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▶ ハブル ウォーター テクノロジー ノルゲ エーエスの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6937778
(24)【登録日】2021年9月2日
(45)【発行日】2021年9月22日
(54)【発明の名称】掘削システム用油圧モータ
(51)【国際特許分類】
F03C 2/30 20060101AFI20210909BHJP
E21B 7/06 20060101ALI20210909BHJP
【ＦＩ】
F03C2/30 A
E21B7/06
【請求項の数】13
【全頁数】26
(21)【出願番号】特願2018-553125(P2018-553125)
(86)(22)【出願日】2017年4月3日
(65)【公表番号】特表2019-513936(P2019-513936A)
(43)【公表日】2019年5月30日
(86)【国際出願番号】EP2017057810
(87)【国際公開番号】WO2017174483
(87)【国際公開日】20171012
【審査請求日】2020年2月3日
(31)【優先権主張番号】16164115.4
(32)【優先日】2016年4月6日
(33)【優先権主張国】EP
(73)【特許権者】
【識別番号】518352352
【氏名又は名称】ハブル ウォーター テクノロジー ノルゲ エーエス
(74)【代理人】
【識別番号】110000855
【氏名又は名称】特許業務法人浅村特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ボルゲン、ハラルド
【審査官】
上野 力
(56)【参考文献】
【文献】
米国特許第０２６６０４０２（ＵＳ，Ａ）
【文献】
実開昭５７−００００７５（ＪＰ，Ｕ）
【文献】
米国特許第０６１５８５２９（ＵＳ，Ａ）
【文献】
実開昭４９−１０５７３５（ＪＰ，Ｕ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｆ０３Ｃ ２／３０
Ｅ２１Ｂ ７／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の長手方向ベーン（２０８）を担持する中央円筒形ロータ（２０２）を備えた円筒形モータハウジング（２０１）を有する油圧モータ（２）であって、
前記ベーン（２０８）は、前記ロータ上に周方向駆動力を生じるために、前記ハウジング（２０１）と前記ロータ（２０２）の間の環状空間内に突出できるように前記ロータ（２０２）の外表面に設けられ、
ａ）前記ハウジング（２０１）はその内表面上に複数の内方指向凸状カム（２１０）を有し、前記凸状カムは、前記ハウジング（２０１）と前記ロータ（２０２）の間の前記環状空間を、油圧媒体用の少なくとも１つの入口（２１２）および少なくとも１つの出口（２１３）を備えたいくつかの油圧チャンバ（２１１）に分離し、
ｂ）前記ベーン（２０８）は、前記油圧チャンバ（２１１）内へと、前記ロータ（２０２）の回転軸線と略平行な長手方向軸線の周りを揺動することができ、
前記ハウジング（２０１）に向かって径方向外向きに前記ベーン（２０８）をその軸線周りで動かすために、前記ロータ（２０２）の前記外表面と各ベーン（２０８）の間にバネ（２１４）のような弾性要素が設けられている、油圧モータ（２）において、
前記入口（２１２）と前記出口（２１３）の間の圧力差に対して前記ベーン（２０８）の径方向運動が補償されるように、前記弾性要素は、補償ベント（２１８）によって前記ロータ（２０２）の前記外表面に接続された圧力補償チャンバ（２２３）内に設けられ、それにより、前記ベーン（２０８）上の径方向力が前記弾性要素によって主として提供されること
を特徴とする、油圧モータ。
前記ベーン（２０８）は、前記ロータ上に周方向駆動力を生じるために、前記ハウジング（２０１）と前記ロータ（２０２）の間の環状空間内に突出できるように前記ロータ（２０２）の外表面に設けられ、
ａ）前記ハウジング（２０１）はその内表面上に複数の内方指向凸状カム（２１０）を有し、前記凸状カムは、前記ハウジング（２０１）と前記ロータ（２０２）の間の前記環状空間を、油圧媒体用の少なくとも１つの入口（２１２）および少なくとも１つの出口（２１３）を備えたいくつかの油圧チャンバ（２１１）に分離し、
ｂ）前記ベーン（２０８）は、前記油圧チャンバ（２１１）内へと、前記ロータ（２０２）の回転軸線と略平行な長手方向軸線の周りを揺動することができ、
前記ハウジング（２０１）に向かって径方向外向きに前記ベーン（２０８）をその軸線周りで動かすために、前記ロータ（２０２）の前記外表面と各ベーン（２０８）の間にバネ（２１４）のような弾性要素が設けられている、油圧モータ（２）において、
前記入口（２１２）と前記出口（２１３）の間の圧力差に対して前記ベーン（２０８）の径方向運動が補償されるように、前記弾性要素は、補償ベント（２１８）によって前記ロータ（２０２）の前記外表面に接続された圧力補償チャンバ（２２３）内に設けられ、それにより、前記ベーン（２０８）上の径方向力が前記弾性要素によって主として提供されること
を特徴とする、油圧モータ。
【請求項2】
前記ロータ（２０２）がいかなる位置にあっても前記チャンバ（２１１）の前記入口（２１２）と前記出口（２１３）の間に少なくとも１つのベーン（２０８）があるように前記入口（２１２）および前記出口（２１３）は各凸状カム（２１０）に直接隣接して前記チャンバ（２１１）の両端に設けられ、それにより、ベーン（２０８）が前記油圧チャンバ（２１１）内でピストンとして機能することを特徴とする、請求項１に記載の油圧モータ。
【請求項3】
前記ベーン（２０８）の数は前記凸状カム（２１０）の数よりも多く、また前記凸状カム（２１０）の数は好ましくは２つよりも多いことを特徴とする、請求項１または２に記載の油圧モータ。
【請求項4】
前記ベーン（２０８）は、前記ロータ（２０２）内に折り込まれたときにその外表面が前記ロータ（２０２）の外側円筒形表面と略同一面になるように、そのリムのところに湾曲面を備えることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載の油圧モータ。
【請求項5】
機械的ストップ（２１６）が前記ベーン（２０８）のところに設けられ、それにより前記ベーン（２０８）は、前記ハウジング（２０１）の壁に接触しないように前記ロータ（２０２）と相互作用することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項に記載の油圧モータ。
【請求項6】
前記ベーン（２０８）の外端に長手方向の溝またはトラック（２１５）が設けられ、これらは媒体の漏れに対する流れ抵抗を提供するために、前記ロータ（２０２）の前記回転軸線と略平行であることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれかに記載の油圧モータ。
【請求項7】
前記ロータ（２０２）は中空であり、且つ略中央の開口部を有することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項に記載の油圧モータ。
【請求項8】
請求項１から７までのいずれか一項に記載の油圧モータ（２）を有する、ステアラブル掘削システム。
【請求項9】
