになっていて、中央流体通路を構成
し、この通路は、下方端部が閉止しており、横方向にずれている長さ方向ダクト
１０３と連通するもので、このダクトは、前記ゾンデ又はデータ送信部の中間部
分１９４を貫通し、その下方端部において、通路１０３は、横合いポート１０６
を介して前記部分１０４内に固定のインサートもの１１２まわりの環状の溝と接
続し、この溝の基部においてインサートもの１１２の壁を貫通する放射状の複数
の孔を介して方位角（アジマス）シャフト１１４まわりの対応する環状の溝に接
続する。最後に述べた溝は、シャフト１１４における一つのポートを介してシャ
フト１１４内の軸方向ボアと連通し、掘穿流体を前記流体チューブ７４へ供給す
るようになっている。シャフト１１４内のこの軸方向ボアの前端部には、対向し
て孔が設けられ、これに前記流体チューブ７４の後端部がぴっちり摺動嵌合され
ると共にチューブ７４の後端部と密封係合するシールリングが納まる内側環状溝
が設けられている。シャフト１１４の前端部に取り付けられた頂部ピン９８が前
記アウターの対向するボア内に向け放射状に突出し、チューブ７４のカラーにあ
る長さ方向に延びたスロットに係合し、前記カラーは、前記の対向するボア内に
摺動可能に嵌合する。前記ピン９８と、これを受けるスロットは、前記ゾンデの
角度的方位（後記参照）を確実にするためのシステムの一部となる。

【００５３】 圧搾空気は、前記ドリルストリングのゾンデ又はトラスミッタ部４８へ供給
されるもので、この圧搾空気は、部材１０１とチューブ１１０の外側との間の環
状スペース６２を経由し、部材１０４におけるオフセットされた長さ方向のダク
ト１０５（掘穿流体を送る前記ダクトとは異なる）を経て、ボア１３２の壁と部
材１０４を貫通する方位角シャフト１１４との間における中間部材１９４の前端
部（即ち下側部）のボア１３２内の環状スペース９６へラジアルボア（１０７で
示す）を介して供給され、ついで、前記ドリルストリングの次のセクションへと
送られる。

【００５４】 前記方位角シャフト１１４は、カラー１３０を有し、このカラーは、部材１
０４の前方（下方）端部のボア１３２内に摺動自由に嵌合し、環状スペース９６
からの圧搾空気は、カラー１３０の長さ方向に延びる複数の孔を通り、バルブ部
材４６を有するチェッキバルブへ達する。前記方位角シャフト１１４は、さらに
細長いほぼシリンドリカルのステム部を有し、このステム部は、部材１１２内の
相補軸方向ボア内にぴったり摺動嵌合する。方位角シャフト１１４は、シャフト
１１４の別のカラー１１６と部材１１２の前端面との間で作用する圧縮スプリン
グ１１５により前方へ付勢され、前記部材１１４の前方への軸方向運動は、ボア
１３２の前端部にある内側溝に係合した円形クリップに前記カラー１３０が当接
することにより制約される。上記したように、前記中間部材１０４は、粗いピッ
チのねじ溝を介して次の（下方）ドリルストリング部分（セクション）、即ち、
ハンマー／ドリルビット部分（セクション）の後方（上位）部４３に螺合する。
前記部分４３は、とりわけバルブ４７（図１参照）が共働する弁座を構成する。

