(57)【要約】【課題】簡易な構造を有するとともに効率的に施工することができる鉱物破砕装置を提供する。【解決手段】鉱物破砕装置１は、地盤Ｇに向かって延びる第一の線材２と、第一の線材２に吊下げられた係止装置３と、第一の線材２に沿って延びる第二の線材４と、第二の線材４に吊下げられた砕岩部材５と、係止装置３に吊下げられたウエイト７と、を備え、係止装置３は、ウエイト７よりも上方の位置で砕岩部材５を係止する第一状態と、ウエイト７が地盤Ｇに当接した時に係止を解除する第二状態との間で係止状態を遷移可能とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に向かって延びる第一の線材と、
前記第一の線材に吊下げられた係止装置と、
前記第一の線材に沿って延びる第二の線材と、
前記第二の線材に吊下げられた砕岩部材と、
前記係止装置に吊下げられたウエイトと、
を備え、
前記係止装置は、前記ウエイトよりも上方の位置で前記砕岩部材を係止する第一状態と、前記ウエイトが前記地盤に当接した時に係止を解除する第二状態との間で係止状態を遷移可能とする鉱物破砕装置。
【請求項２】
前記係止装置は、
前記第一の線材に接続された基部と、
前記基部に設けられた水平方向に延びる回転軸の回りで回転可能に支持されるとともに、第一の端部に前記砕岩部材を係止するラッチ部材が設けられ、第二の端部に前記ウエイトが吊下げられる支持部と、
を有し、
前記第一状態では、前記第一の端部における前記回転軸の回りのモーメントが、前記第二の端部における前記回転軸の回りのモーメントよりも小さい請求項１に記載の鉱物破砕装置。
【請求項３】
前記ラッチ部材は、前記支持部に設けられた水平方向に沿って延びる第二回転軸によって前記支持部に対して回転可能に支持され、前記ラッチ部材の一端には前記砕岩部材を係止する係止部が設けられ、
前記支持部は、前記一端の下方向への回転を規制するとともに、前記係止部の上方向への回転を許容する規制部を有する請求項２に記載の鉱物破砕装置。
【請求項４】
前記ウエイトは、ウエイト吊下げ部材を介して前記支持部の前記第二の端部に吊下げられている請求項２から３のいずれか一項に記載の鉱物破砕装置。
【請求項５】
前記ウエイト吊下げ部材が、線材で形成されている請求項４に記載の鉱物破砕装置。
【請求項６】
前記ウエイト吊下げ部材が、剛性を有するロッド部材で形成されている請求項４に記載の鉱物破砕装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の鉱物破砕装置を用いて、
前記第一状態にある鉱物破砕装置を下方へ移動させる下降工程と、
前記第一状態で、前記砕岩部材が下方への移動を始めた時点における前記第二の線材の巻出し量を記録する巻出し量記録工程と、
前記巻出し量以上に前記第二の線材を巻き上げることで、前記第二状態から前記第一状態に復帰させる初期化工程と、
を含む破砕方法。
【請求項８】
前記巻出し量記録工程は、前記第一の線材の張力の変化を検出することで、前記砕岩部材が下方への移動を始めた時点を検知する張力変化検出工程をさらに含む請求項７に記載の破砕方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉱物資源の破砕に用いられる鉱物破砕装置、及び破砕方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
海底岩盤中に豊富に含まれる鉱物資源への注目が近年高まっている。特に、我が国は陸域の鉱物資源に乏しいことから、海洋での鉱物資源の開発は急務である。このような海洋鉱物資源としては、海底から噴出する熱水に含まれる金属成分が沈殿して形成される海底熱水鉱床や、海底の岩石を覆う厚さ数ｍｍ〜１０数ｃｍのマンガン酸化物からなるコバルト・リッチ・クラスト、海底面上に分布するマンガン酸化物からなるマンガン団塊、メタンの水和物からなるメタンハイドレートなどが挙げられる。このうち、我が国の周辺では、沖縄、伊豆、小笠原の各海域を中心として、海底熱水鉱床が数多く分布することが知られている。海底熱水鉱床からは、銅、鉛、亜鉛からなるベースメタルや、金、銀等の貴金属、ガリウム、ゲルマニウム、カドミウム、セレン、テルル等のレアメタルの回収が期待される。
【０００３】
実際の海底熱水鉱床の開発では、鉱石の採掘を行うに先立って、深海底での鉱床の破砕が必要となる。一般的な浅海域での破砕方法については、これまでに水中発破や、水中バックホー等、種々の技術が実用化されている。また、砕岩棒を重力によって鉱床表面に向かって落下させ、その衝撃で破砕を行う砕岩棒工法も採用されている。
【０００４】
