(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮空気圧によって打撃を与えるダウンザホールハンマと、
前記ダウンザホールハンマ内のハンマーを貫通し、内部を圧縮空気が通過するフィールドチューブと、
前記フィードチューブの下端部の管壁に設けられ、前記ダウンザホールハンマの作動・停止作動を制御するバルブ機構を構成している圧縮空気排出孔と、
上端面が前記ハンマ下端の打撃面と対向する枢軸部と、
前記ダウンザホールハンマの掘削方向の前方に着脱自在に取付けられ、ダウンザホールハンマの打撃力を直接受けて地層に圧入されるとともに、その内部に土壌試料を採取するコアチューブと、
を有し、
前記フィードチューブの下端部は、前記枢軸部内の圧縮空気流路の上端部内に軸方向にスライド可能に且つ気密を保持できるよう精度よく嵌合され、
前記コアチューブは、ダウンザホールハンマと一体で回転するとともに軸方向にスライド可能であり、前記ダウンザホールハンマの押込み時には、前記コアチューブ側が短縮方向にスライドしてフィードチューブの前記圧縮空気排出孔が前記枢軸部の前記圧縮空気流路内に入り、圧縮空気排出孔が前記ハンマの打撃面と前記枢軸部の打撃面との間の空間からなる下部空気室に対し閉塞されて圧縮空気によりダウンザホールハンマが作動し、ダウンザホールハンマの引上げ時には、前記コアチューブ側が伸長方向にスライドして前記フィードチューブの前記圧縮空気排出孔が前記圧縮空気流路から上方に抜け出て下部空気室に連通し、圧縮空気が開放されてダウンザホールハンマが作動停止しブロー状態となることを特徴とする土壌サンプラ。
【請求項２】
前記コアチューブは、コアチューブ内に挿入されるとともに試料を保持する内管と、内管の内部と連通した状態で内管の下端部に着脱自在に装着されるとともに先端が切刃を構成するシューと、内管の上端に内管をコアチューブから押出すピストンとを備えていることを特徴とする請求項１に記載の土壌サンプラ。
【請求項３】
外径にシールを有するとともに試料採取前は外部からの圧縮空気の侵入を防止し、試料の進入とともに内管内を後退するフリーピストンが前記コアチューブの下端内部に軸方向に移動可能に装着され、外部からの圧縮空気の侵入を防止する逆止弁がコアチューブの上端内部に装着されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の土壌サンプラ。
【請求項４】
前記ダウンザホールハンマの圧縮空気流路の排出口を覆って空間を有するとともに、圧縮空気の排出方向を上方向に偏向する偏向部材が前記コアチューブの上部に装着されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の土壌サンプラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮空気圧によって打撃を与えるダウンザホールハンマを用いた地質調査の土壌サンプラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
地質調査用土壌採取工法には、これまで最も汎用的に行われてきた通常のロータリー式ボーリングによるコアチュ−ブとφ４０．５ｍｍロッドを使用した方法、水圧シリンダによりシンウォールチューブを軟弱地盤に打込み土壌を採取する水圧ピストンサンプラ、掘削機に装備されたハンマやバイブレータでコアチュ−ブを軟弱地盤に打込み土壌を採取する方法などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の技術には次のような欠点があった。
（１）通常のロータリー式ボーリングによるサンプリングでは、コアチュ−ブに打撃力を与えることができないため、サンプリング速度が低く、かつ、送水設備の設営に多くの経費と労力を必要とする。その上、現場土壌調査完了後の泥水や掘屑の処理についても同様の問題がある。
（２）水圧ピストンサンプラは、圧入力が弱く、Ｎ値０乃至３程度の軟弱地盤の採取に対象地盤が限定される。
【０００４】
