(57)【要約】【課題】周囲の環境への汚染を低減し、各部の防錆化を図ることが可能な海水圧駆動装置、採鉱機、及び海水圧駆動装置の使用方法を提供する。【解決手段】海水圧駆動装置は、海底で作業を行う採鉱機の掘削ヘッドを駆動する海水圧駆動装置であって、作動流体である海水が流通する配管と、配管の一方の端部に接続され、配管内の水圧を調整可能な水圧源と、配管の他方の端部に接続され、配管内の水圧に応じて掘削ヘッドを駆動する駆動力を発生させるアクチュエータとを備え、配管、水圧源、及びアクチュエータは、少なくとも海水に接する部分が、樹脂材料と当該樹脂材料よりも強度が高い繊維材料とを含む複合材料を用いて形成される。【選択図】図２
2019044491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底で作業を行う採鉱機の掘削ヘッドを駆動する海水圧駆動装置であって、
作動流体である海水が流通する配管と、
前記配管の一方の端部に接続され、前記配管内の水圧を調整可能な水圧源と、
前記配管の他方の端部に接続され、前記配管内の水圧に応じて前記掘削ヘッドを駆動する駆動力を発生させるアクチュエータと
を備え、
前記配管、前記水圧源、及び前記アクチュエータは、少なくとも前記海水に接する部分が、樹脂材料と当該樹脂材料よりも強度が高い繊維材料とを含む複合材料を用いて形成される
海水圧駆動装置。
【請求項２】
前記配管は、前記採鉱機が海中に配置された状態で前記海中に接続される第１接続管を有し、
前記第１接続管は、前記海中から前記配管内に向かう前記海水を流通させ、前記配管内から前記海中に向かう前記海水の流通を規制する逆止弁を有する
請求項１に記載の海水圧駆動装置。
【請求項３】
前記水圧源は、前記採鉱機が前記海中に配置された状態で前記海中に接続される第２接続管と、前記配管内の水圧を上昇させる場合に前記第２接続管から前記海中の前記海水を取り込んで前記配管内に流すポンプと、を有する
請求項１又は請求項２に記載の海水圧駆動装置。
【請求項４】
前記アクチュエータは、前記配管に接続されたシリンダと、前記シリンダ内を移動するピストンと、を含むシリンダ機構を有する
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の海水圧駆動装置。
【請求項５】
前記アクチュエータは、複数の前記シリンダ機構と、複数の前記シリンダ機構の前記ピストンの移動により回転可能に配置されたロータと、を含むモータ機構を有する
請求項４に記載の海水圧駆動装置。
【請求項６】
前記シリンダ機構は、前記シリンダの内面と前記ピストンとの間に前記海水が流通可能な隙間を有する
請求項４又は請求項５に記載の海水圧駆動装置。
【請求項７】
前記アクチュエータは、前記海水を排出する排出管を有する
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の海水圧駆動装置。
【請求項８】
海底の地盤を掘削する掘削ヘッドと、
前記掘削ヘッドを駆動する請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の海水圧駆動装置と
を備える採鉱機。
【請求項９】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の海水圧駆動装置の使用方法であって、
前記作動流体である前記海水を前記配管内に配置させる海水配置ステップと、
前記水圧源により前記配管内の水圧を調整し、前記アクチュエータにおいて駆動力を発生させる駆動力発生ステップと
を含む海水圧駆動装置の使用方法。
【請求項１０】
前記配管は、前記採鉱機が海中に配置された状態で前記海中に接続される第１接続管を有し、
前記海水配置ステップは、前記採鉱機を前記海中に投入し、前記配管と前記海中との水圧差により前記第１接続管から前記配管に前記海水を流入させることを含む
請求項９に記載の海水圧駆動装置の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水圧駆動装置、採鉱機、及び海水圧駆動装置の使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
