JP3514659B2 - 放電衝撃破壊装置 - Google Patents
放電衝撃破壊装置Info
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- JP3514659B2 JP3514659B2 JP11152699A JP11152699A JP3514659B2 JP 3514659 B2 JP3514659 B2 JP 3514659B2 JP 11152699 A JP11152699 A JP 11152699A JP 11152699 A JP11152699 A JP 11152699A JP 3514659 B2 JP3514659 B2 JP 3514659B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、岩石やコンクリー
トの破砕に使用される放電衝撃破壊装置に関するもので
ある。
トの破砕に使用される放電衝撃破壊装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来の放電衝撃破壊装置の一例を、図９
の概略構成ブロック図により説明する。放電衝撃破壊装
置１は、破壊用物質（たとえば水などの液体、またはゲ
ル状物質）が充填された筒状容器２と、この筒状容器２
内に挿入された一対の電極３と、これら両電極３の先端
部に接続された金属細線４と、この金属細線４に放電す
るコンデンサ５と、このコンデンサ５に充電する直流高
電圧電源６を備え、コンデンサ５の一端と直流高電圧電
源６のプラス端子間に充電抵抗７を接続し、前記コンデ
ンサ５の一端を放電スイッチ８を介して一方の電極３に
接続し、さらにコンデンサ５の他端を直流高電圧電源６
のマイナス端子と他方の電極３に接続し、また商用電源
（あるいは交流発電機）を直流高電圧電源６に接続して
構成されている。
の概略構成ブロック図により説明する。放電衝撃破壊装
置１は、破壊用物質（たとえば水などの液体、またはゲ
ル状物質）が充填された筒状容器２と、この筒状容器２
内に挿入された一対の電極３と、これら両電極３の先端
部に接続された金属細線４と、この金属細線４に放電す
るコンデンサ５と、このコンデンサ５に充電する直流高
電圧電源６を備え、コンデンサ５の一端と直流高電圧電
源６のプラス端子間に充電抵抗７を接続し、前記コンデ
ンサ５の一端を放電スイッチ８を介して一方の電極３に
接続し、さらにコンデンサ５の他端を直流高電圧電源６
のマイナス端子と他方の電極３に接続し、また商用電源
（あるいは交流発電機）を直流高電圧電源６に接続して
構成されている。
【０００３】上記直流高電圧電源６は、交流電圧を昇圧
するトランス11と、この昇圧トランス11により昇圧され
た交流を直流に変換する整流器12により構成されてい
る。また、筒状容器２は被破壊物（例えば、岩盤など）
13に形成された設置用穴14内に挿入される。上記放電衝
撃破壊装置１の構成により、直流高電圧電源６によって
コンデンサ５に高電圧エネルギーを蓄積し、これを放電
スイッチ８によって電極３を介して金属細線４に瞬時的
にエネルギーを供給すると、金属細線４は溶融気化し、
この溶融気化により容器２の破壊用物質は瞬間的に蒸発
気化し、その膨張による衝撃力により、被破壊物13が破
壊される。
するトランス11と、この昇圧トランス11により昇圧され
た交流を直流に変換する整流器12により構成されてい
る。また、筒状容器２は被破壊物（例えば、岩盤など）
13に形成された設置用穴14内に挿入される。上記放電衝
撃破壊装置１の構成により、直流高電圧電源６によって
コンデンサ５に高電圧エネルギーを蓄積し、これを放電
スイッチ８によって電極３を介して金属細線４に瞬時的
にエネルギーを供給すると、金属細線４は溶融気化し、
この溶融気化により容器２の破壊用物質は瞬間的に蒸発
気化し、その膨張による衝撃力により、被破壊物13が破
壊される。
【０００４】図10に、コンデンサ５の端子電圧Ｖｃと放
電電流Ｉｄの波形を示す。図中、実線が、金属細線４の
溶断・爆発時の波形、破線が、コンデンサ５の短絡時の
波形である。放電回路は短絡となっており、本来図中、
破線で示す波形となるが、多大なエネルギーが供給され
ることにより、金属細線４が溶融・気化することによ
り、爆発現象が発生し、放電回路を断とする。この爆発
現象により衝撃力が発生し、また回路が断となることに
より、放電電流Ｉｄは０となり、かつコンデンサ５の端
子電流Ｖｃは、充電エネルギーが残ることにより、残電
圧Ｖｃ’となる。
電電流Ｉｄの波形を示す。図中、実線が、金属細線４の
溶断・爆発時の波形、破線が、コンデンサ５の短絡時の
波形である。放電回路は短絡となっており、本来図中、
破線で示す波形となるが、多大なエネルギーが供給され
ることにより、金属細線４が溶融・気化することによ
り、爆発現象が発生し、放電回路を断とする。この爆発
現象により衝撃力が発生し、また回路が断となることに
より、放電電流Ｉｄは０となり、かつコンデンサ５の端
子電流Ｖｃは、充電エネルギーが残ることにより、残電
圧Ｖｃ’となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の放電衝
撃破壊装置１の構成によると、商用電源が必要なため
に、使用する場所が限定されるという問題があった。ま
た交流発電機を電源に使用すれば、この問題は解決する
が、交流発電機は重量が重く、持ち運ぶには不便である
という問題が発生する。
撃破壊装置１の構成によると、商用電源が必要なため
に、使用する場所が限定されるという問題があった。ま
た交流発電機を電源に使用すれば、この問題は解決する
が、交流発電機は重量が重く、持ち運ぶには不便である
という問題が発生する。
【０００６】そこで、本発明は、使用する場所が限定さ
れず、使用時間を長くすることを可能とした放電衝撃破
壊装置を提供することを目的としたものである。
れず、使用時間を長くすることを可能とした放電衝撃破
