JP4587822B2 - Electrodes for electric discharge crusher - Google Patents
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Description
本発明は放電破砕装置の電極に関し、特に、放電を生じさせやすい構造の電極に関する。 The present invention relates to an electrode for an electric discharge crusher, and more particularly to an electrode having a structure that easily causes discharge.
岩石やコンクリート等の破壊対象物を破砕するために放電破砕装置を用いた放電破砕方法が知られている。例えば図6に示すように、破壊対象物60に予め電解液充填孔61を形成し、この電解液充填孔61内に水等の電解液63を充填してこの電解液63中に放電破砕装置50の電極70を挿入し、電極70に大電流パルスを印加して放電を行なわせる。この放電エネルギーにより電解液63がプラズマ化して圧力波を発生するので、この圧力波で電解液充填孔61の周囲を破砕することで、破壊対象物60を破砕する。放電破砕装置50は、大容量(例えば約500kJ)のコンデンサ82及びスイッチ83,84を備えた回路で構成されたパルスパワー源80と、コンデンサ82の一方の極82aに接続されるとともにコンデンサ82の他方の極82bにスイッチ83を介して接続された発電機等の電源部81と、コンデンサ82の一方の極82aに接続された一方電極とコンデンサ82の他方の極82bにスイッチ84を介して接続された他方電極とこれら一方電極と他方電極とを絶縁する絶縁体とで形成された電極70とを備える。図示しないが、パルスパワー源80の回路は接地(アース)されている。
図6;図7に示すように、電極70は、例えば一方電極としての内部導体軸73と内部導体軸73の外周囲を被覆する筒状絶縁体74と筒状絶縁体74の外周囲に設けられた外部導体75とで構成される。外部導体75は、内部導体軸73の軸に沿った方向に間隔を隔てて設けられた複数の外部導体構成体76により形成される。筒状絶縁体74の先端部74tより突出して露出する内部導体軸73の先端部73tとこの先端部73tに最も近い外部導体構成体76の先端部76tとで放電を生じさせる先端側放電ギャップ77が形成され、対向する外部導体構成体76の端部76sと端部76sとで放電を生じさせる中間側放電ギャップ78が形成される。中間側放電ギャップ78は複数形成される。
スイッチ84及びスイッチ83の非導通の状態で、破壊対象物60の電解液充填孔61内の電解液63中に電極70を挿入した後に、スイッチ83を導通してコンデンサ82に電源部81からの電荷を蓄積させる。そしてスイッチ84を導通して、コンデンサ82に蓄えられた電荷を電極70に印加すると、先端側放電ギャップ77で放電を生じ、この放電エネルギーによって電解液63がプラズマ化して圧力波を発生する。同様に、複数の中間側放電ギャップ78で放電を生じ、この放電エネルギーによって電解液63がプラズマ化して圧力波を発生する。これら圧力波により破壊対象物60が破砕する。
しかしながら、内部導体軸73の先端部73tに最も近い外部導体構成体76の先端部76tの面はリング状の平面に形成されているので、先端側放電ギャップ77で放電を生じにくい。
6; FIG. 7, for example, the
After the
However, since the surface of the
発明が解決しようとする課題は、従来の放電破砕装置の電極では、放電を生じさせにくいという点である。 The problem to be solved by the invention is that it is difficult to cause discharge with the electrodes of the conventional electric discharge crushing apparatus.
