JP4652195B2

JP4652195B2 - 放電破砕装置の電極

Info

Publication number: JP4652195B2
Application number: JP2005281921A
Authority: JP
Inventors: 幸雄垣内; 守平林
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd; Fatech Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd; Fatech Co Ltd
Priority date: 2005-09-28
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2025-09-28
Also published as: JP2007090211A

Description

本発明は、放電破砕装置の電極の構成に関する。

コンクリートや岩石のような破壊対象物に放電用孔を形成し、この放電用孔内に電解液（電気を通す水溶液）としての水道水のような水（水溶液）を充填してこの水中に放電破砕装置の電極を挿入し、この電極に大電流パルスを印加して放電させることで衝撃波を発生させ、衝撃波で放電用孔の周囲を破砕する放電破砕方法が知られている。この放電破砕方法に使用する電極は、棒状の内部導体と内部導体の外周囲を被覆する筒状の絶縁部と絶縁部の外周囲に設けられた筒状の外部導体とで構成される。外部導体は、内部導体の棒の延長方向に沿って放電用の間隔（放電ギャップ）を隔てて複数設けられる。そして、外部導体と外部導体との間に設けられた放電用の間隔を介して放電を生じさせ、衝撃波を発生させる。複数の筒状の外部導体と複数の筒状の間隔形成体を備え、外部導体と外部導体との間に放電用の間隔を形成するために、外部導体と外部導体との間に間隔形成体を介在させた構成の電極も知られている。複数の外部導体は、電気的に絶縁された複数の筒状の浮遊電極として機能する。
特開２００４−１８１４２３号公報

従来の放電破砕装置の電極によれば、内部導体の一端部において絶縁部の外側に内部導体の棒の延長方向に沿って複数の間隔形成体と複数の筒状の浮遊電極とを交互に配置された構成であるが、この複数の浮遊電極として同一形態の浮遊電極を使用するとともに複数の間隔形成材としては同一形態の間隔形成材を使用している。つまり、複数の筒状の浮遊電極は、内部導体の棒の延長方向に沿った方向の長さ、即ち、筒の長さが同じである。また、複数の筒状の間隔形成材も、内部導体の棒の延長方向に沿った方向の長さ、即ち、筒の長さが同じである。このような構成の電極では、放電を行うと浮遊電極が収縮し、この収縮による力が絶縁部に加わる。このため、放電を何回も繰り返すと、絶縁部の外側における同じ場所に浮遊電極の収縮による力が何回も加わることによって絶縁部が損傷しやすい。特に、浮遊電極や間隔形成材の筒の両端部では当該両端部によって絶縁部にせん断力が加わり絶縁部が損傷しやすい。絶縁部が損傷すると、絶縁部の損傷部分を経由して浮遊電極と内部導体との間で放電が生じてしまって、浮遊電極と浮遊電極との間で適切な放電を生じさせることができなくなり、電極の放電性能が低下するという欠点があった。

本発明に係る放電破砕装置の電極は、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衝撃波を発生させその衝撃波で破壊対象物を破砕する放電破砕装置の電極であって、内部導体と絶縁部と複数の間隔形成体とを備え、絶縁部が棒状の内部導体の外周を覆い、間隔形成体が絶縁部の外周を覆う筒体部と筒体部の一端部の外周より外側に張り出す間隔形成部とを有し、間隔形成体と間隔形成体の筒体部の外周に設けられた筒状の浮遊電極とによって浮遊電極ユニットが形成され、複数の浮遊電極ユニットが内部導体の一端部の外周に設けられた絶縁部の外側に内部導体の棒の延長方向に沿って設けられて、複数の浮遊電極ユニットの間隔形成部と浮遊電極とが内部導体の棒の延長方向に沿って交互に配置された電極において、少なくとも２つの浮遊電極ユニットは、内部導体の棒の延長方向に沿った方向の長さが異なる長さに形成されたことを特徴とする。
絶縁部が、内部導体の一端部の外周に巻き付けられた絶縁材により形成されたことも特徴とする。

本発明の放電破砕装置の電極によれば、少なくとも２つの浮遊電極ユニットが、内部導体の棒の延長方向に沿った方向の長さの異なる長さに形成されたことによって、浮遊電極ユニットの位置を変えることが可能となるので、放電に伴う浮遊電極の収縮による力が絶縁部の同じ箇所に集中的に加わり続ける状態を回避させることができて、絶縁部を保護できるので、電極の放電性能の低下を防止できる。
また、内部導体の一端部の外周に絶縁材を巻き付けて絶縁部を形成したことによって、絶縁部を容易に形成できる。

