JP2019011670A - 把持デバイス、および掘削ツールを把持する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】把持デバイス、削岩ユニット、および掘削ツールを把持する方法を提供すること。【解決手段】把持デバイス（１３）は、フレーム（１５）と、フレームに流体密に接続された少なくとも１つの弾性把持要素（１６）とを備える。把持要素は、フレームの表面と把持要素の表面との間に加圧流体（Ｐ）を送り込むことによって膨張されることができ、それにより、把持要素は、掘削ツール（７）の表面に対して移動して、摩擦力および支持をもたらす。【選択図】図５

Description

本発明は、削岩に使用される掘削ツールを把持するための把持デバイスに関する。把持デバイスは、把持力を生成するために掘削ツールの表面に押し付けられ得る、可動の把持要素を備える。

本発明は、把持デバイスを備えた削岩ユニット、および、把持デバイスにより掘削ツールを把持する方法にさらに関する。

本発明の分野は、独立請求項のプリアンブルにおいてより明確に定義される。

掘削ユニットを備えた削岩リグ（ｒｏｃｋ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｒｉｇ）が、岩石物質に穴を開けるために、鉱山および他の作業現場で使用される。削岩ユニットは、掘削機に接続された掘削装置（ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）に必要とされる回転および衝撃パルスを生成するための削岩機を備える。掘削装置は、１つまたは複数のドリルロッドまたはチューブと、掘削装置の最も外側の端部に位置するドリルビットとを備え得る。ドリルビットは使用中に摩耗するので、それらを時々交換する必要がある。掘削ツールの自動化された取扱いが求められている。したがって、掘削ツールを把持するための把持デバイスが開発された。しかし、現在の把持デバイスは、いくつかの欠点を含むことが示された。

本発明の目的は、新規かつ改良された把持デバイスと、掘削ツールを把持する方法とを提供することである。本発明は、開示された把持デバイスを利用する掘削ユニットにさらに関する。

本発明による把持デバイスは、第１の独立装置請求項の特徴により特徴付けられる。

本発明による方法は、独立方法請求項の特徴およびステップにより特徴付けられる。

さらに、削岩ユニットの特徴が、さらなる独立装置請求項で開示される。

開示される解決法の発想は、把持デバイスが、少なくとも１つの膨張可能な把持要素を備えることである。把持要素は、加圧流体によって膨張される。さらに、把持要素は、流体密の弾性材料で作られる。把持要素は、把持デバイスのフレームに支持され、フレームは、弾性把持要素を膨張させるために、弾性把持要素に加圧流体を供給するための１つまたは複数の流体チャネルを備える。開示される解決法では、把持力は、加圧流体により弾性把持要素が取り扱われる掘削ツールの表面に対して膨張させることによって生成される。

把持要素は、掘削ツールの内部穴または空洞の表面に対して膨張されることができ、それにより、外的な膨張が生じるか、あるいは、把持要素は、掘削ツールの外表面に対して膨張されてもよく、それにより、内的な膨張が生じる。

開示される解決法の利点は、把持デバイスが、様々な寸法を持つ掘削ツールの取扱いに適用可能であることである。膨張可能な把持要素は、様々なサイズおよび形状とされた掘削ツールに十分に順応する。したがって、それぞれ別々のサイズおよび形状とされた掘削ツールのために特別の寸法または形状を持つ専用の把持デバイスの必要性は、回避され得る。言い換えれば、開示される把持デバイスは、知られた解決法よりも融通性がある。さらに、把持要素の膨張可能な弾性材料は、把持デバイスと掘削ツールとの間の良好な摩擦特性を提供し、それにより、把持デバイスと掘削ツールとの間の接続が確実になる。さらなる利点は、弾性把持要素が掘削ツールの穏やかな取扱いを保証することである。掘削ツールの重要な表面は、過度の把持力、および不適当な把持要素の使用によって損傷することがない。

一実施形態によれば、把持デバイスのフレームは、細長いシャフトを備え、把持要素は、フレームの外表面上に配置されたチューブ状またはスリーブ様の部品である。シャフトとチューブ状要素との間は、流体密の接続である。したがって、把持スリーブの端部は、フレームに流体密に固定され得る。しかし、端部間の弾性スリーブの中央部分は、加圧流体を中央部分に向けることによって膨張され得るように、固定されない。１つまたは複数の流体チャネルが、スリーブの中央部分の内表面に通じ、それにより、加圧流体が、弾性把持要素の表面とシャフトまたはフレームの表面との間で流れることができる。開示される把持デバイスは、掘削ツールの中央開口部内に挿入されることができ、次いで、弾性把持要素が開口部の内表面を圧迫するように、作動されることができる。開示される把持デバイスの構造は、単純かつ安価である。

