Equipment to replace the drilling means for the underground drill in the working position

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は地中ドリル用の掘削位置を作業位置で交換する装置に係り、特に、しかし限定するわけではないが、
コアサンプリングドリルのドリルビットおよび（または）リーマーの作業位置で交換する装置に関する。

発明の背景 地中ドリルでは、ドリルビットを地中ドリルのドリルストリングの下端部に着脱可能に取り付けて、このドリルビットで地中に穴を掘削することが普通とされている。 リーマーはドリルストリングとドリルビットとの間に連結されて、掘削穴の周壁面を掘削（ream）するようになすことが普通である。 ドリルストリングは個々のドリルロッドを螺合して形成される。 ドリルロッドは一般に1.5、３または６メートルの固定長とされている。 ドリルの地中への貫入が進むにつれて、ドリルストリングの上端部に追加ドリルロッドが螺合連結される。

掘削時には、ドリルビットが切れなくなった結果として、または地盤の変化により、ドリルビットおよびリーマーの交換が必要になる。 ドリルビットはリーマーよりも頻繁（通常は少なくとも６倍ほど頻繁）に交換される。

ドリルビットまたはリーマーを交換するためには、ロッドを１本ずつ操作してドリルストリング全体を地中から抜き出し、ドリルビットを交換し、そして掘削の再開のためにロッドを１本ずつ組み付けてドリルストリングを再組み立てしながら地中に降下させねばならない。 ドリルビット／リーマーを交換するときのドリルストリングの完全な抜き出し、分解および再組み立ては、時間および費用のかかる作業であり、穴が深くなってドリルストリングが長くなるほど費用は増大する。

この問題を解決するために、少なくともドリルビットに関する限りでは、ドリルストリングの下端部に着脱可能に装着され、またドリルストリングが作業位置に保持されたままの状態で、ドリルストリングを通して交換のために係合解除且つ緊縮することのできる緊縮式ドリルビットを使用することによって、ドリルストリングを掘削穴から抜き出す必要性をなくす幾つかの試みがこれまで行われてきた。 しかしながら、これらの試みは様々な理由によって商業的に成功するとは立証されていない。
これらの理由は、設計および適用が極めて困難なために非常に多くの故障モードが生じて、および（または）製造や、運用状態の維持が高価になること；ドリルビットセグメントにバリ（burring）を生じたり詰まらせる掘削流体および異物で閉塞する傾向があること；ドリルストリングとの係合によりドリルビットセグメントの整合不良が生じること；ドリルストリングの内管に対してドリルビットが取り付けられるためにコアサンプルの直径が小さくなること；貫入速度が低下すること；およびドリルビットセグメントが個別に破損することが含まれる。

発明の概要 本発明の目的は、上述した従来技術の欠点の少なくとも１つの解決を試みる装置であって、地中ドリル用のドリルビットおよび（または）リーマーを作業位置のままで交換する装置を提供することである。

本発明によれば、地中ドリル用の複数のセグメントで構成された掘削手段を作業位置のままで交換する装置であって、 前記地中ドリルの下端部に連結されるようになされた管状部材であって、前記セグメントが地面に接触する掘削位置に前記セグメントを座着させるために、内壁面に沿って円周方向に形成された座着手段を備えた管状部材と、 前記管状部材の中に保持される実質的に円筒形のインサートであって、前記インサートが前記セグメントを前記座着手段に位置決めして該セグメントを前記インサートと前記管状部材との間にて前記掘削位置に保持する装着位置と、前記インサートおよび前記管状部材の間から前記セグメントを解放するために前記インサートが引き戻された回収位置との間を移動可能であり、これにより前記セグメントは交換のために回収することができるようになすインサート。

前記座着手段は、前記管状部材の前記内周壁面に形成された一連のテーパーを付された平坦面を含むことが好ましい。

前記掘削手段はドリルビットであり、前記セグメントはビットセグメントであり、前記ビットセグメントは一連のテーパーを付された平坦面を備えていて、これらの面は前記ビットセグメントが前記インサートと前記管状部材との間に保持されたときに前記管状部材に形成されている一連の面と向き合わされるようになされており、
前記一連の面の各々は、掘削位置において前記ドリルが掘削する穴の底部から持ち上げられること、および底部へ下ろされることに応答して、前記ビットセグメントが前記管状部材に相対的にスライドできるように付形されて配置されていることが好ましい。

前記一連の面は、前記ドリルがコアサンプリングドリルとして使用され、コアサンプルを切断するために前記穴の底部から持ち上げられるとき、前記ビットセグメントの下端部が前記管状部材の長手方向の中心軸線から半径方向へ撓んで、前記管状部材の前記内周壁面に当接できるように更に付形されて配置されていることが好ましい。

前記座着手段は各セグメントの上端部と係合される前記管状部材の前記内周壁面に沿って円周方向に延在されたランドを含み、前記ランドは前記管状部材に形成されたテーパーを付された前記平坦面の最上位置の１つに隣接してそれより上方に配置されることが好ましい。

前記装置は、前記管状部材へ前記セグメントを搬入し、また該部材からセグメントを搬出するために前記地中ドリルを通して前記管状部材の内部を移動できる寸法とされた工具であって、セグメントが前記工具に装填されて前記管状部材に装着されるようになされる装着モードと、前記工具にセグメントがなく、前記管状部材に腕に装着されているセグメントを回収するようになされる回収モードとの間で切り替え可能であり、前記工具は前記インサートと係合するための係合手段を備えていて、
これにより前記工具が前記装着位置と前記回収位置との間で前記インサートを移動させることができるようになされており、 新しいセグメントは、前記工具を前記装着モードに切り替え、前記インサートの下端部を超えて延在して前記係合手段が前記インサートと係合する位置まで前記工具をドリルの内部に下ろすことによって装着できるのであり、これにおいて前記工具の更に下方へ向かう移動が前記インサートを前記装着位置へ移動させ、この装着位置で前記インサートが前記セグメントを前記座着手段に位置決めするとともに該セグメントを前記インサートと前記管状部材との間で前記掘削位置に保持するのであり、
その後前記工具は掘削を進めるために抜き出されることのできるようになされることが、好ましい。

