JP2007090230A

JP2007090230A - 放電破砕装置の電極

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Publication number: JP2007090230A
Application number: JP2005282680A
Authority: JP
Inventors: Yukio Kakiuchi; 幸雄垣内; Mamoru Hirabayashi; 守平林
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd; Fatec Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd; Fatec Co Ltd
Priority date: 2005-09-28
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2007-04-12

Abstract

【課題】破壊対象物が鉄筋コンクリートの塊である場合、この鉄筋コンクリートの塊に放電用孔を形成すると、鉄筋コンクリートの鉄筋が放電用孔の内側に露出した状態となる場合がある。このような放電用孔に放電破砕装置の電極が挿入され、浮遊電極として機能する外部導体と鉄筋とが互いに接触した状態のまま電極に電力が供給されると、鉄筋に電流が流れてしまい、外部導体と外部導体との間で適切に放電を生じさせることができなくなる。
【解決手段】放電破砕装置の電極であって、棒状の内部導体２と内部導体の外周に設けられた筒状の絶縁部３と絶縁部の外周に設けられた外部導体（浮遊電極６；外筒導体４）とを備え、一端部に放電部３３が形成された電極１において、外部導体の外周囲に、外部導体の外周囲より外側に張り出す絶縁スペーサ３５が設けられたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電用孔内に露出した鉄筋と電極の外部導体との接触を防止可能として適切な放電を生じさせることの可能な放電破砕装置の電極に関する。

コンクリートや岩石のような破壊対象物に放電用孔を形成し、この放電用孔内に電解液（電気を通す水溶液）としての水道水のような水（水溶液）を充填してこの水中に放電破砕装置の電極を挿入し、この電極に大電流パルスを印加して放電させることで衝撃波を発生させ、衝撃波で放電用孔の周囲を破砕する放電破砕方法が知られている。この放電破砕方法に使用する電極は、棒状の内部導体と内部導体の外周囲を被覆する筒状の絶縁部と絶縁部の外周囲に設けられた筒状の外部導体とで構成される。外部導体は、内部導体の棒の延長方向に沿って放電用の間隔（放電ギャップ）を隔てて複数設けられる。そして、外部導体と外部導体との間に設けられた放電用の間隔を介して放電を生じさせ、衝撃波を発生させる。複数の筒状の外部導体と複数の筒状の間隔形成体を備え、外部導体と外部導体との間に放電用の間隔を形成するために、外部導体と外部導体との間に間隔形成体を介在させた構成の電極も知られている。電極は、内部導体の一端側に電気的に絶縁された浮遊電極として機能する外部導体を備え、内部導体の他端側に電源の負極側と電気的に接続されたリターン導体として機能する外部導体を備える。
特開２００４−１８１４２３号公報

破壊対象物が鉄筋コンクリートの塊である場合、この鉄筋コンクリートの塊に放電用孔を形成すると、鉄筋コンクリートの鉄筋が放電用孔の内側に露出した状態となる場合がある。このような放電用孔に放電破砕装置の電極が挿入され、浮遊電極として機能する外部導体と鉄筋とが互いに接触した状態のまま電極に電力が供給されると、鉄筋に電流が流れてしまい、外部導体と外部導体との間で適切に放電を生じさせることができなくなるという欠点があった。

本発明に係る放電破砕装置の電極は、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衝撃波を発生させその衝撃波で破壊対象物を破砕する放電破砕装置の電極であって、棒状の内部導体と内部導体の外周に設けられた筒状の絶縁部と絶縁部の外周に設けられた外部導体とを備え、一端部に放電部が形成された電極において、外部導体の外周囲に、外部導体の外周囲より外側に張り出す絶縁スペーサが設けられたことを特徴とする。絶縁スペーサが、外部導体の一端部側から他端部側に向けて外部導体の外周より離れる方向に傾斜する面を備えたことも特徴とする。

本発明の放電破砕装置の電極によれば、絶縁スペーサを備えるので、放電用孔内に露出した鉄筋と電極の外部導体との接触を防止可能とでき、適切な放電を生じさせることを可能とする。絶縁スペーサが傾斜する面を備えるので、放電による衝撃波によって破壊対象物を破壊する効率を向上できる電極が得られる。

図１乃至図３は最良の形態を示し、図１は放電破砕装置の電極の断面を示し、図２は放電破砕装置の電極を分解して示し、図３は放電破砕装置を示す。

図３に示すように、放電破砕装置１００は、電極１とパルスパワー源５０と電源部５１とを備え、電極１とパルスパワー源５０とがコネクタ５２及びケーブル５３を介して互いに接続され、パルスパワー源５０と電源部５１とがケーブル５４を介して互いに接続される。

