JP3124701B2 - Hollow universal joint for excavator - Google Patents

Hollow universal joint for excavator

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JP3124701B2
JP3124701B2 JP07096007A JP9600795A JP3124701B2 JP 3124701 B2 JP3124701 B2 JP 3124701B2 JP 07096007 A JP07096007 A JP 07096007A JP 9600795 A JP9600795 A JP 9600795A JP 3124701 B2 JP3124701 B2 JP 3124701B2
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hollow
shaft
rotating shaft
universal joint
yoke
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昭夫 池田
巧悦 車野
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石油公団
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、油井、ガス井掘削機
等に代表される掘削装置の掘削方向を制御する際の回転
シャフトに与えられた軸直角方向変位による撓みを防止
するための掘削機用中空ユニバーサルジョイントに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an excavator for controlling the excavation direction of an excavator such as an oil well or gas well excavator for preventing deflection due to a displacement in a direction perpendicular to an axis applied to a rotary shaft. The present invention relates to a hollow universal joint for a machine.

【0002】[0002]

【従来の技術】地下資源の採取あるいは土木工事を目的
として地下に孔を掘削する掘削装置、特に石油、天然ガ
ス、地熱蒸気などの地下流体資源を採取するためにその
賦存地層まで大深度の坑井を能率よく掘削する代表的な
掘削装置であるロータリー式掘削装置においては、固い
岩盤などを迂回させて掘削作業を継続させるために、ド
リルの進行方向を変更させる掘削方向制御装置が必要で
ある。また、掘削中に何らかの原因で掘削方向に狂いが
生じた場合には、掘削方向を目標とする方向に修正する
ため、掘削方向制御装置が必要である。
2. Description of the Related Art Drilling rigs for drilling holes underground for the purpose of collecting underground resources or civil engineering work, especially for collecting underground fluid resources such as oil, natural gas, geothermal steam, etc. A rotary drilling rig, a typical drilling rig that efficiently drills a well, requires a drilling direction control device that changes the direction of drilling in order to continue drilling work by bypassing hard rock. is there. In addition, when the excavation direction is misaligned for some reason during excavation, an excavation direction control device is required to correct the excavation direction to a target direction.

【0003】従来、ロータリー式掘削装置の掘削方向制
御装置としては、特開昭57−21695号公報、特開
昭57−100290号公報、特開昭58−21030
0号公報等に各種の掘削方向制御機構が提案されてい
る。しかし、特開昭57−21695号公報、特開昭5
7−100290号公報、特開昭58−210300号
公報等に開示の掘削方向制御機構は、掘削方向を全方位
に亘って制御できないばかりでなく、機構が複雑である
などの問題点を有しており、十分に満足できるものでは
なかった。
Conventionally, as an excavation direction control device for a rotary excavator, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 57-21695, 57-100290, and 58-21030 have been disclosed.
No. 0 publication proposes various excavation direction control mechanisms. However, Japanese Patent Application Laid-Open Nos.
The excavation direction control mechanism disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-100290 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-210300 not only cannot control the excavation direction in all directions but also has a problem that the mechanism is complicated. And was not fully satisfactory.

