JPH0443155B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は地下岩層を選択的に直線状掘削又はか
たよつた掘削をする装置に関する。

〔従来の技術〕

欧州特許出願第0085444号には直線状掘削又は
かたよつた掘削に使用される装置が開示されてい
る。殊に上記出願は掘削中における掘削孔径路を
制御する方法及び装置について述べている。

上記の方法及び装置は、掘削用錐先に結合した
出力軸を備えた孔掘削用モータを有するハウジン
グを支持するように配列された第１及び第２の安
定化装置を含む。両安定化装置の少なくとも一つ
はハウジングに対して偏心状に形成されているの
で、ハウジングの回転により孔掘削用モータの出
力軸の軸線の角度が変化する。このようにしてハ
ウジングの回転と孔掘削用モータの作動時間長さ
を制御することにより掘削孔の径路を制御するこ
とができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

軸線の角度が変化するとハウジングに応力がか
かり、これが掘削用錐先に伝えられて錐先と掘削
孔壁部との間に過度の摩擦を発生することにな
る。さらに両安定化装置、掘削伝導軸とハウジン
グ間、孔掘削用モータの出力軸と掘削用錐先間、
ハウジングの部分間の連結部に歪を生ずる。上記
の応力により装置の破損を起し、軸受を甚だしく
摩耗させる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の目的は、上述した応力に関係した問題
を減少させるようにした地下掘削に使用する装置
を提供することである。

上記の問題を解決する本発明の要旨は、筒状の
ハウジングと、該ハウジング内に設けられかつ出
力軸を有する孔掘削用モータと、上記出力軸を掘
削用錐先に連結する装置と、上記ハウジングを掘
削伝動軸に連結する装置と、上記ハウジングに設
けた第１及び第２の安定化装置とを備え、上記ハ
ウジングが互に連結した上部部分と下部部分とを
含み、かつ上記第１の安定化装置が上記ハウジン
グの下部部分に設けられ、上記第２の安定化装置
が上記ハウジングの上部部分に設けられた地下の
孔掘削に使用する装置において、上記上部部分が
長手軸線を有し、上記下部部分が上記上部部分の
軸線に対して角度をなした長手軸線を有し、また
上記上部部分と下部部分との間には、該上部及び
下部部分の軸線と夫々交差する長手軸線を有した
中間部分が設けられたことを特徴とする地下の孔
掘削に使用する装置である。

ハウジングの上部及び下部部分を角度付の接続
部材、殊に螺切接続部材によつて中間部分に連結
することが好ましい。

本発明の一実施例によれば、上記中間部分が複
数の交換可能な要素を含んでいて、上部及び下部
部分の夫々の軸線間の角度が予備設定できるよう
に形成されている。

ある角度に予備設定された中間部分の長さが、
別の角度に予備設定された中間部分の長さと異な
つていると都合がよい。

ハウジングの下部部分が、中間部分に対して予
備設定して取付けられた角度により定まる該下部
部分の軸線に対して、角度をなして取付けた接続
部分を備えることが好ましい。

ハウジングの下部部分又は上部部分に対して第
１の安定化装置又は第２の安定化装置の位置が
夫々調節可能であることが好ましい。

少なくとも第１の安定化装置が偏心状に調節可
能であることが好ましい。尚、偏心状に調節可能
な適宜の安定化装置は西独特許出願第P34
03239、８−24号に開示されている。

〔実施例〕

以下、添付図面について本発明を詳細に説明す
る。

第１図に示す掘削装置は、本文に参照した欧州
特許出願第0085444号の構想を具体化したもので
ある。図にいて掘削装置２が掘削孔１内に在るこ
とを示している。掘削装置２は、図示せぬ連結手
段によつて掘削伝動軸４に連結したハウジング３
を含む。この連結手段は欧州特許出願第0085444
号に示すように螺切部材にすることができる。掘
削伝動軸４は回転テーブル５により回転されるよ
うに構成されている。又回転テーブル５は該回転
テーブル５及び掘削伝動軸４の回転を制限する拘
止装置７を備える。尚、回転テーブル５及び拘止
装置７は搭６に設けられている。

