JP4165788B2

JP4165788B2 - 掘削機の掘削方向制御装置用電磁連結装置

Info

Publication number: JP4165788B2
Application number: JP2000021918A
Authority: JP
Inventors: 芳秀清沢; 顕丸山; 則夫松木; 亨三玉應; 保夫横山; 哲夫中島
Original assignee: Harmonic Drive Systems Inc; Ogura Clutch Co Ltd
Current assignee: Harmonic Drive Systems Inc; Ogura Clutch Co Ltd
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2000-01-31
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2020-01-31
Also published as: JP2001214684A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば石油井掘削機等の掘削機において掘削方向制御装置に使用するための中空型の電磁連結装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石油井掘削機に代表される掘削機では、固い岩盤などを迂回して掘削動作を継続させるために、ドリルの進行方向を変更する必要がある。また、掘削中に何らかの原因で掘削方向に狂いが起きた場合においても、掘削方向を目標とする方向に修正するために、ドリルビットの進行方向を制御する必要がある。このため、掘削機には掘削方向を制御するための制御装置が用いられている。
【０００３】
この種の石油井掘削機の掘削方向制御装置として、たとえば特許第２９９５１１８号公報に記載されたものが知られている。この公報に記載された石油井掘削機の掘削方向制御装置は、図１０ないし図１２に示すような構造を備えている。
【０００４】
図１０は石油井掘削機の全体の概要構成を示し、同図において、１は石油井掘削機、２は回転シャフトである。この回転シャフト２の先端部分にはドリルカラー３が同軸状態で連結され、このドリルカラー３の先端にドリルビット４が支持されている。前記回転シャフト２の上端側は、これを回転駆動させるための駆動装置（図示せず）に連結されている。さらに、ドリルカラー３の上方には回転シャフト２を取り囲む状態で掘削方向制御装置５が配置されている。また、この掘削方向制御装置５の上方には、その位置における回転シャフト２の進行方向を一定の方向（通常は垂直方向）に保持するためのシャフト保持機構６が設けられている。
【０００５】
前記掘削方向制御装置５は、図１１に示すように、回転シャフト２の外周を取り囲むように配設した円筒形の装置ハウジング７と、この内側に上下に所定の間隔を置いて組み込まれた中空型の第１および第２の調和歯車減速機８、９と、同じく装置ハウジング７の内側で上、下の調和歯車減速機８，９間に組み込まれた二重偏心機構部１０とから構成されている。この二重偏心機構部１０は、装置ハウジング７の内周面に固定された円筒部材１１と、この内側に回転自在に装着された第１の環状部材１２と、この環状部材１２の内側に回転自在に装着された第２の環状部材１３とから構成されている。前記装置ハウジング７には、外周面に回転防止用の突起（図示せず）が形成されており、掘削穴に嵌入され、掘削中はこれらの突起が掘削穴の内周壁に突き刺さることで回転を規制している。
【０００６】
前記第１の調和歯車減速機８は、環状の第１および第２の剛性内歯車８ａ，８ｂと、その内側に配置された環状の可撓性外歯車８ｃと、その内側に配置された楕円形状の波動発生器８ｄとから構成されている。前記第１の剛性内歯車８ａは、装置ハウジング７の内周面側に固定されている。前記第２の剛性内歯車８ｂには、オルダム型調心機構１５を介して二重偏心機構部１０の最も内側の第２の環状部材１３が連結されており、これらが一体となって回転するように構成している。また、波動発生器８ｄは、第１の電磁連結装置２０を介して回転シャフト２側に連結されており、回転シャフト２の回転力が伝達可能に構成されている。
【０００７】
