JPS6235073B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は深いせん孔の中で使用する衝撃地震エ
ネルギー源に関し、特に、狭いせん孔の中に挿入
することができ、高圧ガスの突然の放出によりせ
ん孔中に地震インパルスを発生させる加圧ガス放
出装置に関する。

地震調査やこれに類似の応用では、狭いせん孔
の中で突然の地震インパルスを発生させることの
要望がある。

地震調査では、強力なインパルスがせん孔の中
の地下で発生され、地下の地質状態や組織を調べ
るのに利用される。加圧ガスの突然の解放を使つ
てせん孔の中の突然の強力なインパルスを発生さ
せる他の応用には、試験や信号の目的並にこの分
野の進歩の技術として一層完全に開発されるよう
になるかも知れない実際的な追加の応用がある。

地震調査のために地面にせん孔を明けるには費
用がかかり、又、せん孔の大きさを直径76.2mm
（３インチ）以上に増すためにはせん孔費用およ
びせん孔機械の費用が急速に増す。従つて、費用
の観点から、このようなせん孔の直径を76.2mm
（３インチ）に保つことが望ましい。

本明細書で用いられる「加圧ガス」という用語
は、空気銃で使用しうる任意の加圧ガス又は加圧
ガス混合物、例えば、圧縮空気、圧縮炭酸ガス、
圧縮窒素、加圧蒸気等を含むものである。ほとん
どの場合、圧縮機から又はポータブルタンクから
供給される圧縮空機を使用するが容易であり且つ
安あがりである。空気は通常は採用されるべく選
ばれた加圧ガスである。しかしながら、成る場
合、例えばせん孔に可燃性蒸気又は燃えやすいガ
スが入つている気がする場合には、非可燃性ガス
例えば炭酸ガス又は窒素を使用することが望まし
い。又「加圧」は、実質的に大気圧以上の高い圧
力、例えば、約35.2Kg／cm²（500p.s.i）から約281
Kg／cm²（4000p.s.i）までの範囲にあることを意
味するが、加圧ガスのより高い圧力又はより低い
圧力も場合によつては使用することができる。

沼地、湿地又はゆかるみの領地を含む水中下で
地震調査をするのに用いられる「空気銃」と呼ば
れる加圧ガス放出装置は米国特許第3808822号に
開示されている。土壌の中に位置させた中空管状
部材の中に挿入される加圧ガス放出装置を用いて
土壌の荷重支持能力を増し、加圧空気を上記管状
部材の下端近くで繰返えし突然に解放して、強力
なインパルスを発生させ、中空部材に供給されて
いる砂、砂利、コンクリート等のような材料を土
壌の中へ外方に繰返えし推進させて材料の荷重支
持柱を作る方法および方式が米国特許第3707848
号および第3793844号に開示されている。

この方法および方式に用いられる装置に関する
米国特許第3808823号も参照して下さい。上述の
特許に記載された加圧ガス放出装置は「空気銃」
と称せられ、この空気銃は、該銃の中の加圧空
気、その他のガスが突然に解放されて周りの環境
に放出されるとき「発砲」される。

本発明以前に知られた空気銃は一般的には、作
動要素として、高圧のガスを保持する装入室と、
この装入室の壁に設けられている放出孔から加圧
ガスを突然に解放するように作動するレリーズ装
置と、高圧のガスを装入室へ供給する装置と、レ
リーズ装置を加圧ガスを解放させるべく作動させ
る制御装置とを包含する。レリーズ装置は一般的
には、シヤツトルを有し、該シヤツトルは、装入
室の中に位置していて、該室の中の加圧ガスを保
持する第１の（又は解放用）ピストンと、作動シ
リンダ又は制御室の中に位置する第２の（又は制
御用）ピストンとを包含し、制御室の中では加圧
ガスはシヤツトルピストンに作用して、ガスが解
放されるようになるまで、シヤツトルピストンを
「閉」位置に維持する。シヤツトルピストンは、
作動シリンダと装置室との間に往復動可能に位置
したシヤフトによつて相互に連結され、該シヤフ
トは、加圧ガスの供給を先ず作動シリンダに流入
させそれから装入室に流入させるため中空であ
る。

