岩盤の円柱試験体作製装置
【課題】円柱試験体を掘削するコアバレルの回転軸のぶれを防止すると共に、コアバレルの内周面とコアバレル内の円柱試験体との接触並びに掘削中のコアバレル内の円柱試験体の欠片の剥落による円柱試験体の損傷を防止する。
【解決手段】円筒状のケーシング２１と、ケーシング２１の下端２１ｂから突出すると共に下端２１ｂに回転自在に支持される掘削手段２４と、掘削手段２４を回転させる第一の駆動手段２２と、ケーシング２１の周方向に互いに離して配置されケーシング２１を狭持すると共にケーシング２１の外周面と接触してケーシング２１を回転可能に支持する車輪３３と、車輪３３を回転させる第二の駆動手段３５とを有するようにした。
【解決手段】円筒状のケーシング２１と、ケーシング２１の下端２１ｂから突出すると共に下端２１ｂに回転自在に支持される掘削手段２４と、掘削手段２４を回転させる第一の駆動手段２２と、ケーシング２１の周方向に互いに離して配置されケーシング２１を狭持すると共にケーシング２１の外周面と接触してケーシング２１を回転可能に支持する車輪３３と、車輪３３を回転させる第二の駆動手段３５とを有するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、岩盤の円柱試験体作製装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、岩盤の強度等を計測するための円柱形の試験体を岩盤から掘削して作製する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の円柱形の試験体を岩盤から掘削して作製する装置としては、例えば浅層掘削用ロータリー式ボーリング装置がある（特許文献１）。
【０００３】
このボーリング装置１００は、図８に示すように、水平架台１０１と、水平架台１０１から垂直に立ち上がる門形状の昇降用フレーム１０２と、昇降用フレーム１０２に沿って昇降する昇降台１０３と、昇降台１０３の昇降駆動手段として水平架台１０１上に固定される電気モータ１０４と、昇降台１０３に回転自在に支持されるボーリングロッド１０５と、ボーリングロッド１０５の先端に固定されると共に掘削用ビットを設けたり薄く加工した先端周縁を有するサンプラー（コアバレルとも言う）１０７と、ボーリングロッド１０５の回転駆動手段として昇降台１０３上に固定される電気モータ１０８とを有する。そして、電気モータ１０８を回転させてボーリングロッド１０５を介してコアバレル１０７を回転させると共に電気モータ１０４により昇降台１０３を矢印１０９の方向に下降させて送りを与えつつボーリングを進める。即ち、コアバレル１０７は、中心に配置されたボーリングロッド１０５によってのみ支持されると共に回転駆動力が与えられ、昇降台１０３の働きによって降下させられて先端周縁の掘削用ビットで掘削を行うものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２２０９８７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のボーリング装置１００では、コアバレル１０７を支持すると共に回転駆動を伝達するボーリングロッド１０５を支持する機構は地上に設置されるボーリング装置１００に設けられた昇降台１０３のみである。したがって、掘削を進めてボーリングロッド１０５の支持機構である昇降台１０３とコアバレル１０７が離れた場合には特にコアバレル１０７の回転軸がぶれ易く、試験体の表面に凹凸が生じたり形状が歪んでしまうという問題がある。
【０００６】
また、特許文献１のボーリング装置１００は、掘削用ビットを設けたり薄く加工したコアバレル１０７自体の先端周縁で地盤を掘削するものであるため、コアバレル１０７の内周面とコアバレル１０７内の円柱形の試験体（以下、円柱試験体と表記する）の側面との隙間が非常に小さい。したがって、掘削中に高速回転しているコアバレル１０７の回転軸がわずかにぶれただけでコアバレル１０７の内周面とコアバレル１０７内の円柱試験体の側面とが接触して円柱試験体を傷付けてしまうという問題がある。更に、掘削中に円柱試験体から剥落した岩盤の欠片が円柱試験体側面とコアバレル１０７内周面との間に入り、円柱試験体側面に噛み込んだりコアバレル１０７の回転により円柱試験体側面を転がったりすることによって円柱試験体を傷付けてしまうという問題がある。
【０００７】
更に、特許文献１のボーリング装置１００では、地盤の掘削手段であるコアバレル１０７をボーリングロッド１０５を介して回転させるモータが一つのみであり、作製する円柱試験体が大型の場合には、コアバレル１０７の回転動力として大出力の回転駆動手段が必要になると共に回転駆動手段が大型になって円柱試験体の掘削装置が大型化してしまうという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、円柱試験体を掘削するコアバレルの回転軸のぶれを防止する岩盤の円柱試験体作製装置を提供することを目的とする。また、コアバレルの内周面とコアバレル内の円柱試験体との接触並びに掘削中のコアバレル内の円柱試験体の欠片の剥落による円柱試験体の損傷を防止する岩盤の円柱試験体作製装置を提供することを目的とする。更に、大出力且つ大型の回転駆動手段を必要としない岩盤の円柱試験体作製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】
【０００９】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の岩盤の円柱試験体作製装置は、円筒状のケーシングと、ケーシングの下端から突出すると共に下端に回転自在に支持される一つ若しくは二つ以上の掘削手段と、掘削手段を回転させる第一の駆動手段と、ケーシングの周方向に互いに離して配置されケーシングを狭持すると共にケーシングの外周面と接触してケーシングを回転可能に支持する三つ以上の車輪と、車輪のうちの少なくとも一つを回転させる第二の駆動手段とを有するようにしている。
【００１０】
また、請求項２記載の岩盤の円柱試験体作製装置は、円筒状のケーシングと、ケーシングの下端から突出すると共に下端に回転自在に支持される一つ若しくは二つ以上の掘削手段と、掘削手段を回転させる第一の駆動手段と、ケーシングの外周面と接触してケーシングを回転可能に支持する周壁と、周壁との間でケーシングを狭持してケーシングを回転可能に支持する少なくとも一つの車輪と、車輪を回転させる第二の駆動手段とを有するようにしている。
【００１１】
したがって、この岩盤の円柱試験体作製装置によると、ケーシングの先端周縁に配置された掘削手段を自転させると共に、掘削手段を支持するケーシングの外周を支持しながらケーシングを回転させて掘削手段を公転させることにより送りが与えられて円柱試験体の掘削が行われる。即ち、岩盤を掘削するためのケーシング自体の外周面を支持しながら回転させることにより掘削が行われる。
【００１２】
また、掘削手段を自転させると共にケーシングに送りを与えて掘削手段を公転させることにより環状の掘削溝を形成し、その掘削溝内にケーシングを進入させて掘削が行われる。また、ケーシングを高速回転させてケーシング自体の先端周縁によって掘削を行うものではないので、ケーシングをゆっくりと回転させて掘削が行われる。
【００１３】
更に、掘削手段を自転させる駆動手段とケーシングに回転を与えて掘削手段を公転させる駆動手段とを別個に設けることにより、岩盤の掘削に必要とされる駆動力が分散される。
