JPS6023589A - 侵襲媒体に対する限定移動型機械的システムの保護方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、侵襲媒体に対する限定移動型機械的システム
の保護方法に係る。

「機械的システム」なる語は、硬質の作動表面を有する
相対的可動部材からなるアセンブリの意である。これら
の部材は例えばスチール製である。

作動表面は回転、摺動、当接等を介して相互に協動し、
換言するなら一時的であシ得る接触によりとれらの硬い
表面間に力が伝達される。「機械的システム」は保合歯
車またはイールペア゛リングによシ構成されておシ、単
純なばね張架によるものではない。

「限定移動」なる語は、機械的システムの作動部材の各
点が所与の出発構造から相対的に移動する距離がシステ
ムの寸法に実質的に等しい最大線形振幅を越えない場合
に用いる。「限定移動」は、例えばシステム内における
一部材の往復移動、或いはシステムの耐用期間中に一度
だけ生じる小振幅の一方向移動であシ得る。シャフトの
軸に関する連続一方向回転は「限定移動」ではない。

侵襲媒体は例えば化学的侵襲媒体であシ得、或いは機械
的システムの作動表面を劣化させ得る研磨粒子の担体で
あシ得る。このような状態は例えば地下または「ダウン
ホール」モータを使用して孔部を掘削するような場合に
生じる。モータは１削泥土によシ駆動されるタービンか
ら構成される。

掘削泥土は加圧下で管列の高部から注入され、管の外周
を流通して阿び高部に戻る。泥土はシリカ粒子を含有す
る。限定移動型機械的システムは孔部の底部に配置され
るが、この場合システムに泥土が侵入しないよう保護す
る必要がある。このようなシステムについては後述する
。

使用すべき機械的システムの周囲の侵襲媒体の性質に関
係なく、機械的システムは既知通シに、作動表面とこの
作動表面が移動するのに十分な内部容積とを包囲する剛
性保護チャン・童を備えている。チャン・皆は、チャン
／ぐ内の作動部材に固定されておシかつ作動部材の運動
をチャン・青の外側に伝達すべく機能する連結部材を通
過せしめる少なくとも１個の出口開口部を備える必要が
ある。連結部材の周囲には該連結部材が移動できるよう
に所定の間隙を設ける必要がある。

保護チャ／／４は、作動部材の外側表面、或いは保護用
に特別に設けられたケーシングから構成され得る。

保護チャン／４は、特定の侵襲要素に対する効果的な保
護を確保し、特に前記間隙を通過し得ない大きい粒子に
よる侵食から作動表面を保護する。

しかし乍ら保護チャンバは化学的腐食（例えば酸化）と
研磨微粒子による侵食とに対しては多くの場合不十分で
ある。従って、作動表面を完全に保護するために種々の
方法が提案されている。

これらの方法のひとつは、外部媒体を作動表面に接触さ
せずに作動部材の所望の相対移動を可能にする材料を保
護チャンバに充填するものである。

充填材料は例えば前記間隙から漏洩し得ないよう十分な
稠密性を有するグリースである。しかし乍ら、実験によ
ると例えば大きい温度変化や高圧のような不利な条件下
ではグリースが徐々に漏洩し、侵襲媒体、例えば研磨粒
子が徐々に侵入する。

既知の別の充填材料として油、好ましくは高粘度の油が
挙げられる。この場合、出口間隙を閉止するために可撓
性シールリングが使用される。しかし乍ら既知のシール
リングは、温度変化と研磨粒子の衝撃下では非常に短時
間で劣化する。

本発明の好適具体例によると、侵襲媒体が太きい圧力及
び温度変化の条件下にあシまた新暦粒子を含有している
場合にも、限定移動型機械的システムは、信頼性の高い
単純かつ持続的方法で侵襲媒体から保護される。