壊装置を提供することを目的としたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明のうち請求項１記載の発明は、コンデン
サと、充電抵抗と、この充電抵抗を介して前記コンデン
サに充電する高電圧電源と、コンデンサに蓄積された高
電圧エネルギーを放電する放電スイッチを備え、前記コ
ンデンサに蓄積された高電圧エネルギーを、金属細線ま
たは電気良導体またはギャップを有する一対の電極間に
瞬時的に供給し、衝撃力を得る装置であって、前記高電
圧電源に給電する電源としてバッテリを備え、このバッ
テリの電池容量Ｉｔを、バッテリの充放電回数をＮ、バ
ッテリの電圧をＶB、損失係数をｋ、コンデンサの充電
エネルギーをＷｃ、コンデンサの充電電圧をＶｃ、コン
デンサの容量をＣMとするとき、
ために、本発明のうち請求項１記載の発明は、コンデン
サと、充電抵抗と、この充電抵抗を介して前記コンデン
サに充電する高電圧電源と、コンデンサに蓄積された高
電圧エネルギーを放電する放電スイッチを備え、前記コ
ンデンサに蓄積された高電圧エネルギーを、金属細線ま
たは電気良導体またはギャップを有する一対の電極間に
瞬時的に供給し、衝撃力を得る装置であって、前記高電
圧電源に給電する電源としてバッテリを備え、このバッ
テリの電池容量Ｉｔを、バッテリの充放電回数をＮ、バ
ッテリの電圧をＶB、損失係数をｋ、コンデンサの充電
エネルギーをＷｃ、コンデンサの充電電圧をＶｃ、コン
デンサの容量をＣMとするとき、
【０００８】
【数２】
を満足する容量としたことを特徴とするものである。上
記構成によれば、バッテリより高電圧電源に給電され、
この高電圧電源によりコンデンサが充電され、このコン
デンサに蓄積された高電圧エネルギーが、金属細線また
は電気良導体またはギャップを有する一対の電極間に瞬
時的に供給されることにより、衝撃力が得られる。この
ように、バッテリを使用することにより、使用箇所が限
定されることが無くなり、また必要なバッテリの充放電
回数Ｎにより式（１）を満足するようにバッテリの電池
容量Ｉｔを選択することにより、必要な回数、充放電を
行うことができる。
記構成によれば、バッテリより高電圧電源に給電され、
この高電圧電源によりコンデンサが充電され、このコン
デンサに蓄積された高電圧エネルギーが、金属細線また
は電気良導体またはギャップを有する一対の電極間に瞬
時的に供給されることにより、衝撃力が得られる。この
ように、バッテリを使用することにより、使用箇所が限
定されることが無くなり、また必要なバッテリの充放電
回数Ｎにより式（１）を満足するようにバッテリの電池
容量Ｉｔを選択することにより、必要な回数、充放電を
行うことができる。
【０００９】また請求項２に記載の発明は、上記請求項
１記載の発明であって、放電終了後、前記コンデンサに
残されたエネルギーを前記バッテリに回収する回収回路
を付加したことを特徴とするものである。上記構成によ
れば、放電終了後、コンデンサに残るエネルギーがバッ
テリに回収（充電）され、バッテリの使用時間を長くす
ることができる。
１記載の発明であって、放電終了後、前記コンデンサに
残されたエネルギーを前記バッテリに回収する回収回路
を付加したことを特徴とするものである。上記構成によ
れば、放電終了後、コンデンサに残るエネルギーがバッ
テリに回収（充電）され、バッテリの使用時間を長くす
ることができる。
【００１０】また請求項３に記載の発明は、上記請求項
２記載の発明であって、回収回路を、充電抵抗およびコ
ンデンサの両端に接続される回収用コンデンサと、この
回収用コンデンサと前記充電抵抗およびコンデンサ間を
入切するスイッチ手段と、前記回収用コンデンサとバッ
テリ間に挿入され、バッテリから回収用コンデンサへ流
れる電流を阻止する逆止ダイオードから構成したことを
特徴とするものである。
２記載の発明であって、回収回路を、充電抵抗およびコ
ンデンサの両端に接続される回収用コンデンサと、この
回収用コンデンサと前記充電抵抗およびコンデンサ間を
入切するスイッチ手段と、前記回収用コンデンサとバッ
テリ間に挿入され、バッテリから回収用コンデンサへ流
れる電流を阻止する逆止ダイオードから構成したことを
特徴とするものである。
【００１１】上記構成によれば、放電終了後、コンデン
サに残ったエネルギーがスイッチ手段により回収用コン
デンサに充電され、この回収用コンデンサの端子電圧は
バッテリ電圧より高くなると、バッテリの充電が行われ
る。また請求項４に記載の発明は、上記請求項３記載の
発明であって、スイッチ手段をサイリスタ回路または自
己保持回路を有するトランジスタ回路により形成し、金
属細線または電気良導体またはギャップを有する一対の
電極間に瞬時的に供給される放電電流または衝撃力を検
出する検出手段を設け、前記検出手段の動作より所定時
間遅れて、前記サイリスタ回路またはトランジスタ回路
を動作させ、コンデンサに残されたエネルギーを回収す
る構成としたことを特徴とするものである。
サに残ったエネルギーがスイッチ手段により回収用コン
デンサに充電され、この回収用コンデンサの端子電圧は
バッテリ電圧より高くなると、バッテリの充電が行われ
る。また請求項４に記載の発明は、上記請求項３記載の
発明であって、スイッチ手段をサイリスタ回路または自
己保持回路を有するトランジスタ回路により形成し、金
属細線または電気良導体またはギャップを有する一対の
電極間に瞬時的に供給される放電電流または衝撃力を検
出する検出手段を設け、前記検出手段の動作より所定時
間遅れて、前記サイリスタ回路またはトランジスタ回路
を動作させ、コンデンサに残されたエネルギーを回収す
る構成としたことを特徴とするものである。
【００１２】上記構成によれば、検出手段により放電電
流または衝撃力が検出されると、所定時間遅れて、サイ
リスタ回路または自己保持回路を有するトランジスタ回