【００１４】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の岩盤の円柱試験体作製装置において、車輪を傾斜させる第三の駆動手段を有するようにしている。この場合には、車輪の傾斜によりケーシングには回転と同時に昇降の推力が付与されるので、ケーシングを降下あるいは上昇させることができる。しかも、車輪の傾斜角度を変えることによりケーシングに与えられる推力が変わるので、ケーシングの昇降速度の調整を可能とし、ケーシングの昇降を制御しながら掘削が行える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の岩盤の円柱試験体作製装置によれば、掘削手段を支持するケーシングの外周を支持しながらケーシングを回転させて掘削手段を公転させることにより円柱試験体の掘削が行われるので、ケーシングの回転軸のぶれを抑えた円柱試験体の掘削が可能であり、表面の凹凸や形状の歪みがない円柱試験体を作製することができる。
【００１６】
また、ケーシングのぶれが抑制されると共に、環状の掘削溝を形成することにより円柱試験体とケーシングとの間に十分な隙間が確保されるので、円柱試験体とケーシングの内周面とが接触して試験体を傷付けることがなく、傷のない良好な試験体を作製することができる。また、掘削手段が自転により岩盤を掘削し、ケーシングは掘削手段に送りを与えるだけなので高速回転させる必要がなく、更に環状の掘削溝を形成することにより円柱試験体とケーシングとの間に十分な隙間が確保される。したがって、試験体の一部が剥落しても剥落した欠片はケーシングの回転に巻き込まれることなくそのまま下に落ち、円柱試験体とケーシングとの間に噛み込まれて円柱試験体を傷付ける虞がなく、傷のない良好な試験体を作製することができる。
【００１７】
更に、掘削手段を自転させる駆動手段とケーシングに送りを与えて掘削手段を公転させる駆動手段とを別個に設けることにより岩盤の掘削に必要とされる駆動力を分散させているので、大出力且つ大型の駆動手段を必要としないと共に駆動手段が大きくなって作製装置が大型化することがない。
【００１８】
更に、車輪の傾斜によりケーシングに回転と同時に昇降の推力が付与されるので、ケーシングを上げ下げさせる大掛かりな昇降台とその動力源が不要となり、装置がその分コンパクトになる。また、ケーシングに与える推力を変えてケーシングの昇降を制御しながら掘削が行われるので、岩盤の硬さに合わせて掘削速度を調整して効率的な掘削を行うことができる。また、岩盤が硬くケーシングの自重だけでは掘削を進めることができない場合でも、自重に加えて更にケーシングに降下方向の推力を与えることによって硬い岩盤の掘削を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
図１から図７に、本発明の岩盤の円柱試験体作製装置の実施形態の一例を示す。
【００２１】
この円柱試験体作製装置１は、円筒状のケーシング２１と、ケーシング２１の下端２１ｂから突出すると共に下端２１ｂに回転自在に支持される掘削手段２４と、掘削手段２４を回転させる第一の駆動手段２２と、ケーシング２１の周方向に互いに離して配置されケーシングを狭持すると共にケーシング２１の外周面と接触してケーシング２１を回転可能に支持する車輪３３と、車輪３３を回転させる第二の駆動手段３５とから構成されている。
【００２２】
ケーシング２１の大きさは作製する円柱試験体４２の直径及び高さに合わせて設定される。具体的には、円柱試験体４２の直径は掘削手段２４の内側の軌跡の直径によって一義的に定められると共にロッド２３はその内側の軌跡よりも外側にあることが必要とされ、これら円柱試験体４２とロッド２３とを内側に収容可能な直径及び高さにケーシング２１の大きさが定められる。なお、円柱試験体４２の大きさは、円柱試験体として必要とされる大きさであればどのような大きさであっても構わない。また、ケーシング２１は一定の剛性を有する材料により形成され、具体的には例えば、鋼材により形成される。
【００２３】
第一の駆動手段２２はケーシング２１の上端部２１ａに据え付けられた例えばモータである。第一の駆動手段２２は各掘削手段２４毎に装備されており独立制御される。
【００２４】
本実施形態では、第一の駆動手段２２の回転駆動を掘削手段２４に伝達するためにロッド２３を設けるようにしている。ロッド２３はケーシング２１の軸心と平行で且つケーシング２１の内側に同心円上に配置され、一方の端部が第一の駆動手段２２に連結されると共に、他方の端部に取り付けた掘削手段２４がケーシング２１の下端部２１ｂから突出するようにケーシング２１を貫通している。
【００２５】
本実施形態では、掘削手段２４の冷却及び掘削手段２４と岩盤４０との間の摩擦力の低減のためにロッド２３の軸心部分に掘削面に水を供給するための水路２３ａを設けている。この水路２３ａは掘削手段２４も貫通し、これにより掘削溝４１の底にあたる掘削面に水が供給される。なお、ケーシング２１の上端部２１ａ側から回転するロッド２３の内部の水路２３ａに水を供給するため、上端部２１ａにウォータースイベル２５を設けて水路２３ａ内に注水するようにしている。
【００２６】
ロッド２３はケーシング２１の上端部２１ａに固定されたウォータースイベル２５によって回転自在に支持されると共に、下端部２１ｂに固定されたベアリング２７によって回転自在に支持される。なお、第一の駆動手段２２の駆動力のロッド２３への伝達方法は特に限定されるものではなく、本実施形態のように第一の駆動手段２２のモータシャフトとロッド２３とを直接結合するようにしても良いし、又はギアやベルトを介して伝達するようにしても良い。また、ギアやベルトを介して駆動力を伝達する場合には、各ロッド２３を単一の駆動手段で回転させるようにしても良い。
【００２７】
掘削手段２４はロッド２３の先端に締め付けボルトで着脱自在に取り付けられている。掘削手段２４としては例えば一般的な掘削用ビットを使用することができる。本実施形態では、具体的には、ダイヤモンドの粉末をマトリックスの粉末金属に混合して焼結法又は鋳造法で製造したダイヤビットを用いている。
【００２８】
また、ケーシング２１の下端部２１ｂには、掘削完了後に試験体４２を取り出すための楔状の切断用爪２６を必要に応じて備える（図５、図６）。この切断用爪２６は、岩盤４０の掘削中は試験体４２に接触しない位置にあり、掘削終了後に例えば油圧によってケーシング２１の内側に突出することにより試験体４２の底部を切断する。
【００２９】
本実施形態では、六基の掘削ユニットを備えている。掘削ユニットは、第一の駆動手段２２、ロッド２３及び掘削手段２４で構成される。なお、一つの円柱試験体作製装置１に複数の掘削ユニットを設ける場合には、ケーシング２１の軸心を中心とする円周上に等間隔に掘削ユニットを配置し、ケーシング２１が回転した場合にケーシング２１に偏った力がかからないようにすることが望ましい。本実施形態では、ケーシング２１の上端部２１ａに等間隔に掘削ユニットを配置している。
【００３０】
車輪３３はケーシング２１を支持するのに十分な剛性並びにケーシング２１の外周面と接してケーシング２１を回転させるのに十分な摩擦力を少なくとも備えるものであれば良い。本実施形態では、車輪３３としてゴム車輪が用いられている。
【００３１】
また、本実施形態では、ケーシング２１の昇降を制御しながら岩盤４０の掘削を効率的に行うようにするため、ゴム車輪３３を傾斜させて回転と同時にケーシング２１に昇降の推力を与える第三の駆動手段３６を有するようにしている。