一実施形態によれば、把持デバイスのフレームは、細長いシャフトを備え、把持要素は、フレームの外表面上に取り付けられたスリーブ様の弾性部品である。さらに、フレームは、長手方向において順次接続された２つのフレーム構成要素を含む２部品構造体を有し得る。第１のフレーム構成要素が、把持デバイスを外部デバイスに接続するための接続表面を備え、第２のフレーム構成要素が、弾性把持要素を備える。第２の構成要素は、交換可能な構成要素であり、また、第２の構成要素は、第１のフレーム構成要素に対して取付けおよび取外しされることができ、第１のフレーム構成要素は、膨張する要素を伴わず、かつ、フレームの基部として機能する。第１のフレーム構成要素と第２のフレーム構成要素との間には、容易な取付けおよび取外しを可能にする連結部材が存在する。連結部材は、ねじ部材を含むことができ、あるいは、任意の適切なファストカップリング手段が実施されてもよい。どちらのフレーム構成要素も、金属材料で作られ得る。把持デバイスは過酷な状況で使用されるように意図されているので、フレーム構成要素は、ステンレス鋼または任意の他の腐食耐性材料（ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｔｏｌｅｒａｔｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ）で作られることが好ましい。弾性把持要素は、恒久的な固定により第２のフレーム構成要素の一部に統合される構成要素であってもよい。開示される解決法の利点は、弾性把持要素を備えた第２のフレーム構成要素が、摩耗または損傷しているときに容易に交換され得ることである。

一実施形態によれば、把持デバイスのフレームは、細長いシャフトを備え、把持要素は、フレーム上に取り付けられたスリーブ様の弾性部品である。細長いフレームは、把持デバイスをマニピュレータ、アクチュエータ、または対応する運動要素に接続するための接続表面を備えた第１の端部分を含み、フレームの反対側の第２の端部分は、案内要素を備える。案内要素は、取外し可能にフレームに接続することができる別個の部品である。フレームと案内要素との間は、ねじ連結であってもよく、あるいは、取付けは、適切なファストカップリング手段に基づいてもよい。案内要素は、フレームおよび弾性把持スリーブを軸方向における衝撃から保護する。したがって、案内要素は、容易に交換することができる保護用の摩耗部品として機能する。把持デバイスは、連続的に配置された３つの構成要素、すなわち、第１の基礎のフレーム構成要素と、弾性スリーブを備えた第２のフレーム構成要素と、第２のフレーム構成要素に接続された案内要素と、を含むことができる。あるいは、フレームは、単独の部品であってもよく、交換可能な案内要素が、それに取り付けられる。さらに、変更可能な案内要素は、フレームの第２の端部からその自由端部に向かって先細りになるような形状とされ得る。把持デバイスの自由端部に位置する先細りの表面は、把持デバイスと掘削ツールとが完全に位置合わせされていない場合であっても、把持デバイスを掘削ツールの開口部または空洞へ案内する。

一実施形態によれば、把持要素は、ゴム材料で作られる。天然ゴムは、高度の引張りおよび引裂き強度と優れた耐疲労性とを兼ね備えるので、目的に適した材料である。天然ゴムの特性は、複合することによって調整されてもよく、それにより、天然ゴムは、融通性のある材料となる。しかし、合成ゴム材料および化合物も、使用され得る。

一実施形態によれば、弾性把持要素は、第１の材料の層がフレームに面し、第２の材料の層が把持デバイスと反対の側を向くように、２つの連続的な材料の層を備える。第１の材料の層および第２の材料の層は、異なるゴム化合物で作られ得る。第１の層の材料は、フレームに対する把持要素の固定原理が考慮されるように、選択され得る。よって、第１の層の材料は、接着剤接合（ｇｌｕｅ ｂｏｎｄｉｎｇ）または硬化に適切であるように選択され得る。第２の層の材料は、必要とされる機械的および操作上の特性に従って選択され得る。第２の層の材料は、例えば、耐摩耗性を有するべきであり、また、適切な摩擦および膨張特性を有するべきである。この実施形態の利点は、異なる材料を選択することにより弾性把持要素の特性が調整され得ることである。

