JP3563363B2 - 破砕装置用電極および破砕装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、岩石などを破壊する破砕装置およびその破砕装置用電極に関し、より特定的には、効率よく岩石などを破壊することが可能な破砕装置および破砕装置用電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
岩石などを破壊するための従来の破砕方法としては、たとえば特開平４−２２２７９４号公報に開示されているものがある。図１９は、従来の破砕装置を示す模式図である。また、図２０は、図１９に示した破砕装置の基本的な構成を示す模式図であり、図２１は、図２０に示した電極の先端部を示す部分拡大模式図である。図１９〜２１を参照して、上記特開平４−２２２７９４号公報に開示された破砕方法を実施するための破砕装置の構造および動作について説明する。
【０００３】
図１９〜２１を参照して、まず、従来の破砕装置の構造を簡単に説明する。パルスパワー源１０６は、コンデンサ１０８、スイッチ１０７などを含む回路からなっている。このパルスパワー源１０６には電源１０９が接続されている。パルスパワー源１０６の回路、この回路を含む筐体および破砕装置を搭載する車体は接地されている。
【０００４】
岩石などを破壊するための破壊電極としての同軸電極１０１は、パルスパワー源１０６と同軸ケーブル１０５によって接続されている。同軸電極１０１の先端には、中心電極１１２と、この中心電極１１２の外周側に絶縁体１１３を介して位置する外周電極１１５とが配置されている。中心電極１１２と外周電極１１５との一方は接地され、他方にはパルスパワー源１０６のスイッチ１０７が閉じられたときにコンデンサ１０８に蓄えられた電荷が導かれる。
【０００５】
次に従来の破砕方法を説明する。破壊対象となる岩石などに、ドリルなどを用いてあらかじめ下孔１１０を形成する。この下孔１１０の中に水１１１などの電解液を注入する。この下孔１１０に同軸電極１０１を挿入する。
【０００６】
そして、電源１０９で電荷を発生させ、この電荷をコンデンサ１０８に蓄積する。ただし、コンデンサ１０８の片側の極は接地されている。
【０００７】
コンデンサ１０８に十分に電荷が蓄積された後にスイッチ１０７を閉じることによって、同軸ケーブル１０５を介して同軸電極１０１に電荷が供給される。そして、同軸電極１０１の先端において、中心電極１１２と外周電極１１５との間に電位差が生じることにより放電が起こる。このとき、同軸電極１０１の先端付近の電解液が放電エネルギーによってプラズマ化することにより、圧力波が発生する。この圧力波により、同軸電極１０１の周囲の岩石などを破壊する。
【０００８】
上記特開平４−２２２７９４号公報では、岩石などの破砕の際には、１マイクロ秒あたり少なくとも１００ＭＷの割合で、少なくとも３ＧＷのピーク値のパワーが破砕すべき物質の閉じ込めた領域の電解液の中に浸漬された同軸電極１０１の２電極間（中心電極１１２と外周電極１１５との間）を横切って得られるまで、電気エネルギーを同軸電極１０１に供給するとしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の破砕装置においては、以下のような問題があった。すなわち、中心電極１１２と外周電極１１５との間の放電によりアークが形成される領域で電解液がプラズマ状態にあり、この領域の温度は同軸電極１０１に供給される電流値により大きく変化する。つまり、電流値が大きくなればアークが形成されている領域の温度はより高温となる。一方、アークが形成されている領域の温度が高温になるほど、放電抵抗は低下することが知られている。ここで、同軸電極１０１の放電により消費されるエネルギーは、同軸電極１０１に供給される電流値の２乗×放電抵抗に比例する。
【００１０】
したがって、同軸電極１０１の放電により消費されるエネルギー（破砕に利用されるエネルギー）を大きくするために、同軸電極１０１に供給される電流値を大きくしても、電流値の増大に伴って放電抵抗が小さくなる。したがって、単純に上記電流値を大きくするだけでは、同軸電極１０１の放電により消費されるエネルギーを十分大きくすることは難しかった。このため、従来の破砕装置では破砕に利用されるエネルギーを大きくして効率よく破砕を行なうことが困難であった。
【００１１】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、破砕に利用されるエネルギーを大きくする事が可能な破砕装置用電極および破砕装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の１の局面における破砕装置用電極は、中心軸に沿って延在し、外周面を有する中心導電体と、中心導電体の外周面上に配置された絶縁部材と、絶縁部材を囲むように配置された外周導電体とを備える。外周導電体は、絶縁部材の外周表面に沿って放電を発生させるため、第１の導電体と、この第１の導電体とは中心軸の延びる方向において間隔を隔てて配置された第２の導電体とを含む。
【００１３】
このようにすれば、破砕装置用電極に電流が供給され、中心電極としての中心導電体と外周電極としての外周導電体との間に当該電流が流れる場合、中心導電体において破砕装置用電極の端部に位置する部分と、この端部側に配置された第１および第２の導電体のいずれかとの間にいおて第１の放電が発生する。そして、第１の導電体と第２の導電体との間においても、第２の放電が発生する。つまり、従来の電極においては端部の１箇所においてのみ放電が起きていたのに対して、本発明による電極では少なくとも２箇所において放電が起きる。このように放電が起きる個所の数を増加させることにより、電流値を一定にした場合において、従来より放電抵抗を増加させることができる。この放電により消費されるエネルギー（破砕に利用されるエネルギー）は電極に供給される電流値の２乗×放電抵抗に比例するので、破砕に利用されるエネルギーを従来より確実に大きくできる。したがって、破砕装置の能力（破砕能力）を増大させる事ができる。
【００１４】
上記１の局面における破砕装置用電極では、中心導電体は放電を発生させる端部を含み、第１の導電体は中心軸の延びる方向において端部側に配置され、中心軸の延びる方向における両端部と、この両端部に挟まれた領域とを含むことが好ましい。第１の導電体の両端部は、相対的に径の小さい部分を有することが好ましく、第１の導電体の両端部に挟まれた領域は、相対的に径の大きい部分を有することが好ましい。
【００１５】
この場合、端部に位置する中心導電体と第１の導電体との間で第１の放電が発生し、かつ、第１の導電体と第２の導電体との間で第２の放電が発生することになる。つまり、第１の導電体を挟むようにして第１および第２の放電が発生する。そして、第１の導電体の両端部に挟まれた領域の径を相対的に大きくすることにより、第１の放電が発生する領域と第２の放電が発生する領域とを、この相対的に径の大きい部分により隔離することができる。この結果、第１の放電と第２の放電とが互いに干渉し合うことを防止できる。このため、第１および第２の放電によるアークが一体化することにより、放電部の数が減少することを防止できるので、放電抵抗の低下を防止できる。したがって、破砕装置の能力を確実に向上させることができる。
【００１６】
上記１の局面における破砕装置用電極では、第１および第２の導電体の少なくともいずれか一方において突起部が形成されていることが好ましい。
【００１７】
この場合、第１および第２の導電体において突起部を形成することにより、電極に電流を供給した際、この突起部に電荷を集中させる事ができる。このため、この突起部が形成された部分において優先的に放電を発生させることができる。したがって、突起部の位置を変更することにより、放電の発生する領域の位置を任意に変更できる。
【００１８】
上記１の局面における破砕装置用電極では、突起部が、第１および第２の導電体のいずれか一方に形成された第１の突起部と、第１および第２の導電体の少なくともいずれか一方において、中心軸の周方向における第１の突起部の位置とは異なる位置に形成された第２の突起部とを含んでいてもよい。
【００１９】
ここで、第１の放電と第２の放電とが、中心軸の周方向においてほぼ同じ位置に発生する場合、第１の放電におけるアークと第２の放電におけるアークとがつながってしまう（一体化する）という現象が起きることがある。このように第１および第２の放電のアークが一体化すると、結果的に破砕装置用電極において１つの放電しか発生していない状態と同様になり、破砕に利用されるエネルギーが小さくなってしまう。
【００２０】
しかし、本発明による破砕装置用電極によれば、第１の突起部と第２の突起部とが中心軸の周方向において異なる位置に形成されているので、第１の突起部が形成された部分で発生する１つの放電と、第２の突起部が形成された部分で発生する他の放電とを、中心軸の周方向において異なる位置にて発生させることができる。したがって、たとえば、破砕装置用電極の端部側に位置する第１または第２の導電体において破砕装置用電極の端部側に面する領域に第１の突起部を形成し、第２の導電体において第１の導電体に面する領域に第２の突起部を形成すれば、破砕装置用電極の端部側で発生する第１の放電が上記１つの放電に対応し、第１の導電体と第２の導電体との間で発生する第２の放電が上記他の放電に対応する。この結果、中心軸の周方向において異なる位置において、第１の放電と第２の放電とをそれぞれ発生させることができる。この結果、第１の放電におけるアークと第２の放電におけるアークとがつながる（一体化する）ことを防止できる。したがって、第１および第２の放電におけるアークがつながることに起因して破砕に利用されるエネルギーが小さくなることを防止できる。
【００２１】
また、発明者は、破砕装置用電極における放電現象について実験・研究を行ない、以下のような知見を得た。すなわち、本発明による破砕装置用電極では、１つの破砕装置用電極において複数の放電を発生させることにより、破砕に利用されるエネルギーを大きくしているため、複数の放電を独立して発生させることが必要である。そこで、発明者は、破砕装置用電極における放電現象を詳細に観察して、複数の放電を独立して安定的に発生させるための条件を検討した。発明者の実験によれば、破砕装置用電極においてたとえば第１および第２の導電体間にて放電を発生させると、放電開始直後は放電に伴って発生するアークは比較的小さいが、このアークの大きさは時間と共に中心軸方向にある程度成長する。そして、ある程度アークの大きさが大きくなると、その後はアークの大きさはほとんど変化しなくなった。このように大きさの安定したアークの端部は、中心軸に沿った方向において、第１および第２の導電体の端部から約１０ｍｍ程度の長さだけ第１および第２の導電体上に侵入した位置にまで到達していた。この第１および第２の導電体の端部から第１および第２の導電体上にアークが伸びた長さ（アーク延伸長さ）は、第１および第２の導電体の中心軸方向の長さを充分大きくしておけば、破砕に用いる電源の電圧や、破砕装置用電極の形状・材質などを変更しても、ほとんど変化しなかった。
