(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドリルビットと、
前記ドリルビットを回転駆動するモータと、
前記モータに固定され、前記ドリルビットが切削した切削物を駆動することで、前記モータの筐体に対し、前記切削物を通じて前記ドリルビットの回転方向と同一方向に回転駆動力を与えるべく螺旋状に配置される、複数の直線駆動機構と
を有する掘削装置。
【請求項２】
更に、前記モータに固定される固定軸を有し、
前記直線駆動機構は、前記固定軸に螺旋状に配置されたソレノイドアクチュエータと、前記ソレノイドアクチュエータによって駆動されるパッドとよりなる、請求項１記載の掘削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削装置に適用して好適な技術に関する。
より詳細には、小型でありながら安定した掘削性能を発揮する、掘削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地質調査は、建築物を建立したり、未開の地を調査する等の目的で実施される、重要な調査である。所定の掘削機械を用いて地面を掘り進め、地質を調べる。地質調査の手法には、標準貫入試験（ＪＩＳ  Ａ  １２１９）やスウェーデン式サウンディング試験（ＪＩＳ  Ａ  １２２１）が周知である。
なお、本発明に関係すると思われる先行技術文献を非特許文献１に示す。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】水野昇幸，吉田和哉：月・惑星掘削探査ロボットのプロトタイプ開発，計測自動制御学会東北支部，第199回研究集会，資料番号199-3，(2001)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
標準貫入試験は、地盤の工学的性質（Ｎ値）を直接的に得られるため、広く実施されているが、その反面、調査費用が数十万円と高額であることが欠点である。更に、軟弱地盤では採取したデータの誤差が大きくなってしまい、調査に適さない、という欠点もある。こういった見地から、安価でありながら容易に地質調査を実施できる手法或は装置の登場が望まれている。
【０００５】
ところで、地質調査のニーズは地球上に限られない。将来、人類が宇宙に進出するためには、先ずその場所の調査が必須であり、その調査には地質調査も当然含まれる。地球から最も近い天体は月であり、月の地質調査についても研究が進んでいる。非特許文献１は、この月の地質調査に用いられる掘削機械の技術内容を開示している。
【０００６】
周知のように月には大気がない。故に、月は地球と違って、宇宙空間から飛来する微粒子や隕石等の落下物が大気と摩擦して燃え尽きる、という現象が生じない。このため、月面はレゴリスと呼ばれる、宇宙から飛来する微粒子等に起因する砂で覆われていることが知られている。このような月面で地質調査を行う、ということは、地球で言えば砂漠のような軟弱地盤で地質調査を行う、という行為に近いことが想像できる。
更に、月面調査を行うに当たっては、先ずは無人調査を実施することとなるが、宇宙船等を打ち上げるためのロケットは極めて高額である。特に、打ち上げる物体の重さは、ロケットの推進能力を大きく左右する。従って、ロケットに乗せて月面に降ろす調査機械は、できる限り軽量であることが求められる。
【０００７】
通常、掘削機械にはモータで駆動するドリルが設けられ、ドリルが地面を掘り進める。このとき、ドリルビットと地面との摩擦によって回転反力が生じる。掘削機械が軽量であると、掘削機械が安定しないので、ドリルが地面を掘れずに、回転反力によって掘削機械自体がドリルを中心に回ってしまう、という事故を生じる虞がある。このため、従来の掘削機械は回転反力に耐えられるように重厚なやぐらが設けられることが多い。
非特許文献１は、このような事故の発生を防ぐため、モータに加わる回転反力を相殺する、三つのドリルビットを備えたドリルビットユニットが開示されている。しかし、三つのドリルビットを備える、という設計は、ドリルビットユニット自体が大型になってしまい、軽量化が難しい。更に、三つのドリルビットを備える、ということは、それだけ部品点数が多いので、装置のコストが上昇する。
