JP6815620B2

JP6815620B2 - 筒状体、及び、掘削装置

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Publication number: JP6815620B2
Application number: JP2016047322A
Authority: JP
Inventors: 中村　太郎; 太郎中村; 守永井; 千晴平林; 健冨田
Original assignee: Chuo University
Current assignee: Chuo University
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2021-01-20
Anticipated expiration: 2036-03-10
Also published as: JP2017160717A

Description

本発明は、折曲可能でかつ折曲角度を調整可能な筒状体等に関する。

従来、配管内検査等において管内の曲路を移動させることが可能な環状移動体（筒状移動体）が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１５−１５２１６９号公報

しかしながら、従来の筒状移動体を構成する筒状体は、複数の筒部の端部同士が折曲可能な筒連結部を介して連結された構成であるものの、筒状体の折曲角度を調整することが不可能であった。
本発明は、制御装置による制御で折曲可能でかつ折曲角度を調整可能な筒状体等を提供するものである。

本発明に係る筒状体は、内部に回転軸が折曲可能に構成された掘削具が配置された折曲可能な筒状体であって、掘削具は、回転軸が前記筒状体の中心軸に沿って延長するように配置され、筒状体は、複数の剛体により形成された筒部の端部同士が、自在に折曲可能な可撓性を有する蛇腹状部材からなる筒連結部を介して連結され、当該筒状体に配設された折曲装置又は前記掘削具に取り付けられた折曲装置により折曲されるため、折曲可能でかつ折曲角度を調整可能な筒状体を得ることができる。
なお、当該筒部の数を増やせば（例えば３個以上）、筒状体の曲げ角度をより細かく調整可能となる。
また、上記筒状体を備えた掘削装置であって、折曲装置が掘削具又は筒状体、或いはこれらの両方を折曲させることにより、掘削具の回転による掘削の進路を変更可能としたため、曲進掘削が可能な掘削装置を提供できる。
また、筒状体の周囲に掘削具の回転軸の半径方向への拡径時に収縮し、縮径時に伸長する複数の推進機構を備えたことにより、複数の推進機構の動作によって、掘削面との密着力、及び掘削方向への推進力を得ることが可能となる。

掘削推進装置の概略構成を示す断面図。掘削具を示す図。筒状体を示す図。折曲装置の例１を示す図。折曲装置の例２を示す図。折曲装置の例３を示す図。折曲装置の例４を示す図。折曲装置の例５を示す図。折曲装置の例６を示す図。推進ユニットの一例を示す断面図。推進ユニットの一例を示す概要図。推進ユニットの動作を示す概要図。

図１に示すように、実施形態に係る掘削具を使用した掘削推進装置１は、掘削装置２と、推進装置３と、抽出装置４と、制御装置５とを備えた構成であり、推進装置３で掘削装置２を推進させるとともに掘削装置２の掘削具２０で掘削対象部としての例えば地盤Ｅを掘削する装置である。

掘削装置２は、いわゆるアースオーガであり、掘削具２０と、掘削具２０を駆動する駆動源としてのモータ５１と、折曲自在に構成された筒状体（ケーシング）６と、筒状体６の先端に設けられたスカート部７とを備えて構成される。

図２にも示すように掘削具２０は、回転軸２１と、回転軸２１に沿った方向に螺旋状に延長するように回転軸２１の周りに設けられた螺旋体としての螺旋羽根２２と、回転軸２１及び螺旋羽根２２の先端側に設けられた掘削手段としての掘削ビット２３とを備え、回転軸２１が折曲可能に構成されている。
即ち、掘削具２０は、回転軸２１に沿った方向に螺旋状に延長するように回転軸２１の周りに螺旋羽根２２が取付けられた構成であるスクリュ２４の先端に掘削ビット２３を備えた構成である。

スクリュ２４は、回転軸に沿った方向に螺旋状に延長するように回転軸の周りに螺旋羽根が取付けられて構成された例えば１本のスクリュ（言い換えれば、回転軸が螺旋羽根の回転中心軸を形成する剛体により構成された１本のスクリュ）を、軸の長さが所定の長さとなるように複数に分割した複数の分割スクリュ２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃを用いて構成される。

つまり、スクリュ２４は、複数の分割スクリュ２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃの回転軸の端部同士が軸連結部２６を介して連結され、先端側に位置する分割スクリュ２４Ａの先端に掘削ビット２３を備え、軸連結部２６が折曲自在に形成された構成である。

スクリュ２４は、スクリュ２４の先端部を形成する分割スクリュとしての先端側スクリュ２４Ａと、スクリュ２４の中間部を形成する分割スクリュとしての１つ以上の中間側スクリュ２４Ｂと、スクリュ２４の後端部を形成する分割スクリュとしての後端側スクリュ２４Ｃとを備える。

スクリュ２４は、例えば図２に示すように、先端側スクリュ２４Ａと、２つの中間側スクリュ２４Ｂと、後端側スクリュ２４Ｃと、先端側スクリュ２４Ａの後端と先端側に位置する中間側スクリュ２４Ｂの前端とを連結する軸連結部２６と、先端側に位置する中間側スクリュ２４Ｂの後端と後端側に位置する中間側スクリュ２４Ｂの前端とを連結する軸連結部２６と、後端側に位置する中間側スクリュ２４Ｂの後端と後端側スクリュ２４Ｃの前端とを連結する軸連結部２６とを備え、後端側スクリュ２４Ｃの後端とモータ５１の出力軸とがカップリング等の軸連結部材２７により連結されて構成される。

