JPS6134553B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は地面をボーリングするための装置に関
し特に大径の縦孔内でドリル列を安定に中心位置
決めするための装置に関する。直径が４〜15フイ
ート（1.2〜4.5ｍ）の大径の縦孔をボーリングす
るための方法としては、ドリル管の列により大き
なドリルビツトを回転させることがある。ドリル
管は通常縦孔或いはドリルビツトよりもずつと小
さな直径を有している。ドリルビツトには、ドリ
ル列を囲繞し且ドリルビツトの上側に置かれた大
きな錘により下向きの力が加えられる。ドリル管
に可撓性があり且錘と縦孔の壁面との間に空隙が
あるためドリルビツトが直進しない傾向がある。

ドリルビツトが直進方向から外れないようにす
るためには、通常錘の上部にスタビライザが置か
れることがある。公知のスタビライザの一つとし
ては、二つの錘の間に挾持され且ドリル管を囲繞
する円筒形のフレーム即ちハブを有するものがあ
る。中心ハブには半径方向アームが突設され、こ
れらアームの外端部には縦孔の壁面に対して転動
するための垂直方向を向く枢軸にローラが取付け
られている。この形式のスタビライザはそのロー
ラに耐摩擦軸受を用いており、そのために大掛り
な潤滑のための構造を必要とししかもドリル流体
から保護される必要がある。またローラの重量が
大きいためにそれを支えるための頑丈な構造が必
要になり、ローラの交換が困難となる。しかも、
高速で運動するローラと壁面との間の間欠的な接
触により壁面を粗い面にしてしまうことがあつ
た。

非回転式のスタビライザの一例が1979年２月15
日になされた米国特許出願第12277号明細書に記
載されている。このスタビライザに於ては、中心
位置決めのための構造がドリル列と共に回転しな
いようになつている。同部材には、ドリルビツト
が中心位置より外れたときに縦孔の壁面と摩擦的
に係合するためのパツドが設けられている。この
パツドは内側ハブを囲繞する外側ハブに取付けら
れている。内側ハブはドリル列にそれと共に回転
するように固着されている。

内側ハブと外側ハブとの間に軸受が用いられて
いるために、外側ハブと中心位置決めのためのア
ームが、ドリル管が回転するにも拘らず、回転し
ない状態に留まることができる。この軸受は上側
円錐面及び下側円錐面に対して摩擦的に係合する
複数の弾性的なパツドからなつている。これらの
パツドは縦孔内の流体により潤滑される。

この装置は満足すべきものではあるが、ボーリ
ングを行うために要するトルクが小さくて済むよ
うに、パツドと両円錐面との間の摩擦を減少させ
るのが好ましい。

本発明に基く装置は非回転式のスタビライザを
用いる形式であつて、ドリル列にそれと共に回転
するように固着されるべき内側ハブを有してい
る。外側ハブは内側ハブを囲繞している。中心位
置決めのための部材は外側ハブに取付けられてい
る。中心位置決めのため装置は、ドリルビツトが
中心位置より外れたときに縦孔の壁面に摩擦的に
係合するべく外側横向きに突出している。内側ハ
ブと外側ハブとの間の軸受は両ハブの一方に回転
可能に取付けられた複数のローラからなつてい
る。或る好適実施例に於ては、複数の上側ローラ
が上側円錐面上を転動し、複数の下側ローラが下
側円錐面上を転動するようになつている。

以下本発明の好適実施例を添付の図面を参照し
つつ詳しく説明する。

第１図に於て、大径の地面ボーリング用ドリル
ビツト１１が縦孔１３の底部に示されている。こ
のドリルビツト１１は従来形式のものであつて、
その底部に複数のカツタ１５が取付けられてい
る。各カツタ１５は回転可能であつて、地質を破
砕するための鋼若しくはタングステンカーバイド
からなる歯が取付けられている。ドリルビツトの
底部には縦孔１３の底部に向けてドリル流体を放
出するための複数のノズル１７が設けられてい
る。カツタ１５及びノズル１７は仮想線で示され
ており、それぞれドリルビツト１１中心からの距
離が明らかになるように第１図の縦断面に現われ
る位置に回転した位置で示されている。

ドリルビツト１１はドリル列にそれと共に回転
し得るように取付けられている。ドリル列は外側
管２１の内部に複数の部分からなる内側管１９を
有している。通常空気と水との混合体からなるド
リル流体は、これら内側及び外側管の間の環状の
通路に圧送され分離室２３に送られる。第１図に
矢印で示されているように空気と水とが互いに分
離し、空気は循環するように内側通路により戻さ
れ、水はノズル１７から放出される。ノズル１７
から放出された水は縦孔１３を下向きに流れる水
と混合し、地面が掘削されるに伴い内側パイプ１
７内を再び昇つてくる。

