JP2006205113A - 放電破砕装置の電極 - Google Patents

Abstract

【課題】放電を生じさせやすい放電破砕装置の電極を提供する。
【解決手段】破壊対象物６０の内側に設けられた電解液６３に電極１を介して放電エネルギーを付与して電解液をプラズマ化することにより圧力波を発生させ圧力波で破壊対象物を破砕する放電破砕装置の電極１において、内部導体軸２と内部導体軸の外周囲を被覆する筒状絶縁体３と筒状絶縁体の外周囲に設けられた外部導体４とで構成され、外部導体４（外部導体構成体５）の先端部（先端部５ｔ）と筒状絶縁体３より露出する内部導体軸２の先端部２ｔとで放電を生じさせる先端側放電ギャップ８が形成され、外部導体の先端部が外部導体の周方向において複数に分割された構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は放電破砕装置の電極に関し、特に、放電を生じさせやすい構造の電極に関する。

岩石やコンクリート等の破壊対象物を破砕するために放電破砕装置を用いた放電破砕方法が知られている。例えば図６に示すように、破壊対象物６０に予め電解液充填孔６１を形成し、この電解液充填孔６１内に水等の電解液６３を充填してこの電解液６３中に放電破砕装置５０の電極７０を挿入し、電極７０に大電流パルスを印加して放電を行なわせる。この放電エネルギーにより電解液６３がプラズマ化して圧力波を発生するので、この圧力波で電解液充填孔６１の周囲を破砕することで、破壊対象物６０を破砕する。放電破砕装置５０は、大容量（例えば約５００ｋＪ）のコンデンサ８２及びスイッチ８３，８４を備えた回路で構成されたパルスパワー源８０と、コンデンサ８２の一方の極８２ａに接続されるとともにコンデンサ８２の他方の極８２ｂにスイッチ８３を介して接続された発電機等の電源部８１と、コンデンサ８２の一方の極８２ａに接続された一方電極とコンデンサ８２の他方の極８２ｂにスイッチ８４を介して接続された他方電極とこれら一方電極と他方電極とを絶縁する絶縁体とで形成された電極７０とを備える。図示しないが、パルスパワー源８０の回路は接地（アース）されている。
図６；図７に示すように、電極７０は、例えば一方電極としての内部導体軸７３と内部導体軸７３の外周囲を被覆する筒状絶縁体７４と筒状絶縁体７４の外周囲に設けられた外部導体７５とで構成される。外部導体７５は、内部導体軸７３の軸に沿った方向に間隔を隔てて設けられた複数の外部導体構成体７６により形成される。筒状絶縁体７４の先端部７４ｔより突出して露出する内部導体軸７３の先端部７３ｔとこの先端部７３ｔに最も近い外部導体構成体７６の先端部７６ｔとで放電を生じさせる先端側放電ギャップ７７が形成され、対向する外部導体構成体７６の端部７６ｓと端部７６ｓとで放電を生じさせる中間側放電ギャップ７８が形成される。中間側放電ギャップ７８は複数形成される。
スイッチ８４及びスイッチ８３の非導通の状態で、破壊対象物６０の電解液充填孔６１内の電解液６３中に電極７０を挿入した後に、スイッチ８３を導通してコンデンサ８２に電源部８１からの電荷を蓄積させる。そしてスイッチ８４を導通して、コンデンサ８２に蓄えられた電荷を電極７０に印加すると、先端側放電ギャップ７７で放電を生じ、この放電エネルギーによって電解液６３がプラズマ化して圧力波を発生する。同様に、複数の中間側放電ギャップ７８で放電を生じ、この放電エネルギーによって電解液６３がプラズマ化して圧力波を発生する。これら圧力波により破壊対象物６０が破砕する。
しかしながら、内部導体軸７３の先端部７３ｔに最も近い外部導体構成体７６の先端部７６ｔの面はリング状の平面に形成されているので、先端側放電ギャップ７７で放電を生じにくい。
特開２００３−３１１１７５号公報 特開２００３−３２０２６８号公報

