(57)【要約】  本発明は、掘削システムの分野に関し、より具体的には、電気パルスによる掘削用工具を含む掘削システムに関する。本発明の掘削システムは、支持フレーム（３４）と、ポンプ付き油圧回路と、第１及び第２の掘削工具とを有する。第１及び第２の掘削工具の一方が、油圧式アクチュエータと、少なくとも１つの機械式固定部材及び油圧式アクチュエータと流体連通する少なくとも１つの油圧継手を含む取付けインターフェイスとを有する機械式掘削工具（１’）であり、第１及び第２の掘削工具の他方が、電気パルスによる掘削用工具であり、他方の掘削工具は、回転シャフトを有し、この回転シャフトの回転により電気を発生させる発電機（３）と、回転シャフトに結合され、この回転シャフトの回転を駆動させる油圧モータと、発電機（３）に電気的に接続され、発電機（３）によって電力供給され、それによって発電機（３）の瞬時電力よりも高い瞬時電力の電気パルスを発生させる電子パワーモジュール（４）と、この電子パワーモジュール（４）に接続された少なくとも１つの電極（５ａ）を含む複数の電極（５ａ，５ｐ）であって、前面に配置される複数の電極（５ａ，５ｐ）と、少なくとも１つの機械式固定部材（２２）及び油圧モータ（２）と流体連通する少なくとも１つの油圧継手（２０）を含む取付けインターフェイス（１４）とを有する。第１及び第２の掘削工具の各取付けインターフェイスが、掘削アッセンブリの油圧回路と流体連津する対応する油圧継手を用いて、掘削システムの支持フレーム（３４）の下で対応する掘削工具を取り外し可能に且つ交換可能に取り付けるのに適している。
2018522153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持フレーム（３４）と、ポンプ付き油圧回路と、第１及び第２の掘削工具とを有する掘削システムであって、
第１及び第２の掘削工具の一方が、油圧式アクチュエータと、少なくとも１つの機械式固定部材（２２）及び前記油圧式アクチュエータと流体連通する少なくとも１つの油圧継手（２０）を含む取付けインターフェイスとを有する機械式掘削工具（１’）であり、
第１及び第２の掘削工具の他方が、電気パルスによる掘削用工具（１）であり、前記他方の掘削工具は、回転シャフトを有し、該回転シャフトの回転により電気を発生させる発電機（３）と、前記回転シャフトに結合され、前記回転シャフトの回転を駆動させる油圧モータと、前記発電機（３）に電気的に接続され、前記発電機（３）によって電力供給され、それによって前記発電機（３）の瞬時電力よりも高い電気パルスを生成させる電子パワーモジュール（４）と、該電子パワーモジュール（４）に接続された少なくとも１つの電極（５ａ）を含む複数の電極（５ａ，５ｐ）であって、前面に配置される複数の電極（５ａ，５ｐ）と、少なくとも１つの機械式固定部材（２２）及び前記油圧モータ（２）と流体連通する少なくとも１つの油圧継手（２０）を含む取付けインターフェース（１４）とを有しており、
第１及び第２の掘削工具の各取付けインターフェイスが、掘削アッセンブリの前記油圧回路と流体連通する対応する油圧継手を用いて、前記掘削システムの前記支持フレーム（３４）の下で対応する掘削工具を取り外し可能に且つ交換可能に取り付けるのに適している、
掘削システム。
【請求項２】
前記支持フレームは、前記掘削工具を少なくとも１つの軸線の周りに傾斜させる装置を含む、請求項１に記載の掘削システム。
【請求項３】
残土吸引ポンプをさらに含む、請求項１又は２に記載の掘削システム。
【請求項４】
前記支持フレーム（３４）が少なくとも１本のケーブルによって吊り下げられるジブ（１０）を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の掘削システム。
【請求項５】
前記機械式掘削工具は、作動させるために前記機械式掘削工具の前記油圧式アクチュエータに結合されたカッター部材を含むカッター式掘削工具である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の掘削システム。
【請求項６】
前記複数の電極（５ａ，５ｐ）は、前記前面の周囲に配置された複数の電極（５ａ，５ｐ）から構成される少なくとも１つの列を含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の掘削システム。
【請求項７】
前記複数の電極（５ａ，５ｐ）は、前記前面の中央領域に配置された少なくとも１つの電極（５ａ，５ｐ）を含む、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の掘削システム。
【請求項８】
