JP3103019B2 - 被破壊物の破壊装置および破壊方法 - Google Patents

被破壊物の破壊装置および破壊方法

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JP3103019B2 JP07189901A JP18990195A JP3103019B2 JP 3103019 B2 JP3103019 B2 JP 3103019B2 JP 07189901 A JP07189901 A JP 07189901A JP 18990195 A JP18990195 A JP 18990195A JP 3103019 B2 JP3103019 B2 JP 3103019B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】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装置および破壊方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、放電による衝撃エネルギーを用い
てコンクリート構造物や岩石などの被破壊物を破壊する
破壊装置には、図5に示すようなものがある。
【0003】すなわちこの破壊装置70は、被破壊物7
1に形成した装着孔72に充填した発生圧力伝達用の破
壊用物質(例えば水が用いられる)73に、先端部どう
しを金属細線74で接続して浸漬した一対の電極(例え
ば棒状のものや板状のものが用いられる)75と、金属
細線74に電気エネルギーを供給するためのエネルギー
供給装置78とを備え、このエネルギー供給装置78
は、電極75の端子76間に接続された電源装置77
と、この電源装置77と一方の端子76との間に直列接
続された充電スイッチ79、充電抵抗80および放電ス
イッチ81と、充電抵抗80と放電スイッチ81との間
で電源装置77に並列接続されたコンデンサー82とか
ら構成されている。
【0004】このように構成した破壊装置70を用いて
被破壊物71を破壊する方法は、充電スイッチ79をオ
ンしてコンデンサー82に所定量の電気エネルギーを充
電し、放電スイッチ81をオンする。すると、電気エネ
ルギーが短時間で金属細線74に供給され、金属細線7
4が急激に溶融気化するとともに、破壊用物質73が急
激に気化し、その際に発生する衝撃圧力で被破壊物71
が破壊される。
【0005】ところで、このような破壊装置70におい
て、次の関係式が成り立つ。 IC = (e-t/CR ) V0 /R VC =V0(1−e-t/CR ) ・・・(1) ここで、IC :充電電流値、VC :コンデンサー充電電
圧、V0 :電源装置の直流電源電圧、C:コンデンサー
の充電容量、R:充電抵抗値、t:充電スイッチをオン
している充電時間、である。
【0006】また破壊作業時間は、放電時間と充電時間
tが基準になるが、放電時間は瞬時であるため、結局、
破壊作業時間は、充電時間tが基準になるといえる。従
って、作業効率を向上させるためには充電時間tの短縮
化が不可欠となる。
【0007】ところで、VC =V0 となる時間が、充電
に必要な時間であるから、上記(1)式より、充電時間
tを短縮するためには充電抵抗値Rを小さくすればよい
ことが分かる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記破
壊装置70においてコンデンサー82へ所定の電気エネ
ルギーを充電する時間を短くするために充電抵抗値Rを
小さくすると、充電電流IC が増加してしまうことにな
り、そうすると、破壊装置70に付設する変圧器や整流
器などを容量の大きなものにしなければならず、このよ
うな破壊装置70では、コストが高くなり、また装置全
体が大掛かりなものになってしまう。
【0009】そこで本発明は、上記課題を解決し得る被
破壊物の破壊装置および破壊方法の提供を目的とする。
【0010】
【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、電極間を衝撃圧力伝達用の破壊用
物質に浸漬する金属細線で接続し、この金属細線に対し
電気エネルギーを供給するエネルギー供給装置を設け、
このエネルギー供給装置は、金属細線に供給する電気エ
ネルギーを充電蓄積するためのコンデンサーと、このコ
ンデンサーに電気エネルギーを供給するとともに電圧値
調節手段を有する可変電源装置と、コンデンサーに対し
て供給する充電電流値を検出するための検出手段を設
け、この検出手段がコンデンサーに対して供給する充電
電流値が予め設定した電流値に達したことを検出して作
動するリレー回路を設け、充電電流値が予め設定した電
流値に達した場合に、電圧値調節手段の駆動を停止する
ようにしてコンデンサーに電気エネルギーを充電蓄積
し、このコンデンサーに充電蓄積した電気エネルギー
