(57)【要約】  本開示は、掘削または抽出のための切削アセンブリに関する。切削アセンブリは、円形ディスクカッタを備えている。切削要素は、ディスクカッタの円周表面の周囲に配置されて、各々が、工具ホルダに着座している。切削要素が、意図された回転方向に接線方向に位置づけられる、または意図された回転方向に向かって接線方向に位置づけられるように、座部が配向されている。
2021516300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
岩石掘削機用の切削アセンブリであって、
ベースユニットと、
前記ベースユニットから延びる１つ以上の可動支持アームと、
前記可動支持アームまたは各可動支持アームに、回転可能に取り付けられた駆動スピンドルと、
ディスクカッタであって、前記駆動スピンドルの回転が前記ディスクカッタの対応する回転を引き起こすように、前記駆動スピンドルに対して固定されたディスクカッタと、を備え、
前記ディスクカッタは、カッタ胴体と、複数の切削要素と、対応する個数の工具ホルダと、を含み、
各切削要素に１つの工具ホルダが設けられ、
前記切削要素および前記工具ホルダは、前記カッタ胴体の円周表面の周囲に配置され、
各切削要素は、前記工具ホルダ内の座部に受容され、
前記切削要素が、意図された回転方向に位置づけられる、または意図された回転方向に向かって位置づけられるように、前記座部は配向されている、切削アセンブリ。
【請求項２】
前記工具ホルダは、前記カッタ胴体から半径方向外側に延びている、請求項１に記載の切削アセンブリ。
【請求項３】
前記工具ホルダに対する前記切削要素のすくい角は、１０度から３０度の間である、請求項１または２に記載の切削アセンブリ。
【請求項４】
前記すくい角は、約２５度である、請求項３に記載の切削アセンブリ。
【請求項５】
前記工具ホルダは、カッタ胴体に、例えばろう付けで、恒久的に取り付けられている、請求項１から４のいずれか一項に記載の切削アセンブリ。
【請求項６】
前記工具ホルダは、前記カッタ胴体に着脱可能に取り付けられている、請求項１から４のいずれか一項に記載の切削アセンブリ。
【請求項７】
前記工具ホルダは、ロックピン構造を用いて前記カッタ胴体に着脱可能に取り付けられている、請求項６に記載の切削アセンブリ。
【請求項８】
各切断要素は、前記座部の所定の位置に、例えばろう付けで、恒久的に固定されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の切削アセンブリ。
【請求項９】
前記工具ホルダは、軸方向に見たときに、前記後行面よりも短い先行面を有する略円錐台形であり、前記座部は、前記先行面に位置している、請求項１から８のいずれか一項に記載の切削アセンブリ。
【請求項１０】
前記切削要素は、平坦な切削表面を有する円筒形である、請求項1から９のいずれか一項に記載の切削アセンブリ。
【請求項１１】
前記切削要素または各切削要素は、多結晶ダイヤモンドコンパクト（ＰＤＣ）である、請求項１０に記載の切削アセンブリ。
【請求項１２】
各切削要素の横方向の大きさは、前記工具ホルダの横方向の大きさよりも大きい、請求項１０または１１に記載の切削アセンブリ。
【請求項１３】
前記切削要素は、両側に少なくとも１ｍｍまで前記工具ホルダに横方向に張り出している、請求項１２に記載の切削アセンブリ。
【請求項１４】
各工具ホルダは、前記切削要素から前記カッタ胴体に向かって横方向内側に先細になっている、請求項１から１３のいずれか一項に記載の切削アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、採掘機および掘削機に関する。特に、本開示は、岩石掘削機用の切削アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
世界中には、一般的にスラブと呼ばれる、多くの種類の岩石層が、大きな堆積物として存在している。地上の採石場では、地上からスラブを抽出するために様々なタイプの採掘装置が配備されている。スラブは専用の装置を使用して回収され、通常は大型で非常に強力な車両で載置場から取り出される。岩石スラブの重量は４０トン（４０，０００キロ）になる場合もある。研磨などの加工は現場で行われる場合があり、あるいは、家庭用や工業用に適切な大きさに切削するために現場から搬出される場合もある。
