ボーリング拡孔装置
【課題】掘削水の排水系におけるズリの詰まりによる故障を防止することを可能とする。また、掘削水のボーリング孔内からの排水を効率的に行うことを可能にする。
【解決手段】柱状の筐体と、該筐体に軸回転可能に支持されると共に筐体から軸方向に延出する回転シャフト２１と、該回転シャフト２１の周囲に配置され筐体に軸回転可能に支持されると共に筐体の下端面の下方に位置するように周方向に配置された掘削ビット３２が取り付けられた回転円筒部３１とを有すると共に、回転シャフト２１に取り付けられた内側マグネット９ａと、回転円筒部３１に取り付けられた外側マグネット９ｂとを備え、内側マグネット９ａと外側マグネット９ｂとによってマグネットカップリング９を構成し、駆動装置としてのモータ２２によって回転シャフト２１を軸回転させて内側マグネット９ａを周回転させることによって外側マグネット９ｂが取り付けられた回転円筒部３１を軸回転させて掘削ビット３２を周回転させるようにした。
【解決手段】柱状の筐体と、該筐体に軸回転可能に支持されると共に筐体から軸方向に延出する回転シャフト２１と、該回転シャフト２１の周囲に配置され筐体に軸回転可能に支持されると共に筐体の下端面の下方に位置するように周方向に配置された掘削ビット３２が取り付けられた回転円筒部３１とを有すると共に、回転シャフト２１に取り付けられた内側マグネット９ａと、回転円筒部３１に取り付けられた外側マグネット９ｂとを備え、内側マグネット９ａと外側マグネット９ｂとによってマグネットカップリング９を構成し、駆動装置としてのモータ２２によって回転シャフト２１を軸回転させて内側マグネット９ａを周回転させることによって外側マグネット９ｂが取り付けられた回転円筒部３１を軸回転させて掘削ビット３２を周回転させるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボーリング拡孔装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、岩盤に掘削されたボーリング孔の拡孔に用いて好適な装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
岩盤中のボーリング孔内で各種調査を行う際に、ボーリング掘削に伴うカッティングスやスライム等のズリ或いは掘削水に意図的に混入される粘土やポリマー等で孔壁が汚れていると正確な観測やデータ収集が行えない場合がある。具体的は例えば、ボアホールカメラ等による孔壁の観測においては孔壁が汚れていると岩種や断層といった岩盤の観察・判別ができないといった問題があり、孔内透水試験においては孔壁が汚れていると水が流れにくいために正確な岩盤の透水特性が分からないといった問題があり、また、プレッシャーメータ試験等の孔内力学試験においては孔壁が汚れていると岩盤自体の正確な変形特性が分からないといった問題がある。
【０００３】
そして、孔壁が汚れている場合で、実施する調査の内容上問題がある場合には、ボーリング後に清水で孔内の洗浄を行う場合が多い一方でそれだけでは不十分な場合が多い。
【０００４】
このため、孔壁に付いたズリ等を洗浄以外の方法で取り除くために再ボーリング即ち拡孔が行われる。
【０００５】
ここで、再ボーリングをして拡孔をする際に拡孔に伴うズリが掘削水と一緒に流れて孔壁に再度付着してしまうと再ボーリングの目的を達成することができないので、掘削水の流れを制御することによってズリを含む掘削水を孔壁に回り込ませないようにする仕組みが知られている。
【０００６】
ズリを含む掘削水を孔壁に回り込ませないようにする仕組みを採用している従来のボーリング装置としては、例えば、図５に示すように、掘削孔の底部に位置する先頭ケーシング１０９内に、センターバレル１０２の一端に装着される掘削ビット１０１と、掘削ビット１０１を周回転させるモータ１０４と、モータ１０４の下部に連結されるスイベル１０３とが設けられると共に、地上側に位置するケーシングを支える挟持装置（図示せず）を有し、清水がケーシング内に投入されてセンターバレル１０２に形成されたケーシングとの間の隙間１０７から掘削孔の底部に供給されると共に、掘削ビット１０１に形成された吸込孔１０６からセンターバレル１０２とスイベル１０３とを貫通するように形成された中央孔１０８及び地上に至る排水管１０５を経由させて粉砕された土砂を含む掘削水を真空ポンプ（図示せず）によって吸い上げるようにするものがある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１７００８７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１のボーリング装置のように掘削水の排水系にスイベルを用いた場合には、スイベル内にズリが詰まって故障の原因になってしまうという問題がある。このため、装置の駆動安定性が高いとは言い難い。
【０００９】
また、特許文献１のボーリング装置では、ズリを含む掘削水を孔壁に回り込ませないようにすることができる一方で、深部の掘削を行う場合には真空ポンプのみの働きによって掘削水をボーリング孔内から排水することが困難であるので作業効率が低下する或いは高出力の真空ポンプが必要になってしまうという問題がある。このため、装置整備のコストアップにつながる。
【００１０】
そこで、本発明は、掘削水の排水系におけるズリの詰まりによる故障を防止することができ且つ掘削水のボーリング孔内からの排水を効率的に行うことができるボーリング拡孔装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる目的を達成するため、請求項１記載のボーリング拡孔装置は、柱状の筐体と、該筐体に軸回転可能に支持されると共に筐体から軸方向に延出する回転シャフトと、該回転シャフトの周囲に配置され筐体に軸回転可能に支持されると共に筐体の下端面の下方に位置するように周方向に配置された掘削ビットが取り付けられた回転円筒部とを有すると共に、回転シャフトに取り付けられた内側マグネットと、回転円筒部に取り付けられた外側マグネットとを備え、内側マグネットと外側マグネットとによってマグネットカップリングを構成し、駆動装置によって回転シャフトを軸回転させて内側マグネットを周回転させることによって外側マグネットが取り付けられた回転円筒部を軸回転させて掘削ビットを周回転させるようにしている。
【００１２】
したがって、このボーリング拡孔装置によると、マグネットカップリングの働きを利用するようにしているので、ボーリング装置の回転シャフトに対して新たな駆動方式を実現することができる。
【００１３】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のボーリング拡孔装置において、筐体が、下端面に開口部を有して掘削ビットに掘削水を供給するための給水路と、掘削に用いられた後の該掘削水をボーリング孔内から排水するための排水路と、回転シャフトと回転円筒部との間にこれらとの間に隙間を設けて配置されて筐体に固定されるシャフトカバーと、排水路と連通すると共に回転円筒部とシャフトカバーとの間の隙間と連通する排水ポンプ部とを備え、筐体の下端面の給水路の開口部から掘削ビットに掘削水を供給すると共に掘削に用いられた後の該掘削水を回転円筒部の周壁に設けられた貫通口から吸い込んで回転円筒部とシャフトカバーとの間の隙間を通過させて排水ポンプ部に溜めてから排水路に排出するようにしている。
【００１４】
したがって、このボーリング拡孔装置によると、給水路及び排水路を有する筐体は拡孔のための掘削を行う際に軸回転せず、すなわち、回転シャフトと回転円筒部との軸回転に給水路及び排水路は影響を受けることがないので、給水路と排水路とがスイベルを用いることなく構成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のボーリング拡孔装置によれば、給水路と排水路とをスイベルを用いることなく構成することができるので、給排水系の構成を単純にすることができ、特にスイベル内におけるズリの詰まりを避けて装置の駆動の安定性の向上を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のボーリング拡孔装置の実施形態の一例を示す縦断面図で、特に回転系の構成を説明する図である。
【図２】本発明のボーリング拡孔装置の実施形態の一例を示す縦断面図で、特に給排水系の構成を説明する図である。
【図３】本発明のボーリング拡孔装置の実施形態の一例を示す横断面図である。（Ａ）は図１のＩ−Ｉ線で切断した状態を示す横断面図である。（Ｂ）は図１の2−2線で切断した状態を示す横断面図である。（Ｃ）は図１の3−3線で切断した状態を示す横断面図である。
【図４】実施形態のボーリング拡孔装置の下側部分の外観斜視図である。
