JP3563369B2

JP3563369B2 - 破砕方法

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Publication number: JP3563369B2
Application number: JP2001173481A
Authority: JP
Inventors: 徹岡崎; 良輔畑
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2001-06-08
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2021-06-08
Also published as: JP2002361114A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は破砕方法に関し、より特定的には、効率よくかつ簡便に岩石などを破壊することが可能な破砕方法に関する。
【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６は、従来の破砕装置を示す模式図である。また、図７は、図６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８は、図７に示した電極の先端部を示す部分拡大模式図である。図６〜８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６〜８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方法においては、以下のような問題があった。すなわち、従来の破砕方法では、下孔１１０の内部に水１１１などの電解液を配置する必要があるが、この下孔１１０は必ずしも下方向にのみ形成されるものではない。たとえば、図６に示すように破砕対象物１０２の側壁において水平方向に形成されたり、あるいは天井において上方向に下孔１１０が形成される場合もある。このような場合、下孔１１０の内部にあらかじめ水１１１を配置しておく事は困難である。また、水１１０などの液体に代えて、電解質のゼリー状物質を用いることも考えられる。しかし、下孔１１０の直径が小さい場合など、このような媒体としてのゼリー状物質を下孔１１０の底部にまで確実に充填することは難しい。
【００１０】
このように、従来は、下孔１１０の位置や大きさなどにより、下孔１１０に媒体を確実に供給することができない場合があった。従来の破砕方法では、下孔１１０の内部に電解液などの媒体を配置することを前提としているため、上記のように下孔１１０に充分な媒体を供給できないことにより、破砕を行なうことが困難な場合があった。
【００１１】
この発明は、上記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、下孔の位置などにかかわらず確実に破砕を実施することが可能な破砕方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
発明者は、破砕方法について様々な条件を検討した結果、本発明を完成するに至った。すなわち、従来は下孔に電解液などを満たすことが必須であると考えられていたが、発明者が検討・実験した結果、下孔中に電解液を配置しない状態、すなわち下孔中に電極を配置して大気中で放電を発生させても、岩石などの破砕対象物を破砕することが可能であることがわかった。ここで、放電に伴って発生するプラズマには大電流がながれている。そして、電極に供給される電流などの条件によって、大きな応力（膨張力）が発生する。実験の結果、このプラズマの応力により圧縮強度が２００ＭＰａ程度までの岩石を破砕することができた。さらに、プラズマの応力を直接利用するので、従来のように電解液などの媒体を必要としない。発明者のこのような知見に基づいて、この発明による破砕方法は、破砕対象物に下孔を形成する工程と、下孔の内部に複数の電極を互いに間隙を隔てて配置する工程と、複数の電極に電流を供給することにより、下孔の内部に配置された複数の電極間において、空気中で放電を発生させる工程とを備える。
【００１３】
このようにすれば、下孔中に電解液などを配置する必要が無いので、破砕工程を簡略化できる。
【００１４】
また、下孔がたとえば上向きや横向きに形成された、電解液などを下孔中に保持することが難しいような状況において、下孔中に電極を挿入して放電を発生させることにより岩石などの破砕対象物を破砕することができる。すなわち、下孔の配置にかかわらず、確実に破砕を行うことが可能になる。
【００１５】
