JP6455924B2 - 自動掘削推進装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動掘削推進装置に関し、特に、月面等の特殊な環境において無人で地盤を掘削する自動掘削推進装置に関する。

従来、月面等の特殊な環境において無人で地盤を掘削する自動掘削推進装置が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示される自動掘削推進装置は、推進機構と掘削機構との動作を制御する制御装置とで構成される。推進機構は、外径が縮径・拡径する３個以上の伸縮ユニットを軸方向に一列に配置し、個別に伸縮ユニットの縮径・拡径する順番を制御することで、縮径する伸縮ユニットの軸方向長を伸長させるとともに、拡径する伸縮ユニットの軸方向長を短縮させることにより蠕動運動による推進力を得るように構成される。
推進機構は、軸方向に貫通する中空部を形成するように構成され、この中空部にケーシングパイプを設けるとともに、ケーシングパイプ内に掘削機構のアースオーガーが収容される。アースオーガーは、地盤を掘削する掘削スクリュと、掘削スクリュにより掘削された土砂を後方に向けて搬送する搬送スクリュとで構成されている。掘削スクリュは、先端から後方へ向かうほど外径が漸減するように先端側が大径に形成されている。掘削スクリュは、ケーシングパイプの先端に設けたスカート部で覆われる。スカート部は、上記推進機構の伸縮ユニットの拡径時の外径よりも小さく、縮径時の外径よりも大きくなるように、ケーシングパイプよりも外径が大径に形成される。スカート部のケーシングパイプの逆側には、掘削スクリュの外周縁と対向し、外周縁の輪郭線と並行な円錐状の内壁が形成される。そして、この内壁に掘削スクリュを収容することで、掘削した土砂が掘削スクリュから搬送スクリュへ移動しやすく構成されている。

特開２０１１−１６９０５６号公報

しかしながら、上記自動掘削推進装置では、推進機構が推進動作を行う毎に掘削壁の土砂が少しずつ崩れてスカート部の上部に堆積し、推進機構の伸縮ユニットの拡径を妨げることがないので、アースオーガーを推進させる十分な推進量が得られないため、掘削効率を悪化させてしまうという問題を生じさせている。
そこで、本発明では、上記課題を解決するように、アースオーガーによる安定した掘削を可能にする自動掘削推進装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するための自動掘削推進装置の構成として、軸方向に貫通する中空部を備え、掘削穴の壁面に対して蠕動運動することで推進力を生じさせる推進装置と、推進装置の中空部内に収容され、推進装置と相対回転して地盤を掘削するスクリュを備える掘削装置と、スクリュによって掘削された土砂を中空部内の後方へ搬送するときの土砂の進入をガイドするスカート部とを備え、推進装置は、縮径時には軸方向長が伸長すると共に、拡径時には軸方向長が短縮する複数の伸縮ユニットを備え、複数の伸縮ユニットにより蠕動運動を再現し、スクリュは、先端側において掘削穴の壁面からスカート部の外周に落下した土砂を受け止め可能に、先端の半径が前記スカート部の半径よりも大きく設定され、かつ該スクリュにより掘削された掘削穴の壁面を伸縮ユニットが最も拡径したときに圧接可能な寸法に設定され、先端から後端に向けて螺旋を描きながら渦巻き状に縮径するとともに、先端から所定長さ外周縁に沿って延長し、軸方向に沿って立ち上がる立ち上がり部を備えたので、推進装置の蠕動運動等で掘削穴の壁面から崩れた土砂をスカート部の外周側に落下させることにより、崩れた土砂が推進装置の蠕動運動を妨げることなく、掘削装置による安定した推進力を与えながら、安定した掘削をさせることができる。また、スクリュが、先端から所定長さ外周縁に沿って延長し、軸方向に沿って立ち上がる立ち上がり部を備えるので、掘削穴の壁面から崩れた土砂を確実に回収することができる。
また、推進装置は、スクリュを収容し、スクリュの回転により後方に搬送された土砂を排出する排出口を有するケーシングパイプを中空部に備え、スクリュの排出口の縁部に堆積する土砂を清掃する清掃手段を設けたので、スクリュにより搬送された土砂を効率よく排出口から排出することができる。

