JPH03290585A - 方向制御形クラスタダウンホールドリル掘さく機 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、−船釣には、地中掘さくの装置に間するもの
であり、さらに、詳しくいえば、複数のドリルを有する
グランホール穴掘さく装置の掘さく方向制御装置に関す
るものである。

［従来の技術］ 地中掘さく装置において複数のドリルを有するダウンホ
ールドリルは、例えば米国特許第３．１４４゜０８６号
、第３．２９７．０９９号、第３．３８７．６７３号、
第３゜６８２．２５８号及び第４．７２９．４３９号に
開示されている。これらの特許に開示されているクラス
タドリルは、中央のドリルとそれを取囲む複数の周辺ド
Ｊルからなり、各ドリルは、後方端を共通の支持板に取
付けられている８作動圧力流体は、共通支持板の中央に
接続された中空ロッドを通じて供給され、共通支持板の
中で各ドリルに均等に分配されるように構成されている
。このように構成されたクラスタダウンホールドリルを
回転しながら。

圧力流体によって作動し、前方に押し進めてさく孔して
いる。

したがって、掘さくする地質状態が一様ならば、ダウン
ホールドリルの直進性によってドリルを目標地点に向け
て直進させることができるが。

地質の状態に変化があって一様でないところではは、さ
く孔方向に誤差が生ずる。

前記特許のクラスタドリルによると、さく孔の直進性は
、ある程度保証されるが、掘さくする地盤の質によって
さく孔の方向は大きく左右されていた。したがって管の
埋設などの場合に目標地点に対して高精度のさく孔を地
盤の質に関係なく１工程で行なえる装置が望まれていた
。

［発明が解決しようとする課題］ 地盤の質に関係なく目標地点に対して高精度のさく孔を
１工程で行えるように掘さくドリルの進行方向を任意に
制御できる手段を見出して、実用できるようにするには
、前記制御手段はクラスフダウンホールドリル全体を機
械的外力によって進行方向を変えるのではなく、簡単な
操作で各ドリルのさく死力を変化させることによって進
行方向を制御できるようにすることが望ましい。各周辺
トリルは、全体の中心軸に対して回転しながら作動する
ので、各周辺ドリルの角度位置の変わるとと６にさく死
力が変化し、しがも特定の角度位置について見れば、各
周辺ドリルが同じさく死力で作動しなければならない、
また、各周辺ドリルのさく死力が変化することは、常に
必要なのではないので、周辺ドリルのさく死力の変化す
る動作モードとさく死力の変化しない動作モードの両方
で作動できるようになっていることが必要である。

本発明は、上述の課題を解決し、圧力流体の各ダウンホ
ールドリルへの供給条件を制御することによってドリル
の進行方向を制御できるクラスフグランホールドリル掘
さく機を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的は、本発明によれば、複数のダウンホールド
リルを円筒形ドリルケース内に含むドリル集合体と前記
ドリル集合体の後方端にドリル集合体駆動装置を取付け
、ドリル集合体駆動装置に対してそれの軸方向の運動及
び回転運動の可能な圧力流体供給装置を組合せることよ
って掘さく機を構成し、複数のダウンホールドリルのそ
れぞれに独立に連通ずる圧力流体通路を有する流体分配
手段と、前記圧力流体通路の各々にそれぞれ異なる圧力
流量で流体を供給する複数の流体送出口を有する流体供
給手段と、前記流体分配手段に配設されて、前記複数の
ダウンホールドリル集合体が前記流体供給手段に対して
回転しているときでち、前記流体供給手段から送出され
る流体が前記流体分配手段の各圧力流体通路に供給でき
るようにする流体導入手段とを設け、前記流体供給手段
は、前記流体導入手段からあらかじめ定めた距離だけ離
れた第１の位置と、前記流体導入手段に実賃上接触する
第２の位置との間を選択的に占めることができるように
構成することによって目的を達成できる。