保護スリーブ（６）をさらに有する、請求項８に記載のステアラブル掘削システム。
【請求項10】
方向ステアリングジョイント（３）をさらに有する、請求項８または９に記載のステアラブル掘削システム。
【請求項11】
対抗保持システム（４）をさらに有する、請求項８から１０までのいずれか一項に記載のステアラブル掘削システム。
【請求項12】
破砕システムを備えたドリルヘッド（１）をさらに有する、請求項８から１１までのいずれか一項に記載のステアラブル掘削システム。
【請求項13】
磁気推進システムをさらに有する、請求項８から１２までのいずれか一項に記載のステアラブル掘削システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は油圧モータ（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｍｏｔｏｒ）、特にステアラブル掘削システム用の油圧モータ、およびこのような油圧モータを有するステアラブル掘削システムに関する。
【背景技術】
【0002】
水平掘削装置が、トレンチ構造で地中に供給ラインおよび廃棄ラインを導入するため、ならびに既に設置されたラインをトレンチレス工法で交換するために使用される。ドリルヘッドがドリルロッドアセンブリによって最初に地中に進められ、後に水平姿勢に再配向される水平掘削装置が一般的である。このような水平掘削の目標点は、たとえば掘削ピット、下水道の保守シャフト、または家屋の地下室など、地面の下に位置する可能性がある。また、ドリルヘッドは、地上に再出現させるために、垂直方向に再配向される可能性がある。ドリルヘッドが目標点に到達した後、これはしばしば、先に生成されたボアを広げるため、または既に設置された導管を完全に除去するために、円錐形の拡張体などの拡張装置に置き換えられる。
【0003】
既存のステアラブル掘削システムの問題は、これらがドリルヘッドを回転させることによって、またはたとえばハンマーまたはストローク装置を用いてドリルヘッドを押すことによって、地中を推進させられることである。前方推進は通常、掘削穴の外側からドリルストリング上のドリルヘッドに提供されるが、これは水平掘削用途における空間が限られているため問題となり得る。既存の掘削システムのさらなる問題は、ドリルストリング上で強力なトルクを発生する、掘削ヘッドに基づくシステムのためのトルクロックが、通常、扱いが容易ない場合が多い機械的手段によって実現されることである。既存の掘削システムのさらなる問題は、ドリルヘッドのステアリングを可能にするために、このようなシステムが、たとえば傾斜した、非対称形状のドリルヘッドを備えることである。このようなドリルヘッドは、回転を伴わずに前方に押されたとき、横方向に偏向されて所望の方向になる。ドリルヘッドが回転したとき、非対称構成は直線的な掘削コースに影響を及ぼさない。しかしながら、ハンマリングによる推進は、ドリルヘッドに力を伝えるために硬質のドリルストリングを必要とし、したがってこれにより、掘削されたボアの曲げ半径を制限する。
【0004】
既存の掘削システムのさらなる問題は、掘削力がドリルストリングを通じてドリルヘッドに伝わるように、ドリルヘッドの駆動モータが通常は掘削穴の外側に配置されていることである。しかしながら、これにより小径の掘削が困難または不可能になる。既存の掘削システムのさらなる問題は、掘削穴が、一般的に使用される保護パイプなどの管状部材を掘削穴に容易に挿入できるほど安定しない可能性があることである。保護パイプなどの管状部材がドリルヘッドアセンブリによって掘削穴に引き込まれた場合、保護パイプが激しい機械的摩耗およびせん断を受けるという問題が生じる。既存の掘削システムのさらなる問題は、ドリルヘッドを駆動するために一般的に使用される油圧モータが、外側ケースの幾何学的中心に対するロータの回転中心の意図的なずれを伴うことであり、ここでベーンはロータの回転中心から径方向に異動していく。これはいくつかの問題を引き起こす。第１に、径方向の視点から見た軸線におけるロータおよびベーンの径方向断面における油圧ベースの力によって生じる圧力の不平衡は、これらのポンプの出力能力および出力密度を厳しく制限し、重く非効率的で厄介な装置をもたらす。第２に、高速回転中の各ベーンの遠心力は、ベーンの外縁および外部収容ハウジングの内表面の激しい摩耗を引き起こす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、これらの問題を解決し、限定されるものではないが水平ステアラブル掘削システムに特に有用な、掘削システムの異なる観点における改善を提案することである。本発明のさらなる目的は、提案された改善の全てまたは一部を有するステアラブル掘削システムを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
これらおよびその他の問題は、長手方向のベーンを担持する中央円筒形ロータを有する円筒形のモータハウジングを備える油圧モータによって解決され、ベーンは、ロータ上に周方向駆動力を生じるためにハウジングとロータとの間の環状空間内に突出できるようにロータの外表面に設けられ、ハウジングはその内表面上に内方指向凸状カムを備え、これらはハウジングとロータとの間の環状空間を分離して油圧媒体用の少なくとも１つの入口および少なくとも１つの出口を有するいくつかの油圧チャンをもたらし、ベーンは、油圧チャンバ内へのロータの回転軸線と略平行な長手方向軸線の周りを異動することができる。
【0007】
本発明のさらなる観点によれば、ロータのいかなる位置においても、ベーンが油圧チャンバ内のピストンとして機能するようにチャンバの入口と出口との間に少なくとも１つのベーンがあるように、入口および出口が各凸状カムにすぐ隣接してチャンバの両端に設けられている。
【0008】
本発明のさらなる態様によれば、ハウジングに向かって径方向外向きにその軸線の周りでベーンを動かすまたは揺動させるために、ロータの外表面と各ベーンとの間にバネのような弾性要素が設けられる。
【0009】
本発明のさらなる観点によれば、ベーンの数は凸状カムの数よりも多い。本発明のさらなる観点によれば、凸状カムの数は２つ以上である。
【0010】
本発明のさらなる観点によれば、ベーン上の径方向力が弾性要素によって主に提供されるように、入口ポートと出口ポートとの間の圧力差に対してベーンの径方向運動が補償されるようなやり方で、補償ベントによってロータの外表面に接続された圧力補償チャンバ内に、弾性要素が設けられる。
【0011】
本発明のさらなる観点によれば、ロータ内に折り込まれたときにその外表面がロータの外側円筒形表面と略同一になるように、ベーンにはそのリムにおいて湾曲面が設けられる。
【0012】
本発明のさらなる観点によれば、ベーンがハウジングの壁に接触しないようなやり方でロータの外表面と相互作用するベーンに、機械的ストップが設けられる。
【0013】
本発明のさらなる観点によれば、ベーンの外端に長手方向の溝またはトラックが設けられ、これらは媒体の漏れに対する流れ抵抗を提供するために、ロータの回転軸線と略平行である。
【0014】
本発明のさらなる観点によれば、ロータは中空であり、略中央の開口部を備える。
【0015】
本発明はさらに、掘削システム、特にステアラブル掘削システムのための、本発明による油圧モータの使用に関する。
【0016】