本発明は、破壊対象物の内側に設けられた電解液に電極を介して放電エネルギーを付与して電解液をプラズマ化することにより圧力波を発生させ圧力波で破壊対象物を破砕する放電破砕装置の電極において、内部導体軸と内部導体軸の外周囲を被覆する筒状絶縁体と筒状絶縁体の外周囲に設けられた外部導体とで構成され、外部導体の先端部と筒状絶縁体より露出する内部導体軸の先端部とで放電を生じさせる先端側放電ギャップが形成され、外部導体の先端部が外部導体の周方向において複数に分割されたことを特徴とする。
また、破壊対象物の内側に設けられた電解液に電極を介して放電エネルギーを付与して電解液をプラズマ化することにより圧力波を発生させ圧力波で破壊対象物を破砕する放電破砕装置の電極において、内部導体軸と内部導体軸の外周囲を被覆する筒状絶縁体と筒状絶縁体の外周囲に設けられた外部導体とで構成され、外部導体の先端部と筒状絶縁体より露出する内部導体軸の先端部とで放電を生じさせる先端側放電ギャップが形成され、外部導体の先端部が外部導体の軸に沿った方向の凹凸部を外部導体の周方向において複数備えたことを特徴とする。
また、外部導体が、内部導体軸の軸に沿った方向に間隔を隔てて設けられた複数の外部導体構成体により形成され、対向する外部導体構成体の端部と端部とで放電を生じさせる中間側放電ギャップが形成されたことや、外部導体構成体の端部が、外部導体構成体の周方向において複数に分割されたことや、外部導体構成体の端部が、外部導体構成体の軸に沿った方向の凹凸部を外部導体構成体の周方向において複数備えたことや、外部導体構成体が、内部導体軸の軸に沿った方向に延長してかつ筒状絶縁体の外周囲を囲むように配置された複数の導体線により形成されたことや、外部導体構成体が、内部導体軸の軸に沿った方向に延長してかつ筒状絶縁体の外周囲を囲むように配置された網状導体により形成されたことや、外部導体構成体の端部の先端が尖った形状に形成されたことや、少なくとも先端側放電ギャップを収納するとともに電解液が充填されるカートリッジを備えたことも特徴とする。
The present invention is a discharge crushing in which a pressure wave is generated by applying discharge energy to an electrolytic solution provided on the inner side of an object to be destroyed through an electrode to generate a pressure wave and crushing the object to be destroyed by the pressure wave. The electrode of the device is composed of an inner conductor shaft, a cylindrical insulator that covers the outer periphery of the inner conductor shaft, and an outer conductor that is provided on the outer periphery of the cylindrical insulator. A tip-side discharge gap for generating discharge is formed at the tip of the inner conductor shaft exposed from the body, and the tip of the outer conductor is divided into a plurality of portions in the circumferential direction of the outer conductor.
In addition, a discharge crushing device that generates a pressure wave by applying discharge energy to an electrolytic solution provided inside an object to be destroyed through an electrode to convert the electrolyte into plasma and crushing the object to be destroyed with the pressure wave The electrode comprises an inner conductor shaft, a cylindrical insulator covering the outer periphery of the inner conductor shaft, and an outer conductor provided on the outer periphery of the cylindrical insulator. A tip-side discharge gap that generates a discharge is formed between the exposed tip portion of the inner conductor shaft, and the outer conductor tip portion includes a plurality of concave and convex portions in the circumferential direction of the outer conductor along the outer conductor axis. It is characterized by.
In addition, the outer conductor is formed by a plurality of outer conductor structures provided at intervals in the direction along the axis of the inner conductor axis, and discharge occurs between the ends of the outer conductor structures facing each other. The intermediate discharge gap is formed, the end of the outer conductor structure is divided into a plurality of parts in the circumferential direction of the outer conductor structure, and the end of the outer conductor structure is the outer conductor structure A plurality of concavo-convex portions in the direction along the axis of the external conductor are provided in the circumferential direction of the outer conductor structure, and the outer conductor structure extends in the direction along the axis of the inner conductor axis and is outside the cylindrical insulator. It is formed by a plurality of conductor wires arranged so as to surround the periphery, and the outer conductor structure extends in a direction along the axis of the inner conductor axis and surrounds the outer periphery of the cylindrical insulator. Formed by the reticulated conductor arranged, Parts and the tip is formed in a pointed shape, the electrolytic solution and also characterized by having a cartridge filled with accommodating at least the distal end side discharge gap.