換言すると、スクリュ２４は、例えば金属製等の剛体軸により形成された１本の回転軸を複数に分割した複数の分割回転軸（例えば図２に示すように先端側分割回転軸２１Ａ、２つの中間側分割回転軸２１Ｂ、後端側分割回転軸２１Ｃ）の端部同士が軸連結部２６を介して折曲可能、かつ回転力を伝達可能なように連結され、各分割回転軸の周りに分割回転軸に沿った方向に螺旋状に延長する例えば金属製等の剛体により形成された螺旋羽根（例えば図２に示すように先端側螺旋羽根２２Ａ、２つの中間側螺旋羽根２２Ｂ、後端側螺旋羽根２２Ｃ）が取付けられている。

軸連結部２６は、上述した各分割回転軸の端部同士を折曲可能でかつ回転力を伝達可能に連結する例えば自在継手（ユニバーサルジョイント）により構成される。

尚、スクリュ２４は、各軸連結部２６の周囲に何も設けない構成としても良い。しかしながら、このように各軸連結部２６の周囲に何も設けずに、各軸連結部２６の周囲において螺旋羽根が欠落した構成の場合、当該螺旋羽根が欠落した部分を掘削物としての例えば掘削土が通過する際に、スクリュ２４を回転させるためのトルクが上昇し、モータ５１の負荷が大きくなる可能性がある。
そこで、スクリュ２４は、各軸連結部２６の周囲に折曲可能な可撓性を有した螺旋部としての、例えばゴム製の螺旋羽根部２８を備えた構成として、螺旋羽根が欠落せずに連続する構成とすることが好ましい。当該螺旋羽根部２８は、例えば図２に示すように、軸連結部２６の軸の径とほぼ同径の円筒状に形成されて軸連結部２６の外周面を覆うゴム製の円筒体２８ａと、当該ゴム製の円筒体２８ａの外周面より突出するように設けられたゴム製の螺旋羽根２８ｂとを備えた構成である。このように、螺旋羽根が欠落せずに連続するように構成されたスクリュ２４であれば、軸連結部２６の外側でゴム製の螺旋羽根２８ｂにより掘削土が破砕され、回転軸２１に沿って連続して設けられた螺旋羽根により掘削土が連続してスムーズに後方に搬送されるようになるため、スクリュ２４を回転させるためのトルクの上昇を抑制でき、モータ５１の負荷を軽減できるようになる。また、軸連結部２６の外周面を覆うゴム製の円筒体２８ａを備えていることにより、軸連結部２６の折れ曲がりに追従できて、かつ、軸連結部２６への防塵効果も得られる。

このように、スクリュ２４は、軸連結部２６を備えたことにより、モータ５１の回転力を後端側から先端側に伝達できるとともに、折れ曲がり可能に構成されている。
即ち、掘削具２０は、地盤Ｅを掘削ビット２３により掘削しながら折れ曲がって進行可能であり、掘削ビット２３で掘削された掘削土が螺旋羽根２２の螺旋回転により後方に搬送されるように構成されている。

上記スクリュ２４が内部に配置される筒状体６は、例えば金属製等の剛体により形成された１つの円筒を複数に分割した複数の分割円筒を用いて構成される。即ち、筒状体６は、複数の分割円筒６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃの端部同士が、折曲自在に形成された筒連結部６１を介して連結され、当該筒連結部６１で折曲可能に構成された円筒体６２と、制御装置５によって制御されて各筒連結部６１を折曲させる折曲装置６３とを備えた構成である。

円筒体６２は、円筒体６２の先端部を形成する分割円筒としての先端側円筒６２Ａと、円筒体６２の中間部を形成する分割円筒としての１つ以上の中間側円筒６２Ｂと、円筒体６２の後端部を形成する分割円筒としての後端側円筒６２Ｃとを備える。
先端側円筒６２Ａ、中間側円筒６２Ｂ、後端側円筒６２Ｃの構成の詳細については後述する。

図３に示すように、筒状体６は、先端側円筒６２Ａと、中間側円筒６２Ｂと、後端側円筒６２Ｃと、先端側円筒６２Ａの後端と中間側円筒６２Ｂの前端とを連結する筒連結部６１と、中間側円筒６２Ｂの後端と後端側円筒６２Ｃの前端とを連結する筒連結部６１とを備え、先端側円筒６２Ａの前端が筒連結部６１を介してスカート部７の後端と連結された構成である。図１に示すように、各筒連結部６１の外周側には、後述の折曲装置６３が配設されており、折曲装置６３の駆動により、筒連結部６１が独立して折曲することにより、全体を自在に折曲可能とされている。
尚、図示しないが、中間側円筒６２Ｂを２つ以上備える場合は、先端側に近い中間側円筒６２Ｂの後端と後端側に近い中間側円筒６２Ｂの前端とを筒連結部６１を介して連結し、かつ、当該筒連結部６１と対応する位置に折曲装置６３を配設すればよい。

