JP2766655B2 - 液圧ダウンホールロツクドリル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ドリルチューブの前端に装着するようにな
っているケーシングと、このケーシング内に摺動自在に
収容されており、ケーシングの前端によって保持されて
おり、フラッシュ流体路が貫いて延びているドリルビッ
トと、ケーシングの後端に組み込んだシリンダー室およ
び弁室と、前記ドリルチューブから高圧水の供給を受け
るようになっているポートと、前記ドリルビットに繰り
返し衝撃を与えるようになっているハンマーと、前記弁
室内に設置した制御弁と、この制御弁から前記ドリルビ
ット内の前記フラッシュ流体路を含むドリルビットの前
端まで延びるフラッシュ流体路とを包含し、前記ハンマ
ーが、第１圧力室内の第１ピストン部の後端面であっ
て、この第１圧力室が加圧されたときにハンマーを前方
に駆動する第１ピストン面と、前記第１圧力室が減圧さ
れたときにハンマーを戻すように作用する第２圧力室内
の第２ピストン面とを有し、前記制御弁が、前記第１圧
力室を前記ポートと前記フラッシュ流体路とに交互に接
続してハンマーを往復動させるようになっている液圧ダ
ウンホールロックドリルに関する。

使用した後の液圧駆動流体をフラッシュ流体として使
用するこの種の液圧ロックドリルはDE−Ａ−3343565に
記載されており、公知である。

液圧トップハンマーは、駆動流体として液圧オイルを
使用できるように閉鎖系を有する。

しかしながら、DE−Ａ−3343565に示されるドリルに
おけるような解放式液圧系では、環境汚染を招かない駆
動流体を使用しなければならない。水が最も適した駆動
流体であるが、潤滑性の不足が寿命の短縮による営業上
の使用を妨げるという厳しい問題を提起する。潤滑性の
不足は摺動面間に大きい遊びを設けることによって補う
ことはできるが、水の粘性が低いためにかなりの漏洩が
生じ、動力効率の低下を覚悟しなければならない。

本発明の目的は、動力効率が高く、打撃エネルギーが
高く、予想寿命も長い上記形式のダウンホールロックド
リルを提供することにある。この目的を達成すべく、こ
のロックドリルは、前記フラッシュ流路がハンマー内に
ハンマーの全長を通じて長手方向に延びる流路を包含
し、前記弁室が前記第１ピストン面を構成するハンマー
の後端部に対するシリンダー室と一体化されており、ハ
ンマーが前記シリンダー室内の後端部とその前端部によ
ってケーシング内を案内され、ハンマーの主中央部が案
内されることがなく、ケーシングに対して間隙を有する
ことを特徴とする。

特許請求の範囲に記載するような液圧ロックドリル
は、大きい衝撃を与える重いピストンハンマーを使用で
き、また、摺動面間の遊びを小さくして動力効率を高め
ることができる案内構造を有する。また、予想寿命も長
くなる。

本発明を添付図面についてさらに詳しく説明する。添
付図面において、第1a図および第1b図はハンマーが前側
位置を占めた状態の本発明のダウンホールロックドリル
の後側部分および前側部分の一部欠載縦断面を示す。こ
の断面は第３図をＩ−Ｉ線に沿って裁った断面である。
第２図はハンマーが後側位置を占めた状態の短縮した一
部欠載断面図である。第３図は第1a図をIII−III線に沿
って裁った横断面である。第４図は第1a図をIV−IV線に
沿って裁った横断面図である。