を、圧力伝達用の破壊用物質に浸漬した金属細線に、短
時間で供給することにより、金属細線を急激に溶融気化
させるとともに破壊用物質を急激に気化させ、その際に
発生する衝撃圧力で被破壊物を破壊するものである。
【0011】エネルギー供給装置は、金属細線に供給す
る電気エネルギーを充電蓄積するためのコンデンサー
と、このコンデンサーに電気エネルギーを供給する電源
装置と、コンデンサーと電源装置との間に接続して、複
数の充電抵抗器とこれら充電抵抗器のうち所定の充電抵
抗器間をバイパスするバイパス回路とから構成した可変
抵抗装置を設け、充電電流値が予め設定した電流値に達
したら、バイパス回路の駆動を制御して順次抵抗値を減
少させ、コンデンサーに電気エネルギーを充電蓄積し、
この電気エネルギーを、圧力伝達用の破壊用物質に浸漬
した金属細線に、短時間で供給することにより、金属細
線を急激に溶融気化させるとともに破壊用物質を急激に
気化させ、その際に発生する衝撃圧力で被破壊物を破壊
するものである。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。まず、本発明の実施の第一形態
を、図1および図2に基づいて説明する。この破壊装置
1は、宅地造成地の岩盤破壊および岩石の小割り作業、
あるいはトンネルの仕上げ破壊やコンクリート構造物な
どの被破壊物H1の解体に用いられるものである。
【0013】そして図1の構成図に示すように、プラス
チックゴム(合成ゴム)や防水処理紙あるいはガラスか
ら形成されて被破壊物H1に形成した装着孔20aに装
着する破壊容器2に、発生衝撃力伝達用の破壊用物質
(例えば水などが用いられる)3が充填され、破壊容器
2の封入栓2aに、複数(図では二本)の電極4が並べ
て挿入固定され、その先端部どうしに金属細線(例えば
Cuからなる)8が溶接などにより接続されて破壊用物
質3に浸漬し、電極4の封入栓2aから突出した部分が
端子5とされている。
【0014】また、金属細線8に電極4を介して電気エ
ネルギーを供給するためのエネルギー供給装置9が設け
られている。このエネルギー供給装置9は、電極4の端
子5に接続されて、電圧値調節手段15および電源部
(交流電源)16を有する可変電源装置10と、この可
変電源装置10と端子5との間に接続されたコンデンサ
ー13と、電源部16および電圧値調節手段15の間に
接続された充電スイッチ11と、コンデンサー13およ
び端子5の間に接続された放電スイッチ12と、電圧値
調節手段15とコンデンサー13の間に接続された昇圧
用変圧器17および整流器18と、この整流器18およ
びコンデンサー13の間に接続された充電抵抗器19
と、可変電源装置10からコンデンサー13に供給され
る充電電流値を制御するリレー回路25とから構成され
ている。
【0015】前記電圧値調節手段15は、充電スイッチ
11および昇圧用変圧器17の間に接続されたコイル式
可変抵抗器(スライダックともいう)26と、このコイ
ル式可変抵抗器26の抵抗値を変化させるための調節用
モータ27とから構成され、前記リレー回路25のリレ
ー28は、充電抵抗器19に並列接続されており、リレ
ー接点29は、充電スイッチ11と調節用モータ27と
の間に接続されている。
【0016】そしてリレー回路25は、充電抵抗器19
に発生する電圧値を検出する検出器としての機能を有
し、この電圧値が所定の電圧値に達したとき、すなわち
可変電源装置10からコンデンサー13に対して供給す
る充電電流値IC が予め設定した電流値Imax に達した
ときに作動し、これに連動してリレー接点29がオフ
し、調節用モータ27の駆動が停止するよう制御するも
のである。
【0017】上記のように構成した破壊装置1におい
て、破壊容器2の内部に破壊用物質3を注入し、封入栓
2aに電極4を挿通するとともに、電極4間に金属細線
8を取付け、金属細線8を破壊用物質3に浸漬し、破壊
容器2に封入栓2aをし、破壊容器2を被破壊物H1に
形成した装着孔20aに装着し、金属細線8の端子5に
エネルギー供給装置9を接続し、コンデンサー13に電
気エネルギーを蓄積し、この蓄積した電気エネルギーを
金属細線8に供給し、被破壊物H1を破壊する。
【0018】ところで、コンデンサー13に電気エネル
ギーを蓄積する際には、次のようにして行う。まず、充
電スイッチ11をオンし、可変電源装置10に設けた電
圧値調節手段15の調節用モータ27を駆動して、図2
のグラフに示すように、可変電源装置10の出力電圧値
c を除々に上昇させる。
【0019】そして、充電抵抗器19に発生する電圧値
が所定の電圧値に達して、可変電源装置10からコンデ
ンサー13に対して供給する充電電流値IC が予め設定
した電流値Imax に達したとき、調節用モータ27の駆
動を停止するようにして、コンデンサー13に電気エネ
ルギーを充電蓄積する。
【0020】図2では、コンデンサーに対する従来の充