（３）バイブレータ方式は、油圧力でハンマやバイブレータを作動させることが多く、高価な油圧設備を初期投資する必要があり、かつ、掘削機が大型化し現場運用上好ましくない。また、深度の増加とともにサンプラ（コアチュ−ブ）下端に伝達する衝撃力が減衰し、サンプリング速度の低下を避けることができない。
（４）従来のバイブレータ方式などのサンプラには、地下に存在する圧縮空気が試料採取前にコアチューブ内に流入する欠点がある。
【０００５】
本発明の目的は、上記従来の問題点を解決すべく、地下水や所定位置外の土壌等混入のない地層内所定位置の確実な土壌サンプリングが可能で、サンプリング効率がよく、掘屑のない、小型・軽量で安価な地質調査用土壌サンプラを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧縮空気圧によって打撃を与えるダウンザホールハンマと、前記ダウンザホールハンマ内のハンマーを貫通し、内部を圧縮空気が通過するフィールドチューブと、前記フィードチューブの下端部の管壁に設けられ、前記ダウンザホールハンマの作動・停止作動を制御するバルブ機構を構成している圧縮空気排出孔と、上端面が前記ハンマ下端の打撃面と対向する枢軸部と、前記ダウンザホールハンマの掘削方向の前方に着脱自在に取付けられ、ダウンザホールハンマの打撃力を直接受けて地層に圧入されるとともに、その内部に土壌試料を採取するコアチューブと、を有し、前記フィードチューブの下端部は、前記枢軸部内の圧縮空気流路の上端部内に軸方向にスライド可能に且つ気密を保持できるよう精度よく嵌合され、前記コアチューブは、ダウンザホールハンマと一体で回転するとともに軸方向にスライド可能であり、前記ダウンザホールハンマの押込み時には、前記コアチューブ側が短縮方向にスライドしてフィードチューブの前記圧縮空気排出孔が前記枢軸部の前記圧縮空気流路内に入り、圧縮空気排出孔が前記ハンマの打撃面と前記枢軸部の打撃面との間の空間からなる下部空気室に対し閉塞されて圧縮空気によりダウンザホールハンマが作動し、ダウンザホールハンマの引上げ時には、前記コアチューブ側が伸長方向にスライドして前記フィードチューブの前記圧縮空気排出孔が前記圧縮空気流路から上方に抜け出て下部空気室に連通し、圧縮空気が開放されてダウンザホールハンマが作動停止しブロー状態となることを特徴とする。
【０００７】
前記コアチューブは、コアチューブ内に挿入されるとともに試料を保持する内管と、内管の内部と連通した状態で内管の下端部に着脱自在に装着されるとともに先端が切刃を構成するシューと、内管の上端に内管をコアチューブから押出すピストンとを備えていることを特徴とする。
【０００８】
外径にシールを有するとともに試料採取前は外部からの圧縮空気の侵入を防止し、試料の進入とともに内管内を後退するフリーピストンが前記コアチューブの下端内部に軸方向に移動可能に装着され、外部からの圧縮空気の侵入を防止する逆止弁がコアチューブの上端内部に装着されていることを特徴とする。
【０００９】
前記ダウンザホールハンマの圧縮空気流路の排出口を覆って空間を有するとともに、圧縮空気の排出方向を上方向に偏向する偏向部材が前記コアチューブの上部に装着されていることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。本発明の一実施の形態による土壌サンプラは、ダウンザホールハンマ（以下ＤＴＨと呼ぶ）の打撃力を利用して地質調査のための土壌採取を行うものである。図１乃至図３に図示したように、本発明の土壌サンプラは、主に、圧縮空気圧によって打撃を与えるＤＴＨ２０と、このＤＴＨ２０の掘削方向の下方に着脱自在に取付けられ、ＤＴＨ２０の打撃力を直接受けて地層に圧入されるとともに、その内部に土壌試料を採取するコアチューブ４とからなる。
【００１１】
コアチューブ４の内部には、試料を保持する内管５が着脱自在に装着されており、コアチューブ４の上端内部には、内管５をコアチューブ４から押出すためのピストン６を備えている。コアチューブ４の下端には、内管５の抜け止めを行うシュー３が着脱自在に螺着されている。シュー３は、先端が切刃を構成しており地質条件によって下端の切刃形状や内径を変更可能であり、下端部は摩耗防止のため硬化処理などの耐摩耗処理が施されている。
