(57)【要約】      （修正有）【課題】岩石破砕中に発生する応力、振動又は力の測定に適用可能な新規の解決策を提供する。【解決手段】岩石破砕システムの構成要素であって、構成要素は残留磁化の状態に磁化される。構成要素の残留磁化は、構成要素の幾何学形状に対して所定の変化をする磁化プロファイル２０を有し、変化する磁化プロファイル２０は、構成要素の幾何学形状に対して構成要素において変化する磁化強度を表す。【選択図】図４
2018040242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
岩石破砕システム（１４）の構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）であって、前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）は残留磁化の状態に磁化され、
前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）の前記残留磁化は、前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）の縦方向、前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）の半径方向、前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）の回転方向、前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）の縦方向に対して直角の方向、前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）の円方向、及び前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）の円周方向のうちの少なくとも一方向において所定の変化をする磁化プロファイル（２０）を有し、前記変化をする磁化プロファイル（２０）は、前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）の幾何学形状に対して前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）において変化する磁化強度を表すことを特徴とする、構成要素。
【請求項２】
前記所定の変化をする磁化プロファイルは、少なくとも１つの実質的に平坦な部分（２３ａ、２３ｂ）と、少なくとも１つの実質的に変化する部分とを有する
ことを特徴とする、請求項１に記載の構成要素。
【請求項３】
前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）の前記所定の変化をする磁化プロファイル（２０）は少なくとも１つのピーク点（２１ａ、２１ｂ）を含み、前記少なくとも１つのピーク点（２１ａ、２１ｂ）において、前記残留磁化のプロファイル（２０）を表す変数が、前記プロファイルの前記ピーク点（２１ａ、２１ｂ）に隣接する点における変数の絶対値を上回る絶対値を有する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の構成要素。
【請求項４】
前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）の前記所定の変化をする磁化プロファイル（２０）は少なくとも２つのピーク点（２１ａ、２１ｂ）を含み、前記少なくとも１つのピーク点（２１ｂ）は、別の前記ピーク点（２１ａ）とは反対の極性を有する
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の構成要素。
【請求項５】
前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）の前記所定の変化をする磁化プロファイル（２０）の前記少なくとも１つのピーク点（２１ａ、２１ｂ）は、前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）の先端部（１６ａ、１６ｂ）間に残留する前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）の部分に位置する
ことを特徴とする、請求項３又は４に記載の構成要素。
【請求項６】
前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）は少なくとも部分的に、磁気的に硬い材料、又は前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）の他の部分の材料よりも磁気的に硬い材料でできている
ことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の構成要素。
【請求項７】
前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）の少なくとも一部が、前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）における前記所定の変化をする磁化プロファイル（２０）の形成に影響を与えるコーティング材料でコーティングされる
ことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の構成要素。
【請求項８】
前記所定の変化をする磁化プロファイル（２０）の前記プロファイルにおける変化が、前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）の幾何学形状における変化に対応するように構成される
ことを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の構成要素。
【請求項９】
前記岩石破砕システム（１４）は、衝撃パルスを付与するために衝撃装置（１５）を有する衝撃機構（５）を備え、前記構成要素は、前記岩石破砕システム（１４）にアセンブリされたときに、衝撃パルスを発生させる、衝撃パルスを伝達する、及び衝撃パルスを受けることのうちの１つのための前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）である