【0004】また、最近においては、複数の中空型調和
歯車減速機と、中空型調和歯車減速機のそれぞれの出力
要素に連結され、対応する各減速機回転軸に対して偏心
回転する偏心中空部を備えた複数の偏心回転部材と、前
記中空型調和歯車減速機の中空部および前記偏心回転部
材の前記偏心中空部を貫通した状態に装着された掘削機
ドリルの回転シャフトとを有し、偏心回転する前記偏心
中空部の内周面によって、前記回転シャフトの部分がシ
ャフト中心軸線とほぼ直行する方向に向けて変位せしめ
られるようになっている装置(特開平4−76183号
公報)、同軸状態に配置した第1および第2の中空型調
和歯車減速機と、前記第1の中空型調和歯車減速機と同
軸状態に配列され、この減速機により回転させられる第
1の環状部材と、前記第2の中空型調和歯車変速機と同
軸状態に配列され、この変速機により回転させられる第
2の環状部材とを有し、前記第1および第2の環状部材
は相対回転可能な状態にそれらの環状端面が相互に重ね
合わされており、これらの重ね合わされた端面は、中心
軸線方向に対して一定の角度だけ傾斜した傾斜面に設定
されており、前記第1および第2の環状部材の中空部分
を貫通した状態に掘削ドリルの回転シャフトを配置し、
これらの第1および第2の環状部材を相対回転させて、
この回転シャフトを所定の方向に撓める装置(特開平5
−149079号公報)、図8に示すとおり、円筒型ハ
ウジング101と、この円筒型ハウジング101の円形
内周面上に回転自在に支持されていると共に、当該円筒
型ハウジング101に対して偏心した円形内周面を備え
た第1の円環状部材102と、この第1の円環状部材1
02の前記円形内周面上に回転自在に支持されていると
共に、当該円形内周面に対して偏心した円形内周面を備
えた第2の円環状部材103と、前記第1および第2の
円環状部材102、103をそれらの部材中心の回りに
相対的に回転させる中空型の調和歯車減速機104、1
05とを有し、前記円筒型ハウジング101に対する前
記第1の円環状部材102の円形内周面の偏心量と、こ
の第1の円環状部材102に対する前記第2の円環状部
材103の円形内周面の偏心量とが等しくなるように設
定されており、前記第2の円環状部材103の円形内周
面の中心と一体的に移動するように先端にドリルビット
106を有する回転シャフト107を当該第2の円環状
部材103に連結して、前記第1および第2の円環状部
材102、103を相対回転させることによって、前記
第1および第2の円環状部材102、103より上部の
支点軸受108を支点として前記回転シャフト107の
位置決めを行う装置(特開平5−202689号公報)
等の提案が行われている。
Recently, a plurality of hollow harmonic gear reducers and an eccentric hollow portion connected to each output element of the hollow harmonic gear reducer and eccentrically rotating with respect to each corresponding reducer rotating shaft. A plurality of eccentric rotating members comprising: a hollow shaft of the excavator drill mounted so as to penetrate through the hollow portion of the hollow type harmonic gear reducer and the eccentric hollow portion of the eccentric rotating member. A device in which a portion of the rotating shaft is displaced in a direction substantially perpendicular to a shaft central axis by an inner peripheral surface of the rotating eccentric hollow portion (Japanese Patent Laid-Open No. 4-76183), A first and a second hollow-type harmonic gear reducer arranged in a first annular member arranged coaxially with the first hollow-type harmonic gear reducer and rotated by the reducer; A second annular member arranged coaxially with the second hollow harmonic transmission and rotated by the transmission, wherein the first and second annular members are rotatable relative to each other. The annular end faces are superimposed on each other, and these superimposed end faces are set as inclined surfaces inclined by a certain angle with respect to the center axis direction, and the first and second annular members have the same end faces. Place the rotating shaft of the drilling drill in a state penetrating the hollow part,
By relatively rotating these first and second annular members,
A device for bending the rotating shaft in a predetermined direction (Japanese Patent Application Laid-Open
As shown in FIG. 8, a cylindrical housing 101, and a circular housing 101 rotatably supported on a circular inner peripheral surface of the cylindrical housing 101 and eccentric with respect to the cylindrical housing 101. A first annular member 102 having an inner peripheral surface, and the first annular member 1
02, a second annular member 103 rotatably supported on the circular inner peripheral surface and having a circular inner peripheral surface eccentric with respect to the circular inner peripheral surface; Of the hollow type harmonic gear reducers 104, 1 for relatively rotating the annular members 102, 103 around the center of those members.
05, the amount of eccentricity of the circular inner peripheral surface of the first annular member 102 with respect to the cylindrical housing 101, and the amount of eccentricity of the second annular member 103 with respect to the first annular member 102. The rotary shaft 107 having a drill bit 106 at the tip so as to move integrally with the center of the circular inner peripheral surface of the second annular member 103 is set so that the amount of eccentricity of the peripheral surface is equal. A fulcrum above the first and second annular members 102, 103 by being connected to the second annular member 103 and relatively rotating the first and second annular members 102, 103. Apparatus for positioning the rotary shaft 107 with a bearing 108 as a fulcrum (Japanese Patent Laid-Open No. 5-202689).
Proposals such as have been made.

【0005】上記特開平4−76183号公報、特開平
5−149079号公報および特開平5−202689
号公報に開示の掘削方向制御装置は、回転シャフトの撓
みの支点が掘削方向制御装置の上部のシャフト保持機構
部であり、回転シャフトに付与された撓みにより過大な
曲げ応力による折損が懸念される。上記掘削機の掘削方
向を変更する場合に回転シャフトに付与された撓みは、
回転シャフトの最大曲げ応力発生部にユニバーサルジョ
イントを介在せしめることによって吸収させれば、回転
シャフトの過大な曲げ応力による折損を防止できる。
The above-mentioned JP-A-4-76183, JP-A-5-149079 and JP-A-5-202689
In the excavation direction control device disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. H10-210, the fulcrum of the bending of the rotary shaft is a shaft holding mechanism on the upper portion of the excavation direction control device, and there is a concern that the bending given to the rotation shaft may cause breakage due to excessive bending stress. . The deflection imparted to the rotating shaft when changing the excavation direction of the excavator,
If a universal joint is interposed in the maximum bending stress generating portion of the rotating shaft and absorbed, the breakage of the rotating shaft due to excessive bending stress can be prevented.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のユニバ
ーサルジョイントは、回転機械の駆動軸等に使用されて
いる2本の偏心した駆動軸を接続し、回転動力を伝達す
るだけのもので、掘削機のドリルパイプのように内部に
流体の流れる箇所で使用するような構造のものは知られ
ていない。
However, the conventional universal joint connects two eccentric drive shafts used for a drive shaft of a rotary machine or the like and only transmits rotational power. There is no known structure such as a drill pipe used in a place where a fluid flows inside.

