JPS63597B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、侵襲媒体に対する限定移動型機械的
システムの保護方法に係る。

「機械的システム」なる語は、硬質の作動表面
を有する相対的可動部材からなるアセンブリの意
である。これらの部材は例えばスチール製であ
る。作動表面は回転、摺動、当接等を介して相互
に協働し、換言するなら一時的であり得る接触に
よりこれらの硬い表面間に力が伝達される。「機
械的システム」は係合歯車またはボールベアリン
グにより構成されており、単純なばね張架による
ものではない。

「限定移動」なる語は、機械的システムの作動
部材の各点が付与の出発構造から相対的に移動す
る距離がシステムの寸法に実質的に等しい最大線
形振幅を越えない場合に用いる。「限定移動」は、
例えばシステム内における一部材の往復移動、或
いはシステムの耐用期間中に一度だけ生じる小振
幅の一方向移動であり得る。シヤフトの軸に関す
る連続一方回向転は「限定移動」ではない。

侵襲媒体は例えば化学的侵襲媒体であり得、或
いは機械的システムの作動表面を劣化させ得る研
磨粒子の担体であり得る。このような状態は例え
ば地下または「ダウンホール」モータを使用して
孔部を掘削するような場合に生じる。モータは掘
削泥土により駆動されるタービンから構成され
る。掘削泥土は加圧下で管列の高部から注入さ
れ、管の外周を流通して再び高部に戻る。泥土は
シリカ粒子を含有する。限定移動型機械的システ
ムは孔部の底部に配置されるが、この場合システ
ムに泥土が侵入しないよう保護する必要がある。
このようなシステムについては後述する。

使用すべき機械的システムの周囲の侵襲媒体の
性質に関係なく、機械的システムは既知通りに、
作動表面とこの作動表面が移動するのに十分な内
部容積とを包囲する剛性保護チヤンバを備えてい
る。チヤンバは、チヤンバ内の作動部材に固定さ
れておりかつ作動部材の運動をチヤンバの外側に
伝達すべく機能する連結部材を通過せしめる少な
くとも１個の出口開口部を備える必要がある。連
結部材の周囲には該連結部材が移動できるように
所定の間隙を設ける必要がある。

保護チヤンバは、作動部材の外側表面、或いは
保護用に特別に設けられたケーシングから構成さ
れ得る。

保護チヤンバは、特定の侵襲要素に対する効果
的な保護を確保し、特に前記間隙を通過し得ない
大きい粒子による侵食から作動表面を保護する。
しかし乍ら保護チヤンバは化学的腐食（例えば酸
化）と研磨微粒子による侵食とに対しては多くの
場合不十分である。従つて、作動表面を完全に保
護するための種々の方法が提案されている。

これらの方法のひとつは、外部媒体を作動表面
に接触させずに作動部材の所望の相対移動を可能
にする材料を保護チヤンバに充填するものであ
る。

充填材料は例えば前記間隙から漏洩し得ないよ
う十分な稠密性を有するグリースである。しかし
乍ら、実験によると例えば大きい温度変化や高圧
のような不利な条件下ではグリースが徐々に漏洩
し、侵襲媒体、例えば研磨粒子が徐々に侵入す
る。

既知の別の充填材料として油、好ましくは高粘
度の油が挙げられる。この場合、出口間隙を閉止
するために可撓性シールリングが使用される。し
かし乍ら既知のシールリングは、温度変化と研磨
粒子の衝撃下では非常に短時間で劣化する。

本発明の好適具体例によると、侵襲媒体が大き
い圧力及び温度変化の条件下にありまた研磨粒子
を含有している場合にも、限定移動型機械的シス
テムは、信頼性の高い単純かつ持続的方法で侵襲
媒体から保護される。

本発明は、周囲侵襲媒体に対する限定移動型機
械的システムの保護方法を提供することであり、
機械的システムは、作動力を直接伝達することに
よりシステムの作動を確保すべく接触する作動表
面を介して相互に協働する作動部材と、システム
外部に運動を伝達すべく作動部材に固定された少
なくとも１個の連結部材と、作動表面とこの作動
表面を移動せしめる内部容積とを包囲しており、
かつ連結部材が移動し得るに十分な間隙を連結部
材の周囲に設けながら連結部材を内側から外側へ
通過せしめるための少なくとも１個の出口開口部
を有する剛性保護チヤンバとを備えており、前記
方法は、周囲侵襲媒体を作動表面に接触させずに
作動表面を移動させることの可能な充填材料を保
護チヤンバに充填する充填工程を含んでおり、前
記方法において充填材料は、実質的な体積の変化
を生じることなく液体出発物質の化学的結合を形
成する固化工程により得られる軟質の弾性高重合
体であり、前記高重合体は、システム作動中の材
料の変形が可逆的であり得かつ変形に対する材料
の抵抗がシステムの作動を実質的に変化させるこ
とがないように、１平方ミリメートル当たり３乃
至30ニユートンの引張強さと、１センチメートル
当たり少なくとも20ニユートンの剪断強さと、少
なくとも150％の弾性限界とを有しており、充填
工程は、液体出発物質を用いて実施され固化工程
は充填工程後に実施され、充填工程より以前に
は、充填材料が１平方ミリメートル当たり少なく
とも30ニユートンの引張強さでチヤンバの内側表
面とチヤンバ内の連結部材とに接着し得るように
少なくとも出口開口部における少なくとも前記表
面に接着コーテイングを付着せしめる表面予処理
工程が実施され、前記間隙は、連結部材が出口開
口部の近傍の充填材料の弾性限界内で移動し得る
のに十分な寸法に形成されている。

