JP2980512B2 - 被破壊物の破壊方法 - Google Patents

被破壊物の破壊方法

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JP2980512B2 JP6027172A JP2717294A JP2980512B2 JP 2980512 B2 JP2980512 B2 JP 2980512B2 JP 6027172 A JP6027172 A JP 6027172A JP 2717294 A JP2717294 A JP 2717294A JP 2980512 B2 JP2980512 B2 JP 2980512B2
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英彦 前畑
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42AMMUNITION; BLASTING
    • F42DBLASTING
    • F42D3/00Particular applications of blasting techniques

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、放電による衝撃エネル
ギーを用いた被破壊物の破壊方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、図8に示すように、例えば岩盤な
どの被破壊物50を破壊するための破壊装置51は、一
対の電極52,53の先端にCu,Al等からなる金属
細線54を接続し、この金属細線54に放電供給するた
めに電源としてコンデンサー55を用いたものがある。
【0003】そしてこの破壊装置51を用いて被破壊物
50を破壊する際は、被破壊物50の所定位置に装着穴
56を穿ち、この装着穴56に破壊用水57を満たし、
電極52,53および金属細線54を破壊用液57に浸
漬し、コンデンサー55に電気エネルギーを充電蓄積し
て金属細線54に放電供給する。すると、金属細線54
が急激に溶融蒸発化するとともに破壊用液57が気化し
てその衝撃力を受け、被破壊物50が破壊する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、被破壊
物50の上方から装着穴56を穿つ場合は、この装着穴
56に破壊用液57を満たすことができるが、同図に示
すように被破壊物50の破壊に適した位置がその側部で
あって水平な方向に装着穴56を穿つ必要がある場合
や、被破壊物50の破壊に適した位置がその下部であっ
て仰角方向に装着穴56を穿つ必要がある場合である
と、装着穴56に破壊用液57を満たすことができず、
被破壊物50の破壊が困難となる。
【0005】ところで近年、様々なイベントが開催され
るが、これに用いられるパビリオン等の仮施設的な構造
物は、多くの場合撤去期日が指定されている。そしてこ
れらの構造物を撤去する場合は、仮施設的な構造物であ
っても恒久的な構造物と同様の大がかりな規模の撤去工
事が必要であるし、またダイナマイトのように火薬を用
いた破壊方法は危険が伴う。
【0006】そこで、本発明は、上記課題を解決し得る
被破壊物の破壊方法の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明における課題を解
決するための手段は、破壊容器に充填した破壊用流動物
質に一対の電極および電極どうしを接続した銅製の金属
細線を浸漬した状態で、コンデンサーに予め充電蓄積し
た電気エネルギーを、電極を介して前記金属細線に短時
間で放電供給することでこれを急激に溶融蒸発させ、そ
の際に発生する衝撃力で被破壊物を破壊する破壊方法で
あって、電気エネルギーを放電供給した際に金属細線に
流れる最大電流値をI(A)とし、電気エネルギーの供給
開始から最大電流値Iになるまでの間の時間をt(se
c)としたとき、下記の式を満足する断面積S(mm 2 )を
有する金属細線を用いるものである。
【0008】S≦5×10-3・I・t1/2
【0009】このように、金属細線を選定するにあたっ
て、電気エネルギーを放電供給した際に金属細線に流れ
る最大電流値をI(A)とし、電気エネルギーの供給開始
から最大電流値Iになるまでの間の時間をt(sec)と
し、金属細線の断面積をS(mm 2 )としたとき、S、I