【００３２】
ゴム車輪３３は、ディスク状の支持基台３２ｃの上に起立するブラケット３２ｄに車軸３７を介して回転自在にそれぞれ支持されている。一組のゴム車輪３３は、傾斜していない状態ではケーシング２１の軸心と平行な軸上に上下に配置され、ユニバーサルジョイント３４でそれぞれの車軸３７が連結されると共に、上側のゴム車輪３３の車軸３７に第二の駆動手段３５が直結されている。したがって、第二の駆動手段３５の駆動によって上のゴム車輪３３と下のゴム車輪３３とが同じ方向に同期回転する。
【００３３】
ディスク状支持基台３２ｃは大径部と小径部とからなる段付きディスクで形成され、小径部を支持板３２ｂの円形の支持穴に挿入された状態で押さえ板３２ｅをビス止めすることによって支持板３２ｂに対して回転自在に支持されている。
【００３４】
各ディスク状支持基台３２ｃの大径部には、周縁にギアが形成されており、上下のディスク状支持基台３２ｃの間に配置されている駆動ピニオン３８とそれぞれ噛合するように設けられている。駆動ピニオン３８は、支持板３２ｂに据え付けられた第三の駆動手段３６のモータシャフトに固定されている。なお、上と下のディスク状支持基台３２ｃは大きさが等しく且つギアが同一の形状をしており、駆動ピニオン３８とのギア比が同じになっている。したがって、第三の駆動手段３６を駆動させて駆動ピニオン３８を回転させると、上のディスク状支持基台３２ｃと下のディスク状支持基台３２ｃとが同じ向きに同じ角度だけ回転し、各ディスク状支持基台３２ｃに搭載されているゴム車輪３３を傾斜させようとする。即ち、同じ傾斜角で同じ方向に傾斜しようとする（図７）。このとき、上下のゴム車輪３３の車軸３７は等速ユニバーサルジョイント３４を介して連結されているので、両車軸３７に傾きを与えながら第二の駆動手段３５の回転駆動を伝達することができる。なお、第三の駆動手段３６は、例えばモータ又は流体圧揺動モータである。
【００３５】
本実施形態では、ゴム車輪３３と傾斜機構とを含む支柱３２は架台３１に支持されて地盤・岩盤上に据え付けられる。架台３１は、支柱３２を固定する枠体３１ａ、アーム３１ｃ及び脚部３１ｄから構成される。なお、枠体３１ａの中央部にはケーシング２１が昇降するための貫通孔３１ｂが設けられている。
【００３６】
支柱３２は、ケーシング２１の周方向に配置され、貫通孔３１ｂ内にケーシング２１を起立させた場合に、ブラケット３２ｄを介して支柱３２の支持基台３２ｃに支持される車軸３７に固定された車輪３３がケーシング２１の外周面と接する位置で枠体３１ａに固定される。この構成により、車輪３３がケーシング２１の周方向に配置され、ケーシング２１の外周面と接触してケーシング２１を回転可能に支持することができる。なお、ケーシング２１を支持するために周方向に少なくとも三組の車輪３３が必要である。また、支持力の偏りをなくしてケーシング２１を安定的に支持するために車輪３３は周方向に等間隔に配置することが望ましいが、ケーシング２１を支持可能であれば不等間隔であっても構わない。本実施形態では、ケーシング２１の支持の安定性を高めるために四組の車輪３３をケーシング２１の周方向に等間隔に配置している。
【００３７】
第二の駆動手段３５は支柱３２の上板３２ａに固定され、例えばモータである。なお、第二の駆動手段３５の駆動力の車軸３７への伝達方法は特に限定されるものではなく、本実施形態のように第二の駆動手段３５のモータシャフトと車軸３７とを直接結合するようにしても良いし、又はギアやベルトを介して伝達するようにしても良い。
【００３８】
枠体３１ａは、本実施形態では、長い辺と短い辺の二種類の辺が交互に繋がって構成される八角形に形成されている。そして、アーム３１ｃが枠体３１ａの四つの短い辺のそれぞれから放射状に張り出して四本設けられる。更に、脚部３１ｄが四本のアーム３１ｃのそれぞれの先端に備えられ、掘削しようとする地点から十分に離れて枠体３１ａを岩盤４０の地表面４０ａに固定して支持する。脚部３１ｄは、枠体３１ａを水平に保つために高さ調整が可能であることが望ましい。具体的には例えば、本実施形態のように高さ調整可能なねじ付き脚部３１ｄを用いたり、ジャッキを用いることが考えられる。
【００３９】
本実施形態では、四基の回転昇降ユニットを枠体３１ａの短い辺の位置に設けている。回転昇降ユニットは、支柱３２、ゴム車輪３３（本実施形態では二つ）、車軸３７、等速ユニバーサルジョイント３４、第二の駆動手段３５及び第三の駆動手段３６で構成される。
【００４０】
上述した円柱試験体作製装置１の動作を以下に説明する。
【００４１】
まず、円柱試験体４２を作製する位置の地表面４０ａに枠体３１ａを設置し、四本のアーム３１ｃを展開してねじ付き脚部３１ｄを調整して枠体３１ａが水平になるように固定する。そして、ケーシング２１の下端部２１ｂから突出した掘削手段２４が地表面４０ａから例えば数ｃｍ程度離れた位置となるようにケーシング２１の位置を調整しておく。
【００４２】
第一の駆動手段２２を始動すると、回転駆動がロッド２３を介して掘削手段２４に伝わり、ケーシング２１の下端部２１ｂから突出した掘削手段２４が回転する。
【００４３】
また、第二の駆動手段３５を始動すると、回転駆動が車軸３７並びに等速ユニバーサルジョイント３４を介してゴム車輪３３に伝わり、ケーシング２１の外周を支持しているゴム車輪３３の回転によりケーシング２１が回転する。
【００４４】
これにより、掘削手段２４が自転しながら公転して掘削を行い、更に、ケーシング２１及び六基の掘削ユニットの自重によってケーシング２１に下降方向の力が働く。したがって、岩盤４０の固さによっては上記の動作によってケーシング２１が降下して掘削を進めることができる。なお、この場合には、ディスク状支持基台３２ｃを回転自在にしておくか又はケーシング２１が降下する向きに始めから傾けておく。
【００４５】
岩盤４０が硬くケーシング２１等の自重だけでは掘削ができない場合や時間がかかって効率的でない場合には、更に車輪３３に傾きを与えてケーシング２１にかかる推力を増大させるため、第三の駆動手段３６を駆動させて駆動ピニオン３８を回転させる。駆動ピニオン３８を回転させると、上のディスク状支持基台３２ｃと下のディスク状支持基台３２ｃとが同じ向きに同じ角度だけ回転して各ディスク状支持基台３２ｃに搭載されているゴム車輪３３が傾斜する。それにより、ゴム車輪３３の回転駆動によって回転しているケーシング２１にケーシング２１の軸心方向に下降させる力がかかってケーシング２１が降下する。なお、ゴム車輪３３がケーシング２１に接しながら回転することにより生じるケーシング２１とゴム車輪３３との接点における力の向きが下向きになる方向にゴム車輪３３を傾斜させた場合にケーシング２１は降下する。
【００４６】
上記により、掘削手段２４が自転しながら公転すると共に降下する。これにより、掘削手段２４の自転により岩盤４０に穴をあけ、更に掘削手段２４の公転により穴が円周方向に移動して溝となり、溝が繋がると環状の掘削溝４１を形成する。更に、環状の掘削溝４１の中にケーシング２１が進入しながら岩盤４０の掘削を進める。そして、円柱試験体４２の高さが所定の高さ（地表面４０ａを基準にすると所定の深さ）になるまで掘削することにより、底部が岩盤４０と繋がった状態の円柱試験体４２が作製される。
【００４７】
