JP2004181423A - 破砕装置用電極および破砕装置 - Google Patents
破砕装置用電極および破砕装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】充分な破砕力を有する破砕装置用電極および破砕装置を提供する。
【解決手段】電極１は、中心電極１２と絶縁体１３と外周電極１５とを備える。中心電極１２は中心軸４０に沿って延在し、外周面を有する。絶縁体１３は中心電極１２の外周面上に配置されている。外周電極１５は絶縁体１３を囲むように配置されている。外周電極１５は複数の外周電極部分１４ａ〜１４ｄを含む。複数の外周電極部分１４ａ〜１４ｄは、中心軸４０の延びる方向において互いに間隔を隔てて配置されている。中心軸４０の延びる方向とほぼ垂直な方向における複数の外周電極部分１４ａ〜１４ｄの断面の外周形状は、中心軸４０からの距離が互いに異なる部分を有する。
【選択図】 図２
【解決手段】電極１は、中心電極１２と絶縁体１３と外周電極１５とを備える。中心電極１２は中心軸４０に沿って延在し、外周面を有する。絶縁体１３は中心電極１２の外周面上に配置されている。外周電極１５は絶縁体１３を囲むように配置されている。外周電極１５は複数の外周電極部分１４ａ〜１４ｄを含む。複数の外周電極部分１４ａ〜１４ｄは、中心軸４０の延びる方向において互いに間隔を隔てて配置されている。中心軸４０の延びる方向とほぼ垂直な方向における複数の外周電極部分１４ａ〜１４ｄの断面の外周形状は、中心軸４０からの距離が互いに異なる部分を有する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、破砕装置用電極および破砕装置に関し、より特定的には、岩石などを効率的に破砕可能な破砕装置用電極および破砕装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
岩石などを破壊するための従来の破砕方法としては、電極において放電を発生させて、その放電エネルギーを利用して破砕する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図２６は、特許文献１に示された従来の破砕装置を示す模式図である。図２７は、図２６に示した破砕装置の基本的な構成を示す模式図である。図２８は、図２７に示した電極の先端部を示す部分拡大模式図である。図２６〜２８を参照して、特許文献１に開示された破砕方法を実施するための破砕装置の構造および動作について説明する。
【０００４】
図２６〜２８を参照して、まず、従来の破砕装置の構造を簡単に説明する。パルスパワー源１０６は、コンデンサ１０８、スイッチ１０７などを含む回路からなっている。このパルスパワー源１０６には電源１０９が接続されている。パルスパワー源１０６の回路、この回路を含む筐体および破砕装置を搭載する車体は接地されている。
【０００５】
岩石などを破壊するための破壊電極である同軸電極１０１は、パルスパワー源１０６と同軸ケーブル１０５によって接続されている。同軸電極１０１の先端には、中心電極１１２と、この中心電極１１２の外周側に絶縁体１１３を介して位置する外周電極１１５とが配置されている。中心電極１１２と外周電極１１５との一方は接地され、他方にはパルスパワー源１０６のスイッチ１０７が閉じられたときにコンデンサ１０８に蓄えられた電荷が導入される。
【０００６】
次に従来の破砕方法を説明する。破壊対象となる岩石などに、ドリルなどを用いてあらかじめ下孔１１０を形成する。この下孔１１０の中に水１１１などの電解液を注入する。この下孔１１０に同軸電極１０１を挿入する。そして、電源１０９で電荷を発生させ、この電荷をコンデンサ１０８に蓄積する。なお、コンデンサ１０８の片側の極は接地されている。
【０００７】
次に、コンデンサ１０８に十分に電荷が蓄積された後にスイッチ１０７を閉じることによって、同軸ケーブル１０５を介して同軸電極１０１に電荷が供給される。そして、同軸電極１０１の先端において、中心電極１１２と外周電極１１５との間に電位差が生じることにより放電が起こる。このとき、同軸電極１０１の先端付近の電解液が放電エネルギーによってプラズマ化することにより、圧力波が発生する。この圧力波により、同軸電極１０１の周囲の岩石などを破壊する。
【０００８】
また、岩石を破砕する際、岩石に下孔を形成して、その下孔の壁面の全ての方向に均等に力を加えると割れ難いが、壁面に力を不均等に加えると容易に岩石を破砕できることが知られている（たとえば非特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平４−２２２７９４号公報
【００１０】
【非特許文献１】
光る企業／神島組，「神戸新聞」，平成１４年５月２８日
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
電極での放電に起因する圧力波により岩石などの破砕対象物を破砕する場合、下孔１１０の内壁の特定方向に圧力波を集中的に作用させることができれば、破砕対象物に力を不均等に加えることになるので、破砕対象物を効率的に破砕できる（つまり、充分な破砕力を実現できる）と考えられる。しかし、上述した従来の破砕装置では同軸電極１０１の先端付近で放電が起こるが、その放電の発生位置を正確に制御することは困難である。そのため、この放電により形成された圧力波を下孔１１０の側壁の特定方向に集中的に作用させることは困難であった。つまり、従来の破砕装置では、破砕対象物の内部から特定方向に集中的に力を作用させることは難しいため、エネルギーを破砕対象物の特定方向に集中させることにより破砕対象物を効率的に破砕すること（充分な破砕力を得ること）は困難であった。
【００１２】
この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、充分な破砕力を有する破砕装置用電極および破砕装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明の１の局面に従った破砕装置用電極は、中心導電体と絶縁部材と外周導電体とを備える。中心導電体は中心軸に沿って延在し、外周面を有する。絶縁部材は中心導電体の外周面上に配置されている。外周導電体は絶縁部材を囲むように配置されている。外周導電体は複数の外周導電体部分を含む。複数の外周導電体部分は、中心軸の延びる方向において互いに間隔を隔てて配置されている。中心軸の延びる方向とほぼ垂直な方向における複数の外周導電体部分の断面の外周形状は、中心軸からの距離が互いに異なる部分を有する。
【００１４】
このようにすれば、外周導電体部分の断面形状をいわゆる非円形状（たとえば楕円形状や多角形状など）にすることができる。そして、破砕装置用電極に電流を供給した際にこの破砕装置用電極に電流が流れる電流経路として、上記外周形状において中心軸からの距離が最も小さい部分近傍を電流が流れる場合（経路１）と、中心軸からの距離が最も大きい部分近傍を電流が流れる場合（経路２）とを考える。この場合、経路１により囲まれる部分の面積は経路２により囲まれる部分の面積より小さくなる（つまり、経路１の長さは経路２の長さより短くなる）。
【００１５】
このため、経路１および経路２をそれぞれ電気回路として考えた場合、経路１のインピーダンスは経路２のインピーダンスより小さくなる。したがって、破砕装置用電極に電流を供給すると、電流は経路１を流れる。この結果、経路１上のギャップ（外周導電体部分の間の間隙）において放電が発生するので、上記外周形状において中心軸からの距離が最も小さい部分を特定の方向に配置すれば、その特定の方向に向いた側で放電を発生させることが可能になる。つまり、放電の発生位置を制御することができる。その結果、放電により発生する圧力波を破砕装置用電極の中心軸から見た特定方向に集中的に作用させることができるので、破砕対象物を効率的かつ確実に破砕できる。このようにして、十分な破砕能力を有する破砕装置用電極を実現できる。
【００１６】
上記１の局面に従った破砕装置用電極では、複数の外周導電体部分のそれぞれについて、断面の外周形状における中心軸からの距離が最も小さい部分は、中心軸から見てほぼ同じ方向に揃うように配置されていてもよい。
【００１７】
この場合、上述したように外周形状における中心軸からの距離が最も小さい部分において放電が発生するので、複数の外周導電体部分の間で発生する複数の放電の発生する位置を中心軸から見てほぼ同じ方向に揃えることができる。この結果、破砕装置用電極から見て同じ方向の側面において集中的に圧力波を発生させることができるので、破砕対象物に対して複数の放電に起因する圧力波を特定方向から集中的に作用させることができる。このため、破砕対象物を確実に破砕することができる。
【００１８】
上記１の局面に従った破砕装置用電極において、複数の外周導電体部分の断面の外周形状は楕円形および多角形からなる群から選択される１つであってもよい。
【００１９】
この場合、断面の外周形状が楕円形または多角形である外周導電体部分は比較的簡単な加工により形成することができるので、断面の外周形状において中心軸からの距離が互いに異なる部分を有する外周導電体部分を容易に実現できる。
【００２０】
上記１の局面に従った破砕装置用電極において、複数の外周導電体部分の外周部には、中心軸から見てほぼ同じ方向に位置する領域に溝が形成されていてもよい。上記溝は中心軸の延びる方向とほぼ同じ方向に延在するように形成されていてもよい。
【００２１】
この場合、外周導電体部分の外周部に溝を形成するという簡単な加工により、断面の外周形状において中心軸からの距離が互いに異なる部分を有する外周導電体部分を容易に実現できる。つまり、溝を形成することにより、溝の底部と溝が形成されていない外周部という、中心軸からの距離が異なる部分を形成できる。
【００２２】
そして、溝の深さを充分深くしておけば、溝の底部を中心軸からの距離が最も小さい部分とすることができる。このため、複数の外周導電体部分の外周部に、中心軸から見てほぼ同じ方向に揃うように溝を形成することで、上記距離が最も小さい部分を破砕装置用電極の側面の特定方向（中心軸から見てほぼ同じ方向）に並べて配置できる。すでに述べたように上記距離が最も小さい部分はインピーダンスが最も小さい電流経路となるため、この溝に隣接した部分で放電を発生させることができる。この結果、放電による圧力波を破砕装置用電極の側面の特定方向から破砕対象物へ集中的に作用させることができる。
【００２３】
この発明の他の局面に従った破砕装置用電極は、中心導電体と絶縁部材と外周導電体とを備える。中心導電体は中心軸に沿って延在し、外周面を有する。絶縁部材は中心導電体の外周面上に配置されている。外周導電体は絶縁部材を囲むように配置されている。外周導電体は、中心軸の延びる方向において互いに間隔を隔てて配置された複数の外周導電体部分を含む。複数の外周導電体部分は、中心軸から見てほぼ同じ方向に位置する領域において、中心軸の延びる方向とほぼ同じ方向に突出する凸部を有する。
【００２４】
このようにすれば、凸部が形成された部分では複数の外周導電体部分の間の距離が他の部分より小さくなる。そのため、凸部が形成された部分の近傍において、複数の外周導電体部分の間の間隙で放電を発生させることができる。このため、破砕装置用電極の側面の特定方向（中心軸から見てほぼ同じ方向）から破砕対象物へ放電に起因する圧力波を作用させることができる。したがって、破砕対象物を効率的に破砕できるため、充分な破砕能力を備える破砕装置用電極を実現できる。
【００２５】
上記１の局面または他の局面に従った破砕装置用電極は、複数の外周導電体部分を互いに固定する固定部材をさらに備えていてもよい。
【００２６】
この場合、固定部材を配置することにより、外周導電体部分の間の距離や、外周導電体部分において中心軸からの距離が最も小さい部分の位置を容易に固定できる。
【００２７】
