JP6991547B2 - スクリュー機構及び当該スクリュー機構を備えた掘削装置 - Google Patents

Description

本発明は、スクリュー機構に関し、特に、スクリューを駆動するモーターの負荷を軽減可能なスクリュー機構に関する。

従来、海底や月面等の特殊な環境において無人で地盤を掘削するスクリュー機構を備えた自動掘削推進装置が知られている（特許文献１）。しかしながら、当該文献における地盤を掘削するためのスクリュー機構を構成するアースオーガー（スクリュー）は、後端側がケーシングパイプに固定されたモーターにのみ支持されているため、地盤から受ける掘削抵抗により先端側が軸振れするという問題がある。この軸振れによりアースオーガーがケーシングパイプに接触するため、掘削抵抗にさらに回転抵抗が加わるため、モーターに不要な負荷を生じさせていた。

特開２０１１－１６９０５６号公報

そこで、本発明は、上記課題を解決すべく、スクリューを駆動するモーターの負荷を軽減可能なスクリュー機構等を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのスクリュー機構の構成として、筒体の内部において回転し、外周に螺旋状に延長するスクリュー板を有するスクリューを備えたスクリュー機構であって、スクリューの先端側、又は、先端側及び後端側の両方に設けられ、当該スクリューを支持するとともに筒体により回転自在に支持される支持機構と、スクリューを回転させるモーターとを備え、支持機構は、モーターの回転が直接入力される動力伝達機構を備え、モーターの回転が動力伝達機構を介して該支持機構を回転させることでスクリューを支持機構と同一方向に回転させることを特徴とする。
本構成によれば、スクリューの軸振れが抑制されるので、スクリュー板が筒体に接触することなくスクリューを回転させることができ、その結果としてモーターの負荷を軽減することができる。
また、スクリューは、外径が一定の搬送スクリューと、外径が端部に向けて漸次拡径する掘削スクリューとを備え、支持機構が搬送スクリューと掘削スクリューとの間に設けられた構成とした。また、筒体は、搬送スクリューを覆う円筒部と、掘削スクリューを覆うスカート部とを備え、スカート部が、外周から掘削スクリューの先端側の一部が外側に露出する寸法で形成された構成とした。
また、モーターは、スカート部に固定された構成とした。
また、上記課題を解決する掘削装置の構成として、請求項１乃至請求項３いずれかに記載のスクリュー機構を備えた掘削装置であって、前記支持機構が設けられた端部側の先端に掘削手段を備えた構成とした。
本構成によれば、掘削抵抗を受けてもスクリューの軸振れを抑制することができる。
また、筒体の外周に配置され、前記スクリューの回転により掘削された掘削穴に基づいて前記スクリュー機構に掘削の推進力を付与する推進装置を備え、推進装置は、筒体の軸方向に一列に配列され、個別にその外径を縮径・拡径する複数の伸縮ユニットを備え、伸縮ユニットは、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ように構成され、複数の伸縮ユニットを、蠕動運動を模すように個別に縮径又は拡径することにより、スクリュー機構に推進力を生じさせる構成とした。

掘削推進装置の一実施形態の構成を示す断面図である。 スクリューを示す図である。 回転盤の平面図である。 スカート部の部分拡大図である。 スカート部と掘削スクリューの関係を示す図である。 スクリュー支持機構の評価を示す図である。 伸縮ユニットを示す図である。 自動推進掘削装置の推進動作を示す図である。 スクリュー支持機構の他の形態を示す図である。 掘削装置の他の形態を示す図である。 掘削装置の他の形態を示す図である。 掘削装置の他の形態を示す図である。 スクリュー及びケーシングパイプの他の形態を示す図である。 折曲装置を示す図である。 ケーシングパイプ及び推進装置の他の形態を示す図である。 推進装置の動作を示す図である。

実施形態１
図１は、本実施形態に係るスクリュー機構を備えた掘削推進装置１を示す断面図である。図１に示すように、掘削推進装置１は、概略、スクリュー機構としての掘削装置２と、推進装置５と、制御装置１０とを備える。なお、図１において、３１は掘削装置２の発進基地（ランチャー）であり、このランチャー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。
掘削装置２は、地盤Ｅの掘削及び掘削した土砂の運搬、排出を単一の機構で実行するスクリュー２１と、スクリュー２１を回転駆動させるモーター２２と、スクリュー２１の外周を覆いスクリュー２１の回転による土砂の運搬をガイドするケーシングパイプ５０と、スクリュー２１の先端側を支持するスクリュー支持機構８０とを備える。

図２は、スクリュー２１を示す図である。スクリュー２１は、地盤Ｅを掘削する掘削スクリュー２３と、掘削スクリュー２３によって掘削された土砂を搬送する搬送スクリュー２４と、スクリュー支持機構８０を構成する回転盤８１と、掘削スクリュー２３、搬送スクリュー２４と、スクリュー支持機構８０を構成する回転盤８１を連結する連結軸３０とを備える。

掘削スクリュー２３は、スクリュー軸２５と、スクリュー軸２５の外周から半径方向に突出するスクリュー板２６とを備える。スクリュー軸２５は、例えば、外径が一定の断面形状が円形の軸体であって、後端に搬送スクリュー２４を連結するための連結部２５Ｈを備える。連結部２５Ｈは、スクリュー軸２５の後端面から軸方向に沿って延長し、後述の連結軸３０の断面形状に対応した断面形状を有する穴として設けられる。なお、対応した断面形状とは、連結軸３０の断面形状に合致させて挿入可能な形状をいう。

スクリュー板２６は、スクリュー軸２５の先端側から後端側にかけて軸方向に沿って螺旋を描きながら渦巻き状に延長する。本実施形態では、スクリュー板２６は、後端がスクリュー軸２５の後端と面一の位置で終端する。スクリュー板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、外径が先端から後端へ向かうに従ってテーパー状に漸減している。また、スクリュー板２６は、先端側のピッチが小さく、後端側に向かってピッチが漸増するように、先端側が密、後端側が疎となるように形成されている。スクリュー板２６の先端には、実質的な掘削手段として機能する掘削ビット２３ｋが複数設けられている。

搬送スクリュー２４は、スクリュー軸２７と、スクリュー軸２７の外周から半径方向に突出するスクリュー板２８とを備える。スクリュー軸２７は、例えば、掘削スクリュー２３のスクリュー軸２５と同一の断面形状を有する軸体であって、先端に掘削スクリュー２３を連結するための連結部２７Ｈを備える。連結部２７Ｈは、スクリュー軸２７の先端側端面から軸方向に沿って延長する穴として設けられ、断面形状が後述の連結軸３０の断面形状に対応した形状に設定される。

