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▶ エレメント、シックス、（ユーケー）、リミテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-05-17
(54)【発明の名称】ディスクカッター
(51)【国際特許分類】
E21C 25/16 20060101AFI20230510BHJP
B23D 61/02 20060101ALI20230510BHJP
B28D 1/04 20060101ALI20230510BHJP
B23B 27/20 20060101ALN20230510BHJP
【ＦＩ】
E21C25/16
B23D61/02 Z
B28D1/04 B
B23B27/20
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022560936
(86)(22)【出願日】2021-04-06
(85)【翻訳文提出日】2022-11-30
(86)【国際出願番号】 EP2021058877
(87)【国際公開番号】W WO2021204765
(87)【国際公開日】2021-10-14
(31)【優先権主張番号】2005021.7
(32)【優先日】2020-04-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】517056608
【氏名又は名称】エレメント、シックス、（ユーケー）、リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＥＬＥＭＥＮＴ ＳＩＸ （ＵＫ） ＬＩＭＩＴＥＤ
(74)【代理人】
【識別番号】100120031
【弁理士】
【氏名又は名称】宮嶋 学
(74)【代理人】
【識別番号】100152423
【弁理士】
【氏名又は名称】小島 一真
(74)【代理人】
【識別番号】100150717
【弁理士】
【氏名又は名称】山下 和也
(72)【発明者】
【氏名】シュオ、ルー
【テーマコード（参考）】
2D065
3C046
3C069
【Ｆターム（参考）】
2D065DA07
2D065DB05
2D065DB07
2D065GA03
3C046HH04
3C069AA01
3C069BA04
3C069BB01
3C069BB02
3C069BB03
3C069BC01
3C069BC04
3C069CA01
3C069EA01
(57)【要約】
本開示は岩盤掘削機の切削アセンブリ用のディスクカッターに関する。ディスクカッターは少なくとも１つの軽量化開口を含むカッター本体を備える。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
岩盤掘削機の切削アセンブリ用のディスクカッターであって、前記ディスクカッターは、直径が５００ｍｍ未満であるカッター本体を備え、前記カッター本体は少なくとも１つの軽量化開口を含み、前記カッター本体の周縁面に沿って連続的に複数の工具保持部が取り付けられ、前記複数の工具保持部の少なくとも１つに切削要素が取り付けられ、前記ディスクカッターの総質量は５ｋｇ未満である、ディスクカッター。
【請求項2】
前記カッター本体は複数の軽量化開口を備える、請求項１に記載のディスクカッター。
【請求項3】
前記カッター本体は３つ以上の軽量化開口を備える、請求項１又は２に記載のディスクカッター。
【請求項4】
前記カッター本体は４つ、５つ又は６つの軽量化開口を備える、請求項３に記載のディスクカッター。
【請求項5】
前記カッター本体は駆動スピンドルを受け入れる駆動スピンドル開口と、複数のスポークとを備え、前記複数の軽量化開口の１つが一対の隣り合うスポークの間に位置する、請求項２から４のいずれか一項に記載のディスクカッター。
【請求項6】
前記駆動スピンドル開口は前記本体の中央から径方向にずれて位置する、請求項５に記載のディスクカッター。
【請求項7】
前記駆動スピンドル開口は放射状に集中して位置する、請求項５に記載のディスクカッター。
【請求項8】
前記複数のスポークは前記駆動スピンドル開口から外向きに径方向に延びる、請求項７に記載のディスクカッター。
【請求項9】
前記複数のスポークは前記ドライバスピンドル開口に対して非対称に配置される、請求項７又は８に記載のディスクカッター。
【請求項10】
前記複数のスポークは前記ドライバスピンドル開口に対して対称に配置される、請求項７又は８に記載のディスクカッター。
【請求項11】