路が動作され、コンデンサに残されたエネルギーがバッ
テリに回収される。これにより、自動的に放電終了後、
所定時間遅れて、コンデンサに残ったエネルギーが回収
される。
流または衝撃力が検出されると、所定時間遅れて、サイ
リスタ回路または自己保持回路を有するトランジスタ回
路が動作され、コンデンサに残されたエネルギーがバッ
テリに回収される。これにより、自動的に放電終了後、
所定時間遅れて、コンデンサに残ったエネルギーが回収
される。
【００１３】また請求項５に記載の発明は、上記請求項
３記載の発明であって、スイッチ手段をサイリスタ回路
または自己保持回路を有するトランジスタ回路により形
成し、放電スイッチの動作により前記サイリスタ回路ま
たはトランジスタ回路を動作させ、放電開始と同時にコ
ンデンサに残されたエネルギーを回収する構成としたこ
とを特徴とするものである。
３記載の発明であって、スイッチ手段をサイリスタ回路
または自己保持回路を有するトランジスタ回路により形
成し、放電スイッチの動作により前記サイリスタ回路ま
たはトランジスタ回路を動作させ、放電開始と同時にコ
ンデンサに残されたエネルギーを回収する構成としたこ
とを特徴とするものである。
【００１４】上記構成によれば、放電スイッチが動作さ
れると、サイリスタ回路または自己保持回路を有するト
ランジスタ回路が動作され、コンデンサに残されたエネ
ルギーがバッテリに回収される。これにより、自動的に
放電と同時に、コンデンサに残ったエネルギーが回収さ
れる。また請求項６に記載の発明は、上記請求項１〜請
求項５のいずれかに記載の発明であって、バッテリの電
圧を３０ｖ以下に設定したことを特徴とするものであ
る。
れると、サイリスタ回路または自己保持回路を有するト
ランジスタ回路が動作され、コンデンサに残されたエネ
ルギーがバッテリに回収される。これにより、自動的に
放電と同時に、コンデンサに残ったエネルギーが回収さ
れる。また請求項６に記載の発明は、上記請求項１〜請
求項５のいずれかに記載の発明であって、バッテリの電
圧を３０ｖ以下に設定したことを特徴とするものであ
る。
【００１５】上記構成によれば、人間に対して安全な電
圧、すなわち３０ｖ以下に、バッテリの電圧が設定され
る。
圧、すなわち３０ｖ以下に、バッテリの電圧が設定され
る。
【００１６】
【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。なお、従来例の図９と同一の構成
には同一の符号を付して説明を省略する。 ［実施の形態１］図１は、本発明の実施の形態１におけ
る放電衝撃破壊装置の回路構成図である。
に基づいて説明する。なお、従来例の図９と同一の構成
には同一の符号を付して説明を省略する。 ［実施の形態１］図１は、本発明の実施の形態１におけ
る放電衝撃破壊装置の回路構成図である。
【００１７】図１において、21はバッテリであり、この
バッテリ21はトランジスタチョッパ回路などからなるＤ
Ｃ／ＡＣコンバータ22に接続されている。このＤＣ／Ａ
Ｃコンバータ22により交流に変換されて直流高電圧電源
６へ供給され、直流高電圧電源６の昇圧トランス11によ
り、数ｋＶに昇圧され、整流器12により再度直流（√２
倍）に変換され、コンデンサ５の充電が行われる。また
バッテリ21からＤＣ／ＡＣコンバータ22へ制御電源が供
給されている。
バッテリ21はトランジスタチョッパ回路などからなるＤ
Ｃ／ＡＣコンバータ22に接続されている。このＤＣ／Ａ
Ｃコンバータ22により交流に変換されて直流高電圧電源
６へ供給され、直流高電圧電源６の昇圧トランス11によ
り、数ｋＶに昇圧され、整流器12により再度直流（√２
倍）に変換され、コンデンサ５の充電が行われる。また
バッテリ21からＤＣ／ＡＣコンバータ22へ制御電源が供
給されている。
【００１８】また図１において、23はコンデンサ５の残
電荷消去用抵抗であり、この抵抗23に直列に消去用スイ
ッチ24が接続され、これら直列に接続された抵抗23およ
びスイッチ24はコンデンサ５に並列に接続されている。
上記放電衝撃破壊装置１の構成により、コンデンサ５に
充電が行われた後、これを放電スイッチ８によって電極
３を介して金属細線４に瞬時的にエネルギーを供給する
と、金属細線４は溶融気化し、この溶融気化により容器
２の破壊用物質は瞬間的に蒸発気化し、その膨張による
衝撃力により、被破壊物13が破壊される。
電荷消去用抵抗であり、この抵抗23に直列に消去用スイ
ッチ24が接続され、これら直列に接続された抵抗23およ
びスイッチ24はコンデンサ５に並列に接続されている。
上記放電衝撃破壊装置１の構成により、コンデンサ５に
充電が行われた後、これを放電スイッチ８によって電極
３を介して金属細線４に瞬時的にエネルギーを供給する
と、金属細線４は溶融気化し、この溶融気化により容器
２の破壊用物質は瞬間的に蒸発気化し、その膨張による
衝撃力により、被破壊物13が破壊される。
【００１９】上記バッテリ21の電池容量Ｉｔ（ＡＨ）に
ついて考慮する。先に図10で説明したように、金属細線
４等の爆発現象により衝撃力を発生する場合、コンデン
サ５の残電圧Ｖｃ’（Ｖ）により、 Ｗｃ’＝１／２・ＣM（Ｖｃ−Ｖｃ’） の残エネルギーが生じる。ＣMはコンデンサ５の容量
（Ｆ）である。本来であれば、これを利用すればよい
が、実作業上、安全のために、残エネルギーは残電荷消
去用抵抗23により消去し、更めて充電を行っている。そ
こで、バッテリ21の電池容量Ｉｔ（ＡＨ）は、式（１）
により求められる。
ついて考慮する。先に図10で説明したように、金属細線
４等の爆発現象により衝撃力を発生する場合、コンデン
サ５の残電圧Ｖｃ’（Ｖ）により、 Ｗｃ’＝１／２・ＣM（Ｖｃ−Ｖｃ’） の残エネルギーが生じる。ＣMはコンデンサ５の容量
（Ｆ）である。本来であれば、これを利用すればよい
が、実作業上、安全のために、残エネルギーは残電荷消
去用抵抗23により消去し、更めて充電を行っている。そ