スクリュー板２８は、スクリュー軸２７の先端側から後端側にかけて軸方向に沿って螺旋を描きながら延長する。本実施形態では、スクリュー板２８は、スクリュー軸２７の先端と面一の位置を始端とし、スクリュー軸２７の後端側に余剰分を残して終端するように一定の半径及びピッチで外周に設けられる。スクリュー板２８の半径は、例えば、掘削スクリュー２３のスクリュー板２６の後端における半径と同じに設定される。

図３は、回転盤８１を後端側から軸方向視したときの平面図である。回転盤８１は、中心軸８２と、スクリュー片８３と、支持片８４と、外輪板８５とを備え、中心軸８２、スクリュー片８３、支持片８４及び外輪板８５が一体化されている。中心軸８２は、スクリュー軸２５と同径の断面円形の軸体であって、先端面から後端面まで軸方向に沿って延長する貫通孔８２Ｈを備える。貫通孔８２Ｈは、後述の連結軸３０が貫通可能に連結軸３０の断面形状に対応する形状で形成されている。

スクリュー片８３及び支持片８４は、中心軸８２の外周から中心軸８２の軸方向と直交する平面内を放射状に外輪板８５まで延長する。スクリュー片８３は、連結軸３０により掘削スクリュー２３及び搬送スクリュー２４とを連結したときに、スクリュー板２６とスクリュー板２８とが一続きの螺旋体を形成するように、中心軸８２の外周を所定長さ螺旋状に延長する。本実施形態では、スクリュー片８３は、中心軸８２の軸方向の各端面と面一となるように延長し、スクリュー板２６の後端、及びスクリュー板２８の先端とを滑らかに連続するように各端部が形成されている。支持片８４は、例えば、中心軸８２の軸方向の長さ寸法と同一若しくはそれよりも薄い厚さが設定され、スクリュー２１の掘削動作時に中心軸８２と外輪板８５との連結が破断しない強度を有するように設定される。また、支持片８４は、スクリュー片８３による土砂の運搬を阻害しない位置に設けられる。なお、スクリュー片８３が、例えば、中心軸８２の外周を半周以上延長するように形成された場合には、支持片８４を省略することもできる。

外輪板８５は、搬送スクリュー２４の外径よりも大径の内径を有する環状の円板であって、中心軸８２の外周において該中心軸８２の中心と同心に配置される。外輪板８５の内径は、例えば、後述のケーシングパイプ５０における円筒体５２の内径と同一に設定され、外径は、後述のスカート部５１の外径よりも小径に設定される。

図２に示すように、連結軸３０は、断面形状が正方形に設定された角柱からなる。したがって、上述の掘削スクリュー２３の連結部２５Ｈ、回転盤８１の貫通孔８２Ｈ及び搬送スクリュー２４の連結部２７Ｈの断面形状は、正方形状に形成されている。また、掘削スクリュー２３の連結部２５Ｈ、回転盤８１の貫通孔８２Ｈ及び搬送スクリュー２４の連結部２７Ｈは、連結軸３０を掘削スクリュー２３の連結部２５Ｈ、回転盤８１の貫通孔８２Ｈ、搬送スクリュー２４の連結部２７Ｈに挿入し、スクリュー２１を構成したときに、掘削スクリュー２３の回転中心軸と、回転盤８１の回転中心軸と、搬送スクリュー２４の回転中心軸とが同軸となるようにスクリュー軸２５、中心軸８２、スクリュー軸２７に設けられている。即ち、連結軸３０と掘削スクリュー２３の連結部２５Ｈ、回転盤８１の貫通孔８２Ｈ及び搬送スクリュー２４の連結部２７Ｈとで軸連結機構が構成される。

このように、連結軸３０を角柱とすることで、モーター２２の回転駆動力を搬送スクリュー２４から回転盤８１及び掘削スクリュー２３に伝達することができる。また、搬送スクリュー２４のスクリュー板２８の先端の位置に対する回転盤８１のスクリュー片８３の後端の位置、回転盤８１のスクリュー片８３の先端の位置に対する掘削スクリュー２３のスクリュー板２６の後端の位置を位置決めすることができるので、搬送スクリュー２４、回転盤８１及び掘削スクリュー２３を連結軸３０を介して一体化させたときのスクリュー２１の螺旋体の連続性を担保できる。

なお、連結軸３０は、掘削スクリュー２３や回転盤８１や搬送スクリュー２４とは別体とせずに、搬送スクリュー２４の先端において、回転盤８１の中心軸８２を貫通し、掘削スクリュー２３の連結部２５Ｈに挿入可能な長さで一体に形成しても良く、また、回転盤８１の中心軸８２の両端から掘削スクリュー２３の連結部２５Ｈ及び搬送スクリュー２４の連結部２７Ｈに挿入可能な長さで中心軸８２に一体に形成しても良く、掘削スクリュー２３の後端において、回転盤８１の中心軸８２を貫通し、搬送スクリュー２４の連結部２７Ｈに挿入可能な長さで一体に形成しても良い。また、連結軸３０の断面形状は、上記正方形に限定されず、長方形、他の多角形状等、モーター２２の回転駆動力を伝達可能であればいずれの形状であっても良く、この連結軸３０が挿入或は貫通される連結部２５Ｈ、貫通孔８４Ａ及び連結部２７Ｈの断面形状を対応させることは言うまでもない。

図１に示すように、ケーシングパイプ５０は、掘削スクリュー２３を覆うスカート部５１と、搬送スクリュー２４を覆う円筒体５２と、モーター固定部５３とを備える。スカート部５１は、外周から掘削スクリュー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の外周側の半径は、掘削スクリュー２３の先端側の半径Ｒ１よりも小径、かつ後述の掘進時に後続して移動する伸縮ユニット６０の最大径と同等若しくはやや小径に設定される。

図４は、スカート部５１の部分拡大図である。図４に示すように、スカート部５１は、先端側から後端側に円錐状に窪み掘削スクリュー２３を覆う掘削スクリュー収容部５４と、後端側から円柱状に窪みスクリュー２１における回転盤８１を収容する回転盤収容部５５とを備える。掘削スクリュー収容部５４は、掘削スクリュー２３の回転時にスクリュー板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形の内壁５４ｓを有している。