海底の地盤を掘削する採鉱機として、例えば油圧駆動装置により掘削ヘッドを駆動させる構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１４４９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の採鉱機を用いた場合、作動流体である作動油がシール部等から海中にリークし、海中の環境が汚染される可能性がある。また、逆にシール部等から海水が流入し、油圧駆動装置の配管、アクチュエータ内部等に錆が形成される可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、周囲の環境への汚染を低減し、各部の防錆化を図ることが可能な海水圧駆動装置、採鉱機、及び海水圧駆動装置の使用方法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】
【０００６】
本発明に係る海水圧駆動装置は、海底で作業を行う採鉱機の掘削ヘッドを駆動する海水圧駆動装置であって、作動流体である海水が流通する配管と、前記配管の一方の端部に接続され、前記配管内の水圧を調整可能な水圧源と、前記配管の他方の端部に接続され、前記配管内の水圧に応じて前記掘削ヘッドを駆動する駆動力を発生させるアクチュエータとを備え、前記配管、前記水圧源、及び前記アクチュエータは、少なくとも前記海水に接する部分が、樹脂材料と当該樹脂材料よりも強度が高い繊維材料とを含む複合材料を用いて形成される。
【０００７】
本発明によれば、作動流体を海水とすることにより、作動流体がリークした場合の周辺への汚染を低減できる。また、配管、水圧源及びアクチュエータが、樹脂材料と当該樹脂材料よりも強度が高い繊維材料とを含む複合材料を用いて形成されるため、軽量化及び防錆化を図ることができる。
【０００８】
また、前記配管は、前記採鉱機が海中に配置された状態で前記海中に接続される第１接続管を有し、前記第１接続管は、前記海中から前記配管内に向かう前記海水を流通させ、前記配管内から前記海中に向かう前記海水の流通を規制する逆止弁を有してもよい。
【０００９】
従って、採鉱機を海中に投入することで、ポンプ等を用いることなく、配管内と海中との水圧差を利用して海中から配管内に海水を取り込むことが可能となる。この場合、配管内と海中との間で水圧を平衡状態とすることができる。これにより、配管、水圧源及びアクチュエータは、作動流体の圧力に耐え得る構造であればよく、海底の水圧に対して耐水圧構造にする必要が無いため、構造の簡素化を図ることができる。また、逆止弁により、配管内の海水が海中に流出することを抑制できるため、水圧源により配管内の水圧を調整する場合、第１接続管から海水が漏出することを抑制し、配管内の水圧を効率的に調整できる。
【００１０】
また、前記水圧源は、前記採鉱機が前記海中に配置された状態で前記海中に接続される第２接続管と、前記配管内の水圧を上昇させる場合に前記第２接続管から前記海中の前記海水を取り込んで前記配管内に流すポンプと、を有してもよい。
【００１１】
従って、ポンプにより海中の海水を取り込んで配管内に流すことができるため、配管内の水圧を容易に上昇させることができる。
【００１２】
また、前記アクチュエータは、前記配管に接続されたシリンダと、前記シリンダ内を移動するピストンと、を含むシリンダ機構を有してもよい。
【００１３】
従って、アクチュエータは、水圧により直線方向の動力を確実に生じさせることができる。
【００１４】
また、前記アクチュエータは、複数の前記シリンダ機構と、複数の前記シリンダ機構の前記ピストンの移動により回転可能に配置されたロータと、を含むモータ機構を有してもよい。
【００１５】
従って、アクチュエータは、水圧により回転方向の動力を確実に生じさせることができる。
【００１６】
また、前記シリンダ機構は、前記シリンダの内面と前記ピストンとの間に前記海水が流通可能な隙間を有してもよい。
【００１７】
従って、隙間を海水が流れることにより、シリンダとピストンとの間において潤滑性を確保することができる。
【００１８】
また、前記アクチュエータは、前記海水を排出する排出管を有してもよい。
【００１９】
従って、アクチュエータにおいて作動流体である海水のリークを許容することにより、シリンダとピストンとの間の潤滑性をより確保でき、また、アクチュエータの内圧の上昇を抑制できるため耐久性向上を図ることができる。