以下、添付図面を参考に本発明の具体例につい
て非限定的に説明する。

第１の具体例に従う機械的システムは、地下ま
たは「ダウンホール」ターボドリルのシヤフトに
軸方向スラストを伝達すべく構成されている。前
記システムは、外枠１３に対して可動でありかつ
シヤフト２により軸２２について駆動される回転
部材から成る第１のサブアセンブリと、外枠に軸
方向スラストを伝達しながら軸について回転し得
ないように外枠に連結された非回転部材から成る
第２のサブアセンブリとを備えている。

第１のサブアセンブリは、シヤフトに沿つて連
続的に配置されておりかつそれぞれ２個の対向摩
擦表面（１個のみを図示）を備え得る複数の摩擦
リング１を備えており、前記摩擦表面はそれぞれ
第２のサブアセンブリの協働する摩擦リング６の
単一の摩擦表面に摩擦接触している。第２のサブ
アセンブリは、摩擦リングを軸方向にやや摺動さ
せながら第１のサブアセンブリの摩擦リング１に
永久スラストを加え続けるように摩擦リング６を
軸方向前方に推進すべく摩擦リング６の後面に当
接する弾性スラスト部材１７を備えている。スラ
スト部材１７は更に各フレーム１２に当接してい
る。更に第２のサブアセンブリは、フレーム１２
に対して固定された固定案内スリーブ３３と、フ
レーム１２に対して可動でありかつシヤフト２と
同軸状に配置された移動案内スリーブ２８とを備
えている。各案内スリーブ２８は対応する摩擦リ
ング６を剛性に支持している。移動スリーブと固
定スリーブとの対向表面にはそれぞれ移動溝部３
０と固定溝部３２とが軸方向に伸延している。対
向する各溝部対にはボール３１が配置されてい
る。

ボールは、移動スリーブが固定スリーブに対し
て軸方向に容易に摺動し得るのに十分な間隙を設
けて配置される。間隙は、移動スリーブがシヤフ
ト軸について移動し得ないように形成されるが、
同時に、摩擦表面がシヤフト軸に対して不可避的
に垂直位置からやや偏位するにも拘らず全摩擦表
面に軸方向負荷を均一に分配すべく摩擦リングが
緊密に接触し続けるように、移動スリーブを周期
的揺動により傾動させ得るように形成される。換
言するなら、摩擦リング１がやや水平からずれて
いると仮定すると、摩擦リング６は移動スリーブ
２８の揺動により摩擦リング１と緊密に接触を維
持し得る。このような状態はモータの製造時、或
いは掘削する孔部の屈曲により生じ得る。原因の
如何に拘らず摩擦が不均等であると作動中の摩擦
表面は急速に劣化する。

外枠１３に固定されたフレーム１２は、タービ
ンの駆動に使用される掘削泥土を通過せしめる開
口部２３を備える環状プレートとして構成され
る。

移動スリーブの溝部は、ボールの逸脱を阻止す
べく前部及び後部エンドストツプを備えている。
揺動構造は、摩擦リング１がシヤフト軸に対して
正確に垂直な位置から偏位する場合予測される最
大偏位量が100分の１ラジアンより小となるよう
に設計される。因みに従来型のターボドリルを使
用する場合、孔部の屈曲が偏位を増加させる危険
は非常に小さい。

軸方向スラスト部材１７は例えば“Bellenlle”
型の円錐台形スチール製ワツシヤから構成され
る。前記部材は移動スリーブ２８の後面とフレー
ム１２との間で圧縮される。

ボール３１の行程は、固定溝部３２内の後部エ
ンドストツプによつてのみ限定される。従つて、
移動スリーブがワツシヤ１７の弾性スラストに対
して固定スリーブ内に完全に圧入される以前に、
ボールはまず移動スリーブの溝部に半径方向に導
入され得る。次にボールは対向対溝部に軸方向に
摺動導入され得、従つて移動スリーブは押戻さ
れ、ボールは溝部の後部エンドストツプまで降下
し得る。

