(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸の周りを回転方向に回転自在であり、同軸上に距離をおいて配されたベースリング（１３）およびハブ（１４）により形成された回転本体を備え、
ベースリング（１３）およびハブ（１４）の間には、歯様の刃具が備えられた複数のアーム（１５）が延びており、アーム間に通路開口部（１６）が位置し、この通路開口部に沿って浚渫された土壌が放出される、水面下の土壌を浚渫するためのカッタヘッドであって、
上記アーム（１５）は、カッタヘッド（１０）の回転方向における、前部分（１５ａ）に第１組の刃具を備え、少なくとも１個のアームは、上記中心軸から外方を向く部分（１５ｂ）に第２組の刃具を備え、少なくとも１つの上記アーム（１５）は、少なくとも１０個の刃具を含むカッタヘッド（１０）。
【請求項２】
上記アームは、縁を備え、
カッタヘッド（１０）の回転方向における前縁（１５ａ）に、上記第１組の刃具が備えられており、上記中心軸から外方を向く、少なくとも１個のアーム（１５）の縁（１５ｂ）には、第２組の刃具が備えられたことを特徴とする請求項１に記載のカッタヘッド（１０）。
【請求項３】
上記カッタヘッド（１０）は、少なくとも６個のアーム（１５）を備え、
上記アーム（１５）間に通路開口部（１６）が配されていることを特徴とする請求項１または２に記載のカッタヘッド（１０）。
【請求項４】
上記カッタヘッド（１０）は、少なくとも８個のアーム（１５）を備えたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のカッタヘッド（１０）。
【請求項５】
上記第１組の刃具および第２組の刃具の、刃具の正面または衝突側(striking side)は上記回転方向に向けられている
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のカッタヘッド（１０）。
【請求項６】
少なくとも１個のアーム（１５）は、少なくとも１２個の刃具を備えたことを特徴とする請求項５に記載のカッタヘッド（１０）。
【請求項７】
少なくとも１個のアーム（１５）は、少なくとも１６個の刃具を備えたことを特徴とする請求項６に記載のカッタヘッド（１０）。
【請求項８】
同一アーム（１５）において、上記第１組の刃具は、上記第２組の刃具に対してずれた位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のカッタヘッド（１０）。
【請求項９】
上記アーム（１５）は長さを有し、上記刃具は、上記アーム（１５）における最大８０％の長さに沿って、上記アーム（１５）の中央部における何れか一方側に位置していることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載のカッタヘッド（１０）。
【請求項１０】
上記刃具は、上記アーム（１５）における上記ベースリング（１３）側から測定して、最大８０％の長さに沿って位置していることを特徴とする請求項９に記載のカッタヘッド（１０）。
【請求項１１】
上記カッタヘッド（１０）は、上記アーム（１５）における上記ハブ側から測定して、最大２０％の長さに沿って、上記第１組および／または上記第２組の刃具を備えていないことを特徴とする請求項９に記載のカッタヘッド（１０）。
【請求項１２】
上記刃具は、連結手段（１７，１８）を介して、アーム（１５）に接続されていることを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載のカッタヘッド（１０）。
【請求項１３】
上記カッタヘッド（１０）の上記アーム（１５）には、ガイドが備えられており、該ガイドには、上記連結手段（１７，１８）および／または上記刃具が移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１２に記載のカッタヘッド（１０）。
【請求項１４】
上記アームには、上記アーム（１５）間の上記開口部（１６）の方向に土壌破片を押し進めるための、鍬様のガイドが備えられていることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載のカッタヘッド（１０）。
【請求項１５】
水面下の土壌を浚渫する方法であって、
請求項１〜１４の何れか１項に記載のカッタヘッド（１０）を用いて、上記土壌を土壌破片に切断し、