【００２０】
本発明に係る採鉱機は、海底の地盤を掘削する掘削ヘッドと、前記掘削ヘッドを駆動する上記の海水圧駆動装置とを備える。
【００２１】
本発明によれば、周辺への汚染を低減でき、安定して動作可能な採鉱機を得ることができる。
【００２２】
本発明に係る海水圧駆動装置の使用方法は、上記の海水圧駆動装置の使用方法であって、前記作動流体である前記海水を前記配管内に配置させる海水配置ステップと、前記水圧源により前記配管内の水圧を調整し、前記アクチュエータにおいて駆動力を発生させる駆動力発生ステップとを含む。
【００２３】
本発明によれば、配管内に海水を配置した後、配管内の水圧を調整するため、海水を作動流体としてアクチュエータに容易に駆動力を発生させることができる。
【００２４】
また、前記配管は、前記採鉱機が海中に配置された状態で前記海中に接続される第１接続管を有し、前記海水配置ステップは、前記採鉱機を前記海中に投入し、前記配管と前記海中との水圧差により前記第１接続管から前記配管に前記海水を流入させることを含んでもよい。
【００２５】
従って、採鉱機を海中に投入することで、配管と海中との水圧差により第１接続管から配管内に海水を流入させるため、配管内と海中との間で水圧を平衡状態にすることができる。これにより、採鉱機の深さ位置に関わらず、配管と海中との水圧が等しくなる。よって、海水圧駆動装置を作動流体の圧力に耐え得る構造とすればよく、海底の水圧に対して耐水圧構造にする必要が無い。これにより、海底等の水圧が高い環境において、簡易な構造で安定して作業を行うことができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、海水圧駆動装置、採鉱機、及び海水圧駆動装置の使用方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、第１実施形態に係る採鉱システムの一例を概略的に示す図である。
【図２】図２は、駆動装置の一例を示すブロック図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係るアクチュエータの一例を示す図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係るアクチュエータの一例を示す図である。
【図５】図５は、採鉱機及び駆動装置の使用方法の一例を示す図である。
【図６】図６は、第２実施形態に係る駆動装置のアクチュエータの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る海水圧駆動装置及び海水圧駆動装置の使用方法の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００２９】
［第１実施形態］  
図１は、第１実施形態に係る採鉱システムＳＹＳの一例を概略的に示す図である。図１に示す採鉱システムＳＹＳは、例えば海底Ｂ等の水中の鉱床において採掘及び集鉱を行う場合に用いられる。図１に示すように、採鉱システムＳＹＳは、採鉱機１００と、採鉱母船１０１と、揚鉱装置１０２とを備えている。
【００３０】
採鉱機１００は、フレキシブルホース１０４を介して揚鉱装置１０２に接続される。採鉱機１００は、海底Ｂの地盤を掘削し、掘削物を回収する。採鉱機１００は、回収した掘削物を、フレキシブルホース１０４を介して揚鉱装置１０２に送り出す。この揚鉱装置１０２は、揚鉱管１０３を介して採鉱母船１０１に接続され、フレキシブルホース１０４からの掘削物を採鉱母船１０１に送り込む。採鉱機１００は、本体部１０と、移動装置２０と、掘削ヘッド３０と、駆動装置（海水圧駆動装置）４０とを備えている。
【００３１】
本体部１０は、掘削ヘッド３０、駆動装置４０等を支持する。本体部１０は、ケーブル１０５を介して採鉱母船１０１に接続される。ケーブル１０５は、例えば採鉱機１００と採鉱母船１０１との間における制御信号等の送受信に用いられる。移動装置２０は、海底Ｂを移動可能な履帯等が用いられる。掘削ヘッド３０は、ブーム等を介して本体部１０に連結されている。掘削ヘッド３０は、海底Ｂの地盤を掘削し、掘削物を吸引可能である。このような掘削ヘッド３０としては、例えばドラムカッター等が用いられるが、これに限定されない。
【００３２】
