JP3240120B2 - シャフトの整列装置および方向掘削ドリルの整列装置並びに方向掘削穴の掘削方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はシャフト整列装置に
係り、より詳しくは、例えばこれに限定するものではな
いが、地質層中に井戸を掘る方向掘削ドリルラインの先
端部の整列装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、殆ど大部分の方向掘削は例えば
８．５インチ（２１６mm）以下の小さい穴径サイズで実
施されている。また、近年では、コスト削減や生産性の
向上を主眼に高角度の井戸穴や水平穴に対する要求が高
まっている。さらに、地質層のダメージがそれまで評価
されていたよりさらに重要な結果をもたらすことから、
コイルチューブ掘削方式が注目をあびており、スリム穴
方式を上回ってきた。

【０００３】掘削時におけるドリルの向きを制御するこ
とは必要ではあるが、特に掘削穴径が小さい場合には困
難である。大径穴を掘削する場合の剛性が高く大きなト
ルクおよび軸方向力を伝達しうるドリルライン（１列に
連結されたシャフト列）は、穴径の小さなコイルチュー
ブ方式の掘削を行う際には使用できないし、そのケーシ
ングは可撓性があり大きな力を坦持することができな
い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
問題を解消すべくなされたもので、穴径の小さい穴内の
ような狭い空間でもシャフト自由端の向きを基端側から
確実に制御できるようにして、井戸穴の掘削等に好適な
シャフトの整列装置を提供することを目的とし、更にこ
の装置を用いた好ましい方向掘削穴の掘削方法を実現す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、請
求項１に記載の発明は、第１の長さ方向の軸を有する第
１シャフト支持手段と、第２の長さ方向の軸を有する第
２シャフト支持手段と、軸受回転軸を有し第１シャフト
支持手段を第２シャフト支持手段に回転自在に結合させ
る結合軸受手段と、を備え、前記軸受回転軸が前記第１
の長さ方向軸に対し第１の非零角をなすとともに前記第
２の長さ方向軸に対し第２の非零角をなし、前記第１お
よび第２シャフト支持手段がそれぞれ前記第１および第
２の長さ方向軸の回りで相対回転するときこれら第１お
よび第２の長さ方向軸の間の相対的なずれ角が変化する
よう、前記結合軸受手段を前記第１シャフト支持手段お
よび第２シャフト支持手段に対して配置してなるもので
ある。

【０００６】また、請求項２に記載のように、前記第
１、第２シャフト支持手段および前記結合軸受手段は、
好ましくは、前記第１、第２の長さ方向軸がそれぞれ前
記軸受回転軸と交差するよう関連付けられ、より詳しく
は、請求項３に記載のように、前記第１および第２の長
さ方向軸が相互に交差するものである。請求項４に記載
のように、前記第１および第２の非零角は例えば１度か
ら３度の範囲内の角度から選択することができるが、特
に請求項５に記載のように、これら第１および第２の非
零角を互に等しくして、前記第１および第２シャフト支
持手段の相対回転の特定の１つの位置で前記第１および
第２の長さ方向軸が互いに平行になるようにするのが良
い。

【０００７】また、請求項６に記載のように、前記シャ
フト支持手段は、好ましくはその近傍で前記第１の長さ
方向軸と同軸な第１シャフト回転軸回りにシャフトを支
持する第１シャフト軸受手段と、その近傍で前記第２の
長さ方向軸と同軸な第２シャフト回転軸回りにシャフト
を支持する第２シャフト軸受手段と、を有している。こ
の場合、長さ方向で隣接する整列可能な第１領域軸部お
よび第２領域軸部を有するシャフト組立体と、前記シャ
フト整列装置とを組み合わせることができる。

【０００８】すなわち、請求項７に記載のように、長さ
方向で隣接する整列可能な第１領域軸部および第２領域
軸部を有するシャフト組立体と、第１の長さ方向の軸を
有し該第１の長さ方向軸と同軸な第１シャフト回転軸回
りに前記シャフト組立体の第１領域軸部を支持する第１
シャフト支持手段と、第２の長さ方向の軸を有し該第２
の長さ方向軸と同軸な第２シャフト回転軸回りに前記シ
ャフト組立体の第２領域軸部を支持する第２シャフト支
持手段と、軸受回転軸を有し第１シャフト支持手段を第
２シャフト支持手段に回転自在に結合させる結合軸受手
段と、を備え、前記軸受回転軸が前記第１の長さ方向軸
に対し第１の非零角をなすとともに前記第２の長さ方向
軸に対し第２の非零角をなし、前記第１および第２シャ
フト支持手段がそれぞれ前記第１および第２の長さ方向
軸の回りで相対回転するときこれら第１および第２の長
さ方向軸の間の相対的なずれ角が変化するよう、前記結
合軸受手段を前記第１シャフト支持手段および第２シャ
フト支持手段に対して配置し、該ずれ角の変化する範囲
内で前記シャフト組立体の第１領域軸部と第２領域軸部
との間で回転が伝達されるようにすることができる。

【０００９】さらに、請求項８に記載のように、前記シ
ャフト組立体の第１領域軸部と第２領域軸部との間で回
転が伝達されるよう、少なくとも前記シャフト組立体の
第１領域軸部と第２領域軸部の間を可撓性部材で構成す
ることができる。あるいは、請求項９、１０に記載のよ
うに、第１領域軸部と第２領域軸部との間に、上記とほ
ぼ同様な相互結合をなすシャフト継手、例えばフックジ
ョイントや等速ジョイントのようなユニバーサルジョイ
ント、又は例えばルゼッパジョイント（Rzeppajoint）
を介在させてもよい。

【００１０】前記シャフト整列装置は、好ましくは請求
項１１に記載のように、前記第１および第２シャフト支
持手段の相対回転を制御可能にもたらすよう両支持手段
を相互に結合する相対回転制御手段を具備するものであ
る。この相対回転制御手段は、請求項１２に記載のよう
に、第１および第２シャフト支持手段を相互に結合する
非可逆の歯車伝動手段と、該歯車伝動手段に結合されて
前記第１および第２シャフト支持手段に制御された相対
回転を付与する制御可能な駆動手段とで構成することが
できる。この制御可能な駆動手段は、請求項１３に記載
のように、前記シャフト組立体からの回転動力を利用し
て制御するようにしてもよく、例えば請求項１４に記載
のように、回転クラッチで制御することができる。前記
歯車伝動手段としては中空の撓み噛合式調和歯車装置を
用いることができる。

【００１１】本発明は、さらに請求項１５に記載のよう
に、更なる長さ方向の軸を有する追加のシャフト支持手
段と、更なる軸受回転軸を有し第１シャフト支持手段を
追加のシャフト支持手段に回転自在に結合させる追加の
結合軸受手段と、を備え、前記第１および追加の長さ方
向軸が互に同軸で、かつ、前記更なる軸受回転軸とも同
軸であり、前記第１シャフト支持手段の前記追加のシャ
フト支持手段に対する回転が制御される結果として、前
記第２シャフト支持手段が前記第１シャフト支持手段に
対して回転されるときに前記第２の長さ方向軸が前記第
１の長さ方向軸からそれる、その方向が制御されるよう
にするのがよい。この場合、請求項１６に記載のよう
に、追加の相対回転制御手段も好ましくは設けられ、前
記第１および追加のシャフト支持手段に制御可能な相対
回転をもたらすよう第１および追加の支持手段を相互に
結合する。この追加の相対回転制御手段は、請求項１７
に記載のように、最初の相対回転制御手段と同一に構成
することができる。