この発明の別の局面に従った破砕装置用電極は、中心導電体と絶縁部材と外周導電体と絶縁被覆膜とを備える。中心導電体は中心軸に沿って延在し、外周面を有する。絶縁部材は中心導電体の外周面上に配置されている。外周導電体は絶縁部材を囲むように配置されている。外周導電体は、中心軸の延びる方向において互いに間隔を隔てて配置された複数の外周導電体部分を含む。絶縁被覆膜は外周導電体部分の表面を覆うように形成されている。絶縁被覆膜は、複数の外周導電体部分において中心軸から見てほぼ同じ方向に位置する表面領域を露出させる開口部を有する。
【００２８】
このようにすれば、中心導電体、絶縁部材および外周導電体といういわゆる同軸構造の電極において、その基本構造を維持したまま、絶縁被覆膜を形成することにより放電の発生場所を任意の位置に決定できる。つまり、外周導電体部分を覆うように絶縁被覆膜が形成された部分では、外周導電体部分同士が絶縁被覆膜により互いに絶縁されるため、外周導電体部分の間において放電は発生しない。一方、複数の外周導電体部分において絶縁被覆膜の開口部が形成された部分の間では、上記外周導電体部分の露出した表面領域の間で放電が起きる。したがって、破砕装置用電極において放電を発生させたい領域に、絶縁被覆膜の開口部を配置することで、当該領域において放電を発生させることができる。この結果、破砕対象物に形成した下孔に破砕装置用電極を挿入して放電を発生させる際、放電により発生する圧力波を下孔の側壁面の特定部に集中的に作用させることができる（圧力波により下孔の側壁面に加えられる圧力分布を不均一な状態とすることができる）このため、破砕対象物を効率的に破砕できる。
【００２９】
上記別の局面に従った破砕装置用電極において、絶縁被覆膜は、外周導電体部分上に塗布された絶縁性塗料膜、樹脂膜および酸化膜からなる群から選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。
【００３０】
この場合、外周導電体部分の表面に絶縁性塗料を塗布する、または外周導電体部分の表面に樹脂を塗布あるいは接着する、または外周導電体部分の表面に酸化処理を施すといった比較的簡単な加工により、本発明による破砕装置用電極を得ることができる。
【００３１】
上記別の局面に従った破砕装置用電極において、絶縁被覆膜は外周導電体部分と着脱可能であってもよい。絶縁被覆膜は中心軸の延びる方向とほぼ同じ方向に延びる筒状体であってもよい。筒状体は絶縁性材料により構成されていてもよい。筒状体の側壁面には、中心軸の延びる方向に沿って開口部となるべき切欠部が形成されていてもよい。また、筒状体は可撓性を有する樹脂により構成されていてもよい。
【００３２】
この場合、中心導電体、絶縁部材および外周導電体からなる同軸電極に、絶縁被覆膜としての筒状体を装着することにより、容易に本発明による破砕装置用電極を実現できる。また、可撓性を有する樹脂により筒状体を形成すれば、破砕の際の圧力波による応力が筒状体に作用しても、筒状体が弾性変形することにより、その応力を筒状体が吸収することができる。したがって、上記応力により筒状体が破損する危険性を小さくできる。
【００３３】
また、外周導電体部分のうち筒状体の切欠部（絶縁被覆膜の開口部）から露出した表面が破砕作業に伴って磨耗したような場合、中心軸を中心として筒状体を回転させることで、上記切欠部から露出する外周導電体部分の表面の位置を変えることができる。このため、外周導電体部分の表面全体を破砕に利用できる。
【００３４】
この発明のその他の局面に従った破砕装置は、上記１の局面または他の局面または別の局面に従った破砕装置用電極を備える。
【００３５】
このようにすれば、充分な破砕能力を備える破砕装置を容易に得ることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
発明者は、破砕に利用されるエネルギーを大きくすることができる（高い破砕能力を有する）破砕装置として、図２２に示すような破砕装置を発明した。図２２は、本発明に関連する破砕装置を示す模式図である。図２３は、図２２に示した破砕装置を構成する電極の先端部を示す部分側面模式図である。図２４は、図２３に示した電極の断面模式図である。図２５は、図２３の線分ＸＸＶ−ＸＸＶにおける断面模式図である。図２２〜図２５を参照して、本発明に関連する破砕装置を説明する。
【００３７】
図２２〜図２５を参照して、本発明に関連する破砕装置は、電極１とパルスパワー供給部４とを備える。パルスパワー供給部４はコンデンサ８、スイッチ７、コンデンサ８に電荷を供給するための電源９などを含む回路からなる。パルスパワー供給部４の回路は接地されている。破砕装置用電極である電極１はパルスパワー供給部４と同軸ケーブル５により接続されている。同軸ケーブル５は電極１の後端に設置されたコネクタ部１６に接続されている。
【００３８】
電極１は、中心軸にそって延在する中心電極１２と、この中心電極１２の外周面上に配置された絶縁体１３と、この絶縁体１３の外周面上に配置された外周電極１５とを備える同軸電極である。外周電極１５は、互いに間隔を隔てて配置された複数の外周電極部分１４ａ〜１４ｄからなる。
【００３９】
次に、図２２〜図２５に示した破砕装置の動作を簡単に説明する。図２２に示すように、電極１は、岩石などの破砕対象物２に形成された下孔１０の内部に挿入される。下孔１０の内部には電解液としての水１１が配置される。そして、この状態でパルスパワー供給部４のスイッチ７を閉じると、予めコンデンサ８に蓄積されていた電荷が同軸ケーブル５を介して電極１に供給される。この結果、中心電極１２の先端部と外周電極部分１４ａとの間、さらに外周電極部分１４ａ〜１４ｄの間においてそれぞれ放電が発生し、アークが形成される。この結果、下孔１０の内部の水が放電エネルギーによりプラズマ化することにより圧力波が発生する。この圧力波により破砕対象物２を破砕できる。そして、図２２に示した破砕装置では、複数のアークを形成することにより、破砕に利用されるエネルギーを大きくすることができる。
【００４０】
しかし、図２２〜図２５に示した破砕装置では、外周電極部分１４ａ〜１４ｄの間の距離を電極１の円周方向においてほぼ一定としているため、外周電極部分１４ａ〜１４ｄのそれぞれの間で、電極１の円周方向においてランダムな位置にアークが形成される。その結果、アークに起因する圧力波による応力は、下孔１０の壁面全体にほぼ均等に加えられることになる。つまり、図２２〜図２５に示した破砕装置では、下孔１０の壁面の一部に集中的に応力を加えることは難しく、アークの形成位置により破砕力にばらつきが発生していた。
【００４１】
発明者は、図２２〜図２５に示したような破砕装置の電極１の構造についてさらに研究した結果、電極１においてインピーダンスの小さな電流経路を作ることによってアークの発生位置を制御できることを見出し、本発明を完成した。以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００４２】
（実施の形態１）
図１は、本発明による破砕装置用電極およびその破砕装置用電極を用いた破砕装置の実施の形態１の構成を説明するための模式図である。図２は、図１に示した破砕装置用電極の先端部を示す斜視模式図である。図３は図２の線分ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面模式図である。図４は図２の線分ＩＶ−ＩＶにおける断面模式図である。図１〜図４を参照して、本発明による破砕装置用電極および破砕装置の実施の形態１を説明する。
【００４３】
図１〜図４を参照して、本発明による破砕装置は、破砕装置用電極である電極１と、この電極１にパルスパワーを供給するためのパルスパワー供給部４とからなる。電極１は、その後端部にコネクタ部１６が形成される。電極１は、コネクタ部１６に接続された同軸ケーブル５を介してパルスパワー供給部４に接続されている。パルスパワー供給部４は、コンデンサ８、このコンデンサ８に電荷を供給する電源９、さらに電極１への電荷の投入を制御するためのスイッチ７などを含む。パルスパワー供給部４は図示していないが接地されている。
【００４４】
電極１は、中心軸４０（図２参照）に沿って延在し、外周面を有する中心導電体としての中心電極１２と、この中心電極１２の外周面上に配置された絶縁部材としての絶縁体１３と、絶縁体１３の外周面上に配置された外周導電体としての外周電極１５とからなる。外周電極１５は、絶縁体１３の外周面上において、電極１の中心軸４０（図２参照）の延びる方向において互いに間隔を隔てて配置された外周導電体部分としての外周電極部分１４ａ〜１４ｄからなる。中心電極１２および外周電極部分１４ａ〜１４ｄを構成する材料としては、導電体であれば金属などどのような材料を用いてもよい。また、絶縁体１３の材料としては、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃｓ）やその他の絶縁性の材料を用いてもよい。
【００４５】
図４からもわかるように、中心軸の延びる方向とほぼ垂直な方向における中心電極１２の断面形状はほぼ円形状であり、絶縁体１３の断面の外周形状もほぼ円形状である。そして、中心軸４０（図２参照）の延びる方向に対してほぼ垂直な方向における外周電極部分１４ａ〜１４ｄの断面の外周形状は、図２および図４からもわかるように楕円形状となっている。このような断面が楕円形状の外周電極部分１４ａ〜１４ｄは比較的簡単な加工により形成できる。また、図２からも分かるように、電極１では外周電極部分１４ａ〜１４ｄにおいて矢印１７ｂで示した部分に隣接する領域（中心軸４０からの距離が最も小さい領域）が、中心軸４０から見てほぼ同じ側に揃うように配置されている。
【００４６】
ここで、電極１に電流を流した場合の電流経路のインピーダンスを考える。電極１に電流を供給して矢印１７ａ（図２参照）で示す位置において放電が発生した場合の、電極１における電流経路（経路１）のインピーダンスの値をＺ１とする。また、矢印１７ｂ（図２参照）で示す位置において放電が発生した場合の電極１における電流経路（経路２）のインピーダンスの値をＺ２とする。矢印１７ａで示す位置より矢印１７ｂで示す位置の方が電極１の中心軸４０（図２参照）に近い。また、外周電極部分１４ａ〜１４ｄの図４に示した断面の外周形状において、矢印１７ｂで示した部分に隣接する領域は、矢印１７ａで示した部分に隣接する領域より中心軸４０からの距離が小さくなっている。
【００４７】
そのため、経路２の方が経路１よりも経路長は短くなる（つまり、経路１により囲まれる領域の面積より経路２により囲まれる領域の面積が小さくなる）。このため、経路２のインピーダンスの値Ｚ２は経路１のインピーダンスの値Ｚ１より小さくなる。したがって、電極１に電流を供給した場合、電流は経路２を流れるので、外周電極部分１４ａ〜１４ｄの厚みが最も薄くなっている部分、すなわち図４に示した放電位置１８において放電が発生する。
【００４８】
このように、外周電極部分１４ａ〜１４ｄの形状を変更してインピーダンスが小さくなる部分（厚みが薄くなる部分）を形成することにより、この厚みが薄くなった部分において優先的に放電を発生させることができる。つまり、厚みが薄くなった部分の位置を適宜変更することで、放電の発生する位置（アークの形成される位置）を任意に変更できる。
【００４９】
また、図１〜図４に示した電極１では、外周電極部分１４ａ〜１４ｄにおける厚みの薄くなった部分が、中心軸４０から見てほぼ同じ方向に揃うように配置されている。この結果、放電により発生する圧力波を、電極１の中心軸４０（図２参照）から見て厚みが薄くなった部分が位置する方向に集中的に作用させることができる。したがって、破砕対象物２の下孔１０の壁面に不均一な応力を加えることができるので、破砕対象物２を効率的に破砕できる。
【００５０】
次に、図１〜図４に示した破砕装置を用いた破砕方法を簡単に説明する。図１に示すように、岩石などの破砕対象物２の所定部分に電極１を挿入することが可能な大きさの下孔１０を形成する。そして、下孔１０の内部に電極１の先端部を挿入するとともに、下孔１０の内部に電解液としての水１１を配置する。一方、パルスパワー供給部４においては、電源９からコンデンサ８に所定量の電荷を蓄積する。
【００５１】