ことを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の構成要素。
【請求項１０】
前記構成要素は、前記岩石破砕システム（１４）の衝撃機構（５）のドリルシャンク（１６）、前記岩石破砕システム（１４）の衝撃機構（５）の衝撃ピストン（１５）、及び前記岩石破砕システム（１４）のツール（９）のうちの少なくとも１つである
ことを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の構成要素。
【請求項１１】
前記岩石破砕システム（１４）は、削岩機（８）と破砕ハンマーのうちの１つである岩石破砕装置の一部である
ことを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の構成要素。
【請求項１２】
（岩石破砕装置（８）の）岩石破砕システム（１４）の構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）を磁化するための方法であって、前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）が残留磁化の状態に磁化され、
前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）を、前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）の縦方向、前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）の半径方向、前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）の回転方向、前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）の縦方向に対して直角の方向、前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）の円方向、及び前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）の円周方向のうちの少なくとも一方向において所定の変化をする磁化プロファイル（２０）を有する残留磁化の状態に磁化するステップであって、前記所定の変化をする磁化プロファイル（２０）が、前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）の幾何学形状に対して前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）において変化する磁化強度を表す、ステップを特徴とする、方法。
【請求項１３】
前記構成要素（９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１５、１６，１７）を、前記所定の変化をする磁化プロファイルにおいて少なくとも１つのピーク点（２１ａ、２１ｂ）を有する前記残留磁化の状態に磁化させ、前記プロファイル（２０）のピーク点（２１ａ、２１ｂ）において前記残留磁化のプロファイル（２０）を表す変数が、前記プロファイルの前記ピーク点（２１ａ、２１ｂ）に隣接する点における変数の絶対値を上回る絶対値を有する
ことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、岩石破砕システムの構成要素に関し、構成要素は、岩石破砕システムの一部であるが、岩石破砕システムにおける岩石破砕中に発生する応力、振動又は力の測定にも適用されうるものである。
【背景技術】
【０００２】
岩石破砕システムにおける岩石破砕中に発生する応力が測定され、岩石破砕の制御に用いられうる。ＦＩ６９６８０号及びＵＳ４６７１３６６号明細書には、岩石破砕中に発生する応力波の測定と、岩石破砕装置の操作の制御に測定された応力波を用いることの一例が開示されている。ＤＥ１９９３２８３号８及びＵＳ６３５６０７７号明細書には、打撃荷重を受ける岩石破砕システムの構成要素の応力波によって起こる磁気弾性の変化を測定することによって、応力波のパラメータを決定するための信号処理方法及び装置が開示されている。
【０００３】
例えば、ＵＳ６３５６０７７号明細書では、岩石破砕システムの構成要素の磁気的特性の変化を測定することによって、岩石破砕中に発生する応力波が測定される。応力波の測定において、岩石破砕システムの構成要素は、応力波の測定中に同時に励磁コイルによって外部磁場を受ける。しかしながら岩石破砕システムの構成要素が応力波の測定と同時に外部磁場を受けることは、計装構成に係らず測定結果が乱れる原因となる。
【０００４】
ＥＰ広報２８１１１１０号では、岩石破砕システムの構成要素のうちの少なくとも一部の構成要素が、永久磁化の状態又は残留磁化の状態に構成される。この解決策で、同時の岩石破砕システムの構成要素の磁化と応力波の測定に関する上述した問題を回避することができる。岩石破砕システムの構成要素を永久磁化の状態又は残留磁化の状態に構成することによっては必ずしも正確な応力波の測定結果、又は岩石破砕装置の操作を監視する又は制御するために使用するのに十分な精度の結果が得られない。
【０００５】
本発明の目的は、岩石破砕中に発生する応力、振動又は力の測定に適用可能な新規の解決策を提供することである。
【０００６】
本発明は、独立請求項の特徴部分によって特徴付けられる。
【０００７】
本発明は、岩石破砕システムの構成要素を残留磁化の状態に磁化する案に基づくものであり、構成要素の残留磁化は、構成要素の縦方向、半径方向、回転方向、縦方向に対して直角の方向、円方向、及び円周方向のうちの少なくとも１方向において所定の変化をする磁化プロファイルを有し、この変化を呈する磁化プロファイルは、構成要素の幾何学形状に対する、構成要素の変化を呈する磁化強度を表す。
【０００８】