駆動装置４０は、本実施形態に係る海水圧駆動装置が用いられる。駆動装置４０は、作動流体として海水Ｑを用いる。図２は、駆動装置４０の一例を示すブロック図である。図２に示すように、駆動装置４０は、配管４１と、水圧源４２と、アクチュエータ４３とを備えている。
【００３３】
本実施形態において、駆動装置４０は、配管４１、水圧源４２及びアクチュエータ４３が、例えば樹脂材料と当該樹脂材料よりも強度が高い繊維材料とを含む複合材料を用いて形成される。このような複合材料としては、例えば繊維強化プラスチックが挙げられる。繊維強化プラスチックは、例えばプラスチックに対して、当該プラスチックよりも強度が高いガラス繊維、炭素繊維等の繊維材料を含ませた複合材料である。駆動装置４０は、配管４１、水圧源４２及びアクチュエータ４３のうち、少なくとも海水Ｑに接する部分が繊維強化プラスチックを用いて形成されていればよい。
【００３４】
配管４１は、水圧源４２とアクチュエータ４３とを接続し、作動流体である海水Ｑが流通する。配管４１は、例えば採鉱機１００の本体部１０に収容される。配管４１は、第１端部４１ａ及び第２端部４１ｂを有する。第１端部４１ａは、水圧源４２に接続される。第２端部４１ｂは、アクチュエータ４３に接続される。
【００３５】
配管４１は、第１接続管４１ｃを有する。第１接続管４１ｃは、配管４１のうち第１端部４１ａと第２端部４１ｂとの間に配置される。第１接続管４１ｃは、本体部１０の外部に開口される。このため、第１接続管４１ｃは、採鉱機１００が海中に配置された状態において、配管４１内と海中とを連通する。第１接続管４１ｃは、逆止弁４１ｄを有する。逆止弁４１ｄは、海中から配管４１内に向かう海水Ｑを流通させ、配管４１内から海中に向かう海水Ｑの流通を規制する。
【００３６】
水圧源４２は、配管４１内の水圧を調整する。水圧源４２は、第２接続管４２ａと、ポンプ４２ｂとを有する。第２接続管４２ａは、本体部１０の外部に開口される。このため、第２接続管４２ａは、採鉱機１００が海中に配置された状態において、ポンプ４２ｂの内部と海中とを連通する。
【００３７】
ポンプ４２ｂは、配管４１内の水圧を上昇させる場合、採鉱機１００の周囲の海水Ｑを第２接続管４２ａから配管４１内に流入させ、配管４１内に供給する。なお、ポンプ４２ｂは、配管４１内の水圧を減少させる場合、配管４１内の海水Ｑを第２接続管４２ａから海中に排出可能であってもよい。
【００３８】
アクチュエータ４３は、配管４１内の水圧に応じて掘削ヘッド３０を駆動する駆動力を発生させる。図３及び図４は、第１実施形態に係るアクチュエータ４３の一例を示す図である。図３及び図４に示すように、本実施形態において、アクチュエータ４３は、シリンダ機構５０を有する。シリンダ機構５０は、シリンダ５１及びピストン５２を有する。シリンダ５１は、例えば筒状に形成される。シリンダ５１は、配管４１に接続される接続端部５１ａと、ピストン５２が移動する開放端部５１ｂとを有する。
【００３９】
ピストン５２は、シリンダ５１内を当該シリンダ５１の中心軸ＡＸの軸線方向に往復移動可能である。ピストン５２は、シリンダ５１の開放端部５１ｂ側に延びるピストンロッド５２ａを有する。ピストンロッド５２ａの先端には、連結部５２ｂが設けられる。連結部５２ｂは、掘削ヘッド３０に駆動力を伝達する不図示の伝達機構に連結される。
【００４０】
本実施形態におけるシリンダ機構５０は、例えば単動型である。この場合、ピストン５２は、自重又は不図示のバネ機構等により、接続端部５１ａ側に向けて復元力が加えられた状態となっている。シリンダ５１内の接続端部５１ａ側の圧力が当該復元力よりも大きくなると、図３に示すように、ピストン５２を開放端部５１ｂ側に移動する。また、シリンダ５１内の接続端部５１ａ側の圧力が当該復元力よりも小さくなると、図４に示すように、ピストン５２が接続端部５１ａ側に移動する。なお、シリンダ機構５０は、単動型に限定されず、例えば複動型であってもよい。
【００４１】
シリンダ機構５０は、シリンダ５１の内面とピストン５２との間に、海水Ｑが流通可能な隙間５０Ｋを有する。隙間５０Ｋが設けられることにより、シリンダ５１内の接続端部５１ａ側の水圧が高くなった場合には、水圧でピストン５２を開放端部５１ｂ側に移動させると共に、接続端部５１ａ側から開放端部５１ｂ側に隙間５０Ｋを介して海水Ｑがリークするようになっている。この構成により、シリンダ５１の内面とピストン５２との間の潤滑性が確保されている。なお、隙間５０Ｋが確保されるように、シリンダ５１とピストン５２との間にスペーサ（不図示）が配置されてもよい。
