JPH11236709A - 磁石を使用した内管回転防止型コアチューブサンプラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】試料（コア）を収納する内管の回転を確実に防
止する。 【解決手段】ボーリングロッド２１と連結するための連
結部２ａ１を備えたサンプラヘッド２と、サンプラヘッ
ド２の下端に取り付けられ非磁性体からなるサンプラボ
ディ４と、サンプラボディ４に取外し可能に取り付けた
刃先付き外管６と、外管内に回転自在に収容された内管
８，１０と、ボーリング孔壁との係合によって外管に対
する内管の回転を機械的に防止する回転防止機構１２と
を具備し、ボウリング孔壁と係合するチャックピース１
５を有しサンプラボディに回転自在に装着された磁性体
１３と、内管に固定された磁性体１７とが引き合うこと
によって内管の回転が抑止されるコアチューブサンプラ
ー。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地質調査を目的と
して行われる地盤のサンプリング（試料採取）におい
て、試料を採取するための装置すなわちサンプラに関す
るもので、より詳しくは、外管と内管とで構成されるコ
アチューブサンプラにおいて、試料（コア）を収納する
内管の回転を強制的に止める機構を改良したものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】この種のサンプラとしては、地盤を掘進
する刃先（ビット）の付いた外管と地盤試料を収納する
内管とで構成されるダブルコアチューブサンプラ、また
は、内管が二重管となったトリプルコアチューブサンプ
ラが知られている。たとえば特公昭６３−２６２４０号
公報にはダブルコアチューブサンプラが記載されてい
る。どちらも基本的な構造は同じで、ボーリング機械よ
りロッドを介して外管に回転ならびに貫入力が伝えら
れ、外管先端の刃先が回転して地盤を削り取りながら掘
進する。地上部の掘進用ポンプからロッド内部を通して
水・泥水が圧送され、サンプラの外管と内管の隙間を通
って外管刃先から外部に排出される。削り取られた地盤
クズは掘進水・泥水と混ざり合い、ボーリング孔内を上
昇して地上部まで運ばれる。掘進に伴い、円柱状に切り
取られた地盤試料が内管に収納されてゆく。試料を収納
する内管はボールベアリングなどにより外管に対して回
転自在とされている。トリプルコアチューブはこの回転
自在とされた内管の中にさらに、ボールベアリングを介
して回転自在に第二の内管を収めた機構で、外管の回転
力が第二内管にさらに及ばないようにしたものである。

【０００３】コアチューブサンプラで地盤のサンプリン
グを行なう場合に最も重要なことは、内管が外管と共に
回転しないことである。従来のサンプラは、外管と内管
との間にボールベアリングを介在させた構造で、外管の
回転力が内管に伝わらないようになっている。それゆ
え、外管が回転しても内管は外管に対して常に回転自在
な状態であり、サンプリング時に外管先端の刃先が回転
し地盤を削り取りながら掘進すると、地盤は内管内にコ
ア（円柱状に切り取られた地盤試料）として収納され
る。掘進中のコアは、円周を切り取られてはいるが、コ
ア底面は未掘進部地盤と繋がっている。内管に収納され
たコアの外周面と内管内面とが接しているため、内管は
これらの摩擦抵抗により回転を抑止される。したがっ
て、内管の回転抑止力は地盤とコア底面の結合強度に依
存する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のダブルコアチュ
ーブやトリプルコアチューブサンプラでは、ある程度の
地盤強度がなければ内管の回転抑止が確保できない。サ
ンプリング作業中に内管が容易に回転すると、採取しよ
うとするコアの外周面が内管の内面で擦られ、コアがす
り減ったり砕けたりする。また、掘進のための掘進水経
路はサンプラ先端部では外管刃先より内管が少し短く、
掘進水とコアはこの部分で必ず接触する。内管の回転に
よってすり減ったり砕けたコアは掘進水と接触してさら
に脆くなり、掘進水と共に内管より外部に流出してしま
い、コア採取率が大幅に低減する。それゆえ、砂、砂
礫、風化土などの固結度の低い地盤には不向きである。

【０００５】本発明の主要な目的は、試料（コア）を収
納する内管の回転を確実に防止して、地盤強度にかかわ
らず試料採取率を向上させることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ボーリング・
マシンより回転力を与えられる外管から何らかの原因に
よって内管に伝わり得る回転力に抗して、内管の外管と
の共回りを確実に防止するためには、従来のようにボー
ルベアリングを介在させただけでは不十分であり、内管
の回転を機械的に阻止する必要があるとの知見に基づ
き、ボーリング孔の孔壁を利用して強制的に内管の回転
を止めるようにしたものである。

