JPH05149072A - 重合ドリル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 掘削土砂等による誤動作や閉塞のない重合ド
リル装置を提供する。 【構成】 装置は中実ドリルビレット28及び環状ドリル
ビレット40を備えている。中実ドリルビレット28に軸方
向衝撃が加わると、この衝撃は衝撃伝達面を介して環状
ドリルビレット40に伝達される。環状ドリルビレット40
は限界内で自由に軸方向変位可能である。環状ドリルビ
レットは外杆端部片12の窓15に係合する後方に突出する
舌片43を有する。従って、環状ドリルビレット40は、掘
削土砂等による閉塞の危険を伴うキー溝等を必要とする
ことなく、確実に移動可能となる。すべての可動部品が
掃去部に含まれるので、閉塞が回避される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は衝撃が中実ドリルビット
に伝えられ、該中実ドリルビットに衝撃連結された環状
ドリルビットを備え、衝撃が中実ドリルビットから環状
ドリルビットに伝えられるようにした重合ドリル装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】地面のボーリングや岩石掘削に用いる重
合ドリル方式では、２本の同軸ドリルストリングが用い
られる。内側ストリングには中実ドリルビットが設けら
れ、外側ストリングには中実ドリルビットを取囲む環状
ドリルビットが設けられる。両ストリングは回転して前
進し、内側ストリングが衝撃を受ける。この衝撃は掘削
孔の外側で内側ストリングの後端部に設けられる外部ハ
ンマにより、又は中実ドリル付近に内側ストリングの軸
線に沿って配設される深穴ハンマにより生じる。外側ス
トリングに加えられた衝撃は、大部分は周囲の土により
吸収されるので、衝撃エネルギが大幅に低下した状態で
環状ドリルビットに達する。

【０００３】米国特許3,682,260 には、深穴ハンマが中
実ドリルビットに当たるようにした重合ドリル装置が示
されている。中実ドリルビットと環状ドリルビットは協
働する衝撃伝達面を有し、これにより衝撃が中実ドリル
ビットから環状ドリルビットに伝わるようになってい
る。このようにして、環状ドリルビット自体は衝撃駆動
手段を備えていないものの、両ドリルビットが回転と衝
撃により作動する。しかし、打撃が加わるごとに、環状
ドリルビットが外側ストリング上で前方に引張られ、こ
のため外側ストリングに大きな衝撃引張応力が加わると
いう不都合がある。この結果、外管ストリングのねじが
損傷又は破断する恐れがある。

【０００４】ドイツ特許2155540 号には、環状ドリルビ
ットを外側ストリングの端部部材で長手方向に変位可能
なようにキーベッドにより案内するようにした改良重合
ドリル装置が示されている。さらに、この場合、衝撃は
衝撃伝達面により中実ドリルビットから環状ドリルビッ
トに伝達され、両ドリルビットが衝撃により駆動される
ようになっている。キーベッドは環状ドリルビットと外
管の端部片に設けられて係合し、衝撃の都度、外管スト
リングに応力が加わることなしに環状ドリルビットの軸
方向変位が可能なようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この係合するキーベッ
ドが隘路を形成し、ここに掘削土砂等が集まる恐れがあ
る。実際問題として、キーベッドに緩んだ掘削土砂等が
詰まり、環状ドリルビットの変位がもはや期待できない
状態となる。すると、衝撃がもはや環状ドリルビットに
伝わらないか、環状ドリルビットに伝達された衝撃が外
管ストリングに大きな引張応力を生じてこれを変形させ
るか、いずれかの事態が生じる。また、キーベッド又は
スプラインが詰まることにより、環状ドリルビットの変
位性能が損なわれる。中実ドリルビットから環状ドリル
ビットへの衝撃伝達を利用したドリル装置は、上記の欠
点により実際問題として効果を示すに至っていない。本
発明の目的は、中実ドリルビットから環状ドリルビット
への衝撃伝達を行う方式のものであって、掘削土砂等に
よる誤動作や閉塞のない重合ドリル装置を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の重合ドリル装置
は、衝撃が加えられ又は衝撃が伝達される中実ドリルビ
ットと、該中実ドリルビットを取囲み且つこの中実ドリ
ルビットに対して軸方向に移動可能な環状ドリルビット
とを備え、前記中実ドリルビットと前記環状ドリルビッ
トとは、互いに当接して衝撃を前記環状ドリルビットに
伝達する衝撃伝達面により互いに連結されてなる重合ド
リル装置において、前記環状ドリルビットは外管端部片
の窓に長手方向変位可能に係合する軸方向に突起する舌
片を有し、前記外管端部片は前記環状ドリルビットを案
内する構成としたことを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明の装置において、環状ドリルビットは後
方向へ突出する複数の軸方向舌片を有し、該舌片が外管
端部片の対応する窓に係合するようになっていることに
より、外管端部片に変位可能に取付けられる。これらの
窓は外管端部片の壁面に形成された孔であって、環状ド
リルビットの軸方向変位に応じて環状ドリルビットの舌
片により多少程度を異にして閉じられる。環状ドリルビ
ットは、その周囲に溝や凹部を有しない。従って、掘削
土砂等の圧縮が起こりうるような隙間を生じることはな
い。環状ドリルビットが前端位置にある場合、窓は開か
れ、これに供給される掃去媒質により掃除される。掃除
不能なデッドコーナーは存在しない。環状ドリルビット
の舌片は外管端部片の窓に咬合クラッチ状に係合し、こ
れにより確実な回転係合が得られる。