【００１２】また、請求項１８に記載の発明は、地層中
における井戸の方向掘削を可能にするよう井戸穴内の掘
削ドリル軸線の先端を制御可能に整列させる方向掘削ド
リルの整列装置であって、長さ方向で隣接する整列可能
な第１領域軸部、第２領域軸部および第３領域軸部を有
するシャフト組立体と、第１の長さ方向の軸を有し、該
第１の長さ方向軸と同軸な第１シャフト回転軸回りに前
記シャフト組立体の第１領域軸部を支持する第１シャフ
ト支持手段と、第２の長さ方向の軸を有し、該第２の長
さ方向軸と同軸な第２シャフト回転軸回りに前記シャフ
ト組立体の第２領域軸部を支持する第２シャフト支持手
段と、第３の長さ方向の軸を有し、該第３の長さ方向軸
と同軸な第３シャフト回転軸回りに前記シャフト組立体
の第３領域軸部を支持するとともに既に掘削された穴壁
の一部を一時的に固定する機能を有する第３シャフト支
持手段と、一方側の軸受回転軸を有し第１シャフト支持
手段を第２シャフト支持手段に回転自在に結合させる一
方側の結合軸受手段と、更なる軸受回転軸を有し第１シ
ャフト支持手段を第３のシャフト支持手段に回転自在に
結合させる他方側の結合軸受手段と、を備え、前記一方
側の軸受回転軸が前記第１の長さ方向軸に対し第１の非
零角をなすとともに前記第２の長さ方向軸に対し第２の
非零角をなし、前記第１および第２シャフト支持手段が
それぞれ前記第１および第２の長さ方向軸の回りで相対
回転するときこれら第１および第２の長さ方向軸の間の
相対的なずれ角が変化するよう、前記一方側の結合軸受
手段を前記第１シャフト支持手段および第２シャフト支
持手段に対して配置し、前記第１および第３の長さ方向
軸が互に同軸で、かつ、前記更なる軸受回転軸とも同軸
である状態で、前記第１シャフト支持手段の前記第３の
シャフト支持手段に対する回転が制御される結果とし
て、前記第２シャフト支持手段が前記第１シャフト支持
手段に対して回転されるときに前記第２の長さ方向軸が
前記第１の長さ方向軸からそれる、その方向が制御さ
れ、前記ずれ角の変化する範囲内で前記シャフト組立体
の第１、第２および第３領域軸部の間で回転が伝達され
るようにしたものであり、好ましくは、請求項１９に記
載のように、前記第３シャフト支持手段の軸方向を検知
する方向検知手段を設け、該方向検知手段により少なく
とも掘削穴壁に一時的に固定された第３シャフト支持手
段の軸方向を検知し、該検知情報に基づいて掘削ドリル
軸列の先端の向きを変更して井戸穴を掘り進むか否かを
決定するようにすることができる。

【００１３】請求項２０に記載の発明は、地層中におけ
る井戸の方向掘削を可能にするよう井戸穴内の掘削ドリ
ル軸線の先端を制御可能に整列させる方向掘削穴の掘削
方法であって、請求項１８又は１９に記載の方向掘削ド
リルの整列装置と、所定のドリルビットとを準備し、前
記ドリルビットを前記シャフト組立体の離隔端に固定し
た後、前記整列装置を予め掘削された穴内で方向掘削ド
リルの先端に固定し、前記第３のシャフト支持手段を前
記予め掘削された穴内に一時的に固定し、該穴内に固定
された第３のシャフト支持手段の軸方向を検知し、前記
ドリルビットの回転軸が選択した所定の方向に整列する
まで、前記第１シャフト支持手段を前記第３シャフト支
持手段に対して回転させ、又は、前記第２シャフト支持
手段を前記第１シャフト支持手段に対して回転させ、掘
削を継続するものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について添付図面を参照しつつ説明する。図１（ａ）
および図１（ｂ）は本発明に係るシャフトの整列装置の
第１の実施形態を示す図である。同図において、１０は
整列可能なシャフト組立体であり、このシャフト組立体
１０は第１シャフト支持体１２（第１シャフト支持手
段）および第２シャフト支持体１４（第２シャフト支持
手段）を有している。第１シャフト支持体１２は中空の
チューブ状構成体で長さ方向の軸１８を有し、内方に長
さ方向の軸１８と同軸な回転中心軸を有する回転軸受１
６がはめ付けられている。第２シャフト支持体１４はも
う一つの中空のチューブ状構成体で長さ方向の軸２２を
有し、内方に長さ方向の軸２２と同軸な回転中心軸を有
する回転軸受２０がはめ付けられている。第１シャフト
支持体１２および第２シャフト支持体１４は、それぞれ
の端面２４、２６に沿って隣接している。

【００１５】第１シャフト支持体１２および第２シャフ
ト支持体１４は、また、図示しない結合軸受手段によ
り、隣接したそれらの端面２４および２６を互いに接触
した状態を保って相互に回転できるように結合されてい
る。この結合軸受手段の回転軸は長さ方向の軸１８およ
び２２に対して小さいがしかし非零の角度をもって整列
されている。図１（ａ）においては、この角度の形態を
表すため、これに代えて長さ方向の軸１８および２２
（同図１（ａ）に示すシャフト組立体１０の状態でこれ
らの軸１８、２２は互いに同軸である）に対する仮想直
交面３０に対し微小非零角度θをなす端面２４および２
６の隣接係合面としての平面２８を示している。また、
図１（ａ）に示す本実施形態の配置例においては、微小
な非零角度をそれぞれ２．０゜としている。

【００１６】シャフト組立体１０は、更に、第１シャフ
ト部３４および第２シャフト部３６を有するシャフト３
２を具備している。その第１シャフト部３４は回転軸受
１６内に回転自在に支持され長さ方向の軸１８と同軸な
第１シャフト回転軸を中心に回転する。第２シャフト部
３６は回転軸受２０内に回転自在に支持され長さ方向の
軸２２と同軸な第２シャフト回転軸を中心に回転する。
これらシャフト部３４および３６はそれぞれの回転中心
軸を不平行に交差させつつ互いに一体回転するようにシ
ャフト継手３８により結合されている。シャフト継手３
８は例えば「ユニバーサルジョイント」または「フック
ジョイント」（通常、例えば車両後輪軸のギアボックス
に連結される動力伝達軸等にカルダン継手として使用さ
れる。）として知られているが、上述のように、シャフ
ト継手３８は等速継手（すなわち入出力軸の交差角度に
拘わらず伝達回転の変動を生じない、ルゼッパ（Rzepp
a）ジョイントやこれと同様に陸上走行車両の前輪ハブ
に使用される継手）として知られるタイプのものが好ま
しい。これに代えてシャフト３２を中間部が可撓性を有
する、すなわちフレキシブルな一体構造のシャフトにし
てもよい。この場合、非同軸に変化可能に整列される第
１、第２シャフト部３４および３６の端部間でこの可撓
性のシャフト３２により回転動力を伝達することができ
る。第１、第２シャフト部２４および３６は、中空で、
互いにシャフト継手３８により連結されてシャフト３２
を構成している。そして、このシャフト３２内を通って
長さ方向に圧力流体が流れ得るようになっている。

【００１７】シャフト支持体１２および１４が図１に示
すように同軸に整列された状態においては、シャフト支
持体１２および１４の端面２４および２６のそれぞれの
仮想直交面３０に対する傾斜角θが互いに相殺されると
いう理由により、シャフト支持体１２および１４の長さ
方向の軸１８および２２は互いに同軸な関係にある。一
方、シャフト支持体１２および１４が図１（ａ）に状態
から１８０゜だけ相対回転し、図１（ｂ）に示す状態
（前記結合軸受は傾斜した端面２４および２６を常時接
触させている）になると、シャフト組立体１０は長さ方
向軸１８および２２の各々が軸受回転中心軸４０に対し
２度だけ傾くような曲げ状態になる．この曲げ形状の状
態において、２つのシャフト部３４および３６は互いに
シャフト継手３８により一体回転するように連結されて
いるので、シャフト部３６はなおシャフト部３４の回転
に従って回転することができる。しかし、このとき、シ
ャフト支持体１４の長さ方向軸２２と常時同軸なシャフ
ト部３６は、第１シャフト支持体１２の長さ方向の軸１
８と常時同軸なシャフト部３４の回転中心軸に対して４
度だけ相対的にずれている。

【００１８】上述のシャフトの４度のずれ角はシャフト
組立体１０の取り得る真直状態からの最大の曲げ角であ
り、このときの端面２４および２６の長さ方向軸１８お
よび２２に対する直交位置からのずれはそれぞれ２度で
ある。このような０度から４度までのシャフトずれ角
は、第１シャフト支持体１２および第２シャフト支持体
１４を０度から１８０度の範囲内で所定量だけ回転させ
ることにより０゜〜４゜の任意の角度値に設定すること
ができる。なお、第１、第２シャフト支持体１２および
１４の隣接端面２４および２６を結合軸受手段の回転中
心軸４０に対する傾斜角の互いに異なる端面として、前
記最大曲げ角を変化させることができる。