最良の形態１
図１乃至図４は最良の形態１を示し、図１は放電破砕装置の電極の断面を示し、図２は放電破砕装置の電極における浮遊電極ユニットの配置を変更する前と変更した後とを示し、図３は放電破砕装置の電極を分解して示し、図４は放電破砕装置を示す。

図４に示すように、放電破砕装置１００は、電極１とパルスパワー源５０と電源部５１とを備え、電極１とパルスパワー源５０とがコネクタ５２及びケーブル５３を介して互いに接続され、パルスパワー源５０と電源部５１とがケーブル５４を介して互いに接続される。

図１に示すように、電極１は、内部導体２、絶縁部３、外筒導体４、間隔形成材５、浮遊電極６、緩衝材７を備える。内部導体２は、断面円形の鉄棒により形成され、外周にはねじ部１０が形成される。内部導体２の一端（先端）部２ａを除く外周には、当該外周を覆うように絶縁材としてのＦＲＰシートが巻き付けられることによって絶縁部３が形成される。絶縁部３は、その外周に、間隔形成材５、浮遊電極６、緩衝材７の設けられる径の小さい小径絶縁部３１と、その外周に外筒導体４の設けられる大径絶縁部３２とを備える。大径絶縁部３２は内部導体２の他端部２ｂの外周に形成され、小径絶縁部３１は内部導体２における他端部２ｂと一端部２ａとの間の外周に形成される。大径絶縁部３２の外周を覆うように外筒導体４が設けられ、大径絶縁部３２と外筒導体４とが図外の接着剤により互いに結合される。間隔形成材５は、ナイロンのような合成樹脂で形成され、筒体部としての円筒部１５と円筒部１５の一側開口縁より円筒部１５の外周面の外側に延長する円形環状の間隔形成部としての鍔部１７とを備える。円筒部１５の外周囲には、銅により円筒状に形成された浮遊電極６が嵌め込まれる。浮遊電極６の筒の中心線に沿った方向の長さは、円筒部１５の筒の中心線に沿った方向の長さよりも短い。緩衝材７はゴムにより環状に形成される。緩衝材７の環の内径は円筒部１５の外径より大きく、緩衝材７の環の外径は鍔部１７の外径と同じである。緩衝材７が間隔形成材５の鍔部１７の反対側から円筒部１５の外周にはめ込まれた後に、円筒部１５の外周に浮遊電極６が嵌め込まれる。つまり、図３に示すように、間隔形成材５の円筒部１５の外周に緩衝材７が嵌め込まれた後に、円筒部１５の外周面と筒状の浮遊電極６の内周面とが互いにはめ合わされて円筒部１５の外周面に浮遊電極６が取り付けられることによって、鍔部１７と浮遊電極６との間に緩衝材７が配置された構成の浮遊電極ユニット２０が形成される。この浮遊電極ユニット２０を複数用意し、複数の浮遊電極ユニット２０が内部導体２の一端部２ａ側から順次同じ向きで小径絶縁部３１の外周を覆うように取り付けられた後に、内部導体２の一端部２ａの外周のねじ部１０に２つのナット２１；２２がダブルナット構造で締結されたことで電極１が形成される。つまり、一端部に、間隔形成材５の鍔部１７と緩衝材７とによって浮遊電極６と浮遊電極６との間に放電用の間隔（放電ギャップ）が形成された放電電極部３６を備えた電極１が形成される。図１に示すように、電極１の他端にはコネクタ５２によりケーブル５３が接続される。筒状のコネクタ５２の一端部側の筒内周にはねじ部５２ａが形成される。外筒導体４の他端部の外周にはねじ部４ａが形成される。外筒導体４のねじ部４ａとコネクタ５２のねじ部５２ａとが互いに締結され、筒状のコネクタ５２の他端部の筒開口５２ｂを経由してコネクタ５２の筒内にケーブル５３がはめ込まれて、ケーブル５３の内部導体５３ａと電極１の内部導体２とが互いに接続され、ケーブル５３の外部導体５３ｂと電極１の外筒導体４とが互いに接続され、これらの電気的な接続は図外のねじ締結具のような電気接続維持手段により維持される。ケーブル５３は、内部導体５３ａと外部導体５３ｂとの間にこれらを互いに絶縁する内部絶縁筒体５３ｃを備え、外部導体５３ｂの外周には外部絶縁筒体５３ｄを備える。

電極１の複数の浮遊電極６は、間隔形成材５の鍔部１７と緩衝材７とによって内部導体２の中心線に沿った方向に間隔を隔てて設けられて互いに電気的に絶縁された複数の短筒状の外部導体である。外筒導体４は、ケーブル５３の外部導体５３ｂと接続されて電源部５１の−側（リターン側）と電気的に接続された長筒状の外部導体である。

