JP2013194435A

JP2013194435A - ボーリングマシンのロッド交換装置及びロッド交換方法並びにロッド交換装置を備えたボーリングマシン

Info

Publication number: JP2013194435A
Application number: JP2012062960A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Tezuka; 善昭手塚
Original assignee: XCEL JAPAN Ltd
Current assignee: XCEL JAPAN Ltd
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2013-09-30

Abstract

【課題】１台のボーリングマシンで横断面の形状が異なる複数種類のロッドを使用できるようにする。
【解決手段】ボーリングマシンにおいて、ロッドを回転駆動する回転部に装備され動力により回転する回転台１と、回転台１に着脱可能かつ択一的に装着され回転台１と共に回転する第１のアダプタ１０及び第２のアダプタとを備え、第１のアダプタ１０は第１のロッドＲＤ１の横断面の形状に対応して第１のロッドＲＤ１を支持し第１のアダプタ１０の回転と共に第１のロッドＲＤ１を回転させる構造を有し、第２のアダプタは第１のロッドＲＤ１とは横断面の形状が異なる第２のロッドの横断面の形状に対応して第２のロッドを支持し第２のアダプタの回転と共に第２のロッドを回転させる構造を有し、第１のアダプタ１０及び第２のアダプタは、回転台１の回転軸と第１のロッドＲＤ１及び第２のロッドの回転軸とがそれぞれ一致するように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボーリング調査（標準貫入試験）、井戸掘り、土壌汚染の資料調査などに用いられる小型のボーリングマシンに関する。

ボーリングマシンは、ロッドとビットによって地中を掘削するが、掘削の目的に応じて横断面の形状が異なるロッドを用いる場合がある。例えば、調査・試験用のロッドは横断面が円形である一方、井戸掘り用のロッドとして横断面が方形のロッドを用いる場合がある。

通常、横断面が円形のロッドに対応したボーリングマシンは、横断面が円形のロッドのみを使用することができ、横断面が方形のロッドを使用することはできない。

よって、横断面が円形のロッドを用いる作業と、横断面が方形のロッドを用いる作業との両方を行う場合は、２種類（２台）のボーリングマシンを使い分ける必要があり、２台分の保管場所を必要とし、２台分のメンテナンス費用を必要とする。また、現場においても、２台のボーリングマシンを搬入する必要があり、２台分の運搬コストがかかり、１台を使用中でももう１台の待機場所を必要とする不都合がある。

一方、現場では工事場所への進入及び設置の容易な小型のボーリングマシンが求められている（例えば、特許文献１）。よって、例えば、同じ工事場所で２台のボーリングマシンの入れ換えを行わずに作業を継続できることは理想的である。

特開平８−１２８０３４号公報

本発明は、かかる従来の不都合を改善し、特に、１台のボーリングマシンで横断面の形状が異なる複数種類のロッドを使用できるようにするためのロッド交換装置を提供することを課題とする。

本発明は、以下の構成を採る。即ち、
ボーリングマシンにおいて、
ロッドを回転駆動する回転部に装備され動力により回転する回転台と、この回転台に着脱可能かつ択一的に装着されることにより前記回転台と共に回転する少なくとも第１及び第２のアダプタとを備え、
前記第１のアダプタは第１のロッドの横断面の形状に対応して第１のロッドを支持し第１のアダプタの回転と共に第１のロッドを回転させる構造を有し、
前記第２のアダプタは前記第１のロッドとは横断面の形状が異なる第２のロッドの横断面の形状に対応して第２のロッドを支持し第２のアダプタの回転と共に第２のロッドを回転させる構造を有し、
前記第１及び第２のアダプタは、前記回転台の回転軸と前記ロッドの回転軸とが一致すように形成する。

そして、前記第１のロッドを使用するときは、前記回転台に前記第２のアダプタに代えて前記第１のアダプタを装着すると共に当該第１のアダプタに第１のロッドを支持させ、
前記第２のロッドを使用するときは、前記回転台に前記第１のアダプタに代えて前記第２のアダプタを装着すると共に当該第２のアダプタに第２のロッドを支持させる。

本発明によれば、１台のボーリングマシンで横断面の形状が異なる複数種類のロッドを差し替えて使用することが可能となる。

本発明の一実施形態を示すロッド交換装置の構成図。本発明の一実施形態を示すロッド交換装置の構成図。

以下、本発明の実施形態を説明する。スピンドル型のボーリングマシンは、一般に、スイベルヘッド、巻上装置、変速装置、油圧ポンプおよび原動機を備えている。スイベルヘッドは、ボーリングロッドに回転運動と進退運動を与え、ビットに掘削機能を働かせる。巻上装置は、ドラムにワイヤロープを巻き付けたり解いたりして、ボーリング孔内のビット、ロッド、ケーシング等を昇降させる。変速装置は、原動機の回転数が一定のとき、これを種々の速度に変えてスイベルヘッドや巻上装置に伝達し、ビットの回転速度や巻上装置の巻上速度を調整する。油圧ポンプは、スイベルヘッドにおける回転動作および昇降動作を駆動する油圧機構に油圧を供給する。

