JP3618740B1 - 硬質海底面への掘削をも可能にした海底掘削機 - Google Patents

Abstract

【目的】 海底面が軟質部か硬質部かに拘わらず効率的に掘削することができる、硬質海底面でも掘削可能にした海底掘削機を提供する。
【構成】 パイプ又はケーブルを海底に埋設するための海底面の溝を所定の方向に向かって徐々に形成して行くことなどのために使用される海底掘削機であって、海底掘削機の移動方向に沿って備えられ、海底を掘削するための高圧水流を、海底方向に向けて、又は海底掘削機の移動方向とは反対の方向と海底方向との間の方向に向けて噴出するためのノズルと、海底掘削機本体の移動方向と平行に配置された平板から成り、その下端部に前記ノズルが複数個備えられている支持部と、前記支持部の下端部の前記ノズルよりも海底側に備えられた回転掘削部であって、前記ノズルから前記高圧水流が噴出されているとき、複数の刃が海底掘削機の移動方向に対して直交する方向又は斜めの方向に回転するように形成されている回転掘削部と、を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パイプ又はケーブルを海底に埋設することなどの目的で使用される、軟質海底面及び硬質海底面の双方の掘削を可能にした海底掘削機に関する。

従来より、取水管、送水管あるいは送油管などのパイプ、又は通信ケーブルあるいは電力ケーブルなどのケーブルを海底に埋設するために、複数のノズルから高圧水を噴出してパイプ又はケーブルを埋設する溝を掘り進むようにしたウォータージェット式の海底掘削・埋設機が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

しかしながら、前述のような従来のウォータージェット式の海底掘削・埋設機においては、前記複数のノズルから高圧水流を放出するだけなので、砂や泥などから成る軟質性海底面は有効に掘削できるが、岩、礫、砂岩、粘性土などから成る硬質性海底面（岩盤）は掘削することができないという問題がある。

そこで、このような硬質性海底面の掘削を可能とするため、ドリル式掘削機が実用化されている（例えば、特許文献３，４参照）。このドリル式掘削機は、螺旋状（スクリュウ状）の回転体を回転させながら、螺旋状回転体の先端部分からドリルのように「穴開け」していく要領で、海底に溝を掘り進むものである。なお、この螺旋状回転体の先端からは高圧水を噴出させるようにしているものもある。

しかしながら、このような螺旋状回転体を旋回させながらその先端からドリルのように「穴開け」していく方法は、硬質の岩盤には適しているが、軟質の海底面の場合は、ウォータージェット式と比較して溝の掘削作業速度が遅くなって効率が悪い、穴開けしてもまた上方から砂や土がそれを塞いでしまうなどの問題がある。

そこで、軟質性の海底面にも硬質性の海底面にもいずれにも対応できるように、海底面が軟質か硬質かを検出する探知装置を備え、この探知装置からの信号に基づいて、軟質海底面の場合はチェーン・ソー状の回転式掘削機は海底面から上昇させて使用しないようにし、硬質海底面の場合はチェーン・ソー状の回転式掘削機を海底面に下降させて駆動するようにした海底掘削機が提案されている（例えば、特許文献５参照）。

しかしながら、このような硬質海底面に対してのみチェーン・ソー状の回転式掘削機を駆動させる方法では、軟質部か硬質部かをいちいち探知装置で検知する必要があり、さらに、この探知装置からの信号に基づいて軟質部か硬質部かによりいちいちチェーン・ソー状を上昇させたり下降させたりする必要があるので、掘削作業の効率が著しく低下してしまうという問題がある。
特開平６−１４１４３０号公報 特開２００１−１１２１３６号公報 特開平６−１４１４３０号公報 特開平６−１３７０５５号公報 特開平８−１８９０５９号公報

本発明は、海底面が軟質部か硬質部かに拘わらず効率的に海底面を掘削することができる、硬質海底面でも掘削可能にした海底掘削機を提供することを目的とする。

このような従来技術の課題を解決するための本発明による海底掘削機は、パイプ又はケーブルを海底に埋設するための海底面の溝を所定の方向に向かって徐々に形成して行くことなどのために使用される海底掘削機であって、海底掘削機本体の移動方向と平行に配置された支持部であって、後述のノズルと回転掘削部とを支持するための支持部と、前記支持部の下端部に備えられた複数のノズルであって、海底を掘削するための高圧水流を、海底方向に向けて、又は海底掘削機の移動方向とは反対の方向と海底方向との間の方向に向けて噴出するためのノズルと、前記支持部によって支持されており且つ前記ノズルと対向し前記ノズルよりも海底側の位置に配置されている回転掘削部であって、前記ノズルから前記高圧水流が噴出されているときに海底掘削機の移動方向に対してほぼ直交する方向又は斜めの方向に回転する複数の刃を備え、前記複数の刃は、前記ノズルからの高圧水流の噴出方向に対してほぼ平行か又は少し斜め方向に延びる面に沿って回転するように構成されている回転掘削部と、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明による軟質海底面及び硬質海底面の双方の掘削を可能にした海底掘削機においては、前記回転掘削部は、海底掘削機の移動方向と平行に配置された回転軸と、前記回転軸に固定され前記回転軸の外周面から突出するように形成された螺旋状の羽根と、前記螺旋状の羽根の上端部に設けられた複数の掘削刃とにより構成されており、前記螺旋状の羽根は、前記ノズルからの高圧水流の噴出方向に対してほぼ平行か又は少し斜め方向に延びる面を有するように形成されている、ことが望ましい。