応力波によって起こる磁気弾性の変化が測定される、岩石破砕システムの構成要素が残留磁化の状態に構成された場合、岩石破砕システムは、応力波の測定中に同時に、特定の構成要素に特定の磁化状態を付与するいかなる種類の機器の配設、又は特定の構成要素に外部磁場を受けさせるいかなる種類の機器の配設も必要としない。これにより、応力波測定の機器が簡略化され、応力波の測定中に同時に、特定の構成要素に磁化状態を付与する機器から生じる乱れが起こらない。
【０００９】
更に、構成要素の残留磁化の状態が、構成要素の幾何学形状に対して既定のように変化する磁化プロファイルを有し、変化を呈する磁化プロファイルが構成要素の幾何学形状に対して変化する構成要素の磁化強度を表す場合、所定の変化をする磁化プロファイルが、応力波によって起こる構成要素の磁気弾性の変化が最も検出可能である、あるいは測定目的又は構成要素の使用目的に対してその他の所望の特性を有する例えばグローバルピーク又はローカルピーク等の特定部分を含むように構成されうる。これにより、磁気弾性の変化を測定するための少なくとも１つのセンサがピーク点に配置されたときに更に測定精度が上がる。
【００１０】
以下に、添付の図面を参照し、好適な実施形態を用いて本発明をより詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】削岩リグを示す概略側面図である。
【図２】削岩中に発生する応力波を示す概略図である。
【図３】岩石破砕システムを概略的に示す部分断面側面図である。
【図４】岩石破砕システムのドリルシャンクと、ドリルシャンクに構成された残留磁化の所定の変化をする磁化プロファイルを示す概略図である。
【図５】図４の所定の変化をする磁化プロファイルと、従来技術の磁化プロファイルとの比較を示す概略図である。
【図６】ドリルシャンクに構成された残留磁化の別の所定の変化をする磁化プロファイルを示す概略図である。
【図７】ヒステリシス曲線を示す概略図である。
【図８】岩石破砕システムの構成要素の輸送に適用されうる容器を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
明確にするために、これらの図は、本発明の幾つかの実施形態を簡略化して示している。これらの図では、同様の参照番号は同様の要素を示す。
【００１３】
岩石破砕は、削岩機によって岩石に孔を掘削することによって実施されうる。あるいは、破砕ハンマーにより岩石を破砕することができる。この場合、「岩石」という語は、丸石、岩質材料、地殻及び他の比較的硬い材料も広く含むことを理解すべきである。削岩機と破砕ハンマーは、直接、あるいはアダプタを通してのいずれかでツールに衝撃パルスを付与する衝撃機構を備える。衝撃パルスは応力波を生成し、応力波はツールにおいて伝播する。応力波が堀削されるべき岩石に面するツールの端部に到達すると、波の影響でツールが岩石を貫通する。応力波のエネルギーの一部は反射波として反射し、ツールの反対方向、すなわち衝撃機構に向かって伝播しうる。状況により、反射波は、圧縮応力波又は引張応力波のみを含みうる。しかしながら、反射した波は通常、引張応力及び圧縮応力コンポーネントの両方を含む。
【００１４】
図１に、削岩リグ１の、大幅に簡略化した概略側面図を示す。削岩リグ１は、衝撃機構５と回転機構６とを有する削岩機８が配設された送りビーム４が端部にある移動キャリア２とブーム３とを備える。図１の削岩リグ１は更にツール９を備え、ツール９の近位端部９´は削岩機８に連結され、ツール９の遠位端部９´´は堀削されるべき岩石１２に向かって配向される。ツール９の近位端部９´を、破線によって概略的に図１に示す。図１の削岩リグ１のツール９は、ツール９の遠位端部９´´に、ドリルロッド１０ａ、１０ｂ及び１０ｃ、又はドリルステム１０ａ、１０ｂ、１０ｃ又はドリルチューブ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及びドリルビット１１を備える。ドリルビット１１にはボタン１１ａが配設されている場合があるが、他のドリルビット構造も可能である。長孔堀削としても知られる断面ドリルロッドでの堀削において、堀削されるべき孔の深さにより幾つかのドリルロッドが、ドリルビット１１と削岩機８との間に取り付けられる。ツール９は、送りビーム４に取り付けられた案内支持体１３によっても支持されうる。更に図１の削岩リグ１は、送りビーム４に構成される送り機構７も備え、送り機構７に対して削岩機８が移動可能に構成される。堀削中は、送り機構７が送りビーム４上で削岩機８を前に押し、これによりドリルビット１１を岩石１２に押し付けるように構成される。
【００１５】
図１に、実際におけるよりも、削岩機８の構造に対して大幅に小さい削岩リグ１を示す。明確にするために、図１の削岩リグ１は、１つのみのブーム３、送りビーム４、削岩機８、及び送り機構７を有するが、削岩リグは、送りビーム４、削岩機８、及び送り機構７を有する複数のブーム３が配設されうることが明らかである。削岩機８は普通、ドリルビット１１が阻害されることを防止する洗浄手段を含むことも明らかである。明確にするために、洗浄手段は図１に図示されていない。削岩機８は油圧作動型でありうるが、空気圧作動型あるいは電気作動型であってもよい。
【００１６】
削岩機はまた、上述したもの以外の構造も有しうる。例えば、ダウンザホール堀削において、衝撃機構は削岩機における堀削孔底部のドリルビットの横に位置し、ドリルビットはドリルロッドを通して、堀削孔の上に位置する回転機構に接続される。削岩機はまた、回転堀削用の削岩機であってもよく、その場合、削岩機に衝撃機構はない。
【００１７】
衝撃機構５には、圧力媒体の影響下で往復運動して、直接又はドリルシャンクあるいは別の種類のアダプタ等のツール９と衝撃ピストンの間の中間物を通してツールを突く衝撃ピストンが配設されうる。当然ながら、異なる構造の衝撃機構も可能である。衝撃機構５の操作は従って、機械的に往復運動するいずれかの衝撃ピストンなしの電磁気力又は油圧使用に基づくものであってもよく、これに関しては衝撃機構という語は上記特徴に基づく衝撃装置も指すものである。衝撃機構５によって生成される応力波は、ドリルロッド１０ａから１０ｃに沿って、ツール９の遠位端部９´´におけるドリルビット１１に向かって送られる。応力波がドリルビット１１に遭遇すると、ドリルビット１１とそのボタン１１ａが堀削されるべき岩石１２を突き、これにより、強い応力が岩石１２に発生し、これに起因して岩石１２に亀裂が形成される。通常、岩石１２に働く又は作用する応力波の一部が、ツール９に及びツール９に沿って衝撃機構５に向かって反射する。堀削中に、回転機構６はツール９へ連続的な回転力を伝達し、これによりドリルビット１１のボタン１１ａが衝撃の後でその位置を変え、次の衝撃において岩石１２の新たなスポットを突くことになる。