上記土壌の一軸圧縮強さ（ＵＣＳ）は、５０〜２００ＭＰａの間、好ましくは６０〜１５０ＭＰａの間、最も好ましくは８０〜１００ＭＰａの間である
ことを特徴とする水面下の土壌を浚渫する方法。
【請求項１６】
請求項１〜１４の何れか１項に記載のカッタヘッド（１０）が備えられた、カッタ吸引浚渫船（１）。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、カッタ吸引浚渫船のラダーへの取り付けに適し、かつ、横方向に掃地運動しながらラダーとともに土壌上を移動するのに適した、水中で土壌を浚渫するためのカッタヘッドに関する。本発明は、特に硬質な土壌を浚渫するためのこのカッタヘッドの利用に関する。
【０００２】
前段に記載されたタイプのカッタヘッドは、例えばオランダ特許１０３１２５３号から知られている。この公知のカッタヘッドは、中心軸の周りを回転自在な回転本体であり、同軸上に距離をおいて配されたベースリングおよびハブにより形成されている。ベースリングおよびハブの間には、歯様の刃具が備えられた複数のアームが延びている。アーム間には、通路開口部が位置し、この通路開口部に沿って浚渫された土壌が放出され得る。良好な切断動作のために、公知のカッタヘッドの回転中、刃具は、初めに土壌に接触する必要がある。それゆえ、刃具は、カッタヘッドの回転方におけるアームの前部分(leading part)に位置する。
【０００３】
上記カッタヘッドは、カッタ吸引浚渫船（カッタ浚渫船とも称される）と組み合わせて利用される。このようなカッタ吸引浚渫船は、スパッドポストを利用して土壌に固定された船舶を備えている。この固定によって、浚渫中に生じる一般にかなり大きな反作用を吸収し土壌に伝達するための手段を形成する。カッタ吸引浚渫船のラダーには、カッタヘッドに接続される吸引管が取り付けられ、吸引管に沿って浚渫された土壌が除去される。浚渫中、カッタヘッドは回転し始め(set into rotation)、ラダーおよび吸引管とともに、土壌に到達するまで一般に斜めの角度で水中に降ろされる。続いて、カッタヘッドは、ウインチを用いてラダーを左舷から右舷に交互に引っ張ることによって、土壌中に引き込まれる。このようにして、カッタヘッドは、土壌の中で横方向の掃地運動を生み出す。カッタヘッドの軸‐ベースリングの回転中心とハブの回転中心とを結ぶ直線を中心としてカッタヘッドを回転させることによって、刃具の先端は、カッタヘッド、ラダー、および吸引管の重量に押さえられて大きな力を受けて土壌に衝突する。これにより形成された塊は、アーム間の通路開口部を介して、吸引管によって吸い上げられて、放出される。土壌表面全体の浚渫は、カッタ吸引浚渫船を一度に所定の距離だけ移動させ、上述の掃地運動を繰り返すことによって可能になる。
【０００４】
ＪＰ特許０１０９８２６１号には、ベースリングおよびハブを備え、ベースリングおよびハブの間には、歯様の刃具が備えられた複数のアームが延びたカッタヘッドが記載されている。上記刃具は、カッタヘッドの回転方向におけるアームの前部分に位置している。ＪＰ特許第０１０９８２６１号の図４に示されるように、アームには、さらに、案内板１２が備えられており、この案内板は、切断作用を全く及ぼさず、切断された水底物を吸引管の方へ流れを推し進めることを目的とする。
【０００５】
国際公開第２００５／００５７３７号には、公知型のカッタヘッドが記載されており、このカッタヘッドの刃具は、ホルダを介して、アームに接続されている。それゆえ、刃具は、特にホルダの空洞部に挿入可能な後肢部を有していることにより、取り外し可能にホルダーに配される。この空洞部は、上記後肢部を受けるように設計されている。
【０００６】
オランダ特許第８１０４９６９号には、ベースリングおよびハブを備え、ベースリングおよびハブの間には、歯様の刃具が備えられた複数のアームが延びたカッタヘッドが記載されている。上記刃具は、カッタヘッドの回転方向におけるアームの前部分に位置している。上記ハブには、切断された水底物を吸引管の方へ流れを推し進めることを目的とした複数の溝が備えられている。アームの最前部分での刃具１つあたりの負荷を低減するために、この最前部分には、アームの残りの部分よりも多くの刃具が備えられている。
【０００７】
