JP2008272658A - 放電破砕方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放電により生じた圧力を破砕対象物に有効に伝えることができて、破砕対象物を効率的に破砕できる放電破砕方法を提供する。
【解決手段】本発明による放電破砕方法は、破砕対象物１に孔３又は溝を形成し、孔３内又は溝内に電極４０の放電部４６と放電部４６を取り囲む固体５とを設けた後に、電極４０に電圧を印加して放電部４６で放電させることによって破砕対象物１を破砕したことを特徴とする。例えば、電極４０の放電部４６を破砕対象物１の孔３内又は溝内に設置した後に、孔３内又は溝内に、流動性を有した状態から固化する物質を充填して固化させることによって放電部４６を取り囲む固体５を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、破砕対象物を効率的に破砕可能な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）。つまり、破砕対象物に孔を形成し、この孔内に電極の放電部を挿入した状態で電極に電圧を印加することによって放電部で放電させてそのエネルギーで破砕対象物を破砕する。
特開２００３−３１１１７５号公報 特開２００３−３２０２６８号公報

しかしながら、上記放電破砕方法で破砕対象物を破砕する場合には、孔内に挿入した電極の放電部で発生した圧力が孔の外に漏れてしまったり、電極の放電部そのものが孔外に飛び出してしまったりすることによって、放電により生じた圧力が破砕対象物に伝わりにくくなり、破砕対象物を効率的に破砕できない。
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、放電により生じた圧力を破砕対象物に有効に伝えることができて、破砕対象物を効率的に破砕できる放電破砕方法を提供する。

本発明の放電破砕方法は、破砕対象物に孔又は溝を形成し、孔内又は溝内に電極の放電部と放電部を取り囲む固体とを設けた後に、電極に電圧を印加して放電部で放電させることによって破砕対象物を破砕したことを特徴とする。
電極の放電部を破砕対象物の孔内又は溝内に設置した後に、孔内又は溝内に、流動性を有した状態から固化する物質を充填して固化させることによって放電部を取り囲む固体を形成したことも特徴とする。
流動性を有した状態から固化する物質によって放電部を取り囲む固体を形成し、当該固体を破砕対象物の孔内又は溝内に入れた後に、電極に電圧を印加したことも特徴とする。
流動性を有した状態から固化する物質が、コンクリート又はモルタルであることも特徴とする。
固体が、放電部の周囲を取り囲むように圧力伝達媒体を貯留した貯留部を備えたことも特徴とする。

本発明の放電破砕方法によれば、破砕対象物に形成された孔内又は溝内に設けられた固体が、放電の際に放電部を孔内又は溝内に留置する錘となるため、放電部で発生した圧力が孔又は溝の外へ漏れたり、放電部が孔又は溝の外に飛び出したりすることを防止する。よって、放電により生じた圧力を破砕対象物に有効に伝えることができて、破砕対象物を効率的に破砕できる。
電極の放電部を破砕対象物の孔内又は溝内に設置した後に、孔内又は溝内に、流動性を有した状態から固化する物質を充填して固化させることによって放電部を取り囲む固体を形成すれば、孔内又は溝内で固体を形成できるので、孔内又は溝内の面と固体との結合力を高めることができ、放電部で発生した圧力が孔又は溝の外へ漏れたり、放電部が孔又は溝の外に飛び出したりすることをより効果的に防止できる。
流動性を有した状態から固化する物質によって放電部を取り囲む固体を形成し、当該固体を破砕対象物の孔内又は溝内に入れた後に、電極に電圧を印加すれば、破砕対象物に対する孔又は溝の形成作業と固体の形成作業とを別々に並行して行うことができるため、工期を短くできる。
流動性を有した状態から固化する物質として、コンクリート又はモルタルを用いれば、孔内又は溝内の面と固体との結合力をより高めることができる。
固体が、放電部の周囲を取り囲むように圧力伝達媒体を貯留した貯留部を備れば、放電による破砕力を大きくできる。

