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JP3124700B2 - Excavator direction control device - Google Patents

Excavator direction control device

Info

Publication number
JP3124700B2
JP3124700B2 JP07096006A JP9600695A JP3124700B2 JP 3124700 B2 JP3124700 B2 JP 3124700B2 JP 07096006 A JP07096006 A JP 07096006A JP 9600695 A JP9600695 A JP 9600695A JP 3124700 B2 JP3124700 B2 JP 3124700B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
peripheral surface
annular member
inner peripheral
circular inner
annular
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP07096006A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH08270369A (en
Inventor
昭夫 池田
巧悦 車野
Original Assignee
石油公団
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 石油公団 filed Critical 石油公団
Priority to JP07096006A priority Critical patent/JP3124700B2/en
Priority to US08/750,138 priority patent/US5875859A/en
Priority to EP96901498A priority patent/EP0759115B1/en
Priority to PCT/JP1996/000187 priority patent/WO1996030616A1/en
Priority to DE69608375T priority patent/DE69608375T2/en
Publication of JPH08270369A publication Critical patent/JPH08270369A/en
Priority to NO19965061A priority patent/NO316127B1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3124700B2 publication Critical patent/JP3124700B2/en
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、油井、ガス井掘削機
等に代表される掘削装置の掘削方向を制御するための制
御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for controlling a drilling direction of a drilling device such as an oil well or gas well drilling machine.

【0002】[0002]

【従来の技術】地下資源の採取あるいは土木工事を目的
として地下に孔を掘削する掘削装置、特に石油、天然ガ
ス、地熱蒸気などの地下流体資源を採取するためにその
賦存地層まで大深度の坑井を能率よく掘削する代表的な
掘削装置であるロータリー式掘削装置においては、固い
岩盤などを迂回させて掘削作業を継続させるために、ド
リルの進行方向を変更させる掘削方向制御装置が必要で
ある。また、掘削中に何らかの原因で掘削方向に狂いが
生じた場合には、掘削方向を目標とする方向に修正する
ため、掘削方向制御装置が必要である。
2. Description of the Related Art Drilling rigs for drilling holes underground for the purpose of collecting underground resources or civil engineering work, especially for collecting underground fluid resources such as oil, natural gas, geothermal steam, etc. A rotary drilling rig, a typical drilling rig that efficiently drills a well, requires a drilling direction control device that changes the direction of drilling in order to continue drilling work by bypassing hard rock. is there. In addition, when the excavation direction is misaligned for some reason during excavation, an excavation direction control device is required to correct the excavation direction to a target direction.

【0003】従来、ロータリー式掘削装置の掘削方向制
御装置としては、特開昭57−21695号公報、特開
昭57−100290号公報、特開昭58−21030
0号公報等に各種の掘削方向制御機構が提案されてい
る。しかし、特開昭57−21695号公報、特開昭5
7−100290号公報、特開昭58−210300号
公報等に開示の掘削方向制御機構は、掘削方向を全方位
に亘って制御できないばかりでなく、機構が複雑である
などの問題点を有しており、十分に満足できるものでは
なかった。
Conventionally, as an excavation direction control device for a rotary excavator, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 57-21695, 57-100290, and 58-21030 have been disclosed.
No. 0 publication proposes various excavation direction control mechanisms. However, Japanese Patent Application Laid-Open Nos.
The excavation direction control mechanism disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-100290 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-210300 not only cannot control the excavation direction in all directions but also has a problem that the mechanism is complicated. And was not fully satisfactory.

【0004】また、最近においては、複数の中空型調和
歯車減速機と、中空型調和歯車減速機のそれぞれの出力
要素に連結され、対応する各減速機回転軸に対して偏心
回転する偏心中空部を備えた複数の偏心回転部材と、前
記中空型調和歯車減速機の中空部および前記偏心回転部
材の前記偏心中空部を貫通した状態に装着された掘削機
ドリルの回転シャフトとを有し、偏心回転する前記偏心
中空部の内周面によって、前記回転シャフトの部分がシ
ャフト中心軸線とほぼ直行する方向に向けて変位せしめ
られるようになっている装置(特開平4−76183号
公報)、同軸状態に配置した第1および第2の中空型調
和歯車減速機と、前記第1の中空型調和歯車減速機と同
軸状態に配列され、この減速機により回転させられる第
1の円環状部材と、前記第2の中空型調和歯車変速機と
同軸状態に配列され、この変速機により回転させられる
第2の円環状部材とを有し、前記第1および第2の円環
状部材は相対回転可能な状態にそれらの環状端面が相互
に重ね合わされており、これらの重ね合わされた端面
は、中心軸線方向に対して一定の角度だけ傾斜した傾斜
面に設定されており、前記第1および第2の円環状部材
の中空部分を貫通した状態に掘削ドリルの回転シャフト
を配置し、これらの第1および第2の円環状部材を相対
回転させて、この回転シャフトを所定の方向に撓める装
置(特開平5−149079号公報)、図7に示すとお
り、円筒型ハウジング101と、この円筒型ハウジング
101の円形内周面上に回転自在に支持されていると共
に、当該円筒型ハウジング101に対して偏心した円形
内周面を備えた第1の円環状部材102と、この第1の
円環状部材102の前記円形内周面上に回転自在に支持
されていると共に、当該円形内周面に対して偏心した円
形内周面を備えた第2の円環状部材103と、前記第1
および第2の円環状部材102、103をそれらの部材
中心の回りに相対的に回転させる中空型の調和歯車減速
機104、105とを有し、前記円筒型ハウジング10
1に対する前記第1の円環状部材102の円形内周面の
偏心量と、この第1の円環状部材102に対する前記第
2の円環状部材103の円形内周面の偏心量とが等しく
なるように設定されており、前記第2の円環状部材10
3の円形内周面の中心と一体的に移動するように先端に
ドリルビット106を有する回転シャフト107を当該
第2の円環状部材103に連結して、前記第1および第
2の円環状部材102、103を相対回転させることに
よって、支点軸受108を支点として前記回転シャフト
107の位置決めを行う装置(特開平5−202689
号公報)等の提案が行われている。
Recently, a plurality of hollow harmonic gear reducers and an eccentric hollow portion connected to each output element of the hollow harmonic gear reducer and eccentrically rotating with respect to each corresponding reducer rotating shaft. A plurality of eccentric rotating members comprising: a hollow shaft of the excavator drill mounted so as to penetrate through the hollow portion of the hollow type harmonic gear reducer and the eccentric hollow portion of the eccentric rotating member. A device in which a portion of the rotating shaft is displaced in a direction substantially perpendicular to a shaft central axis by an inner peripheral surface of the rotating eccentric hollow portion (Japanese Patent Laid-Open No. 4-76183), A first and a second hollow-type harmonic gear reducer arranged at a first annular member arranged coaxially with the first hollow-type harmonic gear reducer and rotated by the reducer; A second annular member arranged coaxially with the second hollow-type harmonic transmission and rotated by the transmission, wherein the first and second annular members are relatively rotatable. The annular end faces are superimposed on each other in a state, and the superposed end faces are set as inclined surfaces inclined by a fixed angle with respect to the center axis direction, and the first and second circles are set. A rotating shaft of a drilling drill is arranged in a state penetrating the hollow portion of the annular member, and the first and second annular members are relatively rotated to bend the rotating shaft in a predetermined direction. As shown in FIG. 7, a cylindrical housing 101 and a cylindrical housing 101 are rotatably supported on a circular inner peripheral surface of the cylindrical housing 101. A first annular member 102 having an eccentric circular inner peripheral surface; and a first annular member 102 rotatably supported on the circular inner peripheral surface of the first annular member 102 and having a circular inner peripheral surface. A second annular member 103 having a circular inner peripheral surface eccentric with respect to the first annular member 103;
And cylindrical hollow gear reducers 104 and 105 for relatively rotating the second annular members 102 and 103 around the centers of the members.
1 and the amount of eccentricity of the circular inner peripheral surface of the first annular member 102 with respect to the first annular member 102 is equal to the amount of eccentricity of the circular inner peripheral surface of the second annular member 103 with respect to the first annular member 102. And the second annular member 10
And a rotating shaft 107 having a drill bit 106 at the end thereof so as to move integrally with the center of the circular inner peripheral surface of the third annular member 103 to the second annular member 103. A device for positioning the rotary shaft 107 with a fulcrum bearing 108 as a fulcrum by relatively rotating the shafts 102 and 103 (Japanese Patent Laid-Open No. 5-202689).
No. Gazette).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記特開平4-76183号
公報、特開平5-149079号公報および特開平5-202689号公
報に開示の掘削方向制御装置は、次のような問題点を有
している。 (イ) ビット荷重を受けるスラスト軸受は、掘削方向制
御装置の上部の回転シャフト保持機構部であり、回転シ
ャフトはこの位置までビット荷重が作用する。 (ロ) 第1および第2の円環状部材の回転角度位置によっ
て回転シャフトの撓みの方向と量が決まるが、この回転
角度位置を検出する従来の光センサーや渦電流センサー
等のパルスカウント方式の位置検出センサーでは原点保
持が困難で、地上での調整はできるが石油掘削等の地下
数百、数千メータにおよぶ坑底の高温、高圧環境下で精
度よく検出することは不可能に近い。 (ハ) 回転シャフトの撓みの支点が掘削方向制御装置の
上部のシャフト保持機構であり、支点から下部シール機
構までの距離が長くなって、回転シャフト撓み時の下部
シール部でのシャフト偏心量が大きくなり、シール機構
の構造が複雑となって設計困難となるため、シール機構
における制限から回転シャフトの曲げ角度を大きく取れ
ない。 (ニ) ドリルビット直上で回転シャフトを支持している
のは、二重偏心機構部であり、掘削中の振動が直ちに偏
心機構に伝わる構造となっており、強度的に問題があ
る。したがって、実際の掘削においては、ドリルビット
の横荷重を利用して掘削方向を制御するものであるが、
回転シャフトの剛性が弱いため、ビット横荷重量がビッ
ト荷重により大きく変動し、場合によっては変えたい方
向と逆方向の力に転ずるという弱点を有している。
The excavation direction control devices disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 4-76183, 5-49079 and 5-202689 have the following problems. are doing. (A) The thrust bearing receiving the bit load is the rotary shaft holding mechanism on the upper part of the excavation direction control device, and the bit load acts on the rotary shaft up to this position. (B) The direction and amount of deflection of the rotary shaft are determined by the rotational angle positions of the first and second annular members.Pulse counting methods such as conventional optical sensors and eddy current sensors that detect this rotational angle position are used. It is difficult to maintain the origin with a position detection sensor, and it can be adjusted on the ground, but it is almost impossible to accurately detect it under high temperature and high pressure environment of several hundreds or thousands of meters underground such as oil drilling. (C) The fulcrum of the rotation of the rotating shaft is the shaft holding mechanism on the upper part of the excavation direction control device, and the distance from the fulcrum to the lower seal mechanism becomes longer. As a result, the structure of the sealing mechanism becomes complicated and the design becomes difficult, so that the bending angle of the rotating shaft cannot be made large due to the limitation in the sealing mechanism. (D) The rotary shaft is supported immediately above the drill bit by the double eccentric mechanism, and the vibration during drilling is immediately transmitted to the eccentric mechanism, which has a problem in strength. Therefore, in actual excavation, the excavation direction is controlled using the lateral load of the drill bit.
Since the rigidity of the rotary shaft is weak, the bit lateral load greatly fluctuates due to the bit load, and in some cases, the bit lateral load changes to a force in a direction opposite to the direction to be changed.