【図５】従来のボーリング装置を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１から図４に、本発明のボーリング拡孔装置の実施形態の一例を示す。このボーリング拡孔装置１は、柱状の筐体と、該筐体に軸回転可能に支持されると共に筐体から軸方向に延出する回転シャフト２１と、該回転シャフト２１の周囲に配置され筐体に軸回転可能に支持されると共に筐体の下端面の下方に位置するように周方向に配置された掘削ビット３２が取り付けられた回転円筒部３１とを有すると共に、回転シャフト２１に取り付けられた内側マグネット９ａと、回転円筒部３１に取り付けられた外側マグネット９ｂとを備え、内側マグネット９ａと外側マグネット９ｂとによってマグネットカップリング９を構成し、駆動装置としてのモータ２２によって回転シャフト２１を軸回転させて内側マグネット９ａを周回転させることによって外側マグネット９ｂが取り付けられた回転円筒部３１を軸回転させて掘削ビット３２を周回転させるものである。
【００１９】
ここで、以下の説明においては、ボーリング孔の拡孔のための掘削を行う際のボーリング拡孔装置１の姿勢に基づいて上下を定義する。具体的には、ボーリング拡孔装置１は垂直方向に立てられて図１に示す矢印１９の向きに掘進するので、センタライザー６側を下、延長ケーシング連結部８側を上とする。
【００２０】
また、図２は、図２中の縦断面に示す4−4線の位置における横断面に示す5−5線の位置における縦断面を表している。
【００２１】
ボーリング拡孔装置１は、装置の本体部分を形成する筐体に加え、回転系の構成として、筐体の軸心と平行な軸心を中心として軸回転する内部回転系及び外部回転系と、これら内部回転系と外部回転系とを連動して作動させるためのマグネットカップリング９とを有する。
【００２２】
筐体は、大きくは、筐体基部２と、当該筐体基部２の下端部に取り付けられる排水ポンプ部周壁３と、当該排水ポンプ部周壁３の下端に連結される下部ケーシング４と、筐体基部２の上端部に取り付けられる上部ケーシング７と、当該上部ケーシング７の上端に取り付けられる延長ケーシング連結部８とから構成される。そして、これら下部ケーシング４と排水ポンプ部周壁３と筐体基部２と上部ケーシング７と延長ケーシング連結部８とは、積み重ねて連結された状態で全体として円柱形状をなす。
【００２３】
また、ボーリング拡孔装置１は、筐体内部から下方に延出する構造として、筐体基部２の下方に取り付けられた排水ポンプ部周壁３及び下部ケーシング４を貫通して下部ケーシング４の下側に延出するシャフトカバー１０と、当該シャフトカバー１０の下端部に取り付けられるマグネット格納部５とが備えられる。
【００２４】
筐体と筐体内部から下方に延出する構造とは、内部回転系を完全に覆うものであり、内部への水の侵入を防止して内部回転系が掘削水、特にズリを含む掘削水に曝されることを防ぐものである。また、筐体と内部回転系及び外部回転系との間にはベアリングが設けられ、ボーリング孔の拡孔のための掘削を行うために装置が駆動する際に、内部回転系及び外部回転系は軸回転する一方で筐体は軸回転しない構造である。
【００２５】
内部回転系は、大きくは、回転シャフト２１と、当該回転シャフト２１を軸回転させるためのモータ２２と、当該モータ２２の駆動を回転シャフト２１に伝達するための減速機２３及び伝達軸２４とからなる。なお、本実施形態では、ボーリング拡孔装置１は三機のモータ２２を備える。
【００２６】
また、外部回転系は、大きくは、回転円筒部３１と、当該回転円筒部３１の周壁の中間部に周方向横並びに配置され取り付けられる掘削ビット３２と、回転円筒部３１の上端に設けられる排水用羽根３３ａとからなる。
【００２７】
そして、内部回転系の回転シャフト２１の下端部外周面に内側マグネット９ａが取り付けられると共に、外部回転系の回転円筒部３１の下端部内周面の内側マグネット９ａと対向する位置に外側マグネット９ｂが取り付けられ、これら内側マグネット９ａと外側マグネット９ｂとが対になってマグネットカップリング９の主要部分を構成し、モータ２２の駆動による回転シャフト２１の軸回転に連動して回転円筒部３１が軸回転する。
【００２８】
筐体基部２は、ボーリング拡孔装置１の概ね中間に位置する部品であり、径に比して短身の円柱形状に形成される。
【００２９】
筐体基部２は、連結された状態の伝達軸２４と回転シャフト２１とを貫通させる軸心方向即ち上下方向の貫通孔２ａを軸心位置に有する。
【００３０】
筐体基部２は、さらに、拡孔のための掘削時に掘削ビット３２に対して掘削水を供給するための給水路１１の一部を構成する上下方向の貫通路２ｂと、掘削水を吸い上げてボーリング孔内から排水するための排水路１３の一部を構成する上下方向の貫通路２ｃとを有する。
【００３１】
筐体基部２の外周面の上縁部には、周方向帯状の段差であって上部ケーシング７の下縁部が嵌め合わされる上縁嵌合段差２ｄが形成される。そして、当該上縁嵌合段差２ｄには、上部ケーシング７を嵌め合わせた際に両者の連結部分の水密性を確保して上部ケーシング７の防水性を確保するためのＯリング２ｅが取り付けられる。
【００３２】
上部ケーシング７は、円柱形状をなし、下端面に対して突起している外周縁部が筐体基部２の上縁嵌合段差２ｄと嵌合して筐体基部２の上部に取り付けられる。
【００３３】
上部ケーシング７は、連結された状態のモータ２２と減速機２３とを格納するための貫通孔７ａを有する。本実施形態では、ボーリング拡孔装置１は三機のモータ２２を備えるようにしており、上部ケーシング７の軸心の周囲に周方向等間隔に、言い換えれば、軸心位置を中心とする正三角形の頂点位置に、軸心に対して平行に三つの貫通孔７ａ，７ａ，７ａを有する。
【００３４】
上部ケーシング７は、さらに、給水路１１の一部を構成する軸心方向即ち上下方向の貫通孔７ｃと、排水路１３の一部を構成する上下方向の貫通孔７ｄとを有する。給水路貫通孔７ｃと排水路貫通孔７ｄとは、隣り合うモータ格納貫通孔７ａ，７ａの間であって、上部ケーシング７の軸直角断面外縁寄りの位置に設けられる。
【００３５】
また、上部ケーシング７は、下端面に開口部を有して伝達軸２４を格納するギヤ格納凹部７ｂを軸心位置に有する。
【００３６】
各モータ２２は、上部ケーシング７の各モータ格納貫通孔７ａ内に固定される。そして、各モータ２２の下側に各モータ２２の駆動軸と連結されて減速機２３が取り付けられる。
【００３７】
伝達軸２４は、減速機２３を介して出力されるモータ２２の駆動を回転シャフト２１に伝達するものである。伝達軸２４は、中心軸から径方向（言い換えれば軸直角断面方向）に突出して減速機２３のギヤと噛み合うギヤ２４ａを上端寄りの位置に有し、下端部には回転シャフト２１が差し込まれて嵌められる凹部２４ｂを軸心位置に有する。
【００３８】
伝達軸２４のうち、減速機２３のギヤと噛み合うギヤ２４ａが形成されている上側部分は上部ケーシング７下端のギヤ格納凹部７ｂ内に格納され、回転シャフト２１が連結される下側部分は筐体基部２の貫通孔２ａ内に格納される。ここで、各減速機２３のギヤと伝達軸のギヤ２４ａとが噛み合うことができるように、各モータ格納貫通孔７ａの下端寄りの部分であって減速機２３のギヤが位置する部分とギヤ格納凹部７ｂとは側方において連通して形成される。
【００３９】
伝達軸２４は、ギヤ格納凹部７ｂの上面に埋め込まれて取り付けられたボールベアリング等のベアリング２４ｃによってギヤ２４ａの上部に突出する中心軸が軸回転可能に支持されると共に、貫通孔２ａの内周面に取り付けられたベアリング２４ｄによってギヤ２４ａの下側の中心軸が軸回転可能に支持されることにより、筐体基部２及び上部ケーシング７に対して軸回転可能に支持される。そして、モータ２２の駆動を伝達して回転シャフト２１を軸回転させる。
【００４０】
上部ケーシング７の上端部には延長ケーシング連結部８が取り付けられる。延長ケーシング連結部８は、拡孔のための掘削の進捗に合わせてボーリング拡孔装置１をボーリング孔内に徐々に進入させていく際に上端面に延長ケーシング１８を連結するためのジョイントである。延長ケーシング連結部８は、径に比して短身の円柱形状に形成される。
【００４１】
延長ケーシング連結部８の外周面の下縁部には、周方向帯状の段差であって上部ケーシング７の上縁部が嵌め合わされる下縁嵌合段差８ｃが形成される。そして、当該下縁嵌合段差８ｃには、上部ケーシング７を嵌め合わせた際に両者の連結部分の水密性を確保して上部ケーシング７の防水性を確保するためのＯリング８ｄが取り付けられる。
【００４２】
また、延長ケーシング連結部８は、給水路１１の一部を構成するものであって上端面から下端面に通じる流路８ａと、排水路１３の一部を構成するものであって下端面から上端面に通じる流路８ｂとを有する。
【００４３】