小径絶縁部３１の外側に内部導体２の棒の延長方向に沿って同じ向きで順番に配置される複数の浮遊電極ユニット２０；２０・・・のうち、少なくとも２つの浮遊電極ユニット２０；２０は、筒の長さ（内部導体２の棒の延長方向に沿った方向の長さ）の異なるものを用いる。例えば、図１；図２（ａ）のように、筒の長さａの浮遊電極ユニット（２５）が１個、筒の長さｂの浮遊電極ユニット（２６）が２個、筒の長さｃの浮遊電極ユニット（２７）が２個、外筒導体４に近い方から順番に配置された構成とする。例えば、長さａは４０ｍｍｍ、長さｂは２０ｍｍ、長さｃは３０ｍｍとする。

そして、浮遊電極ユニット２０の配置順番を定期的あるいは不定期的に変更する。例えば、図２（ａ）に示した最初の配置順（図１と同じ配置順）から図２（ｂ）のように、外筒導体４に近いほうから、長さｂの浮遊電極ユニット（２６）、長さｃの浮遊電極ユニット（２７）、長さａの浮遊電極ユニット（２５）、長さｃの浮遊電極ユニット（２７）、長さｂの浮遊電極ユニット（２６）という順番に配置する。つまり、複数の浮遊電極ユニット２０（２５；２６；２７）の配置を変更する前と変更した後とで、小径絶縁部３１に対する浮遊電極ユニット２０の筒の両端部の位置を異ならせるようにすることで、放電に伴う浮遊電極６の収縮による力が小径絶縁部３１の同じ箇所に集中的に加わり続ける状態を回避させることができる。よって、小径絶縁部３１を保護できるので、電極１の放電性能を維持できる。

図４のように、破壊対象物６０の放電用孔６１内に電解液としての水道水のような水（水溶液）６２を充填して、電極１を水６２中に挿入し、パルスパワー源５０を操作して電極１に大電流パルスを印加すると、放電用の間隔を介して、浮遊電極６と浮遊電極６との間、浮遊電極６と外筒導体４との間で放電を生じ、この放電エネルギーにより放電用孔６１内の水６２が衝撃波を発生し、これにより、破壊対象物６０を破砕できる。電源部５１から供給される電力は、ケーブル５３の内部導体５３ａ、電極１の内部導体２、ナット２１；２２、浮遊電極６、外筒導体４、ケーブル５３の外部導体５３ｂを経由して電源部５１に戻る。

形態１では、筒の長さの異なる複数の浮遊電極ユニット（２５）、（２６）、（２７）を備えたので、複数の浮遊電極ユニット（２５）、（２６）、（２７）の配置順番を変更することによって、放電に伴う浮遊電極６の収縮による力が小径絶縁部３１の同じ箇所に集中的に加わり続けるような状態を回避させることができるので、小径絶縁部３１を保護でき、電極１の放電性能の低下を防止できる。形態１の構成は、ＦＲＰシートが巻き付けられることによって形成される小径絶縁部３１の外周に複数の浮遊電極ユニット２０を設けた構成において、損傷しやすいＦＲＰシートで形成された小径絶縁部３１を保護するのに適した構成となる。

また、緩衝材７により、放電の際の衝撃波による反力の鍔部１７への衝撃を緩和できて鍔部１７を保護できるので、電極１の放電性能の低下を防止できる。間隔形成材５が、小径絶縁部３１の外側を覆う円筒部１５を備えるので、絶縁部３の小径絶縁部３１を保護でき、内部導体２と浮遊電極６との絶縁構造を維持できる。鍔部１７と浮遊電極６との間に緩衝材７が配置された構成の浮遊電極ユニット２０を備えるので、浮遊電極ユニット２０を１個１個個別に交換できるようになり、交換作業、電極維持コストを抑えることができる。即ち、間隔形成材５が、絶縁部３の小径絶縁部３１の外周を覆う円筒部１５と、円筒部１５の一端部の外周より外側に張り出す鍔部１７とを備え、円筒部１５の外周に筒状の浮遊電極６が着脱可能に取り付けられた構成としたので、間隔形成材５により、内部導体２の外周にＦＲＰシートが巻き付けられることによって形成された絶縁部３の小径絶縁部３１が保護される。内部導体２の外周にＦＲＰシートを巻き付けて絶縁部３を形成したので、絶縁部３を容易に形成できる。

