(57)【要約】  振動出力を提供し得る振動装置であって、該振動装置は、二つの相補的構造体の間での往復動が可能なシャトルを有するアセンブリを具備するか又は含み、二つの相補的構造体の少なくとも一方の相補的構造体が振動出力を提供する。装置は、シャトルを回転させる駆動器が在ること、及び回転するシャトルと相補的構造体との間の磁気的相互作用にして、各相補的構造体との相互作用及びシャトルに対する相補的構造体の位相設定及び交番する磁性がシャトルの往復運動に帰着するような磁気的相互作用が在ることを特徴としている。
2008522820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端部及び第２端部を有するシャトルと、
上記シャトルの上記第１端部と協働する第１相補的構造体と、
上記シャトルの上記第２端部と協働する第２相補的構造体と、を具備するか又は含む、振動出力を提供し得る振動装置であって、
上記相補的構造体を通る軸心を中心にして上記シャトルを回転させる一つ以上の駆動器が在り、
上記シャトルの各端部に保持された磁石及び上記各相補的構造体により保持された磁石は、回転により引き起こされた相互作用の効果を受けて上記第１端部が上記第２相補的構造体から離れ、次に上記第２端部が上記第１相補的構造体から離れるような効果を有し、
振動の出力は、上記相補的構造体の一方もしくは他方または両方からのものであって、直接的に上記シャトル自体からの出力ではない、振動装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の相補的構造体は、距離に関する限り互に対して固定されるが、前記軸心の回りの回転に関して互いに対して固定されない、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記各相補的構造体は、前記シャトルが案内されるところのシャフトにより保持される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
第１及び第２の相補的構造体の間において往復動軸心または軌跡上で再現可能に往復動し得るシャトルと、
上記往復動軸心または軌跡の少なくとも一部分の回りで上記シャトルを回転させる駆動器と、
上記相補的構造体の少なくとも一方及び上記シャトルの各々の磁気的相互作用領域であって、これにより、上記シャトルの回転が、該当する方のもしくは他方の相補的構造体と該シャトルとの間における交互的な吸引力及び反発力であるシャトル誘導力に前記シャトルをさらす効果を有する、磁気的相互作用領域と、を具備するか又は含む、振動出力を提供し得る振動装置であって、
振動の出力は、上記相補的構造体の一方もしくは他方または両方からのものであって、直接的に上記シャトル自体からの出力ではない、振動装置。
【請求項５】
規定された往復動軸心を中心にして回転可能であり且つ上記往復動軸心上で前後に移動可能なシャトルと、
上記シャトルをその往復動軸心の回りで回転させる駆動器と、
第１相補的構造体にして、該第１相補的構造体に向かい且つ該第１相補的構造体から離れるように、またはその逆に、上記シャトルが運動する第１相補的構造体と、
第２相補的構造体にして、該第２相補的構造体から離れ且つ該第２相補的構造体に向かって、またはその逆に、上記シャトルが運動する第２相補的構造体と、を具備するか又は含み、上記シャトルは上記各相補的構造体間に在る、振動出力を提供し得る振動装置であって、
第１相補的構造体／シャトル及びシャトル／第２相補的構造体の各ペアの近位領域は、上記シャトルが回転するとき吸引力もしくは反発力を交互に各ペアに提供するように作用可能な磁気的領域を有し、
上記各ペア間における位相設定は、上記シャトルの回転により該シャトルに作用する磁気的相互作用の結果として上記シャトルがその往復動軸心上で往復運動するようなものであり、またはその様なものであることが可能であり、且つ、
上記振動出力は、上記相補的構造体の一方もしくは他方または両方からのものであって、直接的に上記シャトル自体からの出力ではない、振動装置。
【請求項６】
前記第１及び第２の相補的構造体は距離に関する限り互に対して固定される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記シャトルは案内シャフトの回りにおける磁気的軸受または空気軸受に支持される、先行請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
二つの相補的構造体の少なくとも一方の相補的構造体が振動出力を提供する二つの相補的構造体の間での往復動が可能なシャトルを有するアセンブリを具備するか又は含む、振動出力を提供し得る振動装置であって、
上記配置構成は、
上記シャトルを回転させる駆動器が在ること、及び
回転する上記シャトルと上記相補的構造体との間の磁気的相互作用にして、各相補的構造体との上記相互作用及び上記シャトルに対する上記相補的構造体の位相設定及び交番する磁気が上記シャトルの往復運動に帰着するような磁気的相互作用が在ることを特徴とする、振動装置。
【請求項９】
前記磁気的相互作用は永久磁石の効果としてのものである、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記シャトルの前記駆動器は、ベルト、またはシャトルの他の外周駆動器であって往復動限界点の間における上記シャトルの往復運動を阻害しない他の外周駆動器である、請求項８または９に記載の装置。
【請求項１１】
先行請求項のいずれか一項に記載の振動装置を含む掘削用の振動ヘッド。
【請求項１２】
ドリル・ストリングに対して取付けられた又は取付け可能な請求項１１に記載の振動ヘッドのための浮揚的または弾性的な支持体を有する掘削装置の使用法。
【請求項１３】
ドリル・ストリングに対して取付けられた又は取付け可能な請求項１１に記載の振動ヘッドと、
支持体と、
少なくとも一個の（例えば弾性的な）再構成可能な（例えば弾性的な気体バッグなどの）流体リザーバであって、上記支持体に対して上記振動ヘッドを保持しさらに拘束する流体リザーバと、を備える掘削装置であって、
上記振動ヘッド、上記支持体、及び上記少なくとも一個の再構成可能な流体リザーバの相互作用は、取付けられた又は取付けられるべきドリル・ストリングの重量を支持し、さらに上記支持体に対する上記振動ヘッドの上記ドリル・ストリングの軸心に関する縦横両方向における運動の一定の自由度を許容する効果を有する、掘削装置。
【請求項１４】
少なくとも２個のリザーバが在る、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記リザーバの内の少なくとも一個のリザーバは気体バッグである、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
（掘削軸心が鉛直であるとき、）前記振動ヘッドの少なくとも大部分は前記一つ以上のリザーバの下方に在る、請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記振動ヘッドから前記ドリル・ストリングへの振動取出しは、回転していないが振動している構成要素から （例えば前記ドリル・ストリングに対して接続可能であるか該ドリル・ストリングの一部分を形成している）回転可能であり且つ回転している構成要素への直接的もしくは間接的な移行部を介してである、請求項１３乃至１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
ドリル・ストリングに対して取付けられた又は取付け可能な振動ヘッドであって、該振動ヘッドは、回転可能に駆動されるシャトルにして、該シャトル自体の往復動軸心の回りで回転し、回転下において異なる磁気的効果と相互作用することにより往復動されるシャトルを有し、振動出力が上記シャトル自体からのものではない振動ヘッドと、
支持体と、
第１相互作用としての（例えば好適には、上記振動ヘッドの一つ以上の部分と上記支持体との間に介設された少なくとも一個の気体バッグなどの）弾性的手段であって、上記振動ヘッド、及び上記または任意の取付けられたドリル・ストリングの重量を支持する弾性的手段と、
第２相互作用としての（好適には上記振動ヘッドを上記支持体に拘束する）弾性的手段であって、これにより、上記第１相互作用が上記振動ヘッドの振動サイクルのどの部分の間においても（好適には）全体的には失われない弾性的手段とを具備する、掘削装置。
【請求項１９】
シャトル、及び前記シャトルからの直接的ではない振動取出部を有する振動ヘッドと、
操作可能な支持体であって、上記振動ヘッドが上記シャトルの作用を受けて弾性的に振動するように該支持体から取付けられた支持体と、
上記振動ヘッドからの振動取出部から支持された軸受、及び該軸受により保持されたドリル・ストリング・コネクタと、