【００４２】
また、シリンダ機構５０は、開放端部５１ｂ側にリークした海水Ｑを排出する排出管５３を有する。排出管５３が設けられることにより、接続端部５１ａ側から開放端部５１ｂ側に隙間５０Ｋを介して海水Ｑがリークした場合、リークした海水Ｑが排出管５３から外部に排出される。このため、水圧源４２による調整を行わなくても、シリンダ５１内の接続端部５１ａ側の水圧を、採鉱機１００の周囲の海中の水圧に徐々に戻すことが可能となる。したがって、シリンダ５１の内圧の上昇を抑制できるため、シリンダ機構５０の耐久性向上を図ることができる。
【００４３】
上記のように構成された採鉱機１００及び駆動装置４０の使用方法を説明する。図５は、採鉱機１００及び駆動装置４０の使用方法の一例を示す図である。図５のＳＴ１０に示すように、まず、採鉱母船１０１から採鉱機１００を海中に投入する。海中に投入された採鉱機１００は、海面から徐々に海底に向けて沈んでいく。このとき、採鉱機１００の周囲の海中と駆動装置４０の配管４１との間で、水圧差が生じる。この水圧差により、図５のＳＴ１０に示すように、採鉱機１００の周囲の海中から、上記の第１接続管４１ｃ及び第２接続管４２ａを介して海水Ｑが配管４１に流入する。海水Ｑが流入することにより、作動流体である海水Ｑが配管４１内に配置され（海水配置ステップＳＴ１０）、配管４１内と採鉱機１００の周囲の海中との間で水圧が平衡状態となる。
【００４４】
採鉱機１００が海底Ｂに到達した場合、図５のＳＴ２０に示すように、配管４１内の水圧は海底Ｂにおける海中の水圧と等しくなっている。この状態から、水圧源４２は、配管４１内の水圧を調整することにより、アクチュエータ４３において駆動力を生じさせる。配管４１内の水圧を上昇させる場合、ポンプ４２ｂは、採鉱機１００の周囲の海水Ｑを第２接続管４２ａから取り込み、当該海水Ｑを配管４１内に供給する。このように、駆動装置４０においては、作動流体である海水Ｑを海中から取り込んで使用することができる。
【００４５】
配管４１内の水圧が上昇した場合、アクチュエータ４３においては、シリンダ５１の接続端部５１ａ側の水圧が、ピストン５２を挟んだ開放端部５１ｂ側の水圧に対して高くなる。このため、水圧差により、ピストン５２は、シリンダ５１の開放端部５１ｂ側に押されて移動する。ピストン５２の移動により、ピストンロッド５２ａ及び連結部５２ｂが移動するため、アクチュエータ４３において駆動力が発生し、連結部５２ｂに連結された不図示の伝達機構に駆動力が伝達される（駆動力発生ステップＳＴ２０）。これにより、採鉱機１００の掘削ヘッド３０が作動し、海底Ｂの地盤の掘削及び掘削物の回収等の作業が行われる。
【００４６】
また、接続端部５１ａ側の水圧が開放端部５１ｂ側の水圧に対して高くなる場合、シリンダ５１の内部では、接続端部５１ａ側から開放端部５１ｂ側に隙間５０Ｋを介して海水Ｑがリークする。この隙間５０Ｋを流れる海水Ｑにより、シリンダ５１に対してピストン５２が潤滑に移動する。隙間５０Ｋを流れて開放端部５１ｂ側にリークした海水Ｑは、排出管５３を介して外部（例えば、海中）に排出される。この場合、海水Ｑが外部に排出されることになるため、採鉱機１００の周囲の環境が汚染されずに済む。このように、駆動装置４０においては、海中から作動流体として取り込んで使用した海水Ｑを、再び海中に排出することができる。このため、駆動装置４０において作動流体である海水Ｑが流れる回路を簡易な構成とすることができる。
【００４７】
以上のように、本実施形態に係る駆動装置４０は、海底Ｂで作業を行う採鉱機１００の掘削ヘッド３０を駆動する海水圧駆動装置であって、作動流体である海水Ｑが流通する配管４１と、配管４１の第１端部４１ａに接続され、配管４１内の水圧を調整可能な水圧源４２と、配管４１の第２端部４１ｂに接続され、配管４１内の水圧に応じて掘削ヘッド３０を駆動する駆動力を発生させるアクチュエータ４３とを備え、配管４１、水圧源４２、及びアクチュエータ４３は、少なくとも海水Ｑに接する部分が、樹脂材料と当該樹脂材料よりも強度が高い繊維材料とを含む複合材料を用いて形成される。
【００４８】