本発明はさらに、本発明による油圧モータを備える掘削システム、特にステアラブル掘削システムに関する。本発明はさらに、以下に概説されるように、保護スリーブ、方向ステアリングジョイント（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｊｏｉｎｔ）、対抗保持（ｃｏｕｎｔｅｒ ｈｏｌｄ）システム、破砕システムを有するドリルヘッド、および／または磁気推進システムをさらに備える掘削システム、特にステアラブル掘削システムに関する。
【0017】
本発明のさらなる観点は、請求項、図面、および実施形態の説明に記載される。非限定的な実施形態の以下の説明は、本発明による油圧モータを有する提案された掘削システムのいくつかの独立した観点を詳述する。しかしながら、本発明は提案された実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明による油圧モータを備えるステアラブル掘削システムの第１の実施形態を示す。
【図2a】ドリルヘッド１の例示的実施形態を示す。
【図2b】ドリルヘッド１を通る概略断面および油圧モータ２との相互作用を示す。
【図3a】油圧モータの実施形態の概略図を示す。
【図3b】中央の中空ロータ２０２、ハウジング２０１、および端部ナット２０３を有する油圧モータ２のさらなる概略図を示す。
【図3e】モータ１の主要な構成要素の概略分解図を示す。
【図3f】４つの出口ポート２１３から４つの入口ポート２１２を分離する案内プレート２０６の概略図を示し、中央入口２２０も示している。
【図3g】入口ポート２１２および出口ポート２１３をモータ２のチャンバ２１１内に導くポートプレート２０７の概略図を示す。
【図3h】ベーン２０８の外表面の細長い突出物として実現された機械的ストップ２１６が示される、ベーン２０８の概略図を示す。
【図3i】本発明による油圧モータのさらなる実施形態を示す。
【図3j】本発明による油圧モータのさらなる実施形態を示す。
【図3k】本発明による油圧モータのさらなる実施形態を示す。
【図4b】ユニバーサルジョイント３０３の概略図を示す。
【図4c】明確さのためステップピストン３０８の一部が取り除かれた、ステアリングジョイント３の概略的なハーフカット図を示す。
【図4d】ステップピストン３０８の概略図を示す。
【図4e】ベル型の軸受ソケット３０６の概略図を示す。
【図4f】ステアリングジョイント３のさらなる実施形態を概略分解図で示す。
【図4g】概略的に組み立てられた構成のこの実施形態を示しており、ここでは明確さのため管状部の一部が切り取られている。
【図4h】概略的に組み立てられた構成のこの実施形態を示しており、ここでは明確さのため管状部の一部が切り取られている。
【図4i】この実施形態のさらなる図を示す。
【図4j】この実施形態のさらなる図を示す。
【図4k】この実施形態のさらなる図を示す。
【図4m】油圧ピストン３１７をその外周に保持するための凹部が設けられた、回転子ハウジング３２６の概略図を示す。
【図5b】対抗保持システム４の例示的実施形態の概略分解図を示す。
【図5c】掘削穴の中で後退状態の対抗保持システム４を示す。
【図5d】媒体入口４０８を通じて可撓性ベローズ４０１内に加圧媒体を導くことによって可撓性ベローズ４０１が加圧されたときの状況を示す。
【図5e】可撓性ベローズ４０１が再び空になったときの状況を示す。
【図6b】進入口器具５０５の概略断面図を示す。
【図6c】保護スリーブシステム５の第２の実施形態を示す。
【図6d】保護スリーブシステム５の第３の実施形態を示す。
【図7b】外部からの磁気システムの概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0019】
図１は、本発明による油圧モータを備えるステアラブル掘削システムの第１の実施形態を示す。掘削システムは、油圧モータ２に接続されたドリルヘッド１を備える。油圧モータ２は、ドリルヘッド１を所望の方向に向けることができるステアリングジョイント３に接続されている。ステアリングジョイント３は、ドリルヘッド１を前方に押す逆トルクを提供するために使用される、対抗保持（カウンターホールド）システム４に接続されている。油圧モータ２は、ステアリング可能なジョイントを介した駆動シャフトの使用が回避されるように、ステアリングジョイント３の前に載置される。対抗保持システム４は保護パイプなどの管状部材５に接続され、これは保護スリーブ６に続いている。ドリルシステム全体が、壁７の穴１０に設けられた進入口ブラケットなどの進入口器具８またはいずれか類似のタイプの固定具によって、壁７の穴１０を通じて地中に導入される。掘削穴の中の塊が管状部材に当接するのを防止することによって管状部材５の貫入を容易にするために、保護スリーブ６は地中にのみ設けられているので、管状部材５は視認可能である。管状部材５において、作動油導管などのいずれか必要な導管を掘削システムに導入するため、ならびに掘削システムから砕石塊を運び出すために、補給または供給パイプなどの中央パイプ９が設けられる。
【0020】
ドリルヘッド１に対する前方保護（ｆｏｒｗａｒｄ ｔｒｕｓｔ）は、ドリル穴からおよびボアの内部からの両方の別個のシステムを用いて実現可能である。必要な逆トルクおよび前方保護を提供するために、いくつかの代替システムが組み合わせてまたは単独で使用されることが可能である。管状部材５の使用によってドリルヘッド１をボアから引き出させることができ、これにより管状部材５は、崩壊を防ぐために掘削穴内に残る。
【0021】
本発明のさらなる実施形態において、掘削プロセスの前または最中に地下水を集めるためのシステムが提供可能である。このようなシステムは、進入口器具８に設けられてもよい。
【0022】
図２ａは、ドリルヘッド１の例示的実施形態を示す。ドリルヘッド１は、使い捨てリーマ１０２を有するドリルビット１０１を備える。この例示的実施形態では、３つの拡張可能なリーマ１０２が設けられる。リーマ１０２は、ドリルヘッドの軸線方向および径方向の両方に対して溝１０３の中を自由に移動できる。ドリルヘッド１が地面に対して押しつけられると、リーマ１０２は溝１０３に対して後方に押しつけられて同時に径方向にシフトし、ドリルビット１０１の径方向の伸長が増大する。代替実施形態では、ドリルヘッド１は、地中の岩石および様々な地層を有する過酷な条件に対応するために、掘削機能とともに衝撃またはハンマリング機能を備えることができる。衝撃機能は、油または空気などの媒体、および純粋な機械的手段の両方に基づくことができる。ドリルビット１０１の後部には、掘削された塊を破砕して除去するために、破砕コーン１０４が設けられている。破砕コーン１０４は、硬質ビット１０５、たとえば硬質金属ビットを備えている。
【0023】
図２ｂは、ドリルヘッド１を通る概略断面および油圧モータ２との相互作用を示す。油圧モータ２は、油圧モータ２のロータに接続されたシャフト１０６を介してドリルビット１０１を駆動する。ロータは中空であり、矢印で示されるようにドリルシステムから砕石塊を運び出すための経路が中空空間１０７にわたって形成されるように中央パイプ１０８を形成する。塊の破砕は、静止した円錐形破砕リング１１０に対する破砕コーン１０４の回転によって実現される。円錐形破砕リング１１０は、くさび形のスリットおよび径方向トラックを備え、そこで特定サイズまでの砂利などの粒子が破砕されてより小さい粒子になり、中央回転パイプ１０８の中に流される。
【0024】