【0006】この発明の目的は、第1および第2の円環
状部材の回転角度位置を坑底の高温、高圧環境下で精度
よく検出できると共に、下部シール部での回転シャフト
の軸直角方向変位量をできるだけ小さくでき、掘削中の
ビット荷重や振動が強度の弱い偏心機構部へ作用するの
を抑制でき、ビット上部の回転シャフトの剛性を高める
ことができる掘削機の掘削方向制御装置を提供すること
にある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to accurately detect the rotational angle positions of the first and second annular members in a high temperature and high pressure environment at the bottom of a shaft, and to displace the rotational shaft in the lower seal portion in a direction perpendicular to the axis. Provided is an excavating direction control device for an excavator capable of minimizing the amount, suppressing the bit load and vibration during excavation from acting on an eccentric mechanism having low strength, and increasing the rigidity of a rotating shaft above the bit. It is in.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意試験研究を重ねた。その結果、ドリル
ビットと二重偏心機構部との中間に支点軸受を配置する
と共に、二重偏心機構の上部に回転シャフトの軸直角方
向変位量を吸収するためのフレキシブルジョイントを上
部軸受との間に配置することによって、支点軸受がビッ
ト荷重を受けるスラスト軸受としての機能ばかりでな
く、二重偏心機構部での回転シャフトの軸直角方向変位
時の回転中心となり、ドリルビットを反対方向に変位さ
せる働きをするため、支点軸受に隣接して下部シールを
配置でき、下部シール部での回転シャフトの軸直角方向
変位量が小さくシール構造が簡単になること、回転シャ
フトに与えられた軸直角方向変位がフレキシブルジョイ
ントにより吸収され、回転シャフトへの過大な曲げ応力
が防止できることを究明し、この発明に到達した。
Means for Solving the Problems The present inventors have intensively studied and studied to achieve the above object. As a result, placing the fulcrum bearing intermediate the drill bit and the double eccentric mechanism section, while a flexible joint for absorbing axis-perpendicular direction displacement of the rotational shaft at the top of the double eccentric mechanism the upper bearing By disposing the fulcrum bearing, the fulcrum bearing not only functions as a thrust bearing that receives the bit load, but also becomes the rotation center when the rotating shaft is displaced in the direction perpendicular to the axis of the double eccentric mechanism, and displaces the drill bit in the opposite direction. The lower seal can be arranged adjacent to the fulcrum bearing to act, the displacement of the lower shaft in the direction perpendicular to the axis of the rotating shaft is small, and the seal structure is simpler. Was absorbed by the flexible joint, and it was found that excessive bending stress on the rotating shaft could be prevented, and the present invention was reached.

