(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルボーリングマシンのためのカッターアセンブリであって、該カッターアセンブリは、
シャフトと、
該シャフトに回転可能に据え付けられているカッターリングアセンブリと、
該シャフトの一端に取り付けられている第一の端保持部および該シャフトの反対の端に取り付けられている第二の端保持部であって、該第一の端保持部は、固定保持部であって、該固定保持部は、該固定保持部を通る圧力ポートを有する、固定保持部と、外側表面が局所的な静水圧を受ける可動ピストン部分とを有し、該可動ピストン部分は、浮動保持部を含み、該浮動保持部は、ギャップが該固定保持部と該浮動保持部との間に画定されるように、該固定保持部にスライド可能に係合し、該ギャップは、該圧力ポートと流体的に連絡している、第一の端保持部および第二の端保持部と、
該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第一の端保持部に係合している第二の部分とを有する第一の回転シール群と、
該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第二の端保持部に係合している第二の部分とを有する第二の回転シール群と
を含み、
それにより、該第一の回転シール群は、潤滑剤に浸され、該潤滑剤は、該ポートと流体的に連絡し、該固定保持部と該浮動保持部との間の該ギャップを満たすことにより、該可動ピストン部分は、該局所的な静水圧の増加に応答して、該潤滑剤の圧力を増加させるように構成され、
さらに、該固定保持部は、環状チャンネルと外周とをさらに含み、さらに、該浮動保持部は、該環状チャンネルにスライド可能に係合する環状壁と、該固定保持部の該外周にスライド可能に係合する外壁とを含む、カッターアセンブリ。
【請求項２】
前記浮動保持部は、前記ギャップ内へ潤滑剤を注入することを容易にするためのスルーポートと、該スルーポートをシールするように閉じるプラグとをさらに含む、請求項１に記載のカッターアセンブリ。
【請求項３】
前記カッターリングアセンブリは、テーパーローラーベアリングを用いて前記シャフトに回転可能に据え付けられているハブと、該ハブから半径方向外側に延びているカッターリングとを含む、請求項１に記載のカッターアセンブリ。
【請求項４】
前記第一の回転シール群は、デュオコーンシールを含む、請求項１に記載のカッターアセンブリ。
【請求項５】
トンネルボーリングマシンのためのカッターアセンブリであって、該カッターアセンブリは、
シャフトと、
該シャフトに回転可能に据え付けられているカッターリングアセンブリと、
該シャフトの一端に取り付けられている第一の端保持部および該シャフトの反対の端に取り付けられている第二の端保持部であって、該第一の端保持部は、外側表面が局所的な静水圧を受ける可動ピストン部分を有する、第一の端保持部および第二の端保持部と、
該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第一の端保持部に係合している第二の部分とを有する第一の回転シール群と、
該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第二の端保持部に係合している第二の部分とを有する第二の回転シール群と
を含み、
該第一の回転シール群は、潤滑剤に浸され、
該可動ピストン部分は、該局所的な静水圧の増加に応答して、該潤滑剤の圧力を増加させるように構成され、
該第一の端保持部は、環状チャンネルを画定している外側表面であって、該環状チャンネルは、少なくとも１つの圧力ポートを有し、該少なくとも１つの圧力ポートは、該環状チャンネルから該第一の端保持部を通って延びることにより該第一の回転シール群の内側との流体的な連絡を提供する、外側表面と、該環状チャンネルにスライド可能に配置されている環状ピストンとを含み、該環状ピストンを該環状チャンネルに保持する手段をさらに含み、該環状ピストンは、該静水圧にさらされ、該環状ピストンと該圧力ポートとの間の該環状チャンネルの容積は、該潤滑剤で満たされている、カッターアセンブリ。
【請求項６】
前記少なくとも１つの圧力ポートは、複数の圧力ポートを含む、請求項５に記載のカッターアセンブリ。
【請求項７】
前記環状チャンネルに配置されている保持要素をさらに含み、該保持要素は、前記環状ピストンを該環状チャンネルに保持するように動作可能である、請求項５に記載のカッターアセンブリ。
【請求項８】
前記第一の回転シール群は、デュオコーンシールを含む、請求項５に記載のカッターアセンブリ。
【請求項９】
トンネルボーリングマシンのための圧力補償カッターアセンブリであって、該圧力補償カッターアセンブリは、