そして、コンデンサ８に必要な量の電荷を蓄積した状態で、パルスパワー供給部４のスイッチ７を閉じる。このようにすれば、パルスパワー供給部４のコンデンサ８に蓄えられた電荷が、パルスパワー供給部４から同軸ケーブル５およびコネクタ部１６を介して電極１に導入される。この結果、電極１の先端部における中心電極１２と外周電極部分１４ａとの間のギャップにおいて放電が発生し、アークが形成される。また、同様に外周電極部分１４ａ〜１４ｄの間のギャップにおいてそれぞれ放電が発生し、アークが形成される。
【００５２】
このとき、上述のように外周電極部分１４ａ〜１４ｄの厚みが最も薄くなった部分に隣接する領域（放電位置１８）においてアークが形成される。このため、下孔１０の内部の水１１が放電エネルギーによってプラズマ化することにより圧力波が発生する。この圧力波により、電極１の周囲の破砕対象物２を破壊できる。
【００５３】
また、上述のように電極１においてアークが形成される部分は、電極１の中心軸４０（図２参照）から見て外周電極部分１４ａ〜１４ｄの厚みが最も薄くなった部分が位置する領域にほぼ限定される。つまり、電極１の円周方向の特定の位置においてアークを形成することができるので、アークの発生した領域に対向する下孔１０の側壁面の領域に、アークに伴って発生する圧力波を集中的に作用させることができる。このため、破砕対象物２を効率的に破壊することができる。
【００５４】
図５は、図１〜図４に示した破砕用電極の実施の形態１の変形例を示す断面模式図である。図５は図４に対応する。図５に示した破砕装置用電極としての電極１は、基本的には図１〜図４に示した破砕装置用電極としての電極１と同様の構造を備えるが、中心電極１２および絶縁体１３の断面形状が異なる。図１〜図４に示した電極１における中心電極１２の断面形状および絶縁体１３の断面の外周形状はほぼ円形状であったが、図５に示した電極１においては、中心電極１２の断面形状は楕円形状となっている。また、絶縁体１３の断面の外周形状も楕円形状となっている。この場合も、図１〜図８に示した電極１と同様に、放電位置１８において集中的にアークを形成できる。
【００５５】
（実施の形態２）
図６は、本発明による破砕装置用電極の実施の形態２を示す斜視模式図である。図７は図６の線分ＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面模式図である。図６および図７を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態２を説明する。
【００５６】
図６および図７に示すように、破砕装置用電極である電極１は基本的には図１〜図４に示した電極１と同様の構造を備えるが、外周電極１５の形状が異なっている。図６および図７に示した電極１の外周電極１５は、電極１の中心軸４０（図６参照）の延びる方向とほぼ垂直な方向における断面の外周形状が四角形状の外周電極部分２０ａ〜２０ｄおよび円筒状の外周電極部分２０ｅからなる。このような外周電極部分２０ａ〜２０ｄは比較的簡単な加工により作成することができる。
【００５７】
そして、図６および図７に示したような電極１によっても、図１〜図４に示した電極１と同様の効果を得ることができる。すなわち、図６および図７に示した電極１においては、電極１に電流を供給した場合に、１７ａにおいてアークが形成された場合の電流経路のインピーダンスよりも、矢印１７ｂにおいてアークが発生した場合の電流経路のインピーダンスが小さくなる。そのため、矢印１７ｂにより示した位置、すなわち外周電極部分２０ａ〜２０ｄの厚みが最も薄くなった部分に隣接する位置においてアークが形成される。このため、電極１においてアークが形成される位置（電極１の中心軸から見た場合の円周方向における位置）を外周電極部分２０ａ〜２０ｄの間のギャップごとにほぼ揃えることができる。この結果、上述のように本発明の実施の形態１における電極１と同様に破砕対象物を効率的に破壊することができる。
【００５８】
図８は、図６および図７に示した破砕装置用電極の変形例を示す斜視模式図である。図９は図８の線分ＩＸ−ＩＸにおける断面模式図である。図８および図９を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態２の変形例を説明する。
【００５９】
図８および図９に示すように、電極１は基本的には図６および図７に示した電極１と同様の構造を備えるが、外周電極部分２０ａ〜２０ｄにおいて、電極１の中心軸に沿った方向に延びる貫通孔である固定用穴２１ａ〜２１ｄが形成されている。そして、固定用穴２１ａ〜２１ｄには固定用のひも２２が挿入されている。ひも２２の一方端部は外周電極部分２０ａと固定部２３において固定されている。また、ひも２２の上述した一方端部と反対側に位置する他方端部は、図示していないが外周電極部分２０ｄと固定部（図示せず）において固定されている。
【００６０】
また、図９に示すように、外周電極部分２０ａは、電極１の先端部において中心電極１２の外周面と直接接触した状態で、この中心電極１２に接続固定されている。また、外周電極部分２０ｄは、外周電極部分２０ｄよりもコネクタ部１６（図１参照）側において絶縁体１３の外周面を覆うように配置された外周電極部分２０ｅの外周面上に直接接続固定されている。この結果、中心電極１２に直接固定された外周電極部分２０ａと外周電極部分２０ｅに直接固定された外周電極部分２０ｄとの間において、外周電極部分２０ａ、２０ｄにひも２２（図８参照）を介して外周電極部分２０ｂ、２０ｃを連結した状態で固定できる。したがって、外周電極部分２０ｂ、２０ｃが絶縁体１３の周囲を回転してその位置がずれることを抑制できる。
【００６１】
また、固定部材としてのひも２２は破砕の際の圧力波によって応力を受けるが、このひも２２自体は柔軟に変形可能な材料からなる。そのため、ひも２２が圧力波によって切断される危険性は少ない。したがって、電極１において放電を複数回発生させて破砕を行なうような場合に、ひも２２が圧力波によって切れてしまうといった事故の発生確率を低くできる。
【００６２】
また、ひも２２と外周電極部分２０ａ〜２０ｄとをそれぞれ固定するとともに、ひも２２に対して張力をかけておけば、電極１の中心軸４０（図８参照）に沿った方向における外周電極部分２０ａ〜２０ｄの位置をひも２２によって固定することもできる。
【００６３】
なお、図８および図９に示した電極１においては１本のひも２２を用いているが、外周電極部分２０ａ〜２０ｄのそれぞれにおいて他の固定用穴２４ａを形成するとともに、この他の固定用穴に他のひもを通して外周電極部分２０ａ〜２０ｄの位置を固定してもよい。この場合、ひも２２と上記他のひもとを用いることにより、確実に外周電極部分２０ａ〜２０ｄの位置を固定することができる。
【００６４】
また、本発明による電極１の外周電極部分２０ａ〜２０ｄの中心軸４０（図６参照）にほぼ垂直な方向における断面の外周形状は、図６〜図９に示したような四角形状以外の任意の多角形状であってよいし、その他の任意の形状、たとえば星形などであってもよい。
【００６５】
（実施の形態３）
図１０は、本発明による破砕装置用電極の実施の形態３を示す斜視模式図である。図１１は図１０の線分ＸＩ−ＸＩにおける断面模式図である。図１０および図１１を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態３を説明する。
【００６６】
図１０および図１１に示すように、破砕装置用電極である電極１は基本的には図１〜図４に示した電極１と同様の構造を備えるが、外周電極１５の構造が異なっている。すなわち、図１０および図１１に示した電極１において、外周電極１５は、電極１の中心軸４０にほぼ垂直な方向における断面の外周形状が円形状の外周電極部分２５ａ〜２５ｄにより構成されている。また、外周導電体部分としての外周電極部分２５ａ〜２５ｃの外周面には、電極１の中心軸４０から見てほぼ同じ方向に揃った位置に溝としての切欠部２６ａ〜２６ｃが形成されている。
【００６７】
このような切欠部２６ａ〜２６ｃを形成することにより、電極１に電流を供給した場合にアークの発生する位置をこの切欠部２６ａ〜２６ｃが形成された部分に集中させることができる。具体的には、電極１に電流を供給した場合、外周電極部分２５ａ〜２５ｃの切欠部２６ａ〜２６ｃの上端（切欠部２６ａ〜２６ｃと外周電極部分２５ａ〜２５ｃの外周側面との接続部）に位置するエッジ部には電界が集中しやすい。そのため、外周電極部分２５ａ〜２５ｃの間の空間であって、このエッジ部に挟まれた部分において放電が発生する。すなわち、このエッジ部が放電の起点となる。
【００６８】
そして、この放電の起点となったエッジ部同士の間で放電が発生して電流が流れ始めた後、電極１においてインピーダンスが最小となるのは切欠部２６ａ〜２６ｃの底部（中心軸４０に最も近い部分）同士の間でアークが発生して電流が流れている状態である。そのため、この切欠部２６ａ〜２６ｃの底部同士の間にアークが形成された状態で、安定してアークが形成される。
【００６９】
この場合に、形成されるアークは、中心軸４０の延びる方向において切欠部２６ａ〜２６ｃと並んだような位置に形成される。そのため、中心軸４０から見てほぼ同じ方向に、複数のアークを揃えて形成できる。この結果、本発明の実施の形態１における電極１と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
また、図１０および図１１に示した電極１は、同軸構造の電極１において外周電極部分２５ａ〜２５ｃの外周側面に溝状の切欠部２６ａ〜２６ｃを形成するという比較的簡単な加工を行なうことにより形成できる。
【００７１】
図１２は、図１０および図１１に示した本発明による破砕装置用電極の実施の形態３の変形例を示す斜視模式図である。図１３は図１２に示した破砕装置用電極の側面模式図である。図１２および図１３を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態３の変形例を説明する。
【００７２】
図１２および図１３に示した破砕装置用電極としての電極１は、基本的には図１０および図１１に示した電極１と同様の構造を備えるが、外周電極１５の構造が異なる。すなわち、図１２および図１３に示した電極１においては、外周電極１５を構成する外周導電体部分としての外周電極部分２５ａ〜２５ｃにおいて切欠部２６ａ〜２６ｃ（図１０参照）は形成されず、代わりに突起部２７ａ〜２７ｃが形成されている。この突起部２７ａ〜２７ｃは、電極１の中心軸から４０見てほぼ同じ方向（同じ側）に位置するように形成されている。突起部２７ａ〜２７ｃは、中心軸４０の延びる方向とほぼ同じ方向に突出するように形成されている。
【００７３】
突起部２７ａ〜２７ｃが形成された位置では、外周電極部分２５ａ〜２５ｄの間の距離が最も小さくなっている。そのため、電極１に電流を供給すると、この突起部２７ａ〜２７ｃが形成された部分において外周電極部分２５ａ〜２５ｄ間に放電が発生し、アークが形成される。このため、電極１の中心軸から見てほぼ同じ方向に複数のアークを揃えて形成することができる。この結果、図１０および図１１に示した電極１と同様の効果を得ることができる。
【００７４】
（実施の形態４）
図１４は、本発明による破砕装置用電極の実施の形態４を説明するための斜視模式図である。図１５は図１４の線分ＸＶ−ＸＶにおける断面模式図である。図１６は図１４の線分ＸＶＩ−ＸＶＩにおける断面模式図である。図１４〜図１６を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態４を説明する。
【００７５】
図１４〜図１６に示した破砕装置用電極としての電極１は、いわゆる同軸電極の表面の一部分が露出するようにマスキングを行なったものである。具体的には、図１４〜図１６を参照して、電極１は円柱状の中心導電体としての中心電極１２と、この中心電極１２の外周面上に、中心電極１２を囲むように形成された絶縁体１３と、この絶縁部材としての絶縁体１３の外周面上に配置された外周導電体としての外周電極１５とを備える。外周電極１５は、電極１の中心軸４０に沿った方向において互いに間隔を隔てて配置された外周電極部分２８ａ〜２８ｄからなる。また、電極１は、外周導電体部分としての外周電極部分２８ａ〜２８ｄの間に位置するとともに、絶縁体１３の外周面上に配置された絶縁体３２を備える。電極１はさらに、外周電極部分２８ａ〜２８ｃの外周面上に形成され、外周電極部分２８ａ〜２８ｃの外周面の一部のみを露出させる開口部としての溝状部３０を有する絶縁被覆膜としての絶縁層２９ａ〜２９ｃを備える。絶縁層２９ａ〜２９ｃにおいては、溝状部３０がそれぞれ中心軸４０から見てほぼ同じ方向（同じ側）に位置する領域に形成されている。