【０００３】
地上で使用されている同じ装置が、地下鉱山の限られたスペースでそのまま使用できるとは限らない。
【０００４】
本発明の目的は、特定の岩石層の幾何学的または非幾何学的形状のブロックの採掘および抽出を容易にするためのコンパクトで汎用性の高い切削アセンブリを提供することであり、地上または地下で使用することができる切削アセンブリを提供することである。
【発明の概要】
【０００５】
本発明によれば、岩石掘削機用の切削アセンブリが提供される。この切削アセンブリは、ベースユニットと、ベースユニットから延びる１つ以上の可動支持アームと、可動支持アームまたは各可動支持アームに回転可能に取り付けられた駆動スピンドルと、駆動スピンドルの回転がディスクカッタの対応する回転を引き起こすように駆動スピンドルに固定されたディスクカッタと、を備え、ディスクカッタは、カッタ胴体と、複数の切削要素と、対応する個数の工具ホルダと、を含み、各切削要素に１つの工具ホルダが設けられ、切削要素および工具ホルダは、カッタ胴体の円周表面の周囲に配置され、各切削要素は、工具ホルダ内の座部に受容され、切削要素が、意図された回転方向に位置づけられる、または意図された回転方向に向かって位置づけられるように、座部は配向されている。
【０００６】
いくつかの実施形態では、工具ホルダは、カッタ胴体から半径方向外側に延びている。
【０００７】
好ましくは、工具ホルダに対する切削要素のすくい角は、１０度から３０度の間である。オプションとして、すくい角は、約２５度である。
【０００８】
工具ホルダは、カッタ胴体に、例えばろう付けで、恒久的に取り付けられていてもよい。あるいは、工具ホルダは、カッタ胴体に着脱可能に取り付けられていてもよい。一実施形態では、工具ホルダは、ロックピン構造を用いてカッタ胴体に着脱可能に取り付けられる。
【０００９】
各切削要素は、座部の所定の位置に、例えばろう付けで、恒久的に固定されていてもよい。一実施形態では、切削要素は、座部に回転可能に取り付けられていてもよい。
【００１０】
オプションとして、工具ホルダは、軸方向に見たときに、後行面よりも短い先行面を有する略円錐台形であり、座部は、先行面に位置している。
【００１１】
オプションとして、切削要素は、平坦な切削表面を有する円筒形である。各拙作要素は、多結晶ダイヤモンドコンパクト（ＰＤＣ）であってもよい。
【００１２】
一実施形態では、各切削要素の横方向の大きさは、工具ホルダの横方向の大きさよりも大きい。このような実施形態では、切削要素は、オプションとして、両側に少なくとも１ｍｍまで工具ホルダに横方向に張り出している。
【００１３】
各工具ホルダは、切削要素から買った胴体に向かって横方向内側に先細になっていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、長壁式採掘システムの一部としての切削アセンブリの第１実施形態を組み込んだ地下鉱山の概略平面図であって、特に、水平配向の切削アセンブリを示す図である。
【図２】図２は、図１の長壁式採掘システムの概略端面図である。
【図３】図３は、長壁式採掘システムの一部としての切削アセンブリの第２の実施形態を組み込んだ地下鉱山の概略平面図であって、特に、垂直配向の切削アセンブリを垂直方向に示す図である。
【図４】図４は、図３の長壁式採掘システムの概略端面図である。
【図５】図５は、ディスクカッタの第１実施形態の正面立面図を示す。
【図６】図６は、図５のディスクカッタで使用するための切削要素の正面立面図を示す。
【図７】図７は、図６の切削要素の側面立面図を示す。
【図８】図８は、ディスクカッタの第２の実施形態の正面斜視図を示す。
【図９】図９は、図８のディスクカッタと共に使用するための複数の切削要素の側面立面図を示す。
【図１０ａ】図１０ａは、図９の第１の個別の切削要素の側面立面図である。
【図１０ｂ】図１０ｂは、図９の第２の個別切削要素の側面立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、添付した図面を参照して、例示のためだけに、より具体的に説明される。
【００１６】
図面では、同様の部品には、同様の参照番号が割り当てられている。
【００１７】
