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技術 シャフトの整列装置および方向掘削ドリルの整列装置並びに方向掘削穴の掘削方法

出願人 石油公団
発明者 ニールアンドリューアバクロムビーシンプソン
出願日 1996年11月22日 (24年0ヶ月経過) 出願番号 1996-311734
公開日 1997年8月19日 (23年3ヶ月経過) 公開番号 1997-217576
状態 特許登録済
技術分野 地中削孔機 地中削孔
主要キーワード 接係合面 シャフト支持体 陸上走行車両 シャフト継手 半組立体 サイドフランジ 加圧作動 フローティングピストン
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1997年8月19日)のものです。
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図面 (20)

課題

狭い空間でもシャフト自由端の向きを基端側から制御できるようにして、井戸掘削等に好適なシャフト整列装置を提供し、更にこれを用いた好ましい方向掘削穴掘削方法を実現する。

解決手段

第1の長さ方向軸18を有する第1シャフト支持手段212と、第2の長さ方向軸22を有する第2シャフト支持手段214と、軸受回転軸40を有し第1シャフト支持手段212を第2シャフト支持手段214に回転自在に結合させる結合軸受手段とを備え、軸受回転軸40が長さ方向軸18に対し第1の非角をなすとともに長さ方向軸22に対し第2の非零角をなし、シャフト支持手段212、214がそれぞれ長さ方向軸18、22の回りで相対回転するときこれら長さ方向軸18、22の間の相対的なずれ角が変化するよう、結合軸受手段をシャフト支持手段212および214に対し配置している。

概要

背景

一般に、殆ど大部分の方向掘削は例えば8.5インチ(216mm)以下の小さい穴径サイズで実施されている。また、近年では、コスト削減や生産性の向上を主眼に高角度の井戸穴や水平穴に対する要求が高まっている。さらに、地質層のダメージがそれまで評価されていたよりさらに重要な結果をもたらすことから、コイルチューブ掘削方式が注目をあびており、スリム穴方式を上回ってきた。

掘削時におけるドリルの向きを制御することは必要ではあるが、特に掘削穴径が小さい場合には困難である。大径穴を掘削する場合の剛性が高く大きなトルクおよび軸方向力を伝達しうるドリルライン(1列に連結されたシャフト列)は、穴径の小さなコイルチューブ方式の掘削を行う際には使用できないし、そのケーシングは可撓性があり大きな力を坦持することができない。

概要

狭い空間でもシャフト自由端の向きを基端側から制御できるようにして、井戸掘削等に好適なシャフト整列装置を提供し、更にこれを用いた好ましい方向掘削穴の掘削方法を実現する。

第1の長さ方向軸18を有する第1シャフト支持手段212と、第2の長さ方向軸22を有する第2シャフト支持手段214と、軸受回転軸40を有し第1シャフト支持手段212を第2シャフト支持手段214に回転自在に結合させる結合軸受手段とを備え、軸受回転軸40が長さ方向軸18に対し第1の非角をなすとともに長さ方向軸22に対し第2の非零角をなし、シャフト支持手段212、214がそれぞれ長さ方向軸18、22の回りで相対回転するときこれら長さ方向軸18、22の間の相対的なずれ角が変化するよう、結合軸受手段をシャフト支持手段212および214に対し配置している。

目的

本発明は、上記従来の問題を解消すべくなされたもので、穴径の小さい穴内のような狭い空間でもシャフト自由端の向きを基端側から確実に制御できるようにして、井戸穴の掘削等に好適なシャフトの整列装置を提供することを目的とし、更にこの装置を用いた好ましい方向掘削穴の掘削方法を実現することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

第1の長さ方向の軸を有する第1シャフト支持手段と、第2の長さ方向の軸を有する第2シャフト支持手段と、軸受回転軸を有し第1シャフト支持手段を第2シャフト支持手段に回転自在に結合させる結合軸受手段と、を備え、前記軸受回転軸が前記第1の長さ方向軸に対し第1の非角をなすとともに前記第2の長さ方向軸に対し第2の非零角をなし、前記第1および第2シャフト支持手段がそれぞれ前記第1および第2の長さ方向軸の回りで相対回転するときこれら第1および第2の長さ方向軸の間の相対的なずれ角が変化するよう、前記結合軸受手段を前記第1シャフト支持手段および第2シャフト支持手段に対して配置したことを特徴とするシャフト整列装置

請求項2

前記結合軸受手段の軸受回転軸が前記第1および第2シャフト支持手段の前記第1および第2の長さ方向軸に対しそれぞれ交差したことを特徴とする請求項1に記載のシャフトの整列装置。

請求項3

前記第1および第2シャフト支持手段の前記第1および第2の長さ方向軸が互いに交差したことを特徴とする請求項2に記載のシャフトの整列装置。

請求項4

前記第1および第2の非零角がそれぞれ1度から3度の範囲内の角度から選択されたことを特徴とする請求項1、2又は3に記載のシャフトの整列装置。

請求項5

前記第1および第2の非零角が互に等しく、前記第1および第2シャフト支持手段の相対回転の特定の1つの位置で前記第1および第2の長さ方向軸が互いに平行になるようにしたことを特徴とする請求項1〜4の何れか1つに記載のシャフトの整列装置。

請求項6

前記第1シャフト支持手段がその近傍で前記第1の長さ方向軸と同軸な第1シャフト回転軸回りにシャフトを支持する第1シャフト軸受手段を有し、前記第2シャフト支持手段がその近傍で前記第2の長さ方向軸と同軸な第2シャフト回転軸回りにシャフトを支持する第2シャフト軸受手段を有することを特徴とする請求項1〜5の何れか1つに記載のシャフトの整列装置。

請求項7

長さ方向で隣接する整列可能な第1領域軸部および第2領域軸部を有するシャフト組立体と、第1の長さ方向の軸を有し、該第1の長さ方向軸と同軸な第1シャフト回転軸回りに前記ャフト組立体の第1領域軸部を支持する第1シャフト支持手段と、第2の長さ方向の軸を有し、該第2の長さ方向軸と同軸な第2シャフト回転軸回りに前記シャフト組立体の第2領域軸部を支持する第2シャフト支持手段と、軸受回転軸を有し、第1シャフト支持手段を第2シャフト支持手段に回転自在に結合させる結合軸受手段と、を備え、前記軸受回転軸が前記第1の長さ方向軸に対し第1の非零角をなすとともに前記第2の長さ方向軸に対し第2の非零角をなし、前記第1および第2シャフト支持手段がそれぞれ前記第1および第2の長さ方向軸の回りで相対回転するときこれら第1および第2の長さ方向軸の間の相対的なずれ角が変化するよう、前記結合軸受手段を前記第1シャフト支持手段および第2シャフト支持手段に対して配置し、該ずれ角の変化する範囲内で前記シャフト組立体の第1領域軸部と第2領域軸部との間で回転が伝達されるようにしたことを特徴とするシャフトの整列装置。

請求項8

前記シャフト組立体の第1領域軸部と第2領域軸部との間で回転が伝達されるよう、少なくとも前記シャフト組立体の第1領域軸部と第2領域軸部の間を可撓性部材で構成したことを特徴とする請求項7に記載のシャフトの整列装置。

請求項9

前記シャフト組立体の第1領域軸部と第2領域軸部との間で回転が伝達されるよう、少なくとも前記シャフト組立体の第1領域軸部と第2領域軸部の間に両軸部を互いに一体的に回転するよう連結するシャフト継手を設けたことを特徴とする請求項7に記載のシャフトの整列装置。

請求項10

前記シャフト継手がユニバーサルジョイント又は等速ジョイントであることを特徴とする請求項9に記載のシャフトの整列装置。

請求項11

前記第1および第2シャフト支持手段の相対回転を制御可能にもたらすよう両支持手段を相互に結合する相対回転制御手段を設けたことを特徴とする請求項1〜10の何れか1つに記載のシャフトの整列装置。

