JP7164148B2 - Drilling propulsion device - Google Patents
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Description
本発明は、掘削推進装置に関し、特に、海底における掘削効率を向上可能な掘削推進装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an excavation propulsion device, and more particularly to an excavation propulsion device capable of improving excavation efficiency on the seabed.
従来、アースオーガーを回転させながら、外径が縮径・拡径する伸縮ユニットを３つ一列に配列し、掘削孔内において蠕動運動を模すように３つの伸縮ユニットを個別に外径を縮径・拡径させることにより推進力を生じさせて、地盤を無人で掘削する掘削推進装置が知られている（特許文献１）。 Conventionally, while rotating the earth auger, three telescopic units whose outer diameters contract and expand are arranged in a row, and the outer diameters of the three telescopic units are individually contracted to imitate peristaltic motion inside the borehole. An excavation propulsion device that unmannedly excavates the ground by generating propulsive force by increasing the diameter is known (Patent Document 1).
しかしながら、伸縮ユニットは、推進力を生じさせるとともにアースオーガーによる掘削の反力を支持しているため、例えば、掘削対象が海底における地盤等の場合、地上における地盤の掘削と異なり、水の流動性の影響を受けて伸縮ユニットの掘削孔を把持する力が不足し、アースオーガーの掘削反力を支持できず掘削不能となる虞がある。
そこで、本発明は、上記問題を解決すべく、アースオーガーによる安定した掘削を可能にする掘削推進装置を提供することを目的とする。
However, since the telescopic unit generates propulsion and supports the reaction force of excavation by the earth auger, for example, when the excavation target is the ground on the seabed, unlike excavation of the ground on the ground, the fluidity of water is reduced. Under the influence of this, the telescopic unit lacks the force to grip the excavation hole, and the excavation reaction force of the earth auger cannot be supported, so that excavation may become impossible.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an excavation propulsion device that enables stable excavation by an earth auger in order to solve the above problems.
上記課題を解決するための掘削推進装置の構成として、地盤を掘削するアースオーガーと、円筒状に形成され、内周側にアースオーガーが配置されるとともにアースオーガーの回転を支持するケーシングと、ケーシングに取り付けられ、ケーシングが内挿される中空部を形成するとともにアースオーガーの半径方向に拡縮する複数の拡縮ユニットと、複数の拡縮ユニットの拡縮動作を個別に制御し、当該複数の拡縮ユニットによる蠕動運動を模した推進動作を制御する制御手段とを備えた掘削推進装置であって、複数の拡縮ユニットは、流体の給排により径方向に膨張し、排出により収縮する膨縮体を備え、膨縮体の膨張時における最大径となる外周表面に設けられ、当該外周表面よりも半径方向外側に突出する突起とを備えた構成とした。
本構成によれば、突起がアースオーガーにより掘削された孔壁面との摩擦を大きくするため、アースオーガーによる安定した掘削を可能にすることができる。
また、掘削推進装置の他の構成として、突起は、前記外周表面に沿う円周方向の長さよりも軸方向の長さが長く設定された構成とした。
本構成によれば、拡縮ユニットが拡径したときの孔壁面との摩擦をより大きくすることができる。
また、掘削推進装置の他の構成として、突起は、平面視において平板菱形に形成され、長軸をアースオーガーの軸方向と平行にして前記拡縮ユニットの外周表面に取り付けられた構成とした。
本構成によれば、拡縮ユニットが拡径したときの孔壁面との摩擦を確実に大きくすることができる。
また、上記課題を解決するための掘削推進装置の他の構成として、地盤を掘削するアースオーガーと、円筒状に形成され、内周側にアースオーガーが配置されるとともにアースオーガーの回転を支持するケーシングと、ケーシングに取り付けられ、ケーシングが内挿される中空部を形成するとともにアースオーガーの半径方向に拡縮する複数の拡縮ユニットと、複数の拡縮ユニットの拡縮動作を個別に制御し、当該複数の拡縮ユニットによる蠕動運動を模した推進動作を制御する制御手段とを備えた掘削推進装置であって、アースオーガーにより掘削された掘削土に液体を噴射する液体噴射手段を備えた構成とした。
本構成によれば、液体噴射手段から噴射された液体が掘削土の流動性を高めるので、アースオーガーによる掘削時の回転トルクが小さくなり、アースオーガーによる安定した掘削を可能にすることができる。
また、掘削推進装置の他の構成として、液体噴射手段は、液体の噴射方向がアースオーガーの回転軸に向けて設定された構成とした。
本構成によれば、アースオーガーの掘削時の回転トルクをより低減させることができる。
The configuration of the excavation propulsion device for solving the above problems is an earth auger for excavating the ground, a cylindrical casing in which the earth auger is arranged on the inner peripheral side and supports the rotation of the earth auger, and a casing . a plurality of expanding /contracting units that form a hollow portion into which the casing is inserted and that expands/contracts in the radial direction of the earth auger; and a control means for controlling the propulsion operation imitating the expansion/contraction unit, wherein the plurality of expansion/contraction units includes an expansion/contraction body that radially expands when fluid is supplied and discharged, and contracts when discharged. A projection is provided on the outer peripheral surface, which has the maximum diameter when the body expands, and protrudes radially outward from the outer peripheral surface.