【００５５】 中間部材１０４におけるシリンドリカルの中央ボア１５０内に、例えばプラ
スチックスのシリンドリカルの筒状のゾンデハウジングケーシング１０９が納め
られ、これには、前記ゾンデ１００を内蔵するシリンドリカルの筒状ゾンデキャ
リエッジが回転かつ摺動自由に納められている。前記ゾンデの各種部品類がゾン
デキャリエッジ１１６内にぴったり納められているシリンドリカルのケーシング
又は本体に内蔵されている。これらの部品類には、例えば、センサー類、電子回
路、電力供給バッテリーなど、前記ゾンデを構成するものが含まれる。このよう
なゾンデ類は、既知のものであり、したがって、該ゾンデについては、ここでは
詳しく述べない。前記筒状のゾンデキャリエッジは、それぞれのプラグ１５４，
１５６により両端が閉じられており、これらプラグの間にゾンデ１００が配置さ
れている。これらプラグ１５４，１５６それぞれは、前記ゾンデキャリエッジ１
５２よりも縮径された筒状の延長部１５７，１５８をそれぞれ有し、これら延長
部は、該キャリエッジから軸方向へ延び、各延長部は、前記ゾンデから距離的に
離れた、その自由端から延びる軸方向の一方が塞がれたボアを有し、該ボアにシ
リンドリカルのシャフト１６０，１６１それぞれが軸方向に摺動して嵌合する。
前記掘穿頭部から距離的に最も離れた前記ゾンデキャリエッジの端部におけるプ
ラグ１５４の場合においては、１６０として示されている、このシリンドリカル
のシャフトは、部材１１０により設けられたり、又は、これに固定され、前記プ
ラグ１５４は、前記ドリルストリングの軸を中心として該部材の内部で回転でき
る一方、前記ドリルビットに距離的に近い前記プラグ１５６の場合においては、
摺動自由に該プラグ内で受けられたシャフト１６１は、方位角シャフト１１４の
後方延長部である。前記ゾンデキャリエッジ１１６、ゾンデ１００及びプラグ１
５４，１５６を備える構造体は、原則として、前記シャフト１６０，１６１にそ
って軸方向に摺動可能であるから、前記プラグ１５４，１５６もまたここではス
ライド体とし、理由は以下に明らかになるが前記プラグ１５６を特に頂部スライ
ド体として扱う。このゾンデ機構は、その両端において圧縮スプリング１６４，
１６６により前記ゾンデハウジング１０９にそう中間の中央位置へ向け付勢され
ており、前記圧縮スプリング１６４は、前記ゾンデ機構と前記部材１１４が挿通
されている前記ボアまわりの、部材１１２の後端部に設けられた環状肩部との間
で作用し、前記スプリング１１６は、前記ゾンデ機構の後端部と前記部材１１０
の隣接部分に対するシャフト１６０の接合部に設けられた環状肩部との間で作用
する。前記ハウジング１０９は、ボア１５０内に軸方向に位置し、これは、前記
ボアの先端部において前記ハウジング１０９に密封嵌合した部材１１２の後方部
により位置決めされ、ボア１５０の後端部においては、前記ハウジング１０９内
に同様にぴったり嵌合した部材１１０の前端部により位置決めされる。前記ハウ
ジング１０９内に前記ゾンデ機構を弾性的に装着させることにより、有害な衝撃
が前記ゾンデ機構に伝わらないようにできる。所望により、前記ハウジング１０
９内のゾンデ機構の長さ方向の動きをガス又は流体で減衰させる手段として、前
記部材１１０と部材１１２との間の前記ゾンデ機構まわりの前記ハウジング１０
９内にガス（例えば空気）又は液体を内蔵させることもできる。また別途、又は
追加的に、前記ゾンデキャリエッジ１１６と前記ケーシング１０９との間の摩擦
による減衰手段を設けることもできる。前記ゾンデキャリエッジ１１６の外側面
又はハウジング１０９内のボアの内側面に長い溝又は通路を設けて、前記ゾンデ
機構の背後からその前面へ、及び、その逆に流体をコントロールしながら移して
エネルギーの発散を行うことができる。前記ゾンデキャリエッジを前記ゾンデ全
体をぐるり囲む筒状体の形状にする代わりに、前記ゾンデのそれぞれの端部をそ
れぞれが覆う二つの端部キャップにより前記ゾンデキャリエッジの機能を果たす
ことができる。

【００５６】 前記ゾンデは、垂直方向に対する、その方位を感知すると共にその深度を感
知するから（ゾンデは、これらパラメーターを感知し、地表にあるレシーバーへ
リレーするから）、前記ドリルビットの対応する角度位置に対する前記ドリルス
トリングの長さ方向の軸まわりの前記ゾンデの方位を確定するための信頼できる
手段を設けることが重要である。想起される点は、前記流体チューブ７４が環状
カラー６３を有し、前記ステムボディ６４の環状カラーからキイ６４Ａが突出し
ていると同じように前記カラーからキイ６３Ａが放射状に突出し、このキイは、
前記ドリルビットに関して前記流体チューブ７４の角度方位を定める点である。