前記複数の電極（５ａ，５ｐ）は、前記電子パワーモジュール（４）に接続された少なくとも２つの電極（５ａ）を含み、前記電子パワーモジュール（４）は、前記電子パワーモジュール（４）が接続される前記少なくとも２つの電極（５ａ）のそれぞれに電気パルスを別々に送るように構成される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の掘削システム。
【請求項９】
前記複数の電極（５ａ，５ｐ）のうちの少なくとも１つの電極（５ａ，５ｐ）の動きを、特に少なくとも垂直成分及び／又は水平成分を示す運動で駆動させるためのアクチュエータ装置をさらに有する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の掘削システム。
【請求項１０】
アクチュエータ装置が、少なくとも１つのリニアアクチュエータを含む、請求項５に記載の掘削システム。
【請求項１１】
前記電気パルスによる掘削用工具（１）は、少なくとも１つの残土除去取入口（８）をさらに含む、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の掘削システム。
【請求項１２】
前記電気パルスによる掘削用工具（１）は、前記掘削工具（１）の前面に配置された少なくとも１つの流体噴射ノズル（７）に通じる流体供給ダクト（６）をさらに含む、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の掘削システム。
【請求項１３】
前記流体供給ダクト（６）は、前記掘削工具（１）の前記前面に分布する複数の流体噴射ノズル（７）に通じる、請求項１２に記載の掘削システム。
【請求項１４】
前記前面は、細長い、例えば掘削方向に対して垂直な長方形である、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の掘削システム。
【請求項１５】
トレンチを掘削するために、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の掘削システムを使用する方法であって、当該方法は、
第１の掘削工具を前記支持フレームの下に取り付けるステップと、
第１の掘削工具で第１の地層を掘削するステップと、
前記支持フレーム（３４）の下の第１の掘削工具を第２の掘削工具に置き換えるステップと、
第２の掘削工具で第２の地層を掘削するステップと、を含む、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削システムの分野に関し、特に、電気パルスによる掘削用工具を含む掘削システムの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
既存の掘削工具の中には、特にカッタータイプの掘削工具が知られており、この掘削工具では、回転式カッターヘッド、すなわち「カッター」によって地盤を崩し、その後そのようにして生じた残土を除去することができる。カッター式掘削工具は、地面に２００メートル（ｍ）までの比較的大きな深さのトレンチを形成するのに通常使用され、その掘削工具の厚さは、トレンチの深さに比べて比較的小さく、５００ミリメートル（ｍｍ）〜１８００ｍｍの範囲内である。掘削工具の一般的な幅は２８００ｍｍである。このような機械の利点の１つは、特に隣接するパネル同士の間の良好な連続性を確保するために、厳しい垂直基準に適合しながら、このような大きな深さのトレンチを形成できることである。トレンチ全体は、隣接し且つ並置された連続するパネルを掘ることによって得られる。
【０００３】
それにもかかわらず、このような掘削工具の欠点は、特に硬い地層、具体的には岩石層を掘削する際にはあまり効果的ではないということである。この問題を解決するために、例えば特許文献１及び特許文献２に公開されているように、電気パルスによる掘削用工具が提案されている。このような掘削工具は、典型的には、掘削工具の前面に配置された電極を含む。電極同士の間の高出力放電によって、カッターを使用するよりも少ないエネルギーで、前面の真下に位置する岩石を破砕することができる。
【０００４】
それにもかかわらず、電極に通電することは他の問題を引き起こす。電気パルスによる掘削用工具が、高出力であるが短時間の放電を、より控えめな定格電力を連続的に供給する電力供給源から生成する電子パワーモジュールを含む場合であっても、供給される電力は、それにもかかわらず十分高く、電源ケーブルが地表近くで破損した場合に機器や人員の安全性に問題を引き起こす。
【０００５】
この問題を解決するために、電気パルスによって削孔する特定の分野において、地表から油圧駆動される発電機を含む削孔工具が知られており、この工具は、公開された特許文献３及び特許文献４）、及び特許文献５に開示されている。それにもかかわらず、電気パルスによって削孔するこのような工具は硬い岩石層によく適しているが、柔らかい地層を掘削することに十分適していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／０１３７１８２号