電方法の場合を破線で示したが、従来用いている電源装
置では出力電圧が一定であるので、図2に示すように、
コンデンサーに充電蓄積する電気エネルギー、すなわち
コンデンサーに供給される電圧VC が緩やかに上昇し、
従って、この電圧VC が電源電圧V0 に等しくなる時間
(充電スイッチ11をオンしている充電時間t)が長く
なる。
【0021】しかし、本発明の実施の形態によれば、電
源として可変電源装置10を用い、コンデンサー13に
対して供給する電圧VC を、コンデンサー13に供給す
る充電電流値Ic が予め設定した電流値Imax になるよ
うに電源電圧を上昇させるので、従来に比べて短い時間
でコンデンサー13に電気エネルギーを充電蓄積でき
る。
【0022】また、コンデンサー13に供給する充電電
流値Ic は予め設定した電流値Imax を越えることがな
いので、昇圧用変圧器17および整流器18の容量を大
きくすることも必要ない。
【0023】ここで、実験による具体例を示すと、コン
デンサーの充電容量C=10μF、可変電源装置の電源
電圧V0 =1kV、予め設定する電流値Imax =1mA
とした場合、充電時間tは、従来の装置で約30秒、本
発明の装置で約10秒となり、本発明の装置によると、
コンデンサー13に必要な電気エネルギーを充電蓄積す
るのに必要な時間が、従来の装置を用いた場合に比べて
1/3に短縮できた。
【0024】このようにしてコンデンサー13に電気エ
ネルギーを充電蓄積し、放電スイッチ12をオンし、破
壊用物質3に浸漬した金属細線8に短時間で電気エネル
ギーを供給すると、金属細線8が急激に溶融気化すると
ともに破壊用物質3が急激に気化し、その際に発生する
衝撃圧力で被破壊物H1を破壊したり、脆弱化させたり
することができる。
【0025】なお上記実施の第一形態では、電源装置と
して、電圧値調節手段15および交流電源としての電源
部16を有する可変電源装置10を用いたが、電圧値調
節手段を有する直流電源を用いてもよいことは勿論であ
る。
【0026】次に、図3および図4に基づいて、本発明
の実施の第二形態を説明すると、これは、被破壊物H2
に形成した装着孔20bに装着する破壊容器30に、破
壊用物質33が充填され、破壊容器30の封入栓30a
に、一対の電極31が並べて挿入固定され、その先端部
どうしに金属細線32が溶接などにより接続されて破壊
用物質33に浸漬され、電極31の封入栓30aから突
出した部分が端子35とされ、この端子35間に、金属
細線32に対し電気エネルギーを供給するエネルギー供
給装置34を設けている。
【0027】このエネルギー供給装置34は、電極31
の端子35に接続された電源装置(交流電源が用いられ
る)36と、この電源装置36と端子35との間に接続
された昇圧用絶縁変圧器37および整流器38と、電源
装置36と昇圧用絶縁変圧器37との間に接続された充
電スイッチ39と、昇圧用絶縁変圧器37と端子35と
の間に接続された放電スイッチ40と、整流器38と放
電スイッチ40との間に接続されたコンデンサー43
と、整流器38とコンデンサー43との間に接続された
可変抵抗装置44とから構成されている。
【0028】この可変抵抗装置44は、コンデンサー4
3と整流器38との間に直列接続されてそれぞれ等しい
抵抗値Rを有した第一〜第三充電抵抗器51〜53と、
これら充電抵抗器51〜53のうちコンデンサー43側
の第二充電抵抗器52および第三充電抵抗器53をバイ
パスするバイパス回路54とから構成されている。
【0029】そしてこのバイパス回路54は、第二充電
抵抗器52に並列接続した一方のリレー接点55と、第
三充電抵抗器53に並列接続した他方のリレー接点56
とから構成され、充電スイッチ39と昇圧用絶縁変圧器
37との間に接続されて各リレー接点55,56のオン
オフを操作するタイマーリレー55a,56aを有する
タイマー回路57を有している。
【0030】この構成において、破壊容器30の内部に
破壊用物質33を注入し、封入栓30aに電極31を挿
通するとともに電極31間に金属細線32を取付け、金
属細線32を破壊用物質33に浸漬し、破壊容器30に
封入栓30aをし、破壊容器30を被破壊物H2に形成
した装着孔20bに装着し、金属細線32の端子35に
エネルギー供給装置34を接続し、コンデンサー43に
電気エネルギーを蓄積する。
【0031】ところで、このコンデンサー43に電気エ
ネルギーを蓄積する際には、次のようにして行う。ま
ず、充電スイッチ39をオンした充電開始時には、両方
のリレー接点55,56はオフ状態で、充電抵抗値の合
計を3Rである。そして充電開始時から所定時間 (例え
ばVC =V0/3 となる時間) t1経過した後、タイマー
回路57の一方のタイマーリレー55aのタイマー機能
により、一方のリレー接点55がオンして抵抗値の合計
