JP2013194427A

JP2013194427A - コア回転防止機構を備えるボーリングコア採取装置

Info

Publication number: JP2013194427A
Application number: JP2012062575A
Authority: JP
Inventors: Satomi Okada; 哲実岡田; Akio Funato; 明雄船戸; Hideo Tachikawa; 日出男立川
Original assignee: TACHIKAWA KIKAI SEISAKUSHO KK; Central Research Institute of Electric Power Industry; Oyo Corp
Current assignee: TACHIKAWA KIKAI SEISAKUSHO KK; Central Research Institute of Electric Power Industry; Oyo Corp
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2013-09-30
Anticipated expiration: 2032-03-19
Also published as: JP6108675B2

Abstract

【課題】地盤・岩盤の自然状態における実際の性状のままのボーリングコアを確実に採取することができるようにする。
【解決手段】円筒状に形成されて上端部に外ヘッド７が取り付けられると共に円筒周壁下端に掘削手段５が備えられたコアチューブ２と、円筒状に形成されて上端部に内ヘッド６が取り付けられると共にコアチューブ２の内部に当該コアチューブ２と同軸に配設された試料保護パイプ１と、コアチューブ２の外ヘッド７及び試料保護パイプ１の内ヘッド６を貫通するシャフト１０とを有し、コアチューブ２の外ヘッド７はシャフト１０に対して周方向に回転可能であるのでコアチューブ２はシャフト１０に対して軸回転可能であると共に、シャフト１０の軸直角断面の形状と試料保護パイプ１の内ヘッド６の貫通孔の形状とを合わせることによって試料保護パイプ１の内ヘッド６はシャフト１０に対して周方向に回転しないので試料保護パイプ１はシャフト１０に対して軸回転しないようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、コア回転防止機構を備えるボーリングコア採取装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、例えば地盤試料や岩盤試料としてのコアをボーリングして採取する装置に関する。

地盤調査において地盤試料や岩盤試料をボーリングによって採取する方式としてワイヤーラインコアバレル方式，シングルチューブコアバレル方式，ダブルチューブコアバレル方式，コアパック方式がある。

硬質地盤に使用する従来のダブルチューブコアバレルとしては、例えば、図６に示すように、円筒形のアウターチューブ１１１と、当該アウターチューブ１１１の内部にアウターチューブ１１１と同軸且つ回転自在に配設された円筒形のインナーチューブ１１２と、アウターチューブ１１１の先端に取り付けられた円筒形のコアビット１１３と、当該コアビット１１３の先端部よりも突出しないようにインナーチューブ１１２の先端に取り付けられた円筒形のシュー１１４とを有し、アウターチューブ１１１が軸回転することによりコアビット１１３が回転して当該コアビット１１３の先端に設けられた切刃１１３ａによって地盤１１５が掘削され、アウターチューブ１１１の掘進に伴って地盤１１５内部からコア１１５ｂが切り出されると共にシュー１１４の先端に設けられた切刃１１４ａによってインナーチューブ１１２の筒内に収まる径に切削されシュー１１４を通ってインナーチューブ１１２の内部に収容されて円柱形状のコア(試料)が採取されるものがある（特許文献１）。

特開平４−５５５８９号

しかしながら、特許文献１のボーリング装置では、地盤１１５から取り出す円柱形状のコア１１５ｂの外周部はアウターチューブ１１１先端のコアビット１１３の切刃１１３ａ及びインナーチューブ１１２先端のシュー１１４の切刃１１４ａによってもとの地盤１１５から掘削・切削する一方でコア１１５ｂの下端部(即ち底部)は装置によって切削せず、試料としてのコアを収容した状態のインナーチューブ１１２を引っ張り上げることによってコア１１５ｂと地盤１１５とを引き千切って切断するようにしている。このため、コア１１５ｂ下端が予定の位置(深さ)でうまく切断することができないために必要とされる所定の形状のコアが得られなかったり、コア１１５ｂに異常な力がかかって変形したり性状が変化したりする場合があり、地盤１１５の自然状態を乱すこと無く自然状態における実際の性状のままのコアを確実に取り出すことができるとは言い難い。

さらに、大型のコアを採取したり堅強な地盤・岩盤からコアを採取したりする場合には特に、コアを引っ張り上げて引き千切って切断することができず、コア下端をもとの地盤・岩盤から切断することがより一層困難であり、性状と形状とについて良好な状態で地盤・岩盤中からコアを取り出すことができないという問題がある。

また、コアを収容した状態のインナーチューブ１１２が軸回転すると当該インナーチューブ１１２と接触するコア１１５ｂに異常な力がかかって変形したり性状が変化したりする場合があり、地盤１１５の自然状態を乱すこと無く自然状態における実際の性状のままのコアを確実に取り出すことができるとは言い難い。

そこで、本発明は、地盤・岩盤の自然状態における実際の性状のままであり且つ必要とされる所定の形状のコアを確実に採取することができるボーリングコア採取装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、請求項１記載のコア回転防止機構を備えるボーリングコア採取装置は、円筒状に形成されて上端部に外ヘッドが取り付けられると共に円筒周壁下端に掘削手段が備えられたコアチューブと、円筒状に形成されて上端部に内ヘッドが取り付けられると共にコアチューブの内部に当該コアチューブと同軸に配設された試料保護パイプと、コアチューブの外ヘッド及び試料保護パイプの内ヘッドを貫通するシャフトとを有し、コアチューブの外ヘッドはシャフトに対して周方向に回転可能であるのでコアチューブはシャフトに対して軸回転可能であると共に、シャフトの軸直角断面の形状と試料保護パイプの内ヘッドの貫通孔の形状とを合わせることによって試料保護パイプの内ヘッドはシャフトに対して周方向に回転しないので試料保護パイプはシャフトに対して軸回転しないようにしている。