また、本発明による軟質海底面及び硬質海底面の双方の掘削を可能にした海底掘削機においては、前記支持部は所定の隙間を介して平行に対向させられた２つの平板により構成されており、前記２つの平板の下端部にはそれぞれ前記複数のノズルが備えられており、前記２つの平板の間の空間の下方には前記回転掘削部が備えられており、前記２つの平板の間の空間であって前記回転掘削部の上方の空間には埋設すべきパイプ又はケーブルを載置するための受け部が備えられている、ことが望ましい。

また、本発明による軟質海底面及び硬質海底面の双方の掘削を可能にした海底掘削機においては、前記回転掘削部は、前記支持部を構成する２つの平板の間の空間の下方で且つ前記空間と対向する第１の位置と前記２つの平板の間の空間の斜め下方で且つ前記空間の側方の（前記空間と対向していない）第２の位置との間を移動可能に構成されており、これにより、埋設すべきパイプ又はケーブルを前記２つの平板の下方から前記２つの平板の間の空間に挿入するときに前記回転掘削部がその邪魔にならないようにしている、ことが望ましい。

また、本発明による海底掘削機は、パイプ又はケーブルを海底に埋設するための溝を所定の方向に向かって徐々に形成して行くことなどのために使用される海底掘削機であって、海底掘削機の移動方向と平行に、且つ、互いに所定の距離を介して対向するように配置された２つの平板であって、その高さが海底掘削機の移動方向から後方に向かうにしたがって徐々に大きくなっている略台形状（略扇形状を含む）の２つの平板により構成されている支持部と、前記支持部を構成する２つの平板の下端部にそれぞれ海底掘削機の移動方向と平行に並ぶように備えられ、海底を掘削するための高圧水流を、海底掘削機の移動方向とは反対の方向と海底方向との間の方向に向けて噴出するためのノズルと、前記ノズルに高圧水を供給するための配水管と、前記ノズルに前記配水管を介して高圧水を供給するための水中ポンプと、を備えたものである。

また、本発明の海底掘削機においては、前記ノズルを備えた支持部を海底方向に向けて押し下げるための押し下げ部を備えることが望ましい。また、本発明の海底掘削機においては、前記ノズルを備えた支持部を海底掘削機に対して海底面に近接又は海底面から離反する方向に移動自在に構成すると共に、前記押し下げ部による前記支持部の海底方向への押し下げ距離を調整するための押し下げ調整手段を備えた、ことが望ましい。

また、本発明の海底掘削機においては、前記押し下げ部により押し下げられた支持部の海底面又は海水面に対する高さを検出するための高さ検出手段と、前記高さ検出手段からの出力に基づいて海底掘削機の移動速度を調整するように海底掘削機の移動機構を制御するための移動速度制御手段と、を備えたことが望ましい。

また、本発明の海底掘削機においては、パイプ又はケーブルを埋設する対象となる海底面の起伏などの地形データを海底の位置座標データと関連付けて記録しておく地形データベースと、海底掘削機の現在の位置を推測するための現在位置推測手段と、前記現在位置推測手段からの位置データと前記地形データベースからの地形データとに基づいて、海底掘削機の現在の位置の前記ノズルからの高圧水流による海底の掘削深さが海底面の起伏に拘わらず海水面から常にほぼ一定の深さとなるように、前記押し下げ部による前記支持部の押し下げ距離を求めるための押し下げ距離算出手段と、を備え、前記押し下げ調整手段は、前記押し下げ距離算出手段からの出力に基づいて前記押し下げ部の押し下げ距離を調整するものである、ことが望ましい。

さらに、本発明の海底掘削機においては、海底掘削機を操作するための操作盤を前記支持部の近傍と海上の船の上との両方に配置し、海底掘削機をダイバーが海中でも操作できるようにしたことが望ましい。また、本発明の海底掘削機においては、油圧モーター及び油圧タンクを前記支持部の近傍に配置し、海上の船からケーブルを介して前記油圧モーターに電力及び制御信号を送信するようにしたことが望ましい。さらに、本発明の海底掘削機においては、前記支持部を構成する２つの平板は、埋設すべきパイプ又はケーブルの直径よりも大きな距離を介して互いに対向するように配置されており、海底掘削時には、前記２つの平板の間の空間に埋設すべきパイプ又はケーブルが配置されるようになっていることが望ましい。

以上に説明したように、本発明においては、前記回転掘削部の複数の刃が、前記ノズルから前記海底を掘削するための高圧水流が前記方向に向けて噴出されているとき、海底掘削機の移動方向に対して直交する方向又は斜めの方向に回転するように、且つ、前記ノズルからの高圧水流の噴出方向に対してほぼ平行か又は少し斜め方向に延びる面に沿って回転するように、構成されている。したがって、本発明では、前記ノズルからの高圧水流による海底面の掘削（前記高圧水流の海底面への到達）が前記複数の刃により妨げられる恐れがなく、前記ノズルからの高圧水流による海底面の掘削と前記回転掘削部の複数の刃による海底面の掘削とが同時並行的に行えるようになる。したがって、本発明によれば、軟質の海底面に対しては前記高圧水流により効率的に掘削すると共に、硬質の海底面に対しては前記高圧水流及び前記回転掘削部により確実に掘削することができる。よって、本発明では、海底面が軟質部か硬質部かに拘わらず（従来の例えば特許文献５の装置のように海底面が軟質か硬質かによりいちいちチェーン・ソー状の掘削装置を上昇させたり下降させたりするなどの煩わしく非効率な動作を必要とすることなく）、極めて効率的にケーブル等埋設用溝を掘り進めて行くことができるようになる。