この発明による破砕方法では、放電により発生するプラズマと下孔の内壁とが接触することができるように、下孔の内壁と複数の電極との相対的な位置が決定されていることが好ましい。
【００１６】
この場合、放電により発生するアークプラズマ（以下、プラズマと呼ぶ）には電極から離れようとする力がはたらく。そして、プラズマに大電流が流れるように電極に供給する電流量を充分大きくすれば、プラズマが電極から離れようとする力を大きくできる。そして、プラズマが下孔の内壁と接触するように電極が配置されていれば、この力を下孔の内壁へと容易に伝えることができる。この結果、プラズマからの力により破砕対象物を下孔の内部から確実に破砕することができる。
【００１７】
この発明による破砕方法では、複数の電極が、ある方向に延在する一方線状導電体と、一方線状導電体の延びる方向と同じ方向に延在し、一方線状導電体と誘電体を介して対向する他方線状導電体とを含んでいてもよい。他方線状導電体は、第１の導電体と、第１の導電体と間隙を隔てて配置された第２の導電体とを含んでいてもよい。
【００１８】
この場合、電極に電流が供給され、一方線状導電体と他方線状導電体との間に当該電流が流れる場合、一方線状導電体において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の導電体との間に位置する間隙において、第２の放電が発生する。つまり、図６〜８に示したような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。
【００１９】
また、上記第１および第２の導電体は、他方線状導電体を複数個所において切断・分割することにより、容易に作成できる。このため、たとえば同軸電極の外周電極を分割するような場合より、簡単な加工で本発明による電極を実現できる。したがって、破砕に用いる電極の製造工程を単純化できることから、破砕を行なう為のコストが上昇することを防止できる。
【００２０】
この発明による破砕方法では、他方線状導電体が第２の導電体とは一方線状導電体の延びる方向において間隙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。
【００２１】
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、間隙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。
【００２２】
この発明による破砕方法では、電極での放電に起因して発生するプラズマの半径をｒ（単位：ｍ）、プラズマの中心と一方線状導電体の中心との間の距離をｄ（単位：ｍ）、電極に供給される電流の値をＩ（単位：Ａ）、空気の透磁率をμ（単位：Ｈ／ｍ）とした場合、μ×Ｉ^２／（４π×ｄ×ｒ）という式で算出される評価値が、破砕対象物の圧縮強さ（単位：Ｐａ）の値より大きくなるように、電極に供給される電流の値を決定してもよい。
【００２３】
この場合、評価値で示される数値はプラズマにより下孔の内壁に加えられる圧力を示す。そして、この圧力が破砕対象物の圧縮強さより大きければ、確実に岩石などの破砕対象物を破砕できる。
【００２４】
この発明による破砕方法では、電極での放電に起因して発生するプラズマの半径をｒ（単位：ｍ）、プラズマの中心と一方線状導電体の中心との間の距離をｄ（単位：ｍ）、電極に供給される電流の値をＩ（単位：Ａ）、空気の透磁率をμ（単位：Ｈ／ｍ）とした場合、μ×Ｉ^２／（４π×ｄ×ｒ）という式で算出される評価値が、破砕対象物の引張強さ（単位：Ｐａ）の値より大きくなるように、電極に供給される電流の値を決定してもよい。
【００２５】
この場合、評価値で示される数値は上述のようにプラズマにより下孔の内壁に加えられる圧力を示している。この圧力が破砕対象物の引張強さより大きければ、下孔を起点にして破砕対象物を複数の部分に分割するように破壊することができる。
【００２６】
この発明による破砕方法では、一方線状導電体の半径をＲ（単位：ｍ）とした場合、Ｒ＋ｄ＋ｒという式で算出される他の評価値の値より小さくなるように、下孔の直径が決定されていてもよい。
【００２７】
この場合、放電により発生するプラズマを下孔の内壁に確実に接触させる事ができる。したがって、プラズマからの圧力を破砕対象物に確実に伝えることができるので、破砕対象物をこの圧力により容易に破砕することができる。
【００２８】
この発明による破砕方法では、評価値を算出する際、プラズマの半径ｒの値として、第１の導電体の半径の値を用いてもよい。
【００２９】