図５は、スカート部５１と掘削スクリュー２３の関係を示す図である。同図に示すように、スカート部５１と掘削スクリュー２３とは、軸方向視したときに、スカート部５１の外周から掘削スクリュー２３の先端側の外周が露出している。このように、掘削スクリュー２３の先端側の外周をスカート部５１の外周から半径方向に露出させることにより、掘削スクリュー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の外周側に落下させて、再び掘削スクリュー２３で回収することができる。すなわち、掘削スクリュー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、搬送スクリュー２６に搬送できるので、効率良く掘削することができる。

図４に示すように、回転盤収容部５５は、掘削スクリュー収容部５４と同軸上に設けられ、軸方向に沿って延長する円筒面５５ａと、軸方向に直交する平面状の底面５５ｂとを有する。円筒面５５ａの直径は、回転盤８１を収容可能な寸法に設定される。回転盤収容部５５には、該回転盤収容部５５内における回転盤８１の回転を円滑に支持するための摩擦低減部材としての円筒部材８７Ａと、複数の円板部材８７Ｂとが設けられる。

円筒部材８７Ａ及び円板部材８７Ｂは、例えば、高分子ポリエチレン等の固体潤滑性能を有する合成樹脂を素材により形成される。円筒部材８７Ａは、例えば、回転盤収容部５５の円筒面５５ａに沿って密着可能に筒状に形成され、内周を回転盤８１の外周が摺接可能に配置される。また、円板部材８７Ｂは、平板円環状に形成され、例えば、外径が回転盤収容部５５に配置された円筒部材８７Ａの内周側に配置可能に可能な寸法、内径が回転盤８１の外輪板８５の内径に等しい寸法に設定される。円板部材８７Ｂは、回転盤収容部５５に回転盤８１を収容するときに、円筒部材８７Ａの内周側に、円板部材８７Ｂを底面５５ｂに２枚を重ねて配置した上に、回転盤８１を配置し、さらにその上に２枚の円板部材８７Ｂを重ねて配置した後に、スカート部５１を構成する蓋体５１ｊにより閉塞される。
このように、回転盤収容部５５に円筒部材８７Ａ及び円板部材８７Ｂを介在させて回転盤８１を収容することにより、スクリュー２１を回転自在に軸方向及び半径方向にスカート部５１により支持させることができる。

なお、回転盤収容部５５の底面５５ｂから蓋体５１ｊまでの軸方向の寸法は、回転盤８１が回転盤収容部５５内において軸方向及び半径方向にガタつかない程度に、回転盤８１の外輪板８５の厚さと、４枚の円板部材８７Ｂの厚さとを考慮して設定すると良い。このように、回転盤８１を軸方向及び周方向から摩擦低減部材で構成された円筒部材８７Ａ及び円板部材８７Ｂを囲み配置するすることにより、回転盤８１を軸振れすることなく滑らかに回転させることができる。また、円筒部材８７Ａ及び円板部材８７Ｂを高分子ポリエチレンよりなる合成樹脂としたがこれに限定されず、高分子ポリエチレン等の固体潤滑性能を有する合成樹脂を素材により形成しても良い。また、円筒部材８７Ａに換えて、円筒ころ、円錐ころ、球等の軸受により回転盤８１の外周を支持し、円板部材８７Ｂに換えて、スラスト軸受等の軸受により回転盤８１を回転盤収容部５５内において支持するようにしても良い。

図１に示すように、円筒体５２は、内径が搬送スクリュー２４を収容可能な大きさ、外径が後述の推進装置５に形成される中空部５Ａ内に収容可能な大きさを有する円筒状の筒体である。円筒体５２は、先端側がスカート部５１（蓋体５１ｊ）に図外の固定手段によりスカート部５１の中心軸と同軸に固定される。円筒体５２の後端側には搬送スクリュー２４によって搬送された土砂を排出する後端開口５０ｅと、モーター２２を固定するためのモーター固定部５３とを備える。

図１に示すように、ケーシングパイプ５０の後端には、ケーシングパイプ５０の後端開口５０ｅ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、モーター固定部５３をケーシングパイプ５０の後端に連結する支持部５３Ａには、ケーシングパイプ５０の後端開口５０ｅと排出路４１とを連通させる連通孔５０ｆが形成されている。モーター２２を駆動してスクリュー２１を回転させることにより、掘削スクリュー２３の先端に取り付けられた掘削ビットにより掘削された掘削土が掘削スクリュー２３のスクリュー板２６及び搬送スクリュー２４のスクリュー板２８の回転運動によってケーシングパイプ５０の後方に搬送され、後端開口５０ｅより排出され、かつ、連通孔５０ｆ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、搬出装置４は、少なくとも、連通孔５０ｆ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５０ｆ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、搬出装置４は、スクリュー２１の掘削ビット２３ｋにより掘削されて螺旋羽根２１Ｂ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。

モーター固定部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。モーター固定部５３は、ケーシングパイプ５０に固定されることにより、円筒体５２の後端から突出するモーター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。
モーター２２は、スクリュー２１の後端（搬送スクリュー２４の後端）に設けられた軸連結部材
部３３（図１参照）を介して出力軸が直列に連結される。

上記構成の掘削装置２によれば、スクリュー２１は、後端側がモーター２２を介してケーシングパイプ５０の後端側で支持され、先端側がスクリュー支持機構８０を介してケーシングパイプ５０の先端側で支持されることにより、地盤Ｅから掘削抵抗を受けても、回転中心軸がケーシングパイプ５０の中心軸と一致した状態で回転できる。これにより、スクリュー２１を回転駆動するモーター２２の負荷を軽減させることができる。

図６は、無負荷状態でスクリュー２１を回転させたときのスクリュー支持機構８０の軸振れへの効果を調べた結果を示す図である。同図に示す軌跡線は、図６（ａ）に示すスクリュー２１の先端を正面からビデオカメラで撮影したときの軌跡である。濃灰色で示す軌跡ｓ１は、スクリュー支持機構８０のない従来のスクリューを回転させたときの軌跡を示し、明灰色で示す軌跡ｓ２は、スクリュー支持機構８０を設けたスクリューを回転させたときの軌跡を示している。同図に示すように、スクリュー支持機構８０をスクリュー２１に設けたことにより軸振れが抑制されたことがわかる。この結果に基づけば、掘削装置２の回転試験を行い、得られた軸振れの振幅よりも大きな隙間を回転スクリュー２１とケーシングパイプ５０との間に設定することでスクリュー２１とケーシングパイプ５０との接触を確実に回避できる。

図７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、このねじ穴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。

図７（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の内側から掘削土砂が各伸縮ユニット６０の内部に浸入することを防止する。