自動掘削推進装置の一実施形態の構成を示す断面図である。 掘削スクリュを示す図である。 搬送スクリュを示す図である。 排出カバーの平面図、及び斜視図である。 図４（ｂ）における清掃手段のＡ−Ａ断面図である。 スカート部と掘削スクリュとの関係を示す図である。 排出口と清掃手段を示す拡大図である。 推進ユニットを構成する伸縮ユニットの平面図及び断面図である。 排出装置の構成を示す図である。 自動推進掘削装置の推進動作を示す図である。 清掃手段の動作を示す図である。 排出装置の動作を示す図である。 掘削スクリュの他の形態を示す図である。

図１は、自動掘削推進装置１の一実施形態の構成を示す断面図である。以下、同図を用いて自動掘削推進装置１について説明する。自動掘削推進装置１は、概略、掘削装置２と、推進装置５、排出装置７と、制御装置１０を備える。
掘削装置２は、いわゆるアースオーガーからなり、地面を掘削するスクリュ２１と、スクリュ２１を回転駆動させる掘削モーター２２とを備え、スクリュモーター２２の回転駆動により、スクリュ２１を回転させて、地盤の掘削・掘削した土砂の運搬・排出を単一の機構で実行される。

スクリュ２１は、地面を掘削する掘削スクリュ２３と、掘削スクリュ２３によって掘削された土砂を搬送する搬送スクリュ２４とを備える。掘削スクリュ２３は、スクリュ軸２５の外周にスパイラル翼２６を備え、スクリュ軸２５の先端側から後端側にかけてスパイラル翼２６が螺旋を描きながら渦巻き状に縮径する。

図２は、掘削スクリュ２３を示す図である。同図に示すように、掘削スクリュ２３は、スパイラル翼２６のピッチが、先端が小さく、後端側に向かって漸増するように形成される。つまり、先端側が密、後端側が疎となるように形成される。また、掘削スクリュ２３の外径は、先端から後端へ向かうに従ってテーパー状に漸減するように形成される。すなわち、スパイラル翼２６の外径は、先端の半径をＲ１、先端から１８０度回転したときの半径をＲ２、先端から３６０度回転したときの半径をＲ３とした場合に、先端から後端に向かう半径がＲ１＞Ｒ２＞Ｒ３となるように縮径させて設計される。

図３は、搬送スクリュ２４を示す図である。同図に示すように、搬送スクリュ２４は、スクリュ軸２７の外周に螺旋状のスパイラル翼２８を備える。搬送スクリュ２４のスパイラル翼２８は、外径及びピッチが一定になるようにスクリュ軸２７の外周に設けられる。
スクリュ軸２７の先端側には、上記掘削スクリュ２３を連結するためのジョイント部２９、後端側には、掘削モーター２２の駆動力を伝達するためのジョイント部３０が設けられる。

搬送スクリュ２４のスパイラル翼２８の半径は、掘削スクリュ２３のスパイラル翼２６の後端の半径Ｒ３と同じ寸法で形成される。搬送スクリュ２４のスクリュ軸２７は、スパイラル翼２８の軸方向長さに比べて長く形成され、後端がスパイラル翼２８よりも所定長さ突出する。搬送スクリュ２４の後端側には、スパイラル翼２８によって搬送された土砂の排出を制御するための排出カバー３２が取り付けられる。

図４は、排出カバー３２の平面図、及び斜視図である。
図３，図４に示すように、排出カバー３２は、スクリュ軸２７の外周に所定角度、例えば１００°の間隔を隔てて互いに対向するように２箇所に設けられる。排出カバー３２は、扇状の天板３３と、天板３３の外周に沿った状態で先端側に向けて延長する弧状壁３４とで構成される。天板３３は、スパイラル翼２８よりも後端側のスクリュ軸２７の外周から、軸線と直交方向に延長する平板扇状に形成される。天板３３の外周縁の半径は、スパイラル翼２８の半径とほぼ等しい寸法で形成される。弧状壁３４は、それぞれ先端側に向けて延長する。本実施形態では、一方の排出カバー３２の弧状壁３４は、スパイラル翼２８と一回重なるように延長し、他方の排出カバー３２の弧状壁３４は、スパイラル翼２８と二回重なるように延長する。つまり、排出カバー３２の弧状壁３４は、軸方向にそれぞれ異なる長さで形成される。一方の弧状壁３４と他方の弧状壁３４とで形成される排出カバー３２，３２の外径は、スパイラル翼２８の外径と同一寸法に設定される。すなわち、スパイラル翼２８と弧状壁３４の重なりにおいて、スパイラル翼２８と弧状壁３４が一体に形成される。また、弧状壁３４の外周の周方向長さは、例えば同一の長さに設定される。長尺の弧状壁３４には、排出カバー３２；３２の間から排出された土砂を、後述のケーシングパイプ５０の排出口５６から排出する際に、排出口５６の下側の縁部５６Ｄに堆積する土砂を取り除くための清掃手段３５が設けられる。