【００７６】
このように、外周電極部分２８ａ〜２８ｃの表面の一部のみを露出させる溝状部３０を有する絶縁層２９ａ〜２９ｃが形成されているので、電極１に電流を供給した場合に、アークはこの溝状部３０において露出した外周電極部分２８ａ〜２８ｃの表面と隣接する部分に発生することになる。すなわち、電極１の中心軸４０（図１４参照）から見て、複数のアークをほぼ同じ方向に揃えた状態で形成することができる。この結果、本発明の実施の形態１に示した電極１と同様の効果を得ることができる。
【００７７】
また、図１４および図１５に示した電極１は、中心電極１２、絶縁体１３および外周電極１５を備える同軸構造の電極の基本的な構造は維持したまま、絶縁層２９ａ〜２９ｃを形成するという比較的簡単な加工により作成できるので、電極１の製造コストが増大することを抑制できる。
【００７８】
なお、この絶縁層２９ａ〜２９ｃとしては、外周電極部分２８ａ〜２８ｃの外周面上に塗布したペンキ層などの絶縁性塗料膜、接着剤層などの樹脂膜、あるいは酸化膜を用いることができる。絶縁性塗料膜は、外周電極部分２８ａ〜２８ｃの表面に絶縁性塗料を塗布した後硬化処理することにより形成できる。また、樹脂膜は外周電極部分２８ａ〜２８ｃの表面に液状の樹脂を塗布した後硬化処理する、あるいはシート状の樹脂膜を接着するといった工程により形成できる。また、酸化膜は外周電極部分２８ａ〜２８ｃの外周表面を酸化処理することにより形成できる。また、絶縁層２９ａ〜２９ｃの材料としては、電極表面３１（図１５参照）を部分的に露出させるような溝状部３０を形成するとともに外周電極部分２８ａ〜２８ｃの表面との密着性が良好な絶縁体であれば他のどのような絶縁体を用いてもよい。
【００７９】
（実施の形態５）
図１７は、本発明による破砕装置用電極の実施の形態５を説明するための斜視模式図である。図１８は、図１７に示した破砕装置用電極の構造を説明するための模式図である。図１７および図１８を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態５を説明する。
【００８０】
図１７および図１８に示した破砕装置用電極としてのスリーブ付電極３３は、基本的には本発明の実施の形態４に示した電極１と同様の構造を備えるが、外周電極部分２８ａ〜２８ｃの表面の一部のみを露出させるためのマスキング方法が異なっている。すなわち、スリーブ付電極３３は、同軸電極である電極１（図１８参照）と、この電極１の最外周面上に着脱可能に被せる絶縁性材料としての絶縁性樹脂からなるスリーブ３４とから構成される。筒状体としてのスリーブ３４には、中心軸４０（図１７参照）の延びる方向に沿った切欠部としての溝状切欠部３５が形成されている。
【００８１】
電極１は、中心軸４０（図１７参照）に沿って延びる円柱状の中心電極１２と、この中心電極１２の外周面上に配置された絶縁体１３と、この絶縁体１３の外周面上に配置された外周電極部分２８ａ〜２８ｄからなる外周電極１５と、外周電極部分２８ａ〜２８ｄの間に位置するとともに絶縁体１３の外周面上に位置する絶縁体３２とからなる。スリーブ付電極３３は、この電極１の外周面上に樹脂製のスリーブ３４を被せることにより構成されている。樹脂製のスリーブ３４を電極１に被せることにより、図１７に示すように、外周電極部分２８ａ〜２８ｃの外周面の一部のみが溝状切欠部３５において露出した状態となる。このようにすれば本発明の実施の形態４における電極１と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
ここで、樹脂製のスリーブ３４を構成する樹脂として比較的弾力性のある材料あるいは可撓性を有する材料を用いれば、スリーブ付電極３３において複数回放電を発生させても、その放電に伴って発生する圧力波によりスリーブ３４が損傷を受ける危険性を低減できる。また、このように電極１にスリーブ３４を被せるといった方法を用いれば、電極１の特定部分（溝状切欠部３５から露出した部分）が磨耗した場合に、スリーブ３４を回転させて電極１に対する溝状切欠部３５の相対的な位置を変えることができる。このようにすれば、電極１において放電が発生する部分（溝状切欠部３５から露出した部分）を上述した磨耗した部分とは異なる部分とすることができる。つまり、スリーブ３４を適宜回転させることにより、電極１の外周電極部分２８ａ〜２８ｄの外周面の全周を均等に利用することが可能となる。
【００８３】
図１９は、図１７および図１８に示したスリーブ付電極３３の変形例を示す斜視模式図である。図２０は図１９の線分ＸＸ−ＸＸにおける断面模式図である。図２１は、図１９および図２０に示したスリーブ付電極を破砕対象物に形成した下孔に挿入した場合を説明するための透視模式図である。図１９〜図２１を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態５の変形例を説明する。
【００８４】
図１９〜図２１を参照して、破砕装置用電極としてのスリーブ付電極３３は、基本的には図１７および図１８に示したスリーブ付電極と同様の構造を備えるが、電極１（図１８参照）に被せるスリーブ３６の形状が異なる。すなわち、図１９〜図２１に示したスリーブ付電極３３を構成するスリーブ３６は、中心軸４０（図１９参照）の延びる方向に対してほぼ垂直な方向における断面の外周形状が楕円形状であり、その楕円形状のスリーブ３６の表面の一部を除去することにより溝状切欠部３５が形成されている。溝状切欠部３５においては、電極１（図２０参照）の外周電極部分２８ａ〜２８ｄの外周側面の一部が露出した状態となっている。このようなスリーブ付電極３３によっても、図１７および図１８に示したスリーブ付電極と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
また、図２１に示すように、スリーブ３６の幅を、このスリーブ付電極３３（図１９参照）を挿入する下孔１０の幅Ｗと等しくすることが好ましい。このようにすれば、樹脂製のスリーブ３６が接触している下孔１０の側壁部分には、スリーブ付電極３３に電流を投入した際の放電に伴って発生する圧力波がスリーブ３６を構成する樹脂を介して伝えられる。一方、下孔１０の壁面のうち溝状切欠部３５と対向する部分には、従来と同様に下孔１０の内部に充填された水などの電解液を介して上述した圧力波が伝わる。このように、圧力波を伝達する物質が異なるため、下孔１０の壁面のうち溝状切欠部３５と対向する部分と、スリーブ３６が接触した部分とでは圧力波の伝達条件が異なる。したがって、スリーブ付電極３３に電流を投入した際に発生する圧力波を、下孔１０の壁面に対して不均一に伝えることができる（下孔１０の壁面のうち溝状切欠部３５と対向する部分に集中的に伝えることができる）。したがって、より効率的に下孔１０が形成された破砕対象物を破壊することができる。
【００８６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００８７】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、複数のアークを発生させることにより破砕を行なう破砕装置用電極において、発生する複数のアークを破砕装置用電極の中心軸から見て特定方向に位置する領域に発生させることができる。このため、破砕対象物に形成した下孔の内部に破砕装置用電極を挿入して破砕を行なう場合、下孔の壁面の特定領域に集中的にアークに伴う圧力波を作用させることができる。この結果、破砕対象物を効率的に破砕できるので、充分な破砕力を有する破砕装置用電極および破砕装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による破砕装置用電極およびその破砕装置用電極を用いた破砕装置の実施の形態１の構成を説明するための模式図である。
【図２】図１に示した破砕装置用電極の先端部を示す斜視模式図である。
【図３】図２の線分ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面模式図である。
【図４】図２の線分ＩＶ−ＩＶにおける断面模式図である。
【図５】図１〜図４に示した破砕用電極の実施の形態１の変形例を示す断面模式図である。
【図６】本発明による破砕装置用電極の実施の形態２を示す斜視模式図である。
【図７】図６の線分ＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面模式図である。
【図８】図６および図７に示した破砕装置用電極の変形例を示す斜視模式図である。
【図９】図８の線分ＩＸ−ＩＸにおける断面模式図である。
【図１０】本発明による破砕装置用電極の実施の形態３を示す斜視模式図である。
【図１１】図１０の線分ＸＩ−ＸＩにおける断面模式図である。
【図１２】図１０および図１１に示した本発明による破砕装置用電極の実施の形態３の変形例を示す斜視模式図である。
【図１３】図１２に示した破砕装置用電極の側面模式図である。
【図１４】本発明による破砕装置用電極の実施の形態４を説明するための斜視模式図である。
【図１５】図１４の線分ＸＶ−ＸＶにおける断面模式図である。
【図１６】図１４の線分ＸＶＩ−ＸＶＩにおける断面模式図である。
【図１７】本発明による破砕装置用電極の実施の形態５を説明するための斜視模式図である。
【図１８】図１７に示した破砕装置用電極の構造を説明するための模式図である。
【図１９】図１７および図１８に示したスリーブ付電極の変形例を示す斜視模式図である。
【図２０】図１９の線分ＸＸ−ＸＸにおける断面模式図である。
【図２１】図１９および図２０に示したスリーブ付電極を破砕対象物に形成した下孔に挿入した場合を説明するための透視模式図である。
【図２２】本発明に関連する破砕装置を示す模式図である。
【図２３】図２２に示した破砕装置を構成する電極の先端部を示す部分側面模式図である。
【図２４】図２３に示した電極の断面模式図である。
【図２５】図２３の線分ＸＸＶ−ＸＸＶにおける断面模式図である。
【図２６】従来の破砕装置を示す模式図である。
【図２７】図２６に示した破砕装置の基本的な構成を示す模式図である。
【図２８】図２７に示した電極の先端部を示す部分拡大模式図である。
【符号の説明】
１ 電極、２ 破砕対象物、４ パルスパワー供給部、５ 同軸ケーブル、７スイッチ、８ コンデンサ、９ 電源、１０ 下孔、１１ 水、１２ 中心電極、１３，３２ 絶縁体、１４ａ〜１４ｄ，２０ａ〜２０ｅ，２５ａ〜２５ｄ，２８ａ〜２８ｄ 外周電極部分、１５ 外周電極、１６ コネクタ部、１７ａ，１７ｂ 矢印、１８ 放電位置、２１ａ〜２１ｄ，２４ａ 固定用穴、２２ ひも、２３ 固定部、２６ａ〜２６ｃ 切欠部、２７ａ〜２７ｃ 突起部、２９ａ〜２９ｃ 絶縁層、３０ 溝状部、３１ 電極表面、３３ スリーブ付電極、３４，３６ スリーブ、３５ 溝状切欠部、４０ 中心軸。
【発明の属する技術分野】
この発明は、破砕装置用電極および破砕装置に関し、より特定的には、岩石などを効率的に破砕可能な破砕装置用電極および破砕装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
岩石などを破壊するための従来の破砕方法としては、電極において放電を発生させて、その放電エネルギーを利用して破砕する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図２６は、特許文献１に示された従来の破砕装置を示す模式図である。図２７は、図２６に示した破砕装置の基本的な構成を示す模式図である。図２８は、図２７に示した電極の先端部を示す部分拡大模式図である。図２６〜２８を参照して、特許文献１に開示された破砕方法を実施するための破砕装置の構造および動作について説明する。