【０００８】舌片と窓の数は、これを大幅に少なくして
各舌片間と各窓間を隔てる中間壁面部分に十分な周方向
伸長と十分な強度をもたせるようにすることができる。
少なくとも２個の舌片が設けられるが、好ましくは４個
の舌片を用いる。舌片は、舌片間の間隔と略々同幅とし
て、均一な荷重配分が得られるようにする。

【０００９】好適には、外管端部片の窓は前端部まで開
口し、この前端部において外管端部片を取囲む環状バン
ドによりその限界が定められるようにすると同時に前記
環状バンドが窓を形成するタブの広がりを防止する作用
をするように構成する。環状バンドは更に、各舌片から
外方に突出するヘッドのストップとして作用するので、
それは更に環状ドリルビットの前方向移動を制限する役
割を持つ。

【００１０】環状ドリルビットの舌片の内方向屈曲を防
止するため、これら舌片を中実ドリルビットのシャフト
又はこのシャフトを取囲むパイプ片により半径方向に支
持してある。各舌片の端部は、適当に尖らせてストリッ
プ用端縁を形成させ、環状ドリルビットの変位性能を損
なう恐れのある掘削土砂等の残存物を外方へ掻き落し
て、危険な集合体を形成させないようにしている。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を参照して
詳細に説明する。図１は深穴ハンマを備えたドリル装置
の側立面図である。図２は図１のドリル装置の縦断面図
である。図３は外部ハンマにより衝撃を発生させた状態
のドリル装置の縦断面図である。

【００１２】図面は掘削孔側における外管ストリング10
の端部と内管ストリング11の端部を示す。両ドリルスト
リング10,11 の後端部は、掘削孔外に配設された、キャ
リッジ上で変位可能なスレッジを有する双頭掘削機によ
り駆動される。このスレッジには、相対的に長手方向に
変位可能な二つのドリル装置が設けられ、前側ドリル装
置は外管ストリング10を回転させ、後側ドリル装置は内
管ストリング11を回転させる。回転は、選択により同回
転数又は異なる回転数で行ってもよく、また同方向回転
又は反対方向回転で行ってもよい。この掘削手段はま
た、外管に作用して外管を回転させる単式回転駆動又は
回転式衝撃駆動手段を備えていてもよい。

【００１３】図１，２の実施例において、大略筒状の外
管端部片12はねじ13を介して外管ストリング10の前端に
螺着されている。この外管端部片12は円錐状部12a を有
し、ここではその肉厚が外方へ且つ前側へ向けて外管ス
トリング10の肉厚の1.5 倍にまで増大している。これに
対して、内幅は該端部片12の全長にわたって外管ストリ
ング10の内幅に等しい。

【００１４】外管端部片12には、その前端の肉厚領域内
に、軸方向に平行に突出してそれぞれ窓15を形成するタ
ブ14が設けられている。これらの窓15は外管端部片12の
壁面に形成された矩形の開口、すなわち、壁体が完全に
除去された部分である。窓15を形成する開口は、外管端
部片12の前側 (掘削孔側) 端部で開放されている。なぜ
ならば、矩形タブ14も自由に突出して、末端で互いに一
体接続していないからである。

【００１５】本実施例では、４個のタブ14は外管端部片
の周面に沿って均一に配分され、側方に４個の窓15を形
成している。各タブ14の幅は実質的に窓15の幅に等し
い。各タブ14は、その前端付近に外周方向の溝16を有す
る。これらの周方向溝16内には、タブ14の領域内で外管
端部片12の周面を囲み且つ前面方向への窓15を区画する
環状バンド17が、嵌め込まれている。環状バンド17の前
側縁17a 及び後側縁17b は面取りされて掻取り用端縁を
形成している。

【００１６】内管ストリング11の前端にはパイプ片20が
設けられ、その後端21を内管ストリング11内に配置され
た深穴ハンマ (図示せず) が打撃するようになってい
る。パイプ片20は、外管ストリング10に螺入されたねじ
22により、パイプ片20が内管ストリング11に対して限ら
れた軸方向移動をなしうる限界内で軸方向移動可能なよ
うに固定される。パイプ片20のキー溝23,24 と周辺のね
じ部材22は、パイプ片20を外管ストリング11と回転連結
させる。