一方、筐体基部２の下端面の周縁部には、周方向帯状の段差であって排水ポンプ部周壁３の上端部が嵌め合わされる下縁嵌合段差２ｆが形成される。
【００４４】
排水ポンプ部周壁３は帯状の周壁３ａと底面３ｂとから構成される。底面３ｂの中央部には、回転シャフト２１とシャフトカバー１０と回転円筒部３１とを貫通させるための貫通孔が形成される。また、排水ポンプ部周壁３は、給水路１１の一部を構成する上下方向の貫通孔３ｅを周壁３ａに有する。
【００４５】
ここで、排水ポンプ部周壁３の内部は、掘削ビット３２に供給されて拡孔のための掘削に用いられた後にボーリング孔内から排水される掘削水が溜められる空間である排水ポンプ部３３としての役割を果たす。なお、排水ポンプ部周壁３の上端部が筐体基部２の下端に嵌め合わされた状態で、排水ポンプ部周壁３の内部空間である排水ポンプ部３３と筐体基部２の貫通路２ｃとが連通する。
【００４６】
排水ポンプ部３３には、底面３ｂの貫通孔を通過して排水ポンプ部周壁３の内部に進入する回転円筒部３１の上側部分の上部円筒部３１ａの外周面に取り付けられた排水用羽根３３ａが備えられる。排水用羽根３３ａは可撓性の部材によって排水ポンプ部周壁３の周壁３ａと同等の高さを有するものとして形成される。そして、排水用羽根３３ａは排水ポンプ部３３としての排水ポンプ部周壁３の内部空間を分割するものとして機能する。本実施形態では、回転円筒部３１の上部円筒部３１ａの外周面に周方向等間隔に三つの排水用羽根３３ａが取り付けられる。
【００４７】
また、排水ポンプ部周壁３の周壁３ａの内周面の一部に三日月突起部３３ｂが形成される。三日月突起部３３ｂは、排水ポンプ部周壁３の上端部に嵌め合わされる筐体基部２の貫通路２ｃの開口位置と、上部円筒部３１ａの内周面とシャフトカバー１０の外周面との間の排水空間１２と連通する吸入開口部３３ｃの開口位置との間に形成される。なお、吸入開口部３３ｃは排水ポンプ部３３の上面に開口部を有する。
【００４８】
これにより、回転円筒部３１が軸回転して排水用羽根３３ａが排水ポンプ部３３内を周回転すると（実施例では、図３（Ｂ）に示す断面において時計回りに回転する）、各排水用羽根３３ａによって区分される空間の容積が三日月突起部３３ｂ部分とその前後とにおいてでは変わる。そして、三日月突起部３３ｂ部分とその前後とにおいて空間の容積が変化することによって圧力が変化するので、図３（Ｂ）に示す断面において、排水用羽根３３ａによって区分される空間のうち、吸入開口部３３ｃの位置を含む空間の体積は増加するので排水空間１２から掘削水を吸い上げて排水ポンプ部３３に吸い込み、貫通路２ｃの位置を含む空間の体積は減少するので排水ポンプ部３３から掘削水を貫通路２ｃへと排出する。なお、排水空間１２と排水ポンプ部３３とは吸入開口部３３ｃのみによって連通しており、その他の箇所においてはお互いの水密性が確保されている。この排水ポンプ部３３の働きによって本発明のボーリング拡孔装置では、掘削水をボーリング孔内から排水するための例えば真空ポンプなどが不要になる。
【００４９】
そして、筐体基部２の上端に上部ケーシング７が嵌め合わされると共に当該上部ケーシング７の上端に延長ケーシング連結部８が嵌め合わされて連結された状態で、筐体基部２の貫通路２ｃと上部ケーシング７の貫通孔７ｄと延長ケーシング連結部８の流路８ｂとが連通して排水路１３を形成する。なお、延長ケーシング連結部８の流路８ｂの上端開口部は延長ケーシング連結部８の上端に連結される延長ケーシング１８内に設けられる排水路１３を形成する貫通孔と連通し、これにより、ボーリング拡孔装置１及び延長ケーシング１８内の排水路１３を通過して掘削水はボーリング孔内から排水される。
【００５０】
排水ポンプ部周壁３の下端面の周縁部には、周方向帯状の段差であって下部ケーシング４の周壁上端部が嵌め合わされる下縁嵌合段差３ｄが形成される。
【００５１】
下部ケーシング４は、軸心方向の貫通孔４ａを中央に有する円筒形状に形成される。また、下部ケーシング４は、給水路１１の一部を構成する軸心方向即ち上下方向の貫通孔４ｅを円筒周壁に有する。
【００５２】
そして、下部ケーシング４と排水ポンプ部周壁３と筐体基部２と上部ケーシング７とがそれぞれ嵌め合わされて繋ぎ合わされた状態で、下部ケーシング４の貫通孔４ｅと排水ポンプ部周壁３の貫通孔３ｅと筐体基部２の貫通路２ｂと上部ケーシング７の貫通孔７ｃと延長ケーシング連結部８の流路８ａとが連通して給水路１１を形成する。なお、延長ケーシング連結部８の流路８ａの上端開口部は延長ケーシング連結部８の上端に連結される延長ケーシング１８内に設けられる給水路１１を形成する貫通孔と連通し、これにより、ボーリング孔外に設けられたポンプなどの給水設備（図示せず）から延長ケーシング１８内及びボーリング拡孔装置１の給水路１１を通過して掘削水が掘削ビット３２に供給される。
【００５３】
なお、本実施形態では、筐体基部２の下端面の周縁部（即ち下縁嵌合段差２ｆ部分）に、周方向等間隔・上下方向に六つの雌ねじ孔が形成される。また、排水ポンプ部周壁３の周壁３ａ部分に、周方向等間隔・上下方向に六つの貫通孔が形成される。さらに、下部ケーシング４の円筒周壁に、周方向等間隔・上下方向に六つの貫通孔が形成される。そして、筐体基部２と排水ポンプ部周壁３と下部ケーシング４とを繋ぎ合わせ、先端部分に雄ねじが形成された連結軸１４を下部ケーシング４側から貫通孔に挿通させると共に連結軸１４の先端の雄ねじ部分を筐体基部２の雌ねじ孔にねじ止めすることによってこれら三つの部品２，３，４を固定する。
【００５４】
回転シャフト２１は、筐体基部２の貫通孔２ａ内で上端部分が伝達軸２４と連接すると共に、貫通孔２ａから筐体基部２の下側に向かって延出する。
【００５５】
また、回転シャフト２１は、下端寄りの位置に、他の部分よりも径が一回り大きく形成されたマグネット固定部２１ａを有する。
【００５６】
そして、角柱形状の内側マグネット９ａが、回転シャフト２１の軸心方向と平行に、マグネット固定部２１ａの外周面に周方向等間隔に取り付けられる。なお、内側マグネット９ａは、本実施形態では８本取り付けられる。
【００５７】
筐体基部２の貫通孔２ａの下側部分は、回転シャフト２１の径よりも径が大きく形成される。そして、回転シャフト２１の側面を囲う円筒形状のシャフトカバー１０が、貫通孔２ａ下側部分の径が大きくなっている部分に差し込まれて筐体基部２の下側に向かって延出して固定される。そして、貫通孔２ａの内周面には、シャフトカバー１０を差し込んで嵌め合わせた際の両者の連結部分の水密性を確保するためのＯリング２ｉが取り付けられる。ここで、回転シャフト２１が自在に軸回転することができるようにシャフトカバー１０の内周面と回転シャフト２１の外周面との間には隙間が設けられる。
【００５８】
シャフトカバー１０の下端部分にマグネット格納部５が取り付けられる。マグネット格納部５は、回転シャフト２１の下端寄りの位置に取り付けられたマグネット固定部２１ａ及び内側マグネット９ａを内部に格納する。
【００５９】
マグネット格納部５は、上端面に開口部を有して回転シャフト２１を挿入させるための挿通孔５ａを有する。この挿通孔５ａの上側部分は、回転シャフト２１の径よりも径が大きく形成される。そして、挿通孔５ａの径が大きくなっている部分にシャフトカバー１０が差し込まれて固定されることによってマグネット格納部５がシャフトカバー１０の下端部に取り付けられる。そして、挿通孔５ａの内周面には、シャフトカバー１０を嵌め合わせた際に両者の連結部分の水密性を確保するためのＯリング５ｂが取り付けられる。
【００６０】
マグネット格納部５は挿通孔５ａと連通する中空部５ｃを有し、当該中空部５ｃにマグネット固定部２１ａ及び内側マグネット９ａを格納する。ここで、回転シャフト２１及び当該シャフトに取り付けられた内側マグネット９ａが自在に周回することができるように中空部５ｃの壁面（即ちマグネット格納部５の内周面）と内側マグネット９ａの外周面との間には隙間が設けられる。
【００６１】
回転シャフト２１は、中空部５ｃ上部の挿通孔５ａ内周面に取り付けられたベアリング５ｄによって軸回転可能に支持されると共に中空部５ｃの下面に埋め込まれて取り付けられたベアリング５ｅによってマグネット固定部２１ａの下部に突出する部分が軸回転可能に支持され、これによってマグネット格納部５に対して軸回転可能に支持される。
【００６２】
回転円筒部３１は、大きくは、上部円筒部３１ａと、当該上部円筒部３１ａ下端に形成される掘削ビット取付部３１ｂと、当該掘削ビット取付部３１ｂの下側に形成される下部円筒部３１ｃとからなる。
【００６３】
回転円筒部３１の上部円筒部３１ａは下部ケーシング４とシャフトカバー１０との間に挿入される。また、上部円筒部３１ａの上端部分が排水ポンプ部３３内に進入する。
【００６４】
上部円筒部３１ａは、下部ケーシング４の中央貫通孔４ａの内周面の、上部開口部及び下部開口部に取り付けられた一対のベアリング４ｂ，４ｃによって軸回転可能に支持される。