筒連結部６１の構成としては例えば可撓性を有する蛇腹状部材（例えばゴム製の蛇腹）等を用いるのが好適である。

以下、折曲装置６３の例について複数の形態を通じて説明する。
折曲装置の例１
本例における折曲装置６３は、例えば図４に示す伸縮ユニット６３Ａにより構成される。伸縮ユニット６３Ａは、先端側円筒６２Ａ、中間側円筒６２Ｂ、後端側円筒６２Ｃにそれぞれ対応して設けられる後述の推進装置３を構成する推進ユニット８（図１０参照）が備えるフランジ６５；６５間に連結された伸縮体である。伸縮ユニット６３Ａ内には、空気等の流体を導入可能となっており、制御装置５が伸縮ユニット６３Ａに対する流体の給排量を制御することで、伸縮ユニット６３Ａが軸方向に伸縮し、筒連結部６１を自在に曲げることが可能となる（図４（ｂ）参照）。尚、伸縮ユニット６３Ａは、筒連結部６１の周囲に例えば等間隔に３箇所以上設けられ（好ましくは例えば筒連結部６１の中心軸を中心として筒連結部６１の周方向に９０度間隔で伸縮ユニット６３Ａを４箇所に設ける）、制御装置５で各伸縮ユニット６３Ａを制御することにより、筒連結部６１を全方位に曲げることが可能となる。図４に示すように、伸縮ユニット６３Ａは、両端の開口がそれぞれ蓋部材６３ａ，６３ａで閉塞された両端閉塞の筒状のゴム等の弾性体からなる伸縮体６３ｂと、伸縮体６３ｂの筒の中央側の外周を取り囲むように設けられて伸縮体６３ｂの膨張を制限するリング６３ｃとを備える。伸縮体６３ｂを構成する弾性体の内部には、軸方向に沿って延長する複数のカーボンロービング繊維等により形成された繊維層６３ｄが内挿されており、当該繊維層６３ｄの両端部は、弾性体と共に蓋部材６３ａ，６３ａによって拘束される。そして、このように構成された伸縮ユニット６３Ａの伸縮体６３ｂ内に、蓋部材６３ａに形成された図外の流体供給口及びゴムチューブ等の流路を介して流体が導入された場合、伸縮体６３ｂの膨張が繊維層６３ｄの拘束によって半径方向のみに規制される結果、その全体長が軸方向に収縮することとなる。一方、蓋部材６３ａに形成された図外の流体供給口及び流路を介して流体が排出された場合、伸縮体６３ｂの弾性力によってその全体長が伸長し、自然長に復帰する。複数のリング６３ｃは、伸縮体６３ｂの長さ方向に等しい間隔を隔てて複数個設けられており、伸縮体６３ｂの半径方向への膨張を抑制する。よって、その数は、使用環境に応じて適宜設定可能である。
なお、伸縮ユニット６３Ａの構成を、個別に形成された複数の伸縮体６３ｂを軸方向に連結した構成としてもよい。当該構成を採用する場合、各伸縮体６３ｂを上記蓋部材６３ａ，６３ａによって個々に閉塞する。そして、個々に閉塞された各伸縮体６３ｂ同士を軸方向に連結するとともに、各伸縮体６３ｂに個別に流体を給排可能なチューブ等を接続することにより、各伸縮体６３ｂを独立して伸長させることができる。そして、制御装置５によって給排対象とする伸縮体６３ｂ及び流体の給排量を制御することにより、筒連結部６１をより細かく全方位に曲げることが可能となる。なお、図示では省略しているが、フランジ６５の径方向外側には、図１に示すように折曲装置６３の外周側を覆う可撓性を有する防塵カバー６６が配置されている。

折曲装置の例２
折曲装置６３を例えば図５に示すように、流体の給排によって収縮するバルーンＢが介在する収縮機構６３Ｂを用いて構成してもよい。収縮機構６３Ｂは、可撓性を有する筒連結部６１の周囲に取り付けられ、筒連結部６１を取り囲む複数（図示では４つ）の円環体６４ａを備える。複数の円環体６４ａは、フランジ６５；６５間において筒連結部６１の軸方向に沿って配置され、その周面には半径方向外側に向けて突出するバルーン支持部６４ｂが形成される。バルーン支持部６４ｂは、筒連結部６１の周方向に沿って等間隔（例えば９０度間隔）で複数形成されており、軸方向に隣接する円環体６４ａのバルーン支持部６４ｂ間にバルーンＢが介挿される。バルーンＢは、バルーン支持部６４ｂにおいて脱落不能に取着されており、複数の円環体６４ａ同士が、バルーン支持部６４ｂ間に介挿されたバルーンＢによって軸方向に連結された状態とされる。各バルーンＢに対しては、図外のチューブ等の流路を介して流体の給排が可能とされており、制御装置５が膨張対象とするバルーンＢ、及び各バルーンＢに対する流体の給排を制御することで、バルーンＢが膨張した側のバルーン支持部６４ｂ同士が軸方向に離間し、収縮した側のバルーン支持部６４ｂ同士が軸方向に近接することから、筒連結部６１を自在に曲げることが可能となる（図５（ｂ）参照）。尚、バルーン支持部６４ｂを増設すると共に、介在するバルーンＢの数を増やす程、筒連結部６１の曲げ方向の自由度を高めることが可能となり、限りなく全方位に曲げることが可能となる。