本発明の１実施例においては、掘さく機が複数のダウン
ホールドリルを円筒形ドリルケース内に含むドリル集合
体と前記ドリル集合体の後方端に取付けられたドリル集
合体駆動装置及び圧力流体供給装置からなり、前記ドリ
ルーシングの一端にあって、各ダウンホールドリルのバ
ックヘッドを受けるとともに、各ダウンホールドリルに
個別に通じる圧力流体通路が端面から伸びている端板と
、前記端板に固定して取付けられ、前記ドリル集合体を
軸方向駆動及び回転駆動させるためのドリル集合体駆動
機構の前端部を構成する円筒状駆動ロッドヘッドと、前
記駆動ロッドヘッドの前端部に取付けられて、前記端板
に固定接合され、前記端板の各前記圧力流体通路に個別
に対応する圧力流体導入チャンバを有する圧力流体導入
板と、前記駆動ロッドヘッドの中に摺動及び回転可能に
挿入されて、後退したときの第１の位置と、前進したと
きの第２の位置の間を選択的にとることのできる前端部
を有する細長い圧力流体供給管を備え、前記圧力流体供
給管の前記前端部は前記圧力流体導入板のチャンバの位
置に対応した位置に設けた出口を有する複数の圧力流体
流路を有する板状の蓋を形成し、前記複数の圧力流体流
路の構成は、２本の直交する直径の一方に対して対称で
。

他方の直径に対して非対称に配置されており、前記圧力
流体供給制御管が前記第１の位置において、前記圧力流
体導入板と前記圧力流体供給制御管の前記前端部との間
に前記圧力流体供給制御管の各前記圧力流体通路から送
出される圧力流体を混合するのに十分な空間を生じ、前
記第２の位置において前記圧力流体導入板と前記圧力流
体供給制御管の前記前端部は実質上接触することを特徴
とする方向制御形グランホールクラスタードリル装置が
提供される。

［作　用］ 本願発明では、圧力流体供給装置とドリル組立体駆動装
置が分離されているので、流体供給手段の複数の流体送
出口と、複数のダウンホールドリルの圧力流体通路の関
係が固定されずに、異なる流体送出口とダウンホールド
リルの圧力流体通路の間に流体を流すことができるよう
になった。

流体供給手段が流体導入手段から離れる第１の位置をと
ると、流体供給手段の送出口の各々が異なる圧力流量で
流体を送出してち、それは特定のドリルの圧力流体通路
に入らずに各送出口からの圧力流量が平均されて、はぼ
均一に１１って各圧力流（、＊通路に入り、ドリル集合
体と流体供給装置が相体的に回転していて６、流体は、
両者が固定されて回転する従来の掘さく機の場合と同様
の作用を行う。

流体供給手段が流体導入手段に実質上接触する第２の位
置をとると、両手段の間に介在する流体導入手段のため
に、端板にある圧力流体通路の各回と流体供給手段の各
送出口が正対又は一部分が重なった状態になくても、各
送出口から出る流体は事実１別々の圧力流体通路に入る
０本発明の流体供給手段の各送出口は異なる圧力流量で
流体を送出するので、ドリル集合体が流体供給手段に対
して回転運動をしていれば、特定のドリルについて見れ
ば、回転をしている過程で、対向する流体供給手段の送
出口が変るごとに受入れる流体の圧力流量が変ることに
なる。すなわち、流体供給手段の送出口から見れば、各
送出口のある位置ごとにドリルの受ける流体の圧力流量
が変り、掘さく力が変っていることになる。掘さく力の
変化が、流体供給手段の断面で見て、たとえば、上方の
掘さく力が下方の掘さく力より大きくなるように流体供
給手段の送出口の形を定めれば、掘さく機は進路を変え
ることになる。

したがって、最初、流体供給手段を第１の位置に設定し
て、掘さく進路を測定しながら直進掘さくを行い、途中
で進路が曲がりそうになるのを検出したとき、流体供給
手段を第２の位置に移し、同時に進路を補正できるよう
な角度位置へ流体供給手段を回転することによって、掘
さく機の進路を正しく維持できる。

［実施例］ 第１図を参照すると、本発明による掘さく方向制御手段
を組入れたクラスタドリル掘さく機の要部が示されてい
る。それぞれに外周ドリルビット８Ａ及び中央ドリルビ
ット８Ｃのついた外周ドリルＩＡ及び中央ドリルｌＣが
円板形キー板１０１を下端に有する外側円筒形ケース１
００の中に組立てられている。ケース１００の他方の端
には、ドリルＩＡ、Ｉｃの作動流体導入端であるバック
ヘッド３Ａ、３Ｃを受ける本発明に従って改変された端
板１０２がある。端板１０２には各ドリルのバックヘッ
ド３Ａを受けるテーパ付き穴１０４があり、外周ドリル
ＩＡに対応する穴１０４それぞれに通じる同一形状の圧
力流体供給通路１０８が端板１０２の上面から穴１０４
まで伸びている。各圧力流体供給通路１０８の入口は、
外周ドリルｌＡのテーパ付き穴１０４の半径方向に内側
で中央ドリル３Ｃのテーパ付き穴と同心の円周上に等間
隔に配置されている。