まず、図１から図２を参照すると、地下の自然の地層２にスライスするための切削アセンブリ（cutting assembly）が、１０で概略的に示されている。
【００１８】
切削アセンブリは、地下鉱山で一般的に見られる長壁式採掘システム（long wall mining system）１の一部を形成する。切削アセンブリは、一連の調節可能な屋根支持体６の中で、坑内床（mine floor）４上で動作する既知の剪断機（shearer）技術の代替品である。剪断機が採掘方向に進むと、屋根支持体６が、剪断機のすぐ後ろで坑内天盤（mine roof）８を支えるように位置付けられる。屋根支持体６の背後では、坑内天盤６は比較的制御された態様で崩壊する。典型的には、収集アームが、切削面で採掘された岩石を収集し、鉱山からの後続の除去のために搬送システム上に移送する。
【００１９】
図１および図２に示された第１の実施形態では、切削アセンブリ１０は、ベースユニット１２と、ベースユニット１２から延びる一対の間隔をあけて配置された支持アーム１４と、一対の可動支持アーム１４の間に延び、かつ一対の可動支持アーム１４に回転可能に取り付けられた駆動スピンドル１６と、駆動スピンドル１６の周囲に固定された複数のディスクカッタ１８と、を備える。
【００２０】
図３および図４に示される第２の実施形態では、単一の支持アーム１４がベースユニット１２から延びている。駆動スピンドル１６は、単一の支持アーム１４によって中央で支持され、複数のディスクカッタ１８は、単一の支持アーム１４の両側に分散して駆動スピンドル１６に取り付けられている。
【００２１】
図示しない代替実施形態では、単一のディスクカッタ１８のみが使用される。
【００２２】
好ましくは、ディスクカッタ１８または各ディスクカッタ１８は、駆動スピンドル１６について中心位置に（すなわち中心に）取り付けられる。しかしながら、このことは本質的ではなく、ディスクカッタ１８または各ディスクカッタ１８は、代替的に、駆動スピンドル１６についてその中心からずれて取り付けられてもよい。オプションとして、２つの配置の組み合わせを代わりに使用してもよい。例えば、複数のディスクカッタ１８が直列に、すなわち駆動スピンドル１６に沿って互いに隣接して並列に使用される場合、交互に配置されたディスクカッタ１８は、駆動スピンドル１６について中心に取り付けられてもよい。残りのディスクカッタ１８の各中心は、ディスクカッタ１８が駆動スピンドル１６について取り付けられている位置から半径方向にずれていてもよい。他の組み合わせが想定される。
【００２３】
ベースユニット１２は、ディスクカッタ１８の運搬システムとして機能する。ベースユニット１２は、ディスクカッタ１８を、切削される岩石２に近接して、動作位置に前進させるとともに動作位置から後退させるために移動可能である。ベースユニット１２が岩石層２に接近する速度は、切削アセンブリ１０の岩石層２への送り速度を決定するいくつかの変数のうちの１つである。ベースユニット１２（屋根支持体６と協働して）はまた、採掘される岩石層２の長壁に沿って、左から右へ、またはその逆へ、横方向に移動可能である。
【００２４】
各支持アーム１４は、第１の切削配向および第２の切削配向に移動可能に構成されている。図１および図２に最も良く示されているように、第１の切削配向では、駆動スピンドル１６は水平である。その結果、ディスクカッタ１８によってなされる岩石層２の切削は、それに対応して垂直である。図３および図４に最も良く示されているように、第２の切削配向では、駆動スピンドル１６は垂直である。その結果、ディスクカッタ１８によってなされる岩石層２の切削は、それに対応して水平である。第１の切削配向および第２の切削配向は、上述した第１の実施形態または第２の実施形態のいずれかで可能である。
【００２５】
オプションとして、駆動スピンドル１６が前述の垂直と水平との間の任意の切削配向で操作可能であるように、支持アーム１４が移動可能であってもよいが、このことは本質的ではない。支持アーム１４は、第１の切削配向および第２の切削配向の間で移動可能であるが、第１の切削配向および第２の切削配向では完全に動作可能（すなわち、岩石の切削または粉砕を容易にするために回転するディスクカッタ）であるように構成されてもよい。
【００２６】