【0007】この発明の目的は、上記掘削方向制御装置
により回転シャフトに付与された撓みを解消できると共
に、回転シャフト内部を流れる泥水の外部への流出を防
止できる掘削機用中空ユニバーサルジョイントを提供す
ることにある。
[0007] An object of the present invention is to provide a hollow universal joint for an excavator capable of eliminating the deflection imparted to the rotary shaft by the above-described excavation direction control device and preventing the muddy water flowing inside the rotary shaft from flowing out of the rotary shaft. It is in.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意試作試験を重ねた。その結果、中空の
ヨークと両端に中空のヨークを有する中空センターシャ
フトとを連結するクロスピンの中央部に貫通孔を設ける
と共に、中空のヨークと中空センターシャフト両端の中
空のヨークとクロスピンとの接続部内部にシールチュー
ブを挿嵌して密閉することによって、回転シャフトに付
与された撓みを吸収できると共に、回転シャフト内部を
流れる泥水の外部への流出を防止できることを究明し、
この発明に到達した。
Means for Solving the Problems The present inventors have conducted extensive trial production tests in order to achieve the above object. As a result, a through hole is provided at the center of the cross pin that connects the hollow yoke and the hollow center shaft having a hollow yoke at both ends, and a connection portion between the hollow yoke and the hollow yoke at both ends of the hollow center shaft and the cross pin is provided. By inserting and sealing the seal tube inside, it is possible to absorb the deflection given to the rotating shaft and to prevent the muddy water flowing inside the rotating shaft from flowing out to the outside,
The invention has been reached.

【0009】すなわちこの発明は、上部回転シャフトと
下部回転シャフトとの間を偏心可能に接合した中空セン
ターシャフトからなり、その内部を泥水などの流体をと
おし、掘削時に発生する掘削砕を排出するように構成し
た掘削方向制御装置において、下端に中空のヨークを接
続した上部回転シャフトと、上下に中空のヨークを接続
した中空センターシャフトと、上端に中空のヨークを接
続した下部回転シャフトとを、上部回転シャフトと中空
センターシャフトの間および下部回転シャフトと中空セ
ンターシャフトの間を、中央部に貫通孔を有し、かつ接
続部内部にシールチューブを挿嵌したクロスピンで水密
に連結した掘削機用中空ユニバーサルジョイントであ
る。
[0009] That is, the present invention includes an upper rotating shaft
Hollow sensor that is eccentrically joined to the lower rotating shaft
Made of fluid, such as muddy water.
It is configured to discharge drilling debris generated during drilling.
In the excavation direction control device, an upper rotating shaft having a lower yoke connected to a hollow yoke, a hollow center shaft having an upper and lower hollow yoke connected, and a lower rotating shaft having a hollow yoke connected to the upper end. the hollow center between and between the lower rotating shaft and the hollow center shaft of the shaft has a through hole in its central portion, and a hollow connecting portions inside drilling linked watertight with cross pin inserted and fitted seal tube cutting machine and It is a universal joint.

【0010】[0010]

【作用】この発明の掘削機用中空ユニバーサルジョイン
トは、クロスピンの中央部に貫通孔を設けると共に、上
部回転シャフトの中空のヨークと中空センターシャフト
上端の中空のヨークとの間および下部回転シャフトの中
空のヨークと中空センターシャフト下端の中空のヨーク
との間を、接続部内部にシールチューブを挿嵌して水密
に連結したことによって、上下回転シャフトと中空のセ
ンターシャフトの軸心がずれても、上下回転シャフトの
中空のヨークと中空センターシャフト両端の中空のヨー
クとクロスピンの接続部からの各中空内部を流れる流体
の外部への流出を防止することができる。
The hollow universal joint for an excavator according to the present invention is provided with a through hole in the center of the cross pin, and between the hollow yoke of the upper rotary shaft and the hollow yoke at the upper end of the hollow center shaft and the hollow of the lower rotary shaft. Between the yoke and the hollow yoke at the lower end of the hollow center shaft, by inserting a seal tube inside the connection portion and connecting it in a watertight manner, even if the axes of the vertical rotating shaft and the hollow center shaft are shifted, It is possible to prevent the fluid flowing through each hollow from flowing out of the hollow yoke of the vertically rotating shaft and the connecting portions of the hollow yoke and the cross pin at both ends of the hollow center shaft to the outside.

【0011】この発明におけるシールチューブとして
は、合成ゴム等の弾性体で、合成ゴムとしては、ウレタ
ンゴム、ニトリルゴム等を用いることができる。この発
明におけるシールチューブの取付けは、シールチューブ
の両端を上下回転シャフトおよび中空のセンターシャフ
トにかしめ、接着剤等により固定し、上下回転シャフト
と中空のセンターシャフトの軸心のずれによる歪は、シ
ールチューブの弾性によって吸収するよう取付ける。
In the present invention, the seal tube is made of an elastic material such as synthetic rubber, and the synthetic rubber is made of urethane rubber, nitrile rubber or the like. In mounting the seal tube according to the present invention, both ends of the seal tube are caulked to a vertical rotating shaft and a hollow center shaft and fixed with an adhesive or the like. Attach to absorb by the elasticity of the tube.

