(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体作動装置のドリルロッドにおいて、
第１端部における第１接続インタフェース及び第２端部における第２接続インタフェースであって、前記第１接続インタフェースは、前記ドリルロッドを前記ドリルロッドと同一の構成を備える他のドリルロッド又は前記流体作動装置における第２接続インタフェースに接続するためのものであり、また前記第２接続インタフェースは、前記他のドリルロッド又は流体搬送デバイスの第１接続インタフェースに接続するためのものである、該第１接続インタフェース及び第２接続インタフェースと、
前記ドリルロッドを貫通する複数個の個別の流体流チャネルと、
前記第１接続インタフェースに取り付けられ、平面状の第１端面を有する第１制御スプールと、
前記第２接続インタフェースに取り付けられ、平面状の第２端面を有する第２制御スプールと、
を備え、前記第１制御スプール及び前記第２制御スプールは前記ドリルロッドの軸線方向に移動可能であり、
前記第１制御スプールは前記第１接続インタフェースにおける最内側コンポーネントであり、且つ、前記第１接続インタフェースにおける唯一の可動コンポーネントであり、前記第２制御スプールは前記第２接続インタフェースにおける最内側コンポーネントであり、且つ、前記第２接続インタフェースにおける唯一の可動コンポーネントであり、また前記ドリルロッドを、前記ドリルロッドと同一の構成を備える他のドリルロッド又は前記流体作動装置又は前記流体搬送デバイスに接続する際に、前記第１端面と前記第２端面が当接し、前記第１制御スプールと前記第２制御スプールとが前記軸線方向において相互に離れる方向に移動し、前記第１制御スプール及び前記第２制御スプールの前記軸線方向において相互に離れる方向の移動によってのみ、前記流体流チャネルのうち少なくとも２つの流体流チャネルが、前記他のドリルロッド又は前記流体作動装置又は前記流体搬送デバイスにおける対応チャネルと流体連通状態に配置されることを特徴とする、ドリルロッド。
【請求項２】
請求項１記載のドリルロッドにおいて、前記ドリルロッドを前記他のドリルロッド又は前記流体作動装置に接続する際に、前記第１制御スプールと前記第２制御スプールとがドリルロッドの軸線方向にオーバーラップしない、ドリルロッド。
【請求項３】
請求項１又は２記載のドリルロッドにおいて、前記第１制御スプールは前記第１接続インタフェース内で、付勢された状態で取り付け、また前記第２制御スプールは前記第２接続インタフェース内で、付勢された状態で取り付け、前記ドリルロッドを前記他のドリルロッドから、又は前記流体作動装置から、又は前記流体搬送デバイスから離脱させる際に、前記少なくとも２つの流体流チャネルは前記第１制御スプール及び前記第２制御スプールによって封止される、ドリルロッド。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか一項記載のドリルロッドにおいて、前記複数個の個別の流体流チャネルは、前記ドリルロッドの長さの一部にわたって同心状に配列する、ドリルロッド。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか一項記載のドリルロッドにおいて、前記複数個の個別の流体流チャネルは、少なくとも圧力流体チャネル及び帰還流体チャネルを有し、前記ドリルロッドを前記他のドリルロッド、又は前記流体作動装置、又は流体搬送デバイスに接続する際に、前記第１制御スプール及び前記第２制御スプールの前記軸線方向において相互に離れる方向の移動によってのみ、前記圧力流体チャネル及び帰還流体チャネルが、前記他のドリルロッド又は前記流体作動装置又は前記流体搬送デバイスにおける対応チャネルと流体連通状態に配置され、また前記ドリルロッドを前記他のドリルロッド又は前記流体作動装置又は前記流体搬送デバイスから離脱させる際に、前記圧力流体チャネル及び帰還流体チャネルは前記第１制御スプール及び前記第２制御スプールによって封止される、ドリルロッド。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか一項記載のドリルロッドにおいて、さらに、
外側チューブと、
前記外側チューブ内に同心状に取り付けた中間チューブと、
前記中間チューブ内に同心状に取り付けた中心チューブと、
を備え、前記外側チューブ、前記中間チューブ及び前記中心チューブによって前記ドリルロッドに貫通する３つの個別流体流チャネルが形成され、また前記外側チューブは前記中間チューブ及び前記中心チューブの端部を越えて軸線方向に突出する、ドリルロッド。
【請求項７】
請求項６記載のドリルロッドにおいて、前記第１接続インタフェースは、前記外側チューブの第１端部にテーパ付きのねじ山を設けた雌型ツール継手を有し、また前記第２接続インタフェースは、前記外側チューブの第２端部にテーパ付きのねじ山を設けた雄型ツール継手を有し、前記雌型ツール継手は、前記ドリルロッドを前記他のドリルロッド又は前記流体作動装置における雄型ツール継手に対してねじ連結するためのものとし、また前記雄型ツール継手は、前記他のドリルロッド又は流体搬送デバイスおける雌型ツール継手に対してねじ連結するためのものとする、ドリルロッド。
【請求項８】
請求項６記載のドリルロッドにおいて、前記第１接続インタフェースは、前記外側チューブの第１端部にテーパ付きのねじ山を設けた雄型ツール継手を有し、また前記第２接続インタフェースは、前記外側チューブの第２端部にテーパ付きのねじ山を設けた雌型ツール継手を有し、前記雄型ツール継手は、前記ドリルロッドを前記他のドリルロッド又は前記流体作動装置における雌型ツール継手に対してねじ連結するためのものとし、また前記雌型ツール継手は、前記他のドリルロッド又は流体搬送デバイスおける雄型ツール継手に対してねじ連結するためのものとする、ドリルロッド。
【請求項９】
請求項１〜８のうちいずれか一項記載のドリルロッドにおいて、さらに、
前記第１接続インタフェースにおける少なくとも１個の液圧コンポーネントであって、前記ドリルロッドに通過して圧力流体を搬送するよう構成し、また前記ドリルロッドの軸線方向における外方に指向する端部に圧力流体の出口を有する、該少なくとも１個の液圧コンポーネントと、
