JPH04500105A - 掘削工具 - 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】 掘削工具 発明の分野 本発明は、採鉱技術に関し、さらに詳細には掘削に用いられる装置に関する。本 発明は採鉱技術においてドリルストリングを上昇させることなしにさく井の中に コアピットを下降させまたこれをさく井の外に上昇させることによって行われる コア試すい中に最も有利に用いることができる。

発明の背景 本発明の装置と同じ原理で作動　する掘削工具において、岩石掘削はコアピット の回転中に行われる。掘削工具のその作動中の信頼性は、トルクをドリルストリ ングから、すなわち外側チューブからコアピットに伝達するについての信頼性に 依存する。この信頼性は異なった構造における異なった手段によって保証される 。

外側チューブと内側チューブと取外し自在の区分されたコアピットとを含む掘削 工具が知られている（米国特許第３６９２１２６号）。内側にテーパーのつけら れた穴が外側チューブの面上に設けられる。この掘削工具がその作動位置にある 時、取外し自在のコアピットの区分された部分のテーパー表面が外側チューブの 上記のテーパー穴に嵌まり、掘削中にトルクを摩擦により外側チューブからコア ピットの区分された部分（セグメント）に伝達するようになっている。しがし上 記の摩擦によるテーパ一つき連結は信頼性がなく、例えば掘削流体の潤滑粒子が この連結部に突入した時、又は岩石に対するコアピット摩擦のトルクがテーパ一 つき摩擦連結によって外側チューブから区分されたコアピットに伝達されるトル クよりまさっている時の研摩性の又は割れ目のついた岩石の掘削中に、滑る傾向 がある。

さらに、外側チューブと、取外し自在の区分されたコアピットと、この取外し自 在のコアピットの区分された部分（セグメント）を拡げまた固定するようになっ ている内側チューブとを具備する掘削工具が知られている。外側チューブの面と コアピットセグメントの面との内側には、軸方向平面上に位置し相互に噛み合い トルクを外側チューブからコアピットのセグメントに伝達する歯が設けられてい る（米国特許第３６０３４１３号）。位置決め案内が外側チューブの歯に対する 区分されたコアピットの歯の必要な位置を得るために用いられる。前記位置決め 案内はコアピットセグメントの担持プレートの内面と外側チューブの内面のその 下方位置とに設けられた一組の相互に接触するカムを具備している。コアピット セグメントの担持プレートの表面上に位置する各カムの頂端はコアピットセグメ ントの面上に位置する歯の中心と整列しなければならず、また外側チューブの内 面上に位置する各カムの頂端は外側チューブの面上に位置する歯の中心と整列し なければならない。これは外側チューブとコアピットセグメントの歯との確実の 係合の条件である。

掘削工具が作業位置にある時、区分されたコアピットの担持プレートの表面上に 設けられたカムの頂端は外側チューブの下方部分に設けられた隣接カムの間の空 洞の内部に位置しなければならない。位置決め案内のこのような配置構造は外側 チューブの歯に対する区分されたコアピットの必要な配置を保証し内側チューブ を極限の下方位置に下降させる工程において必然的な係合が得られるようにする 。

掘削工具における上記の位置決め案内の存在はその構造をより複雑なものとする 。

さらに位置決め案内の製造過程で生じる避けられない誤差はこの案内が作動して いる間に接触カムの頂端上に“デッド領域”を形成することがあり、これがデッ ド領域に対応する位置でのカムの焼付きの原因となる。この焼付きはカムの各側 面が泥でよごれることによってひき起こされ、相互に対するカムの移動をさらに 困難にする。前記焼付きは位置決め案内の故障をもたらすことになりしたがって また区分されたコアピットの歯と外側チューブの歯との信頼性のない噛み合いを もたらし、そして長期の使用中掘削工具の破壊と故障の原因となる。

