JPH08270369A - 掘削機の掘削方向制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 掘削機の掘削方向を精度よく検出し、掘削中
のビット荷重や振動が強度の弱い偏心機構部へ作用する
のを抑制して回転シャフトの剛性を高める。 【構成】 第１および第２の円環状部材１１、１２と中
空型の調和歯車減速機１３、１４との間に第１および第
２の円環状部材１１、１２の回転角度位置を検出するレ
ゾルバを配置し、ドリルビットと第１および第２の円環
状部材１１、１２との中間に回転シャフト２の支点軸受
８を配置し、第１および第２の円環状部材１１、１２の
上部にフレキシブルジョイント３と、さらにその上部に
回転シャフト１を支持する軸受１５とを配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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ための制
御装置に関する。

【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。

【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。

【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の円環状部材と、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の円環状部材とを有し、前記第１および第２の円環
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の円環状部材
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の円環状部材を相対
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７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１０２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、１０５とを有し、前記円筒型ハウジング１０
１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１０
３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、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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平４−７６１
８３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、次のような問題点を有している。 （イ）． ビット荷重を受けるスラスト軸受は、掘削方
向制御装置の上部の回転シャフト保持機構部であり、回
転シャフトはこの位置までビット荷重が作用する。 （ロ）． 第１および第２の円環状部材の回転角度位置
によって回転シャフトの撓みの方向と量が決まるが、こ
の回転角度位置を検出する従来の光センサーや渦電流セ
ンサー等のパルスカウント方式の位置検出センサーでは
原点保持が困難で、地上での調整はできるが石油掘削等
の地下数百、数千メータにおよぶ坑底の高温、高圧環境
下で精度よく検出することは不可能に近い。 （ハ）． 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であり、支点から下部シー
ル機構までの距離が長くなって、回転シャフト撓み時の
下部シール部でのシャフト偏心量が大きくなり、シール
機構の構造が複雑となって設計困難となるため、シール
機構における制限から回転シャフトの曲げ角度を大きく
取れない。 （ニ）． ドリルビット直上で回転シャフトを支持して
いるのは、２重偏心機構部であり、掘削中の振動が直ち
に偏心機構に伝わる構造となっており、強度的に問題が
ある。したがって、実際の掘削においては、ドリルビッ
トの横荷重を利用して掘削方向を制御するものである
が、回転シャフトの剛性が弱いため、ビット横荷重量が
ビット荷重により大きく変動し、場合によっては変えた
い方向と逆方向の力に転ずるという弱点を有している。

【０００６】この発明の目的は、第１および第２の円環
状部材の回転角度位置を坑底の高温、高圧環境下で精度
よく検出できると共に、下部シール部での回転シャフト
の軸直角方向変位量をできるだけ小さくでき、掘削中の
ビット荷重や振動が強度の弱い偏心機構部へ作用するの
を抑制でき、ビット上部の回転シャフトの剛性を高める
ことができる掘削機の掘削方向制御装置を提供すること
にある。

【０００７】

【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験研究を重ねた。その結果、ドリル
ビットと２重偏心機構部との中間に支点軸受を配置する
と共に、２重偏心機構の上部に回転シャフトの軸直角方
向変位量を吸収するためのフレキシブルジョイントを上
部軸受との間に配置することによって、支点軸受がビッ
ト荷重を受けるスラスト軸受としての機能ばかりでな
く、２重偏心機構部での回転シャフトの軸直角方向変位
時の回転中心となり、ドリルビットを反対方向に変位さ
せる働きをするため、支点軸受に隣接して下部シールを
配置でき、下部シール部での回転シャフトの軸直角方向
変位量が小さくシール構造が簡単になること、回転シャ
フトに与えられた軸直角方向変位がフレキシブルジョイ
ントにより吸収され、回転シャフトへの過大な曲げ応力
が防止できることを究明し、この発明に到達した。