【特許文献２】欧州特許第１  ４７４  ５８７号
【特許文献３】英国特許出願公開２  ４２０  ３５８号
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１０／００００７９０号
【特許文献５】独国実用新案第２０  ２００６  ０１８  ９８０号
【発明の概要】
【０００７】
本開示は、万能且つ有効であり、非常に異なる組成及び密度の地層を最も効果的な方法で掘削するために容易に適合させることができる掘削システムを提案することによって、これらの欠点を是正することを目指している。このシステムは、支持フレームと、ポンプ付き油圧回路と、第１及び第２の掘削工具であって、第１及び第２の掘削工具の一方が油圧式アクチュエータを有する機械式切削工具である、第１及び第２の掘削工具と、少なくとも１つの機械式固定部材及び油圧式アクチュエータと流体連通する少なくとも１つの油圧継手を含む取付けインターフェイスとを有する。
【０００８】
この目的は、第１及び第２の掘削工具の他方が、電気パルスによる掘削用工具であり、他方の掘削工具は、回転シャフトを有し、この回転シャフトの回転により電気を発生させる発電機と、回転シャフトに結合され、回転シャフトの回転を駆動させる油圧モータと、発電機に電気的に接続され、発電機によって電力供給され、それによって発電機の瞬時電力よりも高い瞬時電力の電気パルスを発生させる電子パワーモジュールと、電子パワーモジュールに接続された少なくとも１つの電極を含む複数の電極であって、前面に配置される複数の電極と、少なくとも１つの機械式固定部材及び油圧モータと流体連通する少なくとも１つの油圧継手を含む取付けインターフェイスとを有しており、第１及び第２の掘削工具の各取付けインターフェイスが、掘削アッセンブリの油圧回路と流体連通する対応する油圧継手を用いて、掘削システムの支持フレームの下で対応する掘削工具を取り外し可能に且つ交換可能に取り付けるのに適している。
【０００９】
これらの手段によって、掘削システムを異なるタイプの地盤を掘削することに容易に適合させることができ、この掘削システムは、電気を送るよりも安全な方法で、地表から油圧駆動により伝達される適切な掘削工具を常に動作させるために必要なエネルギーも伝達することができる。
【００１０】
電気パルスによる掘削用工具では、複数の電極は、特に、削孔工具の前面の周囲に配置された複数の電極の列を含み、この前面の周囲で活性掘削フロント面を形成し、それによって、前面の下の地盤材料を崩し易くする。
【００１１】
さらに、複数の電極は、前面の中央領域に配置された少なくとも１つの電極を含み、これをリッジブレーカ（ridge-breaker）として機能させることができる。
【００１２】
電子パワーモジュールは、少なくとも５０キロボルト（ｋＶ）の電圧、少なくとも１キロアンペア（ｋＡ）の電流、及び／又は少なくとも３０ナノ秒（ｎｓ）の持続時間を有する電気パルスを生成するのに適しており、及び／又は少なくとも１ヘルツ（Ｈｚ）の繰返し周波数を有する。複数の電極は、特に、電子パワーモジュールに接続された少なくとも２つの電極を有することができ、電子パワーモジュールは、電子パワーモジュールが接続される少なくとも２つの電極のそれぞれに電気パルスを別々に送るように構成することができ、こうして、掘削の有効性を高めるように及び／又は工具を傾けることなく掘削フロント面を傾けるように、各電極に伝達されるパルス同士の間の位相シフトを得ることができる。
【００１３】
それにもかかわらず、掘削フロント面の形状を適合させるために、掘削工具は、複数の電極のうちの少なくとも１つの電極の運動を駆動させるためのアクチュエータ装置も有することができる。特に、この運動は、少なくとも垂直成分及び／又は水平成分を含むことができる。アクチュエータ装置は、少なくとも１つのリニアアクチュエータを含むことができる。
【００１４】
破砕された材料をその掘削工具の前面の下から除去できるようにするために、電気パルスによる掘削用工具は、少なくとも１つの残土除去取入口をさらに含むことができる。
【００１５】
さらに、この残土除去を容易にするために、電気パルスによる掘削用工具は、掘削工具の前面に配置された少なくとも１つの流体噴射ノズルに通じる流体供給ダクトをさらに含むことができる。このように、残土除去取入口に吸引されると、電気パルスによる掘削用工具の前面の下に噴射された流体は、特に効果的な方法で残土をその流体と共に取り込むことができる。この流体を掘削工具の前面の下により良く分配させるために、流体供給ダクトは、電気パルスによる掘削用工具の前面に分布した複数の流体噴射ノズルに通じることができる。さらに、流体供給ダクトは、特に、少なくとも１つの供給ノズルに液体、特に掘削泥を供給するのに適しており、液体と共に残土を取り込むことができるが、代わりに、少なくとも１つの噴射ノズルにガス、特に圧縮空気を供給するのに適しており、ガスで残土を取り込むことができる。