本発明によれば、外部導体の周方向において複数に分割された外部導体の先端部と筒状絶縁体より露出する内部導体軸の先端部とで放電を生じさせる先端側放電ギャップが形成されたので、複数に分割された外部導体の先端部での電界が大きくなり、先端側放電ギャップで放電を生じさせやすくなるので、放電効率を向上させることができ、放電破砕装置による破砕作業の効率を向上できる。
また、外部導体の先端部において外部導体の周方向に複数設けられた外部導体の軸に沿った方向の凹凸部のうちの複数の凸部と筒状絶縁体より露出する内部導体軸の先端部とで放電を生じさせる先端側放電ギャップが形成されたので、外部導体の先端部の複数の凸部での電界が大きくなり、先端側放電ギャップで放電を生じさせやすくなるので、放電効率を向上させることができ、放電破砕装置による破砕作業の効率を向上できる。
また、外部導体構成体の端部と端部とで放電を生じさせる中間側放電ギャップを備えたので、放電箇所を多くでき、放電エネルギーを増加させることができて、圧力波による破砕力を向上できる。また、外部導体構成体の端部が、外部導体構成体の周方向において複数に分割されたり、あるいは、外部導体構成体の端部が、外部導体構成体の軸に沿った方向の凹凸部を外部導体構成体の周方向において複数備えるので、外部導体構成体の端部での電界が大きくなり、中間側放電ギャップで放電を生じさせやすくなるので、放電効率を向上させることができ、放電破砕装置による破砕作業の効率を向上できる。また、外部導体構成体が、内部導体軸の軸に沿った方向に延長してかつ筒状絶縁体の外周囲を囲むように配置された複数の導体線により形成されたことで、導体線の端部である面積の小さい面では電界が大きくなり、放電を生じさせやすくなるので、放電効率を向上させることができる。また、外部導体構成体が、内部導体軸の軸に沿った方向に延長してかつ筒状絶縁体の外周囲を囲むように配置された網状導体により形成されたことで、網状導体の端部である面積の小さい面では電界が大きくなり、放電を生じさせやすくなるので、放電効率を向上させることができる。また、外部導体構成体の端部の先端が尖った形状に形成されたことで、尖った形状に形成された先端での電界が大きくなり、放電を生じさせやすくなるので、放電効率を向上させることができる。また、少なくとも先端側放電ギャップを収納するとともに電解液が充填されるカートリッジを備えたことで、破壊対象物の電解液充填孔内に電解液を保留できない場合にでも対応できる電極を得ることができる。
According to the present invention, the distal end side discharge gap is formed that causes discharge between the distal end portion of the outer conductor divided into a plurality in the circumferential direction of the outer conductor and the distal end portion of the inner conductor shaft exposed from the cylindrical insulator. As a result, the electric field at the tip of the outer conductor divided into a plurality becomes larger, and it becomes easier to generate a discharge at the tip-side discharge gap, so that the discharge efficiency can be improved and the efficiency of the crushing work by the discharge crushing device can be improved. It can be improved.
In addition, a plurality of convex portions of the concavo-convex portions in the direction along the axis of the outer conductor provided in the circumferential direction of the outer conductor at the tip portion of the outer conductor and the tip portion of the inner conductor shaft exposed from the cylindrical insulator As a result, a discharge gap is formed at the leading end of the outer conductor, which increases the electric field at the protrusions on the leading end of the outer conductor, and facilitates the discharge at the leading end discharge gap. It is possible to improve the efficiency of the crushing work by the electric discharge crusher.