前記スポークには第１の端から第２の端に向かってテーパがつけられている、請求項５から１０のいずれか一項に記載のディスクカッター。
【請求項12】
前記第２の端は前記本体の周縁面に位置するか、その近くに位置する、請求項１１に記載のディスクカッター。
【請求項13】
前記カッター本体は一連のスロットを備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載のディスクカッター。
【請求項14】
前記カッター本体の直径は４５０ｍｍ未満である、請求項１から１３のいずれか一項に記載のディスクカッター。
【請求項15】
前記カッター本体の直径は２００～４００ｍｍである、請求項１から１４のいずれか一項に記載のディスクカッター。
【請求項16】
前記カッター本体はアルミニウム合金を含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載のディスクカッター。
【請求項17】
前記工具保持部は本体部と、前記本体部から延び、前記カッター本体にまたがって置かれる一対の離間した脚部とを備える、請求項１から１６のいずれか一項に記載のディスクカッター。
【請求項18】
工具保持部毎に１つの切削要素を備える請求項１から１７のいずれか一項に記載のディスクカッター。
【請求項19】
前記１つの切削要素は前記工具保持部の中央に取り付けられる、請求項１９に記載のディスクカッター。
【請求項20】
工具保持部にある２つの切削要素を備える請求項１から１８のいずれか一項に記載のディスクカッター。
【請求項21】
前記２つの切削要素は前記工具保持部上で互いに離間して配置される、請求項２１に記載のディスクカッター。
【請求項22】
前記２つの切削要素は前記カッター本体の前記平面から外向きに向く、請求項２１又は２２に記載のディスクカッター。
【請求項23】
前記切削要素は多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）を含む、請求項１から２２のいずれか一項に記載のディスクカッター。
【請求項24】
前記切削要素は多結晶ダイヤモンド焼結体（ＰＤＣ）である、請求項１から２３のいずれか一項に記載のディスクカッター。
【請求項25】
前記ディスクカッターの総質量は３ｋｇ未満である、請求項１から２４のいずれか一項に記載のディスクカッター。
【請求項26】
請求項１から２５のいずれか一項に記載のディスクカッターを備える岩盤掘削機用のロボット切削アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は採掘掘削機又はトレンチング機械に用いられるディスクカッターに関する。特に、多結晶ダイヤモンドなどの超硬材料を含む切削要素を有するディスクカッターに関する。
【背景技術】
【0002】
多くの種類の岩盤層が、一般的にスラブとして認知されている大規模な鉱床として世界中で入手可能である。スラブを用地から取り出すために、地上の採石場に様々な種類の採掘設備が配備される。スラブは専門設備を用いて持ち出され、典型的には、巨大で非常に強力な車両によって、スラブが眠っている場所から持ち出される。岩盤スラブの重量は最大４０トン（４０，０００ｋｇ）であってもよい。研磨などの処理が現場で行なわれてもよいし、これの代わりに、スラブが家庭用及び産業用の適切な大きさにされた断片に切断するために現場外に運搬されてもよい。
【0003】
特定の岩盤層の幾何学的な形状を持つブロックや、幾何学的な形状を持たないブロックを採掘して取り出すことを容易にする小型で用途が広い切削アセンブリを提供することは困難である。
【0004】
出願人の同時係属中の出願ＷＯ ２０１９／１８０１６４ Ａ１、ＷＯ ２０１９／１８０１６９ Ａ１、ＷＯ ２０１９／１８０１７０ Ａ１には、水平の切削の向きと垂直の切削の向きとの間で動かすことができる円形のディスクカッターを備える切削アセンブリが開示されている。ディスクカッターの外周面の周囲に円筒形の切削要素と、対応する個数分の工具保持部とが配置されて設置される。各工具保持部は、円形の本体に対して少なくとも部分的に側方にオフセットしてもよい。
【0005】
本発明の目的は、超小型切削アセンブリ、特にロボット用途に好適な超小型切削アセンブリを提供することである。
【発明の概要】
【0006】
本発明の第１の態様に係れば、岩盤掘削機の切削アセンブリ用のディスクカッターであって、ディスクカッターは、直径が５００ｍｍ未満であるカッター本体を備え、カッター本体は少なくとも１つの軽量化開口を含み、カッター本体の周縁面に沿って連続的に複数の工具保持部が取り付けられ、複数の工具保持部の少なくとも１つに切削要素が取り付けられ、ディスクカッターの総質量は５ｋｇ未満である、ディスクカッターが提供される。