上記により作製された円柱試験体４２は底部が岩盤４０と繋がった状態のまま現地試験を行う試料として用いても良いし、又は切断用爪２６により底部を切断した後に取り出して試験用試料として用いても良い。
【００４８】
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。例えば、本実施形態では、掘削ユニットを六基設けるようにしているが、これには限られず、掘削ユニットは少なくとも一つあれば足り、掘削の効率を考慮すると好ましくは二つ以上、より好ましくは三つ以上である。なお、少なくとも一つの掘削ユニットがあれば、掘削手段２４が公転することにより環状の掘削溝４１を形成して円柱試験体４２の掘削を行うことができる。
【００４９】
また、本実施形態では、回転昇降ユニットを四つ設けるようにしているが、これに限られず、ケーシング２１の軸心を固定して支持するために回転昇降ユニットを少なくとも三つ設けるようにすれば良い。なお、回転昇降ユニットの数が多いほどケーシング２１をより安定的に支持すると共に回転並びに昇降させることができる。
【００５０】
また、本実施形態では、ケーシング２１の回転のために全てのゴム車輪３３を第二の駆動手段３５により駆動させるようにしているが、これには限られず、少なくとも一つのゴム車輪３３を第二の駆動手段３５により駆動させるようにすれば良い。この場合にも、回転昇降ユニットから第二の駆動手段３５を除いたもので支持昇降ユニットを構成し、例えば少なくとも二つの支持昇降ユニットと一つの回転昇降ユニットとを設けたり、又は少なくとも一つの支持昇降ユニットと二つの回転昇降ユニットとを設けたりすることにより、ケーシング２１を安定的に支持すると共に回転並びに昇降を行うことができる。
【００５１】
また、本実施形態では、ケーシング２１の昇降のために全てのゴム車輪３３を第三の駆動手段３６により傾斜させるようにしているが、これには限られず、第三の駆動手段３６を一つも設けずにディスク状支持基台３２ｃを回転自在にしたりケーシング２１が降下する向きに始めから傾けて配置しておくようにしても良いし、又は少なくとも一つのゴム車輪３３を第三の駆動手段３６により傾斜させるようにすれば良い。この場合にも、回転昇降ユニットから第三の駆動手段３６を除いたもので回転ユニットを構成し、例えば少なくとも二つの回転ユニットと一つの回転昇降ユニットとを設けたり、又は少なくとも一つの回転ユニットと二つの回転昇降ユニットとを設けたりすることにより、ケーシング２１を安定的に支持すると共に回転並びに昇降を行うことができる。更に、回転昇降ユニットから第二の駆動手段３５及び第三の駆動手段３６を除いたもので支持ユニットを構成し、例えば少なくとも二つの支持ユニットと一つの回転昇降ユニットとを設けたり、又は少なくとも一つの支持ユニットと二つの回転昇降ユニットとを設けたりするようにしても良い。
【００５２】
また、本実施形態では、ケーシング２１の外周面と接触してケーシング２１を回転可能に支持する支持手段としてゴム車輪３３を用いるようにしているが、これに限られず、ケーシング２１の外周面を摺動可能に支持する周壁を設けるようにしても良い。この場合には、周壁と少なくとも一つの車輪３３とでケーシングを狭持するように周壁及び車輪３３を配置する。具体的には例えば、少なくとも二つの周壁と一つの回転昇降ユニット若しくは回転ユニットをケーシング２１の周方向に設けるようにしても良いし、又はケーシング２１の外周面を周方向に例えば半分若しくは四分の三程度摺動可能に支持する一つの周壁を設けると共に周壁が途切れてケーシング２１の外周面が露出している位置に回転昇降ユニット若しくは回転ユニットを設けるようにしても良い。この場合にも、ケーシング２１を安定的に支持すると共に回転・昇降を行うことができる。
【００５３】
また、本実施形態では、一つの回転昇降ユニットに、傾斜していない状態ではケーシング２１の軸心と平行な軸上に上下にゴム車輪３３を二つ設けるようにしているが、これには限られず、車輪を一つ設けるようにしても良いし、又は三つ以上設けるようにしても良い。少なくとも一つの車輪があればケーシング２１を安定的に支持すると共に回転並びに昇降を行うことができる。また、車輪３３としてゴム車輪を用いているが、これには限られず、鋼車輪でも良い。更に、ケーシング２１に回転力を与える車輪以外の車輪、即ち単にケーシングを支持するだけのゴム車輪３３の代わりに球体を用いてベアリング構造でケーシング２１を支持するようにしても良い。
【００５４】
また、本実施形態では、第一の駆動手段２２の回転駆動を掘削手段２４に伝達するためにロッド２３を設けるようにしているが、これには限られず、例えば、第一の駆動手段２２として十分な出力が可能で且つ掘削手段２４と同程度の直径の駆動手段を用いる場合には、ケーシング２１の下端部２１ｂの内側即ち本実施形態ではロッド２３を収容している場所に駆動手段を収容し、その駆動手段のモータシャフトと掘削手段２４を直接連結するようにしても良い。
【００５５】
更に、本実施形態では、第一の駆動手段２２により掘削手段２４を自転させるようにしているが、これには限られず、掘削手段２４を固定するようにしても良い。この場合にも、ケーシング２１に送りを与えて掘削手段２４を公転させることにより岩盤４０の掘削を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の岩盤の円柱試験体作製装置の実施形態の一例を示す縦断面図で、掘削開始前の状態を示す。
【図２】本発明の岩盤の円柱試験体作製装置の実施形態の一例を示す横断面図である。
【図３】実施形態の円柱試験体作製装置のケーシングの上端部分を拡大した図である。
【図４】実施形態の円柱試験体作製装置のケーシングの下端部分を拡大した図である。
【図５】切断用爪を備えるようにした場合のケーシングの下端部分を拡大した図である。
【図６】切断用爪を備えるようにした場合の掘削手段及び切断用爪の配置を説明するケーシングの横断面図である。
【図７】本実施形態の支柱をケーシング側から見た図である。（Ａ）は掘削開始前の状態を示す図である。（Ｂ）は車輪が傾斜した状態を示す図である。
【図８】従来のボーリング装置を示す側面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 円柱試験体作製装置
２１ ケーシング
２１ｂ ケーシングの下端
２２ 第一の駆動手段
２４ 掘削手段
３３ 車輪
３５ 第二の駆動手段
３６ 第三の駆動手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、岩盤の円柱試験体作製装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、岩盤の強度等を計測するための円柱形の試験体を岩盤から掘削して作製する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の円柱形の試験体を岩盤から掘削して作製する装置としては、例えば浅層掘削用ロータリー式ボーリング装置がある（特許文献１）。
【０００３】