【0008】すなわちこの発明は、円筒型ハウジング
と、該円筒型ハウジングの上下端側に配置した上部シー
ルと下部シールと、円筒型ハウジングの円形内周面上に
回転自在に支持されていると共に、当該円筒型ハウジン
グに対して偏心した円形内周面を備えた第1の円環状部
材と、この第1の円環状部材の前記円形内周面上に回転
自在に嵌め合わせると共に、当該円形内周面に対して偏
心した円形内周面を備えた第2の円環状部材とからなる
二重偏心機構を備え、前記第1および第2の円環状部材を
それらの部材中心の回りに相対的に回転させる中空型の
調和歯車減速機とを有し、前記円筒型ハウジングに対す
る前記第1の円環状部材の円形内周面の偏心量と、この
第1の円環状部材に対する前記第2の円環状部材の円形内
周面の偏心量とが等しくなるように設定されており、前
記第2の円環状部材の円形内周面の中心と一体的に移動
するように掘削機ドリルの回転シャフトを当該第2の円
環状部材に組込み、前記第1および第2の円環状部材を単
独に回転させることにより、前記回転シャフトの位置決
めを行う掘削機の掘削方向制御装置において、前記第1
および第2の円環状部材と中空型の調和歯車減速機との
間に第1および第2の円環状部材の回転角度位置を検出す
るレゾルバを配置し、ドリルビットと前記第1および第2
の円環状部材との中間に回転シャフトの支点軸受を配置
すると共に、前記二重偏心機構の上部に回転シャフトの
軸直角方向変位量を吸収するためのフレキシブルジョイ
ントを上部軸受との間に配置し、上記支点軸受に隣接し
て下部シールを配置た掘削機の掘削方向制御装置であ
る。
That is, the present invention provides a cylindrical housing and an upper seal disposed at upper and lower ends of the cylindrical housing.
Le and the lower seal, with is rotatably supported on a circular inner peripheral surface of the circular tubular housing, a first annular member having a circular inner peripheral surface that is eccentric with respect to the cylindrical housing, the first annular member of the fitted rotatably on a circular inner peripheral surface Rutotomoni, and a second annular member having a circular inner peripheral surface that is eccentric with respect to the circular inner peripheral surface
A hollow harmony gear reducer comprising a double eccentric mechanism for relatively rotating the first and second annular members around the center of the members, the first to the cylindrical housing being The amount of eccentricity of the circular inner peripheral surface of the annular member is set to be equal to the amount of eccentricity of the circular inner peripheral surface of the second annular member with respect to the first annular member. The rotary shaft of the excavator drill is incorporated into the second annular member so as to move integrally with the center of the circular inner peripheral surface of the second annular member, and the first and second annular members are separately used. In the excavation direction control device of the excavator for positioning the rotary shaft by rotating, the first
And a resolver for detecting the rotation angle position of the first and second annular members is disposed between the second annular member and the hollow type harmonic gear reducer, and a drill bit and the first and second
A fulcrum bearing of the rotating shaft is arranged in the middle of the annular member, and a rotating shaft is provided above the double eccentric mechanism.
Flexible joy to absorb displacement perpendicular to axis
The bearing is located between the bearing and the upper bearing.
A drilling direction control device of the arranged Drilling machine lower seal Te.

【0009】[0009]

【作用】この発明においては、第1および第2の円環状
部材と中空型の調和歯車減速機との間に第1および第2
の円環状部材の回転角度位置を検出するレゾルバを配置
したことによって、第1および第2の円環状部材の回転
角度位置の絶対量を精度よく検出でき、掘削方向の正確
で安定した制御を行うことができる。また、レゾルバの
回転子は、各調和歯車減速機の出力回転を第1および第
2の円環状部材に伝達する動力伝達部材を兼ねることが
でき、コンパクトな構造とすることができる。
In the present invention, the first and second annular members are provided between the first and second annular members and the hollow harmonic gear reducer.
By disposing the resolver for detecting the rotation angle position of the annular member, the absolute amount of the rotation angle position of the first and second annular members can be accurately detected, and accurate and stable control of the excavation direction is performed. be able to. In addition, the rotor of the resolver can also serve as a power transmission member that transmits the output rotation of each harmonic reduction gear to the first and second annular members, and can have a compact structure.

【0010】また、この発明においては、ドリルビット
と前記第1および第2の円環状部材との中間に回転シャフ
トの支点軸受を配置したことによって、この支点軸受が
ビット荷重を受けるスラスト軸受として機能するばかり
でなく、前記第1および第2の円環状部材からなる二重
心機構部での回転シャフトの軸直角方向変位時の回転中
心となり、ドリルビットを反対方向に変位させる働きを
するため、下記の利点を有する。 (イ) 支点軸受に隣接して円筒型ハウジングと回転シャ
フト間の下部シール部を設置でき、下部シール部での回
転シャフトの軸直角方向変位量が小さく、シール構造が
簡単となる。 (ロ) ビット荷重は、支点軸受で受けて円筒型ハウジン
グに伝達されるため、二重偏心機構部に回転シャフトか
ら直ちにビット荷重が作用せず、強度的弱点部である
偏心機構部を保護することができる。 (ハ) 支点軸受と下部シール部が近いため、下部シール
部での回転シャフトの軸直角方向変位量に対する回転シ
ャフトの傾斜角を大きくとることができる。 (ニ) ドリルビットと支点軸受間の距離を短縮できると
共に、この間に二重偏心機構部がないため、回転シャフ
トの大径化が可能であり、回転シャフトの剛性アップを
図ることができ、掘削方向制御時のビット横荷重を大き
く取ることができる。
Further, in the present invention, the fulcrum bearing of the rotary shaft is disposed between the drill bit and the first and second annular members, so that the fulcrum bearing functions as a thrust bearing for receiving a bit load. Not only that, the double eccentric mechanism comprising the first and second annular members serves as a rotation center when the rotating shaft is displaced in a direction perpendicular to the axis, and displaces the drill bit in the opposite direction. It works and has the following advantages: (A) A lower seal portion between the cylindrical housing and the rotary shaft can be installed adjacent to the fulcrum bearing, the amount of displacement of the rotary shaft in the lower seal portion in the direction perpendicular to the axis is small, and the seal structure is simplified. (B) bit load, to be transmitted to the cylindrical housing is received by the fulcrum bearing, does not act immediately bit load from the rotating shaft to the double eccentric mechanism section, a strength weak parts two
The heavy eccentric mechanism can be protected. (C) Since the fulcrum bearing and the lower seal portion are close to each other, the inclination angle of the rotary shaft with respect to the amount of displacement of the rotary shaft in the direction perpendicular to the axis at the lower seal portion can be increased. (D) The distance between the drill bit and the fulcrum bearing can be reduced, and since there is no double eccentric mechanism between them, the diameter of the rotating shaft can be increased, and the rigidity of the rotating shaft can be increased and drilling can be performed. A large bit lateral load during direction control can be obtained.

【0011】さらに、この発明においては、二重偏心機
構の上部に回転シャフトの軸直角方向変位量を吸収する
ためのフレキシブルジョイントを上部軸受との間に配置
し、上記支点軸受に隣接して下部シールを配置したこと
によって、二重偏心機構部で回転シャフトに与えられた
軸直角方向変位による撓み力がフレキシブルジョイント
で吸収でき、軸直角方向変位による回転シャフトの過大
な繰り返し曲げ応力の発生を防止することができる。
Further, according to the present invention, a double eccentric machine is provided.
Absorbs the amount of displacement of the rotating shaft perpendicular to the shaft at the top of the structure
Flexible joint between the upper bearing and
By arranging the lower seal adjacent to the fulcrum bearing, the bending force due to the displacement in the direction perpendicular to the axis given to the rotating shaft by the double eccentric mechanism can be absorbed by the flexible joint, and the rotating shaft due to the displacement in the direction perpendicular to the axis can be absorbed. Can be prevented from generating excessive bending stress.

【0012】この発明におけるフレキシブルジョイント
としては、二重偏心機構部で回転シャフトに与えられた
軸直角方向変位による撓み力の吸収と、回転シャフト内
部を流れる泥水の流出を防止できればよく、特に限定さ
れないが、中空のヨークと中空のセンターシャフトとク
ロスピンの接続部内部にシールチューブを挿嵌して両端
を密封した中空ユニバーサルジョイント、あるいはヤン
グ率の低いチタン材等を使用したねじ結合の中空フレキ
シブルチューブを使用することができる。
The flexible joint in the present invention is not particularly limited as long as it can absorb the bending force due to the displacement in the direction perpendicular to the axis given to the rotary shaft by the double eccentric mechanism and can prevent the outflow of the muddy water flowing inside the rotary shaft. However, a hollow universal joint in which a seal tube is inserted into the connection between the hollow yoke, the hollow center shaft and the cross pin to seal both ends, or a screw-connected hollow flexible tube using a titanium material with a low Young's modulus, etc. Can be used.

