JP2001090469A - 地質ボーリング調査における試料採取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 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
置であり、クラッチ機構１１は、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、装置本体１内のシリンダ
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。

Description

【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２
８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３
３（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２
８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３
３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１
４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１
０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１
９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

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。