図５は、図４（ｂ）における清掃手段３５のＡ−Ａ断面図である。図４（ｂ）に示すように、清掃手段３５は、弧状壁３４から出没するフィン３６と、フィン３６の出没の支点となる軸３８と、フィン３６が弧状壁３４から突出するように付勢する付勢手段３７とを備える。フィン３６は、弧状壁３４の外周面から窪むように形成された収容部３９に収容される。フィン３６は、平板状の部品からなり、扉部４１と、ヒンジ部４２とで構成される。扉部４１及びヒンジ部４２は、一体に形成され、弧状壁３４の収容部３９に収容されたときに、外周面が弧状壁３４の外周面と同一の円筒面を形成するように曲面状に形成される。扉部４１は、平面視において軸方向に延長する長方形状に形成される。ヒンジ部４２は、扉部４１の側面に一体に形成され、扉部４１よりも小さく形成される。ヒンジ部４２には、収容部３９に収容したときに、先端側端面から後端側端面に軸方向に沿って貫通する貫通孔４３が形成される。

弧状壁３４の収容部３９は、上述のフィン３６を収容可能な形状、例えばフィン３６とほぼ同一の形状で外周面から窪むように形成される。弧状壁３４には、収容部３９にフィン３６を収容したときに、ヒンジ部４２の貫通孔４３と連通する貫通孔４４が軸線に沿って形成される。
したがって、清掃手段３５は、フィン３６を弧状壁３４の収容部３９に収容した状態で、弧状壁３４の貫通孔４４とヒンジ部４２の貫通孔４３に軸３８を挿入し、フィン３６の裏面側に設けた図外のばね受部と、収容部３９の図外のばね受部とに付勢手段３７のスプリングを着座させることにより、フィン３６が、図５に示すように、軸３８を回転中心としてスプリングの付勢力により回転することで、弧状壁３４の外周面から突出する。なお、ヒンジ部４２は、スクリュ２１の回転方向側に位置するように設定される。

掘削モーター２２は、スクリュ軸２７の後端に設けられたジョイント部２９（図３参照）を介して連結される。掘削モーター２２は、後述のモーターカバー５３により固定される。掘削モーターは、制御装置１０と接続され、制御装置１０から出力される信号に基づいて回転駆動する。

図１に戻り、推進装置５について説明する。掘削装置２のスクリュ２１の外周には、ケーシングパイプ５０が設けられる。ケーシングパイプ５０は、掘削スクリュ２３を覆うスカート部５１と、搬送スクリュ２４を覆う円筒部５２と、モーターカバー５３とを備える。スカート部５１は、外周から掘削スクリュ２３の先端側の一部が外側に露出する寸法で形成される。スカート部５１は、掘削スクリュ２３のスパイラル翼２６の外周縁との間に僅かなギャップを隔てて対向し、かつ外周縁の輪郭線と並行な円錐状の内壁５４を有している。スカート部５１の外周５１ａ側の半径Ｒ５は、掘削スクリュ２３の先端側の半径Ｒ１よりも小径に設定される。

図６は、スカート部５１と掘削スクリュ２３との関係を示す図である。同図に示すように、スカート部５１と掘削スクリュ２３とは、軸方向視したときに、スカート部５１の外周５１ａから掘削スクリュ２３の先端側の外周が露出している。このように、掘削スクリュ２３の先端側の外周をスカート部５１の外周５１ａから半径方向に露出させることにより、掘削スクリュ２３により掘削される掘削穴の穴径が、スカート部５１の外径よりも大きくなるため、既に掘削した掘削穴の内壁から土砂が崩れても、崩れた土砂をスカート部５１の外周５１ａ側に落下させて、再び掘削スクリュ２３で回収することができる。すなわち、掘削スクリュ２３の掘削動作以外に掘削穴の内壁から落下した土砂も回収し、搬送スクリュ２４に搬送できるので、効率よく掘削することができる。