したがって、このボーリングコア採取装置によると、シャフトの軸直角断面の形状と試料保護パイプの内ヘッドの貫通孔の形状とを合わせるようにしているので、内ヘッドがシャフトに対して周方向に回転することがなく、したがって試料保護パイプがシャフトに対して軸回転することがない。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のコア回転防止機構を備えるボーリングコア採取装置において、シャフトの軸直角断面の形状と試料保護パイプの内ヘッドの貫通孔の形状とがどちらも六角形であるようにしている。この場合には、シャフトの軸直角断面の形状と試料保護パイプの内ヘッドの貫通孔の形状とをどちらも六角形にするようにしているので、内ヘッドがシャフトに対して周方向に回転することがなく、したがって試料保護パイプがシャフトに対して軸回転することがない。

本発明のコア回転防止機構を備えるボーリングコア採取装置によれば、内ヘッドがシャフトに対して周方向に回転することがないようにすることができ、したがって試料保護パイプがシャフトに対して軸回転することがないようにすることができるので、コアに異常な力がかかって変形したり性状が変化したりすることを防いで地盤としての自然状態を乱すこと無く自然状態における実際の性状のままのコアを確実に取り出すことが可能になる。

本発明のボーリングコア採取装置の実施形態の一例を示す縦断面図である。（Ａ）は地盤表面に設置されて掘削を開始する状態を示す。（Ｂ）は掘削をしてコア(試料)を試料保護パイプ内に取り込んだ状態を示す。実施形態のボーリングコア採取装置の内ヘッド及び外ヘッドとモータカバー及びローラカバーとの部分の拡大縦断面図である。実施形態のボーリングコア採取装置を説明する図である。（Ａ）はローラカバー部分の図２におけるＡ−Ａ横断面図である。（Ｂ）は外ヘッド部分の図２におけるＢ−Ｂ横断面図である。実施形態のボーリングコア採取装置のコア下端切断機構及びその周辺部分の拡大縦断面図である。実施形態のボーリングコア採取装置のコア下端切断機構部分の図４におけるＩ−Ｉ横断面図である。（Ａ）はコア下端切断部が本体内に収容された状態を示す図である。（Ｂ）はコア下端切断部がコアチューブ２内にせり出した状態を示す図である。従来のコアバーレルの先端部分を説明する縦断面図である。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

図１から図５に、本発明のコア回転防止機構を備えるボーリングコア採取装置の実施形態の一例を示す。なお、図１においては本発明の概略構成を分かり易くするために細かい構造の図示を適宜省略している。また、ボーリングコア採取装置は、従来の装置と同様に例えばシャフト１０などに水抜き孔が適宜設けられているが、図１から図５においては本発明特有の構成を分かり易くするために図示を省略している。また、以下の説明においては、地盤・岩盤からコア(試料)を採取するためにボーリングコア採取装置を立てた状態である図１に示す状態を基準にして上下方向(即ち垂直方向)，横方向(即ち水平方向)を定義する。

ここで、本発明のボーリングコア採取装置は、断層を含んでいるものや、主に風化岩からなるものや、礫岩を多く含むものや、互層岩盤や、変質岩を含むものなど種々の地盤や岩盤を対象とし得るが、以下の説明においては掘削対象を単に地盤と表記する。

まず、コア回転防止機構について説明する。

具体的には、本実施形態のボーリングコア採取装置は、円筒状に形成されて上端部に外ヘッド７が取り付けられると共に円筒周壁下端に掘削手段５が備えられたコアチューブ２と、円筒状に形成されて上端部に内ヘッド６が取り付けられると共にコアチューブ２の内部に当該コアチューブ２と同軸に配設された試料保護パイプ１と、コアチューブ２の外ヘッド７及び試料保護パイプ１の内ヘッド６を貫通するシャフト１０とを有し、コアチューブ２の外ヘッド７はシャフト１０に対して周方向に回転可能であるのでコアチューブ２はシャフト１０に対して軸回転可能であると共に、シャフト１０の軸直角断面の形状と試料保護パイプ１の内ヘッド６の貫通孔の形状とを合わせることによって試料保護パイプ１の内ヘッド６はシャフト１０に対して周方向に回転しないので試料保護パイプ１はシャフト１０に対して軸回転しないようにしている。

また、本実施形態のボーリングコア採取装置は、シャフト１０を挟んで対向して配置される少なくとも一対の送り用ローラ１４，１４を更に有し、当該送り用ローラ１４のシャフト１０と接する部分にシャフト１０の軸直角断面の形状と噛み合う凹部１４ｃが形成されるようにしている。

シャフト１０は軸直角断面が六角形に形成される。シャフト１０の上端には固定用ロッド１３が固定的に連結され、また、シャフト１０の下端には固定用ピストン１１が固定的に取り付けられる。そして、ボーリングコア採取装置を用いて地盤試料採取を行う際には、固定用ピストン１１が試料採取地点の例えば地表面に設置されると共に、地上において例えば櫓（図示していない）などによって固定用ロッド１３が定位置に固定される。これにより、シャフト１０は地盤に対して軸回転や傾斜などすることが無いように確実に位置固定される。なお、本発明のボーリングコア採取装置の設置場所は地表面に限られるものではない。言い換えると、本発明のボーリングコア採取装置の使用態様は地表面からのコア(試料)採取に限られるものではない。具体的には例えば、ボーリングコア採取装置を進入させて設置し得るボーリング孔を設け、当該ボーリング孔の先端（言い換えると、底面）に設置されて使用されるようにしても良い。

コアチューブ２は、円筒状に形成され、上端部に外ヘッド７が取り付けられると共に、下端部（言い換えると、先端部）にコア下端切断機構２１が備え付けられる。また、コア下端切断機構２１の下面には掘削手段５が取り付けられる。掘削手段５としては具体的には例えば環状のビット固定部材及び一般的な掘削用ビットが用いられる。