【００５７】 上記したように、シャフト１１４の前端部における頂部ピン９８は、チュー
ブ７４の端部における長く延びるスロット又はキイ溝に嵌まり、これによって、
前記ドリルビットに関しての前記部材１１４の角度方位が維持される。同様に、
頂部スライド体１５６内の軸方向ボア内に摺動嵌合されているシャフト１１４の
後端部１６１には、前記頂部スライド体１５６の筒状部に固定され、キイ溝に対
し後方内側へ突出する頂部ピン１７０を受ける長いスロット又はキイ溝が設けら
れている。

【００５８】 したがって、前記ドリルストリングの長さ方向軸に対する前記頂部スライド
体の角度方位が前記ドリルビットに関して確定される。最後に、前記ゾンデボデ
ィそれ自体には、その端部隣接のスライド体１５６において、オフセットされた
長さ方向に延びる頂部（ジニアス）ピン１７２を受けるラジアルに延びるスロッ
ト又は凹部が設けられ、前記ゾンデキャリエッジのそれぞれの端部を形成するプ
ラグ又は頂部スライド体１５６に関しての前記ゾンデそれ自体の角度方位を保証
する。当然のことではあるが、理解される点は、チューブ７４に関するシャフト
１１４の方位又は頂部スライド体１５６に対するシャフト１１４の方位決めを、
特に複数のピン及び複数の溝によることなく、前記ドリルストリングの軸まわり
の唯一つの方位のみで相互係合できる相関的な形態の手段で行うことができる点
である。前記ゾンデキャリエッジ１１６は、前記ゾンデハウジング１０９にそっ
て長さ方向に摺動できることに加えて、前記ドリルストリングの長さ方向軸を回
転中心として前記ゾンデハウジング１０９内で回転できるものである。

【００５９】 部材１０４に対し（かくして全体としてのアダプタ４８に対し）頂部シャフ
ト１１４を長さ方向に摺動させる手段が設けられており、前記ドリルストリング
のゾンデ／トランスミッター部が前記ドリルストリングのハンマー部の後方（上
位）端部４３に螺合しているので、頂部ピン９８がチューブ７４の後端部におけ
るキイ溝又はスロットに角度的に整合するまで前記シャフト１１４が前記チュー
ブ７４の後端部により弾性的に後方へ移動されるようになっており、前記整合の
時点では、当然のことながら、前記スプリング１１５が前記シャフト１１４を前
方へ付勢し、かくして、前記頂部ピンがチューブ７４の前記スロットにそって付
勢される。前記頂部ピン９８がチューブ７４の長いスロットに係合した後、部材
１０４と部材４３とを螺合する間、前記シャフト１１４は、部材１０４に関し、
そして、前記ゾンデ／トランスミッター・ドリルストリング部分のケーシング１
０４，１０１全体に関するその長さ方向軸を中心として回転可能であるから（そ
のような回転は、強い摩擦力により抵抗を受けるけれども）、前記シャフト１１
４及びそれに伴う前記頂部スライド体１５６及び前記ゾンデ自体を伴う前記ゾン
デキャリエッジ１１６は、チューブ７４に対し回転可能に取り付けられ、前記ド
リルストリングの前記ハンマー部が前記ゾンデ／トランスミッター部へ螺合され
るので前記ハウジング部１０４内で回転する（又は、別に、前記ゾンデ／トラン
スミッター部が前記ハンマー部に螺合されるので、前記ハンマー部と共に動かな
いようになる）。この手段により、前記ゾンデ１００が前記ドリルストリングの
軸まわりにおいて前記ドリルビットに対して所定の方位をもつことが信頼性をも
って、かつ、自動的に保証される（前記チューブ７４は、前記ハウジング４６に
対し、前記ドリルストリングの長さ方向軸まわりにおける所定の角度方位をもち
、前記ビットは、ハウジング４６に対し所定の角度方位をもつことにより）。