本発明は、周囲侵襲媒体に対する限定移動型機椋的シス
テムの保護方法を提供することであり、機械的システム
は、作動力を直接伝達することによりシステムの作動を
確保すべく接触する作動表面を介して相互に協働する作
動部材と、システム外部に運動を伝達すべく作動部材に
固定された少なくとも１個の連結部材と、作動表面とこ
の作動表面を移動せしめる内部容積とを包囲しておシ、
かつ連結部材が移動し得るに十分な間隙を連結部２材の
円囲に設けながら連結部材を内側から外側へ通過せしめ
るための少なくとも１個の出口開口部を有する剛性保護
チャンバとを備えており、前記方法は、周囲侵襲媒体を
作動表面に接触させずに作動表面を移動させることの可
能な充填材料を保護チャンバに充填する充填工程を含ん
でおシ、前記方法において充填材料は、実質的な体積の
変化を生じることなく液体出発物質の化学的結合を形成
する固化工程によシ得られる軟質の弾性高重合体でｔり
υ、前記高重合体は、システム作動中の材料の変形が可
逆的でアシ得かつ変形に対する材料の抵抗がシステムの
作動を実質的に変化させることがないように、１平方ミ
リメートル当たシ３乃至３０ニユートンの引張強さと、
１センチメートル当たシ少なくとも２０ニユートンの剪
断強さと、少なくとも１５０チの弾性限界とを有してお
り、充填工程は、液体出発物質を用いて実施され固化工
程は充填工程後に実施され、充填工程よシリ前には、充
填材料が１平方ミリメートル当たシ少なくとも３ニユー
トンの引張強さでチャンバの内側表面とチャンバ内の連
結部材とに接着し得るように少なくとも出口開口部にお
ける少なくとも前記表面に接着コーティングを付着せし
める表面子処理工程が実施され、前記間隙は、連結部材
が出口開口部の近傍の充填材料の弾性限界内で移動し得
るのに十分な寸法に形成されている。

以下、添付図面を参考に本発明の具体例について非限定
的に説明する。

第１の具体例に従う機械的システムは、地下または「ダ
ウンホール」ター？ドリルのシャフトに軸方向スラスト
を伝達すべく構成されている。前記システムは、外枠１
３に対して可動でありかつシャフト２によシ軸２２につ
いて駆動される回転部材から成る第１のサブアセンブリ
と、外枠に軸方向スラストを伝達しながら軸について回
転し得ないように外枠に連結された非回転部材から成る
第２のサブアセンブリとを備えている。

第１のサブアセンブリは、シャフトに沿って連続的に配
置されておりかつそれぞれ２個の対向摩擦表面（１個の
みを図示）を備え得る複数の摩擦リング１を備えておシ
、前記摩擦表面はそれぞれ第２のサブアセンブリの協働
する摩擦リング６の単一の摩擦表面に摩擦接触している
。第２のサブアセンブリは、摩擦リングを軸方向にやや
摺動させながら第１のサブアセンブリの摩擦リング１に
永久スラストを加え続けるように摩擦リング６を軸方向
前方に推進すべく摩擦リング６の後面に当接する弾性ス
ラスト部材１７を備えている。スラスト部材１７は更に
各フレーム１２に当接している。更に第２のサブアセン
ブリは、フレーム１２に対して固定された固定案内スリ
ーブ３３と、フレーム１２に対して可動で１かつシャフ
ト２と同軸状に配置された移動案内スリーブ２８とを備
えている。各移動スリー！２８は対応する摩擦リング６
を剛性に支持している。移動スリーブと固定スリーブと
の対向表面にはそれぞれ移動溝部３゜と固定溝部３２と
が軸方向に伸延している。対向する各溝部対には一？−
ル３１が配置されている。