本実施形態では、上記のスイベルヘッドにロータリーテーブル（回転部）を装備し、このロータリーテーブルにロッド交換装置を搭載する。ロータリーテーブルは、油圧シリンダに取り付けられ、油圧シリンダの作動力によってロッドがその回転軸に沿って矢印ＵＤの方向に昇降するように構成されている。図１は、そのロータリーテーブルの構造を示している。図１では、ロッドＲＤ１の回転軸（一点鎖線）を図面に平行かつ縦にとって正面図とし、平面図ではロッドＲＤ１の回転軸を図面の法線方向にとって描いている。正面図において、コアチューブやビットは図面の下方に取り付けられる。また、正面図ではターンテーブル１を平面図におけるＡ−Ａ断面で示している。

ターンテーブル１は、円盤状に形成されている。ターンテーブル１の回転軸は、円盤円周の中心に位置し、円盤平面の法線方向に沿っている。このターンテーブル１の回転軸は、ロッドＲＤ１の回転軸と一致している。ターンテーブル１は、回転駆動手段２からの動力を受け、回転軸を中心として矢印Ｒの方向に回転するようになっている。ターンテーブル１の回転軸を含む中央部には、方形の穴３が形成されている。

このターンテーブル１の中央部に形成された方形の穴３には、ロッドＲＤ１の横断面の形状に応じたアダプタ１０が取り付けられる。図１では、横断面が方形のロッドＲＤ１に適したアダプタ１０が取り付けられている。アダプタ１０は、ターンテーブル１の中央部に形成された方形の穴３に挿入される嵌合部１１と、この嵌合部１１の上方に配置されアダプタ１０がターンテーブルの中央部の穴３に落ち込まないようにターンテーブル１の円盤平面に当接してアダプタ１０の上下方向の位置決めをすると共にアダプタ１０をターンテーブル１に固定するための固定部を備えたフランジ部１２と、このフランジ部１２の上方に配置されロッドＲＤ１の表面に沿って周回する筒を備えると共に当該ロッドＲＤ１を固定するチャック機構１４を備えたチャック部（ロッド支持部）１３とを備えている。

アダプタ１０の嵌合部１１、フランジ部１２およびチャック部１３は、例えば鋳造などの工法により鉄等の硬度の高い金属で一体的に形成されている。嵌合部１１の外形は、ターンテーブル１の中央部に形成された方形の穴３にぴったりと嵌るようにほぼ同じ方形に形成されている。

フランジ部１２は方形の板状に形成され、当該方形の四隅にボルト４を通すためのバカ穴が形成されている。嵌合部１１をターンテーブル１に嵌め込んだとき、バカ穴に対応する位置においてターンテーブル１の円盤平面にボルト穴が形成されている。フランジ部１２のバカ穴を通してターンテーブル１のボルト穴にボルト４を締めることにより、フランジ部１２がターンテーブル１に固定される。これにより、アダプタ１０がターンテーブル１に固定される。逆に、ボルト４を抜くことにより、ターンテーブル１からアダプタ１０を取り外すことができるようになっている。

チャック部１３は、横断面が方形のロッドＲＤ１の表面にぴったり沿うように、ほぼ同じ方形の筒状に形成されている。チャック部１３は、ロッドＲＤ１の両側面からロッドＲＤ１を固定するチャック機構１４を備えている。チャック機構１４を締めることによりアダプタ１０にロッドＲＤ１が固定され、チャック機構１４を解除することによりアダプタ１０に対しロッドＲＤ１が自由に上下できるようになる。チャック部１３に形成されたロッドＲＤ１の外形に沿う四角柱の穴は、チャック部１３だけでなくフランジ部１２および嵌合部１１にも形成され、チャック部１３の上端から嵌合部１１の下端まで貫通している。このロッドＲＤ１の外形に沿ってアダプタ１０を貫通する穴の中心軸は、ロッドＲＤ１の回転軸に一致している。

平面図の中央に断面で示したのがロッドＲＤ１である。図１において、ロッドＲＤ１は横断面が正方形のロッドであり、これは井戸掘りに用いるロッドの一部を想定している。ロッドＲＤ１の内部は送水のため筒状に中空になっている。