破砕システムは、中央パイプ１０８内への塊の供給ならびに粘土、土、または砂などドリルビットの周りの塊の溶解を助ける流水システム１０９を備えている。油圧モータシャフト１０６の端部のスイベルは、水などの入口洗浄媒体からの塊の吸引および分離を提供する中央パイプ９に接続可能である。中空空間１０７は、ドリルヘッド駆動軸のコア内の回転する中央パイプ１０８の中に塊を流すノズルを備えている。中央パイプ１０８は、ドリルヘッド１の駆動シャフトのコア内にあり、掘削システムからの途中で油圧モータ２のロータを通過する。したがって、掘削および破砕された塊は、モータの中空コアの中を通過することができる。
【0025】
図３ａは、油圧モータの実施形態の概略図を示す。油圧モータ２は、中央ロータ２０２を有するハウジング２０１を備える。ロータ２０２は、モータ２に中央パイプ１０８を通させるために中空である。ハウジング２０２の面には、端部ナット２０３が設けられている。油圧媒体に対してロータを封止するために、シール２０４および端部蓋２０５が設けられている。油圧モータ２は、中央ロータ２０２上に設けられた軸線方向に回転する揺動ベーン２０８の形態の羽根車（インペラ）に基づいている。揺動ベーン２０８は、加圧されたときに好ましくはモータハウス２０１の壁に直接接触しないように、限られた径方向距離までロータから振り出されることが可能である。さらなる実施形態において、揺動ベーンは、モータハウス２０１の壁に接触するこのような径方向距離だけロータから振り出されることが可能である。３つのベーン２０８が示されており、上のベーンは後退状態にあり、下の２つのベーンは広げられている。ベーン２０８を広げられるようにするため、バネ２１４などの弾性要素が各ベーン２０８に設けられている。
【0026】
図３ｂは、中央の中空ロータ２０２、ハウジング２０１、および端部ナット２０３を有する油圧モータ２のさらなる概略図を示す。図３ｃは、図３ｂに示されるＡ−Ａ断面を示す。油圧モータ２は、中央ロータ２０２を有するハウジング２０１を備える。ロータ２０２は、モータ２に中央パイプ１０８を通すために中空である。ハウジング２０２の面には、モータ２を他の構成要素に結合するための端部ナット２０３が設けられている。油圧媒体に対してロータを封止するために、シール２０４、端部蓋２０５、およびＯリング２０９が設けられている。軸線方向に回転する揺動ベーン２０８がロータ２０２上に設けられている。油圧媒体をモータの内外に正確に案内するために、案内プレート２０６およびポートプレート２０７が設けられている。
【0027】
図３ｄは、図３ｂに示されるＢ−Ｂ断面を示す。モータ２は、外側ハウジング２０１および中央の中空ロータ２０２を有する。ロータ２０２は、ロータ２０２の回転軸線と平行な軸線の周りを揺動できる８つのベーン２０８を担持する。その内表面に、ハウジング２０１は、ハウジング２０１とロータ２０２との間の環状空間を４つの別個の油圧チャンバ２１１に分離する４つの凸状カム２１０を有する。各チャンバ２１１内で、ポートプレート２０７は油圧媒体用の入口２１２および出口２１３を提供する。入口２１２および出口２１３は、ロータ２０２のいずれの位置においても、いずれかの入口２１２と隣接する出口２１３との間にベーン２０８または凸状カム２１０があるように、各凸状カム２１０に直接隣接して設けられている。ベーン２０８をその後退状態から振り出すために、ロータ２０２と各ベーン２０８との間にバネ２１４などの弾性要素が設けられている。ベーン２０８が凸状カム２１０および入口２１２を通過するときはいつも、媒体の圧力がベーン２０８を押してロータ２０２を駆動するように、バネ２１４はベーン２０８を軸線方向に押し出す。
【0028】
凸状カム２１０の数は常に２つ以上であり、モータの求められるトルクによって必要とされるだけ多くてもよい。ロータ２０２上の揺動ベーン２０８の数は、常に凸状カム２１０の数よりも多く、モータチャンバの直径など実際の設計制限によって限定される。ロータ２０２の回転に関しては、チャンバ２１１の端部の底部に入口２１２があり、出口２１３はチャンバ２１１の前にある。揺動ベーン２０８は、リムに円形湾曲面を有して設計されており、ロータ２０２内に折り込まれたときに、ロータシリンダ２０２の外側円筒形表面と略同一面になる。したがって、ロータ２０２は、常に２つの凸状カムの間に油圧チャンバ２１１を形成する。【0029】
揺動ベーン２０８が２つの凸状カム２１０の間にあるとき、ベーン２０８は、ハウジング２０１の内面に向かって振り出し、したがってベーン２０８の後の入口２１２およびベーン２０８の前の出口を有するピストンとして機能する。ベーン２０８の外向き揺動はロータの幾何形状によって制限され、ベーン２０８は一般的に、外側回転位置のベーンに対して圧力が作用しているときにはハウジング２０１の円筒面に当接しない。１つのベーン２０８がカム２１０を介して油圧チャンバに進入するとき、前のベーンは、入口２１２からの有効な圧力を伴わずに離れる。ベーン２０８が出口の凸状カム２１０に当たると、入口２１２からの圧力は、新しいベーン２０８に対して既に作用している。
【0030】
油圧モータ用の内部シールシステムは、油の作動流によるスリットによる粘性封止に基づいている。漏れを最小限に抑えるために、ベーン２０８は、油漏れのための余分な流れ抵抗として機能する長手方向のトラック２１５を、その最外端に備えることができる。この設計の本質的な利点は、小さいサイズと、モータが入口２１２および出口２１３の油圧ポートを制御するための弁システムを必要としないことであり、これは、揺動ベーン２０８および凸状カム２１０による各チャンバの分離によって制御されるからである。モータの設計は中央の中空シャフトを可能にするが、これは、モータの中央ロータコアを通る中央パイプ１０８などの機能を実現するための前提条件である。この設計は、各油圧チャンバ２１１が常に１つの揺動ベーン２０８上で動作しているので、高い容積効率を可能にする。したがって、回転過程の間に始動トルクが低下することはない。ベーン２０８は機械的ストップ２１６を有するが、これは、ベーン２０８の広範な軸線方向変位を回避するために、ロータ２０２の外表面の凹部の先端２１７に接触する。したがって、ベーン２０８がハウジング２０１と直接接触することが回避される。
【0031】
図３ｅは、上記で述べられた、モータ１の主要な構成要素の概略分解図を示す。図３ｆは、４つの出口ポート２１３から４つの入口ポート２１２を分離する案内プレート２０６の概略図を示し、中央入口２２０も示している。図３ｇは、入口ポート２１２および出口ポート２１３をモータ２のチャンバ２１１内に導くポートプレート２０７の概略図を示す。図３ｈは、ベーン２０８の外表面の細長い突出物として実現された機械的ストップ２１６が示される、ベーン２０８の概略図を示す。さらに、油漏れに対する付加的な流れ抵抗を提供する、ベーン２０８の外表面の長手方向のトラック２１５が見られる。
【0032】
図３ｉから図３ｋは、本発明による油圧モータのさらなる実施形態を示す。この実施形態では、ベーン２０８の外向き運動が機械的ストップによって制限されず、したがってベーン２０８とハウジング２０１との間の接触が可能である。しかしながら、入口ポート２１２と出口ポート２１３との間の圧力差によってベーンがハウジング２０１に対して押しつけられるのを回避するために、ベーン２０８は補償ベント２１８によって圧力補償される。補償ベント２１８は、ロータ２０２の回転過程の間、入口ポート２１２および出口ポート２１３の両方に接続されている。
【0033】