図１に示すように、円筒部５２は、後端側に搬送スクリュ２４によって搬送された土砂を排出する排出口５６を備える。排出口５６は、軸線を挟んで、円筒部５２の円周方向に沿って互いに対向する位置に矩形状の開口として形成される。本実施形態では、排出口５６は、上述の搬送スクリュ２４に設けられた排出カバー３２に対応するように２箇所に設けられる。排出口５６の周方向の長さは、排出カバー３２の弧状壁３４外周の周方向長さと同等若しくは短く設定される。このように排出口５６の周方向の長さを設定することにより、排出口５６と排出カバー３２とが重なるように一致したときに、２箇所の排出口５６を塞いで搬送スクリュ２４からの土砂の排出を規制できる。
図７は、排出口５６と清掃手段３５を示す拡大図である。同図に示すように、排出口５６は、上下方向に延長する縁部５６Ａ，５６Ｂがケーシングパイプ５０の軸方向に、また周方向に延長する縁部５６Ｃ，５６Ｄがケーシングパイプ５０の円周方向に延長するように開口し、縁部５６Ｄが、排出カバー３２に設けられた清掃手段３５のフィン３６の下面３６Ａと軸方向に所定の距離の隙間を有するようにケーシングパイプ５０の円筒部５２に設けられる。排出口５６は、少なくとも、縁部５６Ｃ，５６Ｄの周方向に沿う長さ寸法が、フィン３６の周方向の長さ寸法よりも大きく、縁部５６Ａ，５６Ｂの長さ寸法がフィン３６の高さ寸法よりも大きく設定される。

モーターカバー５３は、例えば、ケーシングパイプ５０の後端に設けられる図外の固定手段により固定される。モータカバー５３は、ケーシングパイプ５０に固定されることにより、円筒部５２の後端から突出する掘削モーター２２を完全に収容するとともに駆動反力を支持するように固定する。

図８は、推進装置５を構成する伸縮ユニット６０の平面図及び断面図である。
推進装置５は、軸方向へ一列に配列されて個別にその外径を縮径・拡径させる複数の伸縮ユニット６０を備える。各伸縮ユニット６０は全体形状が環状をなし、縮径時には軸方向長が伸長すると共に、拡径時には軸方向長が短縮する構成を備える。伸縮ユニット６０は、一対の軸方向可動部材６１と、一対の軸方向可動部材６１を連結する複数のリンク機構６２と、一対の軸方向可動部材６１を互いに近接離間させる駆動源となるモーター６３と、モーター６３の回転駆動を一対の軸方向可動部材６１に伝達する伝達機構６９とを備える。

リンク機構６２は、軸方向可動部材６１の周方向に沿って所定の間隔で複数（本例では６個）設けられる。リンク機構６２は、各軸方向可動部材６１の対向面に突設された支持部材６４と、各支持部材６４にそれぞれ設けられた２個の軸部６５と、各軸部６５によりそれぞれ一端が回転自在に支持された一対の平行なアーム６６とで構成した四節平行リンク機構からなる。各アーム６６の他端部は径方向可動部材６７に対して軸部６８によって回動自在に軸支されている。リンク機構６２は、軸方向可動部材６１と径方向可動部材６７を連動して作動させる。

モーター６３は、一方の軸方向可動部材６１に設けられ、制御装置１０によって駆動が制御される。モーター６３は、例えば、一方の軸方向可動部材６１に、少なくとも一個以上、本実施形態では、２個搭載される。モーター６３には、例えばステッピングモーターが適用される。伝達機構６９は、上述の軸方向可動部材６１に形成されたねじ孔６９Ａと、このねじ孔６９Ａに螺入されるボールねじ６９Ｂとで構成される。ボールねじ６９Ｂは、直接、あるいは歯車機構やプーリー機構等の動力伝達機構を介してモーター６３と接続される。

上記構成によれば、伸縮ユニット６０は、モーター６３を回転駆動することで、モーター６３が固定された一方の軸方向可動部材６１とボールねじ６９Ｂが螺入する他方の軸方向可動部材６１とを相対的に近接離間させて、軸方向可動部材６１同士が近接した場合にリンク機構６２を構成するアーム６６が径方向外側に移動し、軸方向可動部材６１同士が離間した場合にリンク機構６２のアーム６６が径方向内側に移動する。したがって、伸縮ユニット６０としては、軸方向可動部材６１同士を近接させることで軸方向の長さ寸法を縮短させるとともに径方向の長さ寸法を拡径させ、軸方向可動部材６１同士を離間させることで軸方向の長さ寸法を伸長させるとともに径方向の長さ寸法を縮径させる。すなわち、モーター６３を正逆に回転させることで、各リンク機構６２により支持された各径方向可動部材６７が同時に放射状に内外径方向へ出没する。