請求項12

記相回転制御手段が、第1および第2シャフト支持手段を相互に結合する非可逆歯車伝動手段と、該歯車伝動手段に結合されて前記第1および第2シャフト支持手段に前記制御された相対回転を付与する制御可能な駆動手段と、を有することを特徴とする請求項11に記載のシャフトの整列装置。

請求項13

前記歯車伝動手段が中空の撓み噛合式調和歯車装置で構成されたことを特徴とする請求項12に記載のシャフトの整列装置。

請求項14

前記駆動手段と前記歯車伝動手段の間に回転動力を断接する回転クラッチを介在させ、該回転クラッチを介して前記駆動手段を前記シャフト組立体からの回転動力により制御するようにしたことを特徴とする請求項12又は13に記載のシャフトの整列装置。

請求項15

更なる長さ方向の軸を有する追加のシャフト支持手段と、更なる軸受回転軸を有し第1シャフト支持手段を追加のシャフト支持手段に回転自在に結合させる追加の結合軸受手段と、を備え、前記第1および追加の長さ方向軸が互に同軸で、かつ、前記更なる軸受回転軸とも同軸であり、前記第1シャフト支持手段の前記追加のシャフト支持手段に対する回転が制御される結果として、前記第2シャフト支持手段が前記第1シャフト支持手段に対して回転されるとき、前記第2の長さ方向軸が前記第1の長さ方向軸からそれる、その方向が制御されるようにしたことを特徴とすることを特徴とする請求項1〜14の何れか1つに記載のシャフトの整列装置。

請求項16

前記第1および追加のシャフト支持手段に制御可能な相対回転をもたらすよう第1および追加の支持手段を相互に結合する追加の相対回転制御手段を設けたことを特徴とする請求項16に記載のシャフトの整列装置。

請求項17

前記追加の相対回転制御手段が前記第1の相対回転制御手段と同一の構成を有することを特徴とする請求項16に記載のシャフトの整列装置。

請求項18

地層中における井戸の方向掘削を可能にするよう井戸穴内の掘削ドリル軸列の先端を制御可能に整列させる方向掘削ドリルの整列装置であって、長さ方向で隣接する整列可能な第1領域軸部、第2領域軸部および第3領域軸部を有するシャフト組立体と、第1の長さ方向の軸を有し、該第1の長さ方向軸と同軸な第1シャフト回転軸回りに前記シャフト組立体の第1領域軸部を支持する第1シャフト支持手段と、第2の長さ方向の軸を有し、該第2の長さ方向軸と同軸な第2シャフト回転軸回りに前記シャフト組立体の第2領域軸部を支持する第2シャフト支持手段と、第3の長さ方向の軸を有し、該第3の長さ方向軸と同軸な第3シャフト回転軸回りに前記シャフト組立体の第3領域軸部を支持する第3シャフト支持手段と、既に掘削された穴壁の一部に第3シャフト支持手段を一時的に固定する機能を有するアンカー固定手段と、一方側の軸受回転軸を有し第1シャフト支持手段を第2シャフト支持手段に回転自在に結合させる一方側の結合軸受手段と、更なる軸受回転軸を有し第1シャフト支持手段を第3のシャフト支持手段に回転自在に結合させる他方側の結合軸受手段と、を備え、前記一方側の軸受回転軸が前記第1の長さ方向軸に対し第1の非零角をなすとともに前記第2の長さ方向軸に対し第2の非零角をなし、前記第1および第2シャフト支持手段がそれぞれ前記第1および第2の長さ方向軸の回りで相対回転するときこれら第1および第2の長さ方向軸の間の相対的なずれ角が変化するよう、前記一方側の結合軸受手段を前記第1シャフト支持手段および第2シャフト支持手段に対して配置し、前記第1および第3の長さ方向軸が互に同軸で、かつ、前記更なる軸受回転軸とも同軸である状態で、前記第1シャフト支持手段の前記第3のシャフト支持手段に対する回転が制御される結果として、前記第2シャフト支持手段が前記第1シャフト支持手段に対して回転されるときに前記第2の長さ方向軸が前記第1の長さ方向軸からそれる、その方向が制御され、前記ずれ角の変化する範囲内で前記シャフト組立体の第1、第2および第3領域軸部の間で回転が伝達されるようになしたことを特徴とする方向掘削ドリルの整列装置。

請求項19

前記第3シャフト支持手段の軸方向を検知する方向検知手段を設け、該方向検知手段により少なくとも掘削穴壁に一時的に固定された第3シャフト支持手段の軸方向を検知し、該検知情報に基づいて掘削ドリル軸列の先端の向きを変更して井戸穴を掘り進むか否かを決定するようにしたことを特徴とする請求項18に記載の方向掘削ドリルの整列装置。

請求項20

地層中における井戸の方向掘削を可能にするよう井戸穴内の掘削ドリル軸線の先端を制御可能に整列させる方向掘削穴の掘削方法であって、請求項18又は19に記載の方向掘削ドリルの整列装置と、所定のドリルビットとを準備し、前記ドリルビットを前記シャフト組立体の離隔端に固定した後、前記整列装置を予め掘削された穴内で方向掘削ドリルの先端に固定し、前記第3のシャフト支持手段を前記予め掘削された穴内に一時的に固定し、該穴内に固定された第3のシャフト支持手段の軸方向を検知し、前記ドリルビットの回転軸が選択した所定の方向に整列するまで、前記第1シャフト支持手段を前記第3シャフト支持手段に対して回転させ、又は、前記第2シャフト支持手段を前記第1シャフト支持手段に対して回転させ、掘削を継続することを特徴とする方向掘削穴の掘削方法。

技術分野

0001

本発明はシャフト整列装置係り、より詳しくは、例えばこれに限定するものではないが、地質層中に井戸を掘る方向掘削ドリルラインの先端部の整列装置に関する。

背景技術

0002

一般に、殆ど大部分の方向掘削は例えば8.5インチ(216mm)以下の小さい穴径サイズで実施されている。また、近年では、コスト削減や生産性の向上を主眼に高角度の井戸穴や水平穴に対する要求が高まっている。さらに、地質層のダメージがそれまで評価されていたよりさらに重要な結果をもたらすことから、コイルチューブ掘削方式が注目をあびており、スリム穴方式を上回ってきた。

0003

掘削時におけるドリルの向きを制御することは必要ではあるが、特に掘削穴径が小さい場合には困難である。大径穴を掘削する場合の剛性が高く大きなトルクおよび軸方向力を伝達しうるドリルライン(1列に連結されたシャフト列)は、穴径の小さなコイルチューブ方式の掘削を行う際には使用できないし、そのケーシングは可撓性があり大きな力を坦持することができない。

発明が解決しようとする課題

0004

本発明は、上記従来の問題を解消すべくなされたもので、穴径の小さい穴内のような狭い空間でもシャフト自由端の向きを基端側から確実に制御できるようにして、井戸穴の掘削等に好適なシャフトの整列装置を提供することを目的とし、更にこの装置を用いた好ましい方向掘削穴の掘削方法を実現することを目的とする。

課題を解決するための手段

0005

上記目的達成のため、請求項1に記載の発明は、第1の長さ方向の軸を有する第1シャフト支持手段と、第2の長さ方向の軸を有する第2シャフト支持手段と、軸受回転軸を有し第1シャフト支持手段を第2シャフト支持手段に回転自在に結合させる結合軸受手段と、を備え、前記軸受回転軸が前記第1の長さ方向軸に対し第1の非角をなすとともに前記第2の長さ方向軸に対し第2の非零角をなし、前記第1および第2シャフト支持手段がそれぞれ前記第1および第2の長さ方向軸の回りで相対回転するときこれら第1および第2の長さ方向軸の間の相対的なずれ角が変化するよう、前記結合軸受手段を前記第1シャフト支持手段および第2シャフト支持手段に対して配置してなるものである。