【００６０】 理解される点は、掘穿流体の供給手段がなんら設けられていない場合、前記
シャフト１１４を中実にし、部材１１０の環状スペース１０６、ボア１０３及び
後方の筒状延長部を設けないことで、構造を簡略化できる。この場合、また、前
記流体チューブ７４を中実のリファレンス部材で代替できる。（前記チューブ７
４は、方位角部材を形成するシャフト１１４についてのリファレンス部材を形成
する。

【００６１】 上記した前記ゾンデ構成は、ハンマーを持っていない指向性掘穿デバイス類
にも使用でき、例えば、高圧液体の噴出により簡単に排除されたり、侵食された
りするマテリアルズを指向性をもって掘穿するために使用できる。かくして、例
えば、図１７は、このような特性をもつハンマーなしの指向性ドリルビット又は
掘穿デバイスを略図的に示すもので、このデバイスは、図１から図１４Ｂのハウ
ジング４６、ハンマー構成体及びドリルビット２０の代わりに前記ゾンデハウジ
ング４８へ直にねじこみできるようになっている。かくして、図１７のデバイス
は、概ねシリンドリカルの本体２００を備え、この本体は、斜めになった平らな
ものを有し、この平らなものは、前記デバイスの前端部へ向け片側にそって延び
、流体噴出口２０４（破線で略図的に示してある）が前記斜めの平らなものから
離れた位置にある前端面に開口している。その後端部においては、図１７のデバ
イスは、前記ハウジング４６の後端部とアダプタ４３とに実質的に相当する形態
を有し、前記ゾンデハウジング４８の前端部における前記相補部材と同じように
係合するために、図１から図１４Ｂの実施例における部材４７，７４に相当する
部材を内蔵し、したがって、前記流体チューブ７４又は図１７における相手部分
は、長さ方向に延びる方位角スロットをもつカラーを有し、前記ゾンデハウジン
グ又はアダプタ４８におけるシャフト１１４の前端部における頂部ピン９８を受
ける。図１７のデバイスは、ハンマーがないから、圧搾空気でハンマーを操作す
る必要がなく、したがって、図１７のデバイスは、前記アダプタ４８における圧
搾空気通路と連通する内側通路をもつ必要がない。また別途、図１７の掘穿デバ
イスの前端部へ圧搾空気を供給することで掘穿すべきマテリアルの掘削を助ける
ことができる場合には、圧搾空気通路を設け、これを前記掘穿デバイスの前端部
における対応するポートにおいて開口するようにしてもよい。