この構成によれば、作動流体を海水Ｑとすることにより、作動流体がリークした場合の周辺への汚染を低減できる。また、配管４１、水圧源４２及びアクチュエータ４３が、樹脂材料と当該樹脂材料よりも強度が高い繊維材料とを含む複合材料を用いて形成されるため、軽量化及び防錆化を図ることができる。
【００４９】
また、本実施形態に係る駆動装置４０において、配管４１は、採鉱機１００が海中に配置された状態で海中に接続される第１接続管４１ｃを有し、第１接続管４１ｃは、海中から配管４１内に向かう海水Ｑを流通させ、配管４１内から海中に向かう海水Ｑの流通を規制する逆止弁４１ｄを有してもよい。これにより、採鉱機１００を海中に投入することで、ポンプ等を用いることなく、配管４１内と海中との水圧差を利用して海中から配管４１内に海水Ｑを取り込むことが可能となる。この場合、配管４１内と海中との間で水圧を平衡状態とすることができる。これにより、配管４１、水圧源４２及びアクチュエータ４３は、作動流体の圧力に耐え得る構造であればよく、海底Ｂの水圧に対して耐水圧構造にする必要が無いため、構造の簡素化を図ることができる。また、逆止弁４１ｄにより、配管４１内の海水Ｑが海中に流出することを抑制できるため、水圧源４２により配管４１内の水圧を調整する場合、第１接続管４１ｃから海水Ｑが漏出することを抑制し、配管４１内の水圧を効率的に調整できる。
【００５０】
また、本実施形態に係る駆動装置４０において、水圧源４２は、採鉱機１００が海中に配置された状態で海中に接続される第２接続管４２ａと、配管４１内の水圧を上昇させる場合に第２接続管４２ａから海中の海水Ｑを取り込んで配管４１内に流すポンプ４２ｂと、を有してもよい。これにより、ポンプ４２ｂにより海中の海水Ｑを取り込んで配管４１内に流すことができるため、配管４１内の水圧を容易に上昇させることができる。
【００５１】
また、本実施形態に係る駆動装置４０において、アクチュエータ４３は、配管４１に接続されたシリンダ５１と、シリンダ５１内を移動するピストン５２と、を含むシリンダ機構５０を有してもよい。これにより、アクチュエータ４３は、水圧により直線方向の動力を確実に生じさせることができる。
【００５２】
また、本実施形態に係る駆動装置４０において、シリンダ機構５０は、シリンダ５１の内面とピストン５２との間に海水Ｑが流通可能な隙間５０Ｋを有してもよい。これにより、隙間５０Ｋを海水Ｑが流れることにより、シリンダ５１とピストン５２との間において潤滑性を確保することができる。
【００５３】
また、本実施形態に係る駆動装置４０において、アクチュエータ４３は、海水Ｑを排出する排出管５３を有してもよい。この構成では、アクチュエータ４３において作動流体である海水Ｑのリークを許容することにより、シリンダ５１とピストン５２との間の潤滑性をより確保できる。また、アクチュエータ４３の内圧の上昇を抑制できるため、耐久性向上を図ることができる。
【００５４】
本実施形態に係る採鉱機１００は、海底Ｂの地盤を掘削する掘削ヘッド３０と、掘削ヘッド３０を駆動する上記の駆動装置４０とを備える。これにより、周辺への汚染を低減でき、安定して動作可能な採鉱機１００を得ることができる。
【００５５】
本実施形態に係る駆動装置４０の使用方法は、作動流体である海水Ｑを配管４１内に配置させる海水配置ステップと、水圧源４２により配管４１内の水圧を調整し、アクチュエータ４３において駆動力を発生させる駆動力発生ステップとを含む。これにより、配管４１内に海水Ｑを配置した後、配管４１内の水圧を調整するため、海水Ｑを作動流体としてアクチュエータ４３に容易に駆動力を発生させることができる。
【００５６】
また、本実施形態に係る駆動装置４０の使用方法において、配管４１は、採鉱機１００が海中に配置された状態で海中に接続される第１接続管４１ｃを有し、海水配置ステップは、採鉱機１００を海中に投入し、配管４１と海中との水圧差により第１接続管４１ｃから配管４１に海水Ｑを流入させることを含んでもよい。
【００５７】
この場合、採鉱機１００を海中に投入することで、配管４１と海中との水圧差により第１接続管４１ｃから配管４１内に海水Ｑを流入させるため、配管４１内と海中との間で水圧を平衡状態にすることができる。これにより、採鉱機１００の深さ位置に関わらず、配管４１と海中との水圧が等しくなる。よって、駆動装置４０を作動流体の圧力に耐え得る構造とすればよく、海底Ｂの水圧に対して耐水圧構造にする必要が無い。これにより、海底Ｂ等の水圧が高い環境において、簡易な構造で安定して作業を行うことができる。