コアチューブ２内に、試料保護パイプ１が収納される。試料保護パイプ１は、円筒状に形成されてコアチューブ２と同軸に配置されると共に、上端部に内ヘッド６が取り付けられ、また、下端は開口している。試料保護パイプ１の外周面とコアチューブ２の内周面との間には僅かな隙間が設けられ、試料保護パイプ１の周囲においてコアチューブ２が試料保護パイプ１に対して軸回転自在に構成される。なお、コアチューブ２の下端部に備え付けられるコア下端切断機構２１は内径が試料保護パイプ１の内径と同じに形成されると共に試料保護パイプ１の周壁の直下にせり出すように形成されて備え付けられ、これにより、試料保護パイプ１の外周面とコアチューブ２の内周面との間の隙間の下端がコア下端切断機構２１によって塞がれて前記隙間には土や小石や岩石の欠片が入り込むことが無く、コアチューブ２が試料保護パイプ１に対して軸回転自在であることが確保される。

なお、本発明のボーリングコア採取装置における試料保護パイプ１の内径（即ち、採取するボーリングコア(試料)の直径）は特定の大きさに限定されない。具体的には例えば、試料保護パイプ１の内径を、標準的なボーリングコアの場合の５０〔mm〕にしたり、大型のコアが必要である場合には１００〜３００〔mm〕程度にしたりすることが考えられる。

試料保護パイプ１上端部の内ヘッド６は、円盤状に形成され、平面視中心位置に上下方向の貫通孔が設けられると共に当該貫通孔にシャフト１０が軸方向に摺動可能に貫通する。このとき、試料保護パイプ１とシャフト１０とは同軸に配置される。

内ヘッド６の貫通孔は、シャフト１０の軸直角断面の六角形状に合わせて六角形に形成される。これにより、内ヘッド６は、シャフト１０に対して周方向に回転することが制限された上で上下方向（即ち、シャフト１０の軸方向）に移動可能に構成される。したがって、内ヘッド６が取り付けられている試料保護パイプ１が、コアチューブ２の軸回転などの影響を受けてシャフト１０に対して軸回転することが無い。

コアチューブ２上端部の外ヘッド７は、肉厚の円盤状に形成され、平面視中心位置に上下方向の貫通孔が設けられると共に当該貫通孔にシャフト１０が貫通する。このとき、コアチューブ２とシャフト１０とは同軸に配置される。つまり、試料保護パイプ１とコアチューブ２とシャフト１０とは同軸に配置される。また、外ヘッド７の下側部分はコアチューブ２の上端部に嵌まると共に、外ヘッド７の上側部分はコアチューブ２の上端よりも上方に突出する。

外ヘッド７の貫通孔は、シャフト１０の軸直角断面の六角形状の最大径寸法よりも大きな直径を有する円形に形成される。そして、外ヘッド７は、シャフト１０に対して当該シャフト１０の軸心を中心として周方向に回転可能且つ上下方向（即ち、シャフト１０の軸方向）に移動可能に構成される。

なお、本実施形態では、内ヘッド６上面の貫通孔周囲に上方に延出する筒状周壁（軸直角断面の内側貫通孔は六角形状、外周形状は円形）が形成されると共に、外ヘッド７下面の貫通孔周辺に下方に延出して内ヘッド６の前記筒状周壁を収容する円筒周壁が形成される。内ヘッド６の前記筒状周壁と外ヘッド７の前記円筒周壁との間にはベアリングが介在し、これにより、外ヘッド７及びコアバレル２の安定してずれの無い軸回転が確保される。

外ヘッド７の上端面に伝達部材８が取り付けられる。伝達部材８は、本体部分が円筒状に形成されると共に、下端にフランジが形成される。そして、本体部分の円筒部の軸方向を上下方向にし且つ本体部分の円筒貫通孔の位置を外ヘッド７の貫通孔の位置に合わせて配置され、下端のフランジが外ヘッド７の上端面に固定されて伝達部材８は外ヘッド７に固定されて取り付けられる。

伝達部材８の本体部分の円筒貫通孔にシャフト１０が貫通する。このとき、伝達部材８とシャフト１０とは同軸に配置される。

伝達部材８の本体部分は、シャフト１０の軸直角断面の六角形状の最大径寸法よりも大きな内径を有する円筒状に形成される。そして、伝達部材８も、シャフト１０に対して当該シャフト１０の軸心を中心として周方向に回転可能且つ上下方向（即ち、シャフト１０の軸方向）に移動可能に構成される。

つまり、伝達部材８の貫通孔と外ヘッド７の貫通孔との位置を合わせて両者が組み合わされて固定され、一体となった両者の貫通孔にシャフト１０が貫通する。そして、伝達部材８と外ヘッド７とが一体となってシャフト１０に対して当該シャフト１０の軸心を中心として軸回転（周方向に回転）可能且つ上下方向に移動可能に構成される。

伝達部材８の本体部分の円筒の外周面の上端縁部には、全周に亘って平歯車８ａが設けられる。

そして、伝達部材８の平歯車８ａと噛み合う平歯車４ａが回転軸に取り付けられた掘削用モータ４が伝達部材８の上方に設けられる。掘削用モータ４はモータカバー９内に当該モータカバー９の天板に固定されて取り付けられる。

モータカバー９は、平面視中心位置に貫通孔が形成された天板及び底板を有する中空円柱状の胴体と、底板から下方に延出する円筒部とを有する。モータカバー９は、軸心位置に上下方向にシャフト１０を貫通させ、当該シャフト１０に対して上下方向に移動可能に設けられる。

モータカバー９の天板の貫通孔は、シャフト１０の軸直角断面の六角形状に合わせて六角形に形成される。これにより、モータカバー９は、シャフト１０に対して軸回転することが制限された上で上下方向（即ち、シャフト１０の軸方向）に移動可能に構成される。

モータカバー９の中空円柱状の胴体内に平歯車４ａを含む掘削用モータ４及び伝達部材８の平歯車８ａが収容されると共に、モータカバー９の底板から下方に延出する円筒部内に伝達部材８の本体部分の円筒が収容されるようにモータカバー９と伝達部材８とが組み付けられる。また、モータカバー９は、軸心位置において上下方向にシャフト１０を貫通させ、当該シャフト１０に対して上下方向に移動可能に設けられる。