空気銃はシヤツトルピストンの露出した表面積
の適当な相対寸法によつて自己発砲するようにし
ても良いし或は、シヤツトルを突然作動させるた
め、種々の発砲用通路を通る加圧ガスの流れを制
御するソレノイドバルブの作動によつて発砲させ
ても良い。適したソレノイドバルブ装置は米国特
許第3588039号に記載されている。このような空
気銃の作動方法はともに米国特許第379273号に記
載されており、空気銃の一層詳細な説明について
はこの特許を参照とすると良い。空気銃について
の一層の情報は米国特許第3249177号および第
3653460号を参照することによつても得られる。

土壌に明けたせん孔の中での空気銃の作動に
は、ほこりや細かい細等の有害な周りの物質の存
在を含む特別な環境を加える。

加えて、経済的にせん孔可能な孔は一般的に
は、例えば76.2mm（３インチ）程度の狭い直径の
ものであり、このせん孔の中に挿入される加圧ガ
ス放出装置は、かかるせん孔の中にトラブルなし
に挿入することのできる外径および形状のもので
あることが望ましい。かくして、米国特許第
3707848号および第3793844号に記載された用途の
ために開示されている空気銃は、約152.4mm（６
インチ）から152mm（５フイート）までの直径を
有する中空パイプ部材に入ることができ、水中地
震調査に用いられる空気銃は水の中を引くのに都
合のよい大きな直径例えば、大容量の装入室を入
れるために127mm（５インチ）以上の直径を有す
る。

上述の先行特許に示された空気銃はどれも直径
76.2mmの経済的にせん孔可能な狭い孔には入らな
い。

本発明はコンパクトな加圧ガス放出装置、即ち
地震インパルス源としてせん孔に都合良く下げて
使用することのできる単一構造の「空気銃」を提
供する。特に、本発明は、突然の地震インパルス
を発生するため上述の空気銃と同様な方法で機能
する装置の使用を可能にし、同時に、狭い直径、
例えば76.2mm（３インチ）の直径の地震調査用せ
ん孔の中に都合良く挿入することのできる構造を
提供し、且つ掃除や修理のため、或はインパルス
特性の変更で異なる長さの装入室に交換するため
作動構成要素の組立ておよび分解を容易にする。

上述の利点は、本発明によれば、加圧ガス放出
装置即ち空気銃の作動構成要素を軸方向に直線的
な重なり関係に位置させる単一の即ち一体の管状
ハウジングを提供することによつて得られる。管
状ハウジングの壁は空気銃の作動即ち「発砲」さ
せるためのガスを運ぶガス通路並に外部源から加
圧ガスを供給するためのガス通路を有する。

管状ハウジングは細長くし狭い直径のせん孔中
に入るように小径のものである。ハウジングの端
にはねじ山が切つてあつてねじ付端閉鎖体をここ
に受け入れてハウジングの中の作動構成要素をし
つかりと密封する。端閉鎖体はせん孔の中に挿入
しやすくするため、装置の先導端に円錐形のノー
ズを有し、後端の端閉鎖体は、ホースのガス供給
金具、電気接続体等を受け入れるようになつてい
る。管状ハウジングは高圧ガスの急激な解放用の
ガス放出孔を有する。加圧ガス放出装置の作動構
成要素、例えば、装入室、作動シリンダ、密封用
ピストンと制御用ピストンをもつたシヤツトル、
ソレノイドバルブ装置種々の室を分離する仕切り
装置はすべて取外し可能な方法で重なり合つた関
係に位置決めされ、かくして、構成要素の修理、
掃除および又は交換、又は装置の特性および作動
要因を変えるための構成要素の室の容量調節のた
め迅速且つ都合良く取外すことができる。

かくして、本発明の特長は、加圧ガスを突然に
解放して地震調査の目的に有用な強力なインパル
スを発生させるため、長くて狭いせん孔の中に挿
入される地下の加圧ガス放出装置を提供するにあ
る。

本発明の一層の特長は、作動構成要素を軸方向
に直線状に重なり合つた関係に位置決めする外側
が平滑な単一の管状ハウジングを有する加圧ガス
放出装置を提供するにある。本発明の更に他の特
長は、加圧ガス放出装置の管状ハウジングの壁に
ガス流通通路を設けることにある。