前記工具は前記インサートと係合する装着ラッチ手段および回収ラッチ手段を含み、前記工具が前記装着モードにあるときは前記装着ラッチ手段が作動可能で前記回収ラッチ手段は作動不能であり、また前記工具が前記回収モードにあるときは前記装着ラッチ手段および前記回収ラッチ手段の両方とも作動可能とされ、前記装着ラッチ手段は前記工具がドリルの内部に下ろされたときに前記インサートと係合し、また前記回収ラッチ手段は前記工具が第１の距離だけ引き上げられるときに前記インサートに係合して該インサートを第１の距離だけ引き上げるようにさせ、前記回収ラッチ手段は前記工具を前記第１の距離より大きく引き上げられることで前記インサートから自動的に解除されるようになされることが好ましい。

前記工具は前記装着モードと回収モードとの間で該工具を切り替えるためのモード選定手段を含み、該モード切り替えすなわち選定手段は前記工具の本体部分にスライド可能且つ回転可能に取り付けられた選定スリーブを含み、該選定レバーは前記装着ラッチ手段および回収ラッチ手段がそれぞれ通って突出できるようにする装着開口および回収開口を備えており、前記選択スリーブは前記装着開口が前記装着ラッチ手段の上に位置され且つ回収開口は前記回収ラッチ手段に対して半径方向に偏倚された装着モードに対応する第１の位置、また前記装着開口および前記回収開口がそれぞれ前記装着ラッチ手段および前記回収ラッチ手段の上に位置された前記回収モードに対応する第２の位置から、回転することが好ましい。

前記装着ラッチ手段は、例えば前記インサートの上端部の近くのに形成された１つまたはそれ以上の当接面に当接することによって該インサートと係合することが好ましい。

前記インサートの前記上端部は、前記装着ラッチ手段が該上端部に係合するときに前記工具がその長手軸線のまわりに回転して該工具、インサートおよびセグメントを整合させることができるように付形され、これにより前記セグメントが前記インサートと前記管状部材の間に装着されるか、またはその間から回収できることが好ましい。

前記インサートは前記回収ラッチ手段と係合する第１
止め具を更に備えており、また前記装置は、前記工具が前記第１の距離を超えて引き上げられたときに前記回収ラッチ手段を前記第１止め具から解除するための手段を更に含むことが好ましい。

前記解除手段は、前記回収ラッチ手段を圧縮するためのテーパー面を含むことが好ましい。

前記工具は前記管状部材へまたは該部材から前記セグメントを搬送するためにセグメントを載荷できるキャリヤを含み、また前記工具が前記インサートに係合するときに、該工具本体と相対的に前記セグメントをスライドさせるように該工具が作動可能であり、これにより前記セグメントの上端部が前記工具の横方向に延在して前記座着手段および前記インサートを係合させるようにできることが好ましい。

前記キャリヤ手段はクレードルを含み、該クレードルのまわりで前記セグメントは半径方向に間隔を隔てられており、前記クレードルは前記工具が装着モードにあって該工具が前記インサートに係合しているときに、該工具の一部に相対的にスライド可能であり、これにより前記クレードルと前記工具の一部との相対的なスライド動作によって前記セグメントの前記上端部が前記工具の横方向に延在して前記座着手段および前記インサートに係合するようになされることが好ましい。

前記装置は前記セグメントを前記工具上に保持するための該セグメントを取り巻く弾性バンドを更に含み、該弾性バンドは前記セグメントが前記掘削位置に保持されているときに該セグメントを前記管状部材の中心軸線へ向けて押圧するように作用し、これにより該セグメントの回収時には前記弾性バンドが該セグメントの前記工具上への緊縮を助成するようになすことが好ましい。

前記クレードルは、前記工具の前記本体部分のテーパー下端部から延在し且つ前記本体部分の穴内の内部にスライド可能に収容された細長いシャンクと、前記シャンクを前記穴の内部へ引っ込めるように作用する押圧手段とを含み、前記装着モードにあって前記工具が前記インサートに係合するより前は前記押圧手段は圧縮状態に保持され、また前記シャンクは前記穴から突出してセグメントの上端部が前記テーパー端部に係止するようにされており、また前記工具が前記インサートに係合することで前記押圧手段は圧縮状態から解除され、これにより前記シャンクを前記穴内に引っ込めて、これにより前記セグメントの上端部は前記テーパー端部に沿ってスライドして前記工具の横方向へ延在するようになされることが好ましい。

前記選択スリーブは前記押圧手段を圧縮状態に保持するために第２止め具手段を作動させるようになされており、これにおいて前記選択スリーブは前記装着ラッチ手段と連結され、前記装着ラッチ手段が前記インサートに係合するときに前記選択スリーブが前記工具本体と相対的にスライドして前記第２止め具手段を解除して、前記押圧手段の伸長および前記シャンクの前記穴内への収納を可能にすることが好ましい。

代替実施例において、この装置は、地中ドリルにおける複数の単独部材で構成されたリーマーを作業位置のまま交換することに使用できる。 この実施例では、クレードルは前記工具本体部分に形成された複数の凹部を含み、各凹部の上端部は該本体の外面へ至る斜面を備えており、また選択スリーブは前記装着モードおよび回収モードの両方において前記セグメント上に位置される複数の開口を備えており、半径方向内方へ向かうリップが各開口の下端部に備えられて各セグメントの下端部に当接するようになされており、これにより装着モードにおいて前記装着ラッチ手段が前記インサートを工具に係合させるとき、選択スリーブは工具本体に相対的にスライドして前記リップが前記セグメントを押圧できるように、
またセグメントの上端部が前記斜面に沿ってスライドして工具を超えて横方向に延在し、これにより座着手段およびインサートに係合することができるようになされる。 この実施例では、座着手段は複数の前記管状部材のまわりに半径方向に形成された複数の切り欠きを含み、
これらの切り欠きを通してセグメントの掘削面が突出して地盤を掘削できることが有利である。