0006

また、請求項2に記載のように、前記第1、第2シャフト支持手段および前記結合軸受手段は、好ましくは、前記第1、第2の長さ方向軸がそれぞれ前記軸受回転軸と交差するよう関連付けられ、より詳しくは、請求項3に記載のように、前記第1および第2の長さ方向軸が相互に交差するものである。請求項4に記載のように、前記第1および第2の非零角は例えば1度から3度の範囲内の角度から選択することができるが、特に請求項5に記載のように、これら第1および第2の非零角を互に等しくして、前記第1および第2シャフト支持手段の相対回転の特定の1つの位置で前記第1および第2の長さ方向軸が互いに平行になるようにするのが良い。

0007

また、請求項6に記載のように、前記シャフト支持手段は、好ましくはその近傍で前記第1の長さ方向軸と同軸な第1シャフト回転軸回りにシャフトを支持する第1シャフト軸受手段と、その近傍で前記第2の長さ方向軸と同軸な第2シャフト回転軸回りにシャフトを支持する第2シャフト軸受手段と、を有している。この場合、長さ方向で隣接する整列可能な第1領域軸部および第2領域軸部を有するシャフト組立体と、前記シャフト整列装置とを組み合わせることができる。

0008

すなわち、請求項7に記載のように、長さ方向で隣接する整列可能な第1領域軸部および第2領域軸部を有するシャフト組立体と、第1の長さ方向の軸を有し該第1の長さ方向軸と同軸な第1シャフト回転軸回りに前記シャフト組立体の第1領域軸部を支持する第1シャフト支持手段と、第2の長さ方向の軸を有し該第2の長さ方向軸と同軸な第2シャフト回転軸回りに前記シャフト組立体の第2領域軸部を支持する第2シャフト支持手段と、軸受回転軸を有し第1シャフト支持手段を第2シャフト支持手段に回転自在に結合させる結合軸受手段と、を備え、前記軸受回転軸が前記第1の長さ方向軸に対し第1の非零角をなすとともに前記第2の長さ方向軸に対し第2の非零角をなし、前記第1および第2シャフト支持手段がそれぞれ前記第1および第2の長さ方向軸の回りで相対回転するときこれら第1および第2の長さ方向軸の間の相対的なずれ角が変化するよう、前記結合軸受手段を前記第1シャフト支持手段および第2シャフト支持手段に対して配置し、該ずれ角の変化する範囲内で前記シャフト組立体の第1領域軸部と第2領域軸部との間で回転が伝達されるようにすることができる。

0009

さらに、請求項8に記載のように、前記シャフト組立体の第1領域軸部と第2領域軸部との間で回転が伝達されるよう、少なくとも前記シャフト組立体の第1領域軸部と第2領域軸部の間を可撓性部材で構成することができる。あるいは、請求項9、10に記載のように、第1領域軸部と第2領域軸部との間に、上記とほぼ同様な相互結合をなすシャフト継手、例えばフックジョイント等速ジョイントのようなユニバーサルジョイント、又は例えばルゼッパジョイント(Rzeppajoint)を介在させてもよい。

0010

前記シャフト整列装置は、好ましくは請求項11に記載のように、前記第1および第2シャフト支持手段の相対回転を制御可能にもたらすよう両支持手段を相互に結合する相対回転制御手段を具備するものである。この相対回転制御手段は、請求項12に記載のように、第1および第2シャフト支持手段を相互に結合する非可逆歯車伝動手段と、該歯車伝動手段に結合されて前記第1および第2シャフト支持手段に制御された相対回転を付与する制御可能な駆動手段とで構成することができる。この制御可能な駆動手段は、請求項13に記載のように、前記シャフト組立体からの回転動力を利用して制御するようにしてもよく、例えば請求項14に記載のように、回転クラッチで制御することができる。前記歯車伝動手段としては中空の撓み噛合式調和歯車装置を用いることができる。

0011

本発明は、さらに請求項15に記載のように、更なる長さ方向の軸を有する追加のシャフト支持手段と、更なる軸受回転軸を有し第1シャフト支持手段を追加のシャフト支持手段に回転自在に結合させる追加の結合軸受手段と、を備え、前記第1および追加の長さ方向軸が互に同軸で、かつ、前記更なる軸受回転軸とも同軸であり、前記第1シャフト支持手段の前記追加のシャフト支持手段に対する回転が制御される結果として、前記第2シャフト支持手段が前記第1シャフト支持手段に対して回転されるときに前記第2の長さ方向軸が前記第1の長さ方向軸からそれる、その方向が制御されるようにするのがよい。この場合、請求項16に記載のように、追加の相対回転制御手段も好ましくは設けられ、前記第1および追加のシャフト支持手段に制御可能な相対回転をもたらすよう第1および追加の支持手段を相互に結合する。この追加の相対回転制御手段は、請求項17に記載のように、最初の相対回転制御手段と同一に構成することができる。

0012

また、請求項18に記載の発明は、地層中における井戸の方向掘削を可能にするよう井戸穴内の掘削ドリル軸線の先端を制御可能に整列させる方向掘削ドリルの整列装置であって、長さ方向で隣接する整列可能な第1領域軸部、第2領域軸部および第3領域軸部を有するシャフト組立体と、第1の長さ方向の軸を有し、該第1の長さ方向軸と同軸な第1シャフト回転軸回りに前記シャフト組立体の第1領域軸部を支持する第1シャフト支持手段と、第2の長さ方向の軸を有し、該第2の長さ方向軸と同軸な第2シャフト回転軸回りに前記シャフト組立体の第2領域軸部を支持する第2シャフト支持手段と、第3の長さ方向の軸を有し、該第3の長さ方向軸と同軸な第3シャフト回転軸回りに前記シャフト組立体の第3領域軸部を支持するとともに既に掘削された穴壁の一部を一時的に固定する機能を有する第3シャフト支持手段と、一方側の軸受回転軸を有し第1シャフト支持手段を第2シャフト支持手段に回転自在に結合させる一方側の結合軸受手段と、更なる軸受回転軸を有し第1シャフト支持手段を第3のシャフト支持手段に回転自在に結合させる他方側の結合軸受手段と、を備え、前記一方側の軸受回転軸が前記第1の長さ方向軸に対し第1の非零角をなすとともに前記第2の長さ方向軸に対し第2の非零角をなし、前記第1および第2シャフト支持手段がそれぞれ前記第1および第2の長さ方向軸の回りで相対回転するときこれら第1および第2の長さ方向軸の間の相対的なずれ角が変化するよう、前記一方側の結合軸受手段を前記第1シャフト支持手段および第2シャフト支持手段に対して配置し、前記第1および第3の長さ方向軸が互に同軸で、かつ、前記更なる軸受回転軸とも同軸である状態で、前記第1シャフト支持手段の前記第3のシャフト支持手段に対する回転が制御される結果として、前記第2シャフト支持手段が前記第1シャフト支持手段に対して回転されるときに前記第2の長さ方向軸が前記第1の長さ方向軸からそれる、その方向が制御され、前記ずれ角の変化する範囲内で前記シャフト組立体の第1、第2および第3領域軸部の間で回転が伝達されるようにしたものであり、好ましくは、請求項19に記載のように、前記第3シャフト支持手段の軸方向を検知する方向検知手段を設け、該方向検知手段により少なくとも掘削穴壁に一時的に固定された第3シャフト支持手段の軸方向を検知し、該検知情報に基づいて掘削ドリル軸列の先端の向きを変更して井戸穴を掘り進むか否かを決定するようにすることができる。