ドリルビットに生じる回転反力を相殺しつつ、装置自体の重力加速度だけで安定して地面を掘り進めることができるような掘削装置が実現できれば、重厚なやぐらが不要になり、理想的である。
【０００８】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、機構がシンプルで安価であり、更に軽量でありながら単体で安定した掘削性能を発揮する、新規且つ有用な掘削装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の掘削装置は、ドリルビットと、ドリルビットを回転駆動するモータと、モータに固定され、ドリルビットが切削した切削物を駆動することで、モータの筐体に対し、切削物を通じてドリルビットの回転方向と同一方向に回転駆動力を与えるべく螺旋状に配置される、複数の直線駆動機構とを有する。
【００１０】
ドリルビットの回転方向と同一方向に回転し推進する推進機構を、ドリルビットの後ろ側に螺旋状に配置する。螺旋状に配置された推進機構が土砂を螺旋状に押し出し、ドリルビットの回転方向と同一方向に回転することで、重厚なやぐらがなくても掘削装置自体の空転を防ぎ、掘削装置が自律的に回転しながら掘削方向に推進できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、機構がシンプルで安価であり、更に軽量でありながら単体で安定した掘削性能を発揮する、新規且つ有用な掘削装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第一の実施形態の例である、掘削装置の外観図である。
【図２】掘削装置のソレノイドの配置を示す概略図である。
【図３】ソレノイドとその周囲を覆う土砂の状態を示す概略図である。
【図４】ソレノイドの駆動電圧を示す波形図である。
【図５】本発明の第二の実施形態の例である、掘削装置の外観図である。
【図６】ドリルビットユニットの原理を示す概略図である。
【図７】ドリルビットユニットを分解した状態の図である。
【図８】下側ドリルビットの外観図である。
【図９】上側ドリルビットの外観図である。
【図１０】ドリルビットユニットの断面図である。
【図１１】上側ドリルビットの底面を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図１〜図１１を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の第一の実施形態の例である、掘削装置の外観図である。
モータ１０２の駆動軸１０３にはドリルビット１０４が固定されており、ドリルビット１０４はモータ１０２によって矢印Ａ１０５の方向に回転駆動される。
モータ１０２の後ろ側には、モータ１０２のケースに固定された固定軸１０６が設けられている。固定軸１０６は、例えば真鍮等の、金属の丸棒である。この固定軸１０６に、ソレノイドアクチュエータ（以下「ソレノイド」）１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄ、１０９ｅ、１０９ｆ、１０９ｇ及び１０９ｈが螺旋状に配置されている。各々のソレノイドは固定軸１０６に対して４５°の傾斜角にて据えつけられ、ソレノイド同士が固定軸１０６を中心に取り巻くように配置されている。
【００１５】
ソレノイドの駆動ピンの先には、各々、円柱状のパッド１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅ、１１０ｆ、１１０ｇ及び１１０ｈが固定されている。パッド１１０ａ乃至１１０ｈはソレノイド１０９ａ乃至１０９ｈによってそれぞれ直線駆動され、土砂を押し出す。
これ以降、固定軸１０６と、これに取り付けられたソレノイド１０９ａ乃至１０９ｈ、そしてこれらに取り付けられたパッド１１０ａ乃至１１０ｈを、螺旋駆動機構と呼ぶ。
【００１６】
ここで、掘削装置１０１の動作原理を説明する。
先ず、モータ１０２とドリルビット１０４に注目して、掘削装置１０１の掘削動作を説明する。
図２において、モータ１０２の駆動軸１０３にはドリルビット１０４が固定されており、ドリルビット１０４はモータ１０２によって矢印Ａ１０５の方向に回転駆動される。