【００１９】第１シャフト支持部１２が適当な向きにな
るまで第１シャフト支持部１２を長さ方向の軸１８の回
りで回転させることにより、更に意図したシャフトの向
きの変化が得られるまで第１シャフト支持部１２に対し
第２シャフト支持部１４をその長さ方向の軸２２の回り
に回転させることにより、シャフト部３６がシャフト部
３４に対して傾く方向は固定基準（シャフト部３４が鉛
直である場合、例えば北向き）に対して制御することが
できる。なお、第１シャフト支持部１２の回転方向は第
２シャフト支持部１４（およびこれに回転自在に支持さ
れたシャフト部３６）が意図した方向に傾くような方向
である。次いで、このような傾き方向の制御と同様にし
てシャフト列の向きを制御する場合について説明する。

【００２０】シャフト組立体１０の通常の使用におい
て、シャフト支持体１２および１４は軸線の逸れる量
（傾き角度）と方向を変化させる間だけ内部回転を受
け、軸方向（掘削方向）に移動するとき以外は静止して
いる。その中で、シャフト３２が回転し、例えば井戸を
掘るための掘削ドリルが駆動される。図２〜図５は本発
明に係るシャフトの整列装置の第２の実施形態を示す図
である。これらの図において、整列可能なシャフト組立
体１００は、図１（ａ）および１（ｂ）を用いて説明し
た上述例のシャフト組立体１０と同様な原理のものであ
るが、より実施に適した詳細構造を含んでいる。ここで
上述例と同一又はそれと同様な構成要素および半組立体
については上述例と同一の参照番号に「１００」を加え
た参照番号を付している。また、図２〜図５を用いるこ
の実施形態の説明においては上述例と相違する特徴につ
いて主に説明し、以下に詳述しない各部の説明は全て図
１（ａ）および１（ｂ）を用いた第１実施形態の説明の
対応箇所と同様である。

【００２１】図２、図５は、要部の配置やシャフト曲げ
の状態等において図１（ａ）、図１（ｂ）に対応してお
り、主な相違点は追加の支持体である第３のシャフト支
持体１５０を設けた点である。この第３シャフト支持体
１５０は中空のチューブ状部材で、回転軸受１５２を介
して第１シャフト支持体１１２を回転可能に支持してい
る。本実施形態における軸受１２７のように第２シャフ
ト支持体１１４に結合された軸受とは異なり、軸受１５
２はシャフト支持体１１２および第３のシャフト支持体
１５０と同軸な回転中心軸を有している。すなわち、シ
ャフト支持体１１２の第３のシャフト支持体１５０に対
する回転はシャフト支持体１５０に対する軸の傾き（逸
れ）を含まないような同軸精度が確保されている。

【００２２】軸受１２７の回転軸は第１、第２シャフト
支持体１１２および１１４の長さ方向軸に対しそれぞれ
１．５度だけ傾いており、両シャフト支持体１１２およ
び１１４を図２の状態から１８０゜相対回転させること
により、本例における真直状態からの相対曲げ角３度が
得られる（図５参照）。図２、図５に示した例では、シ
ャフト１３２が十分な可撓性を有する一体成形品として
製作されており、所定範囲内の曲げを受けた状態でもな
お所要の回転動力伝達能力を有している。また、第１シ
ャフト支持体１１２内に軸受を配置せず、第２シャフト
支持体１１４および第３シャフト支持体１５０の内部に
設けた軸受１２０および１５１によりシャフト１３２を
支持しているので、シャフト１３２が大きな曲率半径を
持って湾曲可能になり、シャフト１３２に過度の曲げが
加わるのが防止される。

【００２３】さらに、追加の支持手段である第３シャフ
ト支持手段１５０を設けることにより（図６〜図９を用
いて後述するアンカー固定手段を用いることにより）、
第１シャフト支持体１１２を非固定として回転させるこ
とができ、第２シャフト支持体１１４が選択した逸れ角
度（０度〜３度の前記相対曲げ角度）になるまで、第１
シャフト支持体１１２を第３シャフト支持体１５０に対
して回転させることができる。

【００２４】また、シャフト組立体１００には、第３シ
ャフト支持体１５０に対し第１シャフト支持体１１２を
相対回転させるよう駆動し、第１シャフト支持体１１２
に対し第２シャフト支持体１１４を相対回転させるよう
駆動する２組の相対回転制御手段１６０および１９０が
設けられている。相対回転制御手段１６０は第１シャフ
ト支持体１１２を第３シャフト支持体１５０に結合させ
るもので、図３に拡大して図示されている。相対回転制
御手段１９０は第２シャフト支持体１１４を第１シャフ
ト支持体１１２に結合させるもので、後述する１つの付
加機能を有する点以外は相対回転制御手段１６０と同一
の構成である。したがって、相対回転制御手段１６０に
ついての次の説明は相対回転制御手段１９０にも適用さ
れる（但し、前記１つの付加機能を除く）。

【００２５】図３において、相対回転制御手段１６０
は、ハーモニックドライブ社（英国）製の「HDUR-IH Si
ze ２０」として知られるタイプの撓み噛合式調和歯車
装置１６２を有している。この撓み噛合式調和歯車装置
１６２は、グラブスクリュウ１６６により第３シャフト
支持体１５０に固定された内歯付リング１６４と、グラ
ブスクリュウ１７２により駆動歯車１７０を介して第１
シャフト支持体１１２に固定された内歯付リング１６８
を有している。内歯付リング１６４および１６８は、そ
の内歯に噛合しているフレックススプライン環１７４
（共通の可撓性外歯車）の外歯に対し、わずかに異なる
（少ない）歯数を有している。フレックススプライン環
１７４はウェーブジェネレータ１７６により撓み噛合式
調和歯車装置１６２の共通回転軸線の回りで偏心回転す
るウェーブジェネレータ１７６によって内歯付リング１
６４および１６８内で偏心円運動させられる。このよう
な周知の技術により内歯付リング１６４、１６８が（し
たがってシャフト支持体１１２も）回転し、ウェーブジ
ェネレータ１７６への入力回転速度に対し非常に小さい
回転速度で回転する。即ち、撓み噛合式調和歯車装置１
６２は高減速比（通常例えば１６０：１）を有してい
る。一般に環状をなす撓み噛合式調和歯車装置１６２
は、特にシャフト組立体１００に好適な固有の高減速比
を有することからチューブ状のシャフト組立体１００の
使用を容易化でき、シャフト１３２を回転軸受１６２の
中心に容易に貫通させることもできる。

【００２６】ウェーブジェネレータ１７６を回転させる
動力は、シャフト１３２からオルダム継手１７８を介し
て取り出した回転動力を利用でき、ウェーブジェネレー
タ１７６に取り付けられた回転センサ１８２の検出情報
に基づき、クラッチ／ブレーキユニット１８０によって
制御される。この場合、オルダム継手１７８を使うのは
シャフト１３２の撓み（図５に示すような湾曲）による
部分的な偏心を許容するためである。また、回転センサ
１８２は、ウェーブジェネレータ１７６の回転数に対応
する第１シャフト支持体１１２の回転を検知するための
ものである。さらに、相対回転制御手段１９０において
は、上述のように回転軸受１６０と略同一の構成を有す
るが、その場合の駆動部材１７０が、シャフト支持体１
１２および１１４の相対回転により生ずるシャフト１３
２の曲げ状態においても回転動力を確実に伝達する回転
伝達継手によって代用されるという点で異なる。勿論、
上述のようにこの相対回転制御手段１９０の作動により
シャフト支持体１１２および１１４の相対回転がもたら
される。

【００２７】図４は撓み噛合式調和歯車装置１６２の主
要構成部材を示す図である。同図に示された例では、ウ
ェーブジェネレータ１７６が偏心形状の外周部に軸受を
装着したものとなっており、そのウェーブジェネレータ
１７６のハブ部分にはシャフト組立体１００の使用に適
した穴が形成されている。本発明の整列装置を具備した
整列可能なシャフト組立体は、井戸等のような方向性を
有する穴の掘削に使用される方向掘削システムに用いて
好適であるが、このような第３の実施形態を図６および
図７に示す。なお、図６および７は図２および５にそれ
ぞれ対応する図となっており、構成部材に対する参照符
号の付し方は上述例と同様の原則に則る。