【００１８】
図２に応力波を概略的に示す。この図では、堀削されるべき岩石１２にむかって伝播する応力波を参照符ｓｉで示し、岩石１２からツール９へ反射して戻る応力波を参照符ｓｒで示す。
【００１９】
図３に、例えば図１の削岩リグ１の削岩機８で使用されうる岩石破砕システム１４の部分断面側面図を概略的に示す。図３の岩石破砕システム１４は、衝撃機構５と、衝撃機構５に接続されたツール９とを備える。図３の岩石破砕システム１４のツール９は、ドリルロッド１０ａ、１０ｂ又はドリルステム１０ａ、１０ｂ又はドリルチューブ１０、１０ｂ及びドリルロッド１０ｂの遠位端部９´´のドリルビット１１を含む。衝撃機構５はフレーム構造５´を含み、衝撃装置１５は、ツール９に向かって衝撃パルスを提供するように構成される。図３の実施形態では、衝撃装置１５は衝撃ピストンの形態を有するが、衝撃装置１５と衝撃機構５の実際の実行態様は様々に変化しうる。図３の衝撃機構５は、ツール９の近位端部９´が締結されるドリルシャンク１６も含み、これにより、衝撃装置１５は衝撃を直接ツール９に対してではなく、ドリルシャンク１６へ方向づけするように構成され、このためドリルシャンク１６は衝撃装置１５とツール９との間の中間物を形成する。図３の衝撃機構５は更に、図３に非常に概略的に示す、ドリルシャンク１６と衝撃装置１５との間に位置づけされ、衝撃機構５のフレーム構造５´に支持された減衰装置１７を含む。減衰装置１７の機能は、岩石１２からツール９と衝撃機構５へ反射する応力の影響を弱めることである。減衰装置１７はまた、衝撃装置１５から付与された衝撃が、ドリルシャンク１６に最適な効果をもたらすような衝撃装置１５に対する点にドリルシャンク１６を位置づけしうる。減衰装置１７の実際の実行態様は、例えば一又は複数の圧力媒体操作型シリンダーを含みうる。
【００２０】
図３の実施形態では、衝撃機構５と、衝撃機構５に連結されたツール９により、岩石破砕中に応力、振動又は力を受ける岩石破砕システム１４が形成される。ドリルロッド又はドリルステム又はドリルチューブ１０ａ、１０ｂ及びドリルビット１１はツールの構成要素であり、従って岩石破砕システム１４の構成要素である。ドリルシャンク１６は衝撃機構５の構成要素であり、ドリルシャンク１６は従って岩石破砕システム１４の構成要素でもある。
【００２１】
岩石破砕システムの実行態様はしかしながら、様々に変化しうる。岩石破砕装置の別の例を提供する破砕ハンマーにおいては、岩石破砕システムは通常、例えば衝撃ピストン等の衝撃装置、及びノミ等の非回転ツールのみを備え、衝撃装置によって付与される衝撃がツールに直接影響する。
【００２２】
岩石破砕システムは実行態様によって、油圧作動型、空気圧作動型、又は電気作動型であってよく、又は岩石破砕システムの操作は、油圧作動型、空気圧作動型、及び／又は電気作動型装置の組み合わせとして実行されうる。明確にするために、図１及び３には、当業者に既知の、岩石破砕システムの操作に必要な、いかなる圧力媒体線又は電線も示していない。
【００２３】
以下に開示される多くの実施形態及び実施例において、所定の変化をする磁化プロファイルを有する残留磁化の状態は、ドリルシャンク１６に構成されるように提示される。ドリルシャンク１６に加えて、ドリルシャンク１６の観点において開示されるのと同様の方法で所定の変化をする磁化プロファイルを有する永久磁化の状態に構成されうる構成要素は例えば、岩石破砕システムの衝撃機構の衝撃ピストン、又は岩石破砕システムのツール、例えば削岩機のドリルステム、又はドリルロッド又はドリルチューブ又はドリルビット等の回転ツール、あるいは破砕ハンマーのノミ等の非回転ツール等であってよい。構成要素は、上記で開示した衝撃装置又は減衰装置であってもよい。一般に、構成要素の幾何学形状に対して所定の変化をする磁化プロファイルを有する残留磁化の状態に構成されるべき岩石破砕システムの構成要素は、岩石破砕システムにアセンブリされた場合に衝撃パルスを発生させる、又は衝撃パルスを発信する構成要素であってよい。
【００２４】
図４に、衝撃装置１５に向かって方向づけされるべき第１の端部１６ａと、衝撃装置１５から離れる方へ、すなわち岩石破砕システム１４のツール９に向かって方向づけされるべき第２の端部１６ｂとを有するドリルシャンク１６を概略的に示す。ドリルシャンク１６の第１の端部１６ａにおいて、衝撃装置１５によって付与される衝撃が方向づけられうる衝撃面１８と、ドリルシャンク１６及びドリルシャンク１６のネジ部２６を通してドリルシャンク１６に接続されたツール９を回転させるために回転機構６が取りつけられたスプライン１９がある。更に図４に、ドリルシャンク１６に構成された残留磁化又は永久磁化の既定の磁化プロファイル２０も概略的に示す。ドリルシャンク１６の残留磁化は、ドリルシャンク１６の幾何学形状に対して所定の変化をする磁化プロファイルを有する。所定の変化をする磁化プロファイルは、ドリルシャンク１６の幾何学形状に対するドリルシャンク１６における所定の変化をする磁化強度又は磁気強度を表す。
【００２５】
一般に、残留磁化の所定の変化をする磁化プロファイル２０において、残留磁化の磁度又は強さ、及び／又は残留磁化の極性又は方向は、構成要素の寸法に沿って既定の方法で変動する又は変化するように構成され、これにより、タンジェント、すなわちプロファイルの導関数又は変化率が、プロファイルの全ての点において実質的に一定ではなくなる。変化する磁化プロファイル２０は、例えば構成要素の表面から構成要素に対して内向きの又は外向きの一定距離、構成要素の中心点又は軸からの一定距離、構成要素が取り付けられた、連結された、又は接触している部品からの一定距離の固定基準に対して観測された磁気強度又は磁化強度を表す。
【００２６】