また、推進装置５の外周は、図７（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６Ｘで被われる。図７（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７（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８（ａ）乃至（ｄ）は、自動推進掘削装置１の推進動作を示す図である。同図に示すように、モーター２２を駆動してスクリュー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ー２３によって地盤（例えば、月面におけるレゴリス層や海底）を掘削する。この際、制御装置１０は、スクリュー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。

掘削推進装置１の動作について説明する。ランチャー３１を地盤Ｅに配置する。次に、図８（ａ）に示すように、ランチャー３１内に掘削推進装置１を配置した後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をランチャー３１の内壁に固定する（ステップ１）。これにより、推進装置５がスクリュー２１と共回りすることを阻止し、スクリュー２１を安定して効率良く回転させることができる。次に、図８（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（ステップ２）。すなわち、スクリュー２１とケーシングパイプ５０とが伸縮ユニット６０Ａの軸方向伸長分だけ前進する。次に、図８（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（ステップ３）。次に、図８（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（ステップ４）。そして、推進装置５に、上記ステップ１～４の推進動作を順次繰り返させることで、掘削装置２の掘削に推進量を付与することができる。また、ランチャー３１から地盤Ｅへの移動後の推進装置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がスクリュー２１と共まわりすることを阻止するとともに、掘削装置２におけるスクリュー２１の姿勢を適切に維持できる。

掘削スクリュー２３によって掘削された土砂は、掘削スクリュー２３の回転力によってスカート部５１の内壁５４ｓに沿って回転盤８１を経由して搬送スクリュー２４側へと移動し、搬送スクリュー２４の後方へ搬送される。後方への搬送によりケーシングパイプ５０の後端に到達した土砂は、図外の排出機構より排出される。

以上説明したように、本実施形態に係る掘削推進装置１では、掘削装置２を構成するスクリュー２１の先端側を、ケーシングパイプ５０に対して回転自在に支持するようにしたことにより、地盤Ｅから掘削抵抗を受けても、スクリュー２１は、ケーシングパイプ５０の中心軸に対して中心軸が軸振れしないので、ケーシングパイプ５０が接触する回転抵抗の増加を防ぐことができる。これにより、モーター２２に地盤の掘削以外の負荷が加わらないので安定した回転力を得ることができる。

実施形態２
図９は、スクリュー支持機構８０の他の形態を示す図である。上記実施形態１では、ケーシングパイプ５０に対するスクリュー２１の位置を支持する回転盤８１をスクリュー２１とともに回転するように構成したが、回転盤８１をケーシングパイプ５０に固定し、スクリュー２１を回転自在に支持するようにしても良い。

本実施形態２に係るスクリュー支持機構８０は、ベアリング９０と、ベアリング９０が収容される支持体９１とを備える。ベアリング９０は、例えば、ボール軸受や円筒ころ軸受等のように内輪と外輪とが相対的に回転可能に構成され、シール型のものが適用できる。ベアリング９０の内径は、例えば、スクリュー２１の回転軸２１Ａの外径に対応するものが適用される。ベアリング９０には、例えば、内径寸法が、搬送スクリュー２４のスクリュー軸２７が貫通可能な内径を有するものが好ましく、より好ましくは、ガタのない寸法或は締り嵌めとすると良い。

支持体９１は、ベアリング収容部９２と、外側リング９４と、ベアリング収容部９２と外側リング９４とを連結する複数の支持片９３とを備える。ベアリング収容部９２は、ベアリング９０の外輪を収容可能な大きさの内径を有する筒体であって、内径寸法が外輪との間でガタのない寸法、或は締り嵌めとなる寸法で形成される。外側リング９４は、例えば、実施形態１においてスカート部５１に設けられた回転盤収容部５５を利用可能に構成される。即ち、外側リング９４は、外径が回転盤収容部５５の内径と同一、内径がケーシングパイプ５０における円筒体５２の内径と同一の寸法を有する円筒状に形成され、ベアリング収容部９２と同心に形成される。複数の支持片９３は、ベアリング収容部９２の軸方向に直交する平面内を放射状に延長し、外側リング９４をベアリング収容部９２に固定する。

支持体９１は、回転盤収容部５５に配置されたときに、ベアリング９０の回転中心がケーシングパイプ５０の中心軸上に位置するように形成され、搬送スクリュー２４のスクリュー軸２７が挿入可能に設定されている。なお、実施形態２における搬送スクリュー２４は、スクリュー軸２７の先端側が、ベアリング９０に挿入可能となるように、スクリュー板２８の先端がスクリュー軸２７の先端面よりも後端側に位置するように形成される。その寸法は、例えば、スクリュー板２８の先端が支持体９１に接触しないように設定される。このように、スクリュー支持機構８０を構成してもスクリュー２１の軸振れを抑制することができる。

なお、本実施形態２では、スクリュー支持機構８０を収容する回転盤収容部５５をスカート部５１に設けて、搬送スクリュー２４の先端を支持するように説明したが、支持体９１を設ける位置、即ちスクリュー支持機構８０を設ける位置は、これに限定されず、例えば、端部を除いた軸方向中途部であれば適宜変更可能である。この場合、例えば、支持体９１における外側リング９４を円筒体５２の内径や外径と同じ寸法とし、スカート部５１と円筒体５２との間に支持体９１を挟み込んだり、円筒体５２を分割して構成し、その間に支持体９１を設けて、スクリュー２１の回転軸２１Ａが支持体９１のベアリング９０に挿入されるようにスクリュー２１を分割して構成し、上述の軸連結機構などにより連結すれば良い。なお、支持体９１が設けられる位置は、いずれであっても良いが、軸振れを抑制するという観点からは先端側に設けられることが好ましい。

実施形態２で説明した掘削装置２は、スクリュー支持機構８０の厚さ分、具体的には、ベアリング収容部９２の厚さ分だけ掘削スクリュー２３のスクリュー板２６と搬送スクリュー２４のスクリュー板２８とが不連続となるが、掘削スクリュー２３により後端側へと土砂が継続的に押し上げられるため、土砂を後端側へと運搬するときの実質的な影響は小さい。掘削スクリュー２３と搬送スクリュー２４との不連続性を最小化するには、例えば、支持体９１の厚み、例えば、ベアリング収容部９２、支持片９３の厚みを薄くしたり、支持体９１に対する掘削スクリュー２３のスクリュー板２６や搬送スクリュー２４のスクリュー板２８の関係を変更すれば良い。

実施形態３
上記実施形態１，２では、スクリュー２１の後端側をモーター２２を介してモーター固定部５３によりケーシングパイプ５０に固定するとして説明したが、実施形態１や実施形態２で示したスクリュー支持機構８０を設けて、支持するように構成しても良い。