前記第２の調和歯車減速機９も第１の調和歯車減速機８と同一の構成を採っている。すなわち、第１および第２の剛性内歯車９ａ、９ｂと、環状の可撓性外歯車９ｃと、楕円形の波動発生器９ｄとから構成されている。さらに、波動発生器９ｄは、第２の電磁連結装置２０を介して回転シャフト２側に連結され、この回転シャフト２の回転力が伝達可能に構成されている。
【０００８】
前記二重偏心機構部１０は、図１２に示すように構成されている。最も外側の円筒部材１１は、前述したシャフト保持機構部６によって規定されるシャフト中心、すなわちシャフト回転軸Ａ上に中心のある円形内周面を有する。この円形内周面にローラベアリング１７を介して、第１の環状部材１２の円形外周面が回転自在に支持されている。この第２の環状部材１２には、シャフト回転軸Ａに対して距離ｅだけ偏心した位置Ｂを中心とする円形内周面を有する。この円形内周面にローラベアリング１８を介して、第２の環状部材１３の円形外周面が回転自在に支持されている。この第２の環状部材１３には、円形内周面の中心Ｂに対して同一距離ｅだけ偏心した位置Ｃを中心とする円形内周面が形成されている。この円形内周面に、回転シャフト２の外周面がローラベアリング１９を介して回転自在の状態で支持されている。
【０００９】
このような構造の二重偏心機構部１０によれば、第１および第２の環状部材１２，１３の回転角度位置および相対回転量を制御することにより、回転シャフト２を支持している最も内側の円形内周面の中心Ｃを任意の方向に所定の距離（最大ｅ×２の距離）だけ移動させることができる。
そして、回転シャフト２の上方は、シャフト保持機構部６によってその中心が回転中心Ａに保持されているから、シャフト２の先端側は、図１１に示すようにシャフト保持機構部６の中心Ａと、二重偏心機構部１０における中心Ｃとを結ぶ線分Ｌに沿った方向に進行方向（掘削方向）が変更されることになる。
【００１０】
すなわち、掘削方向制御装置５は、上述した第１、第２の電磁連結装置２０，２０の少なくともいずれか一方を連結状態にして回転シャフト２と調和歯車減速機８，９の波動発生器８ｄ，９ｄを連結すると、調和歯車減速機８，９により高減速比で減速された動力がオルダム継手を介して剛性内歯車８ｂ，９ｂから二重偏心機構部１０に伝達される。また、ドリルビット４を駆動する動力により二重偏心機構部１０の環状部材１２，１３は回動し、二重偏心機構部１０の中心は回転シャフト２を傾動させながら偏心して掘削方向を制御することができる。
【００１１】
掘削方向制御装置に組込まれる中空型の電磁連結装置２０は、一般に、電磁コイルを巻回したコイルボビンが収容されたフィールドコアと、回転シャフト２に連結されるロータと、このロータの摩擦面と対向する摩擦面を有するアーマチュアと、このアーマチュアを軸線方向に移動自在に支持したアーマチュアハブと、アーマチュアをロータから離間する弾性部材とを備えている。また、前記装置ハウジング７に搭載された電源ユニットのＯＮ−ＯＦＦ制御により動力伝達状態または動力伝達を遮断した状態になる。
【００１２】
前記電磁連結装置２０のフィールドコアは、一般に特開昭６４−２６０３２号公報、特公昭６２−６１２８号公報に示すように巻線機で巻線され絶縁テープでテーピングされた電磁コイル、またはコイルボビンに巻回された電磁コイルがコイル収容溝に嵌合され、そのコイル収容溝にエポキシ樹脂等の注型樹脂を注型することにより、電磁コイルは外部と電気的に絶縁されコイル収容溝に保持されている。
【００１３】
また、注型樹脂を使用しないでコイル収容溝にコイルボビンを保持したフィールドコアとしては、コイル収容溝に収容され抜け止めされたコイルボビンのフランジ部とコイル収容溝の底部との間に弾性体を介装して、その弾性体の押圧力でコイルボビンをコイル収容溝内に保持した構造のフィールドコア（実公昭５４−４５９４号公報参照）や、ばね性を有する環状の支持部材をコイル収容壁に圧入嵌合して、その支持部材でコイル巻体をコイル収容溝内に保持した構造のフィールドコア（実公昭５４−２５５５０号公報）、コイル収容溝の開口部分に薄肉部を設け、その薄肉部を折り曲げることによりコイルボビンを保持した構造のフィールドコア（特公昭５４−２１５０４号公報）等が知られている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような掘削方向制御装置５の装置ハウジング７内に組込まれる中空型の電磁連結装置２０は、外径寸法と内径寸法とに制約があるため、軸線方向に開口する断面がコ字状で環状なコイル収容溝を有するフィールドコアの内側にロータを回転自在に支持した構造を採用することができないという問題があった。