【００１２】
コアチューブ４の下端のシュー３内部には、外径にシール２を有するフリーピストン１が軸方向に移動可能に装着されており、フリーピストン１は、試料採取前は外部からの圧縮空気の侵入を防止し、試料の進入とともに内管５内を後退する。
【００１３】
コアチューブ４の上端には、図２に示すように、カップリング８が着脱自在に螺着されている。カップリング８の上端には、アダプタ１０がスプリングピンなどの軸部材９及び９ａを介して着脱自在に嵌合している。また、カップリング８の上端には、図２に示すように、外径が孔径と略同径の薄肉管状の偏向部材１１が取付けられている。
【００１４】
カップリング８内には、軸方向に沿って下端面及び上端面まで貫通して穿設され圧縮空気流路８ａ内に鋼球７ａからなる逆止弁７を備えている。アダプタ１０の外径は、偏向部材１１の内径より適宜な間隔（空間）１２を有するよう細くなっており、アダプタ１０の軸方向に沿ってカップリング８の圧縮空気流路８ａに連通するとともに偏向部材１１内の空間１２に向けて側面に開口部１０ｅを有する圧縮空気流路１０ｂ及び軸心に沿って上端面及び偏向部材１１内の空間１２に向けて側面に開口部１０ｆを有する圧縮空気流路１０ｃが穿設されている。逆止弁７は、外部からの地下水やＤＴＨ２０からの圧縮エア等の圧縮空気の侵入を防止するとともに、コアチューブ４内に内管５及びピストン６を挿入するときコアチューブ４内の空気抜きの機能も有する。このように、コアチュ−ブ４の前後には、それぞれフリーピストン１と逆支弁７が設けられているため、地下に存在する圧縮空気が試料採取前にコアチューブ内に流入することを防止して調査対象深度の試料を採取することができるとともに、調査対象深度以外の地下空気や地下水との接触を回避して、適切な土壌汚染の調査結果が得られる。
【００１５】
偏向部材１１の下端はカップリング８により閉塞し、上端は地上方向に開口しており、ＤＴＨ２０内からの圧縮空気が圧縮空気流路１０ｃを経由して偏向部材１１内の空間１２を流路として上方向に排出される。これによって、試料採取地点への前記圧縮空気の排気の流入が防止され、試料の化学的性質を変質させることを防止している。さらに、サンプラ引上げ時に、掘屑が偏向部材１１内の空間１２に回収されるため、掘屑が孔底に残留することなく次サンプリング時の試料に混入することを防止している。
【００１６】
ＤＴＨ２０については、既に市販されているものと同様の構成のため詳細な説明を省略するが、図１乃至図３に示すように、上端からヘッドサブ２１、チェックバルブ２２、ベベルスプリング２５、ホルダー３１、フィードチューブ３２、ケーシング３３、シリンダライナー３４、ハンマ３５、ブッシング３８、スプリットリング４１及びドライブシュー４２等の主要部品からなり、本発明においては通常下端に連結されているビットを除いた構成である。アダプタ１０の後方の枢軸部１０ａは、ＤＴＨ２０の下端のドライブシュー４２、スプリットリング４１及びブッシング３８内に軸方向にスライド可能に嵌合するとともに、その上端面を打撃面１０ｄとしてハンマ３５の下端の打撃面３５ａと対向（接触）している。また、枢軸部１０ａの外径部及びドライブシュー４２の内径部とは相互にスプライン連結されており、枢軸部１０ａに連結するコアチューブ４の軸方向のスライド及びＤＴＨ２０との一体回転が可能になっている。
【００１７】