【0007】
この配置はロボット切削アセンブリでの使用に特に有効である。地下で操業が行なわれてもよいが、地上からロボット切削アセンブリを遠隔操作することができる。これにより、現地での人間の関与が最小化され、切削運転がより安全になる。重量が削減されるので、切削アセンブリが俊敏になり、遠隔からの操作が容易になる。
【0008】
好ましくは、カッター本体は複数の軽量化開口を備える。カッター本体は３つ以上の軽量化開口を備えてもよい。たとえば、カッター本体は４つ、５つ又は６つの軽量化開口を備えてもよい。
【0009】
任意で、カッター本体は駆動スピンドルを受け入れる駆動スピンドル開口と、複数のスポークとを備え、前記複数の軽量化開口の１つが一対の隣り合うスポークの間に位置する。
【0010】
駆動スピンドル開口は本体の中央から径方向にずれて位置してもよい。これの代わりに、駆動スピンドル開口は放射状に集中して位置してもよい。
【0011】
好ましくは、複数のスポークは駆動スピンドル開口から外向きに径方向に延びる。複数のスポークはドライバスピンドル開口に対して非対称に配置されてもよい。これの代わりに、複数のスポークはドライバスピンドル開口に対して対称に配置されてもよい。
【0012】
好ましくは、スポークには第１の端から第２の端に向かってテーパがつけられている。任意で、第２の端は本体の周縁面に位置するか、その近くに位置する。
【0013】
カッター本体は一連のスロットを備えてもよい。
【0014】
一実施形態では、カッター本体の直径は４５０ｍｍ未満である。好ましくは、カッター本体の直径は２００～４００ｍｍである。
【0015】
好ましくは、カッター本体はアルミニウム合金を含む。
【0016】
任意で、工具保持部は本体部と、本体部から延び、カッター本体にまたがって置かれる一対の離間した脚部とを備える。
【0017】
任意で、工具保持部には１つの切削要素が取り付けられる。１つの切削要素は工具保持部の中央に取り付けられてもよい。
【0018】
任意で、工具保持部には２つの切削要素が取り付けられる。２つの切削要素は工具保持部上で互いに離間して配置されてもよい。
【0019】
任意で、２つの切削要素はカッター本体の平面から外向きに向く。
【0020】
好ましくは、切削要素は多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）を含む。切削要素は多結晶ダイヤモンド焼結体（ＰＤＣ）であってもよい。
【0021】
好ましくは、ディスクカッターの総質量は３ｋｇ未満である。
【0022】
本発明の第２の態様に係れば、本発明の第１の態様に係るディスクカッターを備える岩盤掘削機用のロボット切削アセンブリが提供される。
【0023】
以下、添付の図面を参照して本発明を単に例としてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】ロングウォールマイニングシステムの一部として公知の切削アセンブリの第１の変形例を取り入れた地下坑道の概略平面図であり、特に、水平面の向きで切削アセンブリを示している。
【図3】ロングウォールマイニングシステムの一部として公知の切削アセンブリの第２の変形を取り入れた地下坑道の略平面図であり、特に、垂直面の向きで切削アセンブリを示している。
【図5】略円形のカッター本体と、ディスクカッターに取り付けられた複数の工具保持部と、各工具保持部に固着した切削要素とを有する本発明の第１の実施形態のディスクカッターの斜視図である。
【図9】工具保持部及び切削要素の第２の実施形態の側面図である。
【図11】カッター本体の第２の実施形態の側面図である。
【図12】カッター本体の第３の実施形態の側面図である。
【図13】カッター本体の第４の実施形態の側面図である。
【図14】本発明の第２の実施形態のディスクカッターの斜視図である。
【図16】工具保持部及び切削要素の第３の実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
図中、同様の部分には同様の参照番号が割り当てられている。
【0026】
【0027】
切削アセンブリは地下坑道でよく見られるロングウォールマイニングシステム１の一部を形成する。切削アセンブリは、坑道踏前４上で動作し、一連の調節可能な天盤支保６に囲まれた公知のシアラー（ｓｈｅａｒｅｒ）技術に代わるものである。シアラーが採掘の方向に進むのに応じて、天盤支保６はシアラーの直後で坑道天盤８を支保するように配置される。天盤支保６の後ろでは、坑道天盤６が比較的抑制されるようにして崩壊する。通常、収集アームによって切羽で採掘された岩石を集めて、後で坑道から除去するために岩石を搬送システムに移す。
