(57)【要約】【課題】ケーシングパイプを地上に引き戻すことなくケーシングメタルの切刃を交換でき、掘削部分の埋め戻しを防止し、掘削効率の向上を図ることができるボーリング装置を提供する。【解決手段】ケーシングメタル１３の上端部にケーシングパイプ２４下端のメタル台座２５に螺合して固定できるように雄ネジ１３ａを刻設する。ケーシングメタル１３の下端部に、切刃機能を有する複数の方形状チップブロック３２同士を嵌合して積層且つ埋設する（以下、積層チップ３３という。）。具体的には、ケーシングメタル１３の下端に、掘削面（地面）に対して２２．５度傾斜して積層チップ挿入孔を穿孔し、積層チップ３３を挿入後、真ちゅうロウ着けして固着する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボーリングロッド外側のケーシングパイプ先端に筒状のケーシングメタルを設けたボーリング装置において、前記ケーシングメタルに切刃機能を有する複数のチップブロックを積層且つ埋設してなることを特徴とするボーリング装置。
【請求項２】
一端辺が切刃機能を有し、他端辺に切欠凹部が形成された複数のチップブロック同士を切刃部と切欠凹部を嵌合組み合わせて積層し、且つ埋設されていることを特徴とする請求項１記載のボーリング装置。
【請求項３】
チップブロックがケーシングメタルの外周縁及び内周縁に交互に外接あるいは内接して配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のボーリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木工事などにおいて地質調査用の試料を採取する目的で使用されるボーリング装置に関し、特に採掘孔挿入用ボーリングロッドの外側にケーシングパイプを備え、ケーシングパイプの先端にケーシングメタルを固定したボーリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、削孔用コアチューブを先端に有するボーリングロッドの外側にケーシングパイプを設け、ケーシングパイプにより削孔時の砂礫等の崩壊を防止するようにした回転式ボーリング装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−０６４７６３号公報（第２−４頁、第１図）
【特許文献２】特開２００５−２８３３５９号公報
【０００４】
この種のボーリング装置を用いた地質調査では、一般に削孔外径６６ミリのボーリングロッドの先端部（コアチューブ）でもって地層を円筒状のコアとして採取する。ところが、砂礫等の崩壊性地層を削孔する場合は、ボーリング孔壁が崩壊し、コアチューブによるコア採取が困難になるという問題があった。このため、例えば、先ずボーリングロッドの先端部により任意の深度まで削孔し、次いで、ケーシングパイプの先端部（ケーシングチューブ）をその位置まで挿入し、引き続きボーリングロッド先端により削孔を行って、順次より深い位置まで挿入するという作業を繰り返していた。このケーシングパイプ挿入時に、崩壊性地層を追い切りしたり削孔する必要があるため、ケーシングパイプの最先端部（最深度）には、切刃機能を有するケーシングメタル、例えば、ケーシングメタルシューやケーシングメタルビットが取り付けられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これらケーシングメタル（シュー、ビット）には削孔能力に限界があり、掘削の途中でケーシングメタルの切れ味が悪くなることがある。特に、崩壊性地層が厚く分布している場合、切刃として埋め込まれているケーシングメタルのチップ部分の破損や磨耗により、それ以上の削孔及びパイプの挿入が不可能になる。その場合、一旦、ある深度まで挿入したケーシングパイプを地上に引き上げ、新品のケーシングメタルに交換し、再度ケーシングパイプを既削孔に挿入するという作業を繰り返している。したがって、ケーシングパイプを引き上げる手間が係るばかりでなく、ケーシングパイプを引き上げる際に孔壁が崩壊し、掘削孔が埋め戻されてしまうという不具合が生じることもある。