発明の開示 本発明の目的は、外側チューブとコアピットのセグメントとの係合の信頼性を向 上させるように製造されたコアピットセグメントを有する掘削工具を提供し、そ れにより掘削工具の構造を簡単にしその作動上の信頼性を向上させることであこ の主たる目的のため、その面部分に軸方向平面に位置する多数の歯を有する外側 チューブと、内側チューブと、外側チューブの歯と噛み合うようになっている歯 が設けられたセグメントを有する取外し自在の区分されたコアピットとを具備す る掘削工具において、本発明により、コアピットセグメントの歯が、掘削工具軸 線に対して周方向に配置されまた外側チューブの歯の材料の硬度より低い硬度を 有する材料から作られている掘削工具が提供される。

コアピットセグメントの歯のこのような実施態様は、高い硬度の材料から作られ た外側チューブの歯が、外側チューブの歯の材料の硬度より低い硬度の材料から 作られたコアピットセグメントの歯に割り込むことに基づく伝達作用の形成を保 証し、この伝達作用は掘削工具の穴の底に対する軸方向の荷重がその名目上のく 作動）値に達した時に形成される。これにより噛み合いの高い係数が外側チュー ブの歯とコアピットセグメントの歯との間に得られ、そのため外側チューブと区 分されたコアピットとの係合の信頼性を増大し、したがってまた掘削工具の作動 上の信頼性を向上させることができる。

、　さらに、上記の係合上の高い信頼性は位置決め案内の必要をなくし、そのた め掘削工具の構造を簡単にする。

半径方向のフランジが内側チューブの外面上に設けられ取外し自在のコアピット セグメントの間に配されその側面と取外し自在のコアピットセグメントとが相互 作用をすることが望ましい。

この掘削工具が使用されている間に、外側チューブの歯は摩損しそのため取外し 自在のコアピットセグメントの歯の中に入る度合が少なくなり、これが、特に高 度に割れ目のついた岩石を掘削する時コアピットセグメントの歯に対して外側チ ューブの歯が滑るようになる。この滑りはまた、外側チューブの歯のコアピット セグメントの歯の中への割り込みが不完全である時、掘削の初期に起きる。内側 チューブの外面に設けられた半径方向のフランジは滑りの可能性を全て排除しそ のため掘削工具の作動上の信頼性を増大させることができる。

図面の簡単な記載 本発明は添付図面と関連して特定の実施態様を参照することにより以下にさらに 詳細に記載される。ここで第１図は掘削中の作動位置にある本発明の掘削工具の 断面図、 第２図は部分コアピットの下降中の輸送の位置にある掘削工具の一部分の図、 第３図は分割されたコアピットの上昇中の輸送の位置にある掘削工具の一部分の 図、 第４図は第１図の矢印Ａに沿って見た図、第５図は第３図の矢印Ｂに沿って見た 図、第６図は掘削作用の開始前のコアピット部分の第１図の矢印Ｃに沿って見た 図、 第７図は掘削作用の開始後のコアピット部分の第１図の矢印Ｃに沿って見た図、 第８図は第」図の■−■線に沿った、内側チューブ半径方向フランジとコアピッ ト部分との相互の配置構造を示す図、第９図はコアピット部分と内側チューブ半 径方向フランジとの相互作用の瞬間における第８図と同様な図である。

発明を実施するための最良の形態 掘削工具は外側チューブ１　（第１図）とこの中に収容された内側チューブ２と を具備している。内側チューブ２の外面３上に部片（セグメント）を有する本体 ４が設けられる。本体４とセグメント５は共に、区分されたコアピット４．５を 形成する。内側チューブ２は区分されたコアピット４，５と共に又はコアピット の内側に掘削工具の軸線に沿って動くよう取付けられる。

フランジ６　（第２及び３図）がセグメント５の外面に設けられ、また穴７が外 側チューブ１の下方部分に設けられ、掘削工具がその作動位置にある時セグメン ト５のフランジ６を穴７の内側にロックするようにしている。

突起８がセグメント５の内面に設けられ掘削工具がその作動位置にある時内側チ ューブ２をこの突起にロックするようにしている。

外側チューブ１の面部分の内側テーパー表面９（第１図）に軸方向平面上に位置 する長手方向の歯１０（第２図）が設けられている。取外し自在のコアピット４ ，５のうちの部分（セグメント）５が、外側チューブ１の歯１０と係合するよう になっている歯１１を有する。セグメント５の歯１１は掘削ビット（第６図）の 長手方向軸線に対して周方向に配置されまた外側チューブの歯の材料より低い硬 度を有する材料から製造される。