前記第２接続インタフェースにおける少なくとも１個の液圧コンポーネントであって、前記ドリルロッドに通過して圧力流体を搬送するよう構成し、また前記ドリルロッドの軸線方向における外方に指向する端部に圧力流体の入口を有する、該少なくとも１個の液圧コンポーネントと、
を備え、前記ドリルロッドを前記他のドリルロッド、又は前記流体作動装置、又は前記流体搬送デバイスに接続する際に、圧力流体は、前記第１接続インタフェースにおける前記少なくとも１個の液圧コンポーネントから、前記他のドリルロッド又は前記流体作動装置又は前記流体搬送デバイスの前記第２接続インタフェースにおける前記少なくとも１個の液圧コンポーネントに流れ、また前記第１接続インタフェースにおける液圧コンポーネントと前記第２接続インタフェースにおける液圧コンポーネントとが前記ドリルロッドの軸線方向にオーバーラップしないように構成されている、ドリルロッド。
【請求項１０】
請求項９記載のドリルロッドにおいて、
前記第１接続インタフェースにおける前記少なくとも１個の液圧コンポーネントは平面状の第１端面を有し、また
前記第２接続インタフェースにおける前記少なくとも１個の液圧コンポーネントは平面状の第２端面を有し、
前記ドリルロッドを前記他のドリルロッド、又は前記流体作動装置、又は流体搬送デバイスに接続する際に、前記ドリルロッドにおける前記液圧コンポーネントの前記平面状の第１端面が、前記他のドリルロッド、又は前記流体作動装置、又は前記流体搬送デバイスにおける液圧コンポーネントの前記平面状の第２端面に近接する、ドリルロッド。
【請求項１１】
請求項１０記載のドリルロッドにおいて、前記第１接続インタフェースにおける前記液圧コンポーネントの前記平面状の第１端面及び前記第２接続インタフェースにおける前記液圧コンポーネントの前記平面状の第２端面のうち少なくとも一方に端面シールを設ける、ドリルロッド。
【請求項１２】
請求項１１記載のドリルロッドにおいて、前記少なくとも一方における端面シールは、前記第１接続インタフェースにおける前記液圧コンポーネントの前記平面状の第１端面又は前記第２接続インタフェースにおける前記液圧コンポーネントの前記平面状の第２端面における環状窪み内に設ける、ドリルロッド。
【請求項１３】
請求項１１又は１２記載のドリルロッドにおいて、前記端面シールは、前記圧力流体の出口又は前記圧力流体の入口のうち少なくとも一方を包囲する、ドリルロッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体作動装置、例えば、ダウンザホールハンマーを含む打撃掘削ツールに関し、またとくに、液体作動用ダウンザホールハンマーに関する。
【背景技術】
【０００２】
ダウンザホール（ＤＴＨ）打撃ハンマーを使用する高強度岩盤掘削は、十分に確立された技術である。種々のこのようなハンマーが広範囲にわたる多様な掘削用途に一般的に使用されている。実際、これら一般的に使用されているハンマーのすべては「開回路」設計であり、加圧流体を使用してエネルギーをハンマーに伝達し、次に打撃機構から排出された後に、同一流体を使用して掘削された孔から掘削屑をフラッシング（排除）する。空気は、このようなハンマーで最も一般的に使用されており、また多くの場合、極めて好適なフラッシング媒体である。しかし、空気作動ハンマーはエネルギー効率が十分でなく、また、とくに、小さい直径の孔を掘削する際に性能制限を受けることがよくある。
【０００３】
エネルギー効率及び性能を改善する取り組みにおいて、液体作動ハンマーが開発された。これら液体作動ハンマーとしては、開回路の水作動設計及び掘削「泥」として知られている特別な流体を使用する設計の双方がある。これら液体作動設計は、空気設計よりもエネルギー効率及び性能の双方に関して大きな利点があることが分かっている。しかし、液体作動であっても、開回路設計の多くの欠点がある。
【０００４】
第１の欠点は、フラッシング流量対打撃機構流量を独立的に制限できない点である。最小フラッシング流量は打撃流量である。しかし、効率的に孔をフラッシングするのに必要な流体流量は、効率的に打撃機構を駆動する流体流量とは大きく変動することがあり得る。２つの要件間に大きな変動がある場合にはいつでも、エネルギーが無駄になる及び／又はハンマー性能が損なわれる。
【０００５】
他の欠点としては、ハンマーを駆動する流体の選択が打撃機構の駆動及び孔のフラッシング双方に適合するものに限定される点である。このことは、常に、どちらの目的にとって最適でない流体を使用する結果となる。例えば、オイルは、広い作動温度範囲、良好な潤滑及び耐食特性を有しているので、打撃機構を駆動するのに好ましい流体である。しかし、明確な環境上及び経済上の理由から、オイルは掘削した孔のフラッシングには適さない。他方、水は孔のフラッシングにとって好適であるが、概して打撃機構に使用するのには悪い選択である。
【０００６】
開回路システムのさらに他の欠点は、ハンマーを駆動するのに選択された流体を多量に利用可能でなければならない、又は掘削した孔から流出した後に再循環させなければならない。このことは多くの掘削用途にとって大きな欠点であり、これはすなわち、掘削リグを適切な新鮮流体源に接続するか、又は複雑な流体捕集及び濾過システムを利用するかのいずれかをしなければならないからである。多くの状況において、これら双方が必要となり、このことはこのようなリグの機動性を大きく低下させる
【０００７】
これら欠点を克服するとともに、液体作動ハンマーにおける性能及びエネルギー効率の利点を保持するようにする取組みにおいて、「閉回路」原理で動作するハンマーが提案された。これらの設計において、フラッシング流体流はハンマーを駆動するのに使用される圧力流体流とは別個でのものである。圧力流体は、掘削した孔内で消尽されるのではなく、再使用のために帰還流体流として原動機に直接帰還する。この構成には多くの利点がある。
【０００８】
