JP5351826B2 - 水中採鉱機用カッターヘッド - Google Patents

Description

本発明は、例えば、水底鉱床を採掘する水中採鉱システムの一構成要素である採鉱機（採掘機）のブームの先端部に取り付けられて、水底鉱床を掘削する水中採鉱機用カッターヘッドに関するものである。

海底において掘削する掘削機（採鉱機：採掘機）としては、例えば、特許文献１に開示された無索無人水中掘削機が知られている。

特開平１０−２１２７３４号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された無索無人水中掘削機１０のラダー（ブーム）１４の先端部に配置されたカッターヘッドは、ツインドラムカッタ１１であり、掘削ズリが下方（海底面）に転がり落ちてしまう。そのため、上記特許文献１に開示された発明では、海底面に転がり落ちた掘削ズリを拾い集める水中ズリ処理機３０が必要となり、水底鉱床を採掘する場合等には不向きである（採用することができない）。

また、ツインドラムカッタ１１では、一方向（水平方向）の掘削反力は相殺されることになるが、他方向（鉛直方向）の反力は残ることになる。他方向の反力は、掘削機を動かす力として掘削機に作用することになるので、ツインドラムカッタ１１を備えた掘削機では、他方向の反力を支持するクローラやアウトリガーを大型化しなければならず、掘削機自体が大型化してしまうといった問題点があった。

さらに、ツインドラムカッタ１１では、一方のドラムカッタと他方のドラムカッタとの間に削り残し部ができてしまい、掘削効率が思わしくないといった問題点もあった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、水平方向および鉛直方向の反力を相殺することができ、掘削効率を向上させることができる水中採鉱機用カッターヘッドを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る水中採鉱機用カッターヘッドは、水底に配置された水中採鉱機に取り付けられて、水底を掘削する水中採鉱機用カッターヘッドであって、平面視において正多角形状をなす各辺上に配置され、その外周面にビットを備えるとともに、第１の駆動源により第１の回転軸線周りに回転させられる円筒状のカッタードラムと、前記正多角形状の中央部に配置されて、前記ビットにより掘削された掘削ズリを受け入れる吸込口とを備え、前記ビットが前記吸込口に向かって順次進むように、前記カッタードラムの回転方向が設定されている。

本発明に係る水中採鉱機用カッターヘッドによれば、ビットにより掘削された掘削ズリは、順次吸込口に送られ、回収されることになるので、海底面に転がり落ちた掘削ズリを拾い集める水中ズリ処理機等の装置を不要とすることができる。
また、カッタードラムは、平面視において正多角形状（例えば、正方形状）をなす各辺上に配置されているので、水平方向および鉛直方向の反力を相殺することができる。

上記水中採鉱機用カッターヘッドにおいて、カッター支持アームを介して前記カッタードラムが取り付けられるとともに、第２の駆動源により、前記正多角形状の中心を通る第２の回転軸線周りに回転させられる板状の旋回ベースを備えているとさらに好適である。

このような水中採鉱機用カッターヘッドによれば、カッタードラムは、旋回ベースとともに正多角形状の中心を通る第２の回転軸線周りに回転させられることになるので、隣り合うカッタードラムとカッタードラムとの間の削り残し部をなくすことができ、掘削効率を向上させることができる。

上記水中採鉱機用カッターヘッドにおいて、前記旋回ベースを、前記第２の回転軸線と直交する方向にスライドさせる第３の駆動源を備えているとさらに好適である。

このような水中採鉱機用カッターヘッドによれば、カッタードラムは、旋回ベースとともに第２の回転軸線と直交する方向にスライドさせられることになるので、対向するカッタードラムとカッタードラムとの間の削り残し部をなくすことができ、掘削効率をさらに向上させることができる。

本発明に係る水中採鉱機は、上記いずれかの水中採鉱機用カッターヘッドを具備している。

本発明に係る水中採鉱機によれば、掘削時における水平方向および鉛直方向の反力が相殺されることになるので、クローラやアウトリガーの大型化を回避することができ、水中採鉱機自体の大型化を回避することができる。

本発明に係る水中採鉱システムは、上記水中採鉱機を具備している。

本発明に係る水中採鉱システムによれば、海底面に転がり落ちた掘削ズリを拾い集める水中ズリ処理機等の装置が不要となり、水中採鉱機自体の小型化が図られることになるので、水中採鉱システム全体の簡素化を図ることができ、製造コストを低減させることができる。

本発明に係る水中採鉱機用カッターヘッドによれば、水平方向および鉛直方向の反力を相殺することができ、掘削効率を向上させることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る水中採鉱機用カッターヘッドを下方から見た斜視図である。 本発明の一実施形態に係る水中採鉱機用カッターヘッドを側方から見た断面図である。 本発明の一実施形態に係る水中採鉱機用カッターヘッドを下方から見た平面図である。 本発明の一実施形態に係る水中採鉱機用カッターヘッドを具備した水中採鉱機を構成要素とする水中採鉱システムの一具体例を示す概念構成図である。