実施形態４
図１０は、図１に示した掘削推進装置１における掘削装置２の他の形態を示す図である。本実施形態４に係る掘削装置２は、モーター２２をスクリュー２１の後端に配置し、モーター２２を固定するモーター固定部５３によりスクリュー２１を後端側から支持するものとして説明したが、図１０に示すように構成しても良い。

図１０に示す掘削装置２は、実施形態１で示したスクリュー支持機構８０の回転盤８１を直接回転するように構成される。即ち、掘削装置２は、実施形態１で示したスクリュー支持機構８０を構成する回転盤８１の外周に動力伝達機構を構成する歯車８１ｋを設けるとともに、スカート部５１の蓋体５１ｊに回転盤８１を回転駆動させるモーター２２Ａを固定し、モーター２２Ａの回転出力軸に取り付けられた歯車２２ｋを歯車８１ｋに噛み合わせ、モーター２２Ａを回転させることで回転盤８１に駆動力を入力してスクリュー２１を回転させるように構成される。各モーター２２Ａは、スカート部５１に固定されるカバー５６により覆われる。カバー５６は、例えば、ケーシングパイプ５０と一体に形成しても良い。

実施形態１に示したスクリュー２１は、先端側を支持する回転盤８１が、円板部材８７Ｂにより挟まれてスカート部５１により軸方向に支持されている。この位置は、掘削部に近いため、地盤Ｅの掘削時に地盤Ｅから受ける掘削抵抗の影響が小さく、軸振れし難い。即ち、このように構成することにより、スクリュー２１の後端側の支持をなくしても安定した回転が得られる。この場合、ケーシングパイプ５０の外周に設けられる推進装置５の位置をモーター２２Ａに接触しないように後端側に移動してケーシングパイプ５０に固定すれば良い。また、スクリュー２１の後端側を実施形態１，２示したスクリュー支持機構８０により支持しても良いことは言うまでもない。
また、回転盤８１を回転駆動させる機構は、上述の機構に限定されず、モーター２２Ａと回転盤８１との間において、遊星歯車やハーモニックドライブ（登録商標）の機構を持たせても良く、また、回転盤８１にモーターとしての機能を組み入れたダイレクトドライブ方式或いは超音波モーター等要求される機能や性能に応じて適宜用いることが可能である。

実施形態５
図１１は、掘削推進装置１の掘削装置２の他の形態を示す図である。実施形態４における掘削推進装置１では、一方向のみに掘削するように構成されているが、２方向に掘削可能に構成することができる。本実施形態５に係るスクリュー２１は、搬送スクリュー２４と、搬送スクリュー２４の両端に設けられる掘削スクリュー２３Ａ；２３Ｂと、掘削スクリュー２３Ａと搬送スクリュー２４との間に設けられる回転盤８１Ａと、掘削スクリュー２３Ｂと搬送スクリュー２４との間に設けられる回転盤８１Ｂを備える。掘削スクリュー２３Ａ；２３Ｂ及び回転盤８１Ａ；８１Ｂは、実施形態４に示した掘削スクリュー２３と同一の構成である。本実施形態５に係る搬送スクリュー２４は、スクリュー軸２７の両端に連結軸３０により掘削スクリュー２３Ａ；２３Ｂを連結するための連結部２７Ｈ；２７Ａ（実施形態１参照）が設けられている。また、搬送スクリュー２４は、スクリュー軸２７の一端から他端までスクリュー軸２７の外周を一定の半径及びピッチで螺旋状に延長するスクリュー板２８を備える。スクリュー板２８は、搬送スクリュー２４の両端に掘削スクリュー２３Ａ；２３Ｂを連結軸３０；３０により連結したときに、掘削スクリュー２３Ａのスクリュー板２６の後端と掘削スクリュー２３Ｂのスクリュー板２６の後端と一続きの螺旋体を構成するように形成される。なお、スクリュー板２８の半径は、掘削スクリュー２３Ａ；２３Ｂのスクリュー板２６の後端における半径と同じに設定される。

ケーシングパイプ５０は、各端部にスカート部５１Ａ；５１Ｂを備える。スカート部５１Ａ；５１Ｂは、実施形態４におけるスカート部５１と同一の構成である。各スカート部５１Ａには、回転盤８１Ａ；８１Ｂとスクリュー支持機構８０を構成し、回転盤８１Ａ；８１Ｂを回転可能に支持する円板部材８２Ｂと、回転盤８１Ａ；８１Ｂを回転駆動する複数のモーター２２Ａがそれぞれ設けられる。複数のモーター２２Ａは、制御装置１０に接続される。

制御装置１０は、掘削スクリュー２３Ａにより掘削する場合には、回転盤８１Ａに連結されたモーター２２Ａを回転駆動させるとともに、掘削スクリュー２３Ａ側に掘削装置２が進行するように推進装置５を制御する。また、掘削スクリュー２３Ｂにより掘削する場合には、回転盤８１Ｂに連結されたモーター２２Ａを回転駆動させるとともに、掘削スクリュー２３Ｂ側に掘削装置２が進行するように推進装置５を制御する。

本実施形態５によれば、両端で掘削できるようになる。また、回転盤８１Ａに連結されたモーター２２Ａと、回転盤８１Ｂに連結されたモーター２２Ａとを同時に駆動させることにより大きな掘削トルクを得ることができる。また、２方向いずれへも掘削できるようになっていることから、例えば、一方向へ掘り進んだ後、掘削推進装置１を逆方向へ移動させようとしたときに、掘削した穴の壁面がくずれたとしても、掘削しながら移動できるので、容易に進行方向を転換することができる。

実施形態６
図１２は、掘削推進装置１の掘削装置２の他の形態を示す図である。本実施形態６に係る掘削装置２は、屈曲可能に構成される。
実施形態６におけるスクリュー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本のスクリュー（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本のスクリュー）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ー２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃを用いて構成される。
つまり、スクリュー２４は、複数の分割スクリュー２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃの回転軸の端部同士が軸連結部２９を介して連結される。またスクリュー２４の先端側に位置する分割スクリュー２４Ａの先端には、掘削スクリュー２３が軸連結部２９を介して連結される。各軸連結部２９は、折曲自在に形成される。