ここで、プラズマの半径の大きさと第１の導電体の半径の値とは比較的近似していることから、実際にプラズマを発生させてその半径を測定することなく、ある程度の精度で電極に供給されるべき電流の値を決定することができる。したがって、本発明による破砕方法を実施するための条件を簡便に決定できる。
【００３０】
【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、その説明は繰返さない。
【００３１】
図１は、本発明による破砕方法の実施の形態を説明するための模式図であり、本発明による破砕装置を示している。図２は、図１に示した破砕装置における電極の先端部を示す模式図である。図３は、図２に示した電極の先端部を示す断面模式図である。図１〜３を参照して、本発明による破砕方法の実施の形態およびこの破砕方法で用いる破砕装置を説明する。
【００３２】
図１〜３を参照して、本発明による破砕方法を実施するための破砕装置は、破砕装置用電極である電極１とパルスパワー源６と電源９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。パルスパワー源６に接続された電極１を構成する一方ケーブル３、他方ケーブル４、ケーブル部分５ａ〜５ｃは、導電体１４を絶縁体１３で被覆した単芯絶縁電線を用いて構成される。絶縁体１３としては、プラスチック、ゴム、ビニール、絶縁性の樹脂などの誘電体を用いることができる。また、導電体１４としては、銅、銀、アルミニウム、鉄などの電気導電性を有する金属を用いることができる。
【００３３】
電極１は、ある方向に延在する一方ケーブル３と、この一方線状導電体としての一方ケーブル３が延びる方向と同じ方向に延在する他方ケーブル４およびケーブル部分５ａ〜５ｃと、この一方ケーブル３と他方ケーブル４およびケーブル部分５ａ〜５ｃとを固定するための固定部材１２ａ〜１２ｈとを備える。固定部材１２ａ〜１２ｈを構成する材料としては、電極１において放電を発生させることにより破砕対象物２を破砕する工程の前後において、一方ケーブル３と他方ケーブル４およびケーブル部分５ａ〜５ｃとを固定部材１２ａ〜１２ｈにより保持することが可能なように、充分大きな強度を有する材料が選択されている。
【００３４】
なお、他方ケーブル４およびケーブル部分５ｂ、５ｃが他方線状導電体に対応する。ケーブル部分５ａは、一方ケーブル３の先端部がほぼ１８０゜曲げられ、一方ケーブル３に沿うように配置されることにより形成されている。図１〜３からもわかるように、ケーブル部分５ａ〜５ｃは、それぞれ互いにギャップ１７ａ、１７ｂを介して対向するように配置されている。ケーブル部分５ｃが第１の導電体に対応し、ケーブル部分５ｂが第２の導電体に対応する。また、他の導電体としての他方ケーブル４は、ギャップ１７ｃを介してケーブル部分５ｃと対向するように配置されている。
【００３５】
電極１は、図１に示すように岩石などの破砕対象物２に形成された下孔１０の内部に挿入される。下孔１０の内部には電解液などは配置されていない。
【００３６】
次に、図１〜３に示した破砕装置を用いた破砕方法を説明する。まず、破壊対象となる岩石などの破砕対象物２に、ドリルなどを用いてあらかじめ下孔１０を形成する。この下孔１０に図１〜３に示した電極１を配置する。
【００３７】
そして、電源９で電荷を発生させ、この電荷をコンデンサ８に蓄積する。ただし、コンデンサ８の片側の極は接地されている。コンデンサ８に十分に電荷が蓄積された後にスイッチ７を閉じることにより、コンデンサ８に蓄えられた電荷が電極１に導入される。すると、ケーブル部分５ａとケーブル部分５ｂとの間に位置するギャップ１７ａにおいて第１の放電が発生し、アークプラズマ１８ａが形成される。このアークプラズマ１８ａは電磁力により一方ケーブル３から離れるように移動すると同時に成長し、アークプラズマ１８ｄとなる。なお、一方ケーブル３よりアークプラズマ１８ａの方が軽く容易に移動できるため、一方ケーブル３が移動するより先にアークプラズマ１８ａが移動することになる。
【００３８】
また、ケーブル部分５ｂとケーブル部分５ｃとの間に位置するギャップ１７ｂにおいても第２の放電が発生し、アークプラズマ１８ｂが形成される。このアークプラズマ１８ｂは、アークプラズマ１８ａと同様に移動すると同時に成長し、アークプラズマ１８ｅとなる。また、同様にケーブル部分５ｃと他方ケーブル４との間に位置するギャップ１７ｃにおいても放電が発生し、アークプラズマ１８ｃが形成される。このアークプラズマ１８ｃは、アークプラズマ１８ａと同様に移動すると同時に成長し、アークプラズマ１８ｆとなる。このアークプラズマ１８ｄ〜１８ｆが下孔１０の内壁に直接作用することにより、破砕対象物２を破砕する。
【００３９】