【００１５】
すなわち、フィールドコアの内側に一対の軸受でロータを回転自在に支持すると、フィールドコアの内側継鉄部とロータのボス部とがエアギャップを介して半径方向で重なり合うので、十分なコイル収容空間を設けることができない。したがって、このような掘削方向制御装置５に用いる電磁連結装置には、外径寸法を可能な限り小さくするとともに、内径寸法を可能な限り大きくし、全体として径方向の薄型化を図ることが望まれている。
【００１６】
また、上述した掘削方向制御装置５に組込まれる電磁連結装置２０の使用環境は、圧力が約１００ＭＰａ、温度が約１５０℃、振動が約２５Ｇ（５〜５００Ｈｚ）であり、このような高圧、高温、高振動の使用環境において耐久性に優れたフィールドコアを設計しなければならない。
【００１７】
また、エポキシ樹脂等の注型樹脂は、高圧、高温、高振動の使用環境において破壊されやすい。特に、注型作業において注型樹脂内に気泡ができると、固められた注型樹脂に亀裂が発生して破壊される。また、樹脂の注型作業があると、フィールドコアの生産性が低下する。また、上述した理由によってフィールドコアに注型樹脂を流し込むコイル収容溝を設けることができないので、電磁コイルを注型樹脂でフィールドコアに保持することができない。
【００１８】
一方、注型樹脂を使用せずにコイルボビンをコイル収容溝に保持することも考えられるが、この場合は、コイルボビンをフィールドコアに押圧する弾性体の押圧力や、薄肉部を折り曲げることによりコイルボビンに作用する押圧力により、高振動に対するコイルボビンの保持力を強くする必要がある。しかし、コイルボビンへの押圧力を強くすると、巻線されて重なり合っている電磁コイルの絶縁被覆が擦られてはがれるので、電磁コイルの絶縁不良になるおそれがある。
【００１９】
また、引張り強度が弱いプラスチックで形成したコイルボビンでは、掘削方向制御装置の使用環境に耐える十分な品質が期待できなかった。また、掘削方向制御装置５の装置ハウジング７の内周面にフィールドコアの外周面を固定する構造において、装置ハウジング７の内周面にリード線を電源側に引き出すための溝を形成すると、装置ハウジング７の強度が低下するという問題があった。
【００２０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、掘削機の掘削方向制御装置用として径方向の薄型化を図るとともに、耐高圧、耐高温、耐高振動に優れた電磁連結装置を得ることを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
このような目的に応えるために本発明の請求項１に係る掘削機の掘削方向制御装置用電磁連結装置は、装置ハウジング内に配置され、掘削機ドリルの回転シャフトの回転を前記掘削方向制御装置の被伝達部に選択的に伝達する掘削機の掘削方向制御装置用電磁連結装置であって、装置ハウジングの内周部に装着され径方向に延在する主継鉄部とその外方端部から軸線方向に延設された外側継鉄部からなるフィールドコアと、軸線方向に延設されたボス部とその端部から径方向外側に延設されたディスク部とからなるロータと、これらのフィールドコアとロータとの間に介在され電磁コイルを巻回したコイルボビンと、前記フィールドコアに対して前記ロータを回転自在に支持する一対の軸受と、前記フィールドコアおよびロータと同軸上に配置されたアーマチュアと、このアーマチュアを軸線方向にのみ移動自在に支持し前記被伝達部に連結されるアーマチュアハブとを備え、前記一対の軸受を、コイルボビンの軸線方向の両端側であってこのコイルボビンの内周部よりも径方向外側に配設したことを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、コイルボビンをフィールドコアの外側継鉄部とロータのボス部との間に配設することが可能となる。
【００２３】
本発明の請求項２に係る掘削機の掘削方向制御装置用電磁連結装置は、請求項１において、前記コイルボビンの軸線方向一端部を前記フィールドコアに形成したボビン嵌合部に嵌合させ、他端部を前記フィールドコアの外側継鉄部に固定した非磁性材製のベアリングホルダの円筒部に嵌合させることにより、前記コイルボビンを前記フィールドコアに保持させたことを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、コイルボビンをフィールドコアとベアリングホルダで保持しているから、フィ一ルドコアに断面がコ字状の環状溝からなるコイル収容部を設けることなく、コイルボビンをフィールドコアに保持させることができる。また、フィールドコアに内側継鉄部を形成する必要がない。さらに、フィールドコアのボビン嵌合部は、磁束が流れる磁気回路ではないので、薄肉に形成することができる。
