JP2012077524A - 海底鉱床掘削機 - Google Patents

Abstract

【課題】大深海の凹凸や傾斜地である海底であっても安定した状態で走行ならびに掘削作業を行うことができるばかりか水圧が高い深海であっても海水が掘削部の駆動部分に進入することによる故障がなく、更に、作業効率のよい海底鉱床掘削機を提供する。
【解決手段】本発明である海底鉱床掘削機は、海底および海底鉱床上を走行する左右一対のクローラが備えられている本体フレームに前後方向にスライド可能なスライドブームが配置されているとともに、スライドブームの先方に前記海底鉱床を掘削する掘削ドラムが上下左右に揺動可能に備えられている掘削ブームを介して搭載されており、掘削ブームをスライドブームに固着させた。
【選択図】図１

Description

本発明は、海底、特に深海に存在する鉱床を掘削するために用いられる海底鉱床掘削機に関するものである。

近頃、水深１０００ｍを超える大深海の海底に金、銅、鉛、亜鉛、ニッケル、コバルト、白金その他レアメタル、レアアースなどのメタル資源を有する海底鉱床が多数存在することが各種の探査により確認されている。

ところで、前記海底鉱床の資源を利用するには海底鉱床を破砕して採鉱する手段が必要であり、従来から例えば特開平７−２１７３６１号公報や特開２００４−１４３７４１号公報に提示されているように船から掻き取り機を降下させたり岩盤破砕用爪を落下させたりする手段が知られているが、深海に適用するには精度や破砕効果の面で問題がある。

また、火薬を用いる場合には安全面で問題があり、大口径のボーリングマシンによる場合にはコストがかかるとともに潮流の影響を受けやすいという問題がある。

そこで、直接、海底に沈降させて鉱床を掘削する海底掘削機が特開昭６３−１３０８２９号公報に提示されている。

この公報に提示されている海底掘削機は、平面が矩形状の枠体の四隅に伸縮脚を設けた本体フレームと同様な移動フレームとを長手方向に直交する方向に移動可能にスライダーにより支持するとともに、本体フレームの先方にロードヘッタと下方にドラムカッターを備えたものであり、前記本体フレームと移動フレームとをスライドさせて海底を歩行するように移動するものである。

従って、海底が平坦な場合には移動することができるが、海底が凹凸があったり、傾斜している場合には本体フレームおよび移動フレームの四隅に配置した伸縮脚をそれぞれ長さを調節しないと移動することができないという問題があり、特に海底鉱床にあっては資源が山形に堆積していることから傾斜面を登坂した状態で発作する必要がある。

また、本体フレームの先方に配置したロードヘッダは前方の鉱床を掘削するのには都合がよいが、本体フレームは海底の所定位置に固定して掘削するものであり、上下左右方向へは転回可能であるが前後方向へは移動することができないので作業効率が悪いという問題もある。

殊に、従来のロードヘッダは先方の掘削ドラムを伸縮機構を介して本体フレームに設置しており、このように可動式の動力伝達部を有する駆動機構をそのまま深海作業に用いると動力伝達部に海水が進入して破損してしまうという問題があり、また、複雑な駆動機構を操作して前後方向へ移動させるには操作に時間が掛かり採鉱効率が悪いという問題がある。

特開平７−２１７３６１号公報 特開２００４−１４３７４１号公報 特開昭６３−１３０８２９号公報

本発明は、上記のような問題を解決しようとするものであり、大深海の凹凸や傾斜地である海底であっても安定した状態で走行ならびに掘削作業を行うことができるばかりか水圧が高い深海であっても海水が掘削部の駆動部分に進入することによる故障がなく、更に、作業効率のよい海底鉱床掘削機を提供することを課題とする。

前記課題を解決するためになされた本発明である海底鉱床掘削機は、海底および海底鉱床上を走行する左右一対のクローラが備えられている本体フレームに前後方向にスライド可能なスライドブームが配置されているとともに、前記スライドブームの先方に前記海底鉱床を掘削する掘削ドラムが上下左右に揺動可能に備えられている掘削ブームを介して搭載されており、前記掘削ブームが前記スライドブームに固着されていることを特徴とする。