第１の利点は、フラッシング流体流及び圧力流体流は独立的に制御できる点である。他の利点は、打撃流体流及びフラッシング流体流それぞれのために好適な流体を選択でき、ガス状フラッシング媒体を利用する組合せを含むことができる点である。多くの事例において、好適な組合せはオイル／空気、又は幾つかの実施例において、どちらも液圧ＤＴＨとして称されるオイル／水である。他の利点は、きれいなフラッシング流体が十分な量で利用できない場合、開回路設計における厳格な清浄要件なしで再循環できる点である。さらに他の利点は、掘削リグの機動性が改善される点であり、これはすなわち、大きな新鮮流体源又は再循環システムが不要であるからである。
【０００９】
しかし、それらの利点にも係わらず、閉回路液体作動ハンマーは現在に至るまで一般的に使用されるようにはならなかった。この主な理由は、このようなハンマーに液体供給するのに必要なドリルロッドが複雑であり、また多数の要件を満たさなければならない点にある。第１に、ドリルロッドは圧力流体、帰還流体、及びフラッシング流体のために接続部に同時に３つの個別流体流路を形成しなければならず、また動作中種々の流路間の封止を信頼性高く行わなければならない。ロッドは典型的な掘削環境で適切な耐用寿命を与えるのに十分な堅牢性を有していなければならない。液圧ハンマーに使用すべきドリルロッドに関しては、打撃流体がオイルである場合、離脱した際に作動流体を漏れがなく内部に貯留させることができなければならず、また接続及び離脱している間に作動流体の多量喪失を生じないようにしなければならない。ロッドは、さらに、使用中３個すべての流路に対して最小制限部をもたらすようにしなければならず、これはすなわち、順次のドリルロッド間の圧力損失が過剰である場合、ハンマーのエネルギー節約の特徴を打ち消すからである。
【００１０】
特許文献１（欧州特許出願公開第０５７１３４６号）は、液体駆動ダウンザホール掘削に使用できる、３個の同軸状チューブを有するドリル列コンポーネントを開示している。３個のチューブはハンマーを動作させるのに必要な３つの流体を搬送する。隣接するロッドにおけるチューブ間に封止構成を設け、ロッドを接続する間に流路間でクロス漏れを止める。しかし、隣接するロッドを離脱した後、作動流体を貯留する方策は存在せず、この特許文献１に記載のドリルロッドは液圧ＤＴＨには適さない。
【００１１】
特許文献２（独国特許第４０２７４１４号）は、離脱の際に流体損失を防止する封止構成を有する同心状スタイルのドリルロッドを開示している。しかし、この設計は、ロッド接続部の各半部に、圧力流体及び帰還流体それぞれを封止するための２個の可動部分を必要とする。このことは、液圧コンポーネント間における接続部の強度を低下させ、その信頼性に悪影響を及ぼす。さらに、液圧コンポーネントは外側チューブ内に完全に包囲されず、損傷を受け易い状態に放置される。
【００１２】
特許文献３（国際公開第９６／０８６３２号）は、ロッド接続部の各半部に、１個の可動部分に並置流体経路を有し、液圧接続部が外側チューブによって完全に包囲されているドリルロッドを開示している。さらに、ロッドを取り外す際に液圧流体搬送経路を閉鎖し、またロッド相互を接続する際に経路を自動的に開放する閉鎖手段を有する。しかし、この設計は、液圧コンポーネントにおける極めて長い係合長さを有しており、また係合させる際にコンポーネント間の同心性及び角度的整列を確実にする適切な手段を持たない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】欧州特許出願公開第０５７１３４６号明細書
【特許文献２】独国特許第４０２７４１４号明細書
【特許文献３】国際公開第９６／０８６３２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
これら欠点は、接続部におけるシール（封止部）がコンポーネントを係合させる際にポート上を掃過し、これにより接続の信頼性を低下させるという事実によって増幅される。極寒又は極暑の気象条件においては、接続部は、種々のコンポーネント間における許容されない異なる熱膨張による弊害に晒される。さらに、接続部の各半部で単に１個のみの可動コンポーネントが存在し、その可動コンポーネントは、一方の半部では最内側コンポーネントであり、他方の半部では包囲コンポーネントである。このことは、動作中接続部における圧力損失を許容限界内に確実に留めるのに十分な空き領域を維持するのが困難であることを意味する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一態様によれば、流体作動装置のドリルロッドを提供し、このドリルロッドは、
第１端部における第１接続インタフェース及び第２端部における第２接続インタフェースであって、前記第１接続インタフェースは、前記ドリルロッドを他の同様なドリルロッド又は前記流体作動装置における第２接続インタフェースに接続するためのものとし、また前記第２接続インタフェースは、他の同様なドリルロッド又は流体搬送デバイスの第１接続インタフェースに接続するためのものとする、該第１接続インタフェース及び第２接続インタフェースと、
前記ドリルロッドに貫通する複数個の個別の流体流チャネルと、
前記第１接続インタフェースに移動可能に取り付けた第１可動部材と、
前記第２接続インタフェースに移動可能に取り付けた第２可動部材と、
を備え、
前記第１可動部材は前記第１接続インタフェースにおける最内側コンポーネントとし、前記第２可動部材は前記第２接続インタフェースにおける最内側コンポーネントとし、また前記ドリルロッドを他の同様なドリルロッド又は前記流体作動装置又は前記流体搬送デバイスに接続する際に、前記第１可動部材及び前記第２可動部材の移動によってのみ、前記流体流チャネルのうち少なくとも２つの流体流チャネルが、他の同様なドリルロッド又は前記流体作動装置又は前記流体搬送デバイスにおける対応チャネルと流体連通状態に配置されることを特徴とする。
【００１６】
本明細書に使用する用語「最内側（innermost）」は、各可動部材が対応する接続インタフェース内でドリルロッドの中心線に最も近いコンポーネントであることを示しており、すなわち、当該可動部材内には何らのコンポーネントも配置又は収容されないことを示す。
【００１７】