以下、本発明の一実施形態に係る水中採鉱機用カッターヘッドについて、図１から図４を参照しながら説明する。図１は本実施形態に係る水中採鉱機用カッターヘッドを下方から見た斜視図、図２は本実施形態に係る水中採鉱機用カッターヘッドを側方から見た断面図、図３は本実施形態に係る水中採鉱機用カッターヘッドを下方から見た平面図、図４は本実施形態に係る水中採鉱機用カッターヘッドを具備した水中採鉱機を構成要素とする水中採鉱システムの一具体例を示す概念構成図である。

本実施形態に係る水中採鉱機用カッターヘッド（以下、「カッターヘッド」という。）２０は、例えば、図４に示すような水底鉱床Ｇを採掘する水中採鉱システム１の一構成要素である水中採鉱機（水中採掘機）２のブーム３の先端部に取り付けられて、水底鉱床Ｇを掘削するものである。
水中採鉱システム１は、水中採鉱機（以下、「採鉱機」という。）２と、揚鉱装置４と、採鉱母船５とを備えている。
採鉱機２は、カッターヘッド２０と、ブーム３と、クローラを有する走行装置６と、スラリーポンプ７と、フレキシブルな吸入管８とを備えている。そして、カッターヘッド２０で掘削された水底鉱床Ｇは、海水と一緒に吸入管８を介してスラリーポンプ７に吸引され、スラリーとなって後述のスラリーホース９内に圧送（送出）される。
なお、吸入管８は、ブーム３内および採鉱機２の本体内に配置され、その一端は、後述するカッターヘッド２０吸入口に接続され、その他端は、スラリーポンプ７の吸入口に接続されている。

揚鉱装置４は、フレキシブルなスラリーホース９と、高圧水中ポンプ（図示せず）を備えた水中ポンプユニット（サブシーポンプユニット）１０と、揚鉱管１１とを備えている。そして、スラリーポンプ７およびスラリーホース９を介して水中ポンプユニット１０まで揚げられたスラリーは、水中ポンプユニット１０を構成する高圧水中ポンプにより揚鉱管１１内に圧送（送出）される。

採鉱母船５には、スラリー処理システム（図示せず）が搭載されており、水中ポンプユニット１０および揚鉱管１１を介して採鉱母船５まで揚げられたスラリーは、スラリー処理システムにより水底鉱床Ｇとそれ以外のものとに分離される。そして、水底鉱床Ｇは回収され、それ以外のものは海中に棄てられる。

図１から図３の少なくとも一つの図に示すように、カッターヘッド２０は、四個のカッタードラム２１と、旋回ベース２２と、油圧（ロータリー）スイベル２３と、カッタードラム用油圧モータ（第１の駆動源）２４と、（第１の）旋回ベース用油圧モータ（第２の駆動源）２５とを備えている。
カッタードラム２１は、カッタードラム用油圧モータ２４により、（第１の）回転軸線（中心軸線）Ｃ周りに自転する円筒状の部材であり、その外周面には、複数個（本実施形態では十二個）のビット２６が螺旋状に配置されている。また、カッタードラム２１は、平面視において正方形状をなす各辺上に回転軸Ｃが位置するようにして配置されているとともに、カッター支持アーム２７を介して旋回ベース２２に取り付けられている。一方、ビット２６は、線対称に配置されて対向するカッタードラム２１の外周面に、螺旋（配列）方向が逆向きになるように、すなわち、線対称に配置されて対向する（対辺上に配置された）カッタードラム２１を回転させたときに、線対称に配置されたビット２６が順次出てくるように配置されている。

旋回ベース２２の中央部には、一端（図２において下端）に吸込口２８を有する排出管２９が貫通しているとともに、旋回ベース用油圧モータ２５の回転軸３０に固定された小（平）歯車３１と噛合する大（平）歯車３２が配置されている。
なお、大歯車３２は、旋回ベース２２の上面に固定され、旋回ベース２２および大歯車３２は、排出管２９に対して回転（公転）できるようになっている。

油圧スイベル２３は、固定部２３ａと回転部２３ｂとを備え、固定部２３ａは、図示しないフレーム（サポート部材）を介して排出管２９に固定され、回転部２３ｂは、パイプフレーム３３を介して大歯車３２に固定されている。そして、油圧スイベル２３の回転部２３ｂおよびパイプフレーム３３は、旋回ベース２２および大歯車３２とともに、排出管２９に対して回転（公転）できるようになっている。