また、本発明においては、前記回転掘削部は、海底掘削機の移動方向と平行な回転軸により回転され、その外周部から突出するように形成された螺旋状の羽根を含んでおり、前記螺旋状の羽根は、前記ノズルからの高圧水流の噴出方向に対してほぼ平行か又は少し斜め方向に延びる面を有するように形成されている。したがって、本発明では、前記ノズルからの高圧水流による海底面の掘削（前記高圧水流の海底面への到達）が前記螺旋状の羽根により妨げられる恐れがなく、前記ノズルからの高圧水流による海底面の掘削と前記回転掘削部の掘削刃による海底面の掘削とが同時並行的に行えるようになる。

また、本発明においては、前記支持部を構成する２つの平板の間の空間であって前記回転掘削部の上方の空間内に、埋設すべきパイプ又はケーブルを載置するための受け部を備えるようにしている。したがって、本発明では、前記支持部を構成する２の平板の下端部及び両者の間の空間に、螺旋状の羽根、ノズル、及び、埋設用ケーブル又はパイプを配置することができるので、埋設用ケーブル又はパイプなどを含む海底掘削機の装置全体を従来よりコンパクトに構成することができるようになる。

また、本発明においては、海底掘削機の移動方向と平行に配置された高圧水噴出用ノズルから高圧水が噴出されるとき、前記ノズルを備えた支持部を押し下げ部により海底方向に向けて押し下げるようにしたので、従来のように（従来は高圧水流の圧力によりノズルと海底面との間に大きな隙間ができてしまい、その隙間から高圧水流が海底面を掘削しない方向に逃げてしまうという問題があった）ノズルから噴出された高圧水の一部が掘削のために使用されないままノズルと海底面との間の大きな隙間から海中に逃げてしまうということが無くなり、掘削効率を大幅に向上させられるようになる。また、本発明では、前記ノズルを備えた支持部を上下方向（海底面に対して近接離反する方向）に移動自在とし、且つ、前記押し下げ部による支持部の海底方向への押し下げ距離を任意の距離に調整できるようにしたので、海底面の起伏などの周囲の状況に応じて、海底面からの掘削深さをきめ細かく調整できるようになる。

また、本発明においては、前記押し下げ部により押し下げられた支持部の海底面又は海水面に対する高さを検出し、この検出結果に基づいて、海底掘削機の移動機構を制御して海底掘削機の移動速度を調整するようにしている。すなわち、本発明では、前記押し下げ部により押し下げられた支持部の高さがなかなか下がらないときは海底面が硬質であるため回転掘削部による溝の掘削が遅れている（だから、なかなか支持部の高さが下がらないのだ）と判断し、海底掘削機の移動速度を遅くするようにしている。これにより、本発明では、海底面が硬質のときは、海底掘削機の移動機構を制御して海底掘削機の移動速度を遅くして、硬質の海底面への溝の掘削のための時間を十分に確保することができる。

また、本発明では、海底掘削機の現在の推測位置に対応する海底の地形データに基づいて、海底掘削機により掘削すべき「海底面からの掘削深さ」（海水面から一定の距離を保った、海水面と平行な掘削深さ）を求め、さらに、この求めた掘削深さを実現するための前記押し下げ部（後述の図４の押圧シリンダ９など）による支持部の押し下げ距離を求め、この押し下げ距離を実現するように前記押し下げ部を制御・調整するようにしている。したがって、本発明によれば、海水面から一定の距離の深さ位置（海水面から平行な深さ位置）にケーブル又はパイプを埋設することが可能になる。すなわち、従来は、海底面から一定の距離の深さ位置（海底面と平行な深さ位置）にケーブル又はパイプを埋設していたため、ケーブル又はパイプが海底面の起伏に対応して上下方向に湾曲した状態で埋設されてしまうという問題があった（後述の図１２（ａ）参照。なお、このように、ケーブル又はパイプが上下方向に湾曲して埋設されてしまうと、例えば、サイホン方式で海洋深層水を海上に取水しようとする場合、パイプの中の気泡がパイプの上方に湾曲した箇所で膨張して大きな空気層となり、この大きな空気層が海洋深層水の流れを遮断してしまうなどの問題があった）。これに対して、本発明では、海底面の起伏に拘わらず、海水面から一定の距離の深さ位置（海水面と平行な深さ位置）にケーブル又はパイプを埋設することが可能になる（後述の図１２（ｂ）参照）ので、上記のような従来の問題点を回避することができる。

また、本発明では、船上側に海底掘削機の油圧ユニットや水中ポンプなどを操作するための操作盤を備えるだけでなく、海底掘削機側にも前記油圧ユニットや水中ポンプなどを操作するための操作盤を備えるようにしたので、従来のように船上から乗組員が油圧ユニットや水中ポンプなどを操作するだけでなく、海中のダイバーが直接に油圧ユニットや水中ポンプなどを操作することが可能になる。さらに、本発明では、海底掘削機に油圧ユニット（油圧タンク、油圧モーター、油圧ポンプなどを含む）を備え、船上からの電力と制御信号により、この油圧ユニットを制御・駆動させるようにしたので、従来のように船上の油圧タンクから油圧ホースで油圧を海底側に供給する場合と比較して、油圧タンクから油圧モーターなどへの油圧の移送距離が大幅に短くなり、それだけ油圧モーターなどの駆動装置の起動速度や動作精度を向上させられるようになる。

本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例１について述べるような形態である。

以下、本発明の実施例による海底掘削・埋設機を図面を参照して説明する。図１は本実施例の海底掘削・埋設機を示す正面図である。なお、この図１では、走行用車輪（後述の図４の符号５参照）などの図示を省略している。図１において、１は海底掘削・埋設機が海底の柔らかい地盤の中に沈み込むことを防止するためのソリ部、２は水中ポンプ、３は海底面に置かれたケーブル又はパイプを取り込むための取り込み部である。