【００２５】
本発明の請求項３に係る掘削機の掘削方向制御装置用電磁連結装置は、請求項２において、前記コイルボビンとベアリングホルダとの間に、弾力性を有する隙間充填部材を介装したことを特徴とする。
【００２６】
本発明によれば、コイルボビンが強く押圧されることがない。
【００２７】
本発明の請求項４に係る掘削機の掘削方向制御装置用電磁連結装置は、請求項１、請求項２または請求項３において、前記コイルボビンを耐熱性に優れ引張り強度が強いエンジニアリングプラスチックで形成したことを特徴とする。
【００２８】
本発明によれば、高圧、高温、高振動に対して耐久性がある。
【００２９】
本発明の請求項５に係る掘削機の掘削方向制御装置用電磁連結装置は、請求項１、請求項２、請求項３または請求項４において、前記フィールドコアの外周面に凹状に窪んだ部分を形成し、この部分に電磁コイルと電気的に接続されたリード線を引き出す引出し口と、引き出したリード線の先端を電気的に接続する中継端子とを設け、前記フィールドコアの外周面を前記堀削方向制御装置の装置ハウジングへの取付け面とするとともに、前記中継端子の絶縁体を、耐熱性に優れ引張り強度が強いエンジニアリングプラスチックで形成したことを特徴とする。
【００３０】
本発明によれば、掘削方向制御装置の装置ハウジングにリード線通し溝を形成する必要がなく、装置ハウジングの強度低下を防止することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１ないし図９は本発明に係る掘削機の掘削方向制御装置用電磁連結装置の一つの実施の形態を示す。これらの図において、図１は掘削機の掘削方向制御装置用電磁連結装置の断面図、図２は図１の掘削方向制御装置用電磁連結装置の右側半分を拡大して示す断面図、図３は図２の要部を拡大した断面図である。
【００３２】
図４はフィールドコアの主継鉄部の一部を破断して示す側面図、図５はフィールドコアのリード線が引き出された部分の側面図、図６は図５のVI−VI線断面図である。図７は電磁連結装置におけるロータのディスク部の平面図、図８（ａ），（ｂ）はアーマチュアのクラッチ用摩擦面側およびブレーキ用摩擦面側の平面図、図９はアーマチュアハブの平面図である。
【００３３】
これらの図に示した電磁連結装置２０は、前述した図１１における掘削方向制御装置５の円筒状の装置ハウジング７に組込まれるとともに、装置ハウジング７内に充填された合成潤滑油により摩擦面が湿潤状態となる中空型の湿式電磁連結装置である。なお、図１１に示すように掘削方向制御装置５において、第１、第２の環状部材１２，１３からなる二重偏心機構部１０を制御するために電磁連結装置２０は上、下に設けられているが、これらは配設方向が逆向きであって第１、第２の調和歯車減速機８，９への回転伝達、遮断を行うものであり、ここでは上方の第１の電磁連結装置２０のみを図示して以下に説明する。
【００３４】
電磁連結装置２０は、掘削方向制御装置５の装置ハウジング７に装着されるフィールドコア２１と、このフィールドコア２１の内周面側に設けられたロータ２２と、これらフィールドコア２１やロータ２２と同軸上に配置されたアーマチュア２３と、このアーマチュア２３を軸線方向にのみ移動自在に支持したアーマチュアハブ２４等を主な構成部材として構成されている。そして、前記ロータ２２が掘削機ドリル（図１０の符号４）の回転シャフト２にオルダム継手（図示せず）を介して連結され、前記アーマチュアハブ２４が調和歯車減速機の波動発生器（図１１の符号８ｄ）に連結される構造である。
【００３５】
前記フィールドコア２１は、図１および図２に示すように、コイル収容溝２１ａが形成された円筒状の部材であり、コイル収容溝２１ａの底部となる環状の主継鉄部２６ａと、この主継鉄部２６ａの外方端部（外方端の側面部）から軸線方向に突出した円筒状の外側継鉄部２６ｂと、主継鉄部２６ａの内側の側面から外側継鉄部２６ｂと同方向に突出した薄肉円筒状のボビン嵌合部２６ｃとから形成されている。前記外側継鉄部２６ｂの内周面は、主継鉄部２６ａの側面から先端に向かって段階的に拡径した形状に形成されている。