【0013】[0013]

【実施例】以下にこの発明の詳細を実施の一例を示す図
1ないし図6に基づいて説明する。図1はこの発明の掘
削方向制御装置の概略全体構成図、図2はこの発明の掘
削方向制御装置で回転シャフトを偏心させた状態の概略
全体構成図、図3は掘削方向制御部の詳細断面図、図4
は二重偏心機構部の詳細水平断面図、図5はこの発明の
掘削方向制御装置の動作を示す説明図、図6は掘削方向
制御装置の制御系を示す概略ブロック図である。図1な
いし図6において、1はロータリー式掘削装置の上部回
転シャフト、2は下部回転シャフトで上部回転シャフト
1とフレキシブルジョイント3により接続されている。
4は下部回転シャフト2の先端に同軸状態に連結したド
リルカラー、5はドリルカラー4の先端に固定したドリ
ルビットで、上部回転シャフト1は図示しない回転駆動
機構に連結されている。6はドリルカラー4より上部の
上下回転シャフト1、2の外周を囲むように配置した円
筒型ハウジングで、該円筒型ハウジング6の先端と下部
回転シャフト2との間には下部シール7が設けられてい
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram of an excavation direction control device of the present invention, FIG. 2 is a schematic overall configuration diagram of a state in which a rotary shaft is decentered by the excavation direction control device of the present invention, and FIG. 3 is a detailed cross section of an excavation direction control unit. FIG. 4
Is a detailed horizontal sectional view of the double eccentric mechanism, FIG. 5 is an explanatory view showing the operation of the excavation direction control device of the present invention, and FIG. 6 is a schematic block diagram showing a control system of the excavation direction control device. 1 to 6, reference numeral 1 denotes an upper rotary shaft of a rotary excavator, and reference numeral 2 denotes a lower rotary shaft, which is connected to the upper rotary shaft 1 by a flexible joint 3.
Reference numeral 4 denotes a drill collar coaxially connected to the tip of the lower rotary shaft 2, and reference numeral 5 denotes a drill bit fixed to the tip of the drill collar 4, and the upper rotary shaft 1 is connected to a rotation drive mechanism (not shown). Reference numeral 6 denotes a cylindrical housing arranged so as to surround the outer periphery of the upper and lower rotary shafts 1 and 2 above the drill collar 4, and a lower seal 7 is provided between the tip of the cylindrical housing 6 and the lower rotary shaft 2. ing.

【0014】8は下部シール7上部の円筒型ハウジング
6と下部回転シャフト2との間に設けたドリルビット5
の荷重を受ける支点軸受、9は支点軸受8上部の円筒型
ハウジング6と下部回転シャフト2との間に設けた二重
偏心機構部で、図3に示すとおり、円筒型ハウジング6
の内周面に固定支持された円筒部材10と、円筒部材1
0の内側に回転自在に装着された第1の円環状部材11
と、円環状部材11の内側に回転自在に装着された第2
の円環状部材12から構成されている。13は二重偏心
機構部9の直上に設けた前記第1の円環状部材11を回
転させる第1の調和歯車減速機、14は二重偏心機構部
9の直下に設けた前記第2の円環状部材12を回転させ
る第2の調和歯車減速機である。15は上部回転シャフ
ト1の下部を軸支する軸受、16は円筒型ハウジング6
の上部と上部回転シャフト1との間の上部シールであ
る。
Reference numeral 8 denotes a drill bit 5 provided between the cylindrical housing 6 above the lower seal 7 and the lower rotary shaft 2.
3 is a double eccentric mechanism provided between the cylindrical housing 6 above the fulcrum bearing 8 and the lower rotary shaft 2, and as shown in FIG.
Cylindrical member 10 fixedly supported on the inner peripheral surface of
The first annular member 11 rotatably mounted inside the first annular member 11
And a second rotatably mounted inside the annular member 11.
Of the annular member 12. 13 is a first harmonic reduction gear for rotating the first annular member 11 provided immediately above the double eccentric mechanism 9, and 14 is the second circle provided immediately below the double eccentric mechanism 9. This is a second harmonic reduction gear for rotating the annular member 12. Reference numeral 15 denotes a bearing that supports the lower part of the upper rotary shaft 1, and reference numeral 16 denotes a cylindrical housing 6.
Is an upper seal between the upper part of the shaft and the upper rotating shaft 1.

【0015】前記第1の調和歯車減速機13は、図3に
示すとおり、環状の第1および第2の剛性内歯歯車2
1、22と、その内側に配置された環状の可繞性外歯歯
車23と、その内側に配置された楕円形状の波動発生器
から構成されている。波動発生器は、楕円形状をした剛
性カム板24と、剛性カム板24の外周と可繞性外歯歯
車23の間に挿入されたベアリング25から構成され、
楕円形状をした剛性カム板24の中心には中空部26が
形成されており、下部回転シャフト2が遊びのある状態
で貫通している。上記第1の剛性歯車21は、円筒型ハ
ウジング6の内周面に固定支持されている。第2の剛性
歯車22には、レゾルバ27の中空の回転子28の一端
が連結され、中空の回転子28の他端は第1の円環状部
材11に直結されており、レゾルバ27の固定子29は
円筒型ハウジング6の内周面に固定され、第2の剛性歯
車22、中空の回転子28および第1の円環状部材11
が一体回転するようになっている。また、波動発生器
は、電磁クラッチブレーキ機構30、第1のオルダム継
手31を介して下部回転シャフト2の側に連結されてお
り、電磁クラッチブレーキ機構30を操作して下部回転
シャフト2の回転力を第1の調和歯車減速機13に伝達
すれば、第1の調和歯車減速機13で所定の減速比に減
速したのち、レゾルバ27の中空の回転子28を介して
第1の円環状部材11を回転させるよう構成されてい
る。
As shown in FIG. 3, the first harmonic gear reducer 13 has a ring-shaped first and second rigid internal gear 2.
1 and 22, an annular external gear 23 disposed inside thereof, and an elliptical wave generator disposed inside thereof. The wave generator includes an elliptical rigid cam plate 24 and a bearing 25 inserted between the outer periphery of the rigid cam plate 24 and the surrounding external gear 23.
A hollow part 26 is formed at the center of the elliptical rigid cam plate 24, and the lower rotary shaft 2 penetrates with play. The first rigid gear 21 is fixedly supported on the inner peripheral surface of the cylindrical housing 6. One end of a hollow rotor 28 of the resolver 27 is connected to the second rigid gear 22, and the other end of the hollow rotor 28 is directly connected to the first annular member 11. 29 is fixed to the inner peripheral surface of the cylindrical housing 6, and includes the second rigid gear 22, the hollow rotor 28 and the first annular member 11
Are designed to rotate together. The wave generator is connected to the lower rotating shaft 2 via the electromagnetic clutch brake mechanism 30 and the first Oldham coupling 31, and operates the electromagnetic clutch brake mechanism 30 to rotate the lower rotating shaft 2. Is transmitted to the first harmonic reduction gear 13, the first harmonic reduction gear 13 reduces the speed to a predetermined reduction ratio, and then the first annular member 11 through the hollow rotor 28 of the resolver 27. Is configured to rotate.