図１に示すように、電極１は、内部導体２、絶縁部３、外筒導体４、間隔形成材５、浮遊電極６、緩衝材７を備える。内部導体２は、断面円形の鉄棒により形成され、外周にはねじ部１０が形成される。内部導体２の一端（先端）部２ａを除く外周には、当該外周を覆うように絶縁材としてのＦＲＰシートが巻き付けられることによって絶縁部３が形成される。絶縁部３は、その外周に、間隔形成材５、浮遊電極６、緩衝材７の設けられる径の小さい小径絶縁部３１と、その外周に外筒導体４の設けられる大径絶縁部３２とを備える。大径絶縁部３２は内部導体２の他端部２ｂの外周に形成され、小径絶縁部３１は内部導体２における他端部２ｂと一端部２ａとの間の外周に形成される。大径絶縁部３２の外周を覆うように外筒導体４が設けられ、大径絶縁部３２と外筒導体４とが図外の接着剤により互いに結合される。間隔形成材５は、ナイロンのような合成樹脂で形成され、筒体部としての円筒部１５と円筒部１５の一側開口縁より円筒部１５の外周面の外側に延長する円形環状の間隔形成部としての鍔部１７とを備える。円筒部１５の外周囲には、銅により円筒状に形成された浮遊電極６が嵌め込まれる。浮遊電極６の筒の中心線に沿った方向の長さは、円筒部１５の筒の中心線に沿った方向の長さよりも短い。緩衝材７はゴムにより環状に形成される。緩衝材７の環の内径は円筒部１５の外径より大きく、緩衝材７の環の外径は鍔部１７の外径と同じである。緩衝材７が間隔形成材５の鍔部１７の反対側から円筒部１５の外周にはめ込まれた後に、円筒部１５の外周に浮遊電極６が嵌め込まれる。つまり、間隔形成材５の円筒部１５の外周に緩衝材７が嵌め込まれた後に、円筒部１５の外周面と筒状の浮遊電極６の内周面とが互いにはめ合わされて円筒部１５の外周面に浮遊電極６が取り付けられることによって、鍔部１７と浮遊電極６との間に緩衝材７が配置された構成の浮遊電極ユニット２０が形成される（図２参照）。この浮遊電極ユニット２０を複数用意し、複数の浮遊電極ユニット２０が内部導体２の一端部２ａ側から順次同じ向きで小径絶縁部３１の外周を覆うように取り付けられた後に、内部導体２の一端部２ａの外周のねじ部１０に２つのナット２１；２２がダブルナット構造で締結されたことで電極１が形成される。つまり、一端部に、間隔形成材５の鍔部１７と緩衝材７とによって浮遊電極６と浮遊電極６との間に放電用の間隔（放電ギャップ）が形成された放電部３３を備えた電極１が形成される。

電極１の内部導体２の一端部２ａの外側に設けられる複数の浮遊電極６は、間隔形成材５の鍔部１７と緩衝材７とによって内部導体２の中心線に沿った方向に間隔を隔てて設けられて互いに電気的に絶縁された複数の短筒状の外部導体である。外筒導体４は、ケーブル５３の外部導体５３ｂと接続されてパルスパワー源５０の負極側と電気的に接続されたリターン導体として機能する長筒状の外部導体である。

外筒導体４の外周３４には例えば２つの絶縁スペーサ３５；３５が外部導体４の筒の延長方向に沿った方向に間隔を隔てて着脱可能に設けられる。絶縁スペーサ３５は、円錐体の底面の中央部から円錐体の頂点部にかけて垂直に延長するねじ孔３６を備えた形状に形成される。絶縁スペーサ３５は、ゴムのような絶縁材そのもので形成されたものでも良いし、鉄のような導電体の表面を絶縁塗料のような絶縁材で覆って形成されたものでも良い。外筒導体４の外周にはねじ部３７が形成される。絶縁スペーサ３５のねじ孔３６と外筒導体４の外周３４のねじ部３７とが互いに締結されることによって、外筒導体４の外周３４に絶縁スペーサ３５が取り付けられる。絶縁スペーサ３５は、外筒導体４の外周３４に取り付けられた状態において、外筒導体４の一端部３８側から他端部３９側に向けて外筒導体４の外周３４より離れる方向に傾斜する傾斜面としての円錐状の面４０を備えた形状である。ねじ孔付き円錐体により形成される絶縁スペーサ３５の底面４１の径は、放電用孔６１の径に対応して形成される（図３参照）。例えば、放電用孔６１の径が７５ｍｍであれば、底面４１の径が７０ｍｍ程度の絶縁スペーサ３５を用いる。つまり、放電用孔６１内に電極１を挿入しやすいように５ｍｍ程度の余裕を持たせる。

