(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地質ボーリング調査において連結管の下端部につながれて掘削孔内に挿入される装置本体が、ヘッドカバー、このカバーに上端部を連結して垂下する外筒、ヘッドカバーの中心部に上端部を連結して外筒の略全長に亘って垂下する中心軸、該中心軸の下端部に連結されたガイドブロック、中心軸に昇降自在に外嵌するピストン、該ピストンに上端部を連結して下端部を外筒とガイドブロックとの間に挿嵌した試料採取筒、及び前記ピストンの中心軸に対するロック及びロック解除を担うクラッチ機構を備え、連結管を通してヘッドカバーとピストンとの間のシリンダ室に圧力水を導入することにより、前記ピストンがロック解除されて下降し、試料採取筒が掘削孔の底部地中に突入するように構成された試料採取装置であって、
前記ガイドブロックは、ブロック本体と、このブロック本体に下方から螺着する締付けリングとの間に、試料採取筒の内周面に密接するゴムリングが挟着され、当該ガイドブロックを境とする試料採取筒内の上部側と下部側との間を気密遮断しており、
前記中心軸は、長い軸本体と、この軸本体の下端に上端を螺着する短い下部軸体とに分割構成され、下部軸体の下端部でガイドブロックのブロック本体に螺着されていることを特徴とする地質ボーリング調査における試料採取装置。
【請求項２】
前記ガイドブロックのブロック本体が中心孔を備え、この中心孔が当該ブロック本体に螺着した中心軸の下部軸体の先端部で栓体で封止されるように構成されてなる請求項１記載の地質ボーリング調査における試料採取装置。
【請求項３】
前記中心軸が中空状をなし、その下部軸体に内外を透通する通気孔が設けられると共に、ヘッドカバーに該中心軸の内部に連通する排気路が設けられてなる請求項１又は２に記載の地質ボーリング調査における試料採取装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中の粘土層、シルト層等の地質の状態を調べる地質ボーリング調査において、地質試料を採取する試料採取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に地質ボーリング調査では、掘削機によって掘削した掘削孔内に、試料採取装置の本体を連結管に連結して挿入すると共に、装置本体の下端から突出される試料採取筒によって地質試料を採取し、この採取した試料から各地層の構成物質、積層状態、圧密度等を調べる。
【０００３】
従来、前記装置本体として、ヘッドカバー、このカバーの外周部から下方へ延びる外筒、ヘッドカバーの中心部から外筒の略全長に亘って延びる中心軸、この中心軸の下端部に固着されたガイドブロック、中心軸に昇降自在に外嵌するピストン、及びピストンに上端部を連結して下端部を外筒とガイドブロックとの間に挿嵌した試料採取筒によって構成され、ヘッドカバーとピストンとの間のシリンダ室に連結管を通して圧力水を導入することにより、ピストンの下降に伴って試料採取筒が掘削孔の底部地中に突入し、その内部に地質試料を柱状に取り込むようにしたものが汎用されている。
【０００４】
ところで、このような試料採取装置を用いた地質試料の採取作業では、地質調査の精度を高める上で、試料採取筒内に取り込んだ地質試料を、装置本体の引き上げによって該採取筒の先端位置で地中から確実に切り離すと共に、落下させたり試料中で乱れを生じたりすることなく地上まで引き上げ、更に装置本体を分解して試料採取筒から取り出す際にも試料中で乱れを生じるのを防止する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種の試料採取装置を用いた従来のボーリング調査においては、試料採取筒内に取り込んだ地質試料を地中からうまく切り離すことができなかったり、引き上げの途中に振動等で落下させたり試料の乱れを生じることが多々あり、また装置本体を分解して試料採取筒から取り出す際にも試料の乱れを生じ易かった。
【０００６】