【００３６】
また、前記フィールドコア２１を形成する各継鉄部２６ａ，２６ｂとボビン嵌合部２６ｃによって形成されるボビン嵌合溝に、電磁コイル２７を巻線した一部の断面が外向きコ字状を呈するコイルボビン２８の軸線方向一端部を嵌合させて保持させている。
【００３７】
前記コイルボビン２８は、耐熱性に優れ引張り強度が約１００ＭＰａ以上の樹脂材、たとえばＰＥＥＫ材（ポリエーテルエーテルケトン）で形成されている半径方向外側が開口した環状の巻き枠であり、一端側の内周面がボビン嵌合部２６ｃに嵌合されている。
【００３８】
前記コイルボビン２８に巻線された電磁コイル２７の両巻端部には、図４および図５に示したリード線２９ａ，２９ｂの心線がはんだ付けされている。また、電磁コイル２７には、絶縁テープ（図示せず）が巻かれている。前記リード線２９ａ，２９ｂは、引出し口３０ａに嵌合された絶縁ブッシュ３０を通って外側へ引き出されている。引き出された各リード線２９ａ，２９ｂには、丸形端子３１，３１が接続されている。この丸形端子３１，３１は、フィールドコア２１の外側継鉄部２６ｂに嵌合されたＰＥＥＫ材製の絶縁体３２に固定された中継端子３３にねじ止めされている。
【００３９】
前記フィールドコア２１の外周面は、前記掘削方向制御装置５の装置ハウジング７の内周面に嵌合されるため、絶縁ブッシュ３０や中継端子３３が嵌合固定された外側継鉄部２６ｂの外周部分は凹状に窪んで形成されている。図５中３４は、軸線方向に図示しないリード線を外部電源に向かって配線するための溝部であり、３４ａは中継端子３３を設けるための溝部である。
【００４０】
前記中継端子３３，３３の絶縁体３２，３２は鍔付き円筒部材であり、外側から外側継鉄部２６ｂの貫通穴に嵌合され、内方端側を熱変形させて折り曲げることにより固定されている。また、図５中３４ｂ，３４ｂはリード線２９ａ，２９ｂを固定する部材（図示せず）の固定用ねじ穴である。
【００４１】
前記フィールドコア２１のアーマチュア２３側の端部には、図１〜図３に示すように、ステンレス鋼材等の非磁性材料で形成されたベアリングホルダ３６が固定されている。前記ベアリングホルダ３６は、フィールドコア２１の外側継鉄部２６ｂの内側で軸線方向に突出した円筒部３６ａと、コイルボビン２８のフランジ部の側面に当接した円板状の当接部３６ｂと、この当接部３６ｂの半径方向内側に形成されコイルボビン２８の内周面に嵌合された円筒状の嵌合部３６ｃとから構成されている。この当接部３６ｂの円筒部３６ａ側の側面には、後述する軸受４１の突き当て部３６ｄが設けられている。
【００４２】
前記ベアリングホルダ３６の円筒部３６ａと外側継鉄部２６ｂの外側磁極面とにより、フィールドコア２１には環状溝３７が設けられている。また、コイルボビン２８のフランジ部とベアリングホルダ３６の当接部３６ｂとの間には、電気絶縁用シリコンゴム等のように弾力をもった隙間充填剤を充填することにより、隙間充填部材４０が設けられている。図３に示すようにこの隙間充填部材４０に前記コイルボビン２８にベアリングホルダ３６を被せたときにできる隙間（約０．５〜１．０ｍｍの隙間）を埋めている。すなわち、コイルボビン２８をベアリングホルダ３６で主継鉄部２６ａ側に強く押圧することなく、フィールドコア２１にコイルボビン２８を保持させている。
【００４３】
なお、電気絶縁用シリコンゴムは、コイルボビン２８の内周面とベアリングホルダ３６の嵌合部３６ｃとの間にも充填される場合がある。また、前記隙間充填部材４０としては、ゴム硬度が低いゴムシートなどの弾性材シートを用いてもよい。
【００４４】
前記フィールドコア２１に対して回転自在に支持されたロータ２２には、フィールドコア２１の内側に挿入された円筒状のボス部２２ａと、このボス部２２ａの一方の端部（図２中上側）から半径方向外側に延設されオルダム継ぎ手が連結される環状なフランジ部２２ｂと、ボス部２２ａの他方の端部（図２、図３中下側）に止めねじ２２ｄによりねじ止めされた環状なディスク部２２ｃが設けられている。
【００４５】
このディスク部２２ｃは、環状溝３７に遊嵌された外側円筒部２２ｅと、ボス部２２ａの端部に嵌合された内側円筒部２２ｆと、これら円筒部２２ｅ，２２ｆの端部を接続した円板部２２ｇとを有する形状である。また、このディスク部２２ｃの円板部２２ｇには、非磁性材料により形成された環状な断磁部（銅ろう等からなる）２２ｈと、フィールドコア２１の外側継鉄部２６ｂの端面より僅かに突出している摩擦面２２ｉが形成されている。