本実施形態では、３つの伸縮ユニット６０をケーシングパイプ５０の外周に直列に配置し、３つの伸縮ユニット６０がミミズの蠕動運動を摸すように、制御装置１０により各伸縮ユニット６０の伸縮を個別に制御することで、掘削装置２に推進力を付与する。すなわち、制御装置１０が、各伸縮ユニット６０を所定のタイミングで個別に縮径又は拡径を制御することにより、ミミズの移動方式と同様な蠕動運動を再現し、掘削装置２を推進させるための推進力を生じさせる。

モーター６３の駆動によるボールねじ６９Ｂの収縮方向への回転によって他方の軸方向可動部材６１が一方の軸方向可動部材６１に最も接近した軸方向位置にある時には、リンク機構６２が収縮状態にあることによって各径方向可動部材６７は外径側に放射状に突出した加圧位置にある。また、ボールねじ６９Ｂの逆方向への回転によって他方の軸方向可動部材６１が一方の軸方向可動部材６１から最も離間した軸方向位置にある時には、リンク機構６２が拡張状態にあることによって径方向可動部材６７は内径側に退避した非加圧位置にある。すなわち、伸縮ユニット６０の最大拡径時の半径は、掘削スクリュ２３の先端径（半径Ｒ１）よりも大きく、最大縮径時の半径は、掘削スクリュ２３の先端径（半径Ｒ１）よりも小さい。

図８（ｃ）に示すように、隣接する伸縮ユニット６０は、互いに対向する一方の伸縮ユニット６０の軸方向可動部材６１と、他方の伸縮ユニット６０の対向面に形成された嵌合部同士を嵌めあわせ、図外のボルト等の固定手段により着脱可能に固定される。例えば、嵌合部には、一方の軸方向可動部材６１に凸部、他方の軸方向可動部材６１に凹部をそれぞれ形成しておき、互いに嵌合させることで、隣接する伸縮ユニット６０；６０同士が連結される。

推進装置５は、直列に連結した３個の伸縮ユニット６０により形成される中空部５Ａ内にケーシングパイプ５０を装着し、ケーシングパイプ５０の内部に掘削装置２が配置される。先端側に位置する伸縮ユニット６０は、軸方向可動部材６１がスカート部５１の上面に固定される。ケーシングパイプ５０の後端側を中空部５Ａまたは下側巻取装置７４内側に、図示しないＯリング等のパッキングによって封止することにより、推進装置５の内側から各伸縮ユニット６０の内部への掘削土砂の浸入を防止する。

また、推進装置５の外周は、図８（ｃ）に示したように、推進装置５内への土砂やほこりの進入を阻止する防塵シート６で被われる。図８（ａ）に示したように、推進装置５は、先端側の伸縮ユニット６０と後端側の伸縮ユニット６０が図示しないＯリング等のパッキンによりケーシングパイプ５０の外周と封止されるととともに、隣接する伸縮ユニット６０同士を図示しないＯリング等のパッキングにより封止することで、内周側からの土砂の進入が防止されている。一方、推進装置５の外側からの土砂の進入は、図８（ｃ）に示すように、両端が開口した円筒状の防塵シート６を推進装置５を構成する各伸縮ユニット６０に跨って外面に覆うように、両端を閉止することで防止される。この防塵シート６は、例えば可撓性を有し、伸縮性のないビニルシートを基材とするシートの表面にアルミ蒸着を施すことで、掘削穴の内壁との摩擦抵抗を低減させながら防塵性を得ることができる。例えば、推進装置５が掘削穴を前進する過程では、防塵シート６の表面の摩擦抵抗が低いことにより前進がよりスムーズとなる。各伸縮ユニット６０を構成する軸方向可動部材６１の外周面に形成される環状の係止溝内にＯリングを嵌着することによって各伸縮ユニット６０の外面の開口を防塵シート６によって封止することで、伸縮ユニット６０内部への土砂の進入が防止される。

図９（ａ），（ｂ）は、排出装置７の構成を示す図である。同図に示すように、排出装置７は、ケーシングパイプ５０の排出口５６から排出された土砂を受けるバケット７１と、バケット７１に堆積した土砂を搬出する搬出機構７２とを備える。バケット７１は、ケーシングパイプ５０の円筒部５２の外周を包囲するように、上方が解放された環状の容器である。バケット７１の内周壁７１Ａは、円筒部５２の外周との間で所定の隙間を有するように筒状に形成される。バケット７１の外周壁７１Ｂは、少なくともスカート部５１の外径と同等若しくは小径の寸法で形成される。