【００１６】
トレンチの掘削を容易にするために、前面は、細長であってもよく、例えば掘削方向に対して垂直な長方形であってもよい。
【００１７】
油圧継手及び複数の掘削工具の一方及び／又は他方は、特に、作動油を到達させるための少なくとも１つの通路と、作動油を戻すための少なくとも１つの通路とを含むことができるが、例えば作動油として使用される流体が、残土除去を容易にするために、掘削工具の前面の下に後でその後噴射される液体である場合には、戻り通路を省略することも考えられる。
【００１８】
掘削フロント面を傾けることができるように、支持フレームは、掘削工具を少なくとも１つの軸線の周りに傾斜させる装置を含むことができる。掘削工具の前面の下にある残土除去を容易にするために、掘削アッセンブリは、例えば、掘削工具又は支持フレームに位置する残土吸引ポンプを含むこともできる。掘削工具が残土除去取入口を含む場合に、残土吸引ポンプは、残土除去取入口を介して残土を吸引するように、掘削工具の下流側に残土除去取入口と流体連通するように配置することができる。また、残土吸引ポンプは、例えば油圧作動であってもよい。こうして、発電機を作動させ且つ残土吸引ポンプを作動させるために、単一の油圧回路を使用することができる。
【００１９】
掘削される坑井又はトレンチ内に排気工具を容易に降下させるために、掘削アッセンブリは、支持フレームが少なくとも１つのケーブルによって吊り下げられるジブを含むことができる。
【００２０】
機械式掘削工具は、特に、作動させるために機械式掘削工具の油圧式アクチュエータに結合されたカッター部材を含むカッター式掘削工具であってもよい。
【００２１】
本開示は、トレンチを掘削するためのこのような掘削システムを使用する方法も提供し、この方法は、
第１の掘削工具を支持フレームの下に取り付けるステップと、
第１の掘削工具で第１の地層を掘削するステップと、
支持フレームの下の第１の掘削工具を第２の掘削工具に置き換えるステップと、
第２の掘削工具で第２の地層を掘削するステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】トレンチを掘削する際に、２つの掘削工具を交互に使用する掘削システムの概略図である。
【図１Ｂ】トレンチを掘削する際に、２つの掘削工具を交互に使用する掘削システムの概略図である。
【図２】図１Ａの電気パルスによる掘削用工具の概略図である。
【図３Ａ】図２の電気パルスによる掘削用工具の潜在的な変形構成を示す図である。
【図３Ｂ】図２の電気パルスによる掘削用工具の潜在的な変形構成を示す図である。
【図３Ｃ】図２の電気パルスによる掘削用工具の潜在的な変形構成を示す図である。
【図３Ｄ】図２の電気パルスによる掘削用工具の潜在的な変形構成を示す図である。
【図４】電極の別の潜在的な変形構成を示す図である。
【図５Ａ】電気パルスによる掘削用工具の電極の垂直運動を示す図である。
【図５Ｂ】電気パルスによる掘削用工具の電極の垂直運動を示す図である。
【図６】図１Ａ及び図１Ｂの掘削システムの詳細な斜視図であり、電気パルスによる掘削用工具、カッター式掘削工具、及び一方又は他方を受け入れるように構成された支持フレームを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明は、非限定的な例として示される実施形態の以下の詳細な説明を読むことによって、十分に理解され、その利点がより良く現れる。説明は、添付図面を参照する。
【００２４】
図１Ａ〜図１Ｂは、深さＰのトレンチ２００を掘削する際の実施形態の掘削システムを示す。このシステムは、掘削される地面の上を移動可能な可動ベース１０１に設置するのに適したジブ１０と、少なくとも１本のケーブルによってジブ１０から吊り下げられ、トレンチ内に下降され且つこのケーブルを作動させることによりトレンチ内から吊り上げることができる支持フレーム３４と、支持フレーム３４の下で交換して吊り下げるのに適した掘削工具１，１’とを有する。掘削工具１は、電気パルスによる掘削用工具であり、掘削工具１’は、カッタータイプの機械式掘削工具である。システムはまた、ジブ１０を支持する同一の可動ベース１０１上に設置することができる油圧ポンプ（図示せず）と、残土除去回路１５０とを含み、油圧ポンプは、支持フレーム３４に接続され、且つ残土除去流体を供給する回路（図示せず）と共に油圧回路（図示せず）によって電気パルスによる掘削用工具１に接続される。残土除去流体を供給する回路は、工具１又は１’の下で岩石材料を破砕することにより生じる固体残土を取り込むのに役立つ流体を供給するように構成され、それによって残土除去回路によって残土を容易に取り除くことができる。流体は、掘削泥等の液体、あるいは気体、特に圧縮空気であってもよい。
