【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は地中ドリル用工具に係わり、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）リーマの作業位置で交換する装置の地中ドリル用工具に関する。 【０００２】 【従来の技術】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、掘削穴の周壁面を切削（ｒｅ
ａｍ）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。 【０００３】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。 これらの理由には、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。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述した従来の欠点の少なくとも１つの解決を試みる装置の地中ドリル用工具を提供することである。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、複数のセグメントで構成された掘削手段を作業状態のまま交換できるようにするために、切削位置に前記掘削手段を座着させる座着手段を備えた地中ドリルへ、また地中ドリルから掘削手段を搬送する工具であって、前記セグメントを前記地中ドリルへ、また地中ドリルから搬送するために前記セグメントが装填されることのできるキャリヤ手段を含み、前記工具が前記地中ドリルの内部の予め定められた位置を通過したときに前記工具に相対的に前記セグメントをスライドさせるように前記工具が作動可能であり、前記セグメントの一端部が前記工具の横方向へ突出して前記座着手段に係合して、前記掘削位置に保持されるようになされた工具が提供される。 そして前記工具は、前記キャリヤ手段がクレードルを含み、該クレードルのまわりで前記セグメントは円周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前記予め定められた位置を通過したときに前記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一端部が前記工具の横方向に延在して前記座着手段に係合することが好ましい。 前記工具は、前記工具は前記部材へ前記セグメントを搬入し、また前記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移動できる寸法とされ、また前記工具はセグメントが前記キャリヤ手段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、前記キャリヤ手段にセグメントがなく、前記部材に既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とされており、前記工具は前記地中ドリル内に保持されたインサートに係合する係合手段を備えており、前記インサートは前記セグメントが前記インサートと前記地中ドリルの内周面との間で掘削位置に保持されるようになされる装着位置と、前記インサートが引き戻されて前記セグメントを前記インサートと前記地中ドリルの前記内周面との間から解放させるようになす回収位置との間を可動であり、前記係合手段は前記工具が前記ドリルの内部に下ろされて前記インサートを前記装着位置へ移動させるときに前記インサートに係合するようになされており、また前記工具が上方へ移動されて前記インサートを前記回収位置へ移動させるときに前記インサートに係合することが好ましい。 前記工具は、前記工具は更に、前記係合手段が前記インサートに係合したときに該工具の一部分が前記インサートの下端部を通り超して延在するような寸法とされており、これにより使用時に前記掘削位置に装着されて前記部材内に前記インサートにより保持されているセグメントは、前記工具を前記回収モードに切り替え、該工具を前記ドリルの中に侵入するように下ろして、前記工具の前記一部分が前記インサートの下端部を超えて延在するとともに前記係合手段が前記インサートと係合するようになされる位置まで降下し、その後前記工具を上方へ移動して、前記セグメントが前記キャリヤ手段上で緊縮できるとともに該工具を前記ドリルから抜き取ることで回収されるようになされる前記回収位置へ前記インサートを移動させることによって、回収することができ、また、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、前記工具の前記一部分が前記インサートの下端部を超えて延在するとともに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が好ましい。 前記工具は、前記係合手段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スリーブ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ことが好ましい。 前記工具は、前記工具が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主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それぞれ備えており、前記選択スリーブは前記装着開口が前記回収ラッチ手段の上に位置され且つ回収開口が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
の位置から回転できることが好ましい。 前記工具は、前記クレードル手段は細長いシャンクを含み、前記セグメントが前記工具に装填されたときにセグメントは該シャンクのまわりに円周方向に保持され、前記主本体部分は前記シャンクがスライドできるスライド通路を備えていることが好ましい。 前記工具は、前記シャンクが前記主本体部分の中に引っ込められる収納位置へ向けて前記キャリヤ手段を押圧する押圧手段と、前記キャリヤ手段を押圧手段に抗して延在位置に解除可能にロックする解除可能なロッキング手段とを更に含み、前記解除可能なロッキング手段は前記工具が前記地中ドリル内に下ろされて前記インサートに係合した後に解除するようになされており、これにより前記クレードルは前記押圧手段で前記収納位置へ押圧され、また各セグメントの前記一端部は前記工具の周面を超えて延在し、前記座着手段に係合して前記座着手段に座着することが好ましい。 前記工具は、前記解除可能なロッキング手段が圧縮状態で前記押圧手段を保持するために１つまたはそれ以上可動ピンを含んでおり、各ピンは一端部が前記選択スリーブの内周面に当接しており、また前記選択スリーブの前記内周面は凹部を備えており、前記ピンの前記一端部が移動されると該ピンが前記押圧手段を保持する位置から引っ込むようにさせて、前記押圧手段を解除することが好ましい。 前記工具は、前記装着ラッチドッグが前記主本体部分と前記選択スリーブとの間に連結されており、前記装着ラッチドッグが前記インサートに係合すると、該装着ラッチドッグは前記選択スリーブを押圧して前記主本体部分に相対的にスライドさせ、これにより前記凹部が前記ピンの上を移動して前記解除可能なロッキング手段を解除することが好ましい。 前記工具は、前記セグメントが前記キャリヤ手段上に保持されたときに各セグメントの第２の端部が当接するストップを有する前記主本体部分の離れた端部にて前記細長いシャンクが終端していることが好ましい。 前記工具は、前記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、各凹部の上端部は主本体部分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ことが好ましい。 前記工具は、前記座着手段は前記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好ましい。 前記工具は、前記掘削手段が複数の前記セグメントで構成されたリーマーであることが好ましい。
前記工具は、前記工具が前記地中ドリルを通して下ろされ、前記工具が前記地中ドリルに嵌合されているランドリングに到達するまでは、搬送スリーブが前記工具を収容して前記係合手段が前記内周壁面に接触することを防止するようになされており、前記スリーブは前記地中ドリルの内径よりも小さい外径を有し、また前記ランドリングの内径よりも大きい外径を有しており、これにより前記ランドリングに到達することによって前記搬送スリーブはそれ以上降下することを該ランドリングで防止されるようになされており、また工具は前記搬送スリーブおよびランドリングを通過して前記係合手段が前記インサートに係合できることが好ましい。 【０００６】 【実施例】図１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（図１８、図１９および図２３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１
８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２
２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。 【０００７】図１４および図１７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４