シャフトと、
該シャフトに回転可能に据え付けられているカッターリングアセンブリと、
該シャフトの一端に回転不可能に取り付けられている第一の端保持部と、該シャフトの反対の端に回転不可能に取り付けられている第二の端保持部と、
該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第一の端保持部に係合している第二の部分とを有する第一の回転シール群と、
該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第二の端保持部に係合している第二の部分とを有する第二の回転シール群と
を含み、
該第一および第二の回転シール群は、該シャフト、該カッターリングアセンブリ、および該第一および第二の端保持部によって画定されている閉じた容積内に封入され、さらに、該閉じた容積は、その他は潤滑剤で満たされ、
該第一の端保持部は可動部分を含み、該可動部分は、周囲の圧力にさらされた外側表面と、該潤滑剤にさらされた内側表面とを有し、それにより、該可動部分は、該周囲の圧力の増加に応答して、該潤滑剤の圧力を増加させ、
該第一の端保持部は、該潤滑剤と流体的に連絡している少なくとも１つの圧力ポートを有する固定保持部を含み、該可動部分は、浮動保持部を含み、該浮動保持部は、ギャップが該固定保持部と該浮動保持部との間に画定されるように、該固定保持部にスライド可能に係合し、該ギャップは、該潤滑剤で満たされ、
該固定保持部は、環状チャンネルと外周とをさらに含み、さらに、該浮動保持部は、該環状チャンネルにスライド可能に係合する環状壁と、該固定保持部の該外周にスライド可能に係合する外壁とを含む、圧力補償カッターアセンブリ。
【請求項１０】
前記浮動保持部は、前記ギャップ内へ潤滑剤を注入することを容易にするための少なくとも１つのスルーポートをさらに含む、請求項９に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
【請求項１１】
前記カッターリングアセンブリは、テーパーローラーベアリングを用いて前記シャフトに回転可能に据え付けられているハブと、該ハブから半径方向外側に延びているカッターリングとを含む、請求項９に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
【請求項１２】
前記第一の回転シール群は、デュオコーンシールを含む、請求項９に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の参照）
本願は、米国仮特許出願第６１／４４４，０８１号（２０１１年２月１７日出願）の利益を主張し、これによって、その全体が参照によって援用される。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
トンネルボーリングマシン（「ＴＢＭ」）は、典型的に土壌および岩の層を貫いてトンネルをボーリングするために使用される掘削装置である。従来のＴＢＭは、典型的に最小の副次的擾乱を伴い、滑らかな円形のトンネル壁を生成する。ＴＢＭを能率的かつ確実なものにした飛躍的進歩は、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｒｏｂｂｉｎｓによって開発された回転可能なカッターアセンブリを有する回転ヘッドの発明であった。初め、ＲｏｂｂｉｎｓのＴＢＭは、回転ヘッドに固定して据え付けられている頑丈なスパイクを使用したが、スパイクは頻繁に壊れた。彼は、これらのグラインディングスパイクを、より長い耐久力のある回転ディスクカッターアセンブリと取り替えることによって、この問題が、有意に低減されることを発見した。
【０００３】
したがって、現代のＴＢＭは、ヘッドに回転可能に据え付けられているディスクカッターアセンブリを有する回転ヘッドを用いる。ヘッドは、カッターアセンブリのうちの少なくともいくつかが対象の表面に係合するように、対象の表面に対して有意な力で動かされる。ヘッドが回転する場合、カッターは、材料を細分し、押しつぶし、かつ／またはばらばらにし、その材料は、ＴＢＭによって運び去られる。ばらばらにされた材料が除去される場合、ＴＢＭは、前進することによりトンネルをボーリングする。
【０００４】
多様な地盤の状況が、いくつかのトンネルの掘削において遭遇される。砂、マール、石灰岩、粘土、およびチョークは、すべて予期され得る。時々、いくつかのタイプの地盤が、同時に遭遇され得る。ディスクカッターアセンブリは、典型的に、極端な状況において動作しなければならず、高い負荷のもと確実に機能しなければならない。例えば、カッターディスクまたはブレードは、岩の表面に垂直に７５，０００ポンドよりも大きい力を働かせ得る。