モータ１０２がドリルビット１０４を回転駆動すると、図示しない土砂がドリルビット１０４によって削られる。しかし、この動作はモータ１０２がドリルビット１０４の回転に伴って発生する、矢印Ａ１１１に示す回転反力によって回転しないことが条件である。したがって、ドリルビット１０４から発生する回転反力を打ち消す機構を、モータ１０２に設ける必要がある。
【００１７】
ドリルビット１０４の回転反力（矢印Ａ１１１）を打ち消すための機構とは、モータ１０２の筐体が地面の中で空転しないようにするために、地面とモータ１０２の筐体との間に、何らかの固定作用を及ぼす機構である。
発明者は様々な試行錯誤の末、ドリルビット１０４によって削られた土砂を、地面とモータ１０２の筐体との間に介在する固定作用の要素とすることを思いついた。
先ず、ドリルビット１０４によって削られた土砂は、モータ１０２の後ろ側へ押し出さないと、掘削装置１０１が土中を掘り進むことができない。
そこで、モータ１０２の後ろ側に、削り取った土砂を後ろへ押し出す機構を設けることを考える。
【００１８】
最も簡単且つ安定的に土砂を押し出すための機構として、木ネジ等に代表される螺旋構造が挙げられる。
螺旋状の羽根をモータ１０２の後ろ側に設けて、螺旋状の羽根を伝うように土砂を押し出すことができれば、掘削装置１０１の掘削動作が安定することが期待できる。
また、螺旋状に土砂が流れる、ということは、掘削装置１０１自体も矢印Ａ１０８方向に螺旋状に回転して進むこととなる。この回転方向（矢印Ａ１０８）と、ドリルビット１０４の回転方向（矢印Ａ１０５）に伴って発生する回転反力（矢印Ａ１１１）は逆にする必要がある。螺旋状に掘削装置１０１が動くと共に、ドリルビット１０４の回転方向と逆の回転力を与えることで、ドリルビット１０４が土中の接触面に対して適切な接触圧を与えつつ、掘り進めることができる。
この動作は、掘削装置１０１全体が木ネジのように回転しながら土中を進む動作であると解することができる。
【００１９】
しかしながら、螺旋状の羽根に何らの駆動機構を設けずに、土砂が螺旋状に流れる訳ではない。掘削装置１０１は木ネジのように上から強力な力を付与する訳ではない。そこで、螺旋状の羽根に、土砂を押し出すための駆動機構を設けることを考える。
小型の螺旋状の羽根に駆動機構を仕込むのは、工作技術の観点から困難であるので、次善の策として、直線状の運動を行う駆動機構を螺旋状に配置する。
こうして考え出された駆動機構が、本実施形態の螺旋駆動機構である。
固定軸１０６に螺旋状に設けられているソレノイド１０９ａ乃至１０９ｈの配置は、螺旋状の羽根を想定して設けられている。
本実施形態の螺旋駆動機構を構成するソレノイド１０９ａ乃至１０９ｈは、ドリルビット１０４が削り出した土砂を、矢印Ａ１０７ａ及びＡ１０７ｂの方向に押し出す。
【００２０】
図２（ａ）及び（ｂ）は、掘削装置１０１のソレノイドの配置を示す概略図である。なお、図示及び説明の都合上、図２（ａ）及び図２（ｂ）では、ソレノイド１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ及び１０９ｄのみ図示する。
図２（ａ）は、図１の掘削装置１０１を図１の矢印Ｂ方向から見た図である。つまり、固定軸１０６を見下ろす視点で、ソレノイドの配置を観察した図である。
図２（ｂ）は、図２（ａ）の固定軸１０６を矢印Ｃ方向から見た図である。つまり、固定軸１０６を横から見た視点で、図２（ａ）で見えるソレノイドの配置を観察した図である。
【００２１】
図２（ａ）を見て判るように、ソレノイド１０９ａ乃至１０９ｄは、固定軸１０６の上から見ると、正方形の辺を成すように各々９０°の角度で配置されている。そして、図２（ｂ）を見て判るように、固定軸１０６を横から見ると、ソレノイド１０９ａ乃至１０９ｈは固定軸１０６に対して４５°の角度で配置されている。図２（ｂ）中、傾斜角θは４５°である。
なお、各々のソレノイド１０９ａ乃至１０９ｈの配置は必ずしも一本の螺旋状の羽根１０６を想定した配置になっていなくとも良い。つまり、ドリルビット１０４が削り取った土砂がソレノイド１０９ａ乃至１０９ｈの筐体に沿って螺旋状に流れてくれれば良いので、土砂が螺旋状に流れるように配置されていれば、固定軸１０６方向のソレノイド１０９ａ乃至１０９ｈの配置間隔ｄは厳密に問わない。
