(57)【要約】【課題】  内外に隣接した筒状のケリーロッド間での力を伝達可能な簡易で、安価な構造で実現する。【解決手段】  少なくとも互いに移動可能な２本の、内側ケリーロッド２０、環状の外側ケリーロッド４０を有し、これら内外に接するケリーロッド２０、４０間にトルク伝達手段を設ける。少なくともケリーロッド２０，４０の一方が、上部および下部を鋼製、中間部を軽量構造材料となるような、少なくとも２種の異なった材質からなるセグメントで構成するようにした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも互いに移動可能な２本のケリーロッドを有し、該ケリーロッドは内外に接するケリーロッド間にトルク伝達手段を有し、前記ケリーロッドの一方が、少なくとも２種の異なった材質からなるロッドセグメントを備えたことを特徴とする伸縮ボーリングロッド機構。
【請求項２】
前記材質のロッドセグメントは、軽量構造材からなり、特に炭素繊維補強樹脂である請求項１に記載の伸縮ボーリングロッド機構。
【請求項３】
前記トルク伝達手段は、前記ロッドセグメントの外周面上に鋼材で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の伸縮ボーリングロッド機構。
【請求項４】
前記筒状部のケリーロッドの上端部、及び／または、下端部は、鋼材で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の伸縮ボーリングロッド機構。
【請求項５】
前記ロッドセグメントは、環状断面を有する筒状体で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の伸縮ボーリングロッド機構。
【請求項６】
前記ロッドセグメントは、接したケリーロッドに軸方向力伝達手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の伸縮ボーリングロッド機構。
【請求項７】
前記トルク伝達手段、及び／または、軸方向力伝達手段は、相互に固定可能な部材を備えたことを特徴とする請求項１に記載の伸縮ボーリングロッド機構。
【請求項８】
前記相互に固定可能な部材は、ビード、固定凹所、及び／または、誘導溝とから構成されたことを特徴とする請求項７に記載の伸縮ボーリングロッド機構。
【請求項９】
軸方向に延在する案内レールが前記軽量構造材からなるロッドセグメントに形成されたことを特徴とする請求項１に記載の伸縮ボーリングロッド機構。
【請求項１０】
前記ケリーロッドのうち、外側のケリーロッド全体が金属製であることを特徴とする請求項１に記載の伸縮ボーリングロッド機構。
【請求項１１】
前記ケリーロッドのうち、外側のケリーロッドには、トルク、及び／または、軸方向力を伝達するための多数の手段が異なる高さに配置されたことを特徴とする請求項１に記載の伸縮ボーリングロッド機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は伸縮ボーリングロッド機構に係り、少なくとも相互に移動可能なケリーロッドを有し、隣接したケリーロッド間にトルクを伝達可能な構成からなる伸縮ボーリングロッド機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるケリー式ボーリング方法と呼ばれるボーリング方法では、伸縮可能なボーリング機構が必要とされており、このロッド機構が最も曲がりやすい使用例としては、建物の基礎杭の造成等がある。ボーリング装置のトルクは旋回ギアから伝達されることで、いわゆるケリーロッド機構と呼ばれるボーリングロッド機構に対して支柱に沿って昇降するようになっている。この種のケリーロッド機構は、複数の入れ子式に伸長された筒状のケリーロッド機構から構成され、このとき最も内側のロッドは装置のケーブルに吊持されることで昇降し、これによりケリーロッド機構の伸縮が実現するようになっている。
削孔刃具は最も内側のケリーロッドの底部に固定されている。従来は、おおよそ個々の独立したケリーロッドの外周面にある鉛直方向に延在する隅肉と、これに対応する内接するケリーロッドの鉛直方向に延在する誘導溝とにより、シャフトのカラーあるいは連結部に合致するように、トルク、すなわち回転運動が一方のケリーロッドから他方に伝達されるようになっていた。このように、回転運動は旋回ギアからボアホール（ボーリング孔）内のボーリング装置に伝達されていた。