６；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。 【０００８】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。 図１５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（図２１
および図２２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。 図１８および図１９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。 【０００９】ビットセグメント２２の側面７４（図１９
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３
６は図１８に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７７；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。 【００１０】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。 図２０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１０８
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１１０；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１
１２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（図２４に見られるように）。 【００１１】図２〜図９を参照すると、工具２０は主本体部分１１８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の長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１３
０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。 【００１２】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１４
０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１３
８の対向する両端をピン１４４に連結している。 ばね１
５０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（図４および図７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。 【００１３】装着ラッチドッグ１３８と同様な１対の回収ラッチ手段１５４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（図４および図８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１１８
を通して延在するピン１６０で保持されている。 支持面１６２はインサート２４と係合するように回収ラッチドッグ１５４の端部１５６に形成されている。 図４および図８から最も明白になるように、装着ラッチドッグ溝１
３９は回収ラッチドッグ溝１５５の幅よりも広い。 【００１４】長方形の空間１６４が回収ラッチドッグ１
５４に隣接して本体１１８に形成されている。 空間１６
４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１
６６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。 【００１５】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。
図９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１９
６が凹部１９２の上に位置しないようにスリーブ１２０
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。 【００１６】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<br>わりに半径方向に配置され、クラウン７０はストップ１
８２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（図１１〜図１３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。 【００１７】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１８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。 【００１８】リーマーセグメント（図２７および図２８
を参照する）を交換するための工具２０'（図２６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１
２２に螺合される。 ばね１２８'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１２
０'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１２６'の長手方向にスライド可能である。 装着ラッチドッグ１３
８'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２
２７を含むことである。 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２３２は、各開口２３０下端部に備えられる。 【００１９】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１４８'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２０'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２
０'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。 【００２０】セグメント２２６はゴムバンド２４２および２４４で切り欠き２２７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３
２'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。 【００２１】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２４'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２
４'をスライドさせるために使用される。 【００２２】図１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（ＲＯＮＧＹ
ＥＡＲＳ）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たランドリング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（図２４および図２５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。 【００２３】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２
０'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。 【００２４】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。 【００２５】工具２０はワイヤーラインアダプター１２
４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（図２９
に示される）に挿入される。 次ぎにこの搬送スリーブ２
６０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（図３０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１５
２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およびインサート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。 【００２６】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１
７２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（図２３を参照）に接触する。 工具１２