【0016】前記第2の調和歯車減速機14は、環状の
第1および第2の剛性内歯歯車41、42と、その内側
に配置された環状の可繞性外歯歯車43と、その内側に
配置された楕円形状の波動発生器から構成されている。
波動発生器は、楕円形状をした剛性カム板44と、剛性
カム板44の外周と外歯歯車43の間に挿入されたベア
リング45から構成され、楕円形状をした剛性カム板4
4の中心には中空部46が形成されており、下部回転シ
ャフト2が遊びのある状態で貫通している。上記第1の
剛性内歯歯車41は、円筒型ハウジング6の内周面に固
定支持されている。第2の剛性内歯歯車42には、レゾ
ルバ47の中空の回転子48の一端が連結され、中空の
回転子48の他端は第2の円環状部材12にオルダム型
調心機構49を介して連結されており、レゾルバ47の
固定子50は円筒型ハウジング6の内周面に固定され、
第2の剛性内歯歯車42、中空の回転子48、および第
2の円環状部材12がオルダム型調心機構49を介して
一体回転するようになっている。また、波動発生器は、
電磁クラッチブレーキ機構51、第2のオルダム継手5
2を介して下部回転シャフト2の側に連結されており、
電磁クラッチブレーキ機構51を操作して下部回転シャ
フト2の回転力を第2の調和歯車減速機14に伝達すれ
ば、第2の調和歯車減速機14で所定の減速比に減速し
たのち、レゾルバ47の中空の回転子48およびオルダ
ム型調心機構49を介して第2の円環状部材12が回転
するよう構成されている。
The second harmonic gear reducer 14 includes annular first and second rigid internal gears 41 and 42, an annular circumscribing external gear 43 disposed inside thereof, and an internal , And an elliptical wave generator arranged at the center.
The wave generator includes an elliptical rigid cam plate 44 and a bearing 45 inserted between the outer periphery of the rigid cam plate 44 and the external gear 43.
A hollow portion 46 is formed at the center of 4, and the lower rotary shaft 2 penetrates with play. The first rigid internal gear 41 is fixedly supported on the inner peripheral surface of the cylindrical housing 6. One end of a hollow rotor 48 of a resolver 47 is connected to the second rigid internal gear 42, and the other end of the hollow rotor 48 is connected to the second annular member 12 via an Oldham type alignment mechanism 49. The stator 50 of the resolver 47 is fixed to the inner peripheral surface of the cylindrical housing 6,
The second rigid internal gear 42, the hollow rotor 48, and the second annular member 12 are integrally rotated via an Oldham type alignment mechanism 49. Also, the wave generator
Electromagnetic clutch brake mechanism 51, second Oldham coupling 5
2 and connected to the lower rotating shaft 2 side,
If the torque of the lower rotary shaft 2 is transmitted to the second harmonic gear reducer 14 by operating the electromagnetic clutch brake mechanism 51, the second harmonic gear reducer 14 reduces the speed to a predetermined reduction ratio, and then the resolver 47. The second annular member 12 is configured to rotate via the hollow rotor 48 and the Oldham type alignment mechanism 49.

【0017】上記二重偏心機構部9の最も外側の円筒部
材10は、支点軸受8によって規定されるシャフト中
心、すなわち、図4に示すとおり、シャフト回転軸A上
に中心を有する円形内周面61が形成され、ローラベア
リング62を介して第1の円環状部材11の円形外周面
63が回転自在に支持されている。第1の円環状部材1
1には、シャフト回転軸Aに対して距離eだけ偏心した
位置Bを中心とする円形内周面64が形成され、ローラ
ベアリング65を介して第2の円環状部材12の円形外
周面66が回転自在に支持されている。第2の円環状部
材12には、円形外周面66の中心Bに対して同一距離
eだけ偏心した位置Cを中心とする円形内周面67が形
成され、下部回転シャフト2の外周面がローラベアリン
グ68を介して回転自在に支持されている。
The outermost cylindrical member 10 of the double eccentric mechanism 9 has a circular center surface defined by the fulcrum bearing 8, that is, a circular inner peripheral surface having a center on the shaft rotation axis A as shown in FIG. A circular outer peripheral surface 63 of the first annular member 11 is rotatably supported via a roller bearing 62. First annular member 1
1 has a circular inner peripheral surface 64 centered on a position B eccentric to the shaft rotation axis A by a distance e, and a circular outer peripheral surface 66 of the second annular member 12 via a roller bearing 65. It is rotatably supported. The second annular member 12 has a circular inner peripheral surface 67 centered on a position C eccentric by the same distance e with respect to the center B of the circular outer peripheral surface 66, and the outer peripheral surface of the lower rotary shaft 2 is a roller. It is rotatably supported via a bearing 68.

【0018】二重偏心機構部9においては、第1および
第2の円環状部材11、12の回転角度位置および相対
回転量を制御することによって、下部回転シャフト2を
支持している第2の円環状部材12の円形内周面67の
中心Cを任意の方向に所定の距離だけ移動させることが
できる。すなわち、図5に示すとおり、第1の円環状部
材11の円形内周面64の中心Bは、シャフト回転中心
Aに対して距離eだけ偏心しているので、このシャフト
回転中心Aを中心とする半径eの円が移動軌跡である。
第2の円環状部材12の円形内周面67の中心Cは、前
記移動軌跡を描く中心Bに対して距離eだけ偏心してい
るので、この中心Bを中心とする半径eの円が移動軌跡
である。したがって、第2の円環状部材12の円形内周
面67の中心Cは、第1および第2の円環状部材11、
12の回転角度、相対回転量を制御することによって、
シャフト回転軸Aを中心とした半径2eの円内の任意の
位置に移動させることができ、この二重偏心機構部9内
に支持されている下部回転シャフト2の部分を、回転軸
に直交する平面上における任意の方向に最大2eの距離
だけ変位させることができるよう構成されている。
The double eccentric mechanism 9 supports the lower rotary shaft 2 by controlling the rotation angle positions and the relative rotation amounts of the first and second annular members 11 and 12. The center C of the circular inner peripheral surface 67 of the annular member 12 can be moved by a predetermined distance in an arbitrary direction. That is, as shown in FIG. 5, since the center B of the circular inner peripheral surface 64 of the first annular member 11 is eccentric with respect to the shaft rotation center A by the distance e, the center B is centered on the shaft rotation center A. A circle having a radius e is a movement locus.
Since the center C of the circular inner peripheral surface 67 of the second annular member 12 is eccentric by a distance e with respect to the center B describing the movement trajectory, a circle having a radius e centered on the center B forms a movement trajectory. It is. Therefore, the center C of the circular inner peripheral surface 67 of the second annular member 12 is the same as that of the first and second annular members 11,
By controlling the rotation angle of 12 and the relative rotation amount,
The portion of the lower rotary shaft 2 supported in the double eccentric mechanism 9 can be moved to an arbitrary position within a circle having a radius 2e around the shaft rotation axis A, and is orthogonal to the rotation axis. It is configured such that it can be displaced in any direction on the plane by a distance of up to 2e.