【００６５】
掘削ビット取付部３１ｂは、上部円筒部３１ａの下端に連接して形成され、下部ケーシング４の下端面に近接した位置において上部円筒部３１ａに対して径方向に張り出して形成される。そして、掘削ビット取付部３１ｂの側面（即ち周面）に、周方向横並び等間隔に、本実施形態では８個の掘削ビット３２がねじ止めされて取り付けられる。なお、本発明においては、掘削ビット３２はボーリング孔の掘削や拡孔に用いられる一般的なビットが用いられる。
【００６６】
回転円筒部３１の周壁であって掘削ビット取付部３１ｂと下部円筒部３１ｃとの境界部分に、拡孔のための掘削時に掘削ビット３２に対して供給された掘削水をボーリング孔内から排水するために回転円筒部３１内に取り入れるための貫通口３１ｄが設けられる。貫通口３１ｄは各掘削ビット３２の取り付け位置の下側に設けられ、本実施形態では８個の貫通口３１ｄが周方向に横並びで設けられる。
【００６７】
下部円筒部３１ｃは、マグネット格納部５の外周を取り巻いて覆うように、掘削ビット取付部３１ｂの下側に連接して形成される。
【００６８】
下部円筒部３１ｃの内周面には、角柱形状の外側マグネット９ｂが、下部円筒部３１ｃの軸心方向と平行に、周方向等間隔に且つ内側マグネット９ａに対向する高さに取り付けられる。また、下部円筒部３１ｃの内周面の内側マグネット９ａが取り付けられた位置の上側と下側とに、内側マグネット９ａが取り付けられた空間に大きなズリが入ることを防ぐためのダストシール３１ｅが周方向に取り付けられる。これにより、マグネット格納部５の外周面と内側マグネット９ａの内周面との間に大きなズリが入り込んでしまって下部円筒部３１ｃの回転が阻害されることが防がれ、下部円筒部３１ｃの円滑な回転が確保される。
【００６９】
本実施形態では、内側マグネット９ａに対応させて８本の外側マグネット９ｂが取り付けられる。そして、内側マグネット９ａと外側マグネット９ｂとによってマグネットカップリング９が構成される。
【００７０】
ここで、拡孔のための掘削時に掘削ビット３２に供給され掘削に伴って発生したズリが含められた掘削水を貫通口３１ｄから吸い込んで排水ポンプ部３３へと送るために回転円筒部３１の内周面とシャフトカバー１０及びマグネット格納部５の外周面との間にズリを含んだ掘削水を通過させるための空隙が設けられ、当該空隙によって排水空間１２が形成される。
【００７１】
マグネット格納部５の下端部にはセンタライザー６が取り付けられる。センタライザー６は拡孔のための掘削を行う際にボーリング拡孔装置１を既に掘削されているボーリング孔の中心に位置させるためのものであり、これにより、既に掘削されているボーリング孔の周囲を均等に掘削して拡孔することができる。本実施形態では、センタライザー６はマグネット格納部５の下端面にねじ止めされて取り付けられる。
【００７２】
以上の構成により、本発明のボーリング拡孔装置１は、筐体である筐体基部２と排水ポンプ部周壁３と下部ケーシング４と上部ケーシング７と延長ケーシング連結部８とが、下部ケーシング４の下端面に開口部を有して掘削ビット３２に掘削水を供給するための給水路１１と、掘削に用いられた後の掘削水をボーリング孔内から排水するための排水路１３と、回転シャフト２１と回転円筒部３１との間にこれらとの間に隙間を設けて配置されて筐体基部２に固定されるシャフトカバー１０と、排水路１３と連通すると共に回転円筒部３１とシャフトカバー１０との間の隙間である排水空間１２と連通する排水ポンプ部３３とを備え、下部ケーシング４の下端面の給水路１１の開口部から掘削ビット３２に掘削水を供給すると共に掘削に用いられた後の掘削水を回転円筒部３１の周壁に設けられた貫通口３１ｄから吸い込んで回転円筒部３１とシャフトカバー１０との間の隙間である排水空間１２を通過させて排水ポンプ部３３に溜めてから排水路１３に排出することができる。
【００７３】
そして、以上の構造により、本発明のボーリング拡孔装置１においては、内部回転系を構成するモータ２２，減速機２３，伝達軸２４及び回転シャフト２１並びに内側マグネット９ａが、筐体を構成する延長ケーシング連結部８，上部ケーシング７及び筐体基部２並びにシャフトカバー１０，マグネット格納部５によって水密性が保たれて防水状態で完全に覆われる。
【００７４】
そして、本発明のボーリング拡孔装置１においては、掘削水１５ａ（例えば清水；図２において白抜き矢印で表す）が、給水路１１を経由し、下部ケーシング４の下端に達する給水路１１の下端開口部であって具体的には貫通孔４ｅの下端開口部から掘削ビット３２に供給される。なお、掘削水１５ａが供給される貫通孔４ｅの下端開口部は掘削ビット３２近接した位置に位置している。そして、掘削ビット３２が掘削を行うことによってズリが発生し、掘削ビット３２に供給された掘削水はズリを含んだ状態になる。
【００７５】
掘削のズリを含んだ掘削水１５ｂ（図２において黒矢印で表す）は掘削ビット３２の下方に開口部を有する貫通口３１ｄから回転円筒部３１内の排水空間１２に吸い込まれる。そして、ズリを含んだ掘削水１５ｂはシャフトカバー１０の外周面と上部円筒部３１ａの内周面との間の空隙即ち排水空間１２を通過して排水ポンプ部３３に吸い上げられる。
【００７６】
そして、排水ポンプ部３３に吸い上げられたズリを含んだ掘削水１５ｂは、マグネットカップリング９の働きによる回転円筒部３１の軸回転に伴って排水用羽根３３ａが排水ポンプ部３３内で回転することによって排水路１３の下端開口部（具体的には筐体基部２の貫通路２ｃの下端開口部）から排水路１３へと送り出される。そして、ズリを含んだ掘削水１５ｂは更に延長ケーシング内の排水路を経由してボーリング孔内から排水される。
【００７７】
本発明のボーリング拡孔装置１によれば、以上の構成により、筐体基部２に取り付けられる上部ケーシング７と排水ポンプ部周壁３及びこれに取り付けられる下部ケーシング４とは拡孔のための掘削中に軸回転することがなく、さらに、筐体基部２に取り付けられるシャフトカバー１０及びこれに取り付けられるマグネット格納部５及びこれに取り付けられるセンタライザー６は拡孔のための掘削中に軸回転することがない。
【００７８】
そして、本発明のボーリング拡孔装置１によれば、以上の構成により、モータ２２の駆動が減速機２３と伝達軸２４と回転シャフト２１とを介して伝達されて内側マグネット９ａが周回転（言い換えれば、回転シャフトの軸心を中心として公転）し、当該内側マグネット９ａと外側マグネット９ｂとによって形成されるマグネットカップリング９の働きによって外側マグネット９ｂが周回転する。これにより、回転円筒部３１が軸回転し、それに伴って掘削ビット３２が周回転することによってボーリング孔の周壁が掘削されて拡孔が行われる。
【００７９】
以上の構成を有する本発明のボーリング拡孔装置によれば、給水路１１と排水路１３とをスイベルを用いることなく構成することができる。このため、給排水系の構成を単純にすることができ、特にスイベル内におけるズリの詰まりを避けて装置の駆動の安定性の向上を図ることができる。
【００８０】
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。
【符号の説明】
【００８１】
１ ボーリング拡孔装置
２ 筐体基部
３ 排水ポンプ部周壁
４ 下部ケーシング
５ マグネット格納部
７ 上部ケーシング
９ マグネットカップリング
９ａ 内側マグネット
９ｂ 外側マグネット
２１ 回転シャフト
２２ モータ
３１ 回転円筒部
３２ 掘削ビット
３３ 排水ポンプ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボーリング拡孔装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、岩盤に掘削されたボーリング孔の拡孔に用いて好適な装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
岩盤中のボーリング孔内で各種調査を行う際に、ボーリング掘削に伴うカッティングスやスライム等のズリ或いは掘削水に意図的に混入される粘土やポリマー等で孔壁が汚れていると正確な観測やデータ収集が行えない場合がある。具体的は例えば、ボアホールカメラ等による孔壁の観測においては孔壁が汚れていると岩種や断層といった岩盤の観察・判別ができないといった問題があり、孔内透水試験においては孔壁が汚れていると水が流れにくいために正確な岩盤の透水特性が分からないといった問題があり、また、プレッシャーメータ試験等の孔内力学試験においては孔壁が汚れていると岩盤自体の正確な変形特性が分からないといった問題がある。
【０００３】
そして、孔壁が汚れている場合で、実施する調査の内容上問題がある場合には、ボーリング後に清水で孔内の洗浄を行う場合が多い一方でそれだけでは不十分な場合が多い。