磁化プロファイルにおける変化は、変化する磁化プロファイルが互い違いの形状又は左右不均等の形状を有するように、又はプロファイルが不均一又は非単調であるようにも表されうる。変化する磁化プロファイルとは、磁化強度又は磁気強度が構成要素の寸法に沿って非一定の値を有する、不均一又は不規則な形状を有する、互い違いでありうる、全体的な流れに欠ける、一又は複数の途切れを含有しうる、少なくとも１つのピークを有する、及び／又は符号が変化し、プロファイルの少なくとも１つの点においてゼロである導関数を有することを意味する。
【００２７】
図４の実施形態では、グラフ２０は、ドリルシャンク１６に対して又はドリルシャンク１６の縦方向においてドリルシャンク１６に構成された残留磁化の磁気強度を表している。垂直軸はドリルシャンク１６に構成された残留磁化の磁気強度と、極性又は方向とを示し、水平軸はドリルシャンク１６の位置、又は言い換えればドリルシャンク１６の第１の端部１６ａからドリルシャンク１６の第２の端部１６ｂまでの距離を示す。
【００２８】
図４では、ドリルシャンク１６に構成された残留磁化の所定の変化をする磁化プロファイル２０は、ドリルシャンク１６の第１の端部１６ａと第２の端部１６ｂとの間に残るドリルシャンク１６の部分、すなわち、ドリルシャンク１６の第１の端部１６ａと第２の端部１６ｂの両方からある距離だけ離れたところに位置する２つのピーク点２１ａ、２１ｂを含む。第１のピーク点２１ａは正の値である磁気強度を有し、第２のピーク点２１ｂは負の値である磁気強度を有する。第２のピーク点２１ｂにおけるプロファイル２０は従って、第１のピーク点２１ａにおけるプロファイル２０の極性又は方向とは反対の極性又は方向を有する。負の値である磁気強度を有する第２のピーク点２１ｂの磁気強度の絶対値は、正の値である磁気強度を有する第１のピーク点２１ａの磁気強度の絶対値より小さい。
【００２９】
図４の実施形態では、ドリルシャンク１６に構成された残留磁化の所定の変化をする磁化プロファイル２０は２つのピーク点２１ａ、２１ｂを含むが、所定の変化をする磁化プロファイル２０のピーク点の数、及びそれらのピーク値及び極性は、本発明の異なる実施形態で異なっていてよい。
【００３０】
一般に、構成要素の所定の変化をする磁化プロファイルには、残留磁化のプロファイルを表す変数が、プロファイルのピーク点に隣接する点の変数の実数の値又は絶対値を上回る実数の値又は絶対値を有する、少なくとも１つのピーク点が含まれうる。
【００３１】
一実施形態によれば、ドリルシャンク１６に構成された残留磁化の既定の磁化プロファイル２０は、１を上回るピーク点、すなわち２個以上のピーク点を含みうる。その場合、残留磁化の磁化プロファイル２０を表す変数は２個以上のピーク点を有し、２個以上のピーク点では、磁化プロファイル２０を表す変数の実数の値又は絶対値が、プロファイルの特定のピーク点に隣接する点の変数の実数の値又は絶対値を上回ると言うことができる。
【００３２】
一実施形態によれば、ドリルシャンク１６に構成された残留磁化の既定の磁化プロファイル２０は、１つのピーク点のみを含む。その場合、構成要素の既定の磁気プロファイルは単一のピーク点を含み、このピーク点において、残留磁化のプロファイルを表す変数は、プロファイルの他のいずれかの点における変数の実数の値又は絶対値を上回る実数の値又は絶対値を有すると言うことが出来る。
【００３３】
ドリルシャンク１６に構成された残留磁化の所定の変化をする磁化プロファイル２０が少なくとも１つのピーク点を含む場合、ドリルシャンク１６における応力波によって起こる磁気弾性の変化を測定するために、磁気センサ２２は例えば、所定の変化をする磁化プロファイルの少なくとも１つのピーク点のうちの点においてドリルシャンク１６に構成されうる。応力波によって起こるドリルシャンク１６の磁気弾性の変化は残留磁化のピーク点において最も検出可能であるため、ドリルシャンク１６の既定の磁化プロファイル２０の少なくとも１つのピーク点２１のうちの点においてセンサ２２がドリルシャンク１６に構成された場合、応力波によって起こるドリルシャンク１６の磁気弾性の変化を簡単に測定することができる。
【００３４】
構成要素の残留磁化の所定の変化をする磁化プロファイルが１を上回るピーク点を含む場合、一実施形態によれば、磁気センサ２２は、残留磁化のプロファイルを表す変数が、プロファイルの他のいずれかの点における変数の実数の値又は絶対値を上回る実数の値又は絶対値を有する、すなわち磁化の磁気強度が最も強い点であるそのピーク点において構成要素に位置づけされる。
【００３５】
ドリルシャンク１６に構成された永久磁化の状態の所定の変化をする磁化プロファイル２０が１を上回るピーク点を含む場合、一実施形態によれば、ドリルシャンク１６における応力波によって起こる磁気弾性の変化を測定するために、各ピーク点においてドリルシャンク１６に磁気センサ２２を配置することができる。これにより更に、測定精度が上がりうる。
【００３６】
一実施形態によれば、一又は複数のセンサを、構成要素の磁気強度が測定目的に最も適した位置に配置することができる。これは必ずしも、いずれかのピーク点である必要はない。適切な位置はまた、磁気強度が低い、又は実質的にゼロに近い位置であってもよい。また、幾つかのセンサを一又は複数のピーク点に有し、他の数のセンサを非ピーク点に有することも可能である。
【００３７】
更に、構成要素がセンサに対して移動するように構成された場合、構成要素の移動及び位置の関数としてのセンサにおける磁気強度の変化を測定源として使用することができる。
【００３８】
更に、応力波によって起こる磁気弾性の変化が測定される岩石破砕システムの構成要素が残留磁化の状態に構成されれば、岩石破砕システムには、応力波の測定中に同時に特定の構成要素を磁気状態にする、又は特定の構成要素に外部磁場を受けさせる、いずれの種類の機器も配設する必要がない。これにより、応力波測定のための機器が簡略化され、応力波の測定中に同時に特定の構成要素に外部磁場を受けさせる機器から生じる乱れが発生しない。
【００３９】
