(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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)を、ヘッドカバー(４)、このヘッドカバー(４)の外周部から下方へ延びる外筒(５)、ヘッドカバー(４)の中心部から外筒(５)の略全長に亘って延びる中心軸(６)、及び中心軸(６)の下端部に固着されたガイドブロック(７)によって構成すると共に、外筒(５)内に上下２つのピストン(８)，(９)を中心軸(６)に沿って昇降自在に設け、下部ピストン(９)から下方へ延びてその下端部が外筒(５)とガイドブロック(７)との間隙から外へ臨む試料採取筒(１０)を設けてなる試料採取装置であって、両ピストン(８)，(９)間にクラッチ機構(１１)を介装し、該クラッチ機構(１１)は、下部ピストン(９)側にあって上窄まりテーパ内周面(１６)を有する受けリング(１７)と、上部ピストン(８)側にあって中心軸(６)に摺動自在に外嵌され、受けリング(１７)のテーパ内周面(１６)に対向するテーパ外周面(１８)を有する摺動リング(１９)と、上部ピストン(８)を上方へ付勢するばね(２０)と、摺動リング(１９)に周方向所要間隔おきに設けた半径方向に貫通する孔(２１)に嵌合されたクラッチボール(２２)とからなり、常時はばね(２０)の付勢力によってクラッチボール(２２)が中心軸(６)の外周面と受けリング(１７)のテーパ内周面(１６)とに係止して下部ピストン(９)を中心軸(６)にロックし、ヘッドカバー(４)と上部ピストン(８)との間のシリンダ室(１４)に圧力水を供給した時その圧力水により上部ピストン(８)をばね(２０)に抗して押し下げて下部ピストン(９)のロックを解除するようにし、外筒（５）を上側筒部（５ａ）と下側筒部（５ｂ）との２つに分割形成して両筒部（５ａ），（５ｂ）の対向端部相互を切り離し可能にねじ結合し、試料採取筒（１０）の上端部をピストン（９）の下端部に外嵌してねじ具（１５）により取外し可能に固定し、両筒部（５ａ），（５ｂ）のねじ結合箇所（５ｏ）を、試料採取筒（１０）が外筒（５）の下端から最大限突出したとき前記ピストン（９）に対する試料採取筒（１０）上端部のねじ具（１５）固定箇所よりも上方位置に設けてなる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、少量の試料でも確実に採取でき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、装置本体を連結管に連結して挿入すると共に、装置本体から突出される試料採取筒によって試料を採取し、この採取した試料から各地層の積層状態や圧密度を調べるようになっている。装置本体は、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、及び中心軸の下端部に固着されたガイドブロックによって構成されると共に、外筒内にピストンが中心軸に沿って昇降自在に設けられ、このピストンには下方へ延びて下端部が外筒とガイドブロックとの間隙から外へ臨む試料採取筒が設けられている。
【０００３】
ところで、上記のような試料採取装置によって採取した試料を試料採取筒から取り出すにあたっては、先ず試料採取筒を装置本体から取り外す必要があるが、試料採取筒の装置本体から取り外すのに、従来の試料採取装置では、外筒が１本の筒体からなるため、先ずこの外筒全体をヘッドカバーから取り外した上で、試料採取筒をピストンから取り外すようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