一実施形態によれば、弾性把持要素の厚さは、３〜５ｍｍである。要素の厚さは、例えば、弾性要素のサイズ、および使用される圧力流体の圧力の規模に従って選択され得る。弾性把持要素がスリーブ様の部品である場合、スリーブは、その端部間で一定の厚さを有し得る。よって、スリーブ様の要素の構造は、単純かつ安価である。しかし、代替的な解決法では、弾性把持要素は、互いに異なる断面を有する少なくとも２つの部分を有する。すると、把持要素は、異なる断面を持つ挙げられた区間において、異なる膨張特性を有し得る。異なる断面は、異なる肉厚を有し得る。さらに、異なる区間の外表面は、弾性要素が、取り扱われる掘削ツールに押し付けられる特別な形状とされた接触表面領域を備え得るように、異なる形状を有し得る。弾性要素がスリーブ様の部品である場合、スリーブの中央部分は、連結特性を向上させるために、環状の突出部などの成形された接触表面を備え得る。

一実施形態によれば、把持要素は、合成弾性ポリマー材料（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｅｌａｓｔｉｃ ｐｏｌｙｍｅｒ ｍａｔｅｒｉａｌ）で作られる。

一実施形態によれば、把持要素は、ゴム材料で作られ、把持要素の固定は、硬化を含む。把持要素の選択された部分が、把持デバイスのフレームの表面上に配置された固定領域に対して固定され得る。硬化は、高温高圧でオートクレーブ内で実行され得る。硬化過程中に、フレームとゴム製要素との間で耐久性のある接合が形成される。

一実施形態によれば、把持要素の固定は、フレームとの接着接合を含む。接着接合は、実行するのに時間がかからず容易であり、また、特別な装置を必要としない。

一実施形態によれば、把持要素の固定は、把持要素を固定領域においてフレームの表面に押し付けるための少なくとも１つの機械的な固定要素を含む。機械的な固定要素は、チューブ状の把持要素をその両方の端部分において包囲する固定リングであってもよい。

一実施形態によれば、把持要素の固定は、これまでの実施形態で開示された２つ以上の固定システムの組合せである。

一実施形態によれば、スリーブ様の把持要素の両方の軸方向端部は、フレームの２つの連続する構成要素間で軸方向に圧迫される、横断方向固定フランジを備える。よって、把持要素は、その両方の端部に機械的な固定を有する。この固定の原理は、上記で開示された固定システムと組み合わせられ得る。

一実施形態によれば、圧力下での弾性把持要素の最大膨張は、初期の非加圧状態と比較して少なくとも３０％である寸法となされる。優れた膨張能力の利点は、様々な寸法および形状の掘削ツールを取り扱うために把持デバイスが融通の利く態様で使用され得ることである。

一実施形態によれば、把持要素の膨張能力は、３０〜５０ｍｍである。弾性把持要素によって包囲されるフレームの表面は、円筒形であり、かつ、第１の直径を有する。弾性把持要素は、膨張されているときに第２の直径を有し、第１の直径と第２の直径間との差は、３０〜５０ｍｍの間である。したがって、把持要素は、ボアの寸法が異なる様々な掘削ツールに十分に順応する。

一実施形態によれば、弾性把持要素は、膨張されたときに環状の流体空間を形成するように構成される。環状の流体空間は、把持デバイスのシャフト様のフレーム部品を包囲し得る。

一実施形態によれば、把持要素は、少なくとも１つの流体チャネル、弾性把持要素、およびフレームによって画定される、閉じられた圧力空間を含む。把持デバイスの内側の閉じられた圧力空間は、単独の流体ポートを通じて加圧および排圧されるように構成される。流体ポートは、フレームの第１の端部分においてフレームの側面上に配置されてもよい。流体は、外部ホースまたは対応する流体通路により、把持デバイスに送り込まれることができ、移動デバイスの構造は、流体通路を伴わなくてもよい。あるいは、流体ポートおよび圧力チャネルは、フレームの軸方向中心線上に配置される。この実施形態では、流体の軸方向での供給および放出が利用され、外部の流体通路の必要性がなくなり、それにより、構造をコンパクトにすることができ、構造内の流体通路が十分に保護される。

一実施形態によれば、把持要素を膨張させるための加圧流体の供給は、把持要素またはその取付け部の漏れを検出するために監視される。したがって、把持デバイスの状態を監視することができ、また、異常な挙動が検出されたときに、予防保全手段を実行することができる。監視のおかげで、デバイスの適切かつ安全な動作が保証され得る。