搬出機構７２は、吊り部材７３と、下側巻取装置７４と、上側巻取装置７５とを備える。吊り部材７３は、例えば、可撓性を有する長尺な帯状の部材で構成される。なお、吊り部材７３は、帯状の部材に限定されず、ワイヤ等の断面円形の部材であっても良いが、好ましくは可撓性を有する金属製の帯状の部材を用いることで、バケット７１を昇降させる際の下側巻取装置７４による巻き取りや、上側巻取装置７５による巻き上げ時に、バケット７１を安定させて昇降させることができる。下側巻取装置７４は、ベース板７６と、吊り部材７３を巻き取る巻取機構７７とを備える。ベース板７６は、環状の平板部材で構成され、内径がケーシングパイプ５０が貫通可能な寸法、外径がスカート部５１の外径と等しい寸法で形成される。ベース板７６の中心を挟んだ対称の位置には、一対の巻取機構７７が設けられる。巻取機構７７は、内部に渦巻ばねと、渦巻ばねの付勢により回転するスプール７７Ａを備え、スプール７７Ａの外周に吊り部材７３が巻き付けられている。スプール７７Ａに巻き付けられた吊り部材７３は、渦巻ばねにより常にスプール７７Ａによる巻取り方向に付勢されている。この下側巻取装置７４の巻取機構７７上にバケット７１が載置される。

上側巻取装置７５は、図外の支持手段により、掘削モータ２２から所定距離離間させて支持される。図９（ｂ）に示すように、上側巻取装置７５は、一組のプーリ７８と一組のプーリ７８を同期させて回転駆動する巻取りモーター７９とを備える。プーリ７８には、下側巻取装置７４から巻き出された吊り部材７３の一端が取り付けられる。巻取りモーター７９は、制御装置１０と接続され、制御装置１０から出力される信号に基づいて回転が正転若しくは逆転する。下側巻取装置７４から上側巻取装置７５に渡された吊り部材７３の中途部は、図外の固定手段によりバケット７１にそれぞれ固定される。
したがって、上側巻取装置７５が、吊り部材７３を巻き取るように動作すると、下側巻取装置７４から吊り部材７３が巻き出されるとともに、バケット７１が下側巻取装置７４から離れ、掘削モーター２２の後端を過ぎることで、掘削された土砂を外部に搬出することができる。

図１０（ａ）乃至（ｄ）は、自動掘削推進装置１の推進動作を示す図である。同図に示すように、掘削モータ２２を駆動してスクリュ２１を掘進方向に回転させることにより、先端部の掘削スクリュ２３によって地盤（例えば、月面におけるレゴリス層）を掘削する。この際、制御装置１０は、スクリュ２１の回転による掘削過程において、推進装置５を構成する３つの伸縮ユニット６０を所定の順序で縮径又は拡径させる。なお、以下の説明では、先端側の伸縮ユニットを６０Ａ，中間に位置する伸縮ユニットを６０Ｂ，後端側の伸縮ユニットを６０Ｃとして説明する。

図１０（ａ）に示すように、最初に全ての伸縮ユニット６０Ａ乃至６０Ｃを拡径させることにより、推進装置５を掘削穴の内壁１２に固定する。これにより、推進装置５がスクリュ２１と共回りすることを阻止し、スクリュ２１を安定して効率良く回転させることができる。
次に、図１０（ｂ）に示すように、中間の伸縮ユニット６０Ｂ及び後端側の伸縮ユニット６０Ｃを拡径させたまま、先端側の伸縮ユニット６０Ａを縮径させて、伸縮ユニット６０Ａを軸方向に伸長させることにより、掘削装置２を推進させる。すなわち、スクリュ２１とスカート部５１とが伸縮ユニット６０Ａの軸方向伸長分Ｘだけ前進する。
次に、図１０（ｃ）に示すように、後端側の伸縮ユニット６０Ｃの拡径を維持したまま、中間の伸縮ユニット６０Ｂの縮径と、先端側の伸縮ユニット６０Ａの拡径とを同時に実施する。
次に、図１０（ｄ）に示すように、中間の伸縮ユニット６０Ｂの拡径と、後端側の伸縮ユニット６０Ｃの縮径を同時に実施する。
そして、推進装置５に、図１０（ａ）乃至（ｄ）に示した推進動作を順次繰り返させることで、掘削装置２の掘削に推進力を付与することができる。
また、図１０（ａ）乃至（ｄ）に示したように、推進装置５による推進動作において、常に２個の伸縮ユニット６０を拡径して掘削穴の内壁１２に圧接させることにより、アンカー効果が得られ、推進装置５がスクリュ２１と共まわりすることを阻止するとともに、掘削装置２におけるスクリュ２１の姿勢を適切に維持できる。