こうして補償ベント２１８は、入口ポート２１２と出口ポート２１３との間の圧力差によって生じる、ハウジング２０１に対して外向きにベーン２０８を押しつける力を排除する。これは、ベーン２０８の前側の開口部から、圧縮バネ２２０が設けられた圧力平衡チャンバ２２３まで戻る。圧力平衡チャンバは、ロータ２２２と密に適合するベーン２０８上の半径２１９によって制限される。通常の回転過程の間、矢印２２１によって示されるように、ベーン２０８の前部が凸状カム２１０を通過したとき、ベント２１８は、ベーン２０８がハウジング２０１に当接している間に圧力平衡になるように、圧力平衡チャンバ２２３に圧力が伝達されるようなやり方で、入口ポート２１２によって加圧される。ベーン２０８が入口ポート２１３を通過するとすぐに、圧力平衡チャンバ２２３が減圧されるように、圧力補償ベント２１８が出口ポート２１３に露出され、ベーン２０８はハウジング２０１に対してこれ以上押しつけられない。
【0034】
ベーン２０８が出口ポート２１３を通過すると、ベーン２０８はカム２１０に接触し、再度内側に押し込まれる。しかしながら、圧力平衡チャンバ２２３内の油は、ベーン２０８の内向き運動のため補償ベント２１８を通じて後方に押し出される。この過剰な油は、機械的接触が実質的に防止されるように、ベーン２０８の外表面と凸状カム２１０との間に膜を形成する。次のチャンバの入口ポート２１２から前のチャンバの出口ポート２１３への油漏れが少しでもあれば、補償ベント２１８内に導かれ、こうしてカム２１０を通るときにベーン２０８の平衡を保つ。
【0035】
図４ａは、掘削中に図１に示されるものなどの掘削システムの方向制御を可能にする、ステアリングジョイント３の実施形態の概略図を示す。ステアリングジョイント３は、油圧モータ２の後に実装され、たとえば供給機能または廃棄物除去のために使用可能な中央パイプを通過できるようにするために中空である。ステアリングジョイントの全体的な機能は、各段階ごとに所定の曲げ角度で段階的に制御されたステアリング配向を提供することである。ステアリングジョイント３は、上部管状部３０１および下部管状部３０２を備え、これらは以下に説明されるいくつかの部品を備えるユニバーサルジョイント３０３によって接続されており、これにより上部管状部３０１は下部管状部３０２に対して曲がることができる。
【0036】
上部管状部３０１および下部管状部３０２は、互いに対する個々の回転が防止されるように互いに結合されている。これは下部管状部３０２の内側のピンキーパ３０９上のピン３０５によって実現されるが、これらはユニバーサルジョイント３０３の外側の軸線方向に配向された溝トラック３０４内に嵌合されるので、上部管状部３０１および下部管状部３０２は傾斜することが可能であるが、互いに対して回転的に係合している。下部管状部３０２は、端部蓋ハウジング３１０に収容されている。
【0037】
図４ｂは、ユニバーサルジョイント３０３の概略図を示す。これは、その外表面上に軸線方向の溝トラック３０４を有するベル型の軸受ソケット３０６と、円筒形のステップピストン３０８と、ステップピストン３０８内の機械バネ３０７とを備える。その外表面において、ステップピストン３０８は、周方向スロット付きくさびまたはくさび形トラック３１６を備える。ステアリングの原理は、ステップピストン３０８の切羽端上の異なるサイズの径方向溝３１２内に嵌合する軸受ソケット３０６の切羽端上の複数の径方向カム３１１によって軸線方向に接続された、軸受ソケット３０６およびステップピストン３０８の端部に基づいている。径方向溝３１２は、異なる深さであり、ステップピストン３０８の切羽端上の傾斜した平面内に設けられている。径方向溝３１２とは対照的に、径方向カム３１１は等しいサイズである。
【0038】
各々の所望の操舵角について、ステップピストン３０８は３つ以上の溝３１２を備えており、これらは軸受ソケット３０６の切羽端に径方向カム３１１との安定した端部同士の接続を形成するために、ステップピストン３０８の切羽端に分布している。溝はステップピストン３０８の切羽端に均等に分布することができる。ステップピストン３０８を回転させてカム３１１に対する所望の傾斜角に溝３１２を揃えることによって、ステップピストン３０８上の溝３１２は軸受ソケット３０６上の径方向カム３１１と一致し、ジョイントアセンブリを求められる配向に強制的に向ける。典型的な設計では、ステップピストン３０８は、３６０度、すなわち異なる溝３１２の各セットについて９０度で分布した４つの溝３１２に対して３つの傾斜角度を有するように設計されている。この結果、各ステップの間で３０度の回転の段階的配向で合計１２段階となり、このうち４つのステップがまっすぐな前方方向になるので、９つの異なる配向が実現可能である。特定の角度の溝３１２の配置は、たとえば０度、４度、および８度であってもよい。０度では、湾曲のないまっすぐなステアリングアセンブリであり、４度および８度では、径方向カム３１１の４つの方向のうちの１つにおいて４度または８度傾斜した上部管状部３０１および軸受ソケット３０６である。
【0039】
図４ｃは、明確さのためステップピストン３０８の一部が取り除かれた、ステアリングジョイント３の概略的なハーフカット図を示す。これは、下部管状部３０２の内表面に設けられ、下部管状部３０１と上部管状部３０２との間の正の径方向接続のために軸受ソケット３０６の径方向溝トラック３０４内に嵌合したピン３０５を示す。操舵角を設定するためには、ステップピストン３０８を段階的に回転させる必要がある。一実施形態において、段階的な回転は、ステップピストン３０８の外側のくさび形トラック３１６によって可能となる。くさび形トラック３１６は、下部管状体３０２に接続された、円筒形のピンキーパ３０９に固定された対抗保持ピン３１３によって嵌合される。段階的配向は、一方向の一方向運動で回転ステップの半分だけピストン３０８を強制的に回転させるようなステップピストン３０８の軸線方向運動によって実現される。ピストン３０８の前後の往復運動は、ピストンを完全に１段階回転させる。このメカニズムは、一部のボールペンにおいて先端を突出および後退させる役割を果たすメカニズムと似ている。ステップピストン３０８の軸線方向前方運動の力は油圧によって生成され、戻し力は機械バネ３０７によって提供されるが、これはステップピストン３０８の内部に配置されている。ステップピストン３０８の切羽端の溝３１２は、軸受ソケット３０６のカム３１１と嵌合し、こうして径方向カム３１１の配向の各々について固定傾斜角度の所望の方向に軸受ソケット３０６および上部管状部３０１を押しやる。
【0040】
図４ｄは、ステップピストン３０８の概略図を示す。ステップピストン３０８の切羽端には、異なるサイズの径方向溝、すなわち浅溝３１２’、普通溝３１２’’、および深溝３１２’’’が設けられている。この特定の実施形態において、各溝３１２は隣接する溝３１２から３０°の角度で変位している。図４ｅは、ベル型の軸受ソケット３０６の概略図を示す。これは、９０度の角度で載置された、円周の軸線方向溝３０４および４つの軸線方向カム３１１を有する環状フランジ３１４を備える。各軸線方向カム３１１は、同じ軸線方向の伸長を有する。
【0041】
ステアリングジョイントの追加実施形態において、ステップピストンの回転は電動モータによって行われる。このモータは、求められる回転を固定ステップで提供する、ステッピングモータあるいは油圧または電動モータギアシステムであってもよい。純粋な油圧システムの利点は、構造の堅牢性および多様性である。この観点は、ドリルヘッド内の必要な制御または作動エレクトロニクスに関して重要である。