0013

請求項20に記載の発明は、地層中における井戸の方向掘削を可能にするよう井戸穴内の掘削ドリル軸線の先端を制御可能に整列させる方向掘削穴の掘削方法であって、請求項18又は19に記載の方向掘削ドリルの整列装置と、所定のドリルビットとを準備し、前記ドリルビットを前記シャフト組立体の離隔端に固定した後、前記整列装置を予め掘削された穴内で方向掘削ドリルの先端に固定し、前記第3のシャフト支持手段を前記予め掘削された穴内に一時的に固定し、該穴内に固定された第3のシャフト支持手段の軸方向を検知し、前記ドリルビットの回転軸が選択した所定の方向に整列するまで、前記第1シャフト支持手段を前記第3シャフト支持手段に対して回転させ、又は、前記第2シャフト支持手段を前記第1シャフト支持手段に対して回転させ、掘削を継続するものである。

発明を実施するための最良の形態

0014

以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照しつつ説明する。図1(a)および図1(b)は本発明に係るシャフトの整列装置の第1の実施形態を示す図である。同図において、10は整列可能なシャフト組立体であり、このシャフト組立体10は第1シャフト支持体12(第1シャフト支持手段)および第2シャフト支持体14(第2シャフト支持手段)を有している。第1シャフト支持体12は中空のチューブ構成体で長さ方向の軸18を有し、内方に長さ方向の軸18と同軸な回転中心軸を有する回転軸受16がはめ付けられている。第2シャフト支持体14はもう一つの中空のチューブ状構成体で長さ方向の軸22を有し、内方に長さ方向の軸22と同軸な回転中心軸を有する回転軸受20がはめ付けられている。第1シャフト支持体12および第2シャフト支持体14は、それぞれの端面24、26に沿って隣接している。

0015

第1シャフト支持体12および第2シャフト支持体14は、また、図示しない結合軸受手段により、隣接したそれらの端面24および26を互いに接触した状態を保って相互に回転できるように結合されている。この結合軸受手段の回転軸は長さ方向の軸18および22に対して小さいがしかし非零の角度をもって整列されている。図1(a)においては、この角度の形態を表すため、これに代えて長さ方向の軸18および22(同図1(a)に示すシャフト組立体10の状態でこれらの軸18、22は互いに同軸である)に対する仮想直交面30に対し微小非零角度θをなす端面24および26の隣接係合面としての平面28を示している。また、図1(a)に示す本実施形態の配置例においては、微小な非零角度をそれぞれ2.0゜としている。

0016

シャフト組立体10は、更に、第1シャフト部34および第2シャフト部36を有するシャフト32を具備している。その第1シャフト部34は回転軸受16内に回転自在に支持され長さ方向の軸18と同軸な第1シャフト回転軸を中心に回転する。第2シャフト部36は回転軸受20内に回転自在に支持され長さ方向の軸22と同軸な第2シャフト回転軸を中心に回転する。これらシャフト部34および36はそれぞれの回転中心軸を不平行に交差させつつ互いに一体回転するようにシャフト継手38により結合されている。シャフト継手38は例えば「ユニバーサルジョイント」または「フックジョイント」(通常、例えば車両後輪軸ギアボックスに連結される動力伝達軸等にカルダン継手として使用される。)として知られているが、上述のように、シャフト継手38は等速継手(すなわち入出力軸交差角度に拘わらず伝達回転の変動を生じない、ルゼッパ(Rzeppa)ジョイントやこれと同様に陸上走行車両前輪ハブに使用される継手)として知られるタイプのものが好ましい。これに代えてシャフト32を中間部が可撓性を有する、すなわちフレキシブル一体構造のシャフトにしてもよい。この場合、非同軸に変化可能に整列される第1、第2シャフト部34および36の端部間でこの可撓性のシャフト32により回転動力を伝達することができる。第1、第2シャフト部24および36は、中空で、互いにシャフト継手38により連結されてシャフト32を構成している。そして、このシャフト32内を通って長さ方向に圧力流体が流れ得るようになっている。

0017

シャフト支持体12および14が図1に示すように同軸に整列された状態においては、シャフト支持体12および14の端面24および26のそれぞれの仮想直交面30に対する傾斜角θが互いに相殺されるという理由により、シャフト支持体12および14の長さ方向の軸18および22は互いに同軸な関係にある。一方、シャフト支持体12および14が図1(a)に状態から180゜だけ相対回転し、図1(b)に示す状態(前記結合軸受は傾斜した端面24および26を常時接触させている)になると、シャフト組立体10は長さ方向軸18および22の各々が軸受回転中心軸40に対し2度だけ傾くような曲げ状態になる.この曲げ形状の状態において、2つのシャフト部34および36は互いにシャフト継手38により一体回転するように連結されているので、シャフト部36はなおシャフト部34の回転に従って回転することができる。しかし、このとき、シャフト支持体14の長さ方向軸22と常時同軸なシャフト部36は、第1シャフト支持体12の長さ方向の軸18と常時同軸なシャフト部34の回転中心軸に対して4度だけ相対的にずれている。

0018

上述のシャフトの4度のずれ角はシャフト組立体10の取り得る真直状態からの最大の曲げ角であり、このときの端面24および26の長さ方向軸18および22に対する直交位置からのずれはそれぞれ2度である。このような0度から4度までのシャフトずれ角は、第1シャフト支持体12および第2シャフト支持体14を0度から180度の範囲内で所定量だけ回転させることにより0゜〜4゜の任意の角度値に設定することができる。なお、第1、第2シャフト支持体12および14の隣接端面24および26を結合軸受手段の回転中心軸40に対する傾斜角の互いに異なる端面として、前記最大曲げ角を変化させることができる。

0019

第1シャフト支持部12が適当な向きになるまで第1シャフト支持部12を長さ方向の軸18の回りで回転させることにより、更に意図したシャフトの向きの変化が得られるまで第1シャフト支持部12に対し第2シャフト支持部14をその長さ方向の軸22の回りに回転させることにより、シャフト部36がシャフト部34に対して傾く方向は固定基準(シャフト部34が鉛直である場合、例えば向き)に対して制御することができる。なお、第1シャフト支持部12の回転方向は第2シャフト支持部14(およびこれに回転自在に支持されたシャフト部36)が意図した方向に傾くような方向である。次いで、このような傾き方向の制御と同様にしてシャフト列の向きを制御する場合について説明する。

0020

シャフト組立体10の通常の使用において、シャフト支持体12および14は軸線の逸れる量(傾き角度)と方向を変化させる間だけ内部回転を受け、軸方向(掘削方向)に移動するとき以外は静止している。その中で、シャフト32が回転し、例えば井戸を掘るための掘削ドリルが駆動される。図2図5は本発明に係るシャフトの整列装置の第2の実施形態を示す図である。これらの図において、整列可能なシャフト組立体100は、図1(a)および1(b)を用いて説明した上述例のシャフト組立体10と同様な原理のものであるが、より実施に適した詳細構造を含んでいる。ここで上述例と同一又はそれと同様な構成要素および半組立体については上述例と同一の参照番号に「100」を加えた参照番号を付している。また、図2図5を用いるこの実施形態の説明においては上述例と相違する特徴について主に説明し、以下に詳述しない各部の説明は全て図1(a)および1(b)を用いた第1実施形態の説明の対応箇所と同様である。

0021

図2図5は、要部の配置やシャフト曲げの状態等において図1(a)、図1(b)に対応しており、主な相違点は追加の支持体である第3のシャフト支持体150を設けた点である。この第3シャフト支持体150は中空のチューブ状部材で、回転軸受152を介して第1シャフト支持体112を回転可能に支持している。本実施形態における軸受127のように第2シャフト支持体114に結合された軸受とは異なり、軸受152はシャフト支持体112および第3のシャフト支持体150と同軸な回転中心軸を有している。すなわち、シャフト支持体112の第3のシャフト支持体150に対する回転はシャフト支持体150に対する軸の傾き(逸れ)を含まないような同軸精度が確保されている。