更に他の実施例において、ドリルビットが複数のビットセグメントで構成され、またリーマーが複数のリーマーセグメントで構成されている地中ドリル用のドリルビットおよびリーマーの両方を作業位置のままで交換するための組み合わされた装置が想定されており、この組み合わされた装置はビットセグメントを交換するための第１副装置と、前記リーマーセグメントを交換するための第２副装置とを含み、各副装置は本発明の第１の概念による管状部材と、インサートとを含んでおり、これにおいて第２副装置の管状部材はドリルの下端部に連結され、第１副装置の管状部材は第２副装置の管状部材に連結されて、ドリルビットおよびリーマーの両方が同時に交換できるようになされる。

図面の簡単な説明 本発明の実施例が添付図面を参照して単なる例としてここで説明される。 図面において、 第１図は、地中ドリル内部に配置された装置の第１の実施例の側立面図； 第２図は、第１図に示された装置に使用されている工具の側立面図； 第３図は、第２図に示された工具の長手方向断面図、 第4a図は、第２図および第３図に示された工具の選択スリーブの側立面図； 第4b図は、第4a図に示された選択スリーブの端面図； 第4c図は、第4a図に示された選択スリーブの反対側の端面の図； 第4d図は、第4a図に示されたＢ−Ｂ断面図； 第4e図は、第4a図に示されたＣ−Ｃの断面図； 第4f図は、第4b図に示されたＡ−Ａの断面図； 第4g図は、第4a図に示されたＤ−Ｄの断面図； 第5a図は、第１図に示された装置に使用されたインサートの側立面図； 第5b図は、第5a図に示されたインサートの一端部の図； 第5c図は、第5a図に示されたインサートの反対側の端面の図； 第6a図は、第１図に示された装置に使用された管状部材の長手方向断面図； 第6b図は、第6a図に示された管状部材の一端部の図； 第6c図は、第6a図に示された管状部材の反対側の端面の図； 第6d図は、第6a図に示された管状部材の下側部分の図； 第7a図は、第１図に示された装置に使用されたビットセグメントの側面図； 第7b図は、第6a図に示されたビットセグメントの頂面図； 第7c図は、第7a図および第7b図に示されたビットセグメントの端面図； 第8a図は、第１図に示された装置に使用されたロッキングクリップの頂面図； 第8b図は、第6a図に示されたロッキングクリップ側面図； 第９図は、この装置の下端部の拡大した部分的断面図； 第10図は、インサートによりビットセグメントが掘削位置にロックされた、掘削モードのドリルの端部の断面図、 第11図は、第10図に示されたドリルストリングであるが、ドリルストリングが掘削穴の底部から引き上げられて示された図； 第12図は、本発明の第２の実施例に使用された工具の断面図； 第13図は、本発明の第２の実施例に使用されたリーマーセグメントの頂面図； 第14図は、リーマーセグメントが掘削位置に保持された本発明の第２の実施例の部分的な断面図； 第15図は、第１図に示された装置のための搬送スリーブの側面図；および 第16図は、第１図に示された装置の搬送スリーブ用の錘の側面図である。

好適例の詳細な説明 第１図は地中ドリル12のドリルビットの形態をなす掘削手段を作業位置のまま交換する第１の実施例の装置10
を示している。 ドリルビット12は複数のドリルロッド14
が相互連結されて構成されており、これらのドリルロッドが一緒になってドリルストリングを形成している。 掘削穴の周壁面を削るための標準的なリーマー16が最下ロッド14の自由端部に螺合されている。

この装置10は複数の独立しているが相互に作用する部材を含み、これらの部材には、ドリル12の下端部に連結されるようになされた駆動組立体18の形態をした管状部材、ドリル12を通して移動できる寸法とされて、ドリルビットセグメント22（第7a図、第7b図および第９図を参照）を駆動副組立体18へまた該駆動副組立体から搬送するための装着および回収工具20、およびインサートがビットセグメント22を駆動副組立体18内に保持する装着位置と、ドリル12から抜き出すためにインサート24が引き戻されてビットセグメント22が工具20上に緊縮できるようにする回収位置との間をスライド可能に部材18の内部に保持された実質的に円筒形のインサート24が含まれる。

第6a図および第6d図を参照すると、内周壁面26は駆動副組立体18の下端部28にビットセグメント22を座着させるための座着手段30を備えている。 座着手段30は内面26
に沿って円周方向に延在するランド32を含み、これに続いて下部方向へ一連のテーパーの付いた平坦面が形成され、これらの面の最下位置に凹部58が形成されている。
特に、ランド32に続いて以下の順で下流へ向けて面が形成されている。 すなわち、駆動副組立体18の長手方向の中心軸線36から離れる方向へテーパーを付された面34;
軸線36と平行に延在する面38;軸線36へ向かうテーパーを付された面40;軸線36から離れる方向へテーパーを付された面42;軸線36へ向かうテーパーを付された面46;および軸線36から離れる方向へテーパーを付され且つ駆動副組立体18の長手方向端部50へ延在する面48である。 面
48に続いて、軸線36および端部50の両方から離れる方向へテーパーを付された面52が形成され、この面は駆動副組立体18の外周面54へ至る。

複数の駆動ラグ56が面46に備えられている。 隣接する駆動ラグ56は凹部58を画成しており、掘削時にはこの凹部の中にビットセグメント22の下端部が保持される。 第
6b図で最も明白となるように、駆動ラグ56の幅は軸線36
へ向かって半径方向で減少されている。 軸線36と平行に延在した１対の対向する溝60が駆動副組立体18の端部の内側にて壁面26に機械加工されている。 ロッキングクリップ62（第8a図および第8b図を参照）が各溝60の上端部
64に挿入される。 各ロッキングクリップの下端部は面65
が形成され、この面は内壁面26へ向かうテーパーを付されており、ばねクリップ66が内壁面26と対向する面のクリップの上端部の近くに取り付けられている。