【０００４】
このため、孔壁に付いたズリ等を洗浄以外の方法で取り除くために再ボーリング即ち拡孔が行われる。
【０００５】
ここで、再ボーリングをして拡孔をする際に拡孔に伴うズリが掘削水と一緒に流れて孔壁に再度付着してしまうと再ボーリングの目的を達成することができないので、掘削水の流れを制御することによってズリを含む掘削水を孔壁に回り込ませないようにする仕組みが知られている。
【０００６】
ズリを含む掘削水を孔壁に回り込ませないようにする仕組みを採用している従来のボーリング装置としては、例えば、図５に示すように、掘削孔の底部に位置する先頭ケーシング１０９内に、センターバレル１０２の一端に装着される掘削ビット１０１と、掘削ビット１０１を周回転させるモータ１０４と、モータ１０４の下部に連結されるスイベル１０３とが設けられると共に、地上側に位置するケーシングを支える挟持装置（図示せず）を有し、清水がケーシング内に投入されてセンターバレル１０２に形成されたケーシングとの間の隙間１０７から掘削孔の底部に供給されると共に、掘削ビット１０１に形成された吸込孔１０６からセンターバレル１０２とスイベル１０３とを貫通するように形成された中央孔１０８及び地上に至る排水管１０５を経由させて粉砕された土砂を含む掘削水を真空ポンプ（図示せず）によって吸い上げるようにするものがある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１７００８７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１のボーリング装置のように掘削水の排水系にスイベルを用いた場合には、スイベル内にズリが詰まって故障の原因になってしまうという問題がある。このため、装置の駆動安定性が高いとは言い難い。
【０００９】
また、特許文献１のボーリング装置では、ズリを含む掘削水を孔壁に回り込ませないようにすることができる一方で、深部の掘削を行う場合には真空ポンプのみの働きによって掘削水をボーリング孔内から排水することが困難であるので作業効率が低下する或いは高出力の真空ポンプが必要になってしまうという問題がある。このため、装置整備のコストアップにつながる。
【００１０】
そこで、本発明は、掘削水の排水系におけるズリの詰まりによる故障を防止することができ且つ掘削水のボーリング孔内からの排水を効率的に行うことができるボーリング拡孔装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる目的を達成するため、請求項１記載のボーリング拡孔装置は、柱状の筐体と、該筐体に軸回転可能に支持されると共に筐体から軸方向に延出する回転シャフトと、該回転シャフトの周囲に配置され筐体に軸回転可能に支持されると共に筐体の下端面の下方に位置するように周方向に配置された掘削ビットが取り付けられた回転円筒部とを有すると共に、回転シャフトに取り付けられた内側マグネットと、回転円筒部に取り付けられた外側マグネットとを備え、内側マグネットと外側マグネットとによってマグネットカップリングを構成し、駆動装置によって回転シャフトを軸回転させて内側マグネットを周回転させることによって外側マグネットが取り付けられた回転円筒部を軸回転させて掘削ビットを周回転させるようにしている。
【００１２】
したがって、このボーリング拡孔装置によると、マグネットカップリングの働きを利用するようにしているので、ボーリング装置の回転シャフトに対して新たな駆動方式を実現することができる。
【００１３】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のボーリング拡孔装置において、筐体が、下端面に開口部を有して掘削ビットに掘削水を供給するための給水路と、掘削に用いられた後の該掘削水をボーリング孔内から排水するための排水路と、回転シャフトと回転円筒部との間にこれらとの間に隙間を設けて配置されて筐体に固定されるシャフトカバーと、排水路と連通すると共に回転円筒部とシャフトカバーとの間の隙間と連通する排水ポンプ部とを備え、筐体の下端面の給水路の開口部から掘削ビットに掘削水を供給すると共に掘削に用いられた後の該掘削水を回転円筒部の周壁に設けられた貫通口から吸い込んで回転円筒部とシャフトカバーとの間の隙間を通過させて排水ポンプ部に溜めてから排水路に排出するようにしている。
【００１４】
したがって、このボーリング拡孔装置によると、給水路及び排水路を有する筐体は拡孔のための掘削を行う際に軸回転せず、すなわち、回転シャフトと回転円筒部との軸回転に給水路及び排水路は影響を受けることがないので、給水路と排水路とがスイベルを用いることなく構成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のボーリング拡孔装置によれば、給水路と排水路とをスイベルを用いることなく構成することができるので、給排水系の構成を単純にすることができ、特にスイベル内におけるズリの詰まりを避けて装置の駆動の安定性の向上を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のボーリング拡孔装置の実施形態の一例を示す縦断面図で、特に回転系の構成を説明する図である。
【図２】本発明のボーリング拡孔装置の実施形態の一例を示す縦断面図で、特に給排水系の構成を説明する図である。
【図３】本発明のボーリング拡孔装置の実施形態の一例を示す横断面図である。（Ａ）は図１のＩ−Ｉ線で切断した状態を示す横断面図である。（Ｂ）は図１の2−2線で切断した状態を示す横断面図である。（Ｃ）は図１の3−3線で切断した状態を示す横断面図である。
【図４】実施形態のボーリング拡孔装置の下側部分の外観斜視図である。
【図５】従来のボーリング装置を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１から図４に、本発明のボーリング拡孔装置の実施形態の一例を示す。このボーリング拡孔装置１は、柱状の筐体と、該筐体に軸回転可能に支持されると共に筐体から軸方向に延出する回転シャフト２１と、該回転シャフト２１の周囲に配置され筐体に軸回転可能に支持されると共に筐体の下端面の下方に位置するように周方向に配置された掘削ビット３２が取り付けられた回転円筒部３１とを有すると共に、回転シャフト２１に取り付けられた内側マグネット９ａと、回転円筒部３１に取り付けられた外側マグネット９ｂとを備え、内側マグネット９ａと外側マグネット９ｂとによってマグネットカップリング９を構成し、駆動装置としてのモータ２２によって回転シャフト２１を軸回転させて内側マグネット９ａを周回転させることによって外側マグネット９ｂが取り付けられた回転円筒部３１を軸回転させて掘削ビット３２を周回転させるものである。
【００１９】
ここで、以下の説明においては、ボーリング孔の拡孔のための掘削を行う際のボーリング拡孔装置１の姿勢に基づいて上下を定義する。具体的には、ボーリング拡孔装置１は垂直方向に立てられて図１に示す矢印１９の向きに掘進するので、センタライザー６側を下、延長ケーシング連結部８側を上とする。
【００２０】
また、図２は、図２中の縦断面に示す4−4線の位置における横断面に示す5−5線の位置における縦断面を表している。
【００２１】
ボーリング拡孔装置１は、装置の本体部分を形成する筐体に加え、回転系の構成として、筐体の軸心と平行な軸心を中心として軸回転する内部回転系及び外部回転系と、これら内部回転系と外部回転系とを連動して作動させるためのマグネットカップリング９とを有する。
【００２２】
筐体は、大きくは、筐体基部２と、当該筐体基部２の下端部に取り付けられる排水ポンプ部周壁３と、当該排水ポンプ部周壁３の下端に連結される下部ケーシング４と、筐体基部２の上端部に取り付けられる上部ケーシング７と、当該上部ケーシング７の上端に取り付けられる延長ケーシング連結部８とから構成される。そして、これら下部ケーシング４と排水ポンプ部周壁３と筐体基部２と上部ケーシング７と延長ケーシング連結部８とは、積み重ねて連結された状態で全体として円柱形状をなす。
【００２３】
また、ボーリング拡孔装置１は、筐体内部から下方に延出する構造として、筐体基部２の下方に取り付けられた排水ポンプ部周壁３及び下部ケーシング４を貫通して下部ケーシング４の下側に延出するシャフトカバー１０と、当該シャフトカバー１０の下端部に取り付けられるマグネット格納部５とが備えられる。
【００２４】
筐体と筐体内部から下方に延出する構造とは、内部回転系を完全に覆うものであり、内部への水の侵入を防止して内部回転系が掘削水、特にズリを含む掘削水に曝されることを防ぐものである。また、筐体と内部回転系及び外部回転系との間にはベアリングが設けられ、ボーリング孔の拡孔のための掘削を行うために装置が駆動する際に、内部回転系及び外部回転系は軸回転する一方で筐体は軸回転しない構造である。