【００１７】キー溝23の前側肩部は、パイプ片20がねじ
部材22から前側へ抜け落ちるのを防止する。パイプ片20
はねじ部材22の前端に当接する後部環状肩部25を有し、
これによりパイプ片20の後方向移動を限定している。パ
イプ片20は外管端部片12のタブ14の前端を超えて前方向
に伸張している。パイプ片20の前端面27は中実ドリルビ
ット28の環状カラー29の後端当接部を形成する。中実ド
リルビット28は、パイプ片20中に伸長し且つキー溝30に
より該パイプ片20と共回り可能なようにこれに接続され
たドリルビット軸28a を有し、このドリルビット軸28a
は更になお軸方向に変位可能である。環状カラー29の円
錐状前端面は衝撃伝達面31を形成する。中実ドリルビッ
ト28のドリルビットヘッド32は同処から前方向に突出し
ている。ドリルビットヘッド32の端面には、掘削孔の底
で作業するための硬質金属製ピン33が配設されている。

【００１８】中実ドリルビット28の全長にわたって伸張
する掃去溝34が設けられ、この掃去溝34はパイプ片20の
内部を介して内管ストリング11の内部と連通している。
そして、ドリルビットヘッド32内に出口を有するこの掃
去溝34を介して、掃去媒質、例えば、空気又は水が掘削
孔の底に供給される。フランジ29と、パイプ片20の周面
には広幅の逆洗溝36と37が設けられ、これらの溝を介し
て掃去媒質と緩んだ掘削土砂等が逆洗される。これらの
逆洗溝は、外管ストリングと内管ストリング間の環状溝
38と連通している。掘削孔の外では、掃去された物質は
この環状溝38から排出される。

【００１９】パイプ片20の前部並びに中実ドリルビット
28は、前端に硬質金属製ピンを取付けた環状ドリルビッ
ト40により囲まれている。環状ドリルビットは、環状ド
リルビットヘッド42と該ヘッドから後方に突出する舌片
43とを有する。これら舌片はそれぞれ外管端部片12の窓
15の一つに伸張し、該処で軸方向に変位可能である。２
個の舌片43間の各空間は、それぞれ外管端部片12のタブ
の一つにより満たされている。各舌片43の外面は、ヘッ
ドピース42の外径よりも小さい直径の (仮想)円筒面上
にある。ヘッドピース42の後端の段はアンダーカット45
として形成されている。

【００２０】各舌片の後端には外方に突出するヘッド46
が設けられ、外管端部片12に固定された環状バンド17に
それが当接することにより環状ドリルビット40の前方向
移動範囲を限定するようになっている。ヘッド46の前縁
はアンダーカット47として形成され、これに環状バンド
17の掻取り端縁17b が係合できるようになっている。ヘ
ッド46の後縁48は面取りされて掻取り端縁を形成してい
る。

【００２１】パイプ片20の衝撃面21に加えられた衝撃
は、衝撃伝達面31を介して中実ドリルビット28のフラン
ジ29の後端面49に伝えられ、これによりドリルビットヘ
ッド32が掘削孔の底に当たるようになっている。中実ド
リルビット28の衝撃伝達面31は環状ドリルビット40内の
衝撃伝達面50と協働するので、中実ドリルビット28に加
えられた衝撃は前記衝撃伝達面31及び50を介して環状ド
リルビット40にも伝達される。環状ドリルビット40は、
そのヘッド46が窓15内を長手方向へ摺動できることか
ら、長手方向に自由に摺動可能である。各図面は環状ド
リルビットの中央位置を示し、各ヘッドが窓15内に前後
両方向に自由空間を有している状況を例示している。環
状ドリルビット40に伝えられた衝撃は外管端部片12には
伝達されないので、外管ストリング10が衝撃による応力
を受けることはない。

【００２２】外管端部片12に対する環状ドリルビット40
の軸方向位置に対応して、各窓15の後部は開いたままで
あり、一方これら窓の前側部分は舌片43により閉じられ
ている。ドリルビット外の領域内に進入した掃去媒質
は、窓の開放部分を介して逆洗溝38内に導かれ、外管ス
トリングと内管ストリング間を逆方向へ案内される。窓
15に係合する各舌片43は、更に環状ドリルビット40と、
外管ストリング10に強固に取付けられた外管端部片12と
の回転連結を生じさせる。

【００２３】環状肩部25と前端面27間のパイプ片20の前
側部分52は、舌片43を内側から支持し且つ舌片43の内方
向屈曲を防止するに足る大きさの直径を有する。これに
より、舌片43が内方向屈曲により環状バンド17の下から
抜け落ちるのを確実に防止することができる。