【0028】
図１及び図２に示されているように、切削アセンブリ１０は基部１２と、基部１２から延びる離間した一対の支持アーム１４と、一対の可動支持アーム１４の間で延び、これらに回転可能に取り付けられている駆動スピンドル１６と、駆動スピンドル１６まわりに固定されている複数のディスクカッター１８とを備える。
【0029】
図３及び図４に示されている別の公知の切削アセンブリでは、基部１２から支持アーム１４が１つだけ延びる。１つの支持アーム１４によって駆動スピンドル１６が中央で支持され、駆動スピンドル１６には１つの支持アーム１４の両側に分散している複数のディスクカッター１８が取り付けられている。
【0030】
通常、上記のディスクカッター１８、すなわち各ディスクカッター１８は、その中心（芯）で駆動スピンドル１６の周囲に取り付けられる。
【0031】
基部１２はディスクカッター１８の運搬システムとして機能する。基部１２は、ディスクカッター１８を切削される岩盤層２に近接する運転位置内まで前進させ、運転位置から後退させるように移動可能である。基部１２が岩盤層２に接近する速度は、切削アセンブリ１０を岩盤層２内に送り込む送り率を決定するいくつかの変数の１つである。（天盤支保６と連携する）基部１２は採掘される岩盤層２の長大な壁に沿って横にも移動可能であり、すなわち、左から右と、その逆にも移動可能である。
【0032】
各支持アーム１４は、移動して第１の切削の向きと第２の切削の向きになることができるように構成されている。図１及び図２で一番よく分かるが、第１の切削の向きでは、駆動スピンドル１６が水平である。この結果、これに対応して、ディスクカッター１８によって形成された岩盤層２の切り口が垂直になる。図３及び図４で一番よく分かるが、第２の切削の向きでは、駆動スピンドル１６が垂直である。したがって、これに対応して、ディスクカッター１８によって形成された岩盤層２の切り口が水平になる。第１及び第２の切削の向きは上記の第１の実施形態又は第２の実施形態のいずれかで可能である。
【0033】
駆動スピンドル１６が上記の垂直と水平との間のいかなる切削方向でも動作可能であるように支持アーム１４が動くことができてもよいが、これは必須ではない。これの代わりに、支持アーム１４は、支持アーム１４を第１の切削の向きと第２の切削の向きとの間で動かすことができるが、第１及び第２の切削の向きでだけ支持アーム１４が最大限に動作することができる（すなわち、ディスクカッターは岩盤の切削や粉砕を容易にするために回転する）ように構成されてもよい。
【0034】
必要な切削の深さに応じて各支持アーム１４を第１の動作位置と第２の動作位置との間で動かすことができ、適宜、各支持アーム１４が第１及び第２の切削の向きの各々になる。これは図２の両矢印Ａによって示されている。たとえば、第１の動作位置では、駆動スピンドル１６が坑道踏前４に近接するように下降し、第２の動作位置では、駆動スピンドル１６が坑道天盤８に近接するように上昇する。
【0035】
各支持アーム１４は、第２のアーム部分に軸継手（又はこれの代わりに自在継手）によって接続される第１のアーム部分を有してもよく、第１及び第２のアーム部分の各々は互いに対して独立して動くことができる。この配置により、切削アセンブリ１０が動作し得る自由度が増し、その運動性が改善される効果が得られる。
【0036】
駆動スピンドル１６は特定の速度で回転するモータによって駆動される。通常、モータの出力は、選定されたディスクカッター１８の種類と、必要とされる切削力とに応じて１つのディスクカッター１８あたり２０～５０ｋＷになる。
【0037】
ロボットカッターアセンブリでの使用に特に適するディスクカッターが考えられてきた。
【0038】
以下、図５及び図６に注目して、本発明の実施形態では、ディスクカッター１００は円形のカッター本体１０２と、カッター本体１０２の周縁に配置された複数の工具保持部１０４とを備える。各工具保持部１０４には１つの切削要素１０６が取り付けられる。駆動スピンドル１６の回転によってディスクカッター１００の対応する回転が起こる。
【0039】