一実施形態において、第１接続インタフェースは雌型接続インタフェースとし、第２接続インタフェースは雄型接続インタフェースとする。代替的実施形態において、この構成を逆にすることができる。本発明のドリルロッドは、液圧ダウンザホールハンマーのような流体作動打撃掘削ツールに使用するのに理想的に適合するが、遠隔操作するのが必要な任意な他の流体作動装置にも使用することができる。流体搬送デバイスも回転デバイスとすることができる。
【００１８】
この構成の利点は、可動部材をドリルロッドの中心線に沿って配置することによって、少なくとも２つの流体流チャネルが流体連通するよう隣接するドリルロッドを接続する際に、流体は、できる限りドリルロッドの中心線に近接して流れる点である。このことにより、ドリルロッドの最大強度を維持できるとともに流体が流れる面積を最大にし、これにより圧力損失を最小に維持することができる。
【００１９】
若干の実施形態において、前記ドリルロッドを他の同様なドリルロッド又は前記流体作動装置に接続する際に、前記可動部材間でドリルロッドの軸線方向（長手方向）にはほぼオーバーラップが存在しないようにする。
【００２０】
このことは、例えば、第１可動部材及び第２可動部材のいずれも、他方の可動部材内に収容されず、又は軸線方向（長手方向）にはほぼオーバーラップが存在しないことを意味する。好適な実施形態において、第１可動部材はほぼ平面状の端面を有し、また第２可動部材はほぼ平面状の端面を有し、ドリルロッドを他の同様なドリルロッド又は流体作動装置に接続する際に、平面状の端面相互が当接する。
【００２１】
この構成の利点は、可動コンポーネント間にはオーバーラップが存在しないので、可動コンポーネントが占めるドリルロッドの断面積を最小限にすることができ、これにより空き領域（例えば、流体が流れることができる領域）を最大にすることができる。このことにより、各接続インタフェースにおける圧力損失を確実に最小に維持する。
【００２２】
実施形態において、前記第１可動部材は前記第１接続インタフェース内でバイアスを加えて取り付け、また前記第２可動部材は前記第２接続インタフェース内でバイアスを加えて取り付け、前記ドリルロッドを他の同様なドリルロッドから、又は前記流体作動装置から、又は前記流体搬送デバイスから離脱させる際に、前記少なくとも２つの流体流チャネルは前記第１可動部材及び前記第２可動部材によって封止されるようにする。したがって、ドリルロッドをドリルロッドの第１端部で他の同様なドリルロッド又は流体作動装置から離脱させる際に、少なくとも２つの流体流チャネルは第１可動部材によって封止される。ドリルロッドをドリルロッドの第２端部で他の同様なドリルロッド又は流体搬送デバイスから離脱させる際に、少なくとも２つの流体流チャネルは第２可動部材によって封止される。
【００２３】
この構成の利点は、ドリルロッドを離脱させる際に、各ドリルロッド内に閉じ込められた流体はドリルロッド内に貯留され、したがって、離脱の際に流体喪失を回避することができる。
【００２４】
本発明の実施形態において、前記複数個の個別の流体流チャネルは、前記ドリルロッドの長さの少なくとも大部分にわたって同心状に配列する。このことにより、各流路はできる限り真直ぐにすることができ、これによりドリルロッドにおける圧力損失を回避することができる。
【００２５】
前記複数個の個別の流体流チャネルは、少なくとも圧力流体チャネル及び帰還流体チャネルを有し、前記ドリルロッドを他の同様なドリルロッド、又は前記流体作動装置、又は流体搬送デバイスに接続する際に、前記第１可動部材及び前記第２可動部材の移動によってのみ、前記圧力流体チャネル及び帰還流体チャネルが、他の同様なドリルロッド又は前記流体作動装置又は前記流体搬送デバイスにおける対応チャネルと流体連通状態に配置され、また前記ドリルロッドを他の同様なドリルロッド又は前記流体作動装置又は前記流体搬送デバイスから離脱させる際に、前記圧力流体チャネル及び帰還流体チャネルは前記第１可動部材及び前記第２可動部材によって封止することができる。
【００２６】
本発明の実施形態によれば、ドリルロッドは、さらに、
外側チューブと、
前記外側チューブ内に同心状に取り付けた中間チューブと、
前記中間チューブ内に同心状に取り付けた中心チューブと、
を備え、前記チューブは前記ドリルロッドに貫通する３つの個別流体流チャネルを生じ、また前記外側チューブは前記中間チューブ及び前記中心チューブの端部を越えて軸線方向（長手方向）に突出する。
外側チューブが中間チューブ及び中心チューブを越えて突出するため、中間チューブ及び中心チューブに対する潜在的な損傷を回避する。
【００２７】
実施形態において、前記第１接続インタフェースは、前記外側チューブの第１端部にテーパ付きのねじ山を設けた雌型ツール継手を有し、また前記第２接続インタフェースは、前記外側チューブの第２端部にテーパ付きのねじ山を設けた雄型ツール継手を有し、前記雌型ツール継手は、前記ドリルロッドを他の同様なドリルロッド又は前記流体作動装置における雄型ツール継手に対してねじ連結するためのものとし、また前記雄型ツール継手は、他の同様なドリルロッド又は流体搬送デバイスおける雌型ツール継手に対してねじ連結するためのものとする。代替的実施形態において、雌ねじを第２接続インタフェースに設け、また雄ねじを第１接続インタフェースに設けることができる。
【００２８】
この構成の利点は、ドリルロッドを互いに合体する際に、テーパつきねじ山はドリルロッドに対する整列効果を有し、大きな軸線方向誤整列がある場合でも互いに係合させることができる点である。
【００２９】
一実施形態において、ドリルロッドは、さらに、
前記第１接続インタフェースにおける少なくとも１個の液圧コンポーネントであって、前記ドリルロッドに通過して圧力流体を搬送するよう構成し、また前記ドリルロッドの外方に指向する端部に圧力流体の出口を有する、該少なくとも１個の液圧コンポーネントと、
前記第２接続インタフェースにおける少なくとも１個の液圧コンポーネントであって、前記ドリルロッドに通過して圧力流体を搬送するよう構成し、また前記ドリルロッドの外方に指向する端部に圧力流体の入口を有する、該少なくとも１個の液圧コンポーネントと、