【０００８】すなわちこの発明は、円筒型ハウジング
と、該円筒型ハウジング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の円環状部材と、この第
１の円環状部材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の円環状部材と、前記第１および第
２の円環状部材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とを有し、前記円筒型
ハウジングに対する前記第１の円環状部材の円形内周面
の偏心量と、この第１の円環状部材に対する前記第２の
円環状部材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の円環状部材の円形内周面の
中心と一体的に移動するように掘削機ドリルの回転シャ
フトを当該第２の円環状部材に連結し、前記第１および
第２の円環状部材を単独に回転させることにより、前記
回転シャフトの位置決めを行う掘削機の掘削方向制御装
置において、前記第１および第２の円環状部材と中空型
の調和歯車減速機との間に第１および第２の円環状部材
の回転角度位置を検出するレゾルバを配置し、ドリルビ
ットと前記第１および第２の円環状部材との中間に回転
シャフトの支点軸受を配置すると共に、前記第１および
第２の円環状部材の上部にフレキシブルジョイントと、
さらにその上部に回転シャフトを支持する軸受とを配設
したことを特徴とする掘削機の掘削方向制御装置であ
る。

【０００９】

【作用】この発明においては、第１および第２の円環状
部材と中空型の調和歯車減速機との間に第１および第２
の円環状部材の回転角度位置を検出するレゾルバを配置
したことによって、第１および第２の円環状部材の回転
角度位置の絶対量を精度よく検出でき、掘削方向の正確
で安定した制御を行うことができる。また、レゾルバの
回転子は、各調和歯車減速機の出力回転を第１および第
２の円環状部材に伝達する動力伝達部材を兼ねることが
でき、コンパクトな構造とすることができる。

【００１０】また、この発明においては、ドリルビット
と前記第１および第２の円環状部材との中間に回転シャ
フトの支点軸受を配置したことによって、この支点軸受
がビット荷重を受けるスラスト軸受として機能するばか
りでなく、前記第１および第２の円環状部材からなる２
重偏心機構部での回転シャフトの軸直角方向変位時の回
転中心となり、ドリルビットを反対方向に変位させる働
きをするため、下記の利点を有する。 （イ）． 支点軸受に隣接して円筒型ハウジングと回転
シャフト間の下部シール部を設置でき、下部シール部で
の回転シャフトの軸直角方向変位量が小さく、シール構
造が簡単となる。 （ロ）． ビット荷重は、支点軸受で受けて円筒型ハウ
ジングに伝達されるため、２重偏心機構部に回転シャフ
トから直ちにビット荷重が作用せず、強度的弱点部であ
る２重偏心機構部を保護することができる。 （ハ）． 支点軸受と下部シール部が近いため、下部シ
ール部での回転シャフトの軸直角方向変位量に対する回
転シャフトの傾斜角を大きくとることができる。 （ニ）． ドリルビットと支点軸受間の距離を短縮でき
ると共に、この間に２重偏心機構部がないため、回転シ
ャフトの大径化が可能であり、回転シャフトの剛性アッ
プを図ることができ、掘削方向制御時のビット横荷重を
大きく取ることができる。

【００１１】さらに、この発明においては、前記第１お
よび第２の円環状部材の上部にフレキシブルジョイント
と、さらにその上部に回転シャフトを支持する軸受とを
配設したことによって、２重偏心機構部で回転シャフト
に与えられた軸直角方向変位による撓み力がフレキシブ
ルジョイントで吸収でき、軸直角方向変位による回転シ
ャフトの過大な繰り返し曲げ応力の発生を防止すること
ができる。

【００１２】この発明におけるフレキシブルジョイント
としては、２重偏心機構部で回転シャフトに与えられた
軸直角方向変位による撓み力の吸収と、回転シャフト内
部を流れる泥水の流出を防止できればよく、特に限定さ
れないが、中空のヨークと中空のセンターシャフトとク
ロスピンの接続部内部にシールチューブを挿嵌して両端
を密封した中空ユニバーサルジョイント、あるいはヤン
グ率の低いチタン材等を使用したねじ結合の中空フレキ
シブルチューブを使用することができる。

【００１３】

【実施例】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はこの発明の掘
削方向制御装置の概略全体構成図、図２はこの発明の掘
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は掘削方向制御部の詳細断面図、図４
は二重偏心機構部の詳細水平断面図、図５はこの発明の
掘削方向制御装置の動作を示す説明図、図６は掘削方向
制御装置の制御系を示す概略ブロック図である。図１な
いし図６において、１はロータリー式掘削装置の上部回
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とフレキシブルジョイント３により接続されている。
４は下部回転シャフト２の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の先端と下部
回転シャフト２との間には下部シール７が設けられてい
る。