0022

軸受127の回転軸は第1、第2シャフト支持体112および114の長さ方向軸に対しそれぞれ1.5度だけ傾いており、両シャフト支持体112および114を図2の状態から180゜相対回転させることにより、本例における真直状態からの相対曲げ角3度が得られる(図5参照)。図2図5に示した例では、シャフト132が十分な可撓性を有する一体成形品として製作されており、所定範囲内の曲げを受けた状態でもなお所要の回転動力伝達能力を有している。また、第1シャフト支持体112内に軸受を配置せず、第2シャフト支持体114および第3シャフト支持体150の内部に設けた軸受120および151によりシャフト132を支持しているので、シャフト132が大きな曲率半径を持って湾曲可能になり、シャフト132に過度の曲げが加わるのが防止される。

0023

さらに、追加の支持手段である第3シャフト支持手段150を設けることにより(図6図9を用いて後述するアンカー固定手段を用いることにより)、第1シャフト支持体112を非固定として回転させることができ、第2シャフト支持体114が選択した逸れ角度(0度〜3度の前記相曲げ角度)になるまで、第1シャフト支持体112を第3シャフト支持体150に対して回転させることができる。

0024

また、シャフト組立体100には、第3シャフト支持体150に対し第1シャフト支持体112を相対回転させるよう駆動し、第1シャフト支持体112に対し第2シャフト支持体114を相対回転させるよう駆動する2組の相対回転制御手段160および190が設けられている。相対回転制御手段160は第1シャフト支持体112を第3シャフト支持体150に結合させるもので、図3に拡大して図示されている。相対回転制御手段190は第2シャフト支持体114を第1シャフト支持体112に結合させるもので、後述する1つの付加機能を有する点以外は相対回転制御手段160と同一の構成である。したがって、相対回転制御手段160についての次の説明は相対回転制御手段190にも適用される(但し、前記1つの付加機能を除く)。

0025

図3において、相対回転制御手段160は、ハーモニックドライブ社(英国)製の「HDUR-IH Size 20」として知られるタイプの撓み噛合式調和歯車装置162を有している。この撓み噛合式調和歯車装置162は、グラブスクリュウ166により第3シャフト支持体150に固定された内歯リング164と、グラブスクリュウ172により駆動歯車170を介して第1シャフト支持体112に固定された内歯付リング168を有している。内歯付リング164および168は、その内歯に噛合しているフレックススプライン環174(共通の可撓性外歯車)の外歯に対し、わずかに異なる(少ない)歯数を有している。フレックススプライン環174はウェーブジェネレータ176により撓み噛合式調和歯車装置162の共通回転軸線の回りで偏心回転するウェーブジェネレータ176によって内歯付リング164および168内で偏心円運動させられる。このような周知の技術により内歯付リング164、168が(したがってシャフト支持体112も)回転し、ウェーブジェネレータ176への入力回転速度に対し非常に小さい回転速度で回転する。即ち、撓み噛合式調和歯車装置162は高減速比(通常例えば160:1)を有している。一般に環状をなす撓み噛合式調和歯車装置162は、特にシャフト組立体100に好適な固有の高減速比を有することからチューブ状のシャフト組立体100の使用を容易化でき、シャフト132を回転軸受162の中心に容易に貫通させることもできる。

0026

ウェーブジェネレータ176を回転させる動力は、シャフト132からオルダム継手178を介して取り出した回転動力を利用でき、ウェーブジェネレータ176に取り付けられた回転センサ182の検出情報に基づき、クラッチブレーキユニット180によって制御される。この場合、オルダム継手178を使うのはシャフト132の撓み(図5に示すような湾曲)による部分的な偏心許容するためである。また、回転センサ182は、ウェーブジェネレータ176の回転数に対応する第1シャフト支持体112の回転を検知するためのものである。さらに、相対回転制御手段190においては、上述のように回転軸受160と略同一の構成を有するが、その場合の駆動部材170が、シャフト支持体112および114の相対回転により生ずるシャフト132の曲げ状態においても回転動力を確実に伝達する回転伝達継手によって代用されるという点で異なる。勿論、上述のようにこの相対回転制御手段190の作動によりシャフト支持体112および114の相対回転がもたらされる。

0027

図4は撓み噛合式調和歯車装置162の主要構成部材を示す図である。同図に示された例では、ウェーブジェネレータ176が偏心形状の外周部に軸受を装着したものとなっており、そのウェーブジェネレータ176のハブ部分にはシャフト組立体100の使用に適した穴が形成されている。本発明の整列装置を具備した整列可能なシャフト組立体は、井戸等のような方向性を有する穴の掘削に使用される方向掘削システムに用いて好適であるが、このような第3の実施形態を図6および図7に示す。なお、図6および7は図2および5にそれぞれ対応する図となっており、構成部材に対する参照符号の付し方は上述例と同様の原則に則る。

0028

図6において、シャフト組立体を含む掘削システム200の第1シャフト支持体212には掘削穴径に近い穴径を有するアンダーゲージニアビットスタビライザー202が外装されており、シャフト232の自由端には回転掘削工具であるドリルビット204が装着されている。このドリルビット204は第2シャフト支持体214から軸方向に突出している。第3シャフト支持体250は軸方向に延在するとともに、その軸方向の一部に拡径可能なスタビライザー206を含んでいる。このスタビライザー206は第3シャフト支持体250を掘削した穴内に一時的にアンカー固定するものである。これにより、図示しないアジマスセンサや軸方向に延びるシャフト支持体250に組み付けられたセンサ類等の機器からの検知情報等に基づいて、第1シャフト支持体212を正しく整列させるための方向基準を設定することができる。このような設定作業は地上に設置されたシステム制御ユニットによって行なわれ、システム制御ユニットへの信号伝達はシャフト支持体250に組み付けられた伝送ライン208を介して行われる。

0029

第1シャフト支持体212が所要の方向に正しく回転されると、第2シャフト支持体214は第1シャフト支持体212に対して相対的に回転し、図7に示すように次の掘削作業のために要求されるドリルビット204の軸方向変化をもたらす。スタビライザー206に近接する各部材については次に参照する図8に拡大図示されている。このスタビライザー206は、図9および12に示すように外周部に配置された3つのグリップパッド301と、その下方(内方)に隣接する各一対のピストン303とを有しており、各グリップパッド301はピストン303の加圧作動により放射外方に押し出されるようになっている(図9参照)。ピストン303への流体圧力の供給は例えば略環状斜板型又はカム式のアキシャルマルチピストンポンプ305により与えられる。このポンプ305の斜板又はカムリング307はクラッチ309の制御下で選択的に回転可能であり、クラッチ309はシャフト232からオルダム継手311によって取り出された動力により作動する。このクラッチ309は、続く掘削についての掘削方向の変更や測定等のために全てのグリップパッド301を拡径方向に移動させ、スタビライザー206を掘削穴内に固定する必要があるときに作動する。このアキシャルマルチピストンポンプ305はインナースリーブ315とチューブ状のシャフト支持体205の間に形成されたオイルリザーバ313を有している。このオイルリザーバ313は、図10に示すように、インナースリーブ315に沿って浮遊する環状のピストン317によって一端を閉止され、圧力補償されている。

0030

スタビライザー206のアンカリング固定を解除するときには、ポンプ305をシャフト232から切り離すようクラッチ309を解放することで、詳細を図示しない漏れ部からの自然な又は制御された漏れによりピストン303への押圧力が解除され、衝撃やグリップパッド301に作用している掘削穴内壁からの圧力によってグリップパッド301が引っ込められる。なお、必要に応じてグリップパッド301を内方に付勢するスプリングを設けることができる。

0031

シャフト組立体200の基端部(上端部)にはこれを回転可能なドリル軸列323に装着するためのコネクター321が設けられている。このコネクター321は複合型ラジアルおよびスラスト軸受ユニット325によって第3シャフト支持体250の上端部に回転自在に支持されている。シャフト232の下端部にはスプラインコネクタ327が設けられており、ここにシャフト232の残りの部分が連結される。このカップリング327は図8における左端付近にその側面を図示され、図11にその端面形状を図示されている。