このボーリング装置１００は、図８に示すように、水平架台１０１と、水平架台１０１から垂直に立ち上がる門形状の昇降用フレーム１０２と、昇降用フレーム１０２に沿って昇降する昇降台１０３と、昇降台１０３の昇降駆動手段として水平架台１０１上に固定される電気モータ１０４と、昇降台１０３に回転自在に支持されるボーリングロッド１０５と、ボーリングロッド１０５の先端に固定されると共に掘削用ビットを設けたり薄く加工した先端周縁を有するサンプラー（コアバレルとも言う）１０７と、ボーリングロッド１０５の回転駆動手段として昇降台１０３上に固定される電気モータ１０８とを有する。そして、電気モータ１０８を回転させてボーリングロッド１０５を介してコアバレル１０７を回転させると共に電気モータ１０４により昇降台１０３を矢印１０９の方向に下降させて送りを与えつつボーリングを進める。即ち、コアバレル１０７は、中心に配置されたボーリングロッド１０５によってのみ支持されると共に回転駆動力が与えられ、昇降台１０３の働きによって降下させられて先端周縁の掘削用ビットで掘削を行うものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２２０９８７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のボーリング装置１００では、コアバレル１０７を支持すると共に回転駆動を伝達するボーリングロッド１０５を支持する機構は地上に設置されるボーリング装置１００に設けられた昇降台１０３のみである。したがって、掘削を進めてボーリングロッド１０５の支持機構である昇降台１０３とコアバレル１０７が離れた場合には特にコアバレル１０７の回転軸がぶれ易く、試験体の表面に凹凸が生じたり形状が歪んでしまうという問題がある。
【０００６】
また、特許文献１のボーリング装置１００は、掘削用ビットを設けたり薄く加工したコアバレル１０７自体の先端周縁で地盤を掘削するものであるため、コアバレル１０７の内周面とコアバレル１０７内の円柱形の試験体（以下、円柱試験体と表記する）の側面との隙間が非常に小さい。したがって、掘削中に高速回転しているコアバレル１０７の回転軸がわずかにぶれただけでコアバレル１０７の内周面とコアバレル１０７内の円柱試験体の側面とが接触して円柱試験体を傷付けてしまうという問題がある。更に、掘削中に円柱試験体から剥落した岩盤の欠片が円柱試験体側面とコアバレル１０７内周面との間に入り、円柱試験体側面に噛み込んだりコアバレル１０７の回転により円柱試験体側面を転がったりすることによって円柱試験体を傷付けてしまうという問題がある。
【０００７】
更に、特許文献１のボーリング装置１００では、地盤の掘削手段であるコアバレル１０７をボーリングロッド１０５を介して回転させるモータが一つのみであり、作製する円柱試験体が大型の場合には、コアバレル１０７の回転動力として大出力の回転駆動手段が必要になると共に回転駆動手段が大型になって円柱試験体の掘削装置が大型化してしまうという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、円柱試験体を掘削するコアバレルの回転軸のぶれを防止する岩盤の円柱試験体作製装置を提供することを目的とする。また、コアバレルの内周面とコアバレル内の円柱試験体との接触並びに掘削中のコアバレル内の円柱試験体の欠片の剥落による円柱試験体の損傷を防止する岩盤の円柱試験体作製装置を提供することを目的とする。更に、大出力且つ大型の回転駆動手段を必要としない岩盤の円柱試験体作製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】
【０００９】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の岩盤の円柱試験体作製装置は、円筒状のケーシングと、ケーシングの下端から突出すると共に下端に回転自在に支持される一つ若しくは二つ以上の掘削手段と、掘削手段を回転させる第一の駆動手段と、ケーシングの周方向に互いに離して配置されケーシングを狭持すると共にケーシングの外周面と接触してケーシングを回転可能に支持する三つ以上の車輪と、車輪のうちの少なくとも一つを回転させる第二の駆動手段とを有するようにしている。
【００１０】
また、請求項２記載の岩盤の円柱試験体作製装置は、円筒状のケーシングと、ケーシングの下端から突出すると共に下端に回転自在に支持される一つ若しくは二つ以上の掘削手段と、掘削手段を回転させる第一の駆動手段と、ケーシングの外周面と接触してケーシングを回転可能に支持する周壁と、周壁との間でケーシングを狭持してケーシングを回転可能に支持する少なくとも一つの車輪と、車輪を回転させる第二の駆動手段とを有するようにしている。
【００１１】
したがって、この岩盤の円柱試験体作製装置によると、ケーシングの先端周縁に配置された掘削手段を自転させると共に、掘削手段を支持するケーシングの外周を支持しながらケーシングを回転させて掘削手段を公転させることにより送りが与えられて円柱試験体の掘削が行われる。即ち、岩盤を掘削するためのケーシング自体の外周面を支持しながら回転させることにより掘削が行われる。
【００１２】
また、掘削手段を自転させると共にケーシングに送りを与えて掘削手段を公転させることにより環状の掘削溝を形成し、その掘削溝内にケーシングを進入させて掘削が行われる。また、ケーシングを高速回転させてケーシング自体の先端周縁によって掘削を行うものではないので、ケーシングをゆっくりと回転させて掘削が行われる。
【００１３】
更に、掘削手段を自転させる駆動手段とケーシングに回転を与えて掘削手段を公転させる駆動手段とを別個に設けることにより、岩盤の掘削に必要とされる駆動力が分散される。
【００１４】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の岩盤の円柱試験体作製装置において、車輪を傾斜させる第三の駆動手段を有するようにしている。この場合には、車輪の傾斜によりケーシングには回転と同時に昇降の推力が付与されるので、ケーシングを降下あるいは上昇させることができる。しかも、車輪の傾斜角度を変えることによりケーシングに与えられる推力が変わるので、ケーシングの昇降速度の調整を可能とし、ケーシングの昇降を制御しながら掘削が行える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の岩盤の円柱試験体作製装置によれば、掘削手段を支持するケーシングの外周を支持しながらケーシングを回転させて掘削手段を公転させることにより円柱試験体の掘削が行われるので、ケーシングの回転軸のぶれを抑えた円柱試験体の掘削が可能であり、表面の凹凸や形状の歪みがない円柱試験体を作製することができる。
【００１６】
また、ケーシングのぶれが抑制されると共に、環状の掘削溝を形成することにより円柱試験体とケーシングとの間に十分な隙間が確保されるので、円柱試験体とケーシングの内周面とが接触して試験体を傷付けることがなく、傷のない良好な試験体を作製することができる。また、掘削手段が自転により岩盤を掘削し、ケーシングは掘削手段に送りを与えるだけなので高速回転させる必要がなく、更に環状の掘削溝を形成することにより円柱試験体とケーシングとの間に十分な隙間が確保される。したがって、試験体の一部が剥落しても剥落した欠片はケーシングの回転に巻き込まれることなくそのまま下に落ち、円柱試験体とケーシングとの間に噛み込まれて円柱試験体を傷付ける虞がなく、傷のない良好な試験体を作製することができる。
【００１７】
更に、掘削手段を自転させる駆動手段とケーシングに送りを与えて掘削手段を公転させる駆動手段とを別個に設けることにより岩盤の掘削に必要とされる駆動力を分散させているので、大出力且つ大型の駆動手段を必要としないと共に駆動手段が大きくなって作製装置が大型化することがない。
【００１８】