を備え、前記ドリルロッドを他の同様なドリルロッド、又は前記流体作動装置、又は前記流体搬送デバイスに接続する際に、圧力流体は、前記第１接続インタフェースにおける前記少なくとも１個の液圧コンポーネントから、前記他の同様なドリルロッド又は前記流体作動装置又は前記流体搬送デバイスの前記第２接続インタフェースにおける前記少なくとも１個の液圧コンポーネントに流れ、また前記液圧コンポーネント間には前記ドリルロッドの軸線方向（長手方向）にはオーバーラップが存在しないようにする。
【００３０】
本明細書に使用する用語「液圧コンポーネント」は、作動流体が流れるコンポーネントを示す。本明細書に使用する「外方（outward）」は、ドリルロッドの軸線方向又は長手方向（半径方向ではない）における外方を示す。
【００３１】
この構成の利点は、第１及び第２の接続インタフェースにおける液圧コンポーネント間にオーバーラップが存在しないため、互いに合体させる際に接続インタフェースの同心性を注意深く制御する必要がない点である。コンポーネントはオーバーラップさせないため、半径方向シールは不要となり、したがって、コンポーネントが互いに沿って移動する際にこのようなシールに対する損傷の心配がなくなる。
【００３２】
実施形態において、前記第１接続インタフェースにおける前記少なくとも１個の液圧コンポーネントはほぼ平面状の第１端面を有し、また前記第２接続インタフェースにおける前記少なくとも１個の液圧コンポーネントはほぼ平面状の第２端面を有し、前記ドリルロッドを他の同様なドリルロッド、又は前記流体作動装置、又は流体搬送デバイスに接続する際に、前記平面状の第１端面及び第２端面が互いに近接させられる。したがって、前記ドリルロッドを他の同様なドリルロッド、又は前記流体作動装置の第１端部に接続する際に、前記ドリルロッドの前記平面状の第１端面は、他の同様なドリルロッド、又は前記流体作動装置の前記第２端面に近接する。さらに、ドリルロッドの第２端部を、他の同様なドリルロッド又は流体搬送デバイスに接続する際に、ドリルロッドの平面状の第２端面が、前記他の同様なドリルロッド又は流体搬送デバイスの前記平面状の第１端面に近接する。好適には、２つの端面はロッドの接続によって接触させられず、互いに当接する寸前の状態にする。代替的実施形態において、流体作動装置及び流体搬送デバイスには、さらに、平面状端面を有するインタフェースコンポーネントを設ける。
【００３３】
実施形態において、平面状の第１端面及び第２端面は、ドリルロッドを他の同様なドリルロッド、又は流体作動装置、又は流体搬送デバイスに接続する際に、ドリルロッドの平面状の第１端面が、前記他の同様なドリルロッド、又は流体作動装置、又は流体搬送デバイスの平面状の第２端面との接触を維持されるとともに、圧力流体チャネルにおける圧力が帰還流体チャネルにおける圧力よりも大きいものとなるようにする。液圧コンポーネントの加圧により、２つの平面状の端面を互いに接触させる。
【００３４】
好適には、前記平面状の第１端面及び第２端面のうち少なくとも一方に端面シールを設け、対向する端面に対して封止を行うようにする。端面シールは、封止面がシールの軸線に直交するシールである、すなわち、第１端面と第２端面との間で主に長手方向又は軸線方向に相互作用することによって封止を行う。端面シールは、前記平面状の第１端面又は第２端面における環状窪み内に設けることができる。前記端面シールは、前記圧力流体の出口又は前記圧力流体の入口のうち少なくとも一方を包囲することができる。
【００３５】
この構成の利点は、互いに当接する２つの端面間に端面シールを使用することによって、従来技術の半径方向シールよりも、接続の際における隣接ドリルロッド間の軸線方向（平行性）誤整列に対してより大きな許容性がある点である。このことは、隣接するロッドの中心軸線が接続の際に互いにオフセットしている場合でも、依然として信頼性の高い封止が得られる。端面シールは、さらに、半径方向シールよりも接続の際に損傷を受けにくい。
【００３６】
本発明の他の態様によれば、流体作動装置のドリルロッドを提供し、このドリルロッドは、
第１端部における第１接続インタフェース及び第２端部における第２接続インタフェースであって、前記第１接続インタフェースは、前記ドリルロッドを他の同様なドリルロッド又は前記流体作動装置における第２接続インタフェースに接続するためのものとし、また前記第２接続インタフェースは、他の同様なドリルロッド又は流体搬送デバイスの第１接続インタフェースに接続するためのものとする、該第１接続インタフェース及び第２接続インタフェースと、
前記第１接続インタフェースにおける少なくとも１個の液圧コンポーネントであって、前記ドリルロッドに通過して圧力流体を搬送するよう構成し、また前記ドリルロッドの外方に指向する端部に圧力流体の出口を有する、該少なくとも１個の液圧コンポーネントと、
前記第２接続インタフェースにおける少なくとも１個の液圧コンポーネントであって、前記ドリルロッドに通過して圧力流体を搬送するよう構成し、また前記ドリルロッドの外方に指向する端部に圧力流体の入口を有する、該少なくとも１個の液圧コンポーネントと、
を備え、
前記ドリルロッドを他の同様なドリルロッド、又は前記流体作動装置、又は前記流体搬送デバイスに接続する際に、圧力流体は、前記第１接続インタフェースにおける前記少なくとも１個の液圧コンポーネントから、前記他の同様なドリルロッド又は前記流体作動装置又は前記流体搬送デバイスの前記第２接続インタフェースにおける前記少なくとも１個の液圧コンポーネントに流れ、また前記液圧コンポーネント間には前記ドリルロッドの軸線方向にはオーバーラップが存在しないようにする。
【００３７】
一実施形態において、第１接続インタフェースは雌型接続インタフェースとし、第２接続インタフェースは雄型接続インタフェースとする。代替的実施形態において、この構成を逆にすることができる。本発明のドリルロッドは、液圧ダウンザホールハンマーのような流体作動打撃掘削ツールに使用するのに理想的に適合するが、遠隔操作するのが必要な任意な他の流体作動装置にも使用することができる。流体搬送デバイスも回転デバイスとすることができる。