そこで、本発明者は、先に、特開２００５−２８２２５９号をもって、ケーシングパイプを地上に引き戻すことなくケーシングメタルの切刃部を交換でき、掘削部分の埋め戻しを防止し、掘削効率の向上を図ることができるボーリング装置を提案している。この発明は、ボーリングロッド外側のケーシングパイプ先端にケーシングメタルを設けたボーリング装置において、前記ケーシングメタルが、切刃機能を有する複数の環状チップブロックをジョイント部材で上下多段に連結してなり、かつ前記各チップブロックを複数の縦割子に分解可能にしてなることを特徴としている。
本発明もまた上記従来技術の課題に鑑み、ケーシングパイプを地上に引き上げることなく、ケーシングメタルの交換を可能にし、孔壁の崩壊や掘削部分の埋め戻し等の不具合の発生を防止して掘削効率の向上を図ることができるボーリング装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するため、本発明では、ボーリングロッド外側のケーシングパイプ先端に筒状のケーシングメタルを設けたボーリング装置において、前記ケーシングメタルに切刃機能を有する複数のチップブロックを積層且つ埋設してなることを第１の特徴とし、また、一端辺が切刃機能を有し、他端辺に切欠凹部が形成された複数のチップブロック同士を切刃部と切欠凹部を嵌合組み合わせて積層し、且つ埋設されていることを第２の特徴とし、さらに、チップブロックがケーシングメタルの外周縁及び内周縁に交互に外接あるいは内接して配置されていることを第３の特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ケーシングメタルの初層のチップブロックの切刃を含んだ先端部分が摩耗し、ケーシングパイプの削孔挿入が困難になった時点で、次層のケーシングメタルの切刃部分が表出し、ケーシングパイプを地上に引き上げることなく、ケーシングメタルの切刃部の交換が可能になる。したがって、そのまま連続して掘削作業を継続できるので、作業効率が向上するばかりでなく、孔壁の崩壊や掘削部分の埋め戻し等を防止できるという優れた効果がある。
【０００８】
すなわち、本発明では、ボーリングロッドによる削孔挿入とケーシングパイプによる削孔挿入とを交互に行うボーリング工法において、ケーシングパイプの削孔挿入が困難になったとき、ケーシングパイプを引き上げることなく、ケーシングパイプ先端の切刃部であるケーシングメタルを自動的に新品に入れ替えることができる。ここで、ケーシングメタルには、ケーシングメタルビットとケーシングメタルシューが含まれる。ケーシングメタルビットは、表土や崩壊層をケーシング掘りする際に用いられるもので、先端及び内側と外側にはメタルチップやダイヤモンドが埋め込まれる。また、ケーシングメタルシューは、崩壊層をケーシングチューブを使って追切り、追降する際に用いられるもので、先端と外側にはメタルチップやダイヤモンドが埋め込まれる。
【０００９】
本発明は、ケーシングパイプ内にボーリングロッドを上下動可能に収容して構成される。ケーシングパイプは、孔壁の崩壊防止、止水・湧水、ガス噴出などに対するボーリング孔保護、及び掘削用具と孔壁との摩擦によって生ずる磨耗を防止するための孔壁保護用のパイプである。ケーシングパイプの先端にはケーシングメタルを取り付ける。ケーシングメタルには、切刃機能を有する複数のチップブロックを積層且つ埋設されている。そして、初層のケーシングメタルのチップを含む先端部分が摩耗し、ケーシングパイプの削孔挿入が困難になった時点で、次層のケーシングメタルの切刃部であるチップ部分が表出し、ケーシングパイプを地上に引き上げることなく、ケーシングメタルの交換ができる。
【００１０】
すなわち、ケーシングメタルに積層且つ埋設された初層の刃先であるチップブロックが磨耗して切削不能になっても、次層のチップブロックの切刃部が新たな刃先として機能し、ケーシングメタルの切れ味が復元し、迅速に連続して掘削作業を再開することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づいて説明する。
本実施例は、昇降可能な削孔用ボーリングロッドの外側にケーシングパイプを設け、ケーシングパイプの下端にケーシングメタルが固定されている。