伝達部材８の本体部分の円筒とモータカバー９の下方に延出する円筒部との間にはベアリングが介在し、これにより、モータカバー９に対して伝達部材８が軸回転可能な状態で、モータカバー９が伝達部材８に支持される。すなわち、伝達部材８を介してモータカバー９及び掘削用モータ４が外ヘッド７に支持されると共に、掘削用モータ４の駆動力が平歯車４ａと平歯車８ａを有する伝達部材８とを介して外ヘッド７に伝達されて当該外ヘッド７が取り付けられているコアチューブ２がシャフト１０に対して当該シャフト１０の軸心を中心として軸回転する。

モータカバー９の上方に、平面視中心位置に貫通孔が形成された天板及び底板を有する中空円柱状のローラカバー１６が、底板の貫通孔とモータカバー９の天板の貫通孔との位置を合わせて配置され、ローラカバー１６の底板下面がモータカバー９の天板上面に固定されて設けられる。ローラカバー１６は、軸心位置に上下方向にシャフト１０を貫通させ、当該シャフト１０に対して上下方向に移動可能に設けられる。

ローラカバー１６の天板及び底板の貫通孔は、シャフト１０の軸直角断面の六角形状に合わせて六角形に形成される。これにより、ローラカバー１６は、シャフト１０に対して周方向に回転することが制限された上で上下方向（即ち、シャフト１０の軸方向）に移動可能に構成される。

つまり、モータカバー９の貫通孔とローラカバー１６の貫通孔との位置を合わせて両者が上下に固定され、一体となった両者の貫通孔にシャフト１０が貫通する。そして、モータカバー９とローラカバー１６とが一体となってシャフト１０に対して周方向に回転することが制限された上で上下方向（即ち、シャフト１０の軸方向）に移動可能に構成される。

ローラカバー１６の天板上面に、送り用モータ１２が、回転軸をローラカバー１６内に下向きに挿し込んで備えられる。また、ローラカバー１６内に、複数の送り用ローラ１４とこれら送り用ローラ１４間でローラの回転駆動を伝達するための伝達用歯車１５とが備えられる。

各送り用ローラ１４は、軸回転中心である軸心が横方向になるように配置され、ローラカバー１６の天板と底板とに上下端が固定されて対向して設けられる軸支壁１７，１７に、軸方向の一端寄りの位置及び他端の二箇所が軸回転可能に軸支される。各送り用ローラ１４の一端には、周縁部に歯車が形成された平歯車１４ｂが備えられる。この平歯車１４ｂは、対向する軸支壁１７，１７に送り用ローラ１４が軸支された状態で軸支壁１７の外側に配置される。

軸心が横方向である送り用ローラ１４は、シャフト１０の軸方向（即ち、上下方向）に間隔をとって並べられ、且つ、シャフト１０を挟んで対向して配置される。本実施形態では、シャフト１０の一方の側に三つの送り用ローラ１４が上下に並べられ、すなわち、シャフト１０を挟んで上段・中段・下段の各段で対向する三対で合計六つの送り用ローラ１４が配設される。なお、送り用ローラ１４の対の数は、三対（言い換えると三段）に限られるものでは無く、一対(一段)や二対(二段)でも良いし、また、四対(四段)以上であっても良い。

そして、これら送り用ローラ１４が上中下段の各段で対向してシャフト１０を挟むことによって得られる摩擦力により、送り用ローラ１４が軸回転するとシャフト１０が軸方向に移動する。

また、伝達用歯車１５は、周縁部に歯車が形成された円盤状平歯車１５ａと当該円盤状平歯車１５ａの片面に設けられた軸とからなり、この軸の軸心が横方向になるように配置され、この軸の軸方向両端の二箇所が対向する軸支壁１７，１７に軸回転可能に軸支される。伝達用歯車１５の円盤状平歯車１５ａは、対向する軸支壁１７，１７に軸が軸支された状態で軸支壁１７の外側に配置される。

伝達用歯車１５は、上下に間隔をとって並べられて配置された送り用ローラ１４同士の間に配置される。したがって、伝達用歯車１５も、送り用ローラ１４と同様に、シャフト１０を挟んで対向して配置される。本実施形態では、シャフト１０の一方の側において上下に並べられた三つの送り用ローラ１４同士の間に二つの伝達用歯車１５が上下に並べられ、すなわち、シャフト１０を挟んで上段・下段の各段で対向する二対で合計四つの伝達用歯車１５が配設される。

そして、送り用ローラ１４の平歯車１４ｂと伝達用歯車１５の円盤状平歯車１５ａとが相互に噛み合うように各々の位置が調整される。このように送り用ローラ１４の平歯車１４ｂと伝達用歯車１５の円盤状平歯車１５ａとを相互に噛み合わせることにより、上段・中段・下段の各送り用ローラ１４の回転方向及び回転速度が同期する。

また、ローラカバー１６内に挿し込まれる送り用モータ１２の回転軸先端(下端)と、ローラカバー１６内の送り用ローラ１４のうち一番上(上段)に配置され対向する一対の送り用ローラ１４，１４の一端（平歯車１４ｂとは反対側の端）とには、相互に噛み合うウォーム歯車１２ａとウォーム歯車１４ａとがそれぞれ設けられる。

そして、これら送り用モータ１２のウォーム歯車１２ａと送り用ローラ１４のウォーム歯車１４ａとを介して送り用モータ１２の回転駆動が一番上(上段)に配置された送り用ローラ１４，１４に伝達され、さらに、これら一番上に配置された送り用ローラ１４，１４の回転駆動が伝達用歯車１５，１５，…を介して下方（中段，下段）の送り用ローラ１４，１４，…に順に伝達される。

また、各送り用ローラ１４の、対向する軸支壁１７，１７同士の間の部分であってシャフト１０と接する部分には、軸直角断面が六角形状であるシャフト１０の外周面の一部と噛み合う（言い換えると、外周面の一部が嵌まる）凹部１４ｃが形成される。