各支持アーム１４は、要求される切削の深さに応じて、第１の操作可能な位置と第２の操作可能な位置との間で、任意には第１の切削配向と第２の切削配向の各々で、移動可能である。これは、図２の両矢印Ａによって示されている。例えば、第１の操作位置では、駆動スピンドル１６は、坑内床４に近接するように下降し、第２の操作位置では、駆動スピンドル１６は、坑内天盤８に近接するように上昇する。
【００２７】
オプションとして、各支持アーム１４は、ピボットジョイント（または代替的にユニバーサルジョイント）によって第２のアーム部分に接続された第１のアーム部分を有していてもよい。第１のアーム部分および第２のアーム部分の各々は、互いに独立して相対的に移動可能である。この配置は、切削アセンブリ１０が動作する自由度を増大させ、有利にはその操縦性を向上させる。
【００２８】
駆動スピンドル１６は、特定の速度で回転するようにモータによって駆動される。モータの動力は、選択されたディスクカッタ１８のタイプと要求される切削力とに応じて、典型的には、ディスクカッタ１８あたり２０ｋＷから５０ｋＷの間である。
【００２９】
図５に最も良く示されているように、一実施形態では、ディスクカッタ１８は、円形胴体２０と、円形胴体２０の周囲に周方向に配置された複数の切削要素２２と、を含む。駆動スピンドル１６の回転は、ディスクカッタ１８の対応する回転を引き起こす。しかしながら、ディスクカッタ１８は、円形である必要はなく、単に略円形であってもよく、例えば、そのサイズに応じて、八角形の形状のカッタが略円形のディスクカッタに近似してもよい。したがって、ディスクカッタ１８は、六角形、八角形、十角形などであってもよく、実際には、円周方向に延びる任意の数の側面を有していてもよい。
【００３０】
ディスクカッタ１８または各ディスクカッタ１８は、１つ以上のセンサを更に含んでいてもよい。これらのセンサは、カッタ胴体２０に埋め込まれていてもよく、または一体化されていてもよい。センサは、温度センサ、圧力センサ、Ｘ線センサ、ガンマ線センサ、加速度センサ、切削条件の化学的性質を監視するように構成されたセンサ、または岩石層または抽出のための材料を識別するように構成されたセンサのうちのいずれか１つであってもよい。そのような実施形態では、センサは、データ収集システムに連結されてもよく、また、潜在的には、採掘／抽出操作からオンラインまたはリモートでデータ分析パッケージに連結されてもよい。
【００３１】
好ましい実施形態では、複数のディスクカッタ１８が駆動スピンドル１６上に配置されている。典型的には、６個以上のディスクカッタ１８が設けられてもよい。ディスクカッタ１８は、実施形態に応じて、間隔をあけて配置された一対の支持アーム１４ａ、１４ｂの間で、または、支持アーム１４の両側で、好ましくは駆動スピンドル１６の長さに沿って規則的に間隔をあけて配置されている。
【００３２】
ディスクカッタ１８の間隔は、要求される切削深さおよび切削される岩石層２の機械的特性、例えば最大抗張力（ＵＴＳ）に従って選択され、特定の切削エネルギを最適化し、要求される電力消費量を決定する。その目的は、切削された材料が自重で破断する条件を得ることである。例えば、キンバーライトの切削深さが０．４ｍの場合、隣接するディスクカッタ間の理想的な間隔は約０．３ｍである。しかしながら、これは、破断に必要な力に応じて増大したり減少したりすることができる。好ましくは、間隔はその場で調整可能であり、自動化されたプロセスであってもよいし、手動プロセスであってもよい。間隔は、遠隔で調整可能であってもよく、例えば、地上のオペレーションオフィスから調整可能であってもよい。くさび形の工具は、このような破断力を適用するために使用されてもよく、岩石の破断を補助する。
【００３３】
ディスクカッタ１８は、好ましくは０．０１ｍと２ｍの間、より好ましくは０．０１ｍと０．５ｍの間で測定されるギャップによって間隔をあけて配置されている。
【００３４】
ディスクカッタ１８の円形胴体２０は、典型的には鋼製であり、約１０００ｍｍの直径を有し、約１１ｍｍの厚さ（軸方向に測定され、以下の説明では横方向の大きさともみなされる）を有する。現実的には、そのような直径は、最大４００ｍｍの切削深さを可能にする。円形胴体２０は、６０ｍｍから１００ｍｍの間のシャフト直径２３を有し、駆動スピンドル１６を受けるためのサイズおよび形状を有している。
【００３５】