【0019】下部回転シャフト2の下方位置は、支点軸
受8によってその中心がシャフト回転軸Aに保持されて
いる。したがって、下部回転シャフト2の先端側は図2
に示すとおり、支点軸受8の中心Aと二重偏心機構部9
における第2の円環状部材12の円形内周面67の中心
Cとを結ぶ線分Lに沿った方向に進行方向(掘削方向)
が変更される。この場合、下部回転シャフト2と上部回
転シャフト1とは、フレキシブルジョイント3を介して
連結されているので、下部回転シャフト2の軸直角方向
変位による曲げ応力が吸収され、上部回転シャフト1お
よび下部回転シャフト2に撓みが発生しない。本実施例
においては、第1および第2の円環状部材11、12に
形成されている円形内周面64、67の中心B、Cの偏
心量が共にeであるので、掘削方向を制御する必要のな
い場合には、二重偏心機構部9を貫通している下部回転
シャフト2の部分の中心Cがシャフト回転軸A上に位置
するよう制御される。
The center of the lower position of the lower rotating shaft 2 is held by a shaft rotating shaft A by a fulcrum bearing 8. Therefore, the tip side of the lower rotary shaft 2 is shown in FIG.
, The center A of the fulcrum bearing 8 and the double eccentric mechanism 9
In the direction along the line segment L connecting the center C of the circular inner peripheral surface 67 of the second annular member 12 with the traveling direction (excavation direction)
Is changed. In this case, since the lower rotary shaft 2 and the upper rotary shaft 1 are connected via the flexible joint 3, bending stress due to displacement of the lower rotary shaft 2 in a direction perpendicular to the axis is absorbed, and the upper rotary shaft 1 and the lower rotary shaft 1 are rotated. No deflection occurs in the shaft 2. In this embodiment, since the eccentric amounts of the centers B and C of the circular inner peripheral surfaces 64 and 67 formed on the first and second annular members 11 and 12 are both e, the excavation direction is controlled. If it is not necessary, control is performed so that the center C of the portion of the lower rotary shaft 2 penetrating the double eccentric mechanism 9 is located on the shaft rotary axis A.

【0020】図6において、71は掘削機の全体の駆動
制御を司るホストコンピュータ、72は掘削方向制御装
置のコントローラで、ホストコンピュータ71から掘削
方向を規定する方位および角度の指令信号73が入力さ
れる。コントローラ72は、ホストコンピュータ71か
ら入力される掘削方向を規定する方位および角度の指令
信号73に基づき、第1および第2の円環状部材11、
12の目標回転位置を演算する目標回転位置演算部74
を有している。また、コントローラ72は、第1および
第2の円環状部材11、12と第1および第2の調和歯
車減速機13、14との間に介在せしめたレゾルバ2
7、47からの角度検出信号75、76に基づき、第1
および第2の円環状部材11、12の実際の回転位置を
演算する実回転位置演算部77を有している。さらに、
コントローラ72は、第1および第2の円環状部材1
1、12の実際の回転位置が目標回転位置となるように
第1および第2の調和歯車減速機13、14を駆動制御
するための駆動制御信号78を出力する駆動信号指令部
79を有している。駆動信号指令部79から出力される
駆動制御信号78は、第1および第2の調和歯車減速機
13、14の駆動制御ユニット80、81に出力され
る。駆動制御ユニット80、81は、駆動信号指令部7
9から駆動制御信号78が入力されると、第1および第
2のオルダム継手31、52に連結される電磁クラッチ
ブレーキ機構30、51を操作することによって、下部
回転シャフト2の回転力を第1および第2の調和歯車減
速機13、14に伝達し、所定の減速比に減速したの
ち、レゾルバ27、47の中空の回転子28、48を介
して第1および第2の円環状部材11、12を目標とす
る回転位置まで回転させて保持するよう構成されてい
る。このような第1および第2の円環状部材11、12
の駆動制御は、予めホストコンピュータ71内に格納さ
れた制御プログラムを実行することにより達成される。
In FIG. 6, reference numeral 71 denotes a host computer which controls the entire driving of the excavator, and 72 denotes a controller of the excavation direction control device. The host computer 71 receives an azimuth and angle command signal 73 for defining the excavation direction. You. The controller 72 controls the first and second annular members 11, based on the azimuth and angle command signals 73 that define the digging direction input from the host computer 71,
Target rotation position calculation unit 74 for calculating the twelve target rotation positions
have. The controller 72 also includes a resolver 2 interposed between the first and second annular members 11 and 12 and the first and second harmonic reduction gears 13 and 14.
Based on the angle detection signals 75 and 76 from 7 and 47, the first
And an actual rotation position calculation unit 77 that calculates the actual rotation position of the second annular members 11 and 12. further,
The controller 72 includes the first and second annular members 1.
A drive signal instructing section 79 for outputting a drive control signal 78 for controlling the drive of the first and second harmonic reduction gears 13 and 14 such that the actual rotational positions of the first and second 12 become the target rotational positions. ing. The drive control signal 78 output from the drive signal command unit 79 is output to the drive control units 80, 81 of the first and second harmonic reduction gears 13, 14. The drive control units 80 and 81 include the drive signal command unit 7
9, when the drive control signal 78 is input, the electromagnetic clutch brake mechanisms 30, 51 connected to the first and second Oldham couplings 31, 52 are operated to reduce the rotational force of the lower rotary shaft 2 to the first. After transmitting to the second harmonic reduction gears 13 and 14 and reducing the gears to a predetermined reduction ratio, the first and second annular members 11 and 12 are passed through the hollow rotors 28 and 48 of the resolvers 27 and 47, respectively. It is configured to rotate and hold 12 to a target rotational position. Such first and second annular members 11, 12
Is achieved by executing a control program stored in the host computer 71 in advance.

【0021】上記のとおり構成したことによって、掘削
機の掘削方向を変更する場合には、ホストコンピュータ
71からコントローラ72に掘削方向を規定する方位お
よび角度の指令信号73を出力すれば、コントローラ7
2は、入力される掘削方向を規定する方位および角度の
指令信号73に基づき、目標回転位置演算部74で第1
および第2の円環状部材11、12の目標回転位置を演
算し、駆動信号指令部79に出力する。一方、実回転位
置演算部77は、第1および第2の円環状部材11、1
2と第1および第2の調和歯車減速機13、14との間
に介在せしめたレゾルバ27、47からの角度検出信号
75、76に基づき、第1および第2の円環状部材1
1、12の実際の回転位置を演算し、駆動信号指令部7
9に出力する。駆動信号指令部79は、目標回転位置演
算部74から第1および第2の円環状部材11、12の
目標回転位置が入力されると、駆動指令を駆動制御ユニ
ット80、81に出力すると共に、実回転位置演算部7
7から入力される第1および第2の円環状部材11、1
2の実際の回転位置に基づき、第1および第2の円環状
部材11、12の実際の回転位置が目標回転位置となる
ように第1および第2の調和歯車減速機13、14を駆
動制御するための駆動制御信号78を駆動制御ユニット
80、81に出力する。
With the above configuration, when the excavating direction of the excavator is changed, the host computer 71 outputs to the controller 72 an azimuth and angle command signal 73 that defines the excavating direction.
2 is the first rotation position calculation unit 74 based on the azimuth and angle command signal 73 that defines the input digging direction.
And the target rotational positions of the second annular members 11 and 12 are calculated and output to the drive signal command unit 79. On the other hand, the actual rotation position calculation unit 77 includes the first and second annular members 11, 1
2 and the first and second annular members 1 based on angle detection signals 75 and 76 from resolvers 27 and 47 interposed between the first and second harmonic reduction gears 13 and 14, respectively.
Calculate the actual rotational positions of the drive signals 1 and 12 and calculate the drive signal
9 is output. When the target rotation positions of the first and second annular members 11 and 12 are input from the target rotation position calculation unit 74, the drive signal command unit 79 outputs a drive command to the drive control units 80 and 81, Actual rotation position calculator 7
7 and the first and second annular members 11, 1
Drive control of the first and second harmonic reduction gears 13 and 14 based on the actual rotational position of the first and second annular members 11 and 12 such that the actual rotational position of the first and second annular members 11 and 12 becomes the target rotational position. A drive control signal 78 is output to the drive control units 80 and 81.