発明が解決しようとする課題は、従来の放電破砕装置の電極では、放電を生じさせにくいという点である。

本発明は、破壊対象物の内側に設けられた電解液に電極を介して放電エネルギーを付与して電解液をプラズマ化することにより圧力波を発生させ圧力波で破壊対象物を破砕する放電破砕装置の電極において、内部導体軸と内部導体軸の外周囲を被覆する筒状絶縁体と筒状絶縁体の外周囲に設けられた外部導体とで構成され、外部導体の先端部と筒状絶縁体より露出する内部導体軸の先端部とで放電を生じさせる先端側放電ギャップが形成され、外部導体の先端部が外部導体の周方向において複数に分割されたことを特徴とする。
また、破壊対象物の内側に設けられた電解液に電極を介して放電エネルギーを付与して電解液をプラズマ化することにより圧力波を発生させ圧力波で破壊対象物を破砕する放電破砕装置の電極において、内部導体軸と内部導体軸の外周囲を被覆する筒状絶縁体と筒状絶縁体の外周囲に設けられた外部導体とで構成され、外部導体の先端部と筒状絶縁体より露出する内部導体軸の先端部とで放電を生じさせる先端側放電ギャップが形成され、外部導体の先端部が外部導体の軸に沿った方向の凹凸部を外部導体の周方向において複数備えたことを特徴とする。
また、外部導体が、内部導体軸の軸に沿った方向に間隔を隔てて設けられた複数の外部導体構成体により形成され、対向する外部導体構成体の端部と端部とで放電を生じさせる中間側放電ギャップが形成されたことや、外部導体構成体の端部が、外部導体構成体の周方向において複数に分割されたことや、外部導体構成体の端部が、外部導体構成体の軸に沿った方向の凹凸部を外部導体構成体の周方向において複数備えたことや、外部導体構成体が、内部導体軸の軸に沿った方向に延長してかつ筒状絶縁体の外周囲を囲むように配置された複数の導体線により形成されたことや、外部導体構成体が、内部導体軸の軸に沿った方向に延長してかつ筒状絶縁体の外周囲を囲むように配置された網状導体により形成されたことや、外部導体構成体の端部の先端が尖った形状に形成されたことや、少なくとも先端側放電ギャップを収納するとともに電解液が充填されるカートリッジを備えたことも特徴とする。

本発明によれば、外部導体の周方向において複数に分割された外部導体の先端部と筒状絶縁体より露出する内部導体軸の先端部とで放電を生じさせる先端側放電ギャップが形成されたので、複数に分割された外部導体の先端部での電界が大きくなり、先端側放電ギャップで放電を生じさせやすくなるので、放電効率を向上させることができ、放電破砕装置による破砕作業の効率を向上できる。
また、外部導体の先端部において外部導体の周方向に複数設けられた外部導体の軸に沿った方向の凹凸部のうちの複数の凸部と筒状絶縁体より露出する内部導体軸の先端部とで放電を生じさせる先端側放電ギャップが形成されたので、外部導体の先端部の複数の凸部での電界が大きくなり、先端側放電ギャップで放電を生じさせやすくなるので、放電効率を向上させることができ、放電破砕装置による破砕作業の効率を向上できる。
また、外部導体構成体の端部と端部とで放電を生じさせる中間側放電ギャップを備えたので、放電箇所を多くでき、放電エネルギーを増加させることができて、圧力波による破砕力を向上できる。また、外部導体構成体の端部が、外部導体構成体の周方向において複数に分割されたり、あるいは、外部導体構成体の端部が、外部導体構成体の軸に沿った方向の凹凸部を外部導体構成体の周方向において複数備えるので、外部導体構成体の端部での電界が大きくなり、中間側放電ギャップで放電を生じさせやすくなるので、放電効率を向上させることができ、放電破砕装置による破砕作業の効率を向上できる。また、外部導体構成体が、内部導体軸の軸に沿った方向に延長してかつ筒状絶縁体の外周囲を囲むように配置された複数の導体線により形成されたことで、導体線の端部である面積の小さい面では電界が大きくなり、放電を生じさせやすくなるので、放電効率を向上させることができる。また、外部導体構成体が、内部導体軸の軸に沿った方向に延長してかつ筒状絶縁体の外周囲を囲むように配置された網状導体により形成されたことで、網状導体の端部である面積の小さい面では電界が大きくなり、放電を生じさせやすくなるので、放電効率を向上させることができる。また、外部導体構成体の端部の先端が尖った形状に形成されたことで、尖った形状に形成された先端での電界が大きくなり、放電を生じさせやすくなるので、放電効率を向上させることができる。また、少なくとも先端側放電ギャップを収納するとともに電解液が充填されるカートリッジを備えたことで、破壊対象物の電解液充填孔内に電解液を保留できない場合にでも対応できる電極を得ることができる。