第7a図および第7b図を参照して説明すると、ビットセグメント22は駆動副組立体18の座着手段30と組み合うように付形されている。 ビットセグメントはシャンク68
と、このシャンク68の下端部に形成された地盤に係合して掘削するためのクラウン70とを含む。 クラウン70はダイヤモンドおよび金属のマトリックスを典型的に含む。
使用において、クラウンの接地面72が磨耗するにつれて、新しいダイヤモンドが露出して掘削を促進するようにされる。

ビットセグメント22の側面74（第7b図で上側に示されている）は駆動副組立体18の内面26と向き合わされる。
シャンク68の側面74は、クラウン70から始まって以下の順に並んだ面を含む（軸線36は第7a図の都合のよい基準として点線で示されている）。 すなわち、軸線36へ向かうテーパーを付された面76;軸線36と平行に延在する面7
7;軸線36から離れる方向へテーパーを付された面78;軸線36へ向かうテーパーを付された面80;軸線36と平行に延在する平坦面82;軸線36から離れる方向へテーパーを付された面84;軸線36へ向かうテーパーを付された面86;
軸線36と平行に延在する面88である。 面88の次ぎに面92
に至る急なステップ90が続いており、面92は軸線36へ向かうテーパーを付されているとともに、シャンク68の端部94まで延在している。

シャンク68の反対側面96は、端部94からクラウン70へ向かう方向にて以下の順に並んだ面を含む。 すなわち、
軸線36へ向かうテーパーを付された面98;軸線36と平行に延在する平坦面100;軸線36へ向かうテーパーを付された面102;および軸線36と平行に延在する平坦面104である。

第7c図に最も明確に示されるように、クラウン70は環状の扇形形状であり、内側円弧面106および外側円弧面1
08を有して形成され、外側円弧面108の長さは内側円弧面106のそれよりも長い。

掘削面72と反対側のクラウン70の面は、外面108から外面106へ向かう方向において以下の順に並べられた面を備えている。 すなわち掘削面72と平行に延在する面11
0;掘削面72へ向けて傾斜してシャンク68の隣接面76にて終端する面112、掘削面72から離れる方向へテーパーを付されて円弧面106にて終端する面114である。 面112および76はＶ形凹部116を形成しており、この凹部は駆動副組立体18の面48および52と係合する（第10図に見られるように）。

第２図〜第4f図を参照すると、工具20は主本体部分11
8を含み、この上に選択スリーブ120がスライド可能且つ回転可能に保持される。 本体118の上端部120は標準的なワイヤーラインアダプター124を取り付けるためのスクリューねじを備えている。 一対の対向する長手方向の溝（図示せず）が本体118の端部122に機械加工され、リング126をスライド可能に保持するようになされている。
このリングはその内周面に１対の突起（図示せず）を備えており、これらの突起が溝内に係合してリング126を本体118の上手方向にスライドできるようにしている。
ワイヤーラインアダプター124とリング126との間に保持されたばね128は、端部122から離す方向へリング126およびスリーブ120を押圧するように作用する。 突起130はスリーブ120に隣接するリング126の端部に形成され、２
つのモードの一方にてスリーブ120の隣接する端部に切り欠かれた選定凹部132,134に係合する。

本体118は内側凹部136を備えており、この内側凹部は１対の装着ラッチドッグ138を収容する。 ピン140は両方のラッチドッグ138の一端部を通して延在し、本体118をスリーブ120に連結する。 ピン140は本体118に形成されている長手方向溝（図示せず）およびスリーブ120に形成されている横方向に延在する溝142の中に係合する。
ピン140の各端部は、溝142の周囲のまわりに形成されているリップ143に座着する。 これが、本体118とスリーブ
120との間の連結を与え、スリーブは本体118に相対的に対して長手方向にスライドできるとともに回転できるようにするのである。

第２のピン144はピン140と平行に延在し、本体118に形成された長手方向溝148に係合する。 ばね150はラッチドッグ138の対向する両端をピン144に連結している。 ばね150は、本体118の横方向へ且つスリーブ120に切り欠かれた開口すなわち溝139（第4a図および第4d図を参照）を通して突出させるようにラッチドッグを押圧する。 ラッチドッグ138の各々はインサート24に当接する支持面152を備えている。

装着ラッチドッグ138と同様な１対の回収ラッチ手段1
54が端部122とは反対側のラッチドッグ138の側にて工具
20に備えられている。 しかしながら、回収ラッチドッグ
154はラッチドッグ138を受け入れる平面に対して直角に配置された平面内に配置される。 更に、回収ラッチドッグは装着ラッチドッグ138とは反対の概念で配向されている。 すなわち、回収ラッチドッグ154の端部156はばね（図示せず）で本体118の横方向に且つスリーブ120に切り欠かれた溝155（第4a図および第4e図を参照）を通して突出するように押圧されており、反対両端158は本体1
18を通して延在するピン160で保持されている。 支持面1
62はインサート24と係合するように回収ラッチドッグ15
4の端部156に形成されている。

第4a図および第4e図から最も明白になるように、装着ラッチドッグ溝139は回収ラッチドッグ溝155の幅よりも広い。

長方形の空間164が回収ラッチドッグ154に隣接して本体118に形成されている。 空間164の一端部166の長手方向に穴が延在しており、この穴は円筒形凹部170に通じている。 凹部170は、本体118の切頭円錐形の端部172を通して延在する。 空間164、穴168および凹部170は一緒になってクレードル176のための側路174を形成しており、クレードルの上にビットセグメント22が取り付けられる。

クレードル176は中央バー178を含み、この中央バーからその一端部でねじ付きステム180が同軸的に延在して、反対端部はストップ182で終端している。 ステム180
は凹部170および穴168を通して、空間164の中へ延在する。 ステム180に隣接するバー178の端部は凹部170内にスライド可能に受け入れられる。 ばね184は、ステム180
に螺合された張力調整ナット186および空所164のチューブ166の間にてステム180に保持される。 ナット186の反対両端部188および190は、ナット186の中心から半径方向へ厚さが減少するようにテーパーを付されている、すなわち傾斜されている。