【0022】駆動制御ユニット80、81は、駆動信号
指令部79から駆動指令が入力されると、電磁クラッチ
ブレーキ機構30、51を制御して第1および第2のオ
ルダム継手31、52を介して下部回転シャフト2の回
転力を第1および第2の調和歯車減速機13、14に伝
達すると共に、駆動信号指令部79から入力される駆動
制御信号77に基づき、第1および第2の円環状部材1
1、12の回転角度位置および相対回転量を変更し、第
1および第2の円環状部材11、12の回転位置が目標
回転位置となるよう所定の減速比に減速したのち、レゾ
ルバ27、47の中空の回転子28、48を介して第1
および第2の円環状部材11、12を目標とする回転位
置まで回転させて保持する。上記操作によって、第2の
円環状部材12の円形内周面67内を貫通する下部回転
シャフト2は、支点軸受8を中心として回転軸に直交す
る平面上における任意の方向に所定量だけ傾斜させるこ
とができ、掘削方向を任意の方向に変更することができ
る。この場合、下部回転シャフト2の支点軸受8を中心
とする軸直角方向変位による上部回転シャフト1間の曲
げ応力は、フレキシブルジョイント3によって吸収さ
れ、上部回転シャフト1および下部回転シャフト2の橈
みは大幅に軽減され、回転シャフトを長期間使用するこ
とができる。
When a drive command is input from the drive signal command unit 79, the drive control units 80 and 81 control the electromagnetic clutch brake mechanisms 30 and 51 to control the electromagnetic clutch brake mechanisms 30 and 51 via the first and second Oldham couplings 31 and 52. The rotational force of the lower rotary shaft 2 is transmitted to the first and second harmonic reduction gears 13 and 14, and the first and second toroids are formed based on a drive control signal 77 input from a drive signal command unit 79. Member 1
After changing the rotation angle positions and the relative rotation amounts of the first and second annular members 11 and 12, the rotation positions of the first and second annular members 11 and 12 are reduced to a predetermined reduction ratio so as to become the target rotation position, and then the resolvers 27 and 47 are rotated. Through the hollow rotors 28, 48 of the first
And the second annular members 11 and 12 are rotated and held to a target rotational position. By the above operation, the lower rotary shaft 2 penetrating through the circular inner peripheral surface 67 of the second annular member 12 is inclined by a predetermined amount in an arbitrary direction on a plane orthogonal to the rotation axis around the fulcrum bearing 8. The excavation direction can be changed to any direction. In this case, the bending stress between the upper rotary shafts 1 due to the displacement in the direction perpendicular to the axis about the fulcrum bearing 8 of the lower rotary shaft 2 is absorbed by the flexible joint 3, and the radius of the upper rotary shaft 1 and the lower rotary shaft 2 is reduced. It is greatly reduced, and the rotating shaft can be used for a long time.

【0023】本実施例においては、レゾルバ27、47
を第1および第2の調和歯車減速機13、14と第1お
よび第2の円環状部材11、12との間に介在させたこ
とによって、第1および第2の円環状部材11、12の
回転角度位置の絶対量を高精度で検出でき、掘削方向の
正確で安定した制御を実施することができる。また、レ
ゾルバ27、47は、第1および第2の調和歯車減速機
13、14と第1および第2の円環状部材11、12を
中空の回転子28、48で直結し、第1および第2の調
和歯車減速機13、14の出力回転を第1および第2の
円環状部材11、12に伝達する動力伝達部材を兼ねて
いるので、コンパクトな構造とすることができる。さら
に、この発明においては、支点軸受8をドリルビット5
と二重偏心機構部9との中間に配置したことによって、
支点軸受8がドリルビット5の荷重を受けるスラスト軸
受としての機能と共に、下部回転シャフト2の軸直角方
向変位時の回転中心となり、ドリルビット5を二重偏心
機構部の傾斜方向とは反対の方向に変位させる。
In this embodiment, the resolvers 27 and 47
Between the first and second harmonic gear reducers 13 and 14 and the first and second annular members 11 and 12, The absolute amount of the rotation angle position can be detected with high accuracy, and accurate and stable control of the excavation direction can be performed. The resolvers 27 and 47 directly connect the first and second harmonic reduction gears 13 and 14 and the first and second annular members 11 and 12 with hollow rotors 28 and 48, respectively. Since it also serves as a power transmission member for transmitting the output rotation of the second harmonic gear reducers 13 and 14 to the first and second annular members 11 and 12, a compact structure can be achieved. Further, in the present invention, the fulcrum bearing 8 is connected to the drill bit 5
And between the double eccentric mechanism 9 and
The fulcrum bearing 8 functions as a thrust bearing for receiving the load of the drill bit 5 and serves as a rotation center when the lower rotary shaft 2 is displaced in a direction perpendicular to the axis, so that the drill bit 5 is oriented in a direction opposite to the inclination direction of the double eccentric mechanism. To be displaced.

【0024】この発明においては、ドリルビット5と支
点軸受8との中間に下部シール7を設けたことによっ
て、下部シール7での下部回転シャフト2の軸直角方向
変位量が小さく、シール構造を簡単なものとすることが
できると共に、下部シール7での下部回転シャフト2の
傾斜角を大きく取ることができる。また、下部シール7
とドリルカラー4間の下部回転シャフト2の大径化が可
能で、剛性アップを図ることができ、掘削方向制御時の
ビット横荷重を大きく取ることができる。
In the present invention, the lower seal 7 is provided between the drill bit 5 and the fulcrum bearing 8, so that the displacement of the lower rotary shaft 2 in the direction perpendicular to the axis at the lower seal 7 is small, and the seal structure can be simplified. And the inclination angle of the lower rotary shaft 2 at the lower seal 7 can be made large. Also, the lower seal 7
The diameter of the lower rotary shaft 2 between the drill shaft 4 and the drill collar 4 can be increased, the rigidity can be increased, and a large lateral load on the bit can be obtained when the drilling direction is controlled.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上述べたとおり、この発明の掘削方向
制御装置は、二重偏心機構部の偏心角度検出にレゾルバ
を用いることによって、2枚の円環状部材の回転角度位
置の絶対量を精度よく検出でき、掘削方向の正確で安定
したステップレス制御が可能となる。また、二重偏心機
構部とドリルビットの中間に支点軸受を配置したことに
よって、支点軸受に隣接して下部シールを配置でき、下
部シール部での回転シャフトの軸直角方向変位量が小さ
く、シール構造が簡単となるばかりでなく、ヒット荷重
が支点軸受で受けて円筒型ハウジングに伝達されるた
め、二重偏心機構部に回転シャフトから直ちにビット荷
重が作用せず、強度的に弱い二重偏心機構部が保護され
る。さらに、支点軸受と下部シールが近いため、下部シ
ールでの回転シャフトの傾斜角を大きく取れると共に、
回転シャフトの大径化が可能である。さらにまた、二重
偏心機構部より上部にフレキシブルジョイントを配置し
たことによって、フレキシブルジョイントにより回転シ
ャフトの撓みを防止でき、過大な曲げ応力の発生を防止
することができる。
As described above, the excavation direction control apparatus according to the present invention uses the resolver for detecting the eccentric angle of the double eccentric mechanism to accurately determine the absolute amount of the rotational angular position of the two annular members. Detection can be performed well, and accurate and stable stepless control of the excavation direction can be performed. In addition, by disposing the fulcrum bearing between the double eccentric mechanism and the drill bit, the lower seal can be arranged adjacent to the fulcrum bearing, and the displacement of the rotating shaft in the lower seal portion in the direction perpendicular to the axis is small. Not only the structure is simplified, but also the hit load is received by the fulcrum bearing and transmitted to the cylindrical housing, so the bit load is not immediately applied to the double eccentric mechanism from the rotating shaft, and the double eccentricity is weak in terms of strength. The mechanism is protected. Furthermore, since the fulcrum bearing and the lower seal are close, the inclination angle of the rotating shaft at the lower seal can be increased, and
The diameter of the rotating shaft can be increased. Furthermore, by arranging the flexible joint above the double eccentric mechanism, bending of the rotating shaft can be prevented by the flexible joint, and generation of excessive bending stress can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の掘削方向制御装置の概略全体構成図
である。
FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram of an excavation direction control device of the present invention.