ディスクカッター１００の重量を最小化するために、開口が残るようにカッター本体１０２からパネルが取り去られている。これらの開口はカッター本体１０２の厚さ分を貫通して延びている。数個のパネルを取り去ることで、開口に挟まれたスポークが残る。通常、これらのパネルはレーザによって取り去られるが、いかなる形態の機械加工でも用いることができる。開口のパターンによって、ディスク全体の重量を削減しつつ、構造的強度が維持される。様々な用途向けに最適化された強度対重量比を様々な形状設計によって実現することができる。
【0040】
本実施形態では、カッター本体１０２が５つの放射状スポーク１０８と５つの軽量化開口１１０とを備え、一対の隣接するスポーク１０８の間に１つの開口１１０がある。スポーク１０８は中央シャフト開口１１２の周囲で規則的に離間している。ただし、スポーク１０８は中央でずれており、カッター本体１０２はその回転軸線すなわちシャフト開口１１２に対して非対称である。スポーク１０８の幅はカッター本体１０２の中央から本体１０２の周縁面（又は外周面）１１３に向かって大きくは変わらない状態を維持する。各開口１１０は角が丸められた三角形である。三角形の開口１１０の２つの面１１４はほぼ径方向に延び、第３の面１１６はほぼ周方向に延びる。
【0041】
カッター本体１０２の直径は約４２１ｍｍであり、その厚さは３ｍｍである。シャフト開口１１２の直径は１０ｍｍであり、シャフト開口１１２の寸法及び形状は駆動スピンドル１６を受け入るように設定されている。カッター本体１０２はアルミニウム合金７０６８製であり、その重量は約１．４７ｋｇである。カッター本体１０２がスチール製であるとすれば、その重量は約２．５８ｋｇである。
【0042】
他の実施形態では、カッター本体の直径は５００ｍｍ未満である。好ましくは、カッター本体の直径は５００ｍｍ未満である。好ましくは、カッター本体の直径は２００～４００ｍｍである。
【0043】
以下、図７及び図８に注目して、カッター本体１０２には２４個の工具保持部１０４が取り付けられている。各工具保持部１０４は本体部１１８と、本体部１１８から延びる一対の離間した脚部１２０とを備える。一対の脚部１２０に対する本体部１１８の長さの比はおよそ１：１である。本体部１１８が切削要素１０６を受け入れる。本体部１１８は略立方体状であるが、高さは、工具保持部１０４の頭部１２１が下方に傾斜するように工具保持部１０４に正面から裏面に至る途中で低下し始める。切削要素１０６は、切削要素１０６が上方に向くように所定の角度で工具保持部１０４の正面に挿入されている。一対の脚部の各脚部１２０は板状である。一対の脚部１２０は隙間１２２の分だけ離間しており、これにより、カッター本体１０２の両側での工具保持部１０４の結着が可能になる。ボルトを受け入れる孔１２４が一対の脚部１２０を貫通して延びている。
【0044】
図１１、図１２及び図１３で一番よく分かるが、カッター本体１０２は、カッター本体１０２の周縁面１１３に沿って周期的に配置された複数のスロット１２６を備える。工具保持部１０４がカッター本体１０２に取り付けられる場合、脚部１２０がカッター本体１０２の両側をカッター本体１０２の近傍にある状態で乗り越し、各本体部１１８が少なくとも部分的にスロット１２６内に置かれる。各工具保持部１０４をカッター本体１０２にナット及びボルト（図示せず）で固着させる。これの代わりに、ろう付けや溶接などの恒久的な接続を用いることができる。ろう付け、溶接及び／又は機械的接続の混成も用いてもよい。これの代わりに、１つ以上の工具保持部１０４を、たとえば、鍛造、粉末冶金などによってカッター本体１０２と一体的に形成してもよい。スロット１２６によって使用中にボルトにかかる剪断力が抑えられる。隣接するスロット１２６の間に延びるカッター本体１０２の周縁面１１３によって、工具保持部１０４がカッター本体１０２の周囲で規則的に離間する。
【0045】
各工具保持部１０４はスチール製であるが、これの代わりに、７０ＨＶ（ビッカース硬さ）を超える硬さを持つ任意の１種類以上の金属や炭化物やセラミック系材料を含んでいてもよい。工具保持部１０４はアルミニウム合金を含んでいてもよく、カッター本体１０４と同じ材料を含んでいてもよい。工具保持部１０４は炭化物（たとえば炭化タングステン）を含んでいてもよい。
【0046】
本実施形態の工具保持部の厚さは約８ｍｍである。
【0047】
各切削要素１０６は１３０ＨＶ以上の硬さ値を持つ硬質耐磨耗性材料を含む。切削要素１０６は、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンド、ダイヤモンド類似材料（ｄｉａｍｏｎｄ ｌｉｋｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）又はこれらの組合せからなる群から選択される超硬材料を含むことが好ましいが、代わりに炭化タングステンなどの硬質材料であってもよい。切削要素１０６は、超硬材料が接合される超硬合金基材を含んでいてもよい。