、＋ｆ−ルは、移動スリーブが固定スリーブに対して軸
方向に容易に摺動し得るのに十分な間隙を設けて配置さ
れる。間隙は、移動スリーブがシャフト軸について移動
し得ないように形成されるが、同時に、摩擦表面がシャ
フト軸に対して不可避的に垂直位置からやや偏位するに
も拘らず全摩擦表面に軸方向負荷を均一に分配すべく摩
擦リン′グが緊密に接触し続けるように、移動スリーブ
を周期的揺動によ）傾動させ得るように形成される。換
言するなら、摩擦リング１がやや水平からずれていると
仮定すると、摩擦リング６は移動スリーブ２８の揺動に
よシ摩擦り／グ１と緊密に接触を維持し得る。このよう
な状態はモータの製造時、或いは掘削する孔部の屈曲に
よシ生じ得る。原因の如何に拘らず摩擦が不均等である
と作動中の摩擦表面は急速に劣化する。

外枠１３に固定されたフレーム１２は、タービンの駆動
に使用される掘削泥土を通過せしめる開口部２３を備え
る環状グレートとして構成される。

移動スリーブの溝部は、ボールの逸脱を阻止すべく前部
及び後部エントストングを備えている。

揺動構造は、摩擦リングｌがシャフト軸に対して正確に
垂直な位置から偏位する場合予測される最大偏位量が１
００分の１ラジアンよシ小となるように設計される。因
みに従来型のターゲドリルを使用する場合、孔部の屈曲
が偏位を増加させる危険は非常に小さい。

軸方向スラスト部材１７は例えば”Ｂｅ１ｌｅｎｌｌ＊
”型の円錐台形スチール製ワッシャから構成される。

前記部材は移動スリーブ２８の後面とフレーム１２との
間で圧縮される。

日？−ル３１の行程は、固定溝部３２内の後部エントス
ドッグによってのみ限定される。従って、移動スリーブ
がワッシャ１７０弾性スラストに対して固定スリーブ内
に完全に圧入される以前釦、ゾールはまず駆動スリーブ
の溝部に半径方向に導入され得る。次には−ルは対向対
溝部に軸方向に摺動導入され得、従グて移動スリーブは
押戻され、ゾールは溝部の後部工ンドストッｆまで降下
し得る。

従って、保護すべき機械的システムは以下の部材から構
成される。剛性チャンバは固定案内スリーブ３３から構
成され、固定スリーブは同時に作動部材を構成している
。連結部材は移動スリーブ２８から構成され、移動スリ
ーブは同時に作動部材を構成している。他の作動部材は
、ぜ−ル３１と弾性ワンシャ１７とから構成される。出
口開口部ＯＳは、摺動スリーブ２８とリング６との横断
接触面に配置された固定スリーブ３３０環状開口部であ
る。

他方、補正開口部ｏｃは固定スリーブ３３の後部を貫通
している。

本発明によると、例えば７ｔ−ル３１の導入後、案内ス
リーブの内部容積は液体を充填され、この液体は容積の
壁に上述の接着コーティングを残して排出される。当然
のこと乍らこの液体は使用材料に適合するように選択さ
れる。

適当な乾燥を確保するために、メカニズムの構成部材に
（例えば噴霧または刷毛塗布によシ）予め液体を堆積さ
せてもよい。

次に上述の充填工程を実施する。このために、補正開口
部ＯＣを閉止し、軸２２を上方向の出口開口部゛に対し
て垂直に配置し、ｄ？−ル３１を重力によシ溝部３０の
底部まで移動させ、移動スリーブを行程の最上部に導き
ワッシャ１７に接触させる。

高流動性の液体出発物質は、満位まで出口開口部ＯＳに
緩慢に投入される。液体中の泡は真空吸引とそれに続く
大気圧適用により除去され得る。

次に、室温（工程のスピードアンプのためＫは高温）で
弾性充填材料の重合を行う。図面中重合化材料を参照符
号ＰＲで表わす。

実験の結果、危惧に反して弾性材料はシステムの作動を
妨げないことが証明された。具体的にいうと、システム
の作動の初期において、ば−ル３１が溝部３０及び３２
の側壁に接触しながら移動しかつ応力が高い（例えば、
１平方”ｉ’）ｉ　）ル当たシ１００ニュートン（Ｎ／
ｙｒｄ）よシ大）ゾーンでは、生成物中の多くの化学的
結合は断たれていた。従って充填生成物は殆んど液体と
して機能し、他方保護チャン・々内の他の全ゾーンにお
いて充填生成物は固体の稠密性を保った。