内側チューブ２はその上方部分が、つめ１３と把持具１４とを有するサスペンシ ョン（吊り具）１２に堅く連結される。つめ１３は外側チューブ１に設けられた 凹所１５の内部に位置し、掘削工程においてコアで満たされている間内側チュー ブ２が上方に動くのを阻止するようにしている。さらに、内側チューブ１と外側 チューブ２とを相互に連結するつめ１３はトルクを外側チューブ１から内側チュ ーブ２に伝達する働きをする。

内側チューブ２の下方部分にはその外面３上に、コアピット４，５のセグメント ５の間に配設された半径方向のフランジ１６（第８及び９図）が設けられ、その 側面１７によりコアピット４．５のセグメント５の側面１８と相互に作用するよ うにしている。フランジ１６は、外側チューブ１に設けられた歯１０の摩耗の結 果、区分されたコアピット４，５に設けられた歯１１に対して滑った時、トルク を回転している内側チューブ２から区分されたコアピット４．５に伝達するため に用いられる。フランジ１６はまた、外側チューブ１の歯１０のコアピット４． ５のセグメント５の歯１１への割り込みが不完全であった時の掘削作用の開始時 にまた高度に割れ目がつけられた岩石の掘削中に、トルクを内側チューブ２から 区分されたコアピット４．５に伝達する。

環状溝１９が内側チューブ２の外ｆ７３の下方部分に設けられ、区分されたコア ピット４，５の本体４には、区分されたコアピット４．５の内側での掘削工具の 軸線に沿うチューブ２の運動中一方又は他方の側に曲がることのできる弾性スト ッパ手段２０が設けられる。内側チューブ２が区分されたピット４゜５に対し上 方に向って動く時、ストッパ手段２０が環状溝１９（第３図）の中に沈みそれに より内側チューブ２と区分されたコアピットとが同時に上方に上昇するよう両者 が係合できるようにする。

コアピット４．５のセグメント５のプレート状部分は弾性を呈し、それによりセ グメント５が離れて動き区分されたコアピット４，５の内側でのチューブ２の運 動中作動位置に来ることができるようにする。

内側チューブ２の下方部分にはコア把持具２１が設けられる。

コアピット４．５のセグメント５はその面上に例えばダイヤモンド母体の形式の 切削要素２２を有している。

この掘削工具は次のように作動する。

内側チューブ２は区分されたコアピット４，５と共に外側チューブ１の内側で穴 の底部に向って下降される。この運動中、内側チューブ２は区分されたコアピッ ト４．５の本体４の弾性ストッパ手段２０に当接されそしてコアピット４．５を 押しつけ、本体４と共に下方に向って動く。

この下方位置において、セグメント５はその弾性により離れるよう動き、フラン ジ６は外側チューブ１の穴７の内側にはめ込まれ、区分されたコアピット４．５ は停止する。しかし内側チューブ２はコアピット４．５の内側を下方に動き続は 本体４の弾性ストッパ手段２０とコアピット４．５のセグメント５とが離れるよ うにする。この内側チューブ２の動きはセグメント５に設けられた突起８によっ て制限されチューブ２がこれら突起に当接した時チユーブ２の運動を停止させる 。

内側チューブ２が停止した時、内側チューブ２に設けられたサスペンション１２ のつめ１３が外側チューブ１の凹所１５の中にある。これは外側チューブ１から 内側チューブ２へのトルクの伝達を確実にする。この位置で、掘削工具は掘削の 準備がなされる。

底に到達した時、外側チューブ１に設けられ高い硬度の材料から作られた長手方 向の歯１０がコアピット４．５のセグメント５に設けられ低い硬度の材料から作 られた環状歯１１の中に割り込み、それによりこれらの歯の噛み合いが得られる 。