一実施形態によれば、弾性把持要素は、供給された流体の体積の規模に応じて自由に膨張可能である。したがって、把持装置は、膨張の規模を限定する機械的要素を伴わない。自由に膨張することができる把持要素は、取り扱われる掘削ツールの表面に対して十分に順応する。限定する要素が存在しないので、構造は単純になり得る。

一実施形態によれば、把持デバイスは、空気圧で作動される。したがって、把持デバイスの作動流体は、加圧空気とされ得る。

一実施形態によれば、把持デバイスは、液圧で作動される。したがって、把持デバイスの作動流体は、加圧作動油とされ得る。

一実施形態によれば、把持デバイスは、移送デバイスの可動アームまたはマニピュレータに接続される。移送デバイスは、把持デバイスを掘削ツール収納デバイスと掘削軸との間で移動させるように構成され得る。

一実施形態によれば、把持デバイスは、掘削ツール収納デバイスに関連して配置される。掘削ツールを収納するためのマガジンが、マガジン内の掘削ツールを保持するためのいくつかの把持デバイスを備え得る。したがって、把持デバイスは、掘削ツールの収納中に作動可能である。

一実施形態によれば、掘削ツールは、ドリルビット、ドリルビットに接続されたアダプタチューブもしくは要素、またはそれを通してドリルホールが開けられるドリルホールチューブである。挙げられた掘削ツールは全て、比較的短くかつ軽量の部品であり、またそれらは、把持要素が挿入され得る中央の貫通穴または止りボアを内側に備える。

一実施形態によれば、把持デバイスは、掘削ツールの外表面に対して内的な膨張を行うように構成された把持要素を備える。把持デバイスは、外周および内周を有するスリーブ様のフレームを備え得る。弾性把持要素は、フレームの内周上に配置され、かつ、加圧流体により、把持デバイスによって包囲された掘削ツールの外表面に対して膨張されるように構成される。あるいは、フレームは、スリーブ様の部品ではなくて、掘削ツールが挿入され得る開口部内を備え、その開口部の内表面が、１つまたは複数の膨張可能な把持要素を備える。開示された実施形態は、例えば、掘削ツール収納部またはマガジンにおいて実施され得る。

上記で開示された実施形態は、上記の特徴のうちの必要とされるものを有する適切な解決法を形成するために、組み合わせられ得る。

添付の図面において、いくつかの実施形態がより詳細に説明される。

掘削ユニットを備えた削岩リグの側面概略図である。 掘削ツールの収納デバイスおよび取扱いデバイスを備えた掘削ユニットの上面概略図である。 膨張可能な把持要素により掘削ツールを把持する把持デバイスを備えた取扱い装置の概略図である。 非膨張挿入モードにありかつドリルビットの内部ボアに挿入されている把持デバイスを示す概略図である。 把持要素がドリルビットの内部ボアの表面に対して径方向に膨張されている把持モードにある把持デバイスを示す概略図である。 連続的に配置された取外し可能な３つの構成要素を含む把持デバイスを示す側面概略図である。 図６の把持デバイスのＡ−Ａの断面図である。 異なる材料で作られた連続的な２つの層を備えるスリーブ様の膨張可能な把持要素の断面概略図である。 断面寸法が異なる区間を備えるスリーブ様の膨張可能な把持要素の断面概略図である。 把持デバイスの端部の断面概略図でありかつ弾性把持要素の固定および膨張を明示する図である。 スリーブ様のフレームとスリーブの内表面上に配置された、いくつかの膨張可能な把持要素とを備える代替的な把持デバイスの軸方向概略図である。 把持デバイスの内側空間内に配置されたドリルビットの外表面に対して径方向に膨張するように構成された把持デバイスの側面概略図である。

明瞭性のために、図は、開示された解決法のいくつかの実施形態を、簡単に示す。図において、同様の参照番号は、同様の要素を識別する。

図１は、キャリア２と、少なくとも１つの掘削ブーム３と、ブーム３の遠位端部分に位置する掘削ユニット４とを備える、削岩リグ１を示す。掘削ユニット４は、送りビーム５と、送りビーム５によって支持されかつ送りデバイスにより掘削軸ＤＡに沿って長手方向に移動されるようになされた削岩機６とを備える。ドリルロッド７ａおよびドリルビット７ｂなどの掘削ツール７が、掘削される岩表面に衝撃パルスおよび回転を向かわせるための掘削機６に固定され得る。送りビームの前端部分には、掘削ツールが取付けおよび取外しされるときに掘削ツール７を掘削軸ＤＡ上で安定して支持するための保持デバイス８または保持ジョーが存在し得る。さらに、掘削ユニット４は、いくつかの掘削ツール７を収納するためのマガジン９を備え得る。掘削ツールをマガジン９と掘削軸ＤＡとの間で移動させるために、掘削ユニットは、１つまたは複数の移送デバイス、および把持デバイスを備え、それらの原理は、図２に簡単に示されている。