【００２５】
さらに、支持フレーム３４は、トレンチ２００の側壁に導かれるように構成されており、この支持フレーム３４は、支持フレーム３４の幅Ｌ及び厚さＥと比較して、相対的に大きな高さＨを垂直方向又は掘削方向に示し、高さ方向に垂直な方向が工具１の幅Ｌ及び厚さＥとなる。こうして、支持フレーム３４は、工具を機械的に前進させるように案内する働きをし、深さＰが大きい場合であっても、正確に垂直なトレンチ２００を形成する。一例として、この深さＰは２００ｍ程度であってもよい。
【００２６】
第１の構成では、図１Ａに示されるように、電気パルスによる掘削用工具１は、硬質岩層を掘削できるように支持フレーム３４の下に取り外し可能に取り付けられ、こうして、可動ベース１０１、ジブ１０、及び支持フレーム３４と一緒にアッセンブリ１００を形成するが、第２の構成では、図１Ｂに示されるように、電気パルスによる掘削用工具１は、支持フレーム３４の下でカッター式の機械式掘削工具１’に置き換えられ、これにより、それほど硬くない層を掘削するための代替アッセンブリ１００’を形成する。
【００２７】
電気パルスによる掘削用工具１が、図２に概略的に示されている。図示の実施形態では、掘削用工具１は、２つの油圧モータ２と、２つの発電機３と、電子パワーモジュール４と、複数の電極５ａ，５ｐとを含む。さらに、掘削用工具１は、スタッドの形態の２つの機械式固定部材２２と、２つの油圧継手２０とを含むアッセンブリ・インターフェイス１４も有しており、各油圧継手は、油圧モータ２に作動油を供給する少なくとも１つの通路と、油圧モータ２から作動油を戻す少なくとも１つの通路とを含み、それにより掘削アッセンブリ１００の油圧回路と油圧モータ２との間に流体流接続を確立する。各油圧モータ２は、例えば１１５（ｋＷ）までの連続出力Ｐｈを有することができ、且つ電力Ｐｅ＝ｋ・Ｐｈを発生させるために、各発電機３の回転シャフトに機械的に結合される。ここで、ｋは、発電機の効率係数であり、１未満である。こうして、一例として、各油圧モータ２について１１５ｋＷまでの機械的出力Ｐｈで、各発電機３から１００キロボルト・アンペア（ｋＶＡ）までの電力Ｐｅを得ることができる。両方の発電機電力は、電子パワーモジュール４に電気的に接続されており、電子パワーモジュール４に連続電力Ｐｃ＝ｎ・Ｐｅを供給する。ここで、ｎは発電機３の数である（したがって、図示の実施形態ではｎは２である）。
【００２８】
発電機３によって供給される連続電力Ｐｃを利用して、電子パワーモジュール４は、実質的により高いが短い持続時間の瞬時電力Ｐｉの電気パルスを生成するように構成される。こうして、電子パワーモジュール４によって生成された電気パルスは、例えば５０ｋＶ〜５００ｋＶの範囲の電圧Ｖ、例えば１ｋＡ〜１００ｋＡの範囲の電流、例えば３０ｎｓ〜１００マイクロ秒（μｓ）の範囲の持続時間を有しており、例えば、１Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲の繰返し周波数ｆを繰り返す。
【００２９】
図示の実施形態では、電子パワーモジュール４は、示される３つの電極のうちの２つの活性電極５ａに電気的に接続され、電気パルスをそれら接続された電極５ａに伝達する。中央に示される第３の電極５ｐは接地されており、電気パルスが他の２つの電極５ａに伝達されると、これらの活性電極５ａと、これら活性電極５ａの間に位置する受動電極５ｐとの間で放電が発生する。これらの電極５ａ，５ｐは、電気パルスによる掘削用工具１の前面に位置しており、それにより岩面に接触し、電極５同士間の放電が岩石を通過してこの岩石を破砕する。当然のことながら、「前面」という用語は、掘削方向の岩面に面する、すなわち通常は下向きに面する面を指定するために使用される。
【００３０】
図２は、２つの活性電極５ａと、２つの活性電極５ａの間の１つの受動電極５ｐのみを示しているが、電気パルスによる掘削用工具の前面における電極の数及び配置は、状況に応じて変化し、例えば隣接する電極同士の間の間隔は２センチメートル（ｃｍ）〜１０ｃｍの範囲にある。こうして、図３Ａに示される変形例では、交互に配置された活性電極５ａ及び受動電極５ｐから構成される２つの列が、電気パルスによる掘削用工具１の前面の周縁部の反対側に配置されているが、図３Ｂに示される変形例では、交互に配置された活性電極５ａ及び受動電極５ｐから構成される第３の列が、他の２つの列と平行に延び、且つ電気パルスによる掘削用工具１の前面の中央領域に位置しており、第３の列はリッジブレーカ（ridge-breaker）として機能する。この文脈では、用語「リッジ」は、例えば欧州特許第１  ４８６  ６２０号に開示されている種類のカッター工具の２つの回転ドラム同士の間に形成される岩石の峰を意味するために使用される。図３Ｃに示される第３の変形例では、活性電極及び受動電極は、電気パルスによる掘削用工具１の前面全体に亘って互い違いに配置されているのに対し、図３Ｄに示される第４の変形例では、電気パルスによる掘削用工具１は、電極５ａ，５ｐを水平移動させる装置を有しており、１本の直線状の電極列５ａ，５ｐを移動させることにより、電気パルスによる掘削用工具１の前面の全体をカバーする。