図４において開示される所定の変化をする磁化プロファイル２０の実施形態に提示されるように、プロファイル２０において変化する部分を共に提供するピーク点２１ａ、２１ｂとそれらの近傍に加えて、図４において開示される所定の変化をする磁化プロファイル２０はまた、平坦な部分２３ａ、２３ｂ、すなわち実質的に一定の磁気強度を有する第１の平坦な部分２３ａと第２の平坦な部分２３ｂも含む。図４の実施形態では、第１の平坦な部分２３ａはドリルシャンク１６の第１の端部１６ａの横に配置され、第２の平坦な部分２３ｂはドリルシャンク１６の第２の端部１６ｂの横に配置される。ドリルシャンク１６の第１の端部１６ａにおける第１の平坦な部分２３ａの磁気強度と、ドリルシャンク１６の第２の端部１６ｂにおける第２の平坦な部分２３ｂの磁気強度が実質的にゼロ近くに設定された場合、すなわちこれらが消磁された場合、削岩機８の操作における問題の原因となりうる不純物が、実質的に磁気的に中性のドリルシャンク１６の衝撃面１８又はスプライン１９、又は第２の端部１６ｂにそれほど簡単に付着しなくなるという有益な効果をもたらす。つまり、構成要素は、磁化されていない部分又は部品、又は消磁される部分又は部品を含んでいてよく、所定の変化をする磁化プロファイルの磁気強度がこれらの部品又は部分でゼロになる、あるいは実質的にゼロに近くなりうるということである。
【００４０】
図４に開示する実施形態では、ドリルシャンク１６の残留磁化の状態は、ドリルシャンク１６の縦方向に、すなわち構成要素の縦方向幾何学形状に対して所定の変化をする磁化プロファイルを有する。あるいは、ドリルシャンク１６は、残留磁化の状態がドリルシャンク１６の縦方向に対して直角の方向に、すなわち例えばドリルシャンク１６の半径方向に、又はドリルシャンク１６の回転方向に、又はドリルシャンク１６の円方向に、又はドリルシャンク１６の円周方向等のドリルシャンク１６の方向に対して直角の方向に所定の変化をする磁化プロファイルを有しうるように、残留磁化の状態に構成されうる。これは、ドリルシャンク１６が、例えばドリルシャンク１６の半径方向幾何学形状に対して、又は回転方向幾何学形状に対して等、ドリルシャンク１６の縦方向幾何学形状に対して直角の幾何学形状に対して所定の変化をする磁化プロファイルを有しうることを意味する。
【００４１】
構成要素の残留磁化の状態は、磁場の影響を受ける構成要素において起こるヒステリシス現象に基づく。ヒステリシス現象は、構成要素の材料の欠陥と、磁壁の動きとの相互作用から起こる。構成要素の材料が印加された磁場を受けると、非磁性材料の不純物及び粒子境界等の材料の欠陥に起因して、磁壁運動の動きが妨害される。これは、構成要素の磁化における不可逆の変化につながる。飽和磁化に到達すると、構成要素の外部の磁場はゼロまで低下するが、構成要素における磁束密度はゼロまでいかないが低下し、これにより構成要素に残留磁気、又は残留磁化が残る。残留磁気は、外部磁場が除去された後に構成要素の材料に残る磁束密度である。
【００４２】
図５に、本明細書に開示された解決策による、所定の変化をする磁化プロファイル２０と、従来技術の既知の方法で電磁石を使用することによって得られる従来技術の磁化２４との比較を概略的に開示する。実質的に同様の磁化２４は、例えば永久磁石又は他の磁場生成装置等の他の従来技術の手段によって外部磁場に暴露された結果である。従来技術で既知の方法で電磁石を使用することによって得た磁化２４は、実質的に一定に低下する磁気強度を有する形状を有し、従って例えば一定の傾向と実質的に一定の変化率を有し、ピーク、途切れ及び非対称の特徴に欠ける。従来技術の磁化２４はこのため、上記に開示したような所定の変化をする磁化プロファイル２０の特徴を提供せず、このため、磁化２４は後に開示するように磁化プロファイルの正確な測定又は他の使用に好適でない場合がある。
【００４３】
この時点で、構成要素の磁化２４が十分な精度で測定された場合、測定された磁気強度は、材料及び測定における材料特性、不純物又はランダム性に起因する幾つかのランダムなピーク又はプロファイルの特徴を示しうるが、これらの潜在的でランダムな特徴は既定のものではなく、構成要素の個々の試料にわたっても変化することに注目すべきである。加えて、これらの特徴のレベル又は値は普通非常に低いのに対し、所定の変化をする磁化プロファイル２０では、磁化のレベル又は強度のいずれかの変化がはっきりと観察可能である。一実施形態によれば、これらの変化は、磁化のいずれかの参照又は基準レベルの数十パーセントであってよい。磁化の参照又は基準レベルは例えば、プロファイル２０の第１の平坦部分２３ａ又は第２の平坦部分２３ｂによって提供されうる。
【００４４】
更に図５に、構成要素が意図的に非磁性状態に構成された、磁化の状態を提示する磁化プロファイル２５を開示する。非磁性状態に構成された構成要素では、磁化プロファイル２５の磁気強度は実質的にゼロに近く、幾何学形状に沿って、この場合、構成要素の縦方向に沿って実質的に平坦である。
【００４５】
図６に、例えばドリルシャンク１６に構成されうる所定の変化をする磁化プロファイル２０を有する残留磁化の第２の実施形態を概略的に示す。図６の残留磁化の既定の磁化プロファイル２０の全体的な形状は、図４と実質的に同じであるが、ピーク点２１ａ、２１ｂと平坦な部分２３ａ、２３ｂとの間の遷移は、図６の実施形態における方が急である。
【００４６】
永久磁化の状態は、磁化を表す変数の変化で表され得る。永久磁化の所定の変化をする磁化プロファイルを表す変数、又は永久磁化の所定の変化をする磁化プロファイルの磁気強度は、構成要素の磁場、構成要素の磁場の強度、構成要素の磁場の方向、構成要素の磁場の磁束、構成要素の透磁率又は構成要素の磁気誘導性、又は構成要素に残留する磁気の別の何らかの数量又は磁気の幾つかの数量の組み合わせを表しうる。
【００４７】
構成要素の一実施形態によれば、所定の変化をする磁化プロファイルを有する永久磁化の状態に構成されるべき構成要素は、異なる磁気的特性を有する部分を含みうる。この場合、構成要素は、まったく磁化することができない部分、あるいはまったく磁化しない部分も含みうる。異なる磁気的特性を有する構成要素の部分は、構成要素の縦方向、構成要素の縦方向に対して直角の方向、例えば構成要素の半径方向、又は構成要素の回転方向に存在しうる。
【００４８】
異なる磁気的特性を有する構成要素の部分は、異なる磁気的特性を有する材料でできた構成要素の部分を指している。一般に、異なる磁気的特性を有する材料は、軟磁性材料と硬磁性材料とに分かれる。材料の内部磁化が外部磁場の関数として表される、材料のヒステリシス曲線の形状により、材料が磁気的に柔らかい又は硬いかが明らかとなる。狭いヒステリシス曲線は軟磁性材料の典型であり、硬磁性材料は広いヒステリシス曲線を有する。飽和保磁力は、磁化材料の磁化をゼロに低下させるのに要する磁場強度である。図７に、軟磁性材料のヒステリシス曲線２７と、硬磁性材料のヒステリシス曲線２８の概略実施例を開示する。水平軸は外部磁場強度を示し、垂直軸は材料の内部磁化を示す。