およびtの関係を上記式から理論的に求めて金属細線が
溶融蒸発する際に発生する衝撃力を正確に把握し得るの
で、破壊作業の都度実験によって金属細線の断面積を求
める必要がない。
【0010】
【実施例】以下、本発明破壊装置の実施例を、図1の破
壊容器の一部破断正面図、図2の破壊装置の全体構成
図、図3の破壊容器を被破壊物(岩盤)に装着した状態
の全体構成図、図4の電流と時間の関係を表すグラフ
図、図5および図6のグラフ図、図7のビルディングな
どのコンクリート製の被破壊物に破壊容器を装着した状
態の断面図に基づいて説明する。
【0011】図1および図2に示すように、本発明の第
一実施例に係る破壊装置1は、プラスチックゴム(合成
ゴム)や防水処理紙製の破壊容器2に、破壊用流動物質
3(例えば水)が充填され、前記破壊容器2の天板2a
に一対の電極棒4,4(例えばCuからなる)が、貫通
孔2bから挿入され、前記両電極棒4,4は前記天板2
aにナットB1(又はかしめ)により固定されて破壊用
流動物質3に浸漬されるとともに破壊容器2に封入され
ている。
【0012】そしてこの破壊容器2は、図3に示すよう
に、岩盤などの被破壊物H1を破壊する際、その被破壊
物H1に形成した装着穴20aに装着するものである。
また前記両電極棒4,4は、その途中が電極棒4,4を
平行に保持するための保持部材7,7で保持され、両電
極棒4,4の先端部には、銅製の金属細線8が、溶接や
かしめにより破壊容器2の深さ方向に直角な方向に平行
に取付けられている。
【0013】そして前記両電極棒4,4が天板2aから
突出した部分が端子5,5とされ、前記天板2aに端子
5,5に絶縁皮膜が形成されるのを防止する端子カバー
6が取り付けられている。
【0014】また図2に示すように、前記金属細線8に
電気エネルギーを供給するためのエネルギー供給回路9
が設けられ、該エネルギー供給回路9は、前記端子5,
5に接続された電源装置10と、該電源装置10と両端
子5,5との間に並列接続されたコンデンサー(エネル
ギー蓄積回路)13と、電源装置10と一方の端子5と
の間に直列接続されるとともにコンデンサー13に蓄積
する電気エネルギー量を制御するための制御回路11
と、該制御回路11と一方の端子5との間に接続された
放電スイッチ12とから構成されている。
【0015】そして前記金属細線8は、その断面積をS
(mm2 )とし、金属細線8に流れる最大電流値をImax
(A)とし、前記放電スイッチ12のオン時から金属細
線8に流れる電流が最大電流値Imax になるまでの間の
最大時間をtmax (sec)としたとき、Imax 、t
max およびSとの間に、 S≦5×10-3・Imax ・tmax 1/2 ……………(1) の関係が成立するよう断面積が設定されている。
【0016】衝撃力は金属細線8に供給される電気エネ
ルギーに依存する。ところで、金属細線8に供給される
電気エネルギーは、(i2・R・t)であり、 i2・R・t =K1・Imax 2・R・tmax =K1・Imax 2・(Lp/S)・tmax……………(2) となる。ここで、 i:金属細線8に流れる電流値(∝Imax) Lp:金属細線8の長さ S:金属細線8の断面積 R:金属細線8の抵抗値(=ρLp/S∝Lp/S) t:金属細線8に電流が流れている時間(∝tmax) K1:定数 ところで、金属細線8で消費されるエネルギーは(K2
・S・Lp)と表すことができ(K2は定数)、従って、
上記(2)式から K1・Imax 2・(Lp/S)・tmax=K2・S・Lp となり、これより S=K・Imax・tmax 1/2 ……………(3) となり、この(3)式から K=S/(Imax・tmax 1/2)……………(4) が得られる。
【0017】図5は金属細線8の断面積Sと衝撃力(発
生圧力)Nとの関係を実験的に求めたグラフ図である。
図において実線で示す例はImax =6200A、tmax
=75μsecの場合、破線で示す例はImax =420
0A、tmax =75μsecの場合を示す。
【0018】この両曲線から明らかなように、衝撃力N
は金属細線8の断面積Sに大きく影響されるとともに、
いずれの場合も断面積Sが大きくなると、必要な衝撃力
が発生しなくなることが分かる。
【0019】なお図6は、上記二つの例におけるそれぞ
れのImax、tmaxおよびSとの関係である上記(4)