【０００５】
トンネルボーリング軌道沿いの地下水面はまた、かなり変化し得る。いくつかの用途において、ＴＢＭは、非常に飽和した流動可能な材料に遭遇する。ゆるいかつ／または飽和した土壌の状況に遭遇する場合、カッターアセンブリへの静水圧は、有意であり得る。泥または他の異物がカッターベアリングアセンブリ内へ入る場合、カッターアセンブリは、動かなくなり、続行する前にカッターアセンブリを修理または取り替えることをユーザーに要求し得る。カッターアセンブリは、耐久性があり丈夫なシールを提供されることにより、ベアリングアセンブリ内への泥の侵入を避ける。しかし、シールを横切る静水負荷が有意に大きくなる場合、シールは、破られ得る。
【０００６】
高い静水圧の状況において動作するトンネルボーリングマシンのカッターアセンブリ内へ泥および他の異物が侵入することを防ぐための改良されたシールメカニズムに対するニーズが残されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（概要）
本概要は、簡単化された形態における概念のうちの選択されたものを紹介するために提供され、その概念は、詳細な説明において下記にさらに説明される。本概要は、請求された内容の重要な特徴を識別することは意図されず、本概要は、請求された内容の範囲を決定することを助けるものとして使用されることも意図されない。
【０００８】
例えば、非常に飽和した土壌および高い周囲の圧力における使用に適したトンネルボーリングマシンのためのカッターアセンブリが、開示される。カッターアセンブリは、シャフトと、シャフトに回転可能に据え付けられているカッターリングアセンブリと、シャフトに回転不可能に取り付けられている第一および第二の対向して配置されている端保持部とを含む。シール群（例えば、メカニカルフェースシールまたはデュオコーンシール）は、回転構成要素と非回転構成要素との間にシールを提供し、カッターアセンブリにおける利用可能な容積は、潤滑剤（例えば、オイル）で満たされる。カッターアセンブリが深い場所において動作させられる場合、シール群を横切る圧力の大きさは、端保持部のうちの少なくとも１つに可動ピストン部分を組み込むことによって低減される。可動ピストン部分は、局所的な周囲の圧力にさらされる外側表面を有し、可動ピストン部分は、周囲の圧力の増加に応答して、潤滑剤の圧力を増加させるように構成される。カッターリングアセンブリは、一体の構造として形成され得るか、または１つ以上のカッターリングが取り外し可能に取り付けられているハブを用いて形成され得る。
【０００９】
一実施形態において、端保持部のうちの少なくとも１つは、潤滑剤と流体的に連絡している圧力ポートを有する固定保持部と、固定保持部にスライド可能に係合することにより潤滑剤で満たされるギャップを画定する浮動保持部とを含む。浮動保持部は、固定保持部を受けるように構成される外壁と、固定保持部における環状チャンネルにスライド可能に係合するように構成される内壁とを含み得る。
【００１０】
一実施形態において、端保持部のうちの少なくとも１つは、端保持部を通って延びている圧力ポートを有する外側に面している環状チャンネルと、チャンネルにスライド可能に配置されるリング型ピストンとを含む。潤滑剤は、チャンネルとピストンとの間の容積を満たす。増加する周囲の圧力が、潤滑剤の圧力を増加させるように、リング型ピストンは、局所的な周囲の圧力にさらされる。チャンネルは、複数の圧力ポートを含み得る。
【００１１】
一実施形態において、端保持部のうちの少なくとも１つは、複数の円筒形くぼみと対応するポートとを含み、その対応するポートは、くぼみから端保持部を通って延びる。ピストンは、各くぼみにスライド可能に配置され、各ピストンとポートとの間の容積は、潤滑剤で満たされる。一実施形態において、拡張可能シールが、各くぼみの上に提供される。
【００１２】
一実施形態において、トンネルボーリングマシンのための圧力補償カッターアセンブリは、シャフトと、シャフトに回転可能に据え付けられているカッターリングと、シャフトに回転不可能に取り付けられている第一の端保持部および第二の端保持部と、潤滑剤に浸されかつカッターリングと第一および第二の端保持部との間に配置されているシール群と、外部の周囲の圧力の少なくとも一部を潤滑剤に伝えるように構成された、端保持部のうちの少なくとも１つに組み込まれたピストン手段とを含む。
本発明はさらに、例えば、以下を提供する。
（項目１）
トンネルボーリングマシンのためのカッターアセンブリであって、該カッターアセンブリは、
シャフトと、
該シャフトに回転可能に据え付けられているカッターリングアセンブリと、