こで、バッテリ21の電池容量Ｉｔ（ＡＨ）は、式（１）
により求められる。
【００２０】
【数３】
式（１）において、Ｎは充放電回数（回）、ＶBはバッ
テリ21の電圧（Ｖ）、ｋは損失係数、Ｗｃはコンデンサ
5の充電エネルギー（Ｊ）である。なお、損失係数ｋ
は、充電エネルギー以外に必要な制御電源、トランジス
タによる損失を考慮したものであり、データにより１．
５以上としている。
テリ21の電圧（Ｖ）、ｋは損失係数、Ｗｃはコンデンサ
5の充電エネルギー（Ｊ）である。なお、損失係数ｋ
は、充電エネルギー以外に必要な制御電源、トランジス
タによる損失を考慮したものであり、データにより１．
５以上としている。
【００２１】バッテリ電圧ＶB＝２４Ｖ、コンデンサ５
の端子電圧Ｖｃ＝３ｋＶ、コンデンサ５の容量ＣM＝５
００μＦ、充電抵抗７の抵抗Ｒｃ＝１０ｋΩの条件下に
おいて、１００回の充放電を行う場合について上記式
（１）によりバッテリ21の電池容量Ｉｔを演算すると、
Ｉｔ＝３．９０６ＡＨが得られ、使用するバッテリ21と
して、２４Ｖ−４ＡＨの電池が必要となる。
の端子電圧Ｖｃ＝３ｋＶ、コンデンサ５の容量ＣM＝５
００μＦ、充電抵抗７の抵抗Ｒｃ＝１０ｋΩの条件下に
おいて、１００回の充放電を行う場合について上記式
（１）によりバッテリ21の電池容量Ｉｔを演算すると、
Ｉｔ＝３．９０６ＡＨが得られ、使用するバッテリ21と
して、２４Ｖ−４ＡＨの電池が必要となる。
【００２２】また充電回路は、装置容量を減らすため
に、充電抵抗７の抵抗Ｒｃを大きくしており、充電回路
インダクタンスＬとの関係は、Ｒｃ≫Ｌとなっている。
したがって、インダクタンスＬは無視でき、ＲＣ回路と
して扱うことができる。図２はＲＣ回路におけるコンデ
ンサ５の端子電圧Ｖｃと充電電流Ｉｃの関係を示したも
のであり、それぞれの時間変化は、充電時間をｔ，充電
電圧をＶｏ（Ｖ）とすると、式（２）により表される。
に、充電抵抗７の抵抗Ｒｃを大きくしており、充電回路
インダクタンスＬとの関係は、Ｒｃ≫Ｌとなっている。
したがって、インダクタンスＬは無視でき、ＲＣ回路と
して扱うことができる。図２はＲＣ回路におけるコンデ
ンサ５の端子電圧Ｖｃと充電電流Ｉｃの関係を示したも
のであり、それぞれの時間変化は、充電時間をｔ，充電
電圧をＶｏ（Ｖ）とすると、式（２）により表される。
【００２３】
【数４】
上記ＤＣ／ＡＣコンバータ22の半導体素子によるスイッ
チング回路において、瞬時的な保護のために、電流のピ
ーク値が重要であり、ＤＣ／ＡＣコンバータの出力容量
ＰCOMも電流ピーク値を考慮した値とする必要がある。
そこで、ＤＣ／ＡＣコンバータ22の出力容量を以下の条
件とする。電流ピーク値Ｉｐは、充電電流Ｉｃを微分
し、ｄＩｃ／ｔ＝０により求まり、電流ピーク値Ｉｐ＝
Ｖｏ／Ｒｃとなる。容量ＰCOM（Ｗ）は式（３）により
求められる。
チング回路において、瞬時的な保護のために、電流のピ
ーク値が重要であり、ＤＣ／ＡＣコンバータの出力容量
ＰCOMも電流ピーク値を考慮した値とする必要がある。
そこで、ＤＣ／ＡＣコンバータ22の出力容量を以下の条
件とする。電流ピーク値Ｉｐは、充電電流Ｉｃを微分
し、ｄＩｃ／ｔ＝０により求まり、電流ピーク値Ｉｐ＝
Ｖｏ／Ｒｃとなる。容量ＰCOM（Ｗ）は式（３）により
求められる。
【００２４】
【数５】
充電電圧Ｖｏ＝３ｋＶ、充電抵抗７の抵抗Ｒｃ＝１０ｋ
Ωのとき、 ＰCOM＝９００Ｗ が求められる。このように、バッテリ21を使用し、充放
電が必要な回数、コンデンサ５の容量などにより、式
（１）を満足するようにバッテリ21を選択することによ
り、必要な回数、たとえば１００回以上の充放電を、電
源のない場所でも行うことができる。またバッテリ21は
発電機のように重量が大きくないことから、持ち運びが
容易となる。 ［実施の形態２］通常、金属細線４等による爆発現象が
発生した場合、コンデンサ５の容量ＣMを数１００μＦ
のとき、コンデンサ５の端子電圧Ｖｃは、１／２程度の
残電圧Ｖｃ’となる。これは充電エネルギーの１／４が
残ったことになる。実施の形態１では、作業員の安全の
ために消去用抵抗24により残エネルギーを消去してい
る。実施の形態２では、この残エネルギーを回収し、か
つ作業員の安全を確保することを目的とする。
Ωのとき、 ＰCOM＝９００Ｗ が求められる。このように、バッテリ21を使用し、充放
電が必要な回数、コンデンサ５の容量などにより、式
（１）を満足するようにバッテリ21を選択することによ
り、必要な回数、たとえば１００回以上の充放電を、電
源のない場所でも行うことができる。またバッテリ21は
発電機のように重量が大きくないことから、持ち運びが
容易となる。 ［実施の形態２］通常、金属細線４等による爆発現象が
発生した場合、コンデンサ５の容量ＣMを数１００μＦ
のとき、コンデンサ５の端子電圧Ｖｃは、１／２程度の
残電圧Ｖｃ’となる。これは充電エネルギーの１／４が
残ったことになる。実施の形態１では、作業員の安全の
ために消去用抵抗24により残エネルギーを消去してい
る。実施の形態２では、この残エネルギーを回収し、か
つ作業員の安全を確保することを目的とする。
【００２５】図３は、本発明の実施の形態２における放
電衝撃破壊装置の回路構成図である。実施の形態１の図
１の構成と同一の構成には、同一の符号を付して説明を
省略する。実施の形態２では、実施の形態１の消去用抵
抗23およびスイッチ24を外し、コンデンサ５の残エネル
ギーを回収するために、直流高電圧電源６の出力プラス
端子に回収用第１スイッチ31の一端を接続し、出力マイ
ナス端子に回収用第２スイッチ32の一端を接続し、さら
にこれら回収用第１，第２スイッチ31，32の他端間に回
収用コンデンサ33を接続し、回収用第１スイッチ31の他
端に逆止ダイオード34のアノードを接続し、このダイオ
ード34のカソードをバッテリ21のプラス側に接続し、回
収用第２スイッチ32の他端をバッテリ21のマイナス側に