【０００３】
ロッドの伸縮は以下の方法で行われていた。まず、ケリーロッド機構はボアホールの
完全に外側位置において、すべてのケリーロッド、当然その内部のケリーロッドも、それらの底部が下部ストッパ上に位置する。そして完全に引き出されたケリーロッド機構は、ケリーのケーブル上の内側ケリーロッドによって、順次支持される。もし、ケリーロッド機構がボアホール内を降下される場合には、所定時間にわたりケリーロッド機構の上部ストッパが旋回ギアのケリーの可動部を突いてその位置が保持されるようになっている。残りのケリーロッドをさらに下方に降下させる際には、内側に位置する次のケリーロッドが、その上部ストッパが最外側のケリーロッドの下部ストッパ上を突くようになるまで下方に移動する。この動作はケリーロッド機構が完全に引き出されるまで繰り返されるようになっている。この種のケリーロッドに関しては特許文献１，特許文献２にその機構が開示されている。
【０００４】
また、特許文献３には歯部が形成された可動隅肉部を有するケリーロッドが開示されており、このケリーロッドでは軸方向力の伝達が多数に分布された歯部の隙間を利用して実現されている。
【０００５】
【特許文献１】欧州特許出願公開第３７６  ２３９号明細書
【特許文献２】米国特許第３，５１７，７６０号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第３３５  ０５９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、トルクはケリーロッドのいかなる伸長段階においても伝達は可能である。このとき、下部ストッパ上のケリーロッドは、内側に位置して隣接するケリーロッド上に保持され、すなわちこれらの内側ケリーロッドは、その上部ストッパで、隣接する外側のロッド上に吊持されている。すべてのケリーロッドは、その上端部及び下端部でトルクが伝達されるようになっている。唯一、最内側ロッド上に最外側ロッドが保持された単体ケリーロッドの場合のみ、その外側ロッドのケリーロッド可動部がケリーロッドの隅肉の上部及び下部の間で係止されるようになっている。
いわゆる固定可能なケリーロッド機構における回転運動の伝達に加え、削孔土砂を除去するのに必要な接触圧を生じさせるために、支柱上を上下に移動する旋回ギアの送り台からの鉛直力が、ケリーロッド機構を介して削孔具に伝達されるようになっている。この目的のために、従来のケリーロッドでは、所定の間隔をあけて複数の固定凹所が設けられている。
【０００７】
ケリーロッド機構に用いられる材料には、操作時における必要な強度を確保するために適切な組成の鋼材が使用されている。伝達されるトルクの大きさによってケリーロッドの直径及び肉厚が決定されている。特に大深度掘削の場合には、それに応じた長いケリーロッド機構が必要であり、その場合にはケリーロッドはかなりの重量になり得る。これは、必要なウインチや駆動装置の設計においてばかりでなく、ボーリングロッド機構を吊持するための支柱の構造設計においても大変重要な点である。そのような設計の結果、ボーリング装置のクローラ（無限軌道）等のボーリング軸はさらに上部にしなければならなくなり、重いケリーロッド機構は、それに応じた装置の吊り上げモーメントの増加も意味する。このため、十分な安定のための大きなバラストを要することになり、さらにはより大きくて安定性の良いクローラ車両を要することになる。これらのことは、ボーリング装置の移動と設置時に高い費用と制限とをもたらす。
【０００８】
そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、効率的で費用を抑えたボーリング作業を実現可能な伸縮ボーリングロッド機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも互いに移動可能な２本のケリーロッドを有し、該ケリーロッドは内外に接するケリーロッド間にトルク伝達手段を有し、前記ケリーロッドの一方が、少なくとも２種の異なった材質からなるロッドセグメントを備えたことを特徴とする。好ましい実施例が本発明に従属した態様で開示されている。
【００１０】