試料採取筒を装置本体から取り外すにあたって、上記のように外筒全体をヘッドカバーから取り外すと、ピストン及びピストンリングが露呈することになり、そうすると試料取り出した試料採取筒をピストンに取り付けた後、外筒をヘッドカバーに取り付け固定する際に、この外筒の内部にうまく収める必要があるが、ピストンの外周面には複数のピストンリングが取り付けられていることから、外筒の取付けが面倒になって、試料採取筒の付け直し作業に手間と時間がかかると云った問題があった。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点に鑑み、試料採取筒から試料を取り出す際の試料採取筒の取外し・取付け、及び外筒の取付け・取外しを簡単容易に行えるようにした試料採取装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明の地質ボーリング調査における試料採取装置は、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を、ヘッドカバー４、このヘッドカバー４の外周部から下方へ延びる外筒５、ヘッドカバー４の中心部から外筒５の略全長に亘って延びる中心軸６、及び中心軸６の下端部に固着されたガイドブロック７によって構成すると共に、外筒５内に上下２つのピストン８，９を中心軸６に沿って昇降自在に設け、下部ピストン９から下方へ延びてその下端部が外筒５とガイドブロック７との間隙から外へ臨む試料採取筒１０を設けてなる試料採取装置であって、両ピストン８，９間にクラッチ機構１１を介装し、該クラッチ機構１１は、下部ピストン９側にあって上窄まりテーパ内周面１６を有する受けリング１７と、上部ピストン８側にあって中心軸６に摺動自在に外嵌され、受けリング１７のテーパ内周面１６に対向するテーパ外周面１８を有する摺動リング１９と、上部ピストン８を上方へ付勢するばね２０と、摺動リング１９に周方向所要間隔おきに設けた半径方向に貫通する孔２１に嵌合されたクラッチボール２２とからなり、常時はばね２０の付勢力によってクラッチボール２２が中心軸６の外周面と受けリング１７のテーパ内周面１６とに係止して下部ピストン９を中心軸６にロックし、ヘッドカバー４と上部ピストン８との間のシリンダ室１４に圧力水を供給した時その圧力水により上部ピストン８をばね２０に抗して押し下げて下部ピストン９のロックを解除するようにし、外筒５を上側筒部５ａと下側筒部５ｂとの２つに分割形成して両筒部５ａ，５ｂの対向端部相互を切り離し可能にねじ結合し、試料採取筒１０の上端部をピストン９の下端部に外嵌してねじ具１５により取外し可能に固定し、両筒部５ａ，５ｂのねじ結合箇所５ｏを、試料採取筒１０が外筒５の下端から最大限突出したとき前記ピストン９に対する試料採取筒１０上端部のねじ具１５固定箇所よりも上方位置に設けてなることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る試料採取装置は、図８に示すように、装置本体１と、順次連結される連結管２とからなるもので、装置本体１は、最先の連結管２の下端部につながれて掘削孔３内に挿入されるようになっている。装置本体１の構造について、図１〜図７を参照しながら以下に詳細に説明する。
【０００９】
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と、このカバー４の外周部から下方へ長く延びる外筒５と、ヘッドカバー４の中心部から外筒５の略全長に亘って長く延びる中空状の中心軸６と、この中心軸６の下端部に固着されたガイドブロック７とからなり、外筒５内には上下２つのピストン８，９が中心軸６に沿って昇降自在に設けられ、下部ピストン９にはその外周部から下方へ延びて下端部が外筒５とガイドブロック７との隙間から外へ臨む試料採取筒１０の上端部が取付けられ、そして両ピストン８，９にはクラッチ機構１１が介装されている。
【００１０】
ヘッドカバー４の上端部には連結管２と切り離し可能に連結される中空状連結部１２が設けられ、この中空状連結部１２は、ヘッドカバー４内に設けた通路１３を介して、ヘッドカバー４と上部ピストン８との間にシリンダ室１４に連通している。外筒５は、図３及び図５から分かるように、上側筒部５ａとこれよりも短い下側筒部５ｂとの２つに分割形成されていて、両筒部５ａ，５ｂの対向端部相互は切り離し可能にねじ結合され、即ち、上側筒部５ａの下端部外周に形成した雄ねじ部ａと下側筒部５ｂの上端部内周に形成した雌ねじ部ｂとが互いに螺合締結されるようになっており、そして上側筒部５ａの上端部はヘッドカバー４の下端部外周に螺嵌固定されている。また、試料採取筒１０の上端部は、下部ピストン９の下端部に外嵌されて、ビス１５（ねじ具）により取外し可能に固定されている。