【0012】[0012]

【実施例】【Example】

実施例1 以下にこの発明の詳細を実施の一例を示す図1ないし図
6に基づいて説明する。図1はこの発明の中空ユニバー
サルジョイントを有する掘削方向制御装置の概略全体構
成図、図2はこの発明の中空ユニバーサルジョイントを
有する掘削方向制御装置で回転シャフトを偏心させた状
態の概略全体構成図、図3はこの発明の中空ユニバーサ
ルジョイントの接続部の側面図、図4はシールチューブ
取付け部の拡大断面図、図5はこの発明の中空ユニバー
サルジョイントを油井掘削機の掘削方向制御装置に適用
した概略説明図、図6は中空ユニバーサルジョイントの
連結角度を変更した場合の概略説明図である。図1ない
し図2において、1はロータリー式掘削機の上部回転シ
ャフト、2は下部回転シャフトで、上部回転シャフト1
と中空ユニバーサルジョイントにより中空センターシャ
フト3を介して中央部に貫通孔を有するクロスピンで、
シールチューブを挿嵌して密封接続されている。4は下
部回転シャフト2先端に同軸状態に連結したドリルカラ
ー、5はドリルカラー4の先端に固定したドリルビット
で、上部回転シャフト1は上部にある図示しない回転駆
動機構に連結されている。6はドリルカラー4より上部
の上下部回転シャフト1、2の外周を囲むように配置し
た円筒型ハウジングで、該円筒型ハウジング6の下端と
下部回転シャフト2との間には下部シール7が設けら
れ、円筒型ハウジング6の上部と上部回転シャフト1の
間には上部シール8と軸受9が設けられている。10は
下部シール7上部の円筒型ハウジング6と下部回転シャ
フト2との間に設けたドリルビット5の荷重を受ける支
点軸受、11は支点軸受10上部の円筒型ハウジング6
と下部回転シャフト2との間に設けた二重偏心機構部
で、円筒型ハウジング6の内周面に回転自在に軸支され
た2枚の偏心板12、13により、下部回転シャフト2
を支点軸受10を中心に軸直角方向に変位させるよう構
成されている。
Embodiment 1 Hereinafter, details of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6 showing an embodiment. FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram of an excavation direction control device having a hollow universal joint according to the present invention, FIG. 2 is a schematic overall configuration diagram of a state in which a rotary shaft is eccentric with the excavation direction control device having a hollow universal joint according to the invention, 3 is a side view of a connecting portion of the hollow universal joint of the present invention, FIG. 4 is an enlarged sectional view of a seal tube attaching portion, and FIG. 5 is a schematic diagram in which the hollow universal joint of the present invention is applied to a drilling direction control device of an oil well drilling machine. FIG. 6 is a schematic explanatory view when the connection angle of the hollow universal joint is changed. 1 and 2, reference numeral 1 denotes an upper rotary shaft of a rotary excavator, 2 denotes a lower rotary shaft, and an upper rotary shaft 1.
And a cross pin having a through hole in the center through a hollow center shaft 3 by a hollow universal joint,
A seal tube is inserted and fitted for hermetic connection. Reference numeral 4 denotes a drill collar coaxially connected to the tip of the lower rotary shaft 2, and reference numeral 5 denotes a drill bit fixed to the tip of the drill collar 4, and the upper rotary shaft 1 is connected to a rotary drive mechanism (not shown) at the upper part. Reference numeral 6 denotes a cylindrical housing arranged so as to surround the outer periphery of the upper and lower rotary shafts 1 and 2 above the drill collar 4, and a lower seal 7 is provided between the lower end of the cylindrical housing 6 and the lower rotary shaft 2. An upper seal 8 and a bearing 9 are provided between the upper part of the cylindrical housing 6 and the upper rotary shaft 1. Reference numeral 10 denotes a fulcrum bearing for receiving the load of the drill bit 5 provided between the cylindrical housing 6 above the lower seal 7 and the lower rotary shaft 2, and 11 denotes a cylindrical housing 6 above the fulcrum bearing 10.
A double eccentric mechanism provided between the lower rotary shaft 2 and the lower rotary shaft 2 is provided by two eccentric plates 12 and 13 rotatably supported on the inner peripheral surface of the cylindrical housing 6.
Is displaced in the direction perpendicular to the axis about the fulcrum bearing 10.

【0013】図3ないし図6において、21は上部回転
シャフト1の下端に連結した第1の中空ヨーク、22は
第1のクロスピンで、中央部に貫通孔23が設けられて
いる。24は第1の中空ヨーク21の上下にボルト25
によって固定されたベアリングケースで、第1のクロス
ピン22との間にスラストニードル26およびコロ27
が設けられている。28は中空センターシャフト3の後
述するスリーブ左右にボルト29によって固定されたベ
アリングケースで、第1のクロスピン22との間に前記
と同様に図示していないがスラストニードルおよびコロ
が設けられている。
3 to 6, reference numeral 21 denotes a first hollow yoke connected to the lower end of the upper rotary shaft 1, reference numeral 22 denotes a first cross pin, and a through hole 23 is provided in the center. 24 are bolts 25 above and below the first hollow yoke 21.
A thrust needle 26 and a roller 27 are provided between the bearing case and the first cross pin 22.
Is provided. Reference numeral 28 denotes a bearing case fixed by bolts 29 to the left and right sleeves of the hollow center shaft 3 which will be described later. A thrust needle and rollers (not shown) are provided between the bearing case 28 and the first cross pin 22 as described above.