【００２８】図６において、シャフト組立体を含む掘削
システム２００の第１シャフト支持体２１２には掘削穴
径に近い穴径を有するアンダーゲージニアビットスタビ
ライザー２０２が外装されており、シャフト２３２の自
由端には回転掘削工具であるドリルビット２０４が装着
されている。このドリルビット２０４は第２シャフト支
持体２１４から軸方向に突出している。第３シャフト支
持体２５０は軸方向に延在するとともに、その軸方向の
一部に拡径可能なスタビライザー２０６を含んでいる。
このスタビライザー２０６は第３シャフト支持体２５０
を掘削した穴内に一時的にアンカー固定するものであ
る。これにより、図示しないアジマスセンサや軸方向に
延びるシャフト支持体２５０に組み付けられたセンサ類
等の機器からの検知情報等に基づいて、第１シャフト支
持体２１２を正しく整列させるための方向基準を設定す
ることができる。このような設定作業は地上に設置され
たシステム制御ユニットによって行なわれ、システム制
御ユニットへの信号伝達はシャフト支持体２５０に組み
付けられた伝送ライン２０８を介して行われる。

【００２９】第１シャフト支持体２１２が所要の方向に
正しく回転されると、第２シャフト支持体２１４は第１
シャフト支持体２１２に対して相対的に回転し、図７に
示すように次の掘削作業のために要求されるドリルビッ
ト２０４の軸方向変化をもたらす。スタビライザー２０
６に近接する各部材については次に参照する図８に拡大
図示されている。このスタビライザー２０６は、図９お
よび１２に示すように外周部に配置された３つのグリッ
プパッド３０１と、その下方（内方）に隣接する各一対
のピストン３０３とを有しており、各グリップパッド３
０１はピストン３０３の加圧作動により放射外方に押し
出されるようになっている（図９参照）。ピストン３０
３への流体圧力の供給は例えば略環状の斜板型又はカム
式のアキシャルマルチピストンポンプ３０５により与え
られる。このポンプ３０５の斜板又はカムリング３０７
はクラッチ３０９の制御下で選択的に回転可能であり、
クラッチ３０９はシャフト２３２からオルダム継手３１
１によって取り出された動力により作動する。このクラ
ッチ３０９は、続く掘削についての掘削方向の変更や測
定等のために全てのグリップパッド３０１を拡径方向に
移動させ、スタビライザー２０６を掘削穴内に固定する
必要があるときに作動する。このアキシャルマルチピス
トンポンプ３０５はインナースリーブ３１５とチューブ
状のシャフト支持体２０５の間に形成されたオイルリザ
ーバ３１３を有している。このオイルリザーバ３１３
は、図１０に示すように、インナースリーブ３１５に沿
って浮遊する環状のピストン３１７によって一端を閉止
され、圧力補償されている。

【００３０】スタビライザー２０６のアンカリング固定
を解除するときには、ポンプ３０５をシャフト２３２か
ら切り離すようクラッチ３０９を解放することで、詳細
を図示しない漏れ部からの自然な又は制御された漏れに
よりピストン３０３への押圧力が解除され、衝撃やグリ
ップパッド３０１に作用している掘削穴内壁からの圧力
によってグリップパッド３０１が引っ込められる。な
お、必要に応じてグリップパッド３０１を内方に付勢す
るスプリングを設けることができる。

【００３１】シャフト組立体２００の基端部（上端部）
にはこれを回転可能なドリル軸列３２３に装着するため
のコネクター３２１が設けられている。このコネクター
３２１は複合型のラジアルおよびスラスト軸受ユニット
３２５によって第３シャフト支持体２５０の上端部に回
転自在に支持されている。シャフト２３２の下端部には
スプラインコネクタ３２７が設けられており、ここにシ
ャフト２３２の残りの部分が連結される。このカップリ
ング３２７は図８における左端付近にその側面を図示さ
れ、図１１にその端面形状を図示されている。

【００３２】地層中における井戸の方向掘削を可能にす
るよう井戸穴内の掘削ドリル軸線の先端を制御可能に整
列させる際には、上述した方向掘削ドリルの整列装置
と、所定のドリルビット２０４とを準備し、ドリルビッ
ト２０４をシャフト組立体の離隔端（下端）に固定した
後、整列装置を予め掘削された穴内で方向掘削ドリルの
上端側軸列の先端に固定し、アンカー固定手段であるス
タビライザー２０６により、第３のシャフト支持体２５
０を予め掘削された穴内に一時的にアンカー固定し、そ
の穴内に固定された第３のシャフト支持体２０５の軸方
向を検知し、次いで、ドリルビット２０４の回転軸が選
択した好ましい所定方向に整列するまで、第１シャフト
支持体２１２を第３シャフト支持体２１４に対して回転
させ、又は、第２シャフト支持体２１４を第１シャフト
支持体２１４に対して回転させ、その後掘り進んで、次
の掘削を継続する。

【００３３】上記スタビライザー２０６に代えて図１３
に示されるようなスタビライザー４０６を使用すること
ができる。こスタビライザー４０６は流体圧ポンプシス
テム４０５と共働して図９に示したスタビライザー２０
６と同様な機能を発揮する。なお、図８に示す参照符号
はそれぞれ上述例の図示においてと同様な原則に則って
付けられており、下２桁の番号が上述例の各図に示され
た同一又はそれに相当する部材に対応するようになって
いる。図１３においては、拡張可能な複数のグリップパ
ッド４０１のうち一部のみを図示し、他のピストンにつ
いては図示を省略する。

【００３４】上述例ではグリップパッド３０１が直接的
に第３シャフト支持体２５０に形成された凹部に配置さ
れていたが、図１３に示す例では、グリップパッド４０
１が第３シャフト支持体４５０の外周にねじ結合された
グリップパッドリテーナ（図示せず）の一部に支持され
るようなっている。また、上述例のポンプ３０５は斜板
型アキシャルマルチピストンポンプであったが、図１３
に示すポンプ４０５は偏心駆動ラジアルポンプとして構
成されている。シャフト４３２の周囲にはペグ４０８を
介して固いリング４０７がキー固定されており、ペグ４
０８はシャフト４３２およびリング４０７の一部を貫通
して延在している。シャフト４３２の外周とリング４０
７の内周はシャフト４３２の中心軸線と同心であるが、
リング４０７の外周面４８１は偏心している。換言すれ
ば、リング４０７の外周面４８１は円形ではあるが、シ
ャフト４３２の軸線からその外周面４８１までに半径は
一定でなく、シャフト４３２が回転するとき周方向所定
位置の半径が最小半径と最大半径の間で周期的に変動す
るような円周軌道を形成する。

【００３５】第３シャフト支持体４５０には、周方向に
隔たる複数の径方向の貫通穴４８２および４８３が、リ
ング４０７に対抗するシャフト４３２の軸方向所定位置
に設けられている。また、サイド穴４８４および４８５
は貫通穴４８２から径方向および軸方向に延在するよう
形成されて支持体４５０の内周面と交差している。同様
に、サイド穴４８６および４８７は貫通穴４８３から径
方向および軸方向に延在するよう形成されて支持体４５
０の内周面と交差している。これらサイド穴４８４、４
８５、４８６および４８７は次に述べる目的のものであ
る。

【００３６】シャフト支持体４５０の内周面とシャフト
４３２の外周面の間は、Ｏリング４８９および図示しな
い他のシール部材でシールされたスリーブ４８８により
流体圧的に仕切られている。このスリーブ４８８の外側
の容積部４９０はサイド穴４８５および４８７を接続す
る通路を図示しないピストンの下方に形成し、アンカリ
ングが要求されたときにそれらピストンによりグリップ
パッド４０１を選択的に放射外方に拡張させる。スリー
ブ４８８の内側の容積部はリング４０７の軸方向一方側
に位置し、ポンプ４０５に供給される流体のリザーバ４
１３に隣接している。

【００３７】略円形のプランジャーハウジング４９１は
貫通穴４８２内に機械的に固定されるとともにシールさ
れている。このハウジング４９１は径方向に延びた中心
穴４９２を有し、そこに往復動ピストン４９３を摺動自
在に収納している。ピストン４９３の放射内端４９４が
貫通穴４８２の内端部を通ってリング４０７の外周面４
８１に当接するように、ピストン４９３は中心穴４９２
内の図示しないスプリングにより付勢されている。そし
て、シャフト４３２が第３シャフト支持体４５０に対し
て回転すると、リング４０７が回転して偏心した外周面
４８１がピストン４９４を中心穴内で往復動作させる。