【００２２】
一方、第１および第２の導電体の中心軸方向の長さを１０ｍｍより小さくした場合、アーク延伸長さは最大でも第１および第２の導電体の長さまでであり、アークは充分成長することができない。そして、このような状態では、放電により消費されるエネルギー（破砕に利用されるエネルギー）が、アークが充分成長した場合より小さくなっていた。
【００２３】
また、このように第１および第２の導電体の中心軸方向の長さが１０ｍｍより小さいと、第１の放電によるアークと第２の放電によるアークとが、中心軸の周方向において近い位置に形成される場合、これらの２つのアークが容易につながってしまう。この結果、やはり破砕に利用されるエネルギーが小さくなるという問題があった。
【００２４】
このような発明者の知見に基づいて、上記１の局面における破砕装置用電極では、中心軸が延びる方向において、第１および第２の導電体の少なくともいずれか一方の長さが１０ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２５】
この場合、放電のアークは中心軸に沿った方向において充分大きくなることができるので、破砕に利用されるエネルギーを充分大きくできる。
【００２６】
また、上記１の局面における破砕装置用電極では、中心軸が延びる方向において、第１および第２の導電体の少なくともいずれか一方の長さが２０ｍｍ以上であることがより好ましい。
【００２７】
この場合、たとえば第１の導電体の中心軸が延びる方向における長さを２０ｍｍ以上とすれば、この第１の導電体の両端部で発生する２つのアークが中心軸の周方向において近い位置に形成されても、これらの２つのアークを独立した状態で十分成長させることができる。すなわち、第１および第２の放電のアークの一体化を確実に防止できると共に、アークを充分成長させることにより破砕に利用されるエネルギーを大きくできる。
【００２８】
上記１の局面における破砕装置用電極では、外周導体が、第２の導電体とは中心軸の延びる方向において間隔を隔てて配置された１つ以上の他の導電体を含んでいてもよい。
【００２９】
この場合、第２の導電体と他の導電体との間で第３の放電を発生させることができる。また、他の導電体が、間隔を隔てて形成された複数の導電体を含んでいれば、さらに第４、第５の放電を発生させることができる。この結果、放電抵抗をより高めることができるので、破砕に利用されるエネルギーをより大きくすることができる。
【００３０】
上記１の局面における破砕装置用電極では、第１の導電体、第２の導電体および他の導電体からなる群から選択される少なくとも１つにおいて突起部が形成されていてもよい。
【００３１】
この場合、電極に電流を供給した際、この突起部に電荷を集中させる事ができる。このため、この突起部が形成された部分において優先的に放電を発生させることができる。したがって、突起部の位置を変更することにより、放電の発生する領域の位置を任意に変更できる。
【００３２】
上記１の局面における破砕装置用電極では、突起部が、中心軸が延びる方向とほぼ平行な方向に突出していてもよい。
【００３３】
この場合、第１および第２の導電体間での中心軸が延びる方向における距離、または中心導電体と第１および第２の導電体のいずれかとの間での中心軸が延びる方向における距離を、局所的に小さくすることができる。このため、この突起部が形成された部分において優先的に放電を発生させることができる。したがって、突起部の位置を変更することにより、放電の発生する領域の位置を任意に変更できる。
【００３４】
上記１の局面における破砕装置用電極では、突起部が、中心軸の放射方向に突出していてもよい。
【００３５】
この場合、中心軸の放射方向における第１または第２の導電体の形状を、突起部の形成により不均一なものとすることができるので、この突起部の位置を変更することにより放電の発生領域を任意に変更できる。
【００３６】
上記１の局面における破砕装置用電極では、突起部が、第１の導電体、第２の導電体および他の導電体からなる群から選択される１つに形成された第１の突起部と、第１の導電体、第２の導電体および他の導電体からなる群から選択される少なくとも１つにおいて、中心軸の周方向における第１の突起部の位置とは異なる位置に形成された第２の突起部とを含んでいてもよい。
【００３７】
この場合、第１の突起部と第２の突起部とが中心軸の周方向において異なる位置に形成されているので、第１の突起部が形成された部分で発生する１つの放電と、第２の突起部が形成された部分で発生する他の放電とを、中心軸の周方向において異なる位置にて発生させることができる。したがって、１つの放電におけるアークと他のの放電におけるアークとがつながる（一体化する）ことを防止できる。この結果、１つの放電におけるアークと他の放電におけるアークとがつながることに起因して破砕に利用されるエネルギーが小さくなることを防止できる。
【００３８】
上記１の局面における破砕装置用電極では、中心軸が延びる方向において、第１の導電体、第２の導電体および他の導電体からなる群から選択される少なくとも１つの長さが１０ｍｍ以上であることが好ましい。
【００３９】
この場合、長さが１０ｍｍ以上とされた第１の導電体、第２の導電体および他の導電体のいずれかにおいて、放電のアークは中心軸に沿った方向において充分大きくなることができる。このため、破砕に利用されるエネルギーを充分大きくできる。
【００４０】
また、上記１の局面における破砕装置用電極では、中心軸が延びる方向において、第１の導電体、第２の導電体および他の導電体からなる群から選択される少なくとも１つの長さが２０ｍｍ以上であることがより好ましい。
【００４１】
この場合、たとえば中心軸が延びる方向における第２の導電体の長さを２０ｍｍ以上とすれば、この第２の導電体の両端部で発生する２つのアークが中心軸の周方向において近い位置に形成されても、第２の導電体においてこれらの２つのアークを独立した状態で十分成長させることができる。すなわち、第２の導電体などの両端に発生する２つのアークが一体化することを確実に防止できると共に、アークを充分成長させることにより破砕に利用されるエネルギーを大きくできる。
【００４２】
上記１の局面における破砕装置用電極では、中心導電体が撚り線導体を含んでいてもよく、絶縁部材は可撓性の材料を含んでいてもよい。
【００４３】
ここで、岩石などの破砕作業においては、電極に横方向からも衝撃が加えられる場合がある。このような場合、上記のような構成によりある程度の柔軟性を備えた破砕装置用電極であれば、横方向からの衝撃を電極の変形により吸収できるので、衝撃により電極が折損するといった事故の発生を防止できる。したがって、電極の長寿命化を図ることができる。
【００４４】
この発明の別の局面における破砕装置は、上記１の局面における破砕装置用電極を備える。
【００４５】
このようにすれば、破砕能力の高い破砕装置を容易に得ることができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００４７】
（実施の形態１）
図１は、本発明による破砕装置用電極およびその破砕装置用電極を用いた破砕装置の実施の形態１における装置構成を説明するための模式図である。図２は、図１に示した破砕装置用電極の先端部を示す部分拡大模式図である。図３は、図１に示した破砕装置用電極の先端部を示す斜視拡大模式図であり、図４は、図２に示した破砕装置用電極の断面模式図である。図１〜４を参照して、本発明による破砕装置用電極および破砕装置の実施の形態１を説明する。
【００４８】
図１〜４を参照して、本発明による破砕装置は、同軸電極１とパルスパワー源６と電源９と同軸ケーブル５とを備える。パルスパワー源６はコンデンサ８、スイッチ７などを含む回路からなる。パルスパワー源６には電源９が接続されている。パルスパワー源６の回路は接地されている。破砕装置用電極である同軸電極１はパルスパワー源６と同軸ケーブル５により接続されている。同軸電極１は、中心軸にそって延在する中心導電体としての中心電極１２と、この中心電極１２の外周面上に配置された絶縁部材としての絶縁体１３と、この絶縁体１３の外周面上に配置された外周導電体としての外周電極１５とを備える。同軸電極１は、岩石などの破砕対象物２に形成された下孔１０の内部に挿入されている。下孔１０の内部には電解液としての水１１が配置されている。同軸電極１の先端部１６では、中心電極１２の端部が突出している。外周電極１５は、先端部１６側に位置する第１の導電体としての外周電極部分１４ａと、この外周電極部分１４ａと中心軸の延びる方向において間隔を隔てて配置された第２の導電体としての外周電極部分１４ｂとを含む。
【００４９】
そして、パルスパワー源６のスイッチ７が閉じられたときにコンデンサ８に蓄えられた電荷が同軸電極１に導入されると、中心電極１２の端部と外周電極部分１４ａとの間で第１の放電が発生し、アーク２０が形成される。そして、外周電極部分１４ａと外周電極部分１４ｂとの間においても放電が発生し、もう一つのアーク２０が形成される。
【００５０】
このようにすれば、破砕装置用電極としての同軸電極１に電流が供給され、中心電極１２と外周電極１５との間に当該電流が流れる場合、上述のように２つのアーク２０を形成できる。つまり、従来の同軸電極においては端部の１箇所においてのみ放電が起きていたのに対して、本発明による同軸電極１では少なくとも２箇所において放電が起きる。このように放電が起きる個所の数を増加させることにより、電流値を一定にした場合において、従来より放電抵抗を増加させることができる。すでに述べたように、放電により消費されるエネルギーは同軸電極１に供給される電流値の２乗×放電抵抗に比例するので、放電により消費されるエネルギー（つまり、破砕に利用されるエネルギー）を従来より確実に大きくできる。したがって、破砕能力を増大させることが可能な破砕装置用電極としての同軸電極１および破砕装置を実現できる。
【００５１】
図５は、図１〜４に示した破砕装置用電極の第１の変形例を示す部分拡大模式図である。図５を参照して、図１〜４に示した破砕装置用電極の第１の変形例を説明する。
【００５２】
図５を参照して、破砕装置用電極である同軸電極１は、基本的には図１〜４に示した同軸電極と同様の構造を備える。ただし、図５に示した同軸電極では、外周電極１５が３つの外周電極部分１４ａ〜１４ｃを含む。外周電極部分１４ａ〜１４ｃは、それぞれ間隔を隔てて配置されている。この場合、図１〜４に示した同軸電極と同様の効果を得られると共に、中心電極１２の端部と外周電極部分１４ａとの間、外周電極部分１４ａと外周電極部分１４ｂとの間、外周電極部分１４ｂと外周電極部分１４ｃとの間という、３箇所で放電を発生させることができる。このため、放電抵抗をより高める事ができるので、放電により放出されるエネルギーをより大きくする事ができる。この結果、破砕装置の能力をさらに向上させることができる。