砕岩棒工法では、重量１０〜５０ｔの砕岩棒をクレーンによって吊り下げ、海底の岩盤をめがけて落下させた際に生じる衝撃で岩盤の破砕が行われる。砕岩棒工法に用いられる装置の一例として、特許文献１に示すような装置が知られている。この装置は、ワイヤによって吊下げられるとともに、岩盤上に立設される円筒状の砕岩棒支持枠と、この支持枠の内部でガイドされながら落下する砕岩棒と、砕岩棒支持枠に対して砕岩棒を固定する固定装置と、を備えている。固定装置による固定を解除することで、砕岩棒は砕岩棒支持枠に沿って落下し、その衝撃によって破砕が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１３８５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の海底熱水鉱床は多くの場合、水深２０００ｍ以上の深海底に分布している。ここで、特許文献１に示すような砕岩棒工法を深海底で採用する場合、種々の課題が生じる。例えば、上述の特許文献１に示された装置では、砕岩棒と支持枠とを固定する固定装置に用いられる油圧シリンダや水中電動機、制御用のケーブル等として、耐圧能力の高いものを用意する必要がある。これにより、装置の構成が複雑化し、コストの上昇を招く可能性がある。
【０００７】
さらに、大規模な鉱床を開発する場合には、海底における複数の地点で破砕を行う必要があることに加えて、各地点で同等の規模の破砕を行う必要があるため、砕岩棒は複数の地点間でおおむね同一の海底高度から落下させられることが望ましい。
しかしながら、このように同一の海底高度から砕岩棒を落下させるに当たって、上記特許文献１に記載された装置では、砕岩棒支持枠が海底に着地したことを都度検知した後、作業者が固定装置を解除することで破砕を行う必要がある。これにより、複数の地点で連続して破砕を行う際に作業効率の低下を招いてしまう。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構造を有するとともに効率的に施工することができる鉱物破砕装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に係る鉱物破砕装置は、地盤に向かって延びる第一の線材と、前記第一の線材に吊下げられた係止装置と、前記第一の線材に沿って延びる第二の線材と、前記第二の線材に吊下げられた砕岩部材と、前記係止装置に吊下げられたウエイトと、を備え、前記係止装置は、前記ウエイトよりも上方の位置で前記砕岩部材を係止する第一状態と、前記ウエイトが前記地盤に当接した時に係止を解除する第二状態との間で係止状態を遷移可能とする。
【００１０】
上述の構成によれば、鉱物破砕装置が第一状態にある時にウエイトが地盤に当接すると、係止装置による砕岩部材の係止が解除されて、第二状態に遷移する。これにより、砕岩部材は地盤に向かって落下する。
加えて、ウエイトが地盤に当接する時点で砕岩部材の係止が解除されるため、ウエイトと砕岩棒との間の距離を予め設定することで、一定の海底高度から砕岩棒を落下させることができる。これにより、例えば複数の地点で破砕を行う場合、各地点における深度を予め正確に調査することなく、効率的に破砕を行うことが可能となる。
【００１１】
本発明の請求項２に係る発明において、上記請求項１に係る鉱物破砕装置では、前記係止装置は、前記第一の線材に接続された基部と、前記基部に設けられた水平方向に延びる回転軸の回りで回転可能に支持されるとともに、第一の端部に前記砕岩部材を係止するラッチ部材が設けられ、第二の端部に前記ウエイトが吊下げられる支持部と、を有し、前記第一状態では、前記第一の端部における前記回転軸の回りのモーメントが、前記第二の端部における前記回転軸の回りのモーメントよりも小さくなるように構成されていてもよい。
【００１２】
上述のような構成によれば、ウエイトが地盤に当接すると、支持部の第二の端部における回転軸回りのモーメントが急激に減少する。すなわち、第一の端部における回転軸回りのモーメントが第二の端部における回転軸回りのモーメントを上回る。これにより、支持部は第一の端部が地盤に近接する方向に向かって回転する。支持部が回転することで、第二の端部で支持されていた砕岩部材は支持部から自動的に脱離したのち地盤をめがけて落下し、地盤を破砕することができる。
【００１３】
本発明の請求項３において、上記請求項２に係る鉱物破砕装置では、前記ラッチ部材は、前記支持部に設けられた水平方向に延びる第二回転軸によって回転可能に支持されるとともに、一端には前記砕岩部材を係止する係止部が設けられ、前記支持部は、前記係止部の下方向への回転を規制するとともに、前記係止部の上方向への回転を許容する規制部を有し、前記ラッチ部材は前記支持部に対して前記規制部によって回転を規制されることで係止姿勢とされるように構成されていてもよい。
【００１４】
上述のような構成によれば、規制部は係止部の下方向への回転を規制する一方で、上方向への回転は許容する。これにより、砕岩部材を落下させて破砕を行った後に再び砕岩部材を上方に引き上げると、係止部が上方向に回転することで砕岩部材を上方に通過させる。その後、係止部は再び下方向に回転することで係止姿勢に戻り、砕岩部材は再びラッチ部材に対して係止される。すなわち、鉱物破砕装置の再調整をすることなく、複数回の破砕を連続して行うことができる。
【００１５】
本発明の請求項４に係る発明において、上記請求項２から請求項３に係る鉱物破砕装置では、前記ウエイトは、ウエイト吊下げ部材を介して前記支持部の前記第二の端部に吊下げられていてもよい。
【００１６】
上述のような構成によれば、ウエイト吊下げ部材の寸法を調整することで、ウエイトが設けられる位置を容易に決定することができる。
【００１７】