該シャフトの一端に取り付けられている第一の端保持部および該シャフトの反対の端に取り付けられている第二の端保持部であって、該第一の端保持部は、外側表面が局所的な静水圧を受ける可動ピストン部分を有する、第一の端保持部および第二の端保持部と、
該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第一の端保持部に係合している第二の部分とを有する第一の回転シール群と、
該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第二の端保持部に係合している第二の部分とを有する第二の回転シール群と
を含み、
該第一の回転シール群は、潤滑剤に浸され、
該可動ピストン部分は、周囲の圧力の増加に応答して、該潤滑剤の圧力を増加させるように構成されている、
カッターアセンブリ。
（項目２）
前記第一の端保持部は、
固定保持部であって、該固定保持部は、該固定保持部を通る少なくとも１つの圧力ポートを有し、該圧力ポートは、前記潤滑剤と流体的に連絡している、固定保持部と、
該第一の端保持部の前記可動ピストン部分と
を含み、
該可動ピストン部分は、浮動保持部を含み、該浮動保持部は、ギャップが該固定保持部と該浮動保持部との間に画定されるように、該固定保持部にスライド可能に係合し、該ギャップは、該少なくとも１つの圧力ポートと流体的に連絡し、該ギャップも、該潤滑剤で満たされている、項目１に記載のカッターアセンブリ。
（項目３）
前記固定保持部は、環状チャンネルと外周とをさらに含み、さらに、前記浮動保持部は、該環状チャンネルにスライド可能に係合する環状壁と、該固定保持部の該外周にスライド可能に係合する外壁とを含む、項目２に記載のカッターアセンブリ。
（項目４）
前記浮動保持部は、前記ギャップ内へ潤滑剤を注入することを容易にするためのスルーポートと、該スルーポートをシールするように閉じるプラグとをさらに含む、項目２に記載のカッターアセンブリ。
（項目５）
前記カッターリングアセンブリは、テーパーローラーベアリングを用いて前記シャフトに回転可能に据え付けられているハブと、該ハブから半径方向外側に延びているカッターリングとを含む、項目２に記載のカッターアセンブリ。
（項目６）
前記第一の回転シール群は、デュオコーンシールを含む、項目２に記載のカッターアセンブリ。
（項目７）
前記第一の端保持部は、環状チャンネルを画定している外側表面であって、該環状チャンネルは、少なくとも１つの圧力ポートを有し、該少なくとも１つの圧力ポートは、該環状チャンネルから該第一の端保持部を通って延びることにより前記第一の回転シール群の内側との流体的な連絡を提供する、外側表面と、該環状チャンネルにスライド可能に配置されている環状ピストンとを含み、該環状ピストンは、前記静水圧にさらされ、該環状ピストンと該圧力ポートとの間の該環状チャンネルの容積は、前記潤滑剤で満たされている、項目１に記載のカッターアセンブリ。
（項目８）
前記少なくとも１つの圧力ポートは、複数の圧力ポートを含む、項目７に記載のカッターアセンブリ。
（項目９）
前記環状チャンネルに配置されている保持要素をさらに含み、該保持要素は、前記環状ピストンを該環状チャンネルに保持するように動作可能である、項目７に記載のカッターアセンブリ。
（項目１０）
前記第一の回転シール群は、デュオコーンシールを含む、項目７に記載のカッターアセンブリ。
（項目１１）
前記第一の端保持部は、該第一の端保持部の外側表面に画定されている複数の円筒形くぼみと、該複数の円筒形くぼみのうちの対応する１つから前記第一の回転シール群まで延びている複数の圧力ポートと、該複数の円筒形くぼみのうちの対応する１つにスライド可能に配置されている複数のピストンとを含み、該複数のピストンは、前記静水圧にさらされている、項目１に記載のカッターアセンブリ。
（項目１２）
複数の拡張可能シールをさらに含み、各拡張可能シールは、前記複数の円筒形くぼみのうちの対応する１つの外縁の近くに取り付けられている、項目１１に記載のカッターアセンブリ。
（項目１３）
トンネルボーリングマシンのための圧力補償カッターアセンブリであって、該圧力補償カッターアセンブリは、
シャフトと、
該シャフトに回転可能に据え付けられているカッターリングアセンブリと、
該シャフトの一端に回転不可能に取り付けられている第一の端保持部と、該シャフトの反対の端に回転不可能に取り付けられている第二の端保持部と、
該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第一の端保持部に係合している第二の部分とを有する第一の回転シール群と、
該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第二の端保持部に係合している第二の部分とを有する第二の回転シール群と、