【００２２】
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、ソレノイドとその周囲を覆う土砂の状態を示す概略図である。
今、図３（ａ）に示すように、ソレノイド３０２が矢印Ａ３０３方向にパッド３０４を押し出すと、パッド３０４の周囲にある土砂３０５の、パッド３０４の表面側は密度が高くなり（図３（ａ）中の「密」）、土砂３０５は矢印Ａ３０６ａ及びＡ３０６ｂに示すようにソレノイド３０２の周辺に押し出される。
【００２３】
逆に、図３（ｂ）に示すように、ソレノイド３０２がパッド３０４を矢印Ａ３０７方向に引き込むと、パッド３０４の裏面側の土砂３０５は密度が高くなり、土砂３０５は矢印Ａ３０８ａ及びＡ３０８ｂに示すようにソレノイド３０２の周辺に押し出される。但し、パッド３０４が土砂３０５に圧力を加える面の面積の関係から、パッド３０４が土砂３０５を押し出す際の力（図３（ａ））に比べると、パッド３０４を引き込む際の力は弱い。
いずれの場合においても、パッド３０４が図３（ａ）及び（ｂ）に示すように往復運動をすると、パッド３０４によって押し出された土砂３０５はソレノイド３０２の周辺に押し出される。
【００２４】
土砂３０５がソレノイド３０２の周辺に押し出される、ということは、土砂３０５がソレノイド３０２を含む掘削装置１０１を圧迫して、掘削装置１０１を押し留める力に抗する力を、ソレノイド３０２が発生していることを意味する。土砂３０５の圧迫に抗う力が発生することで、掘削装置１０１は重力によって地面を掘り進めることができる。
また、土砂３０５の流れはソレノイド３０２の筐体に沿って流れるので、掘削装置１０１自体がソレノイド３０２の筐体が形成する螺旋に沿って回転する。この回転推進力がドリルビット１０４の回転方向と逆に作用することで、ドリルビット１０４の空転を防ぎ、確実に地面を掘り進めることができる。
【００２５】
図３（ｃ）及び図３（ｄ）は、パッド３０４の別の形態を示す図である。図３（ｃ）に示すパッド３０９はテーパ状に形成されており、図３（ｂ）と比べるとパッド３０９を引き込む際に土砂３０５に加わる力は更に弱くなり、この結果、土砂３０５はパッド３０９のテーパ面を伝って流れ易くなる。したがって、パッド３０９が土砂３０５を押し出す際の力が掘削装置１０１の推進力として有効に機能する。
【００２６】
図４（ａ）及び（ｂ）は、ソレノイド３０２の駆動電圧を示す波形図である。
図４（ａ）は、偶数番目のソレノイド３０２の駆動電圧であり、図４（ｂ）は、奇数番目のソレノイド３０２の駆動電圧である。
ソレノイド３０２の駆動パターンには種々考えられるが、ソレノイド３０２がパッド３０４を通じて土砂３０５に加える力が、押し出す方向と引き込む方向とで等しくないことを考慮すると、掘削装置１０１を巨視的に見て、常時、掘削装置１０１から土砂３０５に力が加わっている状態が望ましい。そこで、ソレノイド３０２を一つおきに区分して、交互に駆動する。
勿論、この駆動パターンは、土砂３０５の状態に応じて適宜変更してもよい。また、駆動パターンより駆動の周期を短くすることで、より強い推進力を得ることができる。
図４（ａ）及び（ｂ）に示す、ソレノイド３０２の駆動電圧を発生させるための信号は、周知のマイコンやモノマルチバイブレータ等の論理回路等で容易に作成することができる。
【００２７】
図５は、本発明の第二の実施形態の例である、掘削装置の外観図である。
図５の掘削装置５０１の、図１に示した掘削装置１０１との違いは、ドリルビットが二段重ねの構造になっている点である。モータ１０２、駆動軸１０３、固定軸１０６及び固定軸１０６に取り付けられているソレノイド１０９ａ乃至１０９ｈは第一の実施形態と全く同じなので、詳細な説明は割愛する。
【００２８】
以下、この二重構造のドリルビットユニットの構造と動作について、説明する。
略円錐形状のドリルビットユニット５０２は、底面に平行な面で分割された二つのドリルビットを備える。一つは、円錐のふもと側に該当する、矢印Ａ５０６方向に回転する上側ドリルビット５０３である。もう一つは、円錐の頂上側に該当する、矢印Ａ５０５方向に回転する下側ドリルビット５０４である。
下側ドリルビット５０４は、モータ１０２の駆動軸１０３に直結されている。つまり、モータ１０２の回転駆動力と回転方向がそのまま伝達され、矢印Ａ５０５方向に回転する。