ＵＳ特許第５９６７２４６号には、地表構造にドリルで穴を開ける際に用いるための回転ドリルビットが記載されている。ＵＳ特許第５９６７２４６号の回転ドリルビットは、前部分とゲージ領域とを有するビット本体を備えている。ビット本体には、切断要素、流路、およびノズルが複数備えられている。ノズルは、切断要素を清掃および冷却するために堀削流動体を上記流路へ供給するためのものである。上記ゲージ領域は、複数の凹部が形成された支持面(bearing surface)を有している。記載されたドリルビットは、刃具に悪影響を及ぼす堀削振動を低減させる。
【０００８】
公知のカッタヘッドは、本願明細書中で一軸圧縮強さ（ＵＣＳ）が少なくとも５０ＭＰａである土壌として規定された、岩といった土壌を浚渫することができないか、あるいは制限された効率で浸す(drenched with)ことしかできないという欠点がある。上記ＵＣＳは、当業者に公知の概念であり、圧縮中にその側壁が支持されていない石基の圧縮強さを示す。効率は、本願明細書中で、単位時間および単位出力当たりに浚渫された土壌量を意味すると理解される。
【０００９】
本発明の目的は、他の利点に加え、より効率的に土壌を浚渫することができ、かつ、比較的硬質タイプの土壌を効率的な様式で浚渫することが可能な、吸引浚渫船用のカッタヘッドを提供することにある。
【００１０】
本発明のカッタヘッドは、この目的のために、上記アームは、カッタヘッドの回転方向における、前部分に第１組の刃具を備え、少なくとも１個のアームは、上記中心軸から外方を向く(face away from)部分に第２組の刃具を備えた、ことを特徴としている。アームにおける中心軸から外方を向く部分が刃具を有する点が独特であるが、改善した効率が得られる。意外にも、刃具のアームにおける中心軸から外方を向く部分への接続は、特に岩といった硬質土壌に対する刃具の衝突の結果生じる力をアームに伝達するのに十分強いことがわカッタ。このように、単一のアームに対し、従来よりも多くの刃具を配置することが可能である。これにより、特に比較的硬質な土壌の浚渫において利点がある。
【００１１】
第１の実施形態では、上記アームは、縁を備え、カッタヘッドの回転方向における前縁に、上記第１組の刃具が備えられており、上記中心軸から外方を向く、少なくとも１個のアームの縁には、第２組の刃具が備えられている。刃具が、カッタヘッドの回転方向における前縁、および上記中心軸から外方を向く、アームの縁に配置されているので、刃具は、より大きな自由空間で封入される(enclosed)。これにより、カッタヘッドの効率がさらに改善する。
【００１２】
上記カッタヘッドは、様々な数のアームを備え得る。上記カッタヘッドは、特に、少なくとも６個、好ましくは少なくとも８個のアームを備え、上記アーム間に通路開口部が配されている。アーム間に位置する通路開口部のために確保する(available)空間が少ないので、カッタヘッドにこのような数のアームを配置したことは独特である。開口部がより小さいことは、カッタヘッドの動作に不利に影響し得るが、これに反して、硬質の土壌材料を処理するのに良好である動作が得られたことがわかっている。本発明により、単一のアームに複数の刃具を配置することができるので、浚渫中、比較的小さな土壌の破片が得られる。この破片は、カッタヘッドの開口部に効率的に放出され得る。
【００１３】
アーム当たりの刃具の数は、変更可能であり、土壌が硬質であればあるほど、この数が高いことが好ましい。特に、少なくとも１個のアームは、少なくとも８個、好ましくは少なくとも１０個、より好ましくは少なくとも１２個、さらに好ましくは少なくとも１４個、さらに好ましくは少なくとも１６個、最も好ましくは少なくとも１８個の刃具を備えている。このような刃具の数は、十分に小さい破片に浚渫するために土壌を掘り起こす一方、土壌材料の破片の放出が刃具によりほとんど妨げられないことがわかっている。従来よりも多くの刃具を有するカッタヘッドを提供することにより、特に比較的硬質な土壌に対し、有利なＰ／Ｓ比が得られる。上記Ｐ／Ｓ比は、当業者に公知であり、掘進／間隔比(penetration/spacing ratio)を意味する。ここで、掘進は刃具が土壌内を掘り進める深さを意味し、間隔は２つの連続した刃具間の距離を意味する。ここで、刃具がアームの長さに沿って規則的に分配されていることが有利である。これによって、発生する(ピーク）負荷は低減し、その結果、カッタヘッドの動作がスムーズになる。
【００１４】