拘止装置７は掘削伝動軸４の回転を制御して、
例えば連続回転又は掘削伝動軸を掘削孔に整合さ
すために制限された速度で回転させるものであ
る。拘止装置７が拘止状態にある時には、掘削伝
動軸４及びハウジング３は回転されない。

第２図及び第３図に示す掘削装置２の別の実施
例は、装置の主軸線８に対して共心状の上部部分
９と、主軸線に対してかたよつた下部部分１０
と、上部部分９を下部部分１０に接続する中間部
分１１を有する点で共通である。

ハウジング３の上部部分９に図示せぬモータを
設けることができる。モータは例えばタービン型
モータ、翼車型モータ、容積型モータ或は電気モ
ータにすることができる。モータのロータを中間
部分１１を通して延びたシヤフトと万能継手及び
下部部分１０内に設けた被動軸１２とを介して回
転可能の掘削用錐先１３に連結する。

下部部分１０上に下部安定化装置１４を、また
上部部分９上又はそれより少し上方に上部安定化
装置１５を配設する。下部安定化装置１４は、被
動軸１２及び回転掘削錐先１３の回転軸線を定め
る下部部分１０の軸線１６を、回転掘削錐先１３
の付近において主軸線８に交差させるためのもの
である。上記の交差点は正確に下部安定化装置１
４の重心位置に存在する。

上部安定化装置１５は、下部部分１０の偏り角
を主軸線８に対して保たせるもので、この偏り角
度は部分１０，１１，９を連結する時に予備設定
される。この連結は第４図に示すように、上部部
分９と中間部分１１との間に短いパイプを曲げた
移り変わり部１７を設け或は第５図に示すように
部分９，１１に傾斜したねじ結合部を直接取付け
ることによつて行なう。

ハウジング３を静止状にして下部部分１０の軸
線、従つて被動軸１２及び回転掘削錐先１３の軸
線を主軸線８に対してかたよらせることにより、
掘削された掘削孔１は下部部分の軸線１６の方向
に屈曲した形状となる。若しハウジング３も回動
させ又屈曲回転軸線も回転させると、回転掘削錐
先１３の合成運動により主軸線８の方向の掘削孔
１が得られる。このようにして、回転テーブル５
従つて掘削伝動軸４及びハウジング３を拘止又は
回動させることにより、かたよつた掘削又は直線
掘削を選択的に行なうことができる。

下部部分の回転軸線１６と主軸線８との交差点
を回転掘削錐先１３の近くに置くことにより、直
線掘削型の作動時及びかたよつた掘削時よりも回
転掘削錐先１３の偏心運動によつて掘削孔は広く
なる。

掘削孔の広がり量は回転掘削錐先１３の領域に
おける下部部分の回転軸線１６と主軸線８間の軸
線方向の移動量２７の約２倍に等しい。この軸線
方向の移動量２７を片寄り（OFFSET）を呼ぶ。
第２図に示す求心安定化装置１４の代りに偏心安
定化装置を使用すると片寄り２７をゼロまで減少
させることができる。偏心安定化装置の偏心度は
片寄りを補整するように構成されている。第３図
の実施例はそのような変形態様を示すもので、回
転掘削錐先１３に近接した安定化装置１８は偏心
安定化装置である。この実施態様は直線掘削時に
掘削孔が広がるのを防止すると共に回転掘削錐先
１３の外周部分及び安定化装置１８の外表面の摩
耗を減少させ又ハウジング３に曲げ応力がかから
ないようにする利点がある。

掘削装置２は掘削用錐先１３の直径を種々に変
えて作動させることができる。上記は交換可能な
安定化装置を備えることにより容易となる。下部
安定化装置１８の偏心度を予備設定することがで
きる。第６図〜第１２図は偏心安定化装置の種々
の実施例を示す。

第６図及び第７図に示す安定化装置１８は何れ
の場合も担持体１９と、外周面に突条を有するさ
や部材２０とを備え、さや部材２０は担持体１９
に固着されている。突条付さや部材２０を担持体
１９に対して段階的に整合させることができる。
第６図の実施例では部材１９，２０間の固着はス
プラインの歯２１により行なわれ、第７図の実施
例では半径方向に設けた歯２２により行なわれ
る。