本発明は、走行手段としてクローラを用いたので凹凸や傾斜した海底や海底鉱床上を確実に且つ迅速に走行可能とした。また、掘削ドラムを本体フレームに前後方向にスライド可能に備える駆動手段を搭載したスライドブームに備え、掘削ドラムを前後方向へ移動させるには本体フレームを移動させることにして、従来の掘削ドラムを前後方向へ移動させるための伸縮機構が有している水の侵入による故障や損傷などの問題点を解消せることとした。

更に、本発明において、本体フレームにウェイトを搭載することにより、水圧や潮流に対向して海底における所望の走行や所望の位置での停止を確実なものとしており、特に、本体フレームにウェイトを後方に配置したウェイトブームが前後方向にスライド可能に配置されているとともに、前記ウェイトブームが前記スライドブームのスライド方向およびスライド量に応じて所定のスライド量だけ反対方向へスライドさせることにすれば、掘削ドラムを前後方向へ移動させたとしてもウェイトが掘削ドラムと反対方向へ移動して本体フレームの中心が重心位置となるように前後の重量バランスを常時、保つことができるので、掘削ドラムの前後位置の移動により本体フレームの前後方向のバランスが変化しても走行状態に支障が生じたり、或いは前方や後方へ傾倒するような心配もない。

更にまた、本発明において、前記スライドブームとウェイトブームとがラック機構または索条機構により互いに反対方向へ所定のスライド量だけスライドする場合には、掘削ドラムの前後方向の移動、つまり、掘削ブームの移動に対して予め定めた移動量だけウェイトが移動して自動的にバランスを保つことはいうまでもなく、特に制御装置やウェイトブームについての駆動手段が不要であり保守や経済面でも有利である。

加えて、本発明において、前記本体フレームに少なくとも前後方向の傾斜を検知する傾斜計が備えられており、ウェイトブームのスライド量が前記傾斜計により検知された本体フレームの前後方向の傾斜を加味して設定される場合には、前後方向の移動距離による重量の変化だけでなく上下方向への加重も紙されるので特に傾斜地を走行したり、傾斜地で掘削作業をする場合にも安定した姿勢をとることができる。

本発明によれば、大深海の凹凸や傾斜地である海底であっても安定した状態で走行ならびに掘削作業を行うことができるばかりか水圧が高い深海であっても海水が掘削部の前後方向移動の駆動部分に進入することがなく保守が簡単であるだけでなく海水による故障の心配もない。更に、ウェイトを備えたことにより高水圧や潮流に対しても安定した状態で
走行ならびに掘削作業ができる。

本発明の好ましい実施の形態を示す側面図である。 図１に示した実施の形態について掘削ドラムを前方へ移動させた状態における側面図である。 図１に示した実施の形態における正面図である。 図１に示した実施の形態における各フレームの作動状態を示す説明図である。 図１に示した実施の形態における掘削状態の説明図である。

以下に、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。

図面は本発明の好ましい実施の形態の側面図を示すものであり、海底鉱床掘削機１は、本体フレーム２に左右一対のクローラ３，３が備えられており、このクローラ３，３は陸上で使用されるものと変わりなく例えば後方の駆動輪３１に配置したモータや減速機などの本体フレームに搭載される駆動手段（図示せず）により走行するものであり、本実施の形態では船上から例えば有線により運転される。

また、前記本体フレーム２には前後方向へスライド可能なスライドブーム４が配置されているとともに、このスライドブーム４の先方に前記海底鉱床を掘削する掘削ドラム４１が、伸縮シリンダにより駆動して掘削ドラム４１を上下左右方向に揺動する掘削ブーム４２を介して固着している。

更に、本体フレーム２には、ウェイト５１を後方に配置して本体フレーム２の前後方向へスライドするウェイトブーム５が配置されている。このウェイトブーム５は図４に示すように、スライドブーム４とウェイトブーム５のスライドが互いに干渉しないように且つそれらの一部に前後方向への重なり部６を有しており、本実施の形態ではこの重なり部にスライドブーム４とウェイトブーム５とがラック４４、５２とこれらの間に介装されるピニオンギヤ７１とからなるラック機構７が配置されている。

従って、スライドブーム４が前後方向へスライドすると、自動的に反対の方向へウェイトブーム５がスライドする。また、前記ラック機構７を構成するピニオンギヤ７１が１つの場合にはスライドブーム４に対するウェイトブーム５の移動量は等しいが、例えばピニオンギヤを例えば３個以上（奇数個）使用して外側のギヤ比を予め所定の値に設定しておくことによりスライドブーム４に対するウェイトブーム５の移動量を予め設定することもできる。