【０００４】
図２６〜２８を参照して、まず、従来の破砕装置の構造を簡単に説明する。パルスパワー源１０６は、コンデンサ１０８、スイッチ１０７などを含む回路からなっている。このパルスパワー源１０６には電源１０９が接続されている。パルスパワー源１０６の回路、この回路を含む筐体および破砕装置を搭載する車体は接地されている。
【０００５】
岩石などを破壊するための破壊電極である同軸電極１０１は、パルスパワー源１０６と同軸ケーブル１０５によって接続されている。同軸電極１０１の先端には、中心電極１１２と、この中心電極１１２の外周側に絶縁体１１３を介して位置する外周電極１１５とが配置されている。中心電極１１２と外周電極１１５との一方は接地され、他方にはパルスパワー源１０６のスイッチ１０７が閉じられたときにコンデンサ１０８に蓄えられた電荷が導入される。
【０００６】
次に従来の破砕方法を説明する。破壊対象となる岩石などに、ドリルなどを用いてあらかじめ下孔１１０を形成する。この下孔１１０の中に水１１１などの電解液を注入する。この下孔１１０に同軸電極１０１を挿入する。そして、電源１０９で電荷を発生させ、この電荷をコンデンサ１０８に蓄積する。なお、コンデンサ１０８の片側の極は接地されている。
【０００７】
次に、コンデンサ１０８に十分に電荷が蓄積された後にスイッチ１０７を閉じることによって、同軸ケーブル１０５を介して同軸電極１０１に電荷が供給される。そして、同軸電極１０１の先端において、中心電極１１２と外周電極１１５との間に電位差が生じることにより放電が起こる。このとき、同軸電極１０１の先端付近の電解液が放電エネルギーによってプラズマ化することにより、圧力波が発生する。この圧力波により、同軸電極１０１の周囲の岩石などを破壊する。
【０００８】
また、岩石を破砕する際、岩石に下孔を形成して、その下孔の壁面の全ての方向に均等に力を加えると割れ難いが、壁面に力を不均等に加えると容易に岩石を破砕できることが知られている（たとえば非特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平４−２２２７９４号公報
【００１０】
【非特許文献１】
光る企業／神島組，「神戸新聞」，平成１４年５月２８日
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
電極での放電に起因する圧力波により岩石などの破砕対象物を破砕する場合、下孔１１０の内壁の特定方向に圧力波を集中的に作用させることができれば、破砕対象物に力を不均等に加えることになるので、破砕対象物を効率的に破砕できる（つまり、充分な破砕力を実現できる）と考えられる。しかし、上述した従来の破砕装置では同軸電極１０１の先端付近で放電が起こるが、その放電の発生位置を正確に制御することは困難である。そのため、この放電により形成された圧力波を下孔１１０の側壁の特定方向に集中的に作用させることは困難であった。つまり、従来の破砕装置では、破砕対象物の内部から特定方向に集中的に力を作用させることは難しいため、エネルギーを破砕対象物の特定方向に集中させることにより破砕対象物を効率的に破砕すること（充分な破砕力を得ること）は困難であった。
【００１２】
この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、充分な破砕力を有する破砕装置用電極および破砕装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明の１の局面に従った破砕装置用電極は、中心導電体と絶縁部材と外周導電体とを備える。中心導電体は中心軸に沿って延在し、外周面を有する。絶縁部材は中心導電体の外周面上に配置されている。外周導電体は絶縁部材を囲むように配置されている。外周導電体は複数の外周導電体部分を含む。複数の外周導電体部分は、中心軸の延びる方向において互いに間隔を隔てて配置されている。中心軸の延びる方向とほぼ垂直な方向における複数の外周導電体部分の断面の外周形状は、中心軸からの距離が互いに異なる部分を有する。
【００１４】
このようにすれば、外周導電体部分の断面形状をいわゆる非円形状（たとえば楕円形状や多角形状など）にすることができる。そして、破砕装置用電極に電流を供給した際にこの破砕装置用電極に電流が流れる電流経路として、上記外周形状において中心軸からの距離が最も小さい部分近傍を電流が流れる場合（経路１）と、中心軸からの距離が最も大きい部分近傍を電流が流れる場合（経路２）とを考える。この場合、経路１により囲まれる部分の面積は経路２により囲まれる部分の面積より小さくなる（つまり、経路１の長さは経路２の長さより短くなる）。
【００１５】
このため、経路１および経路２をそれぞれ電気回路として考えた場合、経路１のインピーダンスは経路２のインピーダンスより小さくなる。したがって、破砕装置用電極に電流を供給すると、電流は経路１を流れる。この結果、経路１上のギャップ（外周導電体部分の間の間隙）において放電が発生するので、上記外周形状において中心軸からの距離が最も小さい部分を特定の方向に配置すれば、その特定の方向に向いた側で放電を発生させることが可能になる。つまり、放電の発生位置を制御することができる。その結果、放電により発生する圧力波を破砕装置用電極の中心軸から見た特定方向に集中的に作用させることができるので、破砕対象物を効率的かつ確実に破砕できる。このようにして、十分な破砕能力を有する破砕装置用電極を実現できる。
【００１６】
上記１の局面に従った破砕装置用電極では、複数の外周導電体部分のそれぞれについて、断面の外周形状における中心軸からの距離が最も小さい部分は、中心軸から見てほぼ同じ方向に揃うように配置されていてもよい。
【００１７】
この場合、上述したように外周形状における中心軸からの距離が最も小さい部分において放電が発生するので、複数の外周導電体部分の間で発生する複数の放電の発生する位置を中心軸から見てほぼ同じ方向に揃えることができる。この結果、破砕装置用電極から見て同じ方向の側面において集中的に圧力波を発生させることができるので、破砕対象物に対して複数の放電に起因する圧力波を特定方向から集中的に作用させることができる。このため、破砕対象物を確実に破砕することができる。
【００１８】
上記１の局面に従った破砕装置用電極において、複数の外周導電体部分の断面の外周形状は楕円形および多角形からなる群から選択される１つであってもよい。
【００１９】
この場合、断面の外周形状が楕円形または多角形である外周導電体部分は比較的簡単な加工により形成することができるので、断面の外周形状において中心軸からの距離が互いに異なる部分を有する外周導電体部分を容易に実現できる。
【００２０】
上記１の局面に従った破砕装置用電極において、複数の外周導電体部分の外周部には、中心軸から見てほぼ同じ方向に位置する領域に溝が形成されていてもよい。上記溝は中心軸の延びる方向とほぼ同じ方向に延在するように形成されていてもよい。
【００２１】
この場合、外周導電体部分の外周部に溝を形成するという簡単な加工により、断面の外周形状において中心軸からの距離が互いに異なる部分を有する外周導電体部分を容易に実現できる。つまり、溝を形成することにより、溝の底部と溝が形成されていない外周部という、中心軸からの距離が異なる部分を形成できる。
【００２２】
そして、溝の深さを充分深くしておけば、溝の底部を中心軸からの距離が最も小さい部分とすることができる。このため、複数の外周導電体部分の外周部に、中心軸から見てほぼ同じ方向に揃うように溝を形成することで、上記距離が最も小さい部分を破砕装置用電極の側面の特定方向（中心軸から見てほぼ同じ方向）に並べて配置できる。すでに述べたように上記距離が最も小さい部分はインピーダンスが最も小さい電流経路となるため、この溝に隣接した部分で放電を発生させることができる。この結果、放電による圧力波を破砕装置用電極の側面の特定方向から破砕対象物へ集中的に作用させることができる。
【００２３】
この発明の他の局面に従った破砕装置用電極は、中心導電体と絶縁部材と外周導電体とを備える。中心導電体は中心軸に沿って延在し、外周面を有する。絶縁部材は中心導電体の外周面上に配置されている。外周導電体は絶縁部材を囲むように配置されている。外周導電体は、中心軸の延びる方向において互いに間隔を隔てて配置された複数の外周導電体部分を含む。複数の外周導電体部分は、中心軸から見てほぼ同じ方向に位置する領域において、中心軸の延びる方向とほぼ同じ方向に突出する凸部を有する。
【００２４】
このようにすれば、凸部が形成された部分では複数の外周導電体部分の間の距離が他の部分より小さくなる。そのため、凸部が形成された部分の近傍において、複数の外周導電体部分の間の間隙で放電を発生させることができる。このため、破砕装置用電極の側面の特定方向（中心軸から見てほぼ同じ方向）から破砕対象物へ放電に起因する圧力波を作用させることができる。したがって、破砕対象物を効率的に破砕できるため、充分な破砕能力を備える破砕装置用電極を実現できる。
【００２５】
上記１の局面または他の局面に従った破砕装置用電極は、複数の外周導電体部分を互いに固定する固定部材をさらに備えていてもよい。
【００２６】
この場合、固定部材を配置することにより、外周導電体部分の間の距離や、外周導電体部分において中心軸からの距離が最も小さい部分の位置を容易に固定できる。
【００２７】
この発明の別の局面に従った破砕装置用電極は、中心導電体と絶縁部材と外周導電体と絶縁被覆膜とを備える。中心導電体は中心軸に沿って延在し、外周面を有する。絶縁部材は中心導電体の外周面上に配置されている。外周導電体は絶縁部材を囲むように配置されている。外周導電体は、中心軸の延びる方向において互いに間隔を隔てて配置された複数の外周導電体部分を含む。絶縁被覆膜は外周導電体部分の表面を覆うように形成されている。絶縁被覆膜は、複数の外周導電体部分において中心軸から見てほぼ同じ方向に位置する表面領域を露出させる開口部を有する。
【００２８】
このようにすれば、中心導電体、絶縁部材および外周導電体といういわゆる同軸構造の電極において、その基本構造を維持したまま、絶縁被覆膜を形成することにより放電の発生場所を任意の位置に決定できる。つまり、外周導電体部分を覆うように絶縁被覆膜が形成された部分では、外周導電体部分同士が絶縁被覆膜により互いに絶縁されるため、外周導電体部分の間において放電は発生しない。一方、複数の外周導電体部分において絶縁被覆膜の開口部が形成された部分の間では、上記外周導電体部分の露出した表面領域の間で放電が起きる。したがって、破砕装置用電極において放電を発生させたい領域に、絶縁被覆膜の開口部を配置することで、当該領域において放電を発生させることができる。この結果、破砕対象物に形成した下孔に破砕装置用電極を挿入して放電を発生させる際、放電により発生する圧力波を下孔の側壁面の特定部に集中的に作用させることができる（圧力波により下孔の側壁面に加えられる圧力分布を不均一な状態とすることができる）このため、破砕対象物を効率的に破砕できる。
【００２９】
上記別の局面に従った破砕装置用電極において、絶縁被覆膜は、外周導電体部分上に塗布された絶縁性塗料膜、樹脂膜および酸化膜からなる群から選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。
【００３０】
この場合、外周導電体部分の表面に絶縁性塗料を塗布する、または外周導電体部分の表面に樹脂を塗布あるいは接着する、または外周導電体部分の表面に酸化処理を施すといった比較的簡単な加工により、本発明による破砕装置用電極を得ることができる。
【００３１】
上記別の局面に従った破砕装置用電極において、絶縁被覆膜は外周導電体部分と着脱可能であってもよい。絶縁被覆膜は中心軸の延びる方向とほぼ同じ方向に延びる筒状体であってもよい。筒状体は絶縁性材料により構成されていてもよい。筒状体の側壁面には、中心軸の延びる方向に沿って開口部となるべき切欠部が形成されていてもよい。また、筒状体は可撓性を有する樹脂により構成されていてもよい。