本発明は、上述の事情に鑑みて、地質ボーリング調査における試料採取装置として、試料採取筒内に取り込んだ地質試料を、装置本体の引き上げによって該採取筒の先端位置で地中から確実に切り離して、且つ引き上げ中の落下や試料中の乱れの発生を防止できると共に、引き上げた装置本体を分解して試料採取筒から取り出す際にも試料中の乱れの発生を回避し得るものを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、図面の参照符号を付して示せば、地質ボーリング調査において連結管２の下端部につながれて掘削孔３内に挿入される装置本体１が、ヘッドカバー４、このカバー４に上端部を連結して垂下する外筒５、ヘッドカバー４の中心部に上端部を連結して外筒５の略全長に亘って垂下する中心軸６、該中心軸６の下端部に連結されたガイドブロック７、中心軸６に昇降自在に外嵌するピストン８、該ピストン８に上端部を連結して下端部を外筒とガイドブロック７との間に挿嵌した試料採取筒９、及び前記ピストン８の中心軸６に対するロック及びロック解除を担うクラッチ機構１０を備え、連結管２…を通してヘッドカバー４とピストン８との間のシリンダ室１１に圧力水を導入することにより、前記ピストン８がロック解除されて下降し、試料採取筒９が掘削孔３の底部地中Ｅに突入するように構成された試料採取装置であって、前記ガイドブロック７は、ブロック本体７０と、このブロック本体７０に下方から螺着する締付けリング７２との間に、試料採取筒９の内周面に対して気密状態で摺接するゴムリング７１が挟着され、当該ガイドブロック７を境とする試料採取筒内の上部側と下部側との間を気密遮断しており、前記中心軸６は、長い軸本体６ａと、この軸本体６ａの下端に上端を螺着する短い下部軸体６ｂとに分割構成され、下部軸体６ｂの下端部でガイドブロック７のブロック本体７０に螺着されていることを特徴としている。
【０００８】
上記構成にあっては、試料採取筒９内への地質試料Ｓの取り込み後に装置本体１を引き上げる際、該採取筒９内のガイドブロック７を境とする上部側と下部側との間に空気流通を生じないから、地質試料Ｓを取り込んだ下部側に真空吸引力が作用し、この真空吸引力によって地質試料Ｓが該採取筒９の先端位置で地中Ｅから確実に切り離されると共に、装置本体１を引き上げてゆく過程で多少の振動等を受けても、該採取筒９内の地質試料Ｓが落下したり内部で乱れたりすることはない。しかして、採取した地質試料Ｓを取り出すために装置本体１を分解する際、外筒５の取外し後に試料採取筒９と他とを分離するに当たって、中心軸６の軸本体６ａをねじを利用して下部軸体６ｂから分離し、その後で下部軸体６ｂをガイドブロック７から取り外せるから、該中心軸６の取外しの際にガイドブロック７が回って地質試料Ｓの上部を乱す恐れがない。
【０００９】
請求項２の発明は、上記請求項１の試料採取装置において、前記ガイドブロック７のブロック本体７０が中心孔７０ａを備え、この中心孔７０ａが当該ブロック本体７０に螺着した中心軸６の下部軸体６ｂの先端部で栓体１８で封止されるように構成されてなる。この場合、試料採取後の装置本体１の分解における最終段階で中心軸６の下部軸体６ｂをガイドブロック７から取り外した際、ブロック本体７０の中心孔７０ａが大気に開放し、試料採取筒９の地質試料Ｓを取り込んだ下部側の負圧が解消されるから、該採取筒９からの地質試料Ｓの抜き取りが容易になる。
【００１０】
請求項３の発明は、上記請求項１又は２の試料採取装置において、前記中心軸６が中空状をなし、その下部軸体６ｂに内外を透通する通気孔１２，１２が設けられると共に、ヘッドカバー４に該中心軸６の内部６０に連通する排気路１３が設けられてなるものとしている。この場合、試料採取筒９への地質試料Ｓの取り込み過程で、当初にピストン８とガイドブロック７との間にあった空気は、該ピストン８の下降に伴って通気孔１２，１２より中心軸６の内部６０を通ってヘッドカバー４の排気路１３より外部へ放出されるから、ピストン８の下降に支障を生じず、またガイドブロック７での気密を破壊して試料採取筒９の下部側へ入り込む懸念もない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る試料採取装置では、図６（Ａ）に示すように、試錐機４０に設けたチャック筒４１を油圧シリンダ４２によって上昇させた状態で、このチャック筒４１の内部に連結管２を挿通させると共に、図１に示すように連結管２の先端部を装置本体１の連結部材１ａに連結する。