図１乃至図３は最良の形態を示し、図１は放電破砕方法の手順を示し、図２は放電破砕装置を示し、図３はワイヤ電極の放電ギャップの間隔保持構造を断面で示す。

まず、図２；３を参照し、放電破砕装置の電極装置９及び電源装置８の構造を詳細に説明する。図２に示すように、電源装置８は、昇圧装置１２、パルスパワー出力装置１３を備える。昇圧装置１２は、電源電圧入力部１４Ａ、図外の変圧器を備えた昇圧回路１５、出力部１４を備える。昇圧回路１５は、電源電圧入力部１４Ａに接続された電源ケーブル１４Ｃ経由で三相交流２００Ｖ電源電圧を入力して例えば直流２２ｋＶの電圧を生成し、直流２２ｋＶの電圧を出力部１４より出力する。出力部１４は、正極端子１４ａと負極端子１４ｂとを備える。パルスパワー出力装置１３は、入力端子１６、充電回路１７、出力部としての電極接続部１８を備える。入力端子１６は、正極端子１６ａと負極端子１６ｂとを備える。電極接続部１８は、正極端子１８ａと負極端子１８ｂとを備える。充電回路１７は、正極線１７ａ、負極線１７ｂ、コンデンサ装置１９、コンデンサ装置接続部２０、スイッチ２１；２２を備える。正極線１７ａには、スイッチ２１とスイッチ２２とが直列に接続される。正極線１７ａの一端が入力端子１６の正極端子１６ａに接続され、正極線１７ａの他端が電極接続部１８の正極端子１８ａに接続される。負極線１７ｂの一端が入力端子１６の負極端子１６ｂに接続され、負極線１７ｂの他端が電極接続部１８の負極端子１８ｂに接続される。コンデンサ装置接続部２０は、正極線１７ａにおけるスイッチ２１とスイッチ２２との間に並列に接続された複数の正極接続端子２０ａと、負極線１７ｂに並列に接続された複数の負極接続端子２０ｂとを備える。１対の正極接続端子２０ａと負極接続端子２０ｂとによりコンデンサ装置１９を１つ接続するためのコンデンサ装置接続端子２０Ａが形成される。即ち、コンデンサ装置接続部２０は、複数のコンデンサ装置接続端子２０Ａを備えるため、昇圧装置１２及び電極接続部１８に複数のコンデンサ装置１９を接続可能である。コンデンサ装置接続部２０は、例えば６個のコンデンサ装置接続端子２０Ａを備え、１個から６個までの任意の数のコンデンサ装置１９を接続可能である。即ち、コンデンサ装置１９を１個から６個まで任意に増減可能な電源装置８を得ることができる。スイッチ２１はコンデンサ装置１９に昇圧装置１２から供給された電圧を充電させるためのスイッチ、スイッチ２２はコンデンサ装置１９に充電された電荷を放電させて電極接続部１８経由で電極装置９に出力させるためのスイッチである。図示しないが、充電回路１７は接地（アース）されている。

電極装置９は、接続コード部３１、電極部３２を備える。接続コード部３１は、電源装置８の電極接続部１８の正極端子１８ａ及び負極端子１８ｂの各々に接続される正極端子３５ａ及び負極端子３５ｂを備えた入力側コネクタ３５と、電極部３２の電極接続コネクタ３６に接続される出力側コネクタ３７と、入力側コネクタ３５と出力側コネクタ３７とを接続する電気接続コード３８とを備える。電極部３２は、出力側コネクタ３７と接続される電極接続コネクタ３６と、電極４０とを備える。つまり、電極部３２は、接続コード部３１の出力側コネクタ３７に着脱可能な電極接続コネクタ３６を備え、電極接続コネクタ３６が電線４３を着脱自在に接続できる図外の電線取付部を備えるため、ワイヤ電極４１と同軸電極４２との交換を容易にできる。

電極４０としては、例えば、ワイヤ電極４１を用いる。ワイヤ電極４１は、電線４３が切断され、電線４３の切断面と電線４３の切断面との間が間隔保持材４５によって一定の放電間隔（ギャップ）に維持されたことによって放電部４６が形成された構成である。電線４３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。ワイヤ電極４１は放電部４６を１つ以上備える。