上側ドリルビット５０３は、その内部に後述する遊星歯車機構を内蔵しており、モータ１０２の回転方向と逆方向の矢印Ａ５０６方向に回転駆動される。
このため、図示を省略しているが、下側ドリルビット５０４の表面に設けられている、地面を掘削するための刃の方向と、上側ドリルビット５０３の表面に設けられている、地面を掘削するための刃の方向は、逆である。なお、刃の方向については、図７、図８及び図９で後述する。
【００２９】
図６は、ドリルビットユニット５０２の原理を示す概略図である。
図６で、駆動軸１０３が矢印Ａ６０１に示すように時計回り方向に回転すると、その回転力及び回転方向がそのまま下側ドリルビット５０４に伝達され、下側ドリルビット５０４も矢印Ａ６０２に示すように時計回り方向に回転する。
【００３０】
一方、駆動軸１０３には上側ドリルビット５０３に該当する箇所に太陽歯車６０３が固定されている。太陽歯車６０３が矢印Ａ６０１に示すように時計回り方向に回転すると、太陽歯車６０３の周りに配置されている遊星歯車６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃ及び６０４ｄが、太陽歯車６０３によって反時計回り方向に回転する。ここで、図示を省略しているが、全ての遊星歯車６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃ及び６０４ｄの軸は円盤によって固定されている。更にその円盤はモータ１０２の筐体に組みつけられている。このため、遊星歯車６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃ及び６０４ｄは自転はすれど、公転はしない。したがって、遊星歯車６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃ及び６０４ｄの回転駆動力は、上側ドリルビット５０３の内側に設けられた外輪歯車５０３ａを駆動する。すると、上側ドリルビット５０３は、矢印Ａ６０５に示すように反時計回り方向に回転駆動される。
【００３１】
本実施形態の上側ドリルビット５０３に組み込まれている遊星歯車機構は、自動車のギア等で用いられる遊星歯車機構とは異なり、太陽歯車６０３の駆動方向に対して逆の回転方向に外輪歯車５０３ａを回転駆動させるための、回転方向反転機構として用いている。回転方向を逆転させるために、遊星歯車６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃ及び６０４ｄを公転させない部材が必要になる。これが、図示しない円盤と、モータ１０２の筐体である。これらの詳細は図１０で後述する。
【００３２】
図７は、ドリルビットユニット５０２を分解した状態の図である。
駆動軸１０３の先端は下側ドリルビット５０４を固定するためにねじ切りされている。
遊星歯車６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃ及び６０４ｄは、第一円盤７０２と第二円盤７０３によってこれらの軸が固定されている。そして、第二円盤７０３にはモータ１０２の筐体を固定するための固定筒７０４が設けられている。
【００３３】
上側ドリルビット５０３の内側は、第一円盤７０２、第二円盤７０３、そして第一円盤７０２と第二円盤７０３に挟まれる遊星歯車６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃ及び６０４ｄを収納する円筒形状のギア室７０５が設けられている。ギア室７０５の側壁には、外輪歯車５０３ａが形成されている。
上側ドリルビット５０３の底面には、ギア室７０５に第一円盤７０２、第二円盤７０３及び遊星歯車６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃ及び６０４ｄを収納するための蓋７０７が設けられている。蓋７０７の中心には、固定筒７０４が貫通する穴７０７ａが設けられている。この穴７０７ａは、上側ドリルビット５０３の回転を妨げないように、固定筒７０４の直径よりも大きく設けられている。
【００３４】