本発明は、少なくとも前記ケリーロッドの一方が、少なくとも２個のロッドセグメントから構成され、これらは異なった材質からなることを特徴とする。本発明の基本的な技術思想は、１本のケリーロッド上に異なる作用と荷重とが作用することを見いだした点にある。本発明によれば、大きな荷重と接触圧とが作用する領域には、それに対応できる高強度材料が用いられる一方、小さな荷重と接触圧とが作用する領域には単純な材料が用いられている。このことは、特殊な作用や要求に応じてケリーロッド機構を設定でき、高強度、すなわち高価な材料に関してのコスト低減を図ることを意味している。
【００１１】
特に大深度掘削のための長い掘削ロッド機構の場合には、本発明はロッドセグメントの材料を軽量構造材、特に炭素繊維補強樹脂にした事実によって、相当な重量低減をもたらすものである。このことは、たとえば軽量金属等の他の軽量構造材料を使用することによっても可能である。筒状あるいはロッド形状のセグメントから組み立てられた配列において、炭素繊維補強樹脂によって十分な軸方向力とトルクの伝達を可能にする。
【００１２】
トルクと軸方向力とが隣接したケリーロッド間で伝達されるような、高い接触圧が生じる領域において、適正な組成の鋼材のような、適正な高強度で重量のある材料を使用することができる。
【００１３】
本発明によれば、軸方向力とトルクとを伝達するための手段が、鋼製のロッドセグメントの表面に設けられている。ケリーロッドの上端部材、及び／または、下端部材が、鋼製のロッドセグメントの表面に形成されることが好ましい。軸方向力とトルクの伝達のために、少なくとも１個所の中間部を有し、さらに伝達装置を設けることができる。前記鋼製ロッドセグメント間には、軽量構造材料からなる他のロッドセグメントを設けることができる。
【００１４】
結果として、個々のケリーロッドが筒状構造をなし、内部のケリーを中実ロッドとすることができる。また、個々のケリーロッドは任意の断面形状とすることができる。しかし、本発明においては、特にロッドセグメントを環状断面を有する筒状の構成とすることにより、材料重量とねじり剛性との好ましい比率を確保することができる。さらに炭素繊維補強樹脂製の軽量セグメントを用いることにより、環状断面においても十分に高いねじれ剛性を発揮することができる。
【００１５】
トルク伝達の可能性に加え、本発明に係るボーリングロッド機構は、ロッドセグメントが隣接するロッドセグメントに対して軸方向力を伝達するための手段を有するようにした点にも特徴があり、軸方向力を伝達する手段は、たとえばいわゆる固定凹所のような形状からなるように、トルク伝達手段と一体的に形成されることが好ましい。
【００１６】
本発明によれば、トルクを伝達するための手段、及び／または、軸方向力を伝達するための手段とが相互に固定可能な部材を有することにより、特に頑丈なボーリングロッド機構とすることができる。
【００１７】
これらの相互に固定可能な部材は、隅肉部すなわちビード、固定凹所、及び／または、誘導溝とからなる。
【００１８】
前記ロッドセグメントを軽量構造材料で製造した場合、特に高い接触圧が生じるため、隣接したケリーロッドからは直接の軸方向力とトルクの伝達は生じない。この結果、これらのロッドセグメントの外周面は単なるパイプ形状の平滑な表面状態とすればよい。さらに本発明によって、軸方向のより確実な伸縮を果たすためには、前記軽量構造材料のロッドセグメントの外周面に軸線方向に案内レールを延在させることが好ましい。これらの案内レールは、力をじかに伝達させるころを意図しないので、ロッドセグメントに対して好ましい連結手段で固定されればよい。
【００１９】
本発明のさらなる改善によれば、外側ケリーロッドは、全体を金属製とすることが好ましい。また、この外側ケリーロッドには、トルク、及び／または、軸方向力の伝達のための多数の手段が異なる高さ（位置）に配置されるようにすることが好ましい。また、外側ケリーロッドはその全体表面を通じてトルクの伝達を果たすことができる。このように、他のケリーロッドのために、２個の軸方向力とトルク伝達手段に制限することも可能である。そして、ケリーロッド機構の降下中において、最外側ケリーロッドは、回転駆動部に対して所定の高さにおいて、最初に固定されなければならない。この固定は、バイヨネット形式の係止機構によって受動的に、あるいは回転駆動部が動作する機構によって能動的に実現することができる。その後、ケリーロッド機構は、他のすべてのケリーロッドが完全にあるいはその一部が伸長された状態で再び降下される。さらに、外側ケリーロッドが完全に伸長することにより、引き出されたボーリングロッド機構が非常に具合良く、積極的な防護が果たされる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、少なくとも互いに移動可能な２本のケリーロッドを有し、該ケリーロッドは内外に接するケリーロッド間にトルク伝達手段を有し、前記ケリーロッドの一方が、少なくとも２種の異なった材質からなるロッドセグメントを備えたことにより、効率的で費用を抑えたボーリング作業を実現することが可能になるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の伸縮ボーリングロッド機構の実施するための最良の形態として、以下の実施例について添付図面を参照して説明する。