【００５８】
［第２実施形態］  
続いて、第２実施形態を説明する。図６は、第２実施形態に係る駆動装置４５のアクチュエータ４４の一例を示す図である。第２実施形態では、当該アクチュエータ４４の構成が第１実施形態のアクチュエータ４３とは異なるため、相違点を中心に説明する。また、第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略又は簡略化する。
【００５９】
図６に示すように、アクチュエータ４４は、モータ機構６０を有する。モータ機構６０は、ケーシング６１と、ロータ６２と、偏心カム６３と、複数のシリンダ機構６４とを有する。モータ機構６０は、ケーシング６１、ロータ６２、偏心カム６３、及び複数のシリンダ機構６４が、それぞれ、例えば繊維強化プラスチック等の、樹脂材料と当該樹脂材料よりも強度が高い繊維材料とを含む複合材料を用いて形成される。
【００６０】
ケーシング６１は、ロータ６２、偏心カム６３及び複数のシリンダ機構６４を収容する。ロータ６２は、例えば円柱状又は円筒状に形成され、所定の回転軸ＡＸ１を中心として回転可能である。ロータ６２は、掘削ヘッド３０に駆動力を伝達する不図示の伝達機構に連結される。ロータ６２が回転することにより、伝達機構を介してロータ６２の駆動力が掘削ヘッド３０に伝達される。偏心カム６３は、例えば円柱状に形成され、中心軸ＡＸ２がロータ６２の回転軸ＡＸ１に対してずれた位置で、当該ロータ６２に固定される。偏心カム６３は、ロータ６２と一体で、回転軸ＡＸ１の軸回り方向に回転する。
【００６１】
シリンダ機構６４は、例えば３つ設けられる。なお、シリンダ機構６４の個数については、３つに限定されず、２つ又は４つ以上であってもよい。各シリンダ機構６４は、シリンダ６５及びピストン６６を有する。以下、複数のシリンダ機構６４を区別する場合、それぞれシリンダ機構６４ａ、６４ｂ、６４ｃと表記する。
【００６２】
シリンダ６５は、例えば筒状に形成され、ケーシング６１に固定される。なお、シリンダ６５がケーシング６１の一部を構成してもよい。シリンダ６５は、ロータ６２を回転軸ＡＸ１の軸方向から見た場合において、中心軸ＡＸ３が回転軸ＡＸ１を中心として放射方向に延びた状態で配置される。シリンダ６５は、当該回転軸ＡＸ１の軸回り方向に等ピッチで配置される。
【００６３】
各シリンダ６５は、配管４１に接続される接続端部６５ａと、ピストン６６が移動する開放端部６５ｂとを有する。各シリンダ６５の接続端部６５ａには、分岐配管６７と、排出管６８とがそれぞれ接続される。したがって、本実施形態では、分岐配管６７及び排出管６８は、それぞれ３本ずつ配置される。なお、以下の説明では、３本の分岐配管６７を区別する場合、分岐配管６７ａ、６７ｂ、６７ｃと表記する。
【００６４】
ピストン６６は、シリンダ６５内を当該シリンダ６５の中心軸ＡＸ３の軸線方向に往復移動可能である。ピストン６６には、ピストンロッド６６ａが設けられる。ピストンロッド６６ａの先端部６６ｂは、例えば半球状に形成され、偏心カム６３の外周面６３ａに当接される。ピストン６６は、シリンダ６５の中心軸ＡＸ３に沿って移動可能である。つまり、ピストン６６は、ロータ６２を回転軸ＡＸ１の軸方向から見た場合において、回転軸ＡＸ１を中心とした放射方向に移動可能である。
【００６５】
本実施形態におけるシリンダ機構６０は、第１実施形態と同様、例えば単動型である。この場合、ピストン６６は、自重又は不図示のバネ機構等により、接続端部６５ａ側に向けて復元力が加えられた状態となっている。シリンダ６５内の接続端部６５ａ側の圧力が当該復元力よりも大きくなると、ピストン６６が開放端部６６ｂ側に移動する。また、シリンダ６５内の接続端部６５ａ側の圧力が当該復元力よりも小さくなると、ピストン６５が接続端部５１ａ側に移動する。なお、シリンダ機構６４は、単動型に限定されず、例えば複動型であってもよい。
【００６６】