【０００７】本発明のコアチューブサンプラは、ボーリ
ングロッドと連結するための連結部を備えたサンプラヘ
ッドと、サンプラヘッドの下端に取り付けられるサンプ
ラボディと、サンプラボディの下端に取り付けられ先端
に刃を有する外管と、上記サンプラボディ内及び外管内
に収容される内管と、上記外管に対する内管の回転を防
止する回転防止機構とを具備し、サンプラボディが非磁
性体で形成され、回転防止機構が、サンプラボディの外
周に回転自在に支持された外接部材と、内管に固定され
た内接部材とを具備し、外装部材がボーリング孔壁と係
合するチャック部と、第一磁石とを備え、内装部材が第
一磁石と引合うように配設された第二磁石を備え、外接
部材のチャック部がボーリング孔壁と係合し、かつ、外
接部材の第一磁石と、内接部材の第二磁石とがサンプラ
ボディを介して互いに引き合うことによって、ボーリン
グ孔壁に対する内管の回転を抑止するものである。

【０００８】チャック部は、サンプラボディに軸受を介
して回転自在に支持された外装部材の外周に、サンプラ
ボディの外径位置より突出・退入自在に支持されたチャ
ックピースと、チャックピースをサンプラボディの外径
位置より部分的に突出した状態に付勢するばね部材とを
主要な構成要素とする。

【０００９】具体的構成としては、互いに独立した複数
のチャックピースを放射状に配置し、チャックピースの
軸方向両端にテーパ端部を形成するとともに、チャック
ピースの軸方向両側に、チャックピースのテーパ端部と
対応するテーパ面を備えたスラストカラーを配置して、
ばね部材でスラストカラーに軸方向の弾性力を与えるこ
とによって、チャックピースを拡開する向きに付勢した
ものや、互いに独立した複数のチャックピースを放射状
に配置し、各チャックピースごとに、外向きの弾性力を
与えるばね部材を設けたものがある。「ばね部材」は、
上記の作用を奏する部材であればよく、コイルばね、板
ばね、エアクッション部材、油圧シリンダ等を適用する
ことができる。

【００１０】チャックピースは、外管外径位置より突出
する部分が、ボーリング孔壁との間で、外管の回転方向
では大きく、軸方向では小さい摩擦抵抗を生じさせる形
状であることが好ましく、例えば、外管外径位置より突
出する部分が軸方向に延在する板状のものがある。

【００１１】第一磁石と第二磁石とは外装部材と内装部
材とを磁力によって係合する。両磁石は単一の磁石で構
成してもよいが、内管の回転を有効に抑止するため、上
述の第一磁石が円周方向にＮ・Ｓ交互に磁極を有し、か
つ、第二磁石が第一磁石と引合うように円周方向にＮ・
Ｓ交互に磁極を有するものであることが好ましい。例え
ば、外装部材、内装部材において、複数の磁石をＮ極と
Ｓ極とが交互に形成されるように円周方向に並べたもの
や、円周方向にＮ・Ｓ交互の磁極を有する円形磁石とし
てもよい。「磁石」には永久磁石、電磁石が含まれる。

【００１２】この発明はダブルコアチューブサンプラと
トリプルコアチューブサンプラの両方に適用でき、後者
の場合には、内管が二重構造となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明のコアチューブサン
プラの実施形態を図面に基づいて説明する。

【００１４】図１は本発明をダブルコアチューブサンプ
ラに適用した場合の実施形態を示す。この実施形態のコ
アチューブサンプラは、サンプラヘッド２と、サンプラ
ヘッド２に一体的に結合したサンプラボディ４と、サン
プラボディ４の下端に取外し可能に取り付けた刃先付き
外管６と、サンプラボディ４内及び外管６内に回転自在
に収容された内管シャフト８及び内管１０と、ボーリン
グ孔壁２０ａとの係合によって、ボーリング孔壁２０ａ
に対する内管シャフト８及び内管１０の回転を機械的に
抑止する回転防止機構１２とを具備している。

【００１５】サンプラヘッド２は、中心部に孔部２ａが
形成され、孔部２ａの上端に形成される連結部２ａ１に
ボーリングロッド２１が繋がれる。サンプラヘッド２は
下端においてサンプラボディ４と連結している。サンプ
ラボディ４との結合は、例えばねじを利用した取外し可
能な結合関係とする。