【００１４】８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、９は支点軸受８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、図３に示すとおり、円筒型ハウジング６
の内周面に固定支持された円筒部材１０と、円筒部材１
０の内側に回転自在に装着された第１の円環状部材１１
と、円環状部材１１の内側に回転自在に装着された第２
の円環状部材１２から構成されている。１３は二重偏心
機構部９の直上に設けた前記第１の円環状部材１１を回
転させる第１の調和歯車減速機、１４は二重偏心機構部
９の直下に設けた前記第２の円環状部材１２を回転させ
る第２の調和歯車減速機である。１５は上部回転シャフ
ト１の下部を軸支する軸受、１６は円筒型ハウジング６
の上部と上部回転シャフト１との間の上部シールであ
る。

【００１５】前記第１の調和歯車減速機１３は、図３に
示すとおり、環状の第１および第２の剛性内歯歯車２
１、２２と、その内側に配置された環状の可繞性外歯歯
車２３と、その内側に配置された楕円形状の波動発生器
から構成されている。波動発生器は、楕円形状をした剛
性カム板２４と、剛性カム板２４の外周と可繞性外歯歯
車２３の間に挿入されたベアリング２５から構成され、
楕円形状をした剛性カム板２４の中心には中空部２６が
形成されており、下部回転シャフト２が遊びのある状態
で貫通している。上記第１の剛性歯車２１は、円筒型ハ
ウジング６の内周面に固定支持されている。第２の剛性
歯車２２には、レゾルバ２７の中空の回転子２８の一端
が連結され、中空の回転子２８の他端は第１の円環状部
材１１に直結されており、レゾルバ２７の固定子２９は
円筒型ハウジング６の内周面に固定され、第２の剛性歯
車２２、中空の回転子２８および第１の円環状部材１１
が一体回転するようになっている。また、波動発生器
は、電磁クラッチブレーキ機構３０、第１のオルダム継
手３１を介して下部回転シャフト２の側に連結されてお
り、電磁クラッチブレーキ機構３０を操作して下部回転
シャフト２の回転力を第１の調和歯車減速機１３に伝達
すれば、第１の調和歯車減速機１３で所定の減速比に減
速したのち、レゾルバ２７の中空の回転子２８を介して
第１の円環状部材１１を回転させるよう構成されてい
る。

【００１６】前記第２の調和歯車減速機１４は、環状の
第１および第２の剛性内歯歯車４１、４２と、その内側
に配置された環状の可繞性外歯歯車４３と、その内側に
配置された楕円形状の波動発生器から構成されている。
波動発生器は、楕円形状をした剛性カム板４４と、剛性
カム板４４の外周と外歯歯車４３の間に挿入されたベア
リング４５から構成され、楕円形状をした剛性カム板４
４の中心には中空部４６が形成されており、下部回転シ
ャフト２が遊びのある状態で貫通している。上記第１の
剛性内歯歯車４１は、円筒型ハウジング６の内周面に固
定支持されている。第２の剛性内歯歯車４２には、レゾ
ルバ４７の中空の回転子４８の一端が連結され、中空の
回転子４８の他端は第２の円環状部材１２にオルダム型
調心機構４９を介して連結されており、レゾルバ４７の
固定子５０は円筒型ハウジング６の内周面に固定され、
第２の剛性内歯歯車４２、中空の回転子４８、および第
２の円環状部材１２がオルダム型調心機構４９を介して
一体回転するようになっている。また、波動発生器は、
電磁クラッチブレーキ機構５１、第２のオルダム継手５
２を介して下部回転シャフト２の側に連結されており、
電磁クラッチブレーキ機構５１を操作して下部回転シャ
フト２の回転力を第２の調和歯車減速機１４に伝達すれ
ば、第２の調和歯車減速機１４で所定の減速比に減速し
たのち、レゾルバ４７の中空の回転子４８およびオルダ
ム型調心機構４９を介して第２の円環状部材１２が回転
するよう構成されている。

【００１７】上記二重偏心機構部９の最も外側の円筒部
材１０は、支点軸受８によって規定されるシャフト中
心、すなわち、図４に示すとおり、シャフト回転軸Ａ上
に中心を有する円形内周面６１が形成され、ローラベア
リング６２を介して第１の円環状部材１１の円形外周面
６３が回転自在に支持されている。第１の円環状部材１
１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６４が形成され、ローラ
ベアリング６５を介して第２の円環状部材１２の円形外
周面６６が回転自在に支持されている。第２の円環状部
材１２には、円形外周面６６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６７が形
成され、下部回転シャフト２の外周面がローラベアリン
グ６８を介して回転自在に支持されている。

