JP2008018403A

JP2008018403A - 放電破砕方法

Info

Publication number: JP2008018403A
Application number: JP2006194719A
Authority: JP
Inventors: Yukio Kakiuchi; 幸雄垣内; Masamitsu Ishiguchi; 真実石口; Mamoru Hirabayashi; 守平林; Sadao Uno; 定雄宇野
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd; Fatec Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd; Fatec Co Ltd
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2008-01-31

Abstract

【課題】破砕対象物に対する装填作業性の良い放電破砕方法を提供する。
【解決手段】破砕対象物（コンクリート版４）の面５に互いに独立した複数の溝７を形成し、それぞれの溝内に、電極装置３の放電部３０と放電部を取り囲む圧力伝達媒体とを設け、放電部及び圧力伝達媒体の設置された溝の開口を被せ材で塞いだ状態で、放電部の電極に電圧を印加して放電させることによって破砕対象物を破砕することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電によって破砕対象物を破砕する放電破砕方法に関する。

岩石、岩盤、コンクリート構造物などの破砕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（特許文献１；２参照）。
放電破砕装置５０Ａは、図６に示すように、パルスパワー源８０、発電機等の電源部８１、電極装置７０を備える。
パルスパワー源８０は、大容量のコンデンサ８２及びスイッチ８３，８４を備えた回路により形成される。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。
電源部８１は、コンデンサ８２の一方の極８２ｂに接続されるとともにコンデンサ８２の他方の極８２ａにスイッチ８３を介して接続される。
電極装置７０は、コンデンサ８２の一方の極８２ｂに接続された一方電極とコンデンサ８２の他方の極８２ａ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る。例えば、＋電極のような一方電極としての棒状の内部導体７３と、内部導体７３の外周囲を被覆する筒状の絶縁体７４と、絶縁体７４の外周囲に設けられた−電極のような他方電極としての外部導体７５とにより構成される。即ち、電極装置７０は、内部導体７３と絶縁体７４と外部導体７５とが同軸状に配置された構成の同軸電極装置である。内部導体７３及び外部導体７５は、コネクタ７２及び接続ケーブル７１によりパルスパワー源８０に接続される。
外部導体７５は、内部導体７３の中心線に沿った方向に間隔を隔てて設けられた複数の浮遊電極７６を構成する。浮遊電極７６とは、電源側と電気的に絶縁された電極のことである。
絶縁体７４の先端７４ｔより突出して露出する内部導体７３の先端部により形成された先端電極７３ｔとこの先端電極７３ｔに最も近い浮遊電極７６である先端側浮遊電極７６ｔとの間で先端側放電ギャップ７７が形成され、互いに対向する浮遊電極７６同士の端部７６ｓと端部７６ｓとの間で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。
先端側放電ギャップ７７を隔てて配置された先端電極７３ｔと先端側浮遊電極７６ｔとによって放電部が形成される。中間側放電ギャップ７８を隔てて配置された浮遊電極７６と浮遊電極７６とによって放電部が形成される。即ち、電極装置は、複数の放電部を備える。
以上の構成の放電破砕装置５０Ａを用いた放電破砕方法を説明する。破砕対象物６０に孔６１を形成し、スイッチ８４及びスイッチ８３の非導通の状態で孔６１内に水などの電解液６３を注入してこの電解液６３中に電極装置７０の放電部を挿入する。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を導通させて電極装置７０の放電部の電極に電圧を印加して放電させることによって破砕対象物６０を破砕する。
図示しないが、板状の破砕対象物の面と電極装置の放電部とを対向させ、放電部を取り囲むようにゼリー状の非圧縮体を設け、放電部の電極に電圧を印加して放電させることによって破砕対象物を破砕する方法も知られている（特許文献３参照）。
特開２００３−３１１１７５号公報特開２００３−３２０２６８号公報特開２００５−１６１１５１号公報

特許文献１〜３では、電極装置として同軸電極装置を使用しているが、同軸電極装置は構造が複雑で高価であり、同軸電極装置を用いた放電破砕方法は経済的な面で敬遠されがちであるといった課題があった。
また、特許文献１；２に示された従来技術のように、破砕対象物６０に孔６１を形成して、孔６１内に電極装置７０の放電部を設置して放電させる方法では、破砕対象物６０に多数の孔６１を形成する必要があり、多数の孔６１を形成する作業が煩わしいという課題があった。
また、特許文献３に示された従来技術では、放電により生じた圧力が破砕対象物の面に加わらず、面より離れる方向に逃げてしまうので、破砕効率が悪いという課題があった。