図２は前記取り込み部３の構成及び動作を説明するための図である。前記取り込み部３は、まず、海底面に置かれたケーブル又はパイプ４をその両側から囲い込むようにし（図２（ａ）参照）、その後、そのケーブル又はパイプ４をその両側からその下面をすくい上げるようにして自らの内部に取り込む（図２（ｂ）参照）。海底掘削・埋設機は、この状態で、後述の海底面掘削作業を行いながら、所定速度で海底面を走行していく。

次に、図３は本実施例の海底掘削・埋設機を示す平面図である。図３において、６は前記水中ポンプ２などを駆動するための油圧ユニットである。本実施例の海底掘削・埋設機は、海底を掘削してケーブル又はパイプを埋設しながら、図４で後述する車輪５により、所定速度で海底を走行していく。

次に、図４及び図５に基づいて本実施例の海底掘削・埋設機を説明する。図４（ａ）及び図５は海底掘削・埋設機の側面図である。図４（ａ）及び図５に示す海底掘削・埋設機は、海底掘削・埋設機の走行用の車輪５により、図の矢印α方向に移動していく。図４（ａ）及び図５において、Ｇは本実施例１の海底掘削・埋設機が海底面を掘削している場合（この場合は、図４（ａ）及び図５の図示と異なって、車輪５の下面が海底面Ｇに接している）の海底面の位置を仮想的に示すものである。また図４（ａ）及び図５において、７は海底掘削・埋設機の移動方向と平行に備えられた側面が略台形状（略扇状）のステンレス製の平板（計２枚）から成る支持部、８はこの支持部７の各平板の下端部に前記移動方向（矢印α方向）に沿って並べられた多数のノズル、９は前記支持部７を海底方向（図の矢印β方向）に押し下げるための押圧シリンダ（前記油圧ユニット６内の油圧モーターにより駆動される）、１０は前記の車輪５、油圧ユニット６、支持部７、及び押圧シリンダ９などを固定するためのフレーム、である。

また、図４（ａ）及び図５において、３１は海底掘削・埋設機の移動方向（α方向）と平行に配置された回転軸、３２はこの回転軸３１を回転させるための油圧モーター（支持部７に固定されている）、３３及び３４はそれぞれ前記回転軸３１を前記支持部（２つの平板）７に接続・固定するための接続部、３５は前記回転軸３１の外周面に固定され前記外周面から突出するように形成されている螺旋羽根、である。

図６は、以上に説明した回転軸３１、油圧モーター３２、及び螺旋羽根３５を拡大して示す図である。また、前記螺旋羽根３５の上端部の複数箇所には、図７に示すように、岩盤などの硬質の海底面を掘削するための掘削刃３６が溶接などにより固定されている。以上に述べた回転軸３１、油圧モーター３２、螺旋羽根３５、及び掘削刃３６により、本発明の「回転掘削部」が構成されている。

また、図４（ｂ）は図４（ａ）の前記支持部７を図示右方向から見たときの状態を示す図、図４（ｃ）は図４（ａ）の前記支持部７を図示左方向から見たときの状態を示す図である。図４（ｂ）（ｃ）において、４は埋設用のケーブル（又はパイプ）、３７及び３８はこのケーブル４を前記支持部７を構成する２つの平板の間の空間内に配置させておくための受け部、である。前記受け部３７，３８は、前記接続部３３，３４に接続・固定されており、前記支持部７を構成する２つの平板の間の空間の前記螺旋羽根３５の上方且つ近傍の位置に配置されている。

次に、図８は、図４の接続部３３と受け部３７の構成及び動作を説明するための図である（なお、図４の接続部３４及び受け部３８の構成及び動作は、接続部３３及び受け部３７と同様であるので説明を省略する）。図８において、７は２つの平板から成る支持部（下端部には多数のノズル８が備えられている）、３３はこの支持部７と前記回転軸３１とを接続・固定するために前記支持部７の各平板の両側面に固定された接続部、３９は前記支持部７の図示右側の平板の内側に固定された油圧シリンダ、である。前記油圧シリンダ３９は、船上の船員又は海中のダイバーにより操作される。

前記接続部３３は、前記支持部７を構成する２つの平板の図示右側の平板の外表面に固定された固定板３３ａと、この固定板３３ａに対してヒンジ部３３ｂを介して回動自在に接続された接続部本体３３ｃと、前記接続部本体３３ｃの前記ヒンジ部３３ｂと反対側の端部３３ｄと着脱自在に接続されており且つ前記支持部７を構成する２つの平板の図示左側の平板の外表面に固定されている固定板３３ｅと、から構成されている。なお、前記シリンダ３９の下端部３９ａは、前記接続部本体３３ｃの図示右側部分と固定され、且つ、受け部３７とも固定されている。また、前記接続部本体３３ｃの中央には穴が形成されており、この穴の中に前記回転軸３１が回転可能に挿通されている。

次に、前記シリンダ３９及び接続部３３の動作を説明する。本実施例の海底掘削・埋設機を使用してケーブル４の埋設作業をしようとするときは、まず最初に、ケーブル４を前記支持部７を構成する２つの平板の間の空間内に挿入する必要がある。この２つの平板の間の空間に挿入するケーブル４は、ケーブル４の端部である場合もあるし、ケーブル４の途中部分である場合（埋設作業の途中から再開する場合）もある。