ボーリングロッドは、複数のロッドを繋げて用いるが、この方形のロッドＲＤ１は少なくとも最上部に接続して用いればよい。この方形のロッドＲＤ１を用いた掘削の手順は後述する。

以上の構成において、ターンテーブル１が回転すると、アダプタ１０はターンテーブル１と一体となって回転し、アダプタ１０に挿通されたロッドＲＤ１も回転する。

回転駆動手段２は、例えば油圧モータを備え、油圧モータの動力をターンテーブル１に伝達する。例えばターンテーブル１の上面に、その円周を一周するかさ歯車（ベベルギア）を備え、このかさ歯車と油圧モータとの間に所定のギア機構を介在させることにより、ターンテーブル１を所望のトルクと速度で回転させる。このとき、ターンテーブル１の底面にはベアリングを配置し、ターンテーブル１を支持させる。

横断面が方形のロッドＲＤ１を用いて行う掘削作業は次の手順による。まず、方形のロッドＲＤ１をアダプタ１０に挿通し、コアチューブとビットを取り付ける。チャック機構１４は解除しておく。そして、ターンテーブル１を回転駆動すると、方形のロッドＲＤ１の角のある外形はキーとして機能し、ロッドＲＤ１はターンテーブル１とアダプタ１０の回転に伴って回転する。かつ、チャック機構１４の解除により、フリーのロッドＲＤ１はビットの掘進に伴って地中に入ってゆく。ロッド１本分の深さの掘削を完了したらロッドＲＤ１を引き上げ、コアチューブとビットを外し、方形のロッドＲＤ１の下方にロッドを付け足し、再度コアチューブとビットを装着する。付け足すロッドは横断面が円形のロッドで構わない。そして、ロッドとビットを地中に降ろし、再度ターンテーブル１を駆動して掘削を進める。このときも最初と同様に、最上部の方形のロッドＲＤ１の角がキーとなり、ターンテーブル１とアダプタ１０の回転に伴ってロッドが回転する。かつ、ビットの掘進に伴いフリーのロッドが地中に入ってゆく。この繰り返しにより、ボーリング作業を進める。最上部にフリーの方形のロッドＲＤ１を用いるこの工法は、井戸掘りに好適である。

また、ビットの先端に加圧したい場合は、チャック機構１４を締めてロッドＲＤ１をアダプタ１０に固定し、ロータリーテーブルの昇降機能によりロッドＲＤ１を下方に押すことにより、ビット先端を加圧することができる。また、チャック機構１４を解除すればロッドの巻上装置により、ロッドＲＤ１を引き上げることが可能である。また、チャック機構１４を締めたままロータリーテーブルを上昇させることにより、ロッド、コアチューブおよびビットを引き上げることが可能である。

図２は、図１に示したアダプタ１０とは異なるアダプタ２０を取り付けた状態を示している。図２に示すアダプタ２０は、横断面が円形のロッドＲＤ２に対応している。チャック部２３は、横断面が円形のロッドＲＤ２の表面にぴったり沿うように、ほぼ同じ円形の筒状に形成されている。チャック部２３は、ロッドＲＤ２の両側面からロッドＲＤ２を固定するチャック機構２４を備えている。チャック機構２４を締めることによりアダプタ２０にロッドＲＤ２が固定され、チャック機構２４を解除することによりアダプタ２０に対しロッドＲＤ２が自由に上下できるようになる。チャック部２３に形成されたロッドＲＤ２の外形に沿う円筒状の穴は、チャック部２３だけでなくフランジ部２２および嵌合部２１にも形成され、チャック部２３の上端から嵌合部２１の下端まで貫通している。このロッドＲＤ２の外形に沿ってアダプタ２０を貫通する穴の中心軸は、ロッドＲＤ２の回転軸に一致している。嵌合部２１およびフランジ部２２の外観形状は図１に示したアダプタ１０と同一である。

アダプタ２０は、フランジ部２２を固定しているボルト４をターンテーブル１から取り外すことにより、ターンテーブル１から取り外すことができる。よって、図１に示したアダプタ１０と、図２に示すアダプタ２０は、ターンテーブル１に対して選択的に取り付けることができる。ここで、図１に示すターンテーブル１と図２に示すターンテーブル１は同じものである。