接続している。すなわち、回収用コンデンサ33は、スイ
ッチ31，32を介して充電抵抗７およびコンデンサ５の両
端に接続されている。
電衝撃破壊装置の回路構成図である。実施の形態１の図
１の構成と同一の構成には、同一の符号を付して説明を
省略する。実施の形態２では、実施の形態１の消去用抵
抗23およびスイッチ24を外し、コンデンサ５の残エネル
ギーを回収するために、直流高電圧電源６の出力プラス
端子に回収用第１スイッチ31の一端を接続し、出力マイ
ナス端子に回収用第２スイッチ32の一端を接続し、さら
にこれら回収用第１，第２スイッチ31，32の他端間に回
収用コンデンサ33を接続し、回収用第１スイッチ31の他
端に逆止ダイオード34のアノードを接続し、このダイオ
ード34のカソードをバッテリ21のプラス側に接続し、回
収用第２スイッチ32の他端をバッテリ21のマイナス側に
接続している。すなわち、回収用コンデンサ33は、スイ
ッチ31，32を介して充電抵抗７およびコンデンサ５の両
端に接続されている。
【００２６】上記構成により、回収用第１，第２スイッ
チ31，32を開いた状態で、放電スイッチ８によって電極
３を介して金属細線４に瞬時的にエネルギーを供給し
て、被破壊物13の破壊を行う。いま、放電終了後、回収
用第１，第２スイッチ31，32を閉じると、コンデンサ５
の残エネルギーは充電抵抗７を介して、充電されていな
い回収用コンデンサ35に充電され、やがてコンデンサ
５，35ともにＶｃ’／２の充電電圧となる。たとえば、
残電圧Ｖｃ’＝２ｋＶである。また、バッテリ21へのみ
電流が流れるように、逆止ダイオード34を設けているこ
とにより、バッテリ21から回収用コンデンサ35に充電さ
れることはない。コンデンサ５，35の充電電圧が、バッ
テリ電圧Ｖ Bを超えたとたんに、バッテリ21へ電流が流
れ、電圧ＶBにて、コンデンサ５，35の残エネルギーが
バッテリ21にチャージされ、回収される。図４に回収用
コンデンサ33の充電時の端子電圧の特性を示す。
チ31，32を開いた状態で、放電スイッチ８によって電極
３を介して金属細線４に瞬時的にエネルギーを供給し
て、被破壊物13の破壊を行う。いま、放電終了後、回収
用第１，第２スイッチ31，32を閉じると、コンデンサ５
の残エネルギーは充電抵抗７を介して、充電されていな
い回収用コンデンサ35に充電され、やがてコンデンサ
５，35ともにＶｃ’／２の充電電圧となる。たとえば、
残電圧Ｖｃ’＝２ｋＶである。また、バッテリ21へのみ
電流が流れるように、逆止ダイオード34を設けているこ
とにより、バッテリ21から回収用コンデンサ35に充電さ
れることはない。コンデンサ５，35の充電電圧が、バッ
テリ電圧Ｖ Bを超えたとたんに、バッテリ21へ電流が流
れ、電圧ＶBにて、コンデンサ５，35の残エネルギーが
バッテリ21にチャージされ、回収される。図４に回収用
コンデンサ33の充電時の端子電圧の特性を示す。
【００２７】このとき、コンデンサ５，35ともにバッテ
リ電圧ＶBなる電圧がチャージされた状態となることか
ら、バッテリ電圧ＶBは、人間に対して安全な電圧以下
のものを使用する。この安全電圧は一般的に３０Ｖであ
り、電気設備基準の捕捉に示されている。したがって、
バッテリ電圧ＶBの条件を、ＶB≦３０Ｖとする。なお、
本実施の形態２では、バッテリ21は安全性を考慮して２
４Ｖ以下としている。
リ電圧ＶBなる電圧がチャージされた状態となることか
ら、バッテリ電圧ＶBは、人間に対して安全な電圧以下
のものを使用する。この安全電圧は一般的に３０Ｖであ
り、電気設備基準の捕捉に示されている。したがって、
バッテリ電圧ＶBの条件を、ＶB≦３０Ｖとする。なお、
本実施の形態２では、バッテリ21は安全性を考慮して２
４Ｖ以下としている。
【００２８】このように、放電終了後にコンデンサ５に
残る残エネルギーを回収することができ、バッテリ21を
長時間使用することが可能となり、またバッテリ21の電
圧を３０Ｖ以下に設定することにより、この残エネルギ
ー回収時の作業員の安全を確保することができる。 ［実施の形態３］実施の形態２では、残エネルギーを回
収を作業員がスイッチ31，32を操作することにより行っ
ているが、実施の形態３では、残エネルギーの回収を自
動化して回収時の作業員の介在を無くし、負担を解消す
ることを目的とする。
残る残エネルギーを回収することができ、バッテリ21を
長時間使用することが可能となり、またバッテリ21の電
圧を３０Ｖ以下に設定することにより、この残エネルギ
ー回収時の作業員の安全を確保することができる。 ［実施の形態３］実施の形態２では、残エネルギーを回
収を作業員がスイッチ31，32を操作することにより行っ
ているが、実施の形態３では、残エネルギーの回収を自
動化して回収時の作業員の介在を無くし、負担を解消す
ることを目的とする。
【００２９】図５は、本発明の実施の形態３における放
電衝撃破壊装置の回路構成図である。実施の形態２の図
３の構成と同一の構成には、同一の符号を付して説明を
省略する。実施の形態３では、実施の形態２の回収用第
１，第２スイッチ31，32を外し、直流高電圧電源６の出
力プラス端子に第１サイリスタ41のアノードを接続し、
カソードを回収用コンデンサ33の一端に接続し、直流高
電圧電源６の出力マイナス端子を回収用コンデンサ33の
他端に接続している。
電衝撃破壊装置の回路構成図である。実施の形態２の図
３の構成と同一の構成には、同一の符号を付して説明を
省略する。実施の形態３では、実施の形態２の回収用第
１，第２スイッチ31，32を外し、直流高電圧電源６の出
力プラス端子に第１サイリスタ41のアノードを接続し、
カソードを回収用コンデンサ33の一端に接続し、直流高
電圧電源６の出力マイナス端子を回収用コンデンサ33の
他端に接続している。
【００３０】またコンデンサ５と電極３間の線路に変流
器（ＣＴ）42を取り付けている。また第１直流電源（た