【００３２】
この場合、中心導電体、絶縁部材および外周導電体からなる同軸電極に、絶縁被覆膜としての筒状体を装着することにより、容易に本発明による破砕装置用電極を実現できる。また、可撓性を有する樹脂により筒状体を形成すれば、破砕の際の圧力波による応力が筒状体に作用しても、筒状体が弾性変形することにより、その応力を筒状体が吸収することができる。したがって、上記応力により筒状体が破損する危険性を小さくできる。
【００３３】
また、外周導電体部分のうち筒状体の切欠部（絶縁被覆膜の開口部）から露出した表面が破砕作業に伴って磨耗したような場合、中心軸を中心として筒状体を回転させることで、上記切欠部から露出する外周導電体部分の表面の位置を変えることができる。このため、外周導電体部分の表面全体を破砕に利用できる。
【００３４】
この発明のその他の局面に従った破砕装置は、上記１の局面または他の局面または別の局面に従った破砕装置用電極を備える。
【００３５】
このようにすれば、充分な破砕能力を備える破砕装置を容易に得ることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
発明者は、破砕に利用されるエネルギーを大きくすることができる（高い破砕能力を有する）破砕装置として、図２２に示すような破砕装置を発明した。図２２は、本発明に関連する破砕装置を示す模式図である。図２３は、図２２に示した破砕装置を構成する電極の先端部を示す部分側面模式図である。図２４は、図２３に示した電極の断面模式図である。図２５は、図２３の線分ＸＸＶ−ＸＸＶにおける断面模式図である。図２２〜図２５を参照して、本発明に関連する破砕装置を説明する。
【００３７】
図２２〜図２５を参照して、本発明に関連する破砕装置は、電極１とパルスパワー供給部４とを備える。パルスパワー供給部４はコンデンサ８、スイッチ７、コンデンサ８に電荷を供給するための電源９などを含む回路からなる。パルスパワー供給部４の回路は接地されている。破砕装置用電極である電極１はパルスパワー供給部４と同軸ケーブル５により接続されている。同軸ケーブル５は電極１の後端に設置されたコネクタ部１６に接続されている。
【００３８】
電極１は、中心軸にそって延在する中心電極１２と、この中心電極１２の外周面上に配置された絶縁体１３と、この絶縁体１３の外周面上に配置された外周電極１５とを備える同軸電極である。外周電極１５は、互いに間隔を隔てて配置された複数の外周電極部分１４ａ〜１４ｄからなる。
【００３９】
次に、図２２〜図２５に示した破砕装置の動作を簡単に説明する。図２２に示すように、電極１は、岩石などの破砕対象物２に形成された下孔１０の内部に挿入される。下孔１０の内部には電解液としての水１１が配置される。そして、この状態でパルスパワー供給部４のスイッチ７を閉じると、予めコンデンサ８に蓄積されていた電荷が同軸ケーブル５を介して電極１に供給される。この結果、中心電極１２の先端部と外周電極部分１４ａとの間、さらに外周電極部分１４ａ〜１４ｄの間においてそれぞれ放電が発生し、アークが形成される。この結果、下孔１０の内部の水が放電エネルギーによりプラズマ化することにより圧力波が発生する。この圧力波により破砕対象物２を破砕できる。そして、図２２に示した破砕装置では、複数のアークを形成することにより、破砕に利用されるエネルギーを大きくすることができる。
【００４０】
しかし、図２２〜図２５に示した破砕装置では、外周電極部分１４ａ〜１４ｄの間の距離を電極１の円周方向においてほぼ一定としているため、外周電極部分１４ａ〜１４ｄのそれぞれの間で、電極１の円周方向においてランダムな位置にアークが形成される。その結果、アークに起因する圧力波による応力は、下孔１０の壁面全体にほぼ均等に加えられることになる。つまり、図２２〜図２５に示した破砕装置では、下孔１０の壁面の一部に集中的に応力を加えることは難しく、アークの形成位置により破砕力にばらつきが発生していた。
【００４１】
発明者は、図２２〜図２５に示したような破砕装置の電極１の構造についてさらに研究した結果、電極１においてインピーダンスの小さな電流経路を作ることによってアークの発生位置を制御できることを見出し、本発明を完成した。以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００４２】
（実施の形態１）
図１は、本発明による破砕装置用電極およびその破砕装置用電極を用いた破砕装置の実施の形態１の構成を説明するための模式図である。図２は、図１に示した破砕装置用電極の先端部を示す斜視模式図である。図３は図２の線分ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面模式図である。図４は図２の線分ＩＶ−ＩＶにおける断面模式図である。図１〜図４を参照して、本発明による破砕装置用電極および破砕装置の実施の形態１を説明する。
【００４３】
図１〜図４を参照して、本発明による破砕装置は、破砕装置用電極である電極１と、この電極１にパルスパワーを供給するためのパルスパワー供給部４とからなる。電極１は、その後端部にコネクタ部１６が形成される。電極１は、コネクタ部１６に接続された同軸ケーブル５を介してパルスパワー供給部４に接続されている。パルスパワー供給部４は、コンデンサ８、このコンデンサ８に電荷を供給する電源９、さらに電極１への電荷の投入を制御するためのスイッチ７などを含む。パルスパワー供給部４は図示していないが接地されている。
【００４４】
電極１は、中心軸４０（図２参照）に沿って延在し、外周面を有する中心導電体としての中心電極１２と、この中心電極１２の外周面上に配置された絶縁部材としての絶縁体１３と、絶縁体１３の外周面上に配置された外周導電体としての外周電極１５とからなる。外周電極１５は、絶縁体１３の外周面上において、電極１の中心軸４０（図２参照）の延びる方向において互いに間隔を隔てて配置された外周導電体部分としての外周電極部分１４ａ〜１４ｄからなる。中心電極１２および外周電極部分１４ａ〜１４ｄを構成する材料としては、導電体であれば金属などどのような材料を用いてもよい。また、絶縁体１３の材料としては、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃｓ）やその他の絶縁性の材料を用いてもよい。
【００４５】
図４からもわかるように、中心軸の延びる方向とほぼ垂直な方向における中心電極１２の断面形状はほぼ円形状であり、絶縁体１３の断面の外周形状もほぼ円形状である。そして、中心軸４０（図２参照）の延びる方向に対してほぼ垂直な方向における外周電極部分１４ａ〜１４ｄの断面の外周形状は、図２および図４からもわかるように楕円形状となっている。このような断面が楕円形状の外周電極部分１４ａ〜１４ｄは比較的簡単な加工により形成できる。また、図２からも分かるように、電極１では外周電極部分１４ａ〜１４ｄにおいて矢印１７ｂで示した部分に隣接する領域（中心軸４０からの距離が最も小さい領域）が、中心軸４０から見てほぼ同じ側に揃うように配置されている。
【００４６】
ここで、電極１に電流を流した場合の電流経路のインピーダンスを考える。電極１に電流を供給して矢印１７ａ（図２参照）で示す位置において放電が発生した場合の、電極１における電流経路（経路１）のインピーダンスの値をＺ１とする。また、矢印１７ｂ（図２参照）で示す位置において放電が発生した場合の電極１における電流経路（経路２）のインピーダンスの値をＺ２とする。矢印１７ａで示す位置より矢印１７ｂで示す位置の方が電極１の中心軸４０（図２参照）に近い。また、外周電極部分１４ａ〜１４ｄの図４に示した断面の外周形状において、矢印１７ｂで示した部分に隣接する領域は、矢印１７ａで示した部分に隣接する領域より中心軸４０からの距離が小さくなっている。
【００４７】
そのため、経路２の方が経路１よりも経路長は短くなる（つまり、経路１により囲まれる領域の面積より経路２により囲まれる領域の面積が小さくなる）。このため、経路２のインピーダンスの値Ｚ２は経路１のインピーダンスの値Ｚ１より小さくなる。したがって、電極１に電流を供給した場合、電流は経路２を流れるので、外周電極部分１４ａ〜１４ｄの厚みが最も薄くなっている部分、すなわち図４に示した放電位置１８において放電が発生する。
【００４８】
このように、外周電極部分１４ａ〜１４ｄの形状を変更してインピーダンスが小さくなる部分（厚みが薄くなる部分）を形成することにより、この厚みが薄くなった部分において優先的に放電を発生させることができる。つまり、厚みが薄くなった部分の位置を適宜変更することで、放電の発生する位置（アークの形成される位置）を任意に変更できる。
【００４９】
また、図１〜図４に示した電極１では、外周電極部分１４ａ〜１４ｄにおける厚みの薄くなった部分が、中心軸４０から見てほぼ同じ方向に揃うように配置されている。この結果、放電により発生する圧力波を、電極１の中心軸４０（図２参照）から見て厚みが薄くなった部分が位置する方向に集中的に作用させることができる。したがって、破砕対象物２の下孔１０の壁面に不均一な応力を加えることができるので、破砕対象物２を効率的に破砕できる。
【００５０】
次に、図１〜図４に示した破砕装置を用いた破砕方法を簡単に説明する。図１に示すように、岩石などの破砕対象物２の所定部分に電極１を挿入することが可能な大きさの下孔１０を形成する。そして、下孔１０の内部に電極１の先端部を挿入するとともに、下孔１０の内部に電解液としての水１１を配置する。一方、パルスパワー供給部４においては、電源９からコンデンサ８に所定量の電荷を蓄積する。
【００５１】
そして、コンデンサ８に必要な量の電荷を蓄積した状態で、パルスパワー供給部４のスイッチ７を閉じる。このようにすれば、パルスパワー供給部４のコンデンサ８に蓄えられた電荷が、パルスパワー供給部４から同軸ケーブル５およびコネクタ部１６を介して電極１に導入される。この結果、電極１の先端部における中心電極１２と外周電極部分１４ａとの間のギャップにおいて放電が発生し、アークが形成される。また、同様に外周電極部分１４ａ〜１４ｄの間のギャップにおいてそれぞれ放電が発生し、アークが形成される。
【００５２】
このとき、上述のように外周電極部分１４ａ〜１４ｄの厚みが最も薄くなった部分に隣接する領域（放電位置１８）においてアークが形成される。このため、下孔１０の内部の水１１が放電エネルギーによってプラズマ化することにより圧力波が発生する。この圧力波により、電極１の周囲の破砕対象物２を破壊できる。
【００５３】
また、上述のように電極１においてアークが形成される部分は、電極１の中心軸４０（図２参照）から見て外周電極部分１４ａ〜１４ｄの厚みが最も薄くなった部分が位置する領域にほぼ限定される。つまり、電極１の円周方向の特定の位置においてアークを形成することができるので、アークの発生した領域に対向する下孔１０の側壁面の領域に、アークに伴って発生する圧力波を集中的に作用させることができる。このため、破砕対象物２を効率的に破壊することができる。
【００５４】
図５は、図１〜図４に示した破砕用電極の実施の形態１の変形例を示す断面模式図である。図５は図４に対応する。図５に示した破砕装置用電極としての電極１は、基本的には図１〜図４に示した破砕装置用電極としての電極１と同様の構造を備えるが、中心電極１２および絶縁体１３の断面形状が異なる。図１〜図４に示した電極１における中心電極１２の断面形状および絶縁体１３の断面の外周形状はほぼ円形状であったが、図５に示した電極１においては、中心電極１２の断面形状は楕円形状となっている。また、絶縁体１３の断面の外周形状も楕円形状となっている。この場合も、図１〜図８に示した電極１と同様に、放電位置１８において集中的にアークを形成できる。
【００５５】
（実施の形態２）
図６は、本発明による破砕装置用電極の実施の形態２を示す斜視模式図である。図７は図６の線分ＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面模式図である。図６および図７を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態２を説明する。