が2Rとなり、続いて所定時間 (例えばVC =2 V0/3
となる時間) t2経過後にタイマー回路57の他方のタ
イマーリレー56aのタイマー機能により、他方のリレ
ー接点56がオンして抵抗値がRとなる。
【0032】このように、順次抵抗値を小さくして、コ
ンデンサー43に供給する充電電流値Ic を上昇させ、
充電電圧値Vc を上昇させることにより、図4中の破線
で示すような一定の充電抵抗値とする場合に比べ、短時
間でコンデンサー43に電気エネルギーを蓄積すること
ができる。
【0033】ところで充電開始時には、 充電電流値IC = (V0 −0) /3R=V0 /3R 一方のリレー接点55がオンしたときには、 IC = (V0 −V0/3)/2R=V0(1 −1/3)/2R=V
0 /3R 他方のリレー接点56がオンしたときには、 IC = (V0 −2 V0/3)/R=V0(1 −2/3)/R=V0
/3R となる。
【0034】従って、各リレー接点55,56をオンし
た場合であっても、充電電流値ICは、V0 /3Rとな
り、予め設定した充電電流値Imax を越えないことが分
かる。
【0035】ところで、従来の技術で述べたように、 IC = (e-t/CR ) V0 /RS 但し、RS は充電抵抗値の総和であるから、各リレー接
点55,56をオンするタイミングは、予め設定した充
電電流値Imax との関係において、 Imax ≦( V0 −VC ) /RS の条件を満たすようなコンデンサー電圧となるときに行
うもので、タイマー回路57の駆動がこのようなタイミ
ングで行われるよう設定しておく。
【0036】この場合、RS ′は各リレー接点55,5
6をオンした後の、充電抵抗値の総和である。そしてコ
ンデンサーの充電容量を500μFという共通の条件
で、従来の装置において、充電抵抗値を670Ωで一定
とした場合と、本発明の実施の第二形態において、各充
電抵抗値を(670/3)Ωとして第一〜第三充電抵抗
器51〜53を接続し、上記したタイミングでタイマー
回路57の駆動をした場合とでは、充電スイッチをオン
している充電時間tが従来の場合は約2.3秒であった
のに対し、本発明の実施の第二形態によれば、充電時間
tは約1.3秒に短縮できた。
【0037】このようにしてコンデンサー43に電気エ
ネルギーを蓄積した後、放電スイッチ40をオンし、破
壊用物質33に浸漬した金属細線32に短時間で電気エ
ネルギーを供給すると、金属細線32が急激に溶融気化
するとともに破壊用物質33が急激に気化し、その際に
発生する衝撃圧力で被破壊物H2を破壊したり、脆弱化
させたりすることができる。
【0038】また、上記実施の第二形態では、充電抵抗
器の個数を三個としたがこれに限定されるものではな
く、充電抵抗器の個数はコンデンサーの容量などの破壊
条件に応じて任意に選択でき、リレー接点の個数は、そ
の場合の充電抵抗器の個数に対応して設けることができ
る。
【0039】
【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明
は、コンデンサーに電気エネルギーを充電蓄積する際
に、コンデンサーに供給する充電電流値が予め設定した
値を越えないように、エネルギー供給装置に設けた可変
電源装置の出力電圧を除々に上昇するよう制御し、ある
いは可変抵抗装置の抵抗値を減少させることにより、コ
ンデンサーに供給する充電電圧値を上昇させるようにし
たので、エネルギー供給装置に設ける変圧器や整流器の
容量を大きくすることなく、従来に比べて短い時間でコ
ンデンサーに電気エネルギーを充電蓄積することがで
き、従って、被破壊物の破壊作業に必要な時間を短縮す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第一形態を示す破壊装置の全体
構成図である。
【図2】同じく充電時間と充電電圧との関係を示すグラ
フ図である。
【図3】本発明の実施の第二形態を示す破壊装置の全体
構成図である。
【図4】同じく充電時間と充電電圧との関係を示すグラ
フ図である。
【図5】従来の破壊装置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 破壊用物質 4 電極 8 金属細線 9 エネルギー供給装置 10 可変電源装置 11 充電スイッチ 12 放電スイッチ 13 コンデンサー 15 電圧値調節手段 16 電源部 17 昇圧用変圧器 18 整流器 19 充電抵抗器 25 リレー回路 26 コイル式可変抵抗器 27 調節用モータ 28 リレー 29 リレー接点 H1 被破壊物 30 破壊容器 32 金属細線 33 破壊用物質 34 エネルギー供給装置 36 電源装置 37 昇圧用絶縁変圧器 38 整流器 39 充電スイッチ 40 放電スイッチ 43 コンデンサー 44 可変抵抗装置 51 第一充電抵抗器 52 第二充電抵抗器 53 第三充電抵抗器 