【００５３】
なお、外周電極部分の数をさらに増やして、放電の発生する個所の数を増加させてもよい。この場合、さらに破砕装置の能力が向上する。
【００５４】
図６は、図１〜４に示した破砕装置用電極の第２の変形例を示す断面模式図である。図６を参照して、図１〜４に示した破砕装置用電極の第２の変形例を説明する。
【００５５】
図６を参照して、破砕装置用電極である同軸電極１は、基本的には図１〜４に示した同軸電極と同様の構造を備える。ただし、中心電極としてフレキシブルな撚り線導体１７を用いる。また、絶縁体としてゴム系の絶縁体やウレタンなどの、可撓性のある絶縁体１８を用いている。
【００５６】
ここで、岩石などの破砕作業において、本発明のように同軸電極１の中心軸方向の複数箇所において放電が発生すると、同軸電極１に横方向からも衝撃が加えられる場合がある。このような場合、上記のようにある程度の柔軟性を備える同軸電極１を用いれば、横方向からの衝撃を同軸電極１の変形により吸収できる。このため、この衝撃により同軸電極１が折損するといった事故の発生を防止できる。したがって、同軸電極１の長寿命化を図ることができる。
【００５７】
（実施の形態２）
図７は、本発明による破砕装置用電極の実施の形態２を示す部分拡大模式図である。図７を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態２を説明する。
【００５８】
図７を参照して、破砕装置用電極としての同軸電極１は、基本的には図１〜４に示した同軸電極と同様の構造を備えるが、外周電極部分１４ａの中央部において、外周方向に突出し、円周方向に延在する径方向凸部１９が形成されている。
【００５９】
この場合、すでに述べたように、同軸電極１の端部に位置する中心電極１２の部分と第１の導電体としての外周電極部分１４ａとの間で第１の放電（アーク２０）が発生し、かつ、外周電極部分１４ａと第２の導電体としての外周電極部分１４ｂとの間で第２の放電（アーク２０）が発生することになる。つまり、外周電極部分１４ａを挟むようにして２つのアーク２０が発生する。そして、外周電極部分１４ａにおいて中心軸の延びる方向の両端部に挟まれた領域の径を相対的に大きくして径方向凸部１９を形成することにより、第１の放電が発生する領域と第２の放電が発生する領域とをこの径方向凸部１９により隔離することができる。この結果、第１および第２の放電によるアーク２０が一体化することを防止できる。これにより、放電部の数が減少することを防止できるので、放電抵抗の低下を防止できる。したがって、破砕装置の能力を確実に向上させることができる。
【００６０】
（実施の形態３）
図８は、本発明による破砕装置用電極の実施の形態３を示す部分拡大模式図である。図８を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態３を説明する。
【００６１】
図８を参照して、破砕装置用電極としての同軸電極１は、基本的には図１〜４に示した同軸電極と同様の構造を備えるが、外周電極部分１４ｂにおいて、中心電極１２の中心軸が延びる方向とほぼ平行な方向に突出する突起部としての凸部２１が形成されている。
【００６２】
この場合、外周電極部分１４ｂにおいて突起部としての凸部２１を形成することにより、同軸電極１に電流を供給した際、外周電極部分１４ａと外周電極部分１４ｂとの間の距離を局所的に小さくできるので、この凸部２１に電荷を集中させる事ができる。このため、この凸部２１が形成された部分において優先的に放電を発生させることができる。したがって、凸部２１の位置を変更することにより、放電の発生する領域の位置を任意に変更できる。
【００６３】
なお、凸部２１は外周電極部分１４ａに形成してもよいし、外周電極部分１４ａ、１４ｂの両方に形成してもよい。さらに、凸部２１は、円周方向の複数箇所に形成してもよい。また、凸部２１の形状は、外周電極部分１４ａ、１４ｂの間の距離を局所的に小さくできるような形状であれば、図示したような三角形状以外の形状であってもよい。
【００６４】
さらに、外周電極部分１４ａにおいて、同軸電極１の端部側（中心電極１２が露出する側）において、凸部を形成してもよい。この場合、この凸部の位置を変更することにより、中心電極１２と外周電極部分１４ａとの間において放電の発生する位置を変更できる。さらに、凸部を中心電極１２の端部に形成しても、同様の効果を得ることができる。
【００６５】
（実施の形態４）
図９は、本発明による破砕装置用電極の実施の形態４を示す部分拡大模式図である。また、図１０は、図９に示した破砕装置用電極の断面模式図である。図９および１０を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態３を説明する。
【００６６】
図９および１０を参照して、破砕装置用電極としての同軸電極１は、基本的には図１〜４に示した同軸電極と同様の構造を備えるが、外周電極部分１４ａ、１４ｂにおいて、中心電極１２２の中心軸の放射方向に突出する突起部２２ａ、２２ｂがそれぞれ設置されている。
【００６７】
導電体からなる突起部２２ａ、２２ｂには、図１０に示すようにそれぞれねじ穴２５ａ、２５ｂが形成されている。また、外周電極部分１４ａ、１４ｂにおいて突起部２２ａ、２２ｂが設置される部分にはそれぞれねじ穴２４ａ、２４ｂが形成されている。ねじ穴２５ａに挿入されたねじ２３ａが外周電極部分１４ａのねじ穴２４ａに挿入・固定されることにより、突起部２２ａは外周電極部分１４ａに固定されている。また、ねじ穴２５ｂに挿入されたねじ２３ｂが外周電極部分１４ｂのねじ穴２４ｂに挿入・固定されることにより、突起部２２ｂは外周電極部分１４ｂに固定されている。
【００６８】
この場合、中心軸の放射方向における外周電極部分１４ａ、１４ｂの形状を、突起部２２ａ、２２ｂを形成することにより非円形とすることができるので、この突起部２２ａ、２２ｂの位置を変更することにより放電の発生する領域（アークが形成される領域）の位置を任意に変更できる。
【００６９】
図１１は、図９および１０に示した破砕装置用電極の第１の変形例を示す断面模式図であり、図１０に対応する。図１１を参照して、図９および１０に示した破砕装置用電極の第１の変形例を説明する。
【００７０】
図１１を参照して、破砕装置用電極としての同軸電極１は、基本的には図９および１０に示した同軸電極１と同様の構造を備える。しかし、外周電極部分１４ａ、１４ｂに設置された突起部２２ａ、２２ｂの端部２６ａ、２６ｂが、それぞれ外周電極部分１４ａ、１４ｂの側壁２７ａ、２７ｂより突出するように（つまり、外周電極部分１４ａ、１４ｂの側壁２７ａ、２７ｂの間の距離より、突起部２２ａ、２２ｂの端部２６ａ、２６ｂの側壁の間の距離の方が小さくなるように）設置されている。
【００７１】
このようにすれば、図９および１０に示した同軸電極による効果に加えて、図８に示した同軸電極による効果も同時に得ることができる。
【００７２】
図１２は、図９および１０に示した破砕装置用電極の第２の変形例を示す断面模式図であり、図１０に対応する。図１２を参照して、図９および１０に示した破砕装置用電極の第２の変形例を説明する。
【００７３】
図１２を参照して、破砕装置用電極としての同軸電極１は、基本的には図９および１０に示した同軸電極１と同様の構造を備える。ただし、突起部２８ａ、２８ｂは、それぞれ外周電極部分１４ａ、１４ｂと一体成形されている。この場合、図９および１０に示した同軸電極と同様の効果を得ることができる。
【００７４】
図１３は、図９および１０に示した破砕装置用電極の第３の変形例を示す部分拡大模式図であり、図９に対応する。図１３を参照して、図９および１０に示した破砕装置用電極の第３の変形例を説明する。
【００７５】
図１３を参照して、破砕装置用電極としての同軸電極１は、基本的には図９および１０に示した同軸電極１と同様の構造を備える。ただし、図１３に示した同軸電極１では、中心電極１２の中心軸が延びる方向とほぼ平行な方向に突出するように、外周電極部分１４ａの両端部および外周電極部分１４ｂの一方端部に凸部２１ａ〜２１ｃが形成されている。この凸部２１ａ〜２１ｃは、それぞれ外周電極部分１４ａ、１４ｂを構成する材料と同様の材料により構成されている。そして、凸部２１ｂ、２１ｃは、中心電極１２の中心軸の周方向における凸部２１ａの位置とは異なる位置に形成されている。このため、同軸電極に電流を供給した場合、中心電極１２と外周電極部分１４ａとの間における放電（第１の放電）は、中心電極１２と凸部２１ａとの間の領域において発生する。一方、外周電極部分１４ａと外周電極部分１４ｂとの間の放電（第２の放電）は、凸部２１ｂ、２１ｃの間の領域で発生する。したがって、第１の放電と第２の放電とは、中心軸の周方向において異なる領域にて発生することになる。
【００７６】
このようにすれば、第１の放電におけるアークと第２の放電におけるアークとがつながることを防止できる。したがって、第１および第２の放電におけるアークがつながることに起因して破砕に利用されるエネルギーが小さくなることを防止できる。
【００７７】
（実施の形態５）
図１４は、本発明による破砕装置用電極の実施の形態５を示す斜視模式図である。図１５は、図１４に示した破砕装置用電極の断面模式図である。図１４および１５を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態５を説明する。
図１４および１５を参照して、破砕装置用電極である同軸電極１は、基本的には図１〜４に示した同軸電極と同様の構造を備える。ただし、図１４および１５に示した同軸電極１では、外周電極１５が４つの外周電極部分１４ａ〜１４ｄを含む。外周電極部分１４ａ〜１４ｄは、それぞれ間隔を隔てて配置されている。外周電極１４ａ〜１４ｃの中心軸方向での幅をそれぞれ幅Ｌ１〜Ｌ３とする。外周電極１４ａ、１４ｂ間の間隔を距離Ｗ１、外周電極１４ｂ、１４ｃ間の間隔を距離Ｗ２、外周電極１４ｃ、１４ｄ間の間隔を距離Ｗ３とする。この場合、図１〜４に示した同軸電極と同様の効果を得られると共に、中心電極１２の端部と外周電極部分１４ａとの間、外周電極部分１４ａと外周電極部分１４ｂとの間、外周電極部分１４ｂと外周電極部分１４ｃとの間、外周電極部分１４ｃと外周電極部分１４ｄとの間という、４箇所で放電を発生させることができる。このため、放電抵抗をより高める事ができるので、放電により放出されるエネルギーをより大きくする事ができる。この結果、破砕装置の能力をさらに向上させることができる。
【００７８】
図１６は、図１４および１５に示した破砕装置用電極の実施の形態５の変形例を示す模式図である。図１６を参照して、破砕装置用電極の実施の形態５の変形例を説明する。
【００７９】