本発明の請求項５に係る発明において、上記請求項４に係る鉱物破砕装置では、前記ウエイト吊下げ部材は線材で形成されていてもよい。
【００１８】
上述のような構成によれば、ウエイト吊下げ部材が線材で形成されている。これにより、ウエイト吊下げ部材に吊下げられたウエイトが地盤に当接したときに、線材が弛緩することから、ウエイト吊下げ部材に対して、その長さ方向に向かう衝撃力（軸力）が発生しない。これにより、係止装置等に損傷や誤作動が生じる可能性を低減することができる。
【００１９】
本発明の請求項６に係る発明において、上記請求項４に係る鉱物破砕装置では、前記ウエイト吊下げ部材は剛性を有するロッド部材で形成されていてもよい。
【００２０】
上述のような構成によれば、ウエイト吊下げ部材が剛性を有していることから、例えば海流等の外力の影響を受けて横方向に振れる可能性が低減される。さらに、ウエイトが地盤に当接することで生じた反力が支持部を能動的に回転させるため、係止装置をより確実に動作させることができる。
【００２１】
本発明の請求項７に係る破砕方法は、上記請求項１から６のいずれか一項に記載の鉱物破砕装置を用いて、前記第一状態にある鉱物破砕装置を下方へ移動させる下降工程と、前記第一状態で、前記砕岩部材が下方への移動を始めた時点における前記第二の線材の巻出し量を記録する巻出し量記録工程と、前記巻出し量以上に前記第二の線材を巻き上げることで、前記第二状態から前記第一状態に復帰させる初期化工程と、を含む。
【００２２】
上述のような方法によれば、巻出し量記録工程で記録された第二の線材の巻出し量に基づいて、鉱物破砕装置を容易に第二状態から第一状態へと遷移させることができる。
【００２３】
本発明の請求項８に係る破砕方法において、上記請求項７に係る破砕方法では、前記巻出し量記録工程は、前記第一の線材の張力の変化を検出することで、前記砕岩部材が下方への移動を始めた時点を検知する張力変化検出工程をさらに含んでいてもよい。
【００２４】
上述のような方法によれば、砕岩部材の下方への移動を始めた時点を、第一の線材の張力の変化を検出することによって、容易に検知することができる。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１の鉱物破砕装置によれば、簡易な構造を有するとともに効率的に施工することができる。特に、複数の地点で破砕を行う場合、効率的に破砕を行うことができる。
【００２６】
請求項２の鉱物破砕装置によれば、鉱物破砕装置の構造を簡易なものとすることができるとともに、複数回の破砕を効率的に行うことができる。
【００２７】
請求項３の鉱物破砕装置によれば、鉱物破砕装置の再調整をすることなく、複数回の破砕を連続して行うことができる。
【００２８】
請求項４の鉱物破砕装置によれば、装置の構造を簡易なものとすることができる。
【００２９】
請求項５の鉱物破砕装置によれば、ウエイト吊下げ部材の軸線方向に向かう衝撃力（軸力）が発生しないため、係止装置等に損傷を与える可能性を低減することができる。すなわち、耐久性の高い鉱物破砕装置を得ることができる。
【００３０】
請求項６の鉱物破砕装置によれば、より確実に動作する係止装置を備えた鉱物破砕装置を得ることができる。
【００３１】
請求項７に係る鉱物破砕方法によれば、連続した複数回の破砕をより効率的に行うことができる。
【００３２】
請求項８に係る鉱物破砕方法によれば、連続した複数回の破砕をより効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第一実施形態に係る鉱物破砕装置をクレーン船によって吊り下げて用いた状態を示す図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る鉱物破砕装置を用いて破砕を行う工程を示す工程図である。（ａ）は鉱物破砕装置の第一状態を示し、（ｂ）はウエイトが地盤に到達し、砕岩部材の係止が解除された第二状態を示す。さらに、（ｃ）は砕岩部材が地盤に到達して破砕を行った状態を示し、（ｄ）は破砕が行われた後で砕岩部材を引き上げる状態を示す。（ｅ）は砕岩部材を引き上げた後でウエイト吊下げ部材に張力が発生した状態を示し、（ｆ）は鉱物破砕装置が再び第一状態に戻った状態を示す。
【図３】本発明の第一実施形態に係る鉱物破砕装置における係止装置の動作を示す説明図である。（ａ）は第一状態における係止装置を示し、（ｂ）は第二状態における係止装置を示し、（ｃ）は再び第一状態に戻る直前の係止装置の状態を示す。
【図４】本発明の第二実施形態に係る鉱物破砕装置を示す図である。（ａ）は第一状態における係止装置を示し、（ｂ）は第二状態における係止装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態に係る鉱物破砕装置１について、図面を参照して説明する。鉱物破砕装置１は、例えば海底に分布する海底熱水鉱床等の破砕を行う際に用いられる。具体的には、図１に示すように、鉱物破砕装置１はクレーンを備えたクレーン船Ｓ等によって海上から水中に向かって吊下げられることで運用される。なお、海底熱水鉱床は多くの場合、水深２０００ｍ程度の深海底に分布することに鑑みて、本実施形態に係る鉱物破砕装置１はこのような高深度付近で運用されることを想定している。