【００１１】
また、外筒５を形成する上下両筒部５ａ，５ｂのねじ結合箇所５ｏは、図３から分かるように、試料採取筒１０が下側筒部５ｂの下端から最大限突出したとき下部ピストン９に対する試料採取筒１０上端部のビス止め箇所よりも上方位置に設けられている。従って、試料採取筒１０を取り外す際には、外筒５の下側筒部５ｂを上側筒部５ａから切り離せば、試料採取筒１０の上端部を下部ピストン９に固定しているビス１５が露出するから（図４参照）、このビス１５を抜き取ることによって試料採取筒１０を下部ピストン９から取り外すことができる。尚、図５に示すように、外筒５の下側筒部５ｂ外周面には例えばローレット加工による滑り止め部３５が設けてあるから、この滑り止め部３５を把持した状態で下側筒部５ｂを回転させれば、上側筒部５ａからの下側筒部５ｂの切り離し及び結合操作が容易となる。
【００１２】
クラッチ機構１１は、図６及び図７からよく分かるように、下部ピストン９の上端部にねじ結合されていて、上窄まり状のテーパ内周面１６を有する受けリング１７と、中心軸６に昇降自在に外嵌されると共に上部ピストン８の下端部にねじ結合されていて、受けリング１７のテーパ内周面１６に対向する上窄まり状のテーパ外周面１８を有する摺動リング１９と、上部ピストン８と受けリング１７との間に介在されて、摺動リング１９が受けリング１７内に楔嵌合するように上部ピストン８を上方へ付勢する圧縮コイルばね２０と、摺動リング１９に周方向一定間隔おきに設けた半径方向に貫通する複数の孔２１に嵌合されたクラッチボール２２とから構成される。各クラッチボール２２は、孔２１内でその軸方向に変移可能で且つその孔２１の両端から夫々僅かに突出するように嵌合される。この場合、孔２１は摺動リング１９に１２０度の間隔で３つ形成されている。
【００１３】
このような構成のクラッチ機構１１によれば、常時は、図１及び図４に示すように、圧縮コイルばね２０の付勢力によって摺動リング１９の各孔２１内にあるクラッチボール２２が中心軸６の外周面と受けリング１７の上窄まりテーパ内周面１６とに係止し、これにより受けリング１７がクラッチボール２２を介して中心軸６と一体となって、下部ピストン９を中心軸６に確実強固にロックする。
【００１４】
そして、連結管２からヘッドカバー４内の通路１３を通ってヘッドカバー４と上部ピストン８との間のシリンダ室１４に圧力水が供給された時には、図２及び図５に示すように、シリンダ室１４内の圧力水により上部ピストン８が下方へ押されて圧縮コイルばね２０の付勢力に抗して摺動リング１９と共に下降し、それにより摺動リング１９の各孔２１内にあるクラッチボール２２が、中心軸６の外周面及び受けリング１７の上窄まりテーパ内周面１６に対して隙間を有する状態となるから、摺動リング１９が中心軸６に対し摺動可能となって下部ピストン９のロックが解除され、所謂クラッチが切れた状態となる。こうしてクラッチが切れると、下部ピストン９は上部ピストン８に押されて下降し、この下部ピストン９に取り付けられた試料採取筒１０は図２に示すように被採取土壌Ｗ中に食い込んでゆく。
【００１５】
この際、下降する下部ピストン９と、定位置にあるガイドブロック７との間の空気は、図２の矢印で示すように、中心軸６下端部の空気抜き孔２３から中心軸６の中空部６ａを通り、中心軸６の上端にある逆止弁２４を押し開けて、ヘッドカバー４内部の空気抜き孔２５から外部に放出されるようになっている。また、ヘッドカバー４の下端に上部ピストン８の上限位置を規制する上限ストッパー２６が設けられ、中心軸６の下端部には下部ピストン９の下限位置を規制する筒状体からなる下限ストッパー２７が設けてある。図１に示すように、上部ピストン８が上限位置にあるとき、試料採取筒１０はその下端が外筒５の下端と殆ど同位置で外筒５内に収まった状態にあって、下部ピストン９が図３に示すように下限ストッパー２７に当たるまで下降すると、試料採取筒１０は外筒５の下端から最大限突出した状態となる。この場合、試料採取筒１０の突出長さは、上部ピストン８がその上限位置（図１参照）から下限位置（図３参照）まで下降するストロークに相当する。
【００１６】