で得られる値Kを横軸にとり、衝撃力Nを縦軸にとっ
グラフで、金属細線8が銅線の場合、K=5×10-3
り大きい値では圧力が発生しないことが確認された。こ
のグラフから上記(4)式のKを5×10 -3 以下にした
上記(1)式を満足する断面積Sを有する金属細線8を
用いることによってのみ衝撃力Nが発生することが分か
り、Kを5×10 -3 以下にした場合にのみ、被破壊物H
1を破壊することができることが分かった。
【0020】そしてK=2×10-3以下の値で特に大き
な衝撃力Nが発生し、K=1.1×10-3で最大の衝撃
力Nが得られる。例えば、Imax =2000A、tmax
=75μsecの場合は、S=0.02mm2 とすること
により衝撃力が最も大きくなり、この条件下での実験に
よって、直径100mm、高さ200mmの円柱状コンクリ
ートブロックを破壊することができた。
【0021】実際における被破壊物H1の破壊方法につ
いては次のようにして行う。すなわち、Imax およびt
max の値を被破壊物H1の状況に応じて決定し、これら
の値から上記(1)式で算出される断面積Sを有する金
属細線8を介して電極4,4どうしを接続し、この金属
細線8および電極4,4を、破壊用流動物質3に浸漬し
て破壊容器2に封入し、図3に示すように、被破壊物H
1に装着穴20aを穿ち、この装着穴20aに破壊容器
2を装着し、上記のエネルギー供給回路9を端子5,5
に接続し、電気エネルギーをコンデンサー13に蓄積
し、放電スイッチ12をオンする。
【0022】こうすることにより、短時間の間に金属細
線8に電気エネルギーが供給され、金属細線8が溶融蒸
発するとともに破壊用流動物質3が気化し、その衝撃力
で被破壊物H1を破壊したり、あるいは脆弱化させたり
することができる。
【0023】このように本発明の実施例によれば、被破
壊物H1の破壊のために必要な衝撃力を発生させる金属
細線8の断面積Sを、Imax およびtmax の値を決める
ことによって予め理論的に求めることができ、このよう
にして求められた断面積Sを有する金属細線8を用いて
被破壊物H1を破壊するようにしたので、破壊作業の都
度、金属細線8の線径を変化させて実験的に求めなけれ
ばならないといった煩わしさがなくなり、またImax
よびtmax の値を決め金属細線8の断面積Sを算出する
ことにより、予め衝撃力を正確に想定できるので、被破
壊物H1の破壊効率を向上することができる。
【0024】また図3に示すように、被破壊物H1の途
中部分(側部)を破壊する場合は、装着穴20bを水平
方向に穿ち、この装着穴20bに破壊容器2を側方から
装着し、上記と同様にして金属細線8に電気エネルギー
を供給して破壊する。
【0025】このように本発明の第一実施例によれば、
被破壊物H1の途中部分に水平方向に装着穴20bを穿
っても、破壊装置1の破壊容器2にはすでに破壊用流動
物質3が充填されているので、破壊用流動物質3が装着
穴20bからこぼれだすといったことがない。従って被
破壊物H1に穿つ装着穴の方向がどのような方向であっ
ても対応できる。
【0026】さらに本発明の第一実施例によれば、電気
エネルギーを供給しない限り破壊容器2が爆発すること
がないので、破壊容器2を予め被破壊物H1に埋設した
としても、ダイナマイトのように被破壊物H1の振動に
よる爆発の心配がなく安全である。
【0027】なお広範囲の被破壊物を破壊する際、複数
個の破壊装置1に電気配線を接続してこれをまとめ、各
破壊装置に一度に又は順に電気エネルギーを供給するこ
とにより、効率よく被破壊物H1を破壊することができ
る。
【0028】ところで、上記実施例では破壊容器2内に
破壊用流動物質3として水などを用いたが、これに限定
されるものではなく、水の代わりにゼラチンや寒天など
のゲル状物質を充填し、このゲル状物質に電極棒4およ
び金属細線8を浸漬するよう構成してもよい。
【0029】そして、このゲル状物質を用いる破壊装置
1の場合、ゲル状物質は衝撃力の伝達速度に優れている
ので、被破壊物H1を破壊する際の破壊エネルギー効率
が良好であり、またゲル状物質は破壊容器2に充填する
作業が容易であるので、破壊装置1を容易に製造するこ
とができる。
【0030】さらに上記実施例では、岩盤を被破壊物H
1として説明したが、これに限定されるものではなく、
図7に示すように、ビルディングなどの被破壊物H2の
