JPH08506866A - ダウンザホール衝撃装置用可逆ケーシング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ダウンザホールさく岩機用の可逆ケーシングにはケーシングの両端の間に中心があり、ケーシング穴、止め輪みぞ深さ及び止め輪本体長さに基づいて予め定めた止め輪みぞ長さがあり、それによってケーシングの向きを反転する間止め輪の縦の運動を可能にしながら止め輪を止め輪みぞの中に保持する。

Description

【発明の詳細な説明】 ダウンザホール衝撃装置用可逆ケーシング 発明の背景 本発明は、一般的にいえば、流体作動、衝撃、ダウンザホールさく岩機に関し 、さらに具体的にいえばこの種のさく岩機の外側ボデイとして働くケーシングに 関する。 流体作動ダウンザホールさく岩機は、普通は、一式の内部同筒又は給送管を用 いて空気サイクルの必要な流体を運ぶ又は移動させる機能を行う。シリンダ穴の 直径を最大にして、これらの構成要素を正しい縦位置に保持するために、ケーシ ング内にアンダカットされたみぞの中に嵌る保持止め輪が肩形止め手段として設 けられている。中ぐり、研削又はホーニング加工が必要になるなどの製造上の考 慮事項のためにケーシングすなわち摩耗スリーブの一部分である内部肩部を形成 することはできない。しかし、一体肩部又は工場で装着し取外し不能のリングを 備えた一体ケーシングが保守される部品の数を最小に抑え、修理サービス中、こ の傷つきやすい領域に損傷を与えないようにするために望ましい。 なお、ケーシングの前端がさく岩境界面で用いることのために摩耗してすりへ った後で、ケーシングを縦に反転してさく岩境界面に摩耗していないケーシング の端を位置決めし、それによってケーシングの耐用寿命を延ばすことができるの で、ケーシングを縦に反転できる形にすることが望ましい。このような可逆ケー シングは、止め輪の装着を可能にするために、止め輪本体の長さより長い止め輪 みぞを設けなければならない。止め輪みぞがケーシングの両端間の中間位置に位 置決めされるので、止め輪みぞの長さが止め輪本体の長さより長くなければ、止 め輪を精密に位置合せして挿入することは、さく岩機を組み立てる者にとって問 題である。しかし、止め輪のみぞの長さが特定の穴と止め輪にとって長過ぎる場 合、止め輪は、ひねれた状態又は回転した状態になって、みぞの中に締りばめで きなくなって、さく岩機の内部部品を修理しているときなどのように、ケーシン グが空のときに自由に抜ける可能性がある。 前述のことは、現在の可逆ケーシングにあると知られている欠点を例示してい る。したがって、上述の欠点の一つ以上を解消することを目的とした代替品を提 供することが有益であることは明らかである。それゆえ、あとでさらに完全に開 示する特徴を含む適当な代替品を提供する。 発明の概要 本発明の一つの面において、これは、みぞが１０．０〜１５０．０の止め輪肩 比と１．０〜６．０の止め輪縦横比を有するとき５．０８〜２５．４ｃｍの穴径 に対して止め輪のみぞの長さが０．６４〜１９．８１ｃｍの範囲内にある可逆ケ ーシングを設けることによって達成される。 前述及びその他の面は、添付図面と併せて考慮するとき、本発明の以下の詳細 な説明から明らかになる。 図面の簡単な説明 図１は、本発明のケーシングを有するダウンザホールさく岩機の、ピストンが 駆動位置にある縦断面図、 図２は、ピストンが戻り位置にある図１と同様な図、 図３は、本発明のーシングの縦断面図、 図４は、ケーシングの止め輪みぞ内にある止め輪が締りばめできなくなってみ ぞから抜け出そうとしている位置にひねられており、正常位置にある止め輪を形 影線で示した略縦断面図、 図５ないし８は、止め輪のみぞの長さ、穴径、止め輪肩比及び止め輪縦横比の 間の関係を描く曲線である。 詳細な説明 本発明を開示するために、本発明と可働ダウンザホールさく岩機との関係を説 明することが必要である。