とえば、出力電圧５Ｖ）43を設け、第１直流電源43の出
力プラス端子にアノードが接続された第２サイリスタ44
を設け、このサイリスタ44のカソードと第１直流電源43
の出力マイナス端子間に、励磁コイルが接続された第１
のオンディレイタイマー（以下、第１タイマーと略す）
45と、励磁コイルが接続された第２のオンディレイタイ
マー（以下、第２タイマーと略す）46を設けている。第
２サイリスタ44のゲートはＣＴ42に接続され、第２サイ
リスタ44はＣＴ電流によりトリガされる。第１タイマー
45は残エネルギーの回収を開始するまでの時間が設定さ
れ、第２タイマー46には充電（回収）終了までの時間が
設定される。
器（ＣＴ）42を取り付けている。また第１直流電源（た
とえば、出力電圧５Ｖ）43を設け、第１直流電源43の出
力プラス端子にアノードが接続された第２サイリスタ44
を設け、このサイリスタ44のカソードと第１直流電源43
の出力マイナス端子間に、励磁コイルが接続された第１
のオンディレイタイマー（以下、第１タイマーと略す）
45と、励磁コイルが接続された第２のオンディレイタイ
マー（以下、第２タイマーと略す）46を設けている。第
２サイリスタ44のゲートはＣＴ42に接続され、第２サイ
リスタ44はＣＴ電流によりトリガされる。第１タイマー
45は残エネルギーの回収を開始するまでの時間が設定さ
れ、第２タイマー46には充電（回収）終了までの時間が
設定される。
【００３１】また第２直流電源（たとえば、出力電圧５
Ｖ）47を設け、この第２直流電源47の出力プラス端子と
第１サイリスタ41のゲート間に、前記第１タイマー45の
接点45Ａが接続され、第１サイリスタ41はタイマー45が
励磁されると、タイマー45に設定された時間遅れてトリ
ガされる。また第２直流電源46の出力マイナス端子と第
１サイリスタ41のカソードを接続している。
Ｖ）47を設け、この第２直流電源47の出力プラス端子と
第１サイリスタ41のゲート間に、前記第１タイマー45の
接点45Ａが接続され、第１サイリスタ41はタイマー45が
励磁されると、タイマー45に設定された時間遅れてトリ
ガされる。また第２直流電源46の出力マイナス端子と第
１サイリスタ41のカソードを接続している。
【００３２】また充電（回収）終了を報知するランプ
（赤）48が設けられ、このランプ48の一端と第２直流電
源47の出力プラス端子間に第２タイマー46の接点46Ａが
接続され、ランプ48の他端が第２直流電源47の出力マイ
ナス端子に接続されている。この構成により、図６に示
すように、放電電流が流れると、ＣＴ電流により第２サ
イリスタ44がトリガされて導通し、第１タイマー45と第
２タイマー46が励磁される。第１タイマー45が励磁され
ると、設定時間（たとえば１秒）経過の後、このタイマ
ー45の接点45がオンとなることにより、第１サイリスタ
41がトリガされて導通し、回収用コンデンサ33の充電が
開始される。以下の作用は、実施の形態２で説明した通
りである。また第２タイマー46が励磁されると、設定時
間（たとえば１０秒）経過の後、このタイマー46の接点
46Ａがオンとなることにより、ランプ48が点灯し、充電
終了、すなわち放電終了が報知される。また、サイリス
タ41，44の導通は直流電源43，47の電源を落とすことに
より遮断され、これによりランプ48は消灯される。
（赤）48が設けられ、このランプ48の一端と第２直流電
源47の出力プラス端子間に第２タイマー46の接点46Ａが
接続され、ランプ48の他端が第２直流電源47の出力マイ
ナス端子に接続されている。この構成により、図６に示
すように、放電電流が流れると、ＣＴ電流により第２サ
イリスタ44がトリガされて導通し、第１タイマー45と第
２タイマー46が励磁される。第１タイマー45が励磁され
ると、設定時間（たとえば１秒）経過の後、このタイマ
ー45の接点45がオンとなることにより、第１サイリスタ
41がトリガされて導通し、回収用コンデンサ33の充電が
開始される。以下の作用は、実施の形態２で説明した通
りである。また第２タイマー46が励磁されると、設定時
間（たとえば１０秒）経過の後、このタイマー46の接点
46Ａがオンとなることにより、ランプ48が点灯し、充電
終了、すなわち放電終了が報知される。また、サイリス
タ41，44の導通は直流電源43，47の電源を落とすことに
より遮断され、これによりランプ48は消灯される。
【００３３】このように、サイリスタ41，44を設け、放
電電流をＣＴ42により検出することにより放電を検出
し、サイリスタ41，44を導通することにより、自動的に
コンデンサ５の残エネルギーを回収することができ、作
業員の負担を軽減することができる。また充電（回収）
終了をランプ48により報知でき、次の破壊のための準備
を開始することができる。
電電流をＣＴ42により検出することにより放電を検出
し、サイリスタ41，44を導通することにより、自動的に
コンデンサ５の残エネルギーを回収することができ、作
業員の負担を軽減することができる。また充電（回収）
終了をランプ48により報知でき、次の破壊のための準備
を開始することができる。
【００３４】なお、本実施の形態３では、放電電流をＣ
Ｔ42により検出して残エネルギーの回収を開始している
が、直接破壊が発生したことを検出して、たとえば衝撃
力を加速度計、圧電素子などにより検出してその電気信
号を増幅して第１サイリスタ41をトリガするようにして
もよい。また充電終了時の報知手段としてランプ48を使
用しているが、このランプ48に代えてブザーを設け、放
電終了により鳴動させるようにしてもよい。［実施の形
態４］実施の形態３では、放電終了後、第１タイマー45
により時間を遅らせて回収を開始しているが、実施の形
態４では、放電開始と同時に残エネルギーの回収を開始
する。
Ｔ42により検出して残エネルギーの回収を開始している
が、直接破壊が発生したことを検出して、たとえば衝撃