１対のロッキングピン（図示せず）が本体118に形成されているそれぞれの凹部192に配置されている。 これらのピンはそれぞれの凹部192の中にスリーブ120で保持され、またスリーブ120の相対的な移動により選択的に空間164の中に突出し、また空間から引き戻されることのできる端部を有している。 第4f図を参照すると、スリーブ120の内周壁面194は円周溝196を備えている。 溝196
が凹部192の上に位置するようにスリーブ20が位置決めされると、その内部のピンの端部は空間164から引き戻されてばね184が伸長できるようにする。 しかしながら、溝196が凹部192の上に位置しないようにスリーブ12
0が位置決めされると、ピンの端部は平坦面194に当接して空間164の内部へ延在するように保持される。 この状態で、ピンはナット186に当接して、ばね184を圧縮状態に保持する。

ビットセグメント22を装着するために工具20が装填されるとき、セグメントはバー178のまわりに半径方向に配置され、クラウン70はストップ182に当接する。 各ビットセグメント22の面98は本体118の切頭円錐形端部172
の大径端部に係止される。 弾性バンド198がビットセグメント22をそれぞれの面82の周りで取り囲んで、クレードル176の上にビットセグメントを保持する。

複数のリッジ200がスリーブ120の外面に備えられており、これらのリッジはスリーブ120の長手方向に平行に延在している。 リッジ200は等間隔とされ、隣接するリッジどうしが浅い溝202を画成して、工具20がドリル12
を通して下ろされたときに、この溝を通して流体は流れることができる。

インサート24（第5a図〜第5c図を参照）はビットセグメント22を弾性バンド198に抗して拡張させ、駆動副組立体18の内面に圧し当てて掘削位置へビットセグメント
22を位置決めするために備えられている。

インサート24は、上端部204から突出する反対両側の１対の頂点206を有する円筒チューブの形態とされている。 各頂点の側面は下流方向へ鋭く傾斜して、頂点206
を引き離している平坦面208へ至る。 １対の長手方向に延在するレール210は、インサート24の外周面212から外方へ突出している。 これらのレール210は駆動副組立体1
8の溝60に係合する。 長手方向に延在する溝214（一方のみ示されている）の形態とされた１対の対向する止め具がインサート24に切り欠かれて、回収ラッチドッグ154
を係合させるようになされている。 各溝214の上流端は、上流へ向かう方向にてインサート24の内面へ向けて傾斜するように斜面を形成されている。 頂点206と対向するインサート24の端部は複数の長手方向に延在するキー溝218を備えている。 隣り合うキー溝218は、ラグ220
で間隔を隔てられている。 水路222がインサート24の内面の長さに沿って機械加工されている。 水路は、ビットの冷却、潤滑およびフラッシュに使用された水を流す通路を与える。

リーマーセグメント（第13図および第14図を参照する）を交換するための工具20′（第12図を参照）は、ドリルビットセグメント22の交換用に使用された工具20と構造的且つ機能的に同じである。 したがって、工具20の説明に関して使用した符号がこの工具20′の同様な特徴を示すために使用されている。 ワイヤーラインアダプター124′は工具20′の上端部122に螺合される。 ばね12
8′はワイヤーラインアダプター124′とリング126′との間に介在される。 工具20によるように、リング126′
はスリーブ120′の上端部に切り欠かれた凹部（図示せず）に係合する突起130′を備えているならば、工具12
6′の長手方向にスライド可能である。 装着ラッチドッグ138′および回収ラッチドッグ154′は、工具20のそれらと同じである。 工具20′と工具20との間の本質的な相違点は、クレードル176′が本体118′の下端部のまわりに半径方向に形成された複数の切り欠き227に含むことである。 切り欠きの各々の上端部は斜面228を備えており、この斜面は本体118′の外面に至る。 更に、スリーブ120′は複数の開口230を備え、これらの開口は切り欠き227の上に位置される。 半径方向内方へ向いたリップ2
32は、各開口230下端部に備えられる。

工具20および20′の間の他の相違点は、装着ラッチドッグおよび回収ラッチドッグのピンが保持される溝の長さである。 特に、工具20′のこの長さは（例えば溝14
8′を参照）、工具20の対応する溝の長さよりも格段に長い。

標準的なオーバーショットアタッチメント234が工具2
0′の下端部に連結されて、工具20のワイヤーラインアダプター124と連結されるようになされる。 この連結は、工具20および20′が互いに回転することを許容する。

リーマーセグメント226はドリル12に取り付けられるか、ドリルから取り外されるときに、切り欠き227内に保持される。 リーマーセグメント226は傾斜面を有する長方形プリズムの形状とされている。 各セグメント226
は長方形プレート236上に取り付けられる。 直立リップ2
38および240がプレート236の上端部および下端部を横断して延在する。 プレート236のリップ240および上端部の両方とも斜面を形成されて、上流へ向かって互いに収斂するようになされる。

セグメント226はゴムバンド242および244で切り欠き2
27内に保持され、これらのゴムバンドは対応するセグメント226の端部に隣接するプレート236を取り囲む。

補助駆動副組立体18′とされた管状部材は、リーマーセグメント226を掘削位置に保持するためにドリルに螺合される。 補助駆動副組立体18′は座着手段を備えており、この座着手段は駆動副組立体18′の内周壁面から内方に突出したランド32′と、ビットセグメント226を座着させるための傾斜縁248を有する切り欠き246（１つだけが示されている）とを含む。 凹部250が各切り欠き246
の下流端部に隣接して駆動副組立体18の内面に切り欠かれて、リップ238を受け入れるようになされる。

補助インサート24′は補助駆動副組立体18で保持され、セグメント226を切り欠き位置に選択的に保持し、
またセグメント226を交換のために解放させる。 インサート24′は、インサート24のキー溝218およびラグ220を含まないことを除いて、インサート24と本質的に同じである。 工具20′は、インサート24′がセグメント226を掘削位置に位置決め保持する装着位置と、インサート2
4′がセグメントを解放させるために引き戻されて、セグメントが弾性バンド242および244の作用で工具226上に緊縮できるようになされる回収位置との間で、インサート24′をスライドさせるために使用される。