【0014】30は第1の中空ヨーク21と中空センタ
ーシャフト3と第1のクロスピン22との接続部のクロ
スピン22の貫通孔23に挿嵌したフレキシブルな第1
のシールチューブで、一端は第1の中空ヨーク21の内
面に設けた内周溝31に接着剤によって固定されてい
る。第1のシールチューブ30の他端は、中空センター
シャフト3の端部に設けた内周溝32に接着剤によって
固定密封されている。33は中空センターシャフト3の
軸方向の外周溝34に係合する凸条35を有し、中空セ
ンターシャフト3の軸方向に摺動可能のスリーブで、左
右にボルト29によってベアリングケース28が固定さ
れている。上部回転シャフト1から中空ヨーク21と中
空センターシャフト3の内面を流れる泥水は、第1の中
空ヨーク21と中空センターシャフト3との接続部で
は、第1のクロスピン22の貫通孔23に挿嵌した第1
のシールチューブ30によって密封されると共に、第1
の中空ヨーク21と中空センターシャフト3との連結角
度が変更されても、第1のシールチューブ30の弾力に
よって吸収され密閉が保持されると共に、第1の中空ヨ
ーク21と中空センターシャフト3との連結角度の変更
による伸縮は、スリーブ33の摺動によって吸収される
よう構成されている。
Reference numeral 30 denotes a flexible first fitting which is inserted into a through hole 23 of the cross pin 22 at a connection portion between the first hollow yoke 21, the hollow center shaft 3 and the first cross pin 22.
One end of which is fixed to an inner peripheral groove 31 provided on the inner surface of the first hollow yoke 21 by an adhesive. The other end of the first seal tube 30 is fixed and sealed by an adhesive in an inner peripheral groove 32 provided at an end of the hollow center shaft 3. Reference numeral 33 denotes a sleeve that has a ridge 35 that engages with the axial outer circumferential groove 34 of the hollow center shaft 3, and is slidable in the axial direction of the hollow center shaft 3. The bearing case 28 is fixed to the left and right by bolts 29. ing. Muddy water flowing from the upper rotating shaft 1 to the inner surfaces of the hollow yoke 21 and the hollow center shaft 3 is fitted into the through hole 23 of the first cross pin 22 at the connection between the first hollow yoke 21 and the hollow center shaft 3. First
And the first seal tube 30
Even if the connection angle between the hollow yoke 21 and the hollow center shaft 3 is changed, the hermetic force is absorbed by the elasticity of the first seal tube 30 and the hermetic seal is maintained, and the connection between the first hollow yoke 21 and the hollow center shaft 3 is maintained. The expansion and contraction due to the change of the connection angle is configured to be absorbed by the sliding of the sleeve 33.

【0015】36は下部回転シャフト2の上端に連結し
た第2の中空ヨーク、37は第2のクロスピンで、前記
第1のクロスピン22と同様に中央部に貫通孔38が設
けられている。39は第2の中空ヨーク36の上下にボ
ルト40によって固定されたベアリングケースで、第2
のクロスピン37との間にスラストニードル41および
コロ42が設けられている。43は中空センターシャフ
ト3の左右にボルト44によって固定されたベアリング
ケースで、第2のクロスピン37との間に前記と同様に
図示していないがスラストニードルおよびコロが設けら
れている。45は第2の中空ヨーク36と中空センター
シャフト3と第2のクロスピン37との接続部のクロス
ピン37の貫通孔38に挿嵌した第2のシールチューブ
で、中空センターシャフト3の内面に設けた内周溝46
に接着剤によって固定されている。第2のシールチュー
ブ45の他端は、第2の中空ヨーク36の端部に設けた
内周溝47に接着剤によって固定密着され、第2の中空
ヨーク36と中空センターシャフト3との連結角度が変
更されても、第2のシールチューブ45の弾力によって
吸収され、密閉が保持されるよう構成されている。
Reference numeral 36 denotes a second hollow yoke connected to the upper end of the lower rotary shaft 2, and reference numeral 37 denotes a second cross pin, which has a through hole 38 at the center similarly to the first cross pin 22. Reference numeral 39 denotes a bearing case fixed by bolts 40 above and below the second hollow yoke 36.
A thrust needle 41 and a roller 42 are provided between the thrust needle 41 and the roller 42. Reference numeral 43 denotes a bearing case fixed to the left and right sides of the hollow center shaft 3 by bolts 44. A thrust needle and rollers (not shown) are provided between the bearing case 43 and the second cross pin 37 as described above. Reference numeral 45 denotes a second seal tube which is inserted into the through hole 38 of the cross pin 37 at the connection between the second hollow yoke 36, the hollow center shaft 3 and the second cross pin 37, and is provided on the inner surface of the hollow center shaft 3. Inner circumferential groove 46
Is fixed by an adhesive. The other end of the second seal tube 45 is fixedly adhered to an inner peripheral groove 47 provided at an end of the second hollow yoke 36 with an adhesive, and a connection angle between the second hollow yoke 36 and the hollow center shaft 3 is formed. Even if is changed, it is configured to be absorbed by the elasticity of the second seal tube 45 and to maintain the hermeticity.