図１６を参照して、破砕装置用電極としての同軸電極１は、基本的には図１４および１５に示した同軸電極１と同様の構造を備える。しかし、図１６に示した同軸電極１では、外周電極部分１４ａ〜１４ｃのそれぞれに凸部２１ａ〜２１ｄが形成されている。凸部２１ａ〜２１ｄは、中心電極１２の中心軸が延びる方向とほぼ平行な方向に突出するように形成されている。凸部２１ａ〜２１ｄは、中心電極１２の中心軸の周方向において互いに異なる位置に形成されている。
【００８０】
中心電極１２の先端部と外周電極部分１４ａとの間に発生する放電（第１の放電）は、凸部２１ａと中心電極１２との間の領域に発生する。外周電極部分１４ａと外周電極部分１４ｂとの間に発生する放電（第２の放電）は、凸部２１ｂと外周電極１４ｂとの間の領域にて発生する。外周電極部分１４ｂと外周電極部分１４ｃとの間に発生する放電（第３の放電）は、凸部２１ｃと外周電極１４ｃとの間の領域にて発生する。外周電極部分１４ｃと外周電極部分１４ｄとの間に発生する放電（第４の放電）は、凸部２１ｄと外周電極１４ｄとの間の領域にて発生する。
【００８１】
このように、突起部としての凸部２１ａ〜２１ｄを形成することにより、この凸部２１ａ〜２１ｄに電荷を集中させることができるので、この凸部２１ａ〜２１ｄが形成された部分の近傍においてそれぞれ第１〜第４の放電を発生させることができる。このため、凸部２１ａ〜２１ｄの位置を変更することにより、第１〜第４の放電の発生位置を任意に変更できる。
【００８２】
また、図１６に示したように凸部２１ａ〜２１ｄを配置することにより、同軸電極において発生する第１〜第４の放電は、中心電極１２の中心軸の周方向において異なる位置に形成されることになる。このため、隣り合う放電のアーク同士がつながることを確実に防止できる。
【００８３】
なお、図１６では、凸部２１ａ〜２１ｄは中心電極１２の中心軸が延びる方向とほぼ平行な方向に突出するように形成されているが、図９〜１２に示したように凸部２１ａ〜２１ｄを中心軸の放射方向に突出するように形成してもよい。この場合も、図１６に示した同軸電極と同様の効果を得ることができる。
【００８４】
また、本発明の実施の形態１〜５における外周電極１４ａ〜１４ｄの幅（中心電極１２の中心軸が延びる方向における長さ）は、１０ｍｍ以上であることが好ましい。このようにすれば、外周電極１４ａ〜１４ｄの幅に制約されること無く、放電に伴って形成されるアークが充分な大きさにまで成長できる。したがって、破砕に利用されるエネルギーを大きくできる。
【００８５】
また、本発明の実施の形態１〜５における外周電極１４ａ〜１４ｄの幅は２０ｍｍ以上であってもよい。このようにすれば、中心電極１２の中心軸の周方向において近い位置に２つの隣接する放電が発生した場合であっても、この２つの放電によるアークがつながることを確実に防止できる。
【００８６】
【実施例】
発明者は、本発明の効果を確認するため、本発明による破砕装置用電極を用いて放電実験を行なった。この実験について、図１７および１８を参照して説明する。
【００８７】
図１７は、実験に用いた破砕装置用電極を示す模式図である。また、図１８は、実験において放電が発生した状態を示す模式図である。
【００８８】
図１７を参照して、発明者が準備した破砕装置用電極としての同軸電極１は、基本的に本発明の実施の形態５による破砕装置用電極と同様の構造を備える。すなわち、同軸電極１は、中心電極１２と、この中心電極１２の外周面上に配置された絶縁体１３と、この絶縁体１３の外周面上に配置された外周電極部分１４ａ〜１４ｄとを備える。中心電極１２は中心軸に沿って延在し、銅からなる。中心電極１２の直径は２０ｍｍである。絶縁体１３はＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）からなり、その厚みは１０ｍｍである。外周電極１５を構成する外周電極部分１４ａ〜１４ｄは銅からなり、その厚みは５ｍｍである。したがって、同軸電極１の外径は５０ｍｍとなる。外周電極部分１４ａ〜１４ｃの幅Ｌは２７ｍｍであり、外周電極１４ａ〜１４ｄの間の距離Ｗは１０ｍｍとした。そして、静電容量が２ｍＦのコンデンサを１５ｋＶまで充電した後、回路インピーダンスが３μＨであるケーブルを用いてこのコンデンサと上記同軸電極１とを接続することにより、同軸電極１において放電を発生させた。
【００８９】
図１８に示すように、放電開始直後は、外周電極１４ａ〜１４ｄの間において比較的サイズの小さなアーク２０ａが発生する。そして、時間の経過と共にアークのサイズは大きくなり、最終的に比較的サイズの大きなアーク２０ｂが形成される。充分大きくなった（成長した）アーク２０ｂでは、中心電極１２の中心軸に沿った方向におけるアーク２０ｂ端部が外周電極部分１４ａ〜１４ｄの端部から長さＬＡだけ内側にまで伸びていることが観察された。長さＬＡの値は約１０ｍｍ程度であった。
【００９０】
そして、コンデンサの充電電圧を６〜１５ｋＶの範囲で変化させた場合においても、アークの形成状況はほとんど変化せず、長さＬＡの値はほぼ１０ｍｍであった。また、外周電極１４ａ〜１４ｄの間の距離Ｗを変化させた場合であっても、この長さＬＡはほとんど変化しなかった。
【００９１】
このことから、外周電極１４ａ〜１４ｄの幅Ｌが１０ｍｍ以上であれば、放電の際に充分成長した大きなアーク２０ｂを形成できることがわかる（一方、外周電極１４ａ〜１４ｄの幅Ｌを１０ｍｍ未満とした場合、アークが充分成長することができないので、結果的に破砕に利用されるエネルギー量が小さくなると考えられる。また、隣接するアークの位置によっては、隣接するアーク同士（例えば、外周電極１４ａ、１４ｂの間に発生したアークと外周電極１４ｂ、１４ｃの間に発生したアーク）がつながってしまうといった現象が起きる可能性もある。この場合も、やはり破砕に利用されるエネルギー量が小さくなると考えられる）。
【００９２】
なお、同軸電極１においては、図１６に示したように中心電極１２の中心軸の周方向において互いに異なる位置において、外周電極１４ａ〜１４ｄに凸部２１ａ〜２１ｄを形成してもよい。このようにすれば、中心電極１２の中心軸の周方向において異なる位置にアークを発生させることができる。したがって、外周電極１４ａ〜１４ｃの幅Ｌが１０ｍｍ程度である場合でも、隣接するアーク２０ｂ同士がつながることを確実に防止できる。
【００９３】
また、実験で用いた同軸電極１のように、外周電極１４ａ〜１４ｄの幅Ｌを２０ｍｍ以上の長さにしておけば、たとえ隣り合うアーク２０ｂが中心電極１２の中心軸の周方向において近い位置に形成されても、アーク２０ｂ同士がつながることを確実に防止できる。
【００９４】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００９５】
【発明の効果】
本発明によれば、一つの破砕装置用電極を用いて複数箇所にて放電を発生させることができるので、破砕に利用されるエネルギーを大きくする事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による破砕装置用電極およびその破砕装置用電極を用いた破砕装置の実施の形態１における装置構成を説明するための模式図である。
【図２】図１に示した破砕装置用電極の先端部を示す部分拡大模式図である。
【図３】図１に示した破砕装置用電極の先端部を示す斜視拡大模式図である。
【図４】図２に示した破砕装置用電極の断面模式図である。
【図５】図１〜４に示した破砕装置用電極の第１の変形例を示す部分拡大模式図である。
【図６】図１〜４に示した破砕装置用電極の第２の変形例を示す断面模式図である。
【図７】本発明による破砕装置用電極の実施の形態２を示す部分拡大模式図である。
【図８】本発明による破砕装置用電極の実施の形態３を示す部分拡大模式図である。
【図９】本発明による破砕装置用電極の実施の形態４を示す部分拡大模式図である。
【図１０】図９に示した破砕装置用電極の断面模式図である。
【図１１】図９および１０に示した破砕装置用電極の第１の変形例を示す断面模式図である。
【図１２】図９および１０に示した破砕装置用電極の第２の変形例を示す断面模式図である。
【図１３】図９および１０に示した破砕装置用電極の第３の変形例を示す部分拡大模式図である。
【図１４】本発明による破砕装置用電極の実施の形態５を示す斜視模式図である。
【図１５】図１４に示した破砕装置用電極の断面模式図である。
【図１６】図１４および１５に示した破砕装置用電極の実施の形態５の変形例を示す模式図である。
【図１７】実験に用いた破砕装置用電極を示す模式図である。
【図１８】実験において放電が発生した状態を示す模式図である。
【図１９】従来の破砕装置を示す模式図である。
【図２０】図１９に示した破砕装置の基本的な構成を示す模式図である。
【図２１】図２０に示した電極の先端部を示す部分拡大模式図である。
【符号の説明】
１ 同軸電極、２ 破砕対象物、５ 同軸ケーブル、６ パルスパワー源、７スイッチ、８ コンデンサ、９ 電源、１０ 下孔、１１ 水、１２ 中心電極、１３ 絶縁体、１４ａ〜１４ｄ 外周電極部分、１５ 外周電極、１６ 先端部、１７ 撚り線導体、１８ 可撓性のある絶縁体、１９ 径方向凸部、２０，２０ａ，２０ｂ アーク、２１，２１ａ〜２１ｄ 凸部、２２ａ，２２ｂ，２８ａ，２８ｂ 突起部、２３ａ，２３ｂ ねじ、２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ ねじ穴、２６ａ，２６ｂ 端部、２７ａ，２７ｂ 側壁。
【発明の属する技術分野】
この発明は、岩石などを破壊する破砕装置およびその破砕装置用電極に関し、より特定的には、効率よく岩石などを破壊することが可能な破砕装置および破砕装置用電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
岩石などを破壊するための従来の破砕方法としては、たとえば特開平４−２２２７９４号公報に開示されているものがある。図１９は、従来の破砕装置を示す模式図である。また、図２０は、図１９に示した破砕装置の基本的な構成を示す模式図であり、図２１は、図２０に示した電極の先端部を示す部分拡大模式図である。図１９〜２１を参照して、上記特開平４−２２２７９４号公報に開示された破砕方法を実施するための破砕装置の構造および動作について説明する。
【０００３】
図１９〜２１を参照して、まず、従来の破砕装置の構造を簡単に説明する。パルスパワー源１０６は、コンデンサ１０８、スイッチ１０７などを含む回路からなっている。このパルスパワー源１０６には電源１０９が接続されている。パルスパワー源１０６の回路、この回路を含む筐体および破砕装置を搭載する車体は接地されている。
【０００４】
岩石などを破壊するための破壊電極としての同軸電極１０１は、パルスパワー源１０６と同軸ケーブル１０５によって接続されている。同軸電極１０１の先端には、中心電極１１２と、この中心電極１１２の外周側に絶縁体１１３を介して位置する外周電極１１５とが配置されている。中心電極１１２と外周電極１１５との一方は接地され、他方にはパルスパワー源１０６のスイッチ１０７が閉じられたときにコンデンサ１０８に蓄えられた電荷が導かれる。
【０００５】