第1a図および第1b図には、環状の内側衝接部13を有す
る均一な厚さの細長い円筒形のチューブからなるロック
ドリル10用のケーシング18を示してある。好ましくは弁
室12と一体に構成されたシリンダー室11がケーシング18
内に収納されかつ半径方向に分割された第３図にも示さ
れたリング14,15により支持されている。リング14,15は
衝接部13により支えられている。シリンダー室11は弁室
12の後面とケーシング18の後端部にねじ込まれて固定さ
れかつケーシング18に慣用の方法で回転を伝達するよう
になった図示していない後側頭部（backhead）との間に
延びる管状のライナー16によりケーシング18内に軸線方
向に固定されている。ライナー16の内部は通常のドリル
チューブにより後側頭部を介して高圧の液体、好ましく
は、水が供給されかつダウンホールドリルを駆動する作
用をするポート17を形成している。ドリルビット20は、
部分図で示したように、ケーシング18の前端部にねじ込
まれたカラー21内に摺動可能に収納されかつ保持されて
いる。ドリルビット20のアンビル19はカラー21の環状の
みぞ22の中に突出している。みぞ22の後方には、カラー
21の案内軸受23が設けられている。ドリルビット20はそ
の作用端部に至る通常の貫通したフラッシュ流体路24を
有しており、かつカラー21とドリルビット20との間には
通常のスプラインを有する連結部が設けられており、そ
れによりケーシング18から連結部に回転が伝達されるよ
うになっている。ケーシング18により形成された細長い
第３圧力室25はドリルビットのカラー21の案内軸受23と
シリンダー室11の分割されたリング14,15との間に延び
ている。第３圧力室25は、該室をドリルビット20内のフ
ラッシュ流体路24と連絡する環状みぞ22と接続する１個
またはそれ以上の逃し通路26が設けられているために、
低い液体圧力、すなわち、逃し圧力に常に維持されてい
る。ハンマー28は、ドリルビット20のアンビル19に衝撃
力を反復して伝達するためにケーシング18内で往復動可
能になっている。ハンマー28の後側部分、好ましくは、
その後端部には、駆動ピストン部29が設けられている。
ハンマー28の前側の衝撃端部はカラー21の案内軸受23内
に摺動可能に受け入れられるジャーナル部30として形成
されている。第３圧力室25内には、ハンマーの円筒形の
拡大した主中央部32が往復動可能に設けられている。こ
の直径が拡大した主中央部32はハンマー28の衝撃エネル
ギーを高める作用をなしかつハンマー28が往復動してい
るときに第３圧力室25の両方の端部の間に低圧の液体を
実質的に妨害されることなく移動させるために充分な隙
間を第３圧力室25の内部に有している。直径を小さくし
たのど部31がピストン部29とハンマーの拡大した主中央
部32との間に設けられかつジャーナル部30の直径と等し
い直径を有することが好ましい。のど部31は半径方向に
分割されたリング14,15によりシール状態に囲繞されか
つ該リング内に自由に往復動可能である。軸線方向の中
央フラッシュ流体路34がハンマー28を貫通して延びかつ
その後部において、シリンダー室11の一部を同心状に形
成するかまたはシリンダー室11に固定された中央の低圧
ダクト、すなわち、逃しダクト38上にシール状態で摺動
可能なピストン部29の内部に大きく形成された穴35を有
している。ダクト38はピストンの中央フラッシュ流体路
34および弁室12の内部と連絡するように開口している。

ピストン部29は該ピストンの後端の第１ピストン面40
と対向した駆動室（第１圧力室）39を形成するシリンダ
ー室11内に摺動可能にかつシール状態で収納されてい
る。第１圧力室39はハンマー28をその作動行程中に前方
に駆動する作用をする。直径が減少したのど部31のまわ
りには、環状の対向した駆動面（第２ピストン面）42と
対向した円筒形の第２圧力室41が設けられている。第２
ピストン面42は第１ピストン面40よりも小さくかつピス
トン部29を後方に押し込んでハンマー28の戻り行程を行
うようににっている。

弁室12は軸線方向の弁穴45を有している。弁穴45内に
は、管状の制御弁46が往復動可能に装着されている。制
御弁46の内部は常にダクト38に開口しており、したがっ
てフラッシュ流体路34,24内の低い液体圧力に保たれ
る。制御弁46は弁穴45内にシール状態で摺動可能に収納
された差動ピストン47を有しかつ弁室12にねじ込まれた
キャップ48により閉ざされている。キャップ48はその内
部に制御弁46の上側スカート49を摺動可能にかつシール
状態で受け入れている。制御弁46の反対側の端部は下側
スカート51を形成している。下側スカート51と差動ピス
トン47との間には、直径が減少した胴部が設けられてい
る。下側スカート51の外径は上側スカート49の外径より
も若干大きくかつ弁穴45の直径よりも若干小さくしてあ
る。弁穴45は中間のランド（land）50に終端している。
ランド50の次に、環状の内側みぞ55と、中間のランド50
と等しい直径を有する下側ランドとが形成されている。
第２図に示した突出したガイドタグ54が下側スカート51
の軸線方向の面に設けられかつ制御弁46が下側スカート
51が下側ランド53をシールする第1a図に示した位置と下
側スカート51が中間ランド50をシールする第２図に示し
た位置との間に往復動するときにガイドの役目をする。

