JP2008545077A - 穿孔装置用軽金属製送りビーム - Google Patents

Abstract

本発明は、穿孔装置１で使用される細長い送りビーム４に関し、送りビームは、実質的に長方形の断面をもつ中空の押し出し成形された形材から作られた軽金属製或いは軽金属合金製の外形を有するビームを備えている。押し出し成形されたビームは、上部壁１１と、下部壁１２と、２つの側壁１３、１４と、少なくとも一対の外部案内ビード８、９とを備えている。少なくとも一対の案内ビードの個々の案内ビード８、９は、前記上部或いは下部壁１１、１２が相対する側壁１３、１４と接する位置で、上部壁１１或いは下部壁１２の各々の壁の各々の側に配置されている。案内ビード８、９は実質的にプリズム状の断面を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、独立請求項の前文による、穿孔装置で用いられる軽金属製送りビームに関するものである。また本発明は、該送りビームを備える穿孔装置に関する。

一般的に（図１参照）、削岩装置は、移動可能な車輌１と、ブーム２と、送りビームホルダー３を介してビーム２に接続された送りビーム４とを備えている。送りビーム４及び送りビームホルダー３は、送りビームの全長の少なくとも一部分に沿って、相互に関連して移動可能である。削岩機５は、送りビーム４に移動可能に配置されている。

穿孔装置の最も重要な特徴の１つは、その耐久性及び信頼性である。機器のすべての部分は、削岩機の極限の機能動作において求められる、高度な要求に答える必要がある。またその正確さは、これらの条件下においても確保され得ることが重要である。従って、耐久性、精度及び信頼性を改善するいくつかの改良点が常に求められる。大きな応力の下に置かれる幾つかの部分のうちの１つは、送りビーム４である。

欧州特許第ＥＰ０１５９９７４Ｂ１号によれば、穿孔装置に押し出し成形された軽金属製の送りビームを使用することは公知であり、かかる送りビームは削岩を案内するための案内部材を包含している。軽金属製の押し出し成形された送りビームは、従来の鋼製ビームよりも軽量でしかも直線状であるという利点を有している。加えて、押し出し成形されたアルミニウム製の送りビームの構成には、従来の鋼製のビームよりも大きな自由度が存在する。欠点としては、アルミニウムは鋼よりも脆弱であり、また送りビームは従来の鋼製ビームよりも厚く作る必要がある。同第ＥＰ０１５９９７４Ｂ１号で用いられている送りビームは、開放式チャネルビーム型のものである。

国際特許出願第ＰＣＴ／ＳＥ２００６／０００２４４号では、従来の開放式チャネルビームに代わりに、送りビームの内側に圧力シリンダーを備えた新しい構成で閉鎖式箱形ビームを使用する可能性を提供している。

箱形ビーム型の閉鎖式送りビームは、相応した厚さの開放式チャネルビームよりも高度な構造上の強靱性を有するために有利である。従って、従来の送りビームよりも軽量で、しかもより強靭に作ることができる。

２００５年６月２５日付で表示されていたＤｏｏｆｏｒ削岩機のインターネットのホームページ^＊）には、閉鎖型のいわゆる箱形ビームはアルミニウム製の送りビームとして使用できることが提案されている。
^＊）http://www.doofor.com/products/feedbeam.htm

本発明の主目的は、箱端ビームの形態であり且つ送りビームとしての使用に好適である軽金属製の送りビームを提供することにある。この目的は、独立請求項の特徴とする部分に記載した特徴によって達成される。

本発明の好ましい実施形態は、従属請求項に記載されている通りである。

主要な特徴によれば、本発明は、上部壁と下部壁と２つの側壁とをもつ、断面ほぼ長方形の中空の押し出し成形された形材（ｐｒｏｆｉｌｅ）で作られた、軽金属製或いは軽金属合金製の形材ビームを備える、削岩装置用の細長い送りビームに関するものである。送りビームは、少なくとも一対の外部案内ビードを備えている。個々の案内ビードは、前記上部或いは下部壁が相対する側壁と接する位置で、上部壁或いは下部壁の各々の壁の各々の側に配置されている。さらに案内ビードは、実質的にプリズム状の断面を有している。

本発明による送りビームは、従来の送りビームより軽量でありまた強靭である。加えて、材料を過度に使用することなく動作上の作用に耐えるためにうまく適応する形態を有している。