次に、清掃手段３５の動作について説明する。図１１（ａ）乃至（ｃ）は、清掃手段３５の動作を示す図である。掘削スクリュ２３によって掘削された土砂Ｄは、掘削スクリュ２３の回転力によってスカート部５１の内壁５４に沿って搬送スクリュ２４側に移動し、搬送スクリュ２４の後方へ搬送される。後方への搬送により搬送カバー３２に到達した土砂Ｄは、搬送カバー３２：３２の間の隙間が、ケーシングパイプ５０の排出口５６と一致する毎にバケット７１に排出される。

図１１（ａ）に示すように、スクリュ２１の回転中において、搬送カバー３２：３２の間の隙間が、ケーシングパイプ５０の排出口５６と一致している間、土砂Ｄがバケット７１に排出される。そして、図１１（ｂ）に示すように、スクリュ２１の回転により、フィン３６が排出口５６の位置まで回転すると、ケーシングパイプ５０の内周面により抑えられた付勢手段３７の付勢力が開放されて、フィン３６が軸３８を中心として回転し、排出口５６の外側に突出することで、フィン３６の扉部４１の下面３６Ａが、排出口５６の下側の縁部５６Ｄに沿って移動する。これにより、土砂の排出時に排出口５６の縁部５６Ｄに堆積した土砂Ｄが、バケット７１に払い落とされる。すなわち、ケーシングパイプ５０内からの土砂Ｄの排出時に、障害となる排出口５６の下側の縁部５６Ｄに堆積した土砂Ｄが取り除かれ、バケット７１へと土砂Ｄを排出することができる。
そして、図１１（ｃ）に示すように、さらにスクリュ２１が回転することで、フィン３６のヒンジ部４２側が排出口５６の軸方向に延長する縁部５６Ａ（図７参照）に衝突すると、フィン３６は、付勢手段３７の付勢力に打ち勝って、図１１（ｄ）に示すように、ヒンジ部４２側から徐々に収容部３９に収容される。このように、排出口５６の有無によりフィン３６を出没させることにより、スクリュ２１の回転を妨げることなく、また、自動で排出口５６の下側の縁部５６Ｄ（図７参照）に堆積した土砂Ｄをバケット７１に払い落とすことができる。

図１２は、排出装置７の動作を示す図である。スクリュ２１の掘削、搬送により排出口５６から排出された土砂が、バケット７１に所定量堆積すると、バケット７１内の土砂の搬出動作が行われる。バケット７１内の土砂を搬出する場合、排出口５６からの土砂の排出を停止させるため、制御装置１０は、掘削装置２及び推進装置５による掘削推進動作を停止する。具体的には、スクリュ２１の排出カバー３２が、ケーシングパイプ５０の排出口５６を塞ぐ位置でスクリュ２１の回転を停止させる。このように動作させることで、後工程でバケット７１を上昇させる際に、排出カバー３２が、ケーシングパイプ５０の内側からの土砂の排出を防ぐとともに、バケット７１の上昇をガイドするようにバケット７１からの土砂の落下を抑制する。これによりバケット７１の下方への土砂の落下を抑制することで、バケット７１が載置される下側巻取装置７４の巻取機構７７上への土砂の堆積を防ぐことができる。なお、ケーシングパイプ５０の排出口５６に対するスクリュ２１の排出カバー３２の位置の制御は、掘削モータ２２の回転角とスクリュ２１の排出カバー３２との関係と、排出口５６とスクリュ２１との関係をあらかじめ制御装置１０に記憶させておけば良い。
掘削推進動作の停止後、制御装置１０が上側巻取装置７５に信号を出力することで、図１２（ａ）に示すように、上側巻取装置７５に吊り部材７３の巻取り動作を実行させる。吊り部材７３の巻取り動作によりバケット７１が掘削穴の外まで上昇させ、地表面から所定距離の位置に到達すると、図外の転覆手段等によりバケット７１を逆さにして、バケット７１内の土砂を投棄する。土砂の投棄後、制御装置１０は、巻取とは逆向きに巻取りモーター７９を回転させて、バケット７１を下側巻取装置７４に向けて下降させる。このとき、巻取りモーター７９の駆動により巻き出された吊り部材７３は、巻取機構７７の渦巻ばねによってスプール７７Ａに巻き取られる。バケット７１が、下側巻取装置７４上に載置されると、制御装置１０は、掘削装置２及び推進装置５に信号を出力して掘削穴の掘進を開始する。