上記ドリル・ストリング・コネクタに対する回転駆動器と、を具備する振動式掘削装置であって、
上記シャトルは、使用に際して、該シャトルが該シャトルの駆動器により回転されるときに該シャトルの端部の各々において磁気的に相互作用を行って、斯かる相互作用の効果を受けて往復運動する、振動式掘削装置。
【請求項２０】
振動出力を提供し得る振動装置であって、該装置は、二つの相補的構造体の間において往復動し得るシャトルを有するアセンブリを具備するか又は含み、上記相補的構造体の内の少なくとも一方は上記振動出力を提供する、振動装置において、
上記配置構成は、
上記シャトルを回転させる駆動器が在ること、及び
回転する上記シャトルと上記相補的構造体との間の磁気的相互作用にして、各相補的構造体との上記相互作用及び上記シャトルに対する上記相補的構造体の位相設定及び交番する磁気的相互作用が上記シャトルの往復運動に帰着するような磁気的相互作用が在ることを特徴とする、振動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動装置に関する。
【０００２】
本発明は、多様な範囲の目的（例えば、ドリル・ストリング、ホッパ、粉体供給ライン、コンベアなどを振動させる目的）のいずれか一つの目的に対して振動出力を提供し得る振動装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの振動装置は、偏心輪回転に立脚している。他の装置は、振動出力の直接的出力を提供するピストンを往復運動させるために空気圧技術及び／または油圧技術に立脚している。斯かる構造は、多くの最終用途に関して開示されてはいるが弱点を有している、と言うのも、出力ピストンが取付けられるデバイス自体が失速した場合、ピストン自体がそのシリンダまたは同等物に対して移動しようとしない結果として、振動出力の再開を確実にすることが困難だからである。
【０００４】
振動ヘッドは、多くの最終用途に関して開示されてはいるが弱点を有している、と言うのも、出力ピストンが取付けられるデバイス自体が失速した場合、ピストン自体がそのシリンダまたは同等物に対して移動しようとしない結果として、振動出力の再開を確実にすることが困難だからである。斯かる状況は、（ＷＯ ２００４/００９２９８として公開された）バントリ社（Bantry Limited）のＰＣＴ/ＮＺ２００３/０００１５８の装置に当てはまる。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、（当該装置が如何に取付けられるかに関わりなく）振動の開始に関する観点及び／または調節の観点から相当の利点を見出した。振動されるべき装置に対する直接的出力なしで、シャトルから導出され得る。
【０００６】
振動されるべき装置のいかんを問わず（すなわち、装置がドリル・ストリングの形態であるかドリル・ストリングに対する取付具の形態であるか否かに関わりなく）、本発明者等は、上述の公報に開示されたシャトル往復運動に対する代替的手法を見出した。これは好適には、可変的幾何学チャンバ内における流体を必要としない。
【０００７】
本発明者等は、案内されたシャトルの各端部に磁気的相互作用を提供できると判断し、前記磁気的相互作用は、往復運動シャトルに与えられる回転駆動力の結果として斯かるシャトルを前後に駆動し、そのことにより動作を大幅に簡素化する。
【０００８】
また、同様の極性形態の離間された磁石を配備すると共に、各端部において極性に関して交番する相補的磁石を配備することにより、固体表面に対する固体表面の一切の衝当なしにシャトル回転によって往復運動を引き起こし得ると判断した。デバイスの調整は、関与する各磁石の固有の特性、それらの配列の性質、及び構成の全体的な幾何学形状に依存する。これに関連して、シャトルの自重及びその回転速度に関することが在る。
【０００９】
本発明者等は、シャトルの振動出力に関する限り回転されるシャトルを効率的に調整することを可能にするために、斯かる装置において永久磁石を利用できると考える。各端部において、同一磁極対同一磁極から、同一磁極対類似磁極への移行のタイミングは、衝撃を回避し、それでもなお何らかの出力デバイスに対する直接接続なしにシャトルから振動出力を提供するようなものである。
【００１０】
故に本発明の目的は、振動ヘッドを提供することであり、前記振動ヘッドは、該振動ヘッドの要素の回転に依存して、（必ずしもではないが好適にはシャトルの各端部に）異なる種類の磁気的相互作用を提供することにより、好適には何らかの衝撃もしくは緩衝によって決定されるのではなく、好適には緩衝にもかかわらずに磁気対磁気の相互作用により、両限界点の間でシャトルを往復動させる。
【００１１】
本発明者等はまた、空気軸受もしくは他の浮揚軸受または磁気浮揚式軸受により、回転するシャトルと、該シャトルが回りを回転する案内部材との間の熱蓄積を回避することが可能であるとも判断した。代替的に、本発明者等は、回転可能シャトルの両端部における短寸回転軸はそれら自体が浮揚されるかそうでなければ熱蓄積のない様態で支持され得ると判断した。
【００１２】
故に、斯かる構成の一部の様相に対して本発明は、アセンブリと共に、操作方法及び使用法に導かれる。
【００１３】
一部の様相において本発明はまた、以下の内の少なくとも一つは振動ヘッドの形態に関わりなく好適であることも見出した。
・より深い深度を掘削する機能
・ドリルの引抜きにおける利点
・掘削の再開における利点
・振動式掘削による利点
【００１４】
本発明は更にまたは代替的に、振動ヘッドを弾性的に支持する操作可能な支持体またはフレームに利点を見出した。ドリル・ストリングの長さが加えられるのは振動ヘッドに対してである。上記の弾性的な取付け部または支持体は好適には、該支持体またはフレームを破壊することなく振動ヘッドの運動の自由度を許容し、それにもかかわらず（ａ）掘削に対する利益、より深い深度を掘削する能力、開始、再開及び／または引抜きの状況における利益、並びに／または（ｂ）別の様式で懸架された振動ヘッド及び取付けられたもしくは取付けられるべき任意のドリル・ストリングと比較して、装置の長寿命化及び／または単純さにおける利益を与える。
【００１５】
故に、本発明は、公衆に対して有用な選択肢を少なくとも提供するために導かれる。
【００１６】
本発明は、振動出力を提供し得る振動装置にあって、該振動装置は、
第１端部及び第２端部を有するシャトルと、
上記シャトルの上記第１端部と協働する第１相補的構造体と、
上記シャトルの上記第２端部と協働する第２相補的構造体と、を具備するか又は含み、
上記相補的構造体を通る軸心を中心にして上記シャトルを回転させる一つ以上の駆動器が在り、
上記シャトルの各端部に保持された磁石及び上記各相補的構造体により保持された磁石は、回転により引き起こされた相互作用の効果を受けて上記第１端部が上記第２相補的構造体から離れ、次に上記第２端部が上記第１相補的構造体から離れるような効果を有し、
振動の出力は、上記相補的構造体の一方もしくは他方または両方からのものであって、直接的に上記シャトル自体からの出力ではない。
【００１７】
好適には、上記第１及び第２の相補的構造体は、距離に関する限り互に対して固定されるが、上記軸心の回りの回転に関して互いに対して固定されない。
【００１８】
好適には、上記シャトルの両方向の各々における該シャトルのための駆動器形式は同一であり且つ異相であるが、好適さが多少劣る本発明の形態においては混合配置構成が使用され得る。
【００１９】
好適には上記往復動は、固体対固体の高衝撃または衝撃接触の無いものである。
【００２０】
好適には上記振動出力は、上記各相補的構造体の一方からのものである。
【００２１】
本発明はまた、振動出力を提供し得る振動装置にあり、該装置は、
第１及び第２の相補的構造体の間において往復動軸心または軌跡上で再現可能に往復動し得るシャトルと、
上記往復動軸心または軌跡の少なくとも一部分の回りで上記シャトルを回転させる駆動器と、
上記相補的構造体の少なくとも一方及び上記シャトルの各々の磁気的相互作用領域であって、これにより、上記シャトルの回転が、該当する方のもしくは他方の相補的構造体と該シャトルとの間における交互的な吸引力及び反発力であるシャトル誘導力に前記シャトルをさらす効果を有する、磁気的相互作用領域と、を具備するか又は含み、
振動の出力は、上記相補的構造体の一方もしくは他方または両方からのものであって、直接的に上記シャトル自体からの出力ではない。
【００２２】
本発明はまた、振動出力を提供し得る振動装置にあり、該装置は、
規定された往復動軸心を中心にして回転可能であり且つ上記往復動軸心上で前後に移動可能なシャトルと、
上記シャトルをその往復動軸心の回りで回転させる駆動器と、
第１相補的構造体にして、該第１相補的構造体に向かい且つ該第１相補的構造体から離れるように、またはその逆に、上記シャトルが運動する第１相補的構造体と、