更に、車輪の傾斜によりケーシングに回転と同時に昇降の推力が付与されるので、ケーシングを上げ下げさせる大掛かりな昇降台とその動力源が不要となり、装置がその分コンパクトになる。また、ケーシングに与える推力を変えてケーシングの昇降を制御しながら掘削が行われるので、岩盤の硬さに合わせて掘削速度を調整して効率的な掘削を行うことができる。また、岩盤が硬くケーシングの自重だけでは掘削を進めることができない場合でも、自重に加えて更にケーシングに降下方向の推力を与えることによって硬い岩盤の掘削を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
図１から図７に、本発明の岩盤の円柱試験体作製装置の実施形態の一例を示す。
【００２１】
この円柱試験体作製装置１は、円筒状のケーシング２１と、ケーシング２１の下端２１ｂから突出すると共に下端２１ｂに回転自在に支持される掘削手段２４と、掘削手段２４を回転させる第一の駆動手段２２と、ケーシング２１の周方向に互いに離して配置されケーシングを狭持すると共にケーシング２１の外周面と接触してケーシング２１を回転可能に支持する車輪３３と、車輪３３を回転させる第二の駆動手段３５とから構成されている。
【００２２】
ケーシング２１の大きさは作製する円柱試験体４２の直径及び高さに合わせて設定される。具体的には、円柱試験体４２の直径は掘削手段２４の内側の軌跡の直径によって一義的に定められると共にロッド２３はその内側の軌跡よりも外側にあることが必要とされ、これら円柱試験体４２とロッド２３とを内側に収容可能な直径及び高さにケーシング２１の大きさが定められる。なお、円柱試験体４２の大きさは、円柱試験体として必要とされる大きさであればどのような大きさであっても構わない。また、ケーシング２１は一定の剛性を有する材料により形成され、具体的には例えば、鋼材により形成される。
【００２３】
第一の駆動手段２２はケーシング２１の上端部２１ａに据え付けられた例えばモータである。第一の駆動手段２２は各掘削手段２４毎に装備されており独立制御される。
【００２４】
本実施形態では、第一の駆動手段２２の回転駆動を掘削手段２４に伝達するためにロッド２３を設けるようにしている。ロッド２３はケーシング２１の軸心と平行で且つケーシング２１の内側に同心円上に配置され、一方の端部が第一の駆動手段２２に連結されると共に、他方の端部に取り付けた掘削手段２４がケーシング２１の下端部２１ｂから突出するようにケーシング２１を貫通している。
【００２５】
本実施形態では、掘削手段２４の冷却及び掘削手段２４と岩盤４０との間の摩擦力の低減のためにロッド２３の軸心部分に掘削面に水を供給するための水路２３ａを設けている。この水路２３ａは掘削手段２４も貫通し、これにより掘削溝４１の底にあたる掘削面に水が供給される。なお、ケーシング２１の上端部２１ａ側から回転するロッド２３の内部の水路２３ａに水を供給するため、上端部２１ａにウォータースイベル２５を設けて水路２３ａ内に注水するようにしている。
【００２６】
ロッド２３はケーシング２１の上端部２１ａに固定されたウォータースイベル２５によって回転自在に支持されると共に、下端部２１ｂに固定されたベアリング２７によって回転自在に支持される。なお、第一の駆動手段２２の駆動力のロッド２３への伝達方法は特に限定されるものではなく、本実施形態のように第一の駆動手段２２のモータシャフトとロッド２３とを直接結合するようにしても良いし、又はギアやベルトを介して伝達するようにしても良い。また、ギアやベルトを介して駆動力を伝達する場合には、各ロッド２３を単一の駆動手段で回転させるようにしても良い。
【００２７】
掘削手段２４はロッド２３の先端に締め付けボルトで着脱自在に取り付けられている。掘削手段２４としては例えば一般的な掘削用ビットを使用することができる。本実施形態では、具体的には、ダイヤモンドの粉末をマトリックスの粉末金属に混合して焼結法又は鋳造法で製造したダイヤビットを用いている。
【００２８】
また、ケーシング２１の下端部２１ｂには、掘削完了後に試験体４２を取り出すための楔状の切断用爪２６を必要に応じて備える（図５、図６）。この切断用爪２６は、岩盤４０の掘削中は試験体４２に接触しない位置にあり、掘削終了後に例えば油圧によってケーシング２１の内側に突出することにより試験体４２の底部を切断する。
【００２９】
本実施形態では、六基の掘削ユニットを備えている。掘削ユニットは、第一の駆動手段２２、ロッド２３及び掘削手段２４で構成される。なお、一つの円柱試験体作製装置１に複数の掘削ユニットを設ける場合には、ケーシング２１の軸心を中心とする円周上に等間隔に掘削ユニットを配置し、ケーシング２１が回転した場合にケーシング２１に偏った力がかからないようにすることが望ましい。本実施形態では、ケーシング２１の上端部２１ａに等間隔に掘削ユニットを配置している。
【００３０】
車輪３３はケーシング２１を支持するのに十分な剛性並びにケーシング２１の外周面と接してケーシング２１を回転させるのに十分な摩擦力を少なくとも備えるものであれば良い。本実施形態では、車輪３３としてゴム車輪が用いられている。
【００３１】
また、本実施形態では、ケーシング２１の昇降を制御しながら岩盤４０の掘削を効率的に行うようにするため、ゴム車輪３３を傾斜させて回転と同時にケーシング２１に昇降の推力を与える第三の駆動手段３６を有するようにしている。
【００３２】
ゴム車輪３３は、ディスク状の支持基台３２ｃの上に起立するブラケット３２ｄに車軸３７を介して回転自在にそれぞれ支持されている。一組のゴム車輪３３は、傾斜していない状態ではケーシング２１の軸心と平行な軸上に上下に配置され、ユニバーサルジョイント３４でそれぞれの車軸３７が連結されると共に、上側のゴム車輪３３の車軸３７に第二の駆動手段３５が直結されている。したがって、第二の駆動手段３５の駆動によって上のゴム車輪３３と下のゴム車輪３３とが同じ方向に同期回転する。
【００３３】
ディスク状支持基台３２ｃは大径部と小径部とからなる段付きディスクで形成され、小径部を支持板３２ｂの円形の支持穴に挿入された状態で押さえ板３２ｅをビス止めすることによって支持板３２ｂに対して回転自在に支持されている。
【００３４】
各ディスク状支持基台３２ｃの大径部には、周縁にギアが形成されており、上下のディスク状支持基台３２ｃの間に配置されている駆動ピニオン３８とそれぞれ噛合するように設けられている。駆動ピニオン３８は、支持板３２ｂに据え付けられた第三の駆動手段３６のモータシャフトに固定されている。なお、上と下のディスク状支持基台３２ｃは大きさが等しく且つギアが同一の形状をしており、駆動ピニオン３８とのギア比が同じになっている。したがって、第三の駆動手段３６を駆動させて駆動ピニオン３８を回転させると、上のディスク状支持基台３２ｃと下のディスク状支持基台３２ｃとが同じ向きに同じ角度だけ回転し、各ディスク状支持基台３２ｃに搭載されているゴム車輪３３を傾斜させようとする。即ち、同じ傾斜角で同じ方向に傾斜しようとする（図７）。このとき、上下のゴム車輪３３の車軸３７は等速ユニバーサルジョイント３４を介して連結されているので、両車軸３７に傾きを与えながら第二の駆動手段３５の回転駆動を伝達することができる。なお、第三の駆動手段３６は、例えばモータ又は流体圧揺動モータである。
【００３５】
本実施形態では、ゴム車輪３３と傾斜機構とを含む支柱３２は架台３１に支持されて地盤・岩盤上に据え付けられる。架台３１は、支柱３２を固定する枠体３１ａ、アーム３１ｃ及び脚部３１ｄから構成される。なお、枠体３１ａの中央部にはケーシング２１が昇降するための貫通孔３１ｂが設けられている。