【００３１】
電極５ａ，５ｐは、同じ水平面内に配置する必要はないが、特に、図４に示されるように、工具１の掘削プロファイルを先行する工具の掘削プロファイルに一致させるために、複数の異なる高さに亘ってステージングさせることができる。さらに、電極５ａ，５ｐは、水平方向に移動するだけでなく、水平方向に移動することに加えて又はその代わりに、垂直方向にも移動することもできる。こうして、図５Ａ〜図５Ｂは、垂直運動を駆動させるための装置が取り付けられた複数の電極列５ａ，５ｐを有し、不規則な岩石表面に電力列の配列を一致させるように機能する別の変形例を示す。垂直運動及び／又は水平運動を駆動させるこれらの装置は、特にリニアアクチュエータ、具体的にはジャッキ、より具体的には油圧ジャッキを含むことができる。
【００３２】
さらに、電子パワーモジュール４は、電気パルスを全ての活性電極５ａに同時に、又は順次に伝達するように構成することができる。
【００３３】
図２に示されるように、電気パルスによる掘削用工具１は、残土を除去するための取入口８であって、残土除去通路３２に接続された取入口８と、掘削工具の前面に分布している複数の流体噴射ノズル７に通じる流体供給ダクト６とを含む。流体は、例えば掘削泥やガス、特に圧縮空気のような液体であってもよく、流体は、特に、取入口８及び通路３２を介して除去される残土を取り込むように機能する。
【００３４】
こうして、動作中に、各発電機３の回転シャフトは、対応する油圧モータ２によって駆動され、発電を行う。このように、電子パワーモジュール４は、発電機３によって通電され、電極５ａ，５ｐ間の放電を低減する電気パルスを生成して、電気パルスによる掘削用工具１の前面の下に位置する岩石材料を破砕する。ダクト６及びノズル７を介して噴射された流体は、破砕された岩石材料を取り込み、破砕された岩石材料は、取入口８及び通路３２を通って地表に除去される。
【００３５】
図６は、支持フレーム３４の底部の側方の電気パルスによる掘削用工具１と、同じ支持フレーム３４の下に取り付けられ、電気パルスによる掘削用工具１と交換可能に構成されたカッタータイプの掘削工具１’とを示す。この図から分かるように、電気パルスによる掘削用工具は、掘削方向に垂直な、実質的に細長い、より具体的には長方形である水平断面を示し、この水平断面は、例えば１ｍ〜４ｍの範囲の幅Ｌ、より具体的には約２．８ｍの幅Ｌと、例えば０．５ｍ〜１．８ｍの範囲の厚さＥ、より具体的には０．５ｍ〜１．５ｍの範囲の厚さＥとを含む。
【００３６】
図６にも示されるように、この実施形態の機械式固定部材２２は、インターフェイス１４の中心の周りで対称的であり且つインターフェイス１４に対して直交する方向にこのインターフェイス１４に強固に固定された円筒状金属スタッドの形態の２つのピンによって構成される。各機械式固定部材２２は、水平方向に貫通する内部孔２４を含む。機械式固定部材２２は、後述するように、取り付けを容易にするために円錐形の頂部２６を有する。
【００３７】
フレーム３４の底端部には、フレームに対して傾斜可能なプレート３６が固定されており、このプレート３６は、電気パルスによる掘削用工具１に関連するインターフェイス１４と実質的に同じ寸法である。プレート３６の傾斜は、このプレート３６に固定される油圧式アクチュエータ３８によって制御され、こうして、この掘削工具１がプレート３６の下に取り付けられたとき、電気パルスによる掘削用工具１を２つの水平軸線の周りに傾斜させる装置を形成する。
【００３８】
残土除去回路１５０のダクト３０も、フレーム３４に沿って固定され、取入口８及び通路３２を通って吸引された破砕された岩石材料を地表に除去し、残土除去流体供給回路のダクト５０も、フレーム３４に固定され、ダクト６及びノズル７に残土除去流体を供給する。これらのダクト３０，５０の底端部は、プレート３６を貫通する。さらに、フレーム３４は、掘削工具１がプレート３６の下に取り付けられたときに、通路３２及びダクト３０を介して残土除去取取入口８と流体連通するように配置された残土吸引ポンプ１５１と、残土吸引ポンプ１５１を駆動させるために、掘削アッセンブリ１００の油圧回路に接続された油圧モータ（図示せず）とを含む。それにもかかわらず、他の駆動手段（例えば、電気駆動手段）を含む残土吸引装置も同様に十分に想定することができる。
【００３９】
フレーム３４に関連するプレート３６は、カッターヘッド１０に関連するインターフェイス１４に固定された固定部材２２の直径に実質的に等しい直径の２つの円筒形オリフィス４０を含む。これらの孔４０は、プレート３６の中心の周り対称に配置され、電気パルスによる掘削用工具１を取り付けるためのインターフェイス１４がプレート３６の下に配置されたときに、スタッド２２を受け入れるようになっている。