第８図〜第１０図の実施例では突条付さや部材
２０を取換えて担持体１９に対して連続的に調節
可能にしている。さや部材と担持体の相対的位置
を摩擦的連結手段で固定することができる。

第８図において、突条付さや部材２０は締りば
めされている。この締りばめは流体圧をかけて突
条付さや部材を膨張させ、該さや部材を担持体に
押圧した後にさや部材にかけていた圧力を解除し
て行なう。さや部材２０にはシール材２３を設け
る。

第９図は長手方向に切溝を有する中間用さや部
材２４を用いて突条付さや部材２０を固着したも
のである。この中間用さや部材２４は突条付さや
部材２０に対向した側に螺切円錐面を有し、さや
部材２０にねじ込むと担持体に拘止される。第１
０図に示す実施例では、突条付さや部材２０に該
突条に沿つて切溝を設け、数個のねじ２５により
担持体１９に締付ける。

安定化装置１８を所望の偏心度に予備設定した
い場合には第１１図及び第１２図の実施例のよう
にする。この実施例では担持体１９及び突条付さ
や部材２０の他に偏心型中間さや部材２６を備え
る。担持体１９に対して突条付さや部材２０を整
合させ乍ら安定化装置１８の偏心量を最大値から
最小値にかけて段階的に変えることができる。各
部材は第７図の実施例で述べたように半径方向に
設けた歯により固着される。

第１３図及び第１４図に示す掘削装置２の実施
例では、上部部分の軸線と下部部分の軸線間の角
度が予備設定できるように中間部分を複数の交換
可能な要素に形成したものである。この実施例は
第２図の実施例の変形態様であつて、同一の要素
には同一の符号が使用されている。

直線状掘削を行なう際、掘削装置２の屈曲部分
１０によつて生ずる妨害要素を最小にするため
に、かたよつた掘削中に正確に所望の最小曲率半
径となるように掘削装置の屈曲傾向を定める。屈
曲傾向は中間部分１１の屈曲角αに等しい角度に
予備設定することによつて得られる。第１３図に
は上記を破線１１′及び１１″で示した二つの角度
で表わしている。破線１１″は屈曲角0°の場合に
等しく、これは中間部分１１が主軸線８に共軸心
状に整合した場合に相当する。

実際には、装置を夫々異なつた屈曲角を有する
１１，１１′，１１″等の少なくとも二つの中間部
分で１セツトにすることが好ましい。中間部分の
両端に螺切連結部を設け互換性を付与することが
好ましい。上記の螺切連結部は中間部分の軸線に
対してある取付角を有していて、掘削用錐先又は
ハウジングの下部部分１０に連結した時に屈曲角
を付与することができる。

セツト中の中間部分群が夫々同一長さである場
合には夫々の取付角αだけを変化させることがで
きる。この型式の中間部分のセツトは、被動軸１
２を駆動するために中間部分内で回転させるシヤ
フトを、屈曲角変更の度に取換えないで使用でき
る利点がある。これに対して夫々の中間部分の長
さを変え、上部部分９及び下部部分１０に対する
角度を夫々一様なα度及びβ度にした中間部分の
セツトが考えられる。上記の両型式の利点を複合
することもできる。

中間部分の長さ及び屈曲角αを一定にしておい
て角度βを目的に応じて選択することができる。
又下部部分１０を交換自在の部材に設計してお
き、それを交換することにより種々の角度β又は
種々の屈曲角αと種々の角度αの組合せを得るこ
とができる。また中間部分１１に連結する下部部
分１０の長さを種々に変えて、例えば角度を設け
て取付けたねじにより中間部分１１に連結するこ
とができる。

掘削装置２に屈曲傾向を与える別の方法は、安
定化装置１４，１５間の距離又は安定化装置１４
と回転掘削用錐先１３間の距離を変えることであ
る。上記の配列を第１４図に示している。第１の
安定化装置１４は、下部部分１０に対して異なつ
た位置に調節して固定するように形成されてい
る。このようにすると、それ自体の位置と、予備
設定した屈曲角又は予備設定した中間部分１１或
は下部部分１０の長さ等の組合せによつて屈曲傾
向を種々変更することができる。