【実施例】
【００２２】
図１及び図２は、本発明の実施例を概略的に示した図であり、同図には、第１の内部ケリーロッド２０と、第２の外部ケリーロッド４０とを有する、簡易な機構からなる伸縮ボーリングロッド機構１０が示されている。内部ケリーロッド２０は、上部セグメント２２、下部セグメント２４、及び中間部セグメント２６の３本の筒状部としてのセグメントから構成されている。上部セグメント２２と下部セグメント２４の両方には、その周面に、複数の軸方向力とねじれ（トルク）の伝達手段２７が配設されている。この目的を達成するために下部セグメント２４には軸線方向にビード（縁材）２８が延在し、その両端は軸方向ストッパ３０ａ，３０ｂの一側面に固定されている。ビード２８と、２個の近接し相互に所定の距離をあけて配置された軸方向ストッパ３０ａ，３０ｂとで囲まれて、固定凹所３２が形成され、近接したケリーロッドの可動部を収容できるようになっている。２個の軸方向ストッパ３０ａ，３０ｂは、隣接したビード２８から周方向に厳密に規定された離れをとって配置され、その離れが形成する収容部３１が前記可動部の軸方向の通路のために形成されている。
【００２３】
これに対応して、上部セグメント２２上には、軸方向力とねじれ伝達手段２７が設けられているが、ビード２８の下端に単一の軸方向ストッパ３０ｃが設けられているのみである。ビード２８とストッパ３０とが表面に設けられた上部セグメント２２と下部セグメント２４とは鋼製材料からなり、これらは、特に個々のケリーロッド２０，４０間に力が伝達される際にビード２８，ストッパ３０とが十分耐えうる程度の十分な強度を有する。
【００２４】
軽量化のために、中間部セグメント２６は軽量構造材料で製造されており、特に炭素繊維補強樹脂によって構成されている。この筒状の中間部セグメント２６は、適切な接続具により、上部セグメント２２と下部セグメント２４の自由端に堅固に連結されている。中間部セグメント２６の外周面にはその軸線方向に沿ってガイドレール３４が固着できるようになっているが、これらレール３４は伸縮の案内にのみ用いられ、ねじれの伝達には寄与しない。
【００２５】
この目的のために、外側ケリーロッド４０内周面には、ガイドレール３４と係止するガイド溝を有するガイド部材４２が対応する位置に設けられている。さらに外側ケリーロッド４０の内周面上には、ねじれ伝達を果たす少なくとも１個の可動部４４が形成されている。図示しないケリーケーブルによる内側ケリーロッド２０の昇降の際に、可動部４４は収容部３１を通じて内側ケリーロッド２０の下部セグメント２４上の固定凹所３２内に位置する。ビード２８あるいは下側の軸方向ストッパ３０ａあるいは上側の軸方向ストッパ３０ｂとの接触により、隣接した２本のケリーロッド２０、４０間のねじれあるいは軸力の伝達が果たされる。内側ケリーロッド２０上には図示しない装着あるいは収容治具が設けられている。本発明のケリーロッドの機構は、ボーリングや切削具を収容するためのみならず、グリッパのような別の土試料収集装置にも適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施例による内側ケリーロッドを示した斜視図。
【図２】図１に示したケリーロッドを有する本発明のボーリングロッド機構の一部を切欠いて示した斜視図。
【符号の説明】
【００２７】
２０  内側ケリーロッド
２２  上部セグメント
２４  下部セグメント
２６  中間部セグメント
２８  ビード
３０  ストッパ
３０ａ  上部ストッパ
３０ｂ  下部ストッパ
３１  収容部
３２  固定凹所
３４  ガイドレール
４０  外側ケリーロッド
４４  可動部
【図１】
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【図２】
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