を含み、
該第一および第二の回転シール群は、該シャフト、該カッターリングアセンブリ、および該第一および第二の端保持部によって画定されている閉じた容積内に封入され、さらに、該閉じた容積は、その他は潤滑剤で満たされ、
該第一の端保持部は可動部分を含み、該可動部分は、周囲の圧力にさらされた外側表面と、該潤滑剤にさらされた内側表面とを有し、該可動部分は、該周囲の圧力の増加に応答して、該潤滑剤の圧力を増加させる
圧力補償カッターアセンブリ。
（項目１４）
前記第一の端保持部は、前記潤滑剤と流体的に連絡している少なくとも１つの圧力ポートを有する固定保持部を含み、前記可動部分は、浮動保持部を含み、該浮動保持部は、ギャップが該固定保持部と該浮動保持部との間に画定されるように、該固定保持部にスライド可能に係合し、該ギャップは、該潤滑剤で満たされている、項目１３に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
（項目１５）
前記固定保持部は、環状チャンネルと外周とをさらに含み、さらに、前記浮動保持部は、該環状チャンネルにスライド可能に係合する環状壁と、該固定保持部の該外周にスライド可能に係合する外壁とを含む、項目１４に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
（項目１６）
前記浮動保持部は、前記ギャップ内へ潤滑剤を注入することを容易にするための少なくとも１つのスルーポートを含む、項目１４に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
（項目１７）
前記カッターリングアセンブリは、テーパーローラーベアリングを用いて前記シャフトに回転可能に据え付けられているハブと、該ハブから半径方向外側に延びているカッターリングとを含む、項目１４に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
（項目１８）
前記第一の回転シール群は、デュオコーンシールを含む、項目１４に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
（項目１９）
前記第一の端保持部は、環状チャンネルを画定している外側表面であって、該環状チャンネルは、少なくとも１つの圧力ポートを有し、該少なくとも１つの圧力ポートは、該環状チャンネルから該第一の端保持部を通って延び、該少なくとも１つの圧力ポートは、前記第一の回転シール群と流体的に連絡している、外側表面と、該環状チャンネルにスライド可能に配置されている環状ピストンとを含み、該環状ピストンは、前記周囲の圧力にさらされている、項目１４に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
（項目２０）
前記少なくとも１つの圧力ポートは、複数の圧力ポートを含む、項目１９に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
（項目２１）
前記少なくとも１つの圧力ポートと前記環状ピストンの内側に配置されている前記環状チャンネルの部分とは、前記潤滑剤で満たされている、項目１９に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
（項目２２）
前記環状チャンネルに配置されている保持要素をさらに含み、該保持要素は、前記環状ピストンを該環状チャンネルに保持するように動作可能である、項目１９に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
（項目２３）
前記第一の端保持部は、該第一の端保持部の外側表面に画定されている複数の円筒形くぼみと、該複数の円筒形くぼみのうちの対応する１つから前記第一の回転シール群まで延びている複数の圧力ポートと、該複数の円筒形くぼみのうちの対応する１つにスライド可能に配置されている複数のピストンとを含み、該複数のピストンは、前記周囲の圧力にさらされている、項目１３に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
（項目２４）
複数の拡張可能シールをさらに含み、各拡張可能シールは、前記複数の円筒形くぼみのうちの対応する１つの外縁の近くに取り付けられている、項目２３に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
（項目２５）
圧力補償カッターアセンブリであって、該圧力補償カッターアセンブリは、
シャフトと、
該シャフトに回転可能に係合しているカッターリングアセンブリと、