本発明の一層の目的は、地下で地震インパルス
を発生させるために深い立坑および狭いせん孔の
中で都合良く且つ効果的に使用する目的で今日知
られているような空気銃の改良である加圧ガス放
出装置を提供するにある。

本発明の加圧ガス放出装置の種々の特長および
利点は添附図面について本発明の好ましい態様を
詳細に記載している下記の説明から一層完全に理
解されよう。

第１図および第２図を参照すると、「空気銃」
と称する加圧ガス放出装置１０は細長い一体の円
筒形又は管状のハウジング１２を包含し、該ハウ
ジングは該装置の外側シエルを形成し、閉じたと
き、主室を構成する。円筒形ハウジングすなわち
シエル１２はその先導端に、端閉鎖体として円錐
形ノーズ１６を受け入れるねじ付部分１４を有す
る。第１図を参照すると、端閉鎖体のノーズ１６
は円筒形ハウジング１２のねじ付部分と螺合し合
うねじ付部分１８を有する。ノーズ１６は又開口
２０を有し、ノーズを円筒形ハウジング１２にね
じ込んだり外したりしようとするとき、ロツド、
その他の工具を開口２０に入れたノーズ１６を廻
すためにしつかりと把持する。

構成部品の正常な重なり関係を第１図の分解図
に分解状態で示す。第２図においてわかるよう
に、構成部品は円筒形ハウジング１２の中にハウ
ジング１２の軸線に沿うて直線状の重なり関係に
組立てられる。

第２図を参照すると、ノーズ１６はハウジング
の先導端の閉鎖体としてハウジング１２に結合さ
れている状態で示されている。効果的な密封はＯ
−リング２２で作られる。ノーズ１６の端面窪み
部分２４は後述する要素とともに、加圧ガスの装
入物を保持することのできる装入室すなわち発砲
室２６を構成する。種々のノーズ１６の窪み部分
２４は、発生させるべき地震インパルスの特性を
変えるために、装入室２６の装入物の容積をノー
ズを変える手段によつて変化させることができる
ように種々の大きさに作ることができる。

レリーズ用シリンダスリーブ２８はレリーズ室
３０を構成し、そしてレリーズピストン３２を囲
んでいる。レリーズスリーブ２８は、円筒形ハウ
ジング１２の孔３６と合致していて、圧縮ガスの
放出を可能にする対称的に間隔をへだてた多数の
孔３４を有する。第２図に示す位置において、発
砲又はガスの放出前、レリーズピストン３２のス
カート４０の下部唇状部３８は取外し可能な密封
組立体４１（第１図を参照）と密封係合状態にあ
る。密封組立体は、室２６の中に加圧ガスの装入
物を保持する可動密封リング４２を有する。可動
密封リング４２とシリンダスリーブ２８との間の
密封はＯ−リング４４でなされる。他のＯ−リン
グ４６はシリンダスリーブ２８と円筒形ハウジン
グ１２との間に密封を作る。

保持体５０の中に位置する多数の密封ばね４８
（第３図）は可動密封リング４２をピストンのリ
ム即ち唇状部３８に向つて押す。

かくして、加圧ガスは、レリーズピストン３２
の下部唇状部３８と取外し可能な密封組立体４１
の密封リング４２との係合によつて孔３４，３６
から流出しないように保持される。スリーブ２８
と協働する保持体グランド５２はＯ−リング４４
を保持してスリーブ２８とばね保持体５０との間
のスペーサをなし、従つて要素は、重なり合つた
突き合関係に組立てられる。可動密封リング４２
は例えば、ナイロン、デルリン等の弾性力のある
材料で作られるのが良く、これにより、下部唇状
部３８との厳密な密封を保証する。従つて、弾力
性のある密封リング４２をその場にしつかりと保
持する金具の内リング５４が設けられる。円筒形
ハウジング１２の中でのレリーズ用シリンダスリ
ーブ２８の正確な位置決め且つ配列は、円筒形ハ
ウジング１２を差し込まれスリーブ２８の凹部５
８の中へ突出するダボピン５６によつて行なわれ
る。