本発明による放電破砕方法は、破砕対象物の面に互いに独立した複数の溝を形成し、それぞれの溝内に、電極装置の放電部と放電部を取り囲む圧力伝達媒体とを設け、放電部及び圧力伝達媒体の設置された溝の開口を被せ材で塞いだ状態で、放電部の電極に電圧を印加して放電させることによって破砕対象物を破砕することを特徴とする。
破砕対象物は、上記面を形成する一方の面と当該一方の面と相対向する他方の面とを備えた平板状であることも特徴とする。

本発明によれば、破砕対象物の面に複数の独立した溝を形成し、これら溝内に個別に放電部及び圧力伝達媒体を設置して放電するようにしたので、溝の形成場所や形成個数により破砕対象物を効果的に破砕することが可能となる。また、放電部を自由に簡単に形成でき、構成が簡単で、低コストな電極装置を用いた放電破砕方法を実現できる。
また、破砕対象物を平板状としたことで、電線による電極装置の放電部での放電により破砕対象物を破砕でき、電源装置のコンデンサの容量を小さくできて、電源装置の省コスト化が図れる。また、平板状の破砕対象物の面に少数の溝を形成して溝内で放電を行わせることによって平板状の破砕対象物を効率的に細かく破砕できる。

最良の形態１
図１乃至図３は本発明の最良の形態１を示し、図１は放電破砕装置及び破砕対象物を示し、図２は放電破砕方法の工程を示し、図３は放電破砕後のコンクリート版の破砕状態を示す。

図１を参照し、放電破砕装置及び破砕対象物を説明する。
放電破砕装置１は、電源装置２、電極装置３を備える。
破砕対象物としての平板状のコンクリート版４は、例えば、縦の長さａが５００ｍｍ、横の長さｂが４００ｍｍ、厚さｄが１４０ｍｍである。縦５００ｍｍ、横４００ｍｍの表裏２つの面としての方形の面５；６のうち、上に向ける一方の面５には、例えば、幅ｅが２０ｍｍ〜２５ｍｍ程度、深さｆが５０ｍｍ程度の溝７が複数個互いに独立して形成される。溝７は、一方の面５において互いに相対峙する一方の縁部８から他方の縁部９の方向に延長して形成される。
本発明で定義する溝とは、溝の延長方向の長さ、即ち、溝長ｂ１が、幅ｅより長く形成された溝のことを言う。
本発明で定義する平板状とは、上述した厚さｄが、縦の長さａや横の長さｂよりも短い寸法の平板形状のことを言う。厚さｄは均一でも均一でなくともよい。

電源装置２は、パルスパワー源１６、昇圧部１７、電極接続部１８を備える。
パルスパワー源１６は、コンデンサ２０及びスイッチ２１，２２を備えた回路１９により形成される。図示しないが、パルスパワー源１６の回路１９は接地（アース）されている。
昇圧部１７は、コンデンサ２０の一方の極２３に接続されるとともにコンデンサ２０の他方の極２４にスイッチ２１を介して接続される。コンデンサ２０の容量は例えば２００μＦ（マイクロファラッド）である。
電極接続部１８は、パルスパワー源１６の筐体２５に設けられる。一方の電極接続部１８ａは、コンデンサ２０の一方の極２３に接続される。他方の電極接続部１８ｂは、コンデンサ２０の他方の極２４にスイッチ２２を介して接続される。
最良の形態では、スイッチ２２、スイッチ２１がともに非導通の状態で、例えば、図外の電源コードを経由して昇圧部１７に交流２００Ｖ電源が供給され、交流２００Ｖが昇圧部１７で直流２２ｋＶに昇圧される。そして、スイッチ２１を導通すると、コンデンサ２０に電荷が蓄積される。コンデンサ２０に電荷が蓄積された後に、スイッチ２２を導通すると、電極装置３の放電部３０の電極３５；３６間で放電を生じる。

放電用の電極装置３は、放電部３０を形成する電線３７、間隔維持材３１、コネクタ４０を備える。電線３７は、例えば線径２ｍｍ〜３ｍｍ程度の銅線のような導体線の周囲がビニル樹脂などの樹脂で被覆された線径４ｍｍ〜５ｍｍ程度の、いわゆる被覆線により形成される。
図１のＡ図（放電部３０の断面図）に示すように、放電部３０は、放電ギャップとなる所定の間隔ｇを隔てて互いに対向するよう配置された一対の電極３５；３６と、一対の電極３５；３６を所定の間隔ｇを隔てて互いに対向する状態に固定する間隔維持材３１とにより形成される。一対の電極３５；３６は電線３７の端部により形成される。