したがって、この種のさく岩機の一つの実施例を以下 に説明する。図１及び図２を参照すると、流体作動衝撃工具を総括的に１として 示してある。この装置は、ドリルストリング（図示なし）から釣り下げられるよ うに構成されている。このさく岩機は、ドリルストリングにねじ結合するための ねじ付き部５を有するバックヘッド継手３を備えている。バックヘッド継手３は 、周知のように、衝撃流体を流すための貫通穴７を備えている。中空の細長い管 状ケーシング９には、バックヘッド継手３にねじ結合される第１の端１１がある 。ケーシング９の本体部１３は、１７として総括的に示されているフロントヘッ ド部にねじ結合される第２の端１５の方へ縦に伸びている。 フロントヘッド部１７には、ケーシング９の第２の端にねじ結合されるチヤッ ク２１の中に摺動可能に保持されるドリルビット１９がある。ケーシング９の中 でチヤック２１及びケーシング９内のアンダカット内に第２の割リングを持った スリーブより上に可撓性止め輪２３を置いて、フロントヘッド１７の組合せを完 成している。フロントヘッドの各要素は、明瞭にするためにだけ記載されている のであって、本発明の一部分を形成していない。 総括的に３０として示されているバックヘッド組立体にはケーシング９内に配 置されている空気分配器３２がある。穴７の中の逆止め弁３４もまたバックヘッ ド組立体３０の一部分であって、周知のようにさく岩機内の空気の逆流を防止す る。空気分配器３２には、装置の動作中に開閉して周知のように流体の流れを種 々の通路に導くことのできるようにする弁部材３５がある。空気分配器３２は、 やはり、従来のものと同じ伸長排気ロッド３８が付いている本体部３６を備えて いる。空気分配器３２はまた、ケーシング９に沿って縦に伸びているシリンダス リーブ４０をも備えている。逆止め弁３２、空気分配器３２、排気ロッド３８、 シリンダスリーブ４０を含む上述の各要素の組合せは、ケーシング端１１にねじ 込まれ、第２のカラー４８に取付けられているばね４６に乗っている第１のカラ ー４４を圧迫する継手３によってケーシング９の穴４２の中に保持されている。 バックヘッドの各部分は、明瞭にするためにこゝに記載されているが本発明の一 部を形成していない。 バックヘッド組立体３０は、ケーシング９の前端に割止め輪５０によって支え られている。止め輪５０は、後述するように、第１のケーシング端１１と第２の ケーシング端１５の間の中央に置かれている。 ピストン５２が、周知の通り図１に示されたバックヘッド組立体３０と図２に 示されたフロントヘッド１７の間で摺動可能になっている。ピストン５２は、図 １に示されているように駆動位置にあるときバックヘッド組立体３０の一部分を 形成し、図２に示されているように戻り位置にあるときは、フロントヘッド１７ の一部分を形成している。ピストン５２には、周知のように複数のみぞ、アンダ カット及びランド接触面がある。さく岩機の作動中、駆動室５４と戻り室５６は 、周知の通り、体積が膨脹、収縮し、同時に衝撃流体を排気、圧縮する。 図３にもっと明瞭に示されているように、本発明のケーシングには、ケーシン グ９の本体１３と同じ方向に縦に伸びバックヘッド継手３の穴７の軸に一致する 穴６２を形成する内面６０がある。ケーシング９の内面６０は、ランド部分６８ と交互になっている複数のアンダカット部分６６によって与えられる輪郭を有し 、この輪郭は周通のように中ぐり又は切削加工の手段で製作される。この輪郭の 目的はピストン５２、バックヘッド組立体３０及びフロントヘッド１７にある各 面又はアンダカットを組合せて、周知のように、さく岩機を作動させるために衝 撃流体を流す種々の通路を形成することである。ケーシング９にあるランド６８ 及びアンダカット６６と他の要素にある面又はアンダカットとの正確な組合せは 、ピストンの衝撃反転が周知のように衝撃流体の排出とともに達成される限り、 ドリルごとに変化してもよい。 