中央ドリル１Ｃのバックヘッド３Ｃは、外周ドリルＩＡ
のバックヘッド３Ａより短く、圧力流体の通路が中央に
上方まで突き抜けている。バックヘッド３Ｃのテーパ部
１０６は、端板の厚さのほぼ中央で終り、テーパ部の先
には、外周にねじを切った短い円筒部１０７があって、
端板１０２の中央に上表面からバックヘッド３Ｃのテー
パ部１０６の上端が止る位置まで伸びる穴１０９の中に
前記円筒部１０７が伸び、この円筒部１０７に、たとえ
ば、アレンレンチ用の六角穴のついたナツト１１０をは
めてバックヘッド３Ｃを固定する。ナツト１１０の上端
面は、事実上端＠１０２の上表面と同じ高さになるよう
にされている。

端ｗｔ１０２の上面に総括的に１０２で表わされた掘さ
く方向制御機構がボルト締めで取付けられる。

掘さく方向制御機構１０２は、各ドリルにそれぞれ通ず
る扇形の周辺チャンバ１２３Ａと円形の中央チャンバ１
２３Ｃを有し、端板１０２の圧力流体供給通路１０８の
入口に各チャンバが重なるように配置された圧力流体導
入板１２２及び一端で、導入板１２２を保持し、中に圧
力流体供給制御管１２１を摺動可能に含む駆動ロッドヘ
ッド１２４からなっている。駆動ロッドヘッドには公知
の方法で駆動ロッド連結管１２５が固定連結されている
。

駆動ロッドヘッド１２４は、大体中空円筒状で前方端に
はフランジ１２６がある。ヘッドの前方端の内径部は、
圧力流体導入板１２２を受は入れるために深座ぐりされ
ている。圧力流体導入板１２２の表面は、駆動ロッドヘ
ッド１２４のフランジ１２６の表面と同じ平面内にある
ように調整される。駆動ロッドヘッド１２４は、後方端
の内径部に直径の小さくなった環状突出部１２７を備え
、肩１２８及び１２９を形成している。駆動ロッドヘッ
ド１２４の後方端の外径部には駆動ロッド連結管１２５
を受ける肩１３０が設けられている。

圧力流体供給制御管１２１は、前方端に少なくと６３本
の圧力流体分配通路、本実施例においては周辺に６本の
通路１１１ａ〜１１１ｆと中央に一つの通路１１１ｇ　
（第３図参照）を備えた前端部１３１とそれに続く中空
円筒部１３２からなり、中空円筒部１３２の外径は、前
端部１３１の外径より小さく、画部分の接合部に肩１３
３が形成される。前端部１３１の厚さは駆動ロッドヘッ
ド１２４の中空円筒部１３４の前端から前方肩１２８ま
での長さより小さく、シール１３５を用いて駆動ロッド
ヘッド１２４の中空円筒部１３４の中に摺動可能かつ回
転可能に組立てられている。圧力流体供給制御管１２１
を後方に引き動かすと圧力流体供給制御管１２１の前端
部１３１の肩１３１の肩１３３が駆動ロッドヘッドの前
方肩１２８に接合し、前端部１３１の前表面と圧力流体
導入板１２２の後表面との間の蕗離がＳだけ離れ、流体
圧力を均一化させる混合チャンバ１３７を形成する。

圧力流体供給制御管１２１の前方への運動は、圧力流体
供給制御管の中空円筒部１３２の外径部に設けた止め部
材１３６が肩１２９に接合することによって限定され、
そのとき前端部１３１の前表面と導入板１２２の後表面
との間の距離は、わずかで実質上接触してもよいが、圧
力流体供給制御管１２１が導入板１２２に相対回転する
とき、圧力流体供給制御管１２１の前表面と導入板１２
２の後表面が互いに損傷を受けないように調整される。