このケーブル４を前記支持部７を構成する２つの平板の間の空間の中に挿入する作業は、次のように行う。まず、図８（ａ）に示すように、油圧シリンダ３９を作動させて、シリンダ３９の下端部３９ａを下降させて前記接続部本体３３ｃを押し下げ、前記接続部本体３３ｃの端部３３ｄ側を前記ヒンジ部３３ｂを支点として図示下方向に回動させる。これにより、図８（ａ）に示すように、接続部本体３３ｃとこれに装着された回転軸３１を含む螺旋羽根３５が、前記支持部７を構成する２つの平板の間の空間の下方の位置から、前記支持部７を構成する２つの平板の間の空間の側方の位置（＝前記２つの平板の図示右側の平板の下方の位置）へと移動する。

次に、図２の取り込み部３を使用して、海底面に置かれたケーブル４を上方にすくい上げて、前記支持部７を構成する２つの平板の間の空間内に挿入させる。このとき、前述のように、前記螺旋羽根３５は前記支持部７を構成する２つの平板の間の空間の側方に移動しているので、ケーブル４が前記螺旋状の羽根３５の存在に邪魔されて前記支持部７を構成する２つの平板の間の空間内に挿入できないということが防止される。

次に、前記シリンダ３９を作動させて、前記シリンダ３９の下端部３９ａを上昇させて、前記接続部本体３３ｃを引き上げ、図８（ｂ）に示すように、前記接続部本体３３ｃの端部３３ｄを前記固定部３３ｅに装着させる。このとき、前記シリンダ３９の下端部３９ａに固定されている受け部３７も、前記下端部３９ａの動作に対応して、前記支持部７を構成する２つの平板の間の空間内に配置される。よって、前記支持部７を構成する２つの平板の間の空間に挿入されたケーブル４は、この受け部３７の上に載置されるようになる。

次に、本実施例１の他の構成及び動作を説明する。図４（ａ）及び図５において、前記支持部７は、接続部（ヒンジ部）１１により、前記フレーム１０に対して、前記接続部１１を支点として、矢印γ方向に回動自在に接続されている（図９参照）。また、前記フレーム１０の左側先端部１０ａには周囲の映像を取り込んでその映像を海上の船のモニター装置に送るための水中テレビカメラ１２が備えられている。

また、図４（ａ）及び図５において、油圧ユニット６は、船上からケーブルを介して送られてくる電力及び制御信号により制御・駆動される油圧モーター、油圧ポンプ、及び油圧タンクなどで構成されている。前記油圧ユニット６により、前記フレーム１０に固定された水中ポンプ２、車輪５、及び押圧シリンダ９などが駆動される。

次に、図１０は、図４（ａ）及び図５の支持部７の構成をより詳細に説明するための図である。図１０（ａ）は支持部７を本実施例の背面方向から見たときの図、図１０（ｂ）は支持部７の側面を示す図、図１０（ｃ）は支持部７を本実施例の前方（走行方向）から見たときの図である。なお、図１０では、本実施例の回転掘削部（回転軸３１、油圧モーター３２、螺旋状の羽根３５など）は説明の便宜上図示を省略している。

図１０（ａ）及び（ｃ）に示すように、前記支持部７は、２枚の略台形状（略扇状）のステンレス製の平板により構成されている。これらの２つの平板は、お互いに、所定の距離（埋設するケーブル又はパイプの直径（例えば５０ｃｍ）よりも大きい距離）だけ離れた位置で対向するように配置されている。

また、図１０において、１３は、４つの水中ポンプ２（図３参照）とそれぞれジャバラ形ホース（図示せず）で接続された状態で支持部７に取り付けられた配水管、１４は配水管１３と各ノズル８とを接続するために支持部７に取り付けられた配水支管である。

前記支持部７を構成する２つの平板は、配水管１３と配水支管１４とノズル８を支持している。これらの２つの平板は、図１０（ａ）及び（ｃ）に示すように、配水管１３及び配水支管１４を含めて、略逆Ｕ字状に形成されている。なお、図１の符号７で示す破線は、前記の略逆Ｕ字状の支持部７の概略位置を示している。

次に、図１１は本実施例の電気的構成の一部を説明するためのブロック図である。図１１において、２１は船上に備えられたＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）受信機、２２はケーブル又はパイプの埋設予定地の海底面の起伏などを含む地形データを記録しておくための地形データベースであって船上に備えられたハードディスクなどで構成される地形データベース、２３は前記ＧＰＳ受信機２１及び地形データベース２２からのデータに基づいて後述の海底の油圧モーター６ｂ（及び押圧シリンダ９）を制御するための制御信号を出力するための押し下げ制御機能を備えたパソコン（船上に備えられている）、２５は前記油圧モーター６ｂなどを操作するために船上の前記パソコン２３の近傍に備えられた船上操作盤（船上の乗組員が図４の水中テレビカメラ１２からの映像を見ながら操作するための船上操作盤）、２５は船上に備えられ、前記パソコン２３又は船上操作盤２４からの制御信号を海底掘削・埋設機側に制御信号ケーブル２６を介して送信するための制御信号送信部、である。

図１１の前記地形データベース２２には、ケーブル又はパイプの埋設作業の前に、予め、海底の起伏などの地形データを収集するためのサイドスキャンソナーと船上のＧＰＳ受信機２１とを使用して取得したケーブル又はパイプの埋設予定地の海底面の起伏などを含む地形データが、位置座標データと関連付けられて記録されている。