【００２５】
内部回転系は、大きくは、回転シャフト２１と、当該回転シャフト２１を軸回転させるためのモータ２２と、当該モータ２２の駆動を回転シャフト２１に伝達するための減速機２３及び伝達軸２４とからなる。なお、本実施形態では、ボーリング拡孔装置１は三機のモータ２２を備える。
【００２６】
また、外部回転系は、大きくは、回転円筒部３１と、当該回転円筒部３１の周壁の中間部に周方向横並びに配置され取り付けられる掘削ビット３２と、回転円筒部３１の上端に設けられる排水用羽根３３ａとからなる。
【００２７】
そして、内部回転系の回転シャフト２１の下端部外周面に内側マグネット９ａが取り付けられると共に、外部回転系の回転円筒部３１の下端部内周面の内側マグネット９ａと対向する位置に外側マグネット９ｂが取り付けられ、これら内側マグネット９ａと外側マグネット９ｂとが対になってマグネットカップリング９の主要部分を構成し、モータ２２の駆動による回転シャフト２１の軸回転に連動して回転円筒部３１が軸回転する。
【００２８】
筐体基部２は、ボーリング拡孔装置１の概ね中間に位置する部品であり、径に比して短身の円柱形状に形成される。
【００２９】
筐体基部２は、連結された状態の伝達軸２４と回転シャフト２１とを貫通させる軸心方向即ち上下方向の貫通孔２ａを軸心位置に有する。
【００３０】
筐体基部２は、さらに、拡孔のための掘削時に掘削ビット３２に対して掘削水を供給するための給水路１１の一部を構成する上下方向の貫通路２ｂと、掘削水を吸い上げてボーリング孔内から排水するための排水路１３の一部を構成する上下方向の貫通路２ｃとを有する。
【００３１】
筐体基部２の外周面の上縁部には、周方向帯状の段差であって上部ケーシング７の下縁部が嵌め合わされる上縁嵌合段差２ｄが形成される。そして、当該上縁嵌合段差２ｄには、上部ケーシング７を嵌め合わせた際に両者の連結部分の水密性を確保して上部ケーシング７の防水性を確保するためのＯリング２ｅが取り付けられる。
【００３２】
上部ケーシング７は、円柱形状をなし、下端面に対して突起している外周縁部が筐体基部２の上縁嵌合段差２ｄと嵌合して筐体基部２の上部に取り付けられる。
【００３３】
上部ケーシング７は、連結された状態のモータ２２と減速機２３とを格納するための貫通孔７ａを有する。本実施形態では、ボーリング拡孔装置１は三機のモータ２２を備えるようにしており、上部ケーシング７の軸心の周囲に周方向等間隔に、言い換えれば、軸心位置を中心とする正三角形の頂点位置に、軸心に対して平行に三つの貫通孔７ａ，７ａ，７ａを有する。
【００３４】
上部ケーシング７は、さらに、給水路１１の一部を構成する軸心方向即ち上下方向の貫通孔７ｃと、排水路１３の一部を構成する上下方向の貫通孔７ｄとを有する。給水路貫通孔７ｃと排水路貫通孔７ｄとは、隣り合うモータ格納貫通孔７ａ，７ａの間であって、上部ケーシング７の軸直角断面外縁寄りの位置に設けられる。
【００３５】
また、上部ケーシング７は、下端面に開口部を有して伝達軸２４を格納するギヤ格納凹部７ｂを軸心位置に有する。
【００３６】
各モータ２２は、上部ケーシング７の各モータ格納貫通孔７ａ内に固定される。そして、各モータ２２の下側に各モータ２２の駆動軸と連結されて減速機２３が取り付けられる。
【００３７】
伝達軸２４は、減速機２３を介して出力されるモータ２２の駆動を回転シャフト２１に伝達するものである。伝達軸２４は、中心軸から径方向（言い換えれば軸直角断面方向）に突出して減速機２３のギヤと噛み合うギヤ２４ａを上端寄りの位置に有し、下端部には回転シャフト２１が差し込まれて嵌められる凹部２４ｂを軸心位置に有する。
【００３８】
伝達軸２４のうち、減速機２３のギヤと噛み合うギヤ２４ａが形成されている上側部分は上部ケーシング７下端のギヤ格納凹部７ｂ内に格納され、回転シャフト２１が連結される下側部分は筐体基部２の貫通孔２ａ内に格納される。ここで、各減速機２３のギヤと伝達軸のギヤ２４ａとが噛み合うことができるように、各モータ格納貫通孔７ａの下端寄りの部分であって減速機２３のギヤが位置する部分とギヤ格納凹部７ｂとは側方において連通して形成される。
【００３９】
伝達軸２４は、ギヤ格納凹部７ｂの上面に埋め込まれて取り付けられたボールベアリング等のベアリング２４ｃによってギヤ２４ａの上部に突出する中心軸が軸回転可能に支持されると共に、貫通孔２ａの内周面に取り付けられたベアリング２４ｄによってギヤ２４ａの下側の中心軸が軸回転可能に支持されることにより、筐体基部２及び上部ケーシング７に対して軸回転可能に支持される。そして、モータ２２の駆動を伝達して回転シャフト２１を軸回転させる。
【００４０】
上部ケーシング７の上端部には延長ケーシング連結部８が取り付けられる。延長ケーシング連結部８は、拡孔のための掘削の進捗に合わせてボーリング拡孔装置１をボーリング孔内に徐々に進入させていく際に上端面に延長ケーシング１８を連結するためのジョイントである。延長ケーシング連結部８は、径に比して短身の円柱形状に形成される。
【００４１】
延長ケーシング連結部８の外周面の下縁部には、周方向帯状の段差であって上部ケーシング７の上縁部が嵌め合わされる下縁嵌合段差８ｃが形成される。そして、当該下縁嵌合段差８ｃには、上部ケーシング７を嵌め合わせた際に両者の連結部分の水密性を確保して上部ケーシング７の防水性を確保するためのＯリング８ｄが取り付けられる。
【００４２】
また、延長ケーシング連結部８は、給水路１１の一部を構成するものであって上端面から下端面に通じる流路８ａと、排水路１３の一部を構成するものであって下端面から上端面に通じる流路８ｂとを有する。
【００４３】
一方、筐体基部２の下端面の周縁部には、周方向帯状の段差であって排水ポンプ部周壁３の上端部が嵌め合わされる下縁嵌合段差２ｆが形成される。
【００４４】
排水ポンプ部周壁３は帯状の周壁３ａと底面３ｂとから構成される。底面３ｂの中央部には、回転シャフト２１とシャフトカバー１０と回転円筒部３１とを貫通させるための貫通孔が形成される。また、排水ポンプ部周壁３は、給水路１１の一部を構成する上下方向の貫通孔３ｅを周壁３ａに有する。
【００４５】
ここで、排水ポンプ部周壁３の内部は、掘削ビット３２に供給されて拡孔のための掘削に用いられた後にボーリング孔内から排水される掘削水が溜められる空間である排水ポンプ部３３としての役割を果たす。なお、排水ポンプ部周壁３の上端部が筐体基部２の下端に嵌め合わされた状態で、排水ポンプ部周壁３の内部空間である排水ポンプ部３３と筐体基部２の貫通路２ｃとが連通する。
【００４６】
排水ポンプ部３３には、底面３ｂの貫通孔を通過して排水ポンプ部周壁３の内部に進入する回転円筒部３１の上側部分の上部円筒部３１ａの外周面に取り付けられた排水用羽根３３ａが備えられる。排水用羽根３３ａは可撓性の部材によって排水ポンプ部周壁３の周壁３ａと同等の高さを有するものとして形成される。そして、排水用羽根３３ａは排水ポンプ部３３としての排水ポンプ部周壁３の内部空間を分割するものとして機能する。本実施形態では、回転円筒部３１の上部円筒部３１ａの外周面に周方向等間隔に三つの排水用羽根３３ａが取り付けられる。
【００４７】
また、排水ポンプ部周壁３の周壁３ａの内周面の一部に三日月突起部３３ｂが形成される。三日月突起部３３ｂは、排水ポンプ部周壁３の上端部に嵌め合わされる筐体基部２の貫通路２ｃの開口位置と、上部円筒部３１ａの内周面とシャフトカバー１０の外周面との間の排水空間１２と連通する吸入開口部３３ｃの開口位置との間に形成される。なお、吸入開口部３３ｃは排水ポンプ部３３の上面に開口部を有する。
【００４８】
これにより、回転円筒部３１が軸回転して排水用羽根３３ａが排水ポンプ部３３内を周回転すると（実施例では、図３（Ｂ）に示す断面において時計回りに回転する）、各排水用羽根３３ａによって区分される空間の容積が三日月突起部３３ｂ部分とその前後とにおいてでは変わる。そして、三日月突起部３３ｂ部分とその前後とにおいて空間の容積が変化することによって圧力が変化するので、図３（Ｂ）に示す断面において、排水用羽根３３ａによって区分される空間のうち、吸入開口部３３ｃの位置を含む空間の体積は増加するので排水空間１２から掘削水を吸い上げて排水ポンプ部３３に吸い込み、貫通路２ｃの位置を含む空間の体積は減少するので排水ポンプ部３３から掘削水を貫通路２ｃへと排出する。なお、排水空間１２と排水ポンプ部３３とは吸入開口部３３ｃのみによって連通しており、その他の箇所においてはお互いの水密性が確保されている。この排水ポンプ部３３の働きによって本発明のボーリング拡孔装置では、掘削水をボーリング孔内から排水するための例えば真空ポンプなどが不要になる。
【００４９】