【００１８】二重偏心機構部９においては、第１および
第２の円環状部材１１、１２の回転角度位置および相対
回転量を制御することによって、下部回転シャフト２を
支持している第２の円環状部材１２の円形内周面６７の
中心Ｃを任意の方向に所定の距離だけ移動させることが
できる。すなわち、図５に示すとおり、第１の円環状部
材１１の円形内周面６４の中心Ｂは、シャフト回転中心
Ａに対して距離ｅだけ偏心しているので、このシャフト
回転中心Ａを中心とする半径ｅの円が移動軌跡である。
第２の円環状部材１２の円形内周面６７の中心Ｃは、前
記移動軌跡を描く中心Ｂに対して距離ｅだけ偏心してい
るので、この中心Ｂを中心とする半径ｅの円が移動軌跡
である。したがって、第２の円環状部材１２の円形内周
面６７の中心Ｃは、第１および第２の円環状部材１１、
１２の回転角度、相対回転量を制御することによって、
シャフト回転軸Ａを中心とした半径２ｅの円内の任意の
位置に移動させることができ、この二重偏心機構部９内
に支持されている下部回転シャフト２の部分を、回転軸
に直交する平面上における任意の方向に最大２ｅの距離
だけ変位させることができるよう構成されている。

【００１９】下部回転シャフト２の下方位置は、支点軸
受８によってその中心がシャフト回転軸Ａに保持されて
いる。したがって、下部回転シャフト２の先端側は図２
に示すとおり、支点軸受８の中心Ａと二重偏心機構部９
における第２の円環状部材１２の円形内周面６７の中心
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。この場合、下部回転シャフト２と上部回
転シャフト１とは、フレキシブルジョイント３を介して
連結されているので、下部回転シャフト２の軸直角方向
変位による曲げ応力が吸収され、上部回転シャフト１お
よび下部回転シャフト２に撓みが発生しない。本実施例
においては、第１および第２の円環状部材１１、１２に
形成されている円形内周面６４、６７の中心Ｂ、Ｃの偏
心量が共にｅであるので、掘削方向を制御する必要のな
い場合には、二重偏心機構部９を貫通している下部回転
シャフト２の部分の中心Ｃがシャフト回転軸Ａ上に位置
するよう制御される。

【００２０】図６において、７１は掘削機の全体の駆動
制御を司るホストコンピュータ、７２は掘削方向制御装
置のコントローラで、ホストコンピュータ７１から掘削
方向を規定する方位および角度の指令信号７３が入力さ
れる。コントローラ７２は、ホストコンピュータ７１か
ら入力される掘削方向を規定する方位および角度の指令
信号７３に基づき、第１および第２の円環状部材１１、
１２の目標回転位置を演算する目標回転位置演算部７４
を有している。また、コントローラ７２は、第１および
第２の円環状部材１１、１２と第１および第２の調和歯
車減速機１３、１４との間に介在せしめたレゾルバ２
７、４７からの角度検出信号７５、７６に基づき、第１
および第２の円環状部材１１、１２の実際の回転位置を
演算する実回転位置演算部７７を有している。さらに、
コントローラ７２は、第１および第２の円環状部材１
１、１２の実際の回転位置が目標回転位置となるように
第１および第２の調和歯車減速機１３、１４を駆動制御
するための駆動制御信号７８を出力する駆動信号指令部
７９を有している。駆動信号指令部７９から出力される
駆動制御信号７８は、第１および第２の調和歯車減速機
１３、１４の駆動制御ユニット８０、８１に出力され
る。駆動制御ユニット８０、８１は、駆動信号指令部７
９から駆動制御信号７８が入力されると、第１および第
２のオルダム継手３１、５２に連結される電磁クラッチ
ブレーキ機構３０、５１を操作することによって、下部
回転シャフト２の回転力を第１および第２の調和歯車減
速機１３、１４に伝達し、所定の減速比に減速したの
ち、レゾルバ２７、４７の中空の回転子２８、４８を介
して第１および第２の円環状部材１１、１２を目標とす
る回転位置まで回転させて保持するよう構成されてい
る。このような第１および第２の円環状部材１１、１２
の駆動制御は、予めホストコンピュータ７１内に格納さ
れた制御プログラムを実行することにより達成される。