実施形態１
図１は実施形態１による放電破砕装置及び電極を示し、図２（ａ）は放電破砕装置の電極の先端部を拡大して示し、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ端面を示す。尚、図６と同一又は相当部分は同一符号を付す。

図１；図２に示すように、実施形態１の放電破砕装置の電極１は、一方電極（例えば正電極）を構成する内部導体軸（心線）２と内部導体軸２の外周囲を被覆する筒状絶縁体３と筒状絶縁体３の外周囲に設けられて他方電極（例えば負電極）を構成する外部導体４とで構成される。内部導体軸２の先端部２ｔは筒状絶縁体３の先端部３ｔより突出して露出している。外部導体４は、内部導体軸２の軸に沿った方向に間隔を隔てて設けられた複数の外部導体構成体５により形成される。外部導体構成体５は、内部導体軸２の軸に沿った方向に延長してかつ筒状絶縁体３の外周囲を囲むように配置された複数本の導体線６で形成される。外部導体構成体５を形成する複数本の導体線６は筒状の保持体７により筒状絶縁体３の外周囲に固定状態に保持される。即ち、外部導体構成体５を構成する複数本の導体線６を筒状絶縁体３の外周囲に固定状態に保持する保持体７を備える。尚、保持体７を用いずに、複数本の導体線６を筒状絶縁体３の外周に接着剤で直接固定してもよい。例えば内部導体軸２は鉄、銅、貴金属、合金等で直径２０ｍｍに形成された導体軸を用い、筒状絶縁体３はプラスチック、ゴム等の絶縁体で内径２０ｍｍ、外径４０ｍｍに形成された筒を用い、導体線６は鉄、銅、貴金属、合金等で直径５ｍｍ程度に形成された導体線を用い、保持体７はゴム、金属等で内径４５ｍｍ程度、外径５５ｍｍ程度に形成された筒体を用いればよい。