【0042】
さらなる利点として、油圧が排除されると、ステアリングアセンブリは、いずれの方向にもまったく反力を伴わず、自由に曲がるようになる。ドリルヘッドアセンブリが掘削穴を通じて引き戻される必要がある場合、これは非常に重要である。
【0043】
同じ動作でいずれも回転および配向を提供し、所望の傾斜角および三次元配向を提供するバネ復帰を有する、一方向に動作する油圧ピストンの使用は、単一の油圧制御ラインによって実現可能である。ジョイントの実際のステアリング配向は、ピストン３０８の回転位置によって制御される。回転位置は、ピストンの回転の絶対位置を測定するフィードバックセンサを有する電気回路によって、測定されることが可能である。グローバル方向に対するステアリングシステムの配向は、ステアリングジョイントの上部分管状ハウジングの配向を検出し、こうしてこの測定された配向に対してステアリングジョイントの下部分の配向を段階的に関連付ける位置測定システムによって決定されることが可能である。
【0044】
図４ｆは、ステアリングジョイント３のさらなる実施形態を概略分解図で示す。図４ｇおよび図４ｈは、概略的に組み立てられた構成のこの実施形態を示しており、ここでは明確さのため管状部の一部が切り取られている。図４ｉから図４ｋは、この実施形態のさらなる図を示す。この実施形態では、ステアリングジョイント３は、ユニバーサルジョイント３０３によって接続された上部管状部３０１および下部管状部３０２を備えており、これにより上部管状部を下部管状部に対して曲げることができる。上部管状部３０１および下部管状部３０２は、互いに対する個々の回転が防止されるように互いに結合されている。これは下部管状部３０２の内側のピンキーパ３０９上のピン３０５によって実現されるが、これらはユニバーサルジョイント３０３の外側の軸線方向に配向された溝トラック３０４内に嵌合されるので、上部管状部３０１および下部管状部３０２は傾斜することが可能であるが、互いに対して回転的に係合している。下部管状部３０２は、端部蓋ハウジング３１０に収容されている。操舵角を設定するためには、ステップピストン３０８を段階的に回転させる必要がある。この実施形態では、ステップピストン３０８の段階的な回転は、ステップピストン３０８を必要とされる段階だけ回転させる、環状の回転子ハウジング３２６内で回転的に動作する円周油圧ピストン３１７によって、実現される。ステップピストン３０８のシャフト上のくさび形トラック３１６と嵌合するキャリア３１５は、ステップピストン３０８の回転を実行するために、ステップピストン３０８と油圧ピストン３１７との間に機械的接続を提供する。
【0045】
この運動はラチェットと類似の動作をし、油圧ピストン３１７の振動運動はステップピストン３０８の回転運動を提供することになる。円周油圧ピストン３１７およびピストン３０８の油の流れの設計は、まず入口穴３１８を通るピストン内への油圧媒体の流入が円周ピストン３１７を終了位置に来るまで作動するように行われ、ここでいかなる追加運動も回転子ハウジング３２６によって防止される。図４ｇでは、円周ピストン３１７は初期状態で示されており、図４ｈでは、円周ピストン３１７はその終了位置まで回転している。円周ピストン３１７が終了位置にあるとき、シリンダブッシング３１９の側面からの入口穴３１８は、円周ピストン３１７の運動によって開放する。これにより、回転するラチェットタイプの運動が停止し、油は主ステップピストン３０８チャンバ内に自由に流入できるようになる。
【0046】
主ステップピストンの選択された位置が得られた場合、油圧媒体を連続的に追加することで、主ステップピストン３０８を軸受ソケット３０６に向かって軸線方向に強制移動させ、こうして操舵角調整を提供する。主ステップピストンの選択された位置に到達しなかった場合には、油圧媒体の排出は、戻り機構によって円周油圧ピストン３１７を戻す。円周油圧ピストン３１７が動作する、回転子ハウジング３２６における変位量は、ステップピストンチャンバに合わせて油圧で補償されることが可能である。この補償は、軸受ソケット３０６との嵌合のために必要とされる軸線方向運動未満に維持される、ステップピストン３０８の軸線方向運動を提供する。
【0047】
円周油圧ピストン３１７は、戻り回転を提供し、油圧媒体に再び圧力が提供された後に次の段階に嵌合させられる、戻りバネ３２０を備えている。ラチェットタイプの振動運動は、主ステップピストンの所望の位置に到達するまで繰り返される。次に、油圧媒体の追加を継続することによって、操舵角調整のための主ステップピストン３０８の運動が提供される。ステップピストン３０８の戻り運動は、ボールを有する溝３２３によってステップピストン３０８に接続された軸線方向軸受キャリア３２２に対して押しつけるいくつかのアキシャル・バネ３２１によって、作動させられる。戻りストロークの間、油の流れは、円周油圧ピストン３１７が入口穴３１８を塞いだときに油圧媒体を戻す可能性を確保するために、回転子ハウジング３２６内の逆止弁３２５を用いて戻りゲート３２４を通じて配向される。
【0048】
図４ｌは、図４ｆの実施形態によるステップピストン３０８の概略的側面図を示す。ステップピストン３０８は、キャリア３１５がステップピストン３０８を回転させるために嵌合する、軸線方向溝３１６を有するシャフトを備える。その切羽端において、ステップピストン３０８には、それぞれ０°、４°、および８°の操舵斜度を画定し、ステップピストン３０８の切羽端の半径に沿って３０°離れて載置された、浅溝３１２’、普通溝３１２’’、および深溝３１２’’’が設けられている。図４ｍは、油圧ピストン３１７をその外周に保持するための凹部が設けられた、回転子ハウジング３２６の概略図を示す。凹部は、２０°から４０°など、ハウジング３２６の外周の小さな扇形のみを覆い、回転子ハウジング３２６の周囲に沿った油圧ピストン３１７の運動を可能にする。油圧媒体を導入するために、凹部の側壁に入口が設けられている。
【0049】
図５ａは、掘削中に図１に示されるものなどの掘削システムのトルクを維持できるようにする、提案された対抗保持システム４の概略図を示す。対抗保持システム４は、一端はステアリングジョイント３に、他端は掘削穴の中まで前方に引っ張られる管状部材５に、接続可能である。対抗保持システム４は、２つの端部ナット４０２の間にクランプされた中空の可撓性ベローズ４０１を備える。可撓性ベローズ４０１は、加圧媒体によって内圧が印加されると径方向および軸線方向の両方の膨張を可能にするゴム状材料で作られている。対抗保持システム４の一次的な機能は、径方向外向きに膨張して、掘削中に回転運動および軸線方向運動の両方のため地面に対する十分な対抗保持を作り出すために、ドリルストリングの一部を周囲の地面に固定することである。軸線方向運動は、ベローズ自体によって、または軸線方向力供給装置によって、提供されることが可能である。二次的な機能は、可撓性ベローズ４０１を軸線方向に膨張させることによって、前方推力を生成することである。
【0050】
図５ｂは、対抗保持システム４の例示的実施形態の概略分解図を示す。対抗保持システム４は、２つの端部ナット４０２と、その間の可撓性ベローズ４０１とを備える。可撓性ベローズ４０１の内部には、その外表面に軸線方向溝４０６を有するシリンダ本体４０３がある。シリンダ本体４０３は、軸線方向に変位可能なピストン４０４を収容し、シリンダハウジング４０５内に挿入される。ピストン４０４は、シリンダ本体４０３内で軸線方向に移動可能であり、シリンダハウジング４０５に接続されたシールリング４１０によって一端に取り付けられている。ピストン４０４は、中央パイプをその中央に通すために中空である。