カッタードラム用油圧モータ２４は、油圧スイベル２３を介して採鉱機２から供給された作動油によりカッターヘッド２０を回転軸線Ｃ周りに回転（自転）させる油圧モータであり、各カッターヘッド２０の内部に収容されている。また、カッタードラム用油圧モータ２４の回転方向は、ビット２６により掘削された水底鉱床Ｇが吸込口２８に向かうように、すなわち、カッタードラム２１の外周面に配置されたビット２６が、吸込口２８に向かって順次進むように、言い換えれば、対辺上に配置されたカッタードラム２１を回転させたときに、線対称に配置されたビット２６が下方から見て外側から内側に順次進み出てくるように設定されている。

旋回ベース用油圧モータ２５は、油圧スイベル２３を介して採鉱機２から供給された作動油により旋回ベース２２を排出管２９の中心軸線（長手方向軸線：第２の回転軸線）周りに回転（公転）させる油圧モータであり、旋回ベース２２の上面に立設されている（本実施形態では、旋回ベース２２の上面で、かつ、対向する位置に二個配置されている）。旋回ベース用油圧モータ２５の回転軸３０には、前述の大歯車３２と噛合する小歯車３１が固定されており、小歯車３１が一方向（図３において太い実線矢印で示す方向）に回転させられると、カッタードラム２１、カッター支持アーム２７、旋回ベース２２、大歯車３２、パイプフレーム３３、および油圧スイベル２３の回転部２３ｂが一方向に回転させられ、小歯車３１が他方向に回転させられると、カッタードラム２１、カッター支持アーム２７、旋回ベース２２、大歯車３２、パイプフレーム３３、および油圧スイベル２３の回転部２３ｂが他方向に回転させられるようになっている。
なお、旋回ベース用油圧モータ２５は、前述のフレーム（サポート部材）に固定され、排出管２９および油圧スイベル２３の固定部２３ａと同様、回転（公転）しないようになっている。

本実施形態に係るカッターヘッド２０によれば、ビット２６により掘削された掘削ズリは、順次吸込口２８に送られ、回収されることになるので、海底面に転がり落ちた掘削ズリを拾い集める水中ズリ処理機等の装置を不要とすることができる。
また、カッタードラム２１は、平面視において正方形状をなす各辺上に配置されているので、水平方向および鉛直方向の反力を相殺することができる。
また、カッタードラム２１は、旋回ベース２２とともに排出管２９の中心軸線（正多角形状の中心を通る第２の回転軸線）周りに回転させられることになるので、隣り合うカッタードラム２１とカッタードラム２１との間の削り残し部をなくすことができ、掘削効率を向上させることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更・変形が可能である。
例えば、旋回ベース２２を、排出管２９の中心軸線と直交する方向にスライドさせる（第２の）旋回ベース用油圧モータ（第３の駆動源）を備えているとさらに好適である。
このようなカッターヘッドによれば、カッタードラム２１は、旋回ベース２２とともに排出管２９の中心軸線と直交する方向にスライドさせられることになるので、対向するカッタードラム２１とカッタードラム２１との間の削り残し部をなくすことができ、掘削効率をさらに向上させることができる。

１ 水中採鉱システム
２ （水中）採鉱機
２０ （水中採鉱機用）カッターヘッド
２１ カッタードラム
２２ 旋回ベース
２４ カッタードラム用油圧モータ（第１の駆動源）
２５ （第１の）旋回ベース用油圧モータ（第２の駆動源）
２６ ビット
２７ カッター支持アーム
２８ 吸込口
Ｃ （第１の）回転軸線

Claims (5)

1. 水底に配置された水中採鉱機に取り付けられて、水底を掘削する水中採鉱機用カッターヘッドであって、
   平面視において正多角形状をなす各辺上に配置され、その外周面にビットを備えるとともに、第１の駆動源により第１の回転軸線周りに回転させられる円筒状のカッタードラムと、
   前記正多角形状の中央部に配置されて、前記ビットにより掘削された掘削ズリを受け入れる吸込口とを備え、
   前記ビットが前記吸込口に向かって順次進むように、前記カッタードラムの回転方向が設定されていることを特徴とする水中採鉱機用カッターヘッド。
2. カッター支持アームを介して前記カッタードラムが取り付けられるとともに、第２の駆動源により、前記正多角形状の中心を通る第２の回転軸線周りに回転させられる板状の旋回ベースを備えていることを特徴とする請求項１に記載の水中採鉱機用カッターヘッド。
3. 前記旋回ベースを、前記第２の回転軸線と直交する方向にスライドさせる第３の駆動源を備えていることを特徴とする請求項２に記載の水中採鉱機用カッターヘッド。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の水中採鉱機用カッターヘッドを具備していることを特徴とする水中採鉱機。
5. 請求項４に記載の水中採鉱機を具備していることを特徴とする水中採鉱システム。

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