内部導体軸２の先端部２ｔとこの先端部２ｔに最も近い外部導体４の先端部である外部導体構成体５の先端部５ｔ（端部５ｓでもある）とで放電を生じさせる先端側放電ギャップ８が形成され、対向する外部導体構成体５の端部５ｓと端部５ｓとで放電を生じさせる中間側放電ギャップ９が内部導体軸２の軸に沿って複数形成される。例えば中間側放電ギャップ９は数ｍｍ程度、先端側放電ギャップ８は２０ｍｍ程度に設定される。外部導体構成体５は、内部導体軸２の軸に沿った方向に延長してかつ筒状絶縁体３の外周囲を囲むように配置された複数の導体線６により形成されるので、外部導体構成体５の先端部５ｔが外部導体構成体５の周方向において複数に分割された形態となっている。即ち、先端側放電ギャップ８は、内部導体軸２の先端部２ｔとこの先端部２ｔに最も近い外部導体構成体５の先端部５ｔであって外部導体構成体５の周方向において複数に分割された形態の複数の導体線６の先端部６ｔとで形成された複数の放電ギャップにより構成される。中間側放電ギャップ９は、保持体７により拘束されていない複数の導体線６の端部６ｓが内部導体軸２の方向と反対の方向に折曲されて外部導体構成体５を構成する複数の導体線６の端部６ｓが互いに所定の間隔を隔てて対向するように設定されて形成された複数の放電ギャップにより構成される。電極１の基端１ａはコネクタ７２を介してケーブル７１に接続されてパルスパワー源８０に接続される。電極１の基端１ａにおける内部導体軸２はコネクタ７２を介してケーブル７１の正極線に接続され、電極１の基端１ａにおける外部導体構成体５はコネクタ７２を介してケーブル７１の負極線に接続される。パルスパワー源８０にはケーブル８５を介して電源部８１が接続される。

電極１の製作は、例えば、内部導体軸２と内部導体軸２の外周囲を被覆する筒状絶縁体３と筒状絶縁体３の外周囲に配置された複数の導体線６より形成された外部導体４と外部導体４の外周囲を被覆する被覆体とからなる同軸ケーブルのような構成の棒体を、棒体の軸に沿った方向において所定の間隔を隔てて被覆体と外部導体とを切断して筒状の保持体７と放電ギャップ８；９とを形成したり、あるいは、内部導体軸２と内部導体軸２の外周囲を被覆する筒状絶縁体３とを備えた構成の棒体の外周囲に外部導体構成体５を構成する複数の導体線６を設けるとともにこれら複数の導体線６の外側を被覆して保持する筒状の保持体７とを装着して製作すればよい。

電極１を破壊対象物６０の電解液充填孔６１内に充填された電解液６３中に挿入し、パルスパワー源８０を操作して電極１に大電流パルスを印加すると、電極１の先端側放電ギャップ８で放電を生じ、さらに、中間側放電ギャップ９で放電を生じる。この放電エネルギーにより電解液充填孔６１内の電解液６３がプラズマ化して圧力波を発生し、これにより、破壊対象物６０を破砕できる。

実施形態１では、先端側放電ギャップ８は、内部導体軸２の先端部２ｔとこの先端部２ｔに最も近い外部導体構成体５の先端部５ｔであって外部導体構成体５の周方向において複数に分割された形態の複数の導体線６の先端部６ｔとで形成された複数の先端側放電ギャップ８により形成したので、導体線６の先端部６ｔである面積の小さい面では電界が大きくなり、放電を生じさせやすくなるので、放電効率を向上させることができる。また、電極１の先端部に複数の先端側放電ギャップ８を備え、放電箇所が多くなるので、放電エネルギーを増加させることができ、圧力波による破砕力を向上できる。また、中間側放電ギャップ９を複数備えているので、放電箇所が多くなり、放電エネルギーを増加させることができて、圧力波による破砕力を向上できる。また、中間側放電ギャップ９が複数の導体線６の端部６ｓ間で形成されるので、導体線６の端部６ｓである面積の小さい面では電界が大きくなり、放電を生じさせやすくなるので、放電効率を向上させることができるとともに、放電箇所が多くなるので、放電エネルギーを増加させることができて、圧力波による破砕力を向上できる。従って、実施形態１の電極によれば、放電破砕装置による破砕作業の効率を向上できる。

実施形態２
尚、図２（ｂ）のように筒状絶縁体３の外周囲に配置された複数の導体線６が保持体７で拘束されている箇所において互いに電気的に接続され、端部６ｓ側では互いに電気的に離れている構成とすれば、外部導体構成体５の軸に沿った方向の端部５ｓが、外部導体構成体５の軸に沿った方向の凹部（導体線６と導体線６との間）及び凸部（導体線６の端部６ｓ）が周方向において交互に複数備えた構成となり、このような構成であっても実施形態１と同様な効果が得られる。