次に、連結管２を下降させて装置本体１を掘削孔３に挿入し、装置本体１が試料採取位置つまり掘削孔３の底部に達するまで連結管２を順次継ぎ足してゆく。しかして、装置本体１内の試料採取筒９及び外筒５の先端が試料採取位置に達した時点で、水圧ポンプ４３を作動させて試料採取を行うことになる。この装置本体１の構造について、図１〜図５を参照しながら以下に詳細に説明する。
【００１２】
図１は、中間部を省略した装置本体１の全体を示す縦断面図である。この装置本体１は、ヘッドカバー４、このカバー４の外周部に上端部を螺嵌固定して垂下するら外筒５、ヘッドカバー４の中心孔４ａに上端部を螺入連結して外筒５の略全長に亘る長さで垂下する中空状の中心軸６、この中心軸６の下端部に連結されたガイドブロック７、中心軸６に昇降自在に外嵌するピストン８、該ピストン８の下部に上端部を外嵌してねじ１４ａ，１４ａにて固着され、下端部を外筒５とガイドブロック７との間に挿嵌した試料採取筒９、及びピストン８の中心軸６に対するロックとロック解除を担うクラッチ機構１０によって構成されている。
【００１３】
ヘッドカバー４は、最下位の連結管２とは連結部材１ａを介して切り離し可能に螺合連結されており、その内部に、地上から連結管２…を通して送られる圧力水をピストン８との間のシリンダ室１１に導く通水路１５と、中心孔４ａより側方外部に連通する排気路１３とを備えると共に、シリンダ室１１内へ突出するストッパーピン１６を螺着している。また外筒５は、上部筒体５ａと、その下端に螺合連結した下部筒体５ｂとに分割構成され、上部筒体５ａの下部周面に排水孔１７が穿設されている。
【００１４】
中心軸６は、長い軸本体６ａと、その下端にねじ部６１を介して螺合連結した短かい下部軸体６ｂとに分割構成されている。そして、ヘッドカバー４の中心孔４ａに螺挿された軸本体６ａの上端部の内側に、環状の弁座部材１８とボール１９とが装填されて逆止弁を構成している。また下部軸体６ｂは、下端部をガイドブロック７に螺合連結しており、該ガイドブロック７に近接した位置の周面に内外を透通する通気孔１２，１２を有すると共に、下端開口が溶接固着した栓体１８にて封止されている。なお、軸本体６ａのヘッドカバー４への嵌入部と、栓体１８のガイドブロック７への嵌入部は、それぞれ嵌装したＯリング２０にて気密状態となっている。
【００１５】
ガイドブロック７は、ブロック本体７０、この本体７０に下方から螺着した締付けリング７２、これら本体７０と締付けリング７２との間で挟着されたゴムリング７１より構成され、ゴムリング７２が試料採取筒９の内周面に対して気密状態で摺接するように設定されている。しかして、ブロック本体７０は中心孔７０ａを有するが、この中心孔７０ａは中心軸６の下端に固着された栓体１８で封止されている。
【００１６】
ピストン８は、試料採取筒９をねじ止めしたピストン本体８０、その上端部に下部を内嵌螺合した受けリング８１、この受けリング８１上に配置した独立の受圧リング８２の３部材より構成されており、ピストン本体８０の下半部８０ｂにおいて上下のブシュ２１ａ，２１ｂを介して中心軸６に摺接しているが、該ピストン本体８０の上半部８０ａから受けリング８１にわたる部分の内周が中心軸６の外周面から離間し、これによって構成される環状空間にクラッチ機構１０が設けてある。８ａはピストン本体８０の上部及び中間部と受圧リング８２に嵌装されたピストンリング、１４ｂはブシュ２１ｂの固定ねじである。
【００１７】