According to this configuration, since the projection increases friction with the wall surface of the hole excavated by the earth auger, stable excavation by the earth auger can be achieved.
Further, as another configuration of the excavation propulsion device, the projection has a configuration in which the length in the axial direction is set longer than the length in the circumferential direction along the outer peripheral surface.
According to this configuration, it is possible to increase the friction with the hole wall surface when the expansion/contraction unit expands in diameter.
Further, as another configuration of the excavation propulsion device, the protrusion is formed in a flat rhombus shape in a plan view, and is attached to the outer peripheral surface of the expansion/reduction unit with its long axis parallel to the axial direction of the earth auger.
According to this configuration, it is possible to reliably increase the friction with the hole wall surface when the expansion/contraction unit expands in diameter.
Further, as another configuration of the excavation propulsion device for solving the above problems, an earth auger for excavating the ground and a cylindrically formed earth auger are arranged on the inner peripheral side and support the rotation of the earth auger. a casing, a plurality of expansion/contraction units attached to the casing and forming a hollow portion into which the casing is inserted and expanding/contracting in the radial direction of the earth auger, and individually controlling expansion/contraction operations of the plurality of expansion/contraction units, and controlling the expansion/contraction of the plurality of expansion/contraction units. The excavation propulsion device includes control means for controlling a propulsion operation simulating peristaltic motion by the unit, and is configured to include liquid injection means for injecting liquid into the excavated soil excavated by the earth auger.
According to this configuration, since the liquid injected from the liquid injection means increases the fluidity of the excavated soil, the rotational torque during excavation by the earth auger is reduced, and stable excavation by the earth auger can be made possible.
Further, as another configuration of the excavation propulsion device, the liquid ejection means has a configuration in which the liquid ejection direction is set toward the rotating shaft of the earth auger.
According to this configuration, it is possible to further reduce the rotational torque of the earth auger during excavation.