【００３５】
この鉱物破砕装置１は、第一の線材２と、係止装置３と、第二の線材４と、砕岩部材５と、ウエイト吊下げ部材６と、パイロットウエイト７（ウエイト７）と、を備えている。係止装置３は第一の線材２によって吊下げられている。砕岩部材５は第二の線材４によって吊下げられている。また、係止装置３には、ウエイト吊下げ部材６を介してパイロットウエイト７が吊下げられている。
【００３６】
（第一の線材）
第一の線材２は、その一端側がクレーン船Ｓ上に設けられたウインチ等の巻き揚げ装置（不図示）に巻回され、他端側が地盤Ｇ（海底）に向かって水中に延びている。第一の線材２としては、例えば鉄線や鋼線をより合わせて形成された公知のケーブル状のワイヤが好適に用いられる。
【００３７】
（係止装置）
係止装置３は、砕岩部材５を脱離可能な状態で係止するための装置である。係止装置３の詳細な構成について、図２と図３を参照して説明する。なお、以下の説明における時計回り、又は反時計回りという説明は、図３の紙面に向かって見た場合を基準とする。
係止装置３は、第一の線材２における他端側に接続されて、水中で吊下げられる概ね箱体状の装置である。具体的には、この係止装置３は、第一の線材２に直接的に接続されて水中で吊下げられる基部３１と、この基部３１に設けられた回転軸Ｏ１の回りで回転可能に支持される支持部３２と、を備えている。
【００３８】
基部３１は、係止装置３の主要部をなす箱体状の部材であり、必要に応じて、水中の状態を監視するためのカメラや、位置情報を取得するための機器を搭載することも可能である。
【００３９】
さらに、基部３１には、水平方向に延びる回転軸Ｏ１が設けられている。後述の支持部３２は、この回転軸Ｏ１によって回転可能に支持されている。すなわち、支持部３２はこの回転軸Ｏ１の回りで回転することができる。加えて、基部３１には後述の支持部３２の一部と当接することで、支持部３２の回転する範囲を規制する、第一規制ピン３４が設けられている。第一規制ピン３４は例えば基部３１の外表面（水平方向を向く面）から外側に向かって突出するようにして形成される。
【００４０】
支持部３２は、外形視で棒状に形成された部材である。支持部３２の延在する方向における概ね中央の部分は、上述の回転軸Ｏ１によって支持されている。なお、支持部３２と回転軸Ｏ１との間には、例えばボールベアリング等の公知の部材が設けられていてもよい。要は、基部３１に対して支持部３２が回転することができる限りにおいて、支持部３２と基部３１との接続の態様は任意に決定されてよい。
【００４１】
支持部３２の延在する方向における両端部は、それぞれ第一の端部３５と第二の端部３６とされている。第一の端部３５側には、支持部３２の長辺の一部から内側に向かって凹没するようにして形成された第一凹部３７が設けられている。この第一凹部３７は、基部３１に設けられた第一規制ピン３４と下方から係合する。言い換えると、支持部３２の第一凹部３７と、基部３１の第一規制ピン３４とは、互いに対応する位置にそれぞれ設けられる。
【００４２】
さらに、第一凹部３７は、支持部３２における回転軸Ｏ１から第二の端部３６側にかけての部分が一定程度を超えて下方に向かって回転すること、すなわち、時計回りに回転することを規制することができる位置に設けられる。本実施形態では、第一凹部３７は、支持部３２を水平方向に沿って配置された状態で、上側に位置する長辺における第一の端部３５側に設けられている。
【００４３】
第一の端部３５には、さらに第二規制ピン３８（規制部３８）が設けられている。第二規制ピン３８は例えば支持部３２の外表面（水平方向を向く面）から外側に向かって突出するようにして形成される。この第二規制ピン３８は、後述のラッチ部材８に設けられた第二凹部８１と上方から係合することで、ラッチ部材８の動作を規制する。
【００４４】
加えて、第一の端部３５近傍の領域には、上述の回転軸Ｏ１とは別の第二回転軸Ｏ２が設けられている。この第二回転軸Ｏ２には、ラッチ部材８が回転可能に取り付けられている。図３に示すように、ラッチ部材８は、支持部３２と同様に棒状に形成された部材である。ラッチ部材８の延在する方向における一端側には、上述の第二規制ピン３８と係合する第二凹部８１が設けられている。具体的には、第二凹部８１は、ラッチ部材８の長辺の一部から内側に向かって凹没するようにして形成される。この第二凹部８１と、支持部３２の第二規制ピン３８とは、互いに対応する位置にそれぞれ設けられる。
【００４５】
このように構成された第二凹部８１は、ラッチ部材８における第二回転軸Ｏ２から一端側にかけての部分が一定程度を超えて上方に向かって回転すること、すなわち、反時計回りに回転することを規制する。本実施形態では、第二凹部８１は、ラッチ部材８を水平方向に沿って配置された状態で、上側に位置する長辺の一端側に設けられている。
【００４６】
さらに、ラッチ部材８の他端側には後述の砕岩部材５の一部と下方から係合する係止部８２が設けられている。係止部８２は、概ね半円盤状に形成され、その弦における中心を含む領域は半円状に切り欠かれて、第三凹部８３とされている。この第三凹部８３が、砕岩部材５の一部と係合する。
【００４７】
（第二の線材）