本発明のこれら及びその他の特徴並びに利点は、詳細な説明及び添付図面から明らかになるであろう。

本発明の詳細な説明においては、添付図面を参照とする。

上記で簡単に説明したように、図１は、移動可能な車輌１と、ブーム２と、送りビームホルダー３を介してブーム２に接続される送りビーム４とを備えている削岩装置の概略図を示している。送りビーム４及び送りビームホルダー３は、送りビーム４の全長の少なくとも一部分に沿って相互に関連して移動可能である。削岩機５は、移動可能に送りビーム４に取り付けられ、またドリルストリング６に作用するために送りビーム４に沿って移動可能である。ドリルストリング６は、ドリルポイント（ドリルビット）及び連結ロッド（図示されていない）を備えている。送りビーム４に取り付けられる他の機材は、例えばロッド操縦部材のための機器であってもよい。

次に、図２、図３及び図４を参照して、送りビーム４の一般的な動作について説明する。本発明の実施形態によれば、圧力シリンダー７は送りビーム４の内側に設けられている。圧力シリンダー７は、削岩機５の送りを行うために設けられている。削岩機５は、送りビーム４の外部で第一対の案内ビード８の上に摺動自在に配置されている摺動構成要素１６を備えたスレッド１５の上に配置されている。第二対の案内ビード９は、好ましくは送りビーム４の相対する側に配置される。これらの案内ビード９によって、送りビームは送りビームホルダー３に摺動自在に配置され得る（図１参照）。通常、送りビームホルダー３及び送りビーム４は、削岩動作が進行する前、送りビームが正確な削岩位置に接近する際に相互に関連して調節されるだけであり、削岩機５は、削岩動作中終始連続して送りビーム４の相対する側で、案内ビード８の上を行ったり来たり移動する。

このような特定の実施形態において、送りビームの内側で圧力シリンダー７によって作用される送りライン１０は、圧力シリンダーがＡ方向に収縮し或いはＢ方向に伸長する際、矢印Ａ、Ｂに従って動くことができるように削岩機５を駆動する。送りライン１１は、圧力シリンダーの自由端部７Ａが動かされる所与距離によって、削岩機５はその２倍の距離を動かされるということを意味するように構成されている。これについては、国際特許出願第ＰＣＴ／ＳＥ２００６／０００２４４号に詳細に説明されており、ここでは省略する。

次に、図５を参照すると、本発明の好ましい実施形態によれば、送りビームの断面について、その利点の幾つかと共に説明する。本発明による細長い送りビームは、実質的に長方形の断面を備えた軽金属製或いは軽金属合金製の中空の押し出し成形された形材で作られている。細長い送りビームは、上部壁１１と、下部壁１２と、２つの側壁１３、１４とを有している。送りビーム４の長方形の断面は、側壁１３、１４が相互に鏡像を構成するように上部壁１１と下部壁１２の中央を横切る第一の対称平面Ｐ_Ｓ１を有している。また、上部及び下部壁１１、１２が相互に鏡像であるように２つの側壁１３、１４の中央を横切る第二の対称平面Ｐ_Ｓ２を有することができる。さらに、少なくとも一対の外部案内ビード８、９を包含している。一対の外部案内ビード８は、削岩機５或いは削岩機が送りビーム４に沿って配置されているスレッド１５の動作を案内し、また一対の外部案内ビード９は送りビームホルダー３に対して送りビーム４の動きを案内する。

送りビームの全体構造は、動作上の条件にふさわしく構成されている。同第ＥＰ０１５９９７４Ｂ１号に開示されている従来の開放式チャネルビームの場合のように３つの壁の代わりに、ビーム４が４つの壁を有するという事実は、当然それをさらに強靭にしている。上部壁１１により、側壁１３、１４は、従来のチャネルビームの側壁よりも小さな応力下に置かれ、対応してより薄く構成され得る。それ以上に、ビームの内側の角部は、２つの重要な要求に合致するようにされる形態に構成される。第一に、それらは、ビームが削岩機から受ける力に耐えるように充分に堅固でなくてはならない、そして第二に、それらは、中実に作られるべきではなく、すなわち材料の過度の使用は避けるべきである。本発明の好ましい実施形態による角部では、多くの従来の開放式チャネルビームよりも少ない材料が使用されているにも関わらず、ビームの剛性は充分に高いものである。

案内ビード８、９は、上部或いは下部壁１１、１２が相対する側壁１３、１４と接している位置で、上部壁１１或いは下部壁１２の各々の壁の各々の側に配置されている。好ましくは、案内ビード８、９は実質的にプリズム状の断面を有し、縁部２３がビード８、９の最外方部分を構成するように、縁部２３によって接合され且つ４５°〜１００°の角度θで相互に傾斜される２つの実質的に平面状の支持表面２１、２２を有している。好ましくは、表面２１、２２の成す角度θはおよそ９０°であり、例えば８０°〜１００°の間である。このような形状は、ビード８、９が削岩機５から晒される力を受けるのによく適応しているので、非常に有用であることが証明されている。また、上部表面２１が水平であるように案内ビードを構成することが可能である。これは角度θが小さい場合に特に有用である。