【００２４】図１，２の上記実施例では、内管ストリン
グ11内に深穴ハンマが設けられ、このハンマがパイプ片
20の後端21を打撃し、その衝撃がパイプ片20からドリル
ビットシャフト28a に伝達されるようになっている。ま
た、深穴ハンマを使用する際に、深穴ハンマがドリルビ
ットシャフト28a を直接打撃するようにすることも可能
である。

【００２５】図３は、衝撃エネルギが掘削孔の外に配設
された外部ハンマにより与えられ、この衝撃が内管スト
リング11の全長にわたって中実ドリルビット28に伝わる
ようにした実施例を示す。

【００２６】内管ストリング11の前端の外ねじ55にパイ
プ片20a が螺着され、このパイプ片は内管ストリング11
から前方に突出し、その突出部において、係合キー溝を
介してドリルビットシャフト28a と係合している。これ
により、中実ドリルビット28はパイプ片20aと共回り可
能に連結される一方、なお軸方向にも変位可能とされ
る。パイプ片20a の前端面27は中実ドリルビット28の環
状カラー29に当接する。衝撃は環状カラー29の衝撃伝達
面31から環状ドリルビット40の内部衝撃伝達面50に伝達
される。

【００２７】しかも、図３の実施例は図１、２の実施例
と同様の構成である。外観的には、図３の装置は第一の
実施例と全く同様であり、この点については図１を参照
のこと。図３によれば、内管ストリング11に連結された
パイプ片20a は中実ドリルビット28の案内部と環状ドリ
ルビット40の舌片43の半径方向支持部を形成している。
従って、パイプ片20aは内管ストリング11又はドリルビ
ットシャフト28a と外管端部片12との間の環状空間を架
橋し、しかも環状カラー29の逆洗溝36と整合する長手方
向に伸びる逆洗溝37を具備する。さらに、環状ドリルビ
ット28は、長手方向に連続し且つ内管ストリング11と連
通する掃去溝34を備えている。

【００２８】

【発明の効果】以上の如き本発明による場合は、掘削土
砂等による誤動作、閉塞のない重合ドリル装置を実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】深穴ハンマを備えたドリル装置の側立面図であ
る。

【図２】図１のドリル装置の縦断面図である。

【図３】外部ハンマにより衝撃を発生させた状態のドリ
ル装置の縦断面図である。

【符号の説明】

12 外管端部片 15 窓 17 環状バンド 17a 前端縁 17b 後縁 28 中実ドリルビット 31 衝撃伝達面 40 環状ドリルビット 43 舌片 46 ヘッド 47 アンダーカット部 48 掻落し端縁 50 衝撃伝達面

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 衝撃が加えられ又は衝撃が伝達される中
   実ドリルビット(28)と、該中実ドリルビット(28)を取囲
   み且つこの中実ドリルビット(28)に対して軸方向に移動
   可能な環状ドリルビット(40)とを備え、前記中実ドリル
   ビット(28)と前記環状ドリルビット(40)とは、互いに当
   接して衝撃を前記環状ドリルビット(40)に伝達する衝撃
   伝達面(31, 50)により互いに連結されてなる重合ドリル
   装置において、 前記環状ドリルビット(40)は外管端部片(12)の窓(15)に
   長手方向変位可能に係合する軸方向に突起する舌片(43)
   を有し、前記外管端部片は前記環状ドリルビットを案内
   する構成としたことを特徴とする重合ドリル装置。
2. 【請求項２】 前記窓(15)はその前端において、前記外
   管端部片(12)を包囲する環状バンド(17)により範囲を限
   定され、前記舌片(43)の後端は前記外管端部片(12)内に
   おける前記環状ドリルビット(40)の前方向移動の範囲を
   限定する外方に突出するヘッド(46)を有する請求項１の
   装置。
3. 【請求項３】 前記環状バンド(17)の後縁(17b) は面取
   りされて掻落し端縁を形成している請求項２の装置。
4. 【請求項４】 前記ヘッド(46)の前端は前記環状バンド
   (17)の前記掻落し端縁が入り込むアンダーカット部(47)
   を有する請求項３の装置。
5. 【請求項５】 前記環状バンド(17)の前端縁(17a) は面
   取りされて掻落し端縁を形成している請求項２の装置。
6. 【請求項６】 前記中実ドリルビット(28)又はこれを案
   内するパイプ片(20)は前記環状ドリルビット(40)の前記
   舌片(43)を内側から支持している請求項１の装置。
7. 【請求項７】 前記舌片(43)の後端の外面は面取りされ
   て掻落し端縁(48)を形成している請求項１の装置。