以下、発明の実施形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明される特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らず、選択的に採用される構成を含むものである。 Hereinafter, the present invention will be described in detail through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims, and all combinations of features described in the embodiments are It includes configurations that are not necessarily essential to the solution and are selectively adopted.
図１は、本実施形態に係る掘削推進装置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、掘削機構（掘削手段）２と、推進機構（推進手段）５と、液体噴射機構（液体噴射手段）７と、制御機構（制御手段）１０とを備える。
掘削機構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アースオーガー２０と、アースオーガー２０を回転駆動させるモーター２５と、アースオーガー２０の外周を覆いアースオーガー２０の回転による土砂の運搬をガイドするケーシング３０と、を含んで構成される。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an excavation propulsion device according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the
The
図２は、アースオーガー２０を示す図である。アースオーガー２０は、回転軸２１と、スクリュー板２２とを備える。
回転軸２１は、例えば、外径が一定の断面形状が円形の軸体である。スクリュー板２２は、回転軸２１の外周から螺旋状に半径方向に突出する板体であって、回転軸２１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。スクリュー板２２は、地盤Ｅを掘削する掘削部２３と、掘削部２３によって掘削された土砂を搬送する搬送部２４とを備える。
FIG. 2 is a diagram showing the
The rotating
掘削部２３は、外径が先端から後端へ向かうに従って縮径するようにテーパー状に形成される。掘削部２３の外径は、例えば、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となるように外径が設定される。また、掘削部２３は、先端側のピッチが狭く、後端側のピッチが広くなるように、先端側から後端側に向かいピッチ間隔が漸増するように形成される。つまり、掘削部２３のピッチが、先端側では密、後端側では疎となるように形成されている。掘削部２３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。
搬送部２４は、掘削部２３と連続し、回転軸２１の後端側まで軸方向に沿って螺旋を描きながら一定の半径及びピッチで延長する。搬送部２４の半径は、掘削部２３の後端の半径と同一径に設定され、ピッチも一定に設定される。
The excavated
The
図１に示すように、アースオーガー２０の後端にはモーター２５が設けられる。モーター２５は、回転軸２１の後端に設けられた連結部材２８（図１参照）を介して出力軸が連結される。モーター２５は、制御機構１０と接続され、制御機構１０から出力される信号に基づいて回転が制御される。モーター２５は、後述のモーター固定部４０により固定される。
As shown in FIG. 1, a
図３は、ケーシング３０の断面図である。図４は、ケーシングにおける先端部の断面図である。図３に示すように、ケーシング３０は、円筒状に形成され、内周側にアースオーガー２０を収容する中空部３０ａを備える。ケーシング３０は、アースオーガー２０の掘削部２３に対応するように形成される先端部３１と、搬送部２４に対応するように形成される後方部３２とを備える。
FIG. 3 is a cross-sectional view of
図４に示すように、先端部３１は、先端側から後端側に円錐状に窪みスクリュー板２２の掘削部２３を覆う掘削部収容部３４と、掘削部収容部３４の内周側に向けて水を噴射するための流路７２とを備える。なお流路７２については、後述する。掘削部収容部３４は、アースオーガー２０を回転させたときに、スクリュー板２２の掘削部２３の外周縁の回転軌跡との間で所定のギャップを隔てて対向する円錐状の円錐面３４ａと、スクリュー板２２の搬送部２４の先端側の一部が進入する円筒面３４ｂとを有するように形成される。
As shown in FIG. 4, the
図５は、先端部３１とスクリュー板２２の掘削部２３の関係を示す図であり、先端部３１を後端面３１ｂ側から軸方向に見たときの図である。図５に示すように、先端部３１は、スクリュー板２２の掘削部２３の先端側が外周から露出するように外径寸法が設定される。換言すれば、先端部３１の外径は、掘削部２３の先端の回転直径よりも小さく設定され、これによりスクリュー板２２の掘削部２３における先端側の一部が外周面３１ｃから半径方向外側に露出する。具体的な寸法としては、スクリュー板２２の掘削部２３の先端の半径Ｒ１よりも小径、かつ後述の拡縮ユニットの最大径と同等若しくは小径に設定される。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the
このように、掘削部２３の先端側をケーシング３０の先端部３１の外周から半径方向に露出させることにより、アースオーガー２０の掘削部２３により掘削される掘削穴の穴径が、先端部３１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、崩れた土砂を先端部３１の外周側に落下させて、再び掘削部２３により回収することができる。すなわち、掘削部２３の地盤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、搬送部２４に移送できるので、掘削効率を向上させることができる。
By exposing the tip side of the excavating