一般的に、動作中、ドリルストリング６は送りビーム４に対して削岩機５を回転させようとする力に晒される。およそ９０°の支持表面２１、２２の間の角度θをもつプラズマ案内ビード８、９を使用することにより、図６のＦ_１及びＦ_２で表示されているように、削岩機からの力はプリズム状の案内ビード８、９の両方の支持表面のうちの１つに本質的に直交するであろう。このことは、力を吸収するために有利である。さらに、好ましい実施形態によるビームの角部構造は、動作下で発生し得る応力の状況に耐えるのによく適応するよう構築されている。

角部の形状の精巧さにおいて、当初数々の種々のタイプが提案された。張力は、これらの種々のタイプの角部構造について、予期された動作上の応力の状況例えば図６のＦ_１及びＦ_２に対して計算された。これらの構造における計算から、好ましい実施形態の角部構造が、側壁の内側及び外側の両方における、図６にσで表示されている重要な領域に、小さな張力を引き起こすことが明らかになった。とりわけ、材料毎の張力の比率の観点において有利であり、以下に簡単に説明する。従って、本発明による好ましい実施形態ではこの構造が選ばれた。

図５及び図６で明らかであるように、好ましい実施形態は、側壁１３、１４の両壁における案内ビード８、９と並んで伸長する外部長手方向凹部１８を備えている。これらの凹部１８は、側壁１３、１４と案内ビード８、９の間に溝を画定している。凹部１８は、案内ビードの接近可能性を改善し、凹部によって、案内ビードは本質的に送りビーム構造と一体であり、且つ、それでもなお一方の端部で削岩機５の摺動構成要素１６に、又はもう一方の端部でビームホルダー３にアクセス可能である（図１参照）。一般的に、また案内ビード８、９を保護するために、曲板（図示されていない）が支持表面２１、２２を覆うことができるように案内ビード上に配置されている。この種の曲板は、同第ＥＰ０１５９９７４Ｂ１号に開示されている。凹部１８によって、曲板は案内ビードに容易にスナップ嵌めすることができる。曲板について以下にさらに説明する。

相対する側壁１３、１４のもう一方の側における上述の凹部１８の反対側に、内部長手方向膨らみ部１９が伸長している。これらの膨らみ部１９は、それらが外部長手方向凹部１８と少なくとも部分的に重なり合うように配置されている。膨らみ部１９は、凹部１８によって側壁１３、１４の外側で失った材料を補い、好ましくは側壁１３、１４の幅は、特別に脆弱に部位が送りビーム４の断面に形成されないように、この距離に亘って実質的に不変である。

さらに、送りビームの剛性に影響することなく、本質的に材料を節約する１つの方法として、内部長手方向凹部２０が側壁の両壁で送りビームの内側で伸長し、その凹部は案内ビード８、９に少なくとも部分的に重なり合うように配置されている。言い換えれば、これらの凹部２０によって失った材料による壁幅の減少は、案内ビード８、９により与えられる側壁幅の付加によって補われている。欠損及び鋭利な形状はどれも、包括的構造に亀裂を生じさせ脆弱にする起点となり得るために、送りビームが実質的に滑らかで且つ平坦であることが重要である。従って、すべての角部又は細部は、申し分なく曲線的であってさらに研磨されている。

また、本発明の好ましい実施形態において、案内ビード８、９は中実である。従来技術の場合のように、当然中空の案内ビードを形成することも可能である。しかし、本発明による案内ビードは、全体的な構造において一体型であるので、ビードを中実にするために必要とされる少量の付加材料が、より一層強固な案内ビードを提供するばかりか、より一層強固な包括的構造を提供しており、従って十二分に理にかなっている。

好ましくは、内部長手方向溝すなわちトラック１７は、本質的に側壁１３、１４の中央に沿って伸長している。トラック１７は、削岩機５の駆動に伴う手段２４の動作を案内するようにされている。図３で見ることができるように、好ましい実施形態における手段２４は、送りビーム４の内側で往復駆動される溝車２５、２６を含んでいる。トラック１７は、装着された溝車２５、２６が最小限の偏奇でしかも嵌り込みなしに往復滑走することができるように、装着された溝車２５、２６を備えた手段２４を案内するようにされている。また、圧力シリンダー７の外部部分２７は、トラック１７を含むビーム４の内部と嵌合するようにされ、それによりトラックは、圧力シリンダー７を適切な位置に保持するのを助けている。さらにトラック１７は、本質的に構造を脆弱にすることなく、それを作る材料を節約することができるので、送りビームをより軽量にすることができるという第三の目的を有している。