平面図の中央に断面で示したのがロッドＲＤ２である。図２において、ロッドＲＤ２は横断面が円形のロッドである。ロッドＲＤ２の内部は送水のため筒状に中空になっている。

ロッドＲＤ２により掘削を行う場合は、ロッドＲＤ２をアダプタ２０に挿通し、コアチューブとビットを取り付け、チャック機構２４を締める。このように、横断面が円形のロッドＲＤ２をアダプタ２０に固定した状態で、ターンテーブル１を矢印Ｒの方向に回転させる。ターンテーブル１を回転させながら昇降機能によりロータリーテーブルを下降させると、ロッドＲＤ２の先端に取り付けられたビットにより掘削が進められる。また、チャック機構２４を解除すればロッドの巻上装置によりロッドＲＤ２を引き上げること、およびロッドＲＤ２を開放して落下させることが可能である。また、チャック機構２４を締めたままロータリーテーブルを上昇させることにより、ロッドＲＤ２を引き上げることが可能である。

以上説明した本実施形態によれば、ロッドに回転力を与えるターンテーブルに異なるアダプタを取り付けることにより、外形の異なる複数の種類のロッドを選択的に取り付けることができ、１台のボーリングマシンで横断面の形状が異なる複数種類のロッドを差し替えて使用することが可能となる。

よって例えば、調査・試験と井戸掘りとの両方の作業を行う事業者であっても、調査・試験用のボーリングマシンと井戸掘り用のボーリングマシンとを別々に持つ必要がなくなり、保管場所も１台分で済み、メンテナンス費用も１台分で済む。また、現場において調査・試験と井戸掘りとの両方を行う場合でも、調査・試験用のマシンと井戸掘り用のマシンとの両方を現場に搬入する必要がなくなり、運搬コストも１台分で済み、現場で使用していないボーリングマシンの待機場所を確保する必要もなくなる。同じ工事場所で調査・試験と井戸掘りとの両方を行う場合でもマシンの入れ換えを行わずにロッドを交換するだけで作業を継続することができる。

ここで、本発明の範囲は、上述した実施形態の範囲に限られず、請求項に記載した発明の範囲である。例えば、ターンテーブルの形状とアダプタの形状との関係は、ターンテーブルの回転に伴ってアダプタが一緒に回転する形状になっていればよい。また、ターンテーブル中央の穴の形状は必ずしも方形である必要はない。また、アダプタに形成されたロッド挿通用の穴の形状は、少なくともチャック部においてロッドの表面形状と一致していれば足り、フランジ部および嵌合部においてロッドの表面形状と一致していなくてもよい。

１ターンテーブル（回転台）
２回転駆動手段
３ターンテーブル中央の方形の穴
４ボルト
１０，２０アダプタ
１１，２１アダプタの嵌合部
１２，２２アダプタのフランジ部
１３，２３アダプタのチャック部
１４，２４チャック機構
ＲＤ１，ＲＤ２ロッド

Claims

ボーリングマシンにおいて、
ロッドを回転駆動する回転部に装備され動力により回転する回転台と、この回転台に着脱可能かつ択一的に装着されることにより前記回転台と共に回転する少なくとも第１及び第２のアダプタとを備え、
前記第１のアダプタは第１のロッドの横断面の形状に対応して第１のロッドを支持し第１のアダプタの回転と共に第１のロッドを回転させる構造を有し、
前記第２のアダプタは前記第１のロッドとは横断面の形状が異なる第２のロッドの横断面の形状に対応して第２のロッドを支持し第２のアダプタの回転と共に第２のロッドを回転させる構造を有し、
前記第１及び第２のアダプタは、前記回転台の回転軸と前記ロッドの回転軸とが一致すように形成された、ボーリングマシンのロッド交換装置。
前記第１又は第２のアダプタが、当該アダプタにロッドを固定するチャック機構を備えた、請求項１に記載のロッド交換装置。
前記第１のロッドは井戸掘り用のロッドであり、前記第２のロッドはボーリング調査用、標準貫入試験用又は土壌汚染の資料調査用のロッドである、請求項１又は２に記載のロッド交換装置。
前記第１のロッドの横断面の形状は方形であり、前記第２のロッドの横断面の形状は円形である、請求項１，２又は３に記載のロッド交換装置。
請求項１に記載のボーリングマシンのロッド交換装置において、
前記第１のロッドを使用するときは、前記回転台に前記第２のアダプタに代えて前記第１のアダプタを装着すると共に当該第１のアダプタに第１のロッドを支持させ、
前記第２のロッドを使用するときは、前記回転台に前記第１のアダプタに代えて前記第２のアダプタを装着すると共に当該第２のアダプタに第２のロッドを支持させる、ロッド交換方法。
スイベルヘッドを備えたスピンドル型のボーリングマシンにおいて、
前記スイベルヘッドに、請求項１乃至４のいずれかのロッド交換装置を装備した、ボーリングマシン。