駆動ロッドヘッド１２４は、クラスタドリル掘さく機を
動作させるとき、駆動ロッド連結管１２５を介して、回
転運動と前進運動を与えられ、その結果、クラスタドリ
ル集合体を回転、前進させる。

圧力流体供給管１２１は、外部からの制御によって前進
、後退及び任意の角度位置への回転偏位を行わせること
ができる。

動作について説明すると、非制御モードにおいては、圧
力流体供給管１２１を第１図に示した位置に後退させ、
この位置で駆動ロッドヘッド１２４に対して軸方向に相
対的に固定する。このとき、駆動ロッドヘッド１２４は
圧力流体供給制御管１２１に対して相対的に回転できる
ようにするが、圧力流体供給制御管１２１が駆動ロッド
ヘッド１２４に対して回転方向にも固定されて両方が一
体に回転するようにしてもよい、この非制御モードでは
、圧力流体が圧力流体供給制御管１２１の中空円筒部１
３２の中を通り、前端部１３１の異なる流路抵抗をもつ
圧力流体通路１１１ａ−１１１ｇを通って混合チャンバ
１３７に異なる圧力・流量で流入する。しかし、混合チ
ャンバ１３７は、各通路から入る異なる圧力流量の流体
を混合するのに十分な大きさになっているので、圧力流
体導入板１２２の各チャンバ１２３Ａ。

１２３ｃには事実上同一の圧力流量で入り、各ドリルは
同−掘さく力で動作する。このときのドリルの動作は、
従来のクラスタードリルの動作と同じである。

次に、制御モードのときは、圧力流体供給制御管１２１
を前進させ、圧力流体導入板１２２と圧力流体供給制御
管１２１の前端部１３１を接近させて、実質・上接触し
た状態にする。このとき、圧力流体供給制御管１２１は
、駆動ロッドヘッド１２４に対して軸方向には固定し、
回転方向については絶対位置を所望の角度位置に固定し
、駆動ロッドヘッド１２４が圧力流体供給制御管１２１
の周りに回転できるようにする。

制御モードの配置では、圧力流体は、圧力流体供給制御
管１２１の前端部１３１の流路抵抗の異なる各圧力流体
通路１１１ａ〜ｌ１１ｇを通る流体は混合されずにそれ
ぞれ向かい合った導入板１２２の各チャンバ１２３Ａ、
　１２３Ｃを経て各ドリルに独立に供給される。第４Ａ
、Ｂ、Ｃ図は、制御モードで圧力流体供給制御管１２１
が固定され、駆動ロッドヘッド１２４　、　したがって
ドリル集合体が圧力流体供給制御管１２１に対して回転
するときの状態を示している。たとえば第４Ａ、Ｂ、Ｃ
図に示したような位置に圧力流体流路１１１ａ〜１１１
ｇがあるとすると、最も抵抗の小さい流路１１１ａにつ
ながっているダウンホールドリルへの圧力流体の圧力及
び流量が最大となり、流路１１１ｂと１ｌｌｆにつなが
るダウンホールドリルへの圧力及び流量が、それより小
さく、流路１１１ｃと１ｌｌｅにつながるものはさらに
小さく、流路１１１ｄにつながるものへの圧力流体の圧
力及び流量が最小になる０以上の圧力流体の圧力及び流
量の関係は、駆動ロッドヘッド１２４が回転して第４Ａ
図から第４Ｂ図の状態へ移る途中でも変わらない。

この場合、圧力流体の圧力及び流量の大きいダウンホー
ルドリルは、打撃圧が上がって打撃数が増し、さく孔速
度が増大する。一方、反対側の圧力流体の圧力及び流量
の少ないダウンホールドリルは、打撃圧が下がって、打
撃数が減り、さく孔速度が小さくなる。ドリル集合体全
体は、第４Ａ図から第４Ｂ図、第４Ｃ図の順に回転しな
がらさく孔してゆくが、圧力流体供給制御管１２１は回
転しないで一定の向きに保たれているので、常に一方の
側（第４図においては上側）のさく孔速度が大きくなる
。したがって、ドリル集合体全体の進行方向は、圧力流
体供給制御管１２１の角度位置を適宜に選択することに
よって制御できる。