【００１６】サンプラボディ４は非磁性体からなる円筒
状の部材であって、中間部４ａに回転防止機構１２が取
り付けられる。中間部４ａは、内管部４ａ１と外管部４
ａ２とを備え、内間部４ａ１の下端において外管６と連
結している。外管部４ａ２は、回転防止機構１２の係合
部材であるチャックピース１２ａが突出する領域におい
て開口しており、該開口部４ｂには泥水等の流入を防止
すべくカバー４ｃが設けられる。カバー４ｃは、サンプ
ラボディ４に対して回転自在に設けられている。

【００１７】外管６は先端に複数の刃６ａを備えた中空
円筒形状の部材で、サンプラボディ４の下端に取り付け
られている。

【００１８】サンプラヘッド２、サンプラボディ４、外
管６は一体的に結合しており、上端のサンプラヘッド２
の連結部２ａ１にボーリングロッド２１が連結された状
態で、所定の口径で掘進されたボーリング孔２０内に降
ろされる。これによりサンプラヘッド２、サンプラボデ
ィ４、及び、外管６は、ボーリングロッド２１の嵌入力
及び回転力を受けて、回転しつつボーリング孔２０を掘
進し、孔底地盤を円柱形状に削りとる。

【００１９】内管シャフト８及び内管１０はサンプラボ
ディ４及び外管６の中空部に収容される。

【００２０】内管シャフト８は、中空の軸部材で、ベア
リング２２を介してサンプラボディ４に回転自在に連結
される。内管シャフト８の下端は、外管６の内部に突出
し内管ヘッド９が連結される。内管ヘッド９の下端は内
管８に連結される。内管８は中空の円筒形状の部材で、
内管８の下端は外管６の下端部内で開口している。

【００２１】内管シャフト８の上端は、サンプラヘッド
２の孔部２ａに挿し込まれており、内管シャフト８の中
空部８ａは、サンプラヘッド２の孔部２ａを介して、ボ
ーリングロッド２１の水通路２１ａと連通し、かつ、内
管シャフト８の下端部に開口部８ｂを有し、外管内部６
ｂに開口している。これによって、ボーリングロッド２
１から、内管シャフト８の中空部８ａ、外管内部６ｂ、
外管刃先６ａに至る水通路が形成される。この水通路に
は地上部のポンプより削孔水が圧送水される。削孔水
は、外管６の刃先６ａからコアチューブサンプラの外側
に噴出し、削り取られた地盤くずと混ざり合って地上に
排出される。

【００２２】内管シャフト８、及び、内管１０は回転防
止機構１２の作用によりボーリング孔壁２０ａに対して
（地盤に対して）の回転が機械的に抑止される。これに
よって、外管６により円柱形状に削られた地盤試料（コ
ア）２５が、良好な状態で内管１０の中空部１０ａに収
納され、採取される。

【００２３】図２は、本実施形態における回転防止機構
１２を拡大した図である。

【００２４】回転防止機構１２は、サンプラボディ中間
部４ａにおける内管部４ａ１の外周に回転自在に配設さ
れる上下のホイル部材（１３，１４）と、上下のホイル
部材（１３，１４）間に配設されるチャックピース１５
と、上側のホイル部材１３の上端に配設されるばね部材
１６と、内管シャフト８の外周面における上側のホイル
部材１３に対応する部分に配設される内ホイル部材１７
とを具備する。

【００２５】上下のホイル部材（１３，１４）は、ドー
ナツ状の部材であって、それぞれ、サンプラボディ内管
部４ａ１の外周にベアリング２３、２４を介して回転自
在に配設される。上側のホイル部材１３（以下、上ホイ
ル部材１３という。）は、上端に円形磁石１３ａを有
し、下端の外周面に、軸方向に口径縮小した円錐面１３
ｂを有している。この円錐面１３ｂの半径方向にチャッ
クピース１５を取り付ける係合部１３ｃが形成される。
円形磁石１３ａは、図４に示すように円周に沿ってＮ極
とＳ極とが交互に形成される。上ホイル部材１３の上端
は、ベアリング２３を介してばね部材１６に当接してい
る。

【００２６】下側のホイル部材１４（以下、下ホイル部
材１４という。）は上端の外周面に、軸方向に口径縮小
した円錐面１４ｂを有している。この円錐面１４ｂの半
径方向において上ホイル部材１３の係合部１３ｃに対応
する位置に、チャックピース１５を組入れる係合部１４
ｃが形成されている。下ホイル部材１４の下端は、ベア
リング２４を介してサンプラボディ中間部４ａに回転自
在に固定されている。

【００２７】チャックピース１５は、板状の部材で互い
に独立した複数枚のチャックピース１５が、円周方向等
間隔に放射状に軸方向に立設して設けられている。

【００２８】チャックピース１５の外側端部は、軸に平
行な端部１５ａを有しており、上下に切欠き１５ａ１が
形成される。このような形状とすることによってチャッ
クピース１５の係合力は、外管６の回転方向では大き
く、かつ、軸方向では小さいものとなるので、回転方向
においてボーリング孔壁２０ａと十分な係合力をもって
係合し、かつ、ボーリング孔２０内への嵌入動作の妨げ
とならない。