電極装置３は、電線３７の端部同士が間隔維持材３１により互いに間隔を隔てて接続されて形成された放電部３０を１つ以上備える。電極装置３の放電部３０は、一端がコネクタ４０Ａを介して電源装置２の一方の電極接続部１８ａに接続された電線３７Ａと一端がコネクタ４０Ｂを介して電源装置２の他方の電極接続部１８ｂに接続された電線３７Ｂとの間に、間隔維持材３１により電線３７を繋げて形成される。つまり、電線３７の端部と電線３７の端部とを放電ギャップとなる所定の間隔ｇを隔てて互いに対向させた状態で、電線３７の端部同士を絶縁ビニル粘着テープ、締結バンドなどの間隔維持材３１で繋げて形成する。

図２を参照し、放電破砕方法を説明する。図２（ａ）は溝７内に電極装置３の放電部３０と放電部３０を取り囲む圧力伝達媒体としての非圧縮体４２とが設けらた状態の溝７の部分を溝７の延長方向に沿って切断した断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の状態のコンクリート版４の面５の上に被せ材を被せた状態を溝７の延長方向と直交する方向に沿って切断した断面図、図２（ｃ）は放電破砕されたコンクリート版４を示す図である。まず、コンクリート版４の一方の面５に上述した溝７を形成する。溝７は、例えば、円盤状のカッターを回転させてコンクリートを切削する図外のコンクリートカッターと呼ばれるような切削工具を用いて形成する。円盤状の２枚のカッターを備えた図外のコンクリートカッターを用いれば、幅ｅの広い溝７を一度に形成できるので、幅ｅの広い溝７を効率的に形成できる。２枚のカッターを備えたコンクリートカッターは、例えば、円形板の円形面を互いに平行に対向させて円の中心を一直線状に通過する回転中心軸を回転中心として回転可能に設けられた２枚のカッターを備えた構成により実現される。そして、図２（ａ）のように、溝７を形成した面５が上にくるように面６を地面などの設置部９９に向けてコンクリート版４を設置部９９に設置する。面５に形成された複数の溝７内の１つ１つに放電部３０を１つづつ個別に挿入する。そして、各溝７内に圧力伝達媒体としての非圧縮体４２を充填して、放電部３０を非圧縮体４２で取り囲む。即ち、各溝７内に設置された放電部３０の回りを非圧縮体４２で埋める。溝７内に非圧縮体４２を充填した後に、この非圧縮体４２中に放電部３０を埋めてもよい。非圧縮体４２としては、水や水溶液のような電解液を用いる。そして、図２（ｂ）のように、上に向けた一方の面５の上に被せ材としての重り４３を載せて溝７の上部１０の開口を塞いだ後に、電源装置２を起動する。所定時間だけ電源装置２のスイッチ２２を非道通とするとともにスイッチ２１を導通してコンデンサ２０に電荷を蓄積させる。上記所定時間経過後にスイッチ２２を導通すると、電極装置３の放電部３０の電極３５；３６に電圧が印加されて、放電部３０で放電を生じる。この放電によるエネルギーによって押圧された非圧縮体が溝７の内面（溝壁４５及び溝底４６）を押圧することによってコンクリート版４を破砕したり、放電によるエネルギーによって非圧縮体４２の一部が気化することで体積膨張して溝７の内面を押圧することによってコンクリート版４を破砕する。即ち、放電の際に発生するエネルギーにより生じた圧力によってコンクリート版４が破砕される。
尚、重り４３は、放電の際に発生するエネルギーによって生じた圧力を受けても浮き上がらない重量のものを用いれば、放電の際に発生するエネルギーによって生じた圧力が溝７の外に漏れることなく溝７の内面に加わるので、より効果的である。
即ち、コンクリート版４の一方の面５に互いに独立した複数の溝７を形成し、それぞれの溝７内に電極装置３の放電部３０と放電部３０を取り囲む非圧縮体４２とを設け、放電の際に発生するエネルギーによって生じた圧力が溝７外に漏れないように、溝７の上部１０の開口を被せ材としての重り４３によって塞いだ状態で、放電部３０の電極３５；３６に電圧を印加して放電による圧力を発生させ、圧力によってコンクリート版４を破砕する。
尚、放電の際に生じた圧力の漏れ防止効果を高めるために、面５に電極装置３の電線３７を入り込ませる細溝を形成しておいたり、重り４３の下面とコンクリート版４の面５との間にゴムシートやウレタンシートのような密着性維持材を介在させることが好ましい。