図１３は、スクリュー２１及びケーシングパイプ５０の他の形態を示す図である。図１３に示すように、スクリュー２１は、掘削スクリュー２３と、先端側スクリュー２４Ａと、中間スクリュー２４Ｂと、後端側スクリュー２４Ｃと、掘削スクリュー２３の後端と先端スクリュー２４Ａの前端とを連結する軸連結部２９と、先端側スクリュー２４Ａの後端と中間スクリュー２４Ｂの前端とを連結する軸連結部２９と、中間スクリュー２４Ｂの後端と後端スクリュー２４Ｃの前端とを連結する軸連結部２９とを備える。後端スクリュー２４Ｃの後端には、カップリング等の軸連結部材３３によりモーター２２の出力軸が連結される。

各スクリュー２４Ａ～２４Ｃの各スクリュー軸２７Ａ～２７Ｃの外周には、各スクリュー軸２７Ａ～２７Ｃの中心線に沿った方向に螺旋状に延長するスクリュー板２８Ａ～２８Ｃが取り付けられている。

軸連結部２９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。

スクリュー２１は、各軸連結部２９の周囲に、軸連結部２９の軸の径とほぼ同径の円筒状に形成されて軸連結部２９の外周面を覆うゴム製の円筒体２９ａと、各軸連結部２９により連結されるスクリュー２３；２４Ａ～２４Ｃの各スクリュー板２６；２８Ａ～２８Ｃに連結される螺旋羽根２９ｂとを備える。螺旋羽根２９ｂは、例えば、ゴム製や薄肉の板バネ等の金属製等の可撓性を有する素材により構成される。螺旋羽根２９ｂは、例えばゴム製とする場合には、例えば、円筒体２９ａの外周面から突出するように形成することができる。また、薄肉の板バネ等の金属製とする場合には、隣接するスクリュー板２６；２８Ａ～２８Ｃにより連結される。

掘削スクリュー２３、分割スクリュー２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃは、それぞれ、スクリュー支持機構８０Ｚ；８０Ａ；８０Ｂ；８０Ｃを備える。掘削スクリュー２３の後端には実施形態１に示した回転盤８１が設けられ、実施形態１で示したスクリュー支持機構によりスカート部５１により支持されるように構成される。また、スクリュー支持機構８０Ａ；８０Ｂ；８０Ｃは、それぞれ分割スクリュー２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃの軸方向中途部に設けられる。スクリュー支持機構８０Ａ；８０Ｂ；８０Ｃは、例えば、実施形態１に例示した回転盤８１と同様にスクリュー板２８Ａ～２８Ｃの一部を構成するスクリュー片をそれぞれ備える回転盤により構成される。さらに、回転盤８１は、ベアリングの内周に嵌着される。ベアリングを後述の分割円筒５２Ａ；５２Ｂ；５２Ｃに固定することで、ケーシングパイプ５０に対して回転盤８１を回転可能に取り付けられる。

このように、スクリュー２１における各スクリュー板２６；２８Ａ～２８Ｃを螺旋羽根２９ｂにより連続するように構成することにより、軸連結部２９の外側で螺旋羽根２９ｂにより掘削土を破砕し、回転軸２１Ａ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、スクリュー２１を回転させるためのトルクの上昇を抑制でき、モーター２２の負荷を軽減できるようになる。さらに、各スクリュー２３；２４Ａ～２４Ｃは、スクリュー支持機構８０Ｚ；８０Ａ～８０Ｃによりそれぞれケーシングパイプ５０に回転可能に支持されているので、屈曲した状態であっても軸振れせずにケーシングパイプ５０内を回転できるので、スクリュー２１を回転させるためのトルクの上昇を抑制でき、モーター２２の負荷をより軽減できるようになる。また、軸連結部２９の外周面を覆うゴム製の円筒体２９ａを備えていることにより、軸連結部２９の折れ曲がりに追従でき、かつ、軸連結部２９への防塵効果も得られる。

また、スクリュー２１は、屈曲可能な軸連結部２９を備えたことにより、モーター２２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、スクリュー２１は、地盤Ｅを掘削スクリュー２３の先端により掘削しながら折れ曲がって進行可能であり、掘削スクリュー２３の先端で掘削された掘削土が螺旋羽根２１Ｂの回転により後方に搬送されるように構成されている。

上記スクリュー２１が内部に配置されるケーシングパイプ５０は、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、ケーシングパイプ５０は、複数の分割円筒５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃの端部同士が、折曲自在に形成された筒連結部５８を介して連結され、当該筒連結部５８で折曲可能に構成された円筒体５２と、制御装置１０によって制御されて各筒連結部５８を折曲させる折曲装置７３とを備える。

円筒体５２は、円筒体５２の先端部を形成する分割円筒としての先端側円筒５２Ａと、円筒体５２の中間部を形成する分割円筒としての中間円筒５２Ｂと、円筒体５２の後端部を形成する分割円筒としての後端側円筒５２Ｃとを備える。

図１３に示すように、円筒体５２は、先端側円筒５２Ａと、中間円筒５２Ｂと、後端側円筒５２Ｃと、先端側円筒５２Ａの後端と中間円筒５２Ｂの前端とを連結する筒連結部５８と、中間円筒５２Ｂの後端と後端側円筒５２Ｃの前端とを連結する筒連結部５８とを備え、先端側円筒５２Ａの前端が筒連結部５８を介してスカート部５１の後端と連結された構成である。各筒連結部５８の外周側には、後述の折曲装置７３が配設されており、折曲装置７３の駆動により、筒連結部５８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。

筒連結部５８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。

図１４は、折曲装置７３の一形態を示す図である。同図に示すように、折曲装置７３は、ボールねじ７３Ｄ，７３Ｅ（ボールねじ機構）を用いて構成される。同図においてボールねじ７３Ｄは左ねじ、ボールねじ７３Ｅは右ねじ、７３Ｆは、伸縮ユニット６０に形成されたナットハウジングであって、ボールねじ７３Ｄ及びボールねじ７３Ｅとそれぞれ螺合する。フランジ７５には、上記ボールねじ７３Ｄ，７３Ｅを挿通可能な円孔が形成されている。ボールねじ７３Ｄ，７３Ｅは互いに自在継手（ユニバーサルジョイント）７３Ｃによって連結される。例えば、ボールねじ７３Ｄ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７３Ｄ及び自在継手７３Ｃによって連結されたボールねじ７３Ｅ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５８の周囲に等間隔（例えば１２０度間隔）で配設されており、図１４（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５８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５８を曲げることが可能となる。

本実施形態６に係る推進装置５は、実施形態１に示した各伸縮ユニット６０が先端側円筒５２Ａ、中間円筒５２Ｂ、後端側円筒５２Ｃの外周面にそれぞれ配設される。

なお、本実施形態における軸方向可動部材６１；６１は、上記実施形態におけるフランジ７５；７５に対応する。このような伸縮ユニット６０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伸縮ユニット６０に対して所定の周期で繰り返し実行されることにより、いずれかの伸縮ユニット６０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、拡径した伸縮ユニット６０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。