第２相補的構造体にして、該第２相補的構造体から離れ且つ該第２相補的構造体に向かって、またはその逆に、上記シャトルが運動する第２相補的構造体と、を具備するか又は含み、上記シャトルは上記各相補的構造体間に在り
第１相補的構造体／シャトル及びシャトル／第２相補的構造体の各ペアの近位領域は、上記シャトルが回転するとき吸引力もしくは反発力を交互に各ペアに提供するように作用可能な磁気的領域を有し、
上記各ペア間における位相設定は、上記シャトルの回転により該シャトルに作用する磁気的相互作用の結果として上記シャトルがその往復動軸心上で往復運動するようなものであり、またはその様なものであることが可能であり、且つ、
上記振動出力は、上記相補的構造体の一方もしくは他方または両方からのものであって、直接的に上記シャトル自体からの出力ではない。
【００２３】
好適には、第１及び第２の相補的構造体は距離に関する限り互に対して固定される。
【００２４】
好適には上記往復動は、固体対固体の高衝撃または衝撃接触の無いものである。
【００２５】
好適ではないが任意選択的には、上記シャトルはその少なくとも一端部において、例えば流体を圧迫することにより緩衝効果を提供するように、その相補的構造体と協働する。代替的に、それは両端部におけるものであってよい。上記シャトルの一端部もしくは両端部は（該シャトルが既に何らかの案内接触部を有しているか否かに関わらず）、該シャトルの往復動行程の終端においてのみ上記相補的構造体の一部に接触するように、または該シャトルのその終端と上記相補的構造体との間に介設された何かの材料と接触するように適合され得る。
【００２６】
好適には、上記振動出力は上記各相補的構造体の内の一方の相補的構造体からのものである。
【００２７】
更に別の様相において本発明は、振動出力を提供し得る振動装置にあり、該装置は、
二つの相補的構造体の少なくとも一方の相補的構造体が振動出力を提供する二つの相補的構造体の間での往復動が可能なシャトルを有するアセンブリを具備するか又は含み、
上記配置構成は、
上記シャトルを回転させる駆動器が在ること、及び
回転する上記シャトルと上記相補的構造体との間の磁気的相互作用にして、各相補的構造体との上記相互作用及び上記シャトルに対する上記相補的構造体の位相設定及び交番する磁性が上記シャトルの往復運動に帰着するような磁気的相互作用が在ることを特徴としている。
【００２８】
好適には、上記磁気的相互作用は永久磁石の効果としてのものである。
【００２９】
好適には、上記シャトルの上記駆動器は、ベルト、またはシャトルの他の外周駆動器であって（好適には磁気的に規定された）往復動限界点間における上記シャトルの往復運動を阻害しない他の外周駆動器である。
【００３０】
本発明は、本出願人の（ＷＯ ２００４/１１３６６８として公開された）ＰＣＴ/ＮＺ２００３/０００１２８及びＰＣＴ/ＮＺ２００５/００００４７に開示された振動ヘッドのための代替的な振動ヘッド形態に関連する。
【００３１】
本発明はまた、上述の振動装置を含む掘削用の振動ヘッドに在る。本発明はまた、本発明が関連するドリル・ストリングに対して取付けられた又は取付け可能な本発明の振動ヘッドのための浮揚的または弾性的な支持体を有する掘削装置の使用法にも関する。
【００３２】
好適には、以下の少なくとも一つ、一部又は全ての項目が包含される。
・往復動行程の一方（または両方）の限界点に対する弾性的制限
・上記振動装置の支持体に対する該振動装置の運動に対する弾性的制限
・上記振動装置及び接続されたドリル・ストリングの重量の弾性的支持
・上記振動装置の一部または全体の回転運動または回転不足に関係なくドリル・ストリングを回転させる駆動器
・上記振動ヘッドをぶら下げる頂冠形式の支持アセンブリ
【００３３】
別の様相において本発明は、
ドリル・ストリングに対して取付けられた又は取付け可能な本発明の振動ヘッドと、
支持体と、
少なくとも一個の（例えば弾性的な）再構成可能な（例えば弾性的な気体バッグなどの）流体リザーバであって、上記支持体に対して上記振動ヘッドを保持しさらに拘束する流体リザーバと、を備える掘削装置であって、
上記振動ヘッド、上記支持体、及び上記少なくとも一個の再構成可能な流体リザーバの相互作用は、取付けられた又は取付けられるべきドリル・ストリングの重量を支持し、さらに上記支持体に対する上記振動ヘッドの上記ドリル・ストリングの軸心に関する縦横両方向における運動の一定の自由度を許容する効果を有する掘削装置である。
【００３４】
好適には、少なくとも２個のリザーバが在る。
【００３５】
好適には、少なくとも一方のリザーバ内の流体は気体（例えば空気）である。
【００３６】
好適には、上記リザーバの内の少なくとも一つ、及び好適には幾つかまたは全ては、気体バッグである。
【００３７】
好適には、上記支持体はフレームである。
【００３８】
好適には、（掘削軸心が鉛直であるとき、）上記振動ヘッドの殆どは上記一つ以上のリザーバの下方に在る。
【００３９】
好適には、縦方向支持体は側方支持体よりも大きな運動自由度を許容するが、必ずしもそうではない。
【００４０】
好適には、上記シャトルが磁気的に如何に往復動されるかに関わらず、
（ａ）好適には、振動取出しは上記シャトルから直接的にではなく、
（ｂ）上記シャトルは往復運動し、
（ｃ）上記シャトルは好適には、その行程の各端部で弾性的構造体に衝当し、
（ｄ）一つのまたは各弾性的構造体は気体バッグであってよく、
（ｅ）上記一つ以上の弾性的構造体は好適には、流体もしくは気体供給物の変更により、行程に影響する特性を変更でき、
（ｆ）上記振動取出しは弾性的構造体からではなく、弾性的構造体を介してであり、
（ｇ）上記シャトルはその行程軸心上で回転してもしなくても良い。
【００４１】
好適には、上記振動ヘッドから上記ドリル・ストリングへの振動取出しは、回転していないが振動している構成要素から （例えば上記ドリル・ストリングに対して接続可能であるか該ドリル・ストリングの一部分を形成している）回転可能であり且つ回転している構成要素への直接的もしくは間接的な移行部を介してである。
【００４２】
別の様相において本発明は、
ドリル・ストリングに対して取付けられた又は取付け可能な本発明の振動ヘッドと、
支持体と、
第１相互作用としての、上記振動ヘッドの一つ以上の部分と上記支持体の間に介設された少なくとも一個の気体バッグであって、上記振動ヘッド、及び上記または任意の取付けられたドリル・ストリングの重量を支持する少なくとも一個の気体バッグと、
第２相互作用としての、上記支持体と上記振動ヘッドの一つ以上の部分との間に介設された少なくとも一個の気体バッグであって、上記支持体に対して上記振動ヘッドを拘束し、これにより上記第１相互作用は、上記振動ヘッドの振動サイクルのどの部分の間においても全体的には失われない、少なくとも一個の気体バッグとを具備する、掘削装置である。
【００４３】
好適には、上記振動ヘッドの一つ以上の部分は上記支持体により提供される頂部拘束部及び底部拘束部の間に介設され、且つ、少なくとも一つのエアバッグは上記一つ以上の部分の上方と一方の拘束部の下方との間に介設され、且つ、少なくとも一つのエアバッグは上記一つ以上の部分の下方と他方の拘束部の上方との間に介設される。
【００４４】
好適には、上記振動ヘッドの大部分は上記一つ以上の部分の下方に在る。
【００４５】
上記配置構成は、上記支持体に対する上記振動ヘッドの運動の自由度、及び該振動ヘッドが支持するもしくは支持すべきドリル・ストリングの運動の自由度を提供するようなものであり、さらに重量に応じて、上記支持体に対して上記振動ヘッドを基準状態へ付勢することが可能であるようなものである。
【００４６】
別の様相において本発明は、
ドリル・ストリングに対して取付けられたもしくは取付け可能な振動ヘッドであって、上記ドリル・ストリングにより規定されたもしくは規定されるべき長手軸心の側方において、一個以上の突出部を有することにより少なくとも一つの上側表面及び少なくとも一つの下側表面を形成する振動ヘッドと、
上記振動ヘッドのための支持フレームと、
上記フレームと上記少なくとも一つの上側表面との間で作用する少なくとも一個の気体バッグと、
上記フレームと上記少なくとも一つの下側表面との間で作用する少なくとも一個の気体バッグとを具備する、掘削装置である。
【００４７】
好適には上記振動ヘッドは、往復動行程の各端部における弾性的制限（例えば気体バッグなど）、及び支持体もしくはフレームからの該振動ヘッド自体の弾性的取付け（例えば気体バッグなど）の両方のための手段を有する。
【００４８】
好適には、上記一つ以上の上側表面及び上記一つ以上の下側表面は、上記振動ヘッドの底部よりも頂部に近い。
【００４９】
別の様相において本発明は、
ドリル・ストリングに対して取付けられたもしくは取付け可能な振動ヘッドと、
支持体と、を備えた掘削装置であって、