【００５６】
図６および図７に示すように、破砕装置用電極である電極１は基本的には図１〜図４に示した電極１と同様の構造を備えるが、外周電極１５の形状が異なっている。図６および図７に示した電極１の外周電極１５は、電極１の中心軸４０（図６参照）の延びる方向とほぼ垂直な方向における断面の外周形状が四角形状の外周電極部分２０ａ〜２０ｄおよび円筒状の外周電極部分２０ｅからなる。このような外周電極部分２０ａ〜２０ｄは比較的簡単な加工により作成することができる。
【００５７】
そして、図６および図７に示したような電極１によっても、図１〜図４に示した電極１と同様の効果を得ることができる。すなわち、図６および図７に示した電極１においては、電極１に電流を供給した場合に、１７ａにおいてアークが形成された場合の電流経路のインピーダンスよりも、矢印１７ｂにおいてアークが発生した場合の電流経路のインピーダンスが小さくなる。そのため、矢印１７ｂにより示した位置、すなわち外周電極部分２０ａ〜２０ｄの厚みが最も薄くなった部分に隣接する位置においてアークが形成される。このため、電極１においてアークが形成される位置（電極１の中心軸から見た場合の円周方向における位置）を外周電極部分２０ａ〜２０ｄの間のギャップごとにほぼ揃えることができる。この結果、上述のように本発明の実施の形態１における電極１と同様に破砕対象物を効率的に破壊することができる。
【００５８】
図８は、図６および図７に示した破砕装置用電極の変形例を示す斜視模式図である。図９は図８の線分ＩＸ−ＩＸにおける断面模式図である。図８および図９を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態２の変形例を説明する。
【００５９】
図８および図９に示すように、電極１は基本的には図６および図７に示した電極１と同様の構造を備えるが、外周電極部分２０ａ〜２０ｄにおいて、電極１の中心軸に沿った方向に延びる貫通孔である固定用穴２１ａ〜２１ｄが形成されている。そして、固定用穴２１ａ〜２１ｄには固定用のひも２２が挿入されている。ひも２２の一方端部は外周電極部分２０ａと固定部２３において固定されている。また、ひも２２の上述した一方端部と反対側に位置する他方端部は、図示していないが外周電極部分２０ｄと固定部（図示せず）において固定されている。
【００６０】
また、図９に示すように、外周電極部分２０ａは、電極１の先端部において中心電極１２の外周面と直接接触した状態で、この中心電極１２に接続固定されている。また、外周電極部分２０ｄは、外周電極部分２０ｄよりもコネクタ部１６（図１参照）側において絶縁体１３の外周面を覆うように配置された外周電極部分２０ｅの外周面上に直接接続固定されている。この結果、中心電極１２に直接固定された外周電極部分２０ａと外周電極部分２０ｅに直接固定された外周電極部分２０ｄとの間において、外周電極部分２０ａ、２０ｄにひも２２（図８参照）を介して外周電極部分２０ｂ、２０ｃを連結した状態で固定できる。したがって、外周電極部分２０ｂ、２０ｃが絶縁体１３の周囲を回転してその位置がずれることを抑制できる。
【００６１】
また、固定部材としてのひも２２は破砕の際の圧力波によって応力を受けるが、このひも２２自体は柔軟に変形可能な材料からなる。そのため、ひも２２が圧力波によって切断される危険性は少ない。したがって、電極１において放電を複数回発生させて破砕を行なうような場合に、ひも２２が圧力波によって切れてしまうといった事故の発生確率を低くできる。
【００６２】
また、ひも２２と外周電極部分２０ａ〜２０ｄとをそれぞれ固定するとともに、ひも２２に対して張力をかけておけば、電極１の中心軸４０（図８参照）に沿った方向における外周電極部分２０ａ〜２０ｄの位置をひも２２によって固定することもできる。
【００６３】
なお、図８および図９に示した電極１においては１本のひも２２を用いているが、外周電極部分２０ａ〜２０ｄのそれぞれにおいて他の固定用穴２４ａを形成するとともに、この他の固定用穴に他のひもを通して外周電極部分２０ａ〜２０ｄの位置を固定してもよい。この場合、ひも２２と上記他のひもとを用いることにより、確実に外周電極部分２０ａ〜２０ｄの位置を固定することができる。
【００６４】
また、本発明による電極１の外周電極部分２０ａ〜２０ｄの中心軸４０（図６参照）にほぼ垂直な方向における断面の外周形状は、図６〜図９に示したような四角形状以外の任意の多角形状であってよいし、その他の任意の形状、たとえば星形などであってもよい。
【００６５】
（実施の形態３）
図１０は、本発明による破砕装置用電極の実施の形態３を示す斜視模式図である。図１１は図１０の線分ＸＩ−ＸＩにおける断面模式図である。図１０および図１１を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態３を説明する。
【００６６】
図１０および図１１に示すように、破砕装置用電極である電極１は基本的には図１〜図４に示した電極１と同様の構造を備えるが、外周電極１５の構造が異なっている。すなわち、図１０および図１１に示した電極１において、外周電極１５は、電極１の中心軸４０にほぼ垂直な方向における断面の外周形状が円形状の外周電極部分２５ａ〜２５ｄにより構成されている。また、外周導電体部分としての外周電極部分２５ａ〜２５ｃの外周面には、電極１の中心軸４０から見てほぼ同じ方向に揃った位置に溝としての切欠部２６ａ〜２６ｃが形成されている。
【００６７】
このような切欠部２６ａ〜２６ｃを形成することにより、電極１に電流を供給した場合にアークの発生する位置をこの切欠部２６ａ〜２６ｃが形成された部分に集中させることができる。具体的には、電極１に電流を供給した場合、外周電極部分２５ａ〜２５ｃの切欠部２６ａ〜２６ｃの上端（切欠部２６ａ〜２６ｃと外周電極部分２５ａ〜２５ｃの外周側面との接続部）に位置するエッジ部には電界が集中しやすい。そのため、外周電極部分２５ａ〜２５ｃの間の空間であって、このエッジ部に挟まれた部分において放電が発生する。すなわち、このエッジ部が放電の起点となる。
【００６８】
そして、この放電の起点となったエッジ部同士の間で放電が発生して電流が流れ始めた後、電極１においてインピーダンスが最小となるのは切欠部２６ａ〜２６ｃの底部（中心軸４０に最も近い部分）同士の間でアークが発生して電流が流れている状態である。そのため、この切欠部２６ａ〜２６ｃの底部同士の間にアークが形成された状態で、安定してアークが形成される。
【００６９】
この場合に、形成されるアークは、中心軸４０の延びる方向において切欠部２６ａ〜２６ｃと並んだような位置に形成される。そのため、中心軸４０から見てほぼ同じ方向に、複数のアークを揃えて形成できる。この結果、本発明の実施の形態１における電極１と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
また、図１０および図１１に示した電極１は、同軸構造の電極１において外周電極部分２５ａ〜２５ｃの外周側面に溝状の切欠部２６ａ〜２６ｃを形成するという比較的簡単な加工を行なうことにより形成できる。
【００７１】
図１２は、図１０および図１１に示した本発明による破砕装置用電極の実施の形態３の変形例を示す斜視模式図である。図１３は図１２に示した破砕装置用電極の側面模式図である。図１２および図１３を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態３の変形例を説明する。
【００７２】
図１２および図１３に示した破砕装置用電極としての電極１は、基本的には図１０および図１１に示した電極１と同様の構造を備えるが、外周電極１５の構造が異なる。すなわち、図１２および図１３に示した電極１においては、外周電極１５を構成する外周導電体部分としての外周電極部分２５ａ〜２５ｃにおいて切欠部２６ａ〜２６ｃ（図１０参照）は形成されず、代わりに突起部２７ａ〜２７ｃが形成されている。この突起部２７ａ〜２７ｃは、電極１の中心軸から４０見てほぼ同じ方向（同じ側）に位置するように形成されている。突起部２７ａ〜２７ｃは、中心軸４０の延びる方向とほぼ同じ方向に突出するように形成されている。
【００７３】
突起部２７ａ〜２７ｃが形成された位置では、外周電極部分２５ａ〜２５ｄの間の距離が最も小さくなっている。そのため、電極１に電流を供給すると、この突起部２７ａ〜２７ｃが形成された部分において外周電極部分２５ａ〜２５ｄ間に放電が発生し、アークが形成される。このため、電極１の中心軸から見てほぼ同じ方向に複数のアークを揃えて形成することができる。この結果、図１０および図１１に示した電極１と同様の効果を得ることができる。
【００７４】
（実施の形態４）
図１４は、本発明による破砕装置用電極の実施の形態４を説明するための斜視模式図である。図１５は図１４の線分ＸＶ−ＸＶにおける断面模式図である。図１６は図１４の線分ＸＶＩ−ＸＶＩにおける断面模式図である。図１４〜図１６を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態４を説明する。
【００７５】
図１４〜図１６に示した破砕装置用電極としての電極１は、いわゆる同軸電極の表面の一部分が露出するようにマスキングを行なったものである。具体的には、図１４〜図１６を参照して、電極１は円柱状の中心導電体としての中心電極１２と、この中心電極１２の外周面上に、中心電極１２を囲むように形成された絶縁体１３と、この絶縁部材としての絶縁体１３の外周面上に配置された外周導電体としての外周電極１５とを備える。外周電極１５は、電極１の中心軸４０に沿った方向において互いに間隔を隔てて配置された外周電極部分２８ａ〜２８ｄからなる。また、電極１は、外周導電体部分としての外周電極部分２８ａ〜２８ｄの間に位置するとともに、絶縁体１３の外周面上に配置された絶縁体３２を備える。電極１はさらに、外周電極部分２８ａ〜２８ｃの外周面上に形成され、外周電極部分２８ａ〜２８ｃの外周面の一部のみを露出させる開口部としての溝状部３０を有する絶縁被覆膜としての絶縁層２９ａ〜２９ｃを備える。絶縁層２９ａ〜２９ｃにおいては、溝状部３０がそれぞれ中心軸４０から見てほぼ同じ方向（同じ側）に位置する領域に形成されている。
【００７６】
このように、外周電極部分２８ａ〜２８ｃの表面の一部のみを露出させる溝状部３０を有する絶縁層２９ａ〜２９ｃが形成されているので、電極１に電流を供給した場合に、アークはこの溝状部３０において露出した外周電極部分２８ａ〜２８ｃの表面と隣接する部分に発生することになる。すなわち、電極１の中心軸４０（図１４参照）から見て、複数のアークをほぼ同じ方向に揃えた状態で形成することができる。この結果、本発明の実施の形態１に示した電極１と同様の効果を得ることができる。
【００７７】
また、図１４および図１５に示した電極１は、中心電極１２、絶縁体１３および外周電極１５を備える同軸構造の電極の基本的な構造は維持したまま、絶縁層２９ａ〜２９ｃを形成するという比較的簡単な加工により作成できるので、電極１の製造コストが増大することを抑制できる。
【００７８】
なお、この絶縁層２９ａ〜２９ｃとしては、外周電極部分２８ａ〜２８ｃの外周面上に塗布したペンキ層などの絶縁性塗料膜、接着剤層などの樹脂膜、あるいは酸化膜を用いることができる。絶縁性塗料膜は、外周電極部分２８ａ〜２８ｃの表面に絶縁性塗料を塗布した後硬化処理することにより形成できる。また、樹脂膜は外周電極部分２８ａ〜２８ｃの表面に液状の樹脂を塗布した後硬化処理する、あるいはシート状の樹脂膜を接着するといった工程により形成できる。また、酸化膜は外周電極部分２８ａ〜２８ｃの外周表面を酸化処理することにより形成できる。また、絶縁層２９ａ〜２９ｃの材料としては、電極表面３１（図１５参照）を部分的に露出させるような溝状部３０を形成するとともに外周電極部分２８ａ〜２８ｃの表面との密着性が良好な絶縁体であれば他のどのような絶縁体を用いてもよい。
【００７９】
（実施の形態５）