両方が該シャフトに回転不可能に係合している第一の端保持部および第二の端保持部と、
該カッターアセンブリの中に封入された容積の中に配置され、該カッターリングアセンブリと該第一の端保持部との間にシールを提供するように構成されている第一のシール群と、
該カッターアセンブリの中に封入された容積の中に配置され、該カッターリングアセンブリと該第二の端保持部との間にシールを提供するように構成されている第二のシール群と
を含み、
該封入された容積は、潤滑剤で満たされ、該第一および第二の端保持部のうちの少なくとも１つは、ピストン手段を含み、該ピストン手段は、周囲の静水圧の増加に応答して、該潤滑剤の圧力を増加させるように構成されている、
圧力補償カッターアセンブリ。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
（図面の説明）
上述の局面および本発明の付随する利点の多くが以下の詳細な説明への参照によってよりよく理解されるように、上述の局面および本発明の付随する利点の多くは、添付の図面と共に考慮される場合、より容易に認識される。
【図１】図１は、先行技術のカッターアセンブリの正面断面図である。
【図２】図２は、本発明に従った圧力補償カッターアセンブリの第一の実施形態の正面断面図である。
【図３】図３は、図２に示されたカッターアセンブリの圧力補償保持アセンブリの側面断面図である。
【図４】図４は、本発明に従った圧力補償カッターアセンブリの第二の実施形態の正面断面図である。
【図５】図５は、図４に示されたカッターアセンブリの側面図である。
【図６】図６は、図４に示されたカッターアセンブリの圧力ポートのクローズアップを示す詳細な断面図である。
【図７】図７は、本発明に従った圧力補償カッターアセンブリの第三の実施形態の透視図である。
【図８】図８は、図７に示されたカッターアセンブリの正面断面図である。
【図９】図９は、図７に示されたカッターセンブリのピストンおよび圧力ポートを示す詳細な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（詳細な説明）
図１は、トンネルボーリングマシンのための先行技術のカッターアセンブリ８０の断面図である。例示的なトンネルボーリングマシンは、米国特許第７，８３２，９６０号に開示され、これによって、その全体が参照によって援用される。
【００１５】
カッターアセンブリ８０は、ＴＢＭ回転ヘッドに固定して取り付けられるように構成されているシャフト８１を含む。環状のカッターリング８２は、保持リング８４を用いてハブ８３に取り付けられることにより、リングアセンブリ８５を形成する。リングアセンブリ８５は、一対のベアリングアセンブリを用いてシャフト８１に回転可能に据え付けられ、その一対のベアリングアセンブリは、内側ベアリングレース８７と、外側ベアリングレース８８と、複数のテーパーローラーベアリング８９とを含む。一対の端保持部９０、９１は、ハブ８３の両側に配置される。動作中、リングアセンブリ８５は、シャフト８１まわりに回転可能であり、端保持部９０、９１は、シャフト８１に固定される。
【００１６】
回転シール群９２は、端保持部９０、９１の各々とリングアセンブリ８５との間のインターフェースに提供される。カッターアセンブリのための回転シール群は、典型的に、デュオコーンシールとも呼ばれるメカニカルフェースシールである。特定のデュオコーンシールアセンブリは、米国特許第３，９８５，３６６号に開示され、これによって、その全体が参照によって援用される。メカニカルフェースシールは、最も不利な状況において作動する機器を保護するために開発され、メカニカルフェースシールは、一対の環状の金属シールリング９３と、一対の弾性のある円環状部材９４（例えば、Ｏリング）とを含む。外側金属シールリング９３は、関連した端保持部９０または９１に円環状部材９４を通して係合して固定され、関連した内側金属シールリング９３は、リングアセンブリ８５に円環状部材９４を通して係合する。２つの関連した金属シールリング９３は、接触することにより、可動式のシールインターフェースを形成する。典型的に、端保持部９０、９１間の利用可能な内部容積は、潤滑剤（例えば、オイルまたはグリース）で満たされる。
【００１７】
回転シール群９２は、シールを提供することにより、ベアリングアセンブリを損傷または破壊し得る泥の侵入を防ぐ。メカニカルフェースシールは、非常に厳しい環境において確実なシール保護を提供するように特別に設計された。しかし、カッターアセンブリ８０が、高い静水圧負荷を有する環境（例えば、飽和した媒質における有意な深さ）において使用される場合、外圧は、回転シール群９２に打ち勝ち、それは、カッターアセンブリの破損をもたらし得る。
【００１８】