折曲装置の例３
折曲装置６３を例えば図６に示すように、ボールねじ６３Ｄ，６３Ｅを用いて構成してもよい。同図においてボールねじ６３Ｄは左ねじ、ボールねじ６３Ｅは右ねじ、６３Ｆは、推進ユニット８に形成されたナットハウジングであって、ボールねじ６３Ｄ及びボールねじ６３Ｅとそれぞれ螺合する。フランジ６５には、上記ボールねじ６３Ｄ，６３Ｅを挿通可能な円孔が形成されている。ボールねじ６３Ｄ，６３Ｅは互いに自在継手（ユニバーサルジョイント）６３Ｃによって連結される。例えば、ボールねじ６３Ｄの一端部には、制御装置によって駆動制御される図外のモータが接続されており、モータの駆動による回転力は、ボールねじ６３Ｄ及び自在継手６３Ｃによって連結されたボールねじ６３Ｅにも伝達される。このようなボールねじ機構は、例えば前述の実施形態と同様に筒連結部６１の周囲に等間隔（例えば９０度間隔）で配設されており、図６（ｂ）に示すように、等間隔に配設された一部のボールねじ機構についてモータを正方向に駆動させ、他部のボールねじ機構についてモータを逆方向に駆動させることにより、筒連結部６１により連結された筒状体６同士の距離を離間又は近接させることができ、筒連結部６１を曲げることが可能となる。

折曲装置の例４
折曲装置６３を例えば図７に示すように、シリンダーピストン６３Ｇを用いて構成してもよい。図７において、６３Ｈは、フランジ６５上に配設された椀状の受け部である。筒連結部６１を挟む各フランジ６５；６５に配設された受け部６３Ｈには、当該受け部６３Ｈによって脱落不能とされ、内部における回転が許容される球部６４Ｉを両端部に備えたシリンダーピストン６３Ｇが配設される。シリンダーピストン６３Ｇは、上述の機構と同様に筒連結部６１の周方向に等間隔となるように配設され、制御装置５によって各シリンダーピストン６３Ｇの伸長を制御することにより、筒連結部６１を全方位に曲げることが可能となる。

折曲装置の例５
折曲装置６３を例えば図８に示すように、前述の伸縮ユニット６３Ａに接続されたワイヤ６３Ｉを牽引することにより筒連結部６１を曲げる構成としてもよい。具体的には、伸縮ユニット６３Ａの一端をフランジ６５に固定するとともに、伸縮ユニット６３Ａの他端にワイヤ６３Ｉの一端を連結する。筒連結部６１の周囲には、半径方向に突出するワイヤ挿通部６３Ｋが周方向に等間隔（例えば９０度間隔）に形成される。軸方向に隣接する各ワイヤ挿通部６３Ｋ同士は、軸方向に所定の間隔を有して離間しており、図外の挿通孔を介してワイヤ６３Ｉが挿通される。ワイヤ６３Ｉの他端部には、固定部６３Ｊが取り付けられ、上方に位置する伸縮ユニット６３Ａから最も遠い位置にあるワイヤ挿通部６３Ｋに対して固着される。尚、軸方向両端側に位置するワイヤ挿通部６３Ｋは筒連結部６１の周囲を囲む円環体に設けるようにして、当該円環体をフランジ６５として機能させる。また、固定部６３Ｌは、先端側円筒６２Ａ、中間側円筒６２Ｂ、後端側円筒６２Ｃを構成する外郭筒８１Ａ又は外郭筒８１Ｂに固定される（図１０参照）。
図８（ｂ）に示すように、当該機構において、制御装置５が伸縮ユニット６３Ａに対する流体の給排を制御し、一部の伸縮ユニット６３Ａを収縮させてワイヤ６３Ｉを伸縮ユニット６３Ａ側に牽引し、他部の伸縮ユニット６３Ａを伸長させてワイヤ６３Ｉを伸縮ユニット６３Ａから離れる方向に押し出すことによって、各ワイヤ挿通部６３Ｋ同士が近接又は離間するため、筒連結部６１を全方位に曲げることが可能となる。

折曲装置の例６
スカート部７と先端側円筒６２Ａとを連結する先端側の筒連結部６１を曲げる折曲装置６３については、図９に示すように上述の折曲装置の例４と同様に、球部６４Ｉを両端部に備えたシリンダーピストン６３Ｇを受け部６３Ｈによって回転自在に拘束する球面ジョイントを用いた構成としてもよい。当該構成によれば、筒連結部６１を全方位に曲げることが可能となり、スカート部７を掘削方向に応じて自在に曲げることが可能となる

スカート部７は、後端開口の直径が、円筒体６２の先端開口の直径と対応するように形成され、先端開口の直径が、後端開口の直径よりも大きい寸法に形成されて、かつ、スクリュ２４の螺旋羽根２２の先端の回転径よりも小さい寸法に形成された筒体により構成される。即ち、スカート部７の筒孔の直径は、後端開口側から先端開口側に向かうに従って徐々に漸増するように形成される。つまり、スカート部７の筒孔の内周面は、円錐台の外周面と対応した面に形成されている。