（Ｉ）上記振動ヘッドは、当該シャトルの行程において少なくとも部分的に弾性的手段により弾性的に制限されたシャトルを有し、且つ、（ＩＩ）上記振動ヘッドは上記支持体により弾性的に支持され、且つ、
弾性的に支持された上記振動ヘッドを介して上記支持体は、取付けられた又は取付けられるべきドリル・ストリングの重量を支持し、さらに該支持体に対して上記振動ヘッドが上記ドリル・ストリングの軸心に関する縦横両方向における運動の一定の自由度を許容する、掘削装置である。
【００５０】
好適には、上記振動ヘッドの弾性的支持を提供する流体の少なくとも２個のリザーバが在る。
【００５１】
好適には、少なくとも一個のリザーバ内の流体は気体（例えば空気）である。
【００５２】
好適には、上記リザーバの内の少なくとも一つ、及び好適には幾つかまたは全ては、気体バッグである。
【００５３】
好適には、上記支持体はフレームである。
【００５４】
好適には、（掘削軸心が鉛直であるとき、）上記振動ヘッドの殆どは上記一つ以上のリザーバの下方に在る。
【００５５】
好適には、縦方向支持体は側方支持体よりも大きな運動自由度を許容するが、必ずしもそうではない。
【００５６】
好適には、上記シャトルの弾性的制限は、行程の限界点に在るときにおける該シャトルの端部における流体のリザーバにより行われる。
【００５７】
別の様相において本発明は、
ドリル・ストリングに対して取付けられた又は取付け可能な振動ヘッドであって、該振動ヘッドは、回転可能に駆動されるシャトルにして、該シャトル自体の往復動軸心の回りで回転し、回転下において異なる磁気的効果と相互作用することにより往復動されるシャトルを有し、振動出力が上記シャトル自体からのものではない振動ヘッドと、
支持体と、
第１相互作用としての（例えば好適には、上記振動ヘッドの一つ以上の部分と上記支持体との間に介設された少なくとも一個の気体バッグなどの）弾性的手段であって、上記振動ヘッド、及び上記ドリル・ストリングまたは取付けられた任意のドリル・ストリングの重量を支持する弾性的手段と、
第２相互作用としての（好適には上記振動ヘッドを上記支持体に拘束する）弾性的手段であって、これにより、上記第１相互作用が上記振動ヘッドの振動サイクルのどの部分の間においても（好適には）全体的には失われない弾性的手段とを具備する掘削装置である。
【００５８】
好適には上記振動ヘッドは、行程に関して弾性的に制限されたシャトルを含む。
【００５９】
好適には、上記振動ヘッドの一つ以上の部分は上記支持体により提供される頂部拘束部及び底部拘束部の間に介設され、且つ、少なくとも一つのエアバッグは（例えば上記弾性的手段の一つの選択肢として）上記一つ以上の部分の上方と一方の拘束部の下方との間に介設され、且つ少なくとも一つのエアバッグは上記一つ以上の部分の下方と他方の拘束部の上方との間に介設される。
【００６０】
好適には、上記振動ヘッドの大部分は上記一つ以上の部分の下方に在る。
【００６１】
上記弾性的手段に対しては、スプリング、可変体積リザーバ内の圧縮性流体、あるいは、バッグ、ベローズ、もしくは、斯かる可変形状寸法収容体、弾性体などの内部における非圧縮性流体もしくは圧縮性流体または両方などの他の選択肢が存在する。
【００６２】
上記配置構成は、上記支持体に対する上記振動ヘッドの運動の自由度、及び該振動ヘッドが支持するもしくは支持すべきドリル・ストリングの運動の自由度を提供するようなものであり、さらに重量に応じて、上記支持体に対して上記振動ヘッドを基準状態へ付勢することが可能であるようなものである。
【００６３】
別の様相において本発明は、
ドリル・ストリングに対して取付けられたもしくは取付け可能な本発明の振動ヘッドであって、上記ドリル・ストリングにより規定されたもしくは規定されるべき長手軸心の側方において、一個以上の突出部を有することにより少なくとも一つの上側表面及び少なくとも一つの下側表面を形成する振動ヘッドと、
上記振動ヘッドのための支持フレームと、
上記フレームと上記少なくとも一つの上側表面との間で作用する少なくとも一個の気体バッグと、
上記フレームと上記少なくとも一つの下側表面との間で作用する少なくとも一個の気体バッグとを具備する掘削装置であって、
上記振動ヘッドは、ドリル・ストリングのための該振動ヘッドの接続部に対するもしくはその近傍のドリル・ストリング用回転駆動器を有する掘削装置である。
【００６４】
本発明の特に好適な実施例において、上記装置は好適には、
シャトル、及び前記シャトルからの直接的ではない振動取出部を有する振動ヘッドと、
操作可能な支持体であって、上記振動ヘッドが上記シャトルの作用を受けて弾性的に振動するように該支持体から取付けられた支持体と、
上記振動ヘッドからの振動取出部から支持された軸受、及び該軸受により保持されたドリル・ストリング・コネクタと、
上記ドリル・ストリング・コネクタに対する回転駆動器と、
を具備する振動式掘削装置であって、
上記シャトルは、使用に際して該シャトルが該シャトルの駆動器により回転されるときに該シャトルの端部の各々において磁気的に相互作用を行って、斯かる相互作用の効果を受けて往復運動する振動式掘削装置である。
【００６５】
好適には、上記ドリル・ストリング・コネクタに対する上記回転駆動器は、モータエンジンまたは（燃焼的、油圧的、空気圧的、電気的などの）他の動力源からの可撓性の伝達体である。
【００６６】
好適には上記可撓性の駆動体は、上記ドリル・ストリング・コネクタから上記支持体に対する衝撃の伝達を減少する一定の能力を有する回転伝達器を提供し得るベルトであって、上記取出し部からの軸受をとおる上記ドリル・ストリング・コネクタの振動運動を許容し得るベルトである。
【００６７】
本発明はまた、
第１及び第２の相補的構造体の間において往復動軸心または軌跡上で再現可能に往復動し得るシャトルと、
上記往復動軸心または軌跡の少なくとも一部分の回りで上記シャトルを回転させる駆動器と、
上記相補的構造体の少なくとも一方及び上記シャトルの各々の磁気的相互作用領域であって、これにより、上記シャトルの回転が、該当する方のもしくは他方の相補的構造体と該シャトルとの間における交互的な吸引力及び反発力であるシャトル誘導力に前記シャトルをさらす効果を有する、磁気的相互作用領域と、を具備するか又は含む、振動出力を提供し得る振動装置であって、
振動の出力は、上記相補的構造体の一方もしくは他方または両方からのものであって、上記シャトル自体からの直接的なものではない振動装置に関する。
【００６８】
好適には、以下の少なくとも一つ、幾つか又は全ての項目が包含される。
・往復動行程の一方（または両方）の限界点に対する弾性的制限
・上記振動装置の支持体に対する該振動装置の運動に対する弾性的制限
・上記振動装置及び接続されたドリル・ストリングの重量の弾性的支持
・上記振動装置の一部または全体の回転運動または回転不足に関係なくドリル・ストリングを回転させる駆動器
・上記振動ヘッドをぶら下げる頂冠形式の支持アセンブリ
【００６９】
本発明はまた、
規定された往復動軸心を中心にして回転可能であり且つ上記往復動軸心上で前後に移動可能なシャトルと、
上記シャトルをその往復動軸心の回りで回転させる駆動器と、
第１相補的構造体にして、該第１相補的構造体に向かい且つ該第１相補的構造体から離れるように、またはその逆に、上記シャトルが運動する第１相補的構造体と、
第２相補的構造体にして、該第２相補的構造体から離れ且つ該第２相補的構造体に向かって、またはその逆に、上記シャトルが運動する第２相補的構造体と、を具備するか又は含み、上記シャトルは上記各相補的構造体間に在る、振動出力を提供し得る振動装置であって、
第１相補的構造体／シャトル及びシャトル／第２相補的構造体の各ペアの近位領域は、上記シャトルが回転するとき吸引力もしくは反発力を交互に各ペアに提供するように作用可能な磁気的領域を有し、
上記各ペア間における位相設定は、上記シャトルの回転により該シャトルに作用する磁気的相互作用の結果として上記シャトルがその往復動軸心上で往復運動するようなものであり、またはその様なものであることが可能であり、且つ、
上記振動出力は、上記相補的構造体の一方もしくは他方または両方からのものであって、上記シャトル自体からの直接的なものではない、振動装置に在る。
【００７０】
好適には、以下の少なくとも一つ、幾つか又は全ての項目が包含される。
・往復動行程の一方（または両方）の限界点に対する弾性的制限
・上記振動装置の支持体に対する該振動装置の運動に対する弾性的制限
・上記振動装置及び接続されたドリル・ストリングの重量の弾性的支持
・上記振動装置の一部または全体の回転運動または回転不足に関係なくドリル・ストリングを回転させる駆動器
・上記振動ヘッドをぶら下げる頂冠形式の支持アセンブリ
【００７１】
好適には、上記第１及び第２の相補的構造体は距離に関する限り互に対して固定される。
【００７２】
