(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのボーリングロッドを連結するためのジョイントであって、
前記ボーリングロッドの一方の端部に設けられるカップ部と、
前記ボーリングロッドの他方の端部に設けられ、前記カップ部に挿入される連結軸部とを備え、
前記カップ部と前記連結軸部との間に、前記２つのボーリングロッドを角度変位自在に連結するフレキシブル構造体が内包され、
前記フレキシブル構造体は、前記２つのボーリングロッド間で引っ張り方向の軸力を伝達する機構と、圧縮方向の軸力を伝達する機構とを別機構として有していることを特徴とするボーリングロッドのジョイント。
【請求項２】
前記フレキシブル構造体は、
前記連結軸部の外周に軸線方向に移動自在に嵌合される環状のボックスと、
前記連結軸部の外周に嵌合固定され、前記ボックスを保持する環状のリテーナとを含み、
前記カップ部は前記ボックス及び前記リテーナを内部に受け入れた状態で、前記ボックスの外周に着脱自在に結合され、
前記連結軸部及び前記ボックスは、所定の角度範囲で角度変位可能であって、かつ回転トルクを互いに伝達可能な嵌合面をそれぞれ有し、
前記ボックス及び前記リテーナは、前記角度変位に追従して面接触し、かつ前記２つのボーリングロッド間で引っ張り方向の軸力を互いに伝達可能な当接面を有し、
前記連結軸部及び前記カップ部は、前記角度変位に追従して面接触し、かつ前記２つのボーリングロッド間で圧縮方向の軸力を互いに伝達可能な当接面を有していることを特徴とする請求項１記載のボーリングロッドのジョイント。
【請求項３】
前記連結軸部と前記ボックスとの各嵌合面は、それぞれ多角形断面によって規定されることを特徴とする請求項２記載のボーリングロッドのジョイント。
【請求項４】
前記ボックスの嵌合面は、中間部から両端部にかけて嵌合断面積が漸次拡大する傾斜面となっていることを特徴とする請求項３記載のボーリングロッドのジョイント。
【請求項５】
前記ボックスと前記リテーナとの当接面、前記連結軸部と前記カップ部との当接面は、それぞれ球面によって規定されることを特徴とする請求項２，３又は４記載のボーリングロッドのジョイント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ボーリングロッドのジョイントに関し、さらに詳細には、曲線状の穴を掘進する場合、ボーリングロッドに曲げによる負荷が加わらないフレキシブルジョイントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボーリング工事において、曲線状の穴の掘削を要求される場合がある。このような場合、ボーリングロッドとして、そのツールジョイントが単にねじ結合するだけの通常のものを使用すると、ツールジョイントに大きな繰り返し曲げ荷重が作用して、疲労破壊によるボーリングロッドの折損事故を招くことが多い。
【０００３】
曲線状の掘削を行うために、ボーリングロッドのツールジョイントをフレキシブルジョイントとすることも考えられる。しかしながら、フレキシブルジョイントとして、伝動継手に一般に利用されているユニバーサルジョイントを適用すると、その構成要素が露出状態となってしまうため、土中にあって掘削するという用途には適さない。また、このようなユニバーサルジョイントは、構造が複雑であり、さらにはボーリング掘削における大きな圧縮や引っ張り荷重、回転力に耐えられるものではない。しかも、寿命が短く、高価であり、実用的ではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、土中で使用されるボーリングロッドのフレキシブルジョイントとして十分実用に供することができるジョイントを提供することにある。
さらに、この発明の目的は、簡単な構造によって、ボーリングロッド間で大きな圧縮荷重や引っ張り荷重、回転力を伝達することができ、しかも耐久性にすぐれたジョイントを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、２つのボーリングロッドを連結するためのジョイントであって、
前記ボーリングロッドの一方の端部に設けられるカップ部と、
前記ボーリングロッドの他方の端部に設けられ、前記カップ部に挿入される連結軸部とを備え、