【図2】この発明の掘削方向制御装置で回転シャフトを
偏心させた状態の概略全体構成図である。
FIG. 2 is a schematic overall configuration diagram showing a state in which a rotary shaft is decentered by the excavation direction control device of the present invention.

【図3】この発明の掘削方向制御装置の掘削方向制御部
の詳細縦断面図である。
FIG. 3 is a detailed vertical sectional view of an excavation direction control unit of the excavation direction control device of the present invention.

【図4】この発明の掘削方向制御装置の二重偏心機構部
の詳細水平断面図である。
FIG. 4 is a detailed horizontal sectional view of a double eccentric mechanism of the excavation direction control device of the present invention.

【図5】この発明の掘削方向制御装置の動作を示す説明
図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an operation of the excavation direction control device of the present invention.

【図6】この発明の掘削方向制御装置の制御系を示す概
略ブロック図である。
FIG. 6 is a schematic block diagram showing a control system of the excavation direction control device of the present invention.

【図7】特開平5−202689号公報に開示の油井掘
削機の掘削方向制御装置の概略説明図である。
FIG. 7 is a schematic explanatory view of a drilling direction control device of an oil well drilling machine disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-202689.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 上部回転シャフト 2 下部回転シャフト 3 フレキシブルジョイント 4 ドリルカラー 5、106 ドリルビット 6、101 円筒型ハウジング 7 下部シール 8、108 支点軸受 9 二重偏心機構部 10 円筒部材 11、102 第1の円環状部材 12、103 第2の円環状部材 13 第1の調和歯車減速機 14 第2の調和歯車減速機 15 軸受 16 上部シール 21、41 第1の剛性内歯歯車 22、42 第2の剛性内歯歯車 23、43 可繞性外歯歯車 24、44 剛性カム板 25、45、62、65、68 ローラベアリング 26、46 中空部 27、47 レゾルバ 28、48 中空の回転子 29、50 固定子 30、51 電磁クラッチブレーキ機構 31 第1のオルダム継手 49 オルダム型調心機構 52 第2のオルダム継手 61、64、67 円形内周面 63、66 円形外周面 71 ホストコンピュータ 72 コントローラ 73 指令信号 74 目標回転位置演算部 75、76 角度検出信号 77 実回転位置演算部 78 駆動制御信号 79 駆動信号指令部 80、81 駆動制御ユニット 104、105 調和歯車減速機 107 回転シャフト Reference Signs List 1 upper rotating shaft 2 lower rotating shaft 3 flexible joint 4 drill collar 5, 106 drill bit 6, 101 cylindrical housing 7 lower seal 8, 108 fulcrum bearing 9 double eccentric mechanism 10 cylindrical member 11, 102 first annular Member 12, 103 Second annular member 13 First harmonic gear reducer 14 Second harmonic gear reducer 15 Bearing 16 Upper seal 21, 41 First rigid internal gear 22, 42 Second rigid internal gear Gears 23, 43 Surroundable external gears 24, 44 Rigid cam plates 25, 45, 62, 65, 68 Roller bearings 26, 46 Hollow portions 27, 47 Resolvers 28, 48 Hollow rotors 29, 50 Stator 30, 51 electromagnetic clutch brake mechanism 31 first Oldham coupling 49 Oldham type alignment mechanism 52 second Oldham coupling 61 64, 67 Circular inner peripheral surface 63, 66 Circular outer peripheral surface 71 Host computer 72 Controller 73 Command signal 74 Target rotation position calculation unit 75, 76 Angle detection signal 77 Actual rotation position calculation unit 78 Drive control signal 79 Drive signal command unit 80, 81 Drive control unit 104, 105 Harmonic gear reducer 107 Rotary shaft

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E21B 7/08 E21B 17/04 E21B 44/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) E21B 7/08 E21B 17/04 E21B 44/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 円筒型ハウジングと、該円筒型ハウジン
グの上下端側に配置した上部シールと下部シールと、円
筒型ハウジングの円形内周面上に回転自在に支持されて
いると共に、当該円筒型ハウジングに対して偏心した円
形内周面を備えた第1の円環状部材と、この第1の円環状
部材の前記円形内周面上に回転自在に嵌め合わせると共
に、当該円形内周面に対して偏心した円形内周面を備え
た第2の円環状部材とからなる二重偏心機構を備え、前
記第1および第2の円環状部材をそれらの部材中心の回り
に相対的に回転させる中空型の調和歯車減速機とを有
し、前記円筒型ハウジングに対する前記第1の円環状部
材の円形内周面の偏心量と、この第1の円環状部材に対
する前記第2の円環状部材の円形内周面の偏心量とが等
しくなるように設定されており、前記第2の円環状部材
の円形内周面の中心と一体的に移動するように掘削機ド
リルの回転シャフトを当該第2の円環状部材に組込み
前記第1および第2の円環状部材を単独に回転させること
により、前記回転シャフトの位置決めを行う掘削機の掘
削方向制御装置において、前記第1および第2の円環状部
材と中空型の調和歯車減速機との間に第1および第2の円
環状部材の回転角度位置を検出するレゾルバを配置し、
ドリルビットと前記第1および第2の円環状部材との中間
に回転シャフトの支点軸受を配置すると共に、前記二重
偏心機構の上部に回転シャフトの軸直角方向変位量を吸
収するためのフレキシブルジョイントを上部軸受との間
に配置し、上記支点軸受に隣接して下部シールを配置
た掘削機の掘削方向制御装置。
1. A and cylindrical housing, said cylindrical type Haujin
Upper and lower seals disposed on the upper and lower ends of the cylindrical housing, rotatably supported on a circular inner peripheral surface of the cylindrical housing, and having a circular inner eccentric with respect to the cylindrical housing. a first annular member having a peripheral surface, the first annular member rotatably mating Rutotomoni on the circular inner peripheral surface, a circular inner peripheral surface that is eccentric with respect to the circular inner peripheral surface And a double-type eccentric mechanism comprising a second annular member having a hollow-type harmonic gear reducer that relatively rotates the first and second annular members around the center of the members. Having an eccentric amount of the circular inner peripheral surface of the first annular member with respect to the cylindrical housing, and an eccentric amount of the circular inner peripheral surface of the second annular member with respect to the first annular member. Are set to be equal to each other, and coincide with the center of the circular inner peripheral surface of the second annular member. Embedded rotation shaft of the excavator drill to move in manner to the second annular member,
In the excavation direction control device of the excavator that positions the rotary shaft by independently rotating the first and second annular members, the first and second annular members and the hollow harmonic gear A resolver that detects the rotation angle position of the first and second annular members is arranged between the reducer and the first and second annular members,
With placing fulcrum bearing of the rotating shaft in the middle of the drill bit and the first and second annular members, said double
Absorbs the displacement of the rotating shaft in the direction perpendicular to the axis above the eccentric mechanism.
Between the upper bearing and the flexible joint
And the lower seal is arranged adjacent to the fulcrum bearing.
Drilling direction control device of the drilling machine.
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