そして、対向して配置される送り用ローラ１４同士によってシャフト１０を挟んで断面六角のシャフト１０の外周面の一部と送り用ローラ１４の凹部１４ｃとが噛み合うことにより、各送り用ローラ１４が軸回転することによってこれら送り用ローラ１４が固定されるローラカバー１６に対してシャフト１０が軸方向に送り出され、一方で、ローラカバー１６に対してシャフト１０が軸回転することが無い。

したがって、ローラカバー１６の下面に固定されるモータカバー９に対しても、シャフト１０が軸回転することが無い。言い換えると、掘削用モータ４が駆動し平歯車４ａ及び平歯車８ａを介して伝達部材８を軸回転させる際の反力がシャフト１０と送り用ローラ１４の凹部１４ｃとの噛み合わせによって受け持たれ、ローラカバー１６及びモータカバー９はシャフト１０に対して軸回転することが無い。

その一方で、掘削用モータ４の駆動力によって伝達部材８を介して外ヘッド７及びコアチューブ２がモータカバー９に対して軸回転し、これにより、コアチューブ２がシャフト１０の軸心を中心として当該シャフト１０に対して軸回転する。

さらにその一方で、上述の通り内ヘッド６及び試料保護パイプ１はシャフト１０に対して周方向の回転や軸回転をすることが無いように構成されていると共に試料保護パイプ１とコアチューブ２との間には隙間が設けられているので、コアチューブ２がシャフト１０に対して軸回転しても試料保護パイプ１はシャフト１０に対して軸回転することが無い。なお、

続いて、コアチューブ２の下端部に備え付けられるコア下端切断機構２１について説明する。

具体的には、本実施形態のボーリングコア採取装置は、円筒状に形成されると共に円筒周壁下端に掘削手段５が備えられたコアチューブ２と、当該コアチューブ２の円筒周壁と同じ曲率の棒状に形成されると共に少なくとも内側周面の一部に切削手段２１ｆが備えられてコアチューブ２の円筒周壁と上下方向に重なる位置からコアチューブ２の内部に向かって水平方向に揺動可能にコアチューブ２の下端縁部に一端が取り付けられるコア下端切断手段２１ｄとを有するようにしている。

そして、本実施形態のボーリングコア採取装置は、円筒状に形成されると共にコアチューブ２の円筒周壁の外周に当該コアチューブ２と同軸に配設された伝達パイプ３を更に有し、当該伝達パイプ３の内周面の下端縁部に押出し突起３ｂが設けられ、伝達パイプ３がコアチューブ２に対して相対的に軸回転して押出し突起３ｂを周方向に回転させることによってコア下端切断手段２１ｄをコアチューブ２の円筒周壁と上下方向に重なる位置からコアチューブ２の内部に向かって水平方向に揺動させるようにしている。

本実施形態では、外ヘッド７内に駆動部２０を備えると共に、当該駆動部２０による駆動力を伝達する仕組みを備える。

具体的には、本実施形態では、駆動部２０として、外ヘッド７内に、二つの油圧シリンダ２０ａ，２０ａと、これら一対の油圧シリンダ２０ａ，２０ａのピストン同士を連結して設けられるローラチェーン２０ｂと、軸方向が上下方向である伝達軸２０ｃとを有する。

本実施形態では、伝達軸２０ｃが外ヘッド７内の周縁寄りの位置に配置されると共に、当該伝達軸２０ｃを頂点としてローラチェーン２０ｂとこれの両端の油圧シリンダ２０ａ，２０ａとが平面視Ｖ字をなすように外ヘッド７内に配置される。

伝達軸２０ｃは、外周面の上端縁部に全周に亘って平歯車２０ｃ_-2が設けられると共に、その下方にローラチェーン２０ｂと噛み合うスプロケット２０ｃ_-1が全周に亘って設けられる。

そして、一対の油圧シリンダ２０ａ，２０ａが伸縮駆動するとローラチェーン２０ｂ及びスプロケット２０ｃ_-1を介して回転駆動が伝達軸２０ｃに与えられ、これにより、伝達軸２０ｃが軸回転して上端縁部の平歯車２０ｃ_-2が周方向に回転する。

また、駆動部２０による駆動力を伝達する仕組みとして、コアチューブ２の外周面を覆うように伝達パイプ３が設けられる。伝達パイプ３は円筒状に形成されてコアチューブ２と同軸に配置されると共に、コアチューブ２の外周面と伝達パイプ３の内周面とは摺動可能な程度に接して構成される。また、伝達パイプ３は、上端縁部がコアチューブ２の上端よりも上方に突出し、同じくコアチューブ２の上端よりも上方に突出している外ヘッド７の外周面を覆うように形成され配置される。

伝達パイプ３は、内周面上端部であってコアチューブ２の上端部に取り付けられた外ヘッド７の位置に、当該外ヘッド７内に突出する内歯車３ａが周方向に設けられる。そして、この内歯車３ａと駆動部２０の伝達軸２０ｃの平歯車２０ｃ_-2とが噛み合う。

また、伝達パイプ３は、内周面下端部であってコアチューブ２の下端部に備え付けられたコア下端切断機構２１の位置に、当該コア下端切断機構２１内に突出する押出し突起３ｂが設けられる。

上述の構成により、駆動部２０の一対の油圧シリンダ２０ａ，２０ａが伸縮駆動するとローラチェーン２０ｂとスプロケット２０ｃ_-1とを介して伝達軸２０ｃが軸回転し、さらに、平歯車２０ｃ_-2と内歯車３ａとを介して伝達パイプ３が軸回転し、これによって押出し突起３ｂが周方向に回転する。

また、コア下端切断機構２１は、本体２１ａとコア下端切断部２１ｄとを有する。

本体２１ａは、試料保護パイプ１の内径と同じ内径の環状帯体に形成される。また、本体２１ａは、コア下端切断部２１ｄを収容するための周方向の長孔２１ｂが周壁の一部に形成される。