【００６２】 図１５と図１６は、非対称ドリルビットの代わりに所謂“bent sub（ベント
・サブ）”を用いて、図１０から図１３に示した変形例に対し、この発明による
自動整合機構を適用したものを示す断面図である。当然なことではあるが、この
ような変形例においては、それが前記ゾンデ１００に所定の方位を信頼して採用
することが要求されることについての前記ベント・サブにおける曲げ又は角度の
方位である。かくして、図１６を参照すると、この図では、図１４Ａと図１４Ｂ
における部材と作用において相当する部材が同様の符号で示されており、前記サ
ブベンド６９を（フィンガー７４を保持する領域の下−即ち、フィンガー７４を
保持する領域よりもドリルビットに近くで）備えるハンマー部に取り付けられた
整合フィンガー７４は、方位角シャフト１１４と共働するもので、このシャフト
１１４は、図１４Ａにおけるように、前記ゾンデキャリエッジ１１６の頂部スラ
イド体１５６に対し摺動するが回転しない溝つきステム１６１を有し、前記キャ
リエッジは、前記ゾンデハウジング１０９内で再び回転可能となる。前記方位角
シャフト１１４は、前記ゾンデ又はデータ・トランスミッターハウジング４８内
で強い摩擦力に抗しながら回転できるものである。代替例が図１５に示してあり
、この図では、ベントセクション６９が前記ゾンデ部４８と前記ハンマー部の上
方（後方）に配置されている。この場合、ここでもベントセクション６９により
支持され、回転しないようになっている整合又はリファレンス（基準）部材７４
が下方へ（前方へ）延びるチューブ又はソケットになり、このソケットで上方へ
延びる方位角シャフト１１４の中実プラグ又はスピゴット１１５を受ける。この
部分１１５は、前記整合又はリファレンス部材７４の前記ソケットの内方へ向け
放射状に内側へ突出するピンを受ける長い溝を有し、この結果、再び、前記方位
角部材１１４が前記リファレンス部材７４に完全に係合したとき、前記方位角部
材は、前記リファレンス部材７４に対し長さ方向に摺動可能であるが、それに対
し回転できない。前記方位シャフト１１４の下方に配置の前記ゾンデキャリエッ
ジは、ここでも頂部スライド体１５６を有し、このスライド体は、この場合、前
記キャリエッジの上端部に位置し、ここでも前記シャフト１６１（この場合、下
方へ突出）に対し回転しないように共働し、前記方位シャフト１１４とゾンデキ
ャリエッジ１１６は、ここでも前記ケーシング１０９内、そして前記ドリルスト
リングのゾンデセクション４８の外側ハウジング内で回転可能になる。この構成
においては、図解を簡略化するために、前記方位シャフトは、前記ドリルストリ
ングのゾンデセクションにおいては軸方向に大きく動かされておらず、ゾンデハ
ウジング１０９の端部に位置しており、前記整合又はリファレンス部材７４は前
記ベントセクション６９内に回転不能に支持されていながら前記ゾンデセクショ
ンの長さ方向軸にそって付勢スプリング１１７の付勢力に抗して前記セクション
にそい移動できるようになっている（即ち、下方のゾンデセクション４８ヘねじ
こまれるベントセクション６９の下位部分の軸にそい）。理解される点は、図１
４と図１６とにおいては同様に、前記要素７４は、方位シャフト１１４と共にス
プリング圧力に抗しながら軸方向へ移動可能であるが、回転できないものであり
、前記方位シャフトは、軸方向へ移動可能でないが、回転可能な点である。同様
に、これらの実施例においては、部材７４は、前記頂部シャフトがリファレンス
部材７４を受けるソケットを提供する代わりに、前記頂部シャフトの端部を受け
るソケットを提供している。

【００６３】 図１５と図１６の構成それぞれにおいては、前記ハンマーを操作する圧搾空
気は、図１４の構成と全く同じように、前記セクション４８を通り、前記ゾンデ
ハウジングを抜け、前記セクション４８の中央軸からオフセットされた長さ方向
通路１０５を通るもので、図１５と図１６におけるリファレンス部材７４は、空
気が（下方の）セクション４８の下流セクションヘ（図１６の場合においては）
又は（図１５の場合においては）（上方）前記セクション４８の上流セクション
から流れる。図１４におけるように、掘穿泥水又は他の掘穿流体を前記ビットへ
供給する手段を図１４に関して記載した類似の態様で設けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ及び図１Ｂ】この発明による掘穿アッセンブリーの第１形態のドリ
ルビット、ドリルチャック及び関連部品の各断面図。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩにそう断面図。

【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線にそう断面図。

【図４】ドリルビットのシャンクの斜視図。

【図５及び図６】図１の装置のステムボディ形成部分の斜視図と拡大長さ方
向断面図。

【図７】図１から図６の装置の外側シリンダー及びチャックの長さ方向にお
ける断面部分図。

【図８】前記装置のシリンダー状ライナーの長さ方向断面図で、図８は、長
さ方向軸の上の一方の軸方向面の断面と前記軸の下の異なる軸方向面の断面を示
す。

【図９】図８のライナーの端部立面図。

【図１０及び図１１】この発明による掘穿装置の他の形態の概略側面図。

【図１２】この発明の他のアスペクトによるドリルビットの端面図。

【図１３】図１２のドリルビットの側面図。

【図１４Ａ及び図１４Ｂ】ゾンデを有する図１の装置の一部のそれぞれ軸方
向断面図で、図１に較べて拡大されているもの。

【図１５及び図１６】図１０と図１１それぞれの掘穿装置の対応する部分の
対応する断面図。

【図１７】図１４Ａと図１４Ｂに図示したゾンデハウジングをもつ別途に使
用されるハンマーなしの掘穿装置の略図的斜視図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ガートサイド，ジョン，ウィルビー イギリス国 エイチディー２ ２エフイー ウエスト ヨークシャー ハダースフィ ールド フィックスビー ザ ギル 15 Ｆターム(参考） 2D029 DA03 EC00 FA03