掘削の開始時、底に対する掘削工具の軸方向の荷重がまだその名目上の（作動） 値に達せずまた外側チューブ１の歯１０がコアピット４．５のセグメント５に設 けられた歯１１の中にまだ十分に割り込まなかった時は、チューブ１がコアピッ ト４．５のセグメント５に対して短時間滑る可能性が残っている。つめ１３によ って外側チューブ１に結合された内側チューブ２は外側チューブ１と一緒に回転 する。内側チューブが回転すると、チューブに設けられた半径方向フランジ１６ がコアピット４．５のセグメント５に接触するようになり、コアピットを回転さ せ、そのためトルクを内側チューブ２からコアピット４，５に伝達する（第９図 ）。このようにして、上記の滑りの可能性が排除され掘削工具の作動上の信頼性 が向上する。

区分されたコアビット４，５の内側チューブ２との接触が保持されている開底に 対する掘削工具の軸方向の荷重はその名目上の（作動）値に達し、外側チューブ １の歯１０とコアビット４，５のセグメント５の歯１１との完全な噛み合いが達 成される。ここでトルクが直接外側チューブ１からコアビット４．５に伝達され る。これは、外側チューブ１と区分されたコアビット４，５との間に生じること によりまた外側チューブ１に設けられ高い硬度の材料から作られた歯１０がコア ビット４，５に設けられチューブ１に設けられた歯１０の材料の硬度より低い硬 度の材料から作られた歯１１へ割り込むことによる、伝達作用の形成によって達 成される。歯ｌＯと１１との間の高い率の噛み合いが達成され、これが、外側チ ューブ１と区分されたコアビット４．５との係合の信頼性を増大させまたそのた め掘削工具の作動上の信頼性を向上させることができるようにする。

外側チューブ１と区分されたコアビット４．５との係合の高い信頼性は位置決め 案内を設ける必要をなくしそのため掘削工具の構造を簡単にする。

第７図はコアビット４，５のセグメント５に設けられた歯１１が掘削の開始後外 側チューブ１の歯１０と相互に作用した時の歯１１の変形を示している。

穴の掘削はその上記の位置に保持されている掘削工具により行われる。回転が外 側チューブ１に伝達される。掘削中、コアは内側１チューブ２を満たす。チュー ブの内側でのコアの運動によって生じる内側チューブ２のいかなる移動もここで は外側チューブ１の凹所１５の内部に固定されたつめ１３によって阻止される。

コアが内側チューブ２を満たした後に外側チューブ１の回転が止み、掘削工具は 上昇されコア把持具２１の助けによりコアを底から切り離す。その後把持具１４ と連結可能な掴み装置（図面を複雑にしないため図示しない）が用いられコアで 満たされているチューブ２を引込めるようにする。この工程において、内側チュ ーブ２の上方への運動は最初、静止状態に保持されている区分されたコアビット ４，５の内側で行われる。内側チューブ２に設けられた環状溝１９が、区分され たコアビット４．５の本体４に設けられた弾性ストッパ手段２０と接触している 時、ストッパ手段２０は溝１９の中に沈み内側チューブ２と区分されたコアビッ ト４，５との係合を行いその接合部の上昇を保証する。

産業上の適用性 本発明は、採鉱作業において、掘削バイブストリングを上昇させることなしに掘 削ビット又はダイヤモンド工具を掘削穴の中に下降させ又は掘削穴の外に上昇さ せることによって行われるコア掘削中に最大の利点をもって用いることができる 。

国際調査報告

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．軸方向の平面上に位置する多数の歯（１０）をその面部分に有する外側チュ ーブ（１）と、内側チューブ（２）と、外側チューブ（１）の歯（１０）と噛み 合うようになっている歯（１１）が設けられたセグメント（５）を有する取外し 自在の区分されたコアビット（４，５）とを具備する掘削工具において、取外し 自在の区分されたコアピット（４，５）のセグメント（５）に設けられた歯（１ １）が、掘削工具の軸線に対して周方向に配置され、また外側チューブ（１）に 設けられた歯（１０）の材料の硬度より低い硬度を有する材料から作られている ことを特徴とする掘削工具。
2. ２．内側チューブ（２）の外面（３）には取外し自在の区分されたコアビット（ ４，５）のセグメント（５）の間に位置する半径方向のフランジ（１６）が設け られ、その側面（１７）による取外し自在の区分されたコアビット（４，５）の セグメント（５）の側面（１８）との相互作用が確実となるようにしていること を特徴とする請求の範囲１に記載の掘削工具。