コア下端切断部２１ｄは、本体２１ａと同じ曲率の弓形をしており、一端が上下方向に配設された揺動軸２１ｅによって本体２１ａと揺動可能に連結されている。本実施形態では、三つのコア下端切断部２１ｄが備えられる（したがって、本体２１ａに形成される長孔２１ｂも三つである）。なお、以下においては、コア下端切断部２１ｄの、揺動軸２１ｅによって揺動可能に連結されている方の端部を連結端と呼び、他方の端部を自由端と呼ぶ。

そして、コア下端切断部２１ｄは、本体２１ａの長孔２１ｂ内に収容された状態（図５(Ａ)参照）と、自由端が試料保護パイプ１及びコアチューブ２の軸心位置（言い換えると、試料保護パイプ１及びコアチューブ２の軸直角断面の中心位置）まで移動した状態（図５(Ｂ)参照）との間で水平に揺動する。

コア下端切断部２１ｄの自由端の、本体２１ａ内に収容された状態における内側（すなわち、試料保護パイプ１の軸心側）の側面には、切削手段２１ｆが取り付けられる。切削手段２１ｆとしては具体的には例えば一般的な掘削用ビットが用いられる。なお、切削手段２１ｆは、図５に示す例ではコア下端切断部２１ｄの自由端の一部(先端)のみに取り付けられるようにしているが、コア下端切断部２１ｄの全長に亘って（言い換えると、内側側面全体に）取り付けられるようにしても良い。また、切削手段２１ｆは、コア下端切断部２１ｄの自由端の内側の側面だけでなく、上面や下面にも取り付けるようにしても良い。

コア下端切断部２１ｄは、また、自由端側の外側に自由端から連結端側に向けて徐々に浅くなる係合溝２１ｇを有し、コア下端切断部２１ｄが本体２１ａの長孔２１ｂ内に収容された状態において自由端位置であって係合溝２１ｇが最も深い位置に伝達パイプ３の押出し突起３ｂが位置するように調整される（図５(Ａ)参照）。

そして、上述の構成により、駆動部２０の一対の油圧シリンダ２０ａ，２０ａを伸縮駆動させることによって、押出し突起３ｂが周方向（図５において右回り）に回転して長孔２１ｂ内に収容されたコア下端切断部２１ｄの係合溝２１ｇの最も深い位置から連結端に向かって移動し、これに伴って自由端が長孔２１ｂ内から試料保護パイプ１の軸心位置に向かって移動するようにコア下端切断部２１ｄが押し出される（図５(Ｂ)参照）。

ボーリングコアを採取する際の、上述したボーリングコア採取装置の動作を以下に説明する。

まず、図１(Ａ)に示すように、シャフト１０及び固定用ピストン１１が試料保護パイプ１・コアチューブ２・伝達パイプ３内に引き込まれて固定用ピストン１１がコアチューブ２下端部のコア下端切断機構２１の位置に合わせられ、本実施形態では固定用ピストン１１が地盤２２の地表面に載置されてボーリングコア採取装置が直立した状態で、櫓（図示していない）によって固定用ロッド１３が定位置に固定される。また、掘削前においては、図５(Ａ)に示すように、コア下端切断機構２１のコア下端切断部２１ｄは本体２１ａの長孔２１ｂ内に収容される。

このように、シャフト１０は、上端が固定用ロッド１３を介して位置固定されると共に下端は固定用ピストン１１によって地盤２２に対して位置固定されるので、地盤２２に対して軸回転や傾斜などすることが無いように確実に位置固定される。

次に、作業者や装置操作者によって掘削用モータ４が駆動させられて伝達部材８及び外ヘッド７を介してコアチューブ２が軸回転（図５において右回り）すると共に、送り用モータ１２が駆動させられて送り用ローラ１４を介してシャフト１０が軸方向に押し下げられ、コアチューブ２が軸回転しながら試料保護パイプ１と共に地盤２２内に押し下げられる。これにより、コアチューブ２下端部のコア下端切断機構２１下面の掘削手段５によって地盤２２が掘削されてコア２２ａの外周面が形成され、この掘削が行われながらコア２２ａが試料保護パイプ１内に取り込まれ収容されていく。

なお、この段階では、油圧シリンダ２０ａは駆動させられず、コアチューブ２と伝達パイプ３とは一体として軸回転する（コアチューブ２下端部のコア下端切断機構２１の長孔２１ｂの周方向の一端を区画する本体２１ａが伝達パイプ３の押出し突起３ｂに当接して押しながらコアチューブ２と伝達パイプ３とは一体として軸回転する）。また、このとき、コアチューブ２及び伝達パイプ３は軸回転する一方で、シャフト１０の軸直角断面を六角形状にすると共に内ヘッド６の貫通孔を六角形にすることによって試料保護パイプ１は軸回転しない。したがって、コア２２ａに異常な力がかかって変形したり性状が変化したりすることが無く、地盤２２としての自然状態を乱すこと無く自然状態における実際の性状のままのコアを取り出すことができる。

そして、所定の深さまで掘削した後（図１(Ｂ)参照）、作業者や装置操作者によって送り用モータ１２が停止させられる一方で掘削用モータ４は駆動させられたままで、すなわち、一定の深さ位置でコアチューブ２を引き続き軸回転させた状態で、作業者や装置操作者によって一対の油圧シリンダ２０ａ，２０ａが伸縮駆動させられて伝達軸２０ｃを介して伝達パイプ３が軸回転（図５において右回り）する。なお、伝達パイプ３は、油圧シリンダ２０ａが伸縮駆動させられる前においてコアチューブ２と一体となって軸回転しており、油圧シリンダ２０ａが伸縮駆動させられることによって、軸回転しているコアチューブ２に対して摺動して更に相対的に軸回転することになる。