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ねじ溝の相互係合により端部同士が着脱自由に相互連結する一
   連の長くなっている複数のセクション及び第１のセクションと第２のセクション
   とが互いに螺合したときに、第１の前記セクションにより支持されている第１の
   部材が隣接する第２のセクションにより支持されているか、又は、その一部を形
   成する第２の部材に対して所定の方位をもつことを保証する方位決め手段を備え
   る掘穿装置において、前記第１の部材は、前記第１のセクションに対し回転可能
   であり、第１のセクションは、ここで便宜上、方位部材という部材を支持し、こ
   の部材は、前記第１のセクションに対し回転可能であるが、前記第１の部材に対
   しては回転不能であり、そして、前記第２のセクションは、前記第２の部材に対
   し回転しないように固定されているリファレンス（基準）部材を支持し、このリ
   ファレンス部材は、前記第１のセクションと第２のセクションとが互いに端部同
   士で螺合することで前記方位部材に対し所定の角度方位をもって前記方位部材に
   係合するものであり、そして、そのような係合により、前記方位部材と前記リフ
   ァレンス部材との間の前記セクションの軸を回転軸としての回転が阻止され、さ
   らに、前記第１のセクションと第２のセクションとが互いに螺合することで、前
   記方位部材と前記リファレンス部材の一方が他方から弾性的に動き、これによっ
   て、前記第１セクシにおいては、前記弾性的に動かされる部材が軸方向へ移動さ
   れ、前記第２のセクションが螺合されることで、前記第１セクションと第２セク
   ションとが徐々に接近し合う一方、前記リファレンス部材の前記方位部材に対す
   る前記所定の角度方位に達するまで前記部材が他方の部材に対し回転して前記方
   位部材とリファレンス部材とを係合させ、これら両者の相対回転を阻止し、これ
   によって、前記第１のセクションと第２のセクションとが互いに螺合し合うまで
   、前記第１のセクションと第２のセクションとが相対的に動いても、前記方位部
   材と、これに結合した前記第１の部材とは、前記第２の部材に対し前記所定の方
   位を維持する構成になっているもの。
2. 【請求項２】前記方位部材が前記第１の部材に対し回転するとき、前記方位
   部材が摩擦抵抗を受ける構成になっている請求項１による掘穿装置。
3. 【請求項３】前記方位部材と前記リファレンス部材との一方が前記両部材の
   他方に支持されている相補のソケット内に自由に嵌まることができるスピゴット
   を有し、前記スピゴットと前記ソケットは、前記複数のセクションの間のねじ結
   合部と同軸になっており、前記スピゴット又は前記ソケットは、前記ソケット又
   は前記スピゴットそれぞれにある長さ方向の溝へ長さ方向に摺動する横方向の突
   出部を有する請求項２による掘穿装置。
4. 【請求項４】前記第１の部材がゾンデであり、前記第１のセクションが前記
   ゾンデを内蔵するゾンデセクションであり、前記第２の部材は、指向性掘穿デバ
   イスであり、前記ゾンデが前記ゾンデセクションに実装されて垂直リファレンス
   又はいくつかの他の外部リファレンスに対する該ゾンデ自体の方位を検知して、
   対応するデータを前記ドリルストリングから距離的に離れたレシーバーへ送信し
   、前記方位とり手段は、前記指向性掘穿デバイスと前記ゾンデとの間に所定の角
   度関係を設定するように構成されている請求項１から請求項３のいずれかによる
   掘穿装置。
5. 【請求項５】前記ゾンデは、前記ゾンデを機械的衝撃から隔離する弾性サス
   ペンション機構を介して前記ドリルストリング内に設けられている請求項４によ
   る掘穿装置。
6. 【請求項６】前記サスペンション機構は、流体又は摩擦による減衰手段を含
   む請求項５による掘穿装置。
7. 【請求項７】ドリルストリングの端部がドリルチャックであり、ドリルビッ
   トが該ドリルチャックに着脱自由に嵌まり、前記ドリルビットは、前記ドリルチ