図６は、ケーシング３０の後方部３２を構成するパイプユニット３５の斜視図である。図５に示すように、ケーシング３０の後方部３２は、複数のパイプユニット３５を連結して構成される。パイプユニット３５は、スクリュー板２１の搬送部２４が挿通される管部３６と、パイプユニット３５同士の連結を可能にする継手として機能するフランジ部３７；３７と、ガイドシャフト３８；３８とを備える。管部３６は、搬送部２４の回転軌跡と所定の距離を有するように内径が設定された筒体からなる。
FIG. 6 is a perspective view of the
フランジ部３７は、パイプユニット３５同士を連結したときに、隣接する管部３６；３６が連続するように管部３６の両端に設けられる。各フランジ部３７は、先端部３１に設けられた流路７２に水を流通させる液流通管７６が貫通する貫通孔３９Ａと、後述の推進機構（拡縮ユニット）に空気を流通させる空気流通管が貫通する貫通孔３９Ｂとを備える。貫通孔３９Ａ及び貫通孔３９Ｂは、例えば、管部３６の外周面の近傍に開口するように設けられる。貫通孔３９Ａは、例えば、ケーシング３０の先端部３１に設けられた流路７２に対応する数量分設けられる。また、貫通孔３９Ｂは、例えば、拡縮ユニット５０の数量に対応する数量分設けられる。
The
ガイドシャフト３８は、管部３６の軸線と平行に延長し、フランジ部３７；３７同士を連結し、支持するように設けられる。例えば、ガイドシャフト３８は、管部３６を挟んで互いに対向する位置に２本配置される。ガイドシャフト３８は、後述の把持部が管部の軸線方向に沿って移動するときのガイドとして機能する。
The
パイプユニット３５は、各フランジ部３７に設けられた貫通孔３９Ａ；３９Ｂが軸線に沿って一直線上に並ぶように、フランジ部３７同士を合わせ、図外の固定手段で固定することにより連結されてケーシング３０における後方部３２が形成される。また、後方部３２を構成するパイプユニット３５の先端のフランジ部３７に、先端部３１の後端面３１ｂを図外の固定手段により固定することでケーシング３０が構成される。
The
ケーシング３０の後端には、図１に示すように、モーター２５を固定するためのモーター固定部４０が設けられる。モーター固定部４０は、モーター収容部４０Ａと、モーター収容部４０Ａをケーシング３０後端のフランジ部３７に固定する支持部４０Ｂとを備える。モーター収容部４０Ａは、モーターの出力軸を露出させて、外側を覆い外部からの水の進入を防ぐようにモーターを固定する。支持部４０Ｂは、例えば、柱体からなり、一端がフランジ部３７、他端がモーター収容部４０Ａに固定される。支持部４０Ｂは、フランジ部３７と、モーター収容部４０Ａの間に複数設けられる。つまり、モーターは、複数の支持部４０Ｂを介してケーシング３０に固定される。したがって、モーターがアースオーガー２０を回転させるときの反力や掘削ビット２３ｋが地盤Ｅを掘削するときの反力が、ケーシング３０により支持される。
A
したがって、掘削機構２は、モーター２５を駆動してアースオーガー２０を回転させることにより、スクリュー板２２の掘削部２３の先端に取り付けられた掘削ビット２３ｋにより掘削された掘削土は、スクリュー板２２の回転運動によってケーシング３０の後方に搬送され、ケーシング３０の後端開口部３０ｅより排出され、モーター固定部４０を構成する支持部４０Ｂの間の排出口４０ｆから排出される。
Therefore, the
図７は、推進機構５を構成する拡縮ユニット５０の断面図である。詳細には、図７（ａ）は、エアシリンダーを含む拡縮ユニット５０の軸方向断面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す断面図から軸周りに９０°回転した拡縮ユニット５０の軸方向断面図である。推進機構５は、図１に示すように、複数の拡縮ユニット５０を連結して構成される。
図７に示すように、拡縮ユニット５０は、パイプユニット３５と、移動体５１と、エアシリンダー５２と、膨縮体５３と、突起９０とを備える。つまり、パイプユニット３５は、掘削機構２と推進機構５とに共通の構成である。なお、パイプユニット３５の構成については、上述のとおりでありここでは説明を省略する。
FIG. 7 is a cross-sectional view of an expansion/
As shown in FIG. 7 , the expansion/
移動体５１は、パイプユニット３５の管部３６の外周に設けられる。移動体５１は、管部３６及びガイドシャフト３８が貫通し、管部３６及びガイドシャフト３８に沿って移動可能に設けられる一対の円板部５５；５５と、管部３６と同軸に設けられる円筒壁部５６とを備える。
The moving
円板部５５；５５は、内径が管部３６が貫通可能な大きさ、外径がフランジ部３７；３７の外径よりも小さな寸法に設定された平板円環状の部材からなる。図７に示すように、各円板部５５には、後述の流通管７１が貫通する貫通孔５９Ａと、エアシリンダー５２を駆動するための空気が流通する流通管を貫通させる貫通孔５９Ｂと、膨縮体５３に空気を流通させるための流通管が貫通する貫通孔５９Ｃと、ガイドシャフト３８が貫通するシャフト貫通孔５９Ｄとが設けられる。また、一方の円板部５５には、エアシリンダー５２のピストン５２Ａが貫通するピストン貫通孔５９Ｅがさらに設けられる。
The
円筒壁部５６は、外径がフランジ部３７の外径よりも小径に設定された筒体からなり、一端側の端部の開口と他端側の端部の開口とを閉塞するように円板部５５；５５が設けられる。例えば、円筒壁部５６は、円板部５５；５５の外周に固定することにより一体化されて移動体５１が構成される。
The
図７に示すように、エアシリンダー５２は、一端側が円板部５５に固定され、他端側が円板部５５に設けられたシリンダー貫通孔５９Ｅを貫通してフランジ部３７に固定される。エアシリンダー５２は、制御機構１０から延長する図外の流通管が接続され、制御機構１０から供給される空気により伸縮動作をすることにより、パイプユニット３５の軸線に沿って移動体５１が移動する。つまり、エアシリンダー５２の駆動を制御することでパイプユニット３５を構成する管部３６における移動体５１の軸方向の位置が制御される。
As shown in FIG. 7, one end of the