第４図にも示した液体通路58は、分岐通路59および高
圧ポート17を介して弁穴45に接続しており差動ピストン
47の下側に常に作用してそれにより制御弁46を第２図に
示した後側位置に偏位している。そのうえ、前記通路58
はシリンダー室11内の反対側の第２圧力室41まで延びて
それによりハンマー28を同様に第２図に示したその後側
位置まで常に偏位させている。液体通路60が駆動用第１
圧力室39の上側部分を弁室12内の環状の内側みぞ55と接
続している。

制御弁46は、作動中、ハンマー28の移動に応答して、
さらに詳しくはピストン部29の制御みぞ33の位置に応答
して往復動するようになっている。この目的のために、
第1a図および第２図に示した液体通路61は弁穴45の上端
部をピストン部29の制御みぞ33と整列した第１、２圧力
室39,41の間のシリンダー壁部と接続している。ピスト
ン部29の制御みぞ33は、第1a図の位置では、通路61を第
３圧力室25に通じる液体通路62と接続している。弁穴45
の上端部が圧力を逃がしているときに、前述した弁を上
方に偏位する力により制御弁46が第２図に示した位置に
配置され、弁の下側スカート51が中間ランド50をシール
する。

したがって、ハンマー28が第1b図に示したようにアン
ビル19と衝突しかつ弁穴45の上端部に作用する圧力が軽
減されたときに、ポート17から通路58,59を介して弁穴4
5の下側部に伝達された高い液圧により制御弁46が第２
図に示した位置に上昇せしめられる。このときにかつハ
ンマー28が上向きの偏位力により第２図の位置まで移動
するまで、第１圧力室39内の流体は通路60および開口し
たランド53を介してダクト38に排出される。排出される
液体はフラッシュ流体路34,24を通して導かれてドリル
された穴を洗浄する。

こうして、管状のダクト38、ピストン中央のフラッシ
ュ流体路34、ドリルビットのフラッシュ流体路24が、一
緒になって制御弁46からドリルビット20の前端まで通じ
るフラッシュ流体路（38,34,24）を形成する。

制御弁46が第２図の位置に達したときに、ピストン部
29の制御みぞ33が高圧通路58からの分岐通路63を通路61
と接続して弁穴45の後端部を加圧する。弁のスカート4
9,51の直径が異なっているために、差動ピストン47の後
面が差動ピストン47を常に後方に偏位させる反対側の正
味の表面の面積よりも大きく、その結果制御弁46が第1a
図の位置に戻される。そのときに、中間の弁のランド50
が開かれかつ第１圧力室39が通路58,59、弁の胴部52お
よび通路60を介して高い液体圧力の側と接続される。そ
の結果、ハンマー28がその作動工程を行うように強制さ
れて、第1b図に示すようにドリルビットのアンビル19と
衝突する。その後、前記の作動サイクルが反復される。

ロックドリルの持ち上げられた位置において、ドリル
ビット20は第1b図に示した位置から前方に若干沈降す
る。このときに、ハンマー28の拡大した主中央部32が捕
捉され、ハンマー28が第３圧力室25内の前側の穴66内に
捕捉されかつ下降せしめられる。それと同時に、高圧の
分岐通路63が第１圧力室39に開口し、第１圧力室39の圧
力が穴67を介してダクト38内に強力な液体洗浄を行うた
めに逃がされる。

本発明のロックビットの衝撃エネルギーを変更する目
的のために、第３圧力室25は種々の長さの拡大した主中
央部32を有するハンマーと組み合わせることができる。
このような可能性を第1b図に点線によりハンマー68とし
て示してある。

ポート17に送られる水圧は約180バールである。ハン
マーの往復動中の種々の液体の需要は、通常、ダウンホ
ールロックドリル10に液体を供給するチュービング内の
水柱を圧縮しかつ再膨脹させることにより均等化され、
それによりガスが装填されるダウンホールアキュムレー
タを使用することを回避することができる。