ディスクカッタ１８の直径（非円形ディスクカッタの場合は有効直径）および厚さは、切削アセンブリの意図された用途に従って適切に選択される。例えば、ケーブル敷設用途では、より小さい直径のディスクカッタ１８が要求されるであろう。ロボットアームのアングルグラインダでは、更に小さな直径が要求されるであろう。しかし、トンネル掘削用途では、かなり大きな直径のディスクカッタ１８が要求され、それに応じて適合されるであろう。
【００３６】
この実施形態では、ディスクカッタ１８はまた、対応する個数の切削要素２２を受容するための複数の工具ホルダ２４を含む。別の実施形態では、ディスクカッタは、１個以上の工具ホルダを含む。
【００３７】
好ましくは、本質的ではないが、各工具ホルダ２４は、１つの切削要素２２のための座部を提供する。好ましくは、各工具ホルダ２４は、鋼から作られているが、代わりに、７０ＨＶ（ビッカース硬度）を超える硬度を有する任意の金属系材料、炭化物系材料またはセラミック系材料を含んでいてもよい。各工具ホルダ２４は、図５、図６および図７に示す実施形態のように、（例えば、ろう付けまたは溶接を使用して）カッタ胴体２０に恒久的に接続されるか、または、図８、図９および図１０ａ、図１０ｂに示す実施形態のように、保持機構を使用してカッタ胴体２０に着脱可能に取り付けられる。ろう付け、溶接、および／または機械的接続の混合物を使用することができる。あるいは、工具ホルダ２４は、例えば、鍛造、粉末冶金等によって、ディスクカッタ１８の胴体２０と一体的に形成されてもよい。
【００３８】
保持機構は、工具ホルダ２４をカッタ胴体２０に固定するために使用されるロックピン構造２５を含んでいてもよい。クランピング、焼き嵌め等が代替的に使用されてもよい。
【００３９】
一実施形態では、各切削要素２２は、工具ホルダ２４の１つによって堅くまたは固定的に支持されている。各工具ホルダ２４は、好ましくは、カッタ胴体２０の円周表面の周囲に等しい角度で間隔をあけて配置されている。各切削要素２２は、ろう付けを用いて、工具ホルダ２４内または工具ホルダ２４上の所定の位置に固定されてもよい。代替的に、工具ホルダ２４または各工具ホルダ２４は、切削要素２２を回転可能に受容するように構成されてもよい。そのような実施形態では、切削要素２２および工具ホルダ２４は、切削要素２２が工具ホルダ２４内で自由に、例えばすきま嵌めで回転するように構成されていてもよく、または代替的に、切削要素２２が採掘／掘削されている岩石層と接触するときにのみ、例えば中間嵌めで工具ホルダ２４内で回転できるように構成されてもよい。 
【００４０】
切削要素２２の各々は、硬度値１３０ＨＶ以上の硬い耐摩耗性材料を含む。切削要素２２は、好ましくは、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンド、ダイヤモンドライク材料、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される超硬質材料（superhard material）を含むが、代わりにタングステンカーバイドのような硬質材料であってもよい。切削要素２２は、超硬質材料が結合された超硬合金（cemented carbide）基板を含んでいてもよい。
【００４１】
一実施形態では、切削要素２２は、石油・ガス掘削の分野でより一般的に見られる多結晶ダイヤモンドコンパクト（ＰＣＤ）である。このようなＰＣＤは、しばしば円筒形であり、通常、鋼または炭化物基板に結合されたダイヤモンド層焼結体を含む。
【００４２】
ＰＣＤは、６ｍｍから３０ｍｍの間の直径を有し、好ましくは８ｍｍから２５ｍｍの間の直径を有する。例えば、ＰＣＤは、１３ｍｍの直径を有していてもよく、１６ｍｍまたは１９ｍｍの直径を有していてもよい。好ましくは、ＰＣＤは１６ｍｍの直径を有する。ディスクカッタでは、直径の組み合わせが使用されてもよい。
【００４３】
各ＰＣＤは、面取りされていてもよく、二重面取りされていてもよく、または複数に面取りされていてもよい。
【００４４】
各ＰＣＤは、研磨されたカッタ表面を含んでいてもよく、少なくとも部分的に研磨されていてもよい。
【００４５】