充填材料は単にシステムの作動を妨げないばかりか、直
接促進するものである。充填材料は、ヒール３１を所与
の面内、即ち固定スリーブを移動スリーブとが同軸状に
配置されている時これらのスリーブに同軸状の円の円周
に分配された位置に保持し得る心出し手段として機能す
る。移動スリーブは、この出発位置から出発する時、任
意の傾動軸について最も容易に傾動し得る。

更に、材料は分離或いは金属壁から離れることなく補正
開口部ＯＣを介して弾性変形するので、作動部材の運動
によシ囲障３３内の材料ＰＲの体積を変化させることが
できる。

第４図は本発明に従い保護される第２の機緘的システム
を示す。

システムは、限度的振幅、例えば角度１０で往復回動す
るシャツ）１００の軸受を備えている。

シャン）１００は目？−ルベアリングによシ横方向に支
持されておシ、ヒールベアリングは、・・ウジフグ１０
８内に配置された内側ケージ、１０２と、ゴール１０４
と、外側ケー−ｊ１０６とを備えている。ハウジングの
一部は、ハウジングに螺着された肉厚ワッシャ１１０に
よυ閉止されている。これらの前部材はスチール族であ
る。・・ウジングの残如の部分には保護充填材料ＰＲが
充填される。

この場合、作動部側は内側ケージ１０２と外側ケー°ジ
１０６とが−ル１０４とから構成される。

連結部材はシャフト１００から、保護チャンバはケーシ
ング１０８と、ワッシャ１１０とから構成される。出口
開口部は中心孔部１１２とワンシャ１１０とから構成さ
れる。

ワンシャ１１０がゴム製の場合、出口間隙を縮小するこ
とが可能であシ、従ってワッシャは接着剤で固定される
。

一般に本発明に従う充填材料は、少なくとも好ましくは
以下の条１件を満足すべきである。

（１）保護囲障と連結部材との材料（例えば金属）に対
してすぐれた接着性を有する。接着性は、少なくとも材
料自体の内部強さくＩＪｆｌ断または引張強さ）、即ち
３乃至３．０　Ｎ／ｍｄ　（引張強さ）Ｋ等しい。

（２）材料はシステムの運動によシ内部に引裂応力及び
延伸応力を受けるので、内部運動を許容し得るように、
例えば２０乃至２００　Ｎ／Ｃ＊の大きい引裂強さと極
めて高い伸び率（例えば１５０乃至７００係）とを備え
る必要がある。

材料は、内部機械的運動によ環生成される熱を上述の保
護充填材料は特定の作動条件、例えば媒体が砂や他の研
磨粒子を含有する場合に特に使用される。充填材料は研
磨物質に対して研々抵抗性を有する必要がある。エラス
トマタイプの材料の研磨抵抗は非常に大きく、２０乃至
７０Ａのショア硬さで表わされる。

機械的システムの運動は充填材料を変形させ、その結果
システムに対向する力が加えられる。この力はできるだ
け小さくすべきであり、好ましくはヤング率０．５乃至
２ＯＮ／ｍｄの材料を使用することにより確保される。