図１に示すように、筒状体６及びスカート部７の筒孔を貫通して筒状体６の後端開口６ｅより後方に突出するスクリュ２４の後端に連結されたモータ５１が、モータ固定部５２に固定される。そして、当該モータ固定部５２が支持部５３を介して筒状体６の後端のフランジに連結されていることで、筒状体６の中心軸とスクリュ２４の中心軸とが一致して、かつ、スクリュ２４の先端側がスカート部７の先端開口７ｅよりも前方に位置するように、スクリュ２４が配置される。また、スクリュ２４の先端側がスカート部７の先端開口７ｅよりも前方に位置し、かつ、スクリュ２４の螺旋羽根２２の先端の回転径がスカート部７の先端開口７ｅの外周の直径よりも大きく形成されていることにより、既に掘削した掘削穴の内壁から掘削土が崩れて穴底側に落下した場合でも、当該崩れた掘削土がスクリュ２４により後方に搬送されるので、効率よく掘削することができる。

尚、筒状体６の筒連結部６１及び掘削具２０の軸連結部２６は、筒状体６及び掘削具２０の中心軸と直交する同一平面上、又は、当該同一平面近傍位置に設けられることが好ましい。このようにすることで、筒連結部６１を曲げた場合に追従して曲がる軸連結部２６の追従性が良好になり、掘削装置２の進行方向制御を正確に行うことができるようになる。

即ち、実施形態１の掘削装置２は、掘削具２０と、筒内に掘削具２０が設置された状態で折曲可能に構成された筒状体６と、掘削具２０の駆動源としてのモータ５１と、制御装置５とを備え、筒状体６は、複数の分割円筒６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃの端部同士が折曲可能な筒連結部６１を介して連結されるとともに、筒連結部６１を折曲させる折曲装置６３を備え、掘削具２０は、回転軸２１が筒状体６の中心軸に沿って延長するように筒状体６の内側に配置され、制御装置５が、モータ５１を制御して掘削具２０の回転軸２１を回転させるとともに、折曲装置６３を制御して筒連結部６１を折曲させることにより、筒連結部６１の折れ曲がりに追従して掘削具２０の軸連結部２６が折れ曲がるように構成されたことにより、曲進掘削が可能な掘削装置２となる。

図１に戻り、推進装置３について説明する。
推進装置３は、筒状体６の周囲に設けられた複数の推進ユニット８を備えて構成される。各推進ユニット８は、先端側円筒６２Ａ、中間側円筒６２Ｂ、後端側円筒６２Ｃの筒の外周面に配設される。

図１０は、推進ユニット８の一例を示す概略断面図である。なお、各推進ユニット８の構成は同様であるので、中間側円筒６２Ｂに配置された推進ユニット８を例として説明する。図１０に示すように、推進ユニット８は、内周面側に前述のスクリュ２４を挿通可能な空間を有する略円筒状の中間側円筒６２Ｂの外周面側に配設される。推進ユニット８は、中間側円筒６２Ｂを取り囲むように軸方向に延長する円筒状の外郭筒８１Ａ；８１Ｂと、当該外郭筒８１Ａ；８１Ｂを互いに軸方向に連結すると共に外郭筒８１Ａ；８１Ｂの伸縮動作を許容する伸縮部８１Ｃと、外郭筒８１Ａ；８１Ｂの軸方向に渡って延長し、外郭筒８１Ａ；８１Ｂの周囲を取り囲む弾性膨張体８２とを備える。外郭筒８１Ａ；８１Ｂのそれぞれの一端側には、前述のフランジ６５が設けられている。伸縮部８１Ｃは、例えば、可撓性を有する部材により構成され、その軸方向に沿って伸縮可能な蛇腹状に形成される。伸縮部８１Ｃの両端部の内周面は、外郭筒８１Ａ；８１Ｂの両端部の外周面に液密かつ強固に固定される。弾性膨張体８２は、前述の伸縮体６３ｂと同様に内部に、軸方向に沿って延長する複数のカーボンロービング繊維等により形成された繊維層が内挿されており、当該繊維層の両端部は、弾性膨張体８２と共に外郭筒８１Ａ；８１Ｂの外周面に対して強固に固定される。当該構成により、推進ユニット８内には、外郭筒８１Ａ；８１Ｂと弾性膨張体８２との間に流体を導入可能な気室Ｓが形成される。気室Ｓ内には、制御装置５の制御によって、一方の外郭筒８１Ｂにおいてフランジ６５を貫通して気室Ｓに至る貫通孔として設けられた給排孔８３ａに図外のチューブ等の流路を接続することにより、油や空気等の流体が給排可能に構成される。気室Ｓ内に流体が導入されると、弾性膨張体８２は、前述の伸縮体６３ｂと同様に軸方向への伸長が規制されることによって、径方向に膨張（拡径）すると共に、伸縮部８１Ｃが縮められて軸方向に収縮した状態で図１に示す後述のランチャ３１や掘削孔の壁面と密に接することが可能となる。そして、拡径した状態から流体が排出されると、拡径した弾性膨張体８２が縮径すると共に軸方向に伸長する。このような、拡径及び収縮、縮径と伸長の動作が可能な推進ユニット８を複数備え、制御装置５によって拡径動作及び縮径動作がそれぞれの推進ユニット８に対して所定の周期で繰り返し実行されることにより、いずれかの推進ユニット８が拡径して外周面に接した状態において掘削に必要な反力が得られると共に、拡径した推進ユニットが縮径して外周面から離れた状態において掘削方向（図１では先端側）に伸長するため、蠕動運動による推進力を得ることができる。なお、スクリュ２４は、軸方向の長さが、上記推進装置３の蠕動運動による軸線方向の長さの変化を考慮して設定されている。