【0051】
可撓性ベローズ４０１は、一端ではシリンダ本体４０３に拘束され、他端ではシリンダハウジング４０５に拘束されているので、ベローズの軸線方向の伸長は、シリンダ本体４０３内のピストン４０４のストロークによって制限される。シリンダ本体４０３とピストン４０４との間のいかなる回転も、伸長してシリンダ本体４０３の軸線方向溝４０６またはトラック内に案内される、シリンダハウジング４０５内の径方向ピン４０７によって防止される。シリンダハウジング４０５は、シリンダハウジング４０５の外表面にある媒体出口４０９を通じて可撓性ベローズ４０１内に加圧媒体を挿入するための媒体入口４０８をさらに備える。
【0052】
図５ｃは、掘削穴の中で後退状態の対抗保持システム４を示す。開始位置において、シリンダは最短の軸線方向位置にとどまり、ベローズ４０１は収縮する。可撓性ベローズ４０１は圧力下にはなく、ピストン４０４は、シリンダハウジング４０５がシリンダ本体を略完全に覆うように、シリンダ本体４０３の中に完全に押し込まれる。図５ｄは、媒体入口４０８を通じて可撓性ベローズ４０１内に加圧媒体を導くことによって可撓性ベローズ４０１が加圧されたときの状況を示す。可撓性ベローズ４０１は、可撓性ベローズが掘削穴の壁に接触したときに径方向の伸長が停止するまで、最初に径方向に伸長する。径方向の膨張はその後、ベローズが穴壁に対して押しつけられて前方ドリルビットの回転に対する十分な対抗保持を生じるように、穴壁からの反力によって停止する。ベローズの内部にさらなる圧力を印加することによって、ベローズ４０１は軸線方向に膨張し、シリンダ本体４０３を前方に押す。シリンダハウジング４０５に接続されたピストン４０４はその位置にとどまるが、シリンダ本体４０３は、径方向ピン４０７が軸線方向溝４０６の端部に到達したときに動きが停止するまで、軸線方向に異動する。ベローズ４０１からのこの軸線方向力は、ドリルビットを前方に、または地中に押すのに十分である。ベローズ４０１を伸長させる力は、ドリルアセンブリ内の上方に向かって外部機器によって作り出され、膨張する油圧または空気圧ピストン、もしくは軸線方向のリニア電動アクチュエータまたは共通軸線方向力を供給する掘削システムなど、異なる手段によって提供されることが可能である。
【0053】
図５ｅは、可撓性ベローズ４０１が再び空になったときの状況を示す。ベローズ４０１は、ピストン４０４がシリンダハウジング４０５および端部ナット４０２に接続された任意の管またはドリルストリングとともに前方にシフトするように、軸線方向溝４０６に沿ってシリンダハウジング４０５を後退させて前方に引く。
【0054】
対抗保持システムの負のストロークは、内部または外部の力を供給するシステムによってベローズ内の膨張する流体媒体に負圧を印加することによって、提供されることが可能である。
【0055】
図６ａは、図１に示されるものなどの掘削システムの管状部材５に適用可能な、提案された保護スリーブシステム５の第１の実施形態の概略図を示す。また、ドリルヘッドを地中に案内して管状部材５０２を掘削穴の中に引き込むドリルストリング５０１も示されている。この実施形態では、スリーブ５０４が設けられており、これはある程度の径方向の膨張を可能にする可撓性の編組を備え、ゴムまたはプラスチックまたは類似の材料の漏れ防止膜層がこの上に付着される。編組の利点は、より大きな径方向の膨張を可能にすることである。スリーブ５０４は、管状部材５０２の切羽端に取り付けられた環状のスリーブマガジン５０３内に格納されている。管状部材５０２の前端へのスリーブ５０４の格納は、地中への管状部材５０２の貫入によって生じる引張力によって、これがマガジン５０３から解放または供給されることを可能にする。スリーブは、一端においてボアホールの進入口器具５０５の出口フランジ５１０に取り付け可能であり、管状部材５０２の全長を覆う。
【0056】
スリーブ５０４は、管状部材５０２の下部切羽端の外表面に漏れ防止固定されている。進入口器具５０５において、管状部材５０２の端部は、シールリング５０７で封止されている。したがって、管状部材５０２とスリーブ５０４との間の自由で封止された空間が形成され、これは管状部材５０２の端部から進入口器具５０５上の進入口シール５０７までの閉鎖した環状チャンバ５０８を構築する。入口ポート５０９を通じて環状チャンバ５０８内に油または空気などの加圧流体を加えることによって、環状チャンバ５０８は加圧され、したがって径方向に膨張する。スリーブ５０４は、周囲の地面に対して押しつけられる。このように、パイプシステム内の加圧パイプが形成され、地中への管状部材５０２の侵入が容易になるように、周囲の地面に対する管状部材５０２の摩擦を効果的に低減する。
【0057】
図６ａの詳細図は、スリーブ５０４がスリーブマガジン５０３内にどのように格納されるか、および環状チャンバ５０８が膨張したスリーブ５０４と管状部材５０２との間でどのように形成されるかを示す。ドリルストリング５０１も示されている。
【0058】
図６ｂは、進入口器具５０５の概略断面図を示す。進入口器具５０５は、シールリング５１１上で管状部材５０２の周りに封止された出口フランジ５１０を備える。フランジ５１０は、部分的に穴の中に導入されたケーシング５１２の上の壁５０６の穴に接続されている。機械的ストップ要素５１３は、緊密な環状チャンバ５０８が実現されるように、フランジ５１０においてスリーブ５０４を締結する。環状チャンバ５０８とポート５０９との間の細い導管５１４は、環状チャンバ５０８内に加圧媒体を導入できるようにする。
【0059】
図６ｃは、保護スリーブシステム５の第２の実施形態を示す。この実施形態では、所望の特性に達するために、２つの異なる層が組み合わせられる。好ましくは構造的強度を実現するための構造的編組の形態の外側構造部５１５は、加圧されると構造部５１５の内側に当接する細い弾性ホース５１８の形態の内側漏れ防止部材と組み合わせられる。１つの可能な配置において、構造部５１５および弾性ホース５１８は、別々に格納される。構造部または編組５１６の環状格納部は管状部材５０２の前部に設けられ、別の環状ホース格納部５１９は管状部材５０２の外表面上に設けられている。構造部５１５および弾性ホース５１８の両方とも、進入口器具５０５に固定され、したがって管状部材５０２の全長を覆うことが可能である。構造部５１５と弾性ホース５１８との間の仕切り５１７は、構造部格納部５１６とホース格納部５１９との間の管状部材５０２の外表面に取り付けられている。この仕切り５１７は、構造部５１５を弾性ホース５１８から分離し、弾性ホース５１８が構造部格納部５１６の中および上に軸線方向に変位するのを防止する。入口ポート５０９を通じて加圧媒体を加えることによって、管状部材５０２と弾性ホース５１８との間の環状チャンバ５０８が加圧され、弾性ホース５１８は径方向に膨張して構造部５１５を掘削穴の内側に強制的に当接させ、こうして掘削穴の崩壊を防止する。
【0060】
図６ｄは、保護スリーブシステム５の第３の実施形態を示す。この実施形態では、スリーブ５０４は地下の管状部材５０２の切羽端には格納されず、進入口器具５０５の後に管状部材５０２の外側端部に取り付けられる別個のスリーブマガジン５０３の掘削穴の外側に置かれる。スリーブ５０４の一端は進入口器具５０５に取り付けられ、スリーブ５０４の他端はスリーブマガジン５０３に取り付けられている。