   ャックで受けられるシャンクを有し、前記ドリルビットのシャンクは、前記ドリ
   ルビットの頭部位置に近接の第１のスプラインがきられた領域を有すると共に前
   記ドリルチャックの内側にスプラインがきられた相補部分のスプラインの間の溝
   と協働する複数のスプラインを有し、前記ドリルビットは、その後方端部に近接
   の第２のスプラインがきられた領域を有すると共に前記第１と第２のスプライン
   がきられた領域の間にスプラインがない帯域を有する掘穿装置であり、この装置
   は、前記ドリルチャックを接合するライナーを含み、このライナーは、前記チャ
   ックに隣接し、内部に軸方向の通路を有し、この通路には、前記スプラインなし
   の帯域の軸長さよりも短い軸長さにわたり、前記第２のスプラインがきられてい
   る領域に対応してスプラインがきられており、前記ライナー内の前記軸方向の通
   路は、前記ライナーのスプラインがきられた領域のすぐ背後にスプラインがきら
   れていない領域を有し、この領域の内径は、前記ドリルビットシャンクの前記第
   ２のスプラインがきられた領域の外径よりも大きく、前記ライナーは、前記ライ
   ナーの複数のスプラインが、前記チャックの前記スプラインがきられた第２の領
   域における複数のスプラインと軸方向に整合する角度位置とそれらが整合しない
   角度位置との間で回転可能であり、これによって、前記ドリルビットシャンクの
   対応する複数のスプラインに前記チャックとライナーの複数のスプラインが整合
   して、前記ドリルビットシャンクの前記第２のスプラインがきられた領域が前記
   ライナーのスプラインなしの領域に達し、さらに、前記ライナーの端部スプライ
   ン領域が前記ドリルビットシャンクのスプラインなしの領域に達するまで、前記
   ドリルシャンクが前記チャックにおける相補的断面の通路に挿入されることがで
   き、その後、前記ライナーを回転し、該ライナーの複数のスプラインを前記ドリ
   ルシャンクの前記第２のスプライン領域の複数のスプラインから外れるように動
   かし、これによって、前記ドリルビットが軸方向に抜け出ないようにされるも構
   成であるもの。
8. 【請求項８】ドリルビットの長さ方向軸まわりの角度をもつ動きが限定され
   た範囲のみであるとき作動可能な衝撃（パーカッション）ドリルビットであり、
   前記ビットは、複数の掘穿（カッティング）チップ又は掘穿インサートものを備
   え、これらは、前記長さ方向軸に対し同心の一連の複数のリング又は横列の態様
   で構成され、前記軸を中心として前記ビットが所定の角度で回転前記各リング又
   は各横列における各掘穿チップの作動域が同じリング又は横列の少なくとも隣接
   する複数の掘穿チップ又はインサートものの作動域と重なり合うようになる構成
   のもの。
9. 【請求項９】各前記リング又は横列において、前記掘穿チップ又はインサー
   トものが隣接の複数のリング又は横列における隣接の掘穿チップ又は横列に対し
   、前記軸まわりを角度的に変位する請求項８による衝撃ドリルビット。
10. 【請求項１０】前記ビットは、前記ビットの動作端部になる面領域を有し、
    さらに、後方へ、即ち、前記面領域から前記掘穿装置の他の部分へ向けて上方へ
    延びる側面を有し、この側面領域に前記複数の掘穿チップ又は掘穿インサートも
    のの少なくともいくつかが設けられている請求項９による衝撃ドリルビット。
11. 【請求項１１】前記側面領域は、くびれており、前記複数の掘穿チップ又は
    掘穿インサートもののいくつかが前記くびれ部により構成された溝又は谷の前向
    き又は下向き面に配置されている請求項１０による衝撃ドリルビット。
12. 【請求項１２】前記ビットは、前記ビットの内部からガス又は液体を排出す
    るポートを有し、前記ポートは、前記くびれ領域に配置されていて、前記くびれ
    部の前方又は下方の前記ビットの放射方向に最も外側の部分の内方へ放射状に位
    置するようになっている請求項１１によるビット。