本発明のケーシング９は、ケーシング９の縦方向に直角で第１のケーシング端 １１と第２のケーシング端１５の間の中央にある中心線面７０（図３）の回りに 測定するとき、縦に反転可能である。ケーシング９が反転可能であるためには、 第１のケーシング端１１と中心線７０の間の第１のみぞ手段（アンダカット６６ 及びランド６８）が第２のーシング端１５と中心線面７０の間の第２のみぞ手段 （アンダカット６６及びランド６８）と事実上同じでなければならない。事実上 同じということは、ケーシング９の両端の各みぞがバックヘッド組立体３０及び フロントヘッド１７と組合せたときに、どのケーシング端がフロントヘッド又は バックヘッドに接続されるかに関係なく、同じ機能の流体通路を与えなければな らないということである。最良の性能を得て、ーシングの製作を容易にするため に、第１のみぞ手段と第２のみぞ手段は、中心線面７０の回りで鏡像になるのが 好ましい。しかし、鏡像からわずかに離れた変化をしているものでも、流体の通 路が事実上同じに形成される限り、ケーシングの縦方向の向きに関係なく作動で きる。止め輪みぞ７２は、図３に見られるように、中心線面７０の上に中心が決 められている。止め輪みぞ７２は、中心線面７０の中で見るとき、軸線６４から 範囲方向に伸びる平底みぞである。みぞ７２は、１対の間隔をあけた平行に半径 方向に伸びる側壁７４と側壁の間にある基底面とからなっている。みぞ７２は、 ーシング９に沿って縦に伸び、中心線面７０の両端に等距離伸びるように中心線 面７０の付近に中心を決められている。 図１及び図２に見られるように、数字８０によって表わされたバックヘッド組 立体３０の長さは、ケーシング９の正確な中心線面７０の上に届かないようなも のである。したがって、バックヘッド組立体３０がケーシング９のどちらの端に 接続されているかに従って、止め輪５０が止め輪みぞ７２の中で前後にわずかに 縦に動くことになる。 しかし、図４に見られるように、止め輪５０の縦の動きもまた、止め輪に中心 線面７０から「回転」又は「ひねり」によって抜け出すことができるようにする 。ある条件の下でのこの「ひねり」は、止め輪に止め輪みぞの側壁７４との締め 代９０をなくすことができるようにし、それによってさく岩機のバックヘッド組 立体３０の作動要素が、さく岩機を修理しているときのように、ケーシング９の 内部にないとき、止め輪みぞ７２から自由に出てくることができるようにする。 図４を参照すると、ダウンザホールさく岩機の適正な設計を得るために、釣り 合されなければならない以下のものを含む種々の寸法パラメータを説明する。 ａ．軸線６４に垂直でケーシング本体９の縦方向に垂直な平面７０内で軸線 ６４から半径方向に測定される円形断面を有するケーシング穴４２（Ｄと呼ぶ） 、 ｂ．ケーシング本体９の縦方向に測定した長さ１００（Ｌと呼ぶ）を有する 止め輪みぞ７２、 ｃ．軸線６４に垂直で、ケーシング本体９の縦方向に垂直な平面７０内で軸 線６４から半径方向に測定した止め輪みぞの深さ１０２（ｔと呼ぶ）、 ｄ．軸線６４から半径方向に測定し、止め輪みぞの深さｔに等しい止め輪み ぞの肩１０４、 ｅ．比Ｄ／ｔとして計算される止め輪肩比（ｒと呼ぶ）、 ｆ．ケーシング本体９の縦方向に測定した止め輪本体の長さ１０６（ｌと呼 ぶ）、 ｇ．ｌ／ｔとして計算される止め輪縦横比（ｋと呼ぶ）。 止め輪肩比（ｒ）は、ケーシング９内の相対止め輪肩寸法（荷重支持面積）の 尺度である。バックヘッド組立体３０を支持するのに必要な荷重支持容量やケー シング９の最小壁厚などの設計考慮事項が適当な止め輪肩比を選択するとき考慮 されなければならない。例えば、１０．０の肩比は大きくて強い寸法を与えるが 、ケーシング９の壁厚を最小にもする。１５０．０の肩比は、肩を小さくさせ、 ケーシングの壁厚を最大にさせる。 