以上説明したように、本実施形態に係る自動掘削推進装置１では、掘削装置２のスクリュ２１の先端側の半径をスカート部５１の外周５１ａ側の半径よりも大きくしたので、推進装置５の蠕動運動等で掘削穴の内壁から崩れた土砂をスカート部５１の外周５１ａ側に落下させることにより、崩れた土砂が推進装置５の蠕動運動を妨げることなく、掘削装置２による安定した推進力を与えることができる。また、推進装置５が、スクリュ２１を収容し、スクリュ２１の回転により後方に搬送された土砂を排出する排出口５６を有するケーシングパイプ５０を中空部５Ａに備え、スクリュ２１の排出口５６の縁部５６Ｄに堆積する土砂を清掃する清掃手段３５を設けたので、スクリュ２１により搬送された土砂を効率よく排出口５６から排出することができる。

なお、上記実施形態では、推進装置５を３つの伸縮ユニット６０で構成するとして説明したが、２つの伸縮ユニット６０を直列に連結して推進装置５を構成しても良い。なお、上述したように推進装置５を３つの伸縮ユニット６０で構成した場合、推進力を得るための蠕動運動において、３つの伸縮ユニット６０のうち少なくとも１つが常時拡径した状態を維持することになり、この拡径状態の伸縮ユニット６０が掘削穴の内壁を圧接するため、常時推進装置５によって掘削装置２を支持させることができる。これにより、掘削装置２の掘削動作中の推進装置５の共回りを防ぎつつ、安定した推進力を掘削装置に付与して、掘削装置２の掘削動作を連続的に行わせることができるという利点がある。

図１３は、掘削スクリュ２３の他の形態を示す図である。同図に示す掘削スクリュ２３は、スパイラル翼２６の外周縁に沿って延長する外周壁２６Ａを備えている。外周壁２６Ａは、スクリュ軸の軸線方向に沿って所定高さで立ち上がる立ち上がり部として設けられ、スパイラル翼２６の先端側から外周縁に沿って例えば、３６０°分形成される。このように外周壁２７Ａを掘削スクリュ２３に設けることにより、掘削穴の内壁から落下した土砂が確実にスパイラル翼２６上で受け止められるため、掘削穴の内壁から落下した土砂の回収率を向上させながら、効率よく掘削することができる。

また、フィン３６の構成は、上記実施形態に限らず、フィン３６の下面３６Ａにブラシ等の可撓性を有する繊維の束を延長方向に取り付けることにより、排出口５６の縁部５６Ｄと、フィン３６の下面３６Ａとの間の隙間を大きくしても確実に縁部５６Ａの土砂を取り払うことができる。

１ 自動掘削推進装置、２ 掘削装置、５ 推進装置、５Ａ 中空部、
２１ スクリュ、２７Ａ 外周壁、３５ 清掃手段、５０ ケーシングパイプ、
５１ スカート部、５６ 排出口。

Claims (2)

1. 軸方向に貫通する中空部を備え、掘削穴の壁面に対して蠕動運動することで推進力を生じさせる推進装置と、
   前記推進装置の中空部内に収容され、推進装置と相対回転して地盤を掘削するスクリュを備える掘削装置と、
   前記スクリュによって掘削された土砂を前記中空部内の後方へ搬送するときの土砂の進入をガイドするスカート部とを備え、
   前記推進装置は、
   縮径時には軸方向長が伸長すると共に、拡径時には軸方向長が短縮する複数の伸縮ユニットを備え、前記複数の伸縮ユニットにより前記蠕動運動を再現し、
   前記スクリュは、
   先端側において掘削穴の壁面から前記スカート部の外周に落下した土砂を受け止め可能に、先端の半径が前記スカート部の半径よりも大きく設定され、かつ該スクリュにより掘削された掘削穴の壁面を前記伸縮ユニットが最も拡径したときに圧接可能な寸法に設定され、先端から後端に向けて螺旋を描きながら渦巻き状に縮径するとともに、先端から所定長さ外周縁に沿って延長し、軸方向に沿って立ち上がる立ち上がり部を備えた自動掘削推進装置。
2. 前記推進装置は、前記スクリュを収容し、スクリュの回転により後方に搬送された土砂を排出する排出口を有するケーシングパイプを前記中空部に備え、
   前記スクリュの前記排出口の縁部に堆積する土砂を清掃する清掃手段を設けた請求項１に記載の自動掘削推進装置。

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