最良の形態１によれば、コンクリート版４の一方の面５に複数の独立した溝７を形成し、これら溝７内に個別に電極装置３の放電部３０を設置し、各溝７内で個別に放電するようにした。溝７の大きさや形成場所、形成個数などは自由であるが、溝７の大きさや形成場所、形成個数などで適切に設定することによりコンクリート版４を効果的に破砕することが可能となる。また、放電部３０を自由に簡単に形成でき、構成が簡単で、低コストな電極装置３を用いた放電破砕方法を実現できる。

最良の形態１によれば、重り４３により溝７の上部１０の開口を塞ぐことによって、放電の際に発生するエネルギーによって生じた圧力が溝７の外に漏れにくいように構成してから放電を行うので、放電の際に発生するエネルギーによって生じた圧力が溝７の内面に加わるようになる。この内面に加わる圧力が、コンクリート版４のコンクリートを自由面となる側面４ｓ側に移動させる力となってコンクリートに伝わることにより、コンクリートにひび割れ（亀裂）Ｄが生じてコンクリート版４が破砕する。また、溝７が、図１；２に示すように、溝壁４５と溝底４６との境界である角部４７を備えるため、角部４７がひび割れＤの起点となってコンクリートにひび割れＤを生じやすくなるので、コンクリート版４を効果的に破砕できる。

また、厚さｄが縦の長さａや横の長さｂよりも短い寸法に形成された平板状のコンクリート版４を破砕対象物としたことで、厚さｄの短いコンクリート版４を電線３７による電極装置３の放電部３０での放電により破砕でき、電源装置２のコンデンサ２０の容量を小さくできて、電源装置２の省コスト化が図れる。

図６に示した従来の放電破砕方法でコンクリート版４を細かく破砕しようとする場合、図４（（ａ）図は平面図、（ｂ）図は（ａ）図のＡ−Ａ断面図）に示すように、コンクリート版４に一方の面５から他方の面６の方向に延長する孔６１を多数形成した後に、適当な孔６１内に水と電極装置７０の放電部とを入れて放電させることによってコンクリート版４を破砕したり、孔６１を、一方の面５の縁部に近い側から１つずつ形成して行ってその孔６１内で放電を行わせてコンクリート版４の縁部側から順番に破砕していく必要がある。即ち、一方の面５に多数の孔６１を形成する必要があり、多数の孔６１を形成する作業が煩わしい。

一方、最良の形態による放電破砕方法によれば、一方の面５に溝７を１つ又は少数形成して、溝７内での放電により、例えば、図３に示すように、コンクリート版４を効率的に細かく破砕でき、多数の孔６１を形成する場合に比べて作業を簡単にできる。
特に、コンクリート版４のような平板状の破砕対象物を破砕する場合は、面に少数の溝７を形成して、溝７内で放電を行わせることによってコンクリート版４を効率的に細かく破砕できる。

また、図６に示した従来の放電破砕方法では、コンクリート版４の厚さ寸法が比較的小さい場合は、孔６１の深さ寸法ｔ（図４（ｂ）参照）も小さくなり、電極装置７０の放電部や非圧縮体を収納するための孔６１内の大きさも小さくなるので、電極装置７０の放電部が孔６１内に入らない場合は、コンクリート版４を破砕できなくなる。電極装置７０の放電部が孔６１内に入ったとしても孔６１内に入る電極装置７０の放電部の数が少なくなってしまって、１つ１つの孔６１内での放電により生じる圧力は小さくなるので、一方の面５に多数の孔６１を形成して、いくつかの個々の孔６１内で１回ずつ順番に放電を行わなければならず、多数の孔６１を形成する作業及び放電作業が煩わしくなる。

尚、重り４３と、面５側に向けられる重り４３の一面に設けられたゴムシートやウレタンシートのような密着性維持材とで構成された被せ材を用い、被せ材の密着性維持材を面５側に向けて面５に被せ材を被せれば、面５と密着性維持材との密着性が向上し、面５と密着性維持材との間から圧力が抜けるようなこと（圧力漏れ）を防止でき、コンクリート版４を効率的に破砕できる。