以上の構成を有する本実施の形態は、船上からワイヤなどにより吊り下げて海底へ沈降させ、船上からの操作により海底を走行させる。このとき、本実施の形態では走行手段としてクローラ３を用いているので海底に凹凸があったり傾斜面であっても支障なく迅速に且つ方向を問わずに走行可能であり、また所定の掘削箇所で確実に停止させることができる。

特に、本実施の形態では、本体フレーム２にウェイト５１を搭載しているので、深海における水圧や潮流の影響を少なくして走行ならびに停止することができる。

本実施の形態は、海底を移動するときには、掘削ドラム４１を固着したスライドフレーム４を本体フレーム２側にスライドさせた状態（図１に示した状態）で海底を走行させる
。

そして、図５（ａ）の平坦な海底の場合、図５（ｂ）の傾斜している海底（鉱床）において、海底鉱床８を掘削ドラム４１により掘削する。このとき、本実施の形態では掘削ドラム４１が伸縮シリンダを有する掘削ブーム４２により上下左右方向に揺動するので一定の箇所に停止させた状態で上下左右の広範囲に掘削することができる。

また、海底では水圧や潮流などの影響もあり、海底鉱床掘削機１を例えばアウトリガーのような固定具（図示せず）により海底に固定した状態で掘削作業を行うことになり掘削を進行させるには掘削ドラム４１を前進させる必要がある。このとき、本実施の形態では掘削ドラム４１を本体フレームに設置しているスライドブーム４を前進させる（図２参照）。

このとき、本実施の形態では、スライドブーム４とウェイトブーム５とに素ラック機構７が配置されているのでスライドブーム４の前進に伴ってウェイトブーム５が後進し、ウェイトブーム５に搭載されているウェイト５１が後方位置へと移動し、掘削ドラム４１の前進により生じる前後方向の重量バランスを平衡に保ち、安定した状態で掘削作業をすることができる。

尚、本実施の形態では図４に示すように、ラック機構７としてスライドブーム４とウェイトブーム５とに付設されたラック４４、５２とこれらの間に介装される１つのピニオンギヤ７１とから構成されるので、スライドブーム４の移動量とウェイトブーム５との移動量とが比例する構成であり、特に、海底鉱床掘削機１が比較的平滑なにおいて、つまり、海底鉱床掘削機１が前後方向に傾くことなく，或いは傾きが少ない場合に有効であり、図４に示したように斜面を走行したり斜面で作業をする場合には、ラック装置７のギヤの数を複数としておき変速させるかウェイト５１を異なる重量のものに載せ替えるとよい。

また、本実施の形態ではスライドブーム４の移動に伴ってウェイトブーム５を自動的に反対方向へ移動させる手段としてラック機構を用いたが、たとえばプーリと索条を用いたものなど他の機構であってもよい。

１ 海底鉱床掘削機、２ 本体フレーム、３ クローラ、４ スライドフレーム、５ ウェイトブーム、７ ラック機構、３１ 駆動源、４１ 掘削ドラム、４３ 駆動手段、４４ ラック、５１ ウェイト、５２ ラック、７１ ピニオンギヤ

Claims (4)

1. 海底および海底鉱床上を走行する左右一対のクローラが備えられている本体フレームに前後方向にスライド可能なスライドブームが配置されているとともに、前記スライドブームの先方に前記海底鉱床を掘削する掘削ドラムが上下左右に揺動可能に備えられている掘削ブームを介して搭載されており、前記掘削ブームが前記スライドブームに固着されていることを特徴とする海底鉱床掘削機。
2. 前記本体フレームにウェイトを後方に配置したウェイトブームが前後方向にスライド可能に配置されているとともに、前記ウェイトブームが前記スライドブームのスライド方向およびスライド量に応じて所定のスライド量だけ反対方向へスライドすることを特徴とする請求項１に記載の海底鉱床掘削機。
3. 前記スライドブームとウェイトブームとがラック機構または索条機構により互いに反対方向へ所定のスライド量だけスライドすることを特徴とする請求項２に記載の海底鉱床掘削機。
4. 前記本体フレームに少なくとも前後方向の傾斜を検知する傾斜計が備えられており、ウェイトブームのスライド量が前記傾斜計により検知された本体フレームの前後方向の傾斜を加味して設定されることを特徴とする請求項２に記載の海底鉱床掘削機。
   
   
   

Images