作動室６０は、第２図でわかるように、レリー
ズ室３０および装入室２６を構成している要素に
隣接して位置する構成要素によつて構成される。

作動室６０は作動シリンダスリーブ６２で内張
りされている。作動シリンダスリーブ６２とレリ
ーズシリンダスリーブ２８との間には取外し可能
な仕切り装置６５が置かれ、この仕切り装置は下
部シヤフトグランド環状保持体６４と上部シヤフ
トグランド環状保持体６６とを包含する。

下部環状保持体６４および上部環状保持体６６
はシヤフトグランド６８を上部環状保持体６６に
形成した環状ソケツト７０の中に保持する。ハウ
ジング１２と保持体との間および保持体それ自体
の間の密封はＯ−リングの密封体７２，７３によ
つて保証される。

保持体とグランド密封体は一緒になつて、作動
室６０と装入室２６との間に位置する取外し可能
な仕切り装置６５を形成する。

レリーズシヤツトル７４は作動室６０、レリー
ズ室３０および装入室２６に関して往復運動自在
に設けられる。

レリーズシヤツトル７４は、中空シヤフト７８
を介して作動ピストン７６に連結されるレリーズ
ピストン３２を有する。作動室６０およびレリー
ズ室３０は、シヤフトグランド６８によつて互に
密封状態に維持され、上記グランド６８は、シヤ
フト７８に密着しているＯ−リング８０を備えて
いる。作動ピストン７６は、ワツシヤ８４および
ナツト８６で保持されたＯ−リング８２によつて
中空ピストンシヤフト７８に対して密封されてい
る。上部ハウジングの仕切り８８は、作動室６０
の頂を形成する。この上部ハウジングの仕切り８
８は凹部９０を有し、シヤツトル７４の上部即ち
シヤフトの端およびナツト８６はシヤツトルの作
動時この凹部９０の中に入る。

上部ハウジングの仕切り８８は作動シリンダス
リーブ６２とソレノイドバルブボデー９２との間
に保持される。バルブボデー９２は上端端閉鎖体
即ち頂キヤツプ９４で所定位置に保持され、上記
キヤツプ、円筒形ハウジング１２のねじ付部分９
８にねじ込まれるねじ付部分を有する。

種々のガスを搬送する通路の位置および関係
は、ガス放出装置の操作を参照することによつて
最も良く理解される。ガス放出の準備に当つて、
第２図に示すように、圧力ガスは、圧縮機又は、
ガスシリンダのように加圧ガス源（図示せず）に
連結され且つ上端閉鎖体９４の入口１００に連結
されたホースラインを通して導入される。入口１
００は、上端閉鎖体９４に形成され、端に、閉鎖
体９４の円周面に位置した環状凹部１０４を有す
る通路１０２に連絡している。環状凹部１０４は
高圧ガス供給通路１０６の上端と連通し、該通路
は円筒形ハウジングの壁に位置していて、環状凹
部１０４と合致したハウジング１２の壁にある半
径方向孔１０８から長さ方向に延びている。

ガス供給通路１０６の下端は、上部ハウジング
の仕切り８８の円周面に設けられた第１の環状凹
部１１２と連通する孔１１０で終つている。

環状凹部１１２は、上部ハウジングの仕切り８
８に設けてある斜めのガス供給通路１１４に通
じ、該通路は凹部９０で終つていて作動室６０と
連通する。加圧ガスは上述の通路を通して作動室
６０に入る。環状凹部は、円周形ハウジング１２
の孔１０８，１１０との連通が閉鎖体９４、仕切
り８８の回転位置に関係なく得られるようにする
ために設けられる。

加圧ガスは、共に中空ピストンシヤフト７８に
設けられている絞り通路１１６および軸方向通路
１１８を通して流れることによつて装入室２６に
入る。加圧ガスが作動室６０に流入ると、構造物
１１６は室６０の中の圧力を装入室２６の中の圧
力以上に維持し、作動ピストン７６のリムが作動
密封Ｏ−リング１２０にしつかりと接するように
する。密封Ｏ−リング１２０は、環状ソケツト７
０の中にシヤフトグランド６８を保持している上
部環状保持体６６によつて保持されている。室２
６が希望圧力まで満された後、加圧ガス放出装置
１０はガスの解放を準備する。