また、上記のように試料採取筒１０が外筒５の下端から最大限突出した時に前記シリンダ室１４の圧力水を外へ排出するための排出孔２８が外筒５の上側筒部５ａの下端側所要部に設けられている。即ち、この排出孔２８は、図３に示すように、試料採取筒１０が外筒５の下端から最大限突出する位置に対応する上部ピストン８の下限位置に設けてある。しかして、上部ピストン８がその下限位置まで下降して、試料採取筒１０が最大限突出すると、シリンダ室１４の圧力水が排出孔２８から排出されて、自動的に下部ピストン９が中心軸６にロックされ、クラッチ機構１１の所謂クラッチが入った状態となる。
【００１７】
このように、外筒５の所要位置に排出孔２８を設けた場合には、上部ピストン８がその下限位置まで下降して試料採取筒１０が最大限突出した時点で下部ピストン９がロックされるから、中心軸６の下端部に設けている下部ピストン９用の下限ストッパー２７は省略することもできるが、安全のためには、本実施形態のように排出孔２８と下限ストッパー２７とを併設するとよい。
【００１８】
上述したような構成よりなる試料採取装置の作動方法について説明すると、先ず図８の（Ａ）に示すように、試錐機３０に設けたチャック筒３１を油圧シリンダ３２によって上昇させた状態で、このチャック筒３１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１２に連結する。
【００１９】
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１０及び外筒５の先端が図１に示すように被採取土壌Ｗの位置に来た時点で、水圧ポンプ３３（図８参照）を作動させ、その圧力水を連結管２を通じて装置本体１内のシリンダ室１４に供給することにより、クラッチ機構１１のクラッチが切れて、図２に示すように下部ピストン９が上部ピストン８に押されて下降し、それにより試料採取筒１０が外筒５の下端から突出して被採取土壌Ｗ中に深く食い込んでゆく。
【００２０】
しかして、図３に示すように、上部ピストン８が外筒５の下端部側所要位置に設けられた排出孔２８を通過しようとする際、シリンダ室１４の圧力水がこの排出孔２８から外へ排出され、それによりクラッチ機構１１のクラッチが入って、下部ピストン９が中心軸６にロックされ、それにより被採取土壌Ｗへの試料採取筒１０の食い込み動作が停止する。このとき、試料採取筒１０は外筒５の下端から最大限食い込んだ状態にある。またこのとき、下部ピストン９は下限ストッパー２７に当接して下限位置に停止されることになる。尚、排出孔２８から圧力水が排出され始めた時点で、水圧ポンプ３３からの圧力水の圧送を停止する。上記のように試料採取筒１０が被採取土壌Ｗに最大限食い込んだ状態のままで連結管２を引き上げ、この試料採取筒１０内から採取された試料３４を取り出す。この試料３４を図６の（Ｂ）に示す。
【００２１】
また、地上において試料採取筒１０内から試料３４を取り出すにあたっては、先ず、図３に示される状態にある外筒５の下側筒部５ｂをその上側筒部５ａから切り離して、図４の（Ａ）に示す状態とする。この場合、上側筒部５ａと下側筒部５ｂとのねじ結合箇所５ｏは、図３に示すように試料採取筒１０が下側筒部５ｂの下端から最大限突出したとき下部ピストン９に対する試料採取筒１０上端部のビス１５止め箇所よりも上方位置に設けてあるから、下側筒部５ｂを上側筒部５ａから切り離せば、ビス１５が露出した状態にあり、従ってこのビス１５を抜き取ることによって、試料採取筒１０を下部ピストン９から容易に取り外すことができ、その取り外した試料採取筒１０を図４の（Ｂ）に示す。尚、この試料採取筒１０内に採取された試料３４は、試料採取筒１０を軽く叩くなどの適宜の方法によって試料採取筒１０から抜き取ることができる。
【００２２】
上記のようにして試料３４を試料採取筒１０から抜き取った後、この試料採取筒１０の上端部を下部ピストン９に外嵌して前記ビス１５により固定した後、この試料採取筒１０に外筒５の下側筒部５ｂを嵌め込んで、この下側筒部５ｂの上端雌ねじ部ｂを、上側筒部５ａの下端雄ねじ部ａに螺合して締め付ければよい。このように、外筒５の上側筒部５ａをヘッドカバー４に取り付けたままで、この上側筒部５ａに対して下側筒部５ｂを切り離したり、付け直しするだけであるから、試料採取筒１０の取外し・取付け、及び外筒５の取付け・取外しを簡単容易に行うことができる。