【００１２】
図１は本発明に係るケーシングメタルの一実施例を示す（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図、図２は図１の要部拡大正面図、図３は本発明に係るチップブロックを示す斜視図、図４は従来のケーシングメタルを示す（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図、図５はボーリング装置を示す正面図である。
【実施例】
【００１３】
図５において、１は、地盤２に設置した固定台で、固定台１の上には回転駆動源である原動機３が据え付けられている。原動機３の出力軸部は伝動部４を介して、オイルタンク５上の変速機・操作部６に駆動連結され、原動機３の速度を変換できるようになっている。変速機・操作部６の出力軸部は、図示しないギアーを介してスイベルヘッド７の回転部に駆動連結されている。
【００１４】
１０は、スイベルヘッド７の周囲に設置された三脚パイプやぐらで、三脚パイプやぐら１０にはスナッチブロック１１が吊設されている。スナッチブロック１１にはホスティングスイベル１２が掛け渡され、ホスティングスイベル１２の先端にはスイベルヘッド７の回転部が吊り下げられている。ホスティングスイベル１２の基端部は巻上げ装置８に巻回され、巻上げ装置８でホスティングスイベル１２を巻上げ巻戻すことにより、ホスティングスイベル１２の回転部が昇降動作するようにされている。
【００１５】
スイベルヘッド７の回転部上端にはウォータスイベル１４が連結され、ウォータスイベル１４の上部は、デリバリホース１５を介してポンプ１６の出口部に連通している。ポンプ１６の入口部はサクションホース１７を介して、泥水バック１９の中に設置したフートバルブ１８に連通し、泥水バック１９には、掘削孔２０内から吸引した泥水が溜まるようにされている。したがって、ポンプ１６の運転により、泥水バック１９内の泥水を吸引してウォータスイベル１４に供給すると、この泥水はスイベルヘッド７を経て掘削孔２０に循環注入されるようになっている。
【００１６】
２２は、スイベルヘッド７の回転部下端に設けられたロッドホルダで、ロッドホルダ２２には、ドライブパイプ２３の上部が取り付けられ、ドライブパイプ２３の下部にはケーシングパイプ２４が連結されている。ケーシングパイプ２４の下端側メタル台座２５には、後述の円筒体形状のケーシングメタル１３が設けられている。また、ロッドホルダ２２には、ボーリングロッド２６の上部が取り付けられ、ボーリングロッド２６の下部にはセジメントチューブ２７の上部が連結されている。セジメントチューブ２７の下部にはセジメントチューブカップリング２８を介してコアバーレル２９が連結され、コアバーレル２９の下端に設けたコア３０には、メタルクラウン３１が固着されている。
【００１７】
次に、図１乃至図３に基づいて本発明に係るケーシングメタル１３の構造について詳しく説明する。本実施例に係るケーシングメタル１３の上端部は、ケーシングパイプ２４下端のメタル台座２５に螺合して固定できるように雄ネジ１３ａが刻設され、ケーシングメタル１３の下端には、図１及び図２に示すように、一端辺が切刃機能を有し、他端辺に切欠凹部３２ｂが形成された複数の方形状チップブロック３２同士を切刃部３２ａと切欠凹部３２ｂを嵌合組み合わせて積層し、且つ埋設されている（以下、積層チップ３３という。）。具体的には、ケーシングメタル１３の下端部周囲に、掘削面（地面）に対してθ１＝約２０度（２２．５度）傾斜して複数の積層チップ挿入孔２１を穿孔し、積層チップ３３を挿入後、真ちゅうロウ着けして固着される。尚、本実施例では、ケーシングメタル１３掘削面（地面）に対する傾斜角度をθ１＝約２０度としているが、これに限定されるものではなく、実験によれば、θ１＝１５度程度でも良好な切削効果を得ている。
【００１８】