図１に開示された削岩リグは地下鉱山空間での作動を対象としているが、開示された解決法は、地表掘削の解決法においても実施され得る。さらに、ロックボルト打ちリグ（ｒｏｃｋ ｂｏｌｔｉｎｇ ｒｉｇ）もまた、掘削ユニットを備えることができ、したがって、必要とされるツールを取り扱うために、開示された解決法を実施することができる。

図２は、ドリルビット７ａを収納するためのマガジン９を備える掘削ユニット４を開示する。マガジン９は、掘削ツール７が挿入され得る収納空間１０を備えることができ、あるいは、マガジン９は、掘削ツール７の外表面に対して挟持されるようになされた挟持手段を備えることができる。マガジン９は、旋回軸の周りで回転されることができ、それにより、収納された掘削ツールおよび空き空間は、それらが移送デバイス１１によってアクセス可能であるように、基底位置に割出しされ得る。移送デバイス１１は、移送デバイス１１を掘削軸ＤＡに対して横断方向に移動させるための第１のアクチュエータ１２ａと、軸方向運動を提供するための第２のアクチュエータ１２ｂとを備え得る。移送デバイス１１の一部は、移送デバイスの動きを明示するために、破線で示されている。さらに、移送デバイス１１は、例えば摩耗または損傷したツールを交換するときに掘削ツール７を把持するための把持デバイス１３を備える。把持デバイス１３は、ドリルビット７ｂ、ドリルロッド７ａ、または任意の他の使用される掘削ツールの内部空間内に挿入され得る。把持デバイスは、ドリルビットに接続されたアダプタチューブまたは対応する要素を取り扱うことにも、また、ドリルホールが開けられているときにドリルビットが貫通し得るドリルホールチューブを取り扱うことにも、適用可能である。把持デバイス１３は、掘削ツール７の移送運動を可能にするために、必要とされる支持力および摩擦を提供するための膨張可能な把持要素を備え得る。移送デバイス１１は、掘削ツールを掘削軸ＤＡへ移送するように構成され、掘削ツール７は、保持ジョー８ａと１つまたは複数の保持アクチュエータ８ｂとを備える保持デバイス８によって支持される。掘削ツール７は、掘削機６によって生成される回転運動により掘削ツール間の接続ネジが接続および分離されるときに、掘削軸ＤＡ上で安定に保たれ得る。掘削機６は、移送デバイス１１が掘削ツール７を保持デバイス８に対して位置決めすることを可能にするために、掘削軸ＤＡ上で逆進され得る。保持デバイス８、マガジン９、および移送デバイス１１の構造は、図２に開示されたものとは異なっていてもよい。例えば、移送デバイス１１は、一種のロボットアームまたはマニピュレータであってもよく、マガジン９は、線形運動によって割出しされてもよく、保持デバイスは、ジョー８ａを動かすための単独のアクチュエータを備えてもよい。

図３は、接続表面１４により移送デバイス１１の最も外側の端部に接続された把持デバイス１３を開示しており、接続表面１４は、例えば、ねじ取付け部材またはファストカップリング部材を備え得る。把持デバイス１３は、フレーム１５と、シャフト様のフレーム１５の最も外側の端部分に位置する膨張可能な把持要素１６とを備える。フレーム１５の最も外側の端部分は、ドリルビット７ｂの開口部１７または中央ボア内に挿入され、その後で、流体ポート１８を通じて加圧流体をフレーム１５の表面と弾性材料で作られた把持要素１６の表面との間に送ることにより、把持要素１６が膨張される。流体ポート１８は、チューブ１９または柔軟な流体通路により、圧力源に流体接続し得る。加圧流体はまた、膨張が解消されるときに、同じ流体ポート１８を通じて放出され得る。移送デバイス１１のアクチュエータ１２ａ、１２ｂは、例えば、液圧シリンダまたはリニアモータであってもよい。