第１図および第２図に示す態様では、ガスの解
放は、例えば米国特許第3588039号に示されてい
るようなソレノイドバルブ１２２を利用すること
によつて達成される。環状のソレノイドコイル１
２４は、接続子１２６に接続されたケーブル（図
示せず）を通して電流を加えたとき磁場を作る。
この電気信号でバルブ１２２は作動され、上部ハ
ウジングの仕切り８８に設けてある一対の発砲用
通路１２８と１３０を互に連絡させる。

第３図に示すようにバルブ１２２の操作で、加
圧ガスは作動室６０から第１の発砲用通路１２
８、バルブ１２２を経て第２の発砲用通路１３０
に流入する。第２の通路１３０は、上部ハウジン
グの仕切り８８の円周面に設けてある第２の環状
凹部１３２と連通する。

上部ハウジングの仕切り８８を囲む溝の中に
は、第１の環状凹部１１２と第２の環状凹部１３
２を互に密封してこれら凹部をハウジング１２の
内部から弧立させるために３つのＯ−リング密封
体１３１，１３３，１３５が設けてある。

環状凹部１３２は、円筒形ハウジング１２の壁
にある孔１３４と連通し、該孔は、環状シエルす
なわちハウジング１２の壁の中で長さ方向に延び
る発砲用通路１３６に連絡している。この通路１
３６は、上部環状保持体６６の周面に設けてある
環状凹部１４０と連通する孔１３８で終つてお
り、環状凹部１４０は、保持体６６の斜めの発砲
用通路１４２に連結され、通路１４２の端は、作
動ピストン７６の作動室６０と反対の側に設けて
ある環状トリガ凹部１４４と連絡している。

ガス圧力が作動シリンダ６０から、上述した通
路を経てトリガ凹部１４４に加えられると、ピス
トン７６の対向面に及ぼされる圧力は等しくな
り、これによつてシヤツトル７４を密封リング１
２０から遠さかるように加速し、密封リング４２
から立ち去らす。かくして、孔３６が突然に開き
加圧ガスを装入室２６から、第３図に矢印１４５
で示すように突然に解放させる。

作動シリンダスリーブ６２に切欠きによつて形
成されたバイパス通路１４６は、ピストン７６が
密封リング１２０から遠ざかるように加速され始
めた後、作動ピストン７６の両側面に加えられた
圧力を等しくするのに役立つ。

第３図に矢印１４５で示すように、突然のガス
解放後、バイパス通路１４６より上で作動室６０
の中に入つているガスは急速に移動している作動
ピストン７６によつて圧縮され、かくして、シヤ
ツトル７４を減速し、そしてシヤツトルを第２図
に示すもとの位置へ戻す。

ソレノイドバルブによつてシヤツトル７４を解
放させる変形態様として、ガス放出装置を自己発
砲させても良い。この場合、ソレノイドバルブお
よび発砲用ケーブル例えば通路１２８，１３０，
１３６，１４２およびトリガ凹部１４４を省略す
ることができる。装置を自己発砲にするために
は、装入室２６の中の加圧ガスにさらされるレリ
ーズピストン３２の有効面積が作動室６０の中の
加圧ガスにさらされる作動ピストン７６の有効面
積よりも大きく作られる。

従つて、室２６の中の圧力が室６０の中の圧力
まで略高まつたとき、Ｏ−リング１２０と作動ピ
ストン７６との間の密封が開いて室６０の中の高
圧ガスをピストン７６の下面と連通させ、シヤツ
トル７４は密封Ｏ−リング１２０からそして密封
リング４２から遠ざかるように加速され、孔３６
を突然に開いて加圧ガスを突然に解放する。シリ
ンダスリーブ６２のバイパス通路１４６により、
ガスをシリンダ６０から移動しているピストン７
６の下の空間へ自由に流通させる。銃が自己発砲
するときの解放間の時間間隔は、取外し可能なプ
ラグ１１７の絞り通路１１６によつて制御され
る。絞り効果が大きければ大きい程、即ち、絞り
通路１１６の直径が小さければ小さい程、ガス放
出間の間隔は長くなり又反対にすれば反対にな
る。