【００３８】
本発明の実施形態を以下に添付図面につき説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明によるドリルロッドを有する液圧ダウンザホール掘削システムの縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態によるドリルロッドのコンポーネントを分解状態で示す縦断面図である。
【図３】図２のドリルロッドを組み合せた状態で示す縦断面図である。
【図４】２個のドリルロッドを互いに接続するため合体している状態の縦断面図である。
【図５】図４のドリルロッドが部分的に係合した状態の縦断面図である。
【図６】図４のドリルロッドが完全に係合した状態の縦断面図である。
【図７】図６のドリルロッドの一部分であって、接続部を通過する圧力流体流路を示す縦断面図である。
【図８】図６のドリルロッドの一部分であって、接続部を通過する帰還流体流路を示す縦断面図である。
【図９】ドリルロッドの断面箇所を示す図６のドリルロッド断面図と、Ａ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、及びＣ−Ｃ線における横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明による２個のドリルロッド２，３を組み込んだ液圧ダウンザホール掘削システムを図１に示す。このシステムはハンマー１を有し、このハンマー１には圧力流体及びフラッシング流体を送給し、ハンマー１はドリルロッド２，３を通して帰還流体を排出する。
【００４１】
図２及び３は、本発明の実施形態によるドリルロッド２を示す。ドリルロッド２は、第１端部１０１における雌型接続インタフェース（接合域）１００と、第２端部１０３における雌型接続インタフェース（接合域）１０２とを有する。雌型接続インタフェース１００は、ドリルロッド２を図１に示すような他の同様なドリルロッド３又はハンマー１に接続するためのものである。ドリルロッド２は、同心状チューブ構体によって生ずる複数個の個別の流体流チャネル４，６，８を有する。ドリルロッドは、圧力流体を搬送し、また中間チューブ５によって包囲される中心チューブ４を備える。帰還流体は、中心チューブ４と中間チューブ５との間における環状チャネル６内で搬送される。中間チューブは外側チューブ７によって包囲される。フラッシング流体は中間チューブ５と外側チューブ７との間における環状チャネル８内で搬送される。
【００４２】
雌型接続インタフェース１００は、外側チューブ７の第１端部に溶接した強化ハウジング又は雌型ツール継手１０を有する。雌型ツール継手は、全体として円筒形の形態であり、また内部ボアを内部に設ける。テーパ付きのねじ山を雌型ツール継手の内壁に設ける。雄型接続インタフェース１０２は、外側チューブ７の第２端部に溶接した強化ハウジング又は雄型ツール継手９を有する。雄型ツール継手は、全体として円筒形の形態であり、またテーパ付きのねじ山を雄型ツール継手の外壁に設ける。雌型ツール継手１０は、ドリルロッド２を同様の他のドリルロッドの雄型ツール継手９又はハンマー１にねじ連結するためのものであり、また雄型ツール継手９は、図１に示すような同様の他のドリルロッド３の雌型ツール継手１０又は回転装置にねじ連結するためのものである。代替的実施形態において、ツール継手を溶接以外の手段によって外側チューブに固着することができる。
【００４３】
端部ピース１３を中心チューブ４の第１端部に設ける。中心チューブ４の第２端部において、シールキャリヤ１１をチューブに溶接し、またシール１２を装着する。同様に、端部ピース１６を中間チューブ５の第１端部に溶接し、またシール１５を装着するシールキャリヤ１４を中間チューブ５の第２端部に溶接する。代替的実施形態において、端部ピースを溶接以外の手段によって中心チューブ及び中間チューブに固着することができる。
【００４４】
ドリルロッド２は、先ず雌型液圧インサート１７を雌型ツール継手１０内に押し込み、最終的にインサート１７の端部が雌型ツール継手１０における内方突出肩部に当接するまで押し込むことによって組み付ける。次に、中間チューブ５を外側チューブ７内に雄型ツール継手９から導入し、最終的にシールキャリヤ１４が雄型ツール継手９における内方突出肩部１８に当接するまで導入する。シール１５はツール継手９の内壁に係合する。中間チューブ５が所定位置にある際に、端部ピース１６は、雌型ツール継手１０の内壁における周方向溝に設けた半径方向シール１９に係合する。次に、雄型液圧インサート２０を雄型ツール継手９内に押し込み、最終的にシールキャリヤ１４に当接するまで押し込む。次いで中心チューブ４を雄型液圧インサート２０内に導入し、最終的にそのシールキャリヤ１１が液圧インサート２０に設けた内方突出肩部２１に係合するまで導入する。中心チューブが所定位置にある際に、その端部ピース１３は液圧インサート１７における周方向溝に設けた半径方向シール２８に係合する。図３に示すように、チューブを組み付けた際に、外側チューブ７は中間チューブ及び中心チューブの端部を越えて軸線方向に突出する。
【００４５】
ドリルロッドは、さらに、雌型接続インタフェース１００内に移動可能に取り付けた雌型制御スプール２３と、雄型接続インタフェース１０２内に移動可能に取り付けた雄型制御スプール２２とを備える。雌型制御スプール２３は、雌型接続インタフェース１００内にばね２５によってバイアスを加えて取り付け、また雄型制御スプール２２は、雄型接続インタフェース１０２内にばね２４によってバイアスを加えて取り付ける。図３に示すように、雌型制御スプール２３は雌型接続インタフェース１００における最内側コンポーネントであり、また雄型制御スプール２２は雄型接続インタフェース１０２における最内側コンポーネントであり、すなわち、他のコンポーネントは制御スプール２２，２３のいずれの内部にも配置又は収容されない。
【００４６】