図３に示すように、間隔保持材４５は、筒状に形成され、筒孔の両端部により形成された電線固定部６１；６２と、筒孔の中央部により形成された間隔維持部６３とを備える。電線固定部６１；６２の孔径は電線４３が嵌合する寸法の径に形成される。間隔維持部６３の孔径は電線固定部６１；６２の径よりも小さい径に形成される。電線固定部６１、電線固定部６２、間隔維持部６３の中心軸は同一である。間隔維持部６３と電線固定部６１；６２との段差部である段差面によりストッパとしての電線端面突当面６４；６５が形成される。電線固定部６１；６２に嵌合された電線４３；４３の端面がそれぞれ電線端面突当面６４；６５に突き当てられた状態で、間隔保持材４５と電線４３とが図外の接着テープや接着剤などで互いに固定されることによって、間隔維持部６３が電線４３と電線４３との間に放電ギャップｇを形成する。即ち、間隔維持部６３が電線固定部６１；６２に固定された電線４３の端面と電線４３の端面との間に放電ギャップとしての間隔ｇを維持するので、放電部４６の放電ギャップを簡単かつ正確に設定できる。尚、絶縁ビニル粘着テープ、締結バンド、ゴムバンド、専用の接続具などを間隔保持材４５として使用してもよい。

電極４０として同軸電極４２を使用してもよい。図２に示すように、同軸電極４２は、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。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、電源装置８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、同軸電極４２は、複数の放電部を備える。この場合、電極部３２は、出力側コネクタ３７と接続される電極接続コネクタ３６と、同軸電極４２とを備えるので、出力側コネクタ３７に対する電極接続コネクタ３６の着脱により同軸電極４２を容易に交換できる。

図１を参照し、放電破砕方法を説明する。図１（ａ）に示すように、コンクリート構造物のような破砕対象物１の破砕対象部２に孔３を形成し、図１（ｂ）に示すように、孔３内に電極４０の放電部４６を設置した後に、放電部４６を設置した孔３内に、流動性を有した状態から固化する物質４として、例えば、生コンと呼ばれる流動性を有したコンクリート又は流動性を有したモルタルを充填する。尚、物質４が放電部４６の放電ギャップに入り込まないように、放電ギャップの回りを上述した間隔保持材４５やテープなどで封止する。そして、物質４としてのコンクリート又はモルタルが固化することによって、放電部４６を取り囲む固体５としてのコンクリート又はモルタルが孔３内のコンクリート内面６と結合して孔３内に固定された状態となる。コンクリート又はモルタルが固化した後に電極４０に電圧を印加して放電部４６で放電させる。この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破砕対象物１の破砕対象部２が破砕される。尚、電極接続コネクタ３６；３６を備えた電極４０を用意しておいて、電極４０の放電部４６を孔３内に入れるとともに電極接続コネクタ３６を孔３の外に引き出しておいてから孔３内にコンクリート又はモルタルを充填し、コンクリート又はモルタルが固化した後に、電極接続コネクタ３６と電源装置８の電気接続コード３８の出力側コネクタ３７とを接続してから電極４０に電圧を印加すればよい。

最良の形態１の放電破砕方法によれば、孔３内で固体５を形成でき、孔３内のコンクリート内面６と固体５との結合力を高めることができ、固体５が、放電の際に放電部４６を孔３内に留置する錘となるため、放電部４６で発生した圧力が孔３の外へ漏れたり、放電部４６が孔３の外に飛び出したりすることが防止され、放電により生じた圧力を破砕対象物１に有効に伝えることができて、破砕対象物１を効率的に破砕できる。つまり、放電により生じる圧力が破砕対象物１の内部のコンクリートに確実に伝わるため、放電による破砕力を大きくできる。また、固体５を形成する流動性を有した状態から固化する物質４としてコンクリート又はモルタルを用いたことにより、破砕対象物１の孔３内に充填しやすくなって作業が容易となるとともに、孔３内のコンクリート内面６との結合力が大きくなり、固体５が孔３内に固定しやすくなるため、放電部４６で発生した圧力の孔３の外へ漏れや放電部４６の孔３の外への飛び出しを効果的に防止できる。