第１図を再び参照すると、地中ドリル12は、この実施例では例えばロンガイヤーズ（RONGYEARS）で製造されている形式のコアサンプリングドリルとされている。 コアサンプリングドリルは、ドリル12の下端部に保持されるランドリング252を典型的に含んでいる。 このランドリング252は都合のよいコアサンプル胴体254（第10図および第11図を参照）の通過を一時停止させるために使用される。 コアサンプル胴体254の頂部はランドリング252
上に係止されて、コアサンプル胴体254がドリル12から脱落することを防止する。 コアサンプル胴体254は掘削した地盤のコアサンプルを集めて保持するために使用される。 コアサンプル胴体が満杯になったならば、掘削は停止され、コアサンプルを切断するように掘削穴の底部からドリルが持ち上げられ、その後コアサンプル胴体はワイヤーライン256によりドリルを通して上昇される。

装置10がドリルビットだけを作業位置のまま交換するために使用される場合は、従来のコアサンプリングドリルビット（図示せず）がリーマーと螺合される駆動副組立体18と交換される。 装置10がリーマーの作業位置のままの交換を可能にするために使用されるならば、標準的なリーマー16は取り外されて駆動副組立体18と交換される。 インサート24/24′は、対応する駆動副組立体18および18′内に常に保持される。 工具20および20′は、ビットセグメント22および226の装着および回収のためにそれぞれドリル内へ下ろされ、または取り出される。 工具20および20′が取り外されると、標準コアサンプル胴体254がドリル12の中に下ろされることができ、コアサンプルの取り外しのためにインサート24および24′を通過される。

装置10の作動方法がドリルビットセグメントの交換に関連してここで説明される。

駆動副組立体18は標準的なコアサンプリングドリルのリーマー16に螺合される。 工具20はスリーブ120をリング126に相対的に回転させて装着モードに設定され、これにより突起130は装着モードの選択凹部132に係合される。 クレードル176は本体118から延ばされてばね184を圧縮し、このばねは端部が空間164内へ延在されているロッキングピン（図示せず）によって圧縮状態に保持される。 この状態において、装着ラッチドッグ138はスリーブ120の溝139から横方向へ突出する。 しかしながら回収ラッチドッグ154は溝155と整合されておらず、それ故にスリーブ120の範囲内にて圧縮状態に保持される。 ビットセグメント22はクレードル176上に装填され、各ビットセグメント22の面82に接触する弾性バンド198により所定位置に保持される。 各ビットセグメントのクラウン70はストップ182に当接する。 インサート24は駆動副組立体18内に配置され、クリップ62で座着手段30の上方に保持される。 インサート24は頂点206が上流へ向くように配向される。 インサート24のレール210が溝60に係合して、駆動副組立体18の内側に沿ってインサート24がスライドできるようにする。

工具20はワイヤーラインアダプター124を経て標準的なワイヤーラインに連結され、装着ラッチドッグ138を圧縮する搬送スリーブ260（第15図に示される）に挿入される。 次にこの搬送スリーブ260は工具20とともにドリル12の中央を通して降下される。 工具20の降下速度を増大させるためにスリーブの上端部に搬送スリーブ用の錘262（第16図を参照）を取り付けることができる。 搬送スリーブ260の降下はランドリング252に当接して一時停止される。 しかしながらリング252の内径よりも小さな外径を有する工具20は降下を続ける。 工具20がランドリング252を通過するとき、装着ラッチドッグ138はばね
150によりスリーブ120に形成された溝139から突出するように押圧される。 ラッチドッグ138の支持面152は頂点
206に接触し、これにより支持面152が平坦面208上に位置して頂点206を引き離す位置となるまで、工具20を回転させる。 工具20のこの回転は、駆動副組立体18の凹部
56おもびインサート24のキー溝218に対するビットセグメント22の正確な整合を保証する。

ラッチドッグ138は頂点206と衝突して短い距離を後方へ駆動され、スリーブ20の相当の移動を生じる。 この作用により、溝196は凹部192上に位置され、内部に位置されたピン（図示せず）が空間164から引き戻されて、ばね184が拡張できるようにする。 これはクレードル176を本体118内に収納させる。 各ビットセグメントの面98は切頭円錐端部172に沿ってスライドして本体118の横方向へ延在し、内壁面22（第９図を参照）に接触する。 工具
120が降下を続けると、シャンク68のステップ90が駆動副組立体18のラッチドッグ32に係合する。

工具120の引き続く降下移動は、インサート24を平坦面208に支持される装着ラッチドッグ138で下方へ引き下ろす。 各ビットのステップ90がラッチドッグ32に係合すると、ビットセグメント22のそれ以上の降下移動は防止される。 インサート24はビットセグメントの後面96を集め、弾性バンド198の押圧力に抗してビットセグメント2
2を半径方向外方へ拡張させるように作用して、ビットセグメントを個々の凹部58の中に位置決めさせる。 インサート24は、キー溝218がビットセグメント22の上をスライドしてビットセグメント22を駆動副組立体18との間に保持する装着位置となるまで、下方へ引き続き移動される。 弾性バンド198は、駆動副組立体18の面44とビットセグメント22の面82との間に形成された空間内に位置する。

工具20は次ぎにワイヤーライン256を介してランドリング252へ引かれ、その上で個々のラッチドッグ138はリング252を通して後方へ引かれることで圧縮される。 工具20は次ぎに搬送スリーブ260の再び侵入し、両者がドリルから完全に抜き出される。

駆動副組立体18のまわりにロックされたビットセグメント22が地盤を掘削するドリルビットを形成する。 標準的なコアサンプル胴体254が次ぎにワイヤーライン256を経てドリル12の内部へ下ろされて、掘削した地盤のコアサンプルを保持するようになす。 インサート24はコアサンプル胴体254（第10図および第11図を参照）がインサートを通過できるようにする寸法である。