次に、前記パソコン２３による機能の一部としての押し下げ制御機能を説明する。この機能では、海底掘削作業中の船の現在位置データを前記ＧＰＳ受信機２１から受信すると、この船の現在位置を海底の海底掘削・埋設機の現在位置と推測する（船の現在位置と海底掘削・埋設機の現在位置とは対応しているため）。そして、この推測した海底掘削・埋設機の現在位置に対応する海底面の地形データを前記地形データベース２２から呼び出す。そして、この地形データベース２２から呼び出した前記現在位置に対応した地形データに基づいて、海底掘削・埋設機が海底を掘削するときの「あるべき掘削深さ」を所定のプログラムにより求め、この求めた「あるべき掘削深さ」を実現するために必要な押圧シリンダ９の押し下げ距離、及びこの押し下げ距離を実現するための油圧モーター６ｂへの制御信号を生成する。この生成された制御信号は、制御信号送信部２５から制御信号ケーブル２６を介して海底にある海底掘削・埋設機の油圧モーター６ｂに送信される。

また、図１１において、６ａは海底掘削・埋設機の油圧ユニット６に内蔵された油圧タンク、６ｂは海底掘削・埋設機の油圧ユニット６に内蔵された油圧モーター、９は前記油圧モーター６ｂにより駆動されて前記支持部７を海底方向に所定距離だけ押し下げるための押圧シリンダ、２７は前記油圧モーター６ｂなどを海中のダイバーが操作するために海底掘削・埋設機の油圧ユニット６の近傍に備えられた海底操作盤である。なお、この図１１の海底操作盤２７などは、図４などにおいては図示を省略している。

なお、図１１の海底操作盤２７は、水中のダイバーが直接に海底操作盤２７を操作して油圧モーター６ｂなどを操作するために使用できるように構成されている。また、図１１の海底操作盤２７及び船上操作盤２４は、図１１の押圧シリンダ９を駆動するための油圧モーター６ｂを操作するためだけでなく、図１の水中ポンプ２を駆動するための油圧モーター（図１１では図示を省略している）などを操作するためにも使用できるように構成されている。

また、図示は省略しているが、本実施例には、図１１は押圧シリンダ９の前記β方向への押し下げ長さ（この「押し下げ長さ」は、支持部７のフレーム１０に対する高さ位置、すなわち支持部７の海底面又は海水面に対する高さ位置と対応している）を検出する高さ検出部が備えられている。この高さ検出部からの出力は海底掘削機の移動機構（図示せず）の制御装置（図示せず）に送信される。この制御装置は、前記高さ検出部で検出された押圧シリンダ９の前記β方向への押し下げ長さと前記押圧シリンダ９が支持部７を押し下げるべき目標長さとを比較して、押圧シリンダ９の前記β方向への押し下げ長さが目標値よりも下回る場合は、前記移動機構を制御して、海底掘削機の移動速度を遅くするようにしている。すなわち、押圧シリンダ９の前記β方向への押し下げ長さが目標値よりも下回る場合は、海底面が硬質であるため回転掘削部及び高圧水流による溝の掘削が遅れていると推測できるので、海底掘削機の移動速度を遅くすることにより、硬質の海底面に対する溝の掘削のための時間を十分に確保するようにしている。

次に、本実施例の海底面の掘削作業時の動作を、図４、図５、図９及び図１２を参照して、説明する。なお、図９においては、図５の回転軸３１や螺旋羽根３５などから成る回転掘削部の図示を、便宜上省略している。また、図９は、その一部が図４及び図５と仕様が違う構成となっているが、本発明の要部とは関係の無い部分なので、説明を省略する。

図１１について前述したように、本実施例を使用するときは、予め、ケーブル又はパイプの埋設予定経路の海上を船で巡航しながら、ＧＰＳ受信機２１とサイドスキャンソナーを使用して埋設予定経路の海底の地形データを位置座標データと関連付けて地形データベース２２に記録しておく。

その後、実際にケーブル又はパイプの埋設作業をするときは、まず、船でケーブル又はパイプを海底に置く。そして、本実施例の海底掘削・埋設機を船で牽引しながらケーブル又はパイプの上に置いて、図２に示すように、取り込み部３でケーブル又はパイプ４を前記支持部７の２つの平板の間の空間内に取り込む。その際、図８に関して前述したように、予め、前記シリンダ３９により回転軸３１及び螺旋羽根３５を前記支持部７を構成する２つの平板の間の空間の側方の位置に移動させる（図８（ａ）の状態）。また、ケーブル又はパイプ４を取り込んだ後は、前記シリンダ３９により回転軸３１及び螺旋羽根３５を前記支持部７を構成する２つの平板の間の空間の下方の位置に移動させ、取り込んだケーブル又はパイプ４を受け部３７の上に載置させる（図８（ｂ）の状態）。

次に、前記の各水中ポンプ２が駆動されて、海水を吸い込み、予め設定された圧力で、配水管１３を介して各ノズル８に送る。各ノズル８からは、高圧水が、「前記車輪５による海底掘削・埋設機の走行方向（矢印α方向）とは反対の方向（後ろ方向）と海底方向との間の中間の方向」に噴出される。この噴出は、前記車輪５による海底掘削・埋設機の走行と同時平行的に行われる。また、これと同時に、前記押圧シリンダ９が支持部７の上端部を図９に示すように海底方向（矢印β方向）に押し下げて、前記各ノズル８からの高圧水が効率的に海底面の地盤に放出されるようにする（前記ノズル８と海底面との間に大きな隙間が開いて前記各ノズル８からの高圧水の一部が前記大きな隙間から逃げないようにする）。