柱などを施工する際に、コンクリート中に破壊容器2を
予め所定箇所に埋設しておき、所定期間経過後に被破壊
物H2を破壊することもできる。
【0031】この場合、端子5,5の先端を電線14で
被破壊物H2の表面にまで導出しておき、これを絶縁材
からなる端子台15に取付け、この端子台15はボルト
B2により被破壊物H2に固定し、この端子台15は端
子カバー16で覆っておく。
【0032】そして被破壊物H2の破壊時に、上記実施
例と同様にエネルギー供給回路9を端子5,5に接続
し、所定の容量の電気エネルギーをコンデンサー13に
蓄積し、放電スイッチ12をオンする。このようにする
ことにより、短時間の間に金属細線8に電気エネルギー
が供給されて、金属細線8が溶融蒸発し、破壊用流動物
質3が気化してその衝撃力で被破壊物H2を破壊した
り、脆弱化したりすることができ、破壊時の安全性を向
上することができる。
【0033】
【発明の効果】以上の説明から明らかな通り本発明は、
金属細線を銅線とし、これに電気エネルギーを供給した
際に流れる最大電流値をIとし、電気エネルギーの供給
開始から最大電流値Iになるまでの間の時間をtとし、
金属細線の断面積をSとしたとき、I、tおよびSの関
係から被破壊物の破壊に必要な金属細線の断面積を理論
的に求めることができ、さらにこれによって求めた断面
積Sを有する金属細線を使用した場合の衝撃力を実験に
よって確認することができたので、予めI、tおよびS
との関係が分かるとともに発生する衝撃力を正確に把握
することができ、従って破壊作業の都度、金属細線の線
径を変化させて断面積を実験によって得なければならな
いといった煩わしさがなくなり、もって、被破壊物の破
壊効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す破壊装置の一部破断正面
図である。
【図2】同じく破壊装置の全体構成図である。
【図3】同じく破壊容器を被破壊物に装着した状態の全
体構成図である。
【図4】同じく電流と時間の関係を表すグラフ図であ
る。
【図5】同じく金属細線の断面積と衝撃力(発生圧力)
との関係を示したグラフ図である。
【図6】同じくK=(S/Imax )・tmax 1/2 で得ら
れる値を横軸にとり衝撃力を縦軸にとったグラフ図であ
る。
【図7】同じくビルディングなどのコンクリート製の被
破壊物に破壊容器を装着した状態の断面図である。
【図8】従来例を示す破壊容器を被破壊物に装着した状
態の全体構成図である。
【符号の説明】
1 破壊装置 2 破壊容器 3 破壊用流動物質 4 電極棒 5 端子 8 金属細線 9 エネルギー供給回路 10 電源装置 11 制御回路 12 放電スイッチ 13 コンデンサー 20a 装着穴 H1 岩盤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塚原 正徳 大阪府大阪市此花区西九条5丁目3番28 号 日立造船株式会社内 (72)発明者 井上 鉄也 大阪府大阪市此花区西九条5丁目3番28 号 日立造船株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−78765(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) E21C 37/18 E04G 23/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 破壊容器に充填した破壊用流動物質に一
    対の電極および電極どうしを接続した銅製の金属細線を
    浸漬した状態で、コンデンサーに予め充電蓄積した電気
    エネルギーを、電極を介して前記金属細線に短時間で放
    電供給することでこれを急激に溶融蒸発させ、その際に
    発生する衝撃力で被破壊物を破壊する破壊方法であっ
    て、電気エネルギーを放電供給した際に金属細線に流れ
    る最大電流値をI(A)とし、電気エネルギーの供給開始
    から最大電流値Iになるまでの間の時間をt(sec)と
    たとき、下記の式を満足する断面積S(mm 2 )を有す
    る金属細線を用いることを特徴とする被破壊物の破壊方
    法。 S≦5×10-3・I・t1/2
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