次に従来の破砕方法を説明する。破壊対象となる岩石などに、ドリルなどを用いてあらかじめ下孔１１０を形成する。この下孔１１０の中に水１１１などの電解液を注入する。この下孔１１０に同軸電極１０１を挿入する。
【０００６】
そして、電源１０９で電荷を発生させ、この電荷をコンデンサ１０８に蓄積する。ただし、コンデンサ１０８の片側の極は接地されている。
【０００７】
コンデンサ１０８に十分に電荷が蓄積された後にスイッチ１０７を閉じることによって、同軸ケーブル１０５を介して同軸電極１０１に電荷が供給される。そして、同軸電極１０１の先端において、中心電極１１２と外周電極１１５との間に電位差が生じることにより放電が起こる。このとき、同軸電極１０１の先端付近の電解液が放電エネルギーによってプラズマ化することにより、圧力波が発生する。この圧力波により、同軸電極１０１の周囲の岩石などを破壊する。
【０００８】
上記特開平４−２２２７９４号公報では、岩石などの破砕の際には、１マイクロ秒あたり少なくとも１００ＭＷの割合で、少なくとも３ＧＷのピーク値のパワーが破砕すべき物質の閉じ込めた領域の電解液の中に浸漬された同軸電極１０１の２電極間（中心電極１１２と外周電極１１５との間）を横切って得られるまで、電気エネルギーを同軸電極１０１に供給するとしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の破砕装置においては、以下のような問題があった。すなわち、中心電極１１２と外周電極１１５との間の放電によりアークが形成される領域で電解液がプラズマ状態にあり、この領域の温度は同軸電極１０１に供給される電流値により大きく変化する。つまり、電流値が大きくなればアークが形成されている領域の温度はより高温となる。一方、アークが形成されている領域の温度が高温になるほど、放電抵抗は低下することが知られている。ここで、同軸電極１０１の放電により消費されるエネルギーは、同軸電極１０１に供給される電流値の２乗×放電抵抗に比例する。
【００１０】
したがって、同軸電極１０１の放電により消費されるエネルギー（破砕に利用されるエネルギー）を大きくするために、同軸電極１０１に供給される電流値を大きくしても、電流値の増大に伴って放電抵抗が小さくなる。したがって、単純に上記電流値を大きくするだけでは、同軸電極１０１の放電により消費されるエネルギーを十分大きくすることは難しかった。このため、従来の破砕装置では破砕に利用されるエネルギーを大きくして効率よく破砕を行なうことが困難であった。
【００１１】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、破砕に利用されるエネルギーを大きくする事が可能な破砕装置用電極および破砕装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の１の局面における破砕装置用電極は、中心軸に沿って延在し、外周面を有する中心導電体と、中心導電体の外周面上に配置された絶縁部材と、絶縁部材を囲むように配置された外周導電体とを備える。外周導電体は、絶縁部材の外周表面に沿って放電を発生させるため、第１の導電体と、この第１の導電体とは中心軸の延びる方向において間隔を隔てて配置された第２の導電体とを含む。
【００１３】
このようにすれば、破砕装置用電極に電流が供給され、中心電極としての中心導電体と外周電極としての外周導電体との間に当該電流が流れる場合、中心導電体において破砕装置用電極の端部に位置する部分と、この端部側に配置された第１および第２の導電体のいずれかとの間にいおて第１の放電が発生する。そして、第１の導電体と第２の導電体との間においても、第２の放電が発生する。つまり、従来の電極においては端部の１箇所においてのみ放電が起きていたのに対して、本発明による電極では少なくとも２箇所において放電が起きる。このように放電が起きる個所の数を増加させることにより、電流値を一定にした場合において、従来より放電抵抗を増加させることができる。この放電により消費されるエネルギー（破砕に利用されるエネルギー）は電極に供給される電流値の２乗×放電抵抗に比例するので、破砕に利用されるエネルギーを従来より確実に大きくできる。したがって、破砕装置の能力（破砕能力）を増大させる事ができる。
【００１４】
上記１の局面における破砕装置用電極では、中心導電体は放電を発生させる端部を含み、第１の導電体は中心軸の延びる方向において端部側に配置され、中心軸の延びる方向における両端部と、この両端部に挟まれた領域とを含むことが好ましい。第１の導電体の両端部は、相対的に径の小さい部分を有することが好ましく、第１の導電体の両端部に挟まれた領域は、相対的に径の大きい部分を有することが好ましい。
【００１５】
この場合、端部に位置する中心導電体と第１の導電体との間で第１の放電が発生し、かつ、第１の導電体と第２の導電体との間で第２の放電が発生することになる。つまり、第１の導電体を挟むようにして第１および第２の放電が発生する。そして、第１の導電体の両端部に挟まれた領域の径を相対的に大きくすることにより、第１の放電が発生する領域と第２の放電が発生する領域とを、この相対的に径の大きい部分により隔離することができる。この結果、第１の放電と第２の放電とが互いに干渉し合うことを防止できる。このため、第１および第２の放電によるアークが一体化することにより、放電部の数が減少することを防止できるので、放電抵抗の低下を防止できる。したがって、破砕装置の能力を確実に向上させることができる。
【００１６】
上記１の局面における破砕装置用電極では、第１および第２の導電体の少なくともいずれか一方において突起部が形成されていることが好ましい。
【００１７】
この場合、第１および第２の導電体において突起部を形成することにより、電極に電流を供給した際、この突起部に電荷を集中させる事ができる。このため、この突起部が形成された部分において優先的に放電を発生させることができる。したがって、突起部の位置を変更することにより、放電の発生する領域の位置を任意に変更できる。
【００１８】
上記１の局面における破砕装置用電極では、突起部が、第１および第２の導電体のいずれか一方に形成された第１の突起部と、第１および第２の導電体の少なくともいずれか一方において、中心軸の周方向における第１の突起部の位置とは異なる位置に形成された第２の突起部とを含んでいてもよい。
【００１９】
ここで、第１の放電と第２の放電とが、中心軸の周方向においてほぼ同じ位置に発生する場合、第１の放電におけるアークと第２の放電におけるアークとがつながってしまう（一体化する）という現象が起きることがある。このように第１および第２の放電のアークが一体化すると、結果的に破砕装置用電極において１つの放電しか発生していない状態と同様になり、破砕に利用されるエネルギーが小さくなってしまう。
【００２０】
しかし、本発明による破砕装置用電極によれば、第１の突起部と第２の突起部とが中心軸の周方向において異なる位置に形成されているので、第１の突起部が形成された部分で発生する１つの放電と、第２の突起部が形成された部分で発生する他の放電とを、中心軸の周方向において異なる位置にて発生させることができる。したがって、たとえば、破砕装置用電極の端部側に位置する第１または第２の導電体において破砕装置用電極の端部側に面する領域に第１の突起部を形成し、第２の導電体において第１の導電体に面する領域に第２の突起部を形成すれば、破砕装置用電極の端部側で発生する第１の放電が上記１つの放電に対応し、第１の導電体と第２の導電体との間で発生する第２の放電が上記他の放電に対応する。この結果、中心軸の周方向において異なる位置において、第１の放電と第２の放電とをそれぞれ発生させることができる。この結果、第１の放電におけるアークと第２の放電におけるアークとがつながる（一体化する）ことを防止できる。したがって、第１および第２の放電におけるアークがつながることに起因して破砕に利用されるエネルギーが小さくなることを防止できる。
【００２１】
また、発明者は、破砕装置用電極における放電現象について実験・研究を行ない、以下のような知見を得た。すなわち、本発明による破砕装置用電極では、１つの破砕装置用電極において複数の放電を発生させることにより、破砕に利用されるエネルギーを大きくしているため、複数の放電を独立して発生させることが必要である。そこで、発明者は、破砕装置用電極における放電現象を詳細に観察して、複数の放電を独立して安定的に発生させるための条件を検討した。発明者の実験によれば、破砕装置用電極においてたとえば第１および第２の導電体間にて放電を発生させると、放電開始直後は放電に伴って発生するアークは比較的小さいが、このアークの大きさは時間と共に中心軸方向にある程度成長する。そして、ある程度アークの大きさが大きくなると、その後はアークの大きさはほとんど変化しなくなった。このように大きさの安定したアークの端部は、中心軸に沿った方向において、第１および第２の導電体の端部から約１０ｍｍ程度の長さだけ第１および第２の導電体上に侵入した位置にまで到達していた。この第１および第２の導電体の端部から第１および第２の導電体上にアークが伸びた長さ（アーク延伸長さ）は、第１および第２の導電体の中心軸方向の長さを充分大きくしておけば、破砕に用いる電源の電圧や、破砕装置用電極の形状・材質などを変更しても、ほとんど変化しなかった。
【００２２】
一方、第１および第２の導電体の中心軸方向の長さを１０ｍｍより小さくした場合、アーク延伸長さは最大でも第１および第２の導電体の長さまでであり、アークは充分成長することができない。そして、このような状態では、放電により消費されるエネルギー（破砕に利用されるエネルギー）が、アークが充分成長した場合より小さくなっていた。
【００２３】
また、このように第１および第２の導電体の中心軸方向の長さが１０ｍｍより小さいと、第１の放電によるアークと第２の放電によるアークとが、中心軸の周方向において近い位置に形成される場合、これらの２つのアークが容易につながってしまう。この結果、やはり破砕に利用されるエネルギーが小さくなるという問題があった。
【００２４】
このような発明者の知見に基づいて、上記１の局面における破砕装置用電極では、中心軸が延びる方向において、第１および第２の導電体の少なくともいずれか一方の長さが１０ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２５】
この場合、放電のアークは中心軸に沿った方向において充分大きくなることができるので、破砕に利用されるエネルギーを充分大きくできる。
【００２６】
また、上記１の局面における破砕装置用電極では、中心軸が延びる方向において、第１および第２の導電体の少なくともいずれか一方の長さが２０ｍｍ以上であることがより好ましい。
【００２７】
この場合、たとえば第１の導電体の中心軸が延びる方向における長さを２０ｍｍ以上とすれば、この第１の導電体の両端部で発生する２つのアークが中心軸の周方向において近い位置に形成されても、これらの２つのアークを独立した状態で十分成長させることができる。すなわち、第１および第２の放電のアークの一体化を確実に防止できると共に、アークを充分成長させることにより破砕に利用されるエネルギーを大きくできる。