54 バイパス回路 55 一方のリレー接点 55a タイマーリレー 56 他方のリレー接点 56a タイマーリレー 57 タイマー回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 剛 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 平7−145698(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E21C 37/18 F42D 1/045 - 1/06 F42D 3/04 E04G 23/00 - 23/08 B26F 3/00 B28D 1/00 - 7/04

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 放電による電気エネルギーを用いて被破
    壊物を破壊するための破壊装置であって、電極間を衝撃
    圧力伝達用の破壊用物質に浸漬する金属細線で接続し、
    この金属細線に対し電気エネルギーを供給するエネルギ
    ー供給装置を設け、このエネルギー供給装置は、金属細
    線に供給する電気エネルギーを充電蓄積するためのコン
    デンサーと、このコンデンサーに電気エネルギーを供給
    するとともに電圧値調節手段を有する可変電源装置とを
    備え、エネルギー供給装置にコンデンサーに対して供給
    する充電電流値を検出するための検出手段を設け、この
    検出手段からの検出信号に応じて可変電源装置の電圧値
    調節手段の駆動を制御することを特徴とする被破壊物の
    破壊装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の電気エネルギー供給装置
    において、コンデンサーに対して供給する充電電流値が
    予め設定した電流値に達したときに作動して、可変電源
    装置の電圧値調節手段の駆動を停止するリレー回路を設
    けたことを特徴とする被破壊物の破壊装置。
  3. 【請求項3】 放電による電気エネルギーを用いて被破
    壊物を破壊するための破壊方法であって、可変電源装置
    に設けた電圧値調節手段を駆動して出力電圧値を除々に
    上昇させ、可変電源装置に接続したコンデンサーに対し
    て供給する充電電流値が予め設定した電流値に達したと
    きに電圧値調節手段の駆動を停止するようにしてコンデ
    ンサーに電気エネルギーを充電蓄積し、このコンデンサ
    ーに充電蓄積した電気エネルギーを、圧力伝達用の破壊
    用物質に浸漬した金属細線に、短時間で供給することに
    より、金属細線を急激に溶融気化させるとともに破壊用
    物質を急激に気化させ、その際に発生する衝撃圧力で被
    破壊物を破壊することを特徴とする被破壊物の破壊方
    法。
  4. 【請求項4】 放電による電気エネルギーを用いて被破
    壊物を破壊するための破壊装置であって、電極間を衝撃
    圧力伝達用の破壊用物質に浸漬する金属細線で接続し、
    この金属細線に対し電気エネルギーを供給するエネルギ
    ー供給装置を設け、このエネルギー供給装置は、金属細
    線に供給する電気エネルギーを充電蓄積するためのコン
    デンサーと、このコンデンサーに電気エネルギーを供給
    する電源装置と、コンデンサーと電源装置との間に接続
    した可変抵抗装置とから構成したことを特徴とする被破
    壊物の破壊装置。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の可変抵抗装置は、コンデ
    ンサーと電源装置との間に直列接続した複数の充電抵抗
    器と、これら充電抵抗器のうち所定の充電抵抗器間をバ
    イパスするバイパス回路とから構成したことを特徴とす
    る被破壊物の破壊装置。
  6. 【請求項6】 放電による電気エネルギーを用いて被破
    壊物を破壊するための破壊方法であって、電源装置に接
    続したコンデンサーに供給する充電電流値が予め設定し
    た電流値に達したら、コンデンサーと電源装置との間に
    接続した複数の充電抵抗器のうち所定の充電抵抗器間を
    バイパスするバイパス回路の駆動を制御して順次抵抗値
    を減少させるようにして電気エネルギーを充電蓄積し、
    この電気エネルギーを、圧力伝達用の破壊用物質に浸漬
    した金属細線に、短時間で供給することにより、金属細
    線を急激に溶融気化させるとともに破壊用物質を急激に
    気化させ、その際に発生する衝撃圧力で被破壊物を破壊
    することを特徴とする被破壊物の破壊方法。
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