膨縮体５３は、円筒壁部５６の外周面５６ａに設けられる。膨縮体５３は、例えば、タイヤチューブのようなリング状の空気室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。膨縮体５３は、内周側を円筒壁部５６の外周面５６ａの円周方向に沿って密着するように固定される。膨縮体５３は、空気室Ｓへの空気の給排を可能とする給排部５３ｚを備える。給排部５３ｚは、円筒壁部５６を貫通し、円筒壁部５６の内周側に露出するように設けられる。給排部５３ｚには、制御機構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流通管が接続される。
The expansion/
図８は、膨縮体を膨張させたときの断面図である。図８に示すように、膨縮体５３は、給排部５３ｚを介して空気を供給することにより半径方向に膨張し、外径を拡径する。また、給排部５３ｚを介して空気を排出することにより、図７に示すように収縮し、外径が縮径する。即ち、移動体５１と、膨縮体５３とで掘削孔の孔壁面を把持する把持部を形成している。
FIG. 8 is a cross-sectional view when the expansion/contraction body is inflated. As shown in FIG. 8, the expansion/
図９は、膨縮体が収縮状態及び膨張状態にある拡縮ユニット５０の外観平面図である。図１０は、突起の外観平面図である。図９に示すように、突起９０は、膨縮体５３の外周表面に取り付けられる。本実施形態に係る突起９０は、図１０に示すように、平面視において菱形に形成された板体からなる。突起９０は、中央に板厚方向に貫通する孔として設けられた取付部９１を備え、ねじ等の固定手段９２を貫通させて膨縮体５３の表面に固定される。突起９０は、図１０に示すように長軸が膨縮体５３の軸方向、短軸が膨縮体５３の円周方向に外周表面に取り付けられる。換言すると、突起９０は、長軸がアースオーガー２０の軸方向と平行に、短軸が膨縮体５３の円周方向における接線となるように膨縮体５３の外周表面に取り付けられる。突起９０の取り付けられる位置は、例えば、図９（ｂ）に示すように、膨縮体５３を膨張させたときに最大径となる位置に取り付けると良い。本実施形態では、膨縮体５３の表面において膨縮体５３を膨張させたときに最大径となる位置に円周方向に６か所均等な間隔で取り付けた。
FIG. 9 is an external plan view of the expansion/
図９（ａ）に示すように、収縮状態の膨縮体５３は、円筒壁部５６の外周面に密着するように収縮した状態にある。この収縮状態では、突起９０は、膨縮体５３の表面にほぼ密着した状態にある。図９（ｂ）に示すように、膨張状態の膨縮体５３は、半径方向に膨張し、その直径を拡大させた状態にある。この膨張では、突起９０は、固定手段９２から外周９０Ａ側にゆけばゆく程、膨縮体５３の表面から離れるように外周９０Ａ側が突出する。
As shown in FIG. 9( a ), the contracted expansion/
つまり、膨縮体５３が収縮状態では、突起９０を含む膨縮体５３の直径は、突起９０を含まない部分の膨縮体５３の直径とほぼ差がない。一方で膨縮体５３が膨張した状態では、突起９０の取付部９１を含む膨縮体５３の直径は、突起９０を含まない部分の膨縮体５３の直径とほぼ差がないが、突起９０の外周の直径は、取付部９１を含む直径よりも大きくなる。この膨縮体５３が膨張した状態において、アースオーガー２０が回転し、地盤を掘削すると、掘削の反力が膨縮体５３に作用する。すると膨縮体５３の表面から離れた突起９０の外周側が掘削孔の抵抗を受けることになる。
That is, when the expansion/
図１１は、拡縮ユニット５０を軸方向視したときの平面図である。図１１に示すように、突起９０は、軸方向視において、膨縮体５３の表面に対して傾斜し、掘削孔の孔壁面に食い込み、膨縮体５３がアースオーガー２０の回転とともに供回りをしようとする摩擦（抵抗）となり、膨縮体５３の回転を阻止する力として作用することになる。即ち、突起９０は、膨縮体５３の摩擦を大きくするための摩擦増加手段として機能する。突起９０は、突起９０の軸方向の長さを長くすることにより、より摩擦を防ぐことができる。また、突起９０の周方向の長さは、短くすることにより、膨縮体５３を収縮して掘削孔を移動するときの摩擦を小さくすることができる。また、突起９０の厚みｔを薄くすることにより、膨縮体５３を収縮して掘削孔を移動するときの摩擦を小さくすることができる。
なお、突起９０の形状は、上記菱形に限定されず、適宜変更可能であるが、上述のように軸方向の長さを長く、周方向の長さを短く、厚みｔを薄く設定すると良い。
FIG. 11 is a plan view of the enlarging/reducing
The shape of the
図１２は、把持トルク試験の結果をまとめたグラフである。把持トルク試験とは、水没土槽に拡縮ユニット５０を埋めて、膨縮体５３に所定の空気圧を印加して膨縮体５３の表面に接する土壁面を把持させて、軸周りに力を加え、拡縮ユニットが回転を開始したときのトルクを測定する試験である。この試験では、上述の突起９０を有する拡縮ユニット５０と、突起のない拡縮ユニットとを用い、膨縮体５３への空気の印加圧力を変化させながら、把持トルクの変化を調べた。図１２のグラフに示すように、膨縮体５３の表面に突起９０を設けたことにより、印加圧力の大きさに関わりなく把持トルクが上昇することが確認できた。
即ち、膨縮体５３の膨張時に突起９０が膨縮体５３の表面から広がるように突出したことにより水没土との摩擦が増加したことが確認された。
FIG. 12 is a graph summarizing the results of the gripping torque test. In the gripping torque test, the expansion/
That is, it was confirmed that the friction with the submerged soil increased due to the
したがって、膨縮体５３の表面に突起９０を設けることで、掘削土との摩擦が大きくなり、アースオーガー２０による掘削時の反力が大きくなる等の場合であっても、掘削環境の影響を受けにくい安定した掘削が可能となり、結果として掘削効率を向上させることができる。