なお、推進ユニット８を備えない掘削装置を用い、掘削具の回転軸を回転させるだけで地盤Ｅを掘り下げていく場合、掘り進めるに従って土圧が重力に勝って掘削装置による掘削が進まなくなる可能性がある。しかしながら、推進ユニット８を備えた掘削推進装置１を用いれば、推進ユニット８と壁との摩擦を利用した蠕動運動により掘削推進装置１が掘進するため、土圧に関係なく、曲進掘削が可能となる。

図１において、３１は掘削装置の発進基地（ランチャ）であり、この発進基地（ランチャ３１）は、例えば先端開口縁が鋭利に形成された円筒体により構成される。

また、図１に示すように、筒状体６の後端には、筒状体６の後端開口６ｅより後方に排出される掘削土を後方に導く排出路４１が連結される。そして、モータ固定部５２を筒状体６の後端に連結する支持部５３には、筒状体６の後端開口６ｅと排出路４１とを連通させる連通孔５４が形成されている。
従って、モータ５１を駆動してスクリュ２４を回転させることにより、スクリュ２４の先端の掘削ビット２３により掘削された掘削土がスクリュ２４の螺旋羽根２２の螺旋運動によって筒状体６の筒孔内の後方に搬送され、後端開口６ｅより排出され、かつ、連通孔５４を介して排出路４１に排出されるように構成されている。

排出路４１の後方には図外の掘削土収容部が設けられる。即ち、抽出装置４は、少なくとも、連通孔５４を通過して後方に搬送されてくる掘削土を収容する掘削土収容部と、連通孔５４から当該掘削土収容部への掘削土の排出路４１とを備えた構成である。尚、掘削土収容部の大きさは、例えば調査に必要となる掘削土の量に応じて変更可能に構成される。
即ち、抽出装置４は、掘削具２０の掘削ビット２３により掘削されて螺旋羽根２２の螺旋回転により後方に搬送される掘削土を収容する掘削土収容部を備え、例えば当該掘削土収容部が排出路４１の後方に着脱可能に構成されている。
従って、掘削具２０の掘削ビット２３により掘削されて螺旋羽根２５の螺旋回転により後方に搬送される掘削土が掘削土収容部に収容され、掘削終了後、掘削土収容部を取り外して、掘削土を回収できるように構成されている。

実施形態に係る掘削推進装置１は、例えば、海底下調査において使用される。この場合、実施形態１の掘削推進装置１を遠隔操縦して海底地盤を掘削する。また、本調査においては、土圧の関係から推進ユニット８に供給する流体を油とし、油圧によって拡径，縮径動作させることが好ましい。具体的には、まず、ランチャ３１内に掘削装置２及び推進装置３を備えた掘削推進装置１を海底に沈め、ランチャ３１の先端開口縁を海底地盤に突き刺す。そして、制御装置５により、モータ５１及び推進ユニット８を制御して掘削推進装置１を掘進させる。この場合、最初は、スクリュ２４の回転、及び、推進ユニット８とランチャ３１の内壁との摩擦を利用した蠕動運動によって、掘削装置２及び推進装置３が海底地盤を掘進し始める。そして、推進ユニット８が海底地盤を掘削した掘削孔内に入った場合には、スクリュ２４の回転、及び、推進ユニット８と掘削孔の内壁との摩擦を利用した蠕動運動によって掘削装置２、推進装置３及び抽出装置４が海底地盤をさらに掘進する。なお、蠕動運動を生じさせるには、図１に示す状態から先端側円筒６２Ａ、中間側円筒６２Ｂ、後端側円筒６２Ｃに配設された推進ユニット８を所定の周期で順次に拡径，縮径動作させれば良い。また、掘削装置２の掘進方向を変更する場合は、制御装置５により、複数の実施形態を用いて示した折曲装置６３を制御して筒連結部６１を曲げ、当該筒連結部６１に追従させるように軸連結部２６を曲げることにより行われる。そして、海底に沿って海底地盤中を掘進する作業を行った後に、掘削装置２及び推進装置３を海底に向けて曲げるように制御して、掘削装置２及び推進装置３を海底に戻し、かつ、掘削装置２、推進装置３及び抽出装置４を海面に浮上させて回収する。そして、抽出装置４の掘削土収容部に収容されている掘削土を採取して所望の調査を行う。