組み付けを完了するため、制御スプール２２及び２２をばね２４及び２５とともに、それぞれ雄型液圧インサート２０及び雌型液圧インサート１７内に導入し、また雄型スプール止め具２６及び雌型スプール止め具２７をそれぞれ雄型液圧インサート２０及び雌型液圧インサート１７にねじ込む。各スプール止め具２６，２７はほぼ平面状の端面を有する。スプール止め具２７はその端面に液圧流体の出口を有し、またスプール止め具２６はその端面に液圧流体の入口を有する。端面シール３４をスプール止め具２６の平面状端面における環状窪み内に設け、この端面シール３４は圧力流体の入口を包囲する。これらスプール止め具２６，２７におけるねじ山を付加的軸線方向クリアランスとともに形成し、スプール止め具２６，２７が軸線方向に僅かな量だけ移動できるようにする。圧力印加によって「付勢」される際に、スプール止め具２６，２７が互いに接触する。制御スプール２２及び２３におけるシール２９及び３０は、ドリルロッドを他のドリルロッドから離脱させる際に、中心チューブ４内に収納されたオイルがドリルロッドから外部に漏れないことを確実にする。制御スプール２２及び２３におけるシール３１及び３２は、離脱の際に、環状帰還流路６内に収納されたオイルが外部に漏れないことを確実にする。このようにして、ドリルロッドを同様の他のドリルロッド又は掘削ツールから離脱させる際に、圧力流体及び帰還流体のチャネルは、雄型及び雌型の制御スプールによって封止される。
【００４７】
完全に組み付けた後、中心チューブ４及び中間チューブ５は、雄型接続インタフェース１０２においてのみ、それぞれ肩部２１及び１８との係合により所定位置に固着される。これらチューブの反対側の端部における端部ピース１３及び１６はシール２８及び１９内で軸線方向に自由に移動する。このことにより、チューブを個別に交換するようなことがある場合、チューブにおける僅かな長さ変動は許容でき、またより重要なことに、作動中に異なる温度又は圧力によって誘発される種々のチューブの長さ変化を許容する。
【００４８】
図４に示すように、隣接するドリルロッド２，３は互いに継ぎ合わされ、この継ぎ合わせは、ドリルロッド３における雌型ツール継手１０のねじ山をドリルロッド２における雄型ツール継手９のねじ山に係合させ、またロッド３をロッド２に対して回転することによって行う。
【００４９】
図５に示すように、ロッドを合体させる際に、制御スプール２２及び２３は互いに接触する。図面に示すように、制御スプールそれぞれはほぼ平面状端面を有し、またドリルロッドが相互に合体する際に、平面状端面が互いに当接する。ばね２５は、ばね２４が雄型制御スプール２２に対して加えるよりも大きい予負荷力を雌型制御スプール２３に加える。ドリルロッド間にねじ連結の係合を継続することによって、雄型制御スプール２２をスプール止め具２６から離れる方向に移動させ、最終的に中心チューブ４におけるシールキャリヤ１１に接触させ、このポイントにおいてはそれ以上の移動は不能となる。さらに連結の係合を継続することによって、雌型制御スプール２３をスプール止め具２７から離れる方向に移動させる。図５に示すポイントにおいて、雄型制御スプール２２は最大限移動してシールキャリヤ１１に接触し、また雌型制御スプール２３は離脱しようとしている。雌型接続インタフェースが接続の上流側にあるので、雌型制御スプール２３がスプール止め具２７から離れる際に、中心チューブ４からのオイルはロッド３から放出されて接続領域に横溢する。このことは、接続領域が道程の最終部分の前に十分に潤滑されることを確実にする。これと同一位置で、雌型液圧インサート１７の外壁における周方向溝に設けた半径方向シール３３は、雄型ツール継手９の鼻状部に係合し、接続領域に横溢する流体が外部に漏れないことを確実にする。
【００５０】
図６に示すように、接続領域が完全に係合する際に、２個のスプール止め具２６，２７は互いに極めて密接する状態となる。スプール止め具の平面状端面は互いに当接し、図面に示すように、可動制御スプール２２，２３間又はスプール止め具２６，２７間のいずれにおいても長手方向又は軸線方向のオーバーラップは存在しない。雄型スプール止め具２６における端面シール３４は雌型スプール止め具２７の平面状端面に係合し、ドリルロッド２，３間のインタフェースにおける圧力流体流路の周りに封止を生ずる。図６に示す位置において、雌型制御スプール２３は、雄型制御スプール２２が止め具２６から離れるのと同一距離だけ止め具２７から離れており、これによりドリルロッド３の圧力流体チャネル４及び帰還流体チャネル６は、制御スプールの移動によってのみ、ドリルロッド２の対応チャネルとの流体連通状態に配置される。図７及び８に示すように、流体流チャネルはほぼ対称的である。
【００５１】
図７及び８に示すように、スプール２２，２３の止め具２６，２７から離れる移動は、圧力流体流路及び帰還流体流路をほぼ同時に開く。圧力流体はドリルロッド３の中心チューブ４及び雌型制御スプール２３を経由してドリルロッド２の雄型制御スプール２２及び中心チューブ４内に流入する。帰還流体は、ドリルロッド２における環状チャネル６から制御スプール２２の外壁における窪み内に流入し、液圧インサート２０における多重穿孔部を経由し、次に雄型ツール継手９と液圧インサート２０，１７との間でドリルロッド３の液圧インサート１７における穿孔部を経由し、制御スプール２３の外壁における窪み内、またドリルロッド３の環状チャネル６内に流入する。離脱する際には、これと逆のことを生じ、流路は、雄型ツール継手９の鼻状部がシール３３から離脱する直前にほぼ同時に閉じる。このことにより、接続／離脱サイクルそれぞれで確実に液圧流体の大きな喪失がないようにすることができる。
【００５２】
図９の横断面図は、雄型ツール継手９及び雌型ツール継手１０に貫通する長手方向穿孔部の形式としたフラッシングチャネル及び液圧インサート１７，２０における帰還チャネル穿孔部を示す。
【００５３】
上述したように、各接続インタフェースには、単に１個の可動コンポーネント、すなわち、制御スプールしか存在せず、また制御スプール間には軸線方向にはオーバーラップ部分がなく、すなわち、どちらの可動コンポーネントも他方のコンポーネント内に収容されない。各可動コンポーネントは、接続インタフェースの最内側コンポーネントである。制御スプールの移動は、接続部の各半部における作動流体の流れを制御する。
【００５４】