実施形態３
外部導体構成体として図３に示すような筒状導体２０を用いてもよい。この筒状導体２０は、筒状導体２０の軸に沿った方向の端部に、筒状導体２０の軸に沿った方向の凹部２１及び凸部２２を筒状導体２０の周方向において交互に複数備えたものである。この筒状導体２０を備えた場合、先端側放電ギャップ８は、内部導体軸２の先端部２ｔとこの先端部２ｔに最も近い筒状導体２０の先端部２０ｔに設けられた複数の凸部２２とで形成され、中間側放電ギャップ９は、相対向する筒状導体２０の端部２０ｓにおける凸部２２と凸部２２とで形成されるので、実施形態１と同様の効果が得られる。

実施形態４
外部導体構成体として図４に示すような網状導体３０を用いてもよい。網状導体は、筒状絶縁体３の外周囲を囲み筒状絶縁体３の軸に沿った方向に沿って間隔を隔てて配置される複数のリング状の導体線３１と筒状絶縁体３の軸に沿った方向に延長して筒状絶縁体３の外周囲の周方向に沿って間隔を隔てて配置される複数の直線導体線３２とが網状（メッシュ状）に編み込まれて形成されたものである。この網状導体３０は、網状導体３０の軸に沿った方向の端部が、網状導体３０の軸に沿った方向の凹部及び凸部を網状導体３０の周方向において交互に複数備えたものであるとともに、網状導体３０の軸に沿った方向の端部が、網状導体３０の周方向において複数に分割されたものでもある。この網状導体３０を備えた場合、先端側放電ギャップ８は、内部導体軸２の先端部２ｔとこの先端部２ｔに最も近い網状導体３０の先端部３０ｔに設けられた複数の凸部３４とで形成された複数の放電ギャップ８により形成され、中間側放電ギャップ９は、相対向する網状導体３０の端部３０ｓにおける凸部３４と凸部３４とで形成されるので、実施形態１と同様の効果が得られる。

実施形態５
外部導体構成体５の周方向において複数に分割された端部の先端や、外部導体構成体５の端部に形成された凸部の先端を尖った形状とする。このようにすれば、導体の尖った先端部分では電界が大きくなるので、放電を生じやすくなる。従って、放電効率を向上させることが可能となる。

実施形態６
図５に示すように、先端側放電ギャップ８及び中間側放電ギャップ９を収納するとともに電解液６３が充填されるカートリッジ４０を備えた電極１としてもよい。破壊対象物６０によっては、電解液充填孔６１に電解液６３を充填しても破壊対象物６０の内部に浸透してしまって電解液充填孔６１内に電解液６３を保持できない場合があるが、このような場合には当該カートリッジ４０付きの電極１を用いて、カートリッジ４０内に電解液６３を充填した状態でカートリッジ４０付き電極１を破壊対象物６０の電解液充填孔６１内に挿入して放電することで破壊対象物６０を破砕できる。カートリッジ４０はゴム、プラスチック等で形成された収納体であり、上部に電極１の外周囲に当接する封止口４１を有し、電解液６３及び電極１の放電ギャップ８，９の部分を内部に入れた後に封止口４１を接着剤等で電極１の外周囲に接着して使用する。

本発明の所期の目的は、先端側放電ギャップ８での放電効率を向上させることにあるので、本発明の電極１は、内部導体軸２の先端部２ｔと外部導体４の軸に沿った方向の凹凸部を外部導体４の周方向において複数備えた外部導体４の先端部とで形成された先端側放電ギャップ８のみを備えた電極１、あるいは、内部導体軸２の先端部２ｔと外部導体４の周方向において複数に分割された外部導体４の先端部とで形成された先端側放電ギャップ８のみを備えた電極１であってもよい。また、先端側放電ギャップ８のみを備えた電極１にあっては、この電極１の先端側放電ギャップ８を収納するとともに電解液６３が充填されるカートリッジ４０を設けることで、電解液充填孔６１に電解液６３を保持できない破壊対象物６０を破砕する際に対応できる電極１を得ることができる。