In addition, it has an intermediate discharge gap that generates discharge at the ends of the outer conductor structure, so it is possible to increase the number of discharge locations, increase the discharge energy, and improve the crushing force due to pressure waves. it can. Further, the end portion of the outer conductor structure is divided into a plurality of parts in the circumferential direction of the outer conductor structure, or the end portion of the outer conductor structure has an uneven portion in the direction along the axis of the outer conductor structure. Since a plurality of outer conductor structures are provided in the circumferential direction, the electric field at the end of the outer conductor structure is increased, and discharge is easily generated in the intermediate discharge gap. The efficiency of crushing work by the device can be improved. Further, the outer conductor constituting body is formed by a plurality of conductor wires extending in the direction along the axis of the inner conductor axis and surrounding the outer periphery of the cylindrical insulator, Since the electric field is large on the surface having a small area which is an end portion and discharge is easily generated, discharge efficiency can be improved. Further, the outer conductor constituting body is formed of a mesh conductor that extends in a direction along the axis of the inner conductor axis and surrounds the outer periphery of the cylindrical insulator, so that the end of the mesh conductor is formed. Since the electric field is large on the surface having a small area and discharge is easily generated, the discharge efficiency can be improved. In addition, since the tip of the end portion of the outer conductor structure is formed in a sharp shape, the electric field at the tip formed in the sharp shape is increased and discharge is likely to occur, so that the discharge efficiency is improved. be able to. In addition, by providing at least the tip-side discharge gap and the cartridge filled with the electrolytic solution, it is possible to obtain an electrode that can cope even when the electrolytic solution cannot be retained in the electrolytic solution filling hole of the destruction target. .
実施形態1
図1は実施形態1による放電破砕装置及び電極を示し、図2(a)は放電破砕装置の電極の先端部を拡大して示し、図2(b)は図2(a)のA−A端面を示す。尚、図6と同一又は相当部分は同一符号を付す。
1 shows an electric discharge crushing apparatus and electrodes according to