【００４０】
油圧ジャッキ４２が、これらの孔４０の近くで、フレーム３４に関連するプレート３６の頂部に固定される。これらのジャッキのロッドの端部は、この端部に固定されるそれぞれの金属ウェッジ４４を有し、この金属ウェッジ４４は、上述したスタッド２２の孔２４の幅より実質的に小さい幅と、軸線ＸＸ’に沿った長さとを有する。アクチュエータ４２は、ウェッジ４４が軸線ＸＸ’に沿って移動できるように配置され、作動位置でウェッジ４４は、プレート３６の孔２４の真上に位置する。こうして、電気パルスによる掘削用工具１の固定は、油圧式アクチュエータ４２を用いることにより、取り外すことができる。この構成では、フレーム３４の端部と、電気パルスによる掘削用工具１と、作動流体供給回路と、除去手段との相対的な構成が、分離できない工具と同じ機能を提供するのに適した装置を提供する。それにもかかわらず、電気パルスによる掘削用工具１を全体として取り外すことにより、工具を非常に迅速に交換することができる。さらに、説明される実施形態では、これはジャッキを作動させることによって行われ、これによりこの操作が非常に容易になる。
【００４１】
図６にも示されているカッタータイプの掘削工具１’は、支持フレーム３４に適合しており、こうして電気パルスによる掘削用工具１と交換可能である。この目的のために、掘削工具１’は、同様に、２つの機械式固定部材２２と、電気パルスによる掘削用工具１のものと同等の形状及び寸法の油圧継手２０とを含む取付けインターフェイス１４を有する。さらに、この掘削工具５０は、取付けインターフェイス１４の底部に堅く固定された２つの油圧モータ（図示せず）を含むモータアッセンブリ１２を有する。カッタホイールによって構成される４つの円筒形ドラム１６は、図示されていない機械的接続手段を介してモータによって回転駆動される。カッター歯としても知られているカッター部材１８は、ドラムの周囲に堅く固定される。油圧モータは、油圧ホースによって油圧継手２０に接続されており、油圧継手２０は、取付けインターフェイス１４の中心の周りに対称的な態様で、取付けインターフェイス１４の頂部に固定される。これらの油圧ホース及び継手２０は、掘削工具１’のモータアッセンブリ１２にエネルギーを供給するようにも機能する。図示された実施形態では、機械式掘削工具は、カッタータイプであるが、油圧式アクチュエータを含む他のタイプの掘削工具でも同様に可能であり、例えば少なくとも１つの油圧ジャッキによって作動される少なくとも１つのバケットを含む機械式掘削工具でもよい。こうして、電気パルスによる掘削用工具１及びカッター式掘削工具１’は、掘削される地層に応じて、支持フレーム３４から２つの掘削工具１，１’の一方の取付けインターフェイス１４を取り外し、掘削工具１，１’の他方の取付けインターフェイス１４を支持フレーム３４に接続することにより、迅速に交換することができる。
【００４２】
このように、図１Ａに示されるように硬質岩層を掘削するために、電気パルスによる掘削用工具１を支持フレーム３４の下に取り付け、図１Ｂに示されるように、軟質層を掘削するために、電気パルスによる掘削用工具１を機械式掘削工具１’に交換することができ、逆もまた同様である。
【００４３】
本発明について、特定の実施形態を参照して説明しているが、特許請求の範囲によって規定される本発明の一般的な範囲を逸脱することなく、それらの実施形態に対して様々な修正及び変更を行うことができることは明らかである。従って、詳細な説明及び図面は、限定的ではなく、例示的な意味で考慮すべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2018522153.tif 000007
【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年4月3日(2018.4.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持フレーム（３４）と、ポンプ付き油圧回路と、第１及び第２の掘削工具とを有する掘削システムであって、
第１及び第２の掘削工具の一方が、油圧式アクチュエータと、少なくとも１つの機械式固定部材（２２）及び前記油圧式アクチュエータと流体連通する少なくとも１つの油圧継手（２０）を含む取付けインターフェイスとを有する機械式掘削工具（１’）であり、