また、上記構成において、各分岐配管６７は、それぞれロータリー弁６９に接続される。ロータリー弁６９は、配管４１と３つの分岐配管６７との間に配置される。ロータリー弁６９は、３本の分岐配管６７のうち２本の分岐配管６７を閉状態とし、残り１本の分岐配管６７を開状態とする。ロータリー弁６９は、開状態とする分岐配管６７を、３本の分岐配管６７の中で切り替え可能である。したがって、ロータリー弁６９を切り替えることにより、配管４１の接続先となる分岐配管６７を、例えば分岐配管６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ａ、…、と順に切り替えることが可能である。この場合、水圧源４２は、配管４１及びロータリー弁６９を介して、分岐配管６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ａ、…、の水圧を順に調整可能となる。
【００６７】
例えば、分岐配管６７ａの水圧を上昇させる場合、分岐配管６７ａに接続されるシリンダ機構６４ａのピストン６６が移動して偏心カム６３を押圧する。次に、分岐配管６７ｂの水圧を上昇させる場合、分岐配管６７ｂに接続されるシリンダ機構６４ｂのピストン６６が移動して偏心カム６３を押圧する。このとき、シリンダ機構６４ａのピストン６６は、復元力により元の位置に戻される。次に、分岐配管６７ｃの水圧を上昇させる場合、分岐配管６７ｃに接続されるシリンダ機構６４ｃのピストン６６が移動して偏心カム６３を押圧する。このとき、シリンダ機構６４ｂのピストン６６は、復元力により元の位置に戻される。このように、各分岐配管６７の水圧を順に上昇させることにより、当該分岐配管６７に接続されるシリンダ機構６４のピストン６６を順に移動させることが可能である。この構成では、３つのピストン６６を順に移動させることで偏心カム６３を回転させることが可能であり、これによりロータ６２を回転させることが可能となる。
【００６８】
それぞれのシリンダ６５とピストン６６との間には、第１実施形態と同様に、隙間６０Ｋが形成される。シリンダ６５の接続端部６５ａ側の水圧が６５ｂ側の水圧に対して高くなる場合、シリンダ６５の内部では、接続端部６５ａ側から開放端部６５ｂ側に隙間６０Ｋを介して海水Ｑがリークする。この隙間６０Ｋを流れる海水Ｑにより、シリンダ６５に対してピストン６６が潤滑に移動する。隙間６０Ｋを流れて開放端部５１ｂ側にリークした海水Ｑは、排出管６８を介して外部（例えば、海中）に排出される。
【００６９】
以上のように、本実施形態に係る駆動装置４５において、アクチュエータ４４は、複数のシリンダ機構６４と、複数のシリンダ機構６４のピストン６６の移動により回転可能に配置されたロータ６２と、を含むモータ機構６０を有する。これにより、アクチュエータ４４は、水圧により回転方向の動力を確実に生じさせることができる。
【００７０】
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。例えば、上記実施形態では、配管４１、水圧源４２及びアクチュエータ４３が、例えば繊維強化プラスチックを含む複合材料を用いて形成されることにより、採鉱機１００自体が軽量化される。このため、掘削ヘッド３０からの反力を支持可能となるように、採鉱機１００に作業用ウエイトを搭載してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１０  本体部
２０  移動装置
３０  掘削ヘッド
４０，４５  駆動装置
４１  配管
４１ａ  第１端部
４１ｂ  第２端部
４１ｃ  第１接続管
４１ｄ  逆止弁
４２  水圧源
４２ａ  第２接続管
４２ｂ  ポンプ
４３，４４  アクチュエータ
５０，６４，６４ａ，６４ｂ，６４ｃ  シリンダ機構
５０Ｋ，６０Ｋ  隙間
５１，６５  シリンダ
５１ａ，６５ａ  接続端部
５１ｂ，６５ｂ  開放端部
５２，６６  ピストン
５２ａ，６６ａ  ピストンロッド
５２ｂ  連結部
５３，６８  排出管
６０  モータ機構
６１  ケーシング
６２  ロータ
６３  偏心カム
６３ａ  外周面
６６ｂ  先端部
６７，６７ａ，６７ｂ，６７ｃ  分岐配管
６９  ロータリー弁
１００  採鉱機
１０１  採鉱母船
１０２  揚鉱装置
１０３  揚鉱管
１０４  フレキシブルホース
１０５  ケーブル
ＡＸ，ＡＸ２，ＡＸ３  中心軸
ＡＸ１  回転軸
Ｂ  海底
Ｑ  海水
ＳＹＳ  採鉱システム
【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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