【００２４】
請求項１に係る発明の試料採取装置によれば、下部ピストン側にあって上窄まりテーパ内周面を有する受けリングと、上部ピストン側にあって中心軸に摺動自在に外嵌され、受けリングのテーパ内周面に対向するテーパ外周面を有する摺動リングと、上部ピストンを上方へ付勢するばねと、摺動リングに周方向所要間隔おきに設けた半径方向に貫通する複数の孔に嵌合されたクラッチボールとからなり、常時はばねの付勢力によってクラッチボールが中心軸の外周面と受けリングのテーパ内周面とに係止して下部ピストンを中心軸にロックし、ヘッドカバーと上部ピストンとの間のシリンダ室に圧力水を供給した時その圧力水により上部ピストンを上記ばねに抗して押し下げて下部ピストンのロックを解除するようにしたクラッチ機構を備えているから、クラッチが入った状態で下部ピストン側に下向きの相当な引張力が作用しても、下部ピストンが中心軸に対し滑りを生ずることがなく、試料採取筒をそのままの状態で引き上げることができて、試料を乱すことがない。
又、本発明の試料採取装置によれば、装置本体の外筒を複数の筒部に分割形成して、その分割端部相互を切り離し可能にねじ結合し、試料採取筒の上端部をピストンの下端部に外嵌してねじ具により取外し可能に固定したものであって、試料を試料採取筒から取り出すにあたって試料採取筒を装置本体から取り外すときは、外筒の全部を取り外すことなく、ピストンに対する試料採取筒のねじ具固定箇所が露出する範囲で下部側の筒部を緩み方向に回して、その上部側の筒部から切り離せばよいから、試料採取筒の取外し・取付け作業、及び外筒の取付け・取外し作業を簡単容易に行うことができる。
【００２５】
更に又、本発明によれば、外筒を上側筒部と下側筒部との２つに分割形成して両筒部のねじ結合箇所を、試料採取筒が外筒の下端から最大限突出したとき前記ピストンに対する試料採取筒上端部のねじ具固定箇所よりも上方位置に設けるようにすることにより、外筒の構成が簡単で、試料採取筒を取り外す際には、外筒の下側筒部を上側筒部から切り離せば、試料採取筒の上端部を下部ピストンに固定しているビスが露出するから、このビスを抜き取ることによって試料採取筒を下部ピストンから簡単に取り外すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  中間部を省略した装置本体の全体を示す縦断面図で、上下ピストンが上限位置にある状態を示す。
【図２】  図１と同様に装置本体の全体を示す縦断面図で、上下ピストンが下降している状態を示す。
【図３】  上下ピストンが下限位置まで下降して、試料採取筒が被採取土壌中に最大限食い込んだ状態を示す。
【図４】  （Ａ）は装置本体の外筒の下側筒部をその上側筒部から取り外した状態を示す縦断面図、ピストンから取り外した試料採取筒を示す縦断面図である。
【図５】  外筒を形成する上側筒部と下側筒部とを互いに切り離した状態の斜視図である。
【図６】  （Ａ）はクラッチ機構の要部を示す縦断面図で、クラッチが入っている状態を示し、（Ｂ）はその一部拡大図である。
【図７】  （Ａ）は同様にクラッチ機構の要部を示す縦断面図であるが、シリンダ室に圧力水が供給されてクラッチが切れた状態を示し、（Ｂ）はその一部拡大図である。
【図８】  （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
５ａ          上側筒部
５ｂ          下側筒部
５ｏ          上下両筒部のねじ結合箇所
６            中心軸
７            ガイドブロック
８            上部ピストン
９            下部ピストン
１０          試料採取筒
１５          ビス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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