図４は、挿入モードでの把持デバイスを示し、この挿入モードでは、把持要素１６は、作動不可能状態にあり、ドリルビット７ｂの開口部１７内に押し込まれ得る。図５では、把持デバイス１３は加圧されており、それにより、弾性の把持要素１６は、膨張されて開口部１７の内周面に押し付けられている。膨張は、空気圧または液圧によって行われ得る。図５では、加圧流体Ｐは、フレーム１５を通じて軸方向流体通路２０に沿って送り込まれ、それにより、移送デバイスおよび接続表面１４または接続要素もまた、適切な軸方向流体通路を備える。図４では、フレーム１５の側面は、外部の流体通路への接続を可能にする流体ポート１８を備える。

図６および７は、把持デバイス１３を開示しており、この把持デバイス１３のフレーム１５は、軸方向に連続的に配置されかつねじ継ぎ手２１ａおよび２１ｂによって互いに接続された、３つのフレーム構成要素１５ａ、１５ｂ、および１５ｃを備える。第１のフレーム構成要素１５ａは、把持デバイス１３を移送デバイスまたは取扱いデバイスに接続するための接続表面１４を備える。図６および７では、接続表面１４は、移送デバイスの連結デバイスによって把持され得るカラーを備える。第１のフレーム構成要素１５ａは、流体ポート１８も備える。接続表面１４とは反対側の端部には、接続ねじを備えた突出部分が存在し得る。それぞれ、第２のフレーム構成要素１５ｂは、第１のフレーム構成要素のねじ付き突出部を受容するためのねじ付き開口部を備え得る。第２のフレーム構成要素１５ｂの反対側の端部にも、第３のフレーム構成要素１５ｃのねじ付き突出部を受容するためのねじ付き開口部が存在し得る。したがって、把持デバイス１３のフレーム１５は、容易に取外しおよび取付けされることができ、それにより、摩耗または損傷した構成要素の交換が促進される。第２のフレーム構成要素１５ｂおよび把持要素１６は、作業現場での交換が容易かつ迅速な、予め組み立てられた統一体であってもよい。第２の構成要素１５ｂは、軸方向流体通路２２ａと、第２のフレーム１５ｂの外表面２３と把持要素１６の内表面２４との間に加圧流体を送り込むための少なくとも１つの横断方向流体通路２２ｂとを備える。第３のフレーム構成要素１５ｃは、把持デバイス１３の自由端部を摩耗および衝撃から保護し得る。第３のフレーム構成要素１５ｃはまた、案内要素２５として機能することができ、そのために、第３のフレーム構成要素１５ｃは、傾斜部分２６を含むことができるか、または、その自由端部に向かって先細りになることができる。フレーム構成要素１５ａおよび１５ｂはまた、ツールを取り付けるために形成された平坦面２７を備えることができる。

図７から見て取れるように、スリーブ様の弾性把持要素１６は、その両方の端部に横断方向部分２８またはフランジを備えることができる。したがって、横断方向部分２８は、把持デバイスのフレーム１５が組み立てられたときに、フレーム構成要素１５〜１５ｃの間で圧迫される。しかし、把持要素１６の固定は、開示された機械的な固定を伴わなくてもよく、また、例えば、単に接着剤接合に基づいてもよい。

図８は、内側スリーブ部分３０ａおよび外側スリーブ部分３０ｂを備える、スリーブ様の把持要素１６を開示している。スリーブ部分３０ａ、３０ｂは、異なる材料で作られ得る。内側スリーブ部分３０ａの材料は、固定特性（ｆａｓｔｅｎｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ）に従って選択され得る。スリーブの両方の端部には、先の図７に示された第２のフレーム構成要素１５ｂに対して接着剤接合または硬化処理され得る内部固定部分３１が存在する。内側スリーブ部分３０ａの材料は、内側スリーブ部分３０ａがそのような固定に十分に適合するように、選択され得る。外側スリーブ３０ｂの材料は、必要とされる機械的特性に従って選択され得る。

図９は、断面寸法が異なる部分を有する把持要素１６の、非常に簡易化した図である。外側スリーブ部分３０ｂは、スリーブの中心部分だけを覆うことができ、それにより、肉厚は、端部分よりも中心部分で大きくなる。外側スリーブ部分３０ｂは、突出する部分を形成することができ、かつ、接触要素として機能することができる。

図１０は、流体圧力Ｐが把持要素１６内のチャネル２２ａおよび２２ｂを通じて送り込まれたときに弾性把持要素１６がどのようにしてその中央部分で膨張し得るかを、簡易化した膨張曲線Ｅによって開示している。スリーブ様の把持要素１６の端部分は、固定部分３１を備え、把持要素は、第２のフレーム構成要素１５ｂに流体密に固定される。したがって、スリーブの端部分は、膨張しない。スリーブは、膨張モード中に、径方向に３０％以上膨張し得る。第２のフレーム構成要素の後端部は、ねじ表面を持つ連結要素３２を備えることができ、前端部は、先細りの案内表面３３を持つ交換可能な案内要素２５を備えることができる。案内要素２５は、非常に簡易化された形で破線でのみ示されている。