図面に示し、また上述した実施形態において、圧力流体は、一方のドリルロッドにおける雌型接続インタフェースから隣接するドリルロッドにおける雄型接続インタフェースに流れる。代替的実施形態において、接続インタフェースは逆にし、一方のドリルロッドにおける雄型接続インタフェースから隣接するドリルロッドにおける雌型接続インタフェースに流れるようにすることができる。この実施形態のためにドリルロッドに必要となる変更は、ばね２４及び２５を逆にすることである。
【００５５】
この設計に関連して多くの利点がある。業界標準のテーパ付きねじ山を使用して強度のあるツール継手が得られ、これにより初期的に平行性誤整列がある場合でもツール継手によって接続部を係合及び案内できる。ツール継手内の液圧インサートは、対向するツール継手は、大きな角度的誤整列がある場合でも、ねじ係合の少なくとも最初の８０％にわたり互いに接触できないよう形成することができる。これらコンポーネント間に接触が起こり得ない場合、摩耗又は損傷は何ら生ずることがなく、従来技術の設計よりも接続の信頼性を大きく向上させることができる。上述したように、また図５に示すように、雄型制御スプールが完全に変位した位置、すなわち、雄型ツール継手９の鼻状部が雌型液圧インサート１７のシール３３に係合する位置に達するまでは、雄型ツール継手と雌型液圧インサートとの間に係合を生ずることはない。さらに、制御スプールが最小断面積を占めることから、液圧インサートは、ツール継手に比べて断面積及び曲げ強度を大きくして、極めて強度を高く形成することができる。このことは信頼性を向上する。ツール継手における各流路が利用可能な面積は、信頼性を損なうことなくツール継手の内部断面積全体の２０％程度の高い割合に維持できる。このことは、隣接ドリルロッド間の各接続時における圧力損失を減少する。
【００５６】
圧力流路接続部における半径方向シールの代わりに端面シールを使用することにより多くの更なる利点を生ずる。シール上でのコンポーネント移動がないことから、係合中に損傷又は摩耗をより一層受けにくくなる。大きな平行性誤整列、及び半径方向シールより大きい角度的誤整列を許容できる。シールに係合する雌型制御スプール止め具は、接続部に誤整列がある場合でも、いかなる他のコンポーネントにも接触しない。このことにより、スプール止め具と間におけるシールの信頼性に影響を及ぼす恐れのある摩耗又は損傷を確実に受けないようにすることができる。圧力の下で互いに接触させるスプール止め具２６，２７の(僅かな)軸線方向移動により、端面シール３４が確実に何らの突出ギャップもなく動作できるようにし、信頼性を一層高める。
【００５７】
液圧インサート１７の外壁における半径方向シール３３は、帰還流体の低い圧力のみ受け、雄型ツール継手との係合長さは極めて短く、ロッド直径の約１０％である。このことは、シールの信頼性を向上し、これはすなわち、雄型ツール継手がシール上で総ねじ係合長さの少ない部分のみにわたって移動するからである。
【００５８】
チューブ４及び５の端部ピースは、半径方向シール内に収容され、また所定位置に固着されていないため、この設計によれば、これらコンポーネントの異なる熱膨張を許容する。
【００５９】
ドリルロッドは完全にモジュール式とし、また各コンポーネントは必要に応じて個別に交換することができる。
【００６０】
同心状チューブ構体によれば、動作中に圧力チャネルから漏れるいかなる少量の流体も完全に帰還チャネル内に閉じ込めることを確実にし、したがって、確実に作動流体の損失をなくすことができる。この構成は、さらに、圧力チャネルのいかなる箇所に封止破損があっても、作動流体を閉じ込める。
【００６１】
本発明に言及する本明細書における用語としての「備える／備えている（comprises/comprising）」及び「有する／含む（having/including）」は、記載の特徴、実体、ステップ又はコンポーネントの存在を特定するのに使用するが、１つ又は複数の他の特徴、実体、ステップ、コンポーネント又はそれらのグループの存在又は付加を排除するものではない。
【００６２】
個別の実施形態の文脈で分かり易くするため記載した本発明の若干の特徴は、単独実施形態において組み合わせて設けることもできる。逆に、単独の実施形態の文脈で簡潔に記載した本発明の様々な特徴は、切り離して又は任意の適当な副次的組合せで設けることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１    ハンマー
２    ドリルロッド
３    ドリルロッド
４    中心チューブ（流体流チャネル）
５    中間チューブ
６    環状チャネル（流体流チャネル）
７    外側チューブ
８    環状チャネル（流体流チャネル）
９    雄型ツール継手（強化ハウジング）
１０    雌型ツール継手（強化ハウジング）
１１    シールキャリヤ
１２    シール
１３    端部ピース
１４    シールキャリヤ
１５    シール
１６    端部ピース
１７    雌型液圧インサート
１８    内方突出肩部
１９    半径方向シール
２０    雄型液圧インサート
２１    内方突出肩部
２２    雄型制御スプール
２３    雌型制御スプール
２４    ばね
２５    ばね
２６    雄型スプール止め具
２７    雌型スプール止め具
２８    半径方向シール
２９    シール
３０    シール
３３    半径方向シール
３４    端面シール
１００    雌型接続インタフェース（接合域）
１０２    雄型接続インタフェース（接合域）
１０１    第１端部
１０３    第２端部
【図１】
0006533218.tif 000002
【図２】
0006533218.tif 000003
【図３】
0006533218.tif 000004
【図４】
0006533218.tif 000005
【図５】
0006533218.tif 000006
【図６】
0006533218.tif 000007
【図７】
0006533218.tif 000008
【図８】
0006533218.tif 000009
【図９】
0006533218.tif 000010