【００２１】上記のとおり構成したことによって、掘削
機の掘削方向を変更する場合には、ホストコンピュータ
７１からコントローラ７２に掘削方向を規定する方位お
よび角度の指令信号７３を出力すれば、コントローラ７
２は、入力される掘削方向を規定する方位および角度の
指令信号７３に基づき、目標回転位置演算部７４で第１
および第２の円環状部材１１、１２の目標回転位置を演
算し、駆動信号指令部７９に出力する。一方、実回転位
置演算部７７は、第１および第２の円環状部材１１、１
２と第１および第２の調和歯車減速機１３、１４との間
に介在せしめたレゾルバ２７、４７からの角度検出信号
７５、７６に基づき、第１および第２の円環状部材１
１、１２の実際の回転位置を演算し、駆動信号指令部７
９に出力する。駆動信号指令部７９は、目標回転位置演
算部７４から第１および第２の円環状部材１１、１２の
目標回転位置が入力されると、駆動指令を駆動制御ユニ
ット８０、８１に出力すると共に、実回転位置演算部７
７から入力される第１および第２の円環状部材１１、１
２の実際の回転位置に基づき、第１および第２の円環状
部材１１、１２の実際の回転位置が目標回転位置となる
ように第１および第２の調和歯車減速機１３、１４を駆
動制御するための駆動制御信号７８を駆動制御ユニット
８０、８１に出力する。

【００２２】駆動制御ユニット８０、８１は、駆動信号
指令部７９から駆動指令が入力されると、電磁クラッチ
ブレーキ機構３０、５１を制御して第１および第２のオ
ルダム継手３１、５２を介して下部回転シャフト２の回
転力を第１および第２の調和歯車減速機１３、１４に伝
達すると共に、駆動信号指令部７９から入力される駆動
制御信号７７に基づき、第１および第２の円環状部材１
１、１２の回転角度位置および相対回転量を変更し、第
１および第２の円環状部材１１、１２の回転位置が目標
回転位置となるよう所定の減速比に減速したのち、レゾ
ルバ２７、４７の中空の回転子２８、４８を介して第１
および第２の円環状部材１１、１２を目標とする回転位
置まで回転させて保持する。上記操作によって、第２の
円環状部材１２の円形内周面６７内を貫通する下部回転
シャフト２は、支点軸受８を中心として回転軸に直交す
る平面上における任意の方向に所定量だけ傾斜させるこ
とができ、掘削方向を任意の方向に変更することができ
る。この場合、下部回転シャフト２の支点軸受８を中心
とする軸直角方向変位による上部回転シャフト１間の曲
げ応力は、フレキシブルジョイント３によって吸収さ
れ、上部回転シャフト１および下部回転シャフト２の橈
みは大幅に軽減され、回転シャフトを長期間使用するこ
とができる。

【００２３】本実施例においては、レゾルバ２７、４７
を第１および第２の調和歯車減速機１３、１４と第１お
よび第２の円環状部材１１、１２との間に介在させたこ
とによって、第１および第２の円環状部材１１、１２の
回転角度位置の絶対量を高精度で検出でき、掘削方向の
正確で安定した制御を実施することができる。また、レ
ゾルバ２７、４７は、第１および第２の調和歯車減速機
１３、１４と第１および第２の円環状部材１１、１２を
中空の回転子２８、４８で直結し、第１および第２の調
和歯車減速機１３、１４の出力回転を第１および第２の
円環状部材１１、１２に伝達する動力伝達部材を兼ねて
いるので、コンパクトな構造とすることができる。さら
に、この発明においては、支点軸受８をドリルビット５
と二重偏心機構部９との中間に配置したことによって、
支点軸受８がドリルビット５の荷重を受けるスラスト軸
受としての機能と共に、下部回転シャフト２の軸直角方
向変位時の回転中心となり、ドリルビット５を二重偏心
機構部の傾斜方向とは反対の方向に変位させる。