Therefore, by providing the
推進機構５は、上述の拡縮ユニット５０を複数連結して構成され、連結により形成された中空部にアースオーガー２０が内挿される。各拡縮ユニット５０は、制御機構１０により個別に膨縮体５３の拡縮動作が制御されるとともに、エアシリンダー５２の駆動が制御されて膨縮体５３のパイプユニット３５における位置が制御される。具体的には、蠕動運動、例えばミミズの蠕動運動を摸して、複数の拡縮ユニット５０を動作させることにより、アースオーガー２０に推進力を付与する。また、拡径状態にある拡縮ユニット５０によって、アースオーガー２０による掘削時の反力が支持される。
The
図１３は、液体噴射機構７の概略構成図である。図１３に示すように、液体噴射機構７は、液体供給手段７０と、流通管７１と、流路７２と、を含んで構成される。
液体供給手段７０は、水などの液体を貯留するタンクと、タンクに貯留された液体を加圧して送出する加圧ポンプとを備える。液体供給手段７０は、例えば、掘削機構２及び推進機構５と離れた位置に設けられる。液体供給手段７０は、制御機構１０と接続され、制御機構１０から出力される信号に基づいて加圧ポンプを駆動してタンク内の液体を所定の圧力で送出する。
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of the
The liquid supply means 70 includes a tank that stores liquid such as water, and a pressure pump that pressurizes and delivers the liquid stored in the tank. The liquid supply means 70 is provided, for example, at a position separate from the
流通管７１は、液体の流通が可能な、例えば可撓性及び耐圧性を有するチューブで構成される。流通管７１は、液体供給手段７０から掘削機構２及び推進機構５まで延長し、推進機構５の内部を貫通し、掘削機構２を構成するケーシング３０の先端部３１に接続される。
The
図４に示すように、流路７２は、一端がケーシング３０の先端部３１における後端面３１ｂに開口し、他端が掘削部収容部３４を形成する円筒面３４ｂに開口する。以下の説明では、後端面３１ｂの開口を流入口７２ａ、円筒面３４ｂの開口を噴射口７２ｂという。
As shown in FIG. 4 , one end of the
流入口７２ａには、液体供給手段７０から延長する流通管７１が接続される。噴射口７２ｂは、流入口７２ａを介して供給された流体を噴出する。なお、以下の説明では、流体を水として説明するが、水に限定されず、海水などの他の液体であっても良い。流路７２は、噴射口７２ｂから噴射される水が円錐面３４ａの傾斜に沿って噴射されるように形成される。本実施形態では、流路７２は、複数も受けられ、例えば、図４に示す２箇所、及びこれと均等な間隔でさらに２箇所の計４箇所設けられている。なお、流路７２の数量はこれに限定されず、１つ以上であれば良く、適宜変更すれば良い。
A
上記液体噴射機構７は、アースオーガー２０による掘削中に噴射口７２ｂから水を噴射することで、スクリュー板２２の掘削部２３により掘削された掘削土の流動化が促され、アースオーガー２０の掘削トルクを低下させることができる。したがって、アースオーガー２０の掘削により拡縮ユニット５０に作用する反力を小さくすることができる。
The
これにより、拡縮ユニット５０と掘削孔の孔壁面との間に十分な摩擦が得られない場合であっても、掘削環境の影響を受けにくい、安定した掘削が可能となり、結果として掘削効率を向上させることができる。
As a result, even when sufficient friction cannot be obtained between the expansion/
なお、噴射口７２ｂの開口する位置は、上記位置に限定されない。図１４は、噴射口７２ｂの開口する位置の他の形態を示している。噴射口７２ｂは、図１４（ａ）に示すように、ケーシング３０の先端部３１における先端面から水を噴射するように噴射口７２ｂを設けても良く、また、図１４（ｂ）に示すように、掘削部収容部３４の円錐面３４ａから水を噴射するように噴射口７２ｂを設けても良い。好ましくは、噴射方向がアースオーガー２０の回転軸２１、より好ましくは回転軸２１の回転中心に向けて噴射すると良い。
また、上記実施形態では、ケーシング３０の先端部３１から掘削土に向けて水を噴射するものとして説明したが、ケーシング３０の先端部３１に限定されず、ケーシング３０の後方部３２からアースオーガー２０の回転軸方向に向けて噴射するようにしても良く、また、アースオーガー２０の回転軸２１やスクリュー板２２から噴射するようにしても良い。
It should be noted that the opening position of the
Further, in the above-described embodiment, water is jetted from the
図１５は、推進装置５の推進動作を示す図である。なお、同図では、ケーシング３０の先端部３１及びアースオーガー２０について省略してある。また、ケーシング３０における後方部３２のパイプユニット３５を区別するために、先端側パイプ３５Ａと、中間パイプ３５Ｂと、後端側パイプ３５Ｃとして示す。また、拡縮ユニット５０を区別するために、先端ユニット５０Ａと、中間ユニット５０Ｂと、後端ユニット５０Ｃとして示す。
15A and 15B are diagrams showing the propulsion operation of the
図１５（ａ）に示すように、先端ユニット５０Ａ及び中間ユニット５０Ｂのエアシリンダー５２を駆動して、先端側パイプ３５Ａ及び中間パイプ３５Ｂに対して進行方向逆側に移動させ、後端ユニット５０Ｃのエアシリンダー５２を駆動して、後端ユニット５０Ｃを後端側パイプ３５Ｃの軸方向中間の位置に移動させた状態で、先端ユニット５０Ａと、中間ユニット５０Ｂと、後端ユニット５０Ｃとのすべての膨縮体５３を膨張させる（ステップ１）。