クラッチ機構１０は、下部に上窄まりテーパ内周面２２を設けたピストン８側の受けリング８１、このテーパ内周面２２に対向する上窄まりテーパ外周面２３を有して中心軸６に昇降自在に外嵌したクラッチ筒２４、これら受けリング８１とクラッチ筒２４との間に介装された圧縮コイルスプリング２５、クラッチ筒２４に設けた複数の半径方向の貫通孔２６に遊嵌状態で装填されたクラッチボール２７より構成されている。また、クラッチ筒２４は、受圧リング８２の内周と中心軸６の外周との間に、その両者８２，６に対して相対摺動自在に挿嵌した上部筒２４ａと、この上部筒２４ａに上端部を螺挿連結した下部筒２４ｂとで構成されており、上部筒２４ａの周縁を鍔状とした上端が受圧リング８２よりもシリンダ室１１側へ突出して受圧部２８をなし、下部筒２４ｂに前記の上窄まりテーパ外周面２３が設けられると共に、このテーパ外周面２３に臨んで前記複数の貫通孔２６が周方向に等配形成されている。しかして、クラッチボール２７は、貫通孔２６の形成位置の肉厚よりも径大に設定されている。
【００１８】
圧縮コイルスプリング２５は、クラッチ筒２４の上部筒２４ａの外周に設けた環状段部２９ａと、受けリング８１の内周に設けた環状段部２９ｂとの間に介装されており、その弾発力によってクラッチ筒２４を上方へ、ピストン８を下方へそれぞれ付勢している。この付勢により、受けリング８１のテーパ内周面２２と下部筒２４ｂのテーパ外周面２３とが互いに接近し、クラッチボール２７が受けリング８１のテーパ内周面２２と中心軸６の外周面とに圧接し、もって常時はピストン８が中心軸６に軸方向移動不能にロックされる。
【００１９】
なお、中心軸６の外周面上部には浅い環状溝６２が設けてあり、この環状溝６２にクラッチボール２７が嵌まり込むことによって、ピストン８を上限位置、つまり受圧リング８２がストッパーピン１６に当接した位置でより安定にロックできるようになっている。また、ピストン本体８０の上端部と中間部との間は外径の小さい薄肉部をなし、この薄肉部に内外を透通する上下方向の長孔３０が形成され、クラッチ筒２３の下端部に固着されたレバー３１が該長孔３０を通してピストン８の外側に突出しており、外筒５を外した状態で該レバー３１を引くことによってピストン８のロックを解除できるようになっている。更に、ヘッドカバー４の外筒５に接する外周、ピストン本体８０の試料採取筒９に接する下端部外周、受圧リング８２の内周、クラッチ筒２４の上部筒２４ａ内周、及びブシュ３１ｂの内周には、それぞれＯリング２０が嵌装されて対接面との間を液密又は気密封止している。
【００２０】
このような構成の試料採取装置では、装置本体１の使用前の組立状態でピストン８が上限位置でロックされるように設定しておく。すなわち、図１及び図２（Ａ）に示すように、受圧リング８２をストッパーピン１６に当接させてピストン８全体が上限位置にある状態で、圧縮コイルスプリング２５によってピストン８側の上窄まりテーパ内周面２２とクラッチ筒２４側の上窄まりテーパ外周面２３とが接近する方向に付勢されることにより、クラッチ筒２４の各貫通孔２６内にあるクラッチボール２７が中心軸６の外周面と受けリング８１の上窄まりテーパ内周面２２とに圧接し、これによりクラッチ筒２４が該クラッチボール２２を介して中心軸６と一体となり、ピストン８が中心軸６にロックされる。
【００２１】
かくしてピストン８をロックした装置本体１を掘削孔３の底部まで降ろしたのち、試料採取を開始するには、水圧ポンプ４３〔図６（Ａ）参照〕を作動させ、地上から連結管２…及びヘッドカバー４の通水路１５を通してシリンダ室１１内に図２（Ｂ）及び図３の矢印ａの如く圧力水を送り込む。この圧力により、図２（Ｂ）に示すように、まずクラッチ筒２４が圧縮コイルスプリング２５の付勢に抗して下降し、その上窄まりテーパ外周面２３がピストン８側の上窄まりテーパ内周面２２から離れ、クラッチボール２７による該テーパ内周面２２及び中心軸６の表面に対する押接がなくなり、ピストン８のロックが解除される。そして、受圧リング８２がシリンダ室１１内に流入する圧力水によって直接に押し下げられ、図３に示すように、ピストン本体８０及び受けリング８１と一体に中心軸６に沿って下降し、この下降に伴ってピストン本体８０に固着されている試料採取筒９が掘削孔３の底部地中Ｅに突入し、該試料採取筒９に地質試料Ｓが取り込まれてゆく。
【００２２】
このとき、当初に試料採取筒９内のピストン８とガイドブロック７との空間９０を満たしていた空気は、図３の矢印ｂで示すように、ピストン８の下降に伴って中心軸６の下部の通気孔１２，１２より当該中心軸６の内部に流入し、上端の逆止弁のボール１９を押し上げてヘッドカバー４の通気路１３より外部へ放出される。従って、ピストン８の下降に支障を生じす、またガイドブロック７での気密を破壊して試料採取筒９の下部側へ空気が入り込む懸念もない。