送りビームは、好ましくは押し出し成形されたアルミニウム製のビームから製造される。押し出し成形されたアルミニウム形材の基本材料は、合金アルミニウムビレットである。ビレットは、適切な外形をもつダイ型に通される前に、適当な長さの作業部片に切断され、そして約４５０−５００℃の温度まで温められる。完成した形材は、ほぼチューブから出される歯磨きペーストのように、ダイ型から流れ出る。形材は、一般的に毎分５−５０メートルの速度で押し出し成形され、また５０メートルもの長さで有り得る。当然このようにして製造されたビームは、その全長に沿って一定の断面を有する。

その後、形材は必要な長さに切断され、送りビームは典型的に長さ４〜１２メートルである。材料の最大強度は、通常炉の中で数時間の加熱処理或いは保温熟成によって達成される。また冷却熟成も可能であって、材料をより固くする。しかしながら、一般的に送りビームは、ビームにおける適度な弾性が、延性及び振動の吸収を高めるので、あまりに固すぎないことが適当であり得る。

中空のアルミニウム形材の製造は、他の形材の製造よりも複雑である。中空の押し出し成形された製品を製造するために、ダイ型は少なくとも２つの部分、すなわちコア部分と外部部分とを備える必要がある。コア部分は孔部の形成に必要とされ、外部部分は外部形状を形成する。

有効な形材を製造する可能性は、従来の鋼製ビームとの最も重要な相違点の１つである。従来のビームの上には、削岩機用の案内ビードがビーム上に溶接されなければならなかった。これによって数々の問題点を引き起こして来た。まず第一に、そのような長さにわたって直線状に溶接することは非常に困難であるが、これは、削岩機が送りビームに沿って円滑に摺動させる場合の必要条件である。第二の問題点は、溶接それ自体が残りの構造と同程度に外部の力に耐えることができないということである。また、案内ビードを送りビームに溶接する必要がある場合に、案内ビードの形態を特定の必要性に適応させるのは困難である。

押し出し成形されたアルミニウム製送りビームの上に、ビードがビームと一体に作られ得、そのどちらも全体的な構造を強化し、例えば案内ビードの構造上の形態により大きな自由度がもたらされる。上述のように、押し出し成形されたアルミニウム製送りビームは、従来の鋼製送りビームよりも厚い。しかしながら、ビームの厚さは、すべての補助機器がビームに溶接されなければならなかった従来のビームの場合と違って、補助機器をビームにネジ止めできることから、利点と成り得る。その理由は、アルミニウム製の送りビームが、鋼製送りビームではなし得なかった、ボルトを保持するのに十分な数のねじを許容できる厚さを有するからである。

送りビームとして押し出し成形されたアルミニウム製の形材の使用は、鋼製の従来の送りビームと比較して、次のような数多くの利点がある。
・アルミニウム製の送りビームは、より軽量である。
・アルミニウム製の送りビームは、より弾性的に作ることができる。
・アルミニウム製の送りビームは、より直線的である。
・アルミニウム製の送りビームの外形は、溶接或いは他の方法で構造に部品を取付ける必要なしに、特定の必要性に容易に適応することができる。

アルミニウム製の送りビームの別な利点は当然その耐食性である。大気に晒されるとアルミニウム表層のバシベーションにより、Ａｌ_２Ｏ_３が形成される。バシベーションされたアルミニウム層は、さらなる酸化からアルミニウムを保護する。しかしながら、Ａｌ_２Ｏ_３層の部分は、大きな磨耗を受けた場合に、遊離するようになり、それにより下層のアルミニウムが大気に晒されることになる。このような事態が起るたびに、新しいＡｌ_２Ｏ_３保護層が形成され、さらなる酸化からアルミニウムを保護する。しかし、案内ビードが、それらの上で摺動するクレードルによって磨耗されるのを避けるために、好ましくは、鋼製の保護曲板がスナップビード嵌めにより設けられる。しかし、これらの曲板のもつ問題点は、曲板が交換され得る前に、削岩機を取り外す必要があるために、それらが磨耗した時に際それらを取り外すのは困難であることにある。本発明の好ましい実施形態では、案内ビード８、９上の曲板は２つの短い板から成り、送りビーム４の一端部に削岩機を配置し、送りビーム４の他方の端部で板を取り外すことができるようにされる。第一の板を交換する際には、第一の端部において板を交換できるように、削岩機はビームの他方の端部で新しい板の上に動かされ得る。２つの板の間に特定の連結部材は必要ないことがわかった。隣接した板が互いに密接に保持されている限り、削岩機はそれらの間の接合部を滑らかに摺動することができる。従って曲板は、好ましくは一突き合わせて保持される。