【００２８】
上記１の局面における破砕装置用電極では、外周導体が、第２の導電体とは中心軸の延びる方向において間隔を隔てて配置された１つ以上の他の導電体を含んでいてもよい。
【００２９】
この場合、第２の導電体と他の導電体との間で第３の放電を発生させることができる。また、他の導電体が、間隔を隔てて形成された複数の導電体を含んでいれば、さらに第４、第５の放電を発生させることができる。この結果、放電抵抗をより高めることができるので、破砕に利用されるエネルギーをより大きくすることができる。
【００３０】
上記１の局面における破砕装置用電極では、第１の導電体、第２の導電体および他の導電体からなる群から選択される少なくとも１つにおいて突起部が形成されていてもよい。
【００３１】
この場合、電極に電流を供給した際、この突起部に電荷を集中させる事ができる。このため、この突起部が形成された部分において優先的に放電を発生させることができる。したがって、突起部の位置を変更することにより、放電の発生する領域の位置を任意に変更できる。
【００３２】
上記１の局面における破砕装置用電極では、突起部が、中心軸が延びる方向とほぼ平行な方向に突出していてもよい。
【００３３】
この場合、第１および第２の導電体間での中心軸が延びる方向における距離、または中心導電体と第１および第２の導電体のいずれかとの間での中心軸が延びる方向における距離を、局所的に小さくすることができる。このため、この突起部が形成された部分において優先的に放電を発生させることができる。したがって、突起部の位置を変更することにより、放電の発生する領域の位置を任意に変更できる。
【００３４】
上記１の局面における破砕装置用電極では、突起部が、中心軸の放射方向に突出していてもよい。
【００３５】
この場合、中心軸の放射方向における第１または第２の導電体の形状を、突起部の形成により不均一なものとすることができるので、この突起部の位置を変更することにより放電の発生領域を任意に変更できる。
【００３６】
上記１の局面における破砕装置用電極では、突起部が、第１の導電体、第２の導電体および他の導電体からなる群から選択される１つに形成された第１の突起部と、第１の導電体、第２の導電体および他の導電体からなる群から選択される少なくとも１つにおいて、中心軸の周方向における第１の突起部の位置とは異なる位置に形成された第２の突起部とを含んでいてもよい。
【００３７】
この場合、第１の突起部と第２の突起部とが中心軸の周方向において異なる位置に形成されているので、第１の突起部が形成された部分で発生する１つの放電と、第２の突起部が形成された部分で発生する他の放電とを、中心軸の周方向において異なる位置にて発生させることができる。したがって、１つの放電におけるアークと他のの放電におけるアークとがつながる（一体化する）ことを防止できる。この結果、１つの放電におけるアークと他の放電におけるアークとがつながることに起因して破砕に利用されるエネルギーが小さくなることを防止できる。
【００３８】
上記１の局面における破砕装置用電極では、中心軸が延びる方向において、第１の導電体、第２の導電体および他の導電体からなる群から選択される少なくとも１つの長さが１０ｍｍ以上であることが好ましい。
【００３９】
この場合、長さが１０ｍｍ以上とされた第１の導電体、第２の導電体および他の導電体のいずれかにおいて、放電のアークは中心軸に沿った方向において充分大きくなることができる。このため、破砕に利用されるエネルギーを充分大きくできる。
【００４０】
また、上記１の局面における破砕装置用電極では、中心軸が延びる方向において、第１の導電体、第２の導電体および他の導電体からなる群から選択される少なくとも１つの長さが２０ｍｍ以上であることがより好ましい。
【００４１】
この場合、たとえば中心軸が延びる方向における第２の導電体の長さを２０ｍｍ以上とすれば、この第２の導電体の両端部で発生する２つのアークが中心軸の周方向において近い位置に形成されても、第２の導電体においてこれらの２つのアークを独立した状態で十分成長させることができる。すなわち、第２の導電体などの両端に発生する２つのアークが一体化することを確実に防止できると共に、アークを充分成長させることにより破砕に利用されるエネルギーを大きくできる。
【００４２】
上記１の局面における破砕装置用電極では、中心導電体が撚り線導体を含んでいてもよく、絶縁部材は可撓性の材料を含んでいてもよい。
【００４３】
ここで、岩石などの破砕作業においては、電極に横方向からも衝撃が加えられる場合がある。このような場合、上記のような構成によりある程度の柔軟性を備えた破砕装置用電極であれば、横方向からの衝撃を電極の変形により吸収できるので、衝撃により電極が折損するといった事故の発生を防止できる。したがって、電極の長寿命化を図ることができる。
【００４４】
この発明の別の局面における破砕装置は、上記１の局面における破砕装置用電極を備える。
【００４５】
このようにすれば、破砕能力の高い破砕装置を容易に得ることができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００４７】
（実施の形態１）
図１は、本発明による破砕装置用電極およびその破砕装置用電極を用いた破砕装置の実施の形態１における装置構成を説明するための模式図である。図２は、図１に示した破砕装置用電極の先端部を示す部分拡大模式図である。図３は、図１に示した破砕装置用電極の先端部を示す斜視拡大模式図であり、図４は、図２に示した破砕装置用電極の断面模式図である。図１〜４を参照して、本発明による破砕装置用電極および破砕装置の実施の形態１を説明する。
【００４８】
図１〜４を参照して、本発明による破砕装置は、同軸電極１とパルスパワー源６と電源９と同軸ケーブル５とを備える。パルスパワー源６はコンデンサ８、スイッチ７などを含む回路からなる。パルスパワー源６には電源９が接続されている。パルスパワー源６の回路は接地されている。破砕装置用電極である同軸電極１はパルスパワー源６と同軸ケーブル５により接続されている。同軸電極１は、中心軸にそって延在する中心導電体としての中心電極１２と、この中心電極１２の外周面上に配置された絶縁部材としての絶縁体１３と、この絶縁体１３の外周面上に配置された外周導電体としての外周電極１５とを備える。同軸電極１は、岩石などの破砕対象物２に形成された下孔１０の内部に挿入されている。下孔１０の内部には電解液としての水１１が配置されている。同軸電極１の先端部１６では、中心電極１２の端部が突出している。外周電極１５は、先端部１６側に位置する第１の導電体としての外周電極部分１４ａと、この外周電極部分１４ａと中心軸の延びる方向において間隔を隔てて配置された第２の導電体としての外周電極部分１４ｂとを含む。
【００４９】
そして、パルスパワー源６のスイッチ７が閉じられたときにコンデンサ８に蓄えられた電荷が同軸電極１に導入されると、中心電極１２の端部と外周電極部分１４ａとの間で第１の放電が発生し、アーク２０が形成される。そして、外周電極部分１４ａと外周電極部分１４ｂとの間においても放電が発生し、もう一つのアーク２０が形成される。
【００５０】
このようにすれば、破砕装置用電極としての同軸電極１に電流が供給され、中心電極１２と外周電極１５との間に当該電流が流れる場合、上述のように２つのアーク２０を形成できる。つまり、従来の同軸電極においては端部の１箇所においてのみ放電が起きていたのに対して、本発明による同軸電極１では少なくとも２箇所において放電が起きる。このように放電が起きる個所の数を増加させることにより、電流値を一定にした場合において、従来より放電抵抗を増加させることができる。すでに述べたように、放電により消費されるエネルギーは同軸電極１に供給される電流値の２乗×放電抵抗に比例するので、放電により消費されるエネルギー（つまり、破砕に利用されるエネルギー）を従来より確実に大きくできる。したがって、破砕能力を増大させることが可能な破砕装置用電極としての同軸電極１および破砕装置を実現できる。
【００５１】
図５は、図１〜４に示した破砕装置用電極の第１の変形例を示す部分拡大模式図である。図５を参照して、図１〜４に示した破砕装置用電極の第１の変形例を説明する。
【００５２】
図５を参照して、破砕装置用電極である同軸電極１は、基本的には図１〜４に示した同軸電極と同様の構造を備える。ただし、図５に示した同軸電極では、外周電極１５が３つの外周電極部分１４ａ〜１４ｃを含む。外周電極部分１４ａ〜１４ｃは、それぞれ間隔を隔てて配置されている。この場合、図１〜４に示した同軸電極と同様の効果を得られると共に、中心電極１２の端部と外周電極部分１４ａとの間、外周電極部分１４ａと外周電極部分１４ｂとの間、外周電極部分１４ｂと外周電極部分１４ｃとの間という、３箇所で放電を発生させることができる。このため、放電抵抗をより高める事ができるので、放電により放出されるエネルギーをより大きくする事ができる。この結果、破砕装置の能力をさらに向上させることができる。
【００５３】
なお、外周電極部分の数をさらに増やして、放電の発生する個所の数を増加させてもよい。この場合、さらに破砕装置の能力が向上する。
【００５４】
図６は、図１〜４に示した破砕装置用電極の第２の変形例を示す断面模式図である。図６を参照して、図１〜４に示した破砕装置用電極の第２の変形例を説明する。
【００５５】
図６を参照して、破砕装置用電極である同軸電極１は、基本的には図１〜４に示した同軸電極と同様の構造を備える。ただし、中心電極としてフレキシブルな撚り線導体１７を用いる。また、絶縁体としてゴム系の絶縁体やウレタンなどの、可撓性のある絶縁体１８を用いている。
【００５６】
ここで、岩石などの破砕作業において、本発明のように同軸電極１の中心軸方向の複数箇所において放電が発生すると、同軸電極１に横方向からも衝撃が加えられる場合がある。このような場合、上記のようにある程度の柔軟性を備える同軸電極１を用いれば、横方向からの衝撃を同軸電極１の変形により吸収できる。このため、この衝撃により同軸電極１が折損するといった事故の発生を防止できる。したがって、同軸電極１の長寿命化を図ることができる。
【００５７】
（実施の形態２）
図７は、本発明による破砕装置用電極の実施の形態２を示す部分拡大模式図である。図７を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態２を説明する。
【００５８】
図７を参照して、破砕装置用電極としての同軸電極１は、基本的には図１〜４に示した同軸電極と同様の構造を備えるが、外周電極部分１４ａの中央部において、外周方向に突出し、円周方向に延在する径方向凸部１９が形成されている。
【００５９】