有利な実施形態では、アームにおける上記第１組の刃具は、上記第２組の刃具に対し相殺するように配置(offset)されている。これにより、浚渫処理の効率がさらに増加する。刃具が相殺するように配置されているので、増加した刃具の動作領域が得られる。これは、上記第２組の刃具が第１組の刃具により塞がれないからである。
【００１５】
他の実施形態では、上記アームは長さを有し、上記刃具は、好ましくはベースリング側から測定して、上記アームにおける最大８０％の長さに沿って、上記アームの中央部における何れか一方側に位置している。アームの外端近傍（ハブ近傍、好ましくはアームにおける上記ハブ側から測定して、最大２０％の長さ）に第１組および／または第２組の刃具がないことは、カッタヘッドの効率に不利に影響しない一方、この寸法によりカッタの構成が単純になり安価になることがわかっている。特に、カッタヘッドのハブ近傍に第２刃具がないことは有利であることがわかっている。
【００１６】
上記刃具は、カッタヘッドのアームと一体的に形成され得る。他の方法は、例えば実質的に鋼鉄から製造されたアームに、実質的に鋼鉄で具現化された刃具を溶接することにより、直接アームに刃具を接続することである。これにより、接続が強くなる。特に、刃具は、連結手段を介してアームに接続され得る。これにより、磨耗または破損の結果必要となる刃具を容易に交換することができる。ここで、例えば溶接接続を利用して、上記連結手段そのものを一体的にアームに接続すると有利である。
【００１７】
本発明のカッタヘッドの好ましい実施形態では、上記カッタヘッドの上記アームには、ガイドが備えられており、該ガイドには、上記連結手段および／または上記刃具が移動可能に設けられている。適切なガイドは、例えば、ガイドレールを備え、該ガイドレール上で連結手段および／または刃具がスライド可能になっている。提示された好ましい変形例は、上記連結手段および／または上記刃具が容易に移動可能になるという利点がある。刃具間の中間距離は、土壌の特性（特に硬さ）に応じて、簡単な様式で調整され得る。
【００１８】
他の実施形態では、上記アームには、上記アーム間の上記開口部の方向に土壌破片を押し進めるための、鍬様のガイドが備えられている。この寸法は、カッタヘッドの開口部を介した土壌破片の放出にポジティブに影響することがわかっている。開口部のいくつかの閉塞は、上記アーム間の上記開口部の方向に土壌破片が押し進められたときに生じることがわかっている。上記鍬様のガイドは、カッタヘッドの回転方向における前部分であり、かつアームにおける上記中心軸から外方を向く部分に直立した縁として具現化され得る。上記鍬様のガイドは、また、刃具および／または連結手段と一体的に形成され得る。
【００１９】
本発明は、５０〜２００ＭＰａの間、好ましくは６０〜１５０ＭＰａの間、最も好ましくは８０〜１００ＭＰａの間の一軸圧縮強さ（ＵＣＳ）で、土壌を土壌破片に切断するための、本発明のカッタヘッドの利用に関する。カッタヘッドの利用の利点については、本発明のカッタヘッドについてすでに上述した利点を参照し得る。
【００２０】
また、本発明は、本発明のカッタヘッドが備れられたカッタ吸引浚渫船に関する。本発明のカッタヘッドが備れられたカッタ吸引浚渫船では、土壌、特に比較的硬質な土壌、すなわちＵＣＳが５０ＭＰａよりも大きい土壌が、改善した効率で浚渫され得る。
【００２１】
以下に、次の図面および好ましい実施形態の説明に基づき、本発明をさらに解説する。しかしながら本発明は、これらに限定されるものではない。図面は、必ずしも、一定の比率に拡大して示されない。
【００２２】
図１は、ラダーが取り付けられ、本発明のカッタヘッドが備えられたカッタ吸引浚渫船の一部を示す概略側面図である。
【００２３】
図２は、本発明のカッタヘッドを示す斜視図である。
【００２４】
図３は、図２のカッタヘッドの詳細な図である。
【００２５】
図１は、カッタ吸引浚渫船を示し、このカッタ吸引浚渫船では、水平軸３の周りにラダー２が旋回可能に取り付けられている。ラダー２には、解れた土壌破片(ground part)が放出(discharged)後にその一部を水面１００よりも高く吸い上げることが可能な吸引パイプ４が備えられている。ラダー２は、ウィンチ５により浚渫すなわち破砕するために、地面９上を引きずられる。ウィンチ５は、カッタ吸引浚渫船のデッキに配されており、多くのスイングウィンチ（不示）およびラダーウィンチ８が備えられている。ラダー２は、その外端部に、本発明のカッタヘッド１０が備えられている。カッタヘッド１０は、ラダーウィンチケーブル８により、水面下で(under water)低くなり得、使用中、カッタ吸引浚渫船における左舷側から右舷側へ、および右舷側から左舷側へ(back)、地面９上を、走査運動および往復運動することができる。地面で生じる力を吸収することを可能にするために、カッタ吸引浚渫船１は、スパッドポスト１０１により地面に固定されている。図１では、左側（左舷）が非固定位置のスパッドポストを示し、右側（右舷）が固定位置のスパッドポストを示す。