0032

地層中における井戸の方向掘削を可能にするよう井戸穴内の掘削ドリル軸線の先端を制御可能に整列させる際には、上述した方向掘削ドリルの整列装置と、所定のドリルビット204とを準備し、ドリルビット204をシャフト組立体の離隔端(下端)に固定した後、整列装置を予め掘削された穴内で方向掘削ドリルの上端側軸列の先端に固定し、アンカー固定手段であるスタビライザー206により、第3のシャフト支持体250を予め掘削された穴内に一時的にアンカー固定し、その穴内に固定された第3のシャフト支持体205の軸方向を検知し、次いで、ドリルビット204の回転軸が選択した好ましい所定方向に整列するまで、第1シャフト支持体212を第3シャフト支持体214に対して回転させ、又は、第2シャフト支持体214を第1シャフト支持体214に対して回転させ、その後掘り進んで、次の掘削を継続する。

0033

上記スタビライザー206に代えて図13に示されるようなスタビライザー406を使用することができる。こスタビライザー406は流体圧ポンプステム405と共働して図9に示したスタビライザー206と同様な機能を発揮する。なお、図8に示す参照符号はそれぞれ上述例の図示においてと同様な原則に則って付けられており、下2桁の番号が上述例の各図に示された同一又はそれに相当する部材に対応するようになっている。図13においては、拡張可能な複数のグリップパッド401のうち一部のみを図示し、他のピストンについては図示を省略する。

0034

上述例ではグリップパッド301が直接的に第3シャフト支持体250に形成された凹部に配置されていたが、図13に示す例では、グリップパッド401が第3シャフト支持体450の外周にねじ結合されたグリップパッドリテーナ(図示せず)の一部に支持されるようなっている。また、上述例のポンプ305は斜板型アキシャルマルチピストンポンプであったが、図13に示すポンプ405は偏心駆動ラジアルポンプとして構成されている。シャフト432の周囲にはペグ408を介して固いリング407がキー固定されており、ペグ408はシャフト432およびリング407の一部を貫通して延在している。シャフト432の外周とリング407の内周はシャフト432の中心軸線と同心であるが、リング407の外周面481は偏心している。換言すれば、リング407の外周面481は円形ではあるが、シャフト432の軸線からその外周面481までに半径は一定でなく、シャフト432が回転するとき周方向所定位置の半径が最小半径最大半径の間で周期的に変動するような円周軌道を形成する。

0035

第3シャフト支持体450には、周方向に隔たる複数の径方向の貫通穴482および483が、リング407に対抗するシャフト432の軸方向所定位置に設けられている。また、サイド穴484および485は貫通穴482から径方向および軸方向に延在するよう形成されて支持体450の内周面と交差している。同様に、サイド穴486および487は貫通穴483から径方向および軸方向に延在するよう形成されて支持体450の内周面と交差している。これらサイド穴484、485、486および487は次に述べる目的のものである。

0036

シャフト支持体450の内周面とシャフト432の外周面の間は、Oリング489および図示しない他のシール部材シールされたスリーブ488により流体圧的に仕切られている。このスリーブ488の外側の容積部490はサイド穴485および487を接続する通路を図示しないピストンの下方に形成し、アンカリングが要求されたときにそれらピストンによりグリップパッド401を選択的に放射外方に拡張させる。スリーブ488の内側の容積部はリング407の軸方向一方側に位置し、ポンプ405に供給される流体リザーバ413に隣接している。

0037

略円形プランジャーハウジング491は貫通穴482内に機械的に固定されるとともにシールされている。このハウジング491は径方向に延びた中心穴492を有し、そこに往復動ピストン493を摺動自在に収納している。ピストン493の放射内端494が貫通穴482の内端部を通ってリング407の外周面481に当接するように、ピストン493は中心穴492内の図示しないスプリングにより付勢されている。そして、シャフト432が第3シャフト支持体450に対して回転すると、リング407が回転して偏心した外周面481がピストン494を中心穴内で往復動作させる。

0038

サイド穴484は、バネ(図示せず)で付勢されたボールからなる一方向弁495を介して、リザーバ413をハウジング中心穴492に連通するようになっている。そして、一方向弁495は、リング407が回転するとき、ピストン493および中心穴492を組み合わせたポンプ405に自動的に流体を吸入する機能を有する。サイド穴485は、バネ(図示せず)で付勢されたボールからなる一方向弁496を介して中心穴492を、グリップパッド401に拡径方向押圧力を与える圧力通路490に連通させるようになっており、一方向弁496はリング407が回転するときピストン493および中心穴492を組み合わせたポンプ405から自動的に流体を吐出させる機能を有する。

0039

円形のプランジャーハウジング497は貫通穴483内に機械的に固定されるとともにシールされている。ハウジング493は、ハウジング取付式の圧力制御弁498を介し、サイド穴487および486によって圧力通路490をリザーバ413に連通させる。この圧力制御弁498はバネ500で付勢されたボール499とバネ500の付勢力を調節するためのねじ501とを有している。この圧力制御弁498は接続通路490内の圧力が過大に加圧されるのを防止する。なお、リザーバ413内の圧力は、シャフト432とシャフト支持体450の間に設けられた図示しない圧力バランスフローティングピストンによって周囲圧力と略同一に保たれている。

0040

比較的高圧の接続通路490は図13に図示されない絞り抽出部を介して比較的低圧のリザーバ413に接続されており、ポンプ405の吐出側(高圧側)から吸込み側(低圧側)に所定の適量の漏れが生じるようになっている。また、その漏れ量は調節可能になっている。この漏れはポンプ405の吐出圧が低圧かゼロであるとき、すなわちシャフト432がシャフト支持体450に対してゆっくりと回転しているか停止しているときに、通路490を減圧する機能を有する。しかしながら、前記絞り抽出部はポンプ405の吐出圧が所定値より大きくなったときには実質的に不十分な漏れを生じるものとなて通路490内の圧力を立ち上がらせる。

0041

シャフト支持体450を既に掘削された掘削穴の内壁DWに一時的にアンカー固定するため、グリップパッド401を拡張させる際には、シャフト432の支持体450に対する相対回転速度が、低速又は停止状態から前記絞り抽出部での漏れ量を上回るポンプ405の実質的な吐出量が得られ、接続通路490内の圧力が立ち上がる程度に、増加される。そして、通路490とグリップパッド401の間のピストンがスタビライザー406の軸線から放射外方に向かって径方向に押し出され、その結果、スタビライザー406をそこにアンカー固定するようグリップパッド401が掘削穴の内壁DW に実質的に当接する。

0042

スタビライザー406のアンカー固定を解除すべくグリップパッド401を掘削穴内壁DWに当接した拡張位置から放射内方に引っ込めるときには、シャフト432の回転速度を適度に低下させ、例えばシャフト432を停止させる。このシャフト回転速度の低下は、前記絞り抽出部での漏れに打ち勝って実質的な吐出ポンプ圧を与えていたポンプ405の吐出量低下をもたらし、必然的に接続通路490内の圧力を前記絞り抽出部を通して連続的に低下させる。この圧力低下は、グリップパッド401を放射外方に拡張させるピストン押圧力を減少させ、ついには実質的に除去して、グリップパッド401が支持体450内に引っ込むのを許容する。パッドの引っ込みは、これに内方への付勢力を及ぼすように配置された図示しないバネによって補助されるのが好ましい。