掘削用錐先１３を片寄らせるために安定化装置
１４の偏心度を種々変更することができる。上記
の変化は下部部分１０上で安定化装置１４を上下
に移動して補整することができる。錐先１３を安
定化装置１４から距離を離すにつれて安定化装置
１４の偏心度が増加する。そのような二つの位置
を破線１４′，１４″で表わす。下部部分１０上で
そのような移動ができるように、安定化装置１４
は例えば第９図及び第１０図に示す構造に形成さ
れる。

第１５図は、安定化装置１４，１５及び回転掘
削用錐先１３の配列とかたよつた掘削の曲率半径
との相互関係を示す。第１３図及び第１４図に示
す掘削装置を使用する。ハウジングの軸線と安定
化装置１４，１５及び回転掘削錐先１３の中心を
横切る平面群との交点を夫々S₁₄、S₁₅、S₁₃で示
す。上記の構造において掘削孔の円弧の中心点
は、安定化装置１４，１５との交点S₁₄、S₁₅間及
び安定化装置１４との交点S₁₄と掘削用錐先１３
の交点S₁₃間を夫々結ぶ線１９，２０の夫々の垂
直二等分線１７，１８の交点Ｍにより求められ
る。曲率半径Ｒは、上記の垂直二等分線の交点Ｍ
から夫々の交点S₁₄、S₁₅、S₁₃までの距離から求
められる。夫々の実施例において、交点間を結ぶ
線は必らずしも夫々のハウジング部分の軸線と一
致するものではない。

最後に第１４図の掘削装置の実際の数値を示
す。交点S₁₄、S₁₅間を結ぶ線１９の長さは8150
mm、交点S₁₄、S₁₃間を結ぶ線２０の長さは1155
mm、中間部分１１と主軸８との夫々の軸線間の角
度αは0.6°で、このような状態における曲率半径
は435ｍであつた。尚、屈曲傾向を増大して曲率
半径を減少させるためにS₁₄、S₁₃間の距離を1155
mmから1955mmに増大し、S₁₄、S₁₅間の距離を減少
させることも可能である（第１５図のR′、M′、
S′₁₄参照）。