このような高圧水の噴出による海底面の掘削が行われていくのと同時並行的に、前記取り込み部３（図１参照）で取り込まれたケーブル又はパイプ４（支持部７の２つの平板により挟まれた空間中の受け部３７の上に載せられている）が、車輪５による海底掘削・埋設機の走行に伴って、前記の掘削により形成された溝の中に置かれていく。さらに、このような動作と同時平行的に海底掘削・埋設機が所定速度で走行して行くので、前記ノズル８からの高圧水により掘削された海底の土砂は、海底掘削・埋設機の走行方向と反対の方向（後ろ方向）に巻き揚げられ、その巻き揚げられた土砂が前記溝の中に置かれたケーブル又はパイプの上に堆積していくことにより、ケーブル又はパイプの埋設が継続的に行われていく。

また、以上の動作と同時並行的に、前記油圧モーター３２による回転軸３５の回転により螺旋羽根３５が回転してその外周側の掘削刃３６（図７参照）が回転するので、岩盤などの硬質海底面も前記掘削刃３６により有効に掘削されて行く。

以上のように、本実施例では、前記支持部７の下端の各ノズル８からの高圧水流の噴出により、海底掘削・埋設機の走行と同時並行的に、海底面（特に砂や泥などから成る軟質の海底面）が掘削されて行く。また、本実施例では、この動作と同時並行的に、前記回転軸３１が油圧モーター３２により回転させられて螺旋羽根３５、さらにこれに溶接固定された掘削刃３６（図７参照）が回転して、海底面（特に岩や礫や粘性土などから成る硬質の海底面）が掘削されて行く。よって、本実施例によれば、海底掘削・埋設機の走行と同時並行的に、海底面が軟質か硬質かに拘わらず、ケーブル又はパイプの埋設用の溝が極めて効率的に掘削されて行くようになっている。

また、本実施例では、前記ノズル８から高圧水が噴出されるとき、前記押圧シリンダ９が支持部７を海底方向（図９のβ方向）に押し下げる。このような押圧シリンダ９による押し下げが無いときは、前記ノズル８から高圧水が噴出されても、高圧水の圧力より前記ノズル８と海底面との間に大きな隙間ができて、高圧水の一部が、掘削のために使用されないまま前記大きな隙間から海中に逃げてしまう（さらに、前記大きな隙間により前記螺旋羽根３５の上端の掘削刃３６が海底面に接しなくなってしまう）ため、掘削効率が極めて悪くなってしまう。このような不都合を防ぐため、本実施例では、前述のように押圧シリンダ９により支持部７を押し下げして、ノズル８と海底面との間に大きな隙間が形成されないようにした（よって、前記螺旋羽根３５の上端の掘削刃３６と海底面との間に隙間が存在しないようにした）ので、従来よりも掘削効率を大幅に向上させられるようになっている。

さらに、本実施例では、図１１で前述したように、船上のパソコン２３が、ＧＰＳ受信機２１からのデータに基づいて、海底掘削・埋設機の現在位置を推測し、この推測位置と対応する海底の地形データに基づいて、海底掘削・埋設機により掘削すべき「海底面からの掘削深さ」（海水面から一定の距離の深さでケーブル又はパイプ４を埋設するための、海底面からの掘削深さ）を求め、さらに、この求めた掘削深さを実現するための前記押圧シリンダ９による支持部７の押し下げ距離を求め、この押し下げ距離だけ押圧シリンダ９を駆動するための制御信号を、制御信号送信部２５を介して海底の油圧モーター６ｂに送信する。

これにより、本実施例では、前記押圧シリンダ９による支持部７の押し下げ距離を任意に変更・調整して、前記ノズルからの高圧水による海底面からの掘削深さを任意に調節することができるようになる。例えば、本実施例では、押圧シリンダ９の押し下げ距離を調整することにより、図９に示すように、支持部７を図９のＡの位置からＡ’の位置まで押し下げてこのＡ’の位置まで掘削することもできるし、支持部７をＡ’’の位置まで押し下げてこのＡ’’の位置まで掘削することもできるようになる。

すなわち、本実施例では、従来は困難であった、海水面から一定の距離の深さ位置（海水面と平行な深さ位置）にケーブル又はパイプを埋設することが可能になる。すなわち、従来の海底掘削・埋設機では海底面の起伏を含む地形に応じた掘削は不可能で、図１２（ａ）に示すように、海底面Ｍ（海水面Ｈではなく）から一定の距離の深さ位置（海底面Ｍと平行な深さ位置）Ｌに、ケーブル又はパイプを埋設するしかなかった。しかし、実際の海底面は多様な起伏があるため、海底面Ｍと平行にケーブル又はパイプを埋設すると、ケーブル又はパイプが海底面Ｍの起伏と同じように大きく湾曲した状態（図１２（ａ）のＬ参照）で埋設されてしまうという問題があった。これに対して、本実施例では、前述のように、海底面Ｍの起伏に拘わらず、海水面Ｈから一定の距離の深さ位置（海水面Ｈと平行な深さ位置）Ｌ’に、ケーブル又はパイプを埋設することが可能になる。よって、本実施例では、図１２（ｂ）に示すように、海底面Ｍに起伏があっても、それに拘わらず、ケーブル又はパイプを海水面Ｈと平行な直線状（図１２（ｂ）の符号Ｌ’参照）に埋設することが可能になる。

また、本実施例では、図１１に関して前述したように、海底掘削・埋設機に油圧ニユット（油圧タンク、油圧ポンプ、油圧モーターなどを含む）を備え、船上からの電力と制御信号により、この油圧ユニット６を制御・駆動させるようにしたので、従来のように船上の油圧タンクから油圧ホースで油圧を海底側に供給する場合と比較して、油圧タンクから油圧モーターなどへの油圧の移送距離が大幅に短くなり、それだけ油圧モーターなどの駆動装置の起動速度や動作精度を向上させられるようになる。