前記カップ部と前記連結軸部との間に、前記２つのボーリングロッドを角度変位自在に連結するフレキシブル構造体が内包され、
前記フレキシブル構造体は、前記２つのボーリングロッド間で引っ張り方向の軸力を伝達する機構と、圧縮方向の軸力を伝達する機構とを別機構として有していることを特徴とするボーリングロッドのジョイントにある。
【０００７】
前記フレキシブル構造体は、より具体的には、
前記連結軸部の外周に軸線方向に移動自在に嵌合される環状のボックスと、
前記連結軸部の外周に嵌合固定され、前記ボックスを保持する環状のリテーナとを含み、
前記カップ部は前記ボックス及び前記リテーナを内部に受け入れた状態で、前記ボックスの外周に着脱自在に結合され、
前記連結軸部及び前記ボックスは、所定の角度範囲で角度変位可能であって、かつ回転トルクを互いに伝達可能な嵌合面をそれぞれ有し、
前記ボックス及び前記リテーナは、前記角度変位に追従して面接触し、かつ前記２つのボーリングロッド間で引っ張り方向の軸力を互いに伝達可能な当接面を有し、
前記連結軸部及び前記カップ部は、前記角度変位に追従して面接触し、かつ前記２つのボーリングロッド間で圧縮方向の軸力を互いに伝達可能な当接面を有している。
【０００８】
前記連結軸部と前記ボックスとの各嵌合面は、それぞれ多角形断面によって規定され、前記ボックスの嵌合面は、中間部から両端部にかけて嵌合断面積が漸次拡大する傾斜面となっている。また、前記ボックスと前記リテーナとの当接面、前記連結軸部と前記カップ部との当接面は、それぞれ球面によって規定される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、この発明によるボーリングロッドのジョイントを示す軸線方向断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。ジョイント１は、ボーリングロッドＲの一方の端部に設けられるカップ部２と、ボーリングロッドＲの他方の端部に設けられてカップ部２に挿入される連結軸部３とを備え、カップ部２と連結軸部３との間にはフレキシブル構造体４が内包されている。カップ部２及び連結軸部３は、この実施の形態では、ボーリングロッドＲの管体部５とは別途成形され、管体部５に摩擦圧接により接合されている。Ｓは、その接合面を示している。
【００１０】
図３は連結軸部３の平面図であり、図４は図３のＢ−Ｂ線矢視図、図５は図３のＣ−Ｃ線断面図である。連結軸部３はボーリングロッドＲの管体部５と同径の基部６と、この基部６から延びる角柱部７と、この角柱部７から延びる円柱部８とからなっている。角柱部７は、図示の例では四角形断面となっているが、これに限らず他の多角形断面とすることができる。円柱部８にはピン穴２２が設けられ、また円柱部８の先端面は凸状球面９に形成されている。他方、カップ部２の底面（奥面）は、凸状球面９に当接して球面対偶をなす凹状球面１６に形成されている（図１参照）。
【００１１】
連結軸部３には環状のボックス１０と、これを保持するための環状のリテーナ１１とが嵌合されている。ボックス１０は連結軸部３の角柱部７に軸線方向に移動自在に嵌合されている。図６はボックス１０の軸線方向断面図、図７は図６のＤ−Ｄ線矢視図、図８は図６のＥ−Ｅ線矢視図である。ボックス１０は、連結軸部３の角柱部７と同じ断面形状すなわち四角形断面の嵌合穴１２によって角柱部７に嵌合され、したがってボックス１０と連結軸部３との間で回転トルクの伝達が可能である。
【００１２】
嵌合穴１２の内周によって規定される嵌合面は、その中間部１３から両端にかけて嵌合断面積が漸次拡大する傾斜面１４，１５となっていて、したがってボックス１０及び連結軸部３は傾斜面１４，１５の傾斜角度範囲で角度変位可能である。また、ボックス１０の外周にはカップ部２の内周に結合するためのねじ部１７が形成されている。さらにボックス１０の先端面は凸状球面１８に形成され、後端には外向きの環状段部１９が形成されている。この環状段部１９と連結軸部３との間には円筒形の可撓性カバー２０が固定され（図１参照）、カバー２０で密閉された空間には潤滑のための油脂類２１が封入されている。
【００１３】
リテーナ１１は連結軸部３の円柱部８に嵌合され、ピン穴２２に挿入されるピン２３によって固定される。リテーナ１１の後端面は、ボックス１０の凸状球面１８と当接して球面対偶をなす凹状球面２４に形成されている。以上の説明から明らかなように、フレキシブル構造体４はボックス１０とリテーナ１１とを主たる構成要素とし、さらには、ボックス１０と連結軸部３との嵌合形態、ボックス１０とリテーナ１１との当接形態、連結軸部３とカップ部２との当接形態が含まれる。