【００２３】
しかして、下降するピストン８の受圧リング８２が外筒５の排水孔１７の位置に達すると、シリンダ室１１の圧力水が該排出孔１７から排出され、シリンダ室１１の圧力が低下し、ピストン８の下降が停止すると共に、クラッチ筒２４が圧縮コイルスプリング２５の蓄力によって押し上げられ、これに伴ってクラッチボール２７がピストン８側の上窄まりテーパ内周面２２に当接し、テーパ誘導にて半径方向内側へ押し付けられて中心軸６の表面に圧接し、もってピストン８が自動的に中心軸６にロックされる。従って、この段階で試料採取筒９の土中への突入は停止し、その内部への地質試料Ｓの取込みが完了したことになる。
【００２４】
この試料取込み完了は地上側では送り込む圧力水の圧力低下によって確認されるから、圧力水の供給を停止し、次の装置本体１の引き上げ作業に移ることになる。そして、この作業で装置本体１を引き上げると、ガイドブロック７と試料採取筒９との摺接界面がゴムリング７２によって気密封止されているから、試料採取筒９内に真空吸引力が作用し、試料採取筒９内に入った地質試料Ｓは当該採取筒９の先端位置で地中Ｓから確実に切り離され、該採取筒９内に充填した状態で装置本体１と一体に引き上げられる。この引上げの過程では、ピストン８が中心軸６にロックされているために試料採取筒９の軸方向の揺動を生じず、また何らかの要因で振動等が加わっても、試料採取筒９の地質試料Ｓが入った下側には前記の真空吸引力が作用しているから、該地質試料Ｓの落下や層序の乱れを生じることはない。
【００２５】
また、前記のピストン８を降下させつつ試料採取筒９内に地質試料Ｓを取り込む途上において、試料採取筒９の先端が岩盤や硬質土壌等に突き当たって、それ以上は地中Ｓへ侵入不能になった場合、これを地上側では圧力水が送給不能になることから検知できる。従って、その時点でシリンダ室１１への圧力水の供給を停止すれば、前記した試料取込み完了時と同様に、クラッチ機構１０によってピストン８が自動的に中心軸６にロックされるから、そのまま装置本体１の引き上げ作業に移行すればよい。しかして、この試料取込みの中途停止によって試料採取筒９内に入った地質試料Ｓが少量であっても、前記の真空吸引力の作用により、該地質試料Ｓを装置本体１の引き上げに伴って当該採取筒９の先端位置で地中Ｓから切り離し、且つ落下や層序の乱れを生じずに地上へ引き上げることが可能である。
【００２６】
かくして地上に引き上げた装置本体１より採取した地質試料Ｓを取り出すには、外筒５の下部筒体５ｂを捻回して上部筒体５ａから分離して外し、次いで該上部筒体５ａを捻回してヘッドカバー４から分離して外す。そして、図４に示すように、試料採取筒９をピストン本体８０に固定していたねじ１４ａ，１４ａを外した上で、中心軸６の軸本体６ａを捻回して下部軸体６ｂから分離し、図５に示すように、この軸本体６ａをピストン８及びクラッチ筒２４と一体に試料採取筒９から取り外す。そして、次に中心軸６の下部軸体６ｂを捻回してガイドブロック７から取り外すが、このときには試料採取筒９の上部側が開放した状態にあるから、手や適当な治具でガイドブロック７を共回りさせないようして下部軸体６ｂのみを回転させて取り外すことが容易になる。これに対し、中心軸６が単一材からなる場合は、これを捻回して取り外そうとしたときにガイドブロック７も一緒に共回りし、地質試料Ｓのガイドブロック７に近い部分が乱されて試料としての価値を喪失ないし減じる懸念がある。
【００２７】
しかして、上記のように中心軸６の下部軸体６ｂを取り外せば、ブロック本体７０の中心孔７０ａが大気中に開放し、地質試料Ｓを充填した内側の負圧が解除されるから、試料採取筒９内より地質試料Ｓを容易に取り出すことができる。この試料採取筒９内の地質試料Ｓは、例えばガイドブロック７をピストンとして棒材等で押し込んで試料採取筒９の先端から押し出す等の適宜の方法で該採取筒９から抜き出すことにより、図６（Ｂ）の如く地中にあった状態そのままの柱状試料として得られる。なお、図６（Ｂ）では地質試料Ｓの層を単純化して示しているが、例えば調査対象が自然堆積層である場合は、構成成分及び厚さの異なる極めて多数枚の地層が積み重なった状態になっている。