第二の線材４は、第一の線材２と同様に、その一端側がクレーン船Ｓ上の別のウインチ等に巻回されている。第二の線材４は第一の線材２とおおむね同じ方向に沿うとともに、他端側は水中に向かって延びている。なお、詳細な図示は省略するが、第二の線材４はその延在中途の位置で、係止装置３における基部３１の内部に挿通されている。さらに、他端側には砕岩部材５が接続されて、水中で吊下げられている。
【００４８】
（砕岩部材）
砕岩部材５は、例えば鋼材等で一体に形成された１０〜５０ｔ程度の比較的に大きな重量を有する装置である。大きな重量を有することから、例えば岩盤等に対して衝突した場合、これを破砕することができる。
【００４９】
砕岩部材５の具体的な態様としては、いわゆる砕岩棒が考えられる。砕岩部材５としての砕岩棒は、棒状に形成されるとともに、その延在する方向を上下方向に沿わせた状態で使用に供される。砕岩部材５の上側の端部には、第二の線材４が接続される。下側の端部を含む部分は、岩盤等を破砕するための打撃部５１とされている。打撃部５１の形状や寸法は、設計に応じて任意に決定されるものである。岩盤等に対して十分なせん断力を与えることができるように、打撃部５１は全体として尖頭状に形成されることが望ましい。
【００５０】
さらに、砕岩部材５の上側の端部には、上述のラッチ部材８における係止部８２と係合する第三規制ピン５２が設けられている。第三規制ピン５２は例えば砕岩部材５の外表面（水平方向を向く面）から外側に向かって突出するようにして形成される。この第三規制ピン５２は、ラッチ部材８に設けられた係止部８２と係合することで、砕岩部材５の動作を規制するとともに、その荷重を受け止める。
【００５１】
以上のように構成された鉱物破砕装置１では、破砕を行う前の状態において、砕岩部材５とパイロットウエイト７との相対的な位置関係は以下のように設定されている。すなわち、海底の地盤Ｇから見て、砕岩部材５はパイロットウエイト７よりも上方に位置している。言い換えると、パイロットウエイト７を吊り下げるウエイト吊下げ部材６の上下方向における寸法は、砕岩部材５の上下方向における寸法よりも十分に長く設定されている。
さらに、以上のようにして砕岩部材５が係止装置３に対して係止された状態を第一状態と呼ぶ。
【００５２】
また、砕岩部材５とパイロットウエイト７のそれぞれの重量、及び支持部３２の寸法は、以下のような条件を充足するようにそれぞれ設定される（図３参照）。なお、以下の説明において、鉱物破砕装置１は、上述の第一状態にあるものとする。さらに、砕岩部材５の重量をｍ１、パイロットウエイト７の重量をｍ２とする。また、支持部３２において、回転軸Ｏ１から、砕岩部材５までの水平方向の距離をＬ１とする。同様に、回転軸Ｏ１から、ウエイト吊下げ部材６までの水平方向の距離（回転軸Ｏ１からウエイト吊下げ部材６の延長線までの距離）をＬ２とする。さらに、以下の説明では、各部材に働く水の抵抗力や浮力の影響は、重力に比べて無視できる程度に小さいものとする。
【００５３】
このとき、ｍ１，ｍ２，Ｌ１，Ｌ２の各値の関係は、以下の数式（１）によって決定される。
ｍ１×Ｌ１＜ｍ２×Ｌ２  ・・・（１）
換言すれば、支持部３２の回転軸Ｏ１の回りにおける第一の端部３５に作用するモーメントＭ１（＝ｍ１×Ｌ１：数式（１）の左辺）は、同じく回転軸Ｏ１の回りにおける第二の端部３６に作用するモーメントＭ２（＝ｍ２×Ｌ２：数式（１）の右辺）よりも小さい。
【００５４】
数式（１）の関係を満たすようにｍ１，ｍ２，Ｌ１，Ｌ２の各値を設定した場合、支持部３２には回転軸Ｏ１の回りで時計回りの回転モーメントＲＭ（＝Ｍ２−Ｍ１）が働く。しかし、上述のように、支持部３２は基部３１に設けられた第一規制ピン３４によって、時計回りの方向への回転が規制されている。したがって、第一状態における鉱物破砕装置１では、砕岩部材５とパイロットウエイト７とは、図２（ａ）に示すように、パイロットウエイト７が砕岩部材５よりも下方に配置された状態で互いに均衡する。言い換えると、この時パイロットウエイト７は砕岩部材５よりも地盤Ｇに近接した位置に配置されている。
【００５５】
続いて、上述の鉱物破砕装置１の動作、及びこれを用いた破砕方法について、図２と図３を参照して説明する。
まず、鉱物破砕装置１は、上述のようにクレーン船Ｓ等に搭載されて、破砕を行う所望の海域まで搬送される。所望の海域、すなわち破砕を行う地盤Ｇ上の目標地点上方に到達した時に、クレーン船Ｓを停止する。
【００５６】
その後、目標地点の深度や地形の調査等、種々の準備作業を必要に応じて行ってもよい。続いて、図２の（ａ）、（ｂ）に示すように、係止装置３の基部３１に接続された第一の線材２を巻き出す。第一の線材２を巻き出すと、鉱物破砕装置１は全体として地盤Ｇ（海底）に向かって下降する。この時、パイロットウエイト７は地盤Ｇに当接しておらず、鉱物破砕装置１は上述の第一状態にある（下降工程）。
【００５７】
また、この時、第二の線材４は進退自在の状態とされている。すなわち、第二の線材４をクレーン船Ｓ上のウインチ等に巻回している場合には、このウインチは回転自在な状態とされる。
【００５８】