【００３８】サイド穴４８４は、バネ（図示せず）で付
勢されたボールからなる一方向弁４９５を介して、リザ
ーバ４１３をハウジング中心穴４９２に連通するように
なっている。そして、一方向弁４９５は、リング４０７
が回転するとき、ピストン４９３および中心穴４９２を
組み合わせたポンプ４０５に自動的に流体を吸入する機
能を有する。サイド穴４８５は、バネ（図示せず）で付
勢されたボールからなる一方向弁４９６を介して中心穴
４９２を、グリップパッド４０１に拡径方向押圧力を与
える圧力通路４９０に連通させるようになっており、一
方向弁４９６はリング４０７が回転するときピストン４
９３および中心穴４９２を組み合わせたポンプ４０５か
ら自動的に流体を吐出させる機能を有する。

【００３９】円形のプランジャーハウジング４９７は貫
通穴４８３内に機械的に固定されるとともにシールされ
ている。ハウジング４９３は、ハウジング取付式の圧力
制御弁４９８を介し、サイド穴４８７および４８６によ
って圧力通路４９０をリザーバ４１３に連通させる。こ
の圧力制御弁４９８はバネ５００で付勢されたボール４
９９とバネ５００の付勢力を調節するためのねじ５０１
とを有している。この圧力制御弁４９８は接続通路４９
０内の圧力が過大に加圧されるのを防止する。なお、リ
ザーバ４１３内の圧力は、シャフト４３２とシャフト支
持体４５０の間に設けられた図示しない圧力バランスフ
ローティングピストンによって周囲圧力と略同一に保た
れている。

【００４０】比較的高圧の接続通路４９０は図１３に図
示されない絞り抽出部を介して比較的低圧のリザーバ４
１３に接続されており、ポンプ４０５の吐出側（高圧
側）から吸込み側（低圧側）に所定の適量の漏れが生じ
るようになっている。また、その漏れ量は調節可能にな
っている。この漏れはポンプ４０５の吐出圧が低圧かゼ
ロであるとき、すなわちシャフト４３２がシャフト支持
体４５０に対してゆっくりと回転しているか停止してい
るときに、通路４９０を減圧する機能を有する。しかし
ながら、前記絞り抽出部はポンプ４０５の吐出圧が所定
値より大きくなったときには実質的に不十分な漏れを生
じるものとなて通路４９０内の圧力を立ち上がらせる。

【００４１】シャフト支持体４５０を既に掘削された掘
削穴の内壁Ｄ_W に一時的にアンカー固定するため、グリ
ップパッド４０１を拡張させる際には、シャフト４３２
の支持体４５０に対する相対回転速度が、低速又は停止
状態から前記絞り抽出部での漏れ量を上回るポンプ４０
５の実質的な吐出量が得られ、接続通路４９０内の圧力
が立ち上がる程度に、増加される。そして、通路４９０
とグリップパッド４０１の間のピストンがスタビライザ
ー４０６の軸線から放射外方に向かって径方向に押し出
され、その結果、スタビライザー４０６をそこにアンカ
ー固定するようグリップパッド４０１が掘削穴の内壁Ｄ
_W に実質的に当接する。

【００４２】スタビライザー４０６のアンカー固定を解
除すべくグリップパッド４０１を掘削穴内壁Ｄ_W に当接
した拡張位置から放射内方に引っ込めるときには、シャ
フト４３２の回転速度を適度に低下させ、例えばシャフ
ト４３２を停止させる。このシャフト回転速度の低下
は、前記絞り抽出部での漏れに打ち勝って実質的な吐出
ポンプ圧を与えていたポンプ４０５の吐出量低下をもた
らし、必然的に接続通路４９０内の圧力を前記絞り抽出
部を通して連続的に低下させる。この圧力低下は、グリ
ップパッド４０１を放射外方に拡張させるピストン押圧
力を減少させ、ついには実質的に除去して、グリップパ
ッド４０１が支持体４５０内に引っ込むのを許容する。
パッドの引っ込みは、これに内方への付勢力を及ぼすよ
うに配置された図示しないバネによって補助されるのが
好ましい。

【００４３】上述のように、本例では、グリップパッド
４０１をそれらの当接した掘削穴内壁から離隔させて引
っ込め、スタビライザー４０６によるシャフト組立体の
アンカー固定を解除するため、シャフト４３２の回転の
減速又は停止によって上述した絞り抽出部を通し液圧の
実質的な漏れを生じさせたが、このような漏れ制御用の
絞り抽出部に代えて、接続通路４９０をリザーバ４１３
に接続する遠隔制御バルブ（図示せず）を用いることも
できる。この遠隔制御バルブは例えばソレノイドバルブ
であり、このバルブによる流体の通過およびブロックは
そこから離れた地点、例えば掘削穴の開口する地上のシ
ステム制御ユニットにより制御される。そして、シャフ
ト４３２が回転する間、この遠隔制御バルブを閉止する
ことにより、ポンプ４０５がグリプパッド４０１を拡張
させるよう接続通路４９０内の圧力を上昇させる。一
方、この遠隔制御バルブが、シャフト４３２の回転減速
又は停止を伴って、あるいはそれを伴うことなしに開放
されると、接続通路４９０内の圧力がリザーバ４１３に
解放され、グリップパッド４０１が掘削穴壁面から離れ
て放射内方に引っ込む。このような遠隔制御バルブを設
けると、それを制御する手段が地表側（又は他の場所
に）必要になるが、シャフト４３２を回転させたままグ
リップパッド４０１を引っ込めることができるという利
点がある。

【００４４】図１３には１つのみを図示したが、リング
４０７の配置された軸方向位置で、シャフト支持体４５
０の周方向に隔てて配置した複数のポンプ収納穴４８２
に複数のピストンポンプユニットをに配置することがで
きる。前記ポンプ４０５、圧力制御安全弁４９８および
前記絞り抽出部は、スタビライザー４０６（全体的には
上述例のスタビライザー２０６と類似の配置をとる）の
３つのブレードの外接円より常に内側に位置するように
適宜配置されている。

【００４５】図１４は好ましいスタビライザーの一例を
示す図であり、同図中のスタビライザー６０６は図１３
に示した方向掘削装置のスタビラザー４０６とほぼ類似
した構成を有するが、以下に述べるような相違点を有す
る。図１５はスタビライザー６０６のメインボディーの
横断面図である。なお、図１４および１５における各構
成部材の参照番号は、図１３に示された同一又はそれに
相当する構成部材の符号に基づいて、図１３中の参照番
号とそれ以前の図中の参照番号との関係と同様にして付
したものである。

【００４６】スタビライザー６０６が上述例のスタビラ
ザー４０６と多くの点で類似しているので、特にスタビ
ラザー４０６と顕著に相違するスタビライザー６０６の
特徴について説明する。なお、スタビライザー６０６も
スタビライザー４０６も作用はほぼ同一である。図１４
に示したスタビライザー６０６においては、圧力制限安
全弁６９８がハウジング６９７内でなくサイド穴６８６
内に配置されている。サイド穴６８７は単なる流体通路
である。ハウジング６９７には内部通路がなく、ハウジ
ング６９７が収納されシールされた収納穴６８３の一部
によりハウジング６９７の周りに液圧流体の流れる環状
通路が形成される。

【００４７】図１４には２つのグリップパッド６０１の
みを示したが、図１５に示すように、実際には３つグリ
ップパッド６０１が周方向等間隔に配置されている。す
なわち、図１４は１２０度の角度をなす２つの断面を便
宜上同一平面上に表したものである。なお、図１５中で
はスタビライザー６０６のメインボディーのみを図示し
ている。

【００４８】グリップパッド６０１は（放射外方向を基
準として）それぞれサイドフランジ部（図示せず）を有
する逆Ｔ字形に形成され、そのサイドフランジ部はブレ
ード６５１の伸張スロットの各々に形成されている内部
溝６５２に係合している。これらグリップパッド６０１
のフランジ部は半径方向（スタビライザー６０６に組み
込まれるとき）の厚さが内部溝６５２の半径方向の深さ
よりも十分に小さいものであり、グリップパッド６０１
がスロット６５２内で最も引っ込んだ位置と最も出っ張
った位置との間で半径方向内外に移動するのを許容する
ようになっている。グリップパッド６０１はブレード６
５１への切り込み部を通してスロット６５３内にはめ込
まれている。はめ込まれたグリップパッド６０１はブレ
ード６５１に保持され、切り込み部を有するブレード６
５１の下端部切り込みスタビライザボディ６５０に固定
された所定形状のリテーナ６５４によって元の形にもど
されている。