図1;図2に示すように、実施形態1の放電破砕装置の電極1は、一方電極(例えば正電極)を構成する内部導体軸(心線)2と内部導体軸2の外周囲を被覆する筒状絶縁体3と筒状絶縁体3の外周囲に設けられて他方電極(例えば負電極)を構成する外部導体4とで構成される。内部導体軸2の先端部2tは筒状絶縁体3の先端部3tより突出して露出している。外部導体4は、内部導体軸2の軸に沿った方向に間隔を隔てて設けられた複数の外部導体構成体5により形成される。外部導体構成体5は、内部導体軸2の軸に沿った方向に延長してかつ筒状絶縁体3の外周囲を囲むように配置された複数本の導体線6で形成される。外部導体構成体5を形成する複数本の導体線6は筒状の保持体7により筒状絶縁体3の外周囲に固定状態に保持される。即ち、外部導体構成体5を構成する複数本の導体線6を筒状絶縁体3の外周囲に固定状態に保持する保持体7を備える。尚、保持体7を用いずに、複数本の導体線6を筒状絶縁体3の外周に接着剤で直接固定してもよい。例えば内部導体軸2は鉄、銅、貴金属、合金等で直径20mmに形成された導体軸を用い、筒状絶縁体3はプラスチック、ゴム等の絶縁体で内径20mm、外径40mmに形成された筒を用い、導体線6は鉄、銅、貴金属、合金等で直径5mm程度に形成された導体線を用い、保持体7はゴム、金属等で内径45mm程度、外径55mm程度に形成された筒体を用いればよい。
As shown in FIG. 1; FIG. 2, the
内部導体軸2の先端部2tとこの先端部2tに最も近い外部導体4の先端部である外部導体構成体5の先端部5t(端部5sでもある)とで放電を生じさせる先端側放電ギャップ8が形成され、対向する外部導体構成体5の端部5sと端部5sとで放電を生じさせる中間側放電ギャップ9が内部導体軸2の軸に沿って複数形成される。例えば中間側放電ギャップ9は数mm程度、先端側放電ギャップ8は20mm程度に設定される。外部導体構成体5は、内部導体軸2の軸に沿った方向に延長してかつ筒状絶縁体3の外周囲を囲むように配置された複数の導体線6により形成されるので、外部導体構成体5の先端部5tが外部導体構成体5の周方向において複数に分割された形態となっている。即ち、先端側放電ギャップ8は、内部導体軸2の先端部2tとこの先端部2tに最も近い外部導体構成体5の先端部5tであって外部導体構成体5の周方向において複数に分割された形態の複数の導体線6の先端部6tとで形成された複数の放電ギャップにより構成される。中間側放電ギャップ9は、保持体7により拘束されていない複数の導体線6の端部6sが内部導体軸2の方向と反対の方向に折曲されて外部導体構成体5を構成する複数の導体線6の端部6sが互いに所定の間隔を隔てて対向するように設定されて形成された複数の放電ギャップにより構成される。電極1の基端1aはコネクタ72を介してケーブル71に接続されてパルスパワー源80に接続される。電極1の基端1aにおける内部導体軸2はコネクタ72を介してケーブル71の正極線に接続され、電極1の基端1aにおける外部導体構成体5はコネクタ72を介してケーブル71の負極線に接続される。パルスパワー源80にはケーブル85を介して電源部81が接続される。
A tip-side discharge gap that generates a discharge between the
電極1の製作は、例えば、内部導体軸2と内部導体軸2の外周囲を被覆する筒状絶縁体3と筒状絶縁体3の外周囲に配置された複数の導体線6より形成された外部導体4と外部導体4の外周囲を被覆する被覆体とからなる同軸ケーブルのような構成の棒体を、棒体の軸に沿った方向において所定の間隔を隔てて被覆体と外部導体とを切断して筒状の保持体7と放電ギャップ8;9とを形成したり、あるいは、内部導体軸2と内部導体軸2の外周囲を被覆する筒状絶縁体3とを備えた構成の棒体の外周囲に外部導体構成体5を構成する複数の導体線6を設けるとともにこれら複数の導体線6の外側を被覆して保持する筒状の保持体7とを装着して製作すればよい。
The
電極1を破壊対象物60の電解液充填孔61内に充填された電解液63中に挿入し、パルスパワー源80を操作して電極1に大電流パルスを印加すると、電極1の先端側放電ギャップ8で放電を生じ、さらに、中間側放電ギャップ9で放電を生じる。この放電エネルギーにより電解液充填孔61内の電解液63がプラズマ化して圧力波を発生し、これにより、破壊対象物60を破砕できる。
When the
実施形態1では、先端側放電ギャップ8は、内部導体軸2の先端部2tとこの先端部2tに最も近い外部導体構成体5の先端部5tであって外部導体構成体5の周方向において複数に分割された形態の複数の導体線6の先端部6tとで形成された複数の先端側放電ギャップ8により形成したので、導体線6の先端部6tである面積の小さい面では電界が大きくなり、放電を生じさせやすくなるので、放電効率を向上させることができる。また、電極1の先端部に複数の先端側放電ギャップ8を備え、放電箇所が多くなるので、放電エネルギーを増加させることができ、圧力波による破砕力を向上できる。また、中間側放電ギャップ9を複数備えているので、放電箇所が多くなり、放電エネルギーを増加させることができて、圧力波による破砕力を向上できる。また、中間側放電ギャップ9が複数の導体線6の端部6s間で形成されるので、導体線6の端部6sである面積の小さい面では電界が大きくなり、放電を生じさせやすくなるので、放電効率を向上させることができるとともに、放電箇所が多くなるので、放電エネルギーを増加させることができて、圧力波による破砕力を向上できる。従って、実施形態1の電極によれば、放電破砕装置による破砕作業の効率を向上できる。
In the first embodiment, the front end-
実施形態2