【0061】
管状部材５０２の端部には、管状部材５０２との間にあってさらに管状部材の全長に沿った、進入口器具５０５の中までのアニュラスの内部でスリーブ５０４の向きを変えるローラ要素５２１を保持する、ローラケーシング５２２が取り付けられている。この実施形態は、二重スリーブシステムを提供する。パイプの貫入の間のスリーブの供給は、別個のスリーブマガジン５０３内のパイプとスリーブの最外部分との間のアニュラス内で、外側から行われる。二重敷きスリーブ５０４の間の環状チャンバ５０８は、媒体入口ポート５０９を通じて導入された流体媒体によって加圧され、こうして地面に対して当接するようにスリーブを径方向に膨張させる。加圧されたスリーブ導管システムは、管状部材およびドリルストリングを地中に侵入させるために地面に対する摩擦を効果的に低減する、パイプシステム内の二層パイプを形成する。
【0062】
図７ａは、図１に示されるものなどの掘削機器のドリルヘッドアセンブリに対する前方推力を生成する、磁気推進システム６を示す。前方推力は、磁気源供給機器、特にハンドル６０２を有する外側環状プラグ６０１によって生成される。代替実施形態では、部分的に環状または矩形の磁石ホルダなど、その他の磁気源供給機器が提供可能である。外側プラグ６０１は、進入口器具６０３の外側に移動可能に配置され、管状部材６０４を取り囲む。これらは、管状部材６０４内に配置され、内側パイプ６０６の周りに移動可能に配置された対応する内側環状プラグ６０５上に磁力を生成するために、所定位置にもたらされ、これらはドリルヘッド機器またはその他のドリル構成要素への供給ラインを備えてもよい。
【0063】
外側プラグ６０１は、管状部材６０４の外周の周りで回転可能であってハンドル６０１によって軸線方向にシフト可能な、プラグスリーブ６０７を備える。プラグスリーブ６０７は、いくつかの磁石６０８を担持する。管状部材６０４は内側パイプ６０６とともに、作動油などの媒体で満たされた中空の環状チャンバ６０９を形成する。内側環状プラグ６０５は、内側パイプ６０６の周りで軸線方向に変位可能に配置され、環状チャンバ６０９内にリング状のピストンを形成する。管状部材６０４および内側パイプ６０６の他端では、これらのパイプはドリルヘッド機器またはその他のドリルシステム構成要素に接続されており、これらは環状チャンバ６０９を緊密に包囲する。
【0064】
内側環状プラグ６０５は、管状部材６０４および内側パイプ６０６の両方に当接するシールリング６１０を備える。こうして環状チャンバ６０９の内部は、閉鎖した油圧シリンダを構成する。内側プラグ６０５は、伝達可能な推力を増加させるために、軸線方向推力継手６１２によってさらに接続されている。同様に、外側プラグ６０１は、そのスリーブまたはケーシング６１３において接続されている。環状チャンバ６０９を加圧することによって、このようにドリルヘッドに軸線方向力がかけられることが可能である。チャンバ６０９に圧力を加えるために、内側プラグ６０５は、外側プラグ６０１によって軸線方向に変位させられることが可能である。外側プラグ６０１は、磁気回路によって内側プラグ６０５に結合される。
【0065】
磁気回路は、外側プラグ６０１上に設けられた電磁石または永久磁石などの磁石６０８を備え、２つの異なる極を形成する強磁性鉄などの磁気伝導性材料６１１に埋め込まれている。内側プラグ６０５上では、外側プラグ６０１の磁極が内側プラグ６０５の磁極と整列したときに磁気回路が閉じられるように、類似の磁気伝導性材料には対応する形状の極が設けられる。磁束を回転させるように、たとえばハンドル６０２によって手動または自動で動作可能なプラグスリーブ６０７によって引き離すように、磁気伝導性材料６１１内に配置された永久磁石または電磁石６０８によって磁力が生成される。ハンドル６０２を回転させることによって、内側プラグ６０５および外側プラグ６０１上の磁性材料の極は、整列させられたり乱されたりすることが可能である。このために、内側プラグ６０５と外側プラグ６０１との間の磁気回路を開閉するためのプラグスリーブ６０７は、内側プラグ６０５にかかる磁力をオン／オフするように電動または手動で動作されることが可能である。磁石６０８の動きはこのように、内側プラグ６０５と外側プラグ６０１との間の結合力を配向または排除する。
【0066】
図７ｂは、外部からの磁気システムの概略図を示す。通常、磁石６０８の形状は、図の矢印によって示されるように長さ軸線を横切る磁場方向を有する円形である。代替実施形態では、プラグの磁気回路の外側の磁石６０８を変位させるために、他の機械的配置が選択可能である。
【符号の説明】
【0067】
１ ドリルヘッド２ 油圧モータ
３ ステアリングジョイント
４ 対抗保持システム
５ 管状部材
６ 保護スリーブ
７ 壁
８ 進入口器具
９ 中央パイプ
１０ 穴
１０１ ドリルビット
１０２ リーマ
１０３ 溝
１０４ 破砕コーン
１０５ 硬質ビット
１０６ シャフト
１０７ 中空空間
１０８ 中央パイプ
１０９ 流水システム
１１０ 破砕リング
２０１ モータハウジング
２０２ ロータ
２０３ 端部ナット
２０４ シール
２０５ 端部蓋
２０６ 案内プレート
２０７ ポートプレート
２０８ ベーン
２０９ Ｏリング
２１０ 凸状カム
２１１ チャンバ
２１２ 入口
２１３ 出口
２１４ バネ
２１５ トラック
２１６ 機械的ストップ
２１７ 先端
２１８ ベント
２１９ ベーン半径
２２０ 中央入口
２２１ 回転方向
２２２ ロータ
２２３ 圧力補償チャンバ
３０１ 上部管状部
３０２ 下部管状部
３０３ ユニバーサルジョイント
３０４ 溝トラック
３０５ ピン
３０６ 軸受ソケット
３０７ 機械バネ
３０８ ステップピストン
３０９ ピンキーパ
３１０ 端部蓋ハウジング
３１１ 径方向カム
３１２ 径方向溝
３１２’ 径方向浅溝
３１２’’ 径方向普通溝
３１２’’’ 径方向深溝
３１３ 対抗保持ピン
３１４ 環状フランジ
３１５ キャリア
３１６ くさび形トラック
３１７ 円周ピストン
３１８ 入口穴
３１９ シリンダブッシング
３２０ 戻りバネ
３２１ アキシャル・バネ
３２２ 軸線方向軸受キャリア
３２３ ボールを有する溝
３２４ 戻りゲート
３２５ 逆止弁
３２６ 回転子ハウジング
４０１ 可撓性ベローズ
４０２ 端部ナット
４０３ シリンダ本体
４０４ ピストン
４０５ シリンダハウジング
４０６ 軸線方向溝
４０７ ピン
４０８ 媒体入口
４０９ 媒体出口
４１０ シールリング
５０１ ドリルストリング
５０２ 管状部材
５０３ スリーブマガジン
５０４ スリーブ
５０５ 進入口器具
５０６ 壁
５０７ シールリング
５０８ 環状チャンバ
５０９ 入口ポート
５１０ 出口フランジ
５１１ シールリング
５１２ ケーシング
５１３ ストップ要素
５１４ 導管
５１５ 構造部
５１６ 構造部格納部
５１７ 仕切り
５１８ 弾性ホース
５１９ ホース格納部
５２１ ローラ要素
５２２ ローラケーシング
６０１ 外側環状プラグ
６０２ ハンドル
６０３ 進入口器具
６０４ 管状部材
６０５ 内側プラグ
６０６ 外側プラグ
６０７ スリーブ
６０８ 磁石
６０９ 環状チャンバ
６１０ シールリング
６１１ 磁気伝導性材料
６１２ 軸線方向推力継手
６１３ ケーシング