さらに、第一の線材２を巻出し続けると、まずパイロットウエイト７が地盤Ｇに到達（当接）する（図２（ｂ））。パイロットウエイト７が地盤Ｇに当接した後、なおも第一の線材２を巻き出すと、係止装置３が動作することによって、砕岩部材５と支持部３２との係止が解除され、砕岩部材５は係止装置３に対して相対移動可能な状態となる。この状態を第二状態と呼ぶ。
すなわち、係止装置３は第一状態と第二状態との間で係止状態を遷移可能としている。第一状態から第二状態に遷移する際の係止装置３の詳細な動作については後述する。
【００５９】
ここで、上述のように、砕岩部材５が吊下げられている第二の線材４は進退自在の状態とされていることから、砕岩部材５と支持部３２との係止が解除されると、砕岩部材５は地盤Ｇに向かって水中を落下する。やがて、砕岩部材５は地盤Ｇに衝突して、地盤Ｇ（鉱物）の破砕が行われる（図２（ｃ））。
【００６０】
次に、鉱物破砕装置１が第一状態から第二状態に遷移する時の係止装置３の動作について、図３（ａ）を参照して説明する。上述したように、第一状態では、支持部３２には回転軸Ｏ１の回りにおいて、時計回りに作用するモーメントが付加されている。これにより、支持部３２の第一の端部３５では、第二の線材４に吊下げられた砕岩部材５が、ラッチ部材８の係止部８２に係合することで支持されている。また、このときラッチ部材８には、第二回転軸Ｏ２回りに反時計回りに作用するモーメントが付加されている。一方で、ラッチ部材８は、支持部３２に設けられた第二規制ピン３８によってその回転が規制されている。したがって、支持部３２とラッチ部材８とはともに、概ね同一の直線に沿って位置した状態で静止している。
【００６１】
パイロットウエイト７が地盤Ｇに当接すると、係止装置３は以下のように動作する。パイロットウエイト７が地盤Ｇに当接すると、パイロットウエイト７に作用する重力は、地盤Ｇによって支持されるようになる。これにより、パイロットウエイト７が吊下げられているウエイト吊下げ部材６は弛緩する。言い換えると、ウエイト吊下げ部材６に作用していた張力は急激に減少する。これにより、（ウエイト吊下げ部材６が接続された）支持部３２における第二の端部３６の回転軸Ｏ１回りのモーメントＭ２が急激に減少しておおむねゼロになる。
【００６２】
モーメントＭ２がゼロになった場合、上述した支持部３２の回転軸Ｏ１回りで時計回りに作用する回転モーメントＲＭ（＝Ｍ２−Ｍ１）は、ＲＭ＝−Ｍ１となる。すなわち、この状態では、支持部３２には砕岩部材５の重量に基づく反時計回りの回転モーメントが生じる。上述のように、支持部３２は回転軸Ｏ１回りの反時計回りの回転は許容されており、かつラッチ部材８は第二回転軸Ｏ２回りの反時計回りの回転が規制されている。したがって、図３（ｂ）に示すように、支持部３２とラッチ部材８とが同一の直線上に維持された状態のまま、一体となって反時計回りに回転を始める。
【００６３】
支持部３２とラッチ部材８とが、反時計回りの回転をさらに続けると、砕岩部材５に設けられた第三規制ピン５２と、ラッチ部材８上の係止部８２との係合が解除される。すなわち、砕岩部材５は係止部８２から滑り落ちるようにして脱離し、自身に作用する重力の作用によって地盤Ｇに向かって落下する。
第一状態から第二状態に遷移して破砕が行われる際、鉱物破砕装置１、及び係止装置３は以上のように動作する。上述のように、パイロットウエイト７が地盤Ｇに当接することにより、係止装置３による砕岩部材５の係止は自動的に解除され、砕岩部材５は地盤Ｇに向かって落下することが可能となる。
【００６４】
なお、鉱物破砕装置１の第二状態への遷移（すなわち、パイロットウエイトの地盤Ｇへの当接）は、クレーン船Ｓ上の作業者には、砕岩部材５が吊下げられた第二の線材４が巻出され始めることによって認知される。この時の第二の線材４の巻出し量をＸとして、制御装置等の別の装置に記憶するか、又は作業者等が記録する（巻出し量記録工程）。なお、第二の線材４の巻出し量Ｘを測定するに当たっては、例えば第二の線材４の延在中途に等間隔で目印を設けた上で、巻出しに伴ってこの目印の数を計測する方法や、第二の線材４に当接させたローラ等の回転体の回転数を測定する方法などが考えられる。
【００６５】
また、上述の巻出し量記録工程では、第一の線材２に働く張力の変化を検出することで、砕岩部材５が地盤Ｇに向かって下方への移動を始める時点を検出してもよい（張力変化検出工程）。パイロットウエイト７が地盤Ｇに到達すると、第一の線材２に働く張力は、パイロットウエイト７の重量に対応する分だけ減少する。したがって、第一の線材２の張力が減少した時点をもって、砕岩部材５が地盤Ｇに向かって移動を始めたものと判定することができる。
【００６６】
この場合、第一の線材２の張力の変化を検出するための装置としては、例えば第一の線材２を形成するケーブルの軸心に沿って歪みゲージ（不図示）を配置することが考えられる。このような構成によれば、歪みゲージによって測定される第一の線材２の伸び量に基づいて、張力の変化を検出することができる。
【００６７】