把持要素１６の固定は、硬化または接着剤接合のどちらか、またはその両方を含み得る。それに加えて、またはその代わりに、固定は、把持要素１６を固定部分３１の位置でフレーム１５の表面に押し付けるための少なくとも１つの機械的な固定要素４０を含み得る。機械的な固定要素４０は、チューブ状の把持要素１６をその両方の端部分において包囲する、固定リングであってもよい。

図１１および１２は、弾性把持要素が掘削ツールの内側ボアまたは開口部の表面に対して外的な膨張を行う、これまでの図に対する代替的な解決法を開示している。図１１および１２では、把持は、１つまたは複数の把持要素の内的な膨張に基づく。図１１では、把持デバイスは、スリーブ様のフレーム１５を備え、このフレーム１５の内表面が、いくつかの弾性把持要素１６を備える。フレーム１５の内側には、ドリルロッド７ａまたは他の掘削ツール内に挿入され得る空間３４が存在する。加圧流体Ｐが把持要素１６内に送り込まれると、把持要素１６は膨張して、掘削ツールの外表面３５に押し付けられる。弾性把持要素は、粘着剤、機械的な固定手段、硬化により、または挙げられた固定法の組合せにより、フレーム１５の内表面３６に取り付けられ得る。図１２では、把持要素１６は、ドリルビット７ｂの外表面３５に対して膨張されている。

図面および関連する説明は、本発明の発想を解説するようにのみ意図されている。本発明は、その詳細において、特許請求の範囲に記載の範囲内で変化し得る。

１ 削岩リグ
２ キャリア
３ 掘削ブーム
４ 掘削ユニット、削岩ユニット
５ 送りビーム
６ 削岩機
７ 掘削ツール
７ａ ドリルロッド
７ｂ ドリルビット
８ 保持デバイス
８ａ 保持ジョー
８ｂ 保持アクチュエータ
９ マガジン
１０ 収納空間
１１ 移送デバイス
１２ａ 第１のアクチュエータ
１２ｂ 第２のアクチュエータ
１３ 把持デバイス
１４ 接続表面
１５ フレーム
１５ａ 第１のフレーム構成要素
１５ｂ 第２のフレーム構成要素
１５ｃ 第３のフレーム構成要素
１６ 把持要素、弾性把持要素
１７ 開口部、軸方向穴
１８ 流体ポート
１９ チューブ
２０ 軸方向流体通路
２１ａ ねじ継ぎ手、連結部材
２１ｂ ねじ継ぎ手
２２ａ 軸方向流体通路、チャネル
２２ｂ 横断方向流体通路、チャネル
２３ 外表面
２４ 内表面
２５ 案内要素
２６ 傾斜部分
２７ 平坦面
２８ 横断方向部分
３０ａ 内側スリーブ部分
３０ｂ 外側スリーブ部分
３１ 内部固定部分
３２ 連結要素
３３ 案内表面
３４ 空間
３５ 外表面
３６ 内表面
４０ 機械的な固定要素
ＤＡ 掘削軸
Ｅ 膨張曲線
Ｐ 加圧流体、流体圧力

Claims (11)