そして、筐体基部２の上端に上部ケーシング７が嵌め合わされると共に当該上部ケーシング７の上端に延長ケーシング連結部８が嵌め合わされて連結された状態で、筐体基部２の貫通路２ｃと上部ケーシング７の貫通孔７ｄと延長ケーシング連結部８の流路８ｂとが連通して排水路１３を形成する。なお、延長ケーシング連結部８の流路８ｂの上端開口部は延長ケーシング連結部８の上端に連結される延長ケーシング１８内に設けられる排水路１３を形成する貫通孔と連通し、これにより、ボーリング拡孔装置１及び延長ケーシング１８内の排水路１３を通過して掘削水はボーリング孔内から排水される。
【００５０】
排水ポンプ部周壁３の下端面の周縁部には、周方向帯状の段差であって下部ケーシング４の周壁上端部が嵌め合わされる下縁嵌合段差３ｄが形成される。
【００５１】
下部ケーシング４は、軸心方向の貫通孔４ａを中央に有する円筒形状に形成される。また、下部ケーシング４は、給水路１１の一部を構成する軸心方向即ち上下方向の貫通孔４ｅを円筒周壁に有する。
【００５２】
そして、下部ケーシング４と排水ポンプ部周壁３と筐体基部２と上部ケーシング７とがそれぞれ嵌め合わされて繋ぎ合わされた状態で、下部ケーシング４の貫通孔４ｅと排水ポンプ部周壁３の貫通孔３ｅと筐体基部２の貫通路２ｂと上部ケーシング７の貫通孔７ｃと延長ケーシング連結部８の流路８ａとが連通して給水路１１を形成する。なお、延長ケーシング連結部８の流路８ａの上端開口部は延長ケーシング連結部８の上端に連結される延長ケーシング１８内に設けられる給水路１１を形成する貫通孔と連通し、これにより、ボーリング孔外に設けられたポンプなどの給水設備（図示せず）から延長ケーシング１８内及びボーリング拡孔装置１の給水路１１を通過して掘削水が掘削ビット３２に供給される。
【００５３】
なお、本実施形態では、筐体基部２の下端面の周縁部（即ち下縁嵌合段差２ｆ部分）に、周方向等間隔・上下方向に六つの雌ねじ孔が形成される。また、排水ポンプ部周壁３の周壁３ａ部分に、周方向等間隔・上下方向に六つの貫通孔が形成される。さらに、下部ケーシング４の円筒周壁に、周方向等間隔・上下方向に六つの貫通孔が形成される。そして、筐体基部２と排水ポンプ部周壁３と下部ケーシング４とを繋ぎ合わせ、先端部分に雄ねじが形成された連結軸１４を下部ケーシング４側から貫通孔に挿通させると共に連結軸１４の先端の雄ねじ部分を筐体基部２の雌ねじ孔にねじ止めすることによってこれら三つの部品２，３，４を固定する。
【００５４】
回転シャフト２１は、筐体基部２の貫通孔２ａ内で上端部分が伝達軸２４と連接すると共に、貫通孔２ａから筐体基部２の下側に向かって延出する。
【００５５】
また、回転シャフト２１は、下端寄りの位置に、他の部分よりも径が一回り大きく形成されたマグネット固定部２１ａを有する。
【００５６】
そして、角柱形状の内側マグネット９ａが、回転シャフト２１の軸心方向と平行に、マグネット固定部２１ａの外周面に周方向等間隔に取り付けられる。なお、内側マグネット９ａは、本実施形態では８本取り付けられる。
【００５７】
筐体基部２の貫通孔２ａの下側部分は、回転シャフト２１の径よりも径が大きく形成される。そして、回転シャフト２１の側面を囲う円筒形状のシャフトカバー１０が、貫通孔２ａ下側部分の径が大きくなっている部分に差し込まれて筐体基部２の下側に向かって延出して固定される。そして、貫通孔２ａの内周面には、シャフトカバー１０を差し込んで嵌め合わせた際の両者の連結部分の水密性を確保するためのＯリング２ｉが取り付けられる。ここで、回転シャフト２１が自在に軸回転することができるようにシャフトカバー１０の内周面と回転シャフト２１の外周面との間には隙間が設けられる。
【００５８】
シャフトカバー１０の下端部分にマグネット格納部５が取り付けられる。マグネット格納部５は、回転シャフト２１の下端寄りの位置に取り付けられたマグネット固定部２１ａ及び内側マグネット９ａを内部に格納する。
【００５９】
マグネット格納部５は、上端面に開口部を有して回転シャフト２１を挿入させるための挿通孔５ａを有する。この挿通孔５ａの上側部分は、回転シャフト２１の径よりも径が大きく形成される。そして、挿通孔５ａの径が大きくなっている部分にシャフトカバー１０が差し込まれて固定されることによってマグネット格納部５がシャフトカバー１０の下端部に取り付けられる。そして、挿通孔５ａの内周面には、シャフトカバー１０を嵌め合わせた際に両者の連結部分の水密性を確保するためのＯリング５ｂが取り付けられる。
【００６０】
マグネット格納部５は挿通孔５ａと連通する中空部５ｃを有し、当該中空部５ｃにマグネット固定部２１ａ及び内側マグネット９ａを格納する。ここで、回転シャフト２１及び当該シャフトに取り付けられた内側マグネット９ａが自在に周回することができるように中空部５ｃの壁面（即ちマグネット格納部５の内周面）と内側マグネット９ａの外周面との間には隙間が設けられる。
【００６１】
回転シャフト２１は、中空部５ｃ上部の挿通孔５ａ内周面に取り付けられたベアリング５ｄによって軸回転可能に支持されると共に中空部５ｃの下面に埋め込まれて取り付けられたベアリング５ｅによってマグネット固定部２１ａの下部に突出する部分が軸回転可能に支持され、これによってマグネット格納部５に対して軸回転可能に支持される。
【００６２】
回転円筒部３１は、大きくは、上部円筒部３１ａと、当該上部円筒部３１ａ下端に形成される掘削ビット取付部３１ｂと、当該掘削ビット取付部３１ｂの下側に形成される下部円筒部３１ｃとからなる。
【００６３】
回転円筒部３１の上部円筒部３１ａは下部ケーシング４とシャフトカバー１０との間に挿入される。また、上部円筒部３１ａの上端部分が排水ポンプ部３３内に進入する。
【００６４】
上部円筒部３１ａは、下部ケーシング４の中央貫通孔４ａの内周面の、上部開口部及び下部開口部に取り付けられた一対のベアリング４ｂ，４ｃによって軸回転可能に支持される。
【００６５】
掘削ビット取付部３１ｂは、上部円筒部３１ａの下端に連接して形成され、下部ケーシング４の下端面に近接した位置において上部円筒部３１ａに対して径方向に張り出して形成される。そして、掘削ビット取付部３１ｂの側面（即ち周面）に、周方向横並び等間隔に、本実施形態では８個の掘削ビット３２がねじ止めされて取り付けられる。なお、本発明においては、掘削ビット３２はボーリング孔の掘削や拡孔に用いられる一般的なビットが用いられる。
【００６６】
回転円筒部３１の周壁であって掘削ビット取付部３１ｂと下部円筒部３１ｃとの境界部分に、拡孔のための掘削時に掘削ビット３２に対して供給された掘削水をボーリング孔内から排水するために回転円筒部３１内に取り入れるための貫通口３１ｄが設けられる。貫通口３１ｄは各掘削ビット３２の取り付け位置の下側に設けられ、本実施形態では８個の貫通口３１ｄが周方向に横並びで設けられる。
【００６７】
下部円筒部３１ｃは、マグネット格納部５の外周を取り巻いて覆うように、掘削ビット取付部３１ｂの下側に連接して形成される。
【００６８】
下部円筒部３１ｃの内周面には、角柱形状の外側マグネット９ｂが、下部円筒部３１ｃの軸心方向と平行に、周方向等間隔に且つ内側マグネット９ａに対向する高さに取り付けられる。また、下部円筒部３１ｃの内周面の内側マグネット９ａが取り付けられた位置の上側と下側とに、内側マグネット９ａが取り付けられた空間に大きなズリが入ることを防ぐためのダストシール３１ｅが周方向に取り付けられる。これにより、マグネット格納部５の外周面と内側マグネット９ａの内周面との間に大きなズリが入り込んでしまって下部円筒部３１ｃの回転が阻害されることが防がれ、下部円筒部３１ｃの円滑な回転が確保される。
【００６９】
本実施形態では、内側マグネット９ａに対応させて８本の外側マグネット９ｂが取り付けられる。そして、内側マグネット９ａと外側マグネット９ｂとによってマグネットカップリング９が構成される。
【００７０】
ここで、拡孔のための掘削時に掘削ビット３２に供給され掘削に伴って発生したズリが含められた掘削水を貫通口３１ｄから吸い込んで排水ポンプ部３３へと送るために回転円筒部３１の内周面とシャフトカバー１０及びマグネット格納部５の外周面との間にズリを含んだ掘削水を通過させるための空隙が設けられ、当該空隙によって排水空間１２が形成される。
【００７１】
マグネット格納部５の下端部にはセンタライザー６が取り付けられる。センタライザー６は拡孔のための掘削を行う際にボーリング拡孔装置１を既に掘削されているボーリング孔の中心に位置させるためのものであり、これにより、既に掘削されているボーリング孔の周囲を均等に掘削して拡孔することができる。本実施形態では、センタライザー６はマグネット格納部５の下端面にねじ止めされて取り付けられる。
【００７２】