力を加速度計、圧電素子などにより検出してその電気信
号を増幅して第１サイリスタ41をトリガするようにして
もよい。また充電終了時の報知手段としてランプ48を使
用しているが、このランプ48に代えてブザーを設け、放
電終了により鳴動させるようにしてもよい。［実施の形
態４］実施の形態３では、放電終了後、第１タイマー45
により時間を遅らせて回収を開始しているが、実施の形
態４では、放電開始と同時に残エネルギーの回収を開始
する。
【００３５】図７は、本発明の実施の形態４における放
電衝撃破壊装置の回路構成図である。実施の形態３の図
５の構成と同一の構成には、同一の符号を付して説明を
省略する。図７に示すように、放電スイッチ８に代えて
第３サイリスタ51を設け、２つの接点（スイッチ接点）
を同時に開閉できる機械的スイッチ52を設け、このスイ
ッチ52の接点のオンにより、第１直流電源43より第３サ
イリスタ51をトリガして導通させ、放電を行うと同時
に、第２直流電源47より第１サイリスタ41をトリガして
導通させ、残エネルギーの回収を開始するように構成さ
れている。第３サイリスタ51のアノードは、充電抵抗７
とコンデンサ５の接続点に接続され、カソードが一方の
電極３に接続されている。
電衝撃破壊装置の回路構成図である。実施の形態３の図
５の構成と同一の構成には、同一の符号を付して説明を
省略する。図７に示すように、放電スイッチ８に代えて
第３サイリスタ51を設け、２つの接点（スイッチ接点）
を同時に開閉できる機械的スイッチ52を設け、このスイ
ッチ52の接点のオンにより、第１直流電源43より第３サ
イリスタ51をトリガして導通させ、放電を行うと同時
に、第２直流電源47より第１サイリスタ41をトリガして
導通させ、残エネルギーの回収を開始するように構成さ
れている。第３サイリスタ51のアノードは、充電抵抗７
とコンデンサ５の接続点に接続され、カソードが一方の
電極３に接続されている。
【００３６】放電回路（溶融・気化物質）側のインピー
ダンスは通常数ｍΩのオーダーであるのに対し、充電抵
抗７の抵抗Ｒｃは数ｋΩのオーダーであることから、図
８に示すように、放電電流のピーク値Ｉｄｐは非常に大
きく、放電回路以外の回路が構成されることに伴う影響
はない。また時間的に見ても、金属細線４への放電は、
コンデンサ５に蓄積された電荷のバッテリ21への供給
（充電）と比較して一瞬であることから、影響がない。
たとえば、充電抵抗７の抵抗Ｒｃ＝３０ｋΩ、コンデン
サ５の容量ＣM＝５００μＦとしたときの充電時定数τ
＝Ｒｃ・ＣM＝１５ｓｅｃに対して放電時間は１ｓｅｃ
以下である。
ダンスは通常数ｍΩのオーダーであるのに対し、充電抵
抗７の抵抗Ｒｃは数ｋΩのオーダーであることから、図
８に示すように、放電電流のピーク値Ｉｄｐは非常に大
きく、放電回路以外の回路が構成されることに伴う影響
はない。また時間的に見ても、金属細線４への放電は、
コンデンサ５に蓄積された電荷のバッテリ21への供給
（充電）と比較して一瞬であることから、影響がない。
たとえば、充電抵抗７の抵抗Ｒｃ＝３０ｋΩ、コンデン
サ５の容量ＣM＝５００μＦとしたときの充電時定数τ
＝Ｒｃ・ＣM＝１５ｓｅｃに対して放電時間は１ｓｅｃ
以下である。
【００３７】このように、何ら影響なく、放電開始と同
時に残エネルギーの回収を行うこともできる。なお、こ
の実施の形態４では、第３サイリスタ51を設けている
が、放電スイッチ８のままとし、この放電スイッチ８が
オンの際に同時に第１サイリスタ41の回路ができる構成
として、第１サイリスタ41をトリガするようにしてもよ
い。
時に残エネルギーの回収を行うこともできる。なお、こ
の実施の形態４では、第３サイリスタ51を設けている
が、放電スイッチ８のままとし、この放電スイッチ８が
オンの際に同時に第１サイリスタ41の回路ができる構成
として、第１サイリスタ41をトリガするようにしてもよ
い。
【００３８】また、実施の形態３および４では、スイッ
チ手段としてサイリスタ回路を使用しているが、このサ
イリスタ回路に代えて、自己保持回路を有するトランジ
スタ回路を使用してもよい。また、実施の形態１〜４で
はいずれも、金属細線４に高電圧エネルギーを瞬時的に
供給しているが、金属細線４の代わりに電気良導体を使
用してもよく、または金属細線４を無くして電極３間の
ギャップに高電圧エネルギーを瞬時的に供給して放電を
起こし衝撃力を得るようにしてもよい。
チ手段としてサイリスタ回路を使用しているが、このサ
イリスタ回路に代えて、自己保持回路を有するトランジ
スタ回路を使用してもよい。また、実施の形態１〜４で
はいずれも、金属細線４に高電圧エネルギーを瞬時的に
供給しているが、金属細線４の代わりに電気良導体を使
用してもよく、または金属細線４を無くして電極３間の
ギャップに高電圧エネルギーを瞬時的に供給して放電を
起こし衝撃力を得るようにしてもよい。
【００３９】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、バッ
テリを使用し、充放電が必要な回数、コンデンサの容量
などにより、式（１）を満足するようにバッテリ21を選
択することにより、必要な回数、たとえば１００回以上
の充放電を、電源のない場所でも行うことができる。ま
たバッテリは発電機のように重量が大きくないことか
ら、持ち運びが容易となる。
テリを使用し、充放電が必要な回数、コンデンサの容量
などにより、式（１）を満足するようにバッテリ21を選
択することにより、必要な回数、たとえば１００回以上
の充放電を、電源のない場所でも行うことができる。ま
たバッテリは発電機のように重量が大きくないことか
ら、持ち運びが容易となる。
【図１】本発明の実施の形態１における放電衝撃破壊装
置の回路構成図である。
置の回路構成図である。
【図２】同放電衝撃破壊装置における充電電流とコンデ
ンサ電圧の特性図である。
ンサ電圧の特性図である。
【図３】本発明の実施の形態２における放電衝撃破壊装