【００４９】グリップパッド６０１とスタビライザボデ
ィ６５０を連結するスプリングを設け、パッド拡張ピス
トンが圧力通路を通ったポンプ６０５からの吐出圧によ
って放射内方に加圧されないとき、グリップパッド６０
１をそれぞれの引っ込んだ位置に付勢するようにするの
がよい。そのようなスプリングは、波形状のばね綱をグ
リップパッド６０１の外面とサイド溝６５２の外側壁と
の間に配置できる形状にして得られる。なお、サイド溝
６５２の半径方向深さ寸法はそのようなスプリングの装
着状態でグリップパッド６０１を放射内外の拡張位置お
よび引込み位置に移動させるのに十分なクリアランスを
考慮して設定される。

【００５０】スタビライザー６０６は、図６および図８
に示した上述例のシャフト組立体２００と略類似した方
向掘削ドリルの整列装置６００に使用されており、スタ
ビライザー６０６に結合された整列装置６００は図１６
に部分的に図示されている。スタビライザー６０６の外
側の構成部材６５０は図１７に図示されており、その外
表部のパッド収納スロット６５３が図１８に示されてい
る。

【００５１】スタビライザー６０６より下方の整列装置
６００（図１６では右端）が図１９に拡大図示されてお
り、更に圧力バランス環状ピストン６１７を含む整列装
置６００の一部の詳細が図２０に図示されている。タビ
ライザー６０６より上方の整列装置６００（図１６では
左端）が図２１に拡大図示されており、同図中の組み合
わせのラジアルおよびスラスト軸受は図２２ではテーパ
ローラ軸受として図示され、図２３では別々の各１列の
ラジアル軸受およびスラスト軸受として各種シール部材
と共に図示されている。

【００５２】なお、上述の各例においてある程度の改良
や変形態様、代替部材等について説明したが、本発明は
これらに限定されるものではなく、請求の範囲の記載か
ら逸脱しない範囲内で各種の改良や変形態様、代替等が
可能であることはいうまでもない。

【００５３】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、第１シャ
フト支持手段を第２シャフト支持手段に回転自在に結合
させる結合軸受手段の軸受回転軸が両支持手段の長さ方
向軸に対しそれぞれ非零角をなし、第１および第２シャ
フト支持手段が相対回転するときこれらの長さ方向軸間
の相対的なずれ角が変化するようにしているので、シャ
フト自由端の向きを基端側から容易かつ確実に制御する
ことのできるシャフト整列装置を提供することができ
る。

【００５４】請求項２記載の発明によれば、結合軸受手
段の軸受回転軸が第１および第２シャフト支持手段の長
さ方向軸に対しそれぞれ交差しているので、自由端側と
基端側でそれぞれ任意の交差角を設定することができ
る。請求項３記載の発明によれば、第１および第２シャ
フト支持手段の長さ方向軸が互いに交差しているので、
第１シャフト支持手段を第２シャフト支持手段に結合さ
せる結合軸受手段を簡素に構成することができる。

【００５５】請求項４記載の発明によれば、第１および
第２の非零角がそれぞれ１度から３度の範囲内の角度か
ら選択されているので、軸交差角の変化に伴ないシャフ
トの回転トルク変動が生じ難い。請求項５記載の発明に
よれば、第１および第２の非零角を等しくして、第１お
よび第２シャフト支持手段の長さ方向軸を互いに平行に
できるようにしたので、長い軸列にあってもシャフトの
より良好な整列姿勢を得ることができる。

【００５６】請求項６記載の発明によれば、第１、第２
シャフト支持手段にそれぞれの近傍で長さ方向軸と同軸
な第１、第２シャフト回転軸回りにシャフトを支持する
第１、第２シャフト軸受手段を設けたので、第１、第２
シャフト支持手段と結合軸受手段を容易に隣接配置する
ことができる。請求項７記載の発明によれば、長さ方向
で隣接する整列可能な第１領域軸部および第２領域軸部
を有するシャフト組立体と、請求項６記載の装置と略同
様なシャフトの整列装置とを組み合わせて、第１および
第２の長さ方向軸の間の相対的なずれ角が変化する範囲
内でシャフト組立体の第１領域軸部と第２領域軸部との
間で回転が伝達されるようにしているので、湾曲又は屈
曲するシャフトの第１領域軸部と第２領域軸部を容易に
整列させ、シャフト自由端の向きを基端側から容易かつ
確実に制御することのできるシャフト整列装置を提供す
ることができる。

【００５７】請求項８記載の発明によれば、シャフト組
立体の第１領域軸部と第２領域軸部の間を可撓性部材で
構成しているので、シャフトによる回転動力の伝達状態
を変化させることなくそのシャフトの湾曲状態を変化さ
せることができる。請求項９記載の発明によれば、シャ
フト組立体の第１領域軸部と第２領域軸部の間に両軸部
を互いに一体的に回転するよう連結するシャフト継手を
設けているので、シャフトによる回転動力の伝達状態を
変化させることなくそのシャフトの屈曲状態を変化させ
ることができる。

【００５８】請求項１０記載の発明によれば、前記シャ
フト継手がユニバーサルジョイント又は等速ジョイント
であるから、シャフトの屈強（曲げ角）を比較的大きく
することができるとともに、その一部を結合軸受の支持
に利用して構成の簡素な結合軸受手段を実現することが
できる。請求項１１記載の発明によれば、第１および第
２シャフト支持手段の相対回転を制御可能にもたらすよ
う両支持手段を相互に結合する相対回転制御手段を設け
ているので、シャフト自由端の向きを基端側からより容
易にかつ正確に制御することができる。

【００５９】請求項１２記載の発明によれば、相対回転
制御手段が、第１および第２シャフト支持手段を相互に
結合する非可逆の歯車伝動手段と、該歯車伝動手段に結
合された駆動手段とを有するので、シャフトによる回転
動力の伝達中にシャフトの曲げ角が変動するのを防止す
ることができる。請求項１３記載の発明によれば、前記
歯車伝動手段が中空の撓み噛合式調和歯車装置で構成さ
れているので、適当な減速比を設定することにより、第
１、第２シャフト支持体の相対回転を得るのに必要な回
転速度とトルクを容易に得ることができる。

【００６０】請求項１４記載の発明によれば、前記駆動
手段と歯車伝動手段の間に回転動力を断接する回転クラ
ッチを介在させているので、該回転クラッチにより第
１、第２シャフト支持体の相対回転の有無を容易に切り
かえることができる。請求項１５記載の発明によれば、
第１シャフト支持手段を追加のシャフト支持手段に回転
自在に結合させているので、第１シャフト支持手段を容
易に回転させることができる。

【００６１】請求項１６記載の発明によれば、第１およ
び追加のシャフト支持手段に相対回転をもたらすよう両
支持手段を結合する追加の相対回転制御手段を設けてい
るので、第２シャフトの自由端の向きを第１シャフト側
からより容易かつ正確に制御することができる。請求項
１７記載の発明によれば、追加の相対回転制御手段が第
１の相対回転制御手段と同一構成を有しているので、部
品の共通化を図ってコストを低減させることができる。

【００６２】請求項１８記載の発明によれば、長さ方向
で隣接する整列可能な第１、第２および第３領域軸部を
有するシャフト組立体と、各領域軸部を支持する第１〜
第３シャフト支持手段と、掘削穴壁に第３シャフト支持
手段を一時的に固定するアンカー固定手段と、シャフト
支持手段同士を回転自在に結合させる結合軸受手段とを
備えているので、掘削穴内のドリル軸列の先端部を外部
から容易かつ確実に制御することができ、かつ、整列基
準となる第３シャフト支持手段を掘削穴の内壁に一時的
に固定できるので、掘削ドリルの自由端部をより正確な
整列姿勢（真直姿勢又はわずかに屈曲若しくは湾曲した
姿勢）に整列させることができる。