好適には上記往復動は、固体対固体の高衝撃または衝撃接触が無い。
【００７３】
更に別の様相において本発明は、振動出力を提供し得る振動装置であって、該装置は、二つの相補的構造体の間での往復動が可能なシャトルを有するアセンブリを具備するか又は含み、上記相補的構造体の内の少なくとも一方が上記振動出力を提供する、振動装置において、
上記配置構成は、
上記シャトルを回転させる駆動器が在ること、及び
回転する上記シャトルと上記相補的構造体との間の磁気的相互作用にして、各相補的構造体との上記相互作用及び上記シャトルに対する上記相補的構造体の位相設定及び交番する磁性が上記シャトルの往復運動に帰着するような磁気的相互作用が在ることを特徴とする振動装置に在る。
【００７４】
好適には、以下の少なくとも一つ、幾つか又は全ての項目が包含される。
・往復動行程の一方（または両方）の限界点に対する弾性的制限
・上記振動装置の支持体に対する該振動装置の運動に対する弾性的制限
・上記振動装置及び接続されたドリル・ストリングの重量の弾性的支持
・上記振動装置の一部または全体の回転運動または回転不足に関係なくドリル・ストリングを回転させる駆動器
・上記振動ヘッドをぶら下げる頂冠形式の支持アセンブリ
【００７５】
好適には、上記磁気的相互作用は永久磁石の効果としてのものである。
【００７６】
好適には、上記シャトルの上記駆動器は、ベルト、またはシャトルの他の外周駆動器であって（好適には磁気的に規定された）往復動限界点間における上記シャトルの往復運動を阻害しない他の外周駆動器である。
【００７７】
任意選択的に、相補的構造体と上記シャトルとの間の更なる事象なしで加圧を行うために導入されることにより往復動運動の能力を与える手段としての外部加圧流体の配備に頼ることはない。
【００７８】
本明細書中で用いられる如く“シャトル”という用語は、運動するもの及び運動しないものなどに関して最も広範囲な意味を有する。好適には該用語は、直線状に運動するシャトルである。
【００７９】
本明細書中で用いられる如く、“及び／または”という語句は、“及び”または“または”を意味するか、或いは前後関係が許容する場合には両方を意味する。
【００８０】
本明細書中で用いられる如く、“を具備する”または“を具備している”という語句は、“を含む”または“を含んでいる”ということを意味し得る。
【００８１】
本明細書中で用いられる如く、“一つ以上の”という語句は、その名詞の単数形及び複数形の両方を意味し得る。
【００８２】
本明細書中で用いられる如く、“行程”または“行程限界点”という用語は、直線状行程または任意の湾曲行程の限界点を意味し得る（例えば固定されているか運動しているかに関わらず、枢動軸心または他の支持体の回りで揺動し得る）。
【００８３】
本明細書中で用いられる如く、“弾性的”という用語またはその変化形は、気体バッグ、気体スプリングなどであるかに関わらず、所望の規定された成果（行程制限、衝撃減少、緩衝、衝撃回避など）を達成し得る任意の構造の特性を指している。
【００８４】
任意選択的に、相補的構造体と上記シャトルとの間の更なる事象なしで加圧を行うために導入されることにより往復動運動の能力を与える手段としての外部加圧流体の配備に頼ることはない。
【００８５】
本明細書中で用いられる如く、“及び／または”という語句は“及び”または“または”を意味している。
【００８６】
本明細書中で用いられる如く、“一つ以上の”という語句は単数または複数の名詞を意味している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８７】
本発明の好適な形態は、以下において添付図面を参照して説明される。
【００８８】
一例として、ドリル・ストリングに関する本発明の一つの好適な形態の振動装置は、ドリル・ストリング１３に取り付くように構成されている。
【００８９】
（弾性的に懸架されるのが好適であるが）どのようにも取り付けられる上記装置は、第１相補的手段として作用する端部材１５及び１６と、第２相補的手段として作用する端部材１８及び２０とを有する。これらの相補的手段は、部材１９により、固定関係で保持される。シャトル１７は、提供された物理的境界内で前後に運動すると共に、衝撃を回避するためのより小さな往復動距離を理想的に有する。
【００９０】
上記シャトル自体が相補的な端部のボア内においてピストンとして作用するのか又はその逆であるかは問題でない。また、シリンダ内のピストンという関係が全く無くても問題ではない。如何様に行われるにしろ重要なことは往復動である。
【００９１】
図１に関し、以下の内容が描かれている。
（１３）ドリル・ストリング
（１４）回転継手／駆動プーリ
（１５）端板
（１６）隣接部材
（１７）シャトル
（１８）隣接部材
（１９）タイロッド
（２０）端板
【００９２】
シャトル１７の目的は、往復運動動作を以て隣接部材１６及び１８に対してエネルギを伝達することである。このエネルギ伝達は、これまでと同様に、シャトルを往復運動動作で運動させる適切なタイミングで該シャトルとその隣接部材との間へオイルを注入すること、従ってシャトルの運動と並行してドリル・ストリングを線形運動で移動させ、それと伴に最も効率的な様式でドリル・ストリングからビットへとエネルギを伝達することにより達成され得る。しかしながら本発明に依れば、本発明者は以下に記述される磁気的相互作用の手法をむしろ選ぶ。
【００９３】
シャトルの質量は、隣接部材に対するエネルギの伝達のために重要事項である。進行方向の変化は、隣接部材に対してエネルギを付与する。シャトルが有する質量は、それが大きいほど、この方向変化を達成するために必要なエネルギは大きく、且つ必要な馬力に対して直接的に関連付けられる。シャトルの質量と、振動されるドリル・ストリングの全質量との関係は、適切に考慮して大きさを決めなければならない。
【００９４】
シャトルの動作は、掘削孔内におけるドリル・ストリングのロックもしくは結合による失速の状況にはないという利点を有する。上記シャトルは、装着されたドリル・ストリングまたは取付具に対して全出力を与えることができる。
【００９５】
端板及びタイロッド（１９、２０）は、隣接部材間の連結材であると共に、往復運動エネルギを上記ドリル・ストリングに対して伝達する。
【００９６】
上記シャトルは好適には、磁気的手段により往復運動される。シャトルの各端部は、電磁石または（好適には）希土類磁石を有し、前記電磁石または希土類磁石は、シャトル１７が回転されたときに、シャトルを往復運動させるようにやはり磁石が装着された隣接部材に応答して、該シャトルが脈動するような配置構成で装着されている。これは以下において、特に図２乃至図７の実施例を参照して説明される。
【００９７】
前述の駆動器及び／または他の駆動器の組み合わせを使用できる。
【００９８】
上記の各例は全て、共通の主題を有している。
（１）シャトルは隣接部材に対して物理的な意味において接触する必要は決してない、と言うのも、これは、協働するダウンホール機器と共に磁石及びドリル・ストリング継手を損傷させ得るからである。
（２）シャトルの運動は好適には、該シャトルの運動に対して自由に運動するドリル・ストリングまたは取付機器に決して依存しない。
（３）上記シャトルの動作は、好適には上記ドリル・ストリングを両方向すなわち内外方向に駆動し、その際にドリルビットの回転が該ドリルビットの超硬合金における極小さな前進抵抗で移動することを可能にする。この動作は、孔の戻りリーミングを許容する。
【００９９】
ドリフタを含む他のドリル動作は、孔を“内方に”掘削している間は該孔の外方へドリル・ストリングを駆動しない。それらはドリル・ストリングのはね返りに頼っている。
【０１００】
ドリフタは、鋼鉄上の鋼鉄を打突し、そうすることでドリル・ストリングをとおる破壊的な衝撃波を発生させる。
【０１０１】
注意：ドリフタは、従来式の油圧式削岩機に与えられた名称である。
【０１０２】
次に、磁気的駆動器を備える本発明の好適な形態が説明される。
【０１０３】
図２は、フレーム３により支持された固定案内シャフト２上のシャトル１を示しており、フレーム３は、それぞれ固定された第１及び第２の相補的構造体４及び５を保持する。
【０１０４】
振動を、端部６もしくは実に端部７から、またはフレーム３に対して連結された他の任意の取出し器から出力することができる。
【０１０５】
各モータ８は好適には、シャトル１を回転させ、さらに６、７における又は３を介しての振動取出しを引き起こす往復動効果を提供するようにシャトル１が回転するとき該シャトルの限られた量の軸心方向移動を提供するようにされたベルト９を駆動する。
【０１０６】