【００２６】
図２を参照すると、本発明のカッタヘッド１０は、回転本体１１を備えている。回転本体１１は、駆動手段（不示）により回転軸１２の周りを回転するように設けられている。ここで、回転軸１２は、カッタヘッド１０の中心軸と一致している。示された実施形態では、回転本体１１は、ブリッジ（図３参照）からわかるように、時計回り方向Ｒに回転するように設けられている。ベースリング１３とハブ１４との間を螺旋状に延びるアーム１５は、ベースリング１３から外方を向いて配置されている。これらアームは、ベースリング１３およびハブ１４に接続されている。ここで、アーム１５は、凸側が回転方向Ｒを向いたアーチ状である。ベースリング１３、ハブ１４、およびアーム１５は、実質的に鋼鉄から製造されている。これにより、カッタヘッド１０が強くなるだけでなく、重量が大きくなる。これにより、浚渫中、カッタヘッド１０は、重力の影響下で、浚渫する地面の方向に押し進められる。ここで、アーム１５は、カッタヘッド１０の周囲を規則的に配置している。アーム１５間には、通路開口部１６が配されている。第１組の刃具（不示）をアーム１５に連結するために、実質的に鋼鉄から製造された連結手段１７は、カッタヘッド１０の回転方向に関連してアーム１５の前縁１５ａに溶接されている。第２組の刃具（不示）をアーム１５に連結するために、同様に鋼鉄から製造された連結手段１８は、カッタヘッド１０の中心軸から外方を向くアーム１５の縁１５ｂに溶接されている。連結手段１７，１８は、第１組および第２組の刃具における刃具の前側、すなわち衝突側(striking side)が回転方向Ｒを向くように配されている。７つの連結手段１７は、アーム１５の前縁１５ａ上で互いに等距離に位置しており、６つの連結手段１８は、カッタヘッド１０の中心軸から外方を向くアーム１５の縁１５ｂ上で互いに等距離に位置している。ハブ１４近傍の前縁１５ａおよび縁１５ｂの部分は、カッタヘッド１０の中心軸から外方を向いており、両方とも連結手段１７，１８がないままである(left clear)。ベースリング１３近傍の縁１５ｂの部分は、同様に、カッタヘッド１０の中心軸から外方を向いており、連結手段１８がないままである。鍬様のガイド１８ａは、連結手段１８の進む側、すなわち回転方向Ｒへ向かう側に、連結手段１８と一体的に形成されている。回転方向Ｒに回転しているカッタヘッド１０が地面と接触しているとき、解れた土壌破片は、鍬様のガイド１８ａにより、開口部１６の方向の後方に押し出される。これにより、吸引パイプ４は、開口部１６を介して押し進められた上記土壌破片を容易に放出し得る。
【００２７】
図３は、図２のアーム１５を詳細に解説する図である。第１組の刃具（不示）をアーム１５の前縁１５ａに接続するための連結手段１７は、第２組の刃具（不示）をアーム１５の縁１５ｂに接続するための、カッタヘッド１０の中心軸から外方を向く連結手段１８に対し相殺するように配置(offset)されている。図３は、また、鍬様のガイド１８ａを示している。アーム１５が回転方向Ｒに回転しているとき、見込まれる解れた土壌破片は、矢印Ｐに従って、アーム１５の後方および開口部１６（図２参照）へ押し出される。この図は、また、連結手段１７に連結される第１組の刃具としての刃具１９ａ、および連結手段１８に連結される第２組の刃具としての刃具１９ｂを示す。ここで、第１組の刃具１９ａは、第２組の刃具１９ｂに対し、相殺するように配置(offset)されている。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ラダーが取り付けられ、本発明のカッタヘッドが備えられたカッタ吸引浚渫船の一部を示す概略側面図である。
【図２】本発明のカッタヘッドを示す斜視図である。
【図３】図２のカッタヘッドの詳細な図である。
【図１】
0005730216.tif 000002
【図２】
0005730216.tif 000003
【図３】
0005730216.tif 000004