上記実施形態に係る掘削推進装置１によれば、掘削具２０の周りに配置された筒状体６を曲げる構造として、制御装置５が筒状体６の折曲装置６３を制御して筒連結部６１を曲げることにより、掘削具２０の軸連結部２６も追従して曲がるように構成されているので、曲進掘削が可能となり、広い範囲の地盤調査等が可能となる。

また、上記実施形態に係る筒状体６によれば、複数の分割円筒６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃの端部同士が、折曲可能な筒連結部６１を介して連結されるとともに、制御装置５によって制御され、筒連結部６１の少なくとも１つを折曲させる折曲装置６３を備え、制御装置５が折曲装置６３を制御することよって筒連結部６１が折曲するように構成されたので、制御装置５による制御で折曲可能でかつ折曲角度を調整可能な筒状体６を得ることができる。
そして、回転軸２１が筒状体６の中心軸に沿って延長するように当該筒状体の内側に掘削具２０が配置されて掘削装置２が構成されていることにより、曲進掘削が可能な掘削装置２を得ることができる。
即ち、折曲可能に構成された筒状体６内に掘削具２０を設置し、筒状体６の筒連結部６１を折り曲げるように制御することによって、掘削具２０の軸連結部２６を折り曲げて、曲進掘削を行う掘削方法を実現可能となった。なお、上記例では、筒状体６を金属等の剛体により形成された複数の分割円筒６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃを筒連結部６１で連結することにより、折曲可能な構成としたが、筒状体６を例えば可撓性を有するゴムやコイルばね等により構成し、筒連結部６１を省略した構成としてもよい。

また、上記実施形態係る掘削具２０によれば、回転軸２１と、回転軸２１に沿った方向に螺旋状に延長するように回転軸２１の周りに設けられた螺旋体としての螺旋羽根２２と、回転軸２１及び螺旋羽根２２の先端側に設けられた掘削手段としての掘削ビット２３とを備え、回転軸２１が折曲可能に構成されたので、曲進可能な掘削具を得ることができる。

尚、上記実施形態では、筒状体６のすべての折曲装置６３を制御装置で制御する、即ち、筒状体６のすべての筒連結部６１をアクティブ構造にして制御により曲げる方式を例示したが、筒状体６の先頭側の筒連結部、即ち、先端側円筒６２Ａの前端とスカート部７の後端とを連結する先頭側の筒連結部６１を折曲させる折曲装置６３のみを制御装置５で制御して、先頭側の筒連結部６１以外の筒連結部６１は、先頭側の筒連結部６１の曲がりに追従して曲がるように構成してもよい。即ち、筒状体の先頭側の筒連結部６１のみを折曲装置６３を備えたアクティブ構造にして制御装置５の制御によって曲げるようにし、先頭側の筒連結部６１以外の筒連結部６１については、折曲装置６３を備えないパッシブ構造にして追従させる方式としてもよい。

また、上記実施形態では、筒状体６の筒連結部６１をアクティブ構造にして制御により曲げる方式とするとともに、掘削具２０の軸連結部２６をパッシブ構造にして筒状体６の曲げに追従させる方式とした構成の掘削推進装置１を例示したが、掘削具２０の軸連結部２６をアクティブ構造にして制御により曲げる方式とするとともに、筒状体６の筒連結部６１をパッシブ構造にして掘削具２０の曲げに追従させる方式とした構成の掘削推進装置１としてもよい。掘削具２０をアクティブ構造とする場合には、例えば図４乃至図８で例示した折曲装置６３を中空状とした回転軸２１の内部に収容する構成とすれば良い。このような構成とすれば、筒状体６に設けられた折曲装置６３を省略でき、筒状体６を掘削具２０の折曲に対して追従させることができる。また、筒状体６及び掘削具２０の両方にいずれかの折曲装置６３を配設することにより、両構成をアクティブ構造とすることも可能である。

また、上述した筒状体６と、制御装置５と、筒状体６の各筒部（分割円筒６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ）の外周面に取付けられて筒部の中心軸に沿った方向に伸縮可能に構成された推進ユニット８（伸縮ユニット）とを備え、制御装置５が推進ユニット８の伸縮を制御することで、前記推進ユニット８が接触面との摩擦を利用した蠕動運動を行って移動するように構成された筒状移動体を得ることができる。例えば、本出願人による発明である特開２０１５−１５２１６９号公報に開示された管状移動体の代わりに上記構成からなる筒状移動体を用いれば、制御装置５により筒状体６の折曲装置６３を制御して筒連結部６１を折曲げることが可能となり、例えば、配管内検査等において管内の曲路をスムーズに移動させることが可能な筒状移動体を提供できる。即ち、制御装置５による制御で折曲可能でかつ折曲角度を調整可能な筒状体６を有して曲路をスムーズに移動させることが可能な筒状移動体を提供できる。

また、筒部の数をさらに増大し、筒部の端部同士を連結する筒連結部６１毎に折曲装置６３を備えた構成とすることで、筒状体６の曲げ角度をより細かく調整可能な掘削装置、あるいは、管状移動体となり、曲進掘削、あるいは、曲進をスムーズに行える掘削装置、あるいは、管状移動体を提供できるようになる。