図２は、本発明に従った圧力補償カッターアセンブリ１００の断面図である。圧力補償カッターアセンブリ１００は、上記に論じられた先行技術のカッターアセンブリ８０と多くの局面において類似している。ハブ１０３に据え付けられて保持リング１０４を用いて固定された環状のカッターリング１０２を含むリングアセンブリ１０５が、示される。リングアセンブリの他の構成が、想定される。例えば、代替実施形態において、カッターリングおよびハブは、現在好ましいアセンブリのようにではなく、１つの一体の構成要素として形成され得る。リングアセンブリ１０５は、左および右ベアリングアセンブリを用いてシャフト１０１に回転可能に据え付けられ、各ベアリングアセンブリは、内側レース１０７と、外側レース１０８と、ベアリングケージ１０６に捕捉された複数のテーパーローラーベアリング１０９とを含む。メカニカルフェースシールを含む一対の回転シール群１１２は、ベアリングアセンブリに保護を提供する。
【００１９】
従来の端保持部１１０が、片側（図２における左側）においてシャフト１０１に取り付けられ、圧力補償保持アセンブリ１１５が、反対側（図２における右）においてシャフト１０１に取り付けられる。本実施形態において、圧力補償端保持部１１５は、固定保持部１１６と、浮動保持部１１７とを含み、その浮動保持部１１７は、下記で論じられるように、カッターアセンブリ１００における潤滑剤の圧力を増加させるためのピストンとして機能する。
【００２０】
固定保持部１１６は、シャフト１０１に固定され、浮動保持部１１７は、固定保持部１１６にスライド可能に係合する。本実施形態において、固定保持部１１６は、ねじを切られた中心開口部１１８を有し、そのねじを切られた中心開口部１１８は、シャフト１０１上の対応するねじ山に係合する。
【００２１】
次に、圧力補償保持アセンブリ１１５の断面図を分離して示す図３も参照されたい。固定保持部１１６は、回転シール群１１２の非回転部分に係合するように構成されている周縁内側くぼみ部分１１９を有する。１つ以上の開口部１２０は、くぼみ部分１１９を通して提供される。例えば、本実施形態において、４つの均等に間隔をあけられた開口部１２０が、提供される（図３において、２つが見える）。外部環状スロット１２１はまた、くぼみ部分１１９と中心開口部１１８との間の半径方向の位置に提供される。
【００２２】
浮動保持部１１７は、一般に、固定保持部１１６の外周にスライド可能に係合するようにサイズを合わせられかつ配置されている外壁１２２と、環状スロット１２１にスライド可能に係合するようにサイズを合わせられかつ配置されている内壁１２３とを有するＵ字断面を有する環状リングである。第一のＯリング１２４は、浮動保持部１１７の外壁１２２と固定保持部１１６との間にシールを提供する。一対のＯリング１２５、１２６は、内壁１２３と固定保持部１１６の環状スロット１２１との間にシールを提供する。浮動保持部１１７を通る１つ以上のねじを切られた開口部１２７は、固定保持部１１６と浮動保持部１１７との間のギャップ１２９内へ潤滑剤を注入する手段を提供する。ねじを切られた開口部１２７は、対応するねじプラグ１２８を用いて閉じられる。
【００２３】
次に、カッターアセンブリ１００における利用可能な容積がさらに、潤滑剤で満たされることを思い出すと、圧力補償カッターアセンブリ１００の動作は、認識され得る。カッターアセンブリ１００における静水圧が増加する場合（例えば、ボーリング動作が、有意な深さにおいて非常に飽和した地盤に遭遇する場合）、高い静水圧は、浮動保持部１１７を固定保持部１１６の方へ内側に動かし、ギャップ１２９におけるオイル（または、他の潤滑剤）を加圧し、それによって、シール群１１２後方の容積を加圧する。したがって、シール群１１２を横切る圧力差は、浮動保持部１１７のはたらきによって自動的に小さいままであり、ベアリングアセンブリ内への異物侵入のリスクは、大いに減らされる。
【００２４】
本発明に従った圧力補償カッターアセンブリ２００の別の実施形態が、図４〜６に示される。図４は、カッターアセンブリ２００の断面図であり、図５は、カッターアセンブリ２００の側面図であり、図６は、圧力ポートのクローズアップを示す詳細な断面図である。
【００２５】
本例示的実施形態は、ハブ２０３に据え付けられ、保持リング２０４を用いて固定された２つのカッターリング２０２および歯状突起のあるスペーサー２１１を有するダブルディスクカッターアセンブリ２００を図示する。上記に論じられたベアリングアセンブリと同様に、ベアリングアセンブリ２０７は、リングアセンブリ２０５を中心シャフト２０１に回転可能に連結する。対向して配置されている圧力補償端保持部２１５は、シャフト２０１に固定され、例えば、端保持部２１５は、ボルト２０６を用いてシャフト２０１に取り付き得る。上記に開示されたものと同様に、一対の回転シール群２１２は、回転構成要素と固定構成要素との間にシールを提供する。