駆動副組立体18およびインサート24の間にビットセグメント22が保持されてドリルビットを形成されると、ドリル12は掘削穴の底部へ下ろされて掘削を開始される。
第10図を参照すると、ビットクラウン70が穴底部に接触すると、セグメント22は駆動副組立体の面34,48および5
2をそれぞれビットセグメントの面86,112,および114に支持させて後方へスライドするように強制される。 このモード（掘削モード）では、ステップ90はランド32の周りに間隔を隔てられる。 ビットセグメントのスライド運動は、ビットセグメントの面77および88、および駆動副組立体の面38で容易とされ、これらの面の全てが軸線36
と平行に延在している。

ビットセグメント22および駆動副組立体18の面の配置は、ビット重量および掘削時に生じる内部／外部の回転力を駆動副組立体18に伝達する。 更に、この作用は、ビットセグメントの各々の最上位置の内縁がインサート24
の外周壁面212に対して僅かに内方へ押圧されるときのクランプ作用によって、インサート24を所定位置にロックする。

ビットセグメント22および駆動副組立体18の、間の掘削時の力の伝達が第10図に示され、以下に説明される。
矢印Ａは掘削時にストリング重量の一部がビットクラウン70から駆動副組立体18へ伝達される方向を示している。 この力は駆動副組立体18の長手方向に方向を定められて、面48および52に付与される。 ストリングの残りの重量は各ビットセグメントの面86を経て第10図の矢印Ｆ
で示されるように各キー溝の表面34へ伝達される。 この力はまた、ビットセグメント22を半径方向内方へ移動させて、掘削時に要求されるインサート24に対するクランプ作用を与えるようになす。

クラウン70の面108に作用する外部の半径方向の力は矢印Ｂで示されるように面52で駆動副組立体へ伝達される。 これらの力は、駆動副組立体18の面52および48でも支持される。 ビットクラウン70および駆動ラグ56に作用する内部の半径方向の力は、矢印Ｃで示されるように面
48を経て駆動副組立体に伝達される。

コア切断時（第11図に示される）に、ドリル12が掘削穴の底部から持ち上げられるとき、ビットセグメントはステップ90がランド32に当接するまで駆動副組立体18に相対的にスライドし、、駆動副組立体の面40および46はビットセグメントの面84および78に対してそれぞれ支持される。 コアサンプル胴体254もビットセグメント22の面102に対して力を作用させる。 この力は、掘削穴の底部へ向かって傾斜した斜め方向にて、ビットセグメント
22から駆動副組立体18へとそれぞれの面77および49;および84および40の間で矢印D,EおよびＧで示されるように伝達される。

ビットセグメント22および駆動副組立体18の、それぞれ面78および46の間の空間すなわち間隙（第10図に示される）は、コア切断時にコアサンプル胴体254がビットセグメント22に力を伝達したとき、ビットセグメント22
が半径方向外方へ撓めるようにしている。 これがコア切断時にビットセグメントを軸線36から半径方向へ拡張させて、通常のようにコアサンプル胴体リフター（図示せず）を経てコアサンプルが掘削される岩盤から切断されるようになす。

掘削時には、上述のように、各ビットセグメントの最上内縁がインサート24の外周壁面に対して僅かに内方へ押圧されるときのクランプ作用によって、インサート24
がビットセグメント22を所定位置にロックする。

回転駆動が駆動副組立体18から駆動ラグ56を経てビットセグメント22へ伝達される。

ビットの潤滑および冷却は通常の方法で行われ、流体がドリル12の内部にポンプにより圧送されて、流体がビットクラウン70まで流れることができるようにするインサート24内部の水通路222を経て循環される。 しかしながら、ビットクラウン70での冷却は、標準的なドリルビットで達成されるように実質的に困難である。 本発明の装置では、隣接するビットセグメント22の間に形成された間隙によって、極めて幅広い水通路が自然に備えられる。

従来のドリルビットでは、比較的狭いチャンネルまたは溝がクラウンに切り欠き形成されて、潤滑剤および冷却液の通過を可能にする。 この実施例のビットセグメント22の間の間隙は、標準的なドリルビットと比較して、
水通路幅の300％〜600％の増大を示している。 逆に、ビットクラウン70の表面積は実質的に減少されている。 これはビットマトリックス設計の標準的な実際と反対である。 ドリルビットセグメントのこの構造は、冷却、汚染物質のフラッシュ、および潤滑が有効に達成され且つポンプ圧力が低圧であれば一層効率的に掘削できるものと考えられる。 クラウン設計はまたドリル重量を小さな掘削面積に集中させることで高い貫入速度を与える。 隣接するビットセグメントの間の極めて幅広い水通路もまたビットクラウンのバーリングまたは掘削による異物によって生じるビット水通路の閉塞および循環不能の問題をなくす。

ビットセグメント22を取り外して交換するために、ドリル12は先ず短い距離だけ穴底部から持ち上げられてコアサンプルを岩盤264から切断するようになされる。 このコアサンプル胴体254は次ぎにワイヤーライン256を使用して通常の方法でドリルから取り出される。

工具20はスリーブ120のカウンターツイストにより回収モードとされて、回収凹部134が突起130に係合するようになされる。 これにより、溝155は回収ラッチドッグ1
54と整合され、回収ラッチドッグは完全に拡張されてスリーブ120の面を超えて突出するようになされる。 工具2
0は搬送スリーブ260に挿入されてドリル12を通して下ろされる。 ランドリング252に到達すると、スリーブ260の止め具は一時停止されるが、工具20は引き続きランドリング252を通して降下して、回収ラッチドッグ154および装着ラッチドッグ138を露出させるのであり、これらのラッチドッグはドリル12の内周面に接触される。