【００１４】
次に、上記実施の形態のものの作用を説明する。２つのボーリングロッドＲ，Ｒは、ボックス１０の外周にカップ部２をねじ部１７によって結合することによって、互いに連結される。この状態でボックス１０及びリテーナ１１は、カップ部２の内部に受け入れられ、ボックス１０の環状段部１９がカップ部２の端面に係合する。そして、２つのボーリングロッドＲ，Ｒ間で、回転トルクは、ボックス１０及び連結軸部３を介して互いに伝達される。
【００１５】
また、２つのボーリングロッドＲ，Ｒ間に引っ張り方向の軸力が作用すると、ボックス１０の凸状球面１８とリテーナ１１の凹状球面２４とが当接し、その軸力はボックス１０及びリテーナ１１を介して互いに伝達される。この状態で連結軸部３とボックス１０との間で角度変位が生じても、ボックス１０とリテーナ１１とは球面１８，２４によって面接触していることから、その角度変位に追従することになる。
【００１６】
他方、２つのボーリングロッドＲ，Ｒ間に圧縮方向の軸力が作用すると、連結軸部３の凸状球面９とカップ部２の凹状球面１６とが当接し、その軸力はカップ部２から連結軸部３に直接伝達される。この状態で連結軸部３とボックス１０との間で角度変位が生じても、カップ部２と連結軸部３とは球面９，１６によって面接触していることから、その角度変位に追従することになる。
【００１７】
上記のようなジョイントによれば、フレキシブル構造体４がカップ部２と連結軸部３との間に内包され、外部に露出することがないので、土中にあって掘削するためのボーリングロッドのフレキシブルジョイントとして十分に適用可能であり、掘削トラブルを生じることがない。また、回転トルクは、ボックス１０と連結軸部３との嵌合により伝達されるので、大きな回転トルクを伝達することができる。
【００１８】
また、引っ張り方向の軸力を伝達するための機構（ボックス１０とリテーナ１１との当接）と、圧縮方向の軸力とを伝達する機構（カップ部２と連結軸部３との当接）を別機構としたので、それら軸力伝達のための最適な形態を採ることができ、大きな軸力に耐えることができる。このようなことから、回転、圧縮、引っ張り力のみならず、打撃力や振動力も伝達することができる。さらに、全体構造が簡単であって、ピン２３を抜き取るだけで、分解することができ、特別な工具を必要としないので、メンテナンスが容易である。
【００１９】
次に、上記ジョイントを有するボーリングロッドを使用したボーリング施工例を説明する。図９は、曲線部を有する既設管路５０を拡幅する例であり、（Ａ）は既設管路５０に挿入したボーリングロッドＲを引っ張ることにより拡幅した穴５１を掘削する場合、（Ｂ）は既設管路５０にボーリングロッドＲを押し込むことにより拡幅した穴５１を掘削する場合を示している。
【００２０】
図１０は使用するビットの例を示す平面図であり、図１１は図１０のＦ−Ｆ線断面図である。ビット３０は円筒形の本体３１と、本体３１から放射状に延びる複数の翼部３２とからなり、翼部３２に超硬チップ３３が設けられている。また、本体３１の先端部内周及び後端部の内外周にはねじ部３４，３５，３６がそれぞれ形成されている。
【００２１】
図１２は、先頭のボーリングロッドＲとビット３０との接続を示す図である。図１２（Ａ）は引っ張り施工の場合であり、先頭のボーリングロッドＲのカップ部２にビット３０のねじ部３６が螺着される。また、ビット３０のねじ部３４にはビットアダプタ３７が螺着され、これにスイベルジョイント３８が結合され、さらにアダプタ３９を介してビットを冷却するための液体を送る送水管４０が接続される。
【００２２】
図１２（Ｂ）は押し込み施工の場合であり、ビット３０は引っ張り施工の場合とは逆向きにされ、ビット３０のねじ部３４にアダプタ４１が螺着され、これに先頭のボーリングロッドＲのカップ部２が螺着される。また、ビット３０のねじ部３５側に、引っ張り施工の場合と同様、ビットアダプタ３７，スイベルジョイント３８，アダプタ３９，送水管４０が順次接続される。
【００２３】