図３及び図４は、永久磁石または他の磁石の異なる極性の領域を参照することにより前記効果を示している。ジグザグ矢印は、第１相補的構造体１０からの動力取出しを表している。但し、示された配置構成においては、描かれた“＋”及び“−”の極性に関する限りにおいて異相で示される第２相補的構造体１１が在る。シャトル１２は、図３に示された状態においては該シャトル１２と第１相補的構造体１０との間における“＋”及び“＋”極性の整列から生ずる正味反発力が在る一方で、該シャトル１２と第２相補的構造体１１との間には“＋”及び“−”の吸引力“Ａ”が在るように、両端部における同一極性を好適に有する。図４に示された如く僅かに後の瞬間には逆の状況が存在し、それは、シャトルが回転するとき往復動方向の反転に導く“Ｒ”及び“Ａ”から“Ａ”及び“Ｒ”へのこの急速な交互変化である。
【０１０７】
本発明のある形態においては、配備がなされ、それにより相補的構造体１０及び１１に対して示された１８０°の異相状況を変更可能であり、これは図５に関する掃引矢印への参照により示される。これは、動作中において位相設定が、１８０°の異相状況または他の一定の状況から、より良く調整された往復動の周波数及び往復動軸心上における往復動の振幅を提供し得る状況へ移動され得るように、（不図示の）ラムまたは他の手段の作用を受けて可能にされる。
【０１０８】
振動の出力は好適には、図３及び図４に示された如く第１相補的構造体１０を介してのものである。
【０１０９】
図３乃至図７に関して記載される両端式の磁気的相互作用が無い本発明の変更例においてさえも、シャトルを交互に戻す適切な手段が設けられるならば、それでもなお往復動効果は存在し得る。そのような準備の例はあらかじめ与えられている。
【０１１０】
また、振動出力が取り出されるアセンブリの端部において又は前記端部以外において磁気的相互作用を使用することも、本発明の範囲内である。
【０１１１】
但し、磁石を保持するシャトルの相互作用であって相補的構造体に対する相互作用は、掘削において及び他の振動工具において有用な望ましい振動出力を提供するようなものであることが確信される。本発明の上記配置構成は、本出願人のＰＣＴ出願ＰＣＴ/ＮＺ２００４/０００１２８及びＰＣＴ/ＮＺ２００５/００００４７に開示された最終用途目的及び配置構成のための他の入力に対する代替策であり又は前記入力に対して補助的であり得ることが理解される。
【０１１２】
好適に使用されるのは、永久磁石である（特に高磁気密度の希土類磁石であり、例えば１８０℃まで安定的であり得るＮｄＦｅＢのようなネオジム磁石、及び４００℃まで使用可能なサマリウム・コバルト磁石（ＦｍＣｏ）である）。
【０１１３】
将来的に開発され得る磁石などの他の形態の磁石が利用され得る。しかしながら一般的には、電磁石は、単にサイズの観点から及び振動し且つ悪環境に晒される構造に適切な電気入力を設ける必要性がある観点から禁忌的である。
【０１１４】
シャトル１の回転速度は相当に変化し得ることが想起される。斯かる回転の単なる一例は１６００ＲＰＭであり、前記回転は、描かれた磁石が、シャトルに十分な前後の動程を与えて有用な振動出力を提供するのに十分なものである。通常の範囲は１０００〜２０００ＲＰＭが可能であるが、より高速または低速であってもよい。２０００ＲＰＭは約１３０Ｈｚに等しい。
【０１１５】
次に、本発明の異なる実施形態が図８を参照して説明される。
【０１１６】
図８において、主要な空気もしくは流体（気体）バッグのグループ２５は、図示されたような、固定された又は操作可能なドリル・ヘッド・フレーム・アセンブリである振動装置部分２８の間で協働している。このアセンブリは、ドリル・ストリング２３に対し、該ドリル・ストリングの重量に関わらずに動作中に掘削孔内で浮揚する能力を与える、と言うのも、該アセンブリは、エアバッグ２５間に保持されたドリル・ストリング固定具３２に対して均等な圧力を提供する（不図示の）空気バルブにより定常的に調節されているからである。このアセンブリはまた、ドリル・ストリング２９及びシャトルの集合体の移動質量と、掘削リグ構造または支持体／フレーム２８との間の絶縁も提供する。
【０１１７】
これらの２つの機能は、好適であり、また上記ヘッドの動作において重要であることを立証できる。
【０１１８】
端板２７及び２６（“相補的構造体”）は、シャフト２９及びその延長部２５を介してドリル・ストリング２３に対して出力を提供するものである。移行部としての回転軸受アセンブリ２４は、ドリル・ストリング２９に対する回転を許容する。軸受アセンブリ２４の上方にて、振動取出部はドリル・ストリングの回転から独立しており、すなわち、２５が回転する必要はない。２４の下方におけるドリル・ストリング・スピンドルに対する回転入力は好適には、固定モータ４４により駆動される広幅歯付ベルト・アセンブリ４３により提供される。上記駆動器間の距離は、上記ドリル・ストリングの移動及び関連する振動が上記ベルト駆動器により放散され、及びそれ故ドリル構造に伝達されないようになっている。ベルト駆動器は、振動により故障しないようにもなっている。
【０１１９】
好適には、シャトル回転の駆動器は、電気、空気圧または油圧モータ４２により駆動される可撓性の駆動器である。好適には、数本の駆動ベルト３１が使用される。斯かるベルトは好適には必要な運動の大きさに適合できる。
【０１２０】
他の駆動器の形態においてシャトルは、（例えば空気、水などの）流体が打ち当たる翼板に依存して回転するように推進されることが可能である。駆動器に対する他の選択肢も存在し又は使用され得る。
【０１２１】
振動装置に関する限り、シャトル３０の端部における一連の磁石３８と協働する一連の磁石４０を端板２７が保持することがわかる。同様に端板２６は、上記シャトルの他端に保持された一連の磁石３９と協働する配列としての磁石４１を保持している。
【０１２２】
理解され得る如く磁石３８及び３９の各々は、好適には円錐台形または保持プレート３６及び３７によりシャトル３０の本体に保持され得るような形として示される。
【０１２３】
その主要シャトル本体は好適には、シャフト２９の第２磁極の磁気的ライニング３４の回りで磁気的に浮揚される第１磁極の永久磁石３５により裏打ちされる。
【０１２４】
好適には配置構成は先に記述されたのと同一である。往復運動の強度の故にシャトル３０の本体に対してプレート３６及び３７を保持することが困難であれば、任意選択的に、 （不図示の）接着、螺着、又はボルト締めなどにより固定され得る端板４８により磁石５１が本体４７の端部に単純に保持される図９に示された配置構成ではなく、代替的に、部材４９が配備されて、５０にてシャトルの本体４６内へ径方向にねじ固定することにより磁石５２に対する同一目的を達成する。
【０１２５】
磁石は好適には夫々のシャトルの端部において露出されるが、ある場合には、磁気的相互作用の有効性を阻害しないのであれば、保護カバーを配備できる。端板２７及び２６の固定磁石４０及び４１に対しても同様である。これらは上記シャトルと同様に保持されるか、または単純な接着でも十分可能である。
【０１２６】
シャトル３０が、回転されているか否かに関わりなく、所望されたときに端板２７及び２６間において安定状態で維持され得るように、端板２７が（例えば４５℃まで）回転され得ることが想起される。これを達成するために、かなり詳細に先に記された異相配置が、力の一定のバランスが在るように使用される。もし在るなら、プレート２７の回転が必要とされるものは、夫々の相互作用表面における上記各配列の設定と磁気的包含物とに依存している。
【０１２７】
案内軸心上におけるシャトルの磁気的支持は好適であるが、他の代替的形態においては、一定の空気支持体もしくは他の支持体を備えることができる。これは、永久磁石の性能を低下させる不必要な熱蓄積を回避するためである。潤滑された軸受を備えた本発明に係るシステムは、一定の熱を生み出す傾向があるが、潤滑油の冷却があるか、または動作パラメータが、永久磁石の劣化温度より高い温度を生み出さないようであれば、そのようなシステムは作動され得る。
【０１２８】
また、装置を貫通してドリル・ストリング内へと延在することによりフラッシング機能ならびに冷却機能の可能性を提供する流体経路５３の可能性も提供される。斯かる流体は、空気、（例えば水などの）液体が可能であり、または掘削において典型的に使用される（例えばスラリーなどの）潤滑流体を含むことができる。
【０１２９】
図８乃至図１２の配置構成によると、例えば、（シャトルの回転速度、シャトルの質量、磁気的配列、磁場強度、幾何学形状及び間隙に応じて）シャトルは１.５ｍ長であると共に往復動運動の振幅は０.１ｍｍ〜１５ｍｍである。
【０１３０】
好適には、定常状態においては、（好適には）２０サイクル／秒から、例えば２００サイクル／秒までのサイクル周波数が企図される。２００サイクル／秒の周波数は、約３０００ＲＰＭのシャトル回転に依存して、図２乃至図７の“４対８”式の磁気的相互作用を用いて容易に生成可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明に係る好適な装置の概略図である。