工具20は次ぎにインサート24の中に入り、これにより回収ラッチドッグはインサート24の内周面と接触することで圧縮される。 装着ラッチドッグ138は頂点206と接触して、工具を駆動副組立体18との正確な整合状態に回転させる。 装着ラッチドッグ138が平坦面208に底付きすると、回収ラッチドッグ154は拡張してインサート24に備えられている溝214の中へ入る。 クレードル177は拡張位置にあり、ばね184は圧縮されてナット186は凹部192内に位置するロッキングピン（図示せず）で直線的に移動ができないようにロックされる。 クレードル176はビットセグメント22の中心に配置されており、ストップ182
がビットクラウン70を超えて存在する。 工具20がここで短い距離だけワイヤーラインで持ち上げられると、回収ラッチドッグ154はインサートを元へ引き戻し、インサート24は駆動副組立体18の溝60に沿ってスライドする。
同図に、ビットセグメント22は解放され、弾性バンド19
8の収縮力によって緊縮される。 工具20を更に上方へ引き上げることにより、回収ラッチドッグ154はクリップ6
2のテーパー面65で圧縮されてインサート24から自動的に解除される。

工具が継続して上方へ移動すると、インサート24を残し、回収ラッチドッグおよび装着ラッチドッグの両方がドリル12の内周壁面に接触される。 ランドリング252に到達すると、装着ラッチドッグはばねの押圧力に抗して圧縮されて、リング252を通過するようになされる。 回収ラッチドッグ154を圧縮するために、回収ラッチドッグがランドリングと当接するように面162はランドリング252の下端面とともに傾斜すなわちテーパーを備えており、上方への力が加えられると回収ラッチドッグが圧縮されてランドリング252を通過するようになされる。

工具20は次ぎに搬送スリーブ260に再度侵入して、ソレノイドと共に地面に引き出される。 ビットセグメント
22は次にクレードル176から取り外され、新しいドリルビットがここでは駆動装置に取り付けられるようにして、取り付けされることができる。

リーマー工具20′、補助駆動副組立体18′、および補助インサート24′の相互作用によるリーマーセグメントの作業位置のままの交換は、ビットセグメント22を参照して上述したことと温室的に同じである。 実質的な両者の間の相違点は、クレードル176′の作動である。 第12
図を参照すると、リーマーセグメント226はクレードル1
76の空間227内で交換される。 装着ラッチドッグ138がインサート24′の頂点に衝突すると、スリーブ120′は後方すなわち上流方向へ押される。 したがって、スリーブ
120′のリップ232はプレート236のリップ238のまわりに当接する。 これにより、リーマーセグメント226は斜面2
28に沿ってスライドを生じ、リップ240はスリーブ120′
の外面から横方向へ突出するようになされる。 このようにして、リップ240は次ぎにランド32′と接触して、リーマーセグメント226の更に下方へ向かう移動を停止させることができる。 リーマーセグメントの回収はビットセグメントの場合と同様に達成できる。

ドリル12のリーマーセグメントを組み合わせて交換することが望まれる場合は、標準的なリーマー16は駆動副組立体18′と交換される。 リーマーセグメント226は典型的には工具20′のワイヤーラインオーバーショット23
4を工具20のワイヤーラインアダプター124と連結することで同時に交換できる。 これは、工具20および20′の相対的な回転を許容する。 リーマーセグメントおよびビットセグメントの交換が同時に行われる一方で、リーマーセグメントはビットセグメントほど頻繁に交換されることはない。 リーマーセグメントが交換されるのでなければ、工具20′は装着モードのまま残されて、クレードル
176′にセグメント226は全く装填されない。

上述の説明から、本発明は従来技術より優れた多くの利点および利益を得られることが明白である。 最も重要なことは、掘削穴からドリルストリングを抜き出すことを必要とせずにドリルビットおよびリーマーの交換を常に容易且つ迅速に行えることであり、これにより時間が短縮され、生産性が高まり、掘削費用が低減されることである。 ドリルビットの容易且つ簡単な交換は、また地盤の変化に関連したドリルビットの交換を促進して、その時の地盤に対してビット硬度および性質を最適化させるようにする。 この点に関して、ドリルビットがその時の地盤に対して特に設計されたものでない場合には、その地盤を通して１メートルにも達しない深さを掘削したときに、ドリルビットは完全に磨耗したことを知ることになる。 更に、駆動副組立体のキー溝およびインサート輪郭に関連したドリルビットの独特な形状輪郭は、以下の主要な機能を果たす。 すなわち、 1. ビットセグメントおよび駆動副組立体のテーパー面は、コアサンプルの切断および取り外しのためにドリルストリングを持ち上げるとき、ビットクラウンに作用する荷重力を、駆動副組立体18を経て均等に伝達し、これによりビットセグメント22のスナップ破断（snapping）
の可能性を排除する。

2. 駆動ラグ56およびインサート24に関連してビットセグメント22の側面74の面が掘削時に発生するドリルストリング重量および回転力を駆動副組立体全体を経て均等に伝達する。

3. 駆動副組立体１およびビットセグメントの面は、掘削作業が掘削モードから、装着および取り外し時のビットセグメントのスナップオーバー式ロッキングおよびロッキング解除を容易にするコア切断モードに切り替えられたときに、ビットセグメントが駆動副組立体18とインサート24との間をスライドできるようにする。

4. 駆動副組立体18およびビットクラウン70の面は、掘削作業時に発生する内部／外部の半径方向力に逆作用する。

5. 駆動副組立体内部に対するビットセグメントのスライド嵌合且つ非密着嵌合は、挿入および引き戻しを容易にさせる。 これは掘削流体または破片で部品が汚れることに関係する問題を解消する。

6. ねじ結合に替えて組み合うテーパー面を使用したことで、各ビットセグメント22の全長に沿って設計強度を最大にするための非常に頑丈且つ簡単なビットセグメント設計を得る。

7. 駆動副組立体18の設計において与えられ、ドリルが掘削穴の底部から持ち上げられたとき、または掘削穴の底部に係合したときに生じる前後の移動は、ビットセグメントの汚れを自動的且つ連続的に取り除く。 ドリルのある種の構成において生じ得るような汚染等により発生するビットセグメントのあらゆる詰まりも自動的に修正される。

8. ビットセグメントの面とキー溝面との間の相互作用もまた、インサート24を掘削モードに自動的にロックし、ビットクラウン70の移動は掘削穴の底部に接触し、
またインサートを解放して、ドリルストリングは掘削穴の底部から持ち上げられる。