従つて、保護すべき機械的システムは以下の部
材から構成される。剛性チヤンバは固定案内スリ
ーブ３３から構成され、固定スリーブは同時に作
動部材を構成している。連結部材は移動スリーブ
２８から構成され、移動スリーブは同時に作動部
材を構成している。他の作動部材は、ボール３１
と弾性ワツシヤ１７とから構成される。出口開口
部OSは、移動スリーブ２８とリング６との横断
接触面に配置された固定スリーブ３３の環状開口
部である。

他方、補正開口部OCは固定スリーブ３３の後
部を貫通している。

本発明によると、例えばボール３１の導入後、
案内スリーブの内部容積は液体を充填され、この
液体は容積の壁に上述の接着コーテイングを残し
て排出される。当然のこと乍らこの液体は使用材
料に適合するように選択される。

適当な乾燥を確保するために、メカニズムの構
成部材に（例えば噴霧または刷毛塗布により）予
め液体を堆積させてもよい。

次に上述の充填工程を実施する。このために、
補正開口部OCを閉止し、軸２２を上方向の出口
開口部に対して垂直に配置し、ボール３１を重力
により溝部３０の底部まで移動させ、移動スリー
ブを行程の最上部に導きワツシヤ１７に接触させ
る。

高流動性の液体出発物質は、満位まで出口開口
部OSに緩慢に投入される。液体中の泡は真空吸
引とそれに続く大気圧適用により除去され得る。

次に、室温（工程のスピードアツプのためには
高温）で弾性充填材料の重合を行う。図面中重合
化材料を参照符号PRで表わす。

実験の結果、危惧に反して弾性材料はシステム
の作動を妨げないことが証明された。具体的にい
うと、システムの作動の初期において、ボール３
１が溝部３０及び３２の側壁に接触しながら移動
しかつ応力が高い（例えば、１平方ミリメートル
当たり100ニユートン（N/mm²）より大）ゾーンで
は、生成物中の多くの化学的結合は断たれてい
た。従つて充填生成物は殆んど液体として機能
し、他方保護チヤンバ内の他の全ゾーンにおいて
充填生成物は固体の稠密性を保つた。

充填材料は単にシステムの作動を妨げないばか
りか、直接促進するものである。充填材料は、ボ
ール３１を所与の面内、即ち固定スリーブを移動
スリーブとが同軸状に配置されている時これらの
スリーブに同軸状の円の円周に分配された位置に
保持し得る心出し手段として機能する。移動スリ
ーブは、この出発位置から出発する時、任意の傾
動軸について最も容易に傾動し得る。

更に、材料は分離或いは金属壁から離れること
なく補正開口部OCを介して弾性変形するので、
作動部材の運動により囲障３３内の材料PRの体
積を変化させることができる。

第４図は本発明に従い保護される第２の機械的
システムを示す。

システムは、限度的振幅、例えば角度10゜で往
復回動するシヤフト１００の軸受を備えている。

シヤフト１００はボールベアリングにより横方
向に支持されており、ボールベアリングは、ハウ
ジング１０８内に配置された内側ケージ１０２
と、ボール１０４と、外側ケージ１０６とを備え
ている。ハウジングの一部は、ハウジングに螺着
された肉厚ワツシヤ１１０により閉止されてい
る。これらの前部材はスチール製である。ハウジ
ングの残りの部分には保護充填材料PRが充填さ
れる。

この場合、作動部材は内側ケージ１０２と外側
ケージ１０６とボール１０４とから構成される。
連結部材はシヤフト１００から、保護チヤンバは
ケーシング１０８と、ワツシヤ１１０とから構成
される。出口開口部は中心孔部１１２とワツシヤ
１１０とから構成される。

ワツシヤ１１０がゴム製の場合、出口間隙を縮
小することが可能であり、従つてワツシヤは接着
剤で固定される。

一般に本発明に従う充填材料は、少なくとも好
ましくは以下の条件を満足すべである。

(1) 保護囲障と連結部材との材料（例えば金属）
に対してすぐれた接着性を有する。接着性は、
少なくとも材料自体の内部強さ（剪断または引
張強さ）、即ち３乃至30N/mm²（引張強さ）に等
しい。

(2) 材料はシステムの運動により内部に引裂応力
及び延伸応力を受けるので、内部運動を許容し
得るように、例えば20乃至200N/cmの大きい引
裂強さと極めて高い伸び率（例えば150乃至700
％）とを備える必要がある。