ＤＴＨ２０のフィードチューブ３２の下端部は、枢軸部１０ａ内の圧縮空気流路１０ｃの上端部内に軸方向にスライド可能に且つ気密を保持できるよう精度よく嵌合しており、図２の状態では、ＤＴＨ２０作動用圧縮空気が圧縮空気流路１０ｃ内に排出される。また、フィードチューブ３２の下端部の管壁には圧縮空気排出孔３２ａが設けられており、次に説明するようなフィードチューブ３２内圧縮空気の気密保持の有無状態を切換え、それによってそれぞれＤＴＨ２０の作動・停止の作動を制御するバルブ機構を構成している。図２及び図３は、本発明の一実施の形態による土壌サンプラのそれぞれＤＴＨ２０作動時及び停止時の作動図（一部縦断面図）である。圧縮空気を供給してＤＴＨ２０の押込み時には、図２に示すように、コアチューブ４側が短縮方向にスライドしてフィードチューブ３２の圧縮空気排出孔３２ａが枢軸部１０ａの圧縮空気流路１０ｃ内に入り、圧縮空気排出孔３２ａがケーシング３３内のハンマ３５の打撃面３５ａと枢軸部１０ａの打撃面１０ｄとの間の空間からなる下部空気室５０に対し閉塞され、圧縮空気によりＤＴＨ２０が作動する。ＤＴＨ２０の引上げ時には、図３に示すように、コアチューブ４側が伸長方向にスライドしてフィードチューブ３２の圧縮空気排出孔３２ａが圧縮空気流路１０ｃから上方に抜け出て下部空気室５０に連通し、圧縮空気が開放されてＤＴＨ２０が作動停止し圧縮空気は全量排出される（ブロー状態となる）。
【００１８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した本発明によれば、下記のような従来にない優れた効果を奏する。
（１）ＤＴＨの打撃を利用し、かつ地層に合せたシューを選定することによって、Ｎ値０乃至５０程度の軟弱地盤から砂礫層までのサンプリングが可能で、土壌採取効率が高い。
（２）コアチューブの直上にＤＴＨがあるため、深度の増加による打撃力の減衰がなく、サンプリング速度の低下を生じない。通常のロータリボーリングマシンによるサンプリングに比べ３乃至１０倍のサンプリング速度である。
（３）掘削機本体とは別設備の安価なコンプレッサから送気される圧縮空気をＤＴＨの作動圧縮空気とすることができるので、掘削機本体の小型化や初期投資額の大幅な削減が可能である。さらに、サンプラを地層に圧入するため、掘屑の排出がなく、現場土壌調査完了後の泥水や掘屑の処理が不要で環境負荷が低い。
（４）コアチュ−ブの前後には、それぞれフリーピストンと逆支弁が設けられているため、地下に存在する圧縮空気が試料採取前にコアチューブ内に流入することを防止して調査対象深度の試料を採取することができるとともに、土壌汚染調査対象深度以外の地下空気や地下水との接触を回避して、適切な調査結果が得られる。
（５）コアチューブ後方部の上方に開口した偏向部材によりＤＴＨの排気を確実に上方に向けて排出するため、試料採取地点への排気の流入が防止され、試料の化学的性質を変質させることがない。さらに、サンプラ引上げ時に、上方途中の掘屑が前記偏向部材内の空間部に回収されるため、その掘屑が孔底に残留することなく次サンプリング時の試料に混入することを防止する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による土壌サンプラの一部縦断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態による土壌サンプラのＤＴＨ作動時の作動図（一部縦断面図）である。
【図３】本発明の一実施の形態による土壌サンプラのＤＴＨ停止時の作動図（一部縦断面図）である。
【符号の説明】
１  フリーピストン
２  シール
３  シュー
４  コアチューブ
５  内管
６  ピストン
７  逆止弁
７ａ  鋼球
８  カップリング
８ａ、１０ｂ、１０ｃ  圧縮空気流路
９、９ａ  （スプリングピンなどの）軸部材
１０  アダプタ
１０ａ  （アダプタの）枢軸部
１０ｄ  （アダプタの）打撃面
１０ｅ、１０ｆ  開口部
１１  偏向部材
１２  間隔（空間）
２０  ダウンザホールハンマ（ＤＴＨ）
２１  ヘッドサブ
２２  チェックバルブ
２５  ベベルスプリング
３１  ホルダー
３２  フィードチューブ
３２ａ  圧縮空気排出孔
３３  ケーシング
３４  シリンダライナー
３５  ハンマ
３５ａ  （ハンマの）打撃面
３８  ブッシング
４１  スプリットリング
４２  ドライブシュー
５０  下部空気室
【図１】
0004600845.tif 000002
【図２】
0004600845.tif 000003
【図３】
0004600845.tif 000004