0043

上述のように、本例では、グリップパッド401をそれらの当接した掘削穴内壁から離隔させて引っ込め、スタビライザー406によるシャフト組立体のアンカー固定を解除するため、シャフト432の回転の減速又は停止によって上述した絞り抽出部を通し液圧の実質的な漏れを生じさせたが、このような漏れ制御用の絞り抽出部に代えて、接続通路490をリザーバ413に接続する遠隔制御バルブ(図示せず)を用いることもできる。この遠隔制御バルブは例えばソレノイドバルブであり、このバルブによる流体の通過およびブロックはそこから離れた地点、例えば掘削穴の開口する地上のシステム制御ユニットにより制御される。そして、シャフト432が回転する間、この遠隔制御バルブを閉止することにより、ポンプ405がグリプパッド401を拡張させるよう接続通路490内の圧力を上昇させる。一方、この遠隔制御バルブが、シャフト432の回転減速又は停止を伴って、あるいはそれを伴うことなしに開放されると、接続通路490内の圧力がリザーバ413に解放され、グリップパッド401が掘削穴壁面から離れて放射内方に引っ込む。このような遠隔制御バルブを設けると、それを制御する手段が地表側(又は他の場所に)必要になるが、シャフト432を回転させたままグリップパッド401を引っ込めることができるという利点がある。

0044

図13には1つのみを図示したが、リング407の配置された軸方向位置で、シャフト支持体450の周方向に隔てて配置した複数のポンプ収納穴482に複数のピストンポンプユニットをに配置することができる。前記ポンプ405、圧力制御安全弁498および前記絞り抽出部は、スタビライザー406(全体的には上述例のスタビライザー206と類似の配置をとる)の3つのブレード外接円より常に内側に位置するように適宜配置されている。

0045

図14は好ましいスタビライザーの一例を示す図であり、同図中のスタビライザー606は図13に示した方向掘削装置スタビラザー406とほぼ類似した構成を有するが、以下に述べるような相違点を有する。図15はスタビライザー606のメインボディー横断面図である。なお、図14および15における各構成部材の参照番号は、図13に示された同一又はそれに相当する構成部材の符号に基づいて、図13中の参照番号とそれ以前の図中の参照番号との関係と同様にして付したものである。

0046

スタビライザー606が上述例のスタビラザー406と多くの点で類似しているので、特にスタビラザー406と顕著に相違するスタビライザー606の特徴について説明する。なお、スタビライザー606もスタビライザー406も作用はほぼ同一である。図14に示したスタビライザー606においては、圧力制限安全弁698がハウジング697内でなくサイド穴686内に配置されている。サイド穴687は単なる流体通路である。ハウジング697には内部通路がなく、ハウジング697が収納されシールされた収納穴683の一部によりハウジング697の周り液圧流体の流れる環状通路が形成される。

0047

図14には2つのグリップパッド601のみを示したが、図15に示すように、実際には3つグリップパッド601が周方向等間隔に配置されている。すなわち、図14は120度の角度をなす2つの断面を便宜上同一平面上に表したものである。なお、図15中ではスタビライザー606のメインボディーのみを図示している。

0048

グリップパッド601は(放射外方向を基準として)それぞれサイドフランジ部(図示せず)を有する逆T字形に形成され、そのサイドフランジ部はブレード651の伸張スロットの各々に形成されている内部溝652に係合している。これらグリップパッド601のフランジ部は半径方向(スタビライザー606に組み込まれるとき)の厚さが内部溝652の半径方向の深さよりも十分に小さいものであり、グリップパッド601がスロット652内で最も引っ込んだ位置と最も出っ張った位置との間で半径方向内外に移動するのを許容するようになっている。グリップパッド601はブレード651への切り込み部を通してスロット653内にはめ込まれている。はめ込まれたグリップパッド601はブレード651に保持され、切り込み部を有するブレード651の下端部切り込みスタビライザディ650に固定された所定形状のリテーナ654によって元の形にもどされている。

0049

グリップパッド601とスタビライザボディ650を連結するスプリングを設け、パッド拡張ピストンが圧力通路を通ったポンプ605からの吐出圧によって放射内方に加圧されないとき、グリップパッド601をそれぞれの引っ込んだ位置に付勢するようにするのがよい。そのようなスプリングは、波形状のばねをグリップパッド601の外面とサイド溝652の外側壁との間に配置できる形状にして得られる。なお、サイド溝652の半径方向深さ寸法はそのようなスプリングの装着状態でグリップパッド601を放射内外の拡張位置および引込み位置に移動させるのに十分なクリアランスを考慮して設定される。

0050

スタビライザー606は、図6および図8に示した上述例のシャフト組立体200と略類似した方向掘削ドリルの整列装置600に使用されており、スタビライザー606に結合された整列装置600は図16に部分的に図示されている。スタビライザー606の外側の構成部材650は図17に図示されており、その外表部のパッド収納スロット653が図18に示されている。

0051

スタビライザー606より下方の整列装置600(図16では右端)が図19に拡大図示されており、更に圧力バランス環状ピストン617を含む整列装置600の一部の詳細が図20に図示されている。タビライザー606より上方の整列装置600(図16では左端)が図21に拡大図示されており、同図中の組み合わせのラジアルおよびスラスト軸受図22ではテーパローラ軸受として図示され、図23では別々の各1列のラジアル軸受およびスラスト軸受として各種シール部材と共に図示されている。

0052

なお、上述の各例においてある程度の改良や変形態様代替部材等について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、請求の範囲の記載から逸脱しない範囲内で各種の改良や変形態様、代替等が可能であることはいうまでもない。

発明の効果

0053

請求項1記載の発明によれば、第1シャフト支持手段を第2シャフト支持手段に回転自在に結合させる結合軸受手段の軸受回転軸が両支持手段の長さ方向軸に対しそれぞれ非零角をなし、第1および第2シャフト支持手段が相対回転するときこれらの長さ方向軸間の相対的なずれ角が変化するようにしているので、シャフト自由端の向きを基端側から容易かつ確実に制御することのできるシャフト整列装置を提供することができる。

0054

請求項2記載の発明によれば、結合軸受手段の軸受回転軸が第1および第2シャフト支持手段の長さ方向軸に対しそれぞれ交差しているので、自由端側と基端側でそれぞれ任意の交差角を設定することができる。請求項3記載の発明によれば、第1および第2シャフト支持手段の長さ方向軸が互いに交差しているので、第1シャフト支持手段を第2シャフト支持手段に結合させる結合軸受手段を簡素に構成することができる。

0055

請求項4記載の発明によれば、第1および第2の非零角がそれぞれ1度から3度の範囲内の角度から選択されているので、軸交差角の変化に伴ないシャフトの回転トルク変動が生じ難い。請求項5記載の発明によれば、第1および第2の非零角を等しくして、第1および第2シャフト支持手段の長さ方向軸を互いに平行にできるようにしたので、長い軸列にあってもシャフトのより良好な整列姿勢を得ることができる。

0056

請求項6記載の発明によれば、第1、第2シャフト支持手段にそれぞれの近傍で長さ方向軸と同軸な第1、第2シャフト回転軸回りにシャフトを支持する第1、第2シャフト軸受手段を設けたので、第1、第2シャフト支持手段と結合軸受手段を容易に隣接配置することができる。請求項7記載の発明によれば、長さ方向で隣接する整列可能な第1領域軸部および第2領域軸部を有するシャフト組立体と、請求項6記載の装置と略同様なシャフトの整列装置とを組み合わせて、第1および第2の長さ方向軸の間の相対的なずれ角が変化する範囲内でシャフト組立体の第1領域軸部と第2領域軸部との間で回転が伝達されるようにしているので、湾曲又は屈曲するシャフトの第1領域軸部と第2領域軸部を容易に整列させ、シャフト自由端の向きを基端側から容易かつ確実に制御することのできるシャフト整列装置を提供することができる。