具体的には、たとえばケーブル部分５ａ〜５ｃおよび他方ケーブル４を構成する導電体１４の直径を５ｍｍとし、アークプラズマ１８ｄの中心と一方ケーブル３の中心との距離ｄを２０ｍｍ、アークプラズマ１８ｄ〜１８ｆに流れる電流の値Ｉを３００ｋＡとすると、アンペールの法則より発生する磁場の磁束密度Ｂは近似的に
Ｂ＝μＨ＝μ×（電流）／（２×π×ｄ）＝３Ｔ（テスラ）
と表される。なお、μは空気の透磁率を示す。また、アークプラズマ１８ａ〜１８ｆは自己ピンチ効果により発生当初より時間が経つとその断面積は小さくなると考えられるが、ここでは発生当初のサイズから変化していないと仮定している。
【００４０】
そして、ファラデーの法則よりアークプラズマ１８ｄ〜１８ｆに発生する１ｍあたりの力は、（磁場）×（電流）×（長さ）という式から求められ、計算結果は０．９ＭＮ（メガニュートン）となる。アークプラズマ１８ｄ〜１８ｆの半径ｒは導電体１４の半径と等しいと仮定しているので、電極部のアークプラズマ１８ｄ〜１８ｆにおける局所的な圧力は１８０ＭＰａとなる。
【００４１】
上記の計算をまとめると、圧力Ｐ＝力／面積＝μＩ^２Ｌ／（２π×ｄ）／（Ｌ×２ｒ）＝μＩ^２／（４π×ｄ×ｒ）という式により、圧力が表される。
【００４２】
上記のような条件でアークプラズマ１８ｄ〜１８ｆが発生する場合、破砕対象物２の圧縮強さが１８０ＭＰａ以下であれば、このアークプラズマ１８ｄ〜１８ｆの圧力により破砕対象物２を充分破壊することができる。なお、参考までに、圧縮強さ（圧縮強度）が５０ＭＰａ以上の岩は硬岩と呼ばれる。また、圧縮強さが２００ＭＰａを越えるような岩は極めてまれである。このため、上述のアークプラズマ１８ｄ〜１８ｆの発生条件（破砕条件）により、ほとんどの岩を圧縮破壊することができる。また、上述のようにアークプラズマ１８ｄ〜１８ｆを直接下孔１０の内壁に作用させるので、従来のように下孔１０の内部に電解液などの媒体を配置する必要が無い。
【００４３】
また、図１〜３に示すように電極１において複数のギャップ１７ａ〜１７ｃを形成することにより、複数のアークプラズマ１８ｄ〜１８ｆを形成することができる。このため、破砕に利用されるエネルギーを従来より大きくできるので、効率よく破砕を行なうことができる。
【００４４】
また、下孔１０の直径Ｄは、アークプラズマ１８ｄ〜１８ｆの半径ｒと距離ｄと一方ケーブル３の半径とを加えた値以下とすることが好ましい。ここでは下孔１０の直径Ｄを３０ｍｍ程度とした。
【００４５】
この場合、アークプラズマ１８ｄ〜１８ｆを下孔１０の内壁に確実に接触させることができる。したがって、アークプラズマ１８ｄ〜１８ｆからの力を破砕対象物２に伝えることができるので、破砕対象物２の破砕を確実に実施できる。
【００４６】
また、上述のように下孔の直径Ｄを充分小さくしておけば、アークプラズマ１８ｄ〜１８ｆと一方ケーブル３との間に働く電磁力により、一方ケーブル３が下孔１０の内壁と衝突することにより、破砕対象物２に対して衝撃力を加えることができる。この結果、破砕対象物をより確実に破砕できる。
【００４７】
なお、破砕対象物２としての岩の引張強さ（引張破壊強度）は、圧縮強さの約１０分の１である。そのため、破砕対象物２に引張応力をかけるようにアークプラズマ１８ｄ〜１８ｆを作用させる事ができれば、アークプラズマでの圧力がこの引張強さ程度（上記計算結果の１０分の１程度）であっても、破砕対象物２を破壊できる。たとえば、転石などは周囲からの拘束が無いため、引張強さ程度の圧力（圧縮強さより小さな圧力）でも破壊できる。もちろん、平盤の掘り下げなどの場合は、破砕する領域には周囲からの拘束力が働くため、引張強さ程度の圧力で破砕することは難しい。以上より、運用上でのアークプラズマ１８ｄ〜１８ｆに求められる圧力は破砕対象物２の引張強さと圧縮強さとの間の値となる。
【００４８】
また、図１〜３においては複数のギャップを有する二本の絶縁被覆導電線を用いて電極を形成しているが、単純に二本の絶縁被覆導電線を下孔１０の内部に配置して電極としてもよい。この場合、二本の絶縁被覆導電線の先端部において、絶縁被覆導電線の導電体が露出した部分の間にギャップが１つ形成されることになる。この状態で電極に電流を供給し、ギャップにおいて放電を発生させることによっても、図１〜３に示した破砕装置による破砕方法と同様の効果を得ることができる。ただし、この場合は放電に伴って発生するアークプラズマは１つだけであるため、図１〜３に示した破砕装置を用いた破砕方法より破砕力は小さくなる。また、アークプラズマを発生させるために絶縁被服導電線には十分な大きさの電流を供給する必要があるが、このような大電流を供給されることにより絶縁被覆導電線自体がジュール熱などにより破壊される場合がある。このような場合であっても、図１〜３に示したように複数のギャップ１７ａ〜１７ｃを設けた電極を用いれば、供給電流量を同じにしても破砕力をより大きくできる。同時に、アークプラズマ１８ｄ〜１８ｆは下孔１０の内壁側へと迅速に移動し、下孔１０の内壁に圧力を加えることができるので、絶縁被覆導電線自体がジュール熱などにより破壊されることなく破砕対象物を破砕することが可能である。