【0016】上記のとおり構成したことによって、上部
回転シャフト1、第1のクロスピン22の貫通孔23、
中空センターシャフト3、第2のクロスピン37の貫通
孔38、下部回転シャフト2を経由して流れる泥水は、
ユニバーサルジョイントの第1および第2のクロスピン
22、37の貫通孔23、38に挿嵌した第1および第
2のシールチューブ30、45により密封され、円筒型
ハウジング6と上下回転シャフト1、2との隙間に漏洩
することはない。また、掘削方向を変更する場合は、図
2に示すとおり、二重偏心機構部11の2枚の偏心板1
2、13により下部回転シャフト2を支点軸受10を中
心に軸直角方向に変位させるが、二重偏心機構部11で
付与される下部回転シャフト2の撓みは、中空センター
シャフト3両端に介在せしめたユニバーサルジョイント
の第1および第2のクロスピン22、37部で吸収され
るから、二重偏心機構部11から上部の下部回転シャフ
ト2には、曲げ応力が発生せず、中空センターシャフト
3および上部回転シャフト1の疲労寿命が飛躍的に向上
する。
With the above configuration, the upper rotary shaft 1, the through hole 23 of the first cross pin 22,
Muddy water flowing through the hollow center shaft 3, the through hole 38 of the second cross pin 37, and the lower rotating shaft 2
The first and second seal tubes 30 and 45 inserted into the through holes 23 and 38 of the first and second cross pins 22 and 37 of the universal joint are hermetically sealed, and the cylindrical housing 6 and the vertically rotating shafts 1 and 2 are sealed. Does not leak into the gap. When the excavation direction is changed, as shown in FIG. 2, the two eccentric plates 1 of the double eccentric mechanism 11 are used.
The lower rotary shaft 2 is displaced in the direction perpendicular to the axis about the fulcrum bearing 10 by the two and 13, but the deflection of the lower rotary shaft 2 imparted by the double eccentric mechanism 11 is interposed at both ends of the hollow center shaft 3. Since it is absorbed by the first and second cross pins 22 and 37 of the universal joint, no bending stress is applied to the upper lower rotary shaft 2 from the double eccentric mechanism 11 and the hollow center shaft 3 and the upper rotary shaft are rotated. The fatigue life of the shaft 1 is dramatically improved.

【0017】さらに、第1および第2の中空ヨーク2
1、36と中空センターシャフト3両端に介在せしめた
第1および第2のクロスピン22、37の貫通孔23、
38に挿嵌した第1および第2のシールチューブ30、
45は、第1および第2の中空ヨーク21、36の内周
溝31、47および中空センターシャフト3の両端の内
周溝32、46に固定密封されているから、シャフト内
部を流れる泥水が円筒型ハウジング6と下部回転シャフ
ト2、中空センターシャフト3との隙間に漏洩すること
はない。また、第1および第2の中空ヨーク21、36
と中空センターシャフト3との連結角度が変更された場
合、第1および第2のクロスピン22、37の貫通孔2
3、38に挿嵌した第1および第2のシールチューブ3
0、45は、弾力によって変形するが密封を保持する。
Further, the first and second hollow yokes 2
1, 36 and the through holes 23 of the first and second cross pins 22, 37 interposed at both ends of the hollow center shaft 3;
38, the first and second seal tubes 30,
45 is fixedly sealed in the inner circumferential grooves 31, 47 of the first and second hollow yokes 21, 36 and the inner circumferential grooves 32, 46 at both ends of the hollow center shaft 3, so that muddy water flowing inside the shafts is cylindrical. There is no leakage to the gap between the mold housing 6 and the lower rotary shaft 2 and the hollow center shaft 3. Also, the first and second hollow yokes 21, 36
When the connection angle between the first and second cross pins 22 and 37 is changed, the connection angle between the first and second cross pins 22 and 37 is changed.
First and second seal tubes 3 inserted into the third and third 38
Nos. 0 and 45 are deformed by elasticity but maintain the seal.