【００３６】
支柱３２は、ケーシング２１の周方向に配置され、貫通孔３１ｂ内にケーシング２１を起立させた場合に、ブラケット３２ｄを介して支柱３２の支持基台３２ｃに支持される車軸３７に固定された車輪３３がケーシング２１の外周面と接する位置で枠体３１ａに固定される。この構成により、車輪３３がケーシング２１の周方向に配置され、ケーシング２１の外周面と接触してケーシング２１を回転可能に支持することができる。なお、ケーシング２１を支持するために周方向に少なくとも三組の車輪３３が必要である。また、支持力の偏りをなくしてケーシング２１を安定的に支持するために車輪３３は周方向に等間隔に配置することが望ましいが、ケーシング２１を支持可能であれば不等間隔であっても構わない。本実施形態では、ケーシング２１の支持の安定性を高めるために四組の車輪３３をケーシング２１の周方向に等間隔に配置している。
【００３７】
第二の駆動手段３５は支柱３２の上板３２ａに固定され、例えばモータである。なお、第二の駆動手段３５の駆動力の車軸３７への伝達方法は特に限定されるものではなく、本実施形態のように第二の駆動手段３５のモータシャフトと車軸３７とを直接結合するようにしても良いし、又はギアやベルトを介して伝達するようにしても良い。
【００３８】
枠体３１ａは、本実施形態では、長い辺と短い辺の二種類の辺が交互に繋がって構成される八角形に形成されている。そして、アーム３１ｃが枠体３１ａの四つの短い辺のそれぞれから放射状に張り出して四本設けられる。更に、脚部３１ｄが四本のアーム３１ｃのそれぞれの先端に備えられ、掘削しようとする地点から十分に離れて枠体３１ａを岩盤４０の地表面４０ａに固定して支持する。脚部３１ｄは、枠体３１ａを水平に保つために高さ調整が可能であることが望ましい。具体的には例えば、本実施形態のように高さ調整可能なねじ付き脚部３１ｄを用いたり、ジャッキを用いることが考えられる。
【００３９】
本実施形態では、四基の回転昇降ユニットを枠体３１ａの短い辺の位置に設けている。回転昇降ユニットは、支柱３２、ゴム車輪３３（本実施形態では二つ）、車軸３７、等速ユニバーサルジョイント３４、第二の駆動手段３５及び第三の駆動手段３６で構成される。
【００４０】
上述した円柱試験体作製装置１の動作を以下に説明する。
【００４１】
まず、円柱試験体４２を作製する位置の地表面４０ａに枠体３１ａを設置し、四本のアーム３１ｃを展開してねじ付き脚部３１ｄを調整して枠体３１ａが水平になるように固定する。そして、ケーシング２１の下端部２１ｂから突出した掘削手段２４が地表面４０ａから例えば数ｃｍ程度離れた位置となるようにケーシング２１の位置を調整しておく。
【００４２】
第一の駆動手段２２を始動すると、回転駆動がロッド２３を介して掘削手段２４に伝わり、ケーシング２１の下端部２１ｂから突出した掘削手段２４が回転する。
【００４３】
また、第二の駆動手段３５を始動すると、回転駆動が車軸３７並びに等速ユニバーサルジョイント３４を介してゴム車輪３３に伝わり、ケーシング２１の外周を支持しているゴム車輪３３の回転によりケーシング２１が回転する。
【００４４】
これにより、掘削手段２４が自転しながら公転して掘削を行い、更に、ケーシング２１及び六基の掘削ユニットの自重によってケーシング２１に下降方向の力が働く。したがって、岩盤４０の固さによっては上記の動作によってケーシング２１が降下して掘削を進めることができる。なお、この場合には、ディスク状支持基台３２ｃを回転自在にしておくか又はケーシング２１が降下する向きに始めから傾けておく。
【００４５】
岩盤４０が硬くケーシング２１等の自重だけでは掘削ができない場合や時間がかかって効率的でない場合には、更に車輪３３に傾きを与えてケーシング２１にかかる推力を増大させるため、第三の駆動手段３６を駆動させて駆動ピニオン３８を回転させる。駆動ピニオン３８を回転させると、上のディスク状支持基台３２ｃと下のディスク状支持基台３２ｃとが同じ向きに同じ角度だけ回転して各ディスク状支持基台３２ｃに搭載されているゴム車輪３３が傾斜する。それにより、ゴム車輪３３の回転駆動によって回転しているケーシング２１にケーシング２１の軸心方向に下降させる力がかかってケーシング２１が降下する。なお、ゴム車輪３３がケーシング２１に接しながら回転することにより生じるケーシング２１とゴム車輪３３との接点における力の向きが下向きになる方向にゴム車輪３３を傾斜させた場合にケーシング２１は降下する。
【００４６】
上記により、掘削手段２４が自転しながら公転すると共に降下する。これにより、掘削手段２４の自転により岩盤４０に穴をあけ、更に掘削手段２４の公転により穴が円周方向に移動して溝となり、溝が繋がると環状の掘削溝４１を形成する。更に、環状の掘削溝４１の中にケーシング２１が進入しながら岩盤４０の掘削を進める。そして、円柱試験体４２の高さが所定の高さ（地表面４０ａを基準にすると所定の深さ）になるまで掘削することにより、底部が岩盤４０と繋がった状態の円柱試験体４２が作製される。
【００４７】
上記により作製された円柱試験体４２は底部が岩盤４０と繋がった状態のまま現地試験を行う試料として用いても良いし、又は切断用爪２６により底部を切断した後に取り出して試験用試料として用いても良い。
【００４８】
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。例えば、本実施形態では、掘削ユニットを六基設けるようにしているが、これには限られず、掘削ユニットは少なくとも一つあれば足り、掘削の効率を考慮すると好ましくは二つ以上、より好ましくは三つ以上である。なお、少なくとも一つの掘削ユニットがあれば、掘削手段２４が公転することにより環状の掘削溝４１を形成して円柱試験体４２の掘削を行うことができる。
【００４９】
また、本実施形態では、回転昇降ユニットを四つ設けるようにしているが、これに限られず、ケーシング２１の軸心を固定して支持するために回転昇降ユニットを少なくとも三つ設けるようにすれば良い。なお、回転昇降ユニットの数が多いほどケーシング２１をより安定的に支持すると共に回転並びに昇降させることができる。
【００５０】
また、本実施形態では、ケーシング２１の回転のために全てのゴム車輪３３を第二の駆動手段３５により駆動させるようにしているが、これには限られず、少なくとも一つのゴム車輪３３を第二の駆動手段３５により駆動させるようにすれば良い。この場合にも、回転昇降ユニットから第二の駆動手段３５を除いたもので支持昇降ユニットを構成し、例えば少なくとも二つの支持昇降ユニットと一つの回転昇降ユニットとを設けたり、又は少なくとも一つの支持昇降ユニットと二つの回転昇降ユニットとを設けたりすることにより、ケーシング２１を安定的に支持すると共に回転並びに昇降を行うことができる。
【００５１】
また、本実施形態では、ケーシング２１の昇降のために全てのゴム車輪３３を第三の駆動手段３６により傾斜させるようにしているが、これには限られず、第三の駆動手段３６を一つも設けずにディスク状支持基台３２ｃを回転自在にしたりケーシング２１が降下する向きに始めから傾けて配置しておくようにしても良いし、又は少なくとも一つのゴム車輪３３を第三の駆動手段３６により傾斜させるようにすれば良い。この場合にも、回転昇降ユニットから第三の駆動手段３６を除いたもので回転ユニットを構成し、例えば少なくとも二つの回転ユニットと一つの回転昇降ユニットとを設けたり、又は少なくとも一つの回転ユニットと二つの回転昇降ユニットとを設けたりすることにより、ケーシング２１を安定的に支持すると共に回転並びに昇降を行うことができる。更に、回転昇降ユニットから第二の駆動手段３５及び第三の駆動手段３６を除いたもので支持ユニットを構成し、例えば少なくとも二つの支持ユニットと一つの回転昇降ユニットとを設けたり、又は少なくとも一つの支持ユニットと二つの回転昇降ユニットとを設けたりするようにしても良い。