【0048】
図５～１０では、切削要素１０６は、石油ドリリングやガスドリリングの分野でよりよく見られる多結晶ダイヤモンド焼結体（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｄｉａｍｏｎｄ ｃｏｍｐａｃｔ：ＰＤＣ）である。このようなＰＤＣは円筒形であることが多く、通常、スチールや炭化物基材に接合されるダイヤモンド層焼結体を含む。ＰＤＣの直径は６ｍｍ～３０ｍｍであり、好ましくは８ｍｍ～２５ｍｍである。たとえば、ＰＤＣの直径は６ｍｍ、１１ｍｍ、１２ｍｍ、１３ｍｍや、１６ｍｍや１９ｍｍであってもよい。図５～図８では、ＰＤＣの直径は６ｍｍである。図９及び図１０に示されている実施形態では、ＰＤＣの直径は１２ｍｍである。ディスクカッター１００に直径の組合せが用いられてもよい。各ＰＤＣに面取り加工がなされてもよいし、二重の面取り加工がなされ（ｄｏｕｂｌｅ ｃｈａｍｆｅｒｅｄ）てもよいし、複数の面取り加工がなされ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｃｈａｍｆｅｒｅｄ）てもよい。各ＰＤＣは研磨されたカッター面を備えてもよいし、少なくとも部分的に研磨されてもよい。
【0049】
ＰＤＣの直径が１１ｍｍである場合、好ましいカッター本体の直径は４００ｍｍであり、その厚さは６ｍｍである。この場合でも、カッター本体はアルミニウム合金７０６８を含むことが好ましい。２４個のＰＤＣを支持するのに２４個の工具保持部が用いられる。各工具保持部の厚さは１３ｍｍである。シャフト開口はこの場合も１０ｍｍである。この結果として得られるディスクカッターの重量は約２．４８Ｋｇである。カッター本体がスチールで製造されることになるとすれば、アセンブリ全体の重量は約４．５１Ｋｇになる。
【0050】
任意で、（ＰＤＣ型）切削要素のすくい角は１５度～３０度である。任意で、すくい角はおよそ２０度である。任意で、すくい角は正の角度であっても負の角度であってもよい。図７は、切削要素１０６が工具保持部１０２からどのように突出しているのかを示す。
【0051】
岩盤掘削用途では、ディスクカッター１００を岩盤層２に接触させ、駆動スピンドル１６が回転することによって、駆動スピンドル１６のディスクカッター１００が回転することで、岩盤層２がスライスされる。選定された切削要素２２の寸法に応じて切削アセンブリ１０で岩盤層２に切り込み、たとえば、およそ１６ｍｍの直交する滑らかな切り口を生成する。切削された岩石は自重を受けて飛び出す（ｂｒｅａｋｏｕｔ）か、たとえばくさび形の工具を用いた二次的なくさびの力によって飛び出すかする。
【0052】
図１１～１３は、本出願で説明されている特徴のものと任意に組み合されて用いられることが可能なカッター本体１０２の代替形態を示す。図１２及び図１３では、４つの開口が残るように本体から４つのパネルが取り去られている。同様に、図５、図６、図１１、図１４及び図１５では、５つのパネルが取り去られている。通常、これらのパネルはレーザによって取り去られるが、いかなる形態の機械加工でも用いることができる。開口のパターンによって、ディスク全体の重量を削減しつつ、構造的強度が維持される。様々な用途向けに最適化された強度対重量比を様々な形状設計によって実現することができる。
【0053】
図１１を参照して、カッター本体の第２の実施形態が２００で示されている。本体は、５つの放射状スポーク２０２と５つの軽量化開口２０４とを備え、一対の隣接するスポーク２０２の間に１つの開口２０４がある。スポーク２０２は規則的に離間し、駆動スピンドル１６を受け入れる中央シャフト開口１１２に対して対称である。スポーク２０２には外向きにカッター本体２００の中央から本体２００の周縁面１１３に向かって周方向に先太りする。結果として、各開口２０４の形状は、円弧状の内面と外面２０６との組と、円弧状の面２０６と隣り合う一対のまっすぐな面２０８とを有する略台形になる。円弧状の面２０６は周方向に延びる一方で、まっすぐな面２０８は径方向に延びる。
【0054】
図１２では、カッター本体の第３の実施形態が３００で示されている。本体は４つの放射状スポーク３０２と４つの軽量化開口３０４とを備え、一対の隣接するスポーク３０２の間に１つの開口３０４がある。スポーク３０２は中央シャフト開口１１２の周囲で規則的に離間している。ただし、スポーク３０２は中央でずれており、本体３００はその回転軸線すなわちシャフト開口１１２に対して非対称である。スポーク３０２の幅は本体３００の中央から本体３００の周縁面１１３に向かって大きくは変わらない状態を維持する。各開口３０４は、ほぼ径方向に延びる隣り合う２つの面３０６と、ほぼ周方向に延び、対向する隣り合う一対の面３０８とを有する四辺形である。