【００６３】請求項１９記載の発明によれば、第３シャ
フト支持手段の軸方向を検知する方向検知手段を設け、
該方向検知手段により少なくとも掘削穴壁に一時的に固
定された第３シャフト支持手段の軸方向を検知するの
で、その検知情報に基づいて掘削ドリル軸列の先端の向
きを把握することができ、掘削状態を常に良好に保つこ
とができる。

【００６４】請求項２０記載の発明によれば、ドリルビ
ットと整列装置を掘削穴内で方向掘削ドリルの先端側に
配置し、第３のシャフト支持手段を穴内に一時的に固定
した後、第３のシャフト支持手段の軸方向を方向検知手
段により検知し、ドリルビットの回転軸が選択した所定
の方向に整列するまで第１シャフト支持手段と第１又は
第３シャフト支持手段とを相対回転させるようにしてい
るので、掘削ドリル軸列の先端の向きを基端側から容易
確実に制御することができ、掘削状態を常に良好に保つ
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るシャフトの整列装置の第１の実施
形態を示す図で、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）はその
正面図である。

【図２】本発明に係るシャフトの整列装置の第２の実施
形態を示す縦断面図である。

【図３】図２に示した装置の部分拡大断面図である。

【図４】図３に示した調和歯車装置の分解斜視図であ
る。

【図５】図２に示した第２の実施形態の曲げ状態を示す
断面図である。

【図６】本発明に係る方向掘削ドリルの整列装置の好ま
しい実施形態を示すその正面図である。

【図７】図６に示した実施形態の曲げ状態を示すその部
分正面図である。

【図８】図６に示したドリルシャフト組立体の軸方向先
端部の好ましい態様を示す縦断面図である。

【図９】アンカー固定手段の一態様を示す図８の一部拡
大図である。

【図１０】圧力制御用の環状浮遊ピストンを示す図８の
一部拡大図である。

【図１１】図８に示したシャフト組立体の同図中の左端
面の形状を示す図である。

【図１２】図８に示したシャフト組立体の同図中の右端
面の形状を示す図である。

【図１３】アンカー固定手段の他の態様を示す図８に示
した装置と置き換え可能な整列装置の一部断面図であ
る。

【図１４】図１３に示した装置のアンカー固定手段の全
体構成を示す断面図である。

【図１５】図１３に示した装置のシャフト支持体の断面
図で、アンカー用グリップパッドを収納する溝の断面形
状を示している。

【図１６】図１４に示したドリルシャフト組立体の先端
部の縦断面である。

【図１７】図１６に示したシャフト組立体の中間部の縦
断面である。

【図１８】図１６に示したシャフト組立体中間部のグリ
ップパッド収納溝の周辺を示す上面図である。

【図１９】図１６に示したシャフト組立体の同図中左端
部の縦断面図である。

【図２０】図１９の一部拡大図である。

【図２１】図１６に示したシャフト組立体の同図中右端
部の縦断面図である。

【図２２】図２１の一部拡大図である。

【図２３】図２１の他の一部拡大図である。

【符号の説明】

１０ シャフト組立体 １２ 第１シャフト支持体（第１シャフト支持手段） １４ 第２シャフト支持体（第２シャフト支持手段） １８ 第１シャフト支持体の長さ方向の軸 ２２ 第２シャフト支持体の長さ方向の軸 ２４、２６ 端面（結合軸受手段） ２８ 隣接係合面としての平面 ３２ シャフト ３４ 第１シャフト部 ３６ 第２シャフト部 ３８ シャフト継手 ４０ 結合軸受手段の回転中心軸 １００ シャフト組立体 １１２ 第１シャフト支持体 １１４ 第２シャフト支持体 １２７ 軸受 １３２ シャフト １５０ 第３のシャフト支持体 １５２ 回転軸受 １６０ 相対回転制御手段 １６２ 撓み噛合式調和歯車装置 １６４、１６８ 内歯付リング １７０ 駆動歯車 １７４ フレックススプライン環 １７６ ウェーブジェネレータ １７８ オルダム継手 １８０ クラッチ／ブレーキユニット １８２ 回転センサ １９０ 相対回転制御手段 ２００ システム ２０２ アンダーゲージニアビットスタビライザー ２０４ ドリルビット ２０６ スタビライザー ２１２ 第１シャフト支持体 ２１４ 第２シャフト支持体 ２３２ シャフト ２５０ 第３シャフト支持体 ２０８ 伝送ライン ３０１ グリップパッド ３０３ ピストン ３０５ ポンプ ３０７ 斜板又はカムリング ３０９ クラッチ ３１１ オルダム継手 ３１３ オイルリザーバ ３１５ インナースリーブ ３１７ 環状のピストン ３２１ コネクター ３２３ ドリル軸列 ３２５ 複合型のラジアルおよびスラスト軸受ユニッ
ト ３２７ スプラインコネクタ ４０１ グリップパッド ４０５ 流体圧ポンプシステム ４０６ スタビライザー ４０７ リング ４１３ リザーバ ４３２ シャフト ４８１ 外周面 ４８２ ポンプ収納穴（貫通穴） ４５０ 第３シャフト支持体 ４９０ 圧力通路 ４９１ プランジャーハウジング ４９２ ハウジング中心穴 ４９３ 往復動ピストン ４９６ 一方向弁 ４９８ ハウジング取付式の圧力制御弁 ５００ バネ ５０１ ねじ ６０１ グリップパッド ６０３ パッド拡張ピストン ６０６ スタビライザー ６５０ スタビライザーボディ ６５１ ブレード ６５２ 内部溝 ６５３ スロット ６５４ リテーナ ６８３ 収納穴 ６８６ サイド穴（サイド穴６８７） ６９０ 圧力通路 ６９７ ハウジング ６９８ 圧力制限安全弁