また、掘削具２０は、軸連結部２６が、可撓性を有した材料、例えば、ゴム、あるいは、コイルばねなどの弾性体により形成された構成であってもよい。

また、掘削具２０は、軸連結部２６を備えずに、回転軸のすべてが可撓性を有した材料、例えば、ゴム、あるいは、コイルばねなどの弾性体により形成されて、当該ゴムにより形成された回転軸、あるいは、コイルばねにより形成された回転軸の周りに螺旋体が設けられた構成であってもよい。

また、筒状体６を剛体として形成すると共に、予め折曲された構成としてもよい。本実施形態に係る掘削具２０によれば、当該折曲された筒状体６に対しても配設できるため、掘削具２０の回転によって、筒状体６の折曲形状に沿って掘削することが可能となる。なお、当該構成を採用した場合、掘削の進路が筒状体６によって規定される。

また、上記実施形態おいては、直線状に延長するランチャ３１によって、掘削推進装置１の初期の掘進方向を設定するものとして説明したが、地盤に対するランチャ３１の傾斜角度を変更することや、ランチャ３１の形状を予め折曲された形状とし、任意の深さまで突き刺すことにより、任意の方向に向けて掘削を開始させることができる。

図１１は、推進ユニット８の他の実施形態を示す図である。推進ユニット８は、概略、上記筒状体６が貫通し、当該筒状体６の外周に沿って軸線方向に摺動可能に形成された一対の軸方向可動部材９１；９１と、各一対の軸方向可動部材９１；９１の間に配置され、放射状に径方向へ進退可能に支持された複数の径方向可動部材１００と、軸方向可動部材９１と径方向可動部材１００を連動して作動させるためのリンク機構９２と、一対の軸方向可動部材９１を互いに近接離間させる駆動源となるモーター９３と、モーター９３の回転駆動を一対の軸方向可動部材９１に伝達する伝達機構９９とを備える。

リンク機構９２は、各軸方向可動部材９１；９１の対向面のそれぞれに突設された支持部材９４と、各支持部材９４に設けられた２個の軸部９５と、各軸部９５により一端が回動自在に軸支された二本ずつの平行なアーム９６とを備え、各アーム９６；９６の他端部は径方向可動部材（加圧部材）１００に対して軸部９７；９７によって回動自在に支持される四節平行リンク機構により構成される。

モーター９３は、一方の軸方向可動部材９１に設けられ、制御装置５によって駆動が制御される。モーター９３は、一方の軸方向可動部材９１に、少なくとも一個以上、本実施形態では、２個搭載される。伝達機構９９は、ボールねじ機構により構成され、他方の軸方向可動部材９１の対向面９１ａから一方の軸方向可動部材９１に向けて延長する柱９１Ａの頂部に設けられたボールナット９９Ａに、モーター９３に連結され、一方の軸方向可動部材９１から他方の軸方向可動部材９１に向けて延長するボールねじ９９Ｂを螺合することで構成される。

図１２は、推進ユニット８の伸縮動作を示す図である。図１２（ａ）に示すように、例えば、制御装置５がモーター９３を右回転させたときには、ボールねじ９９Ｂがボールナット９９Ａに螺入され、軸方向可動部材９１；９１が近接し、径方向可動部材１００が半径方向外側に移動して推進ユニット８の軸方向長さが収縮するとともに外径が拡径する。また、図１２（ｂ）に示すように、制御装置５がモーター９３を左回転させたときには、ボールねじ９９Ｂがボールナット９９Ａに螺出され、軸方向可動部材９１；９１が離間し、径方向可動部材１００が半径方向内側に移動して推進ユニット８の軸方向長さが伸長するとともに外径が縮径する。

なお、本実施形態における軸方向可動部材９１；９１は、上記実施形態におけるフランジ６５；６５に対応する。このような推進ユニット８を採用した場合であっても、拡径動作及び縮径動作がそれぞれの推進ユニット８に対して所定の周期で繰り返し実行されることにより、いずれかの推進ユニット８が拡径して外周面に接した状態において掘削に必要な反力が得られると共に、拡径した推進ユニットが縮径して外周面から離れた状態において掘削方向に伸長するため、蠕動運動による推進力を得ることができる。

５制御装置、６筒状体、８推進ユニット(伸縮ユニット）、６１筒連結部、
６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ分割円筒（筒部）、６３折曲装置。

Claims

内部に回転軸が折曲可能に構成された掘削具が配置された折曲可能な筒状体であって、前記掘削具は、前記回転軸が前記筒状体の中心軸に沿って延長するように配置され、前記筒状体は、複数の剛体により形成された筒部の端部同士が、自在に折曲可能な可撓性を有する蛇腹状部材からなる筒連結部を介して連結され、当該筒状体に配設された折曲装置又は前記掘削具に取り付けられた折曲装置により折曲されることを特徴とする筒状体。
請求項１に記載の筒状体を備えた掘削装置であって、
前記折曲装置が前記掘削具又は前記筒状体、或いはこれらの両方を折曲させることにより
、前記掘削具の回転による掘削の進路を変更可能とした掘削装置。
前記筒状体の周囲に前記掘削具の回転軸の半径方向への拡径時に収縮し、縮径時に伸長する複数の推進機構を備えたことを特徴とする請求項２に記載の掘削装置。