【００２４】この発明においては、ドリルビット５と支
点軸受８との中間に下部シール７を設けたことによっ
て、下部シール７での下部回転シャフト２の軸直角方向
変位量が小さく、シール構造を簡単なものとすることが
できると共に、下部シール７での下部回転シャフト２の
傾斜角を大きく取ることができる。また、下部シール７
とドリルカラー４間の下部回転シャフト２の大径化が可
能で、剛性アップを図ることができ、掘削方向制御時の
ビット横荷重を大きく取ることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたとおり、この発明の掘削方向
制御装置は、二重偏心機構部の偏心角度検出にレゾルバ
を用いることによって、２枚の円環状部材の回転角度位
置の絶対量を精度よく検出でき、掘削方向の正確で安定
したステップレス制御が可能となる。また、二重偏心機
構部とドリルビットの中間に支点軸受を配置したことに
よって、支点軸受に隣接して下部シールを配置でき、下
部シール部での回転シャフトの軸直角方向変位量が小さ
く、シール構造が簡単となるばかりでなく、ヒット荷重
が支点軸受で受けて円筒型ハウジングに伝達されるた
め、二重偏心機構部に回転シャフトから直ちにビット荷
重が作用せず、強度的に弱い二重偏心機構部が保護され
る。さらに、支点軸受と下部シールが近いため、下部シ
ールでの回転シャフトの傾斜角を大きく取れると共に、
回転シャフトの大径化が可能である。さらにまた、二重
偏心機構部より上部にフレキシブルジョイントを配置し
たことによって、フレキシブルジョイントにより回転シ
ャフトの撓みを防止でき、過大な曲げ応力の発生を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の掘削方向制御装置の概略全体構成図
である。

【図２】この発明の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。

【図３】この発明の掘削方向制御装置の掘削方向制御部
の詳細縦断面図である。

【図４】この発明の掘削方向制御装置の二重偏心機構部
の詳細水平断面図である。

【図５】この発明の掘削方向制御装置の動作を示す説明
図である。

【図６】この発明の掘削方向制御装置の制御系を示す概
略ブロック図である。

【図７】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。

【符号の説明】

１ 上部回転シャフト ２ 下部回転シャフト ３ フレキシブルジョイント ４ ドリルカラー ５、１０６ ドリルビット ６、１０１ 円筒型ハウジング ７ 下部シール ８、１０８ 支点軸受 ９ 二重偏心機構部 １０ 円筒部材 １１、１０２ 第１の円環状部材 １２、１０３ 第２の円環状部材 １３ 第１の調和歯車減速機 １４ 第２の調和歯車減速機 １５ 軸受 １６ 上部シール ２１、４１ 第１の剛性内歯歯車 ２２、４２ 第２の剛性内歯歯車 ２３、４３ 可繞性外歯歯車 ２４、４４ 剛性カム板 ２５、４５、６２、６５、６８ ローラベアリング ２６、４６ 中空部 ２７、４７ レゾルバ ２８、４８ 中空の回転子 ２９、５０ 固定子 ３０、５１ 電磁クラッチブレーキ機構 ３１ 第１のオルダム継手 ４９ オルダム型調心機構 ５２ 第２のオルダム継手 ６１、６４、６７ 円形内周面 ６３、６６ 円形外周面 ７１ ホストコンピュータ ７２ コントローラ ７３ 指令信号 ７４ 目標回転位置演算部 ７５、７６ 角度検出信号 ７７ 実回転位置演算部 ７８ 駆動制御信号 ７９ 駆動信号指令部 ８０、８１ 駆動制御ユニット １０４、１０５ 調和歯車減速機 １０７ 回転シャフト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒型ハウジングと、該円筒型ハウジン
   グ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の円環状部材と、この第１の円環状部材の前記
   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
   円環状部材と、前記第１および第２の円環状部材をそれ
   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
   歯車減速機とを有し、前記円筒型ハウジングに対する前
   記第１の円環状部材の円形内周面の偏心量と、この第１
   の円環状部材に対する前記第２の円環状部材の円形内周
   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の円環状部材の円形内周面の中心と一体的に移動す
   るように掘削機ドリルの回転シャフトを当該第２の円環
   状部材に連結し、前記第１および第２の円環状部材を単
   独に回転させることにより、前記回転シャフトの位置決
   めを行う掘削機の掘削方向制御装置において、前記第１
   および第２の円環状部材と中空型の調和歯車減速機との
   間に第１および第２の円環状部材の回転角度位置を検出
   するレゾルバを配置し、ドリルビットと前記第１および
   第２の円環状部材との中間に回転シャフトの支点軸受を
   配置すると共に、前記第１および第２の円環状部材の上
   部にフレキシブルジョイントと、さらにその上部に回転
   シャフトを支持する軸受とを配設したことを特徴とする
   掘削機の掘削方向制御装置。