置の回路構成図である。
置の回路構成図である。
【図４】同放電衝撃破壊装置の回収用コンデンサの電圧
の特性図である。
の特性図である。
【図５】本発明の実施の形態３における放電衝撃破壊装
置の回路構成図である。
置の回路構成図である。
【図６】同放電衝撃破壊装置の放電時のタイムチャート
である。
である。
【図７】本発明の実施の形態４における放電衝撃破壊装
置の回路構成図である。
置の回路構成図である。
【図８】同放電衝撃破壊装置の放電時のタイムチャート
である。
である。
【図９】従来の放電衝撃破壊装置の回路構成図である。
【図１０】従来の放電衝撃破壊装置における放電電流と
コンデンサ電圧の特性図である。
コンデンサ電圧の特性図である。
１ 放電衝撃破壊装置
２ 筒状容器
３ 電極
４ 金属細線
５ コンデンサ
６ 直流高電圧電源
７ 抵抗
８ 放電スイッチ
11 昇圧トランス
12 整流器
13 被破壊物
14 設置用穴
21 バッテリ
22 ＤＣ／ＡＣコンバータ
23 残電荷消去用抵抗
24 消去スイッチ
31，32，52 スイッチ
33 回収用コンデンサ
34 逆止ダイオード
41，44，51 サイリスタ
42 変流器
43，47 直流電源
45，46 タイマー
48 ランプ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
E21D 37/18
F42D 3/04
F42B 3/12
Claims (6)
- 【請求項１】 コンデンサと、充電抵抗と、この充電抵
抗を介して前記コンデンサに充電する高電圧電源と、コ
ンデンサに蓄積された高電圧エネルギーを放電する放電
スイッチを備え、前記コンデンサに蓄積された高電圧エ
ネルギーを、金属細線または電気良導体またはギャップ
を有する一対の電極間に瞬時的に供給し、衝撃力を得る
装置であって、 前記高電圧電源に給電する電源としてバッテリを備え、
このバッテリの電池容量Ｉｔを、バッテリの充放電回数
をＮ、バッテリの電圧をＶB、損失係数をｋ、コンデン
サの充電エネルギーをＷｃ、コンデンサの充電電圧をＶ
ｃ、コンデンサの容量をＣMとするとき、 【数１】 を満足する容量としたことを特徴とする放電衝撃破壊装
置。 - 【請求項２】 放電終了後、前記コンデンサに残された
エネルギーを前記バッテリに回収する回収回路を付加し
たことを特徴とする請求項１記載の放電衝撃破壊装置。 - 【請求項３】 回収回路を、充電抵抗およびコンデンサ
の両端に接続される回収用コンデンサと、この回収用コ
ンデンサと前記充電抵抗およびコンデンサ間を入切する
スイッチ手段と、前記回収用コンデンサとバッテリ間に
挿入され、バッテリから回収用コンデンサへ流れる電流
を阻止する逆止ダイオードから構成したことを特徴とす
る請求項２記載の放電衝撃破壊装置。 - 【請求項４】 スイッチ手段をサイリスタ回路または自
己保持回路を有するトランジスタ回路により形成し、 金属細線または電気良導体またはギャップを有する一対
の電極間に瞬時的に供給される放電電流または衝撃力を
検出する検出手段を設け、 前記検出手段の動作より所定時間遅れて、前記サイリス
タ回路またはトランジスタ回路を動作させ、コンデンサ
に残されたエネルギーを回収する構成としたことを特徴
とする請求項３記載の放電衝撃破壊装置。 - 【請求項５】 スイッチ手段をサイリスタ回路または自
己保持回路を有するトランジスタ回路により形成し、 放電スイッチの動作により前記サイリスタ回路またはト
ランジスタ回路を動作させ、放電開始と同時にコンデン
サに残されたエネルギーを回収する構成としたことを特
徴とする請求項３記載の放電衝撃破壊装置。 - 【請求項６】 バッテリの電圧を３０ｖ以下に設定した
ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載
の放電衝撃破壊装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11152699A JP3514659B2 (ja) | 1999-04-20 | 1999-04-20 | 放電衝撃破壊装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11152699A JP3514659B2 (ja) | 1999-04-20 | 1999-04-20 | 放電衝撃破壊装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000303772A JP2000303772A (ja) | 2000-10-31 |
| JP3514659B2 true JP3514659B2 (ja) | 2004-03-31 |
Family
ID=14563579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11152699A Expired - Fee Related JP3514659B2 (ja) | 1999-04-20 | 1999-04-20 | 放電衝撃破壊装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3514659B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4783937B2 (ja) * | 2001-06-19 | 2011-09-28 | 株式会社熊谷組 | 破砕装置用電極の製造方法 |
-
1999
- 1999-04-20 JP JP11152699A patent/JP3514659B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000303772A (ja) | 2000-10-31 |
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