破砕が完了した後、鉱物破砕装置１は地盤Ｇから離間するようにして上方に引き上げられる。具体的には、鉱物破砕装置１の引き上げは以下のようにして行われる。まず、砕岩部材５が吊下げられた第二の線材４を巻き上げる（図２（ｄ））。この時の第二の線材４の巻き上げ量は、制御装置に記憶されるか、又は作業者によって記録された上述の巻出し量Ｘよりもわずかに大きい程度であることが望ましい。第二の線材４が巻出し量Ｘ以上に巻き上げられることによって、砕岩部材５は上方に向かって移動し、係止装置３に到達する。係止装置３に到達した砕岩部材５は、再び係止装置３に対して係止される。これにより、鉱物破砕装置１は、再び第一状態に戻る（初期化工程）。この時の係止装置３の詳細な動作については後述する。
【００６８】
第一状態に戻った後、第一の線材２が巻き上げられることによって、鉱物破砕装置１はさらに上方に向かって移動する（図２（ｅ））。この状態でクレーン船Ｓを操船し、次の目標地点まで移動する。その後、上述の工程を繰り返すことにより、再び破砕が行われる。
【００６９】
ここで、破砕が完了したのち、第二状態から第一状態に戻る時の係止装置３の動作について、図３（ｃ）を参照して説明する。上述のように、落下して地盤Ｇ上で破砕を行った後の砕岩部材５は、第二の線材４が巻き上げられることによって、上方に向かって移動を始める。第二の線材４が巻出し量Ｘと同量だけ巻き上げられると、砕岩部材５は係止装置３に到達して、砕岩部材５に設けられた第三規制ピン５２が、係止装置３のラッチ部材８に当接する。この時、ラッチ部材８に対しては、第二回転軸Ｏ２を中心として時計回りのモーメントが作用する。このモーメントにより、ラッチ部材８は時計回りに回転する（図３（ｃ）中の矢印参照）。
【００７０】
さらに、第二の線材４が巻出し量Ｘ以上に巻き上げられることにより、砕岩部材５の第三規制ピン５２はラッチ部材８（係止部８２）の下側の部分と摺動しながら、これを乗り越える。すなわち、第三規制ピン５２は、係止部８２の上側に達する。
【００７１】
第三規制ピン５２が乗り越えた後のラッチ部材８は、自身の重量によって第二回転軸Ｏ２回りに反時計回りに回転する。その後、ラッチ部材８の第二凹部８１と、支持部３２上に設けられた第二規制ピン３８とが互いに係合する。これにより、ラッチ部材８は支持部３２に対して係止され、両者は再び静止状態となる。さらに、この時、砕岩部材５の第三規制ピン５２は、ラッチ部材８の係止部８２よりも上方に位置する状態となる。この状態で、第二の線材４の巻き上げを停止する。
【００７２】
続いて、上述の状態から、第一の線材２を巻き上げることによって係止装置３を上方に移動させると、砕岩部材５の第三規制ピン５２と、ラッチ部材８の係止部８２とが互いに係合する。また、この時パイロットウエイト７も地盤Ｇから離間した状態となる。これにより、鉱物破砕装置１は、再び初期状態としての第一状態に遷移する（図２（ｆ））。
【００７３】
上述のような構成によれば、パイロットウエイト７が地盤Ｇに当接すると、係止装置３による砕岩部材５の係止が自動的に解除され、砕岩部材５は地盤Ｇに向かって落下する。加えて、パイロットウエイト７が吊下げられるウエイト吊下げ部材６の寸法に基づいて、一定の海底高度（地盤Ｇからの離間距離）から砕岩部材５を落下させることができる。すなわち、ウエイト吊下げ部材６の寸法を、砕岩部材５の落下を開始させたい海底高度とほぼ同等に設定することにより、砕岩部材５が該海底高度に到達した時に、砕岩部材５の係止が自動的に解除され、破砕を行うことができる。
これにより、例えば複数の地点で破砕を行うに際して、各地点における深度を予め正確に調査することが困難な場合であっても、効率的に破砕を行うことが可能となる。
【００７４】
さらに、上述のような構成によれば、パイロットウエイト７が地盤Ｇに当接すると、支持部３２の第二の端部３６における回転軸Ｏ１回りのモーメントが急激に減少する。すなわち、第一の端部３５における回転軸Ｏ１回りのモーメントが第二の端部３６における回転軸Ｏ１回りのモーメントを上回る。これにより、支持部３２は第一の端部３５が地盤Ｇに近接する方向に向かって回転する。支持部３２が回転することで、第二の端部３６で支持されていた砕岩部材５は支持部３２から自動的に脱離したのち地盤Ｇをめがけて落下し、地盤Ｇを破砕することができる。
すなわち、深度センサーや油圧シリンダ、電源装置等、深海底における高水圧の影響を受けやすい機器を用いることなく、簡易な構成のみで鉱物破砕装置１を構成することができるともに、効率的に破砕を行うことができる。
【００７５】
加えて、上述の構成によれば、第二規制ピン３８は、ラッチ部材８における係止部８２の下方向への回転を規制する一方で、上方向への回転は許容する。これにより、砕岩部材５を落下させて破砕を行った後に再び砕岩部材５を上方に引き上げると、係止部８２が上方向に回転することで砕岩部材５を上方に通過させる。その後、係止部８２は再び下方向に回転することで係止姿勢に戻り、砕岩部材５は再びラッチ部材８に対して係止される。すなわち、鉱物破砕装置１の再調整をすることなく、複数回の破砕を連続して行うことができる。
【００７６】
また、上述のような構成では、パイロットウエイト７はウエイト吊下げ部材６を介して支持部３２の第二の端部３６に吊下げられている。これにより、ウエイト吊下げ部材７の延在寸法を必要に応じて調整することで、パイロットウエイト７が設けられる位置を容易に決定することができる。
【００７７】