【００４６】
図７中２２ｊは潤滑油を逃がすための溝部であり、この溝２２ｊを摩擦面２２ｉに径方向に向かって形成することにより、アーマチュア２３を吸着したときの面圧を上げて摩擦係合力を確保するためのものである。
この実施の形態での電磁連結装置１０では、ロータ２２のボス部２２ａ内周面が円錐形状のテーパ面に形成され、フィールドコア２１の主継鉄部２６ａ側に向かって磁路断面積が小さくなっている。
【００４７】
前記ロータ２２は、フィールドコア２１の内側にボス部２２ａが嵌挿される。前記フランジ部２２ｂの外周面と主継鉄部２６ａの内周面との間に後述する軸受４２が介在されている。一方、外側円筒部２２ｅを環状溝３７に遊嵌した状態で、ディスク部２２ｃがボス部２２ａにねじ止めされる。
【００４８】
内側円筒部２２ｆの外周面とベアリングホルダ３６の円筒部３６ａとの間には、後述する軸受４１が介在されている。そして、フィールドコア２１の外側継鉄部２６ｂのアーマチュア２３側の内周面（外側磁極面）とロータ２２のディスク部２２ｃの外側円筒部２２ｅとの間、およびフィールドコア２１の主継鉄部２６ａの内周面（内側磁極面）とボス部２２ａとの間には、電磁コイル２７の磁束が流れるエアギャップが形成される。
【００４９】
図１および図２中４１，４２は、前記フィールドコア２１に対してロータ２２を回転自在に支持するための軸受である。これらの軸受４１，４２は、前記電磁コイル２７を巻回したコイルボビン２８の軸線方向の両端側であって、このコイルボビン２８の内周部よりも径方向外側寄りに位置するように前記フィールドコア２１とロータ２２との間に介在されている。
【００５０】
このような構造によって、フィールドコア２１、ロータ２２および電磁コイル２７を巻回したコイルボビン２８からなる組み立て体の径方向の薄型化を図っている。
【００５１】
次に、アーマチュア２３とアーマチュアハブ２４について以下に説明する。
前記アーマチュア２３は一部の断面形状が略Ｌ字状を呈する環状な部材であり、図２に示すようにロータ２２のディスク部２２ｃに設けられた摩擦面２２ｉと所定のエアギャップをおいて対向するクラッチ用摩擦面２３ａと、外周面から反ロータ２２側に延設された円筒部２３ｂとから構成されている。この円筒部２３ｂの先端側の内周面にはスプライン溝２３ｃが設けられている。
【００５２】
前記クラッチ用摩擦面２３ａを有する内フランジ２３ｄには、図２および図８（ａ）に示すように円周方向を等間隔おいた位置に複数の段付き穴２３ｅが後述するトルク伝達ピン４７用の穴として形成されている。なお、図８（ａ）中２３ｆはクラッチ用摩擦面２３ａに径方向に形成された潤滑油の逃がし溝、２３ｇは貫通穴である。
【００５３】
前記アーマチュアハブ２４は、前記アーマチュア２３のスプライン溝２３ｃが嵌合するスプライン溝２４ａが外周面に形成されているとともに、円周方向を等間隔おいた位置に、複数の段付き穴２４ｂが形成されている。これらの各段付き穴２４ｂには、弾性部材（アーマチュア２３の戻しばね）としての圧縮コイルばね４８と、この圧縮コイルばね４８の中心穴内に挿入され、先端がアーマチュア２３の段付き穴２３ｅ内に挿入され抜け止めされた有頭状のトルク伝達ピン４７が設けられている。
【００５４】
このように組み立てられたアーマチュア２３とアーマチュアハブ２４は、圧縮コイルばね４８のばね力により、アーマチュア２３のクラッチ用摩擦面２３ａがロータ２２の摩擦面２２ｉから所定間隔おいて離間している。
前記アーマチュアハブ２４の内フランジ２３ｄ部分には周方向に等間隔おいて複数の貫通穴２４ｃが形成され、これらの貫通穴２４ｃには、図１に示すように、トルク伝達ピン４９が組み付けられている。これらのトルク伝達ピン４９は、前記掘削方向制御装置５の被伝達部となる調和歯車減速機８の波動発生器８ｄに前記回転シャフト２からの回転を選択的に伝達するためのものである。
【００５５】
この実施の形態において、前記電磁連結装置２０は、アーマチュア２３の円筒部２３ｂの端面をブレーキ用摩擦面２３ｈとし、このブレーキ用摩擦面２３ｈをアーマチュアハブ２４の側面よりも軸線方向に突出させた構造になっている。このブレーキ用摩擦面２３ｈは圧縮コイルばね４８のばね力でアーマチュア２３のブレーキ用摩擦面２３ｈが図１および図１１に示すように前記掘削方向制御装置５の装置ハウジング７に固定された調和歯車減速機８の内歯車８ａに摩擦係合するように構成されている。