図８（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、下側ドリルビット５０４の外観図である。
図８（ａ）は、下側ドリルビット５０４の外観斜視図である。先端から見ると、時計回り方向に刃５０４ａが設けられている。
図８（ｂ）は、下側ドリルビット５０４を真横から見た図である。
図８（ｃ）は、下側ドリルビット５０４の底面図である。下側ドリルビット５０４には四つの刃５０４ａが設けられている。中心には駆動軸１０３を固定する穴５０４ｂが設けられている。
【００３５】
図９（ａ）及び（ｂ）は、上側ドリルビット５０３の外観図である。
図９（ａ）は、上側ドリルビット５０３の外観斜視図である。図８（ａ）に示した下側ドリルビット５０４と比較すると判るように、下側ドリルビット５０４とは逆方向の刃５０３ａが四つ設けられている。つまり、下側ドリルビット５０４の先端側から見ると、反時計回り方向に刃５０３ａが設けられている。
図９（ｂ）は、上側ドリルビット５０３を真上から見た図である。中心には、駆動軸１０３とは逆方向に回転するため、駆動軸１０３の回転を妨げないように、駆動軸１０３より大きい穴５０３ｂが設けられている。
【００３６】
図１０は、ドリルビットユニット５０２の断面図である。
前述の通り、遊星歯車６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃ及び６０４ｄは、第一円盤７０２と第二円盤７０３によってこれらの軸が固定されている。そして、第二円盤７０３にはモータ１０２の筐体を固定するための固定筒７０４が設けられている。したがって、固定筒７０４、第一円盤７０２及び第二円盤７０３はモータ１０２が回転しても回転しない。
【００３７】
また、前述の通り、上側ドリルビット５０３の内側に設けられている円筒形状のギア室７０５には、第一円盤７０２、第二円盤７０３、そして第一円盤７０２と第二円盤７０３に挟まれる遊星歯車６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃ及び６０４ｄが収納されている。この遊星歯車６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃ及び６０４ｄの軸は第一円盤７０２と第二円盤７０３によって固定されているので、モータ１０２が回転しても公転せず、自転のみする。
【００３８】
図１１は、上側ドリルビット５０３の底面を示す概略図である。なお、第二円盤７０３は点線で示している。
モータ１０２が回転しても、固定筒７０４に固定されている第二円盤７０３は回らない。そして、遊星歯車６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃ及び６０４ｄの軸は、第二円盤７０３によって固定されている。もし、第二円盤７０３が存在しないと、遊星歯車６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃ及び６０４ｄは太陽歯車６０３と外輪歯車５０３ａとの間の空間を自由に公転する。しかし、第二円盤７０３によって公転が妨げられるため、太陽歯車６０３の回転力は直接遊星歯車６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃ及び６０４ｄが自転する力となって、回転方向が反転されて外輪歯車５０３ａに伝達する。
【００３９】
第一の実施形態の掘削装置１０１では、ドリルビット１０４の回転反力を打ち消す力は、ソレノイド１０９ａ乃至１０９ｈによる螺旋駆動機構からだけであった。このため、螺旋駆動機構から生じる回転モーメントよりドリルビットから生じる回転反力モーメントが大きすぎる場合、ドリルビット１０４が地面を削れず、モータ１０２と螺旋駆動機構だけが空回りする事態が生じる可能性が大きい。
第二の実施形態の掘削装置１０１では、下側ドリルビット５０４の回転反力を打ち消す力は、ソレノイド１０９ａ乃至１０９ｈによる螺旋駆動機構だけではなく、上側ドリルビット５０３から生じる回転反力も加わる。したがって、螺旋駆動機構から生じる回転モーメントより下側ドリルビット５０４から生じる回転反力モーメントが大きすぎる場合でも、また仮に、螺旋駆動機構だけが空回りする事態が生じても、ドリルビットユニット５０２が地面を削れない、という事態を容易に防ぐことができる。