【００４９】
また、電極として中心導電体と、この中心導電体の周囲に配置された絶縁体と、絶縁体を囲むように配置された外周導電体とを備える同軸線を用いて電極を形成してもよい。この場合、外周導電体を部分的に除去することにより、第１および第２の外周導電体部分を形成してもよい。この第１および第２の外周導電体部分は、間隙を介して配置されている事が好ましい。このようにすれば、図１〜３に示した電極を用いた場合と同様に、電極の先端部と上記間隙との複数箇所で放電を発生させることができる。この結果、図１〜３に示した破砕装置を用いた破砕方法と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
また、図１〜３に示したように下孔１０の直径Ｄを充分小さくするのではなく、電極１に対して相対的に大きな直径Ｄを有する下孔１０を形成し、その下孔１０の一方の内壁に沿って電極１を配置してもよい。このとき、一方ケーブル３から見て最も近くに位置する下孔１０の内壁側に他方ケーブル４およびケーブル部分５ａ〜５ｃを配置する。そして、内壁から一方ケーブル３までの距離は図２に示した距離ｄとアークプラズマ１８ｄ〜１８ｆの半径ｒとを合計した値以下とすることが好ましい。このようにすれば、アークプラズマ１８ｄ〜１８ｆを下孔１０の内壁に確実に作用させることができる。なお、このように片方の内壁に電極を寄せるためには、他の介在物を下孔１０中に配置するなどの手法を用いればよい。
【００５１】
【実施例】
本願発明の効果を確認するため、２００ＭＰａ級の岩石を産出する採石場において、流紋岩の転石を用いて破砕実験を行なった。図４および５を参照して、破砕実験について説明する。なお、図４は、破砕実験を説明するための模式図である。また、図５は、図４の線分Ｖ−Ｖにおける電極の断面模式図である。
【００５２】
図４に示すように、実験では、まず破砕対象物２としての上記転石に下孔１０を形成した。下孔１０の内径Ｄは３２ｍｍであり、深さは５００ｍｍである。そして、導電体１４の部分の直径Ｄ１が５ｍｍである単芯被覆導電線を用いて、図４に示したような電極を形成した。すなわち、下孔１０に単芯被覆導電線を二本挿入する。一方の単芯被覆導電線では、６箇所を切断・除去することにより、ギャップ１７ａ〜１７ｆを形成した。ギャップ１７ａ〜１７ｆの幅Ｗは５ｍｍであり、ギャップ１７ａ〜１７ｆの間の間隔Ｌは１３０ｍｍとした。このようなギャップを形成することにより、電極は単芯被覆導電線からなる一方ケーブル３と、他方ケーブル４とケーブル部分とから構成されることになる。ここで用いる単芯被覆導電線は導電体１４の外周を絶縁体１３が覆った構造となっている。
【００５３】
そして、上述のように電極を下孔１０に挿入した後、下孔１０中に電解液などを配置することなく電極１に所定の電流を供給することにより、大気中で放電を発生させて転石の破砕実験を行なった。実験では、電極１に全回路インダクタンスが２μＨの導電線を介して静電容量が２ｍＦのコンデンサを接続した。コンデンサへの充電電圧は１９ｋＶとした。そして、スイッチを閉じてコンデンサから電極へと電流を供給することにより、電極で放電を発生させて破砕実験を行なった。このとき電極へと流れた電流の値は１５０ｋＡであった。この結果、破砕対象物２である転石を破砕することができた。
【００５４】
また、破砕対象物としてほぼ立方体の流紋岩を用いて、他の破砕実験も行なった。ここで用いた流紋岩の体積は約０．８ｍ^３であった。この流紋岩の転石の中央部に直径Ｄが２６ｍｍ、深さが４００ｍｍの下孔を形成した。そして、上述の単芯被覆導電線を用いて、図４に示した電極と同様の電極を形成した。ただし、ここでは電極に形成されたギャップの数は４つである。また、用いた単芯被覆導電線の長さは約６００ｍｍである。ギャップの間隔Ｌは５０ｍｍとした。この電極に長さが１６ｍの同軸ケーブルを介してパルスパワー源を接続した。パルスパワー源でのコンデンサの充電電圧は１３ｋＶとした。パルスパワー源のスイッチを閉じることにより、このコンデンサから電極に投入されるエネルギーは１６９ｋＪであった。この場合も、破砕対象物は粉々に飛散した。
【００５５】