さらに、本実施例では、船上に油圧ユニット６や水中ポンプ２などを操作するための操作盤を備えるだけでなく、海底掘削・埋設機の側にも油圧ユニット６や水中ポンプ２などを操作できる操作盤を備えるようにしたので、従来のように船上から乗組員が油圧ユニット６や水中ポンプ２などを操作するだけでなく、海中のダイバーが直接に油圧ユニット６や水中ポンプ２などを操作することが可能になる。

本発明の実施例による海底掘削・埋設機を示す正面図。 図１の取り込み部の動作を説明するための図。 本実施例による海底掘削・埋設機の平面図。 （ａ）は本実施例による海底掘削・埋設機の側面図、（ｂ）は（ａ）の支持部７を図示右方向から見たときの図、（ｃ）は（ａ）の支持部７を図示左方向から見たときの図。 本実施例による海底掘削・埋設機の側面図。 本実施例における回転掘削部の構成を説明するための図。 本実施例における回転掘削部の構成を説明するための図。 本実施例における回転掘削部の支持部に対する脱着動作を説明するための図。 本実施例による海底掘削・埋設機の動作を説明するための図。 本実施例による海底掘削・埋設機の支持部を説明するための図。 本実施例による海底掘削・埋設機の電気的構成の一部を示すブロック図。 本実施例による海底掘削・埋設機の動作を説明するための図。

符号の説明

２ 水中ポンプ
４ パイプ
５ 車輪
６ 油圧ユニット
６ｂ 油圧モーター
７ 支持部
８ ノズル
９ 押圧シリンダ
１０ フレーム
１１ 接続部
１２ 水中テレビカメラ
１３ 配水管
１４ 配水支管
２１ ＧＰＳ受信機
２２ 地形データベース
２３ パソコン
２４ 船上操作盤
２５ 制御信号送信部
２６ 制御信号ケーブル
２７ 海底操作盤
３１ 回転軸
３２ 油圧モーター
３３，３４ 接続部
３５ 螺旋羽根
３６ 掘削刃
３７，３８ 受け部
３９ シリンダ
Ｈ 海水面
Ｌ 埋設位置
Ｇ，Ｍ 海底面

Claims (6)

1. パイプ又はケーブルを海底に埋設するための海底面の溝を所定の方向に向かって徐々に形成して行くことなどのために使用される海底掘削機であって、
   海底掘削機の移動方向と平行に配置された支持部であって、後述のノズルと回転掘削部とを支持するための支持部と、
   前記支持部の下端部に備えられた複数のノズルであって、海底を掘削するための高圧水流を、海底方向に向けて、又は海底掘削機の移動方向とは反対の方向と海底方向との間の方向に向けて噴出するためのノズルと、
   前記支持部によって支持されており且つ前記ノズルと対向し前記ノズルよりも海底側の位置に配置されている回転掘削部であって、前記ノズルから前記高圧水流が噴出されているときに海底掘削機の移動方向に対してほぼ直交する方向又は斜めの方向に回転する複数の刃を備え、前記複数の刃は、前記ノズルからの高圧水流の噴出方向に対してほぼ平行か又は少し斜め方向に延びる面に沿って回転するように構成されている回転掘削部と、
   を備えたことを特徴とする軟質海底面及び硬質海底面の双方の掘削を可能にした海底掘削機。
2. 請求項１において、
   前記回転掘削部は、海底掘削機の移動方向と平行に配置された回転軸と、前記回転軸に固定され前記回転軸の外周面から突出するように形成された螺旋状の羽根と、前記螺旋状の羽根の上端部の複数箇所に設けられた掘削刃と、により構成されており、
   前記螺旋状の羽根は、前記ノズルからの高圧水流の噴出方向に対してほぼ平行か又は少し斜め方向に延びる面を有するように形成されている、ことを特徴とする軟質海底面及び硬質海底面の双方の掘削を可能にした海底掘削機。
3. 請求項１又は２において、前記支持部は所定の隙間を介して平行に対向させられた２つの平板により構成されており、前記２つの平板の下端部にはそれぞれ前記複数のノズルが備えられており、前記２つの平板の間の空間の下方には前記回転掘削部が備えられており、前記２つの平板の間の空間であって前記回転掘削部の上方の空間には埋設すべきパイプ又はケーブルを載置するための受け部が備えられている、ことを特徴とする軟質海底面及び硬質海底面の双方の掘削を可能にした海底掘削機。
4. 請求項３において、前記回転掘削部は、前記支持部を構成する２つの平板の間の空間の下方向にあり且つ前記空間と対向している第１の位置と前記２つの平板の間の空間の斜め下方向にあり且つ前記空間と対向していない第２の位置との間を相互に移動可能に構成されている、ことを特徴とする軟質海底面及び硬質海底面の双方の掘削を可能にした海底掘削機。
5. 請求項１から４までのいずれかにおいて、さらに、
   前記ノズルを備えた支持部は、海底掘削機本体に対して、海底面へ近接するか又は海底面から離反する方向に移動自在に構成されており、
   前記ノズルを備えた支持部を海底方向に向けて押し下げるための押し下げ部と、
   前記押し下げ部による前記支持部の海底方向への押し下げ距離を調整するための押し下げ調整手段と、を備えたことを特徴とする軟質海底面及び硬質海底面の双方の掘削を可能にした海底掘削機。
6. 請求項５において、さらに、
   前記押し下げ部により押し下げられた支持部の海底面又は海水面に対する高さを検出するための高さ検出手段と、
   前記高さ検出手段からの出力に基づいて海底掘削機の移動速度を調整するように海底掘削機の移動機構を制御するための移動速度制御手段と、を備えたことを特徴とする軟質海底面及び硬質海底面の双方の掘削を可能にした海底掘削機。

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