本発明の実施形態１による放電破砕装置及び電極を示す図。 実施形態１による放電破砕装置の電極を示す図であり、（ａ）は電極の先端部の拡大図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ端面図。 実施形態３による電極を示す図であり、（ａ）は電極の先端部の拡大図、（ｂ）は（ａ）のＡから見た図。 実施形態４による電極を示す図であり、（ａ）は電極の先端部の拡大図、（ｂ）は（ａ）のＡから見た図。 実施形態６によるカートリッジを備えた電極を示す図。 従来の放電破砕装置及び電極を示す図。 従来の放電破砕装置の電極を示す図であり、（ａ）は電極の先端部の拡大図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ端面図。

符号の説明

１ 電極、２内部導体軸、３ 筒状絶縁体、４ 外部導体、５ 外部導体構成体、
６ 導体線、８ 先端側放電ギャップ、９ 中間側放電ギャップ、
２０ 筒状導体、３０ 網状導体、４０ カートリッジ。

Claims (9)

1. 破壊対象物の内側に設けられた電解液に電極を介して放電エネルギーを付与して電解液をプラズマ化することにより圧力波を発生させ圧力波で破壊対象物を破砕する放電破砕装置の電極において、内部導体軸と内部導体軸の外周囲を被覆する筒状絶縁体と筒状絶縁体の外周囲に設けられた外部導体とで構成され、外部導体の先端部と筒状絶縁体より露出する内部導体軸の先端部とで放電を生じさせる先端側放電ギャップが形成され、外部導体の先端部が外部導体の周方向において複数に分割されたことを特徴とする放電破砕装置の電極。
2. 破壊対象物の内側に設けられた電解液に電極を介して放電エネルギーを付与して電解液をプラズマ化することにより圧力波を発生させ圧力波で破壊対象物を破砕する放電破砕装置の電極において、内部導体軸と内部導体軸の外周囲を被覆する筒状絶縁体と筒状絶縁体の外周囲に設けられた外部導体とで構成され、外部導体の先端部と筒状絶縁体より露出する内部導体軸の先端部とで放電を生じさせる先端側放電ギャップが形成され、外部導体の先端部が外部導体の軸に沿った方向の凹凸部を外部導体の周方向において複数備えたことを特徴とする放電破砕装置の電極。
3. 外部導体が、内部導体軸の軸に沿った方向に間隔を隔てて設けられた複数の外部導体構成体により形成され、対向する外部導体構成体の端部と端部とで放電を生じさせる中間側放電ギャップが形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の放電破砕装置の電極。
4. 外部導体構成体の端部が、外部導体構成体の周方向において複数に分割されたことを特徴とする請求項３に記載の放電破砕装置の電極。
5. 外部導体構成体の端部が、外部導体構成体の軸に沿った方向の凹凸部を外部導体構成体の周方向において複数備えたことを特徴とする請求項３に記載の放電破砕装置の電極。
6. 外部導体構成体が、内部導体軸の軸に沿った方向に延長してかつ筒状絶縁体の外周囲を囲むように配置された複数の導体線により形成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の放電破砕装置の電極。
7. 外部導体構成体が、内部導体軸の軸に沿った方向に延長してかつ筒状絶縁体の外周囲を囲むように配置された網状導体により形成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の放電破砕装置の電極。
8. 外部導体構成体の端部の先端が尖った形状に形成されたことを特徴とする請求項３ないし請求項７のいずれかに記載の放電破砕装置の電極。
9. 少なくとも先端側放電ギャップを収納するとともに電解液が充填されるカートリッジを備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の放電破砕装置の電極。

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