(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、両ピストン(８)，(９)間にクラッチ機構(１１)を介装してなる試料採取装置であって、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た地質ボーリング調査における試料採取装置。
【請求項２】
前記シリンダ室(１４)に供給された圧力水により上部ピストン(８)が下部ピストン(９)を押して試料採取筒(１０)を外筒(５)の下端から所定長さ突出させた時に前記シリンダ室(１４)の圧力水を排出するための排出孔(２８)を外筒(５)の下端側所要部に設けてなる請求項１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、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、装置本体の下端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ている。ところで、試料採取筒を掘削孔の底面に押し込んだときに、その試料採取筒の先端が岩石等の硬質土壌や支持層に突き当たって、それ以上押し込むことができない場合がある。この場合、試料採取筒内には少量の試料した採取されていないが、その少量の試料でも有益である。従って、試料採取筒をそのまま引き上げて、その中の試料を得たい場合があるが、試料は少量であるため、試料採取筒による試料に対するバキューム効果は小さく、小さな衝撃が加わっただけで、試料採取筒内から試料が落下し易く、試料採取が失敗に終わってしまう。
【０００３】
上記の問題を解決するために、本発明の出願人は、以前に、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を、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すると共に、外筒内に上下２つのピストンを中心軸に沿って昇降自在に設け、下部ピストンから下方へ延びてその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を設け、両ピストン間に、常時は下部ピストンを中心軸に固定しているが、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が供給された時その圧力水により上部ピストンが下降して下部ピストンのロックを解除するクラッチ機構を設けた試料採取装置を提案した。
【０００４】
上記のクラッチ機構は、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すると共に、受けリングのテーパ内周面に対向する上窄まりテーパ外周面を有する割れ目付き摺動リングと、上部ピストンを上方へ付勢するコイルばねとからなるもので、試料採取筒の先端が岩石等の硬質土壌や支持層に突き当たって、それ以上押し込むことができない場合でも、前記シリンダ室への圧力水の供給が無くなると、クラッチ機構の作用によって下部ピストンが中心軸に固定され、この下部ピストンに取り付けられた試料採取筒を軸方向に揺動させることなく、地上まで引き上げることができ、試料採取筒内の試料が少量であるにもかかわらず、確実に試料が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のクラッチ機構では、摺動リングがばねの押上力によって受けリングのテーパ内周面に圧接し、これによって摺動リングが縮径して中心軸を掴持するようになっているが、このように摺動リングを縮径させてロックする方式では、下部ピストン側に下向きの相当な引張力が作用した時に摺動リングを中心軸に対し有効に固定して下部ピストンを確実にロックできない場合がある。即ち、下部ピストンが上部ピストンに押されて下降する際に、その下降途上で試料採取筒が硬質土壌などに突き当たって、それ以上食い込みできない場合にも、その試料採取筒をそのまま引き上げるわけであるが、この一部採取した状態で試料採取筒を引き上げる際に、試料採取筒が土壌中に残った状態で外筒、中心軸及びガイドブロックが引き上げられることになるから、土壌に食い込んだ試料採取筒内にある試料の上端部側が、ガイドブロックの引き上げに伴って引きちぎられような乱れた状態となって試料として使用できなくなる。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点に鑑み、摺動リングを中心軸に対し有効に固定して下部ピストンを的確にロックすることができるクラッチ機構を備えた試料採取装置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】
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、両ピストン８，９間にクラッチ機構１１を介装してなる試料採取装置であって、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たことを特徴とする。
【０００８】
請求項２は、請求項１に記載の地質ボーリング調査における試料採取装置において、前記シリンダ室１４に供給された圧力水により上部ピストン８が下部ピストン９を押して試料採取筒１０を外筒５の下端から所定長さ突出させた時に前記シリンダ室１４の圧力水を排出するための排出孔２８を外筒５の下端側所要部に設けてなることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る試料採取装置は、図６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５を参照しながら以下に詳細に説明する。