削岩装置を示す概略図 。 部分断面及び内側に設けられた圧力シリンダーを備える本発明の好ましい実施形態による送りビームの側面図。 図２の線３−３に沿った本発明による送りビームの部分断面図。 図２の線４−４に沿った本発明による送りビームの部分断面図。 本発明の好ましい実施形態による送りビームの断面図。 図５に示された送りビームの部分断面図。

Claims (13)

1. 上部壁と下部壁と２つの側壁をもつ断面ほぼ長方形の中空の押し出し成形された形材で作られた軽金属製或いは軽金属合金製の形材ビーム有し、少なくとも一対の外部案内ビード（８、９）を備えている穿孔装置（１）で使用するための細長い送りビーム（４）において、
   少なくとも一対の案内ビードのうちの個々の案内ビード（８、９）が、上部壁（１１）又は下部壁（１２）が相対する２つの側壁（１３、１４）と接する位置で、前記上部か又は下部壁のいずれかの壁の各々の側に配置され、前記案内ビード（８、９）が実質的にプリズム状の断面を有することを特徴とする細長い送りビーム（４）。
2. 案内ビード（８、９）の各々が固体であって、縁部（２３）がビード（８、９）の最外方部分を構成するように、端部（２３）によって接合され且つ４５°〜１００°の角度（θ）を成して相互に傾斜される２つのほぼ平面状の支持表面（２１、２２）を備え、前記支持表面（２１、２２）が支持体を形成し、この支持体上で、削岩機（５）又は削岩機（５）を配置するスレッド（１５）が送りビーム（４）に沿って滑走できることを特徴とする請求項１に記載の細長い送りビーム（４）。
3. 支持表面（２１、２２）が、８０°〜１００°の角度（θ）で相互に傾斜されることを特徴とする請求項２に記載の細長い送りビーム（４）。
4. 外部長手方向凹部（１８）が、両側壁（１３、１４）上の案内ビード（８、９）と並んでのび、上記凹部（１８）が、側壁（１３、１４）と案内ビード（８、９）の間に溝を画定していることを特徴とする請求項２又は３に記載の細長い送りビーム（４）。
5. 内部長手方向膨らみ部（１９）が、両側壁（１３、１４）上で送りビーム（４）の内側にのび、前記膨らみ部（１９）が、同側壁（１３、１４）の他の側において、前記外部長手方向凹部（１８）と少なくとも部分的に重なり合うよう配置されていることを特徴とする請求項４に記載の細長い送りビーム（４）。
6. 内部長手方向凹部（２０）が、両側壁（１３、１４）上で送りビーム（４）の内側にのび、前記凹部（２０）が、同側壁（１３、１４）の他の側において、案内ビード（８、９）と少なくとも部分的に重なり合うよう配置されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の細長い送りビーム（４）。
7. 送りビームが、二対の案内ビード（８、９）を備え、一対の案内ビード（８）が、削岩機（５）或いは削岩機が送りビーム（４）に沿って配置されるスレッド（１５）の動きを案内し、また一対の案内ビード（９）が、送りビームホルダー（３）に対して送りビーム（４）の動きを案内することを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の細長い送りビーム（４）。
8. 内部長手方向トラック（１７）が、本質的に側壁（１３、１４）の中央に沿ってのび、前記トラック（１７）が、削岩機（５）の駆動に伴う手段（２５）の動きを案内するようにされていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の細長い送りビーム（４）。
9. 送りビームが、不変の断面を備えて、押し出し成形された軽金属製の形材又は軽金属合金製の形材で作られることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の細長い送りビーム（４）。
10. 送りビームが、押し出し成形されたアルミニウム形材又はアルミニウム合金形材で作られることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の細長い送りビーム（４）。
11. 側壁（１３、１４）が相互に鏡像を構成するようにことができるように、送りビームのほぼ長方形の断面の対称平面（Ｐ_Ｓ１）が、上部壁（１１）及び下部壁（１２）の中央を横切ることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の細長い送りビーム（４）。
12. 案内ビード（８、９）が支持表面（２１、２２）を覆うように、案内ビード（８、９）が案内ビードにスナップ嵌される少なくとも２つの突合せ曲板を備えることを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の細長い送りビーム（４）。
13. 請求項１〜１２の何れか一項に記載の細長い送りビーム（４）を備える穿孔装置（１）。
    

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