なお、破砕対象物として流紋岩を用いているが、より柔らかい材料を破砕する場合は、電極に供給される電流値を１５０ｋＡ未満のより小さな値としてもよい。
【００５６】
また、上記の実験では、下孔１０の内部には電解液などを配置しない状態で破砕を行なっているが、下孔１０の内部に電解液などの媒体を配置した状態であっても、図４および５に示した破砕実験と同様の効果を得ることができる。また、下孔１０の内部を空気（気体）とゲル状の電解質との混合物を配置した状態で破砕実験を行なっても、図４および５に示した破砕実験と同様の効果を得ることができた。
【００５７】
今回開示された実施の形態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。
【００５８】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、下孔に電解液などの媒体を配置する必要が無いので、下孔の位置などにかかわらず確実に破砕対象物の破砕を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による破砕方法の実施の形態を説明するための模式図である。
【図２】図１に示した破砕装置における電極の先端部を示す模式図である。
【図３】図２に示した電極の先端部を示す断面模式図である。
【図４】破砕実験を説明するための模式図である。
【図５】図４の線分Ｖ−Ｖにおける電極の断面模式図である。
【図６】従来の破砕装置を示す模式図である。
【図７】図６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８】図７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電極、２破砕対象物、３一方ケーブル、４他方ケーブル、５ａ〜５ｃケーブル部分、６パルスパワー源、７スイッチ、８コンデンサ、９電源、１０，１０ａ〜１０ｄ下孔、１２ａ〜１２ｈ固定部材、１３絶縁体、１４導電体、１７ａ〜１７ｆギャップ、１８ａ〜１８ｆアークプラズマ。

Claims

破砕対象物に下孔を形成する工程と、
前記下孔の内部に複数の電極を互いに間隙を隔てて配置する工程と、
前記複数の電極に電流を供給することにより、前記下孔の内部に配置された前記複数の電極間において、空気中で放電を発生させる工程とを備える、破砕方法。
前記放電により発生するプラズマと前記下孔の内壁とが接触することができるように、前記下孔の内壁と前記複数の電極との相対的な位置が決定されている、請求項１に記載の破砕方法。
前記複数の電極は、
ある方向に延在する一方線状導電体と、
前記一方線状導電体の延びる方向と同じ方向に延在し、前記一方線状導電体と誘電体を介して対向する他方線状導電体とを含み、
前記他方線状導電体は、第１の導電体と、前記第１の導電体と間隙を隔てて配置された第２の導電体とを含む、請求項１または２に記載の破砕方法。
前記他方線状導電体は、前記第２の導電体とは前記一方線状導電体の延びる方向において間隙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３に記載の破砕方法。
前記電極での放電に起因して発生するプラズマの半径をｒ（単位：ｍ）、プラズマの中心と前記一方線状導電体中心との間の距離をｄ（単位：ｍ）、前記電極に供給される電流の値をＩ（単位：Ａ）、空気の透磁率をμ（単位：Ｈ／ｍ）とした場合、μ×Ｉ^２／（４π×ｄ×ｒ）という式で算出される評価値が、破砕対象物の圧縮強さ（単位：Ｐａ）の値より大きくなるように、前記電極に供給される電流の値を決定することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の破砕方法。
前記電極での放電に起因して発生するプラズマの半径をｒ（単位：ｍ）、プラズマの中心と前記一方線状導電体中心との間の距離をｄ（単位：ｍ）、前記電極に供給される電流の値をＩ（単位：Ａ）、空気の透磁率をμ（単位：Ｈ／ｍ）とした場合、μ×Ｉ^２／（４π×ｄ×ｒ）という式で算出される評価値が、破砕対象物の引張強さ（単位：Ｐａ）の値より大きくなるように、前記電極に供給される電流の値を決定することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の破砕方法。
一方線状導電体の半径をＲ（単位：ｍ）とした場合、Ｒ＋ｄ＋ｒという式で算出される他の評価値の値より小さくなるように、前記下孔の直径が決定されている、請求項５または６に記載の破砕方法。
前記評価値を算出する際、前記プラズマの半径ｒの値として、前記第１の導電体の半径の値を用いる、請求項５〜７のいずれか１項に記載の破砕方法。