以上の構成により、本発明のボーリング拡孔装置１は、筐体である筐体基部２と排水ポンプ部周壁３と下部ケーシング４と上部ケーシング７と延長ケーシング連結部８とが、下部ケーシング４の下端面に開口部を有して掘削ビット３２に掘削水を供給するための給水路１１と、掘削に用いられた後の掘削水をボーリング孔内から排水するための排水路１３と、回転シャフト２１と回転円筒部３１との間にこれらとの間に隙間を設けて配置されて筐体基部２に固定されるシャフトカバー１０と、排水路１３と連通すると共に回転円筒部３１とシャフトカバー１０との間の隙間である排水空間１２と連通する排水ポンプ部３３とを備え、下部ケーシング４の下端面の給水路１１の開口部から掘削ビット３２に掘削水を供給すると共に掘削に用いられた後の掘削水を回転円筒部３１の周壁に設けられた貫通口３１ｄから吸い込んで回転円筒部３１とシャフトカバー１０との間の隙間である排水空間１２を通過させて排水ポンプ部３３に溜めてから排水路１３に排出することができる。
【００７３】
そして、以上の構造により、本発明のボーリング拡孔装置１においては、内部回転系を構成するモータ２２，減速機２３，伝達軸２４及び回転シャフト２１並びに内側マグネット９ａが、筐体を構成する延長ケーシング連結部８，上部ケーシング７及び筐体基部２並びにシャフトカバー１０，マグネット格納部５によって水密性が保たれて防水状態で完全に覆われる。
【００７４】
そして、本発明のボーリング拡孔装置１においては、掘削水１５ａ（例えば清水；図２において白抜き矢印で表す）が、給水路１１を経由し、下部ケーシング４の下端に達する給水路１１の下端開口部であって具体的には貫通孔４ｅの下端開口部から掘削ビット３２に供給される。なお、掘削水１５ａが供給される貫通孔４ｅの下端開口部は掘削ビット３２近接した位置に位置している。そして、掘削ビット３２が掘削を行うことによってズリが発生し、掘削ビット３２に供給された掘削水はズリを含んだ状態になる。
【００７５】
掘削のズリを含んだ掘削水１５ｂ（図２において黒矢印で表す）は掘削ビット３２の下方に開口部を有する貫通口３１ｄから回転円筒部３１内の排水空間１２に吸い込まれる。そして、ズリを含んだ掘削水１５ｂはシャフトカバー１０の外周面と上部円筒部３１ａの内周面との間の空隙即ち排水空間１２を通過して排水ポンプ部３３に吸い上げられる。
【００７６】
そして、排水ポンプ部３３に吸い上げられたズリを含んだ掘削水１５ｂは、マグネットカップリング９の働きによる回転円筒部３１の軸回転に伴って排水用羽根３３ａが排水ポンプ部３３内で回転することによって排水路１３の下端開口部（具体的には筐体基部２の貫通路２ｃの下端開口部）から排水路１３へと送り出される。そして、ズリを含んだ掘削水１５ｂは更に延長ケーシング内の排水路を経由してボーリング孔内から排水される。
【００７７】
本発明のボーリング拡孔装置１によれば、以上の構成により、筐体基部２に取り付けられる上部ケーシング７と排水ポンプ部周壁３及びこれに取り付けられる下部ケーシング４とは拡孔のための掘削中に軸回転することがなく、さらに、筐体基部２に取り付けられるシャフトカバー１０及びこれに取り付けられるマグネット格納部５及びこれに取り付けられるセンタライザー６は拡孔のための掘削中に軸回転することがない。
【００７８】
そして、本発明のボーリング拡孔装置１によれば、以上の構成により、モータ２２の駆動が減速機２３と伝達軸２４と回転シャフト２１とを介して伝達されて内側マグネット９ａが周回転（言い換えれば、回転シャフトの軸心を中心として公転）し、当該内側マグネット９ａと外側マグネット９ｂとによって形成されるマグネットカップリング９の働きによって外側マグネット９ｂが周回転する。これにより、回転円筒部３１が軸回転し、それに伴って掘削ビット３２が周回転することによってボーリング孔の周壁が掘削されて拡孔が行われる。
【００７９】
以上の構成を有する本発明のボーリング拡孔装置によれば、給水路１１と排水路１３とをスイベルを用いることなく構成することができる。このため、給排水系の構成を単純にすることができ、特にスイベル内におけるズリの詰まりを避けて装置の駆動の安定性の向上を図ることができる。
【００８０】
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。
【符号の説明】
【００８１】
１ ボーリング拡孔装置
２ 筐体基部
３ 排水ポンプ部周壁
４ 下部ケーシング
５ マグネット格納部
７ 上部ケーシング
９ マグネットカップリング
９ａ 内側マグネット
９ｂ 外側マグネット
２１ 回転シャフト
２２ モータ
３１ 回転円筒部
３２ 掘削ビット
３３ 排水ポンプ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状の筐体と、該筐体に軸回転可能に支持されると共に前記筐体から軸方向に延出する回転シャフトと、該回転シャフトの周囲に配置され前記筐体に軸回転可能に支持されると共に前記筐体の下端面の下方に位置するように周方向に配置された掘削ビットが取り付けられた回転円筒部とを有すると共に、前記回転シャフトに取り付けられた内側マグネットと、前記回転円筒部に取り付けられた外側マグネットとを備え、前記内側マグネットと前記外側マグネットとによってマグネットカップリングを構成し、駆動装置によって前記回転シャフトを軸回転させて前記内側マグネットを周回転させることによって前記外側マグネットが取り付けられた前記回転円筒部を軸回転させて前記掘削ビットを周回転させることを特徴とするボーリング拡孔装置。
【請求項２】
前記筐体が、前記下端面に開口部を有して前記掘削ビットに掘削水を供給するための給水路と、掘削に用いられた後の該掘削水をボーリング孔内から排水するための排水路と、前記回転シャフトと前記回転円筒部との間にこれらとの間に隙間を設けて配置されて前記筐体に固定されるシャフトカバーと、前記排水路と連通すると共に前記回転円筒部とシャフトカバーとの間の隙間と連通する排水ポンプ部とを備え、前記筐体の下端面の前記給水路の開口部から前記掘削ビットに前記掘削水を供給すると共に掘削に用いられた後の該掘削水を前記回転円筒部の周壁に設けられた貫通口から吸い込んで前記回転円筒部とシャフトカバーとの間の隙間を通過させて前記排水ポンプ部に溜めてから前記排水路に排出することを特徴とする請求項１記載のボーリング拡孔装置。
【請求項１】
柱状の筐体と、該筐体に軸回転可能に支持されると共に前記筐体から軸方向に延出する回転シャフトと、該回転シャフトの周囲に配置され前記筐体に軸回転可能に支持されると共に前記筐体の下端面の下方に位置するように周方向に配置された掘削ビットが取り付けられた回転円筒部とを有すると共に、前記回転シャフトに取り付けられた内側マグネットと、前記回転円筒部に取り付けられた外側マグネットとを備え、前記内側マグネットと前記外側マグネットとによってマグネットカップリングを構成し、駆動装置によって前記回転シャフトを軸回転させて前記内側マグネットを周回転させることによって前記外側マグネットが取り付けられた前記回転円筒部を軸回転させて前記掘削ビットを周回転させることを特徴とするボーリング拡孔装置。
【請求項２】
前記筐体が、前記下端面に開口部を有して前記掘削ビットに掘削水を供給するための給水路と、掘削に用いられた後の該掘削水をボーリング孔内から排水するための排水路と、前記回転シャフトと前記回転円筒部との間にこれらとの間に隙間を設けて配置されて前記筐体に固定されるシャフトカバーと、前記排水路と連通すると共に前記回転円筒部とシャフトカバーとの間の隙間と連通する排水ポンプ部とを備え、前記筐体の下端面の前記給水路の開口部から前記掘削ビットに前記掘削水を供給すると共に掘削に用いられた後の該掘削水を前記回転円筒部の周壁に設けられた貫通口から吸い込んで前記回転円筒部とシャフトカバーとの間の隙間を通過させて前記排水ポンプ部に溜めてから前記排水路に排出することを特徴とする請求項１記載のボーリング拡孔装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２０３０６９（Ｐ２０１０−２０３０６９Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４６９２９（Ｐ２００９−４６９２９）
【出願日】平成２１年２月２７日（２００９．２．２７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度 経済産業省 地層処分技術調査等委託費（地層処分共通技術調査：ボーリング技術高度化開発）委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２７日（２００９．２．２７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度 経済産業省 地層処分技術調査等委託費（地層処分共通技術調査：ボーリング技術高度化開発）委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]