第１及び第２の掘削工具の他方が、電気パルスによる掘削用工具（１）であり、前記他方の掘削工具は、回転シャフトを有し、該回転シャフトの回転により電気を発生させる発電機（３）と、前記回転シャフトに結合され、前記回転シャフトの回転を駆動させる油圧モータと、前記発電機（３）に電気的に接続され、前記発電機（３）によって電力供給され、それによって前記発電機（３）の瞬時電力よりも高い電気パルスを生成させる電子パワーモジュール（４）と、該電子パワーモジュール（４）に接続された少なくとも１つの電極（５ａ）を含む複数の電極（５ａ，５ｐ）であって、前記電気パルスによる掘削用工具（１）の前面に配置される複数の電極（５ａ，５ｐ）と、少なくとも１つの機械式固定部材（２２）及び前記油圧モータ（２）と流体連通する少なくとも１つの油圧継手（２０）を含む取付けインターフェース（１４）とを有しており、
第１及び第２の掘削工具の各取付けインターフェイスが、前記掘削システムの前記油圧回路と流体連通する対応する油圧継手を用いて、前記掘削システムの前記支持フレーム（３４）の下で対応する掘削工具を取り外し可能に且つ交換可能に取り付けるのに適している、
掘削システム。
【請求項２】
前記支持フレームは、前記掘削工具を少なくとも１つの軸線の周りに傾斜させる装置を含む、請求項１に記載の掘削システム。
【請求項３】
残土吸引ポンプをさらに含む、請求項１又は２に記載の掘削システム。
【請求項４】
前記支持フレーム（３４）が少なくとも１本のケーブルによって吊り下げられるジブ（１０）を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の掘削システム。
【請求項５】
前記機械式掘削工具は、作動させるために前記機械式掘削工具の前記油圧式アクチュエータに結合されたカッター部材を含むカッター式掘削工具である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の掘削システム。
【請求項６】
前記複数の電極（５ａ，５ｐ）は、前記前面の周囲に配置された複数の電極（５ａ，５ｐ）から構成される少なくとも１つの列を含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の掘削システム。
【請求項７】
前記複数の電極（５ａ，５ｐ）は、前記前面の中央領域に配置された少なくとも１つの電極（５ａ，５ｐ）を含む、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の掘削システム。
【請求項８】
前記複数の電極（５ａ，５ｐ）は、前記電子パワーモジュール（４）に接続された少なくとも２つの電極（５ａ）を含み、前記電子パワーモジュール（４）は、前記電子パワーモジュール（４）が接続される前記少なくとも２つの電極（５ａ）のそれぞれに電気パルスを別々に送るように構成される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の掘削システム。
【請求項９】
前記複数の電極（５ａ，５ｐ）のうちの少なくとも１つの電極（５ａ，５ｐ）の動きを、特に少なくとも垂直成分及び／又は水平成分を示す運動で駆動させるためのアクチュエータ装置をさらに有する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の掘削システム。
【請求項１０】
前記アクチュエータ装置は、少なくとも１つのリニアアクチュエータを含む、請求項９に記載の掘削システム。
【請求項１１】
前記電気パルスによる掘削用工具（１）は、少なくとも１つの残土除去取入口（８）をさらに含む、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の掘削システム。
【請求項１２】
前記電気パルスによる掘削用工具（１）は、前記掘削工具（１）の前面に配置された少なくとも１つの流体噴射ノズル（７）に通じる流体供給ダクト（６）をさらに含む、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の掘削システム。
【請求項１３】
前記流体供給ダクト（６）は、前記掘削工具（１）の前記前面に分布する複数の流体噴射ノズル（７）に通じる、請求項１２に記載の掘削システム。
【請求項１４】
前記前面は、細長い、例えば掘削方向に対して垂直な長方形である、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の掘削システム。
【請求項１５】
トレンチを掘削するために、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の掘削システムを使用する方法であって、当該方法は、
第１の掘削工具を前記支持フレームの下に取り付けるステップと、
第１の掘削工具で第１の地層を掘削するステップと、
前記支持フレーム（３４）の下の第１の掘削工具を第２の掘削工具に置き換えるステップと、
第２の掘削工具で第２の地層を掘削するステップと、を含む、
方法。
【国際調査報告】
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