【００２８】
なお、ピストン８の中心軸６に対するロックとロック解除を担うクラッチ機構１０については、前記実施例以外の様々な方式を採用可能である。また、各部材の形状、部材相互の連結構造等、細部構成については実施例以外に種々設計変更可能である。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、地質ボーリング調査において、連結管の下端部につながれて掘削孔内に挿入される装置本体の外筒内に、試料採取筒を取り付けたピストンが装填され、シリンダ室への圧力水の供給によって該ピストンが中心軸に沿って降下することにより、試料採取筒を切削孔底部の地中へ突入させる構成の試料採取装置として、試料採取筒内に取り込んだ地質試料を、装置本体の引き上げによって該採取筒の先端位置で地中から確実に切り離して、且つ引き上げ中の落下や試料中の乱れの発生を防止できると共に、引き上げた装置本体を分解して試料採取筒から取り出す際にも試料中の乱れの発生を回避し得るものが提供される。
【００３０】
請求項２の発明によれば、上記の試料採取装置において、試料採取後に装置本体を分解する最終段階で、試料採取筒の地質試料を取り込んだ下部側の負圧を解消でき、該採取筒からの地質試料の抜き取りが容易になるという利点がある。
【００３１】
請求項３の発明の発明によれば、上記の試料採取装置において、試料採取筒への地質試料の取り込み過程で、試料採取筒内の空気が該ピストンの下降に伴って外部へ放出されるから、ピストンの下降に支障を生じず、採取後の地質試料の引き上げ時に必要な試料採取筒内の真空吸引力を喪失する懸念もなく、安定した試料採取作業を行えるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例に係る試料採取装置による試料採取の開始前の状態を中間部を省略して示す縦断面図である。
【図２】  同試料採取装置のクラッチ機構部分を拡大して示す縦断面図であり、（Ａ）は中心軸にピストンがロックされた状態、（Ｂ）は同ロックが解除された状態を示す。
【図３】  同試料採取装置による試料採取途上の状態を中間部を省略して示す縦断面図である。
【図４】  試料採取後の装置本体より外筒を取り外した状態を示す縦断面図である。
【図５】  同外筒の取り外し後の試料採取筒から中心軸の軸本体をピストン及びクラッチ筒と一体に分離した状態を示す縦断面図である。
【図６】  （Ａ）は試料採取装置の使用状態を示す概略図、（Ｂ）は採取した地質試料を示す斜視図である。
【符号の説明】
１            装置本体
２            連結管
３            掘削孔
４            ヘッドカバー
５            外筒
６            中心軸
６ａ          軸本体
６ｂ          下部軸体
６０          内部
６１          ねじ部
７            ガイドブロック
７０          ブロック本体
７０ａ        中心孔
７１          締付けリング
７２          ゴムリング
８            ピストン
９            試料採取筒
１０          クラッチ機構
１１          シリンダ室
１２          通気孔
１３          排気路
１８          栓体（下部軸体の先端部）
Ｓ            地質試料
Ｅ            底部地中
【図１】
0004426688.tif 000002
【図２】
0004426688.tif 000003
【図３】
0004426688.tif 000004
【図４】
0004426688.tif 000005
【図５】
0004426688.tif 000006
【図６】
0004426688.tif 000007