【図面の簡単な説明】

第１図は制御された孔掘削に使用された本発明
の掘削装置の概略図、第２図及び第３図は本発明
にかかる別の掘削装置の概略図、第４図及び第５
図は第２図に示す装置の要部を示した拡大詳細
図、第６図から第１０図までは本発明の装置に使
用された別の型式の安定化装置の概略図、第１１
図は可変偏心型安定化装置の側面図、第１２図は
第１１図に示した安定化装置の断面図、第１３図
は本発明の別の装置の概略図、第１４図は本発明
の装置の概略図で下部安定化装置が異なつた位置
にあることを示し、第１５図は掘削孔形の曲率半
径と安定化装置及び錐先との関係を示す概略図で
ある。 ３……ハウジング、４……掘削伝動軸、８……
長手軸線、９……ハウジングの上部部分、１０…
…ハウジングの下部部分、１１……中間部分、１
２……出力軸、１３……掘削用錐先、１４，１
５，１８……安定化装置、１６……長手軸線、１
７……接続部材、１９……担持体、２０……突条
付さや部材、２１……スプラインの歯、２２……
半径方向の歯、２４……中間用さや部材、２５…
…接線方向のねじ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 筒状のハウジング３と、該ハウジング３内に
   設けられかつ出力軸１２を有する孔掘削用モータ
   と、上記出力軸１２を掘削用錐先１３に連結する
   装置と、上記ハウジング３を掘削伝動軸４に連結
   する装置と、上記ハウジング３に設けた第１及び
   第２の安定化装置１４，１５とを備え、上記ハウ
   ジング３が互に連結した上部部分９と下部部分１
   ０とを含み、かつ上記第１の安定化装置１４が上
   記ハウジングの下部部分１０に設けられ、上記第
   ２の安定化装置１５が上記ハウジングの上部部分
   ９に設けられた地下の孔掘削に使用する装置にお
   いて、上記上部部分９が長手軸線８を有し、上記
   下部部分１０が上記上部部分の軸線８に対して角
   度をなした長手軸線１６を有し、また上記上部部
   分９と下部部分１０との間には、該上部及び下部
   部分の軸線８，１６と夫々交差する長手軸線を有
   した中間部分１１が設けられたことを特徴とする
   地下の孔掘削に使用する装置。 ２ ハウジングの上部部分９と下部部分１０と
   が、角度を付けた接続部材１７により中間部分１
   １に連結された特許請求の範囲第１項に記載の装
   置。 ３ 角度を付けた接続部材１７が螺切接続部材で
   ある特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の装
   置。 ４ ハウジングの上部及び下部部分９，１０の少
   なくとも一つが所定の角度を付けた接続用ねじを
   有した特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ５ 上記中間部分１１が複数の交換可能な要素を
   含んで、上部及び下部部分の夫々の軸線間の角度
   が予備設定できるように形成された特許請求の範
   囲第１項から第４項までのいずれか１項に記載の
   装置。 ６ ある角度に予備設定された中間部分１１の長
   さが、別の角度に予備設定された中間部分の長さ
   と異なつた特許請求の範囲第５項に記載の装置。 ７ ハウジングの下部部分１０が、中間部分に対
   して予備設定して取付けられた角度により定まる
   該下部部分の軸線に対して、角度をなして取付け
   た接続部材を備えた特許請求の範囲第５項又は第
   ６項に記載の装置。 ８ ハウジングの下部部分１０に対して第１の安
   定化装置１４の位置が調節可能である特許請求の
   範囲第１項から第７項までのいずれか１項に記載
   の装置。 ９ ハウジングの上部部分９に対して第２の安定
   化装置１５の位置が調節可能である特許請求の範
   囲第１項から第８項までのいずれか１項に記載の
   装置。 １０ 上記安定化装置１４，１５の少なくとも一
   つが調節可能な適宜偏心度を有する偏心安定化装
   置である特許請求の範囲第１項から第９項までの
   いずれか１項に記載の装置。 １１ 偏心度の調節が、安定化装置１４，１５に
   設けた二つの要素を相互に回転して所望の位置に
   固定することによつて行なわれる特許請求の範囲
   第１０項に記載の装置。 １２ 第１又は第２の安定化装置１４，１５がそ
   れらと協同するハウジングの部分９，１０，１１
   に一体的に接続された特許請求の範囲第１項から
   第１１項までのいずれか１項に記載の装置。 １３ 第１及び第２の安定化装置１４，１５が変
   換可能である特許請求の範囲第１項から第１１項
   までのいずれか１項に記載の装置。 １４ 上記第１及び第２の安定化装置１４，１５
   の少くとも一つがその外周に突条を備えた特許請
   求の範囲第１項から第１３項までのいずれか１項
   に記載の装置。 １５ 上記第１及び第２の安定化装置１４，１
   ５，１８の少なくとも一つが、担持体１９上に整
   合させて、回転しないように固定できる突条付さ
   や部材２０を含んだ特許請求の範囲第１４項に記
   載の装置。 １６ 突条付さや部材２０が担持体１９に強固に
   結合された特許請求の範囲第１５項記載の装置。 １７ 上記の強固な結合をスプラインの歯２１で
   行なつた特許請求の範囲第１６項に記載の装置。 １８ 上記の強固な結合を半径方向の歯２２で行
   なつた特許請求の範囲第１６項に記載の装置。 １９ 突条付さや部材２０を担持体１９に摩擦的
   に結合した特許請求の範囲第１５項記載の装置。 ２０ 突条付さや部材２０を担持体１９に締りば
   めすることによつて摩擦的に結合した特許請求の
   範囲第１９項に記載の装置。 ２１ 突条付さや部材２０に対してテーパーを有
   し、長手方向に切溝を形成した中間用さや部材２
   ４を用いて拘止し、該中間用さや部材２４をねじ
   止めすることによつて摩擦的に結合した特許請求
   の範囲第１９項に記載の装置。 ２２ 接線方向のねじ２５により拘止できる長手
   方向に切溝を有する突条付さや部材２０によつて
   拘止することによつて摩擦的に結合した特許請求
   の範囲第１９項に記載の装置。