0057

請求項8記載の発明によれば、シャフト組立体の第1領域軸部と第2領域軸部の間を可撓性部材で構成しているので、シャフトによる回転動力の伝達状態を変化させることなくそのシャフトの湾曲状態を変化させることができる。請求項9記載の発明によれば、シャフト組立体の第1領域軸部と第2領域軸部の間に両軸部を互いに一体的に回転するよう連結するシャフト継手を設けているので、シャフトによる回転動力の伝達状態を変化させることなくそのシャフトの屈曲状態を変化させることができる。

0058

請求項10記載の発明によれば、前記シャフト継手がユニバーサルジョイント又は等速ジョイントであるから、シャフトの屈強(曲げ角)を比較的大きくすることができるとともに、その一部を結合軸受の支持に利用して構成の簡素な結合軸受手段を実現することができる。請求項11記載の発明によれば、第1および第2シャフト支持手段の相対回転を制御可能にもたらすよう両支持手段を相互に結合する相対回転制御手段を設けているので、シャフト自由端の向きを基端側からより容易にかつ正確に制御することができる。

0059

請求項12記載の発明によれば、相対回転制御手段が、第1および第2シャフト支持手段を相互に結合する非可逆の歯車伝動手段と、該歯車伝動手段に結合された駆動手段とを有するので、シャフトによる回転動力の伝達中にシャフトの曲げ角が変動するのを防止することができる。請求項13記載の発明によれば、前記歯車伝動手段が中空の撓み噛合式調和歯車装置で構成されているので、適当な減速比を設定することにより、第1、第2シャフト支持体の相対回転を得るのに必要な回転速度とトルクを容易に得ることができる。

0060

請求項14記載の発明によれば、前記駆動手段と歯車伝動手段の間に回転動力を断接する回転クラッチを介在させているので、該回転クラッチにより第1、第2シャフト支持体の相対回転の有無を容易に切りかえることができる。請求項15記載の発明によれば、第1シャフト支持手段を追加のシャフト支持手段に回転自在に結合させているので、第1シャフト支持手段を容易に回転させることができる。

0061

請求項16記載の発明によれば、第1および追加のシャフト支持手段に相対回転をもたらすよう両支持手段を結合する追加の相対回転制御手段を設けているので、第2シャフトの自由端の向きを第1シャフト側からより容易かつ正確に制御することができる。請求項17記載の発明によれば、追加の相対回転制御手段が第1の相対回転制御手段と同一構成を有しているので、部品の共通化を図ってコストを低減させることができる。

0062

請求項18記載の発明によれば、長さ方向で隣接する整列可能な第1、第2および第3領域軸部を有するシャフト組立体と、各領域軸部を支持する第1〜第3シャフト支持手段と、掘削穴壁に第3シャフト支持手段を一時的に固定するアンカー固定手段と、シャフト支持手段同士を回転自在に結合させる結合軸受手段とを備えているので、掘削穴内のドリル軸列の先端部を外部から容易かつ確実に制御することができ、かつ、整列基準となる第3シャフト支持手段を掘削穴の内壁に一時的に固定できるので、掘削ドリルの自由端部をより正確な整列姿勢(真直姿勢又はわずかに屈曲若しくは湾曲した姿勢)に整列させることができる。

0063

請求項19記載の発明によれば、第3シャフト支持手段の軸方向を検知する方向検知手段を設け、該方向検知手段により少なくとも掘削穴壁に一時的に固定された第3シャフト支持手段の軸方向を検知するので、その検知情報に基づいて掘削ドリル軸列の先端の向きを把握することができ、掘削状態を常に良好に保つことができる。

0064

請求項20記載の発明によれば、ドリルビットと整列装置を掘削穴内で方向掘削ドリルの先端側に配置し、第3のシャフト支持手段を穴内に一時的に固定した後、第3のシャフト支持手段の軸方向を方向検知手段により検知し、ドリルビットの回転軸が選択した所定の方向に整列するまで第1シャフト支持手段と第1又は第3シャフト支持手段とを相対回転させるようにしているので、掘削ドリル軸列の先端の向きを基端側から容易確実に制御することができ、掘削状態を常に良好に保つことができる。

図面の簡単な説明

0065

図1本発明に係るシャフトの整列装置の第1の実施形態を示す図で、(a)はその縦断面図、(b)はその正面図である。
図2本発明に係るシャフトの整列装置の第2の実施形態を示す縦断面図である。
図3図2に示した装置の部分拡大断面図である。
図4図3に示した調和歯車装置の分解斜視図である。
図5図2に示した第2の実施形態の曲げ状態を示す断面図である。
図6本発明に係る方向掘削ドリルの整列装置の好ましい実施形態を示すその正面図である。
図7図6に示した実施形態の曲げ状態を示すその部分正面図である。
図8図6に示したドリルシャフト組立体軸方向先端部の好ましい態様を示す縦断面図である。
図9アンカー固定手段の一態様を示す図8一部拡大図である。
図10圧力制御用の環状浮遊ピストンを示す図8の一部拡大図である。
図11図8に示したシャフト組立体の同図中の左端面の形状を示す図である。
図12図8に示したシャフト組立体の同図中の右端面の形状を示す図である。
図13アンカー固定手段の他の態様を示す図8に示した装置と置き換え可能な整列装置の一部断面図である。
図14図13に示した装置のアンカー固定手段の全体構成を示す断面図である。
図15図13に示した装置のシャフト支持体の断面図で、アンカー用グリップパッドを収納する溝の断面形状を示している。
図16図14に示したドリルシャフト組立体の先端部の縦断面である。
図17図16に示したシャフト組立体の中間部の縦断面である。
図18図16に示したシャフト組立体中間部のグリップパッド収納溝周辺を示す上面図である。
図19図16に示したシャフト組立体の同図中左端部の縦断面図である。
図20図19の一部拡大図である。
図21図16に示したシャフト組立体の同図中右端部の縦断面図である。
図22図21の一部拡大図である。
図23図21の他の一部拡大図である。

--

0066

10シャフト組立体
12 第1シャフト支持体(第1シャフト支持手段)
14 第2シャフト支持体(第2シャフト支持手段)
18 第1シャフト支持体の長さ方向の軸
22 第2シャフト支持体の長さ方向の軸
24、26 端面(結合軸受手段)
28 隣接係合面としての平面
32シャフト
34 第1シャフト部
36 第2シャフト部
38シャフト継手
40 結合軸受手段の回転中心軸
100 シャフト組立体
112 第1シャフト支持体
114 第2シャフト支持体
127軸受
132 シャフト
150 第3のシャフト支持体
152回転軸受
160相対回転制御手段
162 撓み噛合式調和歯車装置
164、168内歯付リング
170駆動歯車
174フレックススプライン環
176ウェーブジェネレータ
178オルダム継手
180クラッチ/ブレーキユニット
182回転センサ
190 相対回転制御手段
200 システム
202アンダーゲージニアビットスタビライザー
204ドリルビット
206 スタビライザー
212 第1シャフト支持体
214 第2シャフト支持体
232 シャフト
250 第3シャフト支持体
208伝送ライン
301グリップパッド
303ピストン
305ポンプ
307斜板又はカムリング
309 クラッチ
311 オルダム継手
313オイルリザーバ
315インナースリーブ
317 環状のピストン
321コネクター
323ドリル軸列
325複合型のラジアルおよびスラスト軸受ユニット
327スプラインコネクタ
401 グリップパッド
405流体圧ポンプシステム
406 スタビライザー
407 リング
413リザーバ
432 シャフト
481外周面
482 ポンプ収納穴(貫通穴)
450 第3シャフト支持体
490圧力通路
491プランジャーハウジング
492ハウジング中心穴
493往復動ピストン
496一方向弁
498 ハウジング取付式の圧力制御弁
500バネ
501 ねじ
601 グリップパッド
603パッド拡張ピストン
606 スタビライザー
650 スタビライザーボディ
651ブレード
652内部溝
653スロット
654リテーナ
683 収納穴
686サイド穴(サイド穴687)
690 圧力通路
697 ハウジング
698圧力制限安全弁

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