電極１の他端にはコネクタ５２によりケーブル５３が接続される。筒状のコネクタ５２の一端部側の筒内周にはねじ部５２ａが形成される。外筒導体４のねじ部４ａとコネクタ５２のねじ部５２ａとが互いに締結され、筒状のコネクタ５２の他端部の筒開口５２ｂを経由してコネクタ５２の筒内にケーブル５３がはめ込まれて、ケーブル５３の内部導体５３ａと電極１の内部導体２とが互いに接続され、ケーブル５３の外部導体５３ｂと電極１の外筒導体４とが互いに接続され、これらの電気的な接続は図外のねじ締結具のような電気接続維持手段により維持される。ケーブル５３は、内部導体５３ａと外部導体５３ｂとの間にこれらを互いに絶縁する内部絶縁筒体５３ｃを備え、外部導体５３ｂの外周には外部絶縁筒体５３ｄを備える。

図３のように、破壊対象物６０の放電用孔６１内に電解液としての水道水のような水（水溶液）６２を充填して、電極１を水６２中に挿入し、パルスパワー源５０を操作して電極１に大電流パルスを印加すると、放電用の間隔を介して、浮遊電極６と浮遊電極６との間、浮遊電極６と外筒導体４との間で放電を生じ、この放電エネルギーにより放電用孔６１内の水６２が衝撃波を発生し、これにより、破壊対象物６０を破砕できる。電源部５１から供給される電力は、ケーブル５３の内部導体５３ａ、電極１の内部導体２、ナット２１；２２、浮遊電極６、外筒導体４、ケーブル５３の外部導体５３ｂを経由して電源部５１に戻る。

最良の形態によれば、図３に示すように、内部導体２の一端（先端）２ｔを放電用孔６１の中心に合わせて電極１を破壊対象物６０に形成した放電用孔６１内に挿入すると、電極１が傾いたとしても絶縁スペーサ３５；３５が放電用孔６１の内壁６１ａに衝突するので、電極１が放電用孔６１内において直立に近い状態に維持されて、浮遊電極６や外筒導体４が、放電用孔６１の内壁６１ａから離れた状態に維持され、放電用孔６１の内壁６１ａよりも放電用孔６１の内側に露出する鉄筋４５と接触しにくくなる。よって、浮遊電極６から鉄筋４５に電流が流れてしまうことによって適切な放電を生じさせることができなかったり、外筒導体４から鉄筋４５に電流が流れてしまうことによって電流を電源部５１に戻すことができないというような事態を防止できる。つまり、適切に放電を生じさせることができて、かつ、電流を電源部５１に戻すことのできる構造の電極１が得られる。

さらに、絶縁スペーサ３５が面４０を備えるので、放電部３３での放電により生じた衝撃波が面４０に衝突して放電用孔６１の内壁６１ａの方向に伝播するので、衝撃波が放電用孔６１の開口６１ｂ側に逃げにくいようになって衝撃波を放電用孔６１の内壁６１ａに効率的に衝突させることができて破壊対象物６０を破壊する効率を向上できるとともに、衝撃波が放電用孔６１の開口６１ｂ側に逃げにくいようになり、電解液６２が放電用孔６１の開口６１ｂを経由して放電用孔６１の外部に飛び出す勢いを弱めることができる。放電用孔６１の開口６１ｂを経由して外部に漏れる放電音を小さくするために放電用孔６１の開口６１ｂを図外のカバーで塞ぐ場合があるが、絶縁スペーサ３５を設けない場合には、電解液６２が放電用孔６１の開口６１ｂを経由して放電用孔６１の外部に飛び出す勢いでカバーが破れてしまうという欠点があった。本形態の電極１によれば、絶縁スペーサ３５を備えるので、放電用孔６１の開口６１ｂを経由して放電用孔６１の外部に飛び出す電解液６２の勢いを弱めることができ、カバーが破れにくくなるという効果も得られる。また、絶縁スペーサ３５が面４０を備えるので、放電用孔６１が上下方向に沿って設けられている場合には、衝撃波が面４０に沿って放電用孔６１の開口６１ｂ側に逃げることによって放電の際に電極１が衝撃波によって上方に持ち上がりにくくなり、電極１の内部導体２の先端２ｔと放電用孔６１の底面６１ｃとの衝突による衝撃を弱めることができて、電極１の先端にかかる衝撃を小さくでき、放電の繰り返しによる電極１の損傷を少なくできる。