【００２９】チャックピース１５の内側端部は、上下に
上下ホイル部材（１３，１４）のテーパ面（１３ｂ，１
４ｂ）に対応するテーパ端部が形成され、このテーパ端
部に上下ホイル部材（１３，１４）の係合部（１３ｃ，
１４ｃ）に対応する被係合部（１５ｂ，１５ｂ）が形成
されている。チャックピース１５は、上下ホイル部材
（１３，１４）の係合部（１３ｃ，１４ｃ）と係合する
ことによって、コアチューブサンプラの軸方向に立設
し、かつ、上下ホイル部材（１３，１４）のテーパ面
（１３ｂ，１４ｂ）上を半径方向にスライド移動する部
材となる。

【００３０】また、図３に示すように上下ホイル部材
（１３，１４）の係合部（１３ｃ，１４ｃ）、及び、チ
ャックピース１５の係合部（１５ｂ，１５ｂ）は、抜け
止めを有しているので、チャックピース１５が外径側に
抜けるのを防止できる。

【００３１】チャックピース１５はカバー４ｃに形成し
たスリットを貫通して外側に部分的に突出している。カ
バー４ｃは筒状の部材で、サンプラボディ外管部４ａ２
と同じ外径を有し、例えば、上下ホイル部材（１３，１
４）に取り付けられたリブにより上下ホイル部材（１
３，１４）と同心円状に保持されている。

【００３２】ばね部材１６は、サンプラボディ内管部４
ａ１の外周に装着されたコイルばねである。ばね部材１
６は、上ホイル部材１３の上端（ベアリング２３）とサ
ンプラボディ４との間に挟まれている。ばね部材１６は
上ホイル部材１３を下側に付勢し、上下ホイル部材（１
３，１４）に挟まれるチャックピース１５を外径側にス
ライドさせる。これにより、チャックピース１５の外側
端部１５ａはカバー４ｃのスリットを貫通し、ばね部材
１６の付勢力に比例する係合力をもってボウリング孔壁
２０ａと係合する。チャックピース１５がボーリング孔
壁２０ａに係合することによって、上下ホイル部材（１
３，１４）はボーリング孔壁２０ａに対する回転が抑止
される。

【００３３】内ホイル部材１７は、ドーナツ状の部材で
あって、円形磁石１７ａを備え、上ホイル部材１３の配
設に対応する位置において内管シャフト８の外周に固定
される。図４に示すように、内ホイル部材１７の円形磁
石１７ａは、上ホイル部材１３の円形磁石１３ａと互い
に引き合うように、上ホイル部材１３の円形磁石１３ａ
に対応して円周方向にＮ極とＳ極が交互に構成されてい
る。図４に示すように内ホイル部材１７の円形磁石１７
ａと、上ホイル部材１３の円形磁石１３ａとは、サンプ
ラボディを介して互いに磁力を及ぼしている。このた
め、サンプラボディは、磁界に影響を与えないステンレ
ス等の非磁性体で構成されている。

【００３４】内ホイル部材１７が回転方向に力を受けた
場合であっても、内ホイル部材１７の磁極と対応する上
ホイル部材１３の磁極とが引き合い、また、互いに隣接
する磁極とは反発し合うので、内ホイル部材１７は上ホ
イル部材１３に対する回転が抑止される。内ホイル部材
１７、内管シャフト８、内管ヘッド９及び内管１０は一
体構造となっているため、内ホイル部材１７の回転が抑
止されることによって、共に回転が抑止される。

【００３５】すなわち、回転防止機構１２は、上述のよ
うに、チャックピース１５をボーリング孔壁２０ａに係
合させることによって、上下ホイル部材（１３，１４）
の回転を抑止し、更に、上ホイル部材１３の円形磁石１
３ａと内ホイル部材１７の円形磁石１７ａとが引き合う
ことによって、内ホイル部材１７、内管シャフト８及び
内管１０のボーリング孔壁２０ａに対する回転を強制的
に抑制するものである。このように回転防止機構１２の
働きによって、内管１０は地盤に対して静止した部材と
なるので、本実施形態におけるコアチューブサンプラ
は、地盤の強度に左右されず良好な地盤試料の収集が行
える。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、サンプ
ラボディが非磁性体で形成され、回転防止機構が、サン
プラボディの外周に回転自在に支持された外接部材と、
内管に固定された内接部材とを具備し、外接部材にチャ
ック部材と第一磁石を備え、内接部材に第二磁石を備
え、外接部材のチャック部がボーリング孔壁と係合し、
かつ、外接部材の第一磁石と内接部材の第二磁石がサン
プラボディを介して互いに引き合うことによって、ボー
リング孔壁に対する内管の回転を強制的に抑止すること
ができる。