材料はフランスのＲｈｏｎｅ　Ｐｏｕｌｅｎａ社から商
標名Ｒｈｏｄｏｒｇｉｌ　Ｅ’ＶＦで市販されている特
殊なり四ロシランまたはシロクサンから選択され得る。

これに対して、天然ゴムやプリブタジェンのような人工
エラストマは好適な機械的及び接着特性を有するが、使
用方法が難しく、非常に高価な取付装置を必要とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法によシ保獲される第１の機械的シ
ステムの第２図のＩ−Ｉ而における半分軸方向断面図、
第２図はＫＣｌ図のｎ−ｎｌにおけるシステムの半分横
断面図、第３図は第２図のＨにおける拡大詳細図、及び
第４図は本発明の方法によシ保膜される第２の機械的シ
ステムの半分軸方向断面図である。 １．６・・・摩擦リング、２，１００・・・シャフト、
１２・・・フレーム、１３・・・外枠、１７．１１０・
・・ワンシャ、２２・・・シャフト軸、２８・・・移動
案内スリーブ、３０・・・移動溝部、３１，１０４・・
・？−ル、３２・・・固定溝部、３３・・・固定案内ス
リーブ、１ｏ２・・・内側ケージ、１０６・・・外側ケ
ージ、１０８・・・ハウジンク、ＯＣ・・・補正開口部
、ＯＢ・・・出口開口部。 ＦＩＧ、４ −ａｂｑ−

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）侵襲媒体に対する限定移動型機械的システムの保
   護方法であシ、前記システムは、作動力を直接伝達する
   ことによシシステムの作動を確保すべく接触する作動表
   面を介して相互に協働する作動部材と、システムの外部
   に運動を伝達すべく１個の作動部材に固定された少なく
   とも１個の連結部材と、作動表面とこの作動表面を移動
   させ得る内部容積とを包囲しておシ、かつ連結部材が移
   動し得るに十分な間隙を連結部材の周囲に設けながら連
   結部材を内側から外側に通過せしめるための少なくとも
   １個の開口部を有する剛性保護チャンバとを備えており
   、前記方法は、周囲侵襲媒体を作動表面に接触させずに
   作動表面を移動させ得るような充填材料を保護チャンバ
   に充填する充填工程を含んでおシ、前記方法において充
   填材料は、実質的な体積の変化を生じることなく液体出
   発物質の化学的結合を形成する固化工程によって得られ
   る軟質の弾性高重合体であシ、前記高重合体は、システ
   ムの作動中の充填材料の変形が可逆的でありかつ変形に
   対する充填材料の抵抗が実質的にシステムの作動を変化
   させることがないように、１平方ぼりメートル当たシ３
   乃至３０ニユートンの引張強さと、１センチメートル当
   たシ少なくとも２０ニユートンの剪断強さと、少なくと
   も１５０％の弾性限界とを有しておシ、充填工程は液相
   の出発物質を用いて実施され、固化工程は充填工程後に
   実施され、充填工程よシ以前には、充填材料が１平方ミ
   リメータ当たシ少なくとも３ニユートンの引張強さでチ
   ャンバの内側表面とチャンバ内の連結部材の表面とに接
   着し得るように少なくとも出口開口部近傍における少な
   くとも前記表面に接着コーティングを付着せしめる表面
   子処理工程が実施され、前記間隙は、連結部材が出口開
   口部近傍の充填材料の弾性限界内で移動し得るに十分な
   寸法に形成されている、侵襲媒体に対する限定移動型機
   械的システムの保護方法。
2. （２）充填材料の熱伝導率は０．１　Ｗ／ｍ’　、　Ｋ
   よシ大である、特許請求の範囲第１項に記載の方法。
3. （３）充填材料のシミア硬さは２０乃至７０Ａである、
   特許請求の範囲第１項に記載の方法。
4. （４）充填材料のヤング率は０．５乃至２０　Ｎ／ｍｄ
   ”である、特許請求の範囲第１項に記載の方法。
5. （５）充填材料は、化学的侵食に対して良好な抵抗を確
   保すべく、クロロシランとシロクサンとから成るグルー
   プから選択される、特許請求の範囲第１項に記載の方法
   。
6. （６）作動部材は、他の作動表面と接触する作動表面に
   近接するゾーンで１００ニユートｙ　／ｒａｔより大の
   応力に耐え得る金属から形成される特許請求の範囲第１
   項乃至第５項のいずれかに記載の方法。
7. （７）保護チャン・々は、充填材料を弾性変形させるこ
   とによシチャンパの内部容積の可変範囲を増加させるた
   めの少なくとも１個の補正開口部を穿設されている特許
   請求の範囲第１項に記載の方法。