再び図９を参照し、引っ張り施工（Ａ）の場合、既設管路５０にボーリングロッドＲを順次継ぎ足しながら挿入し、図示しない立坑において先頭のボーリングロッドＲに図１２を参照して説明したようにビット３０を装着する。そして、立坑５２に設置したボーリングマシン５３により、回転力と引っ張り力（引抜き力）とをボーリングロッドＲを介してビット３０に伝えて掘進する。その際、既設管路５０に曲線部があっても、ボーリングロッドＲはフレキシブルジョイント１によって連結されているため、曲線部形状に追従して屈曲し、曲げ力が加わることがない。
【００２４】
押し込み施工（Ｂ）の場合は、ボーリングマシン５３により、回転力と圧縮力（押し込み力）とをボーリングロッドＲを介してビット３０に伝えて掘進する。この場合も、既設管路５０に曲線部があっても、ボーリングロッドＲは曲線部形状に追従して屈曲し、曲げ力が加わることがない。
【００２５】
図１３は、引っ張り施工の場合のボーリングロッド１本分の作業工程を示している。（Ａ）に示す掘削開始後、ボーリングロッド１本分の掘削が終了したら（Ｂ）、通常のボーリング手法と同様にボーリングマシン５３のロッドクランプ５４とロッドブレーカ５５とを操作し、ボーリングロッドどうしの接続ねじ１７及びボーリングマシン５３との接続ねじ１７（図１で示したねじ部１７）を解放する（Ｃ）。そして、ボーリングロッドＲを１本抜き取って、次の掘進に入ることを繰り返す（Ｄ）。
【００２６】
このように、この発明によるジョイントを有するボーリングロッドは、従来のボーリングロッドと同様に取り扱うことができる。なお、掘進速度を向上させるためにビットに打撃を与えることが有効な場合は、ボーリングマシン５３に打撃機構を取り付けて、図９（Ａ）又は（Ｂ）の状態で打撃を付加することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、土中で使用されるボーリングロッドのフレキシブルジョイントとして十分実用に供することができる。また、簡単な構造によって、ボーリングロッド間で大きな圧縮荷重や引っ張り荷重、回転力を伝達することができ、耐久性においてもすぐれたジョイントである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明によるボーリングロッドのジョイントを示す軸線方向断面図である。
【図２】図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３は連結軸部の平面図である。
【図４】図４は図３のＢ−Ｂ線矢視図である。
【図５】図５は図３のＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】図６はボックスの軸線方向断面図である。
【図７】図７は図６のＤ−Ｄ線矢視図である。
【図８】図８は図６のＥ−Ｅ線矢視図である。
【図９】図９は、この発明によるジョイントを有するボーリングロッドを使用したボーリング施工例を示す図である。
【図１０】図１０は使用するビットの例を示す平面図である。
【図１１】図１１は図１０のＦ−Ｆ線断面図である。
【図１２】図１２は、先頭のボーリングロッドとビットとの接続を示す図である。
【図１３】図１３は、引っ張り施工の場合のボーリングロッド１本分の作業工程を示す図である。
【符号の説明】
１：ジョイント
２：カップ部
３：連結軸部
４：フレキシブル構造体
７：角柱部
８：円柱部
９：凸状球面
１０：ボックス
１１：リテーナ
１２：嵌合穴
１３：中間部
１４：傾斜面
１５：傾斜面
１６：凹状球面
１８：凸状球面
２０：可撓性カバー
２２：ピン穴
２３：ピン
２４：凹状球面
３０：ビット
５０：既設管路
５３：ボーリングマシン
Ｒ：ボーリングロッド
【図１】
0003574608.tif 000002
【図２】
0003574608.tif 000003
【図３】
0003574608.tif 000004
【図４】
0003574608.tif 000005
【図５】
0003574608.tif 000006
【図６】
0003574608.tif 000007
【図７】
0003574608.tif 000008
【図８】
0003574608.tif 000009
【図９】
0003574608.tif 000010
【図１０】
0003574608.tif 000011
【図１１】
0003574608.tif 000012
【図１２】
0003574608.tif 000013
【図１３】
0003574608.tif 000014