【００５６】
すなわち、圧縮コイルばね４８のばね力によりブレーキ用摩擦面２３ｈを内歯車８ａに当接させた状態で、アーマチュア２３のクラッチ用摩擦面２３ａとロータ２２の摩擦面２２ｉとの間に、所定寸法のエアギャップが形成される構造である。
【００５７】
以上のような構造からなる電磁連結装置２０は、電磁コイル２７に通電すると、圧縮コイルばね４８のばね力に抗してアーマチュア２３のクラッチ用摩擦面２３ａがロータ２２の摩擦面２２ｉと摩擦係合する。また、電磁コイル２７ヘの通電を断つと、圧縮コイルばね４８のばね力によりアーマチュア２３はロータ２２から離間するとともに、アーマチュア２３のブレーキ用摩擦面２３ｈが前記内歯車８ａと摩擦係合する。このようにブレーキ用摩擦面２３ｈが内歯車８ａに摩擦係合すると、アーマチュア２３の回転が停止される。
【００５８】
ここで、磁束の磁気漏洩を考慮すると、掘削方向制御装置５の装置ハウジング７や調和歯車減速機８の内歯車８ａは、非磁性材料で形成されることが好ましい。
【００５９】
なお、本発明は上述した実施の形態で説明した構造には限定されず、各部の形状、構造等を適宜変形、変更し得ることはいうまでもない。たとえばコイルボビン２８や中継端子３３の絶縁体３２をＰＥＥＫ材で形成したが、その他の耐熱性（高温度雰囲気中での耐久性）に優れしかも引張り強度が強い樹脂材で形成してもよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る掘削機の掘削方向制御装置用電磁連結装置によれば、フィールドコアとロータとの間にコイルボビンを配設するとともにその軸線方向の両端側に一対の軸受を配設しているから、コイルボビンをフィールドコアの外側継鉄部とロータのボス部との間に配設することが可能となり、径方向の薄型化を図ることができる。したがって、外径方向の寸法を小さくするとともに内径方向の寸法を大きくすることが望まれる掘削機の掘削方向制御装置に用いて効果がある電磁連結装置を得ることができる。
【００６１】
また、本発明によれば、コイルボビンをフィールドコアとベアリングホルダで保持するようにしたので、フィールドコアに断面がコ字状の環状溝からなるコイル収容部を設けることなく、コイルボビンをフィールドコアに保持することができる。したがって、高振動によるリード線と電磁コイルとの接続部分の断線を防止することができる。
【００６２】
また、フィールドコアに内側継鉄部を形成する必要がない。さらに、フィールドコアのボビン嵌合部は、磁束が流れる磁気回路ではないので薄肉に形成することができる。したがって、フィールドコアに十分なコイル収容空間を設けることができる。また、ベアリングホルダを非磁性材料で形成することによって、このベアリングホルダに嵌合される軸受への磁気漏洩を防止することができる。
【００６３】
本発明によれば、フィールドコアの外側継鉄部にベアリングホルダを固定することにより、コイルボビンが強く押圧されることがないので、電磁コイルの絶縁被覆の剥離による絶縁不良を防止することができるとともに、コイルボビンを確実に保持させることができる。
【００６４】
本発明によれば、コイルボビンがフィールドコアとベアリングホルダとによって安定した状態で保持されるから、高圧、高温、高振動によりコイルボビンが破壊されることはなく、掘削機の掘削方向制御装置用として用いて効果を発揮できる中空型の電磁連結装置を得ることができる。
【００６５】
本発明によれば、掘削方向制御装置の装置ハウジングにリード線通し溝を形成する必要がなく、装置ハウジングの強度低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る掘削機の掘削方向制御装置用電磁連結装置の一つの実施の形態を示す断面図である。
【図２】図１の掘削方向制御装置用電磁連結装置の右側半分を拡大して示す断面図である。
【図３】図２の要部を拡大した断面図である。
【図４】図１の電磁連結装置においてフィールドコアの主継鉄部の一部を破断して示す側面図である。
【図５】図４の電磁連結装置においてフィールドコアのリード線が引き出された部分の側面図である。
【図６】図５のVI−VI線断面図である。
【図７】図１の電磁連結装置においてロータのディスク部の平面図である。
【図８】（ａ），（ｂ）は図１の電磁連結装置においてアーマチュアのクラッチ用摩擦面側およびブレーキ用摩擦面側の平面図である。