【００４９】
磁気的に硬い材料は、磁性状態が非常に変化しにくい材料であるが、一方で、磁気的に硬い材料の磁性状態が非磁性状態から磁性状態へ変化した時は、材料の磁性状態は実質的に一定に保たれる。
【００５０】
永久磁石とも称される硬磁石は、磁化された後にその磁性を保つ磁性材料である。つまり、強力な外部磁場なしで、その磁化を変化させることは困難であり、労力を要することである。実際には、これは、〜１０ｋＡ／ｍを上回る固有の飽和保磁力を有する材料を意味する。軟磁性材料の飽和保磁力は、１ｋＡ／ｍを下回る。本発明の岩石破砕システムの構成要素に使用される材料の典型的な飽和保磁力は、〜２ｋＡ／ｍ以上の規模であり、これは、本発明の岩石破砕システムの構成要素の材料がおおよそ軟磁性材料と硬磁性材料との間であることを意味する。つまり、これらの磁化は、所望の既定プロファイルに対応するように変換され、既定プロファイルは、材料の残留磁化の形態で、比較的弱い外部磁場又は例えば削岩機による衝撃等の他の外部要因に関わらず、長期間の時間フィールドにおいて保存されうる。
【００５１】
構成要素の材料の磁気的特性は、幾つかの異なる要因の影響を受けうる。これらの要因のうち１つは、例えば急冷及び焼き戻し又は表面硬化等の熱処理でありうる。
【００５２】
もう一つの要因は、組成への影響、及び／又は構成要素の材料の合金化であり、炭素密度が最も重要な組成要因である。
【００５３】
もう一つの要因は、構成要素の材料の粒径である。
【００５４】
もう一つの要因は、磁気的に硬い物質での表面処理又はコーティングである。
【００５５】
もう一つの要因は、構成要素の材料の冷間加工、例えば鋳造、又はそうでなければ材料が衝撃を受けることである。
【００５６】
構成要素の一実施形態によれば、構成要素の少なくとも一部が、少なくとも部分的に磁気的に硬い材料でできている、又は構成要素の他の部分よりも磁気的に硬い材料（複数可）でできている。
【００５７】
構成要素の一実施形態によれば、構成要素の少なくとも一部が、構成要素の磁気的特性とは異なる磁気的特性を有する材料でコーティングされる。一実施形態によれば、構成要素の表面のそのような部分は磁気ストライプを含みうる。
【００５８】
構成要素の一実施形態によれば、構成要素の少なくとも一部は、構成要素の磁化に応じて構成要素の永久磁化の所定の変化をする磁化プロファイルの形成に影響する幾何学形状を有する。所定の変化をする磁化プロファイルは従って、構成要素が磁化の影響を受けたとき、又は所定の変化をする磁化のプロファイルにおける変化が、構成要素の幾何学形状における変化に対応するように構成されたときに、構成要素の幾何学形状によって少なくとも部分的に付与される。構成要素における所定の変化をする磁化プロファイルの形成の制御に使用されうる構成要素のフィーチャは例えば、構成要素の断面形状又はエリアの溝、空洞及び変化、及び構成要素の粗面処理である。
【００５９】
所定の変化をする磁化プロファイルを有する残留磁化は例えば、ドリルシャンク１６に一又は複数の磁化パルスを印加することによって構成要素に付与されうる。
【００６０】
一実施形態によれば、磁化コイルによって所定の変化をする磁化プロファイルが構成要素に付与される。この実施形態では、幾つかの電流パルスが、所定の変化をする磁化プロファイルで磁化されるべき構成要素近く、例えば構成要素を囲むように構成された磁化コイルに印加される。磁化コイルと磁化されるべき構成要素は、連続する電流パルス間で互いに移動する。構成要素の磁化部分又は所定の変化をする磁化プロファイルのピーク点は、同じ方向の電流パルスを印加することによって広げることができる、あるいは異なる方向の電流パルスを印加することによって狭めることができる。連続する電流パルスの大きさ及び方向は、所望の所定の変化をする磁化プロファイルを得るために、磁化されるべき構成要素と磁化コイルとの間の相互位置に基づいて設定される。磁化コイルは、岩石破砕システムに締結される部品、又は別々の磁化コイルの部品であってよい。既定の磁化プロファイルを得るための他の構成もまた、適用可能である。
【００６１】
更に、所望の所定の変化をする磁化プロファイルを構成要素に付与するために、例えばコイル又は構成要素の移動速度、コイルの数及びコイルの相対移動、及びコイル（複数可）の寸法及びコイルの変化等の磁化プロセスの他の要因もまた、所望のプロファイルによって変化しうる。
【００６２】
一実施形態によれば、リング状の永久磁石を使用することによって、所定の変化をする磁化プロファイルが構成要素に付与される。この実施形態では、リング状の永久磁石が磁化されるべき構成要素周囲に設置され、永久磁石と構成要素が互いに望ましい位置にあるときに永久磁石の磁束が磁化されるべき構成要素に接続され、これにより構成要素の所望の部分が磁化される。
【００６３】
一実施形態によれば、所定の変化をする磁化プロファイルは、ボタン型永久磁石を使用することによって構成要素に付与される。この実施形態では、ボタン型永久磁石を磁化されるべき構成要素の側面から構成要素の外面近くへ移動させる。永久磁石の磁束は、永久磁石と構成要素が互いに既定の位置にあるときに磁化されるべき構成要素に接続され、永久磁石は磁化されるべき構成要素の周囲で構成要素の外面近くを回転する。
【００６４】
一実施形態によれば、磁化されるべき構成要素は、構成要素を所定の変化をする磁化プロファイルを有する残留磁化の状態に磁化するための手段も備える輸送用コンテナに位置する。言い換えれば、保護用ケーシングを備える輸送コンテナと、本明細書に開示される構成要素とがあり、保護用ケーシングは、所定の変化をする磁化プロファイルを有する残留磁化の状態に構成要素を磁化する磁化手段を備える。
【００６５】