1. 掘削ツール（７）を把持するための把持デバイス（１３）であって、
   フレーム（１５）と、
   前記フレーム（１５）に取り付けられた、弾性材料で作られた少なくとも１つの流体密の把持要素（１６）を備え、前記フレーム（１５）に対して移動可能である、把持手段と、
   を備え、
   前記フレーム（１５）が、弾性の前記把持要素（１６）を前記フレーム（１５）に対して膨張させるために前記把持要素（１６）に加圧流体を供給するための少なくとも１つの流体チャネル（２０、２２ａ、２２ｂ）を備える、把持デバイス（１３）において、
   前記把持デバイス（１３）の前記フレーム（１５）が、細長いシャフトを備え、
   前記把持要素（１６）が、前記フレーム（１５）の外表面上に配置されたチューブ状の部品であり、
   前記把持要素（１６）の端部が、前記フレーム（１５）に流体密に固定され、前記端部間の中央部分が、固定されず、
   前記少なくとも１つの流体チャネル（２０、２２ａ、２２ｂ）が、前記把持要素（１６）の前記中央部分の内表面に流体接続し、それにより、前記流体チャネルを通じて供給される加圧流体（Ｐ）が、前記端部間の部分において前記弾性把持要素（１６）を膨張させるように構成されることを特徴とする、把持デバイス。
2. 前記フレーム（１５）が、フレーム構成要素（１５ａ、１５ｂ）の長手方向に連続的に接続された少なくとも２つの細長い前記フレーム構成要素（１５ａ、１５ｂ）を備え、
   第１のフレーム構成要素（１５ａ）が、前記把持デバイス（１３）を外部デバイスに接続するための接続表面（１４）を備え、
   第２のフレーム構成要素（１５ｂ）が、前記弾性把持要素（１６）を備え、
   前記第１のフレーム構成要素（１５ａ）と前記第２のフレーム構成要素（１５ｂ）との間に、前記第２のフレーム構成要素（１５ｂ）を前記第１のフレーム構成要素（１５ａ）に対して取付けおよび取外しするための連結部材（２１ａ）が存在し、それにより、前記第２の構成要素（１５ｂ）が、膨張可能な前記把持要素（１６）を備えた交換可能な構成要素となることを特徴とする、請求項１に記載の把持デバイス。
3. 前記フレーム（１５）が、第１の端部および第２の端部を備え、
   前記第１の端部の一部分に、前記把持デバイス（１３）を外部デバイスに接続するための接続表面（１４）が存在し、
   前記第２の端部の一部分に、取外し可能に前記フレーム（１５）に接続された別個の案内要素（２５）が存在し、
   前記弾性把持要素（１６）が、前記フレーム（１５）の軸方向において前記接続表面（１４）と前記案内要素（２５）との間に配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載の把持デバイス。
4. 前記把持要素（１６）が、ゴム材料で作られることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の把持デバイス。
5. 前記把持要素（１６）の固定が、前記フレーム（１５）の表面上の固定領域に対して硬化することを含むことを特徴とする、請求項４に記載の把持デバイス。
6. 圧力下での前記弾性把持要素（１６）の最大膨張が、初期の非加圧状態と比較して少なくとも３０％である寸法となされることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の把持デバイス。
7. 前記少なくとも１つの流体チャネル（２０、２２ａ、２２ｂ）、前記弾性把持要素（１６）、および前記フレーム（１５）が、前記把持デバイス（１３）の内側に閉じられた圧力空間を画定し、
   前記閉じられた圧力空間が、単独の流体ポート（１８）を通じて加圧および排圧されるように構成されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の把持デバイス。
8. 前記弾性把持要素（１６）が、供給された流体の体積の規模に応じて自由に膨張可能であり、それにより、前記把持デバイス（１３）が、前記膨張の規模を限定する機械的要素を伴わないことを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の把持デバイス。
9. 前記把持デバイス（１３）が、空気圧で作動されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の把持デバイス。
10. 削岩ユニット（４）であって、
    送りビーム（５）と、
    前記送りビーム（５）に支持され、掘削軸（ＤＡ）に沿って長手方向に移動するようになされた削岩機（６）と、
    いくつかの掘削ツール（７）を収納するためのマガジン（９）と、
    前記掘削ツール（７）を前記マガジン（９）と前記掘削軸（ＤＡ）との間で移動させるための移送デバイス（１１）と、
    前記掘削ツール（７）を把持するための少なくとも１つの把持デバイス（１３）と、
    を備える削岩ユニット（４）において、
    前記把持デバイス（１３）が、請求項１から９のいずれか一項によるものであることを特徴とする、削岩ユニット（４）。
11. 把持デバイス（１３）により掘削ツール（７）を把持する方法であって、
    前記把持デバイス（１３）の、弾性を有し流体密である少なくとも１つの把持要素（１６）を、加圧流体（Ｐ）により前記掘削ツール（７）の表面に対して膨張させることにより、前記掘削ツール（７）を把持することと、
    前記把持要素（１６）が前記掘削ツール（７）の軸方向穴（１７）の内表面によって包囲されるように、前記把持デバイス（１３）を前記掘削ツール（７）の中央の前記軸方向穴（１７）内に部分的に挿入することと、
    加圧流体（Ｐ）を前記把持デバイス（１３）へ送り込み、弾性の前記把持要素（１６）を前記掘削ツール（７）の前記軸方向穴（１７）の前記内表面に対して膨張させ、それにより、前記掘削ツール（７）と前記把持デバイス（１３）との間で摩擦力が生成されることとを特徴とする、方法。
    

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