さらに、本実施形態では、ウエイト吊下げ部材６がケーブル状の線材で形成されている。これにより、ウエイト吊下げ部材６に吊下げられたパイロットウエイト７が地盤Ｇに当接したときに、線材が弛緩することから、ウエイト吊下げ部材６に対して、その長さ方向に向かう衝撃力（軸力）が発生しない。これにより、係止装置３等に損傷や誤作動が生じる可能性を低減することができる。
【００７８】
さらに、上述のような破砕方法によれば、巻出し量記録工程で記録された第二の線材４の巻出し量Ｘに基づいて、鉱物破砕装置１を容易に第二状態から第一状態へと遷移させることができる。
これにより、破砕が完了した後で、鉱物破砕装置１を容易に初期状態たる第一状態へと復帰させることができる。したがって、連続して複数回の破砕を行う場合であっても、効率性を損なうことなく、これを行うことができる。
【００７９】
加えて、上述のような破砕方法によれば、第一の線材２の張力の変化を検出することによって、砕岩部材５が下方への移動を始めた時点を容易に検知することができる。
【００８０】
（第二実施形態）
続いて、本発明の第二実施形態について、図４を参照して説明する。なお、第一実施形態と同様の構成、部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００８１】
本実施形態では、パイロットウエイト７を吊下げるために、図４（ａ）に示すような棒状の剛性体（ロッド部材）が用いられてウエイト吊下げ部材６０とされている。ウエイト吊下げ部材６０を用いた場合の鉱物破砕装置１の動作は上述の実施形態とは以下の点で異なる。まず、ウエイト吊下げ部材６０が剛性を有していることから、パイロットウエイト７が地盤Ｇに当接すると、ウエイト吊下げ部材６０には、自身の延在する方向の上方に向かって地盤Ｇから反力が生じる。この反力は、支持部３２の第二の端部３６を上方に持ち上げる。すなわち、支持部３２には、反時計回りのモーメントが回転軸Ｏ１回りに生じる。これにより、支持部３２は反時計回りに回転し、上述の実施形態と同様に、砕岩部材５とラッチ部材８（係止部８２）との係止が解除される（図４（ｂ））。
【００８２】
上述のような構成によれば、ウエイト吊下げ部材６０が剛性体で形成されていることから、ウエイト吊下げ部材６０が例えば海流等の影響を受けて横方向に振れる可能性が低減される。さらに、パイロットウエイト７が地盤Ｇに当接することで生じた反力が支持部３２を能動的に回転させるため、係止装置３をより確実に動作させることができる。
【００８３】
以上、本発明の好ましい実施形態、実施例について説明したが、これらの実施形態、実施例は、あくまで本発明の要旨の範囲内の一つの例に過ぎず、本発明の要旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。すなわち本発明は、前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定され、その範囲内で適宜変更可能である。
【００８４】
例えば、上述の実施形態では、第一の線材２、第二の線材４として、ケーブル状のワイヤを用いる構成とした。しかしながら、これら部材の態様はワイヤに限られず、線材としてチェーンやロープ等を用いることも可能である。
【００８５】
また、上述の実施形態では、鉱物破砕装置１の用いられる環境として、海底熱水鉱床を想定して説明した。しかしながら、鉱物破砕装置の適用される環境は海中に限られず、例えば湖底や河川床等における破砕作業にも用いることが可能である。
さらには、陸上における岩盤の破砕にも用いることが可能である。この場合には、鉱物破砕装置１は、例えばクレーン等によって岩盤の上方から吊下げられた状態で使用されることが考えられる。
【００８６】
さらに、上述の実施形態では、砕岩部材５として砕岩棒を用いた例を説明した。しかしながら、砕岩部材５の態様はこれに限定されない。例えば砕岩部材５として球体状の部材を用いてもよい。
【００８７】
加えて、上述の実施形態では、ウエイト吊下げ部材６を介してパイロットウエイト７を支持部３２に吊下げる構成とした。しかしながら、パイロットウエイト７の態様はこれに限定されない。例えば、パイロットウエイト７を直接的に支持部３２に吊下げる構成とすることも可能である。なお、このような場合であっても、第一状態におけるパイロットウエイト７の下側の端部は、砕岩部材５よりも下方に位置している必要がある。
【符号の説明】
【００８８】
１…鉱物破砕装置  ２…第一の線材  ３…係止装置  ４…第二の線材  ５…砕岩部材  ６…ウエイト吊下げ部材  ７…パイロットウエイト（ウエイト）  ３１…基部  ３２…支持部  Ｏ１…回転軸  ３４…第一規制ピン  ３５…第一の端部  ３６…第二の端部  ３７…第一凹部  ３８…第二規制ピン（規制部）  ８…ラッチ部材  Ｏ２…第二回転軸  ８１…第二凹部  ８２…係止部  ８３…第三凹部  ５１…打撃部  ５２…第三規制ピン  Ｇ…地盤  Ｓ…クレーン船
【図１】
2016056637.tif 000003
【図２】
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【図３】
2016056637.tif 000005
【図４】
2016056637.tif 000006