あるいは、従来のＰＣＤであるよりもむしろ、切削要素２２は、３次元形状のカッタであってもよい。切削要素２２のストライクチップは、円錐形、角錐形、弾道形、ノミ形、または半球形であってもよい。ストライクチップは、平坦な頂点を有する切頭形であってもよく、非切頭形であってもよい。ストライクチップは、軸対称であってもよいし、非対称であってもよい。切削要素２２の任意の形状は、本発明の任意の態様と組み合わせて使用することができる。そのような形状のカッタの例は、ＷＯ２０１４／０４９１６２およびＷＯ２０１３／０９２３４６に記載されている。
【００４６】
工具ホルダ２４の第１の実施形態では、図５、図６および図７において、各工具ホルダ２４は、軸方向に見たときに（図６参照）、略円錐台形である（図６参照）。各工具ホルダ２４は、先行面２６と、後行面２８と、を有し、各切削要素２２は、工具ホルダ２４の先行面２６内の座部３０内に受容される。各座部３０は、切削要素２２が意図された回転方向に接線方向を向くように角度が付けられている（または意図された回転方向に向かって概略的に位置づけられている）。このことは、平坦な一次切削表面３２を有するＰＣＤにとって特に有益である。座部のおかげで、切削要素２２の刃先３３は、カッタ胴体２０に対するある角度範囲に方向付けられることができる。このことは、切削要素２２が岩石面の進行方向においてもっぱら半径方向または軸方向に外側を向いている従来のアプローチとは対照的である。これにより、切削要素のストライクチップの構成を変更することなく、所望の切削角度を得るための大きな柔軟性が得られる。
【００４７】
更に、別個の切削要素２２を受容するための座部を有することは、有利には、任意の余剰のＰＤＣストックを使い切って新たな用途で有用性を見出すことができ、それによって企業の運転資本を減少させることを意味する。
【００４８】
オプションで、切削要素のすくい角（rake angle）は、２５度から３０度の間である。オプションで、すくい角は約２５度である。オプションで、すくい角は、正または負であってもよい。
【００４９】
工具ホルダ２４の先行面２６は、後行面２８よりも一般的には短く、それにより、使用中に切削要素２２のための有意な構造的後方支持を提供する。工具ホルダ２４、特に回転方向における工具ホルダ２４の後部は、使用中の衝撃力のかなりの割合を吸収し、そうでなければ切削要素２２がカッタ胴体２０から飛び出して失われる危険性を低減する。
【００５０】
好ましくは、座部は、切削要素２２の後部（すなわち、切削面３２と略対向する面）を完全に支持する。
【００５１】
側面図（図７参照）において、各工具ホルダ２４は、矢印Ｂで示されるように、変化する横方向の断面を有しており、各工具ホルダ２４は、切削要素２２の近くの工具ホルダ２４の頭部３４から、円形胴体２０の近くの足部３６に向かって、横方向内側に先細状になっている。
【００５２】
各切削要素２２の横方向の大きさ（図７に最もよく示されている）は、工具ホルダ２４の横方向の大きさよりも大きい。この張り出しは、使用中の著しい摩耗から工具ホルダ２４を保護する。好ましくは、工具ホルダ２４の厚さ（すなわち横方向の大きさ）は、約１４ｍｍである。この実施形態では、切削要素２２は、工具ホルダ２４を越えて両側に約１ｍｍ突出している。これにより、使用中に主要な摩耗を受けるのは、工具ホルダ２４またはカッタ胴体２０ではなく、切削要素２２であることが保証される。はみ出しは、工具ホルダ２４が岩石層２に対して擦れることを防止する。擦れた場合には、ハードコーティングまたは多層アプローチが使用されてもよい。
【００５３】
図８および図９に示すように、工具ホルダ２４の第２の実施形態では、連続する工具ホルダ２４は、カッタ胴体２０に対して横方向にずれている。図１０ａおよび図１０ｂに示されるように、各工具ホルダ２４は、一方の側にわずかなキンク（kink）を含む。言い換えれば、工具ホルダ２４の遠位部分２４ａは、円形胴体２０および工具ホルダ２４の近位部分２４ｂに対して横方向にずれている。遠位部分２４ａおよび近位部分２４ｂは共に横方向に延びている。工具ホルダ２４の遠位部分２４ａおよび近位部分２４ｂは、３８で概略的に示されている交差部で交わっている。横方向のずれの方向は、カッタ胴体２０の一方の側から軸方向に離れる第１の方向、またはカッタ胴体２０の他方の側から離れる反対の第２の方向のいずれかである。図１０ａでは、工具ホルダ２４は右側にキンクしており、図１０ｂでは、工具ホルダ２４は左側にキンクしている。交差部３８は、ドッグレッグのような鋭い方向転換であってもよく、またはカーブのような引き延ばされた方向転換であってもよい。交差部３８は、遠位部分２４ａと近位部分２４ｂとを結合する中間部分を構成していてもよい。
