JP4426677B2 - 地質ボーリング調査における試料採取装置 - Google Patents
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Description
【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るようになっている。装置本体は、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されると共に、外筒内にピストンが中心軸に沿って昇降自在に設けられ、このピストンには下方へ延びて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が設けられている。
【0003】
ところで、上記のような試料採取装置によって採取した試料を試料採取筒から取り出すにあたっては、先ず試料採取筒を装置本体から取り外す必要があるが、試料採取筒の装置本体から取り外すのに、従来の試料採取装置では、外筒が1本の筒体からなるため、先ずこの外筒全体をヘッドカバーから取り外した上で、試料採取筒をピストンから取り外すようにしていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
試料採取筒を装置本体から取り外すにあたって、上記のように外筒全体をヘッドカバーから取り外すと、ピストン及びピストンリングが露呈することになり、そうすると試料取り出した試料採取筒をピストンに取り付けた後、外筒をヘッドカバーに取り付け固定する際に、この外筒の内部にうまく収める必要があるが、ピストンの外周面には複数のピストンリングが取り付けられていることから、外筒の取付けが面倒になって、試料採取筒の付け直し作業に手間と時間がかかると云った問題があった。
【0005】
本発明は、上記のような問題点に鑑み、試料採取筒から試料を取り出す際の試料採取筒の取外し・取付け、及び外筒の取付け・取外しを簡単容易に行えるようにした試料採取装置を提供することを目的とする。
【0006】
【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を設けてなる試料採取装置であって、両ピストン8,9間にクラッチ機構11を介装し、該クラッチ機構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、外筒5を上側筒部5aと下側筒部5bとの2つに分割形成して両筒部5a,5bの対向端部相互を切り離し可能にねじ結合し、試料採取筒10の上端部をピストン9の下端部に外嵌してねじ具15により取外し可能に固定し、両筒部5a,5bのねじ結合箇所5oを、試料採取筒10が外筒5の下端から最大限突出したとき前記ピストン9に対する試料採取筒10上端部のねじ具15固定箇所よりも上方位置に設けてなることを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明に係る試料採取装置は、図8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7を参照しながら以下に詳細に説明する。
【0009】
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。
【0010】
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は、図3及び図5から分かるように、上側筒部5aとこれよりも短い下側筒部5bとの2つに分割形成されていて、両筒部5a,5bの対向端部相互は切り離し可能にねじ結合され、即ち、上側筒部5aの下端部外周に形成した雄ねじ部aと下側筒部5bの上端部内周に形成した雌ねじ部bとが互いに螺合締結されるようになっており、そして上側筒部5aの上端部はヘッドカバー4の下端部外周に螺嵌固定されている。また、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。
【0011】
また、外筒5を形成する上下両筒部5a,5bのねじ結合箇所5oは、図3から分かるように、試料採取筒10が下側筒部5bの下端から最大限突出したとき下部ピストン9に対する試料採取筒10上端部のビス止め箇所よりも上方位置に設けられている。従って、試料採取筒10を取り外す際には、外筒5の下側筒部5bを上側筒部5aから切り離せば、試料採取筒10の上端部を下部ピストン9に固定しているビス15が露出するから(図4参照)、このビス15を抜き取ることによって試料採取筒10を下部ピストン9から取り外すことができる。尚、図5に示すように、外筒5の下側筒部5b外周面には例えばローレット加工による滑り止め部35が設けてあるから、この滑り止め部35を把持した状態で下側筒部5bを回転させれば、上側筒部5aからの下側筒部5bの切り離し及び結合操作が容易となる。
【0012】
クラッチ機構11は、図6及び図7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の上側筒部5a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8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8参照)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】