【図９】図１の電磁連結装置においてアーマチュアハブの平面図である。
【図１０】本発明に係る掘削方向制御装置用電磁連結装置を適用する石油井掘削機の全体構成を示す概略構成図である。
【図１１】図１０に組み込まれた掘削方向制御装置の構成を示す模式図である。
【図１２】図１１の掘削方向制御装置における二重偏心機構部の構成図である。
【符号の説明】
１…石油井掘削機（掘削機）、２…回転シャフト、３…ドリルカラー、４…ドリルビット（掘削機ドリル）、５…掘削方向制御装置、６…シャフト保持機構、７…装置ハウジング、８，９…調和歯車減速機、８ａ，９ａ…剛性内歯車、８ｄ，９ｄ…波動発信器、１０…二重偏心機構部、１２，１３…第１、第２の環状部材、２０…電磁連結装置、２１…フィールドコア、２２…ロータ、２２ａ…ボス部、２２ｂ…フランジ部、２２ｃ…ディスク部、２２ｄ…止めねじ、２２ｅ…外側円筒部、２２ｆ…内側円筒部、２２ｇ…円板部、２２ｈ…断磁部、２２ｉ…摩擦面、２３…アーマチュア、２３ａ…クラッチ用摩擦面、２３ｂ…円筒部、２３ｃ…スプライン溝、２３ｄ…内向きフランジ、２３ｅ…段付き穴、２４…アーマチュアハブ、２４ａ…スプライン溝、２４ｂ…段付き穴、２４ｃ…孔、２６ａ…主継鉄部、２６ｂ…外側継鉄部、２６ｃ…ボビン嵌合部、２７…電磁コイル、２８…コイルボビン、２９ａ，２９ｂ…リード線、３０…絶縁ブッシュ、３１…丸形端子、３２…絶縁体、３３…中継端子、３６…ベアリングホルダ、３６ａ…円筒部、３６ｂ…当接部、３６ｃ…嵌合部、３６ｄ…突き当て部、３７…環状溝、４０…隙間充填部材、４１，４２…軸受、４７…トルク伝達ピン、４８…圧縮コイルばね、４９…トルク伝達ピン。

Claims

掘削方向制御装置の装置ハウジング内に配置され、掘削機ドリルの回転シャフトの回転を前記掘削方向制御装置の被伝達部に選択的に伝達する掘削機の掘削方向制御装置用電磁連結装置において、
前記装置ハウジングの内周部に装着され径方向に延在する主継鉄部とその外方端部から軸線方向に延設された外側継鉄部からなるフィールドコアと、
軸線方向に延設されたボス部とその端部から径方向外側に延設されたディスク部とからなるロータと、
これらのフィールドコアとロータとの間に介在され電磁コイルを巻回したコイルボビンと、
前記フィールドコアに対して前記ロータを回転自在に支持する一対の軸受と、
前記フィールドコアおよびロータと同軸上に配置されたアーマチュアと、
このアーマチュアを軸線方向にのみ移動自在に支持し前記被伝達部に連結されるアーマチュアハブとを備え、
前記一対の軸受を、前記コイルボビンの軸線方向の両端側であってこのコイルボビンの内周部よりも径方向外側に配設したことを特徴とする掘削機の掘削方向制御装置用電磁連結装置。
請求項１記載の掘削機の掘削方向制御装置用電磁連結装置において、
前記フィールドコアの外側継鉄部のアーマチュア側の先端部内周面と、前記フィールドコアの主継鉄部の内周面とを磁極面とするとともに、
前記コイルボビンの軸線方向一端部を前記フィールドコアに形成したボビン嵌合部に嵌合させ、他端部を前記フィールドコアの外側継鉄部に固定した非磁性材製のベアリングホルダの円筒部に嵌合させることにより、前記コイルボビンを前記フィールドコアに保持させたことを特徴とする掘削機の掘削方向制御装置用電磁連結装置。
請求項２記載の掘削機の掘削方向制御装置用電磁連結装置において、
前記コイルボビンとベアリングホルダとの間に、弾力性を有する隙間充填部材を介装したことを特徴とする掘削機の掘削方向制御装置用電磁連結装置。
請求項１、請求項２または請求項３記載の掘削機の掘削方向制御装置用電磁連結装置において、
前記コイルボビンを耐熱性に優れ引張り強度が強いエンジニアリングプラスチックで形成したことを特徴とする掘削機の掘削方向制御装置用電磁連結装置。
請求項１、請求項２、請求項３または請求項４記載の掘削機の掘削方向制御装置用電磁連結装置において、
前記フィールドコアの外周面に凹状に窪んだ部分を形成し、この部分に電磁コイルと電気的に接続されたリード線を引き出す引出し口と、引き出したリード線の先端を電気的に接続する中継端子とを設け、
前記フィールドコアの外周面を前記堀削方向制御装置の装置ハウジングへの取付け面とするとともに、
前記中継端子の絶縁体を、耐熱性に優れ引張り強度が強いエンジニアリングプラスチックで形成したことを特徴とする掘削機の掘削方向制御装置用電磁連結装置。