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の長さ方向の軸を有する第１シャフト
   支持手段と、 第２の長さ方向の軸を有する第２シャフト支持手段と、 軸受回転軸を有し第１シャフト支持手段を第２シャフト
   支持手段に回転自在に結合させる結合軸受手段と、を備
   え、 前記軸受回転軸が前記第１の長さ方向軸に対し第１の非
   零角をなすとともに前記第２の長さ方向軸に対し第２の
   非零角をなし、前記第１および第２シャフト支持手段が
   それぞれ前記第１および第２の長さ方向軸の回りで相対
   回転するときこれら第１および第２の長さ方向軸の間の
   相対的なずれ角が変化するよう、前記結合軸受手段を前
   記第１シャフト支持手段および第２シャフト支持手段に
   対して配置したことを特徴とするシャフトの整列装置。
2. 【請求項２】前記結合軸受手段の軸受回転軸が前記第１
   および第２シャフト支持手段の前記第１および第２の長
   さ方向軸に対しそれぞれ交差したことを特徴とする請求
   項１に記載のシャフトの整列装置。
3. 【請求項３】前記第１および第２シャフト支持手段の前
   記第１および第２の長さ方向軸が互いに交差したことを
   特徴とする請求項２に記載のシャフトの整列装置。
4. 【請求項４】前記第１および第２の非零角がそれぞれ１
   度から３度の範囲内の角度から選択されたことを特徴と
   する請求項１、２又は３に記載のシャフトの整列装置。
5. 【請求項５】前記第１および第２の非零角が互に等し
   く、前記第１および第２シャフト支持手段の相対回転の
   特定の１つの位置で前記第１および第２の長さ方向軸が
   互いに平行になるようにしたことを特徴とする請求項１
   〜４の何れか１つに記載のシャフトの整列装置。
6. 【請求項６】前記第１シャフト支持手段がその近傍で前
   記第１の長さ方向軸と同軸な第１シャフト回転軸回りに
   シャフトを支持する第１シャフト軸受手段を有し、前記
   第２シャフト支持手段がその近傍で前記第２の長さ方向
   軸と同軸な第２シャフト回転軸回りにシャフトを支持す
   る第２シャフト軸受手段を有することを特徴とする請求
   項１〜５の何れか１つに記載のシャフトの整列装置。
7. 【請求項７】長さ方向で隣接する整列可能な第１領域軸
   部および第２領域軸部を有するシャフト組立体と、 第１の長さ方向の軸を有し、該第１の長さ方向軸と同軸
   な第１シャフト回転軸回りに前記ャフト組立体の第１領
   域軸部を支持する第１シャフト支持手段と、 第２の長さ方向の軸を有し、該第２の長さ方向軸と同軸
   な第２シャフト回転軸回りに前記シャフト組立体の第２
   領域軸部を支持する第２シャフト支持手段と、 軸受回転軸を有し、第１シャフト支持手段を第２シャフ
   ト支持手段に回転自在に結合させる結合軸受手段と、を
   備え、 前記軸受回転軸が前記第１の長さ方向軸に対し第１の非
   零角をなすとともに前記第２の長さ方向軸に対し第２の
   非零角をなし、前記第１および第２シャフト支持手段が
   それぞれ前記第１および第２の長さ方向軸の回りで相対
   回転するときこれら第１および第２の長さ方向軸の間の
   相対的なずれ角が変化するよう、前記結合軸受手段を前
   記第１シャフト支持手段および第２シャフト支持手段に
   対して配置し、 該ずれ角の変化する範囲内で前記シャフト組立体の第１
   領域軸部と第２領域軸部との間で回転が伝達されるよう
   にしたことを特徴とするシャフトの整列装置。
8. 【請求項８】前記シャフト組立体の第１領域軸部と第２
   領域軸部との間で回転が伝達されるよう、少なくとも前
   記シャフト組立体の第１領域軸部と第２領域軸部の間を
   可撓性部材で構成したことを特徴とする請求項７に記載
   のシャフトの整列装置。
9. 【請求項９】前記シャフト組立体の第１領域軸部と第２
   領域軸部との間で回転が伝達されるよう、少なくとも前
   記シャフト組立体の第１領域軸部と第２領域軸部の間に
   両軸部を互いに一体的に回転するよう連結するシャフト
   継手を設けたことを特徴とする請求項７に記載のシャフ
   トの整列装置。
10. 【請求項１０】前記シャフト継手がユニバーサルジョイ
    ント又は等速ジョイントであることを特徴とする請求項
    ９に記載のシャフトの整列装置。
11. 【請求項１１】前記第１および第２シャフト支持手段の
    相対回転を制御可能にもたらすよう両支持手段を相互に
    結合する相対回転制御手段を設けたことを特徴とする請
    求項１〜１０の何れか１つに記載のシャフトの整列装
    置。
12. 【請求項１２】前記相対回転制御手段が、第１および第
    ２シャフト支持手段を相互に結合する非可逆の歯車伝動
    手段と、該歯車伝動手段に結合されて前記第１および第
    ２シャフト支持手段に前記制御された相対回転を付与す
    る制御可能な駆動手段と、を有することを特徴とする請
    求項１１に記載のシャフトの整列装置。
13. 【請求項１３】前記歯車伝動手段が中空の撓み噛合式調
    和歯車装置で構成されたことを特徴とする請求項１２に
    記載のシャフトの整列装置。
14. 【請求項１４】前記駆動手段と前記歯車伝動手段の間に
    回転動力を断接する回転クラッチを介在させ、該回転ク
    ラッチを介して前記駆動手段を前記シャフト組立体から
    の回転動力により制御するようにしたことを特徴とする
    請求項１２又は１３に記載のシャフトの整列装置。
15. 【請求項１５】更なる長さ方向の軸を有する追加のシャ
    フト支持手段と、 更なる軸受回転軸を有し第１シャフト支持手段を追加の
    シャフト支持手段に回転自在に結合させる追加の結合軸
    受手段と、を備え、 前記第１および追加の長さ方向軸が互に同軸で、かつ、
    前記更なる軸受回転軸とも同軸であり、前記第１シャフ
    ト支持手段の前記追加のシャフト支持手段に対する回転
    が制御される結果として、前記第２シャフト支持手段が
    前記第１シャフト支持手段に対して回転されるとき、前
    記第２の長さ方向軸が前記第１の長さ方向軸からそれ
    る、その方向が制御されるようにしたことを特徴とする
    ことを特徴とする請求項１〜１４の何れか１つに記載の
    シャフトの整列装置。
16. 【請求項１６】前記第１および追加のシャフト支持手段
    に制御可能な相対回転をもたらすよう第１および追加の
    支持手段を相互に結合する追加の相対回転制御手段を設
    けたことを特徴とする請求項１６に記載のシャフトの整
    列装置。
17. 【請求項１７】前記追加の相対回転制御手段が前記第１
    の相対回転制御手段と同一の構成を有することを特徴と
    する請求項１６に記載のシャフトの整列装置。
18. 【請求項１８】地層中における井戸の方向掘削を可能に
    するよう井戸穴内の掘削ドリル軸列の先端を制御可能に
    整列させる方向掘削ドリルの整列装置であって、 長さ方向で隣接する整列可能な第１領域軸部、第２領域
    軸部および第３領域軸部を有するシャフト組立体と、 第１の長さ方向の軸を有し、該第１の長さ方向軸と同軸
    な第１シャフト回転軸回りに前記シャフト組立体の第１
    領域軸部を支持する第１シャフト支持手段と、 第２の長さ方向の軸を有し、該第２の長さ方向軸と同軸
    な第２シャフト回転軸回りに前記シャフト組立体の第２
    領域軸部を支持する第２シャフト支持手段と、 第３の長さ方向の軸を有し、該第３の長さ方向軸と同軸
    な第３シャフト回転軸回りに前記シャフト組立体の第３
    領域軸部を支持する第３シャフト支持手段と、 既に掘削された穴壁の一部に第３シャフト支持手段を一
    時的に固定する機能を有するアンカー固定手段と、 一方側の軸受回転軸を有し第１シャフト支持手段を第２
    シャフト支持手段に回転自在に結合させる一方側の結合
    軸受手段と、 更なる軸受回転軸を有し第１シャフト支持手段を第３の
    シャフト支持手段に回転自在に結合させる他方側の結合
    軸受手段と、を備え、 前記一方側の軸受回転軸が前記第１の長さ方向軸に対し
    第１の非零角をなすとともに前記第２の長さ方向軸に対
    し第２の非零角をなし、前記第１および第２シャフト支
    持手段がそれぞれ前記第１および第２の長さ方向軸の回
    りで相対回転するときこれら第１および第２の長さ方向
    軸の間の相対的なずれ角が変化するよう、前記一方側の
    結合軸受手段を前記第１シャフト支持手段および第２シ
    ャフト支持手段に対して配置し、 前記第１および第３の長さ方向軸が互に同軸で、かつ、
    前記更なる軸受回転軸とも同軸である状態で、前記第１
    シャフト支持手段の前記第３のシャフト支持手段に対す
    る回転が制御される結果として、前記第２シャフト支持
    手段が前記第１シャフト支持手段に対して回転されると
    きに前記第２の長さ方向軸が前記第１の長さ方向軸から
    それる、その方向が制御され、前記ずれ角の変化する範
    囲内で前記シャフト組立体の第１、第２および第３領域
    軸部の間で回転が伝達されるようになしたことを特徴と
    する方向掘削ドリルの整列装置。
19. 【請求項１９】前記第３シャフト支持手段の軸方向を検
    知する方向検知手段を設け、該方向検知手段により少な
    くとも掘削穴壁に一時的に固定された第３シャフト支持
    手段の軸方向を検知し、該検知情報に基づいて掘削ドリ
    ル軸列の先端の向きを変更して井戸穴を掘り進むか否か
    を決定するようにしたことを特徴とする請求項１８に記
    載の方向掘削ドリルの整列装置。
20. 【請求項２０】地層中における井戸の方向掘削を可能に
    するよう井戸穴内の掘削ドリル軸線の先端を制御可能に
    整列させる方向掘削穴の掘削方法であって、 請求項１８又は１９に記載の方向掘削ドリルの整列装置
    と、所定のドリルビットとを準備し、 前記ドリルビットを前記シャフト組立体の離隔端に固定
    した後、 前記整列装置を予め掘削された穴内で方向掘削ドリルの
    先端に固定し、 前記第３のシャフト支持手段を前記予め掘削された穴内
    に一時的に固定し、 該穴内に固定された第３のシャフト支持手段の軸方向を
    検知し、 前記ドリルビットの回転軸が選択した所定の方向に整列
    するまで、前記第１シャフト支持手段を前記第３シャフ
    ト支持手段に対して回転させ、又は、前記第２シャフト
    支持手段を前記第１シャフト支持手段に対して回転さ
    せ、 掘削を継続することを特徴とする方向掘削穴の掘削方
    法。