０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。 【００２７】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２２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に再び侵入し、両者がドリルから完全に抜き出される。 【００２８】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（図２４
および図２５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２
４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。 図２４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５２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。 【００２９】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２
２および駆動副組立体１８の間の、掘削時の力の伝達が図２４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を経て図２４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。 【００３０】コア切断時（図２５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２
５４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４６；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（図２４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３
６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。 【００３１】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５
６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１
２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は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。 【００３２】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。 【００３３】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１５４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２０は搬送スリーブ２
６０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。 【００３４】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１
３８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１
３８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２
１４の中へ入る。 クレードル１７６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）で直線的な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１
８２がビットクラウン７０を超えて延在する。 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。 同時に、ビットセグメント２２は解放され、弾性バンド１９８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６２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。 【００３５】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は次ぎにクレードル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。 【００３６】リーマー工具２０'、補助駆動副組立体１
８'、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本質的に同じである。 実質的な両者の間の相違点は、クレードル１７
６'の作動である。 図１２を参照すると、リーマーセグメント２２６はクレードル１７６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２２８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３
２'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。 【００３７】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２３４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。 【００３８】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（ｓｎａ
ｐｐｉｎｇ）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１８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。 【００３９】 【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の構成によると、セグメントを地中ドリルへ、また地中ドリルから搬送するためにセグメントが装填されることのできるキャリヤ手段を含み、工具が地中ドリルの内部の予め定められた位置を通過したときに工具に相対的にセグメントをスライドさせるように工具が作動可能であり、セグメントをスライドさせるように工具が作動可能であり、セグメントの一端部が工具の横方向へ突出して座着手段に係合して、掘削位置に保持されるので、掘削手段であるドリルビットやリーマーを作業位置のままで交換することがきる。 【図面の簡単な説明】 【図１】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； 【図２】図１に示された装置に使用されている工具の側立面図； 【図３】図２に示された工具の長手方向断面図、 【図４】図２および図３に示された工具の選択スリーブの側立面図； 【図５】図４に示された選択スリーブの端面図； 【図６】図４に示された選択スリーブの反対側の端面の図； 【図７】図４に示されたＢ−Ｂの断面図； 【図８】図４に示されたＣ−Ｃの断面図； 【図９】図５に示されたＡ−Ａの断面図； 【図１０】図４に示されたＤ−Ｄの断面図； 【図１１】図１に示された装置に使用されたインサートの側立面図； 【図１２】図１１に示されたインサートの一端部の図； 【図１３】図１１に示されたインサートの反対側の端面の図； 【図１４】図１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； 【図１５】図１４に示された管状部材の一端部の図； 【図１６】図１４に示された管状部材の反対側の端面の図； 【図１７】図１４に示された管状部材の下側部分の図； 【図１８】図１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； 【図１９】図１４に示されたビットセグメントの頂面図； 【図２０】図１８および図１９に示されたビットセグメントの端面図； 【図２１】図１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； 【図２２】図１４に示されたロッキングクリップ側面図； 【図２３】この装置の下端部の拡大した部分的断面図； 【図２４】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、 【図２５】図２４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； 【図２６】本発明の第２の実施例に使用された工具の断面図； 【図２７】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； 【図２８】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； 【図２９】図１に示された装置のための搬送スリーブの側面図；および 【図３０】図１に示された装置の搬送スリーブ用の錘の側面図である。 【符号の説明】 １０ ドリルビット装置 １２ 地中ドリル １８ 駆動副組立体 ２０ 工具 ２２ ビットセグメント ３０ 座着手段 |