【0018】さらにまた、円筒型ハウジング6の上方に
接続される回転シャフト駆動用マッドモータのロータの
スラスト力は、掘削時下方に作用するが、下部回転シャ
フト2を支点軸受10を中心に軸直角方向に変位させた
場合の回転シャフトの撓みは、中空センターシャフト3
両端に介在せしめた第1および第2のクロスピン22、
37部で吸収されるため、中空センターシャフト3の上
部に接続される上部回転シャフト1は、軸方向に可動し
ない。したがって、軸受9は、マッドモータのロータの
スラスト力を受けるスラスト軸受を使用できるため、マ
ッドモータのロータのスラスト力が中空センターシャフ
ト3より下方の下部回転シャフト2に伝わらず、支点軸
受10より上部の下部回転シャフト2の小径部に大きな
スラスト力が作用せず、シャフトの疲労強度に有利であ
る。
Furthermore, the thrust force of the rotor of the rotary shaft driving mud motor connected above the cylindrical housing 6 acts downward during excavation. The deflection of the rotating shaft when displaced in the
First and second cross pins 22 interposed at both ends,
Since it is absorbed by 37 parts, the upper rotating shaft 1 connected to the upper part of the hollow center shaft 3 does not move in the axial direction. Therefore, since the bearing 9 can use a thrust bearing that receives the thrust force of the rotor of the mud motor, the thrust force of the rotor of the mud motor is not transmitted to the lower rotary shaft 2 below the hollow center shaft 3 but is higher than the fulcrum bearing 10. A large thrust force does not act on the small diameter portion of the lower rotating shaft 2, which is advantageous for the fatigue strength of the shaft.

【0019】実施例2 図7(a)に示すとおり、掘削機の上部回転シャフト7
1と下部回転シャフト72を、中空センターシャフト7
3を介してユニバーサルジョイントにより連結した場合
と、上部回転シャフト71と下部回転シャフト72を、
ねじ結合の中空フレキシブルジョイントにより連結した
場合のそれぞれについて、有限要素法(Finite
Element Method)解析モデルにより図7
(a)に示す各部の応力解析を行った。その結果を図7
(b)に示す。なお、図7(a)中の74はドリルカラ
ー、75はドリルビット、76は円筒型ハウジング、7
7は下部シール、78は軸受、79は支点軸受、80は
2枚の偏心板81、82からなる二重偏心機構部であ
る。上部回転シャフト71と下部回転シャフト72を、
中空センターシャフト73を介してユニバーサルジョイ
ントにより連結した場合は、二重偏心機構部80で付与
される回転シャフトの撓みは、中空センターシャフト7
3両端のユニバーサルジョイントで吸収されるから、二
重偏心機構部80から上部の回転シャフトには、図7
(b)にAとして示すとおり、曲げ応力が発生せず、中
空センターシャフト73および上部回転シャフト71の
疲労寿命が飛躍的に向上する。一方、上部回転シャフト
71と下部回転シャフト72を、ねじ結合の中空フレキ
シブルジョイントにより連結した場合は、図7(b)に
Bとして示すとおり、中空フレキシブルジョイント部で
最大58kgf/mm2の応力が発生している。
Embodiment 2 As shown in FIG. 7A, the upper rotating shaft 7 of the excavator
1 and the lower rotary shaft 72, the hollow center shaft 7
3, the upper rotating shaft 71 and the lower rotating shaft 72 are connected by a universal joint.
The finite element method (Finite
Element Method Analysis Model
The stress analysis of each part shown in (a) was performed. The result is shown in FIG.
(B). In FIG. 7A, 74 is a drill collar, 75 is a drill bit, 76 is a cylindrical housing,
Reference numeral 7 denotes a lower seal, 78 denotes a bearing, 79 denotes a fulcrum bearing, and 80 denotes a double eccentric mechanism unit including two eccentric plates 81 and 82. The upper rotating shaft 71 and the lower rotating shaft 72 are
When connected by a universal joint via the hollow center shaft 73, the bending of the rotary shaft imparted by the double eccentric mechanism 80 is limited to the hollow center shaft 7
7 is absorbed by the universal joints at both ends, so that the rotating shaft at the upper part
As indicated by A in (b), no bending stress is generated, and the fatigue life of the hollow center shaft 73 and the upper rotating shaft 71 is significantly improved. On the other hand, when the upper rotary shaft 71 and the lower rotary shaft 72 are connected by a screw-connected hollow flexible joint, a maximum stress of 58 kgf / mm 2 is generated at the hollow flexible joint as shown by B in FIG. 7B. are doing.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上述べたとおり、この発明の掘削機用
中空ユニバーサルジョイントは、中空部を流れる流体の
外部への漏洩を防止できるから、掘削機の回転シャフト
の最大曲げ応力発生部に取付けると、回転シャフトの曲
げ応力が大きく減少し、回転シャフトの疲労寿命が飛躍
的に向上する。
As described above, the hollow universal joint for an excavator according to the present invention can prevent the fluid flowing through the hollow portion from leaking to the outside. In addition, the bending stress of the rotating shaft is greatly reduced, and the fatigue life of the rotating shaft is dramatically improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の中空ユニバーサルジョイントを有す
る掘削方向制御装置の概略全体構成図である。
FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram of an excavation direction control device having a hollow universal joint according to the present invention.