【００４０】
ところで、第一の実施形態及び第二の実施形態にて開示した掘削装置は、電動モータ及び電動ソレノイドの使用を前提としている。モータ１０２及びソレノイド１０９ａ乃至１０９ｈに電力を供給するには、掘削装置１０１及び５０１自体が回転することから、回転電極やロータリートランス等の電力伝達機構を用いる必要がある。
【００４１】
本実施形態には、以下のような応用例が考えられる。
（１）第一の実施形態及び第二の実施形態では、螺旋駆動機構として電磁駆動式のソレノイドを用いていたが、必ずしもソレノイドに限る必要はない。電磁駆動式ソレノイドの代わりに、周知の空気アクチュエータを用いても良い。また、空気圧或は油圧、又はワイヤー等を用いた直線運動伝達機構を、螺旋形状の羽根に埋め込み、テーパ状のパッド３０９を駆動する構成を採用しても良い。
【００４２】
（２）第二の実施形態では、上側ドリルビット５０３と下側ドリルビット５０４を共通の動力源であるモータ１０２で駆動していた。また、上側ドリルビット５０３は遊星歯車機構を回転運動反転機構として利用していた。このため、ドリルビットユニット５０２は土壌の質の変化に伴う負荷の変動に対して柔軟に適応し難いことが想定される。そこで、上側ドリルビット５０３或は下側ドリルビット５０４のいずれかに減速ギアを介在させて、回転速度を調整する。回転速度を調整することで、下側ドリルビット５０４の回転反力を上側ドリルビット５０３及び螺旋駆動機構を用いて効果的に相殺させる制御動作が可能になる。また、減速ギアの代わりにモータを別途設けて、上側ドリルビット５０３と下側ドリルビット５０４とを独立して駆動することも考えられる。
【００４３】
（３）固定軸１０６に対するソレノイド１０９ａ乃至１０９ｈの傾斜角θは、４５°に限られるものではない。ソレノイドが発生する力を直進方向と回転方向とにバランスよく分配させると共に、削り取った土砂をスムーズに流すためには、実験の結果として経験則的に４５°が望ましいと考えられる。しかし、ソレノイドの駆動力や駆動速度によっては、より小さな傾斜角にして掘削速度を早めたり、より大きな傾斜角にして遅い掘削速度で確実に掘り進む設計にしても良い。
理想的には、ソレノイドの傾斜角を調整できる機構を備えることができれば、土壌の質に応じて適切な傾斜角を設定することができる。
【００４４】
本実施形態においては、掘削装置を開示した。
ソレノイド等の直線駆動体を螺旋状に配置して螺旋駆動機構を構成し、パッドを駆動して土砂を押し出す。そして、掘削装置自体の回転方向とドリルビットの回転方向を逆にすることで、掘削装置自体の空転を防ぎ、掘削装置が自律的に回転しながら掘削方向に推進できる。
この螺旋駆動機構により、従来技術でドリルビットの回転反力に抗するために必要だったやぐらが不要になり、土壌を掘削するための機構全体が極めて簡素になると共に、軽量にできる。
【００４５】
以上、本発明の実施形態例について説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。
【符号の説明】
【００４６】
１０１…掘削装置、１０２…モータ、１０３…駆動軸、１０４…ドリルビット、１０６…固定軸、１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄ、１０９ｅ、１０９ｆ、１０９ｇ、１０９ｈ…ソレノイド、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅ、１１０ｆ、１１０ｇ、１１０ｈ…パッド、３０２…ソレノイド、３０４…パッド、３０５…土砂、３０９…パッド、５０１…掘削装置、５０２…ドリルビットユニット、５０３…上側ドリルビット、５０４…下側ドリルビット、６０３…太陽歯車、６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃ、６０４ｄ…遊星歯車、７０２…第一円盤、７０３…第二円盤、７０４…固定筒、７０５…ギア室、７０７…蓋
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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