【図２】シャトルのための往復動案内部材の両端部において固定相補的部材を有するフレームを示すと共にシャトルを回転するためにベルトにより接続されたモータ駆動器を示す本発明に係る装置の平面図である。
【図３】固定相補的部材間におけるシャトルの時計方向の回転を示すと共に、シャトルの正味往復動推力が矢印方向に在るように相補的構成要素とシャトルとの間及びシャトルと他方の相補的部材とのそれぞれの間における反発状況“Ｒ”及び吸引状況“Ａ”を示す概略図である。
【図４】図３におけるのと同様の配置構成であるが、固定相補的構成要素とシャトルとのペア間において吸引力“Ａ”及び反発力“Ｒ”の反転が生じた時の後の瞬間を示す図であって、シャトルが矢印方向に往復動している図である。
【図５】例えば第２相補的構成要素の概略図である。
【図６】シャトルの各端の概略図である。シャトルの両端部の極性は相互に同一であれば最も好適であるが必ずしもそうである必要はない。
【図７】図５と類似しているが、図５の構成要素に対して異相状態に在る（例えば出力を行い得る）第１相補的構成要素の概略図であって、図５における掃引矢印は、保守アクセスのために又は振幅及び周波数の制御のために経時的に必要とされるとき装置の性能を下方または上方に調整するように一方の構成要素を回転させるラムまたは他の外部の力の下で如何に対策が為され得るかを示す第１相補的構成要素の概略図である。
【図８】本発明に係る振動ヘッドを保持すべく懸架された本発明に係るドリル・ヘッドを示す図であり、振動装置自体は部分断面図で示される。
【図９】固定プレートによってシャトルに保持された磁石の円錐台形状に頼ってシャトルに磁石を保持する適切な組み付け手順を示す図である。
【図１０】図１０とは異なる実施例であり、機械加工もしくは型成形された円錐台または他の形状の磁石の支持部が、往復動による振動を受ける可能性が低い様態でシャトルに固定され得る手法を示す図である。
【図１１】好適な磁気浮揚式ベアリングのシャトル・アセンブリの一部分を示す図である。
【図１２】シャトルに対して適合された（この場合には２台であるが３台以上とされ得る）ベルト駆動器を示す図である。
【図１】
2008522820.tif 000003
【図２】
2008522820.tif 000004
【図３】
2008522820.tif 000005
【図４】
2008522820.tif 000006
【図５】
2008522820.tif 000007
【図６】
2008522820.tif 000008
【図７】
2008522820.tif 000009
【図８】
2008522820.tif 000010
【図９】
2008522820.tif 000011
【図１０】
2008522820.tif 000012
【図１１】
2008522820.tif 000013
【図１２】
2008522820.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成18年7月14日(2006.7.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端部及び第２端部を有するシャトルと、
前記シャトルの前記第１端部と協働する第１相補的構造体と、
前記シャトルの前記第２端部と協働する第２相補的構造体と、を具備するか又は含む、前後の振動出力を提供し得る振動装置であって、
前記相補的構造体を通る軸心を中心にして前記シャトルを回転させる一つ以上の機械的駆動器が在り、
前記シャトルの各端部に保持された磁石及び前記各相補的構造体により保持された磁石は、回転により引き起こされた相互作用の効果を受けて前記第１端部が前記第２相補的構造体から離れ、次に前記第２端部が前記第１相補的構造体から離れるような効果を有し、
振動の出力は、前記相補的構造体の一方もしくは他方又は両方からのものであって、直接的に前記シャトル自体からのものではなく、前記軸心の軸方向の又は前記軸心に平行の前後の出力である、振動装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の相補的構造体は、距離に関する限り互に対して固定されるが、前記軸心の回りの回転に関して互いに対して固定されない、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記各相補的構造体は、前記シャトルが案内されるところのシャフトにより保持される、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
第１及び第２の相補的構造体の間において往復動軸心又は軌跡（“軸心”）上で再現可能に往復動し得るシャトルと、
前記往復動軸心又は軌跡の少なくとも一部分の回りで前記シャトルを回転させる機械的駆動器と、
前記相補的構造体の少なくとも一方及び前記シャトルの各々の磁気的相互作用領域であって、これにより、前記シャトルの回転が、該当する方のもしくは他方の相補的構造体と該シャトルとの間における交互的な吸引力及び反発力であるシャトル誘導力に前記シャトルをさらす効果を有する、磁気的相互作用領域と、を具備するか又は含む、前後の振動出力を提供し得る振動装置であって、
振動の出力は、前記相補的構造体の一方もしくは他方又は両方からのものであって、直接的に前記シャトル自体からのものではなく、前記軸心の軸方向の又は前記軸心に平行の前後の出力である、振動装置。
【請求項５】
規定された往復動軸心を中心にして回転可能であり且つ前記往復動軸心上で前後に移動可能なシャトルと、
前記シャトルをその往復動軸心の回りで回転させる機械的駆動器と、
第１相補的構造体にして、該第１相補的構造体に向かい且つ該第１相補的構造体から離れるように、又はその逆に、前記シャトルが運動する第１相補的構造体と、
第２相補的構造体にして、該第２相補的構造体から離れ且つ該第２相補的構造体に向かって、又はその逆に、前記シャトルが運動する第２相補的構造体と、を具備するか又は含み、前記シャトルは前記各相補的構造体間に在る、前後の振動出力を提供し得る振動装置であって、
第１相補的構造体／シャトル及びシャトル／第２相補的構造体の各ペアの近位領域は、前記シャトルが回転するとき吸引力もしくは反発力を交互に各ペアに提供するように作用可能な磁気的領域を有し、
前記各ペア間における位相設定は、前記シャトルの回転により該シャトルに作用する磁気的相互作用の結果として前記シャトルがその往復動軸心上で往復運動するようなものであり、又はその様なものであることが可能であり、且つ、
前記振動出力は、前記相補的構造体の一方もしくは他方又は両方からのものであって、直接的に前記シャトル自体からのものではなく、前記軸心の軸方向の又は前記軸心に平行の前後の出力である、振動装置。
【請求項６】
前記第１及び第２の相補的構造体は距離に関する限り互に対して固定される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記シャトルは案内シャフトの回りにおける磁気的軸受又は空気軸受に支持される、先行請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
二つの相補的構造体の少なくとも一方の相補的構造体が振動出力を提供する二つの相補的構造体の間での往復動が可能なシャトルを有するアセンブリを具備するか又は含む、前後の振動出力を提供するようにされ及び提供し得る振動装置であって、
前記配置構成は、
前記シャトルを回転させる機械的駆動器が在ること、及び
回転する前記シャトルと前記相補的構造体との間の磁気的相互作用にして、各相補的構造体との前記相互作用及び前記シャトルに対する前記相補的構造体の位相設定及び交番する磁気が前記シャトルの往復運動に帰着するような磁気的相互作用が在ることを特徴とする、振動装置。
【請求項９】
前記磁気的相互作用は永久磁石の効果としてのものである、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記シャトルの前記駆動器は、ベルト、又はシャトルの他の外周駆動器であって往復動限界点の間における前記シャトルの往復運動を阻害しない他の外周駆動器である、請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１１】
先行請求項のいずれか一項に記載の振動装置を含む掘削用の振動ヘッド。
【請求項１２】
ドリル・ストリングに対して取付けられた又は取付け可能な請求項１１に記載の振動ヘッドのための浮揚的又は弾性的な支持体を有する掘削装置の使用法。
【請求項１３】
ドリル・ストリングに対して取付けられた又は取付け可能な請求項１１に記載の振動ヘッドと、
支持体と、
少なくとも一個の（例えば弾性的な）再構成可能な（例えば弾性的な気体バッグなどの）流体リザーバであって、前記支持体に対して前記振動ヘッドを保持しさらに拘束する流体リザーバと、を備える掘削装置であって、