これにより、例えば、掘削した穴の孔壁に掘削機構２を固定することができる。
次に、図１５（ｂ）に示すように、中間ユニット５０Ｂ及び後端ユニット５０Ｃは、ステップ１の状態を維持したまま、先端ユニット５０Ａの膨縮体５３から空気を排出し、先端ユニット５０Ａを縮径する（ステップ２）。
次に、図１５（ｃ）に示すように、中間ユニット５０Ｂ及び後端ユニット５０Ｃは、ステップ２の状態を維持したまま、先端ユニット５０Ａのエアシリンダー５２を駆動して、先端ユニット５０Ａを先端側パイプ３５Ａにおける進行方向側に移動させる（ステップ３）。
次に、図１５（ｄ）に示すように、後端ユニット５０Ｃは、ステップ３の状態を維持したまま、中間ユニット５０Ｂの膨縮体５３から空気を排出して縮径させるとともに、先端ユニット５０Ａをステップ３の位置を維持したまま、先端ユニット５０Ａの膨縮体５３に空気を供給し、先端ユニット５０Ａを膨張させて拡径する（ステップ４）。
次に、図１５（ｅ）に示すように、後端ユニット５０Ｃ及び先端ユニット５０Ａは、ステップ４の状態を維持したまま、中間ユニット５０Ｂのエアシリンダー５２を駆動して、中間ユニット５０Ｂを中間パイプ３５Ｂにおける進行方向側に移動させる（ステップ５）。
次に、図１５（ｆ）に示すように、後端ユニット５０Ｃ及び先端ユニット５０Ａは、ステップ５の状態を維持したまま、中間ユニット５０Ｂをステップ５の位置を維持したまま、中間ユニット５０Ｂの膨縮体５３に空気を供給し、中間ユニット５０Ｂを膨張させて拡径する（ステップ６）。
次に、図１５（ｇ）に示すように、中間ユニット５０Ｂ及び先端ユニット５０Ａは、ステップ６の状態を維持したまま、後端ユニット５０Ｃをステップ６の位置を維持したまま、後端ユニット５０Ｃの膨縮体５３から空気を排気し、後端ユニット５０Ｃを縮径する（ステップ７）。
次に、図１５（ｈ）に示すように、後端ユニット５０Ｃは、ステップ７の状態を維持したまま、また、中間ユニット５０Ｂ及び先端ユニット５０Ａの拡径状態を維持したまま、中間ユニット５０Ｂを中間パイプ３５Ｂにおける進行方向逆側に、先端ユニット５０Ａを先端側パイプ３５Ａ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５０Ａ；５０Ｂのエアシリンダー５２を駆動する（ステップ８）。
As shown in FIG. 15(a), the
Thereby, for example, the
Next, as shown in FIG. 15(b), the
Next, as shown in FIG. 15(c), the
Next, as shown in FIG. 15(d), while maintaining the state of step 3, the
Next, as shown in FIG. 15(e), the
Next, as shown in FIG. 15(f), the
Next, as shown in FIG. 15(g), the
Next, as shown in FIG. 15(h), the trailing
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が地盤Ｅを掘削しつつ前進する。上述の動作により、ケーシング３０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、掘削機構２に対する推進力が得られる。即ち、先端ユニット５０Ａ及び中間ユニット５０Ｂがそれぞれ、先端側パイプ３５Ａ及び中間パイプ３５Ｂの進行方向側に位置した状態において、先端ユニット５０Ａ及び中間ユニット５０Ｂのエアシリンダー５２を先端側パイプ３５Ａ及び中間パイプ３５Ｂ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３０が前方に押し出されて推進力が得られる仕組みである。
By repeating
上述の推進動作において、液体噴射機構７から液体を掘削土に向けて継続的に噴射することにより掘削土の流動化が促進され、アースオーガー２０の掘削トルクを低減させた状態で地盤を掘削することができる。
In the above-described propulsion operation, the fluidization of the excavated soil is promoted by continuously injecting the liquid from the
なお、上述の推進装置５の動作では、後端ユニット５０Ｃは、後端側パイプ３５Ｃ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５０Ｃからエアシリンダー５２をなくし、後端側パイプ３５Ｃに固定しても良い。また、後端ユニット５０Ｃを後端側パイプ３５Ｃ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５０Ｃが後端側パイプ３５Ｃ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、エアシリンダー５２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。
In addition, in the operation of the
Further, although the propulsive force is obtained by the
なお、上記実施形態では、アースオーガー２０が縦方向に推進する場合を例として説明したが、推進方向は、いずれの方向にも推進させることができる。
In the above embodiment, the case where the
なお、上記説明の掘削推進装置１は、拡縮ユニット５０を構成する膨縮体５３の表面に突起９０を設けて掘削孔との摩擦を大きくしたり、液体噴射機構７により液体を噴射しながらアースオーガー２０により掘削するときの回転トルクを小さくするようにしたが、必ずしも突起９０及び液体噴射機構７を備える必要はなく、掘削対象の地盤の性状に応じて適宜選択的に採用すれば良い。
In addition, the
１ 掘削推進装置、２ 掘削機構、５ 推進機構、７ 液体噴射機構、
１０ 制御機構、２０ アースオーガー、３０ ケーシング、５０ 拡縮ユニット、