［発明の効果］ 本発明は以上に説明したように構成されているので、ダ
ウンホールドリル集合体の各ドリルが掘さく機の進行方
向に対する角度位置によって掘さく力が変わるように容
易に制御できるので、目標地点に対して精度の高いさく
孔を地盤の質に関係なく１工程で行うことができ、実用
上の効果が極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による掘さ１方向制御機構を取付けた
ダウンホールクラスタドリルの断面図、第２図は、第１
図の線Ａ−Ａに沿って切断し、矢印の方向に見た流体導
入手段を示す断面図、第３図は、第１図の線Ｂ−Ｂに沿
って切断し、矢印の方向に見た流体供給手段の送出口の
配置を例示する断面図、 第４Ａ、４Ｂ、及び４Ｃ図は流体導入手段のチャンバと
流体供給手段の送出口の関係をドリル集合体が流体供給
手段に対して回転していったときの経過を示す説明図で
ある。 １Ａ、ＩＣ−−ダウンホールドリル、１００−　　ドリ
ルケース、１０２−　　端板、　１１１ａ〜１１１ｇ−
圧力流体分配通路、１２〇−掘さく方向制御機構、１２
１−　　圧力流体供給制御管、１２２−　　圧力流体導
入板、１２４−　　駆動ロッドヘッド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数のダウンホールドリル（１Ａ、１Ｃ）を円筒形
   ドリルケース（１００）内に含むドリル集合体と前記ド
   リル集合体の後方端に取り付けられたドリル集合体駆動
   装置及び圧力流体供給装置からなる、掘さく機において
   、 前記ドリル集合体の後方端にあって複数の ダウンホールドリル（１Ａ、１Ｃ）の各々に独立に連通
   する圧力流体供給通路（１０７、１０８）を有する流体
   分配手段（１０２）と、 前記圧力流体供給装置の主要部であって、 前記流体分配手段の中心軸に沿って配設さ れ、各々が異なる圧力流量で流体を送出できる複数の流
   体送出口を有し、前記流体分配手段の中心軸の周りに回
   転可能で、前記中心軸に沿って移動可能な流体供給手段
   （１２１）と、前記流体分配手段と前記流体供給手段の
   間 に配設されて、前記流体供給手段の前記流体送出口のあ
   る面に実質上接触した位置をとるとき前記流体分配手段
   が前記流体供給手段に対して回転しているかいないかに
   関係なく、前記流体供給手段の各流体送出口から送出さ
   れる流体を前記流体分配手段の各圧力流体通路に個別に
   導入できるようにする流体導入手段（１２２）とを備え
   、 前記流体供給手段は、前記流体導入手段か らあらかじめ定めた距離だけ離れた第１の位置と、前記
   流体導入手段に実質上接触する第２の位置とを選択的に
   とらせることができることを特徴とする方向制御形クラ
   スタダウンホールドリル掘さく機。 ２、前記流体分配手段が前記複数のダウンホールドリル
   のバックヘッドを受ける端板（１０２）である請求項１
   に記載の掘さく機。 ３、前記ドリル集合体駆動装置が前記端板に固着された
   円筒形駆動ロッドヘッド（１２４）を有し、 前記流体導入手段が前記駆動ロッドヘッド の前端部に取付けられ、前記端板の各前記圧力流体通路
   に個別に対応する圧力流体導入チャンバを有する圧力流
   体導入板（１２２）からなる請求項２に記載の掘さく機
   。 ４、前記流体導入手段が前記端板に一体に取付けられ、
   各前記圧力流体通路に対応する圧力流体導入チャンバを
   有する圧力流体導入板からなる請求項２に記載の掘さく
   機。 ５、前記流体供給手段が前記駆動ロッドヘッドの中に挿
   入されて、後退したときの第１の位置と前進したときの
   第２の位置の間を選択的に移動可能な前端部を有し、前
   記駆動ロッドヘッドに対して相対的に回転可能な細長い
   圧力流体供給管（１３２）と、前記圧力流体供給管の前
   端に一体に形成され前記圧力流体導入板のチャンバの位
   置に対応した位置に設けた出口を有する複数の圧力流体
   流路を有する板状の蓋（１３１）を備えた圧力流体供給
   制御管（１２１）である請求項３又は４のいずれかに記
   載の掘さく機。 ６、前記圧力流体供給制御管の前端の複数の圧力流体流
   路は、２本の直交する直径の一方に対して対象で、他方
   に対して非対称な流路抵抗を有する請求項５に記載の掘
   さく機。