すなわち、この積層チップ３３の切歯部３２ａは、ケーシングメタル１３の下端部に、掘削面（地面）に対してθ１＝２２．５度、鉛直方向に対してθ２＝６７．５度傾斜して固着されると共に、ケーシングメタル１３の外周縁及び内周縁に交互に外接あるいは内接して配置されている。各積層チップ３３は、それぞれケーシングメタル１３の周回り方向に中心角度４５度間隔で設けられている。すなわち、切刃としての積層チップ３３が内向き外向きに交互に埋設固着される。そして、掘削により最下層の切刃チップブロック３２を含むケーシングメタル１３の先端部分が摩耗した時点で、最下層のチップブロック３２が剥離し、次層のチップブロック３２の先端部である切刃部３２ａが表出し、ケーシングパイプ２４を地上に引き上げることなくケーシングメタルの切刃部の交換が可能になる。
【００１９】
具体的には、図２に示すように、ケーシングメタル１３の周縁に積層チップ挿入孔２１を傾斜して穿孔するのであるが、本実施例では、その直径Ｄ１＝５ｍｍ、短い方の深さＤ２＝１０ｍｍ及び長い方の深さＤ３＝１４ｍｍの円筒状に穿孔している。また図３に示すように、チップブロック３２の大きさは、長辺Ｌ１＝５ｍｍの立方体の一部を切欠くと共に面取りされ（面取り部３２ｃ）、短辺Ｌ２＝２．５ｍｍ、切欠き辺Ｌ３＝２．５ｍｍとしている。この面取り部３２ｃを設けることで、回転方向の掘削抵抗を受け易くなり、チップブロック３２の先端部である切刃部３２ａが磨耗し切削機能が低下した時点ですぐに欠落し、次層のチップブロック３２の切刃部３２ａの表出が円滑に行われる。
【００２０】
参考までに、図４に従来のケーシングメタル１３を示すが、チップブロック３２は直方体状の単体で、傾斜角θ１＝２２．５度（本実施例のメタル挿入孔とは鉛直方向に逆の勾配）で、ケーシングメタル１３の下端部に埋設されている。尚、上記実施例では、積層チップ３３のチップブロック３２を３層としているが、これに限定されるものでなくチップブロック３２を２個以上積層するものでもよいことは言うまでもない。
【００２１】
このように、掘削孔作業の途中でケーシングメタルビット１３の摩耗により切削が不能になった時点で、ケーシングメタルビット１３の刃先として最下層のチップブロック３２の代わりに次層のチップブロック３２が新たに機能する。このため、ケーシングメタルビット１３の切れ味が新品同様に鋭く復元される。つまり、最下層のチップブロック３２が磨耗した後も切れ味のよいケーシングメタルビット１３により新たに掘削孔の作業を継続することができる。この場合、ケーシングパイプ２４を引き上げる必要がないので、崩壊性地層であっても掘削孔２０に周囲から土壌が埋め戻されるおそれがなく、円滑な掘削孔の作業を効率良く続けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るケーシングメタルの一実施例を示す（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
【図２】図１の要部拡大正面図である。
【図３】本発明に係るチップブロックを示す斜視図である。
【図４】従来のケーシングメタルを示す（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
【図５】ボーリング装置を示す正面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１    固定台
２    地盤
３    原動機
４    伝動部
５    オイルタンク
６    変速機・操作部
７    スイベルヘッド
８    巻上げ装置
１０  三脚パイプやぐら
１１  スナッチブロック
１２  ホスティングスイベル
１３  ケーシングメタル
１３ａ雄ネジ
１４  ウォータスイベル
１５  デリバリホース
１６  ポンプ
１７  サクションホース
１８  フートバルブ
１９  泥水バック
２０  掘削孔
２１  積層チップ挿入孔
２２  ロッドホルダ
２３  ドライブパイプ
２４  ケーシングパイプ
２５  メタル台座
２６  ボーリングロッド
２７  セジメントチューブ
２８  セジメントチューブカップリング
２９  コアバーレル
３０  コア
３１  メタルクラウン
３２  チップブロック
３２ａ切刃部
３２ｂ切欠き部
３２ｃ面取り部
３３  積層チップ
【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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