最良の形態２
図４；図５を参照し、最良の形態２を説明する。最良の形態２では、放電部４６の周囲を取り囲むように非圧縮体である水やゲルのような圧力伝達媒体５０を貯留する貯留手段５１を備えた電極４０を孔３内に設置した後に、流動性を有した状態から固化する物質を孔３内に充填する。図４に示すように、貯留手段５１は、例えば、放電部４６を収納する筒体５２と筒体５２の両端を塞ぐ蓋５４；５５とを有した例えば合成樹脂製の筒ケースにより形成される。一方の蓋５４には、ワイヤ電極４１の電線４３や図４；５に図示しない同軸電極４２の軸を通す孔５６が形成される。例えば、筒体５２の筒の他端が他方の蓋５５で塞がれた他端閉塞筒５７と一方の蓋５４とを別々に用意し、他端閉塞筒５７の筒の一端開放口５８から筒体５２の内側にワイヤ電極４１や同軸電極４２の放電部４６を挿入して収納するとともに、他端閉塞筒５７の筒内に圧力伝達媒体５０としての水を充填した後に、一方の蓋５４の孔５６にワイヤ電極４１の電線４３や同軸電極４２の軸を通して、一方の蓋５４で他端閉塞筒５７の筒の一端開放口５８を塞ぐように一方の蓋５４と他端閉塞筒５７の筒の一端開放縁とを接着剤などで接着する。そして、このようにワイヤ電極４１や同軸電極４２に取り付けられた貯留手段５１を孔３内に設置するとともに、電極接続コネクタ３６；３６を孔３の外に引き出しておいて、流動性を有した状態から固化する物質４としてのコンクリート又はモルタルを孔３内に充填する。そして、コンクリート又はモルタルが固化して固体５となることにより、孔３内に固定された固体５が、図５に示すように、ワイヤ電極４１や同軸電極４２の放電部４６の周囲を取り囲むように水を貯留した貯留部６０を備えた構成となる。そして、電源装置８からワイヤ電極４１に電圧を印加することにより、放電部４６で放電を生じさせる。最良の形態２によれば、放電によるエネルギーによって押圧された水が放電部４６の周囲のコンクリートを押圧してコンクリートを破砕したり、放電によるエネルギーによって水の一部が気化することで体積膨張して放電部４６の周囲のコンクリートを押圧してコンクリートを破砕する。つまり、孔３内に設置された固体５が、ワイヤ電極４１や同軸電極４２の放電部４６の周囲を取り囲むように水を貯留した貯留部６０を備えた構成となるので、放電部４６の周囲の水によって、放電による破砕力を大きくできる。

最良の形態３
図６；図７を参照し、最良の形態３を説明する。尚、図４；図５と同一部分には同一符号を付している。最良の形態３では、図６に示すように、貯留手段５１として、ワイヤ電極４１の電線４３や図６；７に図示しない同軸電極４２の軸を通す孔５６及び注水ホース８０を通す孔８１が形成された一方の蓋５４を備えた筒ケースを用いる。そして、他端閉塞筒５７と一方の蓋５４とを別々に用意し、他端閉塞筒５７の筒の一端開放口５８から筒体５２の内側にワイヤ電極４１や同軸電極４２の放電部４６を挿入して収納するとともに、一方の蓋５４の孔５６にワイヤ電極４１の電線４３や同軸電極４２の軸を通して、一方の蓋５４で他端閉塞筒５７の筒の一端開放口５８を塞ぐように一方の蓋５４と他端閉塞筒５７の筒の一端開放縁とを接着剤などで接着する。そして、注水ホース８０の一端を一方の蓋５４の孔８１に通して筒体５２の筒内に挿入する。このようにワイヤ電極４１や同軸電極４２に取り付けられた貯留手段５１を孔３内に設置し、注水ホース８０の他端と電極接続コネクタ３６；３６とを孔３の外に引き出しておいて、流動性を有した状態から固化する物質としてのコンクリート又はモルタルを孔３内に充填する。そして、コンクリート又はモルタルが固化して固体５となることにより、孔３内に固定された固体５が、ワイヤ電極４１や同軸電極４２の放電部４６を取り囲んで水を貯留可能な貯留手段５１を備えた構成となる。そして、引き出しておいた注水ホース８０の他端から筒体５２の筒内に水を注入することによって、図７に示すように、孔３内に固定された固体５が、ワイヤ電極４１や同軸電極４２の放電部４６の周囲を取り囲むように水を貯留した貯留部６０を備えた構成となる。最良の形態２のように、コンクリート又はモルタルを孔３内に充填する前に貯留手段５１に水を貯留しておく場合、コンクリート又はモルタルを孔３内に充填した際に貯留手段５１の水が漏れてしまって放電の際に放電部４６の周囲に水が無いことが生じ得るが、最良の形態３では、コンクリート又はモルタルが固化して固体５となった後、放電を行う直前に電極４０の放電部４６の周囲に水を設けることができるので、放電部４６の周囲を取り囲むように水が貯留された状態において放電を行うことができるようになり、放電による破砕力を大きくできる。