最良の形態２
間隔形成材５を用いずに、小径絶縁部３１の外周に直接に複数の浮遊電極６を設ける構成とし、少なくとも２つの浮遊電極は、内部導体２の棒の延長方向に沿った方向の長さが異なる長さに形成された構成とすることで、最良の形態１と同じ効果が得られることは容易に理解できるであろう。この場合、絶縁部３は、例えば、合成樹脂で筒体に形成された絶縁体を内部導体２の一端部１２に嵌め込むようにした方が絶縁部３の損傷を少なくでき、内部導体２と浮遊電極６との絶縁の耐久性を向上できる。

最良の形態３
最良の形態１の複数の浮遊電極ユニット２０の浮遊電極６を新しいものと交換した場合に、浮遊電極６を新しくした複数の浮遊電極ユニット２０の配置順を以前の配置順とは異なる配置順に変えるようにしてもよい。同様に、最良の形態２の複数の浮遊電極６を新しいものと交換する場合に、新しい複数の浮遊電極６の配置順を以前の配置順とは異なる配置順に変えるようにしてもよい。

最良の形態４
例えば、図２（ａ）に示す筒の長さの異なる複数の浮遊電極ユニット（２５）、（２６）、（２７）を形成する複数の浮遊電極６と複数の間隔形成材５とに対し、筒の長さの同じ複数の浮遊電極ユニット２０を形成する複数の浮遊電極６と複数の間隔形成材５とを用意しておく。そして、放電電極部３６を、最初に、図２（ａ）に示す筒の長さの異なる複数の浮遊電極ユニット（２５）、（２６）、（２７）で形成しておき、浮遊電極６の交換の際には、浮遊電極ユニット（２５）、（２６）、（２７）を全て筒の長さの同じ複数の浮遊電極ユニット２０に変えるようにしてもよい。逆に、放電電極部３６を、最初に、筒の長さの同じ複数の浮遊電極ユニット２０で形成しておき、浮遊電極の交換の際には、浮遊電極ユニット２０を全て図２（ａ）に示す筒の長さの異なる複数の浮遊電極ユニット（２５）、（２６）、（２７）に変えるようにしてもよい。この方法は、間隔形成材５を用いない場合にも同様に適用できることは容易に理解できるであろう。即ち、浮遊電極６の位置を変えることで、電極１における小径絶縁部３１を保護できるので、放電破砕装置の電極１の放電性能の低下を防止できる。

緩衝材７は、衝撃波による反力を吸収したり、衝撃波による反力に抗したりすることで、衝撃波による反力の鍔部１７への衝撃を緩和できる材料（例えば、ウレタン、クロロプレン、エチレンプロピレンゴムなど、以下「衝撃緩和材料」という）により形成したり、あるいは、衝撃波による反力の鍔部１７への衝撃を少しでも妨げることができればよい。間隔形成材５そのものを衝撃緩和材料により形成しても良い。間隔形成材５の円筒部１５と鍔部１７とを分割した構成とし、円筒部１５の外周に取り付けた浮遊電極６と鍔部１７との間に緩衝材を設けたり、鍔部１７を衝撃緩和材料により形成しても良い。

放電破砕装置の電極の縦断面図（最良の形態１）。浮遊電極ユニットの配置変更前と配置変更後とを示す図（最良の形態１）。放電破砕装置の電極を示す分解斜視図（最良の形態１）。放電破砕装置を示す構成図（最良の形態１）。

符号の説明

１電極、２内部導体、３絶縁部、５間隔形成材、６浮遊電極、
１５円筒部（筒体部）、１７鍔部（間隔形成部）、２０浮遊電極ユニット、
６０破壊対象物、６２水（電解液）、１００放電破砕装置。

Claims

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衝撃波を発生させその衝撃波で破壊対象物を破砕する放電破砕装置の電極であって、内部導体と絶縁部と複数の間隔形成体とを備え、絶縁部が棒状の内部導体の外周を覆い、間隔形成体が絶縁部の外周を覆う筒体部と筒体部の一端部の外周より外側に張り出す間隔形成部とを有し、間隔形成体と間隔形成体の筒体部の外周に設けられた筒状の浮遊電極とによって浮遊電極ユニットが形成され、複数の浮遊電極ユニットが内部導体の一端部の外周に設けられた絶縁部の外側に内部導体の棒の延長方向に沿って設けられて、複数の浮遊電極ユニットの間隔形成部と浮遊電極とが内部導体の棒の延長方向に沿って交互に配置された電極において、少なくとも２つの浮遊電極ユニットは、内部導体の棒の延長方向に沿った方向の長さが異なる長さに形成されたことを特徴とする放電破砕装置の電極。
絶縁部が、内部導体の一端部の外周に巻き付けられた絶縁材により形成されたことを特徴とする請求項１に記載の放電破砕装置の電極。