この場合、すでに述べたように、同軸電極１の端部に位置する中心電極１２の部分と第１の導電体としての外周電極部分１４ａとの間で第１の放電（アーク２０）が発生し、かつ、外周電極部分１４ａと第２の導電体としての外周電極部分１４ｂとの間で第２の放電（アーク２０）が発生することになる。つまり、外周電極部分１４ａを挟むようにして２つのアーク２０が発生する。そして、外周電極部分１４ａにおいて中心軸の延びる方向の両端部に挟まれた領域の径を相対的に大きくして径方向凸部１９を形成することにより、第１の放電が発生する領域と第２の放電が発生する領域とをこの径方向凸部１９により隔離することができる。この結果、第１および第２の放電によるアーク２０が一体化することを防止できる。これにより、放電部の数が減少することを防止できるので、放電抵抗の低下を防止できる。したがって、破砕装置の能力を確実に向上させることができる。
【００６０】
（実施の形態３）
図８は、本発明による破砕装置用電極の実施の形態３を示す部分拡大模式図である。図８を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態３を説明する。
【００６１】
図８を参照して、破砕装置用電極としての同軸電極１は、基本的には図１〜４に示した同軸電極と同様の構造を備えるが、外周電極部分１４ｂにおいて、中心電極１２の中心軸が延びる方向とほぼ平行な方向に突出する突起部としての凸部２１が形成されている。
【００６２】
この場合、外周電極部分１４ｂにおいて突起部としての凸部２１を形成することにより、同軸電極１に電流を供給した際、外周電極部分１４ａと外周電極部分１４ｂとの間の距離を局所的に小さくできるので、この凸部２１に電荷を集中させる事ができる。このため、この凸部２１が形成された部分において優先的に放電を発生させることができる。したがって、凸部２１の位置を変更することにより、放電の発生する領域の位置を任意に変更できる。
【００６３】
なお、凸部２１は外周電極部分１４ａに形成してもよいし、外周電極部分１４ａ、１４ｂの両方に形成してもよい。さらに、凸部２１は、円周方向の複数箇所に形成してもよい。また、凸部２１の形状は、外周電極部分１４ａ、１４ｂの間の距離を局所的に小さくできるような形状であれば、図示したような三角形状以外の形状であってもよい。
【００６４】
さらに、外周電極部分１４ａにおいて、同軸電極１の端部側（中心電極１２が露出する側）において、凸部を形成してもよい。この場合、この凸部の位置を変更することにより、中心電極１２と外周電極部分１４ａとの間において放電の発生する位置を変更できる。さらに、凸部を中心電極１２の端部に形成しても、同様の効果を得ることができる。
【００６５】
（実施の形態４）
図９は、本発明による破砕装置用電極の実施の形態４を示す部分拡大模式図である。また、図１０は、図９に示した破砕装置用電極の断面模式図である。図９および１０を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態３を説明する。
【００６６】
図９および１０を参照して、破砕装置用電極としての同軸電極１は、基本的には図１〜４に示した同軸電極と同様の構造を備えるが、外周電極部分１４ａ、１４ｂにおいて、中心電極１２２の中心軸の放射方向に突出する突起部２２ａ、２２ｂがそれぞれ設置されている。
【００６７】
導電体からなる突起部２２ａ、２２ｂには、図１０に示すようにそれぞれねじ穴２５ａ、２５ｂが形成されている。また、外周電極部分１４ａ、１４ｂにおいて突起部２２ａ、２２ｂが設置される部分にはそれぞれねじ穴２４ａ、２４ｂが形成されている。ねじ穴２５ａに挿入されたねじ２３ａが外周電極部分１４ａのねじ穴２４ａに挿入・固定されることにより、突起部２２ａは外周電極部分１４ａに固定されている。また、ねじ穴２５ｂに挿入されたねじ２３ｂが外周電極部分１４ｂのねじ穴２４ｂに挿入・固定されることにより、突起部２２ｂは外周電極部分１４ｂに固定されている。
【００６８】
この場合、中心軸の放射方向における外周電極部分１４ａ、１４ｂの形状を、突起部２２ａ、２２ｂを形成することにより非円形とすることができるので、この突起部２２ａ、２２ｂの位置を変更することにより放電の発生する領域（アークが形成される領域）の位置を任意に変更できる。
【００６９】
図１１は、図９および１０に示した破砕装置用電極の第１の変形例を示す断面模式図であり、図１０に対応する。図１１を参照して、図９および１０に示した破砕装置用電極の第１の変形例を説明する。
【００７０】
図１１を参照して、破砕装置用電極としての同軸電極１は、基本的には図９および１０に示した同軸電極１と同様の構造を備える。しかし、外周電極部分１４ａ、１４ｂに設置された突起部２２ａ、２２ｂの端部２６ａ、２６ｂが、それぞれ外周電極部分１４ａ、１４ｂの側壁２７ａ、２７ｂより突出するように（つまり、外周電極部分１４ａ、１４ｂの側壁２７ａ、２７ｂの間の距離より、突起部２２ａ、２２ｂの端部２６ａ、２６ｂの側壁の間の距離の方が小さくなるように）設置されている。
【００７１】
このようにすれば、図９および１０に示した同軸電極による効果に加えて、図８に示した同軸電極による効果も同時に得ることができる。
【００７２】
図１２は、図９および１０に示した破砕装置用電極の第２の変形例を示す断面模式図であり、図１０に対応する。図１２を参照して、図９および１０に示した破砕装置用電極の第２の変形例を説明する。
【００７３】
図１２を参照して、破砕装置用電極としての同軸電極１は、基本的には図９および１０に示した同軸電極１と同様の構造を備える。ただし、突起部２８ａ、２８ｂは、それぞれ外周電極部分１４ａ、１４ｂと一体成形されている。この場合、図９および１０に示した同軸電極と同様の効果を得ることができる。
【００７４】
図１３は、図９および１０に示した破砕装置用電極の第３の変形例を示す部分拡大模式図であり、図９に対応する。図１３を参照して、図９および１０に示した破砕装置用電極の第３の変形例を説明する。
【００７５】
図１３を参照して、破砕装置用電極としての同軸電極１は、基本的には図９および１０に示した同軸電極１と同様の構造を備える。ただし、図１３に示した同軸電極１では、中心電極１２の中心軸が延びる方向とほぼ平行な方向に突出するように、外周電極部分１４ａの両端部および外周電極部分１４ｂの一方端部に凸部２１ａ〜２１ｃが形成されている。この凸部２１ａ〜２１ｃは、それぞれ外周電極部分１４ａ、１４ｂを構成する材料と同様の材料により構成されている。そして、凸部２１ｂ、２１ｃは、中心電極１２の中心軸の周方向における凸部２１ａの位置とは異なる位置に形成されている。このため、同軸電極に電流を供給した場合、中心電極１２と外周電極部分１４ａとの間における放電（第１の放電）は、中心電極１２と凸部２１ａとの間の領域において発生する。一方、外周電極部分１４ａと外周電極部分１４ｂとの間の放電（第２の放電）は、凸部２１ｂ、２１ｃの間の領域で発生する。したがって、第１の放電と第２の放電とは、中心軸の周方向において異なる領域にて発生することになる。
【００７６】
このようにすれば、第１の放電におけるアークと第２の放電におけるアークとがつながることを防止できる。したがって、第１および第２の放電におけるアークがつながることに起因して破砕に利用されるエネルギーが小さくなることを防止できる。
【００７７】
（実施の形態５）
図１４は、本発明による破砕装置用電極の実施の形態５を示す斜視模式図である。図１５は、図１４に示した破砕装置用電極の断面模式図である。図１４および１５を参照して、本発明による破砕装置用電極の実施の形態５を説明する。
図１４および１５を参照して、破砕装置用電極である同軸電極１は、基本的には図１〜４に示した同軸電極と同様の構造を備える。ただし、図１４および１５に示した同軸電極１では、外周電極１５が４つの外周電極部分１４ａ〜１４ｄを含む。外周電極部分１４ａ〜１４ｄは、それぞれ間隔を隔てて配置されている。外周電極１４ａ〜１４ｃの中心軸方向での幅をそれぞれ幅Ｌ１〜Ｌ３とする。外周電極１４ａ、１４ｂ間の間隔を距離Ｗ１、外周電極１４ｂ、１４ｃ間の間隔を距離Ｗ２、外周電極１４ｃ、１４ｄ間の間隔を距離Ｗ３とする。この場合、図１〜４に示した同軸電極と同様の効果を得られると共に、中心電極１２の端部と外周電極部分１４ａとの間、外周電極部分１４ａと外周電極部分１４ｂとの間、外周電極部分１４ｂと外周電極部分１４ｃとの間、外周電極部分１４ｃと外周電極部分１４ｄとの間という、４箇所で放電を発生させることができる。このため、放電抵抗をより高める事ができるので、放電により放出されるエネルギーをより大きくする事ができる。この結果、破砕装置の能力をさらに向上させることができる。
【００７８】
図１６は、図１４および１５に示した破砕装置用電極の実施の形態５の変形例を示す模式図である。図１６を参照して、破砕装置用電極の実施の形態５の変形例を説明する。
【００７９】
図１６を参照して、破砕装置用電極としての同軸電極１は、基本的には図１４および１５に示した同軸電極１と同様の構造を備える。しかし、図１６に示した同軸電極１では、外周電極部分１４ａ〜１４ｃのそれぞれに凸部２１ａ〜２１ｄが形成されている。凸部２１ａ〜２１ｄは、中心電極１２の中心軸が延びる方向とほぼ平行な方向に突出するように形成されている。凸部２１ａ〜２１ｄは、中心電極１２の中心軸の周方向において互いに異なる位置に形成されている。
【００８０】
中心電極１２の先端部と外周電極部分１４ａとの間に発生する放電（第１の放電）は、凸部２１ａと中心電極１２との間の領域に発生する。外周電極部分１４ａと外周電極部分１４ｂとの間に発生する放電（第２の放電）は、凸部２１ｂと外周電極１４ｂとの間の領域にて発生する。外周電極部分１４ｂと外周電極部分１４ｃとの間に発生する放電（第３の放電）は、凸部２１ｃと外周電極１４ｃとの間の領域にて発生する。外周電極部分１４ｃと外周電極部分１４ｄとの間に発生する放電（第４の放電）は、凸部２１ｄと外周電極１４ｄとの間の領域にて発生する。
【００８１】
このように、突起部としての凸部２１ａ〜２１ｄを形成することにより、この凸部２１ａ〜２１ｄに電荷を集中させることができるので、この凸部２１ａ〜２１ｄが形成された部分の近傍においてそれぞれ第１〜第４の放電を発生させることができる。このため、凸部２１ａ〜２１ｄの位置を変更することにより、第１〜第４の放電の発生位置を任意に変更できる。
【００８２】
また、図１６に示したように凸部２１ａ〜２１ｄを配置することにより、同軸電極において発生する第１〜第４の放電は、中心電極１２の中心軸の周方向において異なる位置に形成されることになる。このため、隣り合う放電のアーク同士がつながることを確実に防止できる。
【００８３】
なお、図１６では、凸部２１ａ〜２１ｄは中心電極１２の中心軸が延びる方向とほぼ平行な方向に突出するように形成されているが、図９〜１２に示したように凸部２１ａ〜２１ｄを中心軸の放射方向に突出するように形成してもよい。この場合も、図１６に示した同軸電極と同様の効果を得ることができる。
【００８４】