【００５４】
代替として、遠位部分２４ａが円形胴体２０と整列している一方で、近位部分２４ｂは、カッタ胴体２０に対して横方向にずれていてもよいことが想定される。しかしながら、切削要素２２は、通常、工具ホルダ２４の遠位部分２４ａ上に位置しているため、最初に述べた配置が好ましい。
【００５５】
カッタ胴体２０の円周表面４０に沿って、横方向ずれの方向は、連続する工具ホルダ２４に対して交互になる。この配置の利点は、切削要素２２の大きさに関係なく、円形ボディ２０の回転中に切削要素２２によって提供される有効な切削面積を増加させることである。また、カッタ胴体２０全体を取り外す必要なく、メンテナンスおよび修理中に個々の工具ホルダ２４を迅速かつ容易に交換することを容易にする。更に、この配置は、切削アセンブリ１０を通過する切削岩石の流れに起因するカッタ胴体２０の浸食（「ボディウォッシュ」と呼ばれることもある）を低減するのに役立つ。
【００５６】
切削アセンブリ１０は、加えて、硬質肉盛材料（図示せず）を含んでいてもよい。硬質肉盛材料（hard-facing material）は、鉄を基材とすることを特徴とする低融点炭化物（ＬＭＣ）材料を含んでいてもよい。例示的な材料は、ＵＳ８，９６８，８３４、ＵＳ８，８４６，２０７およびＵＳ８，７５３，７５５に記載されているが、代わりに他の耐摩耗性材料を使用することもできる。硬質肉盛材料の目的は、円形胴体２０のボディウォッシュを制限することである。硬質肉盛材料は、工具ホルダ２４の後方で、後行面２８に近接して回転可能に位置していてもよい。工具ホルダ２４が間隔をあけて配置されている場合、硬質肉盛材料は、連続する工具ホルダ２４の間で、カッタ胴体２０内に、またはカッタ胴体２０上に設けられていてもよい。加えて、または代わりに、硬質肉盛材料は、後行面２８に設けられていてもよい。加えて、または代わりに、硬質肉盛材料は、先行面２６に設けられてもよい。硬質肉盛材料は、先行面２６、後行面２８、および円周表面４０に設けられていてもよい。カッタ胴体２０および／または工具ホルダ２４上の硬質肉盛材料の位置は、現場固有のものであり、その現場で採掘される岩石層の性質に応じて選択される。
【００５７】
使用時には、ディスクカッタ１８が岩石層２と接触し、駆動スピンドル１６、したがってそのディスクカッタ１８の回転が、岩石層２のスライスを引き起こす。切削アセンブリ１０は、岩石層２をスライスして、選択された切削要素２２のサイズに応じて、例えば、約１６ｍｍのきれいな直交カットを形成する。カットされた岩石は、自重で破断したり、または二次的なくさびの力で、例えばくさび形の工具を使用して破断したりする。
【００５８】
上記では切削アセンブリのいくつかの用途が述べられたが、トンネル掘削は特に魅力的な用途である。一般的には、地下に新たなトンネルを形成するために、トンネルボーリングマシン（ＴＢＭ）が使用される。ＴＢＭは、公知の方法で円筒形のトンネルを形成する。トンネルの目的が車両または歩行者の交通のためであり、円形の横方向の断面のみが可能である場合には、トンネルの下部内に新しい水平床が含まなければならない。事実上、トンネルの直径が大きくなりすぎる。トンネル上部に実際に要求される使用可能な空間を形成するためには、余剰の岩石材料が抽出されなければならない。より大きなＴＢＭが、より小さなＴＢＭよりも多くの消耗品である切削チップを必要とするだけでなく、トンネル掘削作業にかなりの時間がかかるため、トンネル掘削コストが増加する。更に、新しい床の建設には追加の材料が要求される。本明細書に記載された切削アセンブリにより、より小さい横方向の断面でトンネルを形成することができ、それにより、上部トンネルの所望の形状を作成することができる。また、切削アセンブリは、より小さいＴＢＭに従ってトンネルの下半分を形成し、壁に垂直な床を作成し、より大きいＴＢＭを使用した場合よりも除去する材料を著しく少なくする。
【００５９】
本発明は、特に実施形態を参照しながら示されて説明されたが、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく、形態および詳細の様々な変更が行われ得ることは、当業者によって理解されるであろう。