頂キヤツプ９４には多数のねじアイソケツト１
４８のような連結手段を設けて、空気ホースおよ
び電気ケーブル連結装置の他に、せん孔の中へ下
げる装置を支持する。かくして、連結金具によ
り、又作動構成要素を互に接合するのに要する緊
締装置から現われることにより、環状ハウジング
の円筒周面には突出部はない。これにより、空気
銃１０を、地下の地震インパルス源として用いる
ため小径のせん孔の中に容易に挿入させることが
できる。加圧ガス放出装置１０が修理、掃除、又
は部品交換を要するとしたら、取外し可能な要素
の軸方向の重なり配列により容易に分解して再組
立てすることができる。かくして、現場での使用
を大変容易にする。

第１図および第２図に示す態様では円筒形ハウ
ジング１２はステンレススチールで作られ、好ま
しくは66.8mm（２ 2/8インチ）を越えない外径を
有し、従つて、76.2mm（３インチ）直径のせん孔
の中に都合良く合う。この例示態様は実際には、
項記の直径せん孔の中に自由に下げられるよう
に、63.5mm（2.50インチ）種の外径まで細められ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による加圧ガス放出装置の種々
の構成要素を相対的位置で示す分野斜視図、第２
図はせん孔の中に挿入するのに備えて、完全に組
立てられた第１図に示す加圧ガス放出装置の縦断
面図、第３図は構造的特長の詳細を示す拡大断面
図である。 ２６……装入室、３６……放出孔、７４……レ
リーズ装置、１２……シエル、１６……端閉鎖
体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 加圧ガスを保持するための装入室と、 放出孔と、 加圧ガスのインパルスを上記装入室から上記放
   出孔を通して周囲環境へ急激に解放するレリーズ
   装置と、を有する加圧ガス放出装置において、 少くとも一端が開放し、壁に前記放出孔を構成
   する複数個の開口部を有する一体構造の単一の細
   長い管状シエルと、 上記放出装置の内部の作動構成要素を構成する
   ために上記管状シエル内に軸線方向に滑り込ませ
   る多数の取外し可能な構成要素と、 上記シエル内に上記取外し可能な構成要素を保
   持するための取外し可能な端閉鎖体とを備えてい
   ることを特徴とする加圧ガス放出装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の加圧ガス放出装
   置において、 上記取外し可能な構成要素は、上記管状シエル
   内に取外し可能に位置決めされ、かつ前記管状シ
   エルの内部を作動室と装入室とに分ける仕切りを
   含み、 上記管状シエルは、上記装入室から上記管状シ
   エルの外部に通じる多数の放出孔を有し、 前記レリーズ装置は、このレリーズ装置の作動
   したとき上記放出孔から加圧ガスを突然解放させ
   るために上記装入室内に位置決めされかつ上記装
   入室において移動できるものであり、 上記放出孔を密封するために上記レリーズ装置
   によつて係合される密封組立体が、上記管状シエ
   ル内に取外し可能に位置決めされており、 ガス流通通路が上記作動室と上記装入室とを連
   結し、 上記管状シエルは、上記作動室へ高圧ガスを供
   給するための加圧ガス供給通路を有し、 上記取外し可能な端閉鎖体は、上記管状シエル
   内に上記取外し可能な構成要素を保持するために
   上記管状シエルの一端に取外し可能に取付けられ
   ていることを特徴とする加圧ガス放出装置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の加圧ガス放出装
   置において、前記細長い管状シエルは、土面の狭
   いせん孔内に地震インパルス源として上記装置を
   用いるようにするために、比較的細い形状を有す
   ることを特徴とする加圧気体放出装置。 ４ 特許請求の範囲第２項または第３項に記載の
   加圧ガス放出装置において、前記細長い管状シエ
   ルは、他端が開放しており、 上記放出装置の作動を起動させるためにソレノ
   イドバルブが上記他端の近くで上記シエル内に取
   外し可能に設置されており、 上記管状シエル内に、上記ソレノイドバルブを
   保持するための別の取外し可能な端部材が設けら
   れていることを特徴とする加圧ガス放出装置。 ５ 特許請求の範囲第１項に記載の加圧ガス放出
   装置において、前記単一シエルは狭いせん孔に挿
   入できるようになつていることを特徴とする加圧
   ガス放出装置。