伝達パイプ３がコアチューブ２と共に軸回転しながらコアチューブ２に対して摺動して更に相対的に軸回転することによって、コア下端切断機構２１のコア下端切断部２１ｄが収容されていた本体２１ａの長孔２１ｂ内から押出し突起３ｂによって押し出される。そして、コア下端切断部２１ｄが押し出されながらコアチューブ２と共に軸回転(周方向に回転)することにより、当該コア下端切断部２１ｄに取り付けられた切削手段２１ｆによってコア２２ａの下端が水平に切削される。

なお、コア下端切断部２１ｄによるコア２２ａの下端部の切削はコア下端切断部２１ｄの切削手段２１ｆを地盤２２に押し当ててコアチューブ２を軸回転させることによって行われるところ、伝達パイプ３を軸回転させることによるコア下端切断部２１ｄの押し出しは地盤２２の固さなどを考慮した上で徐々に行うようにする。

このコアチューブ２下端部のコア下端切断機構２１のコア下端切断部２１ｄの働きによってコア２２ａの下端部が地盤２２から機械的に切削されて切断されるので、コア２２ａ下端を予定の位置(深さ)で確実に切断して所定の形状のコアを得ることができると共に、コア２２ａに異常な力がかからないようにして地盤２２としての自然状態を乱すこと無く自然状態における実際の性状のままのコアを取り出すことができる。更に付け加えると、必要とされるコアの径が大きくても、コア下端切断機構２１のコア下端切断部２１ｄの働きによってコア２２ａの下端部が地盤２２から機械的に切削されて確実に切断することができる。

そして、コア下端切断部２１ｄの自由端が限度まで押し出されて当該自由端がコアチューブ２の軸心位置近傍に達した後（図５(Ｂ)参照）、油圧シリンダ２０ａが停止させられて伝達パイプ３の回転駆動が停止させられると共に、掘削用モータ４が停止させられてコアチューブ２の軸回転が停止させられる。このとき、コア下端切断部２１ｄは、自由端がコアチューブ２の軸心位置近傍に達した状態のまま位置が固定される。

そして、固定用ロッド１３を引き上げることによってシャフト１０を引き上げてコアチューブ２と共に試料保護パイプ１及び伝達パイプ３を地盤２２内から取り出す。このとき、自由端がコアチューブ２の軸心位置近傍に達した状態のままであるコア下端切断部２１ｄが試料保護パイプ１内に取り込まれ収容されたコア２２ａの下面を支えるので、コア２２ａが落下してしまうことが無くコア２２ａを確実に地上に取り出される。したがって、必要とされるコアの径が大きいために試料保護パイプ１内に収容されたコア２２ａが重いとしても、コア下端切断部２１ｄがコア２２ａの下面を支えるのでコア２２ａが落下してしまうことが無い。

なお、本発明のボーリングコア採取装置の設置場所は、前述の通り地表面に限られるものではなく、予め設けられたボーリング孔の先端(底面)でも良い。また、ボーリングコア採取装置を地表面に設置し、上述のようにコアを切削・切断して取り出した後、当該コア取り出し後の孔の先端（言い換えると、底面）からコアの切削・切断を改めて行って新たなコアを取り出すようにしても良い（すなわち、採取位置が段々と深くなる複数のコアが順に取り出される）。

以上のように構成された本発明のボーリングコア採取装置によれば、シャフト１０が地盤２２に対して軸回転したり傾斜したりしないようにすると共にシャフト１０の軸直角断面の形状と試料保護パイプ１の内ヘッド６の貫通孔の形状とを合わせることによってシャフト１０に対して試料保護パイプ１が軸回転しないようにしているので、コア２２ａに異常な力がかかって変形したり性状が変化したりすることを防ぐことができ、地盤２２としての自然状態を乱すこと無く自然状態における実際の性状のままのコアを確実に取り出すことができる。

また、本発明のボーリングコア採取装置によれば、コアチューブ２下端部のコア下端切断機構２１のコア下端切断部２１ｄの働きによってコア２２ａの下端部を機械的に切削して地盤２２から切断するようにしているので、コア２２ａ下端部を予定の位置(深さ)で確実に切断して所定の形状のコアを得ることができると共に、コア２２ａに異常な力がかからないようにして地盤２２としての自然状態を乱すこと無く自然状態における実際の性状のままのコアを確実に取り出すことができる。

また、本発明のボーリングコア採取装置によれば、コアチューブ２と共に試料保護パイプ１を地盤２２内から取り出す際にコアチューブ２下端部のコア下端切断機構２１のコア下端切断部２１ｄが試料保護パイプ１内に取り込まれ収容されたコア２２ａの下面を支持するようにしているので、コア２２ａを落下させてしまうこと無く確実に地上に取り出すことができる。

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の実施形態ではシャフト１０の軸直角断面を六角形状にすると共に内ヘッド６の貫通孔の形状も六角形にするようにしているが、シャフト１０に対して試料保護パイプ１が軸回転しないようにするためのシャフト１０の軸直角断面形状及び内ヘッド６の貫通孔形状は六角形に限られるものではなく、内ヘッド６がシャフト１０に対して周方向に回転しないように両者が丁度嵌まり合って噛み合う多角形であれば良い。具体的には例えば三角形や四角形や五角形、或いは七角形や八角形など、両者の噛み合わせ（言い換えると、嵌まり合って外れない力）によって内ヘッド６の周方向の回転が防止できれば三角形以上のいずれの多角形でも良い。

また、上述の実施形態ではコア下端切断機構２１に三本のコア下端切断部２１ｄを設けるようにしているが、コア下端切断部２１ｄの個数は、三本に限られるものではなく、一本や二本でも良いし四本でも良い。なお、コア下端切断部２１ｄを押し出すことによるコア２２ａの下端部の切削は、コア２２ａ下端部を完全に切削してコア２２ａの下端面全面に亘って地盤２２から完全に切断するようにしても良いし、コア２２ａの下端面の中心部分において地盤２２と繋がる部分（切削残部分と呼ぶ）が残るようにしても良い。この場合は、コアチューブ２と共に試料保護パイプ１及びコア２２ａを地盤２２内から引き上げることによって切削残部分を引き千切ることになるものの、この切削残部分が十分に少なければたとえ引き千切ったとしてもコア２２ａにかかる力を十分に小さくして地盤２２としての自然状態を乱すこと無く自然状態における実際の性状のままのコアを取り出すことができる。