【００５２】
また、本実施形態では、ケーシング２１の外周面と接触してケーシング２１を回転可能に支持する支持手段としてゴム車輪３３を用いるようにしているが、これに限られず、ケーシング２１の外周面を摺動可能に支持する周壁を設けるようにしても良い。この場合には、周壁と少なくとも一つの車輪３３とでケーシングを狭持するように周壁及び車輪３３を配置する。具体的には例えば、少なくとも二つの周壁と一つの回転昇降ユニット若しくは回転ユニットをケーシング２１の周方向に設けるようにしても良いし、又はケーシング２１の外周面を周方向に例えば半分若しくは四分の三程度摺動可能に支持する一つの周壁を設けると共に周壁が途切れてケーシング２１の外周面が露出している位置に回転昇降ユニット若しくは回転ユニットを設けるようにしても良い。この場合にも、ケーシング２１を安定的に支持すると共に回転・昇降を行うことができる。
【００５３】
また、本実施形態では、一つの回転昇降ユニットに、傾斜していない状態ではケーシング２１の軸心と平行な軸上に上下にゴム車輪３３を二つ設けるようにしているが、これには限られず、車輪を一つ設けるようにしても良いし、又は三つ以上設けるようにしても良い。少なくとも一つの車輪があればケーシング２１を安定的に支持すると共に回転並びに昇降を行うことができる。また、車輪３３としてゴム車輪を用いているが、これには限られず、鋼車輪でも良い。更に、ケーシング２１に回転力を与える車輪以外の車輪、即ち単にケーシングを支持するだけのゴム車輪３３の代わりに球体を用いてベアリング構造でケーシング２１を支持するようにしても良い。
【００５４】
また、本実施形態では、第一の駆動手段２２の回転駆動を掘削手段２４に伝達するためにロッド２３を設けるようにしているが、これには限られず、例えば、第一の駆動手段２２として十分な出力が可能で且つ掘削手段２４と同程度の直径の駆動手段を用いる場合には、ケーシング２１の下端部２１ｂの内側即ち本実施形態ではロッド２３を収容している場所に駆動手段を収容し、その駆動手段のモータシャフトと掘削手段２４を直接連結するようにしても良い。
【００５５】
更に、本実施形態では、第一の駆動手段２２により掘削手段２４を自転させるようにしているが、これには限られず、掘削手段２４を固定するようにしても良い。この場合にも、ケーシング２１に送りを与えて掘削手段２４を公転させることにより岩盤４０の掘削を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の岩盤の円柱試験体作製装置の実施形態の一例を示す縦断面図で、掘削開始前の状態を示す。
【図２】本発明の岩盤の円柱試験体作製装置の実施形態の一例を示す横断面図である。
【図３】実施形態の円柱試験体作製装置のケーシングの上端部分を拡大した図である。
【図４】実施形態の円柱試験体作製装置のケーシングの下端部分を拡大した図である。
【図５】切断用爪を備えるようにした場合のケーシングの下端部分を拡大した図である。
【図６】切断用爪を備えるようにした場合の掘削手段及び切断用爪の配置を説明するケーシングの横断面図である。
【図７】本実施形態の支柱をケーシング側から見た図である。（Ａ）は掘削開始前の状態を示す図である。（Ｂ）は車輪が傾斜した状態を示す図である。
【図８】従来のボーリング装置を示す側面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 円柱試験体作製装置
２１ ケーシング
２１ｂ ケーシングの下端
２２ 第一の駆動手段
２４ 掘削手段
３３ 車輪
３５ 第二の駆動手段
３６ 第三の駆動手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のケーシングと、前記ケーシングの下端から突出すると共に前記下端に回転自在に支持される一つ若しくは二つ以上の掘削手段と、前記掘削手段を回転させる第一の駆動手段と、前記ケーシングの周方向に互いに離して配置され前記ケーシングを狭持すると共に前記ケーシングの外周面と接触して前記ケーシングを回転可能に支持する三つ以上の車輪と、前記車輪のうちの少なくとも一つを回転させる第二の駆動手段とを有することを特徴とする岩盤の円柱試験体作製装置。
【請求項２】
円筒状のケーシングと、前記ケーシングの下端から突出すると共に前記下端に回転自在に支持される一つ若しくは二つ以上の掘削手段と、前記掘削手段を回転させる第一の駆動手段と、前記ケーシングの外周面と接触して前記ケーシングを回転可能に支持する周壁と、前記周壁との間で前記ケーシングを狭持して前記ケーシングを回転可能に支持する少なくとも一つの車輪と、前記車輪を回転させる第二の駆動手段とを有することを特徴とする岩盤の円柱試験体作製装置。
【請求項３】
前記車輪を傾斜させる第三の駆動手段を有することを特徴とする請求項１または２記載の岩盤の円柱試験体作製装置。
【請求項１】
円筒状のケーシングと、前記ケーシングの下端から突出すると共に前記下端に回転自在に支持される一つ若しくは二つ以上の掘削手段と、前記掘削手段を回転させる第一の駆動手段と、前記ケーシングの周方向に互いに離して配置され前記ケーシングを狭持すると共に前記ケーシングの外周面と接触して前記ケーシングを回転可能に支持する三つ以上の車輪と、前記車輪のうちの少なくとも一つを回転させる第二の駆動手段とを有することを特徴とする岩盤の円柱試験体作製装置。
【請求項２】
円筒状のケーシングと、前記ケーシングの下端から突出すると共に前記下端に回転自在に支持される一つ若しくは二つ以上の掘削手段と、前記掘削手段を回転させる第一の駆動手段と、前記ケーシングの外周面と接触して前記ケーシングを回転可能に支持する周壁と、前記周壁との間で前記ケーシングを狭持して前記ケーシングを回転可能に支持する少なくとも一つの車輪と、前記車輪を回転させる第二の駆動手段とを有することを特徴とする岩盤の円柱試験体作製装置。
【請求項３】
前記車輪を傾斜させる第三の駆動手段を有することを特徴とする請求項１または２記載の岩盤の円柱試験体作製装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−１４６４７６（Ｐ２００７−１４６４７６Ａ）
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３４２０２９（Ｐ２００５−３４２０２９）
【出願日】平成１７年１１月２８日（２００５．１１．２８）
【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１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月２８日（２００５．１１．２８）
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
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