なお、伸縮ユニット６０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、伸縮ユニット６０を備えた掘削推進装置１を用いれば、伸縮ユニット６０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。

実施形態７
図１５は、推進装置５の他の実施形態を示す図である。同図に示すように、推進装置５は、複数の拡縮ユニット１６０により構成される。拡縮ユニット１６０は、ケーシングパイプ５０を構成する各円筒体５２の外周を軸方向に沿って移動可能に設けられる。
本実施形態７に係る円筒体５２は、筒部５２ａと、フランジ部５２ｂ；５２ｂと、ガイドロッド５２ｊとを備える。筒部５２ａは、内周をスクリューが回転する内径を有する筒体である。フランジ部５２ｂ；５２ｂは、筒部５２ａの両端それぞれに設けられた円板体であって、該フランジ部５２ｂ；５２ｂを介して筒連結部５８やスカート部５１等と連結される。フランジ部５２ｂの外径は、スカート部５１の外径よりも小径に設定される。ガイドロッド５２ｊは、筒部５２ａの軸方向に沿って延長し、フランジ部５２ｂ；５２ｂ間を連結する。ガイドロッド５２ｊは、例えば、径方向における位置がフランジ部５２ｂの外周と、筒部５２ａの外周との中間に位置するように複数箇所に設けられる。

拡縮ユニット１６０は、概略、一対の円盤体１６２Ａ；１６２Ｂと、エアシリンダ―１６４と、円筒壁１６６と、エアーチューブ１６８とを備える。
円盤体１６２Ａ；１６２Ｂは、それぞれ、円筒体５２における筒部５２ａが貫通し、筒部５２ａの外周を摺動可能な円環状の板体からなり、外径がフランジ部５２ｂ；５２ｂの外径よりも小径の同一外径に形成される。また、円盤体１６２Ａ；１６２Ｂには、ガイドロッド５２ｊが貫通するとともに、ガイドロッド５２ｊの外周との間で所定の隙間を形成する貫通孔を備える。本実施形態７では、円盤体１６２Ａ；１６２Ｂは、エアシリンダ―１６４により筒部５２ａの軸方向に所定距離離間して一体化される。

エアシリンダー１６４は、制御装置１０から出力される信号に基づいて空気を給排可能な図外の給排装置から延長するチューブと接続され、空気の給排によりシリンダ部１６４Ａに対してロッド１６４Ｂが進退可能に構成される。シリンダ部１６４Ａは、ロッド１６４Ｂの進退方向が筒部５２ａの軸方向に沿うように、一端側が円盤体１６２Ａに固定され、他端側が円盤体１６２Ｂに固定される。本実施形態では、エアシリンダー１６４は、筒部５２ａの中心軸を挟んで対向する位置に２つ設けられるが数量は適宜変更すれば良い。エアシリンダー１６４は、円盤体１６２Ａ；１６２Ｂに固定された状態で、ロッド１６４Ｂが、円盤体１６２Ｂに設けられた孔を介して貫通し、フランジ部５２ｂに固定される。

円筒壁１６６は、エアシリンダー１６４により一体化された円盤体１６２Ａ；１６２Ｂの外周の隙間を覆うように、円盤体１６２Ａ；１６２Ｂの外周に固定される。円筒体１６６の外径は、例えば、フランジ部５２ｂの外径よりも小径に設定される。円筒壁１６６の外周には、エアチューブ１６８が設けられる。
エアチューブ１６８は、タイヤチューブのようにリング状の空気室Ｓを備え、合成ゴム等のように伸縮を許容する素材で形成される。エアチューブ１６８は、内周側が円筒壁１６６の外周に沿って密着するように固定される。エアーチューブ１６８は、空気室Ｓへの空気の給排を可能とする給排部１６８Ａを備え、制御装置１０から出力される信号に基づいて空気を給排可能な図外の給排装置から延長するチューブと接続される。図１５（ａ）は、エアチューブ１６８の空気室Ｓに空気を供給してエアチューブ１６８を膨張させて拡径したときの状態を示し、図１５（ｂ）は、エアチューブ１６８の空気室Ｓから空気を排出してエアチューブ１６８を収縮させて縮径したときの状態を示している。図１５（ａ）に示すように、空気室Ｓに空気を供給することにより、エアチューブ１６８は、円筒壁１６６の軸方向断面において、内周側が円筒壁１６６の外周に沿って直線状に、外周側が半円状に膨張する。また、図１５（ｂ）は、エアチューブ１６８の空気室Ｓから空気を排出してエアチューブ１６８を収縮させて縮径したときには、エアチューブ１６８は、円筒壁１６６の外周に密着するように収縮する。