止め輪アスペクト比（ｋ）は、止め輪５０の相対曲げ強さの尺度である。強さ 及び装着の容易さなどの設計考慮事項は、このパラメータを選択するときに考慮 される必要がある。例えば、１．０の止め輪縦横比が装着し易いが、最小の曲げ 強さを与える薄い止め輪を与えるであろう。６．０のアスペクト比をもった止め 輪が非常に強い止め輪を与えるが、装着し難い可能性がある。 上に挙げた設計要素の間に、止め輪みぞ７２の最大長さ（Ｌ）、すなわち止め 輪５０の縦の運動を許すがなお止め輪５０を締まりばめによって保持する長さ、 を予測できる関係があることが発見された。このようなみぞの長さ（Ｌ）の外側 限界は、表Ｉに挙げられ、図５〜７にグラフで示されている。 図５には、種々の直径の穴（Ｄ）に対する最大の許容できるみぞ長さ（Ｌ）を 予測するための肩比（ｒ）と止め輪縦横比（ｋ）の好ましい組合せが示されてい る。曲線１１０より下にあるみぞ長さはすべて止め輪５０をみぞ７２の中に保持 する。曲線１１０より上にあると、止め輪５０はみぞ７２から自由に「ひねれ」 てはずれる。図６は、浅いみぞ深さ（ｔ）〔ｒ＝１５０．０〕で狭い止め輪本体 長さ（ｌ）〔ｋ＝１．０〕の場合の許容できるみぞ長さ（Ｌ）の外側極値を示し ている。曲線１２０より下にあるみぞ長さ（Ｌ）はすべて許容できる。図７は、 深いみぞ深さ（ｔ）〔ｒ＝１０．０〕で長い止め輪本体長さ（ｌ）〔ｋ＝６．０ 〕の場合の許容できるみぞ長さ（Ｌ）の外側極値を示している。曲線１３０より 下にあるみぞ長さはすべて許容できる。図８は図５〜７の各曲線の組合せたもの を示している。 最後に、本明細書において用いられている用語「止め輪」は、さく岩機の組立 て中、穴４２に挿入するために小さな直径に弾性的に変形させることのできる通 常のほぼ円形の弾性的に変形可能な輪形要素のことをいうとが分る。この輪は、 みぞ７２の中に伸び入るか又はパチンとはまって、外径表面をみぞの底面７６に 軽く押しつけ、内径面が穴４２の中にわずかな距離入り込んでバックヘッド組立 体３０を支持する結果になることは、上述の通りである。そのような位置では、 止め輪５０は、みぞ７２の中にほとんど恒久的に置かれて、特殊な工具を用いる か特別の努力をしないと取り外しできない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ダウンザホールさく岩機用のケーシングであり、第１のケーシング端に おいてドリルバックヘッドの作動要素に、第２のケーシング端においてドリルフ ロントヘッドの作動要素に接続されるように構成され、一方の端が使用中に摩滅 したとき縦方向に反転できるようになっているケーシングにおいて、 ａ．前記ケーシングは、止め輪みぞが１０．０〜１５．０の間の止め輪肩 比と１．０〜６．０の間の止め輪縦横比を有するとき５．０８〜２５．４ｃｍの 間のケーシング穴直径に対して０．６３〜１９．８１ｃｍの範囲にある止め輪み ぞ長さを持った止め輪みぞを有することを特徴とするダウンザホールさく岩機用 ケーシング。 ２．ダウンザホールさく岩機用のケーシングであり、第１のケーシング端に おいてドリルバックヘッドの作動要素に、第２のケーシング端においてドリルフ ロントヘッドの作動要素に接続されるように構成され、一方の端が使用中に摩滅 したとき縦方向に反転できるようになつているケーシングにおいて、 ａ．前記第１のケーシング端と前記第２のケーシング端の間に縦方向に伸 びる細長い中空管状体と、 ｂ．前記管状体にあって直径Ｄを有しかつ前記縦方向に伸びる軸線を有す る穴を形成する内面と、 ｃ．前記内面にあって、前記穴の中で作動可能なドリルバックヘッド要素 を支持するのに適し１．０と６．０の間の縦横比を有する止め輪を中に保持し、 前記管状体の前記縦方向に直角の平面内で見るとき前記穴の前記軸線から半径方 向に伸びている止め輪みぞ手段と、 ｄ．