最良の形態４
図８（ａ）に示すように、破砕対象物１の破砕対象部２に孔３を形成し、図８（ｂ）に示すように、流動性を有した状態から固化する物質４によって電極４０の放電部４６を取り囲む固体５を型枠９０などを用いて形成し、図８（ｃ）に示すように、当該固体５を破砕対象物１の孔３内に入れた後に、電極４０に電圧を印加する。尚、物質４が放電部４６の放電ギャップに入り込まないように、放電ギャップの回りを上述した間隔保持材４５やテープなどで封止する。最良の形態４によれば、破砕対象物１に対する孔３の形成作業と、固体５の形成作業とを別々に並行して行うことができため、工期を短くできるという利点がある。最良の形態１乃至３では、破砕対象物１に孔３を形成する作業、孔３内に流動性を有した状態から固化する物質４を充填する作業を順番に行い、かつ、この物質４が固化するの待たなくてはならないので、工期が長くなる。従って、最良の形態４の方法は、工期が短い場合に採用すれば効果的である。

最良の形態４では、孔３の径より若干大きめの径の固体５を形成し、この固体５を孔３内に叩き込むようにすることで固体５を孔３内に固定状態に設置すれば、放電部４６で発生した圧力の孔３外への漏れや放電部４６が孔３から外れたりすることを効果的に防止できて好ましい。固体５の径が孔３の径より小さい場合には、孔３内に固体５を入れて固体５と外周面と孔３の内周面との間に物質４を充填すればよい。また、孔３の内壁９１に雌ねじを形成するとともにこの雌ねじに対応した雄ねじを外周面９２に備えた固体５を形成すれば、固体５の雄ねじと孔の雌ねじとのねじ係合により固体５を孔３内に確実に固定状態に設置できるので、放電部４６で発生した圧力の孔３外への漏れや放電部４６が孔３から外れたりすることを効果的に防止できる。

本発明は、破砕対象物１の破砕対象部２に溝を形成し、溝内に電極４０の放電部４６と放電部４６を取り囲む固体５とを設けた後に、電極４０に電圧を印加するようにしてもよい。破砕対象物１の破砕対象部２に孔３を形成する方法では、破砕対象部２の範囲が大きい場合には、多数の孔３を個々に形成しなければならず、作業が煩雑になることがある。破砕対象物１の破砕対象部２に溝を形成する方法では、破砕対象部２の範囲内に渡って溝を形成することができ、作業を容易にできる。例えば、破砕対象物１が道路の床版のような平板状である場合には、平面に孔３を多数形成する場合に比べて平面に連続する溝を形成する方が作業を容易にできるという利点がある。

放電破砕方法を示す図（最良の形態１）。 放電破砕装置を示す構成図（最良の形態１）。 ワイヤ電極の放電間隔保持構造を示す断面図（最良の形態１）。 貯留手段を示す分解斜視図（最良の形態２）。 孔内に貯留部付き固体が設置された状態を示す断面図（最良の形態２）。 貯留手段を示す分解斜視図（最良の形態３）。 孔内に貯留部付き固体が設置された状態を示す断面図（最良の形態３）。 放電破砕方法を示す図（最良の形態４）。

符号の説明

１ 破砕対象物、３ 孔、４ 物質、５ 固体、４０ 電極、４６ 放電部、
５０ 圧力伝達媒体、６０ 貯留部。

Claims (5)

1. 破砕対象物に孔又は溝を形成し、孔内又は溝内に電極の放電部と放電部を取り囲む固体とを設けた後に、電極に電圧を印加して放電部で放電させることによって破砕対象物を破砕したことを特徴とする放電破砕方法。
2. 電極の放電部を破砕対象物の孔内又は溝内に設置した後に、孔内又は溝内に、流動性を有した状態から固化する物質を充填して固化させることによって放電部を取り囲む固体を形成したことを特徴とする請求項１に記載の放電破砕方法。
3. 流動性を有した状態から固化する物質によって放電部を取り囲む固体を形成し、当該固体を破砕対象物の孔内又は溝内に入れた後に、電極に電圧を印加したことを特徴とする請求項１に記載の放電破砕方法。
4. 流動性を有した状態から固化する物質が、コンクリート又はモルタルであることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の放電破砕方法。
5. 固体が、放電部の周囲を取り囲むように圧力伝達媒体を貯留した貯留部を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の放電破砕方法。

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