【0055】
図１３を参照して、カッター本体の第４の実施形態が４００で示されている。本体は、４つの放射状スポーク４０２と４つの軽量化開口４０４とを備え、一対の隣接するスポーク４０２の間に１つの開口４０４がある。スポーク４０２は規則的に離間し、駆動スピンドル１６を受け入れる中央シャフト開口１１２に対して対称である。スポーク４０２には外向きに本体４００の中央から本体４００の周縁面１１３に向かって周方向に先太りする。したがって、各開口４０４の形状は、円弧状の内面と外面４０６との組と、円弧状の面４０６と隣り合う一対のまっすぐな面４０８とを有する略台形になる。円弧状の面４０６は周方向に延びる一方で、まっすぐな面４０８は径方向に延びる。
【0056】
切削要素１０６は従来のＰＤＣではなく、３次元形状のカッターであってもよい。切削要素１０６の打撃チップ（ｓｔｒｉｋｅ ｔｉｐ）は円錐形、角錐形、弾道（ｂａｌｌｉｓｔｉｃ）形、チゼル（ｃｈｉｓｅｌ）形や半球形であってもよい。打撃チップの先を切り詰めて打撃チップが平面状の先端を持ってもよいし、打撃チップの先を切り詰めなくてもよい。打撃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。本発明のいずれかの態様と組み合せて、切削要素１０６のあらゆる形状を用いることができる。このような形状のカッターの例はＷＯ ２０１４／０４９１６２及びＷＯ ２０１３／０９２３４６に見ることができる。
【0057】
図１４及び図１５にはディスクカッターの第２の実施形態が示されている。ディスクカッター１０００は略円形のカッター本体１０２と、円形の本体２０の周縁に配置された複数の工具保持部１００２とを備える。カッター本体１０２は第１の実施形態のカッター本体と同じであるので、これ以上の説明は省略する。
【0058】
各工具保持部１００２には１つの切削要素１００４が結着させられる。図１６及び図１７で一番よく分かるが、切削要素１００４は３次元形状のカッターを備える。切削要素１００４は、先が切り詰められた円錐形の打撃チップ１００６を有し、円錐形の打撃チップ１００６は炭化物基材１００８に接合される。打撃チップ１００６は超硬材料を含む。切削要素１００４の幅広の基部が工具保持部１００２の凹所内に強固に設置され、打撃チップ１００６の自由端が、カッター本体１０２の平面と調和する、ディスクカッター１０００の所望の回転方向に向く（図１８を参照）。基材１００８は、打撃チップ１００６が工具保持部１００２から突き出るようにほぼ完全に工具保持部１００２内に置かれる（図１７を参照）。この仕方では、打撃チップ１００６は使用中に工具保持部１００２の「本体えぐり（ｂｏｄｙｗａｓｈ）」（すなわち浸食（ｅｒｏｓｉｏｎ））を抑えるのに有用である。
【0059】
図示しないさらなる実施形態では、工具保持部１００２に２つの切削要素１００４が設けられてもよい。これらの切削要素１００４は離間する。２つの打撃チップ１００６はこの場合でもディスクカッター１０００の所望の回転方向に向くが、当該方向はカッター本体１０００の平面と調和しない。打撃チップ１００６の各々は相反する方向に、中心線から外れた向きに向き、カッター本体１０００の平面に対して対称である。
【0060】
ディスクカッター１０００の総質量は５ｋｇ未満である。
【0061】
本発明は特に実施形態を参照して示されて説明されているが、添付の請求項によって定められる本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて形態及び細部の様々な変形がなされてもよいことは当業者によって理解される。
【0062】
たとえば、カッター本体１０２，２００，３００，４００のいずれかの実施形態をＰＤＣ切削要素１０６及び／又は３次元形状のカッター１００４と組み合せて用いてもよい。
【0063】
たとえば、相反する方向に中心線から外れた向きに向き、カッター本体のｐｌａｎに対して対称である２つの切削要素の各々が、３次元形状の切削要素１００４ではなく、ＰＤＣであってもよい。
【0064】
以下、本明細書で用いられるいくつかの標準的な用語と概念とを簡単に説明する。
【0065】