材料は、内部機械的運動により生成される熱を
容易に排出できなければならない。従つて熱伝導
率はできるだけ高くする必要があり、例えば0.23
Ｗ／ｍ〓、より一般的には0.1W/m〓よりも大で
ある。

上述の保護充填材料は特定の作動条件、例えば
媒体が砂や他の研磨粒子を含有する場合に特に使
用される。充填材料は研磨物質に対して研磨抵抗
性を有する必要がある。エラストマタイプの材料
の研磨抵抗は非常に大きく、20乃至70Aのシヨア
硬さで表わされる。

機械的システムの運動は充填材料を変形させ、
その結果システムに対向する力が加えられる。こ
の力はできるだけ小さくすべきであり、好ましく
はヤング率0.5乃至20N/mm²の材料を使用すること
により確保される。

材料はフランスのRho^ne Poulenc社から商標
各Rhodorsil EVFで市販されている特殊なクロ
ロシランまたはシロクサンから選択され得る。

これに対して、天然ゴムやポリブタジエンのよ
うな人工エラストマは好適な機械的及び接着特性
を有するが、使用方法が難しく、非常に高価な取
付装置を必要とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法により保護される第１の
機械的システムの第２図の−面における半分
軸方向断面図、第２図は第１図の−面におけ
るシステムの半分横断面図、第３図は第２図の
における拡大詳細図、及び第４図は本発明の方法
により保護される第２の機械的システムの半分軸
方向断面図である。 １，６…摩擦リング、２，１００…シヤフト、
１２…フレーム、１３…外枠、１７，１１０…ワ
ツシヤ、２２…シヤフト軸、２８…移動案内スリ
ーブ、３０…移動溝部、３１，１０４…ボール、
３２…固定溝部、３３…固定案内スリーブ、１０
２…内側ケージ、１０６…外側ケージ、１０８…
ハウジング、OC…補正開口部、OS…出口開口
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 侵襲媒体に対する限定移動型機械的システム
   の保護方法であり、前記システムは、作動力を直
   接伝達することによりシステムの作動を確保すべ
   く接触する作動表面を介して相互に協働する作動
   部材と、システムの外部に運動を伝達すべく１個
   の作動部材に固定された少なくとも１個の連結部
   材と、作動表面とこの作動表面を移動させ得る内
   部容積とを包囲しており、かつ連結部材が移動し
   得るに十分な間隙を連結部材の周囲に設けながら
   連結部材を内側から外側に通過せしめるための少
   なくとも１個の開口部を有する剛性保護チヤンバ
   とを備えており、前記方法は、周囲侵襲媒体を作
   動表面に接触させずに作動表面を移動させ得るよ
   うな充填材料を保護チヤンバに充填する充填工程
   を含んでおり、前記方法において充填材料は、実
   質的な体積の変化を生じることなく液体出発物質
   の化学的結合を形成する固化工程によつて得られ
   る軟質の弾性高重合体であり、前記高重合体は、
   システムの作動中の充填材料の変形が可逆的であ
   りかつ変形に対する充填材料の抵抗が実質的にシ
   ステムの作動を変化させることがないように、１
   平方ミリメートル当たり３乃至30ニユートンの引
   張強さと、１センチメートル当たり少なくとも20
   ニユートンの剪断強さと、少なくとも150％の弾
   性限界とを有しており、充填工程は液相の出発物
   質を用いて実施され、固化工程は充填工程後に実
   施され、充填工程より以前には、充填材料が１平
   方ミリメータ当たり少なくとも３ニユートンの引
   張強さでチヤンバの内側表面とチヤンバ内の連結
   部材の表面とに接着し得るように少なくとも出口
   開口部近傍における少なくとも前記表面に接着コ
   ーテイングを付着せしめる表面予処理工程が実施
   され、前記間隙は、連結部材が出口開口部近傍の
   充填材料の弾性限界内で移動し得るに十分な寸法
   に形成されている、侵襲媒体に対する限定移動型
   機械的システムの保護方法。 ２ 充填材料の熱伝導率は0.1W/m〓より大であ
   る、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 充填材料のシヨア硬さは20乃至70Aである、
   特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ４ 充填材料のヤング率は0.5乃至20N/mm²であ
   る、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ５ 充填材料は、化学的侵食に対して良好な抵抗
   を確保すべく、クロロシランとシロクサンとから
   成るグループから選択される、特許請求の範囲第
   １項に記載の方法。 ６ 作動部材は、他の作動表面と接触する作動表
   面に近接するゾーンで100ニユートン／mm²より大
   の応力に耐え得る金属から形成される特許請求の
   範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載の方法。 ７ 保護チヤンバは、充填材料を弾性変形させる
   ことによりチヤンバの内部容積の可変範囲を増加
   させるための少なくとも１個の補正開口部を穿設
   されている特許請求の範囲第１項に記載の方法。