複数の円筒形の錘２５がドリルビツトに掘削用
の力を加えるべくドリルビツトの上部に取付けら
れている。錘２５はそれぞれ二つの片半分からな
り、ドリル列を挾持するべく互いに連結されてい
る。図に於ては二つしか示されていないが通常１
０若しくはそれ以上の錘がドリル列に沿つて積層
される。

スタビライザ２７は錘２５の層間に挟設されて
いる。スタビライザ２７はドリルビツト１１の上
方の所望の位置に設ければよく、通常縦孔１３の
底部から約1.4〜15ｍの位置に設けられる。スタ
ビライザ２７はその上下面で錘２５と当接するた
めの上側及び下側アダプタ板２９，３１を有して
いる。スタビライザ２７は錘２５の間で支持され
且外側管２１を囲繞する内側ハブ３３を有してい
る。内側ハブ３３は金属でできており、内側円筒
面３３ａ及び外側円筒面３３ｂ有する二重の円筒
壁面を有している、内側円筒面３３ａ及び外側円
筒面３３ｂは互いに間隔をおいて設けられてお
り、その上部と底部とが環状キヤツプを溶接する
ことにより閉じられている。

ゴム等からなる弾性スリーブ３５が内側ハブの
内側面３３ａの更に内側に密着して収容されてい
る。弾性スリーブ３５は内側面３３ａと外側管２
１の外面との間に設けられている。また金属製の
保持シリンダ３７が内側面３３ａにやはり密着し
てしかも滑動可能に取付けられている。保持シリ
ンダ３７は弾性スリーブ３５と同様の内径及び外
径を有しており、弾性スリーブ３５の上方に取付
けられている。保持リング３９が保持シリンダ３
７の上部にボルトにより取付けられている。これ
らのボルトを締付けると保持シリンダ３７が弾性
スリーブ３５に向けて下向きに移動し、この弾性
スリーブ３５を外側管２１と内側ハブ３０との間
で変形させ両部分を互いに係合させる。このスタ
ビライザの内側ハブ３３をドリルビツトに固着さ
せる要領は前記した米国特許出願明細書にも詳細
に記載されている。尚この米国出願も本出願人に
譲渡されたものである。

さて第３図に於て内側ハブ３３は上側円錐面４
１及び下側円錐面４３を含む取付部材を有してい
る。第３図に示されているような縦断面で見ると
上側円錐面と下側円錐面とは互いに直交してい
る。しかしもこれら上側円錐面及び下側円錐面が
なす面はそれぞれドリルビツト１１の垂直軸線に
対して45゜の角度をなしている。上側円錐面４１
の面には複数の軸即ち軸受ピン４５が等間隔に円
形をなして立設されている。同様に下側円錐面４
３の面にも複数の軸即ち軸受ピン４７が間隔をお
いて円形に配設されている。上側ローラ４９は軸
受ピン４５により、そして下側ローラ５１が対応
する軸受ピン４７にそれぞれ枢支されている。本
実施例に於ては八個の上側ローラ４９と八個の下
側ローラ５１とが用いられている。これらローラ
４９，５１は全て垂直軸線に対して45゜の角度を
なしている。各ローラ４９，５１はシール付のベ
アリングを介して対応する軸受ピン４５，４７に
より枢支されている。各ローラ４９，５１の直径
はその厚さよりもかなり大きくされている。

外側ハブ５３は内側ハブ３３により同心円上に
保持されている。外側ハブ５３はその内面に、第
３図の縦断面について見て、内側ハブ３３の上側
円錐面に対して直交する上側円錐面５５を有して
いる。下側円錐面５７はこの上側円錐面５５の下
側に設けられている。下側円錐面５７は内側下方
向を向いており、垂直縦断面について見て下側円
錐面４３に直交している。上側ローラ４９はこの
上側円錐面５５上を転動する。下側ローラ５１は
下側円錐面５７の面上を転動する。これら両ロー
ラ４９，５１及び両円錐面は、内側ハブ３３と外
側ハブ５３との間の軸受として機能する。

中心位置決め用の部材は外側ハブ５３に取付け
られており、ドリルビツトが中心位置より外れた
ときに縦孔１３と摩擦的に係合するべく外側横向
きに突出し得るようになつている。本実施例に於
ては、中心位置決め用の部材は、縦孔１３よりも
若干小さな直径を有する円筒形のリング５９を有
している。中心位置決め用のリング５９は内側ハ
ブ３３及び外側ハブ５３に対して同心円状をなし
ており、外側ハブ５３に複数のアーム６１により
取付けられている。アーム６１は第２図に示され
ているようにＶ字形をなしており、外側ハブ５３
にピン若しくはボルト６３などの締付け具により
固着されている。