【００３７】本発明によれば、コアチューブサンプラの
内管の回転が、地盤の強度に左右されることなく、確実
に防止されるため、試料採取率が大幅に向上する。した
がって、本発明のコアチューブサンプラを使用すれば、
従来のサンプラでは試料採取が困難と言われる固結度の
低い砂、砂礫、風化土、硬軟混じり合った地盤のサンプ
リングが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係るコアチューブサンプ
ラの縦断面図。

【図２】 本発明の実施形態に係る回転防止機構を拡大
した縦断面図。

【図３】 本発明の実施形態に係るチャックピースの縦
断面図。

【図４】 本発明の実施形態に係る円形磁石の断面図。

【符号の説明】

２ サンプラヘッド ４ サンプラボディ ６ 外管 ８ 内管シャフト ９ 内管ヘッド １０ 内管 １２ 回転防止機構 １３ 上ホイル部材 １３ａ 円形磁石 １４ 下ホイル部材 １５ チャックピース １６ ばね部材 １７ 内ホイル部材 １７ａ 円形磁石

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボーリングロッドと連結するための連結部
   を備えたサンプラヘッドと、サンプラヘッドの下端に取
   り付けられるサンプラボディと、サンプラボディの下端
   に取り付けられ先端に刃を有する外管と、上記サンプラ
   ボディ内及び外管内に収容される内管と、上記外管に対
   する内管の回転を防止する回転防止機構とを具備し、 上記サンプラボディが非磁性体で形成され、 上記回転防止機構が、上記サンプラボディの外周に回転
   自在に支持された外接部材と、上記内管に固定された内
   接部材とを具備し、 上記外装部材がボーリング孔壁と係合するチャック部
   と、第一磁石とを備え、 上記内装部材が上記第一磁石と引合うように配設された
   第二磁石を備え、 上記外接部材のチャック部がボーリング孔壁と係合し、
   かつ、上記外接部材の第一磁石と、上記内接部材の第二
   磁石とが互いに引き合うことによって、ボーリング孔壁
   に対する内管の回転を抑止することを特徴とするコアチ
   ューブサンプラ。
2. 【請求項２】上記チャック部が、サンプラボディに軸受
   を介して回転自在に支持された外装部材の外周に、サン
   プラボディの外径位置より突出・退入自在に支持された
   チャックピースと、チャックピースをサンプラボディの
   外径位置より部分的に突出した状態に付勢するばね部材
   とを備えることを特徴とする請求項１のコアチューブサ
   ンプラ。
3. 【請求項３】互いに独立した複数のチャックピースを放
   射状に配置し、チャックピースの軸方向両端にテーパ端
   部を形成するとともに、チャックピースの軸方向両側
   に、チャックピースのテーパ端部と対応するテーパ面を
   備えたスラストカラーを配置して、ばね部材でスラスト
   カラーに軸方向の弾性力を与えることによって、チャッ
   クピースを拡開する向きに付勢したことを特徴とする請
   求項２のコアチューブサンプラ。
4. 【請求項４】互いに独立した複数のチャックピースを放
   射状に配置し、各チャックピースごとに、外向きの弾性
   力を与えるばね部材を設けた請求項２のコアチューブサ
   ンプラ。
5. 【請求項５】チャックピースの外管外径位置より突出す
   る部分が、ボーリング孔壁との間で、外管の回転方向で
   は大きく、軸方向では小さい摩擦抵抗を生じさせる形状
   であることを特徴とする請求項２のコアチューブサンプ
   ラ。
6. 【請求項６】チャックピースの外管外径位置より突出す
   る部分が軸方向に延在する板状である請求項５のコアチ
   ューブサンプラ。
7. 【請求項７】上記第一磁石が円周方向にＮ・Ｓ交互に磁
   極を有し、かつ、第二磁石が第一磁石と引合うように円
   周方向にＮ・Ｓ交互に磁極を有することを特徴とする請
   求項１乃至６のコアチューブサンプラ。
8. 【請求項８】上記第一磁石及び第二磁石が共に円周方向
   にＮ・Ｓ交互の磁極を有する円形磁石である請求項７の
   コアチューブサンプラ。
9. 【請求項９】上記内管が二重構造になっている請求項１
   乃至８のコアチューブサンプラ。