本明細書で用いられる場合、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）材料は複数のダイヤモンド粒子を含み、多数のダイヤモンド粒子が互いに粒子間結合し、ダイヤモンドの含有量は材料の少なくとも８０体積パーセント前後である。ダイヤモンド粒子の間の隙間は実質的に空であってもよいし、隙間にバルクフィラー材料が少なくとも部分的に充填されてもよいし、隙間は実質的に空であってもよい。バルクフィラー材料は焼結促進材料を含んでいてもよい。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【手続補正書】
【提出日】2022-11-30
【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】
岩盤掘削機の切削アセンブリ用のディスクカッターであって、前記ディスクカッターは、直径が５００ｍｍ未満であるカッター本体を備え、前記カッター本体は少なくとも１つの軽量化開口を含み、前記カッター本体の周縁面に沿って連続的に複数の工具保持部が取り付けられ、前記複数の工具保持部の少なくとも１つに切削要素が取り付けられ、前記ディスクカッターの総質量は５ｋｇ未満である、ディスクカッター。
【請求項2】
前記カッター本体は複数の軽量化開口を備える、請求項１に記載のディスクカッター。
【請求項3】
前記カッター本体は３つ以上の軽量化開口を備える、請求項１に記載のディスクカッター。
【請求項4】
前記カッター本体は４つ、５つ又は６つの軽量化開口を備える、請求項３に記載のディスクカッター。
【請求項5】
前記カッター本体は駆動スピンドルを受け入れる駆動スピンドル開口と、複数のスポークとを備え、前記複数の軽量化開口の１つが一対の隣り合うスポークの間に位置する、請求項２に記載のディスクカッター。
【請求項6】
前記駆動スピンドル開口は前記本体の中央から径方向にずれて位置する、請求項５に記載のディスクカッター。
【請求項7】
前記駆動スピンドル開口は放射状に集中して位置する、請求項５に記載のディスクカッター。
【請求項8】
前記複数のスポークは前記駆動スピンドル開口から外向きに径方向に延びる、請求項７に記載のディスクカッター。
【請求項9】
前記複数のスポークは前記ドライバスピンドル開口に対して非対称に配置される、請求項７に記載のディスクカッター。
【請求項10】
前記複数のスポークは前記ドライバスピンドル開口に対して対称に配置される、請求項７に記載のディスクカッター。
【請求項11】
前記スポークには第１の端から第２の端に向かってテーパがつけられている、請求項５に記載のディスクカッター。
【請求項12】
前記第２の端は前記本体の周縁面に位置するか、その近くに位置する、請求項１１に記載のディスクカッター。
【請求項13】
前記カッター本体は一連のスロットを備える、請求項１に記載のディスクカッター。
【請求項14】
前記カッター本体の直径は４５０ｍｍ未満である、請求項１に記載のディスクカッター。
【請求項15】
前記カッター本体の直径は２００～４００ｍｍである、請求項１に記載のディスクカッター。
【請求項16】
前記カッター本体はアルミニウム合金を含む、請求項１に記載のディスクカッター。
【請求項17】
前記工具保持部は本体部と、前記本体部から延び、前記カッター本体にまたがって置かれる一対の離間した脚部とを備える、請求項１に記載のディスクカッター。
【請求項18】
工具保持部毎に１つの切削要素を備える請求項１に記載のディスクカッター。
【請求項19】
前記１つの切削要素は前記工具保持部の中央に取り付けられる、請求項１８に記載のディスクカッター。
【請求項20】
前記工具保持部にある２つの切削要素を備える請求項１に記載のディスクカッター。
【請求項21】
前記２つの切削要素は前記工具保持部上で互いに離間して配置される、請求項２０に記載のディスクカッター。
【請求項22】
前記２つの切削要素は前記カッター本体の前記平面から外向きに向く、請求項２１に記載のディスクカッター。
【請求項23】
前記切削要素は多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）を含む、及び／又は、前記切削要素は多結晶ダイヤモンド焼結体（ＰＤＣ）である、請求項１に記載のディスクカッター。
【請求項24】
前記切削要素は多結晶ダイヤモンド焼結体（ＰＤＣ）である、請求項１に記載のディスクカッター。
【請求項25】
前記ディスクカッターの総質量は３ｋｇ未満である、請求項１に記載のディスクカッター。
【請求項26】
請求項１に記載の前記ディスクカッターを備える岩盤掘削機用のロボット切削アセンブリ。
【国際調査報告】