一実施形態によれば、磁化手段は、輸送用コンテナの開封に応じて構成要素を残留磁化の状態に磁化するように構成される。一実施形態によれば、輸送用コンテナは、輸送用コンテナの開封に応じて輸送用コンテナの構成要素の周囲を回転するように構成された永久磁石を備え、これにより、構成要素は、所定の変化をする磁化プロファイルで磁化される。一実施形態によれば、輸送用コンテナは、磁化コイルと、輸送用コンテナの開封に応じて磁化コイルに電流パルスを付与する電子機器とを備え、これにより、構成要素は、所定の変化をする磁化プロファイルで磁化される。図８に、カバー３０を有し、ドリルシャンク１６、ドリルシャンク１６周囲の磁化コイル３１、及び配線３３で磁化コイル３１に、及び手段３４でコンテナ２９のカバー３０に接続された電子機器３２を含有するコンテナ２９の概略断面端面図を開示し、電子機器３２は、コンテナ２９のカバー３０の開封に応じて磁化コイル３１に電流パルスを付与する。
【００６６】
輸送用コンテナの一実施形態によれば、保護用ケーシングは所定の変化をする磁化プロファイルを有する残留磁化の状態において構成要素の磁化を維持するための手段を備える。この実施形態では従って、構成要素は、構成要素が輸送用コンテナに配置される前に、所定の変化をする磁化プロファイルを有する残留磁化の状態に構成され、コンテナは、所定の変化をする磁化プロファイルを有する残留磁化の状態に構成要素の磁化を維持する手段を備える。この種の保護手段は例えば、コンテナ又は構成要素周囲の金属ライニング又はメッシュ等のファラデー箱による解決策であってよい。
【００６７】
岩石破砕システムの構成要素を磁化する方法では、構成要素が残留磁化の状態に磁化され、構成要素は従って、構成要素の幾何学形状に対して所定の変化をする磁化プロファイルを有する残留磁化の状態に磁化され、変化する磁化ファイルは、構成要素の幾何学形状に対し構成要素において変化する磁化強度を表す。
【００６８】
本方法の一実施形態によれば、構成要素は、所定の変化をする磁化プロファイルに少なくとも１つのピーク点を有する残留磁化の状態に磁化され、プロファイルのピーク点では、残留磁化のプロファイルを表す変数が、プロファイルのピーク点に隣接する点の変数の絶対値を上回る絶対値を有する。
【００６９】
本方法の一実施形態によれば、構成要素の限られた部分が磁化の影響を受けることによって、構成要素が残留磁化の状態に磁化される。
【００７０】
本書に開示される所定の変化をする磁化プロファイルを有する残留磁化の状態に磁化された構成要素は、幾つかの可能な用途を有し、以下にそのうちの幾つかが記載されている。
【００７１】
一実施形態によれば、応力波とその特徴の測定において構成要素の磁化が用いられる。測定情報、例えば打撃力、回転率、送り力又はそれらの組み合わせは例えば、岩石破砕システム又は削岩機における一又は複数の操作を制御するために使用されうる。測定情報はまた、堀削に発生する応力に直接関連しない付加的な情報又はパラメータを表すためにも処理されうる。この付加的な情報は例えば、堀削されるべき岩石の種類に関するものであってよい。
【００７２】
一実施形態によれば、構成要素の位置の測定に、構成要素の磁化が用いられる。位置の測定は例えば、少なくとも１つの測定センサに対する構成要素とその磁化プロファイルの移動に基づくものであってよい。
【００７３】
一実施形態によれば、構成要素の回転速度の測定に、構成要素の磁化が用いられる。回転速度の測定は例えば、少なくとも１つの測定センサに対する構成要素とその磁化プロファイルの回転に基づくものであってよい。
【００７４】
一実施形態によれば、構成要素の角度位置の識別又は測定に、構成要素の磁化が用いられる。構成要素の角度位置の識別又は測定は、例えば少なくとも１つの測定センサに対する構成要素とその磁化プロファイルの回転に基づくものであってよい。
【００７５】
一実施形態によれば、構成要素の識別に、構成要素の磁化が用いられる。構成要素の識別情報は、磁気プロファイルの形状又は振幅にコード化され、特殊なリーダで、又は構成要素をセンサを通過するように移動させることで読み取られる。特定の実施例として、例えばドリルロッドの全長に沿って磁化プロファイルを有し且つ上記で開示したように磁化のコード化を含むドリルを提示することができ、これにより、ドリルロッドがセンサを通過するように移動したときにドリルロッドの磁化プロファイルのコード化された情報を読み取るために、削岩機の吸引ヘッド又はガイドリングのセンサを適用することができる。コード化は例えば、構成要素又はその製造業者の照合又は認証、又は構成要素の寿命予測のフォローアップに使用されうる。
【００７６】
一実施形態によれば、堀削ツールの磁気基準に基づいて、堀削孔の真直度又は堀削ツールの配向の測定に、構成要素の磁化が用いられる。例えば、ドリルロッドは特定の部分に、互いに対するドリルロッドの配向、位置、又は角度位置を決定するために使用されうる磁気模様又はプロファイルと、例えばドリルロッドの洗浄チャネルにありうる、又は測定中に洗浄孔を通って滑動する検出素子を有しうる。
【００７７】
一実施形態によれば、測定の較正又はリセットに構成要素の磁化が用いられる。測定は、構成要素とその磁気プロファイルの特定点に達するセンサに基づく固定点に較正される、又はリセットされる、又はそこにあることが周知である。
【００７８】
上述した実施例において、開示された構成要素はドリルシャンク１６であった。しかしながら、本明細書に提示された全ての異なる実施形態は、例えば、ツール９、ドリルロッド１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、又はドリルステム１０ａ、１０ｂ、１０ｃ又はドリルチューブ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、ドリルビット１１、衝撃装置１５、減衰装置１７、ノミ、又は岩石破砕システムで使用される全てのギア又はスリーブ等の岩石破砕システムの他のいずれかの構成要素にも適用可能である。
【００７９】
技術の進歩につれて、本発明の概念が様々な方式で実施可能となることが当業者には明らかである。本発明及びその実施形態は、上述の実施例に限定されず、特許請求の範囲内で変化し得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
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