図１７は、本発明による破砕装置用電極の実施の形態５を説明するための斜視模式図である。図１８は、図１７に示した破砕装置用電極の構造を説明するための模式図である。図１７および図１８を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態５を説明する。
【００８０】
図１７および図１８に示した破砕装置用電極としてのスリーブ付電極３３は、基本的には本発明の実施の形態４に示した電極１と同様の構造を備えるが、外周電極部分２８ａ〜２８ｃの表面の一部のみを露出させるためのマスキング方法が異なっている。すなわち、スリーブ付電極３３は、同軸電極である電極１（図１８参照）と、この電極１の最外周面上に着脱可能に被せる絶縁性材料としての絶縁性樹脂からなるスリーブ３４とから構成される。筒状体としてのスリーブ３４には、中心軸４０（図１７参照）の延びる方向に沿った切欠部としての溝状切欠部３５が形成されている。
【００８１】
電極１は、中心軸４０（図１７参照）に沿って延びる円柱状の中心電極１２と、この中心電極１２の外周面上に配置された絶縁体１３と、この絶縁体１３の外周面上に配置された外周電極部分２８ａ〜２８ｄからなる外周電極１５と、外周電極部分２８ａ〜２８ｄの間に位置するとともに絶縁体１３の外周面上に位置する絶縁体３２とからなる。スリーブ付電極３３は、この電極１の外周面上に樹脂製のスリーブ３４を被せることにより構成されている。樹脂製のスリーブ３４を電極１に被せることにより、図１７に示すように、外周電極部分２８ａ〜２８ｃの外周面の一部のみが溝状切欠部３５において露出した状態となる。このようにすれば本発明の実施の形態４における電極１と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
ここで、樹脂製のスリーブ３４を構成する樹脂として比較的弾力性のある材料あるいは可撓性を有する材料を用いれば、スリーブ付電極３３において複数回放電を発生させても、その放電に伴って発生する圧力波によりスリーブ３４が損傷を受ける危険性を低減できる。また、このように電極１にスリーブ３４を被せるといった方法を用いれば、電極１の特定部分（溝状切欠部３５から露出した部分）が磨耗した場合に、スリーブ３４を回転させて電極１に対する溝状切欠部３５の相対的な位置を変えることができる。このようにすれば、電極１において放電が発生する部分（溝状切欠部３５から露出した部分）を上述した磨耗した部分とは異なる部分とすることができる。つまり、スリーブ３４を適宜回転させることにより、電極１の外周電極部分２８ａ〜２８ｄの外周面の全周を均等に利用することが可能となる。
【００８３】
図１９は、図１７および図１８に示したスリーブ付電極３３の変形例を示す斜視模式図である。図２０は図１９の線分ＸＸ−ＸＸにおける断面模式図である。図２１は、図１９および図２０に示したスリーブ付電極を破砕対象物に形成した下孔に挿入した場合を説明するための透視模式図である。図１９〜図２１を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態５の変形例を説明する。
【００８４】
図１９〜図２１を参照して、破砕装置用電極としてのスリーブ付電極３３は、基本的には図１７および図１８に示したスリーブ付電極と同様の構造を備えるが、電極１（図１８参照）に被せるスリーブ３６の形状が異なる。すなわち、図１９〜図２１に示したスリーブ付電極３３を構成するスリーブ３６は、中心軸４０（図１９参照）の延びる方向に対してほぼ垂直な方向における断面の外周形状が楕円形状であり、その楕円形状のスリーブ３６の表面の一部を除去することにより溝状切欠部３５が形成されている。溝状切欠部３５においては、電極１（図２０参照）の外周電極部分２８ａ〜２８ｄの外周側面の一部が露出した状態となっている。このようなスリーブ付電極３３によっても、図１７および図１８に示したスリーブ付電極と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
また、図２１に示すように、スリーブ３６の幅を、このスリーブ付電極３３（図１９参照）を挿入する下孔１０の幅Ｗと等しくすることが好ましい。このようにすれば、樹脂製のスリーブ３６が接触している下孔１０の側壁部分には、スリーブ付電極３３に電流を投入した際の放電に伴って発生する圧力波がスリーブ３６を構成する樹脂を介して伝えられる。一方、下孔１０の壁面のうち溝状切欠部３５と対向する部分には、従来と同様に下孔１０の内部に充填された水などの電解液を介して上述した圧力波が伝わる。このように、圧力波を伝達する物質が異なるため、下孔１０の壁面のうち溝状切欠部３５と対向する部分と、スリーブ３６が接触した部分とでは圧力波の伝達条件が異なる。したがって、スリーブ付電極３３に電流を投入した際に発生する圧力波を、下孔１０の壁面に対して不均一に伝えることができる（下孔１０の壁面のうち溝状切欠部３５と対向する部分に集中的に伝えることができる）。したがって、より効率的に下孔１０が形成された破砕対象物を破壊することができる。
【００８６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００８７】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、複数のアークを発生させることにより破砕を行なう破砕装置用電極において、発生する複数のアークを破砕装置用電極の中心軸から見て特定方向に位置する領域に発生させることができる。このため、破砕対象物に形成した下孔の内部に破砕装置用電極を挿入して破砕を行なう場合、下孔の壁面の特定領域に集中的にアークに伴う圧力波を作用させることができる。この結果、破砕対象物を効率的に破砕できるので、充分な破砕力を有する破砕装置用電極および破砕装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による破砕装置用電極およびその破砕装置用電極を用いた破砕装置の実施の形態１の構成を説明するための模式図である。
【図２】図１に示した破砕装置用電極の先端部を示す斜視模式図である。
【図３】図２の線分ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面模式図である。
【図４】図２の線分ＩＶ−ＩＶにおける断面模式図である。
【図５】図１〜図４に示した破砕用電極の実施の形態１の変形例を示す断面模式図である。
【図６】本発明による破砕装置用電極の実施の形態２を示す斜視模式図である。
【図７】図６の線分ＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面模式図である。
【図８】図６および図７に示した破砕装置用電極の変形例を示す斜視模式図である。
【図９】図８の線分ＩＸ−ＩＸにおける断面模式図である。
【図１０】本発明による破砕装置用電極の実施の形態３を示す斜視模式図である。
【図１１】図１０の線分ＸＩ−ＸＩにおける断面模式図である。
【図１２】図１０および図１１に示した本発明による破砕装置用電極の実施の形態３の変形例を示す斜視模式図である。
【図１３】図１２に示した破砕装置用電極の側面模式図である。
【図１４】本発明による破砕装置用電極の実施の形態４を説明するための斜視模式図である。
【図１５】図１４の線分ＸＶ−ＸＶにおける断面模式図である。
【図１６】図１４の線分ＸＶＩ−ＸＶＩにおける断面模式図である。
【図１７】本発明による破砕装置用電極の実施の形態５を説明するための斜視模式図である。
【図１８】図１７に示した破砕装置用電極の構造を説明するための模式図である。
【図１９】図１７および図１８に示したスリーブ付電極の変形例を示す斜視模式図である。
【図２０】図１９の線分ＸＸ−ＸＸにおける断面模式図である。
【図２１】図１９および図２０に示したスリーブ付電極を破砕対象物に形成した下孔に挿入した場合を説明するための透視模式図である。
【図２２】本発明に関連する破砕装置を示す模式図である。
【図２３】図２２に示した破砕装置を構成する電極の先端部を示す部分側面模式図である。
【図２４】図２３に示した電極の断面模式図である。
【図２５】図２３の線分ＸＸＶ−ＸＸＶにおける断面模式図である。
【図２６】従来の破砕装置を示す模式図である。
【図２７】図２６に示した破砕装置の基本的な構成を示す模式図である。
【図２８】図２７に示した電極の先端部を示す部分拡大模式図である。
【符号の説明】
１ 電極、２ 破砕対象物、４ パルスパワー供給部、５ 同軸ケーブル、７スイッチ、８ コンデンサ、９ 電源、１０ 下孔、１１ 水、１２ 中心電極、１３，３２ 絶縁体、１４ａ〜１４ｄ，２０ａ〜２０ｅ，２５ａ〜２５ｄ，２８ａ〜２８ｄ 外周電極部分、１５ 外周電極、１６ コネクタ部、１７ａ，１７ｂ 矢印、１８ 放電位置、２１ａ〜２１ｄ，２４ａ 固定用穴、２２ ひも、２３ 固定部、２６ａ〜２６ｃ 切欠部、２７ａ〜２７ｃ 突起部、２９ａ〜２９ｃ 絶縁層、３０ 溝状部、３１ 電極表面、３３ スリーブ付電極、３４，３６ スリーブ、３５ 溝状切欠部、４０ 中心軸。
Claims (10)
- 中心軸に沿って延在し、外周面を有する中心導電体と、
前記中心導電体の外周面上に配置された絶縁部材と、
前記絶縁部材を囲むように配置された外周導電体とを備え、
前記外周導電体は、前記中心軸の延びる方向において互いに間隔を隔てて配置された複数の外周導電体部分を含み、
前記中心軸の延びる方向とほぼ垂直な方向における前記複数の外周導電体部分の断面の外周形状は、前記中心軸からの距離が互いに異なる部分を有する、破砕装置用電極。 - 前記複数の外周導電体部分のそれぞれについて、前記断面の外周形状における前記中心軸からの距離が最も小さい部分は、前記中心軸から見てほぼ同じ方向に揃うように配置されている、請求項１に記載の破砕装置用電極。
- 前記複数の外周導電体部分の断面の外周形状は楕円形および多角形からなる群から選択される１つである、請求項１または２に記載の破砕装置用電極。
- 前記複数の外周導電体部分の外周部には、前記中心軸から見てほぼ同じ方向に位置する領域に溝が形成されている、請求項１に記載の破砕装置用電極。
- 中心軸に沿って延在し、外周面を有する中心導電体と、
前記中心導電体の外周面上に配置された絶縁部材と、
前記絶縁部材を囲むように配置された外周導電体とを備え、
前記外周導電体は、前記中心軸の延びる方向において互いに間隔を隔てて配置された複数の外周導電体部分を含み、
前記複数の外周導電体部分は、前記中心軸から見てほぼ同じ方向に位置する領域において、前記中心軸の延びる方向とほぼ同じ方向に突出する凸部を有する、破砕装置用電極。 - 前記複数の外周導電体部分を互いに固定する固定部材をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の破砕装置用電極。
- 中心軸に沿って延在し、外周面を有する中心導電体と、
前記中心導電体の外周面上に配置された絶縁部材と、
前記絶縁部材を囲むように配置された外周導電体とを備え、
前記外周導電体は、前記中心軸の延びる方向において互いに間隔を隔てて配置された複数の外周導電体部分を含み、さらに、
前記外周導電体部分を覆うように形成され、前記複数の外周導電体部分において前記中心軸から見てほぼ同じ方向に位置する表面領域を露出させる開口部を有する絶縁被覆膜を備える、破砕装置用電極。 - 前記絶縁被覆膜は、前記外周導電体部分上に塗布された絶縁性塗料膜、樹脂膜および酸化膜からなる群から選択される少なくとも１種を含む、請求項７に記載の破砕装置用電極。
- 前記絶縁被覆膜は、前記外周導電体部分と着脱可能であって、前記中心軸の延びる方向とほぼ同じ方向に延び、絶縁性材料からなる筒状体であり、
前記筒状体の側壁面には、前記中心軸の延びる方向に沿って前記開口部となるべき切欠部が形成されている、請求項７に記載の破砕装置用電極。 - 請求項１〜９のいずれか１項に記載の破砕装置用電極を備える破砕装置。
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-
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