尚、図2(b)のように筒状絶縁体3の外周囲に配置された複数の導体線6が保持体7で拘束されている箇所において互いに電気的に接続され、端部6s側では互いに電気的に離れている構成とすれば、外部導体構成体5の軸に沿った方向の端部5sが、外部導体構成体5の軸に沿った方向の凹部(導体線6と導体線6との間)及び凸部(導体線6の端部6s)が周方向において交互に複数備えた構成となり、このような構成であっても実施形態1と同様な効果が得られる。
As shown in FIG. 2B, the plurality of
実施形態3
外部導体構成体として図3に示すような筒状導体20を用いてもよい。この筒状導体20は、筒状導体20の軸に沿った方向の端部に、筒状導体20の軸に沿った方向の凹部21及び凸部22を筒状導体20の周方向において交互に複数備えたものである。この筒状導体20を備えた場合、先端側放電ギャップ8は、内部導体軸2の先端部2tとこの先端部2tに最も近い筒状導体20の先端部20tに設けられた複数の凸部22とで形成され、中間側放電ギャップ9は、相対向する筒状導体20の端部20sにおける凸部22と凸部22とで形成されるので、実施形態1と同様の効果が得られる。
A
実施形態4
外部導体構成体として図4に示すような網状導体30を用いてもよい。網状導体は、筒状絶縁体3の外周囲を囲み筒状絶縁体3の軸に沿った方向に沿って間隔を隔てて配置される複数のリング状の導体線31と筒状絶縁体3の軸に沿った方向に延長して筒状絶縁体3の外周囲の周方向に沿って間隔を隔てて配置される複数の直線導体線32とが網状(メッシュ状)に編み込まれて形成されたものである。この網状導体30は、網状導体30の軸に沿った方向の端部が、網状導体30の軸に沿った方向の凹部及び凸部を網状導体30の周方向において交互に複数備えたものであるとともに、網状導体30の軸に沿った方向の端部が、網状導体30の周方向において複数に分割されたものでもある。この網状導体30を備えた場合、先端側放電ギャップ8は、内部導体軸2の先端部2tとこの先端部2tに最も近い網状導体30の先端部30tに設けられた複数の凸部34とで形成された複数の放電ギャップ8により形成され、中間側放電ギャップ9は、相対向する網状導体30の端部30sにおける凸部34と凸部34とで形成されるので、実施形態1と同様の効果が得られる。
A net-
実施形態5
外部導体構成体5の周方向において複数に分割された端部の先端や、外部導体構成体5の端部に形成された凸部の先端を尖った形状とする。このようにすれば、導体の尖った先端部分では電界が大きくなるので、放電を生じやすくなる。従って、放電効率を向上させることが可能となる。
The tip of the end divided into a plurality in the circumferential direction of the outer
実施形態6
図5に示すように、先端側放電ギャップ8及び中間側放電ギャップ9を収納するとともに電解液63が充填されるカートリッジ40を備えた電極1としてもよい。破壊対象物60によっては、電解液充填孔61に電解液63を充填しても破壊対象物60の内部に浸透してしまって電解液充填孔61内に電解液63を保持できない場合があるが、このような場合には当該カートリッジ40付きの電極1を用いて、カートリッジ40内に電解液63を充填した状態でカートリッジ40付き電極1を破壊対象物60の電解液充填孔61内に挿入して放電することで破壊対象物60を破砕できる。カートリッジ40はゴム、プラスチック等で形成された収納体であり、上部に電極1の外周囲に当接する封止口41を有し、電解液63及び電極1の放電ギャップ8,9の部分を内部に入れた後に封止口41を接着剤等で電極1の外周囲に接着して使用する。
As shown in FIG. 5, the
本発明の所期の目的は、先端側放電ギャップ8での放電効率を向上させることにあるので、本発明の電極1は、内部導体軸2の先端部2tと外部導体4の軸に沿った方向の凹凸部を外部導体4の周方向において複数備えた外部導体4の先端部とで形成された先端側放電ギャップ8のみを備えた電極1、あるいは、内部導体軸2の先端部2tと外部導体4の周方向において複数に分割された外部導体4の先端部とで形成された先端側放電ギャップ8のみを備えた電極1であってもよい。また、先端側放電ギャップ8のみを備えた電極1にあっては、この電極1の先端側放電ギャップ8を収納するとともに電解液63が充填されるカートリッジ40を設けることで、電解液充填孔61に電解液63を保持できない破壊対象物60を破砕する際に対応できる電極1を得ることができる。
Since the intended purpose of the present invention is to improve the discharge efficiency in the front end
1 電極、2内部導体軸、3 筒状絶縁体、4 外部導体、5 外部導体構成体、
6 導体線、8 先端側放電ギャップ、9 中間側放電ギャップ、
20 筒状導体、30 網状導体、40 カートリッジ。
1 electrode, 2 inner conductor shaft, 3 cylindrical insulator, 4 outer conductor, 5 outer conductor structure,
6 conductor wire, 8 tip side discharge gap, 9 middle side discharge gap,
20 cylindrical conductor, 30 mesh conductor, 40 cartridge.
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