図１６は、図１５に示した拡縮ユニット１６０により構成された推進装置５の動作を示す図である。なお、同図では、拡縮ユニット１６０を連結する筒連結部５８、スカート部５２及びスクリュー等について省略してある。また、ケーシングパイプ５０における円筒体５２を区別するために、先端側円筒５２Ａと、中間円筒５２Ｂと、後端側円筒５２Ｃとして示す。また、拡縮ユニット１６０を区別するために、先端ユニット１６０Ａと、中間ユニット１６０Ｂと、後端ユニット１６０Ｃとして示す。
以下、本実施形態７に係る拡縮ユニット１６０による推進力の仕組みについて説明する。
図１６（ａ）に示すように、先端ユニット１６０Ａ及び中間ユニット１６０Ｂのエアシリンダー１６８を駆動して、先端側円筒５２Ａ及び中間円筒５２Ｂに対して進行方向逆側に移動させ、後端ユニット１６０Ｃのエアシリンダー１６８を駆動して、後端ユニット１６０Ｃを後端側円筒５２Ｃの軸方向中間の位置に移動させた状態で、先端ユニット１６０Ａと、中間ユニット１６０Ｂと、後端ユニット１６０Ｃとのすべてのエアーチューブ１６８を膨張させる（ステップ１）。これにより、例えば、上述のランチャー３１や掘削した穴の孔壁に掘削装置２を固定することができる。
次に、図１６（ｂ）に示すように、中間ユニット１６０Ｂと、後端ユニット１６０Ｃは、ステップ１の状態を維持したまま、先端ユニット１６０Ａのエアチューブ１６８から空気を排気し、先端ユニット１６０Ａを縮径する（ステップ２）。
次に、図１６（ｃ）に示すように、中間ユニット１６０Ｂと、後端ユニット１６０Ｃは、ステップ２の状態を維持したまま、先端ユニット１６０Ａのエアシリンダー１６８を駆動して、先端ユニット１６０Ａを先端側円筒５２Ａにおける進行方向側に移動させる（ステップ３）。
次に、図１６（ｄ）に示すように、後端ユニット１６０Ｃは、ステップ３の状態を維持したまま、中間ユニット１６０Ｂのエアチューブ１６８から空気を排気し、縮径するとともに、先端ユニット１６０Ａをステップ３の位置を維持したまま、先端ユニット１６０Ａのエアチューブ１６８に空気を供給し、先端ユニット１６０Ａを膨張させて拡径する（ステップ４）。
次に、図１６（ｅ）に示すように、後端ユニット１６０Ｃ及び先端ユニット１６０Ａは、ステップ４の状態を維持したまま、中間ユニット１６０Ｂのエアシリンダー１６８を駆動して、中間ユニット１６０Ｂを中間円筒５２Ｂにおける進行方向側に移動させる（ステップ５）。
次に、図１６（ｆ）に示すように、後端ユニット１６０Ｃ及び先端ユニット１６０Ａは、ステップ５の状態を維持したまま、中間ユニット１６０Ｂをステップ５の位置を維持したまま、中間ユニット１６０Ｂのエアチューブ１６８に空気を供給し、中間ユニット１６０Ｂを膨張させて拡径する（ステップ６）。
次に、図１６（ｇ）に示すように、中間ユニット１６０Ｂ及び先端ユニット１６０Ａは、ステップ６の状態を維持したまま、後端ユニット１６０Ｃをステップ６の位置を維持したまま、後端ユニット１６０Ｃのエアチューブ１６８から空気を排気し、後端ユニット１６０Ｃを縮径する（ステップ７）。
次に、図１６（ｈ）に示すように、後端ユニット１６０Ｃは、ステップ７の状態を維持したまま、また、中間ユニット１６０Ｂ及び先端ユニット１６０Ａの拡径状態を維持したまま、中間ユニット１６０Ｂを中間円筒５２Ｂにおける進行方向逆側に、先端ユニット１６０Ａを先端側円筒５２Ａにおける進行方向逆側にそれぞれ移動させるように各ユニット１６０Ａ；１６０Ｂのエアシリンダー１６８を駆動する（ステップ８）。
上記ステップ１乃至ステップ８を繰り返すことにより掘削推進装置１が前進する。
これにより、ケーシングパイプ５０が進行方向に距離Ｘ分（エアシリンダーのストローク分）押し出され、掘削装置２に対する推進力が得られる。即ち、先端ユニット１６０Ａ及び中間ユニット１６０Ｂがそれぞれ、先端側円筒５２Ａ及び中間円筒５２Ｂの進行方向側に位置した状態において、先端ユニット１６０Ａ及び中間ユニット１６０Ｂのエアシリンダー１６８を先端側円筒５２Ａ及び中間円筒５２Ｂの進行方向逆側に移動するように駆動することで、その駆動力の反力として相対的にケーシングパイプ５０が前方に押し出されることで推進力が得られる仕組みである。
なお、上述の推進装置５の動作では、後端ユニット１６０Ｃは、後端側円筒５２Ｃにおける軸方向中間の位置に移動させた状態を維持させており、例えば、後端ユニット１６０Ｃからエアシリンダ―１６８をなくし、後端側円筒５２Ｃに固定しても良い。また、後端ユニット１６０Ｃを後端側円筒５２Ｃにおける軸方向中間の位置に固定した状態としたが、後端ユニット１６０Ｃが後端側円筒５２Ｃに固定される軸方向の位置は、いずれであっても良い。
また、エアシリンダ―１６８により推進力を得るものとして説明したが、エアシリンダーに限定されず、ボールねじ機構などの他の駆動機構によって推進力を得るようにしても良い。

なお、上記実施形態では、スクリュー機構が縦方向に推進する場合を例として説明したが、これに限定されず、横方向等他の方向へも推進させることができる。
また、上記実施形態では、スクリュー機構を掘削装置に適用した場合について説明したが、これに限定されず、粉体や、流体、液体、固液体混合流体等を運ぶためのスクリュー式ポンプやスクリュー式コンベア等の他の装置への適用も可能である。

１ 掘削推進装置、２ 掘削装置、５ 推進装置、５Ａ 中空部、２１ スクリュー、
５０ ケーシングパイプ、５１ スカート部、５９ 排出口、
８０ スクリュー支持機構。

Claims (6)

1. 筒体の内部において回転し、外周に螺旋状に延長するスクリュー板を有するスクリューを備えたスクリュー機構であって、
   前記スクリューの先端側、又は、先端側及び後端側の両方に設けられ、当該スクリューを支持するとともに前記筒体により回転自在に支持される支持機構と、
   前記スクリューを回転させるモーターと、
   を備え、
   前記支持機構は、前記モーターの回転が直接入力される動力伝達機構を備え、
   前記モーターの回転が前記動力伝達機構を介して該支持機構を回転させることで前記スクリューを支持機構と同一方向に回転させることを特徴とするスクリュー機構。
2. 前記スクリューは、外径が一定の搬送スクリューと、外径が端部に向けて漸次拡径する掘削スクリューとを備え、前記支持機構が、前記搬送スクリューと前記掘削スクリューとの間に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のスクリュー機構。
   
3. 前記筒体は、前記搬送スクリューを覆う円筒部と、前記掘削スクリューを覆うスカート部とを備え、
   前記スカート部は、外周から前記掘削スクリューの先端側の一部が外側に露出する寸法で形成されたことを特徴とする請求項２に記載のスクリュー機構。
4. 前記モーターは、前記スカート部に固定されたことを特徴とする請求項３に記載のスクリュー機構。
5. 前記請求項１乃至請求項４いずれかに記載のスクリュー機構を備えた掘削装置であって、
   前記支持機構が設けられた端部側の先端に掘削手段を備えたことを特徴とする掘削装置。
6. 前記筒体の外周に配置され、前記スクリューの回転により掘削された掘削穴に基づいて前記スクリュー機構に掘削の推進力を付与する推進装置を備え、
   前記推進装置は、
   前記筒体の軸方向に一列に配列され、個別にその外径を縮径・拡径する複数の伸縮ユニットを備え、
   前記伸縮ユニットが、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ように構成され、
   前記複数の伸縮ユニットを、蠕動運動を模すように個別に縮径又は拡径することにより、前記スクリュー機構に推進力を生じさせることを特徴とする請求項５に記載の掘削装置。

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