また、本発明の実施の形態１〜５における外周電極１４ａ〜１４ｄの幅（中心電極１２の中心軸が延びる方向における長さ）は、１０ｍｍ以上であることが好ましい。このようにすれば、外周電極１４ａ〜１４ｄの幅に制約されること無く、放電に伴って形成されるアークが充分な大きさにまで成長できる。したがって、破砕に利用されるエネルギーを大きくできる。
【００８５】
また、本発明の実施の形態１〜５における外周電極１４ａ〜１４ｄの幅は２０ｍｍ以上であってもよい。このようにすれば、中心電極１２の中心軸の周方向において近い位置に２つの隣接する放電が発生した場合であっても、この２つの放電によるアークがつながることを確実に防止できる。
【００８６】
【実施例】
発明者は、本発明の効果を確認するため、本発明による破砕装置用電極を用いて放電実験を行なった。この実験について、図１７および１８を参照して説明する。
【００８７】
図１７は、実験に用いた破砕装置用電極を示す模式図である。また、図１８は、実験において放電が発生した状態を示す模式図である。
【００８８】
図１７を参照して、発明者が準備した破砕装置用電極としての同軸電極１は、基本的に本発明の実施の形態５による破砕装置用電極と同様の構造を備える。すなわち、同軸電極１は、中心電極１２と、この中心電極１２の外周面上に配置された絶縁体１３と、この絶縁体１３の外周面上に配置された外周電極部分１４ａ〜１４ｄとを備える。中心電極１２は中心軸に沿って延在し、銅からなる。中心電極１２の直径は２０ｍｍである。絶縁体１３はＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）からなり、その厚みは１０ｍｍである。外周電極１５を構成する外周電極部分１４ａ〜１４ｄは銅からなり、その厚みは５ｍｍである。したがって、同軸電極１の外径は５０ｍｍとなる。外周電極部分１４ａ〜１４ｃの幅Ｌは２７ｍｍであり、外周電極１４ａ〜１４ｄの間の距離Ｗは１０ｍｍとした。そして、静電容量が２ｍＦのコンデンサを１５ｋＶまで充電した後、回路インピーダンスが３μＨであるケーブルを用いてこのコンデンサと上記同軸電極１とを接続することにより、同軸電極１において放電を発生させた。
【００８９】
図１８に示すように、放電開始直後は、外周電極１４ａ〜１４ｄの間において比較的サイズの小さなアーク２０ａが発生する。そして、時間の経過と共にアークのサイズは大きくなり、最終的に比較的サイズの大きなアーク２０ｂが形成される。充分大きくなった（成長した）アーク２０ｂでは、中心電極１２の中心軸に沿った方向におけるアーク２０ｂ端部が外周電極部分１４ａ〜１４ｄの端部から長さＬＡだけ内側にまで伸びていることが観察された。長さＬＡの値は約１０ｍｍ程度であった。
【００９０】
そして、コンデンサの充電電圧を６〜１５ｋＶの範囲で変化させた場合においても、アークの形成状況はほとんど変化せず、長さＬＡの値はほぼ１０ｍｍであった。また、外周電極１４ａ〜１４ｄの間の距離Ｗを変化させた場合であっても、この長さＬＡはほとんど変化しなかった。
【００９１】
このことから、外周電極１４ａ〜１４ｄの幅Ｌが１０ｍｍ以上であれば、放電の際に充分成長した大きなアーク２０ｂを形成できることがわかる（一方、外周電極１４ａ〜１４ｄの幅Ｌを１０ｍｍ未満とした場合、アークが充分成長することができないので、結果的に破砕に利用されるエネルギー量が小さくなると考えられる。また、隣接するアークの位置によっては、隣接するアーク同士（例えば、外周電極１４ａ、１４ｂの間に発生したアークと外周電極１４ｂ、１４ｃの間に発生したアーク）がつながってしまうといった現象が起きる可能性もある。この場合も、やはり破砕に利用されるエネルギー量が小さくなると考えられる）。
【００９２】
なお、同軸電極１においては、図１６に示したように中心電極１２の中心軸の周方向において互いに異なる位置において、外周電極１４ａ〜１４ｄに凸部２１ａ〜２１ｄを形成してもよい。このようにすれば、中心電極１２の中心軸の周方向において異なる位置にアークを発生させることができる。したがって、外周電極１４ａ〜１４ｃの幅Ｌが１０ｍｍ程度である場合でも、隣接するアーク２０ｂ同士がつながることを確実に防止できる。
【００９３】
また、実験で用いた同軸電極１のように、外周電極１４ａ〜１４ｄの幅Ｌを２０ｍｍ以上の長さにしておけば、たとえ隣り合うアーク２０ｂが中心電極１２の中心軸の周方向において近い位置に形成されても、アーク２０ｂ同士がつながることを確実に防止できる。
【００９４】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００９５】
【発明の効果】
本発明によれば、一つの破砕装置用電極を用いて複数箇所にて放電を発生させることができるので、破砕に利用されるエネルギーを大きくする事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による破砕装置用電極およびその破砕装置用電極を用いた破砕装置の実施の形態１における装置構成を説明するための模式図である。
【図２】図１に示した破砕装置用電極の先端部を示す部分拡大模式図である。
【図３】図１に示した破砕装置用電極の先端部を示す斜視拡大模式図である。
【図４】図２に示した破砕装置用電極の断面模式図である。
【図５】図１〜４に示した破砕装置用電極の第１の変形例を示す部分拡大模式図である。
【図６】図１〜４に示した破砕装置用電極の第２の変形例を示す断面模式図である。
【図７】本発明による破砕装置用電極の実施の形態２を示す部分拡大模式図である。
【図８】本発明による破砕装置用電極の実施の形態３を示す部分拡大模式図である。
【図９】本発明による破砕装置用電極の実施の形態４を示す部分拡大模式図である。
【図１０】図９に示した破砕装置用電極の断面模式図である。
【図１１】図９および１０に示した破砕装置用電極の第１の変形例を示す断面模式図である。
【図１２】図９および１０に示した破砕装置用電極の第２の変形例を示す断面模式図である。
【図１３】図９および１０に示した破砕装置用電極の第３の変形例を示す部分拡大模式図である。
【図１４】本発明による破砕装置用電極の実施の形態５を示す斜視模式図である。
【図１５】図１４に示した破砕装置用電極の断面模式図である。
【図１６】図１４および１５に示した破砕装置用電極の実施の形態５の変形例を示す模式図である。
【図１７】実験に用いた破砕装置用電極を示す模式図である。
【図１８】実験において放電が発生した状態を示す模式図である。
【図１９】従来の破砕装置を示す模式図である。
【図２０】図１９に示した破砕装置の基本的な構成を示す模式図である。
【図２１】図２０に示した電極の先端部を示す部分拡大模式図である。
【符号の説明】
１ 同軸電極、２ 破砕対象物、５ 同軸ケーブル、６ パルスパワー源、７スイッチ、８ コンデンサ、９ 電源、１０ 下孔、１１ 水、１２ 中心電極、１３ 絶縁体、１４ａ〜１４ｄ 外周電極部分、１５ 外周電極、１６ 先端部、１７ 撚り線導体、１８ 可撓性のある絶縁体、１９ 径方向凸部、２０，２０ａ，２０ｂ アーク、２１，２１ａ〜２１ｄ 凸部、２２ａ，２２ｂ，２８ａ，２８ｂ 突起部、２３ａ，２３ｂ ねじ、２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ ねじ穴、２６ａ，２６ｂ 端部、２７ａ，２７ｂ 側壁。
Claims (15)
- 中心軸に沿って延在し、外周面を有する中心導電体と、
前記中心導電体の外周面上に配置された絶縁部材と、
前記絶縁部材を囲むように配置された外周導電体とを備え、
前記外周導電体は、前記絶縁部材の外周表面に沿って放電を発生させるため、
第１の導電体と、
前記第１の導電体とは前記中心軸の延びる方向において間隔を隔てて配置された第２の導電体とを含む、破砕装置用電極。 - 前記中心導電体は放電を発生させる端部を含み、
前記第１の導電体は前記中心軸の延びる方向において前記端部側に配置され、前記中心軸の延びる方向における両端部と、この両端部に挟まれた領域とを含み、
前記第１の導電体の両端部は、相対的に径の小さい部分を有し、
前記第１の導電体の前記両端部に挟まれた領域は、相対的に径の大きい部分を含む、請求項１に記載の破砕装置用電極。 - 前記第１および第２の導電体の少なくともいずれか一方において突起部が形成されている、請求項１に記載の破砕装置用電極。
- 前記突起部は、前記中心軸が延びる方向とほぼ平行な方向に突出する、請求項３に記載の破砕装置用電極。
- 前記突起部は、前記中心軸の放射方向に突出する、請求項３に記載の破砕装置用電極。
- 前記突起部は、
前記第１および第２の導電体のいずれか一方に形成された第１の突起部と、
前記第１および第２の導電体の少なくともいずれか一方において、前記中心軸の周方向における前記第１の突起部の位置とは異なる位置に形成された第２の突起部とを含む、請求項３〜５のいずれか１項に記載の破砕装置用電極。 - 前記中心軸が延びる方向において、前記第１および第２の導電体の少なくともいずれか一方の長さが１０ｍｍ以上である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の破砕装置用電極。
- 前記外周導体は、前記第２の導電体とは前記中心軸の延びる方向において間隔を隔てて配置された１つ以上の他の導電体を含む、請求項２に記載の破砕装置用電極。
- 前記第１の導電体、前記第２の導電体および前記他の導電体からなる群から選択される少なくとも１つにおいて突起部が形成されている、請求項８に記載の破砕装置用電極。
- 前記突起部は、前記中心軸が延びる方向とほぼ平行な方向に突出する、請求項９に記載の破砕装置用電極。
- 前記突起部は、前記中心軸の放射方向に突出する、請求項９に記載の破砕装置用電極。
- 前記突起部は、
前記第１の導電体、第２の導電体および他の導電体からなる群から選択される１つに形成された第１の突起部と、
前記第１の導電体、第２の導電体および他の導電体からなる群から選択される少なくとも１つにおいて、前記中心軸の周方向における前記第１の突起部の位置とは異なる位置に形成された第２の突起部とを含む、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の破砕装置用電極。 - 前記中心軸が延びる方向において、前記第１の導電体、第２の導電体および他の導電体からなる群から選択される少なくとも１つの長さが１０ｍｍ以上である、請求項８〜１２のいずれか１項に記載の破砕装置用電極。
- 前記中心導電体は撚り線導体を含み、
前記絶縁部材は可撓性の材料を含む、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の破砕装置用電極。 - 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の破砕装置用電極を備える破砕装置。
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