前記振動ヘッド、前記支持体、及び前記少なくとも一個の再構成可能な流体リザーバの相互作用は、取付けられた又は取付けられるべきドリル・ストリングの重量を支持し、さらに前記支持体に対する前記振動ヘッドの前記ドリル・ストリングの軸心に関する縦横両方向における運動の一定の自由度を許容する効果を有する、掘削装置。
【請求項１４】
少なくとも２個のリザーバが在る、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記リザーバの内の少なくとも一個のリザーバは気体バッグである、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
（掘削軸心が鉛直であるとき、）前記振動ヘッドの少なくとも大部分は前記一つ以上のリザーバの下方に在る、請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記振動ヘッドから前記ドリル・ストリングへの振動取出しは、回転していないが振動している構成要素から （例えば前記ドリル・ストリングに対して接続可能であるか該ドリル・ストリングの一部分を形成している）回転可能であり且つ回転している構成要素への直接的もしくは間接的な移行部を介してである、請求項１３乃至１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
ドリル・ストリングに対して取付けられた又は取付け可能な振動ヘッドであって、該振動ヘッドは、回転可能に駆動されるシャトルにして、該シャトル自体の往復動軸心の回りで回転し、回転下において異なる磁気的効果と相互作用することにより往復動されるシャトルを有し、振動出力が前記シャトル自体からのものではない振動ヘッドと、
支持体と、
第１相互作用としての（例えば好適には、前記振動ヘッドの一つ以上の部分と前記支持体との間に介設された少なくとも一個の気体バッグなどの）弾性的手段であって、前記振動ヘッド、及び前記又は任意の取付けられたドリル・ストリングの重量を支持する弾性的手段と、
第２相互作用としての（好適には前記振動ヘッドを前記支持体に拘束する）弾性的手段であって、これにより、前記第１相互作用が前記振動ヘッドの振動サイクルのどの部分の間においても（好適には）全体的には失われない弾性的手段とを具備する、掘削装置。
【請求項１９】
シャトル、及び前記シャトルからの直接的ではない振動取出部を有する振動ヘッドと、
操作可能な支持体であって、前記振動ヘッドが前記シャトルの作用を受けて弾性的に振動するように該支持体から取付けられた支持体と、
前記振動ヘッドからの振動取出部から支持された軸受、及び該軸受により保持されたドリル・ストリング・コネクタと、
前記ドリル・ストリング・コネクタに対する回転駆動器と、を具備する振動式掘削装置であって、
前記シャトルは、使用に際して、該シャトルが該シャトルの駆動器により回転されるときに該シャトルの端部の各々において磁気的に相互作用を行って、斯かる相互作用の効果を受けて往復運動する、振動式掘削装置。
【請求項２０】
振動出力を提供するようにされ及び提供し得る振動装置であって、該装置は、二つの相補的構造体の間において往復動し得るシャトルを有するアセンブリを具備するか又は含み、前記相補的構造体の内の少なくとも一方は前記振動出力を提供する、振動装置において、
前記配置構成は、
前記シャトルを回転させる機械的駆動器が在ること、及び
回転する前記シャトルと前記相補的構造体との間の磁気的相互作用にして、各相補的構造体との前記相互作用及び前記シャトルに対する前記相補的構造体の位相設定及び交番する磁気的相互作用が前記シャトルの往復運動に帰着するような磁気的相互作用が在ることを特徴とする、振動装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明は、前後の振動出力を提供し得る振動装置にあって、該振動装置は、
第１端部及び第２端部を有するシャトルと、
前記シャトルの前記第１端部と協働する第１相補的構造体と、
前記シャトルの前記第２端部と協働する第２相補的構造体と、を具備するか又は含み、
前記相補的構造体を通る軸心を中心にして前記シャトルを回転させる一つ以上の機械的駆動器が在り、
前記シャトルの各端部に保持された磁石及び前記各相補的構造体により保持された磁石は、回転により引き起こされた相互作用の効果を受けて前記第１端部が前記第２相補的構造体から離れ、次に前記第２端部が前記第１相補的構造体から離れるような効果を有し、
振動の出力は、前記相補的構造体の一方もしくは他方又は両方からのものであって、直接的に前記シャトル自体からのものではなく、前記軸心の軸方向の又は前記軸心に平行の前後の出力である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
本発明はまた、前後の振動出力を提供し得る振動装置にあり、該装置は、
第１及び第２の相補的構造体の間において往復動軸心又は軌跡（“軸心”）上で再現可能に往復動し得るシャトルと、
前記往復動軸心又は軌跡の少なくとも一部分の回りで前記シャトルを回転させる機械的駆動器と、
前記相補的構造体の少なくとも一方及び前記シャトルの各々の磁気的相互作用領域であって、これにより、前記シャトルの回転が、該当する方のもしくは他方の相補的構造体と該シャトルとの間における交互的な吸引力及び反発力であるシャトル誘導力に前記シャトルをさらす効果を有する、磁気的相互作用領域と、を具備するか又は含み、
振動の出力は、前記相補的構造体の一方もしくは他方又は両方からのものであって、直接的に前記シャトル自体からのものではなく、前記軸心の軸方向の又は前記軸心に平行の前後の出力である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
本発明はまた、前後の振動出力を提供し得る振動装置にあり、該装置は、
規定された往復動軸心を中心にして回転可能であり且つ前記往復動軸心上で前後に移動可能なシャトルと、
前記シャトルをその往復動軸心の回りで回転させる機械的駆動器と、
第１相補的構造体にして、該第１相補的構造体に向かい且つ該第１相補的構造体から離れるように、又はその逆に、前記シャトルが運動する第１相補的構造体と、
第２相補的構造体にして、該第２相補的構造体から離れ且つ該第２相補的構造体に向かって、又はその逆に、前記シャトルが運動する第２相補的構造体と、を具備するか又は含み、前記シャトルは前記各相補的構造体間に在り
第１相補的構造体／シャトル及びシャトル／第２相補的構造体の各ペアの近位領域は、前記シャトルが回転するとき吸引力もしくは反発力を交互に各ペアに提供するように作用可能な磁気的領域を有し、
前記各ペア間における位相設定は、前記シャトルの回転により該シャトルに作用する磁気的相互作用の結果として前記シャトルがその往復動軸心上で往復運動するようなものであり、又はその様なものであることが可能であり、且つ、
前記振動出力は、前記相補的構造体の一方もしくは他方又は両方からのものであって、直接的に前記シャトル自体からのものではなく、前記軸心の軸方向の又は前記軸心に平行の前後の出力である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
更に別の様相において本発明は、前後の振動出力を提供するようにされ及び提供し得る振動装置にあり、該装置は、
二つの相補的構造体の少なくとも一方の相補的構造体が振動出力を提供する二つの相補的構造体の間での往復動が可能なシャトルを有するアセンブリを具備するか又は含み、
前記配置構成は、
前記シャトルを回転させる機械的駆動器が在ること、及び
回転する前記シャトルと前記相補的構造体との間の磁気的相互作用にして、各相補的構造体との前記相互作用及び前記シャトルに対する前記相補的構造体の位相設定及び交番する磁性が前記シャトルの往復運動に帰着するような磁気的相互作用が在ることを特徴としている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
更に別の様相において本発明は、振動出力を提供するようにされ及び提供し得る振動装置であって、該装置は、二つの相補的構造体の間での往復動が可能なシャトルを有するアセンブリを具備するか又は含み、前記相補的構造体の内の少なくとも一方が前記振動出力を提供する、振動装置において、
前記配置構成は、
前記シャトルを回転させる機械的駆動器が在ること、及び
回転する前記シャトルと前記相補的構造体との間の磁気的相互作用にして、各相補的構造体との前記相互作用及び前記シャトルに対する前記相補的構造体の位相設定及び交番する磁性が前記シャトルの往復運動に帰着するような磁気的相互作用が在ることを特徴とする振動装置に在る。
【国際調査報告】
2008522820.tif 000015
2008522820.tif 000016