前記止め輪みぞ手段の両側で測定してほとんど鏡像である輪郭を有す る前記穴内面と を備え、 前記止め輪みぞ手段は ｉ．前記縦方向に測定した長さＬ、 ii．前記半径方向に測定した深さｔ、 iii．肩比Ｄ／ｔ、 を有し、前記長さＬが以下の範囲に最大値を有し、 これによって止め輪は止め輪みぞ手段によってケーシングが前記さく岩機の作動 要素に接続されないとき前記止め輪みぞからひねれてはずれないように抑制され ることを特徴とするダウンザホールさく岩機用ケーシング。 ３．前記止め輪みぞ手段が間に縦に伸びる基底面を有する１対の間隔をあけ て半径方向に平行に伸びる側壁によって形成されている請求項２に記載のケーシ ング。 ４．前記輪郭が、 ａ．前記内面において前記止め輪みぞ手段と前記第１のケーシング端の間 にあって、前記穴の中でドリルバックヘッドの作動要素を支持し、前記第１のケ ーシング端がドリルバックヘッドに接続されるとき、ドリルバックヘッドの作動 要素と共に衝撃流体の流れる道路を形成する第１のみぞ手段と、 ｂ．前記内面において前記止め輪みぞ手段と前記第２のケーシング端の間 にあって、前記穴の中でドリルバックヘッドの作動要素を支持し、前記第２のケ ーシング端がドリルフロントヘッドに接続されるとき、ドリルフロントヘッドの 作動要素と共に衝撃流体の流れる通路を形成する第２のみぞ手段と、 を備える請求項３に記載のケーシング。 ５．前記止め輪みぞ手段の基底面が前記第１のケーシング端と前記第２のケ ーシング端の間に中心を定められている請求項４に記載のケーシング。 ６．前記第１及び第２のケーシング端がドリルバックヘッドとフロントヘッ ドに接続するためにねじを切られている請求項５に記載のケーシング。 ７．使用中に一方の端が磨り減ったとき縦に反転できるダウンザホールさく 岩機用の可逆ケーシングを作る方法において、該方法が、 ａ．第１のケーシング端と第２のケーシング端を有する細長い中空管状ケ ーシングを設ける工程と、 ｂ．前記ケーシングの中の内面によって形成された穴を設ける工程と、 ｃ．前記穴の中で作動可能なドリルバックヘッド要素を支持するのに適し １．０と６．０の間の縦横比を有する止め輪を中に保持し、前記管状体の前記縦 方向に直角の平面内で見るとき前記穴の前記軸線から半径方向に伸びている止め 輪みぞ手段を前記内面に設ける工程と、 ｄ．前記内面において前記止め輪みぞと前記第１のケーシング端の間にあ って、前記穴の中でドリルバックヘッドの作動要素を支持し、前記第１のケーシ ング端がドリルバックヘッドに接続されるとき、ドリルバックヘッドの作動要素 と共に衝撃流体の流れる通路を形成する第１のみぞ手段を設ける工程と、 ｅ．前記内面において前記止め輪みぞ手段と前記第２のケーシング端の間 にあって、前記穴の中でドリルフロントヘッドの作動要素を支持し、前記第２の ケーシング端がドリルフロントヘッドに接続されるとき、ドリルフロントヘッド の作動要素と共に衝撃流体の流れる通路に形成する第２のみぞ手段を設ける工程 と、 を備え、 前記止め輪みぞ手段は ｉ．前記縦方向に測定した長さＬ、 ii．前記半径方向に測定した深さｔ、 iii．肩比Ｄ／ｔ、 を有し、前記長さＬが以下の範囲に最大値を有し、 これによって止め輪は止め輪みぞ手段によってケーシングが前記さく岩機の作動 要素に接続されないとき前記止め輪みぞからひねれてはずれないように抑制され ることを特徴とするダウンザホールさく岩機用可逆ケーシングの製法。 ８．前記止め輪みぞ手段の基底面が前記第１のケーシング端と前記第２のケ ーシング端の間に中心を定められている請求項７に記載の方法。 ９．前記第１及び第２のケーシング端がドリルバックヘッドとフロントヘッ ドに接続するためにねじを切られている請求項８に記載の方法。 １０．前記第１及び第２のみぞ手段が前記第１のケーシング端と前記第２のケ ーシング端の間に中心のある中心線面の回りに測定されたときほとんど鏡像であ る請求項９に記載の方法。