また、緩衝材７により、放電の際の衝撃波による反力の鍔部１７への衝撃を緩和できて鍔部１７を保護できるので、電極１の放電性能の低下を防止できる。間隔形成材５が、小径絶縁部３１の外側を覆う円筒部１５を備えるので、絶縁部３の小径絶縁部３１を保護でき、内部導体２と浮遊電極６との絶縁構造を維持できる。鍔部１７と浮遊電極６との間に緩衝材７が配置された構成の浮遊電極ユニット２０を備えるので、浮遊電極ユニット２０を１個１個個別に交換できるようになり、交換作業、電極維持コストを抑えることができる。即ち、間隔形成材５が、絶縁部３の小径絶縁部３１の外周を覆う円筒部１５と、円筒部１５の一端部の外周より外側に張り出す鍔部１７とを備え、円筒部１５の外周に筒状の浮遊電極６が着脱可能に取り付けられた構成としたので、間隔形成材５により、内部導体２の外周にＦＲＰシートが巻き付けられることによって形成された絶縁部３の小径絶縁部３１が保護される。内部導体２の外周にＦＲＰシートを巻き付けて絶縁部３を形成したので、絶縁部３を容易に形成できる。

尚、図４に示すように、放電用孔６１の内壁６１ａの内側に放電用孔６１の径よりも小さい外径を備え、かつ、電極１Ａの外径より大きい内径を備えた環状の絶縁スペーサ３５Ａを吊具４６などで放電用孔６１内に配置しても良い。この場合、図１の絶縁スペーサ３５を備えない電極１Ａを放電用孔６１内に配置された絶縁スペーサ３５Ａの環の内側に挿入すれば、浮遊電極６や外筒導体４と放電用孔６１の内側に露出する鉄筋４５とが接触しにくくなるので、電極１Ａに適切に放電を生じさせることができて、かつ、電流を電源部５１に戻すことができる。

絶縁スペーサ３５は、外径の等しい筒体形状に形成されたものを用いてもよい。放電用孔６１の径の値と絶縁スペーサ３５の外径の値とを近づければ、放電用孔６１内において電極１をより直立に近い状態に維持させることが可能となり、浮遊電極６や外筒導体４と鉄筋４５との接触防止効果を高めることができる。緩衝材７は、衝撃波による反力を吸収したり、衝撃波による反力に抗したりすることで、衝撃波による反力の鍔部１７への衝撃を緩和できる材料（例えば、ウレタン、クロロプレン、エチレンプロピレンゴムなど、以下「衝撃緩和材料」という）により形成したり、あるいは、衝撃波による反力の鍔部１７への衝撃を少しでも妨げることができればよい。間隔形成材５そのものを衝撃緩和材料により形成しても良い。間隔形成材５の円筒部１５と鍔部１７とを分割した構成とし、円筒部１５の外周に取り付けた浮遊電極６と鍔部１７との間に緩衝材を設けたり、鍔部１７を衝撃緩和材料により形成しても良い。浮遊電極６を無くし、外部導体としての外筒導体４を内部導体２の先端２ｔの近くまで延長して設け、この外筒導体の先端と内部導体２の先端２ｔとの間で放電を行わせるような電極において、この外筒導体の外周に絶縁スペーサ３５を設けるようにした構成の電極でもよく、このような電極であっても最良の形態と同様の効果が得られるので、本発明の範囲である。

放電破砕装置の電極の縦断面図（最良の形態）。放電破砕装置の電極を示す分解斜視図（最良の形態）。放電破砕装置を示す構成図（最良の形態）。放電破砕装置を示す構成図（他の例）。

符号の説明

１電極、２内部導体、３絶縁部、４外筒導体（外部導体）、
５間隔形成材、６浮遊電極(外部導体)、３３放電部、
３４外筒導体の外周、３５絶縁スペーサ、３８外筒導体の一端部、
３９外筒導体の他端部、４０面、６０破壊対象物、６２水（電解液）、１００放電破砕装置。

Claims

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衝撃波を発生させその衝撃波で破壊対象物を破砕する放電破砕装置の電極であって、棒状の内部導体と内部導体の外周に設けられた筒状の絶縁部と絶縁部の外周に設けられた外部導体とを備え、一端部に放電部が形成された電極において、外部導体の外周囲に、外部導体の外周囲より外側に張り出す絶縁スペーサが設けられたことを特徴とする放電破砕装置の電極。
絶縁スペーサが、外部導体の一端部側から他端部側に向けて外部導体の外周より離れる方向に傾斜する面を備えたことを特徴とする請求項１に記載の放電破砕装置の電極。