【００２６】
本実施形態において、端保持部２１５は、各々、外向きに開いた環状チャンネル２３０を画定する。複数のポート２１６は、環状チャンネル２３０からカッターアセンブリ２００の内部まで端保持部２１５を通って延びる。環状ピストン２３１は、チャンネル２３０にスライド可能に配置され、環状ピストン２３１は、Ｏリング２２４を用いて環状チャンネル２３０の壁にシールするように係合する。環状ピストン２３１は、Ｃクリップ２３２または同様のものを用いてチャンネル２３０に保持され得る。
【００２７】
上記に論じられたように、カッターアセンブリ２００の内部は、潤滑剤（例えば、オイル）で満たされる。本実施形態において、ポート２１６および環状チャンネル２３０の内側部分も、オイルで満たされる。
【００２８】
次に、カッターアセンブリが高い静水圧に遭遇する場合、外圧Ｐは、環状ピストン２３１を内側に押し、オイルを加圧して、ポート２１６を通じて押し、それによって、シール群２１２を横切る圧力がほぼ均一にされるように、回転シール群２１２の後方の領域を加圧する傾向があることが認識される。したがって、シール群２１２を横切る圧力差は、環状ピストン２３１のはたらきによって小さいままであり、ベアリングアセンブリ内への異物侵入のリスクは、大いに減らされる。
【００２９】
本発明に従った圧力補償カッターアセンブリ３００の別の実施形態が、図７〜９に示される。図７は、カッターアセンブリ３００の透視図であり、図８は、カッターアセンブリ３００の断面図であり、図９は、圧力ポートのクローズアップを示す詳細な断面図である。
【００３０】
カッターアセンブリ３００はまた、上記に説明されたカッターアセンブリ２００と同様に、保持リング３０４を用いてハブ３０３に据え付けられている２つのカッターリング３０２および歯状突起のあるスペーサー３１１を有するダブルディスクカッターである。一対のテーパーローラーベアリングアセンブリ３０７は、リングアセンブリ３０５を中心シャフト３０１に回転可能に連結する。対向して配置されている圧力補償端保持部３１５はまた、シャフト３０１に取り付けられる。一対のメカニカルフェースシールの回転シール群３１２は、回転リングアセンブリ３０５と固定構成要素との間にシールを提供する。
【００３１】
本実施形態において、端保持部３１５は、各保持部３１５の外側表面上の複数の円筒形くぼみ３３０を含み、その複数の円筒形のくぼみ３３０は、関連したポート３１６を通ってカッターアセンブリ３００の内部に接続する。浮動ディスク型ピストン３３１は、各くぼみ３３０に配置され、浮動ディスク型ピストン３３１は、Ｏリング３２４によって円筒形くぼみ３３０にシールするように係合する。円形にひだをつけられたまたはその他拡張可能なシール３３３は、泥および他の異物から円筒形くぼみ３３０を保護する。シール３３３は、Ｃクリップ３３２または同様のものを用いてくぼみ３３０に保持され得る。
【００３２】
上記の実施形態の場合と同様に、カッターアセンブリ３００は、潤滑剤で満たされ、円筒形くぼみ３３０は、少なくとも関連したピストン３３１から内側に配置されている部分について、同様に潤滑剤で満たされる。図９に表示されているように、カッターアセンブリ３００が、外部静水圧Ｐを受ける場合、ピストン３３１は、内側に動かされ、関連したくぼみ３３０における潤滑剤を加圧し、それによって、カッターアセンブリ３００の内部を加圧する。したがって、カッターアセンブリ３００の内部における圧力は、外部静水圧Ｐにほぼ釣り合う。
【００３３】
本実施形態において、３つの円筒形くぼみ３３０を有する端保持部３１５が示されているが、より多いまたはより少ない圧力補償メカニズムが利用され得ることが、容易に認識される。
【００３４】
同様に、拡張可能シール３３３に対応する外部伸張可能シールが、当業者にとって明白であるわかりやすい変化を用いて、上記の第二の開示された実施形態２００に組み込まれ得ることが認識される。
【００３５】
本発明の好ましい実施形態が、図示されかつ説明されてきたが、種々の変化が、本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、本発明の好ましい実施形態に対してなされ得ることが、認識される。
【００３６】
排他的な所有権または特許権が請求される本発明の実施形態は、特許請求の範囲に定義される。
【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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