【図2】この発明の中空ユニバーサルジョイントを有す
る掘削方向制御装置で回転シャフトを偏心させた状態の
概略全体構成図である。
FIG. 2 is a schematic overall configuration diagram of a state in which a rotary shaft is eccentric in a digging direction control device having a hollow universal joint according to the present invention.

【図3】この発明の中空ユニバーサルジョイントの接続
部の側面図である。
FIG. 3 is a side view of a connection portion of the hollow universal joint according to the present invention.

【図4】シールチューブ取付け部の拡大断面図である。FIG. 4 is an enlarged sectional view of a seal tube mounting portion.

【図5】この発明の中空ユニバーサルジョイントを油井
掘削機の掘削方向制御装置に適用した概略説明図であ
る。
FIG. 5 is a schematic explanatory view in which the hollow universal joint of the present invention is applied to a drilling direction control device of an oil well drilling machine.

【図6】中空ユニバーサルジョイントの連結角度を変更
した場合の概略説明図である。
FIG. 6 is a schematic explanatory view when the connection angle of the hollow universal joint is changed.

【図7】有限要素法解析モデルによる応力線図で、
(a)図は油井掘削機の掘削方向制御装置の応力解析位
置の説明図、(b)図は上部軸受からの距離と応力との
関係を示すグラフである。
FIG. 7 is a stress diagram based on a finite element method analysis model,
(A) is an explanatory view of the stress analysis position of the drilling direction control device of the oil well drilling machine, and (b) is a graph showing the relationship between the distance from the upper bearing and the stress.

【図8】特開平5−202689号公報に開示の油井掘
削機の掘削方向制御装置の概略説明図である。
FIG. 8 is a schematic explanatory view of an excavation direction control device for an oil well excavator disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-202689.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、71 上部回転シャフト 2、72 下部回転シャフト 3、73 中空センターシャフト 4、74 ドリルカラー 5、75、106 ドリルビット 6、76、101 円筒型ハウジング 7、77 下部シール 8 上部シール 9、78 軸受 10、79、108 支点軸受 11、80 二重偏心機構部 12、13、81、82 偏心板 21 第1の中空ヨーク 22 第1のクロスピン 23、38 貫通孔 24、28、39、43 ベアリングケース 25、29、40、44 ボルト 26、41 スラストニードル 27、42 コロ 30 第1のシールチューブ 31、32、46、47 内周溝 33 スリーブ 34 外周溝 35 凸条 36 第2の中空ヨーク 37 第2のクロスピン 45 第2のシールチューブ 102 第1の円環状部材 103 第2の円環状部材 104、105 調和歯車減速機 107 回転シャフト A 中空ユニバーサルジョイントの場合 B 中空フレキシブルジョイントの場合 1, 71 Upper rotating shaft 2, 72 Lower rotating shaft 3, 73 Hollow center shaft 4, 74 Drill collar 5, 75, 106 Drill bit 6, 76, 101 Cylindrical housing 7, 77 Lower seal 8 Upper seal 9, 78 Bearing 10, 79, 108 Support point bearing 11, 80 Double eccentric mechanism 12, 13, 81, 82 Eccentric plate 21 First hollow yoke 22 First cross pin 23, 38 Through hole 24, 28, 39, 43 Bearing case 25 , 29, 40, 44 Bolt 26, 41 Thrust needle 27, 42 Roller 30 First seal tube 31, 32, 46, 47 Inner circumferential groove 33 Sleeve 34 Outer circumferential groove 35 Protrusion 36 Second hollow yoke 37 Second Cross pin 45 Second seal tube 102 First annular member 103 Second annular member 104, 105 Harmonic gear reducer 107 Rotary shaft A Hollow universal joint B Hollow flexible joint

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E21B 17/04 E21B 7/08 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) E21B 17/04 E21B 7/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 上部回転シャフトと下部回転シャフトと
の間を偏心可能に接合した中空センターシャフトからな
り、その内部を泥水などの流体をとおし、掘削時に発生
する掘削砕を排出するように構成した掘削方向制御装置
において、下端に中空のヨークを接続した上部回転シャ
フトと、上下に中空のヨークを接続した中空センターシ
ャフトと、上端に中空のヨークを接続した下部回転シャ
フトとを、上部回転シャフトと中空センターシャフトの
間および下部回転シャフトと中空センターシャフトの間
を、中央部に貫通孔を有し、かつ接続部内部にシールチ
ューブを挿嵌したクロスピンで水密に連結した掘削機用
中空ユニバーサルジョイント。
1. An upper rotating shaft and a lower rotating shaft.
From a hollow center shaft that is eccentrically joined between
Generated during excavation by passing fluid such as mud
Excavation direction control device configured to discharge excavating crushing
In the upper rotating shaft connecting a hollow yoke at the lower end, a hollow center shaft connecting a hollow yoke up and down, and a lower rotating shaft connecting a hollow yoke to the upper end, the upper rotating shaft and the hollow center shaft between and between the lower rotating shaft and the hollow center shaft has a through hole in its central portion, and a hollow universal joint for connecting the drilling machine watertight with cross pin inserted and fitted to seal the tube within the connection portion.
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