【００１０】
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。
【００１１】
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の上端部は、ヘッドカバー４の下端部外周面に螺嵌固定されており、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。
【００１２】
クラッチ機構１１は、図４及び図５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６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６参照）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】
上述のように装置本体１内のシリンダ室１４への圧力水の供給によってクラッチ機構１１のクラッチが切れ、下部ピストン９が上部ピストン８に押されて下降する際に、その下降途上で試料採取筒１０の下端縁が岩石等の硬質土壌や支持層に突き当たって、それ以上食い込みできない場合には、その時点でシリンダ室１４への圧力水の供給を停止することによって、クラッチ機構１１のクラッチが入るから、下部ピストン９は中心軸６に係止され、この下部ピストン９に取り付けられている試料採取筒１０を軸方向に揺動させることなく地上へ引き上げることができる。
【００２２】
このように試料採取筒１０がその一部分しか被採取土壌に食い込まない場合、即ち、試料採取筒１０の外筒５からの最大突出長さ（所定の突出長さ）を例えば８００ｍｍとして、当該採取筒１０の下端縁が硬質土壌等に突き当たって５００ｍｍしか被採取土壌Ｗ中に食い込まない場合にも、その食い込み長さ５００ｍｍ分の試料を採取した試料採取筒１０をそのまま引き上げるわけであるが、この一部採取した状態で試料採取筒１０を引き上げる際に、仮に、クラッチ機構１１のクラッチが滑りを生じた場合、つまり被採取土壌Ｗ中に食い込んだ試料採取筒１０にかかる土圧等により下部ピストン９に相当な引張力が作用して、下部ピストン９が滑りを生じた場合には、図３から分かるように、試料採取筒１０が残った状態で外筒５、中心軸６及びガイドブロック７は引き上げられることになるから、被採取土壌Ｗに食い込んだ試料採取筒１０内にある試料の上端部側が、ガイドブロック７の引き上げに伴って引きちぎられような乱れた状態となって試料として使用できなくなる。
【００２３】
然るに、この試料採取装置に設けられているクラッチ機構１１によれば、クラッチが入った状態では、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ようになっているから、上記のように試料採取筒１０が一部分被採取土壌Ｗに食い込んだ状態で引き上げ上げられる場合に、クラッチが滑りを生じることがなく、試料採取筒１０をそのままの状態で外筒５、中心軸６及びガイドブロック７と共に一体に引き上げることができ、試料が乱れるようなことがなくなる。
【００２４】
【発明の効果】
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、従って試料採取筒の一部分が被採取土壌に食い込んだ状態で引き上げ上げられる場合にも、試料採取筒をそのままの状態で外筒、中心軸及びガイドブロックと共に一体に引き上げることができて、試料を乱すことがなく、その試料をそのまま使用することができる。
【００２５】
請求項２に記載のように、上記シリンダ室に供給された圧力水により上部ピストンが下部ピストンを押して試料採取筒を外筒の下端から所定長さ突出させた時に上記シリンダ室の圧力水を排出するための排出孔を外筒の下端側所要部に設けているから、上部ピストンがその下限位置まで下降して、試料採取筒が所定長さ突出して被採取土壌中に最大限食い込むと、シリンダ室の圧力水がその排出孔から排出されて、自動的にクラッチ機構のクラッチが入った状態となる。従って、上下ピストンが所定の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でシリンダ室内の圧力が異常に高くなることがなくなって、装置本体やクラッチ機構の構成部品を損傷するようなおそれがない。
【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ってクラッチ機構のクラッチが入った状態を示す。
【図２】  図１と同様に装置本体の全体を示す縦断面図で、クラッチ機構のクラッチが切れて、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５】  （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
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
１１          クラッチ機構
１４          シリンダ室
１６          受けリングのテーパ内周面
１７          受けリング
１８          テーパ外周面
１９          摺動リング
２０          ばね
２２          クラッチボール
２８          排出孔
【図１】
0004426676.tif 000002
【図２】
0004426676.tif 000003
【図３】
0004426676.tif 000004
【図４】
0004426676.tif 000005
【図５】
0004426676.tif 000006
【図６】
0004426676.tif 000007