【００６０】
例えば、切削アセンブリの第２の実施形態では、単一の支持アーム１４のみが記載されているが、代わりに、間隔をあけて配置された２つ以上の支持アーム１４が設けられてもよい。
【００６１】
例えば、本明細書に記載された２つの実施形態は、両方とも、駆動スピンドル１６に取り付けられた複数のディスクカッタ１８を含む。これは、そうである必要はなく、代わりに単一のディスクカッタ１８を使用してもよい。
【００６２】
例えば、一対の切削要素２２と工具ホルダ２４との組み合わせを使用する代わりに、切削要素は、その周縁部でディスクカッタ１８の胴体に直接一体化されてもよく、それによって中間工具ホルダ２４の必要性を除去することができる。
【００６３】
例えば、切削要素または各切削要素は、多結晶ダイヤモンド材料の代わりに単結晶ダイヤモンドを含んでいてもよい。
【００６４】
例えば、切削要素２２は、ダイヤモンドまたは研磨グリットを含んだ金属を含んでいてもよく、またはセラミック系であってもよい。
【００６５】
切削アセンブリ１０は、地下で実用的であると説明したが、地上、例えば、開放された採石場で同様に使用されてもよい。
【００６６】
更に、小型版は、例えば、小径の光ファイバケーブルを敷設するために、道路や舗道に小さな溝を掘るために使用することができる。この場合、切削アセンブリ１０は、岩ではなく、アスファルトやコンクリートを切削するであろう。このような実施形態では、カッタ胴体２０の直径は３００ｍｍ、最大２０ｍｍまでのカッタ胴体の横方向の厚さ、およびそれに対応するサイズの切削要素のオーダであるだろう。約５０ｍｍ〜約１００ｍｍの切削深さを達成するようになる。
【００６７】
本明細書で使用される特定の標準用語および概念を以下に簡単に説明する。
【００６８】
本明細書で使用されるように、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）材料は、複数のダイヤモンド粒を含み、そのかなりの数が互いに直接相互に結合しており、ダイヤモンドの含有量が材料の少なくとも約８０体積％である。ダイヤモンド粒の間の隙間は、実質的に空であってもよく、またはそれらは、バルク充填材で少なくとも部分的に充填されていてもよく、またはそれらは実質的に空であってもよい。バルク充填材は、焼結促進材を含んでいてもよい。
【００６９】
ＰＣＢＮ材料は、金属材料、半金属材料、またはセラミック材料からなるマトリックス内に分散された立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）の粒を含む。例えば、ＰＣＢＮ材料は、炭窒化チタンのようなＴｉ含有化合物、窒化アルミニウムのようなＡｌ含有化合物、またはＣｏやＷのような金属を含む化合物からなるバインダーマトリックス材料中に分散された少なくとも約３０体積％のｃＢＮ粒を含んでいてもよい。ＰＣＢＮ材料のいくつかのバージョン（または「グレード」）は、少なくとも約８０体積％または少なくとも約８５体積％のｃＢＮ粒を含んでいてもよい。
【００７０】
ＰＣＢＮ材料は、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）の粒が、金属材料、半金属材料、またはセラミック材料からなるマトリックス内に分散されたものからなる。例えば、ＰＣＢＮ材料は、炭窒化チタンのようなＴｉ含有化合物、窒化アルミニウムのようなＡｌ含有化合物、またはＣｏやＷのような金属を含む化合物からなるバインダーマトリックス材料中に分散された少なくとも約３０体積％のｃＢＮ粒を含んでいてもよく、ＰＣＢＮ材料のいくつかのバージョン（または「グレード」）は、少なくとも約８０体積％または少なくとも約８５体積％のｃＢＮ粒を含んでいてもよい。
【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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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【国際調査報告】
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