また、上述の実施形態では駆動部２０及び当該駆動部２０による駆動力を伝達する仕組みとして主に伝達軸２０ｃや伝達パイプ３を用いてコア下端切断機構２１のコア下端切断部２１ｄを揺動駆動させるようにしているが、コア下端切断部２１ｄを揺動駆動させるための仕組みは上述の実施形態の構成に限られるものではなく、掘削・切削前においてコア下端切断機構２１の本体２１ａに収容されているコア下端切断部２１ｄを揺動させてコアチューブ２内（言い換えると、試料保護パイプ１内）にせり出させる仕組みであればどのようなものでも良い。具体的には例えば、伝達パイプ３を設けないで、コアチューブ２を周壁が肉厚の単一円筒構造にすると共に当該肉厚の周壁に軸心方向の貫通孔を設けて当該貫通孔内にシャフトを挿入し、当該シャフトの下端部分を上述の実施形態における揺動軸２１ｅに相当させると共に当該シャフト下端部分にコア下端切断部２１ｄを固定して取り付けるようにし、さらに、外ヘッド７内にモータを設ける。そして、外ヘッド７内のモータの回転駆動を当該モータの回転軸とシャフト上端部分とのそれぞれに設けられたウォーム歯車を介して伝達してシャフトを軸回転させることによってコア下端切断部２１ｄを揺動させるようにしても良い。あるいは、伝達パイプ３を設けないで、コアチューブ２を周壁が肉薄の二重円筒構造にすると共にこの二重円筒の間にシャフトを挿入し、当該シャフトの下端部分を上述の実施形態における揺動軸２１ｅに相当させると共に当該シャフト下端部分にコア下端切断部２１ｄを固定して取り付けるようにし、さらに、外ヘッド７内にモータを設ける。そして、外ヘッド７内のモータの回転駆動を当該モータの回転軸とシャフト上端部分とのそれぞれに設けられたウォーム歯車を介して伝達してシャフトを軸回転させることによってコア下端切断部２１ｄを揺動させるようにしても良い。

また、上述の実施形態ではコアチューブ２の下端部に当該コアチューブ２とは別体のコア下端切断機構２１が備え付けられるようにしているが、コア下端切断機構２１としての仕組みをコアチューブ２と別体として取り付けるのではなくコアチューブ２の一部として一体として備えるようにしても良い。具体的には例えば、コアチューブ２の内部に収容する試料保護パイプ１の内周面と同一周面（いわゆる面一）になるように内側に張り出した張出部をコアチューブ２の下端縁部に形成し、この張出部に長孔２１ｂを設けると共に揺動軸２１ｅによってコア下端切断部２１ｄを揺動可能に取り付けるようにしても良い。なおこの場合には、張出部の長孔２１ｂ内にコア下端切断部２１ｄ及び揺動軸２１ｅを収容した後に環状のビット固定部材を有する掘削手段５をコアチューブ２の下端に取り付けるようにすることによって組み立てが可能である。そして、この場合は明らかとして上述の実施形態の場合についてもコア下端切断機構２１をコアチューブ２の一部と考えれば、本発明においてコア下端切断部２１ｄはコアチューブ２の下端縁部に取り付けられるものであると言える。

また、上述の実施形態では地盤２２からコア２２ａを引き上げる際にコア２２ａの下端部を地盤２２から引き千切ることによってコア２２ａに異常な力がかからないようにするためにコアチューブ２下端部にコア下端切断機構２１を備えるようにして当該コア下端切断機構２１によってコア２２ａの下端部を機械的に切削して切断するようにしているが、コアチューブ２内に取り込んで収容したコア２２ａにコアチューブ２の軸回転による異常な力がかからないようにするためにコアチューブ２内において軸回転しないように構成された試料保護パイプ１にとってはコア下端切断機構２１を備えることは必須の構成ではない。コア下端切断機構２１を備えない場合も、コアチューブ２内に取り込んだコア２２ａが軸回転しないように構成された試料保護パイプ１内に収容されるので、コアチューブ２の軸回転によってコア２２ａに異常な力がかかることが防止される。

また、上述の実施形態においては掘削の対象であって試料採取の対象が地盤であることを前提とした例について説明したが、本発明のボーリングコア採取装置の掘削対象は地盤に限られるものではなく、コンクリートに対しても利用が可能である。

１試料保護パイプ
２コアチューブ
３伝達パイプ
５掘削手段
６内ヘッド
７外ヘッド
１０シャフト
１１固定用ピストン
１４送り用ローラ
２０駆動部
２１コア下端切断機構
２１ｄコア下端切断部
２１ｆ切削手段
２２地盤

Claims

円筒状に形成されて上端部に外ヘッドが取り付けられると共に円筒周壁下端に掘削手段が備えられたコアチューブと、円筒状に形成されて上端部に内ヘッドが取り付けられると共に前記コアチューブの内部に前記コアチューブと同軸に配設された試料保護パイプと、前記コアチューブの外ヘッド及び前記試料保護パイプの内ヘッドを貫通するシャフトとを有し、前記コアチューブの外ヘッドは前記シャフトに対して周方向に回転可能であるので前記コアチューブは前記シャフトに対して軸回転可能であると共に、前記シャフトの軸直角断面の形状と前記試料保護パイプの内ヘッドの貫通孔の形状とを合わせることによって前記試料保護パイプの内ヘッドは前記シャフトに対して周方向に回転しないので前記試料保護パイプは前記シャフトに対して軸回転しないことを特徴とするコア回転防止機構を備えるボーリングコア採取装置。
前記シャフトの軸直角断面の形状と前記試料保護パイプの内ヘッドの貫通孔の形状とがどちらも六角形であることを特徴とする請求項１記載のコア回転防止機構を備えるボーリングコア採取装置。