作動に際してスタビライザ２７は先ず下側アダ
プタ板３１を錘２５の上に載置することにより組
立てることができる。次いで内側ハブ３３をアダ
プタ板３１の上に載置する。金属製の保持シリン
ダ３７は、内側ハブ３３がドリル列にしつかりと
固着されるまで保持用リング３９により弾性的な
スリーブ３５に向けて締付けられる。外側ハブ５
３は上側ローラ４９及び下側ローラ５１により保
持される。上側アダプタ板２９は保持リング３９
の上面に載置され、更に追加の錘がその上に載置
される。この錘２５は内側ハブ３３により支持さ
れるようになつており、従つてその重量は内側ハ
ブ３３と外側ハブ５３との間に設けられた軸受装
置に対して影響を与えることがない。アーム６１
はボルト６３により外側ハブ５３に固着されてい
る。

作動に当つて、外側ハブ３３並びに上側ローラ
４９及び下側ローラ５１は、弾性的なスリーブ３
５によりドリル列に係止されているためドリル列
と共に回転する。ドリルビツトが中心位置にあれ
ば、中心位置決め用のリング５９は縦孔１３の壁
面に当接しない。しかしドリルビツトが中心位置
より外れると、中心位置決め用のリング５９が縦
孔１３の壁面に摩擦的に当接し、内側ハブ３３が
外側ハブ５３に対して回転するようになる。中心
位置決め用のリング５９は縦孔１３よりも若干小
さい直径を有しているために、リング５９は時お
り僅かずつ回転する。然し乍ら、縦孔１３の壁面
は一様ではないために、中心位置が僅かにずれた
ような場合にはリング５９はそれほど回転しな
い。

本発明は幾つもの利点を有している。先ずスタ
ビライザアーム及び中心位置決め用のリングがド
リルビツトと共に回転しないために、縦孔の壁面
に当接するスタビライザの部分が摩耗し難い。円
錐面上を転動するローラは極く僅かな摩擦抵抗力
を発生するような軸受として機能するために、内
側ハブ及び外側ハブとを相対的に回転させるため
に極く僅かなトルクが必要となるのみである。

以上本発明をその好適実施例について説明した
が、当業者であれば本発明の概念から逸脱するこ
となく他の種々の変形及び変更を実施例が可能で
あることは明らかであると思う。例えばローラを
外側ハブに枢支し、該ローラが転動するための円
錐面を内側ハブに設けることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はドリルビツトの上側に取付けられた本
発明に基く装置の垂直断面図である。第２図はド
リルビツトを省略し第１図の上側から見た平面図
である。第３図は第２図の−線について見た
垂直縦断面図である。 １１……ドリルビツト、１３……縦孔、１５…
…カツタ、１７……ノズル、１９……内側管、２
１……外側管、２３……分離室、２５……錘、２
７……スタビライザ、２９……上側アダプタ板、
３１……下側アダプタ板、３３……内側ハブ、３
３ａ，３３ｂ……面、３５……スリーブ、３７…
…保持シリンダ、３９……保持リング、４１……
上側円錐面、４３……下側円錐面、４５，４７…
…軸受ピン、４９，５１……ローラ、５３……外
側ハブ、５５……上側円錐面、５７……下側円錐
面、５９……リング、６１……アーム、６３……
ボルト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 縦孔内でドリル列の中心位置決めを行うため
   の位置決め装置であつて、前記ドリル列を囲繞す
   る内側ハブと、該内側ハブを前記ドリル列にそれ
   と共に回転させるべく取付けるための取付部材
   と、前記内側ハブを囲繞する外側ハブと、ドリル
   列が縦孔内の中心位置から外れたときに縦孔の内
   壁に対して摩擦的に係合するために外側横向きに
   突出するべく前記外側ハブに担持されている中心
   位置決め用部材と、前記両ハブが互いに回転運動
   し得るように前記両ハブの一方に回転可能に取付
   けられ且前記両ハブの他方に対して転動する複数
   のローラとを備えていることを特徴とする装置。 ２ 特許請求の範囲第１項の位置決め装置にし
   て、前記ハブの一つは同心の切頭円錐形リングを
   有しており、前記ローラは前記ハブの他方に対し
   て円形の列をなして回転可能に装着され且前記リ
   ングと転動係合していることを特徴とする位置決
   め装置。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項の位置決め
   装置にして、前記ハブの一方は上下に配置された
   外側の切頭円錐形リングと内側の切頭円錐形リン
   グとを有し、前記ローラは前記ハブの他方に同心
   に円形に配列され個々の軸の周りに回転可能に装
   着され前記上側の切頭円錐形リングと転がり接触
   した一組の上側ローラと、同じハブに前記上側の
   ローラより下に同心に円形に配置され個々の軸の
   周りに回転するよう装着され前記下側リングと転
   がり接触した一組の下側ローラとを含んでいるこ
   とを特徴とする位置決め装置。 ４ 特許請求の範囲第３項の位置決め装置にし
   て、前記上側ローラの各々は上方且外方へ向いた
   軸に回転可能に装着されており、前記下側ローラ
   の各々は下方且外方へ向いた軸に回転可能に装着
   されていることを特徴とする位置決めローラ。