水圧を180バールとしかつケーシングの直径を96mmと
することにより、この新規の弁の設計により約25〜30kW
の衝撃エネルギーおよび60ヘルツに近い打撃周期が得ら
れる。毎分約150〜200リットルの水を消費することによ
り毎秒0.6m以上の洗浄水速度が得られる。この洗浄水速
度は得られた穴の直径が116mmの場合に垂直にさく岩す
る際の岩屑を効率的に昇揚して排除するために十分であ
る。

図面の簡単な説明 第1a図および第1b図はハンマーが前側位置を占めた状
態の本発明のダウンホールロックドリルの後側部分およ
び前側部分の一部欠載縦断面（第３図をＩ−Ｉ線に沿っ
て裁った断面）を示し、第２図はハンマーが後側位置を
占めた状態の短縮した一部欠載断面図であり、第３図は
第1a図をIII−III線に沿って裁った横断面図であり、そ
して第４図は第1a図をIV−IV線に沿って裁った横断面図
である。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ドリルチューブの前端に装着すべく配置さ
   れたケーシング（18）、ケーシング（18）内に摺動自在
   に収容されかつその前端に保持され、かつそれを貫通し
   て伸びるフラッシュ流体路（24）を有するドリルビット
   （20）、フラッシュ流体路（38）を有するシリンダー室
   （11）およびそれと一体化されかつケーシング（18）の
   後端に組み込まれている弁室（12）、ドリルチューブか
   ら高圧フラッシュ流体が供給されるように配置されたポ
   ート（17）、ドリルビット（20）に繰り返し衝撃を加え
   るべく配置され、かつそれを貫通して延びるフラッシュ
   流体路（34）を有するハンマー（28）、弁室（12）内に
   配置された制御弁（46）、弁室（12）からドリルビット
   （20）の先端にまで延びているフラッシュ流体路（38,3
   4,24）から構成され、 ハンマー（28）は、第１圧力室（39）内に第１圧力室
   （39）が加圧された時ハンマー（28）を前方に駆動させ
   る第１ピストン面（40）、および第１圧力室（39）が脱
   圧した時ハンマー（28）を反対方向に復帰させるために
   第２圧力室（41）内に対向する環状の第２ピストン面
   （42）を有し、そして ハンマー（28）が、シリンダー室（11）内に摺動自在か
   つシール状態に収容された後端のピストン部（29）との
   ど部（31）とによって案内され、かつケーシング（18）
   内の案内軸受（23）により摺動自在に案内されるハンマ
   ー前端のジャーナル部（30）によって案内され、ハンマ
   ーの主中央部（32）は、ロックドリルのどの部分によっ
   ても案内されず、ケーシング（18）の内壁との間に間隙
   を有することを特徴とする液圧ダウンホールロックドリ
   ル。
2. 【請求項２】制御弁（46）が、ダクト（38）と同軸であ
   り、かつ第１圧力室（39）をダクト（38）に連結する後
   方位置と、第１圧力室（39）をポート（17）に連結する
   前方位置とを有することを特徴とする請求項１記載の液
   圧ダウンホールロックドリル。
3. 【請求項３】第２ピストン面（42）が、第１ピストン面
   （40）よりも小さな有効面積を有し、作動時に、第２圧
   力室（41）を連続的に加圧することを特徴とする請求項
   １記載の液圧ダウンホールロックドリル。
4. 【請求項４】第２圧力室（41）が、ハンマーの主中央部
   （32）を収容する第３圧力室（25）から分離し、そして
   第１圧力室（39）と第３圧力室（25）との間に位置して
   いることを特徴とする請求項１または３記載の液圧ダウ
   ンホールロックドリル。
5. 【請求項５】第３圧力室（25）が、逃し流体路（26）を
   通してフラッシュ流体路（38,34,24）と連通しているこ
   とを特徴とする請求項４記載の液圧ダウンホールロック
   ドリル。
6. 【請求項６】制御弁（46）が、一方向に押圧されてお
   り、そしてハンマーのピストン部（29）上の環状の制御
   溝（33）により、交互に、それを一方向に移動させるよ
   うに制御弁（46）にかかっている圧力をフラッシュ流体
   路（24）に逃し、そしてそれを反対方向に移動させるよ
   うに制御弁（46）を加圧して、ハンマー（28）の位置に
   対応して往復動するようになっていることを特徴とする
   請求項１または２記載の液圧ダウンホールロックドリ
   ル。