最良の形態２
図６を参照し、最良の形態２について説明する。図６（ａ）；図６（ｃ）は平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
破砕対象物が、縁の切れていないコンクリート構造体４Ａ、例えば、道路や橋の床を形成する床版、既設建設物の床や壁などの場合、コンクリート構造体４Ａの縁の切れていない一方の面５Ａに設けた溝７（以下、最良の形態２では放電溝という）の近傍に自由面を形成する溝７９（以下、最良の形態２では自由溝という）を設ける。即ち、自由溝７９の内面が自由面となる。例えば、図６（ａ）や図６（ｂ）のように、自由溝７９と放電溝７とを並べて形成したり、図６（ｃ）のように、一方の面５Ａにおいて放電溝７を取り囲むように自由溝７９を形成する。自由溝７９は放電溝７より所定の距離Ｗを隔てた場所に形成する。距離Ｗは、放電溝７内での放電の際に発生するエネルギーによって生じた圧力が自由面に及び得る距離に決める。自由溝７９の溝幅Ｐは放電溝７の溝幅ｅより小さくてよく、例えば５ｍｍ程度でよい。
最良の形態２によれば、放電溝７内での放電の際に発生するエネルギーによって生じた圧力が自由溝７９の自由面に及ぶことによってコンクリート構造体４Ａを効率的に破砕できる。
図示しないが、自由溝７９は、一方の面５Ａから他方の面６Ａの方向に向けて斜めに延長するよう形成された溝であってもよい。
また、図６（ｂ）に示す自由溝７９の深さＱは、深くした方が自由面の面積を大きくできるので好ましく、放電溝７の深さＲ以上とすれば自由面を他方の面６の近くまで形成できて好ましい。
図６の自由溝７９の代わりに放電溝７としても利用する図外の兼用溝を形成し、放電溝７での放電の際に当該兼用溝の内面を自由面として機能させてもよい。
尚、コンクリート構造体４Ａの一方の面５Ａから他方の面６Ａまでの距離、即ち、コンクリート構造体４Ａの厚さＶ（図６（ｂ）参照）が薄く、面６Ａが自由面として機能する場合には、自由溝７９を形成しなくても良い。

あらかじめ溝７の溝底４６に粘土を盛っておき、電線３７の端部を粘土に押し込んで固定することで放電部３０を形成してもよい。
コンクリート版４の面５の上に被せ材としての金属板などの剛板を載せて、図外の万力装置のあごで剛板の面とコンクリート版４の面６とを挟み付けて固定してから、放電を行うようにしても良い。面５と剛板との間に密着性維持材を設ければ、放電により生じた圧力の漏れを効果的に防止できて好ましい。コンクリート版４の面５側に向けられる面に予め密着性維持材が取り付けられた剛板を用いても良い。
間隔維持材３１としては、絶縁ビニル粘着テープ、締結バンドの他に、ゴムバンド、専用の接続具なども使用できる。
コンクリート版４の一方の面５を下に向けて図外の平板載台の上に載せて放電を行えば、重り４３を不要とできる。この場合、非圧縮体４２がこぼれないように、非圧縮体４２として高粘性の非圧縮体を用いればよい。
本発明の放電破砕方法によれば、橋や道路の床として使用された平板状の床版であって、鉄板のような非コンクリート部分とコンクリート部分とが互いに結合された床版のコンクリート部分、あるいは、平板状の鉄筋コンクリート版なども効率的に破砕できる。
破砕対象物はコンクリート塊や岩石のような塊状のものであっても良い。この場合、塊状の破砕対象物の面としての外面に溝を形成し、溝内に放電部を設置し、放電部の周囲に非圧縮体を設け、溝の開口を被せ材で塞いで放電を行わせることで当該塊状の破砕対象物を破砕できる。

放電破砕装置及び破砕対象物を示す図（最良の形態１）。放電破砕方法の工程を示す図（最良の形態１）。コンクリート版の破砕状態を示す図（最良の形態１）。コンクリート版を従来の放電破砕方法で破砕する場合の孔の設け方を示す図。自由面の形成例を示す図（最良の形態２）。従来の放電破砕装置及び破砕対象物を示す図。

符号の説明

１放電破砕装置、２電源装置、３電極装置、
４コンクリート版（破砕対象物）、５一方の面（面）、６他方の面、７溝、
３０放電部、３１間隔維持材、３５；３６放電部の電極、
３７電線、４２非圧縮体（圧力伝達媒体）、４３重り（被せ材）。

Claims

破砕対象物の面に互いに独立した複数の溝を形成し、それぞれの溝内に、電極装置の放電部と放電部を取り囲む圧力伝達媒体とを設け、放電部及び圧力伝達媒体の設置された溝の開口を被せ材で塞いだ状態で、放電部の電極に電圧を印加して放電させることによって破砕対象物を破砕することを特徴とする放電破砕方法。
破砕対象物は、上記面を形成する一方の面と当該一方の面と相対向する他方の面とを備えた平板状であることを特徴とする請求項１に記載の放電破砕方法。