９０ 突起。
1 excavation propulsion device, 2 excavation mechanism, 5 propulsion mechanism, 7 liquid injection mechanism,
10 control mechanism, 20 earth auger, 30 casing, 50 expansion/contraction unit,
90 projections.
Claims (5)
円筒状に形成され、内周側に前記アースオーガーが配置されるとともに前記アースオーガーの回転を支持するケーシングと、
前記ケーシングに取り付けられ、前記ケーシングが内挿される中空部を形成するとともに前記アースオーガーの半径方向に拡縮する複数の拡縮ユニットと、
前記複数の拡縮ユニットの拡縮動作を個別に制御し、当該複数の拡縮ユニットによる蠕動運動を模した推進動作を制御する制御手段と、
を備えた掘削推進装置であって、
前記複数の拡縮ユニットは、流体の給排により径方向に膨張し、排出により収縮する膨縮体を備え、
前記膨縮体の膨張時における最大径となる外周表面に設けられ、当該外周表面よりも半径方向外側に突出する突起と、
を備えたことを特徴とする掘削推進装置。 an earth auger that excavates the ground;
a cylindrical casing having the earth auger arranged on the inner peripheral side thereof and supporting the rotation of the earth auger;
a plurality of expanding/contracting units attached to the casing, forming a hollow portion into which the casing is inserted, and expanding/contracting in the radial direction of the earth auger;
a control means for individually controlling the expansion/contraction operations of the plurality of expansion/contraction units, and for controlling propulsion actions simulating peristaltic motion by the plurality of expansion/contraction units;
A drilling propulsion device comprising:
The plurality of expansion/contraction units comprise an expansion/contraction body that radially expands when fluid is supplied and discharged and contracts when fluid is discharged,
a protrusion provided on the outer peripheral surface of the expansion/contraction body having a maximum diameter when inflated and protruding radially outward from the outer peripheral surface;
An excavation propulsion device comprising:
円筒状に形成され、内周側に前記アースオーガーが配置されるとともに前記アースオーガーの回転を支持するケーシングと、
前記ケーシングに取り付けられ、前記ケーシングが内挿される中空部を形成するとともに前記アースオーガーの半径方向に拡縮する複数の拡縮ユニットと、
前記複数の拡縮ユニットの拡縮動作を個別に制御し、当該複数の拡縮ユニットによる蠕動運動を模した推進動作を制御する制御手段と、
を備えた掘削推進装置であって、
前記アースオーガーにより掘削された掘削土に液体を噴射する液体噴射手段を備えたことを特徴とする掘削推進装置。 an earth auger that excavates the ground;
a cylindrical casing having the earth auger arranged on the inner peripheral side thereof and supporting the rotation of the earth auger;
a plurality of expanding/contracting units attached to the casing, forming a hollow portion into which the casing is inserted, and expanding/contracting in the radial direction of the earth auger;
a control means for individually controlling the expansion/contraction operations of the plurality of expansion/contraction units, and for controlling propulsion actions simulating peristaltic motion by the plurality of expansion/contraction units;
A drilling propulsion device comprising:
An excavation propulsion device comprising liquid injection means for injecting a liquid into excavated soil excavated by the earth auger.
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