また、地上において試料採取筒10内から試料34を取り出すにあたっては、先ず、図3に示される状態にある外筒5の下側筒部5bをその上側筒部5aから切り離して、図4の(A)に示す状態とする。この場合、上側筒部5aと下側筒部5bとのねじ結合箇所5oは、図3に示すように試料採取筒10が下側筒部5bの下端から最大限突出したとき下部ピストン9に対する試料採取筒10上端部のビス15止め箇所よりも上方位置に設けてあるから、下側筒部5bを上側筒部5aから切り離せば、ビス15が露出した状態にあり、従ってこのビス15を抜き取ることによって、試料採取筒10を下部ピストン9から容易に取り外すことができ、その取り外した試料採取筒10を図4の(B)に示す。尚、この試料採取筒10内に採取された試料34は、試料採取筒10を軽く叩くなどの適宜の方法によって試料採取筒10から抜き取ることができる。
【0022】
上記のようにして試料34を試料採取筒10から抜き取った後、この試料採取筒10の上端部を下部ピストン9に外嵌して前記ビス15により固定した後、この試料採取筒10に外筒5の下側筒部5bを嵌め込んで、この下側筒部5bの上端雌ねじ部bを、上側筒部5aの下端雄ねじ部aに螺合して締め付ければよい。このように、外筒5の上側筒部5aをヘッドカバー4に取り付けたままで、この上側筒部5aに対して下側筒部5bを切り離したり、付け直しするだけであるから、試料採取筒10の取外し・取付け、及び外筒5の取付け・取外しを簡単容易に行うことができる。
【0024】
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、試料採取筒をそのままの状態で引き上げることができて、試料を乱すことがない。
又、本発明の試料採取装置によれば、装置本体の外筒を複数の筒部に分割形成して、その分割端部相互を切り離し可能にねじ結合し、試料採取筒の上端部をピストンの下端部に外嵌してねじ具により取外し可能に固定したものであって、試料を試料採取筒から取り出すにあたって試料採取筒を装置本体から取り外すときは、外筒の全部を取り外すことなく、ピストンに対する試料採取筒のねじ具固定箇所が露出する範囲で下部側の筒部を緩み方向に回して、その上部側の筒部から切り離せばよいから、試料採取筒の取外し・取付け作業、及び外筒の取付け・取外し作業を簡単容易に行うことができる。
【0025】
更に又、本発明によれば、外筒を上側筒部と下側筒部との2つに分割形成して両筒部のねじ結合箇所を、試料採取筒が外筒の下端から最大限突出したとき前記ピストンに対する試料採取筒上端部のねじ具固定箇所よりも上方位置に設けるようにすることにより、外筒の構成が簡単で、試料採取筒を取り外す際には、外筒の下側筒部を上側筒部から切り離せば、試料採取筒の上端部を下部ピストンに固定しているビスが露出するから、このビスを抜き取ることによって試料採取筒を下部ピストンから簡単に取り外すことができる。
【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る状態を示す。
【図2】 図1と同様に装置本体の全体を示す縦断面図で、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)は装置本体の外筒の下側筒部をその上側筒部から取り外した状態を示す縦断面図、ピストンから取り外した試料採取筒を示す縦断面図である。
【図5】 外筒を形成する上側筒部と下側筒部とを互いに切り離した状態の斜視図である。
【図6】 (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7】 (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8】 (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
5a 上側筒部
5b 下側筒部
5o 上下両筒部のねじ結合箇所
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
15 ビス
Claims (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)を設けてなる試料採取装置であって、両ピストン(8),(9)間にクラッチ機構(11)を介装し、該クラッチ機構(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、外筒(5)を上側筒部(5a)と下側筒部(5b)との2つに分割形成して両筒部(5a),(5b)の対向端部相互を切り離し可能にねじ結合し、試料採取筒(10)の上端部をピストン(9)の下端部に外嵌してねじ具(15)により取外し可能に固定し、両筒部(5a),(5b)のねじ結合箇所(5o)を、試料採取筒(10)が外筒(5)の下端から最大限突出したとき